[发明专利]一种宽带声学回声消除方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种宽带声学回声消除方法及系统。

背景技术

如图1所示，在语音通讯系统中，声学回声是指扬声器播放出来的声音被麦克风拾取后发回远端，这就使得远端谈话者能听到自己的声音，从而降低了语音的可懂性及舒适度。

传统电信技术将语音信号采样率设定为8KHz，语音带宽限定为300Hz到3.4KHz，远小于人类声音80Hz到14KHz的全范围，降低了语音质量和可懂性。例如，在使用传统电话时，通话者的声音会变得低沉，弱化了语言的丰富性，因此很难把握口语的微妙意思和情感的细微变化。再者，传统电话很难区分摩擦音和爆破音。摩擦音和爆破音的声学性质属于高频噪音，其频谱呈现为强烈而明显的高频非周期波。由于传统电话缺失3.4KHz以上高频语音信息，很难区分摩擦音和爆破音，如“feel”和“veel”。并且，无法辨识相似声音的电话。

随着技术的进步，对语音质量限制的技术屏障在慢慢消除。宽带语音技术应用16KHz的采样率，提供50Hz到7KHz的语音带宽，大大丰富和扩展了传统语音信号两端的频谱，提高了语音质量，减少了听觉负担。研究表明，宽带语音下限50Hz至300Hz扩展，提高了发音清晰度，增加了语音的自然度；而高频部分3400Hz到7KHz的增加，则提高了摩擦音的识别度。

在主观语音质量听力测试中，宽带语音在平均意见得分中得到4.5分，而窄带语音则为3.2分。宽带语音质量的提高减少了听力负担和听者的疲劳，特别是当听者处于嘈杂的环境下。

声学回声消除（AEC）是宽带语音通讯的一个重要组成部分，回声的存在显著退化近端语音信号，从而否定了宽带语音的优势。

如图2所示，自适应回声消除的基本原理是：自适应的合成回声，并从有回声干扰的信号中减去该合成回声。回声消除器通常包含两部分：（1）横向滤波器；（2）自适应和步长控制器。横向滤波器用脉冲相应与远端语音信号x(n)卷积得到合成回声y(n)。从近端语音d(n)中减去合成回声y(n)，即产生误差信号e(n)。远端信号x(n)与误差信号e(n)起到自适应和步长控制的作用，自适应的调整横向滤波器抽头权值，使得误差信号最小。其结果是，回声消除器输出误差信号为受到污染的本地说话者信号提供了一个估计。

现有的声学回声消除大多数只针对采样率为8KHz的窄带语音。从标准8kHz采样率到16kHz采样率的过渡，宽带声学回声消除技术面临两个额外的挑战。第一个挑战是采样率增加一倍，自适应滤波器的长度增加一倍，系统的计算复杂度将正比增加。第二个挑战是激励信号的频谱动态范围增加，滤波器收敛变慢。这是因为高频信号较低频信号更易衰减，而自适应滤波器的收敛速度与频谱动态范围成反比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带声学回声消除方法及系统，以解决现有技术由于采样率增加而引起的自适应滤波器长度增加、运算量增大和收敛慢的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种宽带声学回声消除方法，包括：

步骤一：对采样率为16KHz的远端宽带信号x(n)和近端宽带信号d(n)进行高低频带信号分解和2倍下采样，生成采样率为8KHz的远端低频宽带信号x_s0(k)、远端高频宽带信号x_s1(k)、近端低频宽带信号d_s0(k)和近端高频宽带信号d_s1(k)；

步骤二：根据所述远端低频宽带信号x_s0(k)和近端低频宽带信号d_s0(k)在低频段进行回声消除，得到低频带误差信号e_s0(k)；根据所述远端高频宽带信号x_s1(k)和近端高频宽带信号d_s1(k)在高频段进行回声消除，得到高频带误差信号e_s1(k)；

步骤三：对采样率为8KHz的低频带误差信号e_s0(k)和高频带误差信号e_s1(k)2倍上采样，生成采样率为16KHz的低频带误差信号e₀(n)和高频带误差信号e₁(n)；对所述低频带误差信号e₀(n)和高频带误差信号e₁(n)低通滤波和高通滤波，并相加所述低通滤波后的低频带误差信号e₀(n)和高通滤波后的高频带误差信号e₁(n)，生成采样率为16KHz全频带误差信号e(n)。