一种回声消除方法及装置与流程

本发明涉及降噪处理领域，特别涉及一种回声消除方法及装置。

背景技术：

现有的智能耳机为了降低算法复杂度，一般将扬声器和麦克之间做好隔离，使得麦克接收到的回声尽可能的少，另外就是压低扬声器的音量，从而进一步降低回声，但这种通过抑制扬声器最大播放声压级的方法会影响用户体验。有的智能耳机不对扬声器音量做限制，但在回声较大时，用户指令不能被本地识别库识别。另外为了良好的降噪体验，三麦克或双麦克降噪方案在噪声环境下对识别率会有显著提升，但是这也意味着要做多路消回声，算法复杂度会提高，系统运算负荷加大，功耗提高，减少了耳机一次充电后的使用时间。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提出了一种回声消除方法及装置，用以解决现有技术的如下问题：三麦克或双麦克降噪方案中，多路消回声算法复杂度较高，系统运算负荷加大，功耗提高，减少了耳机一次充电后的使用时间。

一方面，本发明实施例提出了一种回声消除方法，包括：对来自麦克风的音频信号按照第一预定分解规则进行子带分解，以得到n路子带音频信号；通过n个自适应回声消除滤波器对n路所述子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的所述子带音频信号，其中，一个所述自适应回声消除滤波器处理一路所述子带音频信号；按照预定合并规则将n路滤波后的所述子带音频信号合成为自适应回声消除处理后的音频信号。

在一些实施例中，所述通过n个自适应回声消除滤波器对n路所述子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的所述子带音频信号，包括：获取n路子带回声参考信号，所述子带回声参考信号为按照第二预定分解规则对回声参考信号进行分解得到的信号；通过n个所述自适应回声消除滤波器和n路所述子带回声参考信号对n路所述子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的所述子带音频信号，其中，一个所述自适应回声消除滤波器使用一路所述子带回声参考信号处理一路所述子带音频信号。

在一些实施例中，所述通过n个所述自适应回声消除滤波器和n路所述子带回声参考信号对n路所述子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的所述子带音频信号，包括：按照预定时间间隔依次更新n个所述自适应回声消除滤波器中m个所述自适应回声消除滤波器的滤波系数，其中，m为小于n的正整数；通过m个更新滤波系数的所述自适应回声消除滤波器和m路所述子带回声参考信号对m路所述子带音频信号进行回声消除处理，以得到m路滤波后的所述子带音频信号；通过n-m个未更新滤波系数的自适应回声消除滤波器和其它n-m路所述子带回声参考信号对其它n-m路所述子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n-m路滤波后的所述子带音频信号。

在一些实施例中，所述m的取值为1。

在一些实施例中，所述自适应回声消除滤波器为fir滤波器。

另一方面，本发明实施例提出了一种音频处理装置，包括：分解模块，用于对来自麦克风的音频信号按照第一预定分解规则进行子带分解，以得到n路子带音频信号；自适应回声消除模块，用于通过n个自适应回声消除滤波器对n路所述子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的所述子带音频信号，其中，一个所述自适应回声消除滤波器处理一路所述子带音频信号；合成模块，用于按照预定合并规则将n路滤波后的所述子带音频信号合成为自适应回声消除处理后的音频信号。

在一些实施例中，所述自适应回声消除模块，包括：获取单元，用于获取n路子带回声参考信号，所述子带回声参考信号为按照第二预定分解规则对回声参考信号进行分解得到的信号；自适应回声消除单元，用于通过n个所述自适应回声消除滤波器和n路所述子带回声参考信号对n路所述子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的所述子带音频信号，其中，一个所述自适应回声消除滤波器使用一路所述子带回声参考信号处理一路所述子带音频信号。

在一些实施例中，所述自适应回声消除单元，具体用于：按照预定时间间隔依次更新n个所述自适应回声消除滤波器中m个所述自适应回声消除滤波器的滤波系数，其中，m为小于n的正整数；通过m个更新滤波系数的所述自适应回声消除滤波器和m路所述子带回声参考信号对m路所述子带音频信号进行回声消除处理，以得到m路滤波后的所述子带音频信号；通过n-m个未更新滤波系数的自适应回声消除滤波器和其它n-m路所述子带回声参考信号对其它n-m路所述子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n-m路滤波后的所述子带音频信号。

在一些实施例中，所述m的取值为1。

在一些实施例中，所述自适应回声消除滤波器为fir滤波器。

本发明实施例通过对输入麦克风的音频信号进行子带分解的方式，降低了数据采样率，进而降低了多路消回声算法中每一路音频信号消回声的复杂度，降低了系统功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的回声消除方法的流程图；

图2为本发明第二实施例提供的回声消除装置的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的回声消除装置的实现示意图。

具体实施方式

为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。

本发明第一实施例提供了一种回声消除方法，该方法的流程如图1所示，包括步骤s101至s103：

s101，对来自麦克风的音频信号按照第一预定分解规则进行子带分解，以得到n路子带音频信号。

现有技术会将来自一个麦克风的音频信号直接输入至一个自适应回声消除滤波器中进行自适应回声消除处理，进而得到自适应回声消除处理后的音频信号；然而，本发明实施例对该过程进行了改进，将来自一个麦克风的音频信号按照第一预定分解规则进行子带分解，以将该音频信号拆分成多路子带音频信号，通过子带分解的方式，降低了数据采样率。

s102，通过n个自适应回声消除滤波器对n路子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的子带音频信号，其中，一个自适应回声消除滤波器处理一路子带音频信号。

由于音频信号被分解为n路子带音频信号，所以为了实现自适应回声消除处理，本实施例设置了n个自适应回声消除滤波器。该过程中，将子带分解后的每路子带音频信号分别输入至一个对应的自适应回声消除滤波器中，进而实现对每一路子带音频信号的自适应回声消除处理。

s103，按照预定合并规则将n路滤波后的子带音频信号合成为自适应回声消除处理后的音频信号。

当n路子带音频信号都完成了过滤后，就可以预定合并规则对n路滤波后的子带音频信号进行合并，进而得到自适应回声消除处理后的音频信号。

本发明实施例通过对输入麦克风的音频信号进行子带分解的方式，降低了数据采样率，进而降低了多路消回声算法中每一路音频信号消回声的复杂度，降低了系统功耗。

通常采用回声参考信号对音频信号进行回声消除处理，在通过n个自适应回声消除滤波器对n路子带音频信号进行自适应回声消除处理以得到n路滤波后的子带音频信号的过程中，由于音频信号已经被分解为n路子带音频信号，因此，也需要将回声参考信号也按照第二预定分解规则进行分解，进而得到n路子带回声参考信号。

实现时，获取n路子带回声参考信号，通过n个自适应回声消除滤波器和n路子带回声参考信号对n路子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的子带音频信号，其中，一个自适应回声消除滤波器使用一路子带回声参考信号处理一路子带音频信号。

在调整自适应回声消除滤波器的滤波系数时，如果全部滤波系数一起调整会增加系统功耗，且复杂度较高。为了进一步降低运算复杂度，本发明实施例在通过n个自适应回声消除滤波器和n路子带回声参考信号对n路子带音频信号进行自适应回声消除处理的过程中，按照预定时间间隔依次更新n个自适应回声消除滤波器中m个自适应回声消除滤波器的滤波系数，其中，m为小于n的正整数；再通过m个更新滤波系数的自适应回声消除滤波器和m路子带回声参考信号对m路子带音频信号进行回声消除处理，以得到m路滤波后的子带音频信号；再通过n-m个未更新滤波系数的自适应回声消除滤波器和其它n-m路子带回声参考信号对其它n-m路子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n-m路滤波后的子带音频信号。

通过上述滤波系数的更新方式，可以大大降低系统运算复杂度，且也能够准确的实现自适应回声消除处理。

具体实现时，上述m的取值优选为1，即按照预定时间间隔依次更新n个自适应回声消除滤波器中一个自适应回声消除滤波器的滤波系数；再通过一个更新滤波系数的自适应回声消除滤波器和一路子带回声参考信号对一路子带音频信号进行回声消除处理，以得到一路滤波后的子带音频信号；再通过n-1个未更新滤波系数的自适应回声消除滤波器和其它n-1路子带回声参考信号对其它n-1路子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n-1路滤波后的子带音频信号。

上述的自适应回声消除滤波器优选为fir滤波器，以不占用系统主频。

下面结合具体实施例对上述过程进行示例性说明。

本发明实施例提供了一种低功耗的回声消除方法，采用基于子带分解的方式，降低了数据采样率，进而降低了各子带的自适应回声消除滤波器长度，并在各子带之间轮转更新滤波系数，一次只让一个子带做自适应回声消除滤波器的滤波系数更新，其它子带系数固定，降低了回声抑制算法所需的运算复杂度，降低了系统运算所需的时钟频率，从而降低了系统功耗，延长了待机时间。

实现时，对麦克输入音频信号d(n)经子带分解得到子带音频信号dk(n)，对回声参考信号u(n)经子带分解得到子带回声参考信号uk(n)，假设有l个子带，经过子带自适应回声消除滤波器处理后的信号为ek(n)，经过子带合成得到系统最终的输出e(n)。具体过程如下：

uk(n)＝[uk(n),uk(n-1),uk(n-2),uk(n-3),......,uk(n-m+1)]；(2)

wk(n)＝[wk(n),wk(n-1),wk(n-2),wk(n-3),......,wk(n-m+1)]；(3)

其中，dk(n)表示麦克风输入音频信号经过子带分解得到的各子带音频信号，k是子带的下标。

uk(n)表示回声参考信号经过子带分解得到的各子带回声参考信号，k是子带的下标。

wk(n)是一个向量，包括k个子带的自适应回声消除滤波器的滤波系数，m表示每个子带的滤波器长度。wk(n)表示各个自适应回声消除滤波器的滤波系数。

表示wk(n)的转置向量。

uk(n)是一个向量，由n到n-m+1时刻的子带回声参考信号组成。ek(n)表示第k个子带回声消除后的数据。

公式(4)是第k个子带的自适应回声消除滤波器的滤波系数更新公式。由n时刻的滤波器系数wk(n)经过公式(4)的计算得到第n+1时刻的滤波器系数wk(n+1)。μ是更新步长，δ是归一化参数。

本发明中的l个自适应滤波器更新操作，如公式(4)所示，不在同一时刻进行。每一个时间片只更新一个子带的参数。其它几个子带的自适应回声消除滤波器只进行公式(1)的运算。

本发明实施例利用耳机回声路径相对短的时间内比较稳定的特点，通过子带分解的方式，降低了数据采样率，并在各子带之间轮转更新滤波器的滤波系数，一次只让一个子带做自适应回声消除滤波器的系数更新，其它子带系数固定，降低了回声抑制算法所需的运算复杂度，并对于当前时刻系数固定的子带，采用基于硬件ip核的技术，用硬件fir滤波器模块，进行回声消除，不占用系统主频，进一步降低了系统运算所需的时钟频率，从而降低了系统功耗，延长了待机时间。

本发明第二实施例提供了一种回声消除装置，该装置的结构示意如图2所示，包括：

分解模块10，用于对来自麦克风的音频信号按照第一预定分解规则进行子带分解，以得到n路子带音频信号；自适应回声消除模块20，与分解模块10耦合，用于通过n个自适应回声消除滤波器对n路子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的子带音频信号，其中，一个自适应回声消除滤波器处理一路子带音频信号；合成模块30，与自适应回声消除模块20耦合，用于按照预定合并规则将n路滤波后的子带音频信号合成为自适应回声消除处理后的音频信号。

通常采用回声参考信号对音频信号进行回声消除处理，因此，上述自适应回声消除模块可以包括：获取单元，用于获取n路子带回声参考信号，子带回声参考信号为按照第二预定分解规则对回声参考信号进行分解得到的信号；自适应回声消除单元，用于通过n个自适应回声消除滤波器和n路子带回声参考信号对n路子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n路滤波后的子带音频信号，其中，一个自适应回声消除滤波器使用一路子带回声参考信号处理一路子带音频信号。

在调整自适应回声消除滤波器的滤波系数时，如果全部滤波系数一起调整会增加系统功耗，且复杂度较高。为了进一步降低运算复杂度，上述自适应回声消除单元具体可以用于：按照预定时间间隔依次更新n个自适应回声消除滤波器中m个自适应回声消除滤波器的滤波系数，其中，m为小于n的正整数；通过m个更新滤波系数的自适应回声消除滤波器和m路子带回声参考信号对m路子带音频信号进行回声消除处理，以得到m路滤波后的子带音频信号；通过n-m个未更新滤波系数的自适应回声消除滤波器和其它n-m路子带回声参考信号对其它n-m路子带音频信号进行自适应回声消除处理，以得到n-m路滤波后的子带音频信号。

通过上述滤波系数的更新方式，可以大大降低系统运算复杂度，且也能够准确的实现自适应回声消除处理。

具体实现时，上述m的取值优选为1；上述自适应回声消除滤波器为fir滤波器。

下面结合附图3对上述装置进行示例性说明，在本实施例中，m的取值为1。为了清楚的说明，图3中的引入了系数更新控制模块，其实现了上述自适应回声消除模块的部分功能，自适应回声消除滤波器实现了自适应回声消除模块的另一部分功能。

图3是本实施例回声消除装置的实现示意图。麦克风输入音频信号首先做子带分解，子带分解后的信号，分别做自适应回声消除处理。系数更新控制模块轮转控制各子带的滤波系数更新操作，各子带回声消除后的信号经过子带合成后输出。通过子带分解模块，将信号映射到多个子带，同时实现n倍降采样功能，降采样后的数据对应的各子带的滤波器长度是原来的1/n，系数更新控制模块控制滤波器的系数更新时间，一次只让一个子带做自适应回声消除滤波器的系数更新，其它子带系数固定，降低了回声抑制算法所需的运算复杂度，并对于当前时刻滤波系数固定的子带采用基于硬件ip核的技术，用硬件fir滤波器模块，进行回声消除，不占用系统主频，进一步降低了系统运算所需的时钟频率，从而降低了系统功耗，延长了待机时间。

本实施例具有如下优点：

针对现有智能耳机，单麦克、双麦克、三麦克中回声抑制算法功耗大，影响待机时间的缺点，采用基于子带分解的技术将信号分解到各个自带上，同时对各子带信号降采样，降采样后的信号在低采样率下进行回声消除，降低了各个子带的滤波器长度；在各个子带上轮转更新滤波器的滤波系数，每个时刻只有一个子带的滤波器在进行自适应滤波，其他子带做固定系数滤波，从而降低了运算复杂度，节省了系统功耗；响待机时间的缺点，采用基于硬件ip核的技术，用硬件fir滤波器模块来进行回声抑制，不占用系统主频，节省了系统功耗。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上对本发明多个实施例进行了详细说明，但本发明不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本发明构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本发明所要求保护的范围之内。