北京电视声学回声自抑制算法

时间:2022年09月14日 来源:

    黑色这条线是标准NLMS算法的回声抑制比。我们可以看到,NLMS算法在收敛之后,回声抑制比只能到10个分贝左右,相对比较低。而双耦合算法在收敛之后,可以达到25个分贝以上,也就是说它比NLMS算法多15个分贝,这个优势是很明显的。接下来我们再看第二个示例,针对弱非线性失真的情况,左边是语谱,右边是回声抑制比。我们评估单讲性能的主要指标是回声抑制比和收敛速度。首先看一下NLMS算法,它在收敛之后,大概可以抑制22~25个分贝。这个算法的收敛速度很慢,大概经过100多帧之后才会进入到相对收敛的状态。再来看一下双耦合算法,在稳定之后,可以抑制35~40个分贝,比NLMS算法大概提升15~20个分贝的回声抑制比。同时它还有一个很明显的优势:收敛速度很快,几乎是回声到了之后,他瞬间就进入到收敛状态。接下来这个是针对不同手机机型的回声抑制比的比较。红色是双耦合算法,蓝色是NLMS算法,从这组数据里面,我们可以看到双耦合算法比NLMS算法普遍提升了大概10个分贝以上的回声抑制比,具有比较大的优势。再进入双讲测试场景。我首先介绍一下测试的示例,这组数据是一个视频会议的数据,左边这个是原始的麦克信号语谱,右边这个是回声参考信号语谱。

     认识了非线性声学回声、产生的原因、研究现状以及技术难点。北京电视声学回声自抑制算法

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    只需要近端采集信号即可,傲娇的回声消除需要同时输入近端信号与远端参考信号。有同学会问已知了远端参考信号,为什么不能用噪声抑制方法处理呢,直接从频域减掉远端信号的频谱不就可以了吗?行为近端信号s(n),已经混合了近端人声和扬声器播放出来的远端信号,黄色框中已经标出对齐之后的远端信号,其语音表达的内容一致,但是频谱和幅度(明显经过扬声器放大之后声音能量很高)均不一致,意思就是:参考的远端信号与扬声器播放出来的远端信号已经是“貌合神离”了,与降噪的方法相结合也是不错的思路,但是直接套用降噪的方法显然会造成回声残留与双讲部分严重的抑制。接下来,我们来看看WebRTC科学家是怎么做的吧。信号处理流程WebRTCAEC算法包含了延时调整策略,线性回声估计,非线性回声抑制3个部分。回声消除本质上更像是音源分离,我们期望从混合的近端信号中消除不需要的远端信号,保留近端人声发送到远端,但是WebRTC工程师们更倾向于将两个人交流的过程理解为一问一答的交替说话,存在远近端同时连续说话的情况并不多(即保单讲轻双讲)。因此只需要区分远近端说话区域就可以通过一些手段消除绝大多数远端回声。

     河南交互声学回声噪声回声消除AEC(AcousticEchoCancellation)一般指的是声学回声消除,其主要用于抑制产品本身发出的声音。

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    AEC定义声学回声(AcousticEcho)电话的扬声器的声音(包括反射声),被麦克风拾取传送给远端,使得远端说话人又听到自己的声音,广义回声指的是设备喇叭和自身麦克风的耦合现象都称为回声。回声消除AEC(AcousticEchoCancellation)一般指的是声学回声消除,其主要用于抑制产品本身发出的声音,使得产品在播放音频时依然可以进行语音交互;随着秒新月异的科技发展,各项技术成果不断地应用在我们日益拓展的各领域需求当中,刷新着我们的生活和工作。地球村的崛起,不断以互联网、物联网等方式揭示着万物相连的关系。无论是飞机、高铁还是电话、网络,都成为托起地球新村时空纵横的重要载体。怎样拉近人与人之间的关系,如何建立起更行之有效的联络方式,提高远程协同工作、信息传达效率成为了一个重要命题。远程会议的出现在很大程度上为这种多极化办公互动提供了质量的平台保障,在借助互联网便捷的远程通信架构下,通讯数据安全,稳定可靠,很长一段时间广受用户青睐。然而美中不足的是,这样的(声音)系统仍逃不出的还是自然声学上的问题。有和业内朋友聊天中谈到,今后的扩声系统也许只保留两级传统装置了,那就是声电转换和电声转换的拾音和还原。

   

    以此来应对市面上绝大多数的移动设备。另外,线性滤波器虽然不具备调整延时的能力,但可以通过估计的index衡量当前信号的延时状态,范围为[0,kNormalNumPartitions],如果index处于作用域两端,说明真实延时过小或过大,会影响线性回声估计的效果,严重的会带来回声,此时需要结合固定延时与大延时检测来修正。非线性滤波非线性部分一共做了两件事,就是想尽千方百计干掉远端信号。(1)根据线性部分提供的估计的回声信号,计算信号间的相干性,判别远近端帧状态。(2)调整抑制系数,计算非线性滤波参数。非线性滤波抑制系数为hNl,大致表征着估计的回声信号e(n)中,期望的近端成分与残留的非线性回声信号y''(n)在不同频带上的能量比,hNl是与相干值是一致的,范围是[0,],通过图5(b)可以看出需要消除的远端部分幅度值也普遍在,如果直接使用hNl滤波会导致大量的回声残留。因此WebRTC工程师对hNl做了如下尺度变换,over_drive与nlp_mode相关,不同的抑制激进程度,drive_curve是一条单调递增的凸曲线,范围[]。由于中高频的尾音在听感上比较明显,所以他们设计了这样的抑制曲线来抑制高频尾音。我们记尺度变换的α=over_drive_scaling*drive_curve。

     TWS耳机异音,底噪,回声测试难点。

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再结合与更多正常品的对比和设定合理的limits,可以快速准确的检查出耳机在各种状态下的底噪不良。耳机回声回声来自于非预期的泄露,一般分为电学回声和声学回声。前者一般由于麦克风和扬声器线路布局不合理的电路耦合造成,后者则是由于麦克风和扬声器的声学泄露耦合而成。对于回声不良的耳机来说,在通话时,耳机喇叭播放的声音信号通过麦克风又传回电话另一头的手机,从而让讲话者听到自己的声音。对于耳机来讲,主要是声学回声,表现为收发环路的隔离度不好,其根本原因就是耳机在装配时麦克风与喇叭的密封隔离没做好,导致通话时回声出现的不良体验。图中的耳机,在通话时,人耳会略微的感受到回声,也就是佩戴人讲话的声音又传递到了耳机本身的喇叭后播放出来,也有会在通话对方的手机端出现回声现像影响双方的通话质量。指南测控的标准声学测试系统,根据回声传输路径。AEC声学回声,电话的扬声器的声音(包括反射声),被麦克风拾取传送给远端,使远端说话人又听到自己的声音。浙江录播声学回声噪声

非线性的声学回声消除是一个很有挑战的研究方向。北京电视声学回声自抑制算法

    至于双讲恢复能力WebRTCAEC算法提供了{kAecNlpConservative,kAecNlpModerate,kAecNlpAggressive}3个模式,由低到高依次不同的抑制程度,远近端信号处理流程,NLMS自适应算法(上图中橙色部分)的运用旨在尽可能地消除信号d(n)中的线性部分回声,而残留的非线性回声信号会在非线性滤波(上图中紫色部分)部分中被消除,这两个模块是WebrtcAEC的模块。模块前后依赖,现实场景中远端信号x(n)由扬声器播放出来在被麦克风采集的过程中,同时包含了回声y(n)与近端信号x(n)的线性叠加和非线性叠加:需要消除线性回声的目的是为了增大近端信号X(ω)与滤波结果E(ω)之间的差异,计算相干性时差异就越大(近端信号接近1,而远端信号部分越接近0),更容易通过门限直接区分近端帧与远端帧。非线性滤波部分中只需要根据检测的帧类型,调节抑制系数,滤波消除回声即可。下面我们结合实例分析这套架构中的线性部分与非线性分。线性滤波线性回声y'(n)可以理解为是远端参考信号x(n)经过房间冲击响应之后的结果,线性滤波的本质也就是在估计一组滤波器使得y'(n)尽可能的等于x(n),通过统计滤波器组的比较大幅值位置index找到与之对齐远端信号帧,该帧数据会参与相干性计算等后续模块。

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