广州商显声学回声环境噪声抑制算法

时间:2023年04月17日 来源:

    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。

     非线性声学回声产生的原因。广州商显声学回声环境噪声抑制算法

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    如果设置nlp_mode=kAecNlpAggressive,α大约会在30左右。如果当前帧为近端帧(即echo_state=false),假设第k个频带hNl(k)=,hNl(k)=hNl(k)^α=,即使滤波后的损失听感上几乎无感知。如图8(a),hNl经过α调制之后,幅值依然很接近。如果当前帧为远端帧(即echo_state=true),假设第k个频带hNl(k)=,hNl(k)=hNl(k)^α=,滤波后远端能量小到基本听不到了。如图8(b),hNl经过α调制之后,基本接近0。经过如上对比,为了保证经过调制之后近端期望信号失真小,远端回声可以被抑制到不可听,WebRTCAEC才在远近端帧状态判断的的模块中设置了如此严格的门限。另外,调整系数α过于严格的情况下会带来双讲的抑制,如图9第1行,近端说话人声音明显丢失,通过调整α后得以恢复,如第2行所示。因此如果在WebRTCAEC现有策略上优化α估计,可以缓解双讲抑制严重的问题。延时调整策略回声消除的效果与远近端数据延时强相关,调整不当会带来算法不可用的风险。在远近端数据进入线性部分之前,一定要保证延时在设计的滤波器阶数范围内,不然延时过大超出了线性滤波器估计的范围或调整过当导致远近端非因果都会造成无法收敛的回声。先科普两个问题:。1)为什么会存在延时?首先近端信号d。

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    n)为加混响的远端参考信号x(n)+近端语音信号s(n)。理论上NLMS在处理这种纯线性叠加的信号时,可以不用非线性部分出马,直接干掉远端回声信号。图7(a)行为近端信号d(n),第二列为远端参考信号x(n),线性部分输出结果,黄色框中为远端信号。WebRTCAEC中采用固定步长的NLMS算法收敛较慢,有些许回声残留。但是变步长的NLMS收敛较快,回声抑制相对好一些,如图7(b)。线性滤波器参数设置#defineFRAME_LEN80#definePART_LEN64enum{kExtendedNumPartitions=32};staticconstintkNormalNumPartitions=12;FRAME_LEN为每次传给音频3A模块的数据的长度,默认为80个采样点,由于WebRTCAEC采用了128点FFT,内部拼帧逻辑会取出PART_LEN=64个样本点与前一帧剩余数据连接成128点做FFT,剩余的16点遗留到下一次,因此实际每次处理PART_LEN个样本点(4ms数据)。默认滤波器阶数为kNormalNumPartitions=12个,能够覆盖的数据范围为kNormalNumPartitions*4ms=48ms,如果打开扩展滤波器模式(设置extended_filter_enabled为true),覆盖数据范围为kNormalNumPartitions*4ms=132ms。随着芯片处理能力的提升,默认会打开这个扩展滤波器模式,甚至扩展为更高的阶数。

   

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。非线性声学回声消除方面的资料非常少。

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    非线性声学回声消除的技术难点我从6个不同的维度比较了线性的和非线性这两种回声消除问题。首先个维度,系统传递函数。在线性系统里面,我们认为系统传递函数是一个缓慢时变的系统,我们可以通过自适应滤波的方式去逼近这个传递函数,来有效抑制回声。而在非线性系统里面,系统传递函数通常是快变、突变的,我们如果用线性的方法去逼近的话,会出现滤波器的更新速度,跟不上系统传递函数变化的速度,就会导致声学回声消除不理想。第二个维度是优化模型,在线性里面我们是有一套非常完备的线性优化模型,从目标函数的构建到系统优化问题的求解,整个脉络是很清晰的。而在非线性的系统里面,目前是缺少一种有效的模型来对它进行支撑的。接下来的四个维度对应4个问题,它们是线性回声消除领域普遍存在的4个难点问题。这些问题在非线性领域也同样存在。比如强混响问题,我们如果在一个小型会议室里开视频会议。那么声音会经过多次墙壁反射,带来很强的混响,混响的拖尾时间会很长。如果想抑制这样的强混响回声,就需要把线性滤波器的长度加长。这样会带来一个新的问题:按照Widrow的自适应滤波理论,滤波器的长度越长,其收敛速度越慢,同时权噪声越大。 非线性声学回声消除技术。浙江语音交互声学回声AEC算法

TWS耳机异音,底噪,回声测试难点。广州商显声学回声环境噪声抑制算法

    喇叭发声单元跟麦克接收单元之间,通常是需要做隔振处理的,如果没有隔振处理的话,那么在喇叭发声的过程中,他所产生的振动会通过物理方式传递到麦克接收端。对麦克接收到的声学信号进行调制,而这种振动本质上是一种随机的、非线性的振动,所以它必然会带来非线性失真。手机声学特性调研我们之前针对市面上主要的手机机型做过一次调研,主要调查声学特性。结果我们很惊讶地发现,市面上超过半数的手机机型,声学特性不够理想,对应这里面的“较差”和“极差”这两档。我们平时用手机开外音玩游戏,或者语音通话时,经常会出现漏回声问题和双讲剪切问题,就与手机声学特性不佳有直接联系。当然这组数据只是针对手机这种电子产品,市面上类似于手机这样的电子产品还有很多,它们应该也有类似的问题。这组数据告诉我们,非线性失真问题在我们生活中的电子产品里是一个普遍存在的问题,我相信对这个问题的研究将会是一个很有价值也很有意义的方向。 广州商显声学回声环境噪声抑制算法

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