一种智能音箱中的快速回声消除方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111312269A(43)申请公布日2020.06.19(21)申请号201911280021.2(22)申请日2019.12.13(71)申请人辽宁工业大学地址121001辽宁省锦州市古塔区士英街169号(72)发明人王冬霞张伟周城旭(74)专利代理机构北京远大卓悦知识产权代理事务所(普通合伙)11369代理人周婷(51)Int.Cl.G10L21/0208(2013.01)G10L21/0216(2013.01)H04R3/04(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图7页(54)发明名称一种智能音箱中的快速回声消除方法(57)摘要本发明公开了一种智能音箱中的快速回声消除方法，包括：步骤一、建立包含语音信号、回声信号、背景噪声和麦克风接受信号的声学函数模型；步骤二、得到每个麦克风的声学传递函数模型；步骤三、得到固定波束形成器的上支路语音参考信号；步骤四、计算第一通道回声信号；步骤五、根据麦克风阵列空间结构，计算第一秒回声信号的相对回声传递函数，得到麦克风阵列的其他通道的回声信号；步骤六、由固定波束形成得到的语音参考信号和自适应波束形成噪声参考信号之间的最小均方误差值来构建代价函数对波束形成器系数进行更新迭代，得到消除回声信号和背景噪声的音箱声学函数模型，本发明结合自适应波束形成算法进行回声消除，不需要进行残留回声估计，在很好的抑制回声的同时，也能保证目标语音信号较小的失真。CN111312269ACN111312269A权利要求书1/3页1.一种智能音箱中的快速回声消除方法，其特征在于，包括：步骤一、利用音箱的扬声器播放声波信号，并利用多个全向麦克风组成的均匀线性阵列采集扬声器发出的信号，建立包含语音信号、回声信号、背景噪声和麦克风接收信号的声学函数模型；步骤二、根据麦克风的阵列结构，并结合所述声学函数模型改写每个麦克风的声学传递函数模型，并进行分帧处理和短时傅里叶变换；步骤三、计算固定波束形成器，对每个麦克风的声学传递函数模型进行初级降噪，得到上支路语音参考信号；步骤四、计算第一通道的回声信号，利用最小均方误差作为代价函数，使用梯度下降自适应算法进行更新；步骤五、根据麦克风阵列空间结构，计算第一秒回声信号的相对回声传递函数，得到麦克风阵列的其他通道的回声信号，当做自适应波束形成噪声参考信号；步骤六、由所述固定波束形成得到的语音参考信号和自适应波束形成噪声参考信号之间的最小均方误差值来构建代价函数，使用归一化最小均方算法对波束形成器系数进行更新迭代，得到消除回声信号和背景噪声的音箱声学函数模型。2.根据权利要求1所述的智能音箱中的快速回声消除方法，其特征在于，所述声学函数模型为：Yn(l,k)＝Dn(l,k)+Sn(l,k)+Vn(l,k)；其中，Dn(l,k)表示回声信号，ΤΤhn(l,k)＝[Hn(0,k),…,Hn(B-1,k)]，x(l,k)＝[X(l,k),…,X(l-B+1,k)]，上脚标ΤH(·)和(·)表示转置和共轭转置，hn(l,k)是扬声器和麦克风之间的第n个声学回声传递函数AETF向量，B为hn(l,k)的长度，X(l,k)是扬声器播放的信号；Sn(l,k)表示语音信号，Vn(l,k)表示背景噪声，l表示帧索引，k表示频域带索引，n表示麦克风索引，n∈{1,…,N}，N表示麦克风个数。3.根据权利要求2所述的智能音箱中的快速回声消除方法，其特征在于，所述相对回声传递函数为：其中，hn(l,k)是扬声器和麦克风之间的第n个声学回声传递函数AETF向量。4.根据权利要求3所述的智能音箱中的快速回声消除方法，其特征在于，所述每个麦克风的声学传递函数模型为：Yn(l,k)＝Rn(l,k)D1(l,k)+Vn(l,k)+Cn(l,k)S1(l,k)；其中，Yn(l,k)为第n个麦克风的声学传递函数模型，Cn(l,k)为每通道目标语音信号的相对传递函数，D1(l,k)为第一通道的回声信号，S1(l,k)为第一通道的语音信号。5.根据权利要求1所述的智能音箱中的快速回声消除方法，其特征在于，所述上支路语音参考信号为：HYFBF(l,k)＝w(l,k)y(l,k)；Τ其中，y(l,k)＝{Y1(l,k),…,YN(l,k)}是麦克风阵列接收信号，YFBF(l,k)为上支路语2CN111312269A权利要求书2/3页音参考信号；w(l,k)＝c(l,k)(cH(l,k)c(l,k))-1；Τ其中，c(l,k)＝[1,C2(l,k),…,CN(l,k)]，w(l,k)表示固定波束形成器权系数，w(l,k)Τ＝[W1(l,k),…,WN(l,k)]，WN(l,k)表示固定波束形成器的每通道权系数。6.根据权利要求5所述的智能音箱中的快速回