江苏机器人唤醒声学回声抑制算法

    非线性声学回声消除技术,非线性的声学回声消除问题，在实际声学系统里面非常普遍也非常棘手，到目前为止还没有特别有效的办法来解决。目前介绍非线性声学回声消除的公开文献也少之又少。如何处理非线性声学回声消除的，效果又如何？将从非线性声学回声消除产生的原因、研究现状、技术难点出发，详细介绍双耦合的声学回声消除算法以及实验检验结果。我要讲的内容是《非线性声学回声消除技术》，之所以选择这样的方向，主要是基于两个方面的原因：非线性的声学回声消除问题是一个困扰了行业很多年的技术难题，这个问题在实际的声学系统里非常普遍，同时又很棘手，到目前为止，还没有特别有效的办法。我猜测大家应该会对这个课题感兴趣。还有另外一个原因，我之前做过一些技术的调研，在现有公开的文献资料里，介绍非线性声学回声消除方面的资料非常少，我想借这样一个机会，介绍一些我们团队在这个领域的进展，希望能够对大家后续的研究有一些帮助，同时也想跟各位专家做一下技术交流。我介绍的内容包括四个部分，个部分什么是非线性声学回声，它产生的原理、研究现状以及技术难点等问题；第二个部分重点介绍双耦合声学回声消除算法。

    声学回声是由于麦克风和扬声器的声学泄露耦合而成。江苏机器人唤醒声学回声抑制算法

    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。

     河北机器人唤醒声学回声通话我们把声学回声消除这个技术变成一张实体的插件（设备插卡），在系统中，为实现次回声过滤。

    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。

    什么是非线性声学回声？，什么是非线性的声学回声？这里我给出了一张图，的是声学回声的路径图，图的左边对应的是发射端，右边对应的是接收端。我们发出的信号首先要经过D/A变换，从数字域变换到模拟域，然后再经过功率放大器，放大之后驱动喇叭，这样就会发出声音。发出来的声音经过空气信道传播之后，到了接收端被麦克风采集到，然后再次经过功率放大器，再通过A/D变换，从模拟域又变回到数字域。那么这里的y[k]就是我们收到的回声信号。，我们接收到的回声y[k]到底是线性回声还是非线性回声呢？或者说我们应该怎么去判断它？我觉得要解决这个问题，就是要认识清楚这里面的每一个环节，看看它们到底是线性系统还是非线性系统，如果所有的环节都是线性的话，那么很自然y[k]就是一个线性的回声，否则只要有一个环节是非线性的，那么这个回声就是非线性回声。 便于大家对双耦合声学回声消除算法有一个定性的认识。

    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。

   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。天津电脑声学回声识别

介绍双耦合声学回声消除算法。江苏机器人唤醒声学回声抑制算法

    n)中的回声是扬声器播放远端参考x(n)，又被麦克风采集到的形成的，也就意味着在近端数据还未采集进来之前，远端数据缓冲区中已经躺着N帧x(n)了，这个天然的延时可以约等于音频信号从准备渲染到被麦克风采集到的时间，不同设备这个延时是不等的。苹果设备延时较小，基本在120ms左右，Android设备普遍在200ms左右，低端机型上会有300ms左右甚至以上。（2）远近端非因果为什么会导致回声？从（1）中可以认为，正常情况下当前帧近端信号为了找到与之对齐的远端信号，必须在远端缓冲区沿着写指针向前查找。如果此时设备采集丢数据，远端数据会迅速消耗，导致新来的近端帧在向前查找时，已经找不到与之对齐的远端参考帧了，会导致后续各模块工作异常。如图10(a)表示正常延时情况，(b)表示非因果。WebRTCAEC中的延时调整策略关键而且复杂，涉及到固定延时调整，大延时检测，以及线性滤波器延时估计。三者的关系如下：①固定延时调整只会发生在开始AEC算法开始处理之前，而且调整一次。如会议盒子等固定的硬件设备延时基本是固定的，可以通过直接减去固定的延时的方法缩小延时估计范围，使之快速来到滤波器覆盖的延时范围之内。下面结合代码来看看固定延时的调整过程。

    江苏机器人唤醒声学回声抑制算法

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