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什么是回声消除?

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什么是回声消除?

发布日期:2022-06-11 作者: 点击:

 回声消除是处理前端声学信号的重要方法。回声消除的应用场景和原理是怎么样的?

回声消除(AEC)介绍。

1.定义

所谓的回声是指通过麦克风收集设备本地扬声器播放的声音形成的声学信号。回声消除是指在保留本地用户语音的前提下,从麦克风收集的信号中消除这些回声的过程。因此,回声消除算法解决了设备扬声器与其自身麦克风之间的耦合现象。

2.使用场景。

实时音视频通信(RTC)和智能语音交互中断是目前Z常见的两种场景。

(1)RTC。

常见的应用场景包括在线会议系统、手机通话、蓝牙耳机通话、车载通话系统等。

(2)智能语音交互中断。

例如在语音交互设备播放内容时语音唤醒,或在与语音助手对话时用户打断语音助手。

3.意义

如果没有回声消除算法,在RTC场景中,远程演讲者的声音通过扬声器播放,然后通过近端的麦克风收集并传输回远端,导致远端演讲者听到自己的声音,这也是回声一词的由来。因此,在通信过程中,回声将大大降低信息传输的正确性和效率。

在智能语音交互场景中,如果回声消除算法不好,通过设备本身的麦克风收集交互设备对用户的响应语音,作为用户的指令识别,导致操作错误,甚至设备也会继续提问和回答。因此,回声消除算法对于语音交互系统的体验非常重要。

二、回声生成模型。

下图显示了回声生成模型。系统接收到的信号通常称为远程信号x,这也是扬声器准备播放的语音信号。信号首先通过系统路径(主要包括一些软件接口、软件缓冲区、硬件缓冲区、数字模式转换器和功率放大器等)。系统路径通常只会导致信号延迟,而不会改变信号的特性。

然后,电信号到达扬声器并转换为振动信号,通过声音传输被用户听到。在这个过程中,由于扬声器的特性,信号会发生变化。振动信号的一部分将直接传播到麦克风(直接耦合),而另一部分将通过房间墙壁和物体的反射传递到麦克风,这就是所谓的房间声学路径。通过扬声器转换和房间声学路径传递到麦克风的远程信号与原始远程信号不同。在这里,信号y通常被称为线性回声。麦克风采集了信号y、干净的声音s和噪声n。这种混合信号称为近端信号,用D表示。在这种模式下,回声消除算法的目标是通过远程信号x和近端信号d以某种方式得到y的估计,并将其从d中减去。远程信号x相当于向算法提供参考,因此也称为参考信号。

回声生成模型。

三、回声消除法。

根据回声的生成原理,回声消除的核心是估计扬声器对麦克风的声学影响响应,使用参考信号和估计滤波器接近麦克风接收到的回声信号,然后从混合信号中减去,保留近端语音信号。回声消除算法的一般结构如下图所示。

回声消除算法的主要模块由三个模块组成:延时估计、自适应滤波器、剩余回声估计和消除。

回声消除

其中,延迟估计模块的作用是检测系统路径和房间声学路径对远端信号的延迟,及时对齐远端信号和相应的近端信号。

自适应滤波器模块将扬声器特性和房间声学路径简化为线性系统,试图通过自适应滤波器找到线性系统的传输函数,通过系统将远程信号x转换为相应的y,然后从近端信号中减去。

在实际系统中,由于存在非线性划分和自适应滤波器本身的误差,仅靠自适应滤波器模块无法消除回声,总会有一些回声残留。因此,有必要估计和消除模块,以进一步处理剩余的回声。该模块通常为非线性处理。

而且在RTC场景中,还需要舒适的噪声生成模块,补充轻微的白噪声,使主观听觉更加舒适。

因此,回声一般可以分为线性回声和非线性回声,线性回声可以通过自适应滤波来处理,非线性回声可以通过残留回声来估计和消除。


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