CN103871418B - 一种扩声***啸叫频点的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扩声***啸叫频点的检测方法及装置，该方法包括：将采集到的语音信号转换为频域信号；在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带；在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点。本发明提供的一种扩声***啸叫频点的检测方法及装置，通过对啸叫频点搜索范围的两次压缩处理，及根据啸叫频点存在范围对时域信号进行的采样抽取处理，能精确的自动定位出发生啸叫的频率点，本方法复杂度低，便于在硬件上实时实现，进而可以更加经济的实现扩声***的啸叫抑制。

Description

一种扩声***啸叫频点的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及一种扩声***啸叫频点的检测方法及装置。

背景技术

扩声***中，由于传声器与扬声器在同一声场中同时使用，扬声器的声音通过周围界面的反射被传声器接收经过功率放大器放大后，又经扬声器送出，从而形成了一个声学环路。当该环路的传递函数在某个频点的增益大于1且相位为2π的整数倍时，扩声***将变得不稳定即导致啸叫发生。啸叫是扩声***中一种很常见的声反馈现象，它限制了***扩声增益的提高，严重时甚至使***无法正常工作。传统的啸叫抑制方法有：改善房间声学环境、在扩声***中串联均衡器或者移频器等，这些方法不仅对***的音质损伤大、而且传声增益的提高较少。近年来，随着数字信号处理技术的迅速发展，又出现了一些新的啸叫抑制方法，如自适应回波抵消法，空间滤波法、陷波法等。其中被广泛应用的陷波法啸叫抑制算法具有声音失真小、传声增益提高大等优点。陷波法啸叫抑制算法中的关键技术是对啸叫频点的快速准确定位。为了达到较高的频率分辨率，准确的检测出啸叫频点，一般采用的方法有Chirp-z变换算法、MUSIC算法、小波分析和重构算法等，这些算法虽然都能达到较高的分辨率，但其共同的缺点就是算法复杂度较高，从而导致实现所需的硬件成本过高。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：传统的啸叫抑制方法不仅对***的音质损伤大、而且传声增益的提高较少。目前还有一些新的啸叫抑制方法，虽然都能达到较高的分辨率，但其算法复杂度较高，从而导致实现所需的硬件成本过高。

（二）技术方案

为此目的，本发明提出了一种扩声***啸叫频点的检测方法，包括以下步骤：

将采集到的语音信号转换为频域信号；

在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带；

在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点。

优选地，所述将采集到的语音信号转换为频域信号，具体包括：

将接收到的语音信号进行分帧处理；

将分帧后的所述语音信号进行加窗处理；

将加窗后的所述语音信号进行FFT转换得到频域信号。

优选地，所述在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带，具体包括：

根据语音能量的分布特性、***声学特性和啸叫频率时频特性在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带。

优选地，所述根据语音能量的分布特性、***声学特性和啸叫频率时频特性在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带，具体包括：

根据语音能量的分布特性缩小所述频域信号的带宽范围内低频部分的啸叫频率检测范围；

根据***声学特性缩小所述频域信号的带宽范围内高频部分的啸叫频率检测范围；

根据啸叫频率时频特性，在缩小后的带宽范围内对所述频域信号的幅值进行峰值统计，搜索出啸叫频点的子频带。

优选地，所述在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点，具体包括：

在所述存在啸叫频点的子频带范围对相应的时域信号进行采样；

将存在啸叫频点的子频带的频率范围压缩到原来的一半；

将采样抽取后的时域信号转换到所述压缩后的子频带的频域中；

在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点。

优选地，所述在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点，具体包括：

在所述压缩后的子频带的频域中搜索频率幅值的峰值点；

获取与所述峰值点对应的频点。

此外，本发明还提供了一种扩声***啸叫频点的检测装置，包括：

转换模块，用于将采集到的语音信号转换为频域信号；

搜索模块，用于在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带；

检测模块，用于在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点。

优选地，所述转换模块包括：

分帧单元，用于将接收到的语音信号进行分帧处理；

加窗单元，用于将分帧后的所述语音信号进行加窗处理；

FFT转换单元，用于将加窗后的所述语音信号进行FFT转换得到频域信号。

优选地，所述搜索模块包括：

第一搜索范围压缩单元，用于根据语音能量的分布特性缩小所述频域信号的带宽范围内低频部分的啸叫频率检测范围；

第二搜索范围压缩单元，用于根据***声学特性缩小所述频域信号的带宽范围内高频部分的啸叫频率检测范围；

搜索单元，用于根据啸叫频率时频特性，在缩小后的带宽范围内对所述频域信号的幅值进行峰值统计，搜索出啸叫频点的子频带。

优选地，所述检测模块包括：

采样单元，用于在所述存在啸叫频点的子频带范围对相应的时域信号进行采样；

子频带压缩单元，用于将存在啸叫频点的子频带的频率范围压缩到原来的一半；

DFT转换单元，用于将采样抽取后的时域信号转换到所述压缩后的子频带的频域中；

检测单元，用于在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点。

（三）有益效果

本发明提供了一种扩声***啸叫频点的检测方法及装置，通过对啸叫频点搜索范围的两次压缩处理，及根据啸叫频点存在范围对时域信号进行的采样抽取处理，在保证频率分辨率的前提下大大的降低了算法计算量。且本发明仅需通过两次傅里叶变换，在频域进行频点检测就可准确的定位出啸叫频率，这大大的降低了硬件的复杂度，便于经济的实现扩声***的啸叫抑制。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明一种扩声***啸叫频点的检测方法的流程图；

图2是本发明一种扩声***啸叫频点的检测方法的原理示意图；

图3是本发明一种扩声***啸叫频点的检测装置的模块图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

扩声***中的传声器与扬声器在同一声场中同时使用，扬声器的声音通过周围界面的反射被传声器接收，经过功率放大器放大后，又经扬声器送出，从而形成了一个声学环路，容易发生啸叫现象。

本发明实施例一提出了一种扩声***啸叫频点的检测方法，该方法具有分辨率高、计算量小、便于在硬件上经济实现的特点，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，将采集到的语音信号转换为频域信号；

步骤102，在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带；

步骤103，在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点。

优选地，所述将采集到的语音信号转换为频域信号，具体包括：

步骤201，将接收到的语音信号进行分帧处理；

步骤202，将分帧后的所述语音信号进行加窗处理；

步骤203，将加窗后的所述语音信号进行FFT转换得到频域信号。

优选地，所述在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带，具体包括：

根据语音能量的分布特性、***声学特性和啸叫频率时频特性在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带。

优选地，所述根据语音能量的分布特性、***声学特性和啸叫频率时频特性在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带，具体包括：

步骤301，根据语音能量的分布特性缩小所述频域信号的带宽范围内低频部分的啸叫频率检测范围；

步骤302，根据***声学特性缩小所述频域信号的带宽范围内高频部分的啸叫频率检测范围；

步骤303，根据啸叫频率时频特性，在缩小后的带宽范围内对所述频域信号的幅值进行峰值统计，搜索出啸叫频点的子频带。

本发明的实施方案的主要原理，如图2所示，包括两个部分：存在啸叫频点的子频带搜索和在所述存在啸叫频点的子频带内检测啸叫频点。本实施例中对传声器接收到的采样率为f_s=44100的时域信号进行分帧、加窗，考虑到算法计算量及频率分辨率等问题，本实施例选取每帧L=1024个采样点，或帧长24ms。为了使帧与帧之间平滑过渡，保持信号的连续性，本实施例采用了交叠分段的分帧方法，前一帧和后一帧之间的帧移选取为帧长度的50%，即相邻两帧之间有50%的采样点混叠。

本实施例选取汉明窗对分帧之后的数据进行加窗处理，之后利用快速傅里叶变换算法将时域信号变换到频域。

对变换后的频域信号进行带宽压缩处理。对频域的M个子带信号，根据快速傅里叶变换性质，仅需在前M/2+1个子带中进行啸叫频点搜索。考虑到语音能量的分布特性，对M/2+1个子带信号进行初步的带宽压缩处理，本实施例中去除了100Hz以下的子带信号。接着根据扩声***的声学特性，啸叫频点不可能出现在20KHz以上的子带信号内，因此本实施例对子带信号进行进一步的带宽压缩处理，去除了20KHz以上的子带信号，最终将M个子带信号压缩为M/2-N个子带信号。

根据啸叫频点的时频特性，在M/2-N个子带信号中对啸叫频点进行时频联合搜索。根据啸叫频点的频域特性：信号幅值在超出功放的线性放大区产生削波现象之前，在频域上的表现为一个没有谐波或谐波很少的单频信号。因此本实施例对M/2-N个子带信号先进行频率幅值的峰值搜索，如果子带信号同时满足下列条件，就做为可能存在啸叫频点的候选子带。

其中： 为子频带信号的幅值

根据啸叫频点的时域特性为：发生啸叫的信号在时域上表现为一个连续稳定的正弦信号。因此本实施例对候选的子带信号出现次数进行时域统计分析，当候选子带在帧与帧之间连续出现的次数满足下列条件时，就可判定为存在啸叫频点的子带。

其中：Q_m为设定的子带连续出现次数，D_ω(t-iP)为第i帧检测出的候选子带集合，P为帧与帧之间的时间间隔。

优选地，所述在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点，具体包括：

步骤401，在所述存在啸叫频点的子频带范围对相应的时域信号进行采样；

步骤402，将存在啸叫频点的子频带的频率范围压缩到原来的一半；

步骤403，将采样抽取后的时域信号转换到所述压缩后的子频带的频域中；

步骤404，在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点。

优选地，所述在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点，具体包括：

步骤501，在所述压缩后的子频带的频域中搜索频率幅值的峰值点；

步骤502，获取与所述峰值点对应的频点。

本发明实施列中，根据检测出的啸叫频点存在的子频带频率范围，对时域信号进行N倍的采样抽取处理。

其中：S为原始时域信号，为N倍采样抽取后的时域信号。

采样抽取后的时域信号在子频带的频率范围内满足采样定理的要求。

根据子带两边频带的幅值关系，对子带的频率范围进行进一步的压缩处理。对于长M的一帧信号，子带的频率宽度为D_f=f_s/M，其中存在啸叫频点的第H个子带的中心频率为f_h=(m-1)×f_s/H。若左右两个子带的能量大小关系为P_A(m+1)>P_A(m-1)，则啸叫频点的存在范围大于子带的中心频率，搜索频带可压缩为[f_h,f_h+D_f/2]；反之，若左右两个子带的能量大小关系为P_A(m-1)>P_A(m+1)，则啸叫频点的存在范围小于子带的中心频率，搜索频带可压缩为[f_h-D_f/2,f_h]。

根据离散傅里叶变换原理，将采样抽取后的时域信号变换到压缩后的子带频率范围内的频域。

其中：ω_k=2πf_k，A(ω_k,t)为ω_k频率的信号幅值，f_k可根据算法分辨率要求在压缩后的频带内自由选取，本实施例选取了1Hz的频率分辨率。

通过在压缩后的子频带的频域中搜索最大的A(ω_k,t)，其所对应的频率点就判定为啸叫频点。

本发明实施例二还提出了一种扩声***啸叫频点的检测装置，如图3所示，包括转换模块1、搜索模块2和检测模块3：

转换模块1，用于将采集到的语音信号转换为频域信号；

搜索模块2，用于在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带；

检测模块3，用于在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点。

优选地，所述转换模块1包括：

分帧单元，用于将接收到的语音信号进行分帧处理；

加窗单元，用于将分帧后的所述语音信号进行加窗处理；

FFT转换单元，用于将加窗后的所述语音信号进行FFT转换得到频域信号。

优选地，所述搜索模块2包括：

第一搜索范围压缩单元，用于根据语音能量的分布特性缩小所述频域信号的带宽范围内低频部分的啸叫频率检测范围；

第二搜索范围压缩单元，用于根据***声学特性缩小所述频域信号的带宽范围内高频部分的啸叫频率检测范围；

搜索单元，用于根据啸叫频率时频特性，在缩小后的带宽范围内对所述频域信号的幅值进行峰值统计，搜索出啸叫频点的子频带。

优选地，所述检测模块3包括：

采样单元，用于在所述存在啸叫频点的子频带范围对相应的时域信号进行采样；

子频带压缩单元，用于将存在啸叫频点的子频带的频率范围压缩到原来的一半；

DFT转换单元，用于将采样抽取后的时域信号转换到所述压缩后的子频带的频域中；

检测单元，用于在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点。

本发明提供了一种扩声***啸叫频点的检测方法及装置，通过对啸叫频点搜索范围的两次压缩处理，及根据啸叫频点存在范围对时域信号进行的采样抽取处理，在保证频率分辨率的前提下大大的降低了算法计算量。且本发明仅需通过两次傅里叶变换，在频域进行频点检测就可准确的定位出啸叫频率，这大大的降低了硬件的复杂度，便于经济的实现扩声***的啸叫抑制。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种扩声***啸叫频点的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将采集到的语音信号转换为频域信号；

在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带；

在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点；

所述在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点，具体包括：

在所述存在啸叫频点的子频带范围对相应的时域信号进行采样；

将存在啸叫频点的子频带的频率范围压缩到原来的一半；

将采样抽取后的时域信号转换到所述压缩后的子频带的频域中；

在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将采集到的语音信号转换为频域信号，具体包括：

将接收到的语音信号进行分帧处理；

将分帧后的所述语音信号进行加窗处理；

将加窗后的所述语音信号进行FFT转换得到频域信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带，具体包括：

根据语音能量的分布特性、***声学特性和啸叫频率时频特性在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据语音能量的分布特性、***声学特性和啸叫频率时频特性在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带，具体包括：

根据语音能量的分布特性缩小所述频域信号的带宽范围内低频部分的啸叫频率检测范围；

根据***声学特性缩小所述频域信号的带宽范围内高频部分的啸叫频率检测范围；

根据啸叫频率时频特性，在缩小后的带宽范围内对所述频域信号的幅值进行峰值统计，搜索出啸叫频点的子频带。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点，具体包括：

在所述压缩后的子频带的频域中搜索频率幅值的峰值点；

获取与所述峰值点对应的频点。

6.一种扩声***啸叫频点的检测装置，其特征在于，包括：

转换模块，用于将采集到的语音信号转换为频域信号；

搜索模块，用于在所述频域信号的带宽范围内搜索存在啸叫频点的子频带；

检测模块，用于在所述存在啸叫频点的子频带范围内检测啸叫频点；

所述检测模块包括：

采样单元，用于在所述存在啸叫频点的子频带范围对相应的时域信号进行采样；

子频带压缩单元，用于将存在啸叫频点的子频带的频率范围压缩到原来的一半；

DFT转换单元，用于将采样抽取后的时域信号转换到所述压缩后的子频带的频域中；

检测单元，用于在所述压缩后的子频带的频域中检测啸叫频点。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转换模块包括：

分帧单元，用于将接收到的语音信号进行分帧处理；

加窗单元，用于将分帧后的所述语音信号进行加窗处理；

FFT转换单元，用于将加窗后的所述语音信号进行FFT转换得到频域信号。

8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述搜索模块包括：

第一搜索范围压缩单元，用于根据语音能量的分布特性缩小所述频域信号的带宽范围内低频部分的啸叫频率检测范围；

第二搜索范围压缩单元，用于根据***声学特性缩小所述频域信号的带宽范围内高频部分的啸叫频率检测范围；

搜索单元，用于根据啸叫频率时频特性，在缩小后的带宽范围内对所述频域信号的幅值进行峰值统计，搜索出啸叫频点的子频带。