CN111681666B - 滤波器系数的备份方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种滤波器系数的备份方法、装置即计算机存储介质。方法包括如下步骤：计算自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的第一比值；其中，自适应残余回声信号是将近端输入信号减去自适应估计回声信号得到的，自适应估计回声信号是使用自适应滤波器对远端参考信号进行滤波后得到的；比较第一比值与第一阈值；若第一比值小于第一阈值，则比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性；若自适应滤波器的稳态性优于备份滤波器的稳态性，则将自适应滤波系数复制到备份滤波器作为备份滤波器的备份滤波系数。通过上述方式，本申请能够提高自适应滤波器的滤波系数的备份策略的准确度。

Description

滤波器系数的备份方法、装置及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及音频信号处理技术领域，特别是涉及一种滤波器系数的备份、滤波器系数的备份装置及计算机存储介质。
背景技术
目前，使用手机、电脑以及会议***等终端进行远程语音或视频已成为大众在生活、工作中的常规选择。
当人们使用开启免提电话或是视频会议终端进行视频会议时，由于近端的扬声器的外放远端传输过来的声音信号时，会导致扬声器播放的声音再次被麦克风采集到，从而产生声学回声。
相关技术中，通过自适应滤波器消除近端声音信号中的声学回声。但在双讲的情况下，自适应滤波器容易发散，导致传送到远端的声音信号质量差。
发明内容
本申请提供一种滤波器系数的备份、滤波器系数的备份装置及计算机存储介质，以解决现有技术中自适应滤波器发散导致通信质量差的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种滤波器系数的备份方法。该方法包括：计算自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的第一比值；其中，自适应残余回声信号是将近端输入信号减去自适应估计回声信号得到的，自适应估计回声信号是使用自适应滤波器对远端参考信号进行滤波后得到的；比较第一比值与第一阈值；若第一比值小于第一阈值，则比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性；若自适应滤波器的稳态性优于备份滤波器的稳态性，则将自适应滤波系数复制到备份滤波器作为备份滤波器的备份滤波系数。
为解决上述技术问题，本申请提供一种滤波器系数的备份装置。该装置包括通讯电路、处理器和存储器；处理器耦接存储器和通讯电路，在工作时执行指令，以配合存储器和通讯电路实现上述的滤波器系数的备份方法。
为解决上述技术问题，本申请提供一种计算机存储介质。计算机存储介质存储有计算机程序，计算机程序被执行以实现上述的滤波器系数的备份方法的步骤。
本申请通过将自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的第一比值与第一阈值比较，能够判断自适应滤波器是否发散，若第一比值小于第一阈值，可以确定自适应滤波器未发散。进一步地，比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性，在自适应滤波器的稳态性优于备份滤波器的稳态性时，将自适应滤波器的滤波系数拷贝到备份滤波器，如此能够保证备份的滤波系数的准确性，进而在自适应滤波器发散时，能够使用未发散的备份滤波器进行回声抵消，提高通信质量。
附图说明
图1是本申请提供的滤波器系数的备份方法第一实施例的流程示意图；
图2是本申请提供的比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性一实施方式的流程示意图；
图3是本申请提供的比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性另一实施方式的流程示意图；
图4是本申请提供的滤波器系数的备份方法第二实施例的流程示意图；
图5是本申请提供的滤波器系数的备份装置一实施例的结构示意图；
图6是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的做进一步详细描述。
请参阅图1，图1是本申请提供的滤波器系数的备份方法第一实施例的流程示意图。本实施例包括如下步骤：
S101：计算自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的第一比值。
具体地，对自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的比值取自然对数，得到第一比值。
其中，自适应残余回声信号是将近端输入信号减去自适应估计回声信号得到的。自适应估计回声信号是使用自适应滤波器对远端参考信号进行滤波后得到的。
本实施例中，近端输入信号是指近端麦克风采集到包括有用户语音、声学回声和环境噪声等的混合语声信号。远端参考信号是指近端接收到的远端语声信号，是产生声学回声的源信号。声学回声是指远端参考信号经过近端扬声器播放，经过不同路径的反射、或未经反射被近端麦克风拾取到的声音信号。
自适应滤波器通过自适应算法不断计算更新，以解算自适应滤波器的滤波系数，使其达到最优的滤波效果。自适应算法例如为最小均方算法、归一化最小均方算法、变步长归一化最小均方算法、仿射投影算法或最小二乘法等中的一种。
具体而言，自适应滤波器以当前帧的远端参考信号作为参考信号、以上一帧的自适应残余回声信号作为误差信号，使用自适应算法对初始自适应滤波系数进行更新调整，得到使自适应滤波器收敛的更新自适应滤波系数。使自适应滤波器收敛是指计算得到的更新自适应滤波系数，能够使当前帧的自适应残余回声信号满足条件。本实施例是使用更新自适应滤波系数对应的自适应滤波器对当前帧的远端参考信号计算得到的自适应估计回声信号。
自适应残余回声信号可以是指当前帧的自适应残余回声的平均功率，自适应估计回声信号可以是指当前帧的自适应回声的平均功率。
S102：比较第一比值是否小于第一阈值。
将第一比值与第一阈值进行比较，可以判断出当前自适应滤波器是否已经发散。
其中，第一阈值大于-21db且小于-15db。
若是，则执行S103；若否，则保持备份滤波器的备份滤波系数不变。
S103：比较自适应滤波器的稳态性是否优于备份滤波器的稳态性。
若是，则执行S104；若否，则保持备份滤波器的备份滤波系数不变。
第一比值小于第一阈值，说明当前的自适应滤波器尚未发散，仍然具有良好的收敛效果。则继续比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性，即比较二者之间哪一个滤波器的滤波性能更好，能够更好地进行回声抵消。
比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性的方法有多种，本实施例提供两种比较方法，在实际应用中，两种比较方法可以独立使用，也可以结合使用，本申请对此不作限制。
请参阅图2，图2是本申请提供的比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性一实施方式的流程示意图。本实施方式包括如下步骤：
S1031：计算备份残余回声信号与自适应残余回声信号的第二比值。
具体地，对备份残余回声信号与自适应残余回声信号比值取自然对数，得到第二比值。
其中，备份残余回声信号是将近端输入信号减去备份估计回声信号得到的，备份估计回声信号是使用备份滤波器对远端参考信号进行滤波后得到的。备份滤波器的备份滤波系数不进行自适应更新，在自适应滤波器收敛效果优于备份滤波器时，才会将自适应滤波器的自适应滤波系数作为备份滤波器的系数，否则备份滤波器的备份滤波系数保持当前的滤波系数。
计算备份残余回声信号与自适应残余回声信号的第二比值能够用于判断备份滤波器和自适应滤波器中哪一个对远端参考信号的过滤效果更好，使估计回声信号更接近于期望回声。
S1032：比较第二比值与第二阈值的大小。
比较第二比值与第二阈值的大小，若第二比值小于第二阈值，则执行S1033；若第二比值不小于第二阈值，则保持备份滤波器的备份滤波系数不变。
其中，第二阈值大于-15db且小于-9db。
S1033：确定自适应滤波器的稳态性优于备份滤波器的稳态性。
第二比值小于第二阈值，说明自适应滤波器较备份滤波器收敛效果更好，自适应滤波器更接近真实的回声路径。
请参阅图3，图3是本申请提供的比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性另一实施方式的流程示意图。本实施方式包括如下步骤：
S1034：计算自适应滤波器的自适应滤波系数的模值与备份滤波器的备份滤波系数的模值的第三比值。
具体地，对自适应滤波器的自适应滤波系数的模值与备份滤波器的备份滤波系数的模值的比值取自然对数，得到第三比值。
计算第三比值公式表示如下：
Figure BDA0002502611590000051
其中，t3表示第三比值，wa表示自适应滤波系数，||wa||2表示自适应滤波系数的模值，wb表示备份滤波系数，||wb||2表示备份滤波系数的模值。
S1035：比较第三比值与第三阈值的大小。
比较第三比值与第三阈值的大小，若第三比值小于第三阈值，则执行S1036；若第三比值不小于第三阈值，则保持备份滤波器的备份滤波系数不变。
其中，第三阈值大于0db且小于1db。
S1036：确定自适应滤波器的稳态性优于备份滤波器的稳态性。
自适应滤波系数的模值与备份滤波系数的模值小于第三阈值，说明自适应滤波系数相对稳定，相较于备份滤波系数未发生发散的情况，自适应滤波系数更加收敛，因此能够确定自适应滤波器的稳态性优于备份滤波器的稳态性。
当在二比值小于第二阈值或第三比值小于第三阈值时，可执行S104。
S104：将自适应滤波系数复制到备份滤波器作为备份滤波器的备份滤波系数。
确定自适应滤波器的稳态性优于备份滤波器的稳态性，也即确定自适应滤波器能更好地抵消远端估计回声后，将自适应滤波系数复制到备份滤波器作为备份滤波器的备份滤波系数，以保证备份滤波器的备份滤波系数是未经发散的且收敛效果最好。
本实施例中，在第一比值小于第一阈值、且第二比值小于第二阈值或第三比值小于第三阈值时，才将自适应滤波系数复制到备份滤波器作为备份滤波器的备份滤波系数，能够更加准确地判断对自适应滤波系数的备份时机，使得备份滤波系数更加精确、备份滤波器更接近回声的真实路径，进而能更好地抵消回声。
在确定复制自适应滤波系数到备份滤波器或不复制自适应滤波系数到备份滤波器之后，还需要将回声消除效果最好的残留回声信号输出到远端。请参阅图4，图4是本申请提供的滤波器系数的备份方法第二实施例的流程示意图。本实施例是基于滤波器系数的备份方法第一实施例，估相同的步骤在此不再赘述。本实施例包括如下步骤：
S201：计算自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的第一比值。
S202：比较第一比值是否小于第一阈值。
若是，则执行S203；若否，则保持备份滤波器的备份滤波系数不变，并执行S205。
S203：比较自适应滤波器的稳态性是否优于备份滤波器的稳态性。
若是，则执行S204；若否，则保持备份滤波器的备份滤波系数不变，执行S205。
S204：将自适应滤波系数复制到备份滤波器作为备份滤波器的备份滤波系数。
S205：使用备份滤波器计算备份残余回声。
备份残余回声的计算方式与S1031中相同，故在此不再赘述。
S206：将备份残余回声信号发送至远端。
在第一比值小于第一阈值、且第二比值小于第二阈值或第三比值小于第三阈值时，将自适应滤波器系数作为备份滤波器的滤波系数，重新计算备份残余回声信号，并将该备份残余回声信号作为回声消除后的信号输出到远端。而在第一比值不小于第一阈值、第二比值不小于第二阈值或第三比值不小于第三阈值时，备份滤波系数保持不变，直接将计算得到的备份残余回声信号作为回声消除后的信号输出到远端。如此能够更好地消除近端输入信号中的声学回声，保证输出到远端的备份残余回声信号质量更高，不会因自适应滤波器发散而导致通信质量下降。
上述滤波器系数的备份方法的实施例由滤波器系数的备份装置实现，因而本申请还提出滤波器系数的备份装置，请参阅图5，图5是本申请提供的滤波器系数的备份装置一实施例的结构示意图。本实施例滤波器系数的备份装置100可以包括相互连接的处理器101、存储器102 和通讯电路103，本实施例滤波器系数的备份装置100可实现上述滤波器系数的备份方法的实施例。其中，通讯电路103用于接收来自远端的远端参考信号，并将备残余回声传输至远端，存储器102用于远端参考信号、近端输入信号、自适应残余回声信号和备份残余回声信号等，处理器101用于计算自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的第一比值，并比较第一比值与第一阈值。当第一比值小于第一阈值时，继续比较自适应滤波器与备份滤波器的稳态性。当自适应滤波器的稳态性优于备份滤波器的稳态性时，则将自适应滤波系数复制到备份滤波器作为备份滤波器的备份滤波系数。
其中，处理器101可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器101还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
对于上述实施例的方法，其可以计算机程序的形式存在，因而本申请提出一种计算机存储介质，请参阅图6，图6是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。本实施例计算机存储介质200中存储有计算机程序201，其可被执行以实现上述实施例中的方法。
本实施例计算机存储介质200可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等可以存储程序指令的介质，或者也可以为存储有该程序指令的服务器，该服务器可将存储的程序指令发送给其他设备运行，或者也可以自运行该存储的程序指令。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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)或处理器(processor) 执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种滤波器系数的备份方法，其特征在于，所述备份方法包括：
计算自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的第一比值；其中，所述自适应残余回声信号是将近端输入信号减去所述自适应估计回声信号得到的，所述自适应估计回声信号是使用自适应滤波器对远端参考信号进行滤波后得到的；
比较所述第一比值与第一阈值；
若所述第一比值小于所述第一阈值，则比较所述自适应滤波器与备份滤波器的稳态性；
若所述自适应滤波器的稳态性优于所述备份滤波器的稳态性，则将所述自适应滤波系数复制到所述备份滤波器作为所述备份滤波器的备份滤波系数；
所述比较所述自适应滤波器与备份滤波器的稳态性，包括：
计算所述自适应滤波器的自适应滤波系数的模值与所述备份滤波器的备份滤波系数的模值的第三比值；
比较所述第三比值与第三阈值；
若所述第三比值小于所述第三阈值，则确定所述自适应滤波器的稳态性优于所述备份滤波器的稳态性。
2.根据权利要求1所述的备份方法，其特征在于，所述比较所述自适应滤波器与备份滤波器的稳态性，包括：
计算备份残余回声信号与所述自适应残余回声信号的第二比值；其中，所述备份残余回声信号是将所述近端输入信号减去备份估计回声信号得到的，所述备份估计回声信号是使用所述备份滤波器对所述远端参考信号进行滤波后得到的；
比较所述第二比值与第二阈值；
若所述第二比值小于所述第二阈值，则确定所述自适应滤波器的稳态性优于所述备份滤波器的稳态性。
3.根据权利要求1所述的备份方法，其特征在于，所述计算自适应残余回声信号与自适应估计回声信号的第一比值之前，包括：
使用自适应算法对初始自适应滤波系数进行更新，得到使所述自适应滤波器收敛的更新自适应滤波系数；
将所述更新自适应滤波系数作为所述自适应滤波器的自适应滤波系数。
4.根据权利要求3所述的备份方法，其特征在于，所述自适应算法为最小均方算法、归一化最小均方算法、变步长归一化最小均方算法、仿射投影算法和最小二乘法中的一种。
5.根据权利要求1所述的备份方法，其特征在于，所述将所述自适应滤波系数复制到所述备份滤波器作为所述备份滤波器的备份滤波系数之后，还包括：
使用所述备份滤波器计算备份残余回声；
将所述备份残余回声信号发送至远端。
6.根据权利要求1所述的备份方法，其特征在于，所述备份方法还包括：
若所述第一比值不小于所述第一阈值，或所述自适应滤波器的稳态性不优于所述备份滤波器的稳态性，则保持所述备份滤波系数不变。
7.根据权利要求1所述的备份方法，其特征在于，所述备份方法还包括：
若所述第一比值不小于所述第一阈值，所述自适应滤波器的稳态性不优于所述备份滤波器的稳态性，则将备份残余回声信号发送至远端；其中，所述备份残余回声信号是将所述近端输入信号减去备份估计回声信号得到的，所述备份估计回声信号是使用所述备份滤波器对所述远端参考信号进行滤波后得到的。
8.根据权利要求2所述的备份方法，其特征在于，所述第一阈值大于-21db且小于-15db，所述第二阈值大于-15db且小于-9db，所述第三阈值大于0db且小于1db。
9.一种滤波器系数的备份装置，其特征在于，所述装置包括通讯电路、处理器和存储器；所述处理器耦接所述存储器和所述通讯电路，在工作时执行指令，以配合所述存储器和所述通讯电路实现如权利要求1至8任一项所述的滤波器系数的备份方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行以实现如权利要求1至8中任一项所述的滤波器系数的备份方法的步骤。
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基于DSP的回声抵消器的设计与实现;胡秀芳等;《广东工业大学学报》;20020325(第01期);全文 *

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