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CN118486317A - 一种非线性回声抑制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

一种非线性回声抑制方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN118486317A
CN118486317A CN202310115113.5A CN202310115113A CN118486317A CN 118486317 A CN118486317 A CN 118486317A CN 202310115113 A CN202310115113 A CN 202310115113A CN 118486317 A CN118486317 A CN 118486317A
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CN
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nonlinear
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echo
suppression
Prior art date
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Application number
CN202310115113.5A
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程子胜
黄荣均
肖全之
刘帅
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Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种非线性回声抑制方法、装置、电子设备及存储介质，该非线性回声抑制方法包括：计算当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的相关性，得到当前帧相关系数；计算当前帧远端信号的能量，并基于能量确定当前帧非线性失真度因子；根据当前帧相关系数与当前帧非线性失真度因子计算得到当前帧非线性回声抑制系数；根据当前帧非线性回声抑制系数对当前帧残差信号进行非线性回声抑制，得到当前帧回声消除信号。基于非线性回声的来源动态调节非线性回声抑制系数，从而保证有效的语音信号不被损伤，并且提高非线性回声抑制效果，提高语音通话质量。

Description

一种非线性回声抑制方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及语音信号处理技术领域，具体涉及一种非线性回声抑制方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着移动互联网技术的不断发展，各种各样的智能产品涌现，语音通话已成为人们日常交流沟通时的重要方式。在空旷的环境中(如大型会议室)进行语音通话时通常会产生较强的回声，包括线性回声与非线性回声，扬声器播放出来的声音信号经墙面等遮挡物反射回麦克风产生线性回声信号，声音信号在发声设备的腔体中经过多次共振反射产生非线性回声信号。线性回声信号易于抑制，由于扬声器发出的声音信号在房间中反射传递是线性的，因此通过自适应滤波器估计其对应的线性系统的传递函数即可得到线性回声信号，从语音信号中减去该估计的线性回声信号即可抑制线性回声；而非线性系统的传递函数难以通过自适应滤波器逼近，因此非线性回声难以抑制，特别是在双讲情况下，不但要抑制回声，还要保证有效的语音信号不被损伤，更增加了回声抑制的难度。
现有技术中存在的一种方案为：基于包含非线性回声的近端信号确定非线性回声抑制系数，从而对非线性回声进行抑制。具体而言，计算近端信号与远端信号的相关系数、近端信号与线性回声信号的相关系数、近端信号与残差信号的相关系数，并基于这三个相关系数确定非线性回声抑制系数，从而根据该非线性回声抑制系数对非线性回声进行抑制。该方法基于包含非线性回声的近端信号来估计非线性回声抑制系数，也就是以回声产生后的近端信号为研究对象，估计近端信号自身包含的非线性回声的大小，因此，估计的非线性回声的大小不准确。而估计的非线性回声大小直接影响到最终回声消除的效果，当非线性回声估计不足时，进行回声消除处理后可能还会有残留回声，当非线性回声估计太过时，双讲时会损伤近端的有效语音信号，因此，这种方式的回声消除效果较差。
现有技术中存在的另一种方案为：基于自适应滤波器的收敛状态进行回声抑制，当自适应滤波器未收敛时，认为回声消除不干净，对滤波后的信号进行强制压制，以抑制回声。这种方式的弊端在于，双讲时自适应滤波器可能会发散，而强制压制会损伤有效语音信号，降低通话质量，影响用户使用体验。
因此，如何在语音通话时抑制非线性回声，并保证有效的语音信号不被损伤成为亟待解决的技术问题。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种非线性回声抑制方法、装置、电子设备及存储介质，以抑制语音通话中的非线性回声，并保证有效的语音信号不被损伤。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本实施例公开了一种非线性回声抑制方法，包括：
步骤S100，计算当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的相关性，得到当前帧相关系数；
步骤S200，计算当前帧远端信号的能量，并基于能量确定当前帧非线性失真度因子，其中，当前帧非线性失真度因子表征当前帧近端信号非线性失真程度，当前帧远端信号的能量越大，当前帧非线性失真度因子越大；
步骤S300，根据当前帧相关系数与当前帧非线性失真度因子计算得到当前帧非线性回声抑制系数，其中，当前帧非线性回声抑制系数分别与当前帧相关系数、当前帧非线性失真度因子负相关；
步骤S400，根据当前帧非线性回声抑制系数对当前帧残差信号进行非线性回声抑制，得到当前帧回声消除信号，其中，当前帧残差信号是当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的差值。
优选地，当前帧非线性失真度因子的计算公式如下：
G0＝logistic((Refsneg-Pgama)*Pbeta)；
其中，logistic表示logistic函数；Refsneg表示当前帧远端信号的能量；Pgama表示第一参数，用于调整logistic函数的映射中心；Pbeta表示第二参数，用于调整logistic函数在映射过程中的快慢程度。
优选地，当前帧非线性回声抑制系数的计算公式如下：
其中，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数，Cohen(n)表示当前帧相关系数，Gfix表示固定衰减因子，G0表示当前帧非线性失真度因子。
优选地，当前帧回声消除信号的计算公式如下：
y0(n)＝e(n)*Gfinal；
其中，y0(n)表示当前帧回声消除信号，e(n)表示当前帧残差信号，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数。
优选地，该方法还包括：
步骤S500，根据当前帧回声消除信号与当前帧残差信号计算当前帧抑制失调度，其中，当前帧抑制失调度表征当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的差异度；
步骤S600，将当前帧抑制失调度与预设阈值进行比较，得到比较结果；
步骤S700，基于比较结果更新当前帧非线性回声抑制系数；
步骤S800，根据更新后的当前帧非线性回声抑制系数对当前帧回声消除信号进行更新。
优选地，当前帧抑制失调度为预置频率范围内当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的比值，其中，预置频率范围为人声频率范围。
优选地，当前帧抑制失调度的计算公式如下：
其中，y(n)Mpart表示当前帧回声消除信号在预置频率范围内的数据均值，e(n)Mpart表示当前帧残差信号在预置频率范围内的数据均值。
优选地，步骤S800包括：
步骤S710，当比较结果为当前帧抑制失调度大于预设阈值时，保持当前帧非线性回声抑制系数不变；
步骤S720，当比较结果为当前帧抑制失调度小于预设阈值时，将当前帧非线性回声抑制系数置为0。
第二方面，本实施例公开了一种非线性回声抑制装置，包括：
相关性计算模块100，用于计算当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的相关性，得到当前帧相关系数；
失真度计算模块200，用于计算当前帧远端信号的能量，并基于能量确定当前帧非线性失真度因子，其中，当前帧非线性失真度因子表征当前帧近端信号非线性失真程度，当前帧远端信号的能量越大，当前帧非线性失真度因子越大；
抑制系数计算模块300，用于根据当前帧相关系数与当前帧非线性失真度因子计算得到当前帧非线性回声抑制系数，其中，当前帧非线性回声抑制系数分别与当前帧相关系数、当前帧非线性失真度因子负相关；
回声消除模块400，用于根据当前帧非线性回声抑制系数对当前帧残差信号进行非线性回声抑制，得到当前帧回声消除信号，其中，当前帧残差信号是当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的差值。
优选地，当前帧非线性失真度因子的计算公式如下：
G0＝logistic((Refsneg-Pgama)*Pbeta)；
其中，logistic表示logistic函数；Refsneg表示当前帧远端信号的能量；Pgama表示第一参数，用于调整logistic函数的映射中心；Pbeta表示第二参数，用于调整logistic函数在映射过程中的快慢程度。
优选地，当前帧非线性回声抑制系数的计算公式如下：
其中，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数，Cohen(n)表示当前帧相关系数，Gfix表示固定衰减因子，G0表示当前帧非线性失真度因子。
优选地，当前帧回声消除信号的计算公式如下：
y0(n)＝e(n)*Gfinal；
其中，y0(n)表示当前帧回声消除信号，e(n)表示当前帧残差信号，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数。
优选地，抑制系数计算模块300还用于根据当前帧回声消除信号与当前帧残差信号计算当前帧抑制失调度，其中，当前帧抑制失调度表征当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的差异度；将当前帧抑制失调度与预设阈值进行比较，得到比较结果；基于比较结果更新当前帧非线性回声抑制系数；
回声消除模块400还用于根据更新后的当前帧非线性回声抑制系数对当前帧回声消除信号进行更新。
优选地，当前帧抑制失调度为预置频率范围内当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的比值，其中，预置频率范围为人声频率范围。
优选地，当前帧抑制失调度的计算公式如下：
其中，y(n)Mpart表示当前帧回声消除信号在预置频率范围内的数据均值，e(n)Mpart表示当前帧残差信号在预置频率范围内的数据均值。
第三方面，本实施例公开了一种电子设备，包括：
处理器，用于实现如第一方面公开的非线性回声抑制方法。
第四方面，本实施例公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，存储介质中存储的计算机程序用于被执行实现如第一方面公开的非线性回声抑制方法。
第五方面，本实施例公开了一种电子设备的芯片，其上具有集成电路，该集成电路被设计成用于实现如第一方面公开的非线性回声抑制方法。
第六方面，本实施例公开了一种非线性回声抑制系统，包括：第一设备和第二设备；
第一设备和第二设备之间采用如第一方面公开的非线性回声抑制方法进行音频信号交互。
依据本发明实施例公开的一种非线性回声抑制方法、装置、电子设备及存储介质，计算近端信号与线性回声信号的相关系数，从而确定近端信号中线性回声与非线性回声的大小，近端信号与线性回声信号的相关系数越大，近端信号中线性回声与非线性回声越大；语音信号能量较大也就是语音信号音量较大，喇叭通过振动发声，喇叭播放大音量的语音信号时，喇叭的振动幅度较大，引起非线性失真，即语音信号能量的大小与非线性失真度相关，因此根据远端信号能量的变化即可确定潜在的非线性失真度；而后，根据非线性失真度计算得到非线性回声抑制系数，也就是说，根据非线性失真的来源动态调整非线性回声抑制系数，从而使得非线性回声抑制系数基于语音信号的失真程度动态变化；根据非线性回声抑制系数进行回声抑制。
近端信号与线性回声信号的相关系数表征近端信号中线性回声的大小，相关系数越大，近端信号中线性回声越大，相关系数越小，近端信号中线性回声越小。线性回声信号能够估计获得，而非线性回声通常无法估计，但申请人研究发现非线性回声信号通常和线性回声信号同频或者频率相近，因此通过计算线性回声信号与近端信号的相关性可以大致估算近端信号中非线性回声的大小。
语音信号的能量随时间变化，也就是每一帧信号的能量随时间变化，因此当前帧远端信号的能量是当前帧远端信号的一个特征。基于远端信号的能量变化确定语音信号非线性失真的程度，从而调整非线性回声抑制系数，也就是说，当远端信号的能量较小时，近端信号非线性失真程度较小，调整非线性回声抑制系数使得回声抑制程度较弱，从而保证有效的语音信号不被损伤，保证通话质量；当远端信号的能量较大时，近端信号非线性失真程度较大，调整非线性回声抑制系数使得回声抑制程度较强，从而有效抑制非线性回声。
综上所述，本申请通过计算近端信号与线性回声信号的相关性确定近端信号中回声的大小，并基于远端信号的能量确定近端信号非线性失真度，从而估计近端信号中非线性回声的大小，确定非线性回声抑制程度；也就是以回声产生后的近端信号及回声的来源(远端信号)为研究对象，估计近端信号中非线性回声的大小，提高对非线性回声大小估计的准确度，从而提高非线性回声抑制效果。
本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
以下将参照附图对本发明实施例进行描述。图中：
图1为本实施例公开的一种语音通话示例性场景示意图；
图2为本实施例公开的一种非线性回声抑制方法的流程示意图；
图3为本实施例公开的一种应用该非线性回声抑制方法的系统示意图；
图4为本实施例公开的一种非线性回声抑制装置结构示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
为了在语音通话时抑制非线性回声，并保证有效的语音信号不被损伤，本实施例公开了一种非线性回声抑制方法，请参考图1，为本实施例公开的一种语音通话示例性场景示意图，在语音通话过程中，包括通话双方，第一方使用第一设备与第二方进行通话，第二方使用第二设备与第一方进行通话。对于第一方而言，第一设备为近端设备，第二设备为远端设备；对于第二方而言，第一设备为远端设备，第二设备为近端设备。远端设备传送给近端设备的语音信号为远端信号，近端设备的麦克风采集到的信号为近端信号，远端信号通过近端设备的扬声器播放后，近端设备的麦克风采集到的近端信号中将包括近端设备使用者的语音信号与远端信号的回声信号，远端信号的回声信号包括线性回声信号与非线性回声信号。
请参考图2，为本实施例公开的一种非线性回声抑制方法的流程示意图，该非线性回声抑制方法包括步骤S100、S200、S300及S400，其中：
步骤S100，计算当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的相关性，得到当前帧相关系数。在具体实施例中，对远端信号与近端信号进行分帧加窗后，通过傅里叶变换将每一帧远端信号与近端信号从时域表示转换为频域表示。近端设备在接收到远端设备发送的音频信号后，需经过解码等处理流程后再播放从而产生延迟，此外，近端设备的扬声器播放音频后经过多次反射传递到近端设备的麦克风产生另一时间延迟，并且，近端设备接收到语音信号后需进行采样、信号增强等处理，产生时间延迟。不同设备、不同环境下存在的时延皆不同，因此，需要对远端信号与近端信号进行时延对齐，对齐后的近端信号中的回声就是对应的远端信号的回声，对齐后的远端信号经自适应滤波器处理后即可得到估计的线性回声信号。
需要说明的是，对当前帧近端信号与当前帧线性回声信号进行相关性计算，得到当前帧一组值为0-1之间的相关系数，相关系数越大，回声越大，其中，相关系数的个数为经验值，与自适应滤波器的长度相关。本实施例中，相关性计算方法不限。
步骤S200，计算当前帧远端信号的能量，并基于能量确定当前帧非线性失真度因子。本实施例中，当前帧非线性失真度因子表征当前帧近端信号非线性失真程度，当前帧远端信号的能量越大，当前帧非线性失真度因子越大。
在具体实施例中，当前帧远端信号的能量为当前帧远端信号的平均能量。语音信号能量的大小与非线性失真度相关联，扬声器的线性范围是振膜的最大线性位移，在扬声器工作时，若振膜的位移超过线性范围，则将会产生非线性失真，放音失真增大，而振膜位移程度与声音大小有关，也即振膜位移程度与语音信号能量大小相关，因此基于远端信号的能量确定表征非线性失真度的非线性失真度因子，该非线性失真度因子大小表征非线性失真度大小。
在可选的实施例中，对每一帧远端信号的能量进行平滑处理，使得远端信号的能量平滑过渡，从而消除环境中的短暂干扰，保证系统稳定性。
需要说明的是，步骤S200可以在步骤S100之前执行，也可以在步骤S100之后执行，本实施例不作限定。
步骤S300，根据当前帧相关系数与当前帧非线性失真度因子计算得到当前帧非线性回声抑制系数。本实施例中，当前帧非线性回声抑制系数分别与当前帧相关系数、当前帧非线性失真度因子负相关。
在具体实施例中，回声越大，近端信号与线性回声信号的相关性越大，需要减小非线性回声抑制系数以对残差信号进行强抑制，因此相关系数与非线性回声抑制系数负相关；回声越大，非线性失真度因子越大，非线性回声抑制系数越小，对残差信号中非线性回声的抑制程度越强，因此非线性失真度因子与非线性回声抑制系数负相关。
在现有技术中，计算远端信号、近端信号、线性回声信号及残差信号之间的相关性，从而估计非线性回声，估计的非线性回声大小直接影响到最终回声消除的结果，当非线性回声估计不足时，进行回声消除处理后可能还会有残留回声；当非线性回声估计太过时，双讲时会损伤近端的有效语音信号。本实施例中，除了相关系数，还基于表征非线性失真度的非线性失真度因子计算非线性回声抑制系数，基于非线性回声的来源调节非线性回声抑制系数，使得非线性回声抑制系数与非线性回声相匹配，动态调节非线性回声抑制程度，提高回声抑制效果的同时避免损伤有效语音信号。
步骤S400，根据当前帧非线性回声抑制系数对当前帧残差信号进行非线性回声抑制，得到当前帧回声消除信号。本实施例中，当前帧残差信号是对当前帧近端信号进行线性回声抑制后的语音信号，也就是说，从当前帧近端信号中减去当前帧线性回声信号后得到的信号即为当前帧残差信号，当前帧残差信号中包括当前帧非线性回声信号，使用当前帧非线性回声抑制系数对当前帧残差信号进行非线性回声抑制，也就是当前帧各频点的残差信号乘以该频点对应的抑制系数，从而对各个频点的信号进行针对性的抑制，在回声大的频点抑制程度强，在回声小的频点抑制程度弱。
需要说明的是，在具体实施过程中，对每一帧语音信号均按该非线性回声抑制方法进行处理。
本发明实施例公开的非线性回声抑制方法，由于非线性失真通常是由于喇叭选型或者腔体设计时存在缺陷，导致大音量情况下，声音经过多次共振反射产生失真或者超出喇叭的线性范围，因此从引起非线性失真的因素触发，通过跟踪远端信号音量变化，将这种变化转化为一个表征非线性失真度的因子，也就是通过远端信号的能量大小表征回声非线性失真程度，并将该非线性失真度应用于非线性回声抑制系数中，使得非线性回声抑制系数基于远端信号的能量动态变化，从而实现动态调整对非线性回声的抑制程度，从而保证有效语音信号不被损伤的同时提高非线性回声的抑制效果，提高语音通话质量。
为了实现基于非线性失真的来源确定非线性失真度，以便后续非线性回声消除，在可选的实施例中，在步骤S100之前还包括：步骤S010，构建远端信号的能量与非线性失真度因子的逻辑归回分析模型；
在步骤S200中，计算当前帧远端信号的能量，根据逻辑归回分析模型，计算得到当前帧非线性失真度因子。
在具体实施例中，远端信号的能量越大，非线性失真的程度越大，而远端信号的能量与非线性失真的程度之间的关系是非线性的，为了确定远端信号的能量与非线性失真的程度之间的关系，使用回归分析的方法构建远端信号的能量与非线性失真度因子之间的逻辑归回分析模型，从而实现根据远端信号的能量预测非线性失真度。
本实施例中，逻辑回归分析计算结果为概率值，便于表征回声非线性失真程度，采用逻辑回归分析的方法确定远端信号的能量与非线性失真度因子之间的映射关系，从而预测不同远端信号的能量下，非线性失真度的大小，以便后续根据非线性失真程度调节非线性回声抑制程度。
为了保证该非线性回声抑制方法在不同场景下的回声抑制效果，在可选的实施例中，使用如下计算公式计算当前帧非线性失真度因子：
G0＝logistic((Refsneg-Pgama)*Pbeta)；
其中，logistic表示logistic函数；Refsneg表示当前帧远端信号的能量；Pgama表示第一参数，用于调整logistic函数的映射中心；Pbeta表示第二参数，用于调整logistic函数在映射过程中的快慢程度。
本实施例中，logistic函数是一个S型函数，logistic函数的映射中心即该S型函数的中心点，第二参数用于调整logistic函数在映射过程中的快慢程度，即第二参数用于调整该S型函数的梯度，音响选型与音量大小都会影响S型函数曲线的中心位置及S型函数的梯度。
本实施例中，采用逻辑回归分析的方法构建远端信号的能量与非线性失真程度之间的逻辑回归模型，从而实现基于远端信号的能量计算表征非线性失真程度的非线性失真度因子，也就是说基于非线性回声的来源估计近端信号非线性失真的程度，从而使得后续回声消除时以非线性回声的来源为依据，达到更好的回声消除效果；不同的音响、不同的音量会导致S型函数曲线范围左右移动，通过第一参数调整logistic函数的映射中心，从而根据需求确定logistic函数的映射中心，兼容不同的音响、不同的使用场景。
为了基于非线性失真度确定非线性回声抑制程度，在可选的实施例中，使用如下计算公式计算当前帧非线性回声抑制系数：
其中，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数，Cohen(n)表示当前帧相关系数，Gfix表示固定衰减因子，G0表示当前帧非线性失真度因子。
本实施例中，固定衰减因子为一预设值，表征不同频点对回声抑制的重要性，通过设置固定衰减因子的值来调节各个频点回声抑制程度大小，例如，回声的频率通常在第一频率，也就是说第一频率中较易产生回声，包含的回声较多，设置该频率对应的固定衰减因子为一个较大的值，从而减小非线性回声抑制系数，以增强对该频率的残差信号的抑制程度。固定衰减因子是一经验值，具体数值在此不作限定。
在具体实施例中，相关系数与非线性回声抑制系数负相关，也即回声越大，近端信号与线性回声信号的相关性越大，需要减小非线性回声抑制系数以对残差信号进行强抑制，回声越小，近端信号与线性回声信号的相关性越小，需要增大非线性回声抑制系数以对残差信号进行弱抑制，因此以1-Cohen(n)为底数计算非线性回声抑制系数；非线性失真度因子与非线性回声抑制系数负相关，以非线性失真度因子G0为指数，也即回声越大，非线性失真度因子越大，非线性回声抑制系数越小，对残差信号中非线性回声的抑制程度越强，回声越小，非线性失真度因子越小，非线性回声抑制系数越大，对残差信号中非线性回声的抑制程度越弱。
本实施例中，通过表征回声非线性失真的非线性失真度因子调节非线性回声抑制系数，也就是说，基于非线性失真度程度调节非线性回声抑制程度，从而计算合适的非线性回声抑制系数，以便提高回声消除的效果；固定衰减因子表征不同频点对回声抑制的重要性，使用固定衰减因子进一步地提高非线性回声抑制系数的准确度，从而提高后续回声消除效果。
为了消除非线性回声，在可选的实施例中，当前帧回声消除信号的计算公式如下：
y0(n)＝e(n)*Gfinal；
其中，y0(n)表示当前帧回声消除信号，e(n)表示当前帧残差信号，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数。
本实施例中，当前帧残差信号中包括非线性回声信号与有效语音信号，有效语音信号即使用近端设备的用户需要通过近端设备传输到远端设备的语音信号。
本实施例中，通过非线性回声抑制系数对残差信号中的非线性回声信号进行抑制，从而实现非线性回声消除，提高语音通话质量。
为了消除残余回声，进一步提高非线性回声抑制效果，在可选的实施例中，非线性回声抑制方法还包括步骤S500、步骤S600、步骤S700及步骤S800：
步骤S500，根据当前帧回声消除信号与当前帧残差信号计算当前帧抑制失调度；
步骤S600，将当前帧抑制失调度与预设阈值进行比较，得到比较结果；
步骤S700，基于比较结果更新当前帧非线性回声抑制系数；
步骤S800，根据更新后的当前帧非线性回声抑制系数对当前帧回声消除信号进行更新。
本实施例中，抑制失调度表征回声消除信号与残差信号的差异度，当抑制失调度较大时，表明经过非线性回声抑制后的回声消除信号与残差信号差异度较小，也就是说残差信号中非线性回声较少，经过非线性回声抑制后的回声消除信号中有效语音占大部分，残余回声较少；当抑制失调度较小时，表明经过非线性回声抑制后的回声消除信号与残差信号差异度较大，也就是说残差信号中非线性回声较多，经过非线性回声抑制后的回声消除信号中仍有部分回声剩余。
在具体实施例中，预设阈值为一经验值，当抑制失调度大于预设阈值时，表明经过非线性回声抑制后的回声消除信号中有效语音占大部分，可以直接应用该回声消除信号；当抑制失调度小于预设阈值时，表明经过非线性回声抑制后的回声消除信号中仍有部分回声剩余，需要调整非线性回声抑制系数，以对该回声消除信号进行修正，避免回声剩余。
本实施例中，通过将回声消除信号与残差信号进行比较，确定初步的非线性回声抑制结果中是否有回声剩余，若有回声剩余，进一步消除剩余回声，从而提高了回声消除的效果，减少回声残留，提高语音通话质量。
为了避免回声剩余，以及避免损伤有效语音信号，在可选的实施例中，步骤S800包括：
步骤S710，当比较结果为当前帧抑制失调度大于预设阈值时，保持当前帧非线性回声抑制系数不变；
步骤S720，当比较结果为当前帧抑制失调度小于预设阈值时，将当前帧非线性回声抑制系数置为0。
本实施例中，当抑制失调度大于预设阈值时，表明经过非线性回声抑制后的回声消除信号中有效语音占大部分，残余回声较少，为避免对有效语音信号造成损伤，维持非线性回声抑制系数不变，也就是回声消除信号维持不变，可以直接输出；当抑制失调度小于预设阈值时，表明经过非线性回声抑制后的回声消除信号与残差信号差异较大，也就是说残差信号中非线性回声较多，经过非线性回声抑制后的回声消除信号中仍会有部分回声剩余，为避免回声剩余，将非线性回声抑制系数强制置零，而后更新回声消除信号，也就是将回声消除信号置零。可以理解的是，回声消除信号与残差信号差异较大表明残差信号中可能没有有效语音信号将非线性回声抑制系数强制置零后能够消除残余回声，并且不影响有效语音信号；或者有效语音信号非常少，该帧语音信号中大部分为非线性回声信号，为了保证通话质量，需要消除回声，将非线性回声抑制系数强制置零。
在可选的实施例中，预设阈值取值为0.3，当抑制失调度大于0.3时，保持非线性回声抑制系数不变，当抑制失调度小于0.3时，将非线性回声抑制系数置为0。
在可选的实施例中，为了进一步提高回声消除的效果，并保证有效语音不被损伤，当当前帧抑制失调度小于预设阈值且当前帧非线性失真度因子大于另一预设阈值时，表明当前帧非线性失真度较大，应将当前帧非线性回声抑制系数置零，将该帧信号强制清零；当当前帧抑制失调度大于预设阈值且当前帧非线性失真度因子小于另一预设阈值时，表明当前帧非线性失真度很小或没有非线性失真，在非线性失真度因子上乘以一个放大因子，从而调整非线性回声抑制系数，减弱对残差信号的压制；其他条件下保持非线性回声抑制系数不变。可选地，另一预设阈值取值为0.5。
为了，减少冗余频率的信号的干扰，提高抑制失调度的准确性，使得抑制失调度准确体现回声消除信号中残余回声的多少，在可选的实施例中，当前帧抑制失调度为预置频率范围内当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的比值。
本实施例中，预置频率范围为人声频率范围，可根据实际使用需求设置。可选地，由于人声正常讲话时处于低频，大致频率范围为300Hz-1KHz，因此选择该频率范围进行计算，在该频率范围内谐波能量较大，易于区分回声消除效果较好，因而在该频率范围内计算得到的抑制失调度能够准确体现经过非线性回声抑制后的回声消除信号中残余回声的多少。
具体地，当前帧抑制失调度的计算公式如下：
其中，y(n)Mpart表示所述当前帧回声消除信号在预置频率范围内的数据均值，e(n)Mpart表示所述当前帧残差信号在预置频率范围内的数据均值。
本实施例中，通过计算预置频率范围内回声消除信号与残差信号的比值来确定回声消除信号中残余回声的多少，一方面考虑到人声的高频衰减快于低频，低频范围内谐波能量较大，易于区分，使用特定频率范围内的数据进行计算提高抑制失调度的准确度，使得抑制失调度准确体现回声消除信号中残余回声的多少，提高抑制失调度的可靠性；另一方面，无需对其他频率范围内的数据进行计算，减小了计算量，提高计算效率。
为便于理解，下面请参考图3，为本实施例公开的一种应用该非线性回声抑制方法的系统示意图，对整个线性回声及非线性回声抑制的流程进行说明，其中，非线性处理子系统实现了上述实施例公开的非线性回声抑制方法。
本实施例中，近端信号De(n)包括有效的语音信号v(n)、噪声d(n)与声学回声r(n)，声学回声r(n)包括线性回声信号与非线性回声信号，通过全带-子带转换模块将每帧远端信号Ref(n)与近端信号De(n)转换到子带后输入时延估计调整模块，时延估计调整模块对远端信号Ref(n)与近端信号De(n)进行对齐，得到对齐后的远端信号Ref2(n)；将对齐后的远端信号Ref2(n)输入自适应滤波器H’(n)，得到线性回声信号rrn(n)，子带内的信号比较均匀，避免了全带信号特征值较大容易发散的缺点，使得各个子带中进行自适应滤波的数据信号具有更低的相关性，从而加快自适应滤波器H’(n)的收敛速度；从近端信号De(n)中减去线性回声信号rrn(n)即可得到残差信号e(n)，该残差信号e(n)通过反馈回路反馈至自适应滤波器H’(n)以迭代更新自适应滤波器H’(n)的系数至自适应滤波器H’(n)收敛；相关性计算模块计算近端信号De(n)与线性回声信号rrn(n)间的相关系数；失真度计算模块基于远端信号Ref(n)计算表征非线性失真程度的非线性失真度因子G0；抑制系数计算模块基于相关系数与非线性失真度因子G0计算得到非线性回声抑制系数；回声消除模块基于非线性回声抑制系数对残差信号进行非线性回声抑制，得到回声消除信号，并将回声消除信号反馈至抑制系数计算模块以使抑制系数计算模块计算抑制失调度并更新非线性回声抑制系数；回声消除模块基于更新后的非线性回声抑制系数对残差信号进行非线性回声抑制，而后输入至子带-全带转换模块，子带-全带转换模块将更新后的回声消除信号y0(n)转换到全带后即得到回声消除后的近端信号y(n)。
本实施例还公开了一种非线性回声抑制装置，请参考图4，为本实施例公开的一种非线性回声抑制装置结构示意图，该装置包括相关性计算模块100、失真度计算模块200、抑制系数计算模块300及回声消除模块400，其中：
相关性计算模块100，用于计算当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的相关性，得到当前帧相关系数；
失真度计算模块200，用于计算当前帧远端信号的能量，并基于能量确定当前帧非线性失真度因子，其中，当前帧非线性失真度因子表征当前帧近端信号非线性失真程度，当前帧远端信号的能量越大，当前帧非线性失真度因子越大；
抑制系数计算模块300，用于根据当前帧相关系数与当前帧非线性失真度因子计算得到当前帧非线性回声抑制系数，其中，当前帧非线性回声抑制系数分别与当前帧相关系数、当前帧非线性失真度因子负相关；
回声消除模块400，用于根据当前帧非线性回声抑制系数对当前帧残差信号进行非线性回声抑制，得到当前帧回声消除信号，其中，当前帧残差信号是当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的差值。
在一种实施例中，当前帧非线性失真度因子的计算公式如下：
G0＝logistic((Refsneg-Pgama)*Pbeta)；
其中，logistic表示logistic函数；Refsneg表示当前帧远端信号的能量；Pgama表示第一参数，用于调整logistic函数的映射中心；Pbeta表示第二参数，用于调整logistic函数在映射过程中的快慢程度。
在一种实施例中，当前帧非线性回声抑制系数的计算公式如下：
其中，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数，Cohen(n)表示当前帧相关系数，Gfix表示固定衰减因子，G0表示当前帧非线性失真度因子。
在一种实施例中，当前帧回声消除信号的计算公式如下：
y0(n)＝e(n)*Gfinal；
其中，y0(n)表示当前帧回声消除信号，e(n)表示当前帧残差信号，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数。
在可选的实施例中，抑制系数计算模块300还用于根据当前帧回声消除信号与当前帧残差信号计算当前帧抑制失调度，其中，当前帧抑制失调度表征当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的差异度；将当前帧抑制失调度与预设阈值进行比较，得到比较结果；基于比较结果更新当前帧非线性回声抑制系数；
回声消除模块400还用于根据更新后的当前帧非线性回声抑制系数对当前帧回声消除信号进行更新。
在具体实施例中，回声消除模块400还用于：
当所述比较结果为所述当前帧抑制失调度大于预设阈值时，保持所述当前帧非线性回声抑制系数不变；
当所述比较结果为所述当前帧抑制失调度小于预设阈值时，将所述当前帧非线性回声抑制系数置为0。
在具体实施例中，当前帧抑制失调度为预置频率范围内当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的比值，其中，预置频率范围为人声频率范围。
在一种实施例中，当前帧抑制失调度的计算公式如下：
其中，y(n)Mpart表示所述当前帧回声消除信号在预置频率范围内的数据均值，e(n)Mpart表示所述当前帧残差信号在预置频率范围内的数据均值。
本实施例还公开了一种电子设备，该电子设备包括：处理器，用于实现上述任意实施例公开的一种非线性回声抑制方法。
可选地，电子设备为具有音视频通话功能的终端设备，如手机、电脑等终端设备。
考虑到实际电子设备功能的多样化，以及未来电子设备所呈现产品形态的变化、名称的变化、功能的增减，囿于篇幅限制，本实施例无法穷尽电子设备的名称，本实施例中，所称电子设备应当至少具有录音功能，通信功能，以及音频解码、播放等音频处理功能。
本实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，存储介质中存储的计算机程序用于被执行实现上述任意实施例公开的一种非线性回声抑制方法。
本实施例还公开了一种电子设备的芯片，其上具有集成电路，集成电路被设计成用于实现上述任意实施例公开的一种非线性回声抑制方法。
本实施例还公开了一种非线性回声抑制系统，包括：第一设备和第二设备；第一设备与第二设备之间采用上述任意实施例公开的一种非线性回声抑制方法进行音频信号交互。
此外，本发明还提供了一种用于抑制非线性回声的计算机可读存储介质，如芯片、光盘等，计算机可读存储介质上存储有执行程序，该执行程序被执行时实现如上述任一项所述的控制方法。
需要说明的是，本公开的实施例所述的计算机可读存储介质并不限定于上述所给实施例，例如还可以为电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。其中，附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生，例如，两个接连表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本文中对于各步骤的编号仅为了方便说明和引用，并不用于限定前后顺序，具体的执行顺序是由技术本身确定的，本领域技术人员可以根据技术本身确定各种允许的、合理的顺序。
需要说明的是，本发明中采用步骤编号(字母或数字编号)来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制，本领域技术人员可以根据技术本身确定各种允许的、合理的步骤顺序。
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种非线性回声抑制方法，其特征在于，包括：
步骤S100，计算当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的相关性，得到当前帧相关系数；
步骤S200，计算当前帧远端信号的能量，并基于所述能量确定当前帧非线性失真度因子，其中，所述当前帧非线性失真度因子表征所述当前帧近端信号非线性失真程度，当前帧远端信号的能量越大，当前帧非线性失真度因子越大；
步骤S300，根据所述当前帧相关系数与所述当前帧非线性失真度因子计算得到当前帧非线性回声抑制系数，其中，所述当前帧非线性回声抑制系数分别与所述当前帧相关系数、所述当前帧非线性失真度因子负相关；
步骤S400，根据所述当前帧非线性回声抑制系数对当前帧残差信号进行非线性回声抑制，得到当前帧回声消除信号，其中，所述当前帧残差信号是所述当前帧近端信号与所述当前帧线性回声信号的差值。
2.根据权利要求1所述的非线性回声抑制方法，其特征在于，所述当前帧非线性失真度因子的计算公式如下：
G0＝logistic((Refsneg-Pgama)*Pbeta)；
其中，logistic表示logistic函数；Refsneg表示当前帧远端信号的能量；Pgama表示第一参数，用于调整logistic函数的映射中心；Pbeta表示第二参数，用于调整logistic函数在映射过程中的快慢程度。
3.根据权利要求1所述的非线性回声抑制方法，其特征在于，所述当前帧非线性回声抑制系数的计算公式如下：
其中，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数，Cohen(n)表示当前帧相关系数，Gfix表示固定衰减因子，G0表示当前帧非线性失真度因子。
4.根据权利要求1所述的非线性回声抑制方法，其特征在于，所述当前帧回声消除信号的计算公式如下：
y0(n)＝e(n)*Gfinal；
其中，y0(n)表示当前帧回声消除信号，e(n)表示当前帧残差信号，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的非线性回声抑制方法，其特征在于，还包括：
步骤S500，根据所述当前帧回声消除信号与所述当前帧残差信号计算当前帧抑制失调度，其中，所述当前帧抑制失调度表征当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的差异度；
步骤S600，将所述当前帧抑制失调度与预设阈值进行比较，得到比较结果；
步骤S700，基于所述比较结果更新所述当前帧非线性回声抑制系数；
步骤S800，根据更新后的当前帧非线性回声抑制系数对所述当前帧回声消除信号进行更新。
6.根据权利要求5所述的非线性回声抑制方法，其特征在于，所述当前帧抑制失调度为预置频率范围内所述当前帧回声消除信号与所述当前帧残差信号的比值，其中，所述预置频率范围为人声频率范围。
7.根据权利要求6所述的非线性回声抑制方法，其特征在于，所述当前帧抑制失调度的计算公式如下：
其中，y(n)Mpart表示所述当前帧回声消除信号在预置频率范围内的数据均值，e(n)Mpart表示所述当前帧残差信号在预置频率范围内的数据均值。
8.根据权利要求5所述的非线性回声抑制方法，其特征在于，所述步骤S800包括：
步骤S710，当所述比较结果为所述当前帧抑制失调度大于预设阈值时，保持所述当前帧非线性回声抑制系数不变；
步骤S720，当所述比较结果为所述当前帧抑制失调度小于预设阈值时，将所述当前帧非线性回声抑制系数置为0。
9.一种非线性回声抑制装置，其特征在于，包括：
相关性计算模块(100)，用于计算当前帧近端信号与当前帧线性回声信号的相关性，得到当前帧相关系数；
失真度计算模块(200)，用于计算当前帧远端信号的能量，并基于所述能量确定当前帧非线性失真度因子，其中，所述当前帧非线性失真度因子表征所述当前帧近端信号非线性失真程度，当前帧远端信号的能量越大，当前帧非线性失真度因子越大；
抑制系数计算模块(300)，用于根据所述当前帧相关系数与所述当前帧非线性失真度因子计算得到当前帧非线性回声抑制系数，其中，所述当前帧非线性回声抑制系数分别与所述当前帧相关系数、所述当前帧非线性失真度因子负相关；
回声消除模块(400)，用于根据所述当前帧非线性回声抑制系数对当前帧残差信号进行非线性回声抑制，得到当前帧回声消除信号，其中，所述当前帧残差信号是所述当前帧近端信号与所述当前帧线性回声信号的差值。
10.如权利要求9所述的非线性回声抑制装置，其特征在于，所述当前帧非线性失真度因子的计算公式如下：
G0＝logistic((Refsneg-Pgama)*Pbeta)；
其中，logistic表示logistic函数；Refsneg表示当前帧远端信号的能量；Pgama表示第一参数，用于调整logistic函数的映射中心；Pbeta表示第二参数，用于调整logistic函数在映射过程中的快慢程度。
11.如权利要求9所述的非线性回声抑制装置，其特征在于，所述当前帧非线性回声抑制系数的计算公式如下：
其中，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数，Cohen(n)表示当前帧相关系数，Gfix表示固定衰减因子，G0表示当前帧非线性失真度因子。
12.如权利要求9所述的非线性回声抑制装置，其特征在于，所述当前帧回声消除信号的计算公式如下：
y0(n)＝e(n)*Gfinal；
其中，y0(n)表示当前帧回声消除信号，e(n)表示当前帧残差信号，Gfinal表示当前帧非线性回声抑制系数。
13.如权利要求9-12任意一项所述的非线性回声抑制装置，其特征在于，所述抑制系数计算模块(300)还用于根据所述当前帧回声消除信号与所述当前帧残差信号计算当前帧抑制失调度，其中，所述当前帧抑制失调度表征当前帧回声消除信号与当前帧残差信号的差异度；将所述当前帧抑制失调度与预设阈值进行比较，得到比较结果；基于所述比较结果更新所述当前帧非线性回声抑制系数；
所述回声消除模块(400)还用于根据更新后的当前帧非线性回声抑制系数对所述当前帧回声消除信号进行更新。
14.如权利要求13所述的非线性回声抑制装置，其特征在于，所述当前帧抑制失调度为预置频率范围内所述当前帧回声消除信号与所述当前帧残差信号的比值，其中，所述预置频率范围为人声频率范围。
15.如权利要求14所述的非线性回声抑制装置，其特征在于，所述当前帧抑制失调度的计算公式如下：
其中，y(n)Mpart表示所述当前帧回声消除信号在预置频率范围内的数据均值，e(n)Mpart表示所述当前帧残差信号在预置频率范围内的数据均值。
16.如权利要求13所述的非线性回声抑制装置，其特征在于，所述回声消除模块(400)还用于：
当所述比较结果为所述当前帧抑制失调度大于预设阈值时，保持所述当前帧非线性回声抑制系数不变；
当所述比较结果为所述当前帧抑制失调度小于预设阈值时，将所述当前帧非线性回声抑制系数置为0。
17.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器，用于实现如权利要求1-8任意一项所述的方法。
18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，存储介质中存储的计算机程序用于被执行实现如权利要求1-8任意一项所述的方法。
19.一种电子设备的芯片，其上具有集成电路，其特征在于，所述集成电路被设计成用于实现如权利要求1-8任意一项所述的方法。
20.一种非线性回声抑制系统，包括：第一设备和第二设备；
所述第一设备和所述第二设备之间采用如权利要求1-8任意一项所述的方法进行音频信号交互。
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