[发明专利]基于零陷滤波预处理的语音通信和交互应用系统、方法

说明书

一种基于零陷滤波预处理的语音通信和交互应用系统。在实施例中，该方法通过设计空间零陷滤波器，对传声器接收信号进行预处理，最大限度地抑制回采信号中的回声信号，并设计频率补偿滤波器保证语音质量。大量实验证明，本申请实施例提出的新方法可在低信回比情况下，在没有明显语音和音频失真的同时有效抑制回声信号，并实现波达方向估计及语音增强等功能。

技术领域

本申请实施例涉及一种语音信号处理，具体地说涉及一种基于零陷滤波预处理的语音通信和交互应用系统。

背景技术

多通道语音增强技术例如回声消除、波达方向估计及波束形成等被广泛用于语音交互系统。其中，回声消除技术利用参考信号，通过自适应估计的方法消除传声器接收信号中的扬声器成分，利用滤波后的信号可以提高波达方向估计的准确性，为后续的去混响、波束形成等语音增强技术处理提供辅助信息，从而大幅提高语音交互系统的性能。

随着智能音箱、会议系统等语音交互设备在保证大音量的同时不断追求设备的便携化、小型化，因此传声器接收信号的信回比在大音量情况下往往低于-40dB。此时常用的回声消除算法已经不能获得令人满意的效果，增强后信号的信回比也往往低于0dB，导致波达方向估计的准确性大大下降，从而给后续语音增强技术带来一系列不利影响。

传统的回声消除方法^[1,2]往往利用参考信号和接收信号的相关性自适应控制滤波器的更新，但是该方法存在性能极限。近年来，国内外研究者也提出了一些抑制残留回声的方法，这些方法需要在线或者离线监督学习残留回声特性，最终实现回声抑制^[3,4]，但这类方法无法适用于所有类型的残留噪声，并且会破坏各通道信号间的相位差特性，不利于后续的波达方向估计及波束形成等处理。

发明内容

根据第一方面，提供一种基于零陷滤波预处理的语音通信和交互应用系统，所述系统包括：扬声器，用于为用户提供第一语音；至少一个差分传声器对，用于接收第二语音并且形成输入语音信号；所述第二语音包括来自用户的第三语音和来自扬声器的第一语音；零陷滤波器，用于抑制第一语音中的直达声信号；频率补偿滤波器，用于根据零陷滤波器在中低频率方面的增益情况，对零陷滤波器的输出信号进行补偿。

在第一方面的可能实施方式中，所述频率补偿滤波器在补偿时计入声源入射角下的导向矢量因素。

在第一方面的可能实施方式中，至少一个差分传声器对包括第一差分传声器对和第二差分传声器对，第一差分传声器对和第二差分传声器对各自的中心点相对穿过扬声器的法线对称。

在第一方面的可能实施方式中，至少一个差分传声器对包括第一差分传声器对、第二差分传声器对和第三差分传声器对，其各自的中心点相对穿过扬声器的法线对称。

在第一方面的可能实施方式中，频率补偿滤波器对多个入射仰角结果求平均，计算频率补偿滤波器的增益。

在第一方面的可能实施方式中，系统包括回声消除器，用于对频率补偿滤波器处理后的音频信号进行回声消除或消减。

在第一方面的可能实施方式中，系统包括波达方向估计器，用于基于频率补偿滤波器处理后的音频信号进行声源定位。

在第一方面的可能实施方式中，系统包括波束形成器，用于从频率补偿滤波器处理后的音频信号中提取声源方向的音频信息。

根据第二方面，提供一种基于零陷滤波预处理的语音通信和交互应用方法，所述方法包括：利用至少一个差分传声器对，接收语音并且形成输入语音信号；所述语音包括来自用户的语音和来自扬声器的语音；进行零陷滤波，用于抑制输入语音信号中自扬声器方向到至少一个差分传声器对的直达声信号；根据零陷频率在中低频率方面的增益情况，对零陷滤波后的输入语音信号进行补偿。

根据第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行第二方面所述的方法。