声反馈抑制方法、系统、语音播放设备及可读存储介质与流程

本技术涉及信号处理，具体涉及一种声反馈抑制方法、系统、语音播放设备及可读存储介质。

背景技术：

1、声反馈抑制是在各种音频系统中，如麦克风、扬声器等设备中，抑制由于声波在系统内部传播引起的反馈现象的技术。当声学系统的扬声器和麦克风之间存在声学耦合，导致系统从开环过渡到闭环时，就会出现声反馈问题。声反馈现象的存在会引发系统的不稳定，从而导致啸叫和声音退化问题。啸叫的出现不仅会影响设备的扩声功能，还会对人耳造成损害。针对这一现象，研究人员提出了一些方法来进行解决，其中一类重要的方法是自适应滤波方法，该方法使用自适应滤波器来对麦克风和扬声器之间的反馈路径进行建模，并从麦克风信号中减去估计的声反馈信号分量，以实现声反馈消除。然而，在闭环系统中由于前向路径的存在，扬声器信号与源信号之间存在相关性，如果采用标准的自适应滤波方法，则这种相关性可能会导致与麦克风和扬声器之间的源信号频谱相关的伪路径，从而导致反馈路径的估计有偏差。因此经典的自适应滤波理论对于闭环系统并不是最优的，需要对扬声器信号和麦克风信号之间进行去相关处理。

2、针对上述问题，有的方案通过自适应卡尔曼滤波器以及频移/相位调制这些处理方法来解决，该方案主要包括以下步骤/模块：首先对麦克风信号应用频移或相位调制技术来降低麦克风信号和参考语音信号之间的相关性，接着使用短时傅里叶变换将麦克风信号和参考语音信号(扬声器输出信号)从时间域转换到频率域中。然后，将处理后的麦克风信号和参考语音信号送入自适应卡尔曼滤波器中计算误差并进行更新，以估计反馈路径；根据估计的反馈路径来估计声反馈信号。随后，系统从输入的麦克风信号中消除估计的声反馈信号，最后通过逆傅里叶变换将处理后的麦克风信号转换回时域，并从扬声器中输出。

3、发明人对上述方案进行研究，发现其存在以下问题：首先，自适应卡尔曼滤波器需要对声音信号进行实时估计和处理，这对处理器和电池的消耗会比较大，可能会导致助听器的使用时间缩短，实时处理还可能导致较高的计算成本，尤其是在小型助听器设备中。其次，频移/相位调制技术虽然可以降低麦克风信号和扬声器信号之间的相关性，但也可能会引入一些副作用，例如，频移可能会改变语音信号的频谱特性，导致语音信号的失真；相位调制会影响前向路径，可能对助听器的音质产生负面影响，并且在高频段可能会引入一些不希望的副作用，影响听力质量。最后，由于上述方案包含大量的矩阵运算，在拥有有限的计算能力的助听器等设备上进行实时处理也是一个不小的挑战。因此，上述声反馈抑制方案存在计算量大的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本技术提供一种声反馈抑制方法、系统、语音播放设备及可读存储介质，以解决传统的声反馈抑制方案计算量大的问题。

2、本技术提供一种声反馈抑制方法，包括：

3、获取麦克风在当前时刻采集的第一语音信号和所述第一语音信号对应的参考语音信号；

4、根据所述参考语音信号解除所述第一语音信号与对应源信号之间的相关性，得到第二语音信号；

5、对所述第二语音信号进行短时傅里叶变换，得到语音频域信号，对所述参考语音信号进行短时傅里叶变换，得到参考频域信号；

6、分别将所述语音频域信号和所述参考频域信号进行分段处理，得到多个频段分别对应的一组语音段信号和参考段信号；

7、采用至少一组中的参考段信号对相应组中的语音段信号进行声反馈抑制处理，得到至少一个所述语音段信号分别对应的滤波频域信号；

8、根据各个所述滤波频域信号生成当前时刻的输出语音信号。

9、可选地，所述根据所述参考语音信号解除所述第一语音信号与对应源信号之间的相关性，得到第二语音信号，包括：根据所述参考信号构建用于消除输入信号和所述参考信号之间相关性的阴影滤波器；将所述第一输入信号输入阴影滤波器，得到所述第二语音信号。

10、可选地，所述根据所述参考信号构建用于消除输入信号和所述参考信号之间相关性的阴影滤波器，包括：采用预测误差法预测所述参考语音信号对应的预测语音信号；获取所述预测语音信号和所述第一语言信号之间的预测误差；根据所述预测误差配置数字滤波器的初始状态，以得到所述阴影滤波器。

11、可选地，所述采用至少一组中的参考段信号对相应组中的语音段信号进行声反馈抑制处理，得到至少一个所述语音段信号分别对应的滤波频域信号，包括：根据各个所述参考段信号构建用于估计对应的所述语音段信号中声反馈分量的卡尔曼滤波器；将各个所述语音段信号输入对应的卡尔曼滤波器，得到各个声反馈分量；将各个所述语音段信号减去对应的所述声反馈分量，得到各个所述滤波频域信号。

12、可选地，所述卡尔曼滤波器的构建过程包括：

13、s210，初始化卡尔曼滤波器的状态估计矩阵和误差协方差矩阵，并确定状态方程；

14、s220，基于所述参考段信号和所述状态估计矩阵对相应的所述语音段信号进行声反馈分量进行估计，并获取估计过程中的先验误差矩阵；

15、s230，基于所述参考段信号、所述状态估计矩阵和所述误差协方差矩阵计算卡尔曼增益矩阵；

16、s240，基于所述卡尔曼增益矩阵和所述先验误差矩阵更新所述状态估计矩阵，并基于更新后的所述状态估计矩阵返回执行步骤s220，直至所述卡尔曼滤波器收敛。

17、可选地，所述根据各个所述滤波频域信号生成当前时刻的输出语音信号，包括：拼接各个所述滤波频域信号，得到输出频域信号；将所述输出频域信号转换为对应的时域信号，并放大转换后的时域信号，得到所述输出语音信号。

18、可选地，所述参考语音信号包括前一时刻的输出语音信号。

19、本技术还提供一种声反馈抑制系统，所述声反馈抑制系统包括：

20、获取模块，用于获取麦克风在当前时刻采集的第一语音信号和所述第一语音信号对应的参考语音信号；

21、解除模块，用于根据所述参考语音信号解除所述第一语音信号与对应源信号之间的相关性，得到第二语音信号；

22、变换模块，用于对所述第二语音信号进行短时傅里叶变换，得到语音频域信号，对所述参考语音信号进行短时傅里叶变换，得到参考频域信号；

23、第一处理模块，用于分别将所述语音频域信号和所述参考频域信号进行分段处理，得到多个频段分别对应的一组语音段信号和参考段信号；

24、第二处理模块，用于采用至少一组中的参考段信号对相应组中的语音段信号进行声反馈抑制处理，得到至少一个所述语音段信号分别对应的滤波频域信号；

25、生成模块，用于根据各个所述滤波频域信号生成当前时刻的输出语音信号。

26、本技术还提供一种语音播放设备，所述语音播放设备包括：存储器、处理器，其中，所述存储器上存储有声反馈抑制程序，所述声反馈抑制程序被所述处理器执行时实现如上任一种声反馈抑制方法的步骤。

27、本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一种声反馈抑制方法的步骤。

28、本技术上述声反馈抑制方法、系统、语音播放设备及可读存储介质，获取麦克风在当前时刻采集的第一语音信号和第一语音信号对应的参考语音信号，根据参考语音信号解除第一语音信号与对应源信号之间的相关性，得到第二语音信号，以使第二语音信号中消除与扬声器所播放信号之间的相关性，减少声反馈残留并保持音质，再获取第二语音信号对应的语音频域信号和参考语音信号对应的参考频域信号，分别将语音频域信号和参考频域信号进行分段处理，得到多个频段分别对应的语音段信号和参考段信号，从而分频段对至少一组中语音段信号进行声反馈抑制处理得到对应滤波频域信号，使各段声反馈抑制处理过程能够更好地适应声波在传播过程中的衰减和散射特性存在差异这些相对复杂的声学环境，针对不同的频段可以使用不同的参数进行处理也可以减少信号的失真，提升声反馈处理精度；此外，还可以根据实际情况对于部分频率分段不进行处理，因此不用在整个频域内进行声反馈抑制处理，能够有效减少计算量，使得对应的声反馈抑制方案在实际应用中具有更强的实时性，能够提升后续生成输出语音信号的效率和质量，从而优化对应语音播放设备的性能。