一种自适应反馈抑制方法与流程

本发明涉及数据处理，具体涉及一种自适应反馈抑制方法。

背景技术：

1、本地扩声系统被广泛应用于舞台、教育、广播等多种不同场景，其目的是通过扩声系统将目标声源放大，并尽可能保持声源特性，以抵消声音在空间传播中的衰减，使人能清晰分辨声音。在本地扩声系统中，声音经过拾音器件前向放大由扩声单元播放，播放的声音经过传播路径最终返回到拾音器上，这样形成一个闭环的回路。当存在某个声音的回路增益大于1，且回路产生的相位差是2π的整数倍时，声音在闭环回路内相干叠加使系统处于不稳定的状态，造成近似单频的啸叫。在实际应用场景中，啸叫造成极大的听觉干扰，并有可能造成扩声系统损坏，因此在本地扩声系统中应尽可能避免。

2、传统的反馈抑制或啸叫抑制方法有以下缺点：

3、两阶段陷波器通过在使用前提前检测扩声系统中的啸叫点，在啸叫点加入陷波器防止啸叫发生，但这种方法需要较长的调试时间，不能快速适应环境的变化，在反馈回路发生变化时可能产生意外的啸叫；

4、自适应陷波器可以实时自动检测啸叫点并加入陷波器，可适应环境的变化，但在检测啸叫的时候通常啸叫已经发生，因此不能在啸叫发生前预防啸叫，啸叫仍对听众产生听觉干扰，可能造成扩声系统损坏；

5、移频移相等方法能有效抑制低增益时的啸叫，但无法进一步提高增益，对比其它啸叫和反馈抑制方法，这种方法提升的增益并不明显；

6、自适应反馈抑制方法具有提升增益高的特点，但实际使用过程中容易出现不稳定，在反馈路径发生变化时容易产生啸叫，且存在残留反馈，影响声音清晰度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自适应反馈抑制方法，解决了现有技术在使用过程中稳定性不足及存在反馈残留等问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种自适应反馈抑制方法，包括：

4、获取输入信号，并对所述输入信号进行动态范围压缩，以限制其动态范围与幅度，得到第一目标信号；

5、获取上一帧输出信号，并根据所述上一帧输出信号对第一目标信号进行自适应抑制，得到第二目标信号；

6、对所述第二目标信号进行后处理，得到第三目标信号；其中，后处理包括语音检测、去混响以及降噪；

7、对所述第三目标信号进行移频处理，以增加闭环回路下本地扩声系统的稳定性，得到第四目标信号；

8、将所述第四目标信号分成若干频带，并对频带进行自适应陷波处理之后，通过能量比较法确定不同频带的增益，将增益应用至对应的频带上之后，合成第五目标信号；

9、对所述第五目标信号进行频谱补偿，得到当前帧输出信号，完成自适应反馈抑制流程。

10、在一种可能的实施方式中，获取输入信号，并对所述输入信号进行动态范围压缩，以限制其动态范围与幅度，得到第一目标信号，包括：

11、将输入信号转化为db刻度，得到转换之后的输入信号；

12、判断转换之后的输入信号的输入幅度是否大于预设阈值，若是，则将目标幅度设置为阈值幅度，否则将目标幅度设置为当前输入幅度；

13、利用目标幅度与输入幅度的差值计算所需的增益，并基于计算得到的增益，并通过时间平滑计算实际的目标增益；

14、将转换之后的输入信号乘以目标增益后输出，得到第一目标信号。

15、在一种可能的实施方式中，获取上一帧输出信号，并根据所述上一帧输出信号对第一目标信号进行自适应抑制，得到第二目标信号，包括：

16、获取上一帧输出信号，并将上一帧输出信号作为参考输入信号；

17、对参考输入信号做fft，对于长度超过预设阈值的参考输入信号延迟堆叠成连续的多帧信号，得到第一fft信号；

18、将第一fft信号和权重相乘，并对多帧信号对应的相乘结果进行求和，得到第一求和结果；

19、对第一求和结果做ifft，得到第一ifft信号，并采用第一目标信号减去第一ifft信号，得到第二目标信号。

20、在一种可能的实施方式中，所述权重的获取方式，包括：

21、对第二目标信号做fft，并将第二目标信号做fft后的结果取模的平方，然后进行时间平滑，得到残留反馈能量；

22、对参考输入信号做fft，将参考输入信号做fft后的结果取模的平方，得到第一平方结果；

23、将第一平方结果乘以方差矩阵，然后对多帧信号进行求和，得到第二求和结果；其中，初始的方差矩阵为单位矩阵，并在后续过程中进行更新；

24、将第二求和结果与时间平滑后的残留反馈能量相加，得到第一相加信号，再用方差矩阵除以第一相加信号，得到第一相除结果；

25、将第一相除结果乘以参考输入信号频谱的共轭，再乘以残留反馈能量的频谱，得到的结果为第一权重变化量；

26、将方差矩阵减去第一相除结果与第二求和结果的积，得到第一相减结果；

27、记转移常数为，将第一相减结果乘以，得到第一相乘结果；将乘以权重的平方，得到第二相乘结果；将第一相乘结果减去第二相乘结果得到方差矩阵变化量；

28、对第一权重变化量做ifft，得到第二ifft信号，然后取第二ifft信号的前半部分，后半部分补零，得到补零结果；

29、对补零结果做fft，得到经过时域约束的第二权重变化量；

30、限制权重更新的数量和第二权重变化量的取值范围，以此作为更新约束，将权重加上第二权重变化量，更新权重；同样地，限制方差矩阵值的更新数量和其变化量的取值范围，以此作为更新约束，将方差矩阵加上方差矩阵变化量，更新方差矩阵。

31、在一种可能的实施方式中，对所述第二目标信号进行后处理，得到第三目标信号，包括：

32、检测所述第二目标信号进行语音检测，得到语音检测结果；

33、对所述第二目标信号进行去混响处理，得到去混响处理结果；

34、以所述语音检测结果为基础，对去混响处理结果进行降噪，得到第三目标信号。

35、在一种可能的实施方式中，检测所述第二目标信号进行语音检测，得到语音检测结果，包括：

36、对所述第二目标信号做fft，并对所述第二目标信号做fft后的结果取模，得到第一取模结果；

37、以所述第一取模结果为基础，延迟数帧，计算数帧中的最大值；

38、以所述最大值为基础，取模的平方，得到第二平方结果；

39、对估计噪声的频谱取模的平方，得到第三平方结果；其中，估计噪声的初始值设置为经验值，并在后续过程中进行更新；

40、将第二平方结果除以第三平方结果，获取第一信噪比，然后对该第一信噪比取频域上的平均，并转换为db幅度，得到信噪比估计结果；

41、对估计噪声频谱的模的平方取频域上的平均，转换为db幅度，得到噪声能量；

42、将噪声能量映射成判断语音活动的阈值；

43、将信噪比估计结果比与阈值比较，若大于阈值，则存在语音，否则不存在语音，并利用第二目标信号的能量作为新的估计噪声，以通过新的估计噪声在下一次语音检测过程中获取第三平方结果。

44、在一种可能的实施方式中，对所述第二目标信号进行去混响处理，得到去混响处理结果，包括：

45、对所述第二目标信号进行加窗，信号帧重叠率设置为50%，然后对加窗后的信号做fft，得到第三fft信号；

46、取到第三fft信号的模的平方，分别做时间平滑和频谱平滑；

47、对时间平滑后的幅度谱进行延迟，乘以相应的衰减因子；

48、将频谱平滑后的结果除以经过时间平滑并乘以衰减因子后的频谱，获取第二信噪比；

49、对第二信噪比进行时间平滑，并根据时间平滑之后的第二信噪比计算出一个谱增益，得到第一谱增益；

50、将第三fft信号乘以第一谱增益，得到第三相乘结果；

51、对第三相乘结果做ifft，得到第二ifft信号；

52、对于50%的信号帧重叠率，当前帧对应的第二ifft信号的后半部分延迟一帧后与下一帧输出的第二ifft信号的前半部分重叠相加，最后得到去混响处理结果。

53、在一种可能的实施方式中，以所述语音检测结果为基础，对去混响处理结果进行降噪，得到第三目标信号，包括：

54、对去混响处理结果进行加窗，信号帧重叠率为50%，然后对加窗后的信号做fft，得到第四fft信号；

55、取第四fft信号的模的平方，得到第三平方结果；

56、以所述语音检测结果为参考，若不存在语音活动，利用第三平方结果对应的幅度谱的时间平均作为估计噪声；

57、将去混响处理结果对应的幅度谱除以估计噪声，获取第三信噪比；

58、对第三信噪比进行时间平滑，得到时间平滑之后的第三信噪比；

59、将第三信噪比除以第三信噪比加上1的结果，得到第二相除结果，建立以第二相除结果为自变量的函数，其中expint是指数积分函数，计算函数的结果，得到第二谱增益；

60、将第四fft信号乘以第二谱增益，得到第二相乘结果；

61、对第二相乘结果做ifft，得到第三ifft信号；

62、对于50%的信号帧重叠率，当前帧对应的第三ifft信号的后半部分应该延迟一帧后与下一帧输出的第二ifft信号的前半部分重叠相加，最后得到第三目标信号。

63、在一种可能的实施方式中，对所述第三目标信号进行移频处理，以增加闭环回路下本地扩声系统的稳定性，得到第四目标信号，包括：

64、以所述第三目标信号为基础，采用多次通过两个不同的全通滤波器的方式进行希尔伯特变换，将信号分解成相位正交的两个信号，利用二角和差公式获取移频后的信号，得到第四目标信号。

65、在一种可能的实施方式中，将所述第四目标信号分成若干频带，并对频带进行自适应陷波处理之后，通过能量比较法确定不同频带的增益，将增益应用至对应的频带上之后，合成第五目标信号，包括：

66、将第四目标信号通过一个fir子带分析器，将信号分成若干频带；

67、对于每个频带的信号，利用自适应陷波器辨并通过能量比较确定是否存在啸叫，以此确定每个频带的增益；

68、其中，确定是否存在啸叫之后，还包括：确定啸叫音的频率，将啸叫音频率所对应的iir的参数经过时间平滑，应用到自适应陷波器上处理输入的信号；

69、确定每个频带的增益后，将增益应用到每个频带上，然后使信号经过fir子带合成器，合并第五目标信号；

70、利用自适应陷波器辨并通过能量比较确定是否存在啸叫，包括：

71、将频带经过自适应陷波器处理之后，得到自适应陷波器的输出信号，并将自适应陷波器的输出信号作为检测啸叫的输入信号；

72、对检测啸叫的输入信号做fft，并取模；

73、以取模结果为基础，求最大值所在的频率帧，并把fft后的输入信号对应的幅度谱转化为db幅度；

74、以转换之后的幅度谱为基础，比较最大值所在频率帧与相邻3个频率帧的幅度差，若幅度差大于预设第一阈值，则进行进一步判断，否则不判定为啸叫；

75、比较最大值所在频率帧分别与其对应的1.5倍频、2倍频、3倍频、4倍频的频率帧的幅度差，若幅度差大于预设第二阈值，则判定为存在啸叫，否则不判定为啸叫。

76、本发明提供的一种自适应反馈抑制方法，通过对信号进行动态范围压缩，避免过大信号影响反馈抑制效果，然后通过自适应反馈抑制，快速响应反馈路径的变化，使得实际应用调试方便，反馈抑制效果好，本地扩声增益显著提高，加入去混响以及降噪等后处理方法，减少反馈抑制残留，提升语音清晰度，提出以能量比较法检测并防止啸叫发生，最后进行频谱补偿，尽可能不影响声音质量的前提下提升反馈抑制方法的处理效率。