專利名稱：無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的嘯叫抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠有效抑制擴(kuò)聲系統(tǒng)中嘯叫并且不影響輸出語(yǔ)音質(zhì)量的方法，具體地說(shuō)是一種無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的嘯叫抑制方法。
背景技術(shù)：
無(wú)論是劇場(chǎng)、會(huì)議廳、體育比賽場(chǎng)館，還是卡拉OK演唱，各種類型的擴(kuò)聲系統(tǒng)都會(huì)遇到聲音反饋引起的嘯叫問(wèn)題。聲反饋嘯叫使擴(kuò)聲系統(tǒng)的音量不能開(kāi)得太大(傳聲增益減小)在臨近反饋時(shí)音質(zhì)會(huì)急劇惡比，尖銳刺耳的聲音難以入耳，即使是一套質(zhì)量最好的擴(kuò)聲系統(tǒng)也難逃此厄運(yùn)。造成聲反饋嘯叫的原因是揚(yáng)聲器的聲音通過(guò)室內(nèi)周圍界面的反射，折回到話筒，話筒輸出的信號(hào)再送到擴(kuò)聲系統(tǒng)放大又會(huì)經(jīng)揚(yáng)聲器送出又折回到話筒所致。
常用的抑制擴(kuò)音嘯叫的方法有話音控制開(kāi)關(guān)技術(shù)，移頻技術(shù)，中心削波技術(shù)，梳狀濾波技術(shù)，話筒陣列技術(shù)，回音抵消技術(shù)。目前所有抑制擴(kuò)音嘯叫的方法都存在一定缺陷其中話音控制開(kāi)關(guān)技術(shù)對(duì)用戶進(jìn)行了限制；移頻技術(shù)，中心削波技術(shù)，梳狀濾波技術(shù)對(duì)都會(huì)帶來(lái)話音質(zhì)量的下降；而話筒陣列技術(shù)，回音抵消技術(shù)需要大量的計(jì)算量，從而使實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)變得十分昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的抑制擴(kuò)音嘯叫的方法，該方法利用人耳對(duì)聲音相位不敏感的特性，隨機(jī)改變輸出聲音信號(hào)的相位，進(jìn)而破壞發(fā)生嘯叫的相位條件，從而抑制嘯叫。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的嘯叫抑制方法，其特征在于它包括下列步驟A)將第k時(shí)刻的音頻輸入信號(hào)x(k)經(jīng)過(guò)分析濾波器組得到其在M個(gè)子帶中的子帶輸入信號(hào)x0(k)…xM-1(K)；B)對(duì)其中M/2+1個(gè)的子帶輸入信號(hào)x0(k)…xM/2(k)分別進(jìn)行嘯叫判斷；C)若判斷出第i個(gè)子帶的子帶輸入信號(hào)xi(k)中存在嘯叫，則其相對(duì)應(yīng)的子帶輸出信號(hào)yi(k)由子帶輸入信號(hào)xi(k)經(jīng)過(guò)一個(gè)隨機(jī)相位器得到，其中0≤i≤M/2D)若判斷出第i個(gè)子帶的子帶輸入信號(hào)xi(k)中不存在嘯叫，則其相對(duì)應(yīng)的子帶輸出信號(hào)yi(k)為子帶輸入信號(hào)xi(k)，其中0≤i≤M/2；E)經(jīng)過(guò)步驟C)、D)共得到M/2+1個(gè)子帶輸出信號(hào)y0(k)…yM/2(k)，利用子帶信號(hào)的共軛特性yi(k)＝y(tǒng)*M-i(k)得到全部M個(gè)子帶輸出信號(hào)，其中1≤i≤M/2-1，上標(biāo)*表示共軛；F)將上述得到的M個(gè)子帶輸出信號(hào)y0(k)…yM-1(k)經(jīng)過(guò)合成濾波器組，得到音頻輸出信號(hào)y(k)。
本發(fā)明分析濾波器組和模塊合成濾波器組利用多重相位濾波器技術(shù)實(shí)現(xiàn)；隨機(jī)相位器由時(shí)變?nèi)V波器實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明利用人耳對(duì)聲音相位不敏感的特性，通過(guò)分析濾波器組，嘯叫判斷，隨機(jī)相位器和合成濾波器組四個(gè)模塊，隨機(jī)改變輸出聲音信號(hào)的相位，進(jìn)而破壞發(fā)生嘯叫的相位條件，從而抑制嘯叫。本發(fā)明所需計(jì)算量小，因此用一塊普通的數(shù)字信號(hào)處理(dsp)板就可實(shí)現(xiàn)，成本低廉。
四

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明與擴(kuò)聲系統(tǒng)連接圖。
五具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如圖2所示，麥克風(fēng)5輸入信號(hào)通過(guò)本發(fā)明所述的無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的嘯叫抑制方法處理后再經(jīng)過(guò)功放6放大由音箱7輸出。由于算法簡(jiǎn)單，本發(fā)明采用一塊普通dsp芯片就能實(shí)現(xiàn)。
如圖1所示，本發(fā)明中包括四個(gè)模塊分析濾波器組1，嘯叫判斷2，隨機(jī)相位器3和合成濾波器組4。輸入音頻信號(hào)x(k)經(jīng)過(guò)分析濾波器組1得到其在M個(gè)子帶中的子帶輸入信號(hào)x0(k)…xM-1(k)。對(duì)其中M/2+1個(gè)子帶中的子帶輸入信號(hào)x0(k)…xM/2(k)分別進(jìn)行嘯叫判斷2。若在判斷出第i(0≤i≤M/2)個(gè)子帶的子帶輸入信號(hào)xi(k)中存在嘯叫，則其相對(duì)應(yīng)的子帶輸出信號(hào)yi(k)由子帶輸入信號(hào)xi(k)經(jīng)過(guò)一個(gè)隨機(jī)相位器3得到。若在判斷出第i(0≤i≤M/2)個(gè)子帶的子帶輸入信號(hào)xi(k)中不存在嘯叫，則其相對(duì)應(yīng)的子帶輸出信號(hào)yi(k)為子帶輸入信號(hào)xi(k)。經(jīng)過(guò)以上步驟共得到M/2+1個(gè)子帶輸出信號(hào)y0(k)…yM/2(k)。利用子帶信號(hào)的共軛特性yi(k)＝y(tǒng)*M-i(k)(1≤i≤M/2-1)得到全部M個(gè)子帶輸出信號(hào)。其中上標(biāo)*表示共軛。由M個(gè)子帶輸出信號(hào)y0(k)…yM-1(k)經(jīng)過(guò)合成濾波器組4得到音頻輸出信號(hào)y(k)。
其中模塊分析濾波器組1可以通過(guò)多重相位濾波器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其中多重相位濾波器技術(shù)中所需的K階原型濾波器f(n)可以用matlab的命令firl(K-1，1/M)得到。令M×K階原型濾波器矩陣F=diag(f~0)diag(f~M)...diag(f~k-M)]]>其中 是由原型濾波器f(n)組成的對(duì)角陣 由于降采樣，因此每計(jì)算一次子帶輸入信號(hào)就需要r個(gè)全通帶輸入信號(hào)，令全通帶輸入信號(hào)矢量x(k)＝[x(rk)x(rk-1)…x(rk-K+1)]T，可以看出x(k)包括r個(gè)新數(shù)據(jù)和K-r個(gè)老數(shù)據(jù)。根據(jù)以上定義，采用多重相位濾波器技術(shù)，得到子帶輸入信號(hào)[x0(k)x1(k)…xM-1(k)]T＝FFT{Fx(k)}其中模塊嘯叫判斷2可以判斷該子帶能量占總能量的比例來(lái)決定，如果在k時(shí)刻，第i子帶的子帶能量占總子帶能量的百分比超過(guò)閥值T，就判斷第i子帶存在嘯叫。如果第i子帶的子帶能量占總子帶能量的百分比小于閥值T，且該時(shí)刻所有子帶都不存在嘯叫，則第i子帶是否存在嘯叫和前一時(shí)刻即第k-1時(shí)刻判斷嘯叫結(jié)果相同。如果第i子帶的子帶能量占總子帶能量的百分比小于閥值T，但該時(shí)刻其他子帶存在嘯叫，則判斷第i子帶不存在嘯叫。
其中模塊相位隨機(jī)器3可以通過(guò)一個(gè)時(shí)變?nèi)V波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。最簡(jiǎn)單的全通濾波器可以用一個(gè)參數(shù)α(k)來(lái)表示，其中k表示是α(k)是時(shí)變的。時(shí)變?nèi)V波器的頻率響應(yīng)如下A(ω,k)=e-jω-α(k)1-α(k)e-jω]]>為了使全通濾波器穩(wěn)定，α(k)的值必須小于1，α(k)隨時(shí)間變化的規(guī)則如下Setα(k+1)＝α(k)+r(k)if flag＝0Setα(k+1)＝α(k)-r(k)if flag＝1Setα(k+1)＝-1 and flag＝flag ifα(k+1)＜-1Setα(k+1)＝1 and flag＝flag ifα(k+1)＞1其中上標(biāo)—表示取反。r(k)是一在
均勻分布的隨機(jī)變量，R表示α(k)在兩采樣點(diǎn)間所允許的最大變化量。
其中模塊合成濾波器組4可以通過(guò)多重相位濾波器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其中多重相位濾波器技術(shù)中所需的K階原型濾波器g(n)可以用matlab的命令firl(K-1，1/M)得到。令K×M階原型濾波器矩陣G=diag(g~0)diag(g~M)...diag(g~K-M)T]]>其中

是由原型濾波器f(n)組成的對(duì)角陣

令sl(k)為k階矢量s(k)后k-r個(gè)元素構(gòu)成的矢量，su(k)為k階矢量s(k)前r個(gè)元素構(gòu)成的矢量。輸出信號(hào)y(k)由下面兩式得到s(k)=sI(k-1)0r×1+G·FFT{y0(k)y1(k)...yM-1(k)T}]]>[y(kr-r+1)y(kr-r+2)…y(kr)]T＝su(k)采用ADSP21161N實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述防嘯叫方法，其中M＝32，r＝16。原型濾波器g(n)和f(n)的階數(shù)為128階，由matlab的指令firl(127，1/32)產(chǎn)生。得到的系統(tǒng)所能提高的傳輸增益如表一所示，可以看出該系統(tǒng)能夠有效的抑制嘯叫，從而提高傳輸增益。
表一

同時(shí)，采用DMOS(ITU-Trecommendation P.800)對(duì)輸出語(yǔ)音音質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表二所示。由下表可以看出當(dāng)R＜0.02時(shí)，本發(fā)明對(duì)輸出語(yǔ)音音質(zhì)是不影響的。因此本發(fā)明即能有效抑制擴(kuò)聲系統(tǒng)中嘯叫同時(shí)由不影響輸出語(yǔ)音質(zhì)量。
表二

權(quán)利要求
1.一種無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的嘯叫抑制方法，其特征在于它包括下列步驟A)將第k時(shí)刻的音頻輸入信號(hào)x(k)經(jīng)過(guò)分析濾波器組(1)得到其在M個(gè)子帶中的子帶輸入信號(hào)x0(k)…xM-1(k)；B)對(duì)其中M/2+1個(gè)的子帶輸入信號(hào)x0(k)…xM/2(k)分別進(jìn)行嘯叫判斷(2)；C)若判斷出第i個(gè)子帶的子帶輸入信號(hào)xi(k)中存在嘯叫，則其相對(duì)應(yīng)的子帶輸出信號(hào)yi(k)由子帶輸入信號(hào)xi(k)經(jīng)過(guò)一個(gè)隨機(jī)相位器(3)得到，其中0≤i≤M/2；D)若判斷出第i個(gè)子帶的子帶輸入信號(hào)xi(k)中不存在嘯叫，則其相對(duì)應(yīng)的子帶輸出信號(hào)yi(k)為子帶輸入信號(hào)xi(k)，其中0≤i≤M/2；E)經(jīng)過(guò)步驟C)、D)共得到M/2+1個(gè)子帶輸出信號(hào)y0(k)…yM/2(k)，利用子帶信號(hào)的共軛特性yi(k)＝y(tǒng)*M-i(k)得到全部M個(gè)子帶輸出信號(hào)，其中1≤i≤M/2-1，上標(biāo)*表示共軛；F)將上述得到的M個(gè)子帶輸出信號(hào)y0(k)…yM-1(k)經(jīng)過(guò)合成濾波器組(4)，得到音頻輸出信號(hào)y(k)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的嘯叫抑制方法，其特征是所述分析濾波器組(1)和合成濾波器組(4)利用多重相位濾波器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的嘯叫抑制方法，其特征是所述隨機(jī)相位器(3)由時(shí)變?nèi)V波器實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)損語(yǔ)音質(zhì)量的抑制擴(kuò)音嘯叫的方法，首先將某時(shí)刻的音頻輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)分析濾波器組得到M個(gè)子帶輸入信號(hào)；然后對(duì)其中M/2+1個(gè)的子帶輸入信號(hào)進(jìn)行嘯叫判斷；若判斷出某子帶輸入信號(hào)中存在嘯叫，則其相對(duì)應(yīng)的子帶輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)隨機(jī)相位器得到，若不存在嘯叫，則其為子帶輸出信號(hào)；將上述步驟得到的M/2+1個(gè)子帶輸出信號(hào)，利用子帶信號(hào)的共軛特性得到全部M個(gè)子帶輸出信號(hào)；最后將上述得到的M個(gè)子帶輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)合成濾波器組，得到音頻輸出信號(hào)。該方法利用人耳對(duì)聲音相位不敏感的特性，隨機(jī)改變輸出聲音信號(hào)的相位，進(jìn)而破壞發(fā)生嘯叫的相位條件，從而抑制嘯叫。它適用于各種類型的擴(kuò)聲系統(tǒng)中，具有極大的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H04R3/02GK1767695SQ20051009427
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者吳鳴, 邱小軍, 趙其昌 申請(qǐng)人:南京大學(xué)