本發(fā)明涉及音頻信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多通道回聲消除電路、方法和智能設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著電子信息技術(shù)和聲學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及機(jī)器人等智能硬件產(chǎn)品的發(fā)展，基于語音識別技術(shù)的人機(jī)交互技術(shù)越來越多的在手機(jī)、機(jī)器人、智能音響、智能電視等等產(chǎn)品上應(yīng)用。

語音識別的人機(jī)交互，在實際應(yīng)用中，遇到的第一個問題就是外部噪聲的干擾，特別是產(chǎn)品自身揚(yáng)聲器播放的聲音。因為揚(yáng)聲器跟麥克風(fēng)都附著在產(chǎn)品上，空間上距離很近，揚(yáng)聲器播放的音頻很輕易就通過麥克風(fēng)傳回到系統(tǒng)當(dāng)中去這樣用戶說的語音指令就被揚(yáng)聲器的噪聲覆蓋掉了，無法給系統(tǒng)發(fā)送指令，系統(tǒng)也無法識別用戶語音指令。這一現(xiàn)象叫做回聲干擾。目前回聲干擾已經(jīng)成為智能硬件產(chǎn)品的語音交互設(shè)計中首先要解決的問題。

回聲消除技術(shù)應(yīng)運而生，但是目前的回聲消除技術(shù)一般只支持一個揚(yáng)聲器、即單路噪聲的消除。而實際上大部分的產(chǎn)品往往設(shè)計對應(yīng)兩個揚(yáng)聲器的兩個聲道甚至更多聲道，單路噪聲消除已經(jīng)無法滿足實際產(chǎn)品的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種多通道回聲消除電路，方法和智能設(shè)備以對多聲道產(chǎn)品的回聲進(jìn)行消除，滿足實際需求。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種多通道回聲消除電路，包括：與揚(yáng)聲器的音頻通道對應(yīng)數(shù)量的信號提取電路、隔離電路，以及處理器；

信號提取電路一端與對應(yīng)揚(yáng)聲器的音頻通道連接，用于從對應(yīng)揚(yáng)聲器的音頻通道中提取部分音頻信號作為回聲消除參考信號；

信號提取電路的另一端連接隔離電路；

各隔離電路相互連接后形成一噪聲通道，將各信號提取電路提取的回聲消除參考信號形成一路噪聲信號輸出給處理器，

處理器，根據(jù)輸入的噪聲信號以及獲取的麥克風(fēng)采集的聲音信號，將麥克風(fēng)采集的聲音信號減去噪聲信號，得到降噪后的信號。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種多通道回聲消除方法，包括：

通過信號提取電路從各對應(yīng)揚(yáng)聲器的音頻通道中提取部分音頻信號作為回聲消除參考信號，其中，信號提取電路與揚(yáng)聲器的音頻通道數(shù)量相同，信號提取電路的一端與對應(yīng)揚(yáng)聲器的音頻通道連接，信號提取電路的另一端連接隔離電路；

將與信號提取電路的另一端連接的隔離電路相互連接，形成一噪聲通道，通過噪聲通道將回聲消除參考信號形成一路噪聲信號輸出給處理器；

處理器獲取麥克風(fēng)采集的聲音信號，并根據(jù)輸入的噪聲信號以及獲取的麥克風(fēng)采集的聲音信號，將麥克風(fēng)采集的聲音信號減去噪聲信號，得到降噪后的信號。

根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種智能設(shè)備，該智能設(shè)備包括如前述一個方面的多通道回聲消除電路。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明實施例的多通道回聲消除電路，支持多聲道多揚(yáng)聲器的產(chǎn)品的回聲消除，通過與揚(yáng)聲器的音頻通道對應(yīng)數(shù)量的信號提取電路分別提取多個聲道的音頻信息，經(jīng)相互連接的隔離電路形成的一噪聲通道耦合成一路噪聲信號后傳送到處理器，如此，既能夠支持多聲道的回聲消除，提高產(chǎn)品的回聲消除性能，進(jìn)而提高產(chǎn)品的人機(jī)交互準(zhǔn)確性。又由于各隔離電路相互連接后形成一噪聲通道，使得從各音頻通道中提取的回聲消除參考信號能匯聚成一路噪聲信號，提供給處理器，使得處理器只需要具備一個接收噪聲的音頻接口即可，降低了對處理器的要求，節(jié)省成本；同時由于隔離電路的設(shè)計避免了多揚(yáng)聲器之間的串音，也改善了多揚(yáng)聲器輸出的音質(zhì)，提升了產(chǎn)品的市場競爭力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實施例的多通道回聲消除電路的框圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的多通道回聲消除電路的電路圖；

圖3是本發(fā)明另一個實施例的多通道回聲消除電路的框圖；

圖4是本發(fā)明一個實施例的多通道回聲消除方法的流程示意圖；

圖5是本發(fā)明一個實施例的智能設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

回聲消除是先從揚(yáng)聲器音頻通道進(jìn)行音頻采集與數(shù)字處理，得到噪聲樣本，并從麥克風(fēng)采集語音信號與噪聲，通過dsp(digitalsignalprocessing數(shù)字相關(guān)處理)處理器進(jìn)行音頻處理，把麥克風(fēng)采集到音頻信號中的噪聲去除，從而得到干凈的用戶語音信號，再傳給相關(guān)的后級系統(tǒng)進(jìn)行語音識別等。可知，回聲消除對產(chǎn)品的語音識別和語音交互至關(guān)重要?，F(xiàn)有技術(shù)的回聲消除技術(shù)一般只應(yīng)用于單聲道。

有一種回聲消除方案：這種方案可以應(yīng)用于多聲道，但是多聲道直接通過信號線連接，，相互之間沒有足夠的隔離度，揚(yáng)聲器之間會有聲音串?dāng)_。

例如當(dāng)左聲道以最大音量播放，右聲道靜默時，由于串音的影響，從右聲道的揚(yáng)聲器中也能聽到左聲道播放的音樂。同時，多聲道直接連接也就意味著多個音頻的地線連接在一起，會產(chǎn)生額外的共地噪聲。這些共地噪聲輸送到dsp后，導(dǎo)致回聲消除的降噪性能明顯下降，同時也會出現(xiàn)不需要的雜音，對揚(yáng)聲器的音質(zhì)產(chǎn)生不良影響。

還有一種回聲消除方案：每一個揚(yáng)聲器的音頻通道，都單獨的提取噪聲信號后發(fā)送給dsp進(jìn)行回聲消除。但是這種方式要求dsp需要有相應(yīng)的多個音頻端口，而且dsp的回聲消除要進(jìn)行多次的降噪處理，成本較高。

對此，本發(fā)明實施例提供了一種多通道回聲消除電路，只需要一條噪聲音頻通道，成本低，并且可以去除各種不需要的音頻噪聲干擾。本發(fā)明技術(shù)方案的設(shè)計構(gòu)思在于設(shè)置隔離電路，例如在隔離電路中采用變壓器，變壓器的工作原理是電感耦合，常用于變換電壓或變換負(fù)載的阻抗。通過將變壓器的工作頻率范圍設(shè)置為10～20000hz，與揚(yáng)聲器的聲音信號的頻率范圍重合，能夠?qū)崿F(xiàn)音頻信號的轉(zhuǎn)換和反向隔離，提高降噪效果。

參見圖1，為本發(fā)明一個實施例的多通道回聲消除電路的框圖，本實施例的多通道回聲消除電路包括：與揚(yáng)聲器的音頻通道對應(yīng)數(shù)量的信號提取電路101、隔離電路102，以及處理器103；

信號提取電路101一端與對應(yīng)揚(yáng)聲器的音頻通道連接，用于從對應(yīng)揚(yáng)聲器的音頻通道中提取部分音頻信號作為回聲消除參考信號；

信號提取電路101的另一端連接隔離電路102；

各隔離電路102相互連接后形成一噪聲通道，將各信號提取電路101提取的回聲消除參考信號形成一路噪聲信號輸出給處理器103，

處理器103，根據(jù)輸入的噪聲信號以及獲取的麥克風(fēng)采集的聲音信號，將麥克風(fēng)采集的聲音信號減去噪聲信號，得到降噪后的信號。

由圖1所示可知，本發(fā)明實施例的回聲消除電路，利用與各揚(yáng)聲器的音頻通道連接的信號提取電路，從揚(yáng)聲器的音頻信號中提取部分信號作為回聲消除參考信號，然后經(jīng)過與信號提取電路連接的隔離電路輸出給處理器，由于各個隔離電路相連接，從而可以將回聲消除參考信號形成一路噪聲信號，通過一個噪聲通道將這一路噪聲信號發(fā)送給處理器供其進(jìn)行降噪處理。這樣處理器只需要一個音頻端口來接收隔離電路輸出的一路噪聲信號，不需要設(shè)置多個音頻端口，降低了對處理器的要求，節(jié)省了成本。另外，本實施例中各音頻通道的信號提取電路是隔離的，信號提取相互不影響，在提取回聲消除參考信號后再經(jīng)過相連接的隔離電路形成噪聲通道，經(jīng)噪聲通道將將形成的一路噪聲信號輸出給處理器，避免了多聲音通道直接連接進(jìn)行信號提取時串音的影響，也避免了額外的共地噪聲的產(chǎn)生，從而提高了回聲消除的降噪性能，并保證了揚(yáng)聲器的音質(zhì)。

需要說明的是，圖1中是以兩聲道，以及與兩個聲道對應(yīng)的兩個信號提取電路和兩個隔離電路為例進(jìn)行的說明，但本發(fā)明的實施例不限于此。

如圖2所示，本實施例中隔離電路包括：第一級變壓器(如圖2中示意的變壓器n1)和與第一級變壓器的輸出端連接的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)22，信號提取電路為輸入匹配網(wǎng)絡(luò)21，對應(yīng)揚(yáng)聲器(例如，左揚(yáng)聲器)的音頻信號通過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)21后得到回聲消除參考信號，回聲消除參考信號輸入到對應(yīng)的第一級變壓器，各輸出匹配網(wǎng)絡(luò)22相互連接后形成一噪聲通道23，將回聲消除參考信號形成一路噪聲信號輸出給處理器。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本實施例的第一級變壓器選取低頻變壓器，變壓器的工作頻率的范圍與輸出到揚(yáng)聲器的聲音信號的頻率范圍一致。例如，將變壓器的工作頻率范圍設(shè)置在10～20000hz范圍內(nèi)，與揚(yáng)聲器的聲音信號的頻率范圍一致，以實現(xiàn)音頻信號的轉(zhuǎn)換和反向隔離。

輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)通過無源元件組成，無源元件包括電阻、電容。參見圖2，本實施例中，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)21包括：第一輸入電阻(圖2中示意的電阻r11)，第一輸入電容(圖2中示意的電容c11)和第二輸入電阻(圖2中示意的電阻r12)，

第一級變壓器(如圖2中示意的變壓器n1)的輸入端與第一輸入電容c11串聯(lián)后，與第二輸入電阻r12的一端以及第一輸入電阻r11的一端連接，第二輸入電阻r12的另一端與第一級變壓器n1的第一接地端連接，第一接地端與揚(yáng)聲器(如左揚(yáng)聲器)的地線(即圖2中示意的gnd3)連接，第一輸入電阻r11的另一端連接揚(yáng)聲器的音頻信號線。即第一級變壓器n1的輸入端與第一輸入電容c11串聯(lián)后，再與第二輸入電阻r12并聯(lián)，最后再串聯(lián)第一輸入電阻r11。

輸出匹配網(wǎng)絡(luò)22包括：第一輸出電阻(圖2中示意的電阻r31)，第一輸出電容(圖2中示意的電容c32)和第二輸出電阻(圖2中示意的電阻r32)。

第一級變壓器(如圖2中示意的變壓器n1)的輸出端與第一輸出電阻r31串聯(lián)后，與第一輸出電容c32的一端以及第二輸出電阻r32的一端連接，第二輸出電阻r32的另一端與第一級變壓器n1的第二接地端連接，第二接地端與處理器的地線(即圖2中示意的gnd2)連接，圖2中示意的多處gnd2是本實施例的回聲消除電路的公共地。即，第一級變壓器n1的輸出端與第一輸出電阻r31串聯(lián)后，再與第二輸出電阻r32并聯(lián)，最后再串聯(lián)第一輸出電容c32。由圖2可知，本實施例的音頻信號線的地線和處理器地線完全隔離，避免了由于揚(yáng)聲器的地線和處理器的地線共用一個地導(dǎo)致的交流聲干擾。

第一輸出電容c32的另一端與噪聲通道23連接，噪聲通道23與處理器的音頻輸入端(音頻輸入端即音頻端口)連接。這里的第一輸入電容c11和第一輸出電容c32為隔直電容，一般地，可以選用容值為4.7uf的隔直電容。隔直電容是指將信號中直流成分阻斷，而讓交流成分順利傳遞到后級電路的電容。

上述是以左聲道為例對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行的說明，由于圖2中右聲道的電路結(jié)構(gòu)和左聲道的相同，因此右聲道的電路結(jié)構(gòu)不再重復(fù)贅述。

由圖2所述可知，本實施例中通過第一輸入電阻、第一輸入電容和第二輸入電阻構(gòu)成輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)從對應(yīng)的揚(yáng)聲器的聲音通道中提取部分信號作為回聲消除參考信號的目的。本實施例的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是實現(xiàn)揚(yáng)聲器的輸出阻抗與變壓器的輸入阻抗相匹配，即，保證從大功率的揚(yáng)聲器信號中提取變壓器工作頻率的功率信號，一定程度上抑制工作頻率以外的諧波分量和干擾。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是保證變壓器的輸出阻抗與處理器的輸入阻抗相匹配，減小線路反射和噪聲干擾。

需要說明的是，由于揚(yáng)聲器的功率一般較大，在從揚(yáng)聲器的音頻通道中聲音信號中提取部分信號時，需要選擇合適的變壓比來確定提取的信號的功率。本實施例中通過如下公式確定輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的器件選型：

其中，r12為第二輸入電阻的阻值，z1為第一級變壓器的輸入阻抗，r11為第一輸入電阻的阻值，a1為第一級變壓器(如圖2中的變壓器n1)的預(yù)設(shè)變壓比值；變壓器的變壓比值是指變壓器的輸入電壓和輸出電壓的比值。

實際應(yīng)用中，通過選擇合適的變壓器輸入電壓和輸出電壓比值，實現(xiàn)音頻信號的提取功能，即，從大功率的揚(yáng)聲器音頻通道中提取一個小功率信號供回聲消除使用。由于變壓器的反向衰減高達(dá)20db，相當(dāng)于只有1/100的信號可以逆向傳送，這樣就避免了左右聲道之間的串音問題，提高了回聲消除的性能。

右聲道連接的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的器件選型參見前述公式，這里不再贅述。

在通過與各揚(yáng)聲器的聲音通道連接的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)提取出小功率的回聲消除參考信號之后，本實施例回聲消除電路經(jīng)過變壓器以及與變壓器連接的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)匹配變壓器的阻抗和處理器的阻抗的目的，從而避免變壓器和處理器的阻抗不匹配，導(dǎo)致信號逆向傳送，影響回聲消除性能的問題。

為了達(dá)到阻抗匹配，本實施例中通過如下條件確定輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的器件選型：

其中，r31為第一輸出電阻的阻值，k1為第一級變壓器的輸出阻抗，r32為第二輸出電阻的阻值，g為處理器音頻端口的輸入阻抗。

如圖2所示的回聲消除電路的信號處理過程是：輸入匹配網(wǎng)絡(luò)連接左右聲音通道，獲取左、右聲道的聲音信號之后，輸入到變壓器n1和n2進(jìn)行電感耦合和功率變換。變壓器n1和n2的音頻輸出信號分別經(jīng)過兩個輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之后，再形成一路噪聲信號，然后輸入到回聲消除器件如dsp中進(jìn)行處理，得到降噪后的信號輸出。

由此，通過包含匹配網(wǎng)絡(luò)和變壓器的電路設(shè)計保證輸入到dsp中的信號包含相同功率的左、右音頻信息，可以更好的實現(xiàn)回聲消除。

上述實施例中以隔離電路包含第一級變壓器進(jìn)行了說明，在本發(fā)明的另一個實施例中，隔離電路還可以包括：第二級變壓器，具體的，各輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端與第二級變壓器的輸入端連接，通過第二級變壓器形成一噪聲通道，將回聲消除參考信號形成一路噪聲信號輸出給處理器。

結(jié)合圖2，圖2中對應(yīng)左、右聲道的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)相連接的實心黑點處可以用一個變壓器替換，即設(shè)置第二級變壓器，這樣，通過設(shè)置第二級變壓器，將多路回聲消除參考信號合成一路噪聲信號，借助變壓器的隔離特性，實現(xiàn)各聲音通道之間的隔離，保證只有音頻信號通過，除了聲音信號之外的其它信號被濾除，以減少噪聲干擾，提高回聲消除性能。

以上介紹了產(chǎn)品中設(shè)置兩個聲道時的回聲消除電路的結(jié)構(gòu)，同樣的，當(dāng)產(chǎn)品中包括兩個以上的聲道時，回聲消除電路的結(jié)構(gòu)相似。當(dāng)需要進(jìn)行更多聲道的回聲消除時，只需要接入對應(yīng)數(shù)量的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和變壓器即可。如圖3所示，當(dāng)產(chǎn)品中有三個聲音通道，即第一聲道、第二聲道和第三聲道時，第一聲道與第一輸入匹配網(wǎng)絡(luò)連接，第一輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與第一變壓器連接，第一變壓器與第一輸出網(wǎng)絡(luò)連接。第二聲道與第二輸入匹配網(wǎng)絡(luò)連接，第二輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與第二變壓器連接，第二變壓器與第二輸出網(wǎng)絡(luò)連接。第三聲道與第三輸入匹配網(wǎng)絡(luò)連接，第三輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與第三變壓器連接，第三變壓器與第三輸出網(wǎng)絡(luò)連接。第一輸出網(wǎng)絡(luò)，第二輸出網(wǎng)絡(luò)和第三輸出網(wǎng)絡(luò)相連接構(gòu)建一個噪聲通道，將形成的一路噪聲信號輸出。

同樣的，其它實施例中可以把更多的音頻通道在通過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)后接入變壓器，然后把變壓器的輸出也經(jīng)過輸出匹配網(wǎng)絡(luò)后接入到一個噪聲通道中，從而通過一個噪聲通道將一路噪聲信號發(fā)送給處理器供其處理。

由于多個聲音通道的回聲消除電路的工作過程和前述圖2所示的電路的工作過程相同，因此這里不再重復(fù)說明。

與前述多通道回聲消除電路相對應(yīng)的，本發(fā)明實施例還提供了一種多通道回聲消除方法，圖4是本發(fā)明另一個實施例的多通道回聲消除方法的流程示意圖；如圖4所示，多通道回聲消除方法包括如下步驟：

步驟s401，通過信號提取電路從各對應(yīng)揚(yáng)聲器的音頻通道中提取部分音頻信號作為回聲消除參考信號，

其中，信號提取電路與揚(yáng)聲器的音頻通道數(shù)量相同，信號提取電路的一端與對應(yīng)揚(yáng)聲器的音頻通道連接，信號提取電路的另一端連接隔離電路；

步驟s402，將與信號提取電路的另一端連接的隔離電路相互連接，形成一噪聲通道，通過噪聲通道將回聲消除參考信號形成一路噪聲信號輸出給處理器；

步驟s403，處理器獲取麥克風(fēng)采集的聲音信號，并根據(jù)輸入的噪聲信號以及獲取的麥克風(fēng)采集的聲音信號，將麥克風(fēng)采集的聲音信號減去噪聲信號，得到降噪后的信號。

在本發(fā)明的一個實施例中，將與信號提取電路的另一端連接的隔離電路相互連接，形成一噪聲通道包括：選取第一級變壓器，在第一級變壓器的輸出端連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建隔離電路；將各輸出匹配網(wǎng)絡(luò)相互連接后形成一噪聲通道。

在本發(fā)明的一個實施例中，包括：將輸入匹配網(wǎng)絡(luò)作為信號提取電路，

輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括：第一輸入電阻，第一輸入電容和第二輸入電阻，

第一級變壓器的輸入端與第一輸入電容串聯(lián)后，與第二輸入電阻的一端以及第一輸入電阻的一端連接，

第二輸入電阻的另一端與第一級變壓器的第一接地端連接，第一接地端與揚(yáng)聲器的地線連接，

第一輸入電阻的另一端連接揚(yáng)聲器的音頻信號線，

輸出匹配網(wǎng)絡(luò)包括：第一輸出電阻，第一輸出電容和第二輸出電阻，

第一級變壓器的輸出端與第一輸出電阻串聯(lián)后，與第一輸出電容的一端以及第二輸出電阻的一端連接，

第二輸出電阻的另一端與第一級變壓器的第二接地端連接，第二接地端與處理器的地線連接，

第一輸出電容的另一端與噪聲通道連接，噪聲通道與所述處理器的音頻輸入端連接；第一輸入電容和第一輸出電容為隔直電容，第一級變壓器的工作頻率的范圍與輸出到揚(yáng)聲器的聲音信號的頻率范圍一致。

在本發(fā)明的一個實施例中，將與信號提取電路的另一端連接的隔離電路相互連接，形成一噪聲通道包括：選取第一級變壓器，在第一級變壓器的輸出端連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，將輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與一個第二級變壓器的輸入端連接，將各第二級變壓器的輸出端相連接后形成一噪聲通道。

另外，本發(fā)明實施例中提供了一種智能設(shè)備，該智能設(shè)備50包括多通道回聲消除電路501，該多通道回聲消除電路501即為前述實施例中的多通道回聲消除電路。通過采用本發(fā)明實施例的多通道回聲消除電路，使得本發(fā)明實施例的智能設(shè)備，提高了回聲消除性能進(jìn)而改善了用戶的語音交互體驗，提升了智能設(shè)備的市場競爭力。

綜上所述，本發(fā)明實施例的回聲消除電路和方法，通過分別從各揚(yáng)聲器聲道提取的回聲消除參考信號，然后形成一個噪聲信號經(jīng)噪聲聲道輸出給處理器，支持多聲道的回聲消除處理，降低了對于處理器的要求，處理器只需要一個噪聲通道，節(jié)省成本。另外，各個揚(yáng)聲器的聲音通道之間保持足夠的隔離，避免了串音問題。而且，揚(yáng)聲器與處理器的gnd地網(wǎng)絡(luò)保持足夠的隔離，避免產(chǎn)生共地噪聲，提高了回聲消除性能。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。