江苏电视声学回声抵消算法

    n)后，被麦克风采集到的信号，此时经过房间混响以及麦克风采集的信号y(n)已经不能等同于信号x(n)了,我们记线性叠加的部分为y'(n),非线性叠加的部分为y''(n),y(n)=y'(n)+y''(n)；s(n):麦克风采集的近端说话人的语音信号，即我们真正想提取并发送到远端的信号；v(n)：环境噪音，这部分信号会在ANS中被削弱；d(n):近端信号，即麦克风采集之后，3A之前的原始信号，可以表示为：d(n)=s(n)+y(n)+v(n)；s'(n):3A之后的音频信号，即准备经过编码发送到对端的信号。WebRTC音频引擎能够拿到的已知信号只有近端信号d(n)和远端参考信号x(n)。如果信号经过A端音频引擎得到s'(n)信号中依然残留信号y(n)，那么B端就能听到自己回声或残留的尾音（回声抑制不彻底留下的残留）。AEC效果评估在实际情况中可以粗略分为如下几种情况（专业人员可根据应用场景、设备以及单双讲进一步细分）：回声消除的本质在解析WebRTCAEC架构之前，我们需要了解回声消除的本质是什么。音视频通话过程中，声音是传达信息的主要途径，因此从复杂的录音信号中，通过信号处理的手段使得我们要传递的信息：高保真、低延时、清晰可懂是一直以来追求的目标。在我看来，回声消除。

     先对非线性声学回声的特性进行分析。江苏电视声学回声抵消算法

    为什么又这么冷呢？我能想到的一个答案是它太难了，它非常有挑战性。下面就来看一下它的技术难点。5非线性声学回声消除的技术难点,我从6个不同的维度比较了线性的和非线性这两种回声消除问题。个维度，系统传递函数。在线性系统里面，我们认为系统传递函数是一个缓慢时变的系统，我们可以通过自适应滤波的方式去逼近这个传递函数，来有效抑制回声。而在非线性系统里面，系统传递函数通常是快变、突变的，我们如果用线性的方法去逼近的话，会出现滤波器的更新速度，跟不上系统传递函数变化的速度，就会导致声学回声消除不理想。第二个维度是优化模型，在线性里面我们是有一套非常完备的线性优化模型，从目标函数的构建到系统优化问题的求解，整个脉络是很清晰的。而在非线性的系统里面，目前是缺少一种有效的模型来对它进行支撑的。接下来的四个维度对应4个问题，它们是线性回声消除领域普遍存在的4个难点问题，这些问题在非线性领域也同样存在。比如强混响问题，我们如果在一个小型会议室里开视频会议，那么声音会经过多次墙壁反射，带来很强的混响，混响的拖尾时间会很长。如果想抑制这样的强混响回声，就需要把线性滤波器的长度加长。

    江苏电视声学回声抵消算法基于前面构建的短时相关度函数，我们对大量声学回声数据进行分析。

    只需要近端采集信号即可，傲娇的回声消除需要同时输入近端信号与远端参考信号。有同学会问已知了远端参考信号，为什么不能用噪声抑制方法处理呢，直接从频域减掉远端信号的频谱不就可以了吗？行为近端信号s(n)，已经混合了近端人声和扬声器播放出来的远端信号，黄色框中已经标出对齐之后的远端信号，其语音表达的内容一致，但是频谱和幅度(明显经过扬声器放大之后声音能量很高)均不一致，意思就是：参考的远端信号与扬声器播放出来的远端信号已经是“貌合神离”了，与降噪的方法相结合也是不错的思路，但是直接套用降噪的方法显然会造成回声残留与双讲部分严重的抑制。接下来，我们来看看WebRTC科学家是怎么做的吧。信号处理流程WebRTCAEC算法包含了延时调整策略，线性回声估计，非线性回声抑制3个部分。回声消除本质上更像是音源分离，我们期望从混合的近端信号中消除不需要的远端信号，保留近端人声发送到远端，但是WebRTC工程师们更倾向于将两个人交流的过程理解为一问一答的交替说话，存在远近端同时连续说话的情况并不多（即保单讲轻双讲）。因此只需要区分远近端说话区域就可以通过一些手段消除绝大多数远端回声。

    3.双耦合滤波器设计当滤波器的结构确定下来之后，我们要去设计滤波器系数了。设计过程我把它总结成了三步，第一步就是构建优化准则，第二步是求解滤波器的权系数——Wl和Wn，一步就是构建耦合机制。第一步就是构建优化准则。我觉得构建优化准则，应该是整个滤波器设计里面重要的一步，因为它决定了滤波器性能的上限。什么样的优化准则是一个好的优化准则呢？我觉得好的优化准则需要跟问题的物理特性有效匹配起来，所以在构建优化准则之前，我们先对非线性声学回声的特性进行分析，希望通过这种分析去挖掘非线性声学回声的一些物理特性。我们的分析是基于上面的函数，我们称它为短时相关度，它所表示的是两个信号，在一个短时的观测时间窗“T”这样一个尺度范围内的波形的相似程度，需要注意的是这个函数它是统计意义上的，因为我们对它进行了数学期望运算。同时在分子的一项我们还加了一个相位校正因子，目的是为了将这两路信号的初始相位对齐。基于前面构建的短时相关度函数，我们对大量声学回声数据进行分析，并挑选了几组比较典型的数据：绿色的曲线对应的是一组线性度非常好的回声数据。我们从这个数据上可以看到，在整个时间T的变化范围内，它的短时相关度都非常高。

     声学回声是由于麦克风和扬声器的声学泄露耦合而成。

    我们还希望它在一个短时的观测时间窗的尺度里面也是比较好的，即局部比较好，所以在数学期望内部，我们又对误差进行了短时积分。这个优化准则跟传统的线性自适应滤波器是有本质区别的，因为传统的线性自适应滤波器基于小均方误差准则，它只是在统计意义上比较好，没有局部比较好约束。首先来求解这里的Wl，就是线性滤波器。主要求解方法是，假设Wn就是非线性滤波器是比较好解，把这个比较好解代入到前面的优化方程里，就会得到上面简化之后的优化目标函数。在这个地方，我们又做了一些先验假设，假设非线性的滤波器的一阶统计量和二阶统计量都等于0，我们就可以把上面的优化问题进一步简化，就得到我们非常熟悉的方程，就是Wiener-Hopf方程。这个结果告诉我们，线性滤波器的比较好解跟传统的自适应滤波器的比较好解是一致的，都是Wiener-Hopf方程的理论比较好解。所以我们就可以采用一些现有的比较成熟的算法，比如NLMS算法、RLS算法，对它进行迭代求解。这就是Wl的设计。接下来再看看Wn的设计。Wn的设计跟Wl的设计是类似的，也是需要将优化之后的线性滤波器，代入到开始的优化问题里，可以把前面的优化问题简化成下面的方程。接下来进行一系列的变量替换之后。

    非线性声学回声消除技术。江苏电视声学回声抵消算法

我们把声学回声消除这个技术变成一张实体的插件（设备插卡），在系统中，为实现次回声过滤。江苏电视声学回声抵消算法

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