一种用于电梯轿厢的回音消除方法及其装置与流程

本发明属于回音消除技术领域，具体涉及一种用于电梯轿厢的回音消除方法及其装置。

背景技术：

在电梯物联网领域中，当电梯发生困人事件时，救援人员将会和被困人员进行语音安抚和沟通。但是由于电梯轿厢是封闭空间，且空间较小，在双向语音的过程中，会造成较大的回音，导致语音效果不好，救援人员与轿厢内部人员沟通起来有较大的阻碍，导致救援实施困难。

传统的回音消除(acousticechocancellation，aec)用以消除免持通话的不想要的回音，通常利用适应性滤波器模型化回音路径脉冲，而将回音自麦克风输出信号中移除。

而因轿厢的特殊环境，回音中存在当前的回音和上一次的回音的多重回音交杂，回音在被麦克风接收时与扬声器播放的声音的强度有所差别，传统的回音消除技术会因此出现计算不准确导致无法精准的去除回音信号而耽搁电梯救援行动的实行。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于电梯轿厢的回音消除方法及其装置，通过装置中麦克和喇叭的特殊摆放位置以及内部继承自主研发的双重消除回音算法，实现回音的消除，改善通话质量，在电梯物联网中得到很好的应用。

一种用于电梯轿厢的回音消除方法，包括以下步骤：

s1：远端音频信号通过音频输入接口输入至mcu调制后由扬声器产生当前回音信号；

s2：远端音频信号还输入至自适应滤波器，并由自适应滤波器计算输出当前回音估计信号；

s3：麦克风收集近端音频信号、步骤s1中扬声器产生的当前回音信号以及上一轮回音消除中的扬声器产生的上轮回音信号；

s4：根据预先设置在mcu中的回音消除算法，对步骤s3中麦克风收集到的信号、步骤s2中的当前回音估计信号以及保存在mcu中的上轮回音估计信号进行计算，获得纯净回音信号，由音频输出接口输出；

s5：保存当前回音估计信号作为下一轮回音消除信号的参考参数使用。

优选的，所述步骤s2中的当前回音估计信号的计算公式为：

其中r’n为当前回音估计信号，w^tn为当前的系数矩阵，yn为远端输入信号。

优选的，所述w^tn的获取过程为：

计算回音估计误差，计算公式为：en＝dn–(λr’n-1+r’n)，其中dn＝xn+rn+rn-1；

通过迭代计算得到minj＝en²，其中迭代步长：迭代方程为wn+1＝wn+ηn*en*yn；

当j为最小值时，通过上述迭代计算获得当前的系数矩阵w^tn。

其中，en为回音估计误差，dn为步骤s3中麦克风收集的音频信号总和，r’n-1为上轮回音估计信号，r’n为当前回音估计信号，xn为近端输入信号，rn为当前回音信号，rn-1为上轮回音信号，j为值为en²的指代符号，ηn为迭代步长，y^tn为远端输入信号yn的转置矩阵，wn+1为保存wn+ηn*en*yn的值的指代符号，λ为弱化系数。

优选的，所述步骤s4中的纯净回音信号的计算公式为：un＝(xn+rn+rn-1)–(λr’n-1+r’n)，其中un为纯净回音信号，r’n-1为上轮回音估计信号，r’n为当前回音估计信号，λ为弱化系数，xn为近端输入信号，rn为当前回音信号，rn-1为上轮回音信号。

优选的，步骤s5中的当前回音估计信号的保存在算法中表现为令rn＝rn-1，将当前回音估计信号作为下一轮中上一轮回音的弱化参数。

本发明还提供了一种用于电梯轿厢的回音消除装置，包括：

音频输入接口：用于接收远端音频信号；

扬声器：用于产生回音信号；

自适应滤波器：用于根据远端音频信号生成回音估计信号；

麦克风：用于接收回音以及近端音频信号；

mcu：用于存储回音消除算法，接收上述设备输出的各项音频信号进行处理，得到纯净回音；

音频输出接口：用于输出纯净回音信号。

优选的，所述扬声器与轿厢地面垂直，所述扬声器麦克垂直摆放。

优选的，还包括音频编码器和音频解码器，所述音频编码器将接收的音频信号解码成数字信号后发送至mcu处理，mcu处理完后的音频信号再由音频解码器解码后输出。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案在结构上采用扬声器和麦克垂直摆放，能够减少回音的产生，同时扬声器朝向轿厢地面，扬声器与地面距离较远能够减弱回音的产生。

本发明在算法上采用双重消除回音，由于轿厢的特殊环境，回音中存在当前的回音和上一次的回音的多重回音交杂，本发明使用的算法采用双重消除能够将回音降到最少；同时算法考虑的回音在被麦克风接收时与扬声器播放的声音的强度有所差别，在估计回音路径时加上了回音弱化系数，更好的拟合回音，将最终的回音降到最低。

附图说明

图1为本发明的提供的方法的流程图。

图2为本发明提供的装置的内部连接框图。

图3为本发明提供的装置的外部构造图。

其中，1、音频输入接口；2、扬声器；3、麦克风；4、音频输出接口。

具体实施方式

下面将结合说明书附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种用于电梯轿厢的回音消除方法，包括以下步骤：

1、远端音频信号通过音频输入接口输入至mcu调制后由扬声器产生当前回音信号。

2、远端音频信号还输入至自适应滤波器，并由自适应滤波器计算输出当前回音估计信号。当前回音估计信号的计算公式为：

其中r’n为当前回音估计信号，w^tn为当前的系数矩阵，yn为远端输入信号，wn和yn-i代表累计和，wn为n取值0到n-1，yn-i同理。

w^tn的获取过程为：

计算回音估计误差，计算公式为：en＝dn–(λr’n-1+r’n)，其中dn＝xn+rn+rn-1；

通过迭代计算得到minj＝en²，其中迭代步长：迭代方程为：

wn+1＝wn+ηn*en*yn；

当j为最小值时，通过上述迭代计算获得当前的系数矩阵w^tn。

其中，en为回音估计误差，dn为步骤s3中麦克风收集的音频信号总和，r’n-1为上轮回音估计信号，r’n为当前回音估计信号，xn为近端输入信号，rn为当前回音信号，rn-1为上轮回音信号，j为值为en²的指代符号，ηn为迭代步长，y^tn为远端输入信号yn的转置矩阵，wn+1为保存wn+ηn*en*yn的值的指代符号，λ为弱化系数。

3、麦克风收集近端音频信号、步骤s1中扬声器产生的当前回音信号以及上一轮回音消除中的扬声器产生的上轮回音信号。

4、根据回音消除算法，对步骤s3中麦克风收集到的信号、步骤s2中的当前回音估计信号以及保存在mcu中的上轮回音估计信号进行计算，获得纯净回音信号，由音频输出接口输出。纯净回音信号的计算公式为：un＝(xn+rn+rn-1)–(λr’n-1+r’n)，其中un为纯净回音信号，r’n-1为上轮回音估计信号，r’n为当前回音估计信号，λ为弱化系数，xn为近端输入信号，rn为当前回音信号，rn-1为上轮回音信号。

5、保存当前回音估计信号作为下一轮回音消除信号的参考参数使用。当前回音估计信号的保存在算法中表现为令rn＝rn-1，将当前回音估计信号作为下一轮中上一轮回音的弱化参数。

如图2和图3所示，本发明实施例还提供了一种用于电梯轿厢的回音消除装置，包括接收远端音频信号的音频输入接口1、产生回音信号的扬声器2、根据远端音频信号生成回音估计信号的自适应滤波器、接收回音以及近端音频信号的麦克风3、用于存储回音消除算法，接收上述设备输出的各项音频信号进行处理，得到纯净回音的mcu、用于输出纯净回音信号的音频输出接口4。

由于输入的音频不是mcu能直接处理的数据，本装置还包括音频编码器和音频解码器，音频编码器将接收的音频信号解码成数字信号后发送至mcu处理，mcu处理完后的音频信号再由音频解码器解码后输出。

作为本发明的的一个实施例，扬声器与轿厢地面垂直，扬声器麦克垂直摆放。

本发明实施例提供的装置的工作原理如上述提供的一种用于电梯轿厢的回音消除方法方法所示。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

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