專利名稱：不穩(wěn)定回波消除器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回波消除器，以及一種通信設(shè)備。
本發(fā)明還涉及一種用于消除通信網(wǎng)絡(luò)中的回波的方法，所述通信網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)或多個(gè)通信設(shè)備，就例如像揚(yáng)聲器電話或電信會(huì)議設(shè)備、電話設(shè)備，特別是移動(dòng)電話、非手持式電話等等，并且涉及適合用在該方法中的信號(hào)。
這樣一個(gè)回波消除器和回波消除方法都可以從WO97/45995(＝EP-A-0843934)中獲知。已知的回波消除器具有遠(yuǎn)端輸入輸出對(duì)和近端輸入輸出對(duì)，后一種輸入輸出對(duì)分別耦合于麥克風(fēng)和擴(kuò)音器。所述回波消除器還包括自適應(yīng)濾波器，它耦合于用于從遠(yuǎn)端那里接收信號(hào)的遠(yuǎn)端輸入；和殘留回波處理器，它耦合于該自適應(yīng)濾波器以及向遠(yuǎn)端提供信號(hào)的遠(yuǎn)端輸出。所述殘留回波處理器充當(dāng)動(dòng)態(tài)回波后處理器，該動(dòng)態(tài)回波后處理器用于抑制殘留回波峰尾部分。它提高了回波消除方法的穩(wěn)健性。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的回波消除器不是在所有的情況下都最優(yōu)地工作。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，進(jìn)一步就質(zhì)量和可識(shí)度而言改善回波消除器性能。
此外，根據(jù)本發(fā)明的回波消除器的特征在于所述回波消除器包括專用的不穩(wěn)定回波消除器。
同樣，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于通過(guò)后處理來(lái)消除不穩(wěn)定回波。
人們發(fā)現(xiàn)從不穩(wěn)定回波中區(qū)分出穩(wěn)定回波是重要的，特別是當(dāng)它關(guān)系到近端單方談話期間的質(zhì)量和可識(shí)度時(shí)更是如此。在如下的那些情形下，即來(lái)自于遠(yuǎn)端的信號(hào)包括穩(wěn)定回波分量并且在近端擴(kuò)音器與麥克風(fēng)之間存在大量直接耦合，特別是當(dāng)近端說(shuō)話人信號(hào)相對(duì)較弱時(shí)，比如當(dāng)說(shuō)話人遠(yuǎn)離麥克風(fēng)時(shí)，近端信號(hào)失真。這種失真是由于遠(yuǎn)端信號(hào)中所包含的穩(wěn)定回波分量造成的。近端信號(hào)的質(zhì)量和可識(shí)度上的失真影響取決于近端說(shuō)話人的雙方談話或單方談話的實(shí)際情況。在會(huì)談中的雙方談話期間，由于雙方談話出現(xiàn)在會(huì)話中希望的中斷的情況下，而這時(shí)質(zhì)量不太重要，因而這些失真一般是可以允許的。然而，近端說(shuō)話人的單方談話需要高信號(hào)質(zhì)量，因來(lái)自遠(yuǎn)端的穩(wěn)定回波而造成的回波消除和衰減效應(yīng)不應(yīng)該使所述信號(hào)質(zhì)量失真。帶著這種想法，為了避免回波中的穩(wěn)定分量，提出了一種專用的不穩(wěn)定回波消除器，以免不斷使近端語(yǔ)音失真，特別是在殘留回波中不斷失真的近端語(yǔ)音。就質(zhì)量和可識(shí)度而言，這改善了回波消除器性能。
根據(jù)本發(fā)明的回波消除器的一個(gè)實(shí)施例具有在權(quán)利要求2中概述的特征。
作為選擇，不穩(wěn)定回波消除器可以包括穩(wěn)定回波估計(jì)器和/或不穩(wěn)定回波估計(jì)器。在前一種情況下，不穩(wěn)定回波分量是根據(jù)從由回波消除器模仿的全部回波或現(xiàn)有技術(shù)的回波中減去穩(wěn)定回波分量而間接得出的，然而在后一種情況下，不穩(wěn)定回波分量是直接可用的。
根據(jù)本發(fā)明的回波消除器的另一個(gè)實(shí)施例具有在權(quán)利要求3中概述的特征。
因?yàn)榉€(wěn)定回波分量本身是作為噪聲出現(xiàn)的，所以有利的是相對(duì)簡(jiǎn)單地將穩(wěn)定回波估計(jì)器具體化以便實(shí)現(xiàn)恒定噪聲估計(jì)器。具體來(lái)講，用這種方法能夠準(zhǔn)確地估計(jì)出作為穩(wěn)定干擾回波的源頭的電噪聲。
此外，在權(quán)利要求4中概述的實(shí)施例中，可以根據(jù)在頻譜相減中應(yīng)用的眾所周知的最小統(tǒng)計(jì)法來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定噪聲估計(jì)工作。
根據(jù)本發(fā)明的回波消除器的再一個(gè)實(shí)施例是在權(quán)利要求5中概述的。
回波消除器的體系結(jié)構(gòu)與對(duì)回波消除器進(jìn)行少量調(diào)節(jié)良好地結(jié)合并且僅僅需要對(duì)回波消除器進(jìn)行少量調(diào)節(jié)，所述回波消除器包括自適應(yīng)濾波器和耦合于該自適應(yīng)濾波器的殘留回波處理器，借此殘留回波處理器現(xiàn)在具備這種不穩(wěn)定回波消除器。
根據(jù)本發(fā)明的回波消除器的另一個(gè)實(shí)施例是在權(quán)利要求6中概述的。
舒適噪聲的引入，特別是在遠(yuǎn)端回波消除器中舒適噪聲的引入，有利地緩和了因從來(lái)源于位于遠(yuǎn)端處的中心限幅器的一些噪音的事實(shí)而帶來(lái)的問(wèn)題。中心限幅器將頻繁地切斷噪音，這造成了遠(yuǎn)端信號(hào)的靜止期。這又導(dǎo)致非常強(qiáng)的不穩(wěn)定性，不穩(wěn)定回波消除器無(wú)法充分地處理這種不穩(wěn)定性。這些不穩(wěn)定性與一些引入的舒適噪聲的組合使得根據(jù)本發(fā)明的回波消除器能夠更加充分地對(duì)此進(jìn)行處理。
目前，將進(jìn)一步闡明根據(jù)本發(fā)明的回波消除器及其相關(guān)的回波消除方法以及它們附加的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)給所附的唯一的圖加上參考標(biāo)記，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的全雙工回波消除器的概貌，所述全雙工回波消除器具備殘留回波處理器，該殘留回波處理器包括不穩(wěn)定回波消除器。
該唯一的圖示出了回音消除器或AEC 1的概貌。這種AEC 1是現(xiàn)今大部分全雙工通信設(shè)備的重要組成部分，所述全雙工通信設(shè)備就例如像揚(yáng)聲器電話設(shè)備、電信會(huì)議設(shè)備、電話設(shè)備，特別是移動(dòng)電話、非手持式電話等等。在現(xiàn)代化的手機(jī)中，其中擴(kuò)音器2和麥克風(fēng)3都耦合于AEC 1，且通常都安裝得非?？拷?，這種AEC除去了干擾回波。在電話會(huì)議設(shè)備中同樣應(yīng)用了這種配置，在所述電話會(huì)議設(shè)備中一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)音器和麥克風(fēng)大都耦合于AEC 1。
該圖示出了從遠(yuǎn)端一方那里來(lái)的信號(hào)x[k]，在近端一方由擴(kuò)音器2再現(xiàn)所述信號(hào)。指數(shù)k表示對(duì)信號(hào)x進(jìn)行采樣。除主要來(lái)源于近端說(shuō)話人的信號(hào)s[k]以外，麥克風(fēng)3還感測(cè)包括由擴(kuò)音器2產(chǎn)生的反射遠(yuǎn)端回波的信號(hào)y[k]。所以，對(duì)于近端處的麥克風(fēng)信號(hào)z[k]而言，它保持z[k]＝s[k]+y[k]。AEC 1借助于自適應(yīng)濾波器4進(jìn)行工作以便產(chǎn)生信號(hào)r[k]，該信號(hào)不包括回波信號(hào)y[k]。理論上講，可能是AEC 1的輸出信號(hào)的信號(hào)r[k]僅僅包括本地近端信號(hào)s[k]。此外，自適應(yīng)濾波器4對(duì)回波進(jìn)行估計(jì)，用信號(hào) 來(lái)表示估計(jì)器。實(shí)際上，自適應(yīng)濾波器4盡可能好地模仿從擴(kuò)音器2到麥克風(fēng)3的聲路徑。在減法器5中用z[k]減去 就得到輸出信號(hào)r[k]。應(yīng)當(dāng)注意，在通信設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)端和近端處需要兩個(gè)AEC。
AEC 1的操作可以通過(guò)在其中包含殘留回波處理器6加以擴(kuò)展。在那種情況下，信號(hào)r′[k]是ABC的輸出信號(hào)。實(shí)際上，自適應(yīng)濾波器4因其有限的數(shù)字濾波器長(zhǎng)度、追蹤問(wèn)題和非線性效應(yīng)而導(dǎo)致并不總能準(zhǔn)確地模仿擴(kuò)音器2與麥克風(fēng)3之間的聲路徑的傳遞功能。作為后處理器的處理器6具有重要的優(yōu)點(diǎn)，即它始終提供了充足的回波抑制和穩(wěn)健性。標(biāo)明r′[k]的回波后處理器6的輸出信號(hào)耦合于遠(yuǎn)端。像自適應(yīng)濾波器4一樣通常在頻域中活動(dòng)的后處理器6具有另外的優(yōu)點(diǎn)，即它不需要AEC 1為了正確地工作而具有雙方談話檢測(cè)器和/或聲音活動(dòng)檢測(cè)器。例如，被人們認(rèn)為是公知的其操作可以從EP-A-0843934中獲知，假定將該篇文獻(xiàn)的公開(kāi)內(nèi)容包含于此以供參考。大體上講，AEC1可以是任意的自適應(yīng)濾波器類型，其中可以利用任何適當(dāng)?shù)乃惴▉?lái)應(yīng)用基于振幅或功率的回波抑制。用于調(diào)節(jié)回波消除器的系數(shù)的適當(dāng)算法的示例為最小均方(LMS)或標(biāo)準(zhǔn)最小均方算法，或是遞歸最小二乘方(RLS)算法。
為了防止穩(wěn)定回波分量衰減近端語(yǔ)音信號(hào)s[k]，對(duì)剩余回波或回波峰尾部分執(zhí)行的回波消除只限于不穩(wěn)定的回波消除。通過(guò)與穩(wěn)定相反的不穩(wěn)定，它意味著在這種情況下回波的頻譜特性(也就是形狀和振幅)隨時(shí)間基本上不變。通過(guò)引入這種不穩(wěn)定回波消除，回波中的穩(wěn)定分量不再能夠不斷使近端語(yǔ)音失真或衰減近端語(yǔ)音，這改善了通話質(zhì)量和語(yǔ)音可識(shí)度。所述改善在近端單方談話情況下特別有效。
實(shí)際上，回波消除器包括不穩(wěn)定回波消除器，以便實(shí)現(xiàn)上述改善。就所提及的后處理器6具備的重要優(yōu)點(diǎn)而言，將出于對(duì)簡(jiǎn)明性的考慮而假定后處理器6中主要包括不穩(wěn)定回波消除器。
后處理器6處理B個(gè)樣本的幀并且在頻譜量級(jí)區(qū)域中執(zhí)行該處理。在下文中，某個(gè)頻率庫(kù)f和數(shù)據(jù)幀lB中的麥克風(fēng)信號(hào)z[k]和殘留信號(hào)r[k]的頻譜量級(jí)分別用|Z(f；lB)|和|R(f；lB)|表示。γ稱為回波減法因子，它典型地比1稍微大些。 表示回波信號(hào)的頻譜量級(jí)估計(jì)。通常這個(gè)估計(jì)可以通過(guò)自適應(yīng)濾波器輸出的先驗(yàn)知識(shí)加以獲得，此外通過(guò)利用關(guān)于將要模仿的聲路徑的假設(shè)來(lái)進(jìn)一步改善所述估計(jì)，所述假設(shè)比如像指數(shù)式衰減和非線性失真。除了使用 建議使用 以便只抑制不穩(wěn)定回波。在此，對(duì)于所有的頻率，在后處理器6中實(shí)現(xiàn)的眾所周知的頻率相關(guān)的衰減函數(shù)A(f；lB)繼而變?yōu)锳(f;lB)=max{(|Z(f;lB)|-γ|Y^non stat(f;lB)|)/|R(f;lB)|,0}.]]>這里，通過(guò)一些不穩(wěn)定回波估計(jì)器或通過(guò)用 減去 來(lái)估計(jì)出 其中后者是前者全部回波估計(jì)的穩(wěn)定回波分量。后者的回波估計(jì)可以通過(guò)用于穩(wěn)定背景噪聲估計(jì)的一些任意算法來(lái)獲得。在由R.Martin所著的、名為“SpectralSubtraction Based on Minimum Statistics(基于最小統(tǒng)計(jì)法的頻譜相減)”的文章(刊登于信號(hào)處理VII中，代理EUSIPCO，第1182-1185頁(yè)，愛(ài)丁堡(蘇格蘭，聯(lián)合王國(guó))，1994年9月)中能夠在其中找到使用最小統(tǒng)計(jì)法的示例，將該篇公開(kāi)內(nèi)容引入于此以供參考。
在此，注意如果一些頻率分量的A(f；lB)＞1的話，那么就將A(f；lB)設(shè)置為1。由此，在與近端信號(hào)相比具有強(qiáng)遠(yuǎn)端回波的頻帶中，后處理器6衰減回波峰尾部分，而在其中近端信號(hào)比遠(yuǎn)端回波更強(qiáng)的頻帶中，不對(duì)回波峰尾部分應(yīng)用衰減。在進(jìn)行后處理以后，通過(guò)將衰減后的信號(hào)變換回時(shí)域并在其上加上r[k]的原始相位來(lái)獲得結(jié)果輸出信號(hào)r′[k]。
在某些情況下，比如當(dāng)在其中應(yīng)用中心限幅器的情況下，建議在回波消除器1中包含舒適噪聲插入裝置N。這減輕了非常強(qiáng)的不穩(wěn)定的影響。它也平滑了回波消除過(guò)程的工作。噪聲插入裝置N例如可以耦合于后處理器6。
雖然上面已經(jīng)基本上參照優(yōu)選實(shí)施例和最佳方式作了描述，但將要理解的是，決不可把這些實(shí)施例理解成是限制回波消除器、通信設(shè)備和有關(guān)方法的示例，因?yàn)楸绢I(lǐng)域熟練技術(shù)人員現(xiàn)在能夠作出屬于所附權(quán)利要求的范圍的各種修改、特征和特征的組合。
權(quán)利要求
1.一種回波消除器，其特征在于所述回波消除器包括專用的不穩(wěn)定回波消除器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回波消除器，其特征在于所述不穩(wěn)定回波消除器包括穩(wěn)定回波估計(jì)器和/或不穩(wěn)定回波估計(jì)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回波消除器，其特征在于所述穩(wěn)定回波估計(jì)器是穩(wěn)定噪聲估計(jì)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回波消除器，其特征在于所述穩(wěn)定噪聲估計(jì)器是基以最小統(tǒng)計(jì)法為基礎(chǔ)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4其中之一所述的回波消除器，其特征在于所述回波消除器包括自適應(yīng)濾波器和耦合于該自適應(yīng)濾波器的殘留回波處理器，所述殘留回波處理器具備不穩(wěn)定回波消除器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5其中之一所述的回波消除器，其特征在于所述回波消除器包括舒適噪聲插入裝置。
7.一種通信設(shè)備，就例如像揚(yáng)聲器電話或電信會(huì)議設(shè)備、電話設(shè)備，特別是移動(dòng)電話、非手持式電話等等，其特征在于所述通信設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1-6的其中之一所述的一個(gè)或多個(gè)回波消除器。
8.一種用于消除通信網(wǎng)絡(luò)中的回波的方法，所述通信網(wǎng)絡(luò)包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的一個(gè)或多個(gè)通信設(shè)備，其特征在于通過(guò)后處理來(lái)消除不穩(wěn)定回波。
9.適合在根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法中使用的信號(hào)，其特征在于所述信號(hào)只允許將要消除的不穩(wěn)定回波。
全文摘要
描述了一種回波消除器(1)，該回波消除器具有專用的不穩(wěn)定回波消除特性?？梢灾苯拥毓烙?jì)或者通過(guò)減去由穩(wěn)定噪聲估計(jì)器確定的穩(wěn)定回波來(lái)間接地估計(jì)所述不穩(wěn)定回波。所述回波消除器可以包括自適應(yīng)濾波器(4)和耦合于該自適應(yīng)濾波器的殘留回波處理器(6)，所述殘留回波處理器具備不穩(wěn)定回波消除器。為了避免回波估計(jì)器中的穩(wěn)定分量，特別是避免在殘留回波中防止不斷使近端語(yǔ)音失真，而提出這樣的一個(gè)不穩(wěn)定回波消除器。就通話質(zhì)量和語(yǔ)音可識(shí)度而言，這改善了回波消除器性能，這在與雙方談話相反的單方談話近端語(yǔ)音的情況下尤為重要。
文檔編號(hào)H04B3/23GK1663230SQ03814234
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者R·M·M·德克西, I·L·D·M·梅克斯, C·P·詹塞 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司