專利名稱：數(shù)字自適應(yīng)濾波器和利用這一設(shè)備的聲音回波消除器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字自適應(yīng)濾波器和利用這一設(shè)備的聲音回波消除器。
具體地，本發(fā)明涉及數(shù)字自適應(yīng)濾波器，其中自適應(yīng)過程是根據(jù)誤差信號(hào)的歸一化最小二乘方誤差算法NLMS進(jìn)行的。
背景技術(shù)：
特別是免提型通信系統(tǒng)增長(zhǎng)的需求導(dǎo)致不斷努力開發(fā)聲音回波消除器。這樣的聲音回波消除器需要有效率的帶有低競(jìng)爭(zhēng)載荷和延時(shí)的濾波技術(shù)。
正如通常所知道的那樣，例如，在駕駛期間，使用車輛中的手機(jī)大大地降低駕駛者的注意力，增加事故的風(fēng)險(xiǎn)。在此，免提設(shè)備允許駕駛者集中精力到交通上并增加安全性。該免提設(shè)備未廣泛被使用的一個(gè)原因是由于可用的系統(tǒng)質(zhì)量差。另一個(gè)原因是可用的免提設(shè)備通常是在切換基礎(chǔ)上工作，因而需要兩個(gè)使用者高的談話紀(jì)律，因?yàn)橹挥邪腚p工通信是可能的。
通過聲音回波消除可以實(shí)現(xiàn)趨于全雙工通信的方法，在其中回波未被壓制而是補(bǔ)償，例如如下文中所描述的那樣“On thelmplementation of a Partitioned Block Frequency Domain AdaptiveFilter(PBFDAF)for Long Acoustic Echo Cancellation”，Jose’M.P.Borrallo，Mariano G.Otero，Signal Processing 27(1992)，pp.309-315。
在EP0 661 832 A2中，描述了一種方法和設(shè)備，用于識(shí)別利用自適應(yīng)濾波器的系統(tǒng)。自適應(yīng)濾波器處理參考輸入信號(hào)，產(chǎn)生輸出信號(hào)。減法器從觀測(cè)到的信號(hào)減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號(hào)，和功率估計(jì)電路估計(jì)參考輸入信號(hào)的功率。步距確定電路依據(jù)參考輸入信號(hào)被估計(jì)的功率確定步距。
在US-A-5,734,715中描述一個(gè)過程和設(shè)備，用于利用自動(dòng)地適應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)受的噪聲條件的步距進(jìn)行自適應(yīng)識(shí)別和自適應(yīng)回波消除。
圖1示出回波消除的有關(guān)基礎(chǔ)。特別是，圖1示出，例如，一種免提通信設(shè)備或遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)的揚(yáng)聲器200和話筒202。而且，在揚(yáng)聲器200和話筒202之間用虛線示出回波傳播路徑206。通常，通信設(shè)備的近端談話者通過揚(yáng)聲器200接收聲音信息，并通過話筒202發(fā)送信息到遠(yuǎn)端談話者。然而，通過聲波的反饋傳播，聲波被傳播回到遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器。
如圖1中所示，為了克服這種缺點(diǎn)，可將一種自適應(yīng)濾波器208可用于產(chǎn)生合成的回波，供與實(shí)際的回波反相補(bǔ)償。換句話說(shuō)，自適應(yīng)濾波器208是回波路徑206的一個(gè)模型，并必須適應(yīng)由于，例如，近端揚(yáng)聲器或免提通信設(shè)備所安裝的環(huán)境引起的變化著的真實(shí)世界環(huán)境。
也如圖1中所示，為了實(shí)行反相補(bǔ)償，在此提供一個(gè)實(shí)際回波和合成回波相減的相加點(diǎn)210。然而，因?yàn)橄嗉右院笞赃m應(yīng)濾波器208通常將未達(dá)到真實(shí)世界環(huán)境的完全的模擬，在此將仍然有誤差信號(hào)，可被返回傳播到遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器。
可將自適應(yīng)濾波器208作為時(shí)間域或頻率域自適應(yīng)濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且，該濾波器必須是自適應(yīng)的，以便適合不同的房間環(huán)境和近端談話者的移動(dòng)。將調(diào)節(jié)濾波器系數(shù)的過程稱為收斂，該收斂速度在很大程度上規(guī)定了聲音回波消除器的性能。
濾波器系數(shù)的調(diào)節(jié)依賴于自適應(yīng)濾波器的輸入信號(hào)，對(duì)該輸入信號(hào)功率的估計(jì)和最終取決于自適應(yīng)濾波器中濾波的輸入信號(hào)與通過話筒202即通過自適應(yīng)濾波器模擬的路徑206接收的信號(hào)之間的誤差信號(hào)。
圖2示出用于估計(jì)輸入信號(hào)功率的信號(hào)流程圖。在此得到輸入信號(hào)的瞬時(shí)功率，然后在第一乘法器214中用因數(shù)β加權(quán)。為了也執(zhí)行相關(guān)器步驟，將該估計(jì)的功率電平通過第二乘法器216用因數(shù)(1-β)標(biāo)定，在延時(shí)單元218中延時(shí)，并最終通過加法器220加到瞬時(shí)功率上，如圖2中所示。
然而，在圖2中所示的進(jìn)行功率電平估計(jì)的方法并未考慮在輸入信號(hào)上的任何信息，只利用預(yù)先規(guī)定的因數(shù)，不管信號(hào)特性如何。而且，任何占優(yōu)勢(shì)的周圍條件沒有對(duì)功率水平的估計(jì)造成影響，例如，周圍的噪聲。因此，圖2中所示的通常的方法只實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波器有限的收斂作用并帶有對(duì)通信質(zhì)量的相關(guān)負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的情況，本發(fā)明的目的是在背景噪聲以下提供一種具有增強(qiáng)的收斂速度的數(shù)字自適應(yīng)濾波器。
依據(jù)本發(fā)明的第一方面，利用一種數(shù)字自適應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)此目的，該濾波器包括濾波器系數(shù)更新裝置，依據(jù)輸入信號(hào)，對(duì)輸入信號(hào)所估計(jì)的功率，和在該數(shù)字自適應(yīng)濾波器中濾波的輸入信號(hào)與沿著由該數(shù)字自適應(yīng)濾波器模擬的外部路徑傳播的輸入信號(hào)之間的誤差信號(hào)不斷地更新濾波器系數(shù)；和輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置，用于對(duì)于不對(duì)稱地增長(zhǎng)輸入功率和/或減少輸入功率實(shí)行遞推平滑。
在此，當(dāng)與利用一個(gè)公共因數(shù)的方案作比較時(shí)，為了較快的收斂，允許選擇兩個(gè)不同的平滑因數(shù)。在輸入功率快速增長(zhǎng)的情況下要防止步距太大以避免任何的不穩(wěn)定。
依據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施方案，輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置利用不同的加權(quán)因數(shù)分別對(duì)增長(zhǎng)的和減少的輸入信號(hào)功率電平實(shí)行對(duì)所估計(jì)的輸入功率的遞推平滑。
因此，可以考慮，通常在開始，輸入信號(hào)的功率水平開始并增長(zhǎng)非?？?，然后在較長(zhǎng)的時(shí)間周期上返回到零電平。通過對(duì)于功率水平的快增長(zhǎng)和慢減小采用專用的加權(quán)因數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)總的顯著改善的收斂特性。
依據(jù)本發(fā)明的另一最佳實(shí)施方案，數(shù)字自適應(yīng)濾波器在頻率域中對(duì)輸入信號(hào)功率電平進(jìn)行估計(jì)并對(duì)于至少一個(gè)頻段依據(jù)該頻段的背景噪聲水平單獨(dú)地計(jì)算步距。
本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案允許特別考慮平直譜內(nèi)的背景噪聲或換句話說(shuō)，考慮在頻率范圍上不均勻分布的背景噪聲。通過對(duì)于單個(gè)頻段的專用步距計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)適合于主要情況的最佳收斂，從而利用這樣一種數(shù)字自適應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)了聲音回波消除器總的較好的性能。
而且，依據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)最佳實(shí)施方案，該頻率域自適應(yīng)濾波器具有可變的輸入塊長(zhǎng)度，并不限于2的冪數(shù)。
因此，依據(jù)本發(fā)明，對(duì)于頻率域自適應(yīng)濾波器輸入塊長(zhǎng)度要按照2的冪數(shù)選取的限制被避免，從而增加了可用的范圍。一個(gè)例子是GSM語(yǔ)音編碼解碼器，以20ms為基數(shù)運(yùn)行，也就是，160個(gè)樣本。
依據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過一種子頻帶自適應(yīng)濾波器達(dá)到這個(gè)目的，該濾波器包括一個(gè)分析濾波器組，用于按照至少兩個(gè)頻帶過濾輸入信號(hào)；一個(gè)子頻帶濾波器，用于該分析組的每個(gè)頻帶，以過濾有關(guān)頻帶的輸出信號(hào)；一個(gè)合成濾波器組，用于從子頻帶濾波器輸出信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間域輸出信號(hào)，其中每個(gè)子頻帶濾波器包括濾波器系數(shù)更新裝置，依據(jù)所提供的有關(guān)頻帶的輸出信號(hào)，它的估計(jì)功率，和有關(guān)的頻帶輸出信號(hào)與沿著通過子頻帶濾波器模擬的外部路徑傳播的相應(yīng)頻帶輸入信號(hào)之間的子頻帶誤差信號(hào)不斷地更新濾波器系數(shù)，并且該濾波器系數(shù)更新裝置，用于依據(jù)每個(gè)頻帶的背景噪聲水平單獨(dú)地計(jì)算每個(gè)頻帶的步距。
對(duì)于以上概述的優(yōu)點(diǎn)，提供一種自適應(yīng)子頻帶濾波器允許在時(shí)間域和頻率域范圍之間靈活定標(biāo)?？紤]的頻帶越多，在選頻干擾的情況下收斂狀況將越好。更進(jìn)一步，在特定的頻帶中干擾越低，對(duì)于有關(guān)子頻帶濾波器的濾波器系數(shù)更新過程的步距越大，可以實(shí)現(xiàn)快速收斂。
依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)最佳實(shí)施方案，在此對(duì)通信設(shè)備提供一種聲音回波消除器，包括數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置，接收通信設(shè)備的輸入信號(hào)并產(chǎn)生與揚(yáng)聲器裝置和通信設(shè)備的接收裝置之間的實(shí)際回波近似的合成回波，用以反相補(bǔ)償；和通信監(jiān)視裝置，用以檢測(cè)該通信設(shè)備的當(dāng)前通信狀態(tài)和據(jù)此控制該數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置，其中該數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置是依據(jù)以上概述的，本發(fā)明的實(shí)施方案之一實(shí)施的。
因此，將依據(jù)本發(fā)明的數(shù)字自適應(yīng)濾波器用在聲音回波消除器中，特別用于免提通信設(shè)備中。通過本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器的改進(jìn)性能，合成的回波被提供，改進(jìn)對(duì)于通過例如，免提通信設(shè)備的揚(yáng)聲器和話筒之間回波傳播路徑所產(chǎn)生的實(shí)際回波的匹配。
依據(jù)本發(fā)明的再一最佳實(shí)施方案，該聲音回波消除器包括一個(gè)估計(jì)裝置，用以確定輸入信號(hào)能量的線性包括；和一個(gè)背景噪聲估計(jì)裝置。因而，可將該輸入信號(hào)能量和背景噪聲提供給活動(dòng)性判決裝置，它在由聲音回波消除器處理的不同運(yùn)行狀態(tài)之間是不同的。根據(jù)所估計(jì)的輸入信號(hào)能量水平和背景噪聲水平，可以在背景噪聲上打上中斷標(biāo)記，以增加通過應(yīng)用聲音回波消除器的舒適度。


通過以下優(yōu)選實(shí)施方案的詳述連同附圖，可達(dá)到對(duì)本發(fā)明更好的理解，其中圖1示出進(jìn)行自適應(yīng)濾波的基本結(jié)構(gòu)，用以消除在例如，免提通信設(shè)備中揚(yáng)聲器和話筒之間傳播的回波；圖2示出對(duì)于圖1中所示的電路結(jié)構(gòu)，用于估計(jì)輸入信號(hào)功率水平的信號(hào)流程圖；圖3示出進(jìn)行確定用于依據(jù)本發(fā)明的功率水平估計(jì)的加權(quán)因數(shù)的基本概念；圖4示出利用依據(jù)本發(fā)明確定的選擇性的加權(quán)因數(shù)的一種功率水平估計(jì)單元的簡(jiǎn)圖；圖5示出利用依據(jù)本發(fā)明的不對(duì)稱功率電平估計(jì)的一種數(shù)字自適應(yīng)濾波器的時(shí)間域?qū)崿F(xiàn)方案；圖6示出利用依據(jù)本發(fā)明的不對(duì)稱功率電平估計(jì)的子頻帶型自適應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)方案；圖7示出進(jìn)行自適應(yīng)頻率域?yàn)V波的基本方法；圖8示出利用依據(jù)本發(fā)明的不對(duì)稱功率電平估計(jì)的數(shù)字自適應(yīng)濾波器頻率域?qū)崿F(xiàn)方案的簡(jiǎn)圖；圖9示出用于依據(jù)本發(fā)明的頻率域中不對(duì)稱功率電平估計(jì)的信號(hào)程流圖；圖10示出利用依據(jù)本發(fā)明的不對(duì)稱功率電平估計(jì)的數(shù)字自適應(yīng)濾波器的一種方框隔開的頻率域?qū)崿F(xiàn)方案；圖11示出依據(jù)本發(fā)明的聲音回波消除器的一種方框圖；和圖12示出在圖11中所示的通信監(jiān)視單元的一種方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖3示出實(shí)行本發(fā)明不同實(shí)施方案的基本概念，也就是例如，輸入信號(hào)功率電平的不對(duì)稱估計(jì)。在圖3中只示出在，例如免提雙工通信設(shè)備中使用的揚(yáng)聲器10和話筒12。
圖3示出沿著揚(yáng)聲器10和話筒12之間的路徑的傳輸狀況。假如揚(yáng)聲器輸出沿著回波路徑16傳播的短周期信號(hào)14，由話筒12接收到的有關(guān)信號(hào)將是較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的回波信號(hào)。對(duì)于揚(yáng)聲器輸出信號(hào)14的包絡(luò)20和回波信號(hào)18的包絡(luò)22同樣成立。
如圖3中所示，通常揚(yáng)聲器信號(hào)14的包絡(luò)20具有近似與功率電平的上升和下降相同的持續(xù)時(shí)間。作為對(duì)照，對(duì)于回波信號(hào)18，應(yīng)該注意到，起初，在開始階段功率電平上升很快，以后與揚(yáng)聲器輸出信號(hào)包絡(luò)20相比較，在較長(zhǎng)時(shí)間周期上具有衰減的趨勢(shì)。換句話說(shuō)，在依據(jù)揚(yáng)聲器輸出信號(hào)估計(jì)回波信號(hào)的功率電平中應(yīng)該考慮到功率電平的上升大大地快于降低。這導(dǎo)致增加對(duì)于功率電平估計(jì)的準(zhǔn)確度，結(jié)果改進(jìn)了收斂狀況。
因此，依據(jù)本發(fā)明，一種估計(jì)功率電平的遞推方法是按照下式PI|t＝β·Pin|t+(1-β)·PI|t-1利用不同的加權(quán) 因而，在時(shí)間t上被估計(jì)的功率PI|t是從時(shí)間t的瞬時(shí)功率Pin|t，和在時(shí)間t-1上被估計(jì)的功率PI|t-1算得。而且，依據(jù)本發(fā)明，提出較高的加權(quán)因數(shù)βup被用于增加的輸入功率電平和較低的加權(quán)因數(shù)βdown被用于降低的輸入功率電平。換句話說(shuō)，依據(jù)本發(fā)明，輸入信號(hào)功率電平的估計(jì)是以不對(duì)稱方式實(shí)現(xiàn)的。
以下，將示出，這種概念可用于時(shí)間域或頻率域中。也可能用頻帶選擇方式更新不同的濾波器系數(shù)以實(shí)現(xiàn)通過考慮背景噪聲達(dá)到非常良好的收斂狀況。
依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案，自適應(yīng)數(shù)字濾波器是在時(shí)間域中實(shí)現(xiàn)的。因此，輸入功率電平估計(jì)是依照下式實(shí)現(xiàn)的PX|n＝β·x(n)·x(n)+(1-β)·PX|n-1 正如從上式可見，從輸入信號(hào)的瞬時(shí)功率X(n)·X(n)和對(duì)于以前時(shí)間點(diǎn)n-1估計(jì)的功率電平估計(jì)在新的時(shí)刻上的輸入信號(hào)的功率電平。
圖4示出對(duì)于輸入信號(hào)功率電平估計(jì)的時(shí)間域?qū)崿F(xiàn)方案電路圖。
在此，第一乘法器24被用于得出輸入信號(hào)的瞬時(shí)功率X2(n)。然后在第二乘法器26中該瞬時(shí)功率對(duì)于增長(zhǎng)的和減少的輸入功率電平，分別被有選擇地用βup和βdown相乘。然后，分別在增長(zhǎng)和減少功率電平的情況下用1-βup和1-βdown相乘以后，對(duì)于以前時(shí)間點(diǎn)n-1的功率電平PX在第三乘法器28中被加到第二乘法器26的輸出。這就有可能得到被估計(jì)的功率電平的新值。
也如圖4中所示，每個(gè)被估計(jì)的功率電平值在比較器中與第一乘法器24輸出的瞬時(shí)功率相比較，以便分別對(duì)于校正因數(shù)βup，βdown，1-βup，1-βdown有選擇地操作開關(guān)34和36。特別是，在X2＞PX的情況下比較器32將指明增長(zhǎng)的功率電平，而作為對(duì)照，在X2≤PX的情況下比較器32將指明減少的功率電平。
因此，時(shí)間域方法允許直截了當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)功率電平估計(jì)，因而對(duì)于小的濾波器長(zhǎng)度是一種非常有效的解決方案。一種利用圖4所示的不對(duì)稱功率電平估計(jì)電路的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的這樣的例子示于圖5中。
如圖5所示，輸入信號(hào)X(n)是由揚(yáng)聲器10輸出，沿著回波路徑16傳播，然后通過話筒12拾取。進(jìn)一步，如以上概述的那樣，在此提供一種時(shí)間域自適應(yīng)數(shù)字濾波器38，模擬回波傳播路徑16，用以產(chǎn)生合成回波供反相補(bǔ)償。因而，這種時(shí)間域自適應(yīng)數(shù)字濾波器 在相加點(diǎn)40上被加到話筒12的輸出y(n)上。因?yàn)楹铣苫夭ǖ暮铣芍皇菍?duì)實(shí)際回波的一種近似，在相加點(diǎn)40以后將仍然有誤差信號(hào)e(n)=y(n)-y^(n)]]>。對(duì)于這種情況的另一個(gè)原因是通常噪聲信號(hào)n可通過話筒12被附帶地拾取。
如圖5所示，不僅輸入信號(hào)X(n)，而且誤差信號(hào)e(n)=y(n)-y^(n)]]>是對(duì)時(shí)間域數(shù)字自適應(yīng)濾波器的輸入信號(hào)。該濾波器也劃分為通常的延時(shí)單元42-1，...，42-L，系數(shù)單元44-0，44-1，...，44-L和相加單元46，將乘法單元44-0，...，44-L的輸出相加。為了靈活地將這些系數(shù)Co，n，...CL，n適應(yīng)于揚(yáng)聲器10和話筒12之間的傳播條件，在此也提供一個(gè)分別帶有功率估計(jì)單元50和系數(shù)更新單元52的自適應(yīng)單元48。
如圖5所示，功率估計(jì)單元50接收揚(yáng)聲器10的輸入信號(hào)作為輸入信號(hào)并利用圖4所示的方法和電路結(jié)構(gòu)由此得到所估計(jì)的功率電平。利用所估計(jì)的功率電平PX|n或等效地||X||，對(duì)濾波器系數(shù)Cn＝[Co，n，...，CL，n]T的更新按下式進(jìn)行C‾n+1=C‾n+μ·e(n)·X‾||X‾||]]>其中，X＝[X(n)，X(n-1)，...，X(n-L)]T。在此，系數(shù)更新單元52需要估計(jì)輸入信號(hào)功率電平。通過不對(duì)稱平滑過程實(shí)現(xiàn)；其中遞推平滑是依據(jù)對(duì)于以上所解釋的時(shí)間域的遞推等式，對(duì)于增長(zhǎng)的和減少的輸入功率電平，分別利用不同的因數(shù)βup和βdown來(lái)實(shí)施。
因此，自適應(yīng)數(shù)字濾波器的時(shí)間域?qū)崿F(xiàn)方案允許按照歸一化的最小二乘方算法收斂自適應(yīng)濾波器，與輸入信號(hào)的功率電平無(wú)關(guān)。而且，步距μ是確定時(shí)間域數(shù)字自適應(yīng)濾波器收斂狀況的自由度。
依據(jù)本發(fā)明，不同的β因數(shù)允許避免步距太大，在輸入功率快速增長(zhǎng)的情況下最終會(huì)引起不穩(wěn)定。因而，與只利用單一因數(shù)的解決辦法相比，實(shí)現(xiàn)總的較快的收斂。這導(dǎo)致時(shí)間域自適應(yīng)濾波器較好的性能，從而導(dǎo)致利用這種時(shí)間域自適應(yīng)濾波器的設(shè)備較好的質(zhì)量。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案涉及如圖6所示的子頻帶自適應(yīng)數(shù)字濾波器。在此，提供一個(gè)分析濾波器組54，將對(duì)揚(yáng)聲器10的輸入信號(hào)X過濾，進(jìn)入至少兩個(gè)頻帶。另外，第二分析濾波器56再次過濾話筒12的輸出。進(jìn)行至少兩個(gè)頻帶，與通過第一分析濾波器組54提供的頻帶對(duì)應(yīng)。
如圖6所示，對(duì)于通過第一和第二分析濾波器54和56提供的每個(gè)頻帶，分別提供子頻帶濾波器58-1，...，58-n，用以模擬在此頻帶中沿著回波傳播路徑16的傳輸狀況。然后每個(gè)子頻帶濾波器58-1，...，58-n的輸出信號(hào)可與第二分析濾波器組56的有關(guān)輸出信號(hào)組合，以便得到對(duì)于每個(gè)頻帶的誤差信號(hào)，然后可用于調(diào)諧有關(guān)的子頻帶濾波器58-1，...，58-n。為了得到誤差信號(hào)，在此提供有關(guān)的加法器60-1，...，60-n，其輸出送到合成的濾波器組，對(duì)于子頻帶輸出信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間域輸出信號(hào)。
本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)是允許實(shí)現(xiàn)在不同的頻帶中進(jìn)行濾波的可比性。子頻帶自適應(yīng)濾波器非常適于過濾在回波傳播路徑上的選頻干擾信號(hào)，因?yàn)檫@些干擾信號(hào)可被通過單一的子頻帶濾波器專門補(bǔ)償。而且，對(duì)于每個(gè)子頻帶，為了更新濾波器系數(shù)可以選擇各自的步距。
本發(fā)明的再一實(shí)施方案依據(jù)頻率域方法，需要一種對(duì)頻率域的變換，因此只在濾波器長(zhǎng)度超過一定的閾值長(zhǎng)度的情況下增加付出附加的努力。對(duì)于非常長(zhǎng)的濾波器長(zhǎng)度，在處理復(fù)雜性方面頻率域方法比時(shí)間域方法優(yōu)越。
而且，如果頻率域?yàn)V波技術(shù)是以塊為基礎(chǔ)運(yùn)行，必須收集一系列的輸入樣本直到塊處理可被實(shí)行為止。這就產(chǎn)生固有的延時(shí)，取決于變換長(zhǎng)度，在以下要描述的實(shí)施方案中必須被考慮。
如圖7中所示，輸入信號(hào)被分成例如，相等長(zhǎng)度的段，順序地與脈沖響應(yīng)卷積，或者等效地，輸入信號(hào)X(n)的快速富里哀變換X(κ)被與脈沖響應(yīng)h(n)的傳遞函數(shù)H(κ)相乘。然后，在逆快速富里哀變換以后，結(jié)果的最后塊被作為輸出信號(hào)存儲(chǔ)。
圖8示出圖7中所示的頻率域自適應(yīng)濾波器是如何可用于回波消除的。
在此，輸入信號(hào)x(n)是被提供給揚(yáng)聲器10的線路RCV-IN上的信號(hào)。在自適應(yīng)濾波器內(nèi)，該信號(hào)被輸入信號(hào)分段單元64再劃分。該輸入信號(hào)分段單元64被連到FFT變換單元66。共軛復(fù)數(shù)單元68被連到該FFT變換單元66的輸出，得到輸入信號(hào)x(n)的頻率域表示式x(κ)的共軛復(fù)數(shù)X*(κ)。
也如圖8中所示，誤差信號(hào)e(n)被提供作為通過第二輸入信號(hào)分段單元70，對(duì)自適應(yīng)濾波器的第二輸入信號(hào)。這第二輸入信號(hào)分段單元70被連到第二FFT變換單元72。然后，在第一乘法單元74中，誤差信號(hào)e(n)的頻率域表示式E(n)和輸入信號(hào)頻率域表示式的共軛復(fù)數(shù)X*(κ)相乘。
也如圖8中所示，這第一乘法單元74的輸出被連到梯度約束單元76，其本身被連到濾波器系數(shù)更新單元78。在濾波器系數(shù)更新單元78的輸出上，相應(yīng)的濾波器系數(shù)被與輸入信號(hào)的頻率域表示式X(κ)相乘，以確定濾波器輸出信號(hào)的頻率域表示式y(tǒng)(κ)，在第一重新變換單元80中經(jīng)受逆FFT變換。最后，自適應(yīng)濾波器輸出信號(hào)的時(shí)間域表示式的最后塊被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元82中，提供輸出信號(hào)。
依據(jù)本發(fā)明，濾波器系數(shù)更新單元78是特別重要的，因?yàn)樗瓿深l率域自適應(yīng)濾波器。特別是，圖8中所示的結(jié)構(gòu)是約束型的，因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)頻率域?yàn)V波器系數(shù)期間變化的梯度受梯度約束單元76限制。雖然非約束結(jié)構(gòu)導(dǎo)致存儲(chǔ)兩個(gè)FFT變換，本發(fā)明的頻率域自適應(yīng)濾波器的收斂較大，這是由于改進(jìn)調(diào)節(jié)所致。
圖9示出依據(jù)本發(fā)明用于頻率域中功率估計(jì)的一種更詳細(xì)的方框圖。在圖9中所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施以下等式PX(k)|t=β·X(k)·X*(k)+(1-β)·PX(k)|t-1k=0,...,N2+1]]> 并包括第二共軛復(fù)數(shù)單元84和延時(shí)單元86，以實(shí)現(xiàn)功率電平的遞推估計(jì)。如上所述，兩個(gè)不對(duì)稱平滑因數(shù)β和1-β，分別被供給乘法單元88和90。然后兩個(gè)乘法結(jié)果被在加法器92中相加，以計(jì)算輸入信號(hào)被估計(jì)的功率。
利用該被估計(jì)的輸入信號(hào)功率電平，依據(jù)下式在濾波器系數(shù)更新單元78中執(zhí)行頻率域自適應(yīng)濾波器的濾波器系數(shù)更新過程，H(k)|t+1=H(k)|t+μ(k)·E(k)PX(k)|t·X*(k)·G(k)---k=0,...,N2+1,]]>在此，通過加上一定的增量從老的系數(shù)H(κ)|t得出新的系數(shù)H(κ)|t+1，依據(jù)本發(fā)明被規(guī)定為μ(κ)對(duì)于每個(gè)頻段單獨(dú)的步距E(κ)誤差信號(hào)(在相加點(diǎn)以后的剩余信號(hào))X*(κ)變換后揚(yáng)聲器信號(hào)的復(fù)數(shù)共軛PX(κ)變換后揚(yáng)聲器信號(hào)被估計(jì)的功率G(κ)由于循環(huán)的FFT特性引起的梯度約束操作因此，依據(jù)本發(fā)明步距μ(κ)對(duì)于每個(gè)頻帶單獨(dú)地進(jìn)行計(jì)算并取決于該特定的頻帶中的背景噪聲電平。通常，背景噪聲越低，步距將越大。因而，因?yàn)樵?，例如，車輛內(nèi)部的背景噪聲并不具有平坦的譜，本發(fā)明允許最佳收斂，適應(yīng)于占優(yōu)勢(shì)的情況。結(jié)果，收斂速度可被單獨(dú)地適應(yīng)于背景噪聲的頻率特性，導(dǎo)致自適應(yīng)濾波器較好的性能，從而導(dǎo)致依據(jù)本發(fā)明利用頻率域自適應(yīng)濾波器的設(shè)備較好的性能質(zhì)量，例如，聲音回波消除器或遠(yuǎn)程會(huì)議通信設(shè)備。
專用頻帶歸一化的另一種效果是對(duì)輸入信號(hào)去相關(guān)的等效的效果。因此，對(duì)于彩色信號(hào)的收斂像語(yǔ)音一樣可被改進(jìn)，“A GloballyOptimised Frequency Domain Acoustic Echo Canceller for AdverseEnvironment Applications”，J.Boudy，F(xiàn).Chapman，P.Lockwood，4th International Workshop on Acoustic Echo and Noise Control，21-23 June 1995，Roros，Norway，pp.95-98。
而且，對(duì)于圖8中所示的結(jié)構(gòu)，塊長(zhǎng)度并不限于2的冪數(shù)。作為對(duì)照，在圖8所示的結(jié)構(gòu)中輸入長(zhǎng)度κ和FFT長(zhǎng)度N也可被選成滿足N≥2κ因而，本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案允許增加可能應(yīng)用的范圍。一個(gè)例子是GSM，其中語(yǔ)音編碼器以20毫秒為基數(shù)運(yùn)行，或等效于160個(gè)樣本。此值并不是2的冪數(shù)。
而且，利用圖8所示的自適應(yīng)頻率域?yàn)V波器，濾波技術(shù)以塊為基礎(chǔ)運(yùn)行，必須收集一系列的輸入樣本直到塊處理可被實(shí)施為止。這就產(chǎn)生固有延時(shí)，取決于FFT的長(zhǎng)度，在實(shí)時(shí)應(yīng)用中必須加以考慮。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，一個(gè)大的FFT變換可被分成較小的部分，也就是它可被分割。依據(jù)本發(fā)明，這導(dǎo)致以下要解釋的被分割塊頻率域自適應(yīng)濾波器。
圖10示出這樣一種依據(jù)本發(fā)明的被分割塊頻率域自適應(yīng)濾波器。如圖10所示，頻率域自適應(yīng)濾波器的這種實(shí)施方案利用四個(gè)隔板n＝0，...，3。利用四個(gè)隔板導(dǎo)致FFT長(zhǎng)度為原來(lái)長(zhǎng)度的1/4。因而，延時(shí)也降低到1/4。然而，依據(jù)這種實(shí)施方案，計(jì)算量稍有增加，對(duì)于輸入信號(hào)X(n)的去相關(guān)效果被減少，這是由于較短的FFT長(zhǎng)度所致。
如圖10中所示，被分割塊頻率域自適應(yīng)濾波器具有共軛復(fù)數(shù)單元68，梯度約束單元76，和濾波器系數(shù)更新單元78，被復(fù)制成頻率域自適應(yīng)濾波器的每個(gè)單獨(dú)的塊。特別是，被分割塊頻率域自適應(yīng)濾波器的不同濾波器系數(shù)更新單元被分別通過參考數(shù)字A0，A1，A2和A3來(lái)標(biāo)記。為了實(shí)現(xiàn)塊分割。也必須分別提供附加的延時(shí)單元94，96，98。最后，依據(jù)頻率域自適應(yīng)濾波器中每個(gè)分割塊的輸出被在向量相加單元100中相加，其輸出被供給已在圖8中示出的第一逆FFT單元80。
考慮圖10所示的結(jié)構(gòu)的功能，應(yīng)該注意到FFT長(zhǎng)度被選為，例如，128，導(dǎo)致回波路徑長(zhǎng)度為32毫秒，也就是在8KHZ采樣頻率時(shí)256個(gè)抽頭。第一塊H0包含第一個(gè)64抽頭，第二塊H1包含下一個(gè)64抽頭，依此類推。對(duì)于輸入向量塊X0-X3同樣成立。延時(shí)單元94-98用一個(gè)方框?qū)⒀訒r(shí)符號(hào)化。分割因數(shù)4具有固定延時(shí)8msec加若干處理延時(shí)。
濾波器系數(shù)更新類似于在時(shí)間域NLMS算法中實(shí)施的更新，也就是誤差信號(hào)被輸入功率歸一化，新的系數(shù)從老的系數(shù)得到，通過加上取決于輸入向量的步距來(lái)達(dá)到。與時(shí)間域NLMS的差別在于歸一化是對(duì)每個(gè)頻段單獨(dú)地進(jìn)行的，步距μ是對(duì)于每個(gè)頻段單獨(dú)地控制的，以便如上述的那樣取得最佳的收斂性能。
對(duì)輸入功率的估計(jì)是基于塊輸入信號(hào)X0-X3的功率和老的被估計(jì)的輸入功率。依據(jù)本發(fā)明，遞推平滑是用對(duì)于增加和減少功率不同的，不對(duì)稱的平滑因數(shù)進(jìn)行的，兩個(gè)不同的平滑因數(shù)被使用，以避免在快速增長(zhǎng)輸入功率的情況下太大的步距，將引起不穩(wěn)定。對(duì)每個(gè)頻段估計(jì)輸入功率。輸入功率用PX標(biāo)記。
PX(k)|t=β·Σn=03(Xn(k)·X*n(k))+(1-β)·PX(k)|t-1---k=0,...,N2+1]]> 也如依據(jù)圖8的實(shí)施方案，對(duì)于依據(jù)本發(fā)明的被分割塊頻率域自適應(yīng)濾波器，步距μ確定穩(wěn)定性，收斂速度和最后的失調(diào)誤差。大的步距將導(dǎo)致快速收斂，但也導(dǎo)致高的梯度噪聲。反過來(lái)也一樣，在存在附加噪聲的情況下，例如，汽車背景噪聲，步距必須被減小，以避免不穩(wěn)定。
雖然在以上的頻率域的不同實(shí)施方案中依據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器已作了解釋，在以下將參考利用這樣一種頻率域自適應(yīng)濾波器的聲音回波消除器。這樣一種聲音回波消除器的一種典型的應(yīng)用是免提通信設(shè)備，遠(yuǎn)程會(huì)議通信設(shè)備或多媒體終端。
圖11示出依據(jù)本發(fā)明的一種聲音回波消除器的方框圖。在此，自適應(yīng)濾波器產(chǎn)生合成回波，應(yīng)該與實(shí)際的回波相同用以反相補(bǔ)償。由于自適應(yīng)濾波器的有限性能，在相加點(diǎn)以后的剩余回波e仍然是可覺察到的，通過一種非線性處理器102將其除去，例如，一種中心削波器。然而，非線性處理器102消除的不僅是剩余回波，而且也消除在話筒12前近端談話者的背景噪聲。這對(duì)于遠(yuǎn)端談話者產(chǎn)生一種斷線的感覺?？朔@個(gè)問題的一種方法是提供一個(gè)舒適噪聲發(fā)生器104。
如圖11所示，聲音回波消除器由通信監(jiān)測(cè)單元106控制，以下也被稱為雙重談話檢測(cè)器。這種雙重談話檢測(cè)器106在聲音回波消除器的不同狀態(tài)之間區(qū)分并控制自適應(yīng)濾波器的自適應(yīng)過程。
關(guān)于穩(wěn)定性，應(yīng)該注意到，例如，在汽車中保證最佳通信，通常必須提供相當(dāng)高音量的揚(yáng)聲器信號(hào)。這意味著系統(tǒng)工作在穩(wěn)定性容限之上，如果自適應(yīng)濾波器不可能得到足夠的衰減，可能導(dǎo)致嘯聲效應(yīng)。對(duì)于高揚(yáng)聲器音量，話音切換和聲音回波消除器的組合在本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施中是成功的。
正如以上已提到的那樣，非線性處理器102可作為一種帶有自適應(yīng)閾值的中心削波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。閾值被選成高于線性補(bǔ)償以后預(yù)期的回波電平，以抑制所有的剩余回波。這種預(yù)期的回波電平是分別由回波返回?fù)p失和回波返回?fù)p失增強(qiáng)值降低的RCV-OUT電平。非線性處理器102只在遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器單獨(dú)活動(dòng)的情況下是活動(dòng)的。如果近端揚(yáng)聲器是活動(dòng)的，它就不活動(dòng)，以避免任何的削波和在無(wú)人談話時(shí)發(fā)送背景噪聲。
而且，圖11中所示的雙重談話檢測(cè)器106實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)聲音回波消除器的控制。因此，如圖11中所示，它控制自適應(yīng)濾波器，非線性處理器102，和舒適噪聲發(fā)生器104。
如圖12中所示，雙重談話檢測(cè)器106包括單元108，用于估計(jì)輸入信號(hào)的能量，單元110，用于估計(jì)背景噪聲，和單元112，用于分別決定近端揚(yáng)聲器和遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器的活動(dòng)性。特別是，雙重談話檢測(cè)器106在四種狀態(tài)之間區(qū)分，根據(jù)狀態(tài)執(zhí)行不同的任務(wù)
·空閑無(wú)人談話·近端活動(dòng)話筒前的人正在談話·遠(yuǎn)端活動(dòng)信號(hào)正從遠(yuǎn)端側(cè)來(lái)·雙重談話信號(hào)正從遠(yuǎn)端來(lái)和近端揚(yáng)聲器是活動(dòng)的如圖12中所示，雙重談話檢測(cè)器106必須估計(jì)輸入信號(hào)能量和背景噪聲，以便引出可靠的狀態(tài)決策。依據(jù)Parseval定理，能量可在時(shí)間域和頻率域中計(jì)算Σn=0N-1|x(n)|2=1NΣk=0N-1|X(k)|2]]>在頻率域中，按下式可計(jì)算線性包絡(luò)“EnVlin”和可被遞推平滑Plin=1N2+1·1N2+1·Σk=0N2X(k)X*(k)]]>Envlin|t＝β·Plin+(1-β)·Envlin|t-1 也如圖12中所示，雙重談話檢測(cè)器106包括一個(gè)背景噪聲估計(jì)單元110。這是考慮到，例如，移動(dòng)應(yīng)用意味著高背景噪聲電平。這種噪聲主要來(lái)自輪胎和風(fēng)，是一種短時(shí)間的穩(wěn)態(tài)。在背景噪聲和近端談話者之間加以區(qū)分是重要的，以實(shí)現(xiàn)可靠的狀態(tài)決策。
對(duì)于近端信號(hào)和遠(yuǎn)端信號(hào)，背景噪聲估計(jì)單元110是活動(dòng)的。在遠(yuǎn)端側(cè)，切換設(shè)備可被連接，產(chǎn)生快速改變的背景噪聲電平。背景噪聲估計(jì)單元110也基于以下的假定·背景噪聲是長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)態(tài)；·語(yǔ)音信號(hào)是非穩(wěn)態(tài)的；和·背景噪聲電平可快速改變。
基于輸入能量電平和SND-IN及RCV-IN信號(hào)被估計(jì)的背景噪聲電平，對(duì)于SND-IN和RCV-IN輸入的第一活動(dòng)性決策是通過雙重談話檢測(cè)器106的活動(dòng)性決策單元112實(shí)施的。在此，如果輸入電平超過被估計(jì)的背景噪聲電平一定的閾值，輸入被標(biāo)記為活動(dòng)的，否則為非活動(dòng)的。因此，活動(dòng)性決策單元112在四種不同狀態(tài)之間區(qū)分·空閑·近端活動(dòng)·遠(yuǎn)端活動(dòng)·雙重談話。
縮寫目錄AEC 聲音回波消除器BGN 背景噪聲CNG 舒適噪聲發(fā)生器DTD 雙重談話檢測(cè)器遠(yuǎn)端信號(hào)來(lái)自線路和去揚(yáng)聲器的信號(hào)FDAEC 頻率域聲音回波消除器FDAF 頻率域自適應(yīng)濾波器FFT 快速富里哀變換FIR 有限脈沖響應(yīng)G 梯度約束IFFT 逆快速富里哀變換K 用于頻帶的指數(shù)L 濾波器長(zhǎng)度N FFT的長(zhǎng)度近端信號(hào)由話筒拾起和去線路的信號(hào)NLMS 歸一化最小二乘方NLP 非線性處理器PBFDAF被分割塊頻率域自適應(yīng)濾波器PX揚(yáng)聲器信號(hào)被估計(jì)的輸入功率RCV 接收RCV-IN接收輸入(來(lái)自遠(yuǎn)端的輸入)RCV-OUT 接收輸出(輸出到揚(yáng)聲器)SND 發(fā)送SND-IN發(fā)送輸入(來(lái)自話筒的輸入)SND-OUT 發(fā)送輸出(輸出到遠(yuǎn)端)TDAEC 時(shí)間域聲音回波消除器TB一塊的信號(hào)延時(shí)X(κ) 輸入信號(hào)X(n)的頻率域表示式X*(κ) X的共軛復(fù)數(shù)向量β平滑因數(shù)μ步距y(n) 頻率域自適應(yīng)濾波器的時(shí)域輸出信號(hào)
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字自適應(yīng)濾波器，該濾波器包括a)濾波器系數(shù)更新裝置(52；78)，用以按以下條款不斷更新濾波器系數(shù)a1)輸入信號(hào)(x；X)，a2)輸入信號(hào)被估計(jì)的功率(PI)，和a3)在數(shù)字自適應(yīng)濾波器中被濾波的輸入信號(hào)和沿著由數(shù)字自適應(yīng)濾波器模擬的外部路徑(16)傳播的輸入信號(hào)之間的誤差信號(hào)，和b)輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置(24-36，50；84-92)，用于對(duì)增加的輸入功率和/或減少的輸入功率實(shí)行不對(duì)稱的遞推平滑。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字自適應(yīng)濾波器，其特征在于輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置(24-36，50；84-92)按下式對(duì)輸入功率實(shí)行遞推平滑PI|t＝β·Pin|t+(1-β)·PI|t-1
3.依據(jù)權(quán)利要求2的數(shù)字自適應(yīng)濾波器，其特征在于輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置(24-36，50)按下式在時(shí)間域中對(duì)輸入功率實(shí)行遞推平滑PX|n＝β·x(n)·x(n)+(1-β)·PX|n-1
4.依據(jù)權(quán)利要求2的數(shù)字自適應(yīng)濾波器，其特征在于輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置(84-92)按下式在頻率域中對(duì)輸入功率實(shí)行遞推平滑PX(k)|t=β·X(k)·X*(k)+(1-β)·PX(k)|t-1---k=0,...,N2+1]]>
5.依據(jù)權(quán)利要求4的數(shù)字自適應(yīng)濾波器，其特征在于濾波器系數(shù)更新裝置(84-92)被適配成依據(jù)頻帶的背景噪聲電平，對(duì)于至少一個(gè)頻帶單獨(dú)地計(jì)算步距(μ(k))。
6.一種頻率域自適應(yīng)濾波器，該濾波器包括a)濾波器系數(shù)更新裝置(78)，用于按以下條款順序地更新濾波器系數(shù)a1)輸入信號(hào)(X)，a2)輸入信號(hào)被估計(jì)的功率(PI)，和a3)在頻率域自適應(yīng)濾波器中被濾波的輸入信號(hào)和沿著由頻率域自適應(yīng)濾波器模擬的外部路徑(16)傳播的輸入信號(hào)之間的誤差信號(hào)，其中b)濾波器系數(shù)更新裝置(78)被適配成依據(jù)每個(gè)頻帶的背景噪聲電平，對(duì)每個(gè)頻帶單獨(dú)地計(jì)算步距。
7.依據(jù)權(quán)利要求6的頻率域自適應(yīng)濾波器，其特征在于它還包括輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置(84-92)，被適配成對(duì)于增加的輸入功率和/或減少的輸入功率不對(duì)稱地實(shí)行遞推平滑。
8.依據(jù)權(quán)利要求6或7的頻率域自適應(yīng)濾波器，其特征在于它還包括梯度約束裝置(76)，以便對(duì)濾波器系數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳收斂。
9.依據(jù)權(quán)利要求7或8的頻率域自適應(yīng)濾波器，其特征在于，濾波器系數(shù)更新裝置(78)按下式更新濾波器系數(shù)H(k)|t+1=H(k)|t+μ(k)·E(k)PX(k)|t·X*(k)·G(k)---k=0,...,N2+1,]]>其中-μ(k)是對(duì)于每個(gè)頻帶的單獨(dú)步距。-E(k)是已變換的誤差信號(hào)(在相加點(diǎn)以后的剩余信號(hào))-X*(k)是已變換的揚(yáng)聲器信號(hào)的復(fù)數(shù)共軛-PX(k)是已變換的揚(yáng)聲器信號(hào)被估計(jì)的功率-G(k)是梯度約束操作(由于循環(huán)的FFT特性引起的)。
10.依據(jù)權(quán)利要求6至9之一的頻率域自適應(yīng)濾波器，其特征在于它是塊分割型的。
11.依據(jù)權(quán)利要求6至9之一的頻率域自適應(yīng)濾波器，其特征在于它是帶有可變輸入長(zhǎng)度K的類型，K被選成滿足N≥2K，其中N是FFT長(zhǎng)度，K并不限于2的冪數(shù)。
12.一種子頻帶自適應(yīng)濾波器，該濾波器包括a)分析濾波器組(54)，被適配成依據(jù)至少兩個(gè)頻帶對(duì)輸入信號(hào)濾波，b)子頻帶濾波器(58-1，...，58-n)，用于分析組的每個(gè)頻帶，用以對(duì)有關(guān)的頻帶的輸出信號(hào)濾波，c)合成濾波器組(62)，被適配成從子頻帶濾波器輸出信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間域輸出信號(hào)，其中d)每個(gè)子頻帶濾波器(58-1，...，58-n)包括濾波器系數(shù)更新裝置，用以按以下條款順序地更新濾波器系數(shù)d1)被提供的有關(guān)頻帶輸出信號(hào)，d2)被估計(jì)的功率，和d3)在有關(guān)的頻帶輸出信號(hào)和沿著由子頻帶濾波器模擬的外部路徑傳播的相應(yīng)頻帶輸入信號(hào)之間的子頻帶誤差信號(hào)，和e)濾波器系數(shù)更新裝置被適配成依據(jù)每個(gè)頻帶的背景噪聲電平，對(duì)每個(gè)頻帶單獨(dú)地計(jì)算步距。
13.依據(jù)權(quán)利要求12的子頻帶自適應(yīng)濾波器，其特征在于每個(gè)子頻帶濾波器的濾波器系數(shù)更新裝置被適配成對(duì)于增加的輸入功率和減少的輸入功率不對(duì)稱地實(shí)行遞推平滑。
14.依據(jù)權(quán)利要求13的子頻帶自適應(yīng)濾波器，其特征在于輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置按下式對(duì)輸入功率實(shí)行遞推平滑PI|t＝β·Pin|t+(1-β)·PI|t-1
15.一種用于通信設(shè)備的聲音回波消除器，包括a)數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置(101)，接收通信設(shè)備的輸入信號(hào)，并產(chǎn)生合成回波，與通信設(shè)備的揚(yáng)聲器裝置(10)和接收裝置(12)之間的實(shí)際回波近似，用于反相補(bǔ)償，其特征在于b)通信監(jiān)測(cè)裝置(106)，用于檢測(cè)通信設(shè)備的當(dāng)前通信狀態(tài)和控制有關(guān)的數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置(101)的特性，其中c)數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置(101)被依據(jù)權(quán)利要求1到14之一實(shí)施。
16.依據(jù)權(quán)利要求15的聲音回波消除器，其特征在于通信監(jiān)測(cè)裝置(106)包括a)能量水平估計(jì)裝置(108)，用于確定輸入信號(hào)能量的線性包絡(luò)，b)背景噪聲估計(jì)裝置(110)，對(duì)于近端信號(hào)和遠(yuǎn)端信號(hào)實(shí)行背景噪聲估計(jì)，和c)活動(dòng)性決策裝置(112)，被適配成分別在四個(gè)不同狀態(tài)，空閑，近端活動(dòng)，遠(yuǎn)端活動(dòng)，和雙重談話之間區(qū)分。
17.依據(jù)權(quán)利要求15或16的聲音回波消除器，其特征在于能量水平估計(jì)裝置(108)利用不對(duì)稱平滑因數(shù)，確定輸入信號(hào)能量的包絡(luò)。
18.依據(jù)權(quán)利要求15到17之一的聲音回波消除器，其特征在于數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置(101)的輸出信號(hào)被供給中心削波器作為非線性處理裝置(102)。
19.依據(jù)權(quán)利要求18的聲音回波消除器，其特征在于非線性處理裝置(102)的輸出信號(hào)被由舒適噪聲產(chǎn)生裝置(104)輸出的合成噪聲超載。
20.一種免提通信設(shè)備，其特征在于依據(jù)權(quán)利要求15到19之一的回波消除器。
21.一種遠(yuǎn)程會(huì)議通信系統(tǒng)，其特征在于依據(jù)權(quán)利要求15到19之一的回波消除器。
22.一種多媒體終端設(shè)備其特征在于依據(jù)權(quán)利要求15到19之一的回波消除器。
23.一種數(shù)字自適應(yīng)濾波方法，包括以下步驟a)按以下條款不斷更新濾波器系數(shù)a1)輸入信號(hào)(X)，a2)輸入信號(hào)被估計(jì)的功率(PI)，和a3)在用于數(shù)字自適應(yīng)濾波方法的輸入信號(hào)和沿著通過數(shù)字自適應(yīng)濾波方法模擬的外部路徑(16)傳播的輸入信號(hào)之間的誤差信號(hào)，并且b)對(duì)于增加的輸入功率和減少的輸入功率，不對(duì)稱地實(shí)行遞推平滑。
24.依據(jù)權(quán)利要求23的數(shù)字自適應(yīng)濾波方法，其特征在于輸入功率被按下式遞推平滑PI|t＝β·Pin|t+(1-β)·PI|t-1
25.依據(jù)權(quán)利要求24的數(shù)字自適應(yīng)濾波方法，其特征在于輸入功率被按下式在時(shí)間域中遞推平滑PX|n＝β·x(n)·x(n)+(1-β)·PX|n-1
26.依據(jù)權(quán)利要求24的數(shù)字自適應(yīng)濾波方法，其特征在于輸入功率被按下式在頻率域中遞推平滑PX(k)|t=β·X(k)·X*(k)+(1-β)·PX(k)|t---k=0,...,N2+1]]>
27.依據(jù)權(quán)利要求26的數(shù)字自適應(yīng)濾波方法，其特征在于依據(jù)該頻帶的背景噪聲電平，單獨(dú)地計(jì)算對(duì)于至少一個(gè)頻帶的步距。
28.一種頻率域自適應(yīng)濾波方法，包括以下步驟a)按以下條款順序更新濾波器系數(shù)a1)輸入信號(hào)(X)，a2)輸入信號(hào)被估計(jì)的功率(PI)，和a3)在按頻率域自適應(yīng)濾波方法被濾波的輸入信號(hào)和沿著通過頻率域自適應(yīng)濾波方法模擬的外部路徑(16)傳播的輸入信號(hào)之間的誤差信號(hào)，其中b)依據(jù)每個(gè)頻帶的背景噪聲電平單獨(dú)地計(jì)算對(duì)于每個(gè)頻帶的步距。
29.依據(jù)權(quán)利要求28的頻率域自適應(yīng)濾波方法，其特征在于對(duì)于增加輸入功率和/或減少的輸入功率的遞推平滑被不對(duì)稱地進(jìn)行。
30.依據(jù)權(quán)利要求28或29的頻率域自適應(yīng)濾波方法，其特征在于濾波系數(shù)被按下式更新H(k)|t+1=H(k)|t+μ(k)·E(k)PX(k)|t·X*(k)·G(k)---k=0,...,N2+1,]]>其中-μ(k)是對(duì)于每個(gè)頻帶的單獨(dú)步距-E(k)是已變換的誤差信號(hào)(在相加點(diǎn)以后的剩余信號(hào))-X*(k)是已變換的揚(yáng)聲器信號(hào)的復(fù)數(shù)共軛-PX(k)是已變換的揚(yáng)聲器信號(hào)被估計(jì)的功率-G(k)是梯度約束操作(由于循環(huán)的FFT特性引起的)。
31.一種子頻帶型數(shù)字自適應(yīng)濾波方法，其特征在于包括以下步驟a)在分析濾波器組(54)中按至少兩個(gè)頻帶對(duì)輸入信號(hào)濾波，b)在對(duì)于每個(gè)頻帶的子頻帶濾波器(58-1，...，58-n)中對(duì)有關(guān)頻帶輸出信號(hào)濾波，c)在合成濾波器組(62)中從子頻帶濾波器輸出信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間域輸出信號(hào)，其中d)在每個(gè)子頻帶濾波器(58-1，...58-n)中濾波器系數(shù)被按以下條款順序更新d1)被提供的有關(guān)頻帶輸出信號(hào)，d2)被估計(jì)的功率，和d3)在有關(guān)頻帶輸出信號(hào)和沿著通過子頻帶型數(shù)字自適應(yīng)濾波方法模擬的外部路徑傳播的相應(yīng)頻帶輸入信號(hào)之間的子頻帶誤差信號(hào)，和e)依據(jù)對(duì)于每個(gè)頻帶的背景噪聲電平，單獨(dú)地計(jì)算對(duì)于每個(gè)頻帶的步距。
32.依據(jù)權(quán)利要求31的子頻帶型數(shù)字自適應(yīng)濾波方法，其特征在于對(duì)于增加的輸入功率和減少的輸入功率的遞推平滑被不對(duì)稱地進(jìn)行。
33.依據(jù)權(quán)利要求32的數(shù)字自適應(yīng)濾波方法，其特征在于對(duì)于輸入功率的遞推平滑被按下式進(jìn)行PI|t＝β·Pin|t+(1-β)·PI|t-1
34.一種在通信設(shè)備中用于聲音回波消除的方法，包括以下步驟a)在數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置(101)上接收通信設(shè)備的輸入信號(hào)和產(chǎn)生合成回波，與通信設(shè)備的揚(yáng)聲器裝置(10)和接收裝置(12)之間的實(shí)際回波近似，用于反相補(bǔ)償，并且b)在通信監(jiān)測(cè)裝置(106)中檢測(cè)通信設(shè)備的當(dāng)前通信狀態(tài)，控制有關(guān)的數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置(101)，其中c)數(shù)字自適應(yīng)濾波器裝置(101)被依據(jù)權(quán)利要求23到33之一操作。
全文摘要
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于，例如，回波消除改進(jìn)的收斂狀況，在此提供一種數(shù)字自適應(yīng)濾波器，包括濾波器系數(shù)更新裝置(52；78)，用于依據(jù)輸入信號(hào)(X)，該輸入信號(hào)的估計(jì)功率(PI)，和在數(shù)字自適應(yīng)濾波器中濾波的輸入信號(hào)與沿著由數(shù)字自適應(yīng)濾波器模擬的外部路徑(16)傳播的輸入信號(hào)之間的誤差信號(hào)不斷地更新濾波器系數(shù)。在此，輸入信號(hào)功率估計(jì)裝置(50，84－92)用于對(duì)于增加的輸入功率和減少的輸入功率以不對(duì)稱方式用不同的平滑因數(shù)實(shí)施遞推平滑。如果在頻率域中進(jìn)行估計(jì)，對(duì)于更新濾波器系數(shù)的步距可有選擇地適應(yīng)頻帶。
文檔編號(hào)H04B3/23GK1595827SQ20041004222
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期1999年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月13日
發(fā)明者W·阿姆布呂斯特爾 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司