專利名稱：聲學多通道消除的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聲學回聲消除，并且特別地但不完全涉及用于遠程通信應用的聲學回聲消除。
背景技術：
在諸如電話會議(teleconferencing)系統(tǒng)之類的通信系統(tǒng)中使用聲學回聲消除器(AEC)來減少由于在雙向通信的一端上的一個或多個揚聲器和一個或多個麥克風之間的耦合而產生的回聲。例如，在許多電話會議系統(tǒng)中，呈現(xiàn)從遠端接收的信號的揚聲器靠近用于在本地端上捕獲聲音的麥克風進行定位。因此，由揚聲器產生的聲音也被麥克風拾取，并因此可能被返回到遠端，從而在遠端上產生可辨的回聲。AEC被用于在來自麥克風的信號中衰減并且優(yōu)選地除去來自揚聲器的任何成分(contribution)。AEC時常被提供用于揚聲器的信號并隨后試圖估計被麥克風捕獲的產生信號。隨后從麥克風信號中減去這個預測信號。通常，單通道(單聲道)系統(tǒng)試圖為從揚聲器到麥克風的聲學路徑估計聲學路徑響應，并使用這個估計來生成預測信號。因而，這樣的AEC同時減少回聲和識別聲學路徑，從而確保回聲仍被消除而不管在遠端發(fā)生了什么。已進一步提議其中在遠端例如使用兩個或更多麥克風來捕獲空間信息的多通道 (例如，立體的)電話會議系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)趨向于提供比單聲道系統(tǒng)更逼真的存在感知，這是因為聽者能夠使用附加的空間信息來便于例如音頻場景分析，而音頻場景分析是大腦用來將同時音頻流的采樣減至個別組成聲音的處理。空間信息趨向于在嘈雜環(huán)境中以及在雙向通話期間產生增加的語音信號的可懂度。也已發(fā)現(xiàn)空間信息減少聽者疲勞。多通道回聲消除中的主要挑戰(zhàn)之一是在輸入信號之間存在的強相干性，這使之難以或甚至不可能正確地估計聲學路徑。例如，如果在遠端上捕獲的聲音主要來自與兩個麥克風等距離定位的單個揚聲器，則在近端上接收到的兩個產生的信號可能是幾乎相同的。 因此，正被麥克風捕獲的來自每個揚聲器的個別成分不能輕易地被分離，并因此來自每一個揚聲器的聲學路徑的個別聲學路徑響應不能準確地被估計。換句話說，識別來自兩個揚聲器的個別成分是不可行的。為了改進多通道回聲消除器的性能，已提議通過對于不同的通道應用不同的時變全通濾波器來減小在接收到的信號之間的相干性。因而，已提議利用時變?yōu)V波器來首先過濾來自遠端的每個接收信號，其中不同的濾波器不同地改變。這引入被每一個揚聲器輻射出的信號的去相關(decorralation)，從而允許估計個別聲學路徑。例如，已提議若干方法來諸如使用具有變化特性的全通濾波器定義和更新時變?yōu)V波器穿/θ；…ft/W。選擇這些濾波器來針對由于引入的音頻偽像(artifact)而引起的可接受音頻降級提供有效的輸入去相關。具體的示例描述在以下論文中M. Ali, “Stereophonic Acoustic Echo Cancellation System Using Time-Varying All-Pass Filtering for Signal Decorrelation”，In Proc. of IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP)，Vol.6, pp. 3689-3692，1998 年 5 月；N. Tangsangiumvisaij J. A. Chambers and A. G. Constantinidesj “Time-Varying Allpass Filters Using Spectral—Shaped Noise for Signal Decorrelation in Stereophonic Acoustic Echo Cancellation，，， In Proc. of IEEE Asia Pacific Conf. on Circuits & Systems (APCCAS)，Vol. 1, pp. 87-92，2002 年 10 月；以及 J. M. Valinj "Perceptually-Motivated Nonlinear Channel Decorrelation For Stereo Acoustic Echo Cancellation，，，In Proc. of Joint Workshop on Hands-free Speech Communication and Microphone Arrays (HSCMA)， 2008 年 5 月。然而，雖然已發(fā)現(xiàn)這樣的去相關改善通道估計精度，但是也已發(fā)現(xiàn)回聲消除在許多情形中是次最優(yōu)的。因此，改進的聲學回聲消除方法將是有利的，并且特別地，允許增加靈活性、增加消除、便利實施方式和/或改進性能的方法將是有利的。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明試圖單獨地或以任何組合來優(yōu)選地緩解、減輕或消除上述缺陷中的一個或多個。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種多通道聲學回聲消除器裝置，其包括用于從麥克風接收麥克風信號的電路，所述麥克風信號包括將被消除的至少兩個音頻源的成分；耦合到麥克風的回聲消除電路，所述回聲消除電路被安排成基于對于從每一個音頻源到麥克風的通道的通道估計來執(zhí)行這兩個音頻源的回聲消除；估計電路，用于生成每一個通道估計作為以前通道估計與通道估計更新的組合，所述組合包括相對于以前通道估計將相對加權應用于通道估計更新；以及加權電路，其被安排成響應于時間值來改變相對加權。本發(fā)明在許多實施例中可以提供改進的回聲消除。特別地，在許多情形中，該方法可能尤其適于基于對于個別路徑的聲學路徑通道估計來消除多個聲音源。該方法可以允許低復雜度和/或便利的實施方式。時常可以實現(xiàn)便利的操作，并且特別地，該方法一般可以利用低計算資源需求來實施。變化可能由于相對加權被確定為時間值的函數(shù)而取決于時間值。該函數(shù)可以進一步取決于其他的參數(shù)。然而，即使所有其他的參數(shù)值是恒定的，對于時間值的依賴性也可以使得相對加權將發(fā)生變化。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，多通道聲學回聲消除器裝置進一步包括用于兩個音頻源中的每一個音頻源的時變?yōu)V波器，每一個時變?yōu)V波器被安排用于為這兩個音頻源之一過濾信號。這在許多情形中可以提供多個音頻源的改進的回聲消除。特別地，這可以提供改進的通道估計。使用時變?yōu)V波器在音頻源之間引入去相關和用于通道估計的更新的時間相關加權特別地組合，以便在許多情形中提供顯著改進。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，時間值是自時變?yōu)V波器中的至少一個的最后更新以來的持續(xù)時間。這可以提供特別有利的性能。時?？梢詫崿F(xiàn)改進的回聲消除。用于音頻源的通道估計更新的加權可以被確定為自為了這個音頻源而改變時變?yōu)V波器的最后時間以來的時間的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的可選特征，加權電路被安排成對于增加持續(xù)時間而增加通道估計更新的相對加權。這可以提供改進的性能。相對加權可以特別地是自時變?yōu)V波器的最后改變以來的持續(xù)時間的單調遞增(或非遞減)函數(shù)。實際上，相對加權可以利用對于所有的a<b都滿足要求f(a) ^f(b)的函數(shù)來確定。用于通道估計更新的相對加權可以特別地是單調非遞減的階梯函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，加權電路被安排成生成用于標稱加權值的縮放因子并響應于用于標稱加權值的縮放因子來確定相對加權，其中縮放因子取決于持續(xù)時間。這在許多情形中可以允許有效且低復雜度回聲消除。用于通道估計更新的相對加權可以特別地被確定為標稱加權值乘以縮放因子。標稱加權值可以是固定的值，并且特別地可以是非時間相關的(盡管其在這樣的情況下可以取決于其他的參數(shù))。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，至少一個時變?yōu)V波器被安排成在離散時間上被更新，從而提供其中時變?yōu)V波器是恒定的過濾幀(filter frame)；并且加權電路被安排成依據(jù)自過濾幀的開始以來的當前持續(xù)時間來改變過濾幀內的相對加權。這可以提供改進的性能和/或可以允許便利的操作和/或實施方式。相對加權可以對于每個過濾幀展現(xiàn)相同的模式(pattern)。特別地，對于恒定持續(xù)時間過濾幀(對應于周期性的濾波器更新)，相對加權可以展現(xiàn)具有與過濾幀持續(xù)時間相對應的周期的重復模式。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，回聲消除電路被安排成執(zhí)行基于幀的回聲消除；并且加權電路被安排成在連續(xù)的回聲消除幀之間改變相對加權。這可以提供改進的性能和/或可以允許便利的操作和/或實施方式。相對加權在每一個回聲消除幀內可以是恒定的。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，加權電路被安排成根據(jù)過濾幀內的回聲消除幀數(shù)(frame number)來確定相對加權。這可以在提供有效的回聲消除的同時允許低復雜度操作和實施方式。相對加權可以特別地通過用縮放因子縮放標稱加權來確定，其中縮放因子對應于當前幀數(shù)除以過濾幀中的回聲消除幀的總數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，加權電路被安排成將用于通道估計更新的加權值確定為實際上與以下成比例
Armod K ”K“
其中k是回聲消除幀數(shù)，K是過濾幀中回聲消除幀的數(shù)量，以及 ^代表模函數(shù)。這可以在提供有效的回聲消除的同時允許低復雜度操作和實施方式。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，在過濾幀的持續(xù)時間與回聲消除幀的持續(xù)時間之間具有實質上整數(shù)關系。這可以在提供有效的回聲消除的同時允許低復雜度操作和實施方式。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，多通道聲學回聲消除器裝置進一步包括改變電路，用于檢測從每一個音頻源到麥克風的通道中的至少第一通道的變化滿足標準；以及用于從所述變化中確定時間值作為持續(xù)時間的電路。
這在許多實施例中可以提供改進的回聲消除，并且尤其可以提供多通道回聲消除對于例如由于麥克風或音頻源的移動而引起的聲學路徑中的變化的改進適應。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，變化電路被安排成在該變化之后為相對加權設置初始值；并且加權電路被安排成對于自該變化以來的增加持續(xù)時間而增加相對加權。這在許多實施例中可以提供改進的和/或便利的操作。加權電路可以特別地被安排成增加相對加權，直至其達到最大值。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，加權電路被安排成根據(jù)回聲消除平均間隔來確定相對加權。這在許多實施例中可以提供改進的和/或便利的操作。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，相對加權僅是標稱加權值和時間值的函數(shù)。這在提供有效的回聲消除的同時可以允許低復雜度操作和實施方式。用于通道估計更新的相對加權可以特別地被確定為標稱加權值乘以縮放因子。標稱加權值可以是固定值，并且可以特別地是非時間相關的(盡管其在這樣的情況下可能取決于其他的參數(shù))。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種使用耦合到麥克風的回聲消除電路的多通道聲學回聲消除的方法，該方法包括從麥克風接收麥克風信號，所述麥克風信號包括將被消除的至少兩個音頻源的成分；基于對于從這兩個音頻源中的每一個音頻源到麥克風的通道的通道估計，執(zhí)行這兩個音頻源的回聲消除；作為以前通道估計與通道估計更新的組合，生成每一個通道估計，所述組合包括相對于以前通道估計將相對加權應用于通道估計更新；以及響應于時間值，改變相對加權。本發(fā)明的這些與其他方面、特征和優(yōu)點從以下描述的一個或多個實施例中將是顯然的，并將參考這一個或多個實施例來闡述。


本發(fā)明的實施例將僅通過示例、參考附圖來描述，其中
圖1示出包括根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的多通道回聲消除器的電話會議系統(tǒng)的會議單元的示例；以及
圖2示出用于通道估計更新的時變相對加權的示例。
具體實施例方式以下描述集中于適用于電話會議系統(tǒng)的多通道回聲消除器裝置的本發(fā)明的實施例。然而，將意識到本發(fā)明并不限于此應用，而可以應用于許多其他的應用。圖1示出包括根據(jù)本發(fā)明一些實施例的多通道回聲消除器裝置的電話會議系統(tǒng)的會議單元的示例。會議單元包括通信收發(fā)信機101，其被安排成與至少一個遠程會議單元通信。取決于具體的實施例，通信收發(fā)信機101可以例如包括經由例如傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡、蜂窩通信網(wǎng)絡、因特網(wǎng)或任何其他適當?shù)耐ㄐ攀侄蝸砼c遠端會議單元通信的功能。在該示例中，遠端會議單元是提供多個信號的多通道電話會議單元。因而，遠端會議單元包括多個麥克風，其中每一個麥克風導致信號被傳送到圖1的近端會議單元。以下的描述為了簡潔清晰起見而將集中于立體會議系統(tǒng)，其中遠端包括兩個麥克風并且給近端會議單元提供兩個信號。然而，將意識到所描述的方法和原理能夠容易地應用于具有更多通道的系統(tǒng)。通信收發(fā)信機101被安排成從遠端會議單元接收兩個信號S1 (η)和S2 (η)。在該示例中，通信收發(fā)信機101被耦合到第一和第二時變?yōu)V波器103、105，其中每一個時變?yōu)V波器被安排成過濾接收信號S1 (η)和& (η)之一，以生成過濾的信號X1 (η)和& (η)。時變?yōu)V波器 103、105中的每一個被耦合到將相應的聲音輻射到音頻環(huán)境中的揚聲器107、109。將意識到所描述的信號路徑通常將包括其他適當?shù)男盘柼幚砉δ?，諸如用于揚聲器107、109的功率放大器。但是，為了簡潔清晰起見，在圖1中沒有明確示出這樣的功能，并且這樣的功能可以被視為揚聲器單元107、109和/或時變?yōu)V波器103、105的一部分。會議單元還包括在音頻環(huán)境中捕獲音頻的麥克風111。麥克風特別地捕獲將被發(fā)送到遠端會議單元的聲音(例如，來自本地說話者的聲音)。但是，由于揚聲器107、109位于相同的音頻環(huán)境中，所以麥克風111也將拾取從與兩個揚聲器107、109相對應的兩個音頻源輻射出的聲音。如果捕獲到的信號被直接發(fā)送到遠端會議單元，則這將產生回聲，并因此會議單元包括多通道回聲消除器裝置，該裝置試圖盡可能多地衰減來自揚聲器107、109的信號分量。特別地，該系統(tǒng)包括回聲消除電路，其包括自適應濾波器113和減法單元115。自適應濾波器113接收被饋送到揚聲器107、109的信號X1 (η)、χ2 (η)，并對這些信號濾波，以生成源自揚聲器107、109的麥克風信號y(n)的信號分量的估計ζ (η)。減法單元115接收麥克風信號y (η)，并減去估計信號ζ (η)，以生成所產生的回聲消除信號e (η)。理想地，回聲消除完全消除來自揚聲器107、109的成分，以致e(n)只包括來自本地生成源的成分。所產生的信號e (η)隨后被饋送到通信收發(fā)信機101，該通信收發(fā)信機將它發(fā)送到遠端會議單元。將意識到所描述的用于麥克風111的信號路徑通常將包括其他合適的信號處理功能，諸如用于麥克風的低噪聲音頻放大器或用于回聲消除信號e (η)的濾波器。但是，為了簡潔清晰起見，在圖1中并未明確示出這樣的功能，并且這樣的功能可以被視為麥克風111和/或通信收發(fā)信機101的一部分。估計信號e (η)基于對于從揚聲器107、109到麥克風111的路徑的通道響應Ii1 (η)、 h2(n)的估計。這些估計可以包括為麥克風111和揚聲器單元107、109的一部分的任何功能的響應。但是，這些通道估計通常受聲學路徑的特性的控制。圖1的會議單元包括通道估計器117，其被安排用于為從揚聲器107、109之一到麥克風111的每一條通道生成通道估計。自適應濾波器隨后可以利用第一估計Ii1 (η)來過濾第一揚聲器信號X1 (η)并利用第二估計Ii2 (η)來過濾第二揚聲器信號& (η)。所產生的過濾信號被相加在一起，以提供從揚聲器107、109到麥克風111的通道的估計ζ (η)。為了提供有效的回聲消除，這些通道估計的確定因而是重要的。在常規(guī)的單通道回聲消除中，通常通過生成(例如，對于當前幀)當前通道估計并使用此估計來修改(例如， 基于以前幀所確定的)現(xiàn)有通道估計來計算通道估計。相對于現(xiàn)有估計的用于更新的加權可以被設置成在適應速度、穩(wěn)定性和噪聲之間提供所需的權衡。在其中消除一個以上的音頻源(揚聲器107、109)的示例中，通過為每一個個別通道估計確定當前通道估計更新并使用這個更新來更新現(xiàn)有通道估計，可以執(zhí)行通道估計。 因而，用于單個通道的方法可以被擴展到多個通道。在圖1的系統(tǒng)中，通道估計器1117因而分別為第一和第二揚聲器107、109生成第一和第二通道估計。這些估計通過組合該通道的以前通道估計與通道估計更新來生成。但是，發(fā)明人此外已認識到在其中多個音頻源被消除并且(例如，由于時變?yōu)V波器而引起的)時變特性是顯著的情形中，這樣的方法本身往往不足以提供最優(yōu)性能。實際上，發(fā)明人已認識到通道估計更新與以前通道估計之間的相對加權應取決于時間，并且尤其應隨時間而改變，即使所有的其他參數(shù)是恒定的。這種認識基于將在下文介紹的詳細分析。在該分析中使用這樣的注釋，其中大寫和小寫黑體字母分別表示矩陣和向量。大寫和小寫常規(guī)字母分別表示標量常數(shù)和過程。作為下標、上標或自變量，/7和A分別指的是時間和幀索引。假設從遠端接收的信號S1(H)和ε2(β)是平穩(wěn)相關信號(通常，它們源自相同的
源)。為了減少輸入信號相干性，這些信號通過具有各自的傳遞函數(shù)g產ω和g『⑷的不同的時變?yōu)V波器103、105。特別地，時變?yōu)V波器103、105被設計成全通濾波器，諸如有限脈沖響應(HR)濾波器
權利要求
1.一種多通道聲學回聲消除器裝置，包括用于從麥克風(111)接收麥克風信號的電路，所述麥克風信號包括將被消除的至少兩個音頻源(107，109)的成分;耦合到所述麥克風(111)的回聲消除電路(113，115)，所述回聲消除電路(113，115)被安排成基于對于從所述音頻源(107，109)中的每一個音頻源到所述麥克風(111)的通道的通道估計來執(zhí)行所述兩個音頻源(107，109)的回聲消除；估計電路(117)，用于作為以前通道估計與通道估計更新的組合來生成每一個通道估計，所述組合包括相對于以前通道估計將相對加權應用于通道估計更新；以及加權電路(119)，其被安排成響應于時間值來改變所述相對加權。
2.權利要求1的多通道聲學回聲消除器裝置，進一步包括用于所述兩個音頻源(107， 109)中的每一個音頻源的時變?yōu)V波器(103，105)，每一個時變?yōu)V波器(103，105)被安排成過濾用于所述兩個音頻源(107，109 )之一的信號。
3.權利要求2的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述時間值是自所述時變?yōu)V波器 (103,105)中的至少一個的最后更新以來的持續(xù)時間。
4.權利要求3的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成對于增加持續(xù)時間，增加通道估計更新的相對加權。
5.權利要求3的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成生成用于標稱加權值的縮放因子并且響應于用于所述標稱加權值的縮放因子來確定相對加權， 所述縮放因子取決于所述持續(xù)時間。
6.權利要求2的多通道聲學回聲消除器裝置，其中至少一個時變?yōu)V波器(103，105)被安排成在離散時間上進行更新，從而提供其中時變?yōu)V波器(103，105)是恒定的過濾幀；并且所述加權電路(119)被安排成取決于自過濾幀的開始以來的當前持續(xù)時間在過濾幀內改變相對加權。
7.權利要求6的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述回聲消除電路被安排成執(zhí)行基于幀的回聲消除；并且所述加權電路(119)被安排成在連續(xù)回聲消除幀之間改變相對加權。
8.權利要求7的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成根據(jù)過濾幀內的回聲消除幀數(shù)來確定相對加權。
9.權利要求8的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成將用于通道估計更新的加權值確定為實質上與以下成比例tmod K ~K~其中k是回聲消除幀數(shù)，K是過濾幀中的回聲消除幀的數(shù)量，以及 ^代表模函數(shù)。
10.權利要求7的多通道聲學回聲消除器裝置，其中在過濾幀的持續(xù)時間與回聲消除幀的持續(xù)時間之間具有實質上整數(shù)關系。
11.權利要求1的多通道聲學回聲消除器裝置，進一步包括改變電路，用于檢測從所述音頻源(107，109)之中的每一個音頻源到所述麥克風(111)的通道中的至少第一通道的變化滿足標準；以及用于從所述變化中確定時間值作為持續(xù)時間的電路。
12.權利要求11的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述改變電路被安排成在所述變化之后為相對加權設置初始值；并且所述加權電路(119)被安排成自所述變化以來、對于增加持續(xù)時間而增加相對加權。
13.權利要求11的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成根據(jù)回聲消除平均間隔來確定相對加權。
14.權利要求1的多通道聲學回聲消除器裝置，其中相對加權僅是標稱加權值和時間值的函數(shù)。
15.一種使用耦合到麥克風(111)的回聲消除電路(113，115)的多通道聲學回聲消除的方法，所述方法包括從所述麥克風(111)接收麥克風信號，所述麥克風信號包括將被消除的至少兩個音頻源(107，109)的成分；基于對于從所述兩個音頻源(107，109)中的每一個音頻源到所述麥克風的通道的通道估計，執(zhí)行所述兩個音頻源(107，109)的回聲消除；作為以前通道估計與通道估計更新的組合，生成通道估計中的每一個，所述組合包括相對于以前通道估計將相對加權應用于通道估計更新；以及響應于時間值，改變相對加權。
全文摘要
多通道聲學回聲消除器裝置包括麥克風(111)，其提供具有將被消除的至少兩個音頻源(107，109)的成分的麥克風信號。回聲消除電路(103，105)基于對從音頻源(107，109)之中的每一個到麥克風(111)的通道的信道估計來執(zhí)行這兩個音頻源(107，109)的回聲消除。估計電路(117)生成每一個信道估計作為以前信道估計與信道估計更新的組合，其中所述組合包括相對于以前信道估計將相對加權應用于信道估計更新。加權處理器119響應于時間值來改變相對加權。該裝置可以對于其中諸如在使用時變去相關濾波器時來自音頻源(107，109)的聲音的再現(xiàn)隨時間變化的情形提供改進的回聲消除。
文檔編號H04R3/02GK102461205SQ201080024508
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權日2009年6月2日
發(fā)明者P. 詹塞 C., 特里基 M. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司