專(zhuān)利名稱(chēng)：在回波消除器中用結(jié)構(gòu)滯后的幅度分布估計(jì)手段的自適應(yīng)濾波器發(fā)散控制的制作方法
本申請(qǐng)要求申請(qǐng)日為1999年5月12日的US申請(qǐng)No.60/133,725的利益。
本發(fā)明通常涉及電信領(lǐng)域，特別是涉及電話(huà)系統(tǒng)中的回波消除。
回波消除器一般用于電話(huà)系統(tǒng)以便將由于在通信線(xiàn)路中信號(hào)反射而可能發(fā)生的聲的和電的回波消除。用戶(hù)環(huán)路中的混合電路分開(kāi)或未完成的終止可能是引起電回波的一些原因?；旌想娐肥窃谟脩?hù)交換機(jī)(PBX)中將四線(xiàn)制傳輸線(xiàn)轉(zhuǎn)換為二線(xiàn)制傳輸線(xiàn)的設(shè)備。由于在系統(tǒng)中使用不良隔離的擴(kuò)音器所以在揚(yáng)聲器電話(huà)系統(tǒng)中產(chǎn)生聲回波。這些電回波和聲回波干擾系統(tǒng)上的傳輸質(zhì)量從而影響通信系統(tǒng)的用戶(hù)之間的通話(huà)質(zhì)量。
為了確保高質(zhì)量和純數(shù)據(jù)傳輸，ITU-T(國(guó)際電信聯(lián)盟，電信標(biāo)準(zhǔn)部門(mén))在他們的建議G.131中建議使用回波消除器。對(duì)于具有總的大于50毫秒環(huán)路往返傳輸時(shí)間的數(shù)據(jù)鏈路極度需要使用回波消除器。通常，當(dāng)環(huán)路往返傳輸時(shí)間小于50毫秒時(shí)用戶(hù)聽(tīng)不到回波。
回波消除器一般用于許多不同類(lèi)型的電話(huà)系統(tǒng)中。例如，其可用于異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)(ATM)、同步數(shù)字系列(SDH)網(wǎng)絡(luò)、準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)際協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)、或移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)。
許多回波消除器使用自適應(yīng)線(xiàn)性濾波器來(lái)計(jì)算由離用戶(hù)最近的混合引入的回波的估計(jì)。在檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)時(shí)這些自適應(yīng)濾波器不斷地調(diào)整系數(shù)以便收斂到一個(gè)結(jié)果上以便消除來(lái)自通信線(xiàn)路的回波。濾波器系數(shù)快速而可靠的收斂對(duì)于回波消除器的全面性能至關(guān)重要。今天用于回波消除器中的自適應(yīng)線(xiàn)性濾波器在處理具有明顯周期特性的信號(hào)中存在困難。通常，對(duì)周期信號(hào)特性檢測(cè)太晚以致于由于不恰當(dāng)?shù)臑V波器適應(yīng)性導(dǎo)致回波消除的質(zhì)量惡化。取代濾波器系數(shù)收斂到一個(gè)結(jié)果，其發(fā)散，導(dǎo)致不良回波消除或是甚至導(dǎo)致信號(hào)的過(guò)補(bǔ)償。當(dāng)前的自適應(yīng)回波消除器系統(tǒng)開(kāi)始濾波器系數(shù)調(diào)整太早而結(jié)束濾波器系數(shù)調(diào)整太晚的事實(shí)惡化了發(fā)散和過(guò)補(bǔ)償。
用于回波消除器中的自適應(yīng)濾波器通常使用固定時(shí)幀寄存器來(lái)檢測(cè)明顯的正弦信號(hào)特性。單獨(dú)依靠在固定時(shí)幀期間獲得的信號(hào)估計(jì)的當(dāng)前結(jié)果允許或禁止濾波器系數(shù)的調(diào)整。通常，在信號(hào)上進(jìn)行傅立葉(Fourier)變換并估計(jì)頻譜以便檢測(cè)周期信號(hào)。


圖1說(shuō)明了傳統(tǒng)自適應(yīng)回波消除器如何檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)。圖1顯示了周期信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)的曲線(xiàn)圖120。語(yǔ)音信號(hào)102居中在兩個(gè)正弦周期信號(hào)100之間。滑動(dòng)估計(jì)窗口，X寄存器80，保存表示在曲線(xiàn)圖120中的信號(hào)的一部分。按照寄存器的尺寸X寄存器80保存結(jié)合的周期和語(yǔ)音信號(hào)的抽樣的有限數(shù)。因?yàn)闀r(shí)間累加所以X寄存器80充滿(mǎn)新的取樣值。一旦X寄存器80滿(mǎn)之后，將刪除最先保存到X寄存器80中的抽樣。
曲線(xiàn)圖120下面是根據(jù)X寄存器80中的內(nèi)容表示什么時(shí)候回波消除器檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)的存在的時(shí)間圖。在時(shí)間t_1處檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)。但是，可以看到，在這個(gè)時(shí)間t_1處X寄存器80包含隨同語(yǔ)音信號(hào)102的一部分一起的周期信號(hào)100的一部分。通常這是不希望的因?yàn)槠淇蓪?dǎo)致消除器發(fā)散。從時(shí)間t_1到時(shí)間t_2當(dāng)不再檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，將允許現(xiàn)有技術(shù)方法中的回波消除器調(diào)整濾波器系數(shù)。但是，取代濾波器系數(shù)收斂，則由于X寄存器80包含周期信號(hào)的抽樣所以濾波器系數(shù)可能從正確結(jié)果發(fā)散。
如先前范例所述，傳統(tǒng)回波消除器中的問(wèn)題包括濾波器系數(shù)的發(fā)散和不良收斂，這是由于濾波器系數(shù)的調(diào)整開(kāi)始太早同時(shí)明顯的周期信號(hào)值的顯著的子集仍表示在抽樣窗口中且明顯的周期信號(hào)特性的檢測(cè)進(jìn)行得太長(zhǎng)導(dǎo)致正弦信號(hào)引起壞的回波消除器性能的事實(shí)引起的。沒(méi)有靈活的調(diào)整而將回波消除算法調(diào)整到語(yǔ)音特性和/或回波路徑或在濾波器系數(shù)的收斂速度和濾波器保護(hù)之間交替是困難的。最后，傅立葉(Fourier)變換的使用需要擴(kuò)大的運(yùn)算。
給出這些缺點(diǎn)，對(duì)于自適應(yīng)濾波器系統(tǒng)需要提供語(yǔ)音和周期信號(hào)的快速而可靠的檢測(cè)以便允許濾波器系數(shù)快速收斂。
簡(jiǎn)單的說(shuō)，本發(fā)明是快速檢測(cè)周期信號(hào)的出現(xiàn)并為濾波器系數(shù)的快速收斂而優(yōu)化的一種回波消除器。本發(fā)明通過(guò)創(chuàng)建當(dāng)前保存在固定時(shí)幀寄存器中的信號(hào)幅值的直方圖來(lái)區(qū)別語(yǔ)音和周期或非語(yǔ)音信號(hào)。如果某個(gè)抽樣值的結(jié)構(gòu)比率落到由較低幅度門(mén)限和最大幅度門(mén)限形成的時(shí)間間隔中，則語(yǔ)音檢測(cè)單元將其識(shí)別為非語(yǔ)音信號(hào)。反之，如果抽樣值的結(jié)構(gòu)比率沒(méi)有落到該時(shí)間間隔中，則語(yǔ)音檢測(cè)單元檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)。如果檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)，則允許滯后時(shí)間的附加數(shù)值下降直到允許自適應(yīng)線(xiàn)性濾波器開(kāi)始調(diào)整濾波器系數(shù)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)在預(yù)定結(jié)構(gòu)估計(jì)時(shí)間期間接收的信號(hào)形成直方圖。將該估計(jì)時(shí)間選擇為足夠短而使直方圖能對(duì)周期信號(hào)快速反應(yīng)，但又要足夠大以避免如果根據(jù)直方圖檢測(cè)到短周期信號(hào)而發(fā)生的頻繁中斷濾波器系數(shù)的調(diào)整。另外，該估計(jì)時(shí)間最好大于語(yǔ)音信號(hào)的低端截止頻率。一旦選擇了估計(jì)時(shí)間，則選擇滯后時(shí)間以確保周期信號(hào)已經(jīng)從寄存器中去掉。
根據(jù)引入的通信信號(hào)允許幅度門(mén)限適應(yīng)過(guò)度時(shí)間。幅度門(mén)限這種適應(yīng)允許比傳統(tǒng)方法更迅速地檢測(cè)語(yǔ)音或周期信號(hào)從而導(dǎo)致更好的濾波器系數(shù)收斂。另外，可限定高端截止門(mén)限和低端截止門(mén)限以消除來(lái)自引入的通信信號(hào)的噪音。在直方圖中將不考慮高于或低于這些截止門(mén)限的信號(hào)的任何抽樣值。
當(dāng)語(yǔ)音信號(hào)充滿(mǎn)固定時(shí)幀寄存器時(shí)僅調(diào)整自適應(yīng)濾波器的濾波器系數(shù)。從而，選擇足夠長(zhǎng)的滯后時(shí)間以便在固定時(shí)幀寄存器中不存在周期信號(hào)，但又要足夠短以避免凍結(jié)濾波器系數(shù)太長(zhǎng)。
本發(fā)明不但對(duì)于回波消除很重要，而且對(duì)于任何類(lèi)型的語(yǔ)音處理設(shè)備也很重要。例如，一些設(shè)備利用在電信中的語(yǔ)音間歇來(lái)發(fā)射其它數(shù)據(jù)。當(dāng)為了多個(gè)并發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸共用單信道時(shí)，用這些間歇之間的滯后時(shí)間有助于降低或避免沖突。
通過(guò)參考與附圖結(jié)合的隨后的詳細(xì)描述，前面部分和本發(fā)明的許多附帶的優(yōu)點(diǎn)將變得更易于理解和更好理解，其中圖1說(shuō)明了傳統(tǒng)自適應(yīng)回波消除器如何檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)的存在；圖2是典型的被使用的二揚(yáng)聲器電話(huà)系統(tǒng)混合并結(jié)合回波消除器的抽樣示意方框圖；圖3是完成本發(fā)明的回波消除器的功能方框圖；圖4是隨時(shí)間的典型語(yǔ)音信號(hào)的幅度絕對(duì)值圖和相應(yīng)的直方圖；圖5是隨時(shí)間的周期信號(hào)的絕對(duì)值圖和相應(yīng)的直方圖；圖6是隨時(shí)間的DTMF的絕對(duì)值圖和相應(yīng)的直方圖；圖7顯示了按照本發(fā)明的當(dāng)前最佳實(shí)施例的用于語(yǔ)音檢測(cè)的可變邊界系統(tǒng)；圖8說(shuō)明了按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例的語(yǔ)音信號(hào)的檢測(cè)；
圖9是按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例說(shuō)明檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)和調(diào)整濾波器系數(shù)的程序的流程圖；圖10是表示在無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中的本發(fā)明的回波消除器的方框圖；圖11是表示IP應(yīng)用上的語(yǔ)音中的本發(fā)明的回波消除器的方框圖；圖12是表示在ATM網(wǎng)絡(luò)中的本發(fā)明的回波消除器的方框圖。
圖2和隨后的討論想要提供一個(gè)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的適當(dāng)環(huán)境的簡(jiǎn)短、概括的描述。在PBX環(huán)境的概括的上下文中將描述本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到還可在許多不同的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，例如無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)；IP系統(tǒng)上的語(yǔ)音；同步數(shù)字序列(SDH)網(wǎng)絡(luò)；準(zhǔn)同步數(shù)字序列(PDH)網(wǎng)絡(luò)；異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)(ATM)；或類(lèi)似的環(huán)境。
圖2表示將近端揚(yáng)聲器連接到遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器的電話(huà)系統(tǒng)。表示在圖的遠(yuǎn)左手面上的一個(gè)電話(huà)，表示近端揚(yáng)聲器20。表示在圖的遠(yuǎn)右手面上的第二個(gè)電話(huà)，表示遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22。近端揚(yáng)聲器20和遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22都連接到類(lèi)似的二線(xiàn)制傳輸線(xiàn)24。每個(gè)二線(xiàn)制傳輸線(xiàn)24連接到類(lèi)似的混合上。近端揚(yáng)聲器20定位混合28a而遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22定位混合28b?；旌?8a和28b的每一個(gè)將四線(xiàn)制傳輸線(xiàn)轉(zhuǎn)換為二線(xiàn)制傳輸線(xiàn)24，也將二線(xiàn)制傳輸線(xiàn)24轉(zhuǎn)換為四線(xiàn)制傳輸線(xiàn)26。由于在將四線(xiàn)制傳輸線(xiàn)轉(zhuǎn)換為二線(xiàn)制傳輸線(xiàn)24的轉(zhuǎn)換引起混合分離所以混合28a和28b可導(dǎo)致在通信線(xiàn)路中發(fā)生電回波?；旌?8a和28b的每一個(gè)都連接到回波消除器30a和30b上，該回波消除器包括消除電話(huà)信號(hào)中的回波的自適應(yīng)濾波器32。
當(dāng)遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22送話(huà)到電話(huà)中時(shí)，產(chǎn)生通過(guò)二線(xiàn)制系統(tǒng)24傳輸?shù)诫x遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22最近的混合28b上的語(yǔ)音信號(hào)。從混合28b，語(yǔ)音信號(hào)傳輸?shù)诫x遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器最近的回波消除器30b中。從回波消除器30b語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)入離近端揚(yáng)聲器20最近的回波消除器30a中并進(jìn)入混合28a并在其被近端揚(yáng)聲器20接收前在混合28a中將四線(xiàn)制傳輸線(xiàn)26轉(zhuǎn)換為二線(xiàn)制傳輸線(xiàn)24。如果從遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22到近端揚(yáng)聲器20的語(yǔ)音信號(hào)的總的環(huán)路往返延遲大于五十(50)毫秒則線(xiàn)路中的回波是值得注意的且將干擾到用戶(hù)的傳輸質(zhì)量。因此，回波消除器30a將從混合28a反射回來(lái)的遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器的語(yǔ)音的任何部分濾除。類(lèi)似地，回波消除器30b將從混合28b反射的近端揚(yáng)聲器的語(yǔ)音的任何部分濾除。
圖3表示回波消除器30的功能方框圖。該回波消除器具有位于回波消除器30的相反端的兩個(gè)輸入和兩個(gè)輸出?；夭ㄏ?0具有位于左手面的發(fā)送輸入路徑40和接收輸出路徑46，和位于右手面的發(fā)送輸出路徑42和接收輸入路徑44。發(fā)送輸入路徑40和接收輸出路徑42位于發(fā)送輸出路徑46和接收輸入路徑44之上。
當(dāng)語(yǔ)音信號(hào)傳輸?shù)交夭ㄏ?0的接收輸入路徑44時(shí)，語(yǔ)音控制單元48被激活。一旦語(yǔ)音控制單元48被激活，則語(yǔ)音控制單元48激活自適應(yīng)濾波器50。自適應(yīng)濾波器50被電連接到語(yǔ)音控制單元48，同時(shí)被電連接到回波消除器30的接收輸入路徑44。如果檢測(cè)到雙工通話(huà)情況(即，近端和遠(yuǎn)端同時(shí)說(shuō)話(huà))，或者由語(yǔ)音控制單元48識(shí)別到自適應(yīng)回波丟失增強(qiáng)的非語(yǔ)音信號(hào)，則自適應(yīng)濾波器50的濾波器系數(shù)被凍結(jié)。在特定的情況下，自適應(yīng)濾波器50的濾波器系數(shù)的重置可能是必要的。例如，如果錯(cuò)誤信號(hào)被檢測(cè)為語(yǔ)音信號(hào)從而允許濾波器系數(shù)變惡化。這樣的重置信號(hào)也是由語(yǔ)音控制單元48提供。為了設(shè)定濾波算法的參數(shù)即自適應(yīng)濾波器的參數(shù)而將自適應(yīng)濾波器50連接到微處理器接口52。
回波消除器30通過(guò)對(duì)接收輸入路徑44上的信號(hào)抽樣來(lái)進(jìn)行消除回波信號(hào)并從發(fā)送輸出路徑42中的信號(hào)減去抽樣的和數(shù)字濾波的信號(hào)。減去的信號(hào)數(shù)值由自適應(yīng)濾波器50控制。
如上所示，如果參數(shù)調(diào)整算法給出了周期信號(hào)數(shù)據(jù)則自適應(yīng)濾波器的參數(shù)能夠從其最佳值中分離出來(lái)。因此，本發(fā)明從周期信號(hào)快速區(qū)分出語(yǔ)音信號(hào)以便當(dāng)周期信號(hào)被傳輸或是存在于線(xiàn)路上時(shí)終止參數(shù)調(diào)整。
為了檢測(cè)應(yīng)用于回波消除器的信號(hào)是否是語(yǔ)音信號(hào)或是非語(yǔ)音信號(hào)或是周期信號(hào)，構(gòu)造一個(gè)信號(hào)幅度值的直方圖。圖4表示典型語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)間幅度絕對(duì)值的圖140。變量t_max60表示用于確定隨后用作下面將要說(shuō)明的信號(hào)幅度直方圖中的上限的信號(hào)的最大幅度門(mén)限。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一般將t_max設(shè)置為64毫秒的周期，該周期被發(fā)現(xiàn)是正常的可確定在此期間存在的信號(hào)中的任何異常的有效持續(xù)時(shí)間。但是，在此不需要將t_max設(shè)置為這個(gè)時(shí)間周期。已經(jīng)觀測(cè)到t_max的短的時(shí)間周期可為20-30毫秒，同時(shí)t_max的長(zhǎng)的時(shí)間周期可達(dá)約120毫秒。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解根據(jù)當(dāng)前的信號(hào)這些數(shù)字可以改變。
估計(jì)時(shí)間，t_eval62用于確定幅度分布計(jì)算時(shí)間。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，t_eval是64毫秒。在64毫秒中，可以將語(yǔ)音信號(hào)的約500個(gè)抽樣累加，其是以每秒8000個(gè)抽樣的速率進(jìn)行抽樣的?？梢元?dú)立于上述的t_max60來(lái)選擇估計(jì)時(shí)間t_eval。已找到的短t_eval62時(shí)間是20毫秒，或者說(shuō)是160個(gè)抽樣，同時(shí)已找到的長(zhǎng)t_eval62時(shí)間是120毫秒，或者說(shuō)是960個(gè)抽樣。
還表示了相應(yīng)的幅度分布函數(shù)，或直方圖142。最大幅度變量，A_max64，限定語(yǔ)音信號(hào)幅度的較高門(mén)限。在直方圖中可設(shè)置獨(dú)立的較高門(mén)限以便無(wú)極高信號(hào)或噪音存在，例如微小靜電干擾聲。根據(jù)選擇信號(hào)和估計(jì)時(shí)間，t_eval62，則最大幅度，A_max64隨時(shí)間改變。還設(shè)置較低幅度門(mén)限，A_low66。由較低幅度門(mén)限，A_low66和最大幅度門(mén)限，A_max64的邊界來(lái)限定時(shí)間間隔68的計(jì)算。
在預(yù)定的估計(jì)時(shí)間，t_eval62期間接收的信號(hào)形成直方圖142。選擇足夠短的估計(jì)時(shí)間，t_eval62以便直方圖可以迅速反應(yīng)周期信號(hào)，但要足夠大以避免頻繁地停止濾波器系數(shù)的調(diào)整，該濾波器系數(shù)的調(diào)整是在如果根據(jù)直方圖檢測(cè)到短周期信號(hào)時(shí)將發(fā)生。通過(guò)選擇相對(duì)短的直方圖估計(jì)時(shí)間，t_eval62，在將周期信號(hào)應(yīng)用到語(yǔ)音檢測(cè)上后濾波器系數(shù)的調(diào)整將被迅速地停止。因此，t_eval62應(yīng)比語(yǔ)音信號(hào)的低端截至頻率的倒數(shù)大。一旦已經(jīng)選擇了估計(jì)時(shí)間，t_eval62并構(gòu)造了直方圖142，則對(duì)計(jì)數(shù)時(shí)間間隔68中的幅度進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)給定時(shí)間周期內(nèi)的相當(dāng)大數(shù)量的高幅度值的存在檢測(cè)為周期信號(hào)。從而，如果這些抽樣值的某個(gè)結(jié)構(gòu)比率落到計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)，則由系統(tǒng)檢測(cè)周期信號(hào)或是非語(yǔ)音信號(hào)。否則，將該信號(hào)識(shí)別為語(yǔ)音信號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如果在估計(jì)時(shí)間，t_eval62期間進(jìn)行500個(gè)抽樣，而在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行300個(gè)抽樣，則信號(hào)被檢測(cè)為周期信號(hào)，否則，該信號(hào)被檢測(cè)為語(yǔ)音信號(hào)。從直方圖142可以看出，多數(shù)抽樣值落到了計(jì)數(shù)時(shí)間間隔68之外，表示在估計(jì)時(shí)間t_eval62期間被抽樣的信號(hào)是語(yǔ)音信號(hào)。
圖5表示隨時(shí)間的周期信號(hào)幅度絕對(duì)值圖152。圖5中的圖形152類(lèi)似于圖4中的圖形142并用于表示周期信號(hào)的檢測(cè)。如前所述，選擇確定信號(hào)的最大幅度的時(shí)間，t_max60。從圖5可看出，在本例中選擇的t_max比圖4中選擇的t_max要短。如上所述，還表示了估計(jì)時(shí)間，t_eval62。周期信號(hào)會(huì)具有與其最大幅度接近的它們的多個(gè)幅度，而語(yǔ)音信號(hào)由較小的幅度的累加值來(lái)表征。
圖形152中表示的信號(hào)的相應(yīng)的幅度分布函數(shù)，或直方圖152，也表示在圖5中。通過(guò)將圖4的圖形142與圖形152比較可看出，在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔68中周期信號(hào)比典型的語(yǔ)音信號(hào)包含更多的抽樣。當(dāng)在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔中的取樣數(shù)目高于結(jié)構(gòu)比率，檢測(cè)到周期信號(hào)表示在周期信號(hào)存在期間不允許改變回波消除器的自適應(yīng)濾波器系數(shù)。
圖6表示雙音調(diào)多頻(DTMF)音調(diào)的絕對(duì)值隨時(shí)間變化的圖。當(dāng)用戶(hù)按下其按鍵式電話(huà)上的一個(gè)按鍵時(shí)該周期信號(hào)是典型的。直方圖162是圖形160中表示的信號(hào)的相應(yīng)的幅度分布函數(shù)。該直方圖162是不同幅度的正弦信號(hào)直方圖的上部位置圖。通過(guò)比較圖5的直方圖152和圖6中的直方圖162，很顯然，即使DTMF信號(hào)是周期信號(hào)，DTMF信號(hào)也具有比大幅度抽樣更多的相當(dāng)小的幅度抽樣。因此，應(yīng)該仔細(xì)選擇計(jì)數(shù)時(shí)間間隔68以確保將DTMF語(yǔ)音檢測(cè)為周期信號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，較低幅度門(mén)限，A_low66，比最大幅度門(mén)限A_max64低65％，或者另外被規(guī)定，A_low66是A_max64的35％。如果A_low66設(shè)置太高，則DTMF信號(hào)作為周期信號(hào)將檢測(cè)不到，表示在圖3中的語(yǔ)音控制單元48，將錯(cuò)誤地將其它不是周期信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)為周期信號(hào)。
圖7進(jìn)一步解釋了如何為時(shí)間檢測(cè)設(shè)置計(jì)數(shù)時(shí)間間隔68的邊界。第一邊界例子170表示在第二邊界例子172的左邊。如上所述，如果抽樣值的某個(gè)結(jié)構(gòu)比率降到計(jì)數(shù)時(shí)間間隔68中，則該信號(hào)被檢測(cè)為周期信號(hào)。只要該信號(hào)被檢測(cè)為周期信號(hào)則回波消除器的濾波器系數(shù)將不調(diào)整。設(shè)置較高門(mén)限(未示出)以便抑制來(lái)自諸如微小靜電干擾聲的噪音或是其它種類(lèi)的干擾影響的極高值。為了確定最大幅度A_max64忽略在信號(hào)中的高于這個(gè)門(mén)限的值，并在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔69中不計(jì)算。如上所述，通過(guò)將其設(shè)置為最高幅度門(mén)限A_max64的比率，通常為A_max的35％或是.35的α來(lái)確定較低幅度門(mén)限，A_low66。最高幅度門(mén)限A_max64的這個(gè)比率α在本發(fā)明的現(xiàn)在的最佳實(shí)施例中是恒量。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)在任意給定時(shí)間被接收的信號(hào)的類(lèi)型α可以是變量。在低音處較低幅度門(mén)限，A_low66，可降到幅度狀態(tài)中，在那里其很難從背景噪聲中辨別出來(lái)。設(shè)置定義時(shí)間間隔的絕對(duì)最小值的某個(gè)的結(jié)構(gòu)較低噪音門(mén)限，A_noise70。
在第二邊界例子172中，如由劃虛線(xiàn)的水平線(xiàn)174表示的一樣，A_max64比邊界例子170中表示的要低。如上所述，根據(jù)在給定時(shí)間處的信號(hào)和已被選擇的估計(jì)時(shí)間t_eval62，允許A_max64隨時(shí)間改變。在這個(gè)例子中，由于最高幅度門(mén)限，A_max64比邊界例子170中的低，所以較低幅度門(mén)限，A_low66或由最高幅度門(mén)限，A_max64乘α的值將比預(yù)定的噪音門(mén)限，A_noise70低，該預(yù)定噪音門(mén)限是可以設(shè)定的絕對(duì)最低幅度門(mén)限，A_low66。只要該計(jì)算表示A_low66低于A_noise70，則設(shè)置最低幅度門(mén)限，A_low66，使A_low66等于A_noise70的值。這有助于確保沒(méi)有背景噪聲惡化正常語(yǔ)音或沒(méi)有語(yǔ)音直方圖。
圖8說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)的時(shí)間。表示了周期信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)的圖形180。在圖形180中，語(yǔ)音信號(hào)102居中于兩個(gè)正弦周期信號(hào)100之間。如上所述，滑動(dòng)估計(jì)窗口，X寄存器80，在任意給定時(shí)間處理信號(hào)的一部分抽樣。如果比較圖8和圖1，可看出，由于上面已詳細(xì)敘述過(guò)的估計(jì)時(shí)間和可調(diào)整最高和較低幅度門(mén)限的結(jié)構(gòu)特征，本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)的方法更早地檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)。基于t_eval，A_low和A_max變量的適當(dāng)設(shè)置，在本發(fā)明中在時(shí)間t_1′處檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)。但是，在t_1′處，不允許濾波器調(diào)整系數(shù)。取而代之，滯后時(shí)間t_hyst延遲系數(shù)特征直到滯后時(shí)間結(jié)束。該滯后時(shí)間允許僅僅語(yǔ)音信號(hào)充滿(mǎn)X寄存器80。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中提供了結(jié)構(gòu)的滯后時(shí)間，t_hyst。應(yīng)仔細(xì)選擇滯后時(shí)間，t_hyst，以至當(dāng)調(diào)整開(kāi)始時(shí)在X寄存器80中沒(méi)有周期信號(hào)存在。如果正確選擇t_hyst88，則在X寄存器80中將僅存在語(yǔ)音信號(hào)。該結(jié)構(gòu)保證穩(wěn)定且無(wú)變化但慢慢收斂。只要應(yīng)用顯著的周期信號(hào)，或者只要其存在于延遲路徑中，則濾波器調(diào)整將被有效禁止。應(yīng)限制存儲(chǔ)于X寄存器80中的累加周期信號(hào)以阻上消除器參數(shù)分離。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，從時(shí)間t_1′直到t_1’+t_hyst88，濾波器系數(shù)的凍結(jié)保持有效。一旦到達(dá)這個(gè)時(shí)間，則X寄存器80應(yīng)僅包含語(yǔ)音信號(hào)。由此，避免了濾波器系數(shù)的分離。如果滯后時(shí)間，t_hyst88設(shè)置不正確，則濾波器系數(shù)將被凍結(jié)太長(zhǎng)。濾波器系數(shù)的過(guò)分的凍結(jié)導(dǎo)致參數(shù)的低收斂。該滯后時(shí)間還確保無(wú)過(guò)補(bǔ)償發(fā)生。
在圖8中表示的例子中，在時(shí)間t_3處檢測(cè)非語(yǔ)音信號(hào)。將圖8和圖1比較可看出，時(shí)間t_3早于圖1中表示的時(shí)間t_2。而且，在時(shí)間t_3處，X寄存器80包含比在現(xiàn)有技術(shù)的方法中的時(shí)間t_2處X寄存器80包含的要少的周期信號(hào)。通過(guò)可編程的計(jì)算時(shí)間和計(jì)算時(shí)間間隔可得到該結(jié)果。
圖9是說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的程序的流程圖。從步驟190開(kāi)始首先從回波消除器30的接收輸入路徑44接收信號(hào)(表示在圖3中)。根據(jù)確定最高幅度，t_max62，和估計(jì)時(shí)間，t_eval62(如上所述表示在圖4中)的時(shí)間，如上所述在步驟194設(shè)置最高幅度門(mén)限，A_max64，和最低幅度門(mén)限，A_low66。然后在步驟196創(chuàng)建信號(hào)的直方圖，其表示估計(jì)時(shí)間，t_eval62的長(zhǎng)度。如上所述，基于在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔68中的值計(jì)數(shù)，進(jìn)行確定在步驟198處是否已檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)。如果沒(méi)有檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)則如步驟200所示不調(diào)整濾波器系數(shù)且在通過(guò)最末的步驟206表示的接收輸出路徑46上(表示在圖3中)將信號(hào)從回波消除器發(fā)送出。如果沒(méi)有檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)而另外將參數(shù)凍結(jié)，則處理器重復(fù)從步驟190開(kāi)始直到?jīng)]有接收到任何信號(hào)。如果檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)，則處理器轉(zhuǎn)移到步驟202，在那里允許自適應(yīng)濾波器中的濾波器系數(shù)調(diào)整前等待一個(gè)時(shí)間周期，t_hyst(表示在圖8中)。一旦t_hyst時(shí)間已經(jīng)停止，則在步驟204允許濾波器系數(shù)調(diào)整。只要從接收輸入路徑44方框接收到信號(hào)程序，就重復(fù)從步驟190開(kāi)始的過(guò)程。一旦不存在信號(hào)，處理器在步驟206結(jié)束。
圖10表示用于無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的本發(fā)明。由于引入了長(zhǎng)延遲時(shí)間，所以在無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中的回波消除器的使用是需要的。例如在圖10中表示的系統(tǒng)中，從移動(dòng)電話(huà)到基站收發(fā)機(jī)190有90毫秒的延遲時(shí)間。所以返回信號(hào)在至少180毫秒內(nèi)將不能到達(dá)移動(dòng)電話(huà)192。接收來(lái)自移動(dòng)電話(huà)192的無(wú)線(xiàn)通信的基站收發(fā)機(jī)190連接到移動(dòng)交換中心194，其包含回波消除器單元30。該移動(dòng)交換中心194連接到類(lèi)似于表示在圖2中的系統(tǒng)的獨(dú)立電話(huà)196。
圖11表示應(yīng)用在語(yǔ)音上IP的本發(fā)明的回波消除器的使用。該回波消除器能夠廣泛用于降低語(yǔ)音上IP應(yīng)用中的聲回波和電回波。與在無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中一樣，語(yǔ)音上IP電路趨向于具有相關(guān)的很大的延遲時(shí)間。典型的系統(tǒng)具有200到400毫秒的環(huán)路往返延遲。
圖12表示在電路競(jìng)爭(zhēng)服務(wù)中的回波消除器。互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)單元212與不同網(wǎng)絡(luò)連接到一起。互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)單元包含回波消除器30(如圖3所示)，以消除不同網(wǎng)絡(luò)之間的延遲時(shí)間所引起的回波。同步數(shù)字序列網(wǎng)絡(luò)或準(zhǔn)同步數(shù)字序列網(wǎng)絡(luò)210與連接到異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)214的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)單元212連接。
權(quán)利要求
1.檢測(cè)輸入的通信信號(hào)是否是語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)的方法，包括以下步驟(a)設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門(mén)限；(b)設(shè)置結(jié)構(gòu)較低幅度門(mén)限以使通過(guò)包含在較低幅度門(mén)限和最高幅度門(mén)限之間的值的范圍來(lái)限定計(jì)數(shù)時(shí)間間隔；(c)設(shè)置結(jié)構(gòu)估計(jì)時(shí)間以對(duì)輸入的通信信號(hào)抽樣；(d)在估計(jì)時(shí)間期間對(duì)輸入的通信信號(hào)抽樣；(e)確定具有一個(gè)在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)的值的抽樣號(hào)的計(jì)數(shù)；(f)根據(jù)該計(jì)數(shù)確定輸入的通信信號(hào)是否是語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門(mén)限包括設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度確定時(shí)間；在最高幅度確定時(shí)間內(nèi)對(duì)輸入的通信信號(hào)抽樣；和根據(jù)在最高幅度確定時(shí)間內(nèi)抽樣的該輸入的通信信號(hào)來(lái)設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門(mén)限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置結(jié)構(gòu)較高門(mén)限，該結(jié)構(gòu)較高門(mén)限消除高于預(yù)定門(mén)限的輸入信號(hào)的抽樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，沒(méi)置結(jié)構(gòu)估計(jì)時(shí)間包括確定輸入的通信信號(hào)的低端截止頻率，并設(shè)置比輸入的通信信號(hào)的低端截止頻率的倒數(shù)大的估計(jì)時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置結(jié)構(gòu)較低幅度門(mén)限包括將結(jié)構(gòu)最高幅度門(mén)限乘以一個(gè)結(jié)構(gòu)常量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置比輸入的通信信號(hào)中的背景噪聲水平更高的結(jié)構(gòu)噪音門(mén)限。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，設(shè)置結(jié)構(gòu)較低幅度門(mén)限包括通過(guò)將結(jié)構(gòu)最高幅度門(mén)限乘以一個(gè)結(jié)構(gòu)常量來(lái)計(jì)算較低幅度門(mén)限；和如果較低幅度門(mén)限比結(jié)構(gòu)噪音門(mén)限低則將較低幅度門(mén)限設(shè)置為等于結(jié)構(gòu)噪音門(mén)限。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定輸入的通信信號(hào)是否是語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)包括確定所述計(jì)數(shù)是否大于在估計(jì)時(shí)間期間的抽樣總數(shù)的預(yù)定比率；和如果所述計(jì)數(shù)大于預(yù)定比率，則輸入的通信信號(hào)被檢測(cè)為周期信號(hào)，否則輸入的通信信號(hào)被檢測(cè)為語(yǔ)音信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定輸入的通信信號(hào)是否是語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)包括建立輸入的通信信號(hào)抽樣的幅度直方圖；分析該直方圖以確定抽樣值的預(yù)定比率是否在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)；和如果抽樣值的預(yù)定比率在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)，則檢測(cè)周期信號(hào)，如果抽樣值的預(yù)定比率不落在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)，則檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，設(shè)置抽樣值的預(yù)定比率包括將預(yù)定比率設(shè)置為至少抽樣總數(shù)的百分之六十。
11.一種控制回波消除器中濾波器系數(shù)的調(diào)整的方法，包括接收具有含語(yǔ)音信號(hào)和周期信號(hào)的幅度的輸入信號(hào)；分析輸入信號(hào)以檢測(cè)是否正在接收語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)；和通過(guò)在調(diào)整濾波器系數(shù)之前將輸入信號(hào)檢測(cè)為語(yǔ)音信號(hào)之后等待預(yù)定時(shí)間來(lái)控制回波消除器的濾波器系數(shù)的調(diào)整。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，分析輸入信號(hào)以檢測(cè)是否正在接收語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)包括(a)設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門(mén)限；(b)設(shè)置結(jié)構(gòu)較低幅度門(mén)限以使通過(guò)包含在較低幅度門(mén)限和最高幅度門(mén)限之間的值的范圍來(lái)限定計(jì)數(shù)時(shí)間間隔；(c)設(shè)置結(jié)構(gòu)估計(jì)時(shí)間以對(duì)輸入信號(hào)抽樣；(d)在估計(jì)時(shí)間期間對(duì)輸入信號(hào)抽樣，并確定具有一個(gè)在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)的值的輸入信號(hào)抽樣號(hào)的計(jì)數(shù)；(e)根據(jù)具有一個(gè)在計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)的值的輸入信號(hào)抽樣號(hào)的計(jì)數(shù)達(dá)到確定輸入信號(hào)是否是語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門(mén)限包括設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度確定時(shí)間；在最高幅度確定時(shí)間內(nèi)對(duì)輸入的通信信號(hào)抽樣；和根據(jù)在最高幅度確定時(shí)間內(nèi)抽樣的該輸入的通信信號(hào)來(lái)設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門(mén)限。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置結(jié)構(gòu)較高門(mén)限，該結(jié)構(gòu)較高門(mén)限消除高于預(yù)定門(mén)限的輸入信號(hào)的抽樣。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，確定輸入信號(hào)是否是語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)包括確定所述計(jì)數(shù)是否大于在估計(jì)時(shí)間期間的抽樣總數(shù)的預(yù)定比率；如果所述計(jì)數(shù)大于預(yù)定比率，則輸入信號(hào)被檢測(cè)為周期信號(hào)，否則輸入信號(hào)被檢測(cè)為語(yǔ)音信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，根據(jù)包含在移位寄存器中的輸入信號(hào)的抽樣數(shù)來(lái)調(diào)整濾波器系數(shù)，且其中通過(guò)等待直到在檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)之后移位寄存器不是主要包含周期信號(hào)的抽樣時(shí)，來(lái)延遲濾波器系數(shù)的調(diào)整。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過(guò)如下來(lái)分析輸入信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的幅度抽樣；建立抽樣的幅度絕對(duì)值的直方圖；和分析該直方圖以檢測(cè)語(yǔ)音信號(hào)或周期信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過(guò)如下來(lái)分析所述直方圖設(shè)置最高幅度門(mén)限；設(shè)置具有比該最高幅度門(mén)限小的值的較低幅度門(mén)限；和確定具有在由最高幅度門(mén)限和較低門(mén)限限定的范圍內(nèi)的絕對(duì)值的抽樣輸入信號(hào)數(shù)是否超出該門(mén)限，如果超出，則檢測(cè)周期信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括一旦接收到周期信號(hào)則停止濾波器系數(shù)的調(diào)整。
20.一種在通信系統(tǒng)中用于消除回波的回波消除器，具有用于接收和發(fā)送通信信號(hào)的輸入和輸出端，且包括(a)對(duì)接收的通信信號(hào)濾波的自適應(yīng)濾波器(50)；(b)檢測(cè)在接收通信信號(hào)中的周期信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)的存在的語(yǔ)音檢測(cè)器(48)；(c)計(jì)算用于自適應(yīng)濾波器的系數(shù)序列的處理器(52)，該處理器在語(yǔ)音檢測(cè)器檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)的存在后預(yù)定時(shí)間已過(guò)時(shí)開(kāi)始系數(shù)的計(jì)算，而在語(yǔ)音信號(hào)檢測(cè)到周期信號(hào)的存在之后停止系數(shù)的計(jì)算。
全文摘要
一種用于回波消除器的結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器(50),包含檢測(cè)語(yǔ)音或非語(yǔ)音信號(hào)的方法。通過(guò)在時(shí)間周期上計(jì)算信號(hào)幅度值的直方圖來(lái)確定語(yǔ)音或非語(yǔ)音信號(hào)的存在。如果該直方圖有不止一個(gè)高于門(mén)限的抽樣預(yù)定數(shù),則將信號(hào)分類(lèi)為非語(yǔ)音或周期信號(hào)。否則將信號(hào)分類(lèi)為語(yǔ)音信號(hào)。披露了可變的最高幅度門(mén)限和較低幅度門(mén)限從而比回波消除器中利用的傳統(tǒng)方法更快地從直方圖信號(hào)檢測(cè)語(yǔ)音或非語(yǔ)音信號(hào)。結(jié)構(gòu)滯后時(shí)間用于確保當(dāng)允許調(diào)整回波消除器的濾波器系數(shù)信號(hào)時(shí)信號(hào)寄存器主要包含語(yǔ)音信號(hào)。
文檔編號(hào)G10L21/00GK1275001SQ00118489
公開(kāi)日2000年11月29日 申請(qǐng)日期2000年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月12日
發(fā)明者A·克林德沃斯, E·霍格爾, U·菲德勒 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)北美公司