專利名稱：回聲消除裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及語音通信技術(shù)，更具體地說，涉及一種回聲消除裝置。
背景技術(shù)：
在語音通信環(huán)境下，尤其是在麥克風(fēng)與揚聲器共存的會議系統(tǒng)、免提電話等通話裝置中，遠端的語音信號經(jīng)過本地端的揚聲器播放，和本地端使用者發(fā)出的語音一起被本地端麥克風(fēng)采集，并被傳送回遠端，從而使遠端使用者受到回聲干擾。回聲消除系統(tǒng)一般通過濾波器來逐次逼近實際的聲場，進而估算出遠端聲音信號在本地端產(chǎn)生的回聲，再將估算出的回聲從本地端麥克風(fēng)采集到的信號中濾除，以達到消除回聲的目的?，F(xiàn)有技術(shù)中，回聲消除技術(shù)多是對單路音頻信號的實現(xiàn)，而對本地端和遠端以多路音頻信號進行通話時并沒有提出成熟的解決方案，且多路音頻信號可能來自于同一聲源，從而相互之間可能有較強的相關(guān)性，導(dǎo)致濾波器收斂速度大大下降，使其難以真正逼近實際聲場，無法實現(xiàn)回聲消除。因此，現(xiàn)有技術(shù)的這些缺陷是本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種回聲消除裝置，其能對多路音頻信號實現(xiàn)回聲消除，且提高了濾波器的收斂速度，提高了回聲消除裝置的穩(wěn)定性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種回聲消除裝置，用于在通話裝置中將遠端聲音信號在本地產(chǎn)生的回聲從本地聲音信號中濾除，包括第一處理單元，用于對多路遠端聲音信號進行去相關(guān)性處理，以輸出多路第一信號；第二處理單元，第二處理單元包括一 FIR濾波模塊，其包括多個濾波器，分別接受第一信號作為輸入，用于估算第一信號對應(yīng)的回聲信號，F(xiàn)IR濾波模塊將回聲信號從本地聲音信號中濾除以輸出第二信號；一雙端話者檢測模塊，用于判斷通話裝置是否處于通話狀態(tài)中并通知FIR濾波模塊，以使FIR濾波模塊根據(jù)第一信號與本地聲音信號的差異，調(diào)節(jié)濾波器的運算系數(shù)。優(yōu)選地，第一處理單元還用于將每路第一信號分別與本地聲學(xué)環(huán)境做匹配。優(yōu)選地，濾波器具有多個運算系數(shù)，濾波器對第一信號進行多階采樣以得到多個采樣值，運算系數(shù)與采樣值一一對應(yīng)。優(yōu)選地，F(xiàn)IR濾波模塊基于如下方式調(diào)節(jié)各濾波器的運算系數(shù)FIR濾波模塊分別對每一濾波器的各運算系數(shù)進行調(diào)整，以使本地聲音信號與輸入該濾波器的第一信號的均
方差最小。優(yōu)選地，雙端話者檢測模塊接收遠端聲音信號和本地聲音信號作為輸入信號，t匕較本地聲音信號的頻域能量和遠端聲音信號的頻域能量，以判斷通話裝置是否正處于通話狀態(tài)中，通話狀態(tài)包括本地通話狀態(tài)、遠端通話狀態(tài)和雙端通話狀態(tài)。

優(yōu)選地，其還包括一后濾波單元，其接收FIR濾波模塊的輸出作為輸入信號，后濾波單元計算第一頻域信號的功率譜密度、第二頻域信號的功率譜密度以及第一頻域信號和第二頻域信號的互功率譜密度，以構(gòu)建一維納濾波器，用于對第二信號進行殘留回聲濾波，以輸出第三信號；其中，第一頻域信號為各回聲信號的頻域信號之和、第二頻域信號為第二信號的頻域信號。優(yōu)選地，其還包括第一增益控制單元，其接收后濾波單元的輸出作為輸入信號，用于比較第二信號的能量和第三信號的能量，若差異較大，則降低第三信號的增益，否則，增益第三信號的增益。優(yōu)選地，其還包括第二增益控制單元，其接收第一增益控制單元的輸出作為輸入信號，用于調(diào)節(jié)第三信號的增益，以使第三信號在時域上分布在一個合適的范圍內(nèi)。本發(fā)明提供的回聲消除裝置，可以對多路音頻信號實現(xiàn)回聲消除，且提高了濾波模塊的收斂速度，從而更準確地模擬了本地聲場，既提高了消除回聲的效果，又提高了回聲消除裝置的運行穩(wěn)定性。本發(fā)明還提供了一種通話裝置，用于在遠端和本地端之間傳送聲音信號，至少包括設(shè)置于本地端的多個聲音采集裝置、多個聲音播放裝置和多個回聲消除裝置，聲音播放裝置用于播放遠端聲音信號，回聲消除裝置與聲音采集裝置一一對應(yīng)，用于分別估算遠端聲音信號在本地端產(chǎn)生的回音，并從對應(yīng)的聲音采集裝置獲得的本地聲音信號中濾除，以發(fā)送給遠端。


圖1示出本發(fā)明第一實施例的回聲消除裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出本發(fā)明第二實施例的回聲消除裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。需要說明的是，在通話裝置中，本地聲音采集裝置(例如麥克風(fēng))采集的本地聲音信號既包括本地使用者發(fā)出的語音信號，也包括遠端聲音信號由本地聲音播放裝置(例如揚聲器)播放后產(chǎn)生的回聲；本發(fā)明的回聲消除裝置即用于將回聲信號從本地聲音信號中濾除，再傳送給遠端使用者。如圖1所示，本發(fā)明第一實施例的回聲消除裝置包括第一處理單元11、第二處理單元12，其中，第二處理單元12包括FIR濾波模塊121和雙端話者檢測模塊122。該回聲消除裝置安裝在一通話裝置中，該通話裝置至少包括設(shè)在本地端的揚聲器21和麥克風(fēng)22。遠端聲音信號共分為3路，分別為X1 (n)、X2 (n)、X3 (n)，它們可能來自于遠端同一或多個聲源。第一處理單元11對該3路遠端聲音信號X1(Ii)、X2(n)、X3(Ii)進行去相關(guān)處理，得到相互之間無相關(guān)性的3路第一信號Y1(Ii)、Y2 (n)、Y3(Ii)并分別向第二處理單元12中的FIR濾波模塊121輸出。FIR濾波模塊121可以包括 3個濾波器(圖中未標示)，分別對第一信號Y1(Ii)、Y2 (n)、Y3 (n)進行處理，分別估算出對應(yīng)的回聲信號Z1 (n)、Z2 (n)、Z3 (n)，看作為遠端聲音信號X1 (n)、X2 (n)、X3 (n)在本地端產(chǎn)生的回聲，再將回聲信號Z1 (n)、Z2 (n)、Z3 (n)從本地聲音信號D(n)中濾除，輸出消除回聲后的信號E(n)。
FIR濾波模塊121還根據(jù)第一信號Y1(Ii)、Y2(n)、Y3(n)與本地聲音信號D(n)的差異，調(diào)節(jié)各濾波器的運算系數(shù)，使FIR濾波模塊121中各濾波器達成自適應(yīng)濾波的效果。雙端話者檢測模塊122接收遠端聲音信號X1(Ii)、X2 (n)、X3 (n)和本地聲音信號D(n)為輸入信號，判斷通話裝置是否正處于通話狀態(tài)中，若是，則通知FIR濾波模塊121根據(jù)第一信號Y1(Ii)、Y2 (n)、Y3(n)與本地聲音信號D(n)的差異，對其中各濾波器的運算系數(shù)進行調(diào)整，實現(xiàn)濾波器的自適應(yīng)功能。隨著通話的進行，上述針對各濾波器的運算系數(shù)的調(diào)整過程是持續(xù)進行的。因此，達成FIR濾波模塊121的自適應(yīng)濾波的效果。根據(jù)本實施例，F(xiàn)IR濾波模塊121設(shè)置多個濾波器來模擬本地聲場，并行對多路遠端聲音信號X1 (n)、X2 (n)、X3 (n)進行處理從而估算對應(yīng)的回聲信號Z1 (n)、Z2 (n)、Z3 (n)，相對于以單個濾波器模擬本地聲場，模擬出的回聲更接近于遠端聲音信號在本地播放后產(chǎn)生的實際回聲效果，因而使消除回聲的效果更佳明顯。若3路遠端聲音信號X1 (n)、X2 (n)、X3 (n)或其中兩路來自于遠端同一聲源,貝U它們之間會具有較強的相關(guān)性，一方面，在對它們進行去相關(guān)處理后，得到相互之間無相關(guān)性的3路第一信號Y1 (n)、Y2 (n)、Y3 (n)提供給FIR濾波模塊121，可以使FIR濾波模塊121以3個濾波器模擬出的回聲更接近于實際回聲效果。 另一方面，若FIR濾波模塊121的3個輸入信號之間具有強相關(guān)性，會導(dǎo)致FIR濾波模塊121在調(diào)節(jié)3個濾波器的運算系數(shù)時產(chǎn)生收斂的不確定性，即偽收斂，同時收斂的速度大大降低，進一步導(dǎo)致FIR濾波模塊121處于不穩(wěn)定工作狀態(tài)，從而使FIR濾波模塊121模擬的回聲極不準確。對多路輸入信號進行去相關(guān)處理后，可以減小偽收斂的可能性，有效提高收斂速度，從而優(yōu)化消除回聲的效果。進一步地，第一處理單元11還將每路第一信號與本地聲學(xué)環(huán)境做匹配后再輸出，本地聲學(xué)環(huán)境可以包括例如會場、室外、飛機艙室等多種分類，每種聲學(xué)環(huán)境的聲場均不相同，用戶可根據(jù)自己的定義對本地聲學(xué)環(huán)境做任意分類。因第一信號尚未經(jīng)本地揚聲器播放，將第一信號與本地聲學(xué)環(huán)境做匹配后，再傳送給FIR濾波模塊121以分別估算對應(yīng)的回聲信號，也有利于使模擬出的回聲更接近于實際回聲效果。具體地，F(xiàn)IR濾波模塊121中各濾波器估算回聲信號的計算公式為
m-\
zis) =，其中，s為濾波器的唯一編號、例如分別為1、2、3共3個濾波器,m為
對第一信號的采樣階數(shù)、例如為3，Z(S)為編號為S的濾波器估算的回聲信號，yn_k(S)為對輸入濾波器(編號為s)的第一信號y (s)的m-k階采樣值，ak (s)為編號為s的濾波器針對采樣值ym-k(s)的運算系數(shù)。例如，I號濾波器估算出的回聲信號Z(I) =a0(I)y3(I)+B1 (I)Y2 (I) +a2 (I) yi (I)，其中，y (I)為輸入該濾波器的第一信號，Y3(I)、Y2 (I)、Y1 (I)分別為對該第一信號y(l)的三階、二階和一階采樣值，B0(I)^a1(I), a2(l)分別為對該三階、二階和一階采樣值的運算系數(shù)。在收到雙端話者檢測模塊122的通知或指令后，F(xiàn)IR濾波模塊121分別對每一濾波器的各運算系數(shù)ak進行自適應(yīng)調(diào)整，即對I號濾波器的3個運算系數(shù)％(1)、B1(I)^a2(I)進行自適應(yīng)調(diào)整，同時對2號、3號濾波器進行同樣的操作。在本實施例中，根據(jù)上述公式，F(xiàn)IR濾波模塊121模擬出的回聲可看作為3個濾波器輸出的回聲信號Zjn)、Z2(n)、Z3(n)之和；FIR濾波模塊121再將回聲信號Z1(Ii), Z2 (n), Z3 (n)從本地聲音信號D(n)中濾除，輸出第二信號E (n)，E(n)可看作為D (n) -Z1 (n) -Z2 (n) -Z3 (n)。具體地，雙端話者檢測模塊122接收遠端聲音信號X1 (n)、X2 (n)、X3 (n)和本地聲音信號D(n)作為輸入信號，比較本地聲音信號D(n)的頻域能量和遠端聲音信號的頻域能量，以判斷通話裝置是否正處于通話狀態(tài)中，其中，通話狀態(tài)包括本地通話狀態(tài)、遠端通話狀態(tài)和雙端通話狀態(tài)，這3種狀態(tài)中的任一狀態(tài)都將啟用FIR濾波模塊121對濾波器運算系數(shù)的調(diào)節(jié)動作。進一步地，F(xiàn)IR濾波模塊121基于如下方式實現(xiàn)自適應(yīng)濾波的效果FIR濾波模塊121分別對每一濾波器(編號為s)的3個運算系數(shù)Btl (s)、B1 (S)、a2(s)進行調(diào)整，以使本地聲音信號D (n)與對應(yīng)的第一信號Y1(S)J2 (s)、Y3 (s)的均方差最小。上述FIR濾波模塊121對各濾波器運算系數(shù)的調(diào)整將占用第二處理單元12很大的運算量。根據(jù)本發(fā)明上述實施例，采用頻域多延時濾波器算法(簡稱MDF算法)來進行濾除回聲運算，該算法一方面將回聲信號Z1(Ii)、Z2(n)、Z3(n)從本地聲音信號D (n)中濾除，另一方面對各濾波器的運算系數(shù)ak進行調(diào)整。MDF算法是時域濾波器和頻域濾波器的權(quán)衡算法，其原理是將完整的濾波器在時域內(nèi)拆分成若干獨立的子濾波器，通過使輸入與輸出差異(均方差)最小來對各個子濾波器的運算系數(shù)進行相應(yīng)的更新。由于各個子濾波器分別按塊處理，所以可以在頻域內(nèi)完成，以達到降低運算量的目的。例如，長度為2048的濾波器，可以拆分成8個256長度的子濾波器，其濾波器的塊長減小到256，所以計算延時大為降低，但由于分塊變小，運算量僅略有增加。因此，總的來說，采用MDF算法會使對各濾波器的運算系數(shù)的調(diào)整更加及時，從而使FIR濾波模塊121模擬出的回聲更接近于遠端聲音信號X1 (n)、X2 (n)、X3 (n)在本地產(chǎn)生的實際回聲。如圖2所示，本發(fā)明第二實施例提供的回聲消除裝置包括第一處理單元11、第二處理單元12、后濾波單元1 3、第一增益控制單元14和第二增益控制單元15，其中，第二處理單元12包括FIR濾波模塊121、和雙端話者檢測模塊122。FIR濾波模塊包括3個濾波器，均可自適應(yīng)地調(diào)整其運算系數(shù)。該回聲消除裝置安裝在一通話裝置中，該通話裝置至少包括設(shè)在本地端的揚聲器21和麥克風(fēng)22。其中,第一、第二處理單兀11、12與第二實施例中的結(jié)構(gòu)與功能相同。由于FIR濾波模塊121采用的線性濾波器對聲場匹配的局限性，如濾波器長度不足、實際聲場非線性、聲場變化、近端語音干擾等，總有部分聲場未能正確匹配，導(dǎo)致輸出信號E(n)中包括殘留回聲。通過增設(shè)一后濾波單元13進行濾波，可以進一步抑制殘留回聲。后濾波單元13采用非線性處理方法，具體是采用基于維納濾波器的非線性處理方法，其原
理是:E (W) =E (ft)) * R U)其中，￡ (Co)是后濾波單元13的輸出結(jié)果，E(W)是第二處理單元12的輸出信號，R( )是后濾波單元13采用的維納濾波器的計算公式。具體地，后濾波單元13計算第一頻域信號的功率譜密度、第二頻域信號的功率譜密度以及第一頻域信號和第二頻域信號的互功率譜密度，以計算出采用的維納濾波器，用
于對第二信號E(n)進行殘留回聲濾波，以輸出第三信號$ (n);其中，第一頻域信號為回聲
信號Z1(I1)、Z2 (n)、Z3 (n)的頻域信號之和、第二頻域信號為第二信號E (n)的頻域信號。
進一步地，后濾波單元13構(gòu)建的維納濾波器采用下述計算公式
權(quán)利要求
1.一種回聲消除裝置，用于在通話裝置中將遠端聲音信號在本地產(chǎn)生的回聲從本地聲音信號中濾除，包括 第一處理單兀，用于對多路遠端聲音信號進行去相關(guān)性處理，以輸出多路第一信號； 第二處理單元，所述第二處理單元包括 一 FIR濾波模塊，其包括多個濾波器，分別接受所述第一信號作為輸入，用于估算所述第一信號對應(yīng)的回聲信號，所述FIR濾波模塊將所述回聲信號從本地聲音信號中濾除以輸出第二信號； 一雙端話者檢測模塊，用于判斷所述通話裝置是否處于通話狀態(tài)中并通知所述FIR濾波模塊，以使所述FIR濾波模塊根據(jù)所述第一信號與所述本地聲音信號的差異，調(diào)節(jié)所述濾波器的運算系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的回聲消除裝置，其特征在于，所述第一處理單元還用于將每路所述第一信號分別與本地聲學(xué)環(huán)境做匹配。
3.如權(quán)利要求1所述的回聲消除裝置，其特征在于，所述濾波器具有多個運算系數(shù)，所述濾波器對所述第一信號進行多階采樣以得到多個采樣值，所述運算系數(shù)與所述采樣值--對應(yīng)。
4.如權(quán)利要求3所述的回聲消除裝置，其特征在于，所述濾波器估算所述回聲信號的 計算公式為
5.如權(quán)利要求3所述的回聲消除裝置，其特征在于，所述FIR濾波模塊基于如下方式調(diào)節(jié)各所述濾波器的運算系數(shù) 所述FIR濾波模塊分別對每一所述濾波器的各運算系數(shù)進行調(diào)整，以使所述本地聲音信號與輸入該濾波器的所述第一信號的均方差最小。
6.如權(quán)利要求1所述的回聲消除裝置，其特征在于，所述雙端話者檢測模塊接收所述遠端聲音信號和本地聲音信號作為輸入信號，比較所述本地聲音信號的頻域能量和所述遠端聲音信號的頻域能量，以判斷所述通話裝置是否正處于通話狀態(tài)中，所述通話狀態(tài)包括本地通話狀態(tài)、遠端通話狀態(tài)和雙端通話狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求1所述的回聲消除裝置，其特征在于，其還包括一后濾波單元，其接收所述FIR濾波模塊的輸出作為輸入信號，所述后濾波單元計算第一頻域信號的功率譜密度、第二頻域信號的功率譜密度以及所述第一頻域信號和第二頻域信號的互功率譜密度，以構(gòu)建一維納濾波器，用于對所述第二信號進行殘留回聲濾波，以輸出第三信號；其中，所述第一頻域信號為各所述回聲信號的頻域信號之和、所述第二頻域信號為所述第二信號的頻域信號。
8.如權(quán)利要求7所述的回聲消除裝置，其特征在于，所述維納濾波器根據(jù)公式
9.如權(quán)利要求7所述的回聲消除裝置，其特征在于，其還包括第一增益控制單元，其接收所述后濾波單元的輸出作為輸入信號，用于比較所述第二信號的能量和所述第三信號的能量，若差異較大，則降低所述第三信號的增益，否則，增益所述第三信號的增益。
10.如權(quán)利要求9所述的回聲消除裝置，其特征在于，其還包括第二增益控制單元，其接收所述第一增益控制單元的輸出作為輸入信號，用于調(diào)節(jié)所述第三信號的增益，以使所述第三信號在時域上分布在一個合適的范圍內(nèi)。
11.一種通話裝置，用于在遠端和本地端之間傳送聲音信號，至少包括設(shè)置于本地端的多個聲音采集裝置、多個聲音播放裝置和多個如權(quán)利要求1至10中任一項所述的回聲消除裝置，所述聲音播放裝置用于播放遠端聲音信號，所述回聲消除裝置與所述聲音采集裝置 對應(yīng)，用于分別估算所述遠端聲音信號在本地端產(chǎn)生的回音，并從對應(yīng)的所述聲音米集裝置獲得的本地聲音信號中濾除，以發(fā)送給遠端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種回聲消除裝置，包括第一處理單元，用于對多路遠端聲音信號進行去相關(guān)性處理，以輸出多路第一信號；第二處理單元，第二處理單元包括一FIR濾波模塊，其包括多個濾波器，分別接受第一信號作為輸入，用于估算第一信號對應(yīng)的回聲信號，F(xiàn)IR濾波模塊將回聲信號從本地聲音信號中濾除以輸出第二信號；一雙端話者檢測模塊，用于判斷通話裝置是否處于通話狀態(tài)中并通知FIR濾波模塊，以使FIR濾波模塊根據(jù)第一信號與本地聲音信號的差異，調(diào)節(jié)濾波器的運算系數(shù)。其能對多路音頻信號實現(xiàn)回聲消除，且提高了濾波模塊的收斂速度，從而更準確地模擬了本地聲場，既提高了消除回聲的效果，又調(diào)高了回聲消除裝置的運行穩(wěn)定性。
文檔編號G10L21/0208GK103067629SQ20131002711
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者翟小剛, 萬春雷, 房滔, 范軍爽 申請人:蘇州科達科技股份有限公司, 蘇州市科遠軟件技術(shù)開發(fā)有限公司