專利名稱：不穩(wěn)定回波消除器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種回波消除器，以及一種通信設備。
本發(fā)明還涉及一種用于消除通信網(wǎng)絡中的回波的方法，所述通信網(wǎng)絡包括一個或多個通信設備，就例如像揚聲器電話或電信會議設備、電話設備，特別是移動電話、非手持式電話等等，并且涉及適合用在該方法中的信號。
這樣一個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端輸入輸出對和近端輸入輸出對，后一種輸入輸出對分別耦合于麥克風和擴音器。所述回波消除器還包括自適應濾波器，它耦合于用于從遠端那里接收信號的遠端輸入；和殘留回波處理器，它耦合于該自適應濾波器以及向遠端提供信號的遠端輸出。所述殘留回波處理器充當動態(tài)回波后處理器，該動態(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)明的一個目的是，進一步就質量和可識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后處理來消除不穩(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，特別是當它關系到近端單方談話期間的質量和可識度時更是如此。在如下的那些情形下，即來自于遠端的信號包括穩(wěn)定回波分量并且在近端擴音器與麥克風之間存在大量直接耦合，特別是當近端說話人信號相對較弱時，比如當說話人遠離麥克風時，近端信號失真。這種失真是由于遠端信號中所包含的穩(wěn)定回波分量造成的。近端信號的質量和可識度上的失真影響取決于近端說話人的雙方談話或單方談話的實際情況。在會談中的雙方談話期間，由于雙方談話出現(xiàn)在會話中希望的中斷的情況下，而這時質量不太重要，因而這些失真一般是可以允許的。然而，近端說話人的單方談話需要高信號質量，因來自遠端的穩(wěn)定回波而造成的回波消除和衰減效應不應該使所述信號質量失真。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，以免不斷使近端語音失真，特別是在殘留回波中不斷失真的近端語音。就質量和可識度而言，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實施例具有在權利要求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)定回波估計器和/或不穩(wěn)定回波估計器。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實施例具有在權利要求3中概述的特征。
因為穩(wěn)定回波分量本身是作為噪聲出現(xiàn)的，所以有利的是相對簡單地將穩(wěn)定回波估計器具體化以便實現(xiàn)恒定噪聲估計器。具體來講，用這種方法能夠準確地估計出作為穩(wěn)定干擾回波的源頭的電噪聲。
此外，在權利要求4中概述的實施例中，可以根據(jù)在頻譜相減中應用的眾所周知的最小統(tǒng)計法來進行穩(wěn)定噪聲估計工作。
根據(jù)本發(fā)明的回波消除器的再一個實施例是在權利要求5中概述的。
回波消除器的體系結構與對回波消除器進行少量調節(jié)良好地結合并且僅僅需要對回波消除器進行少量調節(jié)，所述回波消除器包括自適應濾波器和耦合于該自適應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實施例是在權利要求6中概述的。
舒適噪聲的引入，特別是在遠端回波消除器中舒適噪聲的引入，有利地緩和了因從來源于位于遠端處的中心限幅器的一些噪音的事實而帶來的問題。中心限幅器將頻繁地切斷噪音，這造成了遠端信號的靜止期。這又導致非常強的不穩(wěn)定性，不穩(wěn)定回波消除器無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此進行處理。
目前，將進一步闡明根據(jù)本發(fā)明的回波消除器及其相關的回波消除方法以及它們附加的優(yōu)點，同時給所附的唯一的圖加上參考標記，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備的重要組成部分，所述全雙工通信設備就例如像揚聲器電話設備、電信會議設備、電話設備，特別是移動電話、非手持式電話等等。在現(xiàn)代化的手機中，其中擴音器2和麥克風3都耦合于AEC 1，且通常都安裝得非常靠近，這種AEC除去了干擾回波。在電話會議設備中同樣應用了這種配置，在所述電話會議設備中一個或多個擴音器和麥克風大都耦合于AEC 1。
該圖示出了從遠端一方那里來的信號x[k]，在近端一方由擴音器2再現(xiàn)所述信號。指數(shù)k表示對信號x進行采樣。除主要來源于近端說話人的信號s[k]以外，麥克風3還感測包括由擴音器2產(chǎn)生的反射遠端回波的信號y[k]。所以，對于近端處的麥克風信號z[k]而言，它保持z[k]＝s[k]+y[k]。AEC 1借助于自適應濾波器4進行工作以便產(chǎn)生信號r[k]，該信號不包括回波信號y[k]。理論上講，可能是AEC 1的輸出信號的信號r[k]僅僅包括本地近端信號s[k]。此外，自適應濾波器4對回波進行估計，用信號 來表示估計器。實際上，自適應濾波器4盡可能好地模仿從擴音器2到麥克風3的聲路徑。在減法器5中用z[k]減去 就得到輸出信號r[k]。應當注意，在通信設備或通信網(wǎng)絡中的遠端和近端處需要兩個AEC。
AEC 1的操作可以通過在其中包含殘留回波處理器6加以擴展。在那種情況下，信號r′[k]是ABC的輸出信號。實際上，自適應濾波器4因其有限的數(shù)字濾波器長度、追蹤問題和非線性效應而導致并不總能準確地模仿擴音器2與麥克風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，即它始終提供了充足的回波抑制和穩(wěn)健性。標明r′[k]的回波后處理器6的輸出信號耦合于遠端。像自適應濾波器4一樣通常在頻域中活動的后處理器6具有另外的優(yōu)點，即它不需要AEC 1為了正確地工作而具有雙方談話檢測器和/或聲音活動檢測器。例如，被人們認為是公知的其操作可以從EP-A-0843934中獲知，假定將該篇文獻的公開內容包含于此以供參考。大體上講，AEC1可以是任意的自適應濾波器類型，其中可以利用任何適當?shù)乃惴▉響没谡穹蚬β实幕夭ㄒ种?。用于調節(jié)回波消除器的系數(shù)的適當算法的示例為最小均方(LMS)或標準最小均方算法，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音信號s[k]，對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)隨時間基本上不變。通過引入這種不穩(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音失真或衰減近端語音，這改善了通話質量和語音可識度。所述改善在近端單方談話情況下特別有效。
實際上，回波消除器包括不穩(wěn)定回波消除器，以便實現(xiàn)上述改善。就所提及的后處理器6具備的重要優(yōu)點而言，將出于對簡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個樣本的幀并且在頻譜量級區(qū)域中執(zhí)行該處理。在下文中，某個頻率庫f和數(shù)據(jù)幀lB中的麥克風信號z[k]和殘留信號r[k]的頻譜量級分別用|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。 表示回波信號的頻譜量級估計。通常這個估計可以通過自適應濾波器輸出的先驗知識加以獲得，此外通過利用關于將要模仿的聲路徑的假設來進一步改善所述估計，所述假設比如像指數(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，對于所有的頻率，在后處理器6中實現(xiàn)的眾所周知的頻率相關的衰減函數(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，通過一些不穩(wěn)定回波估計器或通過用 減去 來估計出 其中后者是前者全部回波估計的穩(wěn)定回波分量。后者的回波估計可以通過用于穩(wěn)定背景噪聲估計的一些任意算法來獲得。在由R.Martin所著的、名為“SpectralSubtraction Based on Minimum Statistics(基于最小統(tǒng)計法的頻譜相減)”的文章(刊登于信號處理VII中，代理EUSIPCO，第1182-1185頁，愛丁堡(蘇格蘭，聯(lián)合王國)，1994年9月)中能夠在其中找到使用最小統(tǒng)計法的示例，將該篇公開內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)設置為1。由此，在與近端信號相比具有強遠端回波的頻帶中，后處理器6衰減回波峰尾部分，而在其中近端信號比遠端回波更強的頻帶中，不對回波峰尾部分應用衰減。在進行后處理以后，通過將衰減后的信號變換回時域并在其上加上r[k]的原始相位來獲得結果輸出信號r′[k]。
在某些情況下，比如當在其中應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。這減輕了非常強的不穩(wěn)定的影響。它也平滑了回波消除過程的工作。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，決不可把這些實施例理解成是限制回波消除器、通信設備和有關方法的示例，因為本領域熟練技術人員現(xiàn)在能夠作出屬于所附權利要求的范圍的各種修改、特征和特征的組合。
權利要求
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)定回波估計器和/或不穩(wěn)定回波估計器。
3.根據(jù)權利要求2所述的回波消除器，其特征在于所述穩(wěn)定回波估計器是穩(wěn)定噪聲估計器。
4.根據(jù)權利要求3所述的回波消除器，其特征在于所述穩(wěn)定噪聲估計器是基以最小統(tǒng)計法為基礎的。
5.根據(jù)權利要求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濾波器和耦合于該自適應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。
7.一種通信設備，就例如像揚聲器電話或電信會議設備、電話設備，特別是移動電話、非手持式電話等等，其特征在于所述通信設備包括根據(jù)權利要求1-6的其中之一所述的一個或多個回波消除器。
8.一種用于消除通信網(wǎng)絡中的回波的方法，所述通信網(wǎng)絡包括根據(jù)權利要求7所述的一個或多個通信設備，其特征在于通過后處理來消除不穩(wěn)定回波。
9.適合在根據(jù)權利要求8所述的方法中使用的信號，其特征在于所述信號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?？梢灾苯拥毓烙嫽蛘咄ㄟ^減去由穩(wěn)定噪聲估計器確定的穩(wěn)定回波來間接地估計所述不穩(wěn)定回波。所述回波消除器可以包括自適應濾波器(4)和耦合于該自適應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音失真，而提出這樣的一個不穩(wěn)定回波消除器。就通話質量和語音可識度而言，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音的情況下尤為重要。
文檔編號H04B3/23GK1663230SQ03814234
公開日2005年8月31日 申請日期2003年5月27日 優(yōu)先權日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 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司