專利名稱：自動校準及同步化的方法及其網(wǎng)絡電話中消除回音的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種計算機主機與音頻裝置之間的自動校準及同步化的 方法，及其應用于網(wǎng)絡電話以消除回音的方法。
背景技術(shù)：
通用序列總線(Universal Serial Bus; USB)的應用己十分普遍，例如在計 算機主機上架設的網(wǎng)絡電話，使用者只需將喇叭及麥克風等音頻裝置經(jīng)由 USB連接到計算機主機，并在計算機主機上安裝網(wǎng)絡電話應用程序，便能以 音頻裝置與他人透過網(wǎng)際網(wǎng)絡進行對話。然而，因為不同的計算機主機的中 央處理器(Centml Processing Unit; CPU)的操作頻率及存儲器容量不同，造成 不同的計算機主機與USB音頻裝置之間的數(shù)據(jù)上傳時間與下傳時間也不同， 因此產(chǎn)生許多應用上的問題。以上述網(wǎng)絡電話為例，便存在因為上傳與下傳 延遲而產(chǎn)生回音的問題。雖然近年來網(wǎng)絡傳輸速度及通信品質(zhì)都在不斷提 升，網(wǎng)絡電話仍有回音的問題存在。
圖1顯示網(wǎng)絡電話的回音形成原因。當近端使用者10與遠程使用者20 進行通話時，近端使用者10對著具有麥克風122和揚聲器124的音頻裝置 12說話，音頻裝置12的麥克風122將音頻信號上傳到近端計算機主機14， 再經(jīng)由網(wǎng)際網(wǎng)絡傳送到遠程計算機主機16，遠程計算機主機16將音頻信號 下傳到音頻裝置18以揚聲器184播放，遠程使用者20再透過音頻裝置18 的麥克風182回復而進行對話。由于經(jīng)由網(wǎng)絡傳輸，網(wǎng)絡電話始終有網(wǎng)絡延 遲的問題，此外，由于在揚聲器184播放音頻信號的同時，播出的聲音又經(jīng) 回音路徑被麥克風182收音成為回音信號上傳回到遠程計算機主機16，經(jīng)過 網(wǎng)際網(wǎng)絡及近端計算機主機14后，回音信號被音頻裝置12的揚聲器124播
放出來，造成近端使用者10在聽到遠程使用者發(fā)出聲音的同時，也聽到自 己先前發(fā)出的聲音，形成回音。
為解決回音問題， 一種動態(tài)回音消除器被用來去除網(wǎng)絡電話通信時的回
音。圖2繪示一種含有動態(tài)回音消除器的網(wǎng)絡電話系統(tǒng)，其中的動態(tài)回音消 除器34用以消除近端使用者22收到的回音，相對地，在實際網(wǎng)絡電話系統(tǒng) 中，遠程使用者32也可以使用一個動態(tài)回音消除器(圖中未示出)消除遠程使 用者32接收到的回音。近端使用者22發(fā)出的聲音被音頻裝置24的麥克風 242收音成為音頻信號上傳到近端計算機主機26，再經(jīng)網(wǎng)際網(wǎng)絡傳送到遠程 計算機主機28，遠程計算機主機28將音頻信號下傳到音頻裝置30經(jīng)揚聲器 304播放。揚聲器304播放的聲音和遠程使用者32發(fā)出的聲音一起被麥克風 302收音上傳給遠程計算機主機28，再經(jīng)動態(tài)回音消除器34送給近端計算 機主機26。動態(tài)回音消除器34在音頻信號經(jīng)網(wǎng)際網(wǎng)絡傳送的同時取得音頻 信號，其適應性濾波器342考量網(wǎng)絡延遲造成的影響，運算求得適應性濾波 器系數(shù)以產(chǎn)生近似衰減及失真后的音頻信號，麥克風302收音產(chǎn)生的音頻信 號被減法器348扣除運算產(chǎn)生的近似衰減及失真后的音頻信號以濾除回音信 號，濾波后的音頻信號經(jīng)非線性乘法器346送回近端計算機主機26，雙方談 話檢測器344則在通話雙方都發(fā)出音頻時暫時停止適應性濾波器342工作。 但是，這種動態(tài)回音消除器只考慮了網(wǎng)絡延遲的因素，因此只有在計算機主 機26、 28各自與音頻裝置24、 30之間的音頻信號透過USB上傳與下傳時 間為零的理想情況下才能有效地消除回音。實際上，數(shù)據(jù)在計算機主^l與音 頻裝置之間的上傳與下傳時間不但不為零，且與計算機主機及音頻裝置的硬 件有關(guān)聯(lián)性，不同的計算機主機與USB音頻裝置之間的數(shù)據(jù)上傳時間與下 傳時間不會都一樣，導致適應性濾波器342得到的數(shù)據(jù)不正確，因而發(fā)生適 應性濾波器系數(shù)發(fā)散(divergence)現(xiàn)象，造成適應性濾波器342處于極不穩(wěn)定 的狀態(tài)下，不但無法消除回音，還可能形成適應性濾波器系數(shù)上的錯誤蔓延 (error propagation)，反而降低了網(wǎng)絡電話的語音品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種計算機主機自動校準與音頻裝置之間 的校準及同步化的方法。
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種在計算機主機上進行與音頻裝置之間 自動校準及同步化的方法。
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種可與音頻裝置自動校準及同步^:的計 算機主機。
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種應用于網(wǎng)絡電話以消除回音的方法。 本發(fā)明的目的之一，在于提出一種應用于網(wǎng)絡電話的動態(tài)回音消除器。 根據(jù)本發(fā)明， 一種計算機主機與音頻裝置之間的校準及同步化的方纟去包
括在第一時間從該計算機主機發(fā)出一印記(sign)給該音頻裝置，該音l^裝 置將接收到該印記的時間記錄為第二時間，并將該印記與該第二時間回傳該 計算機主機，該計算機主機記載收到該印記的時間為第三時間，并從該第一、 第二及第三時間得知該計算機主機與該音頻裝置之間上傳及下傳延遲時間。
根據(jù)本發(fā)明， 一種在計算機主機上進行與音頻裝置之間自動校準及同步 化的方法包括在第一時間從一通用序列總線端口送出一印記，從該通用序列 總線端口接收一信息包，檢查該信息包以確認該音頻裝置回傳該印記，從該 信息包取得該音頻裝置接收到該印記的時間訂為第二時間，將接收到該回傳 印記的時間訂為第三時間，以及計算從該通用序列總線端口與該音頻裝置之 間通信的數(shù)據(jù)傳輸時間。
根據(jù)本發(fā)明， 一種可與音頻裝置自動校準及同步化的計算機主機包括一 通用序列總線端口 ，以供經(jīng)一通用序列總線建立一通信管道于該計算纟幾主機 與該音頻裝置之間，以及一存儲器，以供儲存一系統(tǒng)應用程序，其中，該系 統(tǒng)應用程序可被執(zhí)行，而在第一時間該計算機主機經(jīng)由該通用序列總線端口 送出一印記，并從該通用序列總線端口取得一信息包，從該信息包取得該音 頻裝置接收到該印記的時間訂為第二時間，將接收到該回傳印記的時間訂為
第三時間，以及計算該計算機主機與該音頻裝置之間經(jīng)該通信管道的數(shù)據(jù)傳 輸時間。
根據(jù)本發(fā)明， 一種應用于網(wǎng)絡電話以消除回音的方法包括兩計算機主機
經(jīng)交握式(hand-shaking)溝通得知彼此的上傳及下傳延遲時間后，提供給一
適應性濾波器據(jù)以計算出音頻信號與回音信號在傳遞時發(fā)生的時間偏移量，
進而以正確地扣除回音波形而消除回音。
根據(jù)本發(fā)明， 一種應用于網(wǎng)絡電話的動態(tài)回音消除器包括一適應性濾波 器，根據(jù)兩計算機主機的上下傳延遲時間，計算出音頻信號與回音信號在傳 遞時發(fā)生的時間偏移量，以及一減法器，自該回音信號減去該第二音頻信號。
本發(fā)明可以有效地消除網(wǎng)絡電話的回音。


圖1為網(wǎng)絡電話回音形成的示意圖2為現(xiàn)有具有動態(tài)回音消除器的網(wǎng)絡電話系統(tǒng)；
圖3為根據(jù)本發(fā)明的計算機主機與音頻裝置之間自動校準及同步化的示 意圖4為根據(jù)本發(fā)明為網(wǎng)絡電話系統(tǒng)消除回音的示意圖；以及
圖5為根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡電話系統(tǒng)的方塊圖。
主要組件符號說明
10近端使用者
12音頻裝置
122麥克風
124揚聲器
14近端計算機主機
16遠程計算機主機
18音頻裝置
182麥克風
184揚聲器
20遠程使用者
22近端使用者
24音頻裝置
242麥克風
244揚聲器
26近端計算機主機
28遠程計算機主機
30音頻裝置
302麥克風
304揚聲器
32遠程使用者
34動態(tài)回音消除器
342適應性濾波器
344雙方談話檢測器
346非線性乘法器
348減法器
36計算機主機
362 USB接口
364系統(tǒng)應用程序
366印記
38音頻裝置
382 USB接口
384數(shù)據(jù)信息包
40近端使用者42音頻裝置
422麥克風
424揚聲器
44近端計算機主機
46遠程計算機主機
48音頻裝置
482麥克風
484揚聲器
50遠程使用者
52動態(tài)回音消除器
522適應性濾波器
524減法器
具體實施例方式
圖3為根據(jù)本發(fā)明的計算機主機36與音頻裝置38之間自動校準及同步 化的示意圖。在音頻裝置38以USB連結(jié)至計算機主機36后，待計算機主 機36正確地檢測到此音頻裝置38后，便由系統(tǒng)應用程序364從USB端口 362發(fā)出一個印記366給音頻裝置38，發(fā)送此印記366的時間訂為第一時間 tl。印記366可以使用任何特定的信號，例如特定的低頻信號，由系統(tǒng)應用 程序364中的低頻信號產(chǎn)生程序提供。音頻裝置38在接收到該印記后，將 接收到印記的時間記錄為第二時間t2，并將該第二時間t2與所接收到的印 記組合成USB的數(shù)據(jù)信息包384，從USB端口 382上傳給計算機主機36。 待系統(tǒng)應用程序364從音頻裝置38接收到此信息包384后，從中譯碼取出 第二時間t2與音頻裝置38所接收到的印記，經(jīng)過比對所發(fā)送的印記366與 音頻裝置38所回傳的印記，若二者相符，便將接收到信息包384的時間訂 為第三時間t3，進而可從該第一時間tl、第二時間t2及第三時間t3得知計 算機主機36與音頻裝置38之間傳遞數(shù)據(jù)的時間，例如，從計算機主機36 下傳數(shù)據(jù)至音頻裝置38所需的延遲時間為第一時間tl與第二時間t2之間的 差值，而音頻裝置38上傳數(shù)據(jù)到計算機主機36的延遲時間為第二時間t2 與第三時間t3之間的差值。從傳遞延遲的時間，可以進行音頻裝置38與計 算機主機36之間的延遲時間自動校準以及數(shù)據(jù)的同步化。
依照前述圖3所描述的方法，可以正確地估測出計算機主機與音頻裝置 之間的數(shù)據(jù)上傳與下傳的延遲時間，進而讓計算機主機與音頻裝置之間達成 自動校準及同步化，將其應用于現(xiàn)有的網(wǎng)絡電話系統(tǒng)，可以消除回音。圖4 為根據(jù)本發(fā)明為網(wǎng)絡電話系統(tǒng)消除回音的示意圖，圖5為該網(wǎng)絡電話系統(tǒng)的 方塊圖。近端計算機主機44與音頻裝置42、遠程計算機主機46及音頻裝置 48分別取得各自的上傳及下傳延遲時間，然后近端計算機主機44與遠程計 算機主機46進行交握式溝通取得對方的上傳及下傳延遲時間，包括音頻裝 置42上傳數(shù)據(jù)給近端計算機主機44的上傳時間Tl 、遠程計算機主機46下 傳數(shù)據(jù)給音頻裝置48的下傳時間T2、音頻裝置48上傳數(shù)據(jù)到遠程計算機 主機46的上傳時間T3，以及近端計算機主機44下傳數(shù)據(jù)回音頻裝置42的 下傳時間T4，提供給動態(tài)回音消除器52，做為適應性濾波器522的參數(shù)。
當近端使用者40與遠程使用者50在通話時，近端使用者40發(fā)出的音 頻信號x(t)經(jīng)由和圖2相同的路徑傳遞給遠程使用者50，適應性濾波器522 經(jīng)過時間Tl后才取得輸入音頻，以x(t-Tl)表示，扣除了上傳時間Tl使音 頻信號和回音信號具有相同的時間基準點。衰減及失真后的回音信號x'(t) 從回音路徑傳回遠程計算機主機46并透過網(wǎng)絡傳輸，進入動態(tài)回音消除器 52，因此，近端計算機主機44總共經(jīng)過(T1+T2+T3)的時間偏移量后才接收 到回音信號x'(t)。適應性濾波器522利用音頻信號x(t)及回音信號x'(t)進行 遞歸式(recursive)計算，使適應性濾波器522產(chǎn)生的音頻信號y(t)可以逼近回 音信號x'(t),因此音頻信號y(t)和回音信號x'(t)經(jīng)過減法器524相減后的誤 差值e(t)趨近于零。但是為了考慮到計算機主機與音頻裝置之間數(shù)據(jù)上傳及
下傳的延遲時間，因此將回音信號x'(t)經(jīng)過一段反饋延遲時間(Tl+T2+T3)， 得到正確延遲后的回音信號，以w'(t)-x'(t-(Tl+T2+T3))表示，而音頻信號x(t) 也需經(jīng)過一段反饋延遲時間Tl，以得到正確延遲后的音頻信號，以 w(t"x(t-Tl)表示。如此一來，在相同的時間基準點下，適應性濾波器522將 w(t)和w，(t)做遞歸式運算，可以得到準確的估測回音信號y(t)，并經(jīng)由減法 器將y(t)與w'(t)相減，得到趨近于零的誤差值e(t)，以有效消除回音。簡單 地說，在圖5所示的網(wǎng)絡電話系統(tǒng)中，由于適應性濾波器522在產(chǎn)生信號y(t) 時考慮了信號的傳遞延遲，因此可以正確地抵消回音信號x'(t)，也就是消除 了回音。
以上說明書有關(guān)于詳細技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)明特征。熟習此領(lǐng)域的人士可基 于所述的本發(fā)明的說明書及建議進行許多修改及替代而不脫離其特征。然 而，雖然此等修改及替代并未在以上說明中完全揭示，但其實質(zhì)上已涵蓋在 權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種計算機主機與音頻裝置之間的自動校準及同步化的方法，所述計算機主機與所述音頻裝置之間以一通用序列總線建立起一通信管道，其中所述方法包括下列步驟在第一時間從所述計算機主機發(fā)送一印記經(jīng)所述通信管道給所述音頻裝置；將所述音頻裝置接收到所述印記的時間記錄為第二時間；回傳所述第二時間及所述印記經(jīng)所述通信管道給所述計算機主機；將所述計算機主機接收到所述回傳印記的時間記錄為第三時間；以及計算所述計算機主機與所述音頻裝置之間經(jīng)所述通信管道的數(shù)據(jù)傳輸時間。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法還包括產(chǎn)生一低頻信號以作 為所述印記的步驟。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述回傳所述第二時間及所述印記經(jīng)所述通信管道給所述計算機主機的步驟包括下列步驟產(chǎn)生含有代表所述第二時間及所述印記數(shù)據(jù)的信息包；以及 發(fā)送所述信息包經(jīng)所述通信管道給所述計算機主機。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計算所述計算機主機與所述音頻 裝置之間經(jīng)所述通信管道的數(shù)據(jù)傳輸時間的步驟包括計算所述第一及第二 時間之間的差值，以獲得所述計算機主機傳送數(shù)據(jù)經(jīng)所述通信管道到所述音 頻裝置的下傳時間，或計算所述第二及第三時間之間的差值，以獲得所述音 頻裝置傳送數(shù)據(jù)經(jīng)所述通信管道到所述計算機主機的上傳時間。
5. —種在計算機主機上進行與音頻裝置之間自動校準及同步化的方法， 其中所述方法包括下列步驟在第 一 時間從一通用序列總線端口送出 一 印記； 從所述通用序列總線端口接收一信息包； 檢查所述信息包以確認所述音頻裝置回傳所述印記； 從所述信息包取得所述音頻裝置接收到所述印記的時間訂為第二時間； 將接收到所述回傳印記的時間訂為第三時間；以及 計算從所述通用序列總線端口與所述音頻裝置之間通信的數(shù)據(jù)傳輸時間。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述計算從所述通用序列總線端口與 所述音頻裝置之間通信的數(shù)據(jù)傳輸時間的步驟包括計算所述第一及第二時 間之間的差值，以獲得傳送數(shù)據(jù)到所述音頻裝置的下傳時間，或是計算所述 第二及第三時間之間的差值，以獲得從所述音頻裝置傳送數(shù)據(jù)回來的上傳時 間。
7. —種可與音頻裝置自動校準及同步化的計算機主機，其中該計算^l主 機包括一通用序列總線端口 ，以供經(jīng)一通用序列總線建立一通信管道于所述計 算機主機與所述音頻裝置之間；以及一存儲器，以供儲存一系統(tǒng)應用程序；其中，所述系統(tǒng)應用程序可被執(zhí)行，而在第一時間從所述通用序列總線 端口送出一印記，從所述通用序列總線端口取得一信息包，從所述信息包取 得所述音頻裝置接收到所述印記的時間訂為第二時間，將接收到所述回傳印 記的時間訂為第三時間，以及計算所述計算機主機與所述音頻裝置之間經(jīng)所 述通信管道的數(shù)據(jù)傳輸時間。
8. 如權(quán)利要求7所述的計算機主機，其中所述系統(tǒng)應用程序計算所述第 一及第二時間之間的差值，以獲得所述計算機主機傳送數(shù)據(jù)經(jīng)所述通信管道 到所述音頻裝置的下傳時間，或是計算所述第二及第三時間之間的差值，以 獲得所述音頻裝置傳送數(shù)據(jù)經(jīng)所述通信管道到所述計算機主機的上傳時間。
9. 一種應用于網(wǎng)絡電話以消除回音的方法，所述網(wǎng)絡電話包括一第一及 第二計算機主機，所述第一計算機主機具有一第一上傳延遲時間及第一下傳 延遲時間，所述第二計算機主機具有一第二上傳延遲時間及第二下傳延遲時 間，所述第一計算機主機提供一第一音頻信號，所述第二計算機主機提供一 回音信號，其中所述方法包括下列步驟-交握式溝通所述第一計算機主機及所述第二計算機主機； 根據(jù)所述第一上傳延遲時間、第一下傳延遲時間、第二上傳延遲時間以 及第二下傳延遲時間計算一時間偏移量；利用所述時間偏移量校正所述第一音頻信號及所述回音信號； 遞歸式計算所述第一音頻信號及所述回音信號以產(chǎn)生逼近所述回音信 號的第二音頻信號；以及自所述回音信號減去所述第二音頻信號。
10.—種應用于網(wǎng)絡電話的動態(tài)回音消除器，所述網(wǎng)絡電話包括一第一 及第二計算機主機，分別具有一第一上傳延遲時間、第一下傳延遲時間、第 二上傳延遲時間以及第二下傳延遲時間，所述第一計算機主機提供一第一音 頻信號，所述第二計算機主機提供一回音信號，其中所述動態(tài)回音消除器包括一適應性濾波器，根據(jù)所述第一上傳延遲時間、第一下傳延遲時間、第 二上傳延遲時間以及第二下傳延遲時間得到一時間偏移量，利用所述時間偏 移量校正所述第一音頻信號及所述回音信號，并進行遞歸式計算以產(chǎn)生一逼近所述回音信號的第二音頻信號；以及一減法器，自所述回音信號減去所述第二音頻信號。
全文摘要
一種自動校準及同步化的方法及其網(wǎng)絡電話中消除回音的方法，該方法包括在第一時間從該計算機主機發(fā)出一印記，該音頻裝置將接收到該印記的時間記錄為第二時間，并回傳該印記與該第二時間給該計算機主機，該計算機主機記錄收到該印記的時間為第三時間，從而可由該第一、第二及第三時間得知該計算機主機與該音頻裝置之間的上傳及下傳延遲時間。這些延遲時間可進一步用于消除網(wǎng)絡電話的回音。本發(fā)明可以有效地消除網(wǎng)絡電話的回音。
文檔編號H04M7/00GK101374180SQ20071014663
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月23日
發(fā)明者葉奇典, 席銘杰 申請人:義隆電子股份有限公司