專利名稱：回聲抑制方法及回聲抑制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于移動電話、電視電話系統(tǒng)、語音會議系統(tǒng)、電話線等的回聲抑 制方法和設(shè)備，更具體地涉及一種用于在即使背景噪聲電平很高的情況下也可在回聲消除 處理之后將要執(zhí)行的非線性處理期間準(zhǔn)確地抑制殘留回聲的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在下面的專利參考文獻1和2中已經(jīng)披露了傳統(tǒng)的回聲抑制設(shè)備。圖2中示出專 利參考文獻1的回聲抑制設(shè)備。圖2中所示的回聲抑制設(shè)備根據(jù)傳輸信號能量M和接收信 號能量D估計回聲返回損失R，并利用等式‘ = DXR”來計算一定時刻的回聲信號的估計 的能量E。如果傳輸信號能量M高于估計的能量E，則確定該傳輸信號是近端語音信號，于 是開關(guān)10接通，從而傳輸信號被傳輸?shù)竭h端。如果傳輸信號能量M不高于估計的能量E，則 確定該傳輸信號是回聲，于是開關(guān)10斷開，從而回聲信號不被傳輸?shù)竭h端。圖3中示出專利參考文獻2的回聲抑制設(shè)備。自適應(yīng)濾波器單元12利用自適應(yīng) 濾波器估計回聲路徑的脈沖響應(yīng)(傳遞函數(shù))，根據(jù)估計的脈沖響應(yīng)產(chǎn)生偽回聲信號，從傳 輸信號中減去偽回聲信號，從而執(zhí)行回聲消除。未被自適應(yīng)濾波器單元12消除的殘留回聲 通過非線性處理(NLP)衰減單元14衰減。S卩，NLP衰減單元14對通過自適應(yīng)濾波器單元 12進行了回聲消除之后產(chǎn)生的信號(下文稱為“回聲消除信號”)分配特定的損失(例如 30dB的損失值)。NLP衰減單元14以不產(chǎn)生回聲時沒有損失(例如損失值為OdB)的方式 進行操作。通過上述操作，在將損失分配給所述信號的情況下，可以將殘留回聲衰減到用戶 不可能聽到該殘留回聲的特定電平。為了減小NLP操作導(dǎo)致的背景噪聲的不連續(xù)性，將與 背景噪聲具有相同電平和相同頻率成分的偽背景噪聲插入傳輸信號中，并將所得傳輸信號 傳輸?shù)竭h端。[專利參考文獻1]公開號為昭59-80029的日本專利申請公開[專利參考文獻2]公開號為2000-138619的日本專利申請公開[非專利參考文獻1]J.-S. Soo和K. Pang發(fā)表于1990年2月的IEEE Trans. Acoust. Speech signal Process. , vol. ASSP-38, No. 2, pp. 373-376 ± ^"Multidelay block frequency domain adaptivefilter，，。[非專利參考文獻 2]Doblinger G.發(fā)表于 1995 年 Proc. Eurospeech, 2, pp.1513-1516 上 ^"Computationally efficientspeech enhancement by spectral minima tracking in subbands，，。專利參考文獻1中披露的回聲抑制設(shè)備中，在傳輸信號中包含了近端背景噪聲的 情況下，根據(jù)開關(guān)10的接通/斷開操作來傳輸或阻止背景噪聲，從而遠端背景噪聲變成不 自然的斷斷續(xù)續(xù)，從而會大大降低通話質(zhì)量或講話質(zhì)量。專利參考文獻2中披露的回聲抑制設(shè)備將偽背景噪聲插入被NLP操作衰減的信號 中，從而可以解決背景噪聲的傳輸/阻止所導(dǎo)致的問題。然而，事實上，利用偽背景噪聲不 可能充分再現(xiàn)真實背景噪聲，從而偽背景噪聲不可能完全解決由NLP操作導(dǎo)致的背景噪聲
4聲音質(zhì)量不自然的問題。另外，專利參考文獻1和2中披露的回聲抑制設(shè)備在確定是否傳輸或阻止(或衰 減)所有傳輸信號時不考慮背景噪聲的影響。例如，在專利參考文獻1披露的回聲抑制設(shè) 備的情況下，如果包含在傳輸信號中的背景噪聲處于高電平，則盡管傳輸信號不是近端語 音而是殘留回聲信號，開關(guān)10也接通，從而增加了不作任何改變就將殘留回聲信號傳輸?shù)?遠端的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)作出本發(fā)明來克服上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供用于即使在背景噪聲 電平很高時也能準(zhǔn)確抑制殘留回聲的回聲抑制設(shè)備和方法。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的回聲抑制設(shè)備包括自適應(yīng)濾波器單元，其估計 近端的回聲路徑，并產(chǎn)生從遠端接收的接收信號的偽回聲信號；減法器，其從包括接收信號 的回聲信號、近端聲音和背景噪聲的近端信號中減去偽回聲信號，并產(chǎn)生回聲消除信號作 為減法的結(jié)果；背景噪聲估計單元，其估計背景噪聲的譜；非線性處理單元，其執(zhí)行減譜來 從回聲消除信號的譜中減去估計的背景噪聲的譜，并響應(yīng)于減譜結(jié)果來針對回聲消除信號 的譜的每個頻帶(例如，通過離散傅立葉變換劃分的每個頻帶)來控制回聲消除信號的譜 的增益，從而得到傳輸?shù)竭h端的傳輸信號的譜；和閾值計算單元，其針對每個頻帶計算閾 值，所述閾值用于確定回聲消除信號中是否存在殘留回聲，其中非線性處理單元將減譜結(jié) 果與每個頻帶中的閾值相比較，隨后，在減譜結(jié)果高于閾值的一個頻帶中以高增益來控制 回聲消除信號的譜，并在減譜結(jié)果不高于閾值的另一頻帶中以低增益來控制回聲消除信號 的譜，所述低增益被設(shè)置為低于所述高增益。根據(jù)本發(fā)明實施例的回聲抑制設(shè)備估計背景噪聲的譜，從回聲消除信號譜中減去 估計的背景噪聲的譜，并響應(yīng)于減譜結(jié)果在每個頻帶處執(zhí)行回聲消除信號譜的增益控制， 從而非線性處理單元可以執(zhí)行增益控制，而不會受到背景噪聲的影響。閾值計算單元對每 個頻帶計算閾值，以確定回聲消除信號中是否存在殘留回聲。非線性處理單元比較減譜結(jié) 果和每個頻帶中的閾值。與減譜結(jié)果高于閾值的特定頻帶相關(guān)聯(lián)，非線性處理單元確定回 聲消除信號是近端講話者聲音，從而利用相對高的增益來控制與該特定頻帶相關(guān)的回聲消 除信號譜。與減譜結(jié)果不高于閾值的另一特定頻帶相關(guān)聯(lián)，非線性處理單元確定回聲消除 信號是殘留回聲，從而利用相對低的增益來控制回聲消除信號譜。結(jié)果，即使背景噪聲處于 高電平，也能夠抑制殘留回聲。在一個優(yōu)選形式中，閾值計算單元通過將自適應(yīng)濾波器單元中執(zhí)行的卷積計算的 結(jié)果乘以預(yù)定系數(shù)來產(chǎn)生每個頻帶的閾值，所述卷積計算通過在頻域中將接收信號與自適 應(yīng)濾波器單元的濾波系數(shù)進行卷積來執(zhí)行。結(jié)果，能夠有效利用自適應(yīng)濾波處理的卷積運 算結(jié)果，從而可以簡化閾值計算處理。在本發(fā)明的一個優(yōu)選形式中，非線性處理單元在減譜結(jié)果高于閾值時以被設(shè)置為 固定值(例如值1)的高增益來控制回聲消除信號的譜，并且在減譜結(jié)果不高于閾值時以具 有可變值的低增益來控制回聲消除信號的譜，所述可變值由表達式[預(yù)定增益X (估計的 背景噪聲的譜+回聲消除信號的譜)]來表示。如果減譜結(jié)果不高于閾值，則抑制殘留回聲以使得背景噪聲理想地以其本身的原
5始電平輸出。結(jié)果，不會產(chǎn)生由增益控制導(dǎo)致的背景噪聲的音量波動或間斷，殘留回聲被抑 制，因此防止了通話質(zhì)量下降。另外，輸出了與實際背景噪聲非常相似的背景噪聲。因此， 本發(fā)明的實施例能夠使在遠端聽到的背景噪聲的聲音質(zhì)量與采用人造偽背景噪聲來處理 和輸出聲音的其它情況相比更為自然。所述回聲抑制設(shè)備還包括噪聲抑制單元，該噪聲抑制單元根據(jù)非線性處理單元的 輸出信號來估計在非線性處理單元的輸出信號中包含的噪聲信號，并且對包含在輸出信號 中的噪聲信號進行抑制以向遠端提供傳輸信號。因此，可以將經(jīng)過了噪聲抑制之后的信號傳輸?shù)竭h端。在這種情況下，由于非線性 處理單元在減譜結(jié)果不高于閾值時利用由表達式[預(yù)定增益X(估計的背景噪聲譜+回 聲消除信號譜)]表示的增益來控制回聲消除信號，因此抑制了由增益控制引起的音量波 動。結(jié)果，在后續(xù)噪聲抑制處理中，可以更準(zhǔn)確地估計噪聲信號，從而可以穩(wěn)定地抑制噪聲。在本發(fā)明的實施例中，非線性處理單元包括第一計算器，其從回聲消除信號的譜 中減去估計的背景噪聲的譜，以提供減譜結(jié)果；第二計算器，其根據(jù)所述表達式計算低增益 的可變值；選擇器，其選擇高增益的固定值和低增益的可變值中之一；和放大器，其以固定 值和可變值中被選中的那一個值來放大回聲消除信號的譜。非線性處理單元包括對第二計 算器計算的可變值進行平均或平滑的另一個單元，從而放大器以平均或平滑后的可變值來 放大回聲消除信號。結(jié)果，減小了由突然的增益變化產(chǎn)生的聲音調(diào)制，從而可以提高遠端的聲音質(zhì)量。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于語音會議系統(tǒng)中的近端系統(tǒng)的示意框圖。圖2是說明傳統(tǒng)回聲抑制設(shè)備的框圖。圖3是說明另一傳統(tǒng)回聲抑制設(shè)備的框圖。圖4是說明圖1所示自適應(yīng)濾波器單元和閾值計算單元的示例配置的框圖。圖5是說明圖1所示非線性處理(NLP)單元的處理細節(jié)的功能框圖。圖6是說明在將非線性處理(NLP)單元配置為圖4所示的情況下圖1所示非線性 處理(NLP)單元和噪聲抑制單元的操作的操作波形示圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。每個圖中相應(yīng)的部件由相似參考數(shù)字代 表，重復(fù)的描述將省略。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于語音會議系統(tǒng)中的近端的配 置的示意框圖。參考圖1，從遠端提供并由近端接收的聲音信號Χ (η)(時域采樣信號)被數(shù) 字/模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，從而通過揚聲器20再現(xiàn)該模擬信號。麥克風(fēng)22 接收近端揚聲器的語音信號、通過揚聲器單元20再現(xiàn)的另一語音信號的聲音回聲以及近 端背景噪聲。麥克風(fēng)22的聲音采集信號由模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為時域采樣信號 d(n)。在近端對時域采樣信號d(η)執(zhí)行預(yù)定信號處理，將結(jié)果所得信號傳輸?shù)竭h端。下面將參考附圖描述要對麥克風(fēng)22的聲音采集信號d(n)執(zhí)行的信號處理。緊 接的是自適應(yīng)濾波器單元24估計回聲路徑的脈沖響應(yīng)(傳遞函數(shù))，在估計的脈沖響應(yīng) 與接收信號x(n)之間執(zhí)行卷積運算，從而產(chǎn)生偽回聲信號y(n)。可以對自適應(yīng)濾波器單元24采用公知的自適應(yīng)算法。例如，可以采用在非專利參考文獻1中示出的多延遲分塊 頻域自適應(yīng)濾波器(multidelay block frequency domainadaptive filter, MDF)、無約 束多延iH分塊步Ι 域自適應(yīng)濾波器(unconstrained multidelay block frequency domain adaptivefilter, UMDF)、和可選擇無約束多延遲分塊頻域自適應(yīng)濾波器(alternative unconstrained multidelay block frequency domainadaptive filter, AUMDF)。減法器 26從麥克風(fēng)信號d(n)中減去偽回聲信號y(n)，從而消除了麥克風(fēng)信號d(n)中包含的回 聲，并產(chǎn)生回聲消除信號e (η)。在自適應(yīng)濾波器單元24能夠正確估計回聲路徑的脈沖響應(yīng) 的情況下，偽回聲信號y (η)變得完全與真實回聲信號相同，從而從麥克風(fēng)信號d(n)中完全 去除了回聲信號。然而，事實上，在麥克風(fēng)信號d(η)中可能存在干擾信號，比如近端揚聲器 語音信號(即近端語音信號)和背景噪聲，從而自適應(yīng)濾波器單元24難以完全估計出回聲 路徑的脈沖響應(yīng)，因此在回聲消除信號e (η)中包含了殘留回聲(即消除處理之后剩下的回 聲)。因此，回聲消除信號e(n)包括近端揚聲器語音信號、近端背景噪聲和殘留回聲?？焖俑盗⑷~變換(FFT)單元28對回聲消除信號e (η)執(zhí)行FFT處理，從而將FFT處 理后的結(jié)果信號轉(zhuǎn)換為頻域信號。背景噪聲估計單元30從FFT單元28接收回聲消除信號 的頻譜E(k)(復(fù)數(shù))，并估計頻域中的近端背景噪聲的幅譜N(k)(實數(shù))。在這種情況下， 幅譜N(k)包含在回聲消除信號E(k)的絕對值(實數(shù))幅譜|E(k) I中。已經(jīng)提出了關(guān)于 背景噪聲估計方法的各種算法。例如，非專利參考文獻2中披露的方法可以用作代表性的 背景噪聲估計方法。閾值計算單元32利用自適應(yīng)濾波器單元24的中間結(jié)果(頻域的卷積運算結(jié)果)， 從而計算在由FFT處理劃分的每個頻帶中的非線性處理的閾值TH(k)(殘留回聲估計能量 (幅譜)(實數(shù)))。在將非專利參考文獻1中所示的組成部件用作自適應(yīng)濾波器單元24的 情況下，可以將閾值TH(k)設(shè)置成通過下面等式1和2計算的特定值。[等式1]TH(k) = Y |Y(k)在等式1中，Y(k)是頻域中接收信號x(n)與自適應(yīng)濾波器系數(shù)的卷積運算結(jié)果。[等式2]
MY(k) = ^X(m,k)W(m,k)
m=l在等式1中，I Y (k) I是卷積運算結(jié)果Y (k)的絕對值(實數(shù))，并代表幅譜。“ Y ” 可以被設(shè)置為比殘留回聲與絕對值|Y(k)|的比值(即殘留回聲+ |Y(k)|)略高的常數(shù)或 者預(yù)定系數(shù)，從而可以將閾值TH(k)設(shè)置為略高于殘留回聲的值。例如，假設(shè)通過上述表達 式“殘留回聲+ |Y(k) ι ”得到的結(jié)果值是“0. 1”，“ γ ”可以被設(shè)置為“ Y=O. 125 0. 15”， 從而閾值TH(k)可以被設(shè)置為略高于殘留回聲，并且下面將描述的非線性處理單元34可 以抑制殘留回聲。另外，參考等式2，X(m，k)是在接收信號x(n)的第m個塊(用于在時 間軸方向上劃分接收信號x(n)以執(zhí)行FFT處理的一個部分。FFT幀)的第k個頻率窗口 (frequency bin)處得到的快速傅立葉變換(FFT)結(jié)果，并且W(m，k)是在接收信號x(n)的 第m個塊的第k個頻率窗口處的自適應(yīng)濾波系數(shù)，“M”是塊的總數(shù)量。并且，不僅可以通過 在等式1中示出的上述方法，還可以通過將專利參考文獻1中所示的回聲信號估計能量E 乘以適當(dāng)系數(shù)的另一方法來計算閾值TH(k)，或者還可以通過根據(jù)需要的其它可用方法來
7計算閾值TH(k)。在利用非專利參考文獻1所示方法作為自適應(yīng)濾波器單元24的算法并且閾值計 算單元32利用自適應(yīng)濾波器單元24的中間結(jié)果來執(zhí)行等式1和2的計算處理的情況下， 可以如圖4所示來配置自適應(yīng)濾波器單元24和閾值計算單元32。參考圖4，在自適應(yīng)濾波 器單元24中，F(xiàn)FT單元40對從遠端提供的聲音信號χ (η)(時域的采樣信號)執(zhí)行FFT處理 以將該聲音信號x(n)轉(zhuǎn)換成頻域信號。在時間軸方向上將FFT處理后的信號X(m，k)逐塊 地延遲一個塊的延遲(42-1、42-2、· · ·、42-n-l)。在系數(shù)單元(44_1、44_2、· · ·、44_n)中， 乘以自適應(yīng)濾波系數(shù)，并通過加法器46將乘法結(jié)果相加，從而對聲音信號χ (η)的第k個頻 帶施加了卷積運算。由IFFT單元48對卷積運算結(jié)果Y (k)進行IFFT處理(逆FFT處理)， 從而返回到時域信號。剪切部分50從接收自IFFT單元48的時域采樣信號中剪切掉不需 要的后一半部分，隨后將前一半作為偽回聲信號y (η)輸出。減法器26如上所述從麥克風(fēng) 信號d(n)減去偽回聲信號y(n)，消除麥克風(fēng)信號d(n)中包含的回聲，從而產(chǎn)生回聲消除信 號 e (η)。閾值計算單元32接收作為自適應(yīng)濾波器單元24的中間結(jié)果的卷積運算結(jié)果 Y (k)，絕對值單元52將接收的結(jié)果值變?yōu)榻^對值，從而得出IY (k) |。乘法器54將值|Y(k) 乘以常數(shù)(Y )，來計算等式1的閾值TH (k)。在圖1中，非線性處理單元(殘留回聲抑制處理器)34接收背景噪聲幅譜H(k) 和閾值TH(k)，保留每個頻帶的回聲消除信號幅譜|E(k)|中包含的背景噪聲成分N(k)，并 同時衰減(抑制)殘留回聲成分(殘留回聲幅譜)。噪聲抑制單元36從非線性處理單元 34接收具有衰減的殘留回聲成分的回聲消除信號譜(E’(k))，利用接收到回聲消除信號譜 (E’ (k))估計噪聲成分(噪聲信號幅譜)，并抑制噪聲成分。背景噪聲成分N(k)理論上沒 有任何改變地保留在噪聲抑制單元36的輸入信號中，并且不存在由殘留回聲抑制引起的 背景噪聲成分N(k)的音量波動，從而噪聲抑制單元36以高準(zhǔn)確水平估計噪聲成分，因此穩(wěn) 定地執(zhí)行噪聲抑制。該噪聲抑制處理可以利用公知方法。例如，可以利用減譜法或基于維 納濾波器的方案。噪聲抑制單元36的輸出信號具有抑制的殘留回聲和抑制的背景噪聲，由 IFFT單元38進行IFFT處理，返回到時域信號，并隨后傳輸?shù)竭h端。另外，可以適當(dāng)?shù)貙⑷?造偽背景噪聲添加到上述傳輸信號中，并且傳輸添加后所得的信號。圖5中示出非線性處理單元34的處理。該處理可以在由FFT劃分的每個頻帶中 執(zhí)行。計算單元60(第一計算器)接收回聲消除信號幅譜|E(k) I和背景噪聲幅譜N(k)， 對接收的譜執(zhí)行減譜，計算|E(k) -aN(k)的結(jié)果。結(jié)果，去除了包含在回聲消除信號幅譜 |E(k) I中的背景噪聲幅譜N(k)。在這種情況下，α是減法系數(shù)，并由圖1所示背景噪聲估 計單元30中使用的噪聲估計算法的估計準(zhǔn)確度進行調(diào)節(jié)。例如，在噪聲估計算法傾向于高 估背景噪聲幅譜N(k)的情況下，α由“0< a <1”代表。否則，如果噪聲估計算法傾向 于低估背景噪聲幅譜N (k)，則α由“a >1”代表。如果噪聲估計算法可以準(zhǔn)確估計背景 噪聲幅譜N (k)，則α正好被設(shè)置為α = 1。比較器62將減譜結(jié)果(|E(k) -aN(k))與每 個頻帶k的閾值TH (k)進行比較，并確定減譜結(jié)果|E(k) -aN(k)是由“|E(k) -aN(k) > TH(k)”代表還是由“|E(k)卜aN(k)彡TH(k)”代表。計算單元64 (第二計算器)計算背景 噪聲譜N(K)與回聲消除信號幅譜|E(k) I之比(M(k) + |E(k))。在該情況下，β是用于 調(diào)節(jié)非線性處理單元34的殘留回聲抑制的程度或深度的參數(shù)，其可以被統(tǒng)計性地預(yù)設(shè)為
8實驗確定的值，或者還可以建立在外部輸入的基礎(chǔ)上。如果需要，在采用上述回聲抑制設(shè)備 的情況下還可以由用戶可變地建立β。例如，β可以被設(shè)置為“1”?；芈曄盘栕VE(k)的增益可由可變衰減單元(可變放大器)66控制。增益控 制器(增益選擇器)68響應(yīng)于比較器62和計算單元64的輸出信號利用以下等式3a和3b 來可切換地控制可變衰減單元66的增益G(k)。[等式3a]G(k) =1(如果 |E(k)卜 aN(k) > TH(k))[等式3b]G(k) = i3N(K) + |E(k) | (如果 |E(k) -aN(k) ^ TH(k))在等式3a和3b中，G(k)是賦予第k個頻率窗口的增益(殘留回聲抑制增益)， |E(k) I是在第k個頻率窗口處的非線性處理的輸入信號幅譜(回聲消除信號幅譜)，N(k) 是在第k個頻率窗口處估計的背景噪聲幅譜，TH(k)是估計的殘留回聲能量(幅譜)并代表 非線性處理的閾值，α是減法系數(shù)，β是用于調(diào)節(jié)殘留回聲抑制的程度或者深度的參數(shù)。在等式3a中，在減譜結(jié)果值(|E(k)卜aN(k))高于閾值TH(k)的情況下，回聲消 除信號e(n)被認為是近端講話者的語音或聲音，從而回聲消除信號譜E (k)不經(jīng)過任何改 變就通過可變衰減單元66。在等式3b中，在減譜結(jié)果值(|E(k) -aN(k))低于閾值TH (k) 的情況下，回聲消除信號e(n)被認為是殘留回聲，從而回聲消除信號譜E(k)被衰減并輸 出。在等式3b中，在回聲消除信號譜E(k)被衰減并輸出的情況下，增益G(k)被計算為背 景噪聲幅譜N(k)和回聲消除信號幅譜之比(βΝ⑷+ |E(k) |)，從而可以將回聲消除信號 E(k)抑制到背景噪聲幅譜N(k)的電平。即，其中回聲消除信號譜E(k)被衰減的信號譜 E’ (k)由下面的表達式表示。[表達式]E，(k) = E (k) X ( β N(K) + IE (k) |)= E(k) + |E(k) I X βΝ(Κ)在上面的表達式中，(E(k) + |E(k) I)表明幅度設(shè)置為1并且相位等于回聲消除信 號E(k)的相位，從而衰減信號譜Ε’(k)示出背景噪聲幅譜N(k)的幅度沒有改變，并且其相 位設(shè)置為回聲消除信號E(k)的相位。因此，不管是由閾值TH(k)引起的增益G(k)轉(zhuǎn)換還 是由比值(βΝ(Κ) + _ I)引起的增益G(k)改變，背景噪聲幅譜N(k)都沒有任何改變地 被輸出，從而不產(chǎn)生背景噪聲的音量波動或間斷，同時可以抑制殘留回聲?？勺兯p單元66輸出其中的殘留回聲被增益G(k)的控制所抑制的殘留回聲抑制 信號譜E’(k)，從而殘留回聲抑制信號譜E’ (k)的非線性處理單元34的輸出信號成為非線 性處理單元34的輸出信號。為了通過減小由增益G(k)的突然改變而產(chǎn)生的調(diào)制來提高近 端的聲音質(zhì)量，將平均或平滑處理單元70布置在增益控制器68的輸出端，如圖5的虛線所 示。通過等式3a和3b計算的增益G(k)可以在時間軸方向和/或頻率軸方向上進行平均 處理或平滑處理。在專利參考文獻1中示出的非線性處理引起的增益可以由下列等式4a和4b表
7J\ ο[等式4a]G (k) = 1 (如果 IE (k) I > TH (k))
[等式4b]G (k) = 0 (如果 IE (k) I 彡 TH (k))如果在近端中沒有背景噪聲，則可以利用專利參考文獻1中示出的技術(shù)方法而沒 有任何問題。如果在近端中存在背景噪聲，則專利參考文獻1中示出的方法在判定一個信 號是近端講話者的語音還是回聲時具有很高可能性會產(chǎn)生由于近端背景噪聲而導(dǎo)致的誤 操作，從而傳輸沒有得到抑制的回聲的可能性非常高。按照專利參考文獻1中示出的方法， 增益G(k)僅被設(shè)置為“1”或“0”，從而傳輸?shù)竭h端的背景噪聲變得間斷，從而從遠端產(chǎn)生的 聲音非常不中聽。相反，在本發(fā)明實施例中使用的方法估計近端背景噪聲，并根據(jù)沒有背景 噪聲的回聲消除信號幅譜來確定聲音信號是近端講話者的聲音還是殘留回聲，由此避免了 目標(biāo)信號受到近端背景噪聲的影響。即使在近端背景噪聲處于高電平時，本發(fā)明的實施例 也不會導(dǎo)致誤操作，從而可以高準(zhǔn)確度地抑制殘留回聲。非線性處理單元34即使在其確定 回聲消除信號為殘留回聲并且殘留回聲被抑制時也輸出原始電平的背景噪聲。結(jié)果，不會 產(chǎn)生背景噪聲的音量波動或間斷，同時可以抑制殘留回聲。因此，在后續(xù)階段的噪聲抑制單 元36處可以高準(zhǔn)確度地估計噪聲信號，從而可以穩(wěn)定地執(zhí)行噪聲抑制。圖6示出了當(dāng)將非線性處理單元34配置為如圖4所示時非線性處理單元34和噪 聲抑制單元36的操作。為描述方便，圖6中所示各個信號由時域波形代表。圖6(a)示出回 聲消除信號幅譜|E(k) |、包含在回聲消除信號E(k)中的背景噪聲幅譜N(k)、和閾值TH(k)。 圖6(a)示出背景噪聲幅譜N(k)處于高電平，回聲消除信號幅譜|E(k) I與閾值TH (k)之間 的比較不能識別沒有近端講話者聲音的特定時間段，從而該特定時間段中相應(yīng)信號的殘留 回聲沒有受到抑制，并沒有任何抑制地傳輸?shù)竭h端。圖6 (b)不僅示出從第一計算單元60產(chǎn)生的幅度減譜結(jié)果(IE (k) -aN(k)),還示 出閾值TH(k)。在圖6(b)中，將從回聲消除信號幅譜|E(k) I減去背景噪聲幅譜N(k)時得 到的信號與閾值TH(k)比較，從而正確識別處沒有近端講話者聲音的時間段。圖6(c)示出由圖6(b)的比較結(jié)果控制的可變衰減單元66。在圖6(c)中，在具有 近端講話者聲音的部分中將增益G (k)設(shè)置為“1”，并在沒有近端講話者聲音的另一部分中 將增益 G (k)設(shè)置為 “ β N (k) + IE (k) I ”。圖6(d)示出在增益控制下的可變衰減單元66的輸出信號的幅譜|E’ (k) |。在圖 6(d)中，陰影部分代表幅譜|E’(k) I中包含的背景噪聲的幅譜N(k)。在具有近端講話者聲 音的部分中，回聲消除信號E(k)沒有任何改變地通過可變衰減單元66。在沒有近端講話 者聲音的另一部分中，殘留回聲被抑制，同時背景噪聲沒有被抑制并從可變衰減單元66輸 出。因此，盡管增益改換或波動，還是沒有背景噪聲的音量波動。圖6(e)示出噪聲抑制單 元36的輸出信號(見圖1)的幅譜。在圖6(e)中，背景噪聲N(k)在整個部分中受到抑制，從而僅輸出近端講話者聲 音。抑制了其中的殘留回聲和背景噪聲的近端講話者聲音被IFFT單元38進行IFFT處理， 并返回到時域信號，并且將該時域信號傳輸?shù)竭h端。(其它實施例)雖然上述實施例利用了非線性處理單元34的計算處理中的幅譜，然而應(yīng)當(dāng)注意 的是還可以使用功率譜。在利用功率譜的情況下，利用下面的等式1’示出的閾值TH’ (k) 來替代等式1中示出的上述閾值TH(k)。
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[等式1，]TH' (k) = Y ‘ |Y(k) I2在等式1’中，γ ’是略低于殘留回聲與|Y(k) I的值之比的常數(shù)或預(yù)定系數(shù)，并通 過實驗確定。Y(k)由等式2計算。另外，在利用功率譜的情況下，可以通過下面的等式3a’ 和3b’來控制可變衰減單元66的增益G(k)。[等式3a，]G (k) = 1 (在 IE (k) 12- α | N (k) 2 > TH，(k)的情況下)[等式3b，]G(k) = β (|N(k) |2+|E(k) |2)"2(在 |E(k) |2-a |N(k) |2 彡 TH，(k)的情況下)在等式3a和3b中，| E (k) |2是在第k個頻率窗口處的非線性處理的輸入信號功率 譜(回聲消除信號功率譜)，N(k)是在第k個頻率窗口處估計的背景噪聲功率譜。按照本發(fā)明的上述實施例，雖然背景噪聲估計單元30已經(jīng)根據(jù)回聲消除之后得 出的信號e (η)估計了背景噪聲，然而應(yīng)當(dāng)注意的是背景噪聲估計單元30還可以根據(jù)在回 聲消除之前得出的信號d(n)來估計背景噪聲。另外，雖然上述實施例操作使得非線性處理 單元34的輸出信號受到噪聲抑制單元36的噪聲抑制并隨后被傳輸?shù)竭h端，然而應(yīng)當(dāng)注意 的是，非線性處理單元34的輸出信號在沒有進行噪聲抑制的情況下也可以被傳輸?shù)竭h端。
1權(quán)利要求
一種回聲抑制設(shè)備，包括自適應(yīng)濾波器單元，其估計近端的回聲路徑，并產(chǎn)生從遠端接收的接收信號的偽回聲信號；減法器，其從包括接收信號的回聲信號、近端聲音和背景噪聲的近端信號中減去偽回聲信號，并產(chǎn)生回聲消除信號作為減法的結(jié)果；背景噪聲估計單元，其估計背景噪聲的譜；非線性處理單元，其執(zhí)行減譜來從回聲消除信號的譜中減去估計的背景噪聲的譜，并響應(yīng)于減譜結(jié)果來針對回聲消除信號的譜的每個頻帶來控制回聲消除信號的譜的增益，從而得到傳輸?shù)竭h端的傳輸信號的譜；和閾值計算單元，其針對每個頻帶計算閾值，所述閾值用于確定回聲消除信號中是否存在殘留回聲，其中非線性處理單元將減譜結(jié)果與每個頻帶中的閾值相比較，隨后，在減譜結(jié)果高于閾值的一個頻帶中以高增益來控制回聲消除信號的譜，并在減譜結(jié)果不高于閾值的另一頻帶中以低增益來控制回聲消除信號的譜，所述低增益被設(shè)置為低于所述高增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的回聲抑制設(shè)備，其中非線性處理單元在減譜結(jié)果高于閾值時以 被設(shè)置為固定值的高增益來控制回聲消除信號的譜，并且在減譜結(jié)果不高于閾值時以具 有可變值的低增益來控制每個回聲消除信號的譜，所述可變值由下述表達式表示預(yù)定增 益X(估計的背景噪聲的譜+回聲消除信號的譜)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的回聲抑制設(shè)備，其中非線性處理單元包括第一計算器，其從回聲 消除信號的譜中減去估計的背景噪聲的譜，以提供減譜結(jié)果；第二計算器，其根據(jù)所述表達 式計算低增益的可變值；選擇器，其選擇高增益的固定值和低增益的可變值中的一個；和 放大器，其以固定值和可變值中所選出的那一個值來放大回聲消除信號的譜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的回聲抑制設(shè)備，其中非線性處理單元包括對第二計算器計算的可 變值進行平均或平滑的另一個單元，從而放大器以平均或平滑后的可變值來放大回聲消除 信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一個的回聲抑制設(shè)備，還包括噪聲抑制單元，該噪聲抑制單 元根據(jù)非線性處理單元的輸出信號來估計在非線性處理單元的輸出信號中包含的噪聲信 號，并且對包含在輸出信號中的噪聲信號進行抑制以向遠端提供傳輸信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一個的回聲抑制設(shè)備，其中閾值計算單元通過將自適應(yīng)濾 波器單元中執(zhí)行的卷積計算的結(jié)果乘以預(yù)定系數(shù)來產(chǎn)生針對每個頻帶的閾值，所述卷積計 算通過在頻域中將接收信號與自適應(yīng)濾波器單元的濾波系數(shù)進行卷積來執(zhí)行。
7.—種回聲抑制方法，包括自適應(yīng)濾波步驟，估計近端的回聲路徑并產(chǎn)生從遠端接收的接收信號的偽回聲信號；減法步驟，從包括接收信號的回聲信號、近端聲音和背景噪聲的近端信號中減去偽回 聲信號，并產(chǎn)生回聲消除信號作為減法的結(jié)果；背景噪聲估計步驟，估計背景噪聲的譜；非線性處理步驟，執(zhí)行減譜來從回聲消除信號的譜中減去估計的背景噪聲的譜，并響 應(yīng)于減譜結(jié)果來針對回聲消除信號的譜的每個頻帶來控制回聲消除信號的譜的增益，從而 得到傳輸?shù)竭h端的傳輸信號的譜；和閾值計算步驟，針對每個頻帶計算閾值，所述閾值用于確定回聲消除信號中是否存在 殘留回聲，其中非線性處理步驟將減譜結(jié)果與每個頻帶中的閾值相比較，隨后，在減譜結(jié)果高于 閾值的一個頻帶中以高增益來控制回聲消除信號的譜，并在減譜結(jié)果不高于閾值的另一頻 帶中以低增益來控制回聲消除信號的譜，所述低增益被設(shè)置為低于所述高增益。
全文摘要
本發(fā)明公開了回聲抑制方法及回聲抑制設(shè)備，在該回聲抑制設(shè)備中，自適應(yīng)濾波器估計近端的回聲路徑，并產(chǎn)生從遠端接收的接收信號的偽回聲信號。減法器從包括接收信號的回聲信號、近端聲音和背景噪聲的近端信號中減去偽回聲信號，從而產(chǎn)生回聲消除信號。背景噪聲估計單元估計背景噪聲的譜。非線性處理單元執(zhí)行減譜來從回聲消除信號的譜中減去估計的背景噪聲的譜，并響應(yīng)于減譜結(jié)果來控制回聲消除信號的譜的增益，從而得到傳輸?shù)竭h端的傳輸信號的譜。閾值計算單元計算用于確定回聲消除信號中是否存在殘留回聲的閾值。非線性處理單元比較減譜結(jié)果和閾值，隨后，在減譜結(jié)果高于閾值時以高增益控制回聲消除信號的譜，并在減譜結(jié)果不高于閾值時以低增益控制回聲消除信號的譜。
文檔編號H04M9/08GK101964670SQ20101023561
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者劉恩彩 申請人:雅馬哈株式會社