专利名称：具有带有单独更新控制策略的自适应滤波器的串联布置的回波消除器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括两个或更多个用于计算回波估计的自适应滤波器的回波消除器，所述自适应滤波器的每个具有用于应用单独的更新控制标准的自适应控制机构。
本发明还涉及一种具备上述回波消除器的电话，尤其是移动电话。
从A.Mader等人的题为“Step-Size Control For Acoustic EchoCancellation Filters-An Overview”(Signal Processing 80(2000)，pages1697-1719)的文章中可知上述回波消除器。已知的回波消除器公开了一种自适应参考回波消除器滤波器和自适应阴影(shadow)回波消除器滤波器的并联布置。这两种滤波器类似地进行自适应，但是具有不同的步长，并且使得并联阴影滤波器适于例如免提电话中所使用的扬声器箱传声器系统。布置阴影滤波器的自适应控制机构，以使如果远程或扬声器信号下降到预定的阈值之下，则停止自适应。此外，与参考滤波器相比，仅一半或更少数量的系数被用于阴影滤波器。自适应控制是这样的，即在箱错位的情况中，与参考滤波器相比，较好地使阴影滤波器适应于扬声器箱传声器回波路径。
本发明的目的是提供一种进一步发展的回波消除器，其对近端语音是鲁棒的(robust)，尤其是对在免提操作期间出现在移动电话中的近端语音。
此外，在根据本发明的回波消除器中，串联布置至少两个自适应滤波器。
有利的是，根据本发明的回波消除器使用第一自适应滤波器的消除回波的输出信号以进一步通过第二或可能另外的自适应滤波器来消除回波。从传声器信号中剥去回波的这种方式导致根据本发明的回波消除器对于近端语音以及通话重叠的鲁棒性的改善。这有利于根据本发明的回波消除器应用在与期望的近端语音相比的强回波的情形中，正如在可能装备有免提设备的电话中。每个自适应滤波器可以应用其自己的个性化更新时间控制策略，所述策略例如可以取决于期望的回波类型，比如在给定有关应用时的回波信号强度。
根据本发明的回波消除器的实施例的特征在于，布置第一自适应滤波器以消除回波部分，并且布置第二自适应滤波器以消除至少剩余的回波部分。
将一个回波场(field)分成两个或可能更多个不同部分允许为了消除不同的回波部分而调整每个自适应滤波器的更新控制标准，以便优化回波消除。
在实际的实施中，根据本发明的回波消除器的特征在于，回波消除器包括耦合到第二或另外的自适应滤波器的延迟元件。
根据本发明的回波消除器的优选实施例的特征在于，布置第一自适应滤波器以消除直接回波，并且布置第二自适应滤波器以消除漫射(diffuse)回波。
通常，直接回波部分包括从扬声器到传声器的直接回波信号，并且可能包括环境以及接着传声器对扬声器信号的一个或多个第一反射。漫射回波部分，也就是回波脉冲响应的按指数规律衰减的回响尾部通常受到房间内手持音频设备的运动的影响。现在有利的是，甚至可以与漫射回波部分不同地处理直接回波部分，这在总的回波场中能够区别上述的回波部分和/或它们的起源的那些情况中尤为重要，例如在移动电话设备中的情况。
根据本发明的回波消除器的又一实施例的特征在于，回波消除器包括耦合到至少一个自适应控制机构的阈值装置，用于如果馈送到回波消除器的近端语音的频谱功率超过相应的阈值水平，则减少相应步长。
在该实施例中，能够实现由控制机构对步长个性化地减慢或减少，以用于若干显著的回波部分中至少一个的有效鲁棒减少。
根据本发明的回波消除器的再一实施例的特征在于，在自适应控制机构中对于直接和/或漫射回波部分所应用的阈值水平取决于馈送到回波消除器的远端信号的频谱功率。
这样，远端信号被视为一种估计，其包括用于由相关的传声器所检测的直接回波的测量。例如，相关性可以借助于可调耦合因数而是线性的。
根据本发明的回波消除器的另一实施例的特征在于，用于直接回波消除的阈值水平与远端信号的频谱功率乘以回波减少函数相关。
例如，回波减少函数可以在值为1处开始，并且如果逐渐使其变得较小，那么这将导致与原始情况相比在想要的近端语音的较低频谱功率值处遵守步长减慢条件。通常，相应地可以测量和调节回波减少函数，特别是在有关的自适应滤波器的收敛期间或者基于传声器和/或扬声器的回波路径或位置的移动或改变。
现在，在对附图进行参考的同时将进一步阐明根据本发明的回波消除器及其附加优点，其中通过相同的参考数字来表示类似的部件。在附图中
图1示出根据本发明的回波消除器的实施例；图2示出在典型的移动电话中的数字声脉冲响应h(i)的曲线图；以及图3示出图2的数字脉冲响应的能量衰减曲线(EDC)的曲线图。
图1示出可应用在电信设备中的回波消除器1的实施例的略图，举例来说，所述电信设备例如是音频设备，尤其可能是已知的免提类型的电话。具体而言，在图1中描绘了通信线路2的一个近端，另一端被称为远端。远端数字时域信号x(k)经由合适的数字模拟设备和放大器(未示出)被馈送到扬声器3，其中k表示具有k＝1，2，...的采样索引。然后由人听到所述信号并且特别是在扬声器3和传声器4相互靠近的那些应用中，或者如果启动扬声器电话，那么在该情况中将通过一个传声器4检测部分y(k)。实际上信号y(k)是x(k)和h(k)的卷积，该h(k)是其中放置设备的房屋和/和房间的脉冲响应。然而，除了噪声之外，传声器4还检测到近端说话者的语音s(k)。传声器信号z(k)包括由传声器4所检测到的所有信号的组合。回波消除器1包括信号x(k)所输入的第一自适应滤波器5以及加法器6，该加法器具有传送滤波器输出信号 的负输入7-1，该加法器6通过该负输入7-1被耦合到滤波器5，该加法器6具有传送信号z(k)的正输入7-2，该正输入7-2被耦合到传声器4，以及该加法器6具有传送加法器输出信号r′(k)的输出8。第一自适应滤波器5以已知的方式运行。自适应滤波器5具有N个滤波器系数向量，每个由w＇(k)表示，在每一采样索引k期间更新所述N个滤波器系数向量，以使在收敛之后，这N个滤波器系数表示实脉冲响应h(k)的有限的形式。根据该电声回波模型，通过下述来描述上面的离散卷积y^′(k)=Σw‾′n=0N-1(n;k)x(k-N)---(1)]]>加法器输出信号r′(k)=z(k)-y^′(k).]]>现在包含消除回波的信号。能够应用若干策略以通过最小化所谓的剩余信号r′(k)的频谱功率Pr’r’(k)来最小化回波。要实施的已知策略的例子是仿射投射算法(APA)、频域自适应滤波(FDAF)、以及子带自适应滤波(SAF)。
例如，归一化最小均方(NLMS)用公式表示为w‾′N(k+1)=w‾′N(k)+α(k)r,(k)xN‾(k)/|xN‾(k)|---(2)]]>其中α(k)是自适应常数，也称为自适应滤波器5的步长，其处于0与2之间的范围内。在所谓的维纳状态中的滤波器系数是最佳的。α(k)的值越高，自适应过程就越快地收敛到维纳状态，但是如果达到该状态，那么所述系数将越加波动，从而导致所谓的失调。另外，存在的期望的语音s(k)作为对自适应过程的干扰。回波消除器1包括自适应控制机构9，其中控制自适应策略、特别是步长和更新频率，以便应付与一方面收敛速度的优化和另一方面在存在期望的语音的情况下鲁棒性的优化有关的冲突要求。通常存在若干类型的自适应控制技术，特别是步长控制策略。
图2示出与典型移动电话中所期望的回波种类相关的数字声脉冲响应的曲线图。证明了能够辨别在脉冲响应的直接部分和漫射部分之间的相当清晰的过渡。如果相互更加接近地定位扬声器3和传声器4，那么该过渡更加清晰。因此该过渡至少近似为先验已知的。通过使滤波器2消除第一、尤其是直接回波脉冲部分并且使第二自适应滤波器10与滤波器5串联耦合，该知识被应用于回波消除器1，所述第二滤波器消除了剩余的回波部分。第二滤波器10具有自适应控制机构11，它应用它自己的自适应策略，特别是步长和更新频率。优化该策略以用于消除剩余的回波部分，特别是包括比直接回波部分少的能量的漫射回波部分，这在图3中示出。在相应的滤波器2和10中所应用的单独的自适应控制策略可以相同或者彼此不同。
一种步长控制方法使用有关扬声器3和传声器4之间的耦合的先验信息。假设信号y(k)和s(k)不相关，那么通过下述来定义逆步长α-1(k)＝1+Pss(k)/Pyy(k).(3)实际中采用频谱功率Pr’r’(k)(通常为加法器输出信号)来代替Pss(k)，并且用C’Pxx(k)来代替Pyy(k)，其中C’是某一可调耦合函数。这仅导致在收敛速度方面小的降低。该方法能够在滤波器2和/或10中被实施以用于分别消除直接或漫射的回波部分。
另一种步长控制方法使用有关扬声器3和传声器4之间耦合的先验信息以及有关自适应滤波器5、10自身的回波减少的信息。同样通过下述来定义逆步长α-1(k)＝1+Pss(k)/Pεε(k). (4)其中ϵ(k)=y(k)-y^′(k).]]>该方法能够再次在滤波器2和/或10中被实施以用于分别消除直接或漫射的回波部分。
优选的是，在自适应直接回波滤波器2中实施上述公式(4)并且在自适应漫射回波滤波器10中实施上述公式(3)。为了跳过第二滤波器10中直接回波场的模拟，回波消除器1包括合适的延迟元件12。
回波消除器1可以包括耦合到自适应控制机构9、11中的一个或二者的阈值装置13、14，用于如果馈送到回波消除器1的近端语音信号s(k)的频谱功率超过了相应的阈值水平，则减少有关的步长。例如，当Pss(k)分别超过C’Pxx(k)的阈值水平或者超过C”Pxx(k)的阈值水平时，能够减慢用于直接或漫射回波消除的自适应步长，其中C’以及还有C”再次是可调耦合函数。在这些情况中，阈值水平取决于馈送到回波消除器1的远端信号x(k)的频谱功率。当大的直接回波支配近端语音s(k)时，由直接滤波器5中的自适应控制机构9所进行的直接场的自适应决不会减慢。所以，用于直接回波消除的阈值水平与远端信号x(k)的频谱功率乘以回波减少函数R相关。然后得出，当Pss(k)超过C’RPxx(k)的阈值水平时，与直接回波消除相关的步长可以减少，其中回波减少函数例如衰减并且可以在1处开始，然后被调节以缓慢地衰减，以使与原始情况相比，最终较早地减慢直接回波自适应。
大体上可以以串联布置的方式耦合多于两个的自适应滤波器，由此每个自适应滤波器具有单独的自适应控制机构，以便应用它们自己的自适应策略。这样，每个滤波器专用于并且能被优化以消除回波脉冲响应的指定部分。
权利要求
1.一种包括两个或更多个用于计算回波估计的自适应滤波器(5，10)的回波消除器(1)，所述自适应滤波器(5，10)的每个具有用于应用单独的更新控制标准的自适应控制机构(9，11)，所述自适应滤波器(5，10)中的至少两个以串联方式布置。
2.根据权利要求1所述的回波消除器(1)，其特征在于，布置第一自适应滤波器(9)以消除回波部分，并且布置第二自适应滤波器(11)以消除至少剩余的回波部分。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的回波消除器(1)，其特征在于，回波消除器(1)包括耦合到第二或另外的自适应滤波器(10)的延迟元件(12)。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的回波消除器(1)，其特征在于，布置第一自适应滤波器(9)以消除直接回波，并且布置第二自适应滤波器(11)以消除漫射回波。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的回波消除器(1)，其特征在于，回波消除器(1)包括耦合到至少一个自适应控制机构(9，10)的阈值装置(13，14)，用于如果馈送到回波消除器(1)的近端语音的频谱功率超过相应的阈值水平，则减少相应的步长。
6.根据权利要求5所述的回波消除器(1)，其特征在于，在自适应控制机构(9，11)中对于直接和/或漫射回波部分所应用的阈值水平取决于馈送到回波消除器(1)的远端信号的频谱功率。
7.根据权利要求6所述的回波消除器(1)，其特征在于，馈送到回波消除器(1)的远端信号的频谱功率的相关性是通过可调耦合因数的线性相关性。
8.根据权利要求6或7所述的回波消除器(1)，其特征在于，用于直接回波消除的阈值水平与远端信号的频谱功率乘以回波减少函数相关。
9.一种电话，特别是一种移动电话，包括根据权利要求1-8中任何一项所述的回波消除器(1)。
全文摘要
公开了一种包括两个或更多个用于计算回波估计的自适应滤波器的回波消除器，由此所述自适应滤波器的每个具有用于应用单独的更新控制标准的自适应控制机构。以串联的方式布置所述自适应滤波器。每个自适应滤波器的自适应控制机构可以对直接回波和漫射回波应用单独的更新控制标准。给出了若干步长减少策略。
文档编号H04B3/23GK1890892SQ200480036686
公开日2007年1月3日 申请日期2004年11月25日 优先权日2003年12月10日
发明者R·M·M·德克希, I·L·D·M·默克斯, C·P·詹瑟 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司