基于超声波运动检测的声学回声消除的制作方法
基于超声波运动检测的声学回声消除的制作方法
【专利摘要】一种方法包含在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号。所述方法还包含基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动。所述方法进一步包含响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。
【专利说明】基于超声波运动检测的声学回声消除
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2011年11月23日申请的第61/563，191号美国临时专利申请案及第13/416，217号美国非临时专利申请案的优先权，所述申请案的内容以全文引用的方式并入。
【技术领域】
[0003]本发明大体涉及回声消除及运动检测。
【背景技术】
[0004]技术的进步已产生更小且更强大的计算装置。举例来说，当前存在多种便携式个人计算装置，包含无线计算装置，例如较小、轻重量且易于由用户携带的便携式无线电话、个人数字助理(PDA)及寻呼装置。更具体来说，例如蜂窝式电话及因特网协议(IP)电话等便携式无线电话可经由无线网络传达话音及数据包。此外，许多此类无线电话包含并入其中的其它类型装置。举例来说，无线电话还可包含数字静态相机、数字视频相机、数字记录器及音频文件播放器。
[0005]例如无线电话等一些电子装置可包含用于音频信号处理操作的自适应性滤波器。一般来说，自适应性滤波器可为基于更新算法自我调整之信号处理滤波器。举例而言，反射表面可能呈现在未知的位置中。随着无线电话移动，反射表面可能会引起在音频信号中引入噪音或错误的回声。自适应性滤波器可由无线电话(或其它电子装置)的音频接收器用于回声消除。随着反射表面的位置改变(例如，因为音频源及/或目的地移动)，自适应性滤波器可自我调整，且自适应性滤波器的转移函数可收敛到经调整的转移函数。为改善性能，自适应性滤波器可能优选尽可能快地收敛。
[0006]声学回声抵消系统通常使用基于归一化最小均方(NLMS)算法的自适应性滤波器。NLMS自适应性算法可取决于步长因数μ，且可迭代地运算。在每一迭代之后，可将NLMS算法的输出信号与所需信号(即，NLMS算法正试图将输出信号收敛到的信号)进行比较。通常，所述输出与所需信号之间的差异(还称为NLMS错误)为非零，因此NLMS算法可在每一迭代之后对μ及其它参数的值进行自我调整。因此，每一迭代中的μ值可基于在先前迭代中检测出多少错误而加以修改。一般来说，较大的μ值可导致更快的收敛，且较小的μ值可导致较慢的收敛。然而，使用NLMS的自适应性滤波器收敛得越快，可能由所述自适应性滤波器引起且可能需要由后收敛滤波器(post-convergence filter)加以校正的残余信号(例如，回声)的量就越大。
【发明内容】
[0007]替代对音频错误作出反应以更新声学回声抵消参数，所提出的系统及方法使用超声波信号来检测运动且前瞻性地修改声学回声抵消参数(例如，μ )，其可导致经改善的回声消除(例如，更快的自适应性滤波器收敛)。举例来说，可使用超声波信号来执行运动活动检测(MAD)及接近度检测(ro)，且可基于所述MAD及ro修改μ的值。MAD可基于从所接收超声波信号导出的信道响应图像中的改变而检测靠近超声波接收器的移动对象。ro可基于比较当前信道响应图像与经校准“背景”信道响应图像而检测行动器件接近于另一对象(包含例如墙壁等非移动对象)。还可使用例如双端通话检测器(double-talk detector)及定向/旋转传感器等额外检测器及传感器来修改声学回声抵消参数。
[0008]在特定实施例中，一种方法包含在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号。所述方法还包含基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动。所述方法进一步包含响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。在一些实施例中，所述参数可对应于所述声学回声消除器中的自适应性滤波器的调适速率。
[0009]在另一特定实施例中，一种系统包含经配置以从超声波发射器接收超声波信号的超声波接收器。所述系统还包含经配置以检测至少一个对象的移动的运动活动检测模块。所述系统进一步包含经配置以响应于所述所检测移动而修改所述声学回声消除器的参数的声学回声消除器。在一些实施例中，所述系统可包含接近度检测器，所述接近度检测器经配置以基于与所述超声波信号及经反射超声波信号相关联的信道响应图像而确定所述超声波接收器是否接近于一或多个外部对象，且所述声学回声消除器可进一步经配置以响应于所述接近度检测器而修改所述参数。
[0010]由所揭示实施例中的至少一者提供的特定优点包含能够基于传统上不用于音频信号处理的信息源(例如基于超声波的运动检测及/或接近度检测)来前瞻性地修改声学回声抵消参数，例如自适应滤波参数。
[0011]在审阅整个申请案后，将明白本发明的其它方面、优点及特征，申请案包含以下部分:【专利附图】
【附图说明】、【具体实施方式】及权利要求书。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是说明可操作以基于超声波运动活动检测(MAD)而执行声学回声消除的系统的特定实施例的图；
[0013]图2是说明可操作以基于超声波接近度检测(PD)而执行声学回声消除的系统的特定实施例的图；
[0014]图3是说明可操作以基于超声波MAD及超声波H)两者而执行声学回声消除的系统的特定实施例的图；
[0015]图4是说明在图1到3的系统的声学回声消除器处的滤波器更新源的特定实施例的框图；
[0016]图5是说明基于超声波运动检测执行声学回声消除的方法的特定实施例的流程图；
[0017]图6是说明基于超声波MD执行声学回声消除的方法的特定实施例的流程图；
[0018]图7是说明基于超声波H)执行声学回声消除的方法的特定实施例的流程图；以及
[0019]图8是可操作以根据图1到7的系统及方法基于超声波运动检测执行声学回声消除的无线装置的框图。【具体实施方式】
[0020]参考图1，展示可操作以基于超声波运动活动检测(MAD)而执行声学回声消除的系统100的特定实施例。举例来说，移动装置110可基于超声波信号而检测对象120正在移动或已从第一位置120a移动到第二位置120b。
[0021]移动装置110可为移动电话、便携式计算装置、平板计算装置、个人数字助理(PDA)、便携式媒体播放器、另一移动装置，或其任何组合。移动装置110可包含超声波发射器111及一或多个超声波接收器(例如，说明性超声波接收器112)。在特定实施例中，移动装置110可包含三个超声波接收器，如参考图8进一步描述。
[0022]超声波发射器111可为经配置以在移动装置110操作期间发射超声波信号的超声波扬声器或其它发射器。举例来说，超声波发射器111可在对象120位于第一位置120a处时发射第一超声波信号131、第二超声波信号132，且在对象120已移动到第二位置120b时发射第三超声波信号134。超声波接收器112可为经配置以在移动装置110操作期间接收超声波信号的超声波麦克风或其它接收器。超声波接收器112可直接从超声波发射器111接收信号(例如，经由第一回声路径接收第一超声波信号131)，且可接收从在移动装置110附近的一或多个对象反射的信号(例如，分别经由第二及第三回声路径接收反射的超声波信号133及135)。
[0023]应注意，如本文所使用，术语“超声波接收器”及“超声波麦克风”可识别仅能够接收超声波信号(即，专用超声波接收器)的接收器，且还可识别同样能够接收其它信号的接收器(即，多用途接收器)。举例来说，多用途接收器还可操作以接收在人听觉范围(例如，20Hz到20kHz)内的音频信号及其它类型的信号(例如，电磁信号、射频(RF)信号，等)。类似地，如本文所使用，术语“超声波发射器”及“超声波扬声器”可识别仅能够发射超声波信号的发射器(即，专用超声波发射器)，且还可识别同样能够发射其它信号的发射器(即，多用途发射器)。举例来说，多用途发射器还可操作以发射在人听觉范围(例如，20Hz到20kHz)内的音频信号及其它类型的信号(例如，电磁信号、射频(RF)信号，等)。
[0024]移动装置110还可包含运动活动检测(MAD)模块113。MAD模块113可从超声波发射器111及超声波接收器112接收输入，如所说明。MAD模块113还可经配置以存取经缓冲信道响应图像114，所述信道响应图像114可存储于在移动装置110内、耦合到移动装置110及/或可由移动装置110存取的存储器或其它存储装置中。MAD模块113可经配置以检测至少一个对象(例如,对象120)的移动。可基于由超声波发射器111发射的超声波信号、由超声波接收器112接收的超声波信号、经缓冲信道响应图像114或其任何组合而检测对象120的移动。
[0025]举例来说，MAD模块113可基于以下前提而检测附近对象的移动:此移动将扰乱在超声波接收器112处检测到的信道响应图像。因此，可将信道响应改变与预定阈值进行比较以确定对象是否正在移动。当从先前缓冲的信道响应图像减去信道响应图像时，非移动对象可变成“背景”的部分(例如，减出)。为进行说明，MAD模块113可基于所接收的超声波信号计算信道响应图像、比较所计算的信道响应图像与先前缓冲的信道响应图像114中的一者，且基于所述信道响应图像之间的差异是否大于差异阈值而断言/撤销断言MAD旗标。
[0026]移动装置110可包含从MAD模块113接收MAD旗标的声学回声消除器(AEC) 115。AECl 15可接收由移动装置110的音频接收器116 (例如，音频麦克风)检测到的音频信号。在特定实施例中，音频接收器116与超声波接收器112可集成为单个接收器。基于所述MAD旗标，AEC115可对所接收音频数据执行回声消除操作以产生回声经消除的音频数据117。举例来说，AECl 15可包含响应于各种参数的自适应性滤波器。在特定实施例中，AECl 15中的自适应性滤波器可为响应于调适速率(例如，步长因数)μ的归一化最小均方(NLMS)自适应性滤波器。AEC115可基于所述MAD旗标修改(例如，增大或减小)μ的值。
[0027]在操作期间,超声波发射器111可发射超声波信号。举例来说,超声波发射器111可发射在不经反射的情况下由超声波接收器112接收的第一超声波信号131。当对象120处于第一位置120a时,超声波发射器111可发射第二超声波信号132,所述第二超声波信号132可由第一位置120a处的对象120反射且由超声波接收器112接收为反射信号133。MAD模块113可基于反射信号133而计算并存储第一信道响应图像。
[0028]当对象120处于第二位置120b时，超声波发射器111可发射第三超声波信134，所述第三超声波信134可由第二位置120b处的对象120反射且由超声波接收器112接收为反射信号135。MAD模块113可基于反射信号135而计算并存储第二信道响应图像。MAD模块113可计算第二信道响应图像与第一信道响应图像之间的差异，且可比较所述差异与差异阈值。在特定实施例中，MAD模块113可缓冲多个信道响应图框以形成二维(2-D)矩阵，且可从所形成的2-D矩阵减去先前缓冲的2-D矩阵。减法2-D矩阵可移除对经反射超声波信号133及135的直接路径效应。当所计算出的差异大于差异阈值时，MAD模块113可确定对象120已移动(例如,从第一位置120a移动到第二位置120b),且可作为响应而断言MAD旗标。当所计算出的差异小于差异阈值时，可解除断言MAD旗标。
[0029]AECl 15可从音频接收器116接收音频数据，且可响应于MAD旗标而执行回声消除操作以产生回声经消除的音频数据117。在特定实施例中，AECl 15可基于所述MAD旗标而增大或减小AEC115内的自适应性滤波器115的调适速率μ。举例来说，AEC115可在断言MAD旗标时增大调适速率μ ,且可在解除断言MAD旗标时减小调适速率μ。
[0030]图1的系统100可因此使得能够基于例如超声波信号等非音频信息源修改声学回声消除参数(例如，μ)。将非音频信息源并入声学回声消除中可导致经改善的声学回声消除(例如，归因于更快的自适应性滤波器收敛)。还可使用基于超声波的运动活动检测(MD)来影响后回声消除操作，例如后收敛非线性处理，如参考图3进一步描述。
[0031]在一个非限制性实例中，图1的系统100可应用于音频会议或其它语音输入情形中。在音频会议期间，说话者或其它会议参与者可能在收听或讲话的同时偶尔在音频接收器116(例如，音频麦克风)的前方移动。当说话者在音频接收器116的前方移动时，声学信道路径可改变。此外，归因于说话者的移动的信道改变可能比归因于其它对象的移动的信道改变更明显，因为说话者接近于音频接收器116。在不使用MAD模块113的情况下，AEC115中的自适应性滤波器可能不对说话者的移动作出反应，直到已发生一些音频失真(例如，回声效果)。相比之下，MAD模块113可实时或接近实时(例如，一旦说话者开始移动)地基于说话者的移动断言MAD旗标，其可导致AECl 15中的自适应性滤波器的更快收敛及减小的音频失真。
[0032]图1说明基于超声波信号检测外部对象120的运动的移动装置110的实例。然而，应了解，在移动装置Iio和任何附近的外部对象都不移动时(即，当解除断言由MAD模块113产生的MAD旗标时)的情境中也可能存在音频回声。举例来说，回声可在移动装置110已移动接近墙壁时由墙壁引起，且可在移动装置110已停止移动之后继续由墙壁引起。参考图2，展示可操作以基于超声波接近度检测(PD)而执行声学回声消除的系统200的特定实施例。举例来说，在图2的实施例中，移动装置110可基于超声波信号而检测其接近于对象(例如，墙壁220)。
[0033]移动装置110可包含H)模块213。PD模块213可从超声波发射器111及超声波接收器112接收输入，如所说明。ro模块213还可经配置以存取校准信道响应图像214，所述校准信道响应图像214可存储于在移动装置110内、耦合到移动装置110及/或可由移动装置110存取的存储器或其它存储装置中。ro模块113可经配置以基于由超声波发射器111发射的超声波信号、由超声波接收器112接收的超声波信号、所述校准信道响应图像214或其任何组合而检测移动装置110接近于对象(例如，墙壁220)。举例来说，PD模块213可在移动装置110接近于墙壁220时断言提供到AEC115的H)旗标。
[0034]AECl 15可基于所述H)旗标调适对从音频接收器116接收的音频数据的回声消除操作。举例来说，AEC可基于来自ro模块213的ro旗标而修改一参数，例如自适应性滤波器的调适速率μ。
[0035]为进行说明，在操作期间，移动装置110可计算并存储一或多个校准信道响应图像214。所述校准信道响应图像214可表示“背景”信道响应图像。举例来说，“背景”信道响应图像可对应于移动装置110不接近于任何影响回声的对象、不接近于任何移动对象及/或接近于已知反射表面(例如，墙壁或其它不可移动对象)时的状况。在特定实施例中，PD模块213可在围绕移动装置110发生移动的情况下不将信道响应图像存储为“背景”信道响应图像。举例来说，PD模块213可不存储校准信道响应图像，除非由图1的MAD模块113产生的MAD旗标被解除断言。当MAD旗标被解除断言时，此可指示无移动发生，且超声波信号可按预先训练的信号/回声路径行进。在特定实施例中，预先训练的信号/回声路径可经存储且可提供到AEC115以实现更快的自适应性滤波器收敛，如参考图3所进一步描述。
[0036]在移动装置110移动时，超声波发射器111可发射超声波,所述超声波可由超声波接收器112经由直接路径(例如，作为第一超声波信号231)且经由反射/回声路径(例如，作为由墙壁220反射第二超声波信号232而引起的经反射超声波信号233)接收。H)模块213可收集N个信道响应帧,且可计算所述N个信道响应帧与校准信道响应帧之间的差异。为进行说明，可通过从对应于所接收直接路径信号231及/或所接收反射信号233的信道响应图像减去一或多个校准信道响应图像214而获得不同信道响应。如果所述差异大于差异阈值，则ro模块可断言ro旗标。
[0037]图2的系统200可因此使得能够基于超声波接近度检测(PD)前瞻性地修改声学回声消除参数。举例来说，当移动装置110已移动接近墙壁220时，可增大AEC115中的自适应性滤波器的调适速率μ，其可导致所述自适应性滤波器的更快收敛。H)还可用以触发预先训练的回声路径(可作为“背景”信号资讯提供到AEC115)的存储及检索，如参考图3进一步描述。
[0038]应注意，尽管图1及图2的实施例分开说明超声波运动音频检测(MAD)与超声波接近度检测(PD)，但可一起使用MAD及H)。举例来说，图3说明包含MAD/H)模块313且可操作以基于超声波MAD及超声波ro两者执行声学回声消除的系统300的特定实施例。在一说明性实施例中，MAD/H)模块313包含图1的MAD模块113及图2的H)模块213。
[0039]系统300包含扬声器311及麦克风312。在特定实施例中，扬声器311可为组合式超声波及音频扬声器，且麦克风312可为组合式超声波及音频麦克风。系统300还可包含加法器341及耦合到MAD/H)模块313的双端通话检测器(DTD) 342、自适应性滤波器340，及非线性处理器(NLP) 343。系统300可进一步包含经缓冲信道响应图像114及校准信道响应图像214。
[0040]DTD342可检测且减轻由双端通话情形引起的音频中断。举例来说，在全双工会话期间，扬声器信号可认为是远端信号，且麦克风信号可认为是近端信号。一般来说，近端麦克风信号可表示“所需”信号，且经由自适应滤波(例如，通过自适应性滤波器340)的声学回声消除可涉及移除近端麦克风信号上的回声效果。然而，近端讲话者在远端语音期间的存在可致使破坏自适应性滤波器340的操作。为抵消此破坏，在此些双端通话情形期间暂停或停止自适应性滤波器340的调适可为有益的。因此，DTD342可检测双端通话情形，且可在检测到双端通话情形时通知自适应性滤波器340及系统300的其它组件。
[0041]MAD/PD模块313可基于从由麦克风312接收的超声波信号导出的信道响应图像及经缓冲信道响应图像114而检测超声波信号的回声路径已改变(例如，归因于超声波源、超声波接收器或介入对象的运动)，如参考图1所描述。MAD/H)模块313还可基于从由麦克风312接收的超声波信号导出的信道响应图像及校准信道响应图像214而检测何时麦克风312接近于另一对象(例如，墙壁)，如参考图2所描述。MAD/H)模块313可将控制信号350提供到自适应性滤波器340。举例来说，控制信号350可包含MAD旗标及H)旗标，且可用以更新自适应性滤波器340的调适速率μ，如参考图1到2所描述。MAD/ro模块313还可将控制信号350提供到NLP343。
[0042]NLP343可为经配置以减轻由自适应性滤波器340引起的残余回声的后收敛滤波器。举例来说，尽管自适应性滤波器340的快速收敛可能合乎需要，但自适应性滤波器340的快速收敛可能会产生残余回声。NLP343可响应于DTD342及MAD/H)模块313。在特定实施例中，NLP343可基于来自MAD/H)模块313的控制信号350对积极性参数进行自我调整。举例来说，当断言控制信号350中的MAD旗标(例如，指示路径改变)时，可增大积极性参数。相反，当MAD旗标被解除断言时，可将积极性参数复位到默认值。使用超声波MAD修改NLP343的积极性参数可导致系统300处的经改善的回声消除。
[0043]在特定实施例中，还可基于定向/旋转传感器修改自适应性滤波器340的调适速率μ及NLP343的积极性参数。举例来说，在检测到旋转时可增大自适应性滤波器340的调适速率μ，且在未检测到旋转时可减小自适应性滤波器340的调适速率μ。作为另一实例，在检测到旋转时可增大积极性参数，且在未检测到旋转时可使积极性参数复位。参考图8进一步描述包含定向/旋转传感器的移动装置的特定实例。
[0044]在操作期间，麦克风312可接收音频/超声波信号，包含由扬声器311产生的信号。DTD342可检测双端通话情境，且MAD/H)模块313可经由控制信号350指示麦克风312附近的对象是否在移动以及麦克风312是否接近于另一对象(例如，墙壁)。基于控制信号350、来自DTD342的指示是否检测到双端通话情境的输入及远端信号信息，自适应性滤波器340可将滤波器信号输出到加法器341。可从所接收音频信号中减去所述滤波器信号以产生回声经消除的音频数据117。回声经消除的音频数据117可由NLP343进一步处理以产生输出音频数据360。在特定实施例中，例如在全双工音频会议中，输出数据360可发送到扬声器311以供输出。
[0045]在特定实施例中，系统300可存储预先训练的回声路径370。举例来说，在听众席上有人开始说话之前，所述人可行走到平台上的各种位置，包含接近于墙壁、拐角及其它对象的位置。在每一此位置处，可训练并存储回声路径(例如，包含对应的校准信道响应图像214)。在讲话期间，当接近度检测信息指示所述人已返回到所述平台的预先训练的位置中的一者时，可检索对应的预先训练的回声路径且将其提供到自适应性滤波器340。基于到已知障碍物或反射表面(例如墙壁)的接近度而存储及检索预先训练的回声路径可实现自适应性滤波器340的更快收敛。
[0046]图3的系统300可因此使得能够基于MAD及H)两者而前瞻性地修改自适应性滤波器340的调适速率μ，其可导致自适应性滤波器340的更快收敛。系统300还可利用超声波信号信息来更新NLP343处的后收敛操作，其可减小输出数据360中的残余回声。
[0047]还可基于不同于MADJD及DTD信息的信息调整自适应性滤波器。举例来说，图4是说明声学回声消除器(AEC) 115 (其可包含图3的自适应性滤波器340)处的滤波器更新源的特定实施例的框图。
[0048]AECl 15可包含响应于DTD343及μ调整信号444以更新AECl 15的自适应性滤波器的滤波器更新模块450。举例来说，μ调整信号444可包含图3的控制信号350，包含MAD旗标及H)旗标。滤波器更新模块450还可响应于路径改变检测模块441、发散度检测模块442及噪声级检测模块443以更新AECl 15的自适应性滤波器。
[0049]举例来说，当AEC115使用双滤波器系统时，可在由滤波器A提供输出信号之同时仅对滤波器B执行滤波器学习(例如，调适)。在此类系统中，当检测到收敛时，可将来自滤波器B的系数传送到滤波器A。路径改变模块441可监视滤波器B的所述系数及回声消除性能以确定回声路径是否已改变以及是否应执行从滤波器B到滤波器A的系数传送及/或是否需要加速学习。发散度检测模块442可监视滤波器A的输出能量以确定是否已将不正确的系数集合错误地传送到滤波器A，且可随后减小滤波器振幅或起始新的系数传送。噪声级检测模块443可监视背景噪声及/或近端噪音，且可在噪声级增大时减小调适速率μ。
[0050]参考图5，展示基于超声波运动检测执行声学回声消除的方法500的特定实施例。在一说明性实施例中，方法500可由图1到2的移动装置110以及由图3的系统300执行。[0051 ] 方法500可包含在502处，在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号。举例来说，参考图1，超声波接收器112可从超声波发射器111接收超声波信号131。超声波接收器112还可接收通过对象120对超声波信号132及134的反射而产生的经反射超声波信号133及135。作为另一实例，参考图2，超声波接收器112可从超声波发射器111接收超声波信号231，且可接收通过墙壁220对超声波信号232的反射而产生的超声波信号233。
[0052]前进到504，可基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动。举例来说，在图1中，MAD模块113可基于信号133及135检测对象120从第一位置120a到第二位置120b的移动。作为另一实例，在图2中，H)模块213可基于信号231及233而检测移动装置110已移动接近于墙壁220。
[0053]继续进行到506，可响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。举例来说，在图1到2中，可修改AECl 15中的参数。在特定实施例中，所述参数可为AECl 15的自适应性滤波器的调适速率μ。
[0054]参考图6，展示基于超声波MAD执行声学回声消除的方法600的特定实施例。在一说明性实施例中，方法600可由图1的移动装置110以及由图3的系统300执行。
[0055]方法600可包含在602处，在超声波接收器处从超声波发射器接收第一超声波信号。继续进行到604，可基于所述第一超声波信号计算并存储第一信道响应图像。举例来说，在图1中，超声波接收器112可接收第一反射信号133,且MAD模块113可基于第一反射信号133计算第一信道响应图像且将其存储在经缓冲图像114中。
[0056]前进到606，可在超声波接收器处从超声波发射器接收第二超声波信号。在608处，可基于所述第二超声波信号计算第二信道响应图像。举例来说，在图1中，超声波接收器112可接收第二反射信号135，且MAD模块113可基于所述第二反射信号135计算第二信道响应图像。
[0057]继续进行到610，可计算所述第二信道响应图像与所述第一信道响应图像之间的差异。在612处，可响应于确定所述差异大于阈值而检测出至少一个对象的移动。举例来说，参考图1，MAD模块113可基于从所述第一信道响应图像减去所述第二信道响应图像而确定所述对象已从第一位置120a移动到第二位置120b。
[0058]参考图7，展示基于超声波H)执行声学回声消除的方法700的特定实施例。在一说明性实施例中，方法700可由图2的移动装置110以及由图3的系统300执行。
[0059]方法700可包含在702处，在超声波接收器处从超声波发射器接收第一超声波信号。当没有移动对象靠近超声波接收器时(例如，当MAD旗标被解除断言时)，可接收第一超声波信号。继续进行到704，可基于第一超声波信号计算与预先训练的信号路径相关联的校准信道响应图像，且可存储所述校准信道响应图像。举例来说，参考图2，超声波接收器112可接收第一超声波信号231，且H)模块213可基于第一超声波信号231计算并存储校准信道图像214中的一者。
[0060]前进到706，可在超声波接收器处从超声波发射器接收第二超声波信号。在708处，可基于所述第二超声波信号计算第二信道响应图像。举例来说，参考图2，超声波接收器112可接收反射信号233，且H)模块213可基于所述反射信号233计算第二信道响应图像。
[0061]继续进行到710，可计算所述第二信道响应图像与所述校准信道响应图像之间的差异。所述方法700可包含在712处，响应于确定所述差异大于阈值而检测所述超声波接收器已移动接近于至少一个对象。举例来说，在图2中，H)模块213可基于从所述校准信道响应图像减去所述第二信道响应图像而确定超声波接收器112 (且因此移动装置110)已移动接近于一对象(例如，墙壁220)。
[0062]参考图8，描绘无线通信装置的特定说明性实施例的框图，且将其大体上标示为800。装置800包含耦合到存储器832的处理器810，例如音频数字信号处理器(DSP)。在一说明性实施例中，存储器832可存储(图1及3的)经缓冲信道响应图像114、(图1及3的)校准信道响应图像214及(图3的)预先训练的回声路径370。存储器832还可存储可由处理器810执行以执行本文所揭示的方法(例如参考图5到7所描述的方法)的指令 860。
[0063]装置800还包含耦合到麦克风312及扬声器311的译码器/解码器(编解码器)834(例如，音频编解码器)。在特定实施例中，麦克风312及扬声器311能够同时接收及发射超声波信号及音频信号。编解码器834还可耦合到第二麦克风837及第三麦克风839。
[0064]处理器810可包含AEC115、MAD模块113与PD模块213 (其可集成为图3的MAD/PD模块313)、DTD342、路径改变检测模块441、发散度检测模块442、噪声级检测模块443，及NLP343，其中的每一者可使用硬件、可由处理器810执行的软件指令(例如，指令860)或其任何组合实施于处理器810中。
[0065]在特定实施例中，装置800可执行声学回声消除。最初，DTD342可基于近端信号(例如，经由麦克风312、837及839中的一或多者接收的信号)及远端信号(例如，由扬声器311发射的信号)监视双端通话情形。AEC115可基于近端信号、远端信号及DTD342执行回声消除。MAD模块113可检测外部对象的运动，所述运动可能使AEC115中的自适应性滤波器不能收敛及/或不能快速收敛。当MAD模块113检测到运动时，AEC115可对一或多个参数进行自我调整，且自适应性滤波器可更快地收敛。举例来说，当MAD模块113断言MAD旗标时，AECl 15可在近端模式、远端模式、双端通话模式及/或静默模式(例如，在未检测到音频信号时)中更新自适应性滤波器的调适速率μ。ro模块213可产生对应于预先训练的回声路径之校准信道响应。在特定实施例中，ro模块213在MAD模块113检测到运动的情况下可能不产生校准信道响应。此外，当ro模块213检测到装置800接近于一或多个对象时，AEC115可对一或多个参数进行自我调整，且自适应性滤波器可更快地收敛。举例来说，ro模块213可断言ro旗标，且AEC115可更新自适应性滤波器的调适速率μ及/或检索预先训练的回声路径(作为“背景”信号信息复制到AEC115中)。
[0066]NLP343还可基于MAD模块113及H)模块213进行自我调整以从AECl 15所输出的数据移除残余回声。路径改变检测模块441、发散度检测模块442及噪声级检测模块443还可用以选择性地加速AEC115中的自适应性滤波器收敛。在特定实施例中，AECl 15及/或NLP343还可响应于定向/旋转传感器878 (例如，包含加速度计及/或陀螺仪)以对一或多个参数进行自我调整。
[0067]图8还展示耦合到处理器810及显示器828的显示器控制器826。图8还指示无线控制器840可耦合到处理器810及耦合到无线天线842的收发器870。
[0068]在一特定实施例中，处理器810、显示器控制器826、存储器832、译码器/解码器(编解码器)834、无线控制器840及收发器870包含于一系统级封装或芯片上系统装置822。在特定实施例中，输入装置830及电力供应器844耦合到芯片上系统装置822。此外，在特定实施例中，如图8中所说明，显示器828、输入装置830、扬声器311、麦克风312、837及839、无线天线842及电力供应器844在芯片上系统装置822外部。然而，显示器828、输入装置830、扬声器311、麦克风312、837及839、无线天线842及电力供应器844中的每一者可耦合到芯片上系统装置822的组件，例如接口或控制器。
[0069]所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文所揭示的实施例所描述的各种说明性逻辑块、配置、模块、电路及算法步骤可实施为电子硬件、由例如硬件处理器等处理装置执行的计算机软件或两者的组合。上文已大体在功能性方面描述各种说明性组件、块、配置、模块、电路及步骤。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及施加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式实施所描述功能性，但所述实施决策不应被解释为导致偏离本发明的范围。
[0070]可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以两者的组合实施结合本文所揭示的实施例而描述的方法或算法的步骤。软件模块可驻留在非暂时性存储媒体中，例如随机存取存储器(RAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、自旋力矩转移MRAM(STT-MRAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移除式磁盘、只读光盘(CD-ROM)，或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体。示范性存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息并将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器及存储媒体可驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可驻留在计算装置或用户终端中。在替代方案中，处理器与存储媒体可作为离散组件驻留在计算装置或用户终端中。
[0071]提供对所揭示实施例的先前描述以使得所属领域的技术人员能够制造或使用所揭示的实施例。对于所属领域的技术人员来说，对这些实施例的各种修改将为显而易见的，且可在不偏离本发明的范围的情况下将本文中所定义的原理应用于其它实施例。因此，本发明无意限于本文中所展示的实施例，而应符合与如由所附权利要求书界定的原理及新颖特征一致的可能的最广范围。
【权利要求】
1.一种方法，其包括: 在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号； 基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动；以及 响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数对应于所述声学回声消除器中的自适应性滤波器的调适速率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测包括: 基于所述超声波信号计算信道响应图像； 计算所述信道响应图像与至少一个先前计算的信道响应图像之间的差异；以及 响应于确定所述差异大于差异阈值而检测所述至少一个对象的所述移动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个先前计算的信道响应图像包括与预先训练的信号路径相关 联的校准信道响应图像。
5.一种系统，其包括: 超声波接收器，其经配置以从超声波发射器接收超声波信号； 运动活动检测模块，其经配置以基于所述超声波信号检测至少一个对象的移动；以及 声学回声消除器，其经配置以响应于所述所检测移动而修改所述声学回声消除器的参数。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述声学回声消除器包含自适应性滤波器，且其中所述参数对应于所述自适应性滤波器的调适速率。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述运动活动模块进一步经配置以基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测所述至少一个对象的所述移动。
8.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括所述超声波发射器，其中所述超声波发射器经配置以持续发射所述超声波信号。
9.根据权利要求5所述的系统，其中所述超声波接收器经由所述超声波发射器与所述超声波接收器之间的第一信号路径接收所述超声波信号，且经由所述超声波发射器与所述超声波接收器之间的第二信号路径接收经反射超声波信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括: 接近度检测模块，其经配置以基于与所述超声波信号及所述经反射超声波信号相关联的信道响应图像而确定所述超声波接收器是否接近于一个或多个外部对象， 其中所述声学回声消除器进一步经配置以响应于所述接近度检测模块而修改所述参数。
11.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括定向传感器，其中所述声学回声消除器进一步经配置以响应于所述定向传感器而修改所述参数。
12.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括非线性处理模块，其中所述非线性处理模块经配置以响应于所述所检测移动而修改所述非线性处理模块的积极性参数。
13.根据权利要求5所述的系统，其中所述系统为移动装置。
14.根据权利要求5所述的系统，其中所述系统为集成电路。
15.—种系统,其包括:用于接收超声波信号的装置； 用于基于所述超声波信号检测至少一个对象的移动的装置；以及 用于响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数的装置。
16.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括用于发射所述超声波信号的装置。
17.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括: 用于基于与所述超声波信号及经反射超声波信号相关联的信道响应图像而确定所述用于接收的装置是否接近于一个或多个外部对象的装置；以及 用于响应于所述用于确定的装置而修改所述参数的装置。
18.根据权利要求15所述的系统，其中所述系统为移动装置。
19.根据权利要求15所述的系统，其中所述系统为集成电路。
20.—种包括指令的非暂时性处理器可读媒体，所述指令在由处理器执行时致使所述处理器进行以下操作: 在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号； 基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动；以及 响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。
21.根据权利要求20所述的非暂时性处理器可读媒体，其中所述参数对应于所述声学回声消除器中的自适应性滤波器的调适速率。
22.根据权利要求20所述的非暂时性处理器可读媒体，其进一步包括在由所述处理器执行时致使所述处理器进行以下操作的指令: 基于所述超声波信号计算信道响应图像； 计算所述信道响应图像与至少一个先前计算的信道响应图像之间的差异；以及 响应于确定所述差异大于差异阈值而检测所述至少一个对象的所述移动。
23.根据权利要求22所述的非暂时性处理器可读媒体，其中所述至少一个先前计算的信道响应图像包括与预先训练的信号路径相关联的校准信道响应图像，且其中所述至少一个对象包含所述超声波接收器。
24.根据权利要求22所述的非暂时性处理器可读媒体，其进一步包括在由所述处理器执行时致使所述处理器存储所述信道响应图像的指令。
【文档编号】H04M1/02GK103988487SQ201280052137
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2011年11月23日
【发明者】李仁 , 张国亮 申请人:高通股份有限公司
【专利摘要】一种方法包含在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号。所述方法还包含基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动。所述方法进一步包含响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。
【专利说明】基于超声波运动检测的声学回声消除
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2011年11月23日申请的第61/563，191号美国临时专利申请案及第13/416，217号美国非临时专利申请案的优先权，所述申请案的内容以全文引用的方式并入。
【技术领域】
[0003]本发明大体涉及回声消除及运动检测。
【背景技术】
[0004]技术的进步已产生更小且更强大的计算装置。举例来说，当前存在多种便携式个人计算装置，包含无线计算装置，例如较小、轻重量且易于由用户携带的便携式无线电话、个人数字助理(PDA)及寻呼装置。更具体来说，例如蜂窝式电话及因特网协议(IP)电话等便携式无线电话可经由无线网络传达话音及数据包。此外，许多此类无线电话包含并入其中的其它类型装置。举例来说，无线电话还可包含数字静态相机、数字视频相机、数字记录器及音频文件播放器。
[0005]例如无线电话等一些电子装置可包含用于音频信号处理操作的自适应性滤波器。一般来说，自适应性滤波器可为基于更新算法自我调整之信号处理滤波器。举例而言，反射表面可能呈现在未知的位置中。随着无线电话移动，反射表面可能会引起在音频信号中引入噪音或错误的回声。自适应性滤波器可由无线电话(或其它电子装置)的音频接收器用于回声消除。随着反射表面的位置改变(例如，因为音频源及/或目的地移动)，自适应性滤波器可自我调整，且自适应性滤波器的转移函数可收敛到经调整的转移函数。为改善性能，自适应性滤波器可能优选尽可能快地收敛。
[0006]声学回声抵消系统通常使用基于归一化最小均方(NLMS)算法的自适应性滤波器。NLMS自适应性算法可取决于步长因数μ，且可迭代地运算。在每一迭代之后，可将NLMS算法的输出信号与所需信号(即，NLMS算法正试图将输出信号收敛到的信号)进行比较。通常，所述输出与所需信号之间的差异(还称为NLMS错误)为非零，因此NLMS算法可在每一迭代之后对μ及其它参数的值进行自我调整。因此，每一迭代中的μ值可基于在先前迭代中检测出多少错误而加以修改。一般来说，较大的μ值可导致更快的收敛，且较小的μ值可导致较慢的收敛。然而，使用NLMS的自适应性滤波器收敛得越快，可能由所述自适应性滤波器引起且可能需要由后收敛滤波器(post-convergence filter)加以校正的残余信号(例如，回声)的量就越大。
【发明内容】
[0007]替代对音频错误作出反应以更新声学回声抵消参数，所提出的系统及方法使用超声波信号来检测运动且前瞻性地修改声学回声抵消参数(例如，μ )，其可导致经改善的回声消除(例如，更快的自适应性滤波器收敛)。举例来说，可使用超声波信号来执行运动活动检测(MAD)及接近度检测(ro)，且可基于所述MAD及ro修改μ的值。MAD可基于从所接收超声波信号导出的信道响应图像中的改变而检测靠近超声波接收器的移动对象。ro可基于比较当前信道响应图像与经校准“背景”信道响应图像而检测行动器件接近于另一对象(包含例如墙壁等非移动对象)。还可使用例如双端通话检测器(double-talk detector)及定向/旋转传感器等额外检测器及传感器来修改声学回声抵消参数。
[0008]在特定实施例中，一种方法包含在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号。所述方法还包含基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动。所述方法进一步包含响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。在一些实施例中，所述参数可对应于所述声学回声消除器中的自适应性滤波器的调适速率。
[0009]在另一特定实施例中，一种系统包含经配置以从超声波发射器接收超声波信号的超声波接收器。所述系统还包含经配置以检测至少一个对象的移动的运动活动检测模块。所述系统进一步包含经配置以响应于所述所检测移动而修改所述声学回声消除器的参数的声学回声消除器。在一些实施例中，所述系统可包含接近度检测器，所述接近度检测器经配置以基于与所述超声波信号及经反射超声波信号相关联的信道响应图像而确定所述超声波接收器是否接近于一或多个外部对象，且所述声学回声消除器可进一步经配置以响应于所述接近度检测器而修改所述参数。
[0010]由所揭示实施例中的至少一者提供的特定优点包含能够基于传统上不用于音频信号处理的信息源(例如基于超声波的运动检测及/或接近度检测)来前瞻性地修改声学回声抵消参数，例如自适应滤波参数。
[0011]在审阅整个申请案后，将明白本发明的其它方面、优点及特征，申请案包含以下部分:【专利附图】
【附图说明】、【具体实施方式】及权利要求书。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是说明可操作以基于超声波运动活动检测(MAD)而执行声学回声消除的系统的特定实施例的图；
[0013]图2是说明可操作以基于超声波接近度检测(PD)而执行声学回声消除的系统的特定实施例的图；
[0014]图3是说明可操作以基于超声波MAD及超声波H)两者而执行声学回声消除的系统的特定实施例的图；
[0015]图4是说明在图1到3的系统的声学回声消除器处的滤波器更新源的特定实施例的框图；
[0016]图5是说明基于超声波运动检测执行声学回声消除的方法的特定实施例的流程图；
[0017]图6是说明基于超声波MD执行声学回声消除的方法的特定实施例的流程图；
[0018]图7是说明基于超声波H)执行声学回声消除的方法的特定实施例的流程图；以及
[0019]图8是可操作以根据图1到7的系统及方法基于超声波运动检测执行声学回声消除的无线装置的框图。【具体实施方式】
[0020]参考图1，展示可操作以基于超声波运动活动检测(MAD)而执行声学回声消除的系统100的特定实施例。举例来说，移动装置110可基于超声波信号而检测对象120正在移动或已从第一位置120a移动到第二位置120b。
[0021]移动装置110可为移动电话、便携式计算装置、平板计算装置、个人数字助理(PDA)、便携式媒体播放器、另一移动装置，或其任何组合。移动装置110可包含超声波发射器111及一或多个超声波接收器(例如，说明性超声波接收器112)。在特定实施例中，移动装置110可包含三个超声波接收器，如参考图8进一步描述。
[0022]超声波发射器111可为经配置以在移动装置110操作期间发射超声波信号的超声波扬声器或其它发射器。举例来说，超声波发射器111可在对象120位于第一位置120a处时发射第一超声波信号131、第二超声波信号132，且在对象120已移动到第二位置120b时发射第三超声波信号134。超声波接收器112可为经配置以在移动装置110操作期间接收超声波信号的超声波麦克风或其它接收器。超声波接收器112可直接从超声波发射器111接收信号(例如，经由第一回声路径接收第一超声波信号131)，且可接收从在移动装置110附近的一或多个对象反射的信号(例如，分别经由第二及第三回声路径接收反射的超声波信号133及135)。
[0023]应注意，如本文所使用，术语“超声波接收器”及“超声波麦克风”可识别仅能够接收超声波信号(即，专用超声波接收器)的接收器，且还可识别同样能够接收其它信号的接收器(即，多用途接收器)。举例来说，多用途接收器还可操作以接收在人听觉范围(例如，20Hz到20kHz)内的音频信号及其它类型的信号(例如，电磁信号、射频(RF)信号，等)。类似地，如本文所使用，术语“超声波发射器”及“超声波扬声器”可识别仅能够发射超声波信号的发射器(即，专用超声波发射器)，且还可识别同样能够发射其它信号的发射器(即，多用途发射器)。举例来说，多用途发射器还可操作以发射在人听觉范围(例如，20Hz到20kHz)内的音频信号及其它类型的信号(例如，电磁信号、射频(RF)信号，等)。
[0024]移动装置110还可包含运动活动检测(MAD)模块113。MAD模块113可从超声波发射器111及超声波接收器112接收输入，如所说明。MAD模块113还可经配置以存取经缓冲信道响应图像114，所述信道响应图像114可存储于在移动装置110内、耦合到移动装置110及/或可由移动装置110存取的存储器或其它存储装置中。MAD模块113可经配置以检测至少一个对象(例如,对象120)的移动。可基于由超声波发射器111发射的超声波信号、由超声波接收器112接收的超声波信号、经缓冲信道响应图像114或其任何组合而检测对象120的移动。
[0025]举例来说，MAD模块113可基于以下前提而检测附近对象的移动:此移动将扰乱在超声波接收器112处检测到的信道响应图像。因此，可将信道响应改变与预定阈值进行比较以确定对象是否正在移动。当从先前缓冲的信道响应图像减去信道响应图像时，非移动对象可变成“背景”的部分(例如，减出)。为进行说明，MAD模块113可基于所接收的超声波信号计算信道响应图像、比较所计算的信道响应图像与先前缓冲的信道响应图像114中的一者，且基于所述信道响应图像之间的差异是否大于差异阈值而断言/撤销断言MAD旗标。
[0026]移动装置110可包含从MAD模块113接收MAD旗标的声学回声消除器(AEC) 115。AECl 15可接收由移动装置110的音频接收器116 (例如，音频麦克风)检测到的音频信号。在特定实施例中，音频接收器116与超声波接收器112可集成为单个接收器。基于所述MAD旗标，AEC115可对所接收音频数据执行回声消除操作以产生回声经消除的音频数据117。举例来说，AECl 15可包含响应于各种参数的自适应性滤波器。在特定实施例中，AECl 15中的自适应性滤波器可为响应于调适速率(例如，步长因数)μ的归一化最小均方(NLMS)自适应性滤波器。AEC115可基于所述MAD旗标修改(例如，增大或减小)μ的值。
[0027]在操作期间,超声波发射器111可发射超声波信号。举例来说,超声波发射器111可发射在不经反射的情况下由超声波接收器112接收的第一超声波信号131。当对象120处于第一位置120a时,超声波发射器111可发射第二超声波信号132,所述第二超声波信号132可由第一位置120a处的对象120反射且由超声波接收器112接收为反射信号133。MAD模块113可基于反射信号133而计算并存储第一信道响应图像。
[0028]当对象120处于第二位置120b时，超声波发射器111可发射第三超声波信134，所述第三超声波信134可由第二位置120b处的对象120反射且由超声波接收器112接收为反射信号135。MAD模块113可基于反射信号135而计算并存储第二信道响应图像。MAD模块113可计算第二信道响应图像与第一信道响应图像之间的差异，且可比较所述差异与差异阈值。在特定实施例中，MAD模块113可缓冲多个信道响应图框以形成二维(2-D)矩阵，且可从所形成的2-D矩阵减去先前缓冲的2-D矩阵。减法2-D矩阵可移除对经反射超声波信号133及135的直接路径效应。当所计算出的差异大于差异阈值时，MAD模块113可确定对象120已移动(例如,从第一位置120a移动到第二位置120b),且可作为响应而断言MAD旗标。当所计算出的差异小于差异阈值时，可解除断言MAD旗标。
[0029]AECl 15可从音频接收器116接收音频数据，且可响应于MAD旗标而执行回声消除操作以产生回声经消除的音频数据117。在特定实施例中，AECl 15可基于所述MAD旗标而增大或减小AEC115内的自适应性滤波器115的调适速率μ。举例来说，AEC115可在断言MAD旗标时增大调适速率μ ,且可在解除断言MAD旗标时减小调适速率μ。
[0030]图1的系统100可因此使得能够基于例如超声波信号等非音频信息源修改声学回声消除参数(例如，μ)。将非音频信息源并入声学回声消除中可导致经改善的声学回声消除(例如，归因于更快的自适应性滤波器收敛)。还可使用基于超声波的运动活动检测(MD)来影响后回声消除操作，例如后收敛非线性处理，如参考图3进一步描述。
[0031]在一个非限制性实例中，图1的系统100可应用于音频会议或其它语音输入情形中。在音频会议期间，说话者或其它会议参与者可能在收听或讲话的同时偶尔在音频接收器116(例如，音频麦克风)的前方移动。当说话者在音频接收器116的前方移动时，声学信道路径可改变。此外，归因于说话者的移动的信道改变可能比归因于其它对象的移动的信道改变更明显，因为说话者接近于音频接收器116。在不使用MAD模块113的情况下，AEC115中的自适应性滤波器可能不对说话者的移动作出反应，直到已发生一些音频失真(例如，回声效果)。相比之下，MAD模块113可实时或接近实时(例如，一旦说话者开始移动)地基于说话者的移动断言MAD旗标，其可导致AECl 15中的自适应性滤波器的更快收敛及减小的音频失真。
[0032]图1说明基于超声波信号检测外部对象120的运动的移动装置110的实例。然而，应了解，在移动装置Iio和任何附近的外部对象都不移动时(即，当解除断言由MAD模块113产生的MAD旗标时)的情境中也可能存在音频回声。举例来说，回声可在移动装置110已移动接近墙壁时由墙壁引起，且可在移动装置110已停止移动之后继续由墙壁引起。参考图2，展示可操作以基于超声波接近度检测(PD)而执行声学回声消除的系统200的特定实施例。举例来说，在图2的实施例中，移动装置110可基于超声波信号而检测其接近于对象(例如，墙壁220)。
[0033]移动装置110可包含H)模块213。PD模块213可从超声波发射器111及超声波接收器112接收输入，如所说明。ro模块213还可经配置以存取校准信道响应图像214，所述校准信道响应图像214可存储于在移动装置110内、耦合到移动装置110及/或可由移动装置110存取的存储器或其它存储装置中。ro模块113可经配置以基于由超声波发射器111发射的超声波信号、由超声波接收器112接收的超声波信号、所述校准信道响应图像214或其任何组合而检测移动装置110接近于对象(例如，墙壁220)。举例来说，PD模块213可在移动装置110接近于墙壁220时断言提供到AEC115的H)旗标。
[0034]AECl 15可基于所述H)旗标调适对从音频接收器116接收的音频数据的回声消除操作。举例来说，AEC可基于来自ro模块213的ro旗标而修改一参数，例如自适应性滤波器的调适速率μ。
[0035]为进行说明，在操作期间，移动装置110可计算并存储一或多个校准信道响应图像214。所述校准信道响应图像214可表示“背景”信道响应图像。举例来说，“背景”信道响应图像可对应于移动装置110不接近于任何影响回声的对象、不接近于任何移动对象及/或接近于已知反射表面(例如，墙壁或其它不可移动对象)时的状况。在特定实施例中，PD模块213可在围绕移动装置110发生移动的情况下不将信道响应图像存储为“背景”信道响应图像。举例来说，PD模块213可不存储校准信道响应图像，除非由图1的MAD模块113产生的MAD旗标被解除断言。当MAD旗标被解除断言时，此可指示无移动发生，且超声波信号可按预先训练的信号/回声路径行进。在特定实施例中，预先训练的信号/回声路径可经存储且可提供到AEC115以实现更快的自适应性滤波器收敛，如参考图3所进一步描述。
[0036]在移动装置110移动时，超声波发射器111可发射超声波,所述超声波可由超声波接收器112经由直接路径(例如，作为第一超声波信号231)且经由反射/回声路径(例如，作为由墙壁220反射第二超声波信号232而引起的经反射超声波信号233)接收。H)模块213可收集N个信道响应帧,且可计算所述N个信道响应帧与校准信道响应帧之间的差异。为进行说明，可通过从对应于所接收直接路径信号231及/或所接收反射信号233的信道响应图像减去一或多个校准信道响应图像214而获得不同信道响应。如果所述差异大于差异阈值，则ro模块可断言ro旗标。
[0037]图2的系统200可因此使得能够基于超声波接近度检测(PD)前瞻性地修改声学回声消除参数。举例来说，当移动装置110已移动接近墙壁220时，可增大AEC115中的自适应性滤波器的调适速率μ，其可导致所述自适应性滤波器的更快收敛。H)还可用以触发预先训练的回声路径(可作为“背景”信号资讯提供到AEC115)的存储及检索，如参考图3进一步描述。
[0038]应注意，尽管图1及图2的实施例分开说明超声波运动音频检测(MAD)与超声波接近度检测(PD)，但可一起使用MAD及H)。举例来说，图3说明包含MAD/H)模块313且可操作以基于超声波MAD及超声波ro两者执行声学回声消除的系统300的特定实施例。在一说明性实施例中，MAD/H)模块313包含图1的MAD模块113及图2的H)模块213。
[0039]系统300包含扬声器311及麦克风312。在特定实施例中，扬声器311可为组合式超声波及音频扬声器，且麦克风312可为组合式超声波及音频麦克风。系统300还可包含加法器341及耦合到MAD/H)模块313的双端通话检测器(DTD) 342、自适应性滤波器340，及非线性处理器(NLP) 343。系统300可进一步包含经缓冲信道响应图像114及校准信道响应图像214。
[0040]DTD342可检测且减轻由双端通话情形引起的音频中断。举例来说，在全双工会话期间，扬声器信号可认为是远端信号，且麦克风信号可认为是近端信号。一般来说，近端麦克风信号可表示“所需”信号，且经由自适应滤波(例如，通过自适应性滤波器340)的声学回声消除可涉及移除近端麦克风信号上的回声效果。然而，近端讲话者在远端语音期间的存在可致使破坏自适应性滤波器340的操作。为抵消此破坏，在此些双端通话情形期间暂停或停止自适应性滤波器340的调适可为有益的。因此，DTD342可检测双端通话情形，且可在检测到双端通话情形时通知自适应性滤波器340及系统300的其它组件。
[0041]MAD/PD模块313可基于从由麦克风312接收的超声波信号导出的信道响应图像及经缓冲信道响应图像114而检测超声波信号的回声路径已改变(例如，归因于超声波源、超声波接收器或介入对象的运动)，如参考图1所描述。MAD/H)模块313还可基于从由麦克风312接收的超声波信号导出的信道响应图像及校准信道响应图像214而检测何时麦克风312接近于另一对象(例如，墙壁)，如参考图2所描述。MAD/H)模块313可将控制信号350提供到自适应性滤波器340。举例来说，控制信号350可包含MAD旗标及H)旗标，且可用以更新自适应性滤波器340的调适速率μ，如参考图1到2所描述。MAD/ro模块313还可将控制信号350提供到NLP343。
[0042]NLP343可为经配置以减轻由自适应性滤波器340引起的残余回声的后收敛滤波器。举例来说，尽管自适应性滤波器340的快速收敛可能合乎需要，但自适应性滤波器340的快速收敛可能会产生残余回声。NLP343可响应于DTD342及MAD/H)模块313。在特定实施例中，NLP343可基于来自MAD/H)模块313的控制信号350对积极性参数进行自我调整。举例来说，当断言控制信号350中的MAD旗标(例如，指示路径改变)时，可增大积极性参数。相反，当MAD旗标被解除断言时，可将积极性参数复位到默认值。使用超声波MAD修改NLP343的积极性参数可导致系统300处的经改善的回声消除。
[0043]在特定实施例中，还可基于定向/旋转传感器修改自适应性滤波器340的调适速率μ及NLP343的积极性参数。举例来说，在检测到旋转时可增大自适应性滤波器340的调适速率μ，且在未检测到旋转时可减小自适应性滤波器340的调适速率μ。作为另一实例，在检测到旋转时可增大积极性参数，且在未检测到旋转时可使积极性参数复位。参考图8进一步描述包含定向/旋转传感器的移动装置的特定实例。
[0044]在操作期间，麦克风312可接收音频/超声波信号，包含由扬声器311产生的信号。DTD342可检测双端通话情境，且MAD/H)模块313可经由控制信号350指示麦克风312附近的对象是否在移动以及麦克风312是否接近于另一对象(例如，墙壁)。基于控制信号350、来自DTD342的指示是否检测到双端通话情境的输入及远端信号信息，自适应性滤波器340可将滤波器信号输出到加法器341。可从所接收音频信号中减去所述滤波器信号以产生回声经消除的音频数据117。回声经消除的音频数据117可由NLP343进一步处理以产生输出音频数据360。在特定实施例中，例如在全双工音频会议中，输出数据360可发送到扬声器311以供输出。
[0045]在特定实施例中，系统300可存储预先训练的回声路径370。举例来说，在听众席上有人开始说话之前，所述人可行走到平台上的各种位置，包含接近于墙壁、拐角及其它对象的位置。在每一此位置处，可训练并存储回声路径(例如，包含对应的校准信道响应图像214)。在讲话期间，当接近度检测信息指示所述人已返回到所述平台的预先训练的位置中的一者时，可检索对应的预先训练的回声路径且将其提供到自适应性滤波器340。基于到已知障碍物或反射表面(例如墙壁)的接近度而存储及检索预先训练的回声路径可实现自适应性滤波器340的更快收敛。
[0046]图3的系统300可因此使得能够基于MAD及H)两者而前瞻性地修改自适应性滤波器340的调适速率μ，其可导致自适应性滤波器340的更快收敛。系统300还可利用超声波信号信息来更新NLP343处的后收敛操作，其可减小输出数据360中的残余回声。
[0047]还可基于不同于MADJD及DTD信息的信息调整自适应性滤波器。举例来说，图4是说明声学回声消除器(AEC) 115 (其可包含图3的自适应性滤波器340)处的滤波器更新源的特定实施例的框图。
[0048]AECl 15可包含响应于DTD343及μ调整信号444以更新AECl 15的自适应性滤波器的滤波器更新模块450。举例来说，μ调整信号444可包含图3的控制信号350，包含MAD旗标及H)旗标。滤波器更新模块450还可响应于路径改变检测模块441、发散度检测模块442及噪声级检测模块443以更新AECl 15的自适应性滤波器。
[0049]举例来说，当AEC115使用双滤波器系统时，可在由滤波器A提供输出信号之同时仅对滤波器B执行滤波器学习(例如，调适)。在此类系统中，当检测到收敛时，可将来自滤波器B的系数传送到滤波器A。路径改变模块441可监视滤波器B的所述系数及回声消除性能以确定回声路径是否已改变以及是否应执行从滤波器B到滤波器A的系数传送及/或是否需要加速学习。发散度检测模块442可监视滤波器A的输出能量以确定是否已将不正确的系数集合错误地传送到滤波器A，且可随后减小滤波器振幅或起始新的系数传送。噪声级检测模块443可监视背景噪声及/或近端噪音，且可在噪声级增大时减小调适速率μ。
[0050]参考图5，展示基于超声波运动检测执行声学回声消除的方法500的特定实施例。在一说明性实施例中，方法500可由图1到2的移动装置110以及由图3的系统300执行。[0051 ] 方法500可包含在502处，在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号。举例来说，参考图1，超声波接收器112可从超声波发射器111接收超声波信号131。超声波接收器112还可接收通过对象120对超声波信号132及134的反射而产生的经反射超声波信号133及135。作为另一实例，参考图2，超声波接收器112可从超声波发射器111接收超声波信号231，且可接收通过墙壁220对超声波信号232的反射而产生的超声波信号233。
[0052]前进到504，可基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动。举例来说，在图1中，MAD模块113可基于信号133及135检测对象120从第一位置120a到第二位置120b的移动。作为另一实例，在图2中，H)模块213可基于信号231及233而检测移动装置110已移动接近于墙壁220。
[0053]继续进行到506，可响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。举例来说，在图1到2中，可修改AECl 15中的参数。在特定实施例中，所述参数可为AECl 15的自适应性滤波器的调适速率μ。
[0054]参考图6，展示基于超声波MAD执行声学回声消除的方法600的特定实施例。在一说明性实施例中，方法600可由图1的移动装置110以及由图3的系统300执行。
[0055]方法600可包含在602处，在超声波接收器处从超声波发射器接收第一超声波信号。继续进行到604，可基于所述第一超声波信号计算并存储第一信道响应图像。举例来说，在图1中，超声波接收器112可接收第一反射信号133,且MAD模块113可基于第一反射信号133计算第一信道响应图像且将其存储在经缓冲图像114中。
[0056]前进到606，可在超声波接收器处从超声波发射器接收第二超声波信号。在608处，可基于所述第二超声波信号计算第二信道响应图像。举例来说，在图1中，超声波接收器112可接收第二反射信号135，且MAD模块113可基于所述第二反射信号135计算第二信道响应图像。
[0057]继续进行到610，可计算所述第二信道响应图像与所述第一信道响应图像之间的差异。在612处，可响应于确定所述差异大于阈值而检测出至少一个对象的移动。举例来说，参考图1，MAD模块113可基于从所述第一信道响应图像减去所述第二信道响应图像而确定所述对象已从第一位置120a移动到第二位置120b。
[0058]参考图7，展示基于超声波H)执行声学回声消除的方法700的特定实施例。在一说明性实施例中，方法700可由图2的移动装置110以及由图3的系统300执行。
[0059]方法700可包含在702处，在超声波接收器处从超声波发射器接收第一超声波信号。当没有移动对象靠近超声波接收器时(例如，当MAD旗标被解除断言时)，可接收第一超声波信号。继续进行到704，可基于第一超声波信号计算与预先训练的信号路径相关联的校准信道响应图像，且可存储所述校准信道响应图像。举例来说，参考图2，超声波接收器112可接收第一超声波信号231，且H)模块213可基于第一超声波信号231计算并存储校准信道图像214中的一者。
[0060]前进到706，可在超声波接收器处从超声波发射器接收第二超声波信号。在708处，可基于所述第二超声波信号计算第二信道响应图像。举例来说，参考图2，超声波接收器112可接收反射信号233，且H)模块213可基于所述反射信号233计算第二信道响应图像。
[0061]继续进行到710，可计算所述第二信道响应图像与所述校准信道响应图像之间的差异。所述方法700可包含在712处，响应于确定所述差异大于阈值而检测所述超声波接收器已移动接近于至少一个对象。举例来说，在图2中，H)模块213可基于从所述校准信道响应图像减去所述第二信道响应图像而确定超声波接收器112 (且因此移动装置110)已移动接近于一对象(例如，墙壁220)。
[0062]参考图8，描绘无线通信装置的特定说明性实施例的框图，且将其大体上标示为800。装置800包含耦合到存储器832的处理器810，例如音频数字信号处理器(DSP)。在一说明性实施例中，存储器832可存储(图1及3的)经缓冲信道响应图像114、(图1及3的)校准信道响应图像214及(图3的)预先训练的回声路径370。存储器832还可存储可由处理器810执行以执行本文所揭示的方法(例如参考图5到7所描述的方法)的指令 860。
[0063]装置800还包含耦合到麦克风312及扬声器311的译码器/解码器(编解码器)834(例如，音频编解码器)。在特定实施例中，麦克风312及扬声器311能够同时接收及发射超声波信号及音频信号。编解码器834还可耦合到第二麦克风837及第三麦克风839。
[0064]处理器810可包含AEC115、MAD模块113与PD模块213 (其可集成为图3的MAD/PD模块313)、DTD342、路径改变检测模块441、发散度检测模块442、噪声级检测模块443，及NLP343，其中的每一者可使用硬件、可由处理器810执行的软件指令(例如，指令860)或其任何组合实施于处理器810中。
[0065]在特定实施例中，装置800可执行声学回声消除。最初，DTD342可基于近端信号(例如，经由麦克风312、837及839中的一或多者接收的信号)及远端信号(例如，由扬声器311发射的信号)监视双端通话情形。AEC115可基于近端信号、远端信号及DTD342执行回声消除。MAD模块113可检测外部对象的运动，所述运动可能使AEC115中的自适应性滤波器不能收敛及/或不能快速收敛。当MAD模块113检测到运动时，AEC115可对一或多个参数进行自我调整，且自适应性滤波器可更快地收敛。举例来说，当MAD模块113断言MAD旗标时，AECl 15可在近端模式、远端模式、双端通话模式及/或静默模式(例如，在未检测到音频信号时)中更新自适应性滤波器的调适速率μ。ro模块213可产生对应于预先训练的回声路径之校准信道响应。在特定实施例中，ro模块213在MAD模块113检测到运动的情况下可能不产生校准信道响应。此外，当ro模块213检测到装置800接近于一或多个对象时，AEC115可对一或多个参数进行自我调整，且自适应性滤波器可更快地收敛。举例来说，ro模块213可断言ro旗标，且AEC115可更新自适应性滤波器的调适速率μ及/或检索预先训练的回声路径(作为“背景”信号信息复制到AEC115中)。
[0066]NLP343还可基于MAD模块113及H)模块213进行自我调整以从AECl 15所输出的数据移除残余回声。路径改变检测模块441、发散度检测模块442及噪声级检测模块443还可用以选择性地加速AEC115中的自适应性滤波器收敛。在特定实施例中，AECl 15及/或NLP343还可响应于定向/旋转传感器878 (例如，包含加速度计及/或陀螺仪)以对一或多个参数进行自我调整。
[0067]图8还展示耦合到处理器810及显示器828的显示器控制器826。图8还指示无线控制器840可耦合到处理器810及耦合到无线天线842的收发器870。
[0068]在一特定实施例中，处理器810、显示器控制器826、存储器832、译码器/解码器(编解码器)834、无线控制器840及收发器870包含于一系统级封装或芯片上系统装置822。在特定实施例中，输入装置830及电力供应器844耦合到芯片上系统装置822。此外，在特定实施例中，如图8中所说明，显示器828、输入装置830、扬声器311、麦克风312、837及839、无线天线842及电力供应器844在芯片上系统装置822外部。然而，显示器828、输入装置830、扬声器311、麦克风312、837及839、无线天线842及电力供应器844中的每一者可耦合到芯片上系统装置822的组件，例如接口或控制器。
[0069]所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文所揭示的实施例所描述的各种说明性逻辑块、配置、模块、电路及算法步骤可实施为电子硬件、由例如硬件处理器等处理装置执行的计算机软件或两者的组合。上文已大体在功能性方面描述各种说明性组件、块、配置、模块、电路及步骤。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及施加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式实施所描述功能性，但所述实施决策不应被解释为导致偏离本发明的范围。
[0070]可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以两者的组合实施结合本文所揭示的实施例而描述的方法或算法的步骤。软件模块可驻留在非暂时性存储媒体中，例如随机存取存储器(RAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、自旋力矩转移MRAM(STT-MRAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移除式磁盘、只读光盘(CD-ROM)，或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体。示范性存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息并将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器及存储媒体可驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可驻留在计算装置或用户终端中。在替代方案中，处理器与存储媒体可作为离散组件驻留在计算装置或用户终端中。
[0071]提供对所揭示实施例的先前描述以使得所属领域的技术人员能够制造或使用所揭示的实施例。对于所属领域的技术人员来说，对这些实施例的各种修改将为显而易见的，且可在不偏离本发明的范围的情况下将本文中所定义的原理应用于其它实施例。因此，本发明无意限于本文中所展示的实施例，而应符合与如由所附权利要求书界定的原理及新颖特征一致的可能的最广范围。
【权利要求】
1.一种方法，其包括: 在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号； 基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动；以及 响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数对应于所述声学回声消除器中的自适应性滤波器的调适速率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测包括: 基于所述超声波信号计算信道响应图像； 计算所述信道响应图像与至少一个先前计算的信道响应图像之间的差异；以及 响应于确定所述差异大于差异阈值而检测所述至少一个对象的所述移动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个先前计算的信道响应图像包括与预先训练的信号路径相关 联的校准信道响应图像。
5.一种系统，其包括: 超声波接收器，其经配置以从超声波发射器接收超声波信号； 运动活动检测模块，其经配置以基于所述超声波信号检测至少一个对象的移动；以及 声学回声消除器，其经配置以响应于所述所检测移动而修改所述声学回声消除器的参数。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述声学回声消除器包含自适应性滤波器，且其中所述参数对应于所述自适应性滤波器的调适速率。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述运动活动模块进一步经配置以基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测所述至少一个对象的所述移动。
8.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括所述超声波发射器，其中所述超声波发射器经配置以持续发射所述超声波信号。
9.根据权利要求5所述的系统，其中所述超声波接收器经由所述超声波发射器与所述超声波接收器之间的第一信号路径接收所述超声波信号，且经由所述超声波发射器与所述超声波接收器之间的第二信号路径接收经反射超声波信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括: 接近度检测模块，其经配置以基于与所述超声波信号及所述经反射超声波信号相关联的信道响应图像而确定所述超声波接收器是否接近于一个或多个外部对象， 其中所述声学回声消除器进一步经配置以响应于所述接近度检测模块而修改所述参数。
11.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括定向传感器，其中所述声学回声消除器进一步经配置以响应于所述定向传感器而修改所述参数。
12.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括非线性处理模块，其中所述非线性处理模块经配置以响应于所述所检测移动而修改所述非线性处理模块的积极性参数。
13.根据权利要求5所述的系统，其中所述系统为移动装置。
14.根据权利要求5所述的系统，其中所述系统为集成电路。
15.—种系统,其包括:用于接收超声波信号的装置； 用于基于所述超声波信号检测至少一个对象的移动的装置；以及 用于响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数的装置。
16.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括用于发射所述超声波信号的装置。
17.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括: 用于基于与所述超声波信号及经反射超声波信号相关联的信道响应图像而确定所述用于接收的装置是否接近于一个或多个外部对象的装置；以及 用于响应于所述用于确定的装置而修改所述参数的装置。
18.根据权利要求15所述的系统，其中所述系统为移动装置。
19.根据权利要求15所述的系统，其中所述系统为集成电路。
20.—种包括指令的非暂时性处理器可读媒体，所述指令在由处理器执行时致使所述处理器进行以下操作: 在超声波接收器处从超声波发射器接收超声波信号； 基于所述所接收超声波信号及至少一个先前接收的超声波信号而检测至少一个对象的移动；以及 响应于所述所检测移动而修改声学回声消除器的参数。
21.根据权利要求20所述的非暂时性处理器可读媒体，其中所述参数对应于所述声学回声消除器中的自适应性滤波器的调适速率。
22.根据权利要求20所述的非暂时性处理器可读媒体，其进一步包括在由所述处理器执行时致使所述处理器进行以下操作的指令: 基于所述超声波信号计算信道响应图像； 计算所述信道响应图像与至少一个先前计算的信道响应图像之间的差异；以及 响应于确定所述差异大于差异阈值而检测所述至少一个对象的所述移动。
23.根据权利要求22所述的非暂时性处理器可读媒体，其中所述至少一个先前计算的信道响应图像包括与预先训练的信号路径相关联的校准信道响应图像，且其中所述至少一个对象包含所述超声波接收器。
24.根据权利要求22所述的非暂时性处理器可读媒体，其进一步包括在由所述处理器执行时致使所述处理器存储所述信道响应图像的指令。
【文档编号】H04M1/02GK103988487SQ201280052137
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2011年11月23日
【发明者】李仁 , 张国亮 申请人:高通股份有限公司
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