用于频域回波抑制滤波器的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于频域回波抑制滤波器的方法和装置。从误差信号中抑制参考信号的残留频率分量。把参考信号的频域表示的量值除以误差信号的经LMS滤波的表示的频域表示的量值，以获得参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比。把参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比乘以参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比，以获得已减少了参考信号的残留频率分量的频域信号。
【专利说明】用于频域回波抑制滤波器的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于频域回波抑制滤波器的方法和装置。
【背景技术】
[0002]图1描绘了装备有免提蜂窝电话102的汽车或其它机动车辆100，所述免提蜂窝电话102经由蜂窝电话网络104提供双向语音和数据通信。蜂窝电话102和手机102通过其通信的网络104向车辆的占有者提供经由位于远离车辆100的蜂窝电话105来进行双向语音通话的能力。
[0003]虽然蜂窝网络是几乎普遍存在的并且其提供的通信是相当可靠的，但是“免提”蜂窝电话的音频持续遭受被称为远端回波的现象。在图1中，从扬声器108输出的语音或其它音频信号106处在足够大以允许司机110或其它车辆占有者听到音频信号106的振幅。那些音频信号因而固有地足够强以由车辆100内的免提麦克风112感测或“拾取”(picked
UP) O
[0004]在车辆中的蜂窝电话102与远程或“远端”手机105之间的免提呼叫期间，由免提麦克风112所检测到的音频信号从蜂窝电话102被传输到遥远的或“远端”手机105。由于从扬声器108输出的音频需要足够响以便司机110和车辆占有者听到，麦克风112也将拾取来自扬声器108的音频。源于远端手机105的从扬声器108输出的音频因而将由麦克风112拾取，并且作为“回波”被发送回远端手机105。
[0005]远端音频回波、即在“近端”处被拾取并且被重新传输回远端的来自远端的音频可以通过在连接的近端处对免提电话麦克风112的输出滤波来被减少，然而现有技术的回波抑制器不能够完全地抑制远端回波。用于抑制在被LMS滤波之后保留在信号中的回波的方法和装置将是改进。
【发明内容】
[0006]实施例目的在于从误差信号中抑制参考信号的残留频率分量。把参考信号的频域表示的量值(magnitude )除以误差信号的经LMS滤波(LSM-f i 11ered)的表示的频域表示的量值，以获得参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比。把参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比乘以参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比，以获得已经减少了参考信号的残留频率分量的频域信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是包括免提蜂窝电话的无线通信系统的简图；
图2是时域最小均方滤波器(LMS)的框图；
图3是频域LMS滤波器的框图；
图4是用于提供频域回波抑制的装置和方法的框图；
图5是用于提供频域回波抑制的另一个装置和方法的框图； 图6是用于提供频域回波抑制并且提供频率分量的定标(scaling)的另一个装置和方法的框图；以及
图7是用于提供频域回波抑制的装置的实现的框图。
【具体实施方式】
[0008]如在这里所使用的，术语“自适应滤波器”指的是根据由误差信号所驱动的优化算法来自调节其转移函数(transfer function)的滤波器。优化算法一般对输入到自适应滤波器的信号进行操作。
[0009]大部分自适应滤波器是数字滤波器，因为优化算法是复杂的。虽然频繁使用数字信号处理器以实现数字滤波器，但是稳健的微控制器和微处理器也可以实现由数字滤波器所要求的计算。因此优选地通过执行被存储在一个或更多非暂时存储设备中的程序指令的一个或更多计算机或处理器来实现在下文所述的功能设备，所述一个或更多非暂时存储设备对于一个或更多计算机或处理器是可访问的。
[0010]图2是被具体化为最小均方或“LMS”滤波器的时域自适应滤波器200的框图。U(n)是从远端201、一般是蜂窝电话(未示出)中接收到的音频“参考信号”202。参考信号202从常规的扬声器204中输出，但是从扬声器204中输出的音频的至少部分也由麦克风208所拾取。如果麦克风208拾取的音频信号在其被调制到射频载波上之前没有从麦克风的输出信号中被移除或者至少被抑制，那么麦克风208拾取的音频信号将被重新传输回远端201。
[0011]在图2中，从麦克风208中输出的音频信号被提供或输入到减法器(subtractor)210。减法器210从麦克风的输出信号中移除或“减去”由时域自适应滤波器214所确定的频率的信号，该时域自适应滤波器214是响应于控制信号216选择性地改变其输出特征信号212的滤波器。从自适应滤波器214中输出的信号212包括由控制信号216所选择或确定的输入信号202的部分。减法器210的输出信号218在这里被称为误差信号218。
[0012]图3是频域最小均方(LMS)滤波器300的框图。它的拓扑类似于在图1中所描绘的时域LMS滤波器。来自远端301并且被命名为u (n)的音频信号302被输入到扬声器304，从所述扬声器音频信号306被广播。来自扬声器304的信号306的一些由麦克风308拾取。
[0013]麦克风308使其输出信号309被提供给减法器电路310。减法器310从音频输出信号309中减去误差信号或回波估计信号312。因而减法器310的输出314基本上类似于来自麦克风308的音频输出信号309，尽管被减少从远端301接收到的音频信号302的一个或更多频率分量或频带。
[0014]在图3中，自适应滤波器元件316或组件是频域自适应滤波器。它接收从快速傅里叶变换器320输出的频域输入信号318，该快速傅里叶变换器320具有从远端301接收音频流或信号302的输入端322。快速傅里叶变换以及用于产生它们的电路和方法在本领域中是众所周知的。为了简短，省略它们的描述。
[0015]频域自适应滤波器316的输出324被提供给逆快速傅里叶变换器326，其输出328是形成输入到减法器310的回波估计信号312的时域或时变信号。
[0016]图3也示出了第二快速傅里叶变换器330，其接收减法器310的输出信号314。第二快速傅里叶变换器330向频域自适应滤波器316提供输入信号332，其代表来自减法器310的输出信号314的谱内容(spectral content)。该谱内容332控制频域自适应滤波器316，以控制或引起滤波器316在其输出信号324中产生音频频谱分量，该音频频谱分量当被返回到时域中并且接着从麦克风308的时域信号309中被减去时，从减法器310的输出信号314中减少或消除那些相同的谱分量。图3的频域LMS滤波器300因而从麦克风308的音频信号309中选择性地减少各种谱区(spectral region)或谱分量,其源于从扬声器304输出的并且源于诸如蜂窝电话的远端301的音频信号306或者由其产生。
[0017]不幸地，不从输出于减法器310的信号314中完全地移除从扬声器304发出并且由麦克风308所拾取的音频信号306。在来自减法器的音频输出信号314中将频繁地发现一些回波残留信号。当该信号被发送到远端301时，在远端301处的用户将作为回波听到其声音的一部分，其可能是恼人的。
[0018]图4是用于抑制频域信号中的回波的装置400的框图。装置400包括从LMS滤波器406接收时域信号404的回波抑制滤波器402，该LMS滤波器406类似于在图3中所示的LMS滤波器300。
[0019]回波抑制滤波器402包括具有两个信号输入端口 410和412的频域除法器(divider) 408。除法器408在第一输入端410处接收从频域自适应滤波器416输出的“参考信号”的频域表不(frequency domain representation) 414。自适应滤波器416包括LMS滤波器406的部分。参考信号414是从通信网络的远端401 (未示出)接收到的音频信号418的经滤波的频域估计。
[0020]除法器408的第二输入端412接收误差信号420。误差信号420是上行链路(uplink)信号404的频域副本或表示，该上行链路信号404是快速傅里叶变换器421的输出，该快速傅里叶变换器421把减法器设备422的输出的时域表示转换为频域。是频域除法器的除法器408把参考信号414的频域表示的量值除以误差信号420的频域表示的量值。这产生是频域比信号424的频域输出信号424。频域比信号424表示保留在从减法器422输出的信号404中的来自远端401的音频信号418的分量。
[0021]频域除法器408的输出信号424被输入到频域至时域(frequencydomain-to-time domain)转换器426。转换器426优选地被具体化为作为输出产生时域滤波系数信号428的逆快速傅里叶变换器(IFFT) 426。
[0022]时域滤波系数信号428被输入时域自适应滤波器430的第一输入端口 432。是减法器的输出424的误差信号404被输入到时域自适应滤波器430的第二输入端口 434中。
[0023]时域自适应滤波器430把误差信号404乘以滤波系数信号428。通过误差信号404与滤波系数信号428的常规的现有技术的卷积来执行该乘法。因而时域自适应滤波器430的输出436在时域中、即是常规的音频信号436，其频率分量没有或基本上没有在从远端401所接收到的音频信号418中所发现的频率分量。因而通过频域中的操作来抑制或消除在时域中将是明显的音频回波。
[0024]本领域普通技术人员将认识到的是，执行误差信号404与滤波系数信号428的卷积在计算上是困难的。在频域中执行这样的操作是更简单和更快的。
[0025]图5描绘了用于频域回波抑制的方法和装置的第二和优选的实施例。回波抑制滤波器502被配置和布置以在频域中操作。回波抑制滤波器502具有三个输入端。第一输入端504从频域自适应滤波器508接收频域参考信号506，该频域自适应滤波器508形成频域LMS滤波器510的部分。
[0026]回波抑制滤波器502的第二输入端512接收误差信号514，其为音频信号516的频域表示，该音频信号516从时域减法器电路518中被输出。通过在误差信号516上执行快速傅立叶变换520来获得误差信号514。在两个输入端504和512处所接收到的信号被提供给频域除法器513，其输出信号515是在两个输入端504和512处所接收到的信号的频域比。
[0027]到回波抑制滤波器502的第三输入端522接收误差信号的时域表示。回波抑制滤波器502中的快速傅里叶变换器524把时域误差信号542转换为频域，并且向频域乘法器(multiplier) 526提供误差信号542的频域表示，但是其中该快速傅里叶变换器524也能够在滤波器502外，诸如在回波抑制滤波器502与LMS滤波器510之间。
[0028]频域乘法器526具有两个输入端:528和530。第一输入端528接收误差信号516的频域表示。第二输入端530接收频域除法器532的输出。除法器513计算参考信号的频域表示的量值与误差信号514的频域表示的量值的频域除法或商。除法器513的输出是频域信号515，其为那两个频域信号的比的表示。输出信号515在乘法器526中被乘以误差信号522的频域表示，以产生频域输出信号537，其频域分量没有或基本上没有在从远端501所接收到的原始音频信号540中所发现的频率分量。
[0029]图6是用于频域回波抑制的方法和装置的另一个实施例。在图6中所示的装置具有频域回波抑制滤波器602，其包括具有两个输入端606和608的频域除法器604。通过一个或更多可选的定标器(scaler) 610和612的使用，在图5中所示的装置600不同于在图4以及图5中所示的装置，该定标器610和612可以是乘法器或除法器，其在误差信号614和/或参考信号612的频域表示被输入到除法器604之前对它们进行操作。
[0030]正如其名所示，定标器610和612被配置以能够乘或除、即“定标”在被具体化为误差信号614和参考信号612的频域信号中所发现的频谱的一个或更多频带或部分。然而其定标因子是可控制的。单独的特定带频率可以由不同的量或因子放大或衰减。通过不同于其它地定标一个或更多不同的频带，通过频域除法器604的后续除法可以选择性地放大或抑制不同频带，其可能由针对频域回波抑制器的不同应用所要求。
[0031]图6描绘了在频域除法器604的输出侧上的另一个定标器620。同样是可选的该第三定标器620可以选择性地定标从除法器604输出的不同频带或元素。通过逆快速傅里叶变换器622把那些经定标的频域信号转换为时域产生被应用于自适应时域滤波器626的系数信号624。通过使用定标器610、612和620中的一个或更多来改变滤波系数信号，时域自适应滤波器622的输出可以被修整以选择性地抑制或放大音频频谱的不同分量。
[0032]本领域普通技术人员应该理解的是，如在图6中所描绘的定标器的使用也可以和在图4和5中所描绘的全频域(all-frequency)方法和装置一起被使用。因此为了简短，从在图5中所描绘的实施例中省略定标器610、612和616的描绘的重复。
[0033]图7描绘了用于使用常规的微控制器或微处理器来执行频域回波抑制的装置的一个实现。在图7中，在同一半导体管芯(semiconductor die)上具有I/O外围设备的常规处理器702具有被耦合以从麦克风708接收音频信号706的音频输入端口 704。是免提麦克风的麦克风708被定位为在车辆中将是必要的(诸如在图1中所描绘的那个一样)和它将能够拾取从扬声器或其它音频换能器714输出的音频信号的地方。(被发送到扬声器714的音频信号716被描绘为来自处理器702，但是可以正好为从射频接收器718被容易地获得。类似地，可以直接向发射器以及处理器702提供由麦克风708所检测到的音频信号706。
[0034]处理器702被耦合到非暂时的存储设备，即其存储并且能够用可以由处理器702执行的程序指令被重新写。存储器722通过常规的地址/数据/控制总线724被耦合到处理器。
[0035]存储器722中的可执行程序指令使处理器702富有执行上述功能的能力。更具体地，那些指令使处理器富有生成音频信号的频域表示、除和乘两个或更多音频信号的频域表示以及把信号的频域表示转换为时域的能力。那些指令还使处理器702富有抑制在误差信号中被发现的参考信号的频率分量的能力。
[0036]通过在现有技术LMS频域回波抑制器的输出侧处提供诸如在图4、5和6中所描绘的滤波器的频域回波抑制滤波器，可以在现有技术上实现改进的音频质量。之前的描述仅仅出于说明的目的。由下列权利要求限定了本发明的真正范围。
【权利要求】
1.一种从携带参考信号的残留频率分量的经最小均方(LMS)滤波的信号中抑制参考信号的所述残留频率分量的方法，该方法包括: 把参考信号的频域表示的量值除以经LMS滤波的信号的频域表示的量值，以获得参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比；并且 把经LMS滤波的信号的频域表示乘以参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比，以获得已减少了参考信号的残留频率分量的频域信号。
2.权利要求1的方法，进一步包括把已减少了参考信号的残留频域分量的频域信号转换为时域的步骤。
3.权利要求1的方法，进一步包括定标下面中的至少一个的步骤:参考信号的频域表示、经LMS滤波的信号的频域、以及参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比。
4.权利要求1的方法，其中参考信号是通过无线通信网络被输送并且从音频换能器输出的音频信号，并且其中经LMS滤波的信号是从音频信号检测器输出的音频信号，其中来自音频信号检测器的音频信号包括参考信号和语音信号。
5.权利要求4的方法，其中音频换能器是免提电话扬声器，并且其中音频信号检测器是免提电话麦克风。
6.一种用于从输出于最小均方频域滤波器的时域误差信号中抑制残留回波信号的装置，该装置包括: 频域除法器，其被配置以把参考信号的频域表示的量值除以误差信号的频域表示的量值，其中除法器被附加地配置以提供参考信号的频域表示与误差信号的频域表示的比的频域表示；和 频域乘法器，其被配置以把频域版本误差信号乘以参考信号的频域表示与误差信号的频域表示的比。
7.权利要求6的装置，进一步包括频域至时域转换器，其被配置以接收频域乘法器的输出，并且输出基本上包括被减少参考信号的误差信号的时域信号。
8.权利要求7的装置，进一步包括定标器，其被配置以定标下面中的至少一个:参考信号的频域表示、经LMS滤波的信号的频域、以及参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比。
9.权利要求8的装置，进一步包括: 音频换能器，其被配置以接收参考信号并且从中生成听得见的信号；和 音频信号检测器，其被配置以能够检测来自音频换能器的听得见的信号，并且生成包括参考信号和语音信号的误差信号输出。
10.权利要求7的装置，其中频域除法器和频域乘法器包括: 处理器；和 至少一个存储程序指令的存储设备，所述程序指令当被执行时引起处理器: 把参考信号的频域表示的量值除以误差信号的频域表示的量值，其中除法器被附加地配置以提供参考信号的频域表示与误差信号的频域表示的比的频域表示；并且 把频域版本误差信号乘以参考信号的频域表示与误差信号的频域表示的比。
11.一种从携带参考信号的残留频率分量的经最小均方(LMS)滤波的信号中抑制参考信号的所述残留频率分量的方法，该方法包括: 把参考信号的频域表示的量值除以经LMS滤波的信号的频域表示的量值，以获得参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比；并且 把参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比转换为时域，以产生时域、滤波系数信号；并且 向时域、频率分量抑制滤波器提供时域滤波系数信号，该时域、频率分量抑制滤波器被配置以作为输入接收经LMS滤波的信号，并且响应于时域滤波系数信号来产生回波抑制的输出。
12.权利要求11的方法 ，其中向时域频率分量抑制滤波器提供时域滤波系数信号的步骤进一步包括经LMS滤波的信号与时域滤波系数信号的卷积，并且其中回波抑制的输出是包括被减少参考信号的经LMS滤波的信号的时域信号。
13.权利要求12的方法，进一步包括定标下面中的至少一个的步骤:参考信号的频域表示、经LMS滤波的信号的频域、以及参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比。
14.权利要求12的方法，其中， 参考信号是通过无线通信网络被输送并且从音频换能器输出的音频信号，并且其中经LMS滤波的信号是从音频信号检测器输出的音频信号，其中来自音频信号检测器的音频信号包括参考信号和语音信号。
15.权利要求14的方法，其中音频换能器是蜂窝电话扬声器，并且其中音频信号检测器是蜂窝电话麦克风。
16.一种用于从由最小均方频域滤波器所提供的时域误差信号中抑制残留回波信号的装置，该装置包括: 频域除法器，其被配置以把参考信号的频域表示除以误差信号的频域表示，其中频域除法器被附加地配置以提供频域比信号； 转换器，其配置以把频域信号转换为时域信号，其中转换器被耦合到频域除法器，并且附加地被配置以作为输出产生时域、滤波系数滤波信号；和 时域滤波器，其具有被配置以接收误差信号的第一输入端、被配置以从转换器接收滤波系数信号的第二输入端，并且具有输出端，其中时域滤波器被配置以抑制在误差信号中的参考信号的频率分量。
17.权利要求16的装置，进一步包括被配置以定标下面中的至少一个的定标器:参考信号的频域表示、经LMS滤波的信号的频域、以及参考信号的频域表示与经LMS滤波的信号的频域表示的频域比。
18.权利要求16的装置，进一步包括: 音频换能器，其被配置以接收参考信号并且从中生成听得见的信号；和音频信号检测器，其被配置以能够检测来自音频换能器的听得见的信号，并且生成包括参考信号和语音信号的误差信号输出。
19.权利要求16的装置，其中频域除法器、转换器和频域乘法器包括: 处理器；和 至少一个存储程序指令的存储设备，所述程序指令当被执行时引起处理器:把参考信号的频域表示的量值除以误差信号的频域表示的量值，其中除法器被附加地配置以提供参考信号的频域表示与误差信号的频域表示的比的频域表示；并且 把频域信号转换为时域信号，其中转换器被耦合到频域除法器，并且被附加地配置以作为输出产生时域、滤波系数滤波信号；并且 把频域版本误差信号 乘以参考信号的频域表示与误差信号的频域表示的比。
【文档编号】H04B7/015GK103457646SQ201310211994
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】D.巴伦 申请人:大陆汽车系统公司