用于声学回声抵消器的基于倒谱距离的消波的制作方法
【专利摘要】通过计算指示来自远端谈话者的呼入信号的表示和来自近端谈话者的呼出信号的表示之间的相似性的度量值，在电话装置中提供回声抵消。基于度量值导出阈值。通过使用阈值来去除呼出信号的一部分，其中利用阈值的连续、实时更新来确定从呼出信号去除的量。
【专利说明】用于声学回声抵消器的基于倒谱距离的消波
【技术领域】
[0001] 本发明基本涉及语音通信设备中的回声抵消。
【背景技术】
[0002] 回声抵消器是针对最初在19世纪50年代开发的用于控制由卫星通信回路上的长 延迟造成的回声的早期的回声抑制器的代替。在19世纪60年代在AT&T贝尔实验室开发 了最初的回声抵消器理论。回声抵消器的概念是从谈话者的信号合成回声的估计量，并且 从返回路径减去该合成量而不是将衰减切入/切出该路径。这个技术要求自适应信号处理 来产生足够准确以有效地抵消回声的信号，其中由于沿着路途的各种退化，回声可以不同 于原始回声。
[0003] 在数字信号处理中的实现方式的迅速进展允许回声抵消器制造的较小并且成 本效率较高。在19世纪90年代，首次在语音交换机中实施了回声抵消器(在Northern Telecom DMS-250中)而不是回声抵消器作为单独装置。将回声抵消器直接集成在交换机中 意味着回声抵消器可以逐个呼叫地可靠地打开或者关闭，而去除对针对语音呼叫和数据呼 叫的单独的干线组的需要。今天的电话技术经常经由软件语音引擎在小的或者手持通信装 置中采用回声抵消器，其提供由远端PSTN (公共交换电话网络）网关系统导致的声学回声 或者残留回声的抵消；这些系统通常抵消具有高达64毫秒延迟的回声反射。
[0004] 为呼叫方输入接收讲话的语音消息收发和语音响应系统在讲话提醒被播放时可 以使用回声抵消，以防止系统自身的讲话识别被错误地识别为回声的提醒。
[0005] 可以包括回声抵消的其它系统的示例包括：免提汽车电话系统；扬声器电话模式 或者免提模式下的标准电话或者蜂窝电话；单独扬声器电话，专用独立"会议电话";使用屋 顶扬声器和在桌子上的传声器的安装的室内系统；以及物理耦合(扩音器的振动经由听筒 壳体传递到传声器)。
[0006] 在这些情况的大多数中，来自在远端的人的来自扩音器的直接声音几乎不改变地 进入传声器。抵消回声的困难来自于原始声音受周围环境的改变。这些改变可以包括特定 频率被软装饰吸收，以及不同频率在变化的强度的反射。
【发明内容】
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 将仅仅通过示例并且参照附图描述根据本发明的【具体实施方式】：
[0008] 图1是提供声学回声抵消的示例性语音通信装置的框图；
[0009] 图2是例示倒谱距离的计算的流程图；
[0010] 图3A和图3B是例示中心消波的描绘图；
[0011] 图4是用于计算阈值的非线性函数的描绘图；
[0012] 图5是例示使用相似性度量来控制中心消波的回声抵消的流程图；以及
[0013] 图6是例示进行回波抵消的示例性蜂窝电话的框图。
[0014] 本实施方式的其它特征将从附图并且从下文的详细描述变得明显。
【具体实施方式】
[0015] 下面将参照附图描述本发明的特定实施方式。为了一致，各个附图中的相似元件 由相似附图标记表示。在本发明的实施方式的以下详细描述中，为提供对本发明的更透彻 的理解，阐述了很多细节。然而，对于本领域技术人员而言，很明显，本发明可以不使用这些 特定细节来实施。在其它实例中，没有详细描述已知特征以避免使得描述不必要地复杂化。
[0016] 在声学回声抵消器(AEC)的非线性处理中广泛使用中心消波器。在本发明的实施 方式中，根据预计的回声计算消波阈值并且在单方谈话和双方谈话中不同地缩放。可以使 用远端讲话和近端讲话之间的相似性测量来缩放消波阈值，以使得其在单谈话中高，在低 谈话中低，如本文将更详细描述的。
[0017] 倒谱距离（c印stral distance)是远端讲话和近端讲话之间的相似性的测量，并 且在参考文件[1]中更详细描述。倒谱距离可以用于缩放消波阈值以使得其在单谈话中高 且在双谈话中低。
[0018] 图1是提供声学回声抵消的示例性电话收发器装置100的框图。收发器装置100 例如可以是免提汽车电话系统的一部分；或者扬声器电话模式或者免提模式下的标准电话 或者蜂窝电话；专用独立"会议电话";使用屋顶扬声器和在桌子上的传声器的安装的室内 系统等。
[0019] 从通常是另一个电话的远端装置接收呼入信号102。呼入信号102例如可以经由 公共交换网络（PSTN)在有线连接上到达，或者可以经由无线连接，诸如例如蜂窝网络到达。 其也可以经由因特网或者其它类型的本地或者广域网例如以网络电话（V0IP)的形式到达。 经由其它已知或者之后开发的传输设施可以接收呼入信号。
[0020] 呼入信号102通常表示源于称为远端谈话者的在电话交谈另一端的人的音频语 音信号，然而，呼入信号还可以源于任何数量的其它源，诸如语音激活的系统、调制解调器 等。在呼入信号102是无线信号的情况下，接收路径处理逻辑103接收呼入信号并且可以 进行放大和解调以形成数字信号x(n)。x(n)是呼入音频信号102的数字表示。类似地，在 呼入信号102例如是V0IP信号或者是经由PSTN接收的数字信号的情况下，可以进行解调。 数字信号X (η)通过数模转换器104转换为模拟信号，接着被扬声器105转换为音频106。 扬声器105可以是在电话装置100内的内置扬声器。如果装置100例如是电话会议系统的 一部分，则扬声器105也可以从电话装置100分开。扬声器105也可以采表现为听筒或者 其它声音再现装置的形式。
[0021] 音频信号106通常意在被称为近端谈话者的位于电话装置100旁边的人听到。传 声器108从近端谈话者接收所讲的讲话107,并且形成被模数转换器109转换为数字表示 y(n)的内部信号。音频信号106的一部分可以经过空气传并且到达传声器108从而变成 本地信号y(n)的一部分。信号106的这个部分称为回声。尽管回声通常经过空气传播，它 还可以通过装置100的物理壳体以振动的形式传播并且被传声器108拾取。回声可以通过 空气被附近和远处的表面发射回而采取多种不同路径，并从而可以具有多种不同的多径分 量。
[0022] 自适应滤波器110将回声路径建模并且尝试提供本地信号y (η)的声学回声部分 的估计量Κη)，其被减法器112从本地信号减去以形成误差信号e(n)。误差信号e(n)接 着向自适应滤波器110提供反馈信号。只要近端谈话者安静并且除了回声106没有其它音 频源，则由于自适应滤波器110的闭环操作，自适应滤波器110可以能够从本地信号y (η) 去除回声的显著部分；然而，通常存在回声的残留量e(n)。非线性处理器（NLP)120去除呼 出信号120的一部分以从而有效地去除残留回声e(n)。这可以使用中心消波器函数来进 行，其消去输出信号122的低于消波阈值的部分。然而，当近端谈话者和远端谈话者同时谈 话时，中心消波器还可以衰减并且损坏近端讲话。因此，可期望在双谈话期间消波阈值保持 低，因为近端讲话可能覆盖不被中心消波器去除的残留远端回声。然而，另一方面，当仅仅 远端谈话者讲话时，特别是当由于电话、物体或者人的移动引起近端回声路径改变时可期 望具有高消波阈值，以完全去除残留回声。
[0023] 倒谱距离的计算
[0024] 图2是例示呼入信号x(n)和误差信号e(n)之间的倒谱距离的计算的流程图。总 体上，根据预计的回声计算消波阈值并且在单谈话和双谈话中不同地缩放。作为远端讲话 和近端讲话之间的相似性的测量，倒谱距离可用于缩放消波阈值以使其在单谈话期间高并 且在双谈话期间低。在本示例中，e(n)和x(n)之间的倒谱距离用于检测双谈话并且缩放 中心消波阈值。其它实施方式可以使用x(n)、y(n)、Kn)和（η)的各种组合。
[0025] 倒谱是对信号的估计谱的对数进行傅里叶变换的结果。存在复数倒谱、实数倒谱、 功率倒谱和相位倒谱。功率倒谱对人类讲话的分析特别有用。名称"倒谱（cepstrum)"是 通过将"谱（spectrum)"的前四个字母翻转导出的。对倒谱的操作可以称为倒谱分析。
[0026] 计算倒谱距离的有效方式由参考文件[2]给出。使用以下描述的等式1-8可以计 算信号x(n)的倒谱系数。各个音频信号的数字表示是数字样本的块的序列。可以按直接 顺序方式组织块，或者可以按交叠方式组织块，其中各个块包括来自先前块的样本的部分。 针对各个块确定倒谱系数的集合。
[0027] 如等式（1)所示，对音频信号x(n)的块进行取窗口（步骤202)。
[0028]
【权利要求】
1. 一种用于抵消收发器中的回声的方法，该方法包括以下步骤： 利用所述收发器接收呼入信号； 利用所述收发器产生本地信号，其中所述本地信号包括所述呼入信号的一部分； 响应于所述本地信号，形成输出信号； 计算指示所述呼入信号的表示和所述呼出信号的表示之间的相似性的度量值； 基于所述度量值导出阈值；以及 去除所述呼出信号的一部分，其中所述阈值确定从所述呼出信号去除的量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，去除所述呼出信号的一部分包括使用由所述度 量值确定的消波阈值对所述呼出信号中心消波。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述度量值的非线性函数确定所述阈值。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述阈值是所述度量值的单调非增函数。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述输出信号包括从所述本地信号减去所 述输入信号的经自适应滤波的部分以形成差信号。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，在所述呼入信号和所述差信号之间计算所述度 量值。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，周期性地计算所述度量值。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述度量值是倒谱距离。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述收发器是语音通信装置即VCD，并且其中响 应于本地谈话者产生所述本地信号，所述呼入信号来自远端谈话者，并且所述呼入信号的 所述部分是回声。
10. -种语音通信装置即VCD，所述语音通信装置包括： 接收器，其耦合到扬声器； 传声器，其耦合到非线性处理器；并且 其中，所述非线性处理器可操作用于： 计算指示所述接收器接收的呼入信号的表示和由所述传声器启动的呼出信号的表示 之间的相似性的度量值； 基于所述度量值导出阈值；以及 去除所述呼出信号的一部分，其中所述阈值确定从所述呼出信号去除的量。
11. 根据权利要求10所述的VCD，其中，所述非线性处理器包括中心消波功能，其使用 由所述度量值确定的消波阈值去除所述呼出信号的一部分。
12. 根据权利要求10所述的VCD，其中，使用所述度量值的非线性函数导出所述阈值。
13. 根据权利要求10所述的VCD，还包括：减法器，其耦合在所述传声器和所述非线 性处理器之间；以及自适应滤波器，其耦合在所述接收器和到所述减法器的输入端之间，其 中，所述减法器可操作用于从由所述传声器产生的信号减去所述输入信号的自适应滤波的 部分以形成差信号，以及其中，在所述呼入信号和所述差信号之间计算所述度量值。
14. 根据权利要求10所述的VCD，其中，所述度量值是周期性地计算的倒谱距离。
15. -种存储软件指令的非瞬时计算机可读介质，当指令被处理器执行时，执行一种用 于减小收发器中的回声的方法，该方法包括以下步骤： 利用所述收发器接收呼入信号； 利用所述收发器产生本地信号，其中所述本地信号包括所述呼入信号的一部分； 响应于本地信号，形成输出信号； 计算指示呼入信号的表示和呼出信号的表示之间的相似性的度量值； 基于度量值导出阈值；以及 去除呼出信号的一部分，其中所述阈值确定从所述呼出信号去除的量。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，去除所述呼出信号的一部分包括使用由所述 度量值确定的消波阈值对呼出信号进行中心消波。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中，使用所述度量值的非线性函数确定所述阈值。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中，形成所述输出信号包括从所述本地信号减去 所述输入信号的经自适应滤波的部分以形成差信号；以及其中，在所述呼入信号和所述差 信号之间周期性地计算所述度量值。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述度量值是倒谱距离。
【文档编号】H04B3/23GK104052526SQ201410098953
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2013年3月17日
【发明者】J·徐, B·科萨诺夫 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司