专利名称：用成比例注入噪声消除残余回声的技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种回声消除器，它预测沿着信号传输通路上叠加的回声信号，并从输出信号中去掉该预测的回声信号。在预测回声去掉之后，一个非线性处理器或中心削波器除去遗留在该输出信号中的任何残余回声，并用于除去从远端说话者的信号产生的在该输出中的残余回声和无失真地传送近端说话者的信号。利用成比例地除去残余回声而不是工作在一个阀值信号电平之上的方法，本发明的非线性处理器避免了在回声消除器输出信号中的突变和显著的变化。非线性处理器检测平均背景噪声电平和在输出信号中成比例地注入一个噪声信号，来保持该平均电平，尽管该非线性处理器工作中该平均电平是变化的，它是分别由于近端说话者和远端说话者的信号的存在和不存在而出现的。
很多回声消除器在本技术领域中是公知的，并在先前的专利中公开了。回声消除器的基本原理是确定传输通路对于输入脉冲的传输响应，和通过加上可能从远地或“远端”说话者接收到的任何信号来计算预期的回声信号对于特性脉冲的响应。该预期的回声从回声消除器的输出信号中被除去，因此消除了在近端的设备产生的回声。由于阻抗不匹配和电话设备的发送(例如传声器)与接收(如扬声器)部分之间的耦合，可以在传输通路上例如电话线上产生回声。一般地讲，电话设备包括一个模拟的传声器和声频杨声器，它经过二线连接，通过一个混合模拟耦合设备和一个模/数，编码/译码器或“DODEC”耦合到一个数字信号传输网络，该网络可以压缩和扩张各个信号，产生在该网络上必须以数字方式传输的比特数。当进行通话的一方产生一个信号时，发送线路和远离该方的接收线路之间的任何耦合，例如在该连线的另一端的混合线圈中，使通常被衰减的用户信号的反射信号能够经过传输通路返回，被该说话者看成为一个回声。一般地讲，从远端说话者始发的信号来的回声是由在近端站的回声消除器消除，反之也一样。
虽然最好在两端一样地都装备回声消除器，为了便于描述起见，对近端的回声消除器进行叙述。假定在装置有回声消除器的近端和防止回声的远端(通过耦合在近端产生回声)之间进行双向连接。在发送线路(传送近端说话者信号和任何残余回声到远端)和接收线路(传送远端说话者信号到近端)上，回声消除器是接在传输线路和终端设备之间。
当远端说话者是唯一的说话者时，回声消除器的精确度被监视，并用于改正表征预期的回声响应的系数，因为在理论上，当近端说话者无声的时候，在发送出的线路上应该没有信号返回到该传输通路上。一个自适应控制设备逐渐更精确地表征该预期的回声，在一个短的时间期间收合处会敛到一个精确特性(characterization)上。
在信号传输中抵消回声的初始解决办法是抑制由近端返回到远端的回声，这是在远端说话者工作时将近端站的发送线路与传输线路的耦合去除，允许足够的时间平息任何回声。但是，这样在近端说话者发出的任何信号也去除了耦合，而连接的耦合和去耦合对于通话的双方都是很明显的。这种安排仍在一些声频应用如电话的扬声器电话上使用。
类似地，回声消除器一般包括一个所谓的中心削波器，其主要功能是从发送输入(SI)线路上消除任何残余回声。当近端说话者工作时，中心削波器不启动或旁路，以避免近端说话者信号的失真。当发送输出(SO)超出一定的阀值(它是其他因素的函数，可以变化)时，该中心削波器可工作。当输出高于该阀值表示近端说话者工作时，该中心削波器不工作。不幸的是，在这相同程度上减少耦合和去耦合，这对通话的双方是明显的。
当信号下降低于启动中心消波器的预定的阀值时，输出信号(SO)变为零。当出现近端话音(即加到SI的话音)时，中心削波器被旁路，而且具有相关的电路噪声误差信号被直接选通到发送输出(SO)端口。结果，噪声调制信号被远端收听者听到了。当近端说话者在说话时，收听者听到背景噪声(例如由在近端说话者位置的房间噪声或由电话网络中的电路噪声引起的)，而当他或她(远端的人)在说话时，则完全无声。这种连接的视在耦合和去耦合是烦脑的，这种烦恼随着加在近端发送入端口的噪声电平的增加而增加。
与已知的中心削波器有关的另一个问题是送入噪声信号可以是足够的幅度，超过该中心削波器被启动的预定阀值。当噪声峰值超过削波阀值时，该中心削波器不被旁路。对在远端收听者的影响是，由于该操作连接的特性，听到喀啦声而不是预期的白噪声或宽带噪声的声音。
Johnston等人的美国4，577，071号专利公开了一种回声消除器，包括一个中心削波器，在超出预定阀值电平时，它把峰值从发送出信号中去掉。阀值电平作为其它因素的函数，例如残余回声的程度是可变的。但是，中心削波器仍然像一个开关设备可工作，产生对该收听者是明显的耦合和去耦合。
本发明利用一个与中心削波器相同的方式连接到回声消除器的特别的非线性处理器来消除这些问题。非线性处理器包括乘法装置，当误差信号超过阀值时，它用于在连续的范围内衰减误差信号而不是削波该误差信号。该非线性处理器还包括一个噪声注入装置，在线路上检测线路的平均噪声电平和在输出插入可变幅度的宽带噪声信号，这是由于从发送入线路来的信号(包括噪声)正被衰减，需要保持恒定的噪声电平。非线性处理器具有中心削波器的优点，但是避免已知中心削波器的主要缺点，即由中心削波器在工作和不工作状态之间的转换产生的在输出信号中的明显变化。
本发明的一个方面是减小或消除回声消除器输出中的明显变化，这种变化是由于在近端，在远端和在两端出现信号，包括低电平噪声电平，回声消除器的工作状态的变化引起的。
本发明的另一个方面是用回声消除器的发送输入和误差线路上的平均信号和噪声电平来控制幅度和噪声的注入。
本发明还有一方面是在回声消除器中用三角(正弦)函数作为平均电平控制，以便获得均方根(RMS)信号和平均电平的噪声电平。
在回声消除器中提供了本发明的这些和其他的方面用于消除回声，这回声产生的原因是由于在近端传输通路上的接收输入端的接收信号和在发送输出端的发送信号之间的耦合而产生的，该回声是回声消除器发送输入的信号的再生，并叠加在从近端说话者传输到远端收听者的信号上。该回声消除器包括可计算传输通路的脉冲响应的一个自适应卷积处理器，该卷积处理器被连接到接收输入端，可根据接收信号和该脉冲响应来计算的回声的预期值。一个求和点接到发送输入端和卷积处理器，求和点从连接到发送输入端的上述接收信号中减去该回声的预期值，因此产生包含从近端说话者发送的信号和残余回声的误差信号。随发送输入和接收输入的时间变化的平均绝对值就被确定，以便获得发送平均值和接收平均值。一个非线性处理器接收该误差信号和发送输出端，非线性处理器响应确定该平均值的装置，包括至少一个可工作在可变范围内的乘法器，用于衰减作为发送平均值和接收平均值相应电平的函数的误差信号。非线性处理器随着接收平均值的增加而增加衰减该误差信号，并且随着发送平均值的增加而减少衰减该误差信号。最好是，当平均信号之间的一定关系满足时，误差信号的衰减是快速地增加和减小，而当这些关系不满足时，误差信号的衰减是逐渐减小。
根据最佳实施例，用在预置极限之间递增和递减的衰减系数，该非线性处理器确定一个衰减电平，并把衰减系数的线性变化变换为均方根变化，均方根变化可操作接到该乘法器，这样根据发送输入和接收输入的功率电平可以控制该衰减。这可以用正弦查找表来实现。
发送信号中的平均最低限度电平是由发送平均绝对值的电平最小值确定的，接到发送输出端的一个噪声注入装置是可变化地操作，通过非线性处理器来注入反比于误差信号衰减电平的模拟噪声信号，直到最大的最低限度噪声电平，因此，在发送输入端注入的模拟噪声和信号中的衰减噪声之和在功率上基本上仍然等于该最低限度噪声电平的电平。
误差信号的衰减电平是通过增加和减少预置极限之间的衰减系数确定的，而噪声注入装置经过乘法器对衰减系数做出响应。当需要比较平均信号电平时，衰减及噪声注入迅速改变，否则，响应近端/远端说话者的情况以对远端收听者不明显的方式逐渐地改变。
本发明的额外方面和本发明的可能变化，可以从下面讨论的实施例确定。
附图中示出本发明目前最佳的实施例。但是，应该懂得，本发明不局限于附图中表示的精确的安排和手段。
图1是说明在通信链路一端的本发明的回声消除器的原理图;
图2是说明该回声消除器的更详细的原理图;
图3是说明根据图1用于确定误差信号衰减的乘法器功能的原理流程图;
图4是说明根据图1的噪声注入定标装置功能的原理流程图;
图5是说明回声消除器，特别是非线性处理器对在近端和远端说话者都说话的情况的响应的定时图。
图1说明根据本发明的一个回声消除器20的实际连接情况。回声消除器20配置在双向通信链路的一端，例如在与电话机22接口的混合装置26和数字电话传输网络24之间。一般地讲回声消除器是装在通信链路的两端。但是，在这里参照在“近端”的回声消除器叙述本发明，即，该回声消除器防止从远地(远端)说话者收到的信号与近端说话者始发的信号一起被返回到远端。传输网络24是双信道的数字装置，用于处理双方向的信号。称为CODEC或编码-译码器的混合装置26，把由电话设备22发送和接收的二线模拟声频信号变换为双信道数字格式，用于在该网络进行双向通信。数字数据包括从信号源来的模拟电平的连续样值被编码为压缩的浮点对数数据字。
参见电话设备22的用户和远地用户(未画出)之间通话的近侧，到回声消除器的连接是特定发送和接收线路。由于在近端发送和接收线路之间通过混合装置26或者其他装置相耦合，从接收线路上的远端说话者收到的信号经衰减后的再现信号可被加到发送线路上。远端说话者可能作为回声觉察到他或她的这种衰减型的信号，在一段迟延期间之后，被返回到远端站的信号加在各方之间，这段迟延期间随特定的通信链路，如由于卫星通信链路，复用器，中继器，等等的信号传播时间而变化。
回声消除器包括一个卷积处理器或自适应滤波器50，它产生从接收输入RI到发送输入SI的传输路径28的脉冲响应特性，该特性被施加到在接收输入RI得到的信号上以产生一个预期的回声信号。预期的回声信号从在发送输入端经过求和点88的信号中减去，后者信号包括回声以及近端说话者始发的信号。当近端说话者无声时，在发送输入端SI的信号包括任何回声，但也包括在近端回路中的任何电路噪声以及由近端电话吸收的任何房间噪声。在预期回声减去之后，通过监视该信号和检测近端说话者是否正在使用，在求和点88的输出端的残余回声或ERR信号提供反馈控制，因而卷积处理器修正传输路径28的脉冲响应特性以便更精确消除该回声。在紧接着建立通信链路之后，卷积处理器50开始确定传输路径或回声路径28，即从接收输入端RI到发送输入端SI的耦合路径的脉冲响应。一般地说，利用一个系数寄存器，定义在该脉冲之后的连续取样时间的脉冲响应。在校正期之后，获得了最大的校正范围。就认为卷积处理器像它调正脉冲响应特性那样进行“收敛”，尽可能地增加从接收输入端到发送输出端的回声传输路径的回声返回损耗(ERL)。这样，回声消除器提供了回声返回损耗增强(ERLE)，它可增加回声路径上的信号幅度的正常损耗，例如，从-8dB到-38dB。卷积处理器设计的例子可在下列美国专利中找到Horna的4，064，379;4，113，997;4，321，686;4，360，712;4，377，793;4，600，815;专利和Campenella的3，780，233;3，789，233;3，836，734;3，894，200专利。
除回声之外，发送线路包括在近端说话者始发的信号。当减去预期回声的结果，即ERR信号的电平很低的时候，近端说话者不在使用，而任何回声被成功地消除。因此，在这种情况下通常简单地经过所谓中心削波器使回声消除器的输出为零。当该信号高于一定的阀值时，中心削波器传送在ERR的该信号的峰值到发送输出端，而当低于该阀值时使该信号为零。当近端说话者在说话时(把一信号加在发送输入端SI)，近端信号与相关的背景噪声及电路噪声一起被选通到该输出端，但是当中心削波器在使用时，该输出完全无声。这就产生烦恼的耦合和去耦合效应，远端收听者觉察到好像通信链路接通和断开。为避免这个问题，也为了处理其中不知道近端说话者是否在说话的情况，本发明用非线性处理器替代通用的中心削波器，非线性处理器突然地或逐渐地调节到该输出端的ERR信号耦合的程度，还对该信号注入可变数量的模拟背景噪声，足以保持在输出端50的背景噪声平均电平恒定。非线性处理器接在ERR信号和发送输出端50之间，它操作逐渐地衰减ERR信号，而不是控制ERR信号的通或断。平均噪声电平在该信号中被检测，在非线性处理器对ERR信号的任何衰减之后，注入一个增补的噪声信号以保持在该输出端的背景噪声电平为平均值。因此，在其中任一个说话者在使用和说话中间回声消除器操作时，远端说话者如觉察到任何差别的话也是很小，其中从近端和远端说话者来的信号电平是存在含糊的情况，例如，如果两个说话者在同一时间在使用，就出现含糊的情况。
如在图1中一般地表示的和在图2详细表示的那样，回声消除器是接在混合装置26和从网络24来的通信链路之间。进来的远端信号耦合到接收输入端RI。出去的近端信号耦合到发送输入端SI，并且包括近端说话者的信号和任何回声。在处理之后，回声消除器的输出经过发送输出端SO加到通信链路。噪声源NX提供一个白噪声或宽带噪声源，在非线性处理器82的控制下，该噪声以要求的电平被注入。各个输入端和输出端之间的连接在图中以单条线表示，应该懂得，这些是数字数据通路，而且一般地是作为代表在各时间间隔的各个信号样值的多比特数据字的数据通路体现出来。在回声消除器中，数据是以并行字进行处理，而在线路SI，SO和RI上数据一般是串行的。
数字数据可用对数浮点格式编码代表各信号电平。在输入端SI，NX和RI上的各接口装置54将对数数据变换为在回声消除器20内用于计算的线性数据，而在输出SO端上的接口装置52将线性数据变回为用于传输的对数数据。从噪声源NX来的输入数据也可以以线性格式提供。
噪声源83产生随机或伪随机信号样值形式的信号NX，被用来再生白噪声或宽带噪声。噪声数据可由任何形式的随机数发生器产生，但是最方便地，噪声数据是噪声的表示频带形状接近于在电话电路中产生的一般噪声。噪声表示最好存储在只读存储器(ROM)中并且分别读出。
以线性格式提供的噪声信号(NXLin)在乘法器76用噪声衰减系数NATT来衰减，这样使输出端SO的噪声幅度与发送入信号的噪声最低限度相符合。噪声最低限度电平可通过平均发送输入信号得到，其方法是SI的稳态最小绝对值的平均值加权。如这里结合图4所叙述的情况。衰减的噪声信号被指定为NXA。这个信号加在第二乘法器74，用于将衰减的噪声源转换到经过求和点84的发送输出端口SO。
使信号NXA与噪声最低限度相符是以下面方式进行的。信号NXA的平均电平FAVG是用平均装置34进行累加。平均装置34例如可计算该信号的RMS值，或者简单地把该信号样值的绝对值(或平方值)传送到一个低通滤波器或平均综合技术装置，以便得到该信号的平均绝对值。类似的平均装置38，32和36，装设在发送输入端SI(产生SAVG)，误差线路ERR(获得EAVG)和接收输入端RI(获得RAVG)。为了得到最好的精确度，所有的平均电路应使用相同的平均原理，并且应具有相似的时间常数。
最低限度噪声电平是用计算技术经系数确定装置42确定的。正如在图4中以流程图的形式所表示的，如果EAVG电平下降到低于FAVG，那么变量NATT在数值上被减少一个预置数量，CONST[A]。因此，当输入噪声样值NXLin乘以这个新的较低的NATT值时，信号NXA的幅度相应地减小了。如果EAVG大于FAVG，则NATT的值和NXA的值增加一个预置数量CONST[C]。因此NXA的值被控制，使得它与ERR信号的噪声最低限度相符。
NATT逐渐增加或减少的程度是由常数CONST[A]和CONST[C]以这样的方法确定的，使得NXA保持在SAVG的最小平均电平上，即在噪声最低限度上。NATT以数量CONST[A]递增地减少，而以数量CONST[C]递增地增加，CONST[A]比CONST[C]大得多。这个偏向减少NATT的电平使得NXA的幅度或功率总是接近于ERR的噪声最低限度(即最小值或背景噪声信号电平)。
在高幅度话音或其它信号出现在ERR上的情况下，可以用另一个判断标准来避免注入的噪声电平过分增加，因为非线性处理器想要使输出背景电平保持在一个幅度上，这个幅度部份地是由平均ERR电平即EAVG确定的。当发送输入SILin的平均电平SAVG超过一个额定的阀值(例如-36dBmo)时，NATT的值可冻结在它目前的数值上。
本发明自适应地操作以衰减ERR信号及注入噪声。在衰减ERR信号时，其中的噪声也被衰减。因此，模拟噪声的数量是与ERR信号的衰减成反比的变化，以致于从SI来通过非线性处理器82的衰减的实际噪声与注入的模拟噪声的和仍然等于最低限度噪声电平。两个乘法器72和74是由计算的系数SA控制，用于发送的衰减和噪声注入控制。系数SA是由系数确定装置44确定的，其功能由图3说明。
系数SA不直接控制任一乘法器72或74，而是该系数被变换为均方根变量，以保持功率控制而不是幅度的控制。系数SA至少用在一个查找表62，64，该表存储正弦三角函数。在该查找表中存储的值代表零至九十度的正弦值，正弦值从零到壹变化，被编码为控制系数SA的要求的计算精度，例如五百分之一，SA的最大值。用于查表正弦值ERR的乘法器72的输出以乘法器74的相反方向被驱动。因为ERR的衰减增加，必须注入更多的噪声。乘法器74控制噪声信号NXA的注入，如上所述，这种注入还经乘法器76和系数NATT控制。当SA的值从零(ERR无衰减)变到其最大值，如500(全衰减和全噪声注入)，则乘法器72输出端的信号电平从它的满幅度(即ERR的全出现值)变为零。类似的，当SA的值从零到500，则乘法器74的输出从零变为它的满幅度，即平均噪声最低限度的满值。照这样，ERR和NXA的幅度以计算的系数SA的函数被衰减。其结果在永和结84求和，通过一个任选的线性/对数变换器52耦合到发送出线路SO。
为了恰当地分别控制ERR信号的RMS值和注入的噪声，乘法器72的控制输入从一个线性变数(SA)变换为一个正弦函数。一个目的是对于SA的任何值，在输出端都保持恒定的噪声功率。因此，不管SA为何值，RMS(ERR最低限度)＝RMS(NXA)。由于功率电平正比于每个噪声源幅度的平方和的平方根，所以正弦查表提供所要求的结果。正弦查表存储零到90度的正弦函数。分开的正弦查表62，64可为SA和为500-SA端而设置，如所示的或者同样的表可为二者所使用。
不论近端说话者，远端说话者，或者双方都在使用，SA的值都以正比例的方式而不是阀值的方式进行控制。当近端说话者使用时，SA的值当然应该是零，这样，使得ERR信号被直接加到发送出线路SO上，而没有衰减或者注入超过目前在发送输入SI上的附加噪声。反之，当远端说话者在使用时，SA的值应该是其最大值，以致于ERR中的残余回声被抑制，而且足够的附加噪声被注入该输出端(虽然实际噪声的抑制与ERR的抑制一起)，以保持在该信号中平均噪声满电平NXA，该信号沿发送输出SO到达远端说话者。在这两种情况下，控制SA为零或为其最大值将保持在发送输出端中的预期信号，使得回声消除器的工作不会产生对在远端听到的信号的干扰。但是，在这两个状态之间，需要解决是否要或者在多大程度上对ERR信号进行衰减或注入噪声。
根据本发明，两种极端模式之间的改变是逐渐进行的，其中ERR直接加在发送输出端SO，和ERR被抑制，以及噪声被注入都是逐渐进行的。已经确定了ERR通过模式和ERR抑制模式(噪声注入)之间的逐渐改变对于收听者基本上是透明的，而突变是可容易地检测的。因此，不是把零或500加到存储在ROM中的正弦查表中，而是SA的值在500和零之间以预定的间距增加或减少。
衰减系数确定装置44计算变量CCR，它正比于从远端说话者的接收信号RXLin的幅度，最好是RXLin绝对值的平均幅度RAVG。系数确定装置44的工作情况在图3中详细说明。CCR对RAVG的具体比率CONST[D]可以大于或小于由回声返回衰耗(ERL)和回声返回衰耗增强(ERLE)考虑所确定的值。在任何情况下，当近端说话者讲话时，两个内部标准相符。EAVG变得大于CCR，而且由于从远端来的信号与从近端说话者来的信号不太相关，产生ERR信号的求和点88两端上的衰耗基本上为零。因此，当EAVG＜CCR和(SAVG-EAVG)＜CONST[E]时，SA迅速地减至零。CONST[E]可被选来反映要求的回声返回衰耗增强(ERLE)的灵敏度。减少SA使得从近端说话者来的话音信号被耦合到发送输出端SO(而且去掉额外噪声的注入)。因此，更多的近端发送输入被发送到远端。SA例如在每个数据样值以等于CONST[F]的间距连续地被减少。CONST[F]被设置为一个值，使得很快地减至零，例如在SI的信号初始的两毫秒内。
当出现远端说话者时，加到发送入端口SI的回声信号与从相关过程来的估计的回声有关。这就在产生ERR信号的求和点88产生一个回声返回衰耗，即SAVG-EAVG增加到超过定义阀值或灵敏度的CONST[E]。换句话说，远端回声信号在发送入端口SI被收到，因此，SA应增加以阻止残余回声信号被返回到远端。在这种情况下，SA以等于CONST[G]的间距迅速增加，并达到SA最大值的限度，在这个例子中是500。
如果符合这两种情况的任一情况，例如由于近端和远端都无声，那么SA就慢慢地减为零。最好是在一到五秒内SA减为零。这样逐渐地把发送输入SI耦合到发送输出端SO，去掉对传输到远端的信号注入模拟噪声。
图5是说明在近端和远端信号出现时SA随时间变化的定时图。如图中如示，本发明的装置使得SA对近端或远端的话音进行快速响应。在双方都讲话的情况下，条件EAVG＞SAVG×CONST[E]和EAVG＞CCR成为事实，把优先权给予近端讲话者。更重要的是在这种情况下不要限制近端讲话者的话音，然后设法阻止小的残余回声，这残余回声可能会被近端讲话者的话音掩盖。这样，该装置自适应地响应这情况。当近端信号中止时，SO仍然接到ERR直到检测到远端信号。当远端信号中止时，为了把近端信号最佳地耦合到远端，SI慢慢地(1-5记录)耦合到SO，而且噪声NXA慢慢地从SO去掉耦合。在两端都无声时，该装置慢慢地把实际的发送入信号耦合到发送输出端。由于转变是逐步的，远端收听者不会觉察到回声消除器工作中的任何明显的变化(特别是在噪声和回声中的变化好像是通信链路出现耦合和去耦合)。
因此本发明是用于消除回声的回声消除器20，该回声是由于在近端传输路径28上接收输入端RI的接收信号和在发送输出端SO的发送信号之间的耦合引起的，该回声是发送输入SI到回声消除器20的信号的再生，加在从近端说话者传送到远端收听者的信号上，回声消除器包括一个自适应卷积处理器50，可计算传输路径28对于时间的脉冲响应，该卷积处理器50接到接收输入RI，可用于从接收信号和脉冲响应计算预期的回声值。求和点88被接到发送输入SI和卷积处理器50，求和点88把预期的回声值从耦合到发送输出的上述接收信号中减去，因而产生一个包括从近端说话者发送的信号和残余回声的误差信号ERR。装置38，36确定在发送输入SI的相对于时间的平均绝对值，以获得发送平均值SAVG，和在接收输入的时间的平均绝对值以获到接收平均值RAVG。非线性处理器82接到误差信号ERR和发送输出端SO，非线性处理器82响应装置38，36，用于确定平均值SAVG和RAVG，它包括至少一个乘法器72，可工作在一个可变的范围以衰减作为发送平均SAVG和接收平均RAVG的各个电平的函数的误差信号ERR。除了一些例外情况外，非线性处理器82随着接收平均值RAVG的增加而增加衰减误差信号ERR，和随着发送平均值SAVG的增加而减少衰减误差信号ERR。当平均信号电平之间的一定关系满足时，它表明一个讲话者在说话，则误差信号ERR的衰减SA迅速改变。否则衰减SA逐渐地改变。如图3和4中所示的，该关系涉及发送，接收和误差平均值的比较，也可包括与预定电平的比较。该预定的电平可部分的设定为该平均电平的函数。
通过在预设置极限之间增加和减少衰减系数SA，非线性处理器82确定上述衰减电平。装置60，62，64用于把衰减系数SA的线性变化变换为均方根变化，该均方根变化可被耦合到乘法器72，这样根据发送输入SI和接收输入RI的功率电平可以控制该衰减。把衰减系数的线性变化变换为均方根变化的装置可包括装置62，64，进行三角变换，例如正弦函数查表。
为了控制注入适当数量的模拟噪声，装置42确定衰减系数NATT，它产生一个等于信号ERR的噪声最低限度的噪声信号NXA。噪声最低限度信号可变化地耦合到发送输出SO，使得以保持在输出端恒定噪声电平所需要的电平注入模拟噪声信号。噪声最低限度源信号NXA和该输出SO之间的耦合衰减是反比于非线性处理器82对误差信号ERR的衰减。因此，注入的模拟噪声和从该信号来的衰减噪声在发送输入基本上仍然等于噪声最低限度电平。
非线性处理器82通过增加和减少预置极限之间的衰减系数来确定误差信号ERR的衰减电平，而噪声注入装置74，84，响应同样的衰减系数SA控制ERR的衰减。
最好是，装置60用于把衰减系数SA的线性变化变换为均方根变化，均方根变化可被耦合到乘法器72或74，使得根据功率电平可控制衰减和噪声注入装置。非线性处理器82可以至少包括响应于衰减系数SA的两个乘法器72和74，这两个乘法器的一个72把可变衰减加到发送输入SI和卷积处理器50的输出的和中，而这两个乘法器的第二个74把可变衰减加到平均噪声最低限度电平NXA中，第二个乘法器74的输出被加到在求和点84的上述发送输入和卷积处理器50的输出的和中。
第三个乘法器76可把恒定电平噪声输入NX加到由发送平均值SAVG与噪声平均值FAVG的比较确定的最低限度噪声电平系数NATT中，装置42用于下向偏置最低限度噪声电平系数NATT，用于建立最低限度噪声电平NXA。
本发明最好包括噪声注入和ERR可变衰减。但是，可以想象，可以只提供这两个特性中的一个而撇开另一个不管。同样，也可以在任何包括已公开的各个特征的全功能的回声消除器或非线性处理器，都将落入本发明的范围之内。对于已经公开的，本主题作出另外变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的。为了确定本发明的范围，在该范围内提出了独有的权利应该根据所附的权利要求，而不是前面叙述的实施例。
权利要求
1.一种回声消除器，用于消除由于在近端传输路径上在接收输入接收的信号和在发送输出发送的信号之间的耦合产生的回声，该回声是在发送输入端到该回声消除器的信号的再生，叠加在从近端说话者发送到远端收听者的信号上，该回声消除器包括可用于计算传输路径相对于时间的脉冲响应的一个自适应卷积处理器，该卷积处理器接到该接收输入端，而且可以从接收的信号和从该脉冲响应计算该回声预期值；接到发送输入端和卷积处理器的一个求和点，该求和点把回声预期值从耦合发送输出端的上述接收信号中减去，因而产生了包括从近端说话者发送的信号和残余回声的误差信号；用于确定相对于发送输入时间的平均绝对值，以便获得发送平均值，以及确定相对于接收输入时间的平均绝对值以便获得接收平均值的装置；和接到误差信号线和发送输出端的非线性处理器，该非线性处理器响应上述确定平均值的装置的信号，它包括至少一个乘法器，该乘法器可工作在可变的范围内，以衰减作为发送平均值和接收平均值各电平的函数的误差信号。
2.根据权利要求1的回声消除器，其中非线性处理器随着接收平均值的增加而增加对误差信号的衰减，并且随着发送平均值的增加而减少对误差信号的衰减。
3.根据权利要求1的回声消除器，其中非线性处理器随着在求和点衰耗的增加而增加对误差信号的衰减，并且随着在求和点衰耗的减少而减少对误着信号的衰减。
4.根据权利要求2或3的回声消除器，其中，当上述发送平均值，上述接收平均值和在求和点衰耗中的一个值超过相应的电平时，误差信号的衰减被迅速改变，而当低于上述相应的电平时，误差信号的衰减逐渐地减少。
5.根据权利要求4的回声消除器，其中上述相应的电平是由误差信号超过接收平均值(EAVG＞RAVG×CONST[D])，发送平均值(EAVG＞SAVG×CONST[E])和上述求和点的衰耗之一的量值确定的。
6.根据权利要求1的回声消除器，其非线性处理器通过增加和减少预置极限之间的衰减系数来确定衰减电平，该处理器还包括把衰减系数的线性变化变换为根方根变化的装置。均方根可变化操作地被耦合到该乘法器，这样，根据发送输入端，接收输入端之一的功率电平和求和点的衰耗可以控制该衰减。
7.根据权利要求6的回声消除器，其中把衰减系数的线性变化变换为均方根变化的装置包括进行三角变换的装置。
8.根据权利要求7的回声消除器，其中进行三角变换的装置包括一个正弦函数查表。
9.根据权利要求2的回声消除器，还包括确定和存储发送平均绝对值的平均最小值的装置，该值确定最低限度噪声电平，和接到发送输出端的一个噪声注入装置，利用非线性处理器，该噪声注入装置可变化地操作注入反比于误差信号衰减电平的模拟噪声信号，直到上述最低限度噪声电平的最大值，因而在发送输入端注入的模拟噪声与信号中衰减的噪声之和仍然基本上等于最低限度噪声电平的电平。
10.根据权利要求3的回声消除器，还包括确定和存储求和点输出端的绝对值的平均最小值的装置，该平均最小值确定最低限度噪声电平，和接到发送输出端的一个噪声注入装置，利用非线性处理器，噪声注入装置可变化操作地注入反比于误差信号衰减电平的模拟噪声信号，直到上述最低限度噪声电平的最大值，因而在发送输入端注入的模拟噪声与信号中衰减的噪声之和仍然基本上等于最低限度噪声电平的电平。
11.根据权利要求9或10的回声消除器，其中非线性处理器通过增加和减少预置极限之间的衰减系数来确定误差信号的衰减电平，而其中的噪声注入装置响应该衰减系数，当发送平均值和接收平均值之一低于相应的预定的阀值时，上述衰减和上述噪声注入迅速地增加和减少，而当发送平均值和接收平均值都超过上述相应的预定的阀值时，则逐渐地增加和减少。
12.根据权利要求11的回声消除器，还包括把衰减系数的线性变化变换为均方根变化的装置，该均方根变化可操作地耦合到乘法器，这样，根据功率电平可以控制衰减和噪声注入装置。
13.根据权利要求12的回声消除器，其中非线性处理器包括至少两个响应衰减系数的乘法器，这两个乘法器中的一个乘法器把可变的衰减加在发送输入端的卷积处理器的输出之和上，这两个乘法器的第二个乘法器把变化的衰减加在平均噪声最低限度电平上，第二个乘法器的输出被加到在求和点的发送输入与卷积处理器输出之和上。
14.根据权利要求13的回声消除器，还包括可把恒定电平的噪声输入加到由发送平均值与噪声平均值的比较确定的最低限度噪声电平系数上的第三个乘法器和下向偏置最低限度噪声电平系数以便确立该最低限度噪声电平的装置。
15.一种回声消除器，用于消除由于在近端传输路径上在接收输入接收的信号和在发送输出发送的信号之间的耦合产生的回声，该回声是在发送输入到该回声消除器的信号的再生，叠加在从近端说话者发送到远方收听者的信号上，该回声消除器包括可用于计算传输路径相对于时间的脉冲响应的一个自适应卷积处理器，该卷积处理器接到该接收输入端，而且可以从接收的信号和从该脉冲响应计算该回声的预期值;接到发送输入端和卷积处理器的一个求和点，该求和点从耦合到发送输出端的上述接收信号中减去回声的预期值，因而产生包括从近端说话者发送的信号和残余回声的误差信号;确定相对于发送输入端接收输入端和误差信号的时间的平均绝对值，以获得相应的发送平均值，接收平均值和误差平均值的装置;误差信号线和发送输出端的一个非线性处理器，该非线性处理器响应确定平均值的装置的信号，而且包括一个噪声注入装置，可变操作地注入背景噪声到作为平均值的相应电平函数的发送输出端中，这样可以获得保持恒定输出噪声电平。
16.根据权利要求15的回声消除器，还包括一个恒定电平的噪声源，和用于确定发送平均值的最小电平，确定噪声最低限度的装置，其中非线性处理器包括至少一个乘法器，用于随着接收平均值和在求和点的衰耗之一的增加而增加衰减该噪声最低限度，以及随着发送平均值的增加和求和点衰耗的减少的情况之一而减少衰减噪声最低限度，来确定要求的注入噪声电平以便获得上述恒定输出噪声电平。
17.根据权利要求16的回声消除器，其中当发送平均值，接收平均值和在求和点的衰耗之一超过相应的电平时，噪声最低限度的衰减被迅速改变，而当低于相应电平时，噪声最低限度的衰减逐渐地减少。
18.根据权利要求17的回声消除器，其非线性处理器通过增加和减少预置极限之间的衰减系数来确定上述衰减的电平，和还包括把衰减系数的线性变化变换为均方根变化的装置，均方根变化可操作地耦合到乘法器，使得根据发送输入端和接收输入端的功率电平可控制该衰减。
19.根据权利要求18的回声消除器，其中把衰减系数的线性变化变换为均方根变化的装置包括进行三角变换的装置。
20.根据权利要求19的回声消除器，其中进行三角变换的装置包括一个正弦函数查表。
21.根据权利要求20的回声消除器，其中非线性处理器通过增加和减少预置极限之间的衰减系数来确定噪声最低限度的衰减电平，以及其中的非线性处理器还包括接到误差信号线的第二个乘法器，第二个乘法器响应该衰减系数并且可操作地衰减耦合到发送输出端的误差信号。
22.根据权利要求21的回声消除器，其中非线性处理器包括三个乘法器，可操作地把恒定电平的噪声输入加到由发送平均值与噪声平均值的比较确定的最低限度噪声电平系数，和下向偏置最低限度噪声电平系数以便确立该最低限度噪声电平的装置。
23.根据权利要求21的回声消除器，其中非线性处理器包括第三个乘法器，可操作地把恒定电平噪声输入加在由求和点平均输出与噪声平均值的比较确定的最低限度噪声电平系数上，和向下偏置最低限度噪声电平系数以便确立该最低限度噪声电平的装置。
24.一种非线性处理器，用于回声消除器中消除由于在近端传输路径上在接收输入的接收信号和在发送输出的发送信号之间的耦合产生的回声，该回声是在发送输入到该回声消除器的信号的再生，叠加在从近端说话者发送到远端收听者的信号上，该回声消除器具有可操作地计算传输路径相对于时间的脉冲响应的自适应卷积处理器，该卷积处理器接到接收输入端，从接收信号和从脉冲响应计算回声的预期值，和接到发送输入端及卷积处理器的一个求和点，该求和点从接到发送输出的上述接收信号中减去回声的预期值，因而产生了包括从近端说话者发送的信号和残余回声的误差信号，该非线性处理器包括确定在发送输入的信号平均值和误差信号平均值的装置;一个乘法器，可变操作地衰减作为平均值相应电平的函数的误差信号。
25.一种非线性处理器，用于回声消除器中消除由于在近端传输路径上在接收输入的接收信号和发送输出的发送信号之间的耦合产生的回声，该回声是在发送输入到该回声消除器的信号的再生，叠加在从近端说话者发送到远端收听者的信号上，该回声消除器具有可操作地计算传输路径相对于时间的脉冲响应的自适应卷积处理器，该卷积处理器接到接收输入，从接收信号和从脉冲响应计算回声的预期值，在接到发送输入端及卷积处理器的一个求和点，该求和点从接到发送输出的上述接收信号中减去回声的预期值，因而产生了包括从近端说话者发送的信号和残余回声的误差信号，该非线性处理器包括确定在发送输入的信号平均值和误差信号平均值的装置;和一个噪声注入装置，可变地把背景噪声注入作为平均值的相应电平函数的发送输出，以获得保持恒定输出的噪声电平。
全文摘要
具有计算和减去预期回声的自适应卷积处理器的回声消除器，有连接在误差信号及发送输出端的非线性处理器。该处理器响应平均值，在连续范围内，以发送和接收信号出现的函数衰减误差信号。确定发送信号的平均最低限度噪声电平，噪声注入装置接到发送输出端，以反比于误差信号的衰减注入模拟噪声信号，直到最低限度噪声电平最大值。误差信号(包括发送信号)衰减的逐渐调节和输出噪声电平保持在输入的平均背景电平，使回声消除器操作对远端收听者不明显。
文档编号H04B3/23GK1059628SQ91108560
公开日1992年3月18日 申请日期1991年8月2日 优先权日1990年8月3日
发明者R·金特 申请人:相干通讯系统公司