专利名称：用于通信系统中噪音和回声抑制的交流中心削波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统，特别地涉及在双向的通信链路中噪音和回声抑制。
在许多通信系统中，例如陆线和无线的电话系统，话音信号常常在两个系统用户之间通过双向的通信链路传送。在这样的系统中，接近最终用户的语音一般由近端麦克风在通信链路一端检测，然后通过该链路传送到远端扬声器，以便复制和提供给远端用户。反过来，远端用户的语音由远端麦克风检测然后通过该通信链路传送给近端扬声器，用于复制和提供给近端用户。在该通信链路的任一端，由最近的麦克风检测的扬声器输出可以通过该通信链路不注意地传送回，从用户观点可以产生不可接受的破坏反馈或者回声。此外，如果在任何可听的频率，近端麦克风的往返增益大于1，则系统将倾向“啸叫”，正如在本技术中众所周知的。
因此，为了避免这样的不希望的回音信号的传输，麦克风输入应该与扬声器输出隔离。利用常规的电话手机，其中该手机麦克风位于靠近这个用户的嘴，虽然手机扬声器基本上覆盖用户的耳朵，需要的隔离是容易地实现的。然而由于便携电话机的物理尺寸已经减少，和由于免持扬声器电话机已经大大流行，厂商已经朝着设计麦克风和扬声器可以在物理上彼此位于接近又相对地远离该用户的方向。结果，需要更复杂的回声抑制技术已经变成调制解调器系统中最重要的。
在免持汽车电话机的情况下特别地需要发出音的，在此关闭的车辆的环境可以引起耦合回到高增益免持麦克风的扬声器信号的多重反射。车辆的移动和用户的相对方向与强度的改变和反射信号，例如由于窗口打开和关闭或者由于用户在驾驶时移动他的头，更进一步复杂化了汽车环境中的回声抑制的任务。另外，近来开发的数字电话机通过声码器处理语音信号，引入明显的信号延迟并产生非线性信号失真。众所周知的，从用户的观点，这些延长的延迟倾向于加大信号回声的问题，且另外的非线性失真可以使得回声抑制困难。
传统地，回声抑制已经使用回声抵销电路实现，该回声抵销电路特意用于接近和删除从麦克风输出的反射信号，以使仅仅近端语音通过该通信链路发送。这些系统例如在美国专利No.5,475,731中描述的，该专利引用在这里供参考。虽然在引用的参考文件中描述的系统通常抑制反射信号是有效的，但是那些系统的某些方面使得它们在某些程度上是不切实际的。例如，正如在下面更详细地描述的，当在麦克风输入发生环境噪声时，在这样的系统内的残余回声抑制电路可以相对地无效。由于在汽车电话机情况下道路和话务，环境噪声是平凡的事和可以出现的。因此，如果系统是可用的它是有利的，其中该系统的所有的回声抑制特征甚至在存在环境噪声时可以有效地起作用。
另外，可用系统的某些方面不是很适合于，其中近端用户和远端用户是同时地说话的双交谈情形。例如，因为从远端用户观点，在可用系统内部的残余回声抑制电路可以无法忍受畸变近端信号，在双交谈情形期间它们通常停用。然而，通过无效所有的或者一部分的回声抑制特征，常规的系统可能易受其它问题的影响。例如，在下面更详细地描述的，由常规的系统采用自适应的滤波回声抵销器提供回声抑制可能是不够的，缺乏残余回声抑制，因为由用于处理信息信号的分量引入的非线性。因此，如果系统是可用的，则它是有利的，其中该系统的所有的回声抑制方面甚至可在双交谈情形期间都可使用。总之，实际需要一个改进技术，用于抑制双向通信链路中的回波信号。
本发明通过提供用于处理包含时间变化主要分量和时间变化辅助分量的输入信号的一个回声抑制设备，来产生输出信号，满足上面描述的和其它的需要，其中基本上抑制该时间变化辅助分量。在示例的实施例中，该回声抑制设备包括一个输入节点，用于接收该输入信号，和连接到该输入节点用于处理该输入信号产生该输出信号的一个中心削波器。该中心削波器使用具有可变中心的削波窗口并设置用于衰减该输入信号的辅助分量的一个削波阈值。
在另外一个示例的实施例中，一个移动站包括用于接收近端音频输入和用于产生传送给远端用户的近端音频输出的麦克风。该示例的移动站还包括用于给该移动站的近端用户广播由远端用户产生和在该移动站接收的远端音频信号的扬声器。在该移动站中，回声抑制电路用于衰减麦克风从扬声器接收输出得到的近端音频信号的回声分量。该回声抑制电路包括具有可调整的削波中心的一个削波窗口的一个交流中心削波器。在下文参见示于附图中的说明性的例子更详细地说明本发明的上面描述的和附加特征。本领域的技术人员容易理解，所描述的实施例提供用于说明和理解的目的，并且在这里设想许多等效的实施例。
图1描述常规的回声抑制电路。
图2描述采用数字滤波器和残余回声抑制电路的一个常规的回声抵销系统。
图3描述例如在图2的系统中使用的常规的中心削波器的操作。
图4描述根据本发明的教导构成的交流中心削波器的操作。
图5描述根据本发明的教导构成的回声抑制系统的一个示例的实施例。
图6描述根据本发明的教导构成的回声抑制系统的第二示例的实施例。
图7描述根据本发明的教导构成的回声抑制系统的第三示例的实施例。
图8描述例如在图6的实施例中使用的近端移动站收发信机可以接收的远端音频信号。
图9描述例如在图6的实施例中使用的麦克风输出可能出现的近端音频信号。
图10描述例如在图6的实施例中使用的交流中心削波器的输出可能出现的输出音频信号。
图11描述例如在图6的实施例中使用的麦克风的输出可能出现的有噪声的近端音频信号。
图12描述例如在图6的实施例中使用的交流中心削波器的输出可能出现的输出音频信号。
图1描述例如在蜂窝无线电通信系统的移动站中实现的常规的回声抑制电路。如在图1中所示的，无线电收发信机30连接到一个天线，分别用于接收从该移动站来的信息信号和传送给该移动站。在接收路径中，无线电收发信机30连接到话音活动性检测器140，话音活动性检测器140又连接到衰减器130。衰减器130的输出连接到扬声器20。在传送路径中，麦克风10连接到话音活动性检测器100，话音活动性检测器100又连接到一个衰减器110。衰减器110的输出连接到无线电收发信机30的输入。判定块120从该话音活动性检测器100、140接收输入和产生馈送给衰减器110、130的输出。
在操作中，在无线电收发信机30接收的、对应于由通信系统中的远端用户传送的话音信号的信息信号被处理和通过扬声器20广播给该移动站的近端用户。同时，在麦克风10拾取的声音被处理和通过无线电收发信机30传送给远端用户。由麦克风10输出的音频信号可能包括几个分量。例如，它可能包含对应于该移动站的近端用户的语音的一个主要分量，以及辅助分量，该辅助分量可能包括对应于由扬声器20输出和由麦克风10拾取的声音的反射信号，和对应于在该移动站站点存在的环境噪声的噪音信号。在此该移动站是位于汽车里的移动电话机，环境噪声源包括近端用户的话务，移动，和麦克风它本身的移动(例如，当麦克风连接到太阳护目镜(sun visor))。
正如在上面描述的，反射信号对通信系统的用户是非常讨厌的。实际上，如果允许反射信号在通信系统的用户之间未衰减的通过，该系统事实上可能在许多实际的世界应用中是不能使用的。因此，诸如在图1中描述的常规的回声抑制电路已经用于防止反射信号来回地通过通信系统的用户之间。图1的配置实现一个熟知的和简单的回声抑制的方法，其中在任何给定的时间仅仅传送一个用户的语音。换言之，当近端用户说话时，远端用户的传送路径被衰减或者静音，反之亦然。
例如，当在图1的无线电收发信机30接收来自远端用户的话音信号时，话音活动性检测器140侦测该远端用户在说话和指示那个事实给判定块120。判定块120则控制该衰减器110衰减甚至静音由麦克风10输出的音频信号，因此防止近端输入被传送给远端用户。类似地，话音活动性检测器100的输出指示该移动站的近端用户是否正在说话。如果是这样的话，则判定块120控制衰减器130衰减或者静音来自远端用户的声音传输。用这种方式，当正在说话时，近端用户，远端用户都听不到他或者她自己的话音的延迟回波。然而，传送信号中建立突然的转换和当近端用户不注意地产生噪音或者只是打算利用快的″OK″使远端用户放心时，可能不稳定地切断远端用户的语音。因此，图1的系统在许多环境中可能是令人不满意的。
为了缓和以图1的常规的系统相关的问题，已经开发了更复杂的回声抑制电路。例如，图2描述在美国专利No.5,475,731中公开的回声抑制电路。如图所示的，回声抑制电路210包括一个回声抵销器，它包括一个滤波280和一个求和设备250，以及一个残余回波抑制器225，它包括一个中心削波器205和一个包络线检测器215。如图2所示，回声抑制电路210可以合并入蜂窝无线电通信系统中的移动站。操作中，在该移动站的收发信机(未表示)接收来自远端用户的话音信号。根据使用的传输信道的类型，在收发信机接收然后传到图2的电路的信息信号可以是模拟或者数字的。然而，在图2的电路中，假定移动站收发信机输出是数字的。如图所示的，接收的信号通过可选择的接收数字信号处理机290产生数字扬声器信号LD。数字扬声器信号LD则通过数模转换器240一般产生模拟扬声器信号LA。模拟扬声器信号LA又用于驱动扬声器20一般产生扬声器音频信号AL。同时，在麦克风10上拾取近端音频信号AM产生模拟麦克风信号码。麦克风音频信号码是通过模拟数字转换器220以便产生数字麦克风信号MD。正如在上面描述的，近端音频信号AM以及数字麦克风信号MD可能包括几个信号分量，包括近端话音，近端噪音和远端回声。该回声抑制电路210用于抵销麦克风信号MD的远端回声分量。
如图2所示的，麦克风信号MD输入给一个节点的求和设备250。同时数字扬声器信号LD通过滤波器280馈送，和滤波器280的输出270输入给另外一个节点的求和设备250。求和设备250的输出260馈送给中心削波器205，同时正如在下面描述的，反馈给滤波器280。滤波器280的输出270也输入给包络检测器215，和包络检测器215的输出输入给中心削波器205。中心削波器205的输出传送给移动站收发信机(未表示)。滤波器280是一个多个抽头的滤波器，正如本领域众所周知的，具有一个传递函数或者脉冲响应，接近从扬声器20到麦克风10的路径。与从扬声器20到麦克风10的路径相关的真实的传递函数是频率的函数，在其他所有事物中，取决于扬声器20和麦克风10的相对物理放置以及移动站的近端用户的位置。因此滤波器280的传递函数应该连续地更新。假设滤波器280的传递函数表示真实的传递函数的合理的近似值，则滤波器280的输出270表示麦克风信号MD的回声分量的接近的近似值。因此，求和设备250的输出260表示麦克风信号MD的回声抵销版本。假设低的近端噪音，和假设近端用户未说话，则求和设备250的输出260应该是零，而不论远端用户是否正在说话。因此，求和设备250的输出260在本领域有时是指误差信号。正如在本领域知道的，误差信号260可以用于更新滤波器280的滤波系数，使得滤波器280的传递函数表示在扬声器20和麦克风10之间真实的传递函数的合理的近似值，即使真实的传递函数改变(例如由于近端用户移动)。
由滤波器280和求和设备250提供的回声抵制可能在某些应用中是不够的。例如，实际上滤波器280的传递函数可能从来不完全地会聚到真实的传递函数，由于扬声器20和用于处理信号的其它分量(例如信号转换器放大器或者传感器)的非线性度。因此，除了由滤波器280和求和设备250提供的以外，残余回声抑制可以是必需的。在图2的电路中，残余回声抑制由中心削波器205和包络检测器215提供，二者在本领域中是众所周知的。中心削波器205的操作由输出对输入函数300在图3中描述。当输入到该中心削波器的信号260的幅度在由削波阈值310、320定义的削波窗口内时，中心削波器205的输出保持零。然而，当输入到该中心削波器205的信号260的幅度超过削波阈值310、320时，中心削波器205的输出跟踪中心削波器1对1的输入。因此，低的幅度误差信号被削波和实现残余回声抑制。
如在图2中所示的，滤波器280的输出270输入给包络检测器215，而包络检测器215的输出又馈送给中心削波器205。包络检测器215的输出用于调整中心削波器205的削波阈值310、320，使得中心削波器仅仅在远端用户说话时才是有效的。换言之，削波阈值310、320分别随着滤波器280输出的增加和减少而增加和减少。这是必需的，以使当近端用户正在说话和远端用户无声时不抑制麦克风信号的重要的低的幅度分量。
然而应注意，当近端用户和远端用户同时地在说话(即在双方交谈期间)，近端话音信号的重要的低幅度部分被抑制，或者被削波。在双方交谈期间，这样的低的幅度削波在许多应用中可能无法接受，因此在双方交谈期间常规的系统典型地使残余回声抑制无效。然而，正如在上面描述的，那么做也许不是所希望的。还应注意，如果残余反射信号是重叠在麦克风信号MD的其它分量上，图2的残余回声抑制电路225可能失败。换言之，麦克风信号MD的噪音或者近端话音分量可能产生误差信号260，具有幅度位于中心削波器205的削波阈值310、320的外部的一个幅度。如果是这样的话，则图2的残余回声抑制电路225将是无效的。
有利地，本发明教导用于抑制信息信号中的噪音和回声分量的方法和装置，其中克服了在上面相对于图1，2和3描述的问题。特别地，本发明教导具有可调整窗口中心的削波窗口的一个中心削波器。这样的中心削波器可能适当地称为交流中心削波器，这样的中心削波器的削波窗口可以设置为跟踪时间变化的或者交流(AC)输入信号。这样一个交流中心削波器例如可以由下面的伪码实现ac_clip(交流中心削波器)ac_clip(输入，delta，old_out)返回该输入值的交流中心削波的型式。
input＝输入值delta＝+/-削波阈值(即削波窗口的1/2)old_out＝从最后的呼叫输出给ac_clip削波窗口的中心在该输入信号的初始值开始和保持在那里，作为交流中心削波器的输出那样，直到输入信号移动到该削波窗口的外部为止。在那时，削波窗口的中心和交流中心削波器的输出转变到概略地跟踪该输入信号的幅度。
如果old_out＜input-delta，new_out＝input-delta，则函数new_out＝ac_clip(input，delta，old_out)；elseif old_out＞input+delta，new_out＝input+delta；否则new-out＝old-out；结束在图4中描述使用上面的列出的伪代码移动削波窗口中心实现的交流中心削波器的特点的一个例子。在图4中，直线410表示包括具有10单元期间和25单元幅度的第一正弦曲线和具有100单元期间和100单元幅度的第二正弦曲线的总和的一个信息信号。在图4描述的模拟中，交流中心削波器的削波阈值固定在25单元。信息信号410例如可能表示麦克风信号MD，诸如在图2中描述的。信息信号410的第一低频正弦曲线分量可能例如表示在图2的麦克风10拾取的低频噪音或者话音信号。信息信号410的第二更高频率的正弦曲线分量例如可能表示由扬声器20产生和由图2的麦克风10拾取的回音信号。
在图4中，虚线400表示使用上面列出的伪代码实现的交流中心削波器的输出。如图所示的，该信息信号的高幅度、低频分量通过该交流中心削波器，而该信息信号的低幅度的高频分量基本上被交流中心削波器抑制。因此，“骑在另外一个信号分量顶上”的反射信号分量容易被交流中心削波器衰减。正如在下面描述的，交流中心削波器的这个方面能有利地使用不仅仅抑制反射信号甚至噪音的出现，而且甚至在双方交谈情形期间实现残余回声抑制。
经过对比，常规的中心削波器诸如示于图2的中心削波器不能抑制图4的反射信号，如果信息信号410的整个幅度超过常规的中心削波器的固定中心削波窗口。因此，为了实现在图4中描述的回声抑制电平，常规的中心削波器的削波窗口必须制做足够大以便捕获反射信号和低频信号分量。然而，这样做将如此严重地失真，从远端用户观点，如果不是无法忍受的，该信息信号将是讨厌的。结果，常规的中心削波器不能有效地使用，如果在环境噪声或者双方交谈情形期间它完全能使用。
图5描述例如在蜂窝无线电通信系统中使用移动站的独立的噪音和回波抑制器的交流中心削波器40。如图所示的，麦克风10的输出输入给交流中心削波器40，而交流中心削波器40的输出传到移动站收发信机(不表示)。交流中心削波器的削波阈值设置等于一个常数。移动站收发信机的输出对应于在该收发信机从远端用户接收的话音信号，被连接到扬声器20。如图5所示，从麦克风10输出的麦克风信号M和扬声器信号L输入给扬声器20，可以正常化以便在范围-1至1内。另外，交流中心削波器40的削波阈值也可能正常化为0至1。应该理解，麦克风信号M和扬声器信号L可以是数字或者模拟的，如果适当的话。图5的交流中心削波器40起着在上面相对于图4描述的，因此提供作为独立的噪音和回波抑制器作用的实用性。然而，因为交流中心削波器可能引入某些失真，如图4中所示的，当图5的系统的远端用户不说话时，它可能有利于减少交流中心削波器的结果。
因此，图6描述本发明的一个示例的实施例，其中用于抑制近端话音信号的噪音和回声分量的交流中心削波器以一种方式控制，将对近端语音信号的影响减到最小。如图所示的，从麦克风10输出的麦克风信号M输入给交流中心削波器40。交流中心削波器40的输出连接到移动站收发信机(未表示)。从移动站收发信机输出的接收信号L输入给扬声器20。正如在图5的系统中，麦克风信号M和扬声器信号L可以是模拟或者数字的，如适当的话，可以规范到-1至1的范围。
在图6中，扬声器信号L输入给包络检测器50，包络检测器50例如可以构成为一个指数下降峰值检测器。设置检测器50的时间常数，使得检测器50的输出P的下降速率不比扬声器20和麦克风10之间的音频路径相关的下降速率快。换言之，由扬声器信号L峰值引起的检测器输出P的峰值的下降应该不比在麦克风10拾取的对应的回音信号(包括反响)更快。然而，峰值检测器的下降速率不应该如此慢使得近端传输较大地失真。在图6中，检测器输出P也可能规范为0至1的范围，被连接到乘法器600，在此它乘以一个参数HPEAK，该参数是从扬声器20到麦克风10的音频路径的真实传递函数H的估计量。传递函数估计量HPEAK以及峰值检测器的时间常数可以基于在实验的系统执行的测试预设，或者做为选择可以在安装和校准期间为每个特定的系统设置。乘法器600的输出使用作为交流中心削波器40的削波阈值。
在操作中，当图6的系统的远端用户是无声时，扬声器信号L的幅度是零，将作为包络检测器50的输出P。因此，乘法器600的输出Δ是零和交流中心削波器40将起通过的作用，对麦克风信号M没有影响。做为选择，当远端用户正在说话时，扬声器信号L为非零，作为包络检测器50的输出P。因此，乘法器600的输出Δ为非零，和交流中心削波器40将起相对于图4描述的作用。用这种方式，交流中心削波器40仅仅当需要时才是有效的。换言之，仅仅当远端用户正在说话时它才是有效的。结果，交流中心削波器40用来抑制单方交谈情形中的回声，在单方交谈情形中仅仅远端用户正在说话，但是它没有失真单方交谈情形中的近端话音信号，在该情形仅仅近端用户正在说话。注意，可能存在于远端信号或者可能在远端信号的模拟数字转换期间引入的任何直流偏移可以从输入给包络检测器50的信号中删除(例如，如果合适的话，通过交流耦合或者高通滤波)，以使不人工地和不必要地高的作出安排交流中心削波器40的削波阈值。
在双方交谈情形期间，由于扬声器信号L的非零幅度，交流中心削波器40是在使用中。因此，除了抑制回声以外，交流中心削波器40部分地失真近端话音信号。然而，在双方交谈期间，因为由交流中心削波器40引入的失真与由具有足够大的削波窗口以便实现回声抑制的常规的中心削波器引入的失真相比是轻微的，本发明的交流中心削波器40不需要切断。结果，交流中心削波器40可能作为用于全部时间的回声抑制的有效的技术，甚至在没有包括诸如示于图2的一个自适应的滤波器的″真实的″回声抵消器。经过对比，常规的中心削波器不能有效地使用，如果在图6描述的配置中它完全能被使用。
图6的配置例如当与预先列出的伪代码一起使用时可使用下列伪代码模拟peak_det(峰值检测器)peak_det(输入，极点，old_out)返回该输入的峰值幅度和恶化的前面的输出值。因此随着该输入出现输出，但是在输入峰值之后慢慢地下降。
input＝输入值pole＝在IIR指数下降滤波器中实际的极点的Z平面中的位置(注意为了稳定性，0＜极点＜1)old_out＝从最后的呼叫输出给peak_detfunction new_out＝peak_det(输入，极点，old-out)new_out＝max(abs(输入)，极点*old_out)；echo_sup(回波抑制器)echo_sup(far_end，near_end，pole，Hpeak)返回near_end信号的交流中心削波型式。
根据far_end信号包络调整削波窗口阈值(或者delta)。
far_end＝远端用户信号near_end＝近端用户信号pole＝峰值检测器的极点Hpeak＝音频路径估计量功能[clip，peak]＝echo_sup(far_end，near-end，pole，Hpeak)如果长度(far_end)～＝长度(near_end)差错(“矢量必须是相同的长度。”)结束N＝长度(far_end)；old-peak＝0old_clip＝0；peak＝零(1，N)clip＝零(1，N)；对于i＝1Npeak(i)＝peak_det(far_end(i)，pole，old-peak)；old-peak＝peak(i)；clip(i)＝ac_clip(near_end(i)，Hpeak*peak(i)，old_clip)；old_clip＝clip(i)；结束图8-12说明图6的交流中心削波器配置的性能。图8描述例如可以在图6的移动站收发信机接收的示例的远端话音信号。如在图8中所示的，远端信号可能包括无声期间对应于一个远端用户交替地说话然后等候来自近端用户的响应的混合语音的脉冲串。远端语音800的一个这样的脉冲串由图8中的一个括号识别。图8的远端信号例如通过图6的扬声器20输出。
图9描述例如在图6的麦克风10的输出出现的近端信号。如在图9中所示的，近端信号可能包括近端和远端语音交替的脉冲串。在图9中，远端脉冲串900和近端脉冲串910由括号识别。远端脉冲串900例如代表由于扬声器20的输出在图6的麦克风10的输出出现的回声信号分量。近端脉冲串910例如代表由于近端用户说话进入麦克风10在图6的麦克风10的输出出现的近端语音信号分量。
图10则描述例如对应于图6的交流中心削波器40的输出的一个处理的信号。如图所示的，该处理的信号可能包括由无声期间分开的近端语音的脉冲串。近端语音脉冲串1010和无声期间1000由图10的括号识别。近端脉冲串1010对应于图9的近端脉冲串910。无声期间1000指示存在于交流中心削波器40输入的远端脉冲串900已经被抑制。换言之，仅仅允许该近端话音脉冲串通过该远端用户，而远端脉冲串或者回声被抑制。注意，图8，9和10代表有小的近端噪音的情形。
经过对比，图11和12代表有相当大的近端噪音的情形。正如在上面描述的，在移动汽车电话机的情况下这样的近端噪音可能来自道路噪音或者来自近端用户的物理移动。图11描述一个示例的近端信号，包括重叠在近端噪音上的近端和远端语音的交替的脉冲串。远端脉冲串1110，近端脉冲串1100和噪音期间1120在图11中由括号识别。假定图11的近端信号馈送给图6的交流中心削波器40，图12则描述该交流中心削波器40的示例的输出。如图所示的，交流中心削波器有效地抑制近端信号的回声分量，甚至在存在明显的近端噪音时。
在前面的讨论中，假设远端信号是相对地无噪音的。注意，然而，如果远端信号是有噪声的，则包络检测器输出和因此交流中心削波器的削波阈值通常是非零的，即使当远端用户不说话时。结果，在近端单个交谈和无交谈情形中交流中心削波器不希望地引入近端信号失真的电平。因此，本发明教导在某种意义上交流中心削波器的削波阈值减少与远端噪音电平成比例的一个数量是有利的。例如在图6的实施例中，包络检测器50的输出可用于提供远端噪音的指示，它可以从乘法器600的输出减去以提供交流中心削波器40的削波阈值Δ。远端噪音指示可以从包络检测器50的输出得到，例如从零逐渐地增加噪音指示变量和使用检测器输出覆盖(capping)它，以使它跟踪远端信号包络的低极限。这样一个方法例如使用在上面提供的回声抑制伪码的下列修改模拟。
echo_sup(回波抑制器)echo_sup(far_end，near-end，pole，Hpeak)返回近端信号的交流中心削波型式。
根据远端信号的包络调整削波窗口阈值(或者delta)和由远端信号中的噪音电平减少。
Far-end＝远端用户信号near-end＝近端用户信号pole＝峰值检测器的极点
Hpeak＝音频路径估计量Noise＝远端噪音的指示Scale＝用于增加噪音指示的乘数Offset＝用于增加噪音指示的偏移比例和偏移根据经验确定和设置用于建立远端噪音指示增加的要求速率。在下面表示的值引起噪音指示在大约65535样值中从零增加到2^(-8)和在大约65536样值中加倍了(65536样值对应于大约8秒的8kHz抽样率)。注意时间常数与远端噪音的幅度无关。
函数[clip，peak]＝echo_sup(far_end，near_end，pole，Hpeak)，如果长度(far_end)＝长度(near_end)差错(‘矢量必须是相同的长度’)结束N＝长度(far_end)；old-peak＝0；old_clip＝0；噪音＝0；比例＝1+1/65536；偏移＝2^(-24)；peak＝零(1，N)；clip＝零(1，N)；对于i＝1；Npeak(i)＝peak_det(far_end(i)，pole，old-peak)；old-peak＝peak(i)；noise＝噪音*比例+偏移；noise＝min(noise，peak(i))；threshold＝Hpeak*peak(i)-噪音)；clip(i)＝ac-clip(near-end(i)，threshold，old_clip)；old_clip＝clip(i)；结束注意当交流中心削波器的削波阈值根据源信号(即回声产生信号)中的噪音电平调时，则交流中心削波器电路可用于有效地提供网络回声抑制，其中近端和远端回声两者都被抑制。换句话说，如图6所示的，交流中心削波器电路可用于抑制来自近端信号的远端信号回声，和类似的交流中心削波器电路可用于抑制来自远端信号的近端信号回声。例如，在替代的实施例中，图6的扬声器信号L在馈送给扬声器20和包络检测器50之前通过第二交流中心削波器(未表示)，和第二包络检测器(未表示)用于根据第一交流中心削波器40的输出提供第二交流中心削波器的削波阈值。因为第二交流中心削波器的削波阈值以类似于在上面相对于第一交流中心削波器40描述的方式正比例于近端信号的噪音电平减少，在扬声器20产生的远端信号无不适当地失真，和双交流中心削波器电路提供有效的双向(音频和网络)的回声抑制。
虽然图6的配置可能在某种意义上是非常有用的，组合本发明的交流中心削波器与传统的回声抵消器的噪音和回声抑制特性它可能也是有利的。图7描述这样的组合的示例的实施例。如图所示的，对应于从远端用户收到的声音传输的扬声器信号L连接到扬声器20。在麦克风10的输出产生的麦克风信号M连接到回声抵消器700的一个输入，和回声抵消器700的输出E连接到交流中心削波器40的一个输入。交流中心削波器40的输出连接到移动站收发信机(未表示)。扬声器信号L也连接到回声抵消器700的第二输入和包络检测器50的一个输入。包络检测器50的输出P连接到乘法器750的输入，在此它乘以扬声器20和麦克风10之间音频传递函数H的估计量Hpeak，产生一个输出，该输出又输入给第二乘法器740。回声抵消器700的收敛输出C输入给MAX逻辑块760，参数F连接到MAX逻辑块760的第二输入和MAX逻辑块760的输出输入给第二乘法器740。如图所示的，第二乘法器740的输出A被用作交流中心削波器40的削波阈值。
在操作中，回声抵消器700起在上面相对于图2描述的作用。简单地说，回声抵消器700包括一个求和设备710，一个滤波器720和最小均方(LMS)逻辑块730。滤波器720用于产生麦克风信号M的回声分量的估计量。该估计量则在求和设备710与麦克风信号M组合产生误差信号E。滤波器720的滤波系数及时地调节以致滤波器720的脉冲响应接近在扬声器20和麦克风10之间存在的音频传递函数H。正如本技术领域公知的，滤波器720的系数可以使用误差信号E连同最小均方算法更新，例如在LMS块730中实现的。
因为真实的传递函数H可能随时间改变，例如由于在近端移动站的噪音条件改变，滤波器720的系数不断地更新。当移动站首次加电时，或者当相对地稳定的最普通的传递函数H突然地改变时，将有一个有限的时间期间，在滤波器720的传递函数是相对地差的近似该真实的传递函数H期间有一个有限的时间期间。然而，由于滤波系数是响应误差信号E更新的，滤波器720的传递函数将朝着真实的传递函数H方向会聚。因此，认为回声抵消器700根据滤波器720的传递函数是否为真实的传递函数H的好的近似值而分别会聚或者不会聚。
正如在美国专利申请1995年12月27日提交的、序号No.08/578,944、名称为“Gauging Convergence of AdaptiveFilters”中描述的，LMS逻辑块730可能用来产生指示回声抵消器700收敛的相对电平的输出C。虽然表示图7的回声抵消器700是一个传统的LMS类型回声抵消器，其它更复杂的回声抵消器以及用于测量那些回声抵消器的收敛的设备是本发明设想的。例如见上述美国专利申请序号No.08/578,944，引用在这里供参考。
在图7的系统中，回声抵消器700的收敛输出C用于调整交流中心削波器40的削波阈值AA％％％％，以使交流中心削波器40作为一个残余回波抑制器和需要时提供超出由回声抵消器700提供的回声抑制。正如在下面更详细地描述的，当回声抵消器700是非收敛时，交流中心削波器40的作用是最大化，然后随着回声抵消器700收敛而减小，以使交流中心削波器40引入的任何失真减到最小。然而回想一下，因为回声抵消器700可能由于扬声器20和其它信号处理部件的非线性从来不完全地收敛，可能希望保持交流中心削波器40使用中，至少在一定程度上，即使当回声抵消器700大大地收敛。此外，正如相对于图6描述的，交流中心削波器40不需要在任何时候完全无效，甚至在双方交谈情形期间。再一次，这代表超过常规的固定中心的中心削波器的重要的优点。
如在图7中所示的，收敛输出C输入给MAX逻辑块760，正如是一个固定参数F。收敛输出C可以规范化为0至1的范围，在此1代表完全地无收敛状态和0代表完全地收敛状态。然后MAX逻辑块760提供对应回声抵消器700的收敛输出C或者最低标准参数F的输出，任何一个都是更大的。因此，正如在下面进一步描述的，参数F作为“最低标准”，用于交流中心削波器40的削波阈值和防止交流中心削波器40完全地无效，即使当回声抵消器700是大大地收敛。参数F在实践中设置以产生要求的最小值交流中心削波器效果。注意虽然参数F表示作为图7中的固定常数，可能刚好最普通的系统条件动态地调节。
如图所示的，图7的MAX逻辑块760的输出在第二乘法器740乘以第一乘法器750的输出。第一乘法器750，包络检测器50和参数HPEAK如在上面相对于图6描述的那样操作。因此，第二乘法器740的输出Δ代表回声抵消器700的收敛状态和从远端用户收到的输入电平的组合。因为乘法器740的输出Δ用作交流中心削波器40的削波阈值，交流中心削波器40的效果不断地调节到一个适当的电平。
例如，如果回声抵消器700完全地非收敛(即，如果收敛输出C是1)，则MAX逻辑块760的输出是1，削波阈值Δ等于第一乘法器750的输出，而交流中心削波器的效果最大化。正如相对于图6描述的，然而仅仅当远端信号为非零时第一乘法器750的输出才为非零。当回声抵消器700收敛(即当收敛输出C从1朝着0下降时)，该MAX逻辑块760的输出跟踪该收敛输出C和下降低于1，以使交流中心削波器40的效果减少。当回声抵消器700变得高度地收敛(即正如收敛输出C接近0)时，MAX逻辑块760的输出等于最低标准参数F，和交流中心削波器40的效果是一个最小值。然而假定，最低标准参数F为非零，交流中心削波器40继续根据要求作为一个残余回声和噪声抑制器操作。
注意图7描述仅仅一个有用的配置。用于产生削波阈值Δ的参数C，F，Hpeak，P的其它组合，以及用于产生参数C，F，Hpeak，P本身的其它技术，这些都是可能的和预期的。因此，本领域的技术人员将理解，本发明不限于在这里用于说明目的已经描述的特定的示例性的实施例。本发明的范围由所附的权利要求书定义而不是由上面的描述定义，而且与权利要求书的含意一致的所有的等效物都包含在其中。
权利要求
1.一种信号处理设备，包括用于接收输入信号的一个输入节点；和连接到所述输入节点的一个信号处理器，用于处理该输入信号产生一个输出信号，其中该输出信号是使用具有可变中心的削波窗口中心削波该输入信号产生的。
2.根据权利要求1的设备，其中该削波窗口的可变中心根据输入信号的值变化。
3.根据权利要求1的设备，其中该削波窗口包括一个固定削波阈值。
4.根据权利要求1的设备，其中该削波窗口包括一个可变的削波阈值。
5.根据权利要求4的设备，其中该可变的削波阈值根据在该输出信号中被抑制的输入信号的分量值而变化。
6.根据权利要求1的设备，其中该削波窗口包括一个上削波阈值和一个下削波阈值，其中该上和下削波阈值彼此无关地设置。
7.根据权利要求6的设备，其中该上和下削波阈值根据在该输出信号中被抑制的输入信号的至少一个分量而变化。
8.根据权利要求1的设备，其中使用一个数字信号处理集成电路实时地实现所述信号处理器。
9.根据权利要求1的设备，其中所述信号处理器使用一台计算机以软件实现。
10.根据权利要求1的设备，其中所述信号处理器使用一个模拟电路实时地实现。
11.一种处理信息信号的方法，包括步骤使用一个削波窗口根据信息信号值调整该削波窗口的中心进行中心削波该信息信号。
12.根据权利要求11的方法，其中该信息信号是双向通信系统中的语音信号。
13.根据权利要求11的方法，其中该信息信号是在蜂窝无线电系统中的移动站输入的语音信号。
14.根据权利要求11的方法，包括根据该信息信号的一个分量值调整该削波窗口的削波阈值的附加的步骤。
15.根据权利要求14的方法，其中该信息信号是在双向的通信系统中的一个语音信号，和其中用于调整该削波阈值的该信息信号的分量是一个回声信号。
16.一种处理输入信号以便产生一个输出信号的方法，其中存在于该输入信号的信号分量基本上被抑制，该方法包括步骤接收该输入信号；使用具有可变中心和可变削波阈值的一个削波窗口进行中心削波该输入信号，产生该输出信号；及时和根据该输入信号的值调整该削波窗口的中心；及时和根据存在于该输入信号的信号分量的值调整该削波阈值；并输出该输出信号。
17.根据权利要求16的方法，其中所述调整该削波阈值的步骤包括以下步骤将存在于该输入信号的信号分量源提供给峰值检测器的输入；和使用该峰值检测器的输出作为调整该削波阈值的基础。
18.根据权利要求16的方法，其中该输入信号是在双向的通信系统中的语音信号，并且其中存在于该输入信号的信号分量是一个回声信号。
19.一种移动站，包括一个中心削波器，用于处理信息信号，其中该中心削波器的削波窗口包括一个可调整的中心。
20.根据权利要求19的移动站，其中该削波窗口的可调整中心是根据处理的信息信号的值而变化的。
21.根据权利要求19的移动站，其中该削波窗口包括一个可调整的削波阈值，和其中该削波阈值是根据被处理的信息信号的分裂的分量值变化，以便基本上抑制该分裂的分量。
22.用于处理输入信号以便产生一个输出信号的一种回声和噪音抑制设备，该输入信号包括一个随时间变化的主要分量和一个随时间变化的辅助的分量，其中该随时间变化的辅助的分量基本上被抑制，包括用于接收该输入信号的一个输入节点；连接到所述输入节点的一个中心削波器，用于处理该输入信号以便产生该输出信号，其中所述中心削波器包括具有一个可变的中心和设置用于衰减该输入信号的辅助的分量的一个削波阈值的削波窗口；和连接到所述中心削波器的一个输出节点，用于输出该输出信号。
23.根据权利要求22的设备，其中该削波窗口的可变中心根据该输入信号的值调节。
24.根据权利要求22的设备，其中该削波窗口包括一个固定削波阈值。
25.根据权利要求22的设备，其中所述中心削波器的削波阈值是可变的并根据输入信号的辅助分量的源的值来调节。
26.根据权利要求22的设备，还包括放置在该输入信号的辅助的分量源和所述中心削波器之间的一个包络检测器，其中包络检测器的输出正比于该辅助的分量的源的值，且将该包络检测器的输出用于调整所述中心削波器的削波阈值。
27.根据权利要求26的设备，其中所述包络检测器是一个指数下降的峰值检测器。
28.根据权利要求27的设备，其中将所述指数下降峰值检测器实现为具有大约255/256个极点的一个无限脉冲响应数字滤波器。
29.根据权利要求26的设备，还包括放置在所述包络检测器和所述中心削波器之间的一个乘法器，其中该包络检测器的输出乘以从该输入信号的辅助分量的源到所述输入节点的路径的有效的传递函数的估计量，并将所述乘法器的输出用于调整所述中心削波器的削波阈值。
30.根据权利要求29的设备，其中该估计量设置等于一个常数，其中该常数大约是2。
31.根据权利要求22的设备，其中所述输入节点连接到通信系统中的一个移动站的麦克风的输出，其中所述输出节点连接到该移动站的收发信机，其中该输入信号的主要分量是由该移动站的近端用户对麦克风说话产生的话音信号，和其中该输入信号的该辅助分量是由该移动站的扬声器广播由该移动站的远端用户产生的话音信号产生的回声信号。
32.一种用于处理输入信号以便产生一个输出信号的方法，该输入信号包括随时间变化的主要分量和随时间变化的辅助分量，其中随时间变化的辅助分量基本上被抑制，包括步骤接收该输入信号；使用具有可变中心和一个削波阈值的削波窗口进行中心削波该输入信号以产生该输出信号，设置该削波阈值用于抑制该输入信号的辅助分量；根据该输入信号的值及时调整该削波窗口的中心；以及输出该输出信号。
33.根据权利要求32的方法，还包括步骤检测该输入信号的辅助分量的源的值；和根据所述检测步骤的结果及时地调整该削波窗口的削波阈值。
34.在通信系统中的一种移动站，包括一个麦克风，用于接收在移动站输入的近端音频和用于产生近端音频信号，该近端音频信号传送给在该通信系统中的远端用户；一个扬声器，向该移动站的近端用户广播远端音频信号，该远端音频信号是由该远端用户产生的并且是在该移动站接收的；和一个回声抑制电路，用于衰减该近端音频信号的回声分量，该近端音频信号是由麦克风接收来自扬声器的输出产生的，其中所述回声抑制电路包括具有可调整的削波中心的一个削波窗口的中心削波器。
35.根据权利要求34的移动站，其中该可调整的削波中心是根据该近端音频信号的值调整的。
36.根据权利要求34的移动站，其中根据该远端音频信号的值调整该中心削波器的可变削波阈值。
37.根据权利要求36的移动站，其中该回声抑制电路包括接收该远端音频信号并且产生输出的峰值检测器，该输出正比于该远端音频信号的值，且其中该中心削波器的削波阈值是根据该峰值检测器的输出调整的。
38.根据权利要求17的方法，其中调整该削波阈值的步骤包括步骤调整该削波阈值的、使用指示存在于该输入信号的信号分量的源中的噪音电平的值作为一个附加的基础来调整该削波阈值。
39.根据权利要求21的移动站，其中该削波阈值被减少了指示该信息信号的分裂分量的源中的噪音电平的值。
40.根据权利要求25的设备，其中该削波阈值减少了指示该输入信号的辅助分量的源中的噪音电平的值。
41.根据权利要求26的设备，其中该包络检测器的输出用于产生指示在该输入信号的辅助分量的源中的噪音电平的噪音值，和其中该削波阈值减少了正比于所述噪音值的一个数量。
全文摘要
一个用于处理信息信号的回声和噪声抑制设备抑制干扰信号分量。在示例的实施例中,该回声抑制设备包括具有可调整的窗口中心的削波窗口的一个交流中心削波器。交流中心削波器的削波阈值设置为衰减该干扰信号分量,和该削波窗口的中心根据该信息信号的值变化,以使不必要的分量被抑制,即使当该信息信号包含一个显著的噪音分量。在另一个示例的实施例中,提供一个移动的无线电站,包括一个麦克风,用于接收近端音频输入和用于产生近端音频输出,该输出传送给远端用户。该示例的移动站还包括一个扬声器,用于给移动站的近端用户广播一个远端音频信号,该远端音频信号是由远端用户产生然后在移动站接收。在该移动站内的回声抑制电路用于衰减由该移动站麦克风接收来自移动站扬声器的输出引起的近端音频信号的回声分量。该回声抑制电路包括具有可调整的削波中心的削波窗口的一个交流中心削波器。
文档编号H04M9/08GK1247663SQ97181914
公开日2000年3月15日 申请日期1997年12月10日 优先权日1996年12月31日
发明者E·D·罗梅斯布尔格 申请人:艾利森公司