专利名称：用于计算回声测量值的方法和装置的制作方法
技术领域：
该发明涉及用于计算无线电通讯系统中回声测量值的方法和装置。
背景技术：
在无线电通讯系统中，回声是一个常见的问题。对于用户来说，回声是非常令人讨厌的，尤其在具有相对较长传输延迟的无线电通讯系统中-例如，在卫星无线电通讯系统和蜂窝无线电通讯系统中-更是这样。因此，已经开发了一些用于抑制回声的方法。
在一种已知的回声抑制技术中，接收到的信号首先经过处理来确定是否存在回声。如果检测到回声，那么接收到的信号就被处理来抑制回声，如果没有检测到回声，就不采用任何回声抑制措施。
传统的回声检测技术依赖于通过对远端(发送)和近端(接收)信号能量的测量来确定是否存在回声。不幸的是，这些回声检测技术的准确性不足以在某些应用中给出很好的性能。
发明概要该发明的一个目标是给出用于计算无线电通讯系统中回声测量值的新方法和装置。
该发明的一个方面给出一种方法，该方法用于计算近端信号中远端信号的回声测量值。该方法包括(1)为大量连续时间段上的每一段确定远端信号的远端谱。
(2)为大量连续时间段上的每一段确定近端信号的近端谱。
(3)为大量谱对中的每一对分别确定近端谱和远端谱之间的相关测量值，这些谱对中的每一对都分别包括一个近端谱和一个远端谱，远端谱对应于某一时间段，该时间段比对应于近端谱的时间段滞后一个时间延迟量。
(4)比较相关测量值来确定一个最大的相关测量值。
根据该发明的方法基于近端和远端信号的频谱在时间上的展开式之间的比较来计算回声的测量值。
最大相关测量值可以与一个预定值比较，当最大相关值超过预定值时，可以确定检测到了回声。或者，最大相关测量值可以被用做回声的非二进制测量值。
近端和远端谱可以是近端和远端谱包络，即，如象离散傅立叶变换(DFTS)产生的谱经过时间平均后的光滑谱。
另外可选的，远端信号可以是LPC编码的语音信号，为大量连续时间段中的每一段确定远端谱包络的步骤包括为每一个连续时间段从LPC编码语音信号的LPC系数和激励参数中获取谱包络。同样地，近端信号也可以是LPC编码的语音信号。为大量连续时间段中的每一段确定近端谱包络的步骤包括为每一个连续时间段从LPC编码语音信号的LPC系数和激励参数中获取谱包络。在这种情况中，回声测量计算技术可以用在无线电通讯系统中的下述情况中，在这种情况中并不访问语音信号本身，而是仅访问LPC编码的语音信号。因此，回声测量计算技术可以应用在语音编码器或解码器之外的地方，而不需要额外的解码和编码操作。因此，该技术在蜂窝无线电通讯系统的编解码旁路配置中尤为有用，在该系统中，无线电通讯系统的网络部分仅对编码的信号进行存取。
此外，该发明的这种变型可以在复杂度极小的情况下实现，因为已经可以获得的LPC系数包括需要的涉及近端和远端信号的频域信息。
该方法可以进一步包括在回声检测的基础上估计回声延迟，其方式为确定对应于最大相关测量值的时间滞后量。
该方法还可以包括在回声检测的基础上估计回声返回损耗，其方式是确定近端信号能量值与远端信号能量值之间的比值，其中近端信号能量值与第一时间段有关，远端信号能量值与第二时间段有关，第二时间段比第一时间段滞后一个回声延迟量，该回声延迟量与第一时间段有关。
估计的回声延迟量和回声返回损耗可以被用来确定采用哪种信号处理技术来最有效地抑制回声。
该发明的另一个方面给出一装置，该装置用来计算近端信号中远端信号的回声测量值。该装置包括处理器，存储器，该存储器用来存储由处理器执行的指令。这些指令包括(1)用来为大量的连续时间段中的每一段确定远端信号的远端谱的指令；(2)用来为大量的连续时间段中的每一段确定远端信号的近端谱的指令；
(3)为大量谱对中的每一对分别确定近端谱和远端谱之间的相关测量值的指令，每个谱对中分别包括一个近端谱和一个远端谱，远端谱对应的时间段滞后于近端谱对应的时间段一个时间滞后量；(4)用于比较相关测量值来确定最大相关测量值的指令。
该发明的又一个方面给出一种处理器可读存储介质，该介质用来存储由处理器执行的指令。该存储介质存储一个指令组包括(1)用来为大量的连续时间段中的每一段确定远端信号的远端谱的指令；(2)用来为大量的连续时间段中的每一段确定近端信号的近端谱的指令；(3)为大量谱对中的每一对分别确定近端谱和远端谱之间的相关测量值的指令，每个谱对中分别包括一个近端谱和一个远端谱，远端谱对应的时间段滞后于近端谱对应的时间段一个时间滞后量；(4)用于比较相关测量值来确定最大相关测量值的指令。
附图简要描述仅参考附图，下面通过例子对该发明的实施方案进行描述，其中
图1是一个无线电通讯系统的示意方框图，该系统包括根据该发明实施方案的回声测量值计算装置。
图2A,2B,2C为流程图，它们表示根据该发明实施方案用于回声测量值计算的方法中的步骤。
图3是表示用于实施回声抑制的方法中的步骤。
实施方案的详细描述图1是一个无线电通讯系统的示意方框图，该系统包括根据该发明实施方案的回声测量值计算装置100。
计算装置100包括一个处理器110和表现为存储器120的处理器可读存储介质，该介质存储由处理器110执行的指令。处理器110有一个近端信号输入端口112，在该端口上处理器接收LPC编码的近端语音信号，该处理器还包括一个远端信号输入端口114，在该端口上处理器接收LPC编码的远端信号。处理器110执行存储在存储器120中的指令来处理近端和远端信号以便象下面描述的那样计算出近端信号中远端信号的回声测量值。
图2A,2B,2C为流程图，它们表示了处理器110根据存储在存储器120中的指令而执行的用于计算近端信号中远端信号的回声测量值的步骤。
对于每一个连续20ms的时间段，处理器110为近端信号接收一个LPC编码的信息帧，并为远端信号接收一个LPC编码信息帧。处理器110执行存储的指令来从每个编码信息帧中获得一组LPC系数及一组激励参数。
处理器110进一步执行存储的指令来为约100HZ到2KHZ范围内的M个fi值和对应于时间k的帧从对应于时间k的近端信号帧的LPC系数和激励参数中计算出近端谱SN(fi,k)。同样的，处理器110进一步执行存储的指令来为100HZ到2KHZ的M个fi值和对应于时间K的帧从对应于时间K的远端信号帧的LPC系数和激励参数中计算出远端谱SF(fi,k)。M一般为8到12，过去L个20ms的时间段上的远端谱被存储在存储器中以便用于下面描述的计算中。L的选取是根据期望的回声延迟值来进行的。例如，如果期望的回声延迟的范围是240ms到360ms，L至少为18(用来从LPC系数和激励参数中获得谱的方法取决于所使用的具体的LPC编码方案，并且该方法对于LPC编码领域中的技术人员来说是众所周知的。)处理器110还执行存储的指令来根据LPC系数和激励参数为对应于时间k的近端信号帧计算近端信号能量RN(k)，并根据LPC系数和激励参数为对应于时间k的远端信号帧计算远端信号能量RF(k)。近端信号能量在预定数量的帧上被平均，一般是在2或3帧上做平均。远端信号能量也在预定数量的帧上被平均，过去L个20ms时间段上的远端信号能量平均被存储在存储器120中用在下面描述的计算中(用来从LPC系数和激励参数中获得信号能量的方法取决于所使用的具体的LPC编码方案，并且该方法对于LPC编码领域中的技术人员来说是众所周知的。)处理器110执行存储的指令来根据下面等式计算近端和远端谱的指数平均。
S-F]]>(fi,k)=λ1·S-F]]>(fi,k-1)+(1-λ1)·SF(fi,k)对于i=1 to M (1)S-N]]>(fi,k)=λ1·S-N]]>(fi,k-1)+(1-λ1)·SN(fi,k)对于i=1 to M (2)
λ1一般为0.5。
交叉频谱分量的指数平均也被根据下面等式计算出来SFN2-(fi,k)1=λ1·SFN2-(fi,k-1)1+(1-λ1)·SF(fi,k-1)·SN(fi,k)]]>对于i=1 to M和l=L0,L0+1,...,L (5)其中L表示时间滞后量，L0是最小期望回声路径延迟，L是最大期望回声路径延迟，这些值中的每一个表示整数个20ms的时间段。
处理器110还执行存储的指令来根据下面等式计算近端谱和远端谱的方差。
(按从k-L到k存储)过去L个20ms时间段的远端信号方差被存储在存储器120中用于下面描述的计算。
远端信号方差被分成两组。组A包括为200HZ到920HZ频率子段计算的方差，该频率段通常包括语音信号的第一共振峰频率。组A中的方差被比较，并确定最大方差，对应于最大方差的频率由fA表示。组B包括为1160HZ到1800HZ之间的频率子段计算的方差，该频率段一般包括语音信号的第二共振峰频率。组B中的方差被比较，并确定最大方差，对应于最大方差的频率由fB表示。
处理器110还执行存储的指令来根据下面等式为最小回声延迟L0和最大回声延迟L之间的每个时间滞后量在频率fA和fB处计算协方差。ρi2(l,k)=(SFN2-(fi,k)1-SF-(fi,k-1)·SN-(fi,k))2var(SF(fi,k-1))·var(SN(fi,k))i=A,B---(8)]]>
处理器110还执行存储的指令来平均这两个频率上的协方差，从而为L0到L之间的每个时间滞后量获取一个平均协方差。ρ2(l,k)=12Σi=A,Bρi2(l,k)---l=L0,L0+1,...L---(9)]]>然后处理器110执行存储的指令来确定平均协方差的最大值。ρmax2(k)=lmax(ρ2(l,k)) =ρ2(l0,k)(10)时间滞后l0对应于平均协方差的最大值。平均协方差的最大值是近端信号中远端信号的回声的一个测量值，该值可以象下面描述的那样使用。
处理器110又执行存储的指令来将最大平均协方差与一个预定值进行比较(一般大约为0.1)。如果最大平均协方差超过了预定值，处理器110确定近端信号的帧k包括回声。
当近端信号的帧K被确定包含回声时，处理器110接着执行指令来根据下式计算对应于最大平均协方差值的时间滞后l0的指数平均，从而估计回声延迟D(k)。λ2一般为大约0.9到0.95。
D(k) =λ2·D(k-1)+(1-λ2)·l0(k) (11)当帧k确定包含回声时，处理器110还进一步执行存储的指令来统计连续的回声帧。如果平均协方差的最大值超过一个预定值(该值可能超过用来第一次确定回声的预定值，这使得回声的存在更加确定)，连续回声帧数超过一个预定的最小数(一般为2或3)并且在滞后于当前时间段一个回声延迟量的时间段上的平均远端信号能量超过了预定的阈值时，回声返回损耗(ERL)被根据下式从上面计算出的平均信号能量中估计出来。ERL(k)=λ2·ERL(k-1)+(1-λ2)·RN-(k)RF-(k-l0)---(12)]]>
其中RN(k)和RF(k-l0)分别是近端和远端信号能量的平均。
回声延迟D(k)和回声返回损耗ERL(k)被用在处理器110的进一步操作中来确定如图3中表示的最有效的回声抑制处理。如果回声延迟D(k)小于一个阈值延迟量，一般为10ms，则不采用回声抑制。如果回声返回损耗ERL(k)大于一个阈值损耗，一般对于大约50ms的回声延迟为45-50dB，则不采用回声抑制。但是，如果回声延迟D(k)超过一个延迟阈值，并且回声返回损耗ERL(k)低于损耗阈值，处理器110就执行存储的指令来用舒适的噪声代替帧k的信号。在更复杂的实施方案中，对于当前帧，损耗阈值可以是回声延迟D(k)的函数。
如果平均协方差的最大值不超过预定值，处理器110认为近端信号的帧k不包含回声，并且不采取行动来抑制这帧近端信号中的回声及计算回声延迟或计算回声返回损耗。
上面描述的实现可以在不偏离发明原理的情况下被修改。例如，上面举例的具体参数值以及用于在时间上做平均的特定方法，近端和远端谱的计算，近端和远端谱的相关测量值的计算都可以用其它的参数和方法来代替。实际上，如果该发明被应用于不同的LPC编码方案，至少有一些修正可能是适当的。上面给出的参数可能对于IS-54标准制定的VSELP编解码最合适。
在上面描述的实施方案中，计算所得的回声测量值被用来驱动回声抑制。然而，该回声测量值也可被用在很多其它的应用中，在这些应用中，回声测量值是很有用的，它包括但不限于稀疏回声的消除。
在上面描述的实施方案中，平均协方差的最大值与一个预定值比较来确定可检测回声是否存在。平均协方差的最大值可以与多个预定值比较来估计回声的相对大小。然后，回声的相对大小值被用来确定下一步什么样的信号处理步骤是适当的。对于不同的回声大小值会采用不同的信号处理方法。实际上，平均协方差最大值本身就可被用做回声大小的测量值。
在上面描述的实施方案中，最大协方差值从两个频率子段中被选择出来并被求平均，其中这两个频率子段包括第一和第二共振峰。通过强调在期望的信噪比为最大的频率上测得的特征，该方法在合理的计算复杂度上增加了技术鲁棒性。可以采用更多的频率子段来捕获在其它的共振峰频率上的特征值。
所有的修正都在下面的某些或全部权利要求定义的范围之内。
权利要求
1．用于计算近端信号中远端信号的回声测量值的方法，包括为大量的连续时间段中的每一段确定远端信号的远端谱；为大量的连续时间段中的每一段确定近端信号的近端谱；为大量谱对中的每一对分别确定近端谱和远端谱之间的相关测量值，每个谱对中分别包括一个近端谱和一个远端谱，远端谱对应的时间段滞后于近端谱对应的时间段一个时间滞后量；比较相关测量值来确定最大相关测量值。
2．如权利要求1定义的方法，其特征在于还包括当最大相关测量值超过一个预定值时，确定回声被检测到。
3．权利要求1定义的方法，其特征在于确定远端谱的步骤包括确定远端谱包络；确定近端谱的步骤包括确定近端谱包络；确定相关测量值的步骤包括确定近端谱包络和远端谱包络之间的相关测量值。
4．如权利要求3定义的方法，其特征在于远端信号为LPC编码的语音信号，为每个连续时间段确定远端谱包络的步骤包括从LPC编码语音信号的LPC系数和激励参数中为每个所述连续时间段得出所述的谱包络，以及近端信号为LPC编码的语音信号，为每个连续时间段确定近端谱包络的步骤包括从LPC编码语音信号的LPC系数和激励参数中为每个所述连续时间段得出所述的谱包络。
5．如权利要求1定义的方法，其特征在于确定近端谱和远端谱之间的相关测量值的每一步分别包括为大量频率子段中的每一段确定近端谱和远端谱之间的互协方差。
6．如权利要求5定义的方法，其特征在于确定近端谱和远端谱之间的相关测量值的每一步包括对互协方差值求平均。
7．如权利要求5定义的方法，其特征在于确定近端谱和远端谱之间的互协方差的每一步包括在时间上计算近端谱和远端谱的平均值。
8．如权利要求2定义的方法，其特征在于还包括基于检测回声，通过确定对应于最大相关测量值的时间滞后量来估计回声延迟。
9．如权利要求8定义的方法，其特征在于估计回声延迟的步骤还包括确定回声延迟值在时间上的平均。
10．如权利要求2定义的方法，其特征在于还包括基于检测回声，通过确定远端信号能量值与近端信号能量值之间的比例来估计回声返回损耗。近端信号能量值与第一时间段有关，远端信号能量值与第二时间段有关，第二时间段滞后于第一时间段的值为与第一时间段有关的回声延迟量。
11．如权利要求10定义的方法，其特征在于通过在大量超前于第一时间段的时间段上对近端信号能量求平均来确定近端信号能量值。及通过在大量超前于第二时间段的时间段上对远端信号能量求平均来确定远端信号能量值。
12．如权利要求10定义的方法，其特征在于仅在远端信号能量值超过一个预定值的时间段上进行确定近端信号能量值和远端信号能量值之间比例的步骤。
13．如权利要求10定义的方法，其特征在于仅在预定数量的连续时间段被确定包含回声之后才进行确定近端信号能量值和远端信号能量值之间比例的步骤。
14．用于计算近端信号中远端信号的回声测量值的装置，该装置包括一个处理器和一个存储器，该存储器存储由处理器执行的指令，这些指令包括用来为大量的连续时间段中的每一段确定远端信号的远端谱的指令；用来为大量的连续时间段中的每一段确定近端信号的近端谱的指令；为大量谱对中的每一对分别确定近端谱和远端谱之间的相关测量值的指令，每个谱对中分别包括一个近端谱和一个远端谱，远端谱对应的时间段滞后于近端谱对应的时间段一个时间滞后量；用于比较相关测量值来确定最大相关测量值的指令。
15．如权利要求14中定义的装置，其特征在于所述指令还包括当最大相关测量值超过一个预定值时确定回声被检测到的指令。
16．如权利要求13中定义的装置，其特征在于确定远端谱的指令包括确定远端谱包络的指令；确定近端谱的指令包括确定近端谱包络的指令；确定相关测量值的指令包括确定近端谱包络和远端谱包络之间的相关测量值的指令。
17．如权利要求16中定义的装置，其特征在于还包括可用来接收LPC编码的近端信号的近端信号输入端口和可用来接收LPC编码的远端信号的远端信号输入端口，回声估计器可对LPC编码的信号进行处理来确定近端和远端谱包络。
18．如权利要求16中定义的装置，其特征在于所述指令还包括通过确定对应于最大相关测量值的时间滞后量来检测回声从而估计回声延迟的指令。
19．如权利要求16中定义的装置，其特征在于所述指令还包括基于回声检测，通过确定近端信号能量值与远端信号能量值之间的比例来估计回声返回损耗的指令，近端信号能量值与第一时间段有关，远端信号能量值与第二时间段有关，第二时间段滞后于第一时间段的值为与第一时间段有关的回声延迟量。
20．用于存储处理器执行指令的处理器可读存储介质，该存储介质存储的指令组包括用来为大量的连续时间段中的每一段确定远端信号的远端谱的指令；用来为大量的连续时间段中的每一段确定近端信号的近端谱的指令；为大量谱对中的每一对分别确定近端谱和远端谱之间的相关测量值的指令，每个谱对中分别包括一个近端谱和一个远端谱，远端谱对应的时间段滞后于近端谱对应的时间段一个时间滞后量；用于比较相关测量值来确定最大相关测量值的指令。
21．如权利要求21中定义的存储介质，其特征在于所述指令还包括用于将最大相关测量值与一个预定值比较的指令，当最大相关测量值超过预定值时，通过确定对应于最大相关测量值的时间滞后量来估计回声延迟值的指令。
22．如权利要求21定义的存储介质，其特征在于所述指令还包括用于将最大相关测量值与一个预定值比较的指令，当最大相关测量值超过预定值时，通过确定近端信号能量值与远端信号能量值之间的比例来估计回声返回损耗的指令，近端信号能量值与第一时间段有关，近端信号能量值与第二时间段有关，第二时间段滞后于第一时间段的值为与第一时间段有关的回声延迟量。
全文摘要
在用来计算近端信号中远端信号的回声测量值的方法和装置中,近端信号和远端信号在时间上的频谱展开被比较从而计算出回声的测量值。为大量连续时间段中的每一段确定远端信号的远端谱和近端信号的近端谱。为大量谱对中的每一对分别确定一个相关测量值,每个谱对分别包括一个近端谱和一个远端谱,远端谱对应的时间段分别滞后于近端谱对应的时间段一个滞后量。相关测量值被比较来确定最大相关测量值,该值可被用做回声测量值。回声测量值计算技术尤其适合于用在数字蜂窝电话系统的回声抑制器中,但是也还有其它的应用。
文档编号H04B3/20GK1212092SQ97192402
公开日1999年3月24日 申请日期1997年5月16日 优先权日1996年12月19日
发明者D·何, R·雷比波尔, M·傅蒂伊 申请人:北方电讯有限公司