CN101072267A

CN101072267A - 音频通信系统

Info

Publication number: CN101072267A
Application number: CN 200710128846
Authority: CN
Inventors: 松井丈
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: CN101072267B; JP2007235502A; US20070206778A1; US8879721B2

Abstract

一种音频通信系统包括第一模拟/数字转换器，第二模拟/数字转换器和回波消除器。第一模拟/数字转换器把从麦克风输入的音频信号，转换为数据信号。第二模拟/数字转换器把从辅助输入端子输入的音频信号转换为数据信号。当接收到从外部传输来的并由扬声器输出的音频信号时，回波消除器防止扬声器的输出通过麦克风输入并回波到接收端或远程设备。回波消除器的工作频率相对地低于第二模拟/数字转换器的采样频率。

Description

音频通信系统

相关申请交叉引用

本发明包括于2006年3月1日在日本特许厅申请的日本专利申请JP2006-054331的主题，在此引用其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及执行发送和接收具有高声音质量的音频信号(即，通信)的音频通信系统。

背景技术

图3显示了以前提出或已有的音频通信系统的一个例子，例如视频会议或电话单元或系统(除非其他特定声明或提及，下文中术语“音频”被用来指代任何一个这样的术语“声音”和“话音”)。辅助输入端子101(AUX)是连接声音源(例如CD(只读光盘))的端子。从辅助输入端子101(AUX)输入的信号例如以48kHz的采样频率采样，通过AD转换器201(ADC)转换为数字信号。

例如，麦克风输入端子102(MIC)连接到用于收集音频的麦克风。从麦克风输入端子102(MIC)输入的信号例如以48kHz的采样频率采样，通过AD转换器202(ADC)转换成数字信号。在信号中携带从远程终端的扬声器输出的回波，因此使用回波消除器402进行回波消除处理。

在回波消除器402中，消除从远程终端扬声器输出的麦克风输入信号中携带的信号分量(回波)。为了消除该信号分量(回波)，将远程终端的真实信号分量作为基准。

消除了回波后的麦克风输入信号按照需要与AD转换器201(ADC)的输出混合。从而，生成了例如48kHz采样频率的发送信号以发送到远程终端。

加法器或求和设备602的输出在编码器702中经过压缩处理被压缩，从而形成比特流，通过例如IP网络发送到远程终端。

从远程终端发送来的比特流被解码器703恢复或解码，从而形成例如48kHz采样频率的接收信号。从远程终端接收的信号在求和设备603中按照需要与AD转换器201(ADC)的输出(来自辅助输入端子101(AUX)的信号)混合，从而为扬声器输出形成源信号。

如果扬声器输出的源信号直接被DA转换并输出，则可能会发生这样的情况，例如，取决于信号音量出现失真，或者当信号是如立体声信号这样的多声道信号时，回波消除器402不能完全地实现回波抵消。这样，在信号作为基准信号输入到回波消除器402之前，信号需要在预处理器503中进行必要的预处理。预处理器503的预处理包括，例如，压缩(信号高振幅部分的快速压缩)和去除声道间相关成分。而且，当声音音量(音量)必须调节时，预处理器503也执行音量调节。

预处理器503的输出被提供给了DA转换器203(DAC)，并且也用作回波消除器402中的基准信号。在DA转换器203(DAC)中，输出信号恢复成例如采样频率为48kHz的模拟信号。从而，在22kHz信号频带范围内的信号输出到扬声器的输出端子103(SPK)。

在系统中可以有选择地提供记录信号。记录信号包括用于系统自身端子到远程终端的麦克风输入信号的发送的信号(回波消除器402的输出)，来自远程终端的信号(解码器703的输出)，以及按照需要，从辅助输入端子101(AUX)引入的信号(AD转换器201(ADC)的输出)。这些记录信号在求和设备604中混合并由DA转换器204(DAC)以例如48kHz的采样频率恢复成模拟信号。从而，22kHz信号频带范围内的信号被生成并输出到记录端子104(REC)。

在上述例子中，AD/DA转换器的采样频率最大值为48kHz。上述类型的音频通信系统在专利公开1(见日本未审查专利申请公开号2002-262251)中公开。

发明内容

在采样频率为48kHz的情况下，能够表现22kHz范围内的信号。人类在声学上能感觉到的音频或声音的级别据说在大约20kHz的频率范围内，这可以用CD等音频再现。但是，现在需要的话音质量等级的最高等级超越了例如以前提出或已有的音频通信系统可获得的质量等级。乐器的实际声音以及在自然世界中包括比22kHz更高音调(频率)的声音。据说当再现到达如此高等级的音调范围内的声音时，声音质量明显改善。为了再现如此高音调的音频，在商业市场中发行和流通超级音频CD和DVD音频的系统、内容等，以寻求高声音质量。

上述在先提出的音频通信系统的例子在声音质量和目前要求的硬件成本方面有问题，如下所述。

(1)以前提出或已有的音频通信系统的例子中预期的声音源专门用在与CD等级相当的音频中。用作通信的上述音频的声音质量是足以清楚地听懂人说话的声音。但是，该话音质量不足以高保真地再现包括超过CD音频等级的再现频带的音乐音频信号，例如超级音频CD或DVD音频。

(2)在通过在先提出方法或其增强方法的例子简单处理包括超过CD音频等级的再现频带的信号的情况下，硬件规模被显著扩大。尤其是，对于双向音频通信不可缺少的回波消除器为了提供高性能而需要非常大量的计算量。尽管CD级相当的频带对于作为通信的音频的再现是足够了，但还不得不提供回波消除器的宽再现频带，对应于包含超过再现频带的CD等级的音乐音频信号。这导致了非常高的成本增长。

考虑到以上所述，需要提供能解决上述(1)和(2)所有问题的音频通信系统。

提出本发明以实现上述目的。

根据本发明的一个实施方案，音频通信系统包括第一模拟/数字转换器，将音频信号转换为数据信号，该音频信号从麦克风输入；第二模拟/数字转换器，将音频信号转换为数据信号，音频信号从辅助输入端子输入；及回波消除器，当从外部传送的音频信号被接收到并从扬声器输出时，防止扬声器的输出通过麦克风输入回波到接收端或远程设备。回波消除器的工作频率相对地低于第二模拟/数字转换器的采样频率。

根据上述的实施方案，回波消除器的工作频率相对地低于相应于辅助输入端子的第二模拟/数字转换器的采样频率。同样的，从辅助输入端子输入的高话音质量的源音频，以高采样频率维持高话音质量发送。同时，从麦克风输入的音频的回波能通过使用具有低工作频率的回波消除器适当地被抑制。这使得其能抑制电路大小增长，该增长与支持高话音质量音频的能力的增强有关。

因此，根据本发明的实施方案，本发明的优点和效果保证了目前所需的音频质量(话音质量)和硬件成本，如下：

(1)与以前提出或已有的专用于音频或CD等级等的音频通信系统例子比较，能够高保真地再现包括超过CD音频等级的再现频带的音乐音频信号，例如超级音频CD或DVD音频。

(2)根据以前提出或已有的方法或其完善方法的例子，硬件大小明显扩大。然而，相比而言，根据本发明的实施方案，因为采样率转换器被适当地使用，所以以前提出或已有的技术能按原样使用或转移。从而，可能防止不必要的电路大小和成本的增长。与回波消除器的情况相比，采样率转换器能通过非常少量的计算实现，从而对成本增长不产生实质上的影响。

附图说明

附图中：

图1是根据本发明实施例的音频通信系统的说明性方框图；

图2A到2D根据本发明实施例中采样率转换器的示意图；及

图3是以前提出或已有的音频通信系统的例子的说明性方框图。

具体实施方式

接下来将参照附图描述本发明的优选实施例。图1是根据本发明的一个实施例显示音频通信系统的配置的示意图。

辅助输入端子101(AUX)连接高声音质量的声音源，例如超级音频CD或DVD音频播放器。从辅助输入端子101(AUX)输入的信号以例如96kHz的采样频率进行采样，由AD转换器201(ADC)转换为数字信号。

例如，麦克风输入端子102(MIC)连接到用于收集音频的麦克风。从麦克风输入端子102(MIC)输入的信号以例如96kHz的采样频率进行采样，通过AD转换器202(ADC)转换为数字信号。

采样率转换器302(D.S.)(下采样)是执行麦克风输入信号的采样率转换(下采样)的电路。更准确地说，电路对96kHz采样频率的信号进行下采样，以将采样频率降低到48kHz。从远程终端的扬声器输出的回波被带入信号中，所以使用回波消除器402执行回波消除处理。

在回波消除器402中，从远程终端的扬声器输出带进到麦克风输入信号中的信号分量(回波)被消除。为了消除信号分量，需参照来自远程终端的真实信号分量。

已消除了回波的麦克风输入信号由采样率转换器502(U.S.)(上采样)上采样到96kHz。在这种情况下，尽管只有采样频率增加，但信号的频带仍然不变。

采样率转换器502的输出在加法器或求和设备602处按照需要与AD转换器201(ADC)混合。从而，产生一个发送到远程终端的采样频率96kHz的发送信号。

求和设备602的输出在编码器702的压缩过程中被压缩，从而形成比特流，通过例如IP网络传送到远程终端。

从远程终端传送来的比特流由解码器703恢复或解码，从而形成96kHz采样频率的接收信号。来自远程终端的接收信号按照需要在求和设备603中与AD转换器201(ADC)的输出(辅助输入(AUX)信号)混合，从而形成扬声器输出的源信号。

如果扬声器输出的源信号直接DA转换并输出，就会出现这样的情况，例如，信号的音量出现失真，或者当信号是立体声信号这样的多声道信号时，回波不能完全被回波消除器402消除。同样地，在信号作为基准信号输入到回波消除器402之前，信号需要在预处理器503中进行必要的预处理。预处理器503的预处理包括，例如，压缩(信号高振幅部分的快速压缩)和去除声道间相关成分。而且，当声音音量(音量)必须调节时，预处理器503也执行音量调节。

预处理器503的输出(信号)提供给DA转换器203(DAC)，也提供给采样率转换器403(D.S.)，用作回波消除器402中的基准信号。从而，预处理器503的输出信号以采样频率48kHz被转换，从而变成限制在22kHz或更低频带中的信号。扬声器输出的信号并不提供给采样率转换器403(下采样器(D.S.))，这样来自远程终端的信号和来自辅助输入端子101(AUX)的信号在其各自源信号分量方面不会削弱。在DA转换器203(DAC)中，预处理器503的输出信号以96kHz的采样频率恢复为模拟信号。从而，44kHz信号频带范围内的信号输出到扬声器输出端103(SPK)。

系统中可以有选择地提供记录信号。记录信号包括用于系统自身端子到远程终端的麦克风输入信号的发送的信号(回波消除器402的输出)，来自远程终端的信号(解码器703的输出)，以及按照需要，来自于辅助输入端子101(AUX)的信号(AD转换器201(ADC)的输出)。这些记录信号在求和设备604中混合并由DA转换器204(DAC)以采样频率例如为96kHz恢复成模拟信号。从而，生成44kHz信号频带范围内的信号并输出到记录端子104(REC)。

本实施例的音频通信系统被如上所述进行配置。根据本系统，包括超过CD音频等级的再现频带的音乐音频信号，例如超级音频CD或DVD音频，从辅助输入端子101(AUX)输入，并保持高音质传送。这可以根据对应于高音质的AD转换器201(ADC)的采样频率完成。来自麦克风输入端子102(MIC)的音频输入通过采样率转换器302进行下采样，接着输入到对应于低工作频率的回波消除器402中。同样地，由于与以前提出或已有的技术的例子中相同大小的电路能被用于回波消除器402，从而能防止例如电路面积大小和成本的不必要增加。

接下来将详细描述采样率转换器。图2A到2D分别是采样率转换器的示意图。在本实施例中，各个采样率转换器作为FIR(有限冲击响应)滤波器的适配而实现。通常，FIR滤波器由以下等式(1)表示：

y_k＝h₀x_k+h₁x_k-1+...+h_n-1x_k-(n-1) (1)

其中k是表示时间的整数；y_k是时间k的输出；x_k是时间k的输入；h₀，...，h_n-1分别是抽头数n的各个FIR滤波器系数。在这样的情况下，就96kHz的采样频率来说，时间k对应于96kHz的每个周期。

首先，在下文中将描述下采样专用的采样率转换器。在本实施方案中，下采样是采样率从96kHz降低到48kHz的过程(参看图2B)。因为输出端的采样频率为48kHz，所以音频频带必须基本上完全削减到24kHz或以下。

根据实际的滤波器特性，使在22kHz的频率范围内的信号通过，在22kHz到24kHz的频率范围内的信号过渡地削弱，在24kHz或以上频率范围中的信号被截止。因为输入的原始采样频率为96kHz，所以选择具有这样特性的滤波器系数，即将原始信号的采样频率限制到1/4或低于输入的采样频率。

在通过滤波处理将频率基本上完全截止在24kHz或以上的情况下，下采样能以这种方式实现，即仅用于消除一个采样的删截(decimation)还可以接着应用于滤波器输出的两个采样。由于进行了输出的删截，所以等式(1)的乘积求和运算中，不必对两个采样之一计算输出(左边部分)。具体地说，使用以下的等式(2)，计算次数能减少一半。

y_2k＝h₀x_2k+h₁x_2k-1+...+h_n-1x_2k-(n-1) (2)

其中k是表示时间的整数；y_k是在原始采样频率(96kHz)的时间k的输出；x_k是在时间k的输入；h₀，...，h_n-1分别是抽头数n时各个FIR滤波器系数。因为左边部分是下采样后的输出，所以等式(2)自身的计算次数是原始采样频率时的一半。

接下来描述专用于上采样的采样率转换器(参照图2C和2D)。在本实施例中，上采样是采样频率从48kHz增加到96kHz的过程。因为输出信号的采样数量两倍于输入信号的采样数量，所以将一个零信号插入到每个采样之间，从而执行滤波处理。由于插入了零信号，当包括高频率成分时，选择具有这样特性的滤波器系数，即，限制采样频率到1/4或低于输入的采样频率(96KHz)，这与下采样相似。因此，在原始信号分量保持原样的情况下，只能加倍采样的数量。

因此，输入信号中采样数量加倍，表面上采样频率加倍到96kHz。但是，已知两个信号之一的值为0，这样在等式(1)的乘积求和运算中两个右边部分之一的结果为0。具体地说，通过采用以下等式(3.1)和(3.2)，计算量能减少到一半。

y_k＝h₀x_k+h₂x_k-2+...+h_n-2x_k-(n-2) (3.1)

y_k+1＝h₀x_k+h₃x_k-2+...+h_n-1x_k-(n-2) (3.2)

其中y_k是上采样后在时间k的输出；x_k是上采样后(插入零信号后)在时间k的输入；h₀，...，h_n-1分别是抽头数n的各个FIR滤波器系数。因为输入的采样频率为48kHz，在48kHz周期内执行等式(3.1)和(3.2)。即，在每个96kHz的周期中，交替地执行等式之一。右边部分的数量为一半，所以，乘积求和运算的次数为等式(1)的一半。

因此，上述的采样率转换器能通过简单的电路结构来实现。这样，即使在回波消除器402的前侧和后侧都设有采样率转换器的配置中，电路大小实质上并没有增加。具体地说，与使用了高工作频率的回波消除器的配置而增加了电路的大小相比较，由于结合低工作频率的回波消除器402和采样率转换器而导致的电路大小增加相对很小。如上所述，由FIR滤波器形成的采样率转换器，能简单地装配在回波消除器402所用的同一封装中，从而不会导致电路面积大小的增加。

应明白，本发明并不限制于上述实施例中，而是能容易地将采样率频率改变为所有频率，例如用于音频信号采样的64kHz、88.2kHz、128kHz、176.4kHz、192kHz的任意一个。

在上述实施例中，尽管作为硬件选择的一个实例，为所有AD/DA转换器设置相同的采样频率时，但它们也不是必要的。例如，在本实施例中，当AD转换器202的采样频率设置为48kHz(独立于其他AD/DA转换器的采样频率)时，不必提供采样率转换器302(D.S.)。

而且，尽管在该实施例中并未特别描述和显示，但能够用不同数量的声道的任何一个，例如1声道(单声道)、2声道(立体声)、5.1声道(环绕)和7.1声道(环绕)来执行该实施例。

而且，在本实施方案中，预处理器503被提供来总体执行混合远程终端的信号和辅助输入(AUX)信号之后的预处理。但是，能够采用相互独立的两个预处理器来执行远程终端信号和辅助输入(AUX)信号的预处理。即使在这种情况下，尽管输入远程终端信号和辅助输入(AUX)信号的混合信号，仍保证不提供过高或过大的输入，因此预处理的压缩过程并不是必不可少的。另外，在声道数量是一个的情况下，或即使在无声道间相关分量的多声道信号的情况下，去除相关分量的过程自然不是必需的。

另外，在上述的实施方案中，尽管提供记录端子104(REC)作为典型的配置组件，但该端子并非不可缺少。记录端子104(REC)不存在的情况下，能从图1所示的配置中去掉DA转换器204(DAC)和求和设备604。

本领域技术人员应明白，在附加权利要求或其等同物的范围内，可以出现由设计需要以及其它原因导致的各种修改、组合、子组合和变化。

Claims

1.一种音频通信系统，包括：

第一模拟/数字转换器，将音频信号转换为数据信号，该音频信号是从麦克风输入的；

第二模拟/数字转换器，将音频信号转换为数据信号，该音频信号是从辅助输入端子输入的；和

回波消除器，当从外部发送的音频信号被接收并从扬声器输出时，防止扬声器的输出通过麦克风输入和回波到接收端或远程设备，

其中回波消除器的工作频率相对低于第二模拟/数字转换器的采样频率。

2.如权利要求1的音频通信系统，其中第一模拟/数字转换器的采样频率与第二模拟/数字转换器的采样频率相同。

3.如权利要求1的音频通信系统，还包括处于第一模拟/数字转换器和回波消除器之间的采样率转换器，该采样率转换器转换采样频率以适合回波消除器的工作频率。

4.如权利要求1的音频通信系统，还包括回波消除器下游的采样率转换器，该采样率转换器改变第一模拟/数字转换器的采样频率和第二模拟/数字转换器的采样频率以使其相互适合。

5.如权利要求1的音频通信系统，还包括采样率转换器，其在音频信号输入回波消除器前，转换从外部发送的音频信号的采样频率以适合回波消除器的工作频率。