CN101207939A - 低复杂度的回音补偿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及回音补偿至少一个麦克风信号的方法，麦克风信号包括由于在扬声器－空间－麦克风系统中的扬声器信号的回音信号贡献，包括：将至少一个麦克风信号的至少一部分转换为由第一下采样速率下采样的麦克风子带信号；将扬声器信号转换为由第二下采样速率下采样的扬声器子带信号以获得第一扬声器子带信号；存储由第二下采样速率下采样的第一扬声器子带信号；折叠第一扬声器子带信号与预定数目的子带中的扬声器－空间－麦克风系统的脉冲响应的估计；由第三下采样速率下采样折叠的第一扬声器子带信号，以为每个子带获得由第一下采样速率下采样的回音信号贡献；和为每个子带从各麦克风子带信号减去估计的回音信号贡献以获得误差子带信号。

Description

低复杂度的回音补偿

技术领域

本发明涉及用于信号处理的系统和方法，特别地，涉及具有声音回音补偿的用于语音信号处理的系统和方法。本发明特别涉及通过处理下采样子带信号的回音补偿。

背景技术

回音补偿是通信系统中的音频信号处理中的基本课题，通信系统包括麦克风，其不仅检测需要的信号，例如，语音识别系统或免提电话机的用户的语音信号，还检测由与麦克风安装在同一空间内的相同通信系统的扬声器输出的干扰信号。例如，在免提机的情况下，必须防止从远端接收的和由近处的扬声器输出的信号被再次由近处的麦克风送入通信系统并且传输回远端。由麦克风检测的由扬声器输出的信号可产生令人烦恼的声音回音，如果声音回音没有被大量衰减或大致上去除，甚至会导致通信的完全中断。

在噪声环境中使用语音识别系统的情况下，可产生相似的问题。必须防止与用户的语音信号不同的信号被供应到识别单元。然而，语音识别系统的麦克风可检测表示例如由如CD或DVD播放器或收音机的音频装置重现的音频信号的扬声器输出。如果这些信号没有被充分滤波，则表示用户发声的需要的信号可能在一定程度上被嵌入噪声中，使得适当的语音识别变得不可能。

近些年已经在通信系统中提出并且实现回音补偿的一些方法。被用于模拟扬声器-空间-麦克风(LRM)系统的转移函数(脉冲响应)的自适应滤波器被用于声音信号的回音补偿(例如，参见声音回音和噪声控制，E.Hansler and G.Schmidt，John&sons，纽约，2004)，扬声器-空间-麦克风(LRM)系统是依靠自适应有限脉冲响应(FIR)滤波器的系统。

一种已知的用于自适应回音补偿滤波器的方法是基于归一化最小均方算法。然而，因为连续的信号采样经常是相关的，因此在语音信号情况下，已知收敛通常相当慢。另一方面，收敛特性的加速需要在存储器性能和处理器负载方面的相对高的计算资源。为了满足对高性能计算装置到合理程度的需求，信号处理通常在下采样子带方式中执行，其中计算复杂度在原理上可能比整个频带处理要小。

选择针对回音补偿处理的子带信号的下采样速率的越高，可越节省计算成本。然而，在本领域中，适当的下采样因数的选择通常由混叠问题所限制。选择的Hann窗口或其它滤波器显示出不同的混叠特性。失真(artifact)随着增加的下采样速率而增加，并且另外，在下采样速率超过某阈值时，回音衰减速率是不够的。

因此，尽管近些年有工程上的进步，仍在可容许的时间延迟的音频信号的有效的回音补偿方面存在问题，特别地，在话音免提通信中的回音补偿仍有问题。

发明内容

上述问题通过扬声器-空间-麦克风系统中的回音补偿的方法解决或至少减轻。包括由于扬声器信号(x(n))产生的回音信号贡献(d(n))的至少一个麦克风信号(y(n))被回音补偿。如权利要求1所述的提供的方法包括以下步骤：

将至少一个麦克风信号(y(n))的至少一部分转换为预定数目子带的麦克风子带信号(y_μ(n))，其中麦克风子带信号(y_μ(n))通过第一下采样速率进行下采样；

将扬声器信号(x(n))转换为扬声器子带信号，扬声器子带信号通过比第一下采样速率小的第二下采样速率下采样，以获得第一扬声器子带信号；

存储通过第二下采样速率下采样的第一扬声器子带信号；

在预定数目的子带中，折叠(folding)扬声器-空间-麦克风的脉冲响应的估计与第一扬声器子带信号；

通过第三下采样速率下采样折叠后的第一扬声器子带信号，以为每一个子带(其中麦克风信号被划分)获得实际上通过第一下采样速率下采样的回音信号贡献

和

为每一个子带从各麦克风子带信号(y_μ(n))中减去估计的回音信号贡献

以获得误差子带信号(e_μ(n))(每一个子带一个误差子带信号)。

表示回音补偿后的麦克风子带信号的子带信号(e_μ(n))可被随后通过预定的上采样速率进行上采样，特别地，该上采样速率与第一下采样速率(其是第二和第三下采样速率的乘积)相同，并且被合成以获得增强的麦克风信号。增强的麦克风信号可被传输到远端通信方。然而，可以理解，子带误差信号(e_μ(n))可在被上采样或合成前经过进一步处理。

至少一个麦克风信号(y(n))由作为扬声器-空间-麦克风(LRM)系统一部分的麦克风检测。根据LRM系统的实际脉冲响应检测扬声器信号(也称为参考音频信号)(x(n))，这样，产生在至少一个麦克风信号(y(n))中存在的回音贡献(d(n))。至少一个麦克风信号(y(n))也包括由回音补偿增强的需要的信号，例如本地扬声器的语音信号。也可优选地不将整个麦克风信号划分为用于回音补偿的子带信号，而是仅将一部分划分，例如，仅包括预定频率范围的麦克风信号。扬声器-空间-麦克风系统的脉冲响应通过使用的回音补偿滤波器装置的自适应滤波器系数被估计/建模。

根据本发明的方法，第一扬声器子带信号被存储(例如，在环形缓冲器中)用于后续对(其中至少一个麦克风信号(y(n))和扬声器信号(x(n))被划分的预定数目的子带中的)每一个子带估计在麦克风子带信号(y_μ(n))中的回音信号贡献

的处理。此估计基于第一扬声器子带信号执行，即，使用存储的(以第二下采样速率采样的)扬声器子带信号生成估计，但其仅以第一采样速率计算(麦克风子带信号中的一个)。以第一下采样速率执行估计回音信号贡献和为每一个子带从各麦克风子带信号中减去估计的回音信号贡献。据此，可利用下采样速率(对于较低下采样速率[参考信号]的低混叠方面和较高下采样速率[麦克风信号]的低计算复杂度)两者的优点。

因为估计回音信号贡献

的处理仅需要以第一下采样速率，则计算复杂度可减小很大的量(与完全以第二下采样速率操作的建立相比)。如果估计回音信号贡献的处理完全在第一采样速率下执行，则将得到由于在扬声器子带信号中的大混叠的非常低的去除质量的效果。

上述为扬声器子带信号(第二下采样速率)和其它信号即麦克风子带信号(y_μ(n))、估计的回音子带信号

和误差子带信号(e_μ(n))使用不同采样速率的估计处理，可以较低的计算复杂度为子带扬声器信号实现好的混叠属性。

然而，除了仅以比第一下采样速率小的第二下采样速率下采样的存储的第一扬声器子带信号之外，回音补偿处理使用进一步下采样到麦克风子带信号(y_μ(n))的下采样速率的估计的回音信号贡献。这些估计的回音信号贡献(或第二滤波的扬声器子带信号)被用于包括在回音补偿处理中的一般更大开销的操作。这样，与本领域相比，计算机资源被更有效地使用，并且回音贡献的估计被以较低存储器需求更快地执行。

然而，选择第二采样速率以保证没有混叠发生，由第三下采样速率进行的后续下采样可导致第二扬声器子带信号显示一些混叠分量。这些第二麦克风子带信号被用于估计LRM的脉冲响应的处理中的这样的操作，并且由此估计对混叠不那么敏感的麦克风子带信号中的回音贡献信号。

根据一个实施例，对各子带估计回音信号贡献

的步骤包括基于存储的但通过第一下采样速率下采样的第一扬声器子带信号自适应回音补偿滤波装置的滤波器系数的步骤。换言之，仅一些存储的第一扬声器子带信号被用于以第一下采样速率执行的自适应处理。

这样，回音补偿滤波装置的滤波器系数的自适应(用于回音补偿的整个信号处理中开销最大的操作)可被以最高合理的下采样速率执行(例如，对应256个子带，下采样速率是128)，因此与本领域现有技术相比节省内存和很大程度上减小处理器负载。第三下采样速率可被例如从2到4选择，例如，选择为2或3。

回音补偿滤波装置的滤波器系数可对每一个子带被有效地自适应，例如，通过归一化最小均方算法，根据 $\hat{h}(n+1)=\hat{h}\left(n\right)+c\left(n\right)\frac{x\left(n\right)e\left(n\right)}{{\left|\right|x\left(n\right)\left|\right|}^2}$ 进行自适应，其中，信号矢量x(n)＝[x(n)，x(n-1)，..，x(n-N+1)]^T，N为滤波器的长度，‖‖表示模，并且误差信号 $e\left(n\right)=y\left(n\right)-\hat{d}\left(n\right)=y\left(n\right)-{\hat{h}}^T\left(n\right)\×\left(n\right).$ c(n)描述自适应处理的步长大小。

根据此处公开的用于回音补偿的方法的一个实施例，通过分析滤波器组将至少一个麦克风信号(y(n))的至少一部分转换为麦克风子带信号和/或将扬声器信号(x(n))转换为扬声器子带信号，例如第一采样速率等于子带的数目的一半，滤波器组包括平方根Hann窗口滤波器并且其中，子带信号(e_μ(n))通过预定上采样速率进行上采样，优选地，通过上述第一采样速率采样，并且通过包括平方根Hann窗口滤波器的合成滤波器组合成以获得增强的麦克风信号

平方根Hann窗口的使用特别有效并且在稳定性方面可靠并且Hann窗口函数的平方根易于实现。分析与合成滤波器组的滤波器的长度可被选择等于至少一个麦克风信号和参考音频信号被被划分的子带的数目。M个并行滤波器的滤波器组可包括一个原型低通滤波器h₀(n)和调制的带通滤波器h_j(n)＝h₀(n)w_M ⁱⁿ，其中w_M＝e^-j2∏/M。在此情况下，仅需设计一个滤波器。还须注意到，在此调制方法中可获得基于离散傅利叶变换的以提供相当平坦频率响应的多相技术的形式的非常有效的实现。

实验已经显示，当分析滤波器组的纯的Hann窗口滤波器(没有平方根)被提高至预定第一有理数的幂(特别地，为0.75)，和合成滤波器组的纯的Hann窗口滤波器被提高至预定第二有理数的幂(特别地，为0.25时)以使第一有理数和第二有理数的和为1时，对于获得回音补偿的好的结果。因为分析滤波器组比合成滤波器组更能影响最终实现的增强的麦克风信号的质量，优选地，第一有理数被选择比第二有理数大。

如上所述，误差子带信号可在被向上采样和合成前，被进一步处理。例如，误差子带信号(e_μ(n))可通过噪声降低滤波装置和/或剩余回音抑制滤波方法装置滤波，以进一步增强处理的信号的质量。通过噪声降低滤波装置，可能在麦克风信号(y(n))中存在并且由此可能在麦克风子带信号和误差子带信号中存在的背景噪声被抑制。一些可仍出现在误差子带信号中的剩余回音可通过本领域中已知的剩余回音抑制滤波装置抑制。

根据以上实例中的一个的发明方法也可被应用到多于一个麦克风信号的情况。例如，麦克风阵列可出现在提供一些麦克风信号(信道)的LRM系统中，麦克风信号可被波束形成以用于增强信号噪声比。例如，延迟-和-相加波束形成器可被使用(或任何本领域中已知的任何其它波束形成装置)。

这样，在上述实例的一个变形中，各自包括由于扬声器信号(x(n))产生的回音信号贡献的多个麦克风信号(y_k(n))被转换到通过第一下采样速率下采样的麦克风子带信号(y_μ，k(n))；

为多个麦克风信号(y_k(n))中的每一个麦克风信号的麦克风子带信号(y_μ，k(n))估计回音信号贡献

对于每一个子带，各估计的回音信号贡献

被从多个麦克风信号(y_k(n))中的每一个麦克风信号(对应每一个麦克风信道)的各自的麦克风子带信号(y_μ，k(n))中减去，以为多个麦克风信号(y_k(n))的每一个获得误差子带信号(e_μ，k(n))；并且

对多个麦克风信号(y_k(n))的每一个执行误差子带信号(e_μ，k(n))的波束形成，以获得波束形成后的误差子带信号。

在预定数目的子带中，对多个麦克风信号(y_k(n))的每一个，通过折叠第一扬声器子带信号与扬声器-空间-麦克风系统的脉冲响应的估计，并且通过第三下采样速率下采样折叠后的第一扬声器子带信号，来估计回音信号贡献

本发明也提供计算机程序产品，包括一个或多个具有计算机可执行指令的计算机可读介质，计算机可执行指令用于执行对回音补偿的此处公开的方法的以上实例之一的步骤。

上述问题也可通过用于至少一个麦克风信号(y(n))的回音补偿的信号处理装置解决，至少一个麦克风信号(y(n))包括由于扬声器信号(x(n))产生的回音信号贡献(d(n))，该信号处理装置包括：

配置成将至少一个麦克风信号(y(n))的至少一部分转换为通过第一下采样速率下采样的麦克风子带信号(y_μ(n))的第一分析滤波器组；

配置成将扬声器信号(x(n))转换为通过比第一下采样速率(r)小的第二下采样速率下采样的扬声器子带信号以获得第一扬声器子带信号的第二分析滤波器组；

存储器，特别地，是环形缓冲器，其配置成存储通过第二下采样速率(r₁)下采样的第一扬声器子带信号；和

回音补偿滤波装置，其配置成折叠第一扬声器子带信号与对扬声器-空间-麦克风系统的脉冲响应的估计，并且通过第三下采样速率(r₂)下采样折叠后的第一扬声器子带信号以获得通过第一下采样速率(r＝r₁·r₂)下采样的回音信号贡献

并且通过回音信号贡献

回音补偿麦克风子带信号(y_μ(n))，以获得回音补偿后的麦克风子带信号

$(e_{\mathrm{\μ}}\left(n\right)=y_{\mathrm{\μ}}\left(n\right)-{\hat{d}}_{\mathrm{\μ}}\left(n\right)).$

由回音补偿滤波装置进行的回音补偿基于存储的通过第二采样速率采样的但仅通过第一速率计算的第一扬声器信号执行，即，麦克风子带信号的一个。存储器的填充以较高速率(r₁)执行；开销较大的处理以较低的速率执行。

信号处理装置还可包括配置成上采样和合成回音补偿后的麦克风子带信号(e_μ(n))以获得增强的麦克风信号的合成滤波器组。上采样可由合成滤波器组执行，合成滤波器组包括用于以与第一下采样速率相同的速率(相同的因数)进行上采样的上采样装置。

根据一个实例，信号处理装置还包括剩余回音抑制滤波装置和/或噪声降低滤波装置，其被配置成滤波回音补偿后的麦克风子带信号(e_μ(n))以抑制一些背景噪声和/或没有通过回音补偿滤波装置去除的剩余回音贡献。

第一和第二分析滤波器组和合成滤波器组的每个可包括并行平方根Hann窗口滤波器。第一和第二分析滤波器组Hann窗口的窗口滤波器被提高至预定第一有理数的幂(特别地，为0.75)，而合成滤波器组的Hann窗口滤波器被提高至预定第二有理数的幂(特别地，为0.25)，以使第一有理数和第二有理数的和为1，这些滤波器组被优选地使用。第二有理数可被选为比第一有理数低。

以上实例的一个的信号处理装置可包括多个第一分析滤波器组，其中的每一个被配置成将多个麦克风信号(y_k(n))中的一个或至少一部分麦克风信号(y_k(n))转换为通过第一下采样速率下采样的麦克风子带信号(y_μ，k(n))(即，对应每一个麦克风信道，生成预定数目的麦克风子带信号(y_μ，k(n))；和

回音补偿滤波装置可被配置成回音补偿每一个麦克风信号(y_k(n))的每一个麦克风子带信号(y_μ，k(n))，以为每一个麦克风信号(y_k(n))获得误差子带信号(e_μ，k(n))，其中，该信号处理装置还包括：

波束形成装置，其被配置成为每一个麦克风信号(y_k(n))的误差子带信号(e_μ，k(n))波束形成，以获得波束形成后的误差子带信号。

波束形成装置可以是延迟相加波束形成器或通用旁瓣消除器。通用旁瓣消除器由两个信号处理路径组成：具有块矩阵和自适应噪声消除装置的第一(或较低)自适应路径和具有固定波束形成器的第二(或较高)非自适应路径，参见例如“An alternative approach to linearlyconstrained adaptive beamforming”by Griffiths，L.J.and Jim，C.W.，IEEETransactions on Antennas and Propagation，vol.30.，p.27，1982。

本发明的信号处理装置的上述实例可被有利地合并进入电子媒介通信和自动语音识别的系统。这样，提供包括根据上述实例之一的信号处理装置的免提电话系统和语音识别装置。此外，提供包括此语音识别装置的语音对话系统或声音控制系统。

此外，本发明提供车辆通信系统，其包括至少一个麦克风(特别地，麦克风阵列)，麦克风阵列可包括一个或多个定向麦克风、至少一个扬声器和如上所述的信号处理装置，或包括如上述的免提电话系统。

附图说明

本发明的其它特性和优点将参照附图进行说明，在此说明书中，参考意在示例地显示本发明的优选实施例的附图。可以理解这些实施例不表示本发明的全部范围。

图1显示出说明用于回音补偿麦克风信号的本发明方法的一个实例的基本步骤的流程图，此方法包括参考音频信号的两阶段下采样；

图2显示出根据本发明的信号处理装置的一个实例，其中参考音频信号被下采样和由回音补偿滤波装置滤波；

图3显示出根据本发明的信号处理装置的又一实例，信号处理装置包括麦克风阵列和波束形成装置。

具体实施方式

图1中显示出用于麦克风信号的回音补偿的此处公开的方法的基本步骤。在步骤1中，麦克风信号被分为子带信号并且由下采样因数r＝r₁·r₂下采样。由对参考音频信号的两阶段下采样处理的第一阶段中的下采样因数r₁下采样参考音频信号2。参考音频信号表示从远端通信方接收的并且被输入进入近端的扬声器的音频信号。由扬声器输出的相对应的信号根据在近端的扬声器-空间-麦克风(LRM)系统的脉冲响应被更改并且由LRM的麦克风检测。

这样，参考音频信号的下采样的子带信号被存储3在环形缓冲器中。以保证混叠被充分抑制的下采样速率r₁执行第一下采样。接着，通过下采样因数r₂进行的第二下采样被执行4以达到与下采样的麦克风子带信号中的一个相对应的下采样速率r＝r₁·r₂。回音补偿滤波装置的滤波器系数的自适应和因此出现在麦克风子信号中的回音的估计被以此相对高的下采样速率r＝r₁·r₂执行5。

以此下采样速率r＝r₁·r₂，估计的回音被从麦克风子信号中减去以获得增强的麦克风子信号。这些增强的麦克风子信号被随后合成以获得可能被传输到远端通信方的增强的音频信号。

在上述本发明方法的实例，使用的回音补偿滤波装置的滤波器系数的自适应的开销较大的处理步骤中，可对由下采样速率r＝r₁·r₂下采样的信号执行将滤波器系数与相对应的下采样参考子带信号的折叠，下采样速率r＝r₁·r₂高于本领域中对生成参考信号的子带信号的处理使用的下采样速率。实际上，下采样速率，例如，r＝r₁·r₂＝128与M＝256的子带的总数相结合可被用于仍然令人满意的回音补偿。

图2显示出此处公开的用于增强麦克风信号y(n)(其中n表示离散时间索引)的质量的信号处理装置的一个实例。麦克风信号y(n)由成为LRM系统10的一部分的麦克风获得。麦克风检测本地说话人的语音信号s(n)和回音贡献d(n)，回音贡献d(n)是由于扬声器或参考音频信号x(n)产生的，参考音频信号x(n)由麦克风在根据实际LRM脉冲响应h(n)的更改后被检测到。

麦克风信号y(n)被输入进入分析滤波器组12，分析滤波器组12将整个频带信号由具有滤波系数g_μ，ana＝[g_μ，0，ana，g_μ，1，ana，..，g_{μ，Nana-1，ana}]^T的滤波器装置分为子带μ＝0，..，M-1，其中，上标T表示转置操作并且N_ana表示滤波器长度。子带信号由具有r₁和r₂为整数的下采样因数r＝r₁·r₂的下采样装置下采样。产生的下采样麦克风子带信号y_μ(n)被进一步处理用于回音补偿。

对于下采样的麦克风子带信号y_μ(n)的回音补偿，参考音频信号x(n)也被输入进入分析滤波器组15。根据本实例，参考音频信号x(n)通过与用于麦克风信号y(n)相同的具有滤波器系数g_μ，ana的滤波装置13滤波以获得子带信号，并且其由具有下采样因数r₁的下采样装置16下采样，例如对M＝256的子带，r₁＝64(麦克风信号的采样速率可为例如11025Hz)。

原理上，在此由下采样因数r₁进行的下采样后，可以执行用于回音补偿的回音补偿滤波装置17的滤波器系数的自适应。然而，根据本发明的此实例，由r₁下采样的子带信号被存储在环形滤波器(未显示出)并且接着，在由下采样因数r₂的第二下采样后执行滤波器系数的自适应和实际回音补偿，例如，对于M＝256子带，r₁＝64，选择r₂＝2。特别地，对由r＝r₁·r₂进行的下采样的信号执行，全部回音补偿的最大开销的操作，如滤波器系数的自适应，这会产生非常有效的处理器负载的减小并且加速整个信号处理。

在频(Ω)域中，分析滤波器组15输出子带信号(短时谱)

$X_{\mathrm{\μ}}\left(e^{\mathrm{j\Ω}}\right)=\underset{m=0}{\overset{r_1-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(e^{j(\frac{\mathrm{\Ω}}{r_1}-\frac{2}{r_1}m)}\right)G_{\mathrm{\μ},\mathrm{ana}}\left(e^{j(\frac{\mathrm{\Ω}}{r_1}-\frac{2}{r_1}m)}\right)$

这些短时谱被折叠在回音补偿滤波装置17中以获得具有回音补偿滤波器装置17的滤波器系数

(在频域)的回音补偿谱。

${\hat{D}}_{\mathrm{\μ}}\left(e^{\mathrm{j\Ω}}\right)=X_{\mathrm{\μ}}\left(e^{\mathrm{j\Ω}}\right){\hat{H}}_{\mathrm{\μ}}\left(e^{\mathrm{j\Ω}}\right)=\left[\underset{m=0}{\overset{r_1-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(e^{j(\frac{\mathrm{\Ω}}{r_1}-\frac{2}{r_1}m)}\right)G_{\mathrm{\μ},\mathrm{ana}}\left(e^{j(\frac{\mathrm{\Ω}}{r_1}-\frac{2}{r_1}m)}\right)\right]{\hat{H}}_{\mathrm{\μ}}\left(e^{\mathrm{j\Ω}}\right)$

系数表示LRM H_μ(e^jΩ)(根据在时域中的h(n)的系数)的相对应的脉冲响应的时间自适应估计。

对于μ＝0，分析滤波器组的混叠现象可对于以下选择而被消除：

此处，所有子带M具有相同的子带宽度。可从上述子带μ＝0的滤波器通过简单频移操作而推出其它μ＝1，..，M-1的滤波器G_μ，ana(e^jΩ)。这样，仅需要设计一个滤波器。

这样对由LRM的麦克风检测的回音贡献d(n)获得的并且因此出现在麦克风信号y(n)中的子带估计

被从下采样的麦克风子带信号y_μ(n)中减去以获得子带误差信号e_μ(n)。必须强调，对于子带估计的估计是使用存储的扬声器信号(以第二采样速率采样)生成的，但它们仅以第一速率(麦克风子带信号中的一个)进行计算。优选地，滤波子带误差信号e_μ(n)，以减少通常也出现在麦克风信号y(n)和剩余回音降低中的背景噪声。

如图2中所显示，子带误差信号e_μ(n)被输入进入合成滤波器组19，合成滤波器组19包括具有上采样因数r＝r₁·r₂的上采样装置20和包括高通、带通和低通滤波器以消除本领域中所知的成像的滤波装置21。产生的合成语音信号

的特征是很大程度地减小了声音回音。

图3显示出本发明的回音补偿与计算系统的结合，计算系统包括麦克风阵列，麦克风阵列包括定向麦克风和波束形成装置22。多个麦克风信号y_k(n)可从麦克风阵列获得。麦克风阵列的麦克风信道k的每一个与作为参照图2的上述一些操作的各分析滤波器组12′相连。

因此，回音补偿滤波装置17’包括用于每一个麦克风信道的滤波器

并且对于每一信道的回音贡献的下采样的估计被从麦克风子带信号y_μ，k(n)中减去。由此，获得的误差信号e_μ，k(n)被输入进入波束形成装置22中。通过折叠滤波器与从参考音频信号x(n)中由分析滤波器组15’获得的子带信号，获得估计的

以与接收麦克风信号y_k(n)的分析滤波器组12’的下采样速率相同的下采样速率，再次执行回音补偿滤波装置17’的滤波器系数和这些系数与子带参考信号的折叠(也见以上所述)。

本实例的多信道系统可使用自适应的或非自适应的波束形成器，见例如“Optimum Array Processing，Part IV of Detection，Estimation，andModulation Theory”by H.L.van Trees，Wiley&Sons，New York 2002。波束形成装置22组合麦克风信道的误差信号e_μ，k(n)以获得输入进入滤波装置23的波束形成的子带信号，滤波装置23抑制了剩余回音并且通过如本领域所知的降低噪声来增强波束形成的子带信号的质量。

滤波装置23可例如包括根据由下式给出的频率范围中的滤波器特性执行背景噪声的减小的Wiener滤波器， $W(e^{\mathrm{j\Ω}},n)=1-{\hat{S}}_{\mathrm{nn}}(e^{\mathrm{j\Ω}},n)/{\hat{S}}_{\mathrm{ee}}(e^{\mathrm{j\Ω}},n),$ 其中

分别表示背景噪声的估计的短时功率密度和(整个频带)误差信号的短时功率密度。

增强的子带信号

被输入进入与参照图2所述的滤波器组相类似的合成滤波器组。在由上采样装置20执行的以上采样因数r＝r₁·r₂的上采样和由包括高通、带通和低通滤波器以消除成像(image term)的滤波装置21执行的滤波后，最终获得合成的语音信号

应该理解，上述一些或所有特性也可以不同方式被组合。

Claims (20)

1.一种用于至少一个麦克风信号(y(n))的回音补偿的方法，所述麦克风信号(y(n))包括由于在扬声器-空间-麦克风系统中的扬声器信号(x(n))产生的回音信号贡献(d(n))，所述方法包括以下步骤：

将所述至少一个麦克风信号(y(n))的至少一部分转换为通过第一下采样速率(r)下采样的麦克风子带信号(y_μ(n))；

将所述扬声器信号(x(n))转换为通过小于所述第一下采样速率(r)的第二下采样速率(r₁)下采样的扬声器子带信号，以获得第一扬声器子带信号；

存储通过所述第二下采样速率(r₁)下采样的所述第一扬声器子带信号；

在预定数目的子带中，折叠所述第一扬声器子带信号与所述扬声器-空间-麦克风系统的脉冲响应的估计；

通过第三下采样速率(r₂)对折叠后的第一扬声器子带信号进行下采样，以为所述预定数目的子带的每个子带获得回音信号贡献

所述回音信号贡献实际上通过所述第一下采样速率(r)进行下采样；

为每一个子带，从各自的麦克风子带信号(y_μ(n))中减去估计的回音信号贡献

以获得误差子带信号(e_μ(n))。

2.如权利要求1所述的方法，其中，获得所述回音信号贡献

的步骤包括基于存储的第一扬声器子带信号以等于所述第一下采样速率(r)的速率自适应回音补偿滤波装置的滤波器系数的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其中，通过归一化最小均方算法自适应所述回音补偿滤波装置的所述滤波器系数。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中，从2到4的区间选择所述第三下采样速率(r₂)。

5.如前述权利要求之一所述的方法，其中，通过包括平方根Hann窗口滤波器的分析滤波器组，将所述至少一个麦克风信号(y(n))的至少一部分转换为麦克风子带信号(y_μ(n))和/或将所述扬声器信号(x(n))转换为扬声器子带信号，并且其中，子带信号(e_μ(n))被通过预定上采样速率进行上采样并且通过包括平方根Hann窗口滤波器的合成滤波器组合成，以获得增强的麦克风信号

6.如权利要求1到4之一所述的方法，其中，通过包括Hann窗口滤波器的分析滤波器组，将所述至少一个麦克风信号(y(n))的至少一部分转换为麦克风子带信号(y_μ(n))和/或将所述扬声器信号(x(n))转换为扬声器子带信号，并且其中，子带信号(e_μ(n))被通过预定上采样速率进行上采样并且通过包括Hann窗口滤波器的合成滤波器组合成，以获得增强的麦克风信号

其中所述分析滤波器组的所述Hann窗口滤波器被提高至预定第一有理数的幂，具体为0.75，并且所述合成滤波器组的所述Hann窗口滤波器被提高至预定第二有理数的幂，具体为0.25，以使所述第一有理数和所述第二有理数的和为1。

7.如前述权利要求之一所述的方法，还包括：通过噪声降低滤波装置和/或剩余回音抑制滤波装置滤波误差子带信号(e_μ(n))。

8.如前述权利要求之一所述的方法，其中

各自包括由于所述扬声器信号(x(n))产生的回音信号贡献的多个麦克风信号(y_k(n))，被转换为通过所述第一下采样速率(r)进行下采样的麦克风子带信号(y_μ，k(n))；

基于第一和第二扬声器子带信号，为所述多个麦克风信号(y_k(n))中的每一个麦克风信号的麦克风子带信号(y_μ，k(n))获得回音信号贡献

为每一个子带，各自的估计的回音信号贡献被从所述多个麦克风信号(y_k(n))中的每一个麦克风信号的各自的麦克风子带信号(y_μ，k(n))中减去，以为所述多个麦克风信号(y_k(n))中的每一个麦克风信号获得误差子带信号(e_μ，k(n))；并且其中所述方法还包括：

为所述多个麦克风信号(y_k(n))的每一个麦克风信号，波束形成所述误差子带信号(e_μ，k(n))，以获得波束形成后的误差子带信号。

9.一种计算机程序产品，其包括一个或多个计算机可读介质，所述计算机可读介质具有用于执行权利要求1-8之一的方法步骤的计算机可执行指令。

10.一种用于至少一个麦克风信号(y(n))的回音补偿的信号处理装置，所述至少一个麦克风信号(y(n))包括由于在扬声器-空间-麦克风系统中的扬声器信号(x(n))产生的回音信号贡献(d(n))，所述信号处理装置包括

第一分析滤波器组(12，12’)，其被配置成将所述至少一个麦克风信号(y(n))的至少一部分转换为通过第一下采样速率(r)进行下采样的麦克风子带信号(y_μ(n))；

第二分析滤波器组(15，15’)，其被配置成将所述扬声器信号(x(n))转换为通过小于所述第一下采样速率(r)的第二下采样速率(r₁)进行下采样的扬声器子带信号，以获得第一扬声器子带信号；

存储器，具体为环形缓冲器，其被配置成存储通过所述第二下采样速率(r₁)进行下采样的所述第一扬声器子带信号；和

回音补偿滤波装置(17，17’)，其被配置成折叠所述第一扬声器子带信号与所述扬声器-空间-麦克风系统的脉冲响应的估计，并且通过第三下采样速率(r₂)将折叠后的第一扬声器子带信号进行下采样以获得通过所述第一下采样速率(r)进行下采样的回音信号贡献

并且通过所述回音信号贡献

回音补偿所述麦克风子带信号(y_μ(n))以获得回音补偿后的麦克风子带信号(e_μ(n))。

11.如权利要求10所述的信号处理装置，还包括合成滤波器组(19)，其被配置成上采样并且合成所述回音补偿后的麦克风子带信号(e_μ(n))以获得增强的麦克风信号

12.如权利要求10或11所述的信号处理装置，还包括剩余回音抑制滤波装置(23)和/或噪声降低滤波装置(23)，其被配置成滤波所述回音补偿后的麦克风子带信号(e_μ(n))。

13.如权利要求10到12之一所述的信号处理装置，其中，所述第一和所述第二分析滤波器组(12，12’，15，15’)和所述合成滤波器组(19)中的每一个包括多个平方根Hann窗口滤波器。

14.如权利要求10到12之一所述的信号处理装置，其中，所述第一和所述第二分析滤波器组(12，12’，15，15’)和所述合成滤波器组(19)的每一个包括多个Hann窗口滤波器，其中，所述第一和所述第二分析滤波器组(12，12’，15，15’)的所述Hann窗口滤波器被提高至预定第一有理数的幂，具体为0.75，并且所述合成滤波器组(19)的所述Hann窗口滤波器被提高至预定第二有理数的幂，具体为0.25，以使所述第一有理数和所述第二有理数的和为1。

15.如权利要求10到14之一所述的信号处理装置，其包括多个第一分析滤波器组(15’)，每一个第一分析滤波器组(15’)被配置成将多个麦克风信号(y_k(n))中的一个的至少一部分转换为通过第一下采样速率(r)进行下采样的麦克风子带信号(y_μ，k(n))；并且其中

所述回音补偿滤波装置(17；17’)被配置成回音补偿所述多个麦克风信号(y_k(n))的每一个麦克风信号的每一个所述麦克风子带信号(y_μ，k(n))，以为所述多个麦克风信号(y_k(n))的每一个麦克风信号获得误差子带信号(e_μ，k(n))；并且还包括：

波束形成装置(22)，其被配置成为所述多个麦克风信号(y_k(n))的每一个麦克风信号波束形成所述误差子带信号(e_μ，k(n))，以获得波束形成后的误差子带信号。

16.如权利要求15所述的信号处理装置，其中，所述波束形成装置(22)是延迟相加波束形成器或通用旁瓣消除器。

17.一种免提电话系统，包括如权利要求10到16之一所述的信号处理装置。

18.一种语音识别装置，包括如权利要求10到16之一所述的信号处理装置。

19.一种语音对话系统或声音控制系统，包括如权利要求18所述的语音识别装置。

20.一种车辆通信系统，包括至少一个麦克风，具体为麦克风阵列，至少一个扬声器和如权利要求10到16之一所述的信号处理装置，或包括如权利要求17所述的免提电话系统。

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