CN101273618A - 反馈声音消除设备 - Google Patents

Abstract

控制单元7将声学环境指令数据提供至拾取声音指向性控制单元5和自适应滤波器11。据此，拾取声音指向性控制单元5生成由预定的拾取声音指向性组成的拾取声音信号。自适应滤波器11检测来自声学环境指令数据的拾取声音指向性，并且从存储器13中读出对应于这个拾取声音指向性的滤波器参数。自适应滤波器11设置FIR滤波器的延迟系数和滤波器系数，并且利用响应于接收到的声音信号的脉冲响应生成伪回声信号。基于通过利用加法器12将伪回声信号从拾取声音信号中减去获得的误差信号，自适应滤波器11设置了更优化的滤波器参数，并且生成下一个伪回声信号。

Description

反馈声音消除设备

优先权声明

本发明要求以下优先权：2005年9月27日向日本专利局提交的日本专利申请No.2005-279150，2005年11月25日向日本专利局提交的日本专利申请No.2005-340805，和2005年12月16日向日本专利局提交的日本专利申请No.2005-363084；其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及反馈声音消除设备，该设备防止了从环绕麦克风的扬声器发出并被麦克风收集的声音所产生的声学回声或啸叫。特别地，本发明涉及使用自适应滤波器的反馈声音消除设备。

背景技术

以往已经公开了多种使用自适应滤波器来防止声学回声或者啸叫的装置。

日本专利公开No.昭62-120734中的回声消除设备包括多个麦克风，并且在回声消除以后，每个麦克风的传输路径的传递函数被误差信号更新和设置，并且FIR滤波器(自适应滤波器)的滤波器系数被这个传递函数设置。

日本专利No.2938076中的回声消除器包括多个麦克风，并且每个传输路径(回声通路)的伪回声通路特性是根据这时的传递函数和之前假设的多个综合伪回声通路特性计算出来的，随后，一个新的综合伪回声通路特性根据这个伪回声通路特性和当前的传递函数设置的。

然而，在日本专利公开No.昭62-120734中，由于自适应滤波器的滤波器系数是通过误差信号设置的，所以有必要在误差信号收敛之前一直保持滤波器的更新，于是需要用于设置滤波器系数的时间。此外，在日本专利No.2938076中，由于矩阵运算是利用先前的综合伪回声通路特性和当前的传递函数完成的，那么为了计算当前的综合伪回声通路特性，就需要进行复杂的运算处理来设置自适应滤波器的系数。

特别地，最近，在使用了通过排列多个扬声器而形成的扬声器阵列或者通过排列多个麦克风而形成的麦克风阵列的声学系统中，在许多情况下，通过控制这些扬声器阵列和麦克风阵列的指向性可以快速地并且非线性地改变声学环境。在这种情况下，如同在各个专利文件中所描述的，在基于先前误差信号或者滤波器设置内容来设置当前滤波器系数的方法中，滤波器系数的设置不能跟随声学环境的变化，于是需要很长的时间来使得自适应滤波器稳定地工作。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供这样一种反馈声音消除设备，使得即使声学环境迅速地并且非线性地发生变化，该反馈声音消除设备也能通过在短时间内稳定地操作自适应滤波器而有效地消除反馈声音。

本发明的一种反馈声音消除设备包括：控制装置，其将声学环境指示给反馈声音消除装置和声学环境形成装置，其中所述声学环境形成装置至少包括扬声器系统和麦克风系统，并且所述声学环境形成装置实现了多个声学环境中的一个；和反馈声音消除装置，其根据将要输入至所述扬声器系统的语音信号产生伪反馈声音信号，并且将所述伪反馈声音信号从输出自所述麦克风系统的拾取声音信号中减去。此外，反馈声音消除装置包括：存储装置，其存储用于自适应滤波器的多个参数，对应于所述多个声学环境，所述多个参数被分别地设置；和自适应滤波器，如果声学环境指令被所述控制装置执行，那么所述自适应滤波器根据所述声学环境指令从所述存储装置中读出相关的参数，利用所述读出的参数生成所述伪反馈声音信号，并且根据将此时的伪反馈声音信号从先前的拾取声音信号中减去所得到的结果，在不停地更新所述参数的同时生成伪反馈声音信号。

在这种结构中，当声学环境被控制装置指示时，声学环境形成装置就控制扬声器系统和麦克风系统的指向性以形成预定的声学环境。反馈声音消除装置的自适应滤波器根据声学环境指令内容从存储装置中读出参数，并且设置参数。随后，自适应滤波器利用设置的参数对语音信号进行滤波处理，于是生产了伪反馈声音信号。通过将这个伪反馈声音信号从拾取声音信号中减去，反馈声音消除装置得到了输出信号。按照这种方式，当声学环境变化的时候，自适应滤波器根据对应于新近设置的声学环境的参数生成伪反馈声音信号，其中该参数已经事先存储在存储装置中。随后，声学环境变化之后的初始处理之后，重复自适应滤波器的正常操作，也就是这样的操作，在根据先前误差信号依次地将参数更新为最佳条件的同时生成伪反馈声音信号。

结果就是，即使声学环境迅速地并且非线性地改变，还是能够立刻设置适合于新的声学环境的初始参数，并且能够在短时间内获得最佳参数。

本发明是一种反馈声音消除设备，其包括：声学环境形成装置，其至少包括扬声器系统和麦克风系统，并且其实现了多个声学环境中的一个；反馈声音消除装置，其根据将要输入至所述扬声器系统的语音信号产生伪反馈声音信号，并且将所述伪反馈声音信号从输出自所述麦克风系统的拾取声音信号中减去；和控制装置，其将声学环境指示给所述声学环境形成装置和所述反馈声音消除装置；其中所述控制装置包括存储装置，所述存储装置存储用于自适应滤波器的多个参数，对应于所述多个声学环境，所述多个参数被分别地设置，一旦接收到所述声学环境的切换，所述控制装置检测未使用的自适应滤波器，将对应于新近设置的声学环境的参数写入所述未使用的自适应滤波器，并且生成参数重写状态数据；并且所述反馈声音消除装置包括多个自适应滤波器和选择装置，所述选择装置在所述多个自适应滤波器中选择一个作为执行自适应滤波器，并且一旦检测到所述参数重写状态数据，所述反馈声音消除装置通过选择装置从当前被执行的自适应滤波器切换至具有对应于新声学环境而设置的参数的自适应滤波器，并且生成所述伪反馈声音信号。

在这种结构中，当输入新声学环境的切换指令时，控制装置读出预先根据指定的声学环境设置的用于自适应滤波器的参数，并且将所读出的参数写入未使用的自适应滤波器。这时，控制装置生成参数重写状态数据，该数据意味着参数同时地被重写了。一旦检测到参数重写状态数据，反馈声音消除装置就将操作从当前执行的自适应滤波器切换到具有对应于新声学环境而设置的参数的自适应滤波器。每次自适应滤波器切换时，也就是每次声学系统切换时，这一系列处理就会被执行。

本发明的反馈声音消除设备包括：发出声音控制装置，其对将要供给至扬声器装置的发出声音信号进行控制，从而将多种类型的发出声音指向性提供至从所述扬声器装置发出的语音；拾取声音控制装置，其控制麦克风装置的拾取声音信号，并且生成具有多种类型拾取声音指向性的指向性拾取声音信号；反馈声音消除装置，其具有多个自适应滤波器，所述自适应滤波器根据所述发出声音信号生成伪反馈声音信号，并且所述反馈声音消除装置将由预定的自适应滤波器所生成的所述伪反馈声音信号从所述指向性拾取声音信号中减去；和控制装置，其包括存储装置，所述存储装置将所述自适应滤波器的初始参数分别与所述多种类型的发出声音指向性和所述多种类型的拾取声音指向性组合存储，并且所述控制装置将对应于多种设置的发出声音指向性和对应于各个不同的拾取声音指向性的初始参数提供至所述各个自适应滤波器。所述反馈声音消除设备的反馈声音消除装置包括选择装置，所述选择装置根据由所述拾取声音控制装置所设置的所述拾取声音指向性的类型来选择所述预定的自适应滤波器。

在这种结构中，如果用户执行了指向性控制以及扬声器装置的类似控制以切换发出声音指向性，那么控制装置指示发出声音控制装置改变发出声音指向性。此外，控制装置将对应于设置的发出声音指向性和对应于各个不同的拾取声音指向性的初始参数提供至反馈声音消除装置的各个自适应滤波器。

如果输入声音信号由新发出的声音指向性发出并由麦克风装置拾取，则拾取声音控制装置设置麦克风装置的拾取声音指向性并且生成指向性拾取声音信号。而且，拾取声音控制装置把所设置的拾取声音指向性的信息提供给反馈声音消除装置的选择装置。

反馈声音消除装置的选择装置根据得到的拾取声音指向性选择相应的自适应滤波器。选择的自适应滤波器根据输入声音信号生成伪反馈声音信号。通过将这个伪反馈声音信号从指向性拾取声音信号中减去，反馈声音消除装置执行了回声消除以得到输出声音信号。

按照这种方式，如果拾取声音环境在发出声音指向性恒定的状态下发生变化，那么拾取声音控制装置再次设置拾取声音指向性，并且生成对应于新拾取声音指向性的指向性拾取声音信号，并且将新拾取声音指向性信息提供至选择装置。选择装置根据新拾取声音指向性信息切换滤波器，并且切换的新滤波器生成伪反馈声音信号。通过重复这个处理，当发出的声音指向性和所拾取的声音指向性改变时，自适应滤波器被适当地切换以执行回声消除。

此外，在本发明的反馈声音消除设备中，一旦接收到新声学环境指令，自适应滤波器就进行更新并且将当前使用的参数存储至所述存储装置中，并且根据新声学环境指令读出参数。

在这种结构中，被自适应滤波器优化的参数被反馈至存储装置，并被存储起来。于是，如果下一次执行了同样的声学环境指令，那么初始参数设置内容更靠近适合于指示的声学环境的更优化的状态，并且可以在甚至更短的时间内获取最佳参数。

此外，在本发明的反馈声音消除设备中，反馈声音消除装置在每个事先设置的预定定时检测所述参数重写状态数据的有/无，并且一旦接收到参数重写状态数据，反馈声音消除装置就通过选择装置切换所述自适应滤波器。

在这种结构中，反馈声音消除装置在每个事先设置的预定定时检测所述参数重写状态数据的有/无。也就是，它总是以预定的时间间隔检测参数是否被重写。

在本发明的反馈声音消除设备中，如果将被新切换输入的声学环境与当前执行的声学环境之前的声学环境匹配，那么控制装置并不在未使用的自适应滤波器上进行重写，而是仅仅生成参数重写状态数据。

在这种结构中，如果新近指示的声学环境就是紧挨着当前执行的声学环境之前的声学环境，那么控制装置对此进行识别并且并不读出对应的用于自适应滤波器的参数。随后，控制装置生成参数重写状态数据以显示重写的完成。反馈声音消除装置根据这个参数重写状态数据对自适应滤波器进行切换。由于在声学环境切换之前，优化的参数在根据声学环境切换的自适应滤波器中保持了两次，那么被这个参数设置的自适应滤波器就执行了反馈声音消除处理。于是，反馈声音消除处理开始于适合于新声学环境当前状态的参数，而不是事先存储在控制装置中的参数。于是，进一步加速了参数的优化，也就是达到最佳反馈声音消除处理的时间。

此外，在本发明的反馈声音消除设备中，控制装置在发出声音指向性切换时暂时地停止反馈声音消除装置，并且切换各个自适应滤波器的初始参数。

在这种结构中，如果发出声音指向性被切换，那么反馈声音消除装置暂时地被停止，并且所有的自适应滤波器都立刻被重写。于是，可以防止由于参数重写在自适应滤波器执行期间被强制执行而产生的异常回声。

此外，在本发明的反馈声音消除设备中，扬声器系统是扬声器阵列；声学环境被所述扬声器的指向性设置；并且扬声器阵列的指向性根据声学环境指令改变，并且自适应滤波器的参数根据声学环境指令切换。

在这种结构中，对应于扬声器阵列的指向性来存储自适应滤波器的参数，并且根据指示的扬声器阵列的指向性来读出参数并将参数设置在自适应滤波器中。

此外，在本发明的反馈声音消除设备中，麦克风系统是麦克风阵列；声学环境被麦克风的指向性设置；并且根据声学环境指令来改变麦克风阵列的指向性并且切换自适应滤波器的参数。

在这种结构中，对应于麦克风阵列的指向性来存储自适应滤波器的参数，并且根据指示的麦克风阵列的指向性来读出参数并将参数设置在自适应滤波器中。

此外，在本发明的反馈声音消除设备中，扬声器系统是扬声器阵列，而麦克风系统是麦克风阵列；声学环境被扬声器的指向性和麦克风的指向性设置；并且根据声学环境指令来改变扬声器阵列的指向性和麦克风阵列的指向性并且切换自适应滤波器的参数。

在这种结构中，对应于扬声器阵列和麦克风阵列的指向性来存储自适应滤波器的参数，并且根据指示的扬声器阵列和麦克风阵列的指向性来读出参数并将参数设置在自适应滤波器中。

此外，在本发明的反馈声音消除设备中，拾取声音控制装置规定了来自从麦克风装置输出的拾取声音信号的声音源方向，并且生成在规定的方向上具有高拾取声音指向性的指向性拾取声音信号，并且将对应于相关指向性拾取声音信号的拾取声音指向性的信息提供至选择装置。

在这种结构中，拾取声音控制装置自己规定了声音源方向，并且设置了该方向上的高拾取声音指向性。于是，根据由拾取声音控制装置检测到的当前拾取声音指向性可以生成最佳指向性拾取声音信号。随后，通过将针对这个拾取声音指向性的信息提供至选择装置，可以选择最适合于由拾取声音控制装置检测到的拾取声音指向性的自适应滤波器。

根据本发明，由于适合于指定的声学环境的参数在变化的初始时间被设置在自适应滤波器内，那么即使执行控制以快速地并且非线性地改变声学环境，自适应滤波器还是能在短时间内被稳定地操作。

根据本发明，使用了这样的结构，其包括多个自适应滤波器，其中一个自适应滤波器一直被执行。此外，适合于新近指定的声学环境的参数被设置在未使用的自适应滤波器中。根据声学环境的切换指令，通过从当前使用的自适应滤波器切换至设置有适合于新声学环境的参数的自适应滤波器，那么即使执行控制以快速地并且非线性地改变声学环境，最佳反馈声音消除处理还是能在短时间内被执行。

根据本发明，根据发出声音指向性/拾取声音指向性的组合事先存储了多个自适应滤波器的参数，并且在切换之后根据发出声音指向性/拾取声音指向性的组合选择最佳自适应滤波器。于是，能以高于一般情况的速度切换至最佳自适应滤波器，并且最佳反馈声音消除处理能在短时间内被执行。

附图说明

图1是示出了第一实施例的回声消除器的主要部分的框图。

图2A是存储在图1所示的存储器13中的滤波器参数的示意图。

图2B是存储在图1所示的存储器13中的滤波器参数的示意图。

图3是示出了第一实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图。

图4是示出了第二实施例的回声消除器的主要部分的框图。

图5是存储在图4所示的存储器13中的滤波器参数的示意图。

图6A是存储在第三实施例的回声消除器的存储器中的滤波器参数的示意图。

图6B是存储在第三实施例的回声消除器的存储器中的滤波器参数的示意图。

图6C是存储在第三实施例的回声消除器的存储器中的滤波器参数的示意图。

图7是示出了另一种结构的回声消除器的主要部分的框图。

图8是示出了第四实施例的回声消除器的主要部分的框图。

图9A是示出了第四实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图。

图9B是示出了第四实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图。

图10A示出了寄存器208中各个地址的状态变化。

图10B示出了寄存器208中各个地址的状态变化。

图10C示出了寄存器208中各个地址的状态变化。

图11是示出了第五实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图。

图12是示出了第六实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图。

图13是示出了具有采用了扬声器阵列的扬声器单元的回声消除器的主要部分的框图。

图14是示出了具有采用了扬声器阵列的扬声器单元的回声消除器的主要部分的框图，其中麦克风单元为单个麦克风。

图15是示出了第七实施例的回声消除器的主要部分的框图，其中三个独立的声音信号被输入以发出声音。

图16是示出了第八实施例的回声消除器的主要部分的框图。

图17是示出了存储在图16所示的存储器3070中的有关发出声音指向性的各个初始参数的数据库的示意图。

图18示出了拾取声音指向性和执行自适应滤波器之间的关联状态。

图19是控制单元307和回声消除单元的状态转变图。

图20示出了回声消除单元在正常处理时间的处理流程。

具体实施方式

参考图1至图3，对根据本发明第一实施例的反馈声音消除设备予以描述。本实施例是采用回声消除器作为反馈声音消除设备的示例而进行描述的。

图1是示出了本实施例的回声消除器的主要部分的框图。

图2A是存储在图1所示的存储器13中的滤波器参数的示意图。

图2B是存储在图1所示的存储器13中的滤波器参数的示意图。

图3是示出了第一实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图。

本发明的回声消除器包括回声消除单元1、扬声器单元3、麦克风单元4、拾取声音指向性控制单元5、控制单元7、和操作输入单元8。

控制单元7控制整个回声消除器，并且根据从操作输入单元8接收到的声学环境设置将声学环境指令数据提供至拾取声音指向性控制单元5和回声消除单元1的自适应滤波器11。操作输入单元8包括诸如多个按钮之类的操作装置，并且操作输入单元8从用户接收各种设置输入以提供至控制单元7。

扬声器单元3包括单个扬声器，并且它将接收到的声音信号进行转换以发出声音。麦克风单元4包括通过排列多个麦克风形成的麦克风阵列收集外部声音，其中外部声音包括各个麦克风主叫方的谈话声音，并且将其输出至拾取声音指向性控制单元5。

根据从控制单元7给出的声学环境指令数据，拾取声音指向性控制单元5对来自麦克风阵列中的各个麦克风的输出信号执行延迟相加，并且生成在预定方向上具有拾取声音指向性的拾取声音信号。

回声消除单元1包括自适应滤波器11、加法器(减法器)12和存储器13。自适应滤波器11包括FIR滤波器。通过将FIR滤波器的延迟系数和该滤波器系数设置为预定数值，它利用响应于接收到的声音信号的脉冲响应生成伪回声(反馈声音)信号，其中接收到的声音信号是从声音信号输入端2输入的。加法器12将伪回声信号从拾取声音信号中减去并输出，其中该拾取声音信号是从拾取声音指向性控制单元5输入的。输出信号变成误差信号和待发的声音信号。这个待发声音信号经由声音信号输出端6被发送至另一方。误差信号返回自适应滤波器。

如图2A和2B所示的，存储器13事先存储了用于各个拾取声音指向性的滤波器参数。具体地说，为每个拾取声音指向性设置的滤波器参数是由麦克风单元4和拾取声音指向性控制单元5设置的，并且是由自适应滤波器11的FIR滤波器的延迟系数和滤波器系数构建的。例如，如图2A所示，如果存在声音收集指向性A、和B至M，那么仅仅对应于各个声音收集指向性A、和B至M的滤波器参数a0、和b0至m0是存在的。此外，也为这些滤波器参数a0、和b0至m0设置了详细的延迟系数和滤波器系数。

接下来跟随图3的流程图对自适应滤波器11的操作予以具体描述。

当用户对操作输入单元8进行操作以执行声学环境设置时，控制单元7生成声学环境指令数据以提供至自适应滤波器11。

当声学环境指令数据从控制单元7输入时(S101)，自适应滤波器11接收这个声学环境指令数据并且识别指示的拾取声音指向性(S102)。

自适应滤波器11将作为对应于相关拾取声音指向性的滤波器参数的当前为FIR滤波器设置的各个延迟系数和滤波器系数读出，并且将它们写入存储器13(S103)。这时，(初始状态中的或者由于先前更新而产生的状态中的)先前的滤波器参数被存储在存储器13中。然而，自适应滤波器11在已经存储的滤波器参数上写入一个新的滤波器参数。例如，在图2A所示的初始状态中，用于拾取声音指向性B的存储的滤波器参数是b0。然而，如果在自适应滤波器11中存在用于拾取声音指向性B的滤波器参数b1，那么自适应滤波器11就将滤波器参数b1写在滤波器参数b0上，如图2B所示。

自适应滤波器11在存储器13内写入用于其自身的滤波器参数，并且随后读出对应于识别出的拾取声音指向性的滤波器参数(S104)。随后，自适应滤波器11根据读出的滤波器参数设置FIR滤波器的延迟系数和滤波器系数(S105)。

自适应滤波器11对输入的接收到的声音信号进行卷积或者相乘，其中延迟系数和滤波器系数(脉冲响应)是根据这个声学环境指令数据设置的，从而生成伪回声信号(S106)。随后，如上所述，加法器12将伪回声信号从拾取声音信号中减去并输出结果。

按照这样的方式，在声学环境变化的同时，通过读出并利用对应于新声学环境存储在存储器13中的滤波器参数，在声学环境变化之后可以从初始状态获得适合于声学环境的滤波器参数。因此，自适应滤波器11的滤波器参数可在短时间内得到优化。于是，可以在短时间内实现稳定的回声消除。

自适应滤波器11输入由加法器12通过减法运算生成的误差信号(S107)，随后利用已知的学习识别方法或类似的方法来计算并设置该时间点上的最佳滤波器参数(S108)。如果没有声学环境指令数据的输入，那么自适应滤波器11就利用优化的滤波器参数生成伪回声信号(S101→S106)。

伪回声信号的生成、误差信号的输入、和最佳滤波器参数的计算/设置(S106→S107→S108)都是自适应滤波器11的正常操作，它们会不断地执行直到输入了声学环境指令数据。于是，滤波器参数总是在更新，并且逐渐地接近真正最佳的滤波器参数。

此外，如果输入了声学环境指令数据，那么自适应滤波器11在存储器13内重写并存储适合于当前声学环境的更优化的滤波器参数。通过执行这种处理，如果下一次设置了同样的声学环境，那么就可以使用这次优化的滤波器系数。因此，下一此自适应滤波器11就可以在更短的时间内被优化。于是，可以在更短的时间内实现稳定的回声消除。

接下来参考图4和图5对根据第二实施例的反馈声音消除设备进行描述。本实施例还是采用回声消除器作为反馈声音消除设备的示例而进行描述的。

图4是示出了本实施例的回声消除器的主要部分的框图。

图5是存储在图4所示的存储器13中的滤波器参数的示意图。

与图1相比较，在图4所示的回声消除器中，扬声器单元3包括通过排列多个扬声器而形成的扬声器阵列，并且在回声消除单元1和扬声器单元3之间插入了发出声音指向性控制单元9。此外，图4所示的回声消除器将来自控制单元7的声学环境指令数据提供至发出声音指向性控制单元9和拾取声音指向性控制单元5。

在这种回声消除器中，当输入声学环境设置时，控制单元7将声学环境指令数据提供至发出声音指向性控制单元9和拾取声音指向性控制单元5。发出声音指向性控制单元9根据声学环境指令数据对将被输出至扬声器阵列中各个扬声器的声音信号执行延迟控制，从而控制从扬声器单元3发出的声音的指向性。拾取声音指向性控制单元5对来自麦克风阵列中各个麦克风的输出信号执行延迟控制，并且生成在预定方向上具有拾取声音指向性的拾取声音信号。

按照这种方式，扬声器单元3是由扬声器阵列组成的，麦克风单元4是由麦克风阵列组成的，并且通过提供发出声音指向性控制单元9和拾取声音指向性控制单元5，可以实现更加多元化的声学环境。

如图5所示，对应于拾取声音指向性和发出声音指向性的每种组合的滤波器参数都被存储在存储器13。例如，如果存在声音收集指向性A、和B至M，并且存在发出声音指向性α、和β至ρ，那么对应于各种组合的滤波器参数Aα0至Aρ0、Bα0至Bρ0等等一直到Mα0至Mρ0都被设置并存储。

当声学环境指令数据从控制单元7被输入，自适应滤波器11就分析这个声学环境指令数据从而检测拾取声音指向性和发出声音指向性的相关组合。随后，自适应滤波器11读出相应的滤波器参数，并且设置FIR滤波器的延迟系数和滤波器系数。

自适应滤波器11的其它操作与第一实施例相同，因此在此省略对其的描述。

按照这样的方式，即使在能够设置发出声音指向性和拾取声音指向性的声学环境中，也就是在各种设置可能多于第一实施例的声学环境中，还是可以通过读出存储在存储器中的滤波器参数执行来设置。因此，自适应滤波器可根据设置的声学环境在短时间内优化，并且可以实现稳定的回声消除。

特别地，在本实施例中，如果声学环境是多变化的，那么通过利用本发明的结构，稳定的回声消除可以在比一般情况更短的时间内有效地实现。

接下来参考图6A至图6C对根据第三实施例的反馈声音消除设备进行描述。本实施例不同于第二实施例的地方在于存储和设置滤波器参数的方法，而其它结构是一样的。因此，对相同结构的描述被省略。

图6A至图6C是存储在本实施例的回声消除器的存储器中的滤波器参数的示意图。

在本发明的回声消除器中，存储器13中仅仅预设并存储了事先知道将被使用的拾取声音指向性和发出声音指向性的组合的滤波器参数(参见图6A)。

此外，如果指示了一个存储了的拾取声音指向性和发出声音指向性的(声学环境设置的)组合，回声消除器读出对应于这种组合的滤波器参数并且将其设置在自适应滤波器11中。

通过使用这种结构，滤波器参数设置的数目和存储在存储器13中的拾取声音指向性/发出声音指向性组合可以尽可能少地保持，因此可以节省存储器资源。在这种存储/设置滤波器参数的方法中，可以如上所述地执行滤波器参数的更新和存储。

附带地，当执行这种滤波器参数更新时，在某些情况下，可能会指示用户事先并未设置/存储的拾取声音指向性/发出声音指向性组合。在这种情况下，回声消除器可通过以下任何一种方式设置自适应滤波器11的滤波器参数。

(1)不考虑拾取声音指向性/发出声音指向性组合而通用地存储滤波器参数。

(2)在用于设置声学环境之前不停地使用滤波器参数。

(3)从已经存储了的拾取声音指向性/发出声音指向性组合中检测与指示拾取声音指向性/发出声音指向性组合相类似的组合，并且采用对应于这个类似的拾取声音指向性/发出声音指向性组合的滤波器参数。例如，这是这样实现的，根据各个指向性的特性在各个声音收集指向性和各个发出声音指向性上输入ID，并且从用户新近设置并检测到的各个指向性特征中选择类似的ID。

此外，本实施例的回声消除器可具有对如下所示滤波器参数的学习功能。

如果指示了未存储的拾取声音指向性/发出声音指向性组合，那么回声消除器确保在存储器13(参见图6B)中有一个区域用来存储用于拾取声音指向性/发出声音指向性这种组合的滤波器参数。

随后，自适应滤波器11如同上述实施例一样工作，并且滤波器参数也被更新。此外，如果用户设置了不同的声学环境，那么自适应滤波器11将为自身设置的最新的滤波器参数存储在存储器13(参见图6C)的相应区域(上面提到的新近被确保的区域)。

通过设置这种结构，拾取声音指向性/发出声音指向性的附加组合和滤波器参数被存储起来，并且如果拾取声音指向性/发出声音指向性的附加组合在此被指示，那么就可以在更短的时间内获取最佳滤波器参数。

此外，作为存储新滤波器参数的方法，如果存储器13中确保了对应于新滤波器参数的区域，例如还存在用于删除具有最少使用频率和使用时间的滤波器参数和拾取声音指向性/发出声音指向性组合的集合的方法。在这种情况下，使用频率和使用时间被累加并与滤波器参数和拾取声音指向性/发出声音指向性组合在存储器13中存储在一起。自适应滤波器11读出使用频率和使用时间，随后读出滤波器参数和拾取声音指向性/发出声音指向性组合的集合，并且删除底部的集合。随后，在由这个处理形成的区域中，存储了滤波器参数和拾取声音指向性/发出声音指向性组合的新集合。

在这种结构中，由于节省了存储器资源并且存储了准备使用的滤波器参数，那么就能实现方便使用的具有有限存储器的回声消除器。

在上述各个实施例中，示出了存在一条用于接收到的声音信号的传输线的情况。然而，如图7所示，即使在声音发出侧存在多条(三条)传输线的情况下，上面提到的结构还是可以应用以展示上面提到的效果。

图7是示出了另一种结构的回声消除器的主要部分的框图。

在图7所示的回声消除器中，存在三条用于接收到的声音信号的传输线。通过利用发出声音指向性控制单元9对每个接收到的声音信号执行延迟控制或幅度控制，例如在由扬声器阵列形成的扬声器系统3中，可以实现多种虚拟点声源。此外，在图7所示的回声消除器中，麦克风单元4仅仅包括单个目的麦克风，并且拾取声音指向性控制单元5被省略。

在这种组成的情况下，自适应滤波器11包括三个功能部分，它们分别对应于各个通道从而在各个功能部分中为各个通道的接收到的声音信号生成伪回声信号。在这种情况下，在存储器13中，对应于各个接收到的声音信号，对各个发出声音指向性都存储和设置了滤波器参数。

还可以用麦克风阵列组成麦克风单元4，并且还可以提供一个拾取声音指向性控制单元。在这种情况下，考虑到各个接收到的声音信号，对各个拾取声音指向性/发出声音指向性组合都存储和设置了滤波器参数。

此外，在图7所示的示例中，示出了实现了多个虚拟点声源的情况。然而，即使在实际上设置有多个扬声器来发出声音的情况下，还是可以采用本发明的结构。此外，如果除了扬声器单元和麦克风单元之外声学空间(例如房间大小和形状)也是可变的，那么上述结构可以通过设置包括这些的参数来应用。

此外，在以上描述中，自适应滤波器系数根据扬声器阵列的发出声音指向性和麦克风阵列的拾取声音指向性来转换。然而，本发明的各个实施例并不以阵列方式而限于指向性控制。例如，即使仅仅存在一个扬声器单元或者一个麦克风单元，只要设置方向可以控制和检测，那么本发明还是适用的。

此外，以上描述考虑的是回声消除器。然而，只要装置是这样使得从扬声器发出的声音环绕着(逆行至)麦克风并且被收集，那么就可以应用本发明的结构来展示上述效果。其中的一个示例就包括啸声消除器。

此外，在以上描述中，示出了由自适应滤波器11优化的滤波器参数在存储器13上被重写的情况。但是，还可能是这样使得这些处理并没有执行，而且每次接收到声学环境指令数据时都使用在存储器13中预设的滤波器参数。

参考图8至图10C对根据第四实施例的反馈声音消除设备进行描述。本实施例采用回声消除器作为反馈声音消除设备的示例而进行描述的。

图8是示出了本实施例的回声消除器的主要部分的框图。

图9A和图9B是示出了本实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图，其中图9A示出了控制单元207的处理流程，而图9B示出了回声消除单元201的处理流程。

图10A至图10C示出了寄存器208中各个地址的状态变化；其中图10A示出了在声学环境指令数据的切换被接收到之前，自适应滤波器2011A被执行时的状态；图10B示出了在声学环境指令数据的切换被接收到之后而在自适应滤波器切换(2011A→2011B)之前的状态；图10C示出了自适应滤波器切换(2011A→2011B)之后的状态。

本实施例的回声消除器包括回声消除单元201、扬声器单元203、麦克风阵列204、拾取声音指向性控制单元205、控制单元207、寄存器208、和操作输入单元209。

控制单元207控制整个回声消除器，并且根据从操作输入单元209接收到的声学环境设置的内容生成声学环境指令数据并将其提供至拾取声音指向性控制单元205。此外，控制单元207包括存储器2070，其中存储器2070根据各个声学环境来存储用于自适应滤波器的滤波器参数，并且根据声学环境指令数据读出滤波器参数从而将其设置在回声消除单元201相应的自适应滤波器中。操作输入单元209包括诸如多个按钮之类的操作装置，并且操作输入单元209从用户接收各种设置输入以提供至控制单元207。

扬声器单元203包括单个扬声器，并且它将接收到的声音信号进行转换以发出声音。麦克风单元204通过排列多个麦克风形成，收集外部声音，其中外部声音包括各个麦克风主叫方的谈话声音，并且将其输出至拾取声音指向性控制单元205。

根据从控制单元207给出的声学环境指令数据，拾取声音指向性控制单元205对来自麦克风阵列204中的各个麦克风的输出信号执行延迟相加，并且生成在预定方向上具有拾取声音指向性的拾取声音信号。麦克风单元由这些麦克风阵列204和拾取声音指向性控制单元205组成。

回声消除单元201包括自适应滤波器2011A和2011B、后置处理器2012A和2012B和开关2013，并且由例如DSP构成。自适应滤波器2011A和2011B包括FIR滤波器以及诸如此类。根据从控制单元207给出的滤波器参数，将FIR滤波器的延迟系数和滤波器系数设置为预定数值。于是，对于接收到的从声音信号输入端202输入的声音信号执行脉冲响应处理从而生成伪回声(反馈声音)信号。除了设置的滤波器参数之外自适应滤波器2011A和2011B具有相同的结构，并且它们是通过开关2013选择的，从而自适应滤波器中的任何一个一直在工作。

后置处理器2012A将由自适应滤波器2011A产生的伪回声信号从拾取声音信号中减去并输出，其中该拾取声音信号是从拾取声音指向性控制单元205输入的。输出信号变成误差信号和待发声音信号。这个待发声音信号经由声音信号输出端206被发送至另一方。误差信号返回自适应滤波器2011A。

后置处理器2012B将由自适应滤波器2011B产生的伪回声信号从拾取声音信号中减去并输出，其中该拾取声音信号是从拾取声音指向性控制单元205输入的。输出信号变成误差信号和待发声音信号。这个待发声音信号经由声音信号输出端206被发送至另一方。误差信号返回自适应滤波器2011B。

后置处理器2012A和2012B与自适应滤波器2011A和2011B同步。在自适应滤波器2011A工作期间，后置处理器2012A工作。在自适应滤波器2011B工作期间，后置处理器2012B工作。在当前的描述中，后置处理器2012A和2012B分别地连接至各个自适应滤波器2011A和2011B。然而，结构也可能是这样的，相对于一个后置处理器，选择并连接了两个自适应滤波器2011A和2011B。

后面将会描述到，根据自适应滤波器的切换定时，开关2013对自适应滤波器2011A和2011B进行切换以连接至从声音信号输入端202到扬声器单元203的接收声音信号传输线。

如图10A至图10C所示，寄存器208包括两个地址，并且在地址“0”存储重写状态数据。重写状态数据由“C”和“D”两个重写状态值组成。重写状态值C指示了控制单元207完成重写之后回声消除单元201的自适应滤波器切换之前的状态。另一方面，重写状态值D则指示了回声消除单元201的自适应滤波器切换之后对应于新声学环境设置的参数被控制单元207重写之前的状态。运行状态数据存储在地址“1”中。运行状态数据由运行状态值“A”和“B”组成。运行状态值A指示了自适应滤波器2011A被选择和操作的状态。运行状态值B指示了自适应滤波器2011B被选择和操作的状态。

参考图9A至图10C，接下来对声学环境被切换情况下的处理进行描述。

在自适应滤波器2011A被选择并且上述回声消除处理正在进行的情况下，如果用户通过对操作输入单元209等进行操作而指示新的声学环境，那么控制单元207就接收这个声学环境的切换指令。控制单元207在每个采样定时都会检测声学环境切换指令的有/无。在控制单元207接收声学环境的切换之后，它生成声学环境指令数据并且将其提供至拾取声音指向性控制单元205(S2101)，并且从存储器2070中读出对应于新近设置的声学环境的滤波器参数(S2102)。

控制单元207读出寄存器208的地址“1”以获取操作状态值。在此，由于当前选择和执行的是自适应滤波器2011A，所以地址“1”的操作状态值是“A”，于是控制单元207得到操作状态值“A”。当控制单元207得到操作状态值“A”，它就检测出自适应滤波器2011B并未使用(S2103)。

接下来，控制单元207将读出来的对应于新声学环境的滤波器参数提供至未使用的自适应滤波器2011B(S2104)。随后，如图10B所示，控制单元207在寄存器208的地址“0”写入重写状态值“C”，也就是说，将地址“0”从重写状态值“D”重写成重写状态值“C”(S2105)。显示为重写状态值“C”的数据就对应于本发明的“参数重写状态数据”。

回声消除单元201在每个处理定时(例如，每采样80次处理一次)都读出寄存器208地址“0”(S2201)。在此，如果重写状态值是“D”，那么回声消除处理继续由当前的自适应滤波器执行。如果重写状态值是“C”，那么就执行自适应滤波器的切换处理(S2202→S2203)。随后，当回声消除单元201获取重写状态值“C”，它就从自适应滤波器2011A切换至自适应滤波器2011B。

在滤波器切换处理完成之后，随后如图10C所示，回声消除单元201在寄存器208的地址“1”写入操作状态值“B”，并且在地址“0”写入重写状态值“D”(S2204和S2205)。换句话说，寄存器208的地址“0”返回至声学环境切换之前的状态。

按照这种方式，通过根据声学环境的切换来交替地使用两个自适应滤波器，以及通过事先将对应于选择的声学环境的滤波器参数提供至切换的自适应滤波器，刚好在声学环境切换之后可以执行有效的回声消除。此外，由于切换的自适应滤波器的滤波器参数可以在短时间内优化，所以稳定的回声消除可以在短时间内实现。

在以上描述中，示出了从自适应滤波器2011A切换至自适应滤波器2011B的情况。然而，即使在从自适应滤波器2011B切换至自适应滤波器2011A的情况中，还是可以通过类似的处理完成这些执行。

接下来参考图11对根据第五实施例的反馈声音消除设备进行描述。本实施例具有与第四实施例大致相同的结构，不同的地方在于存储在控制单元207的存储器2070中的信息，以及控制单元207的处理流程。因此，仅对不同的部分加以描述，而其它部分则省略。

图11是示出了本实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图，其示出了控制单元207的处理流程。

在本实施例中，控制单元207在存储器2070中存储了过去已经执行过的声学环境。在第四实施例中，如果有两个自适应滤波器，那么至少存储了当前切换之前的声学环境(当前执行的声学环境)和先前切换之前的声学环境，而且再之前的环境同样可能被存储了。

如果检测到新的声学环境，那么根据该声学环境的自适应滤波器的滤波器参数在任何时候都与声学环境一起存储在存储器2070中。然而，如果超出了预定存储量，那么最早的声学环境将被删除，从而保持在预定存储量范围内。

如果指示了新的声学环境，那么控制单元207就生成声学环境指令数据以提供至拾取声音指向性控制单元205(S2101)。控制单元207在存储器2070中存储了指定的声学环境，并且判断这次存储的声学环境，也就是，当前切换之后的声学环境，与先前切换之前的声学环境是否匹配(S2111→S2112)。随后，如果当前切换之后的声学环境与先前切换之前的声学环境不匹配，那么类似于第四实施例，控制单元207读出滤波器参数以执行切换处理(S2102至S2105)。

另一方面，如果当前切换之后的声学环境与先前切换之前的声学环境匹配，那么读出滤波器参数以及诸如此类(S2102至S2104的处理)被省略，并且控制单元207在寄存器208的地址“0”写入重写状态值“C”(S2105)。

在此，在包括两个自适应滤波器2011A和2011B并且随着声学环境的切换而交互地执行它们的回声消除器中，在先前切换时已经优化的滤波器参数被设置用于当前未使用的自适应滤波器(当前切换之前)。

通过这样，本实施例的回声消除单元201利用了滤波器参数在先前切换之前就被设置了的自适应滤波器。于是，在切换的时候，无需读出/写入滤波器参数，并且不必对寄存器208的地址“1”执行读出分析，因此简化了切换处理。此外，由于新近使用的滤波器参数是在之前切换的时间点上已经被优化的参数，那么适合于当前切换之后的声学环境的滤波器参数可以在更短的时间内获得。于是，稳定的回声消除可以在更短的时间内实现。

接下来参考图12对根据第六实施例的反馈声音消除设备进行描述。本实施例具有与第四实施例大致相同的结构，不同的地方在于存储在控制单元207的存储器2070中的滤波器参数，以及回声消除单元201的处理流程。因此，仅对不同的部分加以描述，而其它部分则省略。

图12是示出了本实施例的回声消除器的回声消除处理流程的流程图，其示出了回声消除单元201的处理流程。

在自适应滤波器切换完成之后(S2203)，回声消除单元201重写并更新寄存器208中的重写状态数据和操作状态数据(S2204和S2205)，并且在控制单元207的存储器2070中存储已经存储在正在执行的自适应滤波器中的滤波器参数(S2211)。

通过这种处理，存储器2070中为每个声学环境存储了由回声消除单元201获取的最新的滤波器参数。因此，如果新近设置的声学环境与过去执行过的声学环境匹配，那么最适合于当前状态的滤波器参数将被提供至切换的自适应滤波器。于是，稳定的回声消除能在更短的时间内实现。

在上述各个实施例中，示出了扬声器单元是单个扬声器的情况。然而，如图13所示，以上结构同样可以应用到采用扬声器阵列的扬声器单元中。

图13是示出了具有采用了扬声器阵列的扬声器单元的回声消除器的主要部分的框图。

本实施例的回声消除器的扬声器单元203包括具有在一个阵列中的多个扬声器的扬声器阵列2031，和发出声音指向性控制单元2032。发出声音指向性控制单元2032根据从控制单元207发出的声学环境指令数据对从声音信号输入端202接收到的声音信号执行延迟处理、幅度处理以及诸如此类，并且将结果提供至扬声器阵列2031的各个扬声器。

在这种结构中，通过存储用于由发出声音指向性和拾取声音指向性设置的每种声学环境的滤波器参数，就可以采用以上的结构。此外，即使在发出声音指向性和拾取声音指向性都改变的声学环境中，稳定的回声消除还是能在短时间内实现。

此外，如图14所示，即使扬声器单元包括与图13同样的扬声器阵列而麦克风单元则是单个目标麦克风，上述结构也可以被类似地应用。图14是示出了具有采用了扬声器阵列的扬声器单元的回声消除器的主要部分的框图，其中麦克风单元为单个目标麦克风。

在这个回声消除器中，麦克风单元仅仅是单个目标麦克风2040，并且声学环境仅仅由发出声音指向性设置。即使在这种情况下，通过根据仅由发出声音指向性设置的声学环境来设置滤波器参数，那么类似于上述各种情况，稳定的回声消除能在短时间内实现。

接下来参考图15对根据第七实施例的反馈声音消除设备进行描述。

图15是示出了回声消除器的主要部分的框图，其中三个独立的声音信号被输入以发出声音。

本实施例的回声消除器示出了这样的情况，其中存在声音信号输入端202A至202C，并且存在三个独立声音信号路径。来自各个声音信号输入端202A至202C的声音信号被提供至发出声音指向性控制单元2032。基于来自控制单元207的声学环境指令数据，发出声音指向性控制单元2032设置了虚拟点声源以及诸如此类，并且对应于虚拟点声源的设置对各个声音信号执行延迟处理和幅度处理，并且将结果提供至扬声器单元2031的各个扬声器。

回声消除单元201A、201B和201C是对应于从各个声音信号输入端202A、202B和202C接收到的声音信号路径连接的。此外，回声消除单元201A、201B和201C中的每一个分别地具有包括同样结构的两个自适应滤波器。

基于来自控制单元207的声学环境指令数据，拾取声音指向性控制单元205对来自麦克风阵列中的各个麦克风的输出信号执行延迟相加，并且生成在预定方向上具有拾取声音指向性的拾取声音信号。这个拾取声音信号被输入至回声消除单元201A，并与基于从声音信号输入端202A接收到的声音信号所生成的伪回声信号相加，并且随后被输出至回声消除单元201B。回声消除单元201A的输出信号被输入到回声消除单元201B，并与基于从声音信号输入端202B接收到的声音信号所生成的伪回声信号相加，并且随后被输出至回声消除单元201C。

回声消除单元201B的输出信号被输入到回声消除单元201C，并与基于从声音信号输入端202C接收到的声音信号所生成的伪回声信号相加，并且随后被输出至输出端206。各个回声消除单元201A、201B和201C的顺序并不限于如图15所示的201A→201B→201C的顺序，它可以是所有回声消除单元201A、201B和201C通过的任何结构。

在寄存器208中，存储了有关各个回声消除单元201A、201B和201C的操作状态数据和重写状态数据。

关于被装置采用的各种声学环境，控制单元207为从各个声音输入端202A、202B和202C输入的每个接收到的声音信号设置声学环境，并且在存储器2070中事先地存储了相应的滤波器参数。

当控制单元207获取新的声学环境指令时，它就为从声音输入端202A、202B和202C输入的每个接收到的声音信号设置声学环境，并且读出相应滤波器参数。此外，控制单元207读出存储在寄存器208中的各个回声消除单元201A、201B和201C的操作状态数据，并为各个回声消除单元201A、201B和201C检测未使用的自适应滤波器，并且将对应的滤波器参数分别提供至各个自适应滤波器。此外，控制单元207在对应于各个回声消除单元201A、201B和201C的寄存器208的地址中写入显示了重写完成的重写状态数据。

当回声消除单元201A、201B和201C的每个均检测到写入寄存器208中的显示了重写完成的重写状态数据时，就切换至将被使用的自适应滤波器。随后，回声消除单元201A、201B和201C的每个都在寄存器208相应的地址写入显示了重写完成的重写状态数据。

按照这种方式，即使在存在多个接收到的声音信号路径并且存在多个对应于这些路径的回声消除单元的情况下，那么类似于上述实施例，最佳回声消除可以在声学环境切换的时候在短时间内实现。

在本实施例中，上面的第五实施例和第六实施例的内容同样可以应用。

此外，在图15所示的示例中，其示出了实现了多个虚拟点声源的情况。然而，即使在实际上有多个扬声器被设置成发出声音的情况下，本发明的结构还是可以应用。此外，如果除了扬声器单元和麦克风单元之外声学空间(例如房间大小和形状)也是可变的，那么上述结构可以通过设置包括这些的滤波器参数来应用。

此外，在以上描述中，拾取声音指向性方向是被操作输入单元209指示的。但是，例如，如果拾取声音指向性控制单元205具有估计声音源方向的功能，那么拾取声音指向性方向的信息可从拾取声音指向性控制单元提供至控制单元207从而切换自适应滤波器的参数。

此外，在以上描述中，自适应滤波器的滤波器参数根据扬声器阵列的发出声音指向性和麦克风阵列的拾取声音指向性来切换。然而，本发明的各个实施例并不限于由阵列控制的指向性。例如，即使仅仅只有一个扬声器单元或者一个麦克风单元，只要设置方向可以控制和检测，那么本发明还是可以应用。此外，即使存在多个独立扬声器单元和麦克风单元，本发明还是可以类似地应用。

此外，以上描述考虑了回声消除器。然而，只要装置是这样从扬声器发出的声音环绕着(逆行至)麦克风并且被收集，那么就可以应用本发明的结构来展示上述效果。其中的一个示例就包括啸声消除器。

此外，在以上描述中，彻底地切换指向性和被执行的自适应滤波器的方法和声学环境的切换被一起使用。然而，本发明同样可以应用于所谓的交叉衰落(cross fade)处理被执行的情况，其中回声消除控制逐渐地从切换之前的指向性切换至切换之后的指向性。在这种情况下，除了开关2013之外，还可以使用音量控制器以执行处理来逐渐地将输出信号的输入电平从切换之前的自适应滤波器改变到切换之后的自适应滤波器。

参考图16至图20，对根据本发明实施例的回声消除设备予以描述。本实施例是采用回声消除器作为回声消除设备的示例而予以描述的。本实施例的回声消除器示出了这样的情况，其中独立的声音信号被分别地从三个声音信号输入端302A至302C输入以发出声音。

图16是示出了本实施例的回声消除器的主要部分的框图。

本实施例的回声消除器包括回声消除单元301A至301C、声音信号输入端302A至302C、扬声器阵列3031、发出声音指向性控制单元3032、麦克风阵列3041、拾取声音指向性控制单元3042、语音输出端305、操作输入单元306、和控制单元307。回声消除单元301A至301C包括同样的结构。

操作输入单元306包括接收发出声音指向性的设置的控件。当用户输入了发出声音指向性的设置，或者诸如此类，那么根据这个操作的发出声音指向性的设置内容被提供至控制单元307。

基于获得的发出声音指向性的设置内容，控制单元307生成了发出声音指向性指令数据以提供至发出声音指向性控制单元3032。如图17所示，控制单元307根据发出声音指向性控制单元3032设置了发出声音指向性类型No.1至No.4四种发出声音指向性。这些发出声音指向性类型No.1至No.4是根据作为因素的各个方向和焦点来设置的，并且是根据被制成的不同结构设置的。控制单元307包括存储器3070，如图17所示，其存储了初始参数。

图17是示出了存储在存储器3070中的有关发出声音指向性的各个初始参数的数据库的示意图。

如图17所示，在存储器3070中，作为初始参数的数据库，为每个发出的声音指向性都存储了初始参数，其中初始参数被提供至后面将要描述的回声消除单元301A的自适应滤波器30101A至30116A(未示出，也未示出回声消除单元301B的自适应滤波器和回声消除单元301C的自适应滤波器)。

具体地说，它具有：参数组30701，其包括与发出声音指向性No.1有关的自适应滤波器30101A至30116A的初始参数PAF1101至PAF1116；参数组30702，其包括与发出声音指向性No.2有关的自适应滤波器30101A至30116A的初始参数PAF2101至PAF2116；参数组30703，其包括与发出声音指向性No.3有关的自适应滤波器30101A至30116A的初始参数PAF3101至PAF3116；以及参数组30704，其包括与发出声音指向性No.4有关的自适应滤波器30101A至30116A的初始参数PAF4101至PAF4116。

在此，对应于一个发出声音指向性的各个自适应滤波器30101A至30116A的初始参数是对应于各个不同的拾取声音指向性的而设置的。

例如，在图17所示的示例中，在发出声音指向性类型No.1和拾取声音指向性类型No.1的类型中，初始参数PAF1101被设置并且这个初始参数PAF1101被提供至自适应滤波器30101A。此外，在发出声音指向性类型No.1和拾取声音指向性类型No.2的类型中，初始参数PAF1102被设置并且这个初始参数PAF1102被提供至自适应滤波器30102A。自适应滤波器是以相同的方式设置的。在发出声音指向性类型No.1和拾取声音指向性类型No.16的类型中，初始参数PAF1116被设置并且这个初始参数PAF1116被提供至自适应滤波器30116A。

换句话说，初始参数PAF是为由当前回声消除器执行的发出声音指向性和拾取声音指向性的每种组合设置的，并且被存储在存储器3070中。在本实施例中，示出了为四种发出声音指向性No.1至No.4设置初始参数的情况。然而，设置的发出声音指向性的数目是可以适当设置的。

类似于回声消除单元301A，初始参数还为回声消除单元301B和301C而设置。

控制单元307检测包括在声学环境指令数据之内的发出声音指向性，并且从存储器3070中读出对应于设置的发出声音指向性的初始参数组。随后，控制单元307将读出的初始参数组提供至回声消除单元301A的自适应滤波器组3010A中的各个自适应滤波器30101A至30116A，并且重写参数。这时，回声消除单元301B和301C的自适应滤波器组3010B和3010C中的各个自适应滤波器也以相同方式被重写。

例如，声音信号输入端302A至302C连接至LAN以分别地输入独立声音信号从而将这些输入声音信号提供至发出声音指向性控制单元3032。此外，声音信号输入端302A的输入声音信号被提供至回声消除单元301A，声音信号输入端302B的输入声音信号被提供至回声消除单元301B，而声音信号输入端302C的输入声音信号被提供至回声消除单元301C。

基于从上述控制单元307提供来的声学环境指令数据，发出声音指向性控制单元3032设置了虚拟点声源以及诸如此类，并且对应于虚拟点声源的设置对各个输入声音信号执行延迟处理和幅度处理，并且生成发出声音信号，并且将这些信号提供至扬声器阵列3031的各个扬声器。

扬声器阵列3031是通过按照线性阵列或者矩阵排列多个扬声器而形成的，并且扬声器阵列3031发出从发出声音指向性控制单元3032提供的发出声音信号。

麦克风阵列3041是通过按照线性阵列或者矩阵排列多个麦克风而形成的，并且它利用各个麦克风来拾取内部声音，并且将其提供至拾取声音指向性控制单元3042。

拾取声音指向性控制单元3042是由DSP以及诸如此类构成的。利用从自麦克风阵列3041的各个麦克风输入的拾取声音信号，它在预定的定时对输出为输出声音信号的声音信号的声音源方向进行检测，例如，产生自作为目标的扬声器的语音的到来方向，并且将该方向设置为规定的方向。在此，作为检测规定方向的方法的示例，各个麦克风的拾取声音信号被分别地由具有不同指向性的延迟处理来合成，从而形成指向性的拾取声音信号，并且对各个指向性的拾取声音信号的信号强度(幅度)进行比较。

随后，对应于具有最大信号强度的指向性拾取声音信号的方向被设置成规定的方向，并且具有最大信号强度的指向性的拾取声音信号被设置成被提供至回声消除单元301A的指向性的拾取声音信号。拾取声音指向性控制单元3042对应于设置的规定方向把拾取声音指向性类型的信息(下文中，这被称为拾取声音指向性数据)提供至回声消除单元301A的自适应滤波器切换控制单元3012A、回声消除单元301B的自适应滤波器切换控制单元3012B、回声消除单元301C的自适应滤波器切换控制单元3012C。

此外，在规定方向的每个处理定时而不是检测定时，拾取声音指向性控制单元3042对应于规定方向在该时间点上执行拾取声音指向性控制，随后对从每个麦克风输入的拾取声音信号执行延迟处理和幅度处理，从而生成指向性的拾取声音信号，并且将其提供至回声消除单元301A的后置处理器3013A。

回声消除单元301A至301C包括同样的结构。下文是对回声消除单元301A的详细描述。回声消除单元301B和301C的各个部分也按要求陈述。

回声消除单元301A包括第一延迟控制单元3011A、自适应滤波器切换控制单元3012A、自适应滤波器组3010A、和后置处理器3013A。

第一延迟控制单元3011A由可编程延迟构成。第一延迟控制单元3011A给出被当前回声消除器初始地并系统地保持的延迟，并且该延迟与发出声音指向性或拾取声音指向性的上述切换无关，而且第一延迟控制单元3011A还给出对应于通过从扬声器阵列3031至麦克风阵列3041的最短传输路径的语音传输时间而实质生成的延迟，并且将这些给出的延迟提供至从声音信号输入端302A输入的输入声音信号。类似地，回声消除单元301B和301C的第一延迟控制单元3011B和3011C分别地将实质生成的延迟提供至从声音信号输入端302B和302C输入的输入声音信号。于是，回声消除单元301A至301C中的自适应滤波器的抽头长度上的浪费可以省略。

如图18所示，自适应滤波器切换控制单元3012A事先存储了拾取声音指向性和执行处理的执行自适应滤波器之间的关系。

图18示出了拾取声音指向性和执行自适应滤波器之间的关联状态。在当前描述中，示出了设置了16个拾取声音指向性No.1至No.16的情况。然而，还是可以增加或者减少拾取声音指向性数目的。

在此，例如，当从拾取声音指向性控制单元3042输入了显示拾取声音指向性No.1的拾取声音指向性时，自适应滤波器切换控制单元3012A选择自适应滤波器30101A作为执行自适应滤波器。随后，自适应滤波器切换控制单元3012A将从自第一延迟控制单元3011A输出的信号提供至自适应滤波器30101A。类似地，当从拾取声音指向性控制单元3042输入了显示拾取声音指向性No.1的拾取声音指向性时，自适应滤波器切换控制单元3012B(未示出)选择与此对应的自适应滤波器30101B。此外，当从拾取声音指向性控制单元3042输入了显示拾取声音指向性No.1的拾取声音指向性时，自适应滤波器切换控制单元3012C(未示出)选择与此对应的自适应滤波器30101C。

自适应滤波器组3010A包括并行地分别连接至自适应滤波器切换控制单元3012A的自适应滤波器30101A至30116A，并且只有被上述自适应滤波器切换控制单元3012A选择的自适应滤波器才作为执行自适应滤波器执行处理。这些自适应滤波器30101A至30116A是通过例如FIR电路实现的。组成自适应滤波器组3010A的自适应滤波器的数目并不限于16，组成它的自适应滤波器数目可以对应于本实施例回声消除器设置的拾取声音指向性类型的数目。例如，如果设置了8种拾取声音指向性，那么每个回声消除单元中的自适应滤波器的数目可设置为8。在这种情况下，存储在存储器3070中的初始参数的数目也可根据自适应滤波器的数目改变。

执行自适应滤波器从输入声音信号生成伪回声信号，其中输入声音信号是从第一延迟控制单元3011A输入并且已经完成系统延迟处理的，并且伪回声信号被提供至后置处理器3013A。

此外，类似于回声消除单元301A，回声消除单元301B中的执行自适应滤波器从输入声音信号生成伪回声信号，其中输入声音信号是从第一延迟控制单元3011B输入并且已经完成系统延迟处理的，并且伪回声信号被提供至后置处理器3013B。此外，类似于回声消除单元301A和301B，回声消除单元301C中的执行自适应滤波器从输入声音信号生成伪回声信号，其中输入声音信号是从第一延迟控制单元3011C输入并且已经完成系统延迟处理的，并且伪回声信号被提供至后置处理器3013C。

后置处理器3013A将由执行自适应滤波器生成的伪回声信号从由拾取声音指向性控制单元3042输入的指向性的拾取声音信号中减去，并将减除以后的信号输出至回声消除单元301B的后置处理器3013B，并且随后将其返回至执行自适应滤波器。执行自适应滤波器再根据返回的信号设置参数，并且生成伪回声信号。

后置处理器3013B将由自适应滤波器切换控制单元3012B(未示出)选择的执行自适应滤波器所生成的伪回声信号从后置处理器3013A的输出信号中减去，并将减除以后的信号输出至回声消除单元301C的后置处理器3013C，并且随后将其返回至由自适应滤波器切换控制单元3012B选择的执行自适应滤波器。执行自适应滤波器再根据返回的信号设置参数，并且生成伪回声信号。

此外，后置处理器3013C将由自适应滤波器切换控制单元3012C(未示出)选择的执行自适应滤波器所生成的伪回声信号从后置处理器3013B的输出信号中减去，并将减除以后的信号输出至声音信号输出端305，并且随后将其返回至由自适应滤波器切换控制单元3012C选择的执行自适应滤波器。执行自适应滤波器再根据返回的信号设置参数，并且生成伪回声信号。

这种伪回声信号的生成和减除后的信号的生成被重复地执行，从而执行自适应滤波器的参数总是被更新至最佳，并且从扬声器阵列3031发出并被麦克风阵列3041拾取的环绕语音(回声)被更地优化地减弱了。

声音信号输出端305连接到LAN等，并且把从回声消除单元301C中的后置处理器3013C中输出的信号作为输出声音信号输出到外部通信网络。

接下来参考图19和20对发出声音指向性和拾取声音指向性都被切换的情况下的处理进行描述。

图19是控制单元307和回声消除单元301A至301C的状态转变图，而图20示出了回声消除单元在正常处理时间的处理流程。

在正常处理的时候，也就是，在发出声音指向性的切换指令未被执行的时候，控制单元307并不对回声消除单元301A至301C执行任何控制(C101)。

如上所述，在根据拾取声音指向性数据切换执行自适应滤波器的同时，回声消除单元301A至301C生成伪回声信号(C201)。具体地说，在回声消除单元301A的情况中，根据从拾取声音指向性控制单元3042获取的拾取声音指向性数据，回声消除单元301A在自适应滤波器30101A至30116A之间选择对应于给定拾取声音指向性数据的自适应滤波器作为执行自适应滤波器(S3211)。随后，回声消除单元301A获取输入声音信号(S3212)，并且利用选择的执行自适应滤波器来生成伪回声信号(S3213)。

接下来，如上所述，如果存在来自操作输入单元306的对发出声音指向性的设置输入，那么控制单元307就判断输入的发出声音指向性和当前设置的发出声音指向性是否不同，如果不同，那么就执行处理来切换发出声音指向性。控制单元307首先生成停止控制信号以暂时地停止回声消除单元301A、301B和301C内的自适应滤波器30101A至30116A的处理，并且随后将它们输出至回声消除单元301A至301C(C120)。

一旦接收到停止控制信号，回声消除单元301A至301C就停止回声消除处理(C202)。在这种情况下，回声消除处理可以通过使得自适应滤波器切换控制单元3012处于断开状态来停止执行自适应滤波器的处理来停止，或者通过停止第一延迟控制单元3011的处理来停止。也就是，只要自适应滤波器组3010进入停止状态，那么任何结构都可以采用。具体地说，在回声消除单元301A的情况中，回声消除单元301A具有处于断开状态的自适应滤波器切换控制单元3012A，或者回声消除单元301A停止了延迟控制单元3011A的处理。

当控制单元307检测到回声消除单元301A至301C都停止时，它就读出对应于指定的发出声音指向性的初始参数PAF，并且将它们分别地提供至各个回声消除单元301A至301C中的自适应滤波器组3010中的自适应滤波器(C103)。具体地说，如果为回声消除单元301A设置了发出声音指向性No.1，那么初始参数PAF1101至PAF1116被分别地提供至自适应滤波器30101A至30116A。

在回声消除单元301A至301C的各个自适应滤波器30101A至30116A中，给定的初始参数PAF被重写(C203)。具体地说，在发出声音指向性No.1和回声消除单元301A的情况下，给定的初始参数PAF1101至PAF1116在自适应滤波器30101A至30116A上被重写。

接下来，当控制单元307检测到参数在自适应滤波器30101A至30116A上被重写时，那么它就将指示回声消除单元301A至301C的处理重新开始的开始控制信号提供至各个回声消除单元301A至301C(C104)。

一旦接收到开始控制信号，回声消除单元301A至301C就在停止的时候再次设置被选为执行自适应滤波器的自适应滤波器作为执行自适应滤波器(C204)。具体地说，在回声消除单元301A的情况中，在具有新近设置的初始参数的自适应滤波器30101A至30116A中，回声消除单元301A在停止的时候再次设置被选为执行自适应滤波器的自适应滤波器30101A至30116A作为执行自适应滤波器。

在这种情况下，通过具有这样的结构，其中即使在停止状态中拾取声音指向性控制单元3042的拾取声音指向性数据也被检测并且还被存储在停止状态，那么在重新开始时回声消除单元301A至301C可同样选择对应于这些获取并存储的拾取声音指向性数据的自适应滤波器30101A至30116A作为执行自适应滤波器。于是，在当前状态(在该时间点上)可以设置更加精确地对应于拾取声音指向性数据的执行自适应滤波器。

随后，回声消除单元301A至301C返回至前述正常处理状态，并且生成伪回声信号，同时根据拾取声音指向性数据切换执行自适应滤波器(C201)。

如果发出声音指向性按照这种方式被切换，那么通过暂时地停止自适应滤波器以设置参数，就可以防止由于在回声消除处理期间强制地重写执行自适应滤波器的参数造成的自适应滤波器的暂时破坏状态。于是，可以防止发生在暂时破坏状态中的大回声。通过在切换发出声音指向性的时候执行这种暂时停止，虽然回声消除作用被暂时的消除了，但是与之前的大回声相比回声被大大减小了。

此外，为了防止回声输出，可使回声消除单元301A至301C完全地进入断开状态，从而不会输出来自声音信号输入端305的输出声音信号。在任何情况下，用于切换发出声音指向性的参数设置的时间都是极其短的，发出声音指向性是由用户设置的，与拾取声音指向性切换相比较而言该切换频率是非常低的。因此，即使回声信号很小或者声音信号未输出，几乎不会影响输出声音信号。

如上所述，通过利用本发明的结构和处理，那么即使在发出声音指向性和拾取声音指向性都切换的声学环境中，尤其是拾取声音指向性被频繁地切换的声学环境中，还是可能以高于一般情况的速度切换至最佳自适应滤波器，并且最佳反馈声音消除处理可以在短时间内执行。

在以上描述中，示出了这样的情况，每次切换发出声音指向性时，存储在存储器3070中的初始参数就不停地被使用而不被更新。然而，还可能更新并使用存储在存储器3070中的初始参数。在这种情况下，当控制单元307指示了自适应滤波器的参数设置改变，那么回声消除单元301A至301C在该时间点上读出各个自适应滤波器的参数，并且将其提供至控制单元307。控制单元307将给出的参数重写在存储器3070中的对应的初始参数PAF上。随后，如果当前切换之前的发出声音指向性接下来被设置，那么控制单元307就读出被重写和更新的初始参数PAF，并且将它们提供至回声消除单元301A至301C中的各个自适应滤波器30101A至30116A。

通过采用这种处理方法，最接近当前状态的参数设置可一直为每个发出声音指向性中的每个拾取声音指向性类型而更新和存储，并且可被设置为初始参数。于是，可以更快的速度切换至最佳自适应滤波器，并且最佳反馈声音消除处理可以在短时间内执行。

此外，在本实施例中，示出了实现了多个虚拟点声源的情况。

然而，即使在实际上设置有多个扬声器来发出声音的情况下，还是可以采用本发明的结构。此外，如果除了扬声器阵列的发出声音指向性之外声学空间(例如房间大小和形状)也是可变的，那么上述结构可以通过设置包括这些的参数来应用。

此外，在本实施例中，根据扬声器阵列的发出声音指向性和麦克风阵列的拾取声音指向性来切换每个自适应滤波器的滤波器参数并选择执行自适应滤波器。然而，本发明的各个实施例并不限于以阵列方式的指向性控制。例如，即使仅仅只有一个扬声器或者麦克风，只要设置方向可以控制和检测那么本发明还是可以应用。此外，即使存在多个独立扬声器阵列和麦克风阵列，本发明还是可以类似地应用。

此外，以上描述考虑的是回声消除器。然而，只要装置是从扬声器发出的声音环绕着(逆行至)麦克风并且被收集，那么就可以应用本发明的结构来展示上述效果。其中的一个示例就包括啸声消除器。

虽然以上描述和说明了本发明的优选实施例，但是应该理解的是它们只是本发明的示例而不能看作用于限制本发明。在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以作出添加、省略、替换、以及其它修改。因此，本发明并不被看作限制于前述描述，本发明仅仅限制于所附权利要求的范围。

工业实用性

即使声学环境迅速地并非线性地改变，本发明还是可以应用于需要有效地消除反馈回声的一个扬声器或者麦克风和扬声器阵列或者麦克风阵列中。

Claims (11)

1.一种反馈声音消除设备，其包括：

控制装置，其将声学环境指示给反馈声音消除装置和声学环境形成装置，其中所述声学环境形成装置至少包括扬声器系统和麦克风系统，并且所述声学环境形成装置实现了多个声学环境中的一个；和

反馈声音消除装置，其根据将要输入至所述扬声器系统的语音信号产生伪反馈声音信号，并且将所述伪反馈声音信号从输出自所述麦克风系统的拾取声音信号中减去，

其中所述反馈声音消除装置包括：

存储装置，其存储用于自适应滤波器的多个参数，对应于所述多个声学环境，所述多个参数被分别地设置；和

自适应滤波器，如果声学环境指令被所述控制装置执行，那么所述自适应滤波器根据所述声学环境指令从所述存储装置中读出相关的参数，利用所述读出的参数生成所述伪反馈声音信号，并且根据将此时的伪反馈声音信号从先前的拾取声音信号中减去所得到的结果，在不停地更新所述参数的同时生成伪反馈声音信号。

2.如权利要求1所述的反馈声音消除设备，其包括：

声学环境形成装置，其至少包括扬声器系统和麦克风系统，并且其实现多个声学环境中的一个；

反馈声音消除装置，其根据将要输入至所述扬声器系统的语音信号产生伪反馈声音信号，并且将所述伪反馈声音信号从输出自所述麦克风系统的拾取声音信号中减去；和

控制装置，其将声学环境指示给所述声学环境形成装置和所述反馈声音消除装置，其中

所述控制装置包括存储装置，所述存储装置存储用于自适应滤波器的多个参数，所述多个参数是对应于所述多个声学环境而分别设置的，并且在接收到声学环境的切换时，所述控制装置检测未使用的自适应滤波器，将对应于新近设置的声学环境的参数写入未使用的自适应滤波器，并且生成参数重写状态数据；并且

所述反馈声音消除装置包括多个自适应滤波器和一个选择装置，所述选择装置在所述多个自适应滤波器中选择一个作为执行自适应滤波器，并且在检测到所述参数重写状态数据时，所述反馈声音消除装置通过所述选择装置从当前使用的自适应滤波器切换至具有对应于新声学环境而设置的参数的自适应滤波器，并且生成所述伪反馈声音信号。

3.如权利要求1所述的反馈声音消除设备，其包括：

发出声音控制装置，其对将要供给至扬声器装置的发出声音信号进行控制，从而将多种类型的发出声音指向性提供给从所述扬声器装置发出的语音；

拾取声音控制装置，其控制麦克风装置的拾取声音信号，并且生成具有多种类型的拾取声音指向性的指向拾取声音信号；

反馈声音消除装置，其具有多个自适应滤波器，所述自适应滤波器根据所述发出声音信号生成伪反馈声音信号，并且所述反馈声音消除装置从所述指向性拾取声音信号中减去由预定的自适应滤波器所生成的伪反馈声音信号；和

控制装置，其包括存储装置，所述存储装置将所述自适应滤波器的初始参数分别与所述多种类型的发出声音指向性和所述多种类型的拾取声音指向性组合存储，并且所述控制装置将对应于多种设置的发出声音指向性和对应于各个不同的拾取声音指向性的初始参数提供至各个自适应滤波器；

其中所述反馈声音消除装置包括选择装置，所述选择装置根据由所述拾取声音控制装置所设置的拾取声音指向性的类型来选择所述预定的自适应滤波器。

4.如权利要求1至3中任一所述的反馈声音消除设备，其中，一旦接收到新声学环境指令，所述自适应滤波器就更新当前使用的参数并将其存储至所述存储装置中，并且根据所述新声学环境指令读出参数。

5.如权利要求3所述的反馈声音消除设备，其中，所述反馈声音消除装置在每个事先设置的预定定时检测所述参数重写状态数据的存在与否，并且一旦接收到所述参数重写状态数据，所述反馈声音消除装置就通过所述选择装置切换自适应滤波器。

6.如权利要求3所述的反馈声音消除设备，其中，如果将被新输入的所述声学环境与当前执行的声学环境之前的声学环境匹配，那么所述控制装置并不在未使用的自适应滤波器上进行重写，而是仅仅生成参数重写状态数据。

7.如权利要求1至3中任一所述的反馈声音消除设备，其中，所述控制装置在所述发出声音指向性进行切换时暂时地停止所述反馈声音消除装置，并且切换各个自适应滤波器的初始参数。

8.如权利要求1至7中任一所述的反馈声音消除设备，其中

所述扬声器系统是扬声器阵列；

所述声学环境被所述扬声器的指向性设置；并且

根据所述声学环境指令来改变扬声器阵列的指向性并且切换自适应滤波器的参数。

9.如权利要求1至7中任一所述的反馈声音消除设备，其中

所述麦克风系统是麦克风阵列；

所述声学环境被所述麦克风的指向性设置；并且

根据所述声学环境指令来改变麦克风阵列的指向性并且切换自适应滤波器的参数。

10.如权利要求1至7中任一所述的反馈声音消除设备，其中

所述扬声器系统是扬声器阵列并且所述麦克风系统是麦克风阵列；

所述声学环境被扬声器的指向性和麦克风的指向性设置；并且

根据所述声学环境指令来改变扬声器阵列的指向性和麦克风阵列的指向性并且切换自适应滤波器的参数。

11.如权利要求9或10所述的反馈声音消除设备，其中，所述拾取声音控制装置规定了从所述麦克风装置输出的拾取声音信号的声源方向，并且生成在所述规定的方向上具有高拾取声音指向性的指向性拾取声音信号，并且将对应于相关指向性拾取声音信号的拾取声音指向性的信息提供至所述选择装置。

Images