CN101374180A - 自动校准及同步化的方法及其网络电话中消除回音的方法 - Google Patents

Abstract

一种自动校准及同步化的方法及其网络电话中消除回音的方法，该方法包括在第一时间从该计算机主机发出一印记，该音频装置将接收到该印记的时间记录为第二时间，并回传该印记与该第二时间给该计算机主机，该计算机主机记录收到该印记的时间为第三时间，从而可由该第一、第二及第三时间得知该计算机主机与该音频装置之间的上传及下传延迟时间。这些延迟时间可进一步用于消除网络电话的回音。本发明可以有效地消除网络电话的回音。

Description

自动校准及同步化的方法及其网络电话中消除回音的方法

技术领域

本发明有关于一种计算机主机与音频装置之间的自动校准及同步化的方法，及其应用于网络电话以消除回音的方法。

背景技术

通用序列总线(Universal Serial Bus；USB)的应用己十分普遍，例如在计算机主机上架设的网络电话，使用者只需将喇叭及麦克风等音频装置经由USB连接到计算机主机，并在计算机主机上安装网络电话应用程序，便能以音频装置与他人透过网际网络进行对话。然而，因为不同的计算机主机的中央处理器(Central Processing Unit；CPU)的操作频率及存储器容量不同，造成不同的计算机主机与USB音频装置之间的数据上传时间与下传时间也不同，因此产生许多应用上的问题。以上述网络电话为例，便存在因为上传与下传延迟而产生回音的问题。虽然近年来网络传输速度及通信品质都在不断提升，网络电话仍有回音的问题存在。

图1显示网络电话的回音形成原因。当近端使用者10与远程使用者20进行通话时，近端使用者10对着具有麦克风122和扬声器124的音频装置12说话，音频装置12的麦克风122将音频信号上传到近端计算机主机14，再经由网际网络传送到远程计算机主机16，远程计算机主机16将音频信号下传到音频装置18以扬声器184播放，远程使用者20再透过音频装置18的麦克风182回复而进行对话。由于经由网络传输，网络电话始终有网络延迟的问题，此外，由于在扬声器184播放音频信号的同时，播出的声音又经回音路径被麦克风182收音成为回音信号上传回到远程计算机主机16，经过网际网络及近端计算机主机14后，回音信号被音频装置12的扬声器124播放出来，造成近端使用者10在听到远程使用者发出声音的同时，也听到自己先前发出的声音，形成回音。

为解决回音问题，一种动态回音消除器被用来去除网络电话通信时的回音。图2绘示一种含有动态回音消除器的网络电话系统，其中的动态回音消除器34用以消除近端使用者22收到的回音，相对地，在实际网络电话系统中，远程使用者32也可以使用一个动态回音消除器(图中未示出)消除远程使用者32接收到的回音。近端使用者22发出的声音被音频装置24的麦克风242收音成为音频信号上传到近端计算机主机26，再经网际网络传送到远程计算机主机28，远程计算机主机28将音频信号下传到音频装置30经扬声器304播放。扬声器304播放的声音和远程使用者32发出的声音一起被麦克风302收音上传给远程计算机主机28，再经动态回音消除器34送给近端计算机主机26。动态回音消除器34在音频信号经网际网络传送的同时取得音频信号，其适应性滤波器342考量网络延迟造成的影响，运算求得适应性滤波器系数以产生近似衰减及失真后的音频信号，麦克风302收音产生的音频信号被减法器348扣除运算产生的近似衰减及失真后的音频信号以滤除回音信号，滤波后的音频信号经非线性乘法器346送回近端计算机主机26，双方谈话检测器344则在通话双方都发出音频时暂时停止适应性滤波器342工作。但是，这种动态回音消除器只考虑了网络延迟的因素，因此只有在计算机主机26、28各自与音频装置24、30之间的音频信号透过USB上传与下传时间为零的理想情况下才能有效地消除回音。实际上，数据在计算机主机与音频装置之间的上传与下传时间不但不为零，且与计算机主机及音频装置的硬件有关联性，不同的计算机主机与USB音频装置之间的数据上传时间与下传时间不会都一样，导致适应性滤波器342得到的数据不正确，因而发生适应性滤波器系数发散(divergence)现象，造成适应性滤波器342处于极不稳定的状态下，不但无法消除回音，还可能形成适应性滤波器系数上的错误蔓延(error propagation)，反而降低了网络电话的语音品质。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种计算机主机自动校准与音频装置之间的校准及同步化的方法。

本发明的目的之一，在于提出一种在计算机主机上进行与音频装置之间自动校准及同步化的方法。

本发明的目的之一，在于提出一种可与音频装置自动校准及同步化的计算机主机。

本发明的目的之一，在于提出一种应用于网络电话以消除回音的方法。

本发明的目的之一，在于提出一种应用于网络电话的动态回音消除器。

根据本发明，一种计算机主机与音频装置之间的校准及同步化的方法包括在第一时间从该计算机主机发出一印记(sign)给该音频装置，该音频装置将接收到该印记的时间记录为第二时间，并将该印记与该第二时间回传该计算机主机，该计算机主机记载收到该印记的时间为第三时间，并从该第一、第二及第三时间得知该计算机主机与该音频装置之间上传及下传延迟时间。

根据本发明，一种在计算机主机上进行与音频装置之间自动校准及同步化的方法包括在第一时间从一通用序列总线端口送出一印记，从该通用序列总线端口接收一信息包，检查该信息包以确认该音频装置回传该印记，从该信息包取得该音频装置接收到该印记的时间订为第二时间，将接收到该回传印记的时间订为第三时间，以及计算从该通用序列总线端口与该音频装置之间通信的数据传输时间。

根据本发明，一种可与音频装置自动校准及同步化的计算机主机包括一通用序列总线端口，以供经一通用序列总线建立一通信管道于该计算机主机与该音频装置之间，以及一存储器，以供储存一系统应用程序，其中，该系统应用程序可被执行，而在第一时间该计算机主机经由该通用序列总线端口送出一印记，并从该通用序列总线端口取得一信息包，从该信息包取得该音频装置接收到该印记的时间订为第二时间，将接收到该回传印记的时间订为第三时间，以及计算该计算机主机与该音频装置之间经该通信管道的数据传输时间。

根据本发明，一种应用于网络电话以消除回音的方法包括两计算机主机经交握式(hand-shaking)沟通得知彼此的上传及下传延迟时间后，提供给一适应性滤波器据以计算出音频信号与回音信号在传递时发生的时间偏移量，进而以正确地扣除回音波形而消除回音。

根据本发明，一种应用于网络电话的动态回音消除器包括一适应性滤波器，根据两计算机主机的上下传延迟时间，计算出音频信号与回音信号在传递时发生的时间偏移量，以及一减法器，自该回音信号减去该第二音频信号。

本发明可以有效地消除网络电话的回音。

附图说明

图1为网络电话回音形成的示意图；

图2为现有具有动态回音消除器的网络电话系统；

图3为根据本发明的计算机主机与音频装置之间自动校准及同步化的示意图；

图4为根据本发明为网络电话系统消除回音的示意图；以及

图5为根据本发明的网络电话系统的方块图。

主要组件符号说明：

10   近端使用者

12   音频装置

122  麦克风

124  扬声器

14   近端计算机主机

16   远程计算机主机

18   音频装置

182  麦克风

184  扬声器

20   远程使用者

22   近端使用者

24   音频装置

242  麦克风

244  扬声器

26   近端计算机主机

28   远程计算机主机

30   音频装置

302  麦克风

304  扬声器

32   远程使用者

34   动态回音消除器

342  适应性滤波器

344  双方谈话检测器

346  非线性乘法器

348  减法器

36   计算机主机

362  USB接口

364  系统应用程序

366  印记

38   音频装置

382  USB接口

384  数据信息包

40   近端使用者

42   音频装置

422  麦克风

424  扬声器

44   近端计算机主机

46   远程计算机主机

48   音频装置

482  麦克风

484  扬声器

50   远程使用者

52   动态回音消除器

522  适应性滤波器

524  减法器

具体实施方式

图3为根据本发明的计算机主机36与音频装置38之间自动校准及同步化的示意图。在音频装置38以USB连结至计算机主机36后，待计算机主机36正确地检测到此音频装置38后，便由系统应用程序364从USB端口362发出一个印记366给音频装置38，发送此印记366的时间订为第一时间t1。印记366可以使用任何特定的信号，例如特定的低频信号，由系统应用程序364中的低频信号产生程序提供。音频装置38在接收到该印记后，将接收到印记的时间记录为第二时间t2，并将该第二时间t2与所接收到的印记组合成USB的数据信息包384，从USB端口382上传给计算机主机36。待系统应用程序364从音频装置38接收到此信息包384后，从中译码取出第二时间t2与音频装置38所接收到的印记，经过比对所发送的印记366与音频装置38所回传的印记，若二者相符，便将接收到信息包384的时间订为第三时间t3，进而可从该第一时间t1、第二时间t2及第三时间t3得知计算机主机36与音频装置38之间传递数据的时间，例如，从计算机主机36下传数据至音频装置38所需的延迟时间为第一时间t1与第二时间t2之间的差值，而音频装置38上传数据到计算机主机36的延迟时间为第二时间t2与第三时间t3之间的差值。从传递延迟的时间，可以进行音频装置38与计算机主机36之间的延迟时间自动校准以及数据的同步化。

依照前述图3所描述的方法，可以正确地估测出计算机主机与音频装置之间的数据上传与下传的延迟时间，进而让计算机主机与音频装置之间达成自动校准及同步化，将其应用于现有的网络电话系统，可以消除回音。图4为根据本发明为网络电话系统消除回音的示意图，图5为该网络电话系统的方块图。近端计算机主机44与音频装置42、远程计算机主机46及音频装置48分别取得各自的上传及下传延迟时间，然后近端计算机主机44与远程计算机主机46进行交握式沟通取得对方的上传及下传延迟时间，包括音频装置42上传数据给近端计算机主机44的上传时间T1、远程计算机主机46下传数据给音频装置48的下传时间T2、音频装置48上传数据到远程计算机主机46的上传时间T3，以及近端计算机主机44下传数据回音频装置42的下传时间T4，提供给动态回音消除器52，做为适应性滤波器522的参数。

当近端使用者40与远程使用者50在通话时，近端使用者40发出的音频信号x(t)经由和图2相同的路径传递给远程使用者50，适应性滤波器522经过时间T1后才取得输入音频，以x(t-T1)表示，扣除了上传时间T1使音频信号和回音信号具有相同的时间基准点。衰减及失真后的回音信号x’(t)从回音路径传回远程计算机主机46并透过网络传输，进入动态回音消除器52，因此，近端计算机主机44总共经过(T1+T2+T3)的时间偏移量后才接收到回音信号x’(t)。适应性滤波器522利用音频信号x(t)及回音信号x’(t)进行递归式(recursive)计算，使适应性滤波器522产生的音频信号y(t)可以逼近回音信号x’(t)，因此音频信号y(t)和回音信号x’(t)经过减法器524相减后的误差值e(t)趋近于零。但是为了考虑到计算机主机与音频装置之间数据上传及下传的延迟时间，因此将回音信号x’(t)经过一段反馈延迟时间(T1+T2+T3)，得到正确延迟后的回音信号，以w’(t)＝x’(t-(T1+T2+T3))表示，而音频信号x(t)也需经过一段反馈延迟时间T1，以得到正确延迟后的音频信号，以w(t)＝x(t-T1)表示。如此一来，在相同的时间基准点下，适应性滤波器522将w(t)和w’(t)做递归式运算，可以得到准确的估测回音信号y(t)，并经由减法器将y(t)与w’(t)相减，得到趋近于零的误差值e(t)，以有效消除回音。简单地说，在图5所示的网络电话系统中，由于适应性滤波器522在产生信号y(t)时考虑了信号的传递延迟，因此可以正确地抵消回音信号x’(t)，也就是消除了回音。

以上说明书有关于详细技术内容及其发明特征。熟习此领域的人士可基于所述的本发明的说明书及建议进行许多修改及替代而不脱离其特征。然而，虽然此等修改及替代并未在以上说明中完全揭示，但其实质上已涵盖在权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种计算机主机与音频装置之间的自动校准及同步化的方法，所述计算机主机与所述音频装置之间以一通用序列总线建立起一通信管道，其中所述方法包括下列步骤：

在第一时间从所述计算机主机发送一印记经所述通信管道给所述音频装置；

将所述音频装置接收到所述印记的时间记录为第二时间；

回传所述第二时间及所述印记经所述通信管道给所述计算机主机；

将所述计算机主机接收到所述回传印记的时间记录为第三时间；以及

计算所述计算机主机与所述音频装置之间经所述通信管道的数据传输时间。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括产生一低频信号以作为所述印记的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述回传所述第二时间及所述印记经所述通信管道给所述计算机主机的步骤包括下列步骤：

产生含有代表所述第二时间及所述印记数据的信息包；以及

发送所述信息包经所述通信管道给所述计算机主机。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述计算所述计算机主机与所述音频装置之间经所述通信管道的数据传输时间的步骤包括计算所述第一及第二时间之间的差值，以获得所述计算机主机传送数据经所述通信管道到所述音频装置的下传时间，或计算所述第二及第三时间之间的差值，以获得所述音频装置传送数据经所述通信管道到所述计算机主机的上传时间。

5.一种在计算机主机上进行与音频装置之间自动校准及同步化的方法，其中所述方法包括下列步骤：

在第一时间从一通用序列总线端口送出一印记；

从所述通用序列总线端口接收一信息包；

检查所述信息包以确认所述音频装置回传所述印记；

从所述信息包取得所述音频装置接收到所述印记的时间订为第二时间；

将接收到所述回传印记的时间订为第三时间；以及

计算从所述通用序列总线端口与所述音频装置之间通信的数据传输时间。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述计算从所述通用序列总线端口与所述音频装置之间通信的数据传输时间的步骤包括计算所述第一及第二时间之间的差值，以获得传送数据到所述音频装置的下传时间，或是计算所述第二及第三时间之间的差值，以获得从所述音频装置传送数据回来的上传时间。

7.一种可与音频装置自动校准及同步化的计算机主机，其中该计算机主机包括：

一通用序列总线端口，以供经一通用序列总线建立一通信管道于所述计算机主机与所述音频装置之间；以及

一存储器，以供储存一系统应用程序；

其中，所述系统应用程序可被执行，而在第一时间从所述通用序列总线端口送出一印记，从所述通用序列总线端口取得一信息包，从所述信息包取得所述音频装置接收到所述印记的时间订为第二时间，将接收到所述回传印记的时间订为第三时间，以及计算所述计算机主机与所述音频装置之间经所述通信管道的数据传输时间。

8.如权利要求7所述的计算机主机，其中所述系统应用程序计算所述第一及第二时间之间的差值，以获得所述计算机主机传送数据经所述通信管道到所述音频装置的下传时间，或是计算所述第二及第三时间之间的差值，以获得所述音频装置传送数据经所述通信管道到所述计算机主机的上传时间。

9.一种应用于网络电话以消除回音的方法，所述网络电话包括一第一及第二计算机主机，所述第一计算机主机具有一第一上传延迟时间及第一下传延迟时间，所述第二计算机主机具有一第二上传延迟时间及第二下传延迟时间，所述第一计算机主机提供一第一音频信号，所述第二计算机主机提供一回音信号，其中所述方法包括下列步骤：

交握式沟通所述第一计算机主机及所述第二计算机主机；

根据所述第一上传延迟时间、第一下传延迟时间、第二上传延迟时间以及第二下传延迟时间计算一时间偏移量；

利用所述时间偏移量校正所述第一音频信号及所述回音信号；

递归式计算所述第一音频信号及所述回音信号以产生逼近所述回音信号的第二音频信号；以及

自所述回音信号减去所述第二音频信号。

10.一种应用于网络电话的动态回音消除器，所述网络电话包括一第一及第二计算机主机，分别具有一第一上传延迟时间、第一下传延迟时间、第二上传延迟时间以及第二下传延迟时间，所述第一计算机主机提供一第一音频信号，所述第二计算机主机提供一回音信号，其中所述动态回音消除器包括：

一适应性滤波器，根据所述第一上传延迟时间、第一下传延迟时间、第二上传延迟时间以及第二下传延迟时间得到一时间偏移量，利用所述时间偏移量校正所述第一音频信号及所述回音信号，并进行递归式计算以产生一逼近所述回音信号的第二音频信号；以及

一减法器，自所述回音信号减去所述第二音频信号。

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