CN101480063A - 回波抑制装置 - Google Patents
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Abstract
提供用简单的结构能够抑制与每个空间传递路径对应的回波、同时可削减运算量的回波抑制装置。回波抑制装置包括：目标信号生成单元(111)，其扬声器(105、106)和话筒(107、108)被配置在具有对称性的位置，从话筒(107、108)集音由扬声器(105、106)输出的声音获得的集音信号，利用扬声器和话筒配置的对称性而生成用于抑制回波的目标信号；基准信号生成单元(112)，基于扬声器(105、106)作为声音输出之前的信号生成与目标信号对应的基准信号；回波抑制单元(113)，基于目标信号和基准信号，从集音信号抑制回波；以及信号合成单元(114)，将回波抑制单元(113)输出的多个输出信号合成。
Description
技术领域
本发明涉及抑制从多个扬声器迂回到话筒的回波(echo)的回波抑制装置。
背景技术
作为以往的回波抑制装置，提出了将从左右扬声器分别输出的立体声声音信号的和信号和差信号用作基准信号，通过基于该基准信号与用话筒集音立体声声音信号时的各个话筒集音信号的交叉矢量运算，估计扬声器和话筒之间的空间传递特性而抑制回波的回波抑制装置(例如，参照专利文献1)。
图3是专利文献1中记载的、以往的回波抑制装置的方框图。如图3所示，扬声器和话筒的个数都为两个。以下，说明有关构成图3所示的回波抑制装置的各个部分。
假设左右的立体声信号分别从输入端子301、302输入到D/A变换器303、304。D/A变换器303、304将左右的立体声信号分别从数字信号变换为模拟信号，扬声器305、306将变换为模拟信号的信号以声音形式输出。
从扬声器305、306输出的声音经由空间传递路径hLL、hLR、hRL、hRR而包含回波并被集音到话筒307、308，A/D变换器309、310将集音(collectsounds)时的信号从模拟信号变换为数字信号。
和差信号生成单元321通过加法器322、减法器323计算来自输入端子301、302的信号的和信号和差信号，相关检测单元325从和信号和差信号检测相关。
传递函数运算单元324估计扬声器和话筒之间的空间传递特性。详细地说，在传递函数运算单元324中，进行减法器319、320的输出信号与和信号生成单元321的输出信号之间的交叉矢量运算，在相关检测单元325判断为相关较低的情况下，更新滤波器313、314、315、316使用的系数，以使空间传递特性的估计误差最小。
各个滤波器313、314、315、316用传递函数运算单元324运算后的系数，分别模拟扬声器305、306和话筒307、308之间的空间传递路径中的空间传递特性hLL、hLR、hRL、hRR。
加法器317将从滤波器313、314输出的信号相加而生成虚拟回波信号，加法器318将从滤波器315、316输出的信号相加而生成虚拟回波信号。
减法器319通过从A/D变换器309的数字信号中减去加法器317的虚拟回波信号而抑制回波，并将其输出到输出端子311，减法器320通过从A/D变换器310的数字信号中减去加法器318的虚拟回波信号而抑制回波，并将其输出到输出端子312。
专利文献1：特开2003-102085号公报(第56页，图1)
发明内容
发明要解决的课题
但是，以往的回波抑制装置存在以下课题：随着扬声器和话筒的频道(channel)数增加，估计或模拟空间传递特性时的空间传递路径增加，所以用于抑制回波的控制变得复杂，同时运算量也增大。
本发明为了解决以往的课题而完成，提供能够用比以往的回波抑制装置简单的结构，抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时可削减运算量的回波抑制装置。
用于解决课题的方案
本发明的回波抑制装置具有以下结构，包括：目标信号生成单元，在将多个扬声器和一个以上的话筒配置在具有对称性的位置，从而有关所述扬声器和所述话筒之间的多个空间传递路径能够用配置的对称性进行传递特性的估计时，从所述话筒集音由所述扬声器输出的声音获得的集音信号，利用所述扬声器和所述话筒配置的对称性而生成用于抑制所述回波的目标信号；基准信号生成单元，基于所述扬声器作为所述声音输出前的信号而生成与所述目标信号对应的基准信号；以及回波抑制单元，基于所述目标信号和所述基准信号，从所述集音信号抑制回波。
根据该结构，与以往的回波抑制装置比较，能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时可削减运算量。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：以中心线为界，左右对称地配置所述扬声器，同时以相同的所述中心线为界，左右对称地配置所述话筒。
根据该结构，能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时削减运算量。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：在所述扬声器的个数为奇数时，将中心的所述扬声器配置在所述中心线上。
根据该结构，能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时削减运算量。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：在所述话筒的个数为奇数时，将中心的所述话筒配置在所述中心线上。
根据该结构，能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时削减运算量。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：所述目标信号生成单元输出基于所述集音信号的加法信号、减法信号或直通信号的任何一个以上的信号作为所述目标信号。
根据该结构，能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时削减运算量。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：所述基准信号生成单元输出基于所述扬声器作为所述声音输出之前的信号的加法信号、减法信号或直通信号的任何一个以上的信号作为所述基准信号。
根据该结构，能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时削减运算量。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：所述回波抑制单元使用自适应滤波器。
根据该结构，能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时削减运算量。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：所述回波抑制单元限定在所述目标信号和所述基准信号的特定的频带内进行有关抑制所述回波的处理。
根据该结构，可降低在抑制回波上所需的处理负荷。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：所述回波抑制单元根据有无回波控制所述自适应滤波器的滤波系数的更新。
根据该结构，可提高空间传递特性的估计精度。
此外，本发明的回波抑制装置具有以下结构：还包括将所述回波抑制单元输出的多个输出信号合成的信号合成单元，所述信号合成单元将基于所述回波抑制单元输出的各个所述输出信号的加法信号和减法信号乘以规定的常数而进行合成。
根据该结构，能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时削减运算量。
发明效果
如上所述，本发明提供能够用比以往的回波抑制装置简单的结构，抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时可削减运算量的回波抑制装置。
附图说明
图1是本发明第1实施方式的回波抑制装置的方框图。
图2是本发明第2实施方式的回波抑制装置的方框图。
图3是以往的回波抑制装置的方框图。
标号说明
101、102、301、302 输入端子
103、104、303、304 D/A变换器
105、106、305、306 扬声器
107、108、307、308 话筒
109、110、309、310 A/D变换器
111 目标信号生成单元
112 基准信号生成单元
113 回波抑制单元
114 信号合成单元
115、116、311、312 输出端子
117、119、125、317、318、322 加法器
118、120、123、124、126、319、320、323 减法器
121、122 自适应滤波器
127、128 乘法器
201 回波检测单元
313～316 滤波器
321 和差信号生成单元
324 传递函数运算单元
325 相关检测单元
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明实施方式的回波抑制装置。
(本发明第1实施方式)
图1是本发明第1实施方式的回波抑制装置的方框图。如图1所示，扬声器和话筒的个数都为两个，假设分别以相同的中心线为界被左右对称地配置。以下，说明有关构成图1所示的回波抑制装置的各个部分。
假设左右的立体声信号从输入端子101、102分别输入到D/A变换器103、104。D/A变换器103、104将左右的立体声信号从数字信号分别变换为模拟信号，扬声器105、106将变换为模拟信号后的信号以声音方式输出。
从扬声器105、106输出的声音，经由空间传递路径hLL、hLR、hRL、hRR作为回波被集音到话筒107、108。这里，图1所示的扬声器和话筒通过以相同的中心线为界而左右对称地配置，各自的空间传递路径能够如下式那样近似。
hRL≈hLR ...(式1)
hRR≈hLL ...(式2)
A/D变换器109、110将集音时的信号从模拟信号变换为数字信号。目标信号生成单元111包括加法器117和减法器118，其从A/D变换器109、110变换后的数字信号生成目标信号。再有，目标信号生成单元111也可以将A/D变换器109、110输出的信号直接输出。以下，将输入的信号直接输出时的信号称为直通信号。
此外，基准信号生成单元112包括加法器119和减法器120，其计算来自输入端子101、102的信号的和信号和差信号而生成回波抑制单元113作为基准的基准信号。再有，基准信号生成单元112也可以将直通信号输出到回波抑制单元113。
回波抑制单元113包括对空间传递特性进行估计的自适应滤波器121、122、减法器123和124，其基于目标信号生成单元111生成的目标信号和基准信号生成单元112生成的基准信号，进行回波的抑制。
信号合成单元114包括加法器125、减法器126、乘法器127和128，其将回波抑制单元113输出的信号合成并输出到输出端子115、116。再有，信号合成单元114也可以将直通信号输出到输出端子115、116。
以下，说明本发明第1实施方式的回波抑制装置的动作。
从输入端子101、102输入到D/A变换器103、104的立体声信号sL和sR，由D/A变换器103、104进行了D/A变换后，从扬声器105、106作为声音被输出。
从扬声器105、106输出的声音，经由空间传递路径hLL、hLR、hRL、hRR作为回波信号被输入到话筒107、108，在A/D变换器109、110中被进行A/D变换。
若将上述中近似的算式1和算式2设为等式，并将原来想用话筒集音的信号设为vL和vR，则A/D变换器109、110输出的信号mL和mR分别用算式3和算式4表示。再有，*表示卷积运算。
mL＝hLL*sL+hLR*sR+vL ...(式3)
mR＝hLR*sL+hLL*sR+vR ...(式4)
目标信号生成单元111通过加法器117和减法器118，按照以下的算式5和算式6计算作为回波抑制单元113的目标信号的加法信号和减法信号。
mL+mR＝(sL+sR)*(hLL+hLR)+(vL+vR) ...(式5)
mL-mR＝(sL-sR)*(hLL-hLR)+(vL-vR) ...(式6)
基准信号生成单元112通过加法器119和减法器120，计算作为回波抑制单元113的基准信号的加法信号sL+sR和减法信号sL-sR。
回波抑制单元113通过用自适应滤波器121将基准信号sL+sR和滤波系数卷积来计算虚拟回波信号，并通过用减法器123从算式5的目标信号中减去算出的虚拟回波信号而抑制回波。此外，回波抑制单元113通过用自适应滤波器122将基准信号sL-sR和滤波系数卷积来计算虚拟回波信号，并通过用减法器124从算式6的目标信号中减去算出的虚拟回波信号而抑制回波。
此外，相当于自适应滤波器121、122各自的误差信号中的、来自减法器123、124的输出信号用算式7和算式8表示。
eL＝vL+vR ...(式7)
eR＝vL-vR ...(式8)
再有，自适应滤波器121、122使用的滤波系数被顺序更新，以使按照算式7和算式8表示的输出信号的均方值最小。这相当于自适应滤波器121、122分别估计合成空间传递特性hLL+hLR和合成空间传递特性hLL-hLR。此外，作为自适应滤波器121、122的系数更新算法，使用NLMS(NormalizedLeast Mean Square)算法等公知的各种自适应算法。
信号合成单元114在对来自回波抑制单元113的输出信号eL和eR通过加法器125、减法器126算出了加法信号和减法信号后，通过由乘法器127、128而分别变成0.5倍，最终算出原来想集音的信号vL和vR，并输出到输出端子115、116。
如以上说明，本发明第1实施方式的回波抑制装置，通过利用扬声器和话筒的配置的对称性而能够削减要估计的空间传递路径和与此对应的回波的数目，所以能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波，同时可削减运算量。
再有，在本发明第1实施方式中，说明了扬声器数和话筒数都为两个，但不限于此，只要多个扬声器和一个以上的话筒被配置在具有对称性的位置上即可，此外，根据扬声器和话筒的配置，适当构成目标信号生成单元111、基准信号生成单元112、回波抑制单元113、信号合成单元114，以可以实现抑制多个空间传递路径的回波即可。
此外，在扬声器为奇数时，以相同的中心线为界，左右对称地配置的中心的扬声器被设置在中心线上即可。此外，在话筒为奇数时，以相同的中心线为界，左右对称地配置的中心的话筒被设置在中心线上即可。此外，在作为抑制对象的回波的频带被限定某个范围的情况下(例如，功率集中在语音那样比较低的频率上的信号的情况等)，回波抑制单元113也可以限定在回波的抑制上必要的频带来进行处理。
(本发明第2实施方式)
图2是本发明实施方式2的回波抑制装置的方框图。再有，在构成本发明第2实施方式的回波抑制装置的结构要素中，对与构成本发明第1实施方式的回波抑制装置的结构要素相同的结构要素附加相同的标号，省略各个结构要素的说明。
图2所示的回波抑制装置除了图1所示的回波抑制装置的结构以外，还包括回波检测单元201。
回波检测单元201计算输入端子101的输入信号和作为目标信号生成单元111的结构要素的加法器117的输出信号之间的互相关，在按照互相关值的大小判定了有无回波时，控制作为回波抑制单元113的结构要素的自适应滤波器121、122的滤波系数的更新。例如，回波抑制单元113在回波检测单元201判定为有回波时，更新自适应滤波器121、122使用的滤波系数。
如上所述，本发明第2实施方式的回波抑制装置，通过按照有无回波来控制滤波系数更新，从而能够提高空间传递特性的估计精度。
再有，在本发明第2实施方式中，说明了回波检测单元201计算输入端子101的输入信号和作为目标信号生成单元111的结构要素的加法器117的输出信号之间的互相关，但也可以计算电平比来取代互相关。此外，回波检测单元201也可参照输入端子102的输入信号和作为目标信号生成单元111的结构要素的加法器117的输出信号。此外，也可以将回波检测单元201与自适应滤波器相同数地设置，参照各个合适的信号，以使其高精度地进行自适应滤波器的滤波系数的更新控制。
工业实用性
如上所述，本发明的回波抑制装置，与以往的回波抑制装置比较，具有能够用简单的结构抑制与每个空间传递路径对应的回波的效果，在拥有多个扬声器和一个以上话筒的各种音响装置中，作为抑制从多个扬声器迂回到话筒的回波的回波抑制装置等是有用的。
Claims (10)
1.一种回波抑制装置，其特征在于，包括：
目标信号生成单元，在将多个扬声器和一个以上的话筒配置在具有对称性的位置，从而有关所述扬声器和所述话筒之间的多个空间传递路径能够用配置的对称性进行传递特性的估计时，从所述话筒集音由所述扬声器输出的声音而获得的集音信号，利用所述扬声器和所述话筒配置的对称性而生成用于抑制所述回波的目标信号；
基准信号生成单元，基于所述扬声器作为所述声音输出之前的信号而生成与所述目标信号对应的基准信号；以及
回波抑制单元，基于所述目标信号和所述基准信号，从所述集音信号抑制所述回波。
2.如权利要求1所述的回波抑制装置，其特征在于，
以中心线为界，左右对称地配置所述扬声器，同时以相同的所述中心线为界，左右对称地配置所述话筒。
3.如权利要求2所述的回波抑制装置，其特征在于，
在所述扬声器的个数为奇数时，将中心的所述扬声器配置在所述中心线上。
4.如权利要求2所述的回波抑制装置，其特征在于，
在所述话筒的个数为奇数时，将中心的所述话筒配置在所述中心线上。
5.如权利要求1所述的回波抑制装置，其特征在于，
所述目标信号生成单元输出基于所述集音信号的加法信号、减法信号或直通信号的任何一个以上的信号作为所述目标信号。
6.如权利要求1所述的回波抑制装置，其特征在于，
所述基准信号生成单元输出基于所述扬声器作为所述声音输出之前的信号的加法信号、减法信号或直通信号的任何一个以上的信号作为所述基准信号。
7.如权利要求1所述的回波抑制装置，其特征在于，
所述回波抑制单元使用自适应滤波器。
8.如权利要求1所述的回波抑制装置，其特征在于，
所述回波抑制单元限定在所述目标信号和所述基准信号的特定的频带内进行有关抑制所述回波的处理。
9.如权利要求7所述的回波抑制装置，其特征在于，
所述回波抑制单元根据有无回波控制所述自适应滤波器的滤波系数的更新。
10.如权利要求1所述的回波抑制装置，其特征在于，
还包括将所述回波抑制单元输出的多个输出信号合成的信号合成单元，所述信号合成单元将基于所述回波抑制单元输出的各个所述输出信号的加法信号和减法信号乘以规定的常数而进行合成。
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