CN102204228A - 宽带扬声器电话 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在语音通信中用于声回波消除的处理需求是很大的，并且甚至是更大的，使得通信的带宽增加；当语音通信占据相对窄带的频率时，用于宽带通信的处理需求等等再现声回波消除难以以经济合算的方式实现。本发明通过将通信分解为子频带，并且将声回波消除适用于某些子频带提供在宽带通信内的声回波消除，同时按照通信的状态处理另外的子频带。附加的子频带被或者以全双工或者半双工传送。
Description
技术领域
本发明通常涉及音频通信，尤其是，涉及在宽带音频通信内声的回波消除。
背景技术
在音频通信中，存在已知的回波问题。当使用扬声器电话(“免提”)功能的时候，来自通信路径两端的语音数据在两者之一结束时入射在麦克风上，回波尤其是成问题的。为了解决回波问题，数字信号处理用于减去由数字信号处理感知的回波相关的噪声。为此，已经设计会聚处理以随着时间的过去集中在无回波的或者近似无回波的通信上。由于已经设计了新的处理，时间会聚和无回波的通信的质量已经大大地改善。
令人遗憾地，虽然已经在用于具有非常有限的带宽的语音通信的回波消除方面进行了大量的研究，当通信支持的带宽提高时，复杂度、处理需求和存储需求提高。因此，对于宽带通信，处理需求等等再现回波消除难以以经济合算的方式实现。
提供克服现有技术的某些局限性的语音通信系统将是有益的。
发明内容
按照本发明的一个实施例，提供一种方法，包括：在第一端口上接收表示第一音频信号的第一信号；接收表示用于传输的第二音频信号的第二信号；在音频频率的至少第一频带内执行第二信号的声回波消除；在至少预先确定的频带内检测在第一信号和第二信号语音活动内的至少一个；当检测到话音活动的时候，除了提供在第二其他的频带内的第一音频信号的一部分以外，在第一频带外面的第二其他的频带的至少一些提供给扬声器，同时将在第一频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器；和当检测到声活动的时候，除了将在第二其他的子频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器以外，同时将在第一频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器。
按照本发明的另一个实施例，提供一种方法，包括：将来自第一位置表示第一音频信号的第一信号滤波为多个子频带信号，每个子频带信号表示在声频率的预先确定的范围内的第一信号的一部分；将来自第二位置表示第二音频信号的第二信号滤波为多个子频带信号，每个子频带信号表示在声频率的预先确定的范围内的第二信号的一部分；将第二音频信号每个的多个子频带信号的预先确定的部分传送给另一个位置，并且将第一音频信号的多个子频带信号的预先确定的部分以半双工传送给扬声器；和将第二音频信号的多个子频带的余部传送给另一个位置，并且以全双工方案将第一音频信号的多个子频带的余部传送给扬声器。
按照本发明的另一个实施例，提供一种方法，包括：接收表示第一音频信号的第一信号；接收表示第二音频信号的第二信号；在音频频率的第一频带内执行第二信号的声回波消除；在音频频率的第一频带内检测在第一信号内声活动；当检测到声活动的时候，除了提供在第二其他的频带内的第一音频信号的一部分以外，在第一频带外面的第二其他的频带的至少一些提供给扬声器，同时将在第一频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器；和当检测到声活动的时候，除了将在第二其他的频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器以外，同时将在第一频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器。
按照本发明的另一个实施例，提供一种传送声信息的方法，包括：在第一和第三频带内以全双工传送声信息；和在第二和第四其他的频带内传送声信息，并且具有适用于其的半双工回波消除。
按照本发明的另一个实施例，提供一种传送声信息的方法，包括：在第一频带内以全双工传送声信息；在第一频带内检测语音活动；和依靠于检测的语音活动，在声信息的至少另一个频带内控制切换损失。
按照本发明的另一个方面，提供一种系统，用于在第一频带内以全双工传送声信息；在第一频带内检测语音活动；和依靠于检测的语音活动，在声信息的至少另一个频带内控制切换损失。
附图说明
现在将结合以下的附图描述本发明示范的实施例，其中：
图1A描述在其内采用扬声器电话的典型环境；
图1B描述按照现有技术的回波消除方法；
图2描述采用四个子频带的本发明的实施例，第二和第四频带以半双工工作，并且第一和第三另外的子频带以具有回波消除的全双工工作；和
图3是具有四个子频带的本发明实施例的简化流程图。
具体实施方式
以下的描述给出允许本领域技术人员制造和使用本发明，并且在特殊的应用及其需求的背景下提供。对于公开的实施例的各种各样的修改对那些本领域技术人员来说是容易地显而易见的，并且不脱离本发明的精神和范围，在此处限定的常规原理可以适用于其他的实施例和应用。因此，本发明不意欲被限制在公开的实施例，而是要给予按照在此处公开的原理和特点最宽的范围。
在以下的说明书和权利要求书中使用的术语多径指的是，在换能器上从相同的信源沿着一个以上的路径接收的音频信息允许在经由不同的路径接收的相同的音频信息之间不同的延迟。
作为在此处或者在随后的权利要求书中使用的该术语视频会议指的是，在两个或更多方，相互远离的多方的至少二个之间的视频通信，使得音频和视频信号电子地在其间传送。
在此处使用的该术语频带指的是一组频率。虽然典型地频带将由邻接的频率范围组成，作为在此处使用的频带还指的是非邻接的频率范围，并且意欲解释为落在预先确定的范围或者范围组内的一组频率。
参考图1A，所示出的是通信连接的第一端的简化示意图。第二远端(未示出)在内容方面实质上类似于所示出的第一端。在图1中，所示出的屋子100在其中具有扬声器电话。以会议系统的形式的扬声器电话包括：在书桌或者桌子102上，并且设置用于接近讲话人(未示出)的麦克风112，对于当会议系统包括视频会议的时候，示出用于显示图像的可选择的视频监视器114，和用于从通信连接的第二远端播放声音的一个或多个音频扬声器116。当然，当不支持视频会议的时候，该视频监视器选择性地被省略。众所周知，扬声器116可以或者可以不必是包括麦克风112的相同的物理设备的一部分。
由扬声器116发出的声音没有完美地聚焦，并且如同116a、116b和116c所示，穿过多个路径。信号116a反射离开墙104，并且然后入射到麦克风112上。信号116b反射离开墙104和108，并且然后入射到麦克风112上。信号116c反射离开墙106和108，并且然后入射到麦克风112上。如显然的，这些信号的每个穿过不同的路径长度，并且以不同的角度入射在麦克风上。对于那些本领域技术人员来说将是显然的，入射在麦克风112上的信号数目不局限于三个信号，并且包括穿过在扬声器116和麦克风112之间的直线路径的信号，和具有沿着其路径反射、衰减等等的信号。
当若干声路径通向麦克风112的时候，影响是显著的，并且难以表征。这将随着一个或多个另外的扬声器的引入进一步加重。此外，当从通信路径的远端发源的声音被重新发送到通信路径的远端的时候，回波导致其对于该系统的用户是不舒服的。因为这个问题，大多数现代的扬声器电话采用声回波消除以删除在室内的语音信号，其可能是回波的反射。当不存在多径的时候，表示提供给扬声器116的信号的数据被提供给处理器，用于从由麦克风112提供的信号中减去。令人遗憾地，由于多径和在扬声器电话中观察到的其它的声学影响，诸如扬声器失真，声回波消除不是简单的任务。
在图1B中示出的是现有技术回波消除扬声器电话155的简化方框图。在包括墙153和目标154以及扬声器电话155(未按比例示出)(其经由网络156通信，并且到第二用户系统157)的房间(未示出)中，用户(未示出)讲话。
扬声器电话155经由网络接口158连接到网络156。电子地连接到网络接口158的是控制器159和到以远程用户系统157的形式的目的地系统的网络156，该控制器159包括用于将Rx信号提供给DSP电路160，并且用于经由网络接口158传送TX信号的收发信机。Rx信号和TX信号包括与从远程用户系统157接收的或者用于提供给远程用户系统157的音频信号有关的数据。DSP电路160连接到扬声器161和麦克风162。典型地，DSP电路包括数字到模拟(DAC)和模拟到数字(ADC)转换电路。当情况不是这样的时候，采用外部DAC和ADC电路。选择性地，外部DAC是扬声器161的一部分。此外，选择性地，ADC是麦克风162的一部分。DSP电路160处理来自第二用户系统157的Rx信号，以提供给扬声器161扬声器信号，并且处理来自麦克风162的数字化信号去产生TX信号以提供给控制器，供传输给第二用户系统157。DSP电路160基于Rx信号和声回波消除过程减小TX信号的声回波部分。通常采用额外的处理以除去由声回波消除过程未除去的残余回波。当使用自适应的声回波消除过程的时候，该声回波消除处理随着时间的过去会聚以对于不同的屋子动态的调整。
参考图2，所示出的是按照本发明的声回波消除系统的简化方框图。该声回波消除系统从端口200A提供表示音频信号(其提供给扬声器(未示出))的扬声器信号，并且在端口200B上接收表示冲击在麦克风(未示出)上的声音的音频信号。该扬声器信号和麦克风信号包括在通信链路的本地端上在接口上接收/提供的信号。该通信链路的远端经由通信链路提供信号给声回波消除系统，供声回波消除使用。这个信号包括在端口200C上接收的Rx信号205。此外，Tx信号被经由端口200d从声回波消除系统提供给该网络。当使用超过一个扬声器的时候，相同的信号被选择性地提供给每个扬声器。做为选择，每个扬声器接收不同的信号。进一步做为选择，每个扬声器接收由不同的电路产生的不同的信号。类似地，当使用超过一个麦克风的时候，每个麦克风提供不同的信号给单独的电路，用于数字化其和用于处理其以执行声回波消除。做为选择，该麦克风信号被多路复用给相同的电路，用于数字化和处理其。最好是，对于多个麦克风，多个同样的处理路径被对于每个麦克风提供一个。
最初地，考虑到用于从端口200C到端口200A的Rx信号的路径，Rx信号耦合到第一滤波器组201，其中其被分解为至少二个频带，第一频带和第二其它的频带，并且第一频带事前选择，使得其包含比第二其它的频带更多的话音能量。在将信号分解为仅仅二个频带的系统中，这通常是较低的频带。选择性地，该滤波器组将信号分解为二个以上的频带。第二频带按照从半双工(HDX)回波控制221接收的控制信号耦合到第一可变增益级219，用于衰减该信号。从该可变增益级219开始，在作为提供给扬声器的信号的一部分耦合到端口200A之前，该信号传送给第一累加电路202。来自滤波器组201的第一频带由第一下变换器204转换，产生下采样速率，然后，在重新转换为原始采样速率之前，使用第一上变换器203经由第二可变增益级210调整，并且作为提供给扬声器的信号的余部耦合到第一累加电路202。另外，来自第一滤波器组201的下变换的第一频带耦合到第一HDX控制块和AEC控制块。来自第一滤波器组201的从前由可变增益级210放大的第一频带提供给自适应的回波消除器209，供在传送路径内回波消除使用。
类似地，在端口200B上接收的音频信号由声回波消除系统处理以在端口200D上提供TX信号。在这个路径中，该音频信号被耦合到第二滤波器组205，其中该音频信号被分解为第三频带和第四频带。最好是，第三频带跨越与第一频带相同的频率范围。因此，最好是，滤波器组205和滤波器组201是同样的滤波电路。选择性地，该音频信号在每个方向上被分解为二个以上的频带。该第四频带耦合到第三可变增益级220，用于按照从HDX回波控制221接收的控制信号衰减该信号，然后耦合到第二累加电路206以形成为TX信号的一部分。来自第二滤波器组205的第三频带在耦合到混合器211之前最初地由下变换器207下变换。在第三频带内的信号还提供给AEC控制块213。混合器211还从自适应的回波消除器209接收信号。来自混合器211的混合信号然后在经由上变换器208上变换之前，输入给残余回波控制级(现有技术)222，并且提供给第二累加电路206以形成TX信号214的余部。另外，来自混合器211的输出信号耦合到AEC 209、AEC控制块213和HDX回波控制块221。AEC 209、AEC控制块213和HDX回波控制块221选择性地使用其中有许多为大家所熟知的各种各样的方法实现。
HDX回波控制器221基于其输入信号确定要适用于第一可变增益级219和第三可变增益级220的控制信号。选择性地，HDX回波控制器221还确定用于放大器210和222的控制信号。AEC控制器213将控制信号提供给自适应的回波消除器(AEC)209，在第二可变增益级210之后，其处理来自第一滤波器组201的第一频带的抽头部分，并且将该处理的结果耦合到混合器211。
HDX回波控制器221确定用于第一可变衰减级(即，用于这些部件的最大增益是0dB)和用于第三可变增益级220的增益设置。在第一累加电路202和第二累加电路206上分别地求和之前，这允许对这些信号的幅度(音量)调整，以将接收的Rx信号提供给扬声器信号输出端口200A和TX信号输出端口200D。通过以数字方式控制放大器，提供给可变增益级219和可变增益级220的信号选择性地是对于第二频带和对于第四频带支持半双工通信的“开”和“关”的一个。半双工音频的控制和实施在该领域为大家所熟知。当然，对于那些本领域技术人员将是显而易见的，所示出的方框图被简化，并且其它的电路元件、诸如增益模块、电源带外滤波器等等可以被增加给整个电路。此外，信号的其它的处理由DSP选择性地执行，但是在本发明的范围之外。
当前的实施例允许执行自适应回波抵消的频带的一部分去经由按照众所周知的回波消除方案和结构设计的路径传送。此外，当前的实施例允许支持半双工操作的频带的一部分去经由按照众所周知的半双工方案和结构设计的路径传送。在以上描述的实施例中值得注意的是，信号被分解为至少四个频带，并且所述频带的至少二个被提供给用于回波消除的电路，并且所述频带的另外的二个被提供给用于以半双工通信模式操作的电路。第一和第三频带使用在现有技术内已知的技术，或者适用于声回波消除的别的技术被提供用于声回波消除。第二和第四频带不具有适用于其的自适应回波抵消，并且代之以，适用半双工(HDX)回波消除机制。上述的半双工回波消除例如是切换损失，和/或非线性处理(NLP)。由于半双工回波消除依靠有关语音活动的决定，诸如，存在活动，并且如果是这样的话，其中通信方向，Tx或者Rx，HDX回波控制器221在Tx和Rx信号的每个中确定语音活动，该语音活动检测在HDX回波控制适用于其的频带外面。
选择性地，上文相对于回波消除系统略述的方法被扩展为用于TX和Rx信号每个的三个以上的频带。在这样的情况下，声回波消除在一个频带上执行，并且HDX回波控制器221选择性地控制其它的频带的每个。该控制决定是基于来自一个或多个频带的测量，一个或多个频带包括在对其执行半双工回波消除的频带外面的至少一个频带。做为选择，多个子频带具有在其上执行的自适应回波抵消，并且一个或多个其它的子频带以半双工模式工作。
做为选择，在图2的实施例中，像在相同的路径中在203上的上变换一样，在Rx路径(在201上)上的下采样操作被省略。
有利地，本发明允许无需处理需求或者宽带音频回波消除的人为现象，实现比在某些频带内支持全双工通信的仅仅电话频带更宽的宽带音频带宽。
在图3中举例说明的是用于在音频电话会议的一端上的扬声器电话的本发明的一个实施例的简化的流程图。在300上，电话会议被在本地用户和远程用户之间启动。在301a上，接收到来自远程用户的音频信号，然后，在303a上，被滤波为频带。在305a上，与预先确定的带宽(其与话音有关)有关了第三频带被下变换，并且在307上，这个信号在确定活动电平和交谈的占主要地位的方向时使用。这个确定然后在309a、309b和309c上采用以确定行动过程。
在301b上，接收到来自本地用户的音频信号，然后，在303b上，被滤波为频带。在305b上，与预先确定的带宽(其与话音有关)有关了第一频带被下变换，并且在307上，这个信号在确定活动电平和交谈的占主要地位的方向时使用。这个确定然后在309上采用以确定行动过程。在309a上，半双工回波控制适用于第二和第四频带。
自适应回波抵消在309b和309c上适用于来自本地用户的第三频带，其中使用会聚处理。在311上，在来自本地用户的第三频带内的残余回波被控制。
相应的回波控制的信号被求和给其相应的输出端口313。该流程然后在315上返回，在相应的信号的每个的时间上用于下一个采样。
因此，与话音有关的第三频带被连续地传送，并且回波消除使用远程第一频带信号适用于第三频带。第二和第四频带被以半双工(HDX)传送。半双工回波控制在回波消除领域中为大家所熟知。
做为选择，第二和第四频带以仅仅基于分别地在远程和本地信号中的第二和第四频带内容的半双工模式工作。
虽然以上所述的实施例借助于扬声器描述，一个以上的扬声器可随着本发明使用。此外，扬声器选择性地集成在通信设备内或者其外部。选择性地，该外部扬声器无线地耦合到该通信设备。在一个实施例中，某些扬声器集成在通信设备内，并且某些集成于外部。
该网络是各种各样可用的通信网络的一个。通信网络的例子包括，但是不局限于以太网、IP网络、宽带网络、公用电话网、卫星通信网。
虽然参考会议系统描述了本发明，其还适用于电视会议系统、扬声器电话、扩音电话，或者以免提操作模式工作的电话，并且适用于提供双向语音通信(其中声回波消除是有益的)的其它的通信设备。
不脱离本发明的精神或者范围，可以设想许多其它的实施例。
Claims (23)
1.一种方法，包括：
在第一端口上接收表示第一音频信号的第一信号；
接收表示用于传输的第二音频信号的第二信号；
在音频频率的至少第三频带内执行第二信号的回波消除；
在至少预先确定的第一频带内检测在至少第二信号内的语音活动；
当检测到语音活动的时候，除了提供在第二其他频带内的第一音频信号的一部分以外，在第一频带外面的第二其他频带的至少一些提供给扬声器，同时将在第一频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器；和
当检测到声活动的时候，除了将在第二其他频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器以外，同时将在第一频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器。
2.根据权利要求1的方法，其中至少第三频带包括与音频频率的第一频带相同的频率范围。
3.根据权利要求1的方法，其中至少第三频带由音频频率的第一频带组成。
4.根据权利要求1-3的任何一个的方法，包括：
将第一信号分解为第一频带和第二其他频带；和
将第二信号分解为至少第三频带和第四频带。
5.根据权利要求4的任何一个的方法，其中第一频带和至少第三频带包括语音信号可检测的频率。
6.根据权利要求4-5的任何一个的方法，其中：
接收第一信号包括滤波第一信号以产生在音频频率的第一频带和音频频率的第二其他频带的每个内的子频带信号；和
接收第二信号包括滤波第二信号以产生在音频频率的至少第三频带和音频频率的第四频带的每个内的子频带信号。
7.根据权利要求1-6的任何一个的方法，其中：
检测声活动包括使用语音活动检测器去检测在声音的频率的第一和第三频带内，在信号内的语音活动。
8.根据权利要求1-7的任何一个的方法，其中：
执行回波消除包括将第二信号的音频频率的第三频带的预先确定的部分与第一信号的音频频率的第一频带的预先确定的部分混合。
9.一种方法，包括：
将来自第一(远程)位置表示第一音频信号的第一信号滤波为多个子频带信号，每个子频带信号表示在声频率的预先确定的范围内的第一信号的一部分；
将来自第二(本地)位置表示第二音频信号的第二信号滤波为多个子频带信号，每个子频带信号表示在声频率的预先确定的范围内的第二信号的一部分；
将第二音频信号的多个子频带信号的预先确定的部分传送给另一个位置，并且将第一音频信号的多个子频带信号的预先确定的部分以半双工方案提供给扬声器，半双工方案基于在子频带信号的至少一个内的声信号的内容；和
将第二音频信号的多个子频带的余部传送给另一个位置，并且以全双工方案将第一信号的多个子频带的余部传送给扬声器。
10.根据权利要求9的方法，其中：
传送第二音频信号的多个子频带的预先确定的部分，并且以半双工方案将第一音频信号的多个子频带的预先确定的部分提供给扬声器包括：
当检测到对于第一音频信号和第二音频信号中一个的活动的时候，中止对于第一音频信号和第二音频信号中另一个的多个子频带的预先确定的部分的传输。
11.根据权利要求9的方法，其中：
传送第二音频信号的多个子频带的预先确定的部分，并且以半双工方案将第一音频信号的多个子频带的预先确定的部分提供给扬声器包括：
当检测到对于第一音频信号和第二音频信号中一个的活动的时候，中止对于第一音频信号和第二音频信号中另一个的多个子频带的预先确定的部分的传输。
12.根据权利要求10-11的任何一个的方法，其中：
检测活动包括检测在信号内的语音数据。
13.根据权利要求10-11的任何一个的方法，其中检测活动包括在对于具有最高的信号功率的话音的音频频率范围内检测在子频带信号内的语音数据。
14.根据权利要求9-13的任何一个的方法，进一步包括：
在另一个位置上接收第一音频信号和第二音频信号中一个的多个子频带的余部；和
在用于多个子频带的话音的音频频率的范围内，依靠在子频带内最高的信号功率的测量调整第一音频信号和第二音频信号中一个的多个子频带的余部。
15.根据权利要求9的方法，其中：
将第二音频信号的多个子频带信号的预先确定的部分传送给另一个位置，并且将第一音频信号的多个子频带信号的预先确定的部分以半双工方案提供给扬声器包括：
基于在多个子频带信号的预先确定的部分外面进行的信号测量，将第二音频信号的多个子频带信号的预先确定的部分传送给另一个位置，并且将第一音频信号的多个子频带信号的预先确定的部分以半双工方案提供给扬声器。
16.一种方法，包括：
接收表示第一音频信号的第一信号；
接收表示第二音频信号的第二信号；
在音频频率的第三频带内执行第二信号的回波消除；
在音频频率的第三频带内检测不越出第二信号声活动；
当检测到声活动的时候，除了提供在第二其他频带内的第一音频信号的一部分以外，在第一频带外面的第二其他频带的至少一些提供给扬声器，同时将在第一频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器；和
当检测到声活动的时候，除了将在第二其他频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器以外，同时将在第一频带内的第一音频信号的一部分提供给扬声器。
17.一种方法，包括：
接收表示第一音频信号的第一信号；
接收表示第二音频信号的第二信号；
在音频频率的第三频带内执行第二信号的回波消除；
在音频频率的第一频带内检测在第一信号内声活动；
当检测到声活动的时候，除了提供在第四频带内的第二音频信号的一部分以外，将在第二频带外面的第四频带的至少一些提供给收发信机，同时将在第二频带内的第二音频信号的一部分提供给收发信机；和
当检测到声活动的时候，除了将在第四频带内的第二音频信号的一部分提供给收发信机以外，同时将在第二频带内的第二音频信号的一部分提供给收发信机。
18.一种传送声信息的方法，包括：
在第一和第三频带内以全双工交换声信息；和
在第二和第四频带内以半双工交换声信息。
19.根据权利要求18的方法，其中半双工方向基于在第一频带和第三频带内的活动来确定。
20.根据权利要求18-19的任何一个的方法，其中半双工方向基于在除了第二和第四频带之外的频带内的活动来确定。
21.一种系统，包括：
收发信机，用于在第一和第三频带内以全双工交换声信息，并且用于在第二和第四频带内以半双工交换声信息。
22.根据权利要求21的系统，包括：
至少滤波器，用于将接收的声信息分解为第一和第三频带和至少其它的频带。
23.根据权利要求21-22的任何一个的系统，包括：
数字信号处理器，用于在第三频带内执行声回波消除，和用于在第二和第四频带的至少一个内执行半双工回波控制。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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