CN102984406A - 用于检测双端通话情况的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明介绍一种用于检测双端通话情况的方法以及使用所述方法的回声消除系统。根据示范性实施例，所述方法可用于回声消除系统的双端通话检测器并且包含以下步骤：获得输入信号的第一功率；获得第二功率，其中所述第二功率是至少一个所估计信号的功率组合；根据所述第一功率与所述第二功率之间的功率关系来判定是否发生所述双端通话情况；当所述第一功率大于所述第二功率时判定发生所述双端通话情况。

Description

用于检测双端通话情况的方法及其系统

技术领域

本发明涉及用于检测双端通话情况的方法，确切地说，涉及通过比较信号的功率而检测双端通话情况的方法。

背景技术

有关回声消除的技术广泛地实施于电话等通信装置中。利用回声消除的功能，通信装置的用户可正常执行语音输入操作，而不受来自通信装置的扬声器的回声信号干扰。

在回声消除技术的领域中，在回声消除的过程期间检测是否发生双端通话（double-talk;DT）情况是相当重要的。在未进行双端通话情况检测的情况下，将使得回声消除的性能大幅降低，这是因为所估计回声信道可能与实际回声信道不同。详细地说，当发生双端通话情况时，回声信号将混合到与远端密切相关的近端信号中，从而在误差信号中产生大的干扰分量。因此，若自适应滤波器在DT时间区间内更新其滤波系数，那么回声消除器将从其收敛状态发散。因此，区别麦克风输入的状态是在纯近端、纯远端以及DT时间段是相当重要的。

通常，常规的双端通话检测器（double-talk detector；DTD）通过对所估计回声信道进行梯度运算以利用能级改变而检测是否发生双端通话情况。然而，梯度运算具有高度的计算复杂性。而且，当所估计回声信道不准确时，双端通话情况检测的结果也将是错误的。

发明内容

因此，本发明针对一种用于通过简单地比较信号的功率而检测双端通话情况的有效方法。

本发明涉及一种用于检测双端通话情况的方法。根据示范性实施例，该方法包括接收具有一第一功率的一输入信号;计算一第二功率,该第二功率是至少一个功率估计信号的结合;以及根据该第一功率和该第二功率的一功率关系确定是否发生双端通话,当该第一功率大于该第二功率时,确认发生双端通话,当该第一功率小于或等于该第二功率时,确认双端通话不发生。

本发明涉及一种回声消除系统。回声消除系统包含麦克风、回声消除器、噪音处理单元、近端语音检测器、远端语音检测器以及双端通话检测器。麦克风经配置以产生输入信号。回声消除器耦合到麦克风并且经配置以自适应地产生所估计回声信号以及输入信号与所估计回声信号之间的误差信号。噪音处理单元耦合到回声消除器并且经配置以响应于误差信号而产生所估计噪音信号。近端语音检测器耦合到麦克风并且经配置以检测近端语音活动。远端语音检测器耦合到回声消除器并且经配置以检测远端语音活动。双端通话检测器耦合到近端语音检测器、远端语音检测器、回声消除器以及噪音处理单元，并且经配置以执行用以执行用于检测双端通话情况的过程的程序指令，所述过程包括：获得输入信号的第一功率；获得第二功率，其中第二功率是至少一个所估计信号的功率组合；根据第一功率与第二功率之间的功率关系来判定是否发生双端通话情况；当第一功率大于第二功率时判定发生双端通话情况。

基于以上描述，本发明的实施例提供一种用于检测双端通话情况的有效方法，使得双端通话检测器的复杂性可降低并且双端通话检测器对抗回声信道的非线性失真的稳健性可提高。

为了使本发明的前述以及其它特征以及优势易于理解，以下结合附图详细描述本发明的若干示范性实施例。

附图说明

包含附图的目的是帮助进一步理解本发明，这些附图被并入本说明书并构成本说明书的一部分。附图所示为本发明的实施例，并且结合描述来对本发明的原理加以解释。

图1A所示为根据本发明的示范性实施例的回声消除系统的功能框图。

图1B所示为根据本发明的示范性实施例的用于检测双端通话情况的方法的流程图。

图2为根据本发明的示范性实施例的回声消除系统的另一功能框图。

具体实施方式

下面将参考附图来更加全面地描述本发明的一些实施例，附图中显示了本发明的一些实施例，但非所有实施例。实际上，本发明的各个实施例可按照许多不同形式体现，且不应解释为限于本发明所提出的实施例；实际上，这些实施例的提供使得本发明满足适用的法律要求。通篇中，相同参考标号指代相同元件。

图1A所示为根据本发明的示范性实施例的回声消除系统的功能框图。回声消除系统100可配置在电子设备（例如，电话）中，以消除由语音接收器（例如，麦克风）接收的声信号中发生的回声效应。在此实施例中，回声消除系统100包含麦克风110、回声消除器120、噪音处理单元130、近端语音检测器140、远端语音检测器150以及双端通话检测器（DTD）160。麦克风110经配置以通过转换所接收声波AW（例如，声音或语音）而产生输入信号IS。

回声消除器120耦合到麦克风110并且经配置以自适应地产生所估计回声信号EES以及输入信号IS与所估计回声信号EES之间的误差信号ER。在一些实施例中，回声消除器120可包含（但不限于）自适应滤波器（未图示）以及回声消除单元（未图示）。自适应滤波器可经配置以自适应地产生所估计回声信道，并且所估计回声信号可通过将远端信号FS馈送到所估计回声信道中而获得。回声消除单元可耦合到麦克风110以及自适应滤波器，并且经配置以通过从输入信号IS减去所估计回声信号EES而产生误差信号ER。

噪音处理单元130耦合到回声消除器120并且经配置以响应于误差信号ER而产生所估计噪音信号ENS。例如，噪音处理单元130可以是自动噪音抑制器（automatic noise suppressor；ANS），其可经配置以通过对输入信号IS执行噪音抑制操作而相应地产生具有相对低的噪音的电子信号。

近端语音检测器140耦合到麦克风110并且经配置以检测近端语音活动。具体来说，在一些实施例中，在麦克风110产生输入信号IS之后，麦克风110可将输入信号IS转发到近端语音检测器140。接下来，近端语音检测器140可通过例如感应由输入信号IS引起的电压电平改变而检测到发生近端语音活动。而且，近端语音检测器140可根据检测近端语音活动的结果而输出判定信号DS1。例如，近端语音检测器140可输出逻辑0信号，表示未发生近端语音活动；或输出逻辑1信号，表示发生近端语音活动。此外，近端语音检测器140可将输入信号IS转发到双端通话检测器160，以便于双端通话情况的检测。本发明中，双端通话情况表示输入信号IS包含近端信号（其可由用户的输入语音引起）以及回声信号（其可由扬声器（未图示）广播）。

远端语音检测器150耦合到回声消除器120并且经配置以检测远端语音活动。具体来说，在一些实施例中，远端语音检测器150可接收远端信号FS，例如，所述远端信号FS由与具有回声消除系统的电子设备进行通信的另一个电子设备发射。接下来，远端语音检测器150可通过例如感应由远端信号FS引起的电压电平改变而检测到发生远端语音活动。而且，远端语音检测器150可根据检测远端语音活动的结果而输出判定信号DS2。例如，远端语音检测器150可输出逻辑0信号，表示未发生远端语音活动；或输出逻辑1信号，表示发生远端语音活动。对所属领域的技术人员来说，应理解检测近端或远端语音活动的前述实施方案只是作为实例，而并不用于限制本发明的范围。

在一些实施例中，近端语音检测器140以及远端语音检测器150可通过例如语音活动检测器（voice activity detector；VAD）来实施，但不限于此。

双端通话检测器160耦合到近端语音检测器140、远端语音检测器150、回声消除器120以及噪音处理单元130。通过所估计回声信号EES、所估计噪音信号ENS以及判定信号DS1以及DS2，双端通话检测器160可经配置以检测是否发生双端通话情况。

图1B所示为根据本发明的示范性实施例的用于检测双端通话情况的方法的流程图。参考图1A以及图1B，所提出的用于检测双端通话情况的方法可用于回声消除系统100的前述双端通话检测器160，但本发明不限于此。

在步骤S102中，双端通话检测器160获得输入信号IS的第一功率。在一些实施例中，输入信号IS的第一功率的计算不需要考虑输入信号IS的所有频率分量，这是因为输入信号IS可能含有降低双端通话情况检测性能的一些分量。例如，如果输入信号IS含有先前通过回声信道的一些信号分量，那么这些信号分量可能因回声信道响应的非线性区域而失真。因此，当根据输入信号IS的所有分量来计算第一功率时，输入信号IS的失真的信号分量可使双端通话情况的检测的结果变得不可靠。

因此，双端通话检测器160可首先决定输入信号IS的第一分量，其中可根据回声信道响应的线性区域来决定输入信号IS的第一分量的频率区域。例如，假设可将频率区域0-5千赫内的回声信道响应的分量大致视为线性的，那么可相应地通过在频率区域0-5千赫内提取输入信号IS的分量而获得输入信号IS的第一分量。因此，可通过简单地考虑输入信号IS的第一分量而计算第一功率。在一些实施例中，第一分量的第一功率可表示为

$p_1={\mathrm{\ξ}}_1=\underset{k\∈L}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|S\left(k\right)\left|\right|}^2,$

其中S(k)表示输入信号IS的第k个频率分量，L表示第一分量的频率区域。换句话说，通过简单地计算对应于回声信道响应的线性区域的频率区域内的输入信号IS的功率而获得第一功率。

在步骤S104中，双端通话检测器160可获得第二功率，其中第二功率可以是至少一个所估计信号的功率组合。在此实施例中，至少一个所估计信号可包含所估计回声信号EES以及所估计噪音信号ENS。在一些实施例中，由于所估计回声信号EES可通过将远端信号FS馈送到所估计回声信道中而产生，所以所估计回声信号EES的一些分量可因所估计回声信道的非线性区域而失真。因此，第二功率的计算也可不考虑所估计回声信号EES以及所估计噪音信号ENS的所有分量。

例如，双端通话检测器160可根据回声信道响应的线性区域（例如，0-5千赫）而提取所估计回声信号EES的第二分量以及提取所估计噪音信号ENS的第三分量。也就是说，所估计回声信号EES的第二分量包含线性区域（例如，0-5千赫）内的所估计回声信号EES的频率分量，且所估计噪音信号ENS的第三分量包含线性区域（例如，0-5千赫）内的所估计噪音信号ENS的频率分量。

在决定所估计回声信号EES的第二分量之后，双端通话检测器160可通过下式而计算第二分量的分量功率：

$\underset{k\∈L}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|\tilde{Y}\left(k\right)\left|\right|}^2,$

其中

表示所估计回声信号EES的第二分量的第k个频率分量。此外，对于所估计噪音信号ENS的第三分量，双端通话检测器160也可通过下式而计算第三分量的分量功率：

$\underset{k\∈L}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|\tilde{N}\left(k\right)\left|\right|}^2,$

其中

表示所估计噪音信号ENS的第三分量的第k个频率分量。

在一些实施例中，双端通话检测器160可通过在计算第二功率时并入容限因数而考虑噪音容限效应。例如，第二功率可表示为

$p_2={\mathrm{\ξ}}_2+N_{m\arg \mathrm{in}}=[\underset{k\∈L}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|\tilde{Y}\left(k\right)\left|\right|}^2+\underset{k\∈L}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|\tilde{N}\left(k\right)\left|\right|}^2]+\underset{k\∈L}{\mathrm{\η\Σ}}{\left|\right|\tilde{N}\left(k\right)\left|\right|}^2,$

其中η表示容限因数。例如，容限因数的值可介于0与(SNR)^-1之间，其中SNR表示输入信号IS的信噪比。

在步骤S106中，双端通话检测器160根据第一功率与第二功率之间的功率关系来判定是否发生双端通话情况。例如，当第一功率大于第二功率（即，p₁>p₂）时，双端通话检测器160可判定发生双端通话情况。具体来说，当发生双端通话情况时，输入信号IS可能同时包含近端信号、回声信号以及噪音信号，使得第一功率（即，p₁）可大于第二功率（即，p₂）。也就是说，由于根据所估计回声信号EES（其类似于输入信号IS的回声信号）以及所估计噪音信号ENS（其类似于输入信号IS的噪音信号）而获得第二功率，所以在并入近端信号的功率之后，第一功率（即，p₁）可大于第二功率（即，p₂）。另一方面，当第一功率小于第二功率时（即，p₁<p₂），双端通话检测器160可判定未发生双端通话情况。

因此，可通过比较第一功率与第二功率之间的功率关系而轻易地判定是否发生双端通话情况，使得双端通话检测器160的计算复杂性以及实施成本可相应地降低。另一方面，由于根据回声信道响应的线性区域来决定输入信号IS、所估计回声信号EES以及所估计噪音信号ENS的所考虑频率区域，所以可减少由回声信道响应的非线性区域引起的不良影响。

此外，在双端通话检测器160判定未发生双端通话情况之后，双端通话检测器160可通过参考近端语音检测器140以及远端语音检测器150的检测到的语音活动而进一步判定是否发生单端通话情况。本发明中，单端通话情况表示输入信号IS只包含噪音信号以及近端信号与回声信号两者之一。详细来说，当发生近端单端通话情况（即，输入信号IS只包含噪音信号以及近端信号）时，近端语音检测器140将输出判定信号DS1，例如，作为逻辑1信号（表示发生近端语音活动）。由于远端语音检测器150不检测远端信号FS，所以判定信号DS2可以是例如逻辑0信号（表示未发生远端语音活动）。因此，根据判定信号DS1以及DS2，双端通话检测器160可容易地判定发生单端通话情况的近端单端通话情况。

另一方面，当语音检测器140以及远端语音检测器150两者都检测到发生对应的语音活动并且双端通话检测器160判定第一功率小于第二功率（即，p₁<p₂）时，双端通话检测器160还可容易地判定发生单端通话情况的远端单端通话情况（即，输入信号IS只包含噪音信号以及回声信号）。

图2为根据本发明的示范性实施例的回声消除系统的另一功能框图。参考图2，回声消除系统200包含麦克风110、回声消除器120'、噪音处理单元130、近端语音检测器140、远端语音检测器150、双端通话检测器160以及扬声器170。在此实施例中，麦克风110、噪音处理单元130、近端语音检测器140、远端语音检测器150与双端通话检测器160之间的连接与图1A中所示的相同，在此将不再重复。

回声消除器120'包含自适应滤波器122以及回声消除单元124。自适应滤波器122耦合到远端语音检测器150以及双端通话检测器160，并且经配置以通过将远端信号FS馈送到所估计回声信道中而产生所估计回声信号（其自适应地响应于误差信号ER以及双端通话情况检测的结果RD而产生）。回声消除单元124耦合到自适应滤波器122、麦克风110以及噪音处理单元130。回声消除单元124经配置以通过从输入信号IS减去所估计回声信号EES而产生误差信号ER。扬声器170耦合到自适应滤波器122以及远端语音检测器150。在一些实施例中，扬声器170的输出声音或语音可对麦克风110产生回声信号ES。

在一些实施例中，可根据各种自适应算法来执行获得所估计信号（例如，所估计噪音信号ENS）或信道（例如，所估计回声信道）的估计操作，所述自适应算法例如为最小均方（least mean square；LMS）、最小均方误差（minimum mean-square error；MMSE）、线性最小均方误差（linear minimummean-square error；LMMSE）、最小平方（least square；LS）、变步长LMS算法（variable step-size LMS algorithm）、强健的变步长LMS算法（robustvariable step-size LMS algorithm），但不限于此。而且，可通过将远端信号FS的时域信号与所估计回声信道进行卷积运算而产生所估计回声信号EES。

总之，本发明的实施例提供一种用于检测双端通话情况的有效方法，使得双端通话检测器的计算复杂性以及实施成本可降低。而且，由于输入信号以及所估计信号的所考虑频率区域在回声信道响应的线性区域内，所以当在回声信道响应中存在非线性分量时，所提出方法的性能是强健的。

本领域的技术人员将明白，可对本发明的结构作各种修改以及变化，而不脱离本发明的范围或精神。鉴于前述内容，本发明应涵盖落入本发明权利要求书及其等效物的范围内的所有修改以及变化。

Claims (17)

1.一种检测双端通话的方法,用于一回声消除系统的双端通话检测器,该方法包括:

接收具有一第一功率的一输入信号;

计算一第二功率,该第二功率是至少一个功率估计信号的结合;以及

根据该第一功率和该第二功率的一功率关系确定是否发生双端通话,当该第一功率大于该第二功率时,确认发生双端通话,当该第一功率小于或等于该第二功率时,确认双端通话不发生。

2.如权利要求1所述的方法,其中接收具有该第一功率的该输入信号更包括:

确定该输入信号的一第一组分;以及

计算该第一组分的一第一组分功率获得该第一功率。

3.如权利要求2所述的方法,其中根据一回声信道反馈在频率范围上的一线性区域确定该第一组分。

4.如权利要求2所述的方法,其中该第一组份的该第一组分功率为:

$p_1={\mathrm{\&xi;}}_1=\underset{k\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|S\left(k\right)\left|\right|}^2$

其中S(k)为输入信号频率组分中的第k个_-频率组分的功率信号,L为该第一组分频率范围的频率集合。

5.如权利要求1所述的方法,其中该至少一个功率估计信号包括一回声估计信号和一噪音估计信号。

6.如权利要求5所述的方法,其中计算该第二功率包括:

确定该回声估计信号的一第二组分和该噪音估计信号的一第三组分;

计算该第一组份的一第二组分功率;以及

计算该第二组份的一第三组分功率。

7.如权利要求5所述的方法,其中根据一回声信道反馈在频率范围上的一线性区域确定该第二组分和该第三组分。

8.如权利要求7所述的方法,其中该第二功率为:

$p_2={\mathrm{\&xi;}}_2+N_{m\arg \mathrm{in}}=[\underset{k\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|\tilde{Y}\left(k\right)\left|\right|}^2+\underset{k\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|\tilde{N}\left(k\right)\left|\right|}^2]+\underset{k\&Element;L}{\mathrm{\&eta;\&Sigma;}}{\left|\right|\tilde{N}\left(k\right)\left|\right|}^2$

其中和

为该第二组分和该第三组分中的第k个-频率组分的功率信号,η一边界因子,其中该边界因子的取值范围为0到该输入信号信噪比的倒数,根据一回声信道反馈在频率范围上的一线性区域确定该第二组分和该第三组分,L为该第二组分和该第三组分频率范围的频率集合。

9.一种检测双端通话系统,包括:

一麦克风,用于产生一输入信号;

一回声消除器,连接到该麦克风用于根据该输入信号和一回声估计信号产生该回声估计信号和所述输入信号与所述回声估计信号之间的一误差信号;

一噪声处理单元,连接到该回声消除器用于根据该误差信号产生一噪声估计信号;

一近端语音监测器,连接到该麦克风用于检测一近端语音;

一远端语音监测器,连接到该回声消除器用于检测一远端语音;以及

一双端通话监测器,连接到该近端语音监测器,该远端语音监测器,该噪声处理单元和该回声消除器,用于执行一双端通话监测程序,该双端通话监测程序包括:

接收具有一第一功率的一输入信号;

计算一第二功率,该第二功率是至少一个功率估计信号的结合;以及

根据该第一功率和该第二功率的一功率关系确定是否发生双端通话,当该第一功率大于该第二功率时,确认发生双端通话,当该第一功率小于或等于该第二功率时,确认双端通话不发生。

10.如权利要求9所述系统,其中该双端通话监测器确定该输入信号的一第一组分;以及计算该第一组分的一第一组分功率获得该第一功率。

11.如权利要求10所述系统,其中该双端通话监测器根据一回声信道反馈在频率范围上的一线性区域确定该第一组分。

12.如权利要求10所述系统,其中该第一组份的该第一组分功率为:

$p_1={\mathrm{\&xi;}}_1=\underset{k\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|S\left(k\right)\left|\right|}^2$

其中S(k)为输入信号频率组分中的第k个_-频率组分的功率信号,L为该第一组分频率范围的频率集合。

13.如权利要求9所述的系统,其中该至少一个功率估计信号包括一回声估计信号和一噪音估计信号。

14.如权利要求13所述的系统,其中计算该第二功率包括:

确定该回声估计信号的一第二组分和该噪音估计信号的一第三组分;

计算该第一组份的一第二组分功率;以及

计算该第二组份的一第三组分功率。

15.如权利要求14所述的系统,其中根据一回声信道反馈在频率范围上的一线性区域确定该第二组分和该第三组分。

16.如权利要求7所述的系统,其中该第二功率为:

$p_2={\mathrm{\&xi;}}_2+N_{m\arg \mathrm{in}}=[\underset{k\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|\tilde{Y}\left(k\right)\left|\right|}^2+\underset{k\&Element;L}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|\right|\tilde{N}\left(k\right)\left|\right|}^2]+\underset{k\&Element;L}{\mathrm{\&eta;\&Sigma;}}{\left|\right|\tilde{N}\left(k\right)\left|\right|}^2$

其中

和

为该第二组分和该第三组分中的第k个_-频率组分的功率信号,η一边界因子,其中该边界因子的取值范围为0到该输入信号信噪比的倒数,根据一回声信道反馈在频率范围上的一线性区域确定该第二组分和该第三组分,L为该第二组分和该第三组分频率范围的频率集合。

17.如权利要求7所述的系统,其中该回声消除器包括:

一自适应滤波器,连接到该远端语音监测器,该近端语音检测器和该双端通话检测器用于产生该回声估计信号;以及

一回声消除单元,连接到该自适应滤波器,该麦克风以及该噪声处理单元,用于从输入信号中减去该回声估计信号产生该误差信号。

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