CN108353107A - 用于声学回声消除的双端通话检测 - Google Patents

用于声学回声消除的双端通话检测 Download PDF

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Abstract

声学回声消除器包括自适应滤波器和双端通话检测器。自适应滤波器包括线性滤波器和系数计算器。线性滤波器具有由一组可变滤波器系数控制的传递函数，并且该传递函数被配置为消除麦克风信号中的回声的估计以提供输出信号。系数计算器被配置为基于可变自适应率来更新该组可变滤波器系数。双端通话检测器被配置为计算可变滤波器系数的能量(在系数的更新之间)的变化。声学回声消除器被配置为基于可变滤波器系数的能量被确定为是振荡的还是稳定改变(增加或减少)来调整可变自适应速率。

Description

用于声学回声消除的双端通话检测
技术领域
本公开涉及用于声学回声消除的双端通话检测。
发明内容
以下提及的所有示例和特征可以以任何技术上可能的方式进行组合。
在一个方面，一种声学回声消除器包括自适应滤波器和双端通话检测器。自适应滤波器包括线性滤波器和系数计算器。线性滤波器具有由一组可变滤波器系数控制的传递函数，并且该传递函数被配置为消除麦克风信号中的回声的估计以提供输出信号。系数计算器被配置为基于可变自适应率来更新所述一组可变滤波器系数。双端通话检测器被配置为计算可变滤波器系数的能量(在系数更新之间)的变化。所述声学回声消除器被配置为基于所述可变滤波器系数的能量被确定为是振荡的还是稳定改变(增加或减小)来调整可变自适应率。
实现方式可以包括以下特征之一或其任意组合。
在一些实现方式中，双端通话检测器被配置为确定用于调整可变自适应率的比例因子。
在特定实现方式中，声学回声消除器被配置为将调整后的自适应率计算为所述比例因子与固定自适应值的乘积。
在一些情况下，双端通话检测器被配置为向所述自适应滤波器提供比例因子，并且自适应滤波器将调整后的自适应率计算为比例因子与固定自适应值的乘积。
在特定情况下，双端通话检测器被配置为将所述比例因子提供给系数计算器，并且系数计算器将调整后的自适应率计算为所述比例因子与固定自适应值的乘积。
在一些示例中，双端通话检测器被配置为将调整后的自适应率计算为所述比例因子和固定自适应值的乘积，并且将调整后的自适应率提供给系数计算器。
在特定示例中，所述双端通话检测器被配置为确定所述可变滤波器系数的能量的趋势，并且将所述趋势的幅度与阈值进行比较，并且声学回声消除器被配置为基于该比较来调整自适应速率。
在一些实现方式中，双端通话检测器被配置为基于所述比较确定用于调整所述可变自适应率的比例因子。
在特定实现方式中，回声双端通话检测器被配置为：如果基于滤波器系数能量趋势的统计的幅度大于或等于阈值，则提供第一比例因子用于调整可变自适应率，并且如果幅度小于阈值，则提供第二不同的比例因子用于调整可变自适应率。
在一些情况下，第二比例值将自适应率减小显著小于1的因子，例如，大约0.01到大约0.05(例如，0.025)。
在特定情况下，第一比例因子是1，使得如果所述幅度大于或等于所述阈值，则使用完全自适应值。
在一些示例中，双端通话检测器包括用于平滑所述可变滤波器系数的能量的趋势的低通滤波器，并且双端通话检测器被配置为计算经平滑的趋势的幅度。
在另一方面，一种声学回声消除器包括自适应滤波器和双端通话检测器。自适应滤波器包括线性滤波器和系数计算器。线性滤波器具有由一组可变滤波器系数控制的传递函数，并且该传递函数被配置为消除麦克风信号中的回声的估计以提供输出信号。系数计算器被配置为基于可变自适应率来更新所述一组可变滤波器系数。双端通话检测器被配置为确定可变滤波器系数的能量的趋势，并且将所述趋势的幅度与阈值进行比较。声学回声消除器被配置为基于所述比较来调整所述自适应率。
实现方式可以包括以上特征中的一个或其任何组合。
附图说明
图1是声学回声消除器的图。
图2是来自图1的声学回声消除器的双端通话检测器的图。
图3是用于实现图1的声学回声消除器的声学回声消除系统的图。
图4是示出声学回声消除器的另一实现方式的图。
具体实施方式
虽然附图的若干视图的元素可以在框图中被示出和描述为离散元素，并且可以被称为“电路”或“模块”，但是除非另有指示，否则所述元素可以被实现为以下中的一个或其组合：模拟电路、数字电路或执行软件指令的一个或多个微处理器。软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。除非另外指明，否则信号线可以被实现为离散的模拟或数字信号线。多个信号线可以被实现为一个离散的困难信号线，并具有适当的信号处理以处理单独的音频信号流，或者被实现为无线通信系统的元件。一些处理操作可以用系数的计算和应用来表示。计算和应用系数的等价物可以通过其他模拟或DSP技术来执行，并且包含于本专利申请的范围内。除非另外指明，否则音频信号可以以数字或模拟形式被编码；传统的数模和模数转换器可能没有在电路图中被显示。
声学回声消除器(AEC)用于需要从扬声器去除由附近的麦克风拾取的声音的系统中。AEC使用自适应滤波器来建模在扬声器输入与麦克风输出之间的传递函数。一旦滤波器收敛，在扬声器输入信号通过滤波器馈送时，滤波器输出与由麦克风拾取的扬声器声音紧密匹配。因此，当从麦克风信号中减去滤波器输出时，麦克风信号的扬声器分量就被消除。
在麦克风信号与滤波器输出之间的差异用于更新自适应滤波器系数(又称为“自适应滤波器权重”)。如果扬声器输出是由麦克风拾取的唯一声音，则这种差异是传输函数建模误差。适当调谐的自适应滤波器将快速收敛以最小化误差，并精确建模正确的传递函数。如果麦克风信号包含显著的干扰声音，则它们将倾向于抑制自适应算法收敛到传递函数的精确模型的能力。
例如，如果扬声器和麦克风是免提喇叭扩音器的一部分，则与远端语音并存的近端语音的存在将导致滤波器收敛的中断。这种情况被称为双端通话。为了抑制滤波器的误对准，只要检测到双端通话就减慢或禁用滤波器的自适应可能是有益的。
存在许多现有技术的方法来确定何时发生双端通话，但是许多使用相同的通用方法，其将使用从发送到扬声器的信号(x[n])、麦克风信号(d[n])和/或自适应滤波器误差信号(e[n])(又称为“输出信号”)制定的检测统计。该检测统计与阈值进行比较以确定是否存在双端通话条件。当在麦克风信号中存在显著的不相关噪声时，这些方法的性能往往会降低。由于几乎连续的道路、动力传动系统和风噪声，在车辆中应用声学回声消除时通常会出现这种情况。
本文描述的系统和方法利用基于自适应滤波器系数的能量的行为的不同统计。这个想法是，如果自适应滤波器权重的能量一直在增加或减少，那么滤波器很可能会向解进行收敛或发散。如果权重的能量在振荡，则滤波器已经收敛或被双端通话条件中断。在能量在振荡的任何情况下，自适应应该放慢或禁用。
图1是声学回声消除器100的图。在输出路径中，表示从远端(远程)源接收到的音频的远端音频信号x[n]被数模(D/A)转换器102从数字形式转换为模拟信号，由功率放大器104放大，并经由扬声器106转换成声能。
在输入路径中，麦克风108接收来自近端(本地)源的声学输入。声学输入可以包括来自近端用户的语音、近端环境噪声以及来自扬声器106的回声。来自麦克风108的信号由放大器110放大，并且经由模数(A/D)转换器112从模拟形式转换为数字形式以提供麦克风信号d[n]。
自适应滤波器114接收远端音频信号x[n]和麦克风信号d[n]，并且生成输出信号y[n]。自适应滤波器114用线性滤波器116对远端音频信号x[n]进行滤波，以提供麦克风信号d[n]中的回声的估计。然后通过加法器118从麦克风信号d[n]中减去回声y[n]的估计以获得误差信号e[n]。然后将误差信号e[n]馈送回到系数计算器120，以更新线性滤波器116的一组滤波器系数W[n]。误差信号e[n]也表示被传输回远端源以向远端用户进行重现的输出。
线性滤波器114可以被实现为具有由滤波器系数W[n]确定的传递函数的有限脉冲响应(FIR)滤波器。系数计算器120基于自适应算法更新滤波器系数。由系数计算器120使用的合适的自适应算法可以在Simon Haykin的第四版Adaptive Filter Theory，ISBN013091261中找到，并且包括最小均方(LMS)或扩展最小均方(XLMS)算法。基于自适应率μ[n](又称为“步长”)来调整滤波器系数W[n]。
声学回声消除器100包括用于检测存在双端通话的双端通话检测器130。双端通话是指近端音频和远端音频两者都存在的情况，例如当电话呼叫的双方同时讲话时。双端通话检测器130接收用于检测存在双端通话的滤波器系数W[n]，作为来自系数计算器120的输入。
具体地，双端通话检测器130基于滤波器系数W[n]的能量来检测双端通话的存在。其思想是如果滤波器系数W[n]的能量一直增加或减小，则自适应滤波器114最可能朝向解进行收敛或发散。相反如果滤波器系数W[n]的能量是振荡的，则自适应滤波器114已经收敛或被双端通话条件中断。在任意情况下，自适应都应该放慢或停用。
双端通话检测器130然后将控制信号132提供回系数计算器120。系数计算器120使用该控制信号132来计算后续采样周期的滤波器系数。
图2是双端通话检测器130的实现方式的图。双端通话检测器130包括计算滤波器系数W[n]的能量的能量计算模块200。接下来的两个模块(即，延迟器202和加法器204)计算当前和刚过去的一组滤波器系数之间的能量差。符号模块206确定能量是增加还是减少，而不管差值的幅度。提供低通滤波器208以平滑滤波器系数能量的趋势。接下来，幅度计算模块210计算趋势的幅度，并且比较器212将计算出的幅度与阈值进行比较。比较器212的输出用于经由开关214为自适应滤波器114的自适应率设置比例因子。如果计算出的幅度高于或等于阈值，则比例因子被设置为1，从而使用完全自适应率。如果计算出的幅度低于阈值，则自适应率被减小预定值。在一个示例中，该预定值可以是约0.01至约0.05(例如，0.025)。
在所示示例中，双端通话检测器130的输出是比例因子。也就是说，控制信号132表示比例因子。系数计算器120然后可以使用比例因子来将更新后的自适应率计算为比例因子和自适应率的当前值的乘积。
替代地，系数计算器120可以将自适应率的当前值提供给双端通话检测器130，并且双端通话检测器130可以使用确定出的比例因子和自适应率的当前值来计算更新后的自适应速率。在该情况下，控制信号132可以表示更新后的自适应率。
图3是声学回声消除系统300的实现方式的图。在该实现方式中，系统300包括数字信号处理器(DSP)302、存储器304、模拟处理电路306、扬声器106和麦克风108。DSP 302可以被配置为实现图1所示的自适应滤波器114和双端通话检测器130。存储器304为DSP302使用的程序代码和数据提供存储。模拟处理电路306执行模拟处理，并且可以在输出路径上包括D/A转换器102和功率放大器104以及在输入路径中包括放大器110和A/D转换器112。
参考图4，声学回声消除器100还可以包括输入滤波器400。以传递函数为特征的输入滤波器400补偿由声学回声消除器100的部件(包括功率放大器104和扬声器106)以及声学回声消除器100工作的环境的麦克风108所转换的能量中的效应。在所示出的实现方式中，输入滤波器400接收x[n]，并将滤波后的输入信号x'[n]提供给系数计算器120。系数计算器120然后在计算滤波器系数W[n]时使用该滤波后的输入信号x'[n]。基于最小均方误差准则来将这种输入滤波器用于自适应滤波器114通常被称为滤波-x LMS方法。
已经描述了许多实现方式。然而，应该理解的是，在不背离本文描述的发明构思的范围的情况下可以做出另外的修改，并且因此其他实现方式在以下权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种声学回声消除器，包括：
自适应滤波器，包括：
线性滤波器，其具有传递函数，所述传递函数由一组可变滤波器系数控制、并且被配置为消除麦克风信号中的回声的估计以提供输出信号，以及
系数计算器，其被配置为基于可变自适应率来更新所述一组可变滤波器系数；以及
双端通话检测器，其被配置为计算所述可变滤波器系数的能量的变化，
其中所述声学回声消除器被配置为基于所述可变滤波器系数的所述能量被确定为是振荡的还是稳定改变，来调整所述可变自适应率。
2.根据权利要求1所述的声学回声消除器，其中所述双端通话检测器被配置为确定用于调整所述可变自适应率的比例因子。
3.根据权利要求2所述的声学回声消除器，其中所述声学回声消除器被配置为将调整后的适应率计算为所述比例因子与固定自适应值的乘积。
4.根据权利要求3所述的声学回声消除器，其中所述双端通话检测器被配置为向所述自适应滤波器提供所述比例因子，并且其中所述自适应滤波器将所述调整后的自适应率计算为所述比例因子与所述固定自适应值的乘积。
5.根据权利要求4所述的声学回声消除器，其中所述双端通话检测器被配置为向所述系数计算器提供所述比例因子，并且其中所述系数计算器将所述调整后的自适应率计算为所述比例因子与所述固定自适应值的乘积。
6.根据权利要求3所述的声学回声消除器，其中所述双端通话检测器被配置为将所述调整后的自适应率计算为所述比例因子与所述固定自适应值的乘积，并且向所述系数计算器提供所述调整后的自适应率。
7.根据权利要求1所述的声学回声消除器，其中所述双端通话检测器被配置为确定所述可变滤波器系数的所述能量的趋势，并且将所述趋势的幅度与阈值进行比较，并且其中所述声学回声消除器被配置为基于所述比较来调整所述自适应速率。
8.根据权利要求7所述的声学回声消除器，其中所述双端通话检测器被配置为基于所述比较来确定用于调整所述可变自适应率的比例因子。
9.根据权利要求8所述的声学回声消除器，其中所述声学回声消除器被配置为将调整后的适应率计算为所述比例因子与固定自适应值的乘积。
10.根据权利要求8所述的声学回声消除器，其中所述双端通话检测器被配置为：如果基于所述滤波器系数能量趋势的统计的幅度大于或等于所述阈值，则提供用于调整所述可变自适应率的第一比例因子，并且如果所述幅度小于所述阈值，则提供用于调整所述可变自适应率的第二不同比例因子。
11.根据权利要求10所述的声学回声消除器，其中所述第二比例值将所述自适应率减小显著小于1的因子。
12.根据权利要求10所述的声学回声消除器，其中所述第一比例因子是1，使得如果所述幅度大于或等于所述阈值，则完全自适应值被使用。
13.根据权利要求7所述的声学回声消除器，其中所述双端通话检测器包括用于平滑所述可变滤波器系数的所述能量的所述趋势的低通滤波器，并且其中所述双端通话检测器被配置为计算经平滑的所述趋势的所述幅度。
14.一种声学回声消除器，包括：
自适应滤波器，包括：
线性滤波器，其具有传递函数，所述传递函数由一组可变滤波器系数控制、并且被配置为消除麦克风信号中的回声的估计以提供输出信号，以及
系数计算器，其被配置为基于可变自适应率来更新所述一组可变滤波器系数；以及
双端通话检测器，其被配置为确定所述可变滤波器系数的能量的趋势，并且将所述趋势的幅度与阈值进行比较，并且
其中所述声学回声消除器被配置为基于所述比较来调整所述自适应率。
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