CN115442711A - 具有回音消除机制的音频处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种具有回音消除机制的音频处理装置及方法，音频处理装置包括：音频传输电路自外部装置接收输入数字音频信号。数字至模拟转换电路根据输入数字音频信号进行转换，以产生输出模拟音频信号至外部的播放装置进行功率放大及播放。模拟至数字转换电路对功率放大电路产生的放大信号及对收音装置产生的收音信号进行模拟至数字转换，以产生放大数字信号以及收音数字信号。处理器执行回音消除算法，以根据放大数字信号对收音数字信号进行回音消除，以产生输出数字音频信号以通过音频传输电路传送至外部装置。能够通过提高参考信号的精确度，进而提高音频处理装置进行回音消除的性能。

Description

具有回音消除机制的音频处理装置及方法
技术领域
本申请涉及回音消除技术领域，具体涉及一种具有回音消除机制的音频处理装置及方法。
背景技术
回音消除是声音收集中的重要技术。回音消除技术通过对回音路径的预估来消除回音，达到避免在声音收集中受到回音干扰的目的。
在进行回音预估的过程需要根据参考信号进行。然而，参考信号的精确度直接影响了回音消除的的优劣，并决定声音收集的质量。因此，如何提高参考信号的精确度，为此一技术最重要的问题。
发明内容
鉴于先前技术的问题，本申请之一目的在于提供一种具有回音消除机制的音频处理装置及方法，以提高参考信号的精确度。
本申请包括一种具有回音消除机制的音频处理装置，包括：音频传输电路，被配置为从外部装置接收输入数字音频信号；数字至模拟转换电路，被配置为根据所述输入数字音频信号进行数字至模拟转换，以产生输出模拟音频信号至播放装置，其中，所述播放装置包括功率放大电路以及扬声器，所述功率放大电路被配置为对所述输出模拟音频信号进行功率放大以产生放大信号，所述扬声器被配置为播放所述放大信号以产生播放声音；模拟至数字转换电路，被配置为对所述功率放大电路所产生的所述放大信号进行模拟至数字转换以产生放大数字信号，以及对收音装置所产生的收音信号进行模拟至数字转换以产生收音数字信号，其中，所述收音信号包括所述播放声音的成分；以及处理器，被配置为执行回音消除算法，以根据所述放大数字信号对所述收音数字信号进行回音消除，以产生输出数字音频信号并通过所述音频传输电路传送至所述外部装置。
本申请还包括一种具有回音消除机制的音频处理方法，应用于音频处理装置中，包括：通过音频传输电路从外部装置接收输入数字音频信号；通过数字至模拟转换电路根据所述输入数字音频信号进行数字至模拟转换，以产生输出模拟音频信号至播放装置，其中，所述播放装置包括功率放大电路以及扬声器，所述功率放大电路用于对所述输出模拟音频信号进行功率放大以产生放大信号，所述扬声器用于播放所述放大信号以产生播放声音；通过模拟至数字转换电路对所述功率放大电路所产生的所述放大信号进行模拟至数字转换以产生放大数字信号，以及对收音装置所产生的收音信号进行模拟至数字转换以产生收音数字信号，其中，所述收音信号包括所述播放声音的成分；通过处理器执行回音消除算法，以根据所述放大数字信号对所述收音数字信号进行回音消除，以产生输出数字音频信号；以及通过所述音频传输电路传送所述输出数字音频信号至所述外部装置。
本申请提供的技术方案，通过选择经过播放装置的功率放大电路处理的信号做为回音消除运算中的参考信号，提高参考信号的精确度，进而提高回音消除的性能。
附图说明
有关本案的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。
图1显示本申请之一实施例中，一种具有回音消除机制的音频处理装置、播放装置以及收音装置的方块图；
图2显示本申请一实施例中，音频处理装置更详细的方块图；
图3A显示本申请一实施例中，相关于功率放大电路的电路图；
图3B显示本申请一实施例中，相关于线路输入接脚的电路图；
图3C显示本申请一实施例中，相关于收音输入接脚的电路图；
图4显示本申请一实施例中，音频处理电路更详细的方块图。
图5显示本申请一实施例中，一种回音消除系统的示意图；以及
图6显示本申请一实施例中，一种具有回音消除机制的音频处理方法的流程图。
具体实施方式
本申请之一目的在于提供一种具有回音消除机制的音频处理装置及方法，通过选择经过播放装置的功率放大电路处理的信号做为回音消除运算中的参考信号，提高反馈机制的精确度，进而提高回音消除的性能。
请参照图1。图1显示本申请之一实施例中，一种具有回音消除机制的音频处理装置100、播放装置110以及收音装置120的方块图。
音频处理装置100可在本地使用者的操作下，以设置于音频处理装置100外部之播放装置110以及收音装置120做为界面，与远端使用者操作的外部装置(未绘示于图中)进行语音通讯。
更详细的说，音频处理装置100通过例如但不限于网络或其他数据传输方式，自远端使用者操作的外部装置(未绘示于图中)接收输入数字音频信号IDAS，并在处理后产生输出模拟音频信号OAAS传送至播放装置110播放产生播放声音PV而由本地使用者收听。于一实施例中，播放装置110为喇叭。
收音装置120接收本地使用者的使用者语音UV，但同时也接收播放装置110播放产生的播放声音PV，最终产生收音信号RS并使音频处理装置100接收。于一实施例中，收音装置120为麦克风。
音频处理装置100的一个主要目的是用以处理并传送收音装置120接收的使用者语音UV至远端使用者收听。为避免收音信号RS包括播放声音PV而使远端使用者听见自己的回音，音频处理装置100可根据回音消除机制接收播放装置110产生的放大信号AS，并据以对收音信号RS中对应播放声音PV的成分进行回音消除。音频处理装置100进而通过例如但不限于网络或其他数据传输方式，传送输出数字音频信号ODAS至外部装置。
以下将对音频处理装置100的结构与运作进行更详细的说明。
请同时参照图2。图2显示本申请之一实施例中，音频处理装置100更详细的方块图。
音频处理装置100包括：音频传输电路200、音频处理电路210、数字至模拟转换电路220、模拟至数字转换电路230、处理器240以及储存电路250。其中，储存电路250配置以与图2中包括于虚线框中的音频传输电路200、音频处理电路210以及处理器240互相电性耦接，以供此些电路进行数据储存与读取。
音频传输电路200自外部装置接收输入数字音频信号IDAS。音频传输电路200可通过例如，但不限于网络或是其他数据传输方式接收输入数字音频信号IDAS。于一实施例中，当输入数字音频信号IDAS是经过语音编码的格式时，音频处理装置100可进一步包括一译码电路(图未示)对输入数字音频信号IDAS进行语音译码。
音频处理电路210配置以对输入数字音频信号IDAS进行音频处理。在图2中，音频处理电路210是被绘示为直接自音频传输电路200接收输入数字音频信号IDAS。然而在实作中，音频传输电路200接收的输入数字音频信号IDAS可先由储存电路250进行暂存后再由音频处理电路210撷取。
数字至模拟转换电路220根据输入数字音频信号IDAS进行数字至模拟转换，以产生输出模拟音频信号OAAS至播放装置110。于一实施例中，数字至模拟转换电路220是通过线路输出接脚235将输出模拟音频信号OAAS传送至播放装置110。
于一实施例中，图1的播放装置110包括功率放大电路130以及扬声器140。
功率放大电路130配置以对输出模拟音频信号OAAS进行功率放大以产生放大信号AS。于不同的实施例中，功率放大电路130可为例如但不限于A类(Class A)模拟放大器或是D类(Class D)数字放大器。于一实施例中，功率放大电路130的放大倍率可为2倍。
扬声器140配置以播放放大信号AS以产生可由使用者收听的播放声音PV。
模拟至数字转换电路230对功率放大电路130所产生的放大信号AS进行模拟至数字转换以产生放大数字信号ADS，以及对收音装置120所产生的收音信号RS进行模拟至数字转换，以分别产生放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS。
收音装置120实际上是配置以对使用者语音UV进行收音。然而收音装置120在与播放装置110之间的实体距离接近时，亦会对播放电路产生的播放声音PV进行收音。因此，收音装置120进行收音而产生之收音信号RS将同时包括使用者语音UV的成分以及根据输入数字音频信号IDAS所产生的播放声音PV的成分。
于一实施例中，模拟至数字转换电路230是通过线路输入接脚245A接收放大信号AS，并通过收音输入接脚245B接收收音信号RS。
于一实施例中，模拟至数字转换电路230包括具有分别对应放大信号AS以及收音信号RS的两个通道的单一模拟至数字转换电路。于另一实施例中，模拟至数字转换电路230包括分别对应放大信号AS以及收音信号RS的两个模拟至数字转换子电路(未绘示于图中)。
模拟至数字转换电路230可对放大信号AS和收音信号RS进行互相独立的处理。更详细的说，由于放大信号AS和收音信号RS产生的方式不同，其产生的时间点以及具有的强度大小也不同。因此，模拟至数字转换电路230并非同时对放大信号AS和收音信号RS进行转换。而且，模拟至数字转换电路230可对放大信号AS和收音信号RS设置不同的增益值来进行处理。
于一实施例中，模拟至数字转换电路230接收放大信号AS后，不再对放大信号AS进行放大。
以下将针对音频处理装置100、播放装置110以及收音装置120间的细部电路连接方式进行举例说明。
请同时参照图3A至图3C。图3A显示本申请一实施例中，相关于功率放大电路130的电路图。图3B显示本申请一实施例中，相关于线路输入接脚245A的电路图。图3C显示本申请一实施例中，相关于收音输入接脚245B的电路图。
如图3A所示，功率放大电路130通过线路300与线路输出接脚235电性耦接以接收输出模拟音频信号OAAS，GPIO引脚150通过控制130的使能，达到控制扬声器140的开关。并通过线路320与线路输入接脚245A电性耦接以传送放大信号AS至模拟至数字转换电路230。
如图3B所示，线路输入接脚245A选择性通过低通滤波电路330以及分压电路340接收放大信号AS。
于一实施例中，低通滤波电路330包括电阻R1以及电容C1，并可视功率放大电路130的类型不同来设置，以对放大信号AS进行滤波处理。举例而言，在一数值范例中，当功率放大电路130为D类数字放大器，电阻R1为100欧姆(ohm)，电容为47奈法拉(nF)。当功率放大电路130为A类模拟放大器时，电阻R1可配置为0欧姆电阻(0R)，而电容C1则可配置为「不连接(not connected；NC)」。
分压电路340配置以对滤波处理后的放大信号AS进行分压，以使放大信号AS的电压小于预设的准位。在一数值范例中，当未分压的放大信号AS为5伏特时，分压电路340可将分压的放大信号AS控制于峰值至峰值(Vp-p)为3伏特以内的电压。
如图3C所示，收音输入接脚245B通过容阻电路350进行滤波处理，以接收来自收音装置120的收音信号RS。须注意的是，图3C所示的容阻电路350的结构仅为一范例。本申请并不限于此。
在接收放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS后，音频处理电路210配置以对放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS进行音频处理再由处理器240根据已处理放大数字信号PADS以及已处理收音数字信号PRDS进行回音消除。
请参照图4。图4显示本申请一实施例中，音频处理电路210更详细的方块图。如图4所示，音频处理电路210包括信号转换电路400、重新取样电路410、滤波电路420以及增益调整电路430。
信号转换电路400配置以将放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS进行格式转换，例如但不限于由脉冲密度调变(pulse density modulation；PDM)格式转换为脉冲编码调变(pulse code modulation；PCM)格式。
重新取样电路410配置以将格式转换后的放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS进行取样率调整，例如但不限于由高取样率转换为低取样率。
滤波电路420配置以将取样率调整后的放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS进行滤波处理。
增益调整电路430配置以将滤波处理后的放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS进行增益调整，以使处理器240据以进行回音消除。
在图2中，处理器240是被绘示为直接自音频处理电路210接收已处理放大数字信号PADS以及已处理收音数字信号PRDS。然而在实作中，音频处理电路210可包括直接存储器存取电路440，配置以将已处理放大数字信号PADS以及已处理收音数字信号PRDS传送至储存电路250暂存后，再由处理器240撷取并据以进行回音消除。
须注意的是，上述音频处理电路210包括的各个电路均是以单一电路绘示。然而于实作中，可因应放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS设置个别的电路分别以不同的路径处理。并且，上述音频处理电路210的电路结构以及执行的处理仅为一范例。于其他实施例中，音频处理电路210亦可包括不同的电路或进行不同的处理。本申请并不限于此。
进一步地，音频处理电路210对于输入数字音频信号IDAS进行的音频处理亦可与上述对于放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS进行的音频处理相同，亦或依据实际的需求而包括不同的音频处理。
处理器240执行回音消除算法，以自储存电路250撷取已处理放大数字信号PADS以及已处理收音数字信号PRDS后，根据已处理放大数字信号PADS对已处理收音数字信号PRDS进行回音消除，以产生输出数字音频信号ODAS并通过音频传输电路200传送至外部装置。于一实施例中，处理器240是通过执行内部的软件来执行回音消除算法。
请参照图5。图5显示本申请一实施例中，一种回音消除系统500的示意图。于一实施例中，回音消除系统500是由处理器240所执行的软件模块建构而成。如图5所示，回音消除系统500包括自适应滤波模块510以及非线性处理模块520。
自适应滤波模块510配置以对已处理放大数字信号PADS以及已处理收音数字信号PRDS以正规化最小方均根(Normalized Least Mean Square；NLMS)的算法，通过自适应机制计算产生误差信号ES。
于一实施例中，自适应滤波模块510还包括正规化最小方均根计算模块530以及误差计算模块540。正规化最小方均根计算模块530根据已处理放大数字信号PADS以及反馈的误差信号ES进行计算，以产生回声估计信号EES。误差计算模块540则进一步根据已处理收音数字信号PRDS以及回声估计信号EES计算误差信号ES。
进一步的，非线性处理模块520对误差信号ES进行非线性处理以产生输出数字音频信号ODAS。
于一实施例中，音频处理装置100可进一步包括一编码电路(图未示)选择性地对输出数字音频信号ODAS进行语音编码后，再通过例如但不限于网络或其他数据传输方式，传送至远端使用者操作的外部装置。
因此，本申请的音频处理装置100可通过选择经过播放装置110的功率放大电路130处理的信号做为回音消除运算的参考信号提高反馈机制的精确度，进而提高回音消除的性能。
更详细的说，由于本申请做为回音消除运算的参考信号，是经由功率放大电路130放大后直接以线路导回至音频处理装置100的放大信号AS，是最类似于收音装置120所收到的播放声音PV。并且，放大信号AS与收音信号RS中的播放声音PV都是经过数字至模拟转换电路220而将数字音频转换为模拟音频所产生，相似性较高，会产生差异的部份便只剩下扬声器140与收音装置120的处理过程。因此，这样的方式可具有较佳的回音消除效果，也比较容易控制回音消除的处理过程。
请参照图6。图6显示本申请一实施例中，一种具有回音消除机制的音频处理方法600的流程图。
除前述装置外，本申请另揭露一种音频处理方法600，应用于例如，但不限于图2的音频处理装置100中。音频处理方法600之一实施例包括下列步骤。
于步骤S610，通过音频传输电路200从外部装置接收输入数字音频信号IDAS。
于步骤S620，通过数字至模拟转换电路220根据输入数字音频信号IDAS进行数字至模拟转换，以产生输出模拟音频信号OAAS至播放装置110，其中，播放装置110包括功率放大电路130以及扬声器140，功率放大电路130用于对输出模拟音频信号OAAS进行功率放大以产生放大信号AS，扬声器140用于播放放大信号AS以产生播放声音PV。
于步骤S630，通过模拟至数字转换电路230对功率放大电路130所产生的放大信号AS进行模拟至数字转换以产生放大数字信号ADS，以及对收音装置120所产生的收音信号RS进行模拟至数字转换以产生收音数字信号RDS，其中收音信号RS包括播放声音PV的成分。
于步骤S640，通过处理器240执行回音消除算法，以根据放大数字信号ADS以及收音数字信号RDS进行回音消除，以产生输出数字音频信号ODAS。
于步骤S650，通过音频传输电路200传送输出数字音频信号ODAS至外部装置。
需注意的是，上述的实施方式仅为一范例。于其他实施例中，本领域的通常知识者当可在不违背本申请的精神下进行更动。
虽然本案之实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本案，本技术领域具有通常知识者可依据本案之明示或隐含之内容对本案之技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本案所寻求之专利保护范畴，换言之，本案之专利保护范围须视本说明书之申请专利范围所界定者为准。
【符号说明】
100：音频处理装置；
110：播放装置；
120：收音装置；
130：功率放大电路；
140：扬声器；
150：GPIO引脚；
200：音频传输电路；
210：音频处理电路；
220：数字至模拟转换电路；
230：模拟至数字转换电路；
235：线路输出接脚；
240：处理器；
245A：线路输入接脚；
245B：收音输入接脚；
250：储存电路；
300、310、320：线路；
330：低通滤波电路；
340：分压电路；
400：信号转换电路；
410：重新取样电路；
420：滤波电路；
430：增益调整电路；
440：直接存储器存取电路；
500：回音消除系统；
510：自适应滤波模块；
520：非线性处理模块；
530：正规化最小方均根计算模块；
540：误差计算模块；
600：音频处理方法；
S610～S650：步骤；
AS：放大信号；
ADS：放大数字信号；
C1：电容；
EES：回声估计信号；
ES：误差信号；
IDAS：输入数字音频信号；
OAAS：输出模拟音频信号；
ODAS：输出数字音频信号；
PADS：已处理放大数字信号；
PRDS：已处理收音数字信号；
PV：播放声音；
R1：电阻；
RS：收音信号；
RDS：收音数字信号；
UV：使用者声音。

Claims (16)

1.一种具有回音消除机制的音频处理装置，其特征在于，包括：
音频传输电路，被配置为从外部装置接收输入数字音频信号；
数字至模拟转换电路，被配置为根据所述输入数字音频信号进行数字至模拟转换，以产生输出模拟音频信号至播放装置，其中，所述播放装置包括功率放大电路以及扬声器，所述功率放大电路被配置为对所述输出模拟音频信号进行功率放大以产生放大信号，所述扬声器被配置为播放所述放大信号以产生播放声音；
模拟至数字转换电路，被配置为对所述功率放大电路所产生的所述放大信号进行模拟至数字转换以产生放大数字信号，以及对收音装置所产生的收音信号进行模拟至数字转换以产生收音数字信号，其中，所述收音信号包括所述播放声音的成分；以及
处理器，被配置为执行回音消除算法，以根据所述放大数字信号对所述收音数字信号进行回音消除，以产生输出数字音频信号并通过所述音频传输电路传送至所述外部装置。
2.如权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，所述音频处理装置还包括：音频处理电路，被配置为对所述放大数字信号以及所述收音数字信号进行音频处理后再由所述处理器进行回音消除。
3.如权利要求2所述的音频处理装置，其特征在于，所述音频处理电路包括：
信号转换电路，被配置为对所述放大数字信号以及所述收音数字信号进行格式转换；
重新取样电路，被配置为对格式转换后的放大数字信号以及收音数字信号进行取样率调整；
滤波电路，被配置为对取样率调整后的放大数字信号以及收音数字信号进行滤波处理；以及
增益调整电路，被配置为对将滤波处理后的放大数字信号以及收音数字信号进行增益调整。
4.如权利要求2所述的音频处理装置，其特征在于，所述音频处理装置还包括：储存电路，被配置为对所述输入数字音频信号进行暂存后由所述音频处理电路进行音频处理，以及对经所述音频处理电路进行音频处理后的放大数字信号以及收音数字信号进行暂存后再由所述处理器进行回音消除。
5.如权利要求4所述的音频处理装置，其特征在于，所述音频处理电路包括：直接存储器存取电路，被配置为将所述进行音频处理后的放大数字信号以及收音数字信号传送至所述储存电路储存。
6.如权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，所述模拟至数字转换电路异步执行所述放大信号和所述收音信号的转换。
7.如权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，所述处理器被配置为对所述放大数字信号以及所述收音数字信号进行自适应滤波以产生误差信号，以及对所述误差信号进行非线性处理以产生所述输出数字音频信号。
8.如权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，通过低通滤波电路以及分压电路接收所述放大信号后，再通过所述模拟至数字转换电路进行模拟至数字转换。
9.如权利要求1所述的音频处理装置，其特征在于，所述模拟至数字转换电路包括具有分别对应所述放大信号以及所述收音信号的两个通道的单一模拟至数字转换电路。
10.一种具有回音消除机制的音频处理方法，应用于音频处理装置中，其特征在于，包括：
通过音频传输电路从外部装置接收输入数字音频信号；
通过数字至模拟转换电路根据所述输入数字音频信号进行数字至模拟转换，以产生输出模拟音频信号至播放装置，其中，所述播放装置包括功率放大电路以及扬声器，所述功率放大电路用于对所述输出模拟音频信号进行功率放大以产生放大信号，所述扬声器用于播放所述放大信号以产生播放声音；
通过模拟至数字转换电路对所述功率放大电路所产生的所述放大信号进行模拟至数字转换以产生放大数字信号，以及对收音装置所产生的收音信号进行模拟至数字转换以产生收音数字信号，其中，所述收音信号包括所述播放声音的成分；
通过处理器执行回音消除算法，以根据所述放大数字信号对所述收音数字信号进行回音消除，以产生输出数字音频信号；以及
通过所述音频传输电路传送所述输出数字音频信号至所述外部装置。
11.如权利要求10所述的音频处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过音频处理电路对所述放大数字信号以及所述收音数字信号进行音频处理后，再由所述处理器进行回音消除。
12.如权利要求11所述的音频处理方法，其特征在于，所述通过音频处理电路对所述放大数字信号以及所述收音数字信号进行音频处理，包括：
对所述放大数字信号以及所述收音数字信号进行格式转换；
对格式转换后的放大数字信号以及收音数字信号进行取样率调整；
对取样率调整后的放大数字信号以及收音数字信号进行滤波处理；以及
对滤波处理后的放大数字信号以及收音数字信号进行增益调整。
13.如权利要求10所述的音频处理方法，其特征在于，所述模拟至数字转换电路异步执行对所述放大信号和所述收音信号的转换。
14.如权利要求10所述的音频处理方法，其特征在于，所述通过处理器执行回音消除算法，包括：
对所述放大数字信号以及所述收音数字信号进行自适应滤波处理以产生误差信号，以及对所述误差信号进行非线性处理以产生所述输出数字音频信号。
15.如权利要求10所述的音频处理方法，其特征在于，所述通过模拟至数字转换电路对所述功率放大电路所产生的所述放大信号进行模拟至数字转换以产生放大数字信号之前，还包括：
通过低通滤波电路以及分压电路接收所述放大信号。
16.如权利要求10所述的音频处理方法，其特征在于，所述模拟至数字转换电路包括具有分别对应所述放大信号以及所述收音信号的两个通道的单一模拟至数字转换电路。
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