CN117413507A - 用于为声回波消除器准备参考信号的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号的方法，该方法包括以下步骤：接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给多个声换能器中的相关联的换能器，使得该相关联的声换能器将该驱动信号转换成声信号；用多个滤波器中的相应滤波器对每个驱动信号进行滤波以产生多个经滤波的信号，其中该多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在该车辆内的麦克风的传递函数，使得该多个经滤波的信号各自估计该麦克风处的相应声信号；对该多个经滤波的信号的至少一个子集进行求和，以产生求和后的参考信号；以及将该求和后的参考信号输出到回波消除系统。

Description

用于为声回波消除器准备参考信号的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年6月4日提交的并且名称为“用于为声回波消除器准备参考信号的系统和方法(Systems and Methods for Preparing Reference Signals For anAcoustic Echo Canceler)”的美国专利申请序列号17/339,332的优先权，其全部公开内容以引用方式并入本文。
背景技术
本公开一般涉及用于为声回波消除器准备参考信号的系统和方法。
发明内容
下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
根据一个方面，一种用于为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号的方法，该方法包括以下步骤：接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给多个声换能器中的相关联的换能器，使得该相关联的声换能器将该驱动信号转换成声信号，其中该多个声换能器各自被定位在该车辆内，使得每个声信号在该车辆的舱室内是可听到的；用多个滤波器中的相应滤波器对每个驱动信号进行滤波以产生多个经滤波的信号，其中该多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在该车辆内的麦克风的传递函数，使得该多个经滤波的信号各自估计该麦克风处的相应声信号；对该多个经滤波的信号的至少一个子集进行求和，以产生求和后的参考信号；以及将该求和后的参考信号输出到回波消除系统。
在一个示例中，该方法还包括以下步骤：对该多个滤波信号的第二子集进行求和，以产生第二求和后的参考信号；以及将该第二求和后的参考信号输出到该回波消除系统。
在一个示例中，根据车辆内的条件从一组滤波器中选择该多个滤波器。
在一个示例中，根据以下中的至少一者确定该条件：座椅位置、窗位置、乘客数量、乘客位置和门位置。
根据另一个方面，一种用于为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号的方法，该方法包括以下步骤：接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给设置在该车辆内的多个声换能器中的相关联的换能器，使得该相关联的声换能器将驱动信号转换成声信号；将该多个驱动信号中的每个驱动信号分离成多个频率子带；对于该多个频率子带中的第一频率子带，将该多个驱动信号的第一选择作为参考信号提供给该回波消除系统，其中该第一选择至少包括该多个驱动信号的子集；以及对于该多个频率子带中的第二频率子带，将该多个驱动信号的第二选择作为参考信号提供给该回波消除系统，其中该第二选择包括该多个驱动信号的子集，其中该第二选择包括该多个驱动信号的子集，其中该第一选择和该第二选择相差至少一个驱动信号。
在一个示例中，在作为参考信号提供给该回波消除系统之前，对该多个驱动信号的该第一选择中的至少一个驱动信号和该多个驱动信号的该第二选择中的至少一个驱动信号进行求和。
在一个示例中，在提供给该回波消除系统之前，对该多个驱动信号的该第一选择的子集进行求和。
在一个示例中，在作为参考信号提供给该回波消除系统之前，利用多个滤波器中的相应滤波器对该多个驱动信号的该第一选择进行滤波，其中该多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在该车辆内的麦克风的传递函数，使得该多个驱动信号的该第一选择各自估计该麦克风处的该第一子带内的相应声信号。
在一个示例中，其中在提供给该回波消除系统之前，对该多个驱动信号的该第一选择的子集进行求和。
在一个示例中，根据车辆内的条件从一组滤波器中选择该多个滤波器。
根据另一方面，一种存储程序代码的非暂时性存储介质，当由处理器执行该程序代码时，该程序代码为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号，该程序代码在被执行时包括以下步骤：接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给多个声换能器中的相关联的换能器，使得该相关联的声换能器将该驱动信号转换成声信号，其中该多个声换能器各自被定位在该车辆内，使得每个声信号在该车辆的舱室内是可听到的；用多个滤波器中的相应滤波器对每个驱动信号进行滤波以产生多个经滤波的信号，其中该多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在该车辆内的麦克风的传递函数，使得该多个经滤波的信号各自估计该麦克风处的相应声信号；对该多个经滤波的信号的至少一个子集进行求和，以产生求和后的参考信号；以及将该求和后的参考信号输出到回波消除系统。
在一个示例中，该程序代码还包括以下步骤：对该多个经滤波的信号的第二子集进行求和，以产生第二求和后的参考信号；以及将该第二求和后的参考信号输出到该回波消除系统。
在一个示例中，根据车辆内的条件从一组滤波器中选择该多个滤波器。
在一个示例中，根据以下中的至少一者确定该条件：座椅位置、窗位置、乘客数量、乘客位置和门位置。
根据另一方面，一种存储程序代码的非暂时性存储介质，当由处理器执行该程序代码时，该程序代码为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号，该程序代码在被执行时包括以下步骤：接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给设置在该车辆内的多个声换能器中的相关联的换能器，使得该相关联的声换能器将该驱动信号转换成声信号；将该多个驱动信号中的每个驱动信号分离成多个频率子带；对于该多个频率子带中的第一频率子带，将该多个驱动信号的第一选择作为参考信号提供给该回波消除系统，其中该第一选择至少包括该多个驱动信号的子集；以及对于该多个频率子带中的第二频率子带，将该多个驱动信号的第二选择作为参考信号提供给该回波消除系统，其中该第二选择包括该多个驱动信号的子集，其中该第二选择包括该多个驱动信号的子集，其中该第一选择和该第二选择相差至少一个驱动信号。
在一个示例中，在作为参考信号提供给该回波消除系统之前，对该多个驱动信号的该第一选择中的至少一个驱动信号和该多个驱动信号的该第二选择中的至少一个驱动信号进行求和。
在一个示例中，在提供给该回波消除系统之前，对该多个驱动信号的该第一选择的子集进行求和。
在一个示例中，在作为参考信号提供给该回波消除系统之前，利用多个滤波器中的相应滤波器对该多个驱动信号的该第一选择进行滤波，其中该多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在该车辆内的麦克风的传递函数，使得该多个驱动信号的该第一选择各自估计该麦克风处的该第一子带内的相应声信号。
在一个示例中，其中在提供给该回波消除系统之前，对该多个驱动信号的该第一选择的子集进行求和。
在一个示例中，根据车辆内的条件从一组滤波器中选择该多个滤波器。
附图说明
在附图中，在所有不同视图中，类似的参考符号通常是指相同的部件。此外，附图不一定按比例绘制，重点通常放在说明各个方面的原理上。
图1描绘了根据一个示例的回波消除系统的示意图。
图2描绘了根据一个示例的车辆内的扬声器系统的示意图。
图3描绘了根据一个示例的参考信号发生器的示意图。
图4描绘了根据一个示例的用于为回波消除器生成参考信号的方法的流程图。
图5描绘了根据一个示例的参考信号发生器的示意图。
图6描绘了根据一个示例的用于为回波消除器生成参考信号的方法的流程图。
图7描绘了根据一个示例的跨越多个子带的选定扬声器信号的曲线图。
图8A描绘了根据一个示例的用于为回波消除器生成参考信号的方法的流程图。
图8B描绘了根据一个示例的用于为回波消除器生成参考信号的方法的流程图。
图8C描绘了根据一个示例的用于为回波消除器生成参考信号的方法的流程图。
图8D描绘了根据一个示例的用于为回波消除器生成参考信号的方法的流程图。
具体实施方式
实现大量信道的回波消除器在计算上是昂贵的并且具有慢的收敛速度。另外，如果第三方产品正在执行回波消除，那么其可能由于软件和/或硬件限制而对参考信道的最大数目强加限制。结果，希望减少回波消除器中的信道数量而不影响其回波消除性能。
本公开中描述的各种示例涉及用于优化到多通道系统中的声回波消除器的参考通道输入的系统和方法。某些示例将多个扬声器通道向下选择到更小的参考通道集合中，以便改善性能、降低计算成本、或减少回波消除器所需的参考通道的数量。在一些示例中，扬声器通道被预滤波以在被求和之前近似在麦克风处接收的声信号。某些示例将扬声器通道分成一组子带，并且在子带内进行向下选择以产生用于回波消除器的参考信号。
图1示出了示例多通道声回波消除系统100。扬声器通道102a-102M分别提供驱动信号u1(n)，…，uM(n)到扬声器104a-104M(或者称为声换能器)，其中M是扬声器通道、驱动信号和扬声器的总数。驱动信号u1(n)-uM(n)由一个或多个节目内容信号组成，例如音乐、导航命令、语音辅助等。每个扬声器102a-102M将接收到的驱动信号u1(n)-uM(n)转换成在车辆舱室106内可听到的相应声信号。(如在本公开中所使用的，扬声器可以是适于接收电信号并将其转换成在车辆舱室内可听到的声信号的任何换能器。
回波消除系统100还包括设置在车辆舱室106内的至少一个麦克风108，以从坐在车辆内的至少一个用户接收语音信号。然而，由于其位置，麦克风108将接收除语音信号之外的信号，包括由扬声器104a-104M产生的声信号和舱室内的噪声(例如，道路噪声)。麦克风信号y(n)因此可以表示如下：
y(n)＝s(n)+d(n)+v(n) (1)
其中s(n)是期望信号(通常是话音信号)，v(n)是噪声信号，并且 是所有回波信号(即，如在麦克风108处接收到的由扬声器104a-104M生成的声信号)的组合。
在操作中，回波消除器110是N通道回波消除器并且因此接收根据参考信号发生器112从驱动信号u1(n)–uM(n)中选择的或以其他方式基于驱动信号选择的N个参考信号，如将在下面更详细描述的。如上所述，大量参考通道导致高计算复杂度和慢收敛。具有高质量音频的车辆通常采用大量扬声器。图2示出了一个这样的车辆的示例，其中扬声器通道的数量等于14(三个前围板扬声器、每个前门中的三个扬声器、每个后门中的一个通道、两个后扬声器以及低音扬声器)。
因此，在图1的示例中，参考信号发生器112从M个扬声器信号中选择和/或将它们组合成N个参考信号x1(n),…,xN(n)，其中N≤M，然后将其提供给N通道声回波消除器。根据N个信号，回波消除器102尝试估计回波信号并将其从麦克风信号中减去。通常，回波消除器110采用一组自适应滤波器114a-114N来估计回波路径h1(n),…,hN(n)，使得自适应滤波器114a-114N的求和后的输出表示组合后的回波信号/>的估计d(n)。然而，在回波消除器110接收减少数量的参考信号的情况下，即，参考信号的数量小于M个扬声器信号的数量，自适应滤波器114a-114N尝试识别表示原始回波路径的组合的修改后的回波路径。
组合后的回波信号在减法器116处从麦克风信号y(n)中减去，以产生估计的语音信号s(n)。理想情况下，估计的回波信号/>与实际回波d(n)相同，使得残余回波信号e(n)＝d(n)-dn等于0。因此，参考信号发生器112经优化以最小化e(n)的方式将M个扬声器通道向下选择为N个参考通道。
应当理解，驱动信号u1(n)–uM(n)可以是各种上游处理级的结果，包括均衡、上混、路由和/或声场呈现。可替换地或附加地，应当理解，驱动信号u1(n)–uM(n)在被扬声器104a-104M转换成声信号之前，可以经历附加处理。在驱动信号在被提供给扬声器104a-104M之前经历诸如均衡之类的附加处理的情况下，自适应滤波器114a-114N尝试识别修改后的回波路径以及参考信号在被扬声器104a-104M换能之前经历的附加处理。此外，应当理解，估计的语音信号s(n)可以经受进一步的处理，例如利用后置滤波器，以改善估计的语音信号s(n)。
可以用于评估所生成的参考通道的性能的一个度量是组合后的参考x1(n),…,xN(n)与麦克风信号y(n)之间的多相干性Cxy。多相干产生从0到1的值，表示输入和输出之间的线性水平。在不存在噪声信号v(n)以及期望信号s(n)的情况下，多相干意味着可以找到输入和输出之间的线性关系并且可以实现完全消除回波信号d(n)。结果，最大化多相干性的解决方案被认为是最佳的。
当生成的信号用作多通道声学回波消除器中的参考通道并且麦克风信号用作输入信号时，可以用来评估生成的参考的性能的另一度量是回波返回损耗增强(ERLE)。当回波路径改变时，ERLE可用于评估回波消除的实际水平以及自适应滤波器的收敛速度。虽然本公开将描述在多相干方面优化参考通道，但是应当理解，可以使用用于确定回波消除器的性能以优化参考通道生成的任何合适的度量(例如，ERLE)来代替它。
用于对驱动信号u1(n)–uM(n)进行选择、组合和以其它方式操作以呈现参考信号x1(n)–xN(n)的多种方法将在下面描述。这些方法可以由与用于执行该方法的非暂时性存储程序代码通信的一个或多个处理器(诸如数字信号处理器)来执行。在一些示例中，参考信号发生器可以在与回波消除器分离的处理器中实现，接收要被转换成声信号的驱动信号，并且从这些驱动信号准备输入到回波消除处理器/设备的参考信号。例如，可以将处理器添加到具有现有回波消除单元的车辆，以生成用于现有单元的参考信号。在替代示例中，实现回波消除器的功能的相同处理器可以用于从扬声器驱动信号中生成参考信号。
在第一方法中，驱动信号的子集包括N个驱动信号，其从M个驱动信号中选择并且用于形成参考信号。在示例中，选择驱动信号N以最大化所选择的输入与麦克风信号之间的聚合多相干性，如下：
其中{Si}是M个驱动信号的子集，是所有可能N个驱动信号组合的通用集合。这些组合的总数等于
换句话说，最大化多相干度量的驱动信号的选择被认为是最佳的，并且被选择来生成参考通道。
图2示出了这些组合的一个实例，其中M＝14并且N＝5。因此，在该示例中，扬声器104a-104M被实现为扬声器104a-104n。因为N＝5，从十四个可用驱动信号中选择五个驱动信号。在一个示例中，扬声器104d、104f、104h、104j和104l的驱动信号可以被选择为在选择与麦克风信号之间提供最大聚合多相干性的驱动信号集合。
典型地，在系统的设计阶段执行提供最大多相干性的扬声器驱动信号的选择。即，在设计车辆的音频系统的同时，可以执行各种测试以确定哪组扬声器驱动信号提供与麦克风信号的最大多相干性，在车辆售出之后不改变的选择。然而，在替代示例中，参考信号发生器112可比较驱动信号u1(n)–uM(n)的各种选择的多相干性，以在运行时间期间选择一组N个驱动信号作为参考信号，其提供与麦克风信号的最佳多相干性。当舱室内的条件改变时，这组N个驱动信号可以被更新(例如，周期性地)。附加地或可替换地，该组N个驱动信号可以被更新(例如，周期性地)以考虑通过扬声器104a-104N播放的节目内容(例如，音乐、通告等)的改变。
在另一个示例中，可以将扬声器组的驱动信号相加到相同的参考通道中。使用如下求和来组合同一组中的扬声器的驱动信号：
其中xi(n)是第i扬声器组的组合参考信号，{Ui}是属于第i组的扬声器集合，uk(n)是第i组的组成驱动信号。
例如，图2的扬声器可以被分成四组扬声器：前左、前右、后左和后右，以及中央通道。更具体地，在该示例中，左前组包括扬声器104k-104n；右前组包括扬声器104b-104e；左后组包括扬声器104i和104j；右后组包括扬声器104f和104g；以及中央通道(组)包括扬声器104a和104h。这些组中的每个组的驱动信号可以被一起求和以形成来自每个组的单个参考通道。
该方法的另一示例在图3的框图中示出。图3是简化示例，其中M＝4和N＝2，因此扬声器104a-104M包括扬声器104a-104d。如图所示，在该示例中，参考通道发生器112包括求和块302a、302b，其将扬声器104a-104b的驱动信号和扬声器104c-104d的驱动信号(即，驱动信号u1(n)–u4(n))求和以产生参考信号x1(n)和x2(n)。
通常，分组后的扬声器共同位于舱室内，即，它们形成位于舱室内的特定或相邻结构(即，门、柱等)内的一组相邻扬声器。如上所述，可以选择组以最大化所生成的参考信号与麦克风信号之间的多相干性。
应当注意，该示例通常假设同一组中具有高互相干性的扬声器不具有重叠的频率范围，因为这样的重叠频率范围可以导致驱动信号之间的建设性或解构性添加。因此，例如，可以添加由高音扬声器104a和低音扬声器104h组成的中央通道组，而没有频率重叠。然而，在大多数情况下，该条件依赖于音频系统的调谐，并且不能总是被保证。
因此，在两个扬声器共享相似的内容并且具有高的互相干性的情况下，在组合参考中仅需要包括扬声器中的一个扬声器。然而，应当注意，可以对具有低互相干性的扬声器进行分组，即使是共享相同频带的那些扬声器。因此，在图2的示例的变型中，扬声器104a-104M中的某些扬声器可以从扬声器的加和组中省略。例如，返回到图2，为了避免在类似的频带内对具有高互相干性的扬声器进行分组，左前组包括扬声器104k-104m；右前组包括扬声器104c-104e；左后组包括扬声器104i；右后组包括扬声器104g；以及中央通道(组)包括扬声器104a和104h。与先前描述的分组相比，排除了扬声器104c、104f、104j和105n，以避免对具有高互相干性和重叠频率的扬声器求和。
当选择扬声器以分组求和时，具有对麦克风信号的最高聚合多相干性的扬声器组组合通常被认为是最佳的。虽然通常在设计阶段期间选择被求和的扬声器驱动信号和所选择的扬声器驱动信号的分组(包括所有扬声器驱动信号的分组)以最大化所生成的参考信号与麦克风信号之间的多相干性，但是在替代示例中，考虑到车辆舱室内的变化的条件和/或变化的节目内容(例如，音乐、通告等)，可以在运行时间期间调整所选择的扬声器驱动信号和扬声器信号的分组以最大化多相干性。因此，可在运行时间期间更新(例如，周期性地)扬声器驱动信号的选择及扬声器驱动信号的分组以最大化参考信号与麦克风信号之间的多相干性。
图4描绘了根据结合图3所描述的将驱动信号加在一起的示例的用于产生参考信号的方法400的流程图。应当理解，可以实施方法400以提供用于任何合适的回波消除系统(例如回波消除系统100)的参考信号。
在步骤402，接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给多个声换能器中的相关联的换能器，使得相关联的声换能器将驱动信号转换成声信号。该多个驱动信号可以是上游处理的结果，例如均衡、上混、路由和/或声场呈现，这种处理在本领域中是已知的。此外，驱动信号可以在被声换能器转换成声信号之前经历进一步处理。
在步骤404，该多个驱动信号的至少一个子集被求和以产生求和后的参考信号。典型地，驱动信号的多个子集被求和以产生在步骤406中被提供给回波消除系统的多个求和参考信号。哪些驱动信号与哪些驱动信号(即构成驱动信号的求和子集中的任一个子集的驱动信号)求和可以被选择为最大化诸如所得到的求和参考信号与麦克风之间的多相干性的度量。一般而言，如上所述，在某些扬声器与另一扬声器具有高互相干性并且在相同频率范围(或至少重叠频率范围)内操作的情况下，这些扬声器中的至少一个扬声器可以从被求和以产生参考信号的任何子集中排除。
在步骤406，求和后的参考信号被输出到回波消除器，例如回波消除器110，尽管可以使用任何合适的回波消除器。这些参考信号通常由回波消除器进行滤波以产生估计的回波信号，从麦克风信号中减去该估计的回波信号以呈现估计的语音信号。
在替换示例中，所选驱动信号在被组合成数目减少的信号之前首先被滤波，如以下等式中所示。
在该示例中，等式(4)和等式(5)之间的差是用对应的脉冲响应h0,k(n)对每个驱动信号uk(n)进行滤波。h0,k(n)被选择为最大化所生成的驱动信号与麦克风信号之间的多相干性。在不存在期望信号s(n)和噪声信号v(n)的情况下并且假设回波路径没有变化，h1(n)…hM(n)，对于k＝1,…,M，设置h0,k(n)＝hk(n),，得到多相干性等于1，这使得该解最优。只要在生成参考信号时包括所有扬声器的驱动信号，这对于任何数量的参考通道都是如此。然而，通常仍然期望将共同定位的扬声器分组在一起以改善自适应滤波器的跟踪能力。
换句话说，在该示例中，利用估计相应扬声器(即，向其提供驱动信号的扬声器)与麦克风之间的传递函数的固定滤波器对每个驱动信号进行滤波。图5描绘了根据等式5的经滤波驱动信号的示例实施方案。一组固定滤波器602a-602N(此处为固定滤波器602a-602d)实施从相关联的扬声器到麦克风(即，回波路径)的传递函数的估计。因此，接收驱动信号u1(n)的固定滤波器602a实施从扬声器104a到麦克风108的传递函数的估计，使得滤波器602a的输出表示由扬声器104a在麦克风108处产生的声信号的估计；同样，固定滤波器602b接收驱动信号u2(n)，其实施从扬声器104b到麦克风108的传递函数的估计，使得滤波器602b的输出表示由扬声器104b在麦克风108处产生的声信号的估计，等等。
该示例有效地对驱动信号进行预滤波以生成参考信号，从而在被输入到回波消除器110之前实现滤波器114a-114N的功能(但是针对所有M个驱动信号，因为M>N)。(在某些示例中，不是所有的驱动信号都被滤波，尽管对所有的驱动信号进行滤波通常呈现最佳结果。)因此，在此示例中，滤波器114a-114N不调适以估计来自扬声器104a-104M的回波路径，而是调适以估计固定滤波器602a-602N的传递函数之间的差，因为在固定滤波器的先验确定传递函数与每一扬声器104a-104N与麦克风之间的实际回波路径之间通常存在一些差异。
实际上，在实践中，回波路径经常改变。考虑到这一点，从所有扬声器到麦克风的传递函数可以针对不同条件(例如，座位位置、窗口位置、乘客数量、乘客位置和门位置)被测量先验。可以组合这些测量的传递函数以生成单组滤波器h0,k(n)，其应用于所有条件。在图5的示例中，例如，估计的传递函数每个都可以是针对舱室内的各种不同条件组合多个传递函数的结果。因此，估计的传递函数/>可以是在各种条件下从扬声器104a到麦克风的传递函数的组合；类似地，估计的传递函数/>可以是在各种条件下从扬声器104b到麦克风的传递函数的组合，等等。这导致滤波器602a-602N在大多数条件下工作良好，但不适于针对舱室内的变化条件进行调整。
可替换地，实现特定传递函数h0,k(n)的一组滤波器602a-602N可以针对舱室内的每个条件进行存储。这些滤波器可以响应于舱室内的变化条件而被存储和实施。因此，在图5的示例中，针对舱室内的一个条件(例如，一个座椅位置)存储并实现一组滤波器602a-602d；而采用适用于不同条件的不同组传递函数的不同组的预先存储的固定滤波器602a-602d可以针对车辆舱室内的不同条件被加载和实施。以这种方式，固定滤波器602a-602d适当地表示车辆舱室内特定条件的传递函数。虽然该方法通常产生比找到表示舱室的多个条件的组合传递函数更好的结果，但是它需要附加的存储和更大的处理能力来发挥作用，因为它需要接收表示舱室内的条件的输入，并且从滤波器库加载和实现正确的滤波器组。
此外，在驱动信号在被提供给扬声器104a-104M之前经历诸如均衡之类的附加处理的情况下，固定滤波器602a-602d可以进一步考虑该附加处理。在此示例中，可针对使用不同均衡设定的不同类型的节目内容存储并加载不同的固定滤波器。
图6描绘了根据结合图5描述的示例的用于生成参考信号的方法600的流程图。应当理解，可以实施方法600以提供用于任何合适的回波消除系统(例如回波消除系统100)的参考信号。
在步骤602处，接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给多个声换能器中的相关联的换能器，使得相关联的声换能器将驱动信号转换成声信号。该多个驱动信号可以是上游处理的结果，例如均衡、上混、路由和/或声场呈现，这种处理在本领域中是已知的。此外，驱动信号可以在被声换能器转换成声信号之前经历进一步处理。
在步骤604处，利用多个滤波器中的相应滤波器对每个驱动信号进行滤波以产生多个经滤波的信号，该多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在车辆内的麦克风的传递函数，使得该多个经滤波的信号各自估计麦克风处的相应声信号。在车辆内的各种条件下，由每个滤波器实现的传递函数可以是相关联的声换能器(即，接收被滤波的驱动信号的声换能器)与麦克风之间的组合传递函数。可替换地，可以根据车辆内的当前条件来存储和加载针对车辆内的各种条件(例如，座椅位置、窗位置、乘员数量、乘客位置和门位置)实现传递函数的一组滤波器。
在步骤606处，对该多个经滤波的信号的至少一个子集求和以产生经求和后的参考信号。该步骤通常是为了减少提供给回波消除器的参考信号的数量，以便减少处理时间或者遵守由回波消除器施加的输入约束。在该步骤中通常期望将提供给位于同一位置的扬声器的驱动信号组加在一起。
在步骤608，求和后的参考信号被输出到回波消除器，例如回波消除器110，尽管可以使用任何合适的回波消除器。这些参考信号通常由回波消除器进行滤波以产生估计的回波信号，从麦克风信号中减去该估计的回波信号以呈现估计的语音信号。
虽然针对所有频率描述了用于生成参考信号的上述系统和方法，但是使用这些方法生成的最优解不一定在每个频率仓处最优。例如，被选择为在100Hz和600Hz的频率范围内优化参考信号与麦克风之间的多相干性的扬声器驱动信号的子集将对于该范围表现良好，但是对于另一频率范围(诸如5000Hz和5500Hz之间)表现不佳。考虑到这一点，可以将整个频谱划分为子带，并且可以针对每个子带找到上述方法中的最优解。目标仍然是找到最大化每个子带中的聚合相干性的解。
例如，扬声器驱动信号在第j个子带处的最佳选择可以如下获得。
其中x(j)(n)是所生成的第j个子带中的参考信号向量和y(j)(n)是第j个子带中的麦克风信号。Cxy({Si},y(j)(n))是第j子带中所选扬声器与麦克风信号之间的聚合多相干性。图7示出了每个子带中的扬声器的所选子集的示例，其中找到五个参考信号，因此N＝5。在该示例中，频谱被划分为65个子带，并且针对每个子带找到五个扬声器的最优子集。当然，仅提供五个参考信号和65个子带作为示例。在替换示例中，根据回波消除器或参考信号发生器的处理和/或输入约束，可以使用任何数目的参考信号和任何数目的子带。
同样，如结合图3和图4所描述的，可以通过对每个子带内的驱动信号组求和来获得每个子带的最优解。例如，驱动信号可以被分组并且在每个子带内被合计成组，以优化所得到的参考信号与麦克风信号之间的多相干性。例如，在图3的简单示例中，在一个子带中，可以对扬声器104a和104b的驱动信号求和，并且可以对扬声器104c和104d的驱动信号求和。然而，在不同的子带中，驱动信号104a和104c可以被求和并且104b和104d可以被求和，以便优化每个子带的多相干性。同样地，如上所述，在存在高的相互相干性的情况下，省略存在频率重叠的某些扬声器驱动信号可以是有益的。因此，可以为每个子带选择分组的扬声器驱动信号和扬声器驱动信号组以优化该子带内的多相干性。
另外，如结合图5和图6所描述的，可以在每个子带内选择滤波器，以优化子带内的多相干性。可以选择不同的滤波器来最大化与子带的多相干性。因此，可以为每个子带实现至少一组滤波器。如上所述，用于每个子带的滤波器可以组合各种条件的传递函数，以得到对于大多数条件工作良好的传递函数。可替换地，可以存储并加载一组滤波器，以针对每个子带考虑车辆舱室内的变化条件。因此，一个子带内的一组滤波器可以针对一个条件来实现，而另一组滤波器可以从存储器加载并且被实现以考虑车辆舱室内的不同条件。因此，所实施的滤波器可在每个子频带内优化以最大化参考信号与麦克风信号之间的多相干性。
如果回波消除器被设计为接收未被子带化(subbanded)的输入参考信号，则子带化的信号可以被合成以呈现期望的参考信号的数目。因此，在图7的示例中，可以跨频率对子带内的优化参考信号求和，以产生五个参考信号。可替换地，如果回波消除器被配置为接收子带化的信号，则可以直接提供最佳选择信号作为子带化的参考信号。
另外，用于优化参考信号生成的多相干性的方法可以跨子带变化。例如，滤波和求和方法(即，如结合图5和图6所描述的)可以在低频率处良好地执行，因为回波路径在低频率处经历较小的改变。然而，此方法在较高频率下遭受性能降级，这是由于在那些频率下的回波路径中的大改变。另一方面，扬声器驱动信号向下选择方法在高频率下可以很好地执行，这是因为在那些频率下可以播放的扬声器的数量有限。因此，最优解可以是不同方法之间的混合，其中使用不同方法生成不同子带频带中的解。因此，在一个示例中，可在低频子带处实施最佳滤波器，但在高频率处，可选择有限数目的扬声器驱动信号来优化那些子带内的多相干性。实际上，应当理解，上述方法可以在每个子带内实现，以便以任何技术上可能的方式在该子带内提供参考信号。
此外，应当理解，可以采用多个麦克风来捕获用户的语音。在这些情况下，可以为每个麦克风实现声回波消除器，并且可以将从回波消除器输出的所得估计语音信号组合成单个输出估计语音信号。举例来说，如果使用P个麦克风来捕获用户的话音，那么可使用一组P个回波消除器来消除相关联的麦克风中的回波，所述P个回波消除器各自与相应麦克风相关联。类似于回波消除器110，P个回波消除器通过估计从每个扬声器到相关联的麦克风的回波路径来操作。可以使用相应的参考信号发生器(即，来自P个参考信号发生器)来选择或组合扬声器信号以产生用于每个回波消除器的参考信号。每个参考信号发生器可采用如上文及结合图1-图7所描述及根据下文结合图8A-图8D所描述的方法的用于选择或组合扬声器信号的方法。
在替代示例中，麦克风信号y(n)可为使用波束形成器组合从麦克风阵列输出的信号的结果。所得组合麦克风信号可被视为单个麦克风信号，且可采用如上文及结合图1-图7所描述且根据下文结合图8A-图8D所描述的方法的用于选择或组合扬声器信号的方法来消除组合麦克风信号中的回波信号。
图8描绘了根据结合图7描述的示例的用于生成参考信号的方法800的流程图。应当理解，可以实施方法800以提供用于合适的回波消除系统(例如回波消除系统100)的参考信号。
在步骤802，接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给多个声换能器中的相关联的换能器，使得相关联的声换能器将驱动信号转换成声信号。该多个驱动信号可以是上游处理的结果，例如均衡、上混、路由和/或声场呈现，这种处理在本领域中是已知的。此外，驱动信号可以在被声换能器转换成声信号之前经历进一步处理。
在步骤804，该多个驱动信号中的每个驱动信号被分离成多个频率子带。可以使用用于对驱动信号进行子带化的任何合适的方法。例如，每个驱动信号可以用一组并行的带通滤波器进行滤波，该组带通滤波器的每个滤波器实现截止频率以产生驱动信号的不同子带。
在步骤806，在每个子带内生成至少一个参考信号。在该步骤中，可以使用上述方法的任意组合来生成在每个子带内生成的参考信号。下面将结合步骤806b-步骤806d描述用于生成每个子带内的参考信号的各种方法。在一些示例中，可以对不同的子带使用不同的方法来优化所得到的参考信号和/或减少计算时间。
在第一方法中，如图8B中步骤806b所示，在每个子带内，选择驱动信号的子集作为参考信号。在此示例中，针对每个子带选择驱动信号的不同子集，使得至少两个频带之间的子集相差至少一个驱动信号。此处，可选择子集以最大化每个子带内的选定参考信号与麦克风之间的多相干性。
在第二方法中，在步骤806c，在至少一个子带内，对该多个滤波信号的至少一个子集求和，以产生至少一个求和后的参考信号。典型地，在子集内，驱动信号的多个子集被求和以产生在步骤808中被提供给回波消除系统的多个求和后的参考信号。哪些驱动信号与哪些驱动信号(即构成驱动信号的求和子集中的任一个子集的驱动信号)求和可以被选择为最大化诸如所得到的求和参考信号与麦克风之间的多相干性的度量。一般而言，如上所述，在某些扬声器与另一扬声器具有高互相干性并且在相同频率范围(或至少重叠频率范围)内操作的情况下，这些扬声器中的至少一个扬声器可以从子带内被求和以产生参考信号的任何子集中被排除。
在第三方法中，在步骤806d处，在至少一个子带内，利用多个滤波器中的相应滤波器对每个驱动信号进行滤波以产生多个经滤波的信号，该多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在车辆内的麦克风的传递函数，使得该多个经滤波的信号各自估计麦克风处的子带内的相应声信号。在车辆内的各种条件下，由每个滤波器实现的传递函数可以是相关联的声换能器(即，接收被滤波的驱动信号的声换能器)与麦克风之间的组合传递函数。可替换地，可以根据车辆内的当前条件来存储和加载针对车辆内的各种条件(例如，座椅位置、窗位置、乘员数量、乘客位置和门位置)实现传递函数的一组滤波器。此外，在驱动信号在被提供给扬声器之前经历诸如均衡之类的附加处理的情况下，该多个滤波器可以进一步考虑该附加处理。在此示例中，可针对使用不同均衡设置的不同类型的节目内容存储和加载不同的滤波器。
在步骤808，每个子带内的参考信号被输出到回波消除器，例如回波消除器110，尽管可以使用任何合适的回波消除器。这些参考信号通常由回波消除器进行滤波以产生估计的回波信号，从麦克风信号中减去该估计的回波信号以呈现估计的语音信号。
虽然通常在设计阶段期间选择上述方法以最大化度量(例如针对每个子带的参考信号与麦克风之间的多相干性)，但在替代示例中，可周期性地更新或改变这些方法以考虑车辆舱室内的变化的条件/节目内容。
此外，虽然已经针对单个麦克风描述了方法400，但是可以针对多个麦克风重复方法400的步骤，每个麦克风具有其自己的回波消除器，即，针对与每个单独的麦克风相关联的每个回波消除器生成参考信号。在替代示例中，麦克风信号可以是使用波束形成器组合从麦克风阵列输出的信号的结果。所得组合麦克风信号可被视为单个麦克风信号，且可采用方法400来消除组合麦克风信号中的回波信号。
本公开中提供的数学公式仅为了说明各创造性方面的原理而进行了简化，不应以任何方式视为排他性或限制性的。而且，预期了在本公开的精神和范围内的数学公式中的变化。
关于本文中符号的使用，大写字母(例如，H)通常表示频域或谱域中的项、信号或量，并且小写字母(例如，h)通常表示时域中的项、信号或量。时域和频域之间的关系通常是众所周知的，并且至少在傅里叶数学或分析的领域中进行描述，因此这里不再介绍。另外，可以以模拟或离散形式来操作、考虑或分析信号、传递函数或本文中由符号表示的其他项或量。在时域项或量的情况下，模拟时间指数(例如，t)和/或离散样本指数(例如，n)可在各种情况下互换或省略。同样地，在频域中，在大多数情况下省略模拟频率指数(例如，f)和离散频率指数(例如，k)。此外，如所属领域的技术人员将理解，本文所公开的关系和计算通常可在时域或频域中以及在模拟域或离散域中存在或执行。因此，本文没有给出用于说明时域或频域以及模拟域或离散域中的每个可能变化的各种示例。
本文所述的功能或其部分、以及其各种修改(下文称为“功能”)可至少部分地经由计算机程序产品实现，例如在信息载体中有形实施的计算机程序，诸如一个或多个非暂态机器可读介质或存储设备，用于执行，或控制一个或多个数据处理装置，例如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件的操作。
计算机程序可以任何形式的编程语言被写入，包括编译或解释语言，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适于用在计算环境中的其他单元。计算机程序可被部署在一个计算机上或在一个站点或多个站点分布以及通过网络互联的多个计算机上执行。
与实现全部或部分功能相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以执行选择或组合参考信号的功能。功能的全部或部分可被实现为专用目的逻辑电路，例如FPGA和/或ASIC(专用集成电路)。
适用于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来讲，处理器将接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
虽然本文已描述和示出了若干发明实施方案，但本领域的普通技术人员将易于设想用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或优点中的一个或多个的多种其他装置和/或结构，并且此类变型和/或修改中的每一个被认为在本文所述的本发明实施方案的范围内。更一般地，本领域的技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和构型旨在为示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构型将取决于使用本发明教导内容的一个或多个具体应用。本领域的技术人员将认识到或仅使用常规实验就能够确定本文所述的具体的发明实施方案的许多等同物。因此，应当理解，上述实施方案仅以举例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以不同于具体描述和要求保护的方式来实践发明实施方案。本公开的发明实施方案涉及本文所述的每个单独的特征、系统、制品、材料和/或方法。此外，如果此类特征、系统、制品、材料和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个此类特征、系统、制品、材料和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。

Claims (20)

1.一种用于为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号的方法，所述方法包括以下步骤：
接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给多个声换能器中的相关联的换能器，使得所述相关联的声换能器将所述驱动信号转换成声信号，其中所述多个声换能器各自被定位在所述车辆内，使得每个声信号在所述车辆的舱室内是能够听到的；
用多个滤波器中的相应滤波器对每个驱动信号进行滤波以产生多个经滤波的信号，其中所述多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在所述车辆内的麦克风的传递函数，使得所述多个经滤波的信号各自估计所述麦克风处的相应声信号；
对所述多个经滤波的信号的至少子集进行求和，以产生求和后的参考信号；以及
将所述求和后的参考信号输出到回波消除系统。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
对所述多个经滤波的信号的第二子集进行求和，以产生第二求和后的参考信号；以及
将所述第二求和后的参考信号输出到所述回波消除系统。
3.根据权利要求1所述的方法，其中根据车辆内的条件从一组滤波器中选择所述多个滤波器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中根据以下中的至少一者确定所述条件：座椅位置、窗位置、乘客数量、乘客位置和门位置。
5.一种用于为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号的方法，所述方法包括以下步骤：
接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给设置在所述车辆内的多个声换能器中的相关联的换能器，使得所述相关联的声换能器将所述驱动信号转换成声信号；
将所述多个驱动信号中的每个驱动信号分离成多个频率子带；
对于所述多个频率子带中的第一频率子带，将所述多个驱动信号的第一选择作为参考信号提供给所述回波消除系统，其中所述第一选择至少包括所述多个驱动信号的子集；以及
对于所述多个频率子带中的第二频率子带，将所述多个驱动信号的第二选择作为参考信号提供给所述回波消除系统，其中所述第二选择包括所述多个驱动信号的子集，其中所述第二选择包括所述多个驱动信号的子集，其中所述第一选择和所述第二选择相差至少一个驱动信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在作为参考信号提供给所述回波消除系统之前，对所述多个驱动信号的所述第一选择中的至少一个驱动信号和所述多个驱动信号的所述第二选择中的至少一个驱动信号进行求和。
7.根据权利要求5所述的方法，其中在提供给所述回波消除系统之前，对所述多个驱动信号的所述第一选择的子集进行求和。
8.根据权利要求5所述的方法，其中在作为参考信号提供给所述回波消除系统之前，利用多个滤波器中的相应滤波器对所述多个驱动信号的所述第一选择进行滤波，其中所述多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在所述车辆内的麦克风的传递函数，使得所述多个驱动信号的所述第一选择各自估计所述麦克风处的所述第一子带内的相应声信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在提供给所述回波消除系统之前，对所述多个驱动信号的所述第一选择的子集进行求和。
10.根据权利要求8所述的方法，其中根据车辆内的条件从一组滤波器中选择所述多个滤波器。
11.一种存储程序代码的非暂态存储介质，当由处理器执行时，所述程序代码为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号，所述程序代码在被执行时包括以下步骤：
接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给多个声换能器中的相关联的换能器，使得所述相关联的声换能器将所述驱动信号转换成声信号，其中所述多个声换能器各自被定位在所述车辆内，使得每个声信号在所述车辆的舱室内是能够听到的；
用多个滤波器中的相应滤波器对每个驱动信号进行滤波以产生多个经滤波的信号，其中所述多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在所述车辆内的麦克风的传递函数，使得所述多个经滤波的信号各自估计所述麦克风处的相应声信号；
对所述多个经滤波的信号的至少子集进行求和，以产生求和后的参考信号；以及
将所述求和后的参考信号输出到回波消除系统。
12.根据权利要求10所述的程序代码，所述程序代码还包括以下步骤：
对所述多个经滤波的信号的第二子集进行求和，以产生第二求和后的参考信号；以及
将所述第二求和后的参考信号输出到所述回波消除系统。
13.根据权利要求10所述的程序代码，其中根据车辆内的条件从一组滤波器中选择所述多个滤波器。
14.根据权利要求13所述的程序代码，其中根据以下中的至少一者确定所述条件：座椅位置、窗位置、乘客数量、乘客位置和门位置。
15.一种存储程序代码的非暂态存储介质，当由处理器执行时，所述程序代码为设置在车辆中的回波消除系统准备参考信号，所述程序代码在被执行时包括以下步骤：
接收多个驱动信号，每个驱动信号被提供给设置在所述车辆内的多个声换能器中的相关联的换能器，使得所述相关联的声换能器将所述驱动信号转换成声信号；
将所述多个驱动信号中的每个驱动信号分离成多个频率子带；
对于所述多个频率子带中的第一频率子带，将所述多个驱动信号的第一选择作为参考信号提供给所述回波消除系统，其中所述第一选择至少包括所述多个驱动信号的子集；以及
对于所述多个频率子带中的第二频率子带，将所述多个驱动信号的第二选择作为参考信号提供给所述回波消除系统，其中所述第二选择包括所述多个驱动信号的子集，其中所述第二选择包括所述多个驱动信号的子集，其中所述第一选择和所述第二选择相差至少一个驱动信号。
16.根据权利要求15所述的程序代码，其中在作为参考信号提供给所述回波消除系统之前，对所述多个驱动信号的所述第一选择中的至少一个驱动信号和所述多个驱动信号的所述第二选择中的至少一个驱动信号进行求和。
17.根据权利要求15所述的程序代码，其中在提供给所述回波消除系统之前，对所述多个驱动信号的所述第一选择的子集进行求和。
18.根据权利要求15所述的程序代码，其中在作为参考信号提供给所述回波消除系统之前，利用多个滤波器中的相应滤波器对所述多个驱动信号的所述第一选择进行滤波，其中所述多个滤波器中的每个滤波器近似从相关联的声换能器到设置在所述车辆内的麦克风的传递函数，使得所述多个驱动信号的所述第一选择各自估计所述麦克风处的所述第一子带内的相应声信号。
19.根据权利要求18所述的程序代码，其中在提供给所述回波消除系统之前，对所述多个驱动信号的所述第一选择的子集进行求和。
20.根据权利要求18所述的程序代码，其中根据车辆内的条件从一组滤波器中选择所述多个滤波器。
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