CN1636423A - 利用有源音频矩阵系数的多声道回声抵消器系统 - Google Patents

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Abstract

描述了回声抵消器系统，它包括连接到音频输入端的用于提供多个音频输出信号的音频矩阵解码器和连接到所述音频输入端的多声道回声抵消器。所述回声抵消器系统还包括用于接收音频输出信号与所需信号的混合信号的音频接收器。所述多声道回声抵消器连接到音频矩阵解码器，以便在多声道回声抵消过程中利用音频矩阵系数来从混合信号中导出所需的信号。所述系统的计算及音频处理的复杂性降低了。

Description

利用有源音频矩阵系数的 多声道回声抵消器系统
本发明涉及回声抵消器系统，所述回声抵消器系统包括连接到音频输入端用于提供多个音频输出信号的音频矩阵解码器和连接到所述音频输入端的多声道回声抵消器。
本发明还涉及多声道音频系统，例如高保真系统、汽车音响系统或电视或电话会议系统，本发明还涉及通信系统，如移动或免提通信系统，特别是电话系统，或车载电话系统，这些前面提到的系统可能用声音控制并包括这样的回声抵消器。本发明还涉及用于回声抵消器的信号。
这样的回声抵消器系统可以从WO 98/42162了解到。已知的回声抵消器系统包括音频矩阵解码器，比如有源音频环绕解码器，以便在具有例如3个或5个扬声器的多声道装置中提供多个音频环绕输出信号。多个扬声器可以，举例来说，设置在家庭影院、个人计算机”多媒体”环境和/或与电视机组合在一起。回声的效果可以被包括在用作多声道回声抵消器的传递函数矩阵中。然而，已知的回声抵消器系统并没有公开实现多声道回声抵消的有效方法。
本发明的目的是提供改进了的回声抵消器系统，所述系统降低了用于多声道回声抵消的音频信号处理的负担，并且所述系统还可以配备声音控制特征。
此外，本发明的回声抵消器系统的特征在于：所述回声抵消器系统还包括用于接收音频输出信号和所需信号的混合信号的音频接收器；以及所述多声道回声抵消器连接到音频矩阵解码器，以便在多声道回声抵消过程中利用音频矩阵系数从混合信号中得到所需信号。
本发明的回声抵消器系统的优点是：利用存在于音频矩阵解码器中的或有可能仅仅从其解码器输出信号中导出的音频矩阵系数，可以非常有效地实现多声道回声的消除，无需过高的计算和/或信号处理的复杂度。
另外，语音控制的能力也被改善，因为本发明的回声抵消器系统能够得到所需的信号，比如从房间内的声响、回声及语音的混合信号中获得语音信号。这就扩大了本发明的回声系统在越来越被接受中语音控制系统中效能价格合算的应用的可能性，所述语音控制系统包括多声道通信系统、音频和/或电视系统、高保真系统，汽车音响系统及电话会议系统。
本发明的回声抵消器系统的实施例的特征在于：所述回声抵消器系统包括既连接到音频输入端又连接到矩阵解码器输出端的有源矩阵跟踪器，以便从所述有源矩阵跟踪器导出音频矩阵系数。
通常，那些有源音频矩阵系数只在音频矩阵解码器的芯片内可以得到而在外部无法得到，特别是无法从现在已出现在市面上的、或已安装在客户建筑物内的音频系统中得到。本发明中的有源矩阵跟踪器易于把可供选择的方案用来代替这样的芯片，因为所述跟踪器只不过是从矩阵解码器的音频输入及输出信号导出矩阵系数，而这些信号已经可以从芯片外部得到。因此所述有源矩阵跟踪器可以方便地添加到已知的回声抵消器系统中。
本发明的回声抵消器系统的另一个实施例的特征在于：所述多声道回声抵消器计算的滤波函数的数目少于多个音频输出信号的数目。
更有利的是，对于所有多声道音频输出信号，无需各自的回声抵消运算，这就更进一步地降低了多声道回声抵消运算的复杂性。
本发明的回声抵消器系统的再一个实施例的特征在于：其滤波函数的计算基于考虑到了所述各音频输出信号中的至少某些音频输出信号的滤波器更新贡献。
尽管降低了音频消除滤波函数计算的复杂性，但回声抵消输出信号的质量却没有受到影响，因为所述滤波器更新(filter update)考虑到某些并可能是所有的多声道音频输出信号。
本发明的回声抵消器系统的另一个实施例的特征在于：所述回声抵消器包括与之连接以便当检测到语音时降低独立的多声道输出信号的数目的语音检测器。
如果语音被语音检测器检测到时回声抵消过程可被简化，而付出的代价仅仅是很小的音频质量损失，那么，这便具有优越性，这样的音频质量损失并不易被察觉，因为听者正在通过他的语音发出命令。现在将对本发明的回声抵消器系统以及它的其它的优越性进行进一步的阐述，同时参照附图，其中相似的元件通过相同的标号来表示。
附图中：
图1展示了本发明的回声抵消器系统组合的可能实施例的示意图；以及
图2展示了应用于图1的回声抵消器系统的回声抵消器的详细
实施例。
图1展示了回声抵消器系统1，它包括音频矩阵解码器2，例如杜比定位逻辑(Dolby Pro Logic)I/II；环形环绕(Circle Surround)系统，或类似的解码器。所述音频解码器2如图所示连接到传送两个声道信号的音频输入3，在本例中分别是左右立体声信号x’L及x’R。这里五个多声道音频信号x1、x2、x3、x4和x5通过解码器2从立体声信号中导出，并提供给在某个房间R中的五个扬声器，这五个扬声器总的用标号4表示。所述系统1还包括连接到音频输入端3的多声道回声抵消器5。所述回声抵消器5在其输出端6提供了回声抵消信号y。音频接收器7通常配备有设置在房间R中的一个或多个传声器，用以接收房间R中的五个音频输出信号和来自收听者/说话者S的所需语音信号的混合信号。减法器8连接到传声器7和回声抵消器的输出端6以提供所需语音信号的精确估计值e。这样的语音信号e可被用于并可被包括在任何提供语音控制命令的系统中。可能实现那些语音控制命令的系统实例有高保真系统、汽车音响系统、电视机。通信系统的实例有电话会议系统、移动或免提通信系统、特别是电话系统、车载电话系统及类似的系统。
矩阵解码器2的输入信号及输出信号之间的关系可用向量符号写成：
X＝ A(αi；βj) X′    (1)
其中向量 X代表五个音频信号xi而其中的i＝1…5，向量 X′代表立体声输入信号xj而其中的j＝L或R，并且 A(αi；βj)代表有十个系数的2×5的系数矩阵。多声道回声抵消器5连接到音频解码器2，其中的这些系数被用于回声抵消器中，以如下将要说明的方式从接收传声器7接收到的混合信号中导出所需的信号。
在仍如图1所示的另一个实施例中，回声抵消器系统1包括同时连接到音频输入端3及矩阵解码器输出端10的有源矩阵跟踪器9，用来从中导出矩阵 A(αi；βj)的十个音频矩阵系数(其第1列有5个系数αi，而第2列有5个系数βj)，与等式(1)相对应。跟踪器9可以被包括在矩阵解码器2中或简单地另外添加在其后。也有可能跟踪器9只连接到解码器输出端10(并因此间接地连接到其输入端)，那样的跟踪器9只从解码器的输出信号中便能够推导出解码器的系数。这一点在解码器的输入3和/或矩阵系数并不容易从外部获得的情况下有其优越性。在前面提到的另一种实施例中，有源矩阵跟踪器9连接到回声抵消器5，这些系数在那里也被用于回声抵消器以便从接收传声器7接收到的混合信号中推导所需的信号。
消除在五个扬声器4和传声器7之间产生的回声的问题的直接方法是将五个解码器的输出端10连接到回声抵消器5。抵消器5则必须实现需要高度计算复杂性的五声道自适应滤波器。除此之外其它的问题也产生了，包括方案中自适应滤波器所能得到的结果的唯一性。图1表明：回声抵消器5直接连接到音频输入端3，并且使用的是适合于回声抵消过程的10个有源矩阵系数(αi；βj)。
如图2的描述所表明的，多声道回声抵消器5计算的滤波传递函数的数目少于多声道音频信号的数目。具体地说，扬声器4与传声器7之间的五个传递函数可以只由两个滤波传递函数wL及wR表示。这就降低了回声抵消器5的计算复杂性。这些传递函数可以由修正值ΔL及ΔR来更新，使得添加的回声抵消器输出信号y越精确越好地代表除去所需语音信号外的传声器信号，根据：
WL＝W′L+ΔL
WR＝W′R+ΔR
其中‘代表先前值。内务处理(bookkeeping)可以涉及所有五个传递滤波器的修正值的分布，所述分布与下式相应：
Wi＝W′i+αi(/∑|αi|)ΔL+βi(/∑|βi|)ΔR其中i＝1，2，…5。
其中∑表示对于i的范围取总和，并且αi及βi为矩阵 A的系数。滤波器之间的关系由下式给出：
WL＝∑(αiwi)
WR＝∑(βiwi)
在这种情形下，五个声学路径都被跟踪了，这在有源矩阵及时更新的情形下有其优越性。当取得了收敛后，有源矩阵可能突然变化并且可以立即通过较后的方程式得到正确的滤波器。
在某些应用中，例如涉及定位逻辑或定位逻辑2解码器时，五个滤波器中的某几个可能会参与降低所必需的计算量的负担。例如当使用单环绕声道时，与环绕声相关的所有两个声学路径仅使用一个滤波器来跟踪。假设回声抵消计算中可能出现奇点或数值溢出，所述五个声道可以映射到较少的声道以便解决这类错误。也有可能在语音行为被连接到回声抵消器5的语音检测器11探测到时将多声道音频混合成双声道立体声。这有利地允许在仅有很短暂的音质损失的条件下应用非常简单的回声抵消器。
简单地说，音频矩阵解码器2可以从其输入导出多个输出信号，而输出信号的数目多于输入信号的数目。解码器2可包括一个或多个滤波器，比如可控滤波器，其滤波操作及滤波功能取决于其控制信号。这些控制信号可以比如被包括在音乐中。
虽然以上已经参考本质上的最佳实施例和最可能的实施方式进行了描述，但是，显然，决不要把这些实施例解释为所涉及的系统的限制性实例，因为属于所附权利要求书范围内的各种各样的修改、特征及特征组合都是技术人员可以得到的。

Claims (8)

1.一种回声抵消器系统(1)，它包括连接到音频输入端(3)的用于提供多个音频输出信号(x1...x5)的音频矩阵解码器(2)和连接到所述音频输入端(3)的多声道回声抵消器(5)，其特征在于：所述回声抵消器系统(1)还包括用于接收所述音频输出信号(x1...x5)与所需信号(e)的混合信号的音频接收器(7)，并且所述多声道回声抵消器(5)连接到所述音频矩阵解码器(2)，以便在多声道回声抵消过程中利用音频矩阵系数来从所述混合信号中导出所述所需信号(e)。
2.如权利要求1所述的回声抵消器系统(1)，其特征在于：所述回声抵消器系统(1)包括既连接到所述音频输入端(3)又连接到矩阵解码器输出端(10)以便从中导出所述音频矩阵系数的有源矩阵跟踪器(9)。
3.如权利要求1或2所述的回声抵消器系统(1)，其特征在于：所述多声道回声抵消器(5)所计算的滤波函数的数目少于所述多声道音频输出信号(x1...x5)的数目。
4.如权利要求3所述的回声抵消器系统(1)，其特征在于：所述滤波函数的计算基于考虑到所述音频输出信号(x1...x5)中的至少某些音频输出信号的滤波器更新贡献。
5.如权利要求1至4之一所述的回声抵消器系统(1)，其特征在于：所述回声抵消器(5)包括与之连接以便当检测到语音时减少独立的多声道输出信号(x1...x5)的数目的语音检测器(11)。
6.一种多声道音频系统，例如高保真系统、汽车音响系统或电视机或电话会议系统，它包括根据权利要求1至5之一的回声抵消器系统(1)，所述回声抵消器系统(1)包括连接到音频输入端(3)的用于提供多声道音频输出信号(x1...x5)的音频矩阵解码器(2)和连接到所述音频输入端(3)的多声道回声抵消器(5)，其特征在于：所述回声抵消器系统(1)还包括用于接收音频输出信号(x1...x5)与所需信号(e)的混合信号的音频接收器(7)，并且所述多声道回声抵消器(5)连接到所述音频矩阵解码器(2)，以便在多声道回声抵消过程中利用音频矩阵系数来从所述混合信号中导出所述所需信号(e)。
7.一种通信系统，例如移动或免提通信系统，特别是电话系统、车载电话系统，所述通信系统包括根据权利要求1至5之一的回声抵消器系统(1)，所述回声抵消器系统(1)包括连接到音频输入端(3)的用于提供多声道音频输出信号(x1...x5)的音频矩阵解码器(2)和连接到所述音频输入端(3)的多声道回声抵消器(5)，其特征在于：所述回声抵消器系统(1)还包括用于接收所述音频输出信号(x1...x5)与所需信号(e)的混合信号的音频接收器(7)，并且所述多声道回声抵消器(5)连接到所述音频矩阵解码器(2)，以便在多声道回声抵消过程中利用音频矩阵系数来从所述混合信号中导出所述所需信号(e)。
8.一种用于根据权利要求1至6之一的回声抵消器系统(1)的信号，所述回声抵消器系统(1)包括连接到音频输入端(3)的用于提供多声道音频输出信号(x1...x5)的音频矩阵解码器(2)和连接到所述音频输入端(3)的多声道回声抵消器(5)，其特征在于：所述回声抵消器系统(1)还包括用于接收所述音频输出信号(x1...x5)与所需信号(e)的混合信号的音频接收器(7)，并且所述多声道回声抵消器(5)连接到所述音频矩阵解码器(2)，以便在多声道回声抵消过程中利用音频矩阵系数来从所述混合信号中导出所述所需信号(e)。
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