CN1663230A - 不稳定回波消除器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种回波消除器(1)，该回波消除器具有专用的不稳定回波消除特性。可以直接地估计或者通过减去由稳定噪声估计器确定的稳定回波来间接地估计所述不稳定回波。所述回波消除器可以包括自适应滤波器(4)和耦合于该自适应滤波器的残留回波处理器(6)，所述残留回波处理器具备不稳定回波消除器。为了避免回波估计器中的稳定分量，特别是避免在残留回波中防止不断使近端语音失真，而提出这样的一个不稳定回波消除器。就通话质量和语音可识度而言，这改善了回波消除器性能，这在与双方谈话相反的单方谈话近端语音的情况下尤为重要。

Description

不稳定回波消除器
本发明涉及一种回波消除器，以及一种通信设备。
本发明还涉及一种用于消除通信网络中的回波的方法，所述通信网络包括一个或多个通信设备，就例如像扬声器电话或电信会议设备、电话设备，特别是移动电话、非手持式电话等等，并且涉及适合用在该方法中的信号。
这样一个回波消除器和回波消除方法都可以从WO97/45995(＝EP-A-0843934)中获知。已知的回波消除器具有远端输入输出对和近端输入输出对，后一种输入输出对分别耦合于麦克风和扩音器。所述回波消除器还包括：自适应滤波器，它耦合于用于从远端那里接收信号的远端输入；和残留回波处理器，它耦合于该自适应滤波器以及向远端提供信号的远端输出。所述残留回波处理器充当动态回波后处理器，该动态回波后处理器用于抑制残留回波峰尾部分。它提高了回波消除方法的稳健性。
发明人发现现有技术的回波消除器不是在所有的情况下都最优地工作。
因此，本发明的一个目的是，进一步就质量和可识度而言改善回波消除器性能。
此外，根据本发明的回波消除器的特征在于：所述回波消除器包括专用的不稳定回波消除器。
同样，根据本发明的方法的特征在于：通过后处理来消除不稳定回波。
人们发现从不稳定回波中区分出稳定回波是重要的，特别是当它关系到近端单方谈话期间的质量和可识度时更是如此。在如下的那些情形下，即来自于远端的信号包括稳定回波分量并且在近端扩音器与麦克风之间存在大量直接耦合，特别是当近端说话人信号相对较弱时，比如当说话人远离麦克风时，近端信号失真。这种失真是由于远端信号中所包含的稳定回波分量造成的。近端信号的质量和可识度上的失真影响取决于近端说话人的双方谈话或单方谈话的实际情况。在会谈中的双方谈话期间，由于双方谈话出现在会话中希望的中断的情况下，而这时质量不太重要，因而这些失真一般是可以允许的。然而，近端说话人的单方谈话需要高信号质量，因来自远端的稳定回波而造成的回波消除和衰减效应不应该使所述信号质量失真。带着这种想法，为了避免回波中的稳定分量，提出了一种专用的不稳定回波消除器，以免不断使近端语音失真，特别是在残留回波中不断失真的近端语音。就质量和可识度而言，这改善了回波消除器性能。
根据本发明的回波消除器的一个实施例具有在权利要求2中概述的特征。
作为选择，不稳定回波消除器可以包括稳定回波估计器和/或不稳定回波估计器。在前一种情况下，不稳定回波分量是根据从由回波消除器模仿的全部回波或现有技术的回波中减去稳定回波分量而间接得出的，然而在后一种情况下，不稳定回波分量是直接可用的。
根据本发明的回波消除器的另一个实施例具有在权利要求3中概述的特征。
因为稳定回波分量本身是作为噪声出现的，所以有利的是相对简单地将稳定回波估计器具体化以便实现恒定噪声估计器。具体来讲，用这种方法能够准确地估计出作为稳定干扰回波的源头的电噪声。
此外，在权利要求4中概述的实施例中，可以根据在频谱相减中应用的众所周知的最小统计法来进行稳定噪声估计工作。
根据本发明的回波消除器的再一个实施例是在权利要求5中概述的。
回波消除器的体系结构与对回波消除器进行少量调节良好地结合并且仅仅需要对回波消除器进行少量调节，所述回波消除器包括自适应滤波器和耦合于该自适应滤波器的残留回波处理器，借此残留回波处理器现在具备这种不稳定回波消除器。
根据本发明的回波消除器的另一个实施例是在权利要求6中概述的。
舒适噪声的引入，特别是在远端回波消除器中舒适噪声的引入，有利地缓和了因从来源于位于远端处的中心限幅器的一些噪音的事实而带来的问题。中心限幅器将频繁地切断噪音，这造成了远端信号的静止期。这又导致非常强的不稳定性，不稳定回波消除器无法充分地处理这种不稳定性。这些不稳定性与一些引入的舒适噪声的组合使得根据本发明的回波消除器能够更加充分地对此进行处理。
目前，将进一步阐明根据本发明的回波消除器及其相关的回波消除方法以及它们附加的优点，同时给所附的唯一的图加上参考标记，该图示出了根据本发明的全双工回波消除器的概貌，所述全双工回波消除器具备残留回波处理器，该残留回波处理器包括不稳定回波消除器。
该唯一的图示出了回音消除器或AEC 1的概貌。这种AEC 1是现今大部分全双工通信设备的重要组成部分，所述全双工通信设备就例如像扬声器电话设备、电信会议设备、电话设备，特别是移动电话、非手持式电话等等。在现代化的手机中，其中扩音器2和麦克风3都耦合于AEC 1，且通常都安装得非常靠近，这种AEC除去了干扰回波。在电话会议设备中同样应用了这种配置，在所述电话会议设备中一个或多个扩音器和麦克风大都耦合于AEC 1。
该图示出了从远端一方那里来的信号x[k]，在近端一方由扩音器2再现所述信号。指数k表示对信号x进行采样。除主要来源于近端说话人的信号s[k]以外，麦克风3还感测包括由扩音器2产生的反射远端回波的信号y[k]。所以，对于近端处的麦克风信号z[k]而言，它保持z[k]＝s[k]+y[k]。AEC 1借助于自适应滤波器4进行工作以便产生信号r[k]，该信号不包括回波信号y[k]。理论上讲，可能是AEC 1的输出信号的信号r[k]仅仅包括本地近端信号s[k]。此外，自适应滤波器4对回波进行估计，用信号
Figure A0381423400051
来表示估计器。实际上，自适应滤波器4尽可能好地模仿从扩音器2到麦克风3的声路径。在减法器5中用z[k]减去 就得到输出信号r[k]。应当注意，在通信设备或通信网络中的远端和近端处需要两个AEC。
AEC 1的操作可以通过在其中包含残留回波处理器6加以扩展。在那种情况下，信号r′[k]是ABC的输出信号。实际上，自适应滤波器4因其有限的数字滤波器长度、追踪问题和非线性效应而导致并不总能准确地模仿扩音器2与麦克风3之间的声路径的传递功能。作为后处理器的处理器6具有重要的优点，即它始终提供了充足的回波抑制和稳健性。标明r′[k]的回波后处理器6的输出信号耦合于远端。像自适应滤波器4一样通常在频域中活动的后处理器6具有另外的优点，即它不需要AEC 1为了正确地工作而具有双方谈话检测器和/或声音活动检测器。例如，被人们认为是公知的其操作可以从EP-A-0843934中获知，假定将该篇文献的公开内容包含于此以供参考。大体上讲，AEC1可以是任意的自适应滤波器类型，其中可以利用任何适当的算法来应用基于振幅或功率的回波抑制。用于调节回波消除器的系数的适当算法的示例为：最小均方(LMS)或标准最小均方算法，或是递归最小二乘方(RLS)算法。
为了防止稳定回波分量衰减近端语音信号s[k]，对剩余回波或回波峰尾部分执行的回波消除只限于不稳定的回波消除。通过与稳定相反的不稳定，它意味着在这种情况下回波的频谱特性(也就是形状和振幅)随时间基本上不变。通过引入这种不稳定回波消除，回波中的稳定分量不再能够不断使近端语音失真或衰减近端语音，这改善了通话质量和语音可识度。所述改善在近端单方谈话情况下特别有效。
实际上，回波消除器包括不稳定回波消除器，以便实现上述改善。就所提及的后处理器6具备的重要优点而言，将出于对简明性的考虑而假定后处理器6中主要包括不稳定回波消除器。
后处理器6处理B个样本的帧并且在频谱量级区域中执行该处理。在下文中，某个频率库f和数据帧lB中的麦克风信号z[k]和残留信号r[k]的频谱量级分别用|Z(f；lB)|和|R(f；lB)|表示。γ称为回波减法因子，它典型地比1稍微大些。 表示回波信号的频谱量级估计。通常这个估计可以通过自适应滤波器输出的先验知识加以获得，此外通过利用关于将要模仿的声路径的假设来进一步改善所述估计，所述假设比如像指数式衰减和非线性失真。除了使用
Figure A0381423400062
建议使用
Figure A0381423400063
以便只抑制不稳定回波。在此，对于所有的频率，在后处理器6中实现的众所周知的频率相关的衰减函数A(f；lB)继而变为：
A ( f ; l B ) = max { ( | Z ( f ; l B ) | - γ | Y ^ non stat ( f ; l B ) | ) / | R ( f ; l B ) | , 0 } .
这里，通过一些不稳定回波估计器或通过用 减去
Figure A0381423400066
来估计出 其中后者是前者全部回波估计的稳定回波分量。后者的回波估计可以通过用于稳定背景噪声估计的一些任意算法来获得。在由R.Martin所著的、名为“SpectralSubtraction Based on Minimum Statistics(基于最小统计法的频谱相减)”的文章(刊登于信号处理VII中，代理EUSIPCO，第1182-1185页，爱丁堡(苏格兰，联合王国)，1994年9月)中能够在其中找到使用最小统计法的示例，将该篇公开内容引入于此以供参考。
在此，注意：如果一些频率分量的A(f；lB)＞1的话，那么就将A(f；lB)设置为1。由此，在与近端信号相比具有强远端回波的频带中，后处理器6衰减回波峰尾部分，而在其中近端信号比远端回波更强的频带中，不对回波峰尾部分应用衰减。在进行后处理以后，通过将衰减后的信号变换回时域并在其上加上r[k]的原始相位来获得结果输出信号r′[k]。
在某些情况下，比如当在其中应用中心限幅器的情况下，建议在回波消除器1中包含舒适噪声插入装置N。这减轻了非常强的不稳定的影响。它也平滑了回波消除过程的工作。噪声插入装置N例如可以耦合于后处理器6。
虽然上面已经基本上参照优选实施例和最佳方式作了描述，但将要理解的是，决不可把这些实施例理解成是限制回波消除器、通信设备和有关方法的示例，因为本领域熟练技术人员现在能够作出属于所附权利要求的范围的各种修改、特征和特征的组合。

Claims (9)

1.一种回波消除器，其特征在于：所述回波消除器包括专用的不稳定回波消除器。
2.根据权利要求1所述的回波消除器，其特征在于：所述不稳定回波消除器包括稳定回波估计器和/或不稳定回波估计器。
3.根据权利要求2所述的回波消除器，其特征在于：所述稳定回波估计器是稳定噪声估计器。
4.根据权利要求3所述的回波消除器，其特征在于：所述稳定噪声估计器是基以最小统计法为基础的。
5.根据权利要求1-4其中之一所述的回波消除器，其特征在于：所述回波消除器包括自适应滤波器和耦合于该自适应滤波器的残留回波处理器，所述残留回波处理器具备不稳定回波消除器。
6.根据权利要求1-5其中之一所述的回波消除器，其特征在于：所述回波消除器包括舒适噪声插入装置。
7.一种通信设备，就例如像扬声器电话或电信会议设备、电话设备，特别是移动电话、非手持式电话等等，其特征在于：所述通信设备包括根据权利要求1-6的其中之一所述的一个或多个回波消除器。
8.一种用于消除通信网络中的回波的方法，所述通信网络包括根据权利要求7所述的一个或多个通信设备，其特征在于：通过后处理来消除不稳定回波。
9.适合在根据权利要求8所述的方法中使用的信号，其特征在于：所述信号只允许将要消除的不稳定回波。
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