CN1957592A - 会议系统 - Google Patents
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Abstract
会议系统(1)包括中央单元(2)和可连接到中央单元的扬声器单元(3)。中央单元(2)用于合成来自扬声器单元(3)的语音信号并分配合成的语音信号到所述扬声器单元(3)，中央单元(2)包括用于抑制反馈的自适应滤波器(23)。每个扬声器单元(3)包括话筒(33)、扩音器(34)、启动开关(35)和耦接在话筒(33)与扩音器(34)之间的自适应滤波器(36)。当扬声器单元未开启时，自适应滤波器(36)用作回声消除器，而当扬声器单元开启时用作反馈抑制器。通过保持扩音器(34)总是接通来避免因滤波器(36)失去自适应而引起的任何瞬变现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种会议系统。特别是本发明涉及一种包括中央单元和至少一个可耦接到中央单元的扬声器单元的会议系统。每个扬声器单元都包括扩音器和话筒，以使得与会代表参与到会议之中。中央单元对来自所有扬声器单元的话筒信号进行合成并将合成的话筒信号分配给所有的扬声器单元，通常但不是必须地，这种信号分配一般是在这个合成信号被放大之后。扬声器单元的扩音器或等效的转换器再现这个合成信号。
背景技术
虽然会议系统通常用于各种讨论会和代表大会，但同样的技术现在也正应用在有若干人要在存在背景噪音的情况下进行交谈的汽车、飞机和其他机动车上。
可以注意到，会议系统与扩音系统的不同之处在于，会议系统在多个不同的位置(即每位代表的前面)使用多个话筒以产生不同的信号，其中只有一个或两个被有选择地再现出来。而扩音系统也使用多个扩音器，但在扩音系统内对话筒信号不加选择地再现出来。
美国专利No.US 5,404,397公开了一种包括耦接到中央单元的多个扬声器单元的会议系统。这个已知的会议系统配置有扬声器自动检测。为此，中央单元比较这些扬声器单元的语音信号并开启具有最高信号电平的扬声器单元。为避免因其他扬声器所产生的声响而造成的任何错误的扬声器检测，每个扬声器单元都包括配置有自适应滤波器的回声消除器。当开启某扬声器单元时，该扬声器单元的扩音器被关断，并且其回声消除器被旁路。
已经发现，虽然关断扩音器对于消除扬声器单元从扩音器到话筒的不希望有的声反馈很有效，但它会引起信号失真。每次当扩音器开启和关断时，由话筒检测到并经回声消除器处理过的声模式就会发生变化：扩音器和话筒之间的声路径可交替地被加入和移去。这意味着每次扬声器单元被开启(关断)时，回声消除器，特别是它的自适应滤波器，必须适应声路径的变化。由此会产生瞬态信号，即临时信号，它未被回声消除器补偿，并因而使(回声补偿的)话筒信号失真。特别是当已知扬声器单元的扩音器被重新开启时发生瞬变现象。瞬变现象也可以发生在相邻的扬声器单元，其话筒直接记录由重新开启的扩音器产生的声音。
而且还发现，被一个已开启扬声器单元的话筒记录的声反馈的有效部分源自邻近扬声器单元的扩音器。由于这种声反馈引起啸叫声，降低了会议系统的所容许增益的最大值。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术的这些和其他问题，并提供一种避免了由于开关扬声器单元而产生瞬变的会议系统。
本发明的另一个目的是提供用于这种会议系统中的扬声器单元和中央单元。
因此，本发明提供一种会议系统，它包括至少一个扬声器单元和一个中央单元。该至少一个扬声器单元包括用于接收扩音器信号的输入端、用于馈送话筒信号的输出端、耦接到输入端的扩音器、耦接在扩音器和合成单元之间的自适应滤波器、耦接到合成单元的话筒、耦接在合成单元和输出端之间的启动装置，该中央单元包括用于接收话筒信号的输入端和用于馈送扩音器信号的输出端，其中至少一个扬声器单元的扩音器与其输入端持久地耦接，并且其中中央单元还配置了一个耦接在其输入端和其输出端之间的自适应滤波器。
通过提供一个持久地耦接在扬声器单元输入端并因而持久开启的扩音器，就可避免因扩音器的开启和关断而引起的任何瞬变现象。由于扩音器通常再现所有已开启扬声器单元的合成话筒信号，所以它几乎将连续地产生被话筒记录的声音。因此，有关的扬声器单元的自适应滤波器将能够使其滤波器参数持续地适应相同的声路径，导致稳定的滤波而没有瞬变现象。
借助于在中央单元中提供一个另外的自适应滤波器，就可以补偿对保留开启的扩音器的任何不利影响。中央单元中的另外的自适应滤波器用作声反馈抑制器，它可消除从中央单元输出信号到输入信号的任何反馈。
在优选实施例中，中央单元还包括解相关器。这样一种解相关器可以被安排成基本上与自适应滤波器并联，可用来消除自适应滤波器的输入信号和输出信号之间的任何相关性。在没有解相关器的情况下，自适应滤波器会倾向于降低合成话筒信号的振幅，并可能引起信号失真。解相关器最好由移频器构成。然而，移相器和/或时间可调的延迟元件也可用作解相关器。
中央单元还包括动态回声抑制器，用来消除自适应滤波器残留信号内的剩余回声。
自适应滤波器的时间间隔可以被定义为滤波器长度(延迟元件数)和采样频率的乘积。虽然可以采用各种各样的时间间隔，但扬声器单元的自适应滤波器的时间间隔优先选用20到45毫秒之间，最好在30到35毫秒之间。尤其相配的是大约32毫秒的时间间隔。这样相对短的时间间隔导致自适应滤波器在扬声器单元还未起作用时就能迅速会聚，因为话筒信号只包含来自其他扬声器单元的回声。
虽然可以采用各种类型的自适应滤波器，但最好使自适应滤波器具有的适应速度在话筒信号内回声对非回声比低于某阈值时大致与回声对非回声比(ENR)的估计值成正比，优选的阈值等于1。在这样的实施例内，当话筒信号仅包含回声时，则滤波器反应迅速，而当话筒信号包含相当大的非回声信号分量时，例如所希望的语音时，则滤波器反应缓慢。
在根据本发明的会议系统的另一个优选实施例中，中央单元的自适应滤波器具有的时间间隔范围在125到500毫秒之间，最好在200到300毫秒之间。特别优选的是大约250毫秒的时间间隔。通常，中央单元的该(另一)自适应滤波器的时间间隔更大，最好显著长于各扬声器单元自适应滤波器的时间间隔。这样，各扬声器单元的自适应滤波器被布置用于消除直接回声，而中央单元的自适应滤波器则被布置用于消除间接回声或漫射回声。
本发明的会议系统可以有利地安装在机动车上，诸如小汽车、公共汽车或卡车上。扬声器单元可以是便携式的，并配有夹子用来夹在发言者的衣服上。然而，扬声器单元也可嵌入机动车的座位里、顶篷中、侧壁中、地板或其他部位中。
本发明还提供一种用于如上限定的会议系统的扬声器单元，该扬声器单元包括：用于接收扩音器信号的输入端和用于馈送话筒信号的输出端，耦接于输入端的扩音器，耦接在扩音器和合成单元之间的自适应滤波器，耦接于合成单元的话筒和耦接在合成单元及输出端之间的启动装置，其中扩音器持久耦接到输入端。
本发明另外还提供一种用于如上限定的会议系统的中央单元，该中央单元包括用于接收话筒信号的输入端、用于馈送扩音器信号的输出端以及耦接在其输入端和其输出端之间的其他自适应滤波器。本发明的中央单元还可配置有解相关器、动态回声消除器和/或放大器。
附图说明
本发明将参照在附图中举例的几个典型实施例进一步说明如下，其中：
图1示意地示出包括多个扬声器单元和一个中央单元的典型的会议系统。
图2表示根据本发明的会议系统的示意电路图。
图3表示根据本发明的中央单元的第一实施例的示意电路图。
图4表示根据本发明的中央单元的第二实施例的示意电路图。
图5表示根据本发明的扬声器单元的实施例的示意电路图。
具体实施方式
在图1中仅用非限定例子的方法表示的会议系统1包括中央单元2和扬声器单元3。中央单元2用于合成来自扬声器单元3的语音信号并将合成语音信号分配给所述扬声器单元。每个扬声器单元3包括用于产生语音信号的话筒33和用于再现合成语音信号的扩音器34。每个扬声器单元3都设置有用于激活该扬声器单元的话筒33的启动按钮(未示出)。在典型的会议系统中话筒33通常是关断的，仅在扬声器单元被其用户(通常称为“代表”)激活时才产生语音信号。
本发明的会议系统可被用在会议室或者会议厅里，但也可被安装在机动车上，例如小汽车、公共汽车、卡车、飞机或船上。扬声器单元可以是便携式的，并配有夹子用来夹在发言者(乘客和/或驾驶员/飞行员)的衣服上。然而，扬声器单元也可嵌入车辆的座位里、顶篷中、侧壁中、地板或其他部位中。
图2的电路图示意性地说明了根据本发明的会议系统1。图2的会议系统1还包括中央单元2和两个扬声器单元3。虽然只表示出两个扬声器单元3，但可以理解的是可以有更多的扬声器单元3连接到中央单元2，例如4个、8个、10个或21个扬声器单元。
中央单元2包括用于接收来自扬声器单元3的话筒信号的输入端21、用于向扬声器单元3馈送扩音器信号(即合成的、滤波的和/或放大的话筒信号)的输出端22、用于过滤话筒信号的自适应滤波器23和用于合成话筒信号与滤波器信号-即经滤波器23输出的信号-的合成单元29。
每个扬声器单元3包括用于接收扩音器信号的输入端31、用于输出话筒信号的输出端32、耦接到输入端31的扩音器34、耦接到输入端31用于接收扩音器信号的自适应滤波器36、用于产生话筒信号的话筒33、用于合成话筒信号和滤波器输出信号的合成单元(信号加法器)39和用于有选择地将合成单元39(以及话筒33)连接到输出端32的开关35。
如从图2可以清楚地看到，诸扬声器单元3是并联设置的，每个扬声器单元3都连接到中央单元2的输入端21和输出端22。将会理解的是，每个扬声器单元3的输出端32可以通过单独的接线或其他适合的连接方式连接到中央单元的单独输入端21。因此中央单元2可以有多个输入端21，它们可全部连接到合成单元29。
中央单元2的自适应滤波器23用作声反馈抑制器。自适应滤波器23模拟在任何已开启扬声器单元的扩音器34和话筒33之间出现的声路径，并输出一个信号，它近似于那些声路径所产生的话筒信号。在合成单元29，该滤波器信号被从话筒信号中减去。所产生的信号r表示“纯”话筒信号，即由讲话者(“代表”)而不是扩音器产生的信号。
由于这些声路径可随时间改变，例如因会议室内人或物的移动而变化，该滤波器是自适应的：其滤波器系数随着时间的推移反复和连续地自适应到在特定时间点上最适合这些声路径。自适应滤波器已是众所周知，但是涉及会议系统的现有技术并未公开或建议过具有自适应滤波器的中央单元。
在本发明的会议系统内，扬声器单元3也配置有自适应滤波器。当各个扬声器单元开启时，这些自适应滤波器36用作声反馈抑制器(AFS)，而当各自的扬声器单元未启动时，自适应滤波器36用作回声消除器(AEC)(本领域技术人员会理解，在AFS情况下，扩音器信号源自扬声器单元的话筒信号，而在AEC情况下，扩音器信号来源于外部信号)。
如在图2中可见的，自适应滤波器36被布置得与从扩音器34延伸至话筒33的声路径并联。当扬声器单元未被开启时(开关35断开)，话筒33记录扬声器单元本身的扩音器34产生的以及其他扬声器单元的扩音器产生的声音。扬声器单元的自适应滤波器36产生滤波器信号，当该滤波器信号在合成单元39被从话筒信号中减去时，该滤波器信号基本上可消除来自同一扬声器单元的扩音器34的声音(回声消除，AEC)。此外，滤波器信号通常还可消除来自任何相邻扬声器单元的扩音器的声音，该声音直接或通过附近物体间接到达话筒。如稍后将参照图5说明的那样，自适应滤波器36试图消除扩音器信号和话筒信号之间的任何相关性。当扬声器单元未被开启时，这些信号之间的任何相关性都是由于话筒33采集扩音器34的声音而引起的。当扬声器单元未被开启时，自适应滤波器36能够迅速做出反应并精确地模拟声路径。
当扬声器单元3开启时(开关35闭合)，话筒信号经扬声器单元3的输出端32馈送到中央单元的输入端21，在那里该信号被中央单元自适应滤波器23所滤波。根据本发明，当扬声器单元开启时，扩音器34仍然保持开启状态。因此，由扩音器34产生的声音现在也包含话筒信号，这显著增加了扩音器信号和话筒信号之间的相关性。扬声器单元的自适应滤波器36和中央单元的自适应滤波器两者现在都充当声反馈抑制器(AFS)。
与AEC的适应速度相比，AFS的适应速度较低。对AEC来说话筒信号只包含回声，而对AFS来说话筒信号既包含回声又包含所需的语音信号。在AFS情况下快速适应会引起所需语音信号的衰变。
在本发明的会议系统内，自适应滤波器23和36的合成动作会消除来自扩音器的直达声、附近物体的第一次反射和其他物体的任何漫射反馈。另外，当扬声器单元开启时，扬声器单元自适应滤波器36可以完全地消除直达声和任何第一次反射，因此避免了引发任何瞬变现象。
图3所示为中央单元2的另一个可供选择的实施例。该实施例也包括用于接收话筒信号z的输入端21、用于馈送扩音器信号x的输出端22、用于产生滤波信号y的自适应滤波器23和用于合成信号z、y以生成残留信号r的合成单元29。此外，图3的中央单元2包括修正单元24和解相关器26。修正单元24既接收由合成单元29输出的残留信号r又接收解相关信号x，并确定这两个信号的相关性。然后以所述相关性被降到最低的方式来调整滤波器23的系数。因为信号z和x大体上相同，在没有解相关器26的情况下，自适应滤波器会试图抑制残留信号z(注意，在中央单元2中可能会出现其他信号处理部件，为清晰起见未示于图3中)。解相关器26最好由能够几赫兹地平移残留信号r的频率的移频器构成。作为替代或除移频器之外，解相关器26还可包括移相器和/或时间可调的延迟元件。解相关器26不仅可防止信号失真，而且还可提高自适应滤波器23的适应速度。
除上述参见图3的部件外，图4所示中央单元2的实施例还包括动态回声抑制器(DES)27和放大器28。动态回声抑制器27接收话筒信号z、滤波信号y和残留信号r，用以生成补偿的残留信号r′。当声路径上的变化使自适应滤波器产生的声反馈补偿信号包含相位误差时，这种动态回声抑制器用于瞬时减少残留信号的振幅。当扬声器单元开启或关断时一般会引起声路径的这些变化。因此动态回声抑制器会更进一步降低扬声器单元开启(关断)时的任何不良效应。
动态回声抑制器27改变了输入信号z的频率分量的振幅而不改变其相位(纯延迟除外)。做到这一点的方式是通过确定滤波信号y、输入信号和残留信号r的频谱(傅里叶变换)以便获得变换的信号Y、Z和R，确定变换信号Y、Z和R的幅度以及R的相位，利用Y、Z和R的幅度以获得合成的变换信号R′，并利用合成的变换信号R′的幅度和R的相位来重建时间信号r′。美国专利申请US 2003/0026437说明了这种类型的动态回声抑制器，其整个内容均结合于本文之中。
如上所述，中央单元的自适应滤波器补偿由所有扬声器单元的扩音器引起的回声和主要经由来自墙壁的反射到达开启的扬声器单元的话筒的回声。在图4所示的特别有益的实施例中，动态回声抑制器27消除任何剩余的回声。
图5所示扬声器单元3还包括输入端31、输出端32、话筒33、扩音器34、开关35和自适应滤波器36。此外，图5所示扬声器单元包括用于修正自适应滤波器36滤波器系数的修正单元37。修正单元37的功能与中央单元2的修正单元24的功能实质上是相同的，此处无需解释。
可以注意到，在使用中任何开启的扬声器单元3的自适应滤波器36都被布置成基本与中央单元2的自适应滤波器24和解相关器26两者并联。在中央单元2中加入解相关器26的益处也适用于扬声器单元3。
为了使扬声器单元自适应滤波器36能够快速适应，最好它有相对短的时间间隔。滤波器的时间间隔被定义为滤波器长度(数字滤波器内延迟元件数)和采样频率的乘积。在优选实施例里，滤波器具有20到45毫秒的时间间隔，特别是在30到35毫秒之间。已经发现大约32毫秒的时间间隔特别有利，然而，也可以采用其他的时间间隔值。这种相对短的时间间隔会使扬声器单元的自适应滤波器36只补偿由同一扬声器单元的扩音器和任何邻近的扬声器单元的扩音器所产生的回声，这些回声可直接或间接通过附近物体的反射到达话筒。
更有利的情况是在中央单元自适应滤波器23的时间间隔大于扬声器单元的自适应滤波器36的时间间隔时，尤其是在大得多时。优先选择的是中央单元2的自适应滤波器23的时间间隔在125到500毫秒之间，最好在200到300毫秒之间。特别优选的是大约250毫秒的时间间隔。这样中央单元自适应滤波器23就被布置用来补偿漫射回声，即来自墙壁和其他非临近物体的回声。
为了从自适应滤波器36在扬声器单元3未开启时的AEC模式平稳过渡到扬声器单元开启时的AFS模式，最好适应速度被设成与话筒信号的回声对非回声之比(ENR)的估计值成正比，只要ENR比没有越过某一阈值。滤波器的适应速度可以通过改变它的步距参数来调整，这已为本领域技术人员所熟知。ENR可以通过基于合成单元39的残留信号输出和自适应滤波器36的输入信号估计出来，这些信号与修正单元37的输入信号是相同的。
因此修正单元37可包含：用以产生ENR估值信号的ENR(回声对非回声)估值器；用于比较ENR估值信号与例如等于1的(被存储的)阈值的比较器；和在ENR估值信号没有超过阈值时用于调节自适应滤波器的适应速度至ENR估值信号的电路系统。在这种实施例中，可以做到当话筒信号仅包含回声时自适应滤波器相对快速地反应，当话筒信号包含所需的语音时自适应滤波器相对较慢地反应。
可以注意到，开关35可以由手动开关、按键或按钮构成，或者由遥控的电子或诸如继电器的机电开关构成。这样开关35就可被直接或者间接控制，或者由与扬声器单元相关联的代表控制，或者由中央单元或中央控制单元进行控制。在后一种情况，会议领导可以遥控操作开关35。
还可注意到，在上述讨论中已假定所有信号都是数字信号，它在某一时间离散点上具有一定数值。然而，本发明并不受此局限，还可以设想模拟的实施例。
类似地，虽然本发明参照具有单个话筒和单个扩音器的扬声器单元进行了说明，但本发明也被应用于采用具有多个话筒和/或多个扩音器和/或多种等效换能器的扬声器单元。
本发明基于这样一种理解，即开启和关断会议系统扬声器单元的扩音器时，会导致引起信号失真的瞬变现象。本发明还受益于进一步的理解，即如果扬声器单元和中央单元都设置有自适应滤波器，则扩音器可以持久地开通。
此外还要注意本文件中使用的任何术语都不应被解释为限制本发明的范围。特别是单词“包括”不表示排除没有具体列出的要素。单个(电路)元件可以用多个(电路)元件或用它们的多个等效物替代。
本领域技术人员会理解，本发明不限于上述的实施例，在不背离随附权利要求书所限定的本发明范围的情况下可以做出许多修改和补充。
Claims (11)
1.一种会议系统(1)，包括至少一个扬声器单元(3)和一个中央单元(2)，
所述至少一个扬声器单元(3)包括：用于接收扩音器信号的输入端(31)，用于馈送话筒信号的输出端(32)，与输入端(31)耦接的扩音器(34)，耦接在扩音器(34)和合成单元(39)之间的自适应滤波器(36)，与合成单元(39)耦接的话筒(33)和耦接在合成单元(39)与输出端(34)之间的启动装置(35)，
所述中央单元(2)包括用于接收话筒信号的输入端(21)和用于馈送扩音器信号的输出端(22)，
其中至少一个扬声器单元(3)的扩音器(34)与其输入端(31)持久地耦接，并且
其中中央单元(2)设置有耦接在其输入端(21)和其输出端(22)之间的另一个自适应滤波器(23)。
2.根据权利要求1的会议系统，其中中央单元(2)还包括解相关器(26)。
3.根据权利要求2的会议系统，其中解相关器(26)由移频器构成。
4.根据权利要求1的会议系统，其中中央单元(2)还包括动态回声抑制器(27)。
5.根据权利要求1的会议系统，其中扬声器单元(3)的自适应滤波器(36)具有在20到45毫秒之间的时间间隔，最好在30到35毫秒之间。
6.根据权利要求1的会议系统，其中自适应滤波器(36)配置成具有一个适应速度，当回声对非回声之比低于一定的阈值时，此适应速度大体上与话筒信号中的回声对非回声比(ENR)的估值成正比，所述阈值最好等于1。
7.根据权利要求1的会议系统，其中中央单元(2)的自适应滤波器(23)具有在125到500毫秒之间的时间间隔，最好在200到300毫秒之间。
8.根据权利要求1的会议系统，被安装在机动车上。
9.一种在根据权利要求1的会议系统(1)中采用的扬声器单元(2)，所述扬声器单元包括：用于接收扩音器信号的输入端(31)，用于馈送话筒信号的输出端(32)，耦接到输入端(31)的扩音器(34)，耦接在扩音器(34)和合成单元(39)之间的自适应滤波器(36)，耦接到合成单元(39)的话筒(33)和耦接在合成单元(39)与输出端(34)之间的启动装置(35)，
其中扩音器(34)持久地耦接到输入端(31)。
10.一种在根据权利要求1的会议系统(1)中采用的中央单元(2)，所述中央单元包括：用于接收话筒信号的输入端(21)，用于馈送扩音器信号的输出端(22)，和耦接在其输入端和其输出端之间的另一个自适应滤波器(23)。
11.根据权利要求10的中央单元，还设置有解相关器(26)、动态回声抑制器(27)和/或放大器(28)。
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