TW516301B

TW516301B - Residual echo estimation for echo cancellation

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Publication number: TW516301B
Application number: TW090121088A
Authority: TW
Inventors: Michael E Deisher
Original assignee: Intel Corp
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2003-01-01
Also published as: DE10196631T1; EP1317845A2; US6859531B1; CN1486566A; GB0305204D0; BR0113897A; AU2001290957A1; WO2002023755A3; GB2381698A; GB2381698B; WO2002023755A2

Description

516301 A7 __B7 五、發明說明（/ ) [領域] 本發明係槪括關於回波（echo)消除系統，且尤指用於降低在回波消除系統中的殘留回波之系統。 [發明背景] 於“免手持聽筒電話(sPeakerph〇ne)”應用中，“近端交談者(near-talker)”係指使用免手持聽筒電話之人士，而 “遠端交談者（far-talker)”係指於電話線路遠端上之人士。遠端交談者之語音係廣播(透過揚聲器所播放）至其容納該免手持聽筒電話與近端交談者之室內（或者其他聲音圍繞場內）。一回波係由傳播通過該室之遠端交談者語音所產生並且其後於麥克風所接收。聲音回波消除器(AEC，acoustic echo canceler)係運用以消除於麥克風所接收之回波。聲音回波消除器係典型爲一種適應性(adaptive)濾波器，其設計出於室中的各種回波路徑之模型。極端的例子係發生在聲音回波消除器爲短暫失效而無法消除回波時，諸如延長之雙交談或者快速之近端交談者移動。於此等例子中，一遠端交談者將可能聽到如同回聲之其本身聲音的一短暫脈衝 (burst) ° 殘留回波抑制技術係企圖移除在聲音回波消除後仍保留之回波，藉以防止遠端交談者聽到該種脈衝而仍允許近端交談者聲音可不受干擾地通過。殘留回波抑制技術係已爲硏究之主題，且描述該所爲之諸多論文係已發表。實例包括:S· Gustafsson等人所著之“對於免手持通話之結合聲音回波控制及雜訊降低”（訊號處理，第64冊，第21-32 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 ____B7 五、發明說明（2 ) 頁，1998年），於下文係稱之爲“Gustafsson” ；以及，V. Turbin等人所著之運用心理分析聲音(psychoacoustic)準則於聲音回波消除演算法”（IWAENC’97期刊，倫敦，第 53-56頁，1997年九月），於下文係稱之爲“Turbin” 。雖有進行中的硏究，目前之殘留回波抑制技術係並未完全有效以移除殘留回波。 [圖式簡單說明] 第一圖顯示一種具有殘留回波估計之聲音回波消除系統；第二圖顯示一交插項計算器之第一部份；第三圖顯示一交插項計算器之第二部份;及第四圖顯示於一免手持聽筒電話環境中之語音活動偵測器。 [元件符號說明] 102免手持聽筒電話 104節點(遠端交談者之語音） 106揚聲器 108延遲電路 110 節點(Xn) 112適應性濾波器 114節點（九） 116殘留回波估計器(REE) 118節點（4) 120雜訊降低(NR)電路 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 _B7_ 五、發明說明（$ ) 122 節點(en) 124 總和器(summer) 126 節點(zn) 128麥克風 130轉移函數方塊Hi 132轉移函數方塊H2 134轉移函數方塊H3 136近端交談者 138雜訊 200電路 202、204、206 窗口（window)函數 208、210、212快速傅立葉變換(FFT)方塊 214、216、218 平方(squaring)函數 220 節點（tW) 222節點（¾幻） 224 節點（C(A〇) 226總和器 228 節點 230 節點（ZiW) 232 節點（ZmW) 300電路 302節點（久㈣W) 303、 305、306、308、312 乘法器 304、 316總和器本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 ________B7_ 五、發明說明（¥ ) 310、314、318節點(交插項） 320除法器 322節點（私㈨） 402雙交談偵測器 404語音活動偵測器 406 及(AND)閘 408節點（α) 410 節點（/3) [實施例說明] 於以下之實施例詳細說明中，將參照隨附圖式，其作爲說明以顯示本發明可作實行之特定實施例。於圖式中，相同的數字符號係描述貫穿該數個圖中之實質類似的構件。此等實施例係描述充分詳細以使得熟悉此技藝之人士能夠實施本發明。在未偏離本發明之範疇下，其他的實施例係可運用，且結構、邏輯、與電氣上之改變係均可作成。甚者，將可理解的是，本發明之各個實施例雖然係不同，但無須爲相互排除。舉例而言，於一個實施例中所述之一特定的特點、結構、或特徵係可包括於其他實施例中。因此，以下的詳細說明係並非視作爲限制之意，且本發明之範疇係僅由隨附申請專利範圍以及該等申請專利範圍被賦予之等效者的完整範疇所界定。本發明之方法與裝置係提供一種機構以估計於聲音回波消除系統中的殘留回波。一種適應性濾波器係產生回波之一估計，並將該回波之估計由麥克風輸入訊號所減去。 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 B7 五、發明說明（f ) 當回波與該回波之估計係並未密切匹配，一不符所需的殘留回波係保留於訊號中。本發明之方法與裝置係提供一種殘留回波估計器，其係分離估計該殘留回波之離散傅立葉變換(DFT，discrete Fourier transform)的實分量與虛分量，而無須假設介於麥克風輸入訊號的各個分量之間的統計獨立。殘留回波估計器係運用不具有回波之麥克風輸入訊號. 的一近似値而計算實分量與虛分量。視近端交談者及/或遠端交談者是否正在交談而定，一不同的近似値係作運用。第一圖顯示一種具有回波消除與殘留回波估計之免手持聽筒電話。免手持聽筒電話102包括:適應性濾波器112 、殘留回波估計器(REE，residual echo estimator)：! 16、總和器124、雜訊降低(NR，noise reduction)電路120、揚聲器( 喇叭）106、與麥克風128。免手持聽筒電話102可包括諸如處理器、放大器、與類似者之許多其他電路。此等其他電路之諸多者係由第一圖所省略，以更爲淸楚顯示出本發明之新穎部份。免手持聽筒電話102包括揚聲器106，其係播放來自遠端交談者之語音。遠端交談者之語音係由節點104之上的遠端所接收。於節點.104之語音資料係在由適應性濾波器112所操作之前而亦由延遲電路1〇8所延遲〇於某些實施例中，於節點104之語音資料係數位資料。於此等實施例中，一數位至類比(D/A)轉換器係將數位資料轉換爲類比波形以供由揚聲器1〇6所播放。此外’於此等實施例中，延遲電路108係可爲諸如暫存器檔或移位暫 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 _______Β7__ 五、發明說明（（？）存器之一數位延遲元件。於其他實施例中，於節點104之資料係類比資料。於此等實施例中，延遲電路108係可爲諸如集總式或分佈式類比延遲線路之一類比延遲元件。延遲電路108係可爲一固定延遲或可變延遲。一般而言，當回波路徑係較大時，於延遲電路108之延遲係較大。舉例而言，當免手持聽筒電話102係運用於汽車，回波路徑係短並且延遲電路108之延遲係短的。亦爲舉例而言，當免手持聽筒電話102係運用於大的會議室，回波路徑係較長並且延遲電路108之延遲係對應爲較長。操作時，揚聲器106係播放遠端語音至一聲音環境中。來自聲音圍繞場之一回波訊號7〇係接收於麥克風128。聲音圍繞場於回波之效應係由方塊130所表示，其含有轉移函數。即，由揚聲器106所播放之語音係由轉移函數氏所操作，且係接著接收於麥克風128。除了回波訊號yn ，麥克風128亦接收近端語音訊號％與近端雜訊訊號Vn。近端語音訊號sn代表如由顯示於方塊132之轉移函數H2 所定出模型之來自近端交談者136的語音，雜訊訊號vnR 表如由顯示於方塊134之轉移函數H3所定出模型之雜訊 138。因此，麥克風128接收yn、Sn、與Vn之總和。此係於節點126所顯示爲zn。 yn與vn係至少爲某個程度代表Zn之非爲期望的成分。舉例而言，yn係由揚聲器106與麥克風128之耦接所引起的回波。當大成分之yn係未成爲消除並變成送回至遠端的訊號之部份時，遠端交談者將可聽到在進行某延遲後之其 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------- 丨訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 ____B7__ 五、發明說明（7 ) 聲音，且此舉將致使於電話通話期間之混亂。亦爲舉例而言，若vn係過大，則遠端交談者聽到大量的雜訊，且此舉將中斷一電話談話。相對於上述者，一般而言，近端語音訊號係zn之所爲期望的成分。當近端語音係忠實傳送至遠端時，則可進行有效之通訊。適應性濾波器112係將回波之轉移函數近似爲矻，並由延遲後的遠端語音訊號χη而產生回波訊號yn之一估計久〇總和器124係由zn減去九以產生en於節點122。適應性瀘波器112係可爲任何適合使用於適應性回波消除系統之濾波器。實例包括(但不受限於）:S· Gay與S· Tavathia所著之“快速仿射(affine)投射演算法”（IEEE期刊ICASSP，第3023至3026頁，美國底特律市，1995年）;以及，G· Glentis、K. Berberidis 與 S. Theodoridis 戶斤著之“統合觀黒占 :用於FIR橫向濾波之有效率最小平方適應性演算法” (IEEE訊號處理雜誌，第6冊，第13至41頁，1999年七月）。 zn、九、與％係輸入至殘留回波估計器116，以產生殘留回波之一估計4。殘留回波估計4與en係輸入至雜訊降低電路120，以降低於en之殘留回波。理想而言，夂將確實匹配yn且en將僅含有近端語音訊號sn與可能某些背景雜訊vn。然而，此係實際上爲不可能，且en將始終含有某量之殘留回波rn=yn-九，即en=Sn+vn+rn。當遠端交談者係靜默(xn=〇)，至雜訊降低演算法之輸入係純爲語音加上 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 _ ___B7___ 五、發明說明（友）背景雜訊。當遠端交談者係活動，“雜訊”（或者非爲期望的成分)包括背景雜訊vnw及回波yn。雜訊降低電路120 運用一雜訊頻譜估計器以追蹤近乎穩定的背景雜訊。似穩定（準穩定)(quasi-stationary)的殘留回波係經由殘留回波估計器(REE)所分離估計。NR係接著運用一合成的“雜訊” 估計而應用。於某些實施例中，雜訊降低電路120係保留小量之近乎穩定的背景雜訊以遮蔽殘留回波。此係可藉著運用於 Turbin(參閱前文之背景)所討論的演算法而達成。眾多類別的語音頻譜估計器之任一者係可運用以修改雜訊功率頻譜估計而包括殘留回波。適合的雜訊降低演算法實例係可見於:S.F. Boll所著之“運用頻譜減法之語音中的聲音雜訊抑制”（IEEE學刊，聲音語音訊號處理ASSP-27，第113至120頁，1979年四月）;以及，Y. Ephraim與 D· Malah所著之“運用最小均方誤差短時間頻譜振幅估計器之語音增強”（IEEE學刊，聲音語音訊號處理期刊32(6) ，第1109至1121頁，1984年十二月）。霞留回波估計由Gustafsscm(參閱前文之背景）之先前硏究係假設，當場（瞬間）(a WbW)殘留回波統計係可經由應用至適應性爐波器輸出之一實數決定(real·valued deterministic)映射函數Fn所估計。五 Μ2Κτ^)2·4Μ2} ⑴ 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 B7 五、發明說明（？）該映射函數係 κ{ζη (k)\2}- Ε{κη (k)\2}- Ε^γη w|2} “）+(幻|卞也(幻|”+,⑻|2} (2) 其中，大寫字母係代表由小寫字母所示對應變數之離散傅力葉變換(〇FT)分量。舉例而言，En(k)代表en之DFT 分量。

Gustafsson係由先前所引述之其硏究省略於^2；(幻|21、五與之估計，但是其係典型爲運用取樣値之一“有漏洞的(leaky)平均”所估計。運用介於真實與估計殘留回波功率頻譜之間的歐氏（Euclidean)距離以測量估計器之成功率所得到的實驗結果係顯示出，瞬間値係提供極爲良好的結果。亦於Gustafsson，Fn係分爲子帶 (subband)而且各個Fn(k)係由其子帶中的平均値所替代，雖然該等子帶之數目與寬度係未作討論。於其，五#係極小，且Fn(k)係爲納入於平均。實驗結果係指出，當子帶大小係一DFT框格(bin)時，係達成低的估計誤差。上文之式（1)與式(2)係作出二個假設：Fn係實數;以及， sn、vn、與yn係統計上爲獨立。運用式（1)與式(2)之對於殘留回波估計的實驗結果係產生最佳爲大約2.0dB之估計殘留回波功率頻譜的訊號雜訊比（SNR, signal-to-noise ratio) 。式(2)之推導係將先以上述二個假設而作討論。該二個假設係稍後移除，且之後的結果係呈現。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^------.— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 B7 五、發明說明（Γ 類似SNR(SNR_like)之測量係 … Σ〔Ι疋⑻丨2)2 —Σ1〇1°δΐ〇 Π广 2 - Nn'-° 殘留回波頻譜分量

Rn(k) = Yn(k)-Yn(k) (3) 係關於回波Yn(k)，藉著界定一實數轉移函數Fn使得

Rn(k) = Fn(k)-Yn(k) ⑷ 假設映射函數Fn係實數，將式(4)代入至式(3)，產生 t(k) = [l-Fn(k)lUk) 其導致 (5) +⑻I2丨⑻丨I 運用式(4)之關係於式(6)，產生 ⑹ --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

E kwi2}= 一 F„(k)

Yn(k) ⑺ 假設Sn、vn、與yn係統計上爲獨立且爲零平均，則以下關係式保持爲真。 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 516301 A7 __B7 _ 五、發明說明（1丨） E{zn (k)\2 }= e{s„ (kf K ε[νη (kf}+ ε{γη (kf} (8a) Ε{Εη {kf μ E{sn (k)\2 K ε{νη(k)\2}+ E{Rn {kf} (8b) 由式(8a)減去式(8b)並且由式⑹與式⑺所代入，產生 + ⑽2}-永 WI 卞(9a) (1 - Fn (k)f · (E{zn {kf}- E{εά (kf })= (l - Fn2 (k))· E^Yn (k)\^ (9b) 針對Fn(k)以求解該二次方程式，產生二個解答，Fn(k)=l 與以下之更具意味的答案： …、♦” ⑻丨2} ，他 ⑽、丨z肩”―如郇K如幻|2 j ⑽ 以sn=0之實驗結果顯不出，於決定論(deterministic)映射之誤差係歸因於推導中的二個假設：F係實數;以及，Sn、 vn、與yn係統計上爲獨立。實驗結果顯示出，較爲準確的殘留回波估計係以一非爲實數的映射函數F所達成，其係已經無須假設統計上爲獨立而導出。 F爲實數的假設之移除令Fn(k)= Frn(k)+ jFin(k)，並將此定義運算於式(4)與式 (5)、至式(6)與式⑺、且最後至式(9)，可導致對於：次方程式之一組解答。當Fin(k)係強制爲零，式（1〇)之解答係實數化。當Frn(k)係強制爲零，則解答係 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------------ —訂---------線Φ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 B7 五、發明說明（A ) (11) 實驗結果顯示出，此選擇係不須較佳於已經提出者。然而，重新建構該問題係導致一個不含糊的映射。替代式 (4)，單獨的映射函數係可用於Rn(k)之實部與虛部。

Rin(k) = Fin(k)-Yin(k) (12a) (12b) 此係導致對於實部與虛部之單獨的解答。式（10)係由以下形式之二個解答所取代

Fmik) (13) 此理論導致於實驗結果之重大改善。殘留回波估計係改善爲45dB SNR(無近端交談者之無雜訊情形）。顯示於式 (16)(如下文)中之數値良好表現公式化係亦運用以達到此結果。統計上爲獨直韵假設.之移除移除統計上爲獨立的假設，式（10)將成爲下式： (14) ------------—----訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G x 297公爱） 516301 (15) A7 B7 五、發明說明（〇 ) 當與式（13)結合時，此係成爲以下形式之二個方程式 F ^ SS) - El (k) -1 (k)(Sm (k) + Vm (k)y (k) m C w -咖)-1W+L (♦ S ㈨交插項（cross-term)係視二個未知項而定，即語音與雜訊頻譜分量。於映射函數計算之不確定性係已經隔離至交插項估計。數種選擇係硏究以供包括忑⑷之⑷、之q㈨之(幻、 0:5[ZwW戍氺欣⑷之交插項近似。近端之失真係測量爲介於足與sn之間的Itakura-Saito失真。遠端抑制係運用回波返回損失增強(ERLE，echo return loss enhancement)而測量。納入一交插項係被發現爲可測量改善於雙交談時之殘留回波估計。然而，近端係非免於失真，且某些殘留回波係仍可聽見。結果(討論於下文)係顯示於表1。避免數値靈敏彦式(7)係靈敏於接近1之Fn(k)的値。以上之替代公式係亦受困於此問題。於一個實施例中，此狀況係可運用下式而避免 (16) 且當巧㈨或爲小(<10.0)，則設定Rn(k)爲零。此變更係實質改善實驗結果。如於式（1)所計算之殘留回波估計係以此修正而改善爲由大約2dB至大約11.5dB SNR(無近 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I I 1 I I I I III-----I--I-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 B7 五、發明說明（If ) 端交談者之無雜訊情形）。

僅有AEC 僅有NR 無交插項交插項= t(k)Zn(k) 交插項= t(k)[Zn(k)^Sn.xm/2 無雜訊 ISD-DT 9.795 9.207 4.425 1.001 0.956 ISD-近端 0.000 0.073 0.381 0.089 0.154 ERLE-遠端 46.4dB 44.0dB -23.8dB 33.2dB 35.1dB 雜訊 ISD-DT 14.523 9.182 4.321 1.142 1.081 ISD-近端 1.219 0.124 0.456 0.156 0.220 ERLE-遠端 53.6dB 46.9dB -22.7dB -1.9dB 43.0dB 表1: 針對各種交插項之具有及不具有雜訊之模擬近端、遠端、與雙交談情形的取樣結果。表1係顯示對於具有以及不具有近端雜訊之模擬的實驗結果。於近端單一交談時之語音失真係測量爲介於t與 sn之間的Itakura-Saito失真ISD。此等結果係顯示於標示爲 “ISD-近端”之列。由於一室內模擬器係用以產生麥克風輸入zn，無雜訊(clean)的訊號sn係爲可利用。Itakura-Saito 失真係亦運用以測量雙交談性能。此等結果係顯示於標示爲“ISD-DT”之列。一平均ERLE係運用以測量於遠端單一交談時之性能。此等結果係顯示於標示爲“ERLE-遠端 ”之列。替代由麥克風輸入所正規化，ERLE係由近端訊號 sn所正規化。於具有雜訊以及不具有雜訊二者的情形中，當交插項係設定爲零，殘留回波係於遠端單一交談時爲抑制良好(-23dB ERLE)。當近端係作用時，交插項係顯得重要。於此等情形中，較佳的性能係運用於交插項之一猜測 16 ------------------ —訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 516301 A7 ____B7_____ 五、發明說明（iS* ) 所得到。於雙交談時，代入之之_办)]/2於交插項係提供極爲良好的結果(於ISD之l〇-14x改善）。於近端單一交談時，當背景雜訊係存在，運用$㈨幻作爲交插項係提供極爲良好的結果(於ISD之8x改善）。於此二情形中，殘留回波抑制係爲平穩(溫和），且遠端之失真係爲可聽見。於表1格式之以上顯示的結果係將顯示於針對近端單一交談、遠端單一交談、與雙交談情況之各者的單獨方程式。對於近端單一交談而言，殘留回波之實部與虛部係由運用以下二式之一系統所估計：

RlXk)二 M w - £2m (k)Zm (k) - Yl (k)J ζ (允）

RKk)=feLw - El {k)zin (k) - Yi (k)J m ^n(k) 對於遠端單一交談而言，殘留回波之實部與虛部係由運用以下二式之一系統所估計： t(k) tn(k) 對於雙交談而言，殘留回波之實部與虛部係由運用以下二式之一系統所估計：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） — II----^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 _ _B7____ 五、發明說明（以） 2 {z2rn (k)-E2m (k) - Ym {k){zm {k) 4- Sr(n_{) γ2 J ’= " Ώΐ(1Λ—及 (”-i) (k)h^Y\k)j 心⑷= j^) ^ "— 如上所示能夠計算交插項之一種殘留回波估計器係顯示於且參照其餘圖式所說明。第二圖顯示一種殘留回波估計器之第〜部份的方塊圖。電路2〇0產生九、en、與zn之頻譜分量的實部。訊號久、en、與zn係分別顯示於節點114、122、與126，其係分別輸入至窗口函數202、204、與206。索引“n”係方塊索引。任何適合的窗口函數係均可應用，包括矩开$、漢明 (Hamming)、漢寧(Hanning)窗口函數。於某些實施例中，窗口函數202、204、與206係省略。於某些實施例中，AEC與NR係執行於時域。於此等實施例中，快速傅立葉變換(FFT，Fast Fourier Transform)方塊208、210、與212係使用以產生訊號久、en、與&之頻域表示，以供使用於殘留回波估計器。於其他實施例中， AEC與NR係執行於頻域，且窗口函數202、204、與206 以及FFT方塊208、210、與212係並未存在。 FFT方塊208產生於節點220並將其提供至平方函數214，其產生]於節點222。FFT方塊210產生心〇t) 且由平方函數216產生0㈨於節點224。FFT方塊212產生於節點232並將其提供至平方函數218，其產生 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -----------1.----- --訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 Α7 Β7 五、發明說明（，7)

Zi㈨於節點230。總和器係接收分別於節點222、224、與 230之C⑷、與Z以），並產生於節點 228 〇電路200產生A、％、與zn之頻譜分量的實部。一完整殘留回波估計器包括對應於電路200之另一電路’其產生相同頻譜分量的虛部。第三圖顯示一種殘留回波估計器之第二部份的方塊圖。電路300係接收於節點232、220、228、與222之訊號 ’其對應於第二圖中之相同標號的節點。電路300亦接收於節點302之一訊號，其對應於來自諸如雜訊降低電路 120(第一圖）之一雜訊降低電路的一先前輸出之頻譜分量。總和器304以及乘法器303與305係產生㈣(^/2，其係運用作爲當一雙交談事件存在時之交插項。乘法器308係產生，其係運用於當僅有近端語音時。當不同的語音活動係存在時，乘法器306 與312係實施介於交插項之間的切換。於某些實施例(軟式(soft)決策實施例），於節點310與 314所產生之交插項係以變動振幅所產生，且係由總和器 316所總計。結果，於節點318所產生之計算者包括二種型式之交插項的分量。於軟式決策實施例中，乘法器306 與312產生可變輸出値，其係爲二頻譜分量以及^:與点之 ~函數，且輸出係由總和器316所總計。於其他實施例(硬式(hard)決策實施例），α與0係取爲 “1”或“0”之値，且乘法器306與312係作用爲開關， 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 ____B7 _ 五、發明說明（β ) 其令輸入通過或者不令輸入通過。舉例而言，當α係“Γ ，乘法器306作用爲開關且通過]+ 至節點 31〇。於此例中，乘法器306作用爲閉合之開關且乘法器 312作用爲打開之開關。亦爲舉例而言，當/5係“ 1” ，乘法器312通過t(A)Zm(/：)至節點314。於此例中，乘法器312 作用爲閉合之開關且乘法器306作用爲打開之開關。α與 β之產生係參照第四圖而討論。除法器320係將於節點318之計算者除以坨㈨，以產生圮W於節點322。於節點322之紀㈨表示殘留回波之頻譜分量的實部平方之估計。總和器304與316、以及乘法器306、308、與312係構成一交插項計算器，其計算以上顯示於表1之各種交插項。熟悉此技藝之人士將可瞭解的是，在未偏離本發明之範疇下，對於交插項計算器之其他實施例係可運用。舉例而言，電路300之所有或部份者係可實施於軟體。該軟體係可執行於通用目的之電腦、數位訊號處理器(DSP)、或其他處理器。亦爲舉例而言，路300之所有或部份者係可實施於特殊目的之硬體，例如特殊應用積體電路(ASIC)。第四圖顯示於一免手持聽筒電話環境中之語音活動偵測器的方塊圖。雙交談偵測器402係接收於節點104之遠端聲音，且亦接收由麥克風128所捕捉於節點之近端聲音。於硬式決策實施例中，當雙交談係作用時，雙交談偵測器402係設定α等於1，否則係設定α等於0。語音活動偵測器4〇4係接收於節點126之近端聲音，並判定語音 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ' --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 516301 A7 _ ______B7____ 五、發明說明（7 ) 訊號是否存在於麥克風。及(AND)閘406係接收語音活動偵測器404之輸出以及於節點4〇8之α的邏輯反向値。閘 406係產生/3於節點410。於硬式決策實施例中，若並無雙交談但是存有近端語音活動，/3係設定爲1。反之，冷係設定爲〇。於軟式決策實施例中，α與$係總括取爲介於0 與1之間的實數値。舉例而言，於一個實施例中，α係取爲介於〇與1之間的一値，且卢係由不同於閘406之一乘法器所產生。於該實施例中，乘法器產生沒爲：θ=(1-α)*( 語音活動偵測器輸出）。將係瞭解的是，以上敘述係意欲作爲說明性而非限制性。對於詳讀且瞭解以上敘述之熟悉此技藝的人士，諸多其他的實施例係將爲明顯。因此，本發明之範疇係應參照隨附申請專利範圍以及該等申請專利範圍被賦予之等效者的完整範疇所判定。 21 --------------------訂----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

516301 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1·一種聲音回波消除系統，包含：一適應性瀘波器，產生一回波估計與一誤差項，其包括一殘留回波;及一殘留回波估計器，獨立計算該殘留回波之離散傅立葉變換(DFT)的一實部與一虛部之估計。 2·如申請專利範圍第1項之聲音回波消除系統，其中該殘留回波估計器包含： —第一輸入節點，接收包含近端語音、雜訊、與遠端語音回波之一合成訊號；一第二輸入節點，接收該回波估計;及一第三輸入節點’接收介於該回波估計與該合成訊號之間的一差異。 _3·如申請專利範圍第2項之聲音回波消除系統，其中該殘留回波估計器係構成以計算該殘留回波之DFT的實部與虛部，當近端語音係作用而且遠端語音係安靜時，運用該合成訊號作爲近端語音與雜訊之一估計。 4·如申請專利範圍第2項之聲音回波消除系統，其中該殘留回波估計器係構成以計算該殘留回波之DFT的實部與虛部，當近端語音與遠端語音均係作用時，運用該合成訊號與一先前輸出取樣之一平均値作爲近端語音與雜訊之 —估計。 5·如申請專利範圍第2項之聲音回波消除系統，其中該殘留回波估計器係構成以計算該殘留回波之DFT的實部與虛部，當近端語音係安靜而且遠端語音係作用時，運用 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 ---------------------- 516301 A8 B8 C8 D8 六、曱請專利範圍實質爲零之一値作爲近端語音與雜訊之一估計。 6. 如申請專利範圍第1項之聲音回波消除系統，更包括一雜訊降低電路，響應於殘留回波之DFT的實部與虛部以及介於回波估計與合成訊號之間的差異。 7. —種免手持聽筒電話，包含一輸出埠，係耦接至一揚聲器以將遠端語音投射至一聲音環境；一輸入璋，係耦接至一麥克風以由聲音環境接收包含近端語音、雜訊、與遠端語音回波之一合成訊號；一適應性濾波器，產生遠端語音之回波的一估計;及一殘留回波估計器，獨立估計介於遠端語音回波與遠端語音回波估計之間的差異之DFT的實部與虛部。 8. 如申請專利範圍第7項之免手持聽筒電話，其中該殘留回波估計器包含：一交插項計算器，計算一交插項之估計，交插項係由缺乏假設該近端語音、雜訊、與遠端語音回波爲統計獨立所造成。 9. 如申請專利範圍第8項之免手持聽筒電話，其中該交插項計算器係構成以不同方式估計近端語音與雜訊之一總和，基於遠端語音或近端語音是否具有高於一臨限値之能量。 10. 如申請專利範圍第9項之免手持聽筒電話，其中該交插項計算器係構成以估計該總和爲該合成訊號，當一近端語音活動偵測器係指出近端語音具有高於臨限値之能量 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 'n n n «1 I n n n n I n n n ! n n I n I n ϋ * 516301 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍並且一雙交談偵測器係指出遠端語音具有低於臨限値之能量° 11.如申請專利範圍第8項之免手持聽筒電話，更包含一雜訊降低電路，響應於殘留回波之實部與虛部，以產生近端語音之估計;及一電路，估計近端語音與雜訊之一總和，該電路係響應於雙交談偵測器，該電路係構成以估計該總和爲該合成訊號與近端語音先前估計之一平均。 12·如申請專利範圍第8項之免手持聽筒電話，其中該免手持聽筒電話係實施於一電腦。 13· —種估計於聲音回波消除系統中的殘留回波之方法，該種方法包含分離估計該殘留回波之DFT的實部與虛部〇 14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該分離估計包含：由一近端合成訊號之DFT的實部、一適應性濾波器輸出訊號之DFT的實部、介於該近端合成訊號與適應性濾波器輸出訊號之間的差異所產生的一誤差訊號之DFT的實部、以及一近端語音訊號之DFT的實部與一近端雜訊訊號之 DFT的實部之一總和近似，估計該殘留回波之DFT的實部〇 15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該殘留回波之DFT的實部平方係根據實質類似於以下之一方程式所估 3 ---------1111¾ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製一口，* n a— 1 n m —ϋ I n n in n n ϋ n n n n n if —3 ϋ n I n I I I . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 516301 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍計： R2 (k)=z {Z2m (k) ~ El (k) - Ym (k)(Sm (k) + Vm (k))^ (k)J 其中：心《(幻係殘留回波之DFT的實部；也《(幻係誤差訊號之DFT的實部；係近端合成訊號之DFT的實部； tW係適應性濾波器輸出訊號之DFT的實部;及 ⑷)代表近端語音訊號之DFT的實部與近端雜訊訊號之DFT的實部之總和近似。 16·如申請專利範圍第15項之方法，更包含：當一近端交談者係安靜時，運用近端合成訊號之DFT 的實部，以近似該近端語音訊號之DFT的實部與近端雜訊訊號之DFT的實部之總和。 17·如申請專利範圍第16項之方法，其中該殘留回波之DFT的實部平方係根據實質類似於以下之一方程式所估計： (fr) ^ fc(k) - Ej (k) -1 (k)Zm (k) - Yl (k)J。 l8·如申請專利範圍第15項之方法，更包含：當一近端交談者係安靜時，僅運用實質爲零之一値，以近似該近端語音訊號之DFT的實部與近端雜訊訊號之 DFT的實部之總和。 19.如申請專利範圍第18項之方法，其中該殘留回波 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------!1% (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線1^---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 516301 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍之DFT的實部平方係根據實質類似於以下之一方程式所估計： i?2 (k) = 〇 " Y^(k) 20.如申請專利範圍第14項之方法，更包含：當一雙交談事件係存在時，運用近端合成訊號之DFT 的實部與來自聲音回波消除系統一先前輸出之DFT的實部之一總和，以近似該近端語音訊號之DFT的實部與近端雜訊訊號之DFT的實部之總和。 21·如申請專利範圍第20項之方法，其中該殘留回波之DFT的實部平方係根據實質類似於以下之一方程式所估計：出=(ZW —五以幻—LW(Z W) + 之㈣ W)/2 — β ⑷¥ 其中，‘eW代表來自聲音回波消除系統之先前輸出之DFT的實部。 22. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該分離估計包含：估計該殘留回波之DFT的虛部，運用包括一交插項之一方程式，該交插項係由缺乏假設於一麥克風所接收之一近端合成訊號中的訊號分量爲統計獨立而造成° 23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該交插項包括一回波估計之DFT的虛部以及一近端語音訊號之DFT 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2忉x 297公釐） --------1—--------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

516301 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍的虛部與一近端雜訊訊號之DFT的虛部之一總和的一乘積 ’且其中估計該殘留回波之DFT的虛部係包括：代入對於交插項之一不同乘積，作爲是否近端語音訊號含有充足能量以及是否遠端語音訊號含有充足能量之一函數。 24·如申請專利範圍第22項之方法，其中該殘留回波之DFT的虛部平方係根據實質類似於以下之一方程式所估計： [zj {k) - El jk) -1 (kjsin (k) 4- Vm (k)y t2 (k)J 其中：見《(幻係殘留回波之DFT的虛部；瓦>(幻係誤差訊號之DFT的虛部；幻係近端合成訊號之DFT的虛部； tW係適應性濾波器輸出訊號之DFT的虛部;及 (4(幻幻)代表近端語音訊號之DFT的虛部與近端雜訊訊號之DFT的虛部之總和近似。 25·如申請專利範圍第24項之方法，更包含：當一近端交談者係安靜時，運用近端合成訊號之DFT 的虛部，以近似該近端語音訊號之DFT的虛部與近端雜訊訊號之DFT的虛部之總和。 26.如申請專利範圍第25項之方法，其中該殘留回波之DFT的虛部平方係根據實質類似於以下之一方程式所估計本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------餐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ t i n n n n I ·ϋ 1 n n n n n a— n In in i n n I —9 n ϋ Mmm— i Hi n 1.1 I— 516301 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 r/. (zj(k) ~ El (k) -1 (k)Zin (k) - Yl (k)l 〇 27. 如申請專利範圍第24項之方法，更包含：當一近端交談者係安靜時，僅運用實質爲零之一値，以近似該近端語音訊號之DFT的虛部與近端雜訊訊號之 DFT的虛部之總和。 28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該殘留回波之DFT的虛部平方係根據實質類似於以下之一方程式所估計： m ”Μ 29·如申請專利範圍第22項之方法，更包含：當一雙交談事件係存在時，運用近端合成訊號之DFT 的虛部與來自聲音回波消除系統一先前輸出之DFT的虛部之一總和，以近似該近端語音訊號之DFT的虛部與近端雜訊訊號之DFT的虛部之總和。 30·如申請專利範圍第29項之方法，其中該殘留回波之DFT的虛部平方係根據實質類似於以下之一方程式所估計： W)~-- 其中， ^ΐ(η-Λ) W代表來自聲音回波消除系統之先前輸出之DFT的虛部。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .¾ 訂---------線—|