專利名稱：用于回聲抑制的濾波器系數的計算設備和方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例涉及用于計算自適應濾波器的濾波器系數的設備和方法，所述自 適應濾波器用于對麥克風信號進行濾波，以抑制由揚聲器信號導致的回聲，可以在例如會 議系統(tǒng)的環(huán)境中采用。會議系統(tǒng)的示例包括電話會議系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)或其他雙向會議 系統(tǒng)。
背景技術：
例如，當來自揚聲器的音調、聲音和噪聲被相同房間內或相同聲學環(huán)境內的麥克 風拾取時，將出現聲學回聲。在電信系統(tǒng)中，這種聲學反饋信號被發(fā)送回遠端用戶，該用 戶注意到這是其自己的話音的延遲版本。在這種環(huán)境下，回聲信號表現為一種非常擾亂的 干擾，甚至可能損害交互式的全雙工通信。此外，聲學回聲也可以導致嘯聲效應(howling effects)和聲學反饋環(huán)路的其他不穩(wěn)定性。WO 2006/111370A1涉及一種用于去除多聲道音頻信號中的回聲的方法和裝置。對 于任何免提電信系統(tǒng)，如電話、音頻或視頻會議系統(tǒng)，聲學回聲控制和噪聲抑制是其重要部 分。在這種環(huán)境下，在該文獻中描述的用于處理多聲道音頻揚聲器信號和至少一個麥克風 信號的方法包括以下步驟將輸入麥克風信號變換為輸入麥克風短時頻譜；根據揚聲器信 號來計算組合的揚聲器信號的短時頻譜；根據輸入麥克風信號來計算組合的麥克風信號的 短時頻譜；估計組合的麥克風信號的短時頻譜中回聲的幅度譜或功率譜；計算用于對輸入 的麥克風短時頻譜進行幅度修正的增益濾波器；將該增益濾波器應用至至少一個輸入麥克 風頻譜；以及將濾波后的輸入麥克風頻譜轉換至時域?，F今所采用的回聲抑制和回聲抵消系統(tǒng)，可以總稱為回聲去除系統(tǒng)，通常具有以 下問題盡管使用了自適應濾波器，但是其不能以最優(yōu)的方式來處理不同聲音、音調和噪聲 分量。例如，如果一個分量相比于另一分量占優(yōu)，則在這樣的通信系統(tǒng)的麥克風信號中將可 能出現揚聲器信號的回聲的非最優(yōu)抑制。另一方面，在不同源的分量的偏差合成的情況下， 由于利用了回聲抑制或回聲抵消系統(tǒng)，可能出現音調偽像，該音調偽像也被感知為極其惱 人。因此，基于該現有技術，本發(fā)明的目的是提高回聲抑制系統(tǒng)或回聲抵消系統(tǒng)的聲
音質量。這個目的是通過如權利要求1所述的設備、如權利要求23所述的方法或如權利要 求24所述的程序來實現的。

發(fā)明內容
—種用于計算自適應濾波器的濾波器系數的設備的實施例，所述自適應濾波器用 于對麥克風信號進行濾波，以抑制由揚聲器信號導致的回聲，所述設備包括提取裝置，用 于從揚聲器信號或從揚聲器信號導出的信號中提取靜態(tài)分量信號或非靜態(tài)分量信號。所述 裝置還包括計算裝置，用于基于所提取的靜態(tài)分量信號或所提取的非靜態(tài)分量信號來計算自適應濾波器的濾波器系數。在這種環(huán)境下，一種用于計算自適應濾波器的濾波器系數的方法的實施例，所述 自適應濾波器用于對麥克風信號進行濾波，以抑制由揚聲器信號導致的回聲，所述方法包 括從揚聲器信號或從揚聲器信號導出的信號中提取靜態(tài)分量信號或非靜態(tài)分量信號；以 及基于所提取的靜態(tài)分量信號或所提取的非靜態(tài)分量信號來計算自適應濾波器的濾波器 系數。本發(fā)明的實施例基于以下發(fā)現可以通過以下方式來實現音頻質量的改進在計 算用于抑制麥克風信號中的回聲的自適應濾波的濾波器系數的環(huán)境中，可以改進揚聲器信 號或從揚聲器信號導出的信號的統(tǒng)計特性；針對其統(tǒng)計特性而對揚聲器信號進行分解。為 此，根據本發(fā)明的實施例，針對靜態(tài)分量和/或非靜態(tài)分量對揚聲器信號或從揚聲器信號 導出的信號進行分析，其中，從相應的揚聲器信號或從揚聲器信號導出的信號中提取一個 或更多相應的分量信號。然后，基于所提取的靜態(tài)分量信號或所提取的非靜態(tài)分量信號來 執(zhí)行對自適應濾波器的濾波器系數的計算。例如，信號(即例如揚聲器信號或從揚聲器信號導出的信號)的靜態(tài)分量在與頻 率相關的域中可以表示為與能量相關的值，該與能量相關的值隨時間僅有很少變化，或可 以形成相應的靜態(tài)分量。因此，例如可以在與頻率相關的域中確定這樣的信號的靜態(tài)分量， 其中，為相應信號的帶通信號確定與能量相關的值，并執(zhí)行在時間過程上的平均。在使用不 同計算規(guī)定時，平均能夠以浮動平均(floating averaging)來執(zhí)行。例如，在利用IIR濾 波器類型的結構時(IIR=無限沖激響應)，可以以遞歸方式來執(zhí)行這樣的計算。類似地，也 可以使用FIR濾波器類型的結構(FIR=有限沖激響應)來執(zhí)行相應的平均。相應地，可以基于相應信號的相應帶通信號來確定揚聲器信號或導出的信號中的 非靜態(tài)分量。例如，在本發(fā)明的實施例中，例如，可以基于靜態(tài)分量信號和增益濾波器來確 定相關聯(lián)的非靜態(tài)分量信號。在實施例中，增益濾波器還可以取決于至少一個控制參數，在 本發(fā)明的實施例中，例如基于相干函數來確定所述控制參數，所述相干函數考慮了揚聲器 信號和麥克風信號，或由其導出的信號。在本發(fā)明的實施例中，可以基于靜態(tài)分量信號來計算第一濾波器系數，可以基于 非靜態(tài)分量信號來計算第二濾波器系數，基于第一濾波器系數和第二濾波器系數來最終確 定自適應濾波器的濾波器系數。例如，可以如下進行使得自適應濾波器的濾波器系數與基 于第一濾波器系數的第一濾波器以及基于第二濾波器系數的第二濾波器的串聯(lián)連接相對 應。在本發(fā)明的實施例中，也可以基于第一濾波器系數或基于第二濾波器系數來確定濾波 器系數。在本說明書的其他過程中，將對其他實施例的結構和操作模式進行描述。根據具 體實施例，靜態(tài)分量信號和非靜態(tài)分量信號可以是從相應信號估計出的信號。類似地，根據 本發(fā)明的實施例的設備還可以包括抑制濾波裝置，所述抑制濾波裝置被配置為基于濾波器 系數來對麥克風信號進行濾波。


參照附圖，以下將更詳細地解釋本發(fā)明的實施例。因此，根據以下附圖，將更好地 理解
具體實施例方式
5
圖1示出了聲學回聲去除問題的一般設置；圖2示出了根據本發(fā)明的實施例的用于計算濾波器系數的設備的框圖；圖3a至3c示出了根據本發(fā)明的實施例的不同的提取裝置的框圖；圖4a和4b示出了根據本發(fā)明的實施例的可選的回聲估計濾波器的框圖；圖5a至5e示出了根據本發(fā)明的各種實施例的計算裝置的框圖；圖6示出了根據本發(fā)明的另一實施例的框圖；圖7示出了采取用于計算濾波器數的設備的形式的本發(fā)明的另一實施例的框圖；圖8a至8c示意了揚聲器信號中的靜態(tài)分量和非靜態(tài)分量的分離；圖9a示出了用于在IkHz頻率處的非靜態(tài)分量的回聲抑制濾波器；圖9b示出了用于信號的靜態(tài)分量的相關聯(lián)的回聲抑制濾波器；圖IOa至IOc示意了靜態(tài)分量和非靜態(tài)分量的強度之間的關系、預測增益以及揚 聲器聲道的語音活動性；圖11示出了本發(fā)明的另一實施例的框圖；圖12示出了本發(fā)明的另一實施例的框圖；圖13示出了用于多聲道實現的本發(fā)明的實施例的框圖；圖14示出了將均勻的短時傅立葉變換頻譜分組為多個組，以模仿人類聽覺系統(tǒng) 的非均勻頻率分辨率的示意圖；圖15a示出了用于在頻率上對增益濾波器進行平滑的Harm插值濾波器；以及圖15b示出了增益濾波器系數的過程及其插值后的曲線。
具體實施例方式在參照圖2至15描述在使用靜態(tài)和非靜態(tài)信號分量分離的同時實現聲學回聲抑 制的本發(fā)明的各種實施例之前，首先參照圖1來示意聲學回聲去除問題的一般設置。例如，任何時候當揚聲器的音調、聲音或噪聲被相同房間內或相同聲學環(huán)境內的 麥克風拾取時，將出現聲學回聲。在電信系統(tǒng)中，這些聲學反饋信號被發(fā)送回遠端用戶，該 用戶注意到這是其自己的話音的延遲版本。在這樣的環(huán)境下，回聲信號表現為一種非常擾 亂的干擾，甚至可能損害交互式的全雙工通信。此外，聲學回聲可以導致嘯聲效應和聲學反 饋環(huán)路的其他不穩(wěn)定性。因此，在適于全雙工的免提電信系統(tǒng)中，需要回聲控制，用于抑制 揚聲器和麥克風之間的耦合。圖1示意了聲學回聲問題。因此，圖1示出了在聲學環(huán)境120 (例如可以是房間)中可以提供的揚聲器100和 麥克風110。類似地，聲學環(huán)境120也可以是車輛的內部。在這種環(huán)境下，使揚聲器信號130對揚聲器100可用，在圖1中，也將揚聲器信號 130稱為χ[η]，η是整數時間索引。麥克風110拾取源自聲學環(huán)境120的噪聲、聲音和音調， 并產生麥克風信號140 (在圖1中也被稱為y [η])。將揚聲器信號130和麥克風信號140提 供給回聲去除處理單元150作為輸入信號，回聲去除處理單元150在輸出處輸出麥克風信 號140的回聲抑制后的信號160 (在圖1中也被稱為e[n])。因此，圖1基本示意了在雙向通信系統(tǒng)中可能出現的聲學回聲問題。由揚聲器 輸出的電信系統(tǒng)的遠端的信號在直接路徑170上到達麥克風，并經由反射路徑180-1、 180-2 (也被稱為間接路徑)到達麥克風。出于這種原因，麥克風110不僅拾取本地(近端)的話音，而且也記錄了回聲，然后將回聲反饋給遠端的用戶。換言之，揚聲器信號χ [η]被反饋入麥克風信號y [η]?；芈暼コ幚韱卧?50中執(zhí) 行的回聲去除處理理想地去除該回聲，同時允許電信系統(tǒng)的本地近端的話音通過。處理這些回聲的一種傳統(tǒng)方法是將聲學回聲抵消器(AEC)與回聲信號的傳播路 徑并行放置，參考文獻[1]中描述了該方法。在這種聲學回聲抵消器中，對回聲信號的數字 副本進行估計，然后從測量或觀察到的麥克風信號中減去該副本。抵消聲學回聲的標準方 法依賴于以下假設可以使用線性FIR(FIR =有限沖激響應)濾波器來對回聲路徑進行建 模，并相應地實現聲學回聲抵消器，這也在[1]中進行了描述。由于回聲路徑典型地是未知 的，而且可能在操作時間期間改變，因此，典型地，以自適應方式來實現這樣的聲學回聲抵 消器的線性濾波器。為了能夠對典型回聲路徑進行建模，典型地，使用數百毫秒的長度(與 相應的采樣率有關)的FIR濾波器，這也意味著較高的計算復雜度水平。實際上，由于各種原因，這些傳統(tǒng)方法可實現的回聲衰減通常不夠高。這些各種原 因包括例如長回響時間(回聲拖尾效應)、非線性回聲分量和收斂問題；其中回聲拖尾效 應導致回聲路徑的建模不足(imdermodeling)；非線性回聲分量例如是由振動效應或尤為 低成本的音頻硬件的非線性性態(tài)而導致；如參考文獻[2]中所述，收斂問題出現在回聲路 徑的較高的時間改變率的情況下。因此，如參考文獻[3]所述，將聲學回聲抵消器與非線性 后處理器組合，以去除回聲抵消器無法消除的殘留回聲和回聲分量。通常，如在參考文獻 [4]中所述，以頻率選擇性的方式來執(zhí)行殘留回聲的抑制。確實，幾乎所有的聲學回聲抵消 器使用這樣的后處理器，這是由于它們經常不能充分減少回聲以使其變?yōu)椴豢陕犚?。近來，在參考文獻[5，6]提出了多種在子帶域中操作的聲學回聲抑制器，這些抑 制器與上述非線性后處理器類似，但不需要聲學回聲抵消器，不需要估計回聲路徑的沖激 響應。這些系統(tǒng)聲稱具有較低的計算復雜度并具有魯棒性，同時能夠實現高度的雙工性。參考文獻[6]中提出的回聲抑制器方案應用短時傅立葉變換(STFT)來計算揚聲 器和麥克風信號的頻譜。將兩個信號的短時變換后的信號之間的延遲d應用至相應的揚聲 器信號，所述延遲值被選擇為考慮回聲路徑的沖激響應的多數效應。然后，對用于模仿初始回聲路徑的效應的實數值回聲估計濾波器進行估計。為了 獲得估計的回聲幅度譜，對揚聲器頻譜應用估計的延遲值和回聲估計濾波器。使用回聲幅 度譜的估計，計算實數值的回聲抑制濾波器，并將其應用至麥克風信號頻譜以抑制回聲。然而，上述聲學回聲抑制系統(tǒng)的缺點在于，在與由靜態(tài)和非靜態(tài)信號分量的混合 組成的揚聲器信號相結合時不能很好地執(zhí)行功能。例如，當在有噪聲的環(huán)境中記錄遠端話 音時就是如此。此時揚聲器信號和回聲信號包含非靜態(tài)的遠端話音和靜態(tài)的遠端背景噪 聲。當前的聲學回聲抑制系統(tǒng)僅為揚聲器信號確定一個回聲信號去除濾波器。因此， 這些方法未考慮以下情況具有不同特性的回聲分量導致近端信號中的不同類型的干擾， 因此應當對這些干擾進行區(qū)別處理。圖2示出了用于計算自適應濾波器210的濾波器系數的設備200的第一實施例， 如相關聯(lián)的方法一樣，所述設備利用靜態(tài)信號與非靜態(tài)信號的分離來改進回聲抑制，從而 提高可實現的音頻質量。因此，本發(fā)明的實施例能夠根據信號的統(tǒng)計屬性和特征來進行不 同類型的信號抑制的處理，這實現了更有效的較不容易產生偽像的回聲抑制。
作為介紹，在結合圖3至5來解釋本發(fā)明的各種實施例的其他實現細節(jié)之前，應當 首先解釋根據本發(fā)明的實施例的設備200的框圖。在這種環(huán)境下，指出以下內容是有用的 即使在圖中示出并描述了根據本發(fā)明的實施例的設備的框圖，也可以將所述框圖理解為在 指示流程方向的同時描述相應方法步驟的相應方法的流程圖。換言之，結合本說明書描述 的框圖也可以被理解為反映各裝置和單元的各方法步驟的相應流程圖。此外，在此注意以下內容是有用的在本說明書的環(huán)境下，相同或相似的參考標號 應當用于在功能上相同或相似的裝置、對象和結構。另一方面，由相同或相似的參考標號表 示的裝置、單元和對象包括相同或相似的結構和功能特征。換言之，在本說明書中，相同的 參考標號表示在操作、功能、結構上相同或在操作、功能或結構上相似的裝置、單元和對象。 除非明確地排除，可以將描述段落從一個實施例轉移至另一實施例，因此這允許對本發(fā)明 的實施例進行更簡短和更簡明的表示。此外，在本說明書中，概括性參考標號應當用于在一幅圖或一個實施例中出現多 于一次的裝置、結構和對象。例如，在圖1中，確實為圖1中所示的兩個間接路徑180-1、 180-2給出了不同的參考標號，但是，如果表示間接路徑本身，或如果描述其總體特征，在本 說明書中應當僅使用概括性參考標號180。這也是為了改進本說明書的易于理解和簡明性。圖2所示的設備200包括輸入220，用于圖2中未示出的揚聲器的揚聲器信號。輸 入220的輸入側耦合至時間/頻率轉換裝置230，在圖2中，以虛線將時間/頻率轉換裝置 230描述為設備200的可選組件。時間/頻率轉換裝置230耦合至可選的第一回聲估計濾 波器240，然而，第一回聲估計濾波器240也是可選組件，不一定要在設備200的環(huán)境內實 現?；芈暪烙嫗V波器240的輸出耦合至提取裝置250的輸入250a，提取裝置250的第一輸 出250c和第二輸出250d經由第一輸入260a和第二輸入260b耦合至可選的第二回聲估計 濾波器260。在本發(fā)明的實施例中，可以省去該回聲估計濾波器的實現。例如，在設備200 的本發(fā)明的不同實施例中，可以實現第一回聲估計濾波器240和第二回聲估計濾波器260， 以完全相同的方式，可以實現設備200而完全無需第一或第二回聲估計濾波器240、260中 的任一個。當然，其中僅實現兩個回聲估計濾波器240、260之一的實現方式也是可能的。其 他組件的實現也是可能的。如果存在第二回聲估計濾波器260，則其第一輸出260c和第二輸出260d耦合在 計算裝置270的第一輸入270a和第二輸入270b處，計算裝置270用于計算自適應濾波器 210的濾波器系數。計算裝置270也經由輸出270d耦合至自適應濾波器210的輸入。此外，自適應濾波器210的輸入經由可選的時間/頻率轉換裝置290耦合至用于 麥克風信號的輸入280。自適應濾波器210的輸出經由可選的頻率/時間轉換裝置300耦 合至用于回聲抵消后的麥克風信號的輸出。此外，輸入280可選地經由時間/頻率轉換裝 置290耦合至提取裝置250的第二輸入250b并耦合至計算裝置270的第三輸入270c。然 而，提取裝置250和計算裝置270的這兩個輸入250b、270c是可選的，在本發(fā)明的各種實施 例中可以互相獨立地實現。例如，可以在圖1所示的回聲去除處理單元150中實現設備200。在更詳細地解釋圖2所示的設備200的實施例的操作模式之前，也應提到，基本上 可以在分立電路中、在集成電路中或其他更復雜的電路中實現本發(fā)明的實施例。例如，也可 以在數據處理裝置(即處理器)、集成系統(tǒng)(SOC=片上系統(tǒng))、專用集成電路(ASIC)或其他集成電路和專用處理器中實現本發(fā)明的實施例。在這種環(huán)境下，很可能以時間上連續(xù)的方 式在不同裝置中采用相應數據處理裝置的相同電路部分。例如，首先，在提取裝置250的功 能的環(huán)境中，其次在計算裝置270的功能的環(huán)境中，可以使用處理器的算術邏輯單元(ALU) 的相同邏輯門。然而，這兩個裝置尤其在其他特征上有所不同，例如在上述情況下，在共同 定義不同裝置的不同控制命令方面有所不同。因此，不同裝置的部分或完全重疊的電路工 程實現是很可能的。尤其出于這種原因，在本說明書中，將互相耦合的裝置、組件和結構理解為間接或 直接互相連接的裝置、組件和結構。例如，如果有基于數據處理裝置的實現，則可以通過存 儲器中的存儲位置(其中鎖存有信號形式的中間結果)來進行耦合。然而，此外，即使在本說明書的其他過程中主要描述了數字實現，但是本發(fā)明的實 施例基本上不局限于數字實現。例如，原則上，模擬實現或包括模擬和數字組件的混合實現 是可行的。在這種情況下，例如，可以采用附加的A/D或D/A轉換器(模擬/數字和數字/ 模擬轉換器)，以可能將一種類型的信號形成為另一種類型的信號。對于圖2所示的設備200的操作模式，可以使用可選存在的時間/頻率轉換裝置 230將設備200的輸入220處可用的揚聲器信號變換至與頻率相關的域。在對數據塊(幀) 進行操作的實現方式的情況下，時間/頻率轉換裝置230確保了相應數據塊向頻譜表示的 轉換，使得在時間/頻率轉換裝置230的輸出處提供的頻譜表示與時域中的數據塊相對應。 根據具體實現方式，在時間/頻率轉換裝置230的環(huán)境中，可以使用基于傅立葉變換的轉換 器裝置、基于子帶的轉換器裝置或基于QMF的轉換器裝置(QMF =正交鏡像濾波器)。不論 所實現的時間/頻率轉換裝置230的具體操作模式，所述轉換器230將在其輸入處提供的 信號(存在于時域中)轉換為多個帶通信號。每個帶通信號具有與其相關聯(lián)的特征頻率， 所述特征頻率可以是例如中心頻率、相應頻帶的下截止頻率或相應頻帶的上截止頻率。根 據具體實現方式，各個帶通信號可以具有多于一個的特征頻率或可以具有與其相關聯(lián)的其 他特征參數。第一回聲估計濾波器240表示了一種對(圖1中的)聲學環(huán)境120進行調制的可 能性，使得在其輸出處出現的信號理想地包括與由于揚聲器信號而被麥克風信號所拾取的 信號相對應的幅度譜。然而，如以上已經解釋過的，第一回聲估計濾波器240是可能不被實 現的可選濾波器。現在，將揚聲器信號或由可選組件230、240可選地處理、濾波并相應地導出的信 號在提取裝置250的第一輸入處提供給提取裝置250。提取裝置250被配置為根據揚聲器 信號或根據從揚聲器信號導出的信號來產生靜態(tài)分量信號和非靜態(tài)分量信號。如在本發(fā)明 的實施例的其他描述中應當看到的，例如，這可以通過對輸入信號進行平均以確定靜態(tài)分 量信號來實現。根據具體實現方式，信號可以是與“實際”靜態(tài)分量偏離的估計的信號。相應地， 可以根據靜態(tài)分量信號，可能同時使用圖2中未示出的增益濾波器，來確定非靜態(tài)分量或 非靜態(tài)分量信號。在本發(fā)明的其他實施例中，例如，提取裝置250也可以使用與所描述的措施不同 的穩(wěn)態(tài)措施。對于非靜態(tài)分量或非靜態(tài)分量信號，也可以通過輸入信號中時間變化的比較來確定所述分量或信號。此外，在設備200的環(huán)境中或在設備200周圍實現話音編解碼器的情 況下，在提取裝置中可以使用預測措施，以提取上述兩個信號中的至少一個。例如，這樣的 預測措施可以表示LPC編解碼器的誤差信號(LPC =線性預測編碼)。提取裝置250包括以上已經描述的兩個輸出，根據實現方式在兩個輸出處可以提 供不同的信號。例如，典型地，在提取裝置250的第一輸出處至少提供靜態(tài)分量信號或非靜 態(tài)分量信號。在第二輸出處可以提供兩個分量信號中的另一個，或提供包括與第一輸出處 輸出的信號相關的信息的信號。例如，該信號可以是用于計算裝置270中的相應信號的進 一步處理的參數，或可以僅為指示發(fā)送兩個分量信號中的哪一個的控制信號。可選的第二回聲估計濾波器260在功能上總體與第一回聲估計濾波器240相對 應。一般地，在被實現為以這種方式來執(zhí)行回聲估計的情況下，第二回聲估計濾波器260也 能夠對輸入220處提供的揚聲器信號進行估計，從而在不存在其他噪聲源的理想情況下獲 得與麥克風記錄的信號相對應的信號?？蛇x地，第一回聲估計濾波器240和第二回聲估計 濾波器260可以包括延遲裝置，該延遲裝置考慮了由麥克風拾取的揚聲器的回聲的延遲。 換言之，濾波器240、260通過延遲裝置的附加實現或由于其內部結構，也可以用于對揚聲 器信號或由其導出的信號進行延遲。一般地，此外，一方面回聲估計和另一方面延遲的兩個 功能的分離當然也是可能的，例如第一回聲估計濾波器240僅用于延遲相應信號，而第二 回聲估計濾波器260執(zhí)行實際的回聲估計。然后，將第二回聲估計濾波器260提供的信號提供給計算裝置270，計算裝置270 繼而被配置為基于所提取的靜態(tài)分量信號或所提取的非靜態(tài)分量信號來計算或確定自適 應濾波器210的濾波器系數。根據具體實現方式，出于這種目的，計算裝置270也可以依賴 于在輸入280處提供的麥克風信號，或依賴于被轉換至與頻率相關的域的麥克風信號。如 以下更詳細描述的，該信號可以對提取裝置250可用。然后，從計算裝置270獲得濾波器系數的自適應濾波器210執(zhí)行麥克風信號的實 際頻譜修正，以在其輸出提供麥克風信號的至少部分回聲抵消后的版本以待進一步處理。 根據具體實現方式，通過頻率/時間轉換裝置300，可以將按照這種方式進行回聲抵消或頻 譜修正的麥克風信號轉換回時域，或可以在輸出310上直接將其輸出。例如，在相應麥克風 信號是在頻域中，或總之在與頻率相關的域中進行編碼的情況下，轉換裝置300執(zhí)行的向 時域的逆變換可能是無用的。在結合圖3a至5e更詳細地描述圖2所示的設備200的框圖中的各個組件之前， 在此應當注意，一般地，可以在與頻率相關的域中執(zhí)行揚聲器信號或從揚聲器信號導出的 信號的處理，以便相應地處理單獨的相關聯(lián)的帶通信號、多個帶通信號、多數帶通信號或全 部帶通信號。也應當注意，根據具體實現方式，例如在使用與能量相關的值時，各個裝置和濾波 器可以操作。與能量相關的值是被形成為以實數值為底的偶數指數次冪的值，或是被形成 為值的幅度(絕對值)的任意次冪的值。例如，如果在各個濾波器或在各個裝置中處理短 時頻譜，則例如，所述頻譜可以對與能量相關的值進行操作、對被形成為相關聯(lián)頻譜系數的 幅度平方的能量值進行操作。類似地，可以使用指數1來使用幅度譜，即相應頻譜系數的絕 對值。換言之，與基于任意值ζ (ζ為實數值或復數值)的|z|m(m為正數，例如自然數)成 比例的值可以用作與能量相關的值。此外，在實數值ζ的情況下，與z2m成比例的值可以用
10作與能量相關的值。圖3a示出了可以在設備200的環(huán)境中實現的根據本發(fā)明的實施例的提取裝置250 的框圖。該提取裝置250僅包括第一輸入250a，該輸入耦合至圖2中可選的第一回聲估計濾 波器240的輸出。然而，圖3a所示的提取裝置250不包括第二輸入(圖2中的輸入250b)。提取裝置250的第一輸入250a耦合至平均裝置320，平均裝置320被配置為確定 在輸入250a處提供的信號的均值。這里，術語信號不僅包括時域信號(時間信號)，也包括 頻域或與頻率相關的域中的信號，其中相應信號是時域中的信號的頻譜表示。類似地，信號 也可以包括和發(fā)送從上述信號導出的信息，如頻域中的值的幅度(頻譜幅度)、能量值(幅 度平方)、頻譜和其他導出的值和量。在圖3a所示的提取裝置250中，在平均裝置320的輸出處，輸出在輸入250a處提 供的所述信號作為提取裝置250的第一輸出250c處的靜態(tài)分量信號。如圖2也示出的，第 一輸出250c耦合至可選的第二回聲估計濾波器260和/或耦合至計算裝置270。與在平均裝置320的輸出處提供的靜態(tài)分量信號一起，還將在第一輸入250a處提 供的信號提供給增益濾波器330，增益濾波器330在輸出處輸出非靜態(tài)分量信號，并將其轉 發(fā)給提取裝置250的第二輸出250d。增益濾波器330被配置為基于在第一輸入250a處輸 入的揚聲器信號，或基于由其導出的信號，以及基于靜態(tài)分量信號來確定非靜態(tài)分量信號。 關于平均裝置320和增益濾波器330的其他功能，應參照上述關于圖2給出的解釋，并參照 在本說明書的其他過程中給出的其他解釋。圖3b示出了在本發(fā)明的實施例中可以采用的、設備200中的另一種提取裝置250。 圖3b所示的提取裝置250與圖3a中所示的提取裝置250的本質區(qū)別在于，圖3b所示的提 取裝置250還包括參數計算裝置340，參數計算裝置340的輸入側也耦合至第一輸入250a。 參數計算裝置340的輸出耦合至增益濾波器330，參數計算裝置340向增益濾波器330提供 控制參數用于計算非靜態(tài)分量信號。關于操作模式的更具體細節(jié)應參照以下描述。作為可選組件，圖3b所示的提取裝置250還包括結合圖2已經描述過的第二輸入 250b，第二輸入250b可以一方面間接耦合至參數計算裝置340的另一輸入，另一方面，如圖 2也示出的，耦合至用于麥克風信號的輸入280。在這種情況下，可以在利用時間/頻率轉 換裝置290的同時實現該間接耦合。關于參數計算裝置340的操作模式，也應參照以下描 述。圖3c示出了可以在圖2的設備200中采用的提取裝置250的另一潛在實現方式。 這里，圖3c所示的提取裝置250基于圖3b所示的提取裝置250，也示出了作為可選組件的 參數計算裝置340及其連接。與圖3b所示的提取裝置250不同，圖3c所示的提取裝置250 包括分配裝置350，在每種情況下，分配裝置350的一個輸入分別耦合至平均裝置的輸出和 增益濾波器330的輸出。向分配裝置350提供平均裝置320的靜態(tài)分量信號和增益濾波器 330的非靜態(tài)分量信號。在輸出側，分配裝置350耦合至提取裝置250的第一輸出250c和第二輸出250d。 分配裝置350被實現為，基于其可用的兩個分量信號來確定經由第一輸出250c向后續(xù)組件 提供兩個分量信號中的哪一個。根據關心兩個分量信號中的哪一個，分配裝置350還經由 提取裝置250的第二輸出250d輸出控制信號，所述控制信號包括例如關于在第一輸出250c 處出現兩個分量信號中的哪一個的信息，或者，分配裝置350輸出包括參數的相應控制信號，用于輸出的分量信號的進一步處理。關于例如在控制信號的環(huán)境中可以發(fā)送的不同參 數，應當參照以下描述。根據具體實現方式，分配裝置350可以被實現為使得其將與另一分量信號相比包 括更高的響度、更高的能量或更高的能量值的分量信號傳送至第一輸出250c。例如，對不同 的頻帶信號可以輸出不同的分量信號。因此，圖3c所示的提取裝置250與圖3a和3b所示的提取裝置250的區(qū)別尤其在 于在提取裝置250的第一輸出250c處僅輸出兩個分量信號之一。如結合圖2已經解釋過 的，圖3c所示的提取裝置250僅輸出控制信號，所述控制信號包括與在第一輸出250c處輸 出的分量信號相關的信息。圖4a示出了圖2中也示為可選組件的第二回聲估計濾波器260的第一實施例。可 選的第二回聲估計濾波器260包括兩個濾波器級360-1、360-2，每個濾波器級的輸入分別 耦合至第二回聲估計濾波器260的輸入260a、260b。此外，兩個濾波器級360-1、360-2的輸 出分別耦合至第二回聲估計濾波器260的輸出260c、260d。在這種環(huán)境下，可以結合圖3a和3b中所示的提取裝置250來采用圖4a所示的可 選的第二回聲估計濾波器260。更具體地，圖4a所示的第二回聲估計濾波器260能夠執(zhí)行 并行處理，通過濾波器級360-1來處理靜態(tài)分量信號，通過濾波器級360-2來處理非靜態(tài)分 量信號。一般地，根據是否采用不同的回聲估計濾波器以針對靜態(tài)和非靜態(tài)分量信號來對 聲學環(huán)境120 (如圖1所示)進行調制，可以將兩個濾波器級360-1、360-2配置為相同或不 同。自然，在電路工程方面，例如當也實現一個信號的鎖存或緩存時，也可以使用相同的電 路元件來實現兩個濾波器級360-1、360-2。如結合圖2對回聲估計濾波器240、260的兩部分實現方式的可能性的討論中已經 解釋的，濾波器級360也可以是僅實現例如延遲的濾波器級。當然，在第二回聲估計濾波器 260的環(huán)境中，也可以使用與所述回聲估計濾波器級不同的其他濾波器級。例如，濾波器級 360包括可選的控制輸入，用于接收控制信號，以實現濾波效應，使其被調整或影響。圖4b示出了可選的第二回聲估計濾波器260的另一實現形式，其與圖4a所示的 區(qū)別僅在于，僅實現了一個濾波器級360，該濾波器級360連接在第一輸入260a和第一輸出 260c之間。在圖4所示的實施例中，將第二輸入260b處輸入的信號傳送至第二輸出260d。因此，例如在圖3c所示的提取裝置250的環(huán)境中，可以采用圖4b中所示的第二回 聲估計濾波器260。在這種情況下，回聲估計濾波器260不對控制信號進行修正，該控制信 號包括關于第一輸入260a處輸入的分量信號的信息。當然，在一個實施例中，例如當濾波器級360只對兩個分量信號之一進行修正時， 也可以使用圖3a和3b所示的提取裝置250來實現圖4b所示的回聲估計濾波器。這里，當 然也可以使用回聲估計濾波器260的鏡像版本，其對第二輸入260b處輸入的信號進行濾波。圖5a示出了可以結合圖2中的設備200來采用的根據本發(fā)明的實施例的計算裝 置270的實現方式。這里，計算裝置270再次包括第一輸入270a和第二輸入270b。計算裝置 270還包括第一和第二濾波器計算裝置370-1、370-2，第一和第二濾波器計算裝置370-1、 370-2的輸入側分別耦合至計算裝置270的兩個輸入270a、270b之一。更具體地，濾波器計 算裝置370-1的輸入側耦合至第一輸入270a，以接收例如靜態(tài)分量信號。相應地，第二濾波器計算裝置370-2耦合至第二輸入270b，以從例如根據圖3a或3b來實現的提取裝置250 接收非靜態(tài)分量信號。當第二回聲估計濾波器260連接在提取裝置250和計算裝置270之 間時，將從相應的分量信號導出的信號饋送至兩個濾波器計算裝置370。兩個濾波器計算裝置370使用一個輸出耦合至組合裝置380，就組合裝置380而 言，其在輸出側耦合至輸出270d。作為可選組件，圖5a所示的計算裝置270還包括第三輸 入270c，在計算裝置270內，第三輸入270c耦合至兩個濾波器計算裝置370，如圖2中也示 出的，第三輸入270c直接或間接耦合至用于麥克風信號的輸入280。關于計算裝置270的操作模式，濾波器計算裝置370被配置為，基于對其可用的分 量信號，并可選地考慮來自輸入280的麥克風信號，計算相應的濾波器系數，隨后，濾波器 計算裝置370使相應的濾波器系數對組合裝置380可用。如果從相應分量信號導出的信號 (可能經過第二回聲估計濾波器260的修正)對兩個濾波器計算裝置370可用，則濾波器計 算裝置370基于這些信號來執(zhí)行相應計算。然而，不考慮這一點，濾波器計算裝置370被配 置為基于提取裝置250提供的分量信號，分別計算第一和第二濾波器系數。然后，組合裝置380將按照這種方式計算的第一和第二濾波器系數組合為濾波 器系數集合，然后經由計算裝置270的輸出270d，將其作為輸入數據提供給自適應濾波器 210?？梢酝ㄟ^多種不同操作來完成該組合。根據實際實現的濾波器技術，尤其也根據所使 用的時間/頻率轉換裝置230、290，并根據相關聯(lián)的頻率/時間轉換裝置300，可以實現用 于組合第一濾波器系數和第二濾波器系數的多種不同的可能性，以獲得自適應濾波器210 的濾波器系數。在本說明書的其他過程中，將更詳細地解釋相應示例。圖5b示出了與圖5a中非常類似的第二計算裝置270。其與圖5a所示的計算裝置 270的區(qū)別僅在于，現在實現了選擇裝置390來代替圖5a中的組合裝置380，所述選擇裝置 390被實現為基于第一濾波器系數和第二濾波器系數，在輸出270d處輸出濾波器系數集 合，該集合或基于第一濾波器計算裝置370-1的第一濾波器系數，或基于第二濾波器計算 裝置370-2的第二濾波器系數。換言之，選擇裝置390被實現為基于靜態(tài)分量信號或基于 非靜態(tài)分量信號來確定自適應濾波器210的濾波器系數。這里，選擇裝置390很可能基于計算裝置370的相應濾波器系數集合來執(zhí)行更復 雜的數學關系。然而，其與圖5a中的計算裝置270的組合裝置380的區(qū)別在于，其僅考慮 了濾波器計算裝置370輸出的兩個濾波器系數集合中的一個集合。圖5c示出了另一計算裝置270，其與圖5a所示的計算裝置270的區(qū)別在于，圖5a 中的計算裝置270僅包括耦合至計算裝置270的第一輸入270a的濾波器計算裝置370。此 外，在圖5c所示的計算裝置270中，濾波器計算裝置370耦合至第二輸入270b，并被實現為 經由第二輸入270b獲得用于確定濾波器系數的參數。此外，作為可選組件，圖5c的濾波器 計算裝置370也可以耦合至第三輸入270c，以可能基于麥克風信號來執(zhí)行濾波器系數的計 笪弁。因此，圖5c所示的計算裝置270與如下的計算裝置相對應其可以結合圖3c所示 的提取裝置250來操作，并可以結合圖4b所示的第二回聲估計濾波器260來操作。經由提 取裝置250的第二輸出250d，用于在濾波器計算裝置370的環(huán)境中進行計算的相應參數經 由計算裝置270的第二輸入270b直接發(fā)送至相應的濾波器計算裝置370。出于這種原因， 第二輸入270b耦合至濾波器計算裝置370的參數輸入，經由該參數輸入，所述濾波器計算
13裝置370可以接收用于計算濾波器系數的附加參數。由于使用了該計算裝置270，僅實現了單個濾波器計算裝置370，因此，可以省去 組合裝置和選擇裝置。圖5d示出了另一計算裝置270，其在結構和操作模式上與圖5c中的計算裝置270 非常類似。與圖5c所示的計算裝置270不同，圖5d所示的計算裝置270還包括參數確定 裝置400，該參數確定裝置400耦合在第二輸入270b與濾波器計算裝置370的相應參數輸 入之間。與圖5c所示的計算裝置270不同，圖5d所示的計算裝置270可以在設備200的 環(huán)境中操作，其中，提取裝置250經由第二輸出250d提供控制信號，該控制信號僅包括與 提取裝置250經由相應的第一輸出250c輸出了兩個分量信號中的哪一個相關的信息。如 果在濾波器計算裝置370的環(huán)境中使用的用于計算兩個分量信號(或基于兩個分量信號的 信號)的濾波器系數的規(guī)定僅在參數上有區(qū)別，則在利用圖5d所示的計算裝置270時，參 數確定裝置400可以根據所發(fā)送的分量信號來計算相應參數。因此，例如，可以將參數確 定裝置400實現為存儲器或計算電路。如果將其實現為存儲器，則可以實現為只讀存儲器 (ROM)、非易失性存儲器(NVM)或隨機存取存儲器(REM)。圖5e示出了另一計算裝置270，根據基于其來計算自適應濾波器210的濾波器系 數的分量信號，該計算裝置270包括兩個濾波器計算裝置370-1、370-2。這里，兩個濾波器 計算裝置370的輸入端均耦合至第一輸入270a。除了在可選的第三輸入270c處的可選耦 合之外，兩個濾波器計算裝置370中的每一個還分別耦合至分配點410的輸入，該分配點的 輸出耦合至計算裝置270的輸出。分配點410還包括控制輸入，該控制輸入耦合至計算裝 置270的第二輸入270b。因此，基于在第一輸入270a處輸入的信號，圖5e中的計算裝置270能夠基于濾波 器計算裝置370-1來計算第一濾波器系數集合，并基于第二濾波器計算裝置370-2來計算 第二濾波器系數集合。根據經由第二輸入270b轉發(fā)至分配點410的控制輸入的信號做出以 下選擇將濾波器計算裝置370計算的兩個濾波器系數中的哪個濾波器系數最終轉發(fā)至輸 出270d。分配點410根據在其控制輸入處的控制信號，將兩個輸入之一耦合至輸出270d。因此，例如，圖5e的計算裝置270可以結合圖3c所示的提取裝置250來操作，其 中，經由第二輸出250d發(fā)送控制信號，該控制信號包括與經由第一輸出250c發(fā)送的分量信 號相關的信息。因此，例如，如果在濾波器計算裝置370的環(huán)境中使用的針對兩個分量信號 的計算規(guī)定之間的區(qū)別達到這樣的程度，即由于參數上的簡單改變而使得不能有效地對其 進行轉換，則可以實現圖5c所示的計算裝置270。當然，這里應注意，圖3a至3c中描述的各種提取裝置250、圖4a和4b中描述的各 種回聲估計濾波器260以及圖5a至5e中描述的各種計算裝置270可以在各個方面互相組 合。例如，在圖5e所示的計算裝置中，可以使用這樣的裝置來取代分配點410 除了執(zhí)行選 擇要耦合至輸出270d的濾波器計算裝置370之外，還執(zhí)行其他操作，例如基于濾波器系數 的計算。在圖2至5中已經描述的本發(fā)明的實施例表現了一種新技術，能夠實現靜態(tài)和非 靜態(tài)回聲分量的單獨抑制。這是通過分別根據揚聲器信號中的波動和靜態(tài)分量來估計回聲 而實現。然后，在本發(fā)明的實施例中，對兩種信號類型計算兩個相應的回聲去除濾波器?？梢詫@些回聲去除濾波器進行單獨優(yōu)化，以實現最佳可能的回聲抑制性能，同時最小化近 端信號的偽像和干擾。其他描述被組織如下。首先，提出一種揚聲器信號的模型。隨后，根據該模型，將 靜態(tài)和非靜態(tài)分量分離，可以基于靜態(tài)分量的估計來進行該分離。然后，基于回聲估計濾波 器來對靜態(tài)和非靜態(tài)回聲分量的功率譜進行估計。相應地，在本發(fā)明的一些實施例中，計算 兩個回聲去除濾波器。隨后，基于對回聲去除濾波器的后驗性能的分析來適配靜態(tài)和非靜 態(tài)分量的分離。關于信號建模，要說明的是，由于只能考慮真實回聲路徑長度的一部分，因此，在 實際條件下，使用回聲估計濾波器對回聲成分譜或回聲功率譜的估計典型地不是非常精 確。為了防止這些不精確性導致殘留回聲，計算回聲去除濾波器使其強烈地抑制回聲，使其 不留下殘留回聲。這是通過對回聲功率譜進行過高估計并通過時間平滑(有利于較小的增 益濾波器值)來實現的。當揚聲器信號包含靜態(tài)噪聲時，回聲抑制器將試圖抑制所述靜態(tài)噪聲的回聲。由 于上述強烈的回聲抑制濾波器，這經常不僅導致靜態(tài)噪聲回聲的抑制，而且導致對靜態(tài)近 端噪聲和遠端話音的損害。這里提出的方法通過針對靜態(tài)和非靜態(tài)信號分別使用兩個不同的回聲抑制路徑 來消除這一問題，在圖6中也示意了這種方法。圖6示出了根據本發(fā)明的實施例的設備200的框圖，設備200包括揚聲器100和 麥克風110。揚聲器100具有對其可用的揚聲器信號χ [η]，將該信號提供給提取裝置250。 提取裝置250也被稱為穩(wěn)態(tài)鑒別器(靜態(tài)鑒別)。如結合圖2已經解釋的，提取裝置250包 括兩個輸出，這兩個輸出耦合至計算裝置270。此外，計算裝置270也具有對其可用的麥克 風110的信號y[n]。也如圖5a所示，計算裝置270包括用于靜態(tài)分量信號的第一濾波器計算裝置 370-1以及用于非靜態(tài)分量信號的濾波器計算裝置370-2，這些信號由提取裝置250輸出。 此外，向兩個濾波器計算裝置370分別提供麥克風信號。基于在每種情況下對其可用的信號，兩個濾波器計算裝置370計算濾波器系數Hw 和Hs，并將其提供給組合裝置380。為此，兩個濾波器計算裝置370分別使用一個輸出耦合 至組合裝置380。就組合裝置380而言，其向自適應濾波器210輸出基于兩個濾波器系數集 合Hw和Hs來計算或確定的濾波器系數。為了最終從麥克風信號y [η]獲得回聲抑制后的信號e [η]，自適應濾波器210還耦 合至麥克風，以接收輸入處的麥克風信號。在自適應濾波器210的輸出處提供回聲抑制后 的信號e[n]。因此，自適應濾波器210進行實際的回聲抑制，其中，兩個濾波器計算裝置370中 的每一個計算采取相應濾波器系數的形式的回聲去除濾波器，然后，組合裝置380將其組 合為有效的回聲去除濾波器。關于圖6中的表示，要注意的是，圖6所示的框圖是簡化框圖，其中為了簡化表示， 未示出例如可能實現的時間/頻率轉換裝置以及回聲估計濾波器。應當對非靜態(tài)(話音)回聲進行強烈抑制，以避免在這種情況下可能被感知為惱 人的殘留回聲。然而，典型地，以較不強烈的方式來對可能源自揚聲器信號中的靜態(tài)噪聲的靜態(tài)回聲進行抑制，以防止如音調干擾之類的偽像。為了產生合適的模型，可以根據以下等式將從揚聲器發(fā)射的信號X[n]分為χ [n] = Xs [η]+xw [η] (1)其中，xs[n]對非靜態(tài)話音的成分進行建模，xw[n]對靜態(tài)噪聲的成分進行建模。使 用變量η來表示離散時間索引。關于靜態(tài)和非靜態(tài)分量的分離，首先對等式(1)所示的模型的兩端均執(zhí)行短時傅 立葉分析(STFT)，產生X [k，m] = Xs [k，m] +Xw [k，m]，(2)其中m表示頻率，k是時間數據塊索引。m和k都是整數。在等式(2)中，揚聲器功 率譜IX[k，m]2中的非靜態(tài)和靜態(tài)分量表示為|Xs[k，m]2和|Xw[k，m]2?？梢院侠砑俣▁s[n] 和xw[n]不相關，并具有接近零的均值。然后，X[k，m]2由以下給出 出于這種原因，可以根據以下等式，通過從揚聲器信號的功率譜|X[k，m]2中減去 靜態(tài)分量信號的功率譜的估計|xw[k，m]2來恢復揚聲器信號的非靜態(tài)分量信號&[1!]的瞬 時功率譜|Ss[k, mf 實際上，根據以下等式，通過對揚聲器信號的功率譜|X[k，m]2進行濾波來估計 |Xs[k, m]2 根據參考文獻[7]，濾波器Fx [k，m](也被稱為增益濾波器)可以被寫為其一般形 式，如下 其中Y χ是指數，β χ是控制參數或在靜態(tài)信號分量被低估或高估的情況下用于控 制靜態(tài)信號分量的抑制強度的參數。參照圖8將針對IkHz的頻率來示意靜態(tài)和非靜態(tài)分 量的分離。在圖2至6所描述的實施例中，由提取裝置250的增益濾波器330來執(zhí)行等式(5) 和(6)所描述的功能。通過隨時間來更新估計的噪聲短時功率譜m]2，可以執(zhí)行靜態(tài)噪聲估計。在
每個數據塊(幀)k處，以如下方式來更新噪聲功率譜使用用于確定存在話音還是噪聲的 兩個時間常數來執(zhí)行單極平均(single-pole averaging)。較小的上升時間常數(attack time constant)反映當前數據塊包括噪聲。較大的釋放時間常數反映當前數據塊包括話
曰°實際上，這是根據以下等式來實現的 其中P1是上升時間常數，μ 2是釋放時間常數。更具體地，等式(7)中出現的參 數口工和μ 2是無量綱參數，其中適用μ2。然而，例如考慮到采樣頻率，這些參數可 以被解釋為并稱為上述時間常數。如以下的比例關系式(16)也要示出的，每個實際時間常 數和參數互相成反比。考慮到采樣率，上升時間常數μ i可以包括例如10000ms = IOs的 值，而釋放時間常數可以與IOms的值相對應。在圖2至6描述的本發(fā)明的實施例中，由提取裝置250的平均裝置320來實現等 式(7)的功能。對于回聲功率估計，根據以下等式，通過將回聲估計濾波器G[k，m]應用至揚聲器 功率譜的時間延遲的版本，可以實現回聲信號的回聲頻譜的估計 其中，|"f[k, mj2表示麥克風信號中的回聲的功率譜的估計。在使用等式(3)時，由 非靜態(tài)揚聲器信號分量導致的回聲由以下給出 靜態(tài)揚聲器信號分量給出的回聲為 根據例如結合圖2至5所示的本發(fā)明的實施例的具體實現方式，例如，可以使用第 一回聲估計濾波器240來實現等式(8)所描述的功能。相應地，可以使用由兩個濾波器級 360-1、360-2組成的第二回聲估計濾波器260來實現等式(9)和(10)所描述的功能。如上所述，也可以使用所述回聲估計濾波器240、260來實現等式(8)至(10)中出 現的、具有延遲值d的信號延遲功能?？蛇x地，如果不實現獨立的延遲裝置，自然也可以使 用時間/頻率轉換裝置230來實現所述延遲功能。關于回聲去除濾波器，計算相關聯(lián)的回聲去除濾波器Hs[k，m] *Hw[k，m]并將其應 用至麥克風信號，以抑制來自非靜態(tài)和靜態(tài)回聲估計m]2m\t[K mf的回聲信號。在
包括例如圖5a所示的計算裝置270的實施例的情況下，這是根據以下等式來實現的 在這種情況下，在組合裝置380中執(zhí)行回聲去除濾波器Hs[k，m]和Hw[k，m]的相 應濾波器系數的相乘，這與相應回聲去除濾波器的串聯(lián)連接相對應。在基于頻率的域中進 行的相應濾波器系數的相乘與時域中的相應沖激響應的卷積相對應。通過以等式(11)也示出的因式分解的方式來實現回聲去除濾波器，可以引入不 同的增益因子作為不同回聲分量的參數。例如，可以根據以下等式來計算非靜態(tài)回聲去除 濾波器的濾波器分量
可以根據以_
器分量 設計參數β3、Ys, ^和Yw可以用于控制每個回聲去除濾波器的期望性能。根 據本發(fā)明的實施例的具體實現方式，所述設計參數可以被選擇為固定、設計為可自適應、可 編程或可以任何其他方式修改。例如，指數參數的典型選擇是Ys= Yw = 2。使用所謂的高估參數β 3和β w來控制回聲衰減的強烈性。例如，通過增大高估參 數，可以增大相應的回聲去除濾波器的強烈性。因此，靜態(tài)回聲去除濾波器Hw[k，m]的典型 選擇是對于參數= 2，以便僅應用適度的回聲衰減。另一方面，要以高度強烈的方式來設計負責對非靜態(tài)回聲分量進行抑制的回聲去 除濾波器，以有效衰減回聲信號中的干擾話音分量。因此，通常要將高估因子日3設計為大 于β w，使得典型地β s > β w。如果選擇了 β w = 2，則β s可以包括例如20 > β s > 2 =
范圍內的值(例如3S = 4)。一般地，^和屬于相同的數量級。限制值Ls和Lw確定所允許的最大回聲衰減，以分貝(dB)為單位。靜態(tài)回聲去除 濾波器的典型值為Lw = -IOdB或-15dB，該值有利地限制了靜態(tài)回聲的衰減，以減小意外的 偽像。在遠端處的非靜態(tài)話音的情況下，該衰減應確保相應回聲分量的完全衰減，這與用于 非靜態(tài)分量信號的Ls約為-60dB的限制值相對應。在圖2至6所示的實施例中，在濾波器計算裝置370的環(huán)境中，可以實現并實施等 式(12)和(13)所表示的功能。在本發(fā)明的一些實施例中，不是通過應用等式(12)和(13)所描述的回聲去除濾 波器來直接執(zhí)行實際的回聲抑制。而是基于相應的時間平滑的版本來執(zhí)行相應的回聲去 除。如上述設計參數的情況一樣，典型地，手動調諧并分別針對非靜態(tài)和靜態(tài)回聲抑制來優(yōu) 化時間平滑參數。因此，由于對靜態(tài)噪聲分量的抑制的要求與對非靜態(tài)話音抑制的要求不 同，因此可以進一步提高可感知的音頻質量。例如，可以在濾波器計算裝置370本身的環(huán)境中，或在其下游的任何裝置中，例如 在組合裝置380、選擇裝置390或分配點410中執(zhí)行這種功能。如果需要，也可以在自適應 濾波器210的環(huán)境中直接執(zhí)行這種時間平滑。對于上述質量的改進，例如，如參考文獻[8]所述，已經知道，在抑制了靜態(tài)信號 分量的情況下，要應用增大的平滑，以避免所謂的音調干擾。另一方面，也應當確保所應用 的非靜態(tài)回聲去除濾波器的衰減偏愛較小的值，以產生充分高的回聲衰減，所述衰減是由 回聲路徑的回響而導致的。然而，這不應使自適應濾波器210的跟蹤能力在回聲水平快速 改變的情況下退化。這種討論傾向于是一種定性討論，清楚地示出了由等式(12)和(13)
18
max
'等式來計算靜態(tài)回聲去除濾波器的濾波4
fYwLw Λ
maxl |Y[k, m]Y" - β | [^ m廠",10 20所示的回聲去除濾波器的獨立調整和優(yōu)化的必要性。圖7采取更大更完整的框圖或在本說明書的上下文中提出并描述的聲學回聲衰 減算法的流程圖的形式，示出了本發(fā)明的另一實施例。圖7示出的本發(fā)明的實施例與圖2 所描述的實施例很類似。這里，設備200也包括采取短時傅立葉變換單元(STFT)形式的時 間/頻率轉換裝置230，向該裝置提供了揚聲器信號x[n]。作為示例，圖7的上部將揚聲器 信號x[n]的曲線示為時間的函數，基于時間索引η來繪出該曲線。在將信號χ[η]從時域轉換至頻域之外，時間/頻率轉換裝置230也執(zhí)行上述延遲 值為d的延遲。因此，在時間/頻率轉換裝置230的輸出處，頻譜X[k-d，m]可用，該頻譜一 般是復數值頻譜。將所述頻譜X[k_d，m]提供給提取裝置250，繼而在圖7中由字母SD (靜 態(tài)鑒別)來表示該提取裝置250。如結合圖2至5中描述的實施例已經解釋的，在圖7所示 的實施例中，提取裝置250也提供頻域中的靜態(tài)分量信號Xw[k，m]和頻域中的非靜態(tài)分量 信號Xs [k，m]。所述分量信號對計算裝置270可用。此外，圖7所示的設備200的實施例包括時間/頻率轉換裝置290，該裝置也被實 現為短時傅立葉變換單元(STFT)的形式。例如，如圖7的上部曲線430所示，向所述時間/ 頻率轉換裝置290提供麥克風信號y[n]作為輸入信號。時間/頻率轉換裝置290也產生 頻域中的麥克風信號Y[k，m]的相應表示，其中索引k再次表示數據塊，而索引m表示頻帶 或頻率值或頻譜系數。該頻譜Y[k，m] —般也是復數值頻譜。然而，與時間/頻率轉換裝置230不同，時間/頻率轉換裝置290不包括附加的延 遲功能。一般地，由于與電路和其他組件中的電信號的傳播速度相比，聲波的傳播速度(音 速)明顯更低(聲波的傳播速度導致了與相關聯(lián)的揚聲器信號x[n]相比，由麥克風拾取的 信號y[n]中的延遲)，因此不需要附加延遲功能。為了示意這一點，對在圖7的上部的兩條曲線420、430，示出了與揚聲器信號x[n] 相關的第一大括號440。在圖7中，示出了與麥克風信號y[n]相關的第二大括號450，大括 號450表示與揚聲器信號χ [η]中由大括號440所表示的部分相對應的麥克風信號y [η]的 范圍。因此，揚聲器信號χ [η]與麥克風信號y [η]互相偏移延遲值d，圖7中的箭頭460也 示出了這一點。在圖7所示的實施例中，向回聲估計濾波器裝置470提供揚聲器信號和麥克風 信號的頻譜，回聲估計濾波器裝置470基于輸入的信號來估計回聲估計濾波器或其分量 G[k, m]。這些濾波器系數也被發(fā)送至計算裝置270。計算裝置270繼而包括用于靜態(tài)分量信號和非靜態(tài)分量信號的兩個濾波器計算 裝置370-1、370-2，在圖7所示的實施例中，還向兩個濾波器計算裝置370_1、370_2提供了 麥克風信號的頻譜和回聲估計濾波器m]的濾波器系數。因此，這兩個濾波器計算裝置 370不僅實現了如結合圖2至5的實施例所解釋的實際的濾波器計算功能，而且也實現了第 二回聲估計濾波器260中包含的功能。如結合圖5a也示出的，兩個濾波器計算裝置370 (在圖7中也被稱為ERF (回聲去 除濾波器))均耦合至組合裝置380，在圖7中將組合裝置380稱為FC(濾波器組合)。所 述組合裝置380將從兩個濾波器計算裝置獲得的濾波器系數進行組合，以產生自適應濾波 器210的濾波器系數。相應地，如結合圖2和5所討論的實施例所示，組合裝置380耦合至自適應濾波器210，在圖7中將自適應濾波器210稱為SM(頻譜修正)。所述自適應濾波器210基于也對 其可用的麥克風信號y [η]的頻譜表示Y[k，m]來執(zhí)行相關聯(lián)的頻譜修正，以衰減或抑制麥 克風信號中包含的回聲。最后，自適應濾波器210耦合至頻率/時間轉換裝置300，頻率/時間轉換裝置300 是逆短時傅立葉變換單元(ISTFT)。頻率/時間轉換裝置300在時域中輸出回聲消除后的 信號e[n]。采取例如同樣7所示的相應方法或設備200形式的本發(fā)明的實施例，能夠減小由 于自適應濾波器210的頻譜修正而引入的偽像的數目。換言之，因此，本發(fā)明的實施例能夠 對其進行功率控制。當僅存在遠端話音時，回聲抑制處理應當充分強烈，不允許任何信號通 過，因此，在這種情況下，可能不需要將非靜態(tài)和靜態(tài)信號和分量信號分離。出于這種原因， 在這種情況下，通過檢測剛剛描述的情況來相應地適配等式(6)中的控制參數βχ是可取 的，該控制參數正好控制或至少影響從揚聲器信號中減去的靜態(tài)分量信號的幅度。當揚聲器信號僅輸出遠端話音時，為了在這些情況之間進行區(qū)分，計算兩個不同 的參數。這首先包括所謂的預測增益，該預測增益與揚聲器聲道和麥克風聲道之間的相干 函數的全頻帶平均相對應。第二個參數使用揚聲器聲道內的語音活動性，例如，可以從揚聲 器信號的時間信號電平的比較或從例如適于語音傳送的編解碼器專用的編解碼器專用參 數導出該語音活動性。這些編解碼器包括例如基于LPC的編解碼器或基于CELP的編解碼 器(CELP=碼激勵線性預測或碼本激勵線性預測)，術語編解碼器(codec)是由英文術語編 碼器(coder)和解碼器(decoder)的縮寫組合而成的人造詞。預測增益或回聲預測增益ω [k]描述了麥克風信號和延遲的揚聲器信號之間的 相似程度。基于揚聲器信號的延遲的功率譜|Xd[k，m]2與麥克風信號的功率譜|Y[k，m]2之 間的平方相干函數，根據以下等式來執(zhí)行預測增益ω [k]的計算 其中E{...}表示數學期望值。在相干函數rd [k，m]的短時估計的環(huán)境中，可以 根據以下等式，通過計算或逼近期望值E{Xd[k，m]2|Y[k，m]2}來獲得所述數學期望值E{Xd [k，m]2|Y[k，m]2} = α | Xd[k，m]21 Y[k，m]2(15)+(l-α )E{Xd [k_l，m]21Y[k_l，m]2}因子α確定了估計隨時間的平滑度。由于等式(15)與指數衰落大致對應，因此 該因子具有相關聯(lián)的時間常數。以秒表示的該指數衰落的時間常數Ta近似為 其中4表示采樣頻率。換言之，比例關系式(16)示意了與采樣率4相關的實際 上無量綱的因子(這里是α)如何被表示為時間常數(這里是億)。然后，根據以下等式，將預測增益ω [k]計算為相干函數rd[k，m]在頻率(由索 引m = 0，. . .，M-I表示)上的均值 其中M表示頻帶的數目。
接近于1的回聲增益因子意味著可以基于延遲的揚聲器信號來(幾乎)完全預測 麥克風信號。因此，麥克風信號僅包含遠端話音的可能性趨近與1。然后，可以相對于預測 增益ω來控制控制參數β χ。任何時候當預測增益較高時，僅存在遠端話音，回聲衰減應當 充分強烈以去除所有(回聲)信號。因此，將噪聲保持在非靜態(tài)路徑內，并使用以分貝(dB) 為單位的最低限制值Ls來去除噪聲，其中控制參數選擇為βχ= βψ = 0。任何時候當預測 增益較低時，可能存在遠端和近端話音，因此，回聲抑制應較不強烈，以不引入偽像。在這種 情況下，處理噪聲使其通過靜態(tài)路徑，并使用以分貝(dB)為單位的限制值Lw來去除噪聲。 此外，在這種情況下，使用控制參數βχ = 3W。然而，在這種情況下應當注意，如果揚聲器信號僅包含由麥克風拾取的噪聲而不 存在話音，則預測增益可能較高。為了防止在這種情況下將控制參數值選擇得過大 (這可能導致過度抑制)，使用第二控制參數，即揚聲器聲道內的語音活動性。因此，實際 上，僅當在揚聲器聲道內話音為活動時，上述用于根據預測增益ω來計算控制參數 規(guī)則才適用。在圖7所示的實施例中，使用計算裝置270，更具體地，使用兩個濾波器計算裝置 370和組合裝置380來執(zhí)行等式(14)至(17)所述的這種功能。自然，在圖2至5所描述的 實施例的環(huán)境中，相應的實現方式也是可能的其中計算裝置270可以不僅具有經由輸入 280向其提供的麥克風信號(在圖2中可選地繪出)，也具有經由輸入220向其提供的可能 未修正的揚聲器信號。為了更詳細地示意本發(fā)明的實施例的操作模式，以下結合圖8至10來描述信號處 理。圖8示出了揚聲器信號中的靜態(tài)分量和非靜態(tài)分量的分離或提取。在部分圖示a中， 圖8示出了在IkHz頻率處的揚聲器功率譜，并將其繪制為約5s至約7. 5s范圍內的時間的 函數。這里，部分圖示c的橫坐標應用于所有三個部分圖示a至C。部分圖示b示出了非靜 態(tài)分量的相應功率譜，而部分圖示c反映了靜態(tài)分量的相應功率譜。在部分圖示8a中的相關聯(lián)的功率譜包括較高成分的每種情況下，部分圖示8b中 所示的非靜態(tài)分量或相關聯(lián)的非靜態(tài)分量信號也包括相應較高的值。然而，在這些范圍之 間的區(qū)域中，非靜態(tài)分量幾乎完全消失。相反，與圖8b的非靜態(tài)分量相比，通過根據等式(7)的浮動、遞歸平均來確定的靜 態(tài)分量表現出了在幅度上明顯更小的值，而且表現出了由于浮動平均而明顯更加平滑的曲 線。具體地，圖8c中的靜態(tài)分量和/或在從約6. 4s開始的時間段中的相關聯(lián)的靜態(tài)分量 信號表現出結合比例關系式(16)也提到過的指數或類似指數的下降。這里，這種衰落是由 于以下事實在這個范圍中，圖8a中的功率譜不再包括由于相應的話音信號造成的較高的 值。超過靜態(tài)分量的頻譜成分相應地下降?；趫D8所示的數據，圖9描述了相關聯(lián)的回聲去除濾波器。更具體地，圖9示出 了針對IkHz頻率的兩個相關聯(lián)的回聲去除濾波器曲線Hs和Hw，這些曲線是基于等式(12) 和(13)來計算的。部分圖示9a示出了用于IkHz頻率處的非靜態(tài)分量的回聲去除濾波器 Hs，所述濾波器是根據等式(12)來計算的。部分圖示b示出了根據等式(13)的用于靜態(tài) 分量的相應回聲去除濾波器禮。圖10所示的是基于相同的數據，然而，如部分圖示IOc的橫坐標所示，在更大的時 間規(guī)模上繪出了該數據，部分圖示IOc的橫坐標也適用于部分圖示a和b。圖10中，在部分圖示IOa中示意了控制參數β χ的強度與靜態(tài)/非靜態(tài)分離之間的關系，在部分圖示IOb 中示意了預測增益ω的強度，并在部分圖示IOc中示意了揚聲器聲道的語音活動性。更具體地，如在以上描述中介紹的，圖10示意了控制參數β ,和兩個控制參數ω 和語音活動性之間的關系。圖10下的仿真的第一個三分之一與僅存在遠端話音的情況相 對應，該情況的特征在于具有較高的預測增益。在這種情況下，將控制參數β χ設置為值β χ =β w = 0，從而以較強烈的方式來抑制非靜態(tài)分量，并也抑制靜態(tài)分量，以便不允許任何信 號通過。該仿真的第二個三分之一與僅在遠端存在話音的情況相對應，可以通過較低的預 測增益ω以及在揚聲器信號中缺少語音活動性來識別和檢測出該情況。然后，將控制參數 β χ選擇為較大，以允許所有靜態(tài)分量通過靜態(tài)路徑并以盡可能小的強烈性來去除靜態(tài)分 量，從而不引入任何偽像。該仿真的最后三分之一與雙向通話(double-talk)的情況相對 應，在雙向通話中，控制參數β x的范圍在任何時候在揚聲器聲道中存在語音活動性時的低 值和未檢測到語音活動性時的較大值之間。例如，在圖6 (也可以被認為是根據本發(fā)明的相應實施例的總體流程圖)所示的目 前已經描述的本發(fā)明的實施例中，不是通過對相應的揚聲器信號進行分離，而是通過對總 回聲信號進行估計來實現靜態(tài)和非靜態(tài)回聲分量的分別抑制。在本發(fā)明的這些實施例中，根據等式(8)，通過將回聲估計濾波器G[k，m]或G[k，
m]2應用至揚聲器功率譜的延遲版本來實現回聲信號的功率譜的估計，其中mj2表示回
聲的功率譜的估計，所述估計包含在麥克風信號中。根據等式(3)將揚聲器功率譜分離為 靜態(tài)分量|Xw[k, m]2和非靜態(tài)分量|Xs[k，m]2導致由等式(10)給出了源自非靜態(tài)的揚聲 器信號分量的回聲，由等式(9)給出了源自靜態(tài)揚聲器信號分量的回聲。使用非靜態(tài)和靜態(tài)回聲估計ps[k, mf和|fw[k, m]2，可以計算相應的回聲去除濾波
!Hs[k，m] *Hw[k，m]。然后，將這些回聲去除濾波器組合，并應用至麥克風信號，以抑制回 聲信號，根據以下等式來進行該處理E[k，m] = H[k，m]Y[k，m]，(18)其中H[k，m]由以下等式給出H[k，m] = combination (Hs [k，m]，Hw[k，m])· (19)對不同的回聲去除濾波器Hs[k，m]和Hw[k，m]進行組合的一種可能性是根據等式 (11)來使用上述兩者的乘積，這與將兩個濾波器串聯(lián)連接相對應。另一種可能性是根據以下等式來使用回聲去除濾波器的相應最小值E [k, m] = min (Hs [k, m]，Hw [k, m]) Y [k, m]，(20)其中，函數min(...)表示相應值的最小值。換言之，在這種情況下，適用以下關 系!combination(...) = min(···)。如上所述，例如，可以在組合裝置380中，也可以在選擇裝置390或分配點410中 執(zhí)行這些計算。此外，例如，也可以在相應裝置中執(zhí)行基于線性組合或非線性等式的各個抑 制濾波器的更復雜的組合和計算。類似地，可以不以逐帶通信號的方式，而是基于帶通信號 組，或以相同方式對所有帶通信號執(zhí)行相應組合。通過以這種組合的方式來實現回聲去除濾波器，可以對不同的回聲分量引入不同的增益。根據等式(12)來計算非靜態(tài)回聲去除濾波器，而根據等式(13)來計算靜態(tài)回聲 去除濾波器。通常，不是基于根據等式(12)和(13)的回聲去除濾波器的直接應用，而是基于相 應的時間平滑的版本來執(zhí)行實際的回聲抑制。如在上述設計參數的情況下一樣，也可以針 對非靜態(tài)和靜態(tài)回聲抑制分別手動調整時間平滑參數。按照這種方式，由于對靜態(tài)噪聲分 量的抑制的要求與對非靜態(tài)話音分量的抑制的要求不同，因此可以進一步提高感知的音頻質量。例如，眾所周知，在要抑制靜態(tài)信號分量的情況下使用更強的平滑是可取的，以避 免所謂的音樂音調。另一方面，要確保被應用至非靜態(tài)回聲去除濾波器的平滑偏愛較小的 值，以充分抑制源自回聲路徑的較長成分或是回聲路徑的長拖尾的回聲。然而，這不應損害 在回聲水平快速改變的情況下的抑制行為。這種定性討論清楚地示出了根據等式(12)和 (13)的兩個不同的回聲去除濾波器的獨立適配和優(yōu)化的必要性。以下將描述根據本發(fā)明采取方法和/或裝置形式的另一實施例的另一措施，其 中，將分離的回聲去除濾波器應用至靜態(tài)信號分量和非靜態(tài)信號分量。圖11示出了包括相 應自適應濾波器210的設備200的相應框圖。由于大量的結構相似性，以下將尤其參考圖 2至5和6和7所示的實施例的描述。根據本發(fā)明的實施例的設備200再次包括揚聲器100或揚聲器100的端子或相應 揚聲器信號x[n]的輸入。在被稱為DFT(離散傅立葉變換)的時間/頻率轉換裝置230的 環(huán)境中，將所述揚聲器信號χ [η]變換為揚聲器信號的頻譜表示X[k，m]。將所述揚聲器信 號提供給延遲裝置480，延遲裝置480產生其延遲版本X[k-d(k，m), m]，其中d(k，m)為相 應的延遲值。然后，將延遲裝置480延遲后的信號提供給第一回聲估計濾波器240，第一回聲估 計濾波器240基于濾波器系數G[k，m]來產生回聲估計信號對k, m]。將所述回聲估計信號 Y[k, m]提供給提取裝置250，提取裝置250基于該估計的回聲信號的頻譜系數，產生該信號 的非靜態(tài)和靜態(tài)功率譜作為揚聲器信號的(導出的)分量信號。因此，提取裝置250將信 號|is[k, m〗2和|i [k, m]2輸出至計算裝置270。麥克風110的麥克風信號y [η]也被提供給時間/頻率轉換裝置290，時間/頻率 轉換裝置290被配置為DFT，從時間信號y [η]產生時間信號y[n]的頻譜表示Y[k，m]。經 由能量值計算裝置490來提供該信號，能量值計算裝置490基于麥克風信號的頻譜分量，通 過對各個值的(絕對)幅度求平方來確定所述頻譜分量的功率譜。所獲得的功率譜也被提 供給計算裝置270，與上述功率譜一起，計算裝置270計算兩個回聲去除濾波器Hs [k，m]和 Hw[k，m]以及實際自適應濾波器H[k，m]的濾波器系數，并將其轉發(fā)給自適應濾波器210。自適應濾波器210也耦合至時間/頻率轉換裝置290的輸出，因此也接收麥克風 信號y[n]的頻譜分量Y[k，m]，自適應濾波器210考慮濾波器系數H[k，m]，根據該頻譜分 量Y[k，m]來產生頻域或與頻率相關的域中的回聲抑制后的信號E[k，m]。然后，將該回聲 抑制后的信號提供給頻率/時間轉換裝置300，頻率/時間轉換裝置300被配置為IDFT (逆 DFT)，頻率/時間轉換裝置300最終將該信號轉換回時域。為了確定延遲裝置480的延遲值d(k，m)，并為了確定回聲估計濾波器240的回聲
23估計濾波器系數，將揚聲器信號的頻譜表示X[k，m]和麥克風信號的頻譜表示Y[k，m]均發(fā) 送至相應的能量計算裝置500、510，能量計算裝置500、510耦合至兩個時間/頻率轉換裝 置230、290的輸出。能量計算裝置500耦合至時間/頻率轉換裝置230的輸出，能量計算 裝置510耦合至頻率/時間轉換裝置300的輸出。與能量值計算裝置490類似，能量計算裝置500、510中的每一個通過對相應頻譜 分量的幅度求平方來計算功率譜，并將這些值提供給另一計算裝置520。然后，另一計算裝 置520基于對其可用的值來確定延遲d(k，m)的估計以及回聲估計濾波器240的濾波器系 數G[k，m]的值。然后，將上述相應值一方面發(fā)送至延遲裝置480，另一方面發(fā)送至回聲估 計濾波器240，另一計算裝置520與延遲裝置480和回聲估計濾波器240耦合。因此，從圖11所示的實施例中可以看出，可以基于回聲信號頻譜的估計對k, m]來
執(zhí)行相應分量信號( mf與m]2)的分離，m]是根據以下等式來計算的 在回聲估計濾波器240中進行該計算。根據等式(12)和(13)的兩個回聲去除濾波！Hs[k，m] *Hw[k，m]的定義保持不 變。組合的回聲去除濾波器H[k，m]的確定也保持不變。因此，圖11中描述的另一種方法或相關聯(lián)的設備200是基于以下假設估計的回 聲信號中的靜態(tài)和非靜態(tài)回聲分量也是不相關的，使得 然后，通過從估計的回聲信號的功率譜Tif中減去回聲估計中的靜態(tài)分量的 估計mf，可以確定靜態(tài)回聲分量的估計的功率譜。因此有 實際上，根據以下等式，通過對估計的回聲信號的功率譜mj2進行濾波來估計 信號民[k, m]2 采用與增益濾波器Fx[k，m]或&&，!11]2類似確定的另一濾波！Fy[k，m]或其平方 Fy[k, m]2作為濾波器，因此在此不對其進行詳細討論和解釋。提取裝置250也基于相應的 導出的信號來執(zhí)行該功能。在此應注意，圖11所示的實施例涉及回聲信號的估計的頻譜τη]已經可用的 情況。當然，相應的方法也能夠適用于在僅已知根據等式(8)的估計的回聲信號的估計的
功率信號I對k, Tnj2的情況。將結合圖12所示的實施例來更詳細地描述這種情況。圖11示出了聲學回聲衰減措施的框圖，其中基于估計的回聲頻譜τη]來應用 靜態(tài)和非靜態(tài)回聲分量的分離，而圖12中所示的框圖示意了一種類似的措施。然而，相反 地，后者是基于如下聲學回聲衰減措施基于回聲信號的估計的功率譜mj2來應用靜 態(tài)和非靜態(tài)回聲分量的分離。因此，圖11和12所示的兩個實施例不僅操作模式非常相似，而且，如以下描述所示，其結構也非常相似。更具體地，圖12所示的實施例與圖11所示的實施例的本質區(qū)別在于，能量計算 裝置500不再專門地連接在另一計算裝置520的上游以用于被轉換至頻域的揚聲器信號 χ [η]，而是直接連接至時間/頻率轉換裝置230 (仍被配置為DFT)的輸出。按照這種方式， 不僅不再向另一計算裝置520提供實際的頻譜分量，而且也不再向延遲裝置480、回聲估計 濾波器240和提取裝置250提供實際的頻譜分量，而是向它們提供實際的頻譜分量的功率
■i並 曰O然而，除此之外，圖11和12中所示的兩個實施例的區(qū)別僅在于，在各個組件和裝 置中，可能或多或少以不同的方式來進行相應的計算。例如，不再在提取裝置250中執(zhí)行對 各個頻譜分量的與能量相關的值的相應計算，這是由于能量值計算裝置500先前已經執(zhí)行 了該計算。圖13示出了本發(fā)明的另一實施例，其中，例如向相應設備200提供了多于一個揚 聲器信號或多于一個麥克風信號。換言之，圖13所示的實施例是一種多聲道裝置。盡管以上討論和描述的本發(fā)明的實施例僅針對單獨聲道或單個聲道的情況，其中 僅有一個揚聲器信號和一個麥克風信號可用，但是，如以下所解釋的，本發(fā)明的實施例不局 限于單獨聲道的情況。類似地，所述實施例也可以應用至具有多聲道能力的聲學回聲衰減 系統(tǒng)。由于圖13所示的設備200的實施例在結構上與圖2所示的實施例非常相似，因 此，在操作模式、連接和其他方面，以下參照結合圖2至5的描述。圖13所示的設備200的多聲道變型包括多個輸入220_1、220_2……，若干揚聲器 信號可以從這些輸入耦合入設備200。相應地，設備200也包括可選的多個相應的時間/頻 率轉換裝置230-1、230-2……，如結合圖2已經詳細闡述的，這些時間/頻率轉換裝置可以 執(zhí)行將相應揚聲器信號從時域向與頻率相關的域的變換或轉換。多個時間/頻率轉換裝置230耦合至捆綁(bundling)裝置530的相應數目的輸 入，捆綁裝置530基于輸入的揚聲器信號來形成公共的、導出的揚聲器信號，然后，根據可 選的第一回聲估計濾波器240是否存在來將其轉發(fā)至第一回聲估計濾波器240或提取裝置 250。如結合圖2所示的實施例已經描述的，提取裝置250可以耦合至可選的第二回聲估計 濾波器260或直接耦合至計算裝置270。所述裝置最終在其輸出處輸出計算后的濾波器系 數。與圖2所示的實施例不同，圖13中的設備200的多聲道變型還包括另一捆綁裝置 540，該另一捆綁裝置540的輸入側經由可選的時間/頻率轉換裝置290-1、290-2……耦合 至用于相應麥克風信號的相應數目的輸入280-1、280-2……。與捆綁裝置530類似，另一 捆綁裝置540基于存在于時域或與頻率相關的域中并對其可用的麥克風信號來確定導出 的、有效的或公共的麥克風信號，可選地，該導出的、有效的或公共的麥克風信號對提取裝 置250或對計算裝置270可用。圖13所示的設備200的多聲道變型還包括用于每個麥克風信號或每個麥克風信 號輸入280的自適應濾波器210-1,210-2……，所述自適應濾波器210-1,210-2……可能 經由可選的時間/頻率轉換裝置290-1,290-2……耦合至相應的輸入280-1,280-2……。 相應地，自適應濾波器210-1、210-2……可能經由多個可選的頻率/時間轉換裝置300-1、300-2……分別耦合至輸出310-1、310-2……。自適應濾波器210濾波后的輸出信號是回聲 清除或頻譜修正后的信號，然后，該信號在所述輸出310處對設備200可用。自適應濾波器210-1、210_2……都并行地耦合至計算裝置270的輸出，所述計算 裝置270在該輸出處提供自適應濾波器的濾波器系數。換言之，在如圖13所示的本發(fā)明的 實施例中，從功能的觀點來看，使用相同的自適應濾波器，即基于相同的濾波器系數，對多 個麥克風信號中的所有麥克風信號進行濾波，以獲得相應麥克風信號的頻譜修正或回聲消 除后的版本。因此，如果X1 [η]是第1個揚聲器的信號，其中1是從0至L_1范圍內的整數，L表 示不同揚聲器或揚聲器信號的數目，與等式(1)類似，可以根據以下等式引入相同的模型X1 [n] = xSjl [η] +xw, ！ [η]，(25)其中XsJn]對第1個揚聲器信號中包含的非靜態(tài)話音的成分進行調制，[η]對 第1個揚聲器信號中包含的靜態(tài)噪聲的成分進行調制。根據等式(2)，等式(25)的STFT域 表示由以下等式給出X1 [k，m] = Xs,丄[k，m] +Xw, Jhm]. (26)然后，在圖13所示的捆綁裝置530中，根據以下等式，通過將各個揚聲器信號的頻 譜進行組合來計算所有揚聲器聲道的公共的、捆綁的功率譜|x[k, m]2 = Σ IX1 [k, mf ,(27)
1=0其中L表示揚聲器聲道的數目。然后針對根據等式(27)的公共的或捆綁的功率 譜，執(zhí)行根據等式(5)和(7)的非靜態(tài)和靜態(tài)信號分量的分離。與此類似，也根據以下等式來計算麥克風聲道的公共的或捆綁的功率譜

其中，Yp[k, m]表示第ρ個麥克風110的信號，P表示麥克風的數目。索引P仍是 從0至P-I范圍內的整數。在圖13所示的實施例中，可以由另一捆綁裝置540來執(zhí)行該計
笪弁。如在本說明書的之前段落中所解釋的，為了確定根據等式(12)和(13)的兩個回 聲去除濾波器，在其他算法步驟的過程中使用根據等式(27)的揚聲器(功率)頻譜|X[k， m]2和根據等式(28)的麥克風(功率)頻譜|Y[k，m]2。也可以基于根據等式(27)和(28) 的公共的或捆綁的頻譜來執(zhí)行結合根據等式(14)至(17)的性能控制而描述的控制參數 1的確定。然后，對每個麥克風信號獨立地執(zhí)行頻譜修正環(huán)境內的實際回聲抑制，但是，根據 以下等式，對每個麥克風信號使用相同的回聲去除濾波器210 Ep [k，m] = Hs [k，m] Hw [k，m] Yp [k，m] (29)其中ρ = 0，1，...，P_1。與此類似，如以上所解釋的，也可以以不同的方式來實現 回聲去除濾波器210，例如以與等式(19)類似的方式來實現。在此值得注意的是，例如，如圖13所示，在設備200的多聲道變型的環(huán)境中，揚聲 器信號的數目L和麥克風信號的數目P應當彼此相同和不同。原則上，針對揚聲器信號和 麥克風信號，可以提供任意數目的輸入。此外，向多個揚聲器信號輸入和多個麥克風信號輸入提供相應的捆綁裝置530、540不是絕對必要的。在本發(fā)明的實施例中，很可能僅對相應 捆綁裝置530實現多個揚聲器信號輸入，而無需對相應的另一捆綁裝置540實現多于一個 麥克風信號輸入。例如，當由于經由包括若干揚聲器的聲音系統(tǒng)(例如可以在汽車中實現) 來重現遠端用戶的通信信號，因而有單個麥克風但有多個揚聲器時，可以采用這樣的系統(tǒng)。此外，例如在會議系統(tǒng)的環(huán)境中，當僅實現了一個中心揚聲器，而多個說話者中的 每一個都具有對其可用的麥克風時，不必可能地對相應捆綁裝置530實現揚聲器信號的多 于一個的輸入。在這種情況下，僅實現另一捆綁裝置540可能是可取的。此外，在此值得注意的是，捆綁裝置530、540自然可能被配置為使得其是為比實 際向其提供的更多的揚聲器信號和麥克風信號而設計的。相應地，設備200可以包括比實 際使用的更多的相應輸入220、280。在這種情況下，例如，上游電路(如可選的時間/頻率 轉換裝置230、290或捆綁裝置530、540本身)可以確定活動聲道的數目并相應地選擇參數 L和P。當然，也可以實現從外部提供要列入考慮的聲道數目和可能的麥克風和揚聲器信號 的數目。在此也應注意，如果將相應參數L和P發(fā)送給捆綁裝置530、540，圖13所示的實施 例自然也可以在僅有單個揚聲器信號和單個麥克風信號的情況下工作。原則上，等式(27) 和(28)也適用于P = 1和/或L = 1的情況。因此，圖13所示的實施例表示了圖2所示 的實施例的“向下兼容”的擴展。關于頻率分辨率，與STFT的頻率分辨率偏離可能是可取的。STFT的均勻頻譜分辨 率不能很好適合于人類感知。因此，有利地，如也在參考文獻[9]中示出的，將均勻間隔的 系數|X[k，m]2和|Y[k，m]2分組為多個非重疊分區(qū)或組，這些分區(qū)或組包括對例如在參考 文獻[10]中所述的人類聽覺系統(tǒng)的頻率分辨率進行模仿的帶寬。如參考文獻[10]所述，對于16kHz的采樣率，512個樣本和15個組或分區(qū)的STFT 的DFT塊長度是一種合適的選擇，其中每個分區(qū)具有大致與等效矩形帶寬(ERB)的兩倍相 對應的帶寬。這些頻帶與如圖14中所示的分區(qū)相對應。圖14示出了如何將均勻STFT頻譜的頻譜系數分組或劃分為分區(qū)或組以模仿人 類聽覺系統(tǒng)的非均勻頻率分辨率。圖14所示的頻率軸從OHz延伸至約8000Hz，這與基于 16kHz采樣頻率的有效頻帶相對應。僅對每個組的中心頻率來計算不同的增益濾波器。此外，與均勻STFT的全頻譜分 辨率的情況相比，這還帶來了計算復雜度的降低。在對均勻STFT信號頻譜應用最后的分區(qū) 或組增益濾波器之前，使用Harm插值濾波器對所述STFT信號頻譜進行插值。圖15a示出了用于在頻率上對增益濾波器進行平滑的相應Harm插值濾波器。圖 15b以實線示出了增益濾波器系數，可以通過在各個分區(qū)中對增益濾波器的值進行插值來 獲得這些系數，對所述增益濾波器的值而言，在圖15b中使用黑體的點來示出了所述增益 濾波器的值。圖15中的部分圖示a精確描述了這些Harm濾波器，而部分圖示b示出了在插值 之前和之后增益濾波器值的示例。圖15b中所示的點表示插值之前的值，而實線與插值之 后的所述值相對應。增益濾波器的頻率平滑導致所產生的頻譜作為頻率的函數具有更平滑 的變化，從而減小了音樂音調和其他偽像。如之前對本發(fā)明的實施例的描述所示，作為簡要概括，在一些情況下，本發(fā)明的實施例包括功能單元，所述功能單元包括以下步驟。本發(fā)明的實施例執(zhí)行接收至少一個揚聲 器信號；接收至少一個麥克風信號；將揚聲器信號和麥克風信號轉換為短時頻譜；計算相 應的揚聲器和麥克風的功率譜；將揚聲器功率譜提取或分離為靜態(tài)和非靜態(tài)功率譜；使用 靜態(tài)揚聲器功率譜來計算回聲去除增益濾波器；使用非靜態(tài)揚聲器功率譜來計算回聲去除 增益濾波器；將增益濾波器應用至麥克風頻譜以抑制回聲；以及將回聲抑制后的麥克風頻 譜轉換回時域。根據環(huán)境，可以以硬件或軟件形式來實現本發(fā)明方法的實施例。實現方式可以在 數字存儲介質上進行，尤其是具有電可讀的控制信號的盤、CD或DVD，其可以與可編程計 算機系統(tǒng)交互，以執(zhí)行本發(fā)明方法的實施例。一般地，因此，本發(fā)明的實施例也在于具有程 序代碼的軟件程序產品或計算機程序產品或程序產品，所述程序代碼存儲在機器可讀載體 上，當軟件程序產品在計算機或處理器上執(zhí)行時，所述程序代碼執(zhí)行本發(fā)明方法的實施例。 換言之，因此，本發(fā)明的實施例可以被實現為具有程序代碼的計算機程序或軟件程序或程 序，當程序在處理器上執(zhí)行時，所述程序代碼執(zhí)行本方法。處理器可以包括計算機、芯片卡 (智能卡)、集成系統(tǒng)(S0C =片上系統(tǒng))、專用集成電路(ASIC)或其他集成電路(IC)。參考文獻[1]C. Breining, P. Dreiseitel， E. Hansler, A. Mader, B. Nitsch, H. Puder, T.Schertler,G. Schmidt,and J. Tilp. Acoustic echo control. IEEE Signal Processing Magazine,16(4) :42_69，July 1999.[2]A. N. Birkett and R. A. Goubran. Limitations of handsfree acoustic echo cancellers due to nonlinear loudspeaker distortion and enclosure vibration effects. In Proc. IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, pp. 13-16, New Paltz, Oct.1995.[3]G. Schmidt and E. Hansler. Acoustic echo and noise control :a practical approach. Hoboken :ffiley,2004.[4]W. L. B. Jeannes, P. Scalart, G. Faucon, and C. Beaugeant. Combined noise and echo reduction in hands-free systems -.a survey. IEEE Transactions on Speech and Audio Processing,9(8) =808-820, Nov.2001.[5]C. Faller and J. Chen. Suppressing acoustic echo in a sampled auditory envelope space. IEEE Trans, on Speech and Audio Proc. ,13(5) 1. 048-1.062, Sept. 2005.[6]C. Faller and C.Tournery. Estimating the delay and coloration effect of the acoustic echo path for low complexity echo suppression. In Proc.Intl. Works, on Acoust. Echo and Noise Control (IffAENC),Sept.2005.[7]W. Etter and G. S. Moschytz. Noise reduction by noise-adaptive spectral magnitude expansion. J. Audio Eng. Soc. ,42 :341-349, May 1994.[8]0. Capp ' e. Elimination of the musical noise phenomenon with the ephrain and maIah noise suppressor. IEEE Trans. Speech and Audio Processing,2 (2) 345-349, April 1994.[9]C. Faller and F. Baumgarte. Binaural Cue Coding-Part II :Schemes andapplications. IEEE Trans, on Speech and Audio Proc.,11 (6) :520-531, Nov.2003.
[10]B. R. Glasberg and B. C. J. Moore. Derivation of auditory filter shapes from notched-noise data. Hear. Res.，47 :103—138，1990.參考標記列表
100揚聲器
110麥克風
120聲學環(huán)境
130揚聲器信號
140麥克風信號
150回聲去除處理單元
160回聲抑制后的信號
170直接路徑
180間接路徑
200裝置
210自適應濾波器
220輸入
230時間/頻率轉換裝
240回聲估計濾波器
250提取裝置
260回聲估計濾波器
270計算裝置
280輸入
290時間/頻率轉換裝
300頻率/時間轉換裝
310輸出
320平均裝置
330增益濾波器
340參數計算裝置
350分配裝置
360濾波器級
370濾波器計算裝置
380組合裝置
390選擇裝置
400參數確定裝置
410分配點
420曲線
430曲線
440大括號
450大括號
29
460 箭頭470回聲估計濾波器裝置480延遲裝置490能量值計算裝置500能量值計算裝置510能量值計算裝置520另一計算裝置530捆綁裝置540另一捆綁裝置
權利要求
一種用于計算自適應濾波器(210)的濾波器系數的設備(200)，所述自適應濾波器(210)用于對麥克風信號進行濾波，以抑制由揚聲器信號導致的回聲，所述設備包括提取裝置(250)，用于從揚聲器信號或從由揚聲器信號導出的信號提取靜態(tài)分量信號或非靜態(tài)分量信號；以及計算裝置(270)，用于基于所提取的靜態(tài)分量信號或所提取的非靜態(tài)分量信號來計算自適應濾波器(210)的濾波器系數。
2.如權利要求1所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為基于揚聲器 信號或所導出信號的帶通信號的能量相關值的平均來提取靜態(tài)分量信號。
3.如權利要求2所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為以如下形式來 執(zhí)行所述平均對所述帶通信號所基于的當前數據塊的值、并僅對在時間上位于所述當前 數據塊之前的至少一個數據塊的值進行浮動平均。
4.如權利要求2或3之一所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為以如 下形式來執(zhí)行所述平均根據當前數據塊的能量相關值與之前的數據塊的能量相關值或之 前獲得的平均的值之間的比較，基于不同的計算規(guī)定來進行浮動平均。
5.如權利要求3或4之一所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為基 于根據加法參數來進行的當前數據塊的能量相關值與之前計算的平均的值的相加，執(zhí)行浮 動平均的遞歸計算；所述加法參數在當前數據塊的能量相關值大于之前確定的平均的值的 情況下比在當前數據塊的能量相關值小于之前確定的平均的值的情況下更小。
6.如之前任一權利要求所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為基于揚 聲器信號或所導出信號的帶通信號來提取非靜態(tài)分量信號。
7.如之前任一權利要求所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為基于 靜態(tài)分量信號和增益濾波器來提取非靜態(tài)分量信號。
8.如權利要求7所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為使得所述增益 濾波器依賴于可變或不可變的控制參數。
9.如權利要求8所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為基于相干函數 來確定增益濾波器的控制參數，所述相干函數基于揚聲器信號或從揚聲器信號導出的信號 并基于麥克風信號或從麥克風信號導出的信號。
10.如權利要求9所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為基于相干函 數在揚聲器信號或從揚聲器信號導出的信號的多個帶通信號上以及在麥克風信號或從麥 克風信號導出的信號的多個帶通信號上的平均值來確定所述控制參數。
11.如之前任一權利要求所述的設備(200)，其中，所述設備(200)還包括捆綁裝置 (540)，所述捆綁裝置(540)用于對多個麥克風信號進行捆綁，以獲得捆綁的麥克風信號作 為所述麥克風信號或作為所導出的麥克風信號。
12.如之前任一權利要求所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為輸出 靜態(tài)分量信號和非靜態(tài)分量信號，所述計算裝置(270)被配置為基于靜態(tài)分量信號來計算 第一濾波器系數并基于非靜態(tài)分量信號來計算第二濾波器系數，所述計算裝置(270)還被 配置為基于第一和第二濾波器系數來確定濾波器系數。
13.如權利要求12所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為計算濾波器 系數，使得所述濾波器系數與第一濾波器和第二濾波器的串聯(lián)連接相對應，所述第一濾波器系數與所述第一濾波器相對應，所述第二濾波器系數與所述第二濾波器相對應。
14.如之前任一權利要求所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為輸出 靜態(tài)分量信號和非靜態(tài)分量信號，所述計算裝置(270)被配置為基于靜態(tài)分量信號來計算 第一濾波器系數并基于非靜態(tài)分量信號來計算第二濾波器系數，所述計算裝置還被配置為 基于第一濾波器系數或基于第二濾波器系數來確定濾波器系數。
15.如權利要求14所述的設備(200)，其中，所述計算裝置(270)被配置為基于與較 高的衰減水平相對應的第一濾波器系數或第二濾波器系數的濾波器系數來確定濾波器系 數。
16.如之前任一權利要求所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為提供 靜態(tài)分量信號或非靜態(tài)分量信號以及控制信息信號，所述控制信息信號包括與輸出的分量 信號相關的信息，所述計算裝置(270)被配置為基于所述提取裝置(250)輸出的信號、基 于從所述提取裝置(250)輸出的信號導出的信號、以及基于所述控制信息信號中包括的信 息，來計算濾波器系數。
17.如權利要求16所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為根據靜 態(tài)分量信號的能量相關值與非靜態(tài)分量信號的能量相關值之間的關系，向所述計算裝置 (270)輸出靜態(tài)分量信號或非靜態(tài)分量信號。
18.如之前任一權利要求所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為提取 靜態(tài)分量信號或非靜態(tài)分量信號作為估計的信號。
19.如之前任一權利要求所述的設備(200)，其中，所述提取裝置(250)被配置為輸出 靜態(tài)分量信號和非靜態(tài)分量信號。
20.如之前任一權利要求所述的設備(200)，還包括自適應濾波器(210)，以基于所述 濾波器系數來對麥克風信號進行濾波。
21.如之前任一權利要求所述的設備(200)，還包括捆綁裝置(540)和多個自適應濾波 器(210)，以基于計算裝置(270)的相同濾波器系數來對多個麥克風信號中的至少兩個麥 克風信號進行濾波。
22.如之前任一權利要求所述的設備(200)，還包括捆綁裝置(530)，所述捆綁裝置 (530)用于對多個揚聲器信號進行捆綁，以獲得捆綁的揚聲器信號作為所述揚聲器信號或 所述由揚聲器信號導出的信號。
23.一種用于計算自適應濾波器(210)的濾波器系數的方法，所述自適應濾波器(210) 用于對麥克風信號進行濾波，以抑制由揚聲器信號導致的回聲，所述方法包括從揚聲器信號或從由揚聲器信號導出的信號提取靜態(tài)分量信號或非靜態(tài)分量信號；以及基于所提取的靜態(tài)分量信號或所提取的非靜態(tài)分量信號來計算所述自適應濾波器的 濾波器系數。
24.一種包括程序代碼的程序，當所述程序在處理器上運行時，所述程序代碼用于執(zhí)行 根據權利要求23所述的方法。
全文摘要
一種用于計算自適應濾波器(210)的濾波器系數的設備(200)的實施例，所述自適應濾波器用于對麥克風信號進行濾波，以抑制由揚聲器信號導致的回聲，所述設備包括提取裝置(250)，用于從揚聲器信號或從由揚聲器信號導出的信號提取靜態(tài)分量信號或非靜態(tài)分量信號；以及計算裝置(270)，用于基于所提取的靜態(tài)分量信號或所提取的非靜態(tài)分量信號來計算自適應濾波器(210)的濾波器系數。
文檔編號G10L21/02GK101933088SQ200980103757
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權日2008年1月31日
發(fā)明者克里斯托弗·弗勒, 法比安·庫奇, 阿萊克斯·法羅特, 馬克斯·卡林格 申請人:弗勞恩霍夫應用研究促進協(xié)會