專利名稱：改進(jìn)的聲回波消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于通信網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)回波消除裝置。具體來說，本發(fā)明涉及改進(jìn)的回波消除及其實現(xiàn)的方法。
背景在典型的電話網(wǎng)絡(luò)中，可能存在兩種類型的回波聲音回波與電回波。當(dāng)使用免提電話終端時，聲音回波可能出現(xiàn)在電話通信網(wǎng)絡(luò)中。在終端從揚聲器產(chǎn)生的語音信號以聲波的形式通過聲音環(huán)境(空氣)傳播，其部分被反射回到終端話筒。這種反射信號被傳送回說話者，從而生成回波。在某些情形下，聲音回波可能在耳機(jī)與話筒之間話音耦合不良的電話中出現(xiàn)。因而，兩個不同的成分可能構(gòu)成聲音回波。第一是不希望有的從天花板、窗戶或墻壁反射的遠(yuǎn)程話音，第二是揚聲器與話筒的直接耦合。來自第一成分的回波可能延遲達(dá)200毫秒長。
由于連接從交換電話網(wǎng)(PSTN)的單向四線鏈路到本地兩線回路所需的混合轉(zhuǎn)換器的存在的結(jié)果而產(chǎn)生電回波?；旌限D(zhuǎn)換器的基本功能是從在PSTN部分接收的信號中分離出起源于本地回路中所傳送的信號，以及相反過程。這個過程需要接收的信號的能量完全通過本地回路。然而，由于在混合轉(zhuǎn)換器中阻抗的失配，部分接收的能量被反射回傳送端口。結(jié)果是，說話人聽到他自己的話音，這當(dāng)然是不希望有的。
用于通信網(wǎng)絡(luò)中回波降低的一種方法是使用回波抑制器。一種回波抑制器的作用如同轉(zhuǎn)換開關(guān)，監(jiān)視兩個方向行進(jìn)的話音信號。它檢測人所說的話音并阻擋在相反方向行進(jìn)的信號。這種回波抑制器的缺陷在于，當(dāng)用戶快速來回說話時，由于對監(jiān)視語音活動的響應(yīng)時間所至，該回波抑制器趨向于對話音信號“斬波”。此外，在雙向談話期間，即用戶同時談話時，這種抑制器不能控制回波。
為了避免回波抑制器的問題所提出的一種解決辦法是提供一種電路或算法，不是阻擋通信鏈路中一個方向的語音信號，而是使用自適應(yīng)濾波器消除回波。自適應(yīng)濾波器是一種計算裝置，試圖對兩個信號之間的關(guān)系以交互的方式實時建模。自適應(yīng)濾波器在通信系統(tǒng)中很好地被接受，用于回波消除將線路均衡。自適應(yīng)濾波器基于卷積。自適應(yīng)濾波器最常使用的結(jié)構(gòu)是有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。
自適應(yīng)濾波器能夠作為開環(huán)濾波器或閉環(huán)濾波器實現(xiàn)。在閉環(huán)濾波器中，算法按迭代方式運算，并以新數(shù)據(jù)的到達(dá)及當(dāng)前信號性能反饋參數(shù)更新可調(diào)節(jié)參數(shù)。在每一迭代期間，系統(tǒng)了解關(guān)于輸入信號更多的特征。處理器基于最近的系統(tǒng)性能，即出錯信號e(n)，對當(dāng)前的參數(shù)集合進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣逐步逼近可調(diào)節(jié)參數(shù)值的最優(yōu)集合。


圖1示出標(biāo)示210為的傳統(tǒng)的(先有技術(shù))自適應(yīng)回波消除裝置的框圖。自適應(yīng)回波消除裝置210的一個輸入是遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20。在這圖示中，遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20可以是來自遠(yuǎn)端的終端，諸如電話，蜂窩式電話，通過IP電話的話音等。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20是用來驅(qū)動免提近端終端中揚聲器(未示出)的離散時間信號。
自適應(yīng)回波消除裝置210的另一輸入是近端輸入信號d(n)26。近端輸入信號d(n)26是由免提近端終端的話筒(未示出)拾取的信號。近端輸入信號d(n)26包含回波形式的遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20的一部分、背景噪聲、可能還有本地語音。
自適應(yīng)回波消除裝置210的輸出是向遠(yuǎn)端的輸出的輸出/誤差信號e(n)28。自適應(yīng)回波消除裝置210可包含損失控制器，非線性處理器，輔助顫噪控制裝置等(未示出)，以進(jìn)一步處理輸出到遠(yuǎn)端的輸出/誤差信號e(n)28。
自適應(yīng)回波消除裝置210包括一自適應(yīng)FIR濾波211。自適應(yīng)FIR濾波211包含主FIR組件230，加法器232及更新步長控制234。自適應(yīng)FIR濾波211還包括用于接收遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20及近端輸入信號d(n)26的輸入。自適應(yīng)FIR濾波器211輸出輸出/誤差信號e(n)28，這可直接向遠(yuǎn)端輸出或進(jìn)而由上述組件之一處理。
主FIR組件230使用遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20作為基準(zhǔn)信號。主FIR組件230輸出被估計的回波信號y(n)236。如上所述，主FIR組件230是基于卷積的。
主FIR組件230還包括在圖中由Z-1標(biāo)記的延遲單元。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20耦合到第一延遲單元的輸入。第一延遲單元的輸出耦合到第二延遲第一的輸入。第二延遲第一的輸出耦合到后繼的延遲單元的輸入。后繼的延遲單元的輸出耦合到另一后繼延遲單元(未示出)的輸入。最后的延遲單元接收序列中前一的延遲單元的輸出作為其輸入。延遲單元的數(shù)目取決于自適應(yīng)FIR濾波器211中抽頭的數(shù)目。延遲單元的數(shù)目是抽頭數(shù)目減一。
主FIR組件230還包括由包含抽頭系數(shù)(即Ax)符號的圓圈標(biāo)記的多個乘法器。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20還耦合到第一乘法器。第一延遲單元的輸出還耦合到第二乘法器的輸入。第二延遲單元的輸出還耦合到后繼的乘法器的輸入。后繼的延遲單元的輸出還分別耦合到每一后繼的乘法器(未示出)的輸入。最后的延遲單元的輸出耦合到最后的乘法器的輸入。乘法器的數(shù)目也取決于抽頭的數(shù)目。抽頭的數(shù)目等于乘法器的數(shù)目。每一乘法器具有第二輸入。如以下將要說明的，更新的抽頭系數(shù)向量A(k)的各分量分別耦合到每一乘法器的第二輸入。
如上所述，主FIR組件230包括多個抽頭。包圍在虛線框238中的計算步驟(以下稱為“淲波器抽頭238”)是抽頭的一例。濾波器抽頭238的一個輸入是遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20。在這例子中，來自延遲單元序列中前一延遲單元的遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20延遲的輸出被輸入到最后延遲單元。濾波器抽頭238的另一輸入是由更新步長控制234輸出的更新的抽頭系數(shù)AN。特別是，更新的抽頭系數(shù)AN輸入到最后的乘法器的另一輸入。最后的延遲單元的輸出被饋送到最后的乘法器的另一輸入。最后的乘法器按更新的抽頭系數(shù)AN乘最后的延遲單元的輸出。最后的乘法器的輸出是抽頭輸出。這樣，濾波器抽頭238包含卷積步驟和系數(shù)適應(yīng)步驟。
抽頭的輸出耦合到加法器240的多個輸入。加法器240的輸出是估計的回波信號y(n)236。加法器240的輸出(即估計的回波信號y(n)236)耦合到加法器232負(fù)輸入。近端輸入信號d(n)26耦合到加法器232的正輸入。
加法器232比較近端輸入信號d(n)26與估計的回波信號y(n)236，并輸出輸出/誤差信號e(n)28。這樣，輸出/誤差信號e(n)28是近端輸入信號d(n)26與主FIR組件230的估計的回波信號y(n)236之間的差。輸出/誤差信號e(n)28由自適應(yīng)FIR濾波器211輸出到遠(yuǎn)端。
輸出/誤差信號e(n)28還通過更新步長控制234反饋回主FIR組件230。更新步長控制234包括乘法器242和自適應(yīng)系數(shù)算法244。輸出/誤差信號e(n)28輸入到乘法器242的輸入。乘法器242的輸出被輸入到自適應(yīng)系數(shù)算法244的輸入。自適應(yīng)系數(shù)算法244的輸出是更新的抽頭系數(shù)向量A(k)。這樣，更新步長控制234輸出定義為A(k)＝[A0，A1，A2，...AN]的更新的抽頭系數(shù)向量。
乘法器242包括由μ表示的步長因子。步長因子μ通常是一小的負(fù)常數(shù)。業(yè)內(nèi)專業(yè)人員當(dāng)可理解，可以使用可變步長μ?？赡苡心承┣樾危@時抽頭的自適應(yīng)系數(shù)的更新需要停止。例如，當(dāng)出現(xiàn)本地語音信號時，抽頭的自適應(yīng)系數(shù)的更新需要停止。這種情形下，步長μ在數(shù)學(xué)上可反映為被設(shè)置成0。這有暫時禁止自適應(yīng)功能的效果。
這樣，在傳統(tǒng)的自適應(yīng)FIR濾波器211中，x(n)，d(n)和e(n)分別標(biāo)記遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20，近端輸入信號d(n)26及輸出/誤差信號e(n)28。自適應(yīng)FIR濾波器211由遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20激發(fā)并由自適應(yīng)算法驅(qū)動(例如，正規(guī)化最小二乘算法(NLMS或LMS))，以產(chǎn)生估計的回波信號y(n)236或回波信號的復(fù)制。然后通過從近端輸入信號d(n)26減去估計的回波信號y(n)236而獲得誤差信號e(n)28，并可表示如下e(n)=d(n)-[Σk=0N-1A(k)x(n-k)]]]>抽頭系數(shù)向量更新方程式的自適應(yīng)算法(即當(dāng)使用LMS算法時)可表示如下
Anew(K)＝Aold(K)+μe(n)x(n-k)，k＝0，...，N其中A(k)標(biāo)記抽頭的系數(shù)向量，且μ是步長。業(yè)內(nèi)專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)可理解，收斂因子由μe(n)標(biāo)記(即步長μ乘以輸出/誤差信號e(n))。
當(dāng)輸出信號e(n)28不接近近端輸入信號d(n)26時，將執(zhí)行自適應(yīng)算法以校正或更新抽頭系數(shù)，使得估計的回波信號y(n)236將逐步逼近近端輸入信號d(n)26(即所需的信號)。近端輸入信號d(n)26是未知的并時時在變化。因而，自適應(yīng)FIR濾波器211必須是實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)，任何時候總可自適應(yīng)跟隨近端輸入信號d(n)26的變化。
在高質(zhì)量自適應(yīng)濾波器中，總是對系數(shù)集進(jìn)行自適應(yīng)改變，因而就計算能力而言代價很高。這樣，自適應(yīng)濾波器就計算能力而言變得昂貴。
如上所述，自適應(yīng)算法的一例是LMS算法。LMS算法是最流行的自適應(yīng)算法，然而其它自適應(yīng)算法也可使用。此外，LMS算法可使用最速下降方法。LMS算法基于有限數(shù)目的數(shù)據(jù)樣品推導(dǎo)梯度向量的估計。
而且，自適應(yīng)算法除了系數(shù)適應(yīng)之外可包括收斂控制。為了降低計算能力代價，收斂控制并不是在每一抽頭進(jìn)行的。另一方面，在對高性能自適應(yīng)濾波器的每一采樣期間，通常在所有抽頭進(jìn)行系數(shù)適應(yīng)。這樣，當(dāng)進(jìn)行系數(shù)適應(yīng)時，消耗了自適應(yīng)濾波器大部分計算能力。
早期的回波消除實現(xiàn)基于模擬電路技術(shù)。然而，模擬技術(shù)不能自適應(yīng)地跟隨在室內(nèi)環(huán)境中變化。因而，回波消除現(xiàn)在一般使用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行。數(shù)字化回波消除是帶有長抽頭尺寸的FIR濾波器。
例如對于16kHz采樣率ISDN電話系統(tǒng)中使用的200ms回波消除器，長抽頭自適應(yīng)FIR濾波器中的抽頭數(shù)可能多于3200個。這就是說，在每一采樣中需要至少7200累乘(MAC)運算。這包含用于卷積的3200 MAC運算和用于系數(shù)適應(yīng)的3200個MAC運算。這相當(dāng)于102.4百萬指令每秒(MIPs)。包括其它相關(guān)的計算和控制操作，總的MIPs數(shù)量可能大于110 MIPs。降低MIPs數(shù)的一個途徑是跳過部分適應(yīng)計算，這產(chǎn)生相對低的適應(yīng)質(zhì)量。
在典型的數(shù)字式聲回波消除中，使用長抽頭自適應(yīng)FIR濾波器仿真回波環(huán)境，以便如上所述從近動輸入消耗減去回波。由于回波能隨著距離衰減，與頭部組件的抽頭組件相比，通常的尾部組件抽頭有較低的包絡(luò)振幅。在有限精度(即定點)實現(xiàn)中，由于系數(shù)的精度太低，尾部組件抽頭的系數(shù)適應(yīng)是無效的。雖然能夠采用雙精度算法，但這些算法將大大增加計算復(fù)雜性。
例如，在聲回波消除的低成本的實現(xiàn)中，話音信號和FIR抽頭由16位定點數(shù)據(jù)表示。如果尾部組件的抽頭只包含3-4位有效數(shù)據(jù)，尾部組件抽頭更新或適應(yīng)很無效。如果使用雙精度存儲抽頭，抽頭適應(yīng)的MIPs將加倍。而且，浪費尾部組件抽頭存儲器中的較高位。
因而，業(yè)內(nèi)對于改進(jìn)的，特別可很好適用于在涉及至少一個免提電話終端的通信會議期間的自適應(yīng)回波消除裝置有強(qiáng)烈的需要。
本發(fā)明的概述本發(fā)明包括向用于聲回波消除中的自適應(yīng)FIR濾波器添加分段加權(quán)。具體來說，分段加權(quán)添加到自適應(yīng)FIR濾波器的更新步長控制中的更新的抽頭系數(shù)。此外，分段加權(quán)添加到自適應(yīng)FIR濾波器的主FIR濾波器部分中抽頭的輸出。
由于尾部組件的抽頭包絡(luò)振幅低于頭部組件的抽頭，抽頭可劃分為幾個段，并以不同精度范圍存儲在存儲器中。這樣，在抽頭系數(shù)自適應(yīng)更新期間，可向每一段抽頭添加加權(quán)以反映抽頭存儲的變化。添加到每一段抽頭的加權(quán)可被裁剪以增加該段的精度。例如，添加到尾部頭部組件段抽頭的加權(quán)可成比例大于添加到頭部組件段抽頭的加權(quán)。
添加到尾部頭部組件抽頭成比例較大的加權(quán)增加了尾部組件抽頭的實際振幅。具體來說，尾部組件抽頭的系數(shù)精度增加，使得抽頭系數(shù)的系數(shù)適應(yīng)更為有效。
作為在更新步長控制中向更新的抽頭系數(shù)添加分段加權(quán)的結(jié)果，分段加權(quán)被添加到自適應(yīng)FIR濾波器的主FIR中，以便重新定標(biāo)被處理的遠(yuǎn)端信號回到原來的定標(biāo)。具體來說，分段加權(quán)被添加到自適應(yīng)FIR濾波器的主FIR中抽頭輸出，以便重新定標(biāo)被處理的遠(yuǎn)端信號為原來的定標(biāo)。此外，添加到主FIR的分段加權(quán)去除了添加到尾部組件段抽頭系數(shù)的成比例較大的加權(quán)。定標(biāo)的抽頭輸出的合是估計的回波信號y(n)。估計的回波信號y(n)是自適應(yīng)FIR濾波器的主FIR組件的輸出。
此外通過把抽頭劃分為幾個段，可以有效實現(xiàn)附加的加權(quán)而對傳統(tǒng)的自適應(yīng)FIR濾波器的算法不會增加太多的復(fù)雜性。此外，自適應(yīng)步長可被細(xì)致對調(diào)節(jié)，以便對各段確定最佳自適應(yīng)步長而獲得最快的收斂。
這樣，這兩段加權(quán)的目的是為了相對于先前已知的抽頭振幅包絡(luò)增加尾部組件的抽頭系數(shù)實際的振幅或精度，而不會顯著增加整個算法的計算復(fù)雜性。因而，改進(jìn)了包括回波消除器的回波返回?fù)p失和收斂速度的總體性能。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，本發(fā)明是一種用于降低出現(xiàn)在通信裝置的返回信道中回波量的回波消除器。該回波消除器包括用于產(chǎn)生回波衰減信號的處理單元。處理單元包括第一輸入，第二輸入和輸出。第一輸入用于接收作為回波前兆的第一信號。第二輸入用于接收潛在包含回波的第二信號。輸出用于輸出回波衰減信號。通過組合第二信號和適應(yīng)信號推導(dǎo)出回波衰減信號。適應(yīng)信號是通過正規(guī)化回波衰減信號產(chǎn)生的以產(chǎn)生正規(guī)化適應(yīng)信號，并組合正規(guī)化的適應(yīng)信號與第一信號產(chǎn)生一中間信號。此外，中間信號被反正規(guī)化以產(chǎn)生適應(yīng)信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一方式，本發(fā)明是用于降低出現(xiàn)在通信裝置的返回信道中回波量的方法。該方法包括用于產(chǎn)生回波衰減信號的步驟。產(chǎn)生回波衰減信號的步驟包括通過第一輸入接收作為回波前兆的第一信號，及從第二輸入接收潛在包含回波的第二信號的步驟。該方法還包括從輸出衰減回波衰減信號的步驟。該方法還包括組合第二信號和適應(yīng)信號推導(dǎo)出回波衰減信號的步驟。此外該方法包括產(chǎn)生正規(guī)化適應(yīng)信號及反正規(guī)化中間信號以產(chǎn)生適應(yīng)信號的步驟。
相對于頭部成分向誤差信號的尾部成分的抽頭系數(shù)成比例添加較大的加權(quán)，增加了尾部成分的抽頭的精度。在輸出估計的回波信號y(n)之前向抽頭的輸出添加的分段加權(quán)重新定標(biāo)估計的回波信號y(n)，考慮在自適應(yīng)FIR濾波器的更新步長控制中添加的加權(quán)。這樣，增加了尾部成分的抽頭系數(shù)的精度，而不會顯著增加算法的復(fù)雜性。因而，改進(jìn)了包括在返回信道中回波的降低和回波消除器的收斂速度的總體性能。
附圖的簡要說明圖1是先有技術(shù)的自適應(yīng)回波消除裝置的電學(xué)框圖；圖2是遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的示意圖，包括以根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)回波消除裝置為特征的免提遠(yuǎn)程通信終端；圖3是以根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)回波消除裝置為特征的免提遠(yuǎn)程通信終端更為詳細(xì)的示意圖；圖4是以根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)回波消除裝置為特征的免提遠(yuǎn)程通信終端的功能框圖；圖5是圖4所示的實施例的變型；圖6是根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)回波消除裝置的電學(xué)框圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明基本處理步驟簡化流程圖。
為了以更清楚地和簡練的方式示例說明本發(fā)明，附圖可能不一定按比例，且一些特征可能以某種簡化的形式示出。
在以下的詳細(xì)說明中，所示不同實施例中相同的組件將有相同按100增加的類似的標(biāo)號。例如，在第一實施例中，指定遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號14。在后繼的實施例中，遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)被指定標(biāo)號114，雖然遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)在不同的實施例中可能有不同的功能。為了簡潔，可能從后繼的實施例中免去對類似的組件深入的說明。
詳細(xì)說明本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的回波消除裝置，該裝置特別適用于由于在通信鏈路一端發(fā)生聲音反饋的結(jié)果出現(xiàn)回波(聲回波)的通信網(wǎng)絡(luò)中。
圖2-4對于自適應(yīng)回波消除裝置10示出一示例性實施例。在這一示例性實施例中，例如自適應(yīng)回波消除裝置10位于遠(yuǎn)程通信終端12a內(nèi)。遠(yuǎn)程通信終端12a可能是普通的老式電話(POT)，VoIP(因特網(wǎng)協(xié)議上的話音)電話，蜂窩式電話等。遠(yuǎn)程通信終端12a是遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)14的一部分。業(yè)內(nèi)專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)可理解，遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)14可以是PSTN網(wǎng)絡(luò)，VoIP網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)等。
遠(yuǎn)程通信終端12a可能位于存在聲音回波通路18的室內(nèi)16(圖2和-3中所示)。自適應(yīng)回波消除裝置10從遠(yuǎn)端終端12b接收遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20還可提供給遠(yuǎn)程通信終端12a的揚聲器22輸出，以便用戶可聽到另一方。由揚聲器22產(chǎn)生的結(jié)果的聲波將從室內(nèi)16墻壁和其它物體被反射(即聲波發(fā)生聲回波通路18)，并由與遠(yuǎn)程通信終端12a連接的話筒24拾取。
這樣，被反射的聲波將作為來自話筒24近端輸入信號d(n)26(如圖3所示)的部分反饋回遠(yuǎn)程通信終端12a。話筒24向盡可能多地消除回波的自適應(yīng)回波消除裝置10發(fā)送近端輸入信號d(n)26，并向遠(yuǎn)端終端12b發(fā)送輸出信號/誤差信號e(n)28。理想上，這種輸出信號/誤差信號e(n)28應(yīng)當(dāng)盡可能沒有回波信號。
圖5對于自適應(yīng)回波消除裝置10示出另一實施例。這種情形下，自適應(yīng)回波消除裝置110位于遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)114內(nèi)，遠(yuǎn)程通信終端12a之外。然而信號通路與以上對于圖4所述相同。圖5所示的示例性實施例在某些環(huán)境下可能更好，因為可以指定一個自適應(yīng)回波消除裝置110服務(wù)于一個以上的話音信道。與對每一遠(yuǎn)程通信終端(即例如遠(yuǎn)程通信終端12a和遠(yuǎn)程通信終端12b)提供專用自適應(yīng)回波消除裝置10的圖3-4所描繪的示例性實施例比較，其結(jié)果是更好的利用了資源。
圖6示出一般標(biāo)記為10的本發(fā)明的自適應(yīng)回波消除裝置的框圖。自適應(yīng)回波消除裝置10的一個輸入是遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20可以是來自遠(yuǎn)端終端，諸如電話，蜂窩式電話，VOIP電話等。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20是用用來驅(qū)動免提近端終端12a(如圖3-5中所示)中的揚聲器22的離散時間信號。
自適應(yīng)回波消除裝置10的另一個輸入是近端輸入信號d(n)26。近端輸入信號d(n)26是由免提近端終端12a的話筒24(如圖3-5中所示)拾取的信號。近端輸入信號d(n)26包含回波形式的一部分遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20，背景噪聲，以及可能有本地語音。
自適應(yīng)回波消除裝置10的輸出是輸出到遠(yuǎn)端終端12b的輸出/誤差信號e(n)28。自適應(yīng)回波消除裝置10可包含損失控制器，非線性處理器，輔助顫噪控制裝置等(未示出)，以進(jìn)一步處理輸出到遠(yuǎn)端12b的輸出/誤差信號e(n)28。
自適應(yīng)回波消除裝置10包括一自適應(yīng)FIR濾波11。自適應(yīng)FIR濾波11包含主FIR組件30，加法器32及更更新步長控制34。自適應(yīng)FIR濾波11還包括用于接收遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20及近端輸入信號d(n)26的輸入。自適應(yīng)FIR濾波器11輸出輸出/誤差信號e(n)28，這可直接向遠(yuǎn)端輸出或進(jìn)而由上述組件之一處理。
主FIR組件30使用遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20作為基準(zhǔn)信號。主FIR組件30輸出被估計的回波信號y(n)36。主FIR組件30是基于卷積的。
主FIR組件30還包括在圖中由Z-1標(biāo)記的多個延遲單元。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20耦合到第一延遲單元的輸入。第一延遲單元的輸出耦合到第二延遲一個輸入。第一延遲單元的一個輸出耦合到第二延遲的輸入。第二延遲單元的輸出耦合到后繼延遲單元的輸入。后繼的延遲單元的輸出耦合到另一后繼延遲單元的輸入(未示出)。最后的延遲單元接收序列中前一延遲單元的輸出作為其輸入。延遲單元的數(shù)目取決于自適應(yīng)FIR濾波器11中抽頭的數(shù)目。延遲單元的數(shù)目是抽頭數(shù)目減一。
主FIR組件30還包括由包含抽頭系數(shù)(即Ax)符號的圓圈標(biāo)記的多個乘法器。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20還耦合到第一乘法器的輸入。第一延遲單元的輸出還耦合到第二乘法器的輸入。第二延遲單元的輸出還耦合到后繼的乘法器的輸入。后繼的延遲單元的輸出還分別耦合到每一后繼的乘法器(未示出)的輸入。最后的延遲單元的輸出耦合到最后的乘法器的輸入。乘法器的數(shù)目也取決于抽頭的數(shù)目。抽頭的數(shù)目等于乘法器的數(shù)目。每一乘法器具有第二輸入。如以下將要說明的，更新的抽頭系數(shù)向量A(k)的各分量分別耦合到每一乘法器的第二輸入。
如上所述，主FIR組件30包括多個抽頭。包圍在虛線框38中的計算步驟(以下稱為“濾波器抽頭38”)是抽頭的一例。濾波器抽頭38的一個輸入是遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20。在這例子中，來自延遲單元序列中前一延遲單元的遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20延遲的輸出被輸入到最后延遲單元。濾波器抽頭38的另一輸入是由更新步長控制34輸出的更新的抽頭系數(shù)AN。特別是，更新的抽頭系數(shù)AN輸入到最后的乘法器的一輸入。最后的延遲單元的輸出饋送到最后的乘法器的另一輸入。最后的乘法器按更新的抽頭系數(shù)AN乘法最后的延遲單元的輸出。最后的乘法器的輸出是抽頭輸出。這樣，濾波器抽頭38包含卷積步驟和系數(shù)適應(yīng)步驟。
主FIR組件30還包括分段加權(quán)單元46。抽頭被劃分為段。抽頭的數(shù)目例如可以是1600。例如抽頭可被劃分為四段。抽頭的輸出不需要在各段之間均勻分配。例如，1600個抽頭可在四個段中被劃分如下0-31，32-127，128-383，及384-1599。這樣，表示特定成分的抽頭數(shù)可被裁剪到所尋求的特定成分的分辨率。
每一段(即0-31，32-127，128-383，及384-1599)的抽頭輸出被輸入到各加法器(只示出其中的兩個，加法器47和加法器49)的多個輸入。加法器47和49對抽頭的輸入求和。加法器47和49的輸出被輸入到各段加權(quán)塊。
圖中段加權(quán)塊由W(x)表示。每一加權(quán)塊按段加權(quán)乘段的求和的輸出，以便重新定標(biāo)段為其原來的振幅。其實，在主FIR組件30中的段加權(quán)去除了在更新步長控制34中添加的段加權(quán)。對于主FIR組件30每一段加權(quán)塊的段加權(quán)可以是如下1，1/4，1/16，及1/64。
每一段加權(quán)塊的輸出耦合到加法器40的多個輸入。加法器40對這些輸入求和。加法器40的輸出是估計的回波信號y(n)。這樣，每一段的加權(quán)塊的輸出被求和而產(chǎn)生估計的回波信號y(n)36。加法器40的輸出(即估計的回波信號y(n)36)耦合到加法器32的負(fù)輸入。近端輸入信號d(n)26被耦合到加法器32的正輸入。
加法器32比較近端入射信號d(n)26與估計的回波信號y(n)36并輸出輸出/誤差信號e(n)28。這樣，輸出/誤差信號e(n)28是近端輸入信號d(n)2與主FIR組件230的估計的回波信號y(n)36之間的差。輸出/誤差信號e(n)28由自適應(yīng)FIR濾波器11輸出到遠(yuǎn)端。
輸出/誤差信號e(n)28還通過更新步長控制34饋送回主FIR組件30。更新步長控制34包括乘法器42，自適應(yīng)系數(shù)算法44和段加權(quán)單元48。輸出/誤差信號e(n)28輸入到乘法器42的輸入。乘法器42的輸出被輸入到自適應(yīng)系數(shù)算法44的輸入。自適應(yīng)系數(shù)算法44的輸出是更新的抽頭系數(shù)向量A(k)。更新的抽頭系數(shù)向量A(k)的輸出被劃分為對應(yīng)于抽頭各段的段。這樣，自適應(yīng)系數(shù)算法44的分段輸出被耦合到段加權(quán)單元48的多個輸入。
段加權(quán)單元48有以Wμx標(biāo)記的多個加權(quán)塊。段加權(quán)塊的數(shù)目等于抽頭已經(jīng)被劃分成的段的數(shù)目。多個加權(quán)塊的輸出是帶有段加權(quán)的更新的抽頭系數(shù)向量A(k)。這樣，更新步長控制34輸出更新的抽頭系數(shù)向量，這定義為A(k)＝[A0，A1，A2...AN]。
乘法器42包括由μ表示的步長因子。步長μ通常是一很小的正常數(shù)。業(yè)內(nèi)專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)可理解，可以使用可變步長μ?？赡苡谐轭^的自適應(yīng)系數(shù)更新需要被停止時的情形。例如，當(dāng)出現(xiàn)本地語音信號時，抽頭的自適應(yīng)系數(shù)更新可能需要被停止。這種情形下，步長μ在數(shù)學(xué)上可反映為被設(shè)置為0。這有暫時禁止自適應(yīng)功能的效果。
這樣，在自適應(yīng)FIR濾波器11中，x(n)，d(n)和e(n)分別標(biāo)記遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20，近端輸入信號d(n)26及輸出/誤差信號e(n)28。自適應(yīng)FIR濾波器11由遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20激發(fā)并由自適應(yīng)算法驅(qū)動(例如，正規(guī)化最小二乘算法(NLMS或LMS))，以產(chǎn)生估計的回波信號y(n)36或回波信號的復(fù)制。然后通過從近端輸入信號d(n)26減去估計的回波信號y(n)36而獲得誤差信號e(n)28。
如上所述抽頭輸出被劃分為段。如上所述，加權(quán)W(m)通過輸出段加權(quán)塊46被添加到抽頭輸出。這些加權(quán)施加到估計的回波信號y(n)以調(diào)節(jié)或重新定標(biāo)估計的回波信號y(n)回到其原來的振幅。作為抽頭存儲模式改變的結(jié)果，如上所述通過更新步長控制塊34的段加權(quán)塊48，加權(quán)Wμ(m)被添加到更新的抽頭系數(shù)向量。
由于尾部成分抽頭A(x)先前的包絡(luò)振幅已知是較低的，可以設(shè)計出更精確地存儲尾部成分抽頭的方法。例如，尾部成分抽頭包絡(luò)振幅能夠以自適應(yīng)算法計算之后的某種加權(quán)被“正規(guī)化”，并然后在主FIR計算期間以某種加權(quán)被“反正規(guī)化”而返回。正規(guī)化每一抽頭為最佳值是代價高的，由于這將顯著增加算法的MIPs。于是為了以低成本方式實現(xiàn)高的分辨率，抽頭能夠被劃分為幾個段。這時尾部成分可粗略地以段加權(quán)正規(guī)化。在乘以其各段加權(quán)值之前每一段的抽頭輸出可以被子-求和。這樣，如果段的數(shù)目足夠小，則計算復(fù)雜性可以降低。
因而，示例性實施例的主FIR和減法方程式為e(n)=d(n)-[W(1)Σk=0N1-1A(k)x(n-k)+W(2)Σk=N1N2-1A(k)x(n-k)+...+W(M)Σk=M-1NA(k)x(n-k)]]]>抽頭自適應(yīng)更新方程式(即當(dāng)使用LMS作為自適應(yīng)算法時)為Anew(K)＝Aold(K)+Wμ(k)μe(n)x(n-k)，k＝0，...，N；m＝0，...，S其中A(k)標(biāo)記抽頭的系數(shù)向量，且μ是步長，Wμ是段加權(quán)。有S+I個段(即0-S)。業(yè)內(nèi)專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)可理解，收斂因子由μe(n)標(biāo)記(即步長μ乘以輸出/誤差信號e(n))。
當(dāng)輸出信號e(n)28不接近近端輸入信號d(n)26時，將執(zhí)行自適應(yīng)算法以校正或更新抽頭系數(shù)，使得估計的回波信號y(n)36將逐步逼近近端輸入信號d(n)26(即所希望的信號)。近端輸入信號d(n)26是未知的并時時在變化。因而，自適應(yīng)FIR濾波器11必須是實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)，任何時候總可自適應(yīng)跟隨近端輸入信號d(n)26的變化。
因而，獲得了殘余回波的降低。此外，增加了自適應(yīng)FIR濾波器收斂過程的效率。期結(jié)果是，與傳統(tǒng)的自適應(yīng)FIR濾波器比較觀察到回波較快的降低速率。這意味著獲得了較快的收斂速度。
現(xiàn)在參照圖6-7詳細(xì)說明實現(xiàn)自適應(yīng)回波消除裝置10的方法。圖7是一流程圖50，簡略表示本實現(xiàn)發(fā)明的自適應(yīng)回波消除裝置10的步驟。
在本發(fā)明方法的第一步，如圖7步驟S52所示，遠(yuǎn)端信號輸入到自適應(yīng)濾波器11的主FIR組件30。然后在步驟S34，遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20輸入到一系列的延遲單元。延遲單元把遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20劃分為分開的成分。遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20分開的成分被輸入到各乘法器的輸入。更新的抽頭系數(shù)被輸入到各乘法器的另一輸入。乘法器使遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20的成分(或遠(yuǎn)端輸入信號x(n)20的延遲成分)乘以各更新的抽頭系數(shù)。結(jié)果的輸出是抽頭輸出。
然后在步驟S56，抽頭輸出被劃分為段。例如，抽頭輸出被劃分為四段。兩段可對應(yīng)于頭部成分且兩段可對應(yīng)于尾部成分。在自適應(yīng)FIR濾波器11的一示例性實施例中，可以有1600個抽頭。這些抽頭可被被劃分如下四個段0-31，32-127，128-383，及384-1599。業(yè)內(nèi)專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)理解，取決于所尋求的分辨率，抽頭的數(shù)目可以增加或減少。類似地段的數(shù)目也可以增加或減少。另外，段的劃分可以不同方式被分組。
然后在步驟S58，每一段的抽頭輸出被子-求和。每一段(即0-31，32-127，128-383，及384-1599)的抽頭輸出被輸入到各加法器47和加法器49的多個輸入。加法器47和49對輸入求和。加法器47和49的輸出被輸入到各段加權(quán)塊。
然后在步驟S60，每一段加權(quán)塊使段的子-求和的輸出乘以段的加權(quán)以便重新定標(biāo)段為其原來的振幅。其實，在主FIR組件30中的段加權(quán)去除了在更新步長控制34中添加的段加權(quán)。對于主FIR組件30每一段加權(quán)塊的段加權(quán)可以是如下1，1/4，1/16，及1/64。
然后在步驟S62，每一段加權(quán)塊的被求和以產(chǎn)生估計的回波信號y(n)36。具體來說，每一加權(quán)塊的輸出被輸入到加法器40的多個輸入。加法器40對輸入求并輸出估計的回波回波信號y(n)36。
然后在步驟S64，主FIR組件30的輸出與近端輸入信號d(n)26比較。然后，確定該信號是否接近近端輸入信號d(n)26。如果該信號不接近，則信號是一誤差信號e(n)28。在步驟S66誤差信號e(n)28通過更新步長控制34被反饋并乘以步長μ。
然后，在步驟S68，步長μ的輸出被輸入到自適應(yīng)系數(shù)算法44。自適應(yīng)系數(shù)算法44可以是LMS算法。自適應(yīng)系數(shù)算法44的輸出是被更新的抽頭系數(shù)向量A(k)。分段的輸出被輸入到各段加權(quán)塊。在步驟S70，每一段加權(quán)塊乘上更新的抽頭系數(shù)向量A(k)的分段輸出。對于段加權(quán)塊48的每一段加權(quán)塊的段加權(quán)可以是以下的1，2，4，和8。
直觀上Wμ(i)應(yīng)當(dāng)是W(i)的逆。然而，兩個加權(quán)段(即主FIR組件30中的段加權(quán)塊及更新步長控制34中的段加權(quán)塊)的加權(quán)可分開被精細(xì)調(diào)節(jié)。通過對每一段使用不同的步長這能夠作為優(yōu)化的反映。就是說，帶有段加權(quán)的步長μ不同于沒有段加權(quán)的步長μ。這樣，能夠發(fā)現(xiàn)段加權(quán)被調(diào)節(jié)以增加對信號尾部成分抽頭系數(shù)的精度。
然后在步驟S72，更新的抽頭系數(shù)被加權(quán)的輸出反饋到主FIR組件30的乘法器，以便在乘法器中更新抽頭系數(shù)。如上所述，更新的抽頭系數(shù)將乘上遠(yuǎn)端輸入信號及其被延遲的成分。這由過程返回到步驟54表示。該過程通過步驟S54-S72繼續(xù)循環(huán)，直到在步驟S64確定主FIR組件30的輸出接近所希望的信號為止。一旦確定信號接近所希望的信號，過程進(jìn)到步驟S74。然后輸出/誤差信號e(n)28被認(rèn)為是輸出信號并被發(fā)送到遠(yuǎn)端遠(yuǎn)程通信終端12b。
在16位DSP芯片上實現(xiàn)的自適應(yīng)回波消除裝置10的一例如下語音采樣率8kHz。語音分辨率14位線性(使用16位存儲器)。
聲音回波消除器FIR抽頭長度1600。(200ms回波延遲)抽頭存儲精度16位。自適應(yīng)算法LMS段數(shù)4段劃分0-31，32-127，128-383，及384-1599。
對每一段FIR輸出加權(quán)(W)1，1/4，1/16，1/64。
對每一段抽頭更新加權(quán)(Wμ)1，2，4，8。
相對于先前已知的抽頭振幅包絡(luò)本發(fā)明增加了尾部成分抽頭系數(shù)的精度，但沒有顯著增加整個算法的計算復(fù)雜性。這樣，改進(jìn)了包括回波返回?fù)p失(ERL)和回波消除器收斂速度的總體性能。此外，能夠使尾部成分飽和而不超過先前已知的包絡(luò)振幅。結(jié)果是，自適應(yīng)FIR濾波器11更為穩(wěn)定并不易發(fā)散。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個具體的實施例，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不對應(yīng)地限于此范圍，而是包括屬于這里所附權(quán)利要求精神和條款的所有的改變，改型和等價物。
例如，業(yè)內(nèi)專業(yè)人員應(yīng)能理解，可以有該自適應(yīng)回波消除裝置其它的組件。這些組件可包括損失控制器，非線性處理器，輔助顫噪控制裝置等。不論這些其它組件如何，自適應(yīng)FIR濾波器中的段加權(quán)的添加都是可用的。
此外，兩個額外的段加權(quán)與存儲在自適應(yīng)FIR濾波器存儲器中定點抽頭相關(guān)。業(yè)內(nèi)專業(yè)人員應(yīng)可理解，當(dāng)使用這種定點抽頭時，與使用什么類型的自適應(yīng)算法無關(guān)。諸如可使用LMS，NLMS，RLS等自適應(yīng)算法。此外，在不離開本發(fā)明的范圍之下可使用各種策略或準(zhǔn)則控制收斂及抽頭更新。業(yè)內(nèi)專業(yè)人員應(yīng)可理解，可使用各種策略或準(zhǔn)則以判斷輸出信號是否良好及是否向遠(yuǎn)端發(fā)送輸出信號。此外，雖然圖7中的流程圖50示出執(zhí)行的特定順序，可以理解的是，執(zhí)行的順序可不同于圖中的描述。例如，兩個或更多的塊執(zhí)行順序相對于所示的順序可被顛倒。而且，圖7中相繼所示的兩個或更多的塊可同時或部分同時被執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種用于降低出現(xiàn)在通信裝置的返回信道中回波量的回波消除器，所述回波消除器包括用于產(chǎn)生回波衰減信號的處理單元，該處理單元包括a)第一輸入，用于接收作為回波前兆的第一信號；b)第二輸入，用于接收潛在包含回波的第二信號；及c)輸出，用于輸出回波衰減信號，其中通過組合第二信號和適應(yīng)信號推導(dǎo)出回波衰減信號，其中適應(yīng)信號是通過正規(guī)化回波衰減信號產(chǎn)生的以產(chǎn)生正規(guī)化適應(yīng)信號，并組合正規(guī)化的適應(yīng)信號與第一信號產(chǎn)生一中間信號，且中間信號被反正規(guī)化以產(chǎn)生適應(yīng)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中適應(yīng)信號是回波信號的估計。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的回波消除器，其中回波信號的估計是通過對回波衰減信號的修改與加權(quán)而產(chǎn)生的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中處理單元可操作以反復(fù)降低適應(yīng)信號與第二信號中回波之間的差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中處理單元包括產(chǎn)生回波衰減信號的一自適應(yīng)濾波器，以估計通信裝置返回信道中的回波的傳遞函數(shù)和適應(yīng)信號為特征的該自適應(yīng)濾波器，引起自適應(yīng)濾波器改變傳遞函數(shù)，以便反復(fù)降低適應(yīng)信號與第二信號之間的差。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的回波消除器，其中處理單元包括一加法器，該加法器可操作以便從潛在包含回波的第二信號減去適應(yīng)信號而產(chǎn)生誤差信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的回波消除器，其中處理單元包括更新單元用于周期地更新刻畫自適應(yīng)濾波器的傳遞函數(shù)的，以趨向于降低誤差信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的回波消除器，其中更新單元基于誤差信號更新傳遞函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的回波消除器，其中自適應(yīng)濾波器包含主FIR組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的回波消除器，其中主FIR組件包含至少兩個抽頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的回波消除器，其中該至少兩個抽頭被劃分為段以代表第一信號的至少兩個成分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的回波消除器，其中向段添加加權(quán)以使第一信號反正規(guī)化。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的回波消除器，其中向段添加加權(quán)以使回波衰減信號正規(guī)化。
14.一種包含權(quán)利要求1中定義的回波消除器的遠(yuǎn)程通信裝置。
15.一種用于降低出現(xiàn)在通信裝置的返回信道中回波量的方法，所述方法包括產(chǎn)生回波衰減信號，其中產(chǎn)生回波衰減信號包括以下步驟a)通過第一輸入接收作為回波前兆的第一信號；b)從第二輸入接收潛在包含回波的第二信號；c)從輸出輸出回波衰減信號；d)組合第二信號和適應(yīng)信號推導(dǎo)出回波衰減信號；e)產(chǎn)生正規(guī)化適應(yīng)信號；f)及反正規(guī)化中間信號以產(chǎn)生適應(yīng)信號。
16.如權(quán)利要求15中定義的方法，其中產(chǎn)生正規(guī)化適應(yīng)信號的步驟還包括以下步驟1)正規(guī)化回波衰減信號以產(chǎn)生正規(guī)化適應(yīng)信號；以及2)組合正規(guī)化適應(yīng)信號與第一信號以產(chǎn)生中間信號。
17.如權(quán)利要求15中定義的方法，還包括從潛在包含回波的第二信號減去回波估計以產(chǎn)生誤差信號的步驟。
18.如權(quán)利要求15中定義的方法，還包括反復(fù)降低適應(yīng)信號與第二信號中的回波之間的差的步驟。
19.如權(quán)利要求15中定義的方法，還包括對回波衰減信號修改與加權(quán)以產(chǎn)生回波信號的估計的步驟。
20.如權(quán)利要求15中定義的方法，還包括以下步驟g)對回波衰減信號各段加權(quán)以正規(guī)化回波衰減信號；以及h)對中間信號各段加權(quán)以產(chǎn)生適應(yīng)信號。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于降低出現(xiàn)在通信裝置的返回信道中回波量的回波消除器及其實現(xiàn)的方法。該回波消除器包括用于產(chǎn)生回波衰減信號的處理單元。處理單元包括第一輸入，第二輸入和輸出。第一輸入用于接收作為回波前兆的第一信號。第二輸入用于接收潛在包含回波的第二信號。輸出用于輸出回波衰減信號。通過組合第二信號和適應(yīng)信號推導(dǎo)出回波衰減信號。適應(yīng)信號是通過正規(guī)化回波衰減信號產(chǎn)生的以產(chǎn)生正規(guī)化適應(yīng)信號，并組合正規(guī)化的適應(yīng)信號與第一信號產(chǎn)生一中間信號。此外，中間信號被反正規(guī)化以產(chǎn)生適應(yīng)信號。
文檔編號H04R3/04GK1455572SQ0215137
公開日2003年11月12日 申請日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者熊穎 申請人:英諾媒迪亞Pte有限公司