專利名稱：含有用于諧波計(jì)算的非線性回波抑制器的回波消除器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)具有通過通信信道相互耦合的站，其中至少一個(gè)站裝備有回波消除(EC)裝置，回波消除(EC)裝置包括自適應(yīng)EC裝置，被安排用來仿真所述站中的回波效應(yīng)；一個(gè)減法器，它耦合到自適應(yīng)EC裝置并且具有一個(gè)減法器輸出；和非線性EC裝置，它耦合到減法器輸出，用于仿真通信站中附加的回波效應(yīng)。
本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用在通信系統(tǒng)中的回波消除器裝置和此種通信系統(tǒng)中的一種回波消除方法，其中由于包括在通信系統(tǒng)中的線性組件所引起的回波被消除。
從WO 97/45995中可以了解此類回波消除。已知的回波消除提供諸如回波效應(yīng)之類的干擾分量的抑制，那些干擾分量是通信系統(tǒng)中的線性失真引起的。通信系統(tǒng)具有用于近端和遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器的站，那些站通過通信信道相互耦合。站包括通過音頻回波路徑相互耦合的一個(gè)揚(yáng)聲傳聲器組合以及回波消除裝置?；夭ㄏ?此后稱為EC)裝置包括一個(gè)耦合到揚(yáng)聲器的回波消除器，用于估計(jì)音頻回波路徑的線性部分。減法器的輸入分別被耦合到送話器和EC裝置。EC系統(tǒng)還包括耦合到減法器輸出的非線性處理器(濾波器)形式的一個(gè)EC裝置。非線性處理器被安排用于減少未被線性回波消除器完全處理的附加線性回波。
然而，已知通信系統(tǒng)的一個(gè)缺陷是不能夠處理由通信系統(tǒng)中的非線性組件引起的回波效應(yīng)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有改良回波消除性質(zhì)的通信系統(tǒng)，如此以使它能夠處理各種線性以及非線性回波效應(yīng)。
本發(fā)明的通信系統(tǒng)其特征在于非線性EC裝置被安排作為耦合到減法器輸出的調(diào)波抑制后處理機(jī)裝置，用于根據(jù)輸出的較高諧波完成非線性回波消除。
本發(fā)明有利地利用了已知諧波是由于通信系統(tǒng)中的非線性組件引起的這個(gè)事實(shí)。這些所謂非線性分量例如可能從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)或者可能由回波路徑中的非線性失真引起，例如由諸如揚(yáng)聲器放大器之類的揚(yáng)聲器或放大器或者系統(tǒng)中的濾波器引起，它們可能由于輸入或線路信號(hào)幅度太大而引起，或者由于應(yīng)用在所涉及的通信電路中的半導(dǎo)體等等組件的非線性特性所引起。調(diào)波抑制后處理機(jī)裝置抑制這些諧波到這種程度(其中，這些干擾諧波由于非線性引起)作為定制和精細(xì)調(diào)諧非線性回波消除的一個(gè)強(qiáng)大工具而被提出。近端揚(yáng)聲器信號(hào)頻率保留不動(dòng)——即使它們出現(xiàn)在非線性遠(yuǎn)端回波信號(hào)的諧波頻率處。
最后，線性回波效應(yīng)、殘留線性回波效應(yīng)以及非線性回波效應(yīng)被本發(fā)明的通信系統(tǒng)充分抑制。
本發(fā)明通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例其特征在于調(diào)波抑制裝置被控制來在系統(tǒng)中的有線通信信號(hào)電平一旦引起重大諧波失真時(shí)有效運(yùn)行。
本發(fā)明通信系統(tǒng)的這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只有在通信系統(tǒng)中的線路信號(hào)電平是使得非線性失真可以被預(yù)期和/或已實(shí)際出現(xiàn)時(shí)調(diào)波抑制裝置才開始工作。
本發(fā)明通信系統(tǒng)的另外一個(gè)實(shí)施例其特征在于調(diào)波抑制裝置包括頻譜增益計(jì)算裝置，用于計(jì)算抑制所述諧波的一個(gè)頻譜增益函數(shù)。
本發(fā)明通信系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以相對(duì)簡單的實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)中典型通信信號(hào)的頻譜增益函數(shù)或頻譜頻率分量的計(jì)算相關(guān)的那些計(jì)算，例如依靠一個(gè)適當(dāng)?shù)目焖俑道锶~變換(FFT)算法。
本發(fā)明通信系統(tǒng)的另外一個(gè)實(shí)施例其特征在于調(diào)波抑制裝置被安排用于考慮具有內(nèi)存的非線性。
這個(gè)實(shí)施例有利處理示出回響或內(nèi)存效應(yīng)的非線性。
目前，在參考附圖的同時(shí)，將說明本發(fā)明的通信系統(tǒng)及其附加優(yōu)點(diǎn)，附圖中，相似的組件通過相同的參考數(shù)字來指示。在附圖中

圖1示出本發(fā)明通信系統(tǒng)的一個(gè)可能實(shí)施例的示意圖；圖2示出一種聲音回波消除器，具有現(xiàn)有技術(shù)通信系統(tǒng)中用于線性回波消除的后處理機(jī)裝置；圖3示出一種聲音回波消除器，具有圖1通信系統(tǒng)中用于線性與非線性回波消除的后處理機(jī)裝置；和圖4和5示出幅值光譜，用于解釋圖3的用于非線性回波消除的后處理機(jī)裝置操作。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了通信系統(tǒng)2的一個(gè)站1。通常，通信系統(tǒng)2包括可能通過雙向通信信道3彼此相互耦合的兩個(gè)或更多這樣的站1。通信系統(tǒng)2例如可以是一個(gè)音頻和/或電視會(huì)議系統(tǒng)或者一個(gè)移動(dòng)電話系統(tǒng)。
這些系統(tǒng)可以是免提系統(tǒng)或者不是。在圖1的實(shí)施例中，系統(tǒng)2包括至少一個(gè)由揚(yáng)聲器4和送話器5形成的音頻路徑P。所謂的線路信號(hào)在信道3上傳送，或者經(jīng)由一個(gè)混合的或者分岔電路以及經(jīng)由一些線路放大器和濾波器(未示出)，從一個(gè)具有遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器的遠(yuǎn)端站到具有近端揚(yáng)聲器的近端站1。
這樣一個(gè)站1裝備有回波消除(在下文中稱為EC)裝置6，用于消除由揚(yáng)聲器4輸出的一部分線路信號(hào)通過回波路徑P反饋到送話器5的這一事實(shí)所引起的回波，該回波被遠(yuǎn)端接收者聽到，反之亦然，回波被近端接收者聽到。EC裝置6包括本質(zhì)上并行耦合到回波路徑P的自適應(yīng)EC裝置7。EC裝置6仿真所述站1中的回波路徑P的回波效應(yīng)。在S.Haykin的標(biāo)題為-Adaptive Filter Theory(自適應(yīng)濾波器原理)的教科書(Prentice-Hall，NJ，USA，ISBN 0-13-004052-5025)中可以找到一些適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)濾波器算法，在這里引用作為參考。一些適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)濾波器算法例如有(標(biāo)準(zhǔn)化)最小均方算法、頻域自適應(yīng)濾波器算法和仿射投射算法。在選定的濾波器算法上，需要一個(gè)適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)來在近端揚(yáng)聲器變成有效時(shí)停止或者至少減速應(yīng)用在EC裝置6中的濾波器系數(shù)適配處理。理想地，自適應(yīng)濾波器模擬揚(yáng)聲器4和送話器5之間的轉(zhuǎn)送函數(shù)的線性部分，并且估計(jì)送話器5接收的遠(yuǎn)端回波。EC裝置6還包括一個(gè)減法器8，它具有兩個(gè)輸入9、10以及一個(gè)輸出11。減法器輸入9被耦合到自適應(yīng)EC裝置7并且它的輸入10耦合到送話器5。在從輸入10上的送話器信號(hào)中減去由自適應(yīng)EC裝置7估計(jì)的回波之后，在減法器輸出11處只留下了一個(gè)近端揚(yáng)聲器信號(hào)。
實(shí)際上這似乎是這樣一個(gè)自適應(yīng)EC裝置7只能夠部分消除通信系統(tǒng)1中的回波。系統(tǒng)1中的EC裝置6還包括耦合到減法器輸出11的動(dòng)態(tài)EC裝置12。這些動(dòng)態(tài)EC裝置12能夠另外處理線性失真的動(dòng)態(tài)回波效應(yīng)，比如揚(yáng)聲器空間中的移動(dòng)。特別是在通信系統(tǒng)1是具有一個(gè)或多個(gè)免提和可移動(dòng)站1的一個(gè)免提系統(tǒng)時(shí)這種情況出現(xiàn)。然后，在室內(nèi)的聲學(xué)屬性連續(xù)地改變引起自適應(yīng)EC裝置6中的跟蹤困難。此外，這些EC裝置6可能具有很少的系數(shù)來精確模擬一條或多條路徑P的實(shí)際轉(zhuǎn)送函數(shù)，導(dǎo)致較差的線性回波消除結(jié)果。動(dòng)態(tài)EC裝置12形成一個(gè)頻譜后處理機(jī)，它同時(shí)處理在室內(nèi)以及在模型制造下的移動(dòng)，并且隨時(shí)提供足夠的附加線性回波抑制。在申請(qǐng)人公開的國際專利申請(qǐng)WO 97/45995中可以找到動(dòng)態(tài)EC裝置12的操作和配置細(xì)節(jié)，其內(nèi)容在這里通過參考而被包含。
目前將參見圖2解釋EC頻譜處理器裝置12的操作。在此，示例的頻譜被繪制在雙重會(huì)訪的話語情形中，在此，用實(shí)線表示不期望的回波分量而用虛線指示期望的近端分量。遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器產(chǎn)生具有幅值頻譜為|X|的一個(gè)線路信號(hào)x。送話器接收具有幅值頻譜為|E|的一個(gè)不期望聲音回波e，加上具有幅值頻譜為|S|的一個(gè)期望近端信號(hào)s。自適應(yīng)EC裝置7對(duì)揚(yáng)聲器信號(hào)x濾波以便產(chǎn)生一個(gè)具有幅度頻譜為|Y|的已估計(jì)回波信號(hào)y。由于在揚(yáng)聲器所處的室內(nèi)移動(dòng)和模擬下，殘留信號(hào)r沒有完全消除回波，從示例的剩余幅度譜|R|中可以看到。信號(hào)y和r作為動(dòng)態(tài)EC裝置的輸入，也稱為動(dòng)態(tài)回波抑制器或者DES 12，它進(jìn)一步抑制剩余回波。為這目的，DES 12計(jì)算來自信號(hào)y中的一個(gè)頻譜增益函數(shù)A。正如虛線所示，此函數(shù)A還可以從信號(hào)x中計(jì)算出。從修改的幅值頻譜|A||R|中以及從R的未修改相位中重建DES 12的輸出q。信號(hào)q沒有線性回波并且仍然包含期望的近端信號(hào)s，正如從它的幅值頻譜中可以看到。
接下來，進(jìn)一步詳細(xì)解釋增益函數(shù)A的計(jì)算。DES 12在它的B抽樣輸入幀處收集，對(duì)輸入數(shù)據(jù)開窗，并且把結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻譜幅值分量，由|Y(f；lB)|、|Z(f；lB)|、|R(f；lB)|來表示，f表示頻率標(biāo)引而lB表示數(shù)據(jù)幀標(biāo)引，在每個(gè)B抽樣瞬時(shí)之后數(shù)據(jù)幀標(biāo)引均一遞增。接下來，DES 12按照如下來應(yīng)用一個(gè)頻率相關(guān)的(非負(fù))衰減A(f；lB)到|R(f；lB)|A(f；lB)＝max[{|Z(f；lB)|-γe|Y(f；lB)|}/|R(f；lB)|，0]，f在此，γe是稱為回波減法因子的一個(gè)常數(shù)，它通常比1稍微大一些。另外，當(dāng)在某一頻率處A(f；lB)＞1，則A(f；lB)被設(shè)置為1。因此，在與近端信號(hào)相比有一個(gè)強(qiáng)烈的遠(yuǎn)端回波(注意y是回波估計(jì))的頻帶中，殘留信號(hào)r被衰減，而在近端信號(hào)比遠(yuǎn)端回波強(qiáng)許多的頻帶中，殘留信號(hào)r保持大約相同。最后，衰減的殘留信號(hào)被轉(zhuǎn)換回到時(shí)域，對(duì)于它，在動(dòng)態(tài)EC裝置12的輸入處的原始相位被使用。自適應(yīng)EC裝置7和動(dòng)態(tài)EC裝置12的合并處理提供一個(gè)非常強(qiáng)大的全雙工算法，它能夠處理室內(nèi)移動(dòng)，室內(nèi)移動(dòng)改變諸如室內(nèi)回響以及處理模擬下(under modeling)之類的聲學(xué)屬性(它不能被自適應(yīng)EC裝置7處理)。
可以對(duì)上面的線性回波消除處理進(jìn)行各種修改。例如當(dāng)送話器信號(hào)中的噪聲估計(jì)可得到時(shí)，DES 12可以基于噪聲幅值頻譜|N(f；lB)|實(shí)現(xiàn)噪聲抑制。
然后給出衰減A(f；lB)A(f；lB)＝max[{|Z(f；lB)|-γe|Y(f；lB)|-γn|N(f；lB)|}/|R(f；lB)|，0]，f在此，γn是噪聲減法因子。
另外，也可用聲學(xué)的一個(gè)估計(jì)的來遞增|Y(f；lB)|回響尾，它未被(短)自適應(yīng)EC裝置7所覆蓋。
作為另一示例，連續(xù)幀的衰減A(f；lB)在時(shí)間上被低通濾波以便獲得更多漸變的幀轉(zhuǎn)換。
圖3示出應(yīng)用在通信系統(tǒng)1中的聲學(xué)回波消除器裝置6，具有動(dòng)態(tài)EC裝置12和非線性后處理機(jī)回波消除裝置13。非線性EC裝置13通過EC裝置12被耦合到減法器輸出11。非線性EC裝置13被安排作為連接到動(dòng)態(tài)EC裝置12的調(diào)波抑制后處理機(jī)裝置，用于根據(jù)輸出的較高諧波來完成非線性回波消除。
接下來將解釋非線性EC裝置13的操作。非線性EC裝置13使用一種特殊的頻譜減法器特別地消除了輸出信號(hào)q的非線性回波分量。在前面解釋的所述示例頻譜現(xiàn)在還包含非線性回波分量的諧波，如圖3中黑色所示。DES 12的輸出q仍然包含回波分量，即非線性諧波。為這些諧波的抑制計(jì)算出來自自適應(yīng)EC裝置7的輸出信號(hào)y中的頻譜增益函數(shù)B(f；lB)。為這目的，人們還可以使用虛線所示的信號(hào)x。從修改的幅值頻譜|B(f；lB)||Q(f；lB)|和Q(f；lB)未修改的相位(它與R(f；lB)的相位相同)中重建非線性頻譜調(diào)波抑制后處理機(jī)裝置的輸出p。代入頻譜增益函數(shù)B(f；lB)以使總增益函數(shù)A~(f;lB)=A(f;lB)B(f;lB)]]>變成 同樣，當(dāng)在某一頻率 處A~(f;lB)>1,]]> 被設(shè)置為1。應(yīng)當(dāng)指出實(shí)際上它實(shí)現(xiàn)在上面合并的增益 增益A(f；lB)和B(f；lB)沒有分別存在。頻譜|(f；lB)|是一個(gè)頻譜成型形式的|Y(f；lB)|，并被確定如下|(f；lB)|＝max[|Y(f；lB)|，G(y；lB)Ymax(f；lB)]，f(l)這里Ymax(f；lB)＝max[|Y(f0)|]，with f0ε
并且這里G(y；lB)(0≤G(y；lB)≤1)是一個(gè)實(shí)數(shù)，它與估計(jì)的回波電平成正比，并且G(y；lB)＝G0(Py，direct(lB)+Py，diffuse(lB)).
在這里，G0是一個(gè)固定常數(shù)因此0≤G(y；lB)≤1并且Py，direct(lB)是估計(jì)的直接回波貢獻(xiàn)功率，給出如下Py,direct(lB)=DΣn=0B-1y2(lBB+n)]]>在此D(0≤D≤1)是按照自適應(yīng)EC裝置7的輸出y的直射/漫射聲音來選擇的一個(gè)固定參數(shù)?？偮渎暤墓β守暙I(xiàn)Py，diffuse(lB)能因此被計(jì)算為在自適應(yīng)EC裝置7的輸出y的散射部分功率貢獻(xiàn)上的一階遞歸(在此，彌散部分被給出為(1-D)Σn=0B-1y2(lBB+n)]]>存儲(chǔ)器參數(shù)αrev如下
Py,diffuse(lB)=αrevPy,diffuse(lB-1)+(1-αrev)(1-D)Σn=0B-1y2(lBB+n).]]>αrev的一個(gè)優(yōu)良值被給出為αrev＝10-q，以及q＝6B/(FsT60)這里，F(xiàn)s是抽樣頻率，而T60是室內(nèi)聲學(xué)的混響時(shí)間。
上面提及的非線性后處理被裝置13合并的效果如下。在低回波電平，當(dāng)非線性被期望為可忽略時(shí)，G(y；lB)將是一個(gè)小數(shù)目并且 因此非線性抑制裝置13被有效禁止。在回波電平增加處，有關(guān)的回波失真將增加。這個(gè)表現(xiàn)被G(f；lB)的一個(gè)增加值仿真。隨著增加G(f；lB)，實(shí)現(xiàn)了在非線性諧波可以被預(yù)期的頻率處，我們獲得A~(f;lB)<A(f;lB),]]>因此；非線性回波被抑制。
作為示例圖4和5示出幅值光譜，用于解釋非線性調(diào)波抑制裝置13的操作。在兩個(gè)圖左邊繪圖示出輸出信號(hào)y的短時(shí)幅值頻譜|Y(f；lB)|。在圖4中，|Y(f；lB)|的絕對(duì)電平比圖5中的小許多，這通過標(biāo)記″(低)″和″(高)″示意性地示出。兩個(gè)圖的右邊繪圖示出兩種情況的成形幅值頻譜|(f；lB)|。圖4中，回波電平小，那么預(yù)期沒有非線性，G(f；lB)小，用方程式(1)我們得到|(f；lB)|≈|Y(f；lB)|。圖5中，回波電平那么大以至于預(yù)期有非線性，G(f；lB)大了許多，用方程式(1)獲得在可以預(yù)期非線性的頻率處，保持|(f；lB)|＞| Y(f；lB)|，因此；A~(f;lB)<A(f;lB)]]>并且非線性被抑制。同時(shí)，在不知所云的話語期間，將有近端信號(hào)幅值比|(f；lB)|大的許多頻率(產(chǎn)生A~(f;lB)>0]]>)，因此；近端揚(yáng)聲器可以打斷遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器并且可保持全雙工通信。
方程式(1)的另外一種擴(kuò)展考慮了非線性可以含有內(nèi)存。那么不能夠象方程式(1)中執(zhí)行的那樣對(duì)于|(f；lB)|的計(jì)算只考慮當(dāng)前|Y(f；lB))|?？梢砸愿鞣N已知方式結(jié)合的內(nèi)存例如可以通過如下來結(jié)合|(f；lB)|＝β|(f；lB-1)|+(1-β)max[|Y(f；lB)|，G(y；lB)Ymax(f；lB)]，f在此，β是一個(gè)固定參數(shù)(0≤β＜1)，它可以被調(diào)諧到非線性的預(yù)期內(nèi)存。
雖然參考本質(zhì)上優(yōu)選的實(shí)施例和最佳可能的方式已經(jīng)描述如上，但是應(yīng)該理解，這些實(shí)施例決不是解釋為所涉及的設(shè)備的限制示例，因?yàn)槁湓诟郊訖?quán)利要求范圍內(nèi)的各種修改、特征和特征組合現(xiàn)在是技術(shù)人員所能達(dá)到的。上述的算法也可以被直接擴(kuò)展為多信道全雙工系統(tǒng)，它具有多個(gè)送話器或多個(gè)揚(yáng)聲器。
權(quán)利要求
1.一個(gè)具有通過通信信道(3)相互耦合的站(1)的通信系統(tǒng)(2)，其中，至少一個(gè)站(1)裝備有回波消除(EC)裝置(6)，包括自適應(yīng)EC裝置(7)，被安排用于仿真所述站(1)中的線性回波效應(yīng)；一個(gè)減法器(8)，它耦合到自適應(yīng)EC裝置(7)并且具有一個(gè)減法器輸出(11)；和非線性EC裝置(12，13)，它耦合到減法器輸出(11)，用于仿真通信站(2)中附加的回波效應(yīng)，其特征在于非線性EC裝置(13)被安排作為耦合到減法器輸出(11)的調(diào)波抑制后處理機(jī)裝置，用于根據(jù)輸出的較高諧波來完成非線性回波消除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的通信系統(tǒng)(2)，其特征在于調(diào)波抑制裝置(13)被控制來在系統(tǒng)(2)中的有線通信信號(hào)電平一旦引起重大諧波失真時(shí)運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的通信系統(tǒng)(2)，其特征在于調(diào)波抑制裝置(13)包括頻譜增益計(jì)算裝置，用于計(jì)算抑制所述諧波的一個(gè)頻譜增益函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的通信系統(tǒng)(2)，其特征在于調(diào)波抑制裝置(13)被安排用于考慮具有內(nèi)存的非線性。
5.應(yīng)用在根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一個(gè)通信系統(tǒng)(2)中的回波消除器裝置(6)。
6.一種回波消除方法，其中，由于通信系統(tǒng)(2)中的線性組件所引起的回波被消除，其特征在于用于消除由于線性分量所引起的回波的數(shù)據(jù)被用來從那里導(dǎo)出用于消除由于非線性組件引起的回波的諧波數(shù)據(jù)。
全文摘要
公開的是一種通信系統(tǒng)，它具有通過通信信道相互耦合的站，其中至少一個(gè)站裝備有回波消除(EC)裝置。EC裝置包括自適應(yīng)EC裝置，被安排用來仿真所述站中的回波效應(yīng)；一個(gè)減法器，它耦合到自適應(yīng)EC裝置并且具有一個(gè)減法器輸出；和非線性EC裝置，它耦合到減法器輸出，用于仿真通信站中附加的回波效應(yīng)。非線性EC裝置被安排作為耦合到減法器輸出的調(diào)波抑制后處理機(jī)裝置，用于根據(jù)輸出的較高諧波來完成非線性回波消除。因此提出一種低成本的全雙工聲學(xué)回波消除的算法，其中一個(gè)頻率相關(guān)的非線性衰減處理非線性失真的回波分量。該系統(tǒng)很適合于移動(dòng)電話、可視電話、會(huì)議電話等等強(qiáng)大的免提通信。
文檔編號(hào)H04M9/08GK1533665SQ02814587
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月20日
發(fā)明者H·J·W·貝爾特, C·P·揚(yáng)斯, I·L·D·M·默克斯, D M 默克斯, H J W 貝爾特, 揚(yáng)斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司