專利名稱：具有帶有單獨更新控制策略的自適應濾波器的串聯布置的回波消除器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括兩個或更多個用于計算回波估計的自適應濾波器的回波消除器，所述自適應濾波器的每個具有用于應用單獨的更新控制標準的自適應控制機構。
本發(fā)明還涉及一種具備上述回波消除器的電話，尤其是移動電話。
從A.Mader等人的題為“Step-Size Control For Acoustic EchoCancellation Filters-An Overview”(Signal Processing 80(2000)，pages1697-1719)的文章中可知上述回波消除器。已知的回波消除器公開了一種自適應參考回波消除器濾波器和自適應陰影(shadow)回波消除器濾波器的并聯布置。這兩種濾波器類似地進行自適應，但是具有不同的步長，并且使得并聯陰影濾波器適于例如免提電話中所使用的揚聲器箱傳聲器系統(tǒng)。布置陰影濾波器的自適應控制機構，以使如果遠程或揚聲器信號下降到預定的閾值之下，則停止自適應。此外，與參考濾波器相比，僅一半或更少數量的系數被用于陰影濾波器。自適應控制是這樣的，即在箱錯位的情況中，與參考濾波器相比，較好地使陰影濾波器適應于揚聲器箱傳聲器回波路徑。
本發(fā)明的目的是提供一種進一步發(fā)展的回波消除器，其對近端語音是魯棒的(robust)，尤其是對在免提操作期間出現在移動電話中的近端語音。
此外，在根據本發(fā)明的回波消除器中，串聯布置至少兩個自適應濾波器。
有利的是，根據本發(fā)明的回波消除器使用第一自適應濾波器的消除回波的輸出信號以進一步通過第二或可能另外的自適應濾波器來消除回波。從傳聲器信號中剝去回波的這種方式導致根據本發(fā)明的回波消除器對于近端語音以及通話重疊的魯棒性的改善。這有利于根據本發(fā)明的回波消除器應用在與期望的近端語音相比的強回波的情形中，正如在可能裝備有免提設備的電話中。每個自適應濾波器可以應用其自己的個性化更新時間控制策略，所述策略例如可以取決于期望的回波類型，比如在給定有關應用時的回波信號強度。
根據本發(fā)明的回波消除器的實施例的特征在于，布置第一自適應濾波器以消除回波部分，并且布置第二自適應濾波器以消除至少剩余的回波部分。
將一個回波場(field)分成兩個或可能更多個不同部分允許為了消除不同的回波部分而調整每個自適應濾波器的更新控制標準，以便優(yōu)化回波消除。
在實際的實施中，根據本發(fā)明的回波消除器的特征在于，回波消除器包括耦合到第二或另外的自適應濾波器的延遲元件。
根據本發(fā)明的回波消除器的優(yōu)選實施例的特征在于，布置第一自適應濾波器以消除直接回波，并且布置第二自適應濾波器以消除漫射(diffuse)回波。
通常，直接回波部分包括從揚聲器到傳聲器的直接回波信號，并且可能包括環(huán)境以及接著傳聲器對揚聲器信號的一個或多個第一反射。漫射回波部分，也就是回波脈沖響應的按指數規(guī)律衰減的回響尾部通常受到房間內手持音頻設備的運動的影響?，F在有利的是，甚至可以與漫射回波部分不同地處理直接回波部分，這在總的回波場中能夠區(qū)別上述的回波部分和/或它們的起源的那些情況中尤為重要，例如在移動電話設備中的情況。
根據本發(fā)明的回波消除器的又一實施例的特征在于，回波消除器包括耦合到至少一個自適應控制機構的閾值裝置，用于如果饋送到回波消除器的近端語音的頻譜功率超過相應的閾值水平，則減少相應步長。
在該實施例中，能夠實現由控制機構對步長個性化地減慢或減少，以用于若干顯著的回波部分中至少一個的有效魯棒減少。
根據本發(fā)明的回波消除器的再一實施例的特征在于，在自適應控制機構中對于直接和/或漫射回波部分所應用的閾值水平取決于饋送到回波消除器的遠端信號的頻譜功率。
這樣，遠端信號被視為一種估計，其包括用于由相關的傳聲器所檢測的直接回波的測量。例如，相關性可以借助于可調耦合因數而是線性的。
根據本發(fā)明的回波消除器的另一實施例的特征在于，用于直接回波消除的閾值水平與遠端信號的頻譜功率乘以回波減少函數相關。
例如，回波減少函數可以在值為1處開始，并且如果逐漸使其變得較小，那么這將導致與原始情況相比在想要的近端語音的較低頻譜功率值處遵守步長減慢條件。通常，相應地可以測量和調節(jié)回波減少函數，特別是在有關的自適應濾波器的收斂期間或者基于傳聲器和/或揚聲器的回波路徑或位置的移動或改變。
現在，在對附圖進行參考的同時將進一步闡明根據本發(fā)明的回波消除器及其附加優(yōu)點，其中通過相同的參考數字來表示類似的部件。在附圖中

圖1示出根據本發(fā)明的回波消除器的實施例；圖2示出在典型的移動電話中的數字聲脈沖響應h(i)的曲線圖；以及圖3示出圖2的數字脈沖響應的能量衰減曲線(EDC)的曲線圖。
圖1示出可應用在電信設備中的回波消除器1的實施例的略圖，舉例來說，所述電信設備例如是音頻設備，尤其可能是已知的免提類型的電話。具體而言，在圖1中描繪了通信線路2的一個近端，另一端被稱為遠端。遠端數字時域信號x(k)經由合適的數字模擬設備和放大器(未示出)被饋送到揚聲器3，其中k表示具有k＝1，2，...的采樣索引。然后由人聽到所述信號并且特別是在揚聲器3和傳聲器4相互靠近的那些應用中，或者如果啟動揚聲器電話，那么在該情況中將通過一個傳聲器4檢測部分y(k)。實際上信號y(k)是x(k)和h(k)的卷積，該h(k)是其中放置設備的房屋和/和房間的脈沖響應。然而，除了噪聲之外，傳聲器4還檢測到近端說話者的語音s(k)。傳聲器信號z(k)包括由傳聲器4所檢測到的所有信號的組合?；夭ㄏ?包括信號x(k)所輸入的第一自適應濾波器5以及加法器6，該加法器具有傳送濾波器輸出信號 的負輸入7-1，該加法器6通過該負輸入7-1被耦合到濾波器5，該加法器6具有傳送信號z(k)的正輸入7-2，該正輸入7-2被耦合到傳聲器4，以及該加法器6具有傳送加法器輸出信號r′(k)的輸出8。第一自適應濾波器5以已知的方式運行。自適應濾波器5具有N個濾波器系數向量，每個由w＇(k)表示，在每一采樣索引k期間更新所述N個濾波器系數向量，以使在收斂之后，這N個濾波器系數表示實脈沖響應h(k)的有限的形式。根據該電聲回波模型，通過下述來描述上面的離散卷積y^′(k)=Σw‾′n=0N-1(n;k)x(k-N)---(1)]]>加法器輸出信號r′(k)=z(k)-y^′(k).]]>現在包含消除回波的信號。能夠應用若干策略以通過最小化所謂的剩余信號r′(k)的頻譜功率Pr’r’(k)來最小化回波。要實施的已知策略的例子是仿射投射算法(APA)、頻域自適應濾波(FDAF)、以及子帶自適應濾波(SAF)。
例如，歸一化最小均方(NLMS)用公式表示為w‾′N(k+1)=w‾′N(k)+α(k)r,(k)xN‾(k)/|xN‾(k)|---(2)]]>其中α(k)是自適應常數，也稱為自適應濾波器5的步長，其處于0與2之間的范圍內。在所謂的維納狀態(tài)中的濾波器系數是最佳的。α(k)的值越高，自適應過程就越快地收斂到維納狀態(tài)，但是如果達到該狀態(tài)，那么所述系數將越加波動，從而導致所謂的失調。另外，存在的期望的語音s(k)作為對自適應過程的干擾?；夭ㄏ?包括自適應控制機構9，其中控制自適應策略、特別是步長和更新頻率，以便應付與一方面收斂速度的優(yōu)化和另一方面在存在期望的語音的情況下魯棒性的優(yōu)化有關的沖突要求。通常存在若干類型的自適應控制技術，特別是步長控制策略。
圖2示出與典型移動電話中所期望的回波種類相關的數字聲脈沖響應的曲線圖。證明了能夠辨別在脈沖響應的直接部分和漫射部分之間的相當清晰的過渡。如果相互更加接近地定位揚聲器3和傳聲器4，那么該過渡更加清晰。因此該過渡至少近似為先驗已知的。通過使濾波器2消除第一、尤其是直接回波脈沖部分并且使第二自適應濾波器10與濾波器5串聯耦合，該知識被應用于回波消除器1，所述第二濾波器消除了剩余的回波部分。第二濾波器10具有自適應控制機構11，它應用它自己的自適應策略，特別是步長和更新頻率。優(yōu)化該策略以用于消除剩余的回波部分，特別是包括比直接回波部分少的能量的漫射回波部分，這在圖3中示出。在相應的濾波器2和10中所應用的單獨的自適應控制策略可以相同或者彼此不同。
一種步長控制方法使用有關揚聲器3和傳聲器4之間的耦合的先驗信息。假設信號y(k)和s(k)不相關，那么通過下述來定義逆步長α-1(k)＝1+Pss(k)/Pyy(k).(3)實際中采用頻譜功率Pr’r’(k)(通常為加法器輸出信號)來代替Pss(k)，并且用C’Pxx(k)來代替Pyy(k)，其中C’是某一可調耦合函數。這僅導致在收斂速度方面小的降低。該方法能夠在濾波器2和/或10中被實施以用于分別消除直接或漫射的回波部分。
另一種步長控制方法使用有關揚聲器3和傳聲器4之間耦合的先驗信息以及有關自適應濾波器5、10自身的回波減少的信息。同樣通過下述來定義逆步長α-1(k)＝1+Pss(k)/Pεε(k). (4)其中ϵ(k)=y(k)-y^′(k).]]>該方法能夠再次在濾波器2和/或10中被實施以用于分別消除直接或漫射的回波部分。
優(yōu)選的是，在自適應直接回波濾波器2中實施上述公式(4)并且在自適應漫射回波濾波器10中實施上述公式(3)。為了跳過第二濾波器10中直接回波場的模擬，回波消除器1包括合適的延遲元件12。
回波消除器1可以包括耦合到自適應控制機構9、11中的一個或二者的閾值裝置13、14，用于如果饋送到回波消除器1的近端語音信號s(k)的頻譜功率超過了相應的閾值水平，則減少有關的步長。例如，當Pss(k)分別超過C’Pxx(k)的閾值水平或者超過C”Pxx(k)的閾值水平時，能夠減慢用于直接或漫射回波消除的自適應步長，其中C’以及還有C”再次是可調耦合函數。在這些情況中，閾值水平取決于饋送到回波消除器1的遠端信號x(k)的頻譜功率。當大的直接回波支配近端語音s(k)時，由直接濾波器5中的自適應控制機構9所進行的直接場的自適應決不會減慢。所以，用于直接回波消除的閾值水平與遠端信號x(k)的頻譜功率乘以回波減少函數R相關。然后得出，當Pss(k)超過C’RPxx(k)的閾值水平時，與直接回波消除相關的步長可以減少，其中回波減少函數例如衰減并且可以在1處開始，然后被調節(jié)以緩慢地衰減，以使與原始情況相比，最終較早地減慢直接回波自適應。
大體上可以以串聯布置的方式耦合多于兩個的自適應濾波器，由此每個自適應濾波器具有單獨的自適應控制機構，以便應用它們自己的自適應策略。這樣，每個濾波器專用于并且能被優(yōu)化以消除回波脈沖響應的指定部分。
權利要求
1.一種包括兩個或更多個用于計算回波估計的自適應濾波器(5，10)的回波消除器(1)，所述自適應濾波器(5，10)的每個具有用于應用單獨的更新控制標準的自適應控制機構(9，11)，所述自適應濾波器(5，10)中的至少兩個以串聯方式布置。
2.根據權利要求1所述的回波消除器(1)，其特征在于，布置第一自適應濾波器(9)以消除回波部分，并且布置第二自適應濾波器(11)以消除至少剩余的回波部分。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的回波消除器(1)，其特征在于，回波消除器(1)包括耦合到第二或另外的自適應濾波器(10)的延遲元件(12)。
4.根據權利要求1-3中任何一項所述的回波消除器(1)，其特征在于，布置第一自適應濾波器(9)以消除直接回波，并且布置第二自適應濾波器(11)以消除漫射回波。
5.根據權利要求1-4中任何一項所述的回波消除器(1)，其特征在于，回波消除器(1)包括耦合到至少一個自適應控制機構(9，10)的閾值裝置(13，14)，用于如果饋送到回波消除器(1)的近端語音的頻譜功率超過相應的閾值水平，則減少相應的步長。
6.根據權利要求5所述的回波消除器(1)，其特征在于，在自適應控制機構(9，11)中對于直接和/或漫射回波部分所應用的閾值水平取決于饋送到回波消除器(1)的遠端信號的頻譜功率。
7.根據權利要求6所述的回波消除器(1)，其特征在于，饋送到回波消除器(1)的遠端信號的頻譜功率的相關性是通過可調耦合因數的線性相關性。
8.根據權利要求6或7所述的回波消除器(1)，其特征在于，用于直接回波消除的閾值水平與遠端信號的頻譜功率乘以回波減少函數相關。
9.一種電話，特別是一種移動電話，包括根據權利要求1-8中任何一項所述的回波消除器(1)。
全文摘要
公開了一種包括兩個或更多個用于計算回波估計的自適應濾波器的回波消除器，由此所述自適應濾波器的每個具有用于應用單獨的更新控制標準的自適應控制機構。以串聯的方式布置所述自適應濾波器。每個自適應濾波器的自適應控制機構可以對直接回波和漫射回波應用單獨的更新控制標準。給出了若干步長減少策略。
文檔編號H04B3/23GK1890892SQ200480036686
公開日2007年1月3日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權日2003年12月10日
發(fā)明者R·M·M·德克希, I·L·D·M·默克斯, C·P·詹瑟 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司