專利名稱：回聲消除器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及回聲消除器，可應(yīng)用于例如設(shè)置在與電話機(jī)連接的VoIP(VoiCe overlnternet Protocol，互聯(lián)網(wǎng)上語音協(xié)議)終端上的回聲消除器。
背景技術(shù)：
混合電路中的回聲分量是由于接收信號(hào)經(jīng)由混合電路流入發(fā)送信號(hào)的路徑內(nèi)而產(chǎn)生的?；芈曄魍ㄟ^消除回聲分量來防止由回聲分量引起的語音質(zhì)量的下降?；芈暦至吭诮邮招盘?hào)是語音信號(hào)時(shí)產(chǎn)生，然而也在接收信號(hào)是音調(diào)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生。作為避免由音調(diào)信號(hào)的存在引起的誤收斂的現(xiàn)有的回聲消除器，例如有專利文獻(xiàn) 1記載的回聲消除器。專利文獻(xiàn)1 日本特開2005-110307號(hào)公報(bào)然而，上述現(xiàn)有的回聲消除器具有以下的課題1 4。〔課題1〕專利文獻(xiàn)1的回聲消除器只有在音調(diào)信號(hào)被輸入到自適應(yīng)濾波器，并且濾波系數(shù)被變更為具有音調(diào)性之后，才能判定濾波系數(shù)與音調(diào)的頻率特性是否一致。因此，在該回聲消除器中，音調(diào)信號(hào)的檢測(cè)花費(fèi)時(shí)間，當(dāng)開始輸入音調(diào)信號(hào)時(shí)，不能采取用于消除回聲的快速的對(duì)策。并且，由于根據(jù)音調(diào)信號(hào)而設(shè)定的濾波系數(shù)不適合作為用于設(shè)定與接著音調(diào)信號(hào)之后輸入的語音信號(hào)對(duì)應(yīng)的濾波系數(shù)的初始值，因而當(dāng)開始輸入語音信號(hào)時(shí)，不能立即消除語音信號(hào)的回聲，通話質(zhì)量惡化?！舱n題2〕

圖1(a)示出初始延遲是50個(gè)采樣的回聲路徑的時(shí)間響應(yīng)信號(hào)，圖1(b)示出當(dāng)回聲消除器的系數(shù)寄存器的濾波系數(shù)收斂時(shí)的濾波系數(shù)，圖1(c)示出當(dāng)輸入了音調(diào)信號(hào) (撥號(hào)音400Hz)時(shí)的回聲路徑的頻率特性El和收斂后的系數(shù)寄存器的頻率特性R1。從圖 1(a)和(b)可看出，在初始延遲是50個(gè)采樣的回聲路徑的情況下，回聲消除器的自適應(yīng)濾波系數(shù)收斂成非常近似于輸入音調(diào)信號(hào)的波形，從圖1(c)可看出，回聲路徑中的音調(diào)頻率 (400Hz)部分占了大的分量。圖2(a)示出初始延遲是10個(gè)采樣的回聲路徑的時(shí)間響應(yīng)信號(hào)，圖2(b)示出當(dāng)回聲消除器的系數(shù)寄存器的濾波系數(shù)收斂時(shí)的濾波系數(shù)，圖2 (c)示出當(dāng)輸入了音調(diào)信號(hào)(撥號(hào)音400Hz)時(shí)的回聲路徑的頻率特性E2和收斂后的系數(shù)寄存器的頻率特性R2。從圖2 (a) 和(b)可看出，在初始延遲是10個(gè)采樣的回聲路徑的情況下，回聲消除器的自適應(yīng)濾波系數(shù)沒有收斂成非常近似于輸入音調(diào)信號(hào)的波形，從圖2(c)可看出，系數(shù)寄存器的頻率特性 R2的峰值不是音調(diào)頻率400Hz，而為0Hz。然而，不僅在圖1(a) (c)所示的例子(系數(shù)濾波器根據(jù)輸入音調(diào)信號(hào)適當(dāng)收斂的例子)中，而且在圖2(a) (c)所示的例子(系數(shù)濾波器根據(jù)輸入音調(diào)信號(hào)沒有適當(dāng)收斂的例子)中，關(guān)于針對(duì)音調(diào)輸入的回聲消除，將發(fā)揮充分的性能。在上述的例子中， ERLE(Echo Return Loss Enhancement，回聲返回?fù)p耗增強(qiáng)，接收信號(hào)與殘差的功率比)表示35dB左右的足夠的消除量。換句話說，在圖2(a) (c)的例子中，盡管未充分估計(jì)回聲路徑的特性，如果只限于輸入頻率而言，則發(fā)揮了回聲消除性能。這種現(xiàn)象在回聲路徑的初始延遲小于音調(diào)周期的情況下頻繁發(fā)生。具體地說，當(dāng)回聲消除器和作為回聲產(chǎn)生源的混合電路的配置近時(shí)，例如在位于同一裝置內(nèi)的情況等下必定發(fā)生。不巧的是，通常在VoIP 終端裝置等中，混合電路和回聲消除器配置在同一裝置內(nèi)。因此，在這種情況下，由于系數(shù)寄存器的頻率特性不根據(jù)輸入音調(diào)而收斂，因此不能檢測(cè)濾波系數(shù)的音調(diào)性(結(jié)果，不能檢測(cè)出輸入信號(hào)是音調(diào)信號(hào)的情況)。因此，在專利文獻(xiàn)1的回聲消除器中，當(dāng)回聲路徑的初始延遲小時(shí)，系數(shù)寄存器不收斂于輸入音調(diào)信號(hào)的頻率，其結(jié)果，往往不能發(fā)揮作為回聲消除器的期望效果。〔課題3〕在主叫側(cè)說話者和被叫側(cè)說話者兩者產(chǎn)生語音的雙端通話的狀態(tài)下，發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)同時(shí)被輸入到回聲消除器。此時(shí)，由于回聲消除器進(jìn)行停止自適應(yīng)濾波器的系數(shù)更新的控制，因而往往監(jiān)視ERLE來實(shí)施雙端通話的檢測(cè)。在專利文獻(xiàn)1的回聲消除器中， 如上述課題1所示，由于使用利用根據(jù)音調(diào)信號(hào)而誤收斂(音調(diào)收斂)的自適應(yīng)濾波器而得到的殘差來進(jìn)行雙端通話判定，因而不能進(jìn)行正確的雙端通話判定。并且，由于在音調(diào)收斂后的一定期間內(nèi)把控制系數(shù)更新的速度的步長(zhǎng)增益(stepgain)設(shè)定得較大，因而在跟隨性最高的狀態(tài)下進(jìn)行自適應(yīng)濾波系數(shù)的自適應(yīng)，有時(shí)由于不適當(dāng)?shù)南a(chǎn)生顯著的音質(zhì)惡化。并且，由于自適應(yīng)濾波器的再收斂是以向音調(diào)信號(hào)的誤收斂狀態(tài)為初始狀態(tài)而開始的，因而為了再收斂而花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，說話者聽到在再收斂前的長(zhǎng)時(shí)間的回聲，通話質(zhì)量
T^ ο〔課題4〕在照這樣使用專利文獻(xiàn)1的回聲消除器的情況下，在內(nèi)線轉(zhuǎn)送電話時(shí)，回聲消除性能下降。以下，參照?qǐng)D3說明專利文獻(xiàn)1的回聲消除器的課題4即內(nèi)線轉(zhuǎn)送時(shí)的課題。對(duì)以下情況進(jìn)行說明，即從位于主叫側(cè)的基地CO的電話機(jī)(遠(yuǎn)端電話機(jī))100 向位于被叫側(cè)的基地CI的電話機(jī)(近端電話機(jī))109呼叫，在短暫通話后，在被叫側(cè)的基地CI從電話機(jī)109向電話機(jī)110進(jìn)行內(nèi)線轉(zhuǎn)送。如圖3所示，回聲消除器120具有接收輸入端子(Rin) 103，接收輸出端子(Rout) 104，發(fā)送輸入端子(Sin) 114，以及發(fā)送輸出端子(Sout) 115.并且，回聲消除器120具有加法器119，雙端通話檢測(cè)器(DTD)117，以及自適應(yīng)濾波器(ADF) 118。在圖3中，回聲消除器121使用加法器119的輸出和接收輸入端子 (Rin) 103的輸入，將混合電路(Hl) 108作為回聲路徑來進(jìn)行回聲路徑的估計(jì)，將自適應(yīng)濾波器(ADF) 118的系數(shù)估計(jì)成與混合電路108的脈沖響應(yīng)相等。這種估計(jì)的結(jié)果是，來自電話機(jī)100的說話者信號(hào)通過混合電路(H) 101，在模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器102被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，在數(shù)字/模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器105被轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)而通過開關(guān)106，在混合電路 108進(jìn)行2線轉(zhuǎn)換后，到達(dá)電話機(jī)109。去往電話機(jī)109的說話者信號(hào)的一部分在混合電路 108被反射，成為回聲信號(hào)yl，經(jīng)由開關(guān)112在A/D轉(zhuǎn)換器113被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，被輸入到加法器119。從自適應(yīng)濾波器118所輸出的偽回聲信號(hào)y’被輸入到加法器119，當(dāng)自
4適應(yīng)濾波器118收斂時(shí)，偽回聲信號(hào)y’大致等于回聲信號(hào)yl，因而回聲信號(hào)yl被偽回聲信號(hào)y’抵消。自適應(yīng)濾波器118的系數(shù)更新可使用公知的NLMS(Normalized Least Mean Square，歸一化最小均方)等算法。這里，簡(jiǎn)單描述NLMS算法的系數(shù)更新情況。把從遠(yuǎn)端電話機(jī)100輸入到接收輸入端子的語音信號(hào)設(shè)定為X(Ii)，把自適應(yīng)濾波器118的濾波系數(shù)設(shè)定為hk (η)，則將濾波系數(shù)hk(η)按照式⑴和式⑵更新。[算式1]
hk(n + 1) = hk(n) + ^---χ e(n) χ χ(η -k)⑴e(n) = ym(n)-y' (η) {m = 1,2}(2)另外，當(dāng)式(1)的右邊第2項(xiàng)的分母是0時(shí)，將系數(shù)更新量設(shè)定為0，或者停止系數(shù)更新。濾波系數(shù)hk(n)表示第η個(gè)采樣時(shí)刻的第k個(gè)自適應(yīng)濾波器的抽頭系數(shù)。并且，α 是步長(zhǎng)增益，是決定自適應(yīng)濾波器118的收斂速度的常數(shù)，是0< α <2。當(dāng)α變大時(shí)， 收斂速度快而穩(wěn)定特性的波動(dòng)范圍大，并且噪聲影響也大。另一方面，當(dāng)α變小時(shí)，收斂速度慢而穩(wěn)定特性的波動(dòng)范圍小，并且噪聲影響也小。在專利文獻(xiàn)1中表明，在自適應(yīng)濾波器 118充分收斂后使步長(zhǎng)增益成為小值。在內(nèi)線轉(zhuǎn)送時(shí)，一旦在電話機(jī)100和電話機(jī)109之間進(jìn)行通話，自適應(yīng)濾波器118 的系數(shù)也通過估計(jì)混合電路108而收斂到某種程度。這里，當(dāng)自適應(yīng)濾波器118完全收斂時(shí)，式O)的回聲消除殘差e(n) =0，因而與系數(shù)更新停止相同。之后，以下對(duì)于由內(nèi)部交換機(jī)等將通話從電話機(jī)109轉(zhuǎn)送到電話機(jī)110的情況，說明4個(gè)內(nèi)線轉(zhuǎn)送例子。這里，當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)送時(shí)，開關(guān)106將端子a和端子a2連接，開關(guān)112將端子b和端子1^2連接。從D/A轉(zhuǎn)換器105所輸出的信號(hào)通過開關(guān)106的端子a和端子a2， 經(jīng)由混合電路111，一部分被輸出到電話機(jī)110，一部分在混合電路111被反射而成為回聲信號(hào)y2，經(jīng)由開關(guān)112的端子1^2和端子b被輸入到A/D轉(zhuǎn)換器113，從A/D轉(zhuǎn)換器113被輸入到Sin端子114。以后，對(duì)回聲消除器的收斂狀態(tài)的良好與否和由轉(zhuǎn)送引起的回聲路徑變化的大小的組合分別進(jìn)行說明?！矁?nèi)線轉(zhuǎn)送例子4A〕內(nèi)線轉(zhuǎn)送例子4A是這樣的例子，即自適應(yīng)濾波器118的收斂不充分，混合電路 108、111的特性幾乎不變。在內(nèi)線轉(zhuǎn)送例子4A的轉(zhuǎn)送前的狀態(tài)的情況下，由于式O)的回聲消除殘差e(n) 不是0，因而式(1)的系數(shù)更新在保持有效的狀態(tài)下執(zhí)行。即，如專利文獻(xiàn)1的回聲消除器那樣，當(dāng)X(n)是音調(diào)性的信號(hào)時(shí)，按照式(1)，根據(jù)輸入X(n)更新自適應(yīng)濾波器118的系數(shù)。其結(jié)果，自適應(yīng)濾波器118的系數(shù)與其說是收斂為混合電路108的特性，還不如說是自適應(yīng)濾波器118的系數(shù)進(jìn)行收斂以消除音調(diào)性的回聲信號(hào)yl。當(dāng)然，如圖1所示，自適應(yīng)濾波器118的系數(shù)收斂為與混合電路108的脈沖響應(yīng)不同的特性。之后，發(fā)生轉(zhuǎn)送，混合電路 111被連接，連接到電話機(jī)110，開始通話。在內(nèi)線轉(zhuǎn)送例子4A的情況下，可認(rèn)為混合電路特性在轉(zhuǎn)送前后相等，然而自適應(yīng)濾波器118的系數(shù)根據(jù)音調(diào)收斂。之后，當(dāng)輸入了作為非音調(diào)性的信號(hào)的語音信號(hào)x(n)時(shí)， 在自適應(yīng)濾波器118中僅估計(jì)音調(diào)信號(hào)的分量，因而如在課題2的項(xiàng)目中所說明的那樣，自適應(yīng)濾波器118的收斂狀態(tài)不反映混合電路的響應(yīng)特性。因此，具有比音調(diào)頻率寬的頻率分量的語音信號(hào)的回聲，其幾乎所有分量都不能被抵消，并從加法器119被輸出。加法器 119的輸出如圖3所示被輸入到雙端通話檢測(cè)器(DTD) 117。在雙端通話檢測(cè)器117中，計(jì)算加法器輸出與來自接收輸入端子的輸入rin (η)的比ERLE的大小，根據(jù)ERLE的值的大小或者ERLE的變化的大小檢測(cè)雙端通話。ERLE例如按式(3)所示來計(jì)算。[算式2]
權(quán)利要求
1.一種回聲消除器，其特征在于，該回聲消除器具有 自適應(yīng)濾波器，其根據(jù)遠(yuǎn)端輸入信號(hào)生成偽回聲信號(hào)；回聲消除單元，其從近端輸入信號(hào)中減去所述偽回聲信號(hào)；音調(diào)結(jié)束判定單元，其檢測(cè)出所述遠(yuǎn)端輸入信號(hào)是音調(diào)信號(hào)，還捕捉該音調(diào)信號(hào)的結(jié)束；回聲消除量計(jì)算單元，其計(jì)算關(guān)于從所述回聲消除單元所輸出的信號(hào)的回聲消除量;以及音調(diào)結(jié)束時(shí)系數(shù)控制單元，當(dāng)所述音調(diào)結(jié)束判定單元判定為音調(diào)信號(hào)結(jié)束時(shí)，所述音調(diào)結(jié)束時(shí)系數(shù)控制單元根據(jù)針對(duì)所述回聲消除量的規(guī)定條件的成立，停止所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)更新。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回聲消除器，其特征在于，所述音調(diào)結(jié)束時(shí)系數(shù)控制單元使用的規(guī)定條件是此時(shí)的回聲消除量大于等于預(yù)定的閾值的條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回聲消除器，其特征在于，所述音調(diào)結(jié)束時(shí)系數(shù)控制單元將所述音調(diào)結(jié)束判定單元判定為音調(diào)信號(hào)結(jié)束的定時(shí)前后的回聲消除量進(jìn)行比較，根據(jù)該比較結(jié)果，重置所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)后使系數(shù)更新再次開始，或者不重置所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)而強(qiáng)制地使系數(shù)更新再次開始。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回聲消除器，其特征在于，在把所述音調(diào)結(jié)束判定單元判定為音調(diào)信號(hào)結(jié)束的定時(shí)前后的回聲消除量分別設(shè)定為ACANC(η)和ACANC(η+1)，并把預(yù)定的閾值設(shè)定為Δ 1和Δ 2時(shí)，當(dāng)條件式 Δ 2 < ACANC (n+1) < ACANC (η) - Δ 1成立時(shí)，所述音調(diào)結(jié)束時(shí)系數(shù)控制單元不重置所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)而強(qiáng)制地使系數(shù)更新再次開始， 當(dāng)條件式ACANC(η+1) < Δ2成立時(shí)，所述音調(diào)結(jié)束時(shí)系數(shù)控制單元重置所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)后使系數(shù)更新再次開始。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回聲消除器，其特征在于，該回聲消除器具有雙端通話檢測(cè)單元，該雙端通話檢測(cè)單元計(jì)算遠(yuǎn)端輸入信號(hào)和回聲消除殘差的功率比即ERLE，來檢測(cè)雙端通話狀態(tài)，所述音調(diào)結(jié)束時(shí)系數(shù)控制單元將所述音調(diào)結(jié)束判定單元判定為音調(diào)信號(hào)結(jié)束的定時(shí)前后的回聲消除量進(jìn)行比較，根據(jù)該比較結(jié)果，重置所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)后使系數(shù)更新再次開始，或者不重置所述自適應(yīng)濾波器的系數(shù)而強(qiáng)制地使系數(shù)更新再次開始，與此同時(shí)重置所述雙端通話檢測(cè)單元。
全文摘要
即使輸入音調(diào)信號(hào)也能在以后的對(duì)話中減少回聲感。在本發(fā)明的回聲消除器中，判定遠(yuǎn)端輸入信號(hào)是否是呼叫控制用的音調(diào)信號(hào)，在是的情況下，重置自適應(yīng)濾波器的系數(shù)。在另一方式的回聲消除器中，判定遠(yuǎn)端輸入信號(hào)是否是規(guī)定類別的音調(diào)信號(hào)，當(dāng)結(jié)果為肯定時(shí)，在回聲消除量小于等于閾值時(shí)，停止自適應(yīng)濾波器的系數(shù)更新。并且，當(dāng)音調(diào)信號(hào)結(jié)束時(shí)，將結(jié)束前后的回聲消除量進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，重置自適應(yīng)濾波器的系數(shù)后使系數(shù)更新再次開始，或者不重置自適應(yīng)濾波器的系數(shù)而使系數(shù)更新再次開始。而且，在自適應(yīng)濾波器和回聲消除用的加法器的輸入級(jí)設(shè)置有去除音調(diào)信號(hào)的頻率分量的帶阻濾波器。
文檔編號(hào)H04B3/23GK102340606SQ201110345388
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者高田真資 申請(qǐng)人:沖電氣工業(yè)株式會(huì)社