專利名稱：在回波消除器中用結(jié)構(gòu)滯后的幅度分布估計手段的自適應(yīng)濾波器發(fā)散控制的制作方法
本申請要求申請日為1999年5月12日的US申請No.60/133,725的利益。
本發(fā)明通常涉及電信領(lǐng)域，特別是涉及電話系統(tǒng)中的回波消除。
回波消除器一般用于電話系統(tǒng)以便將由于在通信線路中信號反射而可能發(fā)生的聲的和電的回波消除。用戶環(huán)路中的混合電路分開或未完成的終止可能是引起電回波的一些原因?；旌想娐肥窃谟脩艚粨Q機(jī)(PBX)中將四線制傳輸線轉(zhuǎn)換為二線制傳輸線的設(shè)備。由于在系統(tǒng)中使用不良隔離的擴(kuò)音器所以在揚(yáng)聲器電話系統(tǒng)中產(chǎn)生聲回波。這些電回波和聲回波干擾系統(tǒng)上的傳輸質(zhì)量從而影響通信系統(tǒng)的用戶之間的通話質(zhì)量。
為了確保高質(zhì)量和純數(shù)據(jù)傳輸，ITU-T(國際電信聯(lián)盟，電信標(biāo)準(zhǔn)部門)在他們的建議G.131中建議使用回波消除器。對于具有總的大于50毫秒環(huán)路往返傳輸時間的數(shù)據(jù)鏈路極度需要使用回波消除器。通常，當(dāng)環(huán)路往返傳輸時間小于50毫秒時用戶聽不到回波。
回波消除器一般用于許多不同類型的電話系統(tǒng)中。例如，其可用于異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)(ATM)、同步數(shù)字系列(SDH)網(wǎng)絡(luò)、準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)際協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)、或移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC)。
許多回波消除器使用自適應(yīng)線性濾波器來計算由離用戶最近的混合引入的回波的估計。在檢測語音信號時這些自適應(yīng)濾波器不斷地調(diào)整系數(shù)以便收斂到一個結(jié)果上以便消除來自通信線路的回波。濾波器系數(shù)快速而可靠的收斂對于回波消除器的全面性能至關(guān)重要。今天用于回波消除器中的自適應(yīng)線性濾波器在處理具有明顯周期特性的信號中存在困難。通常，對周期信號特性檢測太晚以致于由于不恰當(dāng)?shù)臑V波器適應(yīng)性導(dǎo)致回波消除的質(zhì)量惡化。取代濾波器系數(shù)收斂到一個結(jié)果，其發(fā)散，導(dǎo)致不良回波消除或是甚至導(dǎo)致信號的過補(bǔ)償。當(dāng)前的自適應(yīng)回波消除器系統(tǒng)開始濾波器系數(shù)調(diào)整太早而結(jié)束濾波器系數(shù)調(diào)整太晚的事實(shí)惡化了發(fā)散和過補(bǔ)償。
用于回波消除器中的自適應(yīng)濾波器通常使用固定時幀寄存器來檢測明顯的正弦信號特性。單獨(dú)依靠在固定時幀期間獲得的信號估計的當(dāng)前結(jié)果允許或禁止濾波器系數(shù)的調(diào)整。通常，在信號上進(jìn)行傅立葉(Fourier)變換并估計頻譜以便檢測周期信號。


圖1說明了傳統(tǒng)自適應(yīng)回波消除器如何檢測語音信號或周期信號。圖1顯示了周期信號和語音信號的曲線圖120。語音信號102居中在兩個正弦周期信號100之間?；瑒庸烙嫶翱冢琗寄存器80，保存表示在曲線圖120中的信號的一部分。按照寄存器的尺寸X寄存器80保存結(jié)合的周期和語音信號的抽樣的有限數(shù)。因?yàn)闀r間累加所以X寄存器80充滿新的取樣值。一旦X寄存器80滿之后，將刪除最先保存到X寄存器80中的抽樣。
曲線圖120下面是根據(jù)X寄存器80中的內(nèi)容表示什么時候回波消除器檢測語音信號的存在的時間圖。在時間t_1處檢測到語音信號。但是，可以看到，在這個時間t_1處X寄存器80包含隨同語音信號102的一部分一起的周期信號100的一部分。通常這是不希望的因?yàn)槠淇蓪?dǎo)致消除器發(fā)散。從時間t_1到時間t_2當(dāng)不再檢測到語音信號時，將允許現(xiàn)有技術(shù)方法中的回波消除器調(diào)整濾波器系數(shù)。但是，取代濾波器系數(shù)收斂，則由于X寄存器80包含周期信號的抽樣所以濾波器系數(shù)可能從正確結(jié)果發(fā)散。
如先前范例所述，傳統(tǒng)回波消除器中的問題包括濾波器系數(shù)的發(fā)散和不良收斂，這是由于濾波器系數(shù)的調(diào)整開始太早同時明顯的周期信號值的顯著的子集仍表示在抽樣窗口中且明顯的周期信號特性的檢測進(jìn)行得太長導(dǎo)致正弦信號引起壞的回波消除器性能的事實(shí)引起的。沒有靈活的調(diào)整而將回波消除算法調(diào)整到語音特性和/或回波路徑或在濾波器系數(shù)的收斂速度和濾波器保護(hù)之間交替是困難的。最后，傅立葉(Fourier)變換的使用需要擴(kuò)大的運(yùn)算。
給出這些缺點(diǎn)，對于自適應(yīng)濾波器系統(tǒng)需要提供語音和周期信號的快速而可靠的檢測以便允許濾波器系數(shù)快速收斂。
簡單的說，本發(fā)明是快速檢測周期信號的出現(xiàn)并為濾波器系數(shù)的快速收斂而優(yōu)化的一種回波消除器。本發(fā)明通過創(chuàng)建當(dāng)前保存在固定時幀寄存器中的信號幅值的直方圖來區(qū)別語音和周期或非語音信號。如果某個抽樣值的結(jié)構(gòu)比率落到由較低幅度門限和最大幅度門限形成的時間間隔中，則語音檢測單元將其識別為非語音信號。反之，如果抽樣值的結(jié)構(gòu)比率沒有落到該時間間隔中，則語音檢測單元檢測語音信號。如果檢測到語音信號，則允許滯后時間的附加數(shù)值下降直到允許自適應(yīng)線性濾波器開始調(diào)整濾波器系數(shù)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，根據(jù)在預(yù)定結(jié)構(gòu)估計時間期間接收的信號形成直方圖。將該估計時間選擇為足夠短而使直方圖能對周期信號快速反應(yīng)，但又要足夠大以避免如果根據(jù)直方圖檢測到短周期信號而發(fā)生的頻繁中斷濾波器系數(shù)的調(diào)整。另外，該估計時間最好大于語音信號的低端截止頻率。一旦選擇了估計時間，則選擇滯后時間以確保周期信號已經(jīng)從寄存器中去掉。
根據(jù)引入的通信信號允許幅度門限適應(yīng)過度時間。幅度門限這種適應(yīng)允許比傳統(tǒng)方法更迅速地檢測語音或周期信號從而導(dǎo)致更好的濾波器系數(shù)收斂。另外，可限定高端截止門限和低端截止門限以消除來自引入的通信信號的噪音。在直方圖中將不考慮高于或低于這些截止門限的信號的任何抽樣值。
當(dāng)語音信號充滿固定時幀寄存器時僅調(diào)整自適應(yīng)濾波器的濾波器系數(shù)。從而，選擇足夠長的滯后時間以便在固定時幀寄存器中不存在周期信號，但又要足夠短以避免凍結(jié)濾波器系數(shù)太長。
本發(fā)明不但對于回波消除很重要，而且對于任何類型的語音處理設(shè)備也很重要。例如，一些設(shè)備利用在電信中的語音間歇來發(fā)射其它數(shù)據(jù)。當(dāng)為了多個并發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸共用單信道時，用這些間歇之間的滯后時間有助于降低或避免沖突。
通過參考與附圖結(jié)合的隨后的詳細(xì)描述，前面部分和本發(fā)明的許多附帶的優(yōu)點(diǎn)將變得更易于理解和更好理解，其中圖1說明了傳統(tǒng)自適應(yīng)回波消除器如何檢測語音信號的存在；圖2是典型的被使用的二揚(yáng)聲器電話系統(tǒng)混合并結(jié)合回波消除器的抽樣示意方框圖；圖3是完成本發(fā)明的回波消除器的功能方框圖；圖4是隨時間的典型語音信號的幅度絕對值圖和相應(yīng)的直方圖；圖5是隨時間的周期信號的絕對值圖和相應(yīng)的直方圖；圖6是隨時間的DTMF的絕對值圖和相應(yīng)的直方圖；圖7顯示了按照本發(fā)明的當(dāng)前最佳實(shí)施例的用于語音檢測的可變邊界系統(tǒng)；圖8說明了按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例的語音信號的檢測；
圖9是按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例說明檢測語音信號和調(diào)整濾波器系數(shù)的程序的流程圖；圖10是表示在無線系統(tǒng)中的本發(fā)明的回波消除器的方框圖；圖11是表示IP應(yīng)用上的語音中的本發(fā)明的回波消除器的方框圖；圖12是表示在ATM網(wǎng)絡(luò)中的本發(fā)明的回波消除器的方框圖。
圖2和隨后的討論想要提供一個可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的適當(dāng)環(huán)境的簡短、概括的描述。在PBX環(huán)境的概括的上下文中將描述本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到還可在許多不同的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，例如無線通信系統(tǒng)；IP系統(tǒng)上的語音；同步數(shù)字序列(SDH)網(wǎng)絡(luò)；準(zhǔn)同步數(shù)字序列(PDH)網(wǎng)絡(luò)；異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)(ATM)；或類似的環(huán)境。
圖2表示將近端揚(yáng)聲器連接到遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器的電話系統(tǒng)。表示在圖的遠(yuǎn)左手面上的一個電話，表示近端揚(yáng)聲器20。表示在圖的遠(yuǎn)右手面上的第二個電話，表示遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22。近端揚(yáng)聲器20和遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22都連接到類似的二線制傳輸線24。每個二線制傳輸線24連接到類似的混合上。近端揚(yáng)聲器20定位混合28a而遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22定位混合28b。混合28a和28b的每一個將四線制傳輸線轉(zhuǎn)換為二線制傳輸線24，也將二線制傳輸線24轉(zhuǎn)換為四線制傳輸線26。由于在將四線制傳輸線轉(zhuǎn)換為二線制傳輸線24的轉(zhuǎn)換引起混合分離所以混合28a和28b可導(dǎo)致在通信線路中發(fā)生電回波?；旌?8a和28b的每一個都連接到回波消除器30a和30b上，該回波消除器包括消除電話信號中的回波的自適應(yīng)濾波器32。
當(dāng)遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22送話到電話中時，產(chǎn)生通過二線制系統(tǒng)24傳輸?shù)诫x遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22最近的混合28b上的語音信號。從混合28b，語音信號傳輸?shù)诫x遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器最近的回波消除器30b中。從回波消除器30b語音信號進(jìn)入離近端揚(yáng)聲器20最近的回波消除器30a中并進(jìn)入混合28a并在其被近端揚(yáng)聲器20接收前在混合28a中將四線制傳輸線26轉(zhuǎn)換為二線制傳輸線24。如果從遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器22到近端揚(yáng)聲器20的語音信號的總的環(huán)路往返延遲大于五十(50)毫秒則線路中的回波是值得注意的且將干擾到用戶的傳輸質(zhì)量。因此，回波消除器30a將從混合28a反射回來的遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器的語音的任何部分濾除。類似地，回波消除器30b將從混合28b反射的近端揚(yáng)聲器的語音的任何部分濾除。
圖3表示回波消除器30的功能方框圖。該回波消除器具有位于回波消除器30的相反端的兩個輸入和兩個輸出?；夭ㄏ?0具有位于左手面的發(fā)送輸入路徑40和接收輸出路徑46，和位于右手面的發(fā)送輸出路徑42和接收輸入路徑44。發(fā)送輸入路徑40和接收輸出路徑42位于發(fā)送輸出路徑46和接收輸入路徑44之上。
當(dāng)語音信號傳輸?shù)交夭ㄏ?0的接收輸入路徑44時，語音控制單元48被激活。一旦語音控制單元48被激活，則語音控制單元48激活自適應(yīng)濾波器50。自適應(yīng)濾波器50被電連接到語音控制單元48，同時被電連接到回波消除器30的接收輸入路徑44。如果檢測到雙工通話情況(即，近端和遠(yuǎn)端同時說話)，或者由語音控制單元48識別到自適應(yīng)回波丟失增強(qiáng)的非語音信號，則自適應(yīng)濾波器50的濾波器系數(shù)被凍結(jié)。在特定的情況下，自適應(yīng)濾波器50的濾波器系數(shù)的重置可能是必要的。例如，如果錯誤信號被檢測為語音信號從而允許濾波器系數(shù)變惡化。這樣的重置信號也是由語音控制單元48提供。為了設(shè)定濾波算法的參數(shù)即自適應(yīng)濾波器的參數(shù)而將自適應(yīng)濾波器50連接到微處理器接口52。
回波消除器30通過對接收輸入路徑44上的信號抽樣來進(jìn)行消除回波信號并從發(fā)送輸出路徑42中的信號減去抽樣的和數(shù)字濾波的信號。減去的信號數(shù)值由自適應(yīng)濾波器50控制。
如上所示，如果參數(shù)調(diào)整算法給出了周期信號數(shù)據(jù)則自適應(yīng)濾波器的參數(shù)能夠從其最佳值中分離出來。因此，本發(fā)明從周期信號快速區(qū)分出語音信號以便當(dāng)周期信號被傳輸或是存在于線路上時終止參數(shù)調(diào)整。
為了檢測應(yīng)用于回波消除器的信號是否是語音信號或是非語音信號或是周期信號，構(gòu)造一個信號幅度值的直方圖。圖4表示典型語音信號的時間幅度絕對值的圖140。變量t_max60表示用于確定隨后用作下面將要說明的信號幅度直方圖中的上限的信號的最大幅度門限。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，一般將t_max設(shè)置為64毫秒的周期，該周期被發(fā)現(xiàn)是正常的可確定在此期間存在的信號中的任何異常的有效持續(xù)時間。但是，在此不需要將t_max設(shè)置為這個時間周期。已經(jīng)觀測到t_max的短的時間周期可為20-30毫秒，同時t_max的長的時間周期可達(dá)約120毫秒。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解根據(jù)當(dāng)前的信號這些數(shù)字可以改變。
估計時間，t_eval62用于確定幅度分布計算時間。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，t_eval是64毫秒。在64毫秒中，可以將語音信號的約500個抽樣累加，其是以每秒8000個抽樣的速率進(jìn)行抽樣的?？梢元?dú)立于上述的t_max60來選擇估計時間t_eval。已找到的短t_eval62時間是20毫秒，或者說是160個抽樣，同時已找到的長t_eval62時間是120毫秒，或者說是960個抽樣。
還表示了相應(yīng)的幅度分布函數(shù)，或直方圖142。最大幅度變量，A_max64，限定語音信號幅度的較高門限。在直方圖中可設(shè)置獨(dú)立的較高門限以便無極高信號或噪音存在，例如微小靜電干擾聲。根據(jù)選擇信號和估計時間，t_eval62，則最大幅度，A_max64隨時間改變。還設(shè)置較低幅度門限，A_low66。由較低幅度門限，A_low66和最大幅度門限，A_max64的邊界來限定時間間隔68的計算。
在預(yù)定的估計時間，t_eval62期間接收的信號形成直方圖142。選擇足夠短的估計時間，t_eval62以便直方圖可以迅速反應(yīng)周期信號，但要足夠大以避免頻繁地停止濾波器系數(shù)的調(diào)整，該濾波器系數(shù)的調(diào)整是在如果根據(jù)直方圖檢測到短周期信號時將發(fā)生。通過選擇相對短的直方圖估計時間，t_eval62，在將周期信號應(yīng)用到語音檢測上后濾波器系數(shù)的調(diào)整將被迅速地停止。因此，t_eval62應(yīng)比語音信號的低端截至頻率的倒數(shù)大。一旦已經(jīng)選擇了估計時間，t_eval62并構(gòu)造了直方圖142，則對計數(shù)時間間隔68中的幅度進(jìn)行計算。通過給定時間周期內(nèi)的相當(dāng)大數(shù)量的高幅度值的存在檢測為周期信號。從而，如果這些抽樣值的某個結(jié)構(gòu)比率落到計數(shù)時間間隔內(nèi)，則由系統(tǒng)檢測周期信號或是非語音信號。否則，將該信號識別為語音信號。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，如果在估計時間，t_eval62期間進(jìn)行500個抽樣，而在計數(shù)時間間隔內(nèi)進(jìn)行300個抽樣，則信號被檢測為周期信號，否則，該信號被檢測為語音信號。從直方圖142可以看出，多數(shù)抽樣值落到了計數(shù)時間間隔68之外，表示在估計時間t_eval62期間被抽樣的信號是語音信號。
圖5表示隨時間的周期信號幅度絕對值圖152。圖5中的圖形152類似于圖4中的圖形142并用于表示周期信號的檢測。如前所述，選擇確定信號的最大幅度的時間，t_max60。從圖5可看出，在本例中選擇的t_max比圖4中選擇的t_max要短。如上所述，還表示了估計時間，t_eval62。周期信號會具有與其最大幅度接近的它們的多個幅度，而語音信號由較小的幅度的累加值來表征。
圖形152中表示的信號的相應(yīng)的幅度分布函數(shù)，或直方圖152，也表示在圖5中。通過將圖4的圖形142與圖形152比較可看出，在計數(shù)時間間隔68中周期信號比典型的語音信號包含更多的抽樣。當(dāng)在計數(shù)時間間隔中的取樣數(shù)目高于結(jié)構(gòu)比率，檢測到周期信號表示在周期信號存在期間不允許改變回波消除器的自適應(yīng)濾波器系數(shù)。
圖6表示雙音調(diào)多頻(DTMF)音調(diào)的絕對值隨時間變化的圖。當(dāng)用戶按下其按鍵式電話上的一個按鍵時該周期信號是典型的。直方圖162是圖形160中表示的信號的相應(yīng)的幅度分布函數(shù)。該直方圖162是不同幅度的正弦信號直方圖的上部位置圖。通過比較圖5的直方圖152和圖6中的直方圖162，很顯然，即使DTMF信號是周期信號，DTMF信號也具有比大幅度抽樣更多的相當(dāng)小的幅度抽樣。因此，應(yīng)該仔細(xì)選擇計數(shù)時間間隔68以確保將DTMF語音檢測為周期信號。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，較低幅度門限，A_low66，比最大幅度門限A_max64低65％，或者另外被規(guī)定，A_low66是A_max64的35％。如果A_low66設(shè)置太高，則DTMF信號作為周期信號將檢測不到，表示在圖3中的語音控制單元48，將錯誤地將其它不是周期信號的信號檢測為周期信號。
圖7進(jìn)一步解釋了如何為時間檢測設(shè)置計數(shù)時間間隔68的邊界。第一邊界例子170表示在第二邊界例子172的左邊。如上所述，如果抽樣值的某個結(jié)構(gòu)比率降到計數(shù)時間間隔68中，則該信號被檢測為周期信號。只要該信號被檢測為周期信號則回波消除器的濾波器系數(shù)將不調(diào)整。設(shè)置較高門限(未示出)以便抑制來自諸如微小靜電干擾聲的噪音或是其它種類的干擾影響的極高值。為了確定最大幅度A_max64忽略在信號中的高于這個門限的值，并在計數(shù)時間間隔69中不計算。如上所述，通過將其設(shè)置為最高幅度門限A_max64的比率，通常為A_max的35％或是.35的α來確定較低幅度門限，A_low66。最高幅度門限A_max64的這個比率α在本發(fā)明的現(xiàn)在的最佳實(shí)施例中是恒量。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)在任意給定時間被接收的信號的類型α可以是變量。在低音處較低幅度門限，A_low66，可降到幅度狀態(tài)中，在那里其很難從背景噪聲中辨別出來。設(shè)置定義時間間隔的絕對最小值的某個的結(jié)構(gòu)較低噪音門限，A_noise70。
在第二邊界例子172中，如由劃虛線的水平線174表示的一樣，A_max64比邊界例子170中表示的要低。如上所述，根據(jù)在給定時間處的信號和已被選擇的估計時間t_eval62，允許A_max64隨時間改變。在這個例子中，由于最高幅度門限，A_max64比邊界例子170中的低，所以較低幅度門限，A_low66或由最高幅度門限，A_max64乘α的值將比預(yù)定的噪音門限，A_noise70低，該預(yù)定噪音門限是可以設(shè)定的絕對最低幅度門限，A_low66。只要該計算表示A_low66低于A_noise70，則設(shè)置最低幅度門限，A_low66，使A_low66等于A_noise70的值。這有助于確保沒有背景噪聲惡化正常語音或沒有語音直方圖。
圖8說明本發(fā)明一個實(shí)施例的檢測語音信號或周期信號的時間。表示了周期信號和語音信號的圖形180。在圖形180中，語音信號102居中于兩個正弦周期信號100之間。如上所述，滑動估計窗口，X寄存器80，在任意給定時間處理信號的一部分抽樣。如果比較圖8和圖1，可看出，由于上面已詳細(xì)敘述過的估計時間和可調(diào)整最高和較低幅度門限的結(jié)構(gòu)特征，本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)的方法更早地檢測到語音信號?；趖_eval，A_low和A_max變量的適當(dāng)設(shè)置，在本發(fā)明中在時間t_1′處檢測到語音信號。但是，在t_1′處，不允許濾波器調(diào)整系數(shù)。取而代之，滯后時間t_hyst延遲系數(shù)特征直到滯后時間結(jié)束。該滯后時間允許僅僅語音信號充滿X寄存器80。本發(fā)明的一個實(shí)施例中提供了結(jié)構(gòu)的滯后時間，t_hyst。應(yīng)仔細(xì)選擇滯后時間，t_hyst，以至當(dāng)調(diào)整開始時在X寄存器80中沒有周期信號存在。如果正確選擇t_hyst88，則在X寄存器80中將僅存在語音信號。該結(jié)構(gòu)保證穩(wěn)定且無變化但慢慢收斂。只要應(yīng)用顯著的周期信號，或者只要其存在于延遲路徑中，則濾波器調(diào)整將被有效禁止。應(yīng)限制存儲于X寄存器80中的累加周期信號以阻上消除器參數(shù)分離。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，從時間t_1′直到t_1’+t_hyst88，濾波器系數(shù)的凍結(jié)保持有效。一旦到達(dá)這個時間，則X寄存器80應(yīng)僅包含語音信號。由此，避免了濾波器系數(shù)的分離。如果滯后時間，t_hyst88設(shè)置不正確，則濾波器系數(shù)將被凍結(jié)太長。濾波器系數(shù)的過分的凍結(jié)導(dǎo)致參數(shù)的低收斂。該滯后時間還確保無過補(bǔ)償發(fā)生。
在圖8中表示的例子中，在時間t_3處檢測非語音信號。將圖8和圖1比較可看出，時間t_3早于圖1中表示的時間t_2。而且，在時間t_3處，X寄存器80包含比在現(xiàn)有技術(shù)的方法中的時間t_2處X寄存器80包含的要少的周期信號。通過可編程的計算時間和計算時間間隔可得到該結(jié)果。
圖9是說明本發(fā)明的一個實(shí)施例中的程序的流程圖。從步驟190開始首先從回波消除器30的接收輸入路徑44接收信號(表示在圖3中)。根據(jù)確定最高幅度，t_max62，和估計時間，t_eval62(如上所述表示在圖4中)的時間，如上所述在步驟194設(shè)置最高幅度門限，A_max64，和最低幅度門限，A_low66。然后在步驟196創(chuàng)建信號的直方圖，其表示估計時間，t_eval62的長度。如上所述，基于在計數(shù)時間間隔68中的值計數(shù)，進(jìn)行確定在步驟198處是否已檢測到語音信號。如果沒有檢測到語音信號則如步驟200所示不調(diào)整濾波器系數(shù)且在通過最末的步驟206表示的接收輸出路徑46上(表示在圖3中)將信號從回波消除器發(fā)送出。如果沒有檢測到語音信號而另外將參數(shù)凍結(jié)，則處理器重復(fù)從步驟190開始直到?jīng)]有接收到任何信號。如果檢測到語音信號，則處理器轉(zhuǎn)移到步驟202，在那里允許自適應(yīng)濾波器中的濾波器系數(shù)調(diào)整前等待一個時間周期，t_hyst(表示在圖8中)。一旦t_hyst時間已經(jīng)停止，則在步驟204允許濾波器系數(shù)調(diào)整。只要從接收輸入路徑44方框接收到信號程序，就重復(fù)從步驟190開始的過程。一旦不存在信號，處理器在步驟206結(jié)束。
圖10表示用于無線系統(tǒng)的本發(fā)明。由于引入了長延遲時間，所以在無線系統(tǒng)中的回波消除器的使用是需要的。例如在圖10中表示的系統(tǒng)中，從移動電話到基站收發(fā)機(jī)190有90毫秒的延遲時間。所以返回信號在至少180毫秒內(nèi)將不能到達(dá)移動電話192。接收來自移動電話192的無線通信的基站收發(fā)機(jī)190連接到移動交換中心194，其包含回波消除器單元30。該移動交換中心194連接到類似于表示在圖2中的系統(tǒng)的獨(dú)立電話196。
圖11表示應(yīng)用在語音上IP的本發(fā)明的回波消除器的使用。該回波消除器能夠廣泛用于降低語音上IP應(yīng)用中的聲回波和電回波。與在無線系統(tǒng)中一樣，語音上IP電路趨向于具有相關(guān)的很大的延遲時間。典型的系統(tǒng)具有200到400毫秒的環(huán)路往返延遲。
圖12表示在電路競爭服務(wù)中的回波消除器?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)單元212與不同網(wǎng)絡(luò)連接到一起?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)單元包含回波消除器30(如圖3所示)，以消除不同網(wǎng)絡(luò)之間的延遲時間所引起的回波。同步數(shù)字序列網(wǎng)絡(luò)或準(zhǔn)同步數(shù)字序列網(wǎng)絡(luò)210與連接到異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)214的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)單元212連接。
權(quán)利要求
1.檢測輸入的通信信號是否是語音信號或周期信號的方法，包括以下步驟(a)設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門限；(b)設(shè)置結(jié)構(gòu)較低幅度門限以使通過包含在較低幅度門限和最高幅度門限之間的值的范圍來限定計數(shù)時間間隔；(c)設(shè)置結(jié)構(gòu)估計時間以對輸入的通信信號抽樣；(d)在估計時間期間對輸入的通信信號抽樣；(e)確定具有一個在計數(shù)時間間隔內(nèi)的值的抽樣號的計數(shù)；(f)根據(jù)該計數(shù)確定輸入的通信信號是否是語音信號或周期信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門限包括設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度確定時間；在最高幅度確定時間內(nèi)對輸入的通信信號抽樣；和根據(jù)在最高幅度確定時間內(nèi)抽樣的該輸入的通信信號來設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置結(jié)構(gòu)較高門限，該結(jié)構(gòu)較高門限消除高于預(yù)定門限的輸入信號的抽樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，沒置結(jié)構(gòu)估計時間包括確定輸入的通信信號的低端截止頻率，并設(shè)置比輸入的通信信號的低端截止頻率的倒數(shù)大的估計時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置結(jié)構(gòu)較低幅度門限包括將結(jié)構(gòu)最高幅度門限乘以一個結(jié)構(gòu)常量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置比輸入的通信信號中的背景噪聲水平更高的結(jié)構(gòu)噪音門限。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，設(shè)置結(jié)構(gòu)較低幅度門限包括通過將結(jié)構(gòu)最高幅度門限乘以一個結(jié)構(gòu)常量來計算較低幅度門限；和如果較低幅度門限比結(jié)構(gòu)噪音門限低則將較低幅度門限設(shè)置為等于結(jié)構(gòu)噪音門限。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定輸入的通信信號是否是語音信號或周期信號包括確定所述計數(shù)是否大于在估計時間期間的抽樣總數(shù)的預(yù)定比率；和如果所述計數(shù)大于預(yù)定比率，則輸入的通信信號被檢測為周期信號，否則輸入的通信信號被檢測為語音信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定輸入的通信信號是否是語音信號或周期信號包括建立輸入的通信信號抽樣的幅度直方圖；分析該直方圖以確定抽樣值的預(yù)定比率是否在計數(shù)時間間隔內(nèi)；和如果抽樣值的預(yù)定比率在計數(shù)時間間隔內(nèi)，則檢測周期信號，如果抽樣值的預(yù)定比率不落在計數(shù)時間間隔內(nèi)，則檢測語音信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，設(shè)置抽樣值的預(yù)定比率包括將預(yù)定比率設(shè)置為至少抽樣總數(shù)的百分之六十。
11.一種控制回波消除器中濾波器系數(shù)的調(diào)整的方法，包括接收具有含語音信號和周期信號的幅度的輸入信號；分析輸入信號以檢測是否正在接收語音信號或周期信號；和通過在調(diào)整濾波器系數(shù)之前將輸入信號檢測為語音信號之后等待預(yù)定時間來控制回波消除器的濾波器系數(shù)的調(diào)整。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，分析輸入信號以檢測是否正在接收語音信號或周期信號包括(a)設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門限；(b)設(shè)置結(jié)構(gòu)較低幅度門限以使通過包含在較低幅度門限和最高幅度門限之間的值的范圍來限定計數(shù)時間間隔；(c)設(shè)置結(jié)構(gòu)估計時間以對輸入信號抽樣；(d)在估計時間期間對輸入信號抽樣，并確定具有一個在計數(shù)時間間隔內(nèi)的值的輸入信號抽樣號的計數(shù)；(e)根據(jù)具有一個在計數(shù)時間間隔內(nèi)的值的輸入信號抽樣號的計數(shù)達(dá)到確定輸入信號是否是語音信號或周期信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門限包括設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度確定時間；在最高幅度確定時間內(nèi)對輸入的通信信號抽樣；和根據(jù)在最高幅度確定時間內(nèi)抽樣的該輸入的通信信號來設(shè)置結(jié)構(gòu)最高幅度門限。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置結(jié)構(gòu)較高門限，該結(jié)構(gòu)較高門限消除高于預(yù)定門限的輸入信號的抽樣。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，確定輸入信號是否是語音信號或周期信號包括確定所述計數(shù)是否大于在估計時間期間的抽樣總數(shù)的預(yù)定比率；如果所述計數(shù)大于預(yù)定比率，則輸入信號被檢測為周期信號，否則輸入信號被檢測為語音信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，根據(jù)包含在移位寄存器中的輸入信號的抽樣數(shù)來調(diào)整濾波器系數(shù)，且其中通過等待直到在檢測語音信號之后移位寄存器不是主要包含周期信號的抽樣時，來延遲濾波器系數(shù)的調(diào)整。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過如下來分析輸入信號對輸入信號的幅度抽樣；建立抽樣的幅度絕對值的直方圖；和分析該直方圖以檢測語音信號或周期信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過如下來分析所述直方圖設(shè)置最高幅度門限；設(shè)置具有比該最高幅度門限小的值的較低幅度門限；和確定具有在由最高幅度門限和較低門限限定的范圍內(nèi)的絕對值的抽樣輸入信號數(shù)是否超出該門限，如果超出，則檢測周期信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括一旦接收到周期信號則停止濾波器系數(shù)的調(diào)整。
20.一種在通信系統(tǒng)中用于消除回波的回波消除器，具有用于接收和發(fā)送通信信號的輸入和輸出端，且包括(a)對接收的通信信號濾波的自適應(yīng)濾波器(50)；(b)檢測在接收通信信號中的周期信號和語音信號的存在的語音檢測器(48)；(c)計算用于自適應(yīng)濾波器的系數(shù)序列的處理器(52)，該處理器在語音檢測器檢測到語音信號的存在后預(yù)定時間已過時開始系數(shù)的計算，而在語音信號檢測到周期信號的存在之后停止系數(shù)的計算。
全文摘要
一種用于回波消除器的結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波器(50),包含檢測語音或非語音信號的方法。通過在時間周期上計算信號幅度值的直方圖來確定語音或非語音信號的存在。如果該直方圖有不止一個高于門限的抽樣預(yù)定數(shù),則將信號分類為非語音或周期信號。否則將信號分類為語音信號。披露了可變的最高幅度門限和較低幅度門限從而比回波消除器中利用的傳統(tǒng)方法更快地從直方圖信號檢測語音或非語音信號。結(jié)構(gòu)滯后時間用于確保當(dāng)允許調(diào)整回波消除器的濾波器系數(shù)信號時信號寄存器主要包含語音信號。
文檔編號G10L21/00GK1275001SQ00118489
公開日2000年11月29日 申請日期2000年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月12日
發(fā)明者A·克林德沃斯, E·霍格爾, U·菲德勒 申請人:因芬尼昂技術(shù)北美公司