專利名稱：分布式回波消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回波消除，具體地講，涉及一種分布式回波消除。
背景技術(shù)：
消除回波的目的是為了補償受回波影響的信號，這種回波可能是由多種來源引起的，包括由靠近話筒的揚聲器所造成的反饋。一般來說，現(xiàn)有回波消除技術(shù)是使用一種基準信號來檢測回波，然后相應(yīng)地通過從信號中消除(減去)一個回波估計值來補償信號。
但是，回波消除方法的實現(xiàn)，不管是聲學的，還是線路的，都造價高昂。在一些時延長的網(wǎng)絡(luò)中，例如基于分組傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，更是如此。傳統(tǒng)的回波消除裝置通過增加緩沖區(qū)的大小——也因此提高了存儲器的需求——來補償網(wǎng)絡(luò)中的時延。在不可靠的傳輸媒質(zhì)中，如IP網(wǎng)絡(luò)，還存在數(shù)據(jù)包丟失的情況，因而會很大程度上降低回波消除裝置的有效性。


圖1是一個傳統(tǒng)回波消除器100的框圖。該回波消除器100由一個回波估計與控制器110以及減法器120組成。輸入信號(Sin 130)是回波132和近端信號的結(jié)合。如本領(lǐng)域所公知的，回波估計與控制器110通過使用基準信號(Rout或Rin)134和減法器120來消除來自于輸入信號130中估算到的回波?；夭ㄏ鞯哪康氖钱a(chǎn)生一個充分減少了回波的、盡可能匹配近端信號的輸出信號(Sout 136)。
圖2是一個用于揚聲器電話的傳統(tǒng)全雙工免提(FDHF，full duplexhands free)回波消除器200的框圖。FDHF回波消除器200包括一個線路回波估計與控制器210，以及第一減法器215，該第一減法器用于消除由一個網(wǎng)絡(luò)(未圖示)引入的線路回波217。聲學回波估計與控制器220和第二減法器222用于消除揚聲器226和話筒228之間的聲學回波224。
圖3是一個用于與分組網(wǎng)絡(luò)350相連的、基于傳統(tǒng)分組網(wǎng)絡(luò)的聲學回波消除器300。在分組網(wǎng)絡(luò)中，一般線路回波是在IP/PSTN網(wǎng)關(guān)(未圖示)消除。消除器300由一個聲學回聲估計器300、減法器310、分組器320和解分組器330組成。
在傳統(tǒng)的揚聲器電話中，這些回波處理裝置是位于電話機里。這種結(jié)構(gòu)增加了每部電話機配置費用。由于在大多數(shù)時間里，用戶并不使用揚聲器電話的這種功能，所以這些回波消除裝置通常處于空閑狀態(tài)。
有必要提供一種可以解決如上所述現(xiàn)有消除回波方法缺陷的回波消除系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在遠離接收帶回波信號的設(shè)備的位置執(zhí)行回波消除功能的分布式回波處理結(jié)構(gòu)。該回波消除功能通過利用在設(shè)備中被回波破壞的輸入(傳輸)信號和基準信號的拷貝，來消除回波。由于回波消除資源是位于中央系統(tǒng)中，而非單個的設(shè)備里，因此，該回波消除資源可以在多個設(shè)備之間進行共享。
本發(fā)明的一個目的是為了減少現(xiàn)行通訊系統(tǒng)的總體成本。
本發(fā)明的另一個目的是為了提供一種獨立于網(wǎng)絡(luò)時延，并且在分組/幀丟失方面較之現(xiàn)有技術(shù)更健壯的回波消除裝置。
在本發(fā)明的一個方面中，提供一種通訊系統(tǒng)，其包括一個具有回波消除功能的系統(tǒng)，和至少一個在網(wǎng)絡(luò)上遠離該系統(tǒng)的設(shè)備。所述回波消除功能利用第一基準信號來消除來自至少一個信號的回波。所述至少一個設(shè)備用于接收第二基準信號，該第二基準信號包括因網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠绊懚l(fā)生改變的第一基準信號，該設(shè)備還用于使回波和第二基準信號相結(jié)合以形成所述至少一個信號的各個信號的一部分，并用于通過網(wǎng)絡(luò)接收和發(fā)送所述至少一個信號至該系統(tǒng)。
在本發(fā)明的另一個方面中，提供通訊系統(tǒng)中的一種分布式回波消除方法，該方法包括通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送第一基準信號到至少一個遠程設(shè)備；所述至少一個設(shè)備接收第二基準信號，其中第二基準信號包括受網(wǎng)絡(luò)傳輸影響而被改變的第一基準信號；使所述至少一個遠程設(shè)備中的回波和第二基準信號相結(jié)合以形成所述至少一個信號的一部分，其中所述至少一個信號也有回波；通過網(wǎng)絡(luò)接收所述至少一個信號；以及利用第一基準信號消除所述至少一個信號中的回波。
附圖簡述本發(fā)明將結(jié)合附圖進行詳細說明，類似的附圖標記表示類似的部件，其中圖1示意了一個傳統(tǒng)的回波消除器；圖2示意了一個用于揚聲器電話的傳統(tǒng)全雙工免提(FDHF)回波消除器；圖3示意了一個同分組網(wǎng)絡(luò)相連、基于分組網(wǎng)絡(luò)的聲學回波消除器；圖4示意了一個根據(jù)本發(fā)明一個實施例的分布式聲學回波消除器；圖5示意了一個與同步域相連的分組域中的如圖4的(全雙工免提FDHF結(jié)構(gòu))分布式聲學回波消除器；圖6是圖5中分組域中的電話部分更為詳細的框圖；圖7示意了一個帶分布式回波消除結(jié)構(gòu)的電話系統(tǒng)；圖8示意了一個在可靠網(wǎng)絡(luò)中運行的分布式回波消除器；
圖9示意了一個具有圖8所示分布式回波消除器、基于TDM網(wǎng)絡(luò)的電話系統(tǒng)；圖10示意了一個用于補償線路回波的、基于分組的分布式線路回波消除器；以及圖11示意了一個使用圖10所示的分布式線路回波消除器的VoIP網(wǎng)絡(luò)。
具體實施例方式
圖4是本發(fā)明一個實施例的分布式聲學回波消除器400的示意圖。該聲學回波消除器400包括一個系統(tǒng)410和一個電話設(shè)備420，所述系統(tǒng)410包括一個分解器412、一個聲學回波估計與控制器414以及一個減法器416，所述電話設(shè)備420包括一個信號組合器422、一個話筒424以及一個揚聲器426。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以理解該回波估計與控制器414是一個自適應(yīng)濾波器(例如參看Simon Haykin的“Adaptive Filter Theory”第三版，，Prentice Hall出版社，1996年，ISBN 0-13-332-760-X)。
該系統(tǒng)410，如一個PBX系統(tǒng)，發(fā)送第一基準信號Ro至電話設(shè)備420。第一基準信號在通過網(wǎng)絡(luò)450傳輸時被延遲，并且可能由于諸如分組丟失/幀擦除補償/語音合成/延遲抖動等原因遭到損壞，當?shù)竭_電話設(shè)備420時，已成為第二基準信號Ro’。第二基準信號Ro’隨后被傳輸至電話設(shè)備420的揚聲器426。由于聲耦合，話筒424接收到第一信號Si(等同于Sin)，該第一信號包含近端信號(如語音信號)和聲學回波信號。第一信號Si和傳送來的Ro’信號一起，被發(fā)送回系統(tǒng)410。
在系統(tǒng)410中，分解器412把組合的信號Si和Ro’分解開來，而第二基準信號Ro’在聲學回波估計與控制器414中用作基準信號，產(chǎn)生回波消除信號So。分解器412還監(jiān)視輸入信號(Si，Ro’)的分組丟失及其他數(shù)據(jù)損壞情況，并且同時相應(yīng)的控制聲學回波估計與控制器414。
電話設(shè)備420還包括一個壓縮設(shè)備(未圖示)，分解器412中也對接收到的組合信號進行解壓縮，因為聲學回波估計與控制器414處理未壓縮的信號。一些語音合成器，如G.729，有它們自己的分組丟失補償和幀擦除方案。因此，如果在發(fā)送路徑460中存在分組丟失的情況，不采用聲學回波估計與控制器414，以防止分布式回波消除器400在分組丟失情況下的偏差。
由于第二基準信號Ro’(而不是Ro)被用作基準信號，分布式回波消除器400可以不受網(wǎng)絡(luò)時延的影響。而且，由于存在第二基準信號(該信號是在受到網(wǎng)絡(luò)傳輸性能影響后，被揚聲器426所接收)的精確樣本，所以在接收路徑470中的非線性影響，如分組丟失等，也沒關(guān)系。發(fā)送路徑460(Si+Ro’)中的分組丟失情況由網(wǎng)絡(luò)450所使用的協(xié)議決定。相應(yīng)的是，這種回波消除結(jié)構(gòu)不依賴于網(wǎng)絡(luò)時延，并且對分組丟失/幀擦除情況更健壯。
發(fā)送路徑中的信號損壞情況由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理(如，指示分組丟失)。對丟失的分組使用回波消除器由分組丟失/幀擦除補償方案來補償。一個PCM語音的這種方案的例子如下BeginIf 沒有分組丟失(正常操作)通過Si和Ro’來適配和消除回波Else(分組丟失)激活對Si和Ro’的分組丟失補償在分組丟失期間停止適配功能在分組丟失期間停止消除功能End
在現(xiàn)有技術(shù)中，存在一些數(shù)據(jù)丟失解決方案，如零插入、重復舊分組、噪聲插入等。應(yīng)用于回波消除的類似方案的一個例子參見Goubran，Schulz等的加拿大專利申請2331228，題為“PACKET LOSSCOMPENSATION METHOD USING INJECTION OF SPECTRALLYSHAPED NOISE”。
圖5示意了一個與同步域510相連的分組域500中的如圖4的(全雙工免提FDHF結(jié)構(gòu))分布式聲學回波消除器400。分組域500包括語音IP(VoIP)網(wǎng)絡(luò)。同步域510包括時分多路(TDM)網(wǎng)絡(luò)，如PSTN網(wǎng)絡(luò)。電話設(shè)備420(電話部分)如圖4所示。速率適配器520、522用于連接分組域500和同步域510。如果需要語音壓縮，在接收路徑中的速率適配器522還可以包含一個語音壓縮單元。線路回波消除器(530和535)是用于在同步域510中消除線路回波550。
圖6更為詳細地顯示了圖5中的如語音IP網(wǎng)絡(luò)之類的分組域500中的電話部分。解分組器600將分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成發(fā)送到揚聲器426中的第二基準信號Ro’。解分組器600同時也補償由分組丟失/幀擦除和時鐘偏差(采樣頻率調(diào)整)等網(wǎng)絡(luò)等引起的數(shù)據(jù)損壞。由于網(wǎng)絡(luò)的這些影響，接收到的分組可能受到損壞，而這些是通過第二基準信號Ro’來顯示。分組器610將發(fā)送到揚聲器426中的第二基準信號Ro’轉(zhuǎn)換成分組數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)組合器620。分組器630將話筒424中接收到的信號Si進行分組。分組組合器620將上述兩種分組進行組合并通過網(wǎng)絡(luò)450進行發(fā)送。分組器610和630分別將信號Si和第二基準信號Ro’(同步語音流)數(shù)字化為分組。
該領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解語音壓縮可以由分組器610、630進行，而語音解壓縮可以由解分組器600進行。國際電信聯(lián)盟(ITU)標準G.711，G.729和G.732.1是一些語音壓縮標準的例子。
圖7是一個帶分布式回波消除結(jié)構(gòu)的電話系統(tǒng)700的框圖。電話系統(tǒng)700包括一個系統(tǒng)710和多部電話設(shè)備730、740。所述電話設(shè)備730、740通過網(wǎng)絡(luò)750和交換機710相連，所述系統(tǒng)710有一個控制邏輯715，用來控制一個全雙工免提(FDHF)回波消除器池720。圖中顯示了揚聲器電話模式的這樣一個電話設(shè)備740。交換機710，例如，可以是一個IP PBX交換機。
在這個電話系統(tǒng)700中，，在用戶使用聽筒的情況下所有電話設(shè)備730、740默認狀態(tài)都是聽筒模式，而非揚聲器。在在聽筒模式中，不需要揚聲器電話資源，如聲學回波消除。
當用戶敲揚聲器電話鍵時，電話設(shè)備740進入揚聲器電話模式，如圖7所示。在揚聲器電話模式中，由話筒信號Si和接收到的基準信號Ro’組成的組合信號通過網(wǎng)絡(luò)750發(fā)送回交換機710。在交換機710處，揚聲器電話資源位于FDHF回波消除器池720外，對組合信號Si、Ro’進行回波消除。
由于激活的揚聲器電話呼叫遠遠少于同電話系統(tǒng)連接的電話設(shè)備數(shù)量，因此電話系統(tǒng)700中的揚聲器電話資源在多個用戶間共享。這樣也可以達到減少費用的目的。而且，在交換機中的揚聲器電話回波消除資源比在單獨設(shè)備中的回波消除資源質(zhì)量更高，而費用卻因多個用戶分攤而減少。
圖8是一個在可靠網(wǎng)絡(luò)810中運行的分布式回波消除器800的框圖。該分布式回波消除器800包括一個電話設(shè)備802和一個帶減法器808和回聲估計與控制器(AEC)806的系統(tǒng)804?？煽烤W(wǎng)絡(luò)810可以是例如一個TDM網(wǎng)絡(luò)連接。
當網(wǎng)絡(luò)810是可靠的網(wǎng)絡(luò)，且其中的網(wǎng)絡(luò)時延確定時，那么基準信號Ro’是基準信號Ro的延遲版本。因此，并不需要通過發(fā)送路徑820發(fā)送回基準信號Ro’，尤其在網(wǎng)絡(luò)時延短的時候，更是如此。聲學估計與控制器806用基準信號Ro來代替基準信號Ro’。
圖9是一個具有圖8中的分布式回波消除器的基于TDM的電話系統(tǒng)900。該基于TDM的電話系統(tǒng)900包括通過陸線(一種可靠的網(wǎng)絡(luò))902連接至系統(tǒng)910的多個電話設(shè)備920、925。該系統(tǒng)910包括一個用作陸線902和控制邏輯914相連的線路卡912。該控制邏輯914和PSTN網(wǎng)絡(luò)930相連接，并控制一個全雙工免提(FDHF)回波消除器池916。該基于TDM的電話系統(tǒng)900同圖7中的電話系統(tǒng)700運行方式相似。因此，該分布式回波消除結(jié)構(gòu)也可以在可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中共享回波消除資源。
在語音IP(Voice-Over-IP)網(wǎng)絡(luò)中，線路回波消除器通常位于連接語音IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(如帶普通模擬POTS電話的PSTN網(wǎng)絡(luò))的網(wǎng)關(guān)處。當網(wǎng)絡(luò)所帶來的時延增加時，用戶就容易察覺到回音，這時就需要進行回波消除。這些可察覺到的回音會很大程度上降低語音的質(zhì)量。
圖10是基于分組、用于補償由于線路回波1010的分布式線路回波消除器1000的框圖。該基于分組的分布式線路消除器1000包括一個通過分組網(wǎng)絡(luò)1030連接到中央網(wǎng)關(guān)1040的衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)1020。該線路回波消除器1000和圖4、圖5、圖6顯示的聲學回波消除器工作方式相似。衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)1020將信號Si和基準信號Ro’組合，然后傳輸?shù)街醒刖W(wǎng)關(guān)1040。在中央網(wǎng)關(guān)1040處，分解器1050和減法器1054及線路回波估計與控制器(LEC)1052一起消除回波。
圖11是一個使用圖10中分布式線路回波消除器的VoIP網(wǎng)絡(luò)1100的框圖。該VoIP網(wǎng)絡(luò)1100包括多個通過分組網(wǎng)絡(luò)1120連接到中央網(wǎng)關(guān)1130的衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)1110，該中央網(wǎng)關(guān)1130也和PSTN網(wǎng)1140相連。該中央網(wǎng)關(guān)1130有一個分布式回波消除器池1135(如圖10)用于消除線路回波。該中央網(wǎng)關(guān)1130將VoIP網(wǎng)絡(luò)1100同如PSTN1140之類網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)同步網(wǎng)絡(luò)或電話相連。
一般來說，衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)需要昂貴的回波消除資源在線路回波進入分組域前消除線路回波。但是，通過分布式回波消除方法，這種功能可以在衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)和中央網(wǎng)關(guān)之間進行分配。本發(fā)明的優(yōu)點是，實際的線路回波消除資源位于中央網(wǎng)關(guān)處，因此設(shè)備費用可以少很多。
盡管在這里我們描速了本發(fā)明的一個優(yōu)選具體實施方式
，但本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明和所附的權(quán)利要求書范圍的前提下，可以做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種分布式回波消除器，包括一個系統(tǒng)，用于在網(wǎng)絡(luò)上施加信號Ro，并用于從所述網(wǎng)絡(luò)中接收信號Si、Ro’以及利用信號Ro的變化版本Ro’從中進行回波消除；以及至少一個所述網(wǎng)絡(luò)上遠離所述系的設(shè)備，用于(i)接收和輸出在網(wǎng)絡(luò)傳輸中被損壞的信號Ro的變化版本Ro’，(ii)接收包含所述變化信號Ro’的回波的信號Si，以及(iii)組合并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送所述信號Si、Ro’至所述系統(tǒng)，并利用所述變化信號Ro’對所述信號Si進行回波消除。
2.如權(quán)利要求1所述的分布式回波消除器，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一個分解器、一個減法器，一個回波估計與控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式回波消除器，其特征在于，所述至少一個設(shè)備是免提設(shè)備。
4.一種分布式回波消除方法，包括從一個系統(tǒng)發(fā)送第一基準信號至一個網(wǎng)絡(luò)；在網(wǎng)絡(luò)上遠離所述系統(tǒng)的至少一個設(shè)備接收一個第二基準信號，其中該第二基準信號包括受網(wǎng)絡(luò)傳輸影響而被改變的第一基準信號；從所述至少一個設(shè)備輸出所述第二基準信號；在所述至少一個設(shè)備中接收又一個包含所述第二基準信號的回波的信號；在所述至少一個設(shè)備中將所述又一信號和第二基準信號進行組合；從所述至少一個設(shè)備發(fā)送所述組合的信號至所述網(wǎng)絡(luò)；在所述系統(tǒng)中接收所述組合的信號；分解所述又一信號和所述第二基準信號；以及利用第二基準信號對所述又一信號進行回波消除。
全文摘要
本發(fā)明提供一種分布式回波消除結(jié)構(gòu)，其中回波消除功能在遠離接收帶回波信號的設(shè)備的位置進行。該回波消除功能利用被設(shè)備回波損壞的基準信號來消除回波。由于回波消除資源位于中央系統(tǒng)，并且不是分布在單獨的設(shè)備里，因此，回波消除資源可以在多個設(shè)備之間進行共享。
文檔編號H04B3/23GK1494231SQ0314070
公開日2004年5月5日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者迪特爾·舒爾茨, 迪特爾 舒爾茨 申請人:扎林克半導體公司