專利名稱：一種回聲消除裝置和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及語音信號處理領域，具體涉及一種回聲消除裝置和方法。
背景技術(shù)：
Internet網(wǎng)絡技術(shù)、軟件技術(shù)和計算機多媒體技術(shù)的快速發(fā)展和相互結(jié)合，不斷推動著新業(yè)務的產(chǎn)生和融合。傳統(tǒng)上一些需要多種專有硬件設備支撐的業(yè)務也可以通過軟件實現(xiàn)并部署在通用計算機上，軟件實現(xiàn)的網(wǎng)絡電話就是其中之一。與傳統(tǒng)的實時電話相比，目前的網(wǎng)絡電話在語音質(zhì)量上還存在一定的差距，其中，回聲是影響其語音質(zhì)量的最關鍵因素之一。
圖1是電信網(wǎng)絡中的回聲示意圖，圖中的Sin表示近端要發(fā)送的信號，Sout表示遠端接收的來自近端的信號，Rin表示遠端要發(fā)送的信號，Rout表示近端接收的電學回聲消除后的遠端信號，如圖1所示，回聲根據(jù)產(chǎn)生原因可分為兩種一種是“電學回聲”，它產(chǎn)生的主要原因是由于通訊系統(tǒng)中存在的2-4線轉(zhuǎn)換。如圖1所示，網(wǎng)絡側(cè)的本地接入交換機將近端發(fā)送的語音信號Sin輸出到網(wǎng)絡側(cè)的2/4線轉(zhuǎn)換電路上，2/4線轉(zhuǎn)換電路要進行2-4線轉(zhuǎn)換即將雙線本地環(huán)路連接到4線干線上，在2-4線轉(zhuǎn)換過程中因阻抗匹配等原因，會將近端發(fā)送路徑上的一些信號“泄漏”到近端接收路徑上，結(jié)果導致近端用戶聽見自己的語音。
另一種是“聲學回聲”，它是由語音播放設備與語音采集設備之間的語音耦合而產(chǎn)生的。如圖1所示，以近端為例，揚聲器播放出來的來自遠端的語音信號Rout經(jīng)不同的路徑一次或多次反射、或者未經(jīng)任何反射，然后傳遞到話筒，被話筒拾取后，重新發(fā)送至遠端，結(jié)果遠端用戶聽到自己的語音。
現(xiàn)有的回聲消除方案是多點式方案，即在終端側(cè)和網(wǎng)絡側(cè)都采用專用的DSP芯片進行回聲消除。在具體部署時，是根據(jù)回聲種類的不同，將回聲消除器部署在系統(tǒng)的不同位置上。
由于電學回聲主要是在網(wǎng)絡側(cè)產(chǎn)生的，因此電學回聲消除器通常部署在網(wǎng)絡側(cè)，圖2是現(xiàn)有的實現(xiàn)電學回聲消除的示意圖，圖中Sin、Rout、Rin、Sout的含義與圖1中對應符號的含義相同。如圖2所示，具體地，電學回聲消除器部署在網(wǎng)絡側(cè)的本地接入交換機和2/4線轉(zhuǎn)換電路之間。電學回聲消除的具體過程是由于電學回聲信號re是由于近端發(fā)送路徑上Sin的部分能量通過2/4線轉(zhuǎn)換電路泄露到近端接收路徑上而產(chǎn)生的，因此，電學回聲消除器根據(jù)Sout估計出電學回聲信號的值re′，然后從混有電學回聲信號的Rin中減去re′，這樣，最終得到的Rout近似等同于遠端發(fā)送的真實語音信號。
由于聲學回聲主要是在終端側(cè)產(chǎn)生的，因此聲學回聲消除器(AEC，Acoustic Echo Canceller)通常部署在終端側(cè)，如話筒中。圖3是現(xiàn)有的實現(xiàn)聲學回聲消除的示意圖，圖中Sin、Rout、Rin、Sout的含義與圖1中對應符號的含義相同。如圖3所示，以近端為例，由于聲學回聲信號ra來自于揚聲器的信號即Rout，所以AEC根據(jù)Rout估計出聲學回聲信號的值ra′，然后從混有聲學回聲信號的Sin中減去ra′，這樣最終得到的Sout近似等同于近端發(fā)送的真實語音信號。
現(xiàn)有技術(shù)的缺點是1、由于需要在網(wǎng)絡側(cè)和終端側(cè)多點部署回聲消除器，因此，當網(wǎng)絡側(cè)部署的回聲消除器性能下降或失效時，對系統(tǒng)中與該回聲消除器有關聯(lián)的所有終端的通話質(zhì)量均會帶來不利影響。
2、由于在現(xiàn)實網(wǎng)絡環(huán)境中，實際的網(wǎng)絡是由多種不同網(wǎng)絡技術(shù)的子網(wǎng)互聯(lián)而成的，因此，部署在網(wǎng)絡側(cè)某一位置的電學回聲消除器只能解決其部署位置的該段網(wǎng)絡通路的回聲，難以從整體上保證最終用戶端的回聲消除效果。例如，部署在PSTN上的回聲消除器盡管會去掉一部分回聲，但仍會有一部分回聲通過IP電話網(wǎng)關進入IP網(wǎng)絡中，傳遞到IP網(wǎng)絡終端，影響通話質(zhì)量。
3、現(xiàn)有的方案基本上是硬件解決方案，采用專用的DSP芯片，回聲消除的成本和維護代價很高。更重要的是回聲消除需要保存過去一段時間內(nèi)的語音信號作為回聲估計的參考信號，由于DSP受硬件內(nèi)存等條件限制，對于超過128ms的長拖尾回聲的消除難以支持，特別是在IP網(wǎng)絡中，報文時延并不能保證總小于128ms，這就導致現(xiàn)有的回聲消除對于IP網(wǎng)絡上的語音數(shù)據(jù)業(yè)務的支持存在著不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種回聲消除裝置，以解決多點部署回聲消除器帶來的回聲消除效果相互影響問題，以及只能消除部分網(wǎng)絡側(cè)的回聲的問題，實現(xiàn)全面消除電學回聲和聲學回聲，并降低部署回聲消除器的復雜性和維護回聲消除器的成本；同時，本發(fā)明的主要目的在于提供一種回聲消除方法，實現(xiàn)同時消除電學回聲和聲學回聲，并有效消除網(wǎng)絡電話中的長拖尾回聲。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種回聲消除裝置，應用于終端側(cè)，該裝置包括用于進行聲學回聲消除的遠端緩存模塊和第一加法器，用于進行電學回聲消除的近端緩存模塊和第二加法器，用于同時支持聲學回聲消除和電學回聲消除的自適應雙濾波模塊，其中，自適應雙濾波模塊根據(jù)遠端緩存模塊輸出的電學回聲消除后的遠端信號或遠端輸入信號進行聲學回聲估計的自適應濾波，當濾波結(jié)果收斂時，根據(jù)聲學回聲濾波系數(shù)和電學回聲消除后的遠端信號計算出聲學回聲信號，然后將聲學回聲信號輸出到第一加法器；第一加法器計算近端輸入信號和聲學回聲信號的差值從而得到聲學回聲消除后的近端信號，并將該信號輸出到近端緩存模塊，且向遠端輸出；
自適應雙濾波模塊根據(jù)近端緩存模塊輸出的的聲學回聲消除后的近端信號或近端輸入信號進行電學回聲估計的自適應濾波，當濾波結(jié)果收斂時，根據(jù)電學回聲濾波系數(shù)和聲學回聲消除后的近端信號計算出電學回聲信號，然后將電學回聲信號輸出到第二加法器；第二加法器計算遠端輸入信號和電學回聲信號的差值從而得到電學回聲消除后的遠端信號，并將該信號輸出到遠端緩存模塊，且向近端輸出。
所述裝置進一步包括，近端語音檢測模塊，用于接收近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號，判斷出該信號為語音時，向自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊發(fā)送近端語音觸發(fā)信號；遠端語音檢測模塊，用于接收遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號，判斷出該信號為語音時，向自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊發(fā)送遠端語音觸發(fā)信號；自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊，當只接收到近端語音檢測模塊發(fā)送來的近端語音觸發(fā)信號時，將電學回聲微調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊，自適應雙濾波模塊根據(jù)該步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)，當只接收到遠端語音檢測模塊發(fā)送來的遠端語音觸發(fā)信號時，將聲學回聲微調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊，自適應雙濾波模塊根據(jù)該微調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)，當沒有接收到任何觸發(fā)信號時，向自適應雙濾波模塊查詢當前濾波結(jié)果是否收斂，若收斂，就同時將電學回聲微調(diào)步長和聲學回聲微調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊，自適應雙濾波模塊根據(jù)電學回聲微調(diào)步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)，根據(jù)聲學回聲微調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)，若不收斂，就同時將電學回聲快調(diào)步長和聲學回聲快調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊，自適應雙濾波模塊根據(jù)電學回聲快調(diào)步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)，根據(jù)聲學回聲快調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)，當同時接收到近端語音檢測模塊和遠端語音檢測模塊發(fā)送來的近端語音觸發(fā)信號和遠端語音觸發(fā)信號時，將這兩個觸發(fā)信號同時轉(zhuǎn)發(fā)給自適應雙濾波模塊以通知自適應雙濾波模塊不調(diào)整當前的電學回聲和聲學回聲濾波系數(shù)。
所述近端語音檢測模塊包括近端能量計算模塊，用于接收近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號，計算該信號的能量，并根據(jù)靜默期的該信號的能量確定近端語音閾值，將該近端語音閾值和正式通話時的該信號的能量輸出到近端語音判斷模塊；近端語音判斷模塊，用于接收近端語音閾值和正式通話時的近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號的能量，比較二者的大小以判斷近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號是否為語音，若為語音，給自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊發(fā)送近端語音觸發(fā)信號。
所述遠端語音檢測模塊包括遠端能量計算模塊，用于接收遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號，計算該信號的能量，并根據(jù)靜默期該信號的能量確定遠端語音閾值，將該遠端語音閾值和正式通話時的該信號的能量輸出到遠端語音判斷模塊；遠端語音判斷模塊，用于接收遠端語音閾值和正式通話時的遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號的能量，比較二者的大小以判斷遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號是否為語音，若為語音，給自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊發(fā)送遠端語音觸發(fā)信號。
一種回聲消除方法，該方法包括A、保存聲學回聲消除后的近端信號和電學回聲消除后的遠端信號；B、分別根據(jù)已保存的電學回聲消除后的遠端信號或遠端輸入信號和聲學回聲消除后的近端信號或近端輸入信號進行聲學回聲估計和電學回聲估計的自適應濾波，并判斷聲學回聲和電學回聲估計的濾波結(jié)果是否收斂，若聲學回聲估計的濾波結(jié)果收斂，根據(jù)電學回聲消除后的遠端信號和聲學回聲濾波系數(shù)計算聲學回聲信號，接著計算當前近端輸入信號和聲學回聲信號的差值即得到聲學回聲消除后的近端信號；若電學回聲估計的濾波結(jié)果收斂，根據(jù)聲學回聲消除后的近端信號和電學回聲濾波系數(shù)計算電學回聲信號，接著計算當前遠端輸入信號和電學回聲信號的差值即得到電學回聲消除后的遠端信號；否則，繼續(xù)進行聲學回聲或電學回聲估計的自適應濾波。
所述步驟B之前進一步包括判斷近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號和遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號是否為語音，若二者都為語音，直接執(zhí)行步驟B；若近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號為語音，調(diào)整當前電學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟B；若遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號為語音，調(diào)整當前聲學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟B；若二者都不為語音，同時調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)和聲學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟B。
所述調(diào)整電學回聲濾波系數(shù)是通過en+1=en+μede+PSout(n)Rout(n)Sout(n)]]>實現(xiàn)的，其中，en為當前的電學回聲濾波系數(shù)，en+1為調(diào)整后的電學回聲濾波系數(shù)，μe為調(diào)整步長，de為0～1之間的常數(shù)，PSout(n)為當前近端輸出信號的能量，Rout(n)為當前電學回聲消除后的遠端信號，Sout(n)為當前聲學回聲消除后的近端信號。
所述調(diào)整聲學回聲濾波系數(shù)是通過an+1=an+μada+PRout(n)Sout(n)Rout(n)]]>實現(xiàn)的，其中，an為當前的聲學回聲濾波系數(shù)，an+1為調(diào)整后的聲學回聲濾波系數(shù)，μa為調(diào)整步長，da為0～1之間的常數(shù)，PRout(n)為當前遠端輸出信號的能量，Sout(n)為當前聲學回聲消除后的近端信號，Rout(n)為當前電學回聲消除后的遠端信號。
所述判斷近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號是否為語音的具體步驟為計算會話建立后的靜默期內(nèi)的各時間段的近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號的能量，將各能量的最大值與大于1的常數(shù)的乘積作為近端語音閾值；通話開始后，計算當前近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號的能量，將得到的能量與近端語音閾值比較，若前者大于后者，判定當前近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號為語音；否則，判定當前近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號不為語音。
所述判斷遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號是否為語音的具體步驟為計算會話建立后的靜默期內(nèi)的各時間段的遠端信號或電學回聲消除后的遠端信號的能量，將各能量的最大值與大于1的常數(shù)的乘積作為遠端語音閾值；通話開始后，計算當前遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號的能量，將得到的能量與遠端語音閾值比較，若前者大于后者，判定當前遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號為語音；否則，判定當前遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號不為語音。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的回聲消除裝置根據(jù)近端的信號既可以估計電學回聲信號也可以估計聲學回聲信號，進而消除電學回聲和聲學回聲，因此，本發(fā)明裝置只需部署在終端側(cè)，降低了部署的復雜性和維護成本。同時，本發(fā)明提供的方法可以根據(jù)近端的信號計算電學回聲信號或聲學回聲信號，達到同時消除電學回聲和聲學回聲的目的，同時，本發(fā)明方法通過對終端側(cè)資源的合理利用，可以保存長時間的回聲估計參考信號，從而有效消除網(wǎng)絡電話中的長拖尾回聲。


圖1為電信網(wǎng)絡中的回聲示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)電學回聲消除的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)聲學回聲消除的示意圖；圖4是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例一的組成框圖；圖5是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例二的組成框圖；圖6是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例三的組成框圖；圖7是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例四的組成框圖；
圖8是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例二的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心思想是提出一種回聲消除裝置，該裝置只需部署在終端側(cè)，即可同時消除聲學回聲和電學回聲，同時提出一種回聲消除方法，只在終端側(cè)應用該方法，即可同時消除聲學回聲和電學回聲。
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明再作進一步詳細的說明。
圖4是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例一的組成框圖，圖中的Sin表示近端要發(fā)送到遠端的初始信號即近端輸入信號、Sout表示近端輸出到遠端的經(jīng)過回聲消除的信號即聲學回聲消除后的近端信號，Rin表示遠端發(fā)送到近端的初始信號即遠端輸入信號、Rout表示近端最終接收到的經(jīng)過回聲消除的遠端信號即電學回聲消除后的遠端信號。如圖4所示，其主要包括遠端緩存模塊40用于接收并保存Rout或Rin，并將Rout或Rin輸出到自適應雙濾波模塊42。
近端緩存模塊41用于接收并保存Sout或Sin，并將Sout或Sin輸出到自適應雙濾波模塊42。
圖4給出的是遠端緩存模塊40的輸入為Rout、近端緩存模塊41的輸入為Sout的情況，遠端緩存模塊40的輸入為Rin、近端緩存模塊41的輸入為Sin的結(jié)構(gòu)框圖可以簡單推出。
自適應雙濾波模塊42用于保存聲學回聲濾波系數(shù)和電學回聲濾波系數(shù)，用于根據(jù)遠端緩存模塊40輸出的Rout或Rin進行聲學回聲估計的自適應濾波和根據(jù)近端緩存模塊41輸出的Sout或Sin進行電學回聲估計的自適應濾波，當濾波結(jié)果收斂時，根據(jù)Rout或Rin和聲學回聲濾波系數(shù)計算出聲學回聲信號ra′，然后將ra′輸出到第一加法器；當濾波結(jié)果收斂時，根據(jù)Sout或和電學回聲濾波系數(shù)計算出電學回聲信號ra′，然后將電學回聲信號輸出到第二加法器。
第一加法器用于根據(jù)接收的Sin和聲學回聲信號ra′，計算Sin和ra′的差值，該差值即為聲學回聲消除后的近端信號，然后將該差值輸出到近端緩存模塊41，同時將該差值輸出到遠端。
第二加法器用于根據(jù)接收的Rin和電學回聲信號re′，計算Rin和re′的差值，該差值即為電學回聲消除后的遠端信號，然后將該差值輸出到遠端緩存模塊40，同時將該差值輸出到近端。
圖5是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例二的組成框圖，與圖4相比，該實施例進一步包括近端語音檢測模塊43用于接收近端信號，檢測近端信號是否為語音，當為語音時，給自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45發(fā)送一個近端語音觸發(fā)信號10。
這里，近端信號既可以為Sin，也可以為如圖6的近端語音檢測模塊53的輸入信號所示的Sout。
遠端語音檢測模塊44用于接收遠端信號，檢測遠端信號是否為語音，當為語音時，給自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45發(fā)送一個遠端語音觸發(fā)信號11。
這里，遠端信號既可以為Rout，也可以為如圖6的遠端語音檢測模塊54的輸入信號所示的Rin。
自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45該模塊的主要功能如下1、當只接收到近端語音檢測模塊43發(fā)送來的近端語音觸發(fā)信號10時，將電學回聲微調(diào)步長通知自適應雙濾波模塊42，自適應雙濾波模塊42收到后根據(jù)該微調(diào)步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)；2、當只接收到遠端語音檢測模塊44發(fā)送來的遠端語音觸發(fā)信號11時，將聲學回聲微調(diào)步長通知自適應雙濾波模塊42，自適應雙濾波模塊42收到后根據(jù)該微調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)；3、當沒有接收到任何觸發(fā)信號時，向自適應雙濾波模塊42查詢當前濾波結(jié)果是否收斂，若自適應雙濾波模塊42返回的是收斂，就同時將電學回聲微調(diào)步長和聲學回聲微調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊42，自適應雙濾波模塊42根據(jù)電學回聲微調(diào)步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)，根據(jù)聲學回聲微調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)，若自適應雙濾波模塊42返回的是不收斂，就同時將電學回聲快調(diào)步長和聲學回聲快調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊42，自適應雙濾波模塊42根據(jù)電學回聲快調(diào)步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)，根據(jù)聲學回聲快調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)；4、當同時接收到近端語音檢測模塊43和遠端語音檢測模塊44發(fā)送來的近端語音觸發(fā)信號10和遠端語音觸發(fā)信號11時，給自適應雙濾波模塊42同時轉(zhuǎn)發(fā)近端語音觸發(fā)信號10和遠端語音觸發(fā)信號11以通知自適應雙濾波模塊42不必調(diào)整當前的聲學回聲和電學回聲濾波系數(shù)。
需要指出的是，圖5和圖6中只給出了近端語音檢測模塊和遠端語音檢測模塊在整個結(jié)構(gòu)框圖中的兩種位置，實際應用中，由于近端語音檢測模塊的輸入信號可以為Sin或Sout，遠端語音檢測模塊的輸入信號可以為Rin或Rout，因此，可以推出根據(jù)輸入信號的不同，近端語音檢測模塊和遠端語音檢測模塊在整個結(jié)構(gòu)框圖中的位置共有四種。
圖7是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例四的組成框圖，如圖7所示，該實施例包含了圖5的全部模塊，并且近端語音檢測模塊43包括近端能量計算模塊430用于接收近端信號，計算近端信號的能量，根據(jù)靜默期的近端信號的能量的最大值確定近端語音閾值，并將該語音閾值和近端或遠端有語音信號的正式通話時的近端信號的能量輸出到近端語音判斷模塊431。
靜默期指的是會話建立后到正式通話開始之前的一段時間，長度一般為5～60秒。根據(jù)會話信令可以得知會話是否建立，例如PSTN網(wǎng)絡中可通過7號信令得知，IP網(wǎng)絡中可以通過SIP信令或者H.323信令得知。
近端語音判斷模塊431用于接收近端語音閾值和正式通話時的近端信號的能量，將二者進行比較以判斷近端信號是否為語音，當近端信號為語音時給自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45發(fā)送一個近端語音觸發(fā)信號10。
這里，近端信號既可以為Sin，也可以為Sout。
遠端語音檢測模塊44包括遠端能量計算模塊440用于接收遠端信號，計算遠端信號的能量，根據(jù)靜默期的遠端信號的能量的最大值確定遠端語音閾值，并將該語音閾值和正式通話時的遠端信號的能量輸出到遠端語音判斷模塊441。
遠端語音判斷模塊441用于接收遠端語音閾值和正式通話時的遠端信號的能量，將二者進行比較以判斷遠端信號是否為語音，當遠端信號為語音時給自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45發(fā)送一個遠端語音觸發(fā)信號11。
這里，遠端信號既可以為Rin，也可以為Rout。
以下是本發(fā)明提供的實現(xiàn)回聲消除的具體實施例一的具體步驟步驟01遠端緩存模塊40保存Rout或Rin，同時，近端緩存模塊41保存Sout或Sin。
步驟02自適應雙濾波模塊42根據(jù)已保存的Rout或Rin進行聲學回聲估計的自適應濾波，根據(jù)Sout或Sin進行電學回聲估計的自適應濾波，并判斷濾波結(jié)果是否收斂，若聲學回聲估計的濾波結(jié)果收斂，計算聲學回聲信號ra′，然后計算Sout；若電學回聲估計的濾波結(jié)果收斂，計算電學回聲信號ra′，然后計算Rout；否則，繼續(xù)進行聲學回聲或電學回聲估計的自適應濾波。
自適應雙濾波模塊42在不停地進行聲學回聲和電學回聲估計的自適應濾波，當濾波結(jié)果收斂時，就計算出聲學回聲和電學回聲。
自適應雙濾波模塊42進行聲學回聲估計和電學回聲估計的濾波算法可以采用通常的LMS算法、最小二乘法等。
聲學回聲信號計算公式為ra′(n)=Σk=0N-1an-kRout(n-k)---(1)]]>其中，an-k為聲學回聲濾波系數(shù)，n表示當前的時刻值(以下公式中的n的含義都與公式(1)的n的含義相同)，Rout(n-k)(k＝0，…，N-1)表示最近一定時間段內(nèi)的Rout。
在誤差允許范圍內(nèi)，也可以Rin為參考信號估計ra′。
電學回聲信號計算公式為re′(n)=Σk=0N-1en-kSout(n-k)---(2)]]>其中，en-k為電學回聲濾波系數(shù)，Sout(n-k)(k＝0，…，N-1)表示最近一定時間段內(nèi)的Sout。
在誤差允許范圍內(nèi)，也可以Sin為參考信號估計re′。
Sout的計算公式為Sout(n)＝Sin(n)-ra′(n)(3)Rout的計算公式為Rout(n)＝Rin(n)-re′(n)(4)圖8是本發(fā)明實現(xiàn)回聲消除的具體實施例二的流程圖，如圖8所示，其具體步驟如下步驟801遠端緩存模塊40保存Rout或Rin，同時，近端緩存模塊41保存Sout或Sin。近端語音檢測模塊43判斷當前近端信號是否為語音；同時，遠端語音檢測模塊44判斷當前遠端信號是否為語音，若二者都不為語音，執(zhí)行步驟802；若二者同時為語音，執(zhí)行步驟805；若二者之一為語音，執(zhí)行步驟806。
這里，近端信號既可以為Sin，也可以為Sout；遠端信號既可以為Rin，也可以為Rout。
其中，近端語音檢測模塊43判斷近端信號是否為語音的具體過程以Sout為例，可以為A1、近端能量計算模塊430計算會話建立后靜默期的各時間段的Sout的能量PSout(n)，取它們的最大值，將該最大值乘上一個大于1的常數(shù)后得到的值作為近端語音閾值，并將該語音閾值輸出到近端語音判斷模塊431；
PSout(n)的計算公式為PSout(n)＝Sout(n)TSout(n) (5)其中，Sout(n)T是Sout(n)的轉(zhuǎn)置矩陣。Sout為多次采樣值，因此，以矩陣形式表示。
A2、通話開始后，近端能量計算模塊430按照公式(5)計算當前Sin的能量PSout(n)，然后將該能量值輸出到近端語音判斷模塊431；A3、近端語音判斷模塊431判斷PSout(n)是否大于近端語音閾值，若是，判定當前近端信號為語音；否則，判定當前近端信號為非語音。
判斷Sin是否為語音的具體過程，只需將上述步驟中的Sout替換為Sin即可。
遠端語音檢測模塊44判斷遠端信號是否為語音的具體過程以Rout為例，可以為B1、遠端能量計算模塊440計算會話建立后靜默期的各時間段的Rout的能量PRout(n)，取它們的最大值，將該最大值乘上一個大于1的常數(shù)后得到的值作為遠端語音閾值，并將該語音閾值輸出到遠端語音判斷模塊441；PRout(n)的計算公式為PRout(n)＝Rout(n)TRout(n) (6)B2、通話開始后，遠端能量計算模塊440按照公式(6)計算當前Rout的能量PRout(n)，然后將該能量值輸出到遠端語音判斷模塊441；B3、遠端語音判斷模塊441判斷PRout(n)是否大于遠端語音閾值，若是，判定當前遠端信號為語音；否則，判定當前遠端信號為非語音。
判斷Rin是否為語音的具體過程，只需將上述步驟中的Rout替換為Rin即可。
這里，近端語音閾值和遠端語音閾值也可由經(jīng)驗確定。
步驟802自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45向自適應雙濾波模塊42查詢當前濾波結(jié)果是否收斂，若返回結(jié)果為是，執(zhí)行步驟803；否則，執(zhí)行步驟804。
步驟803自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45通知自適應雙濾波模塊42聲學回聲和電學回聲的微調(diào)步長，自適應雙濾波模塊42按照公式(7)和公式(8)，同時微調(diào)當前的電學回聲和聲學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟807。
電學回聲濾波系數(shù)調(diào)整公式為en+1=en+μede+PSout(n)Rout(n)Sout(n)---(7)]]>其中，en為當前的電學回聲濾波系數(shù)，en+1為調(diào)整后的電學回聲濾波系數(shù)，μe為調(diào)整步長，通常取0～2之間的值，de為0～1之間的常數(shù)。
聲學回聲濾波系數(shù)調(diào)整公式為an+1=an+μada+PRout(k)Sout(n)Rout(n)---(8)]]>其中，an為當前的聲學回聲濾波系數(shù)，an+1為調(diào)整后的聲學回聲濾波系數(shù)，μa為調(diào)整步長，通常取0～2之間的值，da為0～1之間的常數(shù)。
微調(diào)步長即采用較小的μe或μa，μe或μa較小時，誤差較小，但需要較長的收斂時間。
步驟804自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45通知自適應雙濾波模塊42聲學回聲和電學回聲的快調(diào)步長，然后自適應雙濾波模塊42按照公式(7)和公式(8)，同時快調(diào)當前的電學回聲和聲學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟807。
快調(diào)步長即采用較大的μe或μa，μe或μa較大時，誤差較大，但收斂速度較快。
步驟805自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45通知自適應雙濾波模塊42不必調(diào)整當前的濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟807。
步驟806若近端信號為語音，自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45通知自適應雙濾波模塊42電學回聲微調(diào)步長，然后自適應雙濾波模塊42根據(jù)公式(7)微調(diào)當前電學回聲濾波系數(shù)；若遠端信號為語音，自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊45通知自適應雙濾波模塊42聲學回聲微調(diào)步長，然后自適應雙濾波模塊42根據(jù)公式(7)微調(diào)當前聲學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟807。
步驟807自適應雙濾波模塊42根據(jù)已保存的Rout或Rin進行聲學回聲估計的自適應濾波，根據(jù)Sout或Sin進行電學回聲估計的自適應濾波，并判斷濾波結(jié)果是否收斂，若聲學回聲估計的濾波結(jié)果收斂，按照公式(1)計算出聲學回聲信號ra′后，將聲學回聲信號ra′輸出到第一加法器，然后第一加法器按照公式(3)計算Sout；若電學回聲估計的濾波結(jié)果收斂，按照公式(2)計算電學回聲信號re′后，將電學回聲信號re′輸出到第二加法器，然后第二加法器按照公式(4)計算遠Rout，計算完畢返回步驟801；否則，返回步驟807。
本發(fā)明提供的回聲消除方法可將Sout或Sin保存在近端的音頻數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)中，將Rout或Rin保存在音頻數(shù)據(jù)播放緩沖區(qū)中，基于對這些音頻數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的控制，建立估計電學回聲信號和聲學回聲信號的參考信號。由于音頻數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的存儲空間相對較大，因此可有效消除長拖尾回聲。
以上所述僅為本發(fā)明的過程及方法實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種回聲消除裝置，應用于終端側(cè)，其特征在于，該裝置包括用于進行聲學回聲消除的遠端緩存模塊和第一加法器，用于進行電學回聲消除的近端緩存模塊和第二加法器，用于同時支持聲學回聲消除和電學回聲消除的自適應雙濾波模塊，其中，自適應雙濾波模塊根據(jù)遠端緩存模塊輸出的電學回聲消除后的遠端信號或遠端輸入信號進行聲學回聲估計的自適應濾波，當濾波結(jié)果收斂時，根據(jù)聲學回聲濾波系數(shù)和電學回聲消除后的遠端信號計算出聲學回聲信號，然后將聲學回聲信號輸出到第一加法器；第一加法器計算近端輸入信號和聲學回聲信號的差值從而得到聲學回聲消除后的近端信號，并將該信號輸出到近端緩存模塊，且向遠端輸出；自適應雙濾波模塊根據(jù)近端緩存模塊輸出的的聲學回聲消除后的近端信號或近端輸入信號進行電學回聲估計的自適應濾波，當濾波結(jié)果收斂時，根據(jù)電學回聲濾波系數(shù)和聲學回聲消除后的近端信號計算出電學回聲信號，然后將電學回聲信號輸出到第二加法器；第二加法器計算遠端輸入信號和電學回聲信號的差值從而得到電學回聲消除后的遠端信號，并將該信號輸出到遠端緩存模塊，且向近端輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置進一步包括，近端語音檢測模塊，用于接收近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號，判斷出該信號為語音時，向自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊發(fā)送近端語音觸發(fā)信號；遠端語音檢測模塊，用于接收遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號，判斷出該信號為語音時，向自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊發(fā)送遠端語音觸發(fā)信號；自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊，當只接收到近端語音檢測模塊發(fā)送來的近端語音觸發(fā)信號時，將電學回聲微調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊，自適應雙濾波模塊根據(jù)該步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)，當只接收到遠端語音檢測模塊發(fā)送來的遠端語音觸發(fā)信號時，將聲學回聲微調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊，自適應雙濾波模塊根據(jù)該微調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)，當沒有接收到任何觸發(fā)信號時，向自適應雙濾波模塊查詢當前濾波結(jié)果是否收斂，若收斂，就同時將電學回聲微調(diào)步長和聲學回聲微調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊，自適應雙濾波模塊根據(jù)電學回聲微調(diào)步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)，根據(jù)聲學回聲微調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)，若不收斂，就同時將電學回聲快調(diào)步長和聲學回聲快調(diào)步長發(fā)送給自適應雙濾波模塊，自適應雙濾波模塊根據(jù)電學回聲快調(diào)步長調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)，根據(jù)聲學回聲快調(diào)步長調(diào)整當前的聲學回聲濾波系數(shù)，當同時接收到近端語音檢測模塊和遠端語音檢測模塊發(fā)送來的近端語音觸發(fā)信號和遠端語音觸發(fā)信號時，將這兩個觸發(fā)信號同時轉(zhuǎn)發(fā)給自適應雙濾波模塊以通知自適應雙濾波模塊不調(diào)整當前的電學回聲和聲學回聲濾波系數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述近端語音檢測模塊包括近端能量計算模塊，用于接收近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號，計算該信號的能量，并根據(jù)靜默期的該信號的能量確定近端語音閾值，將該近端語音閾值和正式通話時的該信號的能量輸出到近端語音判斷模塊；近端語音判斷模塊，用于接收近端語音閾值和正式通話時的近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號的能量，比較二者的大小以判斷近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號是否為語音，若為語音，給自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊發(fā)送近端語音觸發(fā)信號。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述遠端語音檢測模塊包括遠端能量計算模塊，用于接收遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號，計算該信號的能量，并根據(jù)靜默期該信號的能量確定遠端語音閾值，將該遠端語音閾值和正式通話時的該信號的能量輸出到遠端語音判斷模塊；遠端語音判斷模塊，用于接收遠端語音閾值和正式通話時的遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號的能量，比較二者的大小以判斷遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號是否為語音，若為語音，給自適應濾波系數(shù)調(diào)整模塊發(fā)送遠端語音觸發(fā)信號。
5.一種回聲消除方法，其特征在于，該方法包括A、保存聲學回聲消除后的近端信號和電學回聲消除后的遠端信號；B、分別根據(jù)已保存的電學回聲消除后的遠端信號或遠端輸入信號和聲學回聲消除后的近端信號或近端輸入信號進行聲學回聲估計和電學回聲估計的自適應濾波，并判斷聲學回聲和電學回聲估計的濾波結(jié)果是否收斂，若聲學回聲估計的濾波結(jié)果收斂，根據(jù)電學回聲消除后的遠端信號和聲學回聲濾波系數(shù)計算聲學回聲信號，接著計算當前近端輸入信號和聲學回聲信號的差值即得到聲學回聲消除后的近端信號；若電學回聲估計的濾波結(jié)果收斂，根據(jù)聲學回聲消除后的近端信號和電學回聲濾波系數(shù)計算電學回聲信號，接著計算當前遠端輸入信號和電學回聲信號的差值即得到電學回聲消除后的遠端信號；否則，繼續(xù)進行聲學回聲或電學回聲估計的自適應濾波。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟B之前進一步包括判斷近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號和遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號是否為語音，若二者都為語音，直接執(zhí)行步驟B；若近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號為語音，調(diào)整當前電學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟B；若遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號為語音，調(diào)整當前聲學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟B；若二者都不為語音，同時調(diào)整當前的電學回聲濾波系數(shù)和聲學回聲濾波系數(shù)，然后執(zhí)行步驟B。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整電學回聲濾波系數(shù)是通過en+1=en+μede+PSout(n)Rout(n)Sout(n)]]>實現(xiàn)的，其中，en為當前的電學回聲濾波系數(shù)，en+1為調(diào)整后的電學回聲濾波系數(shù)，μe為調(diào)整步長，de為0～1之間的常數(shù)，PSout(n)為當前近端輸出信號的能量，Rout(n)為當前電學回聲消除后的遠端信號，Sout(n)為當前聲學回聲消除后的近端信號。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整聲學回聲濾波系數(shù)是通過an+1=an+μada+PRout(n)Sout(n)Rout(n)]]>實現(xiàn)的，其中，an為當前的聲學回聲濾波系數(shù)，an+l為調(diào)整后的聲學回聲濾波系數(shù)，μa為調(diào)整步長，da為0～1之間的常數(shù)，PRout(n)為當前遠端輸出信號的能量，Sout(n)為當前聲學回聲消除后的近端信號，Rout(n)為當前電學回聲消除后的遠端信號。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述判斷近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號是否為語音的具體步驟為計算會話建立后的靜默期內(nèi)的各時間段的近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號的能量，將各能量的最大值與大于1的常數(shù)的乘積作為近端語音閾值；通話開始后，計算當前近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號的能量，將得到的能量與近端語音閾值比較，若前者大于后者，判定當前近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號為語音；否則，判定當前近端輸入信號或聲學回聲消除后的近端信號不為語音。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述判斷遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號是否為語音的具體步驟為計算會話建立后的靜默期內(nèi)的各時間段的遠端信號或電學回聲消除后的遠端信號的能量，將各能量的最大值與大于1的常數(shù)的乘積作為遠端語音閾值；通話開始后，計算當前遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號的能量，將得到的能量與遠端語音閾值比較，若前者大于后者，判定當前遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號為語音；否則，判定當前遠端輸入信號或電學回聲消除后的遠端信號不為語音。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種回聲消除裝置，包括遠端緩存模塊，近端緩存模塊，自適應雙濾波模塊、第一加法器和第二加法器。本發(fā)明裝置只需部署在終端側(cè)，降低了部署的復雜性和維護成本。本發(fā)明同時公開了一種回聲消除方法，分別根據(jù)已保存的聲學回聲消除后的近端信號或近端輸入信號和電學回聲消除后的遠端信號或遠端輸入信號估計電學回聲和聲學回聲，進一步得到當前聲學回聲消除后的近端信號和電學回聲消除后的遠端信號。本發(fā)明方法可以獨立應用于網(wǎng)絡電話中，同時消除電學回聲和聲學回聲，并可將一段長時間的參考信號保存在終端側(cè)的存儲設備中，從而有效消除長拖尾回聲。
文檔編號H04M9/08GK1842110SQ20051005689
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者譚東暉 申請人:華為技術(shù)有限公司