CN1281298A - 用于估算回声路径时延的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明所披露的是一种利用抽取器和一个自适应滤波器估算回声路径时延的回声路径时延估算装置和方法,以使回波消除器只需进行少量计算即可消除回波。

Description

用于估算回声路径时延的装置与方法

本发明涉及一种估算回声路径时延的装置和方法，尤其涉及一种采用抽取器和一个自适应滤波器估算回声路径时延的装置和方法。

通常，回声现象是由在公众交换电话网中被称为混合电路的四线二线变换器的阻抗失配造成的。为了去除这种回声现象，采用一种回声消除器。该回声消除器利用一个被称为归一化最小均方(NLMS)自适应滤波器估算并去除从混合电路返回的回声。同时，由于回波延迟时间变得更长，所以NLMS自适应滤波器需要大量的计算。如果假设采样频率为8KHz的采样具有对应于DL采样的回波延迟时间和对应于DP采样的回波宽度时间，并且其和为D(D=DL+DP)，每次采样的计算量大概是4*D。在回波延迟时间DL，除了时间延迟没有任何其他信息，只有在回波宽度时间DL才具有回波传输函数的信息。因此，如果可以估算回波延迟时间DL，则回波消除器可以通过4*DP的计算量估算回波，这样，回波消除器即可忽略回声路径时延而通过固定的计算量执行其操作。

然而，传统回波消除器的缺陷在于，如果不对回波延迟时间进行估算来实现回波消除，所需要的计算量就很大。例如，如果采样率为8KHz时的计算量是每秒百万指令(MIPS)，则不具备回波估算装置的传统回波消除器就需要4*D*8000MIPS的计算量。因此，对于64毫秒(即D=512)的整个回波延迟时间((DL+DP)／8msec)，它需要16．384MIPS的计算量。

然而，由于除纯回波延迟时间(DL／8msec)之外的回波宽度时间(DP／8msec)几乎小于8毫秒，所以实际需要的计算量不会超过4*64*8000=2．048MIPS。此外，由于实际的DP值近乎表示一个常数，所以在整个回波延迟时间变得更长时，利用回波估算装置会很有效。

因此，本发明致力于解决相关技术中出现的问题，而且本发明的一个目的就是提供一种估算回声路径延迟时间的装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种通过对回波延迟时间的估算仅对一个回波宽度时间估算回波以去除回波的装置和方法。

为了实现以上目标，根据本发明，提供了一种用于去除一个包含在声音信号内的回波的装置，它包括：一个用于接收一个作为声音信号的第一声音信号并以预定带宽滤波第一声音信号的第一低通滤波器，一个用于以预定抽取率抽取第一低通滤波器的输出信号的第一抽取器，一个用于接收包含由第一声音信号引起的回波的第二声音信号并以一个预定带宽滤波第二声音信号的第二低通滤波器，一个用于以预定抽取率抽取第二低通滤波器的输出信号的第二抽取器，一个用于从第二抽取器的输出信号中去除回波延迟估算值的消除器，以及一个用于接收第一抽取器的输出信号和消除器的输出信号并由此计算回波延迟估算值的自适应滤波器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在具有一个自适应滤波器的回波延迟估算装置中估算回波延迟的方法，它包括步骤：配备并初始化三个缓冲器，执行对回波传输函数的模拟，在自适应滤波器的系数中搜索绝对值最大的系数的位置，获得绝对值最大的系数的位置，获得绝对值最大的系数的实际值、利用自适应滤波器的输入和输出获得回波损耗增强(ERLE)值，以及获得回波延迟估算值。

通过参考附图对优选方案的详细说明，本发明的以上目标和优点将更为显著，其中：

图1示出一个根据本发明的回波消除器的结构的方框图；

图2示出一个根据本发明的回声路径延迟估算装置的方框图；和

图3示出一个根据本发明的回声路径延迟估算过程的流程图。

现参考附图详细说明本发明的优选实施例。

图1示出一个根据本发明的回波消除器的结构的方框图。

参考图1，从‘A’端输入的一个第一声音信号R通过混合电路110传送到‘B’端。从‘B’端输入的声音信号和由该混合线圈产生的第一声音信号R的回波E组成一个第二声音信号S，将该第二声音信号S传输到回波延迟估算装置120。回波延迟估算装置120接收第一声音信号R和第二声音信号S并获得一个回波延迟估算值DL。将回波延迟估算值DL传送到回波消除器130。之后，回波消除器130利用由回波延迟估算装置120传来的回波延迟估算值DL计算回波估算值EHAT。在获得回波估算值EHAT过程中，与整个回波延迟时间D中的纯回波延迟时间对应的回波延迟估算值DL相等的一个系数值常被设置为‘0’，而与剩余回波延迟宽度时间对应的DP相等的一个系数值被用于计算回波估算值。尤其，回波消除器130接收第一声音信号R和回波延迟估算值DL，计算回波估算值EHAT，并将回波估算值EHAT传送到消除器140。消除器140将从第二声音信号S中去除回波估算值EHAT后获得的结果值传送到非线性处理装置150。如果无声音信号N从‘B’端输入，则非线性处理装置150将输入信号变为‘0’的形式或变为舒适噪声，并将所改变的信号传送到‘A’端。

图2示出一个根据本发明的回声路径延迟估算装置的方框图。参考图2，回声路径时延估算装置包括一个第一低通滤波器211、一个第二低通滤波器212、一个第一抽取器221、一个第二抽取器222、一个自适应滤波器230以及一个消除器240。

现在参考图1和图2说明根据本发明的回声路径时延估算装置的操作过程。

第一低通滤波器211以预定带宽滤波输入的第一声音信号R以便通过第一声音信号R的低频分量。特别是，第一低通滤波器211用于避免混叠并用于降低4KHz带宽的声音信号的带宽。第一抽取器221接收并抽取第一低通滤波器211的输出信号。

第二低通滤波器212以预定带宽滤波输入的第二声音信号S以便通过第二声音信号S的低频分量。特别是，第二低通滤波器212用于避免混叠并用于降低4KHz带宽的声音信号的带宽。第二抽取器222接收并抽取第二低通滤波器212的输出信号。

此时，不同的低通滤波器应根据抽取率构成。例如，如果采用1／4抽取，可根据下列公式1采用具有1KHz带宽的低通滤波器。

[公式1]

y(n)=0．9428y(n-1)-0．3333y(n-2)+0．0976(x(n)+2x(n-1)+X(n-2))

如上所述，可以根据要求改变抽取率。当抽取率是1／4时，根据本发明的回波延迟估算装置可以获得很好的性能。

自适应滤波器230接收第一抽取器221的输出信号和消除器240的输出信号，并计算回波延迟估算值。根据本发明，自适应滤波器230采用归一化最小均方(NLMS)算法以进行适当的计算。例如，如果采用1／4抽取率，则对于64毫秒的整个回波延迟时间，计算量就变为512／4*8000／4=0．256MIPS，而且在采样率为8KHz时，这样的计算量并没有产生任何负担。

图3示出一个根据本发明的回声路径延迟估算过程的流程图。以下参考图2和图3说明根据本发明的回波延迟估算方法。

在步骤310，自适应滤波器230配备三个大小为3的缓冲器，并将它们的初始值全部设置为‘0’，三个缓冲器如下：

位置[3]，高度[3]，回波损耗增强值(ERLE)[3]

在步骤320，模拟混合电路110的回波传输函数。

在步骤320，自适应滤波器230搜索在系数中绝对值最大的系数的位置。例如，对于64毫秒的整个回波延迟时间和1／4的抽取，自适应滤波器230在128个系数中搜索绝对值最大的系数。

在步骤340，为了存储绝对值最大的系数的实际数值，自适应滤波器230完成下列操作。

位置[2]=位置[1]；位置[1]=位置[0]；位置[0]=绝对值最大的系数的位置。

高度[2]=高度[1]；高度[1]=高度[0]；高度[0]=绝对值最大的系数的实际数值

在步骤350，自适应滤波器230根据如下的公式2利用第二声音信号S的输出计算增强回波损耗(ERLE)值。

[公式2]

ERLE=10*log10(自适应滤波器的平均输入功率)-10*log10(自适应滤波器的平均输出功率)

在步骤360，根据如下所获得的ERLR值，自适应滤波器230移位存储在增强回波损耗(erle)缓冲器中的数据。

erlr[2]=erlr[1]；erlr[1]=erlr[0]；erlr[0]=ERLE值

在步骤370，自适应滤波器230获得回波延迟时间DL。执行如下操作以获得回波延迟时间DL需完成如下操作：

如((position[0]==position[1]&& position[1]==position[2])&&((height[0]＞0&&height[0]＞=height[1]&&height[1]＞=height[2])‖(height[0]＜0&&height[0]＜=height[1]&&height[1]＜=height[2]))&&(erle[0]＞=erle[1]&&erle[1]＞=erle[2]))

则，DL=(当前搜索位置)*4

又，DL=先前DL

即自适应滤波器230判别绝对值最大的系数的位置是否等同于绝对值最大的系数的先前位置。之后，自适应滤波器230判别绝对值最大的系数的数值是逐渐增加的(即在“+”的方向变大)，还是逐渐减少(即在“-”的方向逐渐变大)的。之后，自适应滤波器230判别存储在erle缓冲器内的数值是否逐渐减少。通过将满足以上判别条件的位置乘4次，可以获得回波延迟。在此，满足以上条件的位置要乘4次的原因是所执行的抽取率是1／4。

如上所述，回波延迟估算装置120通过利用自适应滤波器230重复进行以上过程获得回波延迟估算值，并将所获得的回波延迟估算值供给回波消除器130。

回波消除器130利用由回波延迟估算装置120获得的回波延迟时间DL获得回波估算值，并根据所获得的回波估算值消除回波。

如上所述，根据本发明，通过忽略回声路径时延执行固定量的计算可以获得回波估算值。即本发明利用少量计算就可以获得回波延迟估算值，这样就不存在为了消除回声而进行大量计算的负担。

虽然结合当前认为最实用的优选实施例说明了本发明，但应该理解，不超出本发明的范围，也可以进行其他的变换。因此，本发明并不局限于所披露的方案，而应由所附的权利要求及其等价物确定本发明的范围。

Claims (10)

1．一种用于消除包含在声音信号中的回声的装置，它包括：

一个用于接收一个作为声音信号的第一声音信号并以预定带宽滤波第一声音信号的第一低通滤波器；

一个用于以预定抽取率抽取第一低通滤波器的输出信号的第一抽取器；

一个用于接收包含由第一声音信号引起的回波的第二声音信号并以一个预定带宽滤波第二声音信号的第二低通滤波器；

一个用于以预定抽取率抽取第二低通滤波器的输出的第二抽取器；

一个用于从第二抽取器的输出信号中去除回波延迟估算值的消除器；和

一个用于接收第一抽取器的输出信号和消除器的输出信号并由此计算回波延迟估算值的自适应滤波器。

2．根据权利要求1所述的装置，其中第一抽取器根据第一低通滤波器的输出信号进行1／4抽取。

3．根据权利要求1所述的装置，其中第二抽取器根据第二低通滤波器的输出信号进行1／4抽取。

4．根据权利要求2所述的装置，其中第一低通滤波器是一个由下式表示的、具有1KHz带宽的低通滤波器：

y(n)=0．9428y(n-1)-0．3333y(n-2)+0．0976(x(n)+2x(n-1)+x(n-2))

5．根据权利要求3所述的装置，其中第二低通滤波器是一个由下式表示的、具有1KHz带宽的低通滤波器：

y(n)=0．9428y(n-1)-0．3333y(n-2)+0．0976(x(n)+2x(n-1)+x(n-2))

6．根据权利要求1所述的装置，其中自适应滤波器执行对回波传输函数的模拟。

7．一种在具有一个自适应滤波器的回波延迟估算装置中估算回波延迟的方法，它包括步骤：

配备并初始化三个缓冲器；

执行对回波传输函数的模拟；

搜索在自适应滤波器的系数中绝对值最大的系数的位置；

获得绝对值最大的系数的位置；

获得绝对值最大的系数的实际值；

利用自适应滤波器的输入和输出获得回波损耗增强(ERLE)值；和

根据下列等式获得回波延迟估算值：

如((position[0]==position[1]&&position[1]==position[2])&&((height[0]＞0&&height[0]＞=height[1]&&height[1]＞=height[2])‖(height[0]＜0&&height[0]＜=height[1]&&height[1]＜=height[2]))&&(erle[0]＞=erle[1]&&erle[1]＞=erle[2]))

则，回波延迟时间(DL)=(当前搜索位置)*4

又，回波延迟时间(DL)=先前回波延迟时间(DL)

8．根据权利要求7所述的方法，其中三个缓冲器是一个位置缓冲器，一个实际数值缓冲器和一个erle缓冲器。

9．根据权利要求7所述的方法，其中回波传输函数被作为一个自适应滤波器的一个系数值存储。

10．根据权利要求7所述的方法，其中ERLR值是由下式计算的：

ERLE=10*log10(自适应滤波器的平均输入功率)-10*log10(自适应滤波器的平均输出功率)

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