[發明專利]用于聲頻回波消除的聲頻系統和方法

有效

• 申請號: 200580048814.1
• 申請日: 2005-12-21
• 公開（公告）號: CN101133633A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 特呂格弗·弗雷德里克·馬頓
• 申請（專利權）人: 坦德伯格電信公司
• 主分類號: H04M9/08
• 分類號: H04M9/08
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 張煥生;謝麗娜

技術領域

本發明涉及具有改進聲頻特性的聲頻通信系統和方法，以及具體地涉及包括改進的聲頻回波消除特性的會議系統。

背景技術

在傳統的會議系統中，一個或多個麥克風捕捉在遠端位置處的聲波，以及將該聲波變換為第一聲頻信號。該第一聲頻信號被傳輸到近端側，這里的電視機或放大器和擴音器，通過將在第一位置處產生的第一聲頻信號變換為聲波，來再生原始聲波。在近端側產生的聲波，被近端側處的聲頻捕捉系統部分地捕捉、變換為第二聲頻信號以及被傳輸回到遠端側的系統。使得聲波在一個位置處被捕捉、傳輸到另一位置以及然后被傳輸回到最初位置的問題被稱為聲頻回波。在其最嚴重的表現中，當環路增益超出單位增益(unity)時，聲頻回波可能導致回聲。該聲頻回波還導致兩個位置處的參與方聽到他們自己的聲音，使得在會議系統上的會話較難，尤其是如果在系統結構中具有延遲，就像在視頻會議系統中常見的那樣。通常使用以下所述的聲頻回波消除器來解決聲頻回波問題。

圖1示出聲頻回波消除器子系統的例子。至少一個參與方位置具有聲頻回波消除器子系統，以減少在通信系統中的回波。聲頻回波消除器子系統是數字聲頻回波消除器的全頻帶模型。全頻帶模型直接地處理聲頻信號的整個聲頻帶(例如達到20kHz；對于視頻會議，該帶通常為7kHz或更高；在聲頻會議中，該帶通常達到3.4kHz)。

如已經提到的，通常通過聲頻回波消除器來實現聲頻回波的補償。聲頻回波消除器是獨立的裝置或在通信系統的情況下是集成部分。聲頻回波消除器使用線性/非線性數學模型，變換從遠端位置到近端位置的聲頻信號，并且然后從近端位置傳輸到遠端位置的聲頻信號中減去數學調制聲頻信號。更詳細地說，例如參考圖1中的近端位置處的聲頻回波消除器子系統，聲頻回波消除器使得來自遠端位置的第一聲頻信號通過該聲頻系統的數學建模器，計算回波信號的估計，從近端位置處捕捉的第二聲頻信號中減去估計的回波信號，以及將減去估計回波的第二聲頻信號傳輸回到遠端位置。圖1的回波消除器子系統還包括估計誤差，也就是估計回波和實際回波之間的差異，從而可在聲音被聲頻捕捉裝置捕捉的位置處，更新該數學模型或使得該數學模型適應背景噪聲和環境變化。

大多數回波消除器中使用的聲頻系統的模型是FIR(有限脈沖響應)濾波器，近似室內的直達聲和大多數反射的變換函數(transferfunction)。聲頻系統的全頻帶模型相對復雜并且處理需要能量，而通常優選全頻帶模型的替換。

減少回波消除器的處理能量需求的一種方式是引入子帶處理，也就是將信號劃分為具有較小帶寬的帶，這些帶可以使用較低采樣頻率來表示。該系統的一個例子在圖2中示出。利用分析濾波器將擴音器和麥克風信號劃分為子帶，每個分別地表示原始擴音器和麥克風的頻率的較小范圍。在利用合成濾波器將修改后的麥克風的所有頻帶合并到一起以形成全頻帶信號之前，在每個子帶上執行類似的回波消除和其他處理。

回波消除器中的核心部件是已經提到的回波模型(最常見通過FIR濾波器來實現)。聲頻模型嘗試模仿從擴音器到麥克風的遠端信號的變換函數。利用梯度搜索算法來更新自適應模型。該算法嘗試使得誤差函數最小，該誤差函數是信號減去回波估計之后的冪。對于單聲道回波(mono?echo)消除器，該解決方案起作用，具有一致和唯一的解。

然而，在高質量通信中，經常需要傳輸和呈現高質量多聲道聲頻，例如立體聲聲頻。立體聲聲頻包括來自兩個獨立聲道的聲頻信號，該信號表示根據某個聲音組成的不同空間聲頻。將聲道加載到每個相應擴音器上創建了更可靠的聲頻再生，因為聽眾將察覺聲頻源之間的空間距離，從這些聲頻源創建聲音組成。

在一個擴音器上播放的信號不同于在另外擴音器上呈現的信號。因此，對于立體聲(或多聲道)回波消除器來說，從每個相應揚聲器到麥克風的變換函數需要補償。這是和單聲道聲頻回波消除相比稍微不同的情況，因為在這里具有補償兩個不同、但是相關的信號。

注意，通過使用多個麥克風，如果僅僅存在一個擴音器(或單聲道呈現信號)，立體聲信號的傳輸不需要立體聲回波消除。如果要記錄多聲道聲頻，算法(在現有技術中和在本發明中)可以重復，以及有時可以被簡化(因為很多部分是所有麥克風共有的)。并且，在立體聲或信號的多聲道接收的情況下，復雜性是明顯的，本文不詳細地討論更多麥克風的使用。