專利名稱：回聲消除設備中用于改進的重話免疫的延遲自適應結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電信，具體而言涉及通信路徑中的回聲消除/抑制和重話(double-talk)檢測。
背景技術(shù)：
為了消除電話網(wǎng)中由混合式變壓器生成的線路回聲，以及免提通信設 備中由揚聲器信號反射進入麥克風所生成的聲學回聲，自適應回聲消除器 已被使用了幾十年(參見Benesty等所著、2001年Springer出版的"Advances in network and acoustic echo cancellation (網(wǎng)絡禾口聲學回聲消除 進展)"，以及E.Hansler禾卩G.Schmidt所著、2004年Wiley出版的"Acoustic echo and noise control, a practical approach (聲學回聲及噪聲控 制， 一種實用方法)")。最近，電話網(wǎng)中語音編碼的使用以及基于數(shù)據(jù)包的電話技術(shù)的出現(xiàn)增 加了電話通信中的延遲。這種增加的延遲加重了回聲效應，因此需要更好 的回聲消除器?；芈曄惴ㄖ幸粋€已知問題是在雙方同時參與通信講話的所謂"重 話"階段中的發(fā)散(divergence)。如果讓回聲消除器去自適應，它會把重 話干擾信號視為回聲，導致其自適應濾波器的嚴重誤對準及其性能的劇烈 惡化。歷史上，在回聲消除器中用來避免重話期間的發(fā)散的最流行的技術(shù)是 使用重話檢測(DTD)算法，該算法檢測重話并凍結(jié)(或大幅度減慢)這 些時間間隔期間的自適應。重話檢測器已成為學術(shù)層和業(yè)界深入研究的主 題，產(chǎn)生了許多公開物(參見美國專利6,775,653; 6,804,203; 6,944,288以 及S.Gay和J.Benesty所著、2000年Kluwer出版的"Acoustic signal processing for telecommunication (電訊聲學信號處理)")。這禾中現(xiàn)有技
術(shù)DTD算法的包括從簡單的基于能量的算法，如Geigel算法(參見D丄. Duttweiler所著 "A twelve-channel digital echo canceller (——禾中十二通道數(shù) 字回聲消除器)"，1978年5月刊登于IEEE Trans. Commun.第26巻647-653頁)，到例如歸一化互相關(guān)DTD (參見J. Benesty, D.R. Morgan和J H. Cho所著"A new class of doubletalk detectors based on cross-correlation (基于互相關(guān)的一類新的重話檢測器)"，2000年3月刊登于IEEE Trans. Speech Audio Processing)或頻域相干DTD (參見T. Gansler， M. Hansson， C. J. Ivarsson禾口 G. Salomonsson所著"A double-talk detector based on coherence (—種基于相干性的重話檢測器)"，1996年11月刊登于IEEE Trans. Commun.第44巻1421-1427頁)之類的高級算法。作為一般規(guī)則，在檢測率和可靠性方面提供了最佳性能的算法使用某種 時間平均來推斷其決定，所以往往在觸發(fā)信號以凍結(jié)回聲消除器的自適應 過程時呈現(xiàn)一些等待時間。因此，在重話時間間隔一開始仍會出現(xiàn)一些發(fā) 散情況，會對通信質(zhì)量不利。K. Ochiai， T. Araseki禾n T. Ogihara所著、1977年6月IEEE Trans. Commun.第25期589-595頁刊登的"Echo canceller with two echo path models (帶有雙回聲通道模式的回聲消除器)"提出了一種雙濾波器結(jié)構(gòu) 來保護回聲消除器以防止重話期間的發(fā)散。給出兩個橫向濾波器來實現(xiàn)雙 濾波器結(jié)構(gòu)， 一個是自適應的，另一個是固定的。J. Liu所著、2001年1 月正EE Signal Processing Letters第8巻第1期20-22頁刊登的"A Novel Adaptation Scheme in the NLMS Algorithm for Echo Cancellation (用于回聲 消除的NLMS算法中的新的自適應方案)"提出了一種替代的雙濾波器結(jié) 構(gòu)，其中固定濾波器被替換成非常緩慢的自適應濾波器。無論哪種情況 下，當非?？隙ㄗ赃m應濾波器在回聲消除方面的性能超過固定(或緩慢自 適應)濾波器時，固定(或緩慢自適應)濾波器利用自適應濾波器的內(nèi)容 被更新。許多雙濾波器結(jié)構(gòu)的變體已被提出(例如，參見美國專利6, 947, 549以及上面討論過的J. Liu提出的自適應方案)。這些現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的 一個普遍問題是它們需要至少一個額外的濾波操作和一個第二存儲器緩沖 器來存儲第二濾波器的系數(shù)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是提供一種回聲消除器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)改善了回聲消 除器對重話過程中的發(fā)散問題的免疫力，而不必為與現(xiàn)有技術(shù)雙濾波器結(jié) 構(gòu)相關(guān)的大內(nèi)存需求所困。具體而言，提出了一種回聲消除器結(jié)構(gòu)，其中自適應過程被延遲以便DTD算法作用在"先行(look-ahead)"數(shù)據(jù)上，因此避免了上述DTD觸 發(fā)的等待時間效應。盡管如此，優(yōu)選實施例的回聲消除器不在實際信號路 徑中引入延遲，因此對自適應過程的主要收斂性質(zhì)沒有不利影響。上述方面可以通過這樣一個系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)具有用于接收參考信號 并適應輸入信號的自適應濾波器部件；以及用于探測干擾信號對輸入信號 的破壞并且在響應中限制自適應濾波器部件的自適應過程的部件，其中輸 入信號的延遲版本被施加給自適應濾波部件，同時將輸入信號不加延遲地 施加給檢測破壞的部件。根據(jù)另一方面，提供了一種回聲消除器，包括第一延遲線，用于接收參考信號并生成參考信號的延遲版本；第二延遲線，用于接收包含參考 信號回聲并被干擾信號破壞的輸入信號、以及生成輸入信號的延遲版本； 雙自適應濾波器，用于接收參考信號、參考信號的延遲版本以及輸入信號 的延遲版本，并且在響應中生成適應輸入信號的回聲估計信號，其中濾波 器基于參考信號的延遲版本和反饋誤差信號，適應輸入信號；第一減法 器，用于從輸入信號的延遲版本中減去回聲估計信號并且在響應中生成反 饋誤差信號；第二減法器，用于從輸入信號中減去回聲估計信號，并且在 響應中生成輸出信號；以及附加部件，用于探測干擾信號對輸入信號的破 壞，并且在響應中限制自適應濾波器部件的自適應過程。這些連同隨后將顯而易見的其他方面和優(yōu)點存在于下述結(jié)構(gòu)和操作的 細節(jié)中，這些結(jié)構(gòu)和細節(jié)將在下文中結(jié)合附圖更全面地描述和要求。
圖1遵循延遲的LMS (最小均方)算法的現(xiàn)有技術(shù)回聲消除器的結(jié)構(gòu)
圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一方面的回聲消除器的結(jié)構(gòu)圖；以及 圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的回聲消除器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
參考圖1，該圖示出了用于解決結(jié)合了 DTD算法的回聲消除器中的觸發(fā)等待時間的現(xiàn)有技術(shù)問題的現(xiàn)有技術(shù)回聲消除器結(jié)構(gòu)被示出?；芈曄?嘗試利用自適應濾波器5對回聲路徑3的傳輸函數(shù)進行建模。參考信 號6被施加到濾波器5的輸入端和相關(guān)的回聲路徑3，以便可以通過僅從 減法器7處收到的輸入信號中減去傳遞過回聲消除器的估計出的回聲信號 來消除估計出的回聲。若回聲路徑的模型的傳輸函數(shù)與回聲路徑3的傳輸 函數(shù)一模一樣，則回聲信號成分被完全消除(即誤差信號9將為0)。誤 差信號用于自適應過程，以便回聲消除器收斂到正確的傳輸函數(shù)。 一般 地，像LMS (Least-Mean-Square，最小均方)之類的算法用于對回聲路徑 進行近似。重話檢測器11用于檢測重話13，并在響應中凍結(jié)回聲消除器1的自 適應過程，如本領(lǐng)域所公知。非線性處理器(NLP)部件14的作用是去掉 回聲消除后剩下的回聲，如本領(lǐng)域所公知以及例如上述J. Benesty等著作 中所描述。為了在自適應過程中引入延遲，在誤差信號到自適應濾波器5的反饋 路徑中引入了延遲線15。這與公知的延遲LMS算法相對應(參見G. Long, F. Ling和J. G. Proakis所著、1989年9月IEEE Trans. Ac.， Speech and Sig. Proc.第37巻第9期1397-1405頁刊登的"The LMS algorithm w他 delayed coefficient adaptation (帶有延遲系數(shù)的自適應過程的LMS算 法)")。但是，由于執(zhí)行濾波器系數(shù)更新使用的誤差信號不是與當前濾 波器系數(shù)對應，而是與舊版本系數(shù)對應，所以會導致非最優(yōu)收斂特性(用 于自適應步長的穩(wěn)定邊界比用于LMS算法的小)。在P. Kabal所著、 1983年3月IEEE Trans. Commun.第31巻430-432頁刊登的"The stability of adaptive minimum mean square error equalisers using delayed adjustment
(帶有延遲調(diào)整的自適應均方誤差均衡器的穩(wěn)定性)"中，獲得了用于延遲NLMS算法的穩(wěn)定運行的自適應步長的明確邊界。對于量級為幾毫秒的 延遲，穩(wěn)定邊界與NLMS的穩(wěn)定邊界相比很小，使得圖l的結(jié)構(gòu)對許多回 聲消除器應用來講不切實際。
圖2的實施例中，引入延遲線17以便DTD算法11對與回聲消除器1 相比在前的數(shù)據(jù)迸行操作。假設延遲比重話突發(fā)一開始時的觸發(fā)所用的時 間(通常幾毫秒)長，并且從"凍結(jié)"決定過渡到"適應"決定的過程中 引入相應的延遲，則圖1的結(jié)構(gòu)提供了一種對重話期間的回聲消除器發(fā)散 問題的可接受的解決方案。然而，從使用者的角度來看，信號路徑中引入 的延遲線可能會影響通信質(zhì)量，并使回聲假象更加顯著?？紤]到圖1的現(xiàn)有技術(shù)方法和圖2的發(fā)明實施例， 一種用來保證良好 收斂性質(zhì)同時仍對自適應過程而非信號本身進行延遲的進一步的替代方法 是，使用同樣的濾波器5和不同版本的參考信號6 (經(jīng)由19延遲的版本) 并行執(zhí)行兩個濾波操作，如圖3的優(yōu)選實施例所示。從減法器7輸出的非 延遲誤差樣本被饋送給NLP部件14。根據(jù)使用非延遲數(shù)據(jù)做出的DTD決 定，從延遲線21輸出的延遲回聲副本被施加給另一個減法器22，從該減 法器中減掉自適應濾波器5的輸出，來產(chǎn)生驅(qū)動自適應過程的誤差信號 9。由于只需要短的額外緩沖器19和21來分別延遲參考信號和輸入信 號，所以圖3的結(jié)構(gòu)在未在信號路徑中引入延遲，并且利用以比現(xiàn)有技術(shù) 雙濾波器結(jié)構(gòu)更小的內(nèi)存占用，解決了現(xiàn)有技術(shù)DTD延遲問題。與在現(xiàn) 有技術(shù)雙濾波器結(jié)構(gòu)中一樣，收斂速度方面的唯一損失是自適應濾波器5 中的固定延時(通常是毫秒量級)。已參考饋送到重話檢測部件11的輸入信號描述了圖3的實施例。可 以對饋送到該部件的信號(例如，參考信號6、誤差信號9等)、部件11 的確切內(nèi)部構(gòu)造以及其到自適應濾波器5的接口進行設計上的變動。任何 在自適應過程中弓I入延遲，并且利用自適應抽頭權(quán)重向量執(zhí)行多濾波操作 以避免信號路徑延遲并保持自適應過程的收斂性質(zhì)的回聲消除器結(jié)構(gòu)，都 落入本發(fā)明的范圍。
所述本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點從具體說明中顯而易見，因此所附權(quán)利 要求旨在涵蓋落入本發(fā)明的真實領(lǐng)域和范圍內(nèi)的所有類似特征和優(yōu)點。例如，盡管本發(fā)明是在用于電話應用的回聲消除上下文中描述的，但 是其原理可適用于任何使用自適應回聲消除的應用，而且更一般地適用于 其中用于自適應過程的期望信號可能被千擾信號破壞的任何使用自適應系 統(tǒng)識別的應用。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到許多修改和變更，所以不希望把本發(fā)明 限制在舉例說明和描述的確切結(jié)構(gòu)和操作，因此， 一切合適的修改和等同 物都落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有用于接收參考信號并適應輸入信號的自適 應濾波器部件，用于探測干擾信號對所述輸入信號的破壞并且在響應中限 制所述自適應濾波器部件的自適應過程的部件，其中，改進包括延遲所述 輸入信號并將其施加到所述自適應濾波器部件，同時將所述輸入信號不加 延遲地施加到所述用于檢測破壞的部件。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述改進還包括，延遲所述參考信號并 將其施加到所述自適應濾波器部件
3. —種回聲消除器，包括-第一延遲線，用于接收參考信號并生成所述參考信號的延遲版本；第二延遲線，用于接收包含所述參考信號的回聲并被干擾信號破壞的 輸入信號，并且生成所述輸入信號的延遲版本；自適應濾波器，用于接收所述參考信號、所述參考信號的延遲版本以 及所述輸入信號的延遲版本，并且在響應中生成適應所述輸入信號的回聲 估計信號，其中所述濾波器基于所述參考信號的延遲版本和從所述輸入信 號的延遲版本計算得到的反饋誤差信號，適應所述輸入信號；第一減法器，用于從所述輸入信號的延遲版本減去所述回聲估計信號 并且在響應中生成所述反饋誤差信號；第二減法器，用于從所述輸入信號減去所述回聲估計信號，并且在響 應中生成輸出信號；以及附加部件，用于探測所述干擾信號對所述輸入信號的破壞，并且在響 應中限制所述自適應濾波器部件的自適應。
4. 如權(quán)利要求3所述的回聲消除器，其中所述附加部件包括重話檢測器。
5. 如權(quán)利要求3所述的回聲消除器，其中雙自適應濾波器包括最小均 方(LMS)濾波器。
6. 如權(quán)利要求3所述的回聲消除器，還包括非線性處理器(NLP)， 用于接收所述輸出信號，并且在響應中從中去除殘余回聲。
全文摘要
一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有用于接收參考信號并適應輸入信號的自適應濾波器部件，用于探測干擾信號對所述輸入信號的破壞并且在響應中限制所述自適應濾波器部件的自適應過程的部件，其中，改進包括延遲所述輸入信號并將其施加到所述自適應濾波器部件，同時將所述輸入信號不加延遲地施加到所述用于檢測破壞的部件。
文檔編號G10L21/00GK101123452SQ200710143219
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月7日
發(fā)明者弗蘭克·鮑庫 申請人:米特爾網(wǎng)絡公司