聲學多通道消除的製作方法
2023-09-21 20:11:45 1
專利名稱：聲學多通道消除的製作方法
技術領域：
本發明涉及聲學回聲消除，並且特別地但不完全涉及用於遠程通信應用的聲學回聲消除。
背景技術：
在諸如電話會議(teleconferencing)系統之類的通信系統中使用聲學回聲消除器(AEC)來減少由於在雙向通信的一端上的一個或多個揚聲器和一個或多個麥克風之間的耦合而產生的回聲。例如，在許多電話會議系統中，呈現從遠端接收的信號的揚聲器靠近用於在本地端上捕獲聲音的麥克風進行定位。因此，由揚聲器產生的聲音也被麥克風拾取，並因此可能被返回到遠端，從而在遠端上產生可辨的回聲。AEC被用於在來自麥克風的信號中衰減並且優選地除去來自揚聲器的任何成分(contribution)。AEC時常被提供用於揚聲器的信號並隨後試圖估計被麥克風捕獲的產生信號。隨後從麥克風信號中減去這個預測信號。通常，單通道(單聲道)系統試圖為從揚聲器到麥克風的聲學路徑估計聲學路徑響應，並使用這個估計來生成預測信號。因而，這樣的AEC同時減少回聲和識別聲學路徑，從而確保回聲仍被消除而不管在遠端發生了什麼。已進一步提議其中在遠端例如使用兩個或更多麥克風來捕獲空間信息的多通道 (例如，立體的)電話會議系統。這樣的系統趨向於提供比單聲道系統更逼真的存在感知，這是因為聽者能夠使用附加的空間信息來便於例如音頻場景分析，而音頻場景分析是大腦用來將同時音頻流的採樣減至個別組成聲音的處理。空間信息趨向於在嘈雜環境中以及在雙向通話期間產生增加的語音信號的可懂度。也已發現空間信息減少聽者疲勞。多通道回聲消除中的主要挑戰之一是在輸入信號之間存在的強相干性，這使之難以或甚至不可能正確地估計聲學路徑。例如，如果在遠端上捕獲的聲音主要來自與兩個麥克風等距離定位的單個揚聲器，則在近端上接收到的兩個產生的信號可能是幾乎相同的。 因此，正被麥克風捕獲的來自每個揚聲器的個別成分不能輕易地被分離，並因此來自每一個揚聲器的聲學路徑的個別聲學路徑響應不能準確地被估計。換句話說，識別來自兩個揚聲器的個別成分是不可行的。為了改進多通道回聲消除器的性能，已提議通過對於不同的通道應用不同的時變全通濾波器來減小在接收到的信號之間的相干性。因而，已提議利用時變濾波器來首先過濾來自遠端的每個接收信號，其中不同的濾波器不同地改變。這引入被每一個揚聲器輻射出的信號的去相關(decorralation)，從而允許估計個別聲學路徑。例如，已提議若干方法來諸如使用具有變化特性的全通濾波器定義和更新時變濾波器穿/θ；…ft/W。選擇這些濾波器來針對由於引入的音頻偽像(artifact)而引起的可接受音頻降級提供有效的輸入去相關。具體的示例描述在以下論文中M. Ali, 「Stereophonic Acoustic Echo Cancellation System Using Time-Varying All-Pass Filtering for Signal Decorrelation」，In Proc. of IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP)，Vol.6, pp. 3689-3692，1998 年 5 月；N. Tangsangiumvisaij J. A. Chambers and A. G. Constantinidesj 「Time-Varying Allpass Filters Using Spectral—Shaped Noise for Signal Decorrelation in Stereophonic Acoustic Echo Cancellation，，， In Proc. of IEEE Asia Pacific Conf. on Circuits & Systems (APCCAS)，Vol. 1, pp. 87-92，2002 年 10 月；以及 J. M. Valinj "Perceptually-Motivated Nonlinear Channel Decorrelation For Stereo Acoustic Echo Cancellation，，，In Proc. of Joint Workshop on Hands-free Speech Communication and Microphone Arrays (HSCMA)， 2008 年 5 月。然而，雖然已發現這樣的去相關改善通道估計精度，但是也已發現回聲消除在許多情形中是次最優的。因此，改進的聲學回聲消除方法將是有利的，並且特別地，允許增加靈活性、增加消除、便利實施方式和/或改進性能的方法將是有利的。
發明內容
因此，本發明試圖單獨地或以任何組合來優選地緩解、減輕或消除上述缺陷中的一個或多個。根據本發明的一方面，提供一種多通道聲學回聲消除器裝置，其包括用於從麥克風接收麥克風信號的電路，所述麥克風信號包括將被消除的至少兩個音頻源的成分；耦合到麥克風的回聲消除電路，所述回聲消除電路被安排成基於對於從每一個音頻源到麥克風的通道的通道估計來執行這兩個音頻源的回聲消除；估計電路，用於生成每一個通道估計作為以前通道估計與通道估計更新的組合，所述組合包括相對於以前通道估計將相對加權應用於通道估計更新；以及加權電路，其被安排成響應於時間值來改變相對加權。本發明在許多實施例中可以提供改進的回聲消除。特別地，在許多情形中，該方法可能尤其適於基於對於個別路徑的聲學路徑通道估計來消除多個聲音源。該方法可以允許低複雜度和/或便利的實施方式。時常可以實現便利的操作，並且特別地，該方法一般可以利用低計算資源需求來實施。變化可能由於相對加權被確定為時間值的函數而取決於時間值。該函數可以進一步取決於其他的參數。然而，即使所有其他的參數值是恆定的，對於時間值的依賴性也可以使得相對加權將發生變化。根據本發明的可選特徵，多通道聲學回聲消除器裝置進一步包括用於兩個音頻源中的每一個音頻源的時變濾波器，每一個時變濾波器被安排用於為這兩個音頻源之一過濾信號。這在許多情形中可以提供多個音頻源的改進的回聲消除。特別地，這可以提供改進的通道估計。使用時變濾波器在音頻源之間引入去相關和用於通道估計的更新的時間相關加權特別地組合，以便在許多情形中提供顯著改進。根據本發明的可選特徵，時間值是自時變濾波器中的至少一個的最後更新以來的持續時間。這可以提供特別有利的性能。時常可以實現改進的回聲消除。用於音頻源的通道估計更新的加權可以被確定為自為了這個音頻源而改變時變濾波器的最後時間以來的時間的函數。
根據本發明的可選特徵，加權電路被安排成對於增加持續時間而增加通道估計更新的相對加權。這可以提供改進的性能。相對加權可以特別地是自時變濾波器的最後改變以來的持續時間的單調遞增(或非遞減)函數。實際上，相對加權可以利用對於所有的a<b都滿足要求f(a) ^f(b)的函數來確定。用於通道估計更新的相對加權可以特別地是單調非遞減的階梯函數。根據本發明的可選特徵，加權電路被安排成生成用於標稱加權值的縮放因子並響應於用於標稱加權值的縮放因子來確定相對加權，其中縮放因子取決於持續時間。這在許多情形中可以允許有效且低複雜度回聲消除。用於通道估計更新的相對加權可以特別地被確定為標稱加權值乘以縮放因子。標稱加權值可以是固定的值，並且特別地可以是非時間相關的(儘管其在這樣的情況下可以取決於其他的參數)。根據本發明的可選特徵，至少一個時變濾波器被安排成在離散時間上被更新，從而提供其中時變濾波器是恆定的過濾幀(filter frame)；並且加權電路被安排成依據自過濾幀的開始以來的當前持續時間來改變過濾幀內的相對加權。這可以提供改進的性能和/或可以允許便利的操作和/或實施方式。相對加權可以對於每個過濾幀展現相同的模式(pattern)。特別地，對於恆定持續時間過濾幀(對應於周期性的濾波器更新)，相對加權可以展現具有與過濾幀持續時間相對應的周期的重複模式。根據本發明的可選特徵，回聲消除電路被安排成執行基於幀的回聲消除；並且加權電路被安排成在連續的回聲消除幀之間改變相對加權。這可以提供改進的性能和/或可以允許便利的操作和/或實施方式。相對加權在每一個回聲消除幀內可以是恆定的。根據本發明的可選特徵，加權電路被安排成根據過濾幀內的回聲消除幀數(frame number)來確定相對加權。這可以在提供有效的回聲消除的同時允許低複雜度操作和實施方式。相對加權可以特別地通過用縮放因子縮放標稱加權來確定，其中縮放因子對應於當前幀數除以過濾幀中的回聲消除幀的總數。根據本發明的可選特徵，加權電路被安排成將用於通道估計更新的加權值確定為實際上與以下成比例
Armod K 」K「
其中k是回聲消除幀數，K是過濾幀中回聲消除幀的數量，以及 ^代表模函數。這可以在提供有效的回聲消除的同時允許低複雜度操作和實施方式。根據本發明的可選特徵，在過濾幀的持續時間與回聲消除幀的持續時間之間具有實質上整數關係。這可以在提供有效的回聲消除的同時允許低複雜度操作和實施方式。根據本發明的可選特徵，多通道聲學回聲消除器裝置進一步包括改變電路，用於檢測從每一個音頻源到麥克風的通道中的至少第一通道的變化滿足標準；以及用於從所述變化中確定時間值作為持續時間的電路。
這在許多實施例中可以提供改進的回聲消除，並且尤其可以提供多通道回聲消除對於例如由於麥克風或音頻源的移動而引起的聲學路徑中的變化的改進適應。根據本發明的可選特徵，變化電路被安排成在該變化之後為相對加權設置初始值；並且加權電路被安排成對於自該變化以來的增加持續時間而增加相對加權。這在許多實施例中可以提供改進的和/或便利的操作。加權電路可以特別地被安排成增加相對加權，直至其達到最大值。根據本發明的可選特徵，加權電路被安排成根據回聲消除平均間隔來確定相對加權。這在許多實施例中可以提供改進的和/或便利的操作。根據本發明的可選特徵，相對加權僅是標稱加權值和時間值的函數。這在提供有效的回聲消除的同時可以允許低複雜度操作和實施方式。用於通道估計更新的相對加權可以特別地被確定為標稱加權值乘以縮放因子。標稱加權值可以是固定值，並且可以特別地是非時間相關的(儘管其在這樣的情況下可能取決於其他的參數)。根據本發明的一方面，提供一種使用耦合到麥克風的回聲消除電路的多通道聲學回聲消除的方法，該方法包括從麥克風接收麥克風信號，所述麥克風信號包括將被消除的至少兩個音頻源的成分；基於對於從這兩個音頻源中的每一個音頻源到麥克風的通道的通道估計，執行這兩個音頻源的回聲消除；作為以前通道估計與通道估計更新的組合，生成每一個通道估計，所述組合包括相對於以前通道估計將相對加權應用於通道估計更新；以及響應於時間值，改變相對加權。本發明的這些與其他方面、特徵和優點從以下描述的一個或多個實施例中將是顯然的，並將參考這一個或多個實施例來闡述。
本發明的實施例將僅通過示例、參考附圖來描述，其中
圖1示出包括根據本發明的一些實施例的多通道回聲消除器的電話會議系統的會議單元的示例；以及
圖2示出用於通道估計更新的時變相對加權的示例。
具體實施例方式以下描述集中於適用於電話會議系統的多通道回聲消除器裝置的本發明的實施例。然而，將意識到本發明並不限於此應用，而可以應用於許多其他的應用。圖1示出包括根據本發明一些實施例的多通道回聲消除器裝置的電話會議系統的會議單元的示例。會議單元包括通信收發信機101，其被安排成與至少一個遠程會議單元通信。取決於具體的實施例，通信收發信機101可以例如包括經由例如傳統的電話網絡、蜂窩通信網絡、網際網路或任何其他適當的通信手段來與遠端會議單元通信的功能。在該示例中，遠端會議單元是提供多個信號的多通道電話會議單元。因而，遠端會議單元包括多個麥克風，其中每一個麥克風導致信號被傳送到圖1的近端會議單元。以下的描述為了簡潔清晰起見而將集中於立體會議系統，其中遠端包括兩個麥克風並且給近端會議單元提供兩個信號。然而，將意識到所描述的方法和原理能夠容易地應用於具有更多通道的系統。通信收發信機101被安排成從遠端會議單元接收兩個信號S1 (η)和S2 (η)。在該示例中，通信收發信機101被耦合到第一和第二時變濾波器103、105，其中每一個時變濾波器被安排成過濾接收信號S1 (η)和& (η)之一，以生成過濾的信號X1 (η)和& (η)。時變濾波器 103、105中的每一個被耦合到將相應的聲音輻射到音頻環境中的揚聲器107、109。將意識到所描述的信號路徑通常將包括其他適當的信號處理功能，諸如用於揚聲器107、109的功率放大器。但是，為了簡潔清晰起見，在圖1中沒有明確示出這樣的功能，並且這樣的功能可以被視為揚聲器單元107、109和/或時變濾波器103、105的一部分。會議單元還包括在音頻環境中捕獲音頻的麥克風111。麥克風特別地捕獲將被發送到遠端會議單元的聲音(例如，來自本地說話者的聲音)。但是，由於揚聲器107、109位於相同的音頻環境中，所以麥克風111也將拾取從與兩個揚聲器107、109相對應的兩個音頻源輻射出的聲音。如果捕獲到的信號被直接發送到遠端會議單元，則這將產生回聲，並因此會議單元包括多通道回聲消除器裝置，該裝置試圖儘可能多地衰減來自揚聲器107、109的信號分量。特別地，該系統包括回聲消除電路，其包括自適應濾波器113和減法單元115。自適應濾波器113接收被饋送到揚聲器107、109的信號X1 (η)、χ2 (η)，並對這些信號濾波，以生成源自揚聲器107、109的麥克風信號y(n)的信號分量的估計ζ (η)。減法單元115接收麥克風信號y (η)，並減去估計信號ζ (η)，以生成所產生的回聲消除信號e (η)。理想地，回聲消除完全消除來自揚聲器107、109的成分，以致e(n)只包括來自本地生成源的成分。所產生的信號e (η)隨後被饋送到通信收發信機101，該通信收發信機將它發送到遠端會議單元。將意識到所描述的用於麥克風111的信號路徑通常將包括其他合適的信號處理功能，諸如用於麥克風的低噪聲音頻放大器或用於回聲消除信號e (η)的濾波器。但是，為了簡潔清晰起見，在圖1中並未明確示出這樣的功能，並且這樣的功能可以被視為麥克風111和/或通信收發信機101的一部分。估計信號e (η)基於對於從揚聲器107、109到麥克風111的路徑的通道響應Ii1 (η)、 h2(n)的估計。這些估計可以包括為麥克風111和揚聲器單元107、109的一部分的任何功能的響應。但是，這些通道估計通常受聲學路徑的特性的控制。圖1的會議單元包括通道估計器117，其被安排用於為從揚聲器107、109之一到麥克風111的每一條通道生成通道估計。自適應濾波器隨後可以利用第一估計Ii1 (η)來過濾第一揚聲器信號X1 (η)並利用第二估計Ii2 (η)來過濾第二揚聲器信號& (η)。所產生的過濾信號被相加在一起，以提供從揚聲器107、109到麥克風111的通道的估計ζ (η)。為了提供有效的回聲消除，這些通道估計的確定因而是重要的。在常規的單通道回聲消除中，通常通過生成(例如，對於當前幀)當前通道估計並使用此估計來修改(例如， 基於以前幀所確定的)現有通道估計來計算通道估計。相對於現有估計的用於更新的加權可以被設置成在適應速度、穩定性和噪聲之間提供所需的權衡。在其中消除一個以上的音頻源(揚聲器107、109)的示例中，通過為每一個個別通道估計確定當前通道估計更新並使用這個更新來更新現有通道估計，可以執行通道估計。 因而，用於單個通道的方法可以被擴展到多個通道。在圖1的系統中，通道估計器1117因而分別為第一和第二揚聲器107、109生成第一和第二通道估計。這些估計通過組合該通道的以前通道估計與通道估計更新來生成。但是，發明人此外已認識到在其中多個音頻源被消除並且(例如，由於時變濾波器而引起的)時變特性是顯著的情形中，這樣的方法本身往往不足以提供最優性能。實際上，發明人已認識到通道估計更新與以前通道估計之間的相對加權應取決於時間，並且尤其應隨時間而改變，即使所有的其他參數是恆定的。這種認識基於將在下文介紹的詳細分析。在該分析中使用這樣的注釋，其中大寫和小寫黑體字母分別表示矩陣和向量。大寫和小寫常規字母分別表示標量常數和過程。作為下標、上標或自變量，/7和A分別指的是時間和幀索引。假設從遠端接收的信號S1(H)和ε2(β)是平穩相關信號(通常，它們源自相同的
源)。為了減少輸入信號相干性，這些信號通過具有各自的傳遞函數g產ω和g『⑷的不同的時變濾波器103、105。特別地，時變濾波器103、105被設計成全通濾波器，諸如有限脈衝響應(HR)濾波器
權利要求
1.一種多通道聲學回聲消除器裝置，包括用於從麥克風(111)接收麥克風信號的電路，所述麥克風信號包括將被消除的至少兩個音頻源(107，109)的成分;耦合到所述麥克風(111)的回聲消除電路(113，115)，所述回聲消除電路(113，115)被安排成基於對於從所述音頻源(107，109)中的每一個音頻源到所述麥克風(111)的通道的通道估計來執行所述兩個音頻源(107，109)的回聲消除；估計電路(117)，用於作為以前通道估計與通道估計更新的組合來生成每一個通道估計，所述組合包括相對於以前通道估計將相對加權應用於通道估計更新；以及加權電路(119)，其被安排成響應於時間值來改變所述相對加權。
2.權利要求1的多通道聲學回聲消除器裝置，進一步包括用於所述兩個音頻源(107， 109)中的每一個音頻源的時變濾波器(103，105)，每一個時變濾波器(103，105)被安排成過濾用於所述兩個音頻源(107，109 )之一的信號。
3.權利要求2的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述時間值是自所述時變濾波器 (103,105)中的至少一個的最後更新以來的持續時間。
4.權利要求3的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成對於增加持續時間，增加通道估計更新的相對加權。
5.權利要求3的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成生成用於標稱加權值的縮放因子並且響應於用於所述標稱加權值的縮放因子來確定相對加權， 所述縮放因子取決於所述持續時間。
6.權利要求2的多通道聲學回聲消除器裝置，其中至少一個時變濾波器(103，105)被安排成在離散時間上進行更新，從而提供其中時變濾波器(103，105)是恆定的過濾幀；並且所述加權電路(119)被安排成取決於自過濾幀的開始以來的當前持續時間在過濾幀內改變相對加權。
7.權利要求6的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述回聲消除電路被安排成執行基於幀的回聲消除；並且所述加權電路(119)被安排成在連續回聲消除幀之間改變相對加權。
8.權利要求7的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成根據過濾幀內的回聲消除幀數來確定相對加權。
9.權利要求8的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成將用於通道估計更新的加權值確定為實質上與以下成比例tmod K ~K~其中k是回聲消除幀數，K是過濾幀中的回聲消除幀的數量，以及 ^代表模函數。
10.權利要求7的多通道聲學回聲消除器裝置，其中在過濾幀的持續時間與回聲消除幀的持續時間之間具有實質上整數關係。
11.權利要求1的多通道聲學回聲消除器裝置，進一步包括改變電路，用於檢測從所述音頻源(107，109)之中的每一個音頻源到所述麥克風(111)的通道中的至少第一通道的變化滿足標準；以及用於從所述變化中確定時間值作為持續時間的電路。
12.權利要求11的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述改變電路被安排成在所述變化之後為相對加權設置初始值；並且所述加權電路(119)被安排成自所述變化以來、對於增加持續時間而增加相對加權。
13.權利要求11的多通道聲學回聲消除器裝置，其中所述加權電路(119)被安排成根據回聲消除平均間隔來確定相對加權。
14.權利要求1的多通道聲學回聲消除器裝置，其中相對加權僅是標稱加權值和時間值的函數。
15.一種使用耦合到麥克風(111)的回聲消除電路(113，115)的多通道聲學回聲消除的方法，所述方法包括從所述麥克風(111)接收麥克風信號，所述麥克風信號包括將被消除的至少兩個音頻源(107，109)的成分；基於對於從所述兩個音頻源(107，109)中的每一個音頻源到所述麥克風的通道的通道估計，執行所述兩個音頻源(107，109)的回聲消除；作為以前通道估計與通道估計更新的組合，生成通道估計中的每一個，所述組合包括相對於以前通道估計將相對加權應用於通道估計更新；以及響應於時間值，改變相對加權。
全文摘要
多通道聲學回聲消除器裝置包括麥克風(111)，其提供具有將被消除的至少兩個音頻源(107，109)的成分的麥克風信號。回聲消除電路(103，105)基於對從音頻源(107，109)之中的每一個到麥克風(111)的通道的信道估計來執行這兩個音頻源(107，109)的回聲消除。估計電路(117)生成每一個信道估計作為以前信道估計與信道估計更新的組合，其中所述組合包括相對於以前信道估計將相對加權應用於信道估計更新。加權處理器119響應於時間值來改變相對加權。該裝置可以對於其中諸如在使用時變去相關濾波器時來自音頻源(107，109)的聲音的再現隨時間變化的情形提供改進的回聲消除。
文檔編號H04R3/02GK102461205SQ201080024508
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月27日 優先權日2009年6月2日
發明者P. 詹塞 C., 特裡基 M. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司