利用有源音頻矩陣係數的多聲道回聲抵消器系統的製作方法

2023-05-09 20:36:21 1

專利名稱：利用有源音頻矩陣係數的多聲道回聲抵消器系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及回聲抵消器系統，所述回聲抵消器系統包括連接到音頻輸入端用於提供多個音頻輸出信號的音頻矩陣解碼器和連接到所述音頻輸入端的多聲道回聲抵消器。
本發明還涉及多聲道音頻系統，例如高保真系統、汽車音響系統或電視或電話會議系統，本發明還涉及通信系統，如移動或免提通信系統，特別是電話系統，或車載電話系統，這些前面提到的系統可能用聲音控制並包括這樣的回聲抵消器。本發明還涉及用於回聲抵消器的信號。
這樣的回聲抵消器系統可以從WO 98/42162了解到。已知的回聲抵消器系統包括音頻矩陣解碼器，比如有源音頻環繞解碼器，以便在具有例如3個或5個揚聲器的多聲道裝置中提供多個音頻環繞輸出信號。多個揚聲器可以，舉例來說，設置在家庭影院、個人計算機」多媒體」環境和/或與電視機組合在一起。回聲的效果可以被包括在用作多聲道回聲抵消器的傳遞函數矩陣中。然而，已知的回聲抵消器系統並沒有公開實現多聲道回聲抵消的有效方法。
本發明的目的是提供改進了的回聲抵消器系統，所述系統降低了用於多聲道回聲抵消的音頻信號處理的負擔，並且所述系統還可以配備聲音控制特徵。
此外，本發明的回聲抵消器系統的特徵在於所述回聲抵消器系統還包括用於接收音頻輸出信號和所需信號的混合信號的音頻接收器；以及所述多聲道回聲抵消器連接到音頻矩陣解碼器，以便在多聲道回聲抵消過程中利用音頻矩陣係數從混合信號中得到所需信號。
本發明的回聲抵消器系統的優點是利用存在於音頻矩陣解碼器中的或有可能僅僅從其解碼器輸出信號中導出的音頻矩陣係數，可以非常有效地實現多聲道回聲的消除，無需過高的計算和/或信號處理的複雜度。
另外，語音控制的能力也被改善，因為本發明的回聲抵消器系統能夠得到所需的信號，比如從房間內的聲響、回聲及語音的混合信號中獲得語音信號。這就擴大了本發明的回聲系統在越來越被接受中語音控制系統中效能價格合算的應用的可能性，所述語音控制系統包括多聲道通信系統、音頻和/或電視系統、高保真系統，汽車音響系統及電話會議系統。
本發明的回聲抵消器系統的實施例的特徵在於所述回聲抵消器系統包括既連接到音頻輸入端又連接到矩陣解碼器輸出端的有源矩陣跟蹤器，以便從所述有源矩陣跟蹤器導出音頻矩陣係數。
通常，那些有源音頻矩陣係數只在音頻矩陣解碼器的晶片內可以得到而在外部無法得到，特別是無法從現在已出現在市面上的、或已安裝在客戶建築物內的音頻系統中得到。本發明中的有源矩陣跟蹤器易於把可供選擇的方案用來代替這樣的晶片，因為所述跟蹤器只不過是從矩陣解碼器的音頻輸入及輸出信號導出矩陣係數，而這些信號已經可以從晶片外部得到。因此所述有源矩陣跟蹤器可以方便地添加到已知的回聲抵消器系統中。
本發明的回聲抵消器系統的另一個實施例的特徵在於所述多聲道回聲抵消器計算的濾波函數的數目少於多個音頻輸出信號的數目。
更有利的是，對於所有多聲道音頻輸出信號，無需各自的回聲抵消運算，這就更進一步地降低了多聲道回聲抵消運算的複雜性。
本發明的回聲抵消器系統的再一個實施例的特徵在於其濾波函數的計算基於考慮到了所述各音頻輸出信號中的至少某些音頻輸出信號的濾波器更新貢獻。
儘管降低了音頻消除濾波函數計算的複雜性，但回聲抵消輸出信號的質量卻沒有受到影響，因為所述濾波器更新(filter update)考慮到某些並可能是所有的多聲道音頻輸出信號。
本發明的回聲抵消器系統的另一個實施例的特徵在於所述回聲抵消器包括與之連接以便當檢測到語音時降低獨立的多聲道輸出信號的數目的語音檢測器。
如果語音被語音檢測器檢測到時回聲抵消過程可被簡化，而付出的代價僅僅是很小的音頻質量損失，那麼，這便具有優越性，這樣的音頻質量損失並不易被察覺，因為聽者正在通過他的語音發出命令。現在將對本發明的回聲抵消器系統以及它的其它的優越性進行進一步的闡述，同時參照附圖，其中相似的元件通過相同的標號來表示。
附圖中

圖1展示了本發明的回聲抵消器系統組合的可能實施例的示意圖；以及圖2展示了應用於圖1的回聲抵消器系統的回聲抵消器的詳細圖1展示了回聲抵消器系統1，它包括音頻矩陣解碼器2，例如杜比定位邏輯(Dolby Pro Logic)I/II；環形環繞(Circle Surround)系統，或類似的解碼器。所述音頻解碼器2如圖所示連接到傳送兩個聲道信號的音頻輸入3，在本例中分別是左右立體聲信號x』L及x』R。這裡五個多聲道音頻信號x1、x2、x3、x4和x5通過解碼器2從立體聲信號中導出，並提供給在某個房間R中的五個揚聲器，這五個揚聲器總的用標號4表示。所述系統1還包括連接到音頻輸入端3的多聲道回聲抵消器5。所述回聲抵消器5在其輸出端6提供了回聲抵消信號y。音頻接收器7通常配備有設置在房間R中的一個或多個傳聲器，用以接收房間R中的五個音頻輸出信號和來自收聽者/說話者S的所需語音信號的混合信號。減法器8連接到傳聲器7和回聲抵消器的輸出端6以提供所需語音信號的精確估計值e。這樣的語音信號e可被用於並可被包括在任何提供語音控制命令的系統中。可能實現那些語音控制命令的系統實例有高保真系統、汽車音響系統、電視機。通信系統的實例有電話會議系統、移動或免提通信系統、特別是電話系統、車載電話系統及類似的系統。
矩陣解碼器2的輸入信號及輸出信號之間的關係可用向量符號寫成X＝A(αi；βj)X′(1)其中向量X代表五個音頻信號xi而其中的i＝1…5，向量X′代表立體聲輸入信號xj而其中的j＝L或R，並且A(αi；βj)代表有十個係數的2×5的係數矩陣。多聲道回聲抵消器5連接到音頻解碼器2，其中的這些係數被用於回聲抵消器中，以如下將要說明的方式從接收傳聲器7接收到的混合信號中導出所需的信號。
在仍如圖1所示的另一個實施例中，回聲抵消器系統1包括同時連接到音頻輸入端3及矩陣解碼器輸出端10的有源矩陣跟蹤器9，用來從中導出矩陣A(αi；βj)的十個音頻矩陣係數(其第1列有5個係數αi，而第2列有5個係數βj)，與等式(1)相對應。跟蹤器9可以被包括在矩陣解碼器2中或簡單地另外添加在其後。也有可能跟蹤器9隻連接到解碼器輸出端10(並因此間接地連接到其輸入端)，那樣的跟蹤器9隻從解碼器的輸出信號中便能夠推導出解碼器的係數。這一點在解碼器的輸入3和/或矩陣係數並不容易從外部獲得的情況下有其優越性。在前面提到的另一種實施例中，有源矩陣跟蹤器9連接到回聲抵消器5，這些係數在那裡也被用於回聲抵消器以便從接收傳聲器7接收到的混合信號中推導所需的信號。
消除在五個揚聲器4和傳聲器7之間產生的回聲的問題的直接方法是將五個解碼器的輸出端10連接到回聲抵消器5。抵消器5則必須實現需要高度計算複雜性的五聲道自適應濾波器。除此之外其它的問題也產生了，包括方案中自適應濾波器所能得到的結果的唯一性。圖1表明回聲抵消器5直接連接到音頻輸入端3，並且使用的是適合於回聲抵消過程的10個有源矩陣係數(αi；βj)。
如圖2的描述所表明的，多聲道回聲抵消器5計算的濾波傳遞函數的數目少於多聲道音頻信號的數目。具體地說，揚聲器4與傳聲器7之間的五個傳遞函數可以只由兩個濾波傳遞函數wL及wR表示。這就降低了回聲抵消器5的計算複雜性。這些傳遞函數可以由修正值ΔL及ΔR來更新，使得添加的回聲抵消器輸出信號y越精確越好地代表除去所需語音信號外的傳聲器信號，根據WL＝W′L+ΔLWR＝W′R+ΔR其中『代表先前值。內務處理(bookkeeping)可以涉及所有五個傳遞濾波器的修正值的分布，所述分布與下式相應Wi＝W′i+αi(/∑|αi|)ΔL+βi(/∑|βi|)ΔR其中i＝1，2，…5。
其中∑表示對於i的範圍取總和，並且αi及βi為矩陣A的係數。濾波器之間的關係由下式給出WL＝∑(αiwi)WR＝∑(βiwi)在這種情形下，五個聲學路徑都被跟蹤了，這在有源矩陣及時更新的情形下有其優越性。當取得了收斂後，有源矩陣可能突然變化並且可以立即通過較後的方程式得到正確的濾波器。
在某些應用中，例如涉及定位邏輯或定位邏輯2解碼器時，五個濾波器中的某幾個可能會參與降低所必需的計算量的負擔。例如當使用單環繞聲道時，與環繞聲相關的所有兩個聲學路徑僅使用一個濾波器來跟蹤。假設回聲抵消計算中可能出現奇點或數值溢出，所述五個聲道可以映射到較少的聲道以便解決這類錯誤。也有可能在語音行為被連接到回聲抵消器5的語音檢測器11探測到時將多聲道音頻混合成雙聲道立體聲。這有利地允許在僅有很短暫的音質損失的條件下應用非常簡單的回聲抵消器。
簡單地說，音頻矩陣解碼器2可以從其輸入導出多個輸出信號，而輸出信號的數目多於輸入信號的數目。解碼器2可包括一個或多個濾波器，比如可控濾波器，其濾波操作及濾波功能取決於其控制信號。這些控制信號可以比如被包括在音樂中。
雖然以上已經參考本質上的最佳實施例和最可能的實施方式進行了描述，但是，顯然，決不要把這些實施例解釋為所涉及的系統的限制性實例，因為屬於所附權利要求書範圍內的各種各樣的修改、特徵及特徵組合都是技術人員可以得到的。
權利要求
1.一種回聲抵消器系統(1)，它包括連接到音頻輸入端(3)的用於提供多個音頻輸出信號(x1...x5)的音頻矩陣解碼器(2)和連接到所述音頻輸入端(3)的多聲道回聲抵消器(5)，其特徵在於所述回聲抵消器系統(1)還包括用於接收所述音頻輸出信號(x1...x5)與所需信號(e)的混合信號的音頻接收器(7)，並且所述多聲道回聲抵消器(5)連接到所述音頻矩陣解碼器(2)，以便在多聲道回聲抵消過程中利用音頻矩陣係數來從所述混合信號中導出所述所需信號(e)。
2.如權利要求1所述的回聲抵消器系統(1)，其特徵在於所述回聲抵消器系統(1)包括既連接到所述音頻輸入端(3)又連接到矩陣解碼器輸出端(10)以便從中導出所述音頻矩陣係數的有源矩陣跟蹤器(9)。
3.如權利要求1或2所述的回聲抵消器系統(1)，其特徵在於所述多聲道回聲抵消器(5)所計算的濾波函數的數目少於所述多聲道音頻輸出信號(x1...x5)的數目。
4.如權利要求3所述的回聲抵消器系統(1)，其特徵在於所述濾波函數的計算基於考慮到所述音頻輸出信號(x1...x5)中的至少某些音頻輸出信號的濾波器更新貢獻。
5.如權利要求1至4之一所述的回聲抵消器系統(1)，其特徵在於所述回聲抵消器(5)包括與之連接以便當檢測到語音時減少獨立的多聲道輸出信號(x1...x5)的數目的語音檢測器(11)。
6.一種多聲道音頻系統，例如高保真系統、汽車音響系統或電視機或電話會議系統，它包括根據權利要求1至5之一的回聲抵消器系統(1)，所述回聲抵消器系統(1)包括連接到音頻輸入端(3)的用於提供多聲道音頻輸出信號(x1...x5)的音頻矩陣解碼器(2)和連接到所述音頻輸入端(3)的多聲道回聲抵消器(5)，其特徵在於所述回聲抵消器系統(1)還包括用於接收音頻輸出信號(x1...x5)與所需信號(e)的混合信號的音頻接收器(7)，並且所述多聲道回聲抵消器(5)連接到所述音頻矩陣解碼器(2)，以便在多聲道回聲抵消過程中利用音頻矩陣係數來從所述混合信號中導出所述所需信號(e)。
7.一種通信系統，例如移動或免提通信系統，特別是電話系統、車載電話系統，所述通信系統包括根據權利要求1至5之一的回聲抵消器系統(1)，所述回聲抵消器系統(1)包括連接到音頻輸入端(3)的用於提供多聲道音頻輸出信號(x1...x5)的音頻矩陣解碼器(2)和連接到所述音頻輸入端(3)的多聲道回聲抵消器(5)，其特徵在於所述回聲抵消器系統(1)還包括用於接收所述音頻輸出信號(x1...x5)與所需信號(e)的混合信號的音頻接收器(7)，並且所述多聲道回聲抵消器(5)連接到所述音頻矩陣解碼器(2)，以便在多聲道回聲抵消過程中利用音頻矩陣係數來從所述混合信號中導出所述所需信號(e)。
8.一種用於根據權利要求1至6之一的回聲抵消器系統(1)的信號，所述回聲抵消器系統(1)包括連接到音頻輸入端(3)的用於提供多聲道音頻輸出信號(x1...x5)的音頻矩陣解碼器(2)和連接到所述音頻輸入端(3)的多聲道回聲抵消器(5)，其特徵在於所述回聲抵消器系統(1)還包括用於接收所述音頻輸出信號(x1...x5)與所需信號(e)的混合信號的音頻接收器(7)，並且所述多聲道回聲抵消器(5)連接到所述音頻矩陣解碼器(2)，以便在多聲道回聲抵消過程中利用音頻矩陣係數來從所述混合信號中導出所述所需信號(e)。
全文摘要
描述了回聲抵消器系統，它包括連接到音頻輸入端的用於提供多個音頻輸出信號的音頻矩陣解碼器和連接到所述音頻輸入端的多聲道回聲抵消器。所述回聲抵消器系統還包括用於接收音頻輸出信號與所需信號的混合信號的音頻接收器。所述多聲道回聲抵消器連接到音頻矩陣解碼器，以便在多聲道回聲抵消過程中利用音頻矩陣係數來從混合信號中導出所需的信號。所述系統的計算及音頻處理的複雜性降低了。
文檔編號H04S3/02GK1636423SQ02827145
公開日2005年7月6日 申請日期2002年12月9日 優先權日2002年1月17日
發明者D·W·E·肖本, G·P·M·埃格米爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司