執行聲學回音消除的裝置及其方法

2023-04-29 23:19:16 2

專利名稱：執行聲學回音消除的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及音頻信號處理，特別涉及用以執行聲學回音消除的裝置及 其方法。
背景技術：
雙工音頻通信(duplex audio communication )系統，例如喇口八擴音器 與具有聲音播放功能的視頻通信系統，通常使用一麥克風與一喇叭。當該
喇叭播放由遠端(far end)接收的聲音數據時，該麥克風由近端(near end ) 將語音或者其它聲音數據傳送至遠端。對典型的免提式系統而言，將喇p八 與麥克風鄰近設置，而該喇叭發出的聲音，會立刻被該麥可風接收，此即 所謂的回音。在沒有信號處理情況下，該回音將被位於遠端的遠端使用者 聽到，進而產生非預期的極大噪音(howling)與不愉快的心理聲學 (psycho-acoustical)經驗。因此，在典型的單一音頻信道系統中，使用一 聲學回音消除器(acoustic echo cancellator; AEC )來消除麥克風所提取的 回音。
同時，隨著高效率語音與圖像編碼技術的進步，具有高數據容量的音 頻通信系統的發展亦隨著增加。具體來說，更重視能允許使用者同時彼此 溝通的遠程會議(teleconference)系統。一4殳而言，立體音頻數據通常使 用於一遠程會議環境中，其中，多重音頻信道的音頻信號，是以上傳與下 載方向交換在參與者之間。因此，在遠程會議系統中，需要一種能夠消除 多通道聲學回音的裝置及其方法。

發明內容
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例， 並配合所附圖示，詳細說明如下。
根據本發明，公開了一種能夠執行聲學回音消除的裝置，包括 一映 射矩陣、第一與第二喇叭、第一與第二麥克風， 一參考產生器與一多通道
聲學回音消除器。該映像矩陣根據第一與第二遠端信號產生一輸出信號。 該第一與第二喇叭，耦接於該映射矩陣，用以^番;改該輸出信號。該第一與 第二麥克風接收第 一與第二回音信號，從該第 一與第二喇叭聲學地耦接於 該第一與第二麥克風，且相關於該輸出信號。該參考產生器根據該第一與 第二遠端信號，產生線性相關於該輸出信號的一參考信號。該多通道聲學 回音消除器，耦接於該參考產生器、該第一與第二麥克風，用以濾波該參 考信號，以產生第一與第二濾波信號，作為該第一與第二麥克風的估計回 音信號。再者，該多通道聲學回音消除器將該第一回音信號減去該第一濾 波信號，以產生一第一誤差信號，並將該第二回音信號減去該第二濾波信
號，以產生一第二誤差信號，然後，將該第一與第二誤差信號傳送至一遠
二山網。
本發明亦公開一種聲學回音消除方法，用以處理一雙工通信系統的一
近端裝置中的信號，該方法包括確認該近端裝置與一遠端裝置之間是否 有通信。如果通信存在，則一映像矩陣依據第一與第二遠端信號產生一輸 出信號，然後，第一與第二喇叭會播放該輸出信號，而第一與第二麥克風 將接收第一與第二回音信號，從該第一與第二喇叭聲學地耦接於該第一與 第二麥可風。除此之外，該第一與第二回音信號與該輸出信號相關聯、一 參考產生器，將根據該第一與第二遠端信號，產生線性相關於該輸出信號 的一參考信號、以及利用一多通道聲學回音消除器，對該參考信號進行濾 波，以產生第一與第二濾波信號，作為該第一與第二麥克風的估計回音信 號。同時，該多通道聲學回音消除器，將該第一回音信號減去該第一濾波 信號，以產生一第一誤差信號，並將該第二回音信號減去該第二濾波信號， 以產生一第二誤差信號，然後，將該第一與第二誤差信號傳送至該遠端裝 置。


圖1是顯示一遠程會議系統的一已知近端裝置方塊圖； 圖2是顯示一示範單通道聲學回音消除器方塊圖； 圖3是顯示根據本發明的可消除多通道聲學回音的一示範近端裝置方 塊圖4是顯示根據本發明的可消除多通道聲學回音的另一示範近端裝置 方塊圖5是顯示根據本發明的可消除多通道聲學回音的另一示範近端裝置 方塊圖6是顯示根據本發明的可消除多通道聲學回音的另一示範近端裝置 方塊圖；以及
圖7是顯示多通道聲學回音消除的一示範方法流程圖。主要組件符號說明
10 近端界面；
12a、 12b、 32a、 32b 喇口八； 14 回音^各徑；
16a、 16b、 36a、 36b 麥克風; 18、 38 多通道聲學回音消除器; 18a、 18b 雙通道聲學回音消除器； 20 回音路徑估計單元； 22 回音估計產生器； 24 加法器；
30、 40 映射矩陣；
31、 41 參考產生器；
38a、 38b 單通道聲學回音消除器 42a、 42b、…、42m 喇叭；
46a、 46b.....46n 麥克風；
48a、 48b、 ...、 48n 聲學回音消除器；及 50、 60 關聯電路。
具體實施例方式
圖1是顯示一遠程會議系統的一已知近端裝置方塊圖，包括 一近端 接口 10、喇叭12a與12b、回音路徑14、麥可風16a與16b、以及一多通 道(multi-channel)聲學回音消除器(AEC) 18。該近端接口 10耦接於該 喇叭12a與12b、該麥可風16a與16b通過該回音路徑14聲學地耦接於該 喇叭12a與12b、而該多通道聲學回音消除器18耦接於該麥風16a與16b。
在一電視或桌上型計算機的遠程會議系統中， 一般會利用喇叭及麥克
風的多個信道。當該喇叭播送遠端信號至多個的信道時，該被播放信號的 一部分被麥克風所提取，其中，麥克風與近端的使用者所發出的語音為相 連接，也就是說，傳送至遠端的近端信號，包括遠端信號的回音信號。因 此，該遠端使用者會聽到一延遲回音，通常為非預期的且極有可能造成困 擾。因此，通常利用一聲學回音消除器，通過模仿回音估計以及將麥克風 所提取的信號減去該回音估計，用以產生傳送至遠端的剩餘信號，進而消除該回音信號。該多信道聲學系統18包括兩個喇叭12a與12b、以及兩個 麥克風16a與lb，因此，亦需要兩個雙通道聲學回音消除器18a與18b, 用以處理該麥克風16a與16b所提取的音頻信號。每一音頻信號包括由該 麥克風12a與12b通過兩個信號路徑(例回音路徑14， hmn(k))所播放的 兩分量。舉例來說，麥克風16a通過回音路徑14的模型h"(k)( m=l及n二l )， 用以接收該輸出信號x,(k)、以及通過回音路徑14的模型h21(k) (m=2及 n=l),用以接收該輸出信號x2(k)。例如在一具有M個喇叭與N個麥克 風的遠程會議系統中，則該多通道聲學回音消除器需要M x N個聲學回音 消除器，用以精確地在喇叭與麥克風之間，做出MxN個回音路徑的模型， 此將導致一複雜電路、增加設計與量產的成本、並增加運作時硬體的負擔。 當將該已知近端裝置，應用於具有M個通道的喇叭與N個信道的麥克 風的遠程會議會議系統中時，當該麥克風的輸入信號彼此間有關聯時，則 無法精確地做出該回音路徑的模型。該回音3各徑脈沖響應無法被正確地估 計，因而，在移除提取信號y(k)的回音估計y，(k)後，需在剩餘信號上增加 回音分量。
圖2是顯示一示範單通道聲學回音消除器方塊圖，包括 一回音路徑 估計單元20、 一回音估計產生器22與一加法器24，以循環方式耦接在一起。
該回音路徑估計單元20接收誤差信號e(k),估計權重係數hmn(k)，用 以特徵化該回音路徑，使得該誤差信號e(k)可以減少。
該回音估計產生器22可為一適應性有限脈衝響應(finite impluse response; FIR)濾波器，具有足夠分接長度，用以模型化該聲學信道。該 回音估計產生器22接收權重係數hmn(k),作為該有限脈衝響應濾波器的分 接係數，用以將一近端喇叭輸入與一近端麥可風輸出之間的路徑加以適應 性地模型化，並接收一參考信號Sref (例如x(k))，以產生回音估計y，(k)。該加法器24將來自麥克風的回音信號y(k)減去回音估計y，(k),以提供 該誤差信號e(k)，表示傳送至遠端裝置的該剩餘信號所剩餘的回音分量。
圖3是顯示根據本發明的能消除多通道聲學回音的一示範近端裝置方 塊圖，包括 一映射矩陣30、 一參考產生器31、喇叭32a與32b、麥克風 36a與36b及一多通道聲學回音消除器38。該映射矩陣耦接於該參考產生 器31、喇叭32a與32b,而該麥克風36a與36b聲學地耦接於該喇叭32a 與32b,且耦接於該多通道聲學回音消除器38，然後耦接回該參考產生器 31。
該映像矩陣30根據第一與第二遠端信號x"k)與X2(k)產生輸出信號 S。ut。該映像矩陣30接收該第一與第二遠端信號x"k)與x2(k),以執行一線 性運算，隨即產生該輸出信號S。ut,通過該第一與第二喇叭32a與32b播放。 該第一與第二遠端信號x"k)與X2(k)為模擬音頻信號，通過近端裝置的一數 字至模擬轉換器(未圖標)轉換數位訊號而來，或者，為數字聲音信號， 系必須於提供至該第一與第二麥可風36a與36b前，轉換至模擬。由於該 第一與第二喇叭32a與32b能由該映射矩陣30接收一共享輸出信號S。ut， 並播放該共享輸出信號，如已知多通道聲學回音消除器的近端裝置中的相 關問題就不再存在了，因此，該多通道聲學回音消除器38可以精確地估計 回音路徑，並預測回音估計yi，(k)與y2，(k),從而，由該輸出端傳送至遠端 裝置的剩餘信號，是為無回音或者幾乎無回音的。
該第一與第二麥克風36a與36b，接收具有該第一與第二回音信號y,(k) 與y2(k)的該第一與第二近端信號，其中，該第一與第二回音信號y,(k)與 y2(k),由該第一與第二喇叭32a與32b聲學地耦接於該第一與第二麥克風 36a與36b。該第一與第二回音信號與該輸出信號相關聯。在該回音消除操 作前，通過模擬至數字轉換器(未圖標)，將該第一與第二近端信號將以 數位化。
該參考產生器31，根據該第一與第二遠端信號x"k)與x2(k)，產生與該 輸出信號S。ut線性相關的該參考信號Sref。該映像矩陣30接收該第一遠端 信號x!(k)與第二遠端信號x2(k)，以產生該輸出信號(a求x,(k)+b* x2(k))，而 該參考產生器31接收該第一遠端信號x,(k)與第二遠端信號x2(k)，以產生 該參考信號&* Xl(k)+d* x2(k))。參數a、 b、 c與d為非零常數,例如參數 a、 b、 c與d可全部為1/2。
該多通道聲學回音消除器38，包括單通道聲學回音消除器38a與38b。 該濾波參考信號Sref產生該第一與第二濾波信號yr(k)與y2，(k),以作為該
第一與第二麥可風的估計回音信號。再者，將該第一濾波信號y,，(k)自該第 一回音信號y,(k)減去，以產生第一誤差信號ei(k),並將該第二濾波信號 y2，(k)，自該第二回音信號y2(k)減去，以產生第二誤差信號e2(k)。將該第一 與第二誤差信號傳送至一遠端(未圖示)。該聲學回音消除器38a與38b， 可由圖2的聲學回音消除器來實現，其中，每一聲學回音消除器僅耦接於 一麥克風，每一聲學回音消除器具有一適應性有限脈衝響應(FIR)濾波器， 用以濾波該參考信號Sref,進而產生該第一與第二濾波信號yf(k)與y2，(k), 用以模仿輸出信號S。ut,傳遞於麥克風36a與36b所提取的各種回音路徑中， 以作為回音信號y"k)與y2(k)。
圖4是顯示根據本發明的可消除多通道聲學回音的另一示範近端裝置
方塊圖，包括 一映射矩陣40、 一參考產生器41、喇叭(42a、 42b.....
42m)、麥克風(46a、 46b、 ...、 46n)、以及一多通道聲學回音消除器48。
該映射矩陣40耦接於該參考產生器41、喇叭42a、 42b..... 42m之間，
該麥克風46a、 46b、 ...、 46n聲學地耦接於該喇叭42a、 42b、 ...、 42m, 且耦接於該多通道聲學回音消除器48，然後耦接回該參考產生器41。
圖4的該近端裝置使用多個喇叭與麥克風，且該近端裝置的操作，採 用圖3所公開的操作方式。該映像矩陣40,根據第一與第二遠端信號x"k) 與x2(k)，產生輸出信號S。up通過所有喇叭進行播放。該參考產生器41根 據該第一與第二遠端信號x《k)與x2(k)，產生與該輸出信號S。ut線性相關的
參考信號Sref。每一喇叭耦接於一單通道聲學回音消除器，如圖2所示。該
聲學回音消除器48a、 48b、 ...、 48n包括有限脈沖響應濾波器，對該參考 信號S^進行濾波，在未被每一麥克風提取之前，用以模仿傳遞於各種回音 路徑的輸出信號S
圖5是顯示根據本發明的可消除多通道聲學回音的另一示範近端裝置 方塊圖，包括一電路配置，相似於圖3所示的近端裝置，除了在該映像矩 陣30與該參考產生器31之間的一關聯電路50外，而該參考產生器31通 過該映像矩陣30與該關聯電路50,取得遠端信號信息。
該參考產生器31通過該關聯電路50耦接於該映射矩陣30,用以接收 該輸出信號S。ut,以產生該參考信號Sref,如此一來，該輸出信號S喊與該
參考信號Sref維持一線性關係。舉例來說，該關聯電路50可將該輸出信號 S她乘以1/2,用以將該參考信號Sref提供給該參考產生器31。
圖6是顯示根據本發明的可消除多通道聲學回音的另一示範近端裝置 方塊圖，包括與圖3所示的近端裝置相似的一電路配置，除了使用於該映 射矩陣30與該參考產生器31之間的一關聯電路60外，而該映射矩陣30 通過該參考產生器31與該關聯電路60，取得遠端信號信息。
該映像矩陣30,通過該關聯電路60,耦接於該參考產生器31,用以接 收該參考信號Sref，以產生該輸出信號S。ut，如此一來，該輸出信號S。w與
該參考信號Sref維持一線性關係。舉例而言，該關聯電路50可將該參考信 號Sref乘以2,用以將該輸出信號S加提供給該映像矩陣30。
圖7是顯示多通道聲學回音消除的一示範方法7流程圖，其操作於一 雙工通信(duplex communication )系統的該近端裝置中，如圖3所示。
在進行聲學回音消除方法的初始化後(步驟S700)，該近端裝置確認 該近端裝置與該遠端裝置之間，是否存在通信(步驟S702)。假使存在， 則該聲學回音消除方法繼續步驟S704;假使不存在，則該方法進行至步驟 S706。當一近端使用者，開始一遠程會議會議請求、或者同意來自遠端的 一多信道通信會話(communication session )日於，可將該通信會話暫存於一 區域緩存器中。
在步驟S704中，當該近端裝置與該遠端裝置之間有通信時，則使能該 映射矩陣30,根據該第一與第二遠端信號x"k)與x2(k),用以產生該輸出信 號S。ut,且使能該參考產生器31,依據該第一與第二遠端信號x,(k)與x2(k),
用以產生與該輸出信號S。ut線性相關的該參考信號Sref。該參考信號Sref隨
後被傳送至該多通道聲學回音消除器38,用以決定該回音估計y,，(k)與 y2，(k),對應於該麥克風36a與36b所接收的該回音信號y!(k)與y2(k)。由於 該參考信號Sw與該輸出信號S。ut線性相關，且該喇叭32a與32b播放相同 的輸出信號S。ut,對於每一麥克風而言，該多通道聲學回音消除器僅需要一 單通道(mono-channel)聲學回音消除器，用以計算相對應的通道估計。舉 例來講，該聲學回音消除器38a計算該濾波信號yr(k)，其等於S。ut*(h +h21) 或S。ut*hxl，其中，x代表源自任何來源喇叭的路徑。進一步，因為該喇口八 播放相同的音頻信號，具高度的交叉相關性，因而提升了聲學回音消除器 所計算的回音估計的收斂速度及預測正確性，從而將無回音(echo-free)、
或者幾近無回音的輸出音頻信號傳送至遠端。該映像矩陣30接收該第一遠 端信號Xl(k)與該第二遠端信號X2(k),用以產生該輸出信號
(a承x!(k)+l^X2(k)),而該參考產生器31接收該第一遠端信號x"k)與該第二 遠端信號X2(k)，用以產生該參考信號(c^x,(k)+c^X2(k))。參數a、 b、 c與d 為非零的常數，例如參數a、 b、 c與d可全部為1/2。
然後，在步驟S706中，該第一與第二喇叭32a與32b播放該輸出信號； 而該第一與第二麥克風36a與36b接收該第一與第二回音信號y,(k)與y2(k), 其中，該第一與第二回音信號y"k)與y2(k),由該第一與第二喇叭32a與32b 聲學地耦接至該第一與第二麥可風36a與36b;以及該多通道聲學回音消除 器38,系對該參考信號Sref進行濾波，用以產生該第 一與第二濾波信號yr(k) 與y2，(k)，作為該估計回音信號。除此之外，將該第一回音信號y"k)減去 該第一濾波信號yr(k)，以產生該第一誤差信號e"k);將該第二回音信號 y2(k)減去該第二濾波信號y2，(k)，以產生該第二誤差信號e2(k);而該近端 裝置接著將該第一與第二誤差信號e,(k)與e2(k)傳送至該遠端裝置。該第一 與第二回音信號與該輸出信號S。w相關。然後，該方法7回到步驟S702， 用以確認該近端裝置的通信狀態。如果該近端裝置為非通信狀態，則該方 法結束。
雖然本發明已以優選實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾' 因此本發明的保護範圍當視所附權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種執行聲學回音消除的裝置，包括一映射矩陣，根據第一與第二遠端信號產生一輸出信號；第一與第二喇叭，耦接於該映射矩陣，用以播放該輸出信號；第一與第二麥克風，用以接收第一與第二回音信號，由該第一與第二喇叭聲學地耦接至該第一與第二麥克風，其中，該第一與第二回音信號相關於該輸出信號；一參考產生器，根據第一與第二遠端信號，用以產生與該輸出信號線性相關的一參考信號；以及一多通道聲學回音消除器，耦接於該參考產生器與該第一與第二麥克風，用以對該參考信號進行濾波以產生第一與第二濾波信號，作為估計回音信號、將該第一回音信號減去該第一濾波信號以產生一第一誤差信號、將該第二回音信號減去該第二濾波信號以產生一第二誤差信號、以及將該第一與第二誤差信號傳送至一遠端。
2. 如權利要求1所述的執行聲學回音消除的裝置，其中，該映像矩陣接 收該第一遠端信號Xl與該第二遠端信號x2,用以產生該輸出信號 (a^x一l^x2),而該參考產生器接收該第一遠端信號Xl與該第二遠端信號x2, 用以產生該參考信號(c^Xi+c^X2)，其中，參數a、 b、 c與d為非零的常數。
3. 如權利要求1所述的執行聲學回音消除的裝置，其中，參數a、 b、 c 與d為1/2。
4. 如權利要求1所述的執行聲學回音消除的裝置，其中，該參考產生器 耦接於該映射矩陣，用以接收該輸出信號並產生該參考信號。
5. 如權利要求1所述的執行聲學回音消除的裝置，其中，該映像矩陣耦 接於該參考產生器，用以接收該參考信號並產生該輸出信號。
6. 如權利要求1所述的執行聲學回音消除的裝置，其中，該多通道聲學 回音消除器包括兩聲學回音消除器，每一聲學回音消除器僅耦接於一麥 克風，且一聲學回音消除器包括一適應性有限脈衝響應濾波器，用以濾 波該參考信號，以產生該第一與第二濾波信號。
7. —種聲學回音消除方法，用於處理一雙通信系統的一近端裝置中的信號，該方法包括 確認該近端裝置與一遠端裝置之間是否存在通信；當通信存在時， 一映像矩陣根據第一與第二遠端信號產生一輸出信號； 由第 一 與第二喇叭播放輸出信號；利用第一與第二麥克風接收第一與第二回音信號，由該第一與第二喇 叭耦接於該第一與第二麥可風，其中，該第一與第二回音信號相關於該輸 出信號；當通信存在時， 一參考產生器，根據該第一與第二遠端信號，產生與 該輸出信號線性相關的 一參考信號；利用一多通道聲學回音消除器對該參考信號進行濾波，以產生第一與 第二濾波信號，作為估計回音信號；利用該多通道聲學回音消除器，將該第一回音信號減去該第一濾波信 號，以產生一第一誤差信號，以及將該第二回音信號減去該第二濾波信號， 以產生一第二誤差信號；以及將該第 一與第二誤差信號傳送至遠端。
8. 如權利要求7所述的聲學回音消除方法，其中，產生該輸出信號的步 驟，包括由該映像矩陣接收該第一遠端信號Xi與該第二遠端信號X2，以 產生該輸出信號(3*乂1+1^^2);而產生該參考信號的步驟包括由該參考產生 器接收該第一遠端信號x,與該第二遠端信號x2，以產生該參考信號 (c*Xl+d*x2),其中，參數a、 b、 c與d為非零的常數。
9. 如權利要求7所述的聲學回音消除方法，其中，參數a、 b、 c與d為1/2。
10. 如權利要求7所述的聲學回音消除方法，其中，產生該參考信號的 步驟包括由該參考產生器接收該輸出信號以產生該參考信號。
11. 如權利要求7所述的聲學回音消除方法，其中，產生該輸出信號的 步驟包括由該映像矩陣接收該參考信號以產生該輸出信號。
12. 如權利要求7所述的聲學回音消除方法，其中，該多通道聲學回音 消除器包括兩聲學回音消除器，每一聲學回音消除器僅耦接於一麥克風， 且每一聲學回音消除器包括一適應性有限脈衝響應濾波器，且其中，濾波該參考信號，用以產生該第一與第二濾波信號。
全文摘要
執行聲學回音消除的裝置及方法。該裝置包括映射矩陣，根據第一與第二遠端信號產生輸出信號；第一與第二喇叭，耦接於映射矩陣，以播放輸出信號；第一與第二麥克風，接收第一與第二回音信號，從第一與第二喇叭聲學耦接至該第一與第二麥克風，其中，第一與第二回音信號相關於輸出信號；參考產生器，根據第一與第二遠端信號，產生與該輸出信號線性相關的參考信號；及多通道聲學回音消除器，耦接於參考產生器與第一與第二麥克風，以對該參考信號進行濾波以產生第一與第二濾波信號，作為估計回音信號、將第一回音信號減去第一濾波信號以產生第一誤差信號、將第二回音信號減去第二濾波信號以產生第二誤差信號、以及將第一與第二誤差信號傳送至遠端。
文檔編號H04R3/02GK101370323SQ20081021047
公開日2009年2月18日 申請日期2008年8月15日 優先權日2007年8月15日
發明者馮毓鈞, 吳立德 申請人:美商富迪科技股份有限公司