专利名称：用于自适应回声和噪声控制的方法与装置的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种用于自适应回声和噪声控制的方法与装置。更具体地，本公开涉及一种用于基于噪声条件重新配置噪声抑制和回声抵消的方法与装置。
背景技术：
当前，通信设备用于具有各种噪声水平的各种不同环境中。例如，移动电话可能用于办公室、娱乐场所、体育竞赛、聚会、汽车中等等。作为另一个例子，传统电话可以用于办公室、建筑工地、家中等等。不幸的是，这些不同的环境具有不同的噪声水平，从而会引发问题，因为不同噪声水平会造成通信困难。因此，噪声抑制可用于通信设备，用来增强通信。这产生了关于为达到最优通信质量而确定合适的噪声抑制量的另外的问题。
还存在另一问题，因为许多通信设备可能具有扬声器或者可能使用喇叭扩音器或车载工具来提供免提操作。这造成了声学回声的问题，其会导致用户听到通信设备上所通信内容的回声。这个回声是由通信设备的麦克风对扬声器的音频输出拾音从而导致通信发起方原始发送的音频重新发送回通信发起方而造成的。基于回声幅度和通信发起方听到回声的延迟时间，这个回声对于语音通信会具有非常大的破坏性。为了克服回声问题，可以使用自适应回声抵消器。不幸的是，回声抵消性能严重地受到近端环境噪声以及近端语音(诸如双向通话doubletalk)存在性的影响。当用于噪声环境中时该性能可能不是优化的，当用于噪声环境中的双向通话时甚至可能无法实施。而且，噪声抑制与回声抵消的使用会导致额外的问题。这些问题的出现是由于噪声抑制得到的信号会导致效率减低的回声抵消。而且，噪声环境中的回声抵消当在噪声抑制之前执行时可能是无效。
因此，需要一种用于自适应回声和噪声控制的方法与装置。
将结合后面的附图来描述本发明的实施例，其中相似的参考标号表示类似的元素，并且，其中图1是根据一个实施例的通信设备的示例框图；图2是根据相关实施例的自适应回声和噪声控制系统的示例框图；图3是根据相关实施例的回声抵消器的示例框图；图4是根据相关实施例的噪声抑制器的示例框图；图5是根据一个实施例、说明自适应回声和噪声控制系统的操作的示例流程图；图6是根据一个实施例的自适应回声和噪声控制系统的高噪声设置的示例框图；以及图7是根据一个实施例的自适应回声和噪声控制系统的低噪声设置的示例框图。
具体实施例方式
本公开提供一种用于自适应回声和噪声控制的方法与装置。根据一个实施例，本公开提供一种电子设备。该电子设备可包括音频输入，配置为接收一接收信号；音频输出，配置为输出一输出信号；收发信机，配置为发射一发射信号；以及自适应回声和噪声控制系统，连接到音频输入、音频输出和收发信机。自适应回声和噪声控制系统可包括回声抵消器和噪声抑制器。自适应回声和噪声控制系统可配置为基于接收信号中的噪声量自适应地确定回声抵消和噪声抑制的顺序，从而产生所需信号。自适应回声和噪声控制系统还可配置为发送所需信号到收发信机。
回声抵消器可包括最小均方(LMS)自适应滤波器和双向通话检测器以及减少或抵消点。噪声抑制器可包括频域变换器、噪声消除器和抑制控制、多信道噪声抑制点、以及时域变换器。自适应回声和噪声控制系统还可进一步配置为通过如下操作自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序比较背景噪声和至少一个阈值，如果背景噪声低于该至少一个阈值则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，如果背景噪声高于该至少一个阈值则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
该自适应回声和噪声控制系统另外可以配置为通过如下操作自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序如果背景噪声低于至少一个阈值的第一阈值则在对信号进行噪声抑制前线进行回声抵消，如果背景噪声高于至少一个阈值的第二阈值则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。第二阈值可以基于当抑制环境噪声的受益超过噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损害时的噪声阈值而确定。第一阈值可以基于当噪声抑制的非线性效应对回声抵消的受益超过对环境噪声进行噪声抑制的损害时的噪声阈值而确定。第二阈值可以比第一阈值大，例如，用于产生滞后区，以避免切换振荡。自适应回声和噪声控制系统还可以配置为设置指标来指示回声抵消和噪声抑制的当前顺序。噪声量可基于当在电子设备的音频输入处没有接收到所需输入也没有声学回声时估计的和平滑的噪声水平。
图1是根据另一实施例的通信设备100的示例框图。通信设备100可能是诸如蜂窝电话的移动通信设备，也可能是电话、个人计算机、个人数字助理、或能够发送和接收通信信号的任意其他设备。通信设备100可包括音频输出130、音频输入140、自适应回声和噪声控制系统110以及控制器120。通信设备100还可包括声码器150和收发信机160。收发信机160可包括发射机和/或接收机。音频输入140可以包括麦克风、附加的喇叭扩音器、头戴式耳机、车载工具或任意其他音频输入设备。音频输出130可包括扬声器、变换器、附加的喇叭扩音器、头戴式耳机、车载工具或任意其他音频输出设备。所有或某些部件可能驻留在控制器120内部。而且，所有或某些部件可能实现为硬件或软件。
操作中，音频输出130可以生成输出声学信号。音频输入140可接收输入声学信号，诸如语音。输入声学信号可包括所需信号成分、噪声信号成分、以及回声信号成分。控制器120可以控制通信设备100的操作。例如，控制器120可以发送命令信号到自适应回声和噪声控制系统110来启用、停用和控制自适应回声和噪声控制系统110的操作。声码器150可用来压缩和解压缩音频流以减小发射信号的带宽和/或数据速率。声码器150根据所使用的通信设备的类型而不必是通信设备100操作所必需的。收发信机160可以通过诸如无线网络、陆线网络、广域网或任意其他通信网络的网络发射和接收信号。例如，收发信机160可以适用于无线或有线电话。收发信机160可用于IP语音(voice over IP)、用于无绳电话、用于无线电话、用于具有附加的喇叭扩音器的电话、或用于任意其他通信设备。
根据一个实施例，自适应回声和噪声控制系统110可以自适应地去除或减少信号中的回声和噪声。例如，自适应回声和噪声控制系统110可以自适应地去除或减少音频输入140所接收到的声学信号中的回声和噪声。自适应回声和噪声控制系统110可以工作在基于帧的信号、采样信号、或者任意其他信号类型。
根据相关实施例，自适应回声和噪声控制系统110可以在通信设备100的输入140接收信号，确定信号中的背景噪声，并且基于信号中的背景噪声来自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序。自适应回声和噪声控制系统110可以通过比较背景噪声和至少一个阈值来确定噪声抑制和回声抵消的顺序，如果背景噪声低于至少一个阈值则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，如果背景噪声高于至少一个阈值则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。背景噪声可以基于当通信设备100的输入140处没有接收到所需输入和回声时估计和平滑的噪声水平。自适应回声和噪声控制系统110还可以这样自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序如果背景噪声低于至少一个阈值的第一阈值则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，如果背景噪声高于至少一个阈值的第二阈值则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。第二阈值可以基于抑制环境噪声的受益超过噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损伤时的噪声阈值而确定。第一阈值可以基于噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损伤超过抑制环境噪声的受益时的噪声阈值而确定。第二阈值可以大于第一阈值，例如，以产生滞后区域，从而避免切换振荡。自适应回声和噪声控制系统110可以设置指标来指示回声抵消和噪声抑制的当前顺序。
根据另一实施例，自适应回声和噪声系统110可以在移动通信设备的输入140处接收声学信号，该声学信号可以包括语音成分、回声成分和噪声成分，获取声学信号中的噪声成分，比较噪声成分和至少一个阈值，配置回声抵消和噪声抑制的顺序以在噪声成分低于至少一个阈值时在对声学信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消从而获取所需信号，配置回声抵消和噪声抑制的顺序以在噪声成分高于至少一个阈值时在对声学信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制从而获取所需信号，以及发射所需信号。自适应回声和噪声控制系统110还可以设置指标来指示回声抵消和噪声抑制的当前顺序。
图2是根据相关实施例的自适应回声和噪声控制系统110的示例框图。自适应回声和噪声控制系统110可以包括自适应回声和噪声控制系统控制器210、回声抵消器220和噪声抑制器230。操作中，自适应回声和噪声控制系统控制器210可以控制自适应回声和噪声控制系统110的操作。例如，自适应回声和噪声控制系统控制器210可以控制到回声抵消器220和噪声抑制器230的信号的路由，以便自适应地修改回声抵消和噪声抑制的顺序。回声抵消器220可以自适应地去除和/或减小音频输入140所接收到的信号中的声学回声。噪声抑制器230可以自适应地去除和/或减小音频输入140所接收到的信号中的背景噪声。自适应回声和噪声控制系统控制器210随后可以取得到的回声抵消后和噪声抑制后的所需信号，并将该信号发送到收发信机160以便发送。
图3是根据相关实施例的回声抵消器220的示例框图。回声抵消器220可包括最小均方(LMS)自适应控制和双向通话检测器310、自适应滤波器320以及抵消点330。操作中，LMS自适应控制和双向通话检测器310可以基于输入信号340、回声残余信号以及基于在输入350从收发信机160接收到的信号来控制自适应滤波器320。该回声残余信号可以基于来自输入340的信号能量和在抵消点330之后来自回声抵消后信号的信号能量。抵消点330可以用输入340处的信号减去自适应滤波器320的输出，以获取回声抵消后的信号。
图4是根据相关实施例的噪声抑制器230的示例框图。噪声抑制器230可包括频域变换器410、信道噪声估计和自适应抑制控制模块420、多信道噪声抑制点430以及时域变换器440。操作中，噪声抑制器230可接收包括所需信号部分和非所需信号部分的信号。例如，该信号可包括语音和噪声。频域变换器410可以将输入信号从时域变换到频域，例如，使用快速傅立叶变换(FFT)。信道噪声估计和抑制控制模块420可包括语音活动性检测(VAD)。其基于输入信号生成噪声估计并控制多信道噪声抑制点430，以自适应地、有选择地在不同频率信道中抑制环境噪声。时域变换器440可将噪声抑制后的信号从频率转换到时域，用来生成输出信号。应该理解，噪声估计和抑制也可在时域中实施以去除或减少非所需信号部分。
图5是根据另一实施例、说明自适应回声和噪声控制系统110的操作的示例流程图500。在步骤505，流程开始。在步骤510，自适应回声和噪声控制系统110初始化回声抵消器220、噪声抑制器230以及回声抵消器和噪声抑制处理的初始顺序。例如，自适应回声和噪声控制系统110可以设置指标，诸如标志，来指示噪声抑制和回声抵消的当前顺序。根据一个实施例，该顺序最初设置为低噪声顺序，即回声抵消先于噪声抑制进行。该顺序在低噪声环境中是有用的，因为噪声抑制会是可导致对回声抵消的损伤效应的非线性过程。但是，在高噪声环境中，噪声抑制的受益超过了这个损伤效应。这样，对于高噪声环境，顺序就会反过来。在步骤515，自适应回声和噪声控制系统110可以获取由噪声抑制器230所确定的当前总噪声水平，例如，通过对所有或某些频率信道的噪声信号能量求和。而且，可以基于用于平滑滤波操作的对噪声水平的低通滤波而进行对总噪声能量TN的平滑。在步骤520，自适应回声和噪声控制系统110可以确定噪声抑制和回声抵消的当前顺序。例如，顺序可以是基于步骤510中设置的指标而确定的。如果自适应回声和噪声控制系统110确定顺序是低噪声顺序，在步骤525，自适应回声和噪声控制系统110确定总噪声能量是否大于或等于高噪声阈值THIGH。如果否的话，自适应回声和噪声控制系统110维持当前的低噪声状态并继续在步骤515的处理。如果是的话，在步骤530，自适应回声和噪声控制系统110切换到高噪声设置。例如，自适应回声和噪声控制系统110可以通过首先噪声抑制进入的信号、然后回声抵消被噪声抑制后的信号而切换到高噪声设置，如图6中所示。在步骤535，自适应回声和噪声控制系统110可以设置指标或标志来指示高噪声设置，并返回到步骤515。
如果在步骤520，自适应回声和噪声控制系统110确定当前顺序是高噪声顺序，在步骤540，自适应回声和噪声控制系统110确定总噪声能量是否小于或等于低噪声阈值TLOW。低噪声阈值可能等于或小于高噪声阈值。例如，为了便于确定，低噪声阈值和高噪声阈值可能相等。另外，低噪声阈值和高噪声阈值可能不同，以便更好的系统稳定性。低噪声阈值和高噪声阈值都可能根据试验而确定，以确定其最优值。如果总噪声能量不小于或等于低噪声阈值，自适应回声和噪声控制系统110维持当前高噪声状态并且继续在步骤515的处理。如果在步骤540，总噪声能量小于或等于低噪声阈值，在步骤545，自适应回升和噪声控制系统110切换到低噪声设置。例如，自适应回声和噪声控制系统110可以通过首先回声抵消进入的信号、然后噪声抑制被回声抵消后的信号来切换到低噪声设置，如图7所示。在步骤550，自适应回声和噪声控制系统110可以设置指标或标志来指示低噪声设置，并且可以返回到步骤515。
本发明的方法优选是在可编程处理器上实现的。但是，控制器120、自适应回声和噪声控制系统110、和/或通信设备100的任何其他部件还可以在通用或专用计算机、编程的微处理器或微控制器以及外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、诸如离散元件电路的硬件电子或逻辑电路、诸如PLD、PLA、FPGA或PAL的可编程逻辑器件等上实现。一般地，其上驻留有能够实现附图中所示流程的有限状态机的任何设备都可用来实现本发明的处理器功能。
尽管通过特定实施例描述了本发明，很明显，本领域技术人员将认识到许多的替换、修改和变化。例如，实施例中的各种部件可能在其他实施例中被交换、增加、或代替。而且，每幅附图中的所有元素并不一定是所公开的实施例所必需的。例如，本领域普通技术人员通过所公开的实施例，但只是简单地使用独立权利要求中的元素，就能够做出并使用发明。因此，这里所阐述的本发明的优选实施例应被视为是说明性的，而非限定。在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化。
权利要求书(按照条约第19条的修改)(根据PCT条约第19条的修改)1.一种在通信设备中用于回声和噪声控制的方法，包括在通信设备的输入处接收信号；确定信号中的背景噪声；以及基于信号中的背景噪声自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序的步骤进一步包括比较背景噪声和至少一个阈值；如果背景噪声小于所述至少一个阈值，则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消；以及如果背景噪声大于所述至少一个阈值，则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述的背景噪声基于当在通信设备的输入处没有接收到所需输入时的估计的噪声水平。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述的自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序的步骤进一步包括如果背景噪声小于所述至少一个阈值的第一阈值，则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消；以及如果背景噪声大于所述至少一个阈值的第二阈值，则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述的第二阈值是基于当抑制环境噪声的受益超过噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损伤时的噪声阈值而确定的。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述的第一阈值是基于当噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损伤超过对环境噪声进行噪声抑制的受益时的噪声阈值而确定的。
7.一种电子设备，包括音频输入，配置为接收一接收信号；音频输出，配置为输出一输出信号；收发信机，配置为发射一发射信号；以及自适应回声和噪声控制系统，连接到所述音频输入、所述音频输出和所述收发信机，该自适应回声和噪声控制系统包括回声抵消器；和噪声抑制器，其中，所述的自适应回声和噪声控制系统配置为基于接收信号中的噪声量自适应地确定回声抵消和噪声抑制的顺序，以产生所需信号，以及其中，所述的自适应回声和噪声控制系统进一步配置为发送所述的所需信号到所述收发信机。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述的回声抵消器包括自适应滤波器；最小均方自适应控制和双向通话检测器；以及抵消点。
9.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述的噪声抑制器包括频域变换器；噪声估计器和自适应噪声抑制控制器；多信道噪声抑制点；和时域变换器。
10.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述的自适应回声和噪声控制系统进一步配置为通过以下操作自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序比较背景噪声和至少一个阈值，如果背景噪声小于所述至少一个阈值，则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，以及如果背景噪声大于所述至少一个阈值，则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述的自适应回声和噪声控制系统进一步配置为通过以下操作自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序如果背景噪声小于所述至少一个阈值的第一阈值，则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，以及如果背景噪声大于所述至少一个阈值的第二阈值，则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
权利要求
1.一种在通信设备中用于回声和噪声控制的方法，包括在通信设备的输入处接收信号；确定信号中的背景噪声；以及基于信号中的背景噪声自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序的步骤进一步包括比较背景噪声和至少一个阈值；如果背景噪声小于所述至少一个阈值，则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消；以及如果背景噪声大于所述至少一个阈值，则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述的背景噪声基于当在通信设备的输入处没有接收到所需输入时的估计的噪声水平。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述的自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序的步骤进一步包括如果背景噪声小于所述至少一个阈值的第一阈值，则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消；以及如果背景噪声大于所述至少一个阈值的第二阈值，则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述的第二阈值是基于当抑制环境噪声的受益超过噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损伤时的噪声阈值而确定的。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述的第一阈值是基于当噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损伤超过对环境噪声进行噪声抑制的受益时的噪声阈值而确定的。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述的第二阈值大于第一阈值。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括设置指标来指示回声抵消和噪声抑制的当前顺序。
9.一种电子设备，包括音频输入，配置为接收一接收信号；音频输出，配置为输出一输出信号；收发信机，配置为发射一发射信号；以及自适应回声和噪声控制系统，连接到所述音频输入、所述音频输出和所述收发信机，该自适应回声和噪声控制系统包括回声抵消器；和噪声抑制器，其中，所述的自适应回声和噪声控制系统配置为基于接收信号中的噪声量自适应地确定回声抵消和噪声抑制的顺序，以产生所需信号，以及其中，所述的自适应回声和噪声控制系统进一步配置为发送所述的所需信号到所述收发信机。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述的回声抵消器包括自适应滤波器；最小均方自适应控制和双向通话检测器；以及抵消点。
11.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述的噪声抑制器包括频域变换器；噪声估计器和自适应噪声抑制控制器；多信道噪声抑制点；和时域变换器。
12.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述的自适应回声和噪声控制系统进一步配置为通过以下操作自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序比较背景噪声和至少一个阈值，如果背景噪声小于所述至少一个阈值，则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，以及如果背景噪声大于所述至少一个阈值，则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述的自适应回声和噪声控制系统进一步配置为通过以下操作自适应地确定噪声抑制和回声抵消的顺序如果背景噪声小于所述至少一个阈值的第一阈值，则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，以及如果背景噪声大于所述至少一个阈值的第二阈值，则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述的第二阈值是基于当抑制环境噪声的受益超过噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损伤时的噪声阈值而确定的。
15.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述的第一阈值是基于当噪声抑制的非线性效应对回声抵消的损伤超过对环境噪声进行噪声抑制的受益时的噪声阈值而确定的。
16.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述的第二阈值大于第一阈值。
17.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述的自适应回声和噪声控制系统进一步配置为设置指标来指示回声抵消和噪声抑制的当前顺序。
18.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述的噪声量基于当在所述电子设备的所述音频输入处没有接收到所需输入时的估计的噪声水平。
19.一种在移动通信设备中用于回声抵消和噪声抑制的方法，包括在移动通信设备的输入处接收声学信号，所述声学信号包括语音成分、回声成分和噪声成分；获取声学信号中的噪声成分；比较所述噪声成分和至少一个阈值；配置回声抵消和噪声抑制的顺序以在所述噪声成分小于所述至少一个阈值时在对声学信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，从而获取所需信号；配置回声抵消和噪声抑制的顺序以在所述噪声成分大于所述至少一个阈值时在对声学信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制，从而获取所需信号；以及发射所述的所需信号。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括设置指标来指示回声抵消和噪声抑制的当前顺序。
全文摘要
公开一种用于自适应回声和噪声控制的方法(500)与装置(100)。可以在通信或电子设备的输入(140)处接收信号。可以确定信号中的背景噪声。基于信号中的背景噪声可以自适应地确定(110)噪声抑制和回声抵消的顺序。可通过以下操作来自适应地确定噪声抑制(230)和回声抵消(220)的顺序比较背景噪声和至少一个阈值，如果背景噪声小于至少一个阈值则在对信号进行噪声抑制之前先进行回声抵消，如果背景噪声大于至少一个阈值则在对信号进行回声抵消之前先进行噪声抑制。
文档编号H04MGK1875611SQ200480031720
公开日2006年12月6日 申请日期2004年11月17日 优先权日2003年11月20日
发明者潘建华 申请人:摩托罗拉公司(在特拉华州注册的公司)