专利名称：一种单讲状态下回声抵消的方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其是涉及视频会议中一种单讲状态下回声抵消的方法、 装置及系统。
背景技术：
视频会议可以让身处两地的与会者员面对面地进行交流，如图1所示为现有技术中本端会场的音频通信布局示意图，在本端会场100内，具有与会者IOla 101c，麦克风 102a 102c、扬声器103a 103c以及显示屏(未绘示)。麦克风10 102c除了采集与会者IOla IOlc的声音外(对应图1中虚线)，还采集扬声器103a 103c所对应的回声信号(对应图1中实线)。因此，为了保证通话质量，就需要对麦克风10 102c所采集的信号进行回声抵消，所谓回声抵消就是将麦克风10 102c所采集到的信号减去扬声器10 102c的回声信号。如图2所示为一种多声道回声抵消的原理框图，图中的m对应帧的顺序号，根据图 2，可以得出回声抵消的公式为E(m) =Y(m)-X(m) · H(m)公式(1)其中X(m)为远端传送过来的P路扬声器的回声信号，Y(m)为本端会场中拾取的 Q路麦克风信号，E (m)为最终估计的Q路最终残差信号，即去除回声后的麦克风信号，H(m) 为表征回声路径的滤波器系数。在现有的回声抵消系统中，由于X(m)和Y(m)都是可以实时采集到的，因此要得到 E(m)，必须估计表征回声路径的滤波器系数H(m)。同时得到E(m)后，还需再用E(m)更新 H(m)，具体的，可基于RLS算法或者LMS算法等算法来更新H(m)。确定H(m)后，利用公式 (1)即可去除麦克风信号X(m)中的回声信号。需要指出的是，上述H(m)的更新仅在“单讲”的条件下进行，即远端会场的与会者中当且仅当一个人在讲话，而本端会场中的与会者没有声音发出。而当“双讲”的时候，即远端会场的与会者中有两个以上的人同时讲话，或者远端会场有人讲话，同时本端会场也有人讲话时，H(m)并不执行更新。但是上述现有技术中，由于存在多条回声路径，因此需要估计多条回声路径的回声信号，即需要更新多条回声路径的滤波器系数H(m)，比如当图1中某一时刻处于上述“单讲”状态时，如果扬声器103a 103c均有回声信号，则需要更新3 X 3 = 9条回声路径的滤波器系数H(m)；如果扬声器103a 10 有回声信号，则需要更新2X3 = 6条回声路径的滤波器系数H(m)。可见，如果当扬声器的数量及麦克风的数量增加时，再进行回声抵消过程中需要更新的滤波器系数H (m)的数量将会大量增加，而更新滤波器系数H (m)的计算复杂度也会大幅增加，也从而需要提高处理器的处理能力，或者是需要增加处理器的个数，进而导致了硬件成本的增加
发明内容
本发明用于提供一种回声抵消的方法、装置及系统，用于减少回声抵消中需要更新的滤波器系数，降低回声抵消中对处理器性能的需求，减少硬件成本的付出。一方面，本发明实施例提供了一种单讲状态下的回声抵消的方法，该方法包括接收远端会场发送的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息；根据所述方位信息判断所述声音信号在本端会场中的所属播放区域；对所述声音信号进行双讲状态检测，如果处于单讲状态，则更新所述声音信号的所属播放区域对应回声路径的虚拟滤波器系数；利用所述虚拟滤波器系数进行回声抵消。另一方面，本发明实施例还提供了一种单讲状态下的回声抵消装置，包括接收单元，用于接收远端会场发送的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息；区域判断单元，用于根据所述方位信息判断所述声音信号在本端会场中的所属播放区域；双讲检测单元，用于对所述声音信号进行双讲状态检测；自适应更新单元，用于当所述虚拟声源仅处于单讲状态时，更新所述播放区域所对应回声路径的虚拟滤波器系数；回声抵消单元，用于利用所述虚拟滤波器系数进行回声抵消。另一方面，本发明实施例还提供了一种音频通信系统，所述系统包括麦克风阵列和如上所述的回声抵消装置，所述麦克风阵列用于采集远端会场的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息，所述回声抵消装置根据所述声音信号和所述方位信号采用如上所述的方法对本端会场所采集的声音信号进行回声抵消。本发明实施例在进行回声抵消时，只需要更新声音信号所属区域所对应的回声路径的虚拟滤波器系数，即同一时刻最多只需要更新和麦克风阵列数量相同的虚拟滤波器系数，因此大幅降低了回声抵消时的运算复杂度，从而降低了回声抵消中对处理器性能的需求，减少了硬件成本的付出。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中本端会场的音频通信布局示意图；图2为一种多声道回声抵消的原理框图；图3为本发明实施例提供的一种单讲状态下回声抵消的方法流程示意图；图4为本发明实施例提供的本端会场中虚拟声源的模拟示意图；图5为本发明实施例提供的一种虚拟声源合成环境的俯视图；图6为图5的简化示意图；图7所示为本发明实施例提供的另一种虚拟声源合成环境的简化俯视图；图8为本发明实施例提供的另一种单讲状态下回声抵消的方法流程示意图；图9为本发明实施例提供的一种回声抵消的工作示意图；图10为本发明实施例提供的一种单讲状态下回声抵消装置的结构示意图；图11为本发明实施例提供的一种区域判断单元的结构示意图；图12为本发明实施例提供的另一种单讲状态下回声抵消装置的结构示意5CN 102387269 A
说明书
3/11 页 图13为本发明实施例提供的一种音频通信系统的结构示意图；图14为本发明实施例提供的另一种音频通信系统的结构示意图；图15为本发明实施例提供的一端会场的布局示意图；图16为图15中一个麦克风所对应的回声路径示意图；图17为图15中某一时刻需要更新的虚拟滤波器系数所对应的回声路径示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图3所示为本发明实施例提供的一种单讲状态下回声抵消的方法流程示意图， 本实施例是从本端的回声抵消装置侧对本发明所作的描述，该方法包括如下步骤S301 接收远端会场发送的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息；在本实施例中，远端会场可以通过设置一个或多个麦克风阵列来实现远端声音信号及与该声音信号所对应方位信息的采集(比如利用到达时间差(Time Difference of Arrival, TDOA)技术)，然后将采集到的信号发送给本端会场的回声抵消装置。S302 根据所述方位信息判断所述声音信号在本端会场中的所属播放区域；在视频会议中，远端会场的景象会在本端会场的显示设备上进行重放，为了能使本端会场的与会者感受到远端会场正在讲话的与会者的正确方位，需要根据上述方位信息判断上述声音信号在本端会场(显示设备)中所属的播放区域，该播放区域与远端会场发出上述声音信号的与会者的实际位置相对应。S303 对所述声音信号进行双讲状态检测，如果仅处于单讲状态，则更新所述播放区域所对应回声路径的虚拟滤波器系数；在本实施例中可以模拟远端会场与会者从本端会场中的上述播放区域发出上述声音信号，从而本端会场与会者可以感受到上述声音是从期望的方向发出的，使得本发明实施例可以在本端真实地模拟现场会议，该模拟的声音信号在本实施例中可以称之为虚拟声源。作为本发明的一个实施例，可以利用幅度矢量合成定位(Vector Base Amplitude Panning,VBAP)技术通过多个扬声器来实现上述虚拟声源的效果。下面以两个扬声器来进行举例说明如图4所示为本发明实施例提供的本端会场中虚拟声源的模拟示意图，其中显示设备403用于呈现远端会场的影像，影像404为远端会场中的与会者在显示设备403 中的影像。如果扬声器401a和扬声器401b发出的声音是相同的，那么本端会场与会者402 实际听到的影像404的声音是从扬声器401a和扬声器401b的中心连线的中点位置P1发出的。而实际上与会者402听到影像404的声音应该是从P2位置发出，也就是在这种情况下与会者402并没有感受到正确的声音方位。而如果采用VBAP技术，就能将影像404对应的与会者发出的声音虚拟在P2位置发出，从而使得与会者402感受到了声音的正确方位。以图4为例，本步骤中所称虚拟声源即为从P2位置发出影像404所对应的远端与会者的声音，而虚拟滤波器系数即为P2位置到本端麦克风的回声路径的滤波器系数。
S304 利用所述虚拟滤波器系数进行回声抵消。本端的回声抵消装置可以将上述更新的虚拟滤波器系数代入公式(1)中来对本端麦克风阵列所采集到的声音信息进行回声抵消操作。对于本端会场与会者讲话，远端会场与会者收听的情况，和上述情况相似，在此不再赘述。本发明实施例在进行回声抵消时，只需要更新声音信号所属区域所对应回声路径的虚拟滤波器系数，当本端麦克风阵列数量为Q时，虚拟声源到麦克风阵列的回声路径为Q 条，因此同一时刻最多只需要更新Q个虚拟滤波器系数，相对于现有技术中有可能最多需要更新PXQ(P为本端扬声器的数量)个滤波器系数来说，大幅降低了回声抵消时的运算复杂度，从而降低了回声抵消中对处理器性能的需求，减少了硬件成本的付出。另外本发明实施例使得与会者可以感受远端讲话人从期望的方位发出声音，使得视频会议更加逼真。下面对本发明实施例对利用更新的虚拟滤波器系数进行回声抵消的实施方式进行说明首先以两个扬声器合成虚拟声源为例来进行说明，如图5所示为本发明实施例提供的一种虚拟声源合成环境的俯视图，该环境中包括扬声器501a、扬声器501b及与会者 503，其中扬声器501a和扬声器501b的位置固定不动，虚拟声源502所在位置为要虚拟的声源的位置。在本实施例中以与会者503为中心在平面上划分X和Y轴，通道1为扬声器 501a到与会者503之间的通道，通道2为扬声器501b到与会者503之间的通道，通道3为虚拟声源502所在位置到与会者503之间的通道，Zp为通道3和Y轴的夹角，Z外为通道1 和通道2与Y轴的夹角，且0° <φ0< 90° ,Ζφ < Ζφ0。基于上述环境，立体声幅度合成可以用公式表示如下幻2+S=C公式O)= llj^公式(3) sin 外 +^2上式中&通道1信号幅度的增益因子，g2通道2信号幅度的增益因子，gl,g2e
，C是一个定值，它是控制声音距离的参数，虚拟声源502的位置距离与会者503距离越大，则C越小，反之，则越大。考虑到扬声器501a和扬声器501b到与会者503的距离，可以认为虚拟声源502 的位置是和两个扬声器位于同一条直线上的，图5可以简化成如图6所示。如图6所示，虚拟声源502距离Y轴的距离为d2，扬声器501a和扬声器301b到Y轴的距离为dl，可以得到
sin d, 二寸二 R 公式(4) Sin^0 Ci1将公式(4)代入公式(3)可以得到= &公式(5) “1- 6 2联合公式⑵、公式(5)可以得到gl = (l + R)· ^^ 公式(6)
权利要求
1.一种单讲状态下的回声抵消的方法，其特征在于，所述方法包括接收远端会场发送的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息；根据所述方位信息判断所述声音信号在本端会场中的所属播放区域；对所述声音信号进行双讲状态检测，如果处于单讲状态，则更新所述声音信号的所属播放区域对应回声路径的虚拟滤波器系数；利用所述虚拟滤波器系数进行回声抵消。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述方位信息判断所述声音信号在本端会场中的所属播放区域包括将本端会场划分成多个播放区域；根据所述方位信息获得对应所述多个播放区域的区域系数；根据所述多个播放区域的区域系数获得所述方位信息在本端会场中的所属播放区域。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收远端会场发送的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息之后还包括对所述声音信号进行增强处理来抑制所述声音信号中的干扰信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方位信息包括一维坐标信息。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟滤波器系数为多个扬声器所对应回声路径的滤波器系数以及所述多个扬声器的通道信号幅度的增幅因子的加权和，所述利用所述虚拟滤波器系数进行回声抵消包括将本端会场采集的麦克风信号减去所述本端会场扬声器对应回声路径的回声信号与所述虚拟滤波器系数的乘积，得到经过回声抵消后的麦克风信号。
6.一种单讲状态下的回声抵消装置，其特征在于，包括接收单元，用于接收远端会场发送的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息；区域判断单元，用于根据所述方位信息判断所述声音信号在本端会场中的所属播放区域；双讲检测单元，用于对所述声音信号进行双讲状态检测；自适应更新单元，用于当所述虚拟声源仅处于单讲状态时，更新所述播放区域所对应回声路径的虚拟滤波器系数；回声抵消单元，用于利用所述虚拟滤波器系数进行回声抵消。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述区域判断单元包括区域划分模块，用于将本端会场划分成多个播放区域；区域系数获取模块，用于根据所述方位信息获得对应所述多个播放区域的区域系数；区域判断模块，用于根据所述多个播放区域的区域系数获得所述方位信息在本端会场中的所属播放区域。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括声音信号增强处理单元，用于对远端会场发送的所述声音信号进行增强处理；所述双讲检测单元，还用于对经过增强处理的声音信号进行双讲状态检测。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述回声抵消单元具体用于将本端会场采集的麦克风信号减去本端会场扬声器对应回声路径的回声信号与所述虚拟滤波器系数的乘积，得到经过回声抵消后的麦克风信号，所述虚拟滤波器系数为多个扬声器所对应回声路径的滤波器系数以及所述多个扬声器的通道信号幅度的增幅因子的加权和。
10. 一种音频通信系统，其特征在于，所述系统包括麦克风阵列和如权利要求6-9任一所述的回声抵消装置，所述麦克风阵列用于采集远端会场的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息，所述回声抵消装置根据所述声音信号和所述方位信号采用如权利要求 1-5任一所述回声抵消的方法对本端会场所采集的声音信号进行回声抵消。
全文摘要
本发明实施例提供了一种回声抵消的方法、装置和系统，包括接收远端会场发送的声音信号和与所述声音信号所对应的方位信息；根据所述方位信息判断所述声音信号在本端会场中的所属播放区域；对所述声音信号进行双讲状态检测，如果处于单讲状态，则更新所述声音信号的所属播放区域对应回声路径的虚拟滤波器系数；利用所述虚拟滤波器系数进行回声抵消。本发明实施例在进行回声抵消时，只需要更新声音信号所属区域所对应回声路径的虚拟滤波器系数，即同一时刻最多只需要更新和麦克风阵列数量相同的虚拟滤波器系数，因此大幅降低了回声抵消时的运算复杂度，从而降低了回声抵消中对处理器性能的需求，减少了硬件成本的付出。
文档编号H04N7/14GK102387269SQ201010268880
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者王东琦, 詹五洲 申请人:华为终端有限公司