专利名称：回声消除设备中用于改进的重话免疫的延迟自适应结构的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电信，具体而言涉及通信路径中的回声消除/抑制和重话(double-talk)检测。
背景技术：
为了消除电话网中由混合式变压器生成的线路回声，以及免提通信设 备中由扬声器信号反射进入麦克风所生成的声学回声，自适应回声消除器 已被使用了几十年(参见Benesty等所著、2001年Springer出版的"Advances in network and acoustic echo cancellation (网络禾口声学回声消除 进展)"，以及E.Hansler禾卩G.Schmidt所著、2004年Wiley出版的"Acoustic echo and noise control, a practical approach (声学回声及噪声控 制， 一种实用方法)")。最近，电话网中语音编码的使用以及基于数据包的电话技术的出现增 加了电话通信中的延迟。这种增加的延迟加重了回声效应，因此需要更好 的回声消除器。回声消除算法中一个已知问题是在双方同时参与通信讲话的所谓"重 话"阶段中的发散(divergence)。如果让回声消除器去自适应，它会把重 话干扰信号视为回声，导致其自适应滤波器的严重误对准及其性能的剧烈 恶化。历史上，在回声消除器中用来避免重话期间的发散的最流行的技术是 使用重话检测(DTD)算法，该算法检测重话并冻结(或大幅度减慢)这 些时间间隔期间的自适应。重话检测器已成为学术层和业界深入研究的主 题，产生了许多公开物(参见美国专利6,775,653; 6,804,203; 6,944,288以 及S.Gay和J.Benesty所著、2000年Kluwer出版的"Acoustic signal processing for telecommunication (电讯声学信号处理)")。这禾中现有技
术DTD算法的包括从简单的基于能量的算法，如Geigel算法(参见D丄. Duttweiler所著 "A twelve-channel digital echo canceller (——禾中十二通道数 字回声消除器)"，1978年5月刊登于IEEE Trans. Commun.第26巻647-653页)，到例如归一化互相关DTD (参见J. Benesty, D.R. Morgan和J H. Cho所著"A new class of doubletalk detectors based on cross-correlation (基于互相关的一类新的重话检测器)"，2000年3月刊登于IEEE Trans. Speech Audio Processing)或频域相干DTD (参见T. Gansler， M. Hansson， C. J. Ivarsson禾口 G. Salomonsson所著"A double-talk detector based on coherence (—种基于相干性的重话检测器)"，1996年11月刊登于IEEE Trans. Commun.第44巻1421-1427页)之类的高级算法。作为一般规则，在检测率和可靠性方面提供了最佳性能的算法使用某种 时间平均来推断其决定，所以往往在触发信号以冻结回声消除器的自适应 过程时呈现一些等待时间。因此，在重话时间间隔一开始仍会出现一些发 散情况，会对通信质量不利。K. Ochiai， T. Araseki禾n T. Ogihara所著、1977年6月IEEE Trans. Commun.第25期589-595页刊登的"Echo canceller with two echo path models (带有双回声通道模式的回声消除器)"提出了一种双滤波器结构 来保护回声消除器以防止重话期间的发散。给出两个横向滤波器来实现双 滤波器结构， 一个是自适应的，另一个是固定的。J. Liu所著、2001年1 月正EE Signal Processing Letters第8巻第1期20-22页刊登的"A Novel Adaptation Scheme in the NLMS Algorithm for Echo Cancellation (用于回声 消除的NLMS算法中的新的自适应方案)"提出了一种替代的双滤波器结 构，其中固定滤波器被替换成非常缓慢的自适应滤波器。无论哪种情况 下，当非常肯定自适应滤波器在回声消除方面的性能超过固定(或缓慢自 适应)滤波器时，固定(或缓慢自适应)滤波器利用自适应滤波器的内容 被更新。许多双滤波器结构的变体已被提出(例如，参见美国专利6, 947, 549以及上面讨论过的J. Liu提出的自适应方案)。这些现有技术结构的 一个普遍问题是它们需要至少一个额外的滤波操作和一个第二存储器缓冲 器来存储第二滤波器的系数
发明内容
本发明的一个方面是提供一种回声消除器结构，该结构改善了回声消 除器对重话过程中的发散问题的免疫力，而不必为与现有技术双滤波器结 构相关的大内存需求所困。具体而言，提出了一种回声消除器结构，其中自适应过程被延迟以便DTD算法作用在"先行(look-ahead)"数据上，因此避免了上述DTD触 发的等待时间效应。尽管如此，优选实施例的回声消除器不在实际信号路 径中引入延迟，因此对自适应过程的主要收敛性质没有不利影响。上述方面可以通过这样一个系统实现，该系统具有用于接收参考信号 并适应输入信号的自适应滤波器部件；以及用于探测干扰信号对输入信号 的破坏并且在响应中限制自适应滤波器部件的自适应过程的部件，其中输 入信号的延迟版本被施加给自适应滤波部件，同时将输入信号不加延迟地 施加给检测破坏的部件。根据另一方面，提供了一种回声消除器，包括第一延迟线，用于接收参考信号并生成参考信号的延迟版本；第二延迟线，用于接收包含参考 信号回声并被干扰信号破坏的输入信号、以及生成输入信号的延迟版本； 双自适应滤波器，用于接收参考信号、参考信号的延迟版本以及输入信号 的延迟版本，并且在响应中生成适应输入信号的回声估计信号，其中滤波 器基于参考信号的延迟版本和反馈误差信号，适应输入信号；第一减法 器，用于从输入信号的延迟版本中减去回声估计信号并且在响应中生成反 馈误差信号；第二减法器，用于从输入信号中减去回声估计信号，并且在 响应中生成输出信号；以及附加部件，用于探测干扰信号对输入信号的破 坏，并且在响应中限制自适应滤波器部件的自适应过程。这些连同随后将显而易见的其他方面和优点存在于下述结构和操作的 细节中，这些结构和细节将在下文中结合附图更全面地描述和要求。
图1遵循延迟的LMS (最小均方)算法的现有技术回声消除器的结构
图；图2是根据本发明第一方面的回声消除器的结构图；以及 图3是根据本发明优选实施例的回声消除器的结构图。
具体实施方式
参考图1，该图示出了用于解决结合了 DTD算法的回声消除器中的触发等待时间的现有技术问题的现有技术回声消除器结构被示出。回声消除器1尝试利用自适应滤波器5对回声路径3的传输函数进行建模。参考信 号6被施加到滤波器5的输入端和相关的回声路径3，以便可以通过仅从 减法器7处收到的输入信号中减去传递过回声消除器的估计出的回声信号 来消除估计出的回声。若回声路径的模型的传输函数与回声路径3的传输 函数一模一样，则回声信号成分被完全消除(即误差信号9将为0)。误 差信号用于自适应过程，以便回声消除器收敛到正确的传输函数。 一般 地，像LMS (Least-Mean-Square，最小均方)之类的算法用于对回声路径 进行近似。重话检测器11用于检测重话13，并在响应中冻结回声消除器1的自 适应过程，如本领域所公知。非线性处理器(NLP)部件14的作用是去掉 回声消除后剩下的回声，如本领域所公知以及例如上述J. Benesty等著作 中所描述。为了在自适应过程中引入延迟，在误差信号到自适应滤波器5的反馈 路径中引入了延迟线15。这与公知的延迟LMS算法相对应(参见G. Long, F. Ling和J. G. Proakis所著、1989年9月IEEE Trans. Ac.， Speech and Sig. Proc.第37巻第9期1397-1405页刊登的"The LMS algorithm w他 delayed coefficient adaptation (带有延迟系数的自适应过程的LMS算 法)")。但是，由于执行滤波器系数更新使用的误差信号不是与当前滤 波器系数对应，而是与旧版本系数对应，所以会导致非最优收敛特性(用 于自适应步长的稳定边界比用于LMS算法的小)。在P. Kabal所著、 1983年3月IEEE Trans. Commun.第31巻430-432页刊登的"The stability of adaptive minimum mean square error equalisers using delayed adjustment
(带有延迟调整的自适应均方误差均衡器的稳定性)"中，获得了用于延迟NLMS算法的稳定运行的自适应步长的明确边界。对于量级为几毫秒的 延迟，稳定边界与NLMS的稳定边界相比很小，使得图l的结构对许多回 声消除器应用来讲不切实际。
图2的实施例中，引入延迟线17以便DTD算法11对与回声消除器1 相比在前的数据迸行操作。假设延迟比重话突发一开始时的触发所用的时 间(通常几毫秒)长，并且从"冻结"决定过渡到"适应"决定的过程中 引入相应的延迟，则图1的结构提供了一种对重话期间的回声消除器发散 问题的可接受的解决方案。然而，从使用者的角度来看，信号路径中引入 的延迟线可能会影响通信质量，并使回声假象更加显著。考虑到图1的现有技术方法和图2的发明实施例， 一种用来保证良好 收敛性质同时仍对自适应过程而非信号本身进行延迟的进一步的替代方法 是，使用同样的滤波器5和不同版本的参考信号6 (经由19延迟的版本) 并行执行两个滤波操作，如图3的优选实施例所示。从减法器7输出的非 延迟误差样本被馈送给NLP部件14。根据使用非延迟数据做出的DTD决 定，从延迟线21输出的延迟回声副本被施加给另一个减法器22，从该减 法器中减掉自适应滤波器5的输出，来产生驱动自适应过程的误差信号 9。由于只需要短的额外缓冲器19和21来分别延迟参考信号和输入信 号，所以图3的结构在未在信号路径中引入延迟，并且利用以比现有技术 双滤波器结构更小的内存占用，解决了现有技术DTD延迟问题。与在现 有技术双滤波器结构中一样，收敛速度方面的唯一损失是自适应滤波器5 中的固定延时(通常是毫秒量级)。已参考馈送到重话检测部件11的输入信号描述了图3的实施例。可 以对馈送到该部件的信号(例如，参考信号6、误差信号9等)、部件11 的确切内部构造以及其到自适应滤波器5的接口进行设计上的变动。任何 在自适应过程中弓I入延迟，并且利用自适应抽头权重向量执行多滤波操作 以避免信号路径延迟并保持自适应过程的收敛性质的回声消除器结构，都 落入本发明的范围。
所述本发明的许多特征和优点从具体说明中显而易见，因此所附权利 要求旨在涵盖落入本发明的真实领域和范围内的所有类似特征和优点。例如，尽管本发明是在用于电话应用的回声消除上下文中描述的，但 是其原理可适用于任何使用自适应回声消除的应用，而且更一般地适用于 其中用于自适应过程的期望信号可能被千扰信号破坏的任何使用自适应系 统识别的应用。由于本领域技术人员容易想到许多修改和变更，所以不希望把本发明 限制在举例说明和描述的确切结构和操作，因此， 一切合适的修改和等同 物都落入本发明的范围内。
权利要求
1. 一种系统，所述系统具有用于接收参考信号并适应输入信号的自适 应滤波器部件，用于探测干扰信号对所述输入信号的破坏并且在响应中限 制所述自适应滤波器部件的自适应过程的部件，其中，改进包括延迟所述 输入信号并将其施加到所述自适应滤波器部件，同时将所述输入信号不加 延迟地施加到所述用于检测破坏的部件。
2. 如权利要求1所述的系统，所述改进还包括，延迟所述参考信号并 将其施加到所述自适应滤波器部件
3. —种回声消除器，包括-第一延迟线，用于接收参考信号并生成所述参考信号的延迟版本；第二延迟线，用于接收包含所述参考信号的回声并被干扰信号破坏的 输入信号，并且生成所述输入信号的延迟版本；自适应滤波器，用于接收所述参考信号、所述参考信号的延迟版本以 及所述输入信号的延迟版本，并且在响应中生成适应所述输入信号的回声 估计信号，其中所述滤波器基于所述参考信号的延迟版本和从所述输入信 号的延迟版本计算得到的反馈误差信号，适应所述输入信号；第一减法器，用于从所述输入信号的延迟版本减去所述回声估计信号 并且在响应中生成所述反馈误差信号；第二减法器，用于从所述输入信号减去所述回声估计信号，并且在响 应中生成输出信号；以及附加部件，用于探测所述干扰信号对所述输入信号的破坏，并且在响 应中限制所述自适应滤波器部件的自适应。
4. 如权利要求3所述的回声消除器，其中所述附加部件包括重话检测器。
5. 如权利要求3所述的回声消除器，其中双自适应滤波器包括最小均 方(LMS)滤波器。
6. 如权利要求3所述的回声消除器，还包括非线性处理器(NLP)， 用于接收所述输出信号，并且在响应中从中去除残余回声。
全文摘要
一种系统，所述系统具有用于接收参考信号并适应输入信号的自适应滤波器部件，用于探测干扰信号对所述输入信号的破坏并且在响应中限制所述自适应滤波器部件的自适应过程的部件，其中，改进包括延迟所述输入信号并将其施加到所述自适应滤波器部件，同时将所述输入信号不加延迟地施加到所述用于检测破坏的部件。
文档编号G10L21/00GK101123452SQ200710143219
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月7日 优先权日2006年8月7日
发明者弗兰克·鲍库 申请人:米特尔网络公司