[发明专利]在回波消除系统中用于改进子频带自适应滤波的方法和装置

说明书

本发明的领域

本发明涉及通信系统，特别是涉及双向通信系统中的回波抑制。

本发明的背景

自适应滤波设备在如今的通信系统中很普及。这种设备通常用于减少或消除不想要的信号成分和/或控制或增强所关心的信号成分。

这种滤波设备的一个常见例子是免提电话机，其中传统电话机的内置耳机和麦克风分别被外部扬声器和外部麦克风替代，因此电话机用户可以不必手拿电话机通话。因为从外部扬声器发出的声音可以被外部麦克风采集，所以通常要执行自适应滤波来防止扬声器的输出反射回来和干扰在通话另一端的远端用户。这类自适应滤波或回波消除已经成为如今全双工免提通信装置的基本特征。

通常，使扬声器信号经过自适应有限脉冲响应(FIR)滤波器来实现回波消除，该FIR滤波器近似或模仿免提扬声器和免提麦克风之间的回声路径(例如自动免提电话机应用的客舱)。因此FIR滤波器提供可从麦克风输出信号传输到远端用户之前去除的回波估计。要根据扬声器的输入和消除回波的麦克风输出来动态和连续的调整自适应FIR滤波器的滤波特性(即，一组FIR系数)，来近似回波路径和跟踪回波路径的变化(例如，当自动免提电话机的近端用户在客舱中移动位置)。

滤波特性的调整通常利用Widrow和Hoff于1960年研发的著名的最小均方值(LMS)自适应算法形式来实现。LMS算法是一种最小平方随机梯度级方法，它既有效又强壮，经常用于许多实时应用中。但是，LMS算法及其著名的变型(例如，归一化LMS或NLMS算法)有一定的缺点。例如，LMS算法和其它熟知的算法有时收敛(即，接近目标滤波特性，例如免提电话应用中的声回波路径)慢，特别是在根据非白或彩色输入信号，例如人类语音信号来适应或训练该算法时。而且，在声回波消除的环境下，FIR滤波器的阶数(即滤波器的抽头数)很高，因此实现自适应滤波算法的计算很复杂。

因此，近来的工作主要集中在对子频带进行自适应滤波。换句话说，滤波器组用于将麦克风信号和扬声器信号分成多个子频带。然后每个子频带信号被抽取或下抽样，在每个子频带进行自适应滤波以提供多个消除回波的子频带输出信号。然后得到的子频带输出信号被扩展或上抽样，并组合以重建全部消除回波的麦克风信号而传输到远端用户。有利的是，相比较全频带处理方案，子抽样会产生更高的计算效率，因为输入信号的频谱内容在每个子频带内变化不那么剧烈，所以还可以改进整个收敛速度。

但是，已知的子频带自适应滤波系统也遇到一定的缺陷。例如，子频带之间的信号混叠会导致全部收敛慢和/或重建麦克风信号的误差。结果，需要一种改进的方法和装置，用于在回波抑制系统中进行子频带自适应滤波。

本发明综述

本发明通过提供子频带自适应滤波技术完成上述和其他的需要。其中多个子频带分析滤波器(用于将包含回波的信号和/或引起回波的信号分成多个相邻子频带的带通滤波器)的每个带宽，以及多个分析滤波器(用于从消除回波的多个子频带信号中重建全频带消除回波信号的带通滤波器)的每个带宽相比较传统系统的相应带宽增加。更具体地说，在根据本发明的分析或合成滤波器组的相邻滤波器的-3dB带宽设计成彼此重叠。例如，虽然某传统分析和合成滤波器组的M个子频带滤波器的每一个都包括所关心总频带1/M的-3dB带宽(M整数)，在根据本发明的分析或合成滤波器组中M个子频带滤波器的每一个都可以包括所关心总带宽的1/M大-3dB带宽。有利的是，带宽的增加倾向消除由于子频带下抽样得到的混叠影响，因此根据本发明的子频带自适应滤波装置可以比传统子频带自适应滤波装置提供更优质的输出信号重建。

根据本发明的示范性通信装置包括自适应回波消除器，用于接收近端音频信号和远端音频信号并提供消除回波的近端音频信号，用于经通信信道传输到远端用户。该自适应回波消除器包括用于滤波近端音频信号的第一组分析滤波器；用于滤波远端音频信号的第二组分析滤波器和用于滤波自适应回波消除器内产生的子频带消除回波的信号的一组合成滤波器。

根据本发明，第一合成滤波器的-3dB带宽和第二合成滤波器的-3dB带宽频率上重叠。例如，自适应回波消除器可以包括整数M个合成滤波器，其中M个合成滤波器的-3dB带宽共同跨越整个带宽B，其中合成滤波器其中一个的-3dB带宽集中在M频率的每一个(M频率以B/M为间隔分布在整个带宽B)，其中每个合成滤波器的-3dB带宽大于B/M，小于2B/M。