[发明专利]用于声频回波消除的声频系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有改进声频特性的声频通信系统和方法，以及具体地涉及包括改进的声频回波消除特性的会议系统。

背景技术

在传统的会议系统中，一个或多个麦克风捕捉在远端位置处的声波，以及将该声波变换为第一声频信号。该第一声频信号被传输到近端侧，这里的电视机或放大器和扩音器，通过将在第一位置处产生的第一声频信号变换为声波，来再生原始声波。在近端侧产生的声波，被近端侧处的声频捕捉系统部分地捕捉、变换为第二声频信号以及被传输回到远端侧的系统。使得声波在一个位置处被捕捉、传输到另一位置以及然后被传输回到最初位置的问题被称为声频回波。在其最严重的表现中，当环路增益超出单位增益(unity)时，声频回波可能导致回声。该声频回波还导致两个位置处的参与方听到他们自己的声音，使得在会议系统上的会话较难，尤其是如果在系统结构中具有延迟，就像在视频会议系统中常见的那样。通常使用以下所述的声频回波消除器来解决声频回波问题。

图1示出声频回波消除器子系统的例子。至少一个参与方位置具有声频回波消除器子系统，以减少在通信系统中的回波。声频回波消除器子系统是数字声频回波消除器的全频带模型。全频带模型直接地处理声频信号的整个声频带(例如达到20kHz；对于视频会议，该带通常为7kHz或更高；在声频会议中，该带通常达到3.4kHz)。

如已经提到的，通常通过声频回波消除器来实现声频回波的补偿。声频回波消除器是独立的装置或在通信系统的情况下是集成部分。声频回波消除器使用线性/非线性数学模型，变换从远端位置到近端位置的声频信号，并且然后从近端位置传输到远端位置的声频信号中减去数学调制声频信号。更详细地说，例如参考图1中的近端位置处的声频回波消除器子系统，声频回波消除器使得来自远端位置的第一声频信号通过该声频系统的数学建模器，计算回波信号的估计，从近端位置处捕捉的第二声频信号中减去估计的回波信号，以及将减去估计回波的第二声频信号传输回到远端位置。图1的回波消除器子系统还包括估计误差，也就是估计回波和实际回波之间的差异，从而可在声音被声频捕捉装置捕捉的位置处，更新该数学模型或使得该数学模型适应背景噪声和环境变化。

大多数回波消除器中使用的声频系统的模型是FIR(有限脉冲响应)滤波器，近似室内的直达声和大多数反射的变换函数(transferfunction)。声频系统的全频带模型相对复杂并且处理需要能量，而通常优选全频带模型的替换。

减少回波消除器的处理能量需求的一种方式是引入子带处理，也就是将信号划分为具有较小带宽的带，这些带可以使用较低采样频率来表示。该系统的一个例子在图2中示出。利用分析滤波器将扩音器和麦克风信号划分为子带，每个分别地表示原始扩音器和麦克风的频率的较小范围。在利用合成滤波器将修改后的麦克风的所有频带合并到一起以形成全频带信号之前，在每个子带上执行类似的回波消除和其他处理。

回波消除器中的核心部件是已经提到的回波模型(最常见通过FIR滤波器来实现)。声频模型尝试模仿从扩音器到麦克风的远端信号的变换函数。利用梯度搜索算法来更新自适应模型。该算法尝试使得误差函数最小，该误差函数是信号减去回波估计之后的幂。对于单声道回波(mono echo)消除器，该解决方案起作用，具有一致和唯一的解。

然而，在高质量通信中，经常需要传输和呈现高质量多声道声频，例如立体声声频。立体声声频包括来自两个独立声道的声频信号，该信号表示根据某个声音组成的不同空间声频。将声道加载到每个相应扩音器上创建了更可靠的声频再生，因为听众将察觉声频源之间的空间距离，从这些声频源创建声音组成。

在一个扩音器上播放的信号不同于在另外扩音器上呈现的信号。因此，对于立体声(或多声道)回波消除器来说，从每个相应扬声器到麦克风的变换函数需要补偿。这是和单声道声频回波消除相比稍微不同的情况，因为在这里具有补偿两个不同、但是相关的信号。

注意，通过使用多个麦克风，如果仅仅存在一个扩音器(或单声道呈现信号)，立体声信号的传输不需要立体声回波消除。如果要记录多声道声频，算法(在现有技术中和在本发明中)可以重复，以及有时可以被简化(因为很多部分是所有麦克风共有的)。并且，在立体声或信号的多声道接收的情况下，复杂性是明显的，本文不详细地讨论更多麦克风的使用。