專利名稱：一種多受話端回聲消除系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及領域語音通訊技術領域，特別涉及一種多受話端回聲消除系統。
背景技術：
在語音通訊中，受話端信號經過線路反射和聲學反射，會串入送話端信號中，并饋送到遠端，使遠端聽到回聲。回聲會給通話雙方造成極大的干擾，影響通話質量，嚴重時甚
至引起嘯叫，不僅完全無法通話，還可能傷害通訊設備。為保證通話質量和設備安全，一般會采用自適應回聲消除技術來消除語音通訊時的回聲。自適應的尋找合適的回聲濾波器，計算出回聲信號，從而將回聲信號從送話端信號中消去，避免回聲干擾語音通訊。常規的單通道回聲消除技術適用于單個受話端的情況。但是近年來由于通信技術的發展，出現了立體聲語音通訊乃至更多受話端的語音通訊，因此需要相適應的多通道回聲消除技木。每個受話通道對應著ー個回聲抵消器，計算該路受話端信號對應的回聲并從送話端信號中消去，多個回聲抵消器聯合工作，消除多個受話端引起的回聲。多受話端回聲消除的難點在于，多路受話端信號之間并不獨立，存在相關性，尋找某一通道受話端信號對應的回聲抵消器時，會受到其他受話端信號的干擾，搜尋速度慢，當回聲環境發生變化時不能及時跟蹤。因此改善多通道回聲消除性能的關鍵在于去除原始受話端信號之間的相關性。以往的多路受話端信號去相關性技術多采用預失真的方法，該方法在受話端信號中加入一些失真信號，以降低受話端信號之間的相關性，降低回聲抵消器的相互干擾。這樣的方式需要在受話端增加額外的預失真硬件和線路，也會降低受話聲音質量和聽感，特別當原始受話端信號間具有高度相似性時，需要較多的預失真，這會明顯降低受話端信號回放時的音質。為了使受話回放音質不受影響，需要對受話端信號進行無失真去相關。但現有的無失真去相關技術只是將兩路受話器信號經過簡單的和差形成相關性較低的新的受話端信號。這樣的方法適用于環境簡單的穩定不變的立體聲語音通訊，不能適用于相關性可變的情況，也不能支持兩個以上多受話通道相關的情況。
實用新型內容本實用新型提供了一種多受話端回聲消除系統，本實用新型的技術方案能夠在不影響受話端回放音質的前提下，有效去除送話端信號中的由兩個或兩個以上的多受話端引起的回聲，并且適用于多受話端信號的相關性可變的情況。為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的本實用新型還公開了一種多受話端回聲消除系統，該系統包括回聲濾波單元和濾波控制単元，其特征在干，所述回聲濾波單元，用于接收送話端信號和M路受話端信號，在濾波控制單元輸出的更新量的控制下對M路受話端信號進行回聲濾波，得到M路濾波后的受話端信號，從送話端信號中減去所述M路濾波后的受話端信號，得到消除受話端回聲的系統輸出信號；所述濾波控制單元，用于緩存M路受話端的信號，根據每段預設長度內緩存的M路受話端信號計算去相關矩陣，利用去相關矩陣將緩存的所述M路受話端信號分解為M路去相關的受話端信號，根據去相關矩陣、所述M路去相關的受話端信號和從回聲濾波單元反饋的系統輸出信號計算回聲濾波器的更新量，并輸出給回聲濾波單元。本實用新型實施例的有益效果是本實用新型通過利用回聲濾波單元對送話端信號進行回聲濾波，從送話端信號中減去所述M路濾波后的受話端信號，以得到消除受話端回聲的系統輸出信號，能夠有效去除送話端信號中的由兩個或多于兩個受話端引起的回聲；同時本實用新型通過利用緩存器緩存的每段預設長度的M路受話端信號計算去相關矩陣，利用去相關矩陣來進行受話端信號的去相關分解，而不需要像現有技術那樣采用預失 真的方式來降低受話端信號之間的相關性，因此不會影響受話端回放音質，并且這種實時計算回聲濾波器更新量的方式能適用于多受話端信號的相關性可變的情況。
圖I本實用新型實施例中的一種多受話端回聲消除系統的結構圖；圖2是本實用新型實施例中的時域多受話端回聲消除系統的結構圖；圖3是本實用新型實施例中多受話端信號進行去相關分解運算的邏輯示意圖；圖4是本實用新型實施例中的變換域多受話端回聲消除系統的結構圖；圖5是本實用新型實施例中的時域和變換域混合的多受話端回聲消除系統的結構圖。
具體實施方式
本實用新型的核心思想是利用回聲濾波器對M路受話端信號進行回聲濾波，得到M路濾波后的受話端信號，從送話端信號中減去所述M路濾波后的受話端信號，得到消除受話端回聲的系統輸出信號；其中，所述回聲濾波器的更新量進行實時更新；并且，計算回聲濾波器的更新量的方式是利用緩存器緩存M路受話端信號，根據每段預設時間長度內緩存的M路受話端信號進行如下計算根據緩存的M路受話端信號計算去相關矩陣，利用去相關矩陣將緩存的M路受話端信號分解為M路去相關的受話端信號，根據去相關矩陣、所述M路去相關的受話端信號和反饋的系統輸出信號計算回聲濾波器的更新量。為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進ー步地詳細描述。圖I本實用新型實施例中的一種多受話端回聲消除系統的結構圖。如圖I所示，該系統包括回聲濾波單元101和濾波控制単元102，其特征在干，所述回聲濾波單元101，用于接收送話端信號和M路受話端信號，在濾波控制単元102輸出的更新量的控制下對M路受話端信號進行回聲濾波，得到M路濾波后的受話端信號，從送話端信號中減去所述M路濾波后的受話端信號，得到消除受話端回聲的系統輸出信號；[0024]所述濾波控制單元102，用于緩存M路受話端的信號，每緩存預設長度的M路受話端信號后，根據緩存的M路受話端信號計算去相關矩陣，利用去相關矩陣將緩存的M路受話端信號分解為M路去相關的受話端信號，根據去相關矩陣、所述M路去相關的受話端信號和從回聲濾波單元反饋的系統輸出信號計算回聲濾波器的更新量，并輸出給回聲濾波單元101。本實用新型中的多受話端回聲消除系統連接在送話器和受話器之間，送話器信號d和M個受話器信號X = [X17X2,.. . ,XM]是系統輸入，通過實時比較受話器信號和送話器信號，用多個自適應濾波器模擬各個受話器信號的回聲路徑，構建準確的回聲路徑濾波器和回聲信號，將回聲信號從送話器信號中消去，并將去掉回聲的信號送到語音通訊的遠端。該系統可以有時域處理模式，也有頻域或者其他變換域處理模式，以及時頻域混合處理模式。下面分別進行介紹。圖2是本實用新型實施例中的時域多受話端回聲消除系統的結構圖。如圖2所示的系統可以用于多受話通道的回聲抵消。在回聲抵消中，估計回聲路徑時，為了避免受話通道信號之間的干擾，將原始受話端信號經由去相關矩陣分解為相關性低的受話端信號，送入回聲濾波器中估計回聲信號和更新回聲濾波器。去相關矩陣的系數由原始受話端信號之間的相關性決定。去相關矩陣是實時計算的，受話端信號的相關性發生變化吋，去相關矩陣也會相應調整，保證良好的去相關分解效果，使回聲抵消器正常工作，保證回聲抵消效果。參見圖2，在該時域多受話端回聲消除系統中回聲濾波單元包括ー個回聲濾波器組和ー個減法器組，所述回聲濾波器組由M個回聲濾波器組成，所述減法器組由M個串聯的減法器組成；所述濾波控制單元包括:M個預設長度的緩存器、一個去相關矩陣計算模塊和ー個濾波控制模塊；該濾波控制模塊包括ー個信號去相關分解模塊和一個濾波控制器；M個回聲濾波器，用于一一對應地接收所述的M路受話端信號，在濾波控制單元輸出的更新量的控制下對M路受話端信號分別進行回聲濾波，得到M路濾波后的受話端信號，將M路濾波后的受話端信號一一對應地輸出到M個串聯的減法器；所述M個串聯的減法器中的第一個減法器(圖2中為減法器M)接收送話器信號，將送話器信號與所接收的濾波后的受話端信號相減后輸出給下ー級減法器；后續的減法器將上ー級減法器輸出的信號與所接收的濾波后的受話端信號相減后輸出；最后一個減法器(圖2中為減法器I)的輸出為消除受話端回聲的系統輸出信號；M個預設長度的緩存器，用于將輸入數據存儲形成數據幀，這里用于分別緩存所述M路受話端信號，并將緩存的M路預設長度的受話端信號輸出給去相關矩陣計算模塊和信號去相關分解模塊；去相關矩陣計算模塊，用于根據所接收的M路預設長度的受話端信號計算去相關矩陣，將去相關矩陣輸出給信號去相關分解模塊和濾波控制器；信號去相關分解模塊，用于根據所接收的去相關矩陣，將所接收的M路預設長度的受話端信號分解為M路去相關的受話端信號后輸出給濾波控制器；濾波控制器，用于根據所接收的去相關矩陣、M路去相關的受話端信號和從第M個減法器輸出反饋的系統輸出信號計算M個回聲濾波器的更新量，并將更新量輸出給對應的回聲濾波器。[0036]在圖2中，回聲濾波器實現回聲濾波，緩存器將輸入數據儲存形成數據幀，濾波控制單元計算出當前回聲濾波器的偏差，更新回聲濾波器。受話端信號經回聲濾波器后形成回聲估計信號，從送話端信號中減去，得到當前系統輸出。當前系統輸出和受話端信號經濾波控制単元，判斷回聲濾波器是否需要更新，如果需要更新，則計算出回聲濾波器的更新量，輸出到回聲濾波器進行更新。下面 具體說明圖2中的各個部分的計算方法。回聲濾波器的計算式為echo = x*h ；減法器部分的計算式為y = d-echo其中，送話器イ目號d是和M個受:話器イ目號X = [X1, X2, . . . , Xi, . . . , xM]是系統輸入，h是濾波器函數，y是系統輸出。在緩存器中，設當前時間點為n，則形成的數據幀為x(n_LD+l)，….x (η)，Ld為緩存器的長度。首先以兩個受話端為例(即M = 2)，對去相關矩陣計算模塊、信號去相關分解模塊和濾波控制器中的計算進行說明，兩路受話端信號為X1, X2，兩路信號有高度相關性在去相關矩陣計算模塊中，去相關矩陣的導出可以用如下方式計算，先計算Xl，x2，的相關因數Cl,2，去相關矩陣De為
I -C1 οDe =
OI
Ld
、1 X (/7、y 廣^7)相關因數的計算公式為叭2 -，其中Ld為數據緩存器的長度。
Σχι2( )
n=l信號去相關分解模塊中的去相關分解結果為X' =xDe；即 X1' = X1, X2' = X2-Clj2X1OX1'與X2,的相關性低于X1, X2的相關性，這樣在信號去相關分解模塊中就實現了受話端信號的去相關分解。濾波控制器中，回聲濾波器更新量的計算為
'の=X;>:/ + 1)·^)，
剛丄いし2
Ld n=lAhi(I) = DeAhi' (I)其中，Ahi(I)為與第i路受話端信號對應的回聲濾波器的更新量，I表示回聲濾波器的更新量的序號，y(n)是反饋的系統輸出信號，Xi / (η)是M路去相關的受話端信號中的第i路信號的第η個采樣數據。上述的去相關分解方式可以擴展到M路(Μ> 2)的受話端信號情況，在M路受話端信號情況下，去相關分解可以分M-I步進行，每ー步降低某一個通道與其他通道的相關性，最多經過M-I步運算，就可以實現所有通道的去相關分解，也可以得到De。設迭代初始的輸入是ー個Ld行M列的信號矩陣為'(代表M個通道，Ld采樣點的信號)。第一步迭代的輸出為信號矩陣χω'和矩陣De1，以此類推，第i步的輸入為Xa-Di，輸出為信號x(i/和矩陣Dei,最后第M-I步迭代后，得到輸出信號矩陣Xaw)'和矩陣Desw，則x(m_d !就是去相關分解信號，而綜合De1, ....，De^1可以得到分解矩陣De。圖3是本實用新型實施例中多受話端信號進行去相關分解運算的邏輯示意圖。參考圖3，進行M-I步的迭代運算的過程如下迭代的初始輸入是由所述緩存的M路受話端信號構成的ー個Ld行M列的信號矩
陣x((l)'，其中
權利要求1.一種多受話端回聲消除系統，其特征在于，該系統包括回聲濾波單元和濾波控制單元，其特征在于， 所述回聲濾波單元，用于接收送話端信號和M路受話端信號，在濾波控制單元輸出的更新量的控制下對M路受話端信號進行回聲濾波，得到M路濾波后的受話端信號，從送話端信號中減去所述M路濾波后的受話端信號，得到消除受話端回聲的系統輸出信號； 所述濾波控制單元，用于緩存M路受話端的信號，根據每段預設長度內緩存的M路受話端信號計算去相關矩陣，利用去相關矩陣將緩存的所述M路受話端信號分解為M路去相關的受話端信號，根據去相關矩陣、所述M路去相關的受話端信號和從回聲濾波單元反饋的系統輸出信號計算回聲濾波單元中回聲濾波器的更新量，并輸出給回聲濾波單元。
2.根據權利要求I所述的系統，其特征在于， 所述回聲濾波單元包括一個回聲濾波器組和一個減法器組，所述回聲濾波器組由M個回聲濾波器組成，所述減法器組由M個串聯的減法器組成； 所述濾波控制單元包括M個預設長度的緩存器、一個去相關矩陣計算模塊、一個信號去相關分解模塊、一個濾波控制器； 所述M個回聲濾波器，用于一一對應地接收所述的M路受話端信號，在濾波控制單元輸出的更新量的控制下對M路受話端信號分別進行回聲濾波，得到M路濾波后的受話端信號，將M路濾波后的受話端信號一一對應地輸出到M個串聯的減法器； 所述M個串聯的減法器中的第一個減法器接收送話器信號，將送話器信號與所接收的濾波后的受話端信號相減后輸出給下一級減法器；后續的減法器將上一級減法器輸出的信號與所接收的濾波后的受話端信號相減后輸出；最后一個減法器的輸出為消除受話端回聲的系統輸出信號； M個預設長度的緩存器，用于分別緩存所述M路受話端信號，并將緩存的M路預設長度的受話端信號輸出給去相關矩陣計算模塊和信號去相關分解模塊； 去相關矩陣計算模塊，用于根據所接收的M路預設長度的受話端信號計算去相關矩陣，將去相關矩陣輸出給信號去相關分解模塊和濾波控制器； 信號去相關分解模塊，用于根據所接收的去相關矩陣，將所接收的M路預設長度的受話端信號分解為M路去相關的受話端信號后輸出給濾波控制器； 濾波控制器，用于根據所接收的去相關矩陣、M路去相關的受話端信號和從第M個減法器反饋的系統輸出信號計算M個回聲濾波器的更新量，并將更新量輸出給對應的回聲濾波器。
3.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述回聲濾波單元包括一個送話端緩存器、一個送話端頻帶分解模塊、S個回聲濾波器組、S個減法器組和一個頻帶綜合模塊，每個減法器組由串聯的M個減法器組成，每個回聲濾波器組包含M個回聲濾波器； 送話端緩存器，用于緩存送話端信號，每緩存預設長度的送話端信號后，輸出給送話端頻帶分解模塊； 送話端頻帶分解模塊，用于將來自送話端緩存器的每段預設長度的送話端信號在變換域上分解為S個頻帶上的送話分頻信號后，分別輸出到S個減法器組； S個回聲濾波器組和S個減法器組都與S個頻帶一一對應； 每個回聲濾波器組，用于在對應濾波控制模塊中的濾波控制器輸出的更新量的控制下，對所接收的M個受話分頻信號進行回聲濾波，輸出M個濾波后的受話分頻信號到對應的減法器組； 每個減法器組，用于接收對應頻帶上的送話分頻信號和M個濾波后的受話分頻信號，從送話分頻信號依次減去M個濾波后的受話分頻信號，得到消除回聲的送話分頻信號后輸出給頻帶綜合模塊，同時反饋給濾波控制單元中的濾波控制器； 頻帶綜合模塊，用于對來自S個減法器組的S個頻帶上的消除回聲的送話分頻信號進行頻時綜合處理得到系統輸出信號。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述濾波控制單元包括:M個受話端緩存器、M個受話端頻帶分解模塊、S個去相關矩陣計算模塊和S個濾波控制模塊；每個濾波控制模塊包括一個信號去相關分解模塊和一個濾波控制器；其中 M個受話端緩存器與M個受話端信號一一對應，M個受話端頻帶分解模塊與M個受話端緩存器一一對應； 每個受話端緩存器，用于緩存對應的受話端信號，每緩存預設長度的受話端信號后，輸出給對應的受話端頻帶分解模塊； 每個受話端頻帶分解模塊，用于將來自對應受話端緩存器的每段預設長度的受話端信號在變換域上分解為S個頻帶上的受話分頻信號后，分別輸出到回聲濾波單元、S個去相關矩陣計算模塊以及S個濾波控制模塊中的信號去相關分解模塊； S個去相關矩陣計算模塊和S個濾波控制模塊都與S個頻帶一一對應； 每個去相關矩陣計算模塊，用于根據所接收的M個受話分頻信號計算去相關矩陣，將去相關矩陣輸出給對應的信號去相關分解模塊和濾波控制器； 每個信號去相關分解模塊，用于根據所接收的去相關矩陣，將所接收的M個受話分頻信號分解為M路去相關的受話分頻信號后輸出給對應的濾波控制器； 每個濾波控制器，用于根據所接收的去相關矩陣、M路去相關的受話分頻信號和從對應的減法器組反饋的消除回聲的送話分頻信號計算回聲濾波單元中的回聲濾波器的更新量，并將更新量輸出給回聲濾波單元。
5.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述濾波控制單元包括:M個受話端緩存器、一個去相關矩陣計算模塊、M個受話端頻帶分解模塊和S個濾波控制模塊；每個濾波控制模塊包括一個信號去相關分解模塊和一個濾波控制器；其中 M個受話端緩存器與M個受話端信號一一對應，M個受話端頻帶分解模塊與M個受話端緩存器一一對應； 每個受話端緩存器，用于緩存對應的受話端信號，每緩存預設長度的受話端信號后，輸出給對應的受話端頻帶分解模塊和去相關矩陣計算模塊； 每個受話端頻帶分解模塊，用于將來對應自受話端緩存器的每段預設長度的受話端信號在變換域上分解為S個頻帶上的受話分頻信號后，分別輸出到回聲濾波單元以及S個濾波控制模塊中的信號去相關分解模塊； 去相關矩陣計算模塊，用于根據每次所接收的M路預設長度的受話端信號計算去相關矩陣，將去相關矩陣輸出給S個濾波控制模塊中的信號去相關分解模塊和濾波控制器； S個濾波控制模塊與S個頻帶一一對應； 每個信號去相關分解模塊，用于根據所接收的去相關矩陣，將所接收的M個受話分頻信號分解為M路去相關的受話分頻信號后輸出給對應的濾波控制器； 每個濾波控制器，用于根據所接收的去相關矩陣、M路去相關的受話分頻信號和從對應的減法器組反饋的消除回聲的送話分頻信號計算回聲濾波單元中的回聲濾波器的更新量，并將更新量輸出給回聲濾波單元。
6.根據權利要求2或5所述的系統，其特征在于，所述去相關矩陣計算模塊，用于根據所接收的M路預設長度的受話端信號采用如下方式計算去相關矩陣 進行M-I步的迭代運算，迭代的初始輸入是由所述緩存的M路受話端信號構成的ー個Ld行M列的信號矩陣X(CI)'，其中
7.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述去相關矩陣計算模塊，用于根據所接收的M個受話分頻信號采用如下方式計算去相關矩陣 對于第k個頻帯，I ≤k≤S，進行M-I步的迭代運算，迭代的初始輸入是ー個I行M列的信號矩陣Xftl/ (k)，其中Xe。)' (k) = [Xi(o)1 (k)X2(O)1 (k). . . Xi(0)! (k)··· Xm0d)' (k)] Xi (ο)1 (k) = Xi (k)，i = I，2，· · · M Xi (k)是第i路受話端信號在第k個頻帶上的受話分頻信號； 第I步迭代中計算去相關矩陣De(1) (k)，
8.根據權利要求2所述的系統，其特征在干， 所述信號去相關分解模塊，用于通過計算X, = xDe將所接收的M路預設長度的受話端信號分解為M路去相關的受話端信號； 其中，De為該信號去相關分解模塊所接收的去相關矩陣，X = [X1X2. . . Xi. . . xM]為所接收的M路預設長度的受話端信號，X'中的M列信號即為最終的M路去相關的受話端信號； 所述濾波控制器，用于根據如下公式計算M個回聲濾波器的更新量
9.根據要求5所述的系統，其特征在干， 所述信號去相關分解模塊，用于通過計算X, (k) =X(k)De將所接收的本頻帶上的M個受話分頻信號分解為M路去相關的受話分頻信號； 其中，De為該信號去相關分解模塊所接收的去相關矩陣，X(k) = [X1GOX2(k)...Xi(k)...XM(k)]為所接收的本頻帶上的M個受話分頻信號，X' (k)中的M個信號即為本頻帶上的M路去相關的受話分頻信號； 所述濾波控制器，用于根據如下公式計算M個回聲濾波器的更新量
10.根據權利要求7所述的系統，其特征在干， 所述信號去相關分解模塊，用于通過計算X, (k) = X(k)De (k)將所接收的本頻帶上的M個受話分頻信號分解為M路去相關的受話分頻信號； 其中，X(k) = 鄭2(10...嗔..讀)]為所接收的本頻帶上的M個受話分頻信號，X' (k)中的M個信號即為第k個頻帶的M路去相關的受話分頻信號； 所述濾波控制器，用于根據如下公式計算M個回聲濾波器的更新量
專利摘要本實用新型公開了一種多受話端回聲消除系統。該系統包括回聲濾波單元，用于對所接收的M路受話端信號進行回聲濾波，得到M路濾波后的受話端信號，從送話端信號中減去M路濾波后的受話端信號，得到消除受話端回聲的系統輸出信號；濾波控制單元，用于緩存M路受話端信號，根據每段預設長度內緩存的M路受話端信號計算去相關矩陣，利用去相關矩陣將緩存的M路受話端信號分解為M路去相關的受話端信號，根據去相關矩陣、所述M路去相關的受話端信號和從回聲濾波單元反饋的系統輸出信號計算回聲濾波單元中回聲濾波器的更新量，并輸出給回聲濾波單元。本實用新型的方案能支持兩個以上的多受話端的情況，且適用于多受話端信號的相關性可變的情況。
文檔編號H04M9/08GK202475573SQ20112056345
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者劉崧, 樓廈廈 申請人:歌爾聲學股份有限公司