非線性電路的回波抵消器的制作方法

專利名稱：非線性電路的回波抵消器的制作方法
背景技術：
發明領域本發明涉及通信系統中的回波抵消器，尤其是作為例子涉及裝備有免提操作的移動臺中回波的抵消。
有關技術在兩個用戶間的通信鏈路上供給雙向(兩路)語音傳輸的通信系統中，例如在陸線和無線電話系統中，來自本地用戶的聲信號通常由通信鏈路近端的傳聲器檢測，然后在通信鏈路上傳輸到遠端，在遠端為遠地用戶用揚聲器再現。反過來，來自遠地用戶的聲信號由通信鏈路遠端的傳聲器檢測，然后在通信鏈路上傳輸到近端，在近端為本地用戶用揚聲器再現。在通信鏈路的任何一端，從另一端傳輸來的及在該端由揚聲器再現的原始語音信號可以被周圍環境反射或者通過周圍環境傳播，并在該端由傳聲器檢測。因此，這個揚聲器信號將傳輸回到在另一端的用戶，并且其到達將相對原始語音信號有時間延遲(延遲量等于原始語音信號做“來回行程”所要求的時間)。該延遲時間信號可以產生能被另一端用戶聽到的擾動“回聲”。
正如本領域所知，例如從通信鏈路的近端到遠端返回的回波信號的感覺力(強度)是二個因子的函數第一，從近端到遠端傳輸的回波信號振幅(音量或響度)，第二，在遠端接收的回波信號中相對于從遠端到近端傳輸的原始語音信號的延遲量。通常，接收的回波信號或是振幅或是延遲的增加都導致感覺力的增加。遠端接收的回波信號振幅又依賴于近端傳聲器對形成回波信號的本地揚聲器的靈敏度。另一方面，回波信號的延遲依賴于通信媒質(例如有線或無線，模擬或數字等)。回波信號的這兩個方面(振幅和延遲)在下面將進一步說明。
在有線電話的常規手機中，例如傳聲器設計成位于靠近用戶的嘴，而揚聲器設計成基本上被用戶的耳朵覆蓋。在這種裝置中，為了合適地采集近端語音信號，傳聲器中沒有需要大的增益(放大)，因此傳聲器對本地揚聲器信號是不很靈敏的。另一方面，便攜電話體積的連續縮小以及揚聲器電話的使用增加意味著傳聲器將遠離用戶的嘴，因此，為了保留近端語音信號的期望電平，一定要有相對高的增益。但是，這也意味著傳聲器對正在采集的本地揚聲器信號更加靈敏。對于與傳聲器離用戶嘴更遠的車載式電話一起使用的免提輔助設備情況更加顯著，因此其增益一定要更高，這也意味著對正在采集的本地揚聲器信號更靈敏。總之，由現代電話產生的回波信號的音量可能在感覺上是很顯著的。
與回波信號相聯系的延遲也可在感覺上是很顯著的。對于給定的回波音量，感覺力的增加與最高可達50ms的回波延遲的增加成正比。通常，超過50ms的回波延遲被認為在感覺上是不能容忍的。有線網絡的原始模擬電話產生的回波信號或者遇到相對短的延遲(即不超過50ms)，因而在感覺上不顯著，或者遇到達到感覺上很顯著的程度，它們受到的僅僅是線性失真，因此在網絡內部可以有效地抵消。但是，較新的數字電話，包括數字無繩及蜂窩式電話，是通過聲碼器處理語音信號的，該聲碼器不僅引入了大的延遲(例如200ms量級)，還引入了阻止回波信號在網絡中有效抵消的非線性失真。對于這些現代電話，回波信號一定要在源中抵消，即在傳輸之前抵消。
為避免不期望回波信號的傳輸，有必要將輸入到傳聲器的近端用戶信號與由揚聲器產生的遠端用戶信號隔離開，但是其又可以由傳聲器檢測到；有必要僅僅將近端用戶信號傳輸到遠端用戶，這樣遠端用戶將不會聽到他自己語音的延遲版本。這通常是通過設計成從傳聲器輸出中去掉回波信號的回波抑制或回波抵消的處理來完成的，因此僅僅留下了用戶信號在傳輸(為說明目的，交替使用術語“回波抑制”和“回波抵消”以表示消除或減小回波信號的功能)。
盡管在上述的包括使用常規陸線電話手機的所有電話系統中需要的回波抵消至少要達到一定程度，其在免提揚聲器電話應用中尤其嚴重，并且對于適合免提操作的車載或車撐(例如便攜式)無線電電話特別嚴重。封閉的車載式環境極易于將揚聲器信號多重反射到用于免提操作的高增益傳聲器中。但是，在該環境中的回波抵消的任務被車輛運動復雜化了，被運動的同時隨車窗的打開或關閉以及隨用戶頭的移動產生用戶和回波信號相對方向和強度的變化而復雜化了。而且，現代數字無線電電話包含非線性部件(例如聲碼器)，其將非線性失真引入回波信號中，使得用簡單的回波抵消技術來去掉它變得更加困難。
例如在美國專利US4,468,641；4,584,441；4,712,235；5,062,102；5,084,865；5,305,309；5,307,405；5,131,032；5,193,112；5,237,562；5,263,019；5,263,020；5,274,705；5,280,525；5,315,585；5,319,585；和5,475,731中可以看到在回波抵消上現有技術的各種嘗試，尤其在移動無線電電話設施上的各種嘗試。但是，在數字無線電電話設施中關于回波抵消問題的通用解決方法能夠在

圖1所示的電路中看出。該回波抵消電路連接到諸如數字蜂窩電話(未示出)的電話系統。該電路的線10上接收來自電話系統的輸入信號L。信號L是產生于遠端談話人(未示出)的語音信號的脈碼調制(PCM)或其它數字表示。該數字信號加到數模轉換器(DAC)16，放大器18和揚聲器20，在此分別進行數模轉換，放大和從電信號轉換到聲(聲頻)信號。
繼續參考圖1的回波抵消電路，每個DAC16，放大器18和揚聲器20給輸入信號L可引入至少一些(非線性)失真。結果揚聲器20的輸出并不是輸入信號L的真實復制而是失真的版本L’。聲頻信號L’在被傳聲器22檢測之前將在周圍區域傳播，經受一個或多個表面反射，并在方向、振幅、頻率和/或相位上發生變化，該傳聲器22實際上是用來檢測來自近端談話人4的發出信號T的。正如本領域所知，在信號L’從揚聲器20傳到傳聲器20時，其經受的多路徑和依賴頻率的振幅和相位變化及延遲能用單一線性聲傳輸函數描述，這里設為H1。類似地，另一聲傳輸函數能用來定義從談話人4到傳聲器22的語音信號T的合成路徑，這里設為H3。
仍參考圖1，包括或連接到放大器及模數轉換器(為簡單緣故，兩者都未在圖1中示出)的傳聲器22將聲回波和談話人聲頻信號轉換成數字電信號。傳聲器22的輸出是合成信號M1=L’·H1+T·H3(此處符號“·”分別設為在頻域或時域內這些信號的乘法或卷積)。信號M1饋入加法器(或者相當的減法器)24的輸入。加法器24的其它輸入接收自適應FIR濾波器14的輸出，該自適應FIR濾波器14用來通過例如在美國專利5,475,731中公開的一組濾波器抽頭系數建模或估計傳輸函數H1。濾波器14的輸入是輸入信號L(先于DAC16中的數模轉換)，因而濾波器14的輸出是L·H1，其大概接近回波信號L’H1。假定濾波器14能夠補償或匹配通過DAC16、放大器18，揚聲器20、聲路徑H1及傳聲器22的信號L的延遲，結果濾波器14的輸出與信號M1是時間均衡的。因此，通過從信號M11中在加法器24減去濾波器14的輸出，M1中的(聲)回波信號L’·H1應當通過(電)回波估計量L·H1而有效地抵消，僅留下希望的談話人信號T·H3在線12上傳輸至電話系統，在電話系統其能被進一步處理并傳輸到遠端談話人。
可以理解濾波器14所具有的傳輸函數是一個估計值，而不是H1的真正復制，而且H1是受車載環境(例如窗戶打開或關閉)變化影響的動態函數。如果這個變化發生在輸入信號L有效的時候，則濾波器14的輸出可以偏離真實的回波估計量，因此在線12上將有殘余回波信號E1。當然，如果談話人正在講話，信號E1還將包含語音信號T·H3。但是，假定回波和語音信號相對地不相關，以便信號E1能夠用作為自適應地調節濾波器14的系數使得信號E1最小化的誤差反饋信號。最小均方(LMS)算法是公知的能用于該目的技術。
圖1現有技術回波抵消電路的固有屬性在于假設從揚聲器20輸出的回波信號L’基本上等于輸入到濾波器14輸入的輸入信號L。換言之，根據圖1電路的回波抵消要求由DAC16，放大器18和揚聲器20引入到信號L的失真相對忽略不計。如果這樣，則只要信號L’的傳輸函數H1能夠基本上在濾波器14中復制，通過從M1中減去濾波器14的輸出L·H1，回波信號L’·H1就能夠有效地從發出信號M1=L’·H1+T·H3中去除。因此當近端談話人靜默時，在該理想狀態下的誤差信號E1就將為零。
但是，在許多“現實世界”的應用中，對于圖1電路中信號失真的可忽略效果(即L’·H1=L·H1)的內在假設是不真實的。實際上，大的失真可以加到一個或多個DAC16、放大器18和揚聲器20中的輸入信號L。在這種情況下，自適應濾波器14的傳輸特征將把加法器24的相減抵消限制在信號L的那些未失真的分量上，因而在線12上留下很大殘余回波信號E1=L’·H1-L·H1，其能被遠端談話人聽到。換言之，因信號L和L’不是線性地相關，信號E1將包含傳輸到遠端談話人的非線性失真。
在許多實際應用中，揚聲器20中加入了大的失真。例如與蜂窩電話一起使用的免提輔助設備中的典型揚聲器將引入因傳輸頻帶中的諧振引起的大約10％的振幅失真。而且，經過揚聲器和傳聲器的信號增益可高達12dB。這把具有圖1電路的回波抑制限制到大約20-12=8dB，這遠遠不夠45dB的最小工業要求的標準。即使在使用昂貴的(較高質量)、具有很小或沒有傳輸頻帶諧振的“線性”(動態)揚聲器的場合，將仍然有大約1％的失真，并且僅揚聲器就將回波抑制限制在大約28dB。當然，其它部件(DAC和放大器)也將加入更多的失真，由此引起圖1回波抑制電路的性能更加偏離可接收的工業標準。總之，對于許多實際的應用，圖1的理想化電路并不滿足最小的工業標準或用戶要求。
認識到圖1回波抵消電路的局限，現有技術通過使用較低失真的部件來企圖克服這些局限，例如這些部件有動態揚聲器，或者通過增加用于去掉或阻塞線12上殘余回波信號的其它部件來克服這些局限，這些其它部件例如有中心限幅器，自適應衰減器，譜減法器，話音檢測器，通話重疊檢測器，發散檢測器或者噪聲分析檢測器。但是，較低失真部件是昂貴的，正如上述并不能完全地消除失真或者顯著地改善整體性能。而且一些附加的部件實際上增加它們自己的失真，另外一些部件實際上可干擾電路的正常工作。例如，話音檢測器常常被環境噪聲聽愚弄，導致代替回波信號而偶然地去除了語音信號。使用其它類型的檢測器也會遇到類似的缺點。
與免提電話系統中回波抵消問題相關的是聲噪聲抵消的問題，即從正在傳輸的談話人信號去掉環境(背景)噪聲。Kuo等人公開了一種關于噪聲和回波抵消的新方法，見“Acoustic Noise and EchoCancellation Microphone System for Desktop Conferencing”,TheProceedings of the 6th International Conference on SignalProcessing Applications and Technology(ICSPAT),October24-26,1995,pp.41-45。正如圖2所示，該方法使用了彼此靠近放置但指向相反方向的雙向傳聲器22和26。第一個傳聲器22指向近端談話人4，用作為主傳聲器。第二個傳聲器26背向近端談話人4，用作為抵消來自噪聲源8的環境噪聲信號N的參考傳聲器。聲屏障(未示)置于傳聲器22和26之間，以減小進入參考傳聲器26的談話人信號T的泄漏。
繼續參考圖2噪聲和回波抵消電路，當該電路處于空閑模式時，將沒有近端或遠端談話人信號，并且主傳聲器和參考傳聲器22和26的輸出Mp和Mr分別僅包含來自噪聲源8的背景噪聲N。來自主傳聲器22的噪聲信號Mp供給加法器27。來自參考傳聲器26的噪聲信號Mr饋入具有傳輸函數A(Z)的自適應濾波器28。在加法器27中從噪聲信號Mp中減去自適應濾波器28的輸出。空閑模式期間，自適應濾波器28使用LMS算法調節其系數，以使加法器27中的噪聲信號Mp相減。空閑模式期間，自適應濾波器28使用LMS算法調節其系數，以使加法器27輸出上的誤差信號Ea最小化，因而抵消來自主傳聲器22的噪聲信號Mp。自適應濾波器28最終收斂于使殘余噪聲Ea最小化的最佳傳輸函數A*(Z)。
當圖2電路處于接收模式時，除了來自噪聲源8的背景噪聲N之外，將有來自揚聲器20的回波信號L’。一確定的最佳濾波器A*(z)，其系數從先前的空閑模式得到，用來代替自適應濾波器28以抵消主信號Mp中的噪聲分量。信號Mp的回波分量在加法器29中抵消。該加法器29接收具有傳輸函數B(Z)的自適應濾波器30的輸出。自適應濾波器30使用LMS算法調節其系數并進行聲回波抵消，以使加法器29的輸出上的殘余誤差號Eb最小。自適應濾波器30最終收斂于使殘余回波Eb最小化的最佳傳輸函數B*(Z)。
當圖2電路處于傳輸模式時，除了來自噪聲源8的背景噪聲N之外，將有來自近端談話人4的語音信號T(但大概沒有回波信號)。確定的最佳濾波器A*(Z)但不是濾波器B*(z)再次用來抵消主信號Mp中的噪聲分量。該模式中，可認為由于傳聲器22和26的定位及它們用聲屏障隔離，將有極少的語音信號T泄漏入參考傳聲器26。因此，可以認為近端談話人信號T將由主傳聲器22檢測并以最小的失真傳輸到遠端談話人。
當圖2電路以“重疊通話”(傳輸和接收)模式工作時，參考信號Mr包含來自噪聲源8的背景噪聲N，來自揚聲器20的回波信號L’和來自談話人4的(大概最小)語音信號T。該模式中，分別來自先前空閑和接收模式的確定最佳濾波器A*(Z)和B*(Z)分別用來抵消主信號Mp中的噪聲和回波分量。
圖2電路設計成允許采用二個低級濾波器以進行噪聲和回波的抵消。由于主和參考傳聲器22和26靠近放置，其輸出Mp和Mr將分別包含高相關的聲噪聲和回波信號，其能夠分別用二個低級濾波器28和30抵消。然而，該設計要求采用強力語音檢測器，以將空閑模式、接收模式、傳輸模式和重疊通話模式中的語音和噪聲區分開。在噪聲環境，例如車載式電話環境，這種檢測器極易被噪聲愚弄，尤其在移動對移動呼叫時更如此。而且，圖2的電路設計要求濾波器28和30在不同模式工作期間應被起動和被停用，因而導致能被遠端用戶聽到的干擾轉換。
簽于上述回波和/或噪聲抵消方法的不足，需要有新的回波抵消電路，在非線性失真出現時其能有效地去掉回波信號，并且不要求使用昂貴部件或附加檢測器。還希望即使在噪聲或變化的環境，該新電路應能夠有效地抵消回波。另外，希望該新電路能夠有效地抵消背景噪聲。本發明將滿足這些目的。
發明概要本發明提供了期望水平的回波抑制，不需要昂貴的高質量聲頻部件，例如圖1電路所要求的線性揚聲器，也不需要使用帶有附帶問題的檢測器電路，例如圖2電路所要求的語音檢測器。通常，獲得根據本發明的回波抑制是通過(1)將圖1一個傳聲器電路的失真信號E1不用作回波抵消電路的輸出，但僅作為估計希望的聲傳輸函數的自適應濾波器的誤差信號，(2)使用至少一個其它傳聲器和至少一個估計另一希望的聲傳輸函數的其它自適應濾波器，正如圖2的雙傳聲器電路，同時通過使用輸入信號L作為調節至少一個自適應濾波器系數的參考信號來避免使用語音檢測器，(3)使用一個或多個自適應濾波器系數濾波一個或多個傳聲器(它們本身實際上不增加失真)的失真回波信號輸出，以及(4)線性地合成濾波的和/或非濾波的傳聲器輸出以消除非線性失真的回波信號。這種方式下，由一個傳聲器檢測的失真聲回波信號基本上能夠被由另一個傳聲器檢測的失真聲回波信號抵消，這代替了通過基于未失真回波信號的電回波估計量進行的僅僅部分的抵消，其通常的情況例如是圖2的現有技術電路。
在本發明電路的各種各樣實例中，任何傳聲器輸出的期望濾波都可以在其系數復制于一個或多個自適應濾波器的確定濾波器中，在其系數是參考輸入信號L調節的自適應濾波器中，或者在使用另一自適應濾波器的輸出作為參考信號的自適應濾波器中完成。而且在這些實例中，通過適當定位或指向本發明傳聲器，還可以自動地抵消環境噪聲，以及伴隨回波信號的抵消。與現有技術不同，這個新的線性的對回波和噪聲抵消的方法并不關注在任何時間近端和遠端談話人的哪一個是有效的，此外，它不會被噪聲“愚弄”，并且其自身不會插入任何非線性失真。
在一個方案中，本發明提供了在聲頻電路中回波抵消的方法，該聲頻電路包括傳聲器和揚聲器，傳聲器檢測來自近端用戶的語音信號，揚聲器接收遠端語音信號并產生也被傳聲器檢測的對應回波信號。該方法包括步驟提供至少一個用于檢測回波信號的聲頻電路中的其它傳聲器，該至少一個其它傳聲器也檢測近端語音信號；在多個自適應濾波器中估計多個聲傳輸函數，每個自適應濾波器具有多個系數，至少一個自適應濾波器使用遠端語音信號作為適配其系數的參考信號；濾波使用一個或多個自適應濾波器系數的一個或多個傳聲器的輸出；以及合成濾波的和/或未濾波的傳聲器輸出，使得在基本上保留近端語音信號的同時基本上抵消回波信號。
該方法可能的幾個實例中，聲頻電路包含第一和第二傳聲器，從揚聲器到第一和第二傳聲器的回波信號是分別以聲傳輸函數H1和H2為特征的。類似地，該方法可能的幾個實例中，聲頻電路包含第一、第二和第三傳聲器，從揚聲器到第一、第二和第三傳聲器的回波信號分別是以聲傳輸函數H1、H2和H5為特征的。這里說明了各雙傳聲器和三聲器電路的若干示例性實例。當然，通過本發明可設想許多其它的實例，包括那些超過三個傳聲器電路的實例。
在關于雙傳聲器電路發明方法的第一個示例性實例中，該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用遠端語音信號作為適配第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H2，使用遠端語音信號作為適配第二自適應濾波器系數的參考信號；在使用第二自適應濾波器系數的第一確定濾波器中濾波第一傳聲器的輸出；在使用第一自適應濾波器系數的第二確定濾波器中濾波第二傳聲器的輸出；以及從第一確定濾波器輸出減去第二確定濾波器的輸出。
在關于雙傳聲器電路的第二個示例性實例中，該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用遠端語音信號作為適配第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H2，使用遠端語音信號作為適配第二自適應濾波器系數的參考信號；在估計H1/H2的確定濾波器中濾波第二傳聲器輸出，使用第一和第二自適應濾波器的系數；以及從第一傳聲器輸出減去確定濾波器輸出。
在關于雙傳聲器電路的第三個示例性實例中，該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計1/H1，使用遠端語音信號作為適配第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計1/H2，使用遠端語音信號作為適配第二自適應濾波器系數的參考信號；在第一自適應濾波器中濾波第一傳聲器輸出；在第二自適應濾波器中濾波第一傳聲器輸出；在第二自適應濾波器中濾波第二傳聲器輸出；以及從第一自適應濾波器輸出中減去第二自適應濾波器輸出。
在關于雙傳聲器電路的第四個示例性實例中，該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用遠端語音信號作為適配第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計1/H2，使用遠端語音信號作為適配第二自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中濾波第二傳聲器輸出；在使用第一自適應濾波器系數的確定濾波器中濾波第二自適應濾波器的輸出；以及從第一傳聲器輸出減去確定濾波器輸出。
在關于雙傳聲器電路的第五個示例性實例中，該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用遠端語音信號作為適配第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H1/H2，使用第一自適應濾波器輸出作為適配第二自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中濾波第二傳聲器的輸出；以及從第一傳聲器輸出減去第二自適應濾波器的輸出。
在關于雙傳聲器電路的任何上述示例性實例中，第一和第二傳聲器可以相對用戶和揚聲器定位，使得第一傳聲器接收比第二傳聲器更高電平的近端語音信號，以及第二傳聲器接收比第一傳聲器更高電平的回波信號。另外，第一和第二聲器可基本上距揚聲器等距離定位，目的的在于還能抑制基本上由第一和第二傳聲器等量接收的環境噪聲。
在關于三個傳聲器電路的第一個示例性實例中，該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用遠端語音信號作為適配第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H2，使用遠端語音信號作為適配第二自適應濾波器系數的參考信號；在第三自適應濾波器中估計H5，使用遠端語音信號作為適配第三自適應濾波器系數的參考信號；在分別使用第二和第三自適應濾波器系數的第一對確定濾波器中濾波第一傳聲器的輸出；在分別使用第一和第三自適應濾波器系數的第二對確定濾波器中濾波第二傳聲器的輸出；在分別使用第一和第二自適應濾波器系數的第三對確定濾波器中濾波第三傳聲器的輸出；在第一乘法器中用常數(C)乘以第一對確定濾波器的輸出，此處0≤C≤1；在第二乘法器中用常數(1-C)乘以第二對確定濾波器的輸出；以及從第一和第二乘法器的輸出減去第三對確定濾波器的輸出。
在關于三個傳聲器電路的第二個示例性實例中，通過分別再定位第一對和第二對確定濾波器中其它兩個確定濾波器輸出處的第一和第二乘法器，以及在該單一確定濾波器濾波它們之前合成第一和第二乘法器的輸出，使用第一實例中的第三自適應濾波器系數的兩個確定濾波器可被單一確定濾波器代替，在關于三個傳聲器電路的任何一個示例性實例中，能夠調節常數值(c)，目的在于跟蹤近端語音信號的方向或者使噪聲沖擊最小化。
附圖及所附的詳細說明可使本發明上述及其它優點更明顯。
附圖的簡要說明參考下述附圖將更好理解本發明，其若干目的和優點將變得清楚。
圖1是通用現有技術回波抵消電路的方框圖；圖2是某些噪聲和回波抵消電路的方框圖；圖3是根據本發明構造的雙傳聲器回波抵消電路的一個實例的方框圖；圖4-7是圖3雙傳聲器回波抵消電路的各種選擇實例；圖8-9是來自圖3-7任何電路的雙傳聲器示例性結構的二個不同視圖，該結構用于裝在常規車輛上關于蜂窩電話的免提輔助設備中噪聲和回波抵消；以及圖10-11是根據本發明構造的三個傳聲器回波抵消電路的選擇實例。
詳細說明首先參考圖3，圖1常規回波抵消電路已根據本發明一個實例進行了修改。在該實例中，除了傳聲器22之外，第二個傳聲器36用來檢測來自揚聲器20的回波信號L’和來自近端談話人4的談話人信號T。正如在下面所做的圖3工作綜述之后的理解，傳聲器36與圖2傳聲器26相比其使用是以不同的方式。還可理解，盡管由部件16-20引起的失真防止濾波器14回波估計輸出完全抵消圖1加法器24中的聲回波，然而濾波器14用在圖3以估計聲傳輸函數H1，這是因為即使出現這種失真，其系數將收斂于相同值。
如圖3所示，揚聲器20和傳聲器36之間的聲頻道路是以H2表示的聲傳輸函數為特征的。類似地，近端談話人4和傳聲器36之間的聲頻通路是以由H4表示的聲傳輸函數為特征的。傳聲器36的輸出M2=L’·H2+T·H4加到加法器38的一個輸入。加法器38的另一輸入接收建模函數H2的自適應FIR濾波器40輸出。自適應濾波器40的輸入是在線10上來自電話系統的輸入信號L。因此，自適應濾波器40的輸出是信號L·H2，其在加法器38中被從信號M2中減去。自適應濾波器40使用LMS算法以使加法器38輸出端的誤差信號E2最小化。
繼續參考圖3，第一傳聲器22的輸出M1=L’·H1+T·H3加到確定FIR濾波器42，其系數復制于自適應濾波器40的抽頭，如濾波器40和42之間虛線44所示。因此，確定濾波器42的輸出是由L’·H1·H2+T·H3·H2合成所表示的合成回波和談話人信號，類似地，第二傳聲器36的輸出M2=L’·H2+T·H4加到確定FIR濾波器32，其系數復制于自適應濾波器14的抽頭，如濾波器14和32之間的的虛線34所示。因此，確定濾波器32的輸出是由L’·H2·H1+T·H4·H1合成所表示的合成回波和談話人信號。如圖3所示，確定濾波器32的輸出在加法器46中被從確定濾波器42的輸出中減去。由于通過定義L’·H1·H2=L’·H2·H1，確定濾波器32和42輸出中的回波分量將在加法器46中彼此線性抵消，在加法器46輸出端F留下無回波合成談話人信號T·H3·H2-T·H4·H1=T(H3·H2-H4·H1)在線12上傳輸至電話系統。
應該理解，圖3電路在加法器46所獲得的線性回波抵消是與二個傳聲器22和36及揚聲器20的結構或相對定位無關的。但是理想的期望是正如在加法器46輸出端F所反映的，電路的頻率響應應該盡可能密切地響應在傳聲器22檢測到的談話人信號T。從數學上講，希望下述方程成立F=T(H3·H2-H4·H1)=T·H3正如將會極易認識到的，如果H2=1和H4·H1=0，則該方程成立。如果第二個傳聲器36直接放置在揚聲器20的前面并靠近放置，使得由傳聲器36檢測的直接信號能量對反射L’信號能量之比值很大，則第一個條件將能夠滿足，H2將非常接近于脈沖函數(即H2=1)。如果第二個傳聲器36定位于比第一個傳聲器22更靠近(例如10倍靠近)揚聲器20以使H1《H2，并且如果第一個傳聲器22指向談話人4，同時第二個傳聲器36背向談話人4并指向揚聲器20使得H4《H3的話，則第二個條件可以滿足。因此，H4·H1《H3·H2并且H4·H1能作為接近于0處理。在這些條件下，合成(H3·H2-H4·H1)將有效地減到H3，輸出信號F將類似理想輸入信號T·H3。
其次參考圖4，其示出圖3回波抵消電路的選擇實例。該實例中，傳聲器22的輸出M1直接提供給加法器46，不需要經過諸如圖3所示確定濾波器42的任何濾波器。該方案消除了經過濾波器42處理近端談話人信號T的任何延遲，而這種延遲對遠端談話人是易見的。而且，如果傳聲器22靠近近端談話人4定位，通過通路H1信號T中的任何延遲能被最小化。為在加法器46提供回波抵消，傳聲器36的輸出M2經過確定無限脈沖響應(IIR)濾波器48，該確定無限脈沖響應濾波器48實現有理聲傳輸函數H1/H2(此處符號“/”分別設為頻域或時域中的除法或反卷積)。該函數的分子H1是由復制自適應濾波器14系數得到的，如虛線34所示。分母H2是由復制自適應濾波器40系數得到的，如虛線44所示。
繼續參考圖4，傳聲器22的輸出M1是由合成L’·H1+T·H3表示的合成回波和談話人信號。濾波器48輸出是由合成L’·H1+T·H4·H1/H2表示的合成回波和談話人信號。在加法器46中濾波器48的輸出被信號M1減去。假定信號L’通過路徑H2的延遲小于或等于通過路徑H1的延遲(其可以是這種情況，例如若傳聲器36比傳聲器22更靠近揚聲器20，或者若傳聲器36和揚聲器20包含在相同的組件中)，則將為濾波器48保留因果關系。信號M1中的回波分量L’·H1將被來自確定濾波器48輸出的等量分量有效地抵消。因此，到電話系統的回線12上的信號F將是無回波的。
其次參考圖5，其示出圖3回波抵消電路的另一選擇實例。可以認為該實例比圖4所示實例更有效，因為它避免了與復制諸如圖4濾波器14和40之濾波器系數相聯系的處理和存儲要求。而且，該實例避免了與使用IIR濾波器相聯系的危險，IIR濾波器在某些頻率下將變得不穩定，例如可以發生若圖4濾波器48分母的H2在任何頻率下可為零時的危險。圖5中，傳聲器22和36的輸出將分別供給自適應FIR濾波器50和52，其分別估計有理傳輸函數1/H1和1/H2，并且其分別使用LMS算法使加法器24和38輸出端的誤差信號E1和E2最小化。正如本領域技術人員所理解，由于FIR濾波器是無條件地穩定，其相當于IIR功能的FIR近似的自適應濾波器50和52將在所有頻率上是穩定的。
圖5還示出延遲元件54和56，其分別用于確保濾波器50和52的因果關系，以及分別用于到各個加法器24和38的輸入信號的時間校準。換言之，沒有延遲元件54和56，濾波器50和52將不得不估計負延遲，目的是補償信號L經過由部件16-20，聲道路H1或H2及傳聲器22或36所構成環路部分的正延遲，正如所使用的。延遲元件54和56的包含分別允許濾波器50和52收斂到分別等于元件54和56中延遲量與環路其余部分之間差值的正延遲。正如本領域普通技術人員所理解的，延遲元件54和56能線性地工作，使得在信號L中不引入任何失真。還可理解，通過元件54和56的延遲量應是相同的，使得可確保形成加法器46輸入的濾波器50和52輸出的時間校準。因此，在分流入加法器24和38之前輸入信號L穿過單一延遲元件代替延遲元件54和56成為可能。
繼續參考圖5，自適應濾波器50的輸出是由L’+T·H3/H1合成表示的合成回波和談話人信號。類似地，自適應濾波器52的輸出是由L’+T·H4/H2合成表示的合成回波和談話人信號。濾波器52的輸出在加法器46中被濾波器50的輸出減去，由此抵消回波分量L’，保留談話人信號T(H3/H1-H4/H2)。結果，到電話系統的回線12上的信號F為無回波。應注意到，盡管圖5中傳聲器22和36距揚聲器20基本相等，但這種配置并不是在加法器46有效回波抵消所要求的，其僅是為圖示說明之目的的。圖5電路適當工作僅僅要求的是H3/H1》H4/H2，以便在加法器46回波抵消之后將基本上保留了談話人信號T。例如，如果傳聲器22指向近端談話人4并背向揚聲器20，同時傳聲器36背向近端談話人4且指向揚聲器20，使得H3》H4和H1《H2，則上述要求能夠滿足。
下面參考圖6，其示出了圖3回波抵消電路的另一選擇實例。可認為該實例是圖3所示電路的某些混種，因為其使用了上述兩電路中的某些部件。圖6電路避免使用諸如圖4濾波器48的潛在不穩定IIR濾波器，但要求系數的一些復制，即使對圖3中使用的穩定FIR濾波器32也是如此。圖6電路使用了與圖5相同目的的延遲元件56(即到加法器38的輸入時間校準)，但它不要求使用圖5中的延遲元件54，這是因為圖6中的自適應濾波器14能夠適當地構成那部分電路中信號L的延遲(即，為到加法器24的輸入時間校準之目的)。但是，圖6電路可以要求使用另一線性延遲元件58，以確保傳聲器22的輸出M1同FIR濾波器52的輸出時間校準地到達加法器46，使得這二個輸出中的回波分量將在加法器46中彼此有效地抵消。可以理解，為了這個目的，通過元件58的延遲應與通過元件56的延遲匹配，其又等于通過聲通路H2和濾波器52的延遲。由于濾波器32混合了通過聲道路H1的延遲估計量，如果延遲元件56和58具有匹配延遲，從傳聲器36到加法器46的延遲信號將遇到與從傳聲器22到加法器46的延遲信號的相同延遲。
從圖6可以看出，傳聲器22的輸出M1是由L’·H1+T·H3合成表示的合成回波和談話人信號。濾波器32的輸出是由L’H1+T·H4·H1/H2合成表示的合成回波和談話人信號。濾波器32的輸出在加法器46中被傳聲器22的(延遲)輸出M1減去，由此抵消回波分量L’·H1，留下談話人信號T(H3一H4·H1/H2)。結果，到電話系統的回線12上的信號F將是無回波的。正如圖5，盡管傳聲器22和36在圖6中距揚聲器20的距離相等，這種配置并不是在加法器46有效回波抵消所要求的，但它僅僅是為圖示說明的目的。圖6電路適當工作的要求僅是H3》H4·H1/H2，使得談話人信號T將基本上在加法器46回波抵消之后保留。例如，如果傳聲器22和36采用下述方式定位或指向，即傳聲器22接收基本上比傳聲器36較大的談話人信號T的能量，其意味著H3》H4，則上述要求能夠滿足。
下面參考圖7，其示出圖3回波抵消電路的另一選擇實例。該實例組合了與前面討論實例相聯系的優點，同時避免了任何潛在的缺點。特別是，該實例避免了濾波器系數的復制或者使用IIR濾波器或者延遲元件，同時在加法器46提供有理想的回波抵消。圖7中，傳聲器22的輸出M1直接饋入加法器46。這意味著，如果傳聲器22靠近近端談話人4放置，將存在被傳聲器22檢測到的最小延遲的信號T。自適應FIR濾波器60估計基于自適應濾波器14輸出和傳聲器36輸出M2的有理傳輸函數H1/H2。正如前述，不管有理函數的實現，濾波器60將是穩定的，因為它是FIR濾波器。
繼續參考圖7，傳聲器22的輸出M1是由L’·H1+T·H3合成表示的合成回波和談話人信號。濾波器60的輸出是由L’·H1+T·H4合成表示的合成回波和談話人信號。濾波器60的輸出在加法器46中被信號M1減去，由此抵消回波分量L’·H1，留下談人信號T(H3-H4)。結果，到電話系統的回線12上的信號F將是無回波的。而且，只要傳聲器22和36相對談話人4定位使得H3》H4，則電路輸出端的信號F將非常接近出現在電路輸入端的理想談話人信號T·H3。總之，圖7電路獲得了具有談話人信號T最小延遲或失真的回波抵消。
為圖示說明目的，圖7表示出直接放置在揚聲器20前面的傳聲器36，其意味著H2應很接近于1，函數H1/H2很接近H1。在這些情況下，自適應濾波器60基本上建模從揚聲器20到傳聲器22的回波通路H1。但是，應當注意，即使傳聲器22和36例如定位在距揚聲器20基本相等的距離，圖7電路仍能獲得理想的回波抵消。只要談話人4比傳聲器36更靠近傳聲器22，H3將比H4大，談話人信號T將保留在電路輸出端。但是，如果傳聲器22和36相對于揚聲器20定位，使得通過聲通路H2的延遲比通過聲通路H1的延遲長，則將延遲加在信號M1上(例如圖6延遲元件58所示)以便確保圖7濾波器60的因果關系是必須的(否則濾波器60不得不估計負延遲)。
如圖2所示，盡管一直沒有結合圖3-7特別討論來自噪聲源8的背景噪聲N的影響，可容易理解，環境噪聲在加法器46中要被抵消的程度分別依賴于由傳聲器27和36檢測到的噪聲信號的相對振幅，頻率和相位，依賴于在到達加法器46之前施加到這些噪聲信號的濾波器傳輸函數的屬性。但是，如果分別到傳聲器22和36聲回波通路H1和H2的增益能做到基本上彼此相同，并且能做到與對應聲噪聲通路的增益基本上相同，則在加法器46接收的噪聲分量能夠按相同方式并使用與回波分量相同的濾波器來抵消(至少對于那些可聽到的低頻噪聲分量，例如300-800Hz范圍，其應當在每個傳聲器22和36上被同相和等幅檢測到)。該雙重噪聲和回波抵消能夠通過把傳聲器22和36距揚聲器20等距離放置使得H1=H2來完成。為確保近端談話人信號T在加法器46中也不被抵消，傳聲器22能夠比傳聲器36更靠近談話人4放置使得H3》H4。這種配置的例子示于圖8-9。
下面參考圖8～9，其示出免提峰窩電話應用中來自圖3-7的傳聲器22和36及揚聲器20示例性結構的兩個普通視圖。蜂窩電話(未示出)裝在具有儀表板64和擋風屏66的常規車輛62上。傳聲器22和36可作為用于蜂窩電話的免提輔助設備工具的一部分提供。揚聲器20還可以作為輔助設備工具部分提供或者是車輛62上原始無線電設備部分。在圖8-9所示的例子中，揚聲器20在中央地裝在儀表板64的下面，傳聲器22和36安裝在檔風屏66相對著的上角部。看上去傳聲器22更靠近近端談話人4，其在這種情況是車輛62的司機。另一方面，看上去傳聲器36更靠近另一個近端談話人6，其在這種情況是車輛62中前位的乘客。這種配置允許兩個近端談話人4和6進行免提的談話。
圖8-9還說明了對應圖3-7所示的來自揚聲器20回波信號L’以及來自近端談話人4信號T的聲傳輸函數H1-H4。為了簡單，這里沒有示出或討論來自近端談話人6語音信號的聲傳輸函數，不過可以理解近端談話人6的噪聲和回波抵消分析將借鑒一般結合圖3-9所做的對近端談話人4的分析。在圖8-9所示的例子中，從揚聲器20到傳聲器22和36的聲頻道路分別以等長度描述，因此函數H1和H2的增益應當基本上相等(即H1≈H2)。另一方面，從談話人4到傳聲器22的聲頻通路基本上短于從談話人4到傳聲器36的聲頻通路，因此，函數H3的增益應當基本上大于函數H4的增益(即H3》H4)。
由于噪聲信號N和回波信號L’在圖8-9的各傳聲器22和36是高相關的，它們將在圖3-7所示任何電路的加法器46進行類似地抵消。另外，由于傳聲器22接收比傳聲器36更大的談話人信號，在加法器46的噪聲和回波抵消之后談話人信號將基本上保留。但是，在一些裝置中，有必要在輸出信號F上使用自動增益控制(AGC)，以確保到電話系統的線12上有合適的信號電平(信噪比)。在近端談話人對變化的噪聲狀態反應而調節其語音時，AGC還將給遠端談話人提供更一致的接收音量電平。而且，需要AGC來減小因在數字電話系統中使用編解碼器導致的量化噪聲的影響。
盡管圖3-9已經說明了僅使用二個傳聲器電路的本發明，可以理解，線性合成不同的傳聲器信號以取得回波抑制的本發明方法能夠使用三個或多個傳聲器。圖10-11提供了根據本發明使用三個傳聲器的回波抵消電路的兩個例子。這兩個例子擴展了圖3基本電路，從二個傳聲器到了三個傳聲器。但是應清楚地理解，圖4-9的電路能夠類似地擴展，而且對于本領域技術人員，根據本發明使用多于三個傳聲器來構造許多不同電路是極其容易的。
現在參考圖10，自適應濾波器14和40為從揚聲器20到傳聲器22和36的回波通路分別建模聲傳輸函數H1和H2，并且使用LMS算法分別使加法器24和38輸出端的誤差信號E1和E2最小化，它們是與圖3所示電路討論的方法相同進行的。但是圖10電路使用了第三個傳聲器68、加法器70和給從揚聲器20到傳聲器68的回波通路建模聲傳輸函數H5的自適應濾波器72，自適應濾波器72也使用LMS算法使加法器70輸出端的誤差信號E3最小化。正如前述，其目的是控制傳聲器22、36和68輸出中的回波分量，使得它們能夠在加法器46中線性地合成和抵消。為此目的，圖10電路使用了二個其系數沿線34復制于自適應濾波器14的確定濾波器32，二個其系數沿線44復制于自適應濾波器40的確定濾波器42，以及二個其系數沿線76復制于自適應濾波器72的確定濾波器74。換言之，確定濾波器32，42和74分別實現傳輸函數H1,H2和H5，如圖10所示。
繼續參考圖10，傳聲器22的輸出M1分別通過濾波器42和74的二個連續級，然后，在乘法器78中乘以常數(C)(此處0≤C≤1)。乘法器78輸出端的回波分量是信號C·L’·H1·H2·H5，其饋入加法器46。傳聲器36的輸出M2分別通過濾波器32和74的二個連續級，然后在乘法器80中乘以常數(1-C)。乘法器80輸出端的回波分量是信號(1-C)·L’·H2·H1·H5，其也饋入加法器46。傳聲器68的輸出M3分別通過濾波器32和42的二個連續級，所產生的回波分量L’·H5·H1·H2然后直接饋入加法器46，用來從加法器46接收的其它回波信號中相減。加法器46中，接收的回波分量將相互抵消，輸出F將是無回波的，用公式表示如下F(回波)=C·L’·H1·H2·H5+(1-C)·L’·H2·H1·H5-L’·H5·H1·H2=0圖11是圖10的變種，目的在于減少確定濾波器32、42和72的數目及相關的系數復制量。從圖10-11的比較中能夠看出，圖11電路用一個確定濾波器74和加法器82代替了圖10電路中的二個確定濾波器74，加法器82在合成通過單一確定濾波器74和到達加法器46之前合成乘法器78和80的輸出。因此圖11中的確定濾波器74輸出等于圖10乘法器78和80輸出的和，回波抵消將在圖11加法器46中按等價于圖10的方式發生抵消。圖10-11還表示出要在加法器46進行相減的回波信號能夠如圖10所示供給加法器46的負(倒相)端，或者選擇為如圖11所示在供給加法器46之前在乘法器84中乘以常數(-1)。
圖10-11的檢定揭示出本發明的基本經驗在于能夠用任意數目的傳聲器(即大于3)來擴展電路。為實現在加法器46的回波抵消，使用了類似于“最小公分母”的方法，其中每個傳聲器的輸出經多個濾波級濾波，其將這些輸出賦予一共同組的傳輸函數。需要時，一個或多個傳聲器輸出能被合適的常數乘，結果使得它們在加法器46中加(或減)時，不會留下回波信號。簡略地回顧圖10，例如，傳聲器22的輸出M1，具有傳輸函數H1的回波通路，分別通過了實現對應于其它二個傳聲器36和68回波通路的傳輸函數H2和H5的濾波器42和74。類似地，傳聲器36的輸出M2，具有傳輸函數H2的回波通路，分別通過了實現對應于其它二個傳聲器22和68回波通路的傳輸函數H1和H5的濾波器32和74。對傳聲器68的輸出M3也有類似的過程。圖10中選擇用常數(C)和(1-C)來乘可確保各種回波信號適當地加權重以及在加法器46中彼此完全地抵消。
還將理解，圖10-11中的常數(C)值可以在0和1之間變化，以便“駕駛”指向來自近端談話人4的語音信號T或者背向來自噪聲源8的噪聲信號N的傳聲器22和36，而不影響在加法器46的回波抵消。例如，傳聲器22和36可以安裝在擋風屏66上，如圖8-9所示，同時傳聲器68可以靠近和指向車輛62內部的揚聲器20安裝。如果C=0，圖10-11中的乘法器78的輸出將為0，并且僅有傳聲器36的輸出M2傳到加法器46。反過來，如果C=1，圖10-11中的乘法器80的輸出將為零，并且僅有傳聲器22的輸出M1傳到加法器46。在這個極端之間，能夠調節(C)值以提高傳聲器22和36之一對語音信號T的靈敏度，以便自動跟蹤近端談話人4的頭運動。類似地，能夠調節(C)值以降低傳聲器22和36之一對噪聲信號N的靈敏度，以便使例如在更靠近噪聲源8的傳聲器位置的噪聲最小。例如通過本領域公知的波束形成技術和傳聲器陣列可以確定任何時刻的最合適(C)值。
從圖3-11和附加討論現在應當清楚，本發明的各個電路取得了回波信號的理想抵消，該回波信號通過第一個傳聲器檢測，通過使用至少一個其它的傳聲器來為該回波信號建立到電路中適當節點的另一個通路，在適當節點處由第一個傳聲器檢測的回波信號能被由一個或多個其它傳聲器檢測的回波信號所抵消。通過使用多個傳聲器來為該回波信號有效地形成波束圖，結果在回波抵消電路的給定節點上存在對于該信號的零位。在該節點上，不僅絕大部分的環境噪聲，而且回波信號的線性和非線性失真分量被抵消了。還能看出，借助各種各樣構形的二個或多個傳聲器，本發明取得了回波和噪聲的抑制，并且當使用三個或多個傳聲器時，通過適當加權傳聲器的輸出使得語音信號輸出電平最大化或者使噪聲信號輸出電平最小化而能夠控制至少某些傳聲器的靈敏度，但其不影響由該電路完成的回波抵消。
應當注意，為說明目的，圖3-11電路中的自適應濾波器使用了最小均方(LMS)算法以估計希望的函數。但是，本領域技術人員可以理解也可以使用許多其它的估計算法。有二類算法尤其適合于這個目的。第一類算法，即梯度下降算法，包括LMS，歸一化LMS(NLMS)和塊LMS(BLMS)。第二類算法，即最小平方估計(LSE)算法，包括卡爾曼濾波，遞歸最小平方(LRS)和快速橫向濾波器(FTF)。
還應注意，盡管圖3-11電路中僅示出一個揚聲器，本發明的經驗能夠極易擴展到結合多個揚聲器的回波抵消電路。通常，本領域技術人員很容易認識到許多修改和改變都可做成這里公開的本發明的實例，而基本上不偏離本發明的精神和范圍。因此，這里公開的本發明的形式是示例性的，不應當看作是對所附權利要求限定本發明范圍的一種限制。
權利要求
1．在包括傳聲器和揚聲器的聲頻電路中，所述傳聲器檢測來自近端用戶的語音信號，所述揚聲器接收遠端語音信號，并產生也被所述傳聲器檢測的對應回波信號，一種抵消該回波信號的方法，包括步驟在所述聲頻電路中提供至少一個其它的傳聲器來檢測所述回波信號，所述至少一個其它的傳聲器還檢測所述近端語音信號；在每個具有多個系數的多個自適應濾波器中估計多個聲傳輸函數，至少一個所述自適應濾波器使用遠端語音信號作為調節其系數的參考信號；使用一個或多個所述自適應濾波器的系數濾波一個或多個所述傳聲器的輸出；和組合濾波的和/或未濾波的傳聲器輸出，使得在基本上保留所述近端語音信號的同時基本上抵消所述回波信號。
2．權利要求1的方法，其中所述濾波步驟包括在其系數是復制于一個或多個所述自適應濾波器的確定濾波器中濾波至少一個傳聲器輸出。
3．權利要求1的方法，其中所述濾波步驟包括在其系數適合于將遠端語音信號用作參考信號的自適應濾波器中濾波至少一個傳聲器輸出。
4．權利要求1的方法，其中所述濾波步驟包括在把另一個自適應濾波器輸出用作參考信號的自適應濾波器中濾波至少一個傳聲器輸出。
5．權利要求1的方法，其中所述聲頻電路包括第一和第二傳聲器，從所述揚聲器到所述第一和第二傳聲器的回波信號分別具有聲傳輸函數H1和H2，其中該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用所述遠端語音信號作為適配所述第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H2，使用所述遠端語音信號作為適配所述第二自適應濾波器系數的參考信號；在第一確定濾波器中濾波所述第一傳聲器的輸出，使用所述第二自適應濾波器的系數；在第二確定濾波器中濾波所述第二傳聲器的輸出，使用所述第一自適應濾波器的系數；和從所述第一確定濾波器的輸出減去所述第二確定濾波器的輸出。
6．權利要求5的方法，還包括相對于所述近端用戶和所述揚聲器安裝所述第一和第二傳聲器的步驟，使得所述第一傳聲器接收比所述第二傳聲器基本上更高的電平的所述近端語音信號，所述第二傳聲器接收比所述第一傳聲器基本上更高的電平的所述回波信號。
7．權利要求5的方法，還包括安裝距所述揚聲器基本上等距離的所述第一和第二傳聲器，目的在于還抑制被所述第一和第二傳聲器基本上相等地接收的環境噪聲。
8．權利要求1的方法，其中所述聲頻電路包括第一和第二傳聲器，從所述揚聲器到所述第一和第二傳聲器的回波信號分別具有聲傳輸函數H1和H2，其中該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用所述遠端語音信號作為適配所述第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H2，使用所述遠端語音信號作為適配所述第二自適應濾波器系數的參考信號；在估計H1/H2的確定濾波器中濾波所述第二傳聲器的輸出，使用所述第一和第二自適應濾波器的系數；和從所述第一傳聲器的輸出減去所述確定濾波器的輸出。
9．權利要求8的方法，還包括相對于所述近端用戶和所述揚聲器安裝所述第一和第二傳聲器，使得所述第一傳聲器接收比所述第二傳聲器基本上更高電平的所述近端語音信號，所述第二傳聲器接收比所述第一傳聲器基本上更高電平的所述回波信號。
10．權利要求8的方法，還包括安裝距所述揚聲器基本上等距離的所述第一和第二傳聲器，目的在于還抑制被所述第一和第二傳聲器基本上相等接收的環境噪聲。
11．權利要求1的方法，其中所述聲頻電路包括第一和第二傳聲器，從所述揚聲器到所述第一和第二傳聲器的回波信號分別具有聲傳輸函數H1和H2，其中該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計1/H1，使用所述遠端語音信號作為適配所述第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計1/H2，使用所述遠端語音信號作為適配所述第二自適應濾波器系數的參考信號；在所述第一自適應濾波器中濾波所述第一傳聲器的輸出；在所述第二自適應濾波器中濾波所述第二傳聲器的輸出；和從所述第一自適應濾波器的輸出減去所述第二自適應濾波器的輸出。
12．權利要求11的方法，還包括相對于所述近端用戶和所述揚聲器安裝所述第一和第二傳聲器的步驟，使得所述第一傳聲器接收比所述第二傳聲器基本上較高電平的所述近端語音信號，所述第二傳聲器接收比所述第一傳聲器基本上較高電平的所述回波信號。
13．權利要求11的方法，還包括距所述揚聲器基本上相等的距離安裝所述第一和第二傳聲器的步驟，目的在于還抑制基本上被所述第一和第二傳聲器相等接收的環境噪聲。
14．權利要求1的方法，其中所述聲頻電路包括第一和第二傳聲器，從所述揚聲器到所述第一和第二傳聲器的回波信號分別具有聲傳輸函數H1和H2，其中該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用所述遠端語音信號作為適配所述第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計1/H2，使用所述遠端語音信號作為適配所述第二自適應濾波器系數的參考信號；在所述第二自適應濾波器中濾波所述第二傳聲器的輸出；在使用所述第一自適應濾波器系數的確定濾波器中濾波所述第二自適應濾波器的輸出；和從所述第一傳聲器的輸出減去所述確定濾波器的輸出。
15．權利要求14的方法，還包括相對于所述近端用戶和所述揚聲器安裝所述第一和第二傳聲器的步驟，使得所述第一傳聲器接收比所述第二傳聲器基本上更高電平的所述近端語音信號，所述第二傳聲器接收比所述第一傳聲器基本上更高電平的所述回波信號。
16．權利要求14的方法，還包括距所述揚聲器基本上等距離的安裝所述第一和第二傳聲器，目的在于還抑制基本上被所述第一和第二傳聲器相等接收的環境噪聲。
17．權利要求1的方法，其中所述聲頻電路包括第一和第二傳聲器，從所述揚聲器到所述第一和第二傳聲器的回波信號分別具有聲傳輸函數H1和H2，其中該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用所述遠端語音信號作為適配所述第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H1/H2，使用所述第一自適應濾波器的輸出作為適配所述第二自適應濾波器系數的參考信號；在所述第二自適應濾波器中濾波所述第二傳聲器的輸出；從所述第一傳聲器的輸出減去所述第二自適應濾波器的輸出。
18．權利要求17的方法，還包括相對于所述用戶和所述揚聲器安裝所述第一和第二傳聲器的步驟，使得所述第一傳聲器接收比所述第二傳聲器基本上更高電平的所述近端語音信號，所述第二傳聲器接收比所述第一傳聲器基本上更高電平的所述回波信號。
19．權利要求17的方法，還包括距所述揚聲器基本上等距離安裝所述第一和第二傳聲器的步驟，目的在于還抑制基本上由所述第一和第二傳聲器相等接收的環境噪聲。
20．權利要求1的方法，其中所述聲頻電路包括第一、第二和第三傳聲器，從所述揚聲器到所述第一、第二和第三傳聲器的回波信號分別具有聲傳輸函數H1，H2和H5，其中該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用所述遠端語音信號作為適配所述第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H2，使用所述遠端語音信號作為適配所述第二自適應濾波器系數的參考信號；在第三自適應濾波器中估計H5，使用所述遠端語音信號作為適配所述第三自適應濾波器系數的參考信號；在分別使用所述第二和第三自適應濾波器系數的第一對確定濾波器中濾波所述第一傳聲器的輸出；在分別使用所述第一和第三自適應濾波器系數的第二對確定濾波器中濾波所述第二傳聲器的輸出；在分別使用所述第一和第二自適應濾波器系數的第三對確定濾波器中濾波所述第三傳聲器的輸出；在第一乘法器用常數(C)乘以所述第一對確定濾波器的輸出，此處0≤C≤1；在第二乘法器用常數(1-C)乘以所述第二對確定濾波器的輸出；和從所述第一和第二乘法器的輸出減去所述第三對確定濾波器的輸出。
21．權利要求20的方法，其中調節(C)值使得由所述傳聲器檢測的噪聲最小化。
22．權利要求20的方法，其中調節(C)值使得改變所述傳聲器對所述近端語音信號的靈敏度。
23．權利要求1的方法，其中所述聲頻電路包括第一、第二和第三傳聲器，從所述揚聲器到所述第一、第二和第三傳聲器的回波信號分別具有聲傳輸函數H1，H2和H5，其中該方法包括步驟在第一自適應濾波器中估計H1，使用所述遠端語音信號作為適配所述第一自適應濾波器系數的參考信號；在第二自適應濾波器中估計H2，使用所述遠端語音信號作為適配所述第二自適應濾波器系數的參考信號；在第三自適應濾波器中估計H5，使用所述遠端語音信號作為適配所述第三自適應濾波器系數的參考信號；在使用所述第二自適應濾波器系數的第一確定濾波器中濾波所述第一傳聲器的輸出；在使用所述第一自適應濾波器系數的第二確定濾波器中濾波所述第二傳聲器的輸出；在第一乘法器中用常數(C)乘以所述第一確定濾波器的輸出，此處0≤C≤1；在第二乘法器中用常數(1-C)乘以所述第二確定濾波器的輸出；在加法器中加所述第一和第二確定濾波器的輸出；在使用所述第三自適應濾波器系數的第三確定濾波器中濾波所述加法器的輸出；在分別使用所述第一和第二自適應濾波器系數的一對確定濾波器中濾波所述第三傳聲器的輸出；和從所述第三確定濾波器的輸出減去所述對確定濾波器的輸出。
24．權利要求23的方法，其中調節(C)值使得由所述傳聲器檢測的噪聲最小化。
25．權利要求23的方法，其中調節(C)值使得改變所述傳聲器對所述近端語音信號的靈敏度。
26．權利要求1的方法，其中所述聲頻電路是無線電話的免提輔助設備部分。
27．權利要求1的方法，其中所述自適應濾波器使用梯度下降或者最小平方估計(LSE)算法以估計所述聲傳輸函數。
28．權利要求1的方法，其中遠端語音信號在所述揚聲器和/或在與所述揚聲器連接的放大器或數模轉換器(DAC)中是失真的。
29．權利要求1的方法，其中所述自適應濾波器是有限脈沖響應(FIR)濾波器。
30．一種抵消來自聲源的回波信號的電路，包括用于沿由第一聲傳輸函數H1限定的第一通路來檢測所述回波信號的第一傳聲器；用于沿由第二聲傳輸函數H2限定的第二通路來檢測所述回波信號的第二傳聲器；用于估計H1的第一自適應濾波器；用于估計H2的第二自適應濾波器；用于濾波所述第一傳聲器輸出使用H2估計量的第一確定濾波器；用于濾波所述第二傳聲器輸出使用H1估計量的第二確定濾波器；和從所述第一確定濾波器輸出減去所述第二確定濾波器輸出以抵消所述回波信號的裝置。
31．權利要求30的電路，其中所述第一確定濾波器的系數復制于所述第二自適應濾波器的系數，并且其中所述第二確定濾波器的系數復制于所述第一自適應濾波器的系數。
32．權利要求30的電路，其中所述第一和第二傳聲器基本上距所述聲源等距離安裝，目的在于還抑制基本上被所述第一和第二傳聲器相等接收的環境噪聲。
33．權利要求30的電路，其中所述回波信號產生于由所述聲源接收的輸入信號，其中所述第一和第二自適應濾波器分別使用所述輸入信號作為估計H1和H2的參考信號。
34．權利要求33的電路，其中所述回波信號是所述輸入信號的失真版本。
35．一種抵消來自聲源的回波信號的電路，包括用于沿由第一聲傳輸函數H1限定的第一通路來檢測所述回波信號的第一傳聲器；用于沿由第二聲傳輸函數H2限定的第二通路來檢測所述回波信號的第二傳聲器；用于估計H1的第一自適應濾波器；用于估計H2的第二自適應濾波器；用于濾波所述第二傳聲器輸出使用基于H1和H2估計量的聲傳輸函數H1/H2的確定濾波器；和從所述第一傳聲器的輸出減去所述確定濾波器的輸出以抵消所述回波信號的裝置。
36．權利要求35的電路，其中所述確定濾波器復制使用所述第一和第二自適應濾波器的系數。
37．權利要求35的電路，其中所述第一和第二傳聲器距所述聲源基本上等距離安裝，目的在于還抑制基本上被所述第一和第二傳聲器相等接收的環境噪聲。
38．權利要求35的電路，其中所述回波信號產生于由所述聲源接收的輸入信號，其中所述第一和第二自適應濾波器使用所述輸入信號作為分別估計H1和H2的參考信號。
39．權利要求38的電路，其中所述回波信號是所述輸入信號的失真版本。
40．一種抵消來自聲源的回波信號的電路，包括用于沿由第一聲傳輸函數H1限定的第一通路來檢測所述回波信號的第一傳聲器；用于沿由第二聲傳輸函數H2限定的第二通路來檢測所述回波信號的第二傳聲器；用于估計1/H1和用于濾波所述第一傳聲器輸出的第一自適應濾波器；用于估計1/H2和用于濾波所述第二傳聲器輸出的第二自適應濾波器；和從所述第一自適應濾波器的輸出減去所述第二自適應濾波器的輸出以抵消所述回波信號的裝置．
41．權利要求40的電路，其中所述第一和第二傳聲器距所述聲源基本上等距離地安裝，目的在于還抑制基本上被所述第一和第二傳聲器相等接收的環境噪聲。
42．權利要求40的電路，其中所述回波信號產生于由所述聲源接收的輸入信號，其中所述第一和第二自適應濾波器使用所述輸入信號作為分別估計1/H1和1/H2的參考信號。
43．權利要求42的電路，其中所述回波信號是所述輸入信號的失真版本。
44．一種抵消來自聲源的回波信號的電路，包括用于沿由第一聲傳輸函數H1限定的第一通路來檢測所述回波信號的第一傳聲器；用于沿由第二聲傳輸函數H2限定的第二通路來檢測所述回波信號的第二傳聲器；用于估計H1的第一自適應濾波器；用于估計1/H2和用于濾波器所述第二傳聲器輸出的第二自適應濾波器；用于濾波所述第二自適應濾波器輸出使用H1的估計量的確定濾波器；和從所述第一傳聲器的輸出減去所述確定濾波器的輸出以抵消所述回波信號的裝置。
45．權利要求44的電路，其中所述確定濾波器的系數復制于所述第一自適應濾波器的系數。
46．權利要求44的電路，其中所述第一和第二傳聲器距所述聲源基本上等距離安裝，目的在于還抑制基本上由所述第一和第二傳聲器相等接收的環境噪聲。
47．權利要求44的電路，其中所述回波信號產生于由所述聲源接收的輸入信號，其中所述第一和第二自適應濾波器分別使用所述輸入信號作為估計H1和1/H2的參考信號。
48．權利要求47的電路，其中所述回波信號是所述輸入信號的失真版本。
49．一種抵消來自聲源的回波信號的電路，包括用于沿由第一聲傳輸函數H1限定的第一通路來檢測所述回波信號的第一傳聲器；用于沿由第二聲傳輸函數H2限定的第二通路來檢測所述回波信號的第二傳聲器；用于估計H1的第一自適應濾波器；用于估計H1/H2和用于濾波所述第二傳聲器輸出的第二自適應濾波器；和從所述第一傳聲器的輸出減去所述第二自適應濾波器的輸出以抵消所述回波信號的裝置。
50．權利要求49的電路，其中所述第一和第二傳聲器距所述聲源基本上等距離的安裝，目的在于還抑制基本上被所述第一和第二傳聲器相等接收的環境噪聲。
51．權利要求49的電路，其中所述回波信號產生于由所述聲源接收的輸入信號，所述第一自適應濾波器使用所述輸入信號作為估計H1的參考信號，所述第二自適應濾波器使用用于估計H1/H2的所述第一自適應濾波器的輸出。
52．權利要求51的電路，其中所述回波信號是所述輸入信號的失真版本。
53．在包含從輸入信號產生回波信號的揚聲器的語音通信系統中，一種回波抵消電路包括多個用于檢測來自所述揚聲器的所述回波信號的傳聲器；用于估計多個聲傳輸函數使用輸入信號作為參考信號的裝置；用于濾波一個或多個所述傳聲器輸出使用一個或多個估計的聲傳輸函數的裝置；和用于合成各傳聲器的濾波輸出以抵消所述回波信號的裝置。
54．權利要求53的電路，其中所述傳聲器包括用于沿分別由第一、第二和第三聲傳輸函數H1、H2和H15限定的第一、第二和第三通路來分別檢測所述回波信號的第一、第二和第三傳聲器；所述估計裝置包括用于分別估計H1、H2和H5的第一、第二和第三自適應濾波器；所述濾波裝置包括用于濾波所述第一傳聲器輸出分別使用H2和H5的估計量的第一對確定濾波器；用于濾波所述第二傳聲器輸出分別使用H1和H5的估計量的第二對確定濾波器；和用于濾波所述第三傳聲器輸出分別使用H1和H2的估計量的第三對確定濾波器；和所述合成裝置包括用于以常數(C)乘以所述第一對確定濾波器的輸出的第一乘法器，此處0≤C≤1；用于以常數(1-C)乘以所述第二對確定濾波器的輸出的第二乘法器；和用于從所述第一和第二乘法器的輸出減去所述第三對確定濾波器的輸出的減法器。
55．權利要求54的電路，其中調節(C)值使得由所述傳聲器檢測的噪聲最小化。
56．權利要求54的電路，其中調節(C)值使得改變所述傳聲器對用戶信號的靈敏度。
57．權利要求53的電路，其中所述傳聲器包括分別用于沿分別由第一、第二和第三聲傳輸函數H1、H2和H5限定的第一、第二和第三通路來檢測所述回波信號的第一、第二和第三傳聲器；所述估計裝置包括用于分別估計H1,H2和H5的第一、第二和第三自適應濾波器；和所述濾波裝置和所述合成裝置包括用于濾波所述第一傳聲器輸出使用H2估計量的第一確定濾波器；用于濾波所述第二傳聲器輸出使用H1估計量的第二確定濾波器；用于以常數(C)乘以所述第一確定濾波器輸出的第一乘法器，此處0≤C≤1；用于以常數(1-C)乘以所述第二確定濾波器輸出的第二乘法器；用于加所述第一和第二乘法器的輸出的加法器；用于濾波所述加法器輸出使用H5估計量的第三確定濾波器；用于濾波所述第三傳聲器輸出分別使用H1和H2估計量的一對確定濾波器；和從所述第三確定濾波器的輸出減去所述對確定濾波器的輸出的減法器。
58．權利要求57的電路，其中調節(C)值使得由所述各傳聲器檢測的噪聲最小化。
59．權利要求57的電路，其中調節(C)值使得改變所述傳聲器對用戶信號的靈敏度。
60．權利要求53的電路，其中所述系統包括用于無線電話的免提輔助設備。
61．權利要求53的電路，其中所述輸入信號在所述揚聲器中或者在與所述揚聲器連接的放大器或數模轉換器(DAC)中是非線性失真的。
62．權利要求53的電路，其中所述估計裝置包括多個自適應濾波器。
63．權利要求62的電路，其中所述自適應濾波器使用梯度下降或者最小平方估計(LSE)算法以估計所述聲傳輸函數。
64．權利要求62的電路，其中所述濾波裝置包括多個確定濾波器，其每個具有復制于一個或多個所述自適應濾波器的系數。
65．權利要求64的電路，其中各個所述自適應濾波器和各個所述確定濾波器是有限脈沖響應(FIR)濾波器。
66．權利要求53的電路，其中所述合成裝置包括用于以對應的權函數乘以所述傳聲器的一個或多個濾波輸出的裝置；和用于相加所述傳聲器的濾波和/或加權輸出的裝置。
67．權利要求66的電路，其中選擇每個權函數使得由所述傳聲器檢測的噪聲最小化。
68．權利要求66的電路，其中選擇每個權函數使得改變所述傳聲器對用戶信號的靈敏度。
全文摘要
一種回波抑制的系統和方法,使用二個或多個傳聲器(22,36和/或68),用來對應于由揚聲器(20)輸出的輸入語音信號(L)進行回波信號(L’)的波束形成。傳聲器(22,36和/68)的輸出經適當濾波,然后進行線性合成(圖3—7和10—11)以抵消回波信號(L’),即使輸入語音信號(L)已經非線性失真(例如在數模轉換器(16),放大器(18)和/或揚聲器(20)中)也是如此。另外,傳聲器(22,36和/或68)可選擇地安裝或指向(例如如圖8—9所示)以允許環境噪聲(N)的線性抵消。
文檔編號H04B7/015GK1226349SQ97196660
公開日1999年8月18日 申請日期1997年7月21日 優先權日1996年7月24日
發明者E·D·羅梅斯布爾格 申請人:艾利森公司