專利名稱：用于回聲消除的路徑變化檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種釆用回聲消除電路的電話，特別是一種包括路徑 變化檢測器的回聲消除電路。
背景技術(shù)：
如這里所使用的，"電話"是對直接或間接利用來自許可的服務(wù)提 供者的撥號音的通信設(shè)備的統(tǒng)稱。如此，"電話"包括臺式電話(見圖1)、無繩電話(見圖2 )、揚聲器電話(見圖3 )、免提套件(見圖 4)和蜂窩電話(見圖5)等等。為了簡化起見，在電話的背景下描述 本發(fā)明，但是本發(fā)明具有更廣泛的應(yīng)用；例如不利用撥號音的通信設(shè) 備，如射頻收發(fā)器。在電話系統(tǒng)中存在兩種回聲耳機或揚聲器與麥克風(fēng)之間的聲學(xué) 回聲，以及在用于對基站之間的呼叫進行路由的交換網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的電 學(xué)回聲。在聽筒中，聲學(xué)回聲通常問題不大。在揚聲器電話中，若干 人聚集在麥克風(fēng)和揚聲器周圍，聲學(xué)反饋就成了大問題。位于端交換 或處于固定網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程用戶級的混合電路(兩線到四線變換器)是電 學(xué)回聲的主要來源。減少回聲的一種方法是編程濾波器的頻率和相位響應(yīng)以匹配回 聲路徑的頻率和相位響應(yīng)。通常使用的濾波器是具有可編程系數(shù)的有 限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。在輸入處從承載有回聲的信號中減去所 述回聲。根據(jù)系數(shù)適配算法，該技術(shù)可以將回聲減小30dB。通常還 要加上使用非線性技術(shù)的其它手段來進一步減小回聲。近似用于自適 應(yīng)濾波器的方案就像試圖給亂動的孩子穿衣服輸入信號一直在變 化。在一種極端情況下，突然和/或巨大的變化可以顛覆所述近似處理 并使所述處理發(fā)散而非收斂。在另一種極端情況下，低的回聲噪聲比可以造成不穩(wěn)定。收斂涉及用于對答案進行近似的處理。高校已經(jīng)教授如何從方程左側(cè)項的系數(shù)來計算二次方程f(x)-O的根。這不是解決問題的唯一方 法。人們可以簡單地用值(猜想)來替換方程中的x并計算結(jié)果。根 據(jù)所計算的結(jié)果和零之間的差(誤差)來修改所述猜想。誤差在數(shù)值 上可能和猜想一樣大。因此，誤差的一部分通常用于調(diào)整猜想。希望 的是，連續(xù)的猜想離根越來越接近。這便是收斂。當(dāng)誤差的大小變得 任意小時，停止計算。如果存在過校正，則誤差會越發(fā)變大。這便是 發(fā)散。對于人們來說，該方法既耗時又麻煩。對于計算機來說，該方 法是非常有用的，并且除了解決二次方程之外還適用于許多情況?？梢愿鶕?jù)通常提供快速收斂的若千可用算法中的任意一個對數(shù) 字信號處理器(DSP)進行編程。如果回聲路徑緩慢變化，則一般是 沒有問題的。因此，使用聽筒的電話通常不會出現(xiàn)問題。例如揚聲器 電話中更可能出現(xiàn)的突然變化則可以使得算法發(fā)散。此外，在具有可 調(diào)步驟尺寸的算法中更可能出現(xiàn)發(fā)散，即該算法的步驟尺寸在它不應(yīng) 該增加的時候增加。當(dāng)存在發(fā)散時，將會出現(xiàn)兩種情況之一。系統(tǒng)最 終將意識到發(fā)散，并通過變成半雙工模式來復(fù)位，或者系統(tǒng)可以產(chǎn)生 回聲，如果并沒有嚴(yán)重地使期望信號失真的話。在最壞情況下，兩種 情況都發(fā)生，失真之后跟隨有奇異的寂靜。增加路徑變化檢測器潛在地增加了路徑變化的誤確認(rèn)指示的問 題。對發(fā)散來說，結(jié)果是一樣的。因此，問題是解決一個問題而不產(chǎn) 生新的問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，美國專利5,477,534 ( Kusano )公開了監(jiān)視FIR 濾波器的系數(shù)的突然變化并修改突然變化的系數(shù)以防止發(fā)散。美國專 利6,240,128 ( Banerjea等人)公開了通過同步系統(tǒng)中的取樣率來防止 發(fā)散。鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供一種有效的自適應(yīng)濾波器，其在 回聲路徑中的突然變化期間是穩(wěn)定的。本發(fā)明的另一目的是提供一種路徑變化檢測器，其不易于誤確認(rèn)。發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明中實現(xiàn)了上述目的，其中，通過將電話的一個信道中的 求和電路的輸出上的信號的功率乘以常數(shù)而產(chǎn)生乘積，來檢測路徑變 化。將所述乘積與求和電路的輸入上的信號的功率進行比較。當(dāng)乘積 的功率超過求和電路的輸入上的信號的功率時，指示路徑變化。優(yōu)選 地，在音頻信號的連續(xù)幀中進行比較，并且當(dāng)求和電路的輸入上的信 號的功率在兩個或更多個連續(xù)幀中被超過時，指示路徑變化。


通過結(jié)合附圖考慮下列詳細(xì)說明可以獲得對本發(fā)明的更加完整 的理解。圖1是臺式電話的透視圖； 圖2是無繩電話的透視圖； 圖3是會議電話或揚聲器電話的透視圖； 圖4是免提套件的透視圖； 圖5是蜂窩電話的透視圖； 圖6是電話中的音頻處理電路的一般方框圖； 圖7是電話中的音頻處理電路的更詳細(xì)方框圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的路徑變化檢測器的方框圖；以及 圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施例構(gòu)建的路徑變化檢測器的方框圖。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到， 一旦將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式， 則可以在一個或多個適當(dāng)編程的微處理器中進行所有后續(xù)操作。關(guān)于 "信號"，例如，并不必然表示硬件實施或模擬信號。存儲器中的數(shù)據(jù) 即使只是單個比特也可以是信號。也就是說，方框圖可以解釋為硬件、 軟件(例如流程圖)或硬件和軟件的混合。獨立或集中編程微處理器 是本領(lǐng)域技術(shù)人員所善長的。
具體實施方式
本發(fā)明可以用在電子技術(shù)基本上相同的許多應(yīng)用中，但是設(shè)備的外形可能不同。圖1示出了臺式電話，其包括底座10、鍵盤11、顯 示屏13和聽筒14。如圖l所示，所述電話具有包括揚聲器15和麥克 風(fēng)16的揚聲器電話能力。圖2中所示的無繩電話與之類似，除了底 座20和聽筒21通過天線23和24由射頻信號而非電話線耦合。聽筒 21的電力由內(nèi)部電池(未示出)供給，當(dāng)聽筒放置在聽筒架29中時， 所述內(nèi)部電池通過底座20中的端子26和27被充電。圖3示出例如用于商務(wù)辦>^室的會議電話或揚聲器電話。電話 30包括具有刻紋的外殼內(nèi)的麥克風(fēng)31和揚聲器32。電話30可以包 括若干麥克風(fēng)，例如麥克風(fēng)34和35,以改善話音接收或提供若干用 于回聲拒絕或噪聲拒絕的輸入，如美國專利5,138,651 (Sudo)所公 開的。圖4示出了用于提供至如圖5所示的蜂窩電話的音頻耦合的免提 套件。免提套件會有多種實現(xiàn)，但是通常包括附于插頭37的加電揚 聲器36,所述插頭與交通工具中的附屬插座或點煙器相配。免提套件 還包括終止于插頭39的線纜38。插頭39與蜂窩電話上的耳機插孔相 配，例如蜂窩電話42中的插孔41 (圖5)。 一些免提套件像無繩電 話一樣使用RF信號耦合至電話。典型地，免提套件還包括音量控制 和一些控制開關(guān)，例如用于摘機以應(yīng)答呼叫。典型地，免提套件還包 括插入免提套件的面頰麥克風(fēng)(未示出)。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的音頻處 理電路可以包括在免提套件或蜂窩電話中。各種形式的電話均可以得益于本發(fā)明。圖6是蜂窩電話的主要組 件的方框圖。典型地，方框?qū)?yīng)于完成指定功能的集成電路。麥克風(fēng) 51、揚聲器52和鍵盤53耦合至信號處理電路54。電路54執(zhí)行多種 功能，并且在本領(lǐng)域中根據(jù)制造商的不同以不同的名稱為人所知。例 如，Infineon稱電路54為"單片基帶IC"。QualComm稱電路54為"移 動臺調(diào)制解調(diào)器"。來自不同制造商的電路在細(xì)節(jié)之處顯著不同，但 總體上都包括指定功能。蜂窩電話包括音頻和射頻電路。雙工器55將天線56耦合至接收 處理器57。雙工器55將天線56耦合至功率放大器58,并在發(fā)送期 間將接收處理器57與功率放大器隔離。發(fā)送處理器59用來自電路54 的音頻信號調(diào)制射頻信號。在非蜂窩式應(yīng)用中，例如揚聲器電話，沒 有射頻電路，并且信號處理器54可以被稍微簡化?；芈曄驮胍?問題繼續(xù)存在，并在音頻處理器60中得以處理。所修改的是音頻處 理器60以包括本發(fā)明。通過更詳細(xì)地考慮音頻處理器的回聲消除和 噪聲減小部分，更易于理解如何進行所述修改。圖7是噪聲減小和回聲消除電路的詳細(xì)方框圖；例如，見Shenoi、 Prentice-Hall ， 1995 年的 Digital Signal Processing in Telecommunications的第六章，添加有4個VAD電路。下面描述通 過從麥克風(fēng)輸入62到線路輸出64的發(fā)送信道的信號流。從線路輸入 66到揚聲器輸出68的接收信道也以同樣的方式工作。進入麥克風(fēng)輸入62的新話音信號可能伴有或不伴有來自揚聲器 輸出68的信號。來自輸入62的信號在A/D轉(zhuǎn)換器71中被數(shù)字化， 并被耦合至求和電路72。至此，沒有來自回聲消除電路73的信號， 并且數(shù)據(jù)進入非線性濾波器74，其初始被設(shè)定為最小抑止。來自非線性濾波器74的輸出被耦合至求和電路76，在此，舒適 噪聲75被可選地添加到信號中。然后，信號被D/A轉(zhuǎn)換器77轉(zhuǎn)換回 模擬形式，在放大器78中放大，并耦合至線路輸出64。來自4個VAD 電路的數(shù)據(jù)被供給控制80,其使用所述數(shù)據(jù)來分配子帶、回聲消除、 雙端談話檢測和其它功能?？刂齐娐?0 (圖7)可以是控制80的一 部分或單獨的；例如，當(dāng)位于免提套件中時。電路73減小聲學(xué)回聲， 而電路81減小線路回聲。最后這兩個電路的操作在本領(lǐng)域中是已知 的，例如如上述專利中所述。圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)建的用于檢測路徑變化并因 此控制回聲消除電路的電路的方框圖。當(dāng)聲學(xué)回聲消除器(AEC， acoustic echo canceller )試圖估計的脈沖響應(yīng)發(fā)生變化時，路徑變化 發(fā)生。當(dāng)揚聲器或麥克風(fēng)的位置變化或者當(dāng)揚聲器和麥克風(fēng)之間出現(xiàn)物體時，可發(fā)生這種變化。任何時候路徑變化，脈沖響應(yīng)即變化，并且AEC必須適應(yīng)于新的脈沖響應(yīng)。在AEC適應(yīng)期間，回聲并未,皮完 全消除。路徑變化檢測器(PCD， path change detector )提供用于其 它形式回聲消除，例如非線性處理(NLP)的控制信號，其將被使用 直到AEC適應(yīng)。PCD最好一檢測到路徑變化即復(fù)位AEC,從而實現(xiàn) 更快的再收斂(開始于較大步驟尺寸的缺省設(shè)定通常比開始于具有較 小步驟尺寸的后一種方案要快)。根據(jù)本發(fā)明，PCD監(jiān)視進入和來自求和電路72的能量的比。通 過重新排列各項以用乘法代替除法以及通過使用作為可以在初始化 期間計算的倒數(shù)的乘數(shù)，可以進行更適于軟件計算的比較。當(dāng)AEC發(fā)散時，從PCD的輸出為真。在正常操作中，AEC應(yīng) 當(dāng)僅在回聲路徑已經(jīng)變化時發(fā)散。其它條件可以使得AEC發(fā)散并使 得PCD產(chǎn)生誤確認(rèn)。 一種這樣的條件是聽筒模式。在聽筒模式中， 近端語音比回聲響得多。如果AEC被允許在雙端談話期間適應(yīng)，則 它將因為更響的近端語音而發(fā)散，并且PCD將產(chǎn)生誤確認(rèn)。誤確認(rèn) 使得系統(tǒng)在半雙工模式中花費比它應(yīng)當(dāng)花費的更多時間。路徑變化檢 測在聽筒模式期間可以被關(guān)閉(在音頻處理器6 0中的別處檢測，圖6 )，這是因為回聲路徑更多取決于非變化因素，例如聽筒自身和人頭。然而，路徑變化的錯誤指示可能是正常系統(tǒng)操作中的問題，并且 根據(jù)本發(fā)明提供了對確認(rèn)指示的進一步處理。提供了若干限制和延緩 以減少誤確i人的才幾會。圖8中，在路徑變化檢測器81中發(fā)生來自求和電路72的輸出與 進入求和電路的輸入的初始比較。圖8示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例， 其實現(xiàn)上述方程(2)。由可編程增益放大器83在量值上調(diào)節(jié)來自求 和電路72的輸出信號，并在比較器84中將調(diào)節(jié)后的信號與進入求和電路72的輸入信號進行比較。放大器83的增益是1M^。進入求和電路72的數(shù)字化輸入信號的每一幀，路徑變化檢測器81產(chǎn)生并輸出 一次。比較器86防止PCD 81操作，除非很有可能分析回聲信號。如 果從揚聲器沒有(或有極少)回聲，或者沒有(或有極少)麥克風(fēng)輸 入能量，則進入PCD的輸入信號很小。在此情況下，噪聲將開始占 優(yōu)勢，導(dǎo)致路徑變化的錯誤指示。為了防止這樣，比較器86觀察進 入求和電路72的輸入，并將其與閾值進行比較。如果信號能量或者 量值低于閾值，則禁止比較器81產(chǎn)生輸出?；蛘撸梢苑乐贡容^器 81的輸出改變狀態(tài)。信號能量的虛假變化可能引起誤確認(rèn)。路徑變化通常源于緩慢變 化條件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可通過添加寄存器87來避免對快 速變化的響應(yīng)，該寄存器充當(dāng)防止誤確認(rèn)的濾波器。在被認(rèn)定為有效 路徑變化之前，路徑變化的指示必須對于連續(xù)多個數(shù)量的音頻幀為 真。所述數(shù)量并不苛求，并且易于依照經(jīng)驗來確定，以適合電話的特 定環(huán)境。當(dāng)檢測到路徑變化時，通過提供延緩周期，寄存器87的輸出還 使結(jié)果平滑。在延緩周期內(nèi)，路徑變化未被檢測到，并且假設(shè)路徑?jīng)] 有變化直到延緩周期之后。這防止了由于回聲路徑持續(xù)變化和適應(yīng)期 間的回聲消除操作變化而造成的錯誤指示。例如，如果需要5個確認(rèn)輸出作為路徑變化的指示，則寄存器 87可以實現(xiàn)為5位移位寄存器。所述5位，11111被邏輯"與，，以產(chǎn)生 邏輯"真"輸出信號。在輸出變?yōu)檎嬷?，?位或5個音頻幀的延遲， 直到輸出變?yōu)?假"，啟動檢測。可以使用兩個而不是一個寄存器來提 供不同的延遲量。寄存器87的輸出耦合至回聲消除電路73和非線性處理器74。 當(dāng)寄存器87的輸出為真時，回聲消除被禁止并且啟動非線性處理。圖9是本發(fā)明的另一實施例的方框圖，其中路徑變化檢測器91 實現(xiàn)上述方程(1)。除法器93確定求和電路72的輸出與輸入的比。在比較器94中將所述比或商與閾值進行比較。來自比較器94的輸出 耦合至寄存器87 (圖8 )，并且所述電路如結(jié)合圖8所述的那樣進行 操作。因而本發(fā)明提供了一種有效的自適應(yīng)濾波器，其在回聲路徑中的 突然變化期間是穩(wěn)定的并且不易于誤確認(rèn)。如上所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易在本發(fā)明的范圍中做出各種修 改。例如，電路72和83 (圖7)被稱為"求和，，電路，理解為進行簡 單的數(shù)學(xué)處理，它可以是數(shù)字或模擬的，所述處理實際上引起從另一 信號中減去一個信號，或者將一個信號取反(變化其符號)然后將其 與另一信號相加。也就是說，"求和，，在此被一般定義為加法和減法。 類似地，這里使用的"量值"可以指幅度、功率或能量。
權(quán)利要求
1、一種包括音頻電路的電話，所述音頻電路具有第一信道、第二信道和至少一個耦合在所述第一信道和所述第二信道之間的回聲消除電路，改進包括具有所述第一信道中的輸入和輸出的求和電路；耦合至所述輸入和所述輸出的路徑變化檢測器，所述路徑變化檢測器當(dāng)所述回聲消除電路發(fā)散時產(chǎn)生第一輸出信號，否則產(chǎn)生第二輸出信號。
2、 如權(quán)利要求l所述的電話，其中，所述路徑變化檢測器在雙 端談話條件期間產(chǎn)生所迷第 一輸出信號。
3、 如權(quán)利要求l所述的電話，其中，所述路徑變化檢測器耦合 至所述回聲消除電路，并且所述第一輸出信號禁止所述回聲消除電 路。
4、 如權(quán)利要求3所述的電話，進一步包括耦合在所述路徑變化檢測器和所述回聲消除電路之間的寄存器， 其用于存儲所述第一輸出信號的多次出現(xiàn)，從而在所述回聲消除電路 被禁止之前，具有所述第一輸出信號的至少兩次連續(xù)出現(xiàn)。
5、 如權(quán)利要求l所述的電話，其中，所述路徑變化檢測器耦合 至所述回聲消除電路，并且所述第一輸出信號復(fù)位所述回聲消除電 路。
6、 如權(quán)利要求5所述的電話，進一步包括 耦合在所述路徑變化檢測器和所述回聲消除電路之間的寄存器，其用于存儲所述第一輸出信號的多次出現(xiàn)，從而在所述回聲消除電路 被復(fù)位之前，具有所述第一輸出信號的至少兩次連續(xù)出現(xiàn)。
7、 如權(quán)利要求l所述的電話，進一步包括比較器，具有耦合至所述求和電路的第一輸入、耦合至閾值信號 的第二輸入和至所述路徑變化檢測器的輸出；當(dāng)所述第一輸入上的信號未超過所述閾值信號時，所述比較器禁止所述路徑變化檢測器。
8、 如權(quán)利要求l所述的電話，其中，所述路徑變化檢測器包括 可編程增益放大器，其具有耦合至所迷求和電路的輸出的輸入和一個輸出；比較器，具有耦合至所迷可編程增益放大器的輸出的第一輸入、 和耦合至所述求和電路的輸入的第二輸入，從而所述路徑變化檢測器 有效地確定求和電路的輸出上的信號的量值除以求和電路的輸入上 的信號的量值的商是否超過閾值。
9、 如權(quán)利要求l所述的電話，其中，所述路徑變化檢測器包括 第一電路，用于產(chǎn)生商信號，所述商信號表示求和電路的輸出上的信號的量值除以求和電路的輸入上的信號的量值的商；和比較器，用于將所述商信號與閾值進行比較，并在所述商信號超 過所述閾值時產(chǎn)生所述第一輸出信號。
10、 一種用于檢測具有音頻電路的電話中的路徑變化的方法，所 述音頻電路包括第一信道、第二信道、至少一個耦合在所述信道之間 的回聲消除電路和具有所述第一信道中的輸入和輸出的求和電路，所 述方法包括步驟將求和電路的輸出上的信號的量值除以求和電路的輸入上的信 號的量值以產(chǎn)生商；將所述商與闊值進行比較；以及 當(dāng)所述商超過所述閾值時，指示路徑變化。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，其中 對于音頻信號的連續(xù)幀重復(fù)所迷步驟；以及在指示路徑變化之前，在兩個以上的連續(xù)幀中檢測到路徑變化。
12、 一種用于檢測具有音頻電路的電話中的路徑變化的方法，所述音頻電路包括第一信道、第二信道、至少一個耦合在所述信道之間 的回聲消除電路和具有所述第一信道中的輸入和輸出的求和電路，所述方法包括下列步驟將求和電路的輸出上的信號的量值乘以常數(shù)以產(chǎn)生乘積；將所述乘積的量值與求和電路的輸入上的信號的量值進行比較；以及當(dāng)乘積的量值超過求和電路的輸入上的信號的量值時，指示路徑變化。
13、如權(quán)利要求12所述的方法，其中對于音頻信號的連續(xù)幀重復(fù)所述步驟；以及在指示路徑變化之前，在兩個以上的連續(xù)幀中檢測到路徑變化。
全文摘要
通過將電話的一個信道中的求和電路(72)的輸出上的信號的能量乘以(83)常數(shù)來產(chǎn)生乘積，來檢測路徑變化。將所述乘積與求和電路的輸入上的信號的能量進行比較(84)。當(dāng)乘積的能量超過求和電路的輸入上的信號的能量時，指示路徑變化。在音頻信號的連續(xù)幀(87)中進行比較，并且如果在兩個或更多個連續(xù)幀中，求和電路的輸入上的信號的能量被超過，則指示路徑變化。
文檔編號H04B3/23GK101248589SQ200680030958
公開日2008年8月20日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者F·H·斯托里, S·蘇帕伯拉 申請人:聲學(xué)技術(shù)公司