專利名稱：低復雜度的回音補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術領域：
本發(fā)明涉及用于信號處理的系統(tǒng)和方法，特別地，涉及具有聲音 回音補償?shù)挠糜谡Z音信號處理的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明特別涉及通過處 理下采樣子帶信號的回音補償。
背景技術：
回音補償是通信系統(tǒng)中的音頻信號處理中的基本課題，通信系統(tǒng) 包括麥克風，其不僅檢測需要的信號，例如，語音識別系統(tǒng)或免提電 話機的用戶的語音信號，還檢測由與麥克風安裝在同一空間內(nèi)的相同 通信系統(tǒng)的揚聲器輸出的干擾信號。例如，在免提機的情況下，必須 防止從遠端接收的和由近處的揚聲器輸出的信號被再次由近處的麥克 風送入通信系統(tǒng)并且傳輸回遠端。由麥克風檢測的由揚聲器輸出的信 號可產(chǎn)生令人煩惱的聲音回音，如果聲音回音沒有被大量衰減或大致 上去除，甚至會導致通信的完全中斷。
在噪聲環(huán)境中使用語音識別系統(tǒng)的情況下，可產(chǎn)生相似的問題。 必須防止與用戶的語音信號不同的信號被供應到識別單元。然而，語
音識別系統(tǒng)的麥克風可檢測表示例如由如CD或DVD播放器或收音機 的音頻裝置重現(xiàn)的音頻信號的揚聲器輸出。如果這些信號沒有被充分 濾波，則表示用戶發(fā)聲的需要的信號可能在一定程度上被嵌入噪聲中， 使得適當?shù)恼Z音識別變得不可能。
近些年已經(jīng)在通信系統(tǒng)中提出并且實現(xiàn)回音補償?shù)囊恍┓椒?。?用于模擬揚聲器-空間-麥克風(LRM)系統(tǒng)的轉移函數(shù)(脈沖響應)的 自適應濾波器被用于聲音信號的回音補償(例如，參見聲音回音和噪 聲控制，E.Hansler and G. Schmidt, John & sons，紐約，2004)，揚聲器-空間-麥克風(LRM)系統(tǒng)是依靠自適應有限脈沖響應(FIR)濾波器 的系統(tǒng)。
一種已知的用于自適應回音補償濾波器的方法是基于歸一化最小
均方算法。然而，因為連續(xù)的信號采樣經(jīng)常是相關的，因此在語音信 號情況下，已知收斂通常相當慢。另一方面，收斂特性的加速需要在 存儲器性能和處理器負載方面的相對高的計算資源。為了滿足對高性 能計算裝置到合理程度的需求，信號處理通常在下采樣子帶方式中執(zhí) 行，其中計算復雜度在原理上可能比整個頻帶處理要小。
選擇針對回音補償處理的子帶信號的下采樣速率的越高，可越節(jié) 省計算成本。然而，在本領域中，適當?shù)南虏蓸右驍?shù)的選擇通常由混
疊問題所限制。選擇的Hann窗口或其它濾波器顯示出不同的混疊特 性。失真(artifact)隨著增加的下采樣速率而增加，并且另外，在下采 樣速率超過某閾值時，回音衰減速率是不夠的。
因此，盡管近些年有工程上的進步，仍在可容許的時間延遲的音 頻信號的有效的回音補償方面存在問題，特別地，在話音免提通信中 的回音補償仍有問題。

發(fā)明內(nèi)容
上述問題通過揚聲器-空間-麥克風系統(tǒng)中的回音補償?shù)姆椒ń鉀Q 或至少減輕。包括由于揚聲器信號(x(n))產(chǎn)生的回音信號貢獻(d(n))的至 少一個麥克風信號(y(n))被回音補償。如權利要求1所述的提供的方法 包括以下步驟
將至少一個麥克風信號(y(n))的至少一部分轉換為預定數(shù)目子帶的 麥克風子帶信號(yZn))，其中麥克風子帶信號(^(n))通過第一下采樣速 率進行下采樣；
將揚聲器信號(x(n))轉換為揚聲器子帶信號，揚聲器子帶信號通過 比第一下采樣速率小的第二下采樣速率下采樣，以獲得第一揚聲器子 帶信號；
存儲通過第二下采樣速率下采樣的第一揚聲器子帶信號； 在預定數(shù)目的子帶中，折疊(folding)揚聲器-空間-麥克風的脈沖
響應的估計與第一揚聲器子帶信號；
通過第三下采樣速率下采樣折疊后的第一揚聲器子帶信號，以為
每一個子帶(其中麥克風信號被劃分)獲得實際上通過第一下采樣速
率下采樣的回音信號貢獻(i'(n));禾口 為每一個子帶從各麥克風子帶信號(y"n))中減去估計的回音信號
貢獻(i(n))，以獲得誤差子帶信號(e"n))(每一個子帶一個誤差子帶信 號)。
表示回音補償后的麥克風子帶信號的子帶信號(e"n))可被隨后通 過預定的上采樣速率進行上采樣，特別地，該上采樣速率與第一下采 樣速率(其是第二和第三下采樣速率的乘積)相同，并且被合成以獲 得增強的麥克風信號。增強的麥克風信號可被傳輸?shù)竭h端通信方。然 而，可以理解，子帶誤差信號(e"n))可在被上采樣或合成前經(jīng)過進一步 處理。
至少一個麥克風信號(y(n))由作為揚聲器-空間-麥克風(LRM)系 統(tǒng)一部分的麥克風檢測。根據(jù)LRM系統(tǒng)的實際脈沖響應檢測揚聲器信 號(也稱為參考音頻信號)(x(n))，這樣，產(chǎn)生在至少一個麥克風信號 (y(n))中存在的回音貢獻(d(n))。至少一個麥克風信號(y(n))也包括由回 音補償增強的需要的信號，例如本地揚聲器的語音信號。也可優(yōu)選地 不將整個麥克風信號劃分為用于回音補償?shù)淖訋盘?，而是僅將一部 分劃分，例如，僅包括預定頻率范圍的麥克風信號。揚聲器-空間-麥克 風系統(tǒng)的脈沖響應通過使用的回音補償濾波器裝置的自適應濾波器系 數(shù)被估計/建模。
根據(jù)本發(fā)明的方法，第一揚聲器子帶信號被存儲(例如，在環(huán)形 緩沖器中)用于后續(xù)對(其中至少一個麥克風信號(y(n))和揚聲器信號 (x(n))被劃分的預定數(shù)目的子帶中的)每一個子帶估計在麥克風子帶信
號(y"n))中的回音信號貢獻(i,(n))的處理。此估計基于第一揚聲器子帶 信號執(zhí)行，即，使用存儲的(以第二下采樣速率采樣的)揚聲器子帶 信號生成估計，但其僅以第一采樣速率計算(麥克風子帶信號中的一 個)。以第一下采樣速率執(zhí)行估計回音信號貢獻和為每一個子帶從各麥 克風子帶信號中減去估計的回音信號貢獻。據(jù)此，可利用下采樣速率 (對于較低下采樣速率[參考信號]的低混疊方面和較高下采樣速率[麥 克風信號]的低計算復雜度)兩者的優(yōu)點。
因為估計回音信號貢獻(l(n))的處理僅需要以第一下采樣速率， 則計算復雜度可減小很大的量(與完全以第二下采樣速率操作的建立
相比)。如果估計回音信號貢獻的處理完全在第一采樣速率下執(zhí)行，則 將得到由于在揚聲器子帶信號中的大混疊的非常低的去除質量的效 果。
上述為揚聲器子帶信號(第二下采樣速率)和其它信號即麥克風
子帶信號(y"n))、估計的回音子帶信號(^(n))和誤差子帶信號(e^i))使 用不同采樣速率的估計處理，可以較低的計算復雜度為子帶揚聲器信 號實現(xiàn)好的混疊屬性。
然而，除了僅以比第一下采樣速率小的第二下采樣速率下采樣的 存儲的第一揚聲器子帶信號之外，回音補償處理使用進一步下采樣到
麥克風子帶信號(y"n))的下采樣速率的估計的回音信號貢獻。這些估計
的回音信號貢獻(或第二濾波的揚聲器子帶信號)被用于包括在回音 補償處理中的一般更大開銷的操作。這樣，與本領域相比，計算機資 源被更有效地使用，并且回音貢獻的估計被以較低存儲器需求更快地 執(zhí)行。
然而，選擇第二采樣速率以保證沒有混疊發(fā)生，由第三下采樣速 率進行的后續(xù)下采樣可導致第二揚聲器子帶信號顯示一些混疊分量。 這些第二麥克風子帶信號被用于估計LRM的脈沖響應的處理中的這 樣的操作，并且由此估計對混疊不那么敏感的麥克風子帶信號中的回 音貢獻信號。
根據(jù)一個實施例，對各子帶估計回音信號貢獻(l(n))的步驟包括 基于存儲的但通過第一下采樣速率下采樣的第一揚聲器子帶信號自適 應回音補償濾波裝置的濾波器系數(shù)的步驟。換言之，僅一些存儲的第 一揚聲器子帶信號被用于以第一下采樣速率執(zhí)行的自適應處理。
這樣，回音補償濾波裝置的濾波器系數(shù)的自適應(用于回音補償 的整個信號處理中開銷最大的操作)可被以最高合理的下采樣速率執(zhí) 行(例如，對應256個子帶，下采樣速率是128)，因此與本領域現(xiàn)有 技術相比節(jié)省內(nèi)存和很大程度上減小處理器負載。第三下采樣速率可 被例如從2到4選擇，例如，選擇為2或3。
回音補償濾波裝置的濾波器系數(shù)可對每一個子帶被有效地自適
應，例如，通過歸一化最小均方算法，根據(jù)<formula>formula see original document page 10</formula>
行自適應，其中，信號矢量乂(11)=^(11)^(11-1)，..7(11^+1)]7， N為濾波
器S(n)的長度，IIII表示模，并且誤差信號
e(n) = y(n)4(n) = y(n)-￡ (n)x(n) 。 c(n)描述自適應處理的步長大小。
根據(jù)此處公開的用于回音補償?shù)姆椒ǖ囊粋€實施例，通過分析濾 波器組將至少一個麥克風信號(y(n))的至少一部分轉換為麥克風子帶信 號和/或將揚聲器信號(x(n》轉換為揚聲器子帶信號，例如第一采樣速率 等于子帶的數(shù)目的一半，濾波器組包括平方根Harm窗口濾波器并且其 中，子帶信號(e"n))通過預定上采樣速率進行上采樣，優(yōu)選地，通過上 述第一采樣速率采樣，并且通過包括平方根Hann窗口濾波器的合成濾
波器組合成以獲得增強的麥克風信號(〗(n))。
平方根Harm窗口的使用特別有效并且在穩(wěn)定性方面可靠并且 Harni窗口函數(shù)的平方根易于實現(xiàn)。分析與合成濾波器組的濾波器的長 度可被選擇等于至少一個麥克風信號和參考音頻信號被被劃分的子帶 的數(shù)目。M個并行濾波器的濾波器組可包括一個原型低通濾波器ho(n) 和調制的帶通濾波器hi(n^ho(n)WMi11，其中wM=e—j2n/M。在此情況下， 僅需設計一個濾波器。還須注意到，在此調制方法中可獲得基于離散 傅利葉變換的以提供相當平坦頻率響應的多相技術的形式的非常有效 的實現(xiàn)。
實驗已經(jīng)顯示，當分析濾波器組的純的Hann窗口濾波器(沒有平 方根)被提高至預定第一有理數(shù)的冪(特別地，為0.75)，和合成濾波 器組的純的Hann窗口濾波器被提高至預定第二有理數(shù)的冪(特別地， 為0.25時)以使第一有理數(shù)和第二有理數(shù)的和為1時，對于獲得回音 補償?shù)暮玫慕Y果。因為分析濾波器組比合成濾波器組更能影響最終實 現(xiàn)的增強的麥克風信號的質量，優(yōu)選地，第一有理數(shù)被選擇比第二有 理數(shù)大。
如上所述，誤差子帶信號可在被向上采樣和合成前，被進一步處 理。例如，誤差子帶信號(e^i))可通過噪聲降低濾波裝置和/或剩余回 音抑制濾波方法裝置濾波，以進一步增強處理的信號的質量。通過噪 聲降低濾波裝置，可能在麥克風信號(y(n))中存在并且由此可能在麥克 風子帶信號和誤差子帶信號中存在的背景噪聲被抑制。 一些可仍出現(xiàn)
在誤差子帶信號中的剩余回音可通過本領域中已知的剩余回音抑制濾 波裝置抑制。
根據(jù)以上實例中的一個的發(fā)明方法也可被應用到多于一個麥克風 信號的情況。例如，麥克風陣列可出現(xiàn)在提供一些麥克風信號(信道) 的LRM系統(tǒng)中，麥克風信號可被波束形成以用于增強信號噪聲比。例 如，延遲-和-相加波束形成器可被使用(或任何本領域中已知的任何其 它波束形成裝置)。
這樣，在上述實例的一個變形中，各自包括由于揚聲器信號(x(n)) 產(chǎn)生的回音信號貢獻的多個麥克風信號(yk(n))被轉換到通過第一下采 樣速率下采樣的麥克風子帶信號(^，k(n));
為多個麥克風信號(yk(n))中的每一個麥克風信號的麥克風子帶信
號(^,k(n))估計回音信號貢獻d(n));
對于每一個子帶，各估計的回音信號貢獻(ia(n))被從多個麥克風 信號(yk(n))中的每一個麥克風信號(對應每一個麥克風信道)的各自的 麥克風子帶信號(yw(n》中減去，以為多個麥克風信號(yk(n))的每一個獲 得誤差子帶信號(、k(n));并且
對多個麥克風信號(yk(n))的每一個執(zhí)行誤差子帶信號(^,k(n》的波 束形成，以獲得波束形成后的誤差子帶信號。
在預定數(shù)目的子帶中，對多個麥克風信號(yk(n))的每一個，通過折 疊第一揚聲器子帶信號與揚聲器-空間-麥克風系統(tǒng)的脈沖響應的估計， 并且通過第三下采樣速率下采樣折疊后的第一揚聲器子帶信號，來估
計回音信號貢獻(l,k(n))。
本發(fā)明也提供計算機程序產(chǎn)品，包括一個或多個具有計算機可執(zhí) 行指令的計算機可讀介質，計算機可執(zhí)行指令用于執(zhí)行對回音補償?shù)?此處公開的方法的以上實例之一 的步驟。
上述問題也可通過用于至少一個麥克風信號(y(n))的回音補償?shù)男?號處理裝置解決，至少一個麥克風信號(y(n))包括由于揚聲器信號(x(n)) 產(chǎn)生的回音信號貢獻(d(n))，該信號處理裝置包括
配置成將至少一個麥克風信號(y(n))的至少一部分轉換為通過第一 下采樣速率下采樣的麥克風子帶信號(y"n))的第一分析濾波器組；
配置成將揚聲器信號(x(n))轉換為通過比第一下采樣速率(r)小的第 二下采樣速率下采樣的揚聲器子帶信號以獲得第一揚聲器子帶信號的 第二分析濾波器組；
存儲器，特別地，是環(huán)形緩沖器，其配置成存儲通過第二下采樣 速率(rO下采樣的第一揚聲器子帶信號；和
回音補償濾波裝置，其配置成折疊第一揚聲器子帶信號與對揚聲 器-空間-麥克風系統(tǒng)的脈沖響應的估計，并且通過第三下采樣速率(r2) 下采樣折疊后的第一揚聲器子帶信號以獲得通過第一下采樣速率
(r^rr2)下采樣的回音信號貢獻(l(n))，并且通過回音信號貢獻(l(n)) 回音補償麥克風子帶信號(y"n))，以獲得回音補償后的麥克風子帶信號
Wnb(n)-l(n))。
由回音補償濾波裝置進行的回音補償基于存儲的通過第二采樣速 率采樣的但僅通過第一速率計算的第一揚聲器信號執(zhí)行，即，麥克風 子帶信號的一個。存儲器的填充以較高速率(n)執(zhí)行；開銷較大的處 理以較低的速率執(zhí)行。
信號處理裝置還可包括配置成上采樣和合成回音補償后的麥克風
子帶信號( (n))以獲得增強的麥克風信號in)的合成濾波器組。上采樣 可由合成濾波器組執(zhí)行，合成濾波器組包括用于以與第一下采樣速率 相同的速率(相同的因數(shù))進行上采樣的上采樣裝置。
根據(jù)一個實例，信號處理裝置還包括剩余回音抑制濾波裝置和/或 噪聲降低濾波裝置，其被配置成濾波回音補償后的麥克風子帶信號 (e"n))以抑制一些背景噪聲和/或沒有通過回音補償濾波裝置去除的剩 余回音貢獻。
第一和第二分析濾波器組和合成濾波器組的每個可包括并行平方 根Hann窗口濾波器。第一和第二分析濾波器組Hann窗口的窗口濾波 器被提高至預定第一有理數(shù)的冪(特別地，為0.75)，而合成濾波器組 的Harm窗口濾波器被提高至預定第二有理數(shù)的冪(特別地，為0.25)， 以使第一有理數(shù)和第二有理數(shù)的和為1，這些濾波器組被優(yōu)選地使用。 第二有理數(shù)可被選為比第一有理數(shù)低。
以上實例的一個的信號處理裝置可包括多個第一分析濾波器組， 其中的每一個被配置成將多個麥克風信號(yk(n))中的一個或至少一部
分麥克風信號(yk(n))轉換為通過第一下采樣速率下采樣的麥克風子帶
信號(y"(n))(即，對應每一個麥克風信道，生成預定數(shù)目的麥克風子 帶信號(y"n》；和
回音補償濾波裝置可被配置成回音補償每一個麥克風信號(yk(nX) 的每一個麥克風子帶信號(^,k(n))，以為每一個麥克風信號(yk(n))獲得誤 差子帶信號(、k(n))，其中，該信號處理裝置還包括
波束形成裝置，其被配置成為每一個麥克風信號(yk(n))的誤差子帶 信號(、k(n》波束形成，以獲得波束形成后的誤差子帶信號。
波束形成裝置可以是延遲相加波束形成器或通用旁瓣消除器。通 用旁瓣消除器由兩個信號處理路徑組成具有塊矩陣和自適應噪聲消 除裝置的第一(或較低)自適應路徑和具有固定波束形成器的第二(或 較高)非自適應路徑，參見例如"An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming" by Griffiths, LJ. and Jim, C.W., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.30.， p.27， 1982。
本發(fā)明的信號處理裝置的上述實例可被有利地合并進入電子媒介 通信和自動語音識別的系統(tǒng)。這樣，提供包括根據(jù)上述實例之一的信 號處理裝置的免提電話系統(tǒng)和語音識別裝置。此外，提供包括此語音 識別裝置的語音對話系統(tǒng)或聲音控制系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明提供車輛通信系統(tǒng)，其包括至少一個麥克風(特別 地，麥克風陣列)，麥克風陣列可包括一個或多個定向麥克風、至少一 個揚聲器和如上所述的信號處理裝置，或包括如上述的免提電話系統(tǒng)。


本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點將參照附圖進行說明，在此說明書中， 參考意在示例地顯示本發(fā)明的優(yōu)選實施例的附圖?？梢岳斫膺@些實施 例不表示本發(fā)明的全部范圍。
圖1顯示出說明用于回音補償麥克風信號的本發(fā)明方法的一個實 例的基本步驟的流程圖，此方法包括參考音頻信號的兩階段下采樣；
圖2顯示出根據(jù)本發(fā)明的信號處理裝置的一個實例，其中參考音 頻信號被下采樣和由回音補償濾波裝置濾波；
圖3顯示出根據(jù)本發(fā)明的信號處理裝置的又一實例，信號處理裝 置包括麥克風陣列和波束形成裝置。
具體實施例方式
圖1中顯示出用于麥克風信號的回音補償?shù)拇颂幑_的方法的基 本步驟。在步驟1中，麥克風信號被分為子帶信號并且由下采樣因數(shù) rU2下采樣。由對參考音頻信號的兩階段下采樣處理的第一階段中的
下采樣因數(shù)r,下采樣參考音頻信號2。參考音頻信號表示從遠端通信方
接收的并且被輸入進入近端的揚聲器的音頻信號。由揚聲器輸出的相
對應的信號根據(jù)在近端的揚聲器-空間-麥克風(LRM)系統(tǒng)的脈沖響應 被更改并且由LRM的麥克風檢測。
這樣，參考音頻信號的下采樣的子帶信號被存儲3在環(huán)形緩沖器 中。以保證混疊被充分抑制的下采樣速率n執(zhí)行第一下采樣。接著， 通過下采樣因數(shù)r2進行的第二下采樣被執(zhí)行4以達到與下采樣的麥克 風子帶信號中的一個相對應的下采樣速率r=rrr2。回音補償濾波裝置的 濾波器系數(shù)的自適應和因此出現(xiàn)在麥克風子信號中的回音的估計被以 此相對高的下采樣速率Fivr2執(zhí)行5。
以此下采樣速率r=iyr2，估計的回音被從麥克風子信號中減去以獲 得增強的麥克風子信號。這些增強的麥克風子信號被隨后合成以獲得 可能被傳輸?shù)竭h端通信方的增強的音頻信號。
在上述本發(fā)明方法的實例，使用的回音補償濾波裝置的濾波器系 數(shù)的自適應的開銷較大的處理步驟中，可對由下采樣速率r=rrr2下采樣 的信號執(zhí)行將濾波器系數(shù)與相對應的下采樣參考子帶信號的折疊，下 采樣速率r=iyr2高于本領域中對生成參考信號的子帶信號的處理使用 的下采樣速率。實際上，下采樣速率，例如，r=rrr2=128與M=256的 子帶的總數(shù)相結合可被用于仍然令人滿意的回音補償。
圖2顯示出此處公開的用于增強麥克風信號y(n)(其中n表示離 散時間索引)的質量的信號處理裝置的一個實例。麥克風信號y(n)由 成為LRM系統(tǒng)10的一部分的麥克風獲得。麥克風檢測本地說話人的 語音信號s(n)和回音貢獻d(n)，回音貢獻d(n)是由于揚聲器或參考音頻 信號x(n)產(chǎn)生的，參考音頻信號x(n)由麥克風在根據(jù)實際LRM脈沖響
應h(n)的更改后被檢測到。
麥克風信號y(n)被輸入進入分析濾波器組12，分析濾波器組12將 整個頻帶信號由具有濾波系數(shù)g^ =^,。，^—,..4^_—]7的濾波器 裝置分為子帶y:O，..，M-l，其中，上標T表示轉置操作并且N,表示 濾波器長度。子帶信號由具有n和r2為整數(shù)的下采樣因數(shù)ru2的下 采樣裝置下采樣。產(chǎn)生的下采樣麥克風子帶信號》(n)被進一步處理用 于回音補償。
對于下采樣的麥克風子帶信號》(n)的回音補償，參考音頻信號x(n) 也被輸入進入分析濾波器組15。根據(jù)本實例，參考音頻信號x(n)通過 與用于麥克風信號y(n)相同的具有濾波器系數(shù)g^自的濾波裝置13濾波
以獲得子帶信號，并且其由具有下采樣因數(shù)r的下采樣裝置16下采樣， 例如對M:256的子帶，r產(chǎn)64 (麥克風信號的采樣速率可為例如11025 Hz)。
原理上，在此由下采樣因數(shù)n進行的下采樣后，可以執(zhí)行用于回 音補償?shù)幕匾粞a償濾波裝置17的濾波器系數(shù)的自適應。然而，根據(jù)本 發(fā)明的此實例，由r,下采樣的子帶信號被存儲在環(huán)形濾波器(未顯示 出)并且接著，在由下采樣因數(shù)r2的第二下采樣后執(zhí)行濾波器系數(shù)的 自適應和實際回音補償，例如，對于M^256子帶，r產(chǎn)64，選擇rf2。 特別地，對由產(chǎn)iyr2進行的下采樣的信號執(zhí)行，全部回音補償?shù)淖畲箝_ 銷的操作，如濾波器系數(shù)的自適應，這會產(chǎn)生非常有效的處理器負載 的減小并且加速整個信號處理。
在頻(Q)域中，分析濾波器組15輸出子帶信號(短時譜)
<formula>formula see original document page 16</formula>
這些短時譜被折疊在回音補償濾波裝置17中以獲得具有回音補償 濾波器裝置17的濾波器系數(shù)化"e"(在頻域)的回音補償譜。
<formula>formula see original document page 16</formula>系數(shù)i(eJ"表示LRM ^(Z)(根據(jù)在時域中的h(n)的系數(shù))的相對應的
脈沖響應的時間自適應估計。
對于^=0，分析濾波器組的混疊現(xiàn)象可對于以下選擇而被消除:
<formula>complex formula see original document page 17</formula>此處，所有子帶M具有相同的子帶寬度?？蓮纳鲜鲎訋=0的濾波 器通過簡單頻移操作而推出其它pl，..，M-l的濾波器G^ana(eJ")。這樣，
僅需要設計一個濾波器。
這樣對由LRM的麥克風檢測的回音貢獻d(n)獲得的并且因此出現(xiàn)
在麥克風信號y(n)中的子帶估計^(n)，被從下采樣的麥克風子帶信號
y"n)中減去以獲得子帶誤差信號e"n)。必須強調，對于子帶估計ii(n) 的估計是使用存儲的揚聲器信號(以第二采樣速率采樣)生成的，但 它們僅以第一速率(麥克風子帶信號中的一個)進行計算。優(yōu)選地， 濾波子帶誤差信號、(n)，以減少通常也出現(xiàn)在麥克風信號y(n)和剩余回
音降低中的背景噪聲。
如圖2中所顯示，子帶誤差信號 (n)被輸入進入合成濾波器組19，
合成濾波器組19包括具有上采樣因數(shù)r=rrr2的上采樣裝置20和包括高 通、帶通和低通濾波器以消除本領域中所知的成像的濾波裝置21。產(chǎn)
生的合成語音信號〖(n)的特征是很大程度地減小了聲音回音。
圖3顯示出本發(fā)明的回音補償與計算系統(tǒng)的結合，計算系統(tǒng)包括 麥克風陣列，麥克風陣列包括定向麥克風和波束形成裝置22。多個麥 克風信號yk(n)可從麥克風陣列獲得。麥克風陣列的麥克風信道k的每 一個與作為參照圖2的上述一些操作的各分析濾波器組12'相連。
因此，回音補償濾波裝置17'包括用于每一個麥克風信道的濾波器
",k(n)，并且對于每一信道的回音貢獻的下采樣的估計ia(n)被從麥克
風子帶信號、k(n)中減去。由此，獲得的誤差信號^k(n)被輸入進入波 束形成裝置22中。通過折疊濾波器l,k(n)與從參考音頻信號x(n)中由
分析濾波器組15'獲得的子帶信號，獲得估計的^k(n)。以與接收麥克 風信號yk(n)的分析濾波器組12'的下采樣速率相同的下采樣速率，再次 執(zhí)行回音補償濾波裝置17'的濾波器系數(shù)和這些系數(shù)與子帶參考信號 的折疊(也見以上所述)。
本實例的多信道系統(tǒng)可使用自適應的或非自適應的波束形成器， 見例如"Optimum Array Processing, Part IV of Detection, Estimation, and Modulation Theory" by H丄.van Trees， Wiley&Sons, New York 2002。波 束形成裝置22組合麥克風信道的誤差信號、k(n)以獲得輸入進入濾波 裝置23的波束形成的子帶信號，濾波裝置23抑制了剩余回音并且通 過如本領域所知的降低噪聲來增強波束形成的子帶信號的質量。
濾波裝置23可例如包括根據(jù)由下式給出的頻率范圍中的濾波器特 性執(zhí)行背景噪聲的減小的Wiener 濾波器，
W(e』",n) = 1 - Snn (eJ"，n)/ie(ejn,n)，其中in(e』",n)和ie(eJ。,n)分別表示背景 噪聲的估計的短時功率密度和(整個頻帶)誤差信號的短時功率密度。
增強的子帶信號&(n)被輸入進入與參照圖2所述的濾波器組相類 似的合成濾波器組。在由上采樣裝置20執(zhí)行的以上采樣因數(shù)r=rrr2的 上采樣和由包括高通、帶通和低通濾波器以消除成像(imageterm)的
濾波裝置21執(zhí)行的濾波后，最終獲得合成的語音信號in)。 應該理解，上述一些或所有特性也可以不同方式被組合。
權利要求
1.一種用于至少一個麥克風信號(y(n))的回音補償?shù)姆椒?，所述麥克風信號(y(n))包括由于在揚聲器-空間-麥克風系統(tǒng)中的揚聲器信號(x(n))產(chǎn)生的回音信號貢獻(d(n))，所述方法包括以下步驟將所述至少一個麥克風信號(y(n))的至少一部分轉換為通過第一下采樣速率(r)下采樣的麥克風子帶信號(yμ(n))；將所述揚聲器信號(x(n))轉換為通過小于所述第一下采樣速率(r)的第二下采樣速率(r1)下采樣的揚聲器子帶信號，以獲得第一揚聲器子帶信號；存儲通過所述第二下采樣速率(r1)下采樣的所述第一揚聲器子帶信號；在預定數(shù)目的子帶中，折疊所述第一揚聲器子帶信號與所述揚聲器-空間-麥克風系統(tǒng)的脈沖響應的估計；通過第三下采樣速率(r2)對折疊后的第一揚聲器子帶信號進行下采樣，以為所述預定數(shù)目的子帶的每個子帶獲得回音信號貢獻所述回音信號貢獻實際上通過所述第一下采樣速率(r)進行下采樣；為每一個子帶，從各自的麥克風子帶信號(yμ(n))中減去估計的回音信號貢獻以獲得誤差子帶信號(eμ(n))。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，獲得所述回音信號貢獻(d(n)) 的步驟包括基于存儲的第一揚聲器子帶信號以等于所述第一下采樣速 率(r)的速率自適應回音補償濾波裝置的濾波器系數(shù)的步驟。
3. 如權利要求2所述的方法，其中，通過歸一化最小均方算法自 適應所述回音補償濾波裝置的所述濾波器系數(shù)。
4. 如權利要求2或3所述的方法，其中，從2到4的區(qū)間選擇所 述第三下采樣速率(r2)。
5. 如前述權利要求之一所述的方法，其中，通過包括平方根Hann窗口濾波器的分析濾波器組，將所述至少一個麥克風信號(y(n))的至少 一部分轉換為麥克風子帶信號(yμ(n))和域將所述揚聲器信號(x(n))轉換 為揚聲器子帶信號，并且其中，子帶信號(eμ(n))被通過預定上采樣速率進行上采樣并且通過包括平方根Hann窗口濾波器的合成濾波器組合成，以獲得增強的麥克風信號(s(n))。
6. 如權利要求1到4之一所述的方法，其中，通過包括Hann窗口濾波器的分析濾波器組，將所述至少一個麥克風信號(y(n))的至少一 部分轉換為麥克風子帶信號(yμ(n))和/或將所述揚聲器信號(x(n))轉換為揚聲器子帶信號，并且其中，子帶信號(eμ(n))被通過預定上釆樣速率進行上采樣并且通過包括Hann窗口濾波器的合成濾波器組合成，以獲得增強的麥克風信號(s(n))，其中所述分析濾波器組的所述Harm窗口濾波器被提高至預定第一有理數(shù)的冪，具體為0.75，并且所述合成濾波器組的所述Hann窗口濾波器被提高至預定第二有理數(shù)的冪，具體為 0.25，以使所述第一有理數(shù)和所述第二有理數(shù)的和為1。
7. 如前述權利要求之一所述的方法，還包括通過噪聲降低濾波裝置和/或剩余回音抑制濾波裝置濾波誤差子帶信號(eμ(n))。
8. 如前述權利要求之一所述的方法，其中各自包括由于所述揚聲器信號(x(n))產(chǎn)生的回音信號貢獻的多個麥克風信號(yk(n))，被轉換為通過所述第一下采樣速率(r)進行下采樣的麥克風子帶信號(yμ，k(n));基于第一和第二揚聲器子帶信號，為所述多個麥克風信號(yk(n))中的每一個麥克風信號的麥克風子帶信號(yμ，k(n))獲得回音信號貢獻 (dμ，k(n));為每一個子帶，各自的估計的回音信號貢獻(dμ，k(n));被從所述多個 麥克風信號(yk(n))中的每一個麥克風信號的各自的麥克風子帶信號 (yμ，k(n))中減去，以為所述多個麥克風信號(yk(n))中的每一個麥克風信號獲得誤差子帶信號(eμ，k(n));并且其中所述方法還包括為所述多個麥克風信號(yk(n))的每一個麥克風信號，波束形成所述 誤差子帶信號(、k(n))，以獲得波束形成后的誤差子帶信號。
9. 一種計算機程序產(chǎn)品，其包括一個或多個計算機可讀介質，所 述計算機可讀介質具有用于執(zhí)行權利要求1-8之一的方法步驟的計算 機可執(zhí)行指令。
10. —種用于至少一個麥克風信號(y(n))的回音補償?shù)男盘柼幚硌b 置，所述至少一個麥克風信號(y(n))包括由于在揚聲器-空間-麥克風系 統(tǒng)中的揚聲器信號(x(n))產(chǎn)生的回音信號貢獻(d(n))，所述信號處理裝置 包括第一分析濾波器組(12， 12，)，其被配置成將所述至少一個麥克風 信號(y(n))的至少一部分轉換為通過第一下采樣速率(r)進行下采樣的麥 克風子帶信號(y"n));第二分析濾波器組(15， 15')，其被配置成將所述揚聲器信號(x(n)) 轉換為通過小于所述第一下采樣速率(r)的第二下采樣速率(rO進行下采 樣的揚聲器子帶信號，以獲得第一揚聲器子帶信號；存儲器，具體為環(huán)形緩沖器，其被配置成存儲通過所述第二下采 樣速率(r,)進行下采樣的所述第一揚聲器子帶信號；和回音補償濾波裝置(17， 17')，其被配置成折疊所述第一揚聲器子 帶信號與所述揚聲器-空間-麥克風系統(tǒng)的脈沖響應的估計，并且通過第 三下采樣速率(r2)將折疊后的第一揚聲器子帶信號進行下采樣以獲得通過所述第一下采樣速率(r)進行下采樣的回音信號貢獻(i,(n))，并且通過所述回音信號貢獻(l(n))回音補償所述麥克風子帶信號(^(n))以獲 得回音補償后的麥克風子帶信號(^(n))。
11. 如權利要求10所述的信號處理裝置，還包括合成濾波器組 (19)，其被配置成上采樣并且合成所述回音補償后的麥克風子帶信號( (n))以獲得增強的麥克風信號(〗(n))。
12.如權利要求10或11所述的信號處理裝置，還包括剩余回音抑制濾波裝置(23)和/或噪聲降低濾波裝置(23)，其被配置成濾波所述 回音補償后的麥克風子帶信號(e"n))。
13. 如權利要求10到12之一所述的信號處理裝置，其中，所述第 一和所述第二分析濾波器組(12， 12'， 15， 15，)和所述合成濾波器組(19)中的每一個包括多個平方根Hann窗口濾波器。
14. 如權利要求10到12之一所述的信號處理裝置，其中，所述第 一和所述第二分析濾波器組(12， 12，， 15， 15，)和所述合成濾波器組(19)的每一個包括多個Hann窗口濾波器，其中，所述第一和所述第 二分析濾波器組(12， 12'， 15, 15，)的所述Hann窗口濾波器被提高 至預定第一有理數(shù)的冪，具體為0.75，并且所述合成濾波器組(19) 的所述Hann窗口濾波器被提高至預定第二有理數(shù)的冪，具體為0.25, 以使所述第一有理數(shù)和所述第二有理數(shù)的和為1。
15. 如權利要求10到14之一所述的信號處理裝置，其包括多個 第一分析濾波器組(15')，每一個第一分析濾波器組(15，)被配置成 將多個麥克風信號(yk(n))中的一個的至少一部分轉換為通過第一下采 樣速率(r)進行下采樣的麥克風子帶信號(y,Lk(n));并且其中所述回音補償濾波裝置(17; 17')被配置成回音補償所述多個麥克 風信號(yk(n))的每一個麥克風信號的每一個所述麥克風子帶信號 (yMc(n))，以為所述多個麥克風信號(yk(n))的每一個麥克風信號獲得誤差 子帶信號(e^(n));并且還包括-波束形成裝置(22)，其被配置成為所述多個麥克風信號(yk(n))的 每一個麥克風信號波束形成所述誤差子帶信號(ep，k(n))，以獲得波束形 成后的誤差子帶信號。
16. 如權利要求15所述的信號處理裝置，其中，所述波束形成裝 置(22)是延遲相加波束形成器或通用旁瓣消除器。
17. —種免提電話系統(tǒng)，包括如權利要求10到16之一所述的信號處理裝置。
18. —種語音識別裝置，包括如權利要求10到16之一所述的信號 處理裝置。
19. 一種語音對話系統(tǒng)或聲音控制系統(tǒng)，包括如權利要求18所述 的語音識別裝置。
20. —種車輛通信系統(tǒng)，包括至少一個麥克風，具體為麥克風陣列， 至少一個揚聲器和如權利要求10到16之一所述的信號處理裝置，或 包括如權利要求17所述的免提電話系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及回音補償至少一個麥克風信號的方法，麥克風信號包括由于在揚聲器-空間-麥克風系統(tǒng)中的揚聲器信號的回音信號貢獻，包括將至少一個麥克風信號的至少一部分轉換為由第一下采樣速率下采樣的麥克風子帶信號；將揚聲器信號轉換為由第二下采樣速率下采樣的揚聲器子帶信號以獲得第一揚聲器子帶信號；存儲由第二下采樣速率下采樣的第一揚聲器子帶信號；折疊第一揚聲器子帶信號與預定數(shù)目的子帶中的揚聲器-空間-麥克風系統(tǒng)的脈沖響應的估計；由第三下采樣速率下采樣折疊的第一揚聲器子帶信號，以為每個子帶獲得由第一下采樣速率下采樣的回音信號貢獻；和為每個子帶從各麥克風子帶信號減去估計的回音信號貢獻以獲得誤差子帶信號。
文檔編號H04R3/02GK101207939SQ200710160830
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權日2006年12月18日
發(fā)明者G·U·施密特, M·勒斯勒爾, M·布克, T·豪利克, W·施努格 申請人:哈曼貝克自動系統(tǒng)股份有限公司