專利名稱：回音消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于數(shù)字電話信號的回音消除器。它在數(shù)字電話終端連接到 “復(fù)雜”電信網(wǎng)絡(luò)時特別地有用。在下文的描述中，“復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)”是指包括連接到至少一個模 擬網(wǎng)絡(luò)的至少一個數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。由于模擬網(wǎng)絡(luò)，存在所謂的混合回音。混合回音是由 于稱為混合(因次是術(shù)語混合回音)的線路設(shè)備的電能反射而產(chǎn)生的。多數(shù)電話本地回路是 雙線回路而傳輸設(shè)備是四線回路?；旌媳挥米麟p線回路與四線回路之間的接口。每個混合 都在兩個方向中產(chǎn)生回音，而遠(yuǎn)端回音通常對于語音頻帶而言問題更大。使用數(shù)字終端來經(jīng)由模擬網(wǎng)絡(luò)呼叫被叫方的主叫方能夠在振鈴時期察覺他/她 自己的背景噪聲中的混合回音，即在被叫方摘下他/她的電話終端的電話聽筒之前。例如， 連接經(jīng)過媒體網(wǎng)關(guān)、模擬中繼(analog trunk)和模擬公共交換電話網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)資源在被叫 方摘下電話聽筒之前是開放的。在一些情形中，模擬中繼造成回音。因此，主叫方的環(huán)境噪 聲返回主叫方終端，并且根據(jù)主叫方終端中的信號電平放大和回音電平，該噪聲的回音會 成為干擾。圖1是顯示示例性復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和電話終端的框圖，其中回音是聽得見的-互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電話終端T1連至本地局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)N1。-網(wǎng)關(guān)G1通過模擬線路AL1將數(shù)字網(wǎng)絡(luò)N1連至傳統(tǒng)的公共電話網(wǎng)N2。-模擬電話終端T2通過模擬線路AL2連至傳統(tǒng)的公共電話網(wǎng)N2。例如，電話終端T1由用戶A在房間R內(nèi)使用以呼叫遠(yuǎn)端電話終端T2。在該房間R 中，或在隔壁房間中，其他人正在講話(例如他們在開放空間的辦公室中工作)。這些人產(chǎn)生 的喧鬧聲較低；用戶A可能沒有注意到。然而，該喧鬧聲被終端T1的麥克風(fēng)捕捉到。這個 喧鬧聲的回音E被模擬網(wǎng)絡(luò)N2經(jīng)由網(wǎng)關(guān)G1送回給終端T1。若終端T1被設(shè)為對任何接收 信號提供一定程度的放大，則該喧鬧聲的回音被終端T1放大。用戶A能夠在終端T1的聽 筒中察覺該喧鬧聲。在一些情況下，用戶A能夠在終端T1的聽筒中聽到其他人的講話，即 使用戶A無法在沒有終端T1的情況下明顯察覺到該講話。這對用戶A造成一些干擾即使 回音較低，正專注于被叫方等待響應(yīng)的主叫方被該回音干擾。這個干擾一直持續(xù)直到被叫 方摘下終端T2的聽筒。此外，這個回音可能產(chǎn)生一些機(jī)密性問題(例如在醫(yī)院中)，因?yàn)楸尘罢勗挶环糯?。例如，對?yīng)于喧鬧聲的所發(fā)送信號具有_50dB的電平并且主叫方終端被設(shè)置成放 大接收信號+15dB。1)在呼叫建立期間，存在一個較短的無回鈴音時期。回音衰減是-6dB，即使傳 統(tǒng)的回音消除器被插在主叫方與模擬網(wǎng)絡(luò)之間的鏈路中(因?yàn)榻邮招盘柕碾娖讲蛔阋约?活回音消除器的自適應(yīng)濾波器)。然后，主叫方清楚地察覺到喧鬧聲，因?yàn)榻邮招盘柕碾娖?是-41dB。由于主叫方的注意力特別地集中于等待響應(yīng)，因此主叫方可能察覺該喧鬧聲中的 一些機(jī)密信息。2)在振鈴階段，回音衰減是_6dB (因?yàn)榻邮招盘栯娖饺圆蛔阋约せ罨匾粝鞯?自適應(yīng)濾波器)。然后，主叫方清楚地察覺到回鈴音周期之間的喧鬧聲，因?yàn)榻邮招盘栯娖绞?41dB;并且，在回鈴音周期期間，主叫方察覺到由于-41dB電平的喧鬧聲的回音而降級 的回鈴音。3)—旦被叫方應(yīng)答該呼叫，主叫方的注意力現(xiàn)在就轉(zhuǎn)向被叫方的響應(yīng)，因此主叫 方對于喧鬧聲較不敏感。此外，回音消除器正在調(diào)整其自適應(yīng)濾波器以衰減回音?；匾衄F(xiàn) 在衰減了-20dB。因此，主叫方不再察覺到喧鬧聲。
背景技術(shù)：
-主叫方可以降低音量，特別是在他/她具有之前增加的音量的情況下。-回音消除器可以被插在連接路徑上，或者是在終端中或者是在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中。它在 接收信號具有高電平是工作良好。即使沒有語音信號，也可以設(shè)想建立回音消除濾波器以 達(dá)到良好的回音拒絕。但是這將導(dǎo)致不穩(wěn)定性和發(fā)散性，特別是當(dāng)在遠(yuǎn)端用戶的環(huán)境中存 在背景噪聲的情況下。這種不穩(wěn)定性會導(dǎo)致回音。出于這個理由，在傳統(tǒng)的回音消除器中， 自適應(yīng)濾波不被應(yīng)用于低電平信號，例如噪聲，以避免不穩(wěn)定性。因此，傳統(tǒng)的回音消除器 不降低它自己的背景中的回音。圖2是傳統(tǒng)的回音消除器的框圖。它被放置在終端與未顯 示的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)之間。它包括_輸入端，其接收由終端發(fā)送的信號TXi。_輸出端，其直接連至接收信號TXi的輸入端，并且將等用于接收自終端的信號 TXi的信號TXo轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡(luò)。_輸入端，其接收由網(wǎng)絡(luò)提供的包含回音信號E的信號RXi，該回音信號是發(fā)送至 網(wǎng)絡(luò)的信號TXo的一部分，其由網(wǎng)絡(luò)發(fā)回。_輸出端，其向終端提供通過處理信號RXi以衰減回音信號E而獲得的信號RXo。-線性處理器AF1，也稱為自適應(yīng)濾波器，其具有控制輸入端、耦合到接收信號 TXi的輸入端的信號輸入端和輸出端。它旨在生成要從接收信號RXi中減去的等同于回音 信號E的信號以消除回音信號E。_減法器S1，其具有連至接收信號RXi的輸入端的第一輸入端；連至自適應(yīng)濾波 器AF1的輸出端的第二輸入端；和提供包含回音信號E的冗余部分的信號RXr的輸出端。_非線性處理器NLP1，其具有連至減法器S1的輸出端的信號輸入端、控制輸入 端、連至提供信號RXo的輸出端的第一輸出端。-單端通話檢測器STD和雙端通話檢測器DTD，其用于檢測—當(dāng)較近端的用戶講話時，-當(dāng)較近端和較遠(yuǎn)端的用戶講話時，—當(dāng)無人講話時。-控制單元⑶，其具有用于從單端通話檢測器STD和雙端通話檢測器DTD接收信 號的輸入端，并且具有用于提供控制信號給非線性處理器NLP1和自適應(yīng)濾波器AF1的輸出端。當(dāng)控制單元⑶激活自適應(yīng)濾波器AF1時，所發(fā)送的信號TXi通過自適應(yīng)濾波器 AF1被處理以產(chǎn)生回音估計(jì)。該回音估計(jì)然后從接收信號RXi中減去。這兩個信號之差(即 冗余信號RXr)然后由非線性處理器NLP1處理以盡可能地移除冗余回音信號，即衰減無法 被線性濾波器AF1和減法器S1獨(dú)自移除的分量。在當(dāng)前的窄帶VoIP解決方案中，回音消除器性能必須與ITU-T建議G. 168相容。這個建議描述了回音消除器的特征，包括控制機(jī) 制的需求。它也描述了若干實(shí)驗(yàn)室測試，其應(yīng)當(dāng)在回音消除器中執(zhí)行以在網(wǎng)絡(luò)中可能經(jīng)歷 的條件下評估其性能。G. 168建議可應(yīng)用于利用數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)回音消除器，并且旨在當(dāng)延遲超出由建議 ITU-T G. 114和ITU-T G. 131指定的限制時用于電路中。特別地，已知基于IP傳輸協(xié)議(即 VoIP)的分組網(wǎng)絡(luò)會引入超出這些限制的延遲。振鈴階段的回音問題不是由ITU G. 168建議在其當(dāng)前狀態(tài)下處理的。因此，即使 回音消除模塊位于終端中或媒體網(wǎng)關(guān)中并且與當(dāng)前G. 168建議相容，用戶也能夠察覺振鈴 階段的回音。因此，需要提供一種改進(jìn)的回音消除器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種回音消除器，包括-自適應(yīng)濾波器，其用于接收受回音影響的信號并且用于提供作為回音的估計(jì)的 已濾波信號；_減法器，其用于將所述估計(jì)從所接收信號中減去并且提供冗余信號；其特征在于，還包括_用于檢測所述冗余信號中的回鈴音的裝置，其包括一用于用于將所發(fā)送信號的能量和所接收信號的能量之差與第一閾值相比較并 且然后當(dāng)這個差值大于該第一閾值時判定檢測到回鈴音的裝置，和—用于將所發(fā)送信號的能量與第二閾值相比較并且將該能量大于第二閾值的累 積時間與第四閾值相比較并且當(dāng)該累積時間大于該第四閾值時假定該振鈴階段已過去的 裝置；-用于如果回鈴音在所接收信號中被檢測到則阻止所接收信號并且用本地生成的 回鈴音代替它的裝置。根據(jù)一個優(yōu)選的實(shí)施例，所提出的回音消除器還包括-用于確定時間周期的定時器；和-用于當(dāng)沒有回鈴音時在所述時間周期期間用一些合成舒適噪聲代替所述冗余信 號的裝置。根據(jù)一個特定的實(shí)施例，用于用一些合成舒適噪聲代替所述冗余信號的裝置包括 用于僅當(dāng)所發(fā)送信號的能量與所述冗余信號的能量之差大于閾值的當(dāng)前值時才用一些合 成舒適噪聲代替所接收信號的裝置。根據(jù)一個特定的實(shí)施例，用于用一些合成舒適噪聲代替所述冗余信號的裝置包括 用于當(dāng)所發(fā)送信號的能量與所述冗余信號的能量之差大于閾值的當(dāng)前值和預(yù)定增量之和 時以該增量增加所述閾值的當(dāng)前值的裝置。通過閱讀下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將 變得更加顯而易見。


為了說明本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)特征和優(yōu)點(diǎn)，下面的描述將參考附圖。在可行的情 況下，在所有附圖和整個說明書中相似的參考號碼指示相同或相似的部件，其中-(上文已描述的)圖1是顯示示例性復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和其中能夠聽到回音的電話終端的 框圖；-(上文已描述的)圖2是傳統(tǒng)的回音消除器的框圖；-圖3是根據(jù)本發(fā)明的回音消除器的第一實(shí)施例的框圖；-圖4是根據(jù)本發(fā)明的回音消除器的第二實(shí)施例的框圖；-圖5是該第二實(shí)施例的一部分的框圖；-圖6是在根據(jù)本發(fā)明的回音消除器的該第二實(shí)施例中運(yùn)行的過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖3是根據(jù)本發(fā)明的回音消除器的第一實(shí)施例的框圖，其包括與圖2所示的傳統(tǒng) 回音消除器相同的部件，加上插在從網(wǎng)絡(luò)接收信號RXi的輸入端與減法器S1的第一輸入端 之間的預(yù)處理模塊PM1。預(yù)處理模塊PM1應(yīng)用來自呼叫建立請求中的特定的非線性處理直到被叫方已經(jīng) 摘機(jī)(即振鈴階段結(jié)束)或直到主叫方講話，這導(dǎo)致回音消除器的收斂。這個非線性處理模 塊PM1在該時期內(nèi)消除了回音。在優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)沒有回鈴音時，它用合成的舒適噪聲代替被移除的信號，該 舒適噪聲具有與被抑制的背景噪聲相同的統(tǒng)計(jì)特征。當(dāng)有回鈴音時，它用合成的回鈴音代替被移除的信號。在被叫方已經(jīng)摘機(jī)之后，或者在主叫方已經(jīng)開始講話之后，控制單元⑶去激活預(yù) 處理模塊PM1以便實(shí)施傳統(tǒng)的回音消除過程。圖4是根據(jù)本發(fā)明的回音消除器的第二實(shí)施例的框圖，其包括與圖2所示的傳統(tǒng) 的回音消除器相同的部件，除了用集成了預(yù)處理模塊PM2的改進(jìn)的非線性處理器NLP2代替 了非線性處理器NLP1之外。這個改進(jìn)的非線性處理器NLP2的框圖在圖5中示出。它包 括-與非線性處理器NLP1類似的傳統(tǒng)的非線性處理器CNLP。它接收由增強(qiáng)型非線 性處理器EN提供的信號并且將所處理的接收信號RXo提供給近端的終端。-預(yù)處理模塊PM2包括用于檢測回鈴音的信號限制器(qualifier)SQ和增強(qiáng)型非 線性處理器EN。信號限制器SQ接收由減法器S2的輸出端提供的冗余信號RXr。它也接收所謂的 “適配信號”AD，其是由控制單元UC2提供的控制信號并且可以取三個值-0，當(dāng)控制單元⑶2檢測到回音消除器EC3無法處于“適配階段”中，即由于接收 信號RXi太低而不能實(shí)現(xiàn)至穩(wěn)定濾波的收斂而使得自適應(yīng)濾波器AF2無法被適配。-1，當(dāng)控制單元⑶2檢測到回音消除器EC3處于其“適配階段”中。-2，當(dāng)控制單元⑶2檢測到自適應(yīng)濾波器AF2剛剛完成其“適配階段”，即電話會話 的開始。信號限制器SQ以指示它接收的冗余信號RXr是否包含回鈴音的二進(jìn)制信號SN而 提供了增強(qiáng)型非線性處理器EN。這個改進(jìn)的非線性處理器NLP2能實(shí)現(xiàn)與上述預(yù)處理模塊PM1和非線性處理器NLP1的組合相同的功能。預(yù)處理模塊PM1使用兩種閾值-能量閾值Eth-收斂狀態(tài)和時間閾值CTth。如果分別在輸入端上出現(xiàn)的信號TXi和RXi的能量差在振鈴階段大于閾值Eth， 則-以及如果是在沒有回鈴音的時間段內(nèi)，則預(yù)處理模塊PM1完全消除接收信號并 且用本地生成的舒適噪聲來代替它；-以及如果是在回鈴音期間，則預(yù)處理模塊PM1完全消除接收信號并且用本地生 成的回鈴音來代替它。閾值CTth由信號限制器SQ使用以檢測振鈴階段。輸入端上的發(fā)送信號TXi的能 量被測量并且與閾值MinEnergy相比較。如果其間能量大于閾值MinEnergy的累積時間大 于閾值CTth，則認(rèn)為振鈴階段已過去。然后，預(yù)處理模塊PM1無法避免語音傳輸期間的接收 信號RXi的削波。因此，只要被叫方已經(jīng)摘下終端T2的聽筒，預(yù)處理模塊PM1就停止該特 定的非線性處理。圖6是在圖5所示的增強(qiáng)型非線性處理器EN中運(yùn)行的過程的流程圖。類似的過 程運(yùn)行于圖3的預(yù)處理模塊PM1中步驟1 :處理的賦初值-重設(shè)定時器的值Tadapt，其將被用于當(dāng)認(rèn)為適配階段結(jié)束時停止濾波器適配過 程，即在電話會話已經(jīng)開始一段時間之后，從而在振鈴階段之后為自適應(yīng)濾波器的收斂留 下一段時間；-并且重設(shè)變量閾值的值Tth，其將被用于比較發(fā)送信號TXo的能量Etx和接收信 號RXi的能量Erx。Tth的初始值在該例子中是6dB。步驟2 :開始針對新接收的信號幀的處理。步驟3 :檢查“適配信號” AD的值。如果該值為0，則這意味著回音消除器沒有處 于“適配階段”中；處理進(jìn)行到步驟7。如果該值不為0，則這意味著回音消除器處于“適配 階段”中(若值為1)或者剛剛完成這個“適配階段”(若值為2);處理進(jìn)行到步驟4。步驟4 :辨別信號“適配”的值是1還是2。如果該值為1，則這意味著回音消除器 處于“適配階段”中；處理進(jìn)行到步驟5。如果該值為2，則這意味著回音消除器剛剛完成 “適配階段”；處理進(jìn)行到步驟6。步驟5 :定時器Tadapt以巾貞周期(在該例子中Tframe=10ms)而增加。處理進(jìn)行到 步驟7。步驟6 :定時器Tadapt被設(shè)為最大值Tth (在該例子中是1秒)。這個值Tth被用 作在下一個步驟中停止適配過程的閾值。因此，當(dāng)定時器已經(jīng)遞增100次同時處理100個 信號幀時，該處理將在該下一步驟中停止。處理進(jìn)行到步驟7。步驟7 :檢測由增強(qiáng)型非線性處理器EN接收的冗余信號RXr中的回鈴音。步驟8 :檢查由信號限制器SQ提供給增強(qiáng)型非線性處理器EN的信號SN。如果信 號SN指示回鈴音在接收信號RXr中檢測到，則處理進(jìn)行到步驟9。否則它進(jìn)行到步驟10。步驟9 :接收信號RXr被本地生成的回鈴音代替以使得用戶能清楚地聽到回鈴音而沒有任何回音。步驟10 :確定冗余信號RXr和所發(fā)送信號TXo各自的能量Erx和Etx。步驟11 :比較定時器值Tadapt和閾值Tth=l秒。如果Tadapt不小于Tth,則預(yù)處 理模塊PM2中的處理在步驟12結(jié)束。如果Tadapt小于Tth，則處理進(jìn)行到步驟13。步驟12 :預(yù)處理模塊PM2被繞過，回音消除器現(xiàn)在以傳統(tǒng)的方式工作。輸出信號 RXo是傳統(tǒng)上通過傳統(tǒng)非線性處理器CNLP和自適應(yīng)濾波器AF2濾波的接收信號RXi。處理 針對下一個幀進(jìn)行到同一個步驟12。步驟13 :發(fā)送信號TXo的能量Etx與冗余信號RXr的能量Erx之差與閾值Eth的 當(dāng)前值相比較。如果該差值小于或等于Eth，則處理在步驟1結(jié)束，因?yàn)槿哂嘈盘朢Xr的電 平高到足以使得回音無法再產(chǎn)生干擾。否則處理進(jìn)行到步驟15，因?yàn)槿哂嘈盘朢Xr遠(yuǎn)遠(yuǎn)小 于發(fā)送信號，因此可以認(rèn)為它主要由回音構(gòu)成。步驟14 :預(yù)處理模塊PM2被繞過，回音消除器現(xiàn)在以傳統(tǒng)方式工作。輸出信號RXo 是傳統(tǒng)上通過傳統(tǒng)非線性處理器CNLP和自適應(yīng)濾波器AF2過濾的接收信號RXi。處理針對 下一個幀進(jìn)行到步驟2。步驟15 :發(fā)送信號TXo的能量Etx與冗余信號RXr的能量Erx之差與閾值Eth的 當(dāng)前值和增量Ethmarg之和相比較。如果該差值小于或等于Eth,則處理在步驟17結(jié)束。 否則處理進(jìn)行到步驟16。步驟16 :閾值Eth的當(dāng)前值以增量Ethmarg遞增，即在該例子中是ldB。然后處理 結(jié)束于步驟17。步驟17 :阻塞冗余信號RXr。提供給近端終端的復(fù)原信號RXo是代替冗余信號RXr 的合成舒適噪聲。然后，處理針對下一個幀進(jìn)行到步驟2。根據(jù)本發(fā)明的回音消除器對于用于雙工免提模式的電話終端而言是特別有利的。 它可以被嵌入-基于膝上型/臺式PC的軟電話，-硬件IP電話、智能電話、PDA電話，-VoIP媒體網(wǎng)關(guān)，-IP PBX。
權(quán)利要求
1.一種回音消除器,包括 -自適應(yīng)濾波器，其用于接收受到回音影響的信號并且用于提供已濾波信號，該已濾波信號是對所述回音的估計(jì)； -減法器，其用于將所述估計(jì)從所接收信號中減去并且提供冗余信號； -用于檢測所述冗余信號中的回鈴音的裝置，其包括 --用于將所接收信號的能量與所發(fā)送信號的能量之差與第一閾值相比較并且然后當(dāng)這個差值大于該第一閾值時判定檢測到回鈴音的裝置，和 --用于將所發(fā)送信號的能量與第二閾值相比較并且將其間這個能量大于該第二閾值的累積時間與第四閾值相比較并且然后當(dāng)所述累積時間大于所述第四閾值時假設(shè)所述振鈴階段已過去的裝置； -用于當(dāng)已經(jīng)在所接收信號中檢測到回鈴音時阻塞所接收信號并且用本地生成的回鈴音代替它直到認(rèn)為所述振鈴階段已過去的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的回音消除器，還包括 -用于確定時間周期的定時器；和 -用于當(dāng)沒有回鈴音時在所述時間周期期間用ー些合成舒適噪聲來代替所述冗余信號的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的回音消除器，其中，用于用ー些合成舒適噪聲來代替所述冗余信號的所述裝置包括用于僅當(dāng)所發(fā)送信號的能量與所述冗余信號的能量之差大于閾值的當(dāng)前值時才用ー些合成舒適噪聲來代替所接收信號的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的回音消除器，其中，用于用ー些合成舒適噪聲來代替所述冗余信號的所述裝置包括用于當(dāng)所發(fā)送信號的能量與所述冗余信號的能量之差大于所述閾值的當(dāng)前值和預(yù)定的增量之和時以所述增量來増加所述閾值的當(dāng)前值的裝置。
全文摘要
所提出的回音消除器包括用于接收受到回音影響的信號并且用于提供已濾波信號的自適應(yīng)濾波器，該已濾波信號是對所述回音的估計(jì)；用于將所述估計(jì)從所接收信號中減去并且提供冗余信號的減法器；用于檢測(7,8)所述冗余信號中的回鈴音的裝置；用于阻止(9)所接收信號并且如果在所接收信號中檢測到回鈴音則用本地生成的回鈴音來代替它的裝置；用于確定時間周期的定時器；和用于當(dāng)沒有回鈴音時在所述時間周期期間用一些合成舒適噪聲來代替所述冗余信號的裝置(11-17)。
文檔編號H04B3/23GK102959877SQ201180031900
公開日2013年3月6日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者M·法迪利, L·扎爾格尼 申請人:阿爾卡特朗訊公司