[发明专利]一种音频回声抑制器及音频回声抑制方法

说明书

音频回声抑制器包括接收第一音频信号以便利用扩音器（205）进行再现的第一接收机（201）以及接收麦克风信号的第二接收机（211）。线性回声消除滤波器（213）从第一音频信号中生成第一补偿信号，并且补偿器（215）通过针对第一补偿信号补偿麦克风信号来生成残留信号。第一适配器（217）确定线性回声消除滤波器（213）的滤波器参数。估计器（219）生成失真量度，其中每一个失真量度指示对于在第一频率间隔之外的频率间隔中的残留信号的贡献。残留信号由于位于第一频率间隔内的第一音频信号的信号分量的再现而产生。回声减少器（207）随后基于失真量度来执行回声抑制。该方案可以提供尤其由于非线性效应而引起的非线性回声的改进的回声抑制。

技术领域

本发明涉及回声消除并且特别地而非排他地涉及针对自扩音器至麦克风的非线性回声的消除。

背景技术

许多音频应用在同一音频环境中使用音频换能器(transducer)诸如扩音器以及麦克风二者。例如，电话或电话会议应用典型地在近距离中采用扬声器和麦克风。

然而，扩音器与麦克风之间的声（学）耦合使得麦克风信号包括从扩音器中再现(render)的声音的元素，而这时常是不利的。

例如，对于电话和电话会议设备而言，在设备的扩音器与麦克风之间的声耦合使得所产生的扩音器信号的一部分被麦克风捕获到并被反向传送至远端用户，从而导致称为声学回声的干扰。通常假设：这个回声路径能够使用线性滤波器来充分地建模（model），这是因为：取决于正在其中使用该设备的声学环境，麦克风利用不同的延迟与强度来拾取扩音器信号的反射。因此，广泛地使用线性回声消除器来减少声学回声。

然而，在实践中，并且取决于设备，声学回声路径中的组件也包括时常展示出非线性特征的音频放大器和扩音器。特别地，在许多实际的实现方式中，扩音器在操作期间展示出显著的非线性失真。例如，为了确保小型与低成本实现方式，移动电话的扩音器时常至少部分地在其非线性域中被驱动。因此，纯线性回声消除往往是次优的并且往往无法完全移除声学回声。

EP2632141 A1披露这样的回声抑制器，而这样的回声抑制器是无法处置失真的回声分量的传统的线性回声抑制器。

扩音器中的非线性的主要原因是非均匀磁通密度和非线性悬架系统。后者主要在低频率上导致失真，而前者由于高幅度信号而加剧。实际上，大锥冲程(cone excursion)、尤其在扩音器的线性操作范围之外的大锥冲程导致非线性失真。对于音频放大器而言，如果高幅度信号落在放大器的输入/输出特征的线性输入范围之外，则这些高幅度信号能够被限幅(clip)。

更详细地，可以针对输入信号的不同频率范围来考虑扩音器系统的行为。对于超过共振频率的频率而言，扩音器能够利用其音圈的电阻和电感来表征。因此，随着至音圈的输入功率增加并且冲程对于音圈落在磁场之外而变得足够大，驱动力降低，从而导致某种形式的压缩或限幅效应。

对于低频率而言，扩音器主要利用其与磁通的功率成比例的运动系统阻抗来表征。这意味着：随着音圈移动到磁场之外，这个阻抗降低并因此不限幅，在扩音器的悬架系统限制冲程之前，音圈中的电流的幅度实际上增加。

扩音器的非线性行为的适当建模在声学回声消除领域中仍然是具有挑战性的课题。这对于其中使用诸如放大器和扩音器之类的低成本音频组件的免提通信应用而言尤其如此。这些组件时常被驱动至其非线性操作范围中，以便实现这样的应用所要求的高声音输出电平。由此产生的非线性失真不但限制通常在扩音器与麦克风之间呈现线性脉冲响应的声学回声消除器的性能，而且还影响所感知的扩音器信号的质量。

US2009/214048 A1披露针对谐波失真的自适应的基于NLMS的回声抑制。然而，由于基于NLMS的回声抑制的使用，应该仅仅针对高量级信号来完成适应。此外，应该使用自适应阈值来预测：为了启用适应，哪些频率可能产生谐波失真。

因此，用于管理非线性声学回声的系统在改善双向通信系统的音频质量方面起着显著的作用。