[发明专利]自适应回声消除器及其回声消除方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种自适应回声消除器及其回声消除方法。

背景技术

延时和回声是影响通信质量的主要因素，过长的延时能够使回声问题更加突出，最终将导致通信无法正常进行。因此，在通信链路中，只要单向语音传输的延迟达到10ms以上，就需要进行回声消除。目前，基于打包传输采用压缩算法的数字语音通信系统的端到端延迟都是超过10ms门限的，上述数字语音系统都需要利用回声消除器进行回声消除。

目前，国际电联就回声消除技术发布了一系列国际标准，如：G.165、G.167、G.168等。但这些国际标准只针对回声消除器提出了一般的设计要求，描述回声消除器的功能、实现方法、性能指标及其测试手段，并未规定回声消除器的具体算法和设计细节，需研发者自行设计回声消除器的结构和实现算法。上述国际标准中还定义了相关的客观测试项目，以保证回声消除器能够在各种网络条件下提供足够的回声消除能力。如果回声消除器能够达到这些客观测试要求，那么就可以完成最低限度的回声消除功能。目前，已经有多种回声消除器的具体算法，针对不同的应用场合采用不同的算法，具体方案的选取应根据实际要求，对算法的复杂性、稳健性和收敛速度进行折衷考虑。

目前，常用的回声消除技术为自适应回声消除技术。该回声消除技术是根据G.168标准要求设计的。这种技术的基本思想是估计回声路径的特征参数，以产生一个模拟的回声信号，从接收到的信号中减去该回声信号，从而实现回声消除。由于回声路径通常是未知的和时变的，所以，在这种技术中一般采用自适应滤波器作为回声消除器来模拟回声路径。主要目标是在准确地估计出回声路径特征参数的同时，迅速地跟踪回声路径的变化。

常见的采用上述自适应回声抵消技术的回声消除器的基本结构如图1所示，在图1中，左边虚线框中部分是回声路径的模型，它通过一个数字滤波器来仿真，这个滤波器在ITU-T G.168标准中有详细介绍，根据不同的时延以及网络特性，有8种不同的类型。右边虚线框中部分是回声消除器的组成，主要模块有：语音检测器、自适应算法控制器、自适应滤波器和NLP(非线性处理器)。该回声消除器的具体工作过程可以简单的表述为：

近端信号S_in和远端信号R_in同时作为语音检测器的输入，语音检测器根据这几个信号不同时间窗的信号功率大小判断当前网络的通话状态，同时将获得的状态信息通知给自适应算法控制器，进而控制自适应滤波器的工作。

如果语音检测器判断得到的通话状态为远端模式(即通话对端在说话)，于是，自适应算法控制器根据前一时刻和当前时刻滤波器中的信号功率以及误差信号e(n)的大小来更新自适应滤波器的系数，同时将系数的更新结果输出到自适应滤波器中。

上述自适应滤波器的主要作用是通过远端信号来预测在近端所产生的回声信号，其常用结构为横向FIR滤波器。自适应滤波器的输入是远端信号以及由自适应算法控制器中输出得到的更新系数(如果回声消除器的状态是远端模式)，其作用是将远端信号作为一个参考信号，并且根据该参考信号来产生回声估计信号。

在经过混合网络之后，回声消除器中输入的近端信号S_in中已经包含了远端信号R_in的回声，将这个近端信号S_in与自适应滤波器输出的回声估计信号作为减法器的输入，从近端信号S_in中减去回声估计信号，从而达到消除回声的目的。

将减法器的输出通过非线性处理(NLP)进行处理，在NLP中存在一个抑制门限，当输入的信号电平小于该门限值时，输入的信号将被抑制，反之，将使输入的信号通过。

在嵌入式系统中，回声消除器中常用的自适应算法为基于最速下降法的算法群。这种自适应算法的代表为：LMS(最小均方误差)算法，其最小化准则为均方根误差。这种自适应算法的计算量小、鲁棒性强、易于实现，在实践中被广泛采用。其缺点为：收敛速度比较慢，并且收敛性能对输入信号的能量变化很敏感。NLMS(能量归一化最小均方误差)算法是LMS算法的改进算法，它克服了LMS算法对输入信号能量敏感的缺点。NLMS算法和它的各种改进形式，为目前主要采用的回声消除器中的自适应滤波算法。

现有技术中，一种采用NLMS算法和GEIGEL算法实现的回声消除器的结构框图如图2所示。包括如下模块：

语音状态检测器：用于判断当前网络的通话状态是远端模式或近端模式，在近端模式中，本端用户在说话。语音检测器将检测出的当前网络的通话状态信息传递给NLMS控制器。