限制接收音频的系统技术方案

本发明专利技术提供了一种在通信系统中用于限制接收到的音频信号的系统。接收音频信号在通过扬声器播放以前被限制，以确保扬声器输出在被附近的连接在通信系统上的麦克风拾音时不会被限幅。通过避免了在麦克风处扬声器输出的限幅，扬声器包围麦克风系统的转移函数保持线性，从而便于在通信系统中进行精确的回音消除。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种通信系统中的改进的回音消除技术。
技术介绍
在很多通信系统(诸如汽车中的扬声器电话或免提移动电话)中，音频信号是从远端位置接收到并通过扬声器播放的。相反，本地发出的声音是由放置在扬声器附近的本地环境中的一个或多个麦克风进行拾音的。麦克风转换出的音频信号被传回远端位置，并在远端位置为了通信对端处的远端通信方播放出来。通常，扬声器放置得非常接近麦克风。在一些情况下，扬声器的输出可能会被麦克风所拾音，并且实际上最初在远端位置发出的声音可能会被合并入到传回给远端位置的音频信号中。结果是，远端通信方可能会听到被轻微延迟的他或她已说出的话的回音。这种声学回音会严重损害通信双方之间通信质量。在通信系统中利用回音消除来从麦克风拾音信号中除掉扬声器输出。典型的回音消除系统将用来驱动扬声器的线路输出(Line-Out)信号作为参考，用于估计在已由扬声器播放、通过局域环境；由麦克风拾音，和转换回电子音频信号之后的扬声器输出的情况。然后从麦克风拾音信号中减掉该回音信号估计。回音估计信号与麦克风处转换的实际回音信号之间匹配得越接近，则回音消除将越精确和越彻底。回音消除通常是线性技术(proposition)。扬声器输出的变化将以预计方式反映在麦克风拾音信号上。然而，当扬声器包围麦克风(LEM)系统中引入非线性时，复杂度就会增加。回音消除系统的普遍问题是当扬声器放置得距离麦克风太近时或是扬声器输出播放得太大声时，在任一种情况下，麦克风处的音量可能会超过通信系统拾音级(stage)的能力。麦克风处过大的音量可能会在麦克风自身或在A/D增益级处造成限幅(clipping)。当由于过大的音量而使扬声器输出被限幅时，回音消除系统将不可能预计出麦克风处将转换的实际回音信号。这种LEM转移函数的非线性使其不可能有效地从麦克风拾音信号中除掉回音。因此，存在对在通信系统中进行回音消除的改进系统的需求。在扬声器放置得非常接近麦克风的通信系统中，这种需求尤其迫切。当通信系统放置在诸如办公室或汽车这样的受限空间(在这种受限空间中，存在许多能将扬声器输出反射回麦克风的邻近表面)中时，这种需求会进一步增强。改进的回音消除系统必须能够预计出将导致麦克风处的限幅的扬声器的输出音量，并将扬声器输出限制在限幅开始出现的输出功率阈值以下的水平。通过选择性地限制扬声器输出，能够将扬声器的动态范围限制在LEM系统转移函数的线性范围以内。没有了扬声器输出信号的限幅造成的非线性，就能够有效地从麦克风拾音信号中除掉声学上的扬声器回音。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在通信系统中为改善声学回音消除而限制接收到的音频信号的系统。本专利技术尤其适合在包括扬声器、麦克风和收发器的通信系统中使用，其中，扬声器用于播放自远端信源接收的音频信号，麦克风用于转换本地声音，而收发器用于将音频信号发送到远端装置和从远端装置接收音频信号。为了保证当麦克风对扬声器的输出拾音时，源自扬声器的声音输出不会在麦克风处被限幅，根据本专利技术的系统在扬声器播放接收到的音频信号之前，有选择地限制这些音频信号。麦克风处的限幅将非线性引入到扬声器包围麦克风系统(loudspeaker enclosure microphonesystem)转移函数中，因而不能实现令人满意的回音消除。通过将扬声器输出维持在已知的不会造成限幅的范围以内，能够使用传统方法来执行有效的回音消除。除了收发器、扬声器、和麦克风以外，本专利技术所利用的通信系统还可包括自适应回音消除滤波器，该滤波器用来从麦克风拾音信号中除掉扬声器输出从而消除声学回音。在接收到的音频信号的信号路径中设置有软限幅器，以在需要时选择性地限制接收到的音频信号。低阶无线脉冲响应(IIR)滤波器模拟LEM系统转移函数，并且将接收到的音频信号作为参考使用，生成在接收到的音频信号通过扬声器播放时，将被麦克风拾音的回音信号的估计。短期功率估计是根据音频信号估计计算出来的，并被用来确定接收到的音频信号如果在扬声器上播放时，是否会在麦克风处被限幅。如果会，则调节软限幅器的增益，以充分衰减接收到的音频信号，使得扬声器输出不会在麦克风处被限幅。本专利技术也包括消除通信系统中的声学回音的改进方法。根据该改进方法，当接收到音频信号时，基于接收到的信号生成短期功率估计。该短期功率估计与当不加限制地通过扬声器播放接收到的音频信号时在麦克风处接收到的估计的音频功率相对应。然后将短期功率估计与已知功率阈值相比较，其中，如果大于该已知功率阈值则信号会在麦克风处被限幅。如果短期功率超过限幅阈值，则限制接收到的音频信号，使得由扬声器输出的和在麦克风处接收到的音频功率减小到已知限幅阈值以下。通过研究以下附图和详细说明，对于本领域的技术人员来说，本专利技术的其他系统、方法、特征和优点将变得很明显。所有这些附加系统、方法、特征和优点都将包含在此描述以内，都应在本专利技术的范围以内，且由以下权利要求所保护。附图说明通过参考以下附图和说明，将会更好地理解本专利技术。附图中元件的重点只是在于说明本专利技术的原理，而并不一定按照比例绘制。此外，在这些附图中，所有不同视图中的相同附图标记表示相应的部分。图1是为了改进回音消除采用了接收音频限幅器的通信系统的框图。图2是比较扬声器包围麦克风系统的频率响应，和无限脉冲响应滤波器的扬声器包围麦克风系统的低阶频谱模型的频率响应的图。图3是比较来自无限脉冲响应滤波器的扬声器输出功率估计，和对应的实际在麦克风处记录的扬声器输出的短期功率的图。图4示出了本专利技术实施例使用的无限脉冲响应滤波器的结构。具体实施例方式本专利技术涉及通信系统中的改进的回音消除。图1中示出了采用根据本专利技术的改进回音消除系统的通信系统100。通信系统100包括收发器102、扬声器104、和麦克风106。收发器102用于向类似的远端收发器装置发送音频信号以及从其接收音频信号。当收发器102参与和另一个远端收发器的通信会话时，这两个收发器在对应收发器102的本地通讯方和对应远端收发器的远端通信方之间提供双向通信。例如，收发器102可以是移动电话、扬声器电话座机、或一些其他用于提供本地和远端通信方之间的双向通信的装置。从远端装置接收到的音频信号通过扬声器104来播放。被麦克风106拾音的声音被转换成音频信号，该信号由收发器102回传给远端装置。这样，通过利用通信系统100，本地和远端通信方可以相互进行音频通信。如已述的那样，当扬声器104的输出被麦克风106所拾音并被重传回其原始信源端时，在如通信系统100那样的通信系统中将产生回音问题。远端通信方所听到的合成的回音可能对通信双方参与的通信质量造成严重的负面影响。回音消除滤波器108被提供用来从麦克风106转换出的音频信号中出除掉扬声器104输出的影响。回音消除滤波器108是自适应滤波器，其模拟扬声器包围麦克风(LEM)系统的性能。通过使用用于驱动扬声器104的线路输出信号126，回音消除滤波器108模拟LEM系统的脉冲响应。回音消除滤波器108产生回音信号估计130，其表示预计由麦克风106转换出的音频信号。回音消除滤波器108基于参考信号和已知的LEM系统性能产生回音信号估计130。在相加节点(summing junction)120处，回音信号估计130被从实际的麦克风拾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在具有扬声器和麦克风的通信系统中用于限制送到扬声器的输出信号的系统，该系统包括：回音功率估算器，其用于估计在所述扬声器再现所述输出信号时在所述麦克风处接收到的音频功率；和限幅器，其用于在所述估计出的在所述麦克风处接收到的音频功率超过阈值时，限制传到所述扬声器的所述输出信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GU施密特，T豪利克，C朱，D吉泽布雷希特，
申请(专利权)人：QNX软件操作系统威美科有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]