專利名稱：一種在ip語音通信中消除回聲的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及IP網(wǎng)絡通信技術，尤其涉及一種在IP語音通信過程中消除回聲的方 法和設備。
背景技術：
隨著IP網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，基于IP網(wǎng)絡的應用層數(shù)不窮，其中，IP語音通信以 其較低的通信成本，受到廣泛的應用。然而，與傳統(tǒng)電話相比，由于IP網(wǎng)絡的延時較大，通 常會在IOOms以上，而人耳對于大于50ms的回聲即可鑒別出來，因此，在IP語音通信中經 常出現(xiàn)回聲干擾，降低了語音通話質量。為了消除IP語音通信過程中的實際的回聲信號對語音通信的影響，業(yè)界提出了 多種回聲消除算法，其原理如圖1所示。圖1表示IP語音通信過程中，通信的一方(假設 為甲方)消除回聲部件的結構示意圖，其中，Rin表示甲從通信網(wǎng)絡中得到的信號；R。ut表示 送入播放設備的輸出信號，即甲聽到的聲音；Sin表示甲輸入的信號(其中包括甲輸入的語 音信號，以及輸入設備從回聲路徑中收到的實際的回聲信號，即播放R。ut產生的回聲信號， 后續(xù)統(tǒng)稱為混疊信號)，S。ut表示經過回聲消除操作后傳入網(wǎng)絡側的信號。R-在播放之后，由于受到甲所在環(huán)境物品的反射會產生回聲信號，一部分回聲信 號又會傳入語音輸入設備，混入Sin之中，因而Rin與Sin存在一定的相關性，可以通過回聲 分析預測，對Rin進行自適應濾波后得到模擬的回聲信號。當圖1中的Sin輸入信號減法器 時，可以將Sin與得到的模擬的回聲信號相減，得到消除回聲后的S。ut。在計算模擬回聲時，還可以通過提取語音幀的線性預測(LPC)系數(shù)，利用LPC對誤 差信號進行相關處理，產生去相關的殘差信號，綜合LPC系數(shù)和殘差信號對自適應濾波器 系數(shù)進行計算，然后利用自適應濾波器對Rin進行自適應濾波后得到模擬的回聲信號。目前，針對IP語音技術的回聲消除方案中，雖然得到模擬的回聲信號的方式不 同，但核心原理都是在時域上將Sin減去模擬的回聲信號，得到消除回聲后的s。ut。這種方案 在一定程度上雖然能夠消除回聲，但是，由于回聲和輸入者輸入的語音信號在時域上有一 定程度的混疊，減去模擬的回聲信號的同時也減掉了部分輸入者輸入的語音信號；同時去 除實際的回聲信號的操作是在時域上執(zhí)行的，當減去模擬回聲后的s。ut轉換為頻域信號時， 輸入的語音信號與回聲消除之前相比，信號能量受到大幅度的衰減，頻譜破壞非常嚴重；由 于用戶只能聽見頻域上的聲音信號，因此，用戶聽見的聲音可能出現(xiàn)時高時低的情況，嚴重 影響通話質量。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種在IP語音通信中消除回聲的方法和設備，以解決在IP語 音通信過程中，在濾除回聲信號時對通信方輸入的語音輸入信號造成衰減的問題。一種在IP語音通信中消除回聲的方法，所述方法包括將IP語音通信對端輸出的語音輸出信號進行濾波后產生模擬的回聲信號；
利用產生的所述模擬的回聲信號得到多個線性預測系數(shù)LPC ； 根據(jù)所述多個LPC對混疊信號進行濾波，所述混疊信號包含對端輸出的語音輸出
信號在播放時產生的實際的回聲信號和本端輸出的語音輸出信號。一種在IP語音通信中消除回聲的設備，所述設備包括回聲分析模塊，用于將IP語音通信對端輸出的語音輸出信號進行濾波后產生模 擬的回聲信號；LCP分析模塊，用于利用所述回聲分析模塊產生的所述模擬的回聲信號得到多個 線性預測系數(shù)LPC ；LPC濾波模塊，用于根據(jù)所述多個LPC對混疊信號進行濾波，所述混疊信號包含對 端輸出的語音輸出信號在播放時產生的實際的回聲信號和本端輸出的語音輸出信號。由于本發(fā)明利用了模擬的回聲信號的LPC系數(shù)與模擬的回聲信號相關性、模擬的 回聲信號與實際的回聲信號相關性的原理，采用模擬的回聲信號的LPC系數(shù)對混疊信號進 行濾波，以此濾除混疊信號中實際的回聲信號，因此，在降低實際的回聲信號對混疊信號頻 域上的影響的同時，盡可能地保留了輸入者輸入的語音信號，避免輸入的語音信號在濾波 時造成衰減，能夠大幅度提高IP網(wǎng)絡中的通話質量。


圖1為現(xiàn)有技術中消除回聲部件的結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一中在IP語音通信過程中消除回聲的設備示意圖；圖3為本發(fā)明實施例一中LPC系數(shù)與語音信號的語音頻譜結構示意圖；圖4為本發(fā)明實施例二中在IP語音通信過程中消除回聲的方法示意圖。
具體實施例方式為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明實施例通過模擬的回聲信號中的線性預測系數(shù)(LPC) 來表征模擬的回聲信號的語音頻譜結構，由于模擬的回聲信號和實際的回聲信號都是由語 音通信對端輸出的語音輸出信號產生的，存在很高的相關性，因此，利用LPC對包含實際的 回聲信號的混疊信號進行濾波，既能夠降低實際的回聲信號對混疊信號在頻率上的影響， 減少用戶聽見的回聲，又同時避免了用減法器直接減去模擬的回聲信號時，導致語音輸入 信號受到較大衰減的問題。下面結合說明書附圖對本發(fā)明實施例進行詳細描述。如圖2所示，為本發(fā)明實施例一中在IP語音通信過程中消除回聲的設備示意圖， 本發(fā)明實施例中涉及的消除回聲的設備是指具有利用模擬的回聲信號的LPC對包含實際 的回聲信號的混疊信號中進行濾波功能的設備。可以是IP通信設備中的邏輯部件，也可以 是IP語音通信過程中為通信一方提高消除回聲服務的獨立設備。本實施例中消除回聲的設備包括以下主要部件回聲分析模塊11、LCP分析模塊 12和LPC濾波模塊13，并且，消除回聲的設備還具有4個信號傳輸接口，分別為第一接口、 第二接口、第三接口和第四接口。假設本實施例一中的消除回聲的設備是IP語音通信甲方 正在使用的設備，則這四個接口的作用分別為第一接口用于接收來自IP語音通信乙方輸出的語音輸出信號Rin。
第二接口用于將第一接口接收到的Rin通過播放設備向甲方播放，第二接口播出 的信號稱之為R。ut。第三接口用于接收混疊信號Sin，這里的混疊信號包括甲方輸出的語音輸出信號和 Rout在播放時產生的實際的回聲信號。第四接口用于將回聲消除后的混疊信號向IP語音通信乙方輸出，這里回聲消除 后的混疊信號稱之為S。ut。本實施例中的消除回聲的設備工作原理如下回聲分析模塊11用于將IP語音通信對端輸出的語音輸出信號Rin進行濾波后產 生模擬的回聲信號，并將產生的模擬的回聲信號發(fā)送給LCP分析模塊12 ；LCP分析模塊12 用于利用所述回聲分析模塊11產生的所述模擬的回聲信號得到多個線性預測系數(shù)LPC，并 將得到的多個LPC發(fā)送給LPC濾波模塊13 ；LPC濾波模塊13用于根據(jù)所述多個LPC對混疊 信號進行濾波，由于所述混疊信號包含對端輸出的語音輸出信號在播放時產生的實際的回 聲信號和本端輸出的語音輸出信號，因此，在對混疊信號進行濾波時，能夠在一定程度上濾 除實際的回聲信號。本實施例一中涉及的實際的回聲信號是R。ut受到環(huán)境物品的反射產生的，而R。ut 是通過Rin得到的，因此，實際的回聲信號的語音頻譜特性與Rin直接相關，因此，可以利用 Rin對模擬的回聲信號進行建模，得到模擬的回聲信號。回聲分析模塊11通過建模得到模擬的回聲信號之前，首先需要得到IP語音通信 對端輸出的語音輸出信號Rin，然后按照公式(1)產生模擬的回聲信號Rin(k) = Tbk(i)x(k-0 (1)
/=0其中idA；)表示模擬的回聲信號的第k個采樣點幅度；bk(i)表示模擬的回聲信 號的第k個采樣點使用的第i個濾波系數(shù)；N表示濾波系數(shù)的階數(shù)；X(k-i)表示IP語音通 信對端輸出的語音輸出信號的第k_i個采樣點幅度。由于相鄰的語音采樣點具有相關性，因此，前一采樣點產生的模擬的回聲信號可 以作為反饋信息，對后一采樣點產生的模擬的回聲信號進行自適應調整，使得產生的模擬 的回聲信號更加接近實際的回聲信號?；芈暦治瞿K11產生的模擬的回聲信號輸出給LCP分析模塊12，由LCP分析模塊 12通過使語音幀的采樣值和線性預測采樣值之間達到均方差最小的原則來計算LPC，具體 計算方法包括但不限于采用自相關法(如Levinson-Durbin法)、協(xié)方差法或格型法。LPC濾波模塊13在對混疊信號進行濾波時，考慮到LPC系數(shù)是根據(jù)線性預測模型 的信息用壓縮形式表示數(shù)字語音信號的工具，因此它構造的LPC數(shù)字濾波器能夠表征語音 信號的語音頻譜結構。例如，根據(jù)語音信號A計算得到一組LPC系數(shù)后，利用得到的LPC系 數(shù)可以構造一個模擬的LPC數(shù)字濾波器。如圖3虛線所示，為在歸一化頻率-能量的坐標圖 中LPC數(shù)字濾波器的頻率響應結構，表示在各頻率上LPC數(shù)字濾波器頻率響應的能量。當 語音信號A的語音頻譜結構表示在同一坐標中時，如圖3所示的實線部分，則可以看出，LPC 數(shù)字濾波器的頻率響應結構與語音信號A的共振峰結構相似，即虛線的能量走勢與實現(xiàn)峰 值的能量走勢相似。如果上述語音信號A是模擬的回聲信號，并且在建模模擬的回聲信號和利用模擬的回聲信號得到LPC系數(shù)時采用的階數(shù)足夠高，則LPC數(shù)字濾波器的頻率響應結構可以很 接近實際的回聲信號的語音頻譜結構。本實施例中的階數(shù)可以根據(jù)實際情況加以調整，一般可以設置在10階左右。根據(jù)上述原理，LPC濾波模塊13在利用LPC對混疊信號進行濾波時，針對LPC數(shù) 字濾波器在歸一化頻率中每一頻率段的平均能量可能不同，調整混疊信號在同一頻率段上 能量的衰減程度也不同。例如在LPC數(shù)字濾波器的平均能量較高的頻率段A，表示實際的 回聲信號的能量在頻率段A較高，需要增大混疊信號在頻率段A上能量的衰減幅度；在LPC 數(shù)字濾波器的平均能量較低的頻率段B，表示實際的回聲信號的能量在頻率段B也較低，可 以降低混疊信號在頻率段B上能量的衰減幅度。具體的，LPC濾波模塊13進行濾波的過程如下LPC濾波模塊13接收LCP分析模塊12發(fā)送的LPC系數(shù)和第三接口發(fā)送的Sin后， 根據(jù)得到的多個LPC構造對應的LPC數(shù)字濾波器，以及確定LPC數(shù)字濾波器在歸一化頻率 中每一頻率段對應的平均能量，然后根據(jù)能量范圍和衰減幅度的對應關系，確定所述平均 能量所屬能量范圍對應的衰減幅度，最后再根據(jù)每一頻率段對應的衰減幅度，對混疊信號 在同一頻率段上的能量進行衰減，衰減后輸出的混疊信號為S。ut。由于歸一化頻率的大小始終在0 1之間，因此，設定的歸一化頻率中的頻率段的 長度可以根據(jù)實際的需求設定，或根據(jù)仿真實驗確定合適的頻率段長度。在一個頻率段中 對應一段連續(xù)變化的能量，可以將其中的能量最大值和最小值取平均作為頻率段對應的平 均能量。在設置能量范圍和衰減幅度的對應關系時，可以根據(jù)需要的精度等信息確定一個 能量范圍的跨度，并為每一個能量范圍設置一個衰減幅度，能量越大對應的衰減幅度越大。如圖4所示，為本發(fā)明實施例二中在IP語音通信過程中消除回聲的方法示意圖， 所述方法包括以下步驟步驟101 將IP語音通信對端輸出的語音輸出信號Rin進行濾波后產生模擬的回
聲信號。本發(fā)明實施例二可以利用公式(1)計算得到模擬的回聲信號，但不限于其他計算 模擬的回聲信號的方式。步驟102 利用產生的所述模擬的回聲信號得到多個線性預測系數(shù)LPC?？梢愿鶕?jù)自相關法、協(xié)方差法或格型法得到LPC，例如，可以根據(jù)Levinson-Durbin 算法得到一組LPC系數(shù){aQ，... , aN_J。步驟103 根據(jù)所述多個LPC對混疊信號進行濾波，濾除混疊信息中實際的回聲信號。所述混疊信號包含對端輸出的語音輸出信號在播放時產生的實際的回聲信號和 本端輸出的語音輸出信號。在本步驟具體的執(zhí)行方式包括但不限于以下方式首先，根據(jù)得到的多個LPC構造對應的LPC數(shù)字濾波器，以及確定LPC數(shù)字濾波器 歸一化頻率中每一頻率段對應的平均能量。然后，根據(jù)能量范圍和衰減幅度的對應關系，確定每一頻率段對應的平均能量中， 每個平均能量所屬的能量范圍對應的衰減幅度。最后，根據(jù)每一頻率段對應的衰減幅度，對混疊信號在同一頻率段上的能量進行
6衰減，得到回聲消除后的混疊信號。在步驟103中利用LPC對包含實際的回聲信號的混疊信號進行濾波時，可以根據(jù) 所述LPC構造LPC數(shù)字濾波器，并利用所述LPC數(shù)字濾波器消除所述實際的回聲信號對所 述混疊信號在頻域上的影響。構造的LPC數(shù)字濾波器的頻域表現(xiàn)如式(2)所示 其中，N表示LPC個數(shù)， 表示其中第i個LPC系數(shù)，ζ表示進行ζ變換。在需要進行濾波時，可以將公式(2)轉換為時域上的公式(3)，利用公式(3)進行 實際的濾波過程。 其中e(n)表示回聲消除后第η幀的S。ut，xn表示Rin的第η幀， 表示第i個LPC 系數(shù)，Xlri表示Rin中第n-i幀。通過本發(fā)明實施例提供的方法和設備，在IP語音通信中，并不直接在時域上減去 模擬的回聲信號，而是充分考慮到根據(jù)模擬的回聲信號計算的LPC系數(shù)構造的LPC數(shù)字濾 波器的頻率響應與實際的回聲信號在語音頻譜結構上的相似性，采用LPC系數(shù)對混疊信號 進行濾波，以便于濾除混疊信號中實際的回聲信號，以降低實際的回聲信號對混疊信號頻 域上的影響；進一步地，根據(jù)LPC構造的LPC數(shù)字濾波器在不同頻率上的頻率響應能量，使 用不同的衰減幅度對混疊信號進行濾波，使得混疊信號的在頻率上的衰減幅度與實際的回 聲信號在頻率上的能量走勢相似，最大程度地消除回聲影響并同時保留輸入者輸入的語音 信號。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種在IP語音通信中消除回聲的方法，其特征在于，所述方法包括將IP語音通信對端輸出的語音輸出信號進行濾波后產生模擬的回聲信號；利用產生的所述模擬的回聲信號得到多個線性預測系數(shù)LPC；根據(jù)所述多個LPC對混疊信號進行濾波，所述混疊信號包含對端輸出的語音輸出信號在播放時產生的實際的回聲信號和本端輸出的語音輸出信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述LPC對混疊信號進行濾波，包括 根據(jù)得到的多個LPC確定對應的LPC數(shù)字濾波器，以及確定LPC數(shù)字濾波器在歸一化頻率中每一頻率段對應的平均能量；根據(jù)能量范圍和衰減幅度的對應關系，確定所述平均能量所屬能量范圍對應的衰減幅度；根據(jù)每一頻率段對應的衰減幅度，對混疊信號在同一頻率段上的能量進行衰減。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，按照以下公式產生模擬的回聲信號 其中及 (幻表示模擬的回聲信號的第k個采樣點幅度；bk(i)表示模擬的回聲信號的 第k個采樣點使用的第i個濾波系數(shù)；N表示濾波系數(shù)的階數(shù)；x(k-i)表示IP語音通信對 端輸出的語音輸出信號的第k-i個采樣點幅度。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)下列算法中的一種，利用所述模擬的回 聲信號得到線性預測系數(shù)LPC 自相關法、協(xié)方差法、格型法。
5.一種在IP語音通信中消除回聲的設備，其特征在于，所述設備包括回聲分析模塊，用于將IP語音通信對端輸出的語音輸出信號進行濾波后產生模擬的 回聲信號；LCP分析模塊，用于利用所述回聲分析模塊產生的所述模擬的回聲信號得到多個線性 預測系數(shù)LPC ；LPC濾波模塊，用于根據(jù)所述多個LPC對混疊信號進行濾波，所述混疊信號包含對端輸 出的語音輸出信號在播放時產生的實際的回聲信號和本端輸出的語音輸出信號。
6.如權利要求5所述的設備，其特征在于，所述LPC濾波模塊，進一步用于根據(jù)得到的多個LPC確定對應的LPC數(shù)字濾波器，以及 確定LPC數(shù)字濾波器在歸一化頻率中每一頻率段對應的平均能量，根據(jù)能量范圍和衰減幅 度的對應關系，確定所述平均能量所屬能量范圍對應的衰減幅度，并根據(jù)每一頻率段對應 的衰減幅度，對混疊信號在同一頻率段上的能量進行衰減。
7.如權利要求6所述的設備，其特征在于，所述回聲分析模塊，還用于按照以下公式產生模擬的回聲信號 其中i, (A)表示模擬的回聲信號的第k個采樣點幅度；bk(i)表示模擬的回聲信號的 第k個采樣點使用的第i個濾波系數(shù)；N表示濾波系數(shù)的階數(shù)；x(k-i)表示IP語音通信對 端輸出的語音輸出信號的第k-i個采樣點幅度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在IP語音通信中消除回聲的方法和設備，通過利用模擬的回聲信號的LPC系數(shù)混疊信號進行濾波，以便于濾除混疊信號中實際的回聲信號，使得能夠將與LPC系數(shù)頻譜結構類似的實際的回聲信號濾除的同時，保留通信方輸入的有用信號，避免有用信號在濾波時造成衰減。
文檔編號G10L21/02GK101930745SQ20091008669
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權日2009年6月18日
發(fā)明者劉霖, 田康 申請人:中國移動通信集團公司