TWI399968B

TWI399968B - 揚聲電話裝置

Info

Publication number: TWI399968B
Application number: TW99112310A
Authority: TW
Inventors: Keiichi Yoshida; Minoru Fukushima; Tomohide Furuya; Yukio Okada; Teppei Washi; Yoshihiro Tanigawa
Original assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2013-06-21
Also published as: CN102405634B; CN102405634A; TW201039606A

Description

揚聲電話裝置

本發明是有關於一種用於住宅或辦公室的揚聲電話裝置(speakerphone apparatus)。

習知上已知一種揚聲電話裝置，其藉由以下方式達成了通信時無需聽筒器件(handset device)之免提通信：使用揚聲器將語音信號放大，並將其輸出至距通信終端較遠的呼叫方；以及使用麥克風來收集呼叫方之語音，並將語音傳輸至他/她的對方的通信終端。此處，揚聲器將自對方之通信終端傳輸之語音信號放大，且麥克風收集自呼叫方發出的語音。

在此揚聲電話裝置中，可藉由麥克風與揚聲器之間的聲學耦合來建立聲學回饋路徑，經由此路徑可能會聽到令人不適的回音(聲學回音)。此外，若在通信系統中經由所述回饋路徑而在一頻率成分下形成閉環路(closed loop)，且所述環路之增益超過1，則在所述頻率下可能會發生嘯聲(howling)。因此，提供一種回音消除器(echo canceller)及語音切換器(voice switch)，以便防止發生令人不適的回音及嘯聲。

所述語音切換器不斷地評估通信狀態(傳輸狀態、接收狀態)，並藉由基於評估結果來適當地分配損失而將損失提供至傳輸信號路徑及接收信號路徑中。所述回音消除器包含：適應性濾波器(adaptive filter)，用於識別回饋路徑中之脈衝回應，並根據輸入至適應性濾波器之信號來估計回饋路徑中之疑似(suspected)回音成分；以及減法器，用於自經由回饋路徑輸入至減法器的信號中減去所估計之回音成分。一般而言，所述適應性濾波器需要若干秒的學習時間，以便識別回饋路徑的脈衝回應。因此，在緊隨通信開始後的若干秒內，無法有效地抑制回音。然而，由於在通信系統中已經建立了閉環路，所以其中可能會發生令人不適的回音或嘯聲。

在此方面，已有人提出一種能夠緊隨通信開始後抑制令人不適之回音或嘯聲發生的揚聲電話裝置(例如請參見第2002-359580號日本專利申請公開案)。

在此習知實例中，雖然回音消除器並未在通信開始後立即收斂，但語音切換器在固定模式下操作，其中在信號路徑中提供的損失之總量(總損失量)固定於足夠大的初始值，藉此來抑制令人不適的回音或嘯聲。另一方面，在回音消除器完全收斂之後，語音切換器在更新模式下操作，其中按場合需要而更新總損失量，且因此可達成全雙工(full duplex)通信。

同時，若在多個揚聲電話裝置間執行數位通信(例如網際網路協定(internet protocol，IP)通信等)，則在語音資料傳輸中可能會因封包(packet)處理或用於抑制抖動(jitter)之通信緩衝處理而發生延遲。一般而言，已知當在多個揚聲電話裝置之間的語音資料傳輸中發生延遲時，隨著延遲時間變長，通信時說話人對回音的容忍度變差，且因此即便是微小的回音亦能令說話人感到不適。

藉由在固定模式下設定比習知類比通信之初始值大的初始值，可防止此令人不適之回音。然而，回音容限(tolerance)之降級量可能會超過數十分貝，此在更新模式下無法被回音消除器之抑制量覆蓋，且因此只能在半雙工通信中通信而非全雙工通信中通信。此外，當周圍噪聲位準較高時，可能會發生如下問題：語音切換器繼續在傳輸側及接收側中的僅一側接通，且因此使來自所述一側之語音不被傳輸至另一側。

另一方面，當在揚聲電話裝置與使用聽筒之通信裝置之間執行數位通信(例如，IP通信等)時，可藉由其中配備之回音抑制器(echo suppressor)來使揚聲電話裝置之傳輸信號路徑中發生的殘餘回音衰減，藉此達成全雙工通信。然而，若在自揚聲電話裝置傳輸至對方通信裝置之信號中存在高位準之噪聲，則回音抑制器不僅使殘餘回音衰減，而且會短暫地使噪聲衰減。對噪聲之此短暫衰減受到延遲，且經由聽筒被對方察覺。因此，使用聽筒之對方可能會在通信期間感覺到令人不適的斷開感覺。

此外，若對方使用聽筒，則可藉由將回音抑制器之衰減量設定得比對方使用揚聲電話裝置時還小來防止上文提及之斷開的感覺。然而，在此情況下存在經由聽筒聽到殘餘回音的缺點。

鑒於上文，本發明提供一種揚聲電話裝置，其即使在傳輸至對方之語音中發生傳輸延遲時亦能夠達成全雙工通信，且即使在對方使用聽筒時亦能夠防止經由聽筒感覺到斷開的感覺。

根據本發明之一態樣，提供一種揚聲電話裝置，其包含：麥克風及揚聲器；語音切換器，用以藉由以下方式在通信狀態下在傳輸與接收之間切換：在接收側信號路徑及傳輸信號路徑內提供損失，來自對方之通信終端之接收信號經由接收側信號路徑而被傳輸至所述揚聲器，由麥克風收集之傳輸信號經由所述傳輸信號路徑而被傳輸至對方的通信終端；回音消除器，用於抑制麥克風與揚聲器之間的聲學耦合而引起的聲學回音；以及雙端通話偵測器，用於偵測雙端通話。

所述語音切換器包含用於在傳輸信號路徑中提供損失的傳輸側損失***單元；用於在接收側信號路徑中提供損失的接收側損失***單元；以及用於控制在傳輸側及接收側中提供的相應損失量的***損失量控制單元。

此外，所述***損失量控制單元包含：總損失量計算器，其用以估計路徑的自所述接收側損失***單元之輸出端子經由聲學回音路徑而回饋至所述傳輸側損失***單元之輸入端子之聲學回饋增益，且基於對所述聲學回饋增益之估計而計算提供至回饋路徑之損失量的總和；以及***損失量分配處理器，其用以監視所述傳輸信號及所述接收信號以估計通信狀態，且基於估計的通信狀態及由總損失量計算器計算之總和，而判定分配給傳輸側損失***單元及接收側損失***單元之相應***損失量。

此外，總損失量計算器具有更新模式及固定模式，在更新模式中，藉由基於對回饋增益的相應估計而計算在回饋路徑中提供之總損失量而以適應性方式來更新總損失量，且在固定模式中，總損失量固定於初始值。因此，當回音消除器在通信開始後未充分收斂時，總損失量計算器以固定模式操作，且在回音消除器完全收斂後，總損失量計算器以更新模式操作。

所述揚聲電話裝置更包含回音抑制器，用以藉由結合語音切換器及/或雙端通話偵測器以便在傳輸信號路徑中提供特定衰減量而使殘餘回音衰減。

藉由以上組態，即便在多個通信裝置之間傳輸之語音內發生傳輸延遲，回音抑制器亦有效地使在傳輸信號路徑中因傳輸延遲發生的殘餘回音衰減，藉此達成全雙工通信。

若***損失量分配處理器估計語音切換器處於接收狀態，則回音抑制器可在傳輸信號路徑中***特定衰減量，否則不***特定衰減量。

因此，可抑制語音中發生的拐折(inflection)，且在通信後僅使令人不適之回音衰減。因此，可達成令人愉快的通信。

在雙端通話偵測器正偵測雙端通話時，回音抑制器可不在傳輸信號路徑中***衰減量，否則***衰減量。

因此，可使因對即將傳輸之語音的錯誤衰減而在語音中發生的拐折受到抑制，且在通信後僅使令人不適之回音受到衰減。因此，可達成令人愉快的通信。

若雙端通話偵測器未偵測到雙端通話且***損失量分配處理器估計語音切換器處於接收狀態，則回音抑制器可在傳輸信號路徑中***上述特定衰減量。

藉由如此操作，可防止回音抑制器錯誤地不提供衰減量及發生令人不適的殘餘回音；且因此在通信期間準確地僅使令人不適的回音受到衰減。

較佳是，當回音消除器在通信開始後未充分收斂時，僅在***損失量分配處理器估計語音切換器處於接收狀態的情況下，回音抑制器才在傳輸信號路徑中***上述特定衰減量。

一般而言，當回音消除器未充分收斂時，雙端通話偵測器無法偵測到雙端通話。因此，若***損失量分配處理器估計語音切換器處於接收狀態，則回音抑制器無論來自雙端通話偵測器的偵測結果如何均在傳輸信號路徑中***上述特定衰減量，因而在通信開始後回音消除器未充分收斂時使令人不適的回音衰減。

當回音抑制器正在傳輸信號路徑中***上述特定衰減量時，若***損失量分配處理器估計語音切換器不處於接收狀態或雙端通話偵測器偵測到雙端通話，則回音抑制器可立即停止將衰減量***到傳輸信號路徑中。

藉由如此操作，可防止因回音抑制器對傳輸信號的錯誤衰減而在語音中發生拐折。

回音消除器可更包含：適應性濾波器，用於以適應性方式識別回音路徑的特性；減法器，用於自近端信號中減去適應性濾波器的輸出；以及雙端通話偵測器，用於偵測雙端通話。此外，當雙端通話偵測器偵測到雙端通話時，回音消除器可不更新適應性濾波器的係數。

藉由此組態，可使用回音消除器中提供的雙端通話偵測器來達成組態之簡化及成本之降低。

回音消除器、語音切換器及回音抑制器中之相應處理較佳是以傳輸信號路徑中之所述次序來執行。

藉由此組態，由於回音抑制器在傳輸信號路徑中安置於語音切換器後面，所以即使回音抑制器錯誤地使傳輸信號衰減，亦可防止語音切換器中發生拐折，因而達成令人愉快的通信環境。

回音抑制器可基於由總損失量計算器估計之聲學回饋增益來調整衰減量。

藉由此組態，即使自近端揚聲器發出的語音被回音抑制器錯誤地衰減，亦可抑制語音拐折的發生。

回音抑制器可基於接收信號之信號位準平均值來調整衰減量。

當接收信號之信號位準低於臨限值時，回音抑制器可將傳輸信號路徑中***的衰減量固定為標準值，且當接收信號的信號位準為臨限值或更高時，回音抑制器在自高於標準值之上限至標準值的範圍內調整衰減量。

藉由此組態，可抑制語音拐折的發生。

回音消除器可更包含：信號位準平均值(signal level average，SLA)運算單元，用於計算接收信號的信號位準平均值；適應性濾波器，用於以適應性方式來識別回音路徑的特性；以及減法器，用於自近端信號中減去適應性濾波器的輸出。此外，回音抑制器可基於由信號位準平均值運算單元計算之信號位準平均值來調整衰減量。

此使得可達成組態之簡化及成本之降低。

僅在雙端通話偵測器未偵測到雙端通話且***損失量分配處理器估計語音切換器處於接收狀態的情況下，回音抑制器可在傳輸信號路徑中***特定衰減量，且當***損失量分配處理器估計語音切換器既不處於接收狀態又不處於傳輸狀態時，或當***損失量分配處理器估計語音切換器處於接收狀態且雙端通話偵測器偵測到雙端通話時，回音抑制器單調地降低該傳輸信號路徑中***的衰減量。

藉由此組態，即便在傳輸至對方之通信裝置的語音內發生傳輸延遲，回音抑制器亦能有效地使傳輸信號路徑中因傳輸延遲發生的殘餘回音衰減，藉此達成全雙工通信。此外，當未自揚聲電話裝置向使用聽筒之通信裝置傳輸一傳輸信號時，回音抑制器單調地降低傳輸信號路徑中***的衰減量。此使得可防止使用聽筒之通信裝置處之說話人因周圍噪聲未被暫時衰減而感到不適的斷開感覺。

當衰減量正單調地降低時由***損失量分配處理器估計的通信狀態變成傳輸狀態時，回音抑制器可立即使衰減量降低為零。

藉由如此操作，可防止自近端揚聲器發出之語音(傳輸語音)被回音抑制器錯誤地衰減及防止對方揚聲器聽到的語音中發生拐折。

當傳輸信號路徑中***的衰減量正單調地降低時，則當雙端通話偵測器未偵測到雙端通話且由***損失量分配處理器估計的通信狀態為接收狀態時，回音抑制器可再次在傳輸信號路徑中***特定衰減量。

藉由此組態，可防止回音抑制器錯誤地不提供衰減量及發生令人不適的殘餘回音；且在通信期間準確地僅使令人不適的回音受到衰減。

當由***損失量分配處理器估計之通信狀態既不是接收狀態又不是傳輸狀態時，或當通信狀態為接收狀態且雙端通話偵測器偵測到雙端通話時，回音抑制器可以恆定的降低比率使在傳輸信號路徑中***的衰減量降低。

在此情況下，例如，當與逐步方式而降低相比時，衰減量降低至零所需的時期(轉變(transition)時期)可相對縮短。

當雙端通話偵測器未偵測到雙端通話且由***損失量分配處理器估計之通信狀態為接收狀態時，回音抑制器可在傳輸信號路徑中***特定衰減量，回音抑制器估計該傳輸信號中疊加之周圍噪聲的位準，且基於估計的周圍噪聲位準而在周圍噪聲位準變高時減少該傳輸信號路徑中***的衰減量。

藉由此組態，即便在傳輸至對方之通信裝置的語音內發生傳輸延遲，回音抑制器亦能有效地使傳輸信號路徑中因傳輸延遲發生的殘餘回音衰減，藉此達成全雙工通信。此外，由於隨噪聲位準變高，回音抑制器使傳輸信號路徑中***之衰減量減小，所以可抑制噪聲的瞬時衰減，因而使得難以感到斷開的感覺。在此情況下，若回音抑制器使衰減量降低，則殘餘回音之衰減效果降低。然而，在實際使用時，殘餘回音被周圍噪聲遮蓋，且在通信中不會造成麻煩。

回音抑制器可將依據接收信號位準估計之回音量與依據傳輸信號中疊加之周圍噪聲位準的衰減量進行比較，且在傳輸信號路徑中***回音量與衰減量中數值較小的一者。

此使得可充分地使殘餘回音衰減，且同時防止感測到斷開的感覺。

當周圍噪聲位準超出特定位準時，回音抑制器可基於噪聲位準而將衰減量調整為恆定值。

藉由此組態，可在周圍噪聲位準非常高時防止殘餘回音未得到衰減。

下文中，將參照附圖更詳細地說明本發明之實施例，附圖形成本文的一部分。

第一實施例

參看圖1，本實施例之揚聲電話裝置包含：麥克風1；揚聲器2；語音切換器10，語音切換器10藉由在接收信號路徑(圖1中由虛線A繪示)及傳輸信號路徑(圖1中由虛線B繪示)中***損失而在通信狀態中在傳輸與接收之間變化，來自對方之通信終端的接收信號經由接收信號路徑而被傳輸至揚聲器2，由麥克風1收集之傳輸信號經由傳輸信號路徑而被傳輸至對方之通信終端；回音消除器20，其抑制由麥克風1與揚聲器2之間的聲學耦合而引起的聲學回音；以及麥克風放大器G1，用於放大麥克風1的輸出信號(傳輸信號)；揚聲器放大器G2，用於放大麥克風2的輸入信號(接收信號)。

此外，所述揚聲電話裝置包含：放大器G3，用於調整在傳輸信號路徑中***於回音消除器20與語音切換器10之間的傳輸量；以及回音抑制器30，其藉由在傳輸信號路徑中***特定衰減量來衰減殘餘的回音。

所述回音消除器20具有眾所周知的適應性濾波器21及減法器22。回音消除器20藉由適應性濾波器21以適應性方式來識別由揚聲器2與麥克風1之間的聲學耦合而形成的回饋路徑(聲學回音路徑)Hac之脈衝回應，且藉由用減法器22自麥克風放大器G1之輸出信號中減去估計的聲學回音而抑制根據參考信號(對揚聲器放大器G2的輸入信號)所估計的回音成分(聲學回音)。

語音切換器10包含：傳輸信號衰減器11，用於在傳輸信號路徑中***損失；接收信號衰減器12，用於在接收信號路徑中***損失；以及***損失量控制器13，用於控制由相應的傳輸信號衰減器11及接收信號衰減器12***的損失量。

***損失量控制器13具有總損失量計算器14，其估計經由聲學回音路徑Hac自接收信號衰減器12之輸出點Rout回饋至傳輸信號衰減器11之輸入點Tin之路徑(下文中稱為聲學回饋路徑)C的聲學回饋增益α，並基於對聲學回饋增益α的估計α’來計算待***之損失量的總和(傳輸信號衰減器11與接收信號衰減器12之***損失量的總和)。

此外，***損失量控制器13包含***損失量(insertion loss amount，ILA)分配處理器15，其藉由監視傳輸信號及接收信號來估計通信狀態，並基於估計的通信狀態及計算之總損失量來判定針對傳輸信號衰減器11及接收信號衰減器12之相應***損失量的分配。

此外，可藉由控制硬體(例如，數位信號處理器(digital signal processor，DSP))、藉由軟體(例如，用於回音消除器及語音切換器的程式)來實現回音消除器20及語音切換器10。因此，由未圖示之A/D轉換器(類比至數位轉換器)以特定取樣週期來對輸入至語音切換器10及回音消除器20及自其輸出的信號(傳輸信號及接收信號)進行取樣及量化。

總損失量計算器14藉由使用整流器、低通濾波器等來估計輸入至傳輸信號衰減器11之信號及自接收信號衰減器12輸出之信號在短時間週期中的相應平均功率。總損失量計算器14亦獲得在聲學回音路徑Hac中預期之最大延遲時間下對接收信號衰減器12之輸出信號的平均功率估計。隨後，總損失量計算器14將對聲學回饋增益之估計α’設定成一值，所述值是藉由以下方式獲得的：用最大延遲時間下對接收信號衰減器12之輸出信號的平均功率估計除以傳輸信號衰減器11之輸入信號的平均功率估計。

此外，總損失量計算器14藉由使用對聲學回饋增益α之估計α’及所需之增益邊限(gain margin)MG來計算總損失量Lt，並將總損失量Lt輸出至***損失量分配處理器15。

***損失量分配處理器15監視傳輸信號衰減器11及接收信號衰減器12的相應輸入/輸出信號，並基於此等輸入/輸出信號之功率位準中的大小關係以及語音信號的存在來判定通信狀態(接收狀態、傳輸狀態)。此外，***損失量分配處理器15調整相應衰減器11及12的***損失量，以便可基於所確定之通信狀態而將總損失量Lt成比例地分配至傳輸信號衰減器11及接收信號衰減器12。

在本實施例中，總損失量計算器14具有更新模式及固定模式，在更新模式中，基於對聲學回饋增益α之估計α'來計算及適應性地更新待***之損失量的總和，在固定模式中，總損失量固定於一初始值。在通信開始之後在回音消除器20完全收斂之前，總損失量計算器14在固定模式中操作，隨後，在回音消除器完全收斂之後，總損失量計算器14在更新模式中操作。

亦即，一旦在通信開始後的特定時期內(例如，數百毫秒或更久)聲學回饋增益α之估計α’的值保持在臨限值ε以下(例如，比通信開始時之估計α’小10 dB至15 dB的值)，總損失量計算器14便認為回音消除器20已充分收斂，且切換成此後在更新模式中操作，且直至此時之前其一直在固定模式中操作。此外，在固定模式中，初始值被設定為充分大於更新模式中按場合需要而更新的總損失量的值。

因此，雖然回音消除器20在通信開始後並未立即充分收斂，但總損失量計算器14在固定模式中操作，且將總損失量設定成具有充分大的值的初始值，且因此可抑制令人不適的回音(聲學回音)或嘯聲的發生，並達成穩定的半雙工通信。

此外，當回音消除器20在自通信開始時間後經過合理時間之後完全收斂時，總損失量計算器14的操作模式自固定模式改變成更新模式，且待***之總損失量減小成充分低於初始值的值，且因此可達成全雙工通信。

下文中，將參看圖2來解釋總損失量計算器14在更新模式中的具體操作。

總損失量計算器14在自固定模式改變成更新模式之時間點後的特定取樣時期內執行對聲學回饋增益α的估計處理，並計算對聲學回饋增益α的估計α'(步驟1)。根據估計α’及增益邊限MG，藉由使用以下公式來計算所需之總損失量Lr(n)(步驟2)，以便可維持閉環路的增益邊限MG[dB]：

Lr(n)=20 log|α'(n)|+MG[dB]

此處，α'(n)及Lr(n)分別為對聲學回饋增益α的估計α'及所需之總損失量，其是由固定模式改變成更新模式之時間點起之第n次取樣計算的。此外，當所需之總損失量Lr(n)大於在第(n-1)次取樣處確定且實際***的先前總損失量Lt(n-1)時，總損失量計算器14將微小增量Δi[dB]添加至先前總損失量Lt(n-1)(步驟3及4)。亦即，總損失量計算器14將總損失量Lt(n)設定成Lt(n-1)+Δi。

此外，當所要之總損失量Lr(n)小於先前總損失量Lt(n-1)時，總損失量計算器14自先前總損失量Lt(n-1)中減去微小的減量Δd[dB]，並將總損失量設定成所述減法的結果(步驟5及6)。亦即Lt(n)=Lt(n-1)-Δd。

如上所述，由於總損失量計算器14分別使總損失量增加及減小微小的值Δi及Δd，因此即使在聲學回饋增益α因回音消除器20正在活動地更新係數(濾波器係數)以收斂而廣泛波動時(就像在與對方之通信終端剛開始通信後)亦可消除聽的過程中令人不舒服的感覺。

如上文關於習知實例所述，若在多個揚聲電話裝置間執行數位通信如IP通信，則因封包處理或用於抑制抖動之通信緩衝處理，可能會在語音資料傳輸中發生延遲。一般而言，已知當在多個揚聲電話裝置之間的語音資料傳輸中發生延遲時，隨著延遲時間的量變長，通信時說話人對回音的容忍度變差，且因此說話人可察覺到甚至一種微小的回音，因而感到不適。藉由針對固定模式而設定比習知實例之初始值大的初始值，可防止此令人不適之回音。

然而，回音容限之降級量有時可能會達到數十分貝，此在更新模式下無法被回音消除器之抑制量完全覆蓋。在此情況下，在半雙工而非全雙工下執行通信。此外，當噪聲位準較高時，可能會發生如下問題：其中語音切換器繼續在傳輸側及接收側中僅一側接通，且因此，來自一側之語音不被傳輸至另一側。

在此方面，在本實施例中，在傳輸信號路徑中在回音消除器20與語音切換器10後面額外提供回音抑制器30。回音抑制器30使本應已由回音消除器20抑制之聲學回音(下文中稱為「殘餘回音」)衰減。回音抑制器30需要在傳輸語音信號(傳輸信號)而不加衰減的同時有效地使殘餘回音衰減。

回音抑制器30結合語音切換器10而將一衰減量***至傳輸信號路徑內，且更具體而言，如圖3所示之流程圖中圖示方式而操作。亦即，回音抑制器30繼續監視(步驟11)語音切換器10的狀態(***損失量分配處理器15對通信狀態的估計結果(接收狀態或傳輸狀態))。當語音切換器10處在接收狀態時，回音抑制器30認為無任何語音信號被傳輸至傳輸信號路徑，且藉由將自語音切換器10輸入之信號來與特定衰減係數相乘而使其衰減並將其輸出(步驟12)。

此外，當語音切換器10處在傳輸狀態時，回音抑制器30認為沒有任何殘餘回音待消除或任何語音信號(傳輸信號)待傳輸，且將自語音切換器10輸入之信號不加衰減地按原樣輸出(步驟13)。

藉由根據本發明之第一實施例，即便在多個通信裝置之間傳輸之語音內發生傳輸延遲，回音抑制器亦有效地使傳輸信號路徑中因傳輸延遲發生的殘餘回音衰減，藉此達成全雙工通信。

在此點，當回音抑制器30在語音切換器10例如處在傳輸狀態而非接收狀態時在傳輸信號路徑中***一衰減量時，自近端側之說話人(在本實施例中為使用揚聲電話裝置通信的說話人)發出的語音受到衰減，此不合需要，且可能會被對方通信裝置處的說話人聽到而像語音拐折(inflection)一樣，其中語音之音量變低或變高。然而，在本實施例中，當語音切換器10處在接收狀態時，回音抑制器30在傳輸信號路徑內***一衰減量，且當語音切換器10處在傳輸狀態時，回音抑制器30不在傳輸信號路徑中***衰減量。因此，可僅使令人不適之回音(殘餘回音)衰減，而不會發生語音拐折。

此外，若回音抑制器30安置在傳輸信號路徑中在語音切換器10前面且錯誤地使傳輸信號衰減，則因傳輸信號被回音抑制器30錯誤地衰減而可能在語音切換器10內發生語音拐折。然而，在本實施例中，由於回音抑制器30於傳輸信號路徑中是配置在回音消除器20及語音切換器10後面，且相應的處理以所述次序來執行，所以即便回音抑制器30錯誤地使傳輸信號衰減，亦能在語音切換器10中抑制語音拐折的發生。因此，可為通信提供令人愉快的環境。

同時，本發明人已提出一種揚聲電話裝置，其中在傳輸信號路徑中在語音切換器後面提供用於***損失的衰減器(見第2003-324371號日本專利申請公開案)。然而，在此文檔中，僅在傳輸信號之暫時功率估計在特定時期內保持在一臨限值以下時，衰減器才在傳輸信號路徑中***特定量的損失。因此，若回音具有高於所述臨限值的大音量，則衰減器不***損失，且令人不適的回音可能被傳輸至對方。

此外，即便自近端側處之說話人發出之語音的功率位準低於所述臨限值，衰減器亦可能因***損失而意外地使語音信號衰減。然而，在根據實施例之揚聲電話裝置中，回音抑制器30進行操作以結合語音切換器10而***一衰減量，藉此防止以上情況發生。

第二實施例

圖4示意性繪示根據本發明之第二實施例之揚聲電話裝置的方塊圖。第二實施例之揚聲電話裝置不同於第一實施例之揚聲電話裝置，因為回音抑制器30結合回音消除器20而在傳輸信號路徑中提供一衰減量，且其它方面與第一實施例中的方面相同。因此，相同組件由相同標號表示，且將省略對其的說明。

在此實施例中，除了適應性濾波器21及減法器22，回音消除器20包含雙端通話偵測器(doubletalk detector)23。雙端通話偵測器23基於自麥克風放大器G1輸出之信號是否包含適應性濾波器21之某一位準的信號干擾收斂，來偵測雙端通話，即，近端說話人與遠端說話人實質上同時對彼此說話的狀態。當雙端通話偵測器23偵測到雙端通話時，適應性濾波器21不更新濾波器係數，且保持先前值。

接下來，將參看圖5所示之流程圖來解釋回音抑制器30之操作。回音抑制器30繼續監視回音抑制器20的雙端通話偵測器23(步驟21)。當雙端通話偵測器23未偵測到雙端通話時，回音抑制器30確定存在待消除之殘餘回音或傳輸信號路徑中無待傳輸的語音信號，且藉由使輸入信號與特定衰減係數相乘而使其衰減並將其輸出(步驟22)。

此外，當雙端通話偵測器23偵測到雙端通話時，回音抑制器30確定存在待傳輸之語音信號，且藉由不使輸入信號與特定衰減係數相乘而將輸入信號不加衰減地輸出(步驟23)。

藉由第二實施例，即便在多個通信裝置之間傳輸之語音內發生傳輸延遲，回音抑制器亦能有效地使傳輸信號路徑中因傳輸延遲而發生的殘餘回音衰減，藉此達成全雙工通信。

在此實施例中，當雙端通話偵測器23正在偵測雙端通話時，回音抑制器30不在傳輸信號路徑中***衰減量，且當雙端通話偵測器23未偵測到雙端通話時，回音抑制器30在傳輸信號路徑中***衰減量。因此，可防止自近端側處之說話人發出的語音被錯誤地衰減，且防止語音中發生拐折。此外，由於在通信時可使令人不適的回音衰減，所以可為通信提供令人愉快的環境。

此外，由於在此實施例中可使用回音消除器20中提供的雙端通話偵測構件(雙端通話偵測器23)，所以可達成組態之簡化(例如，在DSP內執行之程式量的減少、DSP內之較低的規範、用於儲存程式之ROM容量的減少等等)，以及成本減少。

第三實施例

圖6圖示根據本發明之第三實施例之揚聲電話裝置的方塊圖。本實施例之基本組態與第一實施例及第二實施例相同，區別在於，回音抑制器30結合語音切換器10及回音消除器20兩者而在傳輸信號路徑中***一衰減量。因此，相同組件由相同標號來表示，且將省略對其的說明。

下文中將參看圖7來解釋回音抑制器30的操作。回音抑制器30一直監視語音切換器10的狀態(步驟31)，且當語音切換器10處在接收狀態時，回音抑制器30判定雙端通話偵測器23是否偵測到雙端通話(步驟32)。當雙端通話偵測器未偵測到雙端通話時，回音抑制器30認為存在待消除之殘餘回音或並無待傳輸的語音信號，且藉由使輸入信號與特定衰減係數相乘而使其衰減而將其輸出(步驟33)。

當語音切換器10不處在接收狀態時，或在語音切換器10處在接收狀態時當雙端通話偵測器23偵測到雙端通話時，回音抑制器30判定無殘餘回音或有語音信號待傳輸，且將輸入信號不加衰減地按原樣輸出(步驟34)。

藉由此實施例，可防止自近端側處之說話人發出的語音被錯誤地衰減，且防止語音中發生拐折。此外，回音抑制器30可僅使令人不適的回音衰減，而未發生令人不適之殘餘回音(因為回音抑制器30未意外地***衰減量)，藉此提供用於通信之令人愉快的環境。

此處，回音抑制器30可基於聲學回饋增益α之估計α’來調整該傳輸信號路徑中***的衰減量，聲學回饋增益α之估計α’由總損失量計算器14來估計。接下來，將參考圖8對回音抑制器30在回音抑制器30調整該傳輸信號路徑中***之衰減量時之操作進行說明。

回音抑制器30一直監視語音切換器10的狀態(步驟41)。當語音切換器10處在接收狀態時，回音抑制器30判定雙端通話偵測器23是否偵測到雙端通話(步驟42)。當語音切換器10不處在接收狀態時，或在語音切換器10處在接收狀態時當雙端通話偵測器偵測到雙端通話時，回音抑制器30認為無殘餘回音或有語音信號待傳輸，且將輸入信號不加衰減地按原樣輸出(步驟47)。

另一方面，當語音切換器10處在接收狀態且雙端通話偵測器23未偵測到雙端通話時，回音抑制器30設定一衰減係數，將所述衰減係數與輸入信號相乘以達到標準值SUP_MIN(步驟43)。此後，當語音切換器10估計之對聲學回饋增益α的估計α’與總損失量Lt(n)的總和為臨限值TH或更大(步驟44)時，則回音抑制器30將衰減係數自標準值SUP_MIN改變為大於標準值的上限SUP_MAX(步驟45)。

此外，當語音切換器10估計之對聲學回饋增益α的估計α’與總損失量Lt(n)的總和小於臨限值TH(步驟44)時，回音抑制器30不加改變地維持標準值SUP_MIN以作為衰減係數。最後，回音抑制器30藉由使輸入信號與所確定之衰減係數(標準值SUP_MIN或上限SUP_MAX)相乘而使輸入信號衰減，並輸出結果(步驟46)。

藉由此組態，即便回音抑制器30錯誤地使自近端側處之說話人發出的語音衰減，亦可防止語音拐折。

同時，若說話人處在周圍噪聲通常為高位準的環境中，則回音消除器20的適應性濾波器21在通信開始後較長的時期內不更新濾波器係數。出於所述原因，回音消除器20不收斂，且雙端通話偵測器23無法正確地偵測到雙端通話。在此情況下，即便語音切換器10處在接收狀態且雙端通話偵測器23未偵測到雙端通話，回音抑制器30亦可將輸入信號不加衰減地按原樣輸出，此可能引起令人不適的殘餘回音。

在此方面，雖然回音消除器20在經由對方之通信終端開始通信後未充分收斂，但當***損失量分配處理器15估計語音切換器10處在接收狀態時回音抑制器30在傳輸信號路徑中***特定衰減量。亦即，回音抑制器30使令人不適之殘餘回音衰減，而回音消除器20在通信開始後並不充分收斂，藉此達成用於揚聲電話通信之令人愉快的環境。

另一方面，若在總損失量計算器14正在固定模式中操作時(如在通信剛開始後)同時自近端側及遠端側輸入不同語音，則語音切換器10在接收狀態與傳輸狀態之間交替。出於所述原因，回音抑制器30不正確操作，且因此在所傳輸之語音中可能會發生拐折，其中所傳輸之語音的位準大幅波動。

在此方面，當***損失量分配處理器15估計語音切換器10不處在接收狀態或當在傳輸信號路徑中正***特定衰減量時雙端通話偵測器23偵測到雙端通話時，回音抑制器30立即停止將特定衰減量***至傳輸信號路徑中。此使得可防止因傳輸信號之錯誤衰減而發生拐折，藉此為揚聲電話通信提供令人愉快的條件。

第四實施例

圖9繪示根據本發明之第四實施例之揚聲電話裝置的方塊圖。在此實施例中，特徵在於回音抑制器30藉由使用接收信號之信號位準平均值來調整衰減量，且本實施例之其它基本組態與第三實施例的相同。因此，相同組件由相同標號表示，且將省略對其的說明。

在本實施例中，適應性濾波器21以適應性方式來識別聲學回音路徑Hac的脈衝回應，並根據自遠端側輸入之信號y(n)(即，輸入至揚聲器放大器G2的接收信號)來估計回音成分(聲學回音)g(n)。為了估計回音成分g(n)，藉由使用以下公式來更新過濾器係數hp(n)：

Hp(n+1)=hp(n)+K‧F(Ey(n))

此處，p為分支(tap)數目，n為取樣週期，K為步長增益(step gain)，F(n)為係數更新函數。此外，Ey(n)為輸入信號(接收信號)y(n)之信號位準平均值，其是藉由使用該適應性濾波器21中提供之信號位準平均值(signal level average，SLA)運算單元24中之以下公式來計算的。此處，SPAN為增加該輸入信號y(n)之大小abs[y(n)]時的時期。

此外，回音成分(估計)g(n)可藉由使用以下公式來計算：

在本實施例中，回音抑制器30由適應性濾波器21中提供之SLA運算單元獲得信號位準平均值Ey(n)。

下文中，將參看圖10所示之流程圖來解釋回音抑制器30的操作。

回音抑制器30一直監視語音切換器10的狀態(步驟51)。當語音切換器10處在接收狀態時，回音抑制器30判定回音消除器20之雙端通話偵測器23是否偵測到雙端通話(步驟52)。當語音切換器10不處在接收狀態時，或當雙端通話偵測器23偵測到雙端通話且語音切換器10處在接收狀態時，回音抑制器30認為無殘餘回音或有語音信號待傳輸，且將輸入信號不加衰減地按原樣輸出(步驟58)。

另一方面，當語音切換器10處在接收狀態且雙端通話偵測器23未偵測到雙端通話時，由回音抑制器30來進行的與輸入信號相乘的衰減係數取決於由SLA運算單元24計算的信號位準平均值RS_AVE(n)(=Ey(n))。更具體而言，當RS_AVE(n)>TH時可根據以下公式(1)來判定衰減係數，且當RS_AVE(n)<TH時可根據以下公式(2)來判定衰減係數：

此處，SUP_MAX及SUP_MIN分別為抑制對應於大聲(loud voice)(例如，OOdB聲壓或更大)之信號位準及對應於標準音量(例如，OO～OOdB聲壓)之信號位準所需要的衰減係數，且RS_AVEmax為大聲的信號位準平均值RS_AVE(n)。關於公式(2)，當每個取樣週期RS_AVE(n)□TH時，衰減係數乘以特定轉變係數(transition coefficient)且自SUP_MAX×RS_AVE(n)/RS_AVEmax逐漸減小至SUP_MIN，其中SUP_MIN設定為衰減係數的下限。

更具體而言，回音抑制器30首先判定衰減係數是否設定為SUP_MIN(步驟53)。當衰減係數未設定為SUP_MIN時，回音抑制器30使其與轉變係數相乘，藉此設定新的衰減係數(步驟54)。否則，則將SUP_MIN用作衰減係數，因為其是衰減係數的下限。

接下來，若RS_AVE(n)>TH，亦即滿足公式(1)的條件(步驟55)，則回音抑制器30將衰減係數設定為SUP_MAX×RS_AVE(n)/RS_AVEmax(步驟56)，否則，使用先前步驟中設定的衰減係數而不改變衰減係數。最後，回音抑制器30藉由使輸入信號與設定之衰減係數相乘而使輸入信號衰減以便輸出(步驟57)。

藉由本實施例，即便回音抑制器30意外地使自近端側處之說話人發出的語音衰減，亦可抑制語音拐折的發生。此外，由於藉由使用回音消除器20中提供的信號位準平均值運算單元24來計算信號位準平均值RS_AVE(n)，所以可達成組態之簡化(例如，在DSP內執行之程式量的減少、DSP內之較低的規範、用於儲存程式之ROM容量的減少等等)，以及成本減少。

第五實施例

接下來，將參看圖式來解釋本發明的第五實施例。在本實施例中，回音抑制器30結合語音切換器10、回音消除器20之雙端通話偵測器23以及回音消除器20之適應性濾波器21中提供的信號位準平均值(SLA)運算單元24而在傳輸信號路徑中***衰減量。本實施例之其它組態與第四實施例相同。因此，相同組件由相同標號表示，且將省略對其的說明。

將參看圖11所示之流程圖來詳細解釋回音抑制器30的操作。圖11中之步驟61至67與圖10中關於第四實施例的步驟51至步驟57相同。因此，將省略對其的說明。

當語音切換器10不處在接收狀態時，或在語音切換器10處在接收狀態時當雙端通話偵測器23偵測到雙端通話時，回音抑制器30進一步判定語音切換器10是否處在傳輸狀態(步驟68)。當語音切換器10處在傳輸狀態時，回音抑制器30判定不存在殘餘回音或有語音信號待傳輸，並將輸入信號不加衰減地按原樣輸出(步驟611)。

若在根據本發明之揚聲電話裝置與使用聽筒之通信裝置(下文中稱為「聽筒通信裝置」)之間執行通信，且在自揚聲電話裝置傳輸至聽筒通信裝置的傳輸信號中周圍噪聲之位準相當高，則在揚聲電話裝置中之回音抑制器30使殘餘回音衰減時，周圍噪聲暫時衰減。周圍噪聲之此衰減經過一延遲而被聽筒聽到，且因此使聽筒通信裝置處之說話人可能會在通信期間感覺到語音中之令人不適的斷開感覺。

在此方面，本實施例中，當步驟68中語音切換器10不處在傳輸狀態時(例如，***損失量分配處理器15在傳輸信號衰減器11及接收信號衰減器12中***相同損失量(下文中，將此狀態稱為「中間狀態」))，回音抑制器30單調地使傳輸信號路徑中***的衰減量衰減。

更具體而言，當步驟68中語音切換器10不處在傳輸狀態時，回音抑制器30進一步判定衰減係數是否為零(步驟69)。若衰減係數為零，則處理返回至步驟61，而不改變衰減係數。否則，回音抑制器30藉由使衰減係數與轉變係數相乘來設定新的衰減係數(步驟610)。亦即，回音抑制器30藉由重複步驟61或62->步驟68->步驟69->步驟610->步驟61的處理來使衰減係數(衰減量)逐漸減小(如圖12中之線A所示單調地減小)。

在本實施例中，由於回音抑制器30使傳輸信號路徑中***的衰減量單調地減小，所以周圍噪聲不會暫時衰減。這使得難以使聽筒通信裝置處之說話人感覺到令人不適的斷開感覺。

同時，當衰減係數(衰減量)藉由重複步驟61或62->步驟68->步驟69->步驟610->步驟61的處理而正單調地減小時語音切換器10之通信狀態改變為傳輸狀態時，回音抑制器30立即使衰減係數(衰減量)減小為零(見，例如圖12中之虛線B)。因此，可防止在對方通信裝置處之說話人聽到的語音中發生拐折，因為自揚聲電話裝置處之說話人發出的語音(傳輸語音)被回音抑制器30意外地衰減。

此外，在衰減係數(衰減量)藉由重複步驟61或62->步驟68->步驟69->步驟610->步驟61的處理而正單調地減小時語音切換器10之通信狀態改變為傳輸狀態且雙端通話偵測器23未偵測到雙端通話時，回音抑制器30藉由執行步驟63至67之處理(見，例如圖12中之虛線C)而在傳輸信號路徑中***一特定衰減量。此使得可防止回音抑制器30意外地未***一衰減量且防止發生令人不適的殘餘回音，並準確地在通信期間僅使令人不適的回音衰減。

在本實施例中，回音抑制器30使衰減量單調地減小的時間比率(減小比率)是恆定的(見，例如圖12中之線A)。當衰減量如上所述線性衰減時，減小至零所需的時期(轉變時期)與逐步使衰減量衰減的情況相比可縮短。

第六實施例

接下來，將參看圖13至圖15來解釋根據本發明的第六實施例。如圖13所示，第六實施例與第五實施例的區別在於，在步驟77與78之間提供基於周圍噪聲位準來控制衰減量的步驟712。步驟71至79以及步驟710及711與第五實施例中說明的步驟61至69以及步驟610及611相同，且將省略對其的說明。

在本實施例中，回音抑制器30進一步結合周圍噪聲位準來控制衰減量。在圖14所示之流程圖中圖示了結合周圍噪聲位準來控制衰減量的處理。

亦即，隨著揚聲電話裝置一側之周圍噪聲位準變高，回音抑制器30在傳輸信號路徑中***的衰減量減小。因此，可抑制周圍噪聲的瞬時衰減，藉此使得難以感覺到斷開的感覺。在此情況下，若回音抑制器使衰減量減小，則殘餘回音之衰減效果降低。然而，在實際使用時，殘餘回音被周圍噪聲遮蓋，且在通信中不會造成麻煩。

下文中，參看圖14所示之流程圖而說明結合周圍噪聲位準來控制衰減量的處理。

回音抑制器藉由使用由傳輸信號衰減器11之輸入點Tin輸入之傳輸信號的長期平均值來偵測(估計)在傳輸信號中連續存在的周圍噪聲之位準(周圍噪聲位準)LEVEL_NOISE，並將所估計之周圍噪聲位準LEVEL_NOISE與臨限值Nth比較(步驟821)。當周圍噪聲位準LEVEL_NOISE為臨限值Nth或更小時，回音抑制器30藉由使用以下公式來計算標準衰減係數ATT(步驟822)：

ATT=α×LEVEL_NOISE+β,α<0

此外，當周圍噪聲位準LEVEL_NOISE超出臨限值Nth時，回音抑制器30無論周圍噪聲位準LEVEL_NOISE如何皆將標準衰減係數ATT設定為恆定值ATTmin(步驟823)。

隨後，回音抑制器30將藉由步驟73至76之處理而計算的衰減係數(對應於依據接收信號位準估計之回音量的衰減量)與藉由步驟821至823之處理而計算的標準衰減係數ATT進行比較(步驟824)。當衰減係數為標準衰減係數ATT或更小時，回音抑制器30以標準衰減係數ATT更新衰減係數(步驟825)，從而前進至步驟77。此外，當衰減係數大於標準衰減係數ATT時，回音抑制器30前進至步驟77，而不更新該衰減係數。

亦即，在步驟824及825中，回音抑制器30將對應於依據接收信號路徑中之語音信號位準而估計之回音量的衰減量(見例如圖15中之曲線D)來與基於周圍噪聲位準而判定之衰減量(見例如圖15中之曲線E)進行比較，且隨後在傳輸信號路徑中***衰減量中之具有較小數值的一個衰減量。此外，當周圍噪聲位準LEVEL_NOISE超出臨限值Nth時，回音抑制器30基於周圍噪聲位準LEVEL_NOISE而將衰減量(衰減係數)設定為恆定值ATT。此做法可在周圍噪聲位準非常高時防止殘餘的回音未得到衰減。

雖然已相對於實施例繪示及描述了本發明，但熟習此項技術者將瞭解，在不偏離以下申請專利範圍中界定之本發明的範疇的情況下，可做出各種改變及修改。

1．．．麥克風

10．．．語音切換器

11．．．傳輸信號衰減器

12．．．接收信號衰減器

13．．．***損失量控制器

14．．．總損失量計算器

15．．．***損失量分配處理器

2．．．揚聲器

20．．．回音消除器

21．．．適應性濾波器

22．．．減法器

23．．．雙端通話偵測器

24．．．信號位準平均值運算單元

30．．．回音抑制器

A．．．接收信號路徑

B．．．傳輸信號路徑

C．．．聲學回饋路徑

D、E．．．曲線

G1．．．麥克風放大器

G2．．．揚聲器放大器

G3．．．放大器

α．．．聲學回饋增益

α'．．．聲學回饋增益估計

藉由以下結合附圖而提供的對較佳實施例之描述，本發明之目標及特徵將變得顯而易見，其中：

圖1繪示根據本發明之第一實施例的方塊圖。

圖2呈現用於解釋圖1所示之語音切換器之操作的流程圖。

圖3表示用於解釋圖1所示之回音抑制器之操作的流程圖。

圖4圖示根據本發明之第二實施例的方塊圖。

圖5為用於解釋圖4所示之回音抑制器的流程圖。

圖6繪示根據本發明之第三實施例的方塊圖。

圖7呈現用於解釋圖6所描繪之回音抑制器之操作的流程圖。

圖8為用於解釋第三實施例之修改實例中之回音抑制器之操作的流程圖。

圖9繪示根據本發明之第四實施例的方塊圖。

圖10描繪用於解釋第四實施例中之回音抑制器之操作的流程圖。

圖11呈現用於解釋根據本發明之第五實施例中之回音抑制器之操作的流程圖。

圖12圖示本發明之第五實施例中回音抑制器隨時間而變化之衰減量。

圖13表示用於解釋根據本發明之第六實施例中之回音抑制器之操作的流程圖。

圖14為用於解釋第六實施例中之回音抑制器之操作的流程圖。

圖15圖示第六實施例中回音抑制器隨時間而變化之衰減量。