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CN1494231A - 分布式回波消除 - Google Patents

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CN1494231A
CN1494231A CNA031407048A CN03140704A CN1494231A CN 1494231 A CN1494231 A CN 1494231A CN A031407048 A CNA031407048 A CN A031407048A CN 03140704 A CN03140704 A CN 03140704A CN 1494231 A CN1494231 A CN 1494231A
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echo
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ض�
迪特尔·舒尔茨
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Microsemi Semiconductor ULC
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Abstract

本发明提供一种分布式回波消除结构，其中回波消除功能在远离接收带回波信号的设备的位置进行。该回波消除功能利用被设备回波损坏的基准信号来消除回波。由于回波消除资源位于中央系统，并且不是分布在单独的设备里，因此，回波消除资源可以在多个设备之间进行共享。

Description

分布式回波消除
技术领域
本发明涉及一种回波消除，具体地讲，涉及一种分布式回波消除。
背景技术
消除回波的目的是为了补偿受回波影响的信号，这种回波可能是由多种来源引起的，包括由靠近话筒的扬声器所造成的反馈。一般来说，现有回波消除技术是使用一种基准信号来检测回波，然后相应地通过从信号中消除(减去)一个回波估计值来补偿信号。
但是，回波消除方法的实现，不管是声学的，还是线路的，都造价高昂。在一些时延长的网络中，例如基于分组传输的网络，更是如此。传统的回波消除装置通过增加缓冲区的大小——也因此提高了存储器的需求——来补偿网络中的时延。在不可靠的传输媒质中，如IP网络，还存在数据包丢失的情况，因而会很大程度上降低回波消除装置的有效性。
图1是一个传统回波消除器100的框图。该回波消除器100由一个回波估计与控制器110以及减法器120组成。输入信号(Sin 130)是回波132和近端信号的结合。如本领域所公知的，回波估计与控制器110通过使用基准信号(Rout或Rin)134和减法器120来消除来自于输入信号130中估算到的回波。回波消除器的目的是产生一个充分减少了回波的、尽可能匹配近端信号的输出信号(Sout 136)。
图2是一个用于扬声器电话的传统全双工免提(FDHF，full duplexhands free)回波消除器200的框图。FDHF回波消除器200包括一个线路回波估计与控制器210，以及第一减法器215，该第一减法器用于消除由一个网络(未图示)引入的线路回波217。声学回波估计与控制器220和第二减法器222用于消除扬声器226和话筒228之间的声学回波224。
图3是一个用于与分组网络350相连的、基于传统分组网络的声学回波消除器300。在分组网络中，一般线路回波是在IP/PSTN网关(未图示)消除。消除器300由一个声学回声估计器300、减法器310、分组器320和解分组器330组成。
在传统的扬声器电话中，这些回波处理装置是位于电话机里。这种结构增加了每部电话机配置费用。由于在大多数时间里，用户并不使用扬声器电话的这种功能，所以这些回波消除装置通常处于空闲状态。
有必要提供一种可以解决如上所述现有消除回波方法缺陷的回波消除系统。
发明内容
本发明提供一种在远离接收带回波信号的设备的位置执行回波消除功能的分布式回波处理结构。该回波消除功能通过利用在设备中被回波破坏的输入(传输)信号和基准信号的拷贝，来消除回波。由于回波消除资源是位于中央系统中，而非单个的设备里，因此，该回波消除资源可以在多个设备之间进行共享。
本发明的一个目的是为了减少现行通讯系统的总体成本。
本发明的另一个目的是为了提供一种独立于网络时延，并且在分组/帧丢失方面较之现有技术更健壮的回波消除装置。
在本发明的一个方面中，提供一种通讯系统，其包括一个具有回波消除功能的系统，和至少一个在网络上远离该系统的设备。所述回波消除功能利用第一基准信号来消除来自至少一个信号的回波。所述至少一个设备用于接收第二基准信号，该第二基准信号包括因网络传输的影响而发生改变的第一基准信号，该设备还用于使回波和第二基准信号相结合以形成所述至少一个信号的各个信号的一部分，并用于通过网络接收和发送所述至少一个信号至该系统。
在本发明的另一个方面中，提供通讯系统中的一种分布式回波消除方法，该方法包括：通过网络发送第一基准信号到至少一个远程设备；所述至少一个设备接收第二基准信号，其中第二基准信号包括受网络传输影响而被改变的第一基准信号；使所述至少一个远程设备中的回波和第二基准信号相结合以形成所述至少一个信号的一部分，其中所述至少一个信号也有回波；通过网络接收所述至少一个信号；以及利用第一基准信号消除所述至少一个信号中的回波。
附图简述
本发明将结合附图进行详细说明，类似的附图标记表示类似的部件，其中：
图1示意了一个传统的回波消除器；
图2示意了一个用于扬声器电话的传统全双工免提(FDHF)回波消除器；
图3示意了一个同分组网络相连、基于分组网络的声学回波消除器；
图4示意了一个根据本发明一个实施例的分布式声学回波消除器；
图5示意了一个与同步域相连的分组域中的如图4的(全双工免提FDHF结构)分布式声学回波消除器；
图6是图5中分组域中的电话部分更为详细的框图；
图7示意了一个带分布式回波消除结构的电话系统；
图8示意了一个在可靠网络中运行的分布式回波消除器；
图9示意了一个具有图8所示分布式回波消除器、基于TDM网络的电话系统；
图10示意了一个用于补偿线路回波的、基于分组的分布式线路回波消除器；以及
图11示意了一个使用图10所示的分布式线路回波消除器的VoIP网络。
具体实施方式
图4是本发明一个实施例的分布式声学回波消除器400的示意图。该声学回波消除器400包括一个系统410和一个电话设备420，所述系统410包括一个分解器412、一个声学回波估计与控制器414以及一个减法器416，所述电话设备420包括一个信号组合器422、一个话筒424以及一个扬声器426。本领域一般技术人员可以理解该回波估计与控制器414是一个自适应滤波器(例如参看Simon Haykin的“Adaptive Filter Theory”第三版，，Prentice Hall出版社，1996年，ISBN 0-13-332-760-X)。
该系统410，如一个PBX系统，发送第一基准信号Ro至电话设备420。第一基准信号在通过网络450传输时被延迟，并且可能由于诸如分组丢失/帧擦除补偿/语音合成/延迟抖动等原因遭到损坏，当到达电话设备420时，已成为第二基准信号Ro’。第二基准信号Ro’随后被传输至电话设备420的扬声器426。由于声耦合，话筒424接收到第一信号Si(等同于Sin)，该第一信号包含近端信号(如语音信号)和声学回波信号。第一信号Si和传送来的Ro’信号一起，被发送回系统410。
在系统410中，分解器412把组合的信号Si和Ro’分解开来，而第二基准信号Ro’在声学回波估计与控制器414中用作基准信号，产生回波消除信号So。分解器412还监视输入信号(Si，Ro’)的分组丢失及其他数据损坏情况，并且同时相应的控制声学回波估计与控制器414。
电话设备420还包括一个压缩设备(未图示)，分解器412中也对接收到的组合信号进行解压缩，因为声学回波估计与控制器414处理未压缩的信号。一些语音合成器，如G.729，有它们自己的分组丢失补偿和帧擦除方案。因此，如果在发送路径460中存在分组丢失的情况，不采用声学回波估计与控制器414，以防止分布式回波消除器400在分组丢失情况下的偏差。
由于第二基准信号Ro’(而不是Ro)被用作基准信号，分布式回波消除器400可以不受网络时延的影响。而且，由于存在第二基准信号(该信号是在受到网络传输性能影响后，被扬声器426所接收)的精确样本，所以在接收路径470中的非线性影响，如分组丢失等，也没关系。发送路径460(Si+Ro’)中的分组丢失情况由网络450所使用的协议决定。相应的是，这种回波消除结构不依赖于网络时延，并且对分组丢失/帧擦除情况更健壮。
发送路径中的信号损坏情况由网络协议处理(如，指示分组丢失)。对丢失的分组使用回波消除器由分组丢失/帧擦除补偿方案来补偿。一个PCM语音的这种方案的例子如下：
Begin：
   If  没有分组丢失(正常操作)
       通过Si和Ro’来适配和消除回波
       Else(分组丢失)
       激活对Si和Ro’的分组丢失补偿
       在分组丢失期间停止适配功能
       在分组丢失期间停止消除功能
   End
在现有技术中，存在一些数据丢失解决方案，如零插入、重复旧分组、噪声插入等。应用于回波消除的类似方案的一个例子参见Goubran，Schulz等的加拿大专利申请2331228，题为“PACKET LOSSCOMPENSATION METHOD USING INJECTION OF SPECTRALLYSHAPED NOISE”。
图5示意了一个与同步域510相连的分组域500中的如图4的(全双工免提FDHF结构)分布式声学回波消除器400。分组域500包括语音IP(VoIP)网络。同步域510包括时分多路(TDM)网络，如PSTN网络。电话设备420(电话部分)如图4所示。速率适配器520、522用于连接分组域500和同步域510。如果需要语音压缩，在接收路径中的速率适配器522还可以包含一个语音压缩单元。线路回波消除器(530和535)是用于在同步域510中消除线路回波550。
图6更为详细地显示了图5中的如语音IP网络之类的分组域500中的电话部分。解分组器600将分组数据转换成发送到扬声器426中的第二基准信号Ro’。解分组器600同时也补偿由分组丢失/帧擦除和时钟偏差(采样频率调整)等网络等引起的数据损坏。由于网络的这些影响，接收到的分组可能受到损坏，而这些是通过第二基准信号Ro’来显示。分组器610将发送到扬声器426中的第二基准信号Ro’转换成分组数据给数据组合器620。分组器630将话筒424中接收到的信号Si进行分组。分组组合器620将上述两种分组进行组合并通过网络450进行发送。分组器610和630分别将信号Si和第二基准信号Ro’(同步语音流)数字化为分组。
该领域的技术人员应理解语音压缩可以由分组器610、630进行，而语音解压缩可以由解分组器600进行。国际电信联盟(ITU)标准G.711，G.729和G.732.1是一些语音压缩标准的例子。
图7是一个带分布式回波消除结构的电话系统700的框图。电话系统700包括一个系统710和多部电话设备730、740。所述电话设备730、740通过网络750和交换机710相连，所述系统710有一个控制逻辑715，用来控制一个全双工免提(FDHF)回波消除器池720。图中显示了扬声器电话模式的这样一个电话设备740。交换机710，例如，可以是一个IP PBX交换机。
在这个电话系统700中，，在用户使用听筒的情况下所有电话设备730、740默认状态都是听筒模式，而非扬声器。在在听筒模式中，不需要扬声器电话资源，如声学回波消除。
当用户敲扬声器电话键时，电话设备740进入扬声器电话模式，如图7所示。在扬声器电话模式中，由话筒信号Si和接收到的基准信号Ro’组成的组合信号通过网络750发送回交换机710。在交换机710处，扬声器电话资源位于FDHF回波消除器池720外，对组合信号Si、Ro’进行回波消除。
由于激活的扬声器电话呼叫远远少于同电话系统连接的电话设备数量，因此电话系统700中的扬声器电话资源在多个用户间共享。这样也可以达到减少费用的目的。而且，在交换机中的扬声器电话回波消除资源比在单独设备中的回波消除资源质量更高，而费用却因多个用户分摊而减少。
图8是一个在可靠网络810中运行的分布式回波消除器800的框图。该分布式回波消除器800包括一个电话设备802和一个带减法器808和回声估计与控制器(AEC)806的系统804。可靠网络810可以是例如一个TDM网络连接。
当网络810是可靠的网络，且其中的网络时延确定时，那么基准信号Ro’是基准信号Ro的延迟版本。因此，并不需要通过发送路径820发送回基准信号Ro’，尤其在网络时延短的时候，更是如此。声学估
计与控制器806用基准信号Ro来代替基准信号Ro’。
图9是一个具有图8中的分布式回波消除器的基于TDM的电话系统900。该基于TDM的电话系统900包括通过陆线(一种可靠的网络)902连接至系统910的多个电话设备920、925。该系统910包括一个用作陆线902和控制逻辑914相连的线路卡912。该控制逻辑914和PSTN网络930相连接，并控制一个全双工免提(FDHF)回波消除器池916。该基于TDM的电话系统900同图7中的电话系统700运行方式相似。因此，该分布式回波消除结构也可以在可靠的网络结构中共享回波消除资源。
在语音IP(Voice-Over-IP)网络中，线路回波消除器通常位于连接语音IP网络和传统网络(如带普通模拟POTS电话的PSTN网络)的网关处。当网络所带来的时延增加时，用户就容易察觉到回音，这时就需要进行回波消除。这些可察觉到的回音会很大程度上降低语音的质量。
图10是基于分组、用于补偿由于线路回波1010的分布式线路回波消除器1000的框图。该基于分组的分布式线路消除器1000包括一个通过分组网络1030连接到中央网关1040的卫星网关1020。该线路回波消除器1000和图4、图5、图6显示的声学回波消除器工作方式相似。卫星网关1020将信号Si和基准信号Ro’组合，然后传输到中央网关1040。在中央网关1040处，分解器1050和减法器1054及线路回波估计与控制器(LEC)1052一起消除回波。
图11是一个使用图10中分布式线路回波消除器的VoIP网络1100的框图。该VoIP网络1100包括多个通过分组网络1120连接到中央网关1130的卫星网关1110，该中央网关1130也和PSTN网1140相连。该中央网关1130有一个分布式回波消除器池1135(如图10)用于消除线路回波。该中央网关1130将VoIP网络1100同如PSTN1140之类网络的传统同步网络或电话相连。
一般来说，卫星网关需要昂贵的回波消除资源在线路回波进入分组域前消除线路回波。但是，通过分布式回波消除方法，这种功能可以在卫星网关和中央网关之间进行分配。本发明的优点是，实际的线路回波消除资源位于中央网关处，因此设备费用可以少很多。
尽管在这里我们描速了本发明的一个优选具体实施方式，但本领域内的一般技术人员应理解，在不脱离本发明和所附的权利要求书范围的前提下，可以做出各种修改。

Claims (4)

1.一种分布式回波消除器，包括：
一个系统，用于在网络上施加信号Ro，并用于从所述网络中接收信号Si、Ro’以及利用信号Ro的变化版本Ro’从中进行回波消除；以及
至少一个所述网络上远离所述系的设备，用于(i)接收和输出在网络传输中被损坏的信号Ro的变化版本Ro’，(ii)接收包含所述变化信号Ro’的回波的信号Si，以及(iii)组合并通过网络发送所述信号Si、Ro’至所述系统，并利用所述变化信号Ro’对所述信号Si进行回波消除。
2.如权利要求1所述的分布式回波消除器，其特征在于，所述系统还包括一个分解器、一个减法器，一个回波估计与控制器。
3.根据权利要求2所述的分布式回波消除器，其特征在于，所述至少一个设备是免提设备。
4.一种分布式回波消除方法，包括：
从一个系统发送第一基准信号至一个网络；
在网络上远离所述系统的至少一个设备接收一个第二基准信号，其中该第二基准信号包括受网络传输影响而被改变的第一基准信号；
从所述至少一个设备输出所述第二基准信号；
在所述至少一个设备中接收又一个包含所述第二基准信号的回波的信号；
在所述至少一个设备中将所述又一信号和第二基准信号进行组合；
从所述至少一个设备发送所述组合的信号至所述网络；
在所述系统中接收所述组合的信号；
分解所述又一信号和所述第二基准信号；以及
利用第二基准信号对所述又一信号进行回波消除。
CNA031407048A 2002-05-31 2003-05-30 分布式回波消除 Pending CN1494231A (zh)

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