本发明涉及一种具有回音消除机制的电子系统及相关回音消除方法，特别涉及一种具有回音消除省电机制的电子系统及相关回音消除方法。
背景技术：
随着网络技术的发展，实时通信和视频传输的应用越来越广泛，而消费者对消费性电子的音讯品质也越来越讲究。上述实时通信场景都需要通过麦克风和扬声器来接收和发送音频信号，当远端(far-end)麦克风接收到音频信号时，声音会传到近端(near-end)扬声器，然后声音经过一段时间的空间延时后反射回远端，当反射能量大到足够让使用者察觉时就会产生回音(echo)。
为了降低回音对通信品质的影响，可使用回音消除器(echocanceller)来模拟出回音路径(echopath)的空间模型(impulseresponse，脉冲响应)，依据此空间模型可计算出远端信号在通过近端扬声器播出后，经过空间由近端麦克风所捕捉到回音，并将近端麦克风实际接收到的声音减去此计算出来的回音，进而达到回音消除的效果。然而车用电子等嵌入式系统的资源有限，其中回音消除器的耗电占整体功耗的比例相当高，因此在实现回音消除时如何兼顾效能和资源为重要议题。
技术实现要素：
本发明提供一种具有省电机制的回音消除方法。在一省电模式下，关闭一回音消除器所包含的m个运行区域中的m个运行区域，以使该回音消除器中的(m-m)个运行区域进行回音消除运行。在满足一条件时，该回音消除器进入一数据模式以开启所有运行区域来进行回音消除运行，其中m为大于1的整数，且m为小于m的正整数。
本发明还提供一种具有回音消除省电机制的电子系统，其包含：一回音消除器，回音消除器包含m个运行区域，用来在一数据模式或一省电模式下进行回音消除运行；一计算单元，用来计算每一运行单元的功率；一控制电路，用来在该回音消除器于该省电模式下进行回音消除运行时，关闭该m个运行区域中m个运行区域。该m个运行区域中m个运行区域的功率皆低于一临界值，m为大于1的整数，且m为小于m的正整数。
附图说明
图1为本发明实施例中一种具有回音消除省电机制的电子系统的功能方框图。
图2为本发明实施例中回音消除器实作方式的示意图。
图3为本发明一实施例中电子系统运行时的流程图。
图4为本发明另一实施例中电子系统运行时的流程图。
符号说明
10回音消除器
20计算单元
30控制电路
40存储单元
100电子系统
310～340、410～440步骤
seg1～segm运行区域
sin、rout近端
sout、rin远端
af自适应滤波器
dtd双边语音检测器
nlp非线性处理器
d(n)’、d1(n)’～dm(n)’预估回音信号
u[n]原始信号
d(n)回音信号
e(n)误差信号
具体实施方式
图1为本发明实施例中一种具有回音消除省电机制的电子系统100的功能方框图。电子系统100包含一回音消除器10、一计算单元20、一控制电路30，以及一存储单元40。回音消除器10包含多个运行区域seg1～segm，可各自进行回音消除运行，其中m为大于1的整数。控制电路30可将每一运行区域的系数传送至计算单元20，再由计算单元20算出每一运行区域的功率再回传给控制电路30。接着，控制电路30会判断每一运行区域的功率是否低于一临界值，再依此开启或关闭运行区域seg1～segm。存储单元可存储电子系统100运行所需的数据。
在本发明中，回音消除器10可在数据模式和省电模式下运行。在数据模式下，回音消除器10中所有运行区域seg1～segm皆为开启，因此有m个运行区域在进行回音消除运行。在省电模式下，回音消除器10的运行区域seg1～segm中有m个运行区域会被关闭，因此仅有(m-m)个运行区域在进行回音消除运行，其中m为小于m的正整数。
在一实施例中，控制电路30可使用暂存器(register)来控制回音消除器10中每一运行区域的开启或关闭。然而，控制电路30开启或关闭运行区域的方式并不限定本发明的范围。
图2为本发明实施例中回音消除器10实作方式的示意图。麦克风输入的近端由sin来表示，扬声器输出的近端由rout来表示，麦克风输入的远端由rin来表示，而扬声器输出的远端由sout来表示。远端rin至近端rout形成一接收路径，近端rout至近端sin形成一回音路径，而近端sin至远端sout形成一发送路径。回音消除器10可包含一自适应滤波器(adaptivefilter，可调适性滤波器)af、一双边语音检测器(doubletalkdetector)dtd，以及一非线性处理器nlp。
自适应滤波器af可学习电子系统100所在环境中回音路径的空间模型，进而提供相对应的预估回音信号d(n)’。自适应滤波器af是以输入和输出信号的统计特性的估计为依据，采取特定演算法来自动地调整滤波器系数，使其达到最佳滤波特性的一种装置。更详细地说，自适应滤波器af对输入信号u(n)的每一个样值，按特定的演算法来更新和调整加权系数，以使其输出的预估回音信号d(n)’逼近期望的误差信号e(n)。如前所述，自适应滤波器af可实作多个运行区域seg1～segm来分别学习所在环境中回音路径的空间模型，进而分别提供预估回音信号d1(n)’～dm(n)’，其中d(n)’＝d1(n)’ d2(n)’ … dm(n)’。
在本发明实施例中，自适应滤波器af可采用最小平方误差(leastmeansquare,lms)演算法、正规化最小平方误差(normalizedleastmeansquare,nlms)演算法、递回式最少平方(recursiveleastsquare,rls)演算法，或其它演算法来对远端原始信号u[n]进行回音估测。然而，自适应滤波器af所采用的演算法并不限定本发明的范围。
双边语音检测器dtd用来判定电子系统100是在单边对话(singletalk)或双边对话(doubletalk)的状态。当原始信号u[n]由远端rin端输入时，若双边语音检测器dtd并未检测到近端sin有任何信号输入，此时会判定为单边对话；当原始信号u[n]由远端rin端输入时，若双边语音检测器dtd检测到近端sin也有信号输入，此时会判定为双边对话。
在单边对话的状态下，自适应滤波器af可采用特定演算法来对远端原始信号u[n]进行回音估测。当原始信号u[n]由近端rout的扬声器传出，经过空间反射再由近端sin的麦克风输入时，所产生的近端回音信号d(n)会和自适应滤波器af所输出的预估回音信号d(n)’相减而得到一组误差信号e(n)。在完全回音消除的理想情况下，自适应滤波器af所输出的预估回音信号d(n)’应该要与实际产生的近端回音信号d(n)完全相同，亦即误差信号e(n)的理想值为0。因此，自适应滤波器af中的运行区域seg1～segm会根据远端原始信号u[n]和误差信号e(n)的值不停地调整自身系数，直到误差信号e(n)的值降至0为止，此时自适应滤波器af会依据收敛完成的系数来运行。
在双边对话的状态下，当有信号同时由近端sin和远端rin输入时，双边语音检测器dtd会切断至自适应滤波器af的反馈路径以告知停止学习，避免自适应滤波器af所模拟出来的回音路径的空间模型开始发散。
非线性处理器nlp用来更进一步消除残存的回音，可设计成让大于压抑临界值tsup的信号通过，并将不大于压抑临界值tsup的信号消除为0或压抑一定的倍数后再送出。然而，非线性处理器nlp的设计并不限定本发明的范围。
图3为本发明实施例中电子系统100运行时的流程图。图3所示的流程图包含下列步骤：
步骤310：进入数据模式；执行步骤320。
步骤320：触发省电模式以进行回音消除；执行步骤330。
步骤330：判断计时器是否逾时；若是，执行步骤340；若否，执行步骤320。
步骤340：在数据模式下进行回音消除，并在经过一段预定时间后重设计时器；执行步骤320。
在步骤310中，在数据模式下回音消除器10中所有运行区域seg1～segm皆为开启并正常运行。在步骤320中，在省电模式下回音消除器10的运行区域seg1～segm中有m个运行区域会被关闭，因此仅有(m-m)个运行区域在进行回音消除运行。如图1所示，控制电路30可将每一运行区域的滤波器系数传送至计算单元20，再由计算单元20算出运行区域seg1～segm的功率pw1～pwm。接着，控制电路30会判断每一运行区域的功率是否超过临界值th，并在省电模式下关闭功率不超过临界值th的所有运行区域。举例来说，若运行区域seg1的功率pw1大于th，代表运行区域seg1的计算量很大，此时控制电路30会开启运行区域seg1以维持学习回音路径的整体效能；若运行区域seg1的功率pw1不大于th，代表运行区域seg1的计算量很小，即使关闭也不会影响学习回音路径的整体效能，此时控制电路30会关闭运行区域seg1以节省耗能。依此类推，当电子系统100在省电模式下运行时，控制电路30会关闭回音消除器10中所有功率低于临界值th的运行区域，因此在维持回音消除整体效能的情况下亦能降低电子系统100的整体耗能。
由于学习回音路径的空间模型就是一个自适应滤波器af的收敛过程，一旦电子系统100所在环境出现变化，相对应也会影响回音路径，此时回音消除器10需要重新开始学习新回音路径的空间模型，也就是自适应滤波器af需要一个新的收敛过程，以逼近新回音路径的空间模型。当本发明于步骤320中触发省电模式时，回音消除器10中仅有部分运行区域在运行，因此可能无法快速收敛而达到稳定。
因此，本发明会在步骤330中判断计时器是否逾时，并在计时器逾时后执行步骤340以在数据模式下运行一段预定时间。换句话说，当回音消除器10在省电模式下运行时间达到计时器所设定的时间后，就会回到数据模式下运行一段预定时间，因此若电子系统100所在环境的回音路径出现变化，回音消除器10中所有运行区域皆能运行，进而快速收敛以达到稳定。
图4为本发明另一实施例中电子系统100运行时的流程图。图4所示的流程图包含下列步骤：
步骤410：进入数据模式；执行步骤420。
步骤420：触发省电模式以进行回音消除，并实时检测信号噪声比(snr)；执行步骤430。
步骤430：判断snr是否低于一预定值；若是，执行步骤440；若否，执行步骤420。
步骤440：在数据模式下进行回音消除；执行步骤430。
在步骤410中，在数据模式下回音消除器10中所有运行区域seg1～segm皆为开启并正常运行。在步骤420中，在省电模式下回音消除器10的运行区域seg1～segm中有m个运行区域会被关闭，其运行方式和步骤320相同。同时，电子系统100会实时检测snr，并接着在步骤430中判断snr是否低于一预定值。
当电子系统100判断snr未低于一预定值时，代表此时回音消除器10中所有开启的运行区域皆在收敛状态下运行，此时会继续执行步骤420以在省电模式下进行回音消除。当电子系统100检测到snr低于预定值时，代表电子系统100所在环境中回音路径的空间模型可能因为线长、温度、噪音或其它外在环境因素而有所变动，而回音消除器10可能因为开始发散而无法提供足够的回音消除，此时会执行步骤440以在数据模式下进行回音消除，进而快速收敛以达到稳定。
在本发明中，回音消除器实作成多个运行区域，可在省电模式下关闭部分运行区域以降低电子系统的整体耗能，且被关闭的为计算量较小的运行区域，因此不会影响学习回音路径的整体效能。因此，本发明在实现回音消除时能同时兼顾效能和资源。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
1.一种具有省电机制的回音消除方法，其包含：
在一省电模式下，关闭一回音消除器所包含的m个运行区域中的m个运行区域，以使该回音消除器中的(m-m)个运行区域进行回音消除运行；以及
在满足一条件时，该回音消除器进入一数据模式以开启所有运行区域来进行回音消除运行，其中m为大于1的整数，且m为小于m的正整数。
2.如权利要求1所述的回音消除方法，其还包含：
当该回音消除器在该省电模式下进行回音消除运行时，判断一计时器是否逾时；以及
当判断该计时器已经逾时时，判定已满足该条件。
3.如权利要求2所述的回音消除方法，其还包含：
当该回音消除器在该数据模式下进行回音消除运行超过一段预定时间后，重设该计时器并进入该省电模式。
4.如权利要求1所述的回音消除方法，其还包含：
当该回音消除器在该省电模式下进行回音消除运行时，同时检测一信号噪声比；以及
当判断该信号噪声比低于一预定值时，判定已满足该条件。
5.如权利要求4所述的回音消除方法，其还包含：
当在该数据模式下进行回音消除运行时，当判断该信号噪声比不低于该预定值时，该回音消除器进入该省电模式。
6.如权利要求1所述的回音消除方法，其还包含依据每一运行单元的系数来计算每一运行单元的功率，其中在该省电模式下所关闭的该m个运行区域的功率皆小于一临界值。
7.一种具有回音消除省电机制的电子系统，其包含：
一回音消除器，其包含m个运行区域，用来在一数据模式或一省电模式下进行回音消除运行；
一计算单元，用来计算每一运行单元的功率；
一控制电路，用来在该回音消除器于该省电模式下进行回音消除运行时，关闭该m个运行区域中m个运行区域，其中：
该m个运行区域中m个运行区域的功率皆低于一临界值；
m为大于1的整数；且
m为小于m的正整数。
8.如权利要求7所述的电子系统，其中该m个运行区域组成一自适应滤波器，用来依据一远端原始信号和一误差信号来分别调整一第一运行系数至一第m运行系数，以及分别产生一第一预估回音信号至一第m预估回音信号。
9.如权利要求8所述的电子系统，其中该回音消除器还用来将一近端回音信号和一整体预估回音信号相减而产生该误差信号，且该整体预估回音信号为该第一预估回音信号至该第m预估回音信号的加总。
10.如权利要求7所述的电子系统，其中该控制电路还用来将每一运行单元的系数传送至该计算单元，且该计算单元是依据每一运行单元的系数来计算每一运行单元的功率。
技术总结