声道数可变的多声道声音回波补偿装置和方法 本发明是关于声道数可变的多声道回波补偿的一种装置和一种方法，如为了使一种多声道-全双工-通信成为可能，将它们尤其应用于带有自由谈话设备(Freisprecheinrichtung)和多声道音频输出的声音人机接口。
在综述论文“Stereophonic Acoustic Echo Cancellation-AnOverview of the Fundamental Problem”，IEEE Signal ProcessingLetters，Vol.2，Nr.8.August 1955，von M.Mohan Sondhi et.al.，详细阐述了声音回波补偿的基本疑难问题：
如果在声音的人机接口时，例如就像在电视会议系统或电话会议系统时的话筒和扩音器那样，为在第一个以及第二个音频-发送-和接收装置之间的双向语音传送，只应用一个单个的全双工-音频声道，就可以通过应用自适应滤波器进行声音的回波补偿，以便抑制不受欢迎的回音，回音总是由在第一个和第二个音频-发送-和接收装置中扩音器与话筒之间的反馈产生。
在传统的单声道声音回波补偿器中，为了模拟回波路径的声音脉冲响应，应用一个具有自适应可匹配滤波系数的单个FIR(finiteimpulse response)滤波器就已足够。然后将一个由自适应滤波器模拟的回波估算信号从实际回波信号减去，得到一个错误信号，将该信号通过滤波系数的不断自适应微调不断地去匹配随着时间的推移可能改变的回波路径，以便将错误信号连续保持尽可能的小。
尤其是在电视会议-或电话会议传输时，可能不欢迎的是，通过应用具有各至少一个分配的扩音器的多个声音传输声道，从第一个到第二个音频-发送-和接收装置去传输一个尽可能立体真实的音响效果。如果多个讲话人在第一个房间，要从该房间将讲话的声音传输到第二个房间的一个接收器，这就例如是很有意思地。如果此时应用两个或多个声音传输通道到有个听众的第二房间，则这个听众从第一个房间得到一个立体声-或多声道音响，这使他例如得到分配的各个讲话人的讲话声音变得简便了。
就像除了上述综述论文之外例如还有在“Stereo ProjectionEcho Canceller with True Echo Path Estimation”，Proc.IEEEInternational Conference on Acoustics，Speech and SignalProcessing(ICASSP 95)，Detroi，MI，USA，S.3059-3062，Mai1995，von S.Shimauchi et al.或“A better understanding and animproved solution to the problems of stereophonic acousticecho cancellation”，Proc.IEEE International Conference onAcoustics，Speech and Signal Processing(ICASSP 97)，München，S.303-306，April 1997 von J.Benesty et.al.中阐述的那样，在立体声-或多声道-回波补偿时，由于各个传输声道相互交替影响，与单声道状态相比出现一系列附加的问题，在这种单声道的情况下一个单个自适应滤波器对于回波补偿就足够。
对于在多声道情况出现的问题的各种解决方案，尤其在论文“Stereophonic Acoustic Echo Cancellation-An Overview andRecent Solutions”；Proc.6th Int.Workshop on Acoustic Echo andNoise Control，Pocono Manor，PA，USA，S.12-19，September 1999von S.Makino et.al.中已有阐述。详细地涉及到：向扩音器信号补充统计上独立的噪音信号的非线性信号处理；应用去相关性滤波器，应用各种时间可变的滤波器技术和应用滤波器中专用自适应算法。
尤其是在按照现有认识的多声道情况中，扩音器信号部分的(不可察觉到的)去相关性的一种信号处理是需要的，以便使从自适应滤波器到真正立体脉冲响应(Raumimpulsantwort)的一个单义的会聚(Konver genz)成为可能。如已经进行的那样，回波补偿的基本设想在于，通过一定扩音器特性、一定的室内声学和一个一定的话筒特性的共同作用产生的回音路径，用数字滤波器结构来模拟。
这在下面用图3来进一步说明：按照现有技术在那里示出的回波补偿装置时，由一个多声道-音频信号处理装置1输出的音频信号，经过分离的扩音器声道LK1，...，LKD给到所分配的扩音器L1，...，LD。在扩音器声道LK1，...，LKD的每个行走路径上，各有一个声道专用预处理装置V1，...，VD。能使经过预处理装置V1，...，VD进行的音频信号，能在那里总是被单独声道专用地失真。
总是单独分配给扩音器声道LK1，...，LKD的扩音器L1，...，LD，将与收到的音频信号相符合的声音信号反射到周围的房间。
此外，设置一个话筒M，用作为声音信号的输入接口，例如一个对着话筒说话人员的通话噪音。
话筒M将接收的声音信号转换成话筒信号，将它经过一个话筒声道MK给回多声道-音频信号处理装置1去进一步处理。
由扩音器L1，...，LD反射的声音信号与房间的结构有关而重叠，扩音器L1，...，LD安装在房间中，并同样由话筒M收集。
以这样的方式得到回波信号，因为反射扩音器L1，...，LD的声音信号由话筒M收集并从那里给到多声道-音频信号处理装置1，必要时将它们再一次从这里给到扩音器L1，...，LD。
回波补偿的基本设想是，将出自扩音器L1，...，LD发射的声音信号的相互影响和它们由于房间传播条件预先规定的向话筒M的不同传播路线和得出话筒特性的“回波路径”，通过数字滤波器结构去补偿。此事的发生是由于这些数字滤波器结构为通过回波路径所预期的回波信号产生估算信号，并从包含实际回波信号的话筒信号中减去估算信号。
在现实立体脉冲响应与数字滤波器脉冲响应准确一致时，回波信号在话筒信号中被消声。
因为回波路径一般有一个很复杂、不是从一开始就知道和通常是时间上可改变的结构，必须将回波路径不断地重新，即自适应地去识别。
为此使用在图3中示出的自适应滤波器2：将经过声道LK1，...，LKD给到扩音器L1，...，LD上的音频信号，经支路A1，...，AD输送给这个滤波器。在自适应滤波器2中，使经过支路A1，...，AD输送的音频信号按照一定的适应算法与需要最佳化的加权系数(滤波系数)重叠。此时，自适应的匹配是以数学模型为基础，这些模型预先规定暂时有效的滤波系数对暂时起作用的回波路径条件的匹配。
为了在多声道情况使滤波系数有可能单义地会聚成真正的立体脉冲响应，按照现有的认识(例如与上述J.Benesty et.al.的论文比较)，为了扩音器信号部分地(声音上察觉不到的)去相关性，在图1示出的预先处理装置V1，...，VD中进行必要的信号处理。
然而，理论上和实践上都可证明，尽管有这种预先处理，用于回波补偿的花费一般随着声道数的增多而增加，而且在自适应滤波器中要重叠的单个声道信号的会聚特性随之变坏。如果使用D个不同的预先处理装置，如果音频信号的实际声道数C小于实际的声道数D，即C＜D，这就使滤波系数的会聚很慢。这种情况对于在多媒体终端设备(例如，如果用一个多媒体-终端设备作为立体声-电视机，用它收视广播，在该广播中只用一个单声道录音)中的使用是典型的。
在多媒体终端设备中为声音接口进行的多声道回波补偿，是一种相对新的应用。电话会议应用的传统方案，是为音频信号预先规定一个固定的声道数D。
相对缓慢的会聚特性，在这种情况是由于最初准确相同音频信号不充分的去相关性造成，音频信号是经过分开的音频声道来传输的。
一个已经从上面作为现有技术摘录的J.Benesty el.al.论文已知的解决方案，预先规定D个相同的非线性预处理装置，由此使所列举的问题变弱。但是因此去相关性的可能性也受到限制，尤其是各单个声道的信号主要在它们的电平上有区别时(例如在强度立体声学时)。
因此本发明的任务在于，用可变声道数去克服从现有技术已知的为多声道声音回波补偿装置的缺点。
本发明的任务尤其在于，为下面情况提供一种带有可变声道数的多声道声音回波补偿装置，在这种装置中实际利用的声道数C小于实际存在的声道数D，在这种情况由现有技术与去相关性结合出现的问题被避免。
此外本发明还有个任务在于，为下面情况提供多声道回波补偿方法，使得实际利用的声道数C小于实际存在的声道数D。
按照本发明，这些任务通过如权利要求1的一种装置以及如权利要求5的一种方法来解决。从属权利要求涉及到本发明的有利实施形式。
在一个D-声道系统(C＜D)中在重放C-声道声音信号时，本发明的回波补偿方案充分利用的事实是，音频信号的声道数是已知的(例如在一个电视信号中有立体声信息存在时)。因此就有可能，只使C＜D实际利用的音频声道通过独立工作的预处理装置去相关联。剩下的D-C扩音器信号只与C个实际利用的音频声道之一相组合(例如在单声道情况将两个扩音器信号与一个立体声系统的声道1连接)。
本发明的优点和特征也从下面与附图结合的优选实施例的说明中得出。
示出的有：
图1一个本发明用于多声道回波补偿装置的第一个实施形式的示意图；
图2一个本发明用于多声道回波补偿装置的第二个实施形式的示意图；
图3按照现有技术一个已知的用于多声道回波补偿装置的示意图。
在下面用图1为例阐述一个用于回波补偿装置的第一个实施形式。
在其中的部件是已经与现有技术结合按照图3阐述了的部件，它们有如在图3中完全相同的参考符号，下面不再进一步说明。
除了在图3中示出的部件，图1中示出的一个本发明装置的第一个实施形式还有一个声道组合装置5，它设置在D个预处理装置V1，...，VD与通向自适应滤波器2的分支线路A1，...，AD之间。
此外，在多声道-音频信号处理装置1与声道组合装置5之间设置一个数据线路8。经过该数据线路8，多声道-音频信号处理装置1向声道组合装置5传送实际要应用的声道数C，该数C可以小于总共实际存在的声道数D。
借助于声道组合装置5，总是将要得到恰好相同音频信号的多个扩音器，与一个单个的公共引线连接起来，而且是按照从多声道-音频信号处理装置1向声道组合装置5传送实际要应用的声道数C的规定。然后通过声道组合装置5，将不需要的D-C预处理装置从扩音器去耦连。在最一般的情况，这通过当时多个扩音器与声道组合装置5中的一个引线简单连接来实现。因而就将不需要的D-C预处理装置从扩音器去耦连。
换言之：
经过多声道-音频信号处理装置1的D个扩音器声道LK1，...，LKD要接收的扩音器声道信号LS1，...，LSD，在声道组合装置5中通过各个扩音器信号的重叠相互组合，使在声道组合装置的输出端只还存在C＜D独立的输出信号。
这用下面的例子说明：在从七个要输入的扩音器声道信号LS1，LS2，LS3，LS4，LS5，LS6，LS7减少到四个信号LS1，LS23，LS4，LS567的情况，使要接收的扩音器声道信号LS1和LS4不改变，而扩音器声道信号LS2和LS3组合成一个信号LS23，扩音器声道信号LS5、LS6和LS7组合成一个信号LS567。这四个要接收的信号LS1、LS23、LS4和LS567能例如如下再给到在这种情况预先规定的七个扩音器上：
LS1到L1上，LS23到L2和L3上，LS4到L4上，LS567到L5、L6和L7上。
用本发明的措施避免了附加的滤波系数会聚问题，这些问题在通常多声道回波补偿时是用扩音器信号在减少声道数时发生的。
在为了多声道回波补偿应用一个本发明的装置时，此时借助于一个声道组合装置实际只利用C＜D个音频声道，也就是能用一个D-声道的回波补偿器(D＞C)达到一个可与一个惯用的、只是C-声道的回波补偿器比较的效率。所有这些在极少的附加花费时就有可能，即提供所说的声道组合装置5。
在这种情况，本发明的方案与实际使用的适配算法、与实际使用的预先处理方法和系统的声道数D无关。
为了在C个声道时回波补偿，在一个本发明的装置中使用实际存在D个预处理装置的最多C个。
为了达到最大的效率，此时要利用恰好C个不同的预处理装置。
用图2详细说明用于回波补偿本发明的第二个实施形式。
在这个实施形式中，给在图1中示出的部件补充了一个中间缓冲器6以及一个传送逻辑电路7。中间缓冲器6经过一个双向总线导线9与一个传送逻辑电路7连接，而它由经过一个双向总线导线10与自适应滤波器2连接。此外，传送逻辑电路(Transferlogik)7经过一个单向总线导线11与声道组合装置5连接。
中间缓冲器6用于存储估算的脉冲响应，它们是由自适应滤波器2事先确定的，经过双向总线导线10输送到传送逻辑电路7并从那里经过双向总线导线9输送到中间缓冲器6。
在一个有D个扩音器声道和一个自适应滤波器2的系统中，在滤波器中为每个扩音器声道预先规定数量L的滤波系数，在中间缓冲器6中必须有足够的存储位置，以便能保存最多利用D个声道各L个滤波系数的数量，就是说必须有保存DL个估算的滤波系数的可能性。
经过总线导线11，传送逻辑电路7从声道组合装置5得到现实所利用声道的索引，声道的数量小于或等于实际供使用的声道数量D。
一个这样中间存储估算脉冲响应(滤波系数)的含义如下：如果从一个在一个运行阶段a时最初利用的声道数X换到一个与其不同且在一个运行阶段b时利用的声道数Y，然后再在一个随后的运行阶段c时返回到声道数X，则在运行阶段c开始时要能使用运行阶段A结尾已经应用的滤波系数，作为用于一个由于在此期间在房间声音中或许出现的改变所需要重新配合的起始数值。
为了做到更好地理解这种措施，例如可讨论下面的情况：在一个带有5-声道-杜比-环绕-音响设备的多媒体-电视-系统时，用5-声道音调接收某些电视播放节目(例如故事片)。其它的电视播放节目(例如广告或新闻)，例如只用两个声道音调或干脆用1-声道音调(单音调)接收。尽管如此，随后也将削减的音响声道数经过5-声道-杜比-环绕-音响设备再放出来。如上所述，这是通过将各个扩音器声道信号组合成组合信号发生的。
如果一个观众例如先看一个5-声道音调的电视节目，则为了多声道回波补偿，在应用本发明的一种装置或本发明的一种方法时，在给出的房间声音条件情况下，达到在图2中示出的自适应滤波器2中确定一定的滤波系数。如果观众例如从正在观看的5-声道音调电视节目转换到一个其它的2-声道音调(立体音调)的电视节目上，则对于有声道组合装置5输出的信号必须重新进行一个自适应配合，就是说必须在自适应滤波器2中为2-声道情况计算新的滤波系数。如果观众之后再返回到最初观看过的5-声道音调的电视节目，则需要为5-声道情况重新调整自适应滤波器。如果房间声音状况在此期间应该没有改变，则自适应滤波器2将从现在起为5-声道情况再去确定相同的滤波系数，这些系数在从5-声道音调节目转换到2-声道音调节目之前就已经存在。为了节约自适应滤波器需要的或多或少长的时间间隔，以便再去会聚适合于5-声道情况的滤波系数，能借助于如权利要求6的措施，干脆使用从5-声道节目转换到2-声道节目之前存储的、在恒定的房间声音状态时始终匹配的滤波系数，这些系数中间存储在中间缓冲器6中。
如果在直至重新转回到5-声道节目的时间间隔中，要有一个房间声音状态的改变(例如因为人员离开或进入房间)，则在实践中的出发点是，这种改变是很小的，这期间在中间缓冲器6中中间存储的滤波系数一直还相对好地适应新的房间声音状态，从而对自适应滤波器2的一个重新适应过程是很好的起始数值，这样根据预先给出的起始数值，为了达到滤波系数的一个会聚状态所需要的时间一般情况明显比，如果自适应滤波器必须用任意起始数值在改变房间声音条件情况下为5-声道音调情况适应滤波系数的一个完整重新计算为短。
这个事先确定滤波系数中间存储的方法，如果首先从较小数量利用的音频声道(例如2)转换到一个较大数量利用的音频声道(例如5)然后再返回到最初较小的数量，当然也是有意义的。
对于补偿装置，在只有C＜D个独立的音频声道时，也应用一个D-声道的自适应滤波器，因为计算能力本来就应该是为D个声道设计的，以便也能覆盖要利用所有D声道的情况。
如果其余的D-C扩音器信号与C个实际利用的音频声道之一相组合，就不再能将所有物理上正确的回波路径分开识别；然而这在这种情况也没有必要，因为直接相互连接的扩音器之间的相关性不能改变。
参考符号清单
1 多声道-音频信号处理装置
2 自适应滤波器
5 声道组合装置
6 缓冲器
7 传送逻辑电路
8 数据线路
9、10 向总线导线
11 单向总线导线
A1，...，AD 分支线路
L1，...，LD 扩音器
LK1，...LKD 扩音器声道
LS1，...，LSD 扩音器声道信号
M 话筒
MK 话筒声道
V1，...，VD 预处理装置
a，b，c 运行阶段
X，Y 所利用的声道数