BG98780A - Устройство за елиминиране на ехо - Google Patents

Abstract

Устройството за елиминиране на ехо е приложимо в областта на съобщителната техника, по-специално в цифровите телефонни системи. Чрез него се повишавастепента на динамично неутрализиране на ехото, включително при свързване на цифрова комуникационна система с аналогова и при водене на разговор едновременно и от двете страни на линията. Устройствотосъдържа буфер (154), през който сигналът на говора от далечния край х(n) се подава към три съгласуващи филтъра - начален филтър (156), филтър на състоянието (158) и елиминиращ ехото филтър (160), и към управляващ блок (152). Устройството съдържа ощетри суматора (104, 108, 150), високочестотен филтър (106) и два превключвателя (162, 164). В първия суматор (104) се сумират сигналът на говора от близкия край v(n) с ехосигнала у(n), получен като отражение на сигнала х(n) при преминаването му през непознат ехоканал (102), за получаване на сумарния сигнал r(n). Във втория суматор (150) се сумират сигналът r(n) и първи ехосигнал у(n) за получаванена първи остатъчен ехосигнал е(n), а в третия суматор (108) се сумират сигналът r(n) и втори ехосигнал у(n) за получаване на втори остатъчен ехосигнал е(n). Под действието на сигналите х(n), r(n), e(n)и e(n) управляващият блок (152) по определена програма изработва управляващи сигнали към трите съгласуващи филтъра (156, 158, 160) и към двата превключвателя (162, 164). Чрез блок за анализ на шума(166) и блок за синтез на шума (168) устройството създава възможност и за точно детектиране

Description

i. Област на изобретението

Настояшото изобретение се отнася до комуникационни системи, В частност настоящото изобретение касае новаторски и усъвършенствуван метод и апаратура за елиминиране на ехото в телефонните системи.

II. Описание на свързани с предмета на изобретението апаратури

Всеки настоящ наземен телефон е свързан към централен офис чрез двупроводна линия (наречена потребителски или абонатен кръг), която поддържа двупосочната трансмисия. Обаче за повиквания, на разстояния по-големи от 35 мили, двете посоки на предаването трябва да бъдат сегрегирани по физически разделени линии, което от само себе си резултира в четирипроводна линия. Устройството, което служи за интерфейс между дву и четирипроводните сегменти се нарича хибридна схема. Една типична дистанционна телефонна верига за далечно повикване може да се опише като двупроводна линия в абонатен кръг към локална хибридна схема, четирипроводна линия над далекопреносна мрежа към дистанционна хибридна схема, и след това двупроводна линия към дистанционен говорител.

Въпреки употребата на хибридни съоръжения за отд

Р г4 говор при предава и

несъгласува* о по импеданс

-2ридната схема може да доведе до образуването на ехо. Говорът от говорител А рефлектира от дистанционната хибридна схема (най-близката до говорител В хибридна схема) в телефонната мрежа обратно по посока на говорителя А, причинявайки говорителят А да чува дикторско ехо на неговия/нейния собствен глас. Мрежовите ехокомпенсатори следователно се използуват в наземно базираните телефонни мрежи за да елиминират ехото, причинено от несъгласуване в импеданса при хибридните схеми и обикновено се разполагат в централния офис по протежение на хибридната схема. Ехокомпенсаторът, разположен най-близко до говорител А или В, следователно се използува за да елиминира ехото от хибридната схема при другия край на повикването.

Мрежовите ехокомпенсатори, работещи в наземно-базираните телефонни системи в типичния случай са цифрови устройства, които поддържат и подпомагат предаването на цифровите сигнали. Тъй като аналоговият речеви сигнал се нуждае от конвертиране в цифрова форма, обикновено в централния офис се разполага кодер-декодер. Аналоговите сигнали, подадени от телефон А (говорител А) към централния офис се пропускат през хибридната схема А и се преобразуват в цифров вид чрез кодер-декодер А. След това цифровите сигнали се предават към централния офис В, където се подават към кодер-декодер В за преобразуване в аналогова форма. После аналоговите сигнали се свързват през хибридна схема В към телефон В (говорител В). При хибридната схема В, се образува ехо от сигналите на говорител А. Това ехо се кодира чрез кодер-декодера В и се предава обратно към централния офис А. При централния офис А, ехокомпенсаторът премахва върнатото ехо.

В конвенционалните аналогови клетъчни телефонни системи също се използуват ехокомпенсатори, които обикновено се раз-3 полагат при базовата станция. Тези ехокомпенсатори работят по подобен маниер на елиминиране на нежеланото ехо, както компенсаторите в наземно-базираните системи.

В цифровите клетъчни телефонни системи за повикване между подвижна станция и наземно-базиран телефон, речта на говорителя от подвижната станция се дигитализира като се използува кодер-декодер и тогава звукът се компресира като се използува вокодер (звуков кодер), който моделира речта в набор от параметри. Речта от вокодера се кодира и изпраща в цифров вид па въздушни вълни. Приемникът в базовата станция декодира сигнала и го пропуска чрез четирипроводна система към декодер на вокодера, който синтезира цифровия речеви сигнал от предадените речеви параметри. Тази синтезирана реч преминава към телефонната мрежа през интерфейса Т1, което е времемултиплексирана група от 24 звукови канала. По някои точки в мрежата, обикновено при централния офис, сигналът се конвертира обратно в аналогова форма и преминава към хибридната схема при абонатния кръг.При тази хибридна схема сигналът се конвертира към двупроводна линия за предаване през чифт по посока на наземно-базирания абонатен телефон.

За целите на обръщението, в клетъчните повиквания между ' подвижната станция и наземно-базирания телефон, говорителят в подвижната станция се нарича далечен-краен говорител, а говорителят при наземно-базирания телефон се нарича близъккраен говорител. Както в наземно-базираните системи, говорът на далечния краен говорител е отразен обратно от дистанционната хибридна схема в телефонната мрежа по посока на далечния-краен говорител. В резултат далечният-краен говорител, т е. подвижната станция, чува ликторското ехо на неговия/нейния собствен глас

-4Конвенционалните ехокомпенсатори в типичния случай използуват адаптивни цифрови филтърни техники. Обаче, обикновено използуваният филтър не може нормално и прецизно да отдели канала, което резултира в някакво остатъчно ехо. В такъв случай се използува ограничаващ по средно ниво ехозаглушител, който да елиминира остатъчното ехо. Ехозаглушителят преобразува сигнала в нелинейна функция. Синтезираният шум може да бъде използуван за да замени сигналните секции, които са били поставени в нулева стойност чрез ограничаващия по средно ниво ехозаглушител, за да се предпази канала от зони на замиране на звука.

Въпреки, че току-що отбелязаният подход за елиминиране на ехото е задоволите/^ен за аналоговите сигнали, този тип на обработка на остатъчното ехо създава проблеми в цифровата телефония. Както бе споменато по-преди, в цифровите системи вокодерите се използуват, за да компресират говора при предаването му. Тъй като вокодерите са изключително чувствителни към нелинейни ефекти, ограничаването по средно ниво причинява влошаване на звука в качествено отношение. Още повече, техниката за подменяне на шума причинява осезаеми вариации в нормалните шумови характеристики.

w Следователно предмет на разглеждане на настоящото изобретение е да осигури нов и усъвършенствуван ехокомпенсатор, който е в състояние да предостави висока степен на динамично елиминиране на ехото за усъвършенствуване на качеството на звука.

Друга цел на настоящото изобретение е да осигури ехокомпенсатор, в частност удобен за елиминиране на ехото при съединяването на цифрова комуникационна система с аналогова ком у н и к а ц и о н н а с и с т е м а.

- 5 По-нататъшен вече друг предмет на разглеждане на настоящото изобретение е да осигури ехокомпенсатор с усъвършенствувани ехо-елиминиращи характеристики за случаите, в които се води разговор едновременно и от двете страни на линията.

ОБОБЩЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Настоящото изобретение представлява новаторски и усъвършенствуван ехокомпенсатор за цифрови телефонни приложения. В съответствие с настоящото изобретение е изработен ехокомпенсатор, в който се идентифицира отговорът на импулса от неопознатия ехоканал, генерира се повторение на това ехо като се използува адаптивна филтърна техника, и повторението на ехото се изважда от сигнала по посока към човека, който говори в далечния край, за да се елиминира ехото от звука на далечния край.

В настоящото изобретение се използуват два адаптивни филтъра, при които размерът на стъпката на всеки филтър е специфично настроен, така че да се постигне оптимизиране на всеки един от филтрите за различни цели. Един филтър, ехокомпенсиращият филтър, изпълнява елиминирането на ехото и оптиw мизира компенсирането на ехото в зависимост от затихването и усилването (ERLE). Вторият филтър, филтър на състоянието, се използува за определяне състоянието и е оптимизиран за бърза адаптация.

Настоящото изобретение се различава значително от конвенционалните ехокомпенсатори при тяхната обработка на дублиран разговор, където двамата говорещи разговарят едновременно. Конвенционалните ехокомпенсатори не могат да детектират двойния разговор, тъй като реализацията на адаптивния

- 6филтър. който следи ехоканала е затруднена, поради това, че при него съществува изискването да се употреби нелинеен ограничител по средно ниво за да се отстрани остатъчното ехо.

Настоящото изобретение също така включва в себе си предел на адаптацията. Тази новаторска техника спира филтърната адаптация веднага при самото начало на двойния разговор, предпазвайки прецизно по този начин оценявания ехо канал и избягвайки нуждата от ограничаване по средно ниво, за да се премахне остатъчното ехо.

Като едно допълнително качество, настоящото изобретение включва усъвършенствуван метод за детекция на говора, който акуратно детектира говора дори в окръжаваща среда, съдържаща голямо количество фонови шумове. Настоящото изобретение също така използува новаторска техника, която автоматично компенсира равните закъснения в ехоканала и позволява бърза инициализация на адаптацията.

В съответствие с настоящото изобретение, касаещо ехокомпенсатора и метода за елиминиране на отразения сигнал в канала, т.е. сигналът, получен като ехо в канала, същият сигнал, получен като ехо в канала, се комбинира в ехо канала е входния обратен сигнал в канала. Ехокомпенсаторът има първи филтър, който генерира първите филтърни коефициенти, генерира първия ехо-оценяващ сигнал с първите филтърни коефициенти и коригира първите филтърни коефициенти в отговор на първия управляващ филтърен сигнал. Първият суматор изважда първия оценен ехосигнал от комбинирания обратен канал и ехосигнала, получен по канала, с което се генерира първият ехо· остатъчен сигнал. Вторият филтър генерира втори филтърни коефициенти, генерира втори ехо-оценяващ сигнал с втори филтърни коефициенти и коригира вторите филтърни константи в отговор на втория филтърен управляващ сигнал. Втори суматор изважда втория оценен ехосигнал от комбинирания сигнал, генерира втори остатъчен ехосигнал и подава към обратния канал втория остатъчен сигнал. Управляващ блок определя от получения сигнал по канала, комбинирания сигнал и първия и втори ехо-остатъчни сигнали, едно от множеството контролни състояния, от които първото управляващо състояние е индикатив на получения по канала сигнал, надвишаващ първото предварително определено енергийно ниво, в което управляващото устройство се намира на първо състояние на управление и генерира първия управляващ сигнал, който генерира и втори управляващ сигнал, когато поне едно от първите енергетични съотношения на първия ехо-остатъчен сигнал и комбинирания сигнал и второто енергетично съотношение от втория ехо-остатъчен сигнал и комбинирания сигнал надвишават предварително определено ниво.

КРАТКО ОПИСАНИЕ НА ЧЕРТЕЖИТЕ

Характеристиките, предмета и предимствата на настоящото изобретение стават по-очевидни от представената детайлна поредица описания, взети в пряка връзка с чертежите, в които се използуват съответни идентификаторни знаци за обръщение и в които чертежи съответно:

Фигура 1 е блокова диаграма, която илюстрира примерна архитектура на цифрова клетъчна телефонна система и нейния интерфейс с наземно базирана телефонна система, фигура 2 представлява блокова диаграма на конвенционален ехокомпенсатор;

-8Фигура 3 графично илюстрира областите в ехоканалния импулсен отговор:

Фигура 4 е блокова диаграма на трансферзален адаптивен филтър:

Фигура 5 е блокова диаграма на ехокомпенсатор, представен от настоящото изобретение;

Фигура 6 е блокова диаграма, илюстрираща по-нататъшни детайли на контролния управляващ б/^ок от фигура 5;

Фигура 7 представлява алгоритъм на една примерна обработка на данни за ехокомпенсиране;

Фигура 8 следи протичането на етапите, включени в напасването на параметрите при осъществяване на стъпките от фигура 7; и

Фигура 9 е поточна диаграма на етапите, включени в периодичното изчисление на функцията при стъпките от Фигура 7: и

Фигура 10 е диаграма, показваща образец на кръгов - краен буфер и първоначалната позиция на филтърния изход;

Фигура 11 е диаграма, която илюстрира изходния буфер и копирането на инициализиращите филтърни изходи във филтъра на състоянието и филтъра на ехокомпенсатора;

фигура 12 е диаграма, илюстрираща изходния буфер и максималното изместване от филтърните изходни позиции на филтъра на състоянието и ехокомпенсиращия филтър в съответствие с образците;

Фигура 13 е машинна диаграма на състоянието, илюстрираща различни състояния на ехокомпенсатора; и

Фигура 14 е текуща диаграма на стъпките, включени в състоянието на машинните стъпки от фигура?.

ДЕТАЙЛНО ОПИСАНИЕ НА ПРЕДПОЧИТАНИТЕ

ПРИМЕРНИ ИЗПЪЛНЕНИЯ

В клетъчна комуникационна система, такава като клетъчна телефонна система, която има интерфейс с наземно-базирана телефонна система, мрежовият ехокомпенсатор е разположен при базовата станция и елиминира ехото, връщащо се към подвижната станция. Ако се отнесем сега към Фигура 1, ще видим една примерна системна архитектура, въведена в цифрова телефонна система и нейния интерфейс към наземно-базирана телефонна система. Тази системна архитектура е дефинирана чрез работните елементи на подвижна станция 10, клетка или базова станция 30, подвижен телефонен превключвателен офис (MTSO) 40, централен офис 50, и телефон 60. Разбира се, че и друг тип архитектури могат да бъдат използувани за системите, които включват клетъчни системи с обикновена смяна в разположението или позицията на различните работни елементи. Също така е разбираемо, че ехокомпенсаторът от настоящото изобретение може да бъде използуван за замяна на конвенционални ехокомпенсатори в конвенционалните системи.

Подвижната станция 10 включва, измежду другите елементи, които не са показани, слушалка 12, която съдържа микрофон 13 и говорител 14; кодер-декодер 16; вокодер 18;приемо-предава-тел 20 и антена 22. Гласът на ползувателя от подвижната станция се получава от микрофон 13, където той е свързан с кодер-декодер 16 и се преобразува в цифров вид. Дигитализи-раният звуков сигнал се компресира след това от вокодера 18. Говорът на вокодера се модулира и се изпраща в цифров вид по въздушен път чрез приемо-предавателя 20 и антена 22.

'.' А“ ' <, .,ι. _:

Приемо-предавателят 20 може например, да използува цифрово-модулационна техника, такава като мултидостъп с времеразделяне (TDMA) или от разнесен по спектъра тип такива като рязко честотно отделяне (FM) или мултидостьп с разделение по код (CDMA). Пример за (CDMA) модулация и предавателна техника е разгледан в Патент на САЩ U.S. PatenN No.5,103,459, озаглавен 'Система и метод за генериране формата на вълната на сигнала в CDMA клетъчен телефон, издаден през Април 7,1992 и отнесен към правоприемника на настоящото изобретение, разкриването на който е включено чрез референция. В такава CDMA система, вокодерът 18 предимствено е от тип с променлива скорост, такъв какъвто е включен в Приложенията на САЩ - сериен No.07/713, 661, озаглавен Вокодер с променлива скорост, регистриран на 11 юни, 1991, и също така отнесен към правоприемника на настоящото изобретение, разкриването на който също е включено чрез референция.

Базовата станция 30 включва измежду другите непоказани елементи, антена 32, приемо-предавателна система 34 и MTSO интерфейс 36. Приемо-предавателната система 34 на базовата станция демодулира и декодира получените от подвижната стан· ция 10 сигнали и други подвижни станции (непоказани) и ги проЧии*· пуска към MTSO интерфейс 36 за трансфер към MTSO 40. Сигналите могат да бъдат предадени от базова станция 40 към MTSO посредством много различни методи, като микровълнова, влакнеста оптика или връзка с жична линия.

MTSO 40 включва, измежду други непоказани елементи, интерфейс 42 на базовата станция, множество от вокодерни селектори платки 44A-44N, и интерфейс 48 за превключване към обществената телефонна мрежа (PSTN). Сигналът от базова станция 30 се получава при интерфейса 42 на базовата станция и се

подава към една от вокодерните селекторни платки 44A-44N, например вокодерна селекторна платка 44А.

Всяка от вокодерните селекторни платки 44A-44N съдържа респективно вокодер 45A-45N и съответен мрежови ехокомпенсатор 46A-46N. Вокодерният декодер (не е показан), съдържащ се вътре във всеки от вокодерите 45A-45N, синтезира цифров звуков сигнал от предадените звукови параметри на съответната подвижна станция. Тези образци след това се изпращат към съответния ехокомпенсатор 46A-46N, който ги пропуска към PSTN интерфейс 48. В този пример сигналите се подават през вокодер 45А и ехокомпенсатора 46А. Синтезираните звукови W образци за всяко повикване се пропускат през PSTN интерфейс в телефонната мрежа, типично посредством жичен Т1 интерфейс, т.е. мултиплексирана по време група от 24 звукови канала към централния офис 50.

Централният офис 50 включва, измежду други непоказани елементи, MTSO интерфейс 52, кодер-декодер 54, хибридна схема 56. Цифровият сигнал, получен при централния офис 50 през MTSO интерфейс 52 е свързан с кодер-декодер 54, където се конвертира обратно в аналогов и се пропуска през хибридната схема 56. При хибридната схема 56 аналоговият, четирипроводен сигнал се преобразува в двупроводен за изпращане по чифтовете към наземно-базирания телефонен абонат 60.

Аналоговият изходен сигнал от кодер-декодера 54 също се отразява от хибридната схема 56 поради несъгласуваност в импедансите. Тази рефлекция на сигнала формира ехосигнал, насочен обратно по посока на подвижното звено 10. Пътят на ехосигнала или рефлекцията при хибридната схема 56 е показано чрез пунктирни стрелки 58.

В друга посока, двупроводният аналогов звуков сигнал от телефон 60 се провежда към централния офис 50. В централния офис 50 звуковият сигнал се преобразува в четирипроводен при хибридната схема 56 и се наслагва към ехосигнала, пътуващ към подвижно звено 10. Комбинираният сигнал-ехо плюс говор, се дигитализира при кодер-декодера 54 и преминава към MTSO 40 чрез MTSO интерфейс 52.

При MTSO 40 сигналът се получава чрез PSTN интерфейс 48 и се изпраща към ехокомпенсатора 46А, който премахва ехото преди сигналът да е кодиран от вокодер 45А. Звуковият сигнал от вокодера се направлява през интерфейса на базовата станция 42 към базова станция 30 и всички други прилежащи допълнителни базови станции, за предаване към подвижната станция

10. Сигналът, предаден от интерфейса 42 на базовата станция се получава при базова станция 30 чрез MTSO интерфейс 36. Сигналът се пропуска към приемо-предавателната система 34 за трансмисионно кодиране и модулация, и се излъчва по антена 32.

Предаденият сигнал се получава чрез антена 22 при подвижната станция 10 и се подава към приемо-предавателя 20 за демодулация и декодиране. След това сигналът се провежда към вокодер 18, където се изработват синтезирани звукови образци. Тези образци се подават към кодер-декодера 16 за цифро-аналогово преобразуване, откъдето аналоговият сигнал се подава към говорител 14.

За да се разбере напълно ехокомпенсаторът, представен от настоящото изобретение е полезно да се изпита един традиционен ехокомпенсатор и неговите недостатъци по време на работа в цифрова клетъчна окръжаваща среда. Блок-диаграма на тради-

ционен мрежови вхокомпенсатор (NEC) 100 е показана на фигура 2.На Фигура 2, звуковият сигнал от подвижната станция е набелязан като отдалечен край х(п), докато звукът от неземна- . та станция е набелязан като звук от близкия край v(n) на линията. Рефлекцията на х(п) от хибридната схема се моделира като преминаващ х(п) през непознат ехоканал 102, който произвежда ехосигнал у(п), сумиращ се в суматор 104 със звуковия сигнал v(n) от към близкия край на линията. Въпреки, че суматор 104 не е елемент, включен в самия вхокомпенсатор, физическият ефект от такова устройство дава паразитиращ резултат за системата. За да се премахне нискочестотния шумов фон, :>:·- сумата от ехосигнала у(п) и звуковия сигнал откъм близкия край ν(π) се филтрира по високи честоти през филтър 106, за да се произведе сигнал г(п). Сигналът г(п) се провежда като един вход към суматора 108 и към детекторната верига 110 в близкия край на звуковата линия.

Друг вход на суматора 108 (изваждащ вход) се свързва към изхода на адаптивен трансферзален филтър 112. Адаптивният филтър 112 получава далечния звуков сигнал х(п) и изхода от обратната връзка на ехо-остатъчния сигнал е(п) от суматора

108. При елиминирането на ехото, адаптивният филтър 112 постоянно следи импулсния отговор от ехо-пътя, и изважда отделеното ехо у(п) от изхода на филтъра 106 в суматор 108. Адаптивният филтър 112 също получава управляващ сигнал от схема 110 така, че да замрази процеса на филтърната адаптация, когато се детектира звука от близкия край.

Остатъчният ехосигнал е(п) също е изход от схема 110 и ограничителя по средно ниво 114, подтискащ ехото. Изходът от

44Λ .устройството за подтискане 114 се подава като елиминиран ехо· сигнал, когато ехо-елиминирането е в действие.

.да·'“Отговорът на ехо-импулса, може да се декомпозира в две секции, област на равното закъснение и ехо-дисперсия, както е показано на фигура 3. Областта на равно закъснение, където характеристиката е близка до нула, се причинява от двойното преминаване на сигнала в право и обратно направление за далечния край на звука, който рефлектира в хибридната схема и се връща към ехокомпенсатора. Областта на ехо-дисперсията, където характеристиката е значима, представлява ехохарактеристика, причинена от рефлексията в хибридната схема.

Ако генерираната от адаптивния филтър оценка за ехо канала точно пасва на верния ехоканал, ехото изцяло се елиминира. Обаче, филтърът в нормалния случай не е в състояние прецизно да отдели канала, което причинява известно остатъчно ехо. Устройството 114 за подтискане на ехото елиминира остатъчно, то ехо, като пропуска сигнала през нелинейна функция, която поставя в нула всяка порция от сигнала, която е попаднала под определения праг А и пропуска непроменен всеки сигнален сегмент, който лежи над прага А. Синтезиран шум може да бъде използуван за да замести онези секции от сигнала, които са били занулени чрез ограничителя по средно ниво, за да се избегне ефекта - заглушаване на канала.

Както бе отбелязано преди, въпреки че този подход е задоволителен за аналогови сигнали, обработката на остатъчното ехо причинява проблеми в цифровата телефония, където вокодерите се използуват да компресират говора за предаване. Тъй като вокодерите са специално чувствителни към нелинейните ефекти, ограничаването по средно ниво причинява деградация в

качеството на звука, докато заместването на шума причинява видима промяна в шумовите характеристики.

фигура 4 илюстрира в по-нататъшни детайли структурата на адаптивен филтър 112 от Фигура 2. Означенията на фигура 4 са дефинирани както следва:

N Филтърна поредица х(п) Образец на говор от далечния край в момент п;

hk(ⁿ) к^тия изход на филтъра в момент п;

г(п) Образец на ехо в момент п;

А у(п) Оцененото ехо в момент п; и е(п) Остатъчно ехо в момент η.

Адаптивният филтър 112 се състои от множество изходни закъснителни елементи 120^-120^.-1, множество умножители 1220-122(^.1, суматор 124 и генератор на коефициенти 126. Входният образец на говора в далечния край х(п) се явява вход както за закъснителните елементи 120ι, така и заумножителя 122оКогато следващият образец пристигне във филтър 112, най-старият пристигнал образец се отмества чрез закъснителните елементи 1202-120^.1, които същевременно са изход съответно към един от умножителите 122i-122n_i.

Генераторът на коефициенти 126 получава ехо-остатъчния сигнал е(п), който е изход от суматор 108 (Фигура 2) и генерира поредица от коефициенти ho(n)-h|sj.i(n). Тези стойности на филтърни коефициенти ho(n)-h|sj.i(n) са респективно вход за умножителите 122q-122n_i. Резултантният изход от всеки от умножителите 122()-122^. 1 се подава към суматор 124, където те

А се сумират, за да се образува оцененият ехосигнал у(п). Оце-

неният ехосигнал у(п) след това се подава към суматор 108 (фигура 2), където се изважда от ехосигнала г(п), за да се формира по този начин сигналът на остатъчното ехо е(п). В традиционния ехокомпенсатор от Фигура 2, към генератор 126 се подава управляващ сигнал, за да се осъществи корекция на коефициентите, когато няма открит от схема 110 говор откъм близкия край. Когато от схема 110 се открие едновременен говор от двата края или от близкия край, управляващ сигнал забранява обновяването на филтърните коефициенти.

Алгоритъмът, който се използува в генератора на коефи циенти 126, чрез който се адаптират изходните филтърни коефициенти, за да следят ехохарактеристиките по пътя, е така наречения нормализиран по най-малките квадрати адаптивен алгоритъм (NLMS). За този алгоритъм се въвеждат векторите:

х(п) = [х(п) х(

(1) h(n) = (h₀(n) h-|(n) h₂(n)... h_N-i(n)J (2) векторната квадратична подматрица между h(n) и х(п) се дефинира като:

ch(n) х(п)> = У hi(n (3)

Формулата на адапционния алгоритъм се дава като:

h(n

където:

h(n) х(п) е вектор на изходния коефициент, е референтният входен сигнален вектор, е ехо-остатъчният сигнал.

(4) μ е размер на стъпката,

Ехх(п) е енергийната оценка, изчислена като сума от квадратите на N^Te най-нови образци, където:

N-1 ²

Ехх(п) = £[х(я-/)] (б) (-1

Главните предимства на този алгоритъм (4) са, че има малки изисквания за изчисляването му в сравнение с други адаптивни алгоритми и неговите свойства по отношение на стабилността са добре разбираеми. Може да се гарантира и доб- ра конвергенция чрез подходящ съответен избор на размера на стъпката (0</z<2) с /2=1, което осигурява най-бързата конвергенция. По-малки размери на стъпката осигуряват по-голяма степен на елиминиране в стабилно състояние с цената на скоростта на конвергенцията.

Би трябвало да се отбележи, че сигналът ν(η) от говора на човека, стоящ в близкия край не се включва в сигнала на остатъчното ехо е(п), защото работата на адаптивния филтър 112 се забранява от детекцйонната схема 110 на близкия гово^w рящ край, когато се детектира говор от близкия край.

В допълнение, за да се осигури сигнал *позволено за работа* към филтър 112, схема 110 може също така да генерира и подава стойности от Εχχ(η) към филтър 112 в управляващ вход. По-нататък стойността waji^ типично се фиксира в генератор 126 или фиксираната стойност се подава от схема 110 в управляващия вход.

Най-трудният проблем за проектиране при ехо-елиминирането е детекцията и управлението на едновременния говор от

Ф 1¾ · · I Л *▼ ^Ч 1/ЛГ ^Ч ί Й П ^л П »4 1*4 9 ft Л f* ^4 ГЧ лч fee w· fee ·· в I fee .-— fee л fee . * ос ι с v ipctriH, ι .6., λΟί gi i и hi Дос ι с домили ι иоирл ι сДниорсмснно. Като противовес на (IOX) превключване за активиране на звука, което позволява само симплекс комуникация, ехокомпенсаторът предпазва дуплекс комуникацията и може продължително да елиминира ехото от далечно говорящия човек, по времето когато говори човекът от близкия край. За да се предпазят филтърните коефициенти от изкривяване от страна на близкоговорящия, филтърните изходи трябва да бъдат замразени, за да се избегне дивергенция от трансферните характеристики на актуалния ехо канал.

Позовавайки се обратно към Фигура 2, детекторната схема 110 на близкия край може да използува енергийни стойности от х(п), г(п) и е(п), за да определи кога се появява говора от близкия край. Класическият метод за детекция на едновременен говор сравнява краткотрайните средни енергии на х(п) и г(п) като използува познанието, че загубата на ехо-пътя през хибридната схема е около 6 dB. Ако загубите на хибридната схема паднат под 6 dB, се декларира говора откъм близкия край. Обаче, експериментални изследвания показват, че при този метод има недостиг на чувствителност. Широката динамична област от звукове от близкия край v(n) води понякога при този метод до липса на детекция, причинявайки така изкривяване на филтърните коефициенти.

Друг популярен метод за детекция на едновременен разговор проверява кратковременните загуби на възвръщащото се ехо (ERLE), което се дефинира като;

ERLE (db) + 10 log (σ_γ.2/σθ²) (6) където:

σρ е вариация от у(п),

Ццг·Ццг·-

а_е ² е вариация от е(п) и тези вариации приблизително използуват кратковременните енергийни средни:

*у² = V[v(«-0]² (7)

(8)

ERLE представлява количеството от енергия, която се премахва от ехото, след като то е пропуснато през ехокомпенсатора. Този метод на детекция на едновременния говор сравнявайки кратковременните енергийни оценки от г(п) и е(п) декларира едновременен говор ако краткотрайният ERLE падне под някакъв предварително дефиниран праг, например такъв като 6 dB. Въпреки, че този метод осигурява по-голяма чувствителност, той налага леко закъснение преди детекцията на началото на говора в близкия край, причинявайки оценката на ехоканала да бъде леко повредена преди адаптацията да е замразена. Този недостатък изисква употребата на допълнителна техника, която да отстранява остатъчното ехо. Следователно, желателно е да се намери усъвършенствуван метод, при който оценката на ехоканала при едновременен разговор да бъде предпазена по начин, по който настоящото изобретение осигурява това.

При употребата дори на тези енергийно сравняващи методи при детекцията на едновременен разговор, високите нива от Фоновия шум, частично в среда на клетъчни повиквания, могат да създадат трудности при точността на детекцията на едновременния разговор. Следователно, желателно е да се използува усъвършенствуван метод на детекция на едновременния разговор при наличие на високи нива на фоновия шум, което се осигурява в настоящото изобретение.

Нека се обърнем сега към Фигура 5, която е блок-диаграма и илюстрира едно примерно предпочитано изпълнение на мрежови ехокомпенсатор (NEC) 140 от настоящото изобретение. В примерното внедряване, NEC 140 е конфигуриран като цифров сигнален процесор, такъв като моделите от сериите TMS 320 СЗХ цифрови сигнални процесори, произведени от Texas Instruments в Dallas Texas. Би трябвало да е разбираемо, че другите цифрови сигнални процесори могат да бъдат програмирани да функционират в съответствие с проповядваното тук. Алтернативно.

г* други въвеждания на NEC 140 могат да бъдат конфигурирани от дискретни процесори или от интегрални схеми от типа (ASIC), пригодени за специфични потребителски приложения.

Би трябвало да се разбере, че примерното предпочитано изпълнение, NEC 140 е по същината си автомат на състоянията, £ който притежава дефинирани функции за всяко едно от състоянията на работа. Състоянията, в които NEC 140 работи са тишина. говор от далечния край, говор от близкия край, едновременен говор и заглъхване на канала. По-нататъшни детайли по работата на NEC 140 са описани по-късно в настоящия материал.

f На Фигура 5, както беше и при фигура 2, звуковият сигнал от подвижната станция се набелязва като говор от далечния край х(п), докато звукът от наземната страна се отбелязва като говор от близкия край v(n). Рефлекцията на х(п) от хибридната схема е моделирана така, че х(п) преминавайки през неопознат ехоканал 142 да произвежда ехосигнала у(п), който се сумира при суматор 144 с v(n) сигнала - говора от близкостоящия край. Въпреки, че суматор 144 не е включен като елемент в самия ехокомпенсатор, физическият ефект от такова устройство се. явява паразитиращ резултат за системата. За да се премахне нискочестотния фонов шум, сумата от ехосигнала у(п) и сигнала от близкостоящия край v(n) се филтрира по високи честоти ~£Ί~ през филтъра 146, за да се произведе сигнал г(п). Сигналът г(п) се подава като един вход към всеки от суматорите 148 и 150 и управляващия блок 152.

Входният звуков сигнал от отдалечения край х(п) се съхранява в буфер 154 за да се подаде от там като вход към поредица от трансферзални адаптивни филтри (инициализиращ филтър 156, филтър на състоянието 158 и ехокомпенсиращ филтър 160), и управляващия блок 152. В примерното предпочитано изпълнение инициализиращият филтър 156 има 448 филтърни коефициенти или изходи, докато всеки от филтрите - филтърът на състоянието 158 и ехокомпенсиращият филтър 160 имат по 256 изхода.

По време на първоначалната работа на NEC 140, звуковите образци х(п) се подават към инициализиращия филтър 156 за първоначална ехокомпенсация и регулиране на ехозакъснението под контрола на управляващия блок 152. По време на този период на първоначална обработка, филтърът на състоянието 158 и ехокомпенсиращият филтър 160 са поставени в неработно състояние от управляващия блок 152. Изходният сигнал У|(п) от първоначалната ехокомпенсация от инициализиращия филтър 156 се подава през филтърен превключвател 162 към суматор 148. В суматора 148 сигналът ytfn) се изважда от сигнала г(п), за да се изработи първоначалната оценка на ехо-остатъчния сигнал е(п). филтърният превключвател 162 под контрола на управляващо устройство 152, избира между изхода от инициализиращия филтър 156 и ехокомпенсаторния филтър 160 за да подаде вход към суматор 148.

Както бе отбелязано преди, процесът на напасване на ехозакъснението се изпълнява по време на периода на инициализация на NEC 140. В този процес филтърните изходни коефициенти или изходите на инициализиращия филтър 156 се подават към νπη,4Ρ,ΛΰΡ.4ΐ ПИЯ блок 15? ЗЯ ΠΡΊ ЯПМИНИПЯНЯ МЯ ИЗХПП14ГР С НДЙ'ГО· j ------···'· ......

леми стойности. Този процес се използува за да се отличи областта на равните закъснения от областта на еходисперсията на сигнала.

При завършването на процеса на регулиране на ехозакъсненията, 256 изхода от инициализиращия филтър 156 се копират в изходите на филтъра на състоянието 158 и ехокомпенсиращия филтър 160, както е описано по-долу в по-големи детайли. Резултатът от процеса на регулиране на ехозакъсненията осигурява щото адаптивната филтрация да се прояви над образците х(п), които съвпадат с еходисперсионната област на сигнала г(п). След тази инициализация, филтърът на състоянието 158 и ехокомпенсаторният филтър 160 се привеждат в работно състояние и първоначално използуват изходите, подадени от филтър 156. Всички бъдещи адаптации се базират на генерираните вече изходи.

По време на периода на нормална работа на NEC 140, сигналът у-|(п) е изход от филтъра на състоянието 158 към един вход на суматор 150, където той се изважда от сигнала г(п>. Резултантният изход от суматора 150 е сигнал еf (η), който се явява вход към управляващото устройство 152. Изходът от ехокомпенсиращия филтър 160, който е ехоотделения сигнал. у(п), се подава през филтърния превключвател 162 към един вход на суматор 148, където той се изважда от сигнала г(п). Резултантният ехоостатъчен сигнал е(п) - изход от суматор 148. се подава обратно като вход за управляващото устройство 152.

Ехоостатъчният сигнал е(п) като изход от суматора 148 може директно да се подаде като изход от NEC 140 или през допълнителни обработващи елементи. Както по-късно ще бъде дискутирано в по-нататъшни детайли, управляващият блок 152 също изпълнява управляващи функции над адаптацията на филтъра на с ъ с т о я н и е т о 158 и е х о к о м п е н с и р а ш и я ф и л t ъ р 160.

-£5 В настоящото изобретение характеристиките за шумовия анализ/синтез могат да бъдат осигурени в изхода на NEC 140. Това качество се поддържа от изходния превключвател 164, блока за анализ на шума 166 и блока за синтез на шума 168. Изходният превключвател 164 и блокът за анализ на шума 166 получават изходен сигнал е(п) от суматор 148 Блокът за анализ на шума 166. под контрола на управляващия блок 152, анализира сигнал е(п) и осигурява изход от анализа към блока за синтез на шума 168. Блокът за синтез на шума 1628 генерира синтезиран шумов сигнал s(n) базиран на анализираните характеристики на сигнала е(п). Изходът от блока за синтез на шума 168 след това се подава към изходния превключвател 164. През изходния превключвател 164, който е под управлението на управляващия блок 152, изходът от NEC 140 се подава или като сигнал е(п) директно от суматор 148 или като синтезиран шумов сигнал s(n) от блока за синтез на шума 168.

Главното за типичния телефонен разговор е. че той се провежда в режим, в който само един е говорещия в дадено време. Когато говори само този, който е в далечния край на линията, NEC 140 използува свойствата анализ/синтез, за да отстрани изияло ехото като замества ехо-остатъчния сигнал е(п) със синтезиран шумов сигнал s(n). За да се предпази говорещия в далечния край от детекция на каквато и да било промяна в характеристиките на сигнала, шумът се синтезира, за да се съгласуват мощността и спектралните характеристики на актуалния фонов шум по време на повечето чести периоди на затихване като за целта се използува техниката на линейното прогнозиране (LPC). Този метод на синтезиране на шума по-късно е дискутиран в настоящия материал с по-нататъшни подробности Той ефективно елиминира единичния говор като проектно обсъждане тъй като позволява оптимизация на NEC 140 за двоен едноаре менен разговор. По-късно свойствата на шумовия анализ/синтез ще бъдат описани в по-нататъшни подробности.

Като допълнително свойство на настоящото изобретение, също би могло да се изгради едно усилвателно стъпало, както е илюстрирано в примерното предпочитано изпълнение от Фигура

5. При въвеждането на това свойство, променливият усилващ елемент 170 се поставя на входа на звуковия сигнал от далечния край х(п) към NEC 140. Входният звуков сигнал при отдалечения край х(п) се подава през стъпалото с променливо усилване 170 към буфера 154 и неопознатия ехо-канал. Управляващото устройство 152 осигурява в комбинация със стъпалото с променливото усилване 170 автоматично усилване на граничните сигнали, които биха могли в противен случай да повлияят на нелинейния подход при неопознатия ехоканал 142. Управляващият блок152 и стъпалото с променливо усилване 170 също служат да намалят времето на конврегенцията за процеса на филтърна адаптация. Отново по това свойство ще бъдат дадени по-подробни описания по-назад в настоящия материал.

Както е илюстрирано в примерното приложение на настоящото изобретение, два независими адаптивни филтъра, филтър 158 и 160, следят неопознятия ехоканал.Докато филтър 160 изпълнява актуалната ехокомпенсация, филтър 158 се използува при управляващия блок 152 за определяне кое от няколкото състояния на NEC 140 тр,чбва да бъде използувано в работа. По тази причина към филтрите 158 и 160 респективно се отнасят като към филтър на състоянието и ехокомпенсиращ филтър. Предимството на този подход е,че филтърните коефициенти на ехокомпенсиращия филтър 160. които моделират неопозна-тия ехоканал 142, могат да бъдат предпазени по-ефективно без да съществува риск от деградация откъм звука на близкия край на линията Linno глллггч ν о ο ιζτ a i.t ο т ιλ мч л т о щ βνΛΐ^.υη * η пплс l^zti. т ι р ui w AtriMMf; i ι rirxri i v iivA υΑνκύί НчЛи. πμυοηι c« ι на настоящото изобретение избягва нуждата от ограничение на средно ниво.

Управляващият алгоритъм, включен е управляващия блок 152, който следи функционирането на двата филтъра 158 и 160, е оптимизиран така, че да запази характеристиките на оценения ехоканал при двоен едновременен разговор. Управляващият блок 152 включва и изключва адаптивните филтри 158 и 160 в подходящо време, регулира размера на стъпката на двата филтъра и регулира усилващия блок 170 на х(п) за да позволи бърза първоначална адаптация.

фигура 6 илюстрира (под. формата на функционална блокдиаграма) по-нататъшни детайли по управляващия блок 152 от фигура 5. Във Фигура 6, управляващият блок 152 се състои от автомат на състоянието и процесно управляващо устройство 180,, блок за изчисляване на енергията 182, блок за диференциални енергийни стойности 184, блок за променлив адапционен праг 186, автоматично усилващо управляващо устройство 188 и блок за изчисление на равното закъснение 190.

Автоматът на състоянието 180 изпълнява всички функции на автомат на състоянието, както е илюстрирано в съответствие с Фигура 14. и различни управляващи функции над целия процес, така както е показано съгласно Фигура 7. Автоматът на състоянието 180 контролира инициализиращия филтър 156 и блока за изчисляване на равното закъснение 190 по време на инициализацията на NEC 140. Автоматът за състояние 180 управлява филтъра на състояние 158 и ехокомпенсиращия филтър 160 в съответствие с инициализиращите настройки, управлението на адаптацията и управлението размера на стъпката. Автоматът на състоянието 180 също упражнява контрол върху блока за анализ на шума 166 и превключвателите 162 и 164 Автоматът на състоянието CbLllO ТПКа ПОСТАВЯ р ппбптнп СЪСТОЯНИЯ За пппмен ливи прагове на адаптацията 186 за да може автоматът за състояние да упражнява адаптивен контрол върху ехокомпенсиращия филтър 160. Автоматът на състоянието 180 също получава сигналите е(п) от суматора 148 и е1(п) от суматора 150 за респективното им отвеждане към ехокомпенсиращия филтър 160 и филтъра на състоянието 158. Като алтернатива сигналите е1(п) и е(п) могат да се подадат директно към филтъра на състоянието 158 и ехокомпенсиращия филтър 160.

Блокът за изчисляване на енергията 182 получава примерни стойности за х(п) от кръговия буфер 154, г(п) от HPF 146, е(п) W от суматора 148 и е1(п) от суматора 150; и изчислява различни стойности, както ще бъде дискутирано по-късно тук за подаването им към блока за диференциране величината на енергията 184 и автомата на състоянията 180. Блокът за диференциалните величини на енергията 184 използува енергийни стойности, изчислени в блока за изчисляване на енергията 182 за сравняване с праговите нива така, че да се определи дали в момента говорът е от блозкия и/или далечния край. Резултатът от това детерминиране се подава на автомата на състоянията 180.

Блокът за изчисляване на енергията 182 изчислява енергийните оценки на всяка стъпка, за филтрите 158 и 160. Тези енергийни оценки се сравняват като сума от квадратите на найчесто срещаните образци. Двете измервания на енергията Е_х(п) и Е_хх(п), върху сигнала х(п) в момент п се изчисляват респективно от 128 и 256 образци и могат да бъдат изразени в съответствие със следните уравнения:

Εχ(η)

(δ)

255

Εχχ(η) = (10)

1-0

По подобен начин, блокът за изчисляване на енергията 182 изчислява енергийните оценки Е_г(п), Е_е(п) и Е_е-|(п) в момент η респективно за сигналите г(п), е(п) и е^п) в съответствие със следните уравнения:

127

Er(n) ” Σ> -Of 1-0	(11)
137
Ee(n) = ΣΜ»-0ί 1 -ύ	(12)
127
Ее1(п) = ΣΜ(«	(13)

Блокът за изчисление на енергията 182 също изчислява загубите на хибридната схема в момент n, Hloss(n), в съответствие със следните уравнения:

Hloss(n) (dB) = 10 log₁₀[ E_x(n)/E_r(n) (14)

Компенсирането на ехото в зависимост от затихването и усилването (ERLE) на ехокомпенсиращия филтър 160 се изчислява чрез блока за изчисляване на енргията 182 в съответствие със следното уравнение:

ERLE(n) (dB) = 10 log₁₀[E_r(n)/E_e(n) (15) с компенсиране на ехото в зависимост от усилването и затихването на филтъра на състоянията 158 (ERLE1) също изчислено от изчислителния блок за енергията 182 в съответствие със следното уравнение:

ERLEI(n) (dB) = 10log₁₀[E_r(n)/E_e1(n) (16)

За да се избегнат нелинейности в ехосигнала. причинени от ехокандла. е желателно да се ограничи пристигналата стойност на образеца х(п) до стойност, по-малка от предварително зададен праг .близък до максимума. Блокът за автоматично усилване 188 в комбинация със стъпалото с променливо усилване 170 постига този резултат. Блокът за автоматично усилване 188, който получава образците х(п) от кръговия буфер, подава усилващ управляващ сигнал към променливия уси/^вателен елемент 170 така, че да ограничи стойността на образците, когато те са неочаквано големи.

Блокът за изчисляване на равното закъснение 190 под контрола на автомата на състоянията 180 по време на инициализацията на NEC 140 изчислява равното закъснение от инициализиращия филтър. След това блокът за равно закъснение 190 подава информация за отместването спрямо началото на кръговия буфер към филтъра на състоянието 158 и ехокомпенсатора 160, за да се отчете периода за равното закъснение за повикването.

В примерното предпочитано изпълнение на мрежовия ехокомпенсатор на настоящото изобретение, се използува три елементен подход, за да се решат проблемите на детекцията/управлението при двойния едновременен разговор. В съответствие настоящото изобретение използува (1) два независимо адаптивни филтри с различни размери на стъпките; (2) променлив праг за превключване на филтърната адаптация в състояние включено и изключено; и (3) диференциален алгоритъм за енергиите за детекция на говора.

NEC 140 използува два независимо адаптиращи NLMS адаптивни филтри. Противно на други двуфилтърни подходи, NEC 140 не се превключва обратно и напред между използуваните филтри 158 и 160 за ехокомпенсация, нито пък разменя изходна инфор мация между двата филтъра в стабилно работно съсътояние. Двете тези предишни добре познати техники предизвикват преходни процеси, което води до нежелано 'изтикване на елемента от кръговия буфер* в изхода на ехокомпенсатора. В настоящото изобретение ехокомпенсиращия филтър 160 винаги изпълнява актуалната ехокомпенсация, докато филтърът на състоянието 158 се използува чрез управляващ алгоритъм, включен в автомата на състоянията 180, за да отличи различните състояния на компенсатора. Този новаторски метод с два филтъра позволява използуването на консервативна адаптивна стратегия за ехокомпенсиращия филтър 160. Ако контролният алгоритъм е 'несигурен* в кое точно състояние компенсаторът би трябвало да заработи, той изключва адптацията на ехокомпенсиращия филтър 160, доката в същото време филтърът на състоянията 158 продължава да адаптира. Автоматът за състоянията 180 използува статистически събраните данни от филтъра на състоянията 158, които са от помощ при детерминирането на дадено състояние. Размерът на стъпките на адаптивните филтри се напасва така, че ехокомпенсиращият филтър 160 получава високо ERLE в стабилно състояние, докато филтърът на състоянието 158 реагира бързо на всякакви промени при отговорите на ехоканала. Като се дава възможност двата филтъра 158 и 160 да адаптират едновременно по току-що споменатия маниер, се повишават цялостните експлоатационни качества на ехокомпенсатора.

Всеки един от филтрите на състоянията 158 и ехокомпенсиращия филтър 160, както и инициализиращия филтър 156 са конструирани по начин, който беше представен с позоваване на справка към фигура 4. Всеки от двата филтъра на състоянието 158 и ехокомпенсиращият филтър 160 съдържат 256 изхода за да отчитат за 32 ms продължителността на еходисперсията при 8 — зрkHz примерна скорост. Трябва да се разбере, че за филтъра на състоянията 158 и ехокомпенсиращия филтър 160 могат да се използуват по-голям или по-малък изход в зависимост от продължителността на еходисперсията и примерната скорост. Буферът, съхраняващ образците 154 съдържа 512 образеца на говор от далечния край така, че да отчита за временен период 64 ms на равното закъснение и еходисперсията за повикването, направено през територията на континента в САЩ. За да се управляват различните стойности на равното закъснение, отброени в индивидуалните телефонни повиквания, ехокомпенсаторът от настояW щото изобретение автоматично определя равното закъснение и отмества филтърните изходи за да максимизира броя на работещите изходи върху областта на дисперсията. Следователно, ехокомпенсаторът от настоящото изобретение управлява ехоотговорите на област от 0 до 32 ms без отместване, и от 32 до 64 ms с максимално отместване на закъснението. Би трябвало да се разбере, както е добре известно в тази област на техниката, по отношение на цифровите сигнални процесори, и въведените в тях обработващи техники, че инициализиращият филтър 156 може да бъде използуван да формира филтрите 158 и 160. По време на завършване на инициализацията, инициализиращият филтър 156 може да бъде ’разчупен* на два филтъра 158 и 160 с независими генераторни коефициенти. По-нататъшни детайли по качествата на инициализацията се дискутират в настоящото изложение подолу.

За да се запазят филтърните коефициенти на ехокомпенсиращия филтър 160 в началото на двойния разговор, NEC 140 използува променлив адаптивен кръг (отбелязан като VT), за да включи и изключи адаптацията на ехокомпенсиращия филтър 160. Променливият праг на адаптацията (VT) се изчислява чрез

блок на променливия праг на адаптацията 186 и подава измисления вече праг към автомата на състоянията 180. Управляващият алгоритъм позволява ехокомпенсиращият филтър 160 да адаптира ако или филтърът на състоянието 158 или ехокомпенсиращият филтър 160 имат ERLE по-голямо от VT. Ако се обърнем отново към Фигура 4, управляващият вход, подаден към генератор 126 съдържа разрешителен сигнал от управляващия блок 152, който позволява на генератора на векторни коефициенти 126 да обнови филтърните коефициенти за филтърна адаптация. В случай, че ERLE на двата филтъра е по-малък от VT, автоматът на състоянията 180 забранява на генератора на векторни коефициенти 128 да подава корекция в коефициентите. В такъв случай векторният генератор на коефициенти 128 издава на изхода си съществуващите вече до момента коефициенти, докато адаптацията бъде отново разрешена. Управляващият вход също подава други параметри на генератора на векторни коефициенти 126, такива като величините μ, Е_хх(п), е(п), от Уравнение (4).

Във фигура 6, ERLE за филтъра на състоянията 158 е изчислен в изчислителния блок на енергиите 188 съгласно Уравнение (6), използувайки величини на г(п) и е^п). По подобен начин изчисляването се прави в изчислителния блок 182 за ехокомпенсиращия филтър 160 със стойности на г(п) и е(п). В блока за променлив праг на адаптацията 186, VT се инициализира чрез автомата на състоянията 180 към първоначален минимален праг, който в примерното предпочитано изпълнение е 6 dB. Обработката на прага в блока за променлив праг на адаптацията 186 може да бъде описана чрез следващия С - код:

-32if (ERLE > VT + 6 dB) {

VT = MAX [ VT, (ERLE - 6 dB)];

} else if (ERLE < MT - 3 dB){

VT = MT;

i j

Тъй като ERLE повишава предишната си стойност (VT+-6dB), прагът на адаптация също ое повишава, оставайки 6 dB под пиковото ERLE. Тази 6 dB-лова граница отчита степента на променливост на ERLE. Автоматът на състоянията 180 позволява на ехокомпенсиращия филтър 160 да продължи адаптацията, ако ERLE на някой от филтрите 158 и 160 е в рамките на 6 dB от последния пик на ERLE. Ако ERLE спадне 3 dB под минималния праг, прагът на адаптацията се изчиства до стойността на минималния праг. Предимството на този подход се съсътои в това, че адаптацията на ехокомпенсиращия филтър 160 незабавно спира в началото на двойния разговор. Например, да предположим, че само говорителят от далечния край говори и последния пик на ERLE е при 34 dB. Веднага след като говорителят от близкия край заЧ* почне да говори, ERLE спада и филтърната адаптация се спира щом като ERLE стигне 28 dB. Класическите детектори за говор откъм близкия край няма да отсрочат адаптацията, докато ERLE падне под 6 dB, което позволява ехоканалът да бъде оценен като леко повреден. Следователно чрез строго запазване на характеристиките на ехоканала, настоящото изобретение постига позначително отклонение на ехото в двойния разговор като при това избягва влошаването на качеството на звука, свързано с ограничаването по средно ниво, което се използува в традиционните ехокомпенсатори.

-33В примерно предпочитано изпълнение на настоящото изобретение се предпочита щото ERLE на двата филтъра 158 и 160 да спадат под VT преди адаптацията на филтъра 160 да е спряна. Тази характеристика на управляващия алгоритъм подпомага различаването на началото на двойния разговор от нормалните промени на всяко измерване на ERLE, защото ERLE на двата филтъра спада непосредствено при започването на двойния разговор.

По-нататъшен аспект на настоящото изобретение е това, че тъй като филтрите 158 и 160 получават конвергенция, стойността на минималния праг за VT нараства от първоначалната настройка. Тъй като минималният праг за VT нараства е необходимо повисоко ERLE преди ехокомпенсиращия филтър 160 да е адаптиран.

За да се предпазят високите нива на шумовия фон от интерференция с операцията детерминиране на състоянието, ехокомпенсаторът на настоящото изобретение използува върху сигналите х(п) и е(п) алгоритъм на диференциалните енергии. Този алгоритъм, вграден в блока за диференциални енергийни величини 184 и автомата на състоянията 180, описан в подробности поназад в настоящия материал, непрекъснато контролира нивото на шумовия фон и го сравнява с енергийния сигнал, така че да ® се определи дали говорителят приказва. Блокът за диференциални енергийни величини 184 в примерното предпочитано изпълнение изчислява три прага Tj(Bj),T2(Bj) и Тз(В|), които са функции от нивото на фоновия шум Bj Ако енергията на сигнала х(п) превишава всичките три прага, се определя, че говорителят разговаря. Ако енергията на сигнала надвишава T-j и Tg, но не и Т3, определението е, че говорителят вероятно издава безгласен звук, такъв като звука *sp* в думата ’speed*. Ако енергията на сигнала е по-малка от трите прага, определението е, че гово-

- 34рипалят не говори. Една примерна обобщена диаграма на обработка на данните за образците в ехокомпенсатора от настоящото изобретение е показана по-долу на Фигура 7.

Алгоритъмът, под управлението на автомата на състоянието 180 първо инициализира блок 200 и после пръв получава образците с най-ниско м от образците х(п) и v(n), блок 202, които след това се преобразуват съответно в техните линейни стойности, блок 204. Образецът v(n) след това се пропуска през високочестотен филтър (HPF), за да се получи образец г(п), блок 206. HPF филтърът 146 от Фигура 5, който елиминира остатъчния DC и нискочестотен шум е цифров филтър, конструиран съгласно добре познатата цифрова филтърна техника. HPF в типичния случай се конструира като елиптичен филтър от трети порядък с характеристики: лента на спиране 120 Hz с противофилтрационна завеса с 37 dB отклонение и лента на пропускане от 260 Hz с противофилтрационна завеса 7 dB лека пулсация. HPF в типично изпълнение представлява каскада от първи и втори порядък от директен тип с коефициенти, показани в Таблица I както следва:

ТАБЛИЦА !

А(1)	А(2)	В(0)	В(1)	В(2)
-.645941	0	.822970	-.822970	0
-1.885649	.924631	1.034521	=2.061873	1.034461

След това, средните на енергията Е_х(п) и Е^п) се обновяват за образеца на сигнала х(п), блок 208. Средното на енергията Е_г(п) в последствие се коригира за сигналния образец

-35' г(п) успоредно с изчисляването на загубите на енергия Hloss(n) на хибридната схема, блок 210.

Изходът от адаптивния филтър 158 (фигура 5), т.е. стойносттаГсе изчислява , блок 212, като след това се детермини- ра с остатъчното ехо , блок 214. След това се обновяват ERLE1 и средното на енергията за филтъра 160 (фигура 5), изчислява се стойността , блок 218, детерминира се с остатъчното ехо, блок 220. Тогава се обновяват ERLE и средното на енергията _е за филтър 160, блок 222. Би трябвало да се разбере, че определени стъпки, зададени в блоковете 208 - 222 могат да бъдат изпълнени в друг, различен порядък както се диктува от стойностите, изискващи се за по-нататъшните след-ващи стъпки в обработката. Нещо повече, определени стъпки могат да бъдат изпълнени в паралел, такива като стъпките 212 - 216 и 218 - 222. Следователно, последователността на обработ-ка, дискутирана тук с позоваване към Фигура 7, е по-скоро един примерен ред на стъпките на обработката.

При завършването на предишните стъпки се извършва настройка на параметрите на стъпката, блок 224, като тази стъпка от обработката е описана в по-големи детай/<и в съответствие с Фигура 8. При завършване стъпката, настройка на параметрите се изпълнява стъпка - периодична функция, блок 226, като тази стъпка е описана по-подробно в съответствие с Фигура 9. След прикл/чване на периодичната функция се изпълнява стъпка на действие на автомата на състоянието, блок 228, като тази стъпка е описана в по-нататъшни детайли в съответствие с Фигура 14. След завършване на стъпката на автомата на състоянията, обработката се повтаря с връщане към точка А в последователността на обработка на данните.

-36Диаграмата - последователност на обработката на Фигура 8, илюстрира в по-нататъшни детайли настройката на параметрите на блок 224 от фигура 7. По време на стъпката - настройка на параметрите, се обновяват размерът на стъпката на филтъра, променливият праг, което става по време на изпълнение на ехокомпенсирането.

И двата филтъра - филтърът на състоянието 158 и ехокомпенсиращият филтър 160 (фигура 5) се инициализират от автомата на състоянието 180 в началото на операцията чрез подава4» не на управляващ вход към генератора на филтърни коефициенти с размер на стъпката (μ1 = μ2 = 1). Тази инициализация на филтрите на това ниво позволява бърза първоначална конвергенция. При достигане на стъпката - настройка на параметрите се използува алгоритъм за начална настройка на параметрите. В този алгоритъм за установяване на началните условия, детерминирането се извършва в зависимост от това дали поредицата от управляващи елементи от μ,2 за ехокомпенсиращия филтър е поголяма от фиксираната стойност 0.5, блок 250. Ако е така, детерминирането се прави в зависимост от това дали ERLE е поголямо от 14 dB, блок 252. Ако ERLE не е по-голямо от 14 dB, така както е при започване на получаването на конвергенция от канала, броячната стойност (Scount counter) се занулява (Scount = 0), блок 254, и стъпката за настройка на параметрите завършва за този образец с подпрограма, чийто край излиза на точка С.

Ако ERLE бъде определено, че е по-голямо от 14 dB, броячът се увеличава, блок 256. Детерминирането се извършва в зависимост от това дали стойността на Scount е била увеличена до стойност на брояча 400, блок 258. Ако Scount е по-малко от броячна стойност 400, се изпълнява стъпка - настройка на пара метрите за този образец и подпрограмата приключва в точка С.

-33Обаче, ако резултатът от детерминацията в блок 258 за стойността на Scount е такъв, че е равен на броячна стойност 400, което съответствува на ERLE по-голямо от 14 dB за 50 ms (последователно), размерът на стъпката (μ1) на филтъра на състоянието се отмества до 0.7 и размерът на стъпката (μ2) от ехокомпенсираиция филтър се отмества на 0.4, блок 260. Също така в блок 260 броячът Scount се занулява. Настройката на параметрите след това завършва за този образец с подпрограма, излизаща на край в точка С.

Ако в блок 250 управляващата елементите поредица стойности μ2 за ехокомпенсиращия филтър е определена да бъде поголяма от фиксираната стойност 0.5, се активира междинен алгоритъм. В този междинен алгоритъм детерминирането се извършва в зависимост от това дали стойността на μ2 е по-голяма от 0.2, блок 262. Ако е така, детерминирането се извършва в зависимост дали ERLE е по-голямо от 20 dB, блок 264. Ако ERLE не е по-голямо от 20 dB, стойността на Scount се занулява (Scount = 0), блок 266, и за този образец настройката на параметрите приключва с изход от подпрограмата в точка С.

Ако ERLt е детерминирано да бъде по-голямо от 20 dB, броячът нараства, блок 268. Детерминирането се извършва съобразно това дали броячната стойност се е увеличила до 400, блок 270. Ако броячната стойност е по-малка от 400, настройката на параметрите за този образец завършва с изход на подпрограмата в точка С.

Обаче, ако резултатът от детерминацията в блок 270 открие в Scount броячна стойност, равна на броячната стойност 400, което съответствува на ERLE по-голямо от 20 dB за 50 те, стойността на μ1 си измества до 0.4, при стойност на μ2, изместена до 0.1, блок 272. По-нататък в блок 272 минималният

-38праг се увеличава от първоначално установената минимална прагова стойност от б dB до 12 dB. Настройката на параметрите за този образец завършва с изход на подпрограмата в точка С.

Би трябвало да се отбележи, че ’зъбчатото отместване' на филтрите към по-малки размери на стъпката позволява да се използуват по-високи нива на ERLE. Обаче в предпочитано примерно изпълнение съотношението μ2<μ1 се поддържа така, че ехокомпенсиращият филтър достига по-високо стабилно състояние на ERLE, и филтърът на състоянието реагира бързо на промените в отговорите на ехоканала.

След като стойността на р.2 на ехокомпенсиращия филтър е поставена равна на 0.1, алгоритъмът за променлив адаптивен праг заработва така, че да се постигне ефект на строго запазване отговора на ехоканала. Алгоритъмът за въвеждане в блока за променлив праг на адаптацията 186 се задействува, когато в блок 262, стойността на μ.2 е определена да бъде по-малка от 0.2. Ако ERLE е определено на 6dB по-голямо от променливия праг (VT), който първоначално е установен до инициализиращия минимален праг 6 dB, блок 274, стойността на VT се поставя на « по-голямата от предхождащите стойности на VT или стойността на ERLE минус 6 dB. Веднъж след като VT е установено, стъпката за настройка на параметрите завършва за този образец като подпрограмата излиза на край в точка С.

Обаче, ако в блок 274 ERLE е определено да бъде не по-голямо от VT плюс 6 dB, детерминацията се извършва ако ERLE е по-малко от минималния праг минус 3 dB, блок 278. В блок 278 стойността на минималния праг МТ е 12 dB, както е установена в междинния алгоритъм. Ако ERLE е по-голямо от минималния праг минус 3 dB, тогава стъпката за настройка на параметрите завършва за този образец с излизане от подпрограмата в точка ~2)3С. В случай, че в блок 278 ERLE е определено като не по-голямо от минималния праг минус 3 dB, VT се установява на стойността на МТ, която е 12 dB, блок 280. Тогава настройката на параметрите за този образец приключва с излизане от подпрограмата в точка С.

Би трябвало да се отбележи, че чрез нарастването на минималния праг, процесът става по-избирателен, докато ехокомпенсиращият филтър се адаптира, от всеки един филтър се изисква по-голямо ERLE. Използуването на по-висок минимален праг резултира в изискване за по-голямо ERLE, което да въведе състоянието заглушаване* от състоянието на двоен едновременен разговор, както се дискутира по-назад в зависимост от обработката на автомата на състоянията от фигура 14.

За да подпомогне бързото преминаване в стабилно състояние, дори при наличието на голям фонов шум в близкия край, ехокомпенсаторът от настоящото изобретение първоначално настройва входното усилване на х(п) към +3 dB (IGain = 3 dB) по време на говора от далечния край. Както е показано на фигура 5, автоматът на състоянието провежда контрол над стъпалото за променливо усилване 170. Това първоначално усилване от 3 dB увеличава размера на ехото, по/^учено при г(п), относно шума към близкия край (съотношението S/Ν нараства с 3 dB), което позволява по-бърза първоначална конвергенция. Когато минималният праг достигне 12 dB, блок 272 от фигура 7, автоматът на състоянието 180 възстановява IGain до неговата номинална стойност от 0 dB на 1.5 dB на стъпки всеки 100 тв. Експериментални изследвания са показали, че 1.5 dB промени в усилването не се възприемат от слушателя. Тази настройка на усилването нормално се фазира вътре в първите 500 ms от говора в далечния край.

ΌΟВтора настройка на усилването се извършва от стъпалото за променливо усилване 170, под управлението на блока за автоматично управление на усилването 188, за да се избегне автоматично ограничаването. Образците на х(п), които получава ехокомпенсатора от вокодера, в типичния случай имат стойности в областта между -8031 и 4-8031. Когато образците х(п), които са изпратени по посока на хибридната схема са близо до максималната стойност 4-8031 или -8031, образците, които се връщат от хибридната схема са в нелинейна зависимост от референтния сигнал х(п). За да се реши този проблем, ехокомпенсаторът от *** настоящото изобретение използува блок за автоматично усилване 188, който управлява автоматично елемента за променливо усилване 170, за да отслаби входните образци с 1.5 dB. (IGain = 1.5 dB) винаги, когато абсолютната стойност на образеца х(п)е по-голяма от съществуващата стойност, близка до максимума, например стойност 7900. (Gain се възстановява на 0 dB веднага, след като компенсаторът установи състояние 'тишина*. Тази промяна на усилването, която не се усеща от слушателя в близкия край, не се превръща нормално в ефект на типичен разговор, но твърде много усъвършенствува действието на ехокомпенсатора, когато говорителят в далечния край вика (говори на висок глас).

Ако се обърнем пак към фигура 7, след завършване на стъпката за настройка на параметрите, се изпълнява стъпка за изчисление на периодичните функции, фигура 9 илюстрира три изчисления, които се извършват периодически в стъпка за периодично изчисляване на функциите: (1) величината на диференциалната енергия на сигналите х(п) и е(п), (2) автокорелацията и рекурсията на Durbin за анализ на шума, и (3) алгоритъм за изместване изходите за отчитане на променливите ехо закъснения

-lyHa фигура 9, стъпката за изчисляване на периодичната функция започва със стъпка за избор на функция, блок 308, която определя от състоянието на автомата за състояния и брояча (Fcount) кое от изчисленията е необходимо да се изпълни. В зависимост от състоянието, за всеки 128 образеца величината на диференциалната енергия на сигналите х(п) и е(п) се изчислява в блока за изчисляване величината на диференциална енергия (Фигура 6). Величината на диференциалната енергия на сигнала х, отбелязан като DEM(x), се използува, за да определи дали w. говорителят в далечния край говори. В предпочитаното примерно изпълнение DEM(x) е целочислено число, попадащо в областта [0,3] Стойността на DEM(x) се определя при сравняването на енергията Ех на сигнала х(п), и се подава от блока за изчисляване на енергията 182 от Фигура 6, с трите изчислени стойности на прага, които са функция от оценка на енергията на нивото на шумовия фон ХВ(, блок 302.

В тази стъпка, оценката на шумовия фон се изчислява за всеки 128 образеца, където следващото обновяване XBj₊i се изчислява като:

XB_j+1 = min (Ех, 160000, max (1.00547 XB| XBj+1)). (17)

Трите стойности на прага се изчисляват като функция на ХВ| както следва:

T-i(XBj) = (3.160500Х10-⁵) XBj²+10.35 ХВ,+704.44; (18)

T₂(XBj) = (7.938816x10'4) XBj²+26.00 XBj+l769.484;(19) и

T₃(XBj) = (3.160500x10-4) XBj²+103.5 XBj+7044.44; (20)

- h<2Енергията E_x на сигнала от далечния край отново се сравнява с тези три прага. Ако Е_х е по-голяма от трите прага, DEM(x) = 3, това е индикация, че в момента се говори. Ако Е_х е по-голям от Tj и Т2, но не и от Т3, тогава DEM(x) = 2, показва, че вероятно съществува беззвучен говор. Ако Е_х е по-голямо от Тр но не от Т2 и Т3, DEM (х) = 1. И накрая, ако Е_х е по-малко от трите прага, DEM (х) = 0, това показва, че няма съществуващ разговор. Стойността на DEM (х) се подава от блока за диференциални стойности на енергията 184 към автомата на състоянията 180.

По подобен начин се изчислява величината на диференциалната енергия на сигнал е, DEM (е), и се използува, за да се определи дали говорителят в близкия край говори. DEM (е) в примерното предпочитано изпълнение също е цялочислена стойност в диапазона от [0, 3]. DEM (е) се определя чрез сравняване на енергията Е_е от сигнала е(п), подаден от блока за изчисление на енергията 182 от Фигура 6, със следните три изчислени прага в блок 304:

Т-|(ЕВ|) = -(6.930766x10*5) ЕВ|²+4.047152 EBj+289.7034; (21)

T₂(EBj) = -(1.912166x10-5) EBj²+8.750045 EBj+908.971; (22) и

T₃(EBj) = -(4.946311x10-5) EBj²+18.89962 EBj+2677.431 (23) където оценката на шумовия фон на сигнала е(п) също се обновява за всеки 128 образеца както следва:

EB_i+1 = min (Ее, 160000, max (1.00547 EBj EBj+1)). (24)

Ако E_e е по-голяма от трите прага, ОЕМ(е) - 3, това показва, че съществува говор в близкия край. Ако Е_е е по-голям от Тч и То, но не и от Тя, тогава DEM('e‘) = 2 показва, че вероятно съществува беззвучен говор в близкия край. Ако Е_е е по-голямо от Т_1; но не от Т₂ и Тз, DEM (е) = 1. И накрая, ако Е_е е по-малко и от трите прага, DEM (е) = 0. това е индикатор, че не съществува разговор. Стойността на DEM (е) се подава също от блока за диференциалните енергийни величини 184 към автомата на състоянията 180.

Веднъж като са изчислени, стойностите на DEM (х) и DEM (е), се обновяват стойностите на XBj и ЕВj за Уравненията (17) и (24) в блок 306. Би трябвало да се отбележи, че двете XBj и ЕВj се инициализират към стойност 160000.

Чрез използуването на измерванията на диференциалната енергия, които следят нивото на шумовия фон, може да се извърши точно определяне дали някой говори дори при високи нива на фоновия шум. Това подпомага автомата на състоянието 180 във фигура 6 при точното разграничаване на състоянията.

Както беше отбелязано преди, изчисленията за анализ на шума се извършват на периодични изчислителни стъпки. Когато изборът на функция, блок 300, определя, че автоматът на състоянието е в състояние '0* за текущия образец, детерминацията се извършва в зависимост от това дали всичките последни 256 образци, включая и текущия образец, са били в състояние на автомата за състояния *0*, блок 308. Ако е така се.използува метод на линейното прогнозиране (LPC), който традиционно се използува за вокодерния говор, за да се изчислят спектралните характеристики на шума. Обаче, ако не всички тези образци са били в състояние *0·, методът LPC се пропуска.

LPC методът моделира всеки образец, така, че той да е образуван чрез линейна комбинация на миналите образци плюс възбуждане. Когато нито един от говорителите не говори, през t *гу*-л^-уйдаА.‘<

-^филтьра за защита от грешки се пропуска сигнал за грешка е(п) (елемент за анализ на шума 166 от Фигура 5), за да отстрани всички кратковременни излишъци. Функцията на предаването на този филтър се описва от уравнението:

А(2) = 1 - У ЦЧ* (25) където поредицата на прогнозиране в примерното предпочи^ тано изпълнение е 5 (Р =5).

Коефициентите на LPC, aj, се изчисляват от блок от 128 образци, като се прилага метод на автокорелацията, блок 310, с рекурсия на Durbin, блок 312, както е дискутирано в текста на материала Цифрова обработка за звукови сигнали от Rabiner & Schaler, който е добре познат ефективен изчислителен метод. Първите 6 автокорелационни коефициенти R(0) до R(5) се изчисляват като:

127-fc

R(k) = + (26) m—0

След това коефициентите на LPC се изчисляват директно от автокорелационните стойности, прилагайки алгоритъма за рекурсията на Durbin. Алгоритъмът може да бъде изложен както

следва: (П	E(°) = R(0), i = 1	(27)
(2)	k, = { R(i) - У y-/ E(’-B	(28)
(3)	OLjC) = kj	(279)
(4)	aj(0 = ajO·!) - kja.j.j(i'1) 1 < j < = j--|	(30)
(5)	E(i) = (1 -kj2) E(H)	(31)

-^6(θ) ако i < P, тогава отиди на (2) с i = i+1 (32) (7) Крайното решение за коефициентите на LPC се дава като:

ttj = aj(^p) 1 <= j <= Р (33)

Веднъж като се получат LPC коефициентите, могат да се генерират синтезираните шумови образци със същите спектрални характеристики, чрез пропускане на бял шум през филтъра за синтез на шума (елемент за синтез на шума 168 от фигура 5), даден чрез:

Л(з) (34) което е точно инверсията на филтъра, използуван за анализ на шума.

Би трябвало да се разбере, че в примерното предпочитано изпълнение, LPC кодиращата техника осигурява отличен метод за моделиране на шума. Могат да се използуват обаче и други техники за моделиране на шума или дори може да не се приложи моделиране на шум.

Като по-нататъшна функция на стъпката за периодично изчисляване на функцията, се използува алгоритъм за преместване на изходите, за да се отчетат променливите ехо закъснения. Изчислението се извършва при инициализиращата обработка на образеца за повикване, и опционално при всеки 256 образеца, което осигурява щото ERLE да е по-голямо от 10 6В, блок 314. Ако ERLE е по-голямо от 10 6В, това е индикация, че съществува някакво елиминиране, най-големият изход, т.е. филтърният коефициент с най-голяма стойност, в инициализиращия филтър (филтър 156 от фигура 5) се определя, блок 316, в блока за изчисляването на равните закъснения 190 от Фигура 6. След това се изпълнява преместването на изходите, за да се обработи найголемия номер от образците от областта на ехо-дисперсията и по-малкия от областта на равните закъснения, блок 318. Преместването на изходите е детерминирано разполагане на по-големия номер на образците от ехо-дисперсионната област от буфера към филтъра на състоянието и ехокомпенсиращия филтър, което би могло нормално да възникне. Преизчисляването на средните на енергията на тези образци се изпълнява, в блок 320. След като приключи алгоритъмът за преместване на изходите или всяко едно от двете други изчисления на стъпката за изчисляване на периодичната функция е завършено, при което Fcount е увеличен, блок 322, подпрограмата излиза на изход.

В съответствие с настройката на ехозакъснението, тъй като дистанцията между ехокомпенсатора при базовата станция и хибридната схема в телефонната мрежа могат широко да варират между повикванията, равното закъснение на ехосигнала о ь що има широка област. Ние можем бързо да оценим областта на това закъснение като допуснем, че Съединените щати са 3000 мили напречно и е,^ектрическите сигнали се разпространяват със скорост 2/3 от тази на светлината. Тъй като дистанцията на кръговия пробег е 6000 мили, максималното равно закъснение е приблизително:

[(6000 мили) х (1609.34 метри/миля)] —------------------------------- 48.3 ms (35) [ 2 х 10⁵ метри/ms]

-If?Мрежовият ехокомпенсатор на настоящото изобретение може да отчита различни стойности на равното закъснение, открити при различните повиквания, така че в областта на еходисперсията работят повече изходи вместо да бъдат загубени* в областта на равното закъснение, например, в традиционния ехокомпенсатор , който не притежава механизъм за изместване на изходите, равното закъснение от 16 ms би причинило първите 128 изхода на ехокомпенсатора да бъдат затворени към нула, защото 128^те най-скорошни образци в линията на филтърното закъснение не са корелирани с ехо-образците, влизащи в компенсатора. Актуалният ехосигнал, следователно би бил елиминиран само от оставащите 128 изхода. В контраст с това, NEC на настоящото изобретение автоматично определя, че равното закъснение е 16 ms и премества изходите да работят върху постарите образци. Тази стратегия използува повече изходи в областта на еходисперсията, което резултира в по-добро елиминиране.

NEC на настоящото изобретение записва 512 образеца от говора от далечния край х(п) в кръговия буфер (буфер 154 от Фигура 5), което съответсвува на закъснение от 64 ms. Когато компенсаторът стартира, той извършва първоначална адаптация в инициализиращия филтър 156 от Фигура 5, 448 филтърни изхода върху 448^1е най-скорошни образци, както показва фигура 10.

След извършване на първоначалната конвергенция с изходите в тази позиция, алгоритъмът определя равното закъснение в блока за изчисляване на равните закъснения 190 чрез намиране на най-голямата изходна стойност и нейната съответна позиция в .буфера на изходите на инициализиращия филтър 156. Номерът на най-големия изход (отбелязан като Ттах) съответствува на равното закъснение, защото това е времето (в 8 kHz

-Μобразци), за което образецът-говор от далечния край се извежда от ехокомпенсатора, рефлектира в хибридната схема; и се връща към входа на ехокомпенсатора. Освен преместването на изходите на Тгпах, алгоритъмът излиза извън безопасната граница от 32 образеца в случай, че реакцията на ехоканала леко се променя, тогава актуалната стойност на изхода се дава чрез:

Tshift = МАХ [Ο,ΜΙΝ (Tmax - 32, 256)] (36)

Веднъж като се определи Tshift, изходите на инициализиращия филтър, започвайки от Tshift, се копират във филтъра на състоянието и ехокомпенсиращия филтър от блока за изчисляване на закъснението 190, както е илюстрирано на фигура 11. Отместването с Tshift в кръговия буфер се използува, така че нулевият филтърен изход и на двата филтъра - управляващия и ехокомпенсиращия филтър, се разполага на една ос (изравняват се) с образеца, който пристигналият Tshift помества преди най-скоро пристигналия образец, фигура 12 илюстрира максималното изместване, така че то да позволи покриването на ехо от 64 ms. След като изходите се отместят за да действуват върху по-стария образец, измерванията на енергията Е_х(п) и Е_хх(п) съответно се модифицират да измерват сумата от квадратите на тези по-стари образци.

Както е дадено в настоящия материал с цел илюстрация са описани три адаптивни филтъра. Обаче, би трябвало да се разбере, че е различните приложения, в частност в процесорите за цифрови сигнали, инициализиращият филтър може също да функционира като филтър на състоянието и ехокомпенсиращ филтър, използувайки същата Физическа памет.

<№>

-ЬЗПо време на приключването на стъпката за изчисление на периодичната функция в точка D. фигури 7 и 9, алгоритъмът на автомата за състояния се изпълнява от автомата за състояние 180 (Фигура 6). Алгоритъмът за управление на автомата на състоянието може да бъде моделиран като автомат на състоянието с пет състояния, както е показано на фигура 13. Алгоритъмът за управление на автомата на състоянието, както е включен в автомата на състояние 180 може да резултира промяна на състоянието с пристигането на всеки нов образец.

Състояние 0, блок 330, е състояние тишина, при което нито един от говорителите не говори В това състояние нито филтърът на състоянието, нито ехокомпенсиращият филтър адаптират, за да предпазят дивергенцията от ехоканала. Ако NEC остава в състояние 0 за 256 последователни времена на образците, управляващият алгоритъм инициализира подпрограмата за анализ на шума във Фигура 9, за да кодира честотните характеристики на шумовия фон. използувайки LPC анализ.

Ако единствено говорителят от далечния край говори, NEC влиза в състояние 1, блок 332, в което филтърът на състояние- то винаги адаптира. Ехокомпенсиращият филтър адаптира, ако ERLE на всеки филтър е над адапционния праг VT. Подпрограмата за синтез на шума генерира шум (използувайки LPC коефициентите, получени по време на последния интервал на тишина), за да замени всяко остатъчно ехо. Като ефект, NEC има безкрайно ERLE в състояние 1 понеже няма значение колко високо говори далечният край х(п), остатъчното ехо няма никога да се пропусне обратно към подвижната станция.

Ако говорителят в близкия край.е единствения човек, който говори, NEC въвежда състояние 2, блок 334. Тук, автоматът на състоянието замразява адаптацията на двата филтъра и извежда

-50сигнала e(n). Ако говорителят в близкия край престане да говори, NEC преминава към състояние 4 (заглушаване), със заглушаване от 50 ms в примерното предпочитано изпълнение, преди преминаването към състояние 0 (тишина). Това заглушаване се отчита за възможните паузи в говора на близкия край. Ако говорителят в далечния край започне да говори, NEC преминава към състояние 3 (двоен едновременен разговор).

В състояние 3, блок 336, което е състояние на двоен едновременен разговор, автоматът на състоянието замразява адаптацията на ехокомпенсиращия филтър и извежда е(п). Ако загубата на хибридната схема е над 3 dB, алгоритъмът за управление на автомата на състоянието позволява на филтъра.на състоянието да адаптира, за да отчете за възможна промяна в ехоканала отговора на импулса. Например, да предположим, че двата филтъра са конвергирали, само отдалеченият край говори, и ехоканалът рязко се променя. Тази ситуация може да се случи, например, ако някой вдигне телефон - по разширението, така че говорителят в подвижната станция говори на двама души едновременно при наземния телефон. В този случай ERLE на двата филтъра незабавно биха спаднали и NEC би се прехвърлил към състояние на двоен разговор, бъркайки, считайки ехосигнала за говор откъм близкия край. Въпреки, че двата филтъра нормално биха били замразени за двоен разговор, в случай ако адаптацията на двата филтъра не е разрешена, NEC ще остане в това състояние, докато повикването приключи Обаче NEC използува загубите на хибридната схема, за да определи дали на филтъра на състоянието е позволено да адаптира. Когато филтърът на състоянието адаптира, неговото ERLE ще нарастне като че ли той изисква отново новия ехоканал, и NEC ще се възвърне извън състояние 3 (двоен разговор). Както е показано в Диаграмата

-51на състоянието, единственият начин да се излезе от състояние 3 (двоен разговор) е през състояние 4 (заглушаване), което се въвежда само ако загубите на хибридната схема са по-големи от 3 dB и ERLE на всеки филтър на състоянието или ехокомпенсиращият филтър е над минималния праг МТ.

Състояние 4, блок 338, е състояние на заглушаване, което отчита паузите в говора в близкия край. Ако говорителят в далечния край говори и говорът в близкия край не се детектира за 100 ms в примерното предпочитано изпълнение, NEC преминава от състояние 4 (заглъхване) към състояние 1 (говор на далечния край). Ако говорителят в далечния край не говори и не се открие говор в близкия край за 50 ms в примерното предпочитано изпълнение, NEC преминава от състояние 4 (заглъхване) към състояние 0 (тишина). Ако се открие говор в близкия край, управляващият алгоритъм връща NEC или към състояние 2 (говор в близкия край), или към състояние 3 (двоен разговор).

Детайлната диаграма за последователността на алгоритъма за управление на NEC автомата за състояние е показана по-назад във Фигура 14. Във Фигура 14 алгоритъмът се изпълнява за всеки образец с предварително определение дали текущото състояние е състояние 1 (говор от далечния край), блок 340. Ако текущото състояние се открие, че е състояние 1 и стойността на Hloss се определи, че е по-малка от 3 dB, блок 342, тогава управляващият елемент позволява изход на стойността е(п), блок 344. Този случай се индикира като състояние, в което двойният разговор за предишния образец на говора от далечния край е бил съществуващ, но за текущия образец двойният разговор е налице (съществуващ). Подобно, ако текущото състояние бъде определено да е нито едно от състоянията 1,2 или 3 (говор от далечния край, говор от близкия край и двоен разго

-52' вор) респективно в блокове 340, 346 и 348, на стойността на е(п) е позволено да излезе на изход, блок 344, с изходен управляващ сигнал, осигурен от автомата на състоянието. След това се прави детерминиране, така че следващото състояние на NEC да бъде за обработка на следващия образец, със следващата детерминация на състояние, започвайки в точка Е в алгоритъма за управление на автомата за състояние.

Връщайки се към блок 340, ако текущото състояние се открие, че е състояние 1 (говор в далечния край), и Hloss е ^w определено, че е по-голямо от 3 dB, блок 342, на филтъра на състоянието се дава разрешение да адаптира, блок 350, ERLE и ERLE1 след това се проверяват спрямо VT и ако всеки един от тях е по-голям от VT, блокове 352 и 354, тогава на ехокомпенсиращия филтър е позволено да адаптира, блок 356. Обаче, ако в двата блока 352 и 354 ERLE и ERLE1 не са по-големи от VT, ехокомпенсиращият филтър не е адаптиран. Във всеки случай се генерира шумов образец, блок 358 от елемента за синтез на шума под управлението на управляващ елемент, използувайки LPC коефициентите, получени по време на последния период на тишина. Синтезираният шумов образец з(п) се извежда, блок 360, като при тази операция от управляващия елемент се упражнява контрол. След това се извършва детерминация, така че следващото състояние на NEC да бъде за обработка на следващия образец, като детерминацията на следващото състояние започва в точка Е.

В точка Е изпълнението на програмата въвежда подпрограмата за следващото състояние. Ако стойността на DEM(x) не е по-голяма или равна на цялочислената стойност 2, блок 362, се извършва проверка, за да се определи дали DEM(e) е по-малък или равен на 1, блок 364. Ако DEM(e) не е по-малко или равно на

1, тогава автоматът за състояние преминава в следващо състояние 2 (говор от близкия край), блок 366. Обаче, ако DEM(e) е по-малко или равно на 1, тогава се извършва преминаване на автомата на състоянието към следващо състояние 0 (тишина), блок 368. Независимо дали транзакцията се осъществява към състояние 2 или към състояние 0, подпрограмата се изпълнява до точка Е в алгоритъма за управление на автомата за определяне на заглушаване на канала.

Обаче, при въвеждането на подпрограмата за следващото състояние при точка Е би трябвало стойността на DEM(x) да е по-голяма или равна на 2, блок 362, стойността на DEM(e) е детерминирана, ако е равнана 3, блок 370. Ако не, се детерминира следващото състояние 1 (говор в далечния край), блок 372, и подпрограмата продължава до точка F в алгоритъма за управление на състоянията на автомата за детерминиране на заглушаването. Ако в блок 370, стойността на DEM(e) е определена да бъде 3, тогава се прави проверка за определяне дали всеки един от HIosb, ERLE и ERLE 1 е по-малък от 3 dB, блокове 374, 376 и 378. Ако в блокове 374, 376 и 378, всяка една от стойностите е по-малка от 3 dB, следващото състояние се избира да бъде състояние 3 (двоен разговор), блок 380. В случай, че в блокове 374, 376 и 378 всяка стойност е по-голяма или равна на 3 dB, за следващото състояние се избира състояние 1 (говор от далечния край), блок 372. От блок 380 и блок 372, както преди, подпрограмата продължава до точка F в алгоритъма за управление на автомата на състоянието за детерминиране на заглушаване.

Ако се върнем обратно към блок 346, където се осъществява вход в тази точка, и ако текущото състояние е определено, че не е състояние 1 (говор в далечния край) в блок 340, детер минирането се извършва при условие, че текущото състояние е състояние 2 (говор в близкия край). Ако текущото състояние е 2, тогава стойността на е(п) се извежда, блок 382. Детерминацията тогава се извършва за следващото състояние като първо се определя дали DEM(x) е равно на 3, блок 384, и ако е така, следващото състояние се поставя на състояние 3 (двоен разговор), блок 386. Обаче, ако DEM(x) не е равно на 3, детерминацията се прави ако DEM(e) е по-голямо или равно на 2, блок 388.

Ако в блок 388 DEM(e) е определено да бъде по-голямо или равно на 2, следващото състояние си запазва стойността на текущото състояние, състояние 2 (говор от близкия край) блок 390. Обаче, ако в блок 388 DEM(e) е определено, че не е по-голямо или равно на 2, детерминацията се осъществява в зависимост от това дали DEM(x) е по-малко или равно на 1, блок 392. Ако в блок 392 DEM(x) е определено, че не е по-малко или равно на 1, тогава следващото състояние се поставя да бъде състояние 3 (двоен разговор) , блок 386. Ако в блок 392 е определено, че DEM(x) е по-малко или равно на 1, тогава следващото състояние се поставя да бъде състояние 4 (заглушаване), блок 394. До-пълнително в блок 394 е поставен вътрешен брояч, Hcounter (не е показан), в управляващия елемент Hcount е поставен равно на 400. От блокове 386, 390 и 394 подпрограмата продължава до точка F в алгоритъма за управление автомата на състоянието за детерминиране на заглушаването.

Ако се върнем обратно към блок 346, ако резултатът от детерминацията е, че текущото състояние не е състояние 2 (говор в блюкия край), детерминация се осъществява в блок 348, ако текущото състояние е 3 (двоен разговор). Ако текущото състояние е 3, тогава стойността на е(п) се извежда, блок 396. След това детерминацията се извършва към следващото състоя* 4 4

-55' ние, ако при първата детерминация DEM(x) е равно на 3, блок 398, а ако не - програмата отива към блок 388 за детерминиранена състоянието, както бе дискутирано по-горе. Обаче ако DEM(x) е равно на 3, детерминацията се прави ако Hloss е поголямо от 3 dB, блок 400. Ако в блок 400 Hloss не е по-голямо от 3 dB, следващото състояние се поставя в състояние 3 (двоен разговор), блок 386. Ако Hloss е по-голямо от 3 dB, тогава филтърът на състоянието получава разрешение за адаптация, блок 402.

При получаване на разрешението за адаптация на филтъра на състоянието, се извършва детерминация в зависимост от това това дали ERLE е по-голямо от МТ, блок 404, и ако не е, тогава детерминацията се извършва съобразно това дали ERLE1 е по-голямо от МТ, блок 406. Ако всеки един от ERLE или ERLE1 е по-голям от МТ, тогава следващото състояние се поставя на състояние 4 (заглушаване), блок 408. Обаче, ако ERLE1 не е поголямо от МТ, тогава следващото състояние се поставя в състояние 3 (двоен разговор), блок 386. Ако следващото състояние е поставено в състояние 4 в блок 408, Hcount се поставя на 800. От блокове 386 и 408 програмата продължава обработката си към точка F в алгоритъма за управление автомата на състоянието за детерминиране на заглушаване.

Програмата за заглушаване осигурява появата на закъснение между преминаването от състояние говор в близкия край или състояние двоен разговор към състояние на говор в далечния край или тишина. Веднъж, като подпрограмата за заглушаване влезе в точка F, детерминирането се извършва в зависимост дали текущото състояние е състояние 4 (заглушаване), блок 410. Ако текущото състояние не е състояние 4, подпрограмата на ал(a u

-5£горитьма за управление на автомата на състоянието излиза на край с подпрограма възвръщайки се към точка А Фигура 7.

Ако в блок 410, текущото състояние бъде определено, че е състояние 4, детерминацията се прави ако следващото състояние е било поставено на състояние по-малко от състояние 2, т.е. състояние 1 (говор от отдалечения край) или състояние 0 (тишина), блок 412. Ако следващото състояние се определи в блок 412 да не е състояние 0 или 1, програмата на алгоритъма за управление на автомата за състояние излиза на край, с подпрограма, връщаща се към точка А от Фигура 7. Обаче, ако следващото състояние е определено да е едно от двете състояния 0 или 1, Hcount се намалява, блок 414, а детерминацията след това се извършва, ако Hcount е равно на 0, блок 416. Ако Hcount се определи да е равно на 0, тогава алгоритъмът за управление на автомата за състояние излиза на край, като подпрограмата се връща към точка А от Фигура 6. Обаче, ако Hcount не е равен ана 0, тогава следващото състояние се поставя на състояние 4, блок 418, и подпрограмата на алгоритъма за управление на автомата за състояние излиза на край, с подпрограмата, връщаща се към точка А от фигура 7.

Би трябвало да се разбере, че много от параметрите, както беше дискутирано в зависимост от примерното предпочитано изпълнение, могат да се модифицират в рамките на наученото в настоящото изобретение. Например, закъснението при заглъхването може да бъде променено, както могат да бъдат други и параметрите, такива като стойности на праг, брой на нивата на прага или стойности на размера на стъпката на филтъра.

Предишното описание на предпочитаните примерни изпълнения е осигурено така,че да позволи всеки, който е специалист в тази област на техниката, да разработи или да използува нас-57тсящото изобретение. Различните модификации на тези предпочитани изпълнения ще бъдат съвсем ясни за специалистите в тази област на техниката, и главните принципи, детерминирани в това изложение могат да бъдат приложени към други примерни изпълнения без използуването на изследователско обучение. Следователно, настоящото изобретение излиза извън намеренията да бъде ограничено към примерното изпълнение, показано тук, а покрива най-широка област в съответствие с принципите и новаторските качества, изложени в настоящия материал.

Claims (7)

1. ПРЕТЕНЦИИ

   1. Ехокомпенсатор за елиминиране във възвръщащия се по канала сигнал, получения ехосигнал в канала, където полученият ехосигнал в канала се комбинира по ехоканала с входния възвръщащ се по канала сигнал, който ехокомпенсатор се характеризира с:

   първо филтърно средство за генериране на първи филтърни коефициенти, генериране на първи ехо-оценяващ сигнал с първи филтърни коефициенти, и обновяване на първите филтърни коефициенти в отговор на първи управляващ филтърен сигнал;

   средство за първо сумиране, което изважда първия ехооценен сигнал от комбинирания обратен канал и получения ехосигнал по канала, за да се генерира първият сигнал на остатъчното ехо;

   второ филтърно средство за генериране на втори филтърен коефициент, генериращ втори ехо-оценен сигнал с вторите филтърни коефициенти и обновяващ вторите филтърни коефициенти в отговор на втория управляващ филтърен сигнал;

   второ сумиращо средство за изваждане на втория ехо-оценен сигнал от комбинирания сигнал, което генерира втория ехоостатъчен сигнал, и осигурява по обратния канал втория ехоостатъчен сигнал;

   и средство за управление, детерминиращо от получения по канала сигнал, комбинирания сигнал, и първия и втори ехо-остатъчни сигнали, едно от множеството от управляващи състояния, където първото управляващо състояние е индикатив за по-

   -53лучен по канала сигнал над първото предварително определено енергетично ниво, където когато средството за управление е в първо управляващо състояние, генериращо първия управляващ сигнал и генерира втория управляващ сигнал, когато поне едно от първите енергийни съотношения между първия ехо-остатъчен сигнал и комбинирания сигнал и второто енергийно съотношение между втория ехоостатъчен сигнал и комбинирания сигнал превишава първото предварително определено енергийно ниво.
2. 2. Ехокомпенсатор съгласно Претенция 1 характеризиращ се с това, че средството за управление, когато е в първо управляващо състояние определя първото предварително определено ниво на енергийното съотношение чрез детерминиране в зависимост от това дали второто енергийно съотношение е поголямо от сумата на стойността на първия праг и първата предварително фиксирана стойност, и ако е така, настроеното първо предварително определено ниво на енергийното съотношение към по-голямото от първата прагова стойност и разликата от второто енергетично съотношение и първата предварително определена стойност, и ако второто енергийно съотношение е по-малко от сумата на стойността на първия праг и първата предварително определена фиксирана стойност, то настройва първото предварително определено ниво на енергийното съотношение към втора предварително фиксирана стойност, когато второто енергийно съотношение е по-малко от разликата между втората предварително фиксирана стойност и третата предварително определена фиксирана стойност.
3. 3. Ехокомпенсатор, съгласно Претенция 1, характеризиращ се с това, че по-нататък средството за управление детерминира второ управляващо състояние в множеството от управляващи

   - Б0~ състояния, което второ контролно състояние е индикатив, че входният сигнал в обратния канал е над второто предварително определено енергийно ниво, и когато средството за управление е във второ управляващо състояние, подтиска генерацията на първия и втория управляващи сигнали.
4. 4. Ехокомпенсатор, съгласно Претенция 1, характеризиращ се с това, че управляващото средство по-нататък определя второ управляващо състояние в множество управляващи състояния, второто управляващо състояние е индикатив, че полученият в канала сигнал е над първото предварително определено енергетично ниво и входният сигнал в обратния канал е над второ предварително определено енергийно ниво, и когато средството за управление е във второ управляващо ниво генерира първия управляващ сигнал.
5. 6. Ехокомпенсатор, съгласно Претенция 4, характеризиращ се с това, че средството за управление, когато е във второ управляващо състояние генерира първия управляващ сигнал, когато съотношението между енергията на получения сигнал и комбинирания сигнал е по-голямо от трето предварително определено енергийно ниво.

   6. Ехокомпенсатор, съгласно Претенция 1, характеризиращ се с това, че по-нататък изходно средство генерира шумов сигнал, подава шумовия сигнал като заместител на втория ехо-остатъчен сигнал по обратния канал в отговор на сигнала за избор на шума, където средствата за управление, когато са в първо управляващо състояние, по-нататък генерират сигнал за селекция на шума.
6. 7. Ехокомпенсатор, съгласно Претенция 6, характеризиращ се с това, че средството за управление, когато е в първо управ-

   -6/ляващо състояние, генерира сигнал за селекция на шума, когато съотношението между енергията на получения по канала сигнал и комбинирания сигнал е по-голямо от трето предварително определено ниво на енергийното съотношение.
7. 8. Ехокомпенсатор, съгласно Претенция 7, характеризиращ се с това, че средството за управление по-нататък детерминира второ управляващо състояние в упоменатото множество от управляващи състояния, второто управляващо състояние е индикация и за двете - че полученият по канала сигнал и входният обратен сигнал в канала респективно са под второто и третото предварително определени енергийни нива, и когато средството за управление е във второ управляващо състояние подтиска генерацията на първия и втория управляващи сигнали, и където средството за изход се характеризира с това, че:съдържа средство за анализ на шума, когато средството за управление е във второ управляващо състояние, изпълнява анализ за линейно прогнозирано кодиране на втория ехо-остатъчен сигнал и осигурява изход от анализа;

   съдържа средство за синтез на шума, което получава изхода от анализа и синтезира шумов сигнал, представител на втория ехо-остатъчен сигнал; и съдържа превключващо средство за осигуряване на изход от втория ехоостатъчен сигнал по обратния канал и отговарящо на селектирания шумов сигнал за осигуряване на шумов сигнал по обратния канал в заменянето на втория ехо-остатъчен сигнал.