DE10012868C1 - Rechnergerät mit Mehrwege-Akustikaus- und -eingabesystem - Google Patents

Abstract

Es wird vorgeschlagen, wenigstens einen Akustikaus- mit wenigstens einem Akustikeingang eines Rechnergerätes mit Mehrwege-Akustikaus- und -eingabesystem miteinander zu verbinden und das über diese Verbindung geleitete Akustiksignal einem Acoustik Echo Canceller (F) als ein Referenzsignal zuzuführen für einen Abgleich mit einem Akustiksignal, das dem Acoustik Echo Canceller (F) von wenigstens einem anderen, mit einem Mikrofon (M) verbundenen Mehrwege-Akustikeingang zugeführt ist. Hierdurch ist eine Echofilterung in einem Personalcomputer möglich, weil die zugeführten Signale unabhängig von durch das Betriebssystem verursachten Verzögerungen in der Signalverarbeitung stets zeitlich miteinander korreliert sind. Die Echofilterung wiederum ermöglicht das Freisprechen bei einer Spracheingabe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rechnergerät mit Mehrwege-Akustik­ aus- und -eingabesystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Telefongeräte zum Beispiel weisen Mittel zur Elimination akustischer Echosignale sogenannte Akustik Echo Eliminations- Schaltungen bekannt auch unter dem Namen Acoustic Echo Canceller (AEC) auf, die vom Hörer des Telefongeräts durch den Raum und in die Sprechmuschel eingekoppelt werden. Der Acoustic Echo Canceller ist insbesondere dann wichtig, wenn frei gesprochen wird, also ohne dass ein Akustikeingabegerät an Ohr und Mund gehalten wird.

Ein wesentlicher Bestandteil des Acoustic Echo Cancellers ist ein adaptiver Filter. Die Aufgabe des adaptiven Filters be­ steht darin, die Übertragungsfunktion des Raumes nachzubil­ den. Der Acoustic Echo Canceller erhält einerseits als ein Referenzsignal das Ausgangssignal, das an den Lautsprecher geleitet wird, und erhält andererseits das Eingangssignal, das vom Mikrofon in das System eingeleitet wird. Damit folgt das Ausgangssignal zwei getrennten Wegen. Einmal ist es di­ rekt angelegt und einmal ist es über den Lautsprecher durch den Raum und das Mikrofon geführt. Ist der Filter gut adap­ tiert, sind die zwei Wege gleichwertig. Die beiden Wege sind gleichwertig, weil bei einer guten Adaption der adaptive Filter den Weg des Ausgangssignals über den Lautsprecher, den Raum und das Mikrofon genau nachbildet. Die Differenz der beiden Signale ist daher zumindest fast null. Auf diese Weise wird die Unterdrückung des Echos erreicht.

Die Unterdrückung des Echos ist nur dann möglich, wenn das Signal, das den Lautsprecher erreicht, und das Signal, das vom Mikrofon aufgenommen wird, zeitlich korrelieren. Eine zeitliche Korrelation bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwischen den beiden angesprochenen Signalen nur eine kons­ tante Verzögerung vorhanden ist.

Neben den allgemein bekannten Telefongeräten werden mehr und mehr Rechnergeräte wie z. B. Personal Computer zum Telefonie­ ren verwendet. Dabei wird Vielfach auch ein Freisprechen praktiziert. Beim Freisprechen ist es, wie oben schon gesagt, besonders wichtig, dass eine gute Adaption des adaptiven Fil­ ters des Acoustic Echo Cancellers vorhanden ist, weil das Si­ gnal des fernen Sprechers ungehindert auf das Mikrofon ein­ wirken kann.

Ein solches Rechnergerät, bei welchem die Akustik Echo Eliminationsschaltung durch Software nachgebildet wird, ist aus der WO 99/09730 A1 (insbes. Fig. 6) bekannt. Ein Rechnergerät hat jedoch anders als Telefongeräte den Nachteil, dass die Mittel zur Bereitstellung auszugeben­ der akustischer Signale und die Mittel zur Verarbeitung von in Empfang genommener akustischer Signale im Laufe der Zeit keine konstante Verzögerung aufweisen. Aus verschiedenen vom Betriebssystem des Rechnergeräts verursachten Gründen sind die Verzögerungen auf dem Weg über den Lautsprecher, den Raum und das Mikrofon nicht konstant. Die am Acoustic Echo Cancel­ ler ankommenden Signale, d. h. das Signal, das über den Laut­ sprecher ausgegeben wird und das Signal, das vom Mikrofon aufgefangen wird, korrelieren nicht zeitlich miteinander. Eine einmal eingestellte Adaption des adaptiven Acoustic Echo Cancellers genügt daher nicht, das Echo stets zu unter­ drücken.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend von einem Rech­ nergerät der eingangs genannten Art technische Maßnahmen an­ zugeben, durch die eine stets genaue Adaption des Filters des Acoustic Echo Cancellers unabhängig von den für Akustiksi­ gnale variablen zeitlichen Verzögerungen der Komponenten des Rechnergeräts gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Auf Grund dieser Merkmale sind die am adaptiven Filter des Acoustic Echo Cancellers anliegenden Akustiksignale, nämlich das für den Hörer bzw. Lautsprecher des Rechnergeräts be­ stimmte Akustiksignal und das vom Mikrofon aufgenommene Akus­ tiksignal, unabhängig von auftretenden Schwankungen bei der Zeitverzögerungen der Komponenten für die Akustiksignale stets zeitlich miteinander korreliert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipanschlussschaltung eines Filters eines Acoustic Echo Cancellers in einer Telefonieranord­ nung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein prinzipielles Funktionsschaltbild der Aus- und Eingabe akustischer Signale in einem Rechnergerät gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3 ein Funktionsschaltbild gemäß der Fig. 2 mit in prinzipieller Weise ergänzten Verzögerungsgliedern,

Fig. 4 ein Funktionsschaltbild gemäß der Fig. 3 mit einem im Detail dargestellten Acoustic Echo Canceller ge­ mäß der Fig. 1, und

Fig. 5 ein prinzipielles Funktionsschaltbild der Aus- und Eingabe akustischer Signale in einem Rechnergerät gemäß der Erfindung.

In den Figuren sind gleiche Teile mit dem gleichen Bezugszei­ chen versehen.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Acoustic Echo Canceller, dessen Kern ein adaptives Filter F ist. Ein auszugebendes akustisches Signal wird im vorliegenden Fall als analoges elektrisches Signal über eine Leitung a an einen Eingang des Filters F und an einen Lautsprecher L geführt. Vom Lautspre­ cher L wird das analoge elektrische Signal in ein akustisches Signal umgeformt und in einen Raum R abgestrahlt. Von einem Mikrofon M wird das akustische Signal empfangen und in ein elektrisches Analogsignal umgeformt. Das Analogsignal wird über eine Leitung b an einen positiven Eingang einer Summen­ schaltung S geführt. Ein Ausgangssignal des Filters F ist an einen negativen Eingang der Summenschaltung S geführt. Ein Ergebnissignal der Summenschaltung S ist an einen Rückkopp­ lungseingang des Filters F zu Nachregelzwecken geführt.

Das Filter F ist in der Weise eingestellt, dass es den Verzö­ gerungskreis für ein Signal, das den Weg von der Leitung a über den Lautsprecher L, den Raum R, das Mikrofon M und die Leitung b zurücklegt, soweit ausgleicht, dass das am Eingang des Filters F anliegende Signal gleichzeitig mit dem über die genannte Strecke geführten Signal an der Summenschaltung S ankommt. Auf diese Weise kann ein Echo unterdrückt werden.

Das in der Fig. 1 angegebene System hat nur eine konstante Verzögerung, so dass die Signale auf den Leitungen a und b zeitlich korreliert sind.

Bei einem komplexen System, wie es zum Beispiel ein Personal Computer ist, erfolgt die Aus- und Eingabe von Audiosignalen auf einem anderen Weg. Fig. 2 zeigt den für eine Aus- Ein­ gabe von Audiosignalen maßgeblichen Teil eines Personal Com­ puters. Dieser Teil umfasst erste Mittel M1 zur digitalen Ver- bzw. Bearbeitung von auszugebenden bzw. in Empfang ge­ nommenen Akustikdaten. Weiter weist dieser Teil zweite Mittel M2 zur Aufbereitung für eine Weitergabe der von den ersten Mitteln M1 für eine Ausgabe vorgesehenen Akustikdaten bzw. zur Aufbereitung für eine Weitergabe an die ersten Mittel M1 der in Empfang genommenen Akustikdaten auf. Schließlich weist dieser Teil dritte Mittel M3 auf, die zur Umwandlung der von den zweiten Mitteln M2 zur Weitergabe aufbereiteten Akustik­ daten in analoge Akustiksignale und zur akustischen Ausgabe der umgewandelten analogen Akustiksignale über in diesem Fall Leitungen a und den Lautsprecher L dienen. Die dritten Mittel M3 dienen ferner zur Umwandlung für die zweiten Mittel M2 in digitale Akustikdaten von über das Mikrofon M und im vorlie­ genden Fall über Leitungen b aufgenommenen analogen Akustik­ signalen.

Im konkreten Fall sind die ersten Mittel M1 wenigstens zum Teil durch Programmsteuerungselemente des der Fig. 2 zu Grunde liegenden Rechnergeräts gebildet. Weiter sind die zweiten Mittel durch sogenannte Treiber gebildet, die notwen­ dig sind, um spezielle Geräteteile eines Rechnergeräts be­ treiben zu können. Die dritten Mittel M3 bilden schließlich eine sogenannte Soundkarte nach. Die Soundkarte wandelt in die eine Richtung digitale Signale in analoge Signale und in die andere Richtung analoge Signale in digitale Signale um.

Der Lautsprecher L und das Mikrofon sind jeweils Akustikwand­ ler. In diesem Sinn stellt zum Beispiel der Lautsprecher L einen ersten und das Mikrofon M einen zweiten Akustikwandler dar.

Der Umstand, dass die Anordnung gemäß der Fig. 2 mehrere Wege zum Lautsprecher bzw. mehrere Wege vom Mikrofon auf­ weist, deutet an, dass eine Ausgabe bzw. eine Aufnahme von Audiosignalen bzw. Akustiksignalen getrennt voneinander auf mehreren Kanälen erfolgen kann, wie das beispielsweise bei Stereoübertragungen der Fall ist. In einem solchen Fall sind dann wenigstens ein weiterer Lautsprecher L bzw. wenigstens ein weiteres Mikrofon M vorgesehen.

Im vorliegenden Fall ist jedoch keine Stereoübertragung bzw. -aufnahme realisiert. Es ist daher sowohl für die Ausgabe als auch für die Aufnahme von Audiosignalen vom Prinzip her je eine Leitung a bzw. b redundant vorhanden.

Die Übertragung von Signalen von den ersten Mitteln M1 an die zweiten Mittel M2 und von den zweiten Mitteln M2 an die drit­ ten Mittel M3 bzw. von den dritten Mitteln M3 an die zweiten Mittel M2 und von den zweiten Mitteln M2 an die ersten Mittel M1 ist jeweils kritisch. Diese Übertragung ist nicht ohne Verzögerungen möglich. Die Größen der Verzögerungen werden unter anderem vom Betriebssystem bzw. der Situation bestimmt, in der sich das Betriebssystem in einem Augenblick befindet.

In der Fig. 3 ist daher das System gemäß der Fig. 2 mit Verzögerungselementen D1, D2 gezeigt. Die durch die Verzöge­ rungselemente D1, D2 dargestellten Verzögerungen sind, wie oben angedeutet, nicht konstant. Die Signale am Lautsprecher L und am Mikrofon M korrelieren daher nicht zeitlich. Ein mit Teilen der ersten Mittel M1 gebildeter Acoustic Echo Cancel­ ler, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, funktioniert daher zumindest nicht zufriedenstellend.

Dieses Problem wird mit einer Verschaltung der vorhandenen Teile gemäß der Fig. 5 gelöst. Danach ist wenigstens einer der Ausgabe-Mehrwege mit wenigstens einem der Eingabe-Mehr­ wege verbunden. Im vorliegenden Fall sind sie sogar kurzge­ schlossen. Außerdem sind diejenigen Mittel der ersten Mittel M1, die einen Acoustic Echo Canceller nachbilden, in der Weise angeschlossen, dass sie eingangsseitig mit einem sol­ chen der Eingabe-Mehrwege eine Verbindung haben, der mit ei­ nem der Ausgabe-Mehrwege eine ausgeführte Verbindung hat. Weiter sind diese Mittel in der Weise angeschlossen, dass sie ausgangsseitig mit einem solchen der Eingabe-Mehrwege eine Verbindung haben, der eine Verbindung zu einem Mikrofon M hat.

Der Acoustic Echo Canceller "liest" auf diese Weise die Ka­ näle der Soundkarte, wobei sich in wenigstens einem der Ka­ näle das Signal wenigstens eines Mikrofons und in einem der Kanäle das Referenzsignal dazu befindet. Dieses Signal ist dasselbe Signal, das auch den Lautsprecher erreicht hat. Es ist mit dem Signal des Mikrofons zeitlich korreliert, weil das Echo durch den Raum (Signal am Mikrofon) und das Refe­ renzsignal für den Filter den gleichen Weg durch die Sound­ karte gemacht haben.

Auch wenn sich die durch die Verzögerungsglieder D1, D2 ver­ sinnbildlichten Verzögerungen ändern, bleiben auf diese Weise das Echosignal und das Referenzsignal für den Filter immer zeitlich korreliert. Hierdurch ist es möglich, einen Acoustic Echo Canceller in einem Personal Computer zu realisieren.

Ist die Soundkarte in der Weise ausgebildet, dass sie neben einem oder mehreren Audioaus- bzw. -eingängen, die für die Audioaus- bzw. -eingabe genutzt werden, wenigstens einen wei­ teren Audioaus- und -eingang aufweist, der nicht für die Au­ dioaus- bzw. -eingabe genutzt wird, kann trotz des Umstandes, dass in einem Personal Computer mehrere Kanäle für die Audio­ aus- bzw. -eingabe verwendet werden, in dem Personal Computer ein Acoustic Echo Canceller mit Erfolg eingesetzt werden.

Claims (4)

1. Rechnergerät mit Mehrwege-Akustikaus- und -eingabesys­ tem, aufweisend erste Mittel zur digitalen Ver- bzw. Be­ arbeitung von auszugebenden bzw. in Empfang genommenen Akustikdaten, zweite Mittel zur Aufbereitung für eine Weitergabe der von den ersten Mitteln für eine Ausgabe vorgesehenen Akustikdaten bzw. zur Aufbereitung für eine Weitergabe an die ersten Mittel der in Empfang genomme­ nen Akustikdaten, und dritte Mittel einmal zur Umwand­ lung der von den zweiten Mitteln zur Weitergabe aufbe­ reiteten Akustikdaten in analoge Akustiksignale und zur akustischen Ausgabe der umgewandelten analogen Akustik­ signale über wenigstens einen einzigen der Ausgabe-Mehr­ wege und durch wenigstens einen einzigen ersten Akustik­ wandler und einmal zur Umwandlung für die zweiten Mittel in digitale Akustikdaten von über wenigstens einen ein­ zigen der Eingabe-Mehrwege und durch wenigstens einen einzigen zweiten Akustikwandler aufgenommenen analogen Akustigsignalen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Ausgabe-Mehrwege mit wenigstens ei­ nem der Eingabe-Mehrwege verbunden ist, und dass die ersten Mittel (M1) eine Akustik Echo Eliminations- Schaltung (F) nachbildende Mittel umfassen, die ein­ gangsseitig mit dem mit einem Ausgabe-Mehrweg verbunde­ nen Eingabe-Mehrweg und ausgangsseitig mit einem mit ei­ nem zweiten Akustikwandler (z. B. M) verbundenen Eingabe- Mehrweg verbunden sind.

2. Rechnergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass wenigstens eine der Verbindungen zwi­ schen einem Ausgabe-Mehrweg und einem Eingabe-Mehrweg als Kurzschlussverbindung ausgeführt ist.

3. Rechnergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die ersten Mittel (M1) Elemente einer Programmsteuerung, die zweiten Mittel (M2) Treiberfunktionen und die dritten Mittel (M3) Soundkarten- Funktionen umfassen.

4. Rechnergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die ersten Akustik­ wandler durch Lautsprecher (L) und die zweiten Akustik­ wandler durch Mikrofone (M) gebildet sind.