DE19606543A1 - Verfahren zur Unterdrückung von Echos - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echounterdrückung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In einem typischen Wohnraum können Wände, die Decke und der Fußboden bis zu 90% der ausgestrahlten Energie eines Signals (Licht, Schall usw.) reflektieren. Bedingt durch die Überlagerung der Reflexionen mit dem Originalsignal kann die Energie in bestimmten Punkten im Raum höher sein als die Energie des einzelnen Originalsignals. Abhängig von der Wellenlänge und dem Ort im Raum werden einige Frequenzen stärker als andere vorhanden sein. Diese Verzerrungen des Frequenzspektrums des Nutzsignals ist bei einer Signalübertragung immer unerwünscht. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch für nur leitungsgebundene Übertragungseinrichtungen.

Um ein Echo auszulöschen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine der weitverbreitetsten Methoden ist die Filterung eines Audiosignals mit der inversen Fourier-Transformation der Impulsantwort des akustischen Systems. Hierbei wird als erstes die Impulsantwort des Raumes gemessen. Danach wird der Equalizer mit genau den invertierten Frequenz- und Phasenverläufen dieser Impulsantwort abgestimmt.

Diese Methode ist nur dann stabil, wenn die Impulsantwort minimalphasig ist. Da für Übertragungsfunktionen eines Raumes im allgemeinen Minimalphasigkeit nicht vorausgesetzt werden kann, ist die Entwicklung eines Equalizers nach dieser Methode relativ schwer.

Es ist beispielsweise ein Digital-Equalizer basierend auf der Fourier-Transformation bekannt, der aus einer Mehrzahl von Zeitverzögerungsgliedern in Reihenschaltung mit jeweils zugehörigen Wichtungsgliedern besteht. Das digitale Filter erzeugt abhängig von der Charakteristik des Eingangssignals und den Filterkoeffizienten ein Ausgangssignal. Durch die Erzeugung eines Fehlersignais aus dem Ausgangssignal werden die Wichtungsglieder unter Nutzung eines adaptiven Algorithmus, wie dem Least Mean Squares (LMS) Algorithmus, so eingestellt, daß das gewünschte Verhalten des Filters entsteht. Nach dem Einstellen der Wichtungsglieder ist mit der Übertragungsfunktion des Filters die invertierte Impulsantwort des akustischen Systems approximiert.

Der beschriebene Filter ist für die Unterdrückung von einzelnen Echos zu komplex, mit zu vielen Zeitgliedern ausgestattet und in der Einstellprozedur zu aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, womit die Echos der Impulsantwort einfacher kompensierbar sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrenschritte gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens werden durch die Unteransprüche gegeben.

Durch die genaue Bestimmung der Echozeiten und der Amplituden der Echos im ersten Schritt kann ein Signal aus dem Ausgangssignal durch Wichtung und Zeitverzögerung erzeugt werden. Dieses Signal enthält genau zu den Zeitpunkten Pseudoechos, zu denen die Impulsantwort des "Raumes" Echos aufweist. Schaltungstechnisch bedingt enthält die Impulsantwort noch weitere Echos, die sich aber selbst im Raum auslöschen und somit keinen Nachteil mit sich bringen.

Dieses Signal wird vom Eingangssignal subtrahiert, und zwar so, daß sich die Pseudoechos mit den vom Raum erzeugten Echos im Raum kompensieren. Als Resultat befindet sich im Raum am Ort des Zuhörers nur noch das Originalsignal ohne Echos.

Die Berechnung der Echoamplitude und der Echozeit kann durch Aus lesen der Impulsantwort oder durch spezielle Berechnungsverfahren erfolgen.

Als Schaltungsanordnung wird ein an sich bekannter IR-Filter verwendet, der in jedem Rückkopplungszweig je ein steuerbares Zeitverzögerungs- und Wichtungsglied enthält.

Für die Kompensation der auftretenden Echos werden 5 bis 10 Rückkopplungszweige mit den zugehörigen Gliedern in den meisten Fällen ausreichend sein. Die Anzahl der Rückkopplungszweige richtet sich nach der Anzahl und Stärke der Reflexionen auf dem Echoweg und unterliegt einer subjektiven Beurteilung des Nutzers.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit drei Rückkopplungszweigen

Fig. 2 die Impulsantwort eines Raumes mit Darstellung der Verzögerungszeit und Amplitude der Echos

Fig. 3 die Impulsantwort eines Equalizers zusammengesetzt aus Eingangssignal und den hinzugefügten Pseudoechos.

In Fig. 1 ist eine für das Verfahren verwendete Schaltungsanordnung dargestellt. Das Ausgangssignal y(n) wird in der ersten Schleife über ein Zeitverzögerungsglied 1 und ein Wichtungsglied 2 auf den Eingang rückgekoppelt. In der Figur sind zwei weitere Rückkopplungszweige zur Erzeugung weiterer zeitverzögerter und gewichteter Pseudoechos dargestellt.

Vorausgesetzt wird, das zunächst die Impulsantwort des Raumes gemäß der Fig. 2 gemessen wird. Die Echozeiten- und Amplituden können in einfacher Weise durch Auslesen der Impulsantwort ermittelt werden.

Das Ausgangssignal y(n) wird um die Echozeit des ersten Echos verzögert und mit der normierten Amplitude dieses Echos gewichtet und genau im Echozeitpunkt vom Eingangssignal subtrahiert, wenn das Ausgangssignal y(n) auf dem Echoweg ein Echo erzeugt. Dadurch entsteht ein verändertes Ausgangssignal, wie in der Fig. 3 dargestellt, das sich aus dem Eingangssignal und ein oder mehreren Pseudoechos zusammensetzt. In der Fig. 3 sind die zusammengehörigen Echofolgen mit b, g und r gekennzeichnet.

Ein Pseusoecho zur Kompensation eines Echos aus der Impulsantwort des Raumes wird durch einen Rückkopplungszweig entsprechend der Fig. 1 erzeugt. Zur Kompensation weiterer Echos hat das i-te Verzögerungsglied eine Verzögerungszeit, die sich aus der Echozeit des i-ten Echos vermindert um die Verzögerungszeit der i-1 vorgelagerten Verzögerungsglieder zusammensetzt. Die Amplitudenwichtung für das i-te Echo erfolgt analog der Amplitudenwichtung für das erste Echo.

In der Fig. 1 sind drei Rückkopplungszweige dargestellt, mit denen drei Echos des Raumes kompensiert werden können.

Die eigentliche Kompensation der Echos erfolgt bei Echos des Raumes im Raum. Das Verfahren ist aber ebenso zur Kompensation von Echos auf Signalübertragungseinrichtungen anwendbar. In diesem Fall erfolgt die Kompensation auf der Leitung selbst.

Claims (3)

1. Verfahren zur Unterdrückung von Echos in einer Signalübertragungseinrichtung mit wenigstens einem Sende- und Empfangsgerät und einem Echoweg, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Amplituden der Echos und die Echozeiten bestimmt werden, nachfolgend zum Eingangssignal (x(n)) ein x-fach zeitverzögertes und x-fach gewichtetes Ausgangssignal rückwärtig mit entgegengesetztem Vorzeichen überlagert wird, so daß ein modifiziertes Ausgangssignal (y(n)) mit amplituden- und phasenversetzten Pseudoechos gesendet wird, und die Pseudoechos mit den auf dem Echoweg ankommenden Echos des Raumes oder der Signalübertragungseinrichtung kompensiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter IR-Filter verwendet wird, wobei die Wichtungsglieder (2) entsprechend der Echoamplitude, und die Zeitverzögerungsglieder (1) entsprechend der Echozeit gesteuert werden, wobei in jeweils einer Rückkopplungsschleife aus Zeitverzögerungs- (1) und Wichtungsglied (2)] ein Pseudoecho erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Echoamplituden auf das Originalsignal normiert werden und damit die Wichtungsfaktoren kleiner als 1 sind.