DE19861341B4 - Vorrichtung zur Vermeidung einer akustischen Rückkopplung - Google Patents

Abstract

Steuereinrichtung für die Verwendung in einer Telefonleitung zur Vermeidung von durch eine Mitkopplung zwischen einem Empfangspfad und einem Sendepfad erzeugtem Pfeifsignal in der Leitung, wobei die Steuereinrichtung umfasst:
eine Detektionseinrichtung (36) zum Detektieren des Beginns eines Pfeifsignals in der Leitung,
wobei die Detektionseinrichtung (36) eine Einrichtung zum kontinuierlichen Zählen (50, 54), Abtastwert für Abtastwert, von angrenzenden positiven und negativen Abtastwerten und zum Vergleichen (58) der absoluten Werte von jedem hat, wobei ein Pfeifen detektiert wird, wenn eine Differenz zwischen den jeweiligen absoluten Werten Schwellenwerte überschreitet,
eine Dämpfungseinrichtung (38, 40) zur gesteuerten Dämpfung des Empfangspfades und/oder des Sendepfades und
eine Prozessoreinrichtung zum Steuern des Betrages der Dämpfung als Funktion des Pfeifsignals,
wobei die Dämpfungseinrichtung die Dämpfung allmählich steigernd ausübt, solange ein Pfeifsignal vorliegt.

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Vierdrahtleitungen aufweisende Telefonnetzwerke, die geschlossene Schleifen bilden, die für ein Pfeifen aufgrund einer Rückkoppelung anfällig sind, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Vermeidung von Pfeifen, die zum Detektieren des Vorhandenseins von Pfeifen und zum Beseitigen desselben durch Einführen einer geeigneten Dämpfung in der geschlossenen Schleife einen DSP-Algorithmus verwendet.
• Eine Mitkopplung bzw. positive Rückkopplung gibt es in einer geschlossenen Schleife (siehe 1), wenn folgende Beziehung (Barkhausen) erfüllt ist: β·G = 1, 1)wobei

β

die Übertragungsfunktion auf dem Rückkopplungsweg in einer offenen Schleife und

G

die Übertragungsfunktion auf dem direkten Weg in der offenen Schleife ist.

• Diese Beziehung ist gleichbedeutend zu den folgenden entsprechenden Bedingungen: |β|·|G| = 1 (2) arg (β) + arg (G) = 2·π, in Radiant (3)
• Eine solche Mitkopplung tritt gewöhnlich auf, wenn die Verstärkung der geschlossenen Schleife gewöhnlich größer als ein bestimmter Wert ist. Die Auswirkungen der Mittkopplung im Basis band (d. h. 300 Hz–3400 Hz) der Telefonleitungen sind gut bekannte Phänomene des „Pfeifens" und „Summens". Beide beeinträchtigen drastisch die eigentlichen Signale und sollten daher fest unter Kontrolle sein.
• Pfeifen kann als Resultat einer Mitkopplung in einem Telefonnetzwerk mit einer Vierdraht-Leitung als Folge einer unvollständigen Echobeseitigung definiert werden. Eine Analyse der oben angegebenen Gleichung (1) oder der Gleichungen (2) und (3) ergibt zwei Möglichkeiten der Beseitigung der Mitkopplung:
• a) durch Ausüben einer Dämpfung im Rückkopplungspfad, oder
• b) durch Ändern der Phaseneigenschaft des Rückkopplungspfades.
• Aufgrund der zwei oben angegebenen Möglichkeiten wurden bisher folgende Hauptverfahren verwendet:
• Phasenverfahren:
• i) Alle Durchlassbereichsfilter sind mit variabler Gruppenlaufzeitverlängerung versehen;
• ii) Stochastische Phasenverschiebung;
• iii) Konstante Frequenzverschiebung mit einer Signal-Wiederabtastung;
• iv) Zwei-Direktionales-Mikrofonverfahren.
• Dämpfungsverfahren:
• i) Variable Dämpfungsschaltung.
• Das Spektrum eines Rückkopplungssignales ändert sich dynamisch mit einer oder mehreren dominierenden und nicht konstanten Frequenzen, die praktisch überall in der Bandbreite des eigentlichen Signals existieren können.
• Die oben angegebenen Phasenverfahren beruhen auf der Eigenschaft des menschlichen Ohres, das Phasenänderungen eines Audio-Signals nicht wahrnehmen kann. Bei den Phasenverfahren wird die Phase des einkommenden Signals permanent verändert, so daß die Gleichung (3) falsch wird.
• Das Verfahren i), wie es in der US 5,307,417 vom 26. April 1994 (Takamura et al.) angegeben ist, ist extrem komplex und verwen det folglich eine große Anzahl von Befehlen pro Sekunde und benötigt eine große Speichermenge. Das Verfahren ii), wie es in der US 4,449,237 vom 15. Mai 1984 (Stepp et al.) angegeben ist, und das Verfahren iii) ändern die Phaseneigenschaft des Rückkopplungsweges entweder zufällig oder in einer vorbestimmten Art und Weise, um algebraisch ungewünschte Komponenten des Rückkopplungsspektrums zu kompensieren. Der Abstand vom Pfeifpunkt der geschlossenen Schleife wird geringfügig erhöht, wodurch die Möglichkeit des Pfeifens bzw. der Rückkopplung nicht vollständig beseitigt wird. Zusätzlich führen die Verfahren ii) und iii) eine Signalstörung ein. Zumindest ein Nachteil des Verfahrens iv) (s. US 5,323,458 vom 21. Juni 1994 – Park et al.) ist, daß dieses Verfahren eine räumliche und elektrische Symmetrie annimmt, die tatsächlich nicht immer vorhanden ist; auch ist die Übertragbarkeit dieser Lösung nur auf spezielle Telefonanlagen beschränkt. Ein allgemeiner Nachteil der Verfahren i), ii), iii) und iv) ist, daß sie alle nur eine begrenzte Anzahl der ursprünglichen Schleifenverstärkung verarbeiten können.
• Bei den Dämpfungsverfahren wird das einkommende Signal so stark geschwächt, daß die Beziehung (2) falsch wird.
• Die vorgenannten Dämpfungsverfahren, wie sie in US 5,379,450 vom 03. Januar 1995 (Hirasawa et al.) angegeben sind, hängen vom Signalniveau und sowohl von den bestimmten mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Telefonanlage ab. Auch diese Verfahren verwenden sich von 0 Volt unterscheidende absolute Referenzniveaus und zeichnen sich durch eine erhöhte Komplexität und einem hohen Rechenaufwand aus. Berücksichtigt man die aktuellen Vollduplex-Sprachschalter wie sie in der US 5,099,472 vom 24. März 1992 (Townsend et al.) angegeben sind wird die Dämpfung permanent auf den beiden Sprachpfaden unabhängig von dem Vorhandensein oder nicht Vorhandensein eines Pfeifens ausgeführt.
• Die in dieser Patentanmeldung vorgeschlagene Lösung verwendet eine Dämpfung nur, wenn ein Rückkopplungssignal bzw. Pfeifen erkannt und von anderen im Telefonnetzwerk vorhandenen Signalen unterschieden wird.
• Außerdem offenbart US 5014294 eine Steuereinrichtung zur Verwendung in einer Telefonleitung zum Steuern von durch eine Mitkopplung zwischen den Empfangs- und Sendepfaden in der Leitung erzeugten Pfeifsignalen. Die Steuereinrichtung umfaßt:
  Eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Beginns eines Pfeifsignals in der Leitung;
  eine Dämpfungseinrichtung zum Ausüben einer Dämpfung in einem der Empfangs- und Sendepfade;
  und eine Verarbeitungseinrichtung zum Steuern des Dämpfungsniveaus als Funktion des Pfeifsignals.
• WO 91/13508 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Pfeifsignals in einer Telefonleitung mit einem Empfangspfad und einem Sendepfad vorgesehen, wobei das Pfeifsignal aufgrund einer positiven Rückkopplung bzw. Mitkopplung zwischen den beiden Pfaden erzeugt wird. Das Verfahren umfaßt das Detektieren des Beginns eines Pfeifsignals und das Dämpfen von zumindest einem der Pfade um das Pfeifsignal zu löschen.
• Dabei wird ein Algorithmus zum Steuern einer Rückkopplungssteuer-Einrichtung mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) zum Löschen eines Pfeifens in einer Telefonleitung mit einem Empfangspfad und einem Sendepfad vorgeschlagen, wobei der Algorithmus umfaßt: Detektieren des Beginns eines Pfeifens durch Überwachen von Eingangsabtastwerten am Empfangspfad, gesteuerte Dämpfung wenigstens des Empfangspfades oder des Sendepfades, um das Pfeifsignal zu vermindern, und Beenden der Dämpfung wenn das Pfeifsignal 0 erreicht.
• Dabei wird nach dem in US 5014294 offenbarten Stand der Technik ein Pfeifen detektiert, wenn eine Differenz zwischen angrenzenden Abtastwerten gering ist, während nach dem in WO 91/13508 A1 offenbarten Stand der Technik ein Pfeifen detektiert wird, wenn Empfänger-oder Senderlautstärken über Umgebungslautstärke liegen.
• Nach einem in US 55 39 731 offenbarten Stand der Technik wird ein Pfeifen über einen Vorfilterkoeffizienten, berechnet aus Empfangssignal und Fehlersignal, vermieden, wozu eine Zwischenvariable schleifenartig angepasst wird.
• DE 3 839627 C2 offenbart eine Einstellung der Summe von Dämpfungswerten in einem Fernsprechgerät.
• Die US 5099472 macht ein Freihand-Kommunikationsendgerät vorbekannt, bei dem ein Lautsprecher und ein Mikrophon gleichzeitig eingeschaltet sein können. Ein Regler überwacht Signale in Empfangs- und Sendestrecken zur Steuerung der Arbeitsweise von Transversalfiltern und stellt auf diese Weise zwei Echo-Auslöschungsfunktionen zur Verfügung, eines, für das Mikrophon und eines für eine Telefonleitung, so dass die meisten ungewollten Echos und Rückkopplungen herausgefiltert werden, um rollende und quietschende Geräusche zu vermeiden, wie sie häufig auftreten, wenn der Lautsprecher und das Mikrophon gleichzeitig aktiv sind.
• Gegenstand der Erfindung ist eine in Anspruch 1 definierte Steuereinrichtung und ein in Anspruch 5 definiertes Verfahren zum Steuern eines Pfeifsignals in einer Telefonleitung.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt es ein maximales Dämpfungsniveau, das ausgeübt werden kann.
• Bei der weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Algorithmus eine Vorhersagelogik um sicherzustellen, daß das detektierte Signal in der Tat ein Pfeifsignal ist.
• Die Erfindung wird nun genauer anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
• 1 den grundlegenden Mitkopplungsmechanismus zeigt,
• 2 das Prinzip der Steuereinrichtung gegen Pfeifen zeigt,
• 3 eine typische Schleifenkonfiguration der Steuereinrichtung zeigt,
• 4 eine typische Schleifenkonfiguration für eine Steuereinrichtung mit einem Vollduplex-Sprachschalteraufbau zeigt,
• 5 schematisch eine äquivalente Hardware des grundlegenden Pfeif-Detektion-Algorithmusses zeigt,
• 6 ein Flußdiagramm des logischen Vorhersagealgorithmusses ist, und
• 7A, 7B, 7C einen vollständigen Algorithmus des Flußdiagrammes der Steuereinrichtung darstellen.
• Das Prinzip der Steuereinrichtung zum Vermeiden eines Rückkopplungspfeifens ist in einem Block 20 in 2 gezeigt, in welchem ihre zwei Hauptfunktionen dargestellt sind: Die Funktion 22 der Detektion des Pfeifens und die Funktion der Dämpfung α. Die erste Funktion erlaubt die Unterscheidung eines Pfeifsignals von anderen Eingangssignalen, einschl. Sprache, Musik und DTMF (dual-tone multi-frequency). Hierauf beruhend vermindert die Dämpfungsfunktion die anfängliche Schleifenverstärkung 26 bis zu dem bestimmten Wert, an dem das Pfeifen verschwindet.
• 3 zeigt einen typischen Schleifenaufbau, bei dem die Elemente der Steuereinrichtung gegen ein Rückkopplungspfeifen zur besseren Klarheit schematisch dargestellt sind. Diese umfassen Anfangsschleifenverstärker 26, PCM-Kodierer-Dekodierer 30, linear/μ/A-law-Umsetzer 32; μ/A-law/linear-Wandlerblöcke 34, einen Pfeifdetektor 36, eine Dämpfungseinrichtung α1 38 und eine Dämpfungseinrichtung α2 40. Die in 3 gezeigten PCM-Kodierer-Dekodierer 30 sind Puls-Code-Modulations-Kodierer-Dekodierer gemäß dem G.711 CCITT-Standard. Die μ/A-law/linear-Blöcke 34 sind Spannungsniveauerhöhungsblöcke gemäß dem G.711 CCITT-Standard, und der linear-μ/A-law-Umsetzer 32 sind Spannungspegelverringerungsblöcke gemäß dem G.711 CCITT-Standard. Gemäß 3 werden Eingabel-Abtastwerte am Punkt 42 abgegriffen; Eingabel-Abtastwerte werden am Punkt 44 abgegriffen. Ausgabel-Abtastwerte werden bei 46 und Ausgabe2-Werte bei 48 ausgegeben. μ-law und A-law sind Datenkomprimierungsformate, wobei die Blöcke 32 und 34 die entsprechenden Komprimierungs- bzw. Dekomprimierungsvorgänge ausführen.
• Obwohl die Pfeifdetektion als DSP-Software-Algorithmus ausgeführt ist, wird zur Erleichterung des Verständnisses dieser nachfolgend anhand der in 5 schematisch gezeigten Hardware erläutert. Die Abtastfrequenz wird mit 8 kHz angenommen.
• Das Eingangssignal (Eingabeabtastwert) wird bei jeder Abtastung kontinuierlich analysiert. Ein Zähler 50 (Zähler_P) beginnt seinen Betrieb mit dem ersten einkommenden Abtastwert, der vom Komperator 52 (Komp_P) geliefert wird, und stoppt seinen Betrieb mit dem letzten angrenzenden positiven Abtastwert. Ein zweiter Zähler 54 (Zähler_N) wird dann vom Komperator 56 (Komp_N) zum Zählen aller einkommenden angrenzenden bzw. zusammenhängenden negativen Abtastwerte aktiviert. 5 zeigt nicht die äquivalente Hardware-Schaltung, die das einkommende Signal untersucht, wobei der erste positive Abtastwert an den Zähler 50 abgegeben wird. Bei der Ausführung mittels Software erfolgt dies mittels einer Schleife, die auf negative Abtastwerte wartet. Die Schleife wird mit dem ersten positiven Abtastwert abgebrochen. Der Unterschied zwischen den Inhalten der zwei Zähler wird dann mittels eines Differenziators Δ 58 ermittelt, der den Differenzwert zwischen zwei absoluten Werten bestimmt, wobei die Rückstellung der Zähler auf null (RESET 60) erfolgt. Diese gerade beschriebenen Schritte (d. h., Zählen der positiven Abtastwerte, Zählen der negativen Abtastwerte, Bestimmen der absoluten Differenz, Zurücksetzen der zwei Zähler auf null) werden permanent wiederholt und bilden Iterationen. Vor dem Zurücksetzen der Zähler auf null wird die Summe ihrer Inhalte mit einem ersten Addierer 62 (Add_1) addiert und an einen zweiten Addierer 64 (Add_2) weitergeleitet, falls die Absolutwerte der oben genannten Unterschiede sind aufeinander folgend kleiner oder gleich einem bestimmten Schwellwert 66 sind (Schwelle_1). Diese letzte Bedingung wird mittels eines Vergleichskomperators 68 (Komp_1) geprüft und dessen Ergebnis wird als Ermächtigungseingangssignal 70 (EN, Enabling input) des zweiten Addierers 64 verwendet. Falls es zumindest eine Differenz gibt, die nicht diese Bedingung erfüllt, wird der zweite Addierer 64 auf null zurückgesetzt. Wenn der Inhalt des zweiten Addierers 64 größer als ein zweiter Schwellwert 72 (Schwelle_2) ist, bezeichnet die Ausgabe PFEIFEN 74 des Komperators 76 (Komp_2) das Vorhandensein eines Pfeifens bzw. einer Rückkopplung und der zweite Addierer 64 wird auf null zurückgesetzt. Auch wenn es zumindest eine Differenz gibt, die größer als der erste Schwellwert ist, wird der zweite Addierer auf null zurückgesetzt. Der erste Schwellwert wird auf 1 und der zweite Schwellwert wird vorzugsweise auf 256 gesetzt, das einem Zeitintervall von 32 ms entspricht (die Abtastfrequenz ist 8 kHz; folglich dauern 256 Abtastungen × 1/8kHz pro Abtastung = 32 ms). Die Beziehung zwischen der äquivalenten Digitalschaltung und den im Flußdiagramm aus den 7A bis 7C tatsächlich benutzten Variablen ist wie folgt:

  EINGANGSABTASTWERT	Eingangs2-Abtastwert
  START	Start
  Zähler_P	p
  Zähler_N	n
  Add_2	Summe
  Schwelle 1	1

• Schwelle 2

  256

• Jedes mal wenn der Dämpfungsblock ein Signal für eine Rückkopplung empfängt wird die Schleifenverstärkung um einen konstanten Betrag (Dezibel) vermindert, so daß die Dämpfung in gleichmäßigen Schritten ausgeführt wird, die vorzugsweise 6 dB betragen. Vorzugsweise weist der Pfeifabstand bzw. die Stabilitätsreserve ein Maximum von 6 dB auf. Der gesamte Betrag der Dämpfung kann gleichmäßig oder ungleichmäßig auf die zwei Sprachleitungspfade (siehe 3) verteilt sein. Ein guter Lösungsansatz kann die Verwendung eines Vollduplex-Dämpfungsschalters (der Schalter ist auch als Sprachschalter bekannt) sein (siehe 4). Falls die gesamte ausgeübte Dämpfung gleichmäßig auf die zwei Sprachleitungspfade verteilt ist, dann sind die Dämpfungsschritte pro Pfad 6 dB/2 = 3 dB. Falls die gesamte Dämpfung ungleichmäßig verteilt ist, dann betragen die Pfad-Dämpfungsschritte q dB bzw. (6 – q) dB. Der in 4 gezeigte Fall, bei dem die gesamte Dämpfung unter Verwendung eines Vollduplex-Sprachschalters 80 ausgeübt wird, der von den Energien S₁ und S₂ (82 und 84) der Abtastungen gesteuert wird, ist nachfolgend nicht vollständig abgedeckt. Der gesamte Betrag der durch die Steuereinrichtung zum Vermeiden einer Rückkopplung ausgeübten Dämpfung kann aber auf einen maximal erlaubbaren Dämpfungswert begrenzt werden. Hierbei wird, jedesmal wenn eine neue Dämpfung ausgeübt wird, der gesamte ausgeübte Dämpfungsbetrag mit dem Maximalwert verglichen. Ein neuer Dämpfungsschritt wird nur erlaubt, wenn der maximal zulässige Wert größer als die aktuelle ausgeübte Gesamtdämpfung der Steuereinrichtung ist.
• Dies ist der grundlegende Algorithmus der Steuereinrichtung zur Vermeidung eines Rückkopplungspfeifens.
• Zur Erhöhung des Widerstandes des grundlegenden Algorithmusses bzgl. der praktisch sehr seltenen Situationen, bei welcher Signale, die dem Pfeifen ähnlich sind, als Pfeifen betrachtet werden könnten, ist eine Vorhersagelogik zusätzlich zum Grundalgorithmus vorgesehen. Der Grundalgorithmus und die Vorhersagelogik arbeiten parallel.
• Da Pfeifen keine Information trägt ist die Warscheinlichkeit des akuraten Vorhersagens des nächsten Wertes eines Pfeifsignals sigma0 (siehe unten) größer als die Wahrscheinlichkeit sigma0 des akuraten Vorhersagens eines Informationssignals. Dies ist das Prinzip, auf dem die oben genannte Vorhersagelogik beruht.
• Das Flußdiagramm ist in 6 gezeigt und wird nachfolgende getrennt erläutert. Die Abtastfrequenz wird mit 8 kHz angenommen. Nach der Initialisierung der Variablen flag, counter, sigma0, sigma1, sigma2, sigma3 und sigma4 wird ein Abtastwert von jedem der zwei Sprachleitungspfade abgegriffen: Eingangs1-Abtastwert und Eingangs2-Abtastwert. Der Absolutwert der Eingangsabtastwerte wird kontinuierlich zu sigma0 addiert, bis der Zähler einen vorbestimmten Wert erreicht, der vorzugsweise auf 256 gesetzt ist (entspricht einem Zeitintervall von 32 ms). Dann wird der Inhalt von sigma0 in sigma1 gespeichert, der Zähler wird auf null zurückgesetzt und der Vorgang wird für weitere 32 ms fortgesetzt. Danach wird der Inhalt von sigma1 in sigma2 gespeichert und der neue Wert von sigma0 wird in sigma1 geladen. Der Zähler wird wieder auf null zurückgesetzt und die gleiche Routine wird zweimal ausgeführt. Von nun an benutzt das Verfahren vier gespeicherte Werte sigma4, sigma3, sigma2 und sigma1 sowie den aktuellen Wert sigma0, um den nächsten Wert von sigma0 vorherzusagen. Sein vorhergesagter Wert wird unter Verwendung von vorzugsweise eines konstanten Differentials dritter Ordnung für das Zeitintervall von 32 ms erhalten. Die oben genannte Bevorzugung bezieht sich auf die Ordnung des Differentials. Der vorhergesagte Wert von sigma0 ergibt sich durch folgende Formel: Pre-sigma = 4·sigma1 – 6·sigma2 + 4·sigma3 – sigma4 (4)
• Dann wird der Absolutwert der Differenz zwischen sigma0 und Pre-sigma mit einem kleinen Bruchteil K von sigma0 verglichen. Der bevorzugte Wert von K ist 0,01. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wird ein Steuerzeichen flag auf ein logisches „ein" gesetzt oder nicht gesetzt. Der Wert dieses Steuerzeichens wird mit dem Signal PFEIFEN des grundlegenden Algo rithmusses (siehe 5) mit einem logischen „und" verknüpft. Schließlich wird der Zähler auf null zurückgesetzt und die Speicher von sigma4, sigma3, sigma2 und sigma1 werden gemäß folgender Regel aktualisiert: sigmaX = sigmaY, wobei X = Y + 1 und X = 0, 1, 2 und 3. (5)
• Die endgültige Ausführungsform der Vorhersagelogik liefert jedoch auch Informationen, die zum Unterscheiden von sinusförmigen Tönen von anderen in den Telefonleitungen vorhandenen Signalen verwendet werden kann. Im Vergleich zum Pfeifen sind sinusförmige Wellen besser vorhersagbar. Folglich sollte ein sinusförmiges Signal folgende Ungleichung mit hoher Genauigkeit erfüllen: |sigma0 – sigma1| < K·sigma0, (6)wobei K vorzugsweise den gleichen Wert von 0,01 besitzt.
• Gemäß obigen Vergleich, bei dem Pre-sigma berücksichtigt wird, ergibt sich ein Doppel-Bedingungsvergleich. Die zwei Bedingungen werden logisch mit „oder" verknüpft: |sigma0 – Pre-sigma| > K·sigma0 oder |sigma0 – sigma1| < K·sigma0 (7)
• Folglich gilt, wenn wenigstens eine dieser Bedingungen erfüllt ist, daß das Steuerzeichen flag auf ein logisches „ein" gesetzt wird. Ansonsten verbleibt es auf einem logischen „aus".
• Die folgenden Zeilen beschreiben den vollständigen Algorithmus der Steuereinrichtung zum Vermeiden eines Rückkopplungspfeifens. Sein Flußdiagramm ist in 7A bis 7C gezeigt. Hier wird die Ausführungform, die ein Vollduplex-Dämpfungsschalter verwendet, nicht gezeigt. Als Abtastfrequenz wird 8 kHz angenommen.
• Im ersten Schritt werden die folgenden Variablen initialisiert: flag, counter, sigma0, sigma1, sigma2, sigma3 und sigma4 für die Vorhersagelogik; sum, start, neg, begin, db1 und db2 für den grundlegenden Algorithmus. Der nächste Schritt wird von der Vorhersagelogik ausgeführt, wie es oben beschrieben ist. Der Punkt B ist der Anfang des grundlegenden Algorithmusses. Die gesamte Analyse beruht auf von lediglich einem Sprachleitungsweg erfaßten Abtastwerten. Dies sind die Eingabel-Abtastwerte in 3. start ist eine Variable, die festhält, ob der Algorithmus sich im iterativen Zustand befindet oder nicht. So lange der Algorithmus nicht in den iterativen Zustand eintritt, werden die Eingabeabtastwerte nicht beeinflußt, das heißt, der Ausgabel-Abtastwert und der Ausgabe3-Abtastwert (siehe 3) sind Kopien der Eingabeabtastwerte. Der iterative Zustand beginnt sobald der erste positive Abtastwert des Eingangs2 detektiert wird. Eine logische Schleife ermittelt diesen ersten positiven Abtastwert durch Überprüfen negativer Abtastwerte. Es wird angenommen, daß der Abtastwert des Eingangs 2 positiv ist. Da dies kein negativer Abtastwert ist, erlaubt die oben genannte logische Schleife nicht, daß der Algorithmus bzw. der Programmablauf in den iterativen Zustand übergeht. In diesem Fall wird der Wert der Variablen neg geprüft. Hier hat die Variable neg die Aufgabe der Aufzeichnung, falls wenigstens falls wenigstens ein negativer Eingangsabtastwert detektiert wurde. Folglich, da kein negativer Abtastwert ermittelt worden ist, bleibt neg gleich 0. Nun wird angenommen, daß nach einigen positiven Eingangsabtastwerten ein negativer Abtastwert angekommen ist. Hierbei ändert die Variable neg ihren Status auf 1. Dem nächsten negativen Abtastwert folgt ein positiver Abtastwert in einer neuen Reihe von positiven Abtastwerten. Diesmal, da neg gleich 1 ist, werden neue Vorgänge ausgeführt: start wird auf 1 und neg auf 0 geändert. neg wird zu einem ähnlichen Zweck wiederverwendet und der neue Wert von start wird den Programmablauf in den iterativen Zustand versetzen. Eine ähnliche Erklärung betrifft den Fall, bei dem der erste Eingangsabtastwert, der den Betrieb der logischen Schleife startet, negativ ist. Bei diesem iterativen Zustand des Algorithmusses werden die folgenden Schritte ausgeführt. Wenn ein zweiter positiver Eingangsabtastwert ankommt und da die Variable begin gleich 0 ist, wird die Variable p, die die positiven Abtastwerte zählt, gleich 1. Diese 1 stellt die vorhergegangenen positiven Abtastwerte, die den Algorithmus in den iterativen Zutand übergeführt haben, dar. Der aktuelle positive Abtastwert wird noch weiter berücksichtigt werden. Bei diesem Zustand (Punkt D im Flußdiagramm) ist die Variable n, die die negativen Eingangsabtastwerte zählt, noch 0 und die Variable begin ändert ihren Status auf 0. Weil der letzte Eingangsabtastwert positiv ist, wird p beispielsweise um 1 erhöht. Die Variable n hält fest, falls zumindest ein negativer Eingangsabtastwert während einer Iteration detektiert worden ist (bzgl. der Bedeutung von Iteration wird auf die Absätze verwiesen, die schematisch die äquivalente Hardware betreffen oder den nachfolgenden Text). Folglich, da noch kein negativer Abtastwert ermittelt worden ist, bleibt neg gleich 0. Die Anzahl der positiven Eingangsabtastwerte wird mit der Variable p gezählt. Nun wird angenommen, daß ein negativer Eingangsabtastwert ankommt. Da begin vorher auf 0 gesetzt worden ist, wird zum Punkt D im Flußdiagramm von 7C verzweigt. Dann wird die Variable n, die die negativen Abtastwerte zählt, beispielsweise um 1 erhöht und die Variable neg wird mit dem Wert 1 belegt. Bis zu diesem Moment sind die Abtastwerte des Ausgangs 1 und des Ausgangs 2 nur Kopien der Abtastwerte des Eingangs 1 und des Eingangs 2. Auf die folgenden negativen Eingangsabtastwerte folgt ein positiver Abtastwert einer neuen Reihe von positiven Eingangsabtastwerten. Dieses mal, da neg gleich 1 ist, werden neue Aktionen ausgeführt: neg wird wieder 0 und begin wird auf 1 gesetzt, um eine neue Iteration vorzubereiten und der Zähler p wird beispielsweise um 1 verringert, weil dieser neue positive Abtastwert zu einer neuen Iteration gehört. Beim nächsten Schritt wird der Absolutwert der Differenz zwischen p und n geprüft. Falls dieser Absolutwert kleiner als 1 ist, wird die Variable sum, die ein Addierer ist, mit dem Ergebnis der Addition von p und n erhöht. Dann wird sum mit einem bestimmten Schwellenwert verglichen, der vorzugsweise auf 256 gesetzt ist. Falls sum nicht größer als 256 ist, wird eine neue Iteration ausgeführt und die Ausgangsabtastwerte werden nicht beeinflußt. Falls sum größer als 256 ist, wird sum auf 0 zurückgesetzt. Dann wird der Wert des Steuerzeichens flag geprüft. Falls das Steuerzeichen nicht gleich 0 ist, wird eine neue Iteration ausgeführt und die Ausgangsabtastwerte werden nicht beeinträchtigt. Falls das Steuer zeichen gleich 0 ist, dann betrachtet der Algorithmus die Eingabe als Pfeifen und zum ersten mal werden die Ausgangsabtastwerte nicht länger Kopien der Eingangsabtastwerte sein. Die Variable db2, die dem an dem Sprachleitungspfad, an dem die Abtastwerte des Eingangs 2 auftreten angelegten Dämpfungspegel entspricht, wird mit einem dritten Schwellenwert verglichen, der mit einem M bezeichnet wird. Dieses M ist die max. zulässige Dämpfung auf diesen bestimmten Pfad und wird als Dezimalzahl ausgedrückt, die einen bestimmten Betrag an Dezibels (dB) entspricht. Z. B., falls die max. Dämpfung, die auf dem Sprachleitungspfad erlaubt ist, auf – 12dB gesetzt ist, dann ist M = 10^(–12/20) = 0,25.
• Falls db2 größer als M ist, dann wird der Wert von db2 auf db2·q2 geändert. In ähnlicher Weise wird der Wert von db1, der dem den Sprachleitungspfad ausgeübten Dämpfungspegel entspricht, an dem die Abtastwerte des Eingangs 1 auftreten auf db1·q1 geändert. Die Summe q1 + q2 entspricht einem vorzugsweise einer auf 6dB eingestellten Dämpfung, q1 und q2 sind Dezimalzahlen, die bestimmten Dezibelbeträgen (dB) entsprechen. Beispielsweise, falls der Dämpfungsbetrag, der für den Sprachleitungspfad, an dem die Abtastwerte des Eingangs 2 auftreten, auf –4dB pro Dämpfungsschritt eingestellt ist, wird q2 gleich 10^ (–4/20) = 0,63. q1 kann in der gleichen Art und Weise berechnet werden, wobei für dieses Beispiel eine Dämpfung von 6dB – 4dB = 2dB pro Dämpfungsschritt zu berücksichtigen ist. Dann werden die Abtastwerte des Ausgangs 1 und des Ausgangs 2 berechnet. Ihre Werte werden durch multiplizieren der ursprünglichen Abtastwerte des Eingangs 1 und Eingangs 2 mit den Dämpfungsfaktoren db1 und db2 erhalten. Falls db2 kleiner als M ist, wird keine zusätzliche Dämpfung ausgeübt. In diesem Fall bleiben die Dämpfungsfaktoren db1 und db2 permanent konstant.
• Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß ein neuer Ansatz zum Verhindern eines Pfeifens entwickelt worden ist. Ein entsprechender DSP-Algorithmus zum Verhindern von Pfeifen kann ein Pfeifen von anderen Signalen unterscheiden, die sich in den zum Endkunden führenden Telefonnetzwerken befinden, wie z.B. Spra che, Musik und DTMF-Signalen. Nach dem Detektieren des Pfeifsignales beseitigt der Algorithmus durch Dämpfung der ursprünglichen Schleifenverstärkung mit einem vorbestimmten Betrag (in Dezibel), wobei eine stabile Schleife, die im Stabilitäts-Randbereich betrieben würde, durch den Dämpfungsbetrag instabil werden würde. Mit anderen Worten heißt dies, daß der Wert dieser Dämpfung nur von der Schleifenverstärkung abhängt und minimal im Sinne einer im gesteuerten Stabilitätsbereich betriebenen stabilen Schleife ist. Der Algorithmus beginnt die Dämpfung, wenn eine Pfeifbedingung vorliegt und beendet die Dämpfung, wenn die Pfeifbedingungen nicht länger vorliegen. Der Algorithmus hängt nicht von den Signalamplituden, Signalphasen, Signalformen, Signalspektren, usw. ab. Zusätzlich arbeitet der Algorithmus unabhängig vom Telefongerät oder den mechanischen oder elektrischen Eigenschaften des Lautsprechers des Telefons. Der Algorithmus verwendet weder nicht-lineare-Amplituden-Veränderungen noch eine Phasenveränderung. Wegen seiner Einfachheit kann dieser DSP-Algorithmus einfacher als frühere Algorithmen implementiert werden. Die Anforderungen an die Rechenleistung, Rechengeschwindigkeit und den Speicher sind gering. Einige Zeilen einer Computerhochsprache genügen zum Implementieren des Algorithmusses.
• Da bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und erläutert worden sind, ist es für einen Fachmann offensichtlich, daß eine Vielzahl von Änderungen und Abwandlungen an diesem Grundkonzept ausgeführt werden können. Es versteht sich von selbst, daß solche Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung fallen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
• Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefaßt werden: Die Erfindung betrifft einen digitalen Signalverarbeitungsprozeß zum Vermeiden eines Pfeifsignals in einer Telefonleitung. Die Telefonleitung weist einen Empfangspfad und einen Sendepfad auf, die eine geschlossene Schleife bilden. Der Prozeß überwacht Eingabeabtastwerte, die vom Empfangspfad abgegriffen werden und, falls ein Pfeifsignal detektiert wird, werden kontrollierte Dämpfungsbeträge auf die Schleife ausgeübt, bis das Pfeifsignal beseitigt ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Vorhersage-Logik in dem Prozeß zum Vermeiden des Pfeifsignals vorgesehen.

Claims (11)

1. Steuereinrichtung für die Verwendung in einer Telefonleitung zur Vermeidung von durch eine Mitkopplung zwischen einem Empfangspfad und einem Sendepfad erzeugtem Pfeifsignal in der Leitung, wobei die Steuereinrichtung umfasst: eine Detektionseinrichtung (36) zum Detektieren des Beginns eines Pfeifsignals in der Leitung, wobei die Detektionseinrichtung (36) eine Einrichtung zum kontinuierlichen Zählen (50, 54), Abtastwert für Abtastwert, von angrenzenden positiven und negativen Abtastwerten und zum Vergleichen (58) der absoluten Werte von jedem hat, wobei ein Pfeifen detektiert wird, wenn eine Differenz zwischen den jeweiligen absoluten Werten Schwellenwerte überschreitet, eine Dämpfungseinrichtung (38, 40) zur gesteuerten Dämpfung des Empfangspfades und/oder des Sendepfades und eine Prozessoreinrichtung zum Steuern des Betrages der Dämpfung als Funktion des Pfeifsignals, wobei die Dämpfungseinrichtung die Dämpfung allmählich steigernd ausübt, solange ein Pfeifsignal vorliegt.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Empfangspfad als auch der Sendepfad, vorzugsweise im gleichen Verhältnis, gedämpft werden.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (36) eine Einrichtung zum Unterscheiden eines Pfeifsignals von anderen Eingangssignalen aufweist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Unterscheiden eines Pfeifsignals von anderen Eingangssignalen eine Vorhersagelogik umfasst.
5. Verfahren zum Steuern eines Pfeifsignals in einer Telefonleitung mit einem Empfangspfad und einem Sendepfad, wobei das Pfeifsignal von einer Mitkopplung zwischen den Pfaden erzeugt wird, und das Verfahren umfasst: Detektieren des Beginns eines Pfeifsignals und eine kontrollierte Dämpfung von zumindest einem der Pfade zum Löschen des Pfeifsignals, so dass die Dämpfung allmählich steigernd ausgeübt wird, solange ein Pfeifsignal vorliegt, wobei die Detektion Schritte einschließt zum kontinuierlichen Zählen, Abtastwert für Abtastwert, von angrenzenden positiven und negativen Abtastwerten beim Vergleichen der absoluten Werte von jedem, wobei ein Pfeifen detektiert wird, wenn eine Differenz zwischen den jeweiligen absoluten Werten Schwellenwerte überschreitet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens des Beginns eines Pfeifsignals einen Vorhersage-Logik-Schritt zum Unterscheiden des Pfeifsignals von anderen Eingangssignalen umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhersage-Logik-Schritt das kontinuierliche Addieren des Absolutwertes der Eingangssignale umfasst bis die Summe der Absolutwerte der Eingangssignale einen vorbestimmten Wert erreicht, der gespeichert wird, und der Schritt wiederholt wird, wobei der vorhergesagte Wert des nächsten Signals auf den gespeicherten Werten beruht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vorhergesagte Wert unter Verwendung eines Differentials dritter Ordnung für jedes gespeicherte Zeitintervall erhalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung auf beiden Pfaden im gleichen Verhältnis ausgeübt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung auf beiden Pfaden in ungleichen Verhältnissen ausgeübt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens des Beginns des Pfeifsignals ein Pfeifsignal von Sprache, Musik oder DTMF-Signalen unterscheidet.