DE19935587A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren einer Nahendestimme - Google Patents

Abstract

Eine Doppelsprech-Detektionsvorrichtung (400) detektiert die Anwesenheit von Nahende-Sprechsignalen für einen Echokompensator, der einen adaptiven Filter enthält, zum Erzeugen einer Echoabschätzung. Eine Steuervorrichtung erzeugt die Koeffizienten für den adaptiven Filter. Die Steuervorrichtung enthält eine Koeffizientenaktualisierungsschaltung. Ein Puffer hält die vorhergehenden Filterkoeffizienten (W¶p¶(n)) und ein Puffer hält die momentanen Filterkoeffizienten (W¶c¶(n)). Die Doppelsprech-Detektionsvorrichtung (400) detektiert die Anwesenheit von Nahende-Sprechsignalen, basierend auf einer detektierten Varianz der Koeffizienten. Ein Doppelsprech-Detektor (600) kann zum Detektieren eines Doppelsprech-Zustandes während eines Einzelsprech-Zustandes verwendet werden und ein Einzelsprech-Detektor (800) kann zum Detektieren des Einzelsprech-Zustandes während des Doppelsprech-Zustandes verwendet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren einer Nahendestimme. Sie ist allgemein anwendbar auf Kommunikationssysteme und genauer auf eine Doppelsprechdetektion für ein adaptives Echokompensati­ onssystem in einem Kommunikationssystem.

Die Notwendigkeit für eine Echokompensation bzw. Echoaus­ löschung entsteht in vielen Voll-Duplex-Kommunikations­ systemen. Eine besonders herausfordernde Umgebung, in der die Notwendigkeit für eine zuverlässige Echokompensation besteht, ist der handfreie Voll-Duplex-Betrieb von zellularen Funktele­ fonvorrichtungen und Telekonferenzvorrichtungen, d. h. der Voll-Duplex-Betrieb von solchen Vorrichtungen, die nicht mit der Hand an Ohr und Mund gehalten werden, sondern im sogenann­ ten Freisprechbetrieb betrieben werden. Während des handfreien Betriebes von solchen Vorrichtungen werden Signale vom Laut­ sprecher in das Mikrophon über verschiedene akustische Wege zurückgeführt und unterliegen einer Verzögerung, bevor sie den Lautsprecher erreichen, so daß sie durch den Benutzer am fer­ nen Ende (Fernendebenutzer) als Echosignale wahrgenommen wer­ den. Diese Echosignale, auf die gemeinhin als akustisches Echo Bezug genommen wird, sind für die Teilnehmer, die an einer Zwei-Weg-Kommunikation beteiligt sind, sehr störend und sie sind schwierig zu eliminieren.

Eine der effektivsten Lösungen, die im allgemeinen zum Elimi­ nieren von Echosignalen verwendet wird, verwendet Echolöscher bzw. Echokompensatoren, die einen adaptiven Filter aufweisen. Der adaptive Filter, der mit dem Verfahren des kleinsten mitt­ leren Quadrats (LMS = least means square) arbeitet, ist der gebräuchlichste Typ von verwendetem Filter. Ein LMS-Filter ist ein Filter mit endlicher Impulsantwort bzw. nichtrekursiver Filter (FIR-Filter), der einen Echoweg durch adaptiv einge­ stellte Koeffizienten modelliert. Die Koeffizienten des Fil­ ters werden adaptiv unter Verwendung des Fernendesignales (des Signals vom entfernten Teilnehmer), das den Lautsprecher einer handfreien Kommunikationsvorrichtung treibt bzw. ansteuert, und des Nahendesignales (des Signales von dem betrachteten Teilnehmer), das von dem Mikrophon der handfreien Kommunikati­ onsvorrichtung ausgegeben wird, trainiert. In einer handfreien Vorrichtung (Freisprechvorrichtung) erzeugt der adaptive Fil­ ter adaptiv eine Nachbildung des Echos aus dem Fernendesignal, wobei die Nachbildung von dem empfangenen Signal, das von dem Mikrophon an dem nahen Ende ausgegeben wird, abgezogen wird. Das Ergebnis ist ein im wesentlichen echofreies Signal, das weiter an das ferne Ende übertragen wird.

Es gibt vier Betriebszustände, oder Betriebsbedingungen, für eine bidirektionale Kommunikationsvorrichtung, die im folgen­ den unter Bezugnahme auf eine handfreie Kommunikationsvorrich­ tung beschrieben werden:
einen Nahende-Einzelsprech-Zustand, der auftritt, wenn nur ein Nahende-Sprachsignal vorhanden ist;
ein Fernende-Einzelsprech-Zustand, der auftritt, wenn nur ein Fernende-Sprachsignal vorhanden ist;
einen Doppelsprech-Zustand, der auftritt, wenn sowohl Nahende, als auch Fernende-Sprachsignale vorhanden sind; und
einen Nichtsprech-Zustand, der auftritt, wenn weder Nahende­ noch Fernende-Sprechsignale vorhanden sind.

Es ist gut zu verstehen, daß die Anpassung der Filterkoeffizi­ enten am besten während des Fernende-Einzelsprech-Zustandes ausgeführt wird.

Wenn ein Doppelsprech-Zustand auftritt, muß die Anpassung ge­ stoppt werden. Falls die Anpassung nicht gestoppt wird, werden die Filterkoeffizienten von ihrem optimalen Wert abweichen bzw. von diesem weglaufen. Andererseits wird eine hohe Falschdetektionsrate die Koeffizientenanpassung häufig während des Einzelsprech-Zustandes außer Funktion setzen und derart die Konvergenzgeschwindigkeit der adaptiven Filterkoeffizien­ ten signifikant verlangsamen. Dieses ist ein besonders schwie­ riges Problem bei Anwendungen, die einen sich schnell ändern­ den Echoweg und Umgebungen mit einem starken Rauschen beinhal­ ten, wie handfreie Funktelephone und Telekonferenzumgebungen. Darum ist ein zuverlässiger Doppelsprech-Detektor eine wichti­ ge Komponente für eine erfolgreiche Echokompensation (Echoaus­ löschung).

Einige Doppelsprech-Detektoren sind verwirklicht worden, die auf Signalenergiemessungen oder Korrelation gemessener Signale beruhen. Die auf der Signalenergie beruhenden Methoden detek­ tieren den Doppelsprech-Zustand basierend auf der Beziehung der Signalenergie in dem Übertragungsweg und dem Empfangsweg, die sich während des Doppelsprech-Zustandes und des Einzel­ sprech-Zustandes unterscheiden. Zum Beispiel vergleicht eine der einfachsten Implementierungen die Energie des Fernendesi­ gnales mit der Energie des Nahendesignales. Im allgemeinen steigt die Energie des Nahendesignales beim Übergang von einem Einzelsprech-Zustand zu einem Doppelsprech-Zustand an. Die Restechosignalenergie steigt auch während des Übergangs von dem Einzelsprech-Zustand zu dem Doppelsprech-Zustand an. Durch Untersuchen des Fernendesignales und entweder der Nahendesi­ gnalenergie oder der Restechosignalenergie kann man einen Dop­ pelsprech-Zustand detektieren.

Das Echo-Rückkehr-Verlust-Verhältnis ist auch zum Detektieren eines Doppelsprech-Zustandes verwendet worden. Das Echo- Rückkehr-Verlust-Verhältnis wird gemeinhin definiert als das Verhältnis der Restechoenergie zu der Signalenergie des Nahen­ deechos. Das Echo-Rückkehr-Verlust-Verhältnis steigt während des Übergangs von einem Einzelsprech-Zustand zu einem Dop­ pelsprech-Zustand an. Andere Verfahren kombinieren verschiede­ ne Signalenergien für die Doppelsprech-Detektion. Die Proble­ me, die bei den energiebasierenden Verfahren angetroffen wer­ den, enthalten dasjenige, daß sie nicht empfindlich genug für Nahende-Sprachsignale niedrigen Pegels sind und sie eine hohe Anzahl von falschen Detektionen erzeugen, falls das nahe Ende eine geräuschvolle bzw. ein starkes Rauschen aufweisende Umge­ bung ist (das nahe Ende ist die handfreie Umgebung, in der die Vorrichtung befindlich ist, und das ferne Ende ist der Ort ei­ nes Teilnehmers, der über einen Kommunikationskanal, wie eine Telephonleitung verbunden ist).

Auf einer Korrelation basierende Verfahren führen eine Dop­ pelsprech-Detektion basierend auf der Signalkorrelation der Signale vom fernen Ende und vom nahen Ende aus. Die Korrelati­ on des Fernendesignals und des Nahendesignals ist normalerwei­ se höher in einem Einzelsprech-Zustand als in einem Doppel­ sprech-Zustand. Durch Vergleichen des Korrelationspegels des Fernendesignals und des Nahendesignals mit einem Schwellwert kann der Zustand als ein Doppelsprech-Zustand oder ein Ein­ zelsprech-Zustand erkannt bzw. bezeichnet werden. Eine andere Implementierung verwendet die Korrelation des Fernendesignals und des Restechosignals. In solchen Systemen wird ein Doppel­ sprech-Zustand identifiziert, wenn das Restechosignal nicht gut mit dem Fernendesignal korreliert ist. In beiden Fällen basiert die Doppelsprech-Detektion auf der Annahme, daß die Korrelation der Signale in dem Übertragungsweg und dem Emp­ fangsweg einer bidirektionalen Kommunikationsvorrichtung er­ niedrigt wird, wenn es einen Übergang von einem Einzelsprech- Zustand zu einem Doppelsprech-Zustand gibt.

Es ist auch bekannt, die Korrelation des Echoabschätzungs­ signal und des Restechosignals zu überwachen, um einen Dop­ pelsprech-Zustand zu detektieren. Normalerweise steigt diese Korrelation bei dem Übergang von einem Doppelsprech-Zustand zu einem Einzelsprech-Zustand an. Jedoch können, da diese Korre­ lation empfindlich gegenüber Rauschen ist, diese Techniken nicht in einer lauten bzw. ein starkes Rauschen aufweisenden Umgebung verwendet werden.

Dementsprechend verbleibt ein Bedarf für einen robusteren und präziseren Doppelsprech-Detektor, der in allen Umgebungen ar­ beitet, inklusive solcher Umgebungen, die einem Hintergrund­ rauschen mit hoher Amplitude und einem großen Dynamikbereich und/oder sich schnell ändernden Echowegen unterliegen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Detektieren einer Naheen­ destimme anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 11.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Weitere Merkmale, Vorteile und Aufgaben ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, von denen:

Fig. 1 ein Schaltbild ist, das schematisch eine Voll-Duplex- Kommunikationsvorrichtung illustriert, die einen adaptiven Echokompensator verwendet, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 ein Schaltbild ist, das schematisch eine Steuervorrich­ tung für einen adaptiven Echokompensator illustriert;

Fig. 3 ein Schaltbild ist, das schematisch eine Doppelsprech- Detektionsvorrichtung illustriert;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Betrieb des Doppel­ sprech-Detektors in dem Einzelsprech-Zustand illustriert; und

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm ist, das schematisch einen Betrieb eines Einzelsprech-Detektors in einem Doppelsprech-Zustand il­ lustriert.

Ein Doppelsprech-Detektor ist mit einem Echokompensator, der einen adaptiven Filter mit einstellbaren Koeffizienten auf­ weist, verbunden. Der Echokompensator (auch Echolöscher ge­ nannt) enthält einen adaptiven Filter zum Erzeugen einer Echo­ abschätzung (Echonachbildung), einen Subtrahierer zum Erzeugen eines echokompensierten Signals für eine Übertragung, und eine Steuervorrichtung zum Aktualisieren der Koeffizienten für den adaptiven Filter und zum Ausführen einer Doppelsprech-Detek­ tion. Die Steuervorrichtung weist einen Puffer, der momentane Koeffizienten für den adaptiven Filter speichert, einen Puf­ fer, der vorhergehende Koeffizienten für den adaptiven Filter speichert, einen Filter zum Erzeugen einer Echoabschätzung un­ ter Verwendung der vorhergehenden Filterkoeffizienten, einen Subtrahierer zum Erzeugen eines Echoabschätzungsfehlersignals, das zum Aktualisieren der Filterkoeffizienten verwendet wird, eine Filterkoeffizientenaktualisierungsvorrichtung, und eine Doppelsprech-Detektionsvorrichtung, die selektiv die Filter­ koeffizienten zur Echokompensation (Echoauslöschung) aktuali­ siert, auf.

Die Doppelsprech-Detektionsvorrichtung weist einen Doppel­ sprech-Detektor und einen Einzelsprech-Detektor auf. Der Dop­ pelsprech-Detektor überwacht die Koeffizientenvariation und kann zum Beispiel den Unterschied zwischen den momentanen Koeffizienten und den vorhergehenden Koeffizienten detektie­ ren. Falls die Differenz über einen vorbestimmten Zeitraum zu groß ist, wird ein Doppelsprech-Zustand bzw. eine Doppel­ sprech-Bedingung detektiert. Ein adaptiver Varianzschwellwert kann verwendet werden. Der Einzelsprech-Detektor detektiert, wenn der Unterschied zwischen den momentanen Koeffizienten und den vorhergehenden Koeffizienten unter einen Varianzchwellwert fällt. Falls der Unterschied unter den Varianzschwellwert für einen vorbestimmten Zeitraum fällt, wird ein Einzelsprech- Zustand bzw. eine Einzelsprech-Bedingung detektiert. Ein adap­ tiver Schwellwert kann verwendet werden und die Schwellwerte für sowohl die Einzelsprech-Detektion als auch die Doppel­ sprech-Detektion können in derselben Weise erzeugt werden.

Fig. 1 zeigt eine Voll-Duplex-Kommunikationsvorrichtung 101, die einen Echokompensator (Echolöscher) 100 verwendet, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Voll-Duplex-Kommunikationsvorrichtung 101 ist als eine handfreie Vorrichtung (Freisprechvorrichtung) illustriert und sie kann ein handfreies Funktelephon, eine handfreie Tele­ konferenzvorrichtung, ein handfreies Satellitentelephon, ein handfreies schnurloses Telephon, eine Multimedia-Kommunika­ tionsvorrichtung für einen Personal Computer (PC) oder irgend­ eine andere geeignete Kommunikationsvorrichtung sein. Zusätz­ lich werden die Fachleute erkennen, daß die Doppelsprech-De­ tektionsvorrichtung, wie sie hier offenbart wird, in anderen Umgebungen verwendet werden kann, die Echosignale aufweisen, wie bei Zwischenverstärkern, Umsetzern, Verstärkern, Zwei- Draht-zu-Vier-Draht-Wandlern und ähnlichem.

Der Übertragungsweg der Voll-Duplex-Kommunikationsvorrichtung 101 weist ein Mikrophon 104 zum Aufnehmen von lokalen (Nahen­ de-) Stimmsignalen, einen Analog-zu-Digital-Wandler (A/D- Wandler) 106 zum Umwandeln von Nahende-Stimmsignalen von dem analogen Format in das digitale Format, einen Subtrahierer 112 zum Subtrahieren einer Echoabschätzung von dem digitalisierten Nahende-Stimmsignal, und einen Digital-zu-Analog-Wandler (D/A- Wandler) 126 zum Umwandeln von echofreien Übertragungssignalen aus dem digitalen Format in das analoge Format auf.

Der Empfangsweg der Voll-Duplex-Kommunikationsvorrichtung 101 weist einen A/D-Wandler 124 zum Umwandeln von Fernende-Stimm­ signalen von einem analogen Format in ein digitales Format, einen D/A-Wandler 108 zum Umwandeln von Fernend-Stimmsignalen von dem digitalen Format in ein analoges Format, und einen Lautsprecher 102 zum Liefern von entfernten (Fernende-) Stimm­ signalen an lokale Zuhörer bzw. einen lokalen Zuhörer auf. Ein Transceiver (Sende-Empfangs-Baustein) 120 ist mit dem A/D-Wandler 124 und dem D/A-Wandler 126 gekoppelt. Der Trans­ ceiver kann irgendein geeigneter Transceiver für eine Kabel­ kommunikation, optische Kommunikation, drahtlose Kommunikati­ on, Drahtkommunikation oder Satellitenkommunikation oder ähn­ liches sein, deren Betrieb den Fachleuten wohl bekannt ist und die hier zum Zwecke der Kürze nicht in größerem Detail be­ schrieben werden. Bei der illustrierten Ausführungsform ist der Transceiver 120 mit einer Antenne 122 für eine drahtlose Kommunikation in einem zellularen System (z. B. einem zellula­ ren Mobiltelephonsystem) gekoppelt. Der Transceiver 120 über­ trägt Nahende-Signale, die durch den D/A-Wandler 126 ausgege­ ben werden, an eine Fernende-Kommunikationsvorrichtung über die Antenne 122 und gibt empfangene Signale, die durch die An­ tenne 122 detektiert wurden, in den A/D-Wandler 124 ein.

Die Fachleute werden erkennen, daß der A/D-Wandler 124 und der D/A-Wandler 126 in einem analogen System verwendet werden. Al­ ternativ können in einigen Anwendungen der A/D-Wandler 124 durch einen Sprachkodierer und der D/A-Wandler 126 durch einen Sprachdekodierer ersetzt werden. Zum Beispiel können die Wand­ ler 124 und 126 ein Sprachdekodierer und ein Sprachkodierer einer Digitalschnittstelle in einer Kommunikationsvorrichtung für das globale System für mobile Kommunikation (GSM) oder in einem digitalen Netzwerk mit integrierten Diensten (ISDN) sein. Es wird ferner bemerkt, daß die Kombination auf Antenne 122 und Transceiver 120 bei einigen Anwendungen wie Anwendun­ gen für Drahtkommunikationssysteme oder optische Kommunikati­ onssysteme durch eine Netzwerkschnittstellenvorrichtung er­ setzt werden kann.

Das Fernende-Stimmsignal x(n) im digitalen Format an dem Aus­ gang 109 des A/D-Wandlers 124 wird in den D/A-Wandler 108 ein­ gegeben, der ein analoges Signal zum Treiben des Lautsprechers 102 erzeugt. Ein Teil des Fernende-Signals, das durch den Lautsprecher 102 ausgegeben wird, wird durch das Mikrophon 104 mit dem Nahende-Stiinmsignal detektiert und in dem A/D-Wandler 106 in das ditigale Format gewandelt. Das resultierende Nahen­ de-Signal y(n) an einem Ausgang 103 wird in den Subtrahierer 112 eingegeben. Das Echoabschätzungssignal z(n) in dem digita­ len Format wird von dem adaptiven Filter 110 an dem Ausgang 107 ausgegeben und in den Subtrahierer 112 eingegeben. Das echokompensierte Sprachsignal e(n) oder r(n) in dem digitalen Format wird an dem Ausgang 105 des Subtrahierers 112 ausgege­ ben und in den D/A-Wandler 126 eingegeben.

Der adaptive Echokompensator 100 kann in einem digitalen Si­ gnalprozessor (DSP), einem Mikroprozessor, einer programmier­ baren Logikvorrichtung oder ähnlichem implementiert werden.

Der Echokompensator 100 weist einen adaptiven Filter 110, der als ein nichtrekursiver Filter (FIR-Filter) mit einstellbaren Koeffizienten W_B(n), die zum Erzeugen der Echoabschätzung z(n) verwendet werden, illustriert. Bei dem momentanen Abtastereig­ nis n wird eine Fernende-Sprachabtastung x(n) von dem Ausgang 109 als dem Ausgang des A/D-Wandlers 124 empfangen und eine Nahende-Sprachabtastung y(n) wird von dem Ausgang 103 als dem Ausgang des A/D-Wandlers 106 empfangen. Die Signale x(n) und y(n) sind synchronisiert, da der A/D-Wandler 106 und der D/A- Wandler 108 denselben Takt verwenden. Die Echoabschätzung z(n) kann basierend auf der folgenden Gleichung berechnet werden:

wobei das hochgestellte die Transponierte eines Vektors oder einer Matrix bezeichnet, L die Ordnung des adaptiven FIR- Filters 110 ist (und derart die Anzahl der Koeffizientenposi­ tionen in dem adaptiven Filter 110), X(n) = [x(n) x(n-1)... x(n-L+1)]^T die L letzten Fernende-Sprachabtastungen hält, und W_B (n) = [w^B ₀(n) W^B1(n) ... W^B _L-1 (n)]^T T die Filterkoeffizienten für die Echokompensation sind. W_B(n)^T X(n) ist wie folgt definiert als das Skalarprodukt von zwei Vektoren W_B(n) und X(n):

Der adaptive Echokompensator 100 weist weiter einen Subtrahie­ rer 112, der ein echokompensiertes Signal e(n) an dem Ausgang 105 zur weiteren Übertragung durch Subtrahieren der Echoab­ schätzung z(n) am Ausgang 107 von dem Nahendesignal y(n) am Ausgang 103 erzeugt, so daß:

e(n) = y(n) -z(n) (2)

Der adaptive Echokompensator 100 weist weiter eine Steuervor­ richtung 300 zum Ausgeben der Koeffizienten Ws(n) an einem Ausgang 407 basierend auf dem Fernende-Sprechsignal x(n) von dem Ausgang 109 und dem Nahende-Sprechsignal y(n) von dem Aus­ gang 103 und zum Ausführen einer Doppelsprech-Detektion auf. Unter Bezugnahme auf Fig. 2, die Steuervorrichtung 300 ist mit dem Ausgang 109 zum Empfangen des Fernendesignals x(n) und mit dem Ausgang 103 zum Empfangen des Nahendesignals y(n) gekop­ pelt und weist den Ausgang 407 zum Liefern der aktualisierten Filterkoeffizienten W_B(n) auf. Die Steuervorrichtung 300 weist eine Koeffizientenaktualsierungsschaltung 320 auf. Ein erster Puffer 318 speichert die momentanen Koeffizienten, wobei die momentanen Koeffizienten während des letzten Abtastintervals erzeugt worden sind. Ein zweiter Puffer 314 hält die vorherge­ henden Koeffizienten, die die Koeffizienten für das Abtastin­ terval direkt vor den letzten Abtastinterval sind.

Eine Doppelsprech-Detektionsvorrichtung 400 gibt die Koeffizi­ enten W_B(n) für den adaptiven Filter 110 (Fig. 1) als Reaktion auf die Ausgaben der Puffer 314 und 318 aus. Der adaptive Fil­ ter 310 ist ein zweiter adaptiver Filter und erzeugt eine Echoabschätzung, die einem Subtrahierer 312 geliefert wird. Der Subtrahierer 312 gibt das Fehlersignal aus, das durch die Koeffizientenaktualisierungsschaltung 320 verwendet wird. Die Koeffizientenaktualisierungsschaltung 320 paßt fortlaufend Koeffizienten an, sowohl in einem Doppelsprech-Zustand als auch in einem Einzelsprech-Zustand. Die Koeffizientenaktual­ sierungsschaltung 320 liefert Koeffizienten, mit denen bzw. aus denen eine Doppelsprech-Detektion ausgeführt werden kann. Die Anpassung der Koeffizienten Ws(n) wird wie folgt ausge­ führt:

W_C(n) = W_P(n)+µ e₁(n)X(n)[X(n)^T X(n)]^-1 (3)

wobei µ eine Schrittgröße ist und W_C(n) = [w^C ₀(n) w^C ₁(n)... w^C _L-1­ (n)]^T die momentanen Koeffizienten sind. Während eines Ein­ zelsprech-Zustandes werden die Koeffizienten W_B(n) fortlaufend in Koeffizienten W_C(n) zur Eingabe in den adaptiven Filter 110 durch den Ausgang 407 aktualisiert.

Zur Anpassung werden die momentanen Koeffizienten W_C(n) als vorhergehende Koeffizienten W_P(n) in dem Puffer 314 direkt vor dem Aktualisieren in der Koeffizientenaktualisierungsschaltung 320 gespeichert. Der Anpassung folgend werden die neuen aktua­ lisierten Koeffizienten als die momentanen Koeffizienten W_C(n) in dem Puffer 318 gespeichert. Die Puffer 314 und 318 können unter Verwendung irgendeiner geeigneten Speichervorrichtung wie Parallellade-Schieberegistern, einem Speicher mit wahl­ freiem Zugriff (RAM), einem elektronisch änderbaren Nur-Lese- Speicher (EEPROM) oder ähnlichem implementiert werden.

Die Steuervorrichtung 300 erzeugt eine Echoabschätzung z₁(n) unter Verwendung der vorhergehenden Filterkoeffizienten W_P(n). Die Echoabschätzung z₁(n) wird durch den adaptiven Filter 310 unter Verwendung der Koeffizienten W_P(n) der vorhergehenden Abtastperiode und des momentanen Fernendesignales x(n) wie folgt erzeugt:

wobei W_P (n) = [w^P ₀ (n) W^P ₁ (n) . . . W^P _L-1 (n)]^T die vorhergehenden Fil­ terkoeffizienten sind.

Die Steuervorrichtung 300 weist weiter den Subtrahierer 312 zum Erzeugen eines Echoabschätzungsfehlersignales e₁(n) zur Verwendung bei der Koeffizientenanpassung innerhalb der Steu­ ervorrichtung 300 auf. Das Echoabschätzungsfehlersignal am Ausgang 303 wird wie folgt erzeugt:

e₁(n) = y(n) - z₁(n) (5)

Die Steuervorrichtung 300 weist weiter eine Doppelsprech- Detektionsvorrichtung 400 zum Ausführen einer Doppelsprech- Detektion und zum Ausgeben von aktualisierten Filterkoeffizi­ enten W_B(n) für den adaptiven Filter 110 (der in Fig. 1 ge­ zeigt ist) auf. Die Doppelsprech-Detektionsvorrichtung 400 (Fig. 2) empfängt eine Eingabe W_C(n) von dem Ausgang 401 und eine Eingabe W_P(n) von einem Ausgang 403 und gibt aktualisier­ te Koeffizienten N_B(n) am Ausgang 407 aus.

Die Doppelsprech-Detektionsvorrichtung 400 (Fig. 3) empfängt die vorhergehenden Filterkoeffizienten W_P(n) vom Ausgang 403 und die momentanen Filterkoeffizienten W_C(n) vom Ausgang 401 und gibt die Filterkoeffizienten für den adaptiven Filter 110 entweder am Ausgang 413 oder am Ausgang 415 aus. Während des Doppelsprech-Zustandes werden sich die Koeffizienten im Puffer 411 und derart die Koeffizienten, die dem adaptiven Filter 110 geliefert werden, nicht ändern.

Die Doppelsprech-Detektionsvorrichtung 400 enthält einen Schalter 402, der zwischen einem Ausgang 501 und einem Ausgang 503 basierend auf einem Zustand eines Doppelsprech-Kennzei­ chens (Doppelsprech-Flag) DF (in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt) auswählt. DF ist ein Doppelsprech-Flag, das den momentanen Status der Doppelsprech-Detektionsvorrichtung 400 anzeigt, wo­ bei DF gleich 1 in dem Doppelsprech-Zustand ist und DF gleich 0 in dem Einzelsprech-Zustand ist (ein Einzelsprech-Zustand ist im Zusammenhang mit diesem Kennzeichen zu allen Zeitpunk­ ten gegeben, zu denen ein Doppelsprech-Zustand nicht vorhanden ist). Die vorhergehenden Filterkoeffizienten W_P(n) und die mo­ mentanen Filterkoeffizienten W_C(n) sind am Ausgang 501, falls ein Doppelsprech-Zustand nicht detektiert wird. Falls ein Dop­ pelsprech-Zustand detektiert wird, wird der Ausgang 503 ausge­ wählt und gibt sowohl die vorhergehenden Filterkoeffizienten W_P(n) als auch die momentanen Filterkoeffizienten W_C(n) aus.

Die Doppelsprech-Detektionsvorrichtung 400 (Fig. 3) weist ei­ nen Puffer 411 zum Speichern der Filterkoeffizienten W_B(n) für den adaptiven Filter 110 (Fig. 1) auf. Die Koeffizienten W_B(n) in dem Puffer 411 werden selektiv durch den Doppelsprech-De­ tektor 600 und den Einzelsprech-Detektor 800 aktualisiert und sie werden über den Ausgang 407 fortlaufend ungeachtet des Einzelsprech- oder des Doppelsprech-Zustandes an den adaptiven Filter 110 (Fig. 1) ausgegeben.

Die Doppelsprech-Detektionsvorrichtung 400 (Fig. 3) weist wei­ ter den Doppelsprech-Detektor 600 zum Ausführen der Doppel­ sprech-Detektion und zum Aktualisieren der Filterkoeffizienten W_B(n) in dem Puffer 411 und den Einzelsprech-Detektor 800 zum Ausführen der Einzelsprech-Detektion und zum Aktualisieren der Filterkoeffizienten W_B(n) in dem Puffer 411 auf. Wie beschrie­ ben worden ist, der Doppelsprech-Detektor gibt ein Doppel­ sprech-Flag am Ausgang 409 aus und setzt das Doppelsprech-Flag DF auf 1, wenn ein Doppelsprech-Zustand detektiert wird. Der Einzelsprech-Detektor 800 gibt das Doppelsprech-Flag DF an den Schalter 402 aus und setzt das Doppelsprech-Flag DF auf 0, wenn ein Einzelsprech-Zustand detektiert wird. Der Doppel­ sprech-Detektor 600 gibt die momentanen Koeffizienten zum Ak­ tualisieren der adaptiven Filterkoeffizienten W_B(n) in dem Puffer 411 für den adaptiven Filter 110 (Fig. 1) in einem Ein­ zelsprech-Zustand über den Ausgang 413 aus. In dem Doppel­ sprech-Zustand aktualisiert der Einzelsprech-Detektor 800 die adaptiven Filterkoeffizienten W_B(n) in dem Puffer 411 für den adaptiven Filter 110 (Fig. 1) durch Kopieren der momentanen Koeffizienten W_C(n), wenn einmal ein Einzelsprech-Zustand de­ tektiert worden ist, über den Ausgang 415. Die Koeffizienten W_B(n) sind in einem Doppelsprech-Zustand immer dieselben, wo­ hingegen der Doppelsprech-Detektor in dem Einzelsprech-Zustand fortlaufend aktualisierte Koeffizienten ausgibt.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 der Betrieb des Doppelsprech-Detektors 600 beschrieben. Zum Ausführen einer Doppelsprech-Detektion in einem Einzelsprech-Zustand (unter einer Einzelsprech-Bedingung) empfängt der Doppelsprech-Detek­ tor 600 von dem Ausgang 501 (Fig. 3) sowohl die vorhergehenden Filterkoeffizienten W_P(n) als auch die momentanen Filter­ koeffizienten W_C(n). Der Doppelsprech-Detektor 600 berechnet den Schritt 601 die Änderungsrate der Varianz der Filter­ koeffizienten durch Berechnen der quadrierten Norm D(n) der Differenz von W_C(n) und W_P(n) wie folgt:

D(n) = ||W_c(n) - W_P(n)||² (6)

wobei die quadrierte Norm wie folgt ausgedrückt werden kann:

wobei L die Anzahl der Koeffizienten in den adaptiven Filtern 110 (Fig. 1) und 310 (Fig. 2) ist, so daß eine Summe der Dif­ ferenzen der Koeffizienten in jeder der Filterpositionen er­ zeugt wird. Obwohl die Filter dieselbe Anzahl von Stufen, oder Koeffizienten, aufweisen können, werden die Fachleute erken­ nen, daß sie eine unterschiedliche Anzahl von Stufen aufweisen können, in welchem Fall L die Anzahl der Stufen in dem adapti­ ven Filter 310 sein wird. Es wird durch die Fachleute auch er­ kannt werden, daß die Varianz auch durch andere Mittel be­ stimmt werden kann. Die vorliegende Erfindung detektiert zu­ verlässig einen Doppelsprech-Zustand durch Erkennen dessen, daß die Koeffizienten während einer Anpassung in einem Dop­ pelsprech-Zustand scharf oszillieren werden, wohingegen die Varianz der Koeffizienten des adaptiven Filters invariant nach einer Konvergenz in dem Einzelsprech-Zustand ungeachtet des Nahenderauschens wird. Derart kann der vorliegende Doppel­ sprech-Detektor wirksam selbst in einer lauten bzw. ein star­ kes Rauschen aufweisenden Umgebung arbeiten.

Es wird in Schritt 612 bestimmt, ob D(n) größer als ein Vari­ anzschwellwert ATH(n) ist, wobei ATH(n) ein adaptiver Schwell­ wert ist. Die Aktualisierungsprozedur kann zum Beispiel eine Tiefpaßfilterung in einem Einzelsprech-Zustand unter Verwen­ dung der folgenden Gleichung für ATH(n) sein:

ATH(n) = (1 - α)ATH(n) + α D(n) (8)

wobei α ein Skalar zwischen 0 und 1 ist und zum Beispiel einen Wert von 0,01 haben kann. Alternativ kann der Durchschnitts­ wert von D(n) als der adaptive Schwellwert verwendet werden. Jedoch ist der mittels eines Tiefpasses gefilterte Schwellwert erwünscht. Ein adaptiver Schwellwert wird verwendet, da die Varianz der Koeffizienten in einem Einzelsprech-Zustand nach der Konvergenz ungeachtet der Anwesenheit eines Nahende- Rauschens nahezu konstant ist. Derart wird der adaptive Schwellwert von einem Anfangswert konvergieren wie der adapti­ ve Filter konvergiert, ungeachtet eines Hintergrundrauschens. Wenn einmal die Konvergenz auftritt, wird der Schwellwert na­ hezu eine Konstante sein. Zusätzlich wird der adaptive Schwellwert einen höheren Doppelsprech-Schwellwert erlauben, falls das Hintergrundrauschen einen höheren Durchschnittspegel hat. Dieses erlaubt es dem Doppelsprech-Detektor, zuverlässig unter verschiedenen und/oder variierenden Rauschbedingungen zu arbeiten.

Erneut auf Fig. 4 Bezug nehmend, falls die quadrierte Norm D(n) größer als der adaptive Schwellwert ATH(n) ist, inkremen­ tiert der Doppelsprech-Detektor 600 den Doppelsprech-Zähler DT_CNT um eins in Schritt 616 zum Anzeigen der Anzahl der Er­ eignisse, bei denen die quadrierte Norm D(n) aufeinanderfol­ gend den adaptiven Schwellwert ATH(n) überschreitet. Falls der Doppelsprech-Zähler DT_CNT einen Doppelsprech-Schwellwert DTH überschreitet, wie es in Schritt 618 bestimmt wird, wird der Doppelsprech-Zustand (Doppelsprech-Bedingung) detektiert. Das Doppelsprech-Flag DF wird auf einen logisch hohen Pegel ge­ setzt und der Zähler ST_CNT wird auf Null gesetzt, in Schritt 620. Das Doppelsprech-Flag DF wird an den Ausgang 409 ausgege­ ben und die Filterkoeffizienten W_B(n) werden an den Ausgang 413 ausgegeben, in Schritt 624.

Falls der Doppelsprech-Zählerstand DT_CNT nicht größer als ein Doppelsprech-Schwellwertpegel DTH ist, wie es in Schritt 618 bestimmt wird, wird kein Doppelsprech-Zustand detektiert. In diesem Fall wird das Doppelsprech-Flag DF auf 0 in Schritt 630 gesetzt. Es muß sich vorgestellt werden, daß der Doppelsprech- Schwellwert kurz sein wird, wie 50 Abtastintervalle oder 0,01 Sekunden, so daß der Doppelsprech-Zustand schnell detektiert wird. Das Doppelsprech-Flag DF wird an den Ausgang 409 ausge­ geben und die Filterkoeffizienten W_B(n) werden an den Ausgang 413 ausgegeben, in Schritt 624.

Erneut auf Fig. 4 Bezug nehmend, in dem Fall, in dem in Schritt 612 bestimmt wird, daß die quadrierte Norm D(n) nicht größer als ATH(n) ist, aktualisiert der Doppelsprech-Detektor den Doppelsprech-Zähler DT_CNT durch Setzen des Zählers auf 0, aktualisiert den adaptiven Varianzschwellwert ATH(n) entspre­ chend der Gleichung (8), und aktualisiert die Filterkoeffizi­ enten W_B(n) durch Kopieren von entweder W_C(n) oder W_P(n), wie es in Schritt 628 angezeigt ist. Der Doppelsprech-Detektor 600 setzt weiter in Schritt 630 das Doppelsprech-Flag DF = 0 und gibt das Doppelsprech-Flag DF aus dem Ausgang 409 aus und gibt die Koeffizienten W_B(n) aus dem Ausgang 413 aus, in Schritt 624.

Zusammenfassend, der Doppelsprech-Zähler DT_CNT ist ein Ganz­ zahlzähler für die Doppelsprech-Detektion und DTH ist ein Dop­ pelsprech-Schwellwertpegel für den Doppelsprech-Zähler DT_CNT. Unten beschrieben werden ein Einzelsprech-Zähler ST_CNT, der ein Ganzzahlzähler für eine Einzelsprech-Detektion ist, und STH, der ein Einzelsprechschwellwertpegel für den Einzel­ sprech-Zähler ST_CNT ist.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 der Betrieb des Einzelsprech-Detektors 800, der die Einzelsprech-Detektion während eines Doppelsprech-Zustandes ausführt, beschrieben. Der Einzelsprech-Detektor 800 empfängt sowohl die vorhergehen­ den Filterkoeffizienten W_P(n) als auch die momentanen Filter­ koeffizienten W_C(n) von dem Ausgang 503. Der Einzelsprech- Detektor 800 berechnet in Schritt 610 das Quadrat der Norm der Differenz von W_C(n) und W_P(n) wie es bezüglich des Doppel­ sprech-Detektors 600 definiert worden ist.

Erneut auf Fig. 5 Bezug nehmend, falls in Schritt 712 bestimmt wird, daß die quadrierte Norm D(n) kleiner als der adaptive Schwellwert ATH(n) ist, wird in Schritt 806 der Einzelsprech- Zähler ST_CNT um eins inkrementiert. Es wird dann in Schritt 807 bestimmt, ob der Einzelsprech-Zählerstand ST_CNT größer als der Einzelsprech-Schwellwert STH ist. Falls der Einzel­ sprech-Zählerstand ST_CNT größer als der Einzelsprech-Schwell­ wert STH ist, wird der Einzelsprech-Zustand detektiert. Es ist in Betracht zu ziehen, daß der Einzelsprech-Schwellwert rela­ tiv groß ist und daher zum Beispiel 2000 Abtastintervalle oder 0,25 Sekunden lang sein kann. Auf die Detektion eines Einzel­ sprech-Zustandes (Einzelsprech-Bedingung) hin wird das Doppel­ sprech-Flag DF auf 0 gesetzt und der Doppelsprech-Zähler DT_CNT wird auf 0 gesetzt, in Schritt 810. Das Doppelsprech- Flag DF wird an den Ausgang 405 ausgegeben und die Filter­ koeffizienten W_B(n) werden durch Kopieren der momentanen Koeffizienten W_C(n) aktualisiert, die über den Ausgang 415 in Schritt 811 ausgegeben werden, so daß diese momentanen Koeffi­ zienten in dem Puffer 411 gespeichert werden.

Falls in Schritt 807 bestimmt wird, daß der Einzelsprech- Zählerstand ST_CNT nicht größer als der Einzelsprech-Schwell­ wert STH ist, wird kein Einzelsprech-Zustand detektiert. In diesem Fall wird das Doppelsprech-Flag DF in Schritt 812 auf 1 gesetzt. Das Doppelsprech-Flag DF wird an den Ausgang 405 aus­ gegeben und die Filterkoeffizienten W_B(n) werden nicht an den Ausgang 415 ausgegeben.

Erneut auf Fig. 5 Bezug nehmend, falls in Schritt 712 bestimmt wird, daß die quadrierte Norm D(n) größer als ATH(n) ist, wird dann in Schritt 804 der Einzelsprech-Zähler ST_CNT auf 0 ge­ setzt und das Doppelsprech-Flag DF wird in Schritt 812 auf 1 gesetzt. Das Doppelsprech-Flag DF wird an den Ausgang 405 aus­ gegeben und die Filterkoeffizienten W_B(n) werden nicht über den Ausgang 415 ausgegeben.

Es kann so gesehen werden, daß ein neuer Doppelsprech-Detektor die Messungen der Varianz der Koeffizienten des adaptiven Fil­ ters verwendet, um eine Doppelsprech-Entscheidung zu treffen. Zusätzlich wird ein variabler Schwellwert verwendet, um ver­ schiedene Rauschbedingungen an dem nahen Ende unterzubringen bzw. bewältigen zu können. Als Folge ist der Doppelsprech-De­ tektor stark unempfindlich gegenüber Rauschen am nahen Ende und robust in einer lauten bzw. stark rauschenden Umgebung. Da die Doppelsprech-Detektionsvorrichtung die Varianz direkt von dem adaptiven Filter mißt, ist sie präzise und zuverlässig.

Claims (11)

1. Verfahren zum Detektieren der Anwesenheit einer Nahende­ stimme in einem Echokompensator zum Kompensieren eines Echos eines Fernendesignales, das in einem Nahendesignal vorhanden ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Aktualisieren von Filterkoeffizienten in einem adaptiven Fil­ ter (310), der zum Empfangen des Fernendesignals und eines Fehlersignals verbunden ist;
Berechnen (610) einer Varianz der Filterkoeffizienten; und Detektieren (618) eines Doppelsprech-Zustandes, falls die Va­ rianz des Filterkoeffizienten einen Varianzschwellwert während eines Einzelsprech-Zustandes überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter den Schritt des De­ tektierens (618) eines Einzelsprech-Zustandes, wenn die Vari­ anz der Filterkoeffizienten unter den Varianzschwellwert wäh­ rend eines Doppelsprech-Zustandes fällt, aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Einzelsprech-Zustand detektiert wird, wenn die Varianz un­ ter dem Varianzschwellwert für einen vorbestimmten Zeitraum ist (616, 618).

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter den Schritt des adaptiven Erzeugens des Varianzschwellwertes aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Schritt des Detektierens eines Einzelsprech-Zustandes den Schritt des Erzeugens eines Summierungssignals eines Quadrates der Differenzen der Filterkoeffizienten aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Varianzschwellwert durch Mitteln des Summierungssignals erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Varianzschwellwert erzeugt wird durch Tiefpaßfiltern des Summierungssignals.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Doppelsprech-Zustand detektiert wird, wenn eine Varianzra­ te der Änderung der Filterkoeffizienten den Varianzschwellwert für einen vorbestimmten Zeitraum überschreitet (806, 807).

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Detektierens eines Doppelsprech-Zustandes das Summieren eines Quadrates einer Differenz zwischen dem letzten Koeffizienten und einem vorhergehenden Koeffizienten in einer Koeffizientenposition aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Summieren auf­ weist:
Berechnen einer Differenz für jede Koeffizientenposition des adaptiven Filters;
Quadrieren jeder Differenz; und
Summieren des Quadrates der Differenzen für alle Koeffizien­ tenpositionen.

11. Steuervorrichtung (300) zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.