DE60124501T2

DE60124501T2 - Verbessertes verfahren und vorrichtung zur implementierung eines echounterdrückers

Info

Publication number: DE60124501T2
Application number: DE60124501T
Authority: DE
Inventors: K. Samir San Diego GUPTA
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: CA2399016C; AU3460601A; EP1250797A1; TW494669B; CN1254074C; CA2399016A1; BR0107830A; EP1750425A3; IL150823A; IL150823A0; ATE345642T1; CN1416639A; NO20023569L; NO20023569D0; EP1750425A2; RU2002122984A; HK1052602B; RU2277301C2; ES2274867T3; HK1052602A1

Description

Hintergrund der Erfindung
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Echolöscher bzw. Echounterdrücker. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein neues und verbessertes System sowie ein Verfahren zur Reduzierung der in Voll-Duplexsystemen, die Echolöscher verwenden, zu hörenden Unterbrechungen. Die durch die Erfindung vorgesehenen Lehren sind für akustische Echolöscher einsetzbar und auch bei Echolöschern in Netzwerken und anderen nicht akustischen Systemen anwendbar.
II. Beschreibung verwandter Technik
Akustische Echolöscher (AEC = acoustic echo-cancellers) werden bei Anwendungen auf dem Gebiet der Telekonferenzen und bei "handfreien", d.h. Freisprech-Telefonanwendungen verwendet, um die akustische Rückkopplung zwischen einem Lautsprecher und einem Mikrofon zu eliminieren. In einem zellularen Telefonsystem, wo der Fahrer ein "Freisprech"-Telefon verwendet, werden akustische Echolöscher in der Mobilstation eingesetzt, um Voll-Duplex-Kommunikationen vorzusehen. Ein Blockdiagramm eines traditionellen akustischen Echolöschers ist in 1 gezeigt.
Aus Gründen der Bezugnahme gilt Folgendes: der Betreibende (driver) ist der "Nah-End"-Sprecher mit Eingabesprachsignal v(n) und die Person am anderen Ende der Verbindung ist der "Fern-End"-Sprecher (im Folgenden "Fern-Sprecher") mit der Eingabe eines digitalen Sprachsignals x(n). Die Sprache des Fern-Sprechers wird aus dem Lautsprecher 2 in das Mobiltelefon übertragen. Wenn diese Sprache durch Mikrofon 10 aufgenommen wird, so hört der Fern-Sprecher ein störendes Echo seiner eigenen Stimme. Die Ausgangsgröße des Mikrofons 10 ist ein Digitalsignal r(n). Die durch das Mikrofon 10 ausgeführten Funktionen können typischerweise durch ein Mikrofon erreicht wer den, welches das Audiosignal in ein elektrisches Analogsignal umwandelt, und ferner durch einen Analog-zu-Digital-(A/D)-Umwandler bzw. Konverter. Der AEC identifiziert die Impulsart bzw. das Impulsansprechen zwischen dem Sprecher 2 und dem Mikrofon 10 und erzeugt eine Replik des Echos und zwar unter Verwendung des adaptiven Filters 14 und subtrahiert diese im Summierer 12 von der Mikrofonausgangsgröße r(n), um das Fernsprecherecho y(n) auszulöschen. Da das adaptive Filter im Allgemeinen nicht das ganze Echo entfernen kann, wird typischerweise irgendeine Form einer Echounterdrückung verwendet, und zwar vorgesehen durch das Restechounterdrückungselement 18 (beispielsweise einen nicht linearen Post- oder Nachprozessor), um auf diese Weise jedwedes Restecho zu entfernen.
In 1 ist das Echosignal y(n) des Fernsprechers als die Ausgangsgröße eines akustischen Echopfadelements 4 veranschaulicht, wobei es sich hier um einen Artifact in der Nähe des Lautsprechers 2 und des Mikrofons 10 handelt. Dem Echosignal y(n) des Fernsprechers wird das Rauschsignal w(n) und das Nahsprechersignal v(n), veranschaulicht durch die Summierelemente 6 bzw. 8, hinzuaddiert. Es sei bemerkt, dass die Summierelemente 6 und 8 und der akustische Echopfad 4 Artifacte der Mobilumgebung sind, und aus Gründen der Darstellung eingesetzt werden.
Das adaptive Filter 14 verwendet der Fern-Sprache x(n) als ein Bezugssignal. Wenn dem adaptiven Filter 14 gestattet ist, sich in der Anwesenheit von v(n) zu adaptieren, so wird die Nahend-Sprache (Nahsprache) dem Fehlersignal e(n) hinzuaddiert, was die Filterabgriffskoeffizienten-Adaption betreibt, und die Schätzung des akustischen Echopfades 4 korrumpiert. Es ist daher notwendig, die Koeffizienten-Adaption dann auszuschalten, wenn beide Sprecher sprechen, wobei es sich hierbei um einen Zustand handelt, der als "doubletalk" bzw. "Doppelsprechen" bezeichnet wird. Während des Doppelsprechens muss das Restecho-Unterdrückungselement 18 ebenfalls abgeschaltet werden, um die Korruption der Nahend-Sprache zu verhindern. Ein (nicht gezeigter) Doppelsprechdetektor detektiert typischerweise das Vorhandensein von Doppelsprechen und sieht Steuersignale vor, um das adaptive Filter 14 und das Restecho-Unterdrückungselement 18 abzuschalten, wenn Doppelsprechen vorhanden ist.
Wie in 2 gezeigt, arbeitet bei bekannten Echoauslöschsystemen das Restecho-Unterdrückungselement 18 in der Weise, dass jedwedes Restecho ausgelöscht wird, und zwar durch Stummschalten (d.h. Ableiten (gating-off)) seiner Ausgangsgröße immer dann, wenn ein Echo durch das adaptive Filter 14 detektiert wird. Dieser Aspekt des Elements 18 ist im Teil "A" der 2 gezeigt. Die obere Hälfte des Teils "A" der 2 veranschaulicht die Detektion eines Echozustands der sich ergibt aus der akustischen Rückkopplung zwischen Lautsprecher 2 und einem Mikrofon 10 dann, wenn das Wort "HELLO" durch den Fernsprecher gesprochen wird. Die untere Hälfte des Teils "A" der 2 zeigt, dass sobald das Echo bei t₁ detektiert wird, die Ausgangsgröße des Elements 18 vollständig stumm gemacht wird. Sodann gilt: sobald das Echo aufhört bei t₁ vorhanden zu sein, wird die Ausgangsgröße des Elements 18 aus dem stummen Zustand freigesetzt.
Zusätzlich gilt Folgendes: in Fällen wo die Ausgangsgröße des Restecho-Unterdrückungselements 18 stumm gemacht wird, da das adaptive Filter 14 ein Echo detektiert hat und der Doppelsprechdetektor gleichzeitig Doppelsprechen detektiert, das Restecho-Unterdrückungselement 18 seine Ausgangsgröße während der Doppelsprechperiode aus dem stummen Zustand freigibt. Dieser Aspekt des Elements 18 ist im Teil "B" der 2 gezeigt. Die obere Hälfte des Teils "B" der 2 veranschaulicht die Detektion eines Doppelsprechzustandes bei t₄ zu einer Zeit, wenn die Ausgangsgröße des Elements 18 stumm gesetzt wird, und zwar als Resultat der Detektion eines Echozustands zwischen t₃ und t₄. Der Doppelsprechzustand ergibt sich aus dem gleichzeitigen Sprechen durch die Fern- und Nah-Sprecher (d.h. der Nahsprecher sagt "HI" während der Zeit wo der Fern-Sprecher "HELLO" sagt). Die untere Hälfte des Teils "B" der 2 zeigt dass, sobald das Doppelsprechen bei t₄ detektiert ist, die Ausgangsgröße des Elements 18 "ent-stummt" (aus dem stummen Zustand entlassen "unmuted") wird. Sobald sodann der Doppelsprechzustand bei t₅ aufhört vorhanden zu sein, wird die Ausgangs größe des Elements 18 wiederum stumm geschaltet. Die Ausgangsgröße des Elements 18 bleibt vollständig stumm geschaltet, bis das Echo, welches sich aus dem Wort "HELLO", gesprochen durch den Fern-Sprecher ergibt, bei t₆ aufhört. Sobald das Echo bei t₆ aufhört vorhanden zu sein, wird die Ausgangsgröße des Elements 18 ent-stummt.
Der Teil "C" der 2 veranschaulicht in ähnlicher Weise ein Beispiel wo die Ausgangsgröße des Elements 18 ent-stummt verbleibt, wenn ein Doppelsprechzustand zwischen t₇ und t₈ detektiert wird. Sodann, sobald der Doppelsprechzustand aufhört bei t₈ vorhanden zu sein, wird die Ausgangsgröße des Elements 18 wiederum stumm geschaltet, und zwar wegen eines weitergehenden Echozustands. Die Ausgangsgröße des Elements 18 bleibt vollständig stumm geschaltet, bis dieser Echozustand bei t₉ aufhört, wodurch das Stummschalten des Wortes "UP" vom Nah-Sprecher zwischen t₈ und t₉ stumm geschaltet wird. Sobald das Echo aufhört bei t₉ vorhanden zu sein, wird die Ausgangsgröße des Elements 18 ent-stummt.
Weiterhin, auf das System des Standes der Technik gemäß 1 Bezug nehmend, sei Folgendes bemerkt. Wenn die Echokomponente y(n) das Nahsprechsignal v(n) während spezieller Perioden dominiert, so wird das Nahsprechen durch Element 18 ent-stummt. Diese Situation kann eine unerwünschte Sprunghaftigkeit oder Chopiness (Abschneiden) im hörbaren Signal, wie es der Nutzer hört, zur Folge haben. Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Sprunghaftigkeit bzw. Unterbrechungen zu glätten, die für den Nutzer unangenehm und störend sein können.
Zusätzlich zu der Störung des Nutzers durch die Unterbrechungen, haben diese oftmals zur Folge, dass eine nicht glatte Energiekurve für den Vocoder entsteht, der dazu verwendet wird, das Nahsprechsignal zu codieren. In Anwendungsfällen, wo Vocoder mit variabler Rate verwendet werden, können diese Sprunghaftigkeiten oder diese Unterbrechungen in der Energiekurve bewirken, dass der Vocoder häufiger als notwendig mit der vollen Datenrate sendet, wodurch begrenzte Systemkapazität verschwendet wird. Es ist somit ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine glattere Energiekurve für den Vocoder vorzusehen, wodurch dessen Leistungsfähigkeit verbessert wird.
US-Patent Nr. 5,852,661 offenbart eine DECT-Basisstationseinheit zum löschen von Hybridechos und zur Unterdrückung von Netzwerkechos. Die DECT-Basisstationseinheit umfasst Hybridmittel, welche Zweidrahtschleifen für eine Vierdrahtschleife verbinden, ferner ein adaptives Ausgleichsfilter, welches ein Nahsendesignal empfängt, und zwar über zwei Drähte der Vierdrahtschleife, und wobei ferner ein Restfehlersignal über weitere zwei Drähte der Vierdrahtschleife empfangen wird. Das adaptive Ausgleichsfilter gibt ein Hybridecho-Negationssignal an einen Addierer. Der Addierer empfängt auch eine Ausgangsgröße von den Hybridmitteln, und zwar ein Fernsendesignal umfassend und einen reflektierten Teil des Nahend-Sendesignals, und die Addiervorrichtung gibt ein Restfehlersignal aus. Die DECT-Basisstationseinheit weist ferner einen Echounterdrücker auf, ein Echounterdrückungssteuervorrichtung zur Steuerung des Dämpfungspegels des Echounterdrückers und eine Dekorrelationssteuervorrichtung um Einschalt- bzw. Ausschaltsignale an die Echounterdrückungssteuervorrichtung und den adaptiven Ausgleichsfilter zu schicken, und zwar basierend auf einem Korrelationspegel zwischen dem Nahend-Sendesignal und dem Restfehlersignal.
Diese oben erwähnten Probleme und Nachteile werden erkannt und gelöst durch die vorliegende Erfindung in einer unten beschriebenen Art und Weise.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist, wie in den beigefügten Ansprüchen gezeigt, auf ein System und ein Verfahren gerichtet zum Auslöschen eines Echosignals. Dieser Aspekt der Erfindung kann dazu verwendet werden, um beispielsweise einen abrupten Übergang in dem hörbaren Signal zu entfernen, der andernfalls dann auftreten würde, wenn das Nachsprechsignal durch ein Echo dominiert wird, und die Ausgangsgröße des nicht-linearen Post- oder Nachprozessors von einem nicht-stumm geschalteten in einen stumm-geschalteten Zu stand geändert wird. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird eine Eingabewellenform für einen akustischen Prozessor vorgesehen, und es wird eine Bestimmung vorgenommen, ob die Eingabewellenform bzw. Eingangswellenform Information enthält, repräsentativ für das Echosignal. Wenn die Eingangswellenform Information repräsentativ für ein Echosignal enthält, so wird eine Ausgangswellenform geformt oder gebildet, und zwar durch Dämpfen einer Restwellenform durch den akustischen Prozessor. Diese Restwellenform wird durch einen Dämpfungsfaktor gedämpft, wobei sich der Dämpfungsfaktor graduell bzw. allmählich von einem anfänglichen Dämpfungswert (Anfangsdämpfungswert) zu einem abschließenden Dämpfungswert (Enddämpfungswert) während des Dämpfungsschrittes ändert. Dieser Aspekt der Erfindung kann beispielsweise auch verwendet werden zur Entfernung der Sprunghaftigkeit im hörbaren Signal, was andernfalls auftreten würde, wenn das Nahsprechen durch ein Echo dominiert wird, und die Ausgangsgröße des nicht-linearen Postprozessors von einem nicht-stumm geschalteten in einen stummgeschalteten Zustand geändert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht diese sich auf ein System und ein Verfahren zum Einstellen eines akustischen Signals von einem stummen oder stumm-geschalteten Zustand in einen nicht-stummen oder nicht-stumm-geschalteten Zustand, und zwar dadurch, dass ein Dämpfungsfaktor, angewandt bei einem akustischen Signal durch einen akustischen Prozessor, verändert oder variiert wird. Dieser Aspekt der Erfindung kann beispielsweise verwendet werden zur Entfernung der Sprunghaftigkeit im hörbaren Signal, das andernfalls dann auftreten würde, wenn das Ende eines Echozustands detektiert wird, und die Ausgangsgröße des nicht-linearen Postprozessors von einem stummen Zustand in einen nicht-stummen Zustand geändert wird. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird ein akustisches Signal für einen akustischen Prozessor vorgesehen, und eine Ausgangswellenform wird vom akustischen Prozessor geformt, und zwar durch Einstellen des Dämpfungsfaktors vom stummen Zustand auf einen ersten Dämpfungswert, assoziiert mit dem nicht-stummen Zustand. Nachdem der Dämpfungsfaktor auf den ersten Dämpfungswert eingestellt ist, wird die Ausgangswellenform graduell geformt, und zwar durch Änderung des Dämpfungsfaktors vom ersten Dämpfungswert zu einem zweiten Dämpfungswert. Die Eingabewellenform wird um eine kleinere Größe gedämpft, wenn der zweite Dämpfungswert am akustischen Signal angewandt wird als dann, wenn der erste Dämpfungswert auf das akustische Signal angewandt wird. Dieser Aspekt der Erfindung kann auch beispielsweise dazu verwendet werden, die Sprunghaftigkeit im hörbaren Signal zu entfernen, die sich andernfalls dann ergeben würde, wenn ein Mobiltelefon in einer AMPS-Betriebsart arbeitet, und sprunghaftes Rauschen (bursty noise) vorhanden ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen insgesamt verwendet werden; in der Zeichnung zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines akustischen Echolöschers gemäß dem Stand der Technik.
2 ein Zeitsteuerdiagramm, welches den Betrieb des Restecho-Unterdrückungselements nach dem Stand der Technik gemäß 1 zeigt.
3 ein Blockdiagramm eines neuen, nicht linearen Postprozessors, der entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung funktioniert.
4 ein Flussdiagramm, welches das Verfahren des Betriebs des nichtlinearen Postprozessors, gezeigt in 3, veranschaulicht.
5 ein Zeitsteuerdiagramm, welches den Betrieb des nicht-linearen Postprozessors, gezeigt in 3, zeigt und zwar in Fällen oder Bei spielen, wo Echo- und Doppelsprechzustände vorhanden sind.
6 ein Zeitsteuerdiagramm, welches den Betrieb des nicht-linearen Postprozessors der 3 dann zeigt, wenn bei dem Fern-Sprecher stoßartiges Rauschen (bursty noise) vorliegt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
3 zeigt ein Blockdiagramm eines akustischen Prozessors 300, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung funktioniert. Der akustische Prozessor 300 ist ein nicht-linearer Postprozessor, der an seinem Eingang beispielsweise das Fehlersignal e(n), beschrieben oben in Verbindung mit 1, aufnimmt. Der akustische Prozessor 300 weist einen Schalter 310 auf, um den Zustand des Prozessors zwischen einem Aus-Zustand und einem Auf-/Abwärts-Zustand zu verändern. Wenn der akustische Prozessor 300 in einem Aus-Zustand arbeitet, so wird das Eingangssignal e(n) an Stumm-Mittel 320 (Stumm-Mittel = muting means = Stummmachungsmittel oder das Stumm-Schalten), die das Eingangssignal vollständig ableiten (gate-off), wodurch ein Ausgangssignal am Ausgang des Prozessors 300 erzeugt wird, das vollständig stumm gemacht ist. Wenn der akustische Prozessor 300 in seinem Auf-/Abzustand arbeitet, wird das Eingangssignal e(n) an ein variables Dämpfungselement (Dämpfer) 330 angelegt, welches ein Ausgangssignal durch teilweise bzw. partielle Dämpfung des Eingangssignals erzeugt. Der Dämpfungsfaktor (k), der auf das Eingangssignal durch den variablen Dämpfer 330 angelegt ist, wird berechnet, und unter Verwendung des Verfahrens 400 gemäß 4 eingestellt. Wie im Einzelnen unten erläutert, besitzt der variable Dämpfer 330 drei Zustände, nämlich AUFWÄRTS, ABWÄRTS und AUS. Diese Zustände werden alternativ benutzt, und zwar abhängig davon, ob das variable Dämpfungselement den an das Eingangssignal (k) angelegten Dämpfungsfaktor (k) rampenartig hochfährt oder den an das Eingangssignal e(n) angelegten Dämpfungsfaktor (k) rampenartig herabfährt oder aus ist.
4 zeigt ein Flussdiagramm, welches das Verfahren 400 des Betriebs des akustischen Prozessors gemäß 3 veranschaulicht. Das Verfahren 400 wird zur Steuerung des Schalters 310 verwendet (wodurch der Prozessor zwischen seinen Aus- und Aufwärts-/Abwärtszuständen geschaltet wird) und um den Dämpfungsfaktor (k) zu variieren, der durch den variablen Dämpfer bzw. das variable Dämpferelement 330 an das Eingangssignal angelegt wird. Das Verfahren 400 kann in Software unter Verwendung der Steuervorrichtung 340 im akustischen Prozessor 300 implementiert werden. Das Verfahren 400 ist besonders gut geeignet zur Steuerung eines akustischen Prozessors, verwendet zur Verarbeitung von Signalen, die zwischen einer Basisstation und einem Mobiltelefon, welches CDMA-Modulation verwendet, gesendet wird. Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Mehrfachzugriffs-Kommunikationssystem ist wohl bekannt, und beispielsweise im US-Patent Nr. 4,901,307 mit dem Titel "SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS" beschrieben. Dieses Patent ist auf den Patentinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen.
Weiterhin bezugnehmend auf 4, testet im Schritt 402 das System, ob der Prozessor 300 bereit ist, die Dämpfung des Eingangssignals e(n) zu beginnen. Der Schritt 402 bestimmt, dass die Dämpfung des Eingangssignals e(n) dabei ist zu beginnen, beispielsweise dann, wenn ein Echozustand zuerst durch das adaptive Filter detektiert wird, wenn Bursty-Rauschen beim Fernsprecher (entfernten Sprecher) vorhanden ist, oder wenn ein Echozustand nach dem Ende einer Doppelsprechperiode vorhanden bleibt. Wenn im Schritt 402 bestimmt wird, dass die Dämpfung des Eingangsignals dabei ist anzufangen, dann schreitet die Verarbeitung zum Schritt 404 wo der Zustand des Prozessors 300 auf Aufwärts/Abwärts eingestellt ist (d.h. der Schalter 310 leitet das Eingangssignal zu dem variablen Dämpferelement 330), der Zustand des variablen Dämpferelements wird auf Aufwärts (UP) gesetzt, und der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k), angelegt an das Eingangssignal durch den Dämpfer 330, wird auf 0 dB gesetzt. Als nächstes wird im Schritt 406 der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) mit einer Schwelle k_UP verglichen, die entsprechend der Formel (1) unten berechnet wird: kUP = α((M·232·bnS·Gpred)/(12·E))0,5, (1)dabei repräsentiert E eine Energieschätzung der Eingangswellenform e(n) über M Tastungen, bnS ist ein Hintergrund-Rauschskalenwert, assoziiert mit dem gleichförmig verteilten Zufalls-Rauschgenerator, verwendet zur Erzeu gung von w(n), und G_pred ist die Vorhersage oder Prädiktionsverstärkung eines LPC-förmigen Filters, assoziiert mit der CDMA-Modulation, verwendet zur Sendung und zum Empfang des Sprachsignals x(n) zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation. Die Konstante α ist vorzugsweise auf 1.0 gesetzt. In alternativen Ausführungsbeispielen, wo es erwünscht ist, dass die Dämpfung e(n) schneller rampenartig hochgesetzt wird, wird α vorzugsweise auf einen Wert größer als 1.0 gesetzt. Die Werte bnS und G_pred werden vorzugsweise berechnet, wie dies im US-Patent Nr. 5,646,991 mit dem Titel "Noise Replacement System in an Echo Canceller" beschrieben ist.
Wenn im Schritt 406 bestimmt ist, dass der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) nicht kleiner ist als die Schwelle k_UP, dann schreitet die Verarbeitung zurück zum Schritt 402. In Fällen, wo eine Bestimmung in einer vorhergehenden Iteration des Schritts 402 vorgenommen wurde, dass die Dämpfung des Eingangssignals e(n) bereit war zu beginnen, so wird der laufende Zustand des variablem Dämpferelements 330 auf UP (AUFWÄRTS) gesetzt, das Testen im Schritt 402 ergibt einen NO (NEIN) Wert und das Testen im Schritt 408 (wobei die Tests bestimmen ob die Dämpfung des Eingangssignals gerade geendet hat) wird in ähnlicher Weise einen NO (NEIN) Wert ergeben. In solchen Fällen schreitet die Verarbeitung sodann zum Schritt 410, der testet um zu bestimmen ob der laufende Zustand des variablen Dämpferelements UP (AUFWÄRTS) ist. Wenn der laufende Zustand des variablen Dämpferelements UP (AUFWÄRTS) ist, dann wird im Schritt 412 der laufende bzw. aktuelle Wert des Dämpfungsfaktors (k), angelegt an das Eingangssignal, rampenartig hochgefahren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Dämpfungsfaktor um eine Größe gleich –1.5 dB/5 msec Intervall rampenartig hochgefahren; der Fachmann erkennt jedoch, dass die rampenartige Hochfahrgröße, angelegt an k in jeder Iteration des Schritts 412 eine Frage der Konstruktionswahl ist und größer oder kleiner als –1.5 dB pro Schritt sein kann. Als nächstes wird im Schritt 406 der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) mit der Schwelle k_UP verglichen. Wenn im Schritt 406 bestimmt wird, dass der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) nicht kleiner ist als die Schwelle k_UP, dann setzt sich die Wiederholung der oben beschriebenen Ver arbeitungsschleife fort, bis infolge der wiederholten rampenartigen Veränderung des Werts von k im Schritt 412 der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) bestimmt wird als weniger als die Schwelle k_UP im Schritt 406.
Wenn der aktuelle Wert des Dämpfungsfaktors (k) als kleiner als das Maximum der Schwelle k_UP oder gamma (beispielsweise gamma = 30 dB) im Schritt 406 bestimmt wird, dann wird in den Schritten 414 und 416 der Zustand des Prozessors 300 von seinem Aufwärts-/Abwärtszustand in seinen Auszustand geändert (d.h. der Schalter 310 leitet das Eingangssignal vom variablem Dämpferelement 330 zu den Stumm-Machungsmitteln 320 um), der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) wird auf 0 zurückgesetzt, und der Zustand des variablen Dämpferelements 330 wird auf "OFF" bzw. "AUS" gesetzt.
Somit ist, in Fällen wo die Dämpfung des Eingangssignals e(n) initiiert ist, weil beispielsweise ein Echozustand zuerst durch das adaptive Filter 14 detektiert wird, Bursty-Rauschen beim Fernsprecher vorhanden ist, oder ein Echozustand darauffolgend auf das Ende der Doppelsprechperiode verbleibt, die Dämpfung rampenartig graduell hochgeführt (schrittweise mit einem –1,5 dB/5 msec Intervall) bis der laufende Wert des Dämpfungsfaktors k_UP erreicht, bei welchem Punkt das Eingangssignal vollständig stumm geschaltet ist. Ein Beispiel dieses Aspekts der Erfindung ist in 5 veranschaulicht, wo das graduelle rampenartige Hochfahren des Dämpfungsfaktors (k) gezeigt ist, und zwar startend bei t₁, wenn ein Echozustand als erstes anfängt. Das graduelle rampenartige Hochfahren des Dämpfungsfaktors (k) setzt sich von t₁ bis t₂ fort, wenn der Wert des Dämpfungsfaktors (k) k_UP erreicht. Unmittelbar folgend nach t₂ wird das variable Dämpferelement 330 abgeschaltet und das Eingangssignal ist vollständig stumm geschaltet (d.h. abgeleitet = gated-off). Durch graduelles Hochfahren des Dämpfungsfaktors (k) vor dem Abschalten des Eingangssignals bei t₂, reduziert die vorliegende Erfindung wesentlich die "Sprunghaftigkeit" in dem hörbaren Signal, das typischerweise durch Benutzer von Echolöschern der bekannten Bauart gehört wird. Das graduelle Hochfah ren des Dämpfungsfaktors (k) beim ersten Anfang oder Beginn eines Echozustands ist auch als von t₅ bis t₆ in 5 auftretend gezeigt.
In 5 ist auch ein Beispiel des Betriebs der vorliegenden Erfindung in einem Fall dargestellt, wo ein Echozustand vorhanden verbleibt, und zwar darauffolgend auf das Ende einer Doppelsprechperiode. Insbesondere bei t₁₁, dem Doppelsprechzustand des wie aus dem gleichzeitigen Hervorstoßen von "HEY" (durch den Fernsprecher) und den Anfang der Phrase "WHAT'S UP" durch den Nahsprecher ergibt, hört auf zu existieren. Jedoch bleibt gleichzeitig ein Echo als Ergebnis von beispielsweise der akustischen Kopplung des Sprechers 2 und des Mikrofons 10. Das graduelle rampenartige Hochfahren des Dämpfungsfaktors (k) startet bei t₁₁, wenn die Doppelsprechperiode endet, und der Echozustand bleibt vorhanden. Das graduelle Hochfahren des Dämpfungsfaktors (k) setzt sich von t₁₁ bis t₁₂ fort, wenn der Wert des Dämpfungsfaktors (k) k_UP erreicht. Unmittelbar darauffolgend auf t₁₂, wird das variable Dämpferelement 330 abgeschaltet, und das Eingangssignal wird vollständig stumm geschaltet (d.h. abgeleitet). Signifikanterweise gestattet die Erfindung durch das graduelle Hochfahren der Dämpfung vor dem Abschalten des Eingangssignals bei t₁₂, dass der Teil der Phrase "WHAT'S UP" (vom Nahsprecher) nach Ablauf der Doppelsprechperiode verbleibt, und zwar für die Übertragung durch den Prozessor 300, allerdings in einer teilweise gedämpften Form. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu dem das erreicht wurde durch das Restecho-Unterdrückungselement 18 (gezeigt in 2) des Standes der Technik, welches in der identischen Situation das Eingangssignal darauffolgend auf Beendigung der Doppelsprechperiode (die Beendigung der Doppelsprechperiode erfolgt bei t₈ in 2) vollständig ableiten würde, wodurch ausgeschlossen wird, dass irgendein Teil der Phrase "WHAT'S UP" (vom Nahendsprecher) verbleibt, um nach der Beendigung der Doppelsprechperiode zu dem Fernsprecher übertragen zu werden. Zudem reduziert die Erfindung in substantieller Weise die "chopiness" im hörbaren Signal, die typischerweise durch Benutzer der Echolöscher gemäß dem Stand der Technik gehört wird, und zwar geschieht dies durch das zusätzliche allmähliche oder graduelle Hochfahren des Dämpfungsfaktors (k) vor dem Ableiten des Eingangssignals bei t₁₂.
Wiederum bezugnehmend auf 4 sei Folgendes ausgeführt: im Schritt 408 testet das System, ob der Prozessor 300 bereit ist, das Stummschalten des Eingangssignals e(n) zu beenden. Der Schritt 408 bestimmt, dass die Dämpfung des Eingangssignals e(n) bereit ist aufzuhören, und zwar beispielsweise dann, wenn das adaptive Filter 14 bestimmt, dass der zuvor detektierte Echozustand nicht weiter vorhanden ist, wenn das zuvor vorhandene Bursty-Rauschen beim Fernsprecher aufhört vorhanden zu sein, oder wenn eine Doppelsprechperiode während des Vorhandenseins eines Echozustands beginnt. Wenn eine Bestimmung im Schritt 408 vorgenommen wird, dass die Dämpfung des Eingangssignals bereit ist aufzuhören, dass schreitet das Verarbeiten zum Schritt 418, wo der Zustand des variablen Dämpfungselements auf "DOWN" (ABWÄRTS) geändert wird. Im Schritt 420 testet das System um zu bestimmen, ob der vorherige Zustand des variablen Dämpferelements 330 UP" (AUFWÄRTS) war. Wenn dies so ist, schreitet die Verarbeitung (processing) zum Schritt 422 weiter, wo der Zustand des Prozessors 300 auf AUFWÄRTS/ABWÄRTS eingestellt wird (d.h. der Schalter 310 leitet das Eingangssignal zu dem variablen Dämpferelement 330), und der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k), angelegt an das Eingangssignal durch das Dämpfungselement 330 wird auf k_DOWN (ABWÄRTS) gesetzt, wobei k_DOWN entsprechend der folgenden Formel (2) berechnet wird: kDOWN = B((M·232·bnS·Gpred)/(12·E))0.5, (2)dabei ist E eine Energieschätzung der Eingangswellenform über M Proben oder Tastungen, bnS ist ein Hintergrund-Rauschskalenwert für den gleichförmig verteilten Zufalls-Rauschgenerator zur Erzeugung von w(n) und G_pred ist die Vorhersage oder Prädiktionsverstärkung eines LPC-Form-Filters, assoziiert mit der CDMA-Modulation, verwendet zur Sendung und zum Empfang des Sprachsignals x(n) zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation. Die Konstante B wird vorzugsweise auf 1.0 gesetzt. In alternativen Ausführungs beispielen wo es erwünscht ist, die Dämpfung von e(n) schneller rampenartig nach unten durchzuführen (ramp-down), wird B vorzugsweise auf einen Wert größer als 1.0 gesetzt.
Als Nächstes schreitet die Verarbeitung zurück zum Schritt 402. In Fällen, wo eine Bestimmung erfolgte, dass in der vorherigen Iteration des Schrittes 408 die Dämpfung des Eingangssignals e(n) dabei war zu enden, wird der laufende Zustand des variablen Dämpferelements 330 auf "DOWN" gesetzt, das Testen im Schritt 402 gibt einen "NO" (NEIN)-Wert zurück und das Testen im Schritt 408 wird in ähnlicher Weise auf einen "NO"-Wert zurückgeben. In solchen Fällen schreitet das Verarbeiten sodann zum Schritt 426, der testet um zu Bestimmen ob der laufende Zustand des variablen Dämpferelements "DOWN" (ABWÄRTS) ist. Wenn der laufende Zustand des variablem Dämpferelements "DOWN" ist, dann wird im Schritt 428 der laufende Schritt des Dämpfungsfaktors (k), angelegt an das Eingangssignal, rampenartig nach unten gefahren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Dämpfungsfaktor rampenartig nach unten gefahren, und zwar mit einer Größe gleich 1.5 dB/5 msec Intervall; der Fachmann erkennt jedoch, dass die Größe des rampenartigen Herabfahrens, angelegt an k, in jeder Iteration des Schritt 428 eine Frage der Konstruktionswahl ist, und größer oder kleiner als 1.5 dB pro Schritt sein kann. Als nächstes, im Schritt 430, wird der laufende Schritt des Dämpfungsfaktors (k) mit 0 dB verglichen. Wenn im Schritt 430 bestimmt wird, dass der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) kleiner als 0 dB ist, dann setzt die oben beschriebene Verarbeitungsschleife die Wiederholung fort, bis infolge des wiederholten rampenartigen Veränderns des Wertes von k im Schritt 428 der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) als größer als oder gleich 0 dB im Schritt 430 bestimmt wird. Wenn der laufende Wert des Dämpfungsfaktors (k) als größer als oder gleich 0 dB im Schritt 430 bestimmt wird, dann wird im Schritt 416 der Zustand des variablem Dämpferelements 330 auf "OFF" (AUS) gesetzt.
Auf diese Weise gilt Folgendes: in Fällen, wo die Dämpfung des Eingangssignals e(n) beendet wird, beispielsweise weil das adaptive Filter 14 bestimmt, dass ein zuvor detektierter Echozustand nicht mehr vorhanden ist, dass Bursty-Rauschen das zuvor an der am entfernten Ende vorgesehenen Quelle aufhörte vorhanden zu sein oder dass eine Doppelsprechperiode während der Existenz eines Echozustands beginnt, so wird der Dämpfungsfaktor anfänglich auf k_DOWN gesetzt. Sodann wird der Dämpfungsfaktor graduell rampenartig nach unten gefahren (in einer schrittweisen Art und Weise mit 1.0 dB/5msec Intervall) bis der laufende Wert des Dämpfungsfaktors 0 dB erreicht. Ein Beispiel dieses Aspekts der Erfindung ist in 5 veranschaulicht, die die Einstellung des Dämpfungsfaktors auf k_DOWN bei t₃ zeigt, wenn ein Echozustand zuerst endet und sodann erfolgt das graduelle rampenartige Hinunterfahren des Dämpfungsfaktors (k) bis t₄, wenn der Dämpfungsfaktor (k) 0 dB erreicht. Durch das graduelle rampenartige Absenken des Dämpfungsfaktors bis 0 dB bei t₄ erreicht ist, reduziert die vorliegende Erfindung in substantieller Weise die "Chopiness" in dem hörbaren Signal, welches typischerweise von Benutzern von Echolöschern des Standes der Technik gehört wird. Beispiele wo nach Beendigung eines Echozustandes der Dämpfungsfaktor (k) anfänglich auf k_DOWN gesetzt wird, sodann allmählich rampenartig nach oben gefahren wird bis er 0 dB erreicht, sind ebenfalls gezeigt, und zwar auftretend von t₉ bis t₁₀ und von t₁₃ bis t₁₄ in 5.
In 5 ist ein Beispiel des Betriebs der vorliegenden Erfindung in einem Fall gezeigt, wo eine Doppelsprechperiode während des Vorhandenseins eines Echozustands auftritt. Insbesondere bei t₇ fängt ein Doppelsprechzustand an, und zwar infolge der Phrase "HI", die durch den Nah-Sprecher gesprochen wird, während die Phrase "HELLO" durch den Fern-Sprecher gesprochen wird. Unmittelbar vorher gegenüber t₇ existierte ein Echozustand bereits, und zwar infolge der Hervorbringung des Anfangs der Phrase "HELLO" durch den Fern-Sprecher. Wenn die Doppelsprechperiode als erstes während eines Echos bei t₇ beginnt, so wird der Dämpfungsfaktor (k) anfänglich auf k_DOWN eingestellt, und sodann allmählich rampenartig heruntergeführt bis die Doppelsprechperiode bei t₈ aufhört. Bei t₈ hat eine Doppelsprechperiode geendet und ein Echozustand bleibt vorhanden. Normalerweise, wie oben erläutert, wenn ein Echozustand vorhanden bleibt, so beginnt darauffolgend auf eine Doppel sprechperiode das graduelle Herauffahren des Dämpfungsfaktors (k) bis er k_UP erreicht. Da jedoch bei t₈ der Dämpfungsfaktor (k) bereits kleiner ist als k_UP ist, wird das Eingangssignal bei t₈ einfach stumm-geschaltet (muted-off).
Zu Beginn und am Ende von Worten, haben die Sprachsegmente typischerweise eine niedrige Energie, es ist aber wichtig, diese zu verstehen. Der glatte Übergang zwischen den Zuständen gemäß der Erfindung, gestattet dass ansonsten nicht mit Sprachen belegte Segmente hindurch gehen, jedoch in einer gedämpften Art und Weise, was die Sprache verständlicher macht.
6 zeigt ein Beispiel der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung in einem Fall, wo Bursty-Rauschen (bursty noise) beim Fern-Sprecher vorhanden ist. Wie in 6 gezeigt, erscheint zu jeder Zeit ein kurzes Segment von Bursty Rauschen beim Fern-Sprecher, ein Zustand der analog den oben beschriebenen Echozuständen ist. Somit beginnt bei Beginn jedes Bursty-Rauschsegments der Dämpfungsfaktor (k) nach oben zu laufen. Da jedoch jedes Bursty-Noise bzw. Bündelrausch-Segment relativ kurz ist, endet das Bursty-Rauschsegment bevor das System k_UP erreicht. Am Ende jedes bursty-noise oder Bursty-Rauschsegments fängt der Dämpfungsfaktor an nach oben zu laufen, bis er 0 dB erreicht. Anders als beim Runterfahren (ramping-down), was typischerweise am Ende eines Echozustands auftritt, beginnt das Absenken oder Runterfahren, welches am Ende eines Bursty-Rauschsegments auftritt, nicht bei k_DOWN, da infolge der Kürze des Bursty-Rauschsegments der Dämpfungsfaktor (k) normalerweise nicht k_DOWN während des Hinauffahrens oder Ramping-up, was während des Bursty-Rauschsegments erfolgt, erreicht. Dieses graduelle Hinauffahren und Herabfahren des Dämpfungsfaktors während der Bursty-Rauschsegmente steht im Gegensatz zu dem Betrieb der durch das bekannte Restecho-Unterdrückungselement 18 erreicht wird, welches in der identischen Situation während jedes Bursty-Rauschsegments das Eingangssignal vollständig ableiten würde. Durch graduelles Hinauf- und Hinabfahren des Dämpfungsfaktors (k) für jedes Bursty-Rauschsegment (anstelle einer vollständigen Abschaltung des Eingangssignals während jedes derartigen Segments) reduziert die vorliegende Erfindung in substantieller Weise die "Chopiness", d.h. die Sprunghaftigkeit im hörbaren Signal, die typischerweise durch Benutzer der Echolöscher des Standes der Technik zu hören sind.
Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung oben in Verbindung mit Mobiltelefonen, die CDMA-Modulation verwenden, beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, dass die vorliegende Erfindung auch in einem Echolöscher in einem mobilen Telefonsystem implementiert werden kann, das alternative Modulationstechniken verwendet, wie beispielsweise TDMA-Modulationssysteme. Darüber hinaus ist es dem Fachmann klar, dass die vorliegende Erfindung zur Verbesserung der Echolöschung in akustischen Systemen verwendet werden kann, die keine Mobiltelefon Systeme sind, und dass die Lehren der vorliegenden Erfindung auch bei nicht akustischen Löschern verwendet werden, wie beispielsweise denjenigen wie sie in Netzwerkanwendungen verwendet werden.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele soll den Fachmann in die Lage versetzen, die vorliegende Erfindung herzustellen und zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele sind dem Fachmann ohne weiteres geläufig und die allgemeinen Prinzipien die hier definiert wurden, können auch bei anderen Ausführungsbeispielen, ohne erfinderisch zu werden, angewandt werden. Es ist somit nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die Verfahren und Vorrichtungen beschränkt ist, die hier gezeigt sind, sondern dass die Erfindung den weitesten Bereich in Übereinstimmung mit den folgenden Ansprüchen (23767) umfasst.

Claims

Ein Verfahren zum Löschen eines Echosignals, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: A) Vorsehen einer Eingabewellenform für einen akustischen Prozessor; B) Bestimmen, ob die Eingabewellenform bzw. Eingangswellenform Information enthält repräsentativ für das Echosignal; und C) Formen einer Ausgangswellenform durch Dämpfen einer Restwellenform durch den akustischen Prozessor, wenn die Eingangswellenform Information enthält, die repräsentativ ist für das Echosignal; wobei die Restwellenform gedämpft wird durch einen Dämpfungsfaktor, der im Allgemeinen von einem anfänglichen Dämpfungswert zu einem abschließenden Dämpfungswert sich graduell ändert, und zwar während des Dämpfungsschrittes; dadurch gekennzeichnet, dass Schritt C) Folgendes aufweist: Berechnen einer Dämpfungsschwelle als eine Funktion einer Energieschätzung der Eingangswellenform über eine vorbestimmte Anzahl von Samples bzw. Abtastungen, von einem Hintergrundrauschwert und einer Prädiktionsverstärkung (predicition gain) für einen Filter; Vergleichen der Dämpfungsschwelle mit dem Dämpfungsfaktor; und Anpassen des Dämpfungsfaktors ansprechend hierauf.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dämpfungsfaktor linear sinkt von dem anfänglichen Dämpfungswert zu dem abschließenden Dämpfungswert während des Dämpfungsschrittes.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin folgenden Schritt aufweist: D) nach dem die Restwellenform durch den abschließenden Dämpfungsbetrag während des Dämpfungsschrittes gedämpft ist, stumm schalten der Ausgabewellenform.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der anfängliche Dämpfungswert gleich 0 db ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Dämpfungsfaktor von dem anfänglichen Dämpfungswert zu dem abschließenden Dämpfungswert in gleichen schrittförmigen Inkrementen während des Dämpfungsschrittes gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Dämpfungsfaktor von dem anfänglichen Dämpfungswert zu dem abschließenden Dämpfungswert mit einer Rate von 1 db alle 5 ms während des Dämpfungsschrittes gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt C) weiterhin den Schritt des Vergleichens der Dämpfungsschwelle mit dem Dämpfungsfaktor aufweist, und wobei der Dämpfungsfaktor gesenkt wird, durch die schrittweisen Inkremente bis der Dämpfungsfaktor weniger als die Dämpfungsschwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Eingangswellenform repräsentativ ist für ein Signal, das gemäß der Code-Multiplex-Vielfach-Zugriffs- bzw. CDMA-Modulation moduliert wurde.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Dämpfungsschwelle K_up berechnet wird gemäß der folgenden Gleichung: Kup = α((M·232·bnS·Gpred)/(12·E))0,5 wobei E eine Energieschätzung für die Eingangswellenform über M Abtastungen ist, bnS ein Hintergrundrauschskalierwert für einen Zufallsrauschgenerator mit gleichförmiger Verteilung ist, G_pred die Prädiktionsverstärkung eines LPC-Formfilters, der der CDMA-Modulation zugeordnet ist und α eine Konstante ist.
Ein System zum Löschen eines Echosignals, das Folgendes aufweist: A) einen Akustikprozessor (300), angepasst zum Empfang einer Eingangswellenform; B) einen adaptiven Filter angepasst zum Bestimmen, ob die Eingangswellenform Information repräsentativ für das Echosignal enthält; und C) der Akustikprozessor (300) ein variables Dämpfungselement (330) enthält, das angepasst ist zum Bilden einer Ausgangswellenform durch Dämpfen einer Restwellenform, wenn die Eingangswellenform Information enthält repräsentativ für das Echosignal; wobei das variable Dämpfungselement (330) die Restwellenform um einen Dämpfungsfaktor dämpft, der sich graduell von einem anfänglichen Dämpfungswert zu einem abschließenden Dämpfungswert ändert, wenn die Eingangswellenform repräsentativ für das Echosignal enthält.