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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Unterdrücken von
Audioverzerrung, mit einer Schaltungsanordnung, die Folgendes umfasst:
- – Echokompensationsmittel,
die zwischen einem Audioausgang und einer das verzerrte gewünschte Audiosignal
abtastenden Mikrophonanordnung gekoppelt sind, und
- – eine
Filteranordnung, die mit den Echokompensationsmitteln und/oder der
Mikrophonanordnung gekoppelt ist.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine gespiegelte
Schaltungsanordnung zur Anwendung in dem System und auf ein Verfahren zum
Unterdrücken
von Audioverzerrung.
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Ein
derartiges System ist u. a. aus
WO 97/45995 oder
US-A-5796819 bekannt.
Die aus diesen Dokumenten bekannten Audiosysteme umfassen ein adaptives
Echokompensationsfilter zum Entfernen von Echos, entspringend zwischen
einem Lautsprecherausgang und einem Mikrophon eines Systems. Das
bekannte System hat eine Filteranordnung, die mit dem Echokompensationsfilter
und dem Mikrophon gekoppelt ist zur spektralen Unterdrückung von
Echoanteilen in dem Mikrophonsignal, die nicht durch das Echokompensationsfilter
entfernt wurden. Ein Mikrophon tastet ein gewünschtes Audiosignal ab, während ein
anderes Mikrophon nur störende
Verzerrungen des gewünschten
Signals empfängt.
Das System kann eine Filteranordnung aufweisen, die mit den Echokompensationsmitteln
und/oder der Mikrophonanordnung zur spektralen Verzerrungsunterdrückung in
Form zusätzlicher
Audiostörung
gekoppelt ist.
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Es
ist ein Nachteil des bekannten Systems, dass es nicht auf effektive
Art und Weise angewandt werden kann um auch widerhallende Verzerrungen
in einem gewünschten
Audiosignal, gespürt
durch eine Mikrophonanordnung, zu reduzieren.
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Deswegen
ist es u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
System und eine Filteranordnung darin zu schaffen um auch Echoverzerrung
in Form von Echoschwanzteilwiderhall in einem Audiosignal, gespürt durch
eine Mikrophonanordnung, zu unterdrücken.
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Dazu
umfasst in dem System nach der vorliegenden Erfindung die Filteranordnung
Filterkoeffizienten, die wenigstens einen Teil der Audioverzerrung
darstellen, und das System umfasst eine wenigstens teilweise gespiegelte
Schaltungsanordnung zum Ko pieren dadurch simulierter Audioverzerrung darstellender
Filterkoeffizientenwerte in die Filterkoeffizienten der genannten
Filteranordnung.
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Es
ist ein Vorteil des Systems und der Schaltungsanordnung nach der
vorliegenden Erfindung, dass durch Kopierung simulierter Filterkoeffizienten, die
für die
Audioverzerrung repräsentativ
sind, in die Filterkoeffizienten der Filteranordnung, die Unterdrückung der
Audioverzerrung sprachsignalunabhängig, im Allgemeinen wunschsignalunabhängig, gemacht wird.
Die Koeffizientenwerte stellen die Korrelationseigenschaften der
widerhallenden Schwanzteile des Schallfeldes dar und können auch
zur wirklichen Filterung des Wunschsignals in der Filteranordnung
zur Unterdrückung
von Widerhall darin verwendet werden, ungeachtet, ob gewünschte Sprache
ausgeliefert wird oder nicht. Folglich stört insbesondere das Vorhandensein
oder das Fehlen von Sprache nicht länger die Störungslöschung. Sogar wenn Sprache vorhanden
ist, kann Störungslöschung der
raumkorrelationsempfindlichen Formen von Verzerrung, insbesondere
aber nicht ausschließlich,
Echostörungen, auf
effiziente Art und Weise mit Hilfe des Systems nach der vorliegenden
Erfindung effektuiert werden.
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Eine
Ausführungsform
des Systems nach der vorliegenden Erfindung, die Entwurfsflexibilität ermöglicht,
weist das Kennzeichen auf, dass die Filteranordnung einen Strahlformer
umfasst.
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Meistens
umfasst die Filteranordnung eine Kombination von Filter-, Summierungs-
und Verzögerungselementen
zum Bilden des sog. "allgemeinen Nebenkeulenkompensators" ("Generalised Sidelobe Canceller") Auf vorteilhafte
Weise kann ein zusätzliches
Verzögerungselement
zu den Strahlformern hinzugefügt
werden, und zwar zur weiteren Verbesserung der Leistung des Systems
nach der vorliegenden Erfindung.
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Auf
vorteilhafte Weise weist eine andere einfache Ausführungsform
des Systems nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf,
dass das System Koeffizientenwertkopiermittel zwischen der Schaltungsanordnung
und der wenigstens teilweise gespiegelten Schaltungsanordnung aufweist.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Systems nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass die Filteranordnung dazu vorgesehen ist, für die Echoverzerrung
und/oder das gewünschte,
von der Mikrophonanordnung gespürte
Audiosignal anpassungsfähig
zu sein.
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In
dem Fall können
die Filterkoeffizienten aktualisiert werden, und zwar zum Enthalten
eines dynamischen Aspektes beim Löschen variierender korrelationsempfindlicher
Störungsformen,
wie beispielsweise Echo, statt der Darstellung eines mehr oder weniger
festen Modells des Raumes. Nun kann eine derartige Störung auf
in Bezug auf die betreffenden variierenden Positionen und Richtungen
der Anordnung von Mikrophonen unterdrückt werden.
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Noch
eine andere Ausführungsform
des Systems nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass das System dazu vorgesehen ist, die gespiegelten Filterkoeffizienten
zu aktualisieren.
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Auf
vorteilhafte Weise können
bei dieser weiteren Ausführungsform
die gespiegelten Filterkoeffizienten kontinuierlich aktualisiert
werden, und zwar, wenn nötig,
oder während
einer Trainingssession. Dies wird erreicht, weil die gespiegelten
Filterkoeffizienten mit Hilfe eines künstlichen Eingangssignals, das
Störung
darstellt, geschaffen.
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Eine
Ausarbeitung des Systems nach der vorliegenden Erfindung weist das
Kennzeichen auf, dass jedes Mikrophon der Mikrophonanordnung eigene
Echokompensationsmittel aufweist.
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Durch
Anwendung individualisierter Echokompensationsmittel für jedes
Mikrophon der Anordnung werden etwaige einzelne direkte Echos und
Reflexionen, und wenigstens ein Teil des Echoschwanzes möglichst
einzeln gelöscht,
während
die restliche Störung
von der Filteranordnung und/oder den Ausgangsechokompensationsmitteln
verarbeitet wird.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Übersicht
mit möglichen
Ausführungsformen
des Systems nach der vorliegenden Erfindung,
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2 das
direkte Signal, die frühen
Reflexionen und den später
auftretenden Echoschwanz einer typischen Raumimpulsreaktion als
eine Funktion der Zeit, und
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3 eine
Filteranordnung in Form eines allgemeinen Nebenkeulenkompensators
mit einer Anordnung von drei Mikrophonen zur Anwendung in einer
Erweiterung des Systems nach 1.
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Der
obere Teil der
1 zeigt ein System
1, das
zur Unterdrückung
von Audiostörung
in einem gewünschten
Signal geeignet ist. Das dargestellte System hat einen Lautsprecher
2 und
eine Mikrophonanordnung
3 mit zwei Mikrophonen
3-1,
3-2.
Ein Audioausgangssignal am Ausgang
4 wird von dem Lautsprecher
2 wiedergegeben.
Eine (nicht dargestellte) "near
end" Quelle erzeugt
gewünschte
Sprache, die durch die Anordnung
3 als erwünschtes Sprachsignal
empfangen wird. Außerdem
spürt die Anordnung
3 – wie in
2 erläutert – als Teil
der jeweiligen Störungsarten
nebst Störung
ein direktes Signal von dem Lautsprecher
2 zu der Anordnung
3, Echos
in Form früher
Reflexionen – erster
Teil – und nach
gewisser exponentieller Dämpfung
später – zweiter
Teil – Reflexionen
in Form sog. Echos, dargestellt als Echoschwanz einer typischen
Raumimpulsantwort als eine Funktion der Zeit. Jedes Mikrophon
3-1,
3-2 kann
den assoziierten Echokompensator g
1 und
g
2 haben, vorgesehen zwischen dem Audioausgang
4 und
der gestörten
gewünschten
Audioabtastmikrophonanordnung
3. Wenn überhaupt können etwaige Hardware- und/oder
Softwareteile der Echokompensationsmittel g
i (i
= 1, 2 für
zwei Mikrophone) gemeinsam verwendet werden, und zwar um Kosten
zu sparen. Jeder der Echokompensatoren g
i simuliert
die Strecke von dem Lautsprecher
2 zu einem betreffenden
Mikrophon
3 um die Effekte wenigstens des direkten Signals
und der früheren
Reflexionen, d. h. des ersten Teils des Echos, zu löschen. Die
dies bewerkstelligende Technik ist beispielsweise aus
WO 97/45995 bekannt. Die betreffenden
Echokompensationsmittel können
verschiedenartig implementiert werden, wie mit LMS ("Least Mean Squares"), "Recursive Least Squares" oder "Frequency Domain
Adaptive Filter",
wobei Block LMS Techniken angewandt werden.
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Die
betreffenden Echokompensationsmittel gi sind
mit zwei Mikrophonen 3-1, 3-2 der
Anordnung 3 über
schematisch dargestellte Subtrahierer 5-1, und 5-2 gekoppelt,
die je einen Ausgang 6-1, 6-2 haben. Dies Subtrahiererausgänge 6-1 und 6-2 tragen betreffende
echokompensierte Signale.
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Das
System hat eine Filteranordnung 7, die einen Strahlformer 7B enthalten
kann, der über
die Subtrahierer 5 mit den Echokompensationsmitteln gi und/oder der Mikrophonanordnung 3 gekoppelt
ist. Der Strahlformer 7B, der in einem meistens als verallgemeinerten
Nebenkeulenkompensator bezeichneten Kompensator vorgesehen ist,
ist imstande, eine Audiomikrophonempfindlichkeitskeule oder -kurve
zu definieren. Wenn die in diesem Fall zwei Strahlformereingangssignale
an den Subtrahiererausgängen 6-1, 6-2 gegeben
sind, umfassen diese Signal das gewünschte Audio/Ton/Sprachsignal
und ein Echosignal, herrührend
von dem Echoschwanz. Der Strahlformer 7B ist imstande das
Echosignal dadurch zu unterdrücken,
dass ein primäres
Signal z mit dem gewünschten
Signal und ei fern Bezugssignal x, das den Echo umfasst, hergeleitet
wird. Dies geschieht in dem vorliegenden Fall durch Filterung in den
Filtern f1 und f2,
wie dargestellt, und danach durch eine nachfolgende Summierung in
der Summierungsanordnung 9-1 liefert das Filter f1 um das primäre Signal zum Vorschein zu
bringen. Auf diese Art und Weise werden die echokompensierten Mikrophonsignale
u1 und u2 derart
hinzugefügt,
dass restliche direkte Signale und frühe Reflexionen des gewünschten
Audios kohärent
summiert werden, was die Leistung der Strahlenformer steigert. Weiterhin geschieht
dies hier durch Filterung der echokompensierten Mikrophonsignale
in den Sperrfiltern b1 und b2 und
danach durch Summierung in der Anordnung 9-2 der Ausgänge der
Filter um ein das Echo darstellende Bezugssignal x zum Vorschein
zu bringen. Das Bezugssignal x enthält keine Wunschsignalanteile. Das
Bezugssignal x enthält
virtuell keine Wunschsignalanteile. Die Filter bi zusammen
B werden als die Sperrmatrix bezeichnet. Die Filter fi und
bi tragen die Richtung, d. h. die von den
gewünschten
Quellen abhängige
Information.
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In
dem in 3 dargestellten Fall hat der Strahlformer 7B ein
Verzögerungselement 8,
das mit dem Ausgang 10 der Anordnung 9-1 gekoppelt
ist, der eine Summierungsanordnung 9-3 folgt. Das Verzögerungselement 8 schafft
einen nicht ursächlichen Teil
zu der Stoßantwort
der Strahlformer, die erschien zur Verbesserung der Leistung. Das
Bezugssignal x wird einem in 1 durch
w bezeichneten Adaptivfilter zugeführt, dessen Ausgangssignal
einem invertierenden Eingang 11 der Anordnung 9-3 zugeführt wird.
Das Filter w der Filteranordnung 7 umfasst die Filterkoeffizienten,
die ein Maß für die Echostörung – zweiten
Teil – in
dem gewünschten
Audio darstellen oder enthalten, gespürt durch die Mikrophonanordnung 3.
Die Summierungsanordnung 9-3 hat auch einen summierten
oder Strahlformerausgang 5, verwendet zum Anpassen der
Filterkoeffizienten in dem Adaptivfilter w der dadurch adaptiven
Filteranordnung 7, so dass die Koeffizientenwerte die variierende
Echoverzerrung darstellen. In einer nicht adaptiven Ausführungsform
würden
die Filterkoeffizienten fest sein um dann einen dann einen vorausgesetzten festen
Echoschwanz zu löschen.
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Weil
das gefilterte Echo- oder Bezugssignal an dem invertierenden Eingang 11 von
dem primären Signal
in der Summierungsanordnung 9-3 subtrahiert wird, enthält das Signal
an dem summierten Ausgang S nur das gewünschte Signal, wobei der Echoschwanz
gelöscht
wird.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
einer Filteranordnung 7 mit einem Anordnung von drei Mikrophonen 3-1, 3-2, 3-3.
Im Wesentlichen ist eine Vielzahl von Mikrophonen möglich. Die
oben beschriebenen Grundlagen sind aber nach wie vor die gleichen. Es
können
Blockmatrizes zu einem einzigen Block B gegliedert werden. Es können verschiedene
Bezugssignale x1 und x2 dem
Filter 7A zugeführt
werden, das in dem vorliegenden Fall im Allgemeinen adaptive individualisierte
Filter w1 und w2 aufweist.
Gewünschtenfalls
können
Verzögerungselemente Δ vor oder hinter
den Filtern f1, f2 und
f3 aufgeteilt werden, die mit den betreffenden
drei Mikrophonen 3 gekoppelt sind. In die betreffenden
Zweige von möglicherweise
jedem der Mikrophone zu der Summierungsanordnung 9-1 zur
Berücksichtigung
erwarteter einzelner Verzögerungen
zwischen dem Lautsprecher 2 und dem Mikrophon 3 einzelne
Verzögerungselemente Δ eingeschlossen
werden.
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Wenn
das System 1 nicht selbsttätig aufstartet, und zwar wegen
eines fehlenden "far
end" – Signals
könnte
ein Lautsprechersignal erzeugt werden, beispielsweise eine Rauschsequenz
oder eine Art von Aufstartmelodie.
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Das
oben erläuterte
System kann beispielsweise in Handkommunikationssystemen, wie Handfreisprecheinrichtungen,
sprachgesteuerten Systemen beispielsweise daheim oder für medizinische Applikationen,
Kongresssystemen, Diktiersystemen oder dergleichen angewandt werden.
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Obschon
die oben stehende Beschreibung der Figuren sich auf eine durch einen
Strahlformer 7 verkörperte
Filteranordnung bezieht, sei es bemerkt, dass Obenstehendes auch
für jede
beliebige Filteranordnung 7 gilt, die zur Unterdrückung von
Audiostörung
gemeint ist, im Allgemeinen in dem System 1, wie oben erläutert.
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Echo
ist eine Form von Störung,
deren Löschung
von den räumlichen
Korrelationseigenschaften der Mikrophonanordnung und des betreffenden Raumes
stark abhängig
ist. Die räumliche
Korrelation des Schallfeldes bestimmt die gegenseitige Korrelation
zwischen den Mikrophonsignalen, die ihrerseits die Quantität ist, die
den Entwurf und die Leistung der Filteranordnung und des Strahlformers 7 bestimmt. Diese
räumlichem
Korrelationseigenschaften sind abhängig von verschiedenen Eigenschaften,
wie Raumgeometrie, Wandabsorption, Lage, Richtung und Zwischenraum
zwischen den Mikrophonen der Anordnung 3 in einem Raum.
Auf vorteilhafte Weise erfordert das System 1 keine Art
von Modell für
diese Eigenschaften. Wenn aber diese Eigenschaften und/oder die
modellierten Störungsecholöschungseigenschaften
oder -koeffizienten in dem System 1 sich wesentlich ändern, ist
eine wesentliche Anpassung davon erforderlich, was sehr zeitaufwendig
ist. Im Allgemeinen ist diese Zeit nicht immer verfügbar, was zu
hörbaren
und störenden
Effekten führt,
und zwar insbesondere kurz nach dem Vorhandensein oder nach dem
Fehlen insbesondere von Sprache. Das Obenstehende ist von besonderer
Bedeutung in Bezug auf raumkorrelationsabhängige Formen von Verzerrung,
wie Echo. Der restliche Teil der Beschreibung wird deswegen auf
die Unterdrückung
von Echo gerichtet sein, und zwar mit Hilfe des Systems mit einer
Filteranordnung, wie in 1 dargestellt.
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Der
untere Teil der 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 7', deren Bestandteile
wenigstens teilweise den Echokompensationsmitteln g und dem Strahlformerfilter 7 ähnlich oder
gegenüber
diesen gespiegelt sind. Dieser Teil umfasst den Strahlformer 7', der Teile
enthalten kann, die dem Strahlformer 7 entsprechen können, und
die Mittel 9',
die in dem vorliegenden Fall g1' und g2' als Echofilter haben,
deren Koeffizienten beeinflusst oder eingestellt sein können. Die
betreffenden Echofiltermittel g'i, im Allgemeinen für i = 1, 2, .., sind einfache
Filter, die normalerweise je weniger Koeffizienten haben als die
Anzahl Koeffizienten in den entsprechenden Echokompensatormitteln
gi, wenigstens in dem Fall von Echounterdrückung, weil
dann nur der Echoschwanzteil der simulierten Stoßantwort durch schematisch
dargestellte Kopiermittel C1, C2 und C3 von den Löschmitteln
gi in die Filtermittel gi' kopiert werden sollen.
Auf gleiche Art und Weise werden die Filterkennlinien oder Koeffizientenwerte
der Filter f1, f2,
b1 und b2 in die
betreffenden Filter f1', f2', b1' und b2' des Strahlfilters 7' kopiert. Nun
wird dem Eingangsterminal 12 der gespiegelten Schaltungsanordnung
g', 7' ein Hilfseingangssignal
zugeführt,
und zwar derart, dass das Adaptivfilter w' in 7', das mit dem Ausgang S' gekoppelt ist, imstande
ist, das Ausgangssignal am Ausgang S' zu minimieren. Das Hilfseingangssignal am
Terminal 12 kann beispielsweise ein stationäres Rauschstörungssignal
oder jedes andere beliebige Signal, das von dem spezifischen zu
löschenden
Störungstyp
abhängig
ist. Die auf diese Art und Weise simulierten für Audiostörung repräsentativen Filterkoeffizientenwerte
des Filters w' werden
in der Filteranordnung 7 in die Filterkoeffizienten des
Filters w hineinkopiert. Diese Werte stellen die Korrelationseigenschaften
des Echoschwanzteils des zweiten Schallfeldes dar und können auch
zur wirklichen Filterung des gewünschten
Signals in der Filteranordnung 7 zur Echounterdrückung darin
verwendet werden, ungeachtet, ob gewünschte Sprache ausgeliefert
wird oder nicht. Um die Strahlformerkoeffizienten des Filters 7' anzupassen
oder zu aktualisieren braucht nur das Echoverhalten des Raums berücksichtigt
zu werden. Dazu ist die gewünschte
Audioquelle nicht erforderlich, da jede beliebige Quelle in dem
Raum diese Aufgabe erledigen würde.
Insofern das Filter w seine Koeffizienten von dem adaptiven Filter
w' empfängt, braucht
das Filter w nicht adaptiv zu sein.
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Text in der Zeichnung
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1
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- Kopieren der Schwänze
von g1 und g2
- Kopieren von f1, f2,
b1 und b2
- Kopieren von w
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2
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- Direktes Signal
- Echo
- Frühe
Reflexionen
- Zeit