DE69024877T2

DE69024877T2 - Anordnung zur Echoverarbeitung, insbesondere akustisch, für Fernsprechleitung

Info

Publication number: DE69024877T2
Application number: DE69024877T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pascal Jullien Je Jullien; Tourneur Gregoire Le
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1989-08-18
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2010-08-21
Also published as: DE69024877D1; WO1991003116A1; JPH04501498A; US5343521A; FR2651077A1; FR2651077B1; EP0413641B1; EP0413641A1

Description

Die Erfindung betrifft die Behandlung eines Echos zwischen zwei übertragungskanälen, zwischen denen eine Kopplung besteht.
Die Erfindung ist insbesondere dazu bestimmt, ein akustisches Echo in einem Fernsprechapparat oder anderem Freisprech-Telefon-Endgerät zu unterdrücken. Wie in Fig. 1 dargestellt besitzt der Fernsprechapparat einen oder mehrere Lautsprecher HP wie auch ein oder mehrere Mikrophone MI, die alle feststehen. Das akustische Echo ist das von dem oder den Mikrophon(en) des Fernsprechapparates aufgenommene Signal, welches durch akustische Kopplung von dem oder den Lautsprecher(n) kommt. Die Kopplung kann auf eine Körperschalleitung oder eine Luftübertragung zurückzuführen sein; im letzten Fall spielt die Umgebung des Endgerätes eine bestimmende Rolle.
Eine Echobehandlungsanordnung DT ist in den Empfangskanal des Fernsprechapparats zwischengeschaltet, die ein über die Teilnehmertelefonleitung LT empfangenes Signal aufnimmt, welches von dem oder den Lautsprecher(n) abgestrahlt wird, und im Abgangskanal des Fernsprechapparates ein von dem oder den Mikrophon(en) aufgenommenes Telefonsignal weiterleitet und in ein in die Leitung LT gegebenes Signal überträgt. Das Mikrophonsignal ist die Summe aus dem vom örtlichen Teilnehmer ausgehenden örtlichen Sprachsignal und dem akustischen Echo aus dem oder den Lautsprecher(n).
Für die Übertragungs-Endstellen wie etwa einen Freisprech-Fernsprechapparat und ein Gruppen- oder Telefonkonferenz-Endgerät kann das akustische Echo eine wichtige Störung bei dem entfernten Gesprächsteilnehmer veranlassen, vor allem bei großen Übertragungsverzögerungen über das Telefonnetz zwischen dem örtlichen Teilnehmer und dem Gesprächteilnehmer. Die Reduzierung dieses Echos in dem abgehenden Signal auf ein zufriedenstellendes Niveau stellt die prinzipielle Funktion der Echobehandlungsanordnung DT dar.
Nach einer ersten bekannten Variante benutzt eine Einrichtung DT typischerweise die Umschaltung der Verstärkungen zwischen den Kanälen, um das Echo stark zu schwächen. Die variablen Verstärkungen werden den Empfangsund den Abgangssignalen aufgeprägt, um global eine Verstärkungskorrektur sicherzustellen, die den Wert der akustischen Kopplung mindert. Dies führt eine Störung in der Konversation aufgrund der Signalübertragung in der Leitung LT in der Nähe des Betriebsartwechsels ein.
Um dies zu vermeiden greift eine zweite Art einer Echobehandlungsanordnung auf die adaptive Identifikationstechnik zurück, die eine Annulierung des Echos durch Subtraktion eines geschätzten Echos von einer Abschätzung eines akustischen Modells realisiert. Die Wirkungsweise der Annulierung hängt demzufolge direkt von der Qualität der Abschätzung der akustischen Kopplung ab. Die Natur der akustischen Kopplung fordert, daß das Modell eine große Anzahl von akustischen Reflektionen, die durch die Umgebung des Fernsprechapparats bedingt sind, in Rechnung stellt.
Die Einrichtung muß einen wichtigen Bruchteil der die akustische Kopplung repräsentierenden Impulsantwort abschätzen. Die klassischen Algorithmen der adaptiven Identifikation arbeiten nicht auf "lange" Impulsantworten oberhalb etwa 10 ms. Das lokal gesprochene Wort wird von dem Algorithmus als Geräusch gesehen und überschreibt stark die Identifikation. Der Algorithmus kann ferner das lokal gesprochene Wort verzerren, das idealerweise ohne Störung übertragen werden soll. Die Umgebung des Fernsprechapparats ist variabel beispielsweise aufgrund einer Bewegung von Personen um den Fernsprechapparat herum und der Algorithmus soll "diesen Veränderungen folgen", um wirksam zu bleiben.
Die europäische Patentanmeldung BP A-0182096 beschreibt eine Behandlungsanordnung für akustisches Echo, in der die Akualisierung der Filterkoeffizienten eines Echokompensators gesperrt bzw. aktiviert wird, je nach dem ob ein lokales Sprachsignal von dem örtlichen Teilnehmer erzeugt oder nicht erzeugt worden ist. Praktisch erlaubt dies lediglich die Ergänzung der Koeffizienten des Echokompensators, wenn ein Signal empfangen worden ist. Nach der genannten Patentanmeldung wird das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines lokalen Sprachsignals nur im Mikrophonsignal festgestellt, in der Summe aus lokalem Sprachsignal und Echosignal. Diese Feststellung wird mittels eines adaptiven Schwellwertdetektors erhalten, dessen Schwellwert lediglich eine Funktion des empfangenen Signals ist. Wenn ein Detektor mit konstanter Schwelle benutzt werden würde, könnte im Effekt das empfangene Echosignal die Aktualisierung der Kompensator-Koeffizienten in den Fällen sperren, in denen das empfangene Signal ein höheres Niveau hat. Diese Adaption der Schwelle des Detektors in Funktion von dem empfangenen Signals garantiert nicht eine Konvergenz der Koeffizienten des Echokompensators zu den optimalen Werten.
Mit der Erfindung werden die genannten Nachteile des Standes der Technik durch Schaffung einer verbesserten Echobehandlungsanordnung beseitigt, in welcher im Vergleich zu vorhandenen Einrichtungen das gesprochene Wort gegenüber dem akustischen Echo besser erkannt wird, und die Filterkoeffizienten des Echokompensators genauer von dem akustischen Echo abhängen.
Dazu dient eine Behandlungsanordnung für reelles Echo zwischen ersten und zweiten Übertragungskanälen gemäß Patentansprüchen 1 oder 2.
Die Steuerung der Echokompensation wird somit nur so bewirkt, wenn das von dem oder den Mikrophon(en) eines Freisprech-Fernsprechapparats aufgenommene Signal nur von einem akustischen Echo gebildet wird und demzufolge das gesprochene Wort des lokalen Teilnehmers nicht vorhanden ist. Dazu müssen die Erkennungsmittel das zweite Signal und ein Restecho in dem dritten Signal derart feststellen, daß signalisiert wird, wenn der festgestellte Pegel des dritten Signals auf ein schlecht kompensiertes Echo oder auf ein Sprachsignal und/oder Umgebungsgeräusch zurückzuführen ist. Die Feststellmittel greifen zurück auf Vergleiche zwischen den ersten und dritten Signalen und den ersten und zweiten Schwellen entsprechend den charakteristischen Eigenschaften der Erfindung. Wenigstens eine der Schwellen kann variabel sein und abhängen von einem Konvergenzzustand des Echo-Identifikationsalgorithmus, wie in den Ansprüchen 3-5 angegeben ist.
Die Erfindung zielt in zusäztlicher Weise darauf ab, die Verstärkungsgrade (in den Ansprüchen "Gewinn" bezeichnet) der ersten und dritten Signale nicht in Abhängigkeit eines Vergleichs dieser Signalpegel sondern in Abhängigkeit von den absoluten Werten dieser Signale und weiter insbesondere der Enveloppen dieser Signale gegen jeweilige vorgegebene Schwellen zu steuern. Dazu umfaßt eine erfindungsgemäße Echobehandlungsanordnung u.a. einen ersten variablen Abschwächer (Dämpfer) in dem ersten Kanal um das erste Signal zu dämpfen, einen zweiten variablen Abschwächer (Dämpfer) in dem zweiten Kanal zum Dämpfen des dritten Signals sowie Mittel zum Steuern der Dämpfungen in den Abschwächern als Funktion der unabhängigen Vergleichsergebnisse zwischen der Enveloppe des ersten Signals und der ersten Schwelle sowie zwischen der Enveloppe des dritten Signals und der zweiten Schwelle, was durch die ersten und zweiten Feststellmittel erreicht wird. Weitere bevorzugten Eigenschaften der Dämpfungen des ersten und dritten Signals sind in den Ansprüchen 7 - 9 angegeben.
Weitere Vorteile und charakteristische Eigenschaften der Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden Beschreibung verschiedener bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hervor, wobei auf die beigefügten entsprechenden zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
- Fig. 1 ein Prinzipschema einer Behandlung eines akustischen Echos in einem Fernsprechapparat;
- Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Echobehandlungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Echobehandlungsanordnung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Das Folgende bezieht sich auf die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen, die eine spezielle Echobehandlung, wie beispielsweise des akustischen Echos zwischen einem Lautsprechen HP - oder mehereren parallel geschalteten Lautsprechern - und einem Mikrophon MI - oder mehreren parallel geschalteten Mikrophonen - in einem Fernsprechapparat oder anderen analogen Freisprechendgerät betreffen. Der Fernsprächapparat ist dann an eine Vierdraht-Telefonleitung LT gemäß Fig. 2 oder an eine Zweidraht-Leitung über einen Gabelkoppler angeschlossen.
Die Behandlungsanordnung 1 für akustisches Echo umfaßt einen ersten Übertragungskanal, Empfangskanal, der ein Signal RECU eines über das Telefonnetz entfernten Teilnehmers aufnimmt, sowie eine Teilnehmer-Telefonleitung LT, um ein von dem Lautsprecher HP abzustrahlendes Signal DIFFUSE weiterzuübertragen. Ein zweiter Übertragungskanal wird gebildet durch einen zum Empfangskanal entgegengesetzten Sendekanal in der Anordnung 1. Der zweite Kanal nimmt ein Mikrophonsignal MICRO auf, welches von dem Mikrophon MI aufgenommen worden ist und das sich zusammensetzt aus einem realen,akustischen Echosignal ECR und/oder einem Sprachsignal PM des örtlichen Teilnehmers. Der Empfangskanal überträgt ein Signal EMIS zur Telefonleitung LT, in welchem das Echosignal stark geschwächt, mehr noch quasi unterdrückt ist.
In der praktischen Ausführung behandelt die Anordnung 1 die genannten Signale digital. Folglich umfaßt die Anordnung 1 zwei Analog-Digital-Umsetzer CR und CM, welche die Eingänge des Empfangskanales und des Sendekanales bilden, sowie zwei Digital-Analog-Umsetzer CD und CE, die jeweils die Ausgänge des Empfangskanales und des Sendekanales jeweils bilden. Zwischen dem Ausgang des Umsetzers CD und dem Lautsprecher HP bzw. zwischen dem Mikrophon MI und dem Eingang des Umsetzers CM können zwei Verstärker AD ünd AM vorgesehen sein. Die Umsetzer arbeiten mit einer Kanalabtastrate FE von 8 kHz für Sprachsignale im schmalen Band oder von 16 kHz für Sprachsignale genauerer Wiedergabe im Breitband.
In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung 1 umfaßt der Empfangskanal einen Sprechaktivitätsdetektor 2R, der das digitale Signal RECU vom Ausgang des Umsetzers CR aufnimmt und einen Eingang aufweist, der über den Umsetzer CD und den Verstärker AD mit dem Lautsprecher HP verbunden ist. Der Sendekanal weist gemäß Fig. 2 einen Subtrahierer 31 und einen anderen Sprachaktivitätsdetektor 2E auf. Ein direkter Eingang (+) des Subtrahierers 31 ist mit dem Ausgang des Mikrophons MI über den Verstärker AM und den Umsetzer CM verbunden. Ein Ausgang des Subtrahierers 31 ist mit einem RESIDU Eingang des Detektors 2E verbunden. Das digitale Signal EMIS wird über einen Ausgang des Detektors 2E in die Leitung LT über den Umsetzer CE übertragen.
Ein invertierter Eingang (-) des Subtrahierers 31 ist mit dem Eingang des Umsetzers CD verbunden, der das Signal DIFFUSE empfängt, und zwar über eine Echoabschätzschaltung 32. Die Abschätzschaltung 32 nimmt auch das Signal RESIDU vom Ausgang des Subtrahierers 31 auf, so daß die Schaltungen 31 und 32 einen Regelkreis bilden analog zu dem Echokompensator 3. Wie sich jedenfalls aus dem Nachstehenden ergibt, weist die Echoabschätzschaltung 32 nur ein einfaches autoadaptives Durchschaltefilter auf.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt die Echobehandlungsanordnung 1 außerdem drei der erfindungseigentümlichen Schaltungen 41, 42 und 43, um die Identifikationsgeschwindigkeit des Echos in der Schaltung 32 in Abhängigkeit von den Signalen RECU und RESIDU sowie den logischen Signale LR und LE zu steuern, die von den Detektoren 2R und 2E erstellt werden.
Man erinnere sich, daß ein digitales autoadaptives Durchschaltefilter, wie es in der Schaltung 32 vorkommt, ein Echosignal ECES erzeugen soll, welches von den Abtastungen des Signals DIFFUSE und den Abtastungen des Signals RESIDU abgeschätzt ist, damit es so nah wie möglich dem realen Echosignal ECR ist, das von dem Mikrophon MI aufgenommen worden ist und aus der akustischen Schleife zwischen dem Lautsprecher HP und dem Mikrophon resultiert.
Das Durchschaltefilter ist durch eine Zahl 1 charakterisiert, die von den Koeffizienten der Korrelation hin bestimmt ist, wobei i eine einen Koeffizientenindex zwischen 1 und I bezeichnende ganze Zahl und n ein ganzzahliger Index sind, der den gleichen Zeitpunkt beginnend von einem Referenzeitpunkt bezeichnet. Die Zeitpunkte ...n-1, n, n+1 ... liegen praktisch bei der Abtastfrequenz Fe der Signale DIFFUSE unter RESIDU, jedoch werden die in den Schaltungen 2E, 2R, 32 und 41 bis 43 berechneten Variablen jede Millisekunde in Abhängigkeit von den Signalen RECU, DIFFUSE und MICRO und schließlich RESIDU aktualisiert.
Die Behandlungsanordnung umfaßt natürlich in klassischer Weise einen Taktgeber, der vorteilhafterweise durch den Strom in der Leitung LT fernversorgt ist, um verschiedene Taktsignale zu erzeugen, die zum richtigen Arbeiten der genannten Schaltungen notwendig sind.
Die Koeffizienten hin bis hIn representieren eine Funktion der Korrelation hn zum Zeitpunkt n, deren Konvolution mit dem Signal DIFFUSE repräsentiert durch dessen Abtastwerte in den Zeitpunkten 1 vor dem Zeitpunkt n, das abgeschätzte Echosignal ECES bildet. Wenn das abgeschätzte Signal ECES etwa 90% des realen Echosignal ECR erreicht hat, und demzufolge das Signal RESIDU quasi Null ist - bei Abwesenheit des Mikrophon-Sprachsignals PM=0 - ist das Filter "konvergiert". So ist das Filter durch eine Transferfunktion charakterisiert, die eine Konvergenzzeit zwischen dem Zeitpunkt definiert, bei dem die Koeffizienten hi anfänglich bei Null sind und dem Zeitpunkt, bei dem diese Koeffizienten begrenzte Werte entsprechend einem Signal RESIDU = ECR-ECE erreichen, das auch Fehlersignal genannt wird, und das eine minimale Amplitude besitzt. Die Erfindung zielt daher prinzipiell darauf, diese Konvergenzzeiten und genauer den "zustand der Konvergenz" ETAT des Filters zu beeinflussen, welches einen mehr oder weniger entfernten Zustand der Korrelationskoeffizienten hi bezüglich ihres begrenzten Werts umsetzt. Wenn die Schaltungen 41, 42 und 43 die Inkremente der Koeffizienten hi erhöhen, vermindern sich die Konvergenzzeiten und die Konvergenz beschleunigt sich; dies wird ausgeführt, wenn das Signal RESIDU erhöht ist, insbesondere wenn nach langer Stille ein Wort beginnt. Andererseits entscheiden die Schaltungen 41, 42 und 43, die Inkremente der Koeffiziente hi zu vermindern, d.h. die Konvergenzzeit zu erhöhen, wenn das Signal RESIDU sehr nahe seiner minimalen Amplitude ist.
Die Echoabschätzschaltung 32 schätzt also das Echo ECES durch einen adaptiven Echoidentifikationsalgorithmus ab, wie der varianznormierte stochastische Gradient. Um eine genügende Dämpfung des Echos ECR zu erhalten, die für das Funktionieren der Änordnung notwendig ist, wobei das Echo ECR oberhalb des lokalen Mikrophonsprachpegels PM sein kann, muß die akustische Kopplung zwischen den Wandlern HP und MI auf eine Impulsantwort mehrerer 10 Millisekunden identifiziert werden. Eine solche Länge impliziert einen speziellen Steuermechanismus des erfindungsgemäßen Identifikationsalgorithmus.
Der Algorithmus schaltet sich durch einen Parameter GADAPT ein, der von der Schaltung 43 geliefert wird. Der Parameter GADAPT ist ein Multiplikator des normierten Verstärkungsgrades, der von der Variablen ETAT abhängt. Der Wert dieses Faktors, wenn er von Null verschieden ist, steuert die Adaptionsgeschwindigkeit, und wenn er gleich Null ist, blockierter die Identifikation.
An dem mit dem Empfangskanal verbundenen Eingang umfaßt die Schaltung 32 Mittel zum Abschätzen der Variante Var (DIFFUSE) des Signals DIFFUSE. Danach berechnet eine arithmetische Einheit in der Schaltung 32 jeden Korrelationskoeffizienten h des Filters zu jedem Zeitpunkt n nach der Relation:
hin= hin-1 + GADAPT(ETAT) .DIFFUSEn-1 .RESIDU / (Var(DIFFUSE) x I), wobei RESIDUn = MICORn - (DIFFUSEn-1 *hn-1) ist, und das Zeichen * die Konvolutionsoperation angibt.
Die Sprachaktivitätsdetektoren 2R und 2E stellen das Vorhandensein von Signalen im Empfangskanal und im Sendekanal bezüglich der Schwellen SR bzw. SE fest. Die Detektoren 2R und 2E sind unabhängig.
Jedenfalls hat wenigstens einer der Detektoren wie etwa der Detektor 2E im Sendekanal nach Fig. 2 die Entscheidungsschwelle SE, die vom Konvergenzzustand des Filters in der Schaltung 32 abhängt. Dieser durch eine Variable ETAT bezeichnete Konvergenzzustand wird genauer nachfolgend definiert. Diese Variable ETAT kann sich kontinuierlich oder diskret verändern. Im Folgenden wird angenommenf daß sich die Variable ETAT diskret mit acht ganzzahligen Werten 1-8 verändert.
Der erste Detektor 2R berechnet die Enveloppe ER des empfangenen Signals und vergleicht sie mit der Schwelle SR, die als konstant angenommen wird, obgleich nach einer anderen Ausführungsform sie von der Variablen ETAT abhängen könnte. Wenn man mit L einen mittleren Sprachpegel bezeichnetf beispielsweise -40 dB bezüglich des Maximaiwertes in einem Kodierer des Analog/Digitalwandlers CR, CM, ist die Schwelle SR vorzugsweise gleich LdB - 6 dB. Die Schwelle LdB wird gewählt, um Verzerrungen im Verlauf der analogen-digitalen Umsetzungen in den Umsetzern CR und CM zu vermeiden. Die Variable der empfangenen Enveloppe ER wird aus den folgenden rekursiven Operationen durch den Detektor 2R abgeleitet:
ERN = ERn-1 + (RECUn - ERn-1)/256
Ein Wert 256 der Integrationskonstanten wird gewählt, um eine passende Glättung der Enveloppe ER des Signals RECU zu erhalten und jede plötzliche Variation in dieser zu vermeiden. In Abhängigkeit von Signal ER liefert der Detektor ein logischer Signal LR, dessen Zustand "1" das Vorhandensein eines Wortsignals im Empfangskanal anzeigt, und zwar zum Ausgang des A/D-Wandlers CR, d.h.
LR = "1" wenn ER > SR.
Der zweite Detektor 2E führt ähnliche Operationen wie der Detektor 2R aus, mit der Ausnahme, daß die Schwelle SE in dB von der Variablen ETAT abhängt, die von einem Ausgang der Bestimrnungsschaltung für den Konvergenzzustand 42 nach folgender Tabelle geliefert wird: ETAT
Für den konvergentesten Zustand ETAT = 8, bestimmt sich die Schwelle SE zu SR= LdB - 6. Der Wert ETAT = 9 hat keine reale Existenz, ist jedoch notwendig im Verhältnis zur Relation LE(ETAT+2)="0", die später zur Entwicklung der Variablen ETAT dargestellt wird.
Die Enveloppe EE des Signals RESIDU im Sendekanal und das entsprechende logische Signal LE, was beim Zustand "1" das Vorhandensein eines Wortsignals im Senden anzeigt, werden aus den folgenden Relationen abgeleitet:
EEn = EEn-1 + ( RESIDUn - EEn-1) /256;
LE(ETAT)= "1" wenn EEn > SE(ETAT).
Die Enveloppensignale ER und EE werden auf die Wortdetektorschaltung 41 gegeben und die logischen Signale LR und LE werden auch auf die Bestimmungsschaltung für den Konvergenzzustand 42 und die Steuerschaltung für den Verstärkungsgrad der Adaption 43 gegeben.
Das von dem Detektor 2E erzeugte logische Signal LE zeigt im Zustand "1" die Gegenwart eines Signals RESIDU an, ohne in diesem die beiden Komponentensignale, eine Differenz des Echos ECR-ECES und das Mikrophonwortsignal PM, zu distinguieren. Wenn LE = "1" aufgrund eines schlecht kompensierten akustischen Echos ECR-ECES ungleich 0 ist, muß die Identifikation des Echos verbessert werden und folglich muß dem Algorithmus in den Schaltungen 42 und 43 gefolgt werden. Wenn andererseits LE = "1" aufgrund einer tatsächlichen Präsenz eines Mikrophonwortsignals PM ist, blockiert die Schaltung 41 erfindungsgemäß die Identifikation des Echos in der Schaltung 43; tatsächlich würden, wenn andererseits eine derartige Blockierung wie im Stand der Technik nicht realisiert werden würde, würden sich die Filterkoeffizienten in dem Kompensator fortgesetzt verändern, was das Wort PM verzerren und in der Konsequenz die Identifikation des Echos selbst infolge des Regelkreises stören würde.
Erfindungsgemäß sind zwei Verfahren zur Feststellung des örtlichen Mikrophonwortes PM in dem Signal RESIDU, wenn LE = "1" ist, vorgesehen.
Nach einem ersten Erfassungsverfahren wird man bemerken, daß die Enveloppen der Signale RECU und RESIDU stets kurzzeitig positiv korreliert sind. Folglich zeigt eine kurzzeitige Korrelation sehr schwacher Enveloppen, beispielsweise unterhalb einer festen vorgegebenen Schwelle CO das Vorhandensein eines lokalen Wortes an. Das erste Verfahren kann auffolgende Weise realisiert werden. Die Schaltung 41 berechnet die Variablen CCR und CCE in Abhängigkeit von den Enveloppensignalen ER und EB, die von den Detektoren 2R und 2E entsprechend den folgenden rekursiven Relationen entwickelt werden:
CCRn = CCRn-1 + (ERn - CCRn-1)/2048;
CCEn = CCEn-1 + (EEn - CCEn-1)/2048
um einen Korrelationskoeffizienten wie:
Cn = Cn-1 + [(ERn - CCRn) (EEn - CCEn) - Cn-1] /256
abzuleiten.
Ein logisches Signal PD = "1" wird von der Schaltung 41 der Schaltung 42 zugesandt, wenn das Wort PM festgestellt worden ist, was durch Cn < CO umgesetzt wird. Beispielsweise ist die Schwelle CO gleich -10 exp 2(LdB-24)/20.
Nach einem zweiten Erfassungsverfahren für das Mikrophonwort evaluiert man den Modul DH des Korrekturvektors dh für den Identifikationsalgorithmus, der bei jeder Stufe, d.h. zum Zeitpunkt n:hn = hn-1 +dh normiert wird. Die kurzzeitige Korrelation der Enveloppe des Moduls DH mit der Enveloppe ER des Signals RECU wird weiter mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen, um zu erfahren, ob das Signal RESIDU auf eine Veränderung des Echos oder ein lokales Wort zurückzuführen ist. Ein erhöhter Wert der Korrelation zeigt eine Variation des Echos an und ein niedriger Wert zeigt das Vorhandensein eines lokalen Wortes an. In diesem Fall wird die Verbindung EE zwischen den Schaltungen 2E und 41 durch eine Verbindung DH zwischen den Schaltungen 32 und 41 ersetzt, wie das gestrichelt in Fig. 2 angegeben ist.
Wie bereits erwähnt, zeigt der Konvergenzzustand ETAT, der von der Schaltung 42 geliefert wird, die Nähe des abgeschätzten Vektors hn zu einem idealen Vektor h'n an, der den Anfang der Impulsantwort der akustischen Kopplung repräsentiert. Dieser Konvergenzzustand verändert sich indirekt in Abhängigkeit von den Augenblickswerten der Signale RECU und RESIDU. Diese Augenblickswerte sind nicht direkt verwendbar: das Signal RESIDU könnte auch einem schlecht kompensierten Akustikecho statt einem lokalen Wort zuzuschreiben sein.
Idealerweise muß das Akustikecho ECR den Sprachaktivitätsdetektor 2E nicht anstoßen, dessen Schwelle SE von der Variablen ETAT abhängt. Wenn es ihn anstößt, d.h. wenn LE = "1" und PD = "0" sind, muß die Variable ETAT vermindert werden, um die Empfindlichkeit des Detektors 2E zu vermindern und folglich die Schwelle SE zu erhöhen und somit rechtzeitig die Adaption durch die Schaltung 43 wieder zu beleben. Wenn andererseits das akustische Echo ECR den Detektor 2E nicht für eine höhere Schwelle, beispielsweise ETAT + 2, anstößt, d.h. wenn LE = "0" ist, wenn die Variable ETAT eine diskrete Veränderung besitzt, dann wird die Variable ETAT progressiv erhöht, um die Schwelle SE zu erniedrigen und den Vektor h zum idealen Vektor h'n hin konvergieren zu lassen.
Wenn die Variable ETAT sich Schritt für Schritt verändert, werden die beiden genannten Situationen repräsentiert durch eine jede Millisekunde ausgeführte Inkrementierung der Werte T- und T+ der beiden in der Schaltung 42 enthaltenen Zähler wie folgt:
Wenn PD = "0" und LR = "1" sowie wenn LE = ETAT = "1" sind, dann gilt T- = T- + 1 und T+ = 0; wenn LR = "1" und ferner LE(ETAT+2)= "0" sind, dann gilt T+ =T+ + 1, wobei PD also "0" ist.
Die Zählstände T- und T+ sind auf einen Maximalstand TMAX beschränkt, was zu einem auf Null Setzen der beiden Zähler und zu einer Modifikation der Variablen ETAT führt, die zwischen 0 und 9 liegt.
Wenn T- > TMAX, dann sind ETAT=ETAT-1, T+=0, und T-=0;
wenn T+ > TMAX, dann sind ETAT=ETAT+1, T+=0, und T-=0.
Die Verzögerungen sichern die Stabilität der Variablen ETAT und müssen beschränkt sein, um die Wiederaufnahme der Konvergenz genügend rasch zu ermöglichen. Praktisch tritt die Modifikation der Variablen ETAT in alle 400 Aktualisierungen der anderen Variablen ein, d.h. TMAX = 400 ms. Sobald das Wort festgestellt ist, PD="1", wird der erste Zähler auf Null gesetzt: T- = "0".
Wenn die Variable ETAT sich kontinuierlich verändert, werden die beiden genannten Situationen durch den Wert Tc eines in der Schaltung 42 enthaltenen Zählers repräsentiert, der wie folgt bestimmt ist:
wenn LR = "1" und ferner LE(ETAT)="1" sind, dann ist Tc =Tc+1;
wenn Tc> TMAX ist, dann wird die Variable ETAT dekrementiert ETAT = ETAT-1;
wenn LR="1" sowie LE(ETAT)="0" sind, dann wird die Variable ETAT inkrernentiert: ETAT=ETAT+1 und T =0.
Das gleiche gilt, wenn das Wort erfaßt ist, PD="1" dann ist Tc=0.
Die Steuerschaltung 43 für die Adaption des Verstärkungsgrades stoppt die Adaption bei Vorliegen eines lokalen Wortes PM, um dessen Verzerrung zu vermeiden, d.h. sobald der Detektor 2E angestoßen ist, d.h. LE="1" und PD="1". Dieser momentane Halt der Adaption ist nur möglich, weil das akustische Echo ECR für sich allein den Detektor 2E nicht anstößt. Das Filter in der Schaltung 32 muß daher dieses Echo genügend dämpfen und die Anordnung 1 funktioniert um so besser, je höher der Konvergenzzustand ist. Wenn der Konvergenzzustand bei Einschalten der Anordnung schlecht ist, beispielweise ETAT=1, sind die Beanspruchungen der Sperre sehr schleppend, um schnell bei besseren Konvergenzzuständen anzukommen. Ein Verzögerungsprozeß, der den Zählstand T in einem in der Schaltung 43 ehthaltenen Zähler ausnutzt, ist zur Verhinderung der Aufnahme der Adaption während der kurzen Stillezeiten des lokalen Mikrophonwortes PM vorgesehen. Mit der Abschätzung, daß die Stillezeiten zwischen den Silben unterhalb von T0= 200 ms liegen, macht man sich unabhängig von diesem Problem.
Die Schaltung 43 führt folgende Operationen aus:
wenn LE(ETAT)="1" ist, dann ist T=0, andernfalls wenn LR="1" ist, dann ist T=T+1;
wenn T> T0 und LR="1" sind, ist die Adaption gültig und GADAPT hängt von der Variablen ETAT nach der folgenden Tabelle ab, wenn andererseits die Adaption nicht gültig ist, wird GADAPT auf Null gesetzt.
Theoretisch ist das Restecho ECR-ECES nach der Konvergenz proportional dem Verstärkungsfaktor der Adaption des Identifikationsalgorithrnus GADAPT. Der Verstärkungsfaktor ist folglich eine Funktion des Konvergenzzustandes ETA und vermindert sich, wenn der letztere sich erhöht.
Wenn beispielsweise die Variable ETAT sich Schritt für Schritt verändert, sind die Werte GADAPT die folgenden: ETAT GADAPT
Obwohl die Behandlungsanordnung für das Echo nach Fig. 2 speziell für ihre Einfügung in einen Telefonapparat beschrieben worden ist, der ein Ende einer Teilnehmer-Telefonleitung ist, kann die Anordnung als Echounterdrücker in jede Telefonleitung eingefügt werden, beispielsweise am Ende eines Übertragers oder Differentialkopplers zwischen einem Vierdraht-Abschnitt und einem Zweidraht-Abschnitt einer Leitung. Das Echo ist dann direkt der Anteil des in eine Richtung übertragenen Signals im in die andere Richtung über den Übertrager oder den Differentialkoppler übertragenen Signal.
Wendet man sich jetzt der Fig. 3 zu, so sieht man, daß ein Echobehandlungsanordnung außer den oben beschriebenen Schaltungen 2R, 2E, 31, 32 und 41 bis 43 auch zwei Anordnungen einer Pegelsteuerschaltung für das Sprachsignal 5R, 5E, einem variablen Dämpfer 6R, 6E umfaßt, die jeweils dem Empfangskanal und dem Sendekanal zugeordnet sind und mit einer Dämpfungssteuerschaltung 7 kooperieren.
Die Schaltungen 5R und 6R sind zwischen den Ausgang des Sprachaktivitätdetektors 2R und die Engänge des Digital/Analog-Wandlers CD sowie der Echoabschätzschaltung 32 in Reihe geschaltet. Die Schaltungen 5E und 6E sind zwischen dem Signalausgang RESIDU des Detektors 2E und dem Eingang des Digital/Analog-Wandlers CE in Reihe geschaltet.
Die Schaltung 5E ist eine automatische Steuerschaltung des Sendepegels, die den Signalpegel EMIS über den Wandler CE so "normiert", daß ein korrekter Hörpegel am entfernten Gesprächsteilnehmer sichergestellt ist; in der Tat ist der entfernte Gesprächspartner nicht gezwungen, Steuermittel für den Hörpegel wie etwa die Schaltung 5R vorzusehen. Im Falle eines Freisprechapparates kann sich die Position des Hörers bezüglich des oder der Mikrophons(e) MI in einer für den von dem oder den Mikrophon(en) MI aufgenommenen Pegel wichtigen Weise verändern. Die Schaltung 5E paßt folglich den Pegel des in die Leitung des gesendeten Signals automatisch an Mittel der Gegenkopplung des variablen Verstärkungsgrades GE an, der in Abhängigkeit von den Vergleichen der den Dämpfer 6E verlassenden Signalpegel mit den beiden vorgegebenen Pegelschwellen variiert.
Die Steuerschaltung 5R für den Hörpegel sichert eine analoge Funktion der Schaltung 5E in Abhängigkeit von der Dämpfung des Signals RECU zwischen dem entfernten Gesprächspartner und dem örtlichen Teilnehmer über das Telefonnetz. Jedenfalls ist der von der Schaltung 5R erzeugte Verstärkungsfaktor GR vom lokalen Gesprächsteilnehmer steuerbar, in üblicher Weise durch ein in der Schaltung 5R vorgesehenes Potentiometer.
Die Werte der Verstärkungsfaktoren GR und GE werden in binärer Form der Steuerschaltung 7 für die Dämpfungen zugesandt, um eine konstante globale Dämpfung zu berechnen:
A = N-GR-GE in dB,
wobei N eine vom Telefonapparat abhangige Konstante ist, die die Hörstabilität desselben sichert. Weiter werden die Werte der Verstärkungen, der Dämpfungen und der Signalpegel in dB ausgedrückt.
Die globale Dämpfung A ist gleich der Summe der variablen Dämpfungen AR und AE, die binär von der Schaltung 7 den Dämpfern 6R und 6E zugeleitet werden, also A=AR+AE. Diese Dämpfung A wird über die akustische Kopplung gegeben, um den Echopegel ECR zu vermindern und eine Stabilität zwischen den Signalen RECU und EMIS zu sichern, wie auch immer der Konvergenzzustand ETAT sei.
Die Schaltung 7 nimmt ferner die logischen Signale LR und LE auf, die jeweils von den Sprachaktivitätsdetektoren 2R und 2E geliefert werden, von denen wenigstens das Signal LE vom Konvergenzzustand ETAT abhängt.
Die Dämpfungswerte AR und AE werden von der Schaltung 7 nach den folgenden vier Relationen berechnet:
- wenn LR="1" sowie LE(ETAT)="0" sind, d.h. wenn der entfernte Gesprächspartner allein spricht, dann streben AR bzw. AE rasch gegen 0 bzw. A;
- wenn LR="0" sowie LE(ETAT)="1" sind, d.h. wenn der lokale Gesprächspartner allein spricht, also ohne Echo, MICRO = PM, dann streben AR bzw. AE rasch gegen A bzw. 0;
- wenn LR="1" sowie LE(ETAT)="1" sind, d.h. wenn der Gesprächspartner und der örtliche Gesprächspartner sprechen, demzufolge mit Echo, dann streben AR und AE langsam gegen A/2;
- wenn LR="0" sowie LE(ETAT="0" sind, d.h. wenn weder der Gesprächsteilnehmer noch der lokale Gesprächspartner sprechen, dann streben AR und AE langsam gegen A/2.
Die Steuerung der Dämpfungen in den Dämpfern GR und GE, die von der Schaltung 7 bewirkt wird, hängt erfindungsgemäß also von den Schwellen SR und SE(ETAT) in den Detektoren 2R und 2E ab und hängt nicht von einem Vergleich zwischen den Signalen in den beiden Kanälen ab, hier den Signalen RECU und RESIDU, wie das im Stand der Technik geschieht. Weiter hängt der globale Dämpfungswert A nicht vom Vertriebsverhalten des Echokompensators 3, d.h. vom Pegel ECR-ECES ab, jedoch von den Enveloppen der Kanalsignale in den Detektoren 2R und 2E und speziell von den Werten dieser Signale.
Nach Fig. 3 sind die die Kanäle verlassenden Signalpegel also die folgenden:
DIFFUSE = RECU+GR-AR in dB
EMIS = RESIDU+GE-AE in dB.
Die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen umfassen integrierte digitale Schaltungen, die in besonderer Weise ausgeführt sind, um die verschiedenen für die Echobehandlung und die Verstärkung der Signale RECU und EMIS inhärenten Funktionen zur erfüllen. Jedenfalls können die meisten der die Berechnungen durchführenden Schaltungen wie etwa die Schaltungen 32, 41, 42 43 und 7 in der Form eines Mikroprozeßors manifestiert sein.

Claims

1. Anordnung zur Verarbeitung eines reellen Echos zwischen dem ersten und dem zweiten übertragungskanal beinhaltend Mittel zur Annulierung des Echos (3) , die ein erstes Signal (RECU) in dem ersten Kanal (CR, CD) und ein zweites Signal (PM) und das reelle Echo (ECR) im zweiten Kanal (CM, CE) empfangen, um ein drittes Signal (RESIDU) zu erzeugen, das besagtes zweites Signal (FM) und einen Unterschied zwischen besagtem reellen Echo (ECR) und einem geschätzten Echo (ECES) enthält, wobei sich besagtes geschätztes Echo aus einer Identifizierung des reellen Echos durch adaptatives Filtrieren, ausgehend vom ersten und dritten Signal, ergibt, erste Erkennungsmittel (2R) um eine Hülle (ER) des ersten Signals (RECU) zu erzeugen und sie mit einer ersten Schwelle (SR) zu vergleichen, und zweite Erkennungsmittel (2E), um eine Hülle (EE) des dritten Signals (RESIDU) zu erzeugen und sie mit einer zweiten Schwelle (SE) zu vergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (41) zum Vergleichen einer kurzfristigen Korrelation (Cn) zwischen besagten Hüllen (ER, EE) mit einer vorgegebenen Schwelle (CO) enthält, sowie Mittel (42, 43) um mit Gewinn (GADAFT) die Anpassung beim Filtrieren der Mittel zur Annulierung des Echos (3) zu steuern, damit der Anpassungsgewinn (GADAFT = 0) geändert wird, wenn die Hülle des dritten Signals (RESIDU) größer als die zweite Schwelle (SE) ist und wenn besagte Korrelation (Cn) größer als die vorgegebene Schwelle (CO) ist, und damit jegliche Änderung des Filtrierens (GADAFT = 0) verboten wird, wenn die Hülle des dritten Signals (RESIDU) kleiner als die zweite Schwelle (SE) ist, oder wenn besagte Korrelation (Cn) kleiner als die vorgegebene Schwelle (CO) ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, um eine Korrelation zu vergleichen, durch Mittel (41), um eine kurzfristige Korrelation zwischen besagter Hülle (ER) des ersten Signals (RECU) und dem Modul eines vektors zur Korrektur eines Identifizierungsalgorithmus (DH), der von Mitteln zur Annulierung des Echos (3) geliefert wird, mit einer vorgegebenen Schwelle (CO) zu vergleichen.

3. Anordnung nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der Anpassung mit Gewinn Mittel (42) beinhalten zur Bestimmung eines Konvergenz-zustands (ETAT) des Futrierens in den Mitteln zur Annulierung (3) in Abhängigkeit von Vergleichen (LA, LE) der Hüllen des ersten und des dritten Signals (RECU, RESIDU) jeweils mit der ersten und der zweiten Schwelle (SR, SE), damit der Anpassungsgewinn nachläßt, wenn die Hülle des dritten Signals (RESIDU) kleiner als die zweite Schwelle (SE) oder wenn besagte Korrelation (Cn) kleiner als die vorgegebene Schwelle (CO) ist und damit der Anpassungsgewinn zunimmt, wenn die Hülle des dritten Signals (RESIDU) größer als die zweite Schwelle (SE) ist oder besagte Korrelation (Cn) größer als die vorgegebene Schwelle (CO) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der besagten ersten und zweiten Schwelle (SR, SE) mit besagtem Konvergenzzustand (ETAT) variiert.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß besagte variable Schwelle (SE) zunimmt und abnimmt, wenn der Konvergenzzustand (ETAT) jeweils abnimmt und zunimmt.

6. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen ersten variablen Dämpfer (6R) in dem ersten Kanal enthält, um das erste Signal (RECU) zu dämpfen, einen zweiten variablen Dämpfer (6E) in dem zweiten Kanal, um das dritte Signal (RESIDU) zu dämpfen, und Mittel (7) zur Steuerung der Dämpfungen (AR, AE) in den Dämpfern in Abhängigkeit von von den ersten und zweiten Erkennungsmitteln (2R, 2E) durchgeführten Ergebnissen von unabhängigen Vergleichen zwischen der Hülle des ersten Signals (RECU) und der ersten Schwelle (SR) und zwischen der Hülle des dritten Signals (RESIDU) und der zweiten Schwelle (SE)

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der ersten und der zweiten Dämpfung (AR, AE) eine Konstante (A) ist und dadurch, daß für in Dezibel ausgedrückte Dämpfungen

- die erste und die zweite Dämpfungen schnell und jeweils zu Null und der Konstante neigen, wenn die Hüllen des ersten und des dritten Signals (RECU, RESIDU) jeweils größer und kleiner als die erste und die zweite Schwelle (SR, SE) sind,

- die erste und die zweite Dämpfungen schnell und je zur Konstante und Null neigen, wenn die Hüllen des ersten und des dritten Signals jeweils kleiner und größer als die erste und die zweite Schwelle sind,

- die erste und die zweite Dämpfungen beide langsam zur Hälfte der Konstante (A/2) neigen, wenn die Hüllen des ersten und des dritten Signals jeweils größer als die erste und zweite Schwelle sind und

- die erste und die zweite Dämfungen beide langsam zur Hälfte der Konstante (A/2) neigen, wenn die Hüllen des ersten und des dritten Signals jeweils kleiner als die erste und die zweite Schwelle sind.

8. Anordnung nach dem Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine unter der besagten ersten und zweiten Schwelle (SR, SE) von einer Variabel des Konvergenzzustands des Filtrierens (ETAT) abhängt, die durch die Mittel zur Steuerung mit Anpassungsgewinn (42, 43) geliefert wird.

9. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie erste und zweite Mittel zur Verstärkung (5R, 5E) enthält, die jeweils am Eingang und Ausgang des ersten und des zweiten Kanals verbunden sind, und die je erste und zweite Gewinne (GR, GE) haben, die den Mitteln zur Steuerung der Dämpfungen (7) geliefert werden, wobei die Summe (A) besagter ersten und zweiten Dämpfungen (AR, AE) proportional zu der Summe der ersten und zweiten Gewinne ist.