DE69433659T2

DE69433659T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Echo-Dämpfung

Info

Publication number: DE69433659T2
Application number: DE69433659T
Authority: DE
Inventors: Jari Hagqvist
Original assignee: Nokia Oyj; Nokia Inc
Current assignee: Nokia Oyj; Nokia Inc
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: JPH07221821A; FI935840A0; US5715310A; EP0665671A2; DE69433659D1; EP0665671A3; ATE263466T1; EP0665671B1; FI935840L; FI108830B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Echodämpfung, insbesondere in einem Telephon.
Die DE-Patentanmeldung A1 38 39 627 offenbart ein Telephon, das ein Echodämpfungsglied, das mit einer Ausgangsleitung verbunden ist, ein weiteres Dämpfungsglied, das mit der Ausgangs- und mit einer Eingangsleitung verbunden ist, und ein Steuermittel zum Steuern des weiteren Dämpfungsglieds umfasst. Das Steuermittel wird dazu verwendet, das weitere Dämpfungsglied in der Weise zu steuern, dass die Summe der Dämpfungswerte des weiteren Dämpfungsglieds und des Dämpfungswerts des Echodämpfungsglieds (und/oder des Echopfads) konstant ist. In diesem Fall stellt das Telephon sowohl die Stärke der empfangenen Sprache als auch die Stärke der zu sendenden Sprache ein. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren verhindern eine akustische Rückkopplung vom Lautsprecher des Handapparats zum Mikrophon, so dass ein Anwender nicht seine eigene Sprache als Echo im Hörer seines eigenen Telephons hört.
Die obenbeschriebene Dämpfungsanordnung besitzt einen Nachteil dahingehend, dass die Sprachdämpfung in dem Telephon unterwünschte hörbare Schwankungen des Signalpegels im Lautsprecher des empfangenden Telephons verursacht. Falls es beispielsweise ein starkes Hintergrundgeräusch um das Telephon gibt, wird dieses Geräusch vom Telephon der anderen Person in gedämpfter Form empfangen, wenn diese Person spricht. Außerdem beeinflusst die Dämpfung den Gegensprechbetrieb, so dass die Umsetzung möglicherweise keine Vollduplexumsetzung sein kann. Dies hängt natürlich vom Dämpfungsgrad ab.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Echodämpfung in einem Telephon eines Teilnehmers A geschaffen, das einen Schritt der Anpassung der Dämpfung eines Ausgangssignals im Telephon des Teilnehmers A an ein Telephon eines Teilnehmers B besitzt, so dass ein Rückkehrecho eines von dem Telephon des Teilnehmers B empfangenen Signals vom Teilnehmer B nicht so leicht gehört werden kann. Das Verfahren umfasst ferner die folgenden Schritte:

– Erfassen, ob ein Eingangssignal in das Telephon des Teilnehmers A Sprache enthält, und, wenn dies nicht der Fall ist, Messen des Umgebungsgeräusches beim Telephon des Teilnehmers A; danach
– Festlegen von Dämpfungsparametern, insbesondere der maximalen Dämpfung, in Abhängigkeit von dem Hintergrundgeräuschpegel der Umgebung, so dass der Dämpfungspegel abnimmt, wenn der Geräuschpegel zunimmt;
– Messen des Pegels des von einem Telephon des Teilnehmers B empfangenen Signals; danach
– Berechnen der Dämpfung des Ausgangssignals bei dem Telephon des Teilnehmers A entsprechend den Dämpfungsparametern und dem Pegel des vom Telephon des Teilnehmers B empfangenen Signals; und Dämpfen des Ausgangssignals, so dass das Hintergrundgeräusch das Rückkehrechosignal des Teilnehmers B maskiert, um eine adaptive Echodämpfung zu erzielen.

In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Echodämpfung in einem Telephon eines Teilnehmers A geschaffen, wobei die Vorrichtung eine Empfangssignal-Messeinheit, die einen Pegel des von einem Telephon eines Teilnehmers B empfangenen Signals misst, eine Hintergrundgeräusch-Messeinheit sowie eine Dämpfungssteuerung zum Dämpfen eines von dem Telephon des Teilnehmers A zu dem Telephon des Teilnehmers B ausgegebenen Signals umfasst. Die Vorrichtung umfasst ferner:

– einen Geräuschdetektor, der ein Hintergrundgeräusch der Umgebung bei dem Telephon des Teilnehmers A erfasst und einen Sprachaktivitätsdetektor besitzt, mittels dessen erfasst wird, ob ein Eingangssignal Sprache oder Hintergrundgeräusch ist, wobei das Schallfeld der Umgebung durch die Hintergrundgeräusch-Messeinheit gemessen wird, falls der Geräuschdetektor nur Hintergrundgeräusche erfasst;
– eine Dämpfungsparameterwert-Bestimmungseinheit, der der gemessene Geräuschwert von der Hintergrundgeräusch-Messeinheit zugeführt wird und in der Werte der Dämpfungsparameter, insbesondere der maximalen Dämpfung, in Abhängigkeit von dem Hintergrundgeräuschpegel der Umgebung so bestimmt werden, dass der Dämpfungspegel abnimmt, wenn der Geräuschpegel zunimmt;
– eine Ausgangssignaldämpfung-Bestimmungseinheit, deren Eingänge mit der Dämpfungsparameter-Bestimmungseinheit verbunden sind, um die Dämpfungsparameterwerte zuzuführen, und mit der Empfangssignal-Messeinheit verbunden sind, um Empfangssignal-Geräuschwerte zuzuführen, wobei die Ausgangssignaldämpfung-Bestimmungseinheit mit der Dämpfungssteuereinheit verbunden ist, um den Ausgangssignalpegel auf der Grundlage der Dämpfungsparameterwerte und des Eingangssignalpegels so einzustellen, dass das Hintergrundgeräusch das Rückkehrechosignal des Eingangssignals maskiert, um eine adaptive Echodämpfung zu erzielen.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein einfaches und zuverlässiges Verfahren und eine einfache und zuverlässige Vorrichtung zur Echodämpfung schafft.
Die vorliegende Erfindung nutzt die Erkenntnis und die überraschende und unerwartete Tatsache, dass das Hintergrundgeräusch das Rückkehrechosignal der Sprache des zweiten Teilnehmers, d. h. der Person am anderen Ende, in der Weise maskiert, dass es nicht so leicht gehört werden kann wie bei relativer Ruhe, d. h. wenn ein niedriges Hintergrundgeräusch vorherrscht. Dies ist kennzeichnend für das menschliche Hören (und wird Maskierung genannt). Die Erfindung besitzt einen weiteren Vorteil, dass die Tatsache berücksichtigt wird, dass ein Telephon, insbesondere ein Mobiltelephon oder ähnliches, in verschiedenen Bedingungen und akustischen Umgebungen verwendet wird, so dass die Dämpfungsstärke an die Bedingungen angepasst wird, um eine gute Echodämpfung zu erzielen. Die vorliegende Erfindung umfasst das unerwartete und überraschende Hilfsmittel, dass der Dämpfungspegel abnimmt, wenn der Geräuschpegel zunimmt.
Es werden nun ausführlich Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung zur Echodämpfung in einem Telephon zeigt; und
2 einen Ablaufplan für den Betrieb der Vorrichtung aus 1 zeigt.
1 ist eine schematische Ansicht eines Telephons 10 eines anrufenden Teilnehmers (Teilnehmer A), eines Telephons 11 einer Person am anderen Ende von dem anrufenden Teilnehmer (Teilnehmer B) und einer Verbindungsleitung 12, die ein Draht- oder Funkpfad sein kann, der über eine oder mehrere Vermittlungen geht. Hinsichtlich des Telephons 10 des Teilnehmers A zeigt die Figur lediglich das Mikrophon 7 und den Lautsprecher 8 und diejenigen Elemente, die relevant für die Vorrichtung zur Echodämpfung in einem Telephon sind. Hinsichtlich des Telephons 11 des Teilnehmers 11 ist lediglich der Handapparat 9 gezeigt. Die anderen Teile können Teile eines Telephons oder Telephonnetzes sein, das an sich bekannt ist, und sind für die momentane Erfindung nicht relevant, so dass sie nicht weiter beschrieben werden.
Das Telephon 10 umfasst eine Echodämpfungs-Schaltungsanordnung, die einen Geräuschdetektor 1, eine Hintergrundgeräusch-Messeinheit 2, an die der Geräuschdetektor 1 angeschlossen ist, eine Signalverarbeitungsparameter-Bestimmungseinheit 3, der der Geräuschmesswert von der Hintergrundgeräusch-Messeinheit 2 zugeführt wird, und eine Einheit 4 zum Messen des Pegels des zu empfangenden Sprachsignals enthält. Ferner enthält die Echodämpfungs-Schaltungsanordnung eine Einheit 5 zum Bestimmen der Dämpfung eines Ausgangssignals. Die Eingänge der Einheit 5 sind mit der Parameterbestimmungseinheit 3 und mit der Eingangssignalpegel-Messeinheit 4 verbunden. Außerdem umfasst die Schaltungsanordnung eine Dämpfungssteuereinheit 6 zum Einstellen des Ausgangssignalpegels auf der Grundlage der von der Dämpfungsbestimmungseinheit 5 gelieferten Anweisungen. Der Geräuschdetektor 1 erfasst unter Verwendung wohl bekannter Techniken, von denen ein Beispiel später identifiziert wird, ob das Signal von dem Mikrophon 7 des Telephons 10 des Teilnehmers Sprache oder ein Hintergrundgeräusch ist. Vorzugsweise ist der Geräuschdetektor 1 mit dem Mikrophon 7 des Telephons verbunden. Falls der Geräuschdetektor 1 lediglich ein Hintergrundgeräusch in dem Mikrophonsignal erfasst, wird mittels der Messeinheit 2 das Schallfeld der Umgebung, d. h. das Hintergrundgeräusch, gemessen. Die Hintergrundgeräusch-Messergebnisse werden an die Parameterbestimmungseinheit 3 übertragen. Der Geräuschpegel wird als der Mittelwert einer langen Zeitdauer, vorzugsweise 1 bis 2 Sekunden, bestimmt.
Die Parameterbestimmungseinheit 3 bestimmt die anzuwendenden Dämpfungsparameter. Sie umfasst eine Speichereinheit, in der eine Anzahl Parameter und Hintergrundgeräusch-Schwellenwerte gespeichert worden sind, und eine Vergleichseinheit, in der die Menge des gemessenen Hintergrundgeräuschs mit den Schwellenwerten für das Hintergrundgeräusch verglichen wird. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis werden die Parameter eingestellt. Daraufhin wird derjenige Dämpfungsparameter ausgewählt, der für den bestimmten Geräuschpegel und für die für das Hintergrundgeräusch festgelegten Schwellenwerte optimal ist. Die Schwellenwertpegel können vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet unter Verwendung wohl bekannter Testprozeduren empirisch oder experimentell vorgegeben werden und daraufhin in der Parameterbestimmungseinheit 3 gespeichert werden.
Die Bestimmung der in einem gegebenen gemessenen Geräuschpegel zu verwendenden Parametermenge kann wie folgt ausgeführt werden. Zu Beginn des Anrufs wird für die Echodämpfung eine Anzahl vorgegebener Parameter, die "Parametermenge O", verwendet. Anschließend wird über 1 bis 2 Sekunden der Geräuschpegel, d. h. das durchschnittliche momentane Geräusch, gemessen. Der Geräuschpegel wird mit den Schwellenwerten eines Bereichs im Voraus festgelegter Schwellenwerte, dem "Schwellenwert N", in dem N = 1, 2, 3 ..., d. h. eine positive ganze Zahl ist, verglichen. Jeder Schwellenwert "Schwellenwert N" korreliert mit einer Anzahl von Parametern, der "Parametermenge N". Während der Geräuschpegel über den "Schwellenwert N", aber nicht über den "Schwellenwert (N + 1)" hinausgeht, wird die "Parametermenge N", die dem "Schwellenwert N" entspricht, als eine Parametermenge festgelegt. Nachdem die Wahl der Parametermenge getroffen worden ist, kann auf eine dem Fachmann auf dem Gebiet bekannte Weise die normale Sprachverarbeitung ausgeführt werden. Die Dämpfungswirkung der "Parametermenge N" ist niedriger als die der "Parametermenge (N – 1)", d. h., während der Geräuschpegel zunimmt, nimmt die Dämpfung ab.
Die obenbeschriebene Parameterbestimmungseinheit 3 kann auf andere Weise ausgeführt werden. In diesem Fall enthält die Parameterbestimmungseinheit 3 eine Berechnungseinheit, mittels der die Parameter direkt auf der Grundlage des Hintergrundgeräuschs, d. h. des gemessenen Geräuschpegels, berechnet werden können. Je höher der Geräuschpegel ist, desto weniger dämpfen die Parameter.
Die in der Parametermenge enthaltenen Dämpfungsparameter bedeuten, dass hinsichtlich der Sprache eine maximale Dämpfung ausgeführt wird, wobei z. B. eine Dämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz ausgeführt wird.
Die Echodämpfungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung arbeitet wie folgt und wie in 2 gezeigt ist. Während der Teilnehmer A 10 einen Anruf beginnt, werden Prüfungen vorgenommen, um zu bestimmen, ob über das Mikrophon 7 ein Sprachsignal oder lediglich ein Umgebungsgeräusch zu hören ist. Das Vorhandensein dieses Geräuschs und/oder der Sprache kann durch den Geräuschdetektor 1 unter Verwendung bekannter Techniken (z. B. eines GSM-Sprachaktivitätsdetektors VAD) geprüft werden. Falls am Anfang Sprache erfasst wird, wird eine vorgegebene Basisdämpfung ausgeführt (z. B. die "Parametermenge O" oben). Wenn lediglich ein Geräusch erfasst wird, wird eine virtuelle adaptive Geräuscheinstellung vorgenommen, indem zuerst mit der Hintergrundgeräusch-Messeinheit 2 der vorherrschende Geräuschpegel gemessen wird. Danach werden unter Verwendung einer der obenbeschriebenen Techniken mit der Parametermesseinheit 3 die Dämpfungsparameter bestimmt. Unter Verwendung der von der Messeinheit 4 gelieferten Eingangssignalpegeldaten wird in der Dämpfungsmesseinheit 5 des Ausgangssignals die für das Ausgangssignal des Teilnehmers A erforderliche Dämpfung bestimmt. Durch die Steuereinheit 6 wird auf der Grundlage der auf diese Weise bestimmten Dämpfung der Ausgangssignalpegel eingestellt. Jedesmal, wenn der Geräuschdetektor Hintergrundgeräusch erfasst, wird mit einer ununterbrochenen Messung der Umgebungsgeräuschpegel bestimmt, so dass sich die Echodämpfung stetig und schnell an Verschiebungen in dem Hintergrundgeräusch anpasst. Die erhaltenen Dämpfungsparameter werden aufrechterhalten, bis neue Parameter festgelegt worden sind.
Angesichts der vorstehenden Beschreibung ist für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass im Umfang der beanspruchten Erfindung verschiedene Änderungen vorgenommen werden können.

Claims

Verfahren zur Echodämpfung in einem Telephon eines Teilnehmers A, das einen Schritt der Anpassung der Dämpfung eines Ausgangssignals im Telephon des Teilnehmers A an ein Telephon eines Teilnehmers B besitzt, so dass ein Rückkehrecho eines von dem Telephon des Teilnehmers B empfangenen Signals vom Teilnehmer B nicht so leicht gehört werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: – Erfassen, ob ein Eingangssignal in das Telephon des Teilnehmers A Sprache enthält, und, wenn dies nicht der Fall ist, Messen des Umgebungsgeräusches beim Telephon des Teilnehmers A (10); danach – Festlegen von Dämpfungsparametern, insbesondere der maximalen Dämpfung, in Abhängigkeit von dem Hintergrundgeräuschpegel der Umgebung, so dass der Dämpfungspegel abnimmt, wenn der Geräuschpegel zunimmt; – Messen des Pegels des von dem Telephon des Teilnehmers B (11) empfangenen Signals; danach – Berechnen der Dämpfung des Ausgangssignals bei dem Telephon des Teilnehmers A entsprechend den Dämpfungsparametern und dem Pegel des vom Telephon des Teilnehmers B empfangenen Signals; und Dämpfen des Ausgangssignals, so dass das Hintergrundgeräusch das Rückkehrechosignal des Teilnehmers B maskiert, um eine adaptive Echodämpfung zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergrundgeräuschpegel als Durchschnitt über eine lange Zeitspanne, die im Bereich von 1 bis 2 Sekunden liegt, bestimmt wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsparameter aus mehreren Dämpfungsparametermengen abgeleitet werden, aus denen eine am besten geeignete Menge entsprechend dem bestimmten Geräuschpegel und den vorgegebenen Hintergrundgeräusch-Schwellenwerten, die festgelegt worden sind, gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsparameter direkt aus dem bestimmten Geräuschpegel berechnet werden.
Vorrichtung zur Echodämpfung in einem Telephon eines Teilnehmers A, wobei die Vorrichtung eine Empfangssignal-Messeinheit (4), die einen Pegel des von einem Telephon eines Teilnehmers B empfangenen Signals misst, eine Hintergrundgeräusch-Messeinheit (2) sowie eine Dämpfungssteuerung zum Dämpfen eines von dem Telephon des Teilnehmers A zu dem Telephon des Teilnehmers B ausgegebenen Signals umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner umfasst: – einen Geräuschdetektor (1), der ein Hintergrundgeräusch der Umgebung bei dem Telephon des Teilnehmers A (10) erfasst und einen Sprachaktivitätsdetektor besitzt, mittels dessen erfasst wird, ob ein Eingangssignal Sprache oder Hintergrundgeräusch ist, wobei das Schallfeld der Umgebung durch die Hintergrundgeräusch-Messeinheit (2) gemessen wird, falls der Geräuschdetektor nur Hintergrundgeräusche erfasst; – eine Dämpfungsparameterwert-Bestimmungseinheit (3), der der gemessene Geräuschwert von der Hintergrundgeräusch-Messeinheit (2) zugeführt wird und in der Werte der Dämpfungsparameter, insbesondere der maximalen Dämpfung, in Abhängigkeit von dem Hintergrundgeräuschpegel der Umgebung so bestimmt werden, dass der Dämpfungspegel abnimmt, wenn der Geräuschpegel zunimmt; – eine Ausgangssignaldämpfung-Bestimmungseinheit (5), deren Eingänge mit der Dämpfungsparameter-Bestimmungseinheit (3) verbunden sind, um die Dämpfungsparameterwerte zuzuführen, und mit der Empfangssignal-Messeinheit (4) verbunden sind, um Empfangssignal-Geräuschwerte zuzuführen, wobei die Ausgangssignaldämpfung-Bestimmungseinheit (5) mit der Dämpfungssteuereinheit (6) verbunden ist, um den Ausgangssignalpegel auf der Grundlage der Dämpfungsparameter- und Empfangssignalpegel-Werte so einzustellen, dass das Hintergrundgeräusch das Rückkehrechosignal des Empfangssignals maskiert, um eine adaptive Echodämpfung zu erzielen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Geräuschdetektor (1) zum Erfassen von Hintergrundgeräusch mit dem Mikrophon (7) des Telephons verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsparameterwert-Bestimmungseinheit (3) eine Speichereinheit, die eine Parametermenge und Hintergrundgeräusch-Schwellenwerte speichert, und eine Vergleichseinheit, die ein gemessenes Hintergrundgeräusch mit den Hintergrundgeräusch-Schwellenwerten vergleicht und dadurch die Parameter auswählt, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsparameterwert-Bestimmungseinheit (3) eine Berechnungseinheit umfasst, die die Parameter aus dem gemessenen Hintergrundgeräusch berechnet.