DE69530961T2 - Signalverstärkersystem mit verbesserter echounterdrückung - Google Patents

Signalverstärkersystem mit verbesserter echounterdrückung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Signalverstärkersystem mit einem Aufnahmeelement, einem Wiedergabeelement und einem Signalverarbeitungssystem zum Herleiten eines Ausgangssignals für das Wiedergabeelement aus einem Eingangssignal, herrührend von dem Aufnahmeelement, wobei das Signalverarbeitungssystem einen Echounterdrücker aufweist, der ein adaptives Filter umfasst zum Herleiten eines Kompensationssignals aus einem das Ausgangssignal darstellenden Signal, Substrahiermittel zum Ermitteln eines Differenzsignals aus dem Kompensationssignal und einem das Eingangssignal darstellenden Signal, und Mittel zum Herleiten des Ausgangssignal aus dem Differenzsignal.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Signalverarbeitungssystem zur Verwendung in einem derartigen Signalverstärkersystem.
  • Ein Signalverstärkersystem der eingangs beschriebenen Art ist bekannt aus dem US Patent 5.091.952.
  • Signalverstärkersysteme werden beispielsweise in Konferenzsystemen, in Tonverstärkungssystemen in Hallen oder im Freien, und in Gehörhilfen verwendet. Bei diesen Systemen wird ein Signal, das von einem Aufnahmeelement, beispielsweise einem Mikrophon oder einer elektrischen Gitarre, erzeugt wird, von einem Verstärker auf einen gewünschten Pegel verstärkt. Das auf diese Weise verstärkte Signal wird danach einem Wiedergabeelement, beispielsweise einem Lautsprecher, zugeführt.
  • Bei diesen Systemen gelangt ein von dem Wiedergabeelement erzeugtes Signal entweder verstärkt oder nicht in das Aufnahmeelement. Das Ergebnis ist ein Rückkopplungssystem, das unter bestimmten Umständen unstabil werden kann. Wenn die Schleifenverstärkung für eine bestimmte Frequenz größer wird als eins oder gleich eins, wird das System bei dieser Frequenz zu Schwingen anfangen. Bei Audiosystemen wird dieses Phänomen als akustische Rückkopplung bezeichnet.
  • Um dieses unerwünschte Schwingen zu vermeiden, kann man versuchen, die Kopplung zwischen dem Wiedergabeelement und dem Aufnahmeelement möglichst zu reduzieren. In der Praxis sind die Möglichkeiten, dies zu tun, oft begrenzt. Auf alternative Weise ist es möglich, den Verstärkungsfaktor des Verstärkers zwischen dem Aufnahmeelement und dem Wiedergabeelement zu reduzieren, aber dies kann dazu führen, dass der gewünschte Signalpegel nicht erreicht wird.
  • Bei dem aus dem US-Patent bekannten Signalverstärkersystem wird ein adaptives Filter benutzt, das versucht, die (unerwünschte) Übertragungsstrecke zwischen dem Wiedergabeelement und dem Aufnahmeelement zu imitieren. Dadurch, dass diesem adaptiven Filter ein das Ausgangssignal des Wiedergabeelementes darstellendes Signal zugeführt wird, kann ein Kompensationssignal erhalten werden, das im Wesentlichen dem Signal entspricht, welches das Aufnahmeelement von dem Wiedergabeelement erhält. Dadurch, dass der Subtrahierer das Kompensationssignal von dem das Eingangssignal darstellenden Signal subtrahiert, wird die unerwünschte Rückkopplung eliminiert.
  • Es stellt sich heraus, dass die Verwendung eines Echounterdrückers eine wesentliche Reduktion des Einflusses der unerwünschten Rückkopplungsstrecke herbeiführt, dass aber diese Reduktion unter bestimmten Umständen nicht ausreicht.
  • Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Signalverstärkersystem der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem der Effekt der unerwünschten Rückkopplungsstrecke weiter reduziert wird.
  • Dazu weist die vorliegende Erfindung das Kennzeichen auf, dass das Signalverstärkersystem weiterhin zeitvariable Dekorrelationsmittel aufweist zum Reduzieren der Korrelation zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal.
  • Durch Reduktion der Korrelation zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal durch die Dekorrelationsmittel, wird die durch das Signalverstärkersystem gebildete Schleifenverstärkung und die unerwünschte Rückkopplungsstrecke mehr oder weniger gestört. Dadurch wird der unerwünschte Effekt der Rückkopplungsstrecke besser unterdrückt als bei den bisherigen Signalverstärkersystemen.
  • In EP-A 0 581 261 wird eine Gehörhilfe beschrieben, die ein adaptives Filter und ein Verzögerungselement aufweist. Das Verzögerungselement ist zur Dekorrelation der Rückkopplungssignale von den Eingangssignal vorgesehen.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Dekorrelationsmittel vorgesehen zum Reduzieren der Korrelation zwischen dem Differenzsignal und dem Ausgangssignal.
  • Das adaptive Filter passt die Übertragungsfunktion an, und zwar in Reaktion auf das Differenzsignal und die jüngsten Werte des das Ausgangssignal darstellenden Signals. Das adaptive Filter versucht die Korrelation zwischen dem Differenzsignal und den jüngsten Werten des Ausgangssignal auf Null zu reduzieren. Ohne Sondermaßnahmen ist das adaptive Filter imstande, diesen Effekt dadurch zu erreichen, dass das Eingangssignal in ein Ausgangssignal umgewandelt wird, das ein weißes Frequenzspektrum hat. Dazu ist die Autokorrelationsfunktion eines Signals mit einem weißen Frequenzspektrum nur ungleich Null für eine Null-Verzögerungsperiode. Dies führt zu einer unerwünschten Filterung des Eingangssignals.
  • Durch Reduktion der Korrelation zwischen dem Differenzsignal und dem Ausgangssignal kann das adaptive Filter die Korrelation zwischen dem Differenzsignal und den jüngsten Werten des Ausgangssignals nur dadurch gleich Null machen, dass die Übertragung im Wesentlichen der Übertragung der unerwünschten Rückkopplungsstrecke gleich gemacht wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das adaptive Filter ein Transform-domain Adaptivfilter um das Signal, welches das Ausgangssignal darstellt, einer Signaltransformation auszusetzen und um das transformierte Signal zu filtern.
  • Die Verwendung von Transform-domain Adaptivfiltern führt zu wesentlich verbesserten Konvergenzeigenschaften für die normalerweise stark korrelierten Signale. Unter Transform-Domain-Adaptivfiltern sollen Filter verstanden werden, bei denen das Signal vor dem Filtervorgang zunächst einer Signaltransformation ausgesetzt wird. Beispiele dieser Transformationen sind die diskrete Fourier-Transformation, die diskrete Kosinus-Transformation und die diskrete Walsh-Hadamard-Transformation.
  • In EP-A 0 585 976 ist eine Gehörhilfe beschrieben, die Mittel aufweist zum Kompensieren der unerwünschten Rückkopplung des Ausgangssignals zu dem Eingangssignal. Die genannten Mittel umfassen einen Time to Frequency-domain Transformator und ein Frequency-domain Filter. Ein zu filterndes Signal wird zunächst von der Time-domain in die Frequency-domain transformiert und wird danach von dem Frequency-domain Filter gefiltert.
  • In dem US Patent 4 039 753 ist eine verstärkende elektroakustische Kette beschrieben, die ein Mikrophon, einen Verstärker, eine variable Verzögerungseinheit und einen Lautsprecher umfasst. Heulen oder Selbstschwingen der elektroakustischen Kette wird vermieden durch eine kontinuierliche Änderung der Verzögerungszeit der Verzögerungseinheit.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das adaptive Filter ein Time-domain Filter zum Herleiten des Kompensationssignals aus einem das Eingangssignal des Wiedergabeelementes darstellenden Signal, und das Transform domain adaptive Filter ist vorgesehen zum Ermitteln von Filterparametern für das Time-domain Filter.
  • Durch Verwendung einer Kombination eines Time-domain Filters und eines Transform-domain Filters werden die vorteilhaften Konvergenzeigenschaften der Transform-domain Filter mit der kurzen Verzögerung eines Time-domain Filters kombiniert. Eine kurze Verzögerung ist in den vorliegenden Systemen erwünscht, weil es sonst passieren kann, dass ein Sprecher sein eigenes gesprochenes Wort um eine bestimmte Zeitperiode verzögert, selber hört. Dieses Phänomen wird als äußerst störend erfahren, insbesondere im Falle langer Verzögerungen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine erste Ausführungsform eines Signalverstärkersystems nach der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine zweite Ausführungsform eines Signalverstärkersystems nach der vorliegenden Erfindung,
  • 3 eine Ausführungsform des Echounterdrückers 16 zur Verwendung in dem Signalverstärkersystem nach 1 oder 2, und
  • 4 eine Implementierung einer Ausführungsform der Dekorrelationsmittel 6 zur Verwendung in dem Signalverstärkersystem nach 1 oder 2.
  • In dem in 1 dargestellten Signalverstärkersystem ist ein Ausgang des Aufnahmeelementes, in diesem Fall eines Mikrophons 2, mit einem Eingang des Signalverarbeitungssystems 4 verbunden. Der Eingang des Signalverarbeitungssystems, der das Eingangssignal von dem Aufnahmeelement empfängt, ist mit einem Eingang von Dekorrelationsmitteln 6 sowie mit einem ersten Eingang einer Subtrahierschaltung 13 verbunden. Der Ausgang der Dekorrelationsmittel 6, der als Ausgangssignal das Signal trägt, das das Eingangssignal darstellt, ist mit einem Eingang des Echounterdrückers 16 verbunden.
  • Innerhalb des Echounterdrückers 16 ist dieser Eingang mit einem ersten Eingang der Subtrahiermittel, in diesem Fall durch eine Subtrahierschaltung 8 gebildet, verbunden. Der Ausgang der Subtrahierschaltung 8 ist mit dem Ausgang des Echounterdrückers 16 sowie mit einem Signaleingang des adaptiven Filters 12 verbunden. Ein Ausgang des adaptiven Filters 12 ist mit einem Eingang der weiteren Dekorrelationsmittel 10 sowie mit einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 13 verbunden. Der Ausgang der Subtrahierschaltung 13 ist mit einem Restsignaleingang des adaptiven Filters 12 verbunden. Der Ausgang der weiteren Dekorrelationsmittel 10 ist mit einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 8 verbunden.
  • Der Ausgang des Echounterdrückers ist mit einem Eingang eines Leistungsverstärkers 14 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang des Wiedergabeelementes, in diesem Fall eines Lautsprechers 18, verbunden ist. Die (unerwünschte) Rückkopplungsstrecke 11 ist durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.
  • In dem in 1 dargestellten Signalverstärkersystem wird das von dem Mikrophon erzeugte Signal durch den Dekorrelator 6 dekorreliert, so dass die Kreuzkorrelationsfunktion des Eingangssignals und des Ausgangssignal des Dekorrelators 6 reduziert wird. Der Dekorrelator 6 ist im Allgemeinen ein zeitvariables System, das außerdem nichtlinear sein kann.
  • Eine erste Ausführungsform des Dekorrelators ist ein zeitvariabler Phasenmodulator, der von einem sinusförmigen Hilfssignal gesteuert wird. Ein derartiger Phasenmodulator ist beschrieben worden in dem Journal-Artikel: "Reverberation by Direct Feedback" von R. W. Guelke u. a. in "Acustica" Heft 24, 1971, Seiten 33–41, 13. Für ein Eingangssignal gleich sin(ωt) gilt Folgendes für das Ausgangssignal F(t) der Dekorrelationsmittel 6: F(t) = sin[ωt + k·sin(ωmt)] (1)
  • In (1) ist k eine Konstante und ωm ist die Winkelfrequenz des Hilfssignals. (1) kann zu einer Reihe von Bessel-Funktionen vom ersten Typ entwickelt werden, so dass F(t) auch wie folgt geschrieben werden kann: F(t) = J0(k)·sin(ωt) + J1(k)·[sin(ω + ωm)t –sin(ω + ωm)t] + J2(k)·[sin(ω + 2ωm)t + sin(ω – 2ωm)] + .... (2)
  • Für die Kreuzkorrelationsfunktion des Eingangssignals und des Ausgangssignals der Korrelationsmittel 6 kann Folgendes geschrieben werden: cc(τ) = E[sin(ωt)·F(t – τ)] (3)
  • Substitution von (2) in (3) mit Fortlassung von Termen, die keinen Beitrag zu dem Wert der Kreuzkorrelationsfunktion cc(τ) liefern, ergibt:
    Figure 00060001
    Ein geeigneter Wert für k ist 2,3, weil für diesen Wert J0 gleich Null ist. Wenn ωm derart gewählt wird, dass er klein genug ist, beispielsweise 1 Hz, ist diese Phasenmodulation kaum spürbar. Für beliebige Signale schafft diese Phasenmodulation eine komplette Dekorrelation des Eingangssignals, weil ein beliebiges Signal als ein Signal betrachtet werden kann, das aus einer Vielzahl nicht korrelierter Frequenzanteile besteht.
  • Wenn eine Δf Frequenzverschiebung in dem Fall eines sinusförmigen Eingangssignals verwendet wird, ist die Kreuzkorrelationsfunktion cc(τ) des Eingangssignals und des Ausgangssignals der Dekorrelationsmittel 6 immer gleich Null, weil zwei sinusförmige Signale mit verschiedenen Frequenzen eine Null-Kreuzkorrelationsfunktion haben. Weil ein beliebiges Signal als eine Summe einer Vielzahl nicht korrelierter sinusförmiger Signale betrachtet werden kann, ist die Dekorrelation für solche Signale auch ideal. Die Frequenzverschiebung kann durch einen Einseitenbandmodulator verwirklicht werden, von dem eine Ausführungsform nachstehend näher erläutert wird.
  • Weiterhin ist es möglich, die Dekorrelationsmittel als Verzögerungselement auszubilden, dessen Verzögerung mit Hilfe eines Steuersignals variiert wird. Dieses Steuersignal kann beispielsweise ein beliebiges Signal oder ein niederfrequentes sinusförmiges Signal umfassen.
  • In Reaktion auf das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 13 wird das adaptive Filter 12 eine Transferfunktion annehmen, gleich der Transferfunktion der unerwünschten Rückkopplungsstrecke. Da das adaptive Filter 12 nicht imstande ist, das Transfer der Dekorrelationsmittel 6 zu imitieren, werden weitere Dekorrelationsmittel 12 gleich den Dekorrelationsmitteln 6 zwischen den Ausgang des adaptiven Filters 12 und den zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 8 eingefügt. Das adaptive Filter 12 kann ein Transversalfilter sein, dessen Abgriffskoeffizienten in Reaktion auf das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 13 und das nicht gewichtete Ausgangssignal eines bestimmten Abgriffs entsprechend dem sog. LMS-Algorithmus bestimmt wird. Dieser Algorithmus ist allgemein bekannt und wird an dieser Stelle nicht näher erläutert. Es sei bemerkt, dass im Wesentli chen alle bekannten Algorithmen für die Anpassung adaptiver Filter verwendet werden können.
  • Das Ausgangssignal des Echounterdrückers 16 wird durch den Verstärker 14 auf den gewünschten Pegel verstärkt und dem Lautsprecher 18 zugeführt. Die Kombination der Dekorrelationsmittel und des Echounterdrückers ermöglicht es, einen höheren Verstärkungsfaktor zu wählen als bei dem bisherigen Signalverstärkersystem möglich ist.
  • In dem in 2 dargestellten Signalverstärkersystem ist ein Ausgang des Aufnahmeelementes, das in diesem Fall ein Mikrophon 2 ist, mit einem Eingang des Signalverarbeitungssystems 4 verbunden. Der Eingang des Signalverarbeitungssystems, der das Eingangssignal von dem Aufnahmeelement empfängt, ist mit einem Eingang des Echounterdrückers 16 verbunden.
  • In dem Echounterdrücker 16 ist dieser Eingang mit einem ersten Eingang der Subtrahiermittel, in diesem Fall gebildet durch eine Subtrahierschaltung 8, verbunden. Der Ausgang der Subtrahierschaltung 8 ist mit einem Eingang der Dekorrelationsmittel 6 sowie mit einem Restsignaleingang des adaptiven Filters 12 verbunden. Der Ausgang der Dekorrelationsmittel 6 ist mit dem Ausgang des Echounterdrückers 16 sowie mit dem Signaleingang des adaptiven Filters 12 verbunden. Ein Ausgang des adaptiven Filters 12 ist mit einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 8 verbunden.
  • Der Ausgang des Echounterdrückers ist mit einem Eingang eines Leistungsverstärkers 14 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang des Wiedergabeelementes, in diesem Fall eines Lautsprechers 18, verbunden ist. Die (unerwünschte) Rückkopplungsstrecke 11 ist durch eine strich-punktierte Linie angegeben.
  • Das Signalverstärkersystem nach 2 weicht von dem Signalverstärkersystem nach 1 darin ab, dass die Lage der Korrelationsmittel 6 anders ist. In dem in 2 dargestellten Signalverstärker sind die Dekorrelationsmittel 6 zwischen die Subtrahierschaltung 8 und den Ausgang des Echounterdrückers 16 eingefügt.
  • Diese Maßnahme sorgt dafür, dass der Echounterdrücker 16 das Fehlersignal nicht länger mit dem Signal korreliert ist, welches das Ausgangssignal für den Lautsprecher 18 darstellt. Dadurch wird vermieden, dass das adaptive Filter 12 derart eingestellt wird, dass das Ausgangssignal des Echounterdrückers im Wesentlichen weiß wird. Dazu wird, ohne den Dekorrelator 6 zwischen dem Ausgang der Subtrahierschaltung 8 und dem Ausgang des Echounterdrückers 16, das adaptive Filter 12 versuchen, die Korrelation zwischen dem Fehlersignal und den Werten des Ausgangssignals des Echounterdrückers 16 aus der Vergangenheit (immer noch in dem adaptiven Filter 12 gespeichert) zu reduzieren. Das adaptive Filter kann dies dadurch effektuieren, dass die Autokorrelationsfunktion des Ausgangssignals des Echounterdrückers für Nicht-Null-Verzögerungen gleich Null gemacht wird. Dies bedeutet, dass das Ausgangssignal des Echounterdrückers im Wesentlichen weiß werden würde, so dass es eine unerwünschte Filterung des Eingangssignals des Echounterdrückers geben würde.
  • Die Einfügen des Dekorrelators 6 zwischen den Ausgang der Subtrahierschaltung 8 und dem Ausgang des Echounterdrückers sorgt dafür, dass die Korrelation zwischen dem Fehlersignal und den Werten des Ausgangssignals des Echounterdrückers 16 aus der Vergangenheit nur dann Null werden kann, wenn die Transferfunktion des adaptiven Filters 12 im Wesentlichen dem Transfer durch die unerwünschte Rückkopplungsstrecke entspricht.
  • Die durch die Kombination der Dekorrelationsmittel 6 und des adaptiven Filters 12 erzielte Verbesserung ist größer als die insgesamt erzielten Verbesserungen, wenn der Dekorrelator 6 und das adaptive Filter 12 einzeln verwendet werden. Der Dekorrelator schafft nicht nur eine Dekorrelation des Fehlersignals und des Eingangssignals des adaptiven Filters 12, sondern behält das System auch stabil, so dass das adaptive Filter 12 die Möglichkeit hat, zu konvergieren. Das adaptive Filter 12 führt ebenfalls zu einer Verbesserung der Leistung der Dekorrelationsmittel 6. Die Verbesserung der Stabilitätsmarge durch die Dekorrelationsmittel 6 wird gesteigert, da die Transferfunktion der Rückkopplungsstrecke eine größere Diskrepanz zwischen dem Mittelwert und dem Spitzenwert zeigt. Bei Systemen, bei denen es eine wesentliche direkte Kopplung zwischen dem Lautsprecher 18 und dem Mikrophon 2 gibt, gibt es nur eine kleine Differenz zwischen dem Mittelwert und dem Spitzenwert der Transferfunktion. Da das adaptive Filter 12 den ersten Teil der Stoßantwort der Rückkopplungsstrecke imitiert, wobei diese Stoßantwort hauptsächlich bestimmt wird durch die direkte Kopplung, wird die Differenz zwischen dem Spitzenwert und dem Mittelwert der Transferfunktion größer. Dadurch steigert der Dekorrelator 6 die Verbesserung der Stabilitätsmarge.
  • In der Ausführungsform für den Echounterdrücker 16 aus 3 wird das Eingangssignal dieses Echounterdrückers 16 einem ersten Eingang der Subtrahiermittel, in diesem Fall der Subtrahierschaltung 22, und einem ersten Eingang einer Subtrahierschal tung 28 zugeführt. Der Ausgang der Subtrahierschaltung 22 ist mit einem Eingang der Dekorrelationsmittel 6 verbunden. Der Ausgang der Dekorrelationsmittel 6 ist mit dem Ausgang des Echounterdrückers 16, mit einem Eingang eines Time-domain programmierbaren Filters 20 und mit einem Eingang eines Transform-domain adaptiven Filters, in diesem Fall eines Frequency-domain adaptiven Filters 26, verbunden. Ein Ausgang des Time-domain programmierbaren Filters 20 ist mit einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 22 verbunden.
  • Ein Ausgang des Frequency-domain adaptiven Filters 26 ist mit einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 28 verbunden. Ein Ausgang der Subtrahierschaltung 28 ist mit einem Restsignaleingang des Frequency-domain adaptiven Filters 26 verbunden. Ein weiterer Ausgang des Frequency-domain adaptiven Filters 26, der die Filterkoeffizienten des Frequency-domain adaptiven Filters 26 als Ausgangssignale trägt, ist mit einem Eingang einer IFFT-Schaltung 24 (Inverse Fast Fourier Transformer) verbunden. Der Ausgang der IFFT-Schaltung 24, der die Time-domain Koeffizienten für das Time-domain adaptive Filter 20 als Ausgangssignale trägt, ist mit einem Eingang dieses adaptiven Filters 20 verbunden.
  • In dem Echounterdrücker 16 aus 3 erzeugt das Time-domain programmierbare Filter 20 eine Replik des Rückkopplungssignals, das über die unerwünschte Rückkopplungsstrecke empfangen und durch die Subtrahierschaltung 22 von dem Eingangssignal des Echounterdrückers 16 subtrahiert worden ist. Die Koeffizienten des Time-domain programmierbaren Filters 20 werden durch die Kombination des Frequency-domain adaptiven Filters 26 und der IFFT-Schaltung 24 bestimmt. In dem Frequency-domain adaptiven Filter 26 wird die Transferfunktion dieses Filters 26 derart bestimmt, dass die Korrelation zwischen dem Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 28 und dem Ausgangssignal des Frequency-domain adaptiven Filters 26 minimiert wird. Die durch das Frequency-domain adaptive Filter 26 bestimmten Filterkoeffizienten werden durch die IFFT-Schaltung 24 in Filterkoeffizienten umgesetzt, die für das Time-domain programmierbare Filter geeignet sind. Der Vorteil der Verwendung eines Frequency-domain adaptiven Filters an der Stelle eines Time-domain adaptiven Filters ist, dass die Konvergenzeigenschaften eines Frequency-domain Filters für stark autokorrelierte Signale, wie beispielsweise Sprache und Musik, wesentlich besser sind als diejenigen eines Time-domain adaptiven Filters. Die Verwendung eines Time-domain programmierbaren Filters ist dadurch vorteilhaft, dass das Signal in einem Time-domain Filter einer wesentlich kürzeren Verzögerung ausgesetzt wird als in einem Frequency-domain Filter. Weitere Einzelheiten der Kombination eines Time-domain programmierbaren Filters mit einem Frequency-domain adaptiven Filter in einem Echounterdrücker ist in dem US Patent 4.903.247 beschrieben worden.
  • Das Eingangssignal des Dekorrelators 6 aus 4 wird einem Eingang einer Multiplizierschaltung 34 sowie einem Eingang eines Hilbert-Transformators 32 zugeführt. Ein zweiter Eingang der Multiplizierschaltung 34 erhält ein Signal gleich cos(ωmt). Der Ausgang der Multiplizierschaltung 34 ist mit einem ersten Eingang einer Addierschaltung 38 verbunden.
  • Der Ausgang des Hilbert-Transformators 32 ist mit einem ersten Eingang einer Multiplizierschaltung 36 verbunden. Ein zweiter Eingang der Multiplizierschaltung 36 erhält ein Signal gleich sin(ωmt). Der Ausgang der Multiplizierschaltung 36 ist mit einem zweiten Eingang einer Addierschaltung 38 verbunden. Der Ausgang der Addierschaltung 38 bildet ebenfalls den Ausgang der Dekorrelationsmittel 6.
  • Die Dekorrelationsmittel 6 bilden einen Einseitenbandmodulator, der eine Eingangssignalfrequenzschiebung erzeugt, die einer Winkelfrequenz ωm entspricht.
  • Wenn X(ω) für das Frequenzspektrum des Eingangssignals x(t) der Dekorrelationsmittel 6 geschrieben werden kann, kann für das Frequenzspektrum XH(ω) des Ausgangssignals des Hilbert-Transformators 32 Folgendes geschrieben werden:
    Figure 00100001
  • In (5) ist sign(ω) der Vorzeichenoperator gleich +1 für ω > 0 und gleich –1 für ω < 0. Für das Ausgangssignal xi des Multiplizierers 34 gilt dann:
    Figure 00100002
  • Für das Frequenzspektrum des Signals xi gilt dann:
    Figure 00100003
  • Für das Signal xq(t) an dem Ausgang der Multiplizierschaltung 36 gilt:
    Figure 00110001
  • Für das Frequenzspektrum des Signals xq wird gefunden durch Anwendung von (5) und (8):
    Figure 00110002
  • Für das Ausgangssignal der Addierschaltung 38 wird Folgendes erhalten:
    Figure 00110003
  • Aus (10) zeigt es sich, dass ein Signal xu erhalten wird, dessen Frequenzspektrum um ωm verschoben wird. In der Praxis geht dem Hilbert-Transformator 32 meistens ein Hochpassfilter vorher zum Unterdrücken unerwünschter, sehr niederfrequenter Signalanteile.
  • Es sei bemerkt, dass die Dekorrelationsmittel als ein Dauerzeitsystem beschrieben worden ist. Es kann passieren, dass eine Diskretzeit-Implementierung der Dekorrelationsmittel selektiert wird. Diese Diskretzeit-Implementierung kann aber auf einfache Weise aus der oben gegebenen Dauerzeit-Implementierung hergeleitet werden.

Claims (10)

  1. Signalverstärkersystem mit einem Aufnahmeelement (2), einem Wiedergabeelement (18) und einem Signalverarbeitungssystem (4) zum Herleiten eines Ausgangssignals für das Wiedergabeelement (18) aus einem Eingangssignal, herrührend von dem Aufnahmeelement (2), wobei das Signalverarbeitungssystem (4) einen Echounterdrücker (16) aufweist, der ein adaptives Filter (12) umfasst zum Herleiten eines Kompensationssignals aus einem das Ausgangssignal darstellenden Signal, Substrahiermittel (8) zum Ermitteln eines Differenzsignals aus dem Kompensationssignal und einem das Eingangssignal darstellenden Signal, und Mittel (6) zum Herleiten des Ausgangssignal aus dem Differenzsignal, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverstärkersystem (4) weiterhin zeitvariable Dekorrelationsmittel (6) aufweist zum Reduzieren der Korrelation zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal.
  2. Signalverstärkersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorrelationsmittel (6) zum Reduzieren der Korrelation zwischen dem Differenzsignal und dem Ausgangssignal vorgesehen sind.
  3. Signalverstärkersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Filter (12) ein Transform-domain adaptives Filter (26) aufweist um das Signal, welches das Ausgangssignal darstellt, einer Signaltransformation auszusetzen und das transformierte Signal zu filtern.
  4. Signalverstärkersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Filter ein Time-domain Filter (20) aufweist zum Herleiten des Kompensationssignals aus dem das Eingangssignal des Wiedergabeelementes darstellenden Signal, und dass das Transform-domain adpative Filter (26) vorgesehen ist zum Ermitteln der Filterparameter für das Time-domain Filter (20).
  5. Signalverstärkersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorrelationsmittel (6) Frequenzumsetzmittel enthalten.
  6. Signalverstärkersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorrelationsmittel (6) Phasenmodulationsmittel enthalten.
  7. Signalverabeitungssystem (4) zum Herleiten eines Ausgangssignals von einem Eingangssignal, wobei dieses Signalverarbeitungssystem (4) einen Echounterdrücker (16) umfasst, der ein adaptives Filter (12) umfasst, zum Herleiten eines Kompensationssignals aus einem das Ausgangssignal darstellenden Signals, Subtrahiermittel (8) zum Ermitteln eines Differenzsignals aus dem Kompensationssignal und einem das Eingangssignal darstellenden Signal, und Mittel (6) zum herleiten des Ausgangssignals aus dem Differenzsignal, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungssystem (4) weiterhin zeitvariable Dekorrelationsmittel (6) umfasst zum Reduzieren der Korrelation zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal.
  8. Signalverarbeitungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorrelationsmittel (6) zum Reduzieren der Korrelation zwischen dem Differenzsignal und dem Ausgangssignal vorgesehen sind.
  9. Signalverarbeitungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Filter (12) ein Transform-domain adaptives Filter (26) aufweist um das Signal, welches das Ausgangssignal darstellt, einer Signaltransformation auszusetzen und um das transformierte Signal zu filtern.
  10. Signalverarbeitungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Filter (12) ein Time-domain Filter (20) aufweist zum Herleiten des Kompensationssignals aus dem Signal, welches das Eingangssignal des Wiedergabeelement darstellt, und dass das Transform-domain adaptive Filter (26) zum Ermitteln der Filterparameter für das Time-domain Filter (20) vorgesehen ist.
DE69530961T 1994-04-12 1995-03-30 Signalverstärkersystem mit verbesserter echounterdrückung Expired - Lifetime DE69530961T2 (de)

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EP94200984 1994-04-12
EP94200984 1994-04-12
PCT/IB1995/000220 WO1995028034A2 (en) 1994-04-12 1995-03-30 Signal amplifier system with improved echo cancellation

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DE69530961D1 DE69530961D1 (de) 2003-07-10
DE69530961T2 true DE69530961T2 (de) 2004-05-13

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