DE69908463T2

DE69908463T2 - Verfahren und Einrichtung zur mehrkanaligen Kompensation eines akustischen Echos

Info

Publication number: DE69908463T2
Application number: DE69908463T
Authority: DE
Inventors: Suehiro Shinjuku-ku Shimauchi; Yoichi Shinjuku-ku Haneda; Shoji Shinjuku-ku Makino; Yutaka Shinjuku-ku Kaneda
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: DE69908463D1; EP0944228A1; EP0944228B1; US6553122B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrkanaliges Verfahren zur akustischen Echokompensation und eine Vorrichtung, die akustische Echos kompensiert, welche Rückkopplungspfeifen bewirken und in einem Telekonferenzsystem, das mit einem Multi-Empfangs-Kanal-System ausgestattet ist, psycho-akustische Probleme verursachen, sowie ein Aufzeichnungsmedium, auf dem ein Programm zur Ausführung der mehrkanaligen Kompensation des akustischen Echos aufgezeichnet ist.
In den letzten Jahren sind durch die ausgedehnte Verbreitung digitaler Netzwerke, wie z. B. ISDN, LAN und Internet und die Entwicklung von Sprach- und Bildcodierungstechniken hoher Leistungsfähigkeit verschiedene Formen der Telekommunikation entstanden. In einer TV-Konferenz oder Desktop-Telekonferenz, in der jeder Teilnehmer sprechen und die andere Partei unter Verwendung eines Breitbildfernsehers oder eines Personalcomputers oder einer Arbeitsstation, die am Sitz des Teilnehmers aufgestellt ist, sehen kann, wird oft ein Freisprech-Telekommunikationssystem verwendet, das es zwei oder mehr Personen erlaubt, mit Leichtigkeit an der Konversation teilzunehmen und das eine realistischere Telekonferenzumgebung schafft. Dieses System, das Lautsprecher und Mikrophone verwendet, leidet jedoch unvermeidbar unter Echos und Rückkopplungspfeifen. Um dieses Problem zu überwinden, sind akustische Echokompensationstechniken unentbehrlich.
In Situationen wie oben beschrieben, sind heutzutage akustische Echokompensatoren in weitem Gebrauch, jedoch sind diese überwiegend für den einkanaligen Audiogebrauch vorgesehen und kompensieren ein akustisches Echo nur über einen Kanal von einem Lautsprecher zu einem Mikrophon. Andererseits ist bei vielen TV-Sendeprogrammen und Musikmedien Stereo verbreitet, und es gibt auch einen starken Bedarf nach der Realisierung eines mehrkanaligen Freisprech-Telekommunikationssystems. Um diese Erfordernisse zu erfüllen ist es notwendig, eine mehrkanalige akustische Echokompensation einzuführen, welche die Kompensation akustischer Echos von zwei oder mehr Lautsprechern (Kanälen) zu einem Mikrophon erlaubt. In den letzten Jahren wurden diesbezügliche technische Probleme und Lösungen hinsichtlich der Realisierung eines solchen mehrkanaligen Echokompensators sehr aktiv erforscht.
Herkömmlicherweise wird eine solche Konfiguration, wie sie in 1 dargestellt ist, zur Kompensation akustischer Echos in einem Telekonferenzsystem verwendet, das aus einem Empfangssystem mit N (N ≥ 2) Kanälen und einem Sendesystem von M (M ≥ 2) Kanälen besteht. D. h., N-kanalige Echokompensatoren 22₁ , 22₂ , ..., 22_M , die ein Echokompensationsteil 22 bilden, sind zwischen Empfangssignalanschlüssen 11₁ , 11₂ , ..., 11_N aller N Empfangskanäle, bzw. jedem der M Sendekanäle verschaltet. Von den Empfangssignalanschlüssen 11₁ , 11₂ , ..., 11_N empfangene Signale der entsprechenden Empfangskanäle werden an die Lautsprecher 12₁ , 12₂ , ..., 12_N angelegt, von denen sie als akustische Signale abgestrahlt werden. Das gezeigte Echokompensationssystem kompensiert akustische Echos, die dann erzeugt werden, wenn akustische Signale von den Mikrophonen 16₁ , 16₂ , ..., 16_M nach Ausbreitung auf den Echowegen 15_nm (wobei 1 ≤ n ≤ N und 1 ≤ m ≤ M) aufgefangen werden.
Die N-kanaligen Echokompensatoren 22₁ , 22₂ , ..., 22_M haben die gleiche Konfiguration, die in 2 dargestellt ist. Diese Konfiguration wird in B. Widow und S. D. Stearns, „Adaptive Signal Processing," Prince-Hall, Inc., Seiten 198 bis 200 (1985) mit Anwendung auf ein Zwei-Kanal-System beschrieben. In der Konfiguration der 2 werden empfangene Signale x₁(k), x₂(k), ..., x_N(k) in adaptive Filter 221₁ , 221₂ , ..., 221_N eingegeben, von denen jeder N abgeschätzte Echowege bildet. Die Ausgaben der adaptiven Filter 221₁ , 221₂ , ..., 221_N werden von einem Addierer 222 zusammengezählt, durch den eine Echonachbildung y'_m(k) erzeugt wird. Die Differenz zwischen der Echonachbildung y'_m(k) und dem aufgefangenen Ausgangssignal (Echo) y_m(k) vom Mikrophon 16_m wird von einem Subtrahierer 223 detektiert. Ein Fehlersignal (ein Restecho) e_m(k), das vom Subtrahierer 223 geliefert wird, wird an die adaptiven Filter 221₁ , bis 221_N zurückgegeben. Das Fehlersignal und die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) werden zur Bestimmung eines Filterkoeffizientenvektors verwendet, beispielsweise durch einen NLMS-Algorithmus, und die adaptiven Filter 221₁ bis 221 _N werden adaptiv gesteuert.
Obwohl im Übrigen in 1 nicht gezeigt, zielen die Echokompensatoren 22₁ bis 22_M darauf ab, zu verhindern, dass dann, wenn ein akustisches Signal z_m(k), das ursprünglich zum Senden gedacht war, in die Mikrophone 16₁ bis 16_M eingegeben und durch die Echokompensatoren 22₁ bis 22_M ausgesendet wird, von jedem Lautsprecher ein reproduzierter Ton, der von jedem Mikrophon aufgefangen wird, zusammen mit dem Signal z_m(k) als ein Echo y_m(k) ausgesendet wird. Mit anderen Worten beinhaltet das Fehlersignal e_m(k), das als Ergebnis der Echokompensation geliefert wird, das Signal z_m(k), das gesendet werden müsste. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf die Kompensation eines Echosignals y_m(k) gerichtet, das erzeugt wird, wenn die von den Lautsprechern ausgestrahlten akustischen Signale von den Mikrophonen 16m aufgefangen werden; daher wird im Weiteren das Signal z_m(k), das gesendet werden müsste, nicht besonders erwähnt.
Wenn die Kreuzkorrelation zwischen den empfangenen Signalen x₁(k) bis x_N(k) gering ist, schätzen die adaptiven Filter 221₁ , 221₂ , ..., 221_N die entsprechenden Echowege mit relativ hoher Genauigkeit ab und erzeugen somit Echonachbildungen, welche die zu kompensierenden akustischen Echos genau simulieren. In tatsächlichen Telekonferenzen wird jedoch die Rede eines Sprechers über mehrere Kanäle, in vielen Fällen von weit entfernt, gesendet und die empfangenen Signale sind derart hochgradig kreuzkorreliert, dass sowohl die Konvergenzgeschwindigkeiten als auch die Genauigkeiten der adaptiven Filter vermindert werden, was oft zu einem Misslingen der Bereitstellung beabsichtigter Echokompensationseigenschaften führt. Als eine Lösung für dieses Problem ist in der U.S. 5,661,813 eine Betriebsweise vorgeschlagen, welche die Kreuzkorrelation der empfangenen Signale reduziert oder ändert, indem sie vorverarbeitet werden, bevor sie in die N-kanaligen Echokompensatoren 22₁ , 22₂ , ..., 22_M eingegeben werden.
Die im oben genannten U.S. Patent offenbarte Konfiguration ist wie in 3 dargestellt, in der ein mit der oben genannten Funktion versehenes Vorverarbeitungsteil 30 zwischen den Empfangssignalanschlüssen 11₁ bis 11_N und den Lautsprechern 12, bis 12_N und den N-kanaligen Echokompensatoren 22₁ bis 22_M angeordnet ist. In 4 ist ein Beispiel für die Konfiguration des Vorverarbeitungsteils 30 gezeigt. Die empfangenen Signale von den Empfangssignalanschlüssen 11₁ bis 11 _N und additive Signale, die in additiven Signalerzeugungsteilen 301₁ , 301₂ , ..., 301_N erzeugt werden, werden von Addierern 302₁ , 302₂ , ..., 302_N addiert, von denen jeweilige verarbeitete Signale x₁'(k), x₂'(k), ..., x_N'(k) geliefert werden. Zur Erzeugung der additiven Signale können Empfangssignalinformationen verwendet werden oder nicht. Durch Erhöhen der Beträge der additiven Signale können die Konvergenzcharakteristiken der adaptiven Filter 221₁ , 221₂ , ..., 221_N verbessert werden. Eine ähnliche Betriebsweise ist im U.S. Patent 5,828,756 offenbart. Viele der bereits vorgeschlagenen Vorverarbeitungssysteme, z. B. im U.S. Patent 5,661,813 und bei J. Benesty, D. R. Morgan, und M. M. Sondi, "A Better Understanding and an Improved Solution to the Problems of Stereophonic Acoustic Echo Cancellation," Proc. ICASSP97, Vol. 1, Seiten 303 bis 306 (1997), können mit der in 4 gezeigten Konfiguration durch mathematische Modifikationen umgesetzt werden. Z. B. kann sogar in einem Vorverarbeitungsteil, welches jedes von N-kanaligen Signalen x_i(k) (wobei i = 1, 2, ..., N) zu einer bestimmten Zeit k unter Verwendung einer Verarbeitungsfunktion f; (wobei i = 1, 2, ..., N) vorverarbeitet und ein verarbeitetes Signal x_i'(k) (wobei i = 1, 2, ..., N) in der folgenden Form ausgibt: xi'(k) = fi[xi(k)] (1)
Gleichung (1) kann auf folgende Weise umgeformt werden: xi'(k) = xi(k) + (fi[xi(k)] – xi(k)) (2)
Deshalb kann das additive Signal (f_i[x_i(k)] – x_i(k)) als ein Signal betrachtet werden, das durch Vorverarbeitung des ursprünglichen Signals x_i(k) erhalten wird.
Mit Blick auf eine Verbesserung der Konvergenzeigenschaften der adaptiven Filter in den N-kanaligen Echokompensatoren 22₁ , 22₂ , ..., 22_M wurde eine Betriebsweise vorgeschlagen, welche die empfangenen Signale wie oben mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben vorverarbeitet; in der Praxis muss der Betrag des additiven Signals jedoch innerhalb eines Bereichs unterdrückt werden, in dem das additive Signal keinerlei psycho-akustischen Unterschied zwischen sich und dem ursprünglichen Signal macht, da die vorverarbeiteten Signale von den Lautsprechern 12₁ , 12₂ , ..., 12_N ausgegeben werden. Dies beschränkt die Verbesserung der Konvergenzeigenschaften der adaptiven Filter 22₁ bis 22_N und folglich deren Echokompensationsleistung.
Während oben der Stand der Technik so beschrieben worden ist, als würde er auf die akustische Echokompensation in einem mehrkanaligen Telekonferenzsystem angewendet werden, besteht das Prinzip der akustischen Echokompensation in einer Kompensation des wirklichen Echos y_m(k) durch Simulieren des Echowegs von den Lautsprechern zum Mikrophon (d. h. durch Abschätzen der Impulsantwort des Echowegs) durch Verwendung des in 1 gezeigten Echokompensators. Diese Echokompensationstechnik ist auch auf den Fall anwendbar, bei dem ein akustisches Signal von einer gewünschten Schallquelle mit einem Mikrophon aufgefangen wird und von einem Lautsprecher abgestrahlter Hintergrundschall beseitigt wird, beispielsweise in einer Halle, einem Theater, einer Kuppel oder einem ähnlichen mit einer Beschallungsanlage ausgestatteten Gebäude. Dementsprechend kann das empfangene Signal, auf das in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, ein Signal von einer beliebigen Signalquelle sein, solange es sich um ein elektrisches Signal handelt, das von einem Lautsprecher an einen Wiedergabekanal geliefert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zur mehrkanaligen akustischen Echokompensation, die sogar dann eine signifikant verbesserte Echokompensationsleistungsfähigkeit haben, wenn ein durch Vorverarbeitung erhaltenes additives Signal klein ist, und ein Aufzeichnungsmedium, auf dem ein Programm zur Durchführung der akustischen Echokompensation aufgezeichnet ist, zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur mehrkanaligen akustischen Echokompensation für ein akustisches System zur Verfügung gestellt, das N Empfangskanäle hat, wobei jeder einen Lautsprecher zur Erzeugung eines akustischen Signals aus einem empfangenen Signal umfasst, wobei N eine ganze Zahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, und wenigstens einem Auffangkanal, der ein Mikrophon zum Auffangen des akustischen Signals umfasst, wobei die N Lautsprecher und das Mikrophon in einem gemeinsamen Schallfeld angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Erzeugen additiver Signale für die jeweiligen empfangenen Signale, die in die N Empfangskanäle eingegeben werden;
(b) Addieren der empfangenen Signale der N Empfangskanäle und der ihnen entsprechenden additiven Signale, um verarbeitete Signale in den N Empfangskanälen zu erzeugen;
(c) Abstrahlen der verarbeiteten Signale in die N Empfangskanäle durch die den Kanälen entsprechenden Lautsprecher;
(d) Auffangen, mit einem Mikrophon des wenigstens einen Auffangkanals, eines kombinierten akustischen Echos der reproduzierten Töne, die darin aus den Lautsprechern der N Empfangskanäle eindringen, und Eingeben des kombinierten akustischen Echos als ein akustisches Echosignal in den wenigstens einen Auffangkanal; und
(e) individuelles Verarbeiten der N empfangenen Signale und der N additiven Signale, um eine Echonachbildung zu erzeugen, welche das akustische Echosignal in dem Auffangkanal simuliert, und Subtrahieren der Echonachbildung vom akustischen Echosignal, um dadurch akustische Echokompensation auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mehrkanaliger Echokompensator für ein akustisches System bereitgestellt, der N Empfangskanäle, wobei jeder einen Lautsprecher zur Erzeugung eines akustischen Signals aus einem empfangenen Signal umfasst, wobei N eine ganze Zahl ist, die gleich oder größer 2 ist, und wenigstens einen Auffangkanal umfasst, der ein Mikrophon zum Auffangen des akustischen Signals umfasst, wobei die N Lautsprecher und das Mikrophon in einem gemeinsamen Schallfeld angeordnet sind und der Echokompensator folgendes umfasst:
N Additivsignalerzeugungsmittel zur Erzeugung additiver Signale für die jeweiligen in die N Empfangskanäle eingegebenen empfangenen Signale;
N Verarbeitungssignalerzeugungsmittel zum Addieren der empfangenen Signale der N Empfangskanäle und der ihnen entsprechenden additiven Signale um verarbeitete Signale in den N Empfangskanälen zu erzeugen;
die in den N Empfangskanälen installierten N Lautsprecher, um die verarbeiteten Signale in die N Empfangskanäle abzustrahlen;
das Mikrophon zum Auffangen eines kombinierten akustischen Echos des reproduzierten Tonechos, die von den Lautsprechern in den N Empfangskanälen eindringen und zum Eingeben des kombinierten akustischen Echos als ein akustisches Echosignal in den wenigstens einen Auffangkanal;
Mittel zur individuellen Verarbeitung der N empfangenen Signale und der N additiven Signale, um eine Echonachbildung zu erzeugen, welche das akustische Echosignal in dem Auffangkanal simuliert, und zum Subtrahieren der Echonachbildung vom akustischen Echosignal, um dadurch akustische Echokompensation auszuführen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aufzeichnungsmedium zur Verfügung gestellt, auf dem als Computerprogramm eine Prozedur zur Ausführung des Verfahrens der mehrkanaligen akustischen Echokompensation aufgezeichnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, welches die funktionale Konfiguration eines konventionellen mehrkanaligen akustischen Echokompensators darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, welches die funktionale Konfiguration eines N-kanaligen Echokompensators 22_m aus 1 zeigt;
3 ist ein schematisches Diagramm, welches die funktionale Konfiguration eines verbesserten konventionellen mehrkanaligen akustischen Echokompensators darstellt;
4 ist ein Blockdiagramm, welches eine konkrete funktionale Konfiguration eines Vorverarbeitungsteils 30 aus 3 zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, welches eine grundlegende Konfiguration der vorliegenden Erfindung illustriert;
6A ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für die Wellenform eines ursprünglichen Signals zeigt;
6B ist ein Diagramm, das einen Absolutwert der Wellenform des ursprünglichen Signals darstellt;
6C ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Signalwellenform zeigt, die durch Vorzeichenwechsel des Absolutwertes des Signals an jedem zweiten Nullpunktdurchgang des ursprünglichen Signals erzeugt wurde;
6D ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Signalwellenform zeigt, die durch Vorzeichenwechsel des Absolutwertes des Signals an jedem dritten Nullpunktdurchgang des ursprünglichen Signals erzeugt wurde;
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die funktionale Konfiguration eines Echokompensators 40_m vom Typ mit Einzelverarbeitung aus 5 illustriert;
8 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für die funktionale Konfiguration eines Echokompensators 40_m vom Typ mit Einzelverarbeitung aus 5 illustriert;
9 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für die funktionale Konfiguration des Echokompensators 40_m vom Typ mit Einzelverarbeitung aus 5 illustriert;
10 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für die funktionale Konfiguration des Echokompensators 40_m vom Typ mit Einzelverarbeitung aus 5 illustriert;
11 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für die funktionale Konfiguration des Echokompensators 40_m vom Typ mit Einzelverarbeitung aus 5 illustriert;
12 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel für die funktionale Konfiguration des Echokompensators 40_m vom Typ mit Einzelverarbeitung aus 5 illustriert;
13 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die funktionale Konfiguration eines Korrelationsentscheidungsteils 430 der 11 und 12 darstellt;
14 ist ein Blockdiagramm, das eine Systemkonfiguration zur Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Computer illustriert;
15 ist ein Blockdiagramm, das die funktionale Konfiguration eines Beispiels der vorliegenden Erfindung darstellt, das auf einen zwei-kanaligen akustischen Echokompensator angewendet wird;
16A ist ein Graph, der Simulationsergebnisse zur Demonstration der Effektivität der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn die empfangenen Signale Gaussche weiße Rauschsignale sind; und
16B ist ein Graph, der Simulationsergebnisse zur Demonstration der Effektivität der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn die empfangenen Signale männliche Sprechsignale sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
Beim Verfahren zur mehrkanaligen akustischen Echokompensation lassen sich die Möglichkeiten zur Echokompensation durch eine Betriebsweise verbessern, die zum ursprünglichen empfangenen Signal ein additives Signal hinzuaddiert, jedoch ist die Verbesserung begrenzt, weil die additiven Signale aufgrund einer psycho-akustischen Beschränkung nicht groß gemacht werden können. Mit anderen Worten könnte man sagen, dass dieses Problem teilweise von einem ungenügenden Austausch von Informationen zwischen dem Vorverarbeitungsteil 30 und den N-kanaligen Echokompensatoren 22₁ bis 22_N aus 3 herrührt. Im verarbeiteten Signal, das die Summe des empfangenen Signals und des kleinen additiven Signals ist, ist die Information des letzteren in der Information des ersteren verborgen. Daher ist es mit konventionellen N-kanaligen Echokompensatoren schwierig, aus dem darin eingegebenen verarbeiteten Signal die additive Signalinformation zu extrahieren.
Im Hinblick auf das vorhergehende werden gemäß der vorliegenden Erfindung Maßnahmen getroffen, um den Echokompensator direkt mit der Information des additiven Signals zu versorgen. 5 illustriert in Blockform die grundlegende Konfiguration eines mehrkanaligen akustischen Echokompensators gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser akustische Echokompensator hat mit dem Beispiel aus dem Stand der Technik aus 1 in der Konfiguration gemein, dass die additiven Signalerzeugungsteile 301₁ bis 301_N und Addierer 501₁ bis 501_N in den entsprechenden Empfangskanälen paarweise installiert sind; die Mikrophone 16₁ bis 16_M und Echokompensatoren 40₁ bis 40_M in den entsprechenden Sendekanälen paarweise installiert sind; die Empfangssignale x₁(k) bis x_N(k) und die additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) jeweils von den Addierern 501₁ bis 501_N addiert werden; und die Additionsergebnisse (d. h. verarbeitete Signale) x₁'(k) bis x_N'(k) jeweils den Lautsprechern 12₁ bis 12_N zugeführt werden.
Der erläuterte Echokompensator unterscheidet sich vom Beispiel des Standes der Technik darin, dass die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) und die additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) an Echokompensatoren 40₁ bis 40_M vom Typ mit Einzelverarbeitung entsprechend der jeweiligen Sendekanäle angelegt werden, um Echos y₁(k) bis y_M(k) in diesen Sendekanälen abzuschätzen. D. h., im Beispiel der 4 für den Stand der Technik werden die empfangenen Signale x₁(k), x₂(k), ..., x_N(k) zu den additiven Signalen a₁(k), a₂(k), ..., a_N(k) der entsprechenden Kanäle addiert, und die Additionsergebnisse (d. h. die vorverarbeiteten Signale) werden wie in 3 dargestellt an die Echokompensatoren 22₁ bis 22_M angelegt, um die Echonachbildungen zu erzeugen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden wie in 5 gezeigt die empfangenen Signale x₁(k), x₂(k), ..., x_N(k) und die additiven Signale a₁(k), a₂(k), ..., a_N(k) einzeln an die Echokompensatoren 40₁ , 40₂ , ..., 40_M vom Typ mit Einzelverarbeitung vor der Addition der additiven Signale zu den empfangenen Signalen angelegt, und das empfangene Signal x_i(k) (wobei i = 1, 2, ..., N) und das additive Signal a(k) werden vom Addierer 501_i unabhängig von ihrem Anlegen an den Echokompensator 40_i addiert, das verarbeitete Signal wird an den Lautsprecher 12_i gegeben. Dementsprechend können die Echokompensatoren 40₁ , 40₂ , ..., 40_M vom Typ mit Einzelverarbeitung jeweils direkt die Information des additiven Signals, das im empfangenen Signal des Standes der Technik verborgen ist, sogar dann direkt verwenden und dadurch die Echokompensationsfähigkeiten verbessern, wenn der Betrag des additiven Signals aus psycho-akustischen Gründen begrenzt ist.
Ein für die Konfiguration der 5 passendes additives Signal muß eine Eigenschaft haben, welche die Vorteile einer einzelnen Handhabung des empfangenen Signals x_i(k) und des additiven Signals a_i(k) ausnutzt. D. h., wenn das additive Signal a_i(k) in großen Mengen Komponenten umfasst, die in hohem Maße mit dem empfangenen Signal x_i(k) korreliert sind, bleibt das Signal der Verarbeitungsergebnisse sogar dann vom empfangenen Signal x_i(k) beeinflusst, wenn das additive Signal vom letzteren getrennt verarbeitet wird. Es ist daher wünschenswert, die Korrelation zwischen dem Satz der empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) aller Empfangskanäle und dem Satz der additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) aller Kanäle zu minimieren. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, werden Signale, die niedrige Korrelationen (nahezu Null) mit den empfangenen Signalen aller Kanäle haben, in allen Empfangskanälen erzeugt, und diese gering korrelierten Signale werden als die additiven Signale verwendet.
Wenn die additiven Signale aller Kanäle in hohem Maße kreuzkorreliert sind, wird berücksichtigt, dass die Echokompensationsfähigkeiten nicht aus den gleichen Gründen vollauf verbessert werden können, die normalerweise vorliegen, wenn die empfangenen Signale in hohem Maße kreuzkorreliert sind. Daher ist eine Alternative zur Verwendung der oben genannten gering korrelierten Signale die Verwendung von gering korrelierten Signalen, die eine niedrige (im Wesentlichen keine) Korrelation mit den empfangenen Signalen aller Kanäle haben, und die gegenseitig gering kreuzkorreliert sind (nahezu Null).
Erzeugung additiver Signale
Als nächstes wird eine Beschreibung für ein Verfahren zur Erzeugung der gering kreuzkorrelierten additiven Signale gegeben. Es sei ein gewöhnliches Sprachsignal mit x(k) bezeichnet und ein Erwartungswert durch
Da für den Erwartungswert näherungsweise die folgende Gleichung gilt E[x2(k)]|x(k)>0 = E[x2(k)]|x(k)<0 (4)sind das Sprachsignal x(k) und dessen Absolutwert |x(k)| näherungsweise unkorreliert, d. h., dass die folgende Gleichung näherungsweise für eine beliebige Zeitdifferenz n gilt. E[x(k)|x(k – n)|] = 0 (5)
Wenn man dementsprechend i, j = 1, 2, ..., N die den entsprechenden Empfangskanälen gegebenen Nummern bezeichnen lässt, sind das empfangene Signal x_i(k) jedes Empfangskanals und sein Absolutwertsignal |x_i(k)| gering miteinander korreliert. Wenn die empfangenen Signale x_i(k) und x_j(k) zweier gegebener Empfangskanäle (i ≠ j) in hohem Maße kreuzkorreliert sind, sind deren Absolutwertsignale |x_i(k)| und |x_j(k)| ebenso in hohem Maße miteinander kreuzkorreliert, es wird jedoch angenommen, dass die Korrelation zwischen dem empfangenen Signal x_i(k) irgend eines der Empfangskanäle und dem Absolutwertsignal |x_i(k)| irgend eines anderen Empfangskanals gering ist. Daher wird α| x_i(k)| unter Verwendung eines Abstimmparameters α_i für jeden Empfangskanal erzeugt und als das gering kreuzkorrelierte Signal verwendet, d. h. als das additive Signal. Für eine schnelle Konvergenz der adaptiven Filterkoeffizienten kann der Abstimmparameter α_i vorzugsweise innerhalb eines Bereichs, in dem eine additive Signalkomponente in einem von einem Lautsprecher ausgestrahlten akustischen Signal für das Ohr nicht störend ist, so groß wie möglich gesetzt werden.
Verfahren (1) zur Erzeugung additiver Signale
Wenn die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) in hohem Maße kreuzkorreliert sind, wird angenommen, dass die zuvor erwähnten gering kreuzkorrelierten Signale α_i|x_i(k)| in hohem Maße kreuzkorreliert werden, was zu Beschränkungen führt, die der Verbesserung der Echokompensationsfähigkeiten auferlegt werden. Um dies zu vermeiden, produziert das Verfahren (1) gering kreuzkorrelierte Signale durch: Produzieren eines Absolutwertsignals des empfangenen Signals in jedem Empfangskanal; Bestimmen des Nullpunktdurchgangs, welcher ein Zeitpunkt ist, an dem sich das Vorzeichen des ursprünglich empfangenen Signals ändert; anschließend Ausgeben eines positiven oder negativen Vorzeichens an das Absolutwertsignal gleichzeitig mit der Erfassung eines Nullpunktdurchgangs mittels einer Regel, die für jeden Empfangskanal verschieden ist; und Multiplizieren des vorzeichenbehafteten Absolutwertsignals mit einem Abstimmparameter.
Das positive oder negative Vorzeichen kann dem Absolutwertsignal mit einem der unten beschriebenen Verfahren zugeordnet werden. D. h., dass in einem Empfangskanal die Nullpunktdurchgänge gezählt werden und das Vorzeichen an den Nullpunktdurchgängen für jeden vorbestimmten Zählwert C gewechselt wird. Mit dieser Regel wird bei allen anderen Empfangskanälen an den Nullpunktdurchgängen das Vorzeichen in ähnlicher Weise immer dann gewechselt, wenn vorbestimmte Zählwerte C erreicht werden, die zwischen den Empfangskanälen unterschiedlich sind. In diesem Fall ist C eine ganze Zahl, die gleich oder größer als 2 ist, und es wird angenommen, dass C = 0 bedeutet, dass das Vorzeichen fest ist. Mit dieser Betriebsweise werden die Kreuzkorrelationen zwischen den additiven Signalen selbst dann gering, wenn die jeweiligen empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) in hohem Maße kreuzkorreliert sind.
Die 6A bis 6D stellen Beispiele für Absolutwertsignale dar, die anhand der oben beschriebenen Regel mit Vorzeichen versehen wurden. In 6A ist das ursprüngliche Signal gezeigt, das bei jedem Nulldurchgang sein Vorzeichen wechselt; d. h. C = 1. 6B stellt ein Absolutwertsignal dar, das sein Vorzeichen nicht ändert; d. h. C = 0. Mit C = 2 ändert sich das Vorzeichen bei jedem zweiten Nulldurchgang wie in 6C gezeigt, und wenn C = 3 ist, ändert sich das Vorzeichen bei jedem dritten Nulldurchgang wie in 6D gezeigt. Wie später noch gesehen werden wird, sind die in den 6A bis 6D dargestellten Signale einschließlich des ursprünglichen Signals unkorreliert. Der Wert C wird nachfolgend als Vorzeichenwechselperiode bezeichnet.
Verfahren (2) zur Erzeugung additiver Signale
Unten stehend wird ein weiteres Verfahren zur Erzeugung gering kreuzkorrelierter Signale beschrieben. Dieses Verfahren erzeugt gering kreuzkorrelierte additive Signale durch: Extrahieren von Absolutwertsignalen aus den empfangenen Signalen in den entsprechenden Empfangskanälen und Multiplizieren des Absolutwertsignals von nur einem der Empfangskanäle mit einem nichtverschwindenden Abstimmparameter und jedes der Absolutwertsignale der anderen Empfangskanäle mit einem verschwindenden Abstimmparameter. Der Empfangskanal, in dem das Absolutwertsignal mit dem nichtverschwindenden Abstimmparameter multipliziert wird, wird ausgewählt durch im Lauf der Zeit periodisches oder zufälliges Umschalten aller Empfangskanäle oder durch Zuweisen einer Priorität zu demjenigen der Empfangskanäle, in dem das Signalniveau hoch ist. Bei dieser Betriebsweise wird, weil das effektive additive Signal immer nur einem der Empfangskanäle zugeführt wird, angenommen, dass die Erzeugung einer genauen Echonachbildung mehr Zeit als beim Verfahren (1) beansprucht, da jedoch die additiven Signale der anderen Empfangskanäle Null sind, kann der Rechenaufwand reduziert werden.
Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung die additiven Signale, welche zu den jeweiligen empfangenen Signalen addiert werden, um die Kreuzkorrelation zwischen der mehrkanaligen empfangenen Signalen zu variieren oder zu reduzieren, unabhängig von deren Addition zu den empfangenen Signalen für die Abschätzung einer Echonachbildung verwendet werden; daher ist es möglich, genau abgeschätzte Echonachbildungen durch effektive Verwendung von in den additiven Signalen beinhalteten unkorrelierten Komponenten zu erzeugen.
Echokompensator vom Einzelverarbeitungstyp
7 zeigt eine Ausführung des Echokompensators 40_m (wobei m = 1, 2, ..., M) vom Einzelverarbeitungstyp der 5 in Blockform. In der gezeigten Konfiguration werden die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) von den Empfangssignalanschlüssen 11₁ , 11₂ , ..., 11_N in jeweilige adaptive Empfangssignalfilter 401₁ , 401₂ , ..., 401_N eingegeben. In der vorliegenden Erfindung sind adaptive Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N jeweils entsprechend den Empfangskanälen vorgesehen. Die additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) an den Ausgangsanschlüssen 18₁ , 18₂ , ..., 18_N der Erzeugungsteile 301₁ bis 301 _N für die additiven Signale werden in die jeweiligen adaptiven Filter 402₁ , 402₂ , ..., 402_N eingegeben. Die Gesamtsumme der Ausgaben der adaptiven Filter 401₁ bis 401 _N und 402₁ bis 402_N werden von einem Addierer 403 erhalten und von dort als die Echonachbildung y'_m(k) geliefert. Die Echonachbildung y'_m(k) wird an einen Subtrahierer 404 gegeben, worin sie vom akustischen Echo y_m(k), das vom Mikrophon 16_m aufgefangen wurde, subtrahiert wird und dadurch eine Echokompensation bewirkt. In dieser und den nachfolgenden Ausführungen wird ein Fehlersignal e_m(k), welches durch Subtrahieren der Echonachbildung y'_m(k) vom akustischen Echo y_m(k) erhalten wird, in einem Gewichtungsteil 411 mit zwei passenden Gewichtungskoeffizienten w₁ und w₂ gewichtet, um zwei gewichtete Fehlersignale w₁e_m(k) und w₂e_m(k) zu erhalten, welche an die entsprechenden adaptiven Filter 401₁ bis 401 _N bzw. die adaptiven Filter 402₁ bis 402_N angelegt werden. Auf Grundlage der gewichteten Fehlersignale w₁e_m(k) und w₂e_m(k) und der Eingangssignale x₁(k) bis x_N(k) und a₁(k) bis a_N(k) berechnen die adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N für die darin momentan gesetzten Filterkoeffizienten Filterkoeffizientenvektoren, welche das Fehlersignal e_m(k) mit dem wohl bekannten NLMS-Algorithmus oder ähnlichem, minimieren. Jeder der adaptiven Filter aktualisiert seine Filterkoeffizienten mit dem derart berechneten Filterkoeffizientenvektor, um für die nächste Eingabe bereit zu sein. Ein konkretes Verfahren zur Aktualisierung der Filterkoeffizienten wird später beschrieben werden.
Die Fehlersignale, die an die adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N und die adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N rückgekoppelt werden, werden gewichtet, indem man beispielsweise jedem der Empfangssignale mit großer Leistung kleine Gewichtungskoeffizienten w, und jedem additiven Signal mit kleiner Leistung große Gewichtungskoeffizienten w₂ zuordnet.
Bei der Erzeugung der Echonachbildung durch den Echokompensator vom Einzelverarbeitungstyp, der in 7 gezeigt ist, liefert eine solche unterschiedliche Gewichtung der Informationen des empfangenen Signals und der Informationen des additiven Signals den Vorteil, dass die Genauigkeit der Echonachbildung gesteuert werden kann. In der Praxis muss das additive Signal derart angepasst werden, dass dann, wenn das verarbeitete Signal, das durch Addieren des additiven Signals zum empfangenen Signal erzeugt wird, als ein akustisches Signal vom Lautsprecher der 5 abgestrahlt wird, die additiven Signalkomponenten im abgestrahlten akustischen Signal für das Ohr nicht störend wirken. In vielen Fällen sind die additiven Signale kleiner als die empfangenen Signale. In einem solchen Fall erlaubt die oben erwähnte Gewichtung eine effektive Verwendung der Information über das kleine additive Signal. Mit der grundlegenden Konfiguration der vorliegenden Erfindung können die Gewichtungskoeffizienten w₁ und w₂ in der 7 jedoch gleich sein. D. h., dass das Gewichtungsteil 401 entbehrt werden kann, wobei in einem solchen Fall das Fehlersignal e_m(k) unbeeinträchtigt an die adaptiven Filter 401₁ bis 401 _N und 402₁ bis 402_N übergeben wird. Dasselbe gilt für die später beschriebenen Abwandlungen der Erfindung.
Echokompensator Abwandlung 1
8 zeigt in Blockform eine Abwandlung des Echokompensators vom Einzelverarbeitungstyp der 7, der als der N-kanalige Echokompensator 40_m (wobei m = 1, ..., M) in 5 eingesetzt wird. In der Ausgestaltung der 7 sind die adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N und die adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N unabhängig voneinander in jedem N-kanaligen Echokompensator 40_m vorgesehen, so dass die empfangenen Signale und die additiven Signale unabhängig von einander verarbeitet werden. Es ist jedoch auch möglich, eine wie in 8 dargestellte Konfiguration einzusetzen, in der die additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) und die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) paarweise kombiniert werden, nachdem sie unabhängig von einander verarbeitet wurden, und die resultierenden N kombinierten Signale x''₁(k) bis x''_N(k) von den N adaptiven Filtern 401₁ bis 401_N verarbeitet werden.
D. h., wie in 8 gezeigt, werden die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) mit jeweiligen Verstärkungskoeffizienten g₁₁ bis g_1N in Multiplizierern 409₁ bis 409_N multipliziert, von denen multiplizierte Ausgaben g₁₁x₁(k) bis g_1Nx_N(k) geliefert werden. Die additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) werden ebenfalls auf ähnliche Weise mit jeweiligen Verstärkungskoeffizienten g₂₁ bis g_2N in Multiplizierern 410₁ bis 410_N multipliziert, von denen multiplizierte Ausgaben g₂₁a₁(k) bis g_2Na_N(k) geliefert werden. Die Verstärkungs koeffizienten g₂₁ bis g_2N für die additiven Signale werden größer als die Verstärkungskoeffizienten g₁₁ bis g_1N für die empfangenen Signale der entsprechenden Empfangskanäle gewählt. Die multiplizierten Ausgaben werden durch Addierer 412₁ bis 412_N , die den Empfangskanälen entsprechen zusammenaddiert. Die Addiererausgaben werden als N kombinierte verarbeitete Signale {g₁₁x₁(k) + g₂₁a₁(k)}, {g₁₂x₂(k) + g₂₂a₂(k)}, ..., {g_1Nx_N(k) + g_2Nx_N(k)} in die N jeweiligen adaptiven Filter 401₁ bis 401_N eingegeben.
Die Ausgaben der adaptiven Filter 401₁ bis 401_N werden vom Addierer 403 zusammengezählt. Die Ausgabe des Addierers wird als die Echonachbildung y'_m(k) an den Subtrahierer 404 gegeben, um sie vom akustischen Echo y_m(k) zu subtrahieren, um den Fehler e_m(k) zu erhalten. Die Filterkoeffizienten der adaptiven Filter 401₁ bis 401_N werden aktualisiert anhand des Fehlers e_m(k) und der kombinierten verarbeiteten Signale {g₁₁x₁(k) + g₂₁a₁(k)}, {g₁₂x₂(k) + g₂₂a₂(k)}, ..., {g_2Nx_N(k) + g_2Nx_N(k)} von den Addierern 412₁ bis 412_N .
Was in der Ausführung der 8 wichtig ist, ist, dass das Pegelverhältnis der Komponente g_2na_n(k) (wobei n = 1, ..., N) des additiven Signals zur Komponente g_1nx_n(k) des empfangenen Signals von jedem kombinierten verarbeiteten Signal höher ist, als das Pegelverhältnis des additiven Signals a_n(k) zum empfangenen Signal x_n(k), die Komponenten des verarbeiteten Signals x₁'(k) von jedem Lautsprecher 12_n sind. D. h., dass der Pegel der Komponente a_n(k) des additiven Signals in einem akustischen Signal vom Lautsprecher 12_m in einem solchen Maß verringert wird, dass er auf das Ohr nicht störend wirkt. Auf der anderen Hand wird der Pegel der Komponente g_2na_n(k) des additiven Signals, welches das unkorrelierte Signal im kombinierten verarbeiteten Signal {g_1nx_n(k) + g_2nx_n(k)} ist, ausreichend hoch gemacht. Dies erlaubt eine schnelle Konvergenz des Filterkoeffizienten des adaptiven Filters 401.
Echokompensator Ausführung 2
9 stellt eine andere modifizierte Form des oben unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Echokompensators 40_m vom Einzelverarbeitungstyp dar. Wie im obigen Fall sind allen Empfangskanälen entsprechende adaptive Empfangssignalfilter 401₁ , 401₂ , ..., 401_N und adaptive Additivsignalfilter 402₁ , 402₂ , ..., 402_N für jeden Sendekanal vorgesehen. Die empfangenen Signale und additiven Signale der jeweiligen Kanäle werden an die ihnen entsprechenden adaptiven Filter angelegt, und die Gesamtsumme y'_m(k) ihrer Ausgaben wird durch den Addierer 403 erhalten. Die Ausgabe y'_m(k) des Addierers 403 wird vom akustischen Echo y_m(k), das vom Mikrophon 16_m aufgefangen wird, subtrahiert, um das Fehlersignal em(k) zu erhalten. Im Gewichtungsteil 411 wird das Fehlersignal e_m(k) mit verschiedenen Gewichtungskoeffizienten w₁ und w₂ gewichtet, um die gewichteten Fehlersignale w₁e_m(k) und w₂e_m(k) zu erzeugen, wobei das erstere den adaptiven Filtern 401₁ bis 401_N und das letztere den adaptiven Filtern 402₁ bis 402_N zugeführt wird. Anhand der in sie eingegebenen Signale w₁e_m(k) und w₂e_m(k) aktualisieren die adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N ihre Filterkoeffizienten mit dem NLMS-Algorithmus oder einem ähnlichen Algorithmus, um für die nächste Eingabe bereit zu sein. Bei dieser Ausführung wird das Fehlersignal em(k) lediglich zur Bestimmung der Filterkoeffizienten der adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N verwendet und wird nicht direkt zur Echokompensation benutzt.
Diese Ausführung umfasst darüber hinaus: Addierer 406₁ bis 406_N zum Addieren der empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) und der additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) in den jeweiligen Empfangskanälen; Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N , die mit den addierten Ausgaben von den jeweiligen Addierern 405₁ bis 406_N versorgt werden; einen Addierer 407, der die Ausgabe der Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N addiert, um eine Echonachbildung y''_m(k) zu erhalten; und einen Subtrahierer 408, der die Echonachbildung y''_m(k) vom Echo y_m(k) subtrahiert, um ein echokompensiertes Signal zu erhalten und es als Ausgabe des Sendekanals zu liefern. Die Addierer 406₁ bis 406_N addieren die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) und die additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) der ihnen jeweils entsprechenden Empfangskanäle; die addierten Ausgaben der Addierer 406₁ bis 406_N sind die gleichen wie die verarbeiteten Signale x₁'(k) bis x_N'(k), welche die addierten Ausgaben der Addierer 501₁ bis 501_N der 5 sind. Dementsprechend können die verarbeiteten Signale x₁'(k) bis x_N'(k), die von den Addierern 501₁ bis 501_N der 5 geliefert werden, direkt an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N für jeden Kompensator 40_m (wobei m = 1, ..., M) angelegt werden, ohne die Addierer 406₁ bis 406_N zu installieren. Dasselbe gilt für die später beschriebenen Ausführungen.
Weil die Korrelation zwischen den additiven Signalen a₁(k) bis a_N(k) gewöhnlicherweise kleiner ist die Korrelation zwischen den empfangenen Signalen x₁(k) bis x_N(k), wird erwartet, dass die Filterkoeffizienten der adaptiven Filter 402₁ bis 402_N genauer und schneller konvergieren als die Filterkoeffizienten der adaptiven Filter 401₁ bis 401_N . Daher wird in dieser Ausführung beispielsweise dann, wenn die Leistung des Fehlersignals e_m(k) ausreichend kleiner wird als die Leistung des Echosignals y_m(k), entschieden, dass die Filterkoeffizienten der adaptiven Filter 402₁ bis 402_N bis zu einem gewissen Maß konvergiert sind, und die Filterkoeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N werden an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N zur Verwendung als deren Filterkoeffizienten übertragen.
Um dies auszuführen, sind ein Kurzzeit-Mittelleistungs-Berechnungsteil 413 und ein Übertragungssteuerungsteil 414 vorgesehen. Das Kurzzeit-Mittelleistungs-Berechnungsteil 413 wird mit dem Fehlersignal e_m(k) und dem Echosignal y_m(k) versorgt und berechnet deren mittlere Leistungswerte Pe_m(k) und Py_m(k), z. B. über eine vorbestimmte Zeitlänge innerhalb einer Rahmenperiode. Diese Werte werden in das Übertragungssteuerungsteil 414 eingegeben, welches das Verhältnis Pe_m(k)/Py_m(k) zwischen ihnen als eine Bedingung für die Übertragung der Filterkoeffizienten an die adaptiven Filter 402₁ bis 402_N berechnet. Das Übertragungssteuerungsteil 414 macht einen Test, um zu sehen, ob das oben genannte Verhältnis unter einem vorbestimmten Wert ist (beispielsweise ¼/). Wenn diese Bedingung erfüllt ist, legt das Übertragungssteuerungsteil 414 ein Übertragungssteuerungssignal TC an die adaptiven Filter 402₁ bis 402_N an, um sie zur Übertragung ihrer Filterkoeffizienten an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N anzusteuern. Auf diese Weise bestimmt das Kurzzeit-Mittelleistungs-Berechnungsteil 413 immer das Verhältnis Pe_m(k)/Py_m(k), und nur wenn die oben erwähnten Übertragungsbedingungen erfüllt sind, erlaubt das Übertragungssteuerungsteil 414 den adaptiven Filtern 402₁ bis 402_N , ihre Filterkoeffizienten an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N zu übertragen. Falls notwendig, ist es auch möglich, eine weitere Übertragungsbedingung hinzuzufügen, so dass die Gesamtsumme der empfangenen Signalpegel, beispielsweise die Gesamtsumme der Kurzzeit-Mittlereleistungs-Werte aller empfangenen Signale, größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Die Ausgaben der Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N werden vom Addierer 407 addiert, um die Echonachbildung y''_m(k) zu erhalten. Der Subtrahierer 408 subtrahiert die Echonachbildung y''_m(k) vom akustischen Echo y_m(k) und liefert ein dementsprechendes echokompensiertes Signal.
Echokompensator Ausführung 3
10 zeigt eine weitere Ausgestaltung des in 5 gezeigten Echokompensators 40_m vom Einzelverarbeitungstyp in Blockform. Wie oben in der Ausführung der 9 beschrieben, werden die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter, von denen erwartet wird, dass sie schnell konvergieren, an die Echokompensationsfilter übertragen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Echonachbildungen y''_m(k), die durch die Echokompensationsfilter erzeugt werden, sich dem Echo y_m(k) in einer kürzeren Zeit angleichen als im Falle der Ausführung der 7. D. h., dass der Echokompensationseffekt in einer kürzeren Zeit bewirkt werden kann. Es wird angenommen, dass die Filterkoeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N zum selben verstrichenen Zeitpunkt k ab dem Beginn der Filterverarbeitung tatsächliche Echowegimpulsantworten h₁(k), h₂(k), ..., h_N(k) mit höherer Genauigkeit approximieren als die Filterkoeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N . Weil mit anderen Worten die Filterkoeffizienten der adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N durch einen adaptiven Algorithmus anhand des Fehlers e_m(k) zwischen der Gesamtsumme y'_m(k) ihrer Ausgaben und dem Echo y_m(k) berechnet werden, wird angenommen, dass die Filterkoeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N zu Fehlern der gerade erhaltenen Filterkoeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N beitragen. Daher ist die Ausführung der 10 derart konfiguriert, dass die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter mit hoher Genauigkeit auch an die adaptiven Empfangssignalfilter übertragen werden.
Der Echokompensator 40_m der 10 ist für jeden in 5 dargestellten Sendekanal vorgesehen. Wie im Falle der Ausführung der 9 sind die adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N einzeln für die empfangenen Signale und die additiven Signale vorgesehen und werden mit den empfangenen Signalen x₁(k) bis x_N(k) und den ihnen jeweils entsprechenden additiven Signalen a₁(k) bis a_N(k) versorgt, und die Gesamtsumme y'_m(k) der Ausgaben der adaptiven Filter wird erhalten. Die so erhaltene Gesamtsumme y'm(k) wird vom akustischen Echo y_m(k), das von dem Mikrophon aufgefangen wurde, subtrahiert, um das Fehlersignal e_m(k) zu erhalten. Das Fehlersignal e_m(k) wird im Gewichtungsteil 411 mit den unterschiedlichen Gewichtungskoeffizienten w₁ und w₂ gewichtet, um die gewichteten Fehlersignale w₁e_m(k) und w₂em(k) zu erzeugen. Diese gewichteten Fehlersignale werden an die adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N zurückgeführt, um ihre Filterkoeffizienten zu aktualisieren, um sie für die nächste Eingabe bereit zu machen.
In der tatsächlichen Echokompensation werden die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter zu den ihnen jeweils entsprechenden Echokompensationsfiltern 403₁ bis 403_N übertragen, dann wird die Summe des empfangenen Signals und des additiven Signals in das Echokompensationsfilter für jeden Empfangskanal eingegeben, und die Gesamtsumme ihrer Ausgaben wird als die Echonachbildung y''_m(k) erhalten, die vom akustischen Echo ym(k) subtrahiert wird, wodurch die Echokompensation durchgeführt wird. Da die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter ebenfalls zu den adaptiven Empfangssignalfiltern 401₁ bis 401_N übertragen werden, kann gleichzeitig mit ihrer Übertragung an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N die Genauigkeit der adaptiven Filter in ihrer Gesamtheit vergrößert werden.
Die Bedingung für die Übertragung der Koeffizienten kann die gleiche wie in der Ausführung der 9 sein. D. h., basierend auf der Leistung Pe_m(k) des Fehlersignals und der Leistung Py_m(k) des akustischen Echos, das im Kurzzeit-Mittelleistungs-Berechnungsteil 413 berechnet wird, macht das Übertragungssteuerungsteil 414 einen Test, um zu bestimmen, ob die Übertragungsbedingungen erfüllt sind; wenn die Bedingungen erfüllt sind, gibt das Übertragungssteuerungsteil 414 das Übertragungssteuerungssignal TC an die adaptiven Filter 402₁ bis 402_N aus, von denen die Filterkoeffizienten sowohl zu den adaptiven Filtern 401₁ bis 401_N als auch 405₁ bis 405_N übertragen werden. In dieser Ausführung fahren die adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N mit der Aktualisierung der ihnen übertragenen Filterkoeffizienten fort.
Echokompensator Ausführung 4
11 zeigt eine weitere abgeänderte Form des in 5 dargestellten Echokompensators vom Einzelberechnungstyp in Blockform. In der Ausführung der 4 werden die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N übertragen. Dies gründet sich auf der Voraussetzung, dass die Koeffizienten der adaptiven Filter 402₁ bis 402_N , die mit gering korrelierten additiven Signalen versorgt werden, schneller und genauer konvergieren, als die Filterkoeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N , weil die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) gewöhnlicherweise hochgradig korreliert sind. In der Praxis sind die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) jedoch nicht immer hochgradig korreliert. In dem Fall, in dem Signale von einer Mehrzahl vollständig unterschiedlicher Schallquellen als mehrkanalige empfangene Signale geliefert werden, kann die Korrelation zwischen ihnen manchmal ausreichend gering ausfallen. In einem solchen Fall wird erwartet, dass die Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter schnell mit hoher Genauigkeit konvergieren. In Anbetracht dessen wird in dieser Ausführung die maximale Korrelation zwischen den empfangenen Signalen x₁(k) bis x_N(k) bestimmt. Wenn die maximale Korrelation höher ist als ein vorbestimmter Wert, werden die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter wie in der Ausführung der 9 an die Echokompensationsfilter übertragen. Wenn die maximale Korrelation niedriger als der vorbestimmte Wert ist, werden die Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter an die Echokompensationsfilter übertragen.
im Echokompensator 40_m der 11 sind in den entsprechenden Sendekanälen die adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N , wie in 5 dargestellt, vorgesehen. Wie in der Ausführung der 9 werden sie mit den empfangenen Signalen x₁(k) bis x_N(k) und den ihnen entsprechenden additiven Signalen a₁(k) bis a_N(k) versorgt. Die Gesamtsumme y'_m(k) der Ausgaben von allen adaptiven Filtern wird durch den Addierer 403 erhalten. Die Addiererausgabe y'_m(k) wird vom akustischen Echo y_m(k), das vom Mikrophon aufgefangen wird, subtrahiert, um das Fehlersignal e_m(k) zu erhalten. Das Fehlersignal e_m(k) wird mit den Gewichtungskoeffizienten w₁ und w₂ im Gewichtungsteil 411 gewichtet. Die resultierenden gewichteten Fehlersignale w₁e_m(k) und w₂e_m(k) werden an die adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N zurückgeführt, um ihre Koeffizienten zu aktualisieren und sie für die nächste Eingabe bereit zu machen.
Diese Ausführung unterscheidet sich von der Ausführung der 9 im unten beschriebenen Punkt. D. h., bei der tatsächlichen Echokompensation wird die Korrelation zwischen zweien der empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k), für jede Kombination von diesen in einem Korrelationsentscheidungsteil 430 bestimmt. Wenn der maximale Wert der Korrelation zwischen den empfangenen Signalen höher als ein vorbestimmter Wert ist, legt das Korrelationsentscheidungsteil 430 ein Übertragungsselektionssteuersignal TS an das Übertragungssteuerungsteil 414 an, so dass die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ , bis 402_N an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N , in welche die verarbeiteten Signale x₁'(k) bis x_N'(k) eingegeben werden, übertragen werden. Wenn die maximale Korrelation zwischen den empfangenen Signalen kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, sendet das Korrelationsentscheidungsteil 430 das Übertragungsselektionssteuersignal TS an das Übertragungssteuerungsteil 414, so dass die Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N übertragen werden.
Im Falle der Übertragung der Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N als Antwort auf das Übertragungsselektionssteuersignal TS liefert das Übertragungssteuerungsteil 414 ein Übertragungsselektionssteuersignal TC₂ an die adaptiven Filter 402₁ bis 402_N . Im Falle der Übertragung der Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N sendet das Übertragungssteuerungsteil 414 ein Übertragungsselektionssteuersignal TC₁ dorthin. In den entsprechenden Empfangskanälen werden die verarbeiteten Signale x₁'(k) bis x_N'(k), welche die Summe der empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) und der additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) sind, in die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N eingegeben, wobei die übertragenen Filterkoeffizienten in ihnen gesetzt sind. Die Gesamtsumme y''_m(k) der Ausgaben von den Echokompensationsfiltern 405₁ bis 405_N wird als eine Echonachbildung erhalten, die vom akustischen Echo y_m(k) subtrahiert wird, um die beabsichtigte Echokompensation zu erreichen.
Das Verfahren dieser Ausführung zielt auf die Bereitstellung verbesserter Echokompensationsfähigkeiten durch Ausnutzung der Tatsache ab, dass, da die empfangenen Signale im Allgemeinen einen höheren Pegel als die additiven Signale aufweisen, dann, wenn die Korrelationen zwischen den empfangenen Signalen x₁(k) bis x_N(k) gering sind, abgeschätzte Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter im Vergleich mit den adaptiven Additivsignalfiltern genauer sind.
Echokompensator Ausführung 5
12 zeigt noch eine weitere Konfiguration des Echokompensators vom Einzelverarbeitungstyp in Blockform. In dieser Konfiguration werden wie im Falle der Ausführung der 9 die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) und die additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) in die ihnen jeweils entsprechenden adaptiven Filter 401₁ bis 401 _N und 402₁ bis 402_N eingegeben. Die Gesamtsumme y'_m(k) der Ausgaben aller adaptiven Filter wird vom akustischen Echo y_m(k), das vom Mikrophon aufgefangen wird, subtrahiert, um das Fehlersignal e_m(k) zu erhalten. Das Fehlersignal e_m(k) wird mit den Gewichtungskoeffizienten w₁ und w₂ im Gewichtungsteil 411 gewichtet. Die resultierenden gewichteten Fehlersignale w₁e_m(k) und w₂e_m(k) werden zur Aktualisierung ihrer Koeffizienten an die adaptiven Filter 401₁ bis 401_N und 402₁ bis 402_N zurückgeführt, was sie für die nächste Eingabe bereit macht.
Diese Ausführung unterscheidet sich von der Ausführung der 9 im unten stehend beschriebenen Punkt. Bei der tatsächlichen Echokompensation wird die Korrelation zwischen den empfangenen Signalen x₁(k) bis x_N(k) in einem Korrelationsentscheidungsteil 430 bestimmt. Wenn die Korrelation zwischen den empfangenen Signalen hoch ist, legt das Korrelationsentscheidungsteil 430 das Übertragungsselektionssteuersignal TS an das Übertragungssteuerungsteil 414 an, so dass die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N an die adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N und die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N , in welche die verarbeiteten Signale eingegeben werden, übertragen werden. Wenn die Korrelation zwischen den empfangenen Signalen gering ist, sendet das Korrelationsentscheidungsteil 430 das Übertragungsselektionssteuersignal TS an das Übertragungssteuerungsteil 414, so dass die Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N sowohl an die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N als auch an die adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N übertragen werden.
Im Falle der Übertragung der Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N als Antwort auf das Übertragungsselektionssteuersignal TS bei Erfüllung der Übertragungsbedingung liefert das Übertragungssteuerungsteil 414 das Übertragungsselektionssteuersignal TC₂ an die adaptiven Filter 402₁ bis 402_N . Im Falle der Übertragung der Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N sendet das Übertragungssteuerungsteil 414 ihnen das Übertragungsselektionssteuersignal TC₁. Die verarbeiteten Signale x'₁(k) bis x'_N(k), welche die Summen der empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) und der additiven Signale a₁(k) bis a_N(k) sind, werden in die Echokompensationsfilter 405₁ bis 405_N in den entsprechenden Empfangskanälen eingegeben. Die Gesamtsumme y''_m(k) der Ausgaben von den Echokompensationsfiltern 405₁ bis 405_N wird als eine Echonachbildung erhalten, die vom akustischen Echo y_m(k) subtrahiert wird, um die beabsichtigte Echokompensation zu erhalten. Diese Ausführung besitzt nicht nur die Vorteile von beiden oben mit Bezugnahme auf die 10 und 11 beschriebenen Ausführungen, sondern erlaubt auch die Übertragung der Filterkoeffizienten von den adaptiven Empfangssignalfiltern an die adaptiven Filter der additiven Signale, was eine höhere Genauigkeit der Filterkoeffizienten sicherstellt.
13 zeigt in Blockform ein Beispiel der Konfiguration des Korrelationsentscheidungsteils 430 für die Verwendung in den Ausführungen der 11 und 12. Das Korrelationsentscheidungsteil 430 evaluiert die Kreuzkorrelation zwischen den empfangenen Signalen der entsprechenden Kanäle für Abtastpunkte in einer einer Anzahl L von Abgriffen des adaptiven Filters entsprechenden Rahmenbreite. In einem Puffer 431 sind immer Signalabtastwerte der empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) von z. B. den beiden letzten Rahmenlängen gespeichert (die sich über den gegenwärtigen Zeitpunkt k, k – 1, ..., k – L + 1, k – L, ..., K – 2L + 1 erstrecken). Ein Rahmenextraktionsteil 432 extrahiert aus dem im Puffer 431 gespeicherten Empfangssignal für jeden Empfangskanal als einen Vektor x_n(k) (wobei n = 1, 2, ..., N) eine Empfangssignalsequenz, die aus den letzten L kontinuierlichen Abtastwerten x_n(k), x_n(k – 1), ..., x_n(k – L + 1) zusammengesetzt ist. Ein Skalarproduktberechnungsteil 433 wählt aus allen Kanälen zwei zu berechnende Kanäle (im Folgenden mit n = i und n = j bezeichnet) aus, und berechnet das Skalarprodukt ihrer Signalsequenzvektoren, z. B. x_i(k) und x_j(k). Ein Normierungsteil 434 dividiert das Rechenergebnis x T / i(k)·x_j(k) durch den Betrag der beiden zu bestimmenden Signalsequenzvektoren, wodurch man einen Rechenwert E_C erhält, der beispielsweise durch die folgende Gleichung gegeben ist:
Mit dieser Gleichung (6) kann jedoch selbst für die in hohem Maße kreuzkorrelierten Signale kein angemessener Rechenwert erhalten werden, wenn sie zeitversetzt sind. Somit werden empfangene Signale durch Berechnen des obigen Kreuzkorrelationsbestimmungswertes E_C ausgewertet, wann immer die Zeit k des einen Vektors, beispielsweise x_i(k), auf k – 1, k – 2, ..., k – L bis zu z. B. einen Rahmen versetzt ist. Ein Kreuzkorrelationsbestimmungsteil 435 vergleicht den Kreuzkorrelationsbestimmungswertes E_C, der auf diese Weise für alle Kombinationen der empfangenen Signale in allen Kanälen berechnet worden ist, und nimmt den maximalen dieser Werte als den Auswertungswert für das gesamte System an. Wenn der Auswertungswert E_C bei der Kreuzkorrelation zwischen wenigstens einem Paar empfangener Signale größer als ein vorbestimmter Wert ist, entscheidet das Übertragungssteuerungsteil 436, dass die Koeffizienten der adaptiven Additivsignalfilter 402₁ bis 402_N mit höherer Genauigkeit konvergieren als die Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N . In diesem Beispiel liefert das Übertragungssteuerungsteil 436 das Übertragungsselektionssignal TS an das Übertragungssteuerungsteil 414, um die Koeffizienten der adaptiven Filter 402₁ bis 402_N an die anderen Filter 401₁ , bis 401 _N und 405₁ bis 405_N zu übertragen. Wenn der Auswertungswert E_C nicht größer als der vorbestimmte Wert ist, legt das Übertragungsselektionsteil 435 das Übertragungsselektionssignal an das Übertragungssteuerungsteil 414 an, um die Koeffizienten der adaptiven Empfangssignalfilter 401₁ bis 401_N an die anderen Filter 402₁ bis 402_N und 405₁ , bis 405_N zu übertragen.
Ausführung mittels Computer
Der mehrkanalige akustische Echokompensator gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung kann beispielsweise mit einem Computer verwirklicht werden, der seine entsprechenden Teile durch Datenverarbeitung der empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) und der akustischen Echos y₁(k) bis y_M(k) von den Mikrophonen durchführt. In diesem Beispiel wird die Verarbeitung jedes in den oben beschriebenen Ausführungen dargestellten Teils als ein Programm beschrieben und auf einem Aufzeichnungsmedium vorgespeichert, so dass es nach Bedarf zur Ausführung durch den Computer aus diesem ausgelesen werden kann. 14 stellt ein Beispiel für eine solche Computerkonfiguration dar. Ein in der 14 im Allgemeinen mit 100 bezeichneter Computer, der als akustischer Echokompensator arbeitet, ist ein Computer mit einer typischen Konfiguration, bei dem eine CPU 110, ein RAM 120, eine Festplatte 130, eine I/O Schnittstelle 140 usw. über einen Bus 150 miteinander verbunden sind. Das Programm zur Echokompensation gemäß der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise auf der Festplatte 130 vorgespeichert. Während des Betriebes wird das Programm in das RAM 120 eingelesen, und die CPU 110 folgt diesem Programm, um die Verarbeitung durchzuführen. Die empfangenen Signale x₁(k) bis x_N(k) und die Echos y₁(k) bis y_M(k) von den Mikrophonen werden in den Computer 100 über die I/O-Schnittstelle 140 eingegeben und der zuvor erwähnten Verarbeitung zur Echokompensation ausgesetzt, echokompensierte Rest- oder Fehlersignale e₁(k) bis e_M(k) werden über die I/O-Schnittstelle 140 ausgegeben. Das Programm für die Echokompensation kann in einem externen Speicher 170 gespeichert sein, so dass es aus diesem ausgelesen und in den RAM 120 durch einen Treiber 160 des Speichers 170 eingelesen wird.
Beispiel für ein Zwei-Kanal-System
15 zeigt den mehrkanaligen Echokompensator der 9 in Blockformat, der als ein Zwei-Empfangskanäle-ein-Sendekanal-System konfiguriert ist. Die Erzeugung additiver Signale, der Betrieb der adaptiven Filter und die Fehlergewichtung in diesem System werden detailliert beschrieben. In 15 sind die Teile, die denjenigen der 5 und 9 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
"Additive Signalerzeugung"
Die additiven Signale für die empfangenen Signale x₁(k) und x₂(k) zweier Kanäle werden erzeugt. σ_Csei ein Vorzeichenkoeffizient, der jedes Mal, wenn der Zählwert C für die Nullpunktdurchgänge erreicht wird, wobei C das Vorzeichenwechselintervall ist, einen Vorzeichenwechsel durchführt. In diesem Falle ist σ_C = 1 oder –1. Für den Empfangskanal 1 wird das Vorzeichenwechselintervall C auf 0 gesetzt, um das Vorzeichen zu fixieren und der Abstimmparameter wird auf α₁ gesetzt, um ein additives Signal α_i|x_i(k)| zu erhalten. Für den Empfangskanal 2 wird die Vorzeichenwechselperiode C auf 2 gesetzt, um bei jeder Bestimmung von zwei Nullpunktdurchgängen für das empfangene Signal x₂(k) den Wert des Vorzeichenkoeffizienten σ_C zwischen 1 und –1 umzuschalten, und der Abstimmkoeffizient wird auf α₂ gesetzt, um ein additives Signal α₂σ_C|x₂(k)| zu erhalten. Wenn die Vorzeichenwechselperiode C = 2 ist, ist es auch möglich, das Vorzeichen zu einer Zeit umzuschalten, wenn das Vorzeichen des Signals x₂(k) vom Positiven ins Negative oder umgekehrt wechselt, anstatt die Nullpunktdurchgänge zu zählen.
"Betrieb der adaptiven Filter"
Um ein besseres Verständnis des Betriebs der adaptiven Filter zu ermöglichen, werden die Signale als vektorisiert beschrieben. D. h. empfangene Signalvektoren werden mittels x₁(k) und x₂(k) dargestellt und additive Signalvektoren mittels α₁ x ₁(k) und α₂ x ₂(k) wobei x1(k) = [x1(k), x1(k – 1), ..., x1(k – L + 1)]T, (7) x2(k) = [x2(k), x2(k – 1), ..., x2(k – L + 1)]T, (8) x1(k) = [|x1(k), x1(k – 1), ..., x1(k – L + 1)]T, (9) X 2(k) = [σc|x2(k)|, σC|x2(k – 1)|, ..., σC|x2(k – L + 1)|]T (10)wobei T die Transponieroperation für einen Vektor bezeichnet. Im oben Stehenden steht L für die Zahl der Abgriffe jedes adaptiven Filters. Die Koeffizientenvektoren der adaptiven Filter 401 ₁ und 401₂ , die mit x₁(k) und x₂(k) versorgt werden, werden nachfolgend jeweils mit h ^ ₁(k) und h ^ ₂(k) bezeichnet, und die Koeffizientenvektoren der adaptiven Filter 402₁ und 402₂ , die mit α₁ x ₁(k) und α₂ x ₂(k) versorgt werden, werden jeweils mit h ₁(k) und h ₂(k) bezeichnet. Auch Impulsantworten, die Transfercharakteristika zwischen zwei Lautsprechern und zwei Mikrophonen sind, werden nachfolgend als Vektoren h₁(k) bzw. h₂(k) eines wahren akustischen Echowegs der L-Länge modelliert.
Zunächst können akustische Echos y(k), welche von den beiden Lautsprechern in die Mikrophone eindringen, folgendermaßen ausgedrückt werden: y(k) = {xT1 (k) + α1 x T1 (k)}h1(k) + {xT2 (k) + α2 x T2 (k)}h2(k) (11) = xT1 (k)h1(k) + x T2 (k)h2(k) + α1xT1 (k)h1(k) + α2 x T2 (k)h2(k) (12)
Die adaptiven Filter 401₁ , 401₂ , 402₁ und 402₂ berechnen jeder wie folgt eine Nachbildung y(k): y ^(k) = xT1 (k)h ^1(k) + xT2 (k)h2(k) + α1 x T1 (k)h 1(k) + α2 x T2 (k)h 2(k) (13)
Gemäß den Gleichungen (12) und (13) müssen die Koeffizientenvektoren der entsprechenden adaptiven Filter folgendermaßen konvergieren: h ^1(k) → h1(k) (14) h ^2(k) → h2(k) (15) h 1(k) → h1(k) (16) h 2(k) → h2(k) (17)
Daher ist Idealerweise h 1(k) = h ^1(k), h 2(k) = h ^2(k)
In vielen Fällen sind die empfangenen Signalvektoren x₁(k) und x₂(k) jedoch in hohem Maße miteinander korreliert, und da die beiden Empfangskanäle sich wie im Stand der Technik gegenseitig beeinflussen, konvergieren die Koeffizientenvektoren h ^ ₁(k) und h ^ ₂(k) nicht schnell. Da andererseits α₁ x ₁(k) und α₂ x ₂(k) miteinander und den empfangenen Signalvektoren x₁(k) und x₂(k) wenig korreliert sind, wird die Konvergenz der Koeffizienten h ₁(k) und h ₂(k) nicht durch die Signale der anderen Kanäle beeinflusst. D. h., es wird angenommen, dass wenigstens die Koeffizienten h ₁(k) und h ₂(k) mit hoher Genauigkeit konvergieren. Dementsprechend kann sogar dann eine Verbesserung der Leistung bis zu einem gewissen Grad erwartet werden, wenn y'(k) als eine Echonachbildung verwendet wird. Um jedoch zu verhindern, dass die Koeffizientenvektoren h ^ ₁(k) und h ^ ₂(k) die Erzeugung der Echonachbildung beeinträchtigen, werden die genauen Koeffizienten h ₁(k) und h ₂(k) als Koeffizientenvektoren an die jeweiligen Echokompensationsfilter 405₁ und 405₂ übertragen, dann die Ausgaben x₁(k) + α₁ x ₁(k) und x₂(k) + α₂ x ₂(k) von den Addierern 406₁ und 406₁ in die Echokompensationsfilter 405₁ bzw. 405₂ eingege ben, und eine Echonachbildung wird vom Addierer 407 als die Summe ihrer Ausgaben geliefert. Dies führt zu einer erhöhten Genauigkeit der Echonachbildung. In der folgenden Beschreibung werden mit h ^ ₁(k) und h ^ ₂(k) erste abgeschätzte Echoweg-Impulsantworten in Entsprechung zu den wahren Impulsantworen h₁(k) und h₂(k) der Echowege 15₁₁ und 15₁₂ von den Lautsprechern 12₁ und 12₂ zu dem Mikrophon 16₁ bezeichnet. Und h ₁(k) und h ₂(k) werden nachfolgend als zweite abgeschätzte Echoweg-Impulsantworten bezeichnet. Außerdem werden die adaptiven Filter 401₁ und 401₂ erste abgeschätzte Echowege und die adaptiven Filter 402₁ und 402₂ zweite abgeschätzte Echowege genannt.
Fehlergewichtung
Es wird eine Beschreibung eines Verfahrens gegeben, bei welchem der Fehler e(k) zwischen dem akustischen Echo y(k) und der Ausgabe y(k) des adaptiven Filters mit unterschiedlichen Gewichtungskoeffizienten im Gewichtungsteil 414 gewichtet wird, bevor sie zur Aktualisierung der Koeffizienten jedes adaptiven Filters zurückgegeben werden.
Man nehme nun an, dass die adaptiven Filterkoeffizientenvektoren h ^ ₁(k), h ^ ₂(k) und h ₁(k), h ₂(k) mit dem NLMS-Algorithmus wie folgt aktualisiert werden:
wobei die Abstimmkoeffizienten so gesetzt sind, dass α₁ = α₂ = α. Und e(k) = y(k) – y'(k),und μ ist ein Parameter, der Schrittweite genannt wird. Setzt man in Gleichung (18)μ = 1 und multipliziert beide Seiten von links mit [xT1 (k), xT2 (k), αx T1 (k), αx T2 ] (19)so folgt, dass
D. h., indem man das Eingangssignal zur Zeit k nach Aktualisierung wieder an die adaptiven Filter anlegt, wird das Fehlersignal e(k) kompensiert und die Gesamtsumme der Ausgaben von den adaptiven Filtern wird gleich y(k). Das oben Beschriebene deutet an, dass die zweiten und dritten Terme in der Mitte der Gleichung (20) aus der Summe der Skalarprodukte erhalten werden, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist, die man erhält, wenn man den zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (18) mit Gleichung (19) von der linken Seite her multipliziert:
Weiter kann gesehen werden, dass der zweite Term in der Mitte der Gleichung (20) für die Kompensation durch die Koeffizientenvektoren h ^ ₁(k + 1) und h ^ ₂₍ _K+2) der adaptiven Filter steht, die mit den empfangenen Signalen x₁(k) und x₂(k) versorgt werden, und dass der dritte Term in der Mitte für die Kompensation durch die Koeffizientenvektoren h ₁(k + 1) und h ₂(k + 1) der adaptiven Filter steht, die mit den adaptiven Signalen α₁ x ₁(k) und α₂ x ₂(k) versorgt werden. Üblicherweise wird der Wert a klein gewählt, beispielsweise ungefähr 0,2. Es ist daher ersichtlich, dass die Gleichung (18) eine Aktualisierung durchführt, die den Koeffizientenvektoren h ^ ₁(k + 1) und h ^ ₂(k + 1), die für die Korrelationen zwischen den empfangenen Signalen empfindlich sind, einen größeren Stellenwert zubilligt als den Koeffizientenvektoren h ₁(k + 1) und h ₂(k + 1), von denen erwartet wird, dass sie mit hoher Genauigkeit konvergieren.
Um dieses Problem zu lösen, multipliziert das Gewichtungsteil 411 bei der Aktualisierung der Koeffizientenvektoren h ^ ₁(k + 1) und h ^ ₂(k + 1) bzw. bei der Aktualisierung der Koeffizientenvektoren h ₁(k + 1) und h ₂(k + 1), den Fehler e(k) mit den verschiedenen Gewichtungskoeffizienten w₁ und w₂. D. h., die adaptiven Filterkoeffizienten werden unter Verwendung der folgenden Gleichungen aktualisiert.
Dies liefert e(k) =(1/(1 + α2))w1e(k) + (α2/(1 + α2))w2e(k) (24)
Wenn man anschließend z. B. setzt w1 = (1 + α2)/2 (25) w2 = (1 + α2)/(2α2) (26)wird aus Gleichung (24) e(k) = (1/2)e(k) + (1/2)e(k) (27)
Die Kompensation, die durch den ersten Term auf der rechten Seite durch die adaptiven Filterkoeffizientenvektoren h ^ ₁(k + 1) und h ^ ₂(k + 1) für die empfangenen Signale x₁(k) und x₂(k) dargestellt wird, und die Kompensation, die durch den zweiten Term auf der rechten Seite durch die adaptiven Filterkoeffizientenvektoren h ₁(k + 1) und h ₂(k + 1) für die additiven Signale α₁ x ₁(k) und α₂ x ₂(k) dargestellt wird, sind einander gleich. Weil darüber hinaus w₁ und w₂ in den Gleichungen (25) und (26) so gewählt sind, dass w₁ : w₂ = 1 : (1/α²) ist, wird der Fehler e(k) im umgekehrten Verhältnis zur Leistung der empfangenen Signale x₁(k) und x₂(k) und zur Leistung der additiven Signale α₁ x ₁(k) und α₂ x ₂(k) gewichtet.
Wenn die Gewichtungskoeffizienten w₁ und w₂ so wie durch die Gleichungen (25) und (26) gegeben gewählt werden, kann bei einem zu kleinen Abstimmparameter α der Gewichtungskoeffizient w₂ manchmal so groß werden, dass die Berechnung instabil wird. Dies kann wie folgt durch Einführen eines Relaxationskoeffizienten β in die Aktualisierungsgleichungen der adaptiven Filter vermieden werden:
sIn den 16A und 16B sind Ergebnisse von Computersimulationen zur Aktualisierung der adaptiven Filter unter Verwendung der Gleichungen (28) und (29) gezeigt, wobei es sich bei den kreuzkorrelierten Eingaben um Gaussches weißes Rauschen bzw. eine japanische männliche Stimme handelt. Die Kurven (a) und (b) zeigen jeweils normierte quadratische Fehler der Koeffizientenvektoren h ^ ₁(k), h ^ ₂(k) und h ₁(k), h ₂(k) von h₁(k) und h₂(k) gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kurve (c) zeigt normierte quadratische Fehler der adaptiven Filterkoeffizientenvektoren h ^ ₁(k) und h ^ ₂(k) von h₁(k) und h₂(k) nach dem Verfahren des Standes der Technik, wobei x₁(k) + α₁ x ₁(k) und x₂(k) + α₂ x ₂(k) eingegeben wurden. Die verwendeten Parameter waren α = 0,1, β = 0,7 und μ = 0,5; die adaptive Filterlänge betrug 1000 Abgriffe; Rauschen wurde zum akustischen Echo addiert, so dass das SN-Verhältnis 30 dB betrug. Aus den 16A und 16B kann gesehen werden, dass für die additiven Signale die Konvergenz von h ₁(k) und h ₂(k) vorzüglich ist.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anwendung zur Echokompensation in einem Telekonferenzsystem beschrieben; wie jedoch bereits zuvor beschrieben worden ist, ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung zur Kompensation bzw. Unterdrückung eines von einem Lautsprecher wiedergegebenen Tons nützlich, der einem gewünschten akustischen Signal, das von einem Mikrophon aufgefangen wird, überlagert ist. Daher ist die vorliegende Erfindung für jeden Echokompensator eines akustischen Systems anwendbar, in dem eine Mehrzahl Empfangskanäle, von denen jeder einen Lautsprecher und mindestens einen Auffangkanal enthält, der ein Mikrophon zum Auffangen eines gewünschten Tons enthält, die in einem gemeinsamen Schallfeld plaziert sind, solange der Echokompensator zur Kompensation bzw. Unterdrückung eines vom Lautsprecher wiedergegebenen Tons, der von einem Mikrophon aufgefangen wurde, eingesetzt wird.
WIRKUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Beim mehrkanaligen akustischen Echokompensationsverfahren kann die Echokompensationsleistung mit der konventionellen Vorverarbeitungs-Betriebsweise durch addieren eines additiven Signals zu jedem der empfangenen Signale verbessert werden. Die additiven Signale können jedoch wegen der psychoakustischen Beschränkung nicht groß gemacht werden. Weil außerdem das verarbeitete Signal jedes Kanals, das eine Summe des empfangenen Signals und des additiven Signals des entsprechenden Kanals ist, zur Erzeugung der Echonachbildung für die Echokompensation verwendet wird, werden wichtige im additiven Signal enthaltene Informationen im empfangenen Signal versteckt, was die Verbesserung der Echokompensationsleistungsfähigkeit begrenzt.
Mit dem Echokompensationsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein passendes additives Signal erzeugt, und dann werden bei der Erzeugung der Echonachbildung zur Echokompensation das additive Signal und das empfangene Signal einzeln einer adaptiven Filterverarbeitung ausgesetzt, anstatt das oben erwähnte verarbeitete Signal zu verwenden, so dass die im additiven Signal enthaltene wichtige Information leicht verwendet werden kann. Dies ermöglicht eine genaue Erzeugung der Echonachbildung. Dementsprechend verbessert die vorliegende Erfindung im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren die Echokompensationsleistungsfähigkeiten.

Claims

Verfahren zur mehrkanaligen akustischen Echokompensation für ein akustisches System mit N Empfangskanälen, von denen jeder einen Lautsprecher (12₁ , ..., 12_N ) zur Erzeugung eines wiedergegebenen Tons umfasst, wobei N eine ganze Zahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, und wenigstens einem Auffangkanal, von denen jeder ein Mikrophon (16₁ , ..., 16_M ) zum Auffangen eines akustischen Signals enthält, wobei die N Lautsprecher und das wenigstens eine Mikrophon in einem gemeinsamen Schallfeld angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Erzeugen von additiven Signalen (a₁(k), ..., a_N(k)) für jeweils in die N Empfangskanäle eingegebene empfangene Signale (x₁(k), ..., x_N(k)); (b) Addieren der empfangenen Signale der N Empfangskanäle und der ihnen entsprechenden additiven Signale, um verarbeitete Signale (x'₁(k), ..., x'_N(k)) der N Empfangskanäle zu erzeugen; (c) Abstrahlen der verarbeiteten Signale der N Empfangskanäle durch die ihnen entsprechenden Lautsprecher; (d) Auffangen, durch das wenigstens eine Mikrophon des wenigstens einen Auffangkanals, eines kombinierten akustischen Echos der wiedergegebenen Töne, die von den Lautsprechern der N Empfangskanäle eindringen, und Eingeben des kombinierten akustischen Echos in den wenigstens einen Auffangkanal als ein akustisches Echosignal (y_m(k)), gekennzeichnet durch den Schritt (e) einzelnes Verarbeiten der N empfangenen Signale und der N additiven Signale, um eine Echonachbildung (y'_m(k)) zu erzeugen, die das akustische Echosignal in dem wenigstens einen Auffangkanal simuliert, und Subtrahieren der Echonachbildung vom akustischen Echosignal, um dadurch akustische Echokompensation auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (e) die folgenden Schritte umfasst: (e-1) Eingeben der empfangenen Signale von den N Empfangskanälen in N erste adaptive Filter (401₁ , ..., 401_N ) und Eingeben der den N Empfangskanälen jeweils entsprechenden additiven Signale in N zweite adaptive Filter (402₁ , ..., 402_N ); (e-2) Berechnen der Gesamtsumme der Ausgaben der N ersten adaptiven Filter und der N zweiten adaptiven Filter, um die Echonachbildung für den Auffangkanal zu erhalten; (e-3) Subtrahieren der Echonachbildung für den Auffangkanal vom akustischen Echosignal des Auffangkanals, um einen Fehler zu erhalten und dabei die akustische Echokompensation zu erreichen; und (e-4) Rückkoppeln des Fehlers zu den N ersten adaptiven Filtern und den N zweiten adaptiven Filtern, um ihre Filterkoeffizienten anhand des Fehlers und der empfangenen Signale und der additiven Signale der N Empfangskanäle zu aktualisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (e) die folgenden Schritte umfasst: (e-1) Zuordnen von Verstärkungen g₁₁ bis g_1N zu den empfangenen Signalen der N Empfangskanäle; (e-2) Zuordnen von Verstärkungen g₂₁ bis g_2N zu den den N Empfangskanälen entsprechenden additiven Signalen, wobei die Verstärkungen g₂₁ bis g_2N für die additiven Signale größer gewählt werden als die Verstärkungen g₁₁ bis g_1N für die empfangenen Signale der ihnen entsprechenden Empfangskanäle; (e-3) Addieren der empfangenen Signale mit den zugeordneten Verstärkungen und der additiven Signale mit den zugeordneten Verstärkungen in den ihnen entsprechenden Empfangskanälen, um N kombinierte verarbeitete Signale zu erzeugen; (e-4) Eingeben der N kombinierten verarbeiteten Signale in N adaptive Filter (401₁ , ..., 401_N ); ( e-5) Berechnen der Gesamtsumme der Ausgaben von den N adaptiven Filtern, um eine Echonachbildung zu erhalten, die dem akustischen Echosignal des Auffangkanals entspricht; (e-6) Subtrahieren der Echonachbildung für den Auffangkanal von dessen akustischem Echosignal, um einen Fehler (e_m(k)) zu erhalten und dabei die akustische Echokompensation zu erreichen; und (e-7) Rückkoppeln dieses Fehlers zu den N adaptiven Filtern, um ihre Filterkoeffizienten anhand des Fehlers und der empfangenen Signale der N Empfangskanäle mit den zugeordneten Verstärkungen und der additiven Signale mit den zugeordneten Verstärkungen zu aktualisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (e) folgende Schritte umfasst: (e-1) Eingeben der empfangenen Signale der N Empfangskanäle in N erste adaptive Filter (401₁ , ..., 401_N ) und Eingeben der additiven Signale, die den N Empfangskanälen entsprechen, in N zweite adaptive Filter (402₁ , ..., 402_N ); (e-2) Berechnen einer Gesamtsumme der Ausgaben von den N ersten adaptiven Filtern und den N zweiten adaptiven Filtern für den Auffangkanal; (e-3) Subtrahieren der Gesamtsumme für den Auffangkanal vom akustischen Echosignal des Auffangkanals, um einen Fehler (e_m(k)) zu erhalten; (e-4) Rückkoppeln des Fehlers an die N ersten adaptiven Filter und die N zweiten adaptiven Filter, um ihre Filterkoeffizienten anhand des Fehlers und der empfangenen Signale und der additiven Signale der N Empfangskanäle zu aktualisieren; (e-5) Eingeben der verarbeiteten Signale der N Empfangskanäle in ihnen entsprechende N Echokompensationsfilter (405₁ , ..., 405_N ); (e-6) Übertragen von Filterkoeffizienten der N zweiten adaptiven Filter an die N Echokompensationsfilter der ihnen entsprechenden Empfangskanäle; (e-7) Berechnen einer Gesamtsumme der Ausgaben von den N Echokompensationsfiltern als eine Echonachbildung (y''_m(k)), die dem akustischen Echosignal des Auffangkanals entspricht; und (e-8) Subtrahieren der Echonachbildung vom akustischen Echosignal, um dadurch die akustische Echokompensation durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt (e-6) einen Schritt umfasst, bei dem die Filterkoeffizienten der N zweiten adaptiven Filter, die den N Empfangskanälen entsprechen, an die N ersten adaptiven Filter der entsprechenden Empfangskanäle übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, das außerdem einen Schritt umfasst, bei dem ein Maximalwert der Korrelation zwischen den empfangenen Signalen aller Kombinationen der N Empfangskanäle berechnet und entschieden wird, ob der maximale Korrelationswert größer oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und wobei der Schritt (e-6) einen Schritt umfasst, bei dem die Filterkoeffizienten der zweiten adaptiven Filter an die ihnen entsprechenden Echokompensationsfilter übertragen werden, wenn der maximale Korrelationswert größer als der vorbestimmte Wert ist, und bei dem die Filterkoeffizienten der ersten adaptiven Filter an die ihnen entsprechenden Echokompensationsfilter übertragen werden, wenn der maximale Korrelationswert kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, das außerdem einen Schritt umfasst, bei dem ein Maximalwert der Korrelation zwischen den empfangenen Signalen aller Kombinationen der N Empfangskanäle berechnet und entschieden wird, ob der maximale Korrelationswert größer oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wobei der Schritt (e-6) einen Schritt umfasst, bei dem die Filterkoeffizienten der zweiten adaptiven Filter sowohl an die Echokompensationsfilter als auch an die den zweiten adaptiven Filtern entsprechenden ersten adaptiven Filter übertragen werden, wenn der maximale Korrelationswert größer als der vorbestimmte Wert ist, und die Filterkoeffizienten der ersten adaptiven Filter an sowohl die Echokompensationsfilter als auch die den ersten adaptiven Filtern entsprechenden zweiten adaptiven Filter übertragen werden, wenn der maximale Korrelationswert kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, wobei der Schritt (e-6) einen Schritt umfasst, bei dem die mittlere Leistung des akustischen Echosignals und die mittlere Leistung des Fehlers des Auffangkanals berechnet werden und die Übertragung der Filterkoeffizienten ausgeführt wird, wenn entschieden wird, dass die mittlere Leistung des Fehlers ausreichend kleiner ist als die mittlere Leistung des akustischen Echosignals.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei dann, wenn das Verhältnis zwischen der mittleren Leistung des Fehlers und der mittleren Leistung des akustischen Echosignals kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, entschieden wird, dass die erstere ausreichend kleiner ist als die letztere.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, wobei der Schritt (a) ein Schritt des Erzeugens von N gering korrelierten Signalen ist, die im Wesentlichen keine Korrelationen mit allen empfangenen Signalen der N Empfangskanäle aufweisen, und die N gering korrelierten Signale als die additiven Signale verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die N gering korrelierten Signale untereinander im Wesentlichen keine Kreuzkorrelation aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt der Erzeugung der gering korrelierten Signale ein Schritt der Erzeugung der gering korrelierten Signale durch folgendes ist: Berechnen der Absolutwerte der empfangenen Signale in den N Empfangskanälen; und deren Multiplizieren mit jeweils einem vorbestimmten Abstimmkoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Erzeugens des gering korrelierten Signals ein Schritt des Erzeugens des gering korrelierten Signals durch folgendes ist: Berechnen des Absolutwertes des empfangenen Signals in jedem der N Empfangskanäle, um ein Absolutwertsignal zu erhalten; Zählen der Nullpunktdurchgänge jedes empfangenen Signals; für jeden vorbestimmten, für jeden Empfangskanal verschiedenen Zählwert, wechselweises Zuordnen positiver und negativer Vorzeichen zu dem Absolutwertsignal jedes Empfangskanals in Synchronisation mit dem Nullpunktdurchgang; und Multiplizieren des Absolutwertsignals mit einem vorbestimmten Abstimmungskoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Erzeugens des gering korrelierten Signals die folgenden Schritte umfasst: (a-1) Berechnen der Absolutwerte der empfangenen Signale in den N Empfangskanälen, um N Absolutwertsignale, die den N Empfangskanälen entsprechen, zu erzeugen; (a-2) Auswählen eines der N Empfangskanäle; (a-3) Multiplizieren eines Abstimmkoeffizienten mit von Null verschiedenem Wert mit dem Absolutwertsignal, das dem ausgewählten Empfangskanal entspricht, und Multiplizieren von Abstimmkoeffizienten des Werts Null mit den Absolutwertsignalen, die den nicht ausgewählten unter den N Empfangskanälen entsprechen; (a-4) Wiederholen der Schritte (a-1) bis (a-3) nach jedem konstanten Zeitintervall, um N gering korrelierte Signale, die jeweils den N Empfangskanälen entsprechen, zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4, 5, 6 und 7, wobei der Schritt des Aktualisierens der Filterkoeffizienten ein Schritt des Aktualisierens der Filterkoeffizienten der ersten und zweiten adaptiven Filter durch Rückkoppeln von unterschiedlich gewichteten Versionen des Fehlers zu einem Satz der N adaptiven Filter ist, die mit den N empfangenen Signalen als deren Eingaben versorgt werden, und zu einem Satz der N zweiten adaptiven Filter, die mit N additiven Signalen als deren Eingaben versorgt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die unterschiedlich gewichteten Versionen des Fehlers durch Zuordnen eines kleinen Gewichtungskoeffizienten zu dem Empfangssignal großer Leistung und eines großen Gewichtungskoeffizienten zu dem additiven Signal kleiner Leistung in jedem Empfangskanal anhand des Unterschiedes der Leistung zwischen dem empfangenen und dem additiven Signal erhalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, bei dem die empfangenen Signale der N Empfangskanäle Signale von N Kanälen sind, die von der Tonquelle verschiedenen Positionen empfangen werden, und der Fehler in dem Auffangsignal als ein Sendesignal zu den unterschiedlichen Positionen gesendet wird.
Ein mehrkanaliger akustischer Echokompensator für ein akustisches System, das N Empfangskanäle, von denen jeder einen Lautsprecher (12₁ , ..., 12_N ) zur Erzeugung eines wiedergegebenen Tons enthält, wobei N eine ganze Zahl ist, die gleich oder größer als 2 ist, und wenigstens einen Auffangkanal umfasst, von denen jeder ein Mikrophon (16₁ , ..., 16_M ) zum Auffangen eines akustischen Signals enthält, wobei die N Lautsprecher und das wenigstens eine Mikrophon in einem gemeinsamen Schallfeld angeordnet sind, wobei der Echokompensator folgendes umfasst: N Additivsignalerzeugungsmittel (301₁ , ..., 301_N ) für die Erzeugung additiver Signale (a₁(k), ..., a_N(k)) für in die N Empfangskanäle jeweils eingegebene empfangene Signale (x₁(k), ..., x_N(k)); N Verarbeitet-Signalerzeugungsmittel (501₁ , ..., 501_N ) zum Addieren der empfangenen Signale der N Empfangskanäle und der ihnen entsprechenden additiven Signale, um verarbeitete Signale (x'₁(k), ..., x'_N(k)) der N Empfangskanäle zu erzeugen; wobei jeder der N Lautsprecher in einem der N Empfangskanäle installiert ist, um die verarbeiteten Signale der N Empfangskanäle wiederzugeben und wiedergegebene Töne auszugeben; das wenigstens eine Mikrophon zum Auffangen eines kombinierten akustischen Echos der von den N Lautsprechern darin eindringenden wiedergegebenen Töne, und zum Eingeben des kombinierten akustischen Echos als ein akustisches Echosignal (y_m(k)) in den wenigstens einen Auffangkanal, gekennzeichnet durch Mittel (40₁ , ..., 40_M ) zur einzelnen Verarbeitung der N empfangenen Signale und der N additiven Signale, um eine Echonachbildung (y'_m(k)) zu erzeugen, welche das akustische Echosignal in dem wenigstens einen Auffangkanal simuliert, und zum Subtrahieren der Echonachbildung vom akustischen Echosignal, um dadurch eine akustische Echokompensation auszuführen.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 18, wobei die Verarbeitungs- und Subtraktionsmittel folgendes umfassen: N erste adaptive Filter (401₁ , ..., 401_N ), die entsprechend den Auffangkanälen vorgesehen sind, und von denen jeder mit einem der empfangenen Signale der N Empfangskanäle versorgt wird; N zweite adaptive Filter (402₁ , ..., 402_N ), die dem Auffangkanal entsprechen und von denen jeder mit einem der den N Empfangskanälen entsprechenden additiven Signale versorgt wird; Additionsmittel (403) zum Berechnen der Gesamtsumme der Ausgaben der N ersten adaptiven Filter und der N zweiten adaptiven Filter und zum Ausgeben der Gesamtsumme als Echonachbildung; Mittel (404) zum Subtrahieren der Echonachbildung vom akustischen Echosignal des Auffangkanals, um einen Fehler zu erhalten und dabei eine akustische Echokompensation zu erreichen; und Filterkoeffizientenaktualisierungsmittel (411) zum Rückkoppeln des Fehlers an die N ersten adaptiven Filter und die N zweiten adaptiven Filter, um deren Filterkoeffizienten anhand des Fehlers und der empfangenen Signale und der additiven Signale der N Empfangskanäle zu aktualisieren.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 18, bei dem die Verarbeitungs- und Subtraktionsmittel folgendes umfassen: erste Multiplikationsmittel (409₁ , ..., 409_N ) zum Zuordnen von Verstärkungen g₁₁bis g_1N zu den empfangenen Signalen der N Empfangskanäle; zweite Multiplikationsmittel (410₁ , ..., 410_N ) zum Zuordnen von Verstärkungen g₂₁ bis g_2N zu den den N Empfangskanälen entsprechenden additiven Signalen, wobei die Verstärkungen g₂₁ bis 9_2N für die additiven Signale größer gewählt werden als die Verstärkungen g₁₁ bis g_1N für die empfangenen Signale der ihnen entsprechenden Empfangskanäle; Kombinationsmittel (412₁ , ..., 412_N ) zum Addieren der empfangenen Signale mit zugeordneten Verstärkungen und der additiven Signale mit zugeordneten Verstärkungen in den ihnen entsprechenden Empfangskanälen, um N kombinierte verarbeitete Signale zu erhalten; N adaptive Filter (401₁ , ..., 401_N ) von denen jeder mit einem der N kombinierten verarbeiteten Signale versorgt wird; Addiermittel (403₁ ) zum Berechnen der Gesamtsumme der Ausgaben der N adaptiven Filter, um eine Echonachbildung, die dem akustischen Echosignal des Auffangkanals entspricht, zu erhalten; Mittel (404) zum Subtrahieren der Echonachbildung für den Auffangkanal von dessen akustischem Echosignal, um einen Fehler zu erhalten und dabei akustische Echokompensation zu erreichen; und Mittel zum Rückkoppeln des Fehlers zu den N adaptiven Filtern, um deren Filterkoeffizienten anhand des Fehlers und der empfangenen Signale der N Empfangskanäle mit den zugeordneten Verstärkungen und der additiven Signale mit den zugeordneten Verstärkungen zu aktualisieren.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 18, wobei die Verarbeitungs- und Subtraktionsmittel folgendes umfassen: N erste adaptive Filter (401₁ , ..., 401_N ), die entsprechend den Auffangkanälen vorgesehen sind, und von denen jeder mit einem der empfangenen Signale der N Empfangskanäle versorgt wird; N zweite adaptive Filter (402₁ , ..., 402_N ), die dem Auffangkanal entsprechen und von denen jeder jeweils mit einem der additiven Signale, die den N Empfangskanälen entsprechen, versorgt wird; Additionsmittel (403) zum Berechnen einer Gesamtsumme der Ausgaben der N ersten adaptiven Filter und der N zweiten adaptiven Filter und zum Ausgeben der Gesamtsumme; Mittel (404) zum Subtrahieren der Gesamtsumme vom akustischen Echosignal des Auffangkanals, um einen Fehler zu erhalten; Filterkoeffizienten-Aktualisierungsmittel (411) zum Rückkoppeln des Fehlers an die N ersten adaptiven Filter und die N zweiten adaptiven Filter, um deren Filterkoeffizienten anhand des Fehlers und der empfangenen Signale und der additiven Signale der N Empfangskanäle zu aktualisieren; N Echokompensationsfilter (405₁ , ..., 405_N ), die den N Empfangskanälen entsprechend vorgesehen sind, und von denen jeder mit dem verarbeiteten Signal des entsprechenden Empfangskanals versorgt ist; Übertragungssteuerungsmittel (414) zum Übertragen der Filterkoeffizienten der N zweiten adaptiven Filter zu den N Echokompensationsfiltern der ihnen entsprechenden Empfangskanäle; Mittel (407) zum Berechnen einer Gesamtsumme der Ausgaben der N Echokompensationsfilter als eine Echonachbildung; und Mittel (408) zum Subtrahieren der Echonachbildung vom akustischen Echosignal des Auffangkanals, um dadurch die akustische Echokompensation zu erreichen.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 21, wobei die Übertragungssteuerungsmittel die Filterkoeffizienten der N zweiten adaptiven Filter, die den N Empfangskanälen entsprechen, zu den N ersten adaptiven Filtern, die den Empfangskanälen entsprechen, übertragen.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 21, der außerdem Korrelationsentscheidungsmittel (430) zur Bestimmung des Maximalwertes der Korrelation zwischen den empfangenen Signalen aller Kombinationen der N Empfangskanäle und zum Entscheiden umfasst, ob der maximale Korrelationswert größer oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und bei dem die Übertragungssteuerungsmittel Mittel zum Übertragen der Filterkoeffizienten der zweiten adaptiven Filter zu den ihnen entsprechenden Echokompensationsfiltern, wenn der maximale Korrelationswert größer als der vorbestimmte Wert ist, und zum Übertragen der Filterkoeffizienten von den ersten adaptiven Filtern zu den ihnen entsprechenden Echokompensationsfiltern sind, wenn der maximale Korrelationswert kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 21, der außerdem Korrelationsentscheidungsmittel (430) zum Berechnen des Maximalwerts der Korrelation zwischen den empfangenen Signalen aller Kombinationen der N Empfangskanäle und zum Entscheiden umfasst, ob der maximale Korrelationswert größer oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und wobei die Übertragungssteuerungsmittel Mittel sind zum Übertragen der Filterkoeffizienten der zweiten adaptiven Filter sowohl zu den Echokompensationsfiltern als auch den ersten adaptiven Filtern, die den zweiten adaptiven Filtern entsprechen, wenn der maximale Korrelationswert größer als der vorbestimmte Wert ist, und zum Übertragen der Filterkoeffizienten der ersten adaptiven Filter zu sowohl den Echokompensationsfiltern als auch zu den den ersten adaptiven Filtern entsprechenden zweiten adaptiven Filtern, wenn der maximale Korrelationswert kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Akustischer Echokompensator nach einem der Ansprüche 21, 22, 23 oder 24, der außerdem Mittelleistungsberechnungsmittel (413) umfasst, zum Berechnen der mittleren Leistung des akustischen Echosignals und der mittleren Leistung des Fehlers des Auffangkanals, und zum Ausführen der Übertragung der Filterkoeffizienten, wenn entschieden wird, dass die mittlere Leistung des Fehlers ausreichend kleiner als die mittlere Leistung des akustischen Echosignals ist.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 25, wobei dann, wenn das Verhältnis zwischen der mittleren Leistung des Fehlers und der mittleren Leistung des akustischen Echosignals kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, das Übertragungssteuerungsmittel entscheidet, dass die erstere ausreichend kleiner ist als die zweitere.
Akustischer Echokompensator nach einem der Ansprüche 18, 19, 20, 21, 22, 23 und 24, wobei die Additivsignalerzeugungsmittel Mittel zur Erzeugung, als additive Signale, von N gering korrelierten Signalen sind, die im Wesentlichen keine Korrelation mit allen empfangenen Signale der N Empfangskanäle aufweisen.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 27, wobei die Additivsignalerzeugungsmittel Mittel zur Erzeugung von N gering korrelierten Signalen, die im Wesentlichen keine Kreuzkor relationen miteinander aufweisen, als die N gering korrelierten Signale, sind.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 27, wobei die Additivsignalerzeugungsmittel folgendes umfassen: Mittel zur Berechnung der Absolutwerte der empfangenen Signale in den N Empfangskanälen; und Mittel zum Multiplizieren der Absolutwerte mit jeweiligen vorbestimmten Abstimmkoeffizienten.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 27, wobei die Additivsignalerzeugungsmittel folgendes umfassen: Mittel zum Bestimmen des Absolutwertes des empfangenen Signals in jedem der N Empfangskanäle, um ein Absolutwertsignal zu erhalten; Mittel zum Zählen von Nullpunktdurchgängen von jedem der empfangenen Signale; Mittel zum wechselweisen Zuordnen positiver und negativer Vorzeichen zu dem Absolutwertsignal jedes Empfangskanals in Synchronisation mit den Nullpunktdurchgängen, wann immer ein vorbestimmter Zählwert erreicht wird, der für jeden Empfangskanal unterschiedlich ist; und Multiplizieren des Absolutwertsignals mit zugeordnetem Vorzeichen mit einem vorbestimmten Abstimmkoeffizienten um eines der additiven Signale zu erhalten.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 27, wobei die Additivsignalerzeugungsmittel folgendes umfassen: Mittel zur Berechnung des Absolutwertes der empfangenen Signale in den N Empfangskanälen, jeweils nach einem konstanten Zeitintervall, um N Absolutwertsignale zu erhalten; und ensprechend den N Empfangskanälen; und Mittel zum Multiplizieren, bei jeder willkürlichen Auswahl eines der Empfangskanäle, des dem ausgewählten Empfangskanal entsprechenden Absolutwertsignals mit einem von Null verschiedenen Abstimmkoeffizienten, und der diesen nicht ausgewählten Empfangskanälen entsprechenden Absolutwertsignale mit einem Abstimmkoeffizienten des Werts Null, um die N gering korrelierten Signale zu produzieren, die jeweils den N Empfangskanälen entsprechen.
Akustischer Echokompensator nach einem der Ansprüche 19, 21, 22, 23 und 24, wobei die Filterkoeffizientenaktualisierungsmittel Gewichtungsmittel umfassen, zum Zuordnen unterschiedlicher Gewichtungen zu dem Fehler, der zu den N ersten adaptiven Filtern rückgekoppelt wird, die mit den empfangenen Signalen als deren Eingaben versorgt werden, und zu dem Fehler, der zu den N zweiten adaptiven Filtern rückgekoppelt wird, die mit den N additiven Signalen als deren Eingaben versorgt werden.
Akustischer Echokompensator nach Anspruch 32, wobei die Gewichtungsmittel Mittel sind, um anhand eines Unterschiedes der Leistung zwischen den empfangenen und Additionssignalen in jedem der Empfangskanäle einen kleinen Gewichtungskoeffizienten dem empfangenen Signal großer Leistung und einen großen Gewichtungskoeffizienten dem additiven Signal kleiner Leistung zuzuordnen.
Akustischer Echokompensator nach einem der Ansprüche 18, 19, 20, 21, 22, 23 und 24, wobei die empfangenen Signale der N Empfangskanäle Signale von N Kanälen sind, die von Positionen empfangen werden, die von der Tonquelle verschieden sind, und der Fehler im Auffangkanal als ein Sendesignal zu den verschiedenen Positionen gesendet wird.