EP1304902A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Störbefreiung eines redunanten akustischen Signals - Google Patents

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EP1304902A1
EP1304902A1 EP01125071A EP01125071A EP1304902A1 EP 1304902 A1 EP1304902 A1 EP 1304902A1 EP 01125071 A EP01125071 A EP 01125071A EP 01125071 A EP01125071 A EP 01125071A EP 1304902 A1 EP1304902 A1 EP 1304902A1
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EP
European Patent Office
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input signal
frequency range
interference
signal part
synthesized
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01125071A
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English (en)
French (fr)
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Roland Dr. Aubauer
Volkmar Hamacher
Stefano Ambrosius Dr. Klinke
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Priority to US10/493,283 priority patent/US20050036629A1/en
Priority to CN02820985.0A priority patent/CN1575620A/zh
Priority to PCT/EP2002/011014 priority patent/WO2003037032A1/de
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/45—Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
    • H04R25/453—Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback electronically
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/02—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for preventing acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/03—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing
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    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/50—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics
    • H04R25/505—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics using digital signal processing

Definitions

  • the invention relates to a method for Elimination of interference from a redundant acoustic input signal an acoustic reproduction device such as a cell phone or a hearing aid where the disorder is in a Partial frequency range of a total frequency range of Input signal is concentrated and on a device for Execution of the procedure.
  • spectral Subtraction method To suppress interference signals in acoustic signals is also the use of statistical Noise reduction methods known as spectral Subtraction method, the Wiener filter, method from Ephraim & Malah, R. Martin etc. These methods use the different statistical properties of voice useful signals and interference signals. It is assumed, that an interference signal is significantly more stationary than a voice useful signal. The interference signal component is usually in Speech breaks estimated and continuously frequency-specific from subtracted from the disturbed input signal. The estimate of the Interference is particularly important in the case of a transient fault difficult, especially if the interference signal is higher Level as the useful signal.
  • the invention is based on the object a procedure for interference freeing of a redundant acoustic Signals of an acoustic reproduction device and one To create a device for its implementation, in which the sonic quality of the resulting acoustic Output signal is improved.
  • the removed partial frequency range of the Input signal in which the interference is concentrated, synthesized due to a non-removed Frequency range of the input signal.
  • a partial frequency spectrum can be used to spectrum adjacent to the sub-frequency spectrum synthesize.
  • the one to be retained Input signal part d. H. the essentially not with Part of the total frequency range of the Input signal, with the synthesized sub-frequency range, in which the disturbance falls, merged to face one another output signal with reduced interference produce.
  • the partial frequency range of the input signal is preferably synthesized by means of a bandwidth expansion method.
  • a bandwidth expansion method For example, for an expansion of the bandwidth in the lower frequency range ( ⁇ 300 Hz) from EP 0 994 464 A a restoration of signal components of the lower frequency range of a voice signal limited by a high-pass function to low frequencies is known, the high-pass filtering described being carried out, for example, during voice transmission over a telephone at the remote subscriber.
  • the restoration is done by generating Frequencies in the lower frequency range by a non-linear signal processing, using the subharmonic Frequencies of the signal generated and added to the high-pass signal be added. It should be emphasized that this is in EP 0 994
  • the method described in 464 A does not relieve interference a mobile phone or hearing aid the subject.
  • the new procedure among other things with mobile phones, hands-free devices, Hearing aids and other communication devices that are used for a mobile or use in noisy environments are intended to be used.
  • the synthesized is in step c) Partial frequency range of the input signal to adapt to the maintain input signal part of the input signal filtered. This ensures that the d) merging of these two signal parts taking place leads to a noise-reduced output signal, the Frequency spectrum as good as possible Total frequency spectrum of the useful signal of the input signal corresponds, in particular also in terms of intensity.
  • the characteristics of the in step a) spectral filter used are taken into account because they determine the frequency band to be synthesized. There are special effects for the flank area an inserted filter.
  • Step c) synthesized partial frequency range of the Input signal on the low frequency side of the Total frequency range of the input signal is.
  • the intensities of the disturbances are significantly higher than that Nutzsignalintensticianen.
  • Another advantage of this new process is that that even highly transient disturbances can be removed, which is not possible with spectral subtraction methods.
  • the new method can also be carried out more conveniently with a Gradient microphone can be combined because of its disadvantages, such as pop and flow noise sensitivity can.
  • the device is a Device for detecting whether the input signal in the Blocking range of the filter shows a fault, and has a Switch for bridging the interference suppression means due to a lack of interference in the blocking area of the filter is provided. This ensures that the Interference suppression means can only be switched on if there is actually a fault in the blocked area of the filter located.
  • the Device a device for detecting or estimating a Has intensity of the disturbance and a switch for Bridging the interference suppressant due to the Intensity detection / estimation is provided. This allows it that the interference suppression means only switched on if this is due to the intensity of the disorder is felt necessary.
  • a manual Setting a threshold value for the detection or Estimating the intensity of the user interference for example, a cell phone.
  • Switch for bridging the interference suppressor can preferably also a device for blending the Input signal part in the blocking area of the filter and synthesized signal part, depending on the degree of interference in the Blocking area of the filter can be provided.
  • the invention is based on a Embodiment with reference to the drawing explained in more detail.
  • the drawing shows a block diagram a device for interference suppression of a redundant acoustic input signal.
  • the only drawing figure shows a procedure and Components required to carry out the method improvement of the sound of a person with a disturbance redundant, acoustic input signal 1, such as one Speech signal.
  • Speech signals are inherent in that frequency spectrum present at a certain point in time is completely needed to make a statement about it hit which according to the current frequency spectrum is to be assigned.
  • speech signals are redundant, i. H. part of the frequency spectrum can be omitted, essentially with no loss of information about the total frequency spectrum. This is due to the fact that from the maintained frequency spectrum to the partial frequency spectrum, which was dispensed with, can be inferred.
  • the value of 300 Hz thus forms the cut-off frequency f A of the high-pass filter 2.
  • Both the signal 4 to be maintained and that further on processing signal 5 essentially have none Frequency components in the range below 300 Hz, so that a Interference that is concentrated below 300 Hz from which Input signal 1 is removed.
  • that relates explained embodiment of a fault on the low frequency side of the entire frequency range of the Input signal 1 is concentrated.
  • the next step in the process is that with the High-pass filter 2 removed sub-frequency spectrum synthesize, with the help of the transmitted Frequency spectrum of the signal to be processed 5.
  • the signal 5 to be processed is first one Low-pass filter 6 supplied in the illustrated Embodiment frequencies higher than the 2 kHz strong attenuates.
  • the low-pass filter 6 is for performing the Procedure not mandatory, but simplified signal processing in a non-linear Processing device 7. In particular, by the Use of the non-linear processing device 7 so-called Intermodulation effects occur, the appearance of which by the Low pass filter 6 is reduced or avoided.
  • the non-linear processing device 7 now generates either directly from the signal to be processed 5 or from an output signal of the low-pass filter 6 low frequency spectrum, taking into account the Characteristic of the high-pass filter 2, which is known and in non-linear signal processing immediately is taken into account.
  • the non-linear Processing device 7 is used to restore Amplitudes of the fundamental frequency and / or missing harmonics in Dependency of the underlying speech signal.
  • the one leaving the non-linear processing device 7 The signal thus ideally comprises the fundamental frequency and the missing harmonics of the input signal 1, which in the High pass filter 2, together with the interference, has been removed are.
  • the output signal in the form of a synthesized speech signal from the non-linear processing device 7 is then fed to a bandpass filter 8 which passes frequencies below the cut-off frequency f A of 300 Hz of the high-pass filter 2 and a lower cut-off frequency f B of, for example, 100 Hz.
  • the bandpass filter 8 can also be replaced by a low-pass filter with a cut-off frequency of 300 Hz. If, however, DC voltage components are to be removed from the output signal of the non-linear processing device 7, suitable filtering should be carried out with the bandpass filter 8.
  • An output signal of the bandpass filter 8 becomes one Junction point 9 as an output signal generating device forwarded to the bandwidth extension to the signal part 4 to be retained is added to one noise-reduced output signal 10 to obtain the ideally all the speech useful signal frequencies of the Should have input signal 1 with a suitable amplitude.
  • the device illustrated in the drawing for Relief of the input signal 1 from a disturbance can also be modified in such a way that one on the high-frequency Side of the frequency spectrum of the input signal 1 lying Interference is removed by a low-pass filter, then a non-linear processing unit would be provided, the a bandwidth expansion process towards high frequencies can perform.
  • the bandpass filter 8 would also be through from the figure replace a filter, which at node 9 a appropriate linkage of the synthesized signal part with the allowed to keep signal part 4.
  • the interference can also occur within the overall frequency range of the input signal 1.
  • either the one on the high-frequency side of the disturbance Frequency range of the input signal 1 or that on the low frequency side of the interference lying frequency range of the Input signal 1 for performing a Bandwidth expansion method can be used, where the non-linear processing unit for closing a Frequency gap is used by a bandpass filter instead of High pass filter 2 is brought about.
  • Embodiments of the invention may include means be, depending on external parameters, switching on the device according to the drawing.
  • a hard switch a device for blending the Input signal 1 in the restricted area of the used Filters provided with the synthesized signal part.
  • the degree of cross-fading can vary from the intensity of one the present fault.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Störbefreiung eines redundanten akustischen Eingangssignals (1) einer akustischen Wiedergabevorrichtung, wie ein Mobiltelefon oder ein Hörgerät, bei dem die Störung in einem Teilfrequenzbereich eines Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals (1) konzentriert ist, wird die Aufgabe, die klangliche Qualität eines sich ergebenden akustischen Ausgangssignals zu verbessern, dadurch gelöst, daß das Verfahren die aufeinander folgenden Schritte umfaßt: a) Entfernen des Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals (1), in dem die Störung konzentriert ist,b) Aufteilen (3) der Intensität des in Schritt a) durchgelassenen Frequenzbereichs des Eingangssignals in einen beizubehaltenden Eingangssignalteil (4) und einen weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteil (5),c) Synthetisieren des in Schritt a) entfernten Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals (1) aufgrund des weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteils (5) undd) Zusammenführen des beizubehaltenden Eingangssignalteils (4) aus Schritt b) und des synthetisierten Eingangssignalteils aus Schritt c) zum Hervorbringen eines gegenüber dem Eingangssignal störungsreduzierten Ausgangssignals (10). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Störbefreiung eines redundanten akustischen Eingangssignals einer akustischen Wiedergabevorrichtung, wie ein Mobiltelefon oder ein Hörgerät, bei dem die Störung in einem Teilfrequenzbereich eines Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals konzentriert ist und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem Empfang akustischer Signale, wie Sprachsignale, besteht in störbehafteten Umgebungen, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, in einer industriellen Umgebung, bei der Maschinenlärm auftritt, und in öffentlichen Bereichen, das Problem, eine Störbefreiung des Sprachsignals durchzuführen, bevor es von einer akustischen Wiedergabeeinrichtung wiedergegeben wird. Hierbei sollen unerwünschte Störsignalanteile des Eingangssignals möglichst stark abgesenkt werden. Auch sollen auftretende Artefakte vermieden werden, und zwar auch solche, die das Störsignal betreffen.
Zur Störbefreiung akustischer Signale ist es bekannt, sog. Gradientenmikrofone einzusetzen. Diese weisen eine Richtcharakteristik auf, die dazu genutzt wird, Störsignalanteile aus Richtungen ungleich der Mikrofonhauptrichtung gegenüber einem Nutzsignal in Mikrofonhauptrichtung abzuschwächen. Diese Mikrofone weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Wind- und Atemgeräuschen zeigen. Diese Empfindlichkeit kann durch den Einsatz eines Windschutzes verbessert werden, der jedoch derart groß bemessen ist, daß er nicht bei akustischen Wiedergabeeinrichtungen jeder Art eingesetzt werden kann. Beispielsweise ist die Verwendung eines Windschutzes bei einem Mobiltelefon oder einer Hörhilfe als akustische Wiedergabeeinrichtungen nicht üblich.
In Hörgeräten werden Gradientenmikrofone regelmäßig auf der Basis zweier omnidirektionaler Mikrofone realisiert, wobei ein sog. "delay & substract" -Ansatz zur Anwendung kommt. Die Richtwirkung dieses Ansatzes ist jedoch insbesondere im unteren Frequenzbereich des Eingangssignals sehr empfindlich gegenüber einem in der Praxis nicht zu vermeidenden Fehlabgleich der Mikrofoncharakteristika. Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten in Bezug auf das interne Mikrofonrauschen.
Zur Unterdrückung von Störsignalen in akustischen Signalen ist außerdem die Verwendung statistischer Störgeräuschunterdrückungsverfahren bekannt, wie spektrale Subtraktionsverfahren, das Wiener Filter, Verfahren von Ephraim & Malah, R. Martin usw. Diese Verfahren nutzen die unterschiedlichen statistischen Eigenschaften von Sprach-Nutzsignalen und Störsignalen aus. Es wird davon ausgegangen, daß ein Störsignal deutlich stationärer ist als ein Sprach-Nutzsignal. Der Störsignalanteil wird in der Regel in Sprachpausen geschätzt und fortlaufend frequenzspezifisch von dem gestörten Eingangssignal subtrahiert. Die Schätzung des Störanteils ist besonders bei einer instationären Störung schwierig, insbesondere wenn das Störsignal einen höheren Pegel aufweist als das Nutzsignal.
Bei der Subtraktion des geschätzten Rausch- bzw. Störanteils treten zudem Artefakte auf, die üblicher Weise als "Musical Tones" bezeichnet werden. Das verbleibende Reststörsignal nach Durchführung des Störgeräuschunterdrückungsverfahrens weist oft nicht mehr den ursprünglichen Störsignalcharakter auf, d. h. das Rauschen klingt anders, was für viele Anwender akustischer Wiedergabeeinrichtungen ungewohnt und störend ist. Bei niedrigem Signal-zu-Rauschen-Verhältnis, beispielsweise < 5 dB, versagt das Substraktionsprinzip in der Regel, so daß das gestörte Eingangssignal vom Anwender meist als klanglich besser beurteilt wird als das verarbeitete Signal, das sich nach Durchführung des Störgeräuschunterdrückungsverfahrens ergibt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Störbefreiung eines redundanten akustischen Signals einer akustischen Wiedergabevorrichtung sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, bei denen die klangliche Qualität des sich ergebenden akustischen Ausgangssignals verbessert ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gelöst durch ein Verfahren zur Störbefreiung eines redundanten akustischen Eingangssignals einer akustischen Wiedergabevorrichtung, wie ein Mobiltelefon oder ein Hörgerät, bei dem die Störung in einem Teilfrequenzbereich eines Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals konzentriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die aufeinander folgenden Schritte umfaßt:
  • a) Entfernen des Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals, in dem die Störung konzentriert ist,
  • b) Aufteilen der Intensität des in Schritt a) durchgelassenen Frequenzbereichs des Eingangssignals in einen beizubehaltenden Eingangssignalteil und einen weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteil,
  • c) Synthetisieren des in Schritt a) entfernten Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals aufgrund des weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteils und
  • d) Zusammenführen des beizubehaltenden Eingangssignalteils aus Schritt b) und des synthetisierten Eingangssignalteils aus Schritt c) zum Hervorbringen eines gegenüber dem Eingangssignal störungsreduzierten Ausgangssignals.
    • Ein wesentlicher Unterschied des Verfahrens gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik ist es, den Teilfrequenzbereich des Eingangssignals, in dem eine Störung konzentriert ist, vollständig zu verwerfen. Demgegenüber wurde im Stand der Technik immer der Weg beschritten, den betreffenden Teilfrequenzbereich so zu bearbeiten, daß eine Störung minimiert wird.
    Nach dem Verfahren wird der entfernte Teilfrequenzbereich des Eingangssignals, in dem die Störung konzentriert ist, synthetisiert, und zwar aufgrund eines nicht-entfernten Frequenzbereichs des Eingangssignals. An dieser Stelle wird ausgenutzt, daß der nicht entfernte bzw. weiter zu verarbeitende Eingangssignalteil aufgrund der Redundanz des akustischen Eingangssignals Rückschlüsse über den Frequenzverlauf des entfernten Teilfrequenzbereichs erlaubt. Beispielsweise kann davon ausgegangen werden, daß für jeden akustischen Laut ein zugeordnetes Frequenzspektrum existiert, wobei ein Teilfrequenzspektrum dazu genutzt werden kann, ein an das Teilfrequenzspektrum angrenzendes Spektrum zu synthetisieren.
    Nach dem Verfahren wird der beizubehaltende Eingangssignalteil, d. h. der im Wesentlichen nicht mit Störungen behaftete Teil des Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals, mit dem synthetisierten Teilfrequenzbereich, in den die Störung fällt, zusammengeführt, um ein gegenüber dem Eingangssignal störungsreduziertes Ausgangssignal hervorzubringen.
    Bevorzugt wird in Schritt c) das Synthetisieren des Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals mittels eines Bandbreitenerweiterungsverfahrens vorgenommen. Beispielsweise ist für eine Erweiterung der Bandbreite im unteren Frequenzbereich
    (< 300 Hz) aus der EP 0 994 464 A eine Wiederherstellung von Signalanteilen des unteren Frequenzbereichs eines durch eine Hochpaßfunktion zu tiefen Frequenzen hin begrenzten Sprachsignals bekannt, wobei die beschriebene Hochpaßfilterung beispielsweise bei der Sprachübertragung über ein Telefon beim fernen Teilnehmer durchgeführt wird.
    Die Wiederherstellung erfolgt dabei durch Generieren von Frequenzen des unteren Frequenzbereichs durch eine nichtlineare Signalverarbeitung, mittels der subharmonischer Frequenzen des Signals erzeugt und zum Hochpaßsignal hinzu addiert werden. Es ist hervorzuheben, daß das in der EP 0 994 464 A beschriebene Verfahren nicht die Störbefreiung eines an einem Mobiltelefon oder einer Hörhilfe ankommenden Signals zum Gegenstand hat. Demgegenüber kann das neue Verfahren unter anderem bei Mobiltelefonen, Freisprecheinrichtungen, Hörhilfen und sonstigen Kommunikationsendgeräten, die für einen mobilen oder einen Einsatz in störbehafteten Umgebungen vorgesehen sind, eingesetzt werden.
    Vorzugsweise wird in Schritt c) der synthetisierte Teilfrequenzbereich des Eingangssignals zur Anpassung an den beizubehalten Eingangssignalteil des Eingangssignals gefiltert. Hierdurch wird sichergestellt, daß das in d) stattfindende Zusammenführen dieser beiden Signalteile zu einem störungsreduzierten Ausgangssignal führt, dessen Frequenzspektrum so gut wie möglich dem Gesamtfrequenzspektrum des Nutzsignals des Eingangssignals entspricht, insbesondere auch von der Intensität her. Selbstverständlich müssen beim Synthetisieren des in Schritt a) herausgefilterten bzw. entfernten Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals die Charakteristika des in Schritt a) eingesetzten Spektralfilters berücksichtigt werden, denn sie legen das Frequenzband fest, das zu synthetisieren ist. Besondere Auswirkungen ergeben sich für den Flankenbereich eines eingesetzten Filters.
    Für viele Umgebungseigenschaften, beispielsweise eines Mobiltelefons oder einer Hörhilfe, ist es günstig, daß der in Schritt c) synthetisierte Teilfrequenzbereich des Eingangssignals auf der tieffrequenten Seite des Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals liegt. Beispielsweise liegen Störungen in einem Kraftfahrzeug oder sog. Pop- und Flow-Geräusche durch Wind und Atem typischer Weise in tieffrequenten Bereich des Eingangssignals. Häufig sind die Intensitäten der Störungen deutlich höher als die Nutzsignalintensitäten. Wenn versucht wird, diese Störungen mit den o. g. spektralen Subtraktionsverfahren des Standes der Technik zu beseitigen, kann dies nur unter Inkaufnahme von Artefakten geschehen, die mit hoher Intensität vorliegen. Das neue Verfahren zeigt diese Einschränkungen nicht.
    Es ist ebenso möglich, mit dem Verfahren Störungen zu vermindern oder zu vermeiden, die auf der hochfrequenten Seite des Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals liegen. Auch Störungen, die in einem Zwischenfrequenzbereich des gesamten Frequenzbereichs des Eingangssignals konzentriert sind, können unterdrückt werden.
    Ein weiterer Vorteil dieses neuen Verfahrens besteht darin, daß auch stark instationäre Störungen entfernt werden können, was mit spektralen Subtraktionsverfahren nicht möglich ist. Das neue Verfahren kann günstiger Weise auch mit einem Gradientenmikrofon kombiniert werden, da dessen Nachteile, wie Pop- und Flow-Noise-Empfindlichkeit, kompensiert werden können.
    Die o. g. Aufgabe wird hinsichtlich einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst durch eine Vorrichtung zur Wiedergabe oder Weiterleitung eines redundanten akustischen Eingangssignals, wie ein Mobiltelefon oder eine Hörhilfe, die Störunterdrückungsmittel zur Unterdrückung einer in einem Teilfrequenzbereich des Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals konzentrierten Störung des Eingangssignals aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Störunterdrückungsmittel aufweisen:
    • ein spektrales Filter zum Entfernen des Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals, in dem die Störung konzentriert ist,
    • eine dem Filter nachgeordnete Aufteilungseinrichtung zum Aufteilen der Intensität des durchgelassenen Frequenzbereichs des Eingangssignals in einen beizubehaltenden Eingangssignalteil und einen weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteil,
    • eine der Aufteilungseinrichtung nachgeordnete Verarbeitungseinrichtung, der der weiter zu verarbeitende Signalteil des Eingangssignals zugeleitet wird, zum Synthetisieren des herausgefilterten Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals aufgrund des weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteils und
    • eine Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung, der der beizubehaltende Eingangssignalteil von der Aufteilungseinrichtung und der synthetisierte Eingangssignalteil von der Verarbeitungseinrichtung zugeleitet werden, zum Zusammenführen des beizubehaltenden Eingangssignalteils und des synthetisierten Eingangssignalteils zum Hervorbringen eines gegenüber dem Eingangssignal störungsreduzierten Ausgangssignals.
    Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ergibt sich bereits aus dem oben diskutierten neuen Verfahren, denn sie stellt die für die einzelnen Verfahrensschritte erforderlichen Einrichtungen bereit.
    Es ist als bevorzugt anzusehen, daß die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erfassen, ob das Eingangssignal im Sperrbereich des Filters eine Störung zeigt, aufweist und ein Schalter zur Überbrückung der Störunterdrückungsmittel aufgrund einer fehlenden Störung im Sperrbereich des Filters vorgesehen ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Störunterdrückungsmittel nur dann zugeschaltet werden, wenn sich tatsächlich eine Störung im Sperrbereich des Filters befindet.
    Es wird außerdem als vorteilhaft angesehen, daß die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erfassen oder Schätzen einer Intensität der Störung aufweist und ein Schalter zur Überbrückung der Störunterdrückungsmittel aufgrund der Intensitätserfassung/Schätzung vorgesehen ist. Dies gestattet es, daß die Störunterdrückungsmittel nur dann zugeschaltet werden, wenn dies aufgrund der Intensität der Störung als erforderlich empfunden wird. Hier ist auch eine manuelle Einstellung eines Schwellwertes für das Erfassen oder Schätzen der Intensität der Störung durch einen Benutzer beispielsweise eines Mobiltelefons möglich. Anstelle des Schalters zur Überbrückung der Störunterdrückungsmittel kann bevorzugt auch eine Einrichtung zum Überblenden des Eingangssignalteils im Sperrbereich des Filters und des synthetisierten Signalteils, abhängig vom Störungsgrad im Sperrbereich des Filters, vorgesehen sein.
    Sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung ist hervorzuheben, daß eine Störung grundsätzlich in einem beliebigen Teilfrequenzbereich eines Gesamtfrequenzbereichs eines akustischen Signals konzentriert sein kann. Der jeweils entfernte bzw. herausgefilterte Teilfrequenzbereich wird dann bevorzugt mittels eines Bandbreitenerweiterungsverfahrens synthetisiert und mit dem beibehaltenen Frequenzbereich, der nicht herausgefiltert wurde, zusammengeführt, um ein störungsreduziertes Ausgangssignal hervorzubringen.
    Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Störbefreiung eines redundanten akustischen Eingangssignals.
    Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen Verfahrensablauf und zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Komponenten zur klanglichen Verbesserung eines mit einer Störung behafteten redundanten, akustischen Eingangssignals 1, wie einem Sprachsignal. Sprachsignalen ist es immanent, daß das zu einem bestimmten Zeitpunkt vorliegende Frequenzspektrum nicht vollständig benötigt wird, um eine Aussage darüber zu treffen, welcher Laut dem aktuellen Frequenzspektrum zuzuordnen ist. Insofern sind Sprachsignale redundant, d. h. auf einen Teil des Frequenzspektrums kann verzichtet werden, und zwar im wesentlichen ohne Verlust an Informationen über das Gesamtfrequenzspektrum. Dies beruht darauf, daß aus dem beibehaltenen Frequenzspektrum auf das Teilfrequenzspektrum, auf das verzichtet wurde, rückgeschlossen werden kann.
    Im einzelnen und wie in der Zeichnung zu erkennen ist, wird das Eingangssignal 1, nach dem es von einem Empfangsmodul beispielsweise eines Mobiltelefons oder Hörgeräts empfangen wurde, einem spektralen Hochpaßfilter 2 zugeleitet, das eine definierte Filtercharakteristik aufweist, die im vorliegendem Ausführungsbeispiel Frequenzen oberhalb von 300 Hz im Wesentlichen ungedämpft passieren läßt, während Frequenzen unterhalb von 300 Hz stark gedämpft werden. Der Wert von 300 Hz bildet somit die Grenzfrequenz fA des Hochpaßfilters 2.
    Von dem Hochpaßfilter 2 aus gelangt das Signal des durchgelassenen Frequenzbereichs zu einem Verzweigungspunkt 3 als Aufteilungseinrichtung, bei dem es in ein beizubehaltendes Teilsignal 4 und in ein weiter zu verarbeitendes Teilsignal 5 aufgeteilt wird.
    Sowohl das beizubehaltende Signal 4 als auch das weiter zu verarbeitende Signal 5 besitzen im Wesentlichen keine Frequenzanteile im Bereich von unterhalb 300 Hz, so daß eine Störung, die unterhalb von 300 Hz konzentriert ist, aus dem Eingangssignal 1 entfernt ist. Insofern bezieht sich das erläuterte Ausführungsbeispiel auf eine Störung, die auf der tieffrequenten Seite des gesamten Frequenzbereichs des Eingangssignals 1 konzentriert ist.
    Der nächste Verfahrensschritt besteht nun darin, daß mit dem Hochpaßfilter 2 entfernte Teilfrequenzspektrum zu synthetisieren, und zwar mit Hilfe des durchgelassenen Frequenzspektrums des weiter zu verarbeitenden Signals 5.
    Das weiter zu verarbeitende Signal 5 wird zunächst einem Tiefpaßfilter 6 zugeleitet, das im dargestellten Ausführungsbeispiel Frequenzen höher als die 2 kHz stark dämpft. Das Tiefpaßfilter 6 ist zur Durchführung des Verfahrens nicht zwingende erforderlich, vereinfacht jedoch eine Signalweiterverarbeitung in einer nicht linearen Verarbeitungseinrichtung 7. Insbesondere können durch den Einsatz der nicht linearen Verarbeitungseinrichtung 7 sog. Intermodulationseffekte auftreten, deren Erscheinen durch das Tiefpaßfilter 6 vermindert oder vermieden wird.
    Die nicht lineare Verarbeitungseinrichtung 7 erzeugt nun entweder unmittelbar aus dem weiter zu verarbeitenden Signal 5 oder aus einem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 6 ein tieffrequentes Spektrum, und zwar unter Berücksichtigung der Charakteristik des Hochpaßfilters 2, die vorbekannt ist und in der nicht linearen Signalverarbeitung unmittelbar berücksichtigt wird. Die nicht lineare Verarbeitungseinrichtung 7 dient zur Wiederherstellung von Amplituden der Grundfrequenz und/oder fehlender Oberwellen in Abhängigkeit des zugrundeliegenden Sprachsignals.
    Das die nicht lineare Verarbeitungseinrichtung 7 verlassende Signal umfaßt somit idealer Weise die Grundfrequenz und die fehlenden Oberwellen des Eingangssignals 1, die in dem Hochpaßfilter 2, gemeinsam mit der Störung, entfernt worden sind.
    Das Ausgangssignal in Form eines synthetisierten Sprachsignals der nicht linearen Verarbeitungseinrichtung 7 wird dann einem Bandpaßfilter 8 zugeleitet, das Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz fA von 300 Hz des Hochpaßfilters 2 und einer unteren Grenzfrequenz fB von beispielsweise 100 Hz durchläßt. Grundsätzlich kann das Bandpaßfilter 8 auch durch ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 300 Hz ersetzt sein. Wenn jedoch Gleichspannungsanteile aus dem Ausgangssignal der nicht linearen Verarbeitungseinrichtung 7 zu entfernen sind, sollte mit dem Bandpaßfilter 8 eine geeignete Filterung vorgenommen werden.
    Ein Ausgangssignal des Bandpaßfilters 8 wird einem Verknüpfungspunkt 9 als Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung zugeleitet, an dem es zur Bandbreitenerweiterung zu dem beizubehaltenden Signalteil 4 addiert wird, um ein störungsvermindertes Ausgangssignal 10 zu erhalten, das idealer Weise sämtliche Sprach-Nutzsignalfrequenzen des Eingangssignals 1 mit passender Amplitude aufweisen sollte.
    Die in der Zeichnung veranschaulichte Vorrichtung zur Befreiung des Eingangssignals 1 von einer Störung kann auch in soweit modifiziert sein, daß eine auf der hochfrequenten Seite des Frequenzspektrums des Eingangssignals 1 liegende Störung durch ein Tiefpaßfilter entfernt wird, wobei dann eine nicht lineare Verarbeitungseinheit vorzusehen wäre, die ein Bandbreitenerweiterungsverfahren zu hohen Frequenzen hin durchführen kann. Im Falle einer hochfrequenten Störung wäre der Tiefpaß 6 aus der Figur durch einen geeigneten Hochpaß zu ersetzen. Auch wäre das Bandpaßfilter 8 aus der Figur durch ein Filter auszutauschen, welches am Verknüpfungspunkt 9 eine geeignete Verknüpfung des synthetisierten Signalteils mit dem beizubehaltenden Signalteil 4 gestattet.
    Die Störung kann auch innerhalb des Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals 1 liegen. In diesem Fall kann entweder der auf der hochfrequenten Seite der Störung liegende Frequenzbereich des Eingangssignals 1 oder der auf der tieffrequenten Seite der Störung liegende Frequenzbereich des Eingangssignals 1 zur Durchführung eines Bandbreitenerweiterungsverfahrens ausgenutzt werden, wobei die nicht lineare Verarbeitungseinheit zum Schließen einer Frequenzlücke dient, die durch ein Bandpaßfilter anstelle des Hochpaßfilters 2 herbeigeführt wird.
    Bei weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung, können Mittel vorgesehen sein, die, abhängig von äußeren Parametern, ein Zuschalten der Vorrichtung gemäß der Zeichnung bewirkt. Als Beispiele sind zu nennen eine Einrichtung zum Erfassen, ob das Eingangssignal im Sperrbereich des Hochpaßfilters 2 eine Störung zeigt oder eine Einrichtung zum Erfassen oder Schätzen einer Intensität der Störung. In beiden Fällen ist die jeweilige Einrichtung zum Betätigen eines Schalters, der vor dem Hochpaßfilter 2 angeordnet ist, ausgebildet.
    Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn anstelle eines harten Schalters eine Einrichtung zum Überblenden des Eingangssignals 1 im Sperrbereich des jeweils eingesetzten Filters mit dem synthetisierten Signalteil vorgesehenen wird. Der Grad der Überblendung kann von der Intensität einer vorliegenden Störung abhängig sein. Eine solche Einrichtung zum Steuern einer Überblendung der genannten Art kann beispielsweise an dem Verknüpfungspunkt 9 vorgesehen sein, wobei der Einrichtung ein SChätz- oder Meßwert für die Intensiät eines Störsignals als Regelgröße zugeführt wird.

    Claims (8)

    1. Verfahren zur Störbefreiung eines redundanten akustischen Eingangssignals einer akustischen Wiedergabevorrichtung, wie ein Mobiltelefon oder ein Hörgerät, bei dem die Störung in einem Teilfrequenzbereich eines Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals konzentriert ist,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die aufeinander folgenden Schritte umfaßt:
      a) Entfernen des Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals, in dem die Störung konzentriert ist,
      b) Aufteilen der Intensität des in Schritt a) durchgelassenen Frequenzbereichs des Eingangssignals in einen beizubehaltenden Eingangssignalteil und einen weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteil,
      c) Synthetisieren des in Schritt a) entfernten Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals aufgrund des weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteils und
      d) Zusammenführen des beizubehaltenden Eingangssignalteils aus Schritt b) und des synthetisierten Eingangssignalteils aus Schritt c) zum Hervorbringen eines gegenüber dem Eingangssignal störungsreduzierten Ausgangssignals.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) das Synthetisieren des Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals mittels eines Bandbreitenerweiterungsverfahrens vorgenommen wird.
    3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c)der synthetisierte Teilfrequenzbereich des Eingangssignals zur Anpassung an den beizubehaltenden Eingangssignalteil des Eingangssignals gefiltert wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß der in Schritt c) synthetisierte Teilfrequenzbereich des Eingangssignals auf der tieffrequenten Seite des Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals liegt.
    5. Vorrichtung zur Wiedergabe oder Weiterleitung eines redundanten akustischen Eingangssignals (1), wie ein Mobiltelefon oder eine Hörhilfe, die Störunterdrückungsmittel zur Unterdrückung einer in einem Teilfrequenzbereich des Gesamtfrequenzbereichs des Eingangssignals (1) konzentrierten Störung des Eingangssignals aufweist,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Störunterdrückungsmittel aufweisen:
      ein spektrales Filter (2) zum Entfernen des Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals, in dem die Störung konzentriert ist,
      eine dem Filter (2) nachgeordnete Aufteilungseinrichtung (3) zum Aufteilen der Intensität des durchgelassenen Frequenzbereichs des Eingangssignals (1) in einen beizubehaltenden Eingangssignalteil (4) und einen weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteil (5),
      eine der Aufteilungseinrichtung (3) nachgeordnete Verarbeitungseinrichtung (6; 7; 8), der der weiter zu verarbeitende Signalteil (5) des Eingangssignals (1) zugeleitet wird, zum Synthetisieren des herausgefilterten Teilfrequenzbereichs des Eingangssignals (1) aufgrund des weiter zu verarbeitenden Eingangssignalteils (5) und
      eine Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung (9), der der beizubehaltende Eingangssignalteil (4) von der Aufteilungseinrichtung (3) und der synthetisierte Eingangssignalteil von der Verarbeitungseinrichtung (6; 7; 8) zugeleitet werden, zum Zusammenführen des beizubehaltenden Eingangssignalteils (4) und des synthetisierten Eingangssignalteils zum Hervorbringen eines gegenüber dem Eingangssignal störungsreduzierten Ausgangssignals (10).
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Erfassen, ob das Eingangssignal (1) im Sperrbereich des Filters (2) eine Störung zeigt, aufweist und ein Schalter zur Überbrückung der Störunterdrückungsmittel aufgrund einer fehlenden Störung im Sperrbereich des Filters (2) vorgesehen ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Erfassen oder Schätzen einer Intensität der Störung aufweist und ein Schalter zur Überbrückung der Störunterdrückungsmittel aufgrund der Intensitätserfassung / -schätzung vorgesehen ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Erfassen oder Schätzen einer Intensität der Störung aufweist und eine Einrichtung zum Überblenden des Eingangssignalteils (4) im Sperrbereich des Filters (2) und des synthetisierten Eingangssignalteils, abhängig von der Intensität der Störung, vorgesehen ist.
    EP01125071A 2001-10-22 2001-10-22 Verfahren und Vorrichtung zur Störbefreiung eines redunanten akustischen Signals Withdrawn EP1304902A1 (de)

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