ES2201477T3 - Sistema y procedimiento de cancelacion de interferencias para un tratamiento dual. - Google Patents
Sistema y procedimiento de cancelacion de interferencias para un tratamiento dual.Info
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Abstract
Se presenta un sistema de cancelación de interferencias por tratamiento doble y un procedimiento para procesar una entrada de banda ancha de una forma computacionalmente eficiente. El doble tratamiento divide la entrada en bandas de frecuencias mayores y menores y aplica un procesamiento de filtro adaptativo a la banda de frecuencias menores mientras que aplica un procesamiento de filtro no adaptativo a la banda de frecuencias mayores. Se muestran varias realizaciones que incluyen las que se basan en subbandas, en el tratamiento de banda ancha con adaptación limitada de banda y en el procesamiento de banda ancha con un generador de canal principal externo.
Description
Sistema y procedimiento de cancelación de
interferencias por un tratamiento dual.
La presente invención se refiere al procesamiento
de señales en general y, más concretamente, a un sistema de
cancelación de interferencias y a un método que utiliza una
combinación de un procesamiento de filtro adaptable y no adaptable.
Se describe aquí un sistema que utiliza este tipo de combinación de
procesamiento de filtro adaptable y no adaptable como un sistema
dual de procesamiento.
Los sistemas de cancelación de interferencias
tienen un amplio campo de aplicación como los micrófonos de
dirección y las ayudas auditivas. Un sistema de cancelación de
interferencias amplifica una señal objetivo que tiene su origen en
una fuente objetivo (fuente de información) suprimiendo las señales
que interfieren ("interferencias") que tienen su origen en
interferencias o fuentes de ruido.
Los sistemas de cancelación de interferencias que
utilizan filtros adaptables son bien conocidos en la técnica. Un
filtro adaptable es un filtro que puede cambiar sus características
cambiando sus coeficientes de filtro. El sistema de cancelación de
interferencias puede ser un sistema no direccional que cuente con
uno o más sensores para medir la señal que se recibe desde el
objetivo para crear un canal principal, que tiene un componente de
señal objetivo y un componente de interferencia. El sistema puede
incluir uno o más sensores para medir las interferencias generadas
por uno o más canales de referencia. El filtro adaptable utiliza los
canales de referencia para anular el componente de interferencias
existente en el canal principal.
Alternativamente, el sistema puede ser un sistema
direccional, muy conocido en la técnica, que amplifica una señal
objetivo originada en un objetivo fuente en una dirección concreta
relativa al sistema y suprime las interferencias que tienen su
origen en las fuentes de interferencias en todas las demás
direcciones. En este tipo de sistema direccional, se pueden detectar
la señal objetivo y las interferencias por medio de una red de
sensores distribuidos en el espacio formando lo que se denomina un
formador de haz.
Un formador de haz es una clase de filtro
espacial, muy conocido en la técnica, que toma entradas de una red
de sensores distribuidos en el espacio y los une de manera que puede
intensificar o anular las señales procedentes de otras direcciones.
De este modo, puede cambiar sensiblemente lo que se recibe sin
necesidad de cambiar físicamente la red de sensores. Las entradas se
unen a tal efecto basándose en el coeficiente de filtro del que
trataremos más abajo.
En un sistema de formación de haz no adaptable,
el coeficiente de filtro de un formador de haz viene determinado
previamente de modo que el formador de haz pueda mostrar su máxima
sensibilidad o mínima sensibilidad (nula) en una dirección
preestablecida. Como quedan los valores del coeficiente establecidos
en el tiempo, un formador de haz no adaptable no puede colocar
vacíos dinámicamente en las direcciones en que existan grandes
diferencias en determinados momentos, como en los cambios
ambientales.
En los formadores de haz adaptables, por el
contrario, los coeficientes de filtrado espacial de un formador de
haz están actualizados continuamente, con lo que la sensibilidad
direccional puede variarse dinámicamente según los cambios en la
ubicación de la fuente objetivo y las fuentes de interferencias.
Para más detalles sobre el formador de haz, véase Van Veen &
Buckley, Beamforming: A Versatile Approach to Spatial Filtering,
IEEE ASSP Magazine, Abril de 1988, pp. 4-24.
Un formador de haz adaptable puede mejorarse, por
ejemplo, utilizando líneas de retraso de tomas múltiples, que forme
una respuesta finita a las señales de impulso (RFI), cuyo filtro
tenga un coeficiente variable en función del tiempo que cambie
directamente cuando cambien las ubicaciones de las fuentes de
interferencia.
Alternativamente, el formador de haz adaptable
puede mejorarse, utilizando un filtro adaptable (que trabaje con
señales temporales y no con señales espaciales). El formador de haz
adaptable utiliza líneas de retraso de tomas múltiples con
coeficientes fijos, que se denomina canal principal matriz, para
captar una señal recibida desde la dirección de un objetivo, y otras
líneas de retraso de tomas múltiples con coeficientes fijos, que se
denomina canal matriz de referencia, para captar interferencias
recibidas desde el resto de las direcciones. Se utiliza un filtro
adaptable para generar la cancelación de señales semejantes a las
interferencias que cambian de dirección. De este modo, en lugar de
cambiar directamente los coeficientes de las líneas de retraso de
tomas múltiples, la ejecución consigue el mismo efecto mediante el
cambio de las características del filtro adaptable. El filtro
adaptable generalmente sustrae las señales de cancelación de un
canal principal y adapta el peso del filtro para reducir la media
cuadrática de los valores de salida. Cuando se establece el peso del
filtro, las señales de cancelación rastrean de cerca las
interferencias con lo que la emisión ha reducido sustancialmente la
interferencia.
Para algunas aplicaciones, es importante poder
procesar una entrada de banda ancha, esto es, una que tenga una
anchura de banda relativamente ancha. Por ejemplo, en las
aplicaciones auditivas, la inteligibilidad del discurso resulta
crítico para la ejecución. Es bien conocido que la porción de alta
frecuencia del espectro del discurso transporta gran parte de la
información que se requiere para la inteligibilidad del discurso.
Para aplicaciones como las ayudas auditivas o los micrófonos de
dirección mediante sistemas de activación por voz, una buena
inteligibilidad precisa, al menos, 6 Khz de anchura de banda. De
hecho, los sistemas profesionales de audio no van a tolerar una
anchura de banda de menos de 12 Khz.
Esta necesidad de anchura de banda impone una
ardua tarea computacional en el sistema de cancelación de
interferencias mediante un procesamiento de filtro adaptable. El
procesamiento de filtro adaptable es inherentemente intensivo en el
cómputo. Esto afecta a las operaciones de ejecución de filtro para
producir una emisión y nuevas actualizaciones de los pesos de
filtro, basados en la emisión. Todas estas operaciones pueden
realizarse en cada nuevo ejemplo.
Para extender la operación de un filtro adaptable
en el ámbito abstracto del tiempo desde cualquier anchura de banda
hacia una banda ancha, la velocidad del muestreo ha de incrementarse
para mantener una calidad comparable. Según el conocido teorema de
muestreo, se requiere una velocidad de muestreo de una frecuencia de
dos veces, al menos, la frecuencia máxima de una señal análoga
entrante, para que represente completamente la señal en el ámbito
abstracto del tiempo. El aumento de la velocidad de muestreo
incrementa el número de operaciones que han de ejecutarse por unidad
de tiempo.
No es suficiente, sin embargo, el incremento solo
de la velocidad del muestreo para trabajar en la anchura de banda
ancha. Un filtro adaptable se comporta en las muestras posteriores,
observando las primeras muestras en un periodo determinado, como
realimentación. Lo bien que pueda reaccionar el filtro adaptable
depende del tiempo de que disponga para observar las muestras
anteriores. Este periodo de tiempo se denomina tiempo efectivo de
retraso a través de un filtro adaptable. El retraso es proporcional
al número de etapas del filtro, que almacenen un coeficiente de
filtro cada una, divididas por la frecuencia de muestreo. Si la
frecuencia de muestreo aumenta, el número de etapas de filtro habrá
de aumentarse con objeto de mantener el mismo tiempo de retraso
efectivo. El incremento del número de etapas de filtro aumenta
también el número de operaciones que deben ejecutarse por unidad de
tiempo.
La combinación del aumento de la velocidad de
muestreo y el aumento del número de etapas de filtro que se precisan
incrementa bruscamente el número de operaciones que deben ser
ejecutadas por un procesador. De este modo, no es deseable que una
simple extensión del procesamiento del filtro adaptable hacia sitios
de mayor anchura de banda implique para el sistema una tarea
computacional desproporcionadamente grande.
La simple extensión del procesamiento del filtro
adaptable presenta otro problema para un sistema de cancelación de
interferencias que utiliza un procesamiento de filtro adaptable. Los
sistemas de cancelación de interferencias sufren pérdida de
señal.
El sistema funciona correctamente cuando el canal
de referencia no se encuentra correlacionado con el canal principal.
Sin embargo, en la práctica, el canal de referencia contiene algunas
señales correlacionadas con el canal principal debido a la pérdida
de señal desde el propio canal principal. El procesamiento del
filtro adaptable puede entonces cancelar parcialmente la señal
objetivo tanto como las interferencias. Es más probable que se dé la
pérdida de señal a frecuencias altas por la siguiente razón.
El canal de referencia matriz produce canales de
referencia creando un cero en la dirección del objetivo (mediante la
supresión de señales desde la dirección objetivo). Para suprimir
efectivamente las señales desde la dirección objetivo, el vacío debe
ser tan profundo como sea posible en la dirección objetivo. El vacío
debe ser también lo suficientemente amplio como para proporcionar
cierta tolerancia a las señales que se encuentren ligeramente fuera
de la dirección objetivo. Esto hace que el vacío sea mucho más
amplio a frecuencias bajas que a frecuencias altas. Por
consiguiente, cualquier desajuste en la red de sensores incidirá
mucho menos en la eficacia del vacío a frecuencias bajas que a
frecuencias altas. Dicho de otro modo, el sistema es mucho más
sensible a cualquier desajuste a frecuencias altas que a
frecuencias bajas.
Por lo tanto, se hace necesario un sistema de
cancelación de interferencias mejorado capaz de procesar una entrada
de anchura de banda dada sin que aumenten significativamente los
requisitos computacionales y sin los inconvenientes del
procesamiento de filtro adaptable a frecuencias altas. Señalamos que
la invención es aplicable a sistemas de cualquier anchura de banda;
no se requiere un mínimo de anchura de banda para esta aplicación
desde el momento que es capaz de proporcionar ventajas a todo tipo
de anchura de banda, en términos de rendimiento o posibilidades del
procesamiento.
En consecuencia, el objetivo de la presente
invención consiste en proporcionar un sistema de cancelación de
interferencias capaz de un procesamiento de entradas de banda ancha
sin un aumento desproporcionado de la tarea computacional.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en proporcionar un sistema de cancelación de interferencias que
pueda evitar los problemas que se producen normalmente a frecuencias
altas con procesamiento de filtro adaptable.
Éste y otros objetivos se han logrado de acuerdo
con la presente invención mediante la división de un espectro de
entrada en sub-bandas bajas y altas y la
aplicación de un procesamiento de filtro adaptable a la
sub-banda baja, mientras que se aplica un
procesamiento de filtro no adaptable a la sub-banda
alta. Esta dualidad de procesamientos se basa en el reconocimiento
de que la actuación de un procesamiento de filtro adaptable empeora
a frecuencias altas. Desde el momento en que la tarea computacional
resulta mucho menor en el procesamiento de filtro no adaptable, el
resultado es mejor en su conjunto, ejecutando el procesamiento en
banda ancha con una tarea computacional bastante más baja.
En una forma de realización preferente, se
obtienen un canal principal y unos canales de referencia utilizando
un procesamiento de filtro no adaptable. En ese caso, el canal
principal se desdobla en sub-bandas bajas y altas.
Los canales de referencia se desdoblan también de la misma manera,
pero solo se conservan las sub-bandas bajas,
mientras que se descartan las sub-bandas altas. Un
filtro adaptable utiliza la sub-banda baja del canal
principal y las sub-bandas bajas de los canales de
referencia para crear señalesde cancelación que se extraen en ese
momento desde la sub-banda baja del canal principal
para producir una emisión en sub-banda baja. La
emisión en sub-banda baja se une con la
sub-banda alta del canal principal para reconstruir
la emisión en banda ancha.
Los objetivos arriba señalados se consiguen
preferentemente, de acuerdo con la presente invención, utilizando
métodos que puedan ejecutarse fácilmente, como resultará evidente
para el experto en la materia, en un programa que controle un
procesador de señales digitales disponible en el mercado o un
procesador de uso general.
Los objetivos, características y ventajas de la
presente invención quedarán fácilmente patentes en la siguiente
descripción detallada de la invención, en la que:
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema que utiliza un procesamiento en
sub-banda.
La figura 2 es un diagrama bloque de un sistema
que utiliza un procesamiento en banda ancha con adaptación de
frecuencia limitada.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un
sistema que utiliza un procesamiento en banda ancha con un generador
externo de un canal principal.
Las figuras 4A-4D son un diagrama
de flujo que describe la operación de un programa que puede usarse
para ejecutar un método que utilice un procesamiento de
sub-banda.
Las figuras 5A-5D son un diagrama
de flujo que describe la operación de un programa que puede usarse
para ejecutar un método que utilice un procesamiento de
sub-banda con adaptación de frecuencia limitada;
y
Las figuras 6A-6D son un diagrama
de flujo que describe la operación de un programa que puede usarse
para ejecutar un método que utilice un procesamiento de
sub-banda con un generador de canal principal
externo.
La figura 1 muestra una forma de realización
descrita anteriormente que utiliza sub-bandas donde
se mueve un filtro adaptable desde las sub-bandas y
no desde la totalidad de la banda ancha la señal de salida. Las
sub-bandas son el resultado de dividir del modo que
sea una banda ancha, siempre que las sub-bandas
puedan unirse entre sí de forma que la banda se pueda reconstruir
sin distorsiones. Se puede emplear la denominado "reconstrucción
perfecta de la estructura", como se conoce en la técnica la
fragmentación de una banda ancha en sub-bandas y la
unión de las sub-bandas entre ellas prácticamente
sin distorsión. Para más detalles acerca de la reconstrucción
perfecta de estructuras véase P.P. Vaidyanathan, Quadrature Mirror
Filter Banks, M-Band Extensions and
Perfect-Reconstruction Techniques, IEEE ASSP
Magazine, pp. 4-20, julio de 1987.
En la forma de realización antes descrita, una
banda ancha se divide en sub-bandas, utilizando
varias etapas de fragmentación sucesivamente a través de bandas
intermedias. Las entradas de banda ancha procedentes de una red de
sensores, 1a-1b, se analizan en una frecuencia de
muestreo apropiada y se hacen entrar en un canal principal matriz 2
y en un canal de referencia matriz 3. El canal principal matriz crea
un canal principal, una señal recibida en la dirección de búsqueda
principal de la red de sensores, que contiene un componente de señal
objetivo y un componente de interferencia.
Alternativamente, el canal principal puede contar
con un generador de canal principal externo, como un micrófono
rápido, un micrófono parabólico, o un micrófono dipolo.
F1, 4, y F2, 5 son fragmentos que resultan del
primer desdoblamiento del canal principal en dos bandas intermedias,
seguidas de un muestreo descendente por dos. El muestreo descendente
es un procedimiento conocido en el procesamiento de señales
digitales. El muestreo descendente por dos, por ejemplo, es un
proceso de sub-muestreo mediante la toma de
cualquier otro punto de datos. El muestreo descendente se indica
mediante una flecha descendente en la figura. Los fragmentos F3, 6 y
F4, 7, vuelven a desdoblar la banda intermedia baja en dos
sub-bandas seguidas de un muestreo descendente por
dos.
En una muestra en que se emplean 16 Khz de señal
de entrada el resultado es de un 0-4 Khz en la
sub-banda baja con ¼ del coeficiente de entrada de
muestreo, de un 4-8 Khz en la
sub-banda alta con ¼ del coeficiente de entrada de
muestreo y de más de otros 8-16 Khz en la banda
intermedia con ½ del coeficiente de entrada de muestreo.
Los canales de referencia se procesan de la misma
manera por los filtros F1, 8 y F1, 9, para dotar solo a la
sub-banda baja con ¼ del coeficiente de entrada de
muestreo, mientras que se descartan las otras
sub-bandas.
Las sub-bandas bajas de los
canales de referencia se alimentan de un filtro adaptable 10, que
genera señales de cancelación de las interferencias presentes en el
canal principal que se aproximen. Un sustractor 11 extrae las
señales de cancelación de la sub-banda baja del
canal principal para generar una salida en la
sub-banda baja. La salida se realimenta por el
filtro adaptable mediante la actualización de los pesos del filtro.
El procesamiento del filtro adaptable y la extracción se ejecutan en
el coeficiente de muestreo bajo adecuado para la
sub-banda baja. Al mismo tiempo, las otras
sub-bandas altas del canal principal se retrasan por
medio de las unidades de retraso, 12 y 13, con un tiempo adecuado
cada una, para compensar los retrasos ocasionados por los diferentes
procesamientos que sigue cada sub-banda, y para
sincronizarlas con las restantes sub-bandas. Las
unidades de retraso pueden ejecutarse por una serie de registros o
por un retraso programable. La salida del sustractor se une con las
otras dos sub-bandas del canal principal a través de
los filtros de reconstrucción H1-H4,
14-17, para reconstruir una salida de banda ancha.
H1-H4 pueden estar proyectadas de tal manera que
junto con F1-F4 proporcionen una reconstrucción
teóricamente perfecta sin ningún tipo de distorsión.
Las reconstrucciones H3 y H4 unen las
sub-bandas bajas y altas en una banda intermedia,
seguida de una interpolación por dos. Una interpolación es un
procedimiento conocido en el procesamiento de señales digitales. Una
interpolación por dos, por ejemplo, es un muestreo ascendente que
aumenta el número de muestras tomando cada uno de los demás puntos
de datos e interpolándolos con objeto de rellenar en medio como si
fueran muestras. El muestreo ascendente está indicado en la figura
por una flecha ascendente. Los reconstructores H1, 16 y H2, 17 unen
después las dos bandas intermedias en una banda ancha.
En la forma de realización antes descrita, se
ejecuta el procesamiento con filtro no adaptable en la
sub-banda alta de 4-16 Khz. El
procesamiento con filtro adaptable se ejecuta en la
sub-banda baja de 0-4 Khz donde se
localizan la mayor parte de las interferencias. Como el
procesamiento con filtro no adaptable requiere pocas operaciones de
cálculo, la utilización de un procesamiento con filtro no adaptable
en la sub-banda alta puede reducir considerablemente
la tarea computacional. El resultado es una ejecución de mayor
calidad sin un aumento de precio del hardware que se precisa.
La figura 2 muestra la técnica descrita, que no
es objeto de reivindicación de la presente invención, utilizando un
procesamiento con adaptación de banda limitada. En lugar de emplear
una sub-banda de cancelación de señales que trabaje
en un canal principal de sub-banda, esta forma de
realización lo hace en un canal principal de banda ancha. Pero, como
el procesamiento con filtro adaptable se realiza en un campo de baja
frecuencia, las señales de cancelación resultantes se convierten en
señales de banda ancha de manera que se puedan extraer desde la
banda ancha del canal principal.
Como antes, la banda ancha se alimenta desde una
red de sensores, 21a-21d, se muestrea en una
frecuencia de muestreo adecuada y se introduce en un canal principal
matriz 22 y en un canal de referencia matriz 23. El canal principal
matriz crea unos canales de referencia que representan las
interferencias recibidas desde todas las demás direcciones. Un
filtro de paso bajo 25 filtra los canales de referencia y las
muestras descendentes para proporcionar señales de baja frecuencia a
un filtro adaptable 26.
El filtro adaptable 26 trabaja en esas señales de
baja frecuencia para generar señales de cancelación de baja
frecuencia que supone una porción de baja frecuencia de las
interferencias componentes del canal principal. Las señales de
cancelación de baja frecuencia se convierten en señales de banda
ancha mediante un interpolador 28 de forma que se puedan extraer
desde el canal principal por medio de un sustractor 29 para producir
una emisión de banda ancha.
La emisión de banda ancha se filtra por medio de
un filtro de paso bajo y se muestrea en forma descendente mediante
un filtro 24 para proporcionar una señal de alimentación de baja
frecuencia al filtro adaptable 26. Entretanto, el canal principal se
retrasa mediante una unidad 27 de retraso para sincronizarlo con las
señales de cancelación procedentes del filtro adaptable 26.
La Fig. 3 muestra una forma de realización más de
la técnica descrita, que no es objeto de reivindicación de la
presente invención, similar a la forma de realización anterior
excepto en que se utiliza un generador de canal principal externo,
para obtener un canal principal de banda ancha, en lugar de un canal
principal matriz. Esta forma de realización se puede utilizar cuando
se pretende aprovechar las posibilidades de la banda ancha de
micrófonos hi-fi disponibles en el mercado.
Se obtiene una entrada de banda ancha utilizando
un generador de canal principal externo, como un micrófono rápido
43, una antena parabólica 44, o un micrófono dipolo. Se muestrea la
entrada de banda ancha mediante un convertidor 45 de alta fidelidad
\hbox{A-a-D.} La media de
muestreo debe ser suficientemente alta como para mantener la anchura
de banda y la calidad de audio del generador externo de canal
principal.
Se utiliza un canal matriz de referencia 42 para
obtener canales de referencia a baja frecuencia que representen las
interferencias en el campo de la baja frecuencia. Como el
procesamiento de filtro adaptable tiene lugar en el campo de baja
frecuencia, el canal de referencia matriz no requiere capacidad de
banda ancha.
Se utiliza un sustractor 50 para extraer las
señales de cancelación de posibles interferencias procedentes de la
entrada de banda ancha. La entrada de banda ancha se filtra mediante
un filtro de paso bajo 46 que también realiza el muestreo
descendente. Un filtro adaptable 47 proporciona la entrada filtrada
en el filtro de paso bajo y los canales de referencia de baja
frecuencia. El filtro adaptable actúa sobre esas señales de baja
frecuencia para generar señales de cancelación de baja frecuencia.
Entretanto, la entrada de banda ancha se retrasa mediante una unidad
48 de retraso para sincronizarlo con las señales de cancelación
procedentes del filtro adaptable 47. La unidad de retraso se puede
realizar mediante una serie de registros o mediante un retraso
programable. Las señales de cancelación de baja frecuencia se
convierten en señales de cancelación de banda ancha por medio de un
interpolador 49 de manera que se puedan extraer del canal principal
de banda ancha para crear una salida de banda ancha.
Debe tenerse en cuenta que el filtro adaptable
que se utiliza en la presente invención no se limita a un solo tipo
de filtro adaptable. Por ejemplo, se puede ejecutar la presente
invención utilizando la invención desvelada en la solicitud de
patente del solicitante, aun pendiente, designada comúnmente U.S.
Nº de serie 08/672.899 presentada el 27 de junio de 1996, titulada
"System and Method for Adaptative Interference Cancelling", del
inventor Joseph Marras, y su correspondiente solicitud PCT WO
97/50186, publicada el 31 de diciembre de 1997.
Concretamente, el filtro adaptable puede incluir
medios para limitar los pesos, para valores de peso de filtro de
actualización truncada, que puedan determinar de antemano el umbral
de los valores en que sobrepasa el valor del correspondiente umbral
cada uno de los valores del peso de los filtros actualizados. El
filtro adaptable puede incluir además medios de bloqueo para
calcular la potencia del canal principal y la potencia de los
canales de referencia, así como para crear una señal de bloqueo,
para los medios de peso actualizado, basada en la diferencia de
potencia normalizada entre el canal principal y los canales de
referencia.
Los medios para limitar los pesos pueden incluir
una unidad selectiva de frecuencia de control de peso que contenga
una unidad de transformación rápida de Fourier (TRF) para recibir
los pesos de filtro adaptable y ejecutar la TRF de los pesos del
filtro para obtener la frecuencia de los valores de representación,
un conjunto de depósitos de frecuencia para almacenar la frecuencia
de los valores de representación dividido en un conjunto de bandas
de frecuencia, un conjunto de unidades de bloqueo para comparar la
frecuencia de los valores de representación con un umbral asignado a
cada depósito y para bloquear los valores si sobrepasan el umbral,
un conjunto de celdas de almacenaje para almacenamiento temporal de
los valores truncados, y una unidad de transformación rápida de
Fourier inversa (TRFI) para reconvertirlos a los pesos del filtro
adaptable.
La invención aquí descrita puede ejecutarse
utilizando un procesador de señales digitales disponible en el
mercado (PSD) como el Analog Device's 2100 Series o cualquier otro
microprocesador de aplicación general. Para más información acerca
del Analog Device's 2100 Series, véase Analog Device,
ADSP-2100 Family User's Manual, tercera edición,
1995.
Las figuras 4A-4D son un diagrama
de flujo que describe la operación de un programa, de acuerdo con la
primera forma de realización de la presente invención mencionada,
utilizando un procesamiento de sub-banda.
Tras iniciar la etapa 100, el programa inicializa
registros y apuntadores, así como memorias intermedias (etapas
110-120). Cuando una unidad de muestreo envía una
interrupción (etapa 131) indicando que las muestras están listas, el
programa lee los valores de las muestras (etapa 130), y las almacena
en la memoria (etapa 140).
El programa recupera los valores de entrada
(etapa 151) y los coeficientes del canal principal matriz (etapa
152) para generar un canal principal mediante el filtro de los
valores de entrada que utilizan ese coeficiente (etapa 150), y
entonces almacena el resultado en la memoria (etapa 160).
El programa recupera los valores de entrada
(etapa 171) y los coeficientes del canal principal matriz (etapa
172) para crear un canal de referencia por medio del filtro de los
valores de entrada que utilizan ese coeficiente (etapa 170), y
entonces almacena el resultado (etapa 180). Se repiten las etapas
170 y 180 para generar todos los demás canales de referencia (etapa
190).
El programa recupera el canal principal (etapa
201) y los coeficientes de filtro F1 (etapa 202) para generar una
banda baja intermedia con ½ de la velocidad de muestreo apropiada
para todo el canal principal mediante el filtro del canal principal
con los coeficientes y el muestreo descendente del filtro de salida
(etapa 210), y entonces almacena el resultado (etapa 220). Del mismo
modo, los coeficientes del filtro F2 se utilizan para generar una
banda alta intermedia con ½ de la velocidad de muestreo (etapa
240). Los coeficientes de filtro F3 y F3 se utilizan para generar
después una sub-banda baja con ¼ de la velocidad de
muestreo (etapa 260) y una sub-banda alta con ¼ de
la velocidad de muestreo (etapa 280).
El programa recupera uno de los canales de
referencia (etapa 291) y los coeficientes de filtro F1 (etapa 292)
para generar una banda baja intermedia con ½ de la velocidad de
muestreo mediante el filtro del canal de referencia con los
coeficientes y el muestreo descendente del filtro de salida (etapa
290), y entonces almacena el resultado (etapa 300). Del mismo modo,
el coeficiente del filtro F2 se utiliza para generar una
sub-banda baja intermedia con ¼ de la velocidad de
muestreo (etapa 320). Se repiten las etapas 290-320
para los demás canales de referencia (etapa 330).
El programa recupera los canales de referencia
(etapa 341) y el canal principal (etapa 342) para generar una señal
de cancelación utilizando un proceso rutinario de formación de haz
adaptable (etapa 340). El programa extrae las señales de cancelación
del canal principal para cancelar el componente de interferencia en
el canal principal (etapa 350).
Entonces el programa interpola la emisión del
proceso rutinario de formación de haz adaptable (etapa 360) y filtra
la emisión con los coeficientes del filtro H3 (etapa 361) para
obtener una versión de muestreo superior (etapa 370). El programa
interpola asimismo el canal principal en la banda baja (etapa 380) y
filtra la emisión con los coeficientes del filtro H4 (etapa 381)
para obtener una versión de muestreo superior (etapa 390). El
programa combina las versiones de muestreo superiores para obtener
un canal principal intermedio bajo (etapa 400).
El programa interpola el canal principal
intermedio bajo (etapa 410) y lo filtra con los coeficientes del
filtro H1 (etapa 420) para obtener una versión de muestreo superior
(etapa 420). El programa interpola asimismo el canal principal
intermedio alto (etapa 430) y filtra la emisión con los coeficientes
del filtro H2 (etapa 431) para obtener una versión de muestreo
superior (etapa 440). El programa combina las versiones de muestreo
superior para lograr una emisión de banda ancha (etapa 450).
Las figuras 5A-5C son un diagrama
de flujo que describe la operación de un programa, de acuerdo con la
técnica descrita, utilizando un procesamiento de banda ancha con
adaptación de frecuencia limitada.
Tras iniciar la etapa 500, el programa inicializa
registros y apuntadores, así como memorias intermedias (etapas
510-520). Cuando una unidad de muestreo envía una
interrupción (etapa 531) indicando que las muestras están listas, el
programa lee los valores de las muestras (etapa 530), y las almacena
en la memoria (etapa 540).
El programa recupera los valores de entrada
(etapa 551) y los coeficientes del canal principal matriz (etapa
552) para generar un canal principal de banda ancha mediante el
filtro de los valores de muestra de banda ancha con los coeficientes
(etapa 550), y luego almacena el resultado en la memoria (etapa
560).
El programa recupera las muestras de banda ancha
(etapa 571) y los coeficientes del canal de referencia matriz (etapa
572) para generar un canal de referencia de banda ancha mediante el
filtro de las muestras que utilizan esos coeficientes (etapa 570), y
entonces almacena el resultado (etapa 580). Las etapas 570 y 580 se
repiten para generar los restantes canales de referencia (etapa
590).
El programa recupera los canales de referencia
(etapa 601) tras un muestreo descendente (etapa 602), el canal
principal (etapa 603) tras un muestreo descendente, también, a
velocidad de muestreo baja (etapa 604), y la emisión a baja
frecuencia (etapa 605) para generar una señal de cancelación a baja
frecuencia (etapa 600) utilizando un proceso rutinario de formación
de haz adaptable. El programa actualiza los pesos del filtro
adaptable (etapa 610) e interpola la señal de cancelación a baja
frecuencia para generar una señal de cancelación de banda ancha
(etapa 620). Las etapas 610-620 se repiten en todos
los demás canales de referencia (etapa 630).
El programa extrae las señales de cancelación del
canal principal para cancelar el componente de interferencia en el
canal principal (etapa 640).
El programa filtra e interpola la emisión en
banda ancha (etapa 650) para que la emisión en baja frecuencia pueda
realimentar y actualizar los pesos del filtro adaptable.
Las figuras 6A-6C son un diagrama
de flujo que describe la operación de un programa, de acuerdo con la
técnica descrita, utilizando un procesamiento de banda ancha con un
generador de canal principal externo.
Tras iniciar la etapa 700, el programa inicializa
registros y apuntadores, así como memorias intermedias (etapas
710-720). Cuando una unidad de muestreo envía una
interrupción (etapa 731) indicando que las muestras están listas, el
programa lee los valores de las muestras (etapa 730), y las almacena
en la memoria (etapa 740).
El programa lee entonces una entrada de banda
ancha desde el generador de canal principal (etapa 750), y lo
almacena como si fuera un canal principal (etapa 760).
El programa recupera la entrada de baja
frecuencia (etapa 771) y los coeficientes del canal de referencia
matriz (etapa 772) para generar un canal de referencia,
multiplicando los dos (etapa 770), y luego almacena el resultado
(etapa 780). Las etapas 770 y 780 se repiten para generar el resto
de los canales de referencia (etapa 790).
El programa recupera los canales de referencia de
baja frecuencia (etapa 801), el canal principal (etapa 802) tras un
muestreo descendente (etapa 803), y la emisión a baja frecuencia
(etapa 604) para generar señales de cancelación a baja frecuencia
(etapa 600) utilizando un proceso rutinario de formación de haz
adaptable. El programa actualiza los pesos del filtro adaptable
(etapa 810) e interpola la señal de cancelación a baja frecuencia
para generar una señal de cancelación de banda ancha (etapa 820).
Las etapas 810-820 se repiten en todos los demás
canales de referencia (etapa 830).
El programa extrae las señales de cancelación del
canal principal de banda ancha para generar la emisión de banda
ancha con interferencias sustancialmente reducidas (etapa 840).
El programa filtra con filtro de paso bajo e
interpola la emisión en banda ancha (etapa 850) para que la emisión
en baja frecuencia pueda realimentar y actualizar los pesos del
filtro adaptable.
Aunque la invención se ha descrito con referencia
a varias formas de realización, no se pretende que quede limitada a
dichas formas de realización. Los técnicos con una habilidad normal
en la materia pueden darse cuenta de que se pueden introducir
modificaciones en la estructura y forma de las formas de realización
descritas sin apartarse del ámbito de la invención, como queda
definida y limitada en las cláusulas siguientes. Solo a modo de
ejemplo, se puede obtener uno de los canales de referencia midiendo
la vibración de una fuente de interferencia por medio de un
instrumento de medición de la aceleración, en lugar de utilizar un
micrófono. La invención revelada puede ser utilizada también para el
procesamiento de señales de radar desde una antena de red escalonada
o cualquier otro fenómeno que produzca ondas que se puedan detectar
por cualquier medio.
Claims (20)
1. Procedimiento dual de sistema de cancelación
de interferencias para el procesamiento de una entrada que contiene
una señal objetivo originada en una fuente objetivo e interferencias
originadas desde fuentes de interferencia y para producir una
emisión que represente la señal objetivo con interferencias
reducidas sustancialmente, que incluye:
un generador de canal principal capaz de recibir
señales desde dicha entrada y de generar desde allí un canal
principal que represente señales recibidas desde la fuente objetivo
y que tiene un componente de señal objetivo y un componente de
interferencia;
un primer fragmentador, conectado con el
generador de canal principal, para fragmentar el canal principal en
sub-bandas bajas y altas, en donde el conjunto de
sub-bandas altas y bajas forman la totalidad del
canal principal;
un generador de canal de referencia capaz de
recibir señales desde dicha entrada y de generar desde allí uno o
varios canales de referencia que representen señales recibidas desde
las fuentes de interferencias;
un segundo fragmentador, conectado con el
generador de canal de referencia, para fragmentar el o los referidos
canales de referencia en sub-bandas bajas y altas,
en donde el conjunto de las sub-bandas altas y bajas
de cada canal de referencia forman la totalidad del canal de
referencia;
un filtro adaptable, que contiene los pesos de
los filtros, conectado para recibir las sub-bandas
bajas del o de los referidos canales de referencia y generar una o
más señales de cancelación cuando se aproxima un componente de
interferencia de la sub-banda baja del canal
principal;
un substractor conectado con el primer
fragmentador y con el filtro adaptable, para generar una emisión
mediante la extracción de una o varias de dichas señales de
cancelación de la sub-banda baja del canal
principal;
también está conectado el filtro adaptable para
recibir la emisión desde el sustractor, incluyendo dicho sistema de
medios de actualización de los pesos del filtro para determinados
valores de peso de filtro actualizados por el filtro adaptable, de
modo que las diferencias entre la sub-banda baja del
canal principal y las señales de cancelación resultan
sustancialmente reducidas; y
un reconstructor, conectado al sustractor y al
primer fragmentador para reconstruir una emisión en banda ancha
mediante la combinación de la sub-banda alta del
canal principal y la emisión del sustractor.
2. El sistema de la reivindicación 1, incluye
además un primer conjunto de uno o varios sensores para recibir
señales desde una fuente objetivo y un segundo conjunto de uno o
varios sensores para recibir interferencias.
3. El sistema de la reivindicación 2, donde
señala que los sensores del primer y segundo conjunto son
micrófonos.
4. El sistema de la reivindicación 2, donde uno o
varios sensores del segundo conjunto son acelerómetros para detectar
la vibración de la estructura circundante.
5. El sistema de la reivindicación 2, incluye
además uno o varios sensores para recibir señales desde una fuente
objetivo y también para recibir señales desde las fuentes de
interferencias.
6. El sistema de la reivindicación 1, donde
señala que un generador de canal principal matriz genera un canal
principal desde una red de sensores, canal principal que representa
las señales que recibe desde la dirección del objetivo.
7. El sistema de la reivindicación 1, donde
señala que un generador de canal de referencia matriz genera una red
de canales de referencia que representan las señales recibidas de
las demás direcciones distintas de la dirección del objetivo.
8. El sistema de la reivindicación 1, donde
señala que un filtro adaptable incluye un filtro de respuesta finita
a las señales de impulso para generar dichas señal o señales de
cancelación.
9. El sistema de la reivindicación 1, describe un
filtro adaptable que incluye un filtro respuesta infinita a señales
de impulso para generar dichas señal o señales de cancelación.
10. El sistema de la reivindicación 1, donde
dichos medios de actualización del peso del filtro utiliza el
algoritmo mínimo cuadrático, en el que los valores del mínimo
cuadrático de las diferencias entre la sub-banda
baja del canal principal y dichas señal o señales se reducen
sustancialmente.
11. El sistema de la reivindicación 1, donde el
generador de canal principal es un generador de canal principal
externo.
12. El sistema de la reivindicación 1, donde el
filtro adaptable incluye también:
instrumentos limitadores de peso para enlazar
referidos nuevos valores de peso de filtro con los valores del
umbral predeterminado cuando los pesos de cada uno de los nuevos
filtros sobrepasa el valor del umbral correspondiente.
13. El sistema de la reivindicación 1, donde el
filtro adaptable incluye también:
los medios limitadores de peso para convertir los
valores de peso de filtro actualizados con los valores de la
representación de frecuencia, enlazando los valores de
representación de frecuencia y reconvirtiéndolos a los pesos del
filtro adaptable.
14. Un método para procesamiento de una entrada
que contenga una señal objetivo originada en una fuente objetivo e
interferencias originadas en fuentes de interferencia y para
producir una emisión que represente la señal objetivo con
interferencias sustancialmente reducidas, que incluye las etapas
de:
generación de un canal principal de banda ancha
desde dicha entrada, canal principal de banda ancha que representa
señales recibidas desde la fuente objetivo y que contengan un
componente de señal objetivo y un componente de interferencia;
desdoblamiento del canal principal de banda ancha
en canales de sub-banda alta y baja;
generación de uno o varios canales de referencia
de banda ancha que representen las señales recibidas de las fuentes
de interferencia;
desdoblamiento de uno o varios de dichos canales
de referencia de banda ancha en canales de sub-banda
alta y baja;
generación de una o varias señales de cancelación
de sub-banda baja, que acerque el componente de
interferencia en el canal principal y por medio del filtro de dichos
canal o canales de referencia de sub-banda baja
utilizando un filtro adaptable;
generación de una emisión en
sub-banda baja, mediante la extracción de una o
varias señales de cancelación en sub-banda baja
desde el canal principal en sub-banda baja;
reconstrucción de una emisión en banda ancha
combinando la emisión en sub-banda baja y el canal
principal en sub-banda alta; y
ajuste en forma adaptable de los pesos de filtro
del filtro adaptable, de modo que las diferencias entre el canal
principal de sub-banda baja y las referidas una o
varias señales de cancelación en sub-banda baja se
reducen sustancialmente.
15. El método de la reivindicación 14, describe
la etapa de generación en que una o varias señales de cancelación de
sub-banda baja utiliza un filtro de respuesta finita
a señales de impulso.
16. El método de la reivindicación 14, describe
la etapa de generación en que una o varias señales de cancelación de
sub-banda baja utiliza un filtro de respuesta
infinita a señales de impulso.
17. El método de la reivindicación 14, describe
la etapa de actualización en forma adaptable de los pesos de filtro
utilizando el algoritmo mínimo cuadrático.
18. El método de la reivindicación 14, incluye
también las etapas de:
generación de señales de entrada desde una red de
sensores distribuidos espacialmente, encargado cada uno de ellos de
captar la señal objetivo y las interferencias;
conmutación de la señal de entrada y
convirtiéndola a la forma digital tras la etapa de generación de un
canal principal de banda ancha y la etapa de generar un o más
canales de referencia; y
conversión de la emisión en banda ancha a la
forma analógica después de combinar las etapas.
19. En el método de la reivindicación 14
descrito, los sensores son micrófonos.
20. En el método de la reivindicación 14
descrito, la etapa de obtener un canal principal de banda ancha
utiliza un generador de canal principal externo.
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