ES2293647T3 - Sistema y procedimiento para evitar falsa convergencia en presencia de tonos en un proceso de cancelacion del eco en el dominio del tiempo. - Google Patents
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Abstract
UN SISTEMA Y UN METODO PARA DETECTAR LA CONVERGENCIA EN UN CANCELADOR DE ECO Y PARA PREVENIR LA OCURRENCIA DE UNA FALSA CONVERGENCIA COMO RESULTADO DE RECIBIR SOLO LOS TONOS DE UNA SEÑAL DE ENTRADA. SE USA UN FILTRO ADAPTATIVO (304) EN UN CANCELADOR DE ECO (300) PARA ESTIMAR UNA SEÑAL DEL ECO PRODUCIDO POR UN CANAL DE ECO DESCONOCIDO (360). LA SEÑAL DEL ECO ESTIMADA (328) SE RESTA DE LA SEÑAL DE RETORNO (324) PARA EXTRAER EL ECO (362) PRODUCIDO POR EL CANAL DEL ECO DESCONOCIDO (360). PARA PREVENIR AL CANCELADOR DEL ECO (300) DE UNA CONVERGENCIA FALSA EN UNA SEÑAL QUE CONTIENE UNICAMENTE TONOS, SE PROPORCIONA UN SISTEMA PARA DETECTAR LA PRESENCIA DE LOS TONOS EN AUSENCIA DE OTRAS FRECUENCIAS. LAS SALIDAS DE FILTRO DEL FILTRO ADAPTATIVO (304) SE FILTRAN PARA PRODUCIR UNA SEÑAL FILTRADA. LA CANTIDAD DE ENERGIA DE LA SEÑAL FILTRADA SE COMPARA CON LA CANTIDAD DE ENERGIA DE LAS SALIDAS SIN FILTRAR DEL FILTRO, PARA DETERMINAR SI SOLO HAN ESTADO PRESENTES LOS TONOS. SI SOLO HAN ESTADO PRESENTES LOSTONOS, NO SE PERMITE QUE EL CANCELADOR DE ECO REDUZCA EL TAMAÑO DEL PASO DE ADAPTACION DEL FILTRO ADAPTATIVO.
Description
Sistema y procedimiento para evitar falsa
convergencia en presencia de tonos en un proceso de cancelación de
eco en el dominio del tiempo.
La presente invención se refiere en general a
canceladores de eco, y más específicamente a un sistema y
procedimiento para evitar falsa convergencia debido a la presencia
de un tono en la cancelación de eco en el dominio del tiempo.
Es común en sistemas de telefonía con base en
tierra convencionales conectar equipo de abonado a una oficina
central utilizando una línea a dos hilos (denominada a menudo el
bucle de cliente o de abonado). Sin embargo, para un equipo
separado de la oficina central distancias mayores de 56.315 metros,
las dos direcciones de transmisión están separadas sobre cables
separados físicamente. Esto se denomina como una línea a cuatro
hilos. Por tanto, cuando una de las partes para una llamada está
ubicada a una distancia grande desde la oficina central (por
ejemplo, cuando un abonado realiza o recibe una llamada de larga
distancia), la oficina central debe conectar una línea a dos hilos
a una línea a cuatro hilos. El dispositivo utilizado para realizar
esta conexión se denomina un híbrido. Por tanto, un circuito de
telefonía de larga distancia típico puede describirse como dos
hilos en el bucle de abonado para el híbrido local en la oficina
central, cuatro hilos sobre la red de larga distancia para el
híbrido distante en la oficina central distante, y dos hilos desde
el híbrido distante hasta la parte distante.
Una consecuencia de utilizar híbridos para
conectar líneas a cuatro hilos a líneas a dos hilos es la
desigualdad de impedancias. Como un resultado de la desigualdad de
impedancias en el híbrido, la voz de un hablante en un extremo
puede reflejarse en el híbrido en el otro extremo (el híbrido
distante). La reflexión provoca que el hablante oiga un eco
desagradable de su propia voz. Sobre distancias relativamente
cortas, en las que el eco coincide temporalmente con la voz real,
el eco no es perceptible. Sin embargo, sobre distancias más largas,
la latencia entre la voz real y el eco recibido es mayor, dando como
resultado un eco perceptible. Para minimizar los efectos
indeseables de tales ecos, se han empleado canceladores de eco de
diversas formas.
Una forma de cancelador de eco se describe en la
patente estadounidense número 5.307.405, titulada "Network Echo
Canceller" expedida el 26 de abril de 1994 y transferida al
cesionario de la presente invención. La patente 5.307.405 describe
un sistema en el que la respuesta de impulso del canal de eco
desconocido se identifica y se genera una réplica de la señal de
eco real utilizando técnicas de filtrado adaptativo. La réplica de
eco se resta de la señal que se dirige hacia el hablante de extremo
lejano para cancelar la señal de eco real.
Específicamente, un filtro adaptativo en la
oficina central procede una señal de referencia a partir de la
señal recibida desde el hablante en el extremo lejano. El filtro
adaptativo utiliza esta señal de referencia para producir la
réplica de eco que es esencialmente una estimación del eco. Esta
estimación se resta de la señal de retorno que se dirige al extremo
lejano, cancelando así el eco del hablante a partir de esta señal.
La resta da como resultado una señal de error residual que se
utiliza por el filtro adaptativo para actualizar sus coeficientes
según un algoritmo de adaptación tal como el método de mínimos
cuadrados medios (LMS). En esencia, el filtro adaptativo aprende la
respuesta en frecuencia del canal desconocido observando la
respuesta a las frecuencias enviadas en la señal de extremo lejano.
Dicho de otro modo, el filtro adaptativo utiliza la voz de extremo
lejano como una referencia y adapta sus coeficientes de filtro para
filtrar de manera precisa la señal de eco.
Se proporciona una máquina de estado para
controlar el funcionamiento del cancelador de eco y para determinar
cuando debería actualizarse el filtro adaptativo. Normalmente, el
tamaño de paso de adaptación del filtro se fija inicialmente grande
de modo que el filtro converge rápidamente (es decir, el filtro se
adapta al canal rápidamente). Entonces, una vez que el filtro ha
convergido, el tamaño de paso se hace pequeño por lo que el filtro
sigue estando convergido sobre el canal.
La patente estadounidense número US 4.912.758 da
a conocer un teléfono con altavoz digital bidireccional que
resuelve problemas asociados con teléfonos con altavoces resultantes
del acoplamiento acústico entre el altavoz y el micrófono, conocido
comúnmente como "eco de sala". Esta patente estadounidense
proporciona un proceso de adaptación que actualiza un valor de
coeficiente adaptativo por un valor proporcional a la correlación
entre la señal de error y la entrada del filtro adaptativo y
proporciona medios para evitar señales de marcación y retorno de
llamada que están presentes durante los primeros pocos segundos del
establecimiento de una llamada telefónica. La patente
estadounidense número US 4.633.046 da a conocer un cancelador de eco
adaptativo para cancelar señales de eco que se producen de manera
inherente en redes de comunicación a dos hilos de larga
distancia.
\newpage
La presente invención tal como se expone en las
reivindicaciones adjuntas se refiere a un sistema y procedimiento
para inhibir falsa convergencia en dispositivos de cancelación de
eco. En un cancelador de eco en el dominio del tiempo, se utiliza
un filtro adaptativo para estimar la señal de eco. La señal de eco
estimada se resta entonces de la señal de retorno de modo que el
hablante en el extremo lejano no oye su propio eco. Una máquina de
estado en el cancelador de eco controla el tamaño de paso de
adaptación del filtro adaptativo según un algoritmo de adaptación.
Cuando el filtro adaptativo aprende la respuesta en frecuencia del
canal de eco, la máquina de estado disminuye el tamaño de paso de
adaptación para que converja el cancelador de eco.
Con canceladores de eco convencionales, la
presencia de ciertos tonos, tales como tonos de multifrecuencia de
doble tono (DTMF), en el canal de eco puede dar como resultado falsa
convergencia. Específicamente, cuando sólo están presentes tonos,
el filtro adaptativo aprende rápidamente la respuesta de canal para
las frecuencias de los tonos y converge rápidamente para cancelar
los tonos. Sin embargo, las frecuencias de los tonos solas no
representan todo el intervalo de frecuencias que pueden llevarse por
el canal. La voz humana y otras señales de audio contienen un
intervalo mucho más ancho de frecuencias. Por lo tanto, si el
cancelador de eco converge sobre el canal y el tamaño de paso de
adaptación del filtro se reduce cuando sólo están presentes tonos,
puede que el cancelador de eco no pueda cancelar inmediatamente
señales de eco en frecuencias distintas a la frecuencias de los
tonos cuando tales nuevas frecuencias aparecen sobre el canal porque
el pequeño tamaño de paso de adaptación da como resultado una
respuesta lenta del filtro adaptativo para las nuevas
frecuencias.
Para detectar y evitar falsa convergencia, se
proporciona un circuito comparador. Debido que los valores de
coeficientes del filtro adaptativo (también llamados coeficientes
del filtro) constituyen una estimación del estado actual del canal
de eco desconocido, los coeficientes contienen información acerca de
las frecuencias que han estado presentes sobre el canal. El
circuito comparador puede utilizarse para analizar el contenido
espectral de los valores de coeficientes del filtro para determinar
si sólo han estado presentes tonos durante el proceso de
convergencia o si también ha estado presente otra información de
audio tal como voz. Si sólo están presentes tonos, el circuito de
comparación inhibe al cancelador de eco de reducir su tamaño de paso
de adaptación de modo que el tamaño de paso sigue siendo grande.
Con este tamaño de paso grande, cuando aparece información de audio
tal como voz sobre el canal de eco, el cancelador de eco puede
convergir rápidamente para cancelar el eco antes de que pueda oírse
por el hablante en el extremo lejano.
Características y ventajas adicionales de la
presente invención, así como la estructura y funcionamiento de
diversas realizaciones de la presente invención, se describen en
detalle posteriormente con referencia a los dibujos adjuntos.
La presente invención se describe con referencia
a los dibujos adjuntos. En los dibujos, números de referencia
iguales indican elementos idénticos o funcionalmente similares.
Adicionalmente, el dígito más a la izquierda de un número de
referencia identifica el dibujo en el que el número de referencia
aparece por primera vez.
La figura 1 ilustra un sistema de comunicaciones
telefónicas de larga distancia;
la figura 2 ilustra un sistema de comunicación
telefónica celular;
la figura 3 ilustra un cancelador de eco en el
dominio del tiempo;
la figura 4 ilustra un circuito comparador de
coeficientes del filtro; y
la figura 5 es un diagrama de flujo operacional
que ilustra el funcionamiento del circuito comparador de
coeficientes del filtro.
La presente invención se refiere a un cancelador
de eco mejorado que presenta un circuito comparador para detectar y
evitar falsa convergencia resultante de tonos transmitidos. Según la
invención, un cancelador de eco en el dominio del tiempo incluye un
circuito de comparación que observa una estimación acumulada de la
respuesta en frecuencia del canal para determinar si sólo han estado
presentes tonos sobre el canal. Si sólo han estado presentes tonos,
se prohíbe que el cancelador de eco reduzca su tamaño de paso de
adaptación para evitar falsa convergencia.
Antes de describir la invención en detalle, es
útil describir un entorno de ejemplo en el que puede implementarse
la invención. Puesto que la invención se refiere a técnicas de
cancelación de eco mejoradas, la invención es particularmente útil
en el entorno de un sistema de comunicación telefónica de larga
distancia. La figura 1 ilustra un entorno de este tipo.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, el
sistema de comunicación de larga distancia está compuesto por dos
instrumentos 104 telefónicos, conectado cada uno a un híbrido 122
asociado en una oficina 120 central asociada. Esta conexión se
realiza a través de una línea a dos hilos denominada como un bucle
162 de abonado. Para la comunicación a través de la red de larga
distancia desde una oficina 120 central a la otra, se realiza una
conexión a través de una red de largo recorrido que es un segmento
164 a cuatro hilos.
Otro entorno en el que la invención podría ser
útil es el del circuito de comunicación telefónica celular. La
figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra un circuito de
comunicaciones telefónicas celulares típico. El circuito de
comunicaciones telefónicas celulares incluye un teléfono 204 móvil y
una estación 208 base. La estación 208 base interconecta el
teléfono 204 móvil con la oficina 120 central para completar una
llamada entre el instrumento 104 telefónico y el teléfono 204
móvil.
Ambos de estos entornos proporcionan un híbrido
122 que interconecta el bucle 162 de abonado a dos hilos local con
el segmento 164 a cuatro hilos. Como se describió anteriormente, las
desigualdades de impedancias en el híbrido 122 pueden dar como
resultado ecos. Debido a la latencia asociada con comunicaciones de
extremo a extremo en estos entornos, los ecos resultantes pueden
convertirse en un efecto no deseable.
Por lo tanto, estos entornos son adecuados de
manera ideal para beneficiarse de un cancelador de eco mejorado.
La presente invención se describe en términos de
estos entornos de ejemplo. La descripción en estos términos se
proporciona sólo por conveniencia. No se pretende que la invención
esté limitada a la aplicación en estos entornos de ejemplo. De
hecho, después de leer la siguiente descripción, se volverá evidente
para un experto en la técnica pertinente cómo implementar la
invención en entornos alternativos.
La figura 3 es un diagrama de bloques que
ilustra un cancelador 300 de eco en el dominio del tiempo sencillo.
El cancelador 300 de eco en el dominio del tiempo está compuesto por
un filtro 304 adaptativo, una máquina 308 de estado, y una unión
312 aditiva. También se ilustra en la figura 3 un canal 360 de eco
desconocido que representa la fuente de una señal de eco no
deseable introducida por un híbrido 122.
Se recibe una señal 322 de entrada desde un
usuario de extremo lejano en el otro extremo del segmento 164 a
cuatro hilos. La señal 322 de entrada puede ser, por ejemplo, la
señal de voz de un usuario que habla en el teléfono 204 móvil o
instrumento 104 telefónico en el extremo lejano. La señal 322 de
entrada también puede ser datos de módem u otros datos de audio
recibidos desde el extremo lejano del segmentos 164 a cuatro
hilos.
En un entorno en el que existe una desigualdad
de impedancias, la señal 322 de entrada pasa a través de un canal
360 de eco desconocido para producir una señal 362 de eco. Es la
señal 362 de eco la que se mezcla con el audio 332 de extremo
cercano (por ejemplo, voz del usuario local). La suma de la señal
362 de eco y la voz 331 de extremo cercano comprende una señal 324
de retorno. Sin cancelador 300 de eco, la señal 324 de retorno que
incluye tanto audio 332 de extremo cercano como señal 362 de eco,
podría alimentarse de vuelta al usuario de extremo lejano. Sin
embargo, el cancelador de eco utiliza un filtro 304 adaptativo y una
unión 312 aditiva para cancelar el efecto que la señal 362 de eco
presenta sobre la señal 324 de retorno.
El filtro 304 adaptativo utiliza la señal 322 de
entrada para producir una señal 328 de estimación que es una
estimación de la señal 362 de eco real. La señal 328 de estimación
se resta de la señal 324 de retorno para producir la señal 326 de
error. La señal 326 de error también se utiliza por el filtro 304
adaptativo para actualizar sus coeficientes de filtro (también
denominados coeficientes) según algún algoritmo de adaptación tal
como el método de mínimos cuadrados medios (LMS). En esencia, el
filtro 304 adaptativo aprende la respuesta en frecuencia del canal
360 de eco desconocido observando su respuesta a las frecuencias
recibidas en la señal 322 de entrada.
La máquina 308 de estado controla el
funcionamiento del filtro 304 adaptativo monitorizando la señal 322
de entrada, la señal 326 de error, y la señal 324 de retorno para
determinar cuándo debería actualizarse el filtro 304 adaptativo.
Específicamente, la máquina 308 de estado modifica el tamaño de paso
de adaptación del filtro 304 adaptativo para controlar cómo de
rápido converge. Para tamaños de paso de adaptación grandes, el
filtro 304 adaptativo se adapta al canal 360 de eco desconocido
rápidamente. Sin embargo, debido al tamaño de paso grande, pequeños
cambios en la respuesta en frecuencia de la señal 326 de error dan
como resultado grandes cambios para la respuesta del filtro 304
adaptativo.
Un parámetro importante utilizado para
determinar la convergencia del filtro adaptativo es la mejora de la
pérdida del retorno de eco (ERLE). ERLE se define como
ERLE(dB) = 10 \ log \
(\sigma^{2}_{y}/\sigma^{2}_{e})
donde \sigma^{2}_{y} es la
varianza de la señal 362 de eco, \sigma^{2}_{y} es la varianza
de la señal 326 de error, y estas varianzas se aproximan utilizando
los promedios de energía a corto plazo de la señal 324 de retorno y
la señal 326 de error respectivamente. La ERLE representa la
cantidad de energía que se elimina de la señal 324 de retorno
después de que ha pasado a través del cancelador 300 de eco. Si la
ERLE alcanza de 25 a 30 dB, la máquina 308 de estado supone que el
filtro 304 adaptativo ha convergido; es decir, el filtro 304
adaptativo ha aprendido la respuesta en frecuencia del canal 360 de
eco desconocido. La máquina 308 de estado reduce entonces el tamaño
de paso de adaptación del filtro 304 adaptativo de modo que pueda
aproximar el canal 360 de eco desconocido más rigurosamente. Este
cambio de tamaño de paso de adaptación del filtro se denomina cambio
de marcha
("gearshifting").
Un filtro en el dominio del tiempo similar al
ilustrado en la figura 3 que utiliza ERLE para medir la convergencia
y detectar doble habla ("doubletalk") se da a conocer
completamente en la patente estadounidense número 5.307.405
mencionada anteriormente.
Como se comentó anteriormente, la máquina 308 de
estado controla la convergencia del filtro 304 adaptativo ajustando
el tamaño de paso de adaptación del filtro 304 adaptativo. Con un
tamaño de paso de adaptación grande, el filtro 304 adaptativo se
adapta rápidamente a la respuesta en frecuencia del canal 360 de eco
desconocido. Sin embargo, si el tamaño de paso de adaptación sigue
siendo grande, variaciones en la respuesta del canal 360 de eco dan
como resultado adaptaciones brutas en el filtro 304 adaptativo. El
uso de un tamaño de paso de adaptación grande puede provocar que la
respuesta del filtro 304 adaptativo desconocido sobrecompense
variaciones menores en el canal 306 de eco desconocido y/o la señal
322 de entrada. Por tanto, puede pensarse en tamaños de paso de
adaptación grandes como ajuste grueso, variaciones de entrada
pequeñas dan como resultado un gran cambio en la respuesta. Esto es
ideal para llegar rápidamente a la zona correcta, pero menos que
ideal para centrarse en el objetivo.
Para permitir el ajuste fino del filtro 304
adaptativo, puede proporcionarse un tamaño de paso de adaptación
pequeño. Sin embargo, cuando el filtro 304 adaptativo está lejos de
la respuesta en frecuencia del canal 360 de eco desconocido, un
tamaño de paso de adaptación pequeño provocaría que el filtro 304
adaptativo requiriese un cantidad de tiempo excesiva para aprender
la respuesta en frecuencia del canal 360 de eco desconocido.
Por lo tanto, en una solución óptima, el tamaño
de paso de adaptación se fija inicialmente a un gran tamaño,
dejando que el filtro 304 adaptativo converja rápidamente sobre la
respuesta en frecuencia del canal 360 de eco desconocido. Una vez
que ha convergido el filtro 304 adaptativo, el tamaño de paso de
adaptación se hace disminuir para dejar que el filtro 304
adaptativo siga la pista de manera precisa de las variaciones en el
canal 360 de eco desconocido y en la señal 322 de entrada.
Sin embargo, se produce un problema cuando se
utiliza la ERLE como una medida de la convergencia en la presencia
de tonos. Cuando la señal 322 de entrada es un tono o un par de
tonos de frecuencia única, el filtro 304 adaptativo aprende
rápidamente la respuesta de canal del canal 360 de eco desconocido
para estas frecuencias. En este punto, las frecuencias se cancelan
y la ERLE aumenta hasta más de 30 dB. En respuesta, la máquina 308
de estado reduce el tamaño de paso de adaptación porque cree que el
filtro 304 adaptativo ha convergido. En realidad, el filtro 304
adaptativo no ha convergido para la totalidad de la respuesta en
frecuencia del canal sino que sólo ha convergido para las
frecuencias de los tonos recibidos.
Ejemplos de tales tonos se producen comúnmente
en llamadas telefónicas que pueden crear este escenario de falsa
convergencia son tonos de avance de llamada (tales como el retorno
de llamada) y tonos de multifrecuencia de doble tono (DTMF) que
resultan de una entrada por teclado.
Con el tamaño de paso de adaptación pequeño que
resulta de esta falsa convergencia, el cancelador 300 de eco está
en su modo de funcionamiento de estado estacionario. Como con
convergencia real, cuando el tamaño de paso de adaptación es
pequeño, sólo se realizan ajustes finos para el filtro 304
adaptativo. Sin embargo, el filtro no ha convergido realmente
porque sólo ha aprendido la respuesta de canal para las frecuencias
de tonos. En consecuencia, cuando el hablante de extremo lejano
empieza a hablar, la señal 362 de eco contiene nuevas frecuencias
que el filtro 304 adaptativo no cancela, y el filtro 304 adaptativo
es lento para aprender la respuesta de canal para las nuevas
frecuencias debido a que su tamaño de paso de adaptación es
pequeño.
Otro problema provocado por la falsa
convergencia es que la máquina 308 de estado puede suponer de manera
inherente que la voz en la señal 324 de retorno es doble habla.
Cuando se produce doble habla, por ejemplo, cuando ambas partes
están hablando y tanto la voz 332 de extremo cercano como la señal
362 de eco contienen señales de voz. En algunas implementaciones,
la máquina 308 de estado puede programarse para alojar doble habla
deshabilitando la adaptación del filtro 304 adaptativo.
Para impedir que los tonos creen la condición de
falsa convergencia descrita anteriormente, se proporciona un
circuito comparador de frecuencia de coeficientes del filtro. El
circuito comparador de frecuencia de coeficientes del filtro se
implementa junto con el cancelador 300 de eco y se utiliza junto con
el cálculo de ERLE descrito anteriormente. El circuito comparador
de frecuencia de coeficientes del filtro examina el contenido
espectral de los valores de coeficientes del filtro 304 adaptativo
y determina si las condiciones que dan como resultado falsa
convergencia han estado presentes.
La figura 4 es un diagrama de bloques que
ilustra una realización de un comparador 400 de frecuencia de
coeficientes del filtro según la invención. En esta realización, el
comparador 400 de frecuencia de coeficientes del filtro está
compuesto por un filtro 404 paso alto (HPF), circuitos 408A y 408B
de cálculo de energía, y un comparador 412. El comparador 400 de
frecuencia de coeficientes del filtro está ubicado dentro de la
máquina 308 de estado en la realización preferida.
El funcionamiento del comparador 400 de
frecuencia de coeficientes del filtro se describe ahora de manera
general. La figura 5 es un diagrama de flujo operacional que ilustra
el proceso seguido por el comparador 400 de frecuencia de
coeficientes del filtro al detectar falsa convergencia.
Haciendo referencia ahora a las figuras 4 y 5,
en una etapa 504, el comparador 400 de frecuencia de coeficientes
del filtro recibe los valores 426 de coeficientes del filtro que son
una disposición de valores correspondiente a un conjunto de
frecuencias derivadas utilizando la señal 326 de error y la señal
322 de entrada como se describió anteriormente. En una etapa 508,
los valores 426 de coeficientes del filtro se filtran mediante un
filtro paso alto para atenuar la energía en frecuencias por debajo
de una frecuencia de corte deseada. La frecuencia de corte se
selecciona de modo que el filtro 404 paso alto bloquea las
frecuencias correspondientes a tonos pero pasa las otras
frecuencias de señal mayores que la frecuencia de tono más alta. Por
tanto, las frecuencias pasadas por el filtro 404 paso alto
corresponden a las frecuencias distintas a las frecuencias de
tonos. El proceso de filtrado es efectivo porque las frecuencias de
tonos se producen normalmente sobre el extremo inferior del
espectro de frecuencia de audio. El resultado es un segundo conjunto
de coeficientes del filtro denominados como valores 434 de
coeficientes filtrados mediante un filtro paso alto.
Por ejemplo, en un sistema de telefonía típico,
los intervalos de espectro de audio desde 0 hasta 4 kHz y los tonos
todos se producen cerca o por debajo de 2 kHz. En un entorno de este
tipo, la frecuencia de corte del filtro 404 paso alto se fija en 2
kHz. En esta realización, sólo se pasan las frecuencias desde 2
hasta 4 kHz.
En una etapa 512, la energía en los valores 434
de coeficientes filtrados mediante un filtro paso alto se calcula
mediante el dispositivo 408A de cálculo de energía para producir el
valor 436 E_{ALTO}. El valor 436 E_{ALTO} representa la
cantidad de energía en valores 434 de coeficientes filtrados
mediante un filtro paso alto. En una realización preferida, el
valor 436 E_{ALTO} se calcula calculando la suma de los cuadrados
de los valores 434 de coeficientes del filtro filtrados mediante un
filtro paso alto.
De manera similar, en una etapa 516, la energía
en los valores 434 de coeficientes del filtro se calcula mediante
el dispositivo 408B de cálculo de energía. El dispositivo 408b de
cálculo de energía produce un valor 438 E_{TOT} que representa la
energía en los valores 426 de coeficientes del filtro por la
totalidad de la banda de frecuencia de audio del sistema de
comunicaciones. En una realización preferida, el valor 438 E_{TOT}
se calcula calculando la suma de los cuadrados de los valores 426
de coeficientes del filtro.
En una etapa 520, el valor 436 E_{ALTO} se
compara con el valor 438 E_{TOT} para determinar si el filtro 304
adaptativo ha convergido realmente (o si el filtro 304 adaptativo
puede realmente converger), o si la presencia de los tonos ha dado
como resultado condiciones en las que puede producirse el problema
de falsa convergencia. Si la señal 322 de entrada sólo estaba
compuesta de tonos, toda la energía en los valores 426 de
coeficientes del filtro está por debajo de la frecuencia de corte
del filtro 404 paso alto. Por lo tanto, si el valor 436 E_{ALTO}
es una pequeña fracción del valor 438 E_{TOT} de energía de
coeficientes total, esto es una indicación de que la señal 322 de
entrada sólo estaba compuesta de tonos. De esta manera el contenido
espectral de los valores 426 de coeficientes del filtro se utiliza
para detectar la presencia reciente de tonos sobre la señal 322 de
entrada.
Si se detecta la presencia de tonos, la máquina
308 de estado no deja que el cancelador 300 de eco reduzca su
tamaño de paso de adaptación. Si, por otro lado, la señal 322 de
entrada no está compuesta de tonos (es decir, el valor 436
E_{ALTO} es más que sólo una pequeña fracción del valor 438
E_{TOT}), se deja al cancelador 300 de eco cambie su tamaño de
paso a un valor más pequeño como se ilustra mediante el bloque 524
de decisión y las etapas 526, 528. Por ejemplo, en una realización,
si el valor 436 E_{ALTO} es más del 15% del valor 438 E_{TOT},
se deja que el cancelador cambie.
En una realización, el comparador 412
simplemente determina si la proporción de valor 436
E_{ALTO}/valor 438 E_{TOT} está por encima de un umbral
determinado. Si es así, se deja al cancelador 300 de eco entrar en
el estado estacionario. La selección del nivel de umbral, la
frecuencia de corte y otros parámetros de funcionamiento depende
del entorno en el que se implementa la invención. Los factores que
afectan a los parámetros de funcionamiento pueden incluir la
intensidad, duración, y frecuencias de los tonos posibles. Los
factores adicionales pueden incluir el tipo, nivel, e intervalo de
frecuencia de datos de audio esperados en la señal de entrada (por
ejemplo la voz del hablante de extremo lejano).
En la realización descrita anteriormente, el
comparador de frecuencia de coeficientes del filtro observa la
respuesta en frecuencia de los coeficientes del filtro para
determinar si debería dejar que le cancelador de eco redujese su
tamaño de paso de adaptación. En una realización alternativa, un
circuito comparador de frecuencia observa la señal de entrada para
determinar si está compuesta de sólo tonos.
Existen numerosas implementaciones para el
comparador 400 de frecuencia de coeficientes del filtro. Por
ejemplo, en lugar de filtrar mediante un filtro paso alto una
trayectoria de señal, se podría filtrar mediante un filtro paso
bajo la señal y determinar la relación entre E_{BAJO} y
E_{TOT}.
\newpage
Adicionalmente, existen numerosas
implementaciones para el comparador 412. En una realización, el
comparador 412 es un circuito comparador sencillo que observa la
proporción de valor 436 E_{ALTO} a valor 438 E_{TOT}. En
implementaciones más complejas, el comparador 412 puede
implementarse utilizando un procesador para determinar la
proporción de valor 436 E_{ALTO} a valor 438 E_{TOT} y para
determinar si se ha superado el umbral. Esta implementación es
ideal si la máquina 308 de estado se implementa utilizando un
procesador porque puede utilizarse el mismo procesador para
implementar el comparador 412.
Fundamental para un sistema como la presente
invención es el uso de diversos dispositivos de almacenamiento de
información, denominados a menudo como "memoria", que almacenan
información mediante la colocación y organización de partículas
cargadas atómicas o superatómicas sobre medios de disco duro o
dentro de medios de circuitos integrados basados en silicio, galio
arsénico, u otros semiconductores, y el uso de diversos dispositivos
de procesamiento de información, denominados a menudo como
"microprocesadores", que modifican su condición y estado en
respuesta a tales señales y cargas eléctricas y electromagnéticas.
También se contemplan la memoria y los microprocesadores que
almacenan y procesan partículas o energía luminosas que presentan
características ópticas especiales, o una combinación de las
mismas, y el uso de los mismos es consistente con el funcionamiento
de la invención descrita. Por ejemplo en una realización preferida,
el comparador 400 de frecuencia de coeficientes del filtro, que
incluye el comparador 412, puede implementarse utilizando un chip de
procesador de señal digital (DSP). Adicionalmente, en esta
realización preferida, la máquina 308 de estado y el filtro 304
adaptativo pueden implementarse con el mismo chip DSP. Obsérvese
que la arquitectura funcional de la realización de DSP descrita
anteriormente puede representarse por el cancelador 300 de eco
ilustrado en la figura 3, con el comparador 400 de frecuencia de
coeficientes del filtro implementándose como una parte de la máquina
308 de estado.
Se prevén una variedad de realizaciones e
implementaciones alternativas de esta invención. Por ejemplo, en un
esquema más complejo puede utilizarse una transformada rápida de
Fourier (FFT) para encontrar la respuesta en frecuencia de los
valores de los coeficientes del filtro. O puede ampliarse la
comparación de dos bandas en la presente invención y pueden
examinarse más de dos bandas de frecuencia diferentes. De manera más
sencilla, en una realización alternativa, puede sustituirse el
filtro paso alto por un filtro paso bajo o paso banda. En aún otra
realización alternativa que puede utilizarse en combinación con la
mayoría de las realizaciones alternativas expresadas previamente,
la máquina de estado puede aumentar el tamaño de paso del proceso
del filtro adaptativo después de reducir del tamaño de paso en
lugar de prohibir la reducción como se describió anteriormente.
Claims (21)
1. Un sistema para inhibir falsa convergencia en
un cancelador (300) de eco que presenta un filtro (304) adaptativo
con un tamaño de paso de adaptación controlado para dejar al filtro
(304) adaptativo converger a una señal de entrada
caracterizado porque se proporcionan
medios para determinar si la señal (322) de
entrada recibida por el cancelador (300) de eco contiene sólo
tonos, basándose en un análisis del contenido espectral de los
valores de coeficientes del filtro en dicha señal (322); y
medios para impedir que el cancelador (300) de
eco reduzca el tamaño de paso de adaptación del filtro (304)
adaptativo si la señal (322) de entrada contiene sólo tonos.
2. El sistema según la reivindicación 1, en el
que dichos medios para la determinación comprenden:
medios (404) de filtro para filtrar una señal de
coeficientes del filtro para producir una señal (434) filtrada;
primeros medios (408A) de determinación de
energía para determinar una cantidad de energía (436) en dicha
señal filtrada;
segundos medios (408B) de determinación de
energía para determinar una cantidad de energía (438) en una señal
de coeficientes del filtro no filtrada; y
medios (412) de comparación para comparar dicha
cantidad de energía (436) en dicha señal filtrada con dicha
cantidad de energía (438) en dicha señal de coeficientes del filtro
no filtrada para determinar si la señal de entrada contiene sólo
tonos.
3. El sistema según la reivindicación 2, en el
que dichos medios (412) de comparación comprenden medios para
indicar que la señal de entrada contiene sólo tonos si dicha
cantidad de energía (436) en dicha señal filtrada es mucho menos
que dicha cantidad de energía (438) en dicha señal de coeficientes
del filtro no filtrada.
4. El sistema según la reivindicación 2, en el
que dichos medios (412) de comparación comprenden medios para
indicar que la señal de entrada contiene sólo tonos si dicha
cantidad de energía en dicha señal filtrada difiere en gran medida
de dicha cantidad de energía en dicha señal de coeficientes del
filtro no filtrada.
5. El sistema según cualquier reivindicación
anterior, en el que el cancelador (300) de eco cancela una señal de
eco no querida de una señal de retorno para producir una señal de
error que se envía a un primer usuario, que comprende:
medios (304) de filtro adaptativo para estimar
una respuesta en frecuencia de un canal de eco desconocido para
producir una estimación de dicha señal de eco, producida dicha
estimación utilizando una señal de entrada recibida por dicho
cancelador (300) de eco desde un primer usuario;
medios (312) para restar dicha estimación de la
señal de eco de dicha señal de retorno para producir dicha señal de
error; y
medios (308) de control para monitorizar dicha
señal de retorno, para controlar dicha señal de entrada y dicha
señal de error el tamaño de paso de adaptación de dichos medios de
filtro adaptativo.
6. El sistema según la reivindicación 2, en el
que dichos medios de filtro son un filtro (404) paso alto y dichos
medios (412) de comparación comprenden medios para indicar que dicha
señal de entrada contiene sólo todos si dicha cantidad de energía
en dicho conjunto de coeficientes del filtro es mucho mayor que
dicha cantidad de energía en dicha señal filtrada.
7. El sistema según la reivindicación 1, para
evitar falsa convergencia en un cancelador de eco, en el que un
filtro adaptativo presenta un tamaño de paso de adaptación
controlado para dejar que un conjunto de valores de coeficientes
del filtro converjan para estimar una respuesta de un canal sobre un
intervalo de frecuencia de funcionamiento, comprendiendo el
sistema:
medios para determinar un contenido espectral de
dicho conjunto de valores de coeficientes del filtro; y
medios para controlar dicho tamaño de paso de
adaptación de dicho filtro adaptativo en respuesta a dicho contenido
espectral de dicho conjunto de valores de coeficientes del
filtro.
8. El sistema según la reivindicación 7, en el
que dichos medios para determinar el contenido espectral son una
transformada rápida de Fourier.
9. El sistema según la reivindicación 7, en el
que dichos medios para determinar el contenido espectral
comprenden:
primeros medios (404) de filtro para determinar
una energía en dicho conjunto de valores de coeficientes del filtro
correspondiente a un intervalo de frecuencia limitado en los que
dicho intervalo de frecuencia limitada es un subconjunto de dicho
intervalo de frecuencia de funcionamiento;
medios para determinar (408A) una energía en
dicho conjunto de valores de coeficientes del filtro en dicho
intervalo de frecuencia de funcionamiento; y
medios para comparar (412) dicha energía
correspondiente a dicho intervalo de frecuencia limitado con dicha
energía correspondiente a dicho intervalo de frecuencia de
funcionamiento.
10. El sistema según la reivindicación 9, en el
que dichos primeros medios (404) de filtro son un filtro paso alto
y dicho intervalo de frecuencia limitado corresponde a frecuencias
por encima de una frecuencia de corte predeterminada.
11. El sistema según la reivindicación 9, en el
que dichos primeros medios (404) de filtro son un filtro paso banda
y dicho intervalo de frecuencia limitado corresponde a frecuencias
entre una frecuencia de corte inferior y una frecuencia de corte
superior.
12. El sistema según la reivindicación 9, en el
que dichos primeros medios de filtro son un filtro paso bajo y
dicho intervalo de frecuencia limitado corresponde a frecuencias por
debajo de una frecuencia de corte predeterminada.
13. El sistema según la reivindicación 7, en el
que dichos medios para determinar dicho contenido espectral
contienen medios para determinar si dicho conjunto de valores de
coeficientes del filtro indica una presencia de exclusivamente
frecuencias de tonos sobre dicho canal.
14. El sistema según la reivindicación 7, en el
que dichos medios para controlar dicho tamaño de paso de adaptación
comprenden medios para impedir una reducción en dicho tamaño de paso
de adaptación si dicho contenido espectral indica una condición que
puede provocar falsa convergencia.
15. El sistema según la reivindicación 7, en el
que dichos medios para controlar dicho tamaño de paso de adaptación
comprenden medios para permitir una reducción en dicho tamaño de
paso de adaptación si dicho contenido espectral indica una
condición que puede provocar falsa convergencia y medios para
permitir un aumento en dicho tamaño de paso de adaptación cuando
dicho contenido espectral indica la ausencia de dicha condición que
puede provocar falsa convergencia.
16. El sistema según la reivindicación 1, para
cancelar en un canal de retorno una señal de canal de recepción con
eco para producir una señal de canal de retorno compensada en el que
dicha señal de canal de recepción reflejada se combina mediante un
canal de eco con una señal de canal de retorno de entrada para
producir una señal de canal de retorno no compensada, comprendiendo
dicho canal de eco:
un filtro (304) adaptativo que presenta una
primera y segunda salida y que presenta una primera entrada acoplada
a una señal de canal de recepción y una segunda entrada acoplada a
dicha señal de canal de retorno compensada, presentando dicho
filtro adaptativo un conjunto de valores de coeficientes que se
adaptan dinámicamente a dicha señal de canal de recepción
reflejada, en el que dicha primera salida proporciona una estimación
de dicha señal de canal de recepción reflejada y dicha segunda
salida proporciona dicho conjunto de valores de coeficientes;
un sumador (312) que presenta una salida y que
presenta una primera entrada acoplada a dicha primera salida de
dicho filtro adaptativo y una segunda entrada acoplada a dicha señal
de canal de retorno no compensada, produciendo dicha salida de
dicho sumador dicha señal de canal de retorno compensada; y
un circuito (400) de comparación de coeficientes
del filtro que presenta una entrada acoplada a dicha segunda salida
de dicho filtro adaptativo que recibe dicho conjunto de valores de
coeficientes y una salida acoplada a dicho filtro adaptativo para
controlar dicha adaptación dinámica de dicho conjunto de valores de
coeficientes para dicha señal de canal de recepción reflejada.
17. Un procedimiento para inhibir falsa
convergencia en un cancelador de eco para cancelar a partir de una
señal de retorno una señal de eco producida por un canal de eco en
el que el cancelador de eco presenta un filtro adaptativo para
estimar una respuesta en frecuencia del canal de eco para producir
una estimación de la señal de eco y medios para restar la
estimación de la señal de eco de la señal de retorno, en el que el
procedimiento se caracteriza por las etapas de:
determinar si una señal de entrada al cancelador
de eco contiene sólo uno o más tonos basándose en un análisis del
contenido espectral de los valores de los coeficientes del filtro;
e
impedir que el cancelador de eco converja
mientras que la señal de entrada contenga sólo uno o más tonos.
18. El procedimiento según la reivindicación 17,
en el que dicha etapa de determinación comprende las etapas de:
filtrar coeficientes del filtro del filtro
adaptativo para producir una señal filtrada;
determinar una cantidad de energía en la señal
filtrada;
determinar una cantidad de energía en los
coeficientes del filtro; y
comparar la cantidad de energía en la señal
filtrada con la cantidad de energía en los coeficientes del filtro
para determinar si la señal de entrada contiene sólo tonos.
19. El procedimiento según la reivindicación 17
ó 18, en el que dicha etapa de filtrado comprende una etapa de
filtrado mediante un filtro paso alto de los coeficientes del
filtro, y en el que dicha etapa de impedir comprende la etapa de
impedir que se reduzca un tamaño de paso de adaptación del filtro
adaptativo si dicha cantidad de energía en los coeficientes del
filtro es mucho mayor que dicha cantidad de energía en dicha señal
filtrada.
20. El procedimiento según la reivindicación 18
ó 19, en el que dicha etapa de filtrado comprende la etapa de
filtrado mediante un filtro paso alto de los coeficientes del
filtro.
21. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 20 para evitar falsa convergencia en un
cancelador de eco, en el que dicho filtro adaptativo presenta un
tamaño de paso de adaptación controlado para dejar que un conjunto
de valores de coeficientes del filtro converja para estimar una
respuesta de un canal sobre un intervalo de frecuencia de
funcionamiento, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
determinar un contenido espectral de dicho
conjunto de valores de coeficientes del filtro; y
controlar dicho tamaño de paso de adaptación de
dicho filtro adaptativo en respuesta a dicho contenido espectral de
dicho conjunto de valores de coeficientes del filtro.
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