ES2345507T3 - Procedimiento y sistema para cancelar eco de bajo retardo. - Google Patents
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Abstract
Un cancelador de eco de audio ajustado para proporcionar una señal de salida con eco atenuado (6107) a partir de una señal de micrófono con eco añadido (6106) que consiste en una señal de eco originada de una señal de audio de extremo cercano y una señal de audio de extremo lejano, comprendiendo dicho cancelador de eco de audio un primer filtro de análisis (6301) configurado para dividir la señal de audio de extremo lejano (6101) en un número de señales de referencia de sub-banda (6203), un segundo filtro de análisis (6302) configurado para dividir la señal de micrófono con eco añadido (6106) en un número de señales de micrófono con eco añadido de sub-banda (6206), un número de filtros FIR de sub-banda, incluyendo cada uno un conjunto respectivo de n derivaciones de filtro de sub-banda, configurado cada filtro FIR de sub-banda para filtrar una señal de referencia de sub-banda (6203) asociada con el conjunto respectivo de n derivaciones de filtro de sub-banda y para emitir una estimación de eco de sub-banda invertida (6205; 6209) que se suma a una señal de micrófono con eco añadido de sub-banda (6206) asociada para proporcionar una señal de retroalimentación con eco atenuado de sub-banda (6208), con la que se actualiza el conjunto respectivo de derivaciones de filtro de sub-banda, dicho cancelador de eco de audio está caracterizado porque cada filtro FIR de sub-banda está configurado además para emitir un subconjunto respectivo de derivaciones de filtro de sub-banda del orden de 0 a m-1 del conjunto respectivo de n derivaciones de filtro de sub-banda y para filtrar dicha señal de referencia de sub-banda (6203) asociada con un subconjunto respectivo de derivaciones de filtro de sub-banda del orden de m a n-1 del conjunto respectivo de n derivaciones de filtro de sub-banda para emitir una estimación de eco retrasado de sub-banda invertida (6209), y porque el cancelador de eco de audio comprende además: un filtro de síntesis modelo FIR (6304), configurado para fusionar los subconjuntos de derivaciones de filtro de sub-banda del orden de 0 a m-1 en un conjunto de m derivaciones de filtro de banda total, un filtro FIR de banda total (6104) configurado para filtrar la señal de audio de extremo lejano (6101) con dicho conjunto de m derivaciones de filtro de banda total para emitir una estimación de eco anticipado de banda total invertida (6108), un filtro de síntesis (6303) de eco retrasado configurado para fusionar las estimaciones de eco retrasado de sub-banda invertidas (6209) y para proporcionar una estimación de eco retrasado de banda total invertida (6109), un sumador configurado para proporcionar dicha señal de salida con eco atenuado (6107) sumándose dicha estimación de eco anticipado de banda total invertida (6108), dicha estimación de eco retrasado de banda total invertida (6109) y dicha señal de micrófono con eco añadido (6106).
Description
Procedimiento y sistema para cancelar eco de
bajo retardo.
La presente invención se refiere a un sistema y
procedimiento de comunicación de audio con características
acústicas mejoradas, y especialmente a un sistema de conferencias
que incluye un sistema de cancelación de eco de audio mejorado.
\vskip1.000000\baselineskip
En un sistema de conferencias convencional, uno
o más micrófonos capturan una onda de sonido en un lugar de extremo
lejano, y transforma la onda de sonido en una primera señal de
audio. La primera señal de audio es transmitida a un lugar de
extremo cercano, donde un aparato de televisión o un amplificador y
altavoz, reproduce la onda de sonido original convirtiendo la
primera señal de audio generada en el lugar de extremo lejano en la
onda de sonido. La onda de sonido producida en el lugar de extremo
cercano, es capturada parcialmente por el sistema de captura de
audio en el lugar de extremo cercano, convertida a una segunda señal
de audio, y transmitida de vuelta al sistema en el lugar de extremo
lejano. Este problema de tener una onda de sonido capturada en un
lugar, transmitida a otro lugar, y transmitida después de vuelta al
lugar inicial se denomina eco acústico. En su manifestación más
severa, el eco acústico puede provocar un sonido de
retroalimentación, cuando la ganancia del bucle excede la unidad.
El eco acústico también hace que los participantes en ambos lugares
se oigan a sí mismos, haciendo difícil una conversación por el
sistema de conferencias.
El problema de eco se describe aún más con
referencia a la figura 1. La señal de audio digital del extremo
lejano 1101 es convertida en el dominio analógico por el convertidor
digital-analógico (DAC) 1301, amplificada en el
amplificador 1302 del altavoz y convertida además a señales
acústicas por el altavoz 1303. Tanto la señal directa 1304 como las
versiones reflejadas 1306, reflejadas por paredes/techos etc. 1305
son recogidas de forma no deseada por el micrófono 1308. El
micrófono también recoge la señal de extremo cercano 1307 deseada.
La señal del micrófono es amplificada en el amplificador del
micrófono 1309 y digitalizada en el convertidor
analógico-digital 1310, emitiéndose la señal del
micrófono no cancelada 1202.
Si la señal del micrófono no cancelada fuese
transmitida al extremo lejano, el lugar del extremo lejano oiría su
propio eco, y si un sistema similar estuviese presente en el extremo
lejano, incluso se podría haber producido
acople/retroalimentación.
El modo común de resolver este problema, es
añadir el cancelador de eco acústico 1203 a la trayectoria de la
señal del micrófono. Este cancelador usa la señal del altavoz
digital como señal de referencia, y estima todas las trayectorias
del altavoz al micrófono 1304/1306, y sustrae estas estimaciones de
la señal del micrófono no cancelada 1202, creándose la señal del
micrófono cancelada 1204, que es transmitida al extremo lejano como
señal 1102.
Según la técnica anterior hay dos planteamientos
principales para los canceladores de eco acústico. El primero es un
cancelador de banda total, y el segundo es un cancelador de
sub-banda. Ambos usan normalmente filtros
adaptativos FIR (de respuesta de impulso finito) para la estimación
de la trayectoria del eco, aplicándose sin embargo éstos en el
dominio de la banda total y el dominio de la
sub-banda, respectivamente.
Un cancelador de eco acústico usado incluirá
habitualmente diversos sub-bloques adicionales por
ejemplo algoritmo de conversación ininteligible, unidad de
procesamiento no lineal, generación de ruido de confort, etc. Por
motivos de simplicidad y perspicacia, estos
sub-bloques no son abordados aquí, ya que estos
bloques no son directamente relevantes al ámbito de la invención.
Estos bloques pueden variar y están bien documentados en la técnica
anterior. Para un hombre experto en la materia, la integración de
estos bloques es sencilla.
La figura 2 muestra un cancelador de eco
acústico de banda total de la técnica anterior. La señal del extremo
lejano 2101 es pasada al altavoz como señal 2102 y también es usada
como la señal de referencia 2103 del altavoz.
La señal de referencia 2103 del altavoz es
filtrada por el filtro adaptativo FIR 2104. Este filtro adaptativo
converge a y rastrea la respuesta de impulsos de la habitación. Para
la convergencia inicial, y para ajustarse a cualquier cambio
acústico en la habitación (que la puerta se abra, la gente se mueva,
etc.), el filtro adaptativo FIR 2104 tiene que ser adaptativo. Se
pueden usar muchos algoritmos adaptativos diferentes para este
propósito, desde el económico LMS (de mínimos cuadrados promedio)
(de baja capacidad de procesamiento) a los algoritmos más
sofisticados y más caros como el APA (algoritmo de proyección afín)
y el RLS (de mínimos cuadrados recursivos). Sin embargo, en común,
todos estos algoritmos usan el bucle de actualización 2108 del
filtro FIR para adaptarse.
El filtro adaptativo FIR emite una estimación de
eco invertida 2105, que es sumada a la señal de micrófono no
cancelada 2106, calculándose la señal de micrófono con eco cancelado
2107.
\newpage
En un cancelador de eco de banda total, no se
suma ningún retardo algorítmico a la trayectoria de la señal de
micrófono, y por lo tanto los canceladores de banda total se usan a
menudo cuando un retardo corto es un requisi-
to.
to.
Sin embargo, hay algunas desventajas con los
canceladores de banda total de la técnica anterior. Una desventaja
es que la habilidad del filtro adaptativo para rastrear cambios en
el entorno acústico es pobre/lenta, especialmente para el habla y
otras señales naturales (coloreadas). Otra desventaja es que los
requisitos de capacidad de procesamiento tienden a ser exhaustivos,
como se explica a continuación.
El modelo del sistema acústico usado en la
mayoría de los canceladores de eco es un filtro FIR. Los filtros
FIR son bien conocidos en la técnica de procesamiento de
señalización, y cuyos conceptos básicos no serán abordados aquí. El
filtro FIR se aproxima a la función de transferencia del sonido
directo y la mayoría de los reflejos en la habitación. Debido a los
requisitos de capacidad de procesamiento, el filtro FIR no intentará
cancelar el eco por tiempo infinito después de que la señal se haya
reproducido en el altavoz. En su lugar, aceptará que el eco después
de un tiempo dado, la llamada longitud de cola, no será cancelado,
sino que aparecerá como eco residual.
Para estimar el eco en la longitud de cola
completa, la longitud requerida del filtro FIR será:
L = Fs *
longitud de
cola,
donde Fs es la frecuencia de
muestreo en Hz, y la longitud de cola es dada en
segundos.
El número requerido de cada una de las
multiplicaciones y sumas para calcular una sola salida de muestra
del filtro es igual a la longitud del filtro, y la salida del
filtro se debería calcular una vez por muestra. Como consecuencia,
el número total de multiplicaciones y sumas es:
Fs*L = Fs * Fs*
longituddecola =
longituddecola*Fs^{2}
Un valor típico para la longitud de cola es 0,25
segundos. El número de multiplicaciones y sumas para un sistema que
usa una frecuencia de muestreo de 8 kHz será de 16 millones, para 16
kHz de 64 millones y para 48 kHz de 576 millones.
Se pueden realizar cálculos similares para el
algoritmo de actualización del filtro. El algoritmo más simple,
LMS, tiene el mismo número de sumas y multiplicaciones que el filtro
FIR, por lo que para el cancelador de banda total más simple
absoluto, el número de cada una de las sumas y multiplicaciones es
igual a:
2*longituddecola*Fs^{2}.
Algoritmos de actualización más complejos
mejoran la habilidad de rastreo del filtro FIR, pero son incluso
más complejos en términos de capacidad de procesamiento. Existen
algoritmos que tienen una complejidad proporcional a la longitud
del filtro, pero con una constante proporcional mucho mayor que el
algoritmo LMS, e incluso algoritmos con una complejidad
proporcional al cuadrado de la longitud del filtro. El último caso
ofrece un requisito de capacidad de procesamiento para un
cancelador de eco de banda total proporcional a
Fs*(Fs*longituddecola)^{2}, lo cual es poco realista para
los canceladores de eco acústico de banda total.
El modo convencional de superar las dos
desventajas de un cancelador de eco de banda total abordado
anteriormente es introducir un procesamiento de
sub-banda. En la figura 3, se muestra un
planteamiento para esto, el cual será abordado a continuación.
La señal del extremo lejano 3101 es pasada al
altavoz como señal 3102. También es dividida en un número elegido
de sub-bandas usando el filtro de análisis 3301. El
micrófono no cancelado 3106 es dividido en
sub-bandas usando otro (pero igual) filtro de
análisis 3302. El número elegido de sub-bandas es
indicado de ahora en adelante por N.
Para cada sub-banda, el filtro
de análisis del altavoz emite una señal de referencia de
sub-banda 3203, que es filtrada por un filtro FIR
de sub-banda 3204, calculándose una estimación de
eco de sub-banda invertida 3205. El filtro de
análisis del micrófono emite una señal no cancelada de
sub-banda 3206, que es sumada a la estimación de
eco invertida, emitiéndose una señal de micrófono con eco cancelado
de sub-banda 3207. La seña del micrófono con eco
cancelado es usada para la adaptación del filtro FIR, mostrada como
el bucle de actualización 3208 del filtro FIR de
sub-banda.
Las señales de los micrófonos con eco cancelado
de todas las sub-bandas se fusionan entre sí en una
señal de micrófono cancelada de banda total 3107 mediante el filtro
de síntesis 3303. Usando este planteamiento, la señal es dividida
en bandas con un ancho de banda más pequeño, que se puede
representar usando una frecuencia de muestreo inferior, lo cual se
deducirá de lo que se aborda a continuación. Obsérvese que el filtro
de análisis consiste en un banco de filtros y un decimador,
mientras que el filtro de síntesis consiste en un banco de filtros
y un interpolador.
\newpage
\global\parskip0.950000\baselineskip
Según el teorema de muestreo de Nyquist, la
frecuencia de muestreo de la señal de banda total será calculada
como sigue:
Fs_{bandatotal} =
2*F_{bandatotal}
donde F_{bandatotal} es la banda
de frecuencia de banda total. De forma similar, la frecuencia de
muestreo de la señal de sub-banda se puede calcular
como:
Fs_{subbanda}
=
2*F_{subbanda}
donde F_{subbanda} es la banda de
frecuencia de sub-banda. Además, la banda de
frecuencia de cada sub-banda se puede expresar como
sigue:
F_{subbanda}
=
F_{bandatotal}/N
Además, para simplificar y reducir los
requisitos de capacidad de procesamiento de un banco de filtros,
convencionalmente se está usando el sobremuestreo. Esto se puede
expresar matemáticamente introduciéndose una constante, que por
supuesto puede incluir todas las otras constantes sumadas en la
expresión.
Por las expresiones anteriores, se deduce que
las señales de sub-banda tendrán una frecuencia de
muestreo de:
Fs_{subbanda}
=
(K/N)*Fs_{bandatotal}.
donde K es el factor de
sobremuestreo. K siempre es mayor que uno, pero más a menudo
relativamente pequeño, habitualmente menor que
dos.
Poniendo por caso un filtro FIR con una adopción
de una complejidad proporcional a la longitud del filtro (por
ejemplo LMS), la capacidad de procesamiento requerida para el
filtrado y adopción en una sub-banda se puede
expresar como:
CapacProces_{subbanda} =
C_{1}*longituddecola*
Fs_{subbanda}^{2}
CapacProces_{subbanda} =
C_{1}*longituddecola*(K/N*Fs_{bandatotal})^{2}
donde C_{1} es una constante
proporcional.
Como consecuencia, para todas las N
sub-bandas la capacidad de procesamiento requerida
es igual a:
CapacProces =
N*C_{1}*longituddecola*(K/N*Fs_{bandatotal})^{2}
CapacProces =
C_{1}*longituddecola*(K*Fs_{bandatotal})^{2}/N
De ese modo, para una N elevada, los requisitos
de capacidad de procesamiento del filtrado se pueden reducir
drásticamente. Por supuesto, se deben añadir los gastos generales de
los filtros de análisis y de síntesis, pero para longitudes de cola
elevadas y N elevada razonable, estos gastos generales son pequeños
comparados con los ahorros descritos.
Para algoritmos de actualización más
sofisticados con complejidad proporcional al cuadrado de la longitud
del filtro, la reducción de complejidad comparada con el caso de la
banda total es incluso más elevada, debido a la longitud del filtro
significativamente inferior.
Además, la experiencia ha mostrado que los
canceladores de sub-banda tienen una habilidad
mejorada para adaptarse a los cambios en el entorno acústico,
especialmente para el habla y otras señales naturales
(coloreadas).
Sin embargo, se introduce una mayor desventaja
en el esquema de sub-bandas. Los filtros de análisis
y de síntesis suman un retardo algorítmico a la señal de micrófono.
En algunas aplicaciones, esto es indeseado o incluso
inaceptable.
En resumen, la fuerza y debilidad de los dos
planteamientos presentados son invertidas. Mientras que el
cancelador de eco de banda total se beneficia del retardo
algorítmico cero, sufre una lenta adaptación y una elevada
complejidad de procesamiento. El cancelador de eco de
sub-banda, sin embargo, se beneficia de una
adaptación más rápida y una inferior complejidad de procesamiento,
pero sufre un retardo algorítmico.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento y un sistema para cancelar eco de
audio superándose los problemas descritos anteriormente.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En particular, la presente invención da a
conocer un cancelador de eco de audio ajustado para proporcionar
una señal de salida con eco atenuado a partir de una señal de
micrófono con eco añadido que consiste en una señal de eco
originada de una señal de audio de extremo cercano y una señal de
audio de extremo lejano, comprendiendo dicho cancelador de eco de
audio un primer filtro de análisis configurado para dividir la señal
de audio de extremo lejano en un número de señales de referencia de
sub-banda, un segundo filtro de análisis configurado
para dividir la señal de micrófono con eco añadido en un número de
señales de micrófono con eco añadido de sub-banda,
un número de filtros FIR de sub-banda, incluyendo
cada uno un conjunto respectivo de n derivaciones de filtro de
sub-banda, configurado cada filtro FIR de
sub-banda para filtrar una señal de referencia de
sub-banda asociada con el conjunto respectivo de n
derivaciones de filtro de sub-banda y para emitir
una estimación de eco de sub-banda invertida que se
suma a una señal de micrófono con eco añadido de
sub-banda asociada para proporcionar una señal de
retroalimentación con eco atenuado de sub-banda, con
la que se actualiza el conjunto respectivo de derivaciones de
filtro de sub-banda.
Cada filtro FIR de sub-banda
está configurado además para emitir un subconjunto respectivo de
derivaciones de filtro de sub-banda del orden de 0
a m-1 del conjunto respectivo de n derivaciones de
filtro de sub-banda y para filtrar dicha señal de
referencia de sub-banda asociada con un subconjunto
respectivo de derivaciones de filtro de sub-banda
del orden de m a n-1 del conjunto respectivo de n
derivaciones de filtro de sub-banda para emitir una
estimación de eco retrasado de sub-banda invertida.
El cancelador de eco de audio comprende además un filtro de
síntesis modelo FIR configurado para fusionar los subconjuntos de
derivaciones de filtro de sub-banda del orden de 0
a m-1 en un conjunto de m derivaciones de filtro de
sub-banda, un filtro FIR de banda total configurado
para filtrar la señal de audio de extremo lejano con dicho conjunto
de m derivaciones de filtro de banda total para emitir una
estimación de eco anticipado de banda total invertida, un filtro de
síntesis de eco retrasado configurado para fusionar las estimaciones
de eco retrasado de sub-banda invertida y para
proporcionar una estimación de eco retrasado de banda total
invertida, un sumador configurado para proporcionar dicha señal de
salida con eco atenuado sumándose dicha estimación de eco anticipado
de banda total invertida, dicha estimación de eco retrasado de
banda total invertida y dicha señal de micrófono con eco
añadido.
\vskip1.000000\baselineskip
Con el fin de hacer la invención más fácilmente
entendible, lo que se aborda a continuación se referirá a los
dibujos anexos,
La figura 1 es un diagrama de bloques detallado
de la configuración de un sistema de conferencias convencional,
La figura 2 es una vista más cercana de un
subsistema cancelador de eco acústico con procesamiento de banda
total,
La figura 3 es un diagrama de bloques del
subsistema cancelador de eco correspondiente implementado con
procesamiento de sub-banda,
La figura 4 es un diagrama de bloques del
sistema de sub-banda con una vista más cercana en el
filtro FIR de sub-banda,
La figura 5 es un diagrama de bloques de una
primera forma de realización de la presente invención,
La figura 6 es un diagrama de bloques de una
segunda forma de realización de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, se abordará la presente
invención describiendo una forma de realización preferida, y
haciendo referencia a los dibujos anexos. Sin embargo, incluso si
la forma de realización específica se describe mediante algunos
ejemplos específicos, la gente experta en la materia realizará otras
aplicaciones y modificaciones dentro del ámbito de la invención
como se define en la reivindicación independiente adjunta.
La presente invención mantiene la rápida
adaptación de los canceladores de eco de sub-banda y
el retardo cero del cancelador de banda total. Añade un poco a los
requisitos de capacidad de procesamiento, pero aún sigue estando
más próxima a los requisitos de baja capacidad de procesamiento de
un cancelador de eco de sub-banda convencional
comparado con un cancelador de eco de banda total convencional,
especialmente cuando hay implicados algoritmos de adaptación
complejos y sofisticados.
Con el fin de describir la presente invención,
el sistema de la técnica anterior de la figura 3 se describirá
ahora en más detalle con referencia a la figura 4, que ilustra una
versión más detallada del sistema.
Como en la figura 3, la señal del extremo lejano
4101 es pasada al altavoz como señal 4102. También es dividida en
sub-bandas usando el filtro de análisis 4301. La
señal de micrófono no cancelada 4106 es dividida en
sub-bandas usando otro (pero igual) filtro de
análisis 4302.
Para cada sub-banda, el filtro
de análisis del altavoz emite una señal de referencia de
sub-banda 4203, que es filtrada por un filtro FIR
de sub-banda, que consiste en una línea de retardo
de referencia 4211, un conjunto de derivaciones 4212 de filtro FIR
y una unidad de convolución 4213. La unidad de convolución emite una
estimación de eco de sub-banda invertida 4205. El
filtro de análisis del micrófono emite una señal no cancelada de
sub-banda 4206, que es sumada a la estimación de
eco invertida, emitiéndose una señal de micrófono con eco cancelado
de sub-banda 4207. La señal de micrófono con eco
cancelado es usada para la adaptación del filtro FIR, mostrada como
el bucle de actualización 4208 del filtro FIR de
sub-banda.
Las señales del micrófono con eco cancelado de
todas las sub-bandas también son fusionadas entre sí
en una señal de banda total cancelada 4107 del micrófono mediante
el filtro de síntesis 4303.
La figura 5 ilustra una primera forma de
realización de la presente invención. Como en el sistema de la
técnica anterior de la figura 4, la señal del extremo lejano 5101
es pasada al altavoz como señal 5102. También es dividida en
sub-bandas usando el filtro de análisis 5301. El
micrófono no cancelado es dividido en sub-bandas
usando otro (pero igual) filtro de análisis 5302.
Para cada sub-banda, el filtro
de análisis del altavoz emite una señal de referencia de
sub-banda 5203, que es filtrada por un filtro FIR
de sub-banda, que consiste en una línea de retardo
de referencia 5211, un conjunto de derivaciones 5212 de filtro FIR
y una unidad de convolución 5213. La unidad de convolución emite una
estimación de eco de sub-banda invertida 5205. El
filtro de análisis del micrófono emite una señal no cancelada de
sub-banda 5206, que es sumada a la estimación de
eco invertida, emitiéndose una señal de micrófono con eco cancelado
de sub-banda 5207.
Por lo que respecta al sistema de la técnica
anterior de la figura 4, la señal de micrófono con eco cancelado es
usada para la adaptación del filtro FIR, mostrada como el bucle de
actualización 5208 del filtro FIR de sub-banda.
Sin embargo, a diferencia de la técnica
anterior, la señal de micrófono con eco cancelado de
sub-banda no es pasada por un filtro de
síntesis.
En su lugar, los valores de derivación de filtro
del filtro FIR son pasados secuencialmente por un filtro de
síntesis modelo FIR 5304 para calcular una réplica de filtro FIR de
banda total 5104. Un multiplexor 5214 de derivaciones de filtro
controla la secuenciación. Primero el filtro de síntesis se vuelve a
poner en un estado de todo a cero, después de eso los valores de
derivación de filtro de los filtros FIR de sub-banda
son alimentados al filtro de síntesis, empezando con las
derivaciones h_{0} de todas las sub-bandas,
después de eso las derivaciones h_{1} de y así sucesivamente,
terminando con las derivaciones h_{n-1} de todas
las sub-bandas. Aquí, n es el número de derivaciones
en los filtros FIR de sub-banda. En los canceladores
de eco de sub-banda, es común usar un número
diferente de derivaciones para sub-bandas
diferentes, y en tal caso, el multiplexor de derivaciones de filtro
emitirá cero para todas las sub-bandas donde no hay
más derivaciones presentes.
Como consecuencia, algunos pasos con todo a cero
son pasados por el filtro de síntesis, debido al retardo y longitud
de respuesta en el filtro de síntesis, se calcula la cola de la
respuesta. El número requerido de pasos dependerá del diseño del
filtro de síntesis.
Finalmente, la salida del filtro de síntesis es
copiada a la réplica de filtro FIR 5104. El resultado es que el
filtro FIR de banda total está constituido por derivaciones FIR
generadas a partir de las derivaciones FIR de las
sub-bandas respectivas.
Son posibles diversos planteamientos sobre cómo
y cuándo pasar las derivaciones de filtro FIR de
sub-banda por el filtro de síntesis. Toda la
secuenciación se podría realizar atómicamente (en un punto del
tiempo), pero esto añadirá mucha capacidad de procesamiento
innecesaria. Una solución más preferida es pasar un conjunto de
derivaciones por el filtro de síntesis en cada intervalo de
muestras. Esto implica que el filtro de banda total sólo es
actualizado en un intervalo un poco mayor que la longitud de cola
elegida, pero esto es más bien insignificante, ya que los filtros
de sub-banda son bastante constantes. Incluso cuando
cambia la respuesta acústica, el tiempo de readaptación será
elevado comparado con el intervalo de longitud de
cola/actualización.
Además, la señal del extremo lejano 5101,
idéntica a la señal al altavoz, 5102, es pasada por la réplica de
filtro FIR de banda total 5104, creándose una estimación de eco de
banda total invertida 5105. Esta es sumada a la señal de micrófono
no cancelada 5106, creándose la señal de micrófono de banda total
con eco cancelado 5107.
Usándose este planteamiento, se consigue el
retardo algorítmico cero, ya que la señal de micrófono no se expone
al procesamiento de la señal. Todas las adaptaciones se realizan en
la sub-banda, y se mantienen los beneficios del
cancelador de eco de sub-banda.
Sin embargo, el filtrado de eco de banda total
se debe hacer dos veces, una vez en el dominio de la
sub-banda (computacionalmente económico) y una vez
en el dominio de la banda total (computacionalmente caro). De ese
modo, aunque los requisitos de capacidad de procesamiento son
considerablemente inferiores que en el caso de la banda total, son
elevados comparados con el planteamiento de
sub-banda puro, y se desean reducciones
adicionales.
En una segunda forma de realización de la
presente invención, los requisitos de capacidad de procesamiento
son disminuidos. Esta forma de realización se ilustra en la figura
6.
De nuevo, la señal del extremo lejano 6101 es
pasada al altavoz como señal 6102. También es dividida en
sub-bandas usando el filtro de análisis 6301. La
señal de micrófono no cancelada 6106 es dividida en
sub-bandas usando otro (pero similar) filtro de
análisis 6302.
Para cada sub-banda, el filtro
de análisis del altavoz emite una señal de referencia de
sub-banda 6203, que es filtrada por un filtro FIR
de sub-banda dual, que consiste en una línea de
retardo de referencia 6211, un conjunto de derivaciones 6212 de
filtro FIR y una unidad de convolución dual 6213. La unidad de
convolución emite una estimación de eco anticipado de
sub-banda invertida 6205 y una estimación de eco
retrasado invertida 6209. La estimación de eco anticipado de
sub-banda es la primera parte de la estimación de
eco de sub-banda en el tiempo, determinada por las
derivaciones de filtro
h_{0}-h_{m-1}, mientras que la
estimación de eco retrasado de sub-banda es la
última parte de la estimación de eco de sub-banda en
el tiempo, determinada por las derivaciones de filtro
h_{m}-h_{n}. El filtro de análisis del micrófono
emite una señal no cancelada de sub-banda 6206, que
es sumada a ambas de las estimaciones de eco invertidas, emitiéndose
una señal de micrófono con eco cancelado de
sub-banda 6207.
Como en la figura 5, la señal de micrófono con
eco cancelado es usada para la adaptación del filtro FIR, mostrada
como el bucle de actualización 6208 de filtro FIR de
sub-banda. La adaptación del filtro FIR es idéntica
a la de la figura 5.
Como en la figura 5, un multiplexor 6214 de
derivaciones de filtro y un filtro de síntesis modelo FIR 6304
calculan una réplica de filtro de respuesta de banda total 6104. Sin
embargo, esta réplica sólo se calcula usando la parte anticipada de
las respuestas estimadas de filtro FIR de sub-banda,
y la réplica de banda total sólo representa la parte anticipada de
la respuesta acústica. De ese modo, la réplica de filtro FIR de
banda total 6104 es considerablemente más corta que la réplica de
la figura 5. La señal de referencia de banda total 6101 es pasada
por este filtro, emitiéndose una estimación de eco anticipado de
banda total invertida 6108.
Además, la estimación de eco retrasado de
sub-banda invertida es pasada por un filtro de
síntesis 6303 de eco retrasado, formándose una estimación de eco
retrasado de banda total invertida 6109. Obsérvese que es una
estimación de eco retrasado y no una señal con eco reducido (como en
la figura 5) la que se pasa por el filtro de síntesis. Para
compensar el retardo por el filtro de análisis y de síntesis, se
puede requerir un ajuste de retardo 6110 justo después del filtro
de síntesis 6303.
La estimación de eco anticipado de banda total
6108 y la estimación de eco retrasado de banda total 6109 se suman,
formándose la estimación de eco de banda total 6105. La estimación
de eco de banda total es sumada a la señal de micrófono no
cancelada 6106, emitiéndose una señal de micrófono con eco
cancelado.
Básicamente, el planteamiento de la segunda
forma de realización sólo estima la primera parte del eco usando un
filtro FIR de banda total, mientras que la última parte del eco, que
se retrasa de cualquier modo, hace posible el cálculo con los
retardos inherentes introducidos por la estructura de
sub-banda, sin introducir ningún retardo
algorítmico en la trayectoria de la señal de micrófono.
Ya que la réplica de filtro de respuesta
anticipada de banda total es considerablemente más corta que la
réplica de la figura 5, se consigue una reducción de
complejidad.
El número de derivaciones de filtro que se
pueden usar para el eco anticipado y para el eco retrasado, depende
del diseño del filtro de análisis y de síntesis. Dependiendo de este
diseño, puede haber también cierto solapamiento entre la
contribución de la estimación de eco del filtro FIR de banda total y
del modelo de eco retrasado de sub-banda. Como
ejemplo, supóngase que el filtro de análisis y de síntesis introduce
40 ms de retardo algorítmico, mientras que el sistema necesita
cancelar 250 ms de longitud de cola. Habitualmente, el filtro FIR de
banda total de eco anticipado necesita entonces ser algo más largo
que el retardo de 40 ms. Los primeros 40 ms son cancelados
únicamente por el filtro de banda total, los próximos, por ejemplo
10 ms son cancelados conjuntamente por el filtro FIR de banda total
y la estimación de eco retrasado, mientras que los últimos 200 ms
son cancelados únicamente por la estimación de eco retrasado. En
este ejemplo, el requisito de capacidad de procesamiento para el
filtro de banda total se reduce en un 80% comparado con la forma de
realización ilustrada en la figura 5. La mejora neta no es tan
grande, ya que es necesario otro filtro de síntesis. Sin embargo,
comparado con la primera forma de realización, para el mismo
intervalo de actualización del filtro FIR de banda total, la
complejidad computacional del filtro de síntesis modelo FIR se puede
reducir, debido al menor número de conjuntos de derivaciones que se
deben pasar.
La presente invención combina los beneficios de
los canceladores de eco de banda total y los canceladores de eco de
sub-banda, sin introducirse las desventajas.
Mediante la presente invención, habrá un retardo
algorítmico cero en la trayectoria del micrófono, que es el caso de
los canceladores de banda total, a diferencia del retardo inherente
de los canceladores de sub-banda.
Además, la velocidad de adaptación/convergencia
es equivalente la del cancelador de eco de
sub-banda, ya que la adaptación se realiza en la
sub-banda, a diferencia de la velocidad de
convergencia lenta de los canceladores de eco de banda total,
especialmente para el habla y las señales naturales.
Finalmente, la presente invención requiere una
baja complejidad computacional, próxima al cancelador de eco de
sub-banda, a diferencia de la elevada complejidad
computacional de los canceladores de banda total.
Claims (6)
1. Un cancelador de eco de audio ajustado para
proporcionar una señal de salida con eco atenuado (6107) a partir
de una señal de micrófono con eco añadido (6106) que consiste en una
señal de eco originada de una señal de audio de extremo cercano y
una señal de audio de extremo lejano, comprendiendo dicho cancelador
de eco de audio
un primer filtro de análisis (6301) configurado
para dividir la señal de audio de extremo lejano (6101) en un
número de señales de referencia de sub-banda
(6203),
un segundo filtro de análisis (6302) configurado
para dividir la señal de micrófono con eco añadido (6106) en un
número de señales de micrófono con eco añadido de
sub-banda (6206),
un número de filtros FIR de
sub-banda, incluyendo cada uno un conjunto
respectivo de n derivaciones de filtro de
sub-banda, configurado cada filtro FIR de
sub-banda para filtrar una señal de referencia de
sub-banda (6203) asociada con el conjunto
respectivo de n derivaciones de filtro de sub-banda
y para emitir una estimación de eco de sub-banda
invertida (6205; 6209) que se suma a una señal de micrófono con eco
añadido de sub-banda (6206) asociada para
proporcionar una señal de retroalimentación con eco atenuado de
sub-banda (6208), con la que se actualiza el
conjunto respectivo de derivaciones de filtro de
sub-banda,
dicho cancelador de eco de audio está
caracterizado porque
cada filtro FIR de sub-banda
está configurado además para emitir un subconjunto respectivo de
derivaciones de filtro de sub-banda del orden de 0
a m-1 del conjunto respectivo de n derivaciones de
filtro de sub-banda y para filtrar dicha señal de
referencia de sub-banda (6203) asociada con un
subconjunto respectivo de derivaciones de filtro de
sub-banda del orden de m a n-1 del
conjunto respectivo de n derivaciones de filtro de
sub-banda para emitir una estimación de eco
retrasado de sub-banda invertida (6209), y
porque el cancelador de eco de audio comprende
además:
un filtro de síntesis modelo FIR (6304),
configurado para fusionar los subconjuntos de derivaciones de filtro
de sub-banda del orden de 0 a m-1
en un conjunto de m derivaciones de filtro de banda total,
un filtro FIR de banda total (6104) configurado
para filtrar la señal de audio de extremo lejano (6101) con dicho
conjunto de m derivaciones de filtro de banda total para emitir una
estimación de eco anticipado de banda total invertida (6108),
un filtro de síntesis (6303) de eco retrasado
configurado para fusionar las estimaciones de eco retrasado de
sub-banda invertidas (6209) y para proporcionar una
estimación de eco retrasado de banda total invertida (6109),
un sumador configurado para proporcionar dicha
señal de salida con eco atenuado (6107) sumándose dicha estimación
de eco anticipado de banda total invertida (6108), dicha estimación
de eco retrasado de banda total invertida (6109) y dicha señal de
micrófono con eco añadido (6106).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Cancelador de eco de audio según la
reivindicación 1, caracterizado porque el cancelador de eco
de audio comprende además una unidad de ajuste de retardo (6110)
configurada para ajustar un retardo de dicha estimación de eco
retrasado de banda total invertida (6109) a un retardo de dicha
estimación de eco anticipado de banda total invertida (6108).
3. Cancelador de eco de audio según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado por un número de
multiplexores (6214), uno para cada sub-banda,
configurados para emitir consecutivamente derivaciones de filtro de
sub-banda de dicho subconjunto respectivo de
derivaciones de filtro de sub-banda del orden de 0 a
m-1.
4. Un procedimiento para proporcionar una señal
de salida con eco atenuado (6107) a partir de una señal de
micrófono con eco añadido (6106) que consiste en una señal de eco
originada de una señal de audio de extremo cercano y una señal de
audio de extremo lejano, comprendiendo dicho procedimiento
la división de la señal de audio de extremo
lejano (6101) en un número de señales de referencia de
sub-banda (6203) por medio de un primer filtro de
análisis (6301),
la división de la señal de micrófono con eco
añadido (6106) en un número de señales de micrófono con eco añadido
de sub-banda (6206) en un segundo filtro de
análisis,
para cada uno respectivo de un número de filtros
FIR de sub-banda, incluyendo cada uno un conjunto
respectivo de n derivaciones de filtro de
sub-banda, la generación de una estimación de eco de
sub-banda invertida (6205; 6209) filtrándose una
señal de referencia de sub-banda (6203) asociada con
un conjunto respectivo de n derivaciones de filtro de
sub-banda, sumándose una estimación de eco de
sub-banda invertida (6205; 6209) respectiva a una
señal de micrófono con eco añadido de sub-banda
(6206) asociada para proporcionar una señal de retroalimentación
con eco atenuado de sub-banda (6208) y
actualizándose el conjunto respectivo de derivaciones de filtro de
sub-banda con dicha señal de retroalimentación con
eco atenuado de sub-banda (6208),
caracterizado dicho procedimiento por
emitir cada filtro FIR de
sub-banda un subconjunto respectivo de derivaciones
de filtro de sub-banda del orden de 0 a
m-1 del conjunto respectivo de n derivaciones de
filtro de sub-banda y filtrar dicha señal de
referencia de sub-banda (6203) asociada con un
subconjunto respectivo de derivaciones de filtro de
sub-banda del orden de m a n-1 del
conjunto respectivo de n derivaciones de filtro de
sub-banda para emitir una estimación de eco
retrasado de sub-banda invertida (6209), y
fusionar los subconjuntos de derivaciones de
filtro de sub-banda del orden de 0 a
m-1 en un conjunto de m derivaciones de filtro de
banda total por medio de un filtro de síntesis modelo FIR
(6304),
filtrar la señal de audio de extremo lejano
(6101) con dicho conjunto de m derivaciones de filtro de banda
total por medio de un filtro FIR de banda total (6104) para emitir
una estimación de eco anticipado de banda total invertida
(6108),
fusionar las estimaciones de eco retrasado de
sub-banda invertidas (6209) en una estimación de eco
retrasado de banda total invertida (6109) por medio del filtro de
síntesis (6303) de eco retrasado y proporcionar dicha estimación de
eco retrasado de banda total invertida (6109),
proporcionar dicha señal de salida con eco
atenuado (6107) sumándose dicha estimación de eco anticipado de
banda total invertida (6108), dicha estimación de eco retrasado de
banda total invertida (6109) y dicha señal de micrófono con eco
añadido (6106).
\vskip1.000000\baselineskip
5. Un procedimiento según la reivindicación
4,
caracterizado porque la etapa de
provisión de dicha estimación de eco retrasado de banda total
invertida comprende además el ajuste de un retardo de dicha
estimación de eco retrasado de banda total invertida (6109) a un
retardo de dicha estimación de eco anticipado de banda total
invertida (6108) por medio de una unidad de ajuste de retardo
(6110).
\vskip1.000000\baselineskip
6. Un procedimiento según la reivindicación 4 ó
5,
en el que la etapa en que cada filtro FIR de
sub-banda emite un subconjunto respectivo de
derivaciones de filtro de sub-banda del orden de 0
a m-1 del conjunto respectivo de n derivaciones de
filtro de sub-banda comprende consecutivamente la
salida de derivaciones de filtro de sub-banda de
dicho subconjunto respectivo de derivaciones de filtro de
sub-banda del orden de 0 a m-1 por
medio de un multiplexor (6214), uno para cada
sub-banda.
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