FR2787952A1 - Structure a retard nul pour la suppression d'echos de bandes secondaires - Google Patents
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Abstract
Cette structure comprend des moyens de décomposition (17, 21) en bandes secondaires pour subdiviser et sous-échantillonner un signal d'écho numérique et un signal de référence numérique dans plusieurs bandes de fréquences, un filtre (23) pour recevoir les deux signaux décomposés pour former leurs trajets d'échos estimés, un filtre (25) pour recevoir les deux signaux et délivrer ses signaux de sortie antérieurement, des moyens (27) de reconstitution de bandes secondaires pour suréchantillonner et recombiner le signal du filtre d'avance pour régénérer les signaux numériques sans retard, et des moyens (29, 33) pour soustraire le signal reconstitué du signal d'écho numérique.Application notamment en téléphonie.
Description
L'invention concerne d'une manière générale
la suppression d'échos dans des applications aux télé-
communications et plus particulièrement une topologie à
retard nul pour la suppression d'échos de bandes secon-
daires. Une structure à retard nul, créée à partir de cette topologie, peut être incorporée dans n'importe quelle suppression d'échos de bandes secondaires ou d'ondelettes afin de garantir l'élimination de tous les
retards apparaissant pendant des conversations télépho-
niques journalières (ou lors d'activités de télécommu-
nication). Un écho est le phénomène, dans lequel une version retardée et déformée d'un signal original est renvoyée à la source. D'une manière générale des échos sont provoqués par la réflexion de signaux à partir des
limites de discontinuités dans le milieu de transmis-
sion. Lors de la transmission de signaux téléphoniques,
un écho apparaît chaque fois que le signal émis ren-
contre une désadaptation d'impédance dans le circuit.
De tels échos affectent la fidélité des signaux vocaux
et représentent souvent un inconvénient pour les utili-
sateurs. Des suppresseurs d'échos de réseau sont des dispositifs conçus pour éliminer ces échos indésirables lors d'une transmission téléphonique. Le concept de base d'un suppresseur d'échos est de synthétiser une réplique de l'écho et de la soustraire du signal total reçu. Un algorithme efficace pour obtenir le trajet d'écho estimé est l'algorithme adaptatif basé sur la
méthode des moindres carrés (LMS).
Lorsque la durée d'un écho est longue (400-
500 ms) comme dans le cas d'appels téléphoniques à grande distance ou dans des téléphones mains libres dans une salle de conférence, le nombre de prises dans
l'algorithme adaptatif augmente d'une manière propor-
tionnelle, et le taux de convergence du filtre adapta-
tif diminue fortement. Ce qui est même plus grave, c'est qu'il peut s'avérer impossible d'éliminer les échos d'une manière suffisante pour obtenir un signal vocal de bonne qualité. Pour éliminer cette difficulté, le système de filtrage de bandes secondaires et, plus récemment, le système de décomposition en ondelettes ont été proposés. La décomposition du signal permet de réduire la complexité du calcul et d'accroître la vitesse d'adaptation moyennant l'utilisation des signaux sous-échantillonnés. Avec la décomposition en M bandes secondaires, la longueur du filtre adaptatif est
réduite du facteur M à chaque niveau de bande secon-
daire. La décomposition en bandes secondaires est le
processus de sous-échantillonnage, le procédé de réduc-
tion ou de décimation d'une cadence d'échantillonnage et la subdivision d'un signal en plusieurs bandes de
fréquences. De même, en raison de la procédure de sous-
échantillonnage, l'algorithme adaptatif peut être mis en oeuvre à une cadence qui est M fois inférieure à la cadence initiale. Il en résulte que la complexité de calcul est réduite et que le taux de convergence est amélioré. La structure de base d'un suppresseur d'échos de bandes secondaires est représentée sur la figure 1,
annexée à la présente demande, sur laquelle la décompo-
sition (en 1 et 3) et la reconstitution (en 5) du signal peuvent être mises en oeuvre avec soit un banc de filtres, n'importe quelle transformation en blocs ou n'importe quelle décomposition en ondelettes. Quels que soient les procédés utilisés, la décomposition et la
reconstitution du signal peuvent être toujours expri-
mées de façon équivalente à l'aide d'un ensemble de
bancs de filtres FIR (c'est-à-dire à réponse impulsion-
nelle finie), qui satisfont aux conditions de reconsti-
tution PR (reconstitution parfaite). A la fois le
signal d'écho x(n) et le signal de référence u(n) tra-
versent un ensemble séparé de bancs de filtres de décomposition, puis sont sous-échantillonnés. L'algo-
rithme adaptatif (en 7) agit au niveau du sous-
échantillonnage avec une vitesse de calcul réduite.
Alors les signaux résiduels d'échos dans différentes
bandes secondaires traversent le filtre de reconstitu-
tion pour la récupération d'un signal vocal d'origine
lointaine, dont l'écho est réduit.
Le problème avec le suppresseur d'échos de bandes secondaires est que, lorsque le signal d'origine lointaine est soumis à la décomposition et est envoyé
aux bancs de filtres de décomposition et de reconstitu-
tion, un retard apparaît. Ce retard peut être réduit au moyen d'une conception soigneuse des bancs de filtres
de reconstitution parfaite, mais ne peut pas être tota-
lement éliminé. De même dans l'agencement de bancs de
filtres, lorsqu'on tient compte du retard, la perfor-
mance de suppression d'échos doit être sacrifiée étant donné que le banc de filtres de reconstitution parfaite
à retard minimum peut ne pas fournir la meilleure per-
formance de suppression d'échos.
L'existence du retard dans la suppression d'échos de bandes secondaires limite les applications du suppresseur d'échos. Avec la transmission de signaux
vocaux, il est toujours avantageux pour les utilisa-
teurs que le retard introduit lors de la suppression d'échos soit nul, de manière à réduire ainsi le retard de transmission du signal vocal, d'une extrémité à une autre.
Un but de la présente invention est d'indi-
quer une structure qui élimine tous les retards dûs aux
activités de suppression d'échos des bandes secon-
daires. Conformément à la présente invention, on a développé une structure à retard nul telle que le
retard introduit dans la décomposition en bandes secon-
daires et dans la reconstitution est supprimé sans que
ceci s'effectue aux dépens de la performance de la sup-
pression d'échos. Cette structure peut être utilisée en combinaison avec n'importe quel suppresseur d'échos basé sur des bandes secondaires ou n'importe quelle
suppresseur d'échos d'ondelettes.
Ce problème est résolu conformément à
l'invention à l'aide d'une structure à retard nul ser-
vant à supprimer tous les retards apparaissant lors d'une suppression d'échos dans des bandes secondaires, caractérisée en ce qu'elle comprend: des premiers
moyens de décomposition en bandes secondaires pour sub-
diviser et amener par sous-échantillonnage un signal d'écho numérique dans plusieurs bandes de fréquences,
des seconds moyens de décomposition en bandes secon-
daires pour subdiviser et amener par sous-échantillon-
nage un signal de référence numérique dans plusieurs bandes de fréquences, un filtre mettant en oeuvre la méthode des moindres carrés (LMS) servant à recevoir le signal de référence numérique décomposé et le signal d'écho numérique décomposé pour obtenir leurs trajets d'échos estimés, un filtre d'avance pour recevoir le signal de référence numérique décomposé et le signal LMS et délivrer ses signaux de sortie antérieurement de
sorte qu'un retard est évité, des moyens de reconstitu-
tion de bandes secondaires pour réaliser un suréchan-
tillonnage et une recombinaison dudit signal de sortie
du filtre d'avance pour régénérer lesdits signaux numé-
riques sans aucun retard, et des moyens additifs et soustractifs pour soustraire ledit signal reconstitué,
dudit signal d'écho numérique.
En outre l'invention porte sur un suppresseur
d'échos caractérisé en ce qu'il comporte: un conver-
tisseur analogique/numérique et un convertisseur numé-
rique/analogique; des moyens d'estimation adaptative de canaux; et une structure à retard nul pour supprimer tous les retards apparaissant pendant une suppression
d'échos de bandes secondaires.
Selon une autre caractéristique de l'inven-
tion, ledit suppresseur est un suppresseur d'échos de
bandes secondaires ou d'ondelettes.
En outre selon une autre caractéristique le suppresseur d'échos comprend une structure à retard nul
du type indiqué précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de la
présente invention ressortiront de la description don-
née ci-après d'une forme de réalisation préférée prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, représente un schéma d'un suppresseur général d'échos de bandes secondaires; et - la figure 2 est un schéma d'une structure à
retard nul.
La figure 1 illustre de quelle manière un retard est provoqué, dans un suppresseur d'échos de bandes secondaires, par la décomposition en bandes secondaires d'un signal de référence u(n) en 1 et d'un signal d'écho n(x) en 3 et par la reconstitution en 5 et de quelle manière ce retard possède une valeur fixe qui dépend d'un banc de filtres, qui est utilisé. On
suppose que le retard est égal à N points d'échantil-
lonnage. Après une décomposition en bandes secondaires et une procédure ultérieure de sous-échantillonnage, le retard contient un moins grand nombre de points
d'échantillonnage au niveau des bandes secondaires.
Dans chaque bande secondaire, le retard équivalent est égal approximativement à N/M, M étant le nombre de
bandes secondaires.
On suppose que pour la k-ème bande secon-
daire, un filtre LMS converge vers {(hk(n)}, et une convolution d'un signal de référence au niveau de la k- ème bande secondaire avec {(hk(n)} fournit une réplique d'écho dans la bande secondaire avec un retard de N/M échantillons. La réplique d'écho à retard nul peut être
obtenue en formant la convolution du signal de réfé-
rence avec {(hk(n + N/M)}. La procédure indiquée précé-
demment montre que le retard peut être compensé au moyen d'une avance préalable du filtre {(hk(n)}, avec
N/M échantillons. Cependant pour un filtre causal géné-
ral {(hk(n)}, {(hk(n + N/M)} est un filtre non causal
non réalisable. Le suppresseur d'échos de bandes secon-
daires à retard nul est représenté sur la figure 2, sur
laquelle un banc de filtres d'avance présente une par-
tie causale du filtre d'avance, c'est-à-dire que l'on a hk(N + N/M), n > 0 hkf(n) = 0, ailleurs On notera que le filtre d'avance délivre un signal de sortie qui est antérieur au signal de sortie du filtre initial. Avec la convolution du signal de référence avec le filtre d'avance causal au niveau de chaque
bande secondaire, le signal de sortie de la reconstitu-
tion du banc de filtres fournit la réplique de l'écho, sans aucun retard. Cependant, dans {(hkf(N)}, les N/M premiers coefficients de {(hk(n)} sont manquants. De façon équivalente, les N premiers coefficients dans le trajet d'écho initial sont manquants. Ces coefficients peuvent être compensés par le filtre LMS lors de la
reconstitution des bandes secondaires. La reconstitu-
tion des bandes secondaires est le processus de sur-
échantillonnage, le processus d'accroissement d'une cadence d'échantillonnage d'un signal par insertion de zéros et filtrage antiimage, et de recombinaison du signal de bandes secondaires pour la régénération du signal original. L'exigence générale de la décomposi- tion et de la reconstitution est que le signal original soit régénéré après la procédure de reconstitution,
sans distorsion ni altération.
Sur la figure 2, on a représenté la topologie à retard nul. Le signal d'entrée est introduit soit à
l'aide d'un microphone 13, soit à l'aide d'un haut-
parleur 11il et traverse un convertisseur analogique/ numérique respectif 15 ou 19. Le ou les signaux sont ensuite décomposés en bandes secondaires en 17 ou en 21 avant d'être transmis à un filtre LMS 23. Le filtre LMS 23 ainsi que le filtre d'avance 25 coopèrent en formant un filtre adaptatif, dont le résultat fournit un écho
estimé à retard nul.
L'écho estimé à retard nul est ensuite reconstitué en 27 et est soustrait en 29 du signal d'entrée. Un filtre LMS externe 31 est ajouté de manière à supprimer l'écho restant produit par les N
premiers coefficients dans le trajet d'écho. Le résul-
tat de cette opération est envoyé en étant soustrait
(en 33) du signal délivré à partir de 29 par l'intermé-
diaire d'un convertisseur numérique/analogique 35 et
est délivré à l'autre extrémité. Pour le signal arri-
vant il n'apparaît aucun retard. Compte tenu de la lon-
gueur des filtres à la fois lors de la décomposition en bandes secondaires et de la reconstitution à partir des bandes secondaires, on suggère qu'un peu plus de N poids soient affectés aux filtres LMS externes pour
l'obtention d'une meilleure performance.
Claims (4)
1. Structure à retard nul servant à supprimer tous les retards apparaissant lors d'une suppression d'échos dans des bandes secondaires, caractérisée en ce qu'elle comprend: des premiers moyens (17) de décomposition en bandes
secondaires pour subdiviser et amener par sous-
échantillonnage un signal d'écho numérique dans plu-
sieurs bandes de fréquences, des seconds moyens (21) de décomposition en bandes
secondaires pour subdiviser et amener par sous-
échantillonnage un signal de référence numérique dans plusieurs bandes de fréquences, un filtre (23) mettant en oeuvre la méthode des moindres carrés (LMS) servant à recevoir le signal de
référence numérique décomposé et le signal d'écho numé-
rique décomposé pour obtenir leurs trajets d'échos estimés, un filtre d'avance (25) pour recevoir le signal de
référence numérique décomposé et le si9nal LMS et déli-
vrer ses signaux de sortie antérieurement de sorte qu'un retard est évité, des moyens (27) de reconstitution de bandes secondaires
pour réaliser un suréchantillonnage et une recombinai-
son dudit signal de sortie du filtre d'avance (25) pour régénérer lesdits signaux numériques sans aucun retard, et
des moyens additifs et soustractifs (29,33) pour sous-
traire ledit signal reconstitué, dudit signal d'écho
numérique.
2. Suppresseur d'échos, caractérisé en ce qu'il comporte: un convertisseur analogique/numérique (15,19) et un convertisseur numérique/analogique (35); des moyens d'estimation adaptative de canaux; et une structure à retard nul pour supprimer tous les retards apparaissant pendant une suppression d'échos de
bandes secondaires.
3. Suppresseur d'échos selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit suppresseur est un sup-
presseur d'échos de bandes secondaires ou d'ondelettes.
4. Suppresseur d'échos selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite structure à retard nul comprend: des premiers moyens (17) de décomposition en bandes secondaires pour réaliser subdiviser et amener par sous-échantillonnage un signal d'écho numérique dans plusieurs bandes de fréquences, des seconds moyens (21) de décomposition en bandes secondaires pour réaliser subdiviser et amener par sous-échantillonnage un signal de référence numérique dans plusieurs bandes de fréquences, un filtre (23) mettant en oeuvre la méthode des moindres carrés (LMS) servant à recevoir le signal de
référence numérique décomposé et le signal d'écho numé-
rique décomposé pour former leurs trajets d'échos esti-
més, un filtre d'avance (25) pour recevoir le signal de
référence numérique décomposé et le signal LMS et déli-
vrer ses signaux de sortie antérieurement de sorte qu'un retard est évité, des moyens de reconstitution de bandes secondaires pour réaliser un suréchantillonnage et une recombinaison dudit signal de sortie du filtre d'avance (25) pour régénérer lesdits signaux numériques sans aucun retard, et
des moyens additifs et soustractifs (15,19) pour sous-
traire ledit signal reconstitué, dudit signal d'écho numérique.
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