FR2794323A1

FR2794323A1 - Procede de suppression de bruit

Info

Publication number: FR2794323A1
Application number: FR0006481A
Authority: FR
Inventors: Thierry Rigaudias
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2000-12-01
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: FR2794323B1

Abstract

Un téléphone mobile est capable de détecté un appel entrant ou sortant bien avant que la communication proprement dite ne soit établie, c'est à dire bien avant que les deux interlocuteurs ne soient en mesure d'échanger des signaux de voix. On utilise ce laps de temps entre la détection (505) de l'appel et l'établissement (508) de la communication pour déclencher (506) l'algorithme de suppression de bruit. Celui-ci dispose donc de plus de temps pour se paramétrer, il est donc plus efficace au moment de l'établissement de la communication. On peut aussi profiter de ce gain de temps pour choisir un algorithme nescessitant plus de temps pour se paramétrer mais plus efficace dans la suppression de bruit.

Description

Procédé de suppression de bruit La présente invention a pour objet un procédé de suppression de bruit. Le domaine d'application de l'invention est la téléphonie mobile. L'invention peut aussi s'appliquer dans tout système possédant un microphone, et dont le but est de transmettre, radioélectriquement par exemple, les ondes acoustiques captées par ce microphone. Le but de l'invention est de permettre la transmission d'un message le plus fidèle possibleà celui que l'utilisateur du terminal souhaite émettre, indépendamment du bruit environnant.

Dans l'état de la technique on connaît des téléphones mobiles dotés d'algorithmes de suppression de bruit ambiant. Ces algorithmes sont utiles pour isoler la voix de l'utilisateur du téléphone mobile des autres sons ou bruits qui environnent le téléphone mobile. Par exemple dans le cas d'une personne qui se sert de son téléphone mobile dans un hall de gare pour appeler une deuxième personne, la deuxième personne entendra la première comme si celle-ci était seule dans la gare. En effet les voix des autres usagers du lieu ainsi que les bruits occasionnés par les trains auront été supprimés par l'algorithme de suppression de bruit.

Le problème de ces algorithmes est qu'ils mettent un certain temps avant d'être efficaces. En effet ils ont besoin d'une période d'apprentissage, durant laquelle ils écoutent leur environnement et ils adaptent leurs paramètres pour mieux pouvoir supprimer les sons correspondant au bruit ambiant. Un tel algorithme sera d'autant plus efficace que sa période d'apprentissage sera longue. Cependant pour un utilisateur, il n'est pas tolérable d'attendre au-delà de 2 secondes. En effet il est pénible d'avoirà demanderà son interlocuteur de répéter car on a mal entendu. C'est pourquoi les algorithmes de suppression de bruit qui sont utilisés actuellement sont un compromis entre le temps de convergence et l'efficacité de la suppression de bruit.

Bien sûr ces algorithmes sont adaptatifs. C'està dire que leurs performances s'adaptent et s'améliorent au fur età mesure de la communication. Cependant cela ne résout pas le problème du démarrage. Cela limite le choix des algorithmes possiblesà ceux ayant un temps de convergence court, de l'ordre de uneà deux secondes. L'invention résout ces problèmes par un démarrage anticipé de l'algorithme de suppression de bruit. Dans le cas des téléphones mobiles cela est en effet possible, puisque le téléphone sait qu'il va être appelé, ou qu'un appel va être émis, avant que la communication ne s'établisse. Le démarrage anticipé est donc possible. Cela a deux conséquences, soit l'algorithme existant, prescrit par les normes GSM, aura son efficacité accrue car son temps d'apprentissage sera plus long, soit on pourra utiliser des algorithmes ayant des meilleures performances de suppression de bruit mais réclamant des temps d'apprentissage plus longs. Dans les deux cas l'objectif est atteint. L'invention a donc pour objet un procédé de suppression du bruit ambiant sur un canai de voix téléphonique au cours d'une communication entre un premier interlocuteur et un deuxième interlocuteur dans lequel: - on produit un numéro d'appel du deuxième interlocuteur dans un téléphone du premier interlocuteur, - on valide le numéro produit et on appelle le deuxième interlocuteur, - on échange des signaux de voix, - on mesure un bruit ambiant, - on détermine des paramètres de suppression de ce bruit ambiant, - on supprime le bruit ambiant en appliquant un algorithme de traitement de voix qui dépend de ces paramètres, caractérisé en ce que - on mesure le bruit ambiant avant l'échange de signaux de voix entre ces deux interlocuteurs.

L'invention sera mieux compriseà la lecture de la description qui suit età l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure1 : une illustration d'un téléphone mobile et des moyens nécessairesà la mise en ceuvre du procédé selon l'invention; - Figure 2 une illustration des étapes de l'invention dans le cas d'un appel sortant; - Figure3 un chronogramme d'événements se produisant lors d'un appel sortant et relatif au procédé selon l'invention; - Figure 4: une illustration des étapes du procédé selon l'invention dans le cas d'un appel entrant; - Figure5 : un chronogramme des événements se produisant lors d'un appel entrant et relatif au procédé selon l'invention; - Figure6 : une illustration des avantages du procédé selon l'invention.

La figure1 montre un téléphone mobile101 comportant un microphone 102 connectéà un convertisseur103 analogique numérique par l'intermédiaire d'un interrupteur 104. Le microphone 102 est celui dans lequel l'utilisateur du téléphone101 parle. L'interrupteur 104 sertà activer le microphone 102. C'est une représentation simplifiée de la fonction d'activation du microphone 102. En effet dans la pratique l'interrupteur 104 sera remplacé par un transistor ou tout autre système d'activation connu. Le convertisseur103 sertà transformer des signaux analogiques délivrés par le microphone 102 en signaux numériques susceptibles d'être traités par un microprocesseur105. Le traitement s'il est lourd, donc qu'il nécessite beaucoup de temps de calcul, pourra être effectué par un circuit106 spécialisé dans le traitement des signaux numériques. Les programmes commandant le microprocesseur105 et le circuit106 lors de l'exécution des ces traitements, et plus particulièrement ceux du procédé selon l'invention, sont contenus dans une mémoire107. La mémoire107 contient donc tous les programmes nécessaires au fonctionnement du téléphone mobile, ainsi que les zones de données utiles pour le traitement.

Le téléphone mobile101 comporte aussi un clavier108 et un écran 109. Les éléments103 à 109 du téléphone101 sont connectésà un bus110. Enfin pour émettre et recevoir des signaux de type radioélectriques le téléphone101 comporte un circuit111 de modulation et démodulation connectéà un aérien 112. Le circuit111 est aussi connecté au bus110. Seuls les éléments d'un téléphone mobile utiles pour la compréhension de l'invention ont été représentés sur la figure1.

La figure 2 doit être regardée en parallèle avec la figure3 et la figure1. Dans une étape préliminaire 201 de numérotation l'utilisateur du téléphone101 compose un numéro de téléphone sur le clavier108. Il peut aussi utiliser les touches du clavier108 pour aller chercher un numéro de téléphone dans le répertoire téléphonique se situant dans une mémoire du téléphone101. Le numéro qu'il aura composé ou sélectionné s'affichera alors sur l'écran109. Il pourra alors utiliser une touche prédéfinie du clavier 108 pour valider le numéro de téléphone. On passeà une étape 202 de validation du numéro.

Une fois le numéro de téléphone validé, le microprocesseur lit chacun des chiffres de ce numéro, aller chercher les informations correspondantà ce chiffre dans la mémoire107 et transmettre ces informations au modulateur 111 afin que celui-ci les transforme en informations radioélectriques et les transmette via l'aérien 112. La transmission radioélectrique de ce numéro de téléphone permet au réseau auquel est connecté le téléphone101 d'entrer en communication avec la personne qu'il appelle. Cet établissement de communication se déroule de manière connue.

En même temps que le traitement du numéro, le microprocesseur déclenche la mise en route de l'algorithme de suppression de bruit dans une étape203. Pour ce faire le microprocesseur105 commande la fermeture de l'interrupteur 104. Cela a pour effet d'activer le microphone 102. Les informations sont alors transmises depuis ce microphone 102 vers le convertisseur103. Les informations transmisesà ce convertisseur103 sont numérisées et transmises au circuit106. Le circuit106 se sert de ces informations numérisées qui lui sont fournies sous la forme d'échantillons ,pour calculer les paramètres de l'algorithme de suppression de bruit.

A ce moment les informations qui sont transmises au circuit106 par l'intermédiaire du microphone 102 et du convertisseur103 sont très riches. En effet comme la communication n'est pas encore établie entre les deux interlocuteurs, l'utilisateur du téléphone101 et l'appelé, l'intégralité de ce que capte le microphone 102 peut être interprété comme étant du bruit. Le circuit 106 n'a donc pas de traitementà faire pour séparer le bruit de la parole, dans la pratique l'algotithme ne sépare pas vraiment le bruit et la parole, il traite le signal global pour éliminer un maximum de bruit. Son efficacité s'en trouve accrue, en effet il a moins de calculsà faire, ou il peut se consacrer intégralement au calcul des paramètres de l'algorithme de suppression de bruit. Cela ne serait pas possible si l'algorithme de suppression de bruit était mis en #uvre au moment du décroché. Après la validation 202 et la mise en oeuvre 203, on se trouve dans une étape 204 d'attente. Cette étape 204 correspondà l'acheminement du numéro de téléphone validé par l'interlocuteur appelant, c'està dire au temps qu'il faut au réseau pour trouver et prévenir l'interlocuteur appelé. Puis toujours dans l'étape 204 ily a le temps de la tonalité de retour. L'interlocuteur appelé a été trouvé, et on lui signale qu'il est appelé par l'émission d'une sonnerie. Durant tout le temps de l'acheminement et de la tonalité de retour, l'algorithme de suppression de bruit continue de calculer ses paramètres en fonction du bruit ambiant mesuré. L'algorithme sera donc d'autant plus efficace que l'interlocuteur appelé met du tempsà décrocher. Dans le cas moyen, l'algorithme de suppression de bruit aura donc disposé de5 secondes pour se paramétrer. Pour obtenir ce temps on compte l'acheminement et une moyenne de 2 sonneries avant le décroché.

On passeà l'étape205 d'attente du décroché distant. Si il n'y a pas de décroché distant, c'està dire que l'interlocuteur appelé n'a pas répondu, on passeà une étape208 de fin de la communication et du procédé. Dans le cas où ily a un décroché distant, c'està dire si l'interlocuteur appelé répond, on passeà une étape206 de dialogue. Au cours de l'étape 206 le circuit106 traite les échantillons issus du convertisseur103 afin de séparer le signal de voix des signaux de bruit ambiant. Cette séparation, au sens défini précédement, se fera selon les paramètres qui auront été calculés au cours des étapes203 et205. Ces paramètres continuentà -évoluer au cours de la conversation. En effet l'algorithme est du type auto- adaptatif. C'està dire que ses paramètres de suppression de bruit ambiant évoluent en fonction des bruits ambiants et de la voix. Dans la pratique on peut envisager un téléphone mobile ayant deux micros. La mesure de la différence de phase entre les signaux présents sur les deux micros renseigne sur la nature de ces signaux. Si les signaux sont en phase c'est un signal de parole qu'il faut transmettre sans le filtrer, si les signaux sont déphasés il s'agit d'un signal de bruit qu'il faut supprimer.

On passeà une étape207, qui est l'étape où un des utilisateurs raccroche. Puis on passe directementà l'étape208 de fin du procédé et de la communication. Dans l'étape208 le microprocesseur105 commande l'ouverture de l'interrupteur 104. Cela désactive le microphone 102. D'autre part le microprocesseur105 interrompt l'activité du circuit106 et de tous les circuits du processus utiles pendant une communication.Il s'agit d'une mise en veille qui s'effectue de manière connue dans les téléphones mobiles.

Sur la figure3 le temps s'écoule de la gauche vers la droite. Une première ligne301 de la figure3 montre l'apparition de l'événement validation du numéro302. Une deuxième ligne303 montre l'activité de l'algorithme de suppression de bruit, une troisième ligne 304 montre l'activité de la ligne. La validation302 déclenche le démarrage305 de l'algorithme de suppression de bruit. La validation302 déclenche aussi la prise de ligne306. Le raccroché307 déclenche la fin308 de l'algorithme de suppression de bruit. La figure 4 montre les étapes du procédé selon l'invention dans le cas d'un appel entrant. Dans une étape 401 préliminaire, le téléphone mobile chercheà détecter un appel entrant. Tant qu'il n'y a pas d'appel entrant il ne se passe rien concernant la suppression de bruit ambiant. Le téléphone mobile a régulièrement des rendez-vous temporels avec la station de baseà laquelle il est connecté. Lors de ces rendez-vous temporels, la station de base lui indique si quelqu'un chercheà le joindre ou pas. Si quelqu'un chercheà le joindre, un appel entrant est alors détecté.

On passe alorsà une étape 402 de mise en #uvre de l'algorithme de suppression de bruit. Dans l'étape 402 le microprocesseur105 commande la fermeture de l'interrupteur 104. Cela a pour effet de transmettre des échantillons de sons au circuit106, qui peut alors les traiter et calculer les paramètres de l'algorithme de suppression de bruit. Dans les exemples choisis l'algorithme de suppression de bruit est mis en #uvre par un circuit 106 spécialisé dans le traitement de signal numérique.Il est toutà fait envisageable de choisir un microprocesseur qui serait suffisamment puissant pour effectuer lui-même ces traitements.Il s'écoule un certain temps entre le moment de la détection de l'appel entrant et le moment où le téléphone mobile signaleà son utilisateur cet appel entrant par l'intermédiaire de sonnerie. On est alors dans une étape 403 de sonnerie. Durant le laps de temps séparant le début de l'étape 402 du début de l'étape 403, l'algorithme de suppression de bruit adéjà pu calculer certains de ces paramètres.

Lorsque les sonneries commencent, celles-ci constituent du bruit, mais celui-ci ne sera plus présent lorsque la communication sera établie. On peut donc soit en tenir compte dans le calcul des paramètres, soit évincer ces bruits du calcul des paramètres. Pour se faire on peut suspendre la mesure du bruit ambiant durant tout le temps que durent les sonneries et ce jusqu'au décroché. Mais on peut aussi ne suspendre la mesure du bruit ambiant que pendant que la sonnerie est active. Une autre solution consiste à intégrer la connaissance des sonneries dans l'algotithme de suppression de bruit. Cela permettra de détecter les sonneries et de ne pas en tenir compte pour le calcul des paramètres de l'algorithme.

Dans une variante de l'invention on peut aussi déclencher la mesure du bruit ambiant au moment de la première sonnerie. Ainsi selon les variantes, le téléphone mobile a tout le temps que mettra l'utilisateur, voire un peu plus, pour décrocher pour paramétrer l'algorithme de suppression de bruit.

On passeà une étape 404 de détection du décroché. Les étapes 404 à 407 sont identiques aux étapes205 à 208.

Sur la figure5 le temps s'écoule de la gauche vers la droite. Une première ligne501 montre les rendez-vous temporels dans le temps. Une deuxième ligne502 montre les sonneries qu'émet le téléphone mobile une fois qu'il a détecté un appel entrant. Une troisième ligne503 montre l'activité de l'algorithme de suppression de bruit. Une quatrième ligne 504 montre l'activité de la ligne, c'està dire la ligne 504 met en évidence les moments où commence et où se termine l'échange de données de la voix. Un rendez- vous temporel505 déclenche la mise en route506 de l'algorithme de suppression de bruit. Le rendez-vous505 déclenche aussi les sonneries507. A un instant508, l'utilisateur du téléphone mobile décroche. Cela interromp les sonneries mais pas l'algorithme de suppression de bruit qui continueà mesurerà se paramétrer età supprimer le bruit ambiant. Un raccroché509 déclenche la fin de l'algorithme de suppression de bruit510.

La figure6 montre un graphique601 qui met en évidence les niveaux de bruit et de voix en fonction du temps. La figure601 fait apparaître un instantdl de début de mise en ceuvre de l'algorithme de suppression de bruit et un instantIl de début de communication locale. Sur le graphe601 les instantsdl etIl sont confondus. Ainsi pendant un laps de temps non négligeable, de l'ordre de quelques secondes, le niveau de bruit602 est suffisamment fort pour perturber la voix603.

La figure6 montre aussi un graphique 604 qui montre les mêmes niveaux que le graphique601 mais avec le procédé selon l'invention. Ainsi l'instantd2 du graphique 604 est situé bien avant l'instant 12. Dans la pratique il s'agit de 2à 3 secondes, voire plus si l'interlocuteur distant met du tempsà décrocher. Ainsi le niveau605 de bruit estdéjà bien bas par rapport au niveau606 de voix lorsque la communication s'établit vraiment.

Pour un appel sortant un événement permettant de prévoir l'établissement d'une communication est, par exemple, la validation par un premier utilisateur d'un numéro de téléphone. En effet par cet action le premier utilisateur manifeste sa volonté d'entrer en communication avec un deuxième utilisateur. D'autres évènements sont envisageables comme par exemple la réception d'une trame lors l'établissement d'un canal de communication entre le téléphone émettant l'appel et une station de base. On peut choisir par exemple la trame de réponseà la trameCM SERVIVE REQUEST émise par le téléphone pour demander l'établissement d'un canal radio. Pour un appel entrant un événement permettant de prévoir l'établissement d'une communication est, par exemple, la réception d'un mesage de paging contenant un identifiant du téléphone appelé. La réception de ce message signifie au téléphone mobile identifié dans le message que l'on chercheà établir une communication avec lui.A partir de la réception de ce message de paging il s'établit un dialogue entre le téléphone mobile appelé est une station de base du réseau téléphonique. Ce dialogue a pour but l'établissement d'un canal de communication. Ce dialogue comporte l'échange de plusieurs trame prédéfini dans une norme, par exemple GSM. La réception de n'importe laquelle de ces trames peut servir d'évènement déclenchant la mesure du bruit ambiant.

Dans la description il est pris comme exemple le cas ou la mesure du bruit ambiant démarre dès la détection d'un événement. Dans la pratique la détection de cet événement peut servir de point de départ pour une temporisation avant la mesure du bruit ambiant. En effet il est connu que dans le cas de la téléphonie mobile GSM la durée d'établissement d'une communication entre la validation du numéro et le début de la sonnerie est d'environ huit secondes. Si l'algorithme de suppression de bruit n'a pas besoin de huit secondes pour se paramétrer, il est donc inutile de démarrer la mesure du bruit huit secondes avant un décrocher distant éventuel. La validation du numéro peut donc servir au déclenchement d'une temporisation à l'échéance de laquelle on commenceà mesurer le bruit ambiant. C'est donc bien la validation du numéro qui provoque la mesure du bruit ambiant, mais cette mesure est différée par rapportà la validation.

Dans la pratique on peut distinguer un signal d'un bruit en étudiant la phase du signal en différents endroits du téléphone ou du microphone. Si un signal n'est pas en phase sur toute la surface du téléphone, plusieurs microphones sont nécessaires pour cette mesure, ou ne sont pas en phase sur la surface d'un même microphone, utilisation d'un microphone différentiel, alors il s'agit d'un bruit. La mise en #uvre de cette technique permet de continuerà faire évoluer les paramètres de suppression du bruit une fois que la communication est engagée. En effet on est ainsi capable de distinguer le bruit de la parole, donc de mesurer le bruit.

Claims

REVENDICATIONS 1 - Procédé de suppression du bruit ambiant sur un canal de voix téléphonique au cours d'une communication entre un premier interlocuteur et un deuxième interlocuteur dans lequel: - on produit un numéro d'appel du deuxième interlocuteur dans un téléphone du premier interlocuteur, - on valide le numéro produit et on appelle le deuxième interlocuteur, - on échange des signaux de voix, - on mesure un bruit ambiant, - on détermine des paramètres de suppression de ce bruit ambiant, - on supprime le bruit ambiant en appliquant un algorithme de traitement de voix qui dépend de ces paramètres, caractérisé en ce que - on mesure le bruit ambiant avant l'échange de signaux de voix entre ces deux interlocuteurs. - on commenceà mesurer le bruit ambiant autour d'un premier téléphone mobile du premier interlocuteur subséquemmentà la détection d'un événement permettant de prévoir l'établissement d'une communication. 2- Procédé selon la revendication1 caractérisé en ce qu'on commenceà mesurer le bruit ambiant autour d'un premier téléphone mobile du premier interlocuteur dés que l'on détecte d'un événement permettant de prévoir l'établissement d'une communication. 3 - Procédé selon l'une des revendications1 ou 2, caractérisé en ce que pour un appel sortant, on commenceà mesurer le bruit ambiant autour d'un premier téléphone mobile du premier interlocuteur dés l'instant où le premier interlocuteur valide le numéro d'appel du deuxième interlocuteur avec son premier téléphone mobile. 4- Procédé selon l'une des revendications1 à 3, caractérisé en ce que, pour un appel entrant: - on mesure le bruit ambiant autour d'un deuxième téléphone mobile du deuxième interlocuteur dès l'instant ou ce deuxième téléphone mobile a détecté cet appel. 5 - Procédé selon l'une des revendications1 à 4, caractérisé en ce que - sur un appel entrant, on mesure le bruit ambiant dès la première sonnerie. 6 - Procédé selon l'une des revendications1 à 5, caractérisé en ce que _ on suspend la mesure du bruit ambiant durant la période des sonneries. 7 - Procédé selon la revendication6, caractérisé en ce que - on réactive la mesure au moment du décroché. 8 - Procédé selon l'une des revendications6 ou7, caractérisé en ce que _ on mesure le bruit ambiant dans l'intervalle séparant deux sonneries consécutives et après le décroché. 9 - Procédé selon l'une des revendications1 à 8, caractérisé en ce que _ on mesure le bruit par une différence de phase existant entre des signaux reçusà un même instant en différents endroits du microphone. 10- Procédé selon l'une des revendications1 à 9, caractérisé en ce que _ on mesure le bruit par une différence de phase existant entre des signaux reçusà un même instant en différents endroits du téléphone. 11 - Procédé selon l'une des revendications1 à 10, caractérisé en ce que _ on mesure le bruit ambiant avec une voie de signal de voix du microphone pendant une phase préalableà l'échange des signaux de parole.