MXPA01012349A - Metodo y aparato para el filtrado mejorado adaptativo de la sub-banda en sistemas de cancelacion del eco. - Google Patents

Abstract

En los metodos y aparato para la cancelacion del eco que usan filtrado adaptativo de sub- banda, el ancho de banda de cada uno de un numero de filtros de analisis de la sub-banda, asi como el ancho de banda de cada uno de un numero de filtros de sintesis, se incrementa cuando se compara con un ancho de banda correspondiente en un sistema convencional. Mas especificamente, los anchos de banda -3dB de filtros adyacentes en un banco de filtros de analisis o sintesis de acuerdo a la invencion, se disenan para traslaparse mutuamente. Por ejemplo, cada uno de los M (un entero) filtros de la sub-banda en un banco de filtros de analisis o sintesis de acuerdo a la invencion, puede incluir un ancho de banda 3dB algo mas grande que l/M veces un ancho de banda total de interes. El incremento en el ancho de banda tiende a cancelar los efectos de reduccion en la resolucion que resultan del sub- muestreo o division de la sub-banda, y un dispositivo de cancelacion del eco de acuerdo a la invencion puede por lo tanto proporcionar la reconstruccion mejorada de la senal de salida cuando se compara con los dispositivos convencionales.

Description

MÉTODOS Y APARATO PARA EL FILTRADO MEJORADO ADAPTATIVO DE LA SUB-BANDA EN SISTEMAS DE CANCELACIÓN DEL ECO Campo de la Invención La presente invención se refiere a sistemas de comunicaciones, más particularmente, a la supresión del eco en sistemas de comunicaciones bidireccionales . Antecedentes de la Invención Los arreglos de filtrado adaptativo son prevalecientes en los sistemas de comunicación actuales. Tales arreglos se usan típicamente para reducir o remover los componentes indeseables de la señal y/o controlar o mejorar los componentes de la señal de interés. Un ejemplo común de tal arreglo de filtrado, se refiere a la telefonía de manos libres, en donde el audífono empotrado y el micrófono de un microteléfono convencional se reemplazan con un altavoz externo y un micrófono externo respectivamente, de manera que el usuario del teléfono puede conversar sin tener que sujetar físicamente la unidad telefónica en la mano. Ya que el sonido que emana del altavoz externo puede ser recogido por el micrófono externo, comúnmente se lleva a cabo el filtrado adaptativo para prevenir a la salida del altavoz del rebote del eco y molestar al usuario del extremo lejano en el otro extremo de la conversación. Este tipo de filtrado adaptativo, o cancelación del eco, se ha vuelto una característica básica de los dispositivos de comunicaciones bidireccionales simultaneas a manos libres actuales. Típicamente, la cancelación del eco se logra haciendo pasar la señal del altavoz a través de un filtro de Respuesta de Impulso Finito (FIR) , el cual aproxima, o modela, la trayectoria del eco acústico entre el altavoz de manos libres y el micrófono de manos libres (por ejemplo, una cabina de pasajeros en una aplicación de telefonía a manos libres de automóvil) . El filtro FIR, proporciona de este modo un estimado del eco, el cual puede ser removido de la señal de salida del micrófono previamente a la trasmisión al usuario del extremo lejano. La característica de filtrado (es decir, el conjunto de coeficientes FIR) o el filtro FIR adaptativo se ajusta dinámicamente y continuamente, en base tanto a la entrada del altavoz y a la salida del micrófono con eco cancelado, para proporcionar una aproximación cercana a la trayectoria del eco y para seguir los cambios en la trayectoria del eco (por ejemplo, cuando un usuario de extremo lejano de un teléfono a manos libres de automóvil, cambia de posición dentro de una cabina de pasajeros) . El ajuste de la característica de filtrado, se logra comúnmente usando una forma del bien conocido algoritmo de adaptación de cuadrados medios mínimos (LMS) desarrollado por Widrow y Hoff en 1960. El algoritmo LMS es un método del paso de gradiente escolástico de cuadrados mínimos, el cual es tanto eficiente como contundente, se usa frecuentemente en muchas aplicaciones de tiempo real. El algoritmo LMS y sus variaciones bien conocidas (por ejemplo, el LMS Normalizado, o el algoritmo NLMS) tienen ciertos defectos, sin embargo. Por ejemplo, el LMS y otros algoritmos conocidos, pueden ser algunas veces lentos para converger (es decir, aproximarse a la característica de filtrado buscada, tales como la trayectoria de eco acústico en la aplicación de telefonía a manos libres), particularmente cuando el algoritmo se adapta, o prepara, en base a una señal de entrada no blanca o coloreada, tal como una señal de conversación humana. Además, el orden del filtro FIR (es decir, el número de derivaciones del filtro) pude ser muy alto en el contexto de la cancelación del eco acústico, y la implementación del algoritmo de filtrado adaptativo puede ser computacionalmente compleja. Consecuentemente, el trabajo reciente se ha enfocado en llevar a cabo el filtrado adaptativo en las sub-bandas. En otras palabras, los bancos de filtros se usan para dividir tanto la señal del micrófono y la señal del altavoz en un número de sub-bandas de frecuencia. Cada señal de la sub-banda se divide entonces, o se sub-muestrea o se muestrea en orden descendente, y el filtrado adaptativo se lleva a cabo en cada sub-banda para proporcionar u número de señales de salida de ^-a sub-banda con eco cancelado. Las señales de salida de la sub-banda resultantes se expanden entonces, o se muestrean en orden ascendente, y se combinan para reconstruir la señal de micrófono con eco cancelado completa para la trasmisión al usuario del extremo lejano. Ventajosamente, el sub-muestreo resulta en una eficiencia computacional más grande cuando se compara al enfoque del procesamiento de la banda completa y, ya que las variaciones en el contenido espectral de las señales de entrada son menos severas dentro de cada sub-banda, la velocidad de convergencia total se mejora también. La EP 0709958, describe una técnica de filtración de sub-banda que reduce el error causado por la lenta convergencia asintótica. El error se diminuye filtrando o removiendo los componentes de la frecuencia concentradas en el error cerca del borde de la banda de la primera banda de frecuencia . Sin embargo, los sistemas de filtrado adaptativo de sub-banda conocidos, sufren de ciertas desventajas también. Por ejemplo, el efecto de reducción de resolución de la señal entre las sub-bandas, puede resultar en una convergencia global lenta y/o errores en la señal de micrófono reconstruida. Consecuentemente, existe una necesidad para métodos mejorados y un aparato para llevar a cabo el filtrado adaptativo de sub-banda en los sistemas de cancelación del eco . Breve Descripción de la Invención La presente invención satisface las necesidades descritas arriba y otras, proporcionando técnicas de filtrado adaptativo en donde el ancho de banda de cada uno de un número de filtros de análisis de sub-banda (es decir, filtros de banda usados para dividir una señal que contiene eco y/o una señal que causa eco en un número de sub-bandas de frecuencia adyacentes), así como el ancho de banda de cada uno de un número de filtros de síntesis (es decir, filtros de banda usados en la reconstrucción de una señal con eco cancelado de banda completa de un número de señales con eco cancelado de sub-banda) , se incrementa cuando se compara con un ancho de banda correspondiente en un sistema convencional. Más específicamente, los anchos de banda -3DB de los filtros adyacentes en un banco de filtros de análisis o síntesis de acuerdo a la invención, se diseñan para traslaparse mutuamente. Por ejemplo, mientras que cada uno de los M filtros de la sub-banda en ciertos bancos de filtros de análisis y síntesis convencionales, incluyen un ancho de banda -3dB de 1/M veces el ancho de banda de interés (M un entero) , cada uno de los M filtros de sub-banda en un banco de filtros de análisis o síntesis de acuerdo a la invención, puede un ancho de banda -3dB, el cual es algo más grande que 1/M veces el ancho de banda total de interés. Ventajosamente, el incremento en el ancho de banda tiende a cancelar los efectos de la reducción de resolución de la señal, que resultan del sub-muestreo, y un dispositivo de filtrado adaptativo de la sub-banda de acuerdo a la invención, puede por lo tanto proporcionar reconstrucción superior de la señal de salida cuando se compara a los dispositivos de filtrado adaptativo de sub-banda convencionales. Un dispositivo de comunicaciones ejemplar. De acuerdo a la invención, incluye un cancelador de eco adaptativo que recibe la señal de audio del extremo cercano y la señal de audio del extremo lejano y proporciona una señal de extremo cercano con eco cancelado para su trasmisión a un usuario del extremo lejano, vía el canal de comunicación. El cancelador adaptativo de eco, incluye un primer banco de filtros de análisis para filtrar la señal de audio del extremo cercano, un segundo banco de filtros de análisis para filtrar la señal de audio del extremo lejano, y un banco de filtros de síntesis para filtrar las señales con eco cancelado de sub-banda, generadas dentro del cancelador adaptativo de eco. De acuerdo a la invención, el ancho de banda -3dB, de un primero de los filtros de síntesis y un ancho de banda -3dB de un segundo de los filtros de síntesis, se traslapan en sus frecuencias. Por ejemplo, el cancelador adaptativo de eco puede incluir un número entero M de filtros de síntesis, en donde los anchos de banda -3dB de los M filtros de síntesis, abarcan colectivamente un ancho de banda B, en donde el ancho de banda -3dB de uno de los filtros de síntesis, está centrado en cada una de las M frecuencias (las M frecuencias que se distribuyen a través del ancho de banda B a intervalos de B/M) , y donde el ancho de banda -3dB de cada uno de los filtros de síntesis, es más grande que B/M y menor que 2B/M. Adicionalmente, un ancho de banda -3dB de un primer filtro de análisis en el primer banco de filtros de análisis y un ancho de banda -3dB de un segundo filtro de análisis en el primer banco de filtros de análisis, puede traslaparse en frecuencia, y un ancho de banda -3dB de un primer filtro de análisis en el segundo banco de filtros de análisis y un ancho de banda -3dB de un segundo filtro de análisis en el segundo banco de filtros de análisis, puede traslaparse en frecuencia. Por ejemplo, cada uno del primero y segundo bancos de filtros de análisis, pueden incluir un número entero M de filtros de análisis, en donde los anchos de banda -3dB de los M filtros de análisis en cada banco de filtros de análisis, abarcan colectivamente un ancho de banda total B, en donde el ancho de banda -3dB del filtro de análisis en cada banco de filtros de análisis se centra en cada una de las M frecuencias (las M frecuencias se distribuyen a través del ancho de banda total a intervalos de B/M) , y en donde el ancho de banda -3dB de cada filtro de análisis es más grande que B/M y menor que 2B/M. Las características descritas arriba y otras características y ventajas de la invención, se explican en detalle de aquí en adelante con referencia a los ejemplos ilustrativos mostrados en los dibujos anexos. Aquellos con experiencia en la técnica apreciaran que las modalidades descritas se proporcionan para propósitos de ilustración y entendimiento y que se contemplan numerosas modalidades aquí. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de telefonía a manos libres ejemplar, en el cual pueden ser implementadas las técnicas de filtrado adaptativo. La Figura 2, es un diagrama de bloques de un arreglo de filtrado adaptativo de sub-banda de acuerdo a la invención. La Figura 3A es una gráfica espectral que representa la respuesta de frecuencia de un banco de filtros de filtrado adaptativo de sub-banda convencional, y la figura 3B, es una gráfica espectral que describe la respuesta de frecuencia de un banco de filtros de filtrado adaptativo de sub-banda de acuerdo a la invención.

La Figura 4A es una gráfica espectral que representa una señal con eco cancelado reconstruida, obtenida usando técnicas de filtrado adaptativo de sub-banda convencionales, y la Figura 4B es una gráfica espectral que representa una señal con eco cancelado reconstruida, obtenida usando las técnicas de filtrado adaptativo de sub-banda de acuerdo a la invención. Descripción detallada de la Invención La Figura 1 representa un sistema 100 de telefonía a manos libres. Como se muestra, el sistema 100 ejemplar, incluye un micrófono 110, un dispositivo de sumado 120, un filtro adaptativo 130, un procesador de computo 140 de filtro, un codificador de conversación 150, un decodificador de conversación 160 y un altavoz 170. Aquellos con experiencia ordinaria en la técnica apreciará que la funcionalidad descrita arriba de los componentes de la Figura 1, puede ser implementada usando una variedad de configuraciones físicas, incluyendo una computadora digital de propósito general, componentes de procesamiento de señales digitales estándar, y/o uno o más circuitos integrados de aplicación especifica (ASICs). Aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, apreciaran que, en la practica, el sistema 100 ejemplar, incluye componente (por ejemplo un convertidos de análogo a digital en la salida del micrófono 110 y un convertidor de digital a análogo en la entrada del altavoz 170), los cuales se omiten en la Figura 1, ya que no son críticos para un entendimiento de la presente invención. En la Figura 1, una salida de audio del micrófono 110, se acopla a una entrada aditiva del dispositivo de sumado 120, y una salida del dispositivo de sumado 120, se acopla a una entrada del codificador de conversación 150 y a una entrada del procesador 140 de computo del filtro. Adicionalmente, una salida del decodificador 160 de conversación, se acopla a una segunda entrada del procesador 140 de computación del filtro y a una entrada de cada uno del filtro 130 adaptativo y el altavoz 170. Una salida del procesador 140 de computación del filtro se acopla a una entrada de control del filtro 130 adaptativo, y una salida del filtro 130 adaptativo se acopla a una entrada substractiva del dispositivo de sumado 120. En la operación, una señal de audio del extremo lejano codificada, que incluye la conversación de un usuario del extremo lejano (no se muestra) , se decodifica vía el decodificador 160 y entra al altavoz 170 para su presentación a un usuario del extremo cercano (tampoco se muestra) . La salida del altavoz rebota en eco al micrófono 110, vía una trayectoria desconocida y a veces cambiante, como se indica por una función de trasferencia variable H(z) en la Figura 1. De este modo, la salida de audio del micrófono 110, incluye el eco del altavoz, así como la conversación del usuario del extremo cercano y el ruido de fondo del extremo cercano. Para prevenir al eco del altavoz de que alcance y moleste al usuario del extremo lejano, el filtro FIR 130 filtran la señal del altavoz para proporcionar un estimado del eco del altavoz, recibido en el micrófono 110. El estimado del eco resultante se substrae entonces de la salida del micrófono, vía el dispositivo de sumado 120, y la salida con eco cancelado del dispositivo de sumado 120 se codifica y se trasmite al usuario del extremo lejano. Al mismo tiempo, la salida con eco cancelado se alimenta de regreso al procesador 140 de computación del filtro para usarse en la adaptación de los coeficientes del filtro, o derivaciones, del filtro FIR 130, de manera tal que convergen y siguen la verdadera trayectoria del eco H(z). Como también se conoce en la técnica, la actualización del coeficiente del filtro de basa tanto en la señal de salida con eco cancelado, o de error, y la señal entrada del altavoz, o de referencia (por ejemplo, usando un algoritmo LMS o NLMS) . Como se conoce también en la técnica, la actualización del coeficiente puede ser computada ya sea sobre una base muestra a muestra o sobre una base bloque de muestras a bloque de muestras. En los sistemas convencionales, se implementa el procesamiento del filtro adaptativo de banda completa, y se usa una sola respuesta de impulso FIR para modelar la trayectoria del eco acuático H(z). En otras palabras, el filtro FIR 130 en tales sistemas, es en realidad un solo filtro FIR, y las señales del micrófono y el altavoz de banda completa, así como la señal de error de banda completa, se usan directamente en el algoritmo adaptativo. Sin embargo, como se describe en los Antecedentes de la Invención de arriba, tal procesamiento adaptativo de la banda completa puede resultar en la convergencia relativamente lenta de la respuesta de impulso, y el orden relativamente alto del impulso de la banda completa puede resultar en una complejidad computacional significativa. De este modo, como se describe también en los Antecedentes de la Invención de arriba, el proceso de filtrado adaptativo se divide algunas veces entre una pluralidad de sub-bandas. La Figura 2 representa un arreglo 200 del filtrado adaptativo de sub-banda. El arreglo 200, puede, por ejemplo, ser usado para proporcionar la funcionalidad del dispositivo de sumado 120, el filtro 130 adaptativo y el procesador 140 de calculo del filtro 140 de la Figura 1. Como se muestra, el arreglo 200 de sub-banda, incluye un primer banco de filtros de análisis 2100-210M-?, un primer banco de divisores 2150-215M-? un banco de dispositivos de sumado de sub-banda 1200-120M-?, un segundo banco de filtros de análisis 220o-220M-?, un segundo banco de divisores 2250-225M-?, un banco de filtros FIR adaptativos 1300-130M_?, un banco de expansores 230o-230M_?, un banco de filtros de síntesis 235o-235M_? y un dispositivo 240 de sumado de la reconstrucción. Como con la figura 1, aquellos con experiencia ordinaria en la técnica apreciaran que los componentes de la Figura 2 pueden ser implementados usando una variedad de configuraciones de componentes conocidas, incluyendo una computadora digital de propósito general, componentes de procesamiento de señales digitales, y una o más circuitos integrados de aplicación. En la Figura 2, la señal de referencia (por ejemplo, la señal de la conversación del extremo lejano de la Figura 1) se hace pasar a través de una trayectoria del eco 205 (por ejemplo, el medio ambiente del extremo cercano de la Figura 1) y se introduce a cada uno del segundo banco de los filtros de análisis 220o-220M-? . Adicionalmente, la salida de la trayectoria del eco 205 (por ejemplo la señal del micrófono de la Figura 1), se introduce a cada uno del primer banco de filtros de análisis 2100-210M-?. Una salida del cada uno del primer banco de filtros de análisis 2100-210M_?, se acopla a una entrada de una respectiva del primer banco de divisores 2150-215M-?, y una salida de cada uno del segundo banco de filtros de análisis 2200-220M-? se acopla a una entrada de uno respectivo del segundo banco de divisores 2250-225M-?.

Una salida de cada uno del primer banco de divisores 2150-215M-? se acopla a una entrada aditiva de uno respectivo del banco de dispositivos de sumado de sub-banda 120o-120M-?, y una salida del cada uno del segundo banco de divisores 225o-225M-? se acopla a una entrada de uno respectivo de los filtros adaptativos de sub-banda 130o-130M-?. Adicionalmente, una salida de cada uno de los filtros adaptativos 1300-130M_? se acopla a una entrada aditiva de uno respectivo de los dispositivos de sumado de sub-banda 1200-120M-? y una salida de cada uno de los dispositivos de sumado de sub-banda 1200-120M-? se acopla a una entrada de uno respectivo del banco de expansores 230o-230m-?. Una salida de cada uno de los expansores 2300-230M_? se acopla a uno respectivo del banco de filtros de síntesis 235o~235M-?, y una salida de cada uno de los filtros de síntesis 235o-235M-]., se acopla a una entrada respectiva del dispositivo de sumado de la reconstrucción 240. La salida del dispositivo 240 de sumado de la reconstrucción proporciona una señal de error con eco cancelado de banda completa, reconstruida.

En la operación, el primer banco de filtros de análisis 210o-210M-?, divide la señal que contiene el eco (por ejemplo, la señal del micrófono) en M (un entero) bandas de frecuencia adyacentes, y el segundo banco de filtros de análisis 2200-220M-?, divide la señal que causa el eco o de referencia (por ejemplo la señal de la conversación del extremo lejano) en las mismas M bandas de frecuencia adyacente. Convencionalmente, el ancho de banda total de interés se divide en M sub-bandas iguales, cada sub-banda tiene un ancho de banda de 1/M veces el ancho de banda total. Ya que el contenido espectral de cada señal de sub-banda se limita cuando se compara a la señal de banda completa, cada señal de sub-banda puede ser dividida, o sub-muestreada, sin perdida de información. Por consiguiente, el primer banco de divisores 2150-215M-?, sub-muestrea las señales de sub-banda que contienen el eco, mediante un factor K, y el segundo banco de divisores 2250-225M-?, sub-muestrea las señales de sub-banda que causan el eco, mediante el mismo factor K para reducir la complejidad computacional.

Después, se lleva a cabo el proceso del filtro adaptativo dentro de cada sub-banda, en una manera análoga al enfoque de banda completa descrito arriba. Específicamente, los filtros adaptativos de sub-banda 1300-130M-?, filtran las señales que causan el eco de sub-banda para proporcionar M estimados del eco de sub-banda, y los estimados del eco de sub-banda resultantes se substraen de las señales que contienen el eco de sub-banda (vía los dispositivos de sumado de sub-banda 120o-120M-?) para proporcionar M señales de salida con eco cancelado. Las señales de salida con eco cancelado de sub-banda se usan, en conjunción con las señales que contienen el eco de sub-banda, para actualizar los filtros adaptativos de sub-banda 130o-130M_? como arriba (por ejemplo, usando el algoritmo LMS o NLMS) .

Los expansores 230o-230M-?, interpolan entonces o muestrean en sentido ascendente, las señales con eco cancelado de sub-banda mediante el factor K para regresar a la velocidad de muestra original, y los filtros de síntesis 235o-235M-?, filtran las señales con eco cancelado de sub-banda, muestreada en sentido ascendente para cancelar los efectos de reducción de la resolución introducidos por el sub-muestreo como es bien conocido en la practica. Los anchos de banda de los filtros de síntesis, convencionalmente igualan a aquellos de los filtros de análisis (es decir, los M anchos de banda iguales de 1/M veces el ancho de banda total de interés) . Las señales de sub-banda resultantes se suman entonces vía el dispositivo de sumado 240, para producir, o reconstruir, la señal con eco cancelado de banda completa (por ejemplo, para la trasmisión al usuario el extremo lejano) . -*"- *~^*?ma Aquellos con experiencia en la practica apreciarán que, aunque cada bloque de filtros se muestra operante en el dominio de tiempo en la Figura 2, algo o todo el filtrado puede ser llevado a cabo en el dominio de la frecuencia también (es decir, el filtrado por la multiplicación del vector en el dominio de la frecuencia es equivalente al filtrado por la convolución de en forma de muestras en el domino del tiempo) . De este modo, el arreglo 200 de la Figura 2 puede incluir también procesadores de conversión adecuados también (por ejemplo, procesadores de Trasformada de Fourier Rápida o FFT y procesadores de Trasformada de Fourier Inversa Rápida o IFFT) . La selección entre el filtrado de domino de tiempo y el filtrado de dominio de frecuencia es una materia de elección de diseño.

Como se describe arriba, el sub-muestreo de las señales de sub-banda mejora la eficiencia computacional. Como es bien conocido en la técnica, ya sea el sub-muestreo critico (es decir, el sub-muestreo en el cual el factor K es igual al número de las M sub-bandas) o el sub-muestreo no critico (es decir, donde K no es igual a M) pueden ser usados. Los sistemas críticamente muestreados han sido estudiados extensivamente . Ver por ejemplo André Gilloire y Martín Vetterli, Adaptive Filtering in Sub-bands with Critical «g^^g^as*.

Sampling: Analysis, Experiments, and Application to Acoustic -echo Cancellation, IEEE Transactions on Signal Processing, Vol 40, No. 8, Agosto de 1992, pp . 1862-1875. Mientras que los sistemas críticamente muestreados proveen ventajas sobre los esquemas de filtrado adaptativo de banda completa convencionales, requieren filtros cruzados adaptativos entre las ramificaciones de la sub-banda, para eliminar completamente los efectos de reducción de la resolución.

De esta manera, el énfasis ha sido cambiado hacia los sistemas de procesamiento de sub-banda no críticamente muestreados. Por ejemplo, el sobre-muestreo (K<M) ha sido usado para reducir los efectos de reducción de la resolución sin recurrir a filtros cruzados adaptativos. Sin embargo, tal sobre-muestreo puede introducir otros problemas, incluyendo la aparición de grandes picos espectrales en las señales de error de sub-banda cerca de los bordes de la sub-banda. Ver, por ejemplo Phillip L. De León, II y Delores M. Etter, Experimental Results with Increased Bandwidth Analysis Filters in Oversampled, sub-band Acoustic Echo Cancelers, IEEE Signal Processing Letters, Vol 2, No. 1, Enero de 1995, pp . 1-3. En ese articulo, los anchos de banda de los filtros de análisis se incrementan con respecto a los anchos de banda de los filtros de síntesis. Como resultado, los picos espectrales de convergencia lenta se vuelven hacia fuera en la frecuencia y se remueven mediante los filtros de síntesis. Consecuentemente, la velocidad de convergencia total del filtro adaptativo se mejora.

A manera de contraste, la presente invención reconoce que el efecto de reducción de la resolución en los bordes de la sub-banda en un sistema no críticamente muestreado puede crear perdidas de información significativos en la señal reconstruida, particularmente donde la señal de entrada que contiene el eco está limitada por la banda (como en el caso de una señal de micrófono en una aplicación de telefonía) . Ventajosamente, la presente invención muestra que tales perdidas de información pueden ser reducidas o eliminadas incrementando los anchos de banda tanto de los filtros de análisis y los filtros de síntesis en un sistema no críticamente maestreado.

En otras palabras, los anchos de banda de filtros adyacentes en los bancos de filtros de análisis, y los anchos de banda de filtros adyacentes en el banco de filtros de síntesis, pueden ser hechos para traslaparse mutuamente. Por ejemplo, el ancho de banda de cada uno de los M (un entero) filtros en un banco de filtros de análisis, y el ancho de banda de cada uno de los M filtros en un banco de filtros de síntesis, pueden ser hecho más grande que 1/M veces un ancho de banda total de interés BW. Esto se representa en las Figuras 3A y 3B.

En la Figura 3A, la respuesta de frecuencia de un banco de filtros de análisis o síntesis convencional, se muestra para incluir M regiones de paso de banda 3100-310M_?, cada uno que tiene un ancho de banda -3dB (es decir, el paso de banda de la frecuencia, que se extiende desde una frecuencia de corte -3dB más baja a una frecuencia de corte -3dB más alta) igual a BW/M (donde BW es un ancho de banda total de interés tal como 30Hz a 3kHz para aplicaciones de telefonía) . En la figura 3B, por otro lado, la respuesta de frecuencia de un banco de filtros de análisis o síntesis de acuerdo a la invención se muestra para incluir M regiones de paso de banda 320o_320M-?, cada una que tiene un ancho de banda -3dB más grande que BW/M. De este modo, mientras que las respuestas de filtros adyacentes en la Figura 3A están en exactamente -3dB (es decir, a un valor pico medio) en los puntos de transición de las respuestas del filtro, las respuestas de filtros adyacentes en la figura 3B están arriba de -3dB en los puntos de transición.

Los experimentos han mostrado que un traslape de 0.125-0.13 radianes (sobre una escala de frecuencia normalizada por p) proporciona resultados de calidad en términos de la reconstrucción de la señal de salida. Esto se representa en las Figuras 4A y 4B. En la Figura 4A, una señal de salida reconstruida obtenida mediante filtrado adaptativo de sub-banda convencional (es decir, sin anchos de banda de filtros adyacentes traslapados) se muestra por incluir pérdidas de información significativos cuando se compara a una señal de entrada original (las señales original y reconstruida se muestran usando una línea con trazos largos y una línea con trazos cortos, respectivamente) . En la Figura 4B, por otro lado, una señal de salida reconstruida, obtenida usando el filtrado adaptativo de sub-banda de acuerdo a la invención (es decir, con anchos de banda de filtros adyacentes traslapados en los bancos de filtros de análisis y síntesis) se muestra por ser un igual cercano a la misma señal de entrada original (como en la figura 4A, las señales reconstruida y original se muestran mediante una línea con trazos cortos y una línea con trazos largos, respectivamente) .

Aquellos con experiencia en la técnica apreciaran que usando M anchos de banda iguales y traslapados para abarcar un ancho de banda total de interés es solamente ejemplar y que la presente invención abarca cualquier configuración en la cual los -3dB adyacentes están traslapados. Por ejemplo, el ancho de banda total puede ser más finamente dividido dentro de ciertas regiones donde se espera una mayoría de energía de la señal, o los anchos de banda de la sub-banda pueden ser incrementados logarítmicamente desde un limite del ancho de banda total a un limite superior.

Generalmente, la invención proporciona técnicas de filtrado adaptativas de sub-banda, en donde el ancho de banda de cada uno de un numero de filtros de análisis de sub-banda, así como el ancho de banda de cada uno de un numero de filtros de síntesis, se incrementa cuando se compara al ancho de banda correspondiente en un sistema convencional. Específicamente, los anchos de banda adyacentes -3dB de los filtros de sub-banda en un banco de filtros de análisis o síntesis de acuerdo a la invención, se diseñan para traslaparse mutuamente. El incremento en el ancho de banda de la sub-banda tiende a cancelar los efectos de reducción de la resolución que resultan del sub-muestreo, y el dispositivo de filtrado adaptativo de sub-banda de acuerdo a la invención, puede por lo tanto, proporcionar la reconstrucción superior de la señal de salida cuando se compara a un dispositivo de filtrado adaptativo de sub-banda convencional.

Aquellos con experiencia en la técnica apreciaran que la presente invención no se limita a las modalidades ejemplares especificas, las cuales han sido descritas aquí para propósitos de ilustración y que se contemplan también numerosas modalidades alternativas. Por ejemplo, aunque las modalidades ejemplares han sido descritas con respecto a la cancelación del eco acústico en el contexto de la telefonía a manos libres, las técnicas descritas son aplicables igualmente a la cancelación del eco de red (es decir, donde los ecos resultan de desigualdades de impedancia en una unión híbrida entre un dispositivo digital y una red análoga) o a cualquier aplicación de procesamiento de señales en la cual es necesario o deseable el filtrado adaptativo de sub-banda. El ámbito de la invención, se define por lo tanto por las reivindicaciones anexas a la misma. *•*» • • ' - ~ ***,. ^a^.

Claims (24)

REIVINIDCACIONES

1. Un dispositivo de comunicaciones para proporcionar comunicaciones de audio bidireccionales entre un usuario de extremo cercano y un usuario de extremo lejano vía un canal de comunicaciones bidireccionales, caracterizado por, un cancelador de eco adaptativo que recibe una señal de audio del extremo cercano y una señal de audio del extremo lejano y que proporciona una señal de audio del extremo cercano con eco cancelado para su transmisión al usuario del extremo lejano vía el canal de comunicaciones, dicho cancelador de eco adaptativo incluye un primer banco de filtros de análisis para filtrar la señal de audio del extremo cercano, un segundo banco de filtros de análisis para filtrar la señal de audio del extremo lejano, y un banco de filtros de síntesis para filtrar las señales con eco cancelado de sub-banda generadas dentro de dicho cancelador de eco adaptativo, en donde el ancho de banda -3dB de un primero de dichos filtros de síntesis y un segundo ancho de banda -3dB de un segundo de dichos filtros de síntesis se traslapan en frecuencia .

2. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de cada uno de dichos filtros de síntesis, traslapa en frecuencia un ancho de banda -3dB de al menos uno de dichos filtros de síntesis.

3. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque, dicho cancelador de eco adaptativo incluye un numero entero M de filtros de síntesis, en donde los anchos de banda -3dB de dichos M filtros de síntesis, abarcan colectivamente un ancho de banda B total, en donde el ancho de banda -3dB de uno de dichos filtros de síntesis se centra en una de las M frecuencias, las M frecuencias se distribuyen a través de ancho de banda total a intervalos de B/M, y en donde el ancho de banda -3dB de cada uno de dichos M filtros de síntesis es más grande que B/M.

4. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 3, caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de cada uno de dichos filtros de síntesis es menor que 2B/M.

5. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 3, caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de cada uno de dichos filtros de síntesis es más grande que B/M en 0.125 a 0.3 radianes sobre una escala de frecuencia normalizada.

6. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque un ancho de banda -3dB de un primer filtro de análisis en dicho primer banco de filtros de análisis y un ancho de banda -3dB de un segundo filtro de análisis en dicho primer banco de filtros de análisis se traslapan en frecuencia, y en donde un ancho de banda -3dB de un primer filtro en dicho segundo banco de filtros de análisis y un ancho de banda -3dB de un segundo filtro de análisis en dicho segundo banco de filtros de análisis se traslapan en frecuencia.

7. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 6, caracterizado porque un ancho de banda -3dB de cada uno de los filtros de análisis en dicho primer banco de filtros de análisis se traslapa en frecuencia a un ancho de banda -3dB de al menos uno de otro filtro de análisis en dicho primer banco de filtros de análisis, y en donde un ancho de banda de cada uno de los filtros de análisis en dicho segundo banco de los filtros de análisis se traslapa en frecuencia a un ancho de banda -3dB de al menos otro filtro en dicho segundo banco de filtros de análisis.

8. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque, cada uno de dichos primero y segundo bancos de filtros de análisis incluye un numero entero M de filtros de análisis, en donde los anchos de banda -3dB de los M filtros de análisis en cada banco de filtros de análisis, abarcan colectivamente un ancho de banda B, en donde un ancho de banda -3dB de un filtro de análisis en cada banco de filtros de análisis se centra en cada una de las M frecuencias, las M frecuencias se distribuyen a través del ancho de banda total a intervalos de B/M, y en donde el ancho de banda -3dB de cada uno de dichos M filtros de análisis en cada banco de filtros de análisis es más grande que B/M.

9. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 8, caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de cada uno de dichos filtros de análisis es menos que 2B/M.

10. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 8, caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de cada uno de dichos filtros de análisis es más grande que B/M en 0.125 a 0.3 radianes sobre una escala de frecuencia normalizada.

11. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque, las señales de sub-banda producidas por cada uno de dichos filtros de análisis se sub-muestrean o muestrean en orden descendente.

12. Un dispositivo de comunicaciones de acuerdo a la reivindicación 11, caracterizado porque, cada uno de dichos primero y segundo bancos de filtros de análisis, incluye un numero entero M de filtros de análisis, y en donde cada señal de sub-banda producida por un filtro de análisis se sub-muestrea mediante un factor K menor que M.

13. Un método para filtrar adaptativamente una señal de entrada que contiene eco para proporcionar una señal de salida con eco cancelado, la señal de entrada que contiene el eco que incluye un componente resultante de la transmisión de una señal que causa el eco a través de una trayectoria del eco, caracterizado porque, tiene los pasos de: hacer pasar la señal que contiene el eco a través de un primer banco de filtros de análisis para proporcionar un número de señales que contienen el eco de sub-banda, hacer pasar la señal que causa el eco a través de un segundo banco de filtros de análisis para proporcionar un numero igual de señales que causan el eco de sub-banda; hacer pasar las señales que causan el eco de sub-banda a través de un banco de filtros adaptativos de sub-banda para proporcionar estimados del eco de sub-banda; substraer cada uno de los estimados del eco de sub-banda de una respectiva de las señales que contienen el eco de sub-banda para proporcionar señales con eco cancelado de sub-banda; hacer pasar las señales con eco cancelado de sub-banda a través de un banco de filtros de síntesis para proporcionar señales con eco cancelado de sub-banda filtradas, un ancho de banda -3dB de un primero de dichos filtros de síntesis y un ancho de banda -3dB de un segundo de dichos filtros de síntesis, que se traslapan en frecuencia; y combinar las señales con eco cancelado de sub-banda filtrada para proporcionar la señal de salida con eco cancelado .

14. Un método de acuerdo a la reivindicación 13, caracterizado porque el ancho de banda -3dB de cada uno de los filtros de síntesis, se traslapa en frecuencia a un ancho de banda -3dB de al menos uno de otros de dichos filtros de síntesis .

15. Un método de acuerdo a la reivindicación 13, caracterizado porque, el banco de filtros de síntesis incluye un numero entero M de filtros de síntesis, en donde los anchos de banda -3dB de los M filtros de síntesis abarcan colectivamente un ancho de banda total B, en donde el ancho de banda -3dB de cada uno de los filtros de síntesis se centra en cada una de las M frecuencias, las M frecuencias se distribuyen a través del ancho de banda total a intervalos de B/M, y en donde el ancho de banda -3dB de cada uno de los M filtros de síntesis es más grande que B/M.

16. Un método de acuerdo a la reivindicación 15, caracterizado porque, el ancho de banda -3db de cada uno de los filtros de síntesis es menor que 2B/M.

17. Un método de acuerdo a la reivindicación 15, 5 caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de cada uno de los filtros de síntesis, es 0.125 a 0.3 radianes más grande que B/M sobre una escala de frecuencia normalizada.

18. Un método de acuerdo a la reivindicación 13, caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de un primer 10 filtro de análisis en el primer banco de filtros de análisis y un ancho de banda -3dB de un segundo filtro de análisis en el primer banco de filtros de análisis se traslapan en frecuencia, y en donde el ancho de banda -3dB de un primer filtro de análisis en el segundo banco de filtros de análisis 15 y un ancho de banda -3dB de un segundo filtro de análisis en el segundo banco de filtros de análisis se traslapan en frecuencia .

19. Un método de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizado porque, un ancho de banda -3dB de cada uno de 20 los filtros de análisis en el primer banco de filtros de análisis se traslapa en frecuencia a un ancho de banda -3dB de al menos uno de otros filtros de análisis en el primer banco fc ai ..sj¡a,ai5 . , . ¿ -J^JÍ de filtros de análisis, y en donde un ancho de banda -3dB de cada filtro de análisis en el segundo banco de filtros de análisis traslapa en frecuencia a un ancho de banda -3dB de al menos uno de otros filtros de análisis en el segundo banco de filtros de análisis.

20. Un método de acuerdo a la reivindicación 13, caracterizado porque, cada uno de los primero y segundo bancos de filtros de análisis, incluye un numero entero M de filtros de análisis, en donde los anchos de banda -3dB de los M filtros de análisis en cada banco de filtros de análisis, abarcan colectivamente un ancho de banda total B, en donde un ancho de banda -3dB de un filtro de análisis en cada banco de filtros de análisis, se centra en cada una de las M frecuencias, las M frecuencias se distribuyen a través del ancho de banda total a intervalos de B/M, y en donde el ancho de banda -3dB de cada uno de los M filtros de análisis en cada uno de los bancos de filtros de análisis es más grande que B/M.

21. Un método de acuerdo a la reivindicación 20, caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de cada uno de los filtros de análisis es menor que 2B/M.

22. Un método de acuerdo a la reivindicación 20, caracterizado porque, el ancho de banda -3dB de cada uno de los filtros de análisis es 0.125 a 0.3 radianes más grande que B/M sobre una escala de frecuencia normalizada.

23. Un método de acuerdo a la reivindicación 13, caracterizado además por los pasos de sub-muestrear o muestrear en orden descendente las señales de la sub-banda producidas por cada uno de los filtros de análisis y sobre-muestrear o muestrear en orden ascendente las señales de sub-banda que entran a cada uno de dichos filtros de síntesis.

24. Un método de acuerdo a la reivindicación 23, caracterizado porque, cada banco de filtros incluye un numero entero M de filtros, y en donde las señales de la sub-banda producidas por los filtros de análisis se sub-muestrean mediante un factor K menor que M.