NL9002790A

NL9002790A - Echocompensator met verbeterde dubbelspraak detectie.

Info

Publication number: NL9002790A
Application number: NL9002790A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1990-12-18
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1992-07-16
Also published as: EP0491430B1; US5390250A; DE69114999T2; JPH04275724A; JP3186809B2; KR920014338A; DE69114999D1; HK109696A; EP0491430A1; KR100221251B1

Description

"Echocompensator met verbeterde dubbelspraak detectie"

De uitvinding heeft betrekking op eenEchocompensator omvattende een ontvangpad en eenzendpad, beide voorzien van een ingang en een uitgang,waarbij de uitgang van het ontvangpad is verbonden metde ingang van een van aanpasmiddelen voorzien adaptieffilter met een impuls-responsie die een schatting is vande impulsresponsie van een echopad tussen de uitgang vanhet ontvangpad en de ingang van het zendpad, waarbij deingang van het zendpad is gekoppeld met een positieveingang van een aftrekschakeling en dat de uitgang vanhet adaptieve filter is gekoppeld met een negatieveingang van de af-trekschakeling en waarbij de uitgangvan de aftrekscha-keling is gekoppeld met de uitgang vanhet zendpad; welke echocompensator tevensdetectiemiddelen omvat die een stuursignaal terblokkering van de aanpasmiddelen genereren indien dedetectiemiddelen een lokaal opgewekt signaal detecterenaan de ingang van het zendpad

Een dergelijke echocompensator is bekend uitde ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage8701633 (PHN 12.180).

Bij vol-duplex signaal transmissie kan doorde aanwezigheid van een ongewenst echopad tussen de uit¬gang van het ontvangpad en de ingang van het zendpad endoor de aanwezigheid van een soortgelijk echopad aan deverre zijde een gesloten signaallus ontstaan. Eendergelijke situatie kan zich bijvoorbeeld voordoen bijtelefonie met behulp van luidsprekendetelefoontoestellen.

Omdat in de transmissieweg versterkers zijnopgenomen, kan de rondgaande versterking in de lus vooreen bepaalde frequentie groter zijn dan 1. Hierdoor ontstaat dan een oscillatie welke in het geval vanspraaktransmissie ook wel met rondzingen wordtaangeduid.

Indien de rondgaande versterking kleiner isdan 1, treedt er weliswaar geen oscillatie op maar zalna een zekere looptijd een echo van het aan de ingangvan het zendpad aangeboden signaal via het echopad aande verre zijde aan de uitgang van het ontvangpadverschijnen. Bij telefonie betekent dit dat een sprekerzijn eigen over een zekere tijd vertraagde spraak hoort.Dit verschijnsel wordt vooral bij grotevertragingstijden als zeer hinderlijk ervaren.

Om deze echo's te onderdrukken wordt opbekende wijze gebruik gemaakt van regelbare verzwakkersdie in het zendpad en het ontvangpad zijn opgenomen.Indien uitsluitend een door een lokale spreker lokaalopgewekt signaal aanwezig is, heeft de verzwakker in hetzendpad een hoge overdrachtsfactor A,,^ en de verzwakkerin het ontvangpad een lage overdrachtsfactor A^. Indienuitsluitend een signaal afkomstig van de verre zijdeaanwezig is, heeft de verzwakker in het ontvangpad eenhoge overdrachtsfactor A^ en heeft de verzwakker in hetzendpad een lage overdrachtsfactor A,^. Is er zowel eenlokaal opgewekt signaal als een signaal afkomstig van deverre zijde aanwezig, worden de beide verzwakkersingesteld op een gelijke overdrachtswaarde welke gelijkis aan V Amax*Amin. In alle gevallen wordt de rondgaandeversterking nu zodanig gereduceerd dat de problemen tengevolge van echosignalen sterk gereduceerd zijn. Eenprobleem bij deze wijze van echo-onderdrukking is dathet begin van een spraaksignaal niet of sterk verzwaktwordt doorgegeven doordat een zekere tijd nodig is voorhet detecteren van het spraaksignaal alvorens de ver¬zwakkers op een juiste overdrachtsfactor ingesteldkunnen worden. Bovendien zal bij dubbelspraak de over¬drachtsfactor lager dan nodig zijn omdat beide luidspre¬kende telefoontoestellen een verzwakking in zowel het zendpad en het ontvangpad aanbrengen. Hierdoor wordt bijhet optreden van dubbelspraak het van de verre zijdeontvangen signaal zodanig verzwakt dat de beide sprekerselkaar bijna niet meer kunnen horen.

Een methode om het begin van een spraaksig¬naal of de spraaksignalen bij dubbelspraak beter door tegeven zonder de echo-onderdrukking aan te tasten is hetgebruik van een echocompensator, al of niet incombinatie met in zend- en/of ontvangpad geplaatsteregelbare verzwakkers. Deze echocompensator omvat eenadaptief filter met een impulsresponsie die een schat¬ting is van de impulsresponsie van het echopad tussen deuitgang van het ontvangpad en de ingang van het zendpad.Door aan de ingang van het adaptieve filter het uit¬gangssignaal van het ontvangpad toe te voeren is aan deuitgang van het adaptieve filter een schatting van hetechosignaal beschikbaar.

Door het uitgangssignaal van het adaptievefilter af te trekken van het ingangssignaal van hetzendpad wordt een verschilsignaal verkregen waarin naasteen residu van het echosignaal alleen het lokaalopgewekte ingangssignaal van het zendpad aanwezig is.

De gewenste impulsresponsie van het adaptievefilter wordt door de aanpasmiddelen bepaald aan de handvan het verkregen verschilsignaal. Dit is alleen goedmogelijk indien het verschilsignaal uitsluitend uit hetresidu van het echosignaal bestaat. Indien een lokaalopgewekt signaal aan de ingang van het zendpad aanwezigis, zal dat lokaal opgewekt signaal ook aanwezig zijn inhet verschilsignaal. Doordat de aanpasmiddelen geenonderscheid kunnen maken tussen een residu van hetechosignaal en een lokaal opgewekt signaal zal nu eenjuiste aanpassing van de impulsresponsie van hetadaptieve filter verstoord worden. Om dit te voorkomen,worden indien door de detectiemiddelen een lokaalopgewekt signaal wordt waargenomen de aanpasmiddelengeblokkeerd.

In de uit de eerder genoemde Nederlandse octrooiaanvrage bekende echocompensator wordt dit detecteren gedaan door de verhouding van een vermogenswaarde van het verschilsignaal en een vermogenswaarde van het ingangssignaal van het zendpad te bepalen en deze verhouding te vergelijken met een gegeven drempelwaarde. Is deze verhouding groter dan de gegeven waarde, dan wordt aangenomen dat er een lokaal opgewekt signaal aanwezig is. Immers, indien het adaptieve filter is ingeregeld zal bij afwezigheid van een lokaal opgewekt signaal de verhouding tussen de vermogenswaarde van het verschilsignaal, dat dan gelijk is aan het residusignaal, en de vermogenswaarde van het » ingangssignaal van het zendpad relatief klein zijn (orde grootte: 0.01-0.001 ).

Een algemeen probleem bij echocompensatorenis dat het adaptieve filter bij een snelle veranderingvan de impulsresonsie van het echopad niet in staat iszijn eigen impulsresponsie snel genoeg aan te passen.Hierdoor neemt de verhoudingsmaat tussen devermogenswaarde van het verschilsignaal en devermogenswaarde van het ingangssignaal van het zendpadsterk toe en zouden de detectiemiddelen ten onrechte totde aanwezigheid van een lokaal opgewekt signaal kunnenbesluiten.

Het doel van de uitvinding is het verschaffenvan een echocompensator van de in de aanhef genoemdesoort waarbij de waarschijnlijkheid dat dedetectiemiddelen ten onrechte de aanwezigheid van eenlokaal opgewekt signaal detecteren, aanmerkelijk isgereduceerd in vergelijking met een echocompensatorvolgens de stand van de techniek.

Hiertoe is de echocompensator volgens deuitvinding gekenmerkt door dat de detectiemiddelen eenlokaal opgewekt signaal detecteren indien eenverhoudingswaarde van een vermogenswaarde van hetingangssignaal van het zendpad en een vermogenswaarde van het uitgangssignaal van het adaptieve filter groteris dan een drempelwaarde.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht datde vermogenswaarde van het uitgangssignaal van hetadaptieve filter voor bepaalde typen echopaden,(bijvoorbeeld akoestische echopaden) een goede maat isvoor de vermogenswaarde van het echosignaal aan deingang van het zendpad, zelfs ook als de impulsresponsievan het echopad op zich relatief snel verandert. Dezeeigenschap wordt hieronder nader toegelicht.

Indien het uitgangssignaal van het ontvangpadals witte ruis beschouwd kan worden, geldt volgens eenbekende stelling uit de stochastische signaaltheorie:

In (1) is Pfe de vermogenswaarde van het ingangssignaalvan het zendpad, Puo de vermogenswaarde van hetuitgangssignaal van het ontvangpad en h(e) deimpulsresponsie van het echopad op tijdstip Θ. Voorbepaalde soorten echopaden geldt dat de impulsresponsievan het echopad sterk kan veranderen maar dat deintegraal volgens formule (1) vrijwel constant blijft.

Bijvoorbeeld bij telefonie met behulp vanluidsprekende telefoontoestellen, wordt de over eenzekere tijd δθ ( δθ « θ ) gemiddelde waarde van hetkwadraat van de impulsresponsie h(Θ) van het echopad opeen tijdstip voornamelijk bepaald door de verhouding vanhet tijdstip θ en de nagalmtijd van de ruimte waarin hettelefoontoestel geplaatst is. Deze eigenschap is bekenduit het boek "Principles and Applications ofRoomacoustics", Vol. 1, L. Cremer & H. Müller,uitgegeven door Applied Science Publisher, Verandert deimpulsresponsie van het echopad bijvoorbeeld door hetheen en weer lopen van een spreker, dan zal dit nauwe¬lijks invloed hebben op de nagalmtijd van de ruimte en blijft het kwadraat van de impulsresponsie van hetechopad op een gegeven tijdstip ongeveer gelijk. Deintegraal volgens formule (1) zal dan ook nagenoeg onaf¬hankelijk zijn van veranderingen in het echopad.

Simulaties en experimenten hebben aangetoonddat behalve voor witte ruis ook voor spraaksignalen ookvoor spraaksignalen geldt dat de vermogenswaarde van hetuitgangssignaal van het adaptieve filter een goede maatis voor de vermogenswaarde van het uit het ontvangpadafkomstige deel van het ingangssignaal van het zendpad.

Een resterend probleem is dat het mogelijk isdat indien het adaptieve filter nog niet goed is inge¬regeld, bij het optreden van signaalpieken in het uit¬gangssignaal van het ontvangpad deze signaalpiekeneerder aan de ingang van het zendpad dan aan de uitgangvan het adaptieve filter verschijnen. Hierdoor is op datmoment de vermogenswaarde van het uitgangssignaal vanhet adaptieve filter veel kleiner dan de vermogenswaardevan het ingangssignaal van het zendpad. Daardoor kan tenonrechte besloten worden dat er een lokaal opgewektsignaal aan de ingang van het ontvangpad aanwezig is.

Het aantal foutieve beslissingen omtrent deaanwezigheid van lokaal opgewekte spraaksignalen veroor¬zaakt door het optreden van signaalpieken kan nu verderworden gereduceerd doordat de echocompensator is geken¬merkt doordat de detectiemiddelen de vermogenswaarde vanbeide genoemde signalen bepalen uit de over een zekeretijd gemiddelde waarde van het momentele vermogen vandie signalen.

Doordat de vermogenswaarde gelijk is aan deover een zekere tijd gemiddelde waarde van het momentelevermogen wordt de invloed van signaalpieken op de vermo¬genswaarde gereduceerd waardoor de kans op een foutievedetectie van een lokaal opgewekt signaal afneemt.

In het algemeen worden adaptieve filteruitgevoerd als transversale filters. Transversalefilters bestaan uit een serieschakeling van vertragingselementen waarbij de uitgangssignalen van deverschillende vertragingselementen via instelbareweegfactoren worden gesommeerd. Het gebruik vantransversale filters in adaptieve filters heeft hetvoordeel dat bij deze filters door het volledigontbreken van terugkoppelpaden voor alle mogelijke weeg¬factoren ongewenste spontane oscillatie afwezig zullenzijn. Bovendien is het bij het gebruik van deze filtersgegarandeerd dat het adaptieproces leidt tot een opti¬male schatting van de na te bootsen impulsresponsie.

Deze eigenschappen van transversale filters worden be¬schreven in het boek "Discrete-Time Signal Processing",A. van der Enden & N. Verhoeckx, uitgegeven doorPrentice Hall.

Een andere eigenschap van deze filters isdat deze filters een impulsresponsie hebben met een be¬perkte tijdsduur Tf, welke tijdsduur gelijk is aan de somvan de vertragingstijden van de individuele vertragings¬elementen. In de meeste gevallen echter zal deimpulsresponsie van het echopad daarentegen oneindiglang zijn. Indien nu het adaptieve filter is ingeregeld,is de impulsresponsie van het adaptieve filter en deimpulsresponsie van het echopad op tijdstippen gelegentussen 0 en Tf nagenoeg gelijk. Voor tijdstippen groterdan Tf is de impulsresponsie van het adaptieve filtergelijk aan 0 terwijl de impulsresponsie van het echopaddan ongelijk aan 0 is. De integraal in formule (1) zalvoor de impulsresponsie van het echopad dan altijdgroter zijn dan die integraal voor de impulsresponsievan het adaptieve filter doordat de integraal voor deimpulsresponsie van het echopad een extra bijdrage bevatvan de impulsresponsie van het echopad op tijdstippengroter dan T. Hierdoor is de vermogenswaarde van hetuitgangssignaal van het adaptieve filter altijd kleinerdan de vermogenswaarde van het echosignaal. Dit verschilin vermogenswaarden zou de betrouwbaarheid van dedetectie van een lokaal opgewekt signaal kunnen reduce- ren.

Om de betrouwbaarheid van de detectie van deaanwezigheid van een lokaal opgewekt signaal nog verderte vergroten is de echocompensator gekenmerkt doordat dedetectiemiddelen bij de op een actueel tijdstip geldendevermogenswaarde van het uitgangssignaal van hetadaptieve filter een correctieterm opgetellen alvorensde detectiemiddelen de verhoudingswaarde bepalen.

Door een geschikte correctieterm bij devermogenswaarde van het uitgangssignaal van hetadaptieve filter op te tellen alvorens deze tevergelijken met de vermogenswaarde van hetingangssignaal van het zendpad, wordt de betrouwbaarheidvan deze vergelijking vergroot.

Een ander gevolg van de eindige tijdsduur vande impulsresponsie van het transversale filter is dat ophet einde van een van de verre zijde ontvangen spraak¬signaal het ingangssignaal van het zendpad geleidelijkuitdempt tot nul terwijl het uitgangssignaal van hettransversale filter een tijd Tf na het eindigen van hetspraaksignaal abrupt gelijk aan nul wordt. Hierdoor isde vermogenswaarde van het ingangssignaal van hetzendpad plotseling veel groter dan de vermogenswaardevan het uitgangssignaal van het transversale filterwaardoor ten onrechte besloten kan worden dat een lokaalopgewekt signaal aan de ingang van het zendpad aanwezigis.

Een uitvoeringsvorm van de echocompensatorvolgens de uitvinding die dit effect reduceert, isgekenmerkt doordat de correctieterm een met eenweegfactor gewogen som is van de vermogenswaarden vanhet uitgangssignaal van het adaptieve filter op eenaantal meettijdstippen gelegen in een tijdinterval dateindigt op het actuele tijdstip verminderd met detijdsduur van de impulsresponsie van het adaptievefilter waarbij de weegfactor een monotoon dalendeexponentiële functie van het verschil tussen het actuele tijdstip en het meettijdstip is.

Door deze maatregelen wordt bij de vermo¬genswaarde van het uitgangssignaal van de echocompensator een correctieterm opgeteld dierepresentatief is voor de fout in deze vermogenswaardetengevolge van de beperkte tijdsduur van deimpulsresponsie van het transversale filter. Dezecorrectieterm is gelijk aan een gewogen som vanvermogenswaarden van het uitgangssignaal van hettransversale filter op tijdstippen t-τ waarbij t hetactuele tijdstip is en waarbij τ > T. Hierdoor hangt degecorrigeerde vermogenswaarde ook af vanvermogenswaarden op tijdstippen gelegen vóór t-T,waardoor de invloed van de beperkte tijdsduur van deimpulsresponsie van het transversale filter gereduceerdwordt. De weegfactor is gelijk aan het kwadraat van deschatting van de impulsresponsie van het echopad op eentijdstip τ omdat het kwadraat van de impulsresponsieaangeeft hoe de vermogenswaarde in de tijd uitdempt.

Bij telefonie met gebruik van luidsprekendetelefoontoestellen, wordt de impulsresponsie van hetechopad bepaald door de ruimte waarin het tele¬foontoestel is opgesteld. Uit het eerder genoemde boek"Principles and Applications of Room Acoustics" is be¬kend dat het kwadraat van de impulsresponsie van eendergelijke ruimte benaderd kan worden door een exponen¬tiële functie van τ zodat de correctieterm eendergelijke functie bevat.

Door het optellen van de correctieterm bij devermogenswaarde van het uitgangssignaal van het trans¬versale filter wordt het moment waarop de gecorrigeerdevermogenswaarde van het uitgangssignaal van het adap¬tieve filter plotseling nul wordt uitgesteld zodatwanneer nu de gecorrigeerde vermogenswaarde gelijk aan 0wordt, de vermogenswaarde van het ingangssignaal van hetzendpad reeds verder is afgenomen. Hierdoor wordt dekans op een foutieve detectie van een lokaal opgewekt signaal verkleind.

Nu wordt de werking van de uitvinding nadertoegelicht aan de hand van de figuren.

Daarin toont: fig. 1 een blokschema van een echocompensatorvoor gebruik in een luidsprekend telefoontoestel; fig. 2 een toestandsdiagram van de echocom-pensator uit fig. 1 dat de activiteit van de beide spre¬kers representeert; fig. 3 een stroomschema van een programmavoor een programmeerbare processor om een aantal parame¬ters te berekenen die nodig zijn om de verzwakkers deechocompensator volgens fig. 1 op een juiste waarde tekunnen instellen; fig. 4 een stroomschema van een functie terbepaling van het achtergrondruisvermogen van hetontvangen en het uitgezonden signaal voor gebruik in eenprogramma volgens fig. 3 ; fig. 5 een stroomschema van blok 38 in hetprogramma volgens fig. 3 ter bepaling van de waarde vande echo-overdracht van het adaptieve filter op eengegeven tijdstip.

fig. 6 een stroomschema van blok 39 in hetprogramma volgens fig. 2 ter bepaling van de akoestischedemping van het echopad.

In fig. 1 is de ingang van het ontvangpadverbonden met de ingang van een analoog-digitaalomzetter1. De uitgang van de analoog-digitaalomzetter 1 met uit¬gangssignaal x'(k) is verbonden met de ingang van eenmet behulp van een stuursignaal instelbare verzwakker 2met een overdrachtsfactor Ab. De uitgang van verzwakker 2met uitgangssignaal x(k) is verbonden met de ingang vaneen frequentiedomein adaptief filter 8 welk filter deaanpasmiddelen bevat, met de ingang van een tijddomeinprogrammeerbaar filter 9 en met de ingang van eendigitaal-analoogomzetter 3. De uitgang van de digitaal-analoogomzetter 3, welke uitgang tevens de uitgang is van het ontvangpad, is verbonden met een luidspreker 4.

De uitgang van een microfoon 5 is verbondenmet de ingang van een analoog-digitaalomzetter 6, welkeingang tevens de ingang van het zendpad vormt. Deuitgang van de analoog-digitaalomzetter 6 metuitgangssignaal z(k) is verbonden met een positieveingang van een aftrekschakeling 7 en met een positieveingang van een aftrekschakeling 10. Een negatieve ingangvan de aftrekschakeling 7 is verbonden met een uitgangvan het programmeerbare filter 9 met uitgangssignaaly(k). Een negatieve ingang van de aftrekschakeling 10 isverbonden met een uitgang van het adaptieve filter 8 datvoorzien is van aanpasmiddelen. Een uitgang van deaftrekschakeling 10 met uitgangssignaal r,(k) isverbonden met een residusignaalingang van het adaptievefilter 8.

De uitgang van de aftrekschakeling 7 metuitgangssignaal r(k) is verbonden met een ingang vaneen, met behulp van een stuursignaal instelbare,verzwakker 11 met een overdrachtsfactor A^. De uitgangvan de verzwakker 11 met uitgangssignaal r'(k) isverbonden met de ingang van een met behulp van eenstuursignaal instelbare drempelschakeling 12. De uitgangvan de drempelschakeling 12 met uitgangssignaal r"(k) isverbonden met de ingang van een digitaal-analoogomzetter13. De uitgang van de digitaal-analoogomzetter 13 vormtde uitgang van het zendpad.

Een eerste uitgang van een besturingseenheid14 is verbonden met de stuuringang van de verzwakker 2.Een tweede uitgang van de besturingseenheid 14 met eenstuursignaal ter blokkering van de aanpasmiddelen, isverbonden met de stuuringang van de verzwakker 11. Eenderde uitgang van de besturingseenheid 14 is verbondenmet een stuuringang van het adaptieve filter 8 terwijleen vierde uitgang van de besturingseenheid 14 isverbonden met de stuuringang van de drempelschakeling12. Het adaptieve filter 8 heeft een uitgangsbus ter overbrenging van parameters naar het programmeerbarefilter 9 teneinde de impulsresponsie hiervan vast teleggen.

In fig. 1 wordt het ingangssignaal van hetontvangpad toegevoerd aan de analoog-digitaalomzetterteneinde de verdere bewerking van dit signaal digitaalte kunnen uitvoeren. De complete functie van deechocompensator is gerealiseerd met behulp van eendigitale signaalprocessor van het type DSP56001 (Motorola ). Het uitgangssignaal van de analoog-digitaalomzetter 1 wordt via de instelbare verzwakker 2toegevoerd aan de digitaal-analoogomzetter 3 die hetsignaal omzet in een analoog signaal dat geschikt isvoor de luidspreker 4.

De microfoon 5 ontvangt het lokale spraak¬signaal tezamen met het echosignaal van het door deluidspreker weergegeven signaal. Het uitgangssignaal vande microfoon 5 wordt door de analoog-digitaalomzetter 6omgezet in een digitaal signaal z(k). Door aftrekschake-ling 7 wordt een schatting van het echosignaal y(k) vanhet signaal z(k) afgetrokken waardoor een signaal r(k)verkregen wordt dat vrijwel alleen bestaat uit hetlokale spraaksignaal. Dit signaal r(k) wordt via deverzwakker 11 en de drempelschakeling 12 toegevoerd aande digitaal-analoogomzetter 12 die het signaal r"(k)omzet in een signaal dat geschikt is om aan detelefoonlijn toegevoerd te worden.

Het totale adaptieve filter bestaat uit eencombinatie van een frequentiedomein adaptief filter 8 eneen tijddomein programmeerbaar filter 9. Het aanpassenvan de impulsresponsie van het totale adaptieve filteraan de impulsresponsie van het echopad gebeurt door deaanpasmiddelen in het frequentiedomein adaptieve filter 8. Het opwekken van de schatting y(k) van hetechosignaal die van het signaal z(k) wordt afgetrokkenwordt gedaan door het tijddomein programmeerbare filter 9, dat daartoe parameterwaarden ter instelling van de gewenste impulsresponsie van het frequentiedomeinadaptieve filter ontvangt.

Bij aanwezigheid van een lokaal spraaksignaalaan de ingang van het zendpad wordt de aanpassing van deimpulsresponsie van het adaptieve filter verstoord. Omte voorkomen dat deze verstoorde aanpassing leidt toteen verkeerde schatting van de impulsresponsie van hetechopad worden twee filters gebruikt. Indien devermogenswaarde van het residusignaal r^k) groter is dande vermogenswaarde van het residusignaal r(k) of indiener een lokaal opgewekt spraaksignaal wordt gedetecteerd,wordt aangenomen dat de aanpassing van het adaptievefilter 8 verstoord is en wordt het doorgeven vanparameters van het adaptieve filter naar hetprogrammeerbare filter geblokkeerd. Hierdoor werkt deverstoring van de aanpassing van het adaptieve filter 8niet meer door in de schatting y(k) van het echosignaal.

Het adaptieve filter 8 wordt uitgevoerd inhet frequentiedomein omdat een tijddomein adaptieffilter voor de benodigde lengte van de impulsresponsieeen veel grotere complexiteit heeft dan eenfrequentiedomein adaptief filter. Bovendien heeft eentijddomein adaptief filter het nadeel dat bij signalenmet een sterke autocorrelatie het aanpassen van zijnimpulsresonsie aan de impulsresponsie van het echopadveel langer duurt dan bij een frequentiedomein adaptieffilter waarbij een eenvoudig te implementerendecorrelatie wordt toegepast. Het toevoegen van eendergelijke decorrelatie in een tijddomein adaptieffilter zou een veel grotere complexiteit vergen.

Het programmeerbare filter 9 is uitgevoerd inhet tijddomein omdat het signaal in deze filters geenextra vertraging ondergaat in tegenstelling tot frequen¬tiedomein adaptieve filters waar een zekere extravertraging onvermijdbaar is. De opbouw en werking vandeze filters wordt nader besproken in de eerder genoemdeNederlandse octrooiaanvrage.

Om te garanderen dat de sterkte van onge¬wenste echo's, zelfs indien het adaptieve filter nogniet is ingeregeld, beneden een zekere waarde blijftwordt de totale signaalvermogensoverdracht tussen deingang van het ontvangpad en de uitgang van het zendpaddoor middel van de verzwakkers 2 en 11 op een constantewaarde gehouden. Om de juiste waarde voor deoverdrachtsfactor van de verzwakkers te bepalen, wordende waarde van de echo-overdracht ERLE van het adaptievefilter en de waarde van de akoestische verzwakking AMbepaald uit de over een zekere tijd gemiddelde waardevan de vermogens Px, Pz en Pr. Uit de waarden van A^, ERLEen Αω kan het produkt A^ van de overdrachtsfactoren Alsen A^ bepaald worden met behulp van:

De verdeling van het produkt Ab en A^,. over debeide verzwakkers 2 en 11 hangt af van de activiteit vande sprekers, welke activiteit wordt gemeten doordetectiemiddelen aanwezig in de besturingseenheid.

Indien alleen de spreker van de verre zijde spreektwordt Ab ingesteld op 1 en A^,. op Avgw. Spreekt alleen despreker aan de lokale zijde, dan wordt Ab ingesteld opA^ en Amic op 1. Zijn beide sprekers actief dan wordt deoverdrachtsfactor A^ gelijk over beide verzwakkers 2 en11 verdeeld. De aanpassing van de overdrachtsfactoren Alsen A^e gebeurt niet plotseling maar geleidelijk om sterkeklikken in het luidprekersignaal te vermijden.

De drempelschakeling 12 dient ter blokkeringvan een kleine restecho terwijl een lokaal spraaksignaalvrijwel volledig moet worden doorgegeven. Hiertoe heeftde drempelschakeling 12 een uitgangssignaal dat gelijkis aan nul indien het ingangssignaal beneden de drempelblijft en een uitgangssignaal dat lineair afhankelijk isvan het inaanassicmaal indien het inaanassïanaal aroter is dan de drempel. De drempel is alleen dan aanwezigindien uitsluitend de verre spreker actief is. In anderegevallen is de overdracht van de drempelschakelinggelijk aan 1.

De bepaling van de vermogens Px, Pz en Pr gebeurt door de waarde van de momentele vermogens van deze signalen over blokken met tijdsduur T te middelen.

Aan het begin van ieder blok wordt tevens de activiteit van de sprekers bepaald. De waarden van de diverse overdrachtsfactoren ERLE, Aö en Avsw, ter bepaling van de instellingen van de verzwakkers 2 en 11 worden slechts een keer per vier blokken bepaald. Dit wordt gedaan omdat voor deze berekeningen de diverse vermogens over » een langere periode ( 4‘T ) gemiddeld dienen te wordenom de invloed van signaalpieken te reduceren.

In het toestandsdiagram in fig. 2 hebben detoestanden en de overgangsvoorwaarden de volgendebetekenis.

CIJFER INSCHRIFT BETEKENIS

20 A Spreker aan verre zijde actief.

21 B Beide sprekers actief.

22 C Geen der sprekers actief.

23 D Spreker aan lokale zijde actief.

24 1*NE & ->(4*",FE) Lokaal spraaksignaal in voorafgaande blok.

25 4*-,NE & -’(4*-’FE) Geen lokaal spraaksignaal in vier voorafgaande blokken.

26 4*-,FE & l*NE Geen verre zijde spraaksignaal in vier voorafgaande blokkenen tevens lokaal spraaksignaalin voorafgaande blok.

27 4*-’NE & 1*FE Geen lokaal spraaksignaal in vier voorafgaande blokken en tevens verre zijdespraaksignaal in voorafgaandeblok.

28 4*-,FE & ->1*NE Geen verre zijde spraaksignaal in vier voorafgaande blokken.

29 l*FE & 1*-’NE Verre zijde spraaksignaal in voorafgaande blok.

30 l*NE & 1*FE Lokaal spraaksignaal in vooraf gaande blok en tevens verrezijde spraaksignaal invoorafgaande blok.

31 4*-NE & 4*--FE Geen lokaal spraaksignaal in vier voorafgaande blokken entevens geen* verre zijdespraaksignaal in viervoorafgaande blokken.

32 1*FE & -’(4*-FE) Verre zijde spraaksignaal in voorafgaande blok.

33 4*~’FE & “ (4*-,FE) Geen verre zijde spraaksignaal in vier voorafgaande blokken.

34 1*NE & 1*--FE Lokaal spraaksignaal in voorafgaande blok.

35 4*->NE & 1*--FE Geen lokaal spraaksignaal in vier voorafgaande blokken.Omdat de diverse stuursignalen ter besturingvan de verzwakkers 2 en 11, de drempelschakeling 12 enhet adaptieve filter 8 worden afgeleid uit de activiteitvan de sprekers, wordt de activiteit van de sprekersvertaald naar vier toestanden van een eindigetoestandsmachine, verder afgekort met FSM, waarvan hettoestandsdiagram is gegeven in figuur 2. De FSM bevindtzich in toestand A indien alleen de spreker aan de verrezijde actief is. De FSM bevindt zich in toestand Bindien beide sprekers actief zijn. De FSM is in toestandC indien geen spreker actief is en bevindt zich intoestand D indien alleen de lokale spreker actief is. Deovergangen tussen de diverse toestanden worden bepaald door het actief of inactief worden van de beidesprekers. Een bepaalde spreker wordt geacht actief tezijn geworden indien in het voorafgaande blok eenspraaksignaal aanwezig was in het van die spreker afkom¬stig signaal. Er wordt vanuit gegaan dat een sprekeractief blijft totdat er in vier opeenvolgende blokkenvan het van die spreker afkomstige signaal geenspraaksignaal meer aanwezig is. Dit laatste wordt gedaanom te voorkomen dat de FSM tijdens pauzes tussenwoorden en zinnen van toestand verandert.

Een verre zijde spraaksignaal wordt aanweziggeacht indien het vermogen Px groter is dan een achter¬grondruisterm Nx. Een lokaal spraaksignaal wordt volgens » de uitvindingsgedachte aanwezig geacht indien devolgende ongelijkheid geldt: δ [pz(i) -ng] >Py(i) +ct~2 Py(i-2) +<T3 Py(i-3)

In deze ongelijkheid is δ een drempelwaarde, Nz eenachtergrondruisterm, Py(i) het vermogen van het signaal yin het actuele blok en Py(i-2), Py(i-3) zijn de vermogensvan het signaal y in de twee voorafgaande blokken. Deexponentiële termen ar2 en a'3 vormen samen met devermogens Py(i-2) en Py(i-3) de correctieterm volgens deuitvindingsgedachte ter compensatie van de eindigeimpulsresponsie van het adaptieve filter met eenimpulsresponsie ter lengte 2T.

In de onderstaande tabel is aangegeven welkeacties behoren bij de vier toestanden van de FSM.

In toestand A is de verzwakker 11 ingesteld op A^ en deverzwakker 2 op de overdrachtsfactor 1. Dedrempelschakeling 12 is ingeschakeld. In toestand B zijnde beide verzwakkers 2 en 11 ingesteld op een waardeterwijl de drempelschakeling 12 uitgeschakeld is. Indiende FSM korter dan Th in toestand C verkeert worden deoverdrachtsfactoren van de verzwakkers op een zelfdewaarde gehouden omdat indien toestand C korter duurt danTh het waarschijnlijk is dat de spreker die aan het woordwas voordat naar toestand C werd overgegaan opnieuwbegint te spreken. Indien toestand C langer dan Th duurtis de waarschijnlijkheid dat de lokale spreker of deverre spreker actief wordt even groot en worden de beideverzwakkers ingesteld op een waarde A^. In toestand Dis alleen de lokale spreker actief en zal A,,^ op 1 en zalAb op Αν^ ingesteld worden.

In figuur 3 hebben de genummerde instructiesde betekenis zoals is aangegeven in de onderstaandetabel.

NUMMER INSCHRIFT BETEKENIS

36 START Alle variabelen worden geïnitialiseerd.

37 NEXT 4 BLOCKS Er wordt gewacht totdat de volgende parameter- waarden berekend moeten worden.

38 Nj^MAXtNOISEiP^) ,10·*] De achtergrondruis in signaal x wordt bepaald 39 Nr:=NOISE(P„) De achtergrondruis in signaal r wordt bepaald 40 Nz:=MIN(NOISE(PJ ,Nr) De achtergrondruis in signaal z wordt bepaald4 41 Px:= \ Σ P„(i) De over vier blokken i=l gemiddelde vermo¬ genswaarde van hetsignaal x wordt bepaald4 42 Nz> h ΣΡ0 (i) Het ruisvermogen in i=l signaal z wordt vergeleken met het totalevermogen in z4 43 Pd: = -Nz + h ΣΡΚ(i) De voor achtergrondruis i=l gecorrigeerde, over vier blokken gemiddeldevermogenswaarde van hetsignaal z wordt bepaald.

4 44 Ρύ:= % Σ ΡΏ De over 4 blokken i=l gemiddelde vermogens¬ waarde van het signaal zwordt bepaald.

4 45 Nr> h Σ Ρ„(ΐ) Het ruisvermogen in i=l signaal r wordt verge¬ leken met het totalevermogen in signaal r.

4 46 Prl:= -Nr + % Σ P„(i) De voor achtergrondruis i=2 gecorrigeerde, over vier blokken gemiddelde vermogenswaarde van hetsignaal r wordt bepaald.

4 47 Prf:= h Σ P„(i) De over 4 blokken i=l gemiddelde vermogens¬ waarde van het signaal rwordt bepaald.

48 CALCULATE ERLE De echoverzwakking van het adaptieve filterwordt bepaald.

49 CALCULATE Aac De demping van het

akoestische echopad wordtbepaald.

50 De totale overdrachts voor de beide verzwakkers2 en 11 wordt berekend.

Het programma in fig. 3 zörgt voor deberekening van de gezamenlijke verzwakking A^ in de ver¬zwakkers 2 en 11 die nodig is om het demping van hetechosignaal op een zekere waarde te houden.

In instructie 36 worden alle constanten envariabelen geïnitialiseerd. In instructie 37 wordt ge¬wacht totdat een tijdsduur overeenkomend met 4 blokkengepasseerd is. In instructie 38 wordt hetachtergrondruisvermogen Nx in het signaal x bepaald dooreen functie NOISE aan te roepen. De ruiswaarde Nx krijgtaltijd een minimale waarde omdat de waarde Nx ookgebruikt wordt als drempel voor de detectie van eenverre eind spraaksignaal. In instructie 39 wordt hetachtergrondruisvermogen Nr in het signaal r bepaald en ininstructie 40 wordt het achtergrondruisvermogen Nz in hetsignaal z bepaald. Indien het ruisvermogen in signaal xgroot is, zal de waarde van Nz voornamelijk door de ruisin het echosignaal bepaald worden in plaats van hetlokaal opgewekte achtergrondruissignaal. Nr is dan een betere schatting voor het lokaal opgewekte achtergrond¬ruissignaal omdat het ruissignaal afkomstig uit deluidspreker onderdrukt wordt door de echocompensator. Ininstructie 41 wordt de vermogenswaarde P*, bepaald uit desom van de vermogens Ρω die bepaald zijn in de laatstevier blokken. Hierdoor wordt P^ gelijk aan 4x degemiddelde waarde van PM. In instructie 42 wordt hetruisvermogen in signaal z vergeleken met een somvermogendat gelijk is aan het over 4 blokken gesommeerde vermo¬gen in signaal z. Is 4 maal het ruisvermogen groter dandit somvermogen, dan is de schatting van hetruisvermogen niet correct en wordt in instructie 44 hetgemiddelde vermogen over vier blokken in signaal z nietgecorrigeerd voor ruis. Indien het ruisvermogen kleineris dan het totaalvermogen, dan wordt in instructie 43wordt het voor ruis gecorrigeerde vermogen Pd bepaald.

In instructie 45 wordt het ruisvermogen in signaal rvergeleken met een somvermogen dat gelijk is aan hetover 4 blokken gesommeerde vermogen in signaal r. Is 4maal het ruisvermogen groter dan dit somvermogen, dan isde schatting van het ruisvermogen niet correct en wordtin instructie 47 het gemiddelde vermogen over vierblokken in signaal r niet gecorrigeerd voor ruis. Indienhet ruisvermogen kleiner is dan het totaalvermogen, danwordt in instructie 46 de voor ruis gecorrigeerdevermogenswaarde Prl bepaald. In instructie 48 wordt eensubroutine aangeroepen die de echo-overdracht ERLE vanhet adaptieve filter bepaalt uit de vermogenswaarden Pden Prl. In instructie 49 wordt de akoestische dempingvan het echopad bepaald. In instructie 50 wordt uit devariabelen ERLE en de benodigde resterende totaleoverdrachtsfactor AvSW van de verzwakkers 2 en 11 bepaald.Het bepalen van de vierkantswortel in instructie 50 isnodig omdat A^ en ERLE vermogensoverdrachtsfactoren zijnterwijl A^ een amplitude overdrachtsfactor is. Nainstructie 50 wordt teruggesprongen naar instructie 37waar gewacht wordt totdat weer 4 blokken gepasseerd zijn.

In fig. 4 hebben de genummerde instructies debetekenis zoals is aangegeven in de onderstaande tabel.

NUMMER INSCHRIFT BETEKENIS

51 MIN:=MIN[P,(i) ] De minimum waarde van het vermogen in de laatstevier blokken wordtbepaald.

52 MAX:=MAX[P,(i) ] De maximum waarde van het vermogen in de laatstevier blokken wordtbepaald.

53 MIN < N De variabele MIN wordt vergeleken met de oudewaarde van het ruisvermo¬gen.

54 MAX/MIN > e De verhouding tussen de variabelen MAX en MINwordt vergeleken met eenconstante e.

55 NOISE:=MIN Het resultaat van de functie NOISE wordtgelijk gemaakt aan devariabele MIN.

56 NOISE:=N Het resultaat van de functie NOISE wordtgelijk gemaakt aan deoude waarde van hetruisvermogen.

57 AV:= 0*N+(1-0)*MIN De variabele AV wordt gelijk gemaakt aan eengemiddelde waarde van deoude waarde van het ruis¬vermogen en de variabeleMIN.

58 N0ISE:=MAX(e,MIN(AV,1.5*N) Het resultaat van de functie noise wordtgelijk gemaakt aan hetmaximum van de waarden Θen een schatting van hetoude ruisniveau.

In fig. 4 wordt in instructie 51 eerst hetminimum van de vermogens Ps in de laatste 4 blokken be¬paald. In instructie 52 wordt het maximum van devermogens Ps in de laatste 4 blokken bepaald. Ininstructie 53 wordt de variabele MIN vergeleken met deoude ruiswaarde N. Is MIN kleiner dan N, dan wordtaangenomen dat het ruisniveau is afgenomen en wordt denieuwe waarde van het ruisvermogen in instructie 55gelijk gemaakt aan de variabele MIN waarna de functieverlaten wordt. Is MIN echter niet kleiner dan N, danwordt in instructie 54 de verhouding van MAX en MINvergeleken met de constante e Is deze verhouding groterdan e dan wordt aangenomen dat het verschil tussen MINen MAX relatief groot is, zodat de signalen in delaatste vier blokken niet stationair zijn en duswaarschijnlijk spraak bevatten. Voor de schatting vanhet ruisvermogen wordt in instructie 56 dan de oudewaarde van het ruisvermogen genomen en vervolgens wordtde functie verlaten. Indien de verhouding tussen MIN enMAX kleiner dan e dan wordt aangenomen dat het signaalstationair is en dat dus waarschijnlijk in de laatstevier blokken uitsluitend een ruissignaal aanwezig was.

In instructie 57 wordt dan een gemiddelde waarde bepaalduit de oude ruiswaarde en de variabele MIN. Ininstructie 58 wordt de nieuwe ruiswaarde gelijk gemaaktaan het maximum van Θ en het minimum van AV en 1.5* deoude waarde van N. De vergelijking met 1.5*N wordtgedaan om te voorkomen dat bij het abrupt verschijnenvan sterke stationaire signalen zijnde geen ruis, dewaarde van het ruisniveau abrupt sterk verhoogd zouworden. De vergelijking met Θ gebeurt om te voorkomen dat de waarde van het ruisvermogen 0 wordt en blijft. Nainstructie 58 wordt de functie verlaten.

In fig. 5 hebben de genummerde instructies debetekenis zoals aangegeven is in de volgende tabel:

NUMMER INSCHRIFT BETEKENIS

60 ERLE_P:=ERLE De inhoud van variabele ERLE wordt opgeslagen invariabele ERLE_P.

61 L:=0,i:=l De tellers L en i worden op 0 respectievelijk 1gezet.

62 Ρ„(ΐ) < P„u Het vermogen in signaal x wordt met een drempel¬waarde vergeleken.

63 L := L+l De teller L wordt met 1 verhoogd.

64 i := i+1 De teller i wordt met 1 verhoogd.

65 i > 4 De inhoud van teller i wordt met 4 vergeleken.

66 L > 2 De inhoud van teller L

wordt met 2 vergeleken.

67 ERLE > D De echo-overdrachtsfactor ERLE wordt vergeleken metD.

68 ERLE: =ERLE__P (1+leak) De echo-overdrachtsfactor ERLE wordt gelijk gemaaktaan de vorige waardevermenigvuldigd met eenconstante factor.

69 ERLE:=ERLE_P De actuele waarde van ERLE wordt gelijk gemaaktaan de waarde ERLE_P.

70 ERLE: =MIN['Pti/Pü, 1 ] De nieuwe waarde van ERLE

wordt bepaald uit de vermogens Prl en P^.

71 (B OF D) & (ERLE>ERLE_P) Er wordt gecontroleerd of er lokale spraak aanwezigis.

72 ERLE:=^/(ERLE*ERLE_P) Het meetkundig gemiddelde van de nieuwe waarde vanERLE en oude waarde vanERLE wordt berekend.

73 ERLE:=ERLE_P Nieuwe waarde van ERLE

wordt gelijk aan oudewaarde van ERLE.

In fig 5 wordt in instructie 60 eerst de oudewaarde van ERLE overgebracht naar variabele ERLE_P. Ininstructies 61 worden twee tellers L en i op 0 respec¬tievelijk 1 gezet. In de instructies 62,63,64 en 65wordt het aantal keren L geteld dat het vermogen insignaal x in de laatste 4 blokken beneden een zekerewaarde ΡΜί1 ligt. In instructie 66 wordt L vergeleken met 2. Is L groter dan 2, dan wordt aangenomen dat hetvermogen in van x te klein is om een nauwkeurigeschatting van de waarde van de echo-overdracht ERLE temaken. In instructie 67 wordt dan de ERLE waardevergeleken met een drempel D. Is ERLE kleiner dan D, danwordt ERLE in instructie 68 vermenigvuldigd met eenconstante groter dan 1. Dit wordt gedaan omdat bij eente lage waarde van het signaal x het adaptieve filterniet goed meer in staat is om het echosignaal tereproduceren hetgeen door langzame veranderingen in hetechopad waarschijnlijk zal leiden tot een grotere waardevan de echo-overdracht. In instructie 69 wordt ERLEgelijk gemaakt aan ERLE_P omdat dan een zekere maximalewaarde van ERLE bereikt is.

Indien L kleiner is dan 2, wordt aangenomendat x groot genoeg is om een nauwkeurige waarde van ERLEte bepalen. In instructie 70 wordt dan de waarde vanERLE bepaald uit de verhouding van Pri en Pri waarbij de maximale waarde die ERLE kan aannemen kleiner dan 1 is.

In instructie 71 wordt gecontroleerd of denabije spreker actief is, hetgeen het geval is indien deFSM zich in toestand B of D bevindt, en of de huidigewaarde van ERLE groter is dan de vorige waarde van ERLE.Indien aan beide voorwaarden wordt voldaan is de waar¬schijnlijkheid groot dat de grotere waarde van ERLE ver¬oorzaakt wordt door nabije spraak in het signaal z. Deberekende waarde is dan een slechte schatting voor ERLEen in instructie 73 wordt dan de nieuwe waarde van ERLEgelijk gemaakt aan de oude waarde van ERLE. Wordt nietaan de voorwaarde van instructie 71 voldaan dan wordt ininstructie 72 de nieuwe waarde van ERLE bepaald uit hetmeetkundig gemiddelde van de oude en de berekende waardevan ERLE.

In fig 6 hebben de instructies de betekeniszoals is aangegeven in de onderstaande tabel.

NUMMER INSCHRIFT BETEKENIS

80 A & (P,j > X) Er wordt gecontroleerd of uitsluitend de verrespreker actief is entevens het vermogen van xgroter is dan een gegevendrempel, 81 CALC. Α^ De nieuwe waarde van de akoestische demping wordtbepaald.

In instructie 80 wordt nagegaan of eruitsluitend de verre spreker actief is en tevens of hetvermogen van zijn spraaksignaal een zekere waarde over¬schrijdt. Indien dit zo is, wordt aangenomen dat dewaarde van x groot genoeg is om een nauwkeurigeschatting van de akoestische demping te verkrijgen. Ininstructie 81 wordt dan de nieuwe schatting van A^ bepaald door de oude waarde van te middelen met deverhouding van Pd en P^.

Claims

1. Echocompensator omvattende een ontvangpad eneen zendpad, beide voorzien van een ingang en eenuitgang, waarbij de uitgang van het ontvangpad isverbonden met de ingang van een van aanpasmiddelenvoorzien adaptief filter met een impulsresponsie die eenschatting is van de impulsresponsie van een echopadtussen de uitgang van het ontvangpad en de ingang vanhet zendpad,waarbij de ingang van het zendpad isgekoppeld met een positieve ingang van eenaftrekschakeling en dat de uitgang van het adaptievefilter is gekoppeld met een negatieve ingang van de af¬trekschakeling en waarbij de uitgang van de aftrek¬schakeling is gekoppeld met de uitgang van het zendpad;welke echocompensator tevens detectiemiddelen omvat dieeen stuursignaal ter blokkering van de aanpasmiddelengenereren indien de detectiemiddelen een lokaal opgewektsignaal detecteren aan de ingang van het zendpad , methet kenmerk, dat de detectiemiddelen een lokaal opgewektsignaal detecteren indien een verhoudingswaarde van eenvermogenswaarde van het ingangssignaal van het zendpaden een vermogenswaarde van het uitgangssignaal van hetadaptieve filter groter is dan een drempelwaarde.

2. Echocompensator volgens conclusie 1 , met hetkenmerk, dat de detectiemiddelen de vermogenswaarde vanbeide genoemde signalen bepalen uit de over een zekeretijd gemiddelde waarde van het momentele vermogen vandie signalen.

3. Echocompensator volgens conclusie 1 of 2 ,met het kenmerk, dat de detectiemiddelen bij de op eenactueel tijdstip geldende vermogenswaarde van het uit¬gangssignaal van het adaptieve filter een correctieterraopgetellen alvorens de detectiemiddelen de verhoudings-waarde bepalen.

4. Echocompensator volgens conclusie 3 , met hetkenmerk, dat de correctieterm een met een weegfactorgewogen som is van de vermogenswaarden van het uitgangs¬ signaal van het adaptieve filter op een aantal meettijd-stippen gelegen in een tijdinterval dat eindigt op hetactuele tijdstip verminderd met de tijdsduur van deimpulsresponsie van het adaptieve filter waarbij deweegfactor een monotoon dalende exponentiële functie vanhet verschil tussen het actuele tijdstip en het meet-tijdstip is.