NO324318B1

NO324318B1 - Fremgangsmate og anordning for stoydeteksjon.

Info

Publication number: NO324318B1
Application number: NO20052109A
Authority: NO
Inventors: Bjorn Winsvold
Original assignee: Tandberg Telecom As
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2007-09-24
Also published as: EP1899963A4; US7519347B2; EP1899963A1; CN101208743A; US20060259300A1; CN101208743B; WO2006118464A1; NO20052109D0; EP1899963B1; NO20052109L

Abstract

Den foreliggende oppfinnelse relaterer seg til å detektere mobiltelefonstøy indusert i telekommunikasjonsutstyr, spesielt i mikrofoner og andre uskjermede elektroniske enheter forbundet til en kommunikasjonsterminal. En støydetektor er konfigurert for å utføre en såkalt "cepstrum"-transformasjon for et innfanget signal eksponert for mobiltelefonstøy. Som følge av karakteristikkene for mobiltelefonradiosignaler som bruker TDMA, vil mobiltelefonindusert støy så enkelt kunne detekteres fra cepstrum-transformasjoner som topper ved kjente sampler og støyeliminering eller undertrykking kan så utføres på det innfangede signal når mobiltelefonstøy detekteres.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse relaterer seg til en audiokommunikasjonsfremgangsmåte og en anordning for å detektere mobiltelefonindusert støy i elektronisk kommunika-sjonsutstyr.

Oppfinnelsens bakgrunn

Konvensjonelle konferansesystemer er vanligvis utstyrt med en følsom ikke-retnings-styrt mikrofon for å innfange tale fra et flertall deltakere. Det brede dekningsområdet kan gå på bekostning av støybeskyttelse, idet en hvilken som helst skjerm eller innkas-sing reduserer lydinnfangingskarakteristikkene. Siden konferansemikrofoner også vanligvis er bevegelige vil andre elektroniske komponenter kunne eksponeres for ekstern støy.

Spesielt har den økte bruken av GSM-mobiltelefoner ført til et økende problem med forstyrrelsesstøy i video- og telefonkonferanser. Denne støyen introduseres inn til kon-feransesystemet som et resultat av interferens med lydinnfangingskomponenter frem-brakt ved radiotransmisjon fra GSM-mobiltelefoner. De akustiske komponentene i et videokonferansesystem består av én eller flere mikrofoner som innfanger nærende-audio, én eller flere høyttalere som presenterer fjernende-audio og en generell signalpro-sesseringsenhet (kodek). Når GSM-mobiltelefoner induserer interferensstøy til audio-systemet vil støyen mottas som en svært irriterende og forstyrrende støy ved fjernende-siden og taleforståelsen vil svekkes vesentlig.

GSM-nettverkene gjør bruk av TDMA (Time Division Multiple Access) -teknikk for å være i stand til å presse flere anrop in til en kanal ved å dele anropskanal inn i noen få diskontinuerlige deler. TDMA har 8 tidluker (det vil si sender i en åttendedel av tiden) og lengden av hver tidluke er 0,57 ms (1/8 <*>1/217). Således vil en GSM-mobiltelefon i sendemodus sende kortvarige radio-frekvenspulser ved en rate på 217 Hz. Figur la viser TDMA-pulser sent ut fra en GSM-telefon under en registreringsmelding. Siden audioinnfangingsanordninger (mikrofoner) er AC-koblet til kodeken, vil TDMA-pulstoget filtreres gjennom et båndpassfilter, og formen for TDMA-pulstoget innfanget av mikrofonen er vist i figur lb.

Figur 5a viser et GSM-indusert interferenssignal kombinert med normal bakgrunnsstøy. Tidsintervallet mellom hver negative spiker er 4,6 ms (1/(217 Hz)) og intervallene mellom negative og positive spikere er 0,57 ms. Den negative spikeren er relatert til starten av TDMA-tidlukene og de positive spikerne er relatert til slutten av tidlukene. Det induserte interferenssignalet inneholder 217 Hz grunnfrekvens og et stort antall harmoniske frekvenser som overlapper frekvensområdet for tale, og derfor i stor grad degraderer taleforståelsen.

GSM-mobiltelefonene sender adio-frekvenspulser i et flertall situasjoner der noen av disse er listet under. ■ Når den skrus på vil terminalen sende en "slå på"-registreringsmelding til basestasjonen. ■ Når den skrus av vil terminalen sende en "slå av"-registreringsmelding til basestasjonen. ■ Innimellom, eller periodisk, vil terminalen sende en reregistreringsmelding til basestasjonen.

■ Når det sendes en SMS-melding.

■ Når en mottar en SMS-melding.

■ Før og under et innkommende anrop.

■ Før og under et utgående anrop

■ Når en krysser en grense mellom dekningsområdet håndtert av forskjellige rao-bil-svitsjesentre (MSC).

Således vil en mobiltelefon sende skarpe pulser i et flertall situasjoner, og siden mobiltelefoner har blitt vanlig å eie, har GSM-støy vist seg å være et stort problem i konfe-ranser.

Sammendrag for oppfinnelsen

Det er hensikt ved den foreliggende oppfinnelse å skaffe til veie et system og fremgangsmåte som minimaliserer problemene beskrevet over.

Spesielt fremviser den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for å detektere mobiltelefonindusert støy av et innfanget signal i et telekommunikasjonsutstyr, inklu-dert trinnet å Fourier-transformere det innfangede signalet til et Fourier-transformert signal, utføre en logaritmisk funksjon på nevnte Fourier-transformasjonssignal til et logaritmisk Fourier-transformasjonssignal, Fourier-transformere nevnte logaritmiske Fourier-transformerte signal til et cepstrum-signal, og bestemme hvorvidt én eller flere amplituder assosiert med én eller flere sampler in nevnte cepstrum-signal er over én eller flere korresponderende terskler.

En støydetektor korresponderende til denne fremgangsmåten er også vist.

Kort beskrivelse av tegningene

For å gjøre oppfinnelsen enklere forståelig vil en i diskusjonen som følger referere til de tegningene,

Figur la viser et GSM-impulstog av TDMA-pulser,

Figur lb viser GSM-impulstoget basekoplet i en dekoder.

Figur 2 er en illustrasjon av GSM-støydetektoren og eliminator,

Figur 3 er et flytskjema som illustrerer et eksempel for den foreliggende oppfinnelse, Figur 4a, 4b og 4c viser henholdsvis et tids-signal, FFT og Cepstrum av et talesignal, Figur 5a, 5b og 5c viser henholdsvis et tids-signal, FFT og Cepstrum av et GSM-indusert bakgrunnsstøysignal, Figur 6a, 6b og 6c viser henholdsvis et tids-signal, FFT og Cepstrum av et GSM-indusert talesignal.

Beste metode for utførelse av oppfinnelsen

I det etterfølgende vil den foreliggende oppfinnelse bli diskutert ved å beskrive de fore-trukne utførelsesformer og ved å referere til de vedlagte tegningene. Selv om spesifikke utførelsesformer beskrives i forbindelse med videokonferanse og stereolyd vil en fag-mann på området kunne finne andre anvendelser og modifikasjoner innenfor omfanget av oppfinnelsen som definert i de vedlagte uselvstendige kravene.

Den foreliggende oppfinnelsen fremviser en fremgangsmåte som tillater en audiopro-sesseringsenhet å detektere situasjoner nevnt i bakgrunnsdelen der audio avbrytes av GSM-indusert støy. Når GSM-støy detekteres ved midler for den foreliggende oppfinnelse (se figur 2), vil en prosess i audioprosesseringsenheten for å redusere eller fjerne denne irriterende støyen initialiseres. Støyen kan elimineres ved forskjellige metoder, hvorav noen er nevnt heri.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse vil en analyseteknikk kalt cepstrum anvendes for å detektere GSM-indusert støy. Et cepstrum (uttalt "kspstram") er resultatet av å ta Fourier-transformasjonen av den logaritmiske størrelsen av spektrum for et signal. Cepstrum ble første gang definert i Tukey, J. W., B. P. Bogert og M. J. R. Healy: " The quefrency analysis of time series for echoes: cepstrum, pseudo- autocovariance, cross-cepstrum, og saphe- cracking". Proceedings of the Symposium on Time Series Analysis ( M. Rosenblatt, Ed) kapittel 15, 209- 243. New York: Wiley.

En forenklet definisjon av cepstrum for et signal er Fourier-transformasjonen av loga-ritmen for Fourier-transformasjonen for signalet. Dette kan uttrykkes matematisk som følger:

cepstrum av signal = FT(log(FT(signalet)))

og algoritmisk:

signal —* FT —* log —> FT —* cepstrum

Uttrykket ved cepstrum-analyse brukes "FT" for å indikere Fourier-transformasjons-funksjonen, i stedet for "FFT", siden Fast-Fourier-transformasjon ikke spesifikt er nød-vendig.

Uttrykket "cepstrum" er et anagram for "spectrum", dannet ved å reversere de første fire bokstaver. Tilsvarende anagrammer brukt i cepstrum-terminologien er "quefrency" korresponderende til frekvens (frekvens) og "gamnitude", korresponderende til størrelse (magnitude).

Som antydet over er cepstrum spektrumet av et spektrum, og har bestemte egenskaper som gjør den nyttig i mange typer signalanalyser. En av dets mer kraftfulle attributter er det faktum at en hvilken som helst periodisitet eller gjentatt mønster i et spektrum vil avføles som én eller flere spesifikke komponenter i cepstrum. Om et spektrum inneholder flere sett av sidebånd eller harmoniske serier vil de kunne være forvirrende fordi de overlapper, men i cepstrum vil de separeres med en metode tilsvarende slik som spektrum separerer gjentagende tidsmønstre i bølgeformer. Forenklet sagt vil et pulstog i et tidssignal representeres med periodisitet i korresponderende Fourier-transformasjon, som igjen representeres av veldefinerte topper i cepstrum.

Den foreliggende oppfinnelsen utnytter det faktum at GSM-indusert interferenssignal inneholder de fundamentale og en mengde overharmoniske svingninger for 217 Hz, som gir et periodisk frekvensspektrum (se figur 5b og 6b). Et frekvensspektrum for menneskelig tale har ikke de samme periodisitetskarakteristikker (se figur 4b). Imidler-tid, når menneskelig tale blandes med GSM-indusert støy (se figur 6a), vil frekvensspektrumet for det blandede signalet ha periodisitetskarakteristikker som vil gi en dis-tinkt topp i cepstrum, selv om det er vanskelig å skille det blandede signalet (menneskelig tale + GSM støy) (figur 6a) fra et rent menneskelig talesignal (figur 4a). Således er det passende å bruke cepstrum-analyse for å skille mellom normal menneskelig tale (eller bakgrunnsstøy) og GSM-induserte interferenssignaler, fordi forskjellskarakteris-tikkene vil tre unikt frem i cepstrum. Merk at selv om interferenssignalet er blandet med menneskelig talesignal som vist i figur 6a, vil frekvensspektrumet fremdeles ha perio-diske karakteristikker (figur 5b) selv om det er vanskelig å se at tidssignalet har blitt avbrutt av GSM-støy.

Cepstrum-analysen vil detektere karakteristisk periodisitet i frekvensspektrumet ved å gi en høy "gamnitude"-verdi ved "quefrency"-indeks gitt ved fs/2 <*> 1/217, der fs=sampling frekvens. I figurene 4...6 er samplingfrekvensen fs=48000 Hz. Dette gir en quefrency indeks q = 111. Ved å overvåke "gamnitude" Q for quefrency-indeks 111 vil GSM-støy-detektoren kunne svitsje inn GSM-støy-eliminatoren når Q(l 11) er over en bestemt terskel.

For å gjøre deteksjonen enda sikrere kan GSM- støy- detektoren i tillegg se på Q(2* 111) og også nabo-quefrency-linjen og svitsje inn eliminatorfiltret om for eksempel:

Eksempel 1:

(Q(q) > terskel 1) og (Q(2<*>q) > terskel2)

Eksempel 2:

(Q(q) > terskell) og (Q(2*q) > terskel2) og (Q(q±n) < terskell), der n = [2... 10].

Eksempel 3:

Q(q) > 2<*>max(Q(q±n), der n [2... 10]

Eksempel 4:

(Q(q) > 2<*>max(Q(q±n))) og (Q(2<*>q) > 2<*>max(Q(2<*>q±n))), der n [2... 10]

I eksempel 1 og 2 er avgjørelsen basert på absolutt terskel og i eksempel 3 og 4 er av-gjørelsen basert på terskler relative til maksimal "gamnitudes" for "quefrencies" som ikke overvåkes.

Figur 3 viser et blokkdiagram for GSM- støy- detektoren med den enkleste form for av-<g>jørelse:

hvis(Q(lll)> terskel)

koble inn GSM- støy- eliminator

eller

normalprosessering

Den foreliggende oppfinnelsen vil gjøre det mulig i software å detektere situasjoner der analoge audiosystemer er avbrutt av GSM-mobiltelefoner.

En støydetektor i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan installeres i nærende-siden av en konferanse før audiosignaler ved nærende-høyttaleren lastes inn for å fjerne støy som har opphav fra nærende-utstyr, men det kunne også installeres ved fjernende-stedet for en konferanse før en laster inn audiosignalet ved fjernende-høyttaleren for å fjerne støy som har opphav fra nærende-utstyr. Fordelen ved det sistnevnte er at det tillater GSM-støydeteksjon og GSM-støyfjerning selv om støyen har opphav fra instal-lasjoner som ikke er forsynt med GSM-støy-detektor/eliminator.

Når støy detekteres kan flere måter for å eliminere eller dempe støyen initialiseres. Et eksempel er å dempe signalet eksponert for støyen. Et annet eksempel er å filtrere støyen fra signalet før en videresender signalet.

Merk at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til støy fra en GSM-telefon. Den foreliggende oppfinnelse kan også brukes innenfor all annen mobiltelefonstøy som følge av TDMA eller tilsvarende systemer.

Claims

1. En fremgangsmåte for å detektere mobiltelefonindusert støy av et innfanget signal i et telekommunikasjonsutstyr, karakterisert ved• å Fourier-transformere det innfangede signalet til et Fourier-transformert signal, • å utføre en logaritmisk funksjon på nevnte Fourier-transformasjonssignal til et logaritmisk Fourier-transformasjonssignal, • å Fourier-transformere nevnte logaritmiske Fourier-transformerte signal til et cepstrum-signal, og • å bestemme hvorvidt en eller flere amplituder assosiert med en eller flere sampler in nevnte cepstrum-signal er over en eller flere korresponderende terskler.

2. En fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at om nevnte ene eller flere amplituder assosiert med en eller flere sampler i nevnte cepstrum-signal er over en eller flere tilsvarende terskler, så skal en eliminere eller dempe mobiltelefonindusert støy fra det innfangede signal.

3. En fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte ene eller flere terskler er forhåndsde-finerte verdier.

4. En fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte ene eller flere terskler er relative til en maksimal amplitude for nevnte cepstrum-signal som ikke er assosiert med nevnte ene eller flere sampler.

5. En fremgangsmåte ifølge et av kravene 2-4, karakterisert ved at trinnet å eliminere eller undertrykke videre inkluderer demping av det innfangede signalet mens mobiltelefonindusert støy blir de-tektert.

6. En fremgangsmåte ifølge et av kravene 2-4, karakterisert ved at trinnet å eliminere eller undertrykke videre inkluderer filtrering av mobiltelefonindusert støy fra det innfangede signalet mens mobiltelefonindusert støy detekteres.

7. En fremgangsmåte ifølge et av de foregående kravene, karakterisert ved at mobiltelefonindusert støy induseres i en mikrofon eller annen uskjermet elektronisk modul forbundet til en kommunikasjonsterminal.

8. En støydetektor for å detektere mobiltelefonindusert støy for innfangede signaler i et telekommunikasjonsutstyr, karakterisert ved en prosesseringsenhet som mottar det innfangede signal, konfigurert til å Fourier-transformere det innfangede signalet til et Fourier-transformert signal, utføre en logaritmisk funksjon på nevnte Fourier-transformerte signal til et logaritmisk Fourier-transformasjonssignal, Fouriertransformere nevnte logaritmiske Fourier-transformasjonssignal til et cepstrum-signal, og bestemme hvorvidt en eller flere amplituder assosiert med en eller flere sampler i nevnte cepstrum-signal er over en eller flere tilsvarende terskler.

9. En støydetektor ifølge krav 8, karakterisert ved et prosesseringsenheten er konfigurert for å eliminere eller undertrykke mobiltelefonindusert støy fra det innfangede signal om en eller flere amplituder assosiert med en eller flere sampler i nevnte cepstrum-signal er over en eller flere korresponderende terskler.

10. En støydetektor ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at nevnte ene eller flere terskler er forhånds-definerte verdier.

11. En støydetektor ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at nevnte ene eller flere terskler er relative i forhold til en maksimalamplitude for nevnte cepstrum-signal ikke assosiert med nevnte ene eller flere sampler.

12. En støydetektor ifølge et av kravene 8-11, karakterisert ved at prosesseringsenheten er konfigurert for å dempe det innfangede signal mens mobiltelefonindusert støy detekteres.

13. En støydetektor ifølge ett av kravene 8-11, karakterisert ved at filter konfigurert for å filtrere mobiltelefonindusert støy fra det innfangede signalet mens mobiltelefonindusert støy detekteres.

14. En støydetektor ifølge et av kravene 8-13, karakterisert ved at mobiltelefonindusert støy induseres i en mikrofon eller en annen uskjermet elektronisk modul forbundet til en kommunikasjonsterminal.