PL173748B1 - Eliminator echa w sieci telefonicznej - Google Patents

Abstract

1. Eliminator echa w sieci telefonicznej, w które) echo sygnalu kanalu odbiorczego j est laczone z sygnalem wejsciowym kanalu p owrotnego, znamienny tym, ze zawiera pierwszy filtr (160) z pierwszym wejsciem odbioru sygnalu kanalu odbiorczego 1 drugim wejsciem odbioru sygnalu sterowania tego filtru, do generowania pierwszych wspólczynników filtru i pierwszego sygnalu echa osza- cowanego na podstawie pierwszych wspólczynników filtru 1 syg- nalu kanalu odbiorczego oraz do uaktualniania wspólczynników pierwszego filtru (160) w odpowiedzi na pierwszy sygnal sterowa- nia, pierwszy sum ator (148) z pierwszym wejsciem polaczonym z wyjsciem pierwszego filtru (160) i drugim wejsciem odbioru kom- binacji sygnalów kanalu powrotnego i kanalu echa odbiorczego, do odejmowania pierwszego szacowanego sygnalu echa od sygna- lu kombinacyjnego i tworzenia pierwszego sygnalu echa resztko- wego, drugi filtr (158) z pierwszym wejsciem odbioru sygnalu kanalu odbiorczego i drugim wejsciem odbioru sygnalu sterowa- nia tego filtru, do generowania drugich wspólczynników filtru 1 drugiego sygnalu echa oszacowanego n a podstawie drugich wspólczynników filtru i sygnalu kanalu odbiorczego oraz do u a- ktualniania wspólczynników drugiego filtru (158) w odpowiedzi na drugi sygnal sterowania, drugi sumator (150) z pierwszym wejsciem polaczonym z wyjsciem drugiego filtru (158) 1 drugim wejsciem odbioru kombinacji sygnalów kanalu powrotnego i ka- nalu echa odbiorczego, do odejmowania drugiego szacowanego sygnalu echa od sygnalu kombinacyjnego i tworzenia drugiego sygnalu echa resztkowego, oraz blok sterujacy (152) zawierajacy pierwsze wejscie odbioru sygnalu kanalu odbiorczego, drugie wejscie odbioru kombinacji sygnalów kanalu powrotnego i kanalu echa odbiorczego, trzecie wejscie odbioru pierwszego sygnalu echa resztkowego polaczone z wyjsciem pierwszego sumatora (148), czwarte wejscie odbioru drugiego sygnalu echa resztkowego pola- czone z wyjsciem drugiego sum atora (150), pierwsze wyjscie pierwszego sygnalu sterujacego dolaczone do pierwszego filtru (160) i drugie wyjscie drugiego sygnalu sterujacego dolaczone do drugiego filtru (158) Fig. 5 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest eliminator echa w sieci telefonicznej.

Każdy telefon stacjonarny dołączony jest do centrali telefonicznej za pomocą linii dwuprzewodowej, zwanej pętlą użytkownika, czyli abonenta, która umożliwia transmisję w obu kierunkach. Jednakże dla połączeń dłuższych od około 56 km te dwa kierunki transmisji muszą być rozdzielone między fizycznie oddzielone od siebie przewody, co w wyniku daje linię czteroprzewodową. Urządzenie, które sprzęga odcinek dwuprzewodowy z czteroprzewodowym, nazywa się rozgałęźnikiem. Typowy obwód telefoniczny dalekiego zasięgu może być opisany jako obwód z linią dwuprzewodową w pętli abonenckiej do lokalnego rozgałęźnika i czteroprzewodową na łączu dalekosiężnym do zdalnego rozgałęźnika i następnie dwuprzewodową do rozmówcy zdalnego.

Mimo stosowania transmisji dalekosiężnej z wykorzystaniem właściwości rozgałęźników, niedopasowania impedancyjne na rozgałęźniku mogą powodować wystąpienie ech. Sygnał

173 748 mowy od rozmówcy A odbija się od rozgałęźnika zdalnego (rozgałęźnika najbliższego rozmówcy B) na powrót do sieci telefonicznej w stronę rozmówcy A, powodując, że rozmówca A słyszy przykre echo swego własnego głosu. Dlatego w sieciach telefonicznych stosowane są eliminatory echa, służące do likwidacji ech powodowanych przez niedopasowania impedancyjne na rozgałęźnikach, które zwykle znajdują się w centrali przy rozgałęźniku. Eliminator echa, znajdujący się najbliżej rozmówcy A lub B, służy zatem do likwidacji echa spowodowanego przez rozgałęźnik na drugim końcu łącza.

Sieciowe eliminatory echa, wykorzystywane w systemach telefonii stałej, są zwykle urządzeniami umożliwiającymi cyfrową transmisję sygnałów. Ponieważ występuje potrzeba przetwarzania analogowych sygnałów mowy w postać cyfrową, to zwykle wykorzystywany jest znajdujący się w centrali kodek. Sygnały analogowe, otrzymywane z telefonu A (od rozmówcy A), dochodzące do centrali A, przechodzą przez rozgałęźnik A i są przetwarzane w postać cyfrową przez kodek A. Sygnały cyfrowe następnie transmitowane są do centrali B, gdzie są dostarczane i podawane do kodeka B w celu przetworzenia ich w postać analogowa. Następnie sygnały analogowe łączone są przez rozgałęźnik B do telefonu B(rozmówcy B). W rozgałęźniku B powstaje echo sygnału rozmówcy A. Echo to kodowane jest przez kodek B i transmitowane na powrót do centrali A. W centrali telefonicznej A eliminator echa likwiduje to echo powrotne.

W typowym systemie telefonii komórkowej stosuje się również eliminatory echa, które zlokalizowane są zwykłe na stacji bazowej. Te eliminatory echa pracują w podobny sposób do eliminatorów systemu stałego, służących do usuwania niepożądanego echa.

W cyfrowym systemie telefonii komórkowej przy połączeniach między stacją ruchomą a stacją stałą sygnał mowy rozmówcy ze stacji ruchomej przetwarzany jest w postać cyfrową z użyciem kodeka, a następnie poddawany kompresji z użyciem wokodera, który przekształca mowę w szereg parametrów sygnału mowy. Zakodowana wokoderem rozmowa poddawana jest kodowaniu cyfrowemu i transmisji cyfrowej. Odbiornik stacji bazowej dekoduje sygnał i przekazuje linią czteroprzewodową do części dekodującej wokodera, która syntetyzuje cyfrowy sygnał rozmowy z przekazywanych parametrów sygnału mowy. Ten zsyntetyzowany sygnał mowy przechodzi do sieci telefonicznej za pośrednictwem sprzęgu T1, to jest grupy 24 sygnałów mowy z multipleksem czasowym. W pewnym punkcie w sieci, zwykle w centrali telefonicznej, sygnał przetwarzany jest na powrót do postaci analogowej i przekazywany do rozgałęźnika przy pętli abonenckiej. W tym rozgałęźniku sygnał przetwarzany jest na dwuprzewodowy w celu przekazywania go przez parę przewodów' do stacjonarnego abonenckiego aparatu telefonicznego.

Dla porównania, przy połączeniu komórkowym między stacją ruchomą a stacją stałą, rozmówca stacji ruchomej jest rozmówcą zdalnym, a rozmówca stacji stałej jest rozmówcą lokalnym. Jak w systemie stałym, sygnał mowy od rozmówcy zdalnego odbija się od odległego rozgałęźnika na powrót do sieci telefonicznej w stronę rozmówcy zdalnego. W wyniku tego rozmówca zdalny, to znaczy stacja ruchoma, słyszy przykre echo własnego głosu.

Znane eliminatory echa sieciowego zwykłe wykorzystują metodę adaptacyjnej filtracji cyfrowej. Jednakże stosowane filtry zwykle nie mogą odzwierciedlić dokładnie kanału, co powoduje występowanie pewnego echa resztkowego. Wtedy w celu wyeliminowania tego echa resztkowego stosuje się wycinający tłumik echa, który poddaje sygnał przetwarzaniu według funkcji nieliniowej. Do zastąpienia fragmentów sygnału spadającego do zera w wycinającym tłumiku echa w celu zapobieżenia zamieraniu dźwiękowemu kanału, można stosować syntetyzowany szum.

Jednak, jakkolwiek wspomniane podejście do eliminacji echa jest zadowalające dla sygnałów analogowych, to ten rodzaj postępowania z echem resztkowym stanowi problem w telefonii cyfrowej. Jak wspomniano uprzednio, w systemach cyfrowych stosowane są wokodery w celu dokonania kompresji sygnału mowy przed transmisją. Ponieważ wokodery są szczególnie wrażliwe na efekty nieliniowe, to wycinanie powoduje znaczne pogorszenie jakości dźwięku. Poza tym, stosowanie sposobu z podstawianiem szumu powoduje zauważalną zmianę normalnych parametrów szumowych.

Istotą eliminatora echa w sieci telefonicznej, według wynalazku, w której echo sygnału kanału odbiorczego jest łączone z sygnałem wejściowym kanału powrotnego, jest to, że zawiera pierwszy filtr z pierwszym wejściem odbioru sygnału kanału odbiorczego i drugim wejściem

173 748 odbioru sygnału sterowania tego filtru, do generowania pierwszych współczynników filtru i pierwszego sygnału echa oszacowanego na podstawie pierwszych współczynników filtru i sygnału kanału odbiorczego oraz do uaktualniania współczynników pierwszego filtru w odpowiedzi na pierwszy sygnał sterowania, pierwszy sumator z pierwszym wejściem połączonym z wyjściem pierwszego filtru i drugim wejściem odbioru kombinacji sygnałów kanału powrotnego i kanału echa odbiorczego, do odejmowania pierwszego szacowanego sygnału echa od sygnału kombinacyjnego i tworzenia pierwszego sygnału echa resztkowego, drugi filtr z pierwszym wejściem odbioru sygnału kanału odbiorczego i drugim wejściem odbioru sygnału sterowania tego filtru, do generowania drugich współczynników filtru i drugiego sygnału echa oszacowanego na podstawie drugich współczynników filtru i sygnału kanału odbiorczego oraz do uaktualniania współczynników drugiego filtru w odpowiedzi na drugi sygnał sterowania, drugi sumator z pierwszym wejściem połączonym z wyjściem drugiego filtru i drugim wejściem odbioru kombinacji sygnałów kanału powrotnego i kanału echa odbiorczego, do odejmowania drugiego szacowanego sygnału echa od sygnału kombinacyjnego i tworzenia drugiego sygnału echa resztkowego, oraz blok sterujący zawierający pierwsze wejście odbioru sygnału kanału odbiorczego, drugie wejście odbioru kombinacji sygnałów kanału powrotnego i kanału echa odbiorczego, trzecie wejście odbioru pierwszego sygnału echa resztkowego połączone z wyjściem pierwszego sumatora, czwarte wejście odbioru drngiego sygnału echa resztkowego połączone z wyjściem drugiego sumatora, pierwsze wyjście pierwszego sygnału sterującego dołączone do pierwszego filtru i drugie wyjście drugiego sygnału steruj ącego dołączone do drugiego filtru.

Korzystne jest, gdy zgodnie z wynalazkiem blok sterujący zawiera maszynę stanu z wejściami sygnałów wejściowych i wyjściami pierwszego i drugiego sygnałów sterujących, do określania stanu sterowania zależnie od wartości sygnałów wejściowych, oraz dołączony do maszyny stanu blok zmiany progu adaptacji do wyznaczania wartości progowych i wprowadzania ich do maszyny stanu, która określa stan sterowania zależnie od tych wartości progowych, przy czym maszyna stanu stanowi blok wyznaczania pierwszego stanu sterowania, kiedy sygnał kanału odbiorczego jest wyższy niż zadany pierwszy poziom energetyczny a stan sterowaniajest pierwszym stanem sterowania, oraz generowania pierwszego sygnału sterującego i generowania drugiego sygnału sterującego, kiedy przynajmniej jeden pierwszy poziom stosunku energetycznego pierwszego sygnału echa resztkowego do sygnału kombinacyjnego oraz drugi poziom stosunku energetycznego drugiego sygnału echa resztkowego do sygnału kombinacyjnego przekracza pierwszy zadany poziom stosunku energetycznego.

Korzystne jest także, gdy zgodnie z wynalazkiem maszyna stanu znajduje się w pierwszym stanie sterowania, to blok zmiany progu adaptacji stanowi blok wyznaczania pierwszego zadanego poziomu energetycznego przez określenie, czy drugi poziom stosunku energetycznego jest większy od sumy pierwszej wartości progowej i pierwszej zadanej wartości stałej, i jeżeli tak, ustawiania pierwszego zadanego względnego poziomu energetycznego na większą z dwóch wartości, albo pierwszą wartość progową, albo wartość różnicy drugiego poziomu stosunku energetycznego i zadanej wartości stałej, oraz, jeżeli drugi poziom stosunku energetycznego jest mniejszy od sumy pierwszej wartości progowej i pierwszej zadanej wartości stałej, ustawiania pierwszego zadanego względnego poziomu energetycznego na drugą zadaną wartość stałą, kiedy drugi poziom stosunku energetycznego jest mniejszy od różnicy między drugą zadaną wartością stałą i trzecią zadaną wartością stałą.

Dalsze korzyści z wynalazku uzyskuje się gdy maszyna stanu stanowi blok wyznaczania drugiego stanu sterowania wskazującego, że wejściowy sygnał kanału powrotnego przewyższa drugi zadany poziom energetyczny, przy czym kiedy maszyna stanu znajduje się w drugim stanie sterowania, wstrzymuje generację pierwszego i drugiego sygnałów sterujących, albo maszyna stanu stanowi blok wyznaczania drugiego stanu sterowania wskazującego, że wejściowy sygnał kanału odbiorczego przewyższa pierwszy zadany poziom energetyczny a wejściowy sygnał kanału powrotnego przewyższa drugi zadany poziom energetyczny, przy czym kiedy maszyna stanu znajduje się w drugim stanie sterowania, powoduje generację pierwszego sygnału sterującego, przy czym maszyna stanu, znajdując się w drugim stanie sterowania, stanowi blok generacji

173 748 pierwszego sygnału sterującego, kiedy stosunek energii sygnału kanału odbiorczego do energii sygnału kombinacyjnego jest większy od drugiego zadanego poziomu względnego.

Korzystne jest ponadto, gdy eliminator według wynalazku zawiera, dołączony do pierwszego sumatora i bloku sterującego, wyjściowy obwód generacji sygnału szumu, do generowania sygnału szumu zastępującego drugi sygnał echa resztkowego w kanale powrotnym w odpowiedzi na sygnał wyboru szumu, przy czym maszyna stanu, znajdując się w pierwszym stanie sterowania, generuje sygnał wyboru szumu. Maszyna stanu, znajdując się w pierwszym stanie sterowania, stanowi korzystnie blok generacji sygnału wyboru szumu, kiedy stosunek energii sygnału kanału odbiorczego do energii sygnału kombinacyjnego jest większy od drugiego zadanego poziomu względnego. Maszyna stanu stanowi także korzystnie- blok wyznaczania drugiego stanu sterowania wskazującego, że sygnał kanału odbiorczego i wejściowy sygnał kanału powrotnego znajdują się poniżej, odpowiednio, drugiego i trzeciego zadanego poziomu energetycznego, przy czym kiedy maszyna stanu znajdując się w drugim stanie sterowania wstrzymuje generację pierwszego i drugiego sygnałów. Wyjściowy obwód generacji sygnału szumu jest zbudowany z bloku analizy szumu, do wykonywania, kiedy maszyna stanu znajduje się w drugim stanie sterowania, liniowej kodowej analizy predykcyjnej drugiego sygnału echa resztkowego, i dołączonego do niego bloku syntezy szumu, do syntetyzowania wyjściowego sygnału szumu reprezentującego drugi sygnał echa resztkowego, oraz ze sterowanego sygnałem wybierania szumu z maszyny stanu przełącznika wyjściowego, do wprowadzania drugiego sygnału echa resztkowego do kanału powrotnego, dla dostarczania sygnału szumowego do kanału powrotnego w zamian drugiego sygnału echa resztkowego.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia duży stopień dynamicznej eliminacji echa przy poprawionej jakości dźwięku. Eliminator echa według wynalazku nadaje się zwłaszcza do eliminacji echa w przypadku łączenia cyfrowego systemu telekomunikacyjnego z analogowym systemem telekomunikacyjnym. Ponadto zapewnia eliminację echa w przypadku mówienia jednocześnie przez obie strony.

Wynalazek w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ilustrujący przykładową architekturę cyfrowego telefonicznego systemu komórkowego i jego sprzężenia ze stałym systemem telefonicznym, fig. 2 - schemat blokowy znanego eliminatora echa, fig. 3 - wykres odpowiedzi impulsowej kanału echa, fig. 4 - schemat blokowy filtru adaptacyjnego, fig. 5 - schemat blokowy eliminatora echa według wynalazku, fig. 6 - schemat blokowy bloku sterującego z fig. 5, fig. 7 - sieć działań przetwarzania danych przy eliminacji echa, fig. 8 - sieć działań zawierających się w etapie dobierania parametrów z fig. 7, fig. 9 - sieć działań zawierających się w etapie periodycznego obliczania wartości funkcji według fig. 7, fig. 10 - wykres rozmieszczenia próbek w buforze próbek z zakończeniem pierścieniowym i początkową pozycję gałęzi filtru, fig. 11 - wykres ro zmieszczenia próbek w filtrze wstępnym i kopiowanie wstępnych gałęzi tego filtru do filtru stanu i filtru eliminatora echa, fig. 12 - wykres rozmieszczenia próbek w buforze próbek i maksymalne przesunięcie pozycji gałęzi filtracyjnych filtru stanu i filtru eliminatora echa w odniesieniu do próbek, fig. 13 - schemat logiczny maszyny stanu, ilustrujący różne stany eliminatora echa, zaś fig. 14 - sieci działań zawierających się w etapie działania maszyny stanu z fig. 7.

W komórkowym systemie telekomunikacyjnym, na przykład w systemie telefonii komórkowej, który sprzężony jest ze stałym systemem telefonicznym, tłumik echa sieciowego, znajdujący się w stacji bazowej, eliminuje echa wracające od stacji ruchomych. Na figurze 1 przedstawiono przykładową architekturę systemu dla cyfrowego systemu telefonii komórkowej i jego sprzężenia ze stałym systemem telefonicznym. Ta architektura systemu określona jest elementami roboczymi stacji ruchomej 10, komórkową stacją bazową 30, centralą telefonii ruchomej (MTSO) 40, centralą telefoniczną 50 i aparatem telefonicznym 60. Zrozumiale jest, że można wykorzystywać inne struktury systemu, składającego się z systemu komórkowego z pewnymi zmianami w rozmieszczeniu i ustawieniu różnych elementów operacyjnych. Jest oczywiste, że eliminator echa według wynalazku może być stosowany również w zastępstwie znanych eliminatorów echa.

W skład stacji ruchomej 10 wchodzi mikrotelefon 12, w skład którego wchodzi mikrofon 13 i głośnik 14, kodek 16, wokoder 18, nadajnik/odbiornik 20 oraz antena 22. Głos użytkownika

173 748 stacji ruchomej odbierany jest przez mikrofon 13, skąd przekazany zostaje do kodeka 16 i przetworzony na postać cyfrową. Przetworzony w postać cyfrową sygnał mowy poddawany jest następnie kompresji w wokoderze 18. Sygnał mowy po przejściu przez wokoder poddawany jest cyfrowej modulacji i transmisji przez eter za pomocą nadajnika/odbiornika 20 i anteny 22.

Nadajnik/odbiornik 20 może pracować z modulacją cyfrową, na przykład z wielokrotnym dostępem opartym na podziale czasowym (TDMA) lub z widmem typu rozproszonego, jak na przykład przy pracy z przeskokiem częstotliwościowym (FH) lub z wielokrotnym dostępem z podziałem kodowym (CDMA). Dla modulacji typu CDMA korzystne jest, jeżeli wokoder 18 jest wokoderem o zmiennej szybkości.

Stacja bazowa 30 zawiera antenę 32, układ nadawczo - odbiorczy 34 i sprzęg MTSO 36. Układ nadawczo - odbiorczy 34 stacji bazowej demoduluje i dekoduje sygnały odebrane ze stacji ruchomej 10 i innych stacji ruchomych (nie przedstawionych) i przekazuje je do sprzęgu MTSO 36 w celu przekazania do centrali MTSO 40. Sygnały te mogą być przenoszone ze stacji bazowej 30 do centrali MTSO 40 za pomocą różnych sposobów, na przykład z użyciem łączy mikrofalowych, światłowodowych lub przewodowych.

Centrala MTSO 40 zawiera sprzęg 42 stacji bazowej, kilka płyt selektorowych 44A-44N wokodera, oraz sprzęg 48 z publiczną komutowaną siecią telefoniczną (PSTM). Sygnał ze stacji bazowej 30 odbierany jest w sprzęgu 42 stacji bazowej i przekazywany do jednej z płyt selektorowych 44A - 44N wokodera, na przykład do płyty selektorowej 44A wokodera.

Każda z płyt selektorowych 44A-44N wokodera zawiera odpowiedni wokoder 45A-45N i odpowiedni tłumik echa sieciowego 46A-46N. Układ dekodujący wokodera, nie przedstawiony na rysunku, znajdujący się w każdym z wokoderów 45A-45N syntetyzuje cyfrowy sygnał mowy z odpowiednich, transmitowanych ze stacji ruchomych, parametrów mowy. Te próbki są następie przesyłane do odpowiedniego eliminatora 46A-46N echa, który przekazuje je do sprzęgu PSTM 48. Sygnały podawane są przez wokoder 45A i eliminator 46A echa. Syntetyzowane próbki mowy dla każdego połączenia przepuszczane są następnie przez sprzęg PSTM 48 do sieci telefonicznej, zwykle za pośrednictwem sprzęgu linii przewodowej, to znaczy grupy 24 sygnałów fonicznych z multipleksem czasowym, do centrali 50.

Centrala 50 zawiera kolejny sprzęg MTSO 52, kolejny kodek 54, rozgałęźnik 56. Sygnał cyfrowy, odebrany w centrali 50 przez sprzęg MTSO 52, doprowadzany jest do kodeka 54, gdzie przetwarzany jest na powrót do postaci analogowej i przesyłany do rozgałęźnika 56. W rozgałęźniku 56 analogowy sygnał czteroprzewodowy jest przetwarzany na dwuprzewodowy w celu przesłania go za pośrednictwem pary przewodów do stałego abonenckiego aparatu telefonicznego 60.

Analogowy sygnał wyjściowy z kodeka 54 również odbija się od rozgałęźnika 56 wskutek niedopasowania impedancyjnego. To odbicie sygnału przybiera postać sygnału echa, skierowanego na powrót w stronę stacji ruchomej 10. Trasa odbicia, czyli echa, od rozgałęźnika 56, przedstawiona została przerywaną linią 58 ze strzałką.

W przeciwnym kierunku dwuprzewodowy analogowy sygnał mowy z aparatu telefonicznego 60 przekazywany jest do centrali 50. W centrali 50 sygnał mowy przetwarzany jest na sygnał czteroprzewodowy w rozgałęźniku 56 i dodawany jest do sygnału echa, wędrującego w stronę stacji ruchomej 10. Kombinowany sygnał mowy i echa zostaje przetworzony na postać cyfrową w kodeku 54 i przekazany do kontroli MTSO 40 za pośrednictwem sprzęgu MTSO 52.

W centrali MTSO 40 sygnał zostaje odebrany przez sprzęg PSTM 48 i przesłany do eliminatora 46A echa, który usuwa echo przed zakodowaniem sygnału przez dekoder 45A. Sygnał mowy z wokodera podawany jest za pośrednictwem sprzęgu 42 stacji bazowej do stacji bazowej 30 i innych dodatkowych stacji bazowych w celu transmisji do stacji ruchomej 10. Sygnał transmitowany ze sprzęgu 42 stacji bazowej odbierany jest w stacji bazowej 30 przez sprzęg MTSO 36. Sygnał przekazywany jest do układu nadawczo - odbiorczego 34 i transmitowany przez antenę 32.

Nadawany sygnał odbierany jest przez antenę 22 stacji ruchomej 10 i podawany na nadajnik/odbiornik 20 w celu demodulacji i dekodowania. Sygnał następnie podawany jest do wokodera 16, gdzie wytwarzane są próbki syntetyzowanej mowy. Te próbki podawane są do

173 748 kodeka 16 w celu przetwarzania cyfrowo - anarógowego i podawania analogowego sygnału mowy do głośnika 14.

W celu pełnego zrozumienia działania eliminatora echa według niniejszego wynalazku pomocne może być przeanalizowanie pracy znanego eliminatora echa i jego wad przy pracy w cyfrowym środowisku komórkowym. Schemat blokowy znanego eliminatora echa sieciowego 100 przedstawiono na fig. 2.

Na figurze 2-sygnał mowy ze stacji ruchomej oznaczono jako zdalny sygnał mowy x(m), natomiast sygnał mowy ze strony stałej oznaczono jako lokalny sygnał mowy v(m). Odbicie sygnału x(n) od rozgałęźnika odzwierciedlono jako przejście sygnału x(n) przez nieznany kanał echa 102 z wytworzeniem sygnału echa y(n), który zostaje zsumowany w sumatorze 104 z lokalnym sygnałem mowy v(n). Jakkolwiek sumator 104 nie należy do samego analizatora, to fizycznym efektem działania takiego urządzenia są zjawiska pasożytnicze występujące w systemie. W celu usunięcia niskoczęstotliwościowego szumu tłowego, suma sygnału echa y(n) i lokalnego sygnału mowy v(n) jest przepuszczana przez filtr górnoprzepustowy 106 z wytworzeniem sygnału r(n) podawany jest jako jeden sygnał wejściowy do sumatora 108 i do układu detekcji 110 lokalnego sygnału mowy.

Drugie wejście sumatora 108 (wejście odejmujące) dołączone jest do wyjścia adaptacyjnego filtru poprzecznego 112. Filtr adaptacyjny 112 odbiera zdalny sygnał mowy x(n) i powrotny sygnał echa resztkowego e(n) z sumatora 108. Przy eliminacji echa filtr adaptacyjny 112 w sposób ciągły śledzi odpowiedź impulsową trasy echa i odejmuje replikę echa y(n) od sygnału wyjściowego filtru 106 w sumatorze 108. Filtr adaptacyjny 112 również odbiera sygnał sterujący z układów 110 w celu zamrożenia procesu adaptacji filtru przy wykryciu lokalnego sygnału mowy.

Sygnał echa resztkowego e(n) również podawany jest z wyjścia do układu detekcji 110 i wycinającego tłumika 114 echa. Przy pracy z wycinaniem sygnał wyjściowy z tłumika 114 służy jako sygnał z wyeliminowanym echem.

Impulsowa odpowiedź kanału echa może być poddawana dekompozycji na dwa odcinki, obszar opóźnienia płaskiego i obszar rozproszenia echa, jak to pokazano na wykresie z fig. 3. Obszar opóźnienia płaskiego, kiedy odpowiedź jest bliska zeru, wywołany jest opóźnieniem w pętli dla zdalnego sygnału przy jego odbiciu od rozgałęźnika i powrocie do eliminatora echa. W obszarze echa rozproszonego, w którym odpowiedź ma wartość znaczną, echo jest echem powodowanym przez odbicie od rozgałęźnika.

Jeżeli oszacowanie kanałowe echa, wytwarzane przez filtr adaptacyjny, dokładnie odpowiada rzeczywistemu kanałowi echa, to echo ulega całkowitej kompensacji. Jednakowoż filtr zwykłe nie jest w stanie precyzyjnie odtworzyć kanału, co powoduje powstanie pewnego echa resztkowego. Echo resztkowe jest tłumione przez tłumik echa 114 przy przetwarzaniu sygnał funkcją nieliniową, która sprowadza do zera wszystkie fragmenty sygnału, znajdujące się poniżej progu A i przekazuje nie zmienione segmenty sygnału znajdujące się powyżej progu A. Do podstawienia odcinków sygnału, które sprowadzane są do zera przy obcinaniu, w celu zapobieżenia zamieraniu dźwiękowemu kanału, można stosować zsyntetyzowany szum.

Jak wspomniano uprzednio, chociaż to rozwiązanie jest zadowalające dla sygnałów analogowych, to obróbka tego echa resztkowego powoduje pewien problem w telefonii cyfrowej, gdzie stosowane są wokodery w celu kompresji sygnału mowy przed transmisją. Ponieważ wokodery są szczególnie wrażliwe na efekty nieliniowe, to wycinanie powoduje pogorszenie jakości dźwięku, gdyż podstawienie szumu powoduje zauważalne zmiany parametrów szumowych.

Na figurze 4 przedstawiono bardziej szczegółowo strukturę filtru adaptacyjnego 112, z fig. 2. Oznaczenia z fig. 4 mają następujące znaczenie:

N : Rząd flltm;

x(n) : Próbka sygnaró mowy w momencie n;

hk(n) : k-ta gał<ź flkuu w momencie n;

r(n) : Próbka ^c^ł^a w ηηοπιεηείε n;

y(n) · Echo ozzacowane w, nomenciem· a e(n) : Echo resztkowe w momencie n.

Filtr adaptacyjny 112 składa się z pewnej liczby odgałęzionych elementów opóźniających 1201- 120n-i, pewnej liczby układów mnożących P22o - 122n-1, sumatora 124 i generatora 126

173 748 współczynników. Każda z próbek wejściowych zdalnego sygnału mowy x(n) stanowi sygnał wejściowy zarówno dla elementu opóźniającego 12(0 jak i układu mnożącego 122o. W miarę jak następne próbki dochodzą do filtru 112, starsze próbki są przesuwane przez elementy opóźniające 1202 - 120n-i, skąd wychodzą one również na odpowiedni jeden z układów mnożących 122i- 122n-i.

Generator 126 współczyNników odbiera sygnał e(n) echa resztkowego z wyjścia sumatora 108 (fig. 2) i generuje pewien zestaw współczynników ho(n) - hN-i(n). Te wartości współczynników filtru h<j(N) - Ην-ι(ν) są, odpowiednio, sygnałami wejściowymi układów mnożących 1220- 122n-i. Sygnał wyjściowy z każdego z układów mnożących 122c - 122N-i podawany jest do sumatora 124, gdzie następuje ich sumowanie z otrzymaniem szacowanego sygnału y(n) echa. Szacowany sygnał y(n) echa jest następnie przesyłany do sumatora 108 (fig. 2), gdzie odejmowany jest od sygnału echa r(n) w celu ukształtowania sygnału e(n) echa resztkowego. W znanym eliminatorze echa z fig. 2 na generator 126 podawany jest pewien wejściowy sygnał sterujący w celu umożliwienia uaktualniania współczynnika, kiedy nie zostaje wykryty przez układ detekcji 110 lokalny sygnał mowy. Kiedy układ detekcji 110 wykrywa rozmowę podwójną lub tylko lokalny sygnał mowy, wejście sterujące blokuje uaktualnianie współczynników filtru.

Algorytm realizowany w generatorze 126 współczynników do adaptacji współczynników gałęzi filtru w celu śledzenia odpowiedzi trasy echa stanowi adaptacyjny algorytm otrzymania znormalizowanego minimalnego odchylania kwadratowego. Przy wprowadzeniu do tego algorytmu wektorów:

x(n) = [x(n) x(n-1) x(n-2)... x(n-N+1)] h(n) - [h(n)0 h(n)i h(n)2 ... hNi(n)] wektorowy iloczyn wewnętrzny h(n) i x(n) jest określony jako:

N-1 <h(n) x(n)> = Σ hi(n)x(n-1). i=0

Algorytm adaptacyjny określony jest jako h(n+1) = h(N) + μ-e(n) x(n) (E_xx(n) ) (1) (2) (3) (4) gdzie:

h(n) - oznacza wektor współczynnika gałęziowego, x(n) -wektorwejściowego sygnału odniesienia, e(n) - resztkowy sygnał echa;

μ - wielkość kroku; a

Exx(n) - oszacowanie energii obliczone jako suma kwadratów N najświeższych próbek, przy czym:

N-1 f-xx (tt) ⁼ Σ [x (η—1) ] i=0 (5)

173 748

Główną zaletą tego algorytmu (4) jest to, że ma on mniejsze wymagania obliczeniowe od innych algorytmów adaptacyjnych i że jego właściwości stabilizacyjne są oczywiste. Przy odpowiednim doborze wielkości kroku (o<g<2) można zagwarantować zbieżność, przy czym μ=1 zapewnia zbieżność najszybszą. Mniejsze wartości kroku dają większy stopień eliminacji w stanie ustalonym, kosztem tempa zbieżności.

Należy zauważyć, że lokalny sygnał v(n) mowy rozmówcy lokalnego nie jest włączony w sygnał e(n) echa resztkowego, ponieważ filtr adaptacyjny 112 zablokowany jest przez obwody wykrywania lokalnego sygnału mowy przy wykryciu głosu od rozmówcy lokalnego.

Poza podawaniem sygnału odblokowującego do filtru 112, układ detekcji 110 może również generować i podawać wartość Exx(n) na wejście sterujące filtru 112. Poza tym, wartość μ zwykle ustala generator 126 lub podawanajest ta wartość jako stała do wejścia sterującego układu detekcji 110.

Najtrudmejszym problemem projektowym przy eliminacji echa jest wykrywanie i praca z rozmową podwójną, to znaczy, kiedy obie strony mówią równocześnie. W przeciwieństwie do przełącznika uruchamianego głosem, który umożliwia łączność wyłącznie simpleksową, eliminator echa zapewnia łączność dupleksowy i musi utrzymywać eliminację echa rozmówcy zdalnego podczas mówienie rozmówcy lokalnego. W celu zapobieżenia nadawania współczynnikom filtrów wartości nieprawidłowych przez lokalny sygnał mowy, gałęzie filtru muszą być zamrożone w celu zapobieżenia rozbieżności w stosunku do charakterystyki przenoszenia rzeczywistego kanału echa.

Na figurze 2 uwidoczniono fakt, że układ detekcji 110 wykrywania lokalnego sygnału mowy może wykorzystywać pomiary energetyczne wartości sygnałów x(n), r(n) i e(n) w celu wykrycia faktu występowania lokalnego sygnału mowy. Klasyczny sposób wykrywania rozmowy podwójnej polega na porównaniu krótkoczasowych średnich energii sygnałów x(n) i r(n), z wykorzystaniem informacji, że straty na trasie echa przy przechodzeniu przez rozgałęźnk wynoszą około 6 dB. Jeżeli straty rozgałęźnika spadają poniżej 6 dB, to świadczy to o występowaniu lokalnego sygnału mowy. Jednakże badania doświadczalne wykazały, że metoda ta ma niedostateczną czułość. Znaczny zakres dynamiki lokalnego sygnału v(n) mowy powoduje przypadkowo występujące niewykrycia pociągające za sobą nadanie niewłaściwych wartości współczynnika filtru.

Inny rozpowszechniony sposób wykrywania rozmowy podwójnej polega na sprawdzeniu współczynnika krótkoczasowego wzrostu strat echa powrotnego, oznaczonego przez ERLE, który definiuje się jako:

ERLE (dB) = 10 log (Gy²/σθ²) , ⁽⁶⁾ gdzie Gy² jest wariancją y(n), Ge² jest wariancją e(n), a wariancje te przybliżane są z wykorzystaniem krótkoczasowych średnich energii:

N-1
Gy2 = Σ (y(n-1)]2. a i=0	(7)
N-1
σβ 2 = Σ [e(n-1)]2 i=0	(8)

173 748

Współczynnik ERLE reprezentuje ilość energii, która została usunięta z echa po jego przejściu przez eliminator echa. Sposób wykrywania rozmowy podwójnej polega na porównaniu krótkoczasowego oszacowania energetycznego sygnałów r(n) i e(n), i sygnalizacji rozmowy podwójnej, jeżeli krótkoczasowy współczynnik ERLE spada poniżej pewnego zadanego progu, na przykład 6 dB. Mimo, iż sposób ten zapewnia większą czułość, to wprowadza pewne niewielkie opóźnienie przed wykryciem początku lokalnego sygnału mowy, powodując lekkie zniekształcenie oszacowanego obrazu kanału przed zamrożeniem adaptacji. To pogorszenie właściwości wymaga stosowania dodatkowo sposobów usuwania echa resztkowego. Zatem pożądane jest znalezienie lepszego sposobu zabezpieczenia szacowanego obrazu kanału w przypadku rozmowy podwójnej.

Przy stosowaniu dowolnego z tych sposobów porównania energetycznego w celu wykrycia rozmowy podwójnej, wysokie poziomy szumu tłowego, zwłaszcza w środowisku łącza komórkowego, mogą spowodować trudności w dokładnym wykrywaniu rozmowy podwójnej. Jest zatem pożądane stosowanie udoskonalonego sposobu wykrywania rozmowy podwójnej w środowiskach o wysokim poziomie szumu tłowego.

Na figurze 5 przedstawiono schemat blokowy przykładowego wykonania eliminatora echa sieciowego 140 według niniejszego wynalazku. W przykładowej realizacji eliminator 140 zestawiony jest w postaci cyfrowego procesora sygnałowego. Można również zaprogramować inne cyfrowe procesory sygnałowe dla wykonywania funkcji eliminacji echa sieciowego zgodnie z ideą wynalazku. Możliwe są również inne realizacje eliminatora 140 z użyciem procesorów dyskretnych lub z zastosowaniem specjalizowanych układów scalonych.

W przedstawionym wykonaniu eliminator 140 stanowi w zasadzie maszynę stanu, która ma określone funkcje przypisywane do każdego z różnych jej stanów pracy. Stany, w których pracuje eliminator 140 to cisza, rozmowa zdalna, rozmowa lokalna, rozmowa podwójna i zawieszenie. Pozostałe szczegóły dotyczące pracy eliminatora 140 opisano poniżej.

Na figurze 5, podobnie, jak to było na fig. 2, sygnał mowy ze stacji ruchomej oznaczono jako zdalny sygnał x(n) mowy, natomiast sygnał mowy od strony stacji stałej oznaczono jako lokalny sygnał v(n) mowy. Odbicie sygnału x(n) od rozgałęźnika jest modelowane jako przechodzenie tego sygnału x(n) przez nieznany kanał echa 142, z wytworzeniem sygnału echa y(n), który w sumatorze 144 sumowany jest z lokalnym sygnałem v(n) mowy. Jakkolwiek sumator 144 nie stanowi elementu samego eliminatora echa, to fizyczny efekt jego istnienia powoduje wystąpienie zjawisk pasożytniczych. W celu usunięcia niskoczęstotliwościowego szumu tłowego, suma sygnału y(n) mowy przepuszczana jest przez filtr górnoprzepustowy 146, z wytworzeniem sygnału r(n). Sygnał r(n) podawany jest jako jeden z sygnałów wejściowych do każdego z sumatorów 148 i 150 oraz bloku sterującego 152.

Wejściowy zdalny sygnał x(n) mowy zapamiętywany jest w buforze 154 próbek jako sygnał wejściowy do zespołu poprzecznych filtrów adaptacyjnych (filtr wstępny 156, filtr 158 stanu oraz filtr 160 eliminatora echa) oraz bloku steruu^^^go 152. W przedstawionym wykonaniu filtr wstępny 156 ma 448 współczynników, czyli gałęzi filtru, natomiast filtr 158 stanu i filtr 160 eliminatora echa mają po 256 gałęzi.

Podczas pracy wstępnej eliminatora 140, próbki sygnału mowy x(n) podawane są do filtru wstępnego 156 dla eliminacji echa wstępnego i dobrania opóźnienia echa przy sterowaniu z bloku sterującego 152. W tym okresie pracy wstępnej filtr 158 stanu i filtr 160 eliminatora echa są unieruchamiane przez blok sterujący 152. Sygnał wyjściowy y,(n) wstępnej eliminacji z filtru wstępnego 156 podawany jest przez przełącznik filtrowy 162 do sumatora 148. W sumatorze 148 sygnał y,(n) odejmowany jest od sygnału r(n) w celu wytworzenia wstępnego oszacowania sygnału echa resztkowego e(n). Przełącznik. filtrowy 162 pod kontrolą bloku sterującego 152 na wejście sumatora 148 dołącza wyjście albo filtru wstępnego 156 albo filtru 160 eliminatora echa.

Jak wspomniano poprzednio, proces dobierania opóźnienia echa podejmowany jest podczas trwania operacji wstępnej eliminatora 140. W tym procesie współczynniki gałęzi filtru, czyli gałęzie filtru wstępnego 156, podawane są do bloku sterującego 152 w celu wyznaczenia gałęzi o wartości największej. Proces ten wykorzystywany jest do odróżnienia obszaru opóźnienia płaskiego od obszaru echa rozproszonego.

173 748

Po zakończeniu procesu dobierania opóźnienia echa, 256 wartości gałęzi z filtru wstępnego 156 zostaje przekopiowanych do gałęzi filtru 158 stanu i filtru 160 eliminatora echa, jak to opisano bardziej szczegółowo poniżej. W wyniku procesu dobierania opóźnienia echa, zapewnia się, że filtracja adaptacyjna będzie odbywała się na próbkach sygnału x(u) występujących w obszarze echa rozproszonego sygnału r(n). Po tej operacji wstępnej filtr 158 stanu i filtr 160 eliminatora echa zostaje odblokowane i wstępnie wykorzystują gałęzie otrzymane z filtru 156. Wszystkie przyszłe adaptacje bazują na gałęziach wygenerowanych.

W okresie normalnej pracy eliminatora 140, sygnał yi(n) stanowi sygnał wyjściowy z filtru 158 stanu, przekazywany na jedno z wejść sumatora 150, gdzie zostaje odjęty od sygnału r(n). Wypadkowym sygnałem wyjściowym z sumatora 150 jest sygnał ei(n), który stanowi sygnał wejściowy bloku sterującego 152. Sygnał wyjściowy z filtru 160 eliminatora echa, sygnał y(n) repliki echa, podawany jest za pośrednictwem przełącznika 162 filtru najedno z wejść sumatora 148, gdzie zostaje odjęty od sygnału r(n). Wypadkowy sygnał e(n) echa resztkowego z wyjścia sumatora 148 podawany jest na powrót, w charakterze sygnału wejściowego, do bloku sterującego 152. Sygnał e(n) echa resztkowego, jako sygnał wyjściowy sumatora 148 może być wykorzystywany bezpośrednio jako sygnał wyjściowy eliminatora 140 lub może być podawany przez dodatkowe elementy przetwarzające. Jak to omówiono bardziej szczegółowo poniżej, blok sterujący 152 umożliwia również sterowanie adaptacją filtru 158 stanu i filtru 160 eliminatora echa.

Na wyjściu eliminatora 140 można otrzymać także wynik analizy/syntezy szumu. Tę możliwość zapewnia przełącznik wyjściowy 164, blok 166 analizy szumu i blok 168 syntezy szumu. Przełącznik wyjściowy 164 i blok 166 analizy szumu otrzymują sygnał wyjściowy e(n) z sumatora 148. Blok 166 analizy szumu pod kontrolą bloku sterującego 152 analizuje sygnał e(n) i wytwarza sygnał wyjściowy analizy podawany do bloku 168 syntezy szumu. Blok 168 syntezy szumu wytwarza syntetyzowany sygnał s(n) szumu na podstawie parametrów otrzymanych z analizy sygnału e(n). Sygnał wyjściowy bloku 168 syntezy szumu następnie podawany jest do przełącznika wyjściowego 164. Przez przełącznik wyjściowy 164, który sterowany jest z bloku sterującego 152, sygnał wyjściowy eliminatora 140 otrzymywany jest albo bezpośrednio jako sygnał e(n) z sumatora 148 albo jako zsyntetyzowany sygnał szumowy s(n) z bloku 168 syntezy szumu.

Większość typowych rozmów telefonicznych odbywa się w warunkach rozmowy pojedynczej, kiedy w każdym momencie mówi tylko jedna osoba. Kiedy mówi tylko jedna osoba, to eliminator 140 wykorzystuje funkcje analizy/syntezy szumu w celu zakończenia procesu wycinania echa przez wymianę sygnału s(n) sygnału echa resztkowego na syntetyzowany sygnał szumowy s(n). Aby zdalny rozmówca nie zauważył zmiany parametrów sygnałowych, szum syntetyzowany jest z dopasowaniem do parametrów mocy i widmowych rzeczywistego szumu w ostatnim okresie ciszy, z użyciem metody liniowego kodowania predykcyjnego. Ten sposób syntezy szumów, omówiony bardziej szczegółowo poniżej, pozwala efektywnie wyeliminować rozmowę pojedynczą z rozważań projektowych umożliwiając optymalizację eliminatora 140 dla rozmowy podwójnej. Dalsze szczegóły sposobu dokonywania analizy/syntezy szumów opisano poniżej.

Dodatkowo według niniejszego wynalazku można stosować stopień wzmacniający, jak to przedstawiono na fig. 5. Do realizacji tej możliwości stosuje się blok wzmocnienia 170 o zmiennym wzmocnieniu włączony na wejściu eliminatora 140 zdalnego sygnału mowy x(n). Wejściowy sygnał mowy x(n) podawany jest przez blok wzmocnienia 170 o zmiennym wzmocnieniu do bufora 154 i kanału 142 echa nieznanego. Blok sterujący 152 zapewnia wraz z blokiem wzmocnienia 170 o zmiennym wzmocnieniu możliwość automatycznej regulacji wzmocnienia w celu ograniczenia sygnałów, które w przeciwnym przypadku mogłyby oddziaływać nieliniowo przez kanał 142 echa nieznanego. Blok sterujący 152 i blok wzmocnienia 170 o zmiennym wzmocnieniu służą również do zmniejszenia czasu zbieżności w procesie adaptacji filtru. Dalsze szczegóły tej możliwości pracy również opisano poniżej.

Jak to przedstawiono powyżej, dwa niezależne filtry adaptacyjne, filtry 158 i 160, śledzą nieznany kanał echa. Podczas gdy filtr 160 dokonuje eliminacji echa rzeczywistego, filtr 158 wykorzystywany jest przez blok sterujący 152 do określenia, który z kilku możliwych stanów eliminatora 140 powinien być stanem roboczym. Z tego powodu filtry 158 i 160 nazywane są

173 748 odpowiednio filtrem stanu i filtrem eliminatora echa. Korzyścią wynikającą ze stosowania tych dwóch filtrów jest to, że współczynniki filtru 160 eliminatora echa, które modelują kanał 142 echa nieznanego mogą być w sposób efektywny zachowywane bez niebezpieczeństwa ich pogorszenia przez lokalny sygnał mowy. Dzięki dokładniejszemu zachowaniu parametrów kanału echa rozwiązanie według wynalazku pozwala pominąć potrzebę stosowania wycinania.

Algorytm sterowania realizowany w bloku sterującym 152, który kontroluje działanie obu filtrów 158 i 160, zoptymalizowany jest w celu ustalenia oszacowanych parametrów kanału echa przy rozmowie podwójnej. Blok sterujący 152 włącza i wyłącza adaptację filtrów 158 i 160 w określonych momentach, dobiera wartości kroku obu filtrów i doregulowuje blok wzmocnienia 170 do wartości sygnału x(n) w celu zapewnienia szybkiej adaptacji wstępnej.

Figura 6 przedstawia (w postaci schematu blokowego) szczegóły bloku sterującego 152 z fig. 5. Na figurze 6 blok sterujący 152 składa się z maszyny 180 stanu do sterowania procesem eliminacji echa, bloku 182 obliczeń energetycznych, bloku 184 amplitudy energii różnicowej, bloku 186 zmiany progu adaptacji, bloku 188 automatycznej regulacji wzmocnienia i bloku 190 obliczania opóźnienia płaskiego.

Maszyna 180 stanu wykonuje wszystkie funkcje maszyny stanu, jak to omówiono w odniesieniu do fig. 14, i różne ogólne funkcje przetwarzające, jak to przedstawiono w odniesieniu do fig. 7. Maszyna 180 stanu zapewnia sterowanie filtru wstępnego 156 i bloku 190 obliczania opóźnienia płaskiego podczas operacji wstępnych eliminatora 140. Maszyna 180 stanu zapewnia sterowanie filtru 158 stanu i filtru 160 eliminatora echa, w odniesieniu do nastaw wstępnych, sterowania adaptacją oraz sterowania wielkością kroku. Maszyna 180 stanu zapewnia również sterowanie bloku 166 analizy szumu oraz przełączników 162 i 164. Maszyna 180 stanu uruchamia również blok 186 zmiany progu adaptacji przy adaptacyjnym sterowaniu przez tę maszynę stanu filtru 160 eliminatora echa. Maszyna 180 stanu odbiera też sygnały e(n) z sumatora 148 i el(n) z sumatora 150 w celu dostarczenia ich, odpowiednio, do filtru 160 eliminatora echa i filtru 158 stanu. Sygnały el(n) i e(n) mogą również być podawane bezpośrednio do filtru 158 stanu i filtru 160 eliminatora echa.

Blok 182 obliczeń energetycznych otrzymuje wartości próbek dla sygnałów x(n) z bufora 154, r(n) z filtru górnoprzepustowego 146, e(n) z sumatora 148 oraz el(n) z sumatora 150 oraz oblicza różne wartości, jak to omówiono poniżej, w celu podania ich do bloku 184 amplitudy energii różnicowej i maszyny 180 stanu. Blok 184 amplitudy energii różnicowej wykorzystuje wartości energii obliczone w bloku 182 obliczeń energetycznych w celu porównania z poziomami progowymi dla stwierdzenia, czy występuje lokalny sygnał mowy i/lub zdalny sygnał mowy. Wynik tego stwierdzenia podawany jest do maszyny 180 stanu.

Blok 182 obliczeń energetycznych wylicza oszacowania energii w każdym kroku, dla filtrów 158 i 160. Te oszacowania energii wyliczane są jako sumy kwadratów najświeższych próbek. Te dwa wyniki pomiaru energii, Ex(n) i Exx(n) sygnału x(n), w momencie czasu n, oblicza się, odpowiednio, na 128 i 256 próbkach, co można wyrazić następującymi równaniami:

127

E_x (n) = Σ [x (n-i) ]²; a ⁽⁹⁾ i=0

255

Εχ_Χ(η) = Σ [x(n-i) ]2;

i=0 (10)

173 748

Podobnie, blok 182 obliczeń energetycznych oblicza oszacowania energii Er(n), Ee(n) i Eei(n) w momencie n dla sygnałów, odpowiednio, r(n), e(n) i ei(n), zgodnie z następującymi równaniami: r(n),

127

Er (n) = Σ [r(n-i)]2; (11) i=0

127

Ee(n) = Σ [e(n-i)]²; a i=0

127

Eel(n) = Σ [el(n--)]². ⁽¹³⁾ i=0

Blok 182 obliczeń energetycznych wylicza również straty rozgałęźnika w momencie n, Hloss(n), zgodnie z następującym równaniem:

Hloss (n) (dB) = 10 logu [E_x (n) /Er(n)] (14)

W bloku 182 obliczeń energetycznych obliczane jest zwiększenie strat echa powrotnego (współczynnik ERIE) filtru 160 eliminatora echa, według następującego równania:

ERLE (n) (dB) = 10 logw [Er (n) /Ee (n)] ((1) przy czym oblicza się również wzrost strat echa powrotnego filtru 158 stanu (współczynnik ERLE1) zgodnie z następującym równaniem:

ERLE 1 (n) (dB) = 10 logw [Er (n) /Ee (n)] (116

W celu uniknięcia niełiniowości w sygnale echa, powodowanych przez kanał eeha, pożądane jest ograniczenie odebranej wartości próbki sygnału x(n) do wartości poniżej zadanego progu, w pobliżu maksimum. Pozwala to osiągnąć blok 188 automatycznej regulacji wzmocnienia, w połączeniu z blokiem wzmocnienia 170 o zmiennym wzmocnieniu. Blok 188 automatycznej regulacji wzmocnienia, który pobiera próbki sygnału x(n) z bufora 154, daje sygnał regulacji wzmocnienia do bloku wzmocnienia 170, w celu ograniczenia wartości próbek, kiedy mają one nadmierną amplitudę.

Blok 190 obliczania opóźnienia płaskiego pod kontrolą maszyny 180 stanu podczas operacji wstępnych eliminatora 140 oblicza opóźnienie płaskie na podstawie sygnału z filtru wstępnego 156. Blok 190 obliczania opóźnienia płaskiego następnie podaje informację o przesunięciu bufora 154, przekazywaną do filtru 158 stanu i filtru 160 eliminatora echa w celu uwzględnienia okresu opóźnienia płaskiego dla danego połączenia.

W przykładowym wykonaniu eliminatora echa sieciowego stosowane jest trójstronne podejście do rozwiązania problemów wykrywania i obsługi rozmowy podwójnej. Stosuje się dwa niezależne filtry adaptacyjne, z różnymi wartościami kroku, zmienny próg włączania i wyłączania adaptacji filtru oraz algorytm energii różnicowej, dla wykrywania sygnału mowy.

173 748

Eliminator 140 wykorzystuje dwa niezależnie działające filtry adaptacyjne. W odróżnieniu od innych rozwiązań z dwoma filtrami, eliminator 140 nie jest przełączany w przód i wstecz między filtrami 159 i 160, dla eliminacji echa, ani nie odbywa się w nim wymiana informacji gałęziowej między dwoma filtrami w stanie ustalonym. Znane sposoby powodują, że przy stanach przejściowych pojawiają się wyskoki na wyjściu eliminatora echa. Filtr 160 eliminatora echa zawsze dokonuje eliminacji echa rzeczywistego, natomiast filtr 158 stanu wykorzystywany jest w algorytmie sterującym realizowanym wewnątrz maszyny 180 stanu, w celu rozróżnienia poszczególnych stanów tego eliminatora. Wykorzystanie dwóch filtrów umożliwia stosowanie adaptacyjnej strategii zachowawczej dla filtru 160 eliminatora echa. Jeżeli algorytm sterujący jest niezdecydowany, który ze stanów eliminatora 140 powinien być aktywny, to dokonuje wyłączenia adaptacji filtru 160 eliminatora echa, natomiast filtr 158 stanu adaptuje się w dalszym ciągu. Maszyna 180 stanu wykorzystuje wygładzone dane statystyczne z filtru 158 stanu dla wspomożenia przy wyznaczaniu stanu pracy. Wielkości kroku filtrów adaptacyjnych dobierane są tak, aby filtr 160 eliminatora echa osiągnął dużą wartość współczynnika eRlE w stanie ustalonym, natomiast filtr 158 stanu odpowiada szybko na wszelkie zmiany w kanale echa. Dzięki umożliwieniu równoczesnej adaptacji tych dwóch filtrów 158 i 160 we wspomniany sposób, poprawia się ogólna sprawność eliminatora 140.

Filtr 158 stanu i filtr 160 eliminatora echa, wraz z filtrem wstępnym 156 skonstruowane są w sposób opisany w odniesieniu do fig. 4. Filtr 158 stanu i filtr 160 eliminatora echa zawierają po 256 gałęzi, w celu uwzględnienia rozrzutu echa wynoszącego 32 ms przy częstotliwości próbkowania wynoszącej 8 kHz. Jest zrozumiałe, że dla filtru 158 stanu i filtru 160 eliminatora echa, można stosować mniejszą lub większą liczbę gałęzi, zależnie od rozrzutu czasu trwania echa i szybkości próbkowania. Bufor 154 próbek mieści 512 próbek zdalnego sygnału mowy umożliwiając uwzględnienie okresu czasu 64 ms dla opóźnienia płaskiego i echa rozproszonego w przypadku połączeń dokonywanych przez obszar kontynentalny Stanów Zjednoczonych. W celu uwzględnienia różnych wartości opóźnienia płaskiego występującego w poszczególnych połączeniach telefonicznych, eliminator echa sieciowego automatycznie określa opóźnienie płaskie i przełącza gałęzie filtru w celu zmaksymalizowania liczby gałęzi pracujących w obszarze echa rozproszonego. Eliminator echa zatem pracuje z odpowiedziami echa w zakresie od 0 do 32 ms bez przełączania, w zakresie od 32 do 64 ms z maksymalnym przesunięciem opóźnieniowym. Jest zrozumiałe, że do utworzenia filtrów 158 i 160 może być wykorzystany filtr wstępny 156. Po zakończeniu przetwarzania wstępnego, filtr wstępny 156 może zostać rozerwany na dwa filtry 158 i 160 z niezależnymi generatorami współczynników. Dalsze szczegóły dotyczące właściwości pracy wstępnej omówiono poniżej.

W celu zachowania współczynników filtru 160 eliminatora echa po rozpoczęciu się rozmowy podwójnej, eliminator 140 wykorzystuje zmienny próg adaptacyjny, oznaczony przez VT, do włączania i wyłączania adaptacji filtru 160 eliminatora echa. Zmienny próg adaptacji VT wyliczany jest w bloku 186 zmiany progu adaptacji i przekazywany do maszyny 180 stanu. Algorytm sterujący umożliwia filtrowi 160 eliminatora echa adaptację, jeżeli albo filtr 158 stanu, albo filtr 160 eliminatora echa ma współczynnik ERLE większy od zmiennego progu adaptacyjnego VT. Przedstawiony na fig. 4 wejściowy sygnał sterujący podawany do generatora 126 zawiera sygnał zezwalający, z bloku sterującego 152, który umożliwia generatorowi 126 wektorów współczynnikowych uaktualnianie współczynników filtru przy jego adaptacji. Jeżeli współczynnik ERLE obu filtrów jest mniejsze od progu VT, to maszyna 180 stanu uniemożliwia generatorowi 126 wektorów współczynnikowych podawanie uaktualnionych współczynników. W tym przypadku generator 126 wektorów współczynnikowych daje na wyjściu istniejące współczynniki aż do ponownego zezwolenia na adaptację. Na wejście sterujące podawane są również inne parametry dla generatora 126 wektorów współczynnikowych, na przykład wartości (i, Exx(n) oraz e(n) według równania (4).

Na figurze 6, współczynnik ErLe dla filtru 158 stanu wyliczne jest w bloku 182 obliczeń energetycznych według równania (6), z użyciem wartości r(n) i el(n). Podobnie obliczenia w bloku 182 obliczeń energetycznych przebiegają dla filtru 160 eliminatora echa z wartościami r(n) i e(n). W bloku 186 zmiany progu adaptacji, próg VT wstępnie ustawiany jest przez maszynę 180 stanu na minimalny wstępny poziom progowy, który w wykonaniu przykładowym

173 -748 wynosi 6 dB. Obliczenia progu w bloku 186 zmiany progu adaptacji można opisać za pomocą następującego programu w języku C:

if (ERLE > VT + 6 dB)

VT = MAX [VT, (ERLE - 6 dB];

else if (ERLE < MT - 3 dB)

VT = MT;

W miarę wzrostu współczynnika ERLE poza (VT + 6 dB), próg adaptacji również wzrasta pozostając 6 dB poniżej szczytowej wartości współczynnika ERLE. Ten margines 6 dB uwzględnia zmienność współczynnika ERLE. Maszyna 180 stanu umożliwia filtrowi 160 eliminatora echa dalszą adaptację, jeżeli współczynnik ERLE któregoś z filtrów, 158 lub 160, znajduje się w obszarze do 6 dB poniżej ostatniej wartości szczytowej współczynnika ERLE. Jeżeli współczynnik ERLE spadnie 3 dB poniżej poziomu minimalnego, to próg adaptacji jest ponownie ustawiany na poziom minimalny. Zaletą tego sposobu postępowania jest to, że adaptacja filtru 16 eliminatora echa zostaje zatrzymana natychmiast, dokładnie w momencie rozpoczęcia się rozmowy podwójnej. Na przykład załóżmy, że rozmówca zdalny jest jedynym mówiącym, a ostatnia wartość szczytowa współczynnika ERLE wynosi 34 dB. Kiedy zacznie mówić rozmówca lokalny, współczynnik ERLE spadnie i adaptacja filtru zostanie zatrzymana, kiedy współczynnik ERLE osiągnie 28 dB. Typowe detektory rozmowy lokalnej nie zawieszą adaptacji aż do momentu, kiedy współczynnik ERLE spadnie do poziomu około 6dB,co dopuszcza pewne zniekształcenie oszacowania kanału echa. Zatem, dzięki dokładnemu zachowaniu parametrów kanału echa, osiąga się większy stopień eliminacji echa przy rozmowie podwójnej, przy uniknięciu pogorszenia jakości dźwięku związanej ze stosowaniem obcinaczy wykorzystywanych w typowych eliminatorach echa.

W przykładowym wykonaniu niniejszego wynalazku jest korzystne, jeżeli współczynnik ERLE obu filtrów, 158 i 160, spada poniżej progu VT przed zatrzymaniem adaptacji filtru 160. Ta cecha charakterystyczna algorytmu sterującego sprzyja odróżnieniu początku rozmowy podwójnej od normalnej zmienności wyników pomiaru współczynnika ERLE, ponieważ współczynnik ERLE obu filtrów będzie spadać natychmiast na początku rozmowy podwójnej.

Inną cechą charakterystyczną niniejszego wynalazku jest to, że kiedy filtry 158 i 160 osiągają zbieżność, to wartość progu minimalnego dla progu VT zwiększa się względem sytuacji początkowej. W miarę wzrostu progu minimalnego Vt potrzebna jest wyższa wartość współczynnika ERLE przed adaptacją ΙΊΙ-τπ 160 eliminatora echa.

W celu zapobieżenia zakłócaniu wyznaczania stanu przez duże poziomy szumu tła eliminator 140 echa według niniejszego wynalazku wykorzystuje algorytm energii różnicowej sygnałów x(n) i e(n). Ten algorytm, realizowany w bloku 184 amplitudy energii różnicowej w maszynie 180 stanu, opisany bardziej szczegółowo poniżej, w sposób ciągły monitoruje poziom szumu tła i porównuje go z energią sygnału, w celu określenia, czy rozmówca w danym momencie mówi. Blok 184 amplitudy energii różnicowej w przykładowym wykonaniu oblicza trzy progi, Ti(B,1, T₂(Bi), T₃(B,), które są funkcjami poziomu szumu tła B,. Jeżeli energia sygnału x(n) przekracza wszystkie trzy progi, to stwierdza się, że rozmówca w danej chwili mówi. Jeżeli energia sygnału przekracza T1 i T2, ale nie przekracza T3, to stwierdza się, że rozmówca prawdopodobnie wymawia dźwięk spółgłoskowy, na przykład sp w słowie speed. Jeżeli energia sygnału jest mniejsza od wszystkich trzech progów, to stwierdza się, że rozmówca w danej chwili nie mówi.

Przykładową ogólną sieć działań przetwarzania danych przy eliminacji echa przedstawiono na fig. 7. Algorytm pod kontrolą maszyny 180 stanu rozpoczyna pracę w bloku 200 i na początku otrzymuje próbki sygnałów x(n) i v(n), zgodnie z funkcją μ, w bloku 202, które następnie przetwarzane są na ich wartości liniowe w bloku 204. Próbki sygnału v(n) następnie przepuszczane są przez filtr górnoprzepustowy 146 w celu otrzymania próbki sygnału r(n) w bloku 206. Filtr górnoprzepustowy' 146 z fig. 5, który eliminuje resztki prądu stałego i szum niskoczęstotliwościowy, jest filtrem· cyfrowym zbudowanym z użyciem znanych metod filtracji cyfrowej. Filtr 146 zwykłe jest fiUrem eliptycznym trzeciego rzędu, o tłumieniu w paśmie zaporowym, przy częstotliwości granicznej 120 Hz, wynoszącym 37 dB, oraz nierównomierności w pasie przepuszczania, przy częstotliwości granicznej 250 Hz, wynoszącej 0,7 dB. Filtr 146

173 748 zwykle realizowany jest jako kaskadowe połączenie prostych realizacji rzędu pierwszego i rzędu drugiego, o współczynnikach zamieszczonych w następującej tabeli 1:

Tabela 1

A(1)	A(2)	B(0)	B(1)	B(2)
-.645941	0	.822970	-.822970	0
-1.885649	.924631	1.034521	-2.061873	1,034461

Następnie, średnie wartości energii Ex(n) i Exx(n) są uaktualniane dla próbki sygnału x(n) w bloku 208. Średnia wartość energii Er(n) jest uaktualniana dla próbki sygnału r(n) podczas obliczania strat energetycznych Hloss(n) w rozgałęźniku, blok 210.

Dane wyjściowe filtru adaptacyjnego 158 (fig. 5), wartości sygnału yl(n), obliczane są w bloku 212, a następnie wyznaczane są wartości el(n) echa resztkowego, blok 214. Następnie w bloku 216 uaktualniana jest wartość współczynnika ERLE1 i średnia energia Ee1 dla filtru 158. Podobnie obliczane są dane wyjściowe filtru adaptacyjnego 160 (fig. 5), wartości sygnału y(n), w bloku 218, z następnym wyznaczeniem wartości echa resztkowego e(n), w bloku 220. Potem następuje uaktualnienie współczynnika ERLE i średniej energii Ee dla filtru 160, blok 222. Niektóre z etapów w blokach 208 - 222 mogą być wykonywane innymi sposobami, zależnie od wartości potrzebnych do następnych etapów. Ponadto niektóre etapy mogą być wykonywane równolegle, jak na przykład etapy 212-216 oraz 218 - 222. Zatem kolejność wykonywania, omawiana w odniesieniu do fig. 7, stanowi tylko przykład kolejności wykonywania etapów przetwarzania.

Po zakończeniu etapów poprzednich, wykonywany jest, w bloku 224, etap dobierania parametrów, który poniżej jest opisany bardziej szczegółowo, w odniesieniu do fig. 8. Po zakończeniu etapu dobierania parametru, wykonywany jest etap obliczania funkcji okresowej, w bloku 226, który jest opisany bardziej szczegółowo w odniesieniu do fig. 9. Po zakończeniu etapu obliczania funkcji okresowej, w bloku 226, wykonywany jest etap działania maszyny 180 stanu, blok 228, który jest opisany bardziej szczegółowo w odniesieniu do fig. 14. Po zakończeniu etapu operacji maszyny 180 stanu proces powtarza się przy powrocie do punktu A sieci działań.

Sieć działań z fig. 8 przedstawia bardziej szczegółowo etap dobierania parametrów, w bloku 224 z fig. 7. Wielkość kroku filtru i zmienne parametry progowe uaktualniane są w czasie działania eliminatora 140 echa.

Zarówno filtr 158 stanu, jak i filtr 160 eliminatora echa (fig. 5) inicjalizowane są przez maszynę 180 stanu na początku operacji, przez przekazanie z wejścia sterującego do generatora współczynników filtru wielkości kroku wynoszącej 1 (μΐ = μ2 = 1). Inicjalizacja powyższych filtrów na tym poziomie zapewnia szybką zbieżność wstępną. Po dojściu do etapu dobierania parametrów wykorzystuje się algorytm dobierania parametrów. W tym algorytmie wstępnym dokonuje się określenia, czy ustawiona wartość μ2 elementu sterującego dla filtru 160 eliminatora echa jest większa od stałej wartości wynoszącej 0,5, w bloku 250. Jeżeli tak, to dokonuje się stwierdzenia, czy współczynnik ERLE jest większy od 14 dB, blok 252. Jeżeli współczynnik ERLE nie jest większe od 14 dB, na przykład na początku dochodzenia do zbieżności w kanale, to wartość licznika (licznika Scount) jest ustawiana na zero (Scount = 0), w bloku 254, i zostaje zakończony etap dobierania parametru dla tej próbki i następuje wyjście z podprogramu w punkcie C.

Jeżeli występuje potrzeba określenia, czy współczynnik ERLE jest większy od 14 dB, to następuje powiększenie stanu licznika, w bloku 256. Następnie dokonuje się stwierdzenia, czy _wartość Scount została powiększona do wartości 400, w bloku 258. Jeżeli wartość Scount jest mmejsza od wartości 400 to etap dobierania parametru dla tej próbki zostaje zakończony i następuje wyjście z podprogramu w punkcie C.

N_at_omiast, jeżeli w bloku 258 skwierdzono, że wartość Scount jest równa 400, co _odp_owiada wartości współczynnika ERLE większej od 14 dB dla 50 ms (kolejnych) to wartość kroto (1) filtru 158 stanu zostaje zmieniona na 0,7, a wartość kroku (i2) filtru 160 eliminatora

173 748 echa zostaje zmieniona na 0,4, w bloku 260. W bloku 260 również licznik Scount jest ustawiany na zero. Na tym dobieranie parametru dla tej próbki zostaje zakończone i następuje wyjście z podprogramu w punkcie C.

Jeżeli w bloku 250 wartość μ2 ustawiona przez element sterujący dla filtru 160 eliminatora echa została określona jako nie większa od stałej wartości wynoszącej 0,5, to wywoływany jest algorytm pośredni. W tym algorytmie pośrednim dokonuje się określenia, czy wartość μ2 jest większa od 0,2, w bloku 262. Jeżeli tak, to dokonuje się stwierdzenia, czy współczynnik ERLE jest większy od 20 dB, blok 264. Jteżeli współczynnik ERLE nie jest większy od 20 dB, to Scount jest ustawiane na zero (Scount = 0), w bloku 266, i zostaje zakończony etap dobierania parametru dla tej próbki i następuje wyjście z podprogramu w punkcie C.

Jeżeli stwierdzono, że współczynnik ERLE jest większy od 20 dB, to następuje powiększenie stanu licznika, w bloku 268. Następnie dokonuje się określenia, czy wartość licznika została powiększona do wartości 400, w bloku 270. Jeżeli wartość licznika jest mniejsza od wartości 400 to etap dobierania parametru dla tej próbki zostaje zakończony i następuje wyjście z podprogramu w punkcie C.

Jeżeli jednak w bloku 270 stwierdzono, że wartość Scount jest równa 400, co odpowiada wartości współczynnika ERLE większej od 20 dB dla 50 ms, to wartość μ1 zostaje zmieniona na 0,4, a wartość μ2 na 0,1, blok 272. Dodatkowo następuje zwiększenie progu minimalnego w bloku 272 z wstępnej wartości minimalnej progu wynoszącej 6 dB do wartości 12 dB. Na tym dobieranie parametru dla tej próbki zostaje zakończone i następuje ' wyjście z podprogramu w punkcie C.

Należy zauważyć, że zmiana biegów filtrów na mniejsze wymiary kroków umożliwia stosowanie wyższych poziomów współczynnika ERLE. Jednakże w korzystnym wykonaniu utrzymywana jest zależność μ2 < μ1, tak że filtr 160 eliminatora echa osiąga wysokie wartości współczynnika ERLE w stanie ustalonym, a filtr 158 stanu reaguje szybko na zmiany odpowiedzi w kanale echa.

Po zmianie wartości μ2 filtru 160 eliminatora echa na 0,1, algorytm zmiany progu adaptacji oddziałuje zachowując bardziej dokładnie odpowiedź kanału echa. Algorytm zmiany progu, realizowany w bloku 186 adaptacyjnej zmiany progu jest wywoływany, kiedy w bloku 262 stwierdza się wartość μ2 mniejszą od 0,2. Jeżeli stwierdzono, że współczyNnik ERLE jest o 6 dB większy od zmiennego progu VT, który wstępnie ustawiany jest na wstępny próg minimalny wynoszący 6 dB, w bloku 274, to w bloku 276 następuje modyfikacja wartości progu VT. W bloku 276 wartość progu VT jest ustawiana na poziomie wyższym od wartości poprzedniego progu VT lub na wartość współczynnika ERLE minus 6 dB. Po ustawieniu progu VT dobieranie parametru dla tej próbki zostaje zakończone i następuje wyjście z podprogramu w punkcie C.

Natomiast, jeżeli w bloku 274 stwierdzono, że współczynnik ERLE nie jest większy od wartości progu VT plus 6 dB, to dokonuje się stwierdzenia, czy współczynnik ERLE jest mniejszy od minimalnego progu minus 3 dB, blok 278. W bloku 278 wartość minimalnego progu MT wynosi 12 dB, jak została ustawiona w algorytmie pośrednim. Jeżeli współczynnik ERLE jest większy od progu minimalnego minus 3 dB, to krok dobierania parametrów dla tej próbki zostaje zakończony i następuje wyjście z podprogramu w punkcie C. Jeżeli jednak w bloku 278 stwierdzono, że współczynnik ERLE nie jest większy od progu minimalnego minus 3 dB, to próg VT ustawiany jest na wartość minimalną progu MT, która wynosi 12 dB, blok 278. Etap dobierania parametrów dla tej próbki zostaje zakończony i następuje wyjście z podprogramu w punkcie C.

Należy zauważyć, że przy zwiększaniu progu minimalnego MT proces staje się bardziej selektywny, niż wtedy, kiedy następuje adaptacja filtru 160 eliminatora echa: wymagana jest wyższa wartość współczynnika ERLE tego filtru. Stosowanie wyższego progu minimalnego daje w wyniku większą wartość współczynnika ERLE konieczną do przejścia do stanu zawieszenia ze stanu rozmowy podwójnej, co omówiono poniżej w odniesiemu do pracy maszyny 180 stanu przedstawionej na fig. 14.

Dla przyspieszenia przejścia do stanu ustalonego nawet w obecności dużego lokalnego szumu tła, eliminator 140 echa wstępnie doregulowuje wzmocnienie wejściowe dla sygnału x(n) do 3dB (IGain = 3 dB) podczas występowania zdalnego sygnału mowy. Jak to przedstawiono na fig. 5, maszyna 180 stanu zapewnia regulację bloku wzmocnienia 170 o zmiennym wzmoc173748 nieniu. Wzmocnienie wstępne 3 dB zwiększa wartość echa odebranego w sygnale r(n) względem szumu lokalnego (stosunek S/N wzrasta o 3 dB), co zapewnia szybszą zbieżność wstępną. Kiedy poziom minimalny osiągnie 12 dB, blok 272 na fig. 7, maszyna 180 stanu ustawia na powrót wzmocnienie najego wartość nominalną, wynoszącą 0 dB, w krokach 1,5 dB co 100 ms. Badania doświadczalne wykazały, że zmiany wzmocnienia wynoszące do 1,5 dB są niezauważalne dla słuchacza. To doregulowanie wzmocnienia zwykle odbywa się w ciągu pierwszych 500 ms sygnału zdalnego.

Drugie doregulowanie wzmocnienia w bloku 170 o zmiennym wzmocnieniu pod nadzorem bloku 188 automatycznej regulacji wzmocnienia dokonuje się w celu automatycznego zapobieżenia obcinaniu. Próbki sygnału x(n) spełniające funkcję μ, które eliminator 140 echa odbiera z wokodera, zwykle zawierają się między -8031 i +8031. Kiedy próbki sygnału x(n), wysyłane w kierunku rozgałęźnika, zbliżają się do wartości +8031 lub -8031, to próbki wracające z rozgałęźnika pozostają w stosunku nieliniowym względem sygnału odniesienia x(n). W celu rozwiązania tego problemu eliminator 140 echa według wynalazku wykorzystuje blok 188 automatycznej regulacji wzmocnienia w celu automatycznej regulacji bloku wzmocnienia 170 0 zmiennym wzmocnieniu dla stłumienia próbek wejściowych o 1,5 dB (IGain = -l,5 dB), kiedy tylko wartość bezwzględna próbki sygnału x(n) jest większa od zadanej wartości w pobliżu maksimum, na przykład wynoszącej 7900. Wzmocnienie ustawione zostaje na powrót na 0 dB, kiedy tylko eliminator 140 wejdzie w stan ciszy. Ta zmiana wzmocnienia, która jest niezauważalna dla rozmówcy lokalnego, zwykle nie wpływa na typową rozmowę, lecz znacznie poprawia pracę eliminatora 140 echa przy głośnych odezwaniach się rozmówcy zdalnego.

Jak to pokazano na fig. 7, po zakończeniu etapu dobierania parametrów wykonywany jest etap obliczania funkcji periodycznej. Figura 9 przedstawia trzy obliczenia wykonywane periodycznie w etapie obliczeń funkcji periodycznej: (1) amplitudy energii różnicowej sygnałów x(n) i e(n), (2) autokorelacji i rekursji Durbina dla celów analizy szumów oraz (3) algorytm przełączania gałęzi w celu uwzględnienia zmieniających się opóźnień echa.

Na figurze 9 obliczanie funkcji periodycznej rozpoczyna się etapem wyboru funkcji, w bloku 300, który na podstawie stanu, w którym znajduje się maszyna stanu i licznika (Fcount) określa, jakie obliczenia należy wykonywać. Niezależnie od stanu oblicza się amplitudy energii różnicowej 128 próbek sygnałów x(n) i e(n) w bloku 184 amplitudy energii różnicowej (fig. 6).

Amplituda energii różnicowej sygnału x, oznaczona DEM(x), wykorzystywana jest do określenia, czy rozmówca zdalny w danym momencie mówi. Wartość DEM(x) w korzystnym wykonaniu stanowi liczbę całkowitą w zakresie [0,3]. Wartość DEM(x) zostaje określona przez porównanie energii Ex sygnału x(n), otrzymanej z bloku 182 obliczeń energetycznych, według fig. 6, z trzema obliczonymi wartościami progowymi, które są funkcją oszacowania energii poziomu szumu tła XBi, blok 302.

W tym etapie dla każdych 128 próbek następuje oszacowanie szumu tła, przy czym następna aktualna wartość XBi+1 jest obliczana jako:

XB1+ = min (Ex, 160000, max(1.00547 XB,, XBi+1) (17)

Trzy wartości progowe wyliczane są w funkcji XB1 w sposób następujący:

Ti(XB,) = -(3.160500x10'⁵)XBi2 + 10.35 XB1 + 704.44; ((8)

T2(XBi) = -(7.9388 16x10’⁴)XB₁ ² + 26.00 XB1 + 1769.48; a (19)

T₃(XBi) = -(3.160500x10-4)XBi2 + 103.5 XB1 + 7044.4; (20)

Następuje ponowne porównanie energii Ex sygnału zdalnego z tymi trzema progami. Jeżeli wartość Ex jest większa od wszystkich trzech progów, to wartość DEM(x) = 3, wskazując obecność rozmowy. Jeżeli wartość Ex jest większa od T1 i T2 ale nie od T3, to wartość DEM(x) = 2, wskazując występowanie dźwięku spółgłoskowego. Jeżeli wartość Ex jest większa od T1 ale nie od T2 ani T3, to wartość DEM(x) = 1,1 na koniec, jeżeli wartość Ex jest mniejsza od wszystkich trzech progów, to wartość DEM(x) = 0, wskazując, że nie występuje żaden sygnał mowy. Wartość DEM(x) przekazywana jest z bloku 184 amplitudy energii różnicowej do maszyny 180 stanu.

Podobnie obliczana jest amplituda energii różnicowej sygnału e, DEM(e), która jest wykorzystywana do określenia, czy w danej chwili mówi rozmówca lokalny. W korzystnym wykonaniu wartość DEM(e) również jest liczbą całkowitą w zakresie [0, 3], Wartość DEM(e) zostaje wyznaczone przez porównanie energii Ee sygnału e(n) podawanego z bloku 182 obliczeń energetycznych według fig. 6 z następującymi trzema wyliczonymi progami w bloku 304:

Ti(EBt) = -(6.930766x1C^’⁶)EB₁ ² + 4.047152 EBi + 289.7034; (21)

T₂(EB,) = -(1.912166x )0‘⁵)EB,² + 8.750045 EBi + 908.971; a (22)

T₃(EB_Ł) = -(4.946311x10'⁵)EB² + 18.899 EB1 + 2677.431 ; (23) przy czym oszacowanie szumu tła sygnału e(n) również jest uaktualniane co 128 próbek jako:

EB₁₊1 - min (Ee, 160000, max( 1,100547 EBi, EBi+1) (24)

Jeżeli wartość Ee jest większa od wszystkich trzech progów, to wartość DEM(e) = 3, wskazując obecność lokalnego sygnału mowy. Jeżeli wartość Ee jest większa od T1 i T2 ale nie od T3, to wartość DEM(e) = 2, wskazując prawdopodobne występowanie dźwięku spółgłoskowego. Jeżeli wartość Ee jest większa od Tl ale nie od T2 ani T3, to wartość DEM(e) = 1.1 na koniec, jeżeli wartość Ee jest mniejsza od wszystkich trzech progów, to wartość DEM(e) = 0, wskazując, że nie występuje żaden sygnał mowy. Wartość DEM(e) również przekazywana jest z bloku 184 obliczeń amplitudy energii różnicowej do maszyny 180 stanu.

Po obliczeniu wartości DEM(x) i DEM(e), wartości ΧΒ1 oraz EB_I są uaktualniane według równań (17) i (24) w bloku 306. Należy zauważyć, że zarówno wartości XB_H jak i EB₁ inicjalizowane są na wartość 160000.

Przy stosowaniu pomiarów energii różnicowej, które śledzą poziom szumu tła, można dokonać dokładnego określenia, kto mówi, nawet przy wysokich poziomach szumu tła. Pomaga to maszynie 180 stanu z fig. 6 w dokładnym określaniu stanu.

JaJk wspomniano uprzednio, w etapie obliczania funkcji periodycznej dokonuje się obliczeń związanych z analizą szumu. Kiedy przy wyborze funkcji, w bloku 300, wykryje się, że maszyna 180 stanu jest w stanie 0 dla bieżącej próbki, to dokonuje się określenia, czy wszystkie z ostatnich 256 próbek, łącznie z próbką bieżącą, należą do stanu 0 maszyny 180 stanu, blok 308. Jeżeli tak, to wykorzystuje się metodę liniowego kodowania predykcyjnego (LPC), tradycyjnie stosowaną w przypadku rozmów przechodzących przez wokoder, w celu obliczenia parametrów widmowych szumu. Jednakże, jeżeli żadna z tych próbek nie jest stanu 0, to pomija się stosowanie metody LPC.

Metoda LPC modeluje każdą z próbek, jako powstałą w wyniku kombinacji liniowej próbek poprzednich i pobudzenia. Kiedy nie mówi żaden z rozmówców, to sygnał błędu e(n) przechodzi przez predykcyjny filtr błędu (blok 166 analizy szumu z fig. 5) w celu usunięcia pewnych redundancji krótkoczasowych. Funkcja przenoszenia tego filtru dana jest równaniem:

P

A (z) =1 — Σ a 1 z (25) i=1 przy czym rząd predykcji w wykonaniu przykładowym wynosi 5 (P = 5).

173 748

Współczynniki liniowego kodowania predykcyjnego (LPC), a_J, wyliczane są z bloku 128 próbek z użyciem metody aujoOureloayjnai, bloo. 310, z izaa^^ow-aniem reku^ji Durlrina, 310, co jest znanym sposobem elfktywnako prowadzenia obHczeń. Pieewszych sz.eść współczynników autokorelacyjnych R(0) do R(5) oblicza się jako:

127-k

R_x(k) = Σ e (in) e(m+k) . ((26) m=0

Następnie oblicza się współczynniki LPC bezpośrednio z wartości autokorekcji z użyciem algorytmu rekursyjnego Durbina. Algorytm można określić w następujący sposób:

(1) E⁽°i = R(0), i = 1 (27) i-1 (2) »,.{»(^1 - Σ } / e'*-*' <²⁸>

j=l (3) a,^(l) = ki (29) (4) α/⁰ = a/¹'¹’- ki α,./¹'⁰ 1 <=j<=P (30) (5) E^(l) = (1-k,² Ε⁽¹'^υ (31) (6) Jeżeli i<P to skok do (2) z i = i+1. (32) (7) Ostateczne rozwiązania dla współczynników LPC otrzymuje się jako a_{J = aj} ^(P) 1 <= j <= P (33)

Po otrzymaniu współczynników LPC możliwajuż jest generacja próbek syntetyzowanego szumu o tych samych parametrach widmowych, przez przepuszczenie szumu białego przez filtr syntezy szumu (blok 168 syntezy szumu z fig. 5) określony przez:

1

A (z) = P (₃₄)

- Σ a1 z 1; i=l co jest dokładną odwrotnością filtru stosowanego przy analizie szumu.

173 748

Jest oczywiste, że w wykonaniu przykładowym metoda LPC stanowi doskonały sposób modelowania szumu. Jednakże do modelowania szumu można wykorzystać również inne sposoby, lub też można nie stosować w ogóle modelowania szumu.

W działaniu wykonywanym jako następne w etapie obliczeń funkcji periodycznej stosuje się algorytm przełączania gałęzi w celu uwzględnienia zmiennych opóźnień echa. Obliczenia wykonywane są przy wstępnym przetwarzaniu próbki dla połączenia, oraz ewentualnie co 256 próbek, co zapewnia, że współczynnik ERLE jest większy od 10 dB, blok 314. Jeżeli współczynnik ERLE jest większy od 10 dB, co wskazuje, że występuje pewna kompensacja, to w bloku 316 wyznaczana jest w filtrze 156 wstępnym z fig. 5 wartość największej gałęzi, to znaczy największego współczynnika, w bloku 190 obliczania opóźnienia płaskiego z fig. 6. Dokonuje się następnie przełączenia gałęzi w celu obróbki większej liczby próbek z obszaru echa rozproszonego, a mniejszej z obszaru opóźnienia płaskiego. Przełączenie gałęzi polega na przemieszczeniu większej liczby próbek obszaru echa rozproszonego z bufora 154 do filtru 158 stanu i filtru 160 eliminatora echa, niż to odbywa się normalnie. Dokonuje się ponownego obliczenia średniej wartości energii tych próbek, blok 320. Po zakończeniu algorytmu przełączania gałęzi lub zakończeniu etapu pozostałych dwóch obliczeń funkcji periodycznej następuje wzrost wartości Fcount, w bloku 322, i następuje wyjście z podprogramu.

Co się tyczy regulacji opóźnienia echa, to ponieważ odległość między eliminatorem 140 echa i stacją bazową a rozgałęźnikiem w siecie telefonicznej od połączenia do połączenia mogą zmieniać się w szerokich granicach, to opóźnienie płaskie sygnały echa zmienia się również w szerokich granicach. Możemy dokonać szybkiego oszacowania zakresu tego opóźnienia przez założenie, że Stany Zjednoczone mają w poprzek szerokość 3000 mil, a sygnały elektryczne rozchodzą się z prędkością równa 2/3 prędkości światła. Ponieważ, trasa w pętli wynosi 6000 mil, to maksymalne opóźnienie płaskie wynosi w przybliżeniu:

[(600 mil) x (1609,34 metrów/milę)] _ ~~~ 48,3 m^s [2 x 10⁵ metrów/ms] (35)

Eliminator echa według wynalazku uwzględnia różne wartości opóźnienia płaskiego powstającego przy różnych połączeniach, tak że istnieje możliwość wykorzystania większej liczby gałęzi w obszarze echa rozproszonego, zamiast pozostawienia ich części w stanie jałowym w obszarze opóźnienia płaskiego. Na przykład w typowym eliminatorze echa, bez mechanizmu przełączania gałęzi, opóźnienie płaskie wynoszące 16 ms spowoduje, że pierwszych 128 gałęzi eliminatora echa będzie bliskich zera, ponieważ 128 najświeższych próbek linii opóźniającej filtru nie jest skorelowanych z próbkami wchodzącymi do eliminatora. Rzeczywisty sygnał echa będzie zatem kompensowany tylko przez pozostałych 128 gałęzi. W odróżnieniu od tego eliminator echa według wynalazku automatycznie określa, że opóźnienie płaskie wyno'si 16 ms i przełącza gałęzie do pracy na próbkach starszych. Ten sposób postępowania wykorzystać większą liczbę gałęzi w obszarze echa rozproszonego, co w wyniku daje lepszą kompensację.

Eliminator 140 według wynalazku zapamiętuje 512 próbek sygnału rozmowy zdalnej x(n) w buforze 154 (według fig. 5), co odpowiada opóźnieniu 64 ms. Kiedy eliminator 140 rozpoczyna pracę, wstępnie adaptuje, w filtrze 156 wstępnym z fig. 5, 448 gałęzi filtru do 448 najświeższych próbek, jak to pokazano na fig. 10.

Po osiągnięciu wstępnej zbieżności z gałęziami znajdującymi się w tym położeniu, algorytm określa opóźnienie płaskie, w bloku 190 obliczania echa opóźnionego, przez znalezienie największej wartości gałęzi i jej względnego położenia w buforze gałęziowym filtru 156 wstępnego. Numer gałęzi największej (oznaczony Tmax) odpowiada opóźnieniu płaskiemu, ponieważ stanowi czas (wyrażony w próbkach 8 kHz) od próbki zdalnego sygnału mowy do wychodzącej z eliminatora echa odbitej od rozgałęźnika i wracającej do wejściaeliminatoraecha. Zamiast przełączania gałęzi o wartość Tmax, algorytm opuszcza margines bezpieczeństwa

173 748 liczący 32 próbki w przypadku, kiedy odpowiedź kanału echa zmienia się nieznacznie. Rzeczywista wartość przesunięcia gałęzi określona jest przez:

Tshift = MAX [0,MIN(Tmax - 32 256)] (36)

Po określeniu wartości Tshift, gałęzie filtru wstępnego, poczynając od wartości Tshift, przepisywane są zarówno do filtru 158 stanu, jak i eliminatora 140 echa przez blok 190 obliczania echa płaskiego, jak to przedstawiono na fig. 11. Przesunięcie o wartość Tshift w buforze 154 wykorzystywane jest tak, że zerowa gałąź filtru zarówno filtru stanu 158, jak i filtru 160 eliminatora echa, zostają wyrównane przed nadejściem próbki na wartość Tshift pozycji przed próbką najświeższą. Figura 12 przedstawia maksymalne przesunięcie, pozwalające osiągnąć pokrycie echa wynoszące 64 ms. Po przesunięciu gałęzi na pracę z próbkami starszymi, odpowiednio modyfikowane są wyniki pomiarów energii Ex(n), Exx(n) w celu dokonania pomiaru sumy kwadratów tych próbek starszych.

Dla przejrzystości opisano stosowanie trzech filtrów adaptacyjnych. Jednakże jest zrozumiałe, że możliwe są różne realizacje, zwłaszcza w cyfrowym procesorze sygnału. Filtr 156 wstępny może również działać jako filtr 158 stanu i filtr 160 eliminatora echa, z użyciem fizycznie tej samej pamięci.

Przy wyjściu etapu obliczenia funkcji periodycznej w punkcie D, fig. 7 i 9, maszyna 180 stanu (fig. 6) wykonuje algorytm sterujący tej maszyny. Algorytm sterujący może być modelowany w postaci maszyny 180 stanu o pięciu stanach, jak to pokazano na fig. 13. Algorytm sterujący zrealizowany w maszynie 180 stanu może dawać zmianę stanu przy każdej nowej próbce.

Stan 0, w bloku 330, jest stanem ciszy, w którym nie mówi żaden z rozmówców. W tym stanie filtr 158 stanu i filtr 160 eliminatora echa nie są adaptowane do zmniejszania rozbieżności względem kanału echa. Jeżeli eliminator 140 pozostaje w stanie 0 przez 256 kolejnych okresów próbek, to algorytm sterujący inicjalizuje procedury analizy szumu z fig. 9, w celu kodowania parametrów częstotliwościowych szumu tła z użyciem metody LPC.

Jeżeli mówi tylko sam rozmówca zdalny, to eliminator 140 wchodzi w stan 1, w bloku 332, w którym zawsze następuje adaptacja filtru 158 stanu. Filtr 160 eliminatora echa podlega adaptacji, jeżeli współczynnik ERLE któregoś z filtrów przekracza próg adaptacji VT. Procedura syntezy szumu generuje szum (z wykorzystaniem współczynników LPC otrzymanych podczas ostatniego okresu ciszy) w celu zastąpienia ewentualnego echa resztkowego. W efekcie tego, w stanie 1 eliminator 140 ma wartość ERLE równą nieskończoności, ponieważ niezależnie od głośności rozmowy zdalnej echo resztkowe nigdy nie wraca na powrót do stacji ruchomej.

Jeżeli jedyną osobą mówiącą jest rozmówca lokalny, to eliminator 140 wchodzi w stan 2, w bloku 334. Przy tym maszyna stanu zamraża adaptację obu filtrów i generuje sygnał e(m). Jeżeli rozmówca lokalny przestanie mówić, to następuje przejście eliminatora 140 do stanu 4 (zawieszenia), w wykonaniu przykładowym przy zawieszeniu głosu na 50 ms, przed przejściem do stanu 0 (ciszy). To zawieszenie uwzględnia możliwe pauzy w lokalnym sygnale mowy. Jeżeli zaczyna mówić rozmówca zdalny, to eliminator 140 przechodzi do stanu 3 (rozmow a podwójna).

W stanie 3, blok 336, stanie rozmowy podwójnej, maszyna 180 stanu zamraża adaptację filtru 160 eliminatora echa i generuje sygnał wyjściowy e(n). Jeżeli straty rozgałęźnika przekraczają 3 dB, to algorytm sterujący maszyny 180 stanu umożliwia adaptację filtru 158 stanu w celu uwzględnienia możliwej zmiany odpowiedzi impulsowej kanału echa. Załóżmy na przykład, że obydwa filtry doszły do stanu zbieżności, jedynym mówiącym jest rozmówca zdalny, a kanał echa zmienia się w sposób nagły. Taka sytuacja może powstać na przykład przy dołączeniu się kogoś do telefonu zewnętrznego, tak że rozmówca ze stacji ruchomej mówi równocześnie do dwóch osób po stronie stałej sieci telefonicznej. W takim przypadku współczynnik ERLE obu filtrów gwałtownie spadnie, a eliminator 140 przełączy się na stan rozmowy podwójnej, nieprawidłowo reagując na sygnał echa dla rozmowy lokalnej. Jakkolwiek obydwa filtry będą zwykle przy rozmowie podwójnej zamrożone, to w tym przypadku, jeżeli żaden z filtrów nie ma zezwolenia na adaptację, to eliminator 140 nie zmieni stanu aż do zakończenia połączenia. Jednakże eliminator 140 wykorzystuje straty rozgałęźnika do określenia, czy filtr 158 stanu ma

173 748 zezwolenie na adaptację. Jeżeli filtr 158 stanu dokonuje adaptacji, to jego współczynnik ERLE będzie rósł zgodnie z wymaganiami nowego kanału echa, a eliminator 140 wróci do stanu 3 (rozmowa podwójna). Jak to przedstawiono na wykresie stanu, jedyną drogą wyjścia ze stanu 3 (rozmowy podwójnej) jest droga prowadząca przez stan 4 (zawieszenia), z którego następuje jedynie wyjście, jeżeli straty rozgałęźnika są większe od 3 dB, a współczynnik ERLE filtru 158 stanu lub filtru 160 eliminatora echa przekracza próg minimalny MT.

Stan 4, blok 338, jest stanem zawieszenia, który uwzględnia przerwy w lokalnym sygnale mowy. Jeżeli rozmówca zdalny mówi, a nie został wykryty lokalny sygnał mowy, przez 100 ms w przykładowym wykonaniu, to eliminator 140 przechodzi ze stanu 4 (zawieszenia) do stanu 1 (zdalny sygnał mowy). Jeżeli w danej chwili rozmówca zdalny nie mówi, a lokalny sygnał mowy nie został wykryty, przez 50 ms w wykonaniu przykładowym, to eliminator 140 przechodzi ze stanu 4 (zawieszenia) do stanu 0 (ciszy). Jeżeli został wykryty lokalny sygnał mowy, to algorytm sterujący spowoduje powrót eliminatora 140 albo do stanu 2 (lokalny sygnał mowy) albo do stanu 3 (rozmowa podwójna).

Szczegółowa sieć działań algorytmu maszyny 180 stanu eliminatora 140 przedstawiono poniżej na fig. 14. Algorytm przedstawiony na fig. 14 jest wykonywany dla każdej próbki, ze wstępnym określeniem, czy stan bieżący jest stanem 1 (zdalny sygnał mowy), blok 340. Jeżeli stan bieżący określono jako stan 1, a wartość Hloss określono jako mniejszą od 3 dB, blok 342, to element sterujący umożliwia wyprowadzenie wartości sygnału e(n), blok 344. Ten przypadek jest typowy dla warunków, kiedy dla poprzedniej próbki występował zdalny sygnał mowy, ale dla próbki bieżącej występuje rozmowa podwójna. Podobnie, jeżeli określono, że stan bieżący nie jest żadnym ze stanów 1, 2, lub 3 (zdalny sygnał mowy, lokalny sygnał mowy i rozmowa podwójna), odpowiednio w blokach 340, 346 i 348, to zostaje umożliwione wyprowadzenie wartości sygnału e(n), blok 344, przy zapewnieniu sterowania sygnałem wejściowym przez maszynę 180 stanu. Następnie odbywa się określenie stanu eliminatora 140 dla przetwarzania następnej próbki, przy określaniu następnej próbki począwszy od punktu E algorytmu sterującego maszyny 180 stanu.

Wracając do bloku 340, jeżeli stan bieżący określono jako stan 1 (zdalny sygnał mowy), a wartość Hloss określono jako większą od 3 dB, blok 342, to zezwala się na adaptację filtru 158 stanu, blok 350. Współczynniki ERLE i ERLE 1 porównywane są następnie z progiem VT i jeżeli jedno z nich jest większe od tego progu VT, bloki 352 i 354, to zezwala się na adaptacje filtru 160 eliminatora echa, w bloku 356. Jednakże, jeżeli w obu blokach, 352 i 354 współczynniki ERLE i ERLE1 nie są większe od progu VT, to filtr 160 eliminatora echa nie zostaje poddany adaptacji. W obu przypadkach generowana jest próbka z szumu syntetyzowanego, w bloku 358, przez element syntetyzowanego szumu, pod nadzorem elementu sterującego z wykorzystaniem współczynników LPC otrzymanych podczas ostatniego okresu ciszy. Próbka szumu zsyntetyzowanego s(n) zostaje wyprowadzona, blok 360, przy sterowaniu wyjścia przez element sterujący. Następnie, poczynając od punktu E odbywa się określenie kolejnego stanu eliminatora 140 do przetwarzania następnej próbki.

W punkcie E algorytm wchodzi w następny podprogram stanu. Jeżeli wartość DEM(x) nie jest większa lub równa wartości całkowitej wynoszącej 2, blok 326, to dokonuje się sprawdzenia, czy wartość DEM(e) jest mniejsza lub równa 1, blok 364. Jeżeli wartość DEM(e) nie jest mniejsza lub równa 1, to następuje przejście maszyny 180 stanu do następnego stanu 2 (lokalny sygnał mowy), blok 366. Natomiast, jeżeli wartość DEM(e) jest mniejsza lub równa 1, to maszyna 180 stanu przechodzi do stanu następnego 0 (cisza), blok 368. Jeżeli następuje przejście do stanu 2 lub 0, to procedura przechodzi do punktu E w algorytmie sterującym maszyny 180 stanu w celu sprawdzenia zawieszenia.

Jeżeli jednak przy wejściu w podprogram stanu następnego w punkcie E wartość DEM(x) jest większa lub równa 2, blok 362, to wartość DEM(e) zostaje określona jako równa 3, blok 370. Jeżeli nie, to stan następny określony zostaje jako 1 (zdalny sygnał mowy), blok 372, i podprogram przechodzi do punktu F w algorytmie sterującym maszyny 180 stanu, w celu sprawdzenia zawieszenia. Jeżeli w bloku 370 wartość DEM(e) została określona jako równa 3, to dokonuje się sprawdzenia, czy jedna z wartości, Hloss, ERLE lub ERLE1 jest mniejsza od 3 dB, bloki 374,376 i 378. Jeżeli w blokach 374, 376 i 378 dowolna z wartości jest mniejsza od 3 dB,

173 748 to stan następny określony zostaje jako stan 3 (rozmowa podwójna), blok 380. Jeżeli natomiast w blokach 374, 376 i 378 każda z wartości jest większa lub równa 3 dB, to stan następny określony zostaje jako stan 1 (zdalny sygnał mowy), blok 372. Z bloku 378 i bloku 372, jak poprzednio, podprogram przechodzi do punktu F w algorytmie sterującym maszyny stanu, w celu sprawdzenia zawieszenia.

Wracając do bloku 346, jeżeli następuje wejście do tego bloku, przy określeniu stanu jako stanu różnego od 1 (zdalny sygnał mowy) w bloku 340, to dokonuje się sprawdzenia, czy stan bieżący jest stanem 2 (lokalny sygnał mowy). Jeżeli stan bieżący jest stanem 2, to wyprowadzana jest wartość sygnału e(n), blok 382. Następnie dokonuje się wyznaczenia stanu następnego przez wstępne określenie, czy wartość DEM(x) jest równa 3, blok 384, i jeżeli tak, to stan następny ustawiany jestjako stan 3 (rozmowa podwójna), blok 386. Natomiast jeżeli wartość DEM(x) nie jest równa 3, to dokonuje się sprawdzenia, czy wartość DEM(e) jest większa lub równa 2, blok 388.

Jeżeli w bloku 388 stwierdzono, że wartość DEM(e) jest większa lub równa 2, to stan następny ustawia się jako identyczny ze stanem bieżącym, stanem 2 (lokalny sygnał mowy), blok 390. Natomiast w bloku 388 stwierdzono, że wartość DEM(e) nie jest większa lub równa 2, to dokonuje się sprawdzenia, czy wartość DEM(x) jest mniejsza lub równa 1, blok 392. Jeżeli w bloku 392 stwierdzono, że wartość DEM(x) nie jest mniejsza lub równa 1, to stan następny jest ustawiany jako stan 3 (rozmowa podwójna), blok 386. Jeżeli w bloku 392 stwierdzono, że wartość DEM(x) jest mniejsza lub równa 1, to stanem następnym jest ustawiany stan 4 (zawieszenie), blok 394. Dodatkowo w bloku 394 licznik wewnętrzny, Hcounter (nie przedstawiony na rysunku) w elemencie sterującym ustawiany jest na wartość Hcount wynoszącą 400. Z bloków 386,390 i 394 podprogram przechodzi do punktu F w algorytmie sterującym maszyny 180 stanu, w celu sprawdzenia zawieszenia.

Wracając do bloku 346, jeżeli w wyniku określenia stwierdza się, że stan bieżący nie jest stanem 2 (lokalny sygnał mowy), to w bloku 348, dokonuje się sprawdzenia, czy stan bieżący jest stanem 3 (rozmowa podwójna). Jeżeli stan bieżący jest stanem 3, to wyprowadzana jest wartość sygnału e(n), blok 396. Następnie dokonuje się wyznaczenia stanu następnego przez wstępne określenie, czy wartość DEM(x) jest równa 3, blok 398, i jeżeli nie, to podprogram przechodzi do bloku 388 w celu wyznaczenia stanu w sposób opisany powyżej. Jednak jeżeli wartość DEM(x) jest równa 3, to dokonuje się sprawdzenia, czy wartość Hloss jest większa od 3 dB, blok 400. Jeżeli w bloku 400 wartość Hloss nie jest większa od 3 dB, to stan następny jest ustawiany jako stan 3 (rozmowa podwójna), blok 386. Jeżeli wartość Hloss jest większa od 3 dB, to zezwala się na adaptację filtru 158 stanu, blok 402.

Po zezwoleniu na adaptację filtru 158 stanu dokonuje się określenia, czy współczynnik ERLE jest większy od progu minimalnego MT, blok 404, i jeżeli nie, to dokonuje się określenia, czy współczynnik ERLE1 jest większy od progu minimalnego MT, blok 406. Jeżeli albo współczynnik ERLE, albo współczynnik ERLE1 jest większy od progu minimalnego MT, to stan następny jest ustawiany jako stan 4 (zawieszenie) blok 408. Jednak jeżeli współczynnik ERLE1 nie jest większy od progu minimalnego MT, to stan -następny jest ustawiany jako stan 3 (rozmowa podwójna), blok 386. Jeżeli stan następny został ustawiony jako stan 4 w bloku 408, to współczynnik Hcount ustawiany jest na wartość wynoszącą 800. Z bloków 386 i 408 podprogram przechodzi do punktu F w algorytmie sterującym maszyny 180 stanu, w celu sprawdzenia zawieszenia. '

Procedura zawieszenia gwarantuje, że wystąpi opóźnienie między przejściem ze stanu lokalnego sygnału mowy lub rozmowy podwójnej do stanu zdalnego sygnału mowy lub ciszy. Po wejściu w punkcie F do podprogramu określającego zawieszenia w punkcie F dokonuje się sprawdzenia, czy stan bieżący jest stanem 4 (zawieszenia), blok 410. Jeżeli stan bieżący nie jest stanem 4, to następuje wyjście z podprogramu algorytmu sterującego maszyny 180 stanu, z powrotem z podprogramu do punktu A z fig. 7.

Jeżeli w bloku 410 stwierdzono, że stan bieżący jest stanem 4, to dokonuje się sprawdzenia, czy stan następny został ustawiony jako mniejszy niż stan 2, to znaczy stan 1 (zdalny sygnał mowy) lub stan 0 (cisza), blok 412. Jeżeli stan następny określony w bloku 412 nie jest stanem 0 lub 1, to następuje wyjście z podprogramu algorytmu sterującego maszyny 180 stanu, z powrotem z podprogramu do punktu A z fig. 7. Jeżeli jednak stan następny został określony jako

173 748 stan O lub 1, to następuje dekrementacja Hcount, blok 414, oraz sprawdzenie, czy wartość Hcount jest równa zeru, blok 416. Jeżeli stwierdzono, że wartość Hcount jest równa zeru, to następuje wyjście z podprogramu algorytmu sterującego maszyny 180 stanu, z powrotem z podprogramu do punktu A z fig. 6. Natomiast jeżeli wartość Hcount nie jest równa zeru, to następny stan jest ustawiany jako stan 4, blok 418, i następuje wyjście z podprogramu algorytmu sterującego maszyny 180 stanu, z powrotem z podprogramu do punktu A z fig. 7.

Jest zrozumiałe, że wiele z parametrów omówionych w odniesieniu przykładowego wykonania wynalazku można modyfikować beż odchodzenia od idei niniejszego wynalazku. Na przykład można zmieniać opóźnienie zawieszenia podobnie, jak i wartości progów, liczbę poziomów progowych i wartości kroku filtrów.

ZDALNY

Fig.2

STAN TECHNIKI

Fig·

PŁASKI OBSZAR OBSZAR ROZPRAOPÓZNIENIA SZANIA ECHA |O-:—-b>CZAS (ms)

r(n) e(n) -*

Fig.4

408

173 748

Fig.5

173 748 χ η)

DO STOPNIA O ZMIENNYM WZMOCNIENIU

DO STOPNIA O ZMIENNYM WZMOCNIENIU

DO PRZEŁĄCZNIKA FILTRU’*

DO PRZEŁĄCZNIKA WYJŚCIOWEGO

DO BLOKU ¹ ANALIZY SZUMU Γ

Ir

AUTOMATYCZNA

REGULACJA

WZMOCNIENIA

ZMIENNY

PRÓG

ADAPTACYJNY

MASZYNA STANU I

STEROWANIE PROCESEM

-186 /180

-152

DO FILTRU STANU

DO FILTRU ELIMINATORA ECHA

190

AMPLITUDA

ENERGII

RÓŻNICOWEJ

OBLICZENIA

OPÓŹNIENIA

PŁASKIEGO

184

OBLICZENIA ENERGETYCZNE

182 x(n) r(n) e(n) eKn) e(n) e1(n)

Z DO

FILTRU ' FILTRU WSTĘP- STANU

NEGO DO

FILTRU

ELIMINATORA

ECHA

Fig. 6

173 748

Fig. 7

173 748

Fig.8

173 748

-300

WYBÓR FUNKCJI (STATE, FCOUNT)

OBLICZ

DEM(E)

ZNAJDŹ NAJWIĘKSZĄ GAŁAŹ

306

UAKTUALNIJ

ΧΒΙ,ΕΒΙ

	AUTOKORELACJA
ψ /312
	ALGORYTM DURBINA

«83<23UAKTUALNIJ FCOUNT /318

PRZESUŃ GAŁEZ1E

320

OBLICZ PONOWNIE ŚREDNIE ENERGII

322

Fig.9

173 748

PRÓBKA

NAJŚWIEŻSZA x (n)

PRÓBKA

NAJSTARSZA x(n)

BUFOR PIERŚCIENIOWY NA 512 PRÓBEK

J/154

511

448 GAŁĘZI FILTRU

3—156

Fig.10

447

Fig.11

PRÓBKA

NAJŚWIEŻSZA x(n)

PRÓBKA

NAJSTARSZA x(n)

BUFOR PIERŚCIENIOWY NA 512 PRÓBEK

158—t GAŁĘZIE FILTRU STANU

I

HgAŁĘZIE FILTRU ELIMINATORA ECHA~

255 .154

Fig.12

173 748

ADAPTUJ FILTR STANU

1—^WYPROWADŹ etn)

DO BLOKU 384 NA FIG. 14b i—£>φ t

WYPROWADŹ etn)

ADAPTUJ FILTR ELIMINACJI ECHA

I _& DO BLOKU 398 ©A FIG.14b ,^TAIi DO BLOKU 370 NA FIG. 14b

Osyntetyzuj 1/358

PRÓBKĘ SZUMU s(n)

	NIE ' /366
NASTĘPNY STAN=2

NA FIG.14c

DO PUNKTU F NA F|.G,.14„c

WYPROWADŹ s(n)

360

Fi g. 14q

173 748

Z BLOKU 362 NA FIG. 14a

Z BLOKU 396 NA F!G.14a

Z BLOKU 382 NA FIG.14q

DO PUNKTU F NA FIG.14C

Fig. 14 b

173 748

Z FIC. 14b

DEKREMENTUJ

HCOUNT

NASTĘPNY STAN=4

DO PUNKTU A NA FIG.7

F ig. 14 c

173 748

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 6,00 zł

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Eliminator echa w sieci telefonicznej, w której echo sygnału kanału odbiorczego jest łączone z sygnałem wejściowym kanału powrotnego, znamienny tym, że zawiera pierwszy filtr (160) z pierwszym wejściem odbioru sygnału kanału odbiorczego i drugim wejściem odbioru sygnału sterowania tego filtru, do generowania pierwszych współczynników filtru i pierwszego sygnału echa oszacowanego na podstawie pierwszych współczynników filtru i sygnału kanału odbiorczego oraz do uaktualniania współczynników pierwszego filtru (160) w odpowiedzi na pierwszy sygnał sterowania, pierwszy sumator (148) z pierwszym wejściem połączonym z wyjściem pierwszego filtru (160) i drugim wejściem odbioru kombinacji sygnałów kanału powrotnego i kanału echa odbiorczego, do odejmowania pierwszego szacowanego sygnału echa od sygnału kombinacyjnego i tworzenia pierwszego sygnału echa resztkowego, drugi filtr (158) z pierwszym wejściem odbioru sygnału kanału odbiorczego i drugim wejściem odbioru sygnału sterowania tego filtru, do generowania drugich współczynników filtru i drugiego sygnału echa oszacowanego na podstawie drugich współczynników filtru i sygnału kanału odbiorczego oraz do uaktualniania współczynników drugiego filtru (158) w odpowiedzi na drugi sygnał sterowania, drugi sumator (150) z pierwszym wejściem połączonym z wyjściem drugiego filtru (158) i drugim wejściem odbioru kombinacji sygnałów kanału powrotnego i kanału echa odbiorczego, do odejmowania drugiego szacowanego sygnału echa od sygnału kombinacyjnego i tworzenia drugiego sygnału echa resztkowego, oraz blok sterujący (152) zawierający pierwsze wejście odbioru sygnału kanału odbiorczego, drugie wejście odbioru kombinacji sygnałów kanału powrotnego i kanału echa odbiorczego, trzecie wejście odbioru pierwszego sygnału echa resztkowego połączone z wyjściem pierwszego sumatora (148), czwarte wejście odbioru drugiego sygnału echa resztkowego połączone z wyjściem drugiego sumatora (150), pierwsze wyjście pierwszego sygnału sterującego dołączone do pierwszego filtru (160) i drugie wyjście drugiego sygnału sterującego dołączone do drugiego filtru (158).
2. 2. Eliminator według zastrz. 1, znamienny tym, że blok sterujący (152) zawiera maszynę (180) stanu z wejściami sygnałów wejściowych i wyjściami pierwszego i drugiego sygnałów sterujących, do określania stanu sterowania zależnie od wartości sygnałów wejściowych, oraz dołączony do maszyny (180) stanu blok (186) zmiany progu adaptacji do wyznaczania wartości progowych i wprowadzania ich do maszyny (180) stanu, która określa stan sterowania zależnie od tych wartości progowych.
3. 3. Eliminator według zastrz. 2, znamienny tym, że maszyna (180) stanu stanowi blok wyznaczania pierwszego stanu sterowania, kiedy sygnał kanału odbiorczego jest wyższy niż zadany pierwszy poziom energetyczny a stan sterowaniajest pierwszym stanem sterowania, oraz generowania pierwszego sygnału sterującego i generowania drugiego sygnału sterującego, kiedy przynajmniej jeden pierwszy poziom stosunku energetycznego pierwszego sygnału echa resztkowego do sygnału kombinacyjnego oraz drugi poziom stosunku energetycznego drugiego sygnału echa resztkowego do sygnału kombinacyjnego przekracza pierwszy zadany poziom stosunku energetycznego.
4. 4. Eliminator według zastrz. 3, znamienny tym, że gdy maszyna (180) stanu znajduje się w pierwszym stanie sterowania, to blok (186) zmiany progu adaptacji stanowi blok wyznaczania pierwszego zadanego poziomu energetycznego przez określenie, czy drugi poziom stosunku energetycznego jest większy od sumy pierwszej wartości progowej i pierwszej zadanej wartości stałej, i jeżeli tale, ustawiania pierwszego zadanego względnego poziomu energetycznego na większą z dwóch wartości, albo pierwszą wartość progową, albo wartość różnicy drugiego poziomu stosunku energetycznego i zadanej wartości stałej, oraz, jeżeli drugi poziom stosunku energetycznego jest mniejszy od sumy pierwszej wartości progowej i pierwszej zadanej wartości stałej, ustawiania pierwszego zadanego względnego poziomu energetycznego na drugą zadaną wartość stałą, kiedy drugi poziom stosunku energetycznego jest mniejszy od różnicy między drugą zadaną wartością stalą i trzecią zadaną wartością stałą.
5. 5. Eliminator według zastrz. 2, znamienny tym, że maszyna (180) stanu stanowi blok wyznaczania drugiego stanu sterowania wskazującego, że wejściowy sygnał kanału powrotnego przewyższa drugi zadany poziom energetyczny, przy czym kiedy maszyna (180) stanu znajduje się w drugim stanie sterowania, wstrzymuje generację pierwszego i drugiego sygnałów sterujących.
6. 6. Eliminator według zastrz. 2, znamienny tym, że maszyna (180) stanu stanowi blok wyznaczania drugiego stanu sterowania wskazującego, że wejściowy sygnał kanału odbiorczego przewyższa pierwszy zadany poziom energetyczny a wejściowy sygnał kanału powrotnego przewyższa drugi zadany poziom energetyczny, przy czym kiedy maszyna (180) stanu znajduje się w drugim stanie sterowania, powoduje generację pierwszego sygnału sterującego.
7. 7. Eliminator według zastrz. 6, znamienny tym, że maszyna (180) stanu, znajdując się w drugim stanie sterowania, stanowi blok generacji pierwszego sygnału sterującego, kiedy stosunek energii sygnału kanału odbiorczego do energii sygnału kombinacyjnego jest większy od drugiego zadanego poziomu względnego.
8. 8. Eliminator według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera, dołączony do pierwszego sumatora (148) i bloku sterującego (152), wyjściowy obwód generacji sygnału szumu (1^<4,166,168), do generowania sygnału szumu zastępującego drugi sygnał echa resztkowego w kanale powrotnym w odpowiedzi na sygnał wyboru szumu, przy czym maszyna (180) stanu, znajdując się w pierwszym stanie sterowania, generuje sygnał wyboru szumu.
9. 9. Eliminator według zastrz. 8, znamienny tym, że maszyna (180) stanu, znajdując się w pierwszym stanie sterowania, stanowi blok generacji sygnału wyboru szumu, kiedy stosunek energii sygnału kanału odbiorczego do energii sygnału kombinacyjnegojest większy od drugiego zadanego poziomu względnego.
10. 10. Eliminator według zastrz. 9, znamienny tym, że maszyna (180) stanu stanowi blok wyznaczania drugiego stanu sterowania wskazującego, że sygnał kanału odbiorczego i wejściowy sygnał kanału powrotnego znajdują się poniżej, odpowiednio, drugiego i trzeciego zadanego poziomu energetycznego, przy czym kiedy maszyna (180) stanu znajdując się w drugim stanie sterowania wstrzymuje generację pierwszego i drugiego sygnałów, natomiast wyjściowy obwód generacji sygnału szumu (164, 166, 168) jest zbudowany z bloku (166) analizy szumu, do wykonywania, kiedy maszyna (180) stanu znajduje się w drugim stanie sterowania, liniowej kodowej analizy predykcyjnej drugiego sygnału echa resztkowego, i dołączonego do niego bloku (168) syntezy szumu, do syntetyzowania wyjściowego sygnału szumu reprezentującego drugi sygnał echa resztkowego, oraz ze sterowanego sygnałem wybierania szumu z maszyny (180) stanu przełącznika wyjściowego (164), do wprowadzania drugiego sygnału echa resztkowego do kanału powrotnego, dla dostarczania sygnału szumowego do kanału powrotnego w zamian drugiego sygnału echa resztkowego.