RU2722220C1 - Device for multichannel adaptive echo signal compensation - Google Patents

Device for multichannel adaptive echo signal compensation Download PDF

Info

Publication number
RU2722220C1
RU2722220C1 RU2019114359A RU2019114359A RU2722220C1 RU 2722220 C1 RU2722220 C1 RU 2722220C1 RU 2019114359 A RU2019114359 A RU 2019114359A RU 2019114359 A RU2019114359 A RU 2019114359A RU 2722220 C1 RU2722220 C1 RU 2722220C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
echo
signal
delay
compensation
signals
Prior art date
Application number
RU2019114359A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Анатольевич Белов
Юрий Анатольевич Кропотов
Александр Юрьевич Проскуряков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority to RU2019114359A priority Critical patent/RU2722220C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722220C1 publication Critical patent/RU2722220C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B3/00Line transmission systems
    • H04B3/02Details
    • H04B3/20Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other

Abstract

FIELD: acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to development of telecommunication systems for exchange of information by acoustic speech signals in conditions of external acoustic interference. Invention can be used in loudspeaker communication systems (LCS), in operational-command control telecommunication audio exchange systems characterized by presence of external acoustic noise - echo signals. To determine long-term echo parameters and number thereof, to determine the number of compensation channels, the compensation device calculates a cross-correlation function (CCF) of the digitized signal obtained at the output of the microphone, and reference signal of correlator obtained in frame generation unit and delays. By value of CCF and energy of reference signal Ruy(kT), Ruu(0), long-term echo parameters are estimated: estimation of echo delay
Figure 00000035
on kth delay interval and estimation of echo attenuation
Figure 00000036
relative to energy of reference signal of correlator, applying local extrema allocation algorithm in long-term parameters calculation unit. Long-term parameters are used to form an echo signal model for generating a reference signal of the Lth order adaptive filter of the kth channel. Adaptive echo compensation algorithm consists in formation of a matrix of a reference signal, correction of adaptive filter coefficients by an adaptation algorithm, correction of a matrix according to a minimized value of error estimation of echo delay - Δk, iterative minimization of error estimation of echo delay. When the minimized echo delay assessment error in the compensation device is the most complete compensation of the echo signal reflected with delay.
EFFECT: achieved technical result is increase in efficiency of echo-signals suppression in LCS telecommunication systems by criterion of level of compensation of reflected echo-signals, is provided by input to unit of compensation of unit from several adaptive filters, each of which provides compensation of echo signals only in its range of delays localized in the vicinity of the long-term delay parameter.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области вопросов создания систем связи обмена аудио информацией, относится к области создания систем телекоммуникаций обмена информацией акустическими речевыми сигналами в условиях внешних акустических помех. Изобретение может быть использовано в системах громкоговорящей связи, в оперативно-командных и управляющих телекоммуникационных системах аудиообмена.The invention relates to the field of creating communication systems for exchanging audio information, relates to the field of creating telecommunication systems for the exchange of information by acoustic speech signals under external acoustic noise. The invention can be used in speakerphone systems, in operational-command and control telecommunication audio exchange systems.

Обмен аудио информацией телекоммуникационными системами громкоговорящей связи (ГГС) характеризуется наличием внешних акустических помех и акустических помех - эхо-сигналов. Поэтому при проектировании телекоммуникационных систем ГГС имеет место задача создания алгоритмов подавления акустических помех и компенсации акустических эхо-сигналов.The exchange of audio information by telecommunication systems of loud-speaking communication (GHS) is characterized by the presence of external acoustic noise and acoustic noise - echo signals. Therefore, in the design of GHS telecommunication systems, the task is to create algorithms for suppressing acoustic noise and compensating for acoustic echo signals.

Известен ряд патентов по решению проблемы подавления помех вида эхо-сигналы. Так в соответствии с патентом на изобретение №2495506 (13) С2 известно «Устройство и способ расчета параметров управления фильтра эхоподавления и устройство и способ расчета величины задержки» [1].A number of patents are known for solving the problem of suppressing interference of the form of echo signals. So in accordance with the patent for the invention No. 2495506 (13) C2 it is known "Device and method for calculating the control parameters of the echo cancellation filter and device and method for calculating the delay value" [1].

Изобретение относится к устройствам и способам расчета параметров управления заграждающим фильтром. Техническим результатом является улучшение качества звучания акустических систем за счет подавления отраженных сигналов пропорционально уровню шумов. Устройство для расчета параметров управления фильтром подавления шума, предназначенное для фильтрования второго аудиосигнала с целью устранения эхосигнала на основании первого аудиосигнала, включает в себя вычислитель, имеющий в своей конструкции определитель значения для вычисления, по меньшей мере, одного энергопоказателя для полосового сигнала, по меньшей мере, двух последовательных во времени блоков данных, по меньшей мере, одного сигнала из группы сигналов. Вычислитель также включает в себя определитель среднего значения для определения, по меньшей мере, одного среднего значения, по меньшей мере, одного рассчитанного энергопоказателя для полосового сигнала. Вычислитель также включает в себя модификатор для корректировки, по меньшей мере, одного энергопоказателя для полосового сигнала на базе рассчитанного среднего значения для полосового сигнала. Вычислитель также включает в себя устройство расчета параметров управления (270) для фильтра подавления (210) на базе, по меньшей мере, одного скорректированного энергопоказателя.The invention relates to devices and methods for calculating control parameters of a blocking filter. The technical result is to improve the sound quality of acoustic systems by suppressing the reflected signals in proportion to the noise level. A device for calculating control parameters of a noise reduction filter for filtering a second audio signal in order to eliminate an echo signal based on a first audio signal includes a calculator having in its construction a determinant of value for calculating at least one energy indicator for a band signal, at least , two consecutive in time data blocks of at least one signal from a group of signals. The calculator also includes an average value determiner for determining at least one average value of at least one calculated energy indicator for the band signal. The calculator also includes a modifier for adjusting at least one energy indicator for the strip signal based on the calculated average value for the strip signal. The calculator also includes a control parameter calculator (270) for the suppression filter (210) based on at least one adjusted energy indicator.

Основными причинами, препятствующими достижению поставленного в представленном патенте результата, является то, что присутствие стационарных или квазистационарных помех и шумов в сигнале микрофона в таких случаях может существенно влиять на получаемое качество звучания системы в целом.The main reasons hindering the achievement of the result set out in the presented patent is that the presence of stationary or quasi-stationary interference and noise in the microphone signal in such cases can significantly affect the resulting sound quality of the system as a whole.

В соответствии с патентом на изобретение RU 2520359 (13) С2 известно «Устройство подавления акустического эха и фронтальное устройство конференцсвязи» [2].In accordance with the patent for invention RU 2520359 (13) C2, it is known “Acoustic Echo Cancellation Device and Front-End Conferencing Device” [2].

Изобретение относится к средствам подавления акустического эха. Технический результат заключается в снижении вычислительной сложности и увеличении эффективности процесса подавления акустического эха. Акустический эхоподавитель включает в себя средство входного интерфейса для извлечения даунмикс-сигнала из входного сигнала, содержащего даунмикс и служебную параметрическую информацию, которые в совокупности представляют многоканальный сигнал; также включает в себя вычислитель для расчета коэффициентов пропускания адаптивного фильтра на основе даунмикс-сигнала и микрофонного сигнала или сигнала, производного от микрофонного сигнала; и адаптивный фильтр микрофонного сигнала или сигнала, производного от микрофонного сигнала, использующий заданные ему коэффициенты пропускания для подавления эха, возбуждаемого многоканальным сигналом в микрофонном сигнале.The invention relates to acoustic echo suppression means. The technical result consists in reducing computational complexity and increasing the efficiency of the acoustic echo cancellation process. The acoustic echo canceller includes an input interface means for extracting a downmix signal from an input signal containing downmix and overhead parametric information, which together represent a multi-channel signal; also includes a calculator for calculating the transmittance of the adaptive filter based on the downmix signal and the microphone signal or a signal derived from the microphone signal; and an adaptive filter of the microphone signal or a signal derived from the microphone signal, using the specified transmittance for suppressing the echo excited by the multi-channel signal in the microphone signal.

В рассматриваемое устройство не включен многоканальный кодер, предназначенный для кодирования множества входных аудиосигналов с последующим преобразованием в даунмикс-сигнал и сопровождающую его служебную параметрическую информацию, которые совокупно вмещают в себя множество входных аудиосигналов, одним из которых является микрофонный сигнал, по меньшей мере, от одного микрофонного блока. По этой причине не предусматривается получение сигнала понижающего микширования как производного от сигнала микрофона, что снижает качество обработки передаваемых данных.The device in question does not include a multichannel encoder designed to encode multiple input audio signals with subsequent conversion into a downmix signal and its accompanying parameter information, which together contain many input audio signals, one of which is a microphone signal from at least one microphone unit. For this reason, it is not intended to obtain a down-mix signal as a derivative of the microphone signal, which reduces the quality of processing of the transmitted data.

В соответствии с патентом на полезную модель №148617 (13) U1 известен «Адаптивный инвариантный эхокомпенсатор» [3].In accordance with the patent for utility model No. 148617 (13) U1, “Adaptive invariant echo canceller” is known [3].

Предлагаемая полезная модель относится к области электросвязи и может быть использована при модернизации существующих и разработки новых дуплексных систем передачи информации.The proposed utility model relates to the field of telecommunications and can be used to upgrade existing and develop new duplex information transmission systems.

В этой модели осуществляется непрерывное оценивание и формирование компенсирующих сигналов и вычитание их из суммы принимаемых и компенсируемых эхосигналов, что и обеспечивает адаптивность инвариантного эхокомпенсатора.This model continuously evaluates and generates compensating signals and subtracts them from the sum of the received and compensated echo signals, which ensures the adaptability of the invariant echo canceller.

Сруктурная схема адаптивного инвариантного эхокомпенсатора состоит из контура вычисления управляющих сигналов, двух контуров эхокомпенсации и модуля адаптации.The structural diagram of an adaptive invariant echo canceller consists of a control signal calculation loop, two echo compensation loops, and an adaptation module.

Принцип работы этой схемы предполагает этап обучения, во время которого сигналы от противоположной стороны должны отсутствовать, а передатчик передает обучающий сигнал единичной амплитуды, записываемый в блок памяти, а отклик эхотракта на него - во второй блок памяти.The principle of operation of this circuit involves a training phase, during which signals from the opposite side should be absent, and the transmitter transmits a training signal of unit amplitude recorded in the memory unit, and the echo path response to it is sent to the second memory unit.

В режиме передачи сообщений временные отсчеты передаваемых сигналов через ключ поступают на вход блока памяти, где хранятся в течение временного интервала дискретизации, и на первый вход делителя, который вычисляет управляющий сигнал, равный отношению двух временных отсчетов сигнала передатчика, передаваемых в данный и предыдущий моменты времени. В следствие свойства инвариантности - сохранения величины такого же отношения для соответствующих отсчетов эхосигнала на выходе дифференциальной системы (т.е. на выходе паразитного эхотракта) - умножение посредствам умножителя эха от предыдущего отсчета передаваемого сигнала, хранящегося во втором блоке памяти, на управляющий сигнал дает величину эха от передаваемого в данный момент отсчета сигнала передатчика. При вычитании с помощью вычитателя рассчитанной таким образом величины эха из суммы реального эха и принимаемого сигнала осуществляется компенсация эха первым контуром эхокомпенсатора.In the message transmission mode, the time samples of the transmitted signals through the key are fed to the input of the memory block, where they are stored during the sampling time interval, and to the first input of the divider, which calculates the control signal equal to the ratio of the two time samples of the transmitter signal transmitted at the current and previous times . Due to the invariance property — maintaining the same ratio for the corresponding samples of the echo signal at the output of the differential system (i.e., at the output of the parasitic echo path) —the multiplication of the transmitted signal stored in the second memory block by the echo multiplier by the control signal gives the value echo from the currently transmitted transmitter signal. When subtracting the echo value calculated in this way from the sum of the real echo and the received signal, the echo is compensated by the first echo canceller circuit.

Однако первый контур, устраняя сигналы эха, одновременно изменяет структуру принимаемых сигналов. Для ее восстановления служит второй (нижний) контур, который имеет зеркальную структуру, состоящую из сумматора, умножителя, блока памяти.However, the first circuit, eliminating the echo signals, simultaneously changes the structure of the received signals. To restore it, a second (lower) circuit is used, which has a mirror structure consisting of an adder, a multiplier, a memory block.

В результате изменения частотно-временных характеристик используемого канала связи после этапа обучения происходит разбалансировка дифференциальной системы, в результате чего во втором контуре возникают эхосигналы, повторяющие с точностью до неизвестного множителя форму передаваемых сигналов. Для устранения возникших эхосигналов используется модуль адаптации, содержащий делитель, интегратор, делитель, умножитель, вычитатель. При этом посредством делителя, интегратора и делителя происходит вычисление оценки величины.As a result of changing the time-frequency characteristics of the used communication channel after the training stage, the differential system is unbalanced, as a result of which echo signals appear in the second circuit, repeating the shape of the transmitted signals, accurate to an unknown factor. To eliminate the arisen echoes, an adaptation module is used, containing a divider, integrator, divider, multiplier, and subtractor. In this case, by means of a divider, an integrator and a divider, a value estimate is calculated.

Недостатком адаптивного инвариантного эхокомпенсатора является наличие погрешности эхокомпенсации, обусловленной помехами, поступающими на вход эхокомпенсатора из канала связи.The disadvantage of an adaptive invariant echo canceller is the presence of an echo cancellation error due to interference coming to the input of the echo canceller from the communication channel.

В соответствии с патентом на полезную модель №168793 (13) U1 известен «Корреляционный адаптивный инвариантный эхокомпенсатор» [4].In accordance with the patent for utility model No. 168793 (13) U1, “Correlation adaptive invariant echo canceller” is known [4].

Полезная модель относится к электросвязи и может быть использована при модернизации существующих и создании новых дуплексных систем передачи информации.The utility model relates to telecommunications and can be used to upgrade existing and create new duplex information transmission systems.

Целью полезной модели является повышение точности компенсации эхосигналов, вносимых собственным передатчиком в принимаемый сигнал, при разбалансировки дифференциальной системы и воздействии помех. Для этого предлагается ввести в схему адаптивного инвариантного эхокомпенсатора дополнительные блоки, которые обнаруживают, вычисляют и устраняют эхосигналы, возникающие в следствие разбалансировки дифференциальной системы и воздействия помех. Устройство обнаруживает, вычисляет и устраняет возникающие из-за разбалансировки дифференциальной системы эхосигналы, благодаря их сходству с передаваемыми сигналами, а повышение точности эхокомпенсации обеспечивается за счет замены процедуры деления суммы принимаемых сигналов, помехи и эхосигналов на передаваемые сигналы на процедуру вычисления величины корреляции этой суммы с передаваемыми сигналами. При изменении параметров канала связи и возникновении при этом разбалансировки дифференциальной системы, а также при одновременном воздействии из канала помехи n(t), на выходе второго контура эхокомпенсатора, а именно, на выходе блока памяти БП3 появится сигнал совокупной погрешности эхокомпенсации ΔSэк(t): ΔSэк(t)=kSпер(t)+n(t), где k - изменение коэффициента передела эхотракта, возникшее в следствие разбалансировки дифференциальной системы. Уменьшение погрешности эхокомпенсации ΔSэк(t) осуществляется выполнением операций, реализуемых в модуле адаптации.The purpose of the utility model is to increase the accuracy of compensation of echo signals introduced by the own transmitter into the received signal, when the differential system is unbalanced and the noise is affected. To this end, it is proposed to introduce additional blocks into the adaptive invariant echo canceller circuit that detect, calculate and eliminate echo signals arising from the imbalance of the differential system and the effects of interference. The device detects, calculates and eliminates echoes due to the imbalance of the differential system due to their similarity with the transmitted signals, and increasing the accuracy of echo cancellation is ensured by replacing the procedure for dividing the sum of the received signals, noise and echo signals with the transmitted signals by the procedure for calculating the correlation value of this sum with transmitted signals. When changing the parameters of the communication channel and when the differential system is unbalanced, and when the noise channel n (t) is simultaneously exposed from the channel, the output of the second echo canceller circuit, namely, at the output of the BP3 memory block, the signal of the total error of echo cancellation ΔSэк (t) appears: ΔSek (t) = kSper (t) + n (t), where k is the change in the echo path redistribution coefficient resulting from the imbalance of the differential system. The reduction of the echo cancellation error ΔSec (t) is carried out by performing operations implemented in the adaptation module.

Основными причинами, препятствующими достижению поставленного в представленном патенте результата, является то, что вышеуказанная система не обеспечивает достаточную точность компенсации для целей оперативно-командных телекоммуникационных систем связи.The main reasons hindering the achievement of the result set in the presented patent is that the above system does not provide sufficient compensation accuracy for the purposes of operational-command telecommunication communication systems.

Компенсация акустических эхо-сигналов - это один из методов подавления такого вида внешних помех в системах телекоммуникаций ГГС. Сложность решения этой задачи во многом зависит от значений задержки эха. Если задержки в каналах распространения эха достигают величины порядка 0,5 с и больше, то задача усложняется требованиями, предъявляемыми к порядку адаптивного фильтра в составе эхо-компенсатора, который в этом случае должен иметь несколько тысяч отводов. Усложнение в этом случае обусловлено, в первую очередь, проблемой устойчивости и низкой скоростью сходимости таких фильтров.Acoustic echo cancellation compensation is one of the methods of suppressing this type of external interference in GHS telecommunication systems. The complexity of solving this problem largely depends on the values of the echo delay. If the delays in the echo propagation channels reach values of the order of 0.5 s or more, the task is complicated by the requirements for the adaptive filter order as part of the echo canceller, which in this case should have several thousand taps. The complication in this case is due, first of all, to the stability problem and the low rate of convergence of such filters.

Решить проблему устойчивости и низкой скорости сходимости фильтров можно, если ввести блок адаптивных фильтров, каждый из которых обеспечивает компенсацию только в своем диапазоне задержек, локализованных в окрестности некоторого характерного значения. При этом эхо-сигналы на различных интервалах задержек считаются взаимно некоррелированными. В результате число отводов этих фильтров уменьшается до двух-трех сотен, число интервалов локализованных задержек также уменьшается и находится в пределах нескольких единиц (от 1 до 3), таким образом, по суммарному числу отводов блока компенсации имеет место заметный выигрыш.The stability and low convergence rate of filters can be solved by introducing a block of adaptive filters, each of which provides compensation only in its own range of delays localized in the vicinity of a certain characteristic value. In this case, echo signals at various delay intervals are considered mutually uncorrelated. As a result, the number of taps of these filters decreases to two to three hundred, the number of intervals of localized delays also decreases and is within a few units (from 1 to 3), thus, a noticeable gain occurs in the total number of taps of the compensation unit.

Схема адаптивного фильтра порядка L приведена на фиг. 1, на которой переменная

Figure 00000001
обозначает оценку задержки эха в k-канале,
Figure 00000002
- коэффициент, учитывающий оценку затухания в указанном канале и L - порядок фильтра, который устанавливается четным числом, х(n)=u0(n)+y(n) оцифрованный сигнал на микрофонном выходе.An adaptive filter circuit of order L is shown in FIG. 1 on which the variable
Figure 00000001
denotes an estimate of the echo delay in the k-channel,
Figure 00000002
is the coefficient taking into account the attenuation estimate in the indicated channel and L is the order of the filter, which is set by an even number, x (n) = u 0 (n) + y (n) the digitized signal at the microphone output.

Структурная схема устройства многоканальной адаптивной компенсации эхо-сигналов представлена на фиг. 2. В соответствии со схемой на фиг. 2, оцифрованный сигнал на микрофонном выходе в виде х(n)=u0(n)+y(n-D), состоящий из полезного сигнала u0(n) и эхо-сигнала y(n-D), подается на сумматор и на блок вычисления взаимной корреляционной функции (ВКФ) в виде Ruy(kT). По вычисленной ВКФ осуществляется оценивание долговременных параметров задержки

Figure 00000003
и затухания
Figure 00000004
эхо-сигнала в k-канале.A block diagram of a multi-channel adaptive echo cancellation device is shown in FIG. 2. In accordance with the circuit of FIG. 2, the digitized signal at the microphone output in the form x (n) = u 0 (n) + y (nD), consisting of the useful signal u 0 (n) and the echo signal y (nD), is fed to the adder and to the calculation unit mutual correlation function (VKF) in the form of R uy (kT). Based on the calculated VKF, the long-term delay parameters are evaluated
Figure 00000003
and attenuation
Figure 00000004
echo in the k-channel.

При этом алгоритм оценивания долговременных параметров включает следующие шаги [5]:Moreover, the algorithm for estimating long-term parameters includes the following steps [5]:

1. Оценивание взаимной корреляции в виде

Figure 00000005
1. Estimation of cross-correlation in the form
Figure 00000005

2. Вычисление энергии сигнала u0(n), в соответствии с выражением вида2. The calculation of the signal energy u 0 (n), in accordance with the expression of the form

Figure 00000006
Figure 00000006

3. Выделение локальных экстремумов3. The allocation of local extremes

Если

Figure 00000007
и
Figure 00000008
тогда
Figure 00000009
If
Figure 00000007
and
Figure 00000008
then
Figure 00000009

4. Оценивание долговременных параметров каналов эха4. Evaluation of the long-term parameters of the echo channels

4.1. Оценивание затухания, если

Figure 00000010
тогда
Figure 00000011
где β - порог, определяемый дисперсией шума в канале в виде β=mσ2, m∈{2÷3}, [5].4.1. Estimation of attenuation if
Figure 00000010
then
Figure 00000011
where β is the threshold determined by the dispersion of noise in the channel in the form β = mσ 2 , m∈ {2 ÷ 3}, [5].

4.2. Оценивание значимой величины задержки. Если а=а k, тогда

Figure 00000012
4.2. Estimation of a significant amount of delay. If a = a k , then
Figure 00000012

Полученные параметры подаются на блоки формирования опорной модели эхо-сигналов, в которой учитываются оценки задержки эха при формировании кадров и оценки затухания эха относительно начального уровня излученного сигнала. Сформированная модель эхо-сигнала образует опорный сигнал адаптивного фильтра L-того порядка, который подается на его вход. Алгоритм адаптивной компенсации эхо-сигналов при этом включает следующие шаги:The obtained parameters are fed to the blocks of the formation of the reference model of the echo signals, which take into account the estimates of the echo delay during the formation of frames and estimates of the echo attenuation relative to the initial level of the emitted signal. The generated model of the echo signal forms the reference signal of the adaptive filter of the L order of the order, which is fed to its input. The adaptive echo cancellation algorithm includes the following steps:

1. Формирование опорного сигнала адаптивного фильтра1. The formation of the reference signal adaptive filter

Figure 00000013
Figure 00000013

2. Формирование матрицы U(n)=(h1u(n)h2u(n-1) … hLu(n-L)),

Figure 00000014
2. The formation of the matrix U (n) = (h 1 u (n) h 2 u (n-1) ... h L u (nL)),
Figure 00000014

3. Коррекция коэффициентов адаптивного фильтра в соответствии с правилом вида,3. Correction of adaptive filter coefficients in accordance with the rule of the form,

Figure 00000015
Figure 00000015

где

Figure 00000016
Where
Figure 00000016

4. Коррекция матрицы:4. Correction matrix:

- если Δk>0, тогда

Figure 00000017
- if Δ k > 0, then
Figure 00000017

- если Δk<0, тогда

Figure 00000018
- if Δ k <0, then
Figure 00000018

- если Δk=0, тогда

Figure 00000019
- if Δ k = 0, then
Figure 00000019

5. Коррекция номера итерации n=n+1.5. Correction of the iteration number n = n + 1.

6. Безусловный переход к шагу 1.6. Unconditional transition to step 1.

Таким образом, сигнал с выхода адаптивного фильтра после коррекции матрицы поступает на сумматор, обеспечивая компенсацию эхо-сигнала до уровня ошибки оценивания

Figure 00000020
Thus, the signal from the output of the adaptive filter after matrix correction is fed to the adder, providing compensation of the echo signal to the level of estimation error
Figure 00000020

Исследования определения долговременных параметров проводились моделированием программными средствами в среде Matlab.Investigations of the determination of long-term parameters were carried out by modeling software in the Matlab environment.

В качестве модели сигнала использовалась сумма одних и тех же фрагментов речевого сигнала с разными задержками и затуханиями. Исходный отрезок модели сигнала приведен на фиг. 3, отрезок модели, характеризующийся наличием фрагментов, имитирующих эхо-сигналы, приведен на фиг. 4. Вычисление ВКФ функции производилось по формуле п. 1 в алгоритме оценивания долговременных параметров.As a signal model, the sum of the same fragments of the speech signal with different delays and attenuations was used. The initial segment of the signal model is shown in FIG. 3, a segment of a model characterized by the presence of fragments simulating echo signals is shown in FIG. 4. The calculation of the WKF function was carried out according to the formula of claim 1 in the algorithm for estimating long-term parameters.

На фиг. 5 представлен результат исследований нормированной ВКФ модели речевого сигнала в зависимости от задержки nT модели эхо-сигналов, который иллюстрирует применение метода корреляционно-экстремального оценивания долговременных параметров отраженных эхо-сигналов при разработке алгоритмов эхокомпенсации в системах телекоммуникаций аудиообмена [6, 7].In FIG. Figure 5 presents the result of studying the normalized WKF model of the speech signal depending on the delay of the nT echo signal model, which illustrates the application of the method of correlation-extreme estimation of long-term parameters of reflected echo signals in the development of echo cancellation algorithms in audio communication telecommunication systems [6, 7].

При исследованиях моделированием степени компенсации эхо-сигналов устройством многоканальной адаптивной компенсации в соответствии со структурной схемой на фиг. 2. Оценка уровня компенсации эхо-сигнала представлена гистограммой полученных значений компенсации на фиг. 6, из которой видно, что степень компенсации эхо-сигнала находится в пределах от 6 до 8,2 дБ. При этом максимум распределения уровня компенсации находится в окрестности 7,5 дБ.In studies simulating the degree of echo cancellation compensation by a multi-channel adaptive compensation device in accordance with the block diagram of FIG. 2. An estimate of the echo compensation level is represented by a histogram of the obtained compensation values in FIG. 6, which shows that the degree of compensation of the echo signal is in the range from 6 to 8.2 dB. Moreover, the maximum distribution of the compensation level is in the vicinity of 7.5 dB.

Динамика настройки устройства многоканальной адаптивной компенсации эха приведена на фиг 7а. (кривая 2). Среднее время настройки можно при этом оценить в пределах от 0,2 до 0,4 секунд.The dynamics of the settings of the device multi-channel adaptive echo cancellation is shown in Fig 7A. (curve 2). The average setup time can be estimated in the range from 0.2 to 0.4 seconds.

Повышение скорости настройки устройства многоканальной адаптивной компенсации эха подтверждается результатами экспериментального исследования зависимости времени настройки адаптивного фильтра от числа настраиваемых коэффициентов, которые представлены на фиг. 7б. Из фиг. 7б видно, что время настройки адаптивного фильтра в устройстве многоканальной адаптивной компенсации эха с оцениванием долговременных параметров сокращается более чем в два раза по сравнению со временем настройки эхо-компенсатора с адаптивным фильтром с числом настраиваемых коэффициентов L>1000.The increase in the tuning speed of the multi-channel adaptive echo cancellation device is confirmed by the results of an experimental study of the dependence of the adaptive filter tuning time on the number of adjustable coefficients, which are presented in FIG. 7b. From FIG. 7b it can be seen that the setup time of the adaptive filter in the multi-channel adaptive echo cancellation device with the evaluation of long-term parameters is reduced by more than two times compared to the setup time of the echo canceller with an adaptive filter with the number of adjustable coefficients L> 1000.

Таким образом, в представленном устройстве многоканальной адаптивной компенсации эха увеличена скорость настройки адаптивных фильтров более чем в два раза по сравнению со скоростью настройки в известных эхо-компенсаторах, увеличена степень компенсации эхо-сигналов до -6÷-8 дБ, что на 1-4 дБ больше по сравнению с известными результатами.Thus, in the presented device of multi-channel adaptive echo cancellation, the tuning speed of adaptive filters is more than doubled compared to the tuning speed in known echo cancellers, the degree of compensation of echo signals is increased to -6 ÷ -8 dB, which is 1-4 dB more compared to the known results.

Технический результат изобретения заключается:The technical result of the invention is:

- в минимизации ошибки оценивания задержки в k-ом канале по данным в пределах конечного временного окна, за счет итерационной коррекции коэффициентов настройки адаптивных фильтров эхо-компенсатора, а также за счет уменьшения числа отводов вышеуказанных фильтров и увеличения скорости настройки;- to minimize the error in estimating the delay in the k-th channel according to the data within the final time window, due to iterative correction of the coefficients of adaptive filters of the echo canceller, as well as by reducing the number of taps of the above filters and increasing the tuning speed;

- введении в устройство многоканальной адаптивной компенсации эха, разработанного на основе метода корреляционно-экстремального оценивания долговременных параметров, алгоритма оценивания долговременных параметров модели акустических эхо-сигналов, что позволило создание многоканального алгоритма эхокомпенсатора с уменьшенным числом каналов компенсации, равным числу выделенных каналов эхо-сигналов со значимыми долговременными задержками;- introducing into the device multi-channel adaptive echo cancellation, developed on the basis of the method of correlation-extreme estimation of long-term parameters, an algorithm for estimating long-term parameters of the acoustic echo signal model, which allowed the creation of a multi-channel echo canceller algorithm with a reduced number of compensation channels equal to the number of allocated echo channels with significant long-term delays;

- также технический результат заключается в повышении эффективности функционирования телекоммуникационных систем аудиообмена и ГГС в условиях интенсивного воздействия внешних акустических помех - эхо-сигналов.- also the technical result is to increase the efficiency of the telecommunication systems of audio exchange and HGS in the conditions of intensive exposure to external acoustic noise - echo signals.

Таким образом, предложенная структурная схема на фиг. 2 реализации способа многоканальной адаптивной компенсации эхо-сигналов обеспечивает возможность более эффективной передачи информации в системах телекоммуникаций аудиообмена, в системах ГГС.Thus, the proposed block diagram in FIG. 2 implementation of the method of multi-channel adaptive compensation of echo signals provides the possibility of more efficient transmission of information in telecommunication systems, audio exchange, in GHS systems.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Патент РФ №№2495506 (13) С2 (МПК G10L 21/02 (2013.01), Н04М 9/08 (2006.01), G11B 20/24 (2006.01)). Опубликован 10.10.2013. Бюл. №28.1. RF patent No. 2495506 (13) C2 (IPC G10L 21/02 (2013.01), Н04М 9/08 (2006.01), G11B 20/24 (2006.01)). Published 10/10/2013. Bull. No. 28.

2. Патент РФ №2520359 (13) С2 (МПК G10L 21/02 (2013.01), Н04М 9/08 (2006.01) Опубликован 20.06.2014. Бюл. 17.2. RF patent No. 2520359 (13) C2 (IPC G10L 21/02 (2013.01), Н04М 9/08 (2006.01) Published on June 20, 2014. Bull.

3. Патент РФ №148617 (13) U1 (МПК Н04В 3/20 (2006.01)). Опубликован 10.12.2014. Бюл. №34.3. RF patent No. 148617 (13) U1 (IPC Н04В 3/20 (2006.01)). Published December 10, 2014. Bull. Number 34.

4. Патент РФ №168793 (13) U1 (МПК Н04В 3/20 (2006.01) Опубликован 21.02.2017. Бюл. №6.4. RF patent No. 168793 (13) U1 (IPC Н04В 3/20 (2006.01). Published on 02.21.2017. Bull. No. 6.

5. Ермолаев В.А., Кропотов Ю.А. О корреляционном оценивании параметров моделей акустических эхо-сигналов // Вопросы радиоэлектроники. 2010. Т. 1. №1. С. 46-50.5. Ermolaev V.A., Kropotov Yu.A. On correlation estimation of parameters of models of acoustic echo signals // Problems of Radioelectronics. 2010. T. 1. No. 1. S. 46-50.

6. Kropotov Y.A., Belov А.А. Method of correlation-extreme parameter estimation of acoustic echoes in telecommunication audio exchange systems. 2015 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2015 - Proceedings. 7147108.6. Kropotov Y.A., Belov A.A. Method of correlation-extreme parameter estimation of acoustic echoes in telecommunication audio exchange systems. 2015 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2015 - Proceedings. 7147108.

7. Кропотов Ю.А., Ермолаев В.А. Моделирование и методы исследований акустических сигналов, шумов и помех в системах телекоммуникаций: моногр. - М. - Берлин: Директ-Медиа, 2016. - 256 с.7. Kropotov Yu.A., Ermolaev V.A. Modeling and research methods of acoustic signals, noise and interference in telecommunication systems: monograph. - M. - Berlin: Direct Media, 2016 .-- 256 p.

Claims (1)

Устройство многоканальной адаптивной компенсации эхо-сигналов в системах телекоммуникаций обмена информацией речевыми сигналами в системах громкоговорящей связи в оперативно-командных и информационно-управляющих телекоммуникационных системах аудиообмена, содержащее сумматор, на первый вход которого подается оцифрованный сигнал с выхода микрофона, состоящий из полезного сигнала и эхо-сигнала, одновременно этот же сигнал с выхода микрофона подается на первый вход блока вычисления взаимной корреляционной функции (ВКФ), на второй вход блока вычисления ВКФ подаются задержанные кадры речевого сигнала с выхода блока формирования кадров и задержки, вычисленная ВКФ подается на блок вычисления значения ВКФ при k=0 и на блок вычисления оценок долговременных параметров эха, вычисленные оценки параметров эха, оценка значения затухания эха
Figure 00000021
и оценка значения задержки эха
Figure 00000022
подаются на блок формирования опорного сигнала адаптивного фильтра, в котором формируется опорный сигнал адаптивного фильтра в виде модели эхо-сигналов с введенными в нее оценкой затухания эха и оценкой задержки эха и начальной задержки
Figure 00000023
где L - порядок адаптивного фильтра, выходной опорный сигнал адаптивного фильтра подается на первый вход адаптивного фильтра, на второй вход адаптивного фильтра подается с выхода сумматора сигнал ошибки оценивания задержки эха
Figure 00000024
с выхода адаптивного фильтра сформированная оценка эха с учетом минимизированной ошибки оценивания задержки эха умножается на коэффициент i=-1 и подается на второй вход сумматора устройства адаптивной компенсации, с выхода сумматора получен очищенный от эхо-сигнала в k-м канале речевой сигнал, который после усиления подается на громкоговорящее устройство.
A device for multi-channel adaptive compensation of echo signals in telecommunication systems for the exchange of information by voice signals in loud-speaking communication systems in operational-command and information-control telecommunication audio-exchange systems containing an adder, the first input of which is a digitized signal from the microphone output, consisting of a useful signal and an echo -signal, at the same time the same signal from the microphone output is fed to the first input of the mutual correlation function calculation unit (VKF), delayed frames of the speech signal from the output of the frame formation and delay unit are fed to the second input of the VKF calculation unit, the calculated VKF is fed to the VKF value calculation unit at k = 0 and to the unit for calculating the estimates of long-term echo parameters, the calculated estimates of the echo parameters, the estimate of the value of the echo attenuation
Figure 00000021
and estimation of echo delay value
Figure 00000022
fed to the adaptive filter reference signal generating unit, in which the adaptive filter reference signal is generated in the form of an echo signal model with an estimate of the echo attenuation and an estimate of the echo delay and the initial delay
Figure 00000023
where L is the order of the adaptive filter, the output reference signal of the adaptive filter is supplied to the first input of the adaptive filter, the error signal of estimation of the delay echo is fed from the adder output to the second input of the adaptive filter
Figure 00000024
from the output of the adaptive filter, the generated echo estimate, taking into account the minimized error in estimating the delay of the echo, is multiplied by a coefficient i = -1 and fed to the second input of the adder of the adaptive compensation device; from the output of the adder, a speech signal cleared of the echo signal in gain is fed to the speakerphone.
RU2019114359A 2019-05-07 2019-05-07 Device for multichannel adaptive echo signal compensation RU2722220C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114359A RU2722220C1 (en) 2019-05-07 2019-05-07 Device for multichannel adaptive echo signal compensation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114359A RU2722220C1 (en) 2019-05-07 2019-05-07 Device for multichannel adaptive echo signal compensation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722220C1 true RU2722220C1 (en) 2020-05-28

Family

ID=71067569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019114359A RU2722220C1 (en) 2019-05-07 2019-05-07 Device for multichannel adaptive echo signal compensation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722220C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003061344A2 (en) * 2002-01-17 2003-07-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multichannel echo canceller system using active audio matrix coefficients
WO2006111370A1 (en) * 2005-04-19 2006-10-26 Epfl (Ecole Polytechnique Federale De Lausanne) A method and device for removing echo in a multi-channel audio signal
RU2520359C2 (en) * 2009-04-15 2014-06-20 Фраунхофер-Гезелльшафт цур Фёрдерунг дер ангевандтен Форшунг Е.Ф. Acoustic echo suppressing device and front-end conference call device
RU168793U1 (en) * 2016-06-16 2017-02-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) CORRELATION ADAPTIVE INVARIANT ECHO COMPENSATOR

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003061344A2 (en) * 2002-01-17 2003-07-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multichannel echo canceller system using active audio matrix coefficients
WO2006111370A1 (en) * 2005-04-19 2006-10-26 Epfl (Ecole Polytechnique Federale De Lausanne) A method and device for removing echo in a multi-channel audio signal
RU2520359C2 (en) * 2009-04-15 2014-06-20 Фраунхофер-Гезелльшафт цур Фёрдерунг дер ангевандтен Форшунг Е.Ф. Acoustic echo suppressing device and front-end conference call device
RU168793U1 (en) * 2016-06-16 2017-02-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) CORRELATION ADAPTIVE INVARIANT ECHO COMPENSATOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gustafsson et al. A psychoacoustic approach to combined acoustic echo cancellation and noise reduction
RU2495506C2 (en) Apparatus and method of calculating control parameters of echo suppression filter and apparatus and method of calculating delay value
US8355511B2 (en) System and method for envelope-based acoustic echo cancellation
US9768829B2 (en) Methods for processing audio signals and circuit arrangements therefor
CN101964670B (en) Echo suppression method and apparatus thereof
US7062040B2 (en) Suppression of echo signals and the like
US9386373B2 (en) System and method for estimating a reverberation time
JP5284475B2 (en) Method for determining updated filter coefficients of an adaptive filter adapted by an LMS algorithm with pre-whitening
US8472616B1 (en) Self calibration of envelope-based acoustic echo cancellation
US8644522B2 (en) Method and system for modeling external volume changes within an acoustic echo canceller
US8761410B1 (en) Systems and methods for multi-channel dereverberation
US20040264610A1 (en) Interference cancelling method and system for multisensor antenna
JP2000512832A (en) Multi-channel acoustic echo canceling method and multi-channel acoustic echo canceling apparatus
US5912966A (en) Enhanced echo canceller for digital cellular application
CN108172231A (en) A kind of dereverberation method and system based on Kalman filtering
Park et al. Integrated echo and noise canceler for hands-free applications
CN111213359B (en) Echo canceller and method for echo canceller
US6834108B1 (en) Method for improving acoustic noise attenuation in hand-free devices
JP3507020B2 (en) Echo suppression method, echo suppression device, and echo suppression program storage medium
CN111755020B (en) Stereo echo cancellation method
EP2716023B1 (en) Control of adaptation step size and suppression gain in acoustic echo control
RU2722220C1 (en) Device for multichannel adaptive echo signal compensation
US7711107B1 (en) Perceptual masking of residual echo
JP3673727B2 (en) Reverberation elimination method, apparatus thereof, program thereof, and recording medium thereof
CN111883155B (en) Echo cancellation method, device and storage medium