SE513672C2 - Metod och appparat för undertryckning av eko - Google Patents

Description

15 20 25 30 513 672 2 traditionella telefonnätet med relativt dyrbar och beräkningsintensiv utrustning och metoder. Metoderna innebär till exempel filtrering av ljudet vilket kräver relativt mycket processorkraft. För att kunna minimera kostnaderna för kunderna är det naturligtvis intressant att finna alternativa billiga och effektiva lösningar. Detta är särskilt sant för den exploderande INTERNET marknaden där det för ISP:na (lnternet §ervice grovider) gäller att snabbt presentera nya funktioner och där till exempel talkvaliteten inte är av lika stor vikt.

På INTERNET sidan uppstår inget eko eftersom all överföring är digitaliserad. Om användaren använder ett så kallat headset, dvs en utrustning med hörlurar och en mikrofon placerad nära munnen uppstår ingen, eller mycket lite överhörning. Därmed uppkommer inget eko på INTERNET sidan.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning angriper ett problem hur man på ett kostnadseffektivt sätt, med utnyttjande av minimal beräkningskapacitet men ändå med god kvalitet kan minimera eko vilket uppkommer i PSTN nätet i ett samtal kopplat minst delvis över ett digitalt baserat nätverk.

Ett ändamålet med föreliggande uppfinning är således att på ett kostnadseffektivt sätt minimera uppkommet eko under det att det uppkomna beräkningsbehovet minimeras.

Ovan nämnda problem med att minimera ett eko, vilket uppkommer i en analog del av en förbindelse, löses genom att en omkoppling kan hindra ljudflödet från den analoga sidan till den digitala.

Mer detaljerat löses ovan nämnda problem genom att, för varje PCM- (gulse gode Modulation) ram från den digitala sidan till den analoga beräknas energin i ramen, en bakgrundsenerginivà, en genomsnittlig energinivå över en förhållandevis lång period samt energin Dessa ett värde för jämfört med bakgrundsenergin. parametrar matas in i en kontrollomkopplingsfunktion. Motsvarande 10 15 20 25 30 513 672 3 värden beräknas också för PCM-ramar från den analoga sidan till den digitala. Dessa. används också av kontroll- omkopplingsfunktionen. I beroende på ovan nämnda värden beslutar kontrollomkopplingsfunktionen om PCM-ramar från den analoga sidan ska sändas vidare med den mottagna datan eller istället fyllas med nollor alternativt bakgrundsbrus. PCM-ramar från den digitala sidan till den analoga modifieras inte.

En fördel med ovanstående uppfinning är att den processorkraft som krävs för att utföra ekosläckningen är en bråkdel av den som behövs vid traditionell ekosläckning. Mätningar visar att på ett DSP- (Digital §ignal Erocessing) kort av märket Antares från firman DIALOGIC i USA tar ekoundertryckning enligt uppfinningen ca: 2% av processorkraften medan ekosläckning med traditionella metoder tar ca: 50% Detta processorkraft. medför att en talkodare, en talavkodare samt ekosläckning för en kanal kan köras på samma DSP-kort. Detta är inte möjligt med traditionell teknik.

En annan fördel med ovanstående uppfinning är att den är billig att implementera. fördel med ekosläckningen enligt ovan nämnda metod ger bättre kvalitet än Ytterligare en ovan nämnda uppfinning är att att utföra ekosläckning hos användaren på den digitala sidan. Det svenska patentet SE97OQ873-4 beskriver en metod för att utföra ekoundertryckning hos användaren pà den digitala sidan. Om det finns risk för stor överhörning mellan mikrofon och högtalare hos användaren på den digitala sidan kan det dock vara nödvändigt att använda uppfinningen enligt SE9700873-4. SE9700873-4 och ovan nämnda uppfinning kompletterar därmed varandra på så sätt att den ena eller den andra metoden kan användas i beroende av vilken utrustning som användaren på den digitala sidan använder.

En annan fördel är att abonnenten på den analoga sidan kan bryta in i samtalet genom att överrösta användaren pà den digitala sidan. 10 15 20 25 30 513 672 4 Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritningar.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar ett schematiskt nätverk enligt uppfinningen.

Figur 2 visar ett blockdiagram enligt uppfinningen.

Figur 3 visar ett detaljerat blockdiagram enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I figur 1 visas en schematisk bild av ett telefonsamtal mellan en abonnent 101 vilken är ansluten i en anslutningspunkt 103 till PSTN 102. figur 1 en användare 104 vilken är uppkopplad mot INTERNET 105 via en ACCESS SERVER 106. ett analogt nätverk, Vidare visas i Kommunikationen mellan användaren 104 och ACCESS SERVERN 106 sker via PSTN nätverket 102 genom användning av två modem 107 och 108. Med 109 betecknas en lokal telefonväxel till vilken användarens 104 telefonabonnemang är ansluten. När abonnenten 101 ringer användaren 104 vidarekopplas han till en GATEWAY 110. GATWAYEN 110 kontaktar' ACCESS SERVERN 106 vilken uppmärksammar användaren 104 pà att ett samtal väntar. Om användaren 104 accepterar samtalet kopplas en linje upp från GATWAYEN 110 till abonnenten 104. Ett eko 103. I GATEWAYEN 110 finns talkodning och avkodning av tal. uppkommer då i anslutningspunkten utrustning för Där sker även undertryckningen PSTN av det uppkomna ekot. Hur förmedlingen av talet sker i nätverket 102 är inte viktigt för uppfinningen. I figur 1 visas på ett schematiskt sätt att en vidarekoppling sker i växeln 109 men det innebär inte nödvändigtvis att talet i det uppkopplade samtalet tar den vägen.

Talkodning och talavkodning sker i GATEWAYEN 110 genom ett antal DSP-kort installerade i en industri-PC (gersonal Qomputer). Varje DSP-kort kan hantera en kanal, det vill säga en talkodning, en 10 15 20 25 30 513 672 5 talavkodning samt ekoundertryckning i samband med kodning respektive avkodning. Med dagens utveckling av processorer kommer sannolikt ett DSP-kort att kunna hantera fler än en kanal särskilt med den effektivisering av ekoundertryckning som föreliggande uppfinning medför.

I figur 2 visas schematiskt i blockdiagram några av de funktioner som sker i GATWAYEN 110 vilka är viktiga för föreliggande uppfinning. Med 207 betecknas ett analogt PSTN-nätverk samt med 208 ett digitalt nätverk, till exempel INTERNET. Med 209 betecknas ett eko som uppkommer i det analoga nätverket 207. Till blocket 201 anländer UDP-paket (gser Qatagranx grotocol) från INTERNET 208 och packas upp. Det uppackade kodade talet skickas till ett avkodningsblock 202 där en avkodning sker. Kodningen som används GSM 0610. Från avkodningsblocket 202 skickas PCM- (gulse gode Modulation) ramar till ett första beräkningsblock 203. Det första beräkningsblocket fungerar enligt standarden 203 genomför vissa beräkningar pà PCM-ramen.

Resultaten från det Dessa beräkningar beskrivs närmare i relation till figur 3. första beräkningsblocket används av ett andra beräkningsblock 204. Det andra beräkningsblocket 204 tar emot PCM-ramar från det analoga PSTN-nätet 207 och utför motsvarande beräkningar som det första beräkningsblocket- 203. 'Dessutom tar. det andra beräkningsblocket 204 beslut om ifall PCM-ramen från det analoga PSTN-nätet 207 skall skickas till INTERNET 208 i befintligt skick eller fall den ska fyllas med nollor alternativt bakgrundsbrus.

Det andra beräkningsblocket 204 fungerar alltså som en omkoppling i förbindelsen mellan abonnenten 101 och i riktning från PSTN-nätet 207 till soul kan hindra tal, användaren 104 j. figur 1, INTERNET 208. Från det_andra beräkningsblocket 204 skickas PCM- ramen till ett talkodningsblock 205 där talkodning enligt GSM standarden 0610 sker. Det kodade talet packas sedan i UDP-paket i blocket 206 och skickas figur 1 över INTERNET 208 alternativt via ACCESS SERVERN 106 i figur 1 direkt till användaren 104 i till användaren 104. 10 15 20 25 30 513 672 6 I figur 3 visas i större detalj det första och det andra beräkningsblocken 203 och 204 i figur 2. Funktionsblocken i figur 3 kommer att exemplifieras av programkod i språket C.

Programkoden är inte avsedd att på något sätt begränsa tolkningen av' den bakomliggande funktionen utan utgör bara ett av' många olika sätt att implementera funktionen. Följande konstanter används i nedanstående C-kod ' #define pstnoffsetramp 128 #define offsetrampshft 6 #define pstnnoiscountreduct 2 #define clientoffsetramp 256 #define offset 10 #define maxnoisecounter 100 #define maxnoisecount_plusl 101 #define maxhangover 3 #define maxtimeout 5 #define AUDIOBUFFERLEN 160 #define MäX(A,B) ((A) >= (B) ? (A) (B)) #define Min(A,B) ((A) >= (B) ? (B) LA)) En PCM-ram består av 160 sampler, 8kHz och innehåller alltså 20ms tal.

Till ett första block 301 i figur 3 anländer en PCM-ram från det analoga nätet PSTN 312, INTERNET 313. I det första blocket 301 beräknas energin i på väg mot det digitala nätet, PCM-ramen.

Beräkningen ramenergi utförs exempelvis som visas i nedanstående C-kod.

/* Beräkna ramenergin */ for( loop = 0 ; loop < AUDIOBUFFERLEN ; loQp++) { pstnframeenergi += abs(pstn_buf[1oqp])>>8); /* Slut */ 10 15 20 25 513 672 7 I ovanstående kod är AUDIOBUFFERLEN en konstant vilken är lika med antalet samplar i. PCM-ramen. I pstnframeenergi lagras ett värde av ramenergin i PCM-ramen som skickas från den analoga till den digitala sidan.

I ett andra block 302 beräknas nivån på bakgrundsenergin. Ett exempel på detta ges av följande C-kod. pstnbackground f (32442.0/32768.0) * pstnbackground + (325.0/32768.0) * pstnbackgroundsample pstnbackgroundsample är det senaste samplet som innehåller värdet av nivån på bakgrunden. Den uppdateras i ett fjärde block 304.

Energinivån hos bakgrunden förändras endast långsamt som kan ses i ovanstående kod.

I ett tredje block 303 detekteras tal. Detta sker genom att beräkna ett förhållande__mellan energinivån hos bakgrunden och energinivån hos PCM-ramen. pstnvsbackground = -(((long)pstnbackground * pstnoffsettramp) >> offsetrampshft) + offset - (long)pstnframeenergy pstnvsbackground. beräknas så att den. är positiv' om PCM-ramens energi är större än mbaçkgrundsenergin. Om pstnbackground är positiv anses PCM-ramen innehålla tal. Därmed kan pstnbackground användas som ett nædelfljör att avgöra om abonnenten 101 talar eller är tyst.

I det fjärde blocket BQA används ovan beräknade parametrar för att uppdatera pstnbackgroundsample.

/* Uppdatera pstnbackgroundsample */ if (pstnvsbackground <=0) /* Om det inte är tal så... */ { /* uppdatera pstnbackgroundsample eftersom det inte var tal */ 10 15 20 25 30 513 672 8 /* Räkna ned noisecounter. Noisecounter används som skydd mot att detektera bakgrunden som tal. Om 100 ramar med tal detekteras tvingas en uppdatering av pstnbackgroundsample fram */ noisecounterpstn = Max((noisecounterpstn - pstnnoisecounterreduct),0); /* Uppdatera */ pstnbackgroundsample = pstnframeenergy; } else { /* Verkar vara tal men kan vara förhöjd bakgrundsnivå också */ noisecounterpstn -= maxnoisecounter; if (noisecounterpstn < O) noisecounterpstn += maxnoisecount_plus1 if (noisecounterpstn == 0) pstnbackgroundsample = pstnframeenergi; } Koden i else-satsen är nödvändig för att kunna hantera till fläkt bakgrundsnivàn höjs till ett värde som tolkas som tal. situationen att exempel en startar så att I ett femte block 305 beräknas ett glidande genomsnittsvärde över 20 PCM-ramar. v_pstn_energi = O.95*av;pstn;energi + 0.05fpstnframeenergi Motsvarande ovanstående beräkningar sker även för PCM-ramar från INTERNET mot PSTN-nätet. I ett sjätte block 306 sker energiberäkningen av PCM-ramen.

/* Beräkna ramenergin */ for( loop = 0 ; loop < AUDIOBUFTERLEN ; loop++) { 10 15 20 25 30 513 672 9 clientframeenergi+=abs(client_bufYloop])>>8); I ett sjunde block 307 sker beräkning av backgrundsenergin för användaren. clientbackground = (32442.0/32768.0) * clientbackground + (325.0/32768.0) * clientbackgroundsample I ett åttonde block 308 detekteras tal. Detta sker genom att beräkna ett förhållande mellan energinivån hos bakgrunden och energinivån hos PCM-ramen för användaren. clientvsbackground = -(((long)clientbackground * clientoffsettramp)>>offsetrampshft) + 10*offset - (long)clientframeenergy clientvsbackground beräknas så att den är positiv om PCM-ramens energi är större än bakgrundsenergin. Om clientvsbackground är positiv anses PCM-ramen innehålla tal. Därmed kan clientvsbackground användas som ett medel för att avgöra om användaren 104 talar eller_är tyst.

I ett nionde block 309 används ovan beräknade parametrar för att uppdatera clientbackgroundsample.

/* Uppdatera clientbackgroundsample */ if (clientvsbackground <=0) /* Om det inte är tal så... */ { /* uppdatera clientbackgroundsample eftersom det inte var tal */ /* Räkna ned noisecounter */ noisecounterclient = 0 /* Uppdatera */' clientbackgroundsample = clientframeenergy; else { /* Verkar vara tal men kan vara förhöjd bakgrundsnivå 10 15 20 25 30 513 672 10 också */ noisecounterclient -= maxnoisecounter; if (noisecounterclient < 0) noisecounterpstn += maxnoisecount_plusl /f if (noisecounterclient == 0) clientbackgroundsample = clientframeenergi; Koden i else-satsen är även här nödvändig för att kunna hantera till fläkt bakgrundsnivån höjs till ett värde som tolkas som tal. situationen att exempel en startar så att I ett tionde block 310 beräknas ett glidande genomsnittsvärde över 20 PCM-ramar från INTERNET 313 till PSTN-nätet 312. av_client_energi = O.95*av;client_energi + 0.05*clientframeenergi Beräkningarna i blocken 306 till 310 sker alltså för var PCM-ram som skickas från användaren 104 till abbonnenten 101 i figur 1.

Värdena på dessa parametrar används sedan i ett kontrollomkopplarblock 311 för att kontrollera innehållet i PCM- ramarna som skickas ifrån PSTN abbonenten 101 till INTERNET användaren 104 i figur 1. Om beräkningarna visar att användaren 104 talar och abbonnenten 101 är tyst fyller kontrollomkopplarblocket 311 PCM-ramarna från abonnenten 101 till användaren 104 med nollor. Alternativt skulle man kunna tänka sig inte skickades att PCM-ramen fylldes med bakgrundsbrus eller vidare alls. På så vis kommer eko, användaren 101, i tillbaks till användaren 104. som uppstår av tal från anslutningspunkten 103, inte att skickas Om beräkningarna visar att abonnenten 101 talar och användaren 104 är tyst kommer PCM-ramarna från abonnenten att skickas vidare oförändrade till användaren 104. 10 15 20 25 30 .parten slutat att tala och den andra börjat, 513 672 ll Om beräkningarna visar att användaren 104 talar, och att därmed PCM-ramarna från abonnenten 101 fylls med nollor, men att abonnenten 101 nu också talar kan abonnenten 101 bryta in. PCM- ramarna från abonnenten överförs då oförändrade men ett eventuellt eko drunknar i abonnentens tal. Omkopplingen från att skicka modifierade PCM-ramar till att skicka omodifierade eller vice versa, sker inte omedelbart då beräkningarna visar att ena utan omkopplingen fördröjs en kort tid. Anledningen till detta är att introducera en viss tröghet i systemet så att inte en omkoppling sker för ofta, till exempel då den talande parten hämtar andan.

Ovanstående funktion exemplifieras av följande C-kod. if (pathopen) /* om omkopplaren är ställd så att PCM- ramarna passerar från PSTN mot INTERNET så... */ { /* kolla om användaren kan bryta in */ ownerlevellow = (av_client_energy>av;pstn_energy && av_client_energy>100); if ((PStnvsbackground <=0) Il ownerlevellow) {/* om inte tal från abbonnenten så vänta en tid (timeoutcounter * 20ms) innan omkoppling */ timeoutcounter = Max((timeoutcounter-l),O); if (clientvsbackground <= 0) {/* Om inget tal från clienten så..*/ togglehangover=O; } if (timeoutcounter == 0) {/* vänta maxhangover*20ms innan omkoppling sker */ togglehangover += 1; if (togglehangover >= maxhangover) {/maxhangover*20ms + timeoutcounter*20ms har gått så koppla om */ pathopen =0; tempd = pstnbackgroundsave 10 15 20 25 30 513 672 12 pstnbackgroundsave = pstnbackground pstnbackground = tempd templ = noisecounterpstnsave noisecounterpstnsave=noisecounterpstn; noisecounterpstn = templ; timeoutcounter = maxtimeout; togglehangover = 0; } } } else { timeoutcounter = 15; togglehangover = 0; } } else {/* Om överföring av PCM-ramar fyllda med nollor sker */ ownerlevellow=(av_pstn_energy>3*av_client_energi && av;pstn_energy>300); if (clientvsbaokground <=0 || ownerlevellow) {/* Om inte tal från användaren 104 så räkna ner en räknare så att en viss tid (timeoutcounter *20ms) förflyter innan omslag sker */ timeoutcounter = Max((timeoutcounter-1),0); if (pstnvsbackground <= 0) {/* Om inget tal från abbonnenten 101 */ togglehangover = 0; 1 if (timeoutcounter == 0) { /* En viss tid har förflutit utan tal från användaren */ togglehangover += 1 if (togglehangover >= maxhangover) 10 15 20 25 30 timeoutcounter togglehangover if (!pathopen) /* SLUT */ 513 672 13 { /* En viss tid (maxhangover * 20ms) har förflutit utan tal från abbonnenten, öppna vägen för PCM-ramar från abbonnenten */ pathopen = 1; tempd àpstnbackgroundsave; pstnbackgroundsave = pstnbackground; pstnbackground = tempd; templ = noisecounterpstnsave; enoisecounterpstnsave=noisecounterpstn; noisecounterpstn = templ; timeoutcounter = maxtimeout; togglehangover = O; maxtimeout; 0; {/* Fyll PCM-ramen med nollor om vägen är stängd */ for (loop=0; loop < AUDIOBUFFERLEN ; loop++) pstn_buf[loop]=0 I föreliggande utföringsform fylls PCM-ramen med nollor. Man kan även tänka sig att PCM-ramen fylls med bakgrundsbrus eller helt enkelt inte skickas vidare. 513 672 14 Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och på ritningen visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (8)

20 25 30 513 672 Patentkrav

1. l. Förfarande för att undertrycka eko i en telefonförbindelse där en första del av förbindelsen är kopplad över ett analogt nät samt en andra del av förbindelsen är kopplad över ett digitalt nät, kännetecknat av följande steg: allt ljud fiån det digitala till det analoga nätet överförs; ett första värde för energinivån i signalen från det analoga nätet till det digitala nätet bestäms; ' ett andra värde för energinivån i signalen från det digitala nätet till det analoga nätet bestäms; _ ljud överförs fiån det analoga nätet till det digitala nätet i beroende av resultatet av en jämförelse mellan nämnda första och andra värden för energinivåema.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid ljud överförs från det analoga nätet till det digi- tala nätet om resultatet av jämförelsen visar att signalen från det analoga till det digitala nätet innehåller tal.

3. Förfarande enligt lcav 1 eller 2, varvid, om resultatet av jämförelsen visar att ljud ej skall överföras från det analoga till det digitala nätet, iriformafionen i signalen från det analoga till det digitala nätet ersätts med bakgrundsbrus.

4. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid, om resultatet av jämförelsen visar att ljud ej skall överföras från det analöigíaitilli det digitala nätet, informationen i signalen från det analoga till det digitala nätet ersätts med nollor.

5. Anordning för att undertrycka eko i en telefonförbindelse i vilken en första del av förbindelsen är kopplad över ettfarialogt nät och en andra del av förbindelsen är kopplad över ett digitalt nät, 20 513 672 16 kännetecknad av att den irmefattar första detekfionsorgan för att bestämma ett första värde för energinivån i signalen från det analoga nätet till det digitala nätet; andra detektionsorgan för att bestämma ett andra värde för energinivån i signalen från det digitala nätet till det analoga nätet; jämförelseorgan för att jämföra nämnda första och andra värden och sända ut en ut- signal signifikativ för resultatet av nämnda jämförelse; förbindelseorgan anordnade att alltid överföra signalen från det digitala nätet till det analoga nätet, samt att överföra eller inte överföra signalen från det analoga nätet till det digitala nätet i beroende av nänmda utsignal fiån jämförelseorganet.

6. Anordning enligt krav 5, vidare innefattande organ för att avgöra, utifrån nämnda utsignal från jämförelseorganet, om signalen fiån det analoga till det digitala nätet irmehåller tal.

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, vidare innefattande organ för att, när resultatet av jämförelsen blir att den inte skall överföras, ersätta signalen fifån det analoga till det digitala nätet med bakgrundsbrus.

8. Anordning enligt krav 5 eller 6, vidare innefattande organ för att, när resultatet av jämförelsen blir att den inte skall överföras, ersätta signalen från det analoga till det digitala nätet med nollor.