WO2005096626A2 - Ein fernsehsystem für das zusammenschauen und eine dazu benötigte audioentzerrung - Google Patents

Ein fernsehsystem für das zusammenschauen und eine dazu benötigte audioentzerrung Download PDF

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Definitions

  • MOTIVATION Today more and more time is spent on the television. However, it is a lonely activity. Many people would rather watch and discuss programs with their absent friends. Based on this, a new service would be worth it: an audiovisual connection that can run in parallel with the TV program on the same television.
  • TECHNICAL BASICS TV sets on the one hand and telephone or Internet connections on the other hand are an integral part of many households today. With an appropriate connection point, this already available infrastructure can provide new services: While a TV program is already running on the television, an audio-visual connection can be made with a friend who is watching the same TV program in his house and through the same Equipment is available, produced by telephone or internet and shown in parallel on the television, e.g. as a picture-in-picture function. So the same TV program could be watched and discussed together, even though both viewers are sitting away.
  • the available infrastructure includes, for example
  • a telephone e.g. ISD
  • internet connection e.g. PC with on-line modem
  • Means for generating audiovisual signals for example microphones Ml, M2 and cameras Kl, K2,
  • Connections in particular wireless connections W1, W2, to transmission networks, for example the telephone network or the Internet, and
  • a computer unit suitable for processing audio-visual signals (compression and decompression) and for signal management (selection and call functions for video telephones, pre- and post-processing of audio-visual signals for adaptation with the TV functions).
  • link point VP 1, VP2 or link network are part of a so-called link point VP 1, VP2 or link network and can either be integrated in the television (with the possibility of sharing processing resources that are already available) or can be accommodated in an additional device.
  • An audio-visual signal is generated at the first location 1 by means of a first microphone Ml and a first camera K1, which is compressed in a first connection point / connection network VP1 and transmitted to a second connection network VP2 at the second location 2.
  • the data transmission from the first link network VP1 takes place to a telephone or Internet connection, via the telephone network or the Internet to a telephone or Internet connection at the second location 2 and from there to the second link network VP2.
  • the transmission of the compressed audiovisual signals from the first link network VP1 to the first telephone or internet connection and from the second telephone or internet connection to the second link network VP2 takes place, for example, wirelessly.
  • the audiovisual signal received by the first location 1 via the telephone network, the Internet or another suitable data network is in the second link network VP2 decompressed and passed on to a second, broadband connection D2 to the second television set and processed.
  • the video signal of the audiovisual signal is displayed in a smaller window B2 on the TV1 screen.
  • the audio signal is mixed with the audio signal of the television at the second location; the sound signal obtained by mixing is reproduced through the loudspeaker L2 of the second television set.
  • an audio-visual connection from the second 2 to the first location 1 is set up in a corresponding manner using the second linking network VP1, the telephone network or the Internet and the first linking network VP1 , via which audio and video data are transmitted from the second location 2 to the first location 1.
  • the video data from this second location 2 are displayed in a smaller window B1 on the screen TV1 of the first television set together with the television signal.
  • the audio data are mixed with the audio data of the first television set and reproduced via its loudspeaker L1.
  • an audiovisual connection is created between the two locations simultaneously to the TV reception, so that viewers can watch and discuss the same TV program together.
  • the compression / decompression of the bidirectional audiovisual signal can be carried out using the following methods:
  • H263 / G723.1 guarantees transmission rates of 128 kB / s for ISDN telephone connection, or - MPEG4 guarantees transmission rates of 64-200? KB / s for an Internet connection
  • connection networks to the telephone or Internet connections and in the opposite direction can take place, for example, using the following methods:
  • the fundamentally known picture-in-picture technology of television sets which need not be explained in more detail here, is suitable for displaying the video data from one place in the television picture to the other place.
  • the two audio signals namely the audio signal of the first television set and the audio signal received from the second location 2, are output together by the loudspeaker L1 of the first television set.
  • the first microphone Ml at the first location 1 picks up the echo of this mixed loudspeaker signal and the useful signal of the television viewer at the first location 1. Only this useful signal is to be transmitted via the data connection explained above together with a video signal recorded at the first location.
  • a first estimated echo signal and a second estimated echo signal are subtracted from the signal generated by the first microphone M1.
  • the first estimated Echo signal is generated by means of a first equalizer depending on the audio signal of the first television set (TV1 audio signal)
  • the second estimated echo signal is generated by means of a second equalizer depending on the audio signal received from the second location (received sound from the M2).
  • the two separate equalizers each have adjustable coefficients. The correct setting of the coefficients is carried out by a controller which is supplied with the microphone signal, the input signals of the equalizers and the signal which is obtained by subtracting the output signals of the equalizers from the microphone signal and which is connected to the two equalizers.
  • Adaptive filtering methods are basically described in Nowak et al .: “Introduction to Adaptive Filtering", Version 1.5, 2003/08/11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fernsehsystem mit einem ersten Fernsehgerät (TV 1) an einem ersten Ort (1) und einem zweiten Fernsehgerät (TV2) an einem zweiten Ort (2), Mitteln (M1, K1) zur Erzeugung eines audiovisuellen Signals an dem ersten Ort (1) und Mitteln (M2, K2) zur Erzeugung eines audiovisuellen Signals an dem zweiten Ort (2), einer audiovisuellen Datenverbindung zwischen den beiden Orten (1,2), wobei ein an einem Ort erzeugtes Videosig­nal in einem kleineren Fenster auf dem Fernseher an dem anderen Ort dargestellt wird und wobei ein an einem Ort erzeugtes Tonsignal gemeinsam mit dem Tonsignal des Fernsehgeräts an dem anderen Ort wiedergegeben wird.

Description

EIN FERNSEHSYSTEM FÜR DAS ZUSAMMENSCHAUEN UND EINE DAZU BENÖTIGTE AUDIOENTZERRUNG
MOTIVATION: Nor dem Fernsehgerät wird heute immer mehr Zeit verbracht. Allerdings ist es eine einsame Aktivität. Viele Leute würden Sendungen lieber mit ihren abwesenden Freunden zusammen anschauen und diskutieren. Ausgehend davon wäre ein neuer Dienst winschenwert: Eine audiovisuelle Verbindung, die auf dem selben Fernsehgerät parallel mit dem TV Programm laufen kann.
TECHNISCHE GRUNDLAGEN: Fernsehgeräte einerseits und Telefon- oder Internet- Verbindungen andererseits sind heute Bestandteil in vielen Haushalten. Durch einen ge- eigneten Ver-knüpfüngspunkt kann diese schon verfugbare Infrastruktur neue Dienste leisten: Während ein TV Programm auf dem Fernsehgerät bereits läuft, kann eine audiovisuelle Verbindung mit einem Freund, der gleichzeitig das selbe TV-Programm in seinem Haus schaut und über die selbe Ausrüstung verfugt, mittels Telefon oder Internet hergestellt und parallel auf dem Fernsehgerät gezeigt werden, z.B. als Bild-in-Bild Funktion. So könnte das selbe TV-Programm zusammen angeschaut und diskutiert werden, obwohl beide Zuschauer entfernt sitzen.
BESCHREIBUNG DER INNOVATION: Diese Innovation basiert sich auf einer Kombination einer bereits bestehenden -Infrastruktur, beispielsweise in einem Haus, mit einer minimalen Anzahl von den dazu benötigten zusätzlichen Modifikationen, wie es in Abb. 1 dargestellt ist.
Die verfugbare Infrastruktur beinhaltet beispielsweise
• Ein Fernsehgerät mit Bildschirm TV1, TV2, Lautsprechern L1, L2) und üblichen TV Anschlüssen (Antenne, Kabel oder Satellit), und
• Ein Telefon- (z.B. ISD? ) oder Internet-Anschluss (z.B. PC mit On-line Modem), geeignet für Videotelefon oder Videokonferenz.
Folgende Zusatzteile werden benötigt: • Mittel zur Erzeugung audiovisueller Signale, beispielsweise Mikrophone Ml, M2 und Kameras Kl, K2,
Eine geeignete breitbandige Verbindung Dl, D2 mit dem Fernsehgerät für unkomprimierte, audiovisuelle Signale,
• Verbindungen, insbesondere drahtlose Verbindungen Wl, W2, zu Übertragungsnetzwerken, beispielsweise dem Telefonnetz oder dem Internet, und
• Eine Rechnereinheit geeignet für Verarbeitung von audiovisuellen Signalen (Kompression und Dekompression) und für die Signalverwaltung (Auswahl- und Anruffunktionen für Videotelefon, Vor- und Nachverarbeitung von audiovisuellen Signalen zwecks Anpassung mit den TV-Funktionen).
Diese zusätzlichen Teile sind Bestandteil eines sogenannten Ver-knüpfungspunkts VP 1 , VP2 oder Verknüpfungsnetzwerks und können entweder in dem Fernsehgerät mitintegriert werden (mit Möglichkeit einer Mitbenutzung bereits verfügbarer Verarbeitungsressourcen) oder können in einem Zusatzgerät untergebracht werden.
Es sei angenommen, dass dasselbe TV Programm an zwei getrennten Orten 1, 2 durch zwei Benutzer gesehen wird. Bei Bedarf, beispielsweise durch einen Anruf von dem ersten Ort 1 wird eine Videotelefonverbindung zwischen den zwei Orten 1, 2 hergestellt.
An dem ersten Ort 1 wird mittels eines ersten Mikrophons Ml und einer ersten Kamera Kl ein audiovisuelles Signal erzeugt, das in einem ersten Ver-knüpfungspunkt/Verknüpfungs- netzwerk VP1 komprimiert und an ein zweites Verknüpfungsnetzwerk VP2 an dem zweiten Ort 2 übertragen wird. Die Datenübertragung von dem ersten Verknüpfüngsnetzwerk VP1 erfolgt an einen Telefon- oder Internetanschluss, über das Telefonnetz oder das Internet an einen Telefon- oder Internetanschluss an dem zweiten Ort 2 und von dort an das zweite Verknüpfungsnetzwerk VP2. Die Übertragung der komprimierten audiovisuellen Signale von dem ersten Verknüpfungsnetzwerk VP1 zu dem ersten Telefon- bzw. -Internetanschluss und von dem zweiten Telefon- oder Internetanschluss zu dem zweiten Ver-knüpfüngsnetzwerk VP2 erfolgt beispielsweise drahtlos. Diese Verbindungen sind in Abbildung 1 mit den Bezugszeichen Wl, W2 bezeichnet.
Das von dem ersten Ort 1 über das Telefonnetz, das Internet oder ein anderes geeignetes Datennetz empfangene audiovisuelle Signal wird in dem zweiten Verknüpfungsnetzwerk VP2 dekomprimiert und über eine lokale, breitbandige Verbindung D2 an das zweite Fernsehgerät weitergegeben und weiterverabeitet. Das Videosignal des audiovisuellen Signals wird in einem kleineren Fenster B2 auf dem Bildschirm TV1 dargestellt. Das Tonsignal wird mit dem Audiosignal des Fernsehgeräts an dem zweiten Ort gemischt; das durch Mi- sehen erhaltene Tonsignal wird durch den Lautsprecher L2 des zweiten Fernsehgeräts wiedergegeben.
Parallel zu der Übertragung audiovisueller Daten von dem ersten zu dem zweiten Ort 1, 2 wird in entsprechender Weise unter Verwendung des zweiten Verknüpfungsnetzwerks VPl, des Telefonnetzes oder des Internets und des ersten Verknüpfungsnetzwerks VPl eine audiovisuelle Verbindung von dem zweiten 2 zu dem ersten Ort 1 aufgebaut, über welche Audio- und Videodaten von dem zweiten Ort 2 zu dem ersten Ort 1 übertragen werden. Die Videodaten von diesem zweiten Ort 2 werden dabei in einem -kleineren Fenster Bl auf dem Bildschirm TV1 des ersten Fernsehgeräts zusammen mit dem Fernsehsignal ange- zeigt. Die Audiodaten werden mit den Audiodaten des ersten Fernsehgeräts gemischt und über dessen Lautsprecher Ll wiedergegeben.
In der erläuterten Weise entsteht eine audiovisuelle Verbindung zwischen den beiden Orten gleichzeitig zu dem TV Empfang, wodurch Zuschauer dasselbe TV Programm gemein- sam sehen und diskutieren können.
Die neue Funktionalität ist durch eine Kombination von den verfügbaren Technologien machbar, wie nachfolgend erläutert ist.
Die Kompression/Dekompression des bidirektionalen audiovisuellen Signals kann mittels folgender Verfahren erfolgen:
H263/G723.1 gewährleistet Übertragungsraten von 128 kB/s für ISDN- Telefonverbindung, oder - MPEG4 gewährleistet Übertragungsraten von 64-200 ?kB/s für eine Internet- Verbindung
Die lokale drahtlose Übertragung von den Vernüpfungsnetzwerken zu den Telefon- oder Internetanschlüssen und in umgekehrter Richtung kann beispielsweise mittels folgender Verfahren erfolgen:
WLAN IEEE 802.11.x gewäMeistet Übertragungsraten von 11 - 54 -Mb/s WLAN Bluetooth gewährleistet Übertragungsraten von 1 Mb/s.
Zur Darstellung der Videodaten von einem Ort in dem Fernsehbild an dem anderen Ort eignet sich die grundsätzlich bekannte Bild-in-Bild-Technologie von Fernsehgeräten, die -hier nicht näher erläutert werden muss.
Für das Zusammenspiel des Fernsehgeräts (TV) an einem Ort und der Übertragung audiovisueller Daten von dem anderen ist eine Lösung für ein im Zusammenhang mit der Erfindung neu entstandenes Problem der Audioentzerrung von entscheidender Bedeutung.
Im Unterschied zu Entzerrungsmethoden, die beispielsweise für Freisprechanlagen im Telefonbereich bekannt sind, müssen im vorliegenden Fall aus dem Mi-krofonsignal an einem Ort sowohl das Audiosignal des Fernsehgeräts dieses Ort als auch das Audiosignal des anderen Ortes, das über den Lautsprecher des Fernsehgeräts dieses Ortes wiedergegeben wird, entfernt werden. Eine Lösung für dieses Problem ist in Abb. 2 für das System des ersten Orts veranschaulicht.
Die beiden Audiosignale, nämlich das Audiosignal des ersten Fernsehgeräts und das Audiosignal, das von dem zweiten Ort 2 empfangen wurde, werden durch den Lautsprecher Ll des ersten Fernsehgeräts zusammen ausgegeben. Dies ist in Abbildung 2 durch eine Addition des Audiosignals des ersten Fernsehgeräts (TV1 Audiosignal) und des über die Datenverbindung von dem zweiten Ort 2 empfangenen Mikrofonsignals (Empfangener Ton aus dem M2) und durch eine Zuführung des additiven Signals zu dem Lautsprecher Ll des ersten Fernsehgeräts dargestellt.
Das erste Mi-krophon Ml an dem ersten Ort 1 nimmt das Echo dieses gemischten Lautsprechersignals und das Nutzsignal des Fernsehzuschauers an dem ersten Ort 1 auf. Nur dieses Nutzsignal soll über die oben erläuterte Datenverbindung zusammen mit einem an dem ersten Ort aufgenommenen Videosignal übertragen werden.
Vor der Kompression des audiovisuellen Signals des ersten Ortes und vor dessen Übertragung muss dieses Echo entfernt werden, um eine unangenehme Mücrophonie und eine Störung des TV-Audiosignals an dem anderen Ende der Verbindung, das heißt an dem zweiten Ort 2, zu verhindern.
Von dem durch das erste Mikrofon Ml erzeugten Signal werden hierzu ein erstes geschätztes Echosignal und ein zweites geschätztes Echosignal subtrahiert. Das erste geschätzte Echosignal wird mittels eines ersten Entzerrers abhängig von dem Audiosignal des ersten Fernsehgeräts (TV1 Audiosignal) erzeugt, und das zweite geschätzte Echosignal wird mittels eines zweiten Entzerrers abhängig von dem von dem zweiten Ort empfangenen Audiosignal (Empfangener Ton aus dem M2) erzeugt. Die beiden separaten Entzerrer besitzen jeweils einstellbare Koeffizienten. Die richtige Einstellung der Koeffizienten erfolgt durch eine Steuerung, der das Mi-krophonsignal, die Eingangssignale der Entzerrer und das Signale, das durch Subtraktion der Ausgangssignale der Entzerrer von dem Mikrophonsignal erhalten wird, zugeführt sind und die an die beiden Entzerrer angeschlossen ist .
In der Steuerung ist ein Algorithmus implementiert, der unter Verwendung dieser Signale die den Entzerrern zugeführten Koeffizienten während günstiger Signalkonstellationen iterativ verbessert:
• Eine iterative Koeffizientenpassung eines der beiden Entzerrer findet dabei nur dann statt, wenn das Eingangssignal ("TV1 Audiosignal" oder "Empfangener Ton aus dem M2") dieses Entzerrers groß ist und gleichzeitig das mit dem Mikrophon Ml aufgenommene Signal klein ist. Dies entspricht der Annahme, dass nur das Echo mit dem Mi-krophon Ml aufgenommen wird.
• Bei diesen Signalkonstellationen werden die entsprechenden Entzerrungskoeffizienten so eingestellt, dass das entzerrte Signal minimiert wird. Dafür sind mehrere iterative Verfahren, wie z.B. LMS oder ?RLMS Algorithmus, geeignet.
Die erläuterten Verfahren zur Einstellung der Entzerrkoeffizienten, die bei günstigen Sig- nalkonstellationen jeweils für einen Entzerrer vorgenommen werden, sind hinlänglich bekannt und müssen deshalb nicht näher erläutert werden.
Adaptive Filterverfahren sind grundsätzlich in Nowak et al.: "Introduction to Adaptive Filtering", Version 1.5, 2003/08/11 beschrieben. Ein LMS-Filterverfahren (LMS = Least Mean Square) ist beispielsweise in Jones et al.: "Adaptive Filtering: LMS Algorithm", Version 2.13, 2004/02/25 beschrieben. Ein RLMS-Filterverfahren (RLMS = Recursive Least Mean Square) ist beispielsweise in "Design of Active Noise Control Systems With the TSM320 Family, Application Report", Texas Instruments, 1996, Seite 24 ff., bescb-rie- ben.

Claims

ANSPRUCHE:
1. Femsehsystem mit - wenigstens einem ersten Fernsehgerät (TV1) an einem ersten Ort (1) und einem zwei- ten Fernsehgerät (TV2) an einem zweiten Ort (2), - Mitteln (Ml, Kl) zur Erzeugung eines audiovisuellen Signals an dem ersten Ort (1) und Mitteln (M2, K2) zur Erzeugung eines audiovisuellen Signals an dem zweiten Ort (2), - einer audiovisuellen Datenverbindung zwischen den beiden Orten (1, 2), - wobei ein an einem Ort erzeugtes Videosignal in einem kleineren Fenster auf dem Femseher an dem anderen Ort dargestellt wird und - wobei ein an einem Ort erzeugtes Tonsignal gemeinsam mit dem Tonsignal des Fernsehgeräts an dem anderen Ort wiedergegeben wird.
2. Femsehsystem nach Ansprach 1, bei dem die audiovisuelle Datenverbindung eine Telefonverbindung oder eine temetverbindung umfasst.
3. Femsehsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mittel zur Erzeugung eines audiovisuellen Signals in einem Fernsehgerät integriert sind.
4. Das Femsehsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Audioentzerrung von beiden potenziellen Echokandidaten, nämlich dem Audiosignal des Fernsehgeräts an einem Ort und dem Audiosignal von dem anderen Ort, an beiden Orten vorhanden ist, und jeweils folgende Merkmale aufweist: zwei separate Entzerrer mit einstellbaren Koeffizienten, wobei einem Entzerrer das Audiosignal des Fernsehgeräts an dem jeweiligen Ort und dem anderen Entzerrer das von dem anderen Ort über die audiovisuelle Verbindung empfangene Audiosignal zugeführt ist und wobei Ausgangssignale der Entzerrer von einem Signal, das von einem Mikrofon an dem jeweiligen Ort aufgenommen wird, abgezogen werden, und wobei das resultierende Differenzsignal an den anderen Ort übertragen wird, wobei ein Abgleich von Koeffizienten für j eden Entzerrer nur wä-hrend einer für ihn günstigen Signalkonstellation stattfindet, wenn das Signal auf seinem Eingang eine vorgegebene Schwelle überstreitet und das mit dem Mikrophon aufgenommene Signal unter eine vorgegebene Schwelle liegt.
5. Femsehsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche bei dem zusätzliche Software oder Hardware-Module vorhanden sind:
Mittel zur Kompression und Dekompression von Audio und Videosignalen für zusätzliche Videoverbindung,
Mittel zu lokalen drahtlosen Übertragung der komprimierter Signale zwischen einem Fernsehgerät und einem Anschluss für ein Übertragungsnetz.
6. Femsehsystem nach Ansprach 5, das zusätzlich folgende Mer-kmale aufweist:
Kontrollmittel für die Herstellung und Steuerung einer zusätzlichen Verbindung mittels TV Fembedingung und einem auf dem TV Bildschirm gezeigten Menü mit einem Telefonbuch.
7. Femsehsystem nach Ansprach 5 oder 6, bei dem die Mittel in einem Fernsehgerät integriert sind.
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