<Desc/Clms Page number 1>
"Akoastische echo-uitschakelaar".
De uitvinding heeft betrekking op een akoestische echo-uitschakelaar die een analyse-filterbank, ten minste een hoofd-adaptieve filterbank waaraan het ingangsignaal wordt toegevoerd, ten minste een synthesefilterbank en ten minste een sommator bevat.
Dergelijke echo-uitschakelaars zijn onder meer bekend uit"Experiments with sub-band Acoustic Echo Cancellers for Teleconferencing", A. Gilloire, ICASSP-87, blz. 49-12 an uit "Kompensation akustischer Echos in Frequenzteilbandern", W. Kellermann, in Frequenz, vol. 39, No. 7/8, blz. 209-215, 1985.
Ze worden onder meer gebruikt in telefoontoestellen.
In deze bekende echo-uitschakelaars wordt ten gevolge van de aanwezigheid van de analyse- en synthesefilterbank het signaal van de nabije spreker op zijn weg vertraagd ; indien deze vertraging te groot is wordt een teruggekoppeld signaal van het foutsignaal door de nabije sprekar waargenomen als een storend echosignaal. Deze terugkoppeling is altijd aanwezig. Hieruit volgt dat deze vertraging klein moet worden gehouden m. a. w. het aantal toegelaten banden is beperkt, daar de door de filterbanken veroorzaakte vertraging toeneemt met het aantal banden.
Teneinde een bepaalde reductie in het aantal berekeningen te verkrijgen kan hat aantal frequentiebanden worden verhoogd maar die veroorzaakt een grotere vertraging door de filterbanken.
Met deze bekende echo-uitschakelaars verkrijgt men dus ofwel een grote vertraging ofwel een groot aantal berekeningen.
De uitvinding heeft tot doel het bovenvermelde
<Desc/Clms Page number 2>
nadeel te vermijden en de vertraging door de filterbanken tot nul te herleiden en tevens een aanzienlijke kleiner aantal berekeningen te verkrijgen.
Tot dit doel valt de analyse-filterbank met zijn ingang samen met de ingang van de uitschakelaar en sluit hij dus aan op de weg van het ingangssignaal, en bevat hij een aantal uitgangen die overeenkomen met een aantal frequentiebanden waarin hij het ingaande signaal verdeelt, welke uitgangen aansluiten op ingangen van de adaptieve filterbank, bevat de hoofd-adaptieve filterbank per frequentieband een adaptief filter met twee ingangen en een uitgang, bevat de synthese-filterbank een aantal ingangen die in verbinding staan met uitgangen van de adaptieve filterbank an een uitgang die aansluit op de sommator en bevat da echo-uitschakelaar een bijkomend compensatie-adaptief filter waarvan de ingang samenvalt met de ingang van de analyse-filterbank en dus tevens met de ingang van de uitschakelaar en waarvan de uitgang aansluit op de sommator,
welke sommator het signaal van de synthese-filterbank en het signaal van het adaptief filter samentelt, een tweede sommator die op de uitgang van de eerste sommator aansluit en door een weg in verbinding is met de, de uitgang van de uitschakelaar vormende, weg van het gewenste signaal en het signaal van de eerste sommator aftrekt van het gewenste signaal en zo het foutsignaal levert op de weg van het uitgaande of foutsignaal en een foutfilterbank die tussen de weg van het foutsignaal en de adaptieve filterbank is geschakeld en over een weg het foutsignaal terugvoert naar de adaptieve filterbank, waarbij een eerste ingang van elk adaptief filter van de hoofd-adaptieve filterbank gekoppeld is aan een uitgang van de analysefilterbank,
de uitgang van elk adaptief filter van de hoofd-adaptieve filterbank met een ingang van de synthese-
<Desc/Clms Page number 3>
filterbank gekoppeld is en de tweede ingang van elk adaptief filter van de hoofd-adaptieve filterbank gekoppeld is aan de uitgang van de foutfilterbank.
Door geen analyse- en synthese-filterbank op te nemen in de signaalleiding tussen b. v. de microfoon en de verre spreker treedt er dus geen tijdvertraging van het signaal van de nabije spreker op, waardoor uitbreiding naar het gewenste aantal frequentiebanden mogelijk is.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding sluit de weg van het ingangsignaal aan op de luidspreker van een telefoontoestel terwijl de weg van het gewenste signaal aansluit op de microfoon van dit telefoontoestel.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hier volgende beschrijving van een akoestische echo-uitschakelaar volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet ; de verwijzingscijfers betreffen de hieraan toegevoegde tekeningen.
Figuur 1 stelt een blokschema voor van een echo-uitschakelaar volgens de uitvinding.
Figuur 2 stelt een blokschema voor van een mogelijke uitvoeringsvorm van het hoofd-adaptief filter en de bijhorende filterbanken.
Het in de figuur 1 voorgestelde blokschema van een echo-uitschakelaar volgens de uitvinding, bevat een eerste hoofd-adaptieve filterbank 1 die een aantal adaptieve filters bevat an een bijkomend compensatie-adaptief filter 2.
De hoofd-adapatieve filterbank 1 bevat per frequentieband een adapatief filter met twee ingangen en een uitgang.
De functie van de adaptieve filterbank 1 en
<Desc/Clms Page number 4>
het adaptief filter 2 is, zoals in de bovenvermelde stand van de techniek is aangegeven, de som van hun eigen impulsresponsie na een eindig aantal iteraties van het toegepaste LMS-algoritme, gelijk te maken aan de impulsresponsie van de kamer waarin het telefoontoestel is opgesteld. Als ingangssignalen gebruiken ze daarvoor zowel een van da verre spreker komend spraaksignaal x (n) als een signaal dat kan bevatten : - een in een microfoon 3 opgevangen spraaksignaal y (n) van de nabije spreker, - aen in de microfoon opgevangen echosignal e (n) en - een corrigerend signaal - t (n) y is het gewenste signaal x is het ingangssignaal e de fout n de tijd y de geschatte waarde van y.
Het spraaksignaal x van de verre spreker is aanwezig op een leiding 4, 5 die een in- en uitgangsschakeling 6 verbindt met een luidspreker 7 van het telefoontoestel.
Een van de ingangen van elke filter van de hoofdadaptieve filterbank 1 is over de leiding 8, een ingang-of analyse-filterbank 9, en een leiding 10 gekoppeld met leiding 4, 5 voor het ingaande signaal van de verre spreker, en sluit aan tussen de gedeelten 4 en 5 van deze leiding 4, 5. De ingang van hat compensatie-adaptief filter 2 is over de leiding 11 in verbinding met het gedeelte 4 van de laatstgenoemde leiding 4, 5.
Het signaal y (n) + e (n) dat dus zowel het spraaksignaal van een nabije spreker y (n) als het akoestische echosignaal e (n) kan bevatten, is aanwezig op de leiding 10 die de microfoon 3 verbindt met een eerste sommator 13.
<Desc/Clms Page number 5>
De uitgangen van de filters van de hoofdadaptieve filterbank 1 zijn door de leidingen 14 aangesloten op de synthese-filterbank 15 die op zijn beurt door de leiding 16 aansluit. Deze tweede sommator 17 is door de leiding 18 aan de eerste sommator 13 gekoppeld.
De uitgang van het compensatie-adaptief filter 2 sluit door de leiding 19 aan op de tweede
EMI5.1
SOlluuator 17 waar het signaal van deze filter 2 wordt samengeteld met het signaal dat via de synthesefilterbank 15 van de hoofd-adaptieve filterbank 1 afkomstig is.
Het resulterende corrigerende tijdsignaal 9 (n) wordt naar de leiding 18 naar de sommator 13 gestuurd en daar afgetrokken van het signaal y (n) + e (n) van de microfoon. Het resulterende signaal wordt via de leiding 33 naar de in- en uitgangschakeling 6 gestuurd.
Wanneer y (n) = e (n) dan is het signaal naar de verre spreker vrij van de akoestische echo.
Het van de sommator (13) uitgaande resulterende spraaksignaal y (n) + e (n) - ren) wordt teruggekoppeld via de leiding 20 aan het compensatie-adaptief filter 2 en, via de op de leiding 33 aansluitende leiding 21 waarin een foutfilterbank 22 gemonteerd is, met de tweede ingang van elk van de adaptieve filters van de hoofdadaptieve filterbank 1.
Zoals reeds vermeld, veroorzaken de analyseen synthese-filterbanken 9 en 15 elk een vertraging Td die als gevolg heeft dat de hoofd-adaptieve filterbank 1 slechts effectief wordt na een tijdsverloop dat ten minste gelijk is aan 2Td.
Wanneer op een tijdstip n (o) na een relatief lange tijd stilte een spraaksignaal x (n) de luidspreker 7 en de filterbank 1 en de filter 2 bereikt, zorgt
<Desc/Clms Page number 6>
het compensatie-adaptief filter 2 gedurende de tijdsperiode van n (o) tot n (o) + 2 Td voor het corrigerend signaal 9 (n) dat de akoestische echo e (n) moet compenseren. Met andere woorden het eerste gedeelte (tot n (o) + 2 Td) van de impulsresponsie van de kamer wordt gesimuleerd door het compensatie-adaptief filter 2.
Daartoe bevat dit filter 2 een bekend transversaal filter met bij voorbeeld 128 vertragingselementen of "taps" (niet voorgesteld). Het spraaksignaal x (n) wordt eerst bemonstard met bij voorbeeld de in de telefonie gebruikelijke bemonsteringsfrequentie van de 8 kHz.
Het terugkoppelsignaal voor het identificeren van de coëfficiënten van het filter 2 is het signaal y (n) + e (n) - 9' (n).
Het uitgangssignaal van de filter 2 is een signaal 9' (n) dat via de leiding 19 en de sommatoren 17 en 13 van het signaal y (n) + e (n) wordt afgetrokken.
Vanaf het tijdstip n (o) + 2 Td bereikt het uitgangssignaal van de hoofd-adaptieve filterbank 1 de sommatoren 17 en 13 en neemt de filterbank 1 dus de werking van het compensatie-adaptief filter 2 over.
Door de analyse-filterbank 9 wordt het spraaksignaal x (n) van de verre spreker in frequentiebanden ingedeeld waarbij elke frequentie-band wordt verschoven naar de oorsprong van het frequentiedomein.
Hier heeft men gekozen voor banden die elk 61, 5 Hz breed zijn. Hierdoor wordt decimatie mogelijk.
In figuur 2 is schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van de filterbanken 9, 15 en 22, voorgesteld. Een efficient algoritme dat hierbij wordt toegepast is het bekende overlapp-add algoritme.
EMI6.1
Dit algoritme is bekend uit het boek"Multirate Digital Signal processing"van Crochiere.
EMI6.2
Indien M de toegepaste decimate is en 2
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
het aantal banden, kan bewezen worden dat, om geen frequentie en tijdsaliasing te verkrijgen, Nl + N2 2 K
EMI7.2
M = i K MM = i 4
EMI7.3
waarbij Nl de grootte van het venster 24 en 27 van
R. E.respectievelijk de analyse-filterbank 9 en de foutfilterbank 22 is N2 de grootte van het venster 31 van de synthee-fij. terbank 15 is.
Indien K = 128 en de sample frequentie 8 kHz volgt hieruit dat iedere band 62, 5 Hz breed is, Nl = N2 = 128 en M = 32.
Onder deze voorwaarden herleidt de overlapp-add methode zieh tot zijn meest eenvoudige vorm zoals blijkt uit figuur 2.
De analyse-filterbank 9 bevat een ingangsschuifregister 23, een venster 24 en een FFT-processor 25. Om de tweeëndertig monsterperioden, worden tweeëndertig monsters geschoven in het schuifregister 23, dat N = 128 monsters kan bevatten.
De eerste tweeendertig monsters in dit schuifregister 23 verdwijnen terwijl de overige over 32 plaatsen worden verschoven.
De 128 monsters worden dan elk vermeng- vuldigd met een element van het venster 24 dat het laagdoorlaatfilter is.
Daarna worden 128 monsters toegevoerd aan de FFT-processor 25.
Het voordeel van deze overlapp-add methode tegenover een rechtstreekse implementatie van de bandfilter is dat de filterbank volledig wordt uitgevoerd op de gedecimeerde bemonsteringsfrequentie en dat de verschillende banden worden afgeleid van een enkel filter via een FFT-algoritme.
Enkel de eerste 65 uitgangssignalen van de FFT-
<Desc/Clms Page number 8>
processor 25 worden aan de complexe hoofd-adaptieve filterbank toegevoerd.
De foutfilterbank 22 is op dezelfde manier opgebouwd als de analyse-filterbank 9 met een foutschuifregister 26, een zelfde venster 27 en een FFT-processor 28 zodat ook de stroom van de gegevens op een analoge wijze verloopt. zoals vermeld worden de uitgangssignalen van de FFT-processor 28 gebruikt voor het aanpassen van de coefficidnten door het LMS-algoritme, van het transversale filter (niet voorgesteld).
Het gevolg is dat de hoofd-adaptieve filterbank l een filterbank wordt waarin slechts een aantal filters voorkomt dat nagenoeg gelijk is aan de helft van het aantal gekozen frequentiebanden.
De bewerkingen, opstellingen en vermeng- vuldigingen, in de adaptieve filterbank l gebeuren complex.
Gewoonlijk wordt een complexe vermenigvuldiging voorgesteld door niet enkelvoudige reele vermenigvuldigingen. In de hardware-implementatie kan een complexe vermenigvuldiging worden uitgevoerd in een tijdspanne gelijk aan het dubbele van aen enkelvoudige reële vermenigvuldiging. Een complex adaptief filter biedt dus een tijdwinstfactor twee ten opzichte van een reëel adaptief filter met dezelfde effectieve lengte.
Een ander voordeel is dat een complexe filterbank eenvoudiger te implementeren is dan een reale filterbank.
De synthesefilterbank 15 bevat een IFFTprocessor 29, een venster 31 en een uit-gangsschuifregister 32.
De complexe uitgangssignalen van de hoofd-
<Desc/Clms Page number 9>
adaptieve filterbank 1 worden via de verbindingen 14 toegevoerd aan de IFFT-processor 29 waar onder meer het complexe toegevoegde van elk complex uitgangssignaal wordt berekend, hetgeen schematisch voorgesteld is door het kader 30.
Da in dit voorbeeld N = 128 reële uitgangssignalen van de IFFT-processor 29 worden punt voor punt vermenigvuldigd met het venstar 31 dat hetzelfde is als de vensters 24 en 27, waarna ze worden opgeteld bij de door voorgaande bewerkingen in het uitgangschuifregister 32 opgeslagen getallen. Na deze optelling werden ze over M = 32 plaatsen naar links geschoven waarbij de tweeëndertig rechtse plaatsen in het register 32 worden opgevuld met nullen. De tweeëndertig linkse getallen worden naar de sommator 17 gevoerd.
Er werd reeds vermeld dat het aantal berekeningen voor de hoofd-adaptieve filterbank 1 kleiner wordt indien het aantal frequentiebanden toeneemt. Het gevolg is dat de lengte van het compensatie-adaptief filter 2 eveneens moet toenemen daar de vertragingen in de filterbanken 9 en 15 groter worden.
Het globaal aantal vermenigvuldingen in de filterbanken 9 en 15 en de hoofd-adaptieve filterbank 1 en het compensatie-adaptief filter 2 bereikt voor een lengte van 1024 taps een minimum indien 65 filterbanden worden gebruikt. Dit wil zeggen een compensatie-adaptief filter 2 met een lengte van 160 taps, een hoofdadaptieve filterbank 1 met een lengte van 864 taps of tweeëndertig gedecimeerde taps, 65 frequentiebanden aan een gedecimeerde bemonsteringsfrequentie van 250 Hz, hetgeen betekent dat alle bewerkingen moeten zijn voltooid binnen de 4 ms.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen en binnen het raam van de octrooiaanvrage kunnen aan de beschreven
<Desc/Clms Page number 10>
uitvoeringsvorm vele veranderingen aangebracht worden, onder meer wat betreft de vorm, de samenstelling, de schikking en het aantal van de onderdelen die voor het verwezenlijken van de uitvinding gebruikt worden.
In het bijzonder kan een ander convergerend algoritme dan het LMS-algoritme worden toegepast.
Ook kan in de plaats van de overlap-add methode worden gebrulk gemaakt van polyfase-filters.
Tevens kan het hoofdadaptief filter als een recel filter zijn uitgevoerd.
Ook kunnen het aantal frequentiebanden, de decimatiefactor, de bemonsteringsfrequenties, en de lengte van de filters anders gekozen worden.