ES2351773T3 - Dispositivo telefónico para cancelar el ruido de fondo en el altavoz. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo telefónico (TD), comprendiendo una unidad de procesamiento (PU) dispuesta para recibir una señal de micrófono (TX) desde un micrófono (MI) y una señal de altavoz (RX) desde una interfaz de línea (LIF), donde la unidad de procesamiento (PU) comprende un filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica y un sustractor (SU)de retracción acústica, el filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica siendo definido por una pluralidad de parámetros (ai) de retracción acústica y donde la salida del filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica se sustrae de la señal de micrófono (TX) por el sustractor (SU) de retracción acústica para eliminar la retracción acústica que va de un altavoz (SP) al micrófono (MI), caracterizado por el hecho de que la unidad de procesamiento (PU) comprende un filtro de respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido y un sustractor (SU1) de reducción de ruido, el filtro de respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido siendo definido por una pluralidad de parámetros (bi) de reducción de ruido, donde la unidad de procesamiento (PU) está dispuesta para transmitir la salida del sustractor (SU) de retracción acústica al filtro de respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido, y donde la salida del filtro de respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido se sustrae de la señal de altavoz (RX) recibida de la interfaz de línea (LIF) por el sustractor (SU1) de reducción de ruido para eliminar el ruido de fondo presente en el altavoz (SP), y donde la unidad de procesamiento (PU) se dispone también para transmitir la salida del sustractor (SU1) de reducción de ruido al altavoz (SP) y al filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica, y donde los parámetros (bi) de reducción de ruido del filtro de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido son una función de los parámetros (ai) de retracción acústica del filtro de impulso finito (FIR) de retracción acústica; **(Ver fórmula)**
Description
Dispositivo telefónico para cancelar el ruido de
fondo en el altavoz.
La invención se refiere a un dispositivo
telefónico, comprendiendo una unidad de procesamiento dispuesta
para recibir una señal de micrófono procedente de un micrófono y una
señal de altavoz procedente de una interfaz de línea y dispuesta
para transmitir la señal de micrófono a la interfaz de línea y la
señal de altavoz a un altavoz.
Los teléfonos son usados generalmente en
ambientes con mucho ruido. Los teléfonos móviles (teléfonos
celulares) en particular, se utilizan a menudo en trenes,
restaurantes o ámbitos laborales, donde hay mucho ruido de fondo.
No obstante, también se sigue usando "teléfonos internos"
"tradicionales" de manera común con fines corporativos o
domésticos. Para incrementar la facilidad de uso, en general, estos
teléfonos son teléfonos inalámbricos (teléfonos portátiles), por
ejemplo según el estándar ETSI de Telecomunicaciones Inalámbricas
Mejoradas Digitalmente para teléfonos inalámbricos digitales y
análogos. Las especificaciones de tales teléfonos inalámbricos son
familiares para un experto en la materia.
La Fig. 1 representa esquemáticamente un
dispositivo telefónico TD según la técnica anterior, comprendiendo
un micrófono MI, un altavoz SP y una unidad de procesamiento PU.
El micrófono MI se dispone para detectar un
sonido, por ejemplo un discurso, y transmite una señal de micrófono
TX, que representa el sonido detectado, a la unidad de procesamiento
PU. La unidad de procesamiento PU se dispone para transmitir esta
señal a una parte receptora a través de una interfaz de línea
LIF.
La unidad de procesamiento PU se dispone
posteriormente para recibir una señal de altavoz RX a través de la
interfaz de línea LIF y transmite esta señal de altavoz RX al
altavoz SP. El altavoz SP se dispone para generar una señal de
sonido basada en la señal de altavoz RX recibida.
La interfaz de línea LIF puede por ejemplo
interconectar una red NW, que puede ser la red telefónica conmutada
pública (RTPC), voz sobre IP (VoIP), línea de abonado digital
(asimétrica) ((A)DSL), red digital de servicios integrados
(ISDN).
El dispositivo telefónico TD se puede formar de
muchas maneras. Por ejemplo, el dispositivo telefónico TD puede
comprender una unidad de procesamiento PU con un micrófono MI y un
altavoz SP asociados. El micrófono MI y el altavoz SP pueden ser
incluidos en el dispositivo telefónico TD, pero puede también
comprender uno o dos componentes remotos (micrófono y/o altavoz
remoto) dispuestos para comunicar con la unidad de procesamiento PU
a través de un enlace de comunicación inalámbrico o cableado (por
ejemplo mediante el uso de Bluetooth).
Se entenderá que el dispositivo telefónico TD se
puede instalar para realizar todo tipo de etapas de procesamiento
de señal adecuadas, como una conversión análoga a digital,
conversión digital a análoga, una filtración para aumentar la
calidad de la señal, etc.
La filtración se puede realizar por ejemplo para
eliminar el ruido de fondo, por ejemplo mediante la eliminación de
la energía de la señal de micrófono o de altavoz TX, RX que es
exterior a la banda de frecuencias usada normalmente para hablar,
tal como sonidos de frecuencias baja o muy alta. Por ejemplo, los
filtros pueden eliminar todas las frecuencias externas de 300 -
3400 Hz (banda estrecha) o de 100 - 7000 Hz (banda ancha). Esto
puede aumentar la inteligibilidad del sonido transmitido.
Tales técnicas de filtrado pueden aumentar la
inteligibilidad de la señal acústica producida por el altavoz SP.
No obstante, la inteligibilidad del sonido tal como producido por el
altavoz SP también es influenciada de forma negativa por el ruido
de fondo presente en el lugar donde se encuentra el altavoz SP.
EP 0 903 726 B1 describe un ruido acústico
activo y un sistema de eliminación del eco. Este documento describe
un eliminador de ruido activo estándar para la eliminación del ruido
de paradiafonía para la señal en la dirección de la otra parte. No
obstante, este sistema no elimina el ruido local de la parte local y
requiere micrófonos adicionales.
US 6,381,224 B1 describe un método y aparato
para controlar un sistema de comunicación bidireccional simultáneo.
Según este documento se proveen dos filtros, uno para la eliminación
de ecos en el lado acústico y para la eliminación de ecos en el
lado híbrido. El efecto de estos filtros se limita a dos trayectos
independientes de eco ya que no existe ninguna interacción entre
los dos filtros.
Un objeto consiste en reducir aún más la
influencia negativa del ruido de fondo.
Este objeto se obtiene a través del dispositivo
telefónico de la reivindicación independiente.
Según un aspecto se provee un dispositivo
telefónico, comprendiendo una unidad de procesamiento dispuesta
para recibir una señal de micrófono desde un micrófono y una señal
de altavoz desde una interfaz de línea y dispuesta para transmitir
la señal de micrófono a la interfaz de línea y la señal de altavoz a
un altavoz, caracterizado por el hecho de que la unidad de
procesamiento comprende un filtro de respuesta de impulso finito
para la reducción del ruido y una sustractor de reducción del ruido,
donde el filtro de respuesta de impulso finito de reducción del
ruido se define por una pluralidad de parámetros (b_{i}) de
reducción del ruido, donde la unidad de procesamiento está
dispuesta para transmitir la señal de micrófono a la interfaz de
línea y al filtro de respuesta de impulso finito de reducción del
ruido, donde la salida del filtro de respuesta de impulso finito de
reducción del ruido se sustrae de la señal de altavoz tal como
recibida de la interfaz de línea por un sustractor de reducción del
ruido para eliminar el ruido de fondo presente en el altavoz.
Se van a describir ahora las formas de
realización de la invención, en forma de ejemplo sólo, en referencia
a los dibujos esquemáticos anexos donde los símbolos de referencia
correspondientes indican partes correspondientes, y en los que:
- la figura 1 representa esquemáticamente un
dispositivo telefónico según la técnica anterior,
- la Fig. 2 representa esquemáticamente con más
detalle un dispositivo telefónico según la técnica anterior,
- las Fig. 3 y 4 ilustran esquemáticamente una
parte de un dispositivo telefónico según una forma de
realización.
Los mismos números de referencia usados en
distintas figuras se refieren a unos componentes similares.
Los dispositivos telefónicos TD comprenden
generalmente la opción de ser usados en forma de teléfonos con
altavoz. Cuando se usa como un teléfono con altavoz, el dispositivo
telefónico TD puede incluir también un eliminador de ecos para
prevenir la retroacción acústica, como suele ocurrir cuando el
micrófono MI recoge el sonido generado por el altavoz SP. Tal
eliminador de ecos puede comprender un filtro de respuesta de
impulso finito FIR de retroacción acústica. Los filtros de
respuesta de impulso finito son un tipo de filtro digital,
conocidos por un experto en la materia y se definen por un número de
parámetros de retroacción acústica. La señal de salida y(n)
de dicho filtro de impulso finito FIR de retroacción acústica en un
tiempo n, es la suma ponderada de la señal de entrada x(n)
en un tiempo n y un número predeterminado de señales de entrada
"antiguas" en tiempos n-1 a
n-R, donde los parámetros de retroacción acústica
del filtro de respuesta de impulso finito FIR de retroacción
acústica se definen por factores de ponderación de retroacción
acústica a_{i} del filtro de respuesta de impulso finito FIR de
retroacción acústica de la suma ponderada y donde R determina el
orden del filtro:
Una vista más detallada de este eliminador de
eco se representa esquemáticamente en la Fig. 2. La Fig. 2 muestra
el dispositivo telefónico TD según la Fig. 1, donde la unidad de
procesamiento PU se muestra más detalladamente. No obstante se
entenderá que la unidad de procesamiento PU no se muestra de modo
completamente detallado y puede comprender otra funcionalidad, tal
como un CODEC para realizar una conversión
analógica-digital y viceversa.
La unidad procesadora PU comprende un filtro de
respuesta de impulso finito FIR de retroacción acústica y un
sustractor SU de retroacción acústica.
La unidad procesadora PU recibe una señal de
altavoz RX a través de una interfaz de línea LIF. La señal de
altavoz RX debe ser transmitida al altavoz SP. El altavoz SP genera
un sonido basado en la señal de altavoz RX.
El sonido generado por el altavoz SP se puede
grabar por el micrófono MI. La señal de micrófono TX procedente del
micrófono MI entrante en la unidad de procesamiento PU puede incluir
así dos componentes:
- TX_{Discurso})
- sonido que se debe transmitir a través de la interfaz de línea LIF (por ejemplo discurso del usuario), y
- TX_{Altavoz})
- sonido que se recupera del altavoz SP.
Para evitar la retroacción acústica, este
segundo término debe ser eliminado de la señal de micrófono TX.
Esta eliminación se puede realizar simplemente por sustracción de la
señal de altavoz RX entrante procedente de la señal de micrófono
TX. Ya que el segundo término procedente del altavoz TX de señal de
micrófono no es idéntico a la señal de altavoz RX entrante debido a
que el trayecto acústico que va del altavoz SP al micrófono MI,
produce retrasos, ecos, deformaciones y similares.
La eliminación se realiza mediante la división
de la señal de altavoz RX entrante en dos partes, donde una parte
de la señal de altavoz RX se introduce en el filtro de respuesta de
impulso finito FIR de retroacción acústica. La salida del filtro de
respuesta de impulso finito FIR de retroacción acústica se sustrae
de la señal de micrófono TX usando un sustractor SU de retroacción
acústica. Con la sustracción de la salida del filtro de respuesta
de impulso finito FIR de retroacción acústica de la señal de
micrófono, el sonido recuperado por el micrófono MI del altavoz SP
es
eliminado.
eliminado.
Los parámetros a_{i} de retroacción acústica
del filtro de respuesta de impulso finito FIR de retroacción
acústica se pueden ajustar de tal modo que se elimine la deformación
o distorsión lineal del sonido recogido por el micrófono MI del
altavoz SP debido al hecho de que se ha desplazado desde el altavoz
SP hasta el micrófono MI. La deformación puede incluir ecos,
retrasos, deformación de espectro de frecuencia etc.
Los parámetros a_{i} de retroacción acústica
del filtro de respuesta de impulso finito de retroacción acústica
se pueden determinar en el mismo lugar por retroacción de la salida
el sustractor SU hacia el filtro de respuesta de impulso finito FIR
de retroacción acústica. De esta manera, los parámetros a_{i} de
retroacción acústica del filtro de respuesta de impulso finito FIR
de retroacción acústica se puede optimizar en el mismo lugar. El
filtro de respuesta de impulso finito FIR de retroacción acústica se
puede por lo tanto definir como un filtro de respuesta de impulso
finito FIR de retroacción acústica activado.
En consecuencia, se entenderá que los filtros de
respuesta de impulso finito mencionados en este texto, se pueden
llamar también filtros de respuesta de impulso finito adaptativos.
Obviamente, los filtros de respuesta de impulso finito también
pueden ser no adaptativos. Los parámetros de retroacción del filtro
de respuesta de impulso finito también se pueden predeterminar y
ajustar durante la fabricación del dispositivo telefónico TD.
Los parámetros a_{i} de retroacción acústica
del filtro de respuesta de impulso finito FIR de retroacción
acústica se puede ajustar cuando ningún sonido se debe transmitir a
través de la interfaz de línea LIF (es decir cuando el usuario no
está hablando), y la señal de micrófono TX comprende principalmente
el componente recogido del altavoz TX_{altavoz}. De esta manera,
la adaptación se congela cuando se detecta el discurso. Cuando no
se presenta ningún discurso, los parámetros a_{i} de retroacción
acústica del filtro de respuesta de impulso finito FIR de
retroacción acústica se pueden ajustar a través de la minimización
de la salida del sustractor SU de retroacción acústica. Un detector
de inactividad se puede proporcionar para determinar si el sonido
que debe ser transmitido a través de la interfaz de línea LIF está
presente o no.
Se entenderá que los detectores de inactividad o
detectores de actividad de voz (VAD) son conocidos y se puede
diseñar de muchas formas diferentes. Por ejemplo, el detector de
actividad de voz puede calcular un promedio de tiempo largo
(estimación del ruido de fondo) y un promedio de tiempo corto
(estimación de voz activa) y éste compara los niveles de señales
con algunos umbrales mínimos. Mediante el uso del promedio de
tiempo corto y del promedio de tiempo largo, se puede determinar si
el usuario está hablando o no en ese momento.
Otros detectores de actividad de voz VAD pueden
hacer comparaciones en base a las "curvas de distribución
estadística" (medida para la "similitud de discurso" de una
señal) y otras características de estadísticas, como la dispersión,
que es una medida para el carácter no-estacionario
del discurso, es decir de las pausas cortas durante el discurso. Se
considera que se conocen muchos detectores distintos de actividad de
voz, por lo que éstos no se describen aquí más detalladamente.
Se considera que los parámetros a_{i} óptimos
de retroacción acústica del filtro de respuesta de impulso finito
FIR de retroacción acústica dependen del trayecto acústico del
altavoz SP al micrófono MI, y pueden ser influidos por la forma de
la cabeza del usuario, la orientación del dispositivo telefónico TD
con respecto a la cabeza del usuario, el lugar en el que se usa el
dispositivo telefónico TD etc.
Cuando se usa el dispositivo telefónico TD, la
señal de altavoz RX se transfiere al interior de una señal acústica
por el altavoz SP oída por un usuario. En caso de que el usuario se
encuentre en un ambiente con ruido de fondo, él o ella puede
experimentar problemas para oír la señal acústica producida por el
altavoz SP. En caso de que un usuario no pueda oír correctamente la
señal acústica, él o ella puede aumentar el volumen del altavoz
SP.
Según las formas de realización descritas aquí,
se prevé una solución diferente para que la señal acústica sea más
audible por el usuario mediante la adición de un componente
RX_{anti-ruido} a la señal de altavoz RX que
elimina al menos algunos ruidos de fondo para el usuario. De esta
manera, la señal de altavoz RX comprende ahora dos componentes:
- RX_{discurso})
- sonido que se transmite a través de la interfaz de línea LIF al dispositivo telefónico TD (por ejemplo discurso de otra parte de extremidad), y
- RX_{anti-ruido})
- sonido que representa la anti-fase del ruido de fondo presente cerca del altavoz SP que procede de una fuente de ruido de fondo a proximidad del usuario que debe ser eliminado.
La técnica se incluye al interior del
dispositivo telefónico TD y se destina a eliminar el ruido de fondo
localmente (sólo para una parte de paradiafonía). El usuario que
está sosteniendo el dispositivo telefónico TD equipado con esta
técnica oye menos ruido de fondo. En consecuencia, la proporción de
señal/ruido percibida mejora a la salida del altavoz SP.
Para eliminar el ruido de fondo, el dispositivo
telefónico TD necesita conocer ese ruido de fondo. Esto se realiza
a través del micrófono MI que recibe este ruido de fondo.
El ruido de fondo es observado por el usuario en
el lugar donde se encuentra el auricular del dispositivo telefónico
TD, es decir cerca del altavoz SP (oreja apoyada contra el altavoz
SP del dispositivo telefónico TD), mientras que el micrófono MI
recibe el ruido de fondo en la posición del micrófono MI.
Por lo que la señal de micrófono TX no se puede
sustraer simplemente de la señal de altavoz RX. El ruido de fondo
puede ser diferente en la posición del altavoz SP con respecto a la
posición del micrófono MI, ya que el micrófono MI se dispone
normalmente en otra posición que la del altavoz SP, normalmente a
una distancia de aproximadamente 5 - 15 cm. Esto hará que sea más
difícil igualar con precisión al nivel, característica y fase del
ruido del entorno en el lugar donde se encuentra el auricular.
Por consiguiente, según una forma de
realización, la parte de la señal de micrófono TX se sustrae de la
señal de altavoz RX por un sustractor SU1 de reducción de ruido
después de ser procesado por un filtro de respuesta de impulso
finito FIR1 de reducción de ruido, tal y como se representa
esquemáticamente en la Fig. 3. El trabajo de los filtros de
respuesta de impulso finito se describe más detalladamente más
arriba en referencia a la Fig. 2.
La señal de salida u(n) del filtro de
respuesta de impulso finito FIR1 de reducción de ruido en un tiempo
n, es la suma ponderada de la señal de entrada v(n) en un
tiempo n y un número predeterminado de "antiguas" señales de
entrada en tiempos n-1 a n-S, donde
los parámetros de reducción de ruido del filtro de respuesta de
impulso finito FIR1 de reducción de ruido se definen por factores
b_{i} de ponderación de reducción de ruido del filtro de
respuesta de impulso finito FIR1 de reducción de ruido de la suma
ponderada y donde S determina la orden del filtro:
Los parámetros b_{i} de reducción de ruido del
filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción del ruido
dependen de la situación real, ya que éstos representan el trayecto
acústico del micrófono MI hacia el altavoz SP, que puede diferir de
una situación a otra. Como la señal que se debe cancelar no está
presente en la señal de altavoz RX, sino sólo en el entorno del
altavoz SP, los parámetros b_{i} de reducción de ruido del filtro
de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción del ruido no pueden
ser formados por retroacción de la salida del sustractor SU1 de
reducción de ruido y por ajuste de los parámetros b_{i} de
reducción de ruido del filtro de respuesta de impulso finito FIR1
de reducción de ruido para minimizar los resultados del sustractor
SU1 de reducción de ruido.
Asimismo, para prever y eliminar el ruido de
fondo a la salida del altavoz SP, se necesita una estimación del
trayecto acústico del altavoz SP al micrófono MI, es decir que se
necesita una estimación de los parámetros b_{i} de reducción de
ruido del filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción de
ruido.
Esta estimación se puede obtener a partir del
filtro de impulso finito FIR de retroacción acústica activado y
presente en el dispositivo telefónico TD y descrito más
detalladamente en referencia a la Fig. 2. Según una forma de
realización, se considera que los parámetros b_{i} de reducción
del ruido del filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de
reducción del ruido son iguales a los parámetros a_{i} de
retroacción acústica del filtro de respuesta de impulso finito FIR
de realimentación acústica activado:
El orden S del filtro de respuesta de impulso
finito FIR1 de reducción del ruido puede ser igual o inferior al
orden R del filtro de respuesta de impulso finito FIR de retroacción
acústica: S \leq R. El filtro de respuesta de impulso
finito FIR1 de reducción de ruido puede ser de un orden inferior
para reducir costes.
El filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de
reducción del ruido procesa la señal de micrófono TX, comprendiendo
el discurso y el ruido de fondo y sustrae la señal procesada de la
señal de altavoz RX. Por medio de esta operación, se crea un
anti-ruido por el altavoz SP para el ruido de fondo
presente cerca del altavoz SP.
Los parámetros b_{i} de reducción de ruido del
filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción de ruido se
adaptan de tal modo que el filtro de respuesta de impulso finito
FIR1 de reducción de ruido reproduce el ruido de fondo susceptible
de aparecer en el lugar donde se encuentra el altavoz SP. La salida
del filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción de
ruido se sustrae de la señal de altavoz RX, generando el
anti-ruido que puede neutralizar el ruido de fondo
real.
Las formas de realización se basan en la idea de
que una función de transferencia
H_{micrófono-oreja}, que describe la
transferencia de un sonido que se desplaza desde el micrófono hasta
la oreja, es sustancialmente igual a o relacionada con una función
de transferencia H_{altavoz-micrófono}, que
describe la transferencia de sonido que se desplaza desde el
altavoz SP al micrófono MI, cuando se sostiene el dispositivo
telefónico TD cerca de la cabeza.
Se tendrá en cuenta que los parámetros b_{i}
de reducción de ruido del filtro de respuesta de impulso finito
FIR1 de reducción de ruido pueden ser determinados del mismo modo
que los parámetros a_{i} de retroacción acústica del filtro de
respuesta de impulso finito FIR de retroacción acústica activado,
pero que se pueden concebir muchas alternativas, por ejemplo una
alternativa en la que los parámetros son inversos:
De hecho, se pueden concebir alternativas. En
general se entenderá que las formas de realización descritas se
basan en la idea de que una función de desplazamiento
H_{micrófono-oreja}, que describe la transferencia
del sonido que se desplaza desde el micrófono hacia la oreja, se
relaciona sustancialmente con una función de transferencia
H_{altavoz-micrófono}, que describe la
transferencia del sonido que se desplaza desde el altavoz SP hacia
el micrófono MI, cuando el dispositivo telefónico TD se sostiene
cerca de la cabeza. De esta manera, los parámetros b_{i} de
reducción de ruido del filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de
reducción de ruido son una función de los parámetros a_{i} de
retroacción acústica del filtro de respuesta de impulso finito FIR
de retroacción acústica activado:
donde f(a_{i}) puede por
ejemplo ser f(a_{i}) = a_{i} o f(a_{i}) =
(1/a_{i}).
En situaciones en las que hay ruido de fondo, el
usuario puede ajustar automáticamente el volumen del altavoz SP a
un nivel alto. Se entenderá que los mejores resultados se obtienen
cuando el altavoz SP responde en un modo lineal a ajustes del nivel
de volumen.
La forma de realización mostrada en la Fig. 3 se
muestra más detalladamente en la Fig. 4, donde se añaden las
señales soportadas por las distintas conexiones. El término
echo(X) se utiliza para indicar que una señal X se está
transformando debido al desplazamiento de un trayecto acústico por
ejemplo desde el micrófono MI al altavoz SP y se usa también para
indicar que la señal X ha sido procesada por un filtro de respuesta
de impulso limitado, destinada a representar el mismo trayecto
acústico.
En la parte inferior izquierda de la figura 4 se
representan dos fuentes de sonido, de producción de ruido de fondo
TX_{ruido} y de discurso TX_{discurso} del usuario presente
cerca del micrófono MI. Este mismo sonido también está presente
cerca del altavoz SP en una forma transformada debido al trayecto
acústico del micrófono MI al altavoz SP. Una vez que este sonido se
ha desplazado hasta el altavoz SP, se designa por
eco(TX_{ruido} + TX_{discurso}).
El micrófono Mi recoge el ruido de fondo
TX_{ruido} y el discurso TX_{discurso} del usuario. El
micrófono MI recoge también parte del sonido generado por el altavoz
SP: eco(RX - eco(TX_{discurso} + TX_{ruido})).
Este término se explicará más detalladamente a continuación.
De esta manera, la señal de micrófono TX
detectada por el micrófono es igual al TX_{discurso} +
TX_{ruido} + eco(RX - eco(TX_{discurso} +
TX_{ruido})) e inyectada en el sustractor SU de retroacción
acústica. Como se explicará también a continuación, el sustractor
SU de retroacción acústica sustrae una señal de la señal de
micrófono para eliminar la retroacción acústica del altavoz SP al
micrófono MI. El suscriptor SU de retroacción acústica sustrae un
término igual al eco(RX - eco(TX_{discurso} +
TX_{ruido})). Este término se explicará también más
detalladamente a continuación.
La salida del sustractor SU de retracción
acústica es en consecuencia un TX_{discurso} + TX_{ruido} que
se transmite por el dispositivo telefónico TD a través de la
interfaz de línea LIF (no mostrada), y que se introduce también en
el filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción de ruido.
El filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción de ruido
representa el trayecto acústico del micrófono MI al altavoz SP y
por lo tanto emite una señal igual al eco(TX_{discurso} +
TX_{ruido}).
La salida del filtro de respuesta de impulso
finito FIR1 de reducción de ruido (eco(TX_{discurso} +
TX_{ruido})) es sustraída por el sustractor SU1 de reducción de
ruido desde la señal de altavoz RX recibida por el dispositivo
telefónico TD, produciendo una señal igual a: RX-
eco(TX_{discurso} + TX_{ruido}), que es parcialmente
inyectada en el altavoz SP y el filtro de respuesta de impulso
finito FIR de retracción acústica.
En base a lo que se ha mencionado anteriormente,
se puede observar que el filtro de respuesta de impulso finito FIR
de retracción acústica recibe RX - eco(TX_{discurso} +
TX_{ruido}) en forma de entrada. Se supone que el filtro de
respuesta de impulso finito FIR de retracción acústica debe tener en
cuenta el trayecto acústico del altavoz SP al micrófono MI y por lo
tanto emitir una señal igual al eco(RX -
eco(TX_{discurso} + TX_{ruido})), que se inyecta en el
sustractor SU de retracción acústica, como se indicó
anteriormente.
El altavoz SP recibe también un RX -
eco(TX_{discurso} + TX_{ruido}) en forma de entrada y
genera un sonido acústico basado en esta señal. Este clarifica el
origen del término eco(RX - eco(TX_{discurso} +
TX_{ruido}) detectado por el micrófono M1, mencionado
anteriormente.
Como se ha explicado ya previamente, el ruido de
fondo TX_{ruido} y el discurso TX_{discurso} presentes cerca
del micrófono MI llegan al altavoz SP en forma de
eco(TX_{discurso} + TX_{ruido}). La señal de sonido
obtenida será por lo tanto igual a eco RX (TX_{discurso} +
TX_{ruido}) + eco(TX_{discurso} + TX_{ruido}) =
RX.
En base a la Fig. 4 y a la explicación anterior,
se entenderá que el ruido de fondo presente cerca del altavoz SP (y
de la oreja del usuario) es al menos parcialmente eliminado por las
formas de realización descritas. También se elimina una parte del
sonido del discurso generado por el usuario. No obstante, esto no
influye en la inteligibilidad, o también puede ser compensado con un
generador de tonos lateral estándar.
En las formas de realización anteriores se
considera que el filtro de respuesta de impulso finito FIR de
retracción acústica está activado, en base al hecho de que el
micrófono MI detecta al menos una parte del sonido emitido por el
altavoz SP. Como las formas de realización descritas anteriormente
funcionan cuando no se usa el dispositivo telefónico en forma de
teléfono con altavoz, se considera que el micrófono MI detecta
también el sonido generado por el altavoz SP incluso cuando no se
utiliza el dispositivo telefónico TD en forma de teléfono con
altavoz. Además, en una situación en la que hay ruido de fondo, un
usuario puede inclinarse para aumentar el nivel del volumen del
altavoz SP. La activación del filtro de respuesta de impulso finito
FIR de retracción acústica puede realizarse durante un periodo de
activación determinado. Este periodo de activación puede realizarse
al principio de una llamada telefónica y por ejemplo puede tardar
unos segundos. El periodo de activación también se puede repetir en
intervalos regulares (por ejemplo en presencia de un discurso
RX).
Según una forma de realización, durante el
periodo de activación, el volumen del altavoz SP se puede ajustar a
un nivel de activación para permitir la activación del filtro de
respuesta de impulso finito FIR de retracción acústica. A través
del aumento del volumen del altavoz SP, el micrófono MI detecta de
forma segura una parte del sonido emitido por el altavoz SP.
Según otra forma de realización se puede
utilizar una señal de activación que se emite a través del altavoz
SP. Esta señal de activación puede ser relativamente corta (por
ejemplo de 1 o 2 segundos) y puede ser por ejemplo un señal de
ruido blanco o un señal de ruido de color. La señal de activación se
puede emitir con un volumen relativamente alto. Se puede escoger el
volumen de tal señal de activación de modo que no se produzca
ningún recorte de voz. El volumen de tal señal de activación s
depende del altavoz.
Una señal de ruido blanco es una señal aleatoria
de cada frecuencia en la banda de frecuencia determinada, por
ejemplo el espectro de audio, donde todo presenta un promedio de
nivel de potencia uniforme. El filtro de respuesta de impulso
finito FIR de retracción acústica se puede activar durante la señal
de activación, es decir que los parámetros a_{i} de retroacción
acústica del filtro de respuesta de impulso finito FIR de
retracción acústica (y asimismo los parámetros b_{i} de reducción
de ruido del filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de
reducción de ruido) se pueden determinar y ajustar durante la señal
de activación.
No se reivindica aquí el hecho de que las formas
de realización provistas anulen todos los ruidos de fondo, pero se
entenderá que las formas de realización eliminarán al menos un poco
del ruido de fondo se obtendrá así una mejora con respecto a la
técnica anterior. La eliminación de sólo una parte del ruido de
fondo será mejor que ninguna eliminación.
En base a lo mencionado anteriormente se
entiende que el filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de
reducción de ruido sólo podrá eliminar el ruido de fondo que llega
al micrófono MI antes de llegar al altavoz SP. No obstante, en la
práctica esto coincide sustancialmente con el ruido de fondo en la
línea visual del usuario. Puede ser el caso particularmente en
situaciones en las que el dispositivo telefónico TD incluye
auriculares (auriculares con cable o auriculares Bluetooth o
auriculares DECT).
Por consiguiente según una forma de realización,
el ruido de fondo procedente de una dirección que coincide
sustancialmente con una línea visual definida por una línea que va
del altavoz SP al micrófono MI se elimina o se reduce en el
altavoz.
En esta situación la relación entre
H_{micrófono-oreja} y
H_{altavoz-micrófono}, o en otras palabras, la
relación entre los parámetros b_{i} de reducción de ruido del
filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción de ruido y
los parámetros a_{i} de retroacción acústica del filtro de
respuesta de impulso finito FIR de retroacción acústica activado
tal y como se ha descrito anteriormente será todavía más precisa.
Además, el oído humano es más sensible en la dirección de línea
visual de la cabeza humana, la cual coincide sustancialmente con la
línea visual tal y como se ha definido anteriormente. Se elimina así
el ruido de fondo producido en una dirección en la que el oído
humano es más sensible. Además, también se elimina el ruido de
fondo que se refleja a través de un objeto y que se acerca al
usuario después de la reflectancia a la largo de la línea
visual.
También se debe tener en cuenta de que el ruido
de fondo se detecta a través del micrófono que tiene sus propias
características (función de desplazamiento, directividad) y la
salida del filtro de respuesta de impulso finito FIR1 de reducción
de ruido después de ser sustraída de la señal de altavoz RX por el
sustractor SU1 de reducción de ruido es emitida a través del
altavoz SP, que posee también sus propias características (función
de transferencia). No obstante, estas características ya han sido
tomadas en cuenta por los parámetros a_{i} de retroacción
acústica, ya que el micrófono MI y el altavoz SP se incluyen también
en el bucle del filtro de respuesta de impulso finito FIR de
retracción acústica. Así, el filtro de respuesta de impulso finito
FIR de retracción acústica tiene en cuenta las características del
micrófono MI y del altavoz SP.
Por ejemplo, el micrófono MI puede tener su
propia función de desplazamiento y una directividad que puede
influir en los parámetros a_{i} de retroacción acústica del filtro
de respuesta de impulso finito FIR de retracción acústica
activado.
En consecuencia, las características del
micrófono y del altavoz se tienen en cuenta también con respecto a
los factores de ponderación (b_{i}) del filtro de respuesta de
impulso finito (FIR1) de reducción de ruido.
Por otra parte, se ha anteriormente descrito que
en general b_{i} puede ser una función de a_{i}:
No obstante, según una forma de realización, se
puede aplicar la restricción siguiente: f(a_{i} = 0) =
b_{i} = 0. De hecho, esta restricción también puede se puede
aplicar cuando a_{i} es relativamente próximo a cero. Esto puede
ser especialmente una restricción útil donde b_{i} =
1/a_{i}.
Como se ha descrito anteriormente, se puede
aplicar la relación siguiente entre a_{i} y b_{i}:
O bien, como se ha determinado más generalmente,
donde los parámetros (b_{i}) de reducción de ruido del filtro de
impulso finito (FIR1) de reducción de ruido son proporcionalmente
opuestos a los parámetros de retracción acústica (a_{i}) del
filtro de impulso finito (FIR) de retracción acústica:
tal como por
ejemplo:
donde C1 y C2 son
constantes.
El resultado de las formas de realización es que
se puede generar un eco del discurso local. Para la telefonía esto
puede ser un efecto secundario deseado, ya que los usuarios pueden
sentirse cómodos oyéndose a sí-mismos por el altavoz. También se
conoce este efecto como tono lateral.
Las descripciones anteriores se destinan a ser
ilustrativas, no limitativas. De esta manera, será evidente para un
experto en la técnica que unas modificaciones se pueden aplicar a la
invención tal como se describe sin salir del ámbito de las
reivindicaciones y de sus equivalentes técnicos descritos a
continuación.
\vskip1.000000\baselineskip
- EP 0903726 B1 [0011]
- US 6381224 B1 [0012]
Claims (13)
1. Dispositivo telefónico (TD), comprendiendo
una unidad de procesamiento (PU) dispuesta para recibir una señal
de micrófono (TX) desde un micrófono (MI) y una señal de altavoz
(RX) desde una interfaz de línea (LIF), donde
la unidad de procesamiento (PU) comprende un
filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica
y un sustractor (SU)de retracción acústica, el filtro de
respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica siendo
definido por una pluralidad de parámetros (a_{i}) de retracción
acústica
y donde la salida del filtro de respuesta de
impulso finito (FIR) de retracción acústica se sustrae de la señal
de micrófono (TX) por el sustractor (SU) de retracción acústica para
eliminar la retracción acústica que va de un altavoz (SP) al
micrófono (MI),
caracterizado por el hecho de que la
unidad de procesamiento (PU) comprende un filtro de respuesta de
impulso finito (FIR1) de reducción de ruido y un sustractor (SU1)
de reducción de ruido, el filtro de respuesta de impulso finito
(FIR1) de reducción de ruido siendo definido por una pluralidad de
parámetros (b_{i}) de reducción de ruido,
donde la unidad de procesamiento (PU) está
dispuesta para transmitir la salida del sustractor (SU) de
retracción acústica al filtro de respuesta de impulso finito (FIR1)
de reducción de ruido, y
donde la salida del filtro de respuesta de
impulso finito (FIR1) de reducción de ruido se sustrae de la señal
de altavoz (RX) recibida de la interfaz de línea (LIF) por el
sustractor (SU1) de reducción de ruido para eliminar el ruido de
fondo presente en el altavoz (SP), y
donde la unidad de procesamiento (PU) se dispone
también para transmitir la salida del sustractor (SU1) de reducción
de ruido al altavoz (SP) y al filtro de respuesta de impulso finito
(FIR) de retracción acústica, y donde
los parámetros (b_{i}) de reducción de ruido
del filtro de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido son una
función de los parámetros (a_{i}) de retracción acústica del
filtro de impulso finito (FIR) de retracción acústica;
2. Dispositivo telefónico (TD) según la
reivindicación 1, en el que la salida u(n) del filtro de
respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido en un
tiempo n, es la suma ponderada de la señal de entrada v(n)
del filtro de respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de
ruido en el tiempo n y un número predeterminado de señales de
entrada previos a los tiempos n-1 a
n-S, donde los parámetros de reducción de ruido del
filtro de respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido
se definen por factores de ponderación (b_{i}) del filtro de
respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido de la suma
ponderada y donde S determina el orden del filtro:
3. Dispositivo telefónico (TD) según la
reivindicación 2, en el que la salida y(n) del filtro de
respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica en un
tiempo n, es la suma ponderada de la señal de entrada x(n)
del filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción
acústica en el tiempo n y un número predeterminado de señales de
entrada previas a los tiempos n-1 a
n-R, donde los parámetros de retroacción acústica
del filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción
acústica se definen por factores de ponderación (a_{i}) del
filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica
de la suma ponderada y donde R determina el orden del filtro:
4. Dispositivo telefónico (TD) según cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, donde una parte de la salida
del sustractor (SU) de retracción acústica se reinyecta en el filtro
de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica para
ajustar los parámetros (a_{i}) de retroacción acústica del de
filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción
acústica.
5. Dispositivo telefónico (TD) según la
reivindicación 4, donde la unidad de procesamiento (PU) se dispone
para ajustar los parámetros (a_{i}) de retroacción acústicos del
filtro de respuesta de impulso finito (FIR) de retracción acústica
durante un periodo de activación.
6. Dispositivo telefónico (TD) según la
reivindicación 5, en el que la unidad de procesamiento (PU) se
dispone para transmitir una señal de activación al altavoz (SP)
durante el periodo de activación.
7. Dispositivo telefónico (TD) según la
reivindicación 6, en el que la señal de activación es un señal de
ruido blanco.
8. Dispositivo telefónico (TD) según cualquiera
de las reivindicaciones 5 a 7, en el que la unidad de procesamiento
(PU) se dispone para ajustar un volumen del altavoz (SP) en un nivel
de activación durante el periodo de activación.
9. Dispositivo telefónico (TD) según cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en el que la función
f(a_{i}) es una función de f(a_{i}) = a_{i} o
f(a_{i}) = (1/a_{i}).
10. Dispositivo telefónico (TD) según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el orden S del
filtro de respuesta de impulso finito (FIR1) de reducción de ruido
es igual o inferior al orden R del filtro de respuesta de impulso
finito (FIR) de retracción acústica: S \leq R.
11. Dispositivo telefónico (TD) según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el ruido de fondo
es sustancialmente eliminado de una dirección que coincide
sustancialmente con una línea visual definida por una línea que va
del altavoz SP al micrófono MI.
12. Dispositivo telefónico (TD) según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los parámetros
(b_{i}) de reducción de ruido del filtro de impulso finito (FIR1)
de reducción de ruido son proporcionalmente lo contrario de los
parámetros (a_{i}) de retracción acústica del filtro de impulso
finito (FIR) de retracción acústica:
13. Dispositivo telefónico (TD) según la
reivindicación 12, donde:
donde C1 y C2 son
constantes.
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