DE19848608A1 - Vorrichtung zur Vermeidung einer akustischen Rückkopplung - Google Patents
Vorrichtung zur Vermeidung einer akustischen RückkopplungInfo
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
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- H04M9/08—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic
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- Signal Processing (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
- Telephone Function (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf Vierdrahtleitungen aufweisende
Telefonnetzwerke, die geschlossene Schleifen bilden, die für
ein Pfeifen aufgrund einer Rückkoppelung anfällig sind, und
insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung
zur Vermeidung von Pfeifen, die zum Detektieren des Vorhanden
seins von Pfeifen und zum Beseitigen desselben durch Einführen
einer geeigneten Dämpfung in der geschlossenen Schleife einen
DSP-Algorithmus verwendet.
Eine Mitkopplung bzw. positive Rückkopplung gibt es in einer
geschlossenen Schleife (siehe Fig. 1), wenn folgende Beziehung
(Barkhausen) erfüllt ist:
β.G = 1 (1),
wobei β die Übertragungsfunktion auf dem Rückkopplungsweg in
einer offenen Schleife und
G die Übertragungsfunktion auf dem direkten Weg in der offenen Schleife ist.
G die Übertragungsfunktion auf dem direkten Weg in der offenen Schleife ist.
Diese Beziehung ist gleichbedeutend zu den folgenden entspre
chenden Bedingungen:
|β|.|G| = 1 (2)
arg (β) + arg (G) = 2.π, in Radiant (3).
Eine solche Mitkopplung tritt gewöhnlich auf, wenn die Verstär
kung der geschlossenen Schleife gewöhnlich größer als ein be
stimmter Wert ist. Die Auswirkungen der Mittkopplung im Basis
band (d. h. 300 Hz-3400 Hz) der Telefonleitungen sind gut be
kannte Phänomene des "Pfeifens" und "Summens". Beide beein
trächtigen drastisch die eigentlichen Signale und sollten daher
fest unter Kontrolle sein.
Pfeifen kann als Resultat einer Mitkopplung in einem Telefon
netzwerk mit einer Vierdraht-Leitung als Folge einer unvoll
ständigen Echobeseitigung definiert werden. Eine Analyse der
oben angegebenen Gleichung (1) oder der Gleichungen (2) und (3)
ergibt zwei Möglichkeiten der Beseitigung der Mitkopplung:
- a) durch Ausüben einer Dämpfung im Rückkopplungspfad, oder
- b) durch Ändern der Phaseneigenschaft des Rückkopplungspfades.
Aufgrund der zwei oben angegebenen Möglichkeiten wurden bisher
folgende Hauptverfahren verwendet:
Phasenverfahren:
Phasenverfahren:
- i) Alle Durchlaßbereichsfilter sind mit variabler Gruppenlauf zeitverlängerung versehen;
- ii) Stochastische Phasenverschiebung;
- iii) Konstante Frequenzverschiebung mit einer Signal-Wiederabtastung;
- iv) Zwei-Direktionales-Mikrofonverfahren.
Dämpfungsverfahren:
- i) Variable Dämpfungsschaltung.
Das Spektrum eines Rückkopplungssignales ändert sich dynamisch
mit einer oder mehreren dominierenden und nicht konstanten Fre
quenzen, die praktisch überall in der Bandbreite des eigentli
chen Signals existieren können.
Die oben angegebenen Phasenverfahren beruhen auf der Eigen
schaft des menschlichen Ohres, das Phasenänderungen eines Au
dio-Signals nicht wahrnehmen kann. Bei den Phasenverfahren wird
die Phase des einkommenden Signals permanent verändert, so daß
die Gleichung (3) falsch wird.
Das Verfahren i), wie es in der US 5,307,417 vom 26. April 1994
(Takamura et al.) angegeben ist, ist extrem komplex und verwen
det folglich eine große Anzahl von Befehlen pro Sekunde und be
nötigt eine große Speichermenge. Das Verfahren ii), wie es in
der US 4,449,237 vom 15. Mai 1984 (Stepp et al.) angegeben ist,
und das Verfahren iii) ändern die Phaseneigenschaft des Rück
kopplungsweges entweder zufällig oder in einer vorbestimmten
Art und Weise, um algebraisch ungewünschte Komponenten des
Rückkopplungsspektrums zu kompensieren. Der Abstand vom Pfeif
punkt der geschlossenen Schleife wird geringfügig erhöht, wo
durch die Möglichkeit des Pfeifens bzw. der Rückkopplung nicht
vollständig beseitigt wird. Zusätzlich führen die Verfahren ii)
und iii) eine Signalstörung ein. Zumindest ein Nachteil des
Verfahrens iv) (s. US 5,323,458 vom 21. Juni 1994 - Park et
al.) ist, daß dieses Verfahren eine räumliche und elektrische
Symmetrie annimmt, die tatsächlich nicht immer vorhanden ist;
auch ist die Übertragbarkeit dieser Lösung nur auf spezielle
Telefonanlagen beschränkt. Ein allgemeiner Nachteil der Verfah
ren i), ii), iii) und iv) ist, daß sie alle nur eine begrenzte
Anzahl der ursprünglichen Schleifenverstärkung verarbeiten kön
nen.
Bei den Dämpfungsverfahren wird das einkommende Signal so stark
geschwächt, daß die Beziehung (2) falsch wird.
Die vorgenannten Dämpfungsverfahren, wie sie in US 5,379,450
vom 03. Januar 1995 (Hirasawa et al.) angegeben sind, hängen
vom Signalniveau und sowohl von den bestimmten mechanischen und
elektrischen Eigenschaften der Telefonanlage ab. Auch diese
Verfahren verwenden sich von 0 Volt unterscheidende absolute
Referenzniveaus und zeichnen sich durch eine erhöhte Komplexi
tät und einem hohen Rechenaufwand aus. Berücksichtigt man die
aktuellen Vollduplex-Sprachschalter wie sie in der US 5,099,472
vom 24. März 1992 (Townsend et al.) angegeben sind wird die
Dämpfung permanent auf den beiden Sprachpfaden unabhängig von
dem Vorhandensein oder nicht Vorhandensein eines Pfeifens aus
geführt.
Die in dieser Patentanmeldung vorgeschlagene Lösung verwendet
eine Dämpfung nur, wenn ein Rückkopplungssignal bzw. Pfeifen
erkannt und von anderen im Telefonnetzwerk vorhandenen Signalen
unterschieden wird.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Steuereinrichtung zur Verwendung in einer Telefonleitung zum
Steuern von durch eine Mitkopplung zwischen den Empfangs- und
Sendepfaden in der Leitung erzeugten Pfeifsignalen. Die Steuer
einrichtung umfaßt:
Eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Beginns eines Pfeifsignals in der Leitung;
eine Dämpfungseinrichtung zum Ausüben einer Dämpfung in einem der Empfangs- und Sendepfade;
und eine Verarbeitungseinrichtung zum Steuern des Dämpfungsni veaus als Funktion des Pfeifsignals.
Eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Beginns eines Pfeifsignals in der Leitung;
eine Dämpfungseinrichtung zum Ausüben einer Dämpfung in einem der Empfangs- und Sendepfade;
und eine Verarbeitungseinrichtung zum Steuern des Dämpfungsni veaus als Funktion des Pfeifsignals.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum Steuern eines Pfeifsignals in einer Telefonlei
tung mit einem Empfangspfad und einem Sendepfad vorgesehen, wo
bei das Pfeifsignal aufgrund einer positiven Rückkopplung bzw.
Mitkopplung zwischen den beiden Pfaden erzeugt wird. Das Ver
fahren umfaßt das Detektieren des Beginns eines Pfeifsignals
und das Dämpfen von zumindest einem der Pfade um das Pfeifsi
gnal zu löschen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Algorithmus zum Steuern einer Rückkopplungssteuer-Einrichtung
mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) zum Löschen eines
Pfeifens in einer Telefonleitung mit einem Empfangspfad und ei
nem Sendepfad vorgeschlagen, wobei der Algorithmus umfaßt:
De tektieren des Beginns eines Pfeifens durch Überwachen von Ein gangsabtastwerten am Empfangspfad,
gesteuerte Dämpfung wenigstens des Empfangspfades oder des Sen depfades, um das Pfeifsignal zu vermindern, und
Beenden der Dämpfung wenn das Pfeifsignal 0 erreicht.
De tektieren des Beginns eines Pfeifens durch Überwachen von Ein gangsabtastwerten am Empfangspfad,
gesteuerte Dämpfung wenigstens des Empfangspfades oder des Sen depfades, um das Pfeifsignal zu vermindern, und
Beenden der Dämpfung wenn das Pfeifsignal 0 erreicht.
Bei der bevorzugten Ausführungsform gibt es ein maximales Dämp
fungsniveau, das ausgeübt werden kann.
Bei der weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Algo
rithmus eine Vorhersagelogik um sicherzustellen, daß das detek
tierte Signal in der Tat ein Pfeifsignal ist.
Die Erfindung wird nun genauer anhand der beigefügten Zeichnun
gen erläutert, wobei:
Fig. 1 den grundlegenden Mitkopplungsmechanismus zeigt,
Fig. 2 das Prinzip der Steuereinrichtung gegen Pfeifen
zeigt,
Fig. 3 eine typische Schleifenkonfiguration der Steuerein
richtung zeigt,
Fig. 4 eine typische Schleifenkonfiguration für eine Steuer
einrichtung mit einem Vollduplex-Sprachschalteraufbau
zeigt,
Fig. 5 schematisch eine äquivalente Hardware des grundlegen
den Pfeif-Detektion-Algorithmusses zeigt,
Fig. 6 ein Flußdiagramm des logischen Vorhersagealgorith
musses ist, und
Fig. 7A, 7B, 7C einen vollständigen Algorithmus des Fluß
diagrammes der Steuereinrichtung darstel
len.
Das Prinzip der Steuereinrichtung zum Vermeiden eines Rückkopp
lungspfeifens ist in einem Block 20 in Fig. 2 gezeigt, in wel
chem ihre zwei Hauptfunktionen dargestellt sind: Die Funktion
22 der Detektion des Pfeifens und die Funktion der Dämpfung α.
Die erste Funktion erlaubt die Unterscheidung eines Pfeifsi
gnals von anderen Eingangssignalen, einschl. Sprache, Musik und
DTMF (dual-tone multi-frequency). Hierauf beruhend vermindert
die Dämpfungsfunktion die anfängliche Schleifenverstärkung 26
bis zu dem bestimmten Wert, an dem das Pfeifen verschwindet.
Fig. 3 zeigt einen typischen Schleifenaufbau, bei dem die Ele
mente der Steuereinrichtung gegen ein Rückkopplungspfeifen zur
besseren Klarheit schematisch dargestellt sind. Diese umfassen
Anfangsschleifenverstärker 26, PCM-Kodierer-Dekodierer 30, li
near/µ/A-law-Umsetzer 32; µ/A-law/linear-Wandlerblöcke 34, ei
nen Pfeifdetektor 36, eine Dämpfungseinrichtung α1 38 und eine
Dämpfungseinrichtung α2 40. Die in Fig. 3 gezeigten
PCM-Kodierer-Dekodierer 30 sind Puls-Code-Modulations-Kodierer-Dekodierer
gemäß dem G.711 CCITT-Standard. Die µ/A-law/linear-Blöcke
34 sind Spannungsniveauerhöhungsblöcke gemäß dem G.711
CCITT-Standard, und der linear-µ/A-law-Umsetzer 32 sind Span
nungspegelverringerungsblöcke gemäß dem G.711 CCITT-Standard.
Gemäß Fig. 3 werden Eingabel-Abtastwerte am Punkt 42 abgegrif
fen; Eingabe2-Abtastwerte werden am Punkt 44 abgegriffen. Aus
gabe1-Abtastwerte werden bei 46 und Ausgabe2-Werte bei 48 aus
gegeben. µ-law und A-law sind Datenkomprimierungsformate, wobei
die Blöcke 32 und 34 die entsprechenden Komprimierungs- bzw.
Dekomprimierungsvorgänge ausführen.
Obwohl die Pfeifdetektion als DSP-Software-Algorithmus ausge
führt ist, wird zur Erleichterung des Verständnisses dieser
nachfolgend anhand der in Fig. 5 schematisch gezeigten Hardware
erläutert. Die Abtastfrequenz wird mit 8 kHz angenommen.
Das Eingangssignal (Eingabeabtastwert) wird bei jeder Abtastung
kontinuierlich analysiert. Ein Zähler 50 (Zähler_P) beginnt
seinen Betrieb mit dem ersten einkommenden Abtastwert, der vom
Komperator 52 (Komp_P) geliefert wird, und stoppt seinen Be
trieb mit dem letzten angrenzenden positiven Abtastwert. Ein
zweiter Zähler 54 (Zähler_N) wird dann vom Komperator 56
(Komp_N) zum Zählen aller einkommenden angrenzenden bzw. zusam
menhängenden negativen Abtastwerte aktiviert. Fig. 5 zeigt
nicht die äquivalente Hardware-Schaltung, die das einkommende
Signal untersucht, wobei der erste positive Abtastwert an den
Zähler 50 abgegeben wird. Bei der Ausführung mittels Software
erfolgt dies mittels einer Schleife, die auf negative Ab
tastwerte wartet. Die Schleife wird mit dem ersten positiven
Abtastwert abgebrochen. Der Unterschied zwischen den Inhalten
der zwei Zähler wird dann mittels eines Differentiators Δ 58
ermittelt, der den Differenzwert zwischen zwei absoluten Werten
bestimmt, wobei die Rückstellung der Zähler auf null (RESET 60)
erfolgt. Diese gerade beschriebenen Schritte (d. h., Zählen der
positiven Abtastwerte, Zählen der negativen Abtastwerte, Be
stimmen der absoluten Differenz, Zurücksetzen der zwei Zähler
auf null) werden permanent wiederholt und bilden Iterationen.
Vor dem Zurücksetzen der Zähler auf null wird die Summe ihrer
Inhalte mit einem ersten Addierer 62 (Add_1) addiert und an ei
nen zweiten Addierer 64 (Add_2) weitergeleitet, falls die Abso
lutwerte der oben genannten Unterschiede sind aufeinander fol
gend kleiner oder gleich einem bestimmten Schwellwert 66 sind
(Schwelle_1). Diese letzte Bedingung wird mittels eines Ver
gleichskomperators 68 (Komp_1) geprüft und dessen Ergebnis wird
als Ermächtigungseingangssignal 70 (EN, Enabling input) des
zweiten Addierers 64 verwendet. Falls es zumindest eine Diffe
renz gibt, die nicht diese Bedingung erfüllt, wird der zweite
Addierer 64 auf null zurückgesetzt. Wenn der Inhalt des zweiten
Addierers 64 größer als ein zweiter Schwellwert 72 (Schwelle_2)
ist, bezeichnet die Ausgabe PFEIFEN 74 des Komperators 76
(Komp_2) das Vorhandensein eines Pfeifens bzw. einer Rückkopp
lung und der zweite Addierer 64 wird auf null zurückgesetzt.
Auch wenn es zumindest eine Differenz gibt, die größer als der
erste Schwellwert ist, wird der zweite Addierer auf null zu
rückgesetzt. Der erste Schwellwert wird auf 1 und der zweite
Schwellwert wird vorzugsweise auf 256 gesetzt, das einem Zei
tintervall von 32 ms entspricht (die Abtastfrequenz ist 8 kHz;
folglich dauern 256 Abtastungen × 1/8 kHz pro Abtastung = 32
ms). Die Beziehung zwischen der äquivalenten Digitalschaltung
und den im Flußdiagramm aus den Fig. 7A bis 7C tatsächlich be
nutzten Variablen ist wie folgt:
EINGANGSABTASTWERT | ---- Eingangs2-Abtastwert |
START | ---- Start |
Zähler_P | ---- p |
Zähler_N | ---- n |
Add_2 | ---- Summe |
Schwelle 1 | ---- 1 |
Schwelle 2 | ---- 256 |
Jedes mal wenn der Dämpfungsblock ein Signal für eine Rückkopp
lung empfängt wird die Schleifenverstärkung um einen konstanten
Betrag (Dezibel) vermindert, so daß die Dämpfung in gleichmäßi
gen Schritten ausgeführt wird, die vorzugsweise 6 dB betragen.
Vorzugsweise weist der Pfeifabstand bzw. die Stabilitätsreserve
ein Maximum von 6 dB auf. Der gesamte Betrag der Dämpfung kann
gleichmäßig oder ungleichmäßig auf die zwei Sprachleitungspfade
(siehe Fig. 3) verteilt sein. Ein guter Lösungsansatz kann die
Verwendung eines Vollduplex-Dämpfungsschalters (der Schalter
ist auch als Sprachschalter bekannt) sein (siehe Fig. 4). Falls
die gesamte ausgeübte Dämpfung gleichmäßig auf die zwei Sprach
leitungspfade verteilt ist, dann sind die Dämpfungsschritte pro
Pfad 6 dB/2 = 3 dB. Falls die gesamte Dämpfung ungleichmäßig
verteilt ist, dann betragen die Pfad-Dämpfungsschritte q dB
bzw. (6 - q) dB. Der in Fig. 4 gezeigte Fall, bei dem die ge
samte Dämpfung unter Verwendung eines Vollduplex-Sprachschalters
80 ausgeübt wird, der von den Energien S1 und S2
(82 und 84) der Abtastungen gesteuert wird, ist nachfolgend
nicht vollständig abgedeckt. Der gesamte Betrag der durch die
Steuereinrichtung zum Vermeiden einer Rückkopplung ausgeübten
Dämpfung kann aber auf einen maximal erlaubbaren Dämpfungswert
begrenzt werden. Hierbei wird, jedesmal wenn eine neue Dämpfung
ausgeübt wird, der gesamte ausgeübte Dämpfungsbetrag mit dem
Maximalwert verglichen. Ein neuer Dämpfungsschritt wird nur er
laubt, wenn der maximal zulässige Wert größer als die aktuelle
ausgeübte Gesamtdämpfung der Steuereinrichtung ist.
Dies ist der grundlegende Algorithmus der Steuereinrichtung zur
Vermeidung eines Rückkopplungspfeifens.
Zur Erhöhung des Widerstandes des grundlegenden Algorithmusses
bzgl. der praktisch sehr seltenen Situationen, bei welcher Si
gnale, die dem Pfeifen ähnlich sind, als Pfeifen betrachtet
werden könnten, ist eine Vorhersagelogik zusätzlich zum Grun
dalgorithmus vorgesehen. Der Grundalgorithmus und die Vorhersa
gelogik arbeiten parallel.
Da Pfeifen keine Information trägt ist die Wahrscheinlichkeit
des akuraten Vorhersagens des nächsten Wertes eines Pfeifsi
gnals sigma0 (siehe unten) größer als die Wahrscheinlichkeit
sigma0 des akuraten Vorhersagens eines Informationssignals.
Dies ist das Prinzip, auf dem die oben genannte Vorhersagelogik
beruht.
Das Flußdiagramm ist in Fig. 6 gezeigt und wird nachfolgend
getrennt erläutert. Die Abtastfrequenz wird mit 8 kHz angenom
men. Nach der Initialisierung der Variablen flag, counter, sig
ma0, sigma1, sigma2, sigma3 und sigma4 wird ein Abtastwert von
jedem der zwei Sprachleitungspfade abgegriffen: Eingangs1-Abtastwert
und Eingangs2-Abtastwert. Der Absolutwert der Ein
gangsabtastwerte wird kontinuierlich zu sigma0 addiert, bis der
Zähler einen vorbestimmten Wert erreicht, der vorzugsweise auf
256 gesetzt ist (entspricht einem Zeitintervall von 32 ms).
Dann wird der Inhalt von sigma0 in sigma1 gespeichert, der Zäh
ler wird auf null zurückgesetzt und der Vorgang wird für weite
re 32 ms fortgesetzt. Danach wird der Inhalt von sigma1 in sig
ma2 gespeichert und der neue Wert von sigma0 wird in sigma1 ge
laden. Der Zähler wird wieder auf null zurückgesetzt und die
gleiche Routine wird zweimal ausgeführt. Von nun an benutzt das
Verfahren vier gespeicherte Werte sigma4, sigma3, sigma2 und
sigma1 sowie den aktuellen Wert sigma0, um den nächsten Wert
von sigma0 vorherzusagen. Sein vorhergesagter Wert wird unter
Verwendung von vorzugsweise eines konstanten Differentials
dritter Ordnung für das Zeitintervall von 32 ms erhalten. Die
oben genannte Bevorzugung bezieht sich auf die Ordnung des Dif
ferentials. Der vorhergesagte Wert von sigma0 ergibt sich durch
folgende Formel:
Pre-sigma = 4.sigma1 - 6.sigma2 + 4.sigma3 - sigma4 (4)
Dann wird der Absolutwert der Differenz zwischen sigma0 und
Pre-sigma mit einem kleinen Bruchteil K von sigma0 verglichen.
Der bevorzugte Wert von K ist 0,01. In Abhängigkeit von dem
Vergleichsergebnis wird ein Steuerzeichen flag auf ein logi
sches "ein" gesetzt oder nicht gesetzt. Der Wert dieses Steuer
zeichens wird mit dem Signal PFEIFEN des grundlegenden Algo
rithmusses (siehe Fig. 5) mit einem logischen "und" verknüpft.
Schließlich wird der Zähler auf null zurückgesetzt und die
Speicher von sigma4, sigma3, sigma2 und sigma1 werden gemäß
folgender Regel aktualisiert:
sigmaX = sigmaY, wobei X = Y + 1 und x = 0,1,2 und 3 (5).
Die endgültige Ausführungsform der Vorhersagelogik liefert je
doch auch Informationen, die zum Unterscheiden von sinusförmi
gen Tönen von anderen in den Telefonleitungen vorhandenen Si
gnalen verwendet werden kann. Im Vergleich zum Pfeifen sind si
nusförmige Wellen besser vorhersagbar. Folglich sollte ein si
nusförmiges Signal folgende Ungleichung mit hoher Genauigkeit
erfüllen:
|sigma0 - sigma1| < K.sigma0 (6),
wobei K vorzugsweise den gleichen Wert von 0,01 besitzt.
Gemäß obigen Vergleich, bei dem Pre-sigma berücksichtigt wird,
ergibt sich ein Doppel-Bedingungsvergleich. Die zwei Bedingun
gen werden logisch mit "oder" verknüpft:
|sigma0 - Pre-sigma| < K.sigma0 oder | sigma0 - sigma1| <
K.sigma0 (7).
Folglich gilt, wenn wenigstens eine dieser Bedingungen erfüllt
ist, daß das Steuerzeichen flag auf ein logisches "ein" gesetzt
wird. Ansonsten verbleibt es auf einem logischen "aus".
Die folgenden Zeilen beschreiben den vollständigen Algorithmus
der Steuereinrichtung zum Vermeiden eines Rückkopplungspfei
fens. Sein Flußdiagramm ist in Fig. 7A bis 7C gezeigt. Hier
wird die Ausführungsform, die ein Vollduplex-Dämpfungsschalter
verwendet, nicht gezeigt. Als Abtastfrequenz wird 8 kHz ange
nommen.
Im ersten Schritt werden die folgenden Variablen initialisiert:
flag, counter, sigma0, sigma1, sigma2, sigma3 und sigma4 für
die Vorhersagelogik; sum, start, neg, begin, db1 und db2 für
den grundlegenden Algorithmus. Der nächste Schritt wird von der
Vorhersagelogik ausgeführt, wie es oben beschrieben ist. Der
Punkt B ist der Anfang des grundlegenden Algorithmusses. Die
gesamte Analyse beruht auf von lediglich einem Sprachleitungs
weg erfaßten Abtastwerten. Dies sind die Eingabe2-Abtastwerte
in Fig. 3. start ist eine Variable, die festhält, ob der Algo
rithmus sich im iterativen Zustand befindet oder nicht. So lan
ge der Algorithmus nicht in den iterativen Zustand eintritt,
werden die Eingabeabtastwerte nicht beeinflußt, das heißt, der
Ausgabe1-Abtastwert und der Ausgabe3-Abtastwert (siehe Fig. 3)
sind Kopien der Eingabeabtastwerte. Der iterative Zustand be
ginnt sobald der erste positive Abtastwert des Eingangs 2 detek
tiert wird. Eine logische Schleife ermittelt diesen ersten po
sitiven Abtastwert durch Überprüfen negativer Abtastwerte. Es
wird angenommen, daß der Abtastwert des Eingangs 2 positiv ist.
Da dies kein negativer Abtastwert ist, erlaubt die oben genann
te logische Schleife nicht, daß der Algorithmus bzw. der Pro
grammablauf in den iterativen Zustand übergeht. In diesem Fall
wird der Wert der Variablen neg geprüft. Hier hat die Variable
neg die Aufgabe der Aufzeichnung, falls wenig
stens ein negativer Eingangsabtastwert detektiert wurde. Folg
lich, da kein negativer Abtastwert ermittelt worden ist, bleibt
neg gleich 0. Nun wird angenommen, daß nach einigen positiven
Eingangsabtastwerten ein negativer Abtastwert angekommen ist.
Hierbei ändert die Variable neg ihren Status auf 1. Dem näch
sten negativen Abtastwert folgt ein positiver Abtastwert in ei
ner neuen Reihe von positiven Abtastwerten. Diesmal, da neg
gleich 1 ist, werden neue Vorgänge ausgeführt: start wird auf 1
und neg auf 0 geändert. neg wird zu einem ähnlichen Zweck wie
derverwendet und der neue Wert von start wird den Pro
grammablauf in den iterativen Zustand versetzen. Eine ähnliche
Erklärung betrifft den Fall, bei dem der erste Eingangsab
tastwert, der den Betrieb der logischen Schleife startet, nega
tiv ist. Bei diesem iterativen Zustand des Algorithmusses wer
den die folgenden Schritte ausgeführt. Wenn ein zweiter positi
ver Eingangsabtastwert ankommt und da die Variable begin gleich
0 ist, wird die Variable p, die die positiven Abtastwerte
zählt, gleich 1. Diese 1 stellt die vorhergegangenen positiven
Abtastwerte, die den Algorithmus in den iterativen Zutand über
geführt haben, dar. Der aktuelle positive Abtastwert wird noch
weiter berücksichtigt werden. Bei diesem Zustand (Punkt D im
Flußdiagramm) ist die Variable n, die die negativen Eingangsab
tastwerte zählt, noch 0 und die Variable begin ändert ihren
Status auf 0. Weil der letzte Eingangsabtastwert positiv ist,
wird p beispielsweise um 1 erhöht. Die Variable n hält fest,
falls zumindest ein negativer Eingangsabtastwert während einer
Iteration detektiert worden ist (bzgl. der Bedeutung von Itera
tion wird auf die Absätze verwiesen, die schematisch die äqui
valente Hardware betreffen oder den nachfolgenden Text). Folg
lich, da noch kein negativer Abtastwert ermittelt worden ist,
bleibt neg gleich 0. Die Anzahl der positiven Eingangsab
tastwerte wird mit der Variable p gezählt. Nun wird angenommen,
daß ein negativer Eingangsabtastwert ankommt. Da begin vorher
auf 0 gesetzt worden ist, wird zum Punkt D im Flußdiagramm von
Fig. 7C verzweigt. Dann wird die Variable n, die die negativen
Abtastwerte zählt, beispielsweise um 1 erhöht und die Variable
neg wird mit dem Wert 1 belegt. Bis zu diesem Moment sind die
Abtastwerte des Ausgangs 1 und des Ausgangs 2 nur Kopien der
Abtastwerte des Eingangs 1 und des Eingangs 2. Auf die folgen
den negativen Eingangsabtastwerte folgt ein positiver Ab
tastwert einer neuen Reihe von positiven Eingangsabtastwerten.
Dieses mal, da neg gleich 1 ist, werden neue Aktionen ausge
führt: neg wird wieder 0 und begin wird auf 1 gesetzt, um eine
neue Iteration vorzubereiten und der Zähler p wird beispiels
weise um 1 verringert, weil dieser neue positive Abtastwert zu
einer neuen Iteration gehört. Beim nächsten Schritt wird der
Absolutwert der Differenz zwischen p und n geprüft. Falls die
ser Absolutwert kleiner als 1 ist, wird die Variable sum, die
ein Addierer ist, mit dem Ergebnis der Addition von p und n er
höht. Dann wird sum mit einem bestimmten Schwellenwert vergli
chen, der vorzugsweise auf 256 gesetzt ist. Falls sum nicht
größer als 256 ist, wird eine neue Iteration ausgeführt und die
Ausgangsabtastwerte werden nicht beeinflußt. Falls sum größer
als 256 ist, wird sum auf 0 zurückgesetzt. Dann wird der Wert
des Steuerzeichens flag geprüft. Falls das Steuerzeichen nicht
gleich 0 ist, wird eine neue Iteration ausgeführt und die Aus
gangsabtastwerte werden nicht beeinträchtigt. Falls das Steuer
zeichen gleich 0 ist, dann betrachtet der Algorithmus die Ein
gabe als Pfeifen und zum ersten mal werden die Ausgangsab
tastwerte nicht länger Kopien der Eingangsabtastwerte sein. Die
Variable db2, die dem an dem Sprachleitungspfad, an dem die Ab
tastwerte des Eingangs 2 auftreten, angelegten Dämpfungspegel
entspricht, wird mit einem dritten Schwellenwert verglichen,
der mit einem M bezeichnet wird. Dieses M ist die max. zulässi
ge Dämpfung auf diesen bestimmten Pfad und wird als Dezimalzahl
ausgedrückt, die einen bestimmten Betrag an Dezibels (dB) ent
spricht. Z. B., falls die max. Dämpfung, die auf dem Sprachlei
tungspfad erlaubt ist, auf -12 dB gesetzt ist, dann ist
M = 10ˆ(-12/20) = 0,25.
Falls db2 größer als M ist, dann wird der Wert von db2 auf
db2.q2 geändert. In ähnlicher Weise wird der Wert von db1, der
dem den Sprachleitungspfad ausgeübten Dämpfungspegel ent
spricht, an dem die Abtastwerte des Eingangs 1 auftreten, auf
db1.q1 geändert. Die Summe q1+q2 entspricht einem vorzugsweise
einer auf 6 dB eingestellten Dämpfung, q1 und q2 sind Dezimal
zahlen, die bestimmten Dezibelbeträgen (dB) entsprechen. Bei
spielsweise, falls der Dämpfungsbetrag, der für den Sprachlei
tungspfad, an dem die Abtastwerte des Eingangs 2 auftreten, auf
-4 dB pro Dämpfungsschritt eingestellt ist, wird q2 gleich 10ˆ
(-4/20) = 0,63. q1 kann in der gleichen Art und Weise berechnet
werden, wobei für dieses Beispiel eine Dämpfung von 6 dB-4 dB =
2 dB pro Dämpfungsschritt zu berücksichtigen ist. Dann werden
die Abtastwerte des Ausgangs 1 und des Ausgangs 2 berechnet.
Ihre Werte werden durch Multiplizieren der ursprünglichen Ab
tastwerte des Eingangs 1 und Eingangs 2 mit den Dämpfungsfakto
ren db1 und db2 erhalten. Falls db2 kleiner als M ist, wird
keine zusätzliche Dämpfung ausgeübt. In diesem Fall bleiben die
Dämpfungsfaktoren db1 und db2 permanent konstant.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß ein neuer Ansatz
zum Verhindern eines Pfeifens entwickelt worden ist. Ein ent
sprechender DSP-Algorithmus zum Verhindern von Pfeifen kann ein
Pfeifen von anderen Signalen unterscheiden, die sich in den zum
Endkunden führenden Telefonnetzwerken befinden, wie z. B. Spra
che, Musik und DTMF-Signalen. Nach dem Detektieren des Pfeifsi
gnales beseitigt der Algorithmus durch Dämpfung der ursprüngli
chen Schleifenverstärkung mit einem vorbestimmten Betrag (in
Dezibel), wobei eine stabile Schleife, die im Stabilitäts-Randbereich
betrieben würde, durch den Dämpfungsbetrag instabil
werden würde. Mit anderen Worten heißt dies, daß der Wert die
ser Dämpfung nur von der Schleifenverstärkung abhängt und mini
mal im Sinne einer im gesteuerten Stabilitätsbereich betriebe
nen stabilen Schleife ist. Der Algorithmus beginnt die Dämp
fung, wenn eine Pfeifbedingung vorliegt und beendet die Dämp
fung, wenn die Pfeifbedingungen nicht länger vorliegen. Der Al
gorithmus hängt nicht von den Signalamplituden, Signalphasen,
Signalformen, Signalspektren, usw. ab. Zusätzlich arbeitet der
Algorithmus unabhängig vom Telefongerät oder den mechanischen
oder elektrischen Eigenschaften des Lautsprechers des Telefons.
Der Algorithmus verwendet weder nicht-lineare-Amplituden-Veränderungen
noch eine Phasenveränderung. Wegen seiner Ein
fachheit kann dieser DSP-Algorithmus einfacher als frühere Al
gorithmen implementiert werden. Die Anforderungen an die Re
chenleistung, Rechengeschwindigkeit und den Speicher sind ge
ring. Einige Zeilen einer Computerhochsprache genügen zum Im
plementieren des Algorithmusses.
Da bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben
und erläutert worden sind, ist es für einen Fachmann offen
sichtlich, daß eine Vielzahl von Änderungen und Abwandlungen an
diesem Grundkonzept ausgeführt werden können. Es versteht sich
von selbst, daß solche Änderungen und Abwandlungen innerhalb
des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung fallen, wie er
in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefaßt werden:
Die Erfindung betrifft einen digitalen Signalverarbeitungspro
zeß zum Vermeiden eines Pfeifsignals in einer Telefonleitung.
Die Telefonleitung weist einen Empfangspfad und einen Sendepfad
auf, die eine geschlossene Schleife bilden. Der Prozeß über
wacht Eingabeabtastwerte, die vom Empfangspfad abgegriffen wer
den und, falls ein Pfeifsignal detektiert wird, werden kontrol
lierte Dämpfungsbeträge auf die Schleife ausgeübt, bis das
Pfeifsignal beseitigt ist. Bei einem bevorzugten Ausführungs
beispiel wird eine Vorhersage-Logik in dem Prozeß zum Vermeiden
des Pfeifsignals vorgesehen.
Claims (19)
1. Steuereinrichtung für die Verwendung in einer Telefonlei
tung zur Vermeidung von durch eine Mitkopplung zwischen
einem Empfangspfad und einem Sendepfad erzeugtem Pfeifsi
gnal in der Leitung, wobei die Steuereinrichtung umfaßt:
eine Detektionseinrichtung (36) zum Detektieren des Be ginns eines Pfeifsignals in der Leitung,
eine Dämpfungseinrichtung (38, 40) zur gesteuerten Dämp fung entweder des Empfangspfades und/oder des Sendepfades, und
eine Prozessoreinrichtung zum Steuern des Betrages der Dämpfung als Funktion des Pfeifsignals.
eine Detektionseinrichtung (36) zum Detektieren des Be ginns eines Pfeifsignals in der Leitung,
eine Dämpfungseinrichtung (38, 40) zur gesteuerten Dämp fung entweder des Empfangspfades und/oder des Sendepfades, und
eine Prozessoreinrichtung zum Steuern des Betrages der Dämpfung als Funktion des Pfeifsignals.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl der Empfangspfad als auch der Sendepfad ge
dämpft werden.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfangspfad und der Sendepfad im gleichen Ver
hältnis gedämpft werden.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungseinrichtung die Dämpfung allmählich stei
gernd ausübt, solange ein Pfeifsignal vorliegt.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektionseinrichtung eine Einrichtung zum Unter
scheiden eines Pfeifsignals von anderen Eingangssignalen
aufweist.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Unterscheiden eines Pfeifsignals
von anderen Eingangssignalen eine Vorhersagelogik umfaßt.
7. Verfahren zum Steuern eines Pfeifsignals in einer Telefon
leitung mit einem Empfangspfad und einem Sendepfad, wobei
das Pfeifsignal von einer Mitkopplung zwischen den Pfaden
erzeugt wird, und das Verfahren umfaßt:
Detektieren des Beginns des Pfeifsignals, und
eine kontrollierte Dämpfung von zumindest einem der Pfade zum Löschen des Pfeifsignals.
Detektieren des Beginns des Pfeifsignals, und
eine kontrollierte Dämpfung von zumindest einem der Pfade zum Löschen des Pfeifsignals.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt des Detektierens des Beginns des Pfeifsignals eine
Vorhersage-Logik-Schritt zum Unterscheiden eines Pfeifsi
gnals von anderen Eingangssignalen umfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfung allmählich ausgeübt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfung so lange ausgeführt wird, bis das Pfeifen ge
löscht worden ist.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfung sowohl am Empfangspfad als auch am Sendepfad aus
geübt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfung auf beiden Pfaden im gleichen Verhältnis aus
geübt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfung auf den Pfaden mit ungleichen Verhältnissen
ausgeübt wird.
14. Digitaler Signalverarbeitungsprozeß (DSP) zum Vermeiden
eines Pfeifsignals in einer Telefonleitung mit einem Emp
fangspfad und einem Sendepfad, die eine geschlossene
Schleife bilden, wobei der Prozeß umfaßt:
Detektieren des Beginns des Pfeifsignals durch Überwachen der Eingangsabtastwerte, die am Empfangspfad abgegriffen werden,
eine kontrollierte Dämpfung wenigstens eines der Pfade mit finiten Schritten zum Vermindern des Pfeifsignals, und
Beenden der Dämpfung, wenn das Pfeifsignal gelöscht worden ist.
Detektieren des Beginns des Pfeifsignals durch Überwachen der Eingangsabtastwerte, die am Empfangspfad abgegriffen werden,
eine kontrollierte Dämpfung wenigstens eines der Pfade mit finiten Schritten zum Vermindern des Pfeifsignals, und
Beenden der Dämpfung, wenn das Pfeifsignal gelöscht worden ist.
15. Prozeß nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Vor
hersage-Logik-Schritt zum Sicherstellen, daß das detek
tierte Signal kein Pfeifsignal darstellt.
16. Prozeß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfung in beiden Pfaden mit gleichen Verhältnissen aus
geübt wird.
17. Prozeß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfung in den Pfaden mit ungleichen Verhältnissen ausge
übt wird.
18. Prozeß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
gesamte Dämpfung, die mit finiten Schritten ausgeübt wird,
auf einen Maximalwert begrenzt ist, der vom Benützer ein
stellbar ist.
19. Prozeß nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
finiten Schritte der Dämpfung einen vorbestimmten Pegel
von 6 dB/Schritt aufweisen.
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DE19861341A DE19861341B4 (de) | 1997-10-24 | 1998-10-21 | Vorrichtung zur Vermeidung einer akustischen Rückkopplung |
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