DE69532394T2

DE69532394T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Echokompensation mit Anwendung der "fast projection scheme"

Info

Publication number: DE69532394T2
Application number: DE69532394T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Nerima-ku Haneda; Shoji Makino; Masashi Tanaka; Yutaka Kaneda
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2015-02-09
Also published as: DE69532394D1; EP0667700A3; US5539731A; EP0667700B1; CA2142147C; EP0667700A2; CA2142147A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Echokompensationsverfahren und eine Vorrichtung zur Kompensierung oder Unterdrückung eines Echosignals, das ein Rückkopplungspfeifen verursacht und eine ruhige Konversation in einem zweidrahtigen bis vierdrahtigen Vermittlungssystem und einem Lautsprecherkommunikationssystem stört. Die Erfindung gehört genauer zu einem akustischen Echokompensator, der adaptiv die Ausgabe eines Echoweges mit einem schnellen Projektionsalgorithmus bestimmt.
In der vorliegenden Beschreibung wird die Zeit durch eine diskrete Zeit dargestellt. Beispielsweise wird die Amplitude eines Signals x zu einem Zeitpunkt k durch x(k) ausgedrückt. Obgleich die vorliegende Erfindung auf eine adaptive Schätzung der Ausgabe eines Echowegs in einem akustischen Echokompensator und in einer adaptiven Schallfeldregelung anwendbar ist, wird die Erfindung in der Anwendung auf einen akustischen Echokompensator in einem Lautsprecher-Kommunikationssystem beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm des Lautsprecher-Kommunikationssystems. Die Sprache eines entfernten Sprechers A wird einem Lautsprecher 15 über ein Mikrofon 11, einen Verstärker 12, eine Übertragungsleitung 13a und einen Empfangssignalverstärker 14 zugeführt, und die Sprache wird vom Lautsprecher 15 auf der Seite eines nähen Sprechers B reproduziert. Andererseits wird Sprache des Sprechers B über das Mikrofon 16, einen Verstärker 17, eine Übertragungsleitung 13b, einen Empfangssignalverstärker 18 und einen Lautsprecher 19 zum Sprecher A gesendet. Dieses Lautsprecher-Kommunikationssystem erfordert es von keinem der Sprecher, das Handgerät in der Hand zu halten, wie es bei konventionellen Telefon-Kommunikationssystemen der Fall ist, und befähigt ihn dadurch, mit dem anderen Partner zu kommunizieren, während er arbeitet, und es erlaubt die Umsetzung einer natürlichen direkten Kommunikation. Dieses Kommunikationssystem ist daher heute in TV-Konferenzsystemen, Bildtelefonen, Lauthör-Telefonen usw. in weitem Gebrauch.
Andererseits stellt das Vorhandensein eines Echos ein Problem im Lautsprecher-Kommunikationssystem dar. In 1 wird die vom Lautsprecher 15 ausgegebene Sprache oder Stimme des entfernten Sprechers A vom Mikrofon 16 über einen Echoweg EP empfangen und wird auf der Seite des nahen Sprechers A über den Verstärker 17, die Übertragungsleitung 13b, den Verstärker 18 und den Lautsprecher 19 reproduziert. Die Reproduktion der Sprache des entfernten Sprechers durch den Lautsprecher 19 auf seiner Seite stellt ein Echophänomen dar, und dieses Phänomen wird gewöhnlicherweise als ein akustisches Echo bezeichnet. Dieses Echophänomen stört eine ruhige und bequeme Kommunikation mit dem Lautsprecher-Kommunikationssystem. Darüber hinaus wird die vom Lautsprecher 19 reproduzierte Sprache vom Mikrofon 11 empfangen, so dass eine Rückkopplungsschleife für Signale gebildet wird. Wenn die Verstärkung der Rückkopplungsschleife größer ist als 1, tritt ein sog. Rückkopplungspfeifen-Phänomen ein, das die Kommunikation unmöglich macht. Dasselbe gilt für den Fall, wenn B der nahe Sprecher ist und A der entfernte Sprecher.
Um solche Probleme des Lautsprecher-Kommunikationssystems zu lösen, wird ein Dämpfungsregelungsgerät oder Echokompensator verwendet.
2 zeigt schematisch ein Beispiel eines Dämpfungsregelungsgeräts 20, in dem Teile, die solchen der 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Aus Gründen der Klarheit wurden die Verstärker weggelassen, und es ist nur die Seite des nahen Sprechers B in der 1 dargestellt. Ein empfangenes Sprachsignal x(k) von der Übertragungsleitung 13a und die Mikrofonausgabe u(k) (wobei k ein Parameter ist, der eine diskrete Zeit bezeichnet) vom Mikrofon 16 werden in einen Dämpfungsregelkreis 21 eingegeben, worin auf der Grundlage der Größen der eingegebenen Signale ein Test durchgeführt wird, um zu sehen, ob sich die Seite des nahen Sprechers im Sende- oder Empfangszustand befindet. Die Mikrofonausgabe u(k) ist hier die Summe aus einem Echosignals y(k), das sich über den Echoweg EP ausgebreitet hat, und einem Sprachsignal n(k) des nahen Sprechers, d. h. u(k) = y(k) + n(k). Der oben genannte Test wird beispielsweise ausgeführt, indem kurzzeitige Leistungen Px(k) und Pu(k) des empfangenen Sprachsignals x(k) und der Mikrofonausgabe u(k) berechnet werden, wobei die Leistung Pn(k) des Sprachsignals n(k) des nahen Sprechers vorhergesagt oder geschätzt wird, und der vorhergesagte Wert Pn(k) und die berechnete kurzzeitige Leistung Px(k) verglichen werden. Da es zwischen den Signalen x(k) und n(k) keine Korrelationen gibt, ist Pu(k) = Py(k) – Pn(k),d. h. es gilt Pu(k) = Pu(k) – Py(k).
Stellt man die akustische Kopplung des Echoweges EP durch G dar, dann gilt Py(k) = GPx(k),und die Leistung Pn(k) des Sprachsignals des nahen Sprechers kann daher folgendermaßen vorhergesagt oder geschätzt werden: Pn(k) = Pu(k) – GPx(k).
Wenn zwischen den Leistungen Px(k) und Pn(k) die folgende Beziehung herrscht Pn(k) > Px(k),d. h. Pu(k) = GPx(k) > Px(k),und in einer umgestellten Form Pu(k) > (1 + G)Px(k), wird entschieden, dass sich der Sprecher auf der nahen Seite im Sendezustand befindet. Wenn die obige Beziehung nicht erfüllt ist, wird entschieden, dass sich der Sprecher auf der nahen Seite im Empfangszustand befindet. Wenn entschieden wird, dass sich die Seite des nahen Sprechers im Empfangszustand befindet, wird die Dämpfung eines empfangsseitigen Dämpfungselements 23 0 dB gemacht, und eine Dämpfung L_T wird in ein sendeseitiges Dämpfungselement 22 eingesetzt, das an der Ausgangsseite des Mikrofons 16 eingesetzt ist. Als Ergebnis davon wird das Echosignal y(k), das über den Lautsprecher 15 in das Mikrofon 16 eingedrungen ist, durch das Dämpfungselement 22 abgeschwächt, wodurch die Rückkopplungsschleifenverstärkung unterhalb von 1 gehalten wird und der Einfluss des Echos und des Rückkopplungspfeifenphänomens entsprechend verringert ist. Wenn andererseits entschieden wird, dass die Seite des nahen Sprechers im Sendezustand ist, wird die Dämpfung des sendeseitigen Dämpfungselements 22 0 dB gemacht und eine Dämpfung L_R wird in das empfangsseitige Dämpfungselement 23 eingesetzt, das auf der Eingangsseite des Lautsprechers 15 angeordnet ist. Dadurch wird ein Sendesignal, d. h. ein Sprachsignal des nahen Sprechers, das vom Mikrofon 16 empfangen wird, ohne Abschwächung durch das Dämpfungselement 22 übertragen. Die Einsetzung der Dämpfung L_R auf der Empfangsseite hält die Rückkopplungsschleifenverstärkung kleiner als 1, was das. Eintreten des Echos und des Rückkopplungspfeifenphänomens vermeidet.
Wie oben beschrieben, verringert die Verwendung des Dämpfungsregelungsgerätes 20 den Einfluss des Echos und des Rückkopplungspfeifenphänomens; in einigen Fällen sind die Dämpfungen L_R und L_T im Hinblick auf eine Vereinfachung der Systemkonfiguration fixiert. In einer solchen Situation werden den eingesetzten Dämpfungen in Erwartung aller möglichen Bedingungen große Werte gegeben (beispielsweise 20 dB), weil die Stärke der akustischen Kopplung G, welche das Maß der akustischen Kopplung des Echoweges EP darstellt, unbekannt ist. Wenn die eingefügte Dämpfung ungefähr 10 dB übertritt, verursacht jedoch eine Zeitverzögerung in Folge der Entscheidung über den Sende- oder Empfangszustand der Seite des nahen Sprechers beispielsweise ein zeitliches Abschneiden der Sprache am Anfang oder am Wortende, was zu einer Beeinträchtigung der Sprachübertragungsqualität führt.
Als eine Lösung für dieses Problem wurde ein adaptives Dämpfungsregelungsgerät vorgeschlagen, welches die Dämpfung entsprechend der akustischen Kopplung des Echoweges unter den tatsächlichen verwendeten Gebrauchsbedingungen adaptiv regelt.
3 ist ein Blockdiagramm, welches das adaptive Dämpfungsregelungsgerät, das allgemein mit 20 bezeichnet ist, schematisch zeigt. Diejenigen Teile, die solchen der 2 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es ist ein Akustikkopplungsschätzteil 24 vorgesehen. Ein Signal L_Rx(k) vom Dämpfungselement 23, das mit dem empfangenen Sprachsignal x(k) versorgt ist, und die Mikrofonausgabe u(k) vom Mikrofon 16 werden an das Akustikkopplungsschätzteil 24 angelegt. Das Akustikkopplungsschätzteil 24 bestimmt auf der Grundlage der Niveaus der dort eingegebenen Signale die akustische Kopplung G des Echoweges EP vom Lautsprecher 15 zum Mikrofon 16 und liefert den geschätzten Wert an den Dämpfungsregelkreis 21. Der Dämpfungsregelkreis 21 bestimmt die einzusetzende Dämpfung entsprechend der geschätzten akustischen Kopplung G. Beispielsweise kann der geschätzte Wert G der akustischen Kopplung berechnet werden, indem man die Kurzzeitleistungen PL_Rx(k) und Pu(k) der Eingangssignale L_Rx(k) und u(k) folgendermaßen verwendet: G = Pu(k)/PLRx(k)
Wenn der geschätzte Wert G der akustischen Kopplung, der im Folgenden die akustische Kopplung G bezeichnet wird, größer ist als 1 (0 dB), berechnet der Dämpfungsregelkreis 21 die Dämpfung derart, dass die Verstärkung zwischen den Signalen x(k) und L_Tu(k) kleiner ist als 1. Wenn beispielsweise der geschätzte Wert G der akustischen Kopplung des Echoweges EP 6 dB ist, wird die einzufügende Dämpfung derart ausgewählt, dass sie kleiner als –6 dB ist, um die Offenkreisverstärkung zwischen dem empfangenen Sprachsignal x(k) und dem Sendesignal L_Tu(k) unterhalb von 1 (0 dB) zu halten. Wenn sich die akustische Kopplung G auf 3 dB verändert, wird die eingefügte Dämpfung auf unter –3 dB gesetzt. Die auf diese Weise bestimmte einzufügende Dämpfung wird abhängig von der oben genannten Entscheidung, ob sich die Seite des nahen Sprechers im Empfangs- oder Sendezustand befindet, als die Dämpfung L_R oder L_T in dem Dämpfungselement 22 oder 23 eingestellt.
Wie oben erwähnt, minimiert das adaptive Dämpfungsregelungsgerät die Verschlechterung der Sprachübertragungsqualität, indem es die einzusetzende Dämpfung entsprechend der Stärke der akustischen Kopplung G des Echoweges bestimmt und die Dämpfung in das betreffende Dämpfungselement einsetzt. Da der geschätzte Wert G der akustischen Kopplung jedoch unter Verwendung der kurzzeitigen Leistungen der Signale berechnet wird, ist es schwierig, seinen genauen Wert zu bestimmen. Darüber hinaus erlaubt zwar die Verwendung des adaptiven Dämpfungsregelungsgeräts eine Verringerung des Einflusses des Echophänomens, doch wenn jedoch die akustische Kopplung G des Echoweges groß ist, bleibt das Problem der Verschlechterung der Sprachübertragungsqualität immer noch ungelöst. Der unten beschriebene Echokompensator wurde kürzlich als eine neue Lösung für ein solches Problem vorgestellt.
4 zeigt ein Beispiel eines konventionellen Echokompensators, der allgemein mit 30 bezeichnet ist. Im Echokompensator 30 schätzt ein Übertragungsfunktionsschätzteil 31 die Impulsantwort h(k) des Echoweges EP (oder die Echowegübertragungscharakteristik) und stellt den geschätzten Wert ĥ(k) einem geschätzten Echoweg 32 zur Verfügung. Als nächstes wird im geschätzten Echoweg 32 die Faltung der geschätzten Impulsantwort ĥ(k) und des empfangenen Sprachsignals x(k) durchgeführt, um ein geschätztes Echosignal ŷ(k) zu synthetisieren. In einem Subtrahierer 33 wird das geschätzte Echosignal ŷ(k) von der Mikrofonausgabe u(k) = y(k) + n(k) des Mikrofons 16 subtrahiert, um ein Fehlersignal e(k) zu erhalten. Wenn die Schätzung der Impulsantwort des Echowegs EP korrekt ist, sind das Echosignal y(k) und das geschätzte Echosignal ŷ(k) einander nahezu gleich, und als Ergebnis der Subtraktion durch den Subtrahierer 33 wird das Echosignal y(k) in der Mikrofonausgabe u(k) des Mikrofons 16 ausgelöscht.
Der geschätzte Echoweg 32 muss zeitlichen Veränderungen der Übertragungscharakteristik h(k) des Echoweges EP folgen. Um dies auszuführen, schätzt das Übertragungsfunktionsschätzteil 31 die Impulsantwort h(k) des Echoweges EP durch die Verwendung eines adaptiven Algorithmus ab.
Diese Schätzung wird dann gemacht, wenn sich die Seite des nahen. Sprechers im Empfangszustand befindet, d. h., wenn die kurzzeitige Leistung Pn(k) im Wesentlichen null ist und Pu(k) und Py(k) als einander ungefähr gleich angesehen werden können. Im Empfangszustand kann die Ausgabe des Subtrahierers 33, d. h. das Fehlersignal e(k), als ein Kompensationsrest y(k) – ŷ(k) des Echosignals y(k) angesehen werden. In der nachfolgenden Beschreibung des adaptiven Algorithmus für die Schätzung der Impulsantwort wird angenommen, dass sich die Seite des nahen Sprechers im Empfangszustand befindet. Beim adaptiven Algorithmus handelt es sich um einen solchen, der das empfangene Sprachsignal x(k) und das Fehlersignal e(k) verwendet, um den geschätzten Wert ĥ(k) der Impulsantwor zu definieren, welcher die Leistung des Fehlersignals e(k) minimiert; solche adaptiven Algorithmen sind als LMS-, NLMS- und ES-Algorithmen bekannt.
Als nächstes wird eine Beschreibung von typischen bekannten adaptiven Algorithmen gegeben. Wenn ein digitales FIR-Filter als geschätzter Echoweg 32 verwendet wird, stimmen die Impulsantwort und der Filterkoeffizient des Filters überein, und der ermittelte Wert ĥ(k) der Impulsantwort h(k) des Echoweges wird daher nachfolgend als Filterkoeffizient bezeichnet. Im adaptiven Algorithmus wird der Filterkoeffizient ĥ(k) im zeitlichen Ablauf geschätzt. Es sei angenommen, dass der Filterkoeffizient ĥ(k + 1) zur Zeit k + 1 folgendermaßen durch Anpassen des Filterkoeffizienten ĥ(k) zur Zeit k erhalten wird: ĥ(k + 1) = ĥ(k) + αδ(k) (1)wobei
ĥ(k) = ĥ₁(k), ĥ₂(k), ..., ĥ_L(k)^T: Filterkoeffizient (ein Vektor, der die Impulsantwort des geschätzten Echoweges 32 zur Zeit k darstellt),
δ(k): Vektor, der die Richtung der Anpassung des Koeffizienten bezeichnet,
α: Schrittweite (ein skalarer Parameter, der die Größe der Anpassung des Koeffizienten bezeichnet),
L: Anzahl der Anzapfungen (die Anzahl der Filterkoeffizienten),
T: Transponierung des Vektors,
k: diskreter Zeitwert.
Der Vektor δ(k) ist je nach Algorithmus unterschiedlich. Im LMS-Algorithmus ist δ(k) = e(k)x(k) (2)
Im NLMS-Algorithmus ist δ(k) = e(k)x(k)/[x(k)Tx(k)] (3)wobei
e(k) = u(k) – ŷ(k) = y(k) + n(k) – ŷ(k): Fehlersignal (wobei n(k) = 0),
x(k) = [x(k), x(k – 1), ..., x(k – L + 1)]^T: Vektor des empfangenen Sprachsignals.
Dabei wird der Zustand, in welchem die Charakteristik des geschätzten Echoweges 32 nahe bei derjenigen des wahren Echoweges EP ist und das geschätzte Echosignal ŷ(k) fast dem Echosignal y(k) gleich geworden ist, ein Konvergenzzustand genannt.
In verschiedenen adaptiven Algorithmen wird der Schrittweitenparameter α gewöhnlicherweise auf 1 gesetzt. Der Schrittweitenparameter α ist eine Größe, welche einen Einfluss auf die Konvergenz ausübt; wenn er 1 ist, ist die Konvergenzgeschwindigkeit maximal, und wenn er auf einen Wert kleiner als 1 gesetzt ist, nimmt die Konvergenzgeschwindigkeit ab, jedoch wird der Nettofehlerwert kleiner als im vorherigen Fall. Deswegen wurde auch ein Typ eines adaptiven Algorithmus mit einem variablen Schrittweitenparameter vorgeschlagen, welcher den Schrittweitenparameter α anfänglich auf 1 setzt und ihn dann herabsetzt, während die Konvergenz bis zu einem bestimmten Maß voranschreitet. In einem solchen Algorithmus ist es notwendig, den Status oder den Grad der Konvergenz korrekt zu entscheiden oder zu beurteilen.
Als nächstes wird eine Beschreibung eines anderen adaptiven Algorithmus gegeben, der ein Projektionsalgorithmus ist, der von Ozeki und Umeda in „An adaptive filtering algorithm using an orthogonal projection to an affine surface and its properties," Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of Japan (A), J67-A, Seite 126 bis 132, ('84–2) vorgeschlagen wurde. Der Projektionsalgorithmus bringt zwar einen größeren Rechenaufwand mit sich als derjenige des NLMS-Algorithmus, er hat aber eine exzellente Konvergenzcharakteristik für Spracheingangssignale. In einem Projektionsalgorithmus p-ter Ordnung wird der Filterkoeffizientenanpassungsvektor δ(k) derart bestimmt, dass die nachfolgenden p simultanen Gleichungen (wobei p ein vorbestimmter ganzzahliger Wert ist, der 2 ≤ p < L erfüllt und die Anzapfungszahl L somit ein ganzzahliger Wert ist, der gleich oder größer als 3 ist) erfüllt werden. y(k) = [x(k), x(k – 1), ..., x(k – L + 1)][ĥ(k) + δ(k)] y(k – 1) =[x(k – 1), x(k – 2), ..., x(k – L)][ĥ(k) + δ(k)] . . y(k – p + 1) = [x(–p + 1), x(k – p), ..., x(k – p – L + 2)][(ĥ(k) + δ(k)] (5)
D. h. der Filterkoeffizientenanpassungsvektor δ(k) wird so bestimmt, dass ein Filterkoeffizientenvektor ĥ(k + 1), der durch eine Gleichung aktualisiert wird, bei der man in Gleichung (1) α = 1 setzt, für Zeiten k, k – 1, ..., k – p + 1 die Fehler für Eingangssignale auf 0 reduziert. Wenn die Eingangssignale ähnlich sind wird daher erwartet, dass Fehler auch für andere Zeiten abnehmen.
5 zeigt in Blockform einen Echokompensator, der das konventionelle Projektionsschema auf das Übertragungsfunktionsschätzteil 31 in 4 anwendet. In diesem Beispiel umfasst das Übertragungsfunktionsschätzteil 31 ein Autokorrelationsberechnungsteil 31A, ein β-Berechnungsteil 31B und ein Filterkoeffizientenaktualisierungsteil 31C. Im konventionellen Projektionsschema wird der Filterkoeffizient durch die folgende Gleichung aktualisiert. ĥ(k + 1) = ĥ(k) + α[β1(k)x(k) + β2(k)x(k – 1) + βp(k)x(k – p + 1)] (6) x(k) = [x(k), x(k – 1), ..., x(k – L + 1)]T (7)wobei β₁(k), β₂(k), ..., β_p(k) Vorfilterkoeffizienten sind, welche als Lösungen der folgenden simultanen Gleichungen im β-Berechnungsteil 31B berechnet werden. β(k)TR(k) = [e(k), (1 – α)e(k – 1), ..., (1 – α)p–1e(k – p + 1)] (8)wobei β(k) =[β₁(k), β₂(k), ..., β_p(k)]^T ist und R(k) eine Autokorrelationsmatrix des Eingangssignals x(k) ist und ein Element r_i,j(k) der Autokorrelationsmatrix R(k) mit i + 1 Zeilen und j + 1 Spalten (wobei 0 ≤ i ≤ p – 1 und 0 ≤ j ≤ p – 1) durch die folgende Gleichung definiert wird: ri,j(k) = rj,i(k) = x(k – i)Tx(k – j) (9)
Die Aktualisierung des Elementes r_i,j(k) (um r_i,j(k + 1) aus r_i,j(k) zu erhalten) wird im Autokorrelationsberechnungsteil 31A gemäß der folgenden Gleichung ausgeführt.
Wenn i ≠ 0 und j ≠ 0: ri,j(k + 1) = ri–1,j–1 k)
In anderen Fällen: r0,j(k + 1) = r0,j(k) + x(k + 1)x(k + 1 – j) – x(k – L + 1)x(k – j – L + 1) (10)
Die Prozedur zur einmaligen Aktualisierung des Filterkoeffizienten ĥ(k) durch das konventionelle Projektionsschema ist wie folgt:
Schritt S1: Berechne die Autokorrelation r_i,j des Eingangssignals x(k) mit Gleichung (10) im Autokorrelationsberechnungsteil 31A.
Schritt S2: Führe die Faltung des Eingangssignals x(k) und des Filterkoeffizienten ĥ(k) nach Gleichung (4) im geschätzten Echoweg (ein Faltungsteil) 32 durch, um einen geschätzten Wert zu erhalten (das geschätzte Echosignal ŷ(k) der Ausgabe y(k) des Echowegs EP).
Schritt S3: Subtrahiere den ermittelten Ausgangswert ŷ(k) des geschätzten Echoweges 32 mit dem Subtrahierer 33 von der Mikrofonausgabe u(k) des Mikrofons 16, um den geschätzten Fehler e(k) zu erhalten, wobei n(k) in diesem Falle auf 0 gesetzt wird.
Schritt S4: Berechne unter Verwendung des geschätzten Fehlers e(k) und der Autokorrelationsmatrix R(k) den Vorfilterkoeffizienten β(k) mit der Gleichung (8) im β-Berechnungsteil 31B.
Schritt S5: Aktualisiere unter Verwendung des Vorfilterkoeffizienten β(k) und des Eingangssignals x(k)den Filterkoeffizienten ĥ(k) mit der Gleichung (6) im Filterkoeffizientenaktualisierungsteil 31C.
Jede Aktualisierung des Filterkoeffizienten ĥ(k) erfordert eine ungefähr (p + 1)L-malige Wiederholung des Multiplikations-/Additionsvorganges. Ein akustischer Echokompensator, der ein schnelles Projektionsschema einsetzt, welches eine Zwischenvariable im Hinblick auf eine Reduktion der Gesamtanzahl der Multiplikations-/Additionsvorgänge verwendet, ist im US-Patent Nr. 5,602,765, erteilt an die Erfinder der vorliegenden Anmeldung, offenbart. 6 stellt das Übertragungsfunktionsschätzteil dar, das allgemein mit 310 bezeichnet ist, in dem das Filterkoeffizientenaktualisierungsteil 31C der 5 durch ein s-Aktualisierungsteil 31D ersetzt ist und ein Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E und ein Multiplizierer 31F verwendet werden. Der Vorfilterkoeffizient β(k) wird im s-Aktualisierungsteil 31D geglättet und im Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E in eine Zwischenvariable z(k) umgewandelt, welche einem Faltungsteil 32A zur Faltung mit dem Eingangssignal x(k) zugeführt wird. Der Autokorrelationskoeffizient r_0,i(k) aus dem Autokorrelationsberechnungsteil 31A und der geglättete Vorfilterkoeffizient s_i(k) aus dem s-Aktualisierungsteil 31D werden vom Multiplizierer 31F multipliziert. Die multiplizierte Ausgabe und die Ausgabe vom Faltungsteil 32A werden von einem Addierer 32B miteinander addiert, und die addierte Ausgabe wird als das geschätzte Echosignal ŷ(k) bereit gestellt. Somit bilden das Faltungsteil 32A und der Addierer 32B gleichermaßen den geschätzten Echoweg 32, welcher den Echoweg EP simuliert. Dieses schnelle Projektionsschema ist ein Algorithmus, der, wie unten beschrieben, die benötigte Häufigkeit der auszuführenden Multiplikations-/Additionsprozesse auf ungefähr 2L reduziert. Im schnellen Projektionsalgorithmus wird an Stelle des Filterkoeffizienten ĥ(k + 1) die Zwischenvariable z(k + 1) eingeführt, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist. z(k + 1) = h(k + 1) – α[s1(k)x(k) + s2(k)x(k – 1) + sp–1(k)x(k – p + 2)] (11)wobei z(k) = [z1(k), z2(k), ..., zL(k)]T und si(k) = Si–1(k – 1) + βi(k), s0(k) = 0, (i = 1, 2, ..., p) (12)
Dieses s_i(k) wird ein geglätteter Vorfilterkoeffizient genannt, der im s-Aktualisierungsteil 31D berechnet wird. Substituiert man in Gleichung (6) die Zwischenvariable z(k) für den Filterkoeffizienten ĥ(k), so erhält man die folgende Rekursionsformel für das vormalige z(k). z(k + 1) = z(k) + αsp(k)x(k – p + 1) (13)
Die zeitliche Aktualisierung dieser Zwischenvariable z(k) wird im Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E ausgeführt. Aus den Gleichungen (4) und (11) wird der geschätzte Wert ŷ(k) der Antwort des Echoweges EP zu Folgendem:
Verwendet man den Autokorrelationswert, so kann dies folgendermaßen beschrieben werden:
Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (15) ist die Ausgabe aus dem Faltungsteil 32A, und die Summe innerer Produkte des zweiten und der nachfolgenden Terme ist die Ausgabe aus dem Multiplizierer 31F.
Die Filterkoeffizientenaktualisierungsprozedur ist in diesem schnellen Projektionsalgorithmus wie folgt:
Schritt S1: Berechne die Autokorrelation r_i,j des Eingangssignals x(k) durch Gleichung (10) im Autokorrelationsberechnungsteil 31A.
Schritt S2: Führe eine Faltung des Eingangssignals x(k) und der Zwischenvariable z(k) im Faltungsteil 32A aus, erhalte die Summe der inneren Produkte der geglätteten Vorfilterkoeffizienten s_i(k) und der Autokorrelationen r_0,i auf der rechten Seite der Gleichung (15) durch den Multiplizierer 31F und erhalte die Summe der gefalteten Ausgabe und die Summe der inneren Produkte als den geschätzten Ausgabewert ŷ(k) des Echoweges EP durch den Addierer 32B. D. h., führe die Berechnung der Gleichung (15) aus.
Schritt S3: Berechne im Subtrahierer 33 den Schätzungsfehler e(k) = u(k) – ŷ(k) mit Gleichung (1), wobei angenommen wird, dass n(k) null ist.
Schritt S4: Berechne den Vorfilterkoeffizienten β(k) mit Gleichung (8) im β-Berechnungsteil 31B.
Schritt S5: Aktualisiere den geglätteten Vorfilterkoeffizienten s_i(k) mit Gleichung (12) im s-Aktualisierungsteil 31B auf Grundlage des Vorfilterkoeffizienten β(k).
Schritt S6: Aktualisiere die Zwischenvariable z(k) im Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E unter Verwendung des aktualisierten geglätteten Vorfilterkoeffizienten s_i(k) und des Eingangssignals x(k).
Schritt S7: Wiederhole die Sequenz der Schritte S1 bis S6.
Wie oben beschrieben, wird gemäß dem schnellen Projektionsalgorithmus, der in der zuvor erwähnten Patentanmeldung vorgeschlagen wird, die Übertragungsfunktion (d. h. der Filterkoeffizient) ĥ(k) nicht direkt aktualisiert, sondern statt dessen wird die Zwischenvariable z(k) aktualisiert, um die geschätzte Ausgabe ŷ(k) mit Gleichung (15) zu berechnen. In diesem Beispiel ist die Gesamtzahl der Multiplikations-/Additionsprozesse, die für eine Aktualisierung notwendig sind, ungefähr 2L, wenn p << L. Diese ist weit kleiner als die Anzahl der Multiplikations-/Additionsprozesse (p + 1)L, die im oben unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Projektionsalgorithmus benötigt werden.
Nebenbei bemerkt gibt es zwei Gründe für ein großes Anwachsen des geschätzten Fehlers im Echokompensator. Der eine besteht in einer Änderung des Echoweges EP und der andere in einem Anwachsen von Geräusch (der Sprache des nahen Sprechers) n(k). Im ersten Fall muss die Aktualisierung des Filterkoeffizienten lediglich fortgesetzt werden, aber im letzten Fall wird, wenn die Aktualisierung des Filterkoeffizienten ĥ(k) unter Verwendung von y(k) + n(k) – ŷ(k) als geschätzter Fehler e(k) fortgesetzt wird, der Filterkoeffizient aktualisiert, indem man das Sprachsignal n(k) des nahen Sprechers als den Fehler e(k) betrachtet – dies verursacht eine Abnahme der Genauigkeit der Schätzung der Übertragungsfunktion h(k) des Echoweges EP. Um dies zu vermeiden ist es notwendig, einen Zustand eines gemischten empfangenen Sprachsignals x(k) und eines Sprachsignal n(k) des nahen Sprechers (d. h. Doppelsprechen) zu erfassen und die Aktualisierung des Filterkoeffizienten während des Doppelsprechens zu unterbrechen. Als eine Lösung für das Problem des Doppelsprechens ist ein FG/BG-(Fore Ground/Back Ground)System beispielsweise aus Ochiai et al., "Echo Canceller with Two Echo Path Models," IEEE TRAN. ON COMM. Band COM-25, Nr. 6, Juni 1977, Seiten 589–595 und US-Patent Nr. 4,757,527 (12. Juli 1988) ausgestellt, erteilt an Beniston et al., bekannt.
7 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Echokompensators, der das konventionelle FG/BG-System verkörpert, welches zusätzlich zur Ausführung der 4 einen geschätzten Echoweg 41 zur Ausführung der Faltung des Eingangssignals x(k) hat. Die beiden geschätzten Echowege 32 und 41 werden BG-seitiger geschätzter Echoweg bzw. FG-seitiger geschätzter Echoweg genannt. Die Differenz zwischen einem geschätzten Wert ŷ_f(k) der Ausgabe aus dem geschätzten Echoweg 41 und der Mikrofonausgabe u(k) wird durch einen Subtrahierer 42 erfasst, und ein durch die Subtraktion geschätztes Fehlersignal e_f(k) wird der Übertragungsleitung 13b anstatt des Fehlersignals e_b(k) geliefert, und ebenso einem Übertragungslogikteil 43. Ein Filterkoeffizient ĥ_b(k) des BG-seitigen geschätzten Echoweges 32 wird mit Verstreichen der Zeit k auf der Grundlage der Ergebnisse der Schätzung im Übertragungsfunktionsschätzteil 31 aktualisiert, während ein Filterkoeffizient ĥ_f(k) des FG-seitigen geschätzten Echoweges 41 auf einen richtigen Wert gesetzt und nur dann aktualisiert wird, wenn eine vorbestimmte Bedingung im Übertragungslogikteil 43 erfüllt ist. Das Übertragungslogikteil 43 bestimmt abhängig davon, ob die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, auf Grundlage der Größen der Leistungen der Fehlersignale e_b(k) und e_f(k), des Eingabesignals x(k) und der Mikrofonausgabe u(k), ob der Filterkoeffizient ĥ_b(k) des geschätzten Echoweges 32 den wahren Echoweg EP getreu darstellt. Wenn entschieden wird, dass die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, stellt das Übertragungsentscheidungsteil 43 einen Schalter 44 auf AN, durch den der letzte Filterkoeffizient ĥ_b(k), der im geschätzten Echoweg 32 von dem Übertragungsfunktionsermittlungsteil 41 gesetzt wurde, als Filterkoeffizient ĥ_f(k) des geschätzten Echoweges 41 bereit gestellt wird.
Allgemein wird dies ausgeführt, indem man die Leistungen der Mikrofonausgabe u(k), der Fehlersignale e_b(k) und e_f(k) und des empfangenen Sprachsignals x(k) miteinander vergleicht, um zu bestimmen, ob die Charakteristika des BG-seitigen geschätzten Echoweges 32 sich den Charakteristika des wahren Echoweges EP angenähert haben. Die hierbei erwähnte Leistung ist ein Zeitintegral eines Signals, und im Fall, dass man es mit einem diskreten Signal zu tun hat, wird die Leistung Px(k) des empfangenen Sprachsignals x(k) beispielsweise folgendermaßen berechnet:
wobei d eine vorgegebene Integrationszeit ist. Die Leistungen anderer Signale werden auf entsprechende Weise berechnet. Die oben genannte Übertragung der Filterkoeffizienten findet statt, wenn die drei unten aufgeführten Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind.

(a) In einem Eingabeentscheidungsteil 43A ist die Leistung des Eingangssignals x(k) größer als ein vorgegebener Schwellenwert P_th (das empfangene Sprachsignal ist vorhanden): Px(k) > P_th
(b) In einem Leistungsvergleichungsteil 43B ist die Leistung des Fehlersignals eb(k) kleiner als die Leistung der Mikrofonausgabe u(k), wobei der Unterschied einen gewissen Wert übertrifft: Peb(k) < CPu(k), wobei C eine positive Konstante < 1 ist.
(c) In einem Fehlervergleichteil 43C ist die Leistung des BG-seitigen Fehlersignals e_B(k) kleiner als die Leistung des FG-seitigen Fehlersignals e_f(k): Pe_b(k) < Pe_f(k).

Da angenommen wird, dass der geschätzte Koeffizient ĥ_b(k) die Impulsantwort h(k) des tatsächlichen Echoweges EP gut simuliert und zwar besser, als es der FG-seitige Echowegkoeffizient ĥ_f(k) tut, ist in diesem Beispiel der Koeffizient ĥ_b(k) des BG-seitigen geschätzten Echoweges 32 auf den FG-seitigen geschätzten Echoweg 41 übertragen. Der Koeffizient ĥ_f(k) des FG-seitigen geschätzten Echoweges 41 wird nur dann aktualisiert, wenn die oben genannten drei Bedingungen erfüllt sind.
Wenn sich der Echoweg ändert, nehmen folglich die Reste e_b(k) und e_f(k) zu, wonach die Leistung des Signals e_b(k) durch die adaptive Schätzung der Impulsantwort (der Filterkoeffizienten) in dem Übertragungsfunktionsschätzteil 41 auf einen Wert kleiner als denjenigen des Signals e_f(k) reduziert wird. Als Ergebnis davon wird der Schalter 44 auf EIN gestellt, wodurch der Filterkoeffizient ĥ_b(k) übertragen wird. Wenn auf der anderen Seite der Pegel des Geräusches (der Sprache des nahen Sprechers) n(k) hoch wird, nimmt der geschätzte Fehler des Filterkoeffizienten ĥ_b(k) auf dem Beseitigen geschätzten Echoweg 32 zu, und die Leistung des Signals e_b(k) wird größer als diejenige des Signals e_f(k), so dass der Filterkoeffizient nicht übertragen wird.
In diesem Fall wird im geschätzten Echoweg 41 der Filterkoeffizient ĥ_f(k) gehalten, der vor dem Anwachsen des Pegels des Sprachsignals n(k) des nahen Sprechers gesetzt wurde, und, falls der Echoweg EP irgend eine Änderung vollzogen hat, kann das Signal y(k) daher durch das geschätzte Echosignal ŷ_f(k) im Subtrahierer 42 kompensiert werden. Im System der 7 wird das ausgegebene Fehlersignal e_f(k) vom Subtrahierer 42 über die Übertragungsleitung 13b an ein entferntes Terminal gesendet.
Die Projektionsschemata leiden auch unter einer Verschlechterung der Genauigkeit der Schätzung der Übertragungsfunktion h(k) des Echoweges EP, falls die Aktualisierung der Filterkoeffizienten fortgesetzt wird, wenn der Geräuschpegel (das Sprachsignal des nahen Sprechers) n(k) höher ist als die Antwort y(k) des Echoweges EP. Um dies zu vermeiden ist es notwendig, den adaptiven Betrieb zu unterbrechen, wenn der Pegel des Geräusches n(k) stark anwächst. Wie jedoch später beschrieben wird, wächst die Rechenkomplexität zur Berechnung des geschätzten Echosignals ŷ(k) an, während zur gleichen Zeit die Speicherkapazität ebenso anwächst, wenn der Echokompensator, der den schnellen Projektionsalgorithmus verwendet, der weniger Rechenkomplexität aufweist, wie im zuvor genannten US-Patent vorgeschlagen, einfach nur konfiguriert ist, um die Aktualisierung der Zwischenvariable zu beenden.
Das Dokument IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences, Band E75-a, Nr. 11, November 1992, Japan, Seiten 1500–1508, XP000337097, Akino et al.: "Exponentially weighted step-size projection algorithm for acoustic echo cancellers" offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Echokompensation gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 21 und bezieht sich auf einen Echokompensator, der einen exponentiell gewichteten Schrittweitenprojektionsalgorithmus verwendet, bei dem ein Projektionsalgorithmus derart modifiziert ist, dass die skalare Schrittweite α in der Gleichung (6) in der Schrift zum Projektionsalgorithmus durch eine exponentiell gewichtete Schrittweitenmatrix A, wie sie durch die Gleichung (20) des Dokumentes ausgedrückt wird, ersetzt wird. Die Schrift offenbart darüber hinaus die Verwendung einer Zwischenvariable z(k) zur Reduzierung der Rechenmenge von Multiplikation und Additionen zur Berechnung eines aktualisierten Filterkoeffizienten ĥ(k).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Echokompensationsverfahren und einen Echokompensator bereit zu stellen, die ein schnelles Projektionsschema verwenden, das zur Berechnung der Impulsantwort eines geschätzten Echoweges verwendet wird, und es erlaubt, die Berechnung des geschätzten Echosignals ŷ(k) mit weniger Rechenaufwand selbst dann auszuführen, wenn die Aktualisierung der Zwischenvariable unterbrochen wird, wenn die gesendete Sprache oder die Sprache des nahen Sprechers zunimmt.
Diese Aufgabe wird durch einen Echokompensator nach Anspruch 1 und ein Echokompensationsverfahren nach Anspruch 21 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung setzen das Echokompensationsverfahren und der Echokompensator den schnellen Projektionsalgorithmus p-ter Ordnung ein, wobei der Vorfilterkoeffizient β(k) aus der Autokorrelation des empfangenen Sprachsignals x(k) und des Fehlersignals e(k) adaptiv berechnet wird, eine aktualisierte Zwischenvariable z(k) unter Verwendung des geglätteten Vorfilterkoeffizienten s(k) erzeugt wird, die Faltung der Zwischenvariable z(k) und des empfangenen Sprachsignals x(k) im Faltungsteil durchgeführt wird, die Summe des inneren Produkts zwischen der Autokorrelation des empfangenen Sprachsignals und des geglätteten Vorfilterkoeffizienten s(k) für die Addition mit der verknüpften Ausgabe berechnet wird, um das geschätzte Echosignal ŷ(k) zu erhalten. Die Beträge des empfangenen Sprachsignals x(k) und des Fehlersignals e(k) werden durch Aktualisierungsunterbrechungsentscheidungslogikmittel verglichen, und wenn das Ergebnis des Vergleichs die vorgegebene Bedingung erfüllt, wird ein Rücksetzsignal von den Aktualisierungsunterbrechungsentscheidungslogikmitteln ausgegeben, um den Vorfilterkoeffizienten β(k) kürzestens für eine Zeitdauer p auf 0 zu setzen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines konventionellen Lautsprecherkommunikationssystems;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein konventionelles Dämpfungseinsetzungsgerät zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das ein konventionelles adaptives Dämpfungseinsetzungsgerät zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das einen konventionellen Echokompensator zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, das einen Echokompensator zeigt, der einen konventionellen Projektionsalgorithmus verwendet;
6 ist ein Blockdiagramm eines Echokompensator, der einen schnellen Projektionsalgorithmus verwendet, auf den sich die vorliegende Erfindung gründet;
7 ist ein Blockdiagramm eines konventionellen Echokompensators von FG/BG-Typ;
8 ist ein Blockdiagramm, das eine modifizierte Form des Echokompensators der 6 zeigt, der mit einer Aktualisierungsunterbrechungsfähigkeit ausgestattet ist;
9 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung der Betriebsweise des in 8 dargestellten Echokompensators;
10 ist ein Blockdiagramm, das den Echokompensator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung der Betriebsweise des Echokompensator der 10;
12 ist ein Blockdiagramm eines Echokompensators vom FG/BG-Typ, der die vorliegende Erfindung verkörpert;
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der der Echokompensator der 10 mit einem adaptiven Dämpfungsregelungsgerät kombiniert ist;
14 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, bei welcher das adaptive Dämpfungsregelungsgerät mit einem Echokompensator vom FG/BG-Typ aus 12 kombiniert ist;
15 ist ein Blockdiagramm, das eine modifizierte Form der Ausführung der 13 zeigt, die ausgelegt ist, den Konvergenzzustand mittels einer Spitzenhaltetechnik zu entscheiden;
16 ist ein Graph, der Konvergenzcharakteristika aufgrund des Spitzenhaltewertes zeigt;
17 ist ein Blockdiagramm, das eine modifizierte Form der Ausführung der 10 zeigt, welche ausgelegt ist, die Schrittweite auf Grundlage des Spitzenhaltewertes zu ändern;
18 ist ein Blockdiagramm, das eine modifizierte Form der Ausführung der 12 zeigt, die ausgelegt ist, den Status der Konvergenz auf Grundlage der Spitzenhaltewerte zu entscheiden;
19 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere modifizierte Form der Ausführung der 13 zeigt, die ausgelegt ist, um den Konvergenzzustand durch eine inverse Spitzenhaltetechnik zu entscheiden;
20 ist ein Graph, der auf inversen Spitzenhaltewerten basierende Konvergenzcharakteristika zeigt;
21 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere modifizierte Form der Ausführung der 10 zeigt, die ausgelegt ist, um die Schrittweite auf Grundlage des inversen Spitzenhaltewertes zu ändern; und
22 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere modifizierte Form der 12 zeigt, die ausgelegt ist, um den Konvergenzzustand auf Grundlage des inversen Spitzenhaltewertes zu entscheiden.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Wenn im Echokompensator der 4 oder 5 die Aktualisierung des Filterkoeffizienten nach einer Zeit k_s nach Feststellen des Doppelsprechens gestoppt wird, ist es wünschenswert, dass ein geschätztes Echosignal ŷ(k_s + m), welches eine nachfolgende geschätzte Ausgabe ist, durch folgenden Ausdruck gegeben ist: ŷ(ks + m) = ĥ(ks)Tx(ks + m) (16)wobei m ≥ 0.
Andererseits aktualisiert der schnelle Projektionsalgorithmus der 6, auf den sich die vorliegende Erfindung gründet, wie zuvor erläutert die Zwischenvariable, anstatt den Filterkoeffizienten zu aktualisieren. In Anbetracht dessen ist es möglich, eine in 8 gezeigte Konfiguration für einen Echokompensator des schnellen Projektionsschemas zu verwenden, der die Fähigkeit zur Unterbrechung einer Filterkoeffizientenaktualisierung hat. D. h. ein Aktualisierungsunterbrechungsentscheidungslogikteil 51 wird in der Konfiguration der 6 hinzugefügt. Das Aktualisierungsunterbre chungsentscheidungslogikteil 51 wird z. B. mit dem empfangenen Sprachsignal x(k) und dem geschätzten Fehlersignal e(k) versorgt; wenn das empfangene Sprachsignal x(k) = 0 ist oder Px(k) < Pe(k) ist, wird entschieden, dass die Seite des nahen Sprechers sich im Einzelsprech- oder Doppelsprechsendezustand befindet. Das Logikteil 51 sendet während des Einzelsprech- oder Doppelsprechsendezustandes ein Aktualisierungsunterbrechungssignal INT an das Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E. Wenn diese Bedingungen nicht mehr erfüllt sind, wird die Ausgabe des Aktualisierungsunterbrechungssignals INT gestoppt: Die Bedingungen für das Aktualisierungunterbrechungsentscheidungslogikteil 51 können durch andere Verfahren festgelegt werden.
Bei der Berechnung der Gleichung (13) zur Aktualisierung der Zwischenvariable z(k) nach der Zeit k_s kann der geschätzte Wert ŷ(k_s + m) der Ausgabe y(k_s + m) vom Echoweg zur Zeit k_s + m (wobei m ≥ 0 ist) durch die folgende Gleichung wie im Falle der Gleichung (16) ausgedrückt werden.
Der Autokorrelationswert r_0,m+i(k_s + m) in der obigen Gleichung wird für i = 1, 2, ..., p – 2 durch die Verwendung der folgenden Gleichung aktualisiert. r0,m+1+i(ks + m + 1) = r0,m+1+i(ks + m) + x(ks – i)x(k2 + m + 1) – x(ks – i – L)x(ks + m – L + 1) (18)
Die Anzahl der Multiplikationen/Additionen ist für diese Aktualisierung 2(p – 2). Für i = p – 1 wird der Autokorrelationswert r_0,m+p(k_f + m) nicht berechnet, da der Wert m um 1 größer als bei den vorherigen Malen ist. Folglich muss der Autokorrelationswert durch die folgende Gleichung auf Grundlage der in Gleichung (9) gegebenen Definition berechnet werden. r0,m + p(ks + m + 1) = x(ks + m + 1)Tx(ks – p + 1) (19)
Um die obige Gleichung zu berechnen, ist es notwendig, die Multiplikation/Addition L mal auszuführen. Somit verlangt die Berechnung der Gleichungen (18) und (19) ungefähr L + 2p neue Additionsoperationen. Darüber hinaus ist es auch notwendig, die empfangenen Sprachsignale x(k_s – 1), ..., x(k_s – p – L + 2) beizubehalten und daher L + p – 2 zusätzliche Speicherbereiche vorzusehen. Das Verfahren zur Aktualisierung der Zwischenvariable in der Konfiguration der 8 ist so wie in 9 gezeigt.
Das Verfahren beginnt mit dem Schritt S1 der Berechnung der Autokorrelation r_i,j(k) des Eingangssignals x(k), gefolgt vom Schritt S2, bei dem ein Test gemacht wird um zu sehen, ob das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT vom Aktualisierungsunterbrechungsentscheidungslogikteil 51 zur Verfügung gestellt wird. Falls nicht, fährt das Verfahren mit Schritt S5 fort, bei dem der geschätzte Wert ŷ(k) der Ausgabe vom Echoweg wie zuvor in Schritt S6 unter Bezugnahme auf 6 beschrieben berechnet wird. Falls das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT erfasst wird, wird der Autokorrelationswert r_0,m+i(k_s + m) durch das Autokorrelationsberechnungsteil 31A unter Verwendung der Gleichung (18) in Schritt S3 berechnet und der Autokorrelationswert r_0,m+p(k_s + m + 1) wird unter Verwendung der Gleichung (19) in Schritt S4 berechnet, woraufhin das Verfahren zum Schritt S5 übergeht. Danach wird wie im Beispiel der 6 der geschätzte Fehler e(k) im Schritt S6 berechnet, dann der Vorfilterkoeffizient β(k) im Schritt S7 berechnet und der geglättete Vorfilterkoeffizient f_i(k) im Schritt S8 aktualisiert. Als nächstes wird wieder ein Test gemacht, um zu bestimmen, ob das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT vorhanden ist, und wenn nicht, wird die Zwischenvariable z(k) unter Verwendung der Gleichung (13) im Schritt S10 aktualisiert, und das Verfahren geht zum Schritt S1 zurück. Falls das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT vorhanden ist, kehrt das Verfahren zum Schritt S1 ohne Aktualisierung der Zwischenvariable z(k) zurück.
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem schnellen Projektionsalgorithmus die Rechenkomplexität bemerkenswert mehr reduziert werden als beim konventionellen Projektionsalgorithmus; wenn aber das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT ausgegeben wird, um den Einfluss des Sprachsignals n(k) des nahen Sprechers zu vermeiden, steigt die Rechenkomplexität entsprechend an, und zusätzlicher Speicherraum wird benötigt. In Anbetracht dessen sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung der Echoausgabe durch das schnelle Projektionsschema vor, welches ŷ(k_s + m) (wobei m ≥ 0) ohne Berechnung der Autokorrelation r_0,m+1(k_s + m) erhält, weniger Rechenaufwand und weniger Speicherplatz erfordert und den Einfluss des Sprachsignals des nahen Sprechers vermeidet.
Wenn einmal das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT zur Zeit k_s erzeugt worden ist, d. h., wenn einmal der adaptive Algorithmus zur Zeit k_s unterbrochen worden ist, wird der Vorfilterkoeffizient β_i(k) auf dem folgenden Wert gehalten, bis der adaptive Algorithmus wieder aufgenommen wird. βi(k) = 0 für i = 1, ..., p (20)
Dadurch stimmt die Ausgabe des Addierers 32B in 6 mit der geschätzten Ausgabe ŷ(k_s + m) = ĥ(k_s)^Tx(k_s + m) (m ≥ 0), die durch Gleichung (16) gegeben ist, überein. Dies wird weiter unten in Verbindung mit der Schätzung der Ausgabe des Echowegs zur Zeit k_s + 1 beschrieben.
Indem man den Vorfilterkoeffizienten auf den durch Gleichung (20) gegebenen Wert setzt, wird s_p(k_s) = s_p–1(k_s – 1) zur Zeit k_s.
Substituiert man dies in Gleichung (13), so erhält man z(ks + 1) = z(ks) + αsp–1(ks – 1)x(ks – p + 1) (21)
Andererseits kann der geschätzte Wert ŷ(k_s+1) der Ausgabe des Echowegs zur Zeit k_s + 1 durch Gleichung (15) berechnet werden. Verwendet man aber die der Gl. (14) gleiche Gleichung (14), kann der geschätzte Wert wie folgt geschrieben werden:
Weil darüber hinaus s_i(k_s) = s_i–1(k – 1) von den Gleichungen (12) und (20) ist, wird die rechte Seite der Gleichung (22) zu folgendem:

(wobei so = 0)
Darüber hinaus wird aus einer Gleichung, in der man in Gleichungen (11) und (21) k_s+1, zu k setzt, z(k_s+1) zu folgendem:
Substituiert man Gleichung (24) in Gleichung (23), wird Gleichung (22) zu folgendem: ŷ(ks + 1) = ĥ(ks)Tx(ks + 1) (25)
D. h. unter der Bedingung der Gleichung (20) kann der geschätzte Wert y(k_s + 1) der Ausgabe vom Echoweg durch Gleichung (15) berechnet werden, ohne die zusätzliche Berechnung der Autokorrelationswerte r_0,1+i(k_s + 1 + 1) und r_0,1 + p(k_s + 1 + 1) durch die Gleichungen (18) und (19) einzubeziehen. Nebenbei bemerkt wird r_0,i(k + 1) in der Gleichung (15) im Autokorrelationsberechnungsteil 31A immer berechnet. Auch nach der Zeit k_s + 2 wird die Ausgabe vom Addierer 32B durch die Gleichung (14) ĥ(k_s)^Tx(k_s + m) gegeben, wobei m ≥ 1. Indem man den Vorfilterkoeffizienten β_i von der Zeit k_s der Unterbrechung des adaptiven Algorithmus bis zur Zeit seiner Wiederaufnahme wie oben beschrieben auf 0 setzt, ist es möglich, den geschätzten Wert ŷ(k_s+m) der Ausgabe des Echowegs ohne Einbeziehung der Berechnungen der Gleichungen (18) und (19) und daher auch ohne die Notwendigkeit entsprechender Speicherplätze zu erhalten.
Substituiert man i = 1, 2, ..., p in Gleichung (12) zu den entsprechenden Zeiten k_s + 1, k_s + 2, ..., und berücksichtigt man die Beziehung zwischen dem Bemittelten Vorfilterkoeffizienten s₀(k) und dem Vorfilterkoeffizienten β_i(k) = 0, wobei i = 1, 2, ..., p ist, so ist der Bemittelte Vorfilterkoeffizient nach der Zeit p im Anschluss an die Unterbrechung der Aktualisierung des Filterkoeffizienten durch die folgende Gleichung gegeben. si(ks + m) = 0 für i = 1, ..., p, mit m ≥ p. (26)
Daher bleibt die Ausgabe des Multiplizierers 31F in 6 immer 0. Somit kann verstanden werden, dass die folgende Gleichung gilt: z(ks + m)Tx(ks + m) = ĥ(ks)Tx(ks + m) (27)und folglich z(ks + m) = ĥ(ks), wobei m ≥ p (28)und dass nach der Zeit p, die auf die Erzeugung des Aktualisierungsunterbrechungssignals INT folgt, die Zwischenvariable z gleich dem geschätzten Koeffizienten h zur Zeit k_s wird und während des Einzelsprech- oder Doppelsprechsendezustandes auf diesem Wert gehalten wird.
In 8 ist nach Erzeugung des Aktualisierungsunterbrechungssignals INT die Aktualisierung der Zwischenvariable z(k) für die Dauer des Signals INT eingestellt, jedoch wird gemäß der vorliegenden Erfindung für die Dauer des Aktualisierungsunterbrechungssignals INT der Vorfilterkoeffizient β zurückgesetzt und auf 0 gehalten und die Aktualisierung des geglätteten Vorfilterkoeffizienten s_i(k) durch das s-Aktualisierungsteil 31D und die Aktualisierung der Zwischenvariable z(k) durch das Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E werden gemäß den Gleichungen (12) und (13) mit dem Ergebnis fortgesetzt, dass die Berechnung der Gleichungen (18) und (19) unnötig wird.
10 zeigt im Blockformat eine Ausführung des akustischen Echokompensators gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher Teile, die gleichen Teilen aus der 8 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführung ist zwischen dem R-Berechnungsteil 31B und dem s-Aktualisierungsteil 31D des Übertragungsfunktionsschätzteils 31 der 8 ein β-Zurücksetzteil 31G vorgesehen, und aufgrund einer Erfassung des Doppelsprech- oder Einzelsprechsendezustandes durch das Aktualisierungsunterbrechungsentscheidungslogikteil 51 wird das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT als ein Zurücksetzsignal an das β-Zurücksetzteil 31G angelegt, um den Vorfilterkoeffizienten β(k) auf 0 zu setzen. Anders als im Beispiel des Standes der Technik der 8 werden die Aktualisierungsvorgänge des s-Aktualisierungsteils 31D und des Zwischenvariablenaktualisierungsteils 31 sogar dann ausgeführt, wenn das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT geliefert wird, wodurch der geschätzte Wert ŷ(k) erzeugt werden kann. Das Verfahren ist für diesen Fall in 11 gezeigt. Im Schritt S1 wird die Autokorrelation r_i,j(k) des Eingangssignals x(k) durch Gleichung (10) berechnet, und im Schritt S2 wird der geschätzte Wert ŷ(k) der Ausgabe des Echowegs EP durch Gleichung (15) auf Grundlage der Faltung des Eingangssignals x(k) und der Zwischenvariable z(k) und des inneren Produktes des geglätteten Vorfilterkoeffizienten s_i(k) und der Autokorrelation r_0,i(k) berechnet. Im Schritt S3 wird der Schätzfehler e(k) berechnet, der die Differenz zwischen dem geschätzten Wert ŷ(k) und der Mikrofonausgabe u(k) des Mikrofons 16 ist, und im Schritt S4 wird der Vorfilterkoeffizient β(k) durch Gleichung (8) berechnet. Im Schritt S5 wird getestet, ob ein Aktualisierungsunterbrechungssignal INT vorhanden ist; falls nicht, wird der geglättete Vorfilterkoeffizient s_i(k) durch Gleichung (12) im Schritt S7 aktualisiert und die Zwischenvariable z(k) wird durch Gleichung (13) im Schritt S8 aktualisiert. Die Verarbeitung in diesen Schritten ist identisch mit der Verarbeitung der Schritte S7 und S8 in 9.
Wenn im Schritt S5 das Aktualisierungsunterbrechungssignal INT erfasst wird, wird im β-Zurücksetzungsteil 31G (Schritt S6) β_i(k) durch Gleichung (20) auf 0 gesetzt, gefolgt vom Schritt S7. D. h. da die benutzte Verarbeitung mit derjenigen für den Fall, dass kein Aktualisierungsunterbrechungssignal INT vorhanden ist, identisch ist, abgesehen davon, dass β_i(k) während der Dauer des Signals INT auf 0 gesetzt wird, nimmt in dieser Ausführung die Häufigkeit der ausgeführten Multiplikationen/Additionen, verglichen mit denjenigen wenn kein Aktualisierungsunterbrechungssignal INT vorhanden ist, nicht zu, und das Ergebnis der Faltung des Filterkoeffizienten ĥ(k_s) zur Zeit k_s der Erzeugung des Aktualisierungsunterbrechungssignals INT mit dem empfangenen Sprachsignal x(k) zur aktuellen Zeit k wird als geschätzter Wert ŷ(k) der Antwort des Echowegs geliefert.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 12 eine Beschreibung der Anwendung des oben beschriebenen schnellen Projektionsschemas der vorliegenden Erfindung auf den in 7 gezeigten akustischen Echokompensator vom FG/BG-Typ gegeben. In 12 sind diejenigen Teile, die gleichen Teilen in 10 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Diese Ausführung hat eine Konstruktion, bei der das Faltungsteil (entsprechend dem FG-seitigen geschätzten Echoweg) 41, der Subtrahierer 42, das Übertragungsentscheidungslogikteil 43 und der Schalter 44 in 7 zu der Konfiguration des in 10 dargestellten Echokompensators hinzugefügt sind. Der Filterkoeffizient des Faltungsteils (entsprechend dem BG-seitigen geschätzten Echoweg) 32A ist z(k). Nur wenn dieselben Bedingungen wie die drei zuvor mit Bezug auf 7 beschriebenen Übertragungsbedingungen erfüllt sind, d. h. Px(k) > P_th, Pe_b(k) < C Pu(k) und Pe_b(k) < Pe_s(k), wird vom Übertragungsentscheidungslogikteil 43 entschieden, dass der Filterkoeffizient z(k) konvergiert ist und der Filterkoeffizient z(k) wird dem Faltungsteil 41 über den Schalter 44 als der Filterkoeffizient ĥ_s(k) zur Verfügung gestellt. Da der Wert der Zwischenvariable z(k) zur Zeit k, wenn die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, nicht zu der Impulsantwort ĥ(k) des zu dieser Zeit geschätzten Echoweges passt, erhält diese Ausführung die Impulsantwort ĥ(k) durch Verwendung der Konversion der Zwischenvariable z(k) in den Filterkoeffizienten ĥ(k) durch Gleichung (28), was durch das zuvor erwähnte Zurücksetzen von β(k). auf 0 erreicht werden kann. D. h. dass dann, wenn die oben bezeichneten Übertragungsbedingungen erfüllt sind, das Übertragungsentscheidungslogikteil 43 ein Zurücksetzungssignal RS für eine bestimmte Zeitdauer m (m ≥ p) an das R-Zurücksetzungsteil 31G anlegt, um R(k) für diese Dauer auf 0 zu halten, und dass dann, wenn die Zwischenvariable z(k + m) aus dem Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E gleich der Impulsantwort ĥ(k) wird, das Übertragungsentscheidungslogikteil 43 den Schalter 44 auf EIN stellt, wodurch der Filterkoeffizient zu dieser Zeit, z(k + m) = ĥ(k) mit m ≥ p, als der Filterkoeffzient ĥ_f(k) an das Faltungsteil 41 übertragen wird. Der Betrieb nach der Erzeugung des Aktualisierungsunterbrechungssignals INT durch das Aktualisierungsunterbrechungsentscheidungslogikteil 51 ist identisch mit der Betriebsweise der Ausführung in 10.
Wie zuvor beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Anpassung dann unterbrochen, wenn das Geräusch (gesendete Sprache) stark ist, wodurch die Genauigkeit der Bestimmung des Filterkoeffizienten vor einem Absinken bewahrt werden kann, wobei nebenbei die Zwischenvariable in den Filterkoeffizienten konvertiert werden kann, ohne den Rechenaufwand und die Anzahl der Speicherbereiche zu erhöhen.
Mit der kombinierten Verwendung des schnellen Projektionsalgorithmus und des FG/BG-Schemas kann der Filterkoeffizient ĥ(k) im FG-seitigen Faltungsteil gesetzt werden, indem man β nach der Zeit p während der Übertragung auf 0 setzt; somit kann eine relativ einfache Konfiguration realisiert werden.
13 zeigt in Blockform eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung, welche eine Kombination eines Echokompensationsteils 30 ähnlich der Ausführung der 10 und eines adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 ähnlich demjenigen in 3 ist. Die Konfiguration und Betriebsweise des Echokompensationsteils 30 sind dieselben wie bei der Ausführung der 10, so dass sie an dieser Stelle nicht beschrieben werden. Das Akustikkopplungsschätzteil 24 und das adaptive Dämpfungsregelungsteil 20 sind aus einem Zustandsentscheidungsteil 24A und einem Akustikkopplungsbestimmungsteil 24B aufgebaut.
Das Zustandsentscheidungsteil 24A wird mit dem empfangenen Sprachsignal L_Rx(k), welches das Dämpfungselement 23 durchquert hat, der Mikrofonausgabe u(k) vom Mikrofon 16 und dem Fehlersignal e(k) vom Subtrahierer 33 versorgt und macht eine Zustandsentscheidung wie unten beschrieben und legt an das Akustikkopplungsbestimmungsteil 24B ein Entscheidungssignal an. Das Akustikkopplungsbestimmungsteil 24B schätzt die akustische Kopplung G des Systems ab, welches den Echoweg EP und den Echokompensator 30 wie unten beschrieben enthält, und liefert den geschätzten Wert an das Dämpfungsregelungsteil 21.
Das Zustandsentscheidungsteil 24A berechnet die Leistungen Px(k), Pu(k) und Pe(k) des Eingangssignal L_Rx(k), der Mikrofonausgabe u(k) und des Fehlersignals e(k) wie unten bezeichnet. Der Kürze halber wird nur die Berechnung der Leistung des Signals x(k) durchgeführt; aber die Leistungen der anderen Signale können auf ähnliche Weise berechnet werden.
Nimmt man an, dass alle Signale diskrete gemacht worden sind, kann die kurzzeitige Leistung von der Zeit k – N, zu der die Signale diskret gemacht worden sind, bis zur gegenwärtigen Zeit k durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
Darüber hinaus kann, wie durch die folgende Gleichung ausgedrückt, die kurzzeitige Leistung auch durch Addieren eines quadrierten Wertes x²(k) des Eingangssignals x(k) zur gegenwärtigen Zeit zur Leistung Px(k – 1) bei der unmittelbar vorhergehenden Zeit und anschließendes Subtrahieren eines quadrierten Wertes x²(k – N) des Eingangssignals zu der vorhergegangenen Zeit N erhalten werden. Px(k) = Px(k – 1) + x2(k) – x2(k – N) (30)
Alternativ kann durch Setzen von p = (N – 1)/N die Leistung durch die folgende Gleichung erhalten werden. Px(k) = x2(k) + ρPx(k – 1) (31)
Jetzt bezeichne P_th einen vorgegebenen Leistungsschwellenwert, der das Vorhandensein des empfangenen Sprachsignals x(k) anzeigt, und C₁ sei eine positive Konstante, die gleich oder kleiner als 1 gesetzt ist. Wenn in diesem Fall die folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, wird entschieden, dass die Echokompensation im Echokompensationsteil 30 durchgeführt worden ist. Px(k) > Pth Pe(k) < C1·Pu(k) (32)
In diesem Fall wird die Integrationsperiode kurz gesetzt (ungefähr 8 bis 64 ms oder so), weil der Zustand der unvollständigen Konvergenz des geschätzten Echoweges oder insbesondere des Doppelsprechens schnell festgestellt werden muss, um den Konvergenzzustand nahe an den tatsächlichen zu bringen. Wenn die Bedingung (32) erfüllt ist, kann angenommen werden, dass das Sprachsignal n(k) des nahen Sprechers nicht in der Mikrofonausgabe u(k) enthalten ist (der Einzelsprechempfangszustand); stellt man die Werte der für eine längere Zeitdauer als die oben erwähnte kurze Zeit integrierten Signale x(k) und e(k) durch PWx(k) bzw. PWe(k) dar, schätzt das Akustikkopplungsentscheidungsteil 24B die akustische Kopplung G durch die folgende Gleichung ab: G = PWe(k)/PWx(k) (33)
Die Integrationszeit für PWe(k) und PWx(k) kann bevorzugterweise im Bereich von ungefähr 100 ms bis ungefähr 1 s sein.
Wenn im Zustandsentscheidungsteil 24A festgestellt wird, dass die folgenden Bedingungen zur selben Zeit erfüllt sind, wird entschieden, dass das Lautsprechersystem auf der Seite des nahen Sprechers im Doppelsprechzustand ist, in dem das Sprachsignal n(k) des nahen Sprechers in der Mikrofonausgabe u(k) enthalten ist. Px(k) > Pth Pe(k) > C1·Pu(k) (34)
Wenn darüber hinaus die folgende Bedingung für eine Konstante C₂ zutrifft, die größer ist als 1, so wird entschieden, dass das Faltungsteil 32A wegen einer Änderung des Echoweges EP nicht korrekt geschätzt ist, d. h. dass sich der Echoweg ändert. Pe(k) > C2·Pu(k) (35)
Während des Doppelsprechens kann die akustische Kopplung G nicht korrekt geschätzt werden, aber da es außer dem Doppelsprechzustandes die Möglichkeit der Änderung des Zustandes des Echoweges gibt, ist es notwendig die akustische Kopplung G zu schätzen.
Da es im Doppelsprechzustand unmöglich ist, die akustische Kopplung G in einer kurzen Zeit zu berechnen, muss sie für eine lange Zeit geschätzt werden. In einem solchen Fall schätzt das Akustikkopplungsschätzteil 24B die akustische Kopplung G über eine ausgedehnte Zeitperiode ab, die länger ist als die Zeit, für die ein Andauern des Doppelsprechens erwartet wird (ungefähr 3 s). Genauer gesagt schätzt das Akustikkopplungsschätzteil 24B die akustische Kopplung G in der unten angegebenen Weise ab.

(1) Die Leistungen PPe(k) und PPx(k) einer ausgedehnten Integrationszeit werden zur Ermittlung der akustischen Kopplung G in der folgenden Gleichung verwendet. G = PPe(k)/PPx(k) (36)
(2) Die akustische Kopplung Pe(k)/Px(k) oder PWe(k)/PWx(k), die in einer kurzen Zeit geschätzt wurden, werden über eine ausgedehnte Zeit Bemittelt, um die akustische Kopplung G mittels der folgenden Gleichung zu schätzen.
(3) Wenn entschieden wird, dass sich das System im Doppelsprechzustand befindet, wird keine Dämpfungsberechnung ausgeführt und die akustische Kopplung G zur aktuellen Zeit wird beibehalten. In diesem Fall gibt es jedoch die Möglichkeit, dass sich der Echoweg EP ändert; daher wird der anfänglich gesetzte Wert G als die akustische Kopplung ermittelt, wenn Pe(k) größer als C₂Pu(k) ist, wobei C₂ eine vorbestimmte Konstante bezeichnet, die größer ist als 1.

Die auf diese Weise im Akustikkopplungsschätzteil 24B ermittelte akustische Kopplung G wird dem Dämpfungsregelungsteil 21 zugeführt. Basierend auf der ermittelten akustischen Kopplung G stellt das Dämpfungsregelungsteil 21 die einzusetzende Dämpfung fest, so dass die Verstärkung der offenen Rückkopplungsschleife kleiner wird als 1.
14 zeigt in Blockform die Konstruktion eines Echokompensators, der eine Kombination des FG/BG-Schemas der Ausführung der 12 und des adaptiven Dämpfungsregelungsteils 30 in 13 ist. Teile, die denen der 12 und 13 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Da die Konfigurierung und die Betriebsweise des Echokompensationsteils 30 dieselben sind wie in 12, werden diese nicht beschrieben. Die Konfiguration und Betriebsweise des adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 sind ebenfalls grundsätzlich identisch mit denjenigen der 13, so dass in dieser Ausführung das Akustikkopplungsschätzteil 24B, das Dämpfungsregelungsteil 21 und das Dämpfungselement 22 mit dem Fehlersignal E_F(k) von einem Subtrahierer 42 anstatt mit dem Fehlersignal E_b(k) vom Subtrahierer 33 versorgt werden. Das Zustandentscheidungsteil 24A berechnet z. B. die Kurzzeitleistungen Px(k), Pu(k) und Pe_b(k) und das Eingangssignal LR_x(k), die Mikrofonausgabe u(k) und das Fehlersignal e_b(k) wie. in der Ausführung der 13. Diese Leistungen können mit irgend einer der Gleichungen (29), (30) und (31), auf die vorhergehend mit Bezugnahme auf die Ausführungen der 13 hingewiesen wurde, berechnet werden.
Wie im Falle der vorangegangenen Ausführungen wird dann, wenn die Leistung Px(k) die folgenden Bedingungen zur selben Zeit erfüllt, im Zustandsentscheidungsteil 24A entschieden, dass die Echokompensation im Echokompensationsteil 30 ausgeführt worden ist. Px(k) > Pth Peb(k) < C1·Pu(k) (32')
Da angenommen werden kann, dass das Sprachsignal n(k) des nahen Sprechers nicht im Mikrofonausgabe u(k) enthalten ist (der Einzelsprechempfangszustand), bestimmt in diesem Beispiel das Akustikkopplungsschätzteil 24B die akustische Kopplung G entsprechend mit der folgenden Gleichung. G = PWef(k)/PWx(k) (33')
Wenn im Zustandsentscheidungsteil 24A entschieden wird, dass die folgenden Bedingungen alle zur selben Zeit erfüllt sind, befindet sich das System im Doppelsprechzustand, in dem das Sprachsignal n(k) des nahen Sprechers in der Mikrofonausgabe u(k) enthalten ist, oder der Echoweg EP ändert sich und das Faltungsteil 32A ist nicht korrekt geschätzt. Px(k) > Pth Peb(k) > C1·Pu(k) (34')
Im Doppelsprechzustand kann die akustische Kopplung G nicht korrekt ermittelt werden, aber da es außer dem Doppelsprechzustand die Möglichkeit des Echowegänderungszustandes gibt, ist es notwendig, die akustische Kopplung G zu ermitteln.
Während des Doppelsprechens kann die akustische Kopplung G, wie oben bereits erwähnt, nicht in einer kurzen Zeit berechnet werden und muss daher für eine lange Zeit geschätzt mittelt werden. In einem solchen Fall schätzt das Akustikkopplungsschätzteil 24B die akustische Kopplung G über eine ausgedehnte Zeitdauer ab, die größer ist als die Zeit, für welche ein Andauern des Doppelsprechens erwartet wird (ungefähr 3 s). Das Akustikkopplungsschätzteil 24B schätzt die akustische Kopplung G auf dieselbe Weise wie bereits zuvor mit Bezugnahme auf die Ausführungen der 13 beschrieben ab.
Die Betriebsweise des in 14 gezeigten Echokompensators wird nachfolgend in Kürze beschrieben.
Nach Anlegen des empfangenen Sprachsignals L_Rx(k) an den Lautsprecher 15 wird das Echosignal y(k) über den Echoweg EP, welcher zwischen dem Lautsprecher 15 und dem Mikrofon 16 verläuft, in das Mikrofon 16 eingegeben. Das Übertragungsfunktionsschätzteil 310 schätzt die Zwischenvariable z(k) der Impulsantwort des Echoweges EP ab und liefert die geschätzte Variable z(k) an das Faltungsteil 32A des BG-seitigen geschätzten Echoweges 32. Die Ausgabe des Faltungsteils 32A wird an den Addierer 32B zum Eingeben als das BG-seitige geschätzte Echosignal ŷb(k) in den Subtrahierer 33 angelegt, worin es von der Mikrofonausgabe u(k) subtrahiert wird, um das Fehlersignal e_b(k) zu erhalten, welches an das Übertragungsentscheidungslogikteil 43 angelegt wird. Andererseits wird auf dem FG-seitigen geschätzten Echoweg 41 ein richtiger Anfangswert des Filterkoeffizienten gesetzt, und durch seine Faltung mit dem Eingangssignal L_Rx(k) wird das FGseitige geschätzte Echosignal ŷ_f(k) dem Subtrahierer 42 geliefert, worin es von der Mikrofonausgabe u(k) subtrahiert wird, um das FG-seitige Fehlersignal e_f(k) zu erhalten.
Das Übertragungsentscheidungslogikteil 43 wird mit der Mikrofonausgabe u(k), den Fehlersignalen e_b(k) und e_f(k) und dem Eingangssignal x(k) versorgt und vergleicht ihre Leistungen der Größe nach. Das Verfahren des Vergleichs ist so wie zuvor beschrieben. Wenn durch den Vergleich gefunden wird, dass vorgegebene Bedingungen erfüllt sind, wird entschieden, dass der Koeffizient z(k) des BG-seitigen Faltungsteils 32A konvergiert ist. Dann wird das Zurücksetzungssignal RS an das β-Zurücksetzungsteil 31G (siehe 12) im Übertragungsfunktionsschätzteil 310 für eine Dauer, die länger ist als dieses p, angelegt, wonach der Schalter 44 auf EIN gestellt wurde, durch den der zu dieser Zeit vom Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E des Übertragungsfunktionsschätzteils 310 ausgegebene Koeffizient z(k) als Filterkoeffizient ĥ_f(k) zum FG-seitigen geschätzten Echoweg 41 übertragen und gesetzt wird.
Das Zustandsentscheidungsteil 24A des adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 wird mit dem Fehlersignal eb(k) vom Subtrahierer 33, der Mikrofonausgabe u(k) vom Mikrofon 16 und dem empfangenen Sprachsignal L_Rx(k) versorgt und berechnet wie im Falle der 13 die Kurzzeitleistungen der Signale und entscheidet den zuvor erwähnten Zustand (32'). Das Akustikkopplungsbestimmungsteil 24B schätzt die akustische Kopplung G durch die Gleichung (33') auf Grundlage des Ergebnisses der Entscheidung ab und liefert den geschätzten Wert an den Dämpfungsregelkreis 21. Der Dämpfungsregelkreis 21 berechnet die Dämpfung auf Grundlage der geschätzten akustischen Kopplung G und setzt die Dämpfung in den Dämpfungselementen 22 oder 23.
Wenn im Echokompensationsteil 30 der Ausführungen der 13 und 14 das ERLE durch das Echokompensationsteil 30 im anfänglichen Zustand klein ist, kann die eingesetzte Dämpfung des adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 erhöht werden, um das Echo zu unterdrücken, und wenn das Echosignal bis zu einem gewissen Grad ausgelöscht worden ist, kann die eingesetzte Dämpfung des adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 erniedrigt werden.
Bei der Ausführung der 14 ist es auch möglich, eine Konstruktion einzusetzen, bei der an Stelle der Entscheidung des Zustands (32') im Zustandsentscheidungsteil 24A dann, wenn ein Filterkoeffizientenübertragungsbefehl vom Übertragungsentscheidungslogikteil 43 geliefert wird, entschieden wird, dass die Konvergenz der geschätzten Impulsantwort abgeschlossen worden ist (dass die Echokompensation abgeschlossen worden ist) und das Übertragungsbefehlssignal an das Akustikkopplungsbestimmungsteil 24B, wie durch die unterbrochene Linie angezeigt, angelegt wird.
In dem in den 12 und 14 dargestellten FG/BG-System gibt es Fälle, in denen selbst dann, wenn der geschätzte Echoweg 32 der BG-Seite sich von demjenigen des wahren Echoweges EP unterscheidet, das Übertragungsentscheidungslogikteil 43 die zuvor erwähnten drei Bedingungen erfüllt und einen falschen Koeffizienten der BG-Seite 32 an den FG-seitigen geschätzten Echoweg 41 überträgt. Der Grund dafür ist der, dass insbesondere dann, wenn das Eingangssignal x(k) ein Vokal ähnlich einer sinusförmigen Wellenform ist, die Leistung des Fehlersignals e(k) selbst dann abnimmt, wenn der Koeffizient des Faltungsteils 32A falsch ist.
Daher kann im Echokompensationsteil 30 manchmal die Situation eintreten, dass der geschätzte Echoweg 32 selbst dann nicht den wahren Echoweg EP simuliert, wenn das Fehlersignal e(k) oder e_b(k) kleiner ist als das Echosignal y(k). Weil beim adaptiven Algorithmus vom Typ mit variabler Schrittweite in einem solchen Fall selbst dann entschieden wird, dass die geschätzte Impulsantwort konvergiert ist, wenn sie noch nicht konvergiert ist, wird der Schrittweitenparameter α klein gemacht, was zu einer Verzögerung der Konvergenz führt. Im Echokompensator vom FG/BG-Typ wird der Koeffizient des BG-seitigen geschätzten Echoweges, der noch nicht konvergiert ist, irrtümlicherweise an die FG-Seite übertragen.
Wenn beispielsweise in der Ausführung der 13, die eine Kombination des Echokompensationsteils 30 und des adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 ist, der Echoweg EP sich ändert, wird der geschätzte Wert G der akustischen Kopplung infolge der Gleichung (35) zu einem etwas großen anfänglich gesetzten Wert, was das Eintreten von Rückkopplungspfeifen vermeidet. Wenn danach der Fehler e(k) im Vergleich mit der Konvergenzrate des tatsächlichen adaptiven Filters kleiner wird, gibt es jedoch eine Wahrscheinlichkeit, dass Gleichung (32) erfüllt ist, was dazu führt, dass die akustische Kopplung auf einen Wert reduziert wird, der kleiner ist als die eingesetzte Dämpfung, die zur Vermeidung von Rückkopplungspfeifen benötigt wird. Dies könnte vermieden werden, indem man die Integrationszeiten zum Erhalten der Leistungen der Signale e(k) und u(k), die getestet werden, um zu sehen, ob Pe(k) kleiner als C₁·Pu(k) ist, ausdehnt. Die Ausdehnung der Integrationszeit bewirkt aber eine Verschiebung des Integrationszentrums nach hinten, was zu Problemen führt, da das System den Fluktuationen des Echoweges und Änderungen wie z. B. dem Beginn eines Doppelsprechens nicht folgen kann.
Die oben genannten Probleme gründen sich alle auf die Tatsache, dass der Zustand oder der Grad der Konvergenz mit den Leistungen Pu(k) und Pe(k) nicht genau beurteilt werden kann.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 15 eine Beschreibung einer anderen Ausführung des Echokompensators gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben, die verbessert ist, um eine genaue Entscheidung des Grades der Annäherung des geschätzten Echoweges an den wahren Echoweg zu treffen.
Die Ausführung der 15 ist eine verbesserte Version der Ausführung der 13, in welcher diejenigen Teile, die mit Teilen der letzteren korrespondieren, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Das Echokompensationsteil 30 ist in Konstruktion und Betriebsweise identisch mit dem Echokompensationsteil 30 in 13 und folglich dem Gerät der 10 ähnlich. Diese Ausführung umfasst einen Spitzenhaltekreis 52, der mit der Mikrofonausgabe u(k) und dem Fehlersignal e(k) versorgt wird. Der Spitzenhaltekreis 52 dient zur kontinuierlichen Feststellung von Spitzenwerten einer Abtastleistung von jedem der Signale u(k) und e(k) innerhalb einer gewissen Zeitperiode und kann daher ein gleitender Spitzenhaltekreis genannt werden. Der Spitzenhaltekreis 52 führt beispielsweise die folgenden Berechnungen durch. PHu(k) = MAX{u2(k), γPHu(k – 1)} (38) PHe(k) = MAX{e2(k), γPHe(k – 1)} (39)wobei PHu(k) und PHe(k) Spitzenhaltewerte der Signale u(k) und e(k) sind, γ eine Dämpfungskonstante ist und MAX[a, b] eine Funktion ist, die a und b miteinander vergleicht und den größeren Wert von beiden ausgibt. Die Dämpfungskonstante γ hat einen Wert kleiner als 1, bevorzugt im Bereich von 0,9999 ± 0,0005. In diesem Beispiel wird die Signalleistung unter Verwendung nur eines quadrierten Wertes in jeder Abtastung berechnet.
Die Ausgaben PHu(k) und PHe(k) vom Spitzenhaltekreis 52 werden an den Konvergenzentscheidungskreis 53 angelegt, worin deren Verhältnis beispielsweise wie folgt berechnet wird: A(k) = 10 log{PHu(k)/PNe(k)} (40)
Dieser Wert wird zum Beurteilen oder Enischeiden des Grades der Konvergenz verwendet; d. h. je größer das Verhältnis, um so höher ist der Grad der Konvergenz. Das Verhältnis A(k) wird in das Zustandsentscheidungsteil 24A des Akustikkopplungsschätzteils 24 eingegeben. Wenn Px(k) größer als P_th ist und das Verhältnis A(k) größer ist als der vorgegebene Wert W₁ (beispielsweise 15 (dB)) ist, entscheidet das Zustandsentscheidungsteil 24, dass das Lautsprechersystem auf der Seite des nahen Sprechers im Einzelsprechempfangszustand ist. Wenn Px(k) größer als P_th und A(k) kleiner als W₁ ist, wird entschieden, dass das Lautsprechersystem auf der Seite des nahen Sprechers im Doppelsprechzustand ist. Danach wird vom Akustikkopplungsbestimmungsteil 24B auf die gleiche Weise, wie zuvor im Hinblick auf die Ausführung der 13 beschrieben worden ist, die akustische Kopplung G bestimmt. Das Dämpfungsregelungsteil 41 bestimmt die einzufügende Dämpfung auf Grundlage der auf diese Weise bestimmten akustischen Kopplung G und setzt die Dämpfung in dem Dämpfungselement 22 oder 23 in Abhängigkeit davon, ob sich das Lautsprechersystem auf der Seite des nahen Sprechers im Empfangs- oder im Sendezustand befindet.
16 ist ein Graph, der Ergebnisse von Simulationen bezüglich der Konvergenz des geschätzten Echoweges zeigt. Die Abszisse steht für die Zeit und die Ordinate für einen Wert, der den Grad der Konvergenz des geschätzten Echoweges 32 an den Wahren EP anzeigt; je größer dieser Wert, um so größer ist der Grad der Konvergenz. Die gestrichelte Linie 54 bezeichnet das Verhältnis 10 log [Pu(k)/Pe(k)] zwischen den Leistungen Pu(k) und Pe(k) der Mikrofonausgabe u(k) und des Fehlersignals e(k), das wie bei der konventionellen Beurteilung des Grades der Konvergenz ohne Verwendung des Spitzenhalteschemas berechnet wurde. Die Integrationszeit, die in diesem Fall zur Berechnung der Leistung verwendet wurde, ist kurz, weil eine ausgedehnte Integrationszeit eine Zeitverzögerung zwischen der Beurteilung des Grades der Konvergenz und dem tatsächlichen Grad induziert. Die durchgezogene Linie 55 bezeichnet den Wert der Konvergenz, der mit der Gleichung (40) unter Verwendung der Spitzenhaltewerte PHu(k) und PHe(k) berechnet wurde. Die Dämpfungskonstante γ wurde auf 0,9999 gesetzt. Die strichpunktierte Linie 56 zeigt die wahre Konvergenz zwischen dem Echoweg EP und dem geschätzten 32. D. h. aufgrund der Simulation ist die Impulsantwort h(k) des Echoweges EP bekannt, und der Grad der Annäherung der Impulsantwort des geschätzten Echoweges an denjenigen des Echoweges EP wird z. B. unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet.
Aus 16 wird deutlich, dass es im Stand der Technik selbst dann, wenn die Charakteristik des geschätzten Echoweges 32 nicht nahe bei derjenigen des wahren Echoweges EP liegt, Fälle gibt, in denen der Wert, der den Grad der Konvergenz bezeichnet, groß ist. Andererseits ist im Fall der Verwendung der Spitzenhaltewerte, wie bei der Ausführung der 15, die Konvergenz (bezeichnet durch die durchgezogene Linie 55) weniger gestreut und näher an der Konvergenz des geschätzten Echoweges 32 (bezeichnet durch die strichpunktierte Linie). Dies zeigt, dass das Verfahren, welches die Spitzenhaltewerte verwendet, im Vergleich zum konventionellen Verfahren, welches das Leistungsvergleichsschema verwendet, eine genauere Bestimmung des wahren Zustandes der Konvergenz des geschätzten Echoweges 32 gegen den Echoweg EP erlaubt. Beispielsweise werden mit einem zu großen Wert für die Dämpfungskonstante γ selbst dann, wenn die Leistungen der Signale u(k) und e(k) 0 werden, deren Leistungsspitzenwerte beibehalten, was es unmöglich macht, ihre nachfolgenden Spitzenhaltewerte zu bestimmen. Mit einem zu kleinen Wert der Dämpfungskonstanten γ folgt die Bestimmung der Konvergenz des geschätzten Echoweges wie im Stand der Technik ziemlich genau momentanen Fluktuationen der Signale u(k) und e(k); es ist daher nicht bevorzugt, die Dämpfungskonstante auf einen zu kleinen Wert zu setzen. Wenn z. B. die Abtastfrequenz 8 kHz beträgt, wird die Dämpfungskonstante γ auf 0,9999 gesetzt, so dass 1/(1 – γ) = 10.000, um den Einfluss kleiner Leistungsteile vor und nach einem Vokal zu vermeiden.
Da in dieser Ausführung der mit einer groß gehaltenen Leistung der Mikrofonausgabe u(k) berechnete Konvergenzwert durch die Spitzenhaltetechnik anschließend beibehalten wird, ist es möglich, die Berechnung eines falschen Konvergenzwertes zu vermeiden, die hervorgerufen wird, wenn die Mikrofonausgabe u(k) zeitweilig klein ist – dies unterdrückt die Streuung berechneter Werte der Konvergenz. Darüber hinaus gibt es Fälle, in denen ein Vokal oder ähnliches eine scheinbar schnelle Konvergenz liefert, obwohl es in Wirklichkeit nicht konvergiert. Wenn jedoch eine Konvergenz nicht am Anfang eines Vokals stattfindet, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein großer Wert des Fehlersignals e(k) zu dieser Zeit beibehalten, und daher ist es möglich, einen Konvergenzwert zu berechnen, der nahe beim richtigen liegt.
Wie aus 16 deutlich wird, kann der Grad der Konvergenz, der nahe bei demjenigen des tatsächlichen Echoweges EP liegt, in dieser Ausführung berechnet werden, die in einer Kombination das Echokompensationsteil 30 und das adaptive Dämpfungsregelungsteil 20 einsetzt und das Verfahren der Bestimmung der Konvergenz mit der Spitzenhaltetechnik verwendet. Das adaptive Dämpfungsregelungsteil 20 ist in der Lage, die einzusetzende Dämpfung mit einem Anwachsen des im Echokompensationsteil 30 erhaltenen ERLE zu erniedrigen. Bei der oben beschriebenen konventionellen Leistungsvergleichsmethode gibt es jedoch Fälle, in denen aufgrund von Berechnung entschieden wird, dass das Echo kompensiert wurde, obwohl dem tatsächlich nicht so ist, und die akustische Kopplung G zu dieser Zeit gemäß der Gleichung (33) gemessen wird, und in einem solchen Fall wird die einzusetzende Dämpfung oft auf einen unnötig kleinen Wert gesetzt. In der Ausführung der 15 ist das im Konvergenzentscheidungskreis 53 berechnete Spitzenhalteverhältnis (die Kurve 55) nahe beim tatsächlichen Konvergenzwert (die Kurve 56). Das Spitzenhalteverhältnis wird an den Zustandsentscheidungskreis 24A geliefert, um die Bestimmung des tatsächlichen Konvergenzzustandes zu gewährleisten, und die akustische Kopplung G zu dieser Zeit wird durch das Akustikkopplungsbestimmungsteil 24B bestimmt. Dadurch ist das Dämpfungsregelungsteil 21 in der Lage, eine angemessene einzusetzende Dämpfung zu bestimmen.
Während die vorliegende Erfindung oben in der Anwendung auf einen Echokompensator beschrieben worden ist, der eine Kombination des adaptiven Dämpfungsregelungsteils und des Echokompensationsteils verwendet, ist die Erfindung auch in einem Gerät mit einer Kombination des adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 und des Echokompensationsteils 30 vom FG/BG-Typ anwendbar.
17 zeigt im Blockformat eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung, in der das Spitzehalteverfahren mit dem adaptiven Algorithmus für die Schätzung des Echoweges des Echokompensators kombiniert ist. In 17 sind diejenigen Teile, die gleichen Teilen der 10 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In dieser Ausführung ist ein Schrittweitenparameteränderungsteil 58 vorgesehen, welches die Größe der Schrittweite α in Abhängigkeit von dem vom Konvergenzentscheidungskreis 58 festgestellten Konvergenzwert regelt und sie dem Übertra gungsschätzteil 310 liefert. Für verschiedene adaptive Algorithmen wie z. B. die LMS-, NLMS- und Projektionsalgorithmen wurde ein adaptiver Algorithmus vom Typ mit einem variablen Schrittweitenparameter vorgeschlagen, demzufolge, wenn die geschätzte Impulsantwort nicht konvergiert ist, der Schrittweitenparameter α auf 1 gesetzt wird, um die Konvergenzrate zu erhöhen, und wenn die Impulsantwort bis zu einem gewissen Ausmaß konvergiert ist, der Schrittweitenparameter α auf einen kleineren Wert gesetzt wird, um das stetige ERLE zu erniedrigen. In diesem Algorithmus vom Typ mit variablem Schrittweitenparameter wird der Schrittweitenparameter α mit dem Grad der Konvergenz variiert, so dass es notwendig ist, den Konvergenzzustand genau zu berechnen.
Unter Verwendung der oben unter Bezugnahme auf 16 beschriebenen Spitzenhaltetechnik ist es möglich, mit einem beträchtlich hohen Grad an Genauigkeit zu berechnen, um wie viel dB die Konvergenz vorangeschritten ist. In dieser Ausführung wird die Ausgabe des Konvergenzentscheidungskreises 53 an das Schrittweitenparameteränderungsteil 58 angelegt. Beispielsweise wird im Falle der 16 der Schrittweitenparameter α auf 1 gesetzt, wenn die Ausgabe vom Konvergenzentscheidungskreis 53 und folglich der Konvergenzwert unterhalb von 10 dB ist; wenn der Konvergenzwert im Bereich zwischen 10 bis 15 dB ist, wird der Schrittweitenparameter α auf 0,5 gesetzt; und wenn der Konvergenzwert oberhalb 15 dB ist, wird der Schrittweitenparameter α auf 0,1 gesetzt. Der derart geregelte Schrittweitenparameter α wird als Schrittweite des adaptiven Algorithmus im Übertragungsfunktionsschätzteil 310 an das Zwischenvariablenaktualisierungsteil 31E (siehe 10) geliefert, worin es zur Aktualisierung der Zwischenvariable z(k) durch die Gleichung (13) verwendet wird. Wie aus der Kurve 55 in der 16 gesehen werden kann, kann gemäß dem Spitzehalteverfahren die Schrittweite α geändert werden, wobei die zeitabhängige Streuung der Konvergenzwerte klein gehalten wird. Bei der konventionellen Bestimmung des Grades der Konvergenz ist die zeitabhängige Streuung der Konvergenzwerte größer als im Falle der tatsächlichen Konvergenz (Kurve 56 in 16), und folglich kann der Schrittweitenparameter α manchmal auf einen so kleinen Wert wie 0,1 gesetzt werden, selbst dann, wenn keine Konvergenz stattfindet.
18 zeigt im Blockformat eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung, welche das Spitzenhalteverfahren auf den Echokompensator vom FG/BG-Typ anwendet. Die Teile, die Teilen in den 7 und 12 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im FG/BG-System von jeder der 7 und 12 beurteilt das Leistungsvergleichsteil 43B wie oben beschrieben die zuvor erwähnten Filterkoeffizientenübertragungsbedingung, dass der BG-seitige geschätzte Echoweg 42 genauer am wahren Echoweg EP ist, indem es einen Test macht, um zu sehen, ob die zuvor erwähnten drei Bedingungen erfüllt sind, d. h. (a) ob die Leistung Px(k) des Eingangssignal x(k) größer ist als der Schwellenwert, (b) ob die Leistung des BG-seitigen Fehlersignals eb(k) kleiner ist als die Leistung des FG-seitigen Fehlersignals e_f(k), und (c) ob die Leistung des Fehlersignals eb(k) bis zu einem gewissen Grad kleiner ist als die Leistung der Mikrofonausgabe u(k). Bei dem auf das FG/BG-System angewendeten Spitzenhalteverfahren wird ein Test gemacht, um zu bestimmen, ob der Spitzenhaltewert des Fehlersignals eb(k) im Spitzenhaltekreis 52 um einen bestimmten Grad oder mehr unter den Spitzenhaltewert der Mikrofonausgabe u(k)reduziert wurde, anstatt die oben erwähnte Bedingung (c) zu überprüfen. Wie schon zuvor mit Bezugnahme auf 16 beschrieben, erlaubt das Verfahren des Vergleichs der Spitzenwerte im Vergleich mit demjenigen des Leistungsvergleich eine genaue Bestimmung des Zustandes der Konvergenz des geschätzten Echoweges 32 an den wahren EP. Daher löst das Spitzenhaltewertvergleichsverfahren das Problem des Leistungsvergleichsverfahrens, dass der Filterkoeffizient z(k), der im BG-seitigen Faltungsteil 32A gesetzt ist, an den FG-seitigen geschätzten Echoweg 41 übertragen wird, wenn der BG-seitige geschätzte Echoweg 32 sich vom wahren Echoweg EP unterscheidet.
Auch in dem Übertragungsfunktionsschätzteil 310 in jeder der 15 und 18 kann das Schrittweitenparameteraktualisierungsteil 58 vorgesehen sein, um die Schrittweite α mit der Ausgabe vom Konvergenzentscheidungskreis 53, wie zuvor im Hinblick auf 17 beschrieben, zu ändern.
Es wird eine Beschreibung eines inversen Spitzenhaltewertverfahrens als Ersatz für das oben beschriebene Spitzenwertverfahren gegeben, um den Zustand der Konvergenz genauer zu bestimmen.
19 zeigt eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung, welche das inverse Spitzenhaltewertverfahren auf die Ausführung der 13 anwendet, was eine Kombination des Echokompensationsteils 20 und des adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 wie im Falle der 15 ist. Teile, die gleichen Teilen wie in 13 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In dieser Ausführung sind ein Leistungsverhältnisberechnungsteil 61 und ein inverser Spitzenhaltekreis 62 zusätzlich vorgesehen. Das Leistungsverhältnisberechnungsteil 61 berechnet das Verhältnis ER(k) = Pu(k)/Pe(k) zwischen den Leistungen Pu(k) und Pe(k) der Mikrofonausgabe u(k) und des Fehlersignals e(k). Der inverse Spitzenhaltekreis 62 detektiert kontinuierlich den minimalen Wert, d. h. einen inversen Spitzenwert, Np(k) des Leistungsverhältnisses ER(k) innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer. D. h. es wird ein sich bewegender inverser Spitzenwert detektiert. Der inverse Spitzenwert NP(k) wird im inversen Spitzenhaltekreis 62 mit der folgenden Gleichung berechnet. NP(k) = MIN{ER(k), τNP(k – 1)} (42)wobei τ eine inverse Dämpfungskonstante ist, deren Wert sehr nahe bei 1 und größer als 1 ist. Die inverse Dämpfungskonstante hängt von der Konversionsrate des verwendeten Algorithmus und der Anzapfungszahl L des adaptiven Filters ab, ist jedoch so ausgewählt, dass die Konversionsrate des Algorithmus soweit wie möglich angenähert ist. Beim NLMS-Algorithmus, der gewöhnlicherweise verwendet wird, liegt die inverse Dämpfungskonstante τ bevorzugterweise im Bereich zwischen 1,0001 ± 0,0005. MIN[a, b] ist eine Funktion, die zum Vergleich von a und b verwendet wird und den kleineren Wert ausgibt. Die Ausgabe des inversen Spitzenhaltekreises 62 wird verwendet, um den Grad der Konvergenz des geschätzten Echoweges 32 zu bestimmen. D. h., das akustische Kopplungsbestimmungsteil 24 bestimmt, dass, je größer die Ausgabe vom inversen Spitzenhaltekreis 62 ist, umso höher der Grad der Konvergenz ist, und wie in der Ausführung der 15 erfasst das Bestimmungsteil 24 den Grad der Konvergenz und misst die akustische Kopplung G zu dieser Zeit und liefert den gemessenen Wert an den Dämpfungsregelkreis 21.
20 ist ein Graph, der die Ergebnisse von Computersimulationen zeigt, die ausgeführt wurden, um den Effekt des inversen Spitzenhalteverfahrens auf die Konvergenz des geschätzten Echoweges zu beobachten. Auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen und auf der Ordinate ein Wert, der den Grad der Konvergenz des geschätzten Echoweges 32 an den wahren EP bezeichnet. Je größer der Wert, um so höher ist der Grad der Konvergenz. Die gestrichelte Linie bezeichnet das Leistungsverhältnis 10 log [Pu(k)/Pe(k)] zwischen der Mikrofonausgabe u(k) und dem Fehlersignal e(k) – dieses wurde zur Bestimmung des Grades der Konvergenz verwendet. Die zur Berechnung der Leistung verwendete Integrationszeit ist kurz, weil eine ausgedehnte Integrationszeit eine Zeitverzögerung zwischen der Beurteilung des Grades der Konvergenz und dem tatsächlichen Grad verursacht. Die durchgezogene Linie 65 bezeichnet den im inversen Spitzenhaltekreis 62 berechneten inversen Spitzenhaltewert NP(k). Die verwendete inverse Dämpfungskonstante τ war 1,0001, und der minimale Wert des inversen Spitzenhaltewertes 5 dB. Die strichpunktierte Linie 66 bezeichnet den tatsächlichen Grad der Konvergenz zwischen dem Echoweg EP und dem durch Gleichung (40) berechneten geschätzten Echoweg 32. Der Pfeil 67 bezeichnet die Zeit, zu der sich der Echoweg EP änderte.
Aus 20 wird deutlich, dass im Falle des konventionellen Leistungsvergleichsverfahrens (Kurve 64) der Werte, welcher den Status der Konvergenz repräsentiert, manchmal groß sein kann, obwohl die Charakteristik des geschätzten Echoweges 32 derjenigen des wahren Echoweges EP nicht nahe kommt. Wenn beispielsweise der Schwellenwert für die Konvergenz auf einen Wert oberhalb von 10 dB gesetzt wird, besteht die Gefahr, eine falsche Entscheidung zu treffen. Nach der durch den Pfeil 67 bezeichneten Zeit konvergiert der geschätzte Echoweg beispielsweise nicht wirklich, und die Kurve 65 verbleibt unterhalb von 10 dB, aber die Kurve 64 übertrifft 10 dB an einigen Stellen; es besteht die Möglichkeit, den geschätzten Echoweg 32 fälschlich als konvergiert zu beurteilen. Wenn andererseits das inverse Spitzenhalteverfahren verwendet wird, ist die Konvergenz (bezeichnet durch die Kurve 65) weniger verstreut und ist näher bei der tatsächlichen Konvergenz (Kurve 65) des geschätzten Echoweges 32 an den wahren Echoweg EP. Es wird daher gesehen, dass im Vergleich mit dem Leistungsvergleichsverfahren das inverse Spitzenhalteverfahren eine genauere Bestimmung des wahren Zustandes der Konvergenz des geschätzten Echoweges 32 gegen den wahren Echoweg EP erlaubt.
Da der inverse Spitzenhaltewert zur Bestimmung des Zustandes der Konvergenz in dieser Ausführung verwendet wird, hält der inverse Spitzenhaltekreis 62 einen inversen Spitzenwert, der in einem Zustand schlechter Konvergenz in einem Anfangsstadium der Konvergenz berechnet wurde, und hebt den minimalen Wert um eine ungefähr erwartete Konvergenzrate an, wobei er schnellere Konvergenz als einen Fehler verwirft. Somit wird die Wahrscheinlichkeit einer fälschlichern Berechnung einer sehr schnellen Konvergenz vermindert, und die Streuung von berechneten Werten der Konvergenz nimmt entsprechend ab. Es gibt außerdem Fälle, in denen ein Vokal oder ähnliches eine scheinbar schnelle Konvergenz liefert, obwohl es in Wirklichkeit nicht konvergiert. Wenn aber gemäß der vorliegenden Erfindung eine Konvergenz am Anfang des Vokals stattfindet, wird der Wert zu dieser Zeit beibehalten, und es ist somit möglich, einen Konvergenzwert zu berechnen, der nahe beim tatsächlichen Konvergenzwert liegt, wobei die Möglichkeit der Falschbewertung der Konvergenz ausgeschlossen ist.
Der inverse Spitzenhaltekreis 62 berechnet und liefert beispielsweise ein Leistungsverhältnis von 10 log NP(k) an den Zustandsentscheidungskreis 24A, der beispielsweise dann, wenn das Leistungsverhältnis 10 log NP(k) oberhalb von 10 dB liegt, entscheidet, dass das Lautsprechersystem auf der Seite des nahen Sprechers sich im Empfangseinzelsprechzustand befindet. Das Akustikkopplungsbestimmungsteil 24B misst die akustische Kopplung zu dieser Zeit durch Verwenden der Leistungen PWx(k) und PWe(k).
Weil in dieser Ausführung, welche das inverse Spitzenhalteschema auf den Echokompensator anwendet, der eine Kombination des Echokompensatorteils 30 und eines adaptiven Dämpfungsregelungsteils 20 ist, ein Grad der Konvergenz, der nahe an dem tatsächlichen liegt, berechnet werden kann, wie aus 20 deutlich wird, ist es möglich, denselben Effekt zu erzeugen der auch bei Verwendung des Spitzenhaltekreises 52 erreichbar ist. Wie im Falle der Spitzenhaltetechnik kann die inverse Spitzenhaltetechnik ebenso auf den Echokompensator angewendet werden, der in einer Kombination das adaptive Dämpfungsregelungsteil 20 und den Echokompensatorteil 30 von FG/BG-Typ verwendet.
21 stellt eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung dar, in welcher die inverse Spitzenhaltetechnik wie im Falle der 17 mit einem adaptiven Algorithmus für die Echowegschätzung des Echokompensators kombiniert ist. In 21 sind Teile, die solchen der 10 und 17 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Wie in 20 dargestellt, also im Falle der Verwendung des inversen Spitzenhalteverfahrens, ist es möglich, mit einem beträchtlichen Grad an Genauigkeit zu berechnen, um wie viele dB der geschätzte Echoweg bisher konvergiert ist. In dieser Ausführung wird die Ausgabe vom inversen Spitzenhaltekreis 62 in das Schrittweitenparameteränderungsteil 58 eingegeben. Wie im Falle der Ausführung der 17 wird der Schrittweitenparameter α auf 1 gesetzt, wenn die Ausgabe des inversen Spitzenhaltekreises 62 und folglich der Konvergenzwert unterhalb 10 dB ist; wenn der Konvergenzwert im Bereich von 10 bis 15 dB ist, wird der Schrittweitenparameter α auf 0,5 gesetzt; und wenn der Konvergenzwert oberhalb 15 dB ist, wird der Schrittweitenparameter α auf 0,1 gesetzt. Der auf diese Weise geregelte Schrittweitenparameter α wird als Schrittweite α des adaptiven Algorithmus im Übertragungsfunktionsermittlungsteil 310 verwendet. Wie im Falle der Ausführung der 17, welche das Spitzenhalteschema verwendet, kann die Schrittweite α geändert werden, wobei die zeitabhängige Streuung der Konvergenzwerte klein gehalten wird.
20 zeigt in Blockform noch eine weitere Ausführung, welche das inverse Spitzenhalteverfahren auf den Echokompensator von FG/BG-Typ wie in der Ausführung in der 18 anwendet. In 22 sind Teile, die solchen der 7, 12 und 18 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Von den drei Übertragungsbedingungen, auf die zuvor unter Bezugnahme auf die FG/BG-Systeme der 7 und 12 Bezug genommen wurde, wird die Bedingung, dass die Leistung des Fehlersignals e_b(k) um einen gewissen Grad oder mehr kleiner ist als die Leistung der Mikrofonausgabe u(k), durch eine Bedingung ersetzt, dass die Ausgabe des inversen Spitzenhaltekreises 62 einen vorgegebenen Wert überschritten hat. Wie oben in Verbindung mit 20 beschrieben, erlaubt die inverse Spitzenhaltetechnik im Vergleich mit der reinen Leistungsvergleichsmethode eine genauere Bestimmung des Grades der Konvergenz des geschätzten Echoweges an den wahren Echoweg.
Ebenso kann in den Übertragungsfunktionsbestimmungsteilen 310 in jeder der 19 und 20 das Schrittweitenparameteränderungsteil 58 vorgesehen sein, um die Schrittweite α mit der Ausgabe des inversen Spitzenhaltekreises 62 zu ändern.
Wie oben beschrieben, kann in den Ausführungen der 15, 17 und 18 eine Bestimmung des Grades der Konvergenz des geschätzten Echoweges an den wahren Echoweg mit einer höheren Genauigkeit berechnet werden, indem man den an Stelle eines reinen Leistungsvergleichs zwischen der Mikrofonausgabe u(k) und dem geschätzten Echosignal ŷ(k) den bewegten Spitzenhaltewert der Leistung der Mikrofonausgabe u(k) und den bewegten Spitzenhaltewert der Leistung des Fehlersignals e(k) vergleicht. Dasselbe trifft auf die Ausführungen der 19, 21 und 22 zu, welche das inverse Spitzenhalteverfahren verwenden.
Durch die Anwendung des Spitzenhalte- oder inversen Spitzenhalteschemas auf den Echokompensator, der aus dem Echokompensationsteil 30 und dem adaptiven Dämpfungsregelungsteil 20 aufgebaut ist, kann der Grad der Echokompensation im Echokompensationsteil 30 als ein Wert berechnet werden, der nahe am tatsächlichen liegt – dies erlaubt eine genaue Einstellung der einzusetzenden Dämpfung und führt somit zu einer Verbesserung der Sprachübertragungsqualität.
Darüber hinaus kann in dem adaptiven Algorithmus für die Bestimmung des Echoweges, in dem der Schrittweitenparameter α mit dem Grad der Echokompensation variabel ist, der Schrittweitenparameter α genau variiert werden, indem man die bewegten Spitzenhaltewerte der Mikrofonausgabe u(k) und des Fehlersignals e(k) verwendet. Dies sichert eine volle Realisierung des Ziels des adaptiven Algorithmus vom variablen Schrittweitenparametertyp, demzufolge, wenn die Koeffizienten des geschätzten Echoweges nicht konvergiert sind, der Schrittweitenparameter α auf 1 gesetzt wird, um die Konvergenz zu beschleunigen, und wenn die Konvergenz bis zu einem gewissen Maß vorangeschritten ist, der Schrittweitenparameter α auf einen kleineren Wert gesetzt wird, um das endgültige stetige ERLE zu reduzieren. Die Verwendung des inversen Spitzenhalteverfahrens erzeugt auch dieselben Effekte wie oben erwähnt.
Außerdem löst die Anwendung des Spitzenhalte- oder inversen Spitzenhalteverfahrens auf den FG/BG-Echokompensator das Problem der konventionellen Leistungsvergleichsverfahren, dass der BG-seitige Koeffizient irrtümlicherweise auf die FG-Seite übertragen wird; somit wird die Sprachübertragungsqualität entsprechend verbessert.

Claims

Echokompensator eines schnellen Projektionsalgorithmus zur Verwendung in einem System mit einer empfangenden Übertragungsleitung und einer sendenden Übertragungsleitung, die über einen Echoweg miteinander verbunden sind, wobei der Echokompensator folgendes umfasst: ein Faltungsmittel (32A) zum Berechnen einer Faltung eines von der empfangenden Übertragungsleitung empfangenen Sprachsignals x(k) und einer Zwischenvariablen z(k), wobei k eine ganze Zahl ist, die eine diskrete Zeit darstellt; ein Autokorrelationsmittel (31A) zum Berechnen einer Autokorrelation r_i,j von p-ter Ordnung aus dem empfangenen Sprachsignal x(k), wobei i und j ganze Zahlen sind, die jeweils 0 ≤ i ≤ p – 1 und 0 ≤ j ≤ p – 1 erfüllen; ein Vorfilterkoeffizienten-Berechnungsmittel (31B) zum adaptiven Berechnen eines Vorfilterkoeffizienten β(k) aus der Autokorrelation und einem Fehlersignal; ein Vorfilterkoeffizienten-Glättungsmittel (31D) zum Glätten des Vorfilterkoeffizienten, um einen geglätteten Vorfilterkoeffizienten s(k) zu erhalten; ein Zwischenvariablen-Aktualisierungsmittel (31E) zum Aktualisieren der Zwischenvariablen z(k) unter Verwendung des geglätteten Vorfilterkoeffizienten s(k) und des empfangenen Sprachsignals x(k), und um dem Faltungsmittel (32A) die aktualisierte Zwischenvariable zu liefern; ein Multiplikationsmittel (31F) zum Berechnen eines inneren Produkts aus der Autokorrelation r_i,j und dem geglätteten Vorfilterkoeffizienten s(k); ein Additionsmittel (32B) zum Addieren des inneren Produktes und der Ausgabe des Faltungsmittels (32A) und zum Ausgeben des Ergebnisses dieser Addition als ein geschätztes Echosignal ŷ(k), um ein Echosignal y(k) zu schätzen, welches die Ausgabe des an die sendende Übertragungsleitung gekoppelten Echoweges ist; ein Subtraktionsmittel (33) zum Subtrahieren des geschätzten Echosignals ŷ(k) von einem in die sendende Übertragungsleitung eingegebenen Mikrofonausgangssignal u(k), um ein Fehlersignal e(k) zu erhalten, und zum Anlegen dieses Fehlersignals e(k) an das Vorfilterkoeffizienten-Berechnungsmittel, wobei dieses Fehlersignal e(k) der sendenden Übertragungsleitung als ein Sendesignal geliefert wird; gekennzeichnet durch ein Rückstellsignal-Erzeugungsmittel (51) zum Vergleichen der Größen des empfangenen Sprachsignals x(k) und des Fehlersignals e(k) und zum Ausgeben eines Rückstellsignals für wenigstens eine Zeitdauer p, wenn das Ergebnis dieses Vergleiches eine vorgegebene Bedingung erfüllt; und ein Rückstellmittel (31G), das auf dieses Rückstellsignal reagiert, wobei der Vorfilterkoeffizient β(k), der dem Vorfilterkoeffizienten-Glättungsmittel (31D) von dem Vorfilterkoeffizienten-Berechnungsmittel (31B) geliefert wird, für wenigstens die Zeitdauer p auf 0 gesetzt wird.
Echokompensator nach Anspruch 1, wobei das Subtraktionsmittel (33) umfasst ein erstes Subtraktionsmittel (33) zum Subtrahieren des geschätzten Echosignals ŷ(k) von einem in die sendende Übertragungsleitung eingegebenen Mikrofonausgangssignal u(k), um ein Fehlersignal e(k) zu erhalten, und zum Anlegen dieses Fehlersignals e(k) an das Vorfilterkoeffizienten-Berechnungsmittel (31B); und ein zweites Subtraktionsmittel (42) zum Subtrahieren eines zweiten geschätzten Echosignals ŷ_f(k) vom Mikrofonausgangssignal u(k) und zum Ausgeben der Differenz zwischen beiden als ein zweites Fehlersignal e_f(k), wobei dieses zweite Fehlersignal e_f(k) als ein Sendesignal an die sendende Übertragungsleitung angelegt wird,; wobei außerdem der Echokompensator umfasst: ein Schätzechoweg-Mittel (41) zum Falten des empfangenen Sprachsignals x(k) und eines gegebenen Filterkoeffizienten ĥ_f(k), und zum Ausgeben der gefalteten Ausgabe als das zweite geschätzte Echosignal ŷ_s(k); ein Übertragungsentscheidungsmittel (43), das mit dem Fehlersignal e(k), dem zweiten Fehlersignal e_f(k), dem empfangenen Sprachsignal x(k) und dem Mikrofonausgangssignal u(k) versorgt wird und eingerichtet ist, dann, wenn deren Leistungen eine vorbestimmte Bedingung erfüllen, das Rückstellsignal für eine vorgegebene Zeitdauer auszugeben und anschließend ein Übertragungsbefehlssignal auszugeben; und ein Koeffizienten-Übertragungsmittel (44), das auf das Übertragungsbefehlssignal reagiert, wobei die dem Faltungsmittel zu dieser Zeit gelieferte Zwischenvariable z(k) als Filterkoeffizient ĥ_f(k) an das Schätzechoweg-Mittel übertragen wird.
Echokompensator nach Anspruch 1 oder 2, der außerdem umfasst: ein Akustikkopplungsschätzmittel (24, 52, 53, 61, 62), das mit dem empfangenen Sprachsignal x(k), dem Mikrofonausgangssignal u(k) und dem Fehlersignal e(k) versorgt wird, um auf der Grundlage ihrer Größen eine akustische Kopplung zu schätzen, die den Grad darstellt, zu dem das Echosignal y(k) im Mikrofonausgangssignal u(k) enthalten ist; und ein Dämpfungsregelungsmittel (21, 23) zum Bestimmen einer in der sendenden oder der empfangenden Übertragungsleitung auf der Grundlage der geschätzten akustischen Kopplung einzusetzenden Dämpfung, so dass die Verstärkung einer von der sendenden und der empfangenden Übertragungsleitung und dem sie verbindenden Echoweg gebildeten Schleife 1 nicht überschreitet, und zum Einsetzen dieser Dämpfung in der empfangenden oder der sendenden Übertragungsleitung.
Echokompensator nach Anspruch 3, bei dem das Akustikkopplungsschätzmittel (24, 52, 53, 61, 62) umfasst: ein Zustandsentscheidungsmittel (24A, 52, 53, 61, 62), um zwischen einem Empfangs-Einzelsprechzustand, in dem das empfangene Sprachsignal x(k) vorhanden ist und das geschätzte Echosignal konvergiert ist, einem Doppelsprechzustand, in dem ein empfangenes Signal vorhanden ist und das geschätzte Echosignal nicht konvergiert ist, und einem Echoweg-Änderungszustand, in dem ein empfangenes Signal vorhanden ist und Charakteristika des Echoweges sich geändert haben, zu entscheiden; und ein Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B), um auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Entscheidung die akustische Kopplung des Echoweges auszurechnen.
Echokompensator nach Anspruch 4, bei dem das Zustandsentscheidungsmittel (24A) eingerichtet ist, um die Anwesenheit oder Abwesenheit eines empfangenen Signals auf der Grundlage des empfangenen Sprachsignals x(k) zu entscheiden und auf der Grundlage des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k) zu entscheiden, ob das geschätzte Echosignal ŷ(k) zu dem Echosignal y(k) konvergiert ist, das die Ausgabe des Echoweges ist.
Echokompensator nach Anspruch 4, bei dem das Zustandsentscheidungsmittel (24A) eingerichtet ist, die Leistung des empfangenen Sprachsignals x(k) zu berechnen und, wenn der berechnete Wert größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, zu entscheiden, dass ein empfangenes Signal vorhanden ist, und darüber hinaus auf der Grundlage des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k) zu entscheiden ob das geschätzte Echosignal ŷ(k) zu dem Echosignal y(k) konvergiert ist, das die Ausgabe des Echoweges ist.
Echokompensator nach Anspruch 5, bei dem das Zustandsentscheidungsmittel (24A) eingerichtet ist, um die Anwesenheit oder Abwesenheit eines empfangenen Signals auf der Grundlage des empfangenen Sprachsignals x(k) zu entscheiden, und wenn die Leistungen Pe(k) und Pu(k) des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k) die Beziehung Pe(k) < C₁·Pu(k) erfüllen, zu entscheiden, dass das geschätzte Echosignal ŷ(k) zu dem Echosignal y(k) konvergiert ist, wobei C₁ eine vorgegebene positive Konstante ist, die gleich oder kleiner ist als 1.
Echokompensator nach Anspruch 5, bei dem das Zustandsentscheidungsmittel (24A) eingerichtet ist, dann zu entscheiden, dass sich der Echoweg ändert, wenn die Leistungen Pe(k) und Pu(k) des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k) die Beziehung Pe(k) > C₂·Pu(k) erfüllen, wenn der Doppelsprechzustand auf Grundlage der Entscheidungen, dass das empfangene Signal anwesend ist, und dass das geschätzte Echosignal ŷ(k) nicht zu dem Echosignal y(k) konvergiert ist, entschieden wird, wobei C₂ eine vorgegebene positive Konstante ist.
Echokompensator nach Anspruch 4, bei dem das Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B) eingerichtet ist, das Leistungsverhältnis zwischen dem Fehlersignal und dem Mikrofonausgangssignal als akustische Kopplung des Echoweges zu berechnen, wenn das Zustandsentscheidungsmittel (24A) das Vorhandensein des Empfangs-Einzelsprechzustands entscheidet, und dieses Leistungsverhältnis dem Dämpfungsregelungsmittel (21, 22, 23) zu liefern.
Echokompensator nach Anspruch 9, bei dem das die Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B) eingerichtet ist, als akustische Kopplung des Echoweges das Verhältnis zwischen den Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals zu berechnen, wenn das Zustandsentscheidungsmittel (24A) entscheidet, dass der Doppelsprech- oder Echowegänderungszustand vorhanden ist, wobei die Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals erhalten werden, indem man sie über eine vorbestimmte Zeitdauer integriert, die länger ist als die Zeit, für welche ein Andauern des Doppelsprechzustandes erwartet wird, und wobei die berechnete akustische Kopplung dem Dämpfungsregelungsmittel (21, 22, 23) geliefert wird.
Echokompensator nach Anspruch 9, bei dem das Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B) eingerichtet ist, als akustische Kopplung des Echoweges einen Wert auszurechnen, der durch Glättung des Leistungsverhältnisses zwischen dem Fehlersignal und dem Mikrofonausgangssignal für eine vorbestimmte Zeitdauer erhalten wird, wenn das Zustandsentscheidungsmittel (24A) entscheidet, dass der Doppelsprech- oder Echowegänderungszustand vorhanden ist, wobei die berechnete akustische Kopplung dem Dämpfungsregelungsmittel geliefert wird.
Echokompensator nach Anspruch 4, bei dem das Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B) eingerichtet ist, als akustische Kopplung des Echoweges ein Verhältnis zwischen den Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals zu berechnen, wenn das Zustandsentscheidungsmittel (24A) entscheidet, dass der Empfangs-Einzelsprechzustand gegeben ist, und die berechnete akustische Kopplung dem Dämpfungsregelungsmittel (21, 22, 23) zu liefern, und dass das Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B) eingerichtet ist, das Dämpfungsregelungsmittel (21, 22, 23) zu veranlassen, eine bisher gesetzte Dämpfung beizubehalten, wenn das Zustandsentscheidungsmittel entscheidet, dass der Doppelsprech- oder Echoänderungszustand gegeben ist.
Echokompensator nach Anspruch 4, bei dem das Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B) eingerichtet ist, als akustische Kopplung des Echoweges das Verhältnis zwischen Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals zu berechnen, wenn das Zustandsentscheidungsmittel (24A) entscheidet, dass der Empfangs-Einzelsprechzustand vorhanden ist, und die berechnete akustische Kopplung dem Dämpfungsregelungsmittel (21, 22, 23) zu liefern; wobei das Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B) eingerichtet ist, das Dämpfungsregelungsmittel zu veranlassen, eine bisher gesetzte Dämpfung beizubehalten, wenn das Zustandsentscheidungsmittel entscheidet, dass der Doppelsprechzustand vorhanden ist; und wobei das Akustikkopplungsbestimmungsmittel (24B) eingerichtet ist, das Dämpfungsregelungsmittel (21, 22, 23) zu veranlassen, eine anfängliche Dämpfung zu setzen, wenn das Zustandsentscheidungsmittel entscheidet, dass der Echowegänderungszustand gegeben ist.
Echokompensator nach Anspruch 1 oder 2, der weiterhin umfasst: ein Spitzenhaltemittel (52), das mit dem Fehlersignal e(k) und dem Mikrofonausgangssignal u(k) versorgt wird, um einen gleitenden Spitzenwert der Leistung des Fehlersignals und einen gleitenden Spitzenwert der Leistung des Mikrofonausgangssignals auszugeben; und ein Schrittweiten-Änderungsmittel (53, 58) zum Berechnen des Grades der Konvergenz des geschätzten Echosignals aus den gleitenden Spitzensignalen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals, und zum Ändern einer Aktualisierungsschrittweite der Zwischenvariable in dem Zwischenvariablen-Aktualisierungsmittel (31E) gemäß dem berechneten Grad der Konvergenz.
Echokompensator nach Anspruch 5, bei dem das Konvergenzsentscheidungsmittel umfasst: ein Spitzenhaltemittel (52), das mit dem Fehlersignal e(k) und dem Mikrofonausgangssignal u(k) versorgt wird, um einen gleitenden Spitzenwert der Leistung des Fehlersignals und einen gleitenden Spitzenwert der Leistung des Mikrofonausgangssignals auszugeben; und ein Mittel (53), um den Grad der Konvergenz des geschätzten Echosignals auf der Grundlage des gleitenden Spitzenwertes der Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals zu entscheiden.
Echokompensator nach Anspruch 1 oder 2, der weiterhin umfasst: ein Leistungsverhältnis-Berechnungsmittel (61), das mit dem Fehlersignal e(k) und dem Mikrofonausgangssignal u(k) versorgt wird, um das Verhältnis der Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals zu berechnen; ein inverses Spitzenhaltemittel (62) zum Ausgeben eines gleitenden inversen Spitzenwertes des Leistungsverhältnisses- als ein Signal, das den Grad der Konvergenz des geschätzten Echoweges an den Echoweg darstellt; und ein Schrittweiten-Änderungsmittel (58) zum Ändern einer Aktualisierungsschrittweite der Zwischenvariablen in dem Zwischenvariablen-Aktualisierungsmittel.
Echokompensator nach Anspruch 5, bei dem das Konvergenzentscheidungsmittel umfasst: ein Leistungsverhältnis-Berechnungsmittel (61), das mit dem Fehlersignal und dem Mikrofonausgangssignal versorgt wird, um das Verhältnis zwischen den Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals zu berechnen; und ein Mittel (62), um den Grad der Konvergenz des geschätzten Echosignals auf Grundlage eines gleitenden inversen Spitzenwertes des Leistungsverhältnisses zu entscheiden.
Echokompensator nach Anspruch 2, der weiterhin umfasst: ein Dämpfungsbestimmungsmittel (24), das auf das Übertragungsbefehlssignal von dem Übertragungsentscheidungsmittel reagiert, um eine in der sendenden oder der empfangenden Übertragungsleitung einzuführende Dämpfung auf Grundlage der Größe des empfangenen Sprachsignals x(k) und des zweiten Fehlersignals ef(k) zu bestimmen, so dass die Verstärkung einer Schleife, die von der sendenden und der empfangenden Übertragungsleitung und dem diese verbindenden Echoweg gebildet wird, 1 nicht überschreitet; und ein Dämpfungsregelungsmittel (21, 22, 23) zum Einsetzen der bestimmten einzusetzenden Dämpfung in die empfangende oder die sendende Übertragungsleitung.
Echokompensator nach Anspruch 2, bei dem das Übertragungsentscheidungsmittel (43) umfasst: ein Spitzenhaltemittel (52), das mit dem Fehlersignal e(k) und dem Mikrofonausgangssignal u(k) versorgt wird, um einen gleitenden Spitzenwert der Leistung des Fehlersignals und einen gleitenden Spitzenwert der Leistung des Mikrofonausgangssignals auszugeben; und ein Mittel (43A, 43C), um den Grad der Konvergenz des geschätzten Echosignals auf Grundlage der gleitenden Spitzenwerte der Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals zu entscheiden.
Echokompensator nach Anspruch 2, bei dem das Übertragungsentscheidungsmittel (43) umfasst: ein inverses Spitzenhaltemittel (62), das mit dem Fehlersignal eb(k) und dem Mikrofonausgangssignal u(k) versorgt wird, um das Verhältnis zwischen den Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals zu bestimmen und einen gleitenden inversen Spitzenwert des Leistungsverhältnisses zu berechnen; und ein Mittel (43A, 43B), um den Grad der Konvergenz des geschätzten Echosignals auf Grundlage des gleitenden inversen Spitzenwertes des Leistungsverhältnisses zu entscheiden.
Echokompensationsverfahren eines schnellen Projektionsalgorithmus zur Verwendung in einem System mit einer empfangenden Übertragungsleitung und einer sendenden Übertragungs leitung, die über einen Echoweg miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: A) Berechnen einer Faltung x(k)z(k) eines von der empfangenden Übertragungsleitung empfangenen Sprachsignals x(k) mit einer Zwischenvariable z(k) durch ein Faltungsmittel, wobei x(k) ein Signalvektor ist, der durch [x(k), x(k – 1), ..., x(k – L + 1)]^T ausgedrückt wird, z(k) ein Signalvektor ist, der durch [z₁(k), z₂(k), ..., z_L(k)]^T ausgedrückt wird, L ein Anzapfungskoeffizient des Faltungsmittels ist, der gleich oder größer ist als 3, und p eine vorgegebene ganze Zahl ist, welche 2 ≤ p ≤ L erfüllt; B) Berechnen einer Autokorrelation r_i,j = x(k – i)^Tx(k – j) p-ter Ordnung aus dem empfangenen Sprachsignal x(k), wobei i und j ganze Zahlen sind, die 0 ≤ i ≤ p – 1 bzw. 0 ≤ j ≤ p – 1 erfüllen; C) Adaptives Berechnen eines Vorfilterkoeffizienten β(k) aus der Autokorrelation und einem Fehlersignal e(k) als eine Lösung, welche die folgenden Simultangleichungen erfüllt βT(k)R(k) =[e(k), (1 – α)e(k – 1), ..., (1 – α)p–1e(k – p + 1)]wobei R(k) eine Autokorreiationsmatrix mit Elementen r_i,j ist, β(k) ein Vorfilterkoeffizientenvektor p-ter Ordnung ist, der durch [β₁(k), β₂(k), ..., β_p(k)]^T ausgedrückt wird, und a eine positive Schrittweite ist, die gleich oder kleiner ist als 1; D) Glätten des Vorfilterkoeffizienten mit der folgenden Gleichung, um einen geglätteten Vorfilterkoeffizienten s_j(k) zu erhalten, si(k) = si–1(k – 1) + βi(k), i = 1, 2, ..., p, wobei s0(k) = 0;E) Erzeugen der Zwischenvariablen z(k), die durch die folgende Gleichung durch Verwendung des geglätteten Vorfilterkoeffizienten s_i(k) aktualisiert wird, und Liefern der aktualisierten Zwischenvariablen an das Faltungsmittel als dessen Filterkoeffizient z(k + 1) = z(k) + αsp(k)x(k – p + 1);F) Berechnen des inneren Produktes der Autokorrelation r_i,j und des geglätteten Vorfilterkoeffizienten s_i(k); G) Addieren des inneren Produktes und der Ausgabe des Faltungsmittels und Berechnen des Ergebnisses dieser Addition als geschätztes Echosignal ŷ(k), das zur Schätzung eines Echosignals y(k) verwendet wird, das die Ausgabe des Echoweges ist, der die empfangende und die sendende Übertragungsleitung verbindet; H) Subtrahieren des geschätzten Echosignals ŷ(k) von einem in die sendende Übertragungsleitung eingegebenen Mikrofonausgangssignal u(k), um ein Fehlersignal e(k) zu erhalten; gekennzeichnet durch I) Vergleichen der Größen des empfangenen Sprachsignals x(k) und des Fehlersignals e(k) und, wenn das Ergebnis dieses Vergleichs eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, Ausgeben eines Rücksetzsignals für wenigstens eine Zeitdauer p; und J) Antworten auf dieses Rücksetzsignal, um den Vorfilterkoeffizienten β(k) für wenigstens diese Zeitdauer p auf Null zu setzen.
Verfahren nach Anspruch 21, das die weiteren Schritte umfasst: K) Berechnen einer Faltung des empfangenen Sprachsignals x(k) mit einem gegebenen Filterkoeffizienten ĥ_f(k) mittels eines zweiten Faltungsmittels und Ausgeben des Ergebnisses dieser Faltung als ein zweites geschätztes Echosignal ŷ_f(k); L) Subtrahieren des zweiten geschätzten Echosignals ŷ_f(k) vom Mikrofonausgangssignal u(k) und Ausgeben der Differenz als ein zweites Fehlersignal e_f(k), wobei das zweite Fehlersignal e_f(k) als ein Sendesignal der sendenden Übertragungsleitung geliefert wird; M) Empfangen des Fehlersignals e(k), des zweiten Fehlersignals e_f(k), des empfangenen Sprachsignals x(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k), Entscheiden, ob sie eine vorgegebene Bedingung erfüllen, und wenn dem so ist, Ausgeben eines Rücksetzsignals für eine vorgegebene Zeitdauer, um den Vorfilterkoeffizienten β_i(k) für diese Zeitdauer auf Null zu setzen, anschließend Ausgeben eines Übertragungsbefehlssignals; und N) Antworten auf dieses Übertragungsbefehlssignal, um die Zwischenvariable z(k) zu dieser Zeit als Filterkoeffizient ĥ_f(k) an das zweite Faltungsmittel zu übertragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22, das die weiteren Schritte umfasst: Berechnen einer akustischen Kopplung, die den Grad darstellt, bis zu dem das Echosignal im Sendesignal enthalten ist, auf Grundlage der Größen des Mikrofonausgangssignals u(k) und des Fehlersignals e(k); und Bestimmen einer in der sendenden oder der empfangenden Übertragungsleitung einzusetzenden Dämpfung auf Grundlage der berechneten akustischen Kopplung, so dass die Verstärkung einer Schleife, die von der empfangenden und der sendenden Übertragungsleitung und dem diese verbindenden Echoweg gebildet wird, 1 nicht überschreitet, und Einsetzen der bestimmten Dämpfung in der empfangenden oder der sendenden Übertragungsleitung.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Schritt der Bestimmung der Dämpfung die folgenden Schritte umfasst: Entscheiden über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Empfangs-Einzelsprechzustandes, in dem das empfangene Sprachsignal x(k) vorhanden ist und das geschätzte Echosignal konvergiert ist, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Doppelsprechzustandes, in dem ein empfangenes Signal vorhanden ist und das geschätzte Echosignal nicht konvergiert ist, und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Echopfadänderungszustandes, in dem ein empfangenes Signal vorhanden ist und sich die Charakteristika des Echoweges ändern; Schätzen der akustischen Kopplung des Echoweges auf der Grundlage des Ergebnisses der Zustandsentscheidung; und Bestimmen der einzusetzenden Dämpfung auf Grundlage der geschätzten akustischen Kopplung.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Zustandsentscheidungsschritt die folgenden Schritte beinhaltet: Entscheiden über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines empfangenen Signals auf Grundlage des empfangenen Sprachsignals x(k); und Entscheiden, ob das geschätzte Echosignal ŷ(k) zum Echosignal y(k) konvergiert ist, das die Ausgabe des Echowegs ist, auf der Grundlage des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k).
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Schritt der Entscheidung über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des empfangenen Signals ein Schritt ist, bei dem die Leistung des empfangenen Sprachsignals x(k) berechnet wird und, wenn der berechnete Wert größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, entschieden wird, dass das empfangene Signal vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Konvergenzzustand-Entscheidungsschritt ein Schritt ist, bei dem entschieden wird, dass das geschätzte Echosignal ŷ(k) zum Echosignal y(k) konvergiert ist, wenn die Leistungen Pe(k) und Pu(k) des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k) die Beziehung Pe(k) < C₁·Pu(k) erfüllen, wobei C₁ eine vorbestimmte positive Konstante ist, die gleich oder größer ist als 1.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Zustandsentscheidungsschritt ein Schritt ist, bei dem entschieden wird, dass sich der Echoweg ändert, wenn die Leistungen Pe(k) und Pu(k) des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k) die Beziehung Pe(k) < C₂·Pu(k) im Doppelsprechzustand erfüllen, in dem entschieden wird, dass das empfangene Signal vorhanden ist und das ermittelte Echosignal nicht zum Echosignal y(k) konvergiert ist, und wobei C₂ eine vorbestimmte positive Konstante ist.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Dämpfungsbestimmungsschritt ein Schritt ist, bei dem dann, wenn das Vorhandensein des Empfangs-Einzelsprechzustandes im Zustandsentscheidungsschritt entschieden wird, das Verhältnis zwischen den Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals als akustische Kopplung des Echoweges berechnet wird, und die einzusetzende Dämpfung auf der Grundlage der Grundlage des berechneten Leistungsverhältnisses bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem der Dämpfungsbestimmungsschritt ein Schritt ist, bei dem dann, wenn das Vorhandensein des Doppelsprech- oder Echowegänderungszustandes im Zustandsentscheidungsschritt entschieden wird, das Verhältnis der Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals, das durch Integrieren der Quadrate des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals über eine vorgegebene Zeitdauer, die größer ist als die Zeit, für die ein Andauern des Doppelsprechzustands erwartet wird, erhalten wird, als akustische Kopplung des Echoweges berechnet wird und die einzusetzende Dämpfung auf der Grundlage der berechneten akustischen Kopplung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Dämpfungsbestimmungsschritt ein Schritt ist, bei dem dann, wenn das Vorhandensein des Doppelsprech- oder Echowegänderungsschrittes im Zustandsentscheidungsschritt entschieden wird, ein Signal, das durch Glättung des Verhältnisses zwischen den Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals für eine vorgegebene Zeitdauer erhalten wird, als das akustische Kopplungsmittel des Echoweges berechnet wird, und die einzusetzende Dämpfung auf der Grundlage der berechneten akustischen Kopplung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Dämpfungsbestimmungsschritt ein Schritt ist, bei dem dann, wenn das Vorhandensein des Empfangs-Einzelsprechzustandes im Zustandsentscheidungsschritt entschieden wird, das Verhältnis zwischen den Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals als akustische Kopplung des Echoweges berechnet wird und die einzusetzende Dämpfung auf der Grundlage der berechneten akustischen Kopplung bestimmt wird, und wenn die Anwesenheit des Doppelsprech- oder Echowegänderungszustandes im Zustandsentscheidungsschritt entschieden wird, die vorherige Dämpfung als einzusetzende Dämpfung beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Dämpfungsbestimmungsschritt ein Schritt ist, bei dem dann, wenn das Vorhandensein des Empfangs-Einzelsprechzustandes im Zustandsentscheidungsschritt entschieden wird, das Verhältnis zwischen den Leistungen des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals als akustische Kopplung des Echoweges berechnet wird und die einzusetzende Dämpfung auf der Grundlage der berechneten akustischen Kopplung bestimmt wird; wenn das Vorhandensein des Doppelsprechzustandes im Zustandsentscheidungsschritt entschieden wird, die vorherige Dämpfung als einzusetzende Dämpfung beibehalten wird; und wenn das Vorhandensein des Echowegänderungszustandes im Zustandsentscheidungsschritt entschieden wird, eine anfängliche Dämpfung als einzusetzende Dämpfung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22, das die weiteren Schritte umfasst: Berechnen eines gleitenden Spitzenwertes der Leistung des Fehlersignals e(k) und eines gleitenden Spitzenwertes der Leistung des Mikrofonausgangssignals u(k); Berechnen des Grades der Konvergenz des geschätzten Echosignals aus den gleitenden Spitzenwerten des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals; und Ändern einer Schrittweite a zur Aktualisierung der Zwischenvariable gemäß dem berechneten Grad der Konvergenz.
Verfahren nach Anspruch 25, das die weiteren Schritte umfasst: Berechnen eines gleitenden Spitzenwertes der Leistung des Fehlersignals e(k) und eines gleitenden Spitzenwertes der Leistung des Mikrofonausgangssignals u(k); und Entscheiden über den Grad der Konvergenz des geschätzten Echosignals anhand der gleitenden Spitzenwerte des Fehlersignals und des Mikrofonausgangssignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22, das die weiteren Schritte umfasst: Berechnen des Verhältnisses zwischen den Leistungen des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k); Berechnen eines gleitenden inversen Spitzenwertes des Leistungsverhältnisses als ein Signal, das den Grad der Konvergenz des geschätzten Echoweges an den Echoweg darstellt; und Ändern der Zwischenvariablen-Aktualisierungsschrittweite α gemäß diesem Grad der Konvergenz.
Verfahren nach Anspruch 25, welches die weiteren Schritte umfasst: Berechnen des Verhältnisses zwischen den Leistungen des Fehlersignals e(k) und des Mikrofonausgangssignals u(k); und Entscheiden über den Grad der Konvergenz des geschätzten Echoweges an den Echoweg anhand eines gleitenden inversen Spitzenwerte des Leistungsverhältnisses.
Verfahren nach Anspruch 22, das den weiteren Schritt des Antwortens auf das Übertragungsbefehlssignal enthält, um eine in der empfangenden oder der sendenden Übertragungsleitung einzusetzende Dämpfung zu bestimmen, auf der Grundlage der Größen des empfangenen Sprachsignals x(k) und des zweiten Fehlersignals e_f(k), so dass die Verstärkung einer Schleife, die von der empfangenden und der sendenden Übertragungsleitung und dem diese beiden verbindenden Echoweg gebildet wird, 1 nicht überschreitet, und anschließend Einsetzen der bestimmten einzusetzenden Dämpfung in der empfangenden oder der sendenden Übertragungsleitung.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt der Ausführung einer Prüfung, um zu sehen, ob die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, den Schritt umfasst: Halten eines gleitenden Spitzenwertes der Leistung des Fehlersignals und eines gleitenden Spitzenwertes der Leistung des Mikrofonausgangssignals; und Entscheiden über den Grad der Konvergenz des geschätzten Echosignals anhand der gleitenden Spitzenwerte.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt der Ausführung einer Prüfung, um zu sehen, ob die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die Schritte beinhaltet: Halten eines gleitenden inversen Spitzenwertes der Leistung des Fehlersignals e(k) und eines gleitenden inversen Spitzenwertes der Leistung des Mikrofonausgangssignals u(k); und Entscheiden über den Grad der Konvergenz des geschätzten Echosignals anhand der gleitenden inversen Spitzenwerte.