DE69632426T2

DE69632426T2 - Akustischer Echokompensator

Info

Publication number: DE69632426T2
Application number: DE69632426T
Authority: DE
Inventors: Akira Inoue; Masayuki Nishiguchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: CN1135692A; KR960036376A; JPH08251082A; CN1106747C; EP0732838A3; TW287346B; EP0732838A2; DE69632426D1; EP0732838B1; US7394898B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Echobeseitigungseinrichtung und insbesondere eine Echobeseitigungseinrichtung zur Reduzierung des durch Ton erzeugtes „Herumdrehen" oder Lecken von einem Lautsprecher zu einem Mikrofon eines klein bemessenen Ton erzeugten Kommunikationsendgeräts wie beispielsweise eines tragbaren Telefons erzeugten Echos.
Da die Größe eines Ton erzeugten Kommunikationsendgeräts wie beispielsweise eines tragbaren Telefons reduziert ist, hört der Effekt des durch Ton erzeugtes Herumdrehen von einem Ton erzeugt empfangenden Lautsprecher zu einem Ton erzeugt sendenden Mikrofon erzeugten Echos auf, vernachlässigbar zu sein. Zur Beseitigung des durch Ton erzeugtes Herumdrehen auf dem Sender/Empfänger verursachten Echos wird eine Echobeseitigungseinrichtung oder ein Echolöscher, wie sie bzw. er beispielsweise in 1 gezeigt ist, verwendet.
Bezugnehmend auf 1 der beigefügten Zeichnungen empfängt ein Anschluss 11 ein von einem Kommunikationspartner zu einem Lautsprecher 12 gesendetes Lautsprecherausgabesignal x(k), wobei k eine Abtastpunkt- bzw. Samplezahl oder eine Zeitposition diskreter Signale bezeichnet. Ein von einem Mikrofon 13 gesammeltes bzw. aufgenommenes und dadurch in ein elektrisches Signal umgewandeltes Mikrofoneingabesignal y(k) wird zusammen mit einem Pseudo-Echosignal von einer Filterschaltung 15 einem Subtrahierer 14 zugeführt. Der Subtrahierer subtrahiert das vom Mikrofoneingabesignal zugeführte Pseudo-Echosignal, um ein resultiertes echoreduziertes Signal oder ein Restechosignal e(k), das einem Eingabeanschluss 16 zugeführt wird, zu bilden. In einem tragbaren Telefon sind der Lautsprecher 12 und das Mikrofon üblicherweise eng beieinander als ein Telefonhandapparat angeordnet.
Für das adaptive Filter 15 ist ein sogenanntes Filter mit begrenztem Impulsansprechverhalten bzw. FIR-Filter (FIR = finite Impulse response = begrenztes Impulsansprechverhalten) verwendet. Die Filterkoeffizienten oder Abgriffkoeffizienten sind zum Minimieren des Fehlersignals (k) eingestellt. Das adaptive Filter 15 filtert das Eingabesignal, welches das Lautsprecherausgabesignal x(k) ist, um das Echosignal zur Erzeugung des Pseudo-Echosignals zu berechnen bzw. abzuschätzen. Dieses Pseudo-Echosignal wird dem Subtrahierer 14 bereitgestellt, bei dem das Pseudo-Echosignal vom Mikrofoneingabesignal y(k) subtrahiert wird, um das Restechosignal oder Fehlersignal e(k) abzuleiten.
Das heißt, wenn das vom Anschluss 11 zugeführte Eingabesignal, welches das Lautsprecherausgabesignal x(k) ist, die Abgriffeingabe in das N-Abgriff-FIR-Filter ist, das als das adaptive Filter 15 arbeitet, und die Abgriffkoeffizienten des adaptiven Filters b_k(i) sind, wobei i = 0, 1, ..., N – 1 ist das vom adaptiven Filter 15 ausgegebene Pseudo-Echosignal gegeben durch
Der Subtrahierer 14 subtrahiert das Pseudo-Echosignal der Gleichung (1) vom Mikrofoneingabesignal y(k), um das Restechosignal oder Fehlersignal e(k) durch e(k) = y(k) – ŷ(k) (2)abzuleiten.
Der Abgriffkoeffizient {b_k(i)} des adaptiven Filters, wobei i = 1, 2, 3, ..., N – 1, wird durch einen geeigneten Algorithmus wie beispielsweise einen Algorithmus nach der Methode der kleinsten mittleren Quadrate bzw. LMS-Algorithmus (LMS = least mean square = kleinstes mittleres Quadrat), ein lernendes Identifikationsverfahren oder einen Algorithmus nach der Methode der rekursiven kleinsten Quadrate bzw. RLS-Algorithmus (RLS = recursive least square = rekursives kleinstes Quadrat) aktualisiert, um das Zeitmittel der Energie bzw. Leistung des Fehlersignals e(k) der Gleichung (2), das heißt E[||e(k)||2]zu minimieren, wobei E[ ] ein Erwartungswert oder Mittelwert des Wertes in den Klammern [ ] ist und ||e(k)||² die Quadratsumme von e(k) ist. Die Abgriffkoeffizienten der N-Abgriffe des adaptiven Filters 15 sind äquivalent zu abgeschätzten Werten von Echocharakteristiken zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon 13.
Wenn indessen gewünscht wird, die Zahl N von Abgriffen auf den kleinstmöglichen Wert zu reduzieren, um die Struktur zu vereinfachen, werden die Frequenzcharakteristiken des Restechos im Niedrigfrequenzbereich belassen, selbst wenn die Echocharakteristiken durch das adaptive Filter 15 mit hoher Genauigkeit teilweise abgeschätzt werden können, wodurch Schwierigkeiten bei der effektiven Beseitigung des Echos von starke Niedrigfrequenzkomponenten enthaltenden Ton erzeugten Eingabesignalen auftreten.
2A zeigt die Impulsantwort der Echosignale in Zuordnung zu den jeweiligen Abgriffen des FIR-Filters. 2B zeigt andererseits die Impulsantwort des durch ein adaptives 20-Abgriff-FIR-Filters abgeschätzten Restechosignals, das bei der Subtraktion des Pseudo-Echosignals erhalten wird. Den 2A und 2B ist zu entnehmen, dass die Impulsantwort des mit den 20 Abgriffen korrespondierenden Restechosignals entfernt worden ist.
3 zeigt in Zuordnung zu den 2A und 2B eine Spektralkurve a des Echosignals und einer Spektralkurve des bei der Subtraktion des vom adaptiven 20-Abgriff-FIR-Filter zugeführten berechneten Echosignals erzeugten Restechosignals.
Selbst wenn es infolgedessen erscheinen mag, dass die Echocharakteristiken im Wesentlichen vom adaptiven 20-Abgriff-FIR-Filter abgeschätzt werden können, werden Frequenzcharakteristiken der Restechocharakteristiken (Kurve b) in einem Bereich von 500 Hz bis 1 kHz belassen, wo die Energie eines Ton erzeugten Signals in einem größeren Ausmaß konzentriert wäre.
WO 93 17510 beschreibt eine Echoreduzierungseinrichtung, bei der eine Echoabschätzung von einem Mikrofonsignal subtrahiert wird. Perioden, wenn das Mikrofonsignal überwiegend von der Rückkopplung zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon abgeleitet wird, werden identifiziert, und während dieser Perioden werden die Übertragungscharakteristiken des Filters eingestellt, um die Echoabschätzung zu verbessern.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Echobeseitigungseinrichtung bereitzustellen, bei der zufriedenstellende Echobeseitigungscharakteristiken selbst mit einer kleinen Zahl von Abgriffen des zur Berechnung von Echosignalen verwendeten adaptiven FIR-Filters erreicht werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Echobeseitigungseinrichtung zur Beseitigung des Echos, das erzeugt wird, wenn ein von einem Tonerzeugungsmittel (nachstehend als Tonerzeugungseinrichtung bezeichnet) erzeugter Ton von einem Tonaufnahmemittel (nachstehend als Tonaufnahmeeinrichtung bezeichnet) in der Nähe der Tonerzeugungseinrichtung aufgenommen wird, wobei die Einrichtung aufweist:
Filtermittel (nachstehend als Filtereinrichtung bezeichnet), die Filterkoeffizienten zum Erzeugen eines Pseudo-Echosignals zur Abschätzung des Echos auf der Basis der Tonerzeugungseinrichtung zugeführten Tonerzeuqungssignals verwendet,
erste Charakteristik-Umwandlungsmittel (nachstehend als erste Charakteristik-Umwandlungseinrichtung bezeichnet) zur Umwandlung der Frequenzcharakteristiken eines von der Tonaufnahmeeinrichtung zugeführten Tonaufnahmesignals auf der Frequenzachse, und
Subtraktionsmittel (nachstehend als Subtraktionseinrichtung bezeichnet) zur Subtraktion des von der Filtereinrichtung zugeführten Pseudo-Echosignals vom Tonaufnahmesignal,
dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung so ausgebildet ist, dass die Filterkoeffizienten der Filterein richtung beim Betrieb unter Verwendung geglätteter Werte des Tonerzeugungssignals abgeschätzt und aktualisiert werden.
Die Subtraktionseinrichtung kann das vom Ausgabesignal der ersten Charakteristik-Umwandlungseinrichtung zugeführte Pseudo-Echosignal subtrahieren. Zweite Charakteristik-Umwandlungsmittel (nachstehend als zweite Charakteristik-Umwandlungseinrichtung bezeichnet) kann in der Echobeseitigungseinrichtung zur Umwandlung von Frequenzcharakteristiken eines Ausgabesignals der Subtraktionseinrichtung auf der Frequenzachse kann auch vorgesehen sein.
Die zweite Charakteristik-Umwandlungseinrichtung ist in der Echobeseitigungseinrichtung zur Umwandlung von Frequenzcharakteristiken eines Ausgabesignals der Filtereinrichtung auf der Frequenzachse vorgesehen. Ein Ausgabesignal der zweiten Charakteristik-Umwandlungseinrichtung ist als ein Pseudo-Echosignal der Subtraktionseinrichtung zur Subtraktion von dem von der Tonaufnahmeeinrichtung zugeführten Tonaufnahmesignal bereitgestellt.
Durch Subtrahieren des von dem mit dem Tonaufnahmesignal, dessen Charakteristiken umgewandelt worden sind, korrespondierenden Signal zugeführten Pseudo-Echosignals und durch adaptive Steuerung der Charakteristiken der Filtereinrichtung zur Minimierung der resultierenden Fehlerkomponenten können die Echobeseitigungscharakteristiken selbst mit einer kleineren Zahl von Abgriffen der Filtereinrichtung verbessert werden. Außerdem reicht im Vergleich mit denen einer konventionellen Echobeseitigungseinrichtung ein kleineres Verarbeitungsvolumen zur Erzielung der Echobeseitigungscharakteristiken aus.
1 ist ein schematisches Blockschaltbild, zeigend die Struktur einer konventionellen Echobeseitigungseinrichtung.
2A und 2B sind grafische Darstellungen, zeigend die Antwort auf die Abgriffszahlen eines adaptiven FIR-Filters zur Echoabschätzung.
3 ist eine grafische Darstellung, zeigend eine Spektralkurve für Echosignale und eine Spektralkurve für Restechosignale.
4 ist ein schematisches Blockschaltbild, zeigend eine Grundstruktur einer Echobeseitigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein schematisches Blockschaltbild, zeigend eine andere Grundstruktur einer Echobeseitigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Blockschaltbild, zeigend ein als ein Filter für Umwandlungscharakteristiken der Echobeseitigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendetes adaptives FIR-Filter.
7 ist eine grafische Darstellung, zeigend Frequenzcharakteristiken eines als ein Filter für Umwandlungscharakteristiken der Echobeseitigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Festkoeffizienten-FIR-Filters.
8 ist ein Blockschaltbild, zeigend ein als ein Filter für Umwandlungscharakteristiken der Echobeseitigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Festkoeffizienten-FIR-Filter.
9 ist ein Blockschaltbild, zeigend eine Echobeseitigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Decodiererseite eines Ton erzeugten Codierungssystems.
10 ist eine grafische Darstellung, zeigend die Relation zwischen der Abstandsperiode des Eingabesignals und der Zahl Filterabgriffe.
11 ist eine grafische Darstellung, illustrierend Eingabesignal-Leistungsfluktuationen im Falle einer kleineren Zahl Filterabgriffe.
12 ist eine grafische Darstellung, zeigend den Echobeseitigungsbetrag und die Zahl Filterabgriffe.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden gewisse bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert.
4 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Echobeseitigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Einem Anschluss 11 wird ein Lautsprecherausgabesignal x(k) als ein erzeugtes Tonsignal, das von einem Kommunikationspartner zu einem Lautsprecher 12 als Tonerzeugungseinrichtung übertragen wird, zugeführt. Ein von einem Mikrofon 13, das nahe beim Lautsprecher 12 als Tonerzeugungseinrichtung angeordnet ist, aufgenommenes und dadurch in ein elektrisches Signal umgewandeltes Mikrofoneingabesignal y(k) wird von einem Charakteristiken-Umwandlungsfilter 21 als erste Charakteristiken-Umwandlungseinrichtung in ein Signal u(k) umgewandelt, das einem Echobeseitigungssubtrahierer 14 zugeführt wird. Der Subtrahierer 14 subtrahiert das vom adaptiven Filter 15 zugeführte Pseudo-Echosignal, um ein echoreduziertes Signal oder ein Restechosignal e(k) zu bilden. Dieses Signal wird von einem Charakteristiken-Umwandlungsfilter 22 als zweite Charakteristiken-Umwandlungseinrichtung gefiltert, um ein Signal z(k) zu bilden, das an einem Anschluss 16 als ein echoreduziertes Ausgabesignal ausgegeben wird.
Bei der vorliegenden Echobeseitigungseinrichtung, die als ein Beispiel für ein Ton erzeugtes Kommunikationsendgerät beispielsweise ein tragbares Telefon verwendet wird, sind der Lautsprecher 12 und das Mikrofon 13 üblicherweise eng beieinander als ein Handapparat eines tragbaren Telefons angeordnet.
Das adaptive Filter 15 kann beispielsweise ein FIR-Filter sein, dessen Filterkoeffizienten oder Abgriffkoeffizienten durch eine adaptive Verarbeitung, welche einen Zeitmittelwert der Leistung des Fehlersignals e(k) minimiert, gewählt werden. Das adaptive Filter 15 empfängt das vom Anschluss 11 zugeführte Eingabesignal, welches das Lautsprecherausgabesignal x(k) ist, als eine Abgriffeingabe, und gibt ein Pseudo-Echosignal aus, welches das Signal u(k) aus dem Charakteristiken-Umwandlungsfilter 21 abschätzt, an den Subtrahierer 14 aus.
Das erste Charakteristiken-Umwandlungsfilter 21 wandelt Charakteristiken des Eingabesignals, welches das Mikrofonein gabesignal y(k) ist, auf der Frequenzachse um. Als ein illustratives Beispiel weist das Filter 21 vorzugsweise die Charakteristiken einer Ausgleichung oder Weißung des eingegebenen Ton erzeugten Signals auf der Frequenzachse auf. Wenn auch das Charakteristik-Umwandlungsfilter 22 fortgelassen werden kann, so weist das zweite Charakteristik-Umwandlungsfilter 22, wenn verwendet, vorzugsweise die Charakteristiken einer Löschung bzw. Beseitigung der vom ersten Charakteristik-Umwandlungsfilter 21 ausgeführten Filterung auf. Das heißt, wenn die Übertragungsfunktionen des ersten Charakteristik-Umwandlungsfilters 21 und des zweiten Charakteristik-Umwandlungsfilter 22 gleich W₁(z) bzw. W₂(z) sind, erfüllen diese Übertragungsfunktionen vorzugsweise die Relation W1(z)*W2(z) = 1
Für diese Filter werden digitale Filter der ersten oder höheren Ordnung verwendet.
Bezugnehmend auf die 5 wird nun die etwas von der in 4 gezeigten verschiedene Grundstruktur erläutert.
In der 5 wird ein Lautsprecherausgabesignal x(k) als ein von einem Kommunikationspartner gesendetes erzeugtes Tonsignal über einen Anschluss 11 einem Lautsprecher 12 als Tonerzeugungseinrichtung zugeführt. Ein von einem Mikrofon 13, das als eine Tonaufnahmeeinrichtung nahe beim Lautsprecher 12 als Tonerzeugungseinrichtung angeordnet ist, aufgenommenes und dadurch in ein elektrisches Signal umgewandeltes Mikrofoneingabesignal y(k) wird einem Charakteristiken-Umwandlungsfilter 31 als erste Charakteristiken-Umwandlungseinrichtung und einem Echobeseitigungssubtrahierer 14 zugeführt. Das Mikrofoneingabesignal y(k) wird von einem Charakteristiken-Umwandlungsfilter 31 in ein Signal u(k) gefiltert, das einem Subtrahierer 33 zugeführt wird, bei dem das vom adaptiven Filter 15 zugeführte Adaptivfilter-Ausgabesignal vom Signal u(k) subtrahiert wird, um ein Fehlersignal e(k) zu bilden. Dieses Fehlersignal e(k) wird einem Charakteristik-Umwandlungsfilter 32 als die zweite Charakteristik-Umwandlungseinrichtung zugeführt, bei dem es gefiltert wird, um ein Pseudo-Echosignal zu bilden, das dem Subtrahier 14 bereitgestellt wird. Der Subtrahierer 14 subtrahiert das zugeführte Pseudo-Echosignal vom Mikrofoneingabesignal y(k), um ein echoreduziertes Ausgabesignal z(k) zu bilden, das an einem Anschluss 16 ausgegeben wird. Bei der vorliegenden Echobeseitigungseinrichtung, die als ein Beispiel für ein Ton erzeugtes Kommunikationsendgerät von beispielsweise einem tragbaren Telefon verwendet wird, sind der Lautsprecher 12 und das Mikrofon 13 üblicherweise nahe beieinander als ein Handapparat eines tragbaren Telefons angeordnet.
Das adaptive Filter 15 kann beispielsweise ein FIR-Filter (Filter mit begrenztem Impulsansprechverhalten) sein, dessen Filterkoeffizienten oder Abgriffkoeffizienten durch eine adaptive Verarbeitung gewählt werden, die einen Zeitmittelwert der Leistung des Fehlersignals e(k) minimiert. Das adaptive Filter 15 empfängt ein Eingabesignal am Anschluss 11, welches das Lautsprecherausgabesignal x(k) ist, als eine Abgriffeingabe, und gibt ein Pseudo-Echosignal aus, welches das Signal u(k) aus dem Charakteristiken-Umwandlungsfilter 21 bzw. 31 abschätzt, an einen Subtrahierer 30 bzw. 33 aus.
Das erste Charakteristiken-Umwandlungsfilter 31 wandelt Charakteristiken des Eingabesignals, welches das Mikrofoneingabesignal y(k) ist, auf der Frequenzachse um. Als ein illustratives Beispiel weist das Filter 31 vorzugsweise die Charakteristiken einer Ausgleichung oder Weißung des Eingabeton erzeugten Signals auf der Frequenzachse auf. Wenn auch das zweite Charakteristiken-Umwandlungsfilter 32 fortgelassen sein kann, so weist das zweite Charakteristiken-Umwandlungsfilter 32, wenn verwendet, vorzugsweise die Charakteristiken einer Beseitigung der vom ersten Charakteristiken-Umwandlungsfilter 31 ausgeführten Filterung auf. Das heißt, wenn die Übertragungsfunktionen des ersten Charakteristiken-Umwandlungsfilters 31 und des zweiten Charakteristiken-Umwandlungsfilters 32 gleich W₁(z) bzw. W₂(z) sind, erfüllen diese Übertragungsfunktionen vorzugsweise die Relation W1(z)*W2(z) = 1
Für diese Filter werden digitale Filter der ersten oder einer höheren Ordnung verwendet.
Die in 5 gezeigte Grundstruktur, deren Verarbeitung äquivalent zu der in 4 gezeigten Grundstruktur ist, wird durch einen Signalfluss ausgeführt, der von dem der 4 verschieden ist. Wenn die Verarbeitung mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) realisiert wird, kann die Verstärkung der Übertragungsfunktion W₁(z) des ersten Charakteristiken-Umwandlungsfilters 31 zum effektiven Skalieren der Filterkoeffizienten ohne einen von dem mit dem Mikrofon sprechenden Sprecher bzw. Lautsprecher erzeugten verzerrenden Ton angemessen gesteuert werden.
Mehrere illustrative Beispiele der in den 4 und 5 gezeigten Grundstrukturen werden nun erläutert. Wenn auch nur die Grundstruktur der 4 der Einfachheit der Erläuterung wegen erläutert wird, so sei darauf hingewiesen, dass das gleiche für die in 5 gezeigte Grundstruktur ebenso gilt.
Die 6 zeigt ein vom ersten Charakteristiken-Umwandlungsfilter 21 der 4 modifiziertes Filter, in welchem Filterkoeffizienten einer Übertragungsfunktion W₁(z) des ersten Charakteristiken-Umwandlungsfilters 21 adaptiv geändert worden sind, so dass das Filter als ein inverses Filter oder ein Weißungsfilter in Bezug auf das Restechosignal oder das Fehlersignal e(k) arbeitet. Die Übertragungsfunktion W₂(z) des zweiten Charakteristiken-Umwandlungsfilters ist auf 1/W₁(z) gesetzt.
In 6 ist ein N Abgriffe aufweisendes FIR-Filter als das adaptive Filter 15 verwendet. Wenn die Abgriffkoeffizienten als b_k(i) repräsentiert sind, wobei i = 0, 1, ..., N – 1, wird die Übertragungsfunktion B_k(k) dargestellt als
Es sei angenommen, dass die Übertragungsfunktion W₁(z) eines zum ersten Charakteristiken-Umwandlungsfilter 21 der 4 äquivalenten adaptiven M-Abgriff-Filters 41 gegeben ist durch
In einem solchen Fall ist ein Filter 42 ein Filter mit unbegrenztem Impulsantwortverhalten bzw. IIR-Filter (IIR = infinite impulse response = unbegrenzte Impulsantwort), dessen mit der Übertragungsfunktion W₂(z) des zweiten Charakteristiken-Umwandlungsfilters 22 der 4 äquivalente Übertragungsfunktion W₂(z) dargestellt ist durch
Das Filter 42 ist sonst in der Struktur dem Filter der 4 gleich und folglich sind die korrespondierenden Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung ist deshalb der Einfachheit halber fortgelassen.
Bei der Ausführungsform der 6 wird die Filterung des adaptiven FIR-Filters 41 ausgeführt, um ein Signal u(k) abzuleiten, das durch die Gleichung (6) gezeigt ist:
Andererseits empfängt das adaptive Filter 15 das Lautsprecherausgabesignal x(k), das ein vom Anschluss 11 zugeführtes Eingabesignal ist, als ein Abgriffeingabesignal und erzeugt ein Adaptivfilter-Ausgabesignal, das gegeben ist durch die Gleichung:
Der Subtrahierer subtrahiert eine wie durch die Gleichung (7) gezeigte Adaptivfilterausgabe aus dem adaptiven Filter 15 vom obigen Signal U(k) aus dem adaptivem FIR-Filter 41, um das Fehlersignal e(k) zu geben, das gezeigt ist durch die Gleichung (8): e(k) = u(k) – û(k) (8)
Das Fehlersignal e(k) vom Subtrahierer 14 wird vom IIR-Filter 42 gefiltert, um ein echoreduziertes Ausgabesignal z(k) zu geben, das gegeben ist durch die Gleichung:
welches Signal z(k) am Anschluss 16 ausgegeben wird.
Bei der obigen adaptiven Filterung werden die Abgriffkoeffizienten {b_k(i)} des adaptiven Filters 15, wobei i = 0, 1, ..., N – 1, und die Abgriffkoeffizienten {a_k(i)} des adaptiven FIR-Filters 41, wobei i = 0, 1, ..., M, unter Verwendung eines geeigneten adaptiven Algorithmus wie beispielsweise einen nach der Methode der kleinsten mittleren Quadrate bzw. LMS-Algorithmus oder einen normierten LMS-Algorithmus oder Algorithmus nach der Methode der rekursiven kleinsten Quadrate bzw. RLS-Algorithmus (RLS = recursive least square = rekursives kleinstes Quadrat) auf {b_k+1(i)} bzw. {a_k+1(i)} aktualisiert, zur Minimierung des Zeitmittelwerts der Energie bzw. Leistung des Fehlersignals e(k) aus dem Subtrahierer 14, gegeben durch E[||e(k)||2]wobei E[ ] einen Erwartungswert über einen Mittelwert eines Wertes in der Klammer [ ] bezeichnet und ||(e(k)|| eine Quadratsumme von e(k) ist. In Verbindung mit der Aktualisierung der Abgriffkoeffizienten des adaptiven FIR-Filters 41 wird auch der in der obigen Gleichung (5) gezeigte Koeffizient {a_k(i)} des IIR-Filters 42 auf {a_k+1(i)} aktualisiert.
Bei der in 6 gezeigten dargestellten Ausführungsform können optimale Echobeseitigungscharakteristiken selbst in dem Fall einer kleinen Zahl Abgriffe des adaptiven Filters 15 erzielt werden, während das Verarbeitungsvolumen nur in einem geringeren Umfang erhöht werden muss.
Die Filter variabler Koeffizienten wie beispielsweise das adaptive FIR-Filter 41 oder das IIR-Filter 42, konfiguriert zur Charakteristikenumwandlung, können durch Filter fester Koeffizienten gesetzt werden.
7 zeigt ein Beispiel von Frequenzcharakteristiken eines als erste Charakteristiken-Umwandlungseinrichtung verwendeten FIR-Filters, und 8 zeigt eine schematische Struktur einer Echobeseitigungsvorrichtung, die ein Charakteristiken-Umwandlungsfilter eines festen Koeffizienten verwendet. Das heißt, typische Frequenzcharakteristiken des Festkoeffizienten-FIR-Filters 51 als die erste Charakteristiken-Umwandlungseinrichtung der 8 ist in 7 gezeigt.
In 8 ist ein FIR-Filter 51, das als ein inverses Filter oder ein Weißungsfilter in Bezug auf das Restechosignal oder das Fehlersignal E(k) arbeitet, als ein zum ersten Charakteristiken-Umwandlungsfilter 21 der 1 äquivalentes Filter verwendet.
In 8 ist ein N-Abgriff-FIR-Filter als adaptives Filter 15 verwendet. Wenn die Abgriffkoeffizienten des N-Abgriff-FIR-Filters mit b_k(i) bezeichnet werden, wobei i = 0, 1,..., N – 1, ist seine Übertragungsfunktion B_k(k) gegeben durch die Gleichung:
Andererseits sei angenommen, dass die Übertragungsfunktion W₁(z) beispielsweise eines M-Abgriff-FIR-Filters 51, das zum ersten Charakteristik-Umwandlungsfilter 21 der 4 äquivalent ist, dargestellt ist durch
In diesem Fall ist ein Filter 52, das mit der Übertragungsfunktion W₂(z) des zweiten Charakteristik-Umwandlungsfilters 2 der 4 korrespondiert, ein IIR-Filter, dessen Übertragungsfunktion W₂(z) gegeben ist durch die Gleichung:
Da die andere Struktur des Filters die gleiche ist wie die in 4 oder 6 gezeigte, sind die korrespondierenden Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die korrespondierende Beschreibung ist der Einfachheit wegen fortgelassen.
Als die Frequenzcharakteristiken von {1 – A(z)} der obigen Gleichung (11) werden solche Charakteristiken verwendet, welche, wie in 7 gezeigt, die niedrigfrequenzseitige Energie unterdrücken, während sie die hochfrequenzseitige Energie verstärken.
Bei der illustrativen Ausführungsform der 8 wird das Mikrofoneingabesignal y(k) vom Mikrofon 13 durch das adaptive FIR-Filter 41 gefiltert, um ein Signal u(k) abzuleiten, wie es durch die Gleichung (13) gezeigt ist:
Andererseits empfängt das adaptive Filter 15 das Lautsprecherausgabesignal, welches das Eingabesignal am Anschluss 11 ist, als ein Abgriffeingabesignal, und erzeugt ein adaptives Filter ein Ausgabesignal, das gegeben ist durch:
Der Subtrahierer 14 subtrahiert ein Adaptivfilter-Ausgabesignal der Gleichung (14) aus dem adaptiven Filter 15 von dem obigen Signal u(k) aus dem FIR-Adaptivfilter 51, um ein Fehlersignal e(k) abzuleiten, das dargestellt ist durch die Gleichung (15): e(k) = u(k) – û(k) (15)
Dieses Fehlersignal e(k) wird vom obigen IIR-Filter 42 gefiltert, um ein echoreduziertes Ausgabesignal z(k) zu erzeugen, das dargestellt ist durch
Der Abtastkoeffizient {b_k(i)} des Adaptivfilters 15 wird von einem geeigneten adaptiven Algorithmus zur Minimierung des Zeitmittelwertes der Leistung des Fehlersignals e(k) wie bei der in 6 gezeigten illustrativen Ausführungsform aktualisiert.
Bei der Ausführungsform der 8 können die Struktur und das Verarbeitungsvolumen im Vergleich zu der in 6 gezeigten Ausführungsform um einen mit der adaptiven Verarbeitung des Charakteristiken-Umwandlungsfilters, das fortgelassen werden kann, korrespondierenden Betrag erniedrigt werden.
Als nächstes können in einem ein Ton erzeugtes Codierungssystem verwendenden System die Koeffizienten des Charakteristiken-Umwandlungsfilters auf der Basis von Ton erzeugten Codierungsparametern bestimmt werden.
Die 9 zeigt eine illustrative Ausführungsform einer auf der Decodiererseite eines Ton erzeugten Codierungssystems verwendeten Echobeseitigungseinrichtung.
In der 9 sind Filter 61, 62 äquivalent zum ersten Charakteristik-Umwandlungsfilter 21 bzw. zum zweiten Charakteristik-Umwandlungsfilter 22 der 1.
Einem Eingabeanschluss 63 werden für Ton erzeugte und codierte Ton erzeugte Signale charakteristische Parameter zu geführt und vom Codierer übertragen und vom Empfänger empfangen. Diese codierten Ton erzeugten Signale werden vom Ton erzeugten Decodierer 64 in ein Lautsprecherausgabesignal x(k) als das erzeugte Tonsignal oder Ton erzeugte Signal, das zum Lautsprecher 12 als Tonerzeugungseinrichtung gesendet wird, decodiert.
Die für erzeugten Ton charakteristischen Parameter wie beispielsweise Sprach- bzw. Stimmapparatparameter oder α-Parameter eines VSELP, zugeführt vom Eingabeanschluss 63, werden zu einem Parameterkonverter 65 gesendet, wo sie in Filterkoeffizienten der Charakteristiken-Umwandlungsfilter 61, 62 zur Aktualisierung der Filterkoeffizienten der Filter 61, 62 umgewandelt werden. Die Koeffizienten des zum ersten Charakteristik-Umwandlungsfilter äquivalenten Filters 61 werden in Koeffizienten umgewandelt, die erlauben, dass die Weißungsfilterkoeffizienten einer Weißung der Eingabesignale erzeugt werden. Andererseits werden die Koeffizienten des Filters 62 in Koeffizienten umgewandelt, die erlauben, dass entgegengesetzte Filtercharakteristiken erzeugt werden.
Das Mikrofoneingabesignal x(k) aus dem Mikrofon 13 wird vom Filter 61 gefiltert, um das Signal u(k) abzuleiten, das dargestellt ist durch die Gleichung (17):
Das adaptive Filter 15, welches das Lautsprecherausgabesignal x(k) aus dem Ton erzeugten Decodierer 64 als das Abgriffeingabesignal empfängt, erzeugt eine Adaptivfilterausgabe, die gegeben ist durch:
Der Subtrahierer 14 subtrahiert die Adaptivfilterausgabe vom Signal u(k) aus dem adaptiven FIR-filter 61, um ein Feh lersignal e(k) zu erzeugen, das dargestellt ist durch die Gleichung (19): e(k) = u(k) – û(k) (19)
Das Fehlersignal e(k) aus dem Subtrahierer 14 wird vom Filter 62 gefiltert, um ein fehlerreduziertes Signal z(k) zu geben, das durch die Gleichung:
dargestellt ist und am Anschluss 16 ausgegeben wird.
Im adaptiven Filter 15 wird der Abgriffkoeffizient {b_k(i)} durch eine adaptive Verarbeitung mit irgendeinem geeigneten adaptiven Algorithmus zur Minimierung des Zeitmittels der Leistung des Fehlersignals e(k) aus dem Subtrahierer 14 aktualisiert. Andererseits werden die Filterkoeffizienten der Filter 61 und 62 von einem Parameterkonverter 65 in die des Weißungsfilters oder dessen inversen Filters umgewandelt und aktualisiert.
Als nächstes wird eine illustrative Ausführungsform einer Anwendung des lernenden Identifikationsverfahrens oder des normierten LMS-Verfahrens (LMS = least mean square) im adaptiven Algorithmus für das adaptive Filter 15 zur Echoabschätzung in den in den 4 bis 9 gezeigten, oben beschriebenen Ausführungsformen nachstehend erläutert.
Bei der vorliegenden illustrativen Ausführungsform wird der geglättete Eingabesignalleistungswert als die Abgriffeingabesignalleistung der für Abgriffkoeffizienten oder Filterkoeffizienten des lernenden Identifikationsverfahrens zur Erzeugung von Echobeseitigungscharakteristiken oder Echolöschungscharakteristiken selbst in dem Fall, bei dem die Zahl Abgriffe kleiner als eine Ton erzeugte Abstandsperiode ist, angewendet.
Das heißt, bei der illustrativen Ausführungsform der 8 sind, wenn das übliche lernende Identifikationsverfahren als der adaptive Abgriffkoeffizientalgorithmus des adaptiven N-Abgriff-FIR-Filters als das adaptive Filter 15 verwendet wird, die Gleichungen zur Aktualisierung der N-Abgriffkoeffizienten b_k(i) im b_k+1(i):
wobei i = 0, 1, ..., N – 1 ist, und
wobei μ eine als ein Schrittverstärkungsparameter bekannte Konstante ist.
Wenn jedoch die Abgrifflänge N des adaptiven FIR-Filters wie in 10 gezeigt kürzer als die Ton erzeugte Tonhöhenperiode ist, ist der Nenner der Gleichung (21), das heißt die Abgriffseingabesignalleistung oder die wie durch die Gleichung (22) berechnete Quadratsumme wie in 11 gezeigt signifikant fluktuiert. Beispielsweise wird die Quadratsumme, welche die Leistung in dem mit der Abgrifflänge der 10 korrespondierenden Bereich a ist, größer, während die Leistung im Bereich b kleiner wird. Wenn die Eingabesignalleistung oder die Quadratsumme auf diese Weise fluktuiert wird, wird bzw. werden der von der Gleichung (21) aktualisierte Abgriffkoeffizient bzw. die von der Gleichung (21) aktualisierten Abgriffkoeffizienten fluktuiert, wodurch es gelegentlich und möglich gemacht wird, stabile Echobeseitigungs- oder -unterdrückungscharakteristiken zu erzeugen.
Infolgedessen wird der Nenner der Gleichung (21), das heißt die Eingabesignalleistung oder die von der Gleichung (22) berechnete Quadratsumme, durch einen von einem geeigneten Verfahren geglätteten Leistungswert, das heißt einen geglätteten Wert der Eingabesignalleistung P_k(k) zur Realisie rung stabiler Echobeseitigungs- oder -unterdrückungscharakteristiken ersetzt.
Wenn ein solcher geglätteter Eingabesignalleistungswert P_k(k) verwendet wird, wird eine Abgriffkoeffizientenaktualisierung entsprechend der folgenden Gleichung (23) ausgeführt:
Ein illustratives Beispiel des Verfahrens zur Berechnung des geglätteten Werts der Eingabesignalleistung P_k(k) in der Gleichung (23) ist, einen Quadratsummenwert der Zahl von Abtastpunkten bzw. Samples L, die ausreichend größer als die Zahl von Abgriffen N ist, zu finden, um einen über N Samples normierten Wert zu finden, das heißt die Berechnung auszuführen, die bezeichnet ist durch
Ein anderes Verfahren zur Berechnung der geglätteten Eingabesignalleistung P_k(k) ist, eine Glättung durch eine Zeitkonstante länger als die Tonhöhenperiode des Eingabesignals zu bewirken, das heißt die Berechnung auszuführen, die bezeichnet ist durch Px(k) = λPx(k – 1) + (1 – λ)||x(k)||2 (25)
In der Gleichung (25) ist λ eine Konstante beispielsweise so, dass 0 < λ < 1, wobei die korrespondierende Zeitkonstante 1/(1 – λ) ist.
Durch Verwendung der geglätteten Leistung, das heißt der geglätteten Eingabesignalleistung P_k(k), können Variationen in den Filterkoeffizienten oder Abgriffkoeffizienten zur Erzielung stabiler Echobeseitigungs- oder -unterdrückungscharakteristiken unterdrückt werden.
Bezugnehmend auf die 12 werden die Echolöschungscharakteristiken im Fall einer Anwendung der oben beschriebenen Struktur der illustrativen Ausführungsform nachstehend erläutert.
In der grafischen Darstellung der 12 ist die Zahl von Abgriffen des FIR-Filters als das adaptive Filter 15 auf der Abszisse aufgetragen, und der Betrag einer Echolöschung ERLE ist auf der Ordinate aufgetragen. Der Betrag der Echolöschung ist definiert durch die folgende Gleichung (26):
Die Echolöscherausgabespannung der Gleichung (26) ist die Leistung des am Anschluss 16 entnommenen Signals z(k), während die Mikrofoneingabespannung die Leistung des Mikrofoneingabesignals y(k) aus dem Mikrofon 13 ist.
In der 12 steht eine Kurve a für den Betrag der Echolöschung im Fall der Verwendung eines Charakterisitik-Umwandlungsfilter-FIR-Filters 51 wie beispielsweise eines Festkoeffizientenfilters mit der Zahl von Abgriffen M gleich 12 und eines als sein inverses Filter funktionierenden Filters 52, während eine Kurve b für den Betrag der Echolöschung im Fall der Verwendung einer die Filter 51 und 52 nicht verwendenden konventionellen Struktur steht.
Der 12 ist zu entnehmen, dass für einen mit einer kleineren Zahl von Abgriffen des adaptiven Filters 15 korrespondierenden Bereich die Echobeseitigungscharakteristiken durch Hinzufügen der Charakteristiken-Umwandlungsfilter 51 und 52 signifikant verbessert werden kann. Es reicht ein kleineres Verarbeitungsvolumen aus. Das heißt, selbst wenn Charakteristiken-Umwandlungsfilter hinzugefügt werden, reicht ein kleineres Verarbeitungsvolumen aus, wenn die Zahl von Abgriffen des adaptiven Filters 15 kleiner als 10 ist, als in dem Fall einer konventionellen Echobeseitigungseinrichtung, die nicht mit Charakteristiken-Umwandlungsfiltern versehen ist.
Infolgedessen können mit einer kleineren Zahl von Abgriffen des adaptiven FIR-Filters Echolöschungscharakteristiken mit höheren Effekten erzielt werden, während das zur Erzielung von Echolöschungscharakteristiken erforderliche Verarbeitungsvolumen im Vergleich zu denen der Echobeseitigungseinrichtung reduziert werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann, wenn auch die Grundstruktur der 1 bei den illustrativen Ausführungsformen der 6 bis 9 implementiert ist, die Grundstruktur der 5 in ähnlicher Weise implementiert sein. Außerdem kann die vorliegende Erfindung bei einer Vielfalt von Ton erzeugten Kommunikationsgeräten zusätzlichen zum tragbaren Telefon angewendet werden. Eine Tonerzeugungseinrichtung oder Ton erzeugte Sammel- bzw, Aufnahmeeinrichtung ist nicht auf den Lautsprecher oder das Mikrofon beschränkt. Außerdem kann der Filterkoeffizient des adaptiven FIR-Filters nicht nur durch das lernende Identifikationsverfahren, sondern durch eine Vielfalt anderer adaptiver Algorithmen abgeschätzt werden.

Claims

Echobeseitigungseinrichtung zur Beseitigung des Echos, das erzeugt wird, wenn ein von einem Tonerzeugungsmittel (12) erzeugter Ton von einem Tonaufnahmemittel (13) in der Nähe des Tonerzeugungsmittels (12) aufgenommen wird, wobei die Einrichtung aufweist: Filtermittel (15) mit Filterkoeffizienten, die zum Erzeugen eines Pseudo-Echosignals zur Abschätzung des Echos auf der Basis eines der Tonerzeugungseinrichtung (12) zugeführten Tonerzeugungssignals ausgebildet sind, erste Charakteristik-Umwandlungsmittel (21) zur Umwandlung von Frequenzcharakteristiken eines von der Tonaufnahmeeinrichtung (13) zugeführten Tonaufnahmesignals auf der Frequenzachse, Subtraktionsmittel (14) zur Subtraktion des von den Filtermitteln (15) zugeführten Pseudo-Echosignals vom Tonaufnahmesignal, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (15) so ausgebildet sind, dass die Filterkoeffizienten der Filtermittel (15) unter Verwendung geglätteter Werte des Tonerzeugungssignals abgeschätzt und aktualisiert werden.
Echobeseitigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Subtraktionsmittel (14) zum Subtrahieren des von einem Ausgangssignal der ersten Charakteristiken-Umwandlungsmittel zugeführten Pseudo-Echosignals ausgebildet ist, wobei die Einrichtung außerdem aufweist: zweite Charakteristiken-Umwandlungsmittel (22) zur Umwandlung von Frequenzcharakteristiken eines Ausgangssignals der Subtraktionsmittel (14) auf der Frequenzachse.
Echobeseitigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend zweite Charakteristiken-Umwandlungsmittel (32) zur Umwandlung von Frequenzcharakteristiken eines Ausgangssignals der Filtermittel (15) auf der Frequenzachse, wobei ein Ausgangssignal der zweiten Charakteristiken-Umwandlungsmittel (22) als ein Pseudo-Echosignal dem Subtraktionsmittel (14) zur Subtraktion von dem vom Tonaufnahmemittel (13) zugeführten Tonaufnahmesignal (13) bereitgestellt wird.
Echobeseitigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Charakteristiken-Umwandlungsmittel (21) Charakteristiken einer Weißung des Eingangssignals auf der Frequenzachse aufweist.
Echobeseitigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Charakteristiken-Umwandlungsmittel (21) ein adaptives Filter mit adaptiv aktualisierten Koeffizienten ist.
Echobeseitigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Charakteristiken-Umwandlungsmittel (21) ein einen festen Koeffizienten aufweisendes FIR-Filter ist.
Echobeseitigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tonerzeugungssignal durch Decodierung eines codierten Tonerzeugungssignals erzeugt wird, und wobei das erste Charakteristiken-Umwandlungsmittel (21) ein Filter ist, das als Filterkoeffizienten Koeffizienten aufweist, die durch Vertiefung auf Stimmgebietparametern unter zur Decodierung codierter Tonerzeugungssignale verwendeten Charakteristikparametern gesteuert sind.