DE19714966A1

DE19714966A1 - Vorrichtung zur Rückhördämpfung

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Publication number: DE19714966A1
Application number: DE19714966A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: DE19714966C2; US6539091B1; EP0874513A2; EP0874513A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückhördämpfung, die in Telefonapparaten mit Freisprecheinrichtung verwendet werden kann. Telefonapparate, die für einen Anschluß an das öffentliche Telefonnetz gedacht sind, müssen bestimmten Vor schriften entsprechen. Eine dieser Vorschriften behandelt die Rückhördämpfung, d. h. die Dämpfung des Echos des entfernten Gesprächsteilnehmers. In der ITU-T-Empfehlung G. 164, Acoustic Echo Controller, Helsinki, März 1993, Abschnitt 5.4.1., wird eine Echodämpfung von 40 bis 45 dB im Falle von Einzelspre chen (d. h. maximal einer der beiden Gesprächsteilnehmer spricht) gefordert. Diese Dämpfungswerte werden bei einem Ge spräch unter Verwendung eines Handapparats aufgrund einer weitgehenden akustischen Entkopplung der Hörmuschel und der Mikrofonkapsel problemlos erfüllt. Bei einer Freisprech einrichtung, die auf Handapparate verzichtet, ist eine der artige akustische Entkopplung jedoch nicht möglich. Hier müs sen besondere Maßnahmen ergriffen werden, um die erforderli che Rückhördämpfung zu erzielen.

Im größten Teil der käuflich erwerblichen Telefonapparate mit Freisprecheinrichtung befindet sich eine Dämpfungseinrichtung (Pegelwaage, adaptive loss control, Pegelwiege, die in Abhän gigkeit des Gesprächszustands die erforderliche Dämpfung ent weder in den Sende- oder den Empfangszweig einbringt (siehe hierzu Fig. 1). Eine entsprechende Realisierung ist im ARCOFI-Baustein PSB 2163 der Firma Siemens zu finden. Schwie rigkeiten treten mit der Freisprecheinrichtung basierend auf Pegelwaagen besonders dann auf, wenn die Gesprächspartner versuchen, sich gegenseitig zu unterbrechen oder gleichzeitig reden. Dann macht sich die eingebrachte Dämpfung negativ be merkbar und führt dazu, daß einzelne Sprachpassagen "abgehackt" klingen können oder ganz unterdrückt werden. Die ses unbefriedigende Verhalten der Pegelwaagen bei Gegenspre chen verhindert bei vielen Benutzern eine Akzeptanz der ein gesetzten Freisprecheinrichtungen.

Ein völlig anderer Ansatz, die erforderliche Echo-Dämpfung zu erreichen, liegt in dem Einsatz von digitalen Echokompensato ren. Diese erzeugen Schätzwerte für die Abtastwerte des aku stischen Echos im Mikrofonsignal. Durch Subtraktion dieser Schätzwerte von den Abtastwerten des tatsächlichen Mikrofon signals soll der Echoanteil des Mikrofonsignals soweit wie möglich verringert werden. Der Einsatz von digitalen Filtern zur Echokompensation in Freisprechsystemen wird in T. Becker, E. Hänsler und U. Schultheis, Probleme bei der Kompensation akustischer Echos, Frequenz 6 (36) Seiten 142 bis 148 (1984) beschrieben. Echokompensatoren werden als adaptive Filter ausgelegt, mit denen man versucht, die Übertragungsfunktion des Raums, in dem sich der Telefonapparat befindet, möglichst gut nachzubilden und Änderungen in der Übertragungsfunktion, die durch Bewegungen oder Luft- und Temperaturschwankungen verursacht werden, zu folgen. Die Adaption der Filterkoeffi zienten darf nur erfolgen, wenn ein Sprachsignal von der Sei te des fernen Teilnehmers vorliegt. Sobald auch der lokale Teilnehmer spricht, kann der Echokompensator divergieren. Bei Gegensprechen (Doubletalk) muß daher die Adaption angehalten oder zumindest stark verlangsamt werden. Bedingt durch man gelnden Systemabgleich kann die Echodämpfung eines Echokom pensators zu bestimmten Zeitpunkten gering sein. Diese und andere Randbedingungen (hoher Rechenleistungs- und Speicher bedarf, Platzbedarf und Wärmeentwicklung der Schaltung) füh ren dazu, daß unter realistischen Bedingungen eine Echodämp fung von etwa 20 bis 25 dB nicht überschritten werden kann.

Um trotzdem die geforderte Echodämpfung gewährleisten zu kön nen, wird man in der Regel einen Echokompensator nur in Ver bindung mit einer Pegelwaage betreiben. Der Dämpfungshub der Pegelwaage kann dann um die bereits vom Echokompensator ge leistete Echodämpfung verringert werden, so daß das Schalt verhalten der Pegelwaage nicht mehr so störend auffällt.

Aus dem Stand der Technik P. Heitkämper, Freisprechen mit Verstärkungssteuerung und Echokompensation, Fortschritt-Berichte, Reihe 10, Nr. 380, VDI, Germany 1995, ist ein Frei sprechverfahren, das auf der Kombination einer Verstärkungs steuerung mit einem Echokompensator basiert, beschrieben. Die Verstärkungssteuerung verwendet eine nicht lineare Kennlinie, die dazu dient, alle Eingangswerte auf der Sendeseite, deren mittlere Kurzzeitleistung über einem bestimmten Schwellwert liegt, so zu verstärken, daß ihre mittlere Leistung einen be stimmten Soll-Pegel annimmt (Kompensationsbereich). Eingangs werte, deren mittlere Leistung kleiner ist als der Schwell wert, werden als Hintergrundgeräusch oder Echo angesehen und abhängig von ihrer mittleren Leistung bedämpft. Die mittlere Kurzzeitleistung der Eingangsdaten wird ermittelt, indem die Beträge der Eingangsdaten von einem nichtlinearen Filter ge glättet werden, dessen Zeitkonstanten so gewählt sind, daß sie steigenden Beträgen des Eingangssignals schneller folgen können als fallenden Beträgen. Der Schwellwert, der bestimmt, ob die Eingangsdaten wie ein erwünschtes Sprachsignal oder wie ein unerwünschtes Echo-/Hintergrund-Geräusch behandelt werden, wird adaptiv an das im Raum herrschende Hintergrund geräusch, den Echopegel und den Pegel des lokalen Gesprächs teilnehmers angepaßt. Für die Anpassung des Schwellwerts wer den Langzeitmittelwerte für die lokalen und fernen Hinter grundgeräusch- und Sprachpegel, ein Korrelationsmaß zur Sprachaktivitätserkennung und ein Schätzwert für den Laut sprecher-Mikrofon-Kopplungsfaktor (Leistungsverhältnis zwi schen dem Empfangssignal und dem Sendesignal).

Die Echokompensation verwendet einen NLMS-Algorithmus (normalized least mean square-Algorithmus), welcher in B. Widrof und M. E. Hoff, Adaptive switching circuits, IRE Westcon CONV. Rec., part 4, S. 96 bis 104, 1960, beschrieben ist. Für den NLMS-Algorithmus setzt eine einfache Schrittwei tensteuerung die Adaptionsschrittweite bei unzureichender An regung seitens des fernen Gesprächsteilnehmers oder bei er kannten Gegensprechen zu 0. In allen anderen Fällen wird die Adaptionsschrittweite auf einen konstanten Wert zwischen 0 und 1 gesetzt. Die Filterung wird aus Gründen der Aufwandsre duzierung lediglich unterabgetastet in einem Sechstel des übertragenden Frequenzbandes durchgeführt. Eine ausreichende Anregung wird mittels eines Vergleichs zwischen der mittleren Kurzzeitleistung der Anregung und dem Langzeitmittelwert des fernen Hintergrundgeräuschpegels festgestellt. Gegensprechen wird erkannt, wenn die mittlere Kurzzeitleistung des Sendesi gnals über den Wert des erwarteten Echos (entspricht mittlere Kurzzeitleistung des Empfangssignals multipliziert mit dem Lautsprecher-Mikrofon-Kopplungsfaktor multipliziert mit dem Sicherheitsfaktor) steigt. Der Lautsprecher-Mikrofon-Kopplungsfaktor wiederum wird nur dann geschätzt, wenn ein zuvor berechnetes Korrelationsmaß eine bestimmte Schwelle überschritten hat.

Durch die Verwendung der nichtlinearen Kennlinie in der Ver stärkungssteuerung kann bei dem beschriebenen Verfahren nicht sichergestellt werden, daß die eingangsgenannte ITU-T-Empfehlung G. 164 durch dieses Freisprechverfahren in allen Gesprächssituationen eingehalten wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Rück hördämpfung anzugeben, bei der die Empfehlung der ITU-T ein gehalten wird, bei der das "Abhacken" einzelner Sprachpassa gen vermieden wird und bei der die Nachteile des obengenann ten Standes der Technik vermieden werden.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Patentan spruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11.

So hat der Einsatz von Formfiltern zur Dekorrelation der Ein gangssignale gemäß den Ansprüchen 4, 5 und 7 den Vorteil, daß die Adaption beschleunigt wird.

Die Erfindung wird anhand von vier Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Freisprecheinrichtung gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rück hördämpfung.

Fig. 3 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rückhördämpfung.

Fig. 4 zeigt die Vergrößerung der Filterlänge durch verschach telten Abgleich.

Auf Fig. 1 wurde bereits eingangs eingegangen.

Die Freisprecheinrichtung gemäß Fig. 2 weist ein Empfangs signal x(k) auf, das im Empfangszweig einem Lautsprecher LS zugeführt wird. Weiterhin ist ein Sendezweig, der ein Mikro fon M aufweist, vorgesehen. Am Ausgang des Sendezweigs liegt ein Sendesignal e(k) an, das eventuell bedämpft zum fernen Telefonapparat übertragen wird. In der erfindungsgemäßen Vor richtung ist ein adaptives Filter AF zur Dämpfung des Rückhö rens vorgesehen, welches eingangsseitig mit einem ersten Formfilter FF1 und einer ersten Schätzvorrichtung SAM1 (short term average magnitude) verbunden ist. Das Formfilter FF1 erzeugt aus dem Empfangssignal x(k) ein gefiltertes Emp fangssignal x_f(k). Das adaptive Filter AF erzeugt aus diesem Signal ein geschätztes Mikrofonsignal (k), welches vom ge filterten Mikrofonsignal y_f(k) abgezogen wird, um das kompen sierte Sendesignal e_f(k) zu erzeugen. Die Koeffizienten des adaptiven Filters AF werden mittels eines NLMS-Algorithmusses in Verbindung mit der entsprechenden Adaptionsschrittweite µ(k) wie er eingangs bereits beschrieben wurde, eingestellt. Die Eingangsgrößen des NLMS-Algorithmusses sind das gefilter te Eingangssignal x_f(k), die Adaptionsschrittweite µ(k) und das gefilterte kompensierte Sendesignal e_f(k). Aus dem kom pensierten Sendesignal e_f(k) erhält man durch Filterung mit tels eines inversen Formfilters INVFF das Sendesignal e(k). Aus dem gefilterten Empfangssignal x_f(k) wird mittels der er sten Schätzvorrichtung SAM1 ein Kurzzeitbetragsmittelwert x_s(k) gebildet, welcher 1. einem Anregungsdetektor AD, 2. ei nem ersten Gegensprechdetektor GD1 und 3. einer Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsübertragungsfaktors LÜF zugeführt wird. Der erste Gegensprechdetektor GD1 erhält weiterhin als Eingangssignale das Ausgangssignal des Anregungsdetektors AD, den von der Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsüber tragungsfaktors LÜF bestimmten Leistungsübertragungsfaktor lüf und einen geschätzten Kurzzeitbetragsmittelwert e_s(k) des Sendesignals. Der erste Gegensprechdetektor GD1 bestimmt aus diesen Größen die Adaptionsschrittweite µ(k) und stellt sie dem adaptiven Echokompensator AK mit adaptivem Filter AF zur Verfügung. Die Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsüber tragungsfaktors LÜF weist als Eingangsgrößen den Kurzzeitbe tragsmittelwert x_s(k) des Empfangssignals, ein Korrelations maß, welches von einem Korrelator KOR stammt und den Kurz zeitbetragsmittelwert e_s(k) des Sendesignals auf. Der Korre lator KOR bestimmt das Korrelationsmaß dabei aus dem Emp fangssignal x(k) und dem Sendesignal e(k). Die Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsübertragungsfaktors LÜF ist mit einem nicht linearen Filter NF verbunden, welches aus dem Lei stungsübertragungsfaktor lüf, durch nichtlineare Glättung ei ne Steuergröße l_pw(k) erzeugt. Diese Steuergröße l_pw(k) steu ert eine Pegelwaage PW an, die entweder den Sendezweig oder den Empfangszweig bedämpft. Das gefilterte Mikrofonsignal y_f(k) wird mittels eines zweiten Formfilters FF2 aus dem Mi krofonsignal y(k) erzeugt. Der Kurzzeitbetragsmittelwert e_s(k) wird mittels einer zweiten Schätzvorrichtung SAM2 aus dem gefilterten Sendesignal e_f(k) erzeugt.

Die Freisprecheinrichtung gemäß Fig. 3 weist ein Empfangs signal x(k) auf, das im Empfangszweig einem Lautsprecher LS zugeführt wird. Weiterhin ist ein Sendezweig, der ein Mikro fon M aufweist, vorgesehen. Am Ausgang des Sendezweigs liegt ein Sendesignal e(k) an, das evtl. bedämpft, zum fernen Tele fonapparat übertragen wird. In der erfindungsgemäßen Vorrich tung ist ein adaptives Filter AF zur Dämpfung des Rückhörens vorgesehen, welches eingangsseitig mit einem ersten Formfil ter FF1 und einer ersten Schätzvorrichtung SAM1 (short term average magnitude) verbunden ist. Das Formfilter FF1 erzeugt aus dem Empfangssignal x(k) ein gefiltertes Empfangssignal x_f(k). Das adaptive Filter AF erzeugt aus diesem Signal ein geschätztes Mikrofonsignal (k), welches vom gefilterten Mi krofonsignal y_f(k) abgezogen wird, um das kompensierte Sende signal e_f(k) zu erzeugen. Die Koeffizienten des adaptiven Filters AF werden mittels eines NLMS-Algorithmusses in Ver bindung mit der entsprechenden Adaptionsschrittweite µ(k), wie er eingangs bereits beschrieben wurde, eingestellt. Die Eingangsgrößen des NLMS-Algorithmusses sind das gefilterte Eingangssignal x_f(k), die Adaptionsschrittweite µ(k) und das gefilterte kompensierte Sendesignal e_f(k). Aus dem kompen sierten Sendesignal e_f(k) erhält man durch Filterung mittels eines inversen Formfilters INVFF das Sendesignal e(k). Aus dem gefilterten Empfangssignal x_f(k) wird mittels der ersten Schätzvorrichtung SAM1 ein Kurzzeitbetragsmittelwert x_s(k) gebildet, welcher 1. einem Anregungsdetektor AD, 2. einem er sten Gegensprechdetektor GD1, 3. einer Vorrichtung zur Be stimmung des Leistungsübertragungsfaktors LÜF und 4. einem zweiten Gegensprechdetektor GD2, der ausgangsseitig mit einer Pegelwaage PW verbunden ist, zugeführt wird. Der erste Gegen sprechdetektor GD1 erhält weiterhin als Eingangssignale das Ausgangssignal des Anregungsdetektors AD, den von der Vor richtung zur Bestimmung des Leistungsübertragungsfaktors LÜF bestimmten Leistungsübertragungsfaktor lüf und einen ge schätzten Kurzzeitbetragsmittelwert e_s(k) des Sendesignals. Der erste Gegensprechdetektor GD1 bestimmt aus diesen Größen die Adaptionsschrittweite µ(k) und stellt sie dem adaptiven Echokompensator AK mit adaptivem Filter AF zur Verfügung. Die Vorrichtung zur Bestimmung des Leistungsübertragungsfaktors LÜF weist als Eingangsgrößen den Kurzzeitbetragsmittelwert x_s(k) des Empfangssignals, ein Korrelationsmaß, welches von einem Korrelator KOR stammt und den Kurzzeitbetragsmittelwert e_s(k) des Sendesignals auf. Der Korrelator KOR bestimmt das Korrelationsmaß dabei aus dem Empfangssignal x(k) und dem Sendesignal e(k). Der zweite Gegensprechdetektor GD2 erzeugt aus dem Kurzzeitbetragsmittelwert x_s(k) des Empfangs signals,einer Steuergröße l_pw(k), welche aus dem Leistungs übertragungsfaktor lüf durch nichtlineare Glättung mittels eines nichtlinearen Filters NF erzeugt wird, dem Kurzzeitbe tragsmittelwert e_s(k) des Sendesignals und einen Kurzzeitbe tragsmittelwert y_s(k) des gefilterten Mikrofonsignals y_f(k) eine Steuergröße l_GS(k) zur Steuerung der Pegelwaage PW. Der Kurzzeitbetragsmittelwert y_s(k) wird mittels einer dritten Schätzvorrichtung SAM3 aus dem gefilterten Mikrofonsignal y_f(k) erzeugt. Das gefilterte Mikrofonsignal y_f(k) wird mit tels eines zweiten Formfilters FF2 aus dem Mikrofonsignal y(k) erzeugt. Der Kurzzeitbetragsmittelwert e_s(k) wird mit tels einer zweiten Schätzvorrichtung SAM2 aus dem gefilter ten Sendesignal e_f(k) erzeugt.

Die Formfilter FF1, FF2 und INVFF dekorrelieren die entspre chenden Eingangssignale.

Der Leistungsübertragungsfaktor lüf dient nicht der Verschie bung einer Kennlinie, wie dies im oben genannten Stand der Technik P. Heitkämper, Freisprechen mit Verstärkungssteuerung und Echokompensation, Fortschritt-Berichte, Reihe 10, Nr. 380, VDI, Germany 1995 beschrieben wird, sondern der Echokom pensation im gesamten Frequenzband.

Die Schätzvorrichtungen SAM1, SAM2 und SAM3 bestimmen die Leistung oder die mittleren Beträge der jeweiligen Signale.

Der erste Gegensprechdetektor GD1 prüft, ob Gegensprechen herrscht und ob der Anregungsdetektor AD ein Anregungssignal liefert. Falls kein Gegensprechen herrscht und der Anregungs detektor AD ein Anregungssignal liefert, setzt der Gegen sprechdetektor GD1 die Adaptionsschrittweite µ(k) hoch bzw. bestimmt eine optimale Adaptionsschrittweite µ_opt aus:

ε(k) = Echoanteil im Mikrofonsignal y(k),
g = Raumimpulsantwort und y(k) = g ^T.x(k) + n(k).

Andernfalls wird µ(k) auf einen kleinen Wert gesetzt. Ziel ist es zu vermeiden, daß das adaptive Filter AF divergiert.

Nur wenn der Anregungsdetektor AD eine genügend große Anre gung detektiert und kein Gegensprechen herrscht, wird die Ad aptionsschrittweite µ(k) einen großen Wert annehmen.

Die Vorrichtungen gemäß Fig. 2 und 3 sind mittels eines Si gnalprozessors realisierbar.

Die Beschleunigung der Adaption wird durch den Einsatz von Formfiltern (FF1, FF2, INVFF) erreicht. Diese sind nicht ad aptiv ausgelegt, um den höheren Aufwand durch einen zusätzli chen Filterzweig zu vermeiden. Die Schrittweitensteuerung für den NLMS-Algorithmus wird im folgenden näher beschrieben.

Insbesondere wird ein Leistungsübertragungsfaktor lüf unter Verwendung eines Korrelationsmaßes bestimmt, der verwendet wird, um Gegensprechen zu detektieren. Im folgenden soll die erfindungsgemäße Vorrichtung mit COREC-F (Correlation Con trolled Echo Canceller-Fullband) bezeichnet werden. In der COREC-F-Freisprechvorrichtung wird zur Steuerung der Adapti onsschrittweite µ(k) in geeigneten Zeitpunkten ein Leistungs übertragungsfaktor lüf zwischen dem Empfangssignal x(k) und dem bereits kompensierten Ausgangssignal e(k) bestimmt. Mit diesem Leistungsübertragungsfaktor lüf können Zeitpunkte, in denen Gegensprechen herrscht, zuverlässig bestimmt und die Adaption des Echokompensators gestoppt werden. Der erste Ge gensprechdetektor GD1 ist bei eingeschwungenem Adaptionsfil ter damit wesentlich empfindlicher als bei nicht abgegliche nem Kompensator, und das Anhalten der Adaption kann im Gegen sprechfall schneller veranlaßt werden. Mit dem Echokompensa tor und der Pegelwaage von COREC-F ist die ITU-T-Empfehlung zur Echodämpfung einhaltbar.

Aus dem obenbeschriebenen Leistungsübertragungsfaktor lüf wird durch nichtlineare Filterung eine Steuergröße l_pw(k) ge wonnen, mit welcher der Dämpfungshub der Pegelwaage PW ver ringert werden kann.

Laut ITU-T-Empfehlung G. 167 ist im Gegensprechfall eine Ver ringerung des Dämpfungshubs um 15 dB zulässig. Das COREC-F-Freisprechen beinhaltet die zweite Detektionseinheit GD2, mit der zulässige Zeitpunkte für eine Dämpfungshub-Verringerung erkannt werden und dies der Pegelwaage PW über die erwähnte Steuergröße mitgeteilt wird. Die mit dem adaptiven Echokom pensator AK maximal mögliche Echodämpfung wird unter anderem auch durch die Anzahl der verwendeten Filterkoeffizienten be stimmt.

Es wurde eine Möglichkeit gefunden, bei konstant gebliebenem Rechenaufwand die Anzahl der Filterkoeffizienten um einen va riablen Faktor zu erhöhen. Eine damit verbundene Verringerung der Konvergenzgeschwindigkeit ist bei richtiger Dimensionie rung in der praktischen Anwendung nicht störend und kann bil ligend in Kauf genommen werden.

Adaptionssteuerung

Die Anpassung des adaptiven Echokompensators AK soll nur durchgeführt werden, wenn eine ausreichende Anregung von der Seite des fernen Teilnehmerapparates vorliegt. Ob eine aus reichende Anregung vorliegt wird mittels dem Anregungsdetek tor AD festgestellt, in dem der Kurzzeitbetragsmittelwert des Empfangssignals x_s(k) nach Gleichung 1 mit einem adaptiven Empfangssignalschwellwert x₀(k) verglichen wird.

Gilt x_s(k)<x₀(k), so wird die Adaption wegen unzureichender An regung gestoppt. Ist der Kurzzeitbetragsmittelwert x_s(k) sogar um einen Faktor p_bg kleiner als der adaptive Empfangs signalschwellwert x₀(k), dann wird dieser Schwellwert aktu alisiert, ansonsten bleibt er unverändert:

Die Faktoren α_f und α_r sind so gewählt, daß der Kurzzeitbe tragsmittelwert x_s(k) des Empfangssignals steigenden Beträgen von x₀(k) schneller folgt als fallenden Beträgen. Mit der Konstanten α₁ wird eine wesentlich größere Zeitkonstante ein gestellt.

Liegt ausreichende Anregung vor (der Anregungsdetektor AD liefert ein entsprechendes Anregungssignal), versucht man mittels dem ersten Gegensprechdetektor GD1 festzustellen, ob gerade Gegensprechen herrscht. Dazu berechnet man den Lei stungsübertragungsfaktor lüf(k) vom Eingangssignal x(k) zum bereits kompensierten Sendesignal e(k). Das Sendesignal e(k) berechnet sich aus der Differenz des Mikrofonsignals y(k) und dem mit dem adaptiven Filter AF geschätzten Mikrofonsignal (k). Der geglättete Leistungsübertragungsfaktor (lüf) wird immer dann berechnet, wenn ein Korrelationsmaß p(k) größer als ein Schwellwert p₀ wird:

Der Quotient aus dem Leistungsübertragungsfaktor (lüf) und dem Kurzzeitbetragsmittelwert x_s(k) ergibt damit einen Schätz wert für den Kurzzeitbetragsmittelwert e_s(k) des zu erwarten den Restechos. Ist nun der Betragsmittelwert e_s(k) des tat sächlich vorhandenen Restechos größer als das geschätzte Echo multipliziert mit einer Konstanten p_ugs (ugs: unsicheres Ge gensprechen), so kann man davon ausgehen, daß ein lokaler Ge sprächsteilnehmer redet. Mit der Konstanten p_ugs kann man die Empfindlichkeit der Gegensprecherkennung einstellen.

Die Adaptionsschrittweite µ(k) wird dann wie folgt gewählt:

Kopplung zwischen Echokompensator und Pegelwaage

Der oben beschriebene Leistungsübertragungsfaktor lüf ist ein Maß für die Dämpfung, die das Sprachsignal des fernen Spre chers erfährt. Für eine Steuerung der Pegelwaage PW kann man kann jedoch durch eine nichtlineare Filterung eine geeignete Steuergröße l_pw aus dem Leistungsübertragungsfaktor lüf ab leiten:

0 < β_r < β_f < 1

Verbesserung der Fähigkeit zum Gegensprechen (Doubletalk)

In den vorherigen Abschnitten wurde eine Möglichkeit be schrieben, die Adaption des Echokompensators AK während des Gegensprechens zu unterbrechen. Die Adaption wird unterbro chen, wenn der Verdacht auf Gegensprechen besteht.

Vorteilhafter Weise kann die Dämpfung der Dämpfungsvor richtung PW verringert werden, wenn Gegensprechen detektiert wird. Damit steigt die Qualität der Übertragung bei Gegen sprechen.

Der Dämpfungshub sollte erst dann verringert werden, wenn sich der Verdacht auf Gegensprechen erhärtet hat. Um die Mo mente sicheren Gegensprechens festzustellen, müssen zwei Kri terien gleichzeitig erfüllt sein. Zur Erfüllung des Kriteri ums 1 muß der Kurzzeitbetragsmittelwert e_s(k) um eine Konstan te p_sgs (sgs: sicheres Gegensprechen) größer sein als der Wert, der für ein Stoppen der Adaption ausgereicht hat (vgl. Gleichung 4). Kriterium 2 besagt, daß der auf den Kurzzeitbe tragswert y_s(k) normierte Betrag der Differenz zwischen y_s(k) und e_s(k) größer als ein Faktor p_gs sein muß.

Sind beide Kriterien erfüllt, wird die Erhöhung der Steuer größe l_add wie folgt berechnet:

Die Konstanten β_a und β_b sind so dimensioniert, daß sich eine größere Trägheit ergibt als bei dem nichtlinearen Filter in Gleichung 5. Die resultierende Steuergröße l_gs(k) berechnet sich dann zu:

l_gs(k)=l_pw(k)+l_add(k). (7)

Verringerung des Rechenaufwandes

Um bei gegebenem Rechenaufwand die Anzahl N der möglichen Filterkoeffizienten zu erhöhen, kann die Adaption der Filter koeffizienten auf mehrere Abtastschritte verteilt werden (N_u sei ein ganzzahliger Teiler von N). Die Filterung dagegen wird nach wie vor zu jedem Abtastschritt vorgenommen. Dadurch erreicht man, daß jeder Filterkoeffizient nur zu jedem N_u-ten Schritt eine Erneuerung erfährt.

Es sei c(k) der gesamte Filtervektor und x(k) der Vektor des Eingangssignals mit

Die Vektoren der Koeffizienten und der Eingangsdaten können in aneinander anschließende Vektoren (siehe Gleichung 9) oder in ineinander verzahnte Vektoren (siehe Gleichung 10) aufge teilt werden. Gleiches gilt auch für x(k).

Die sonst für jeden Zeitpunkt k üblichen Gleichungen für Fil terung:

und Adaption:

teilen sich damit für den Adaptionsteil in Nu Gleichungen für aufeinanderfolgende Zeitpunkte auf:

Da bei dem verwendeten Signalprozessor der Aufwand einer Fal tung proportional zur Filterlänge N, der Aufwand des Adapti onsvorganges jedoch proportional 4N ist, können bei einer Wahl von N_u in einem sinnvollen Bereich Verlängerungen des Filters um den Faktor N₁/N erreicht werden (siehe Fig. 3):

wobei: 5 = Aufwand NLMS und Filterung
4 = Aufwand NLMS.

Für eine Implementierung erscheint die Wahl von N_u in einem Bereich von zwei bis acht sinnvoll.

In Fig. 4 ist auf der Abszissenachse N_u von 0 bis 20 und auf der Ordinatenachse der Filterlängenfaktor N₁/N von 0 bis 4,5 aufgetragen.

Zahlenmäßig bewertet beträgt der Aufwand in der vorliegenden Implementierung etwa 4 für den NLMS-Algorithmus und etwa 5 für den NLMS-Algorithmus und die Filterung. Bei Verwendung eines anderen Signalprozessors kann die zahlenmäßige Be wertung anders ausfallen.

Claims

1. Vorrichtung zur Rückhördämpfung,
mit einem einen Lautsprecher (LS) aufweisenden Empfangszweig,
mit einem ein Mikrofon (M) aufweisenden Sendezweig,
mit einem adaptiven Echokompensator (AK) zur Kompensation des Echos im Sendezweig,
mit einer Dämpfungsvorrichtung (PW), die den Sende- oder den Empfangszweig bedämpft,
mit einem Mittel zur Bestimmung des Leistungsübertragungs faktors (LÜF), welcher zum einen zur Steuerung der Adaption des adaptiven Echokompensators (AF) und zum anderen zur Ein stellung der Dämpfung der Dämpfungsvorrichtung (PW) dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Echokompensator (AK) ein adaptives Filter (AF) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Korrelator (KOR), welcher aus einem Mikrofonsignal (y(k)) und einem Empfangssignal (x(k)) ein Korrelationsmaß bildet und dem Mittel zur Bestimmung des Leistungsüber tragungsfaktors (LÜF) zuführt, welches aus dem Korrelations maß, einem gemittelten Empfangssignal (x_s(k)) und einem kom pensierten gemittelten Sendesignal (e_s(k)) den Leistungsüber tragungsfaktor (lüf) bestimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
mit einem ersten Formfilter (FF1), das zwischen den Empfangs zweig und das adaptive Filter (AF) geschaltet ist,
mit einem zweiten Formfilter (FF2), welches im Sendezweig dem Mikrofon (M) nachgeschaltet ist,
mit einem inversen Formfilter (INVFF), welches im Sendezweig dem zweiten Formfilter (FF2) nachgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2,
mit einem ersten Mittel zum Schätzen (SAM1), welches zwi schen das erste Formfilter (FF1) und das Mittel zur Bestim mung des Leistungsübertragungsfaktors (LÜF) geschaltet ist und den mittleren Betrag des vom ersten Formfilter (FF1) stammenden Signals schätzt,
mit einem zweiten Mittel zum Schätzen (SAM2), das dem Mittel zur Bestimmung des Leistungsübertragungsfaktors (LÜF) vorge schaltet ist und zum Schätzen des mittleren Betrages des kom pensierten Sendesignals (e_s(k)) dient.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem ersten Gegensprechdetektor (GD1), welcher zwischen dem Mittel zur Bestimmung des Leistungsübertragungsfaktors (LÜF) und den adaptiven Echokompensator (AK) geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Anregungsdetektor (AD), der eingangsseitig mit dem ersten Mittel zum Schätzen (SAM1) und ausgangsseitig mit dem ersten Gegensprechdetektor (GD1) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein zweiten Gegensprechdetektor (GD2) zur Steuerung der Dämpfungsvorrichtung (PW) vorgesehen ist, welcher mit dem ersten Mittel zum Schätzen (SAM1), dem zweiten Mittel zum Schätzen (SAM2), dem Mittel zur Bestimmung des Leistungs übertragungsfaktors (LÜF) und einem dritten Mittel zum Schät zen (SAM3) verbunden ist, welches den mittleren Betrag des Mikrofonsignals (y_s(k)) schätzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der zweite Gegensprechdetektor (GD2) auf die Dämpfungs einrichtung so einwirkt, daß sich die Dämpfung verringert, wenn Gegensprechen herrscht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem zur Erhöhung der Anzahl der Filterkoeffizienten die Adaption der Filterkoeffizienten auf mehrere Abtastschritte verteilt erfolgt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Adaption mittels eines Normalized Least Mean Square Verfahrens erfolgt.