Supresión de eco que comprende el modelado de componentes de reverberación tardía.

Un aparato (200) para calcular coeficientes de filtrado (H[k,m]) para un filtro adaptativo

(210) para filtrar una señal de micrófono (140, 430) captada por un micrófono (110) a fin de suprimir un eco debido a una señal de altavoz (130, 420) generada por un altavoz (100), que comprende:

unos medios de modelado del decaimiento del eco (465) para modelar un comportamiento de retardo de un entorno acústico (120) y para proporcionar un parámetro de decaimiento del eco (π; αm) correspondiente;

unos medios de cálculo (270; 370) para calcular los coeficientes de filtrado (H[k,m]) del filtro adaptativo (210) basándose en el parámetro de decaimiento del eco (π; αm), en el que los medios de cálculo (270) están dispuestos para determinar un filtro de eliminación de eco temprano Hê[k,m] y un filtro de eliminación de eco tardío HÎ [k,m]; y

unos medios de establecimiento de filtro (551) dispuestos para determinar los coeficientes de filtrado H[k,m] del filtro adaptativo (210) basándose en una combinación lineal de coeficientes de filtrado del filtro de eliminación de eco temprano Hê[k,m] y del filtro de eliminación de eco tardío HÎ [k,m].

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/067486.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANSASTRASSE 27C 80686 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: SCHMIDT, MARKUS, FALLER,CHRISTOF, KUECH,Fabian, FAVROT,ALEXIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > COMUNICACIONES TELEFONICAS (circuitos para el control... > Disposiciones de interconexión no comprendiendo... > H04M9/08 (Sistemas telefónicos con altavoz de doble dirección con medios para acondicionara la señal, p. ej.   para suprimir ecos para uno u otra dirección de tráfico)
  • SECCION G — FISICA > INSTRUMENTOS DE MUSICA; ACUSTICA > ANALISIS O SINTESIS DE LA VOZ; RECONOCIMIENTO DE... > Tratamiento de la señal de la voz para producir... > G10L21/0208 (Filtración del ruido)

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Fragmento de la descripción:

Supresión de eco que comprende el modelado de componentes de reverberación tardía 5 Descripción

[1] Las formas de realización de la presente invención se refieren a aparatos y procedimientos para calcular coeficientes de filtrado para un filtro adaptativo para filtrar una señal de micrófono a fin de suprimir un eco causado por una señal de altavoz, lo cual puede ser utilizado, por ejemplo, en el ámbito de los sistemas de

conferencias, sistemas videoconferencla u otros sistemas de conferencia bidirecclonal.

[2] Cuando un micrófono capta tonos, sonidos y ruidos procedentes de un altavoz que se encuentre en la misma sala o en el mismo entorno acústico, se producen ecos acústicos. En los sistemas de telecomunicaciones, esta señal de realimentación acústica se retransmite al abonado que se encuentra al otro lado de la línea, el cual

percibe una versión retardada de sus propias palabras. En este contexto, las señales de eco crean una distracción que llega a resultar muy molesta e incluso puede impedir la comunicación interactiva bidireccional. Además, los ecos acústicos pueden generar efectos de acople, entre otras inestabilidades del bucle de realimentación acústica.

[3] El documento W26/11137A1 se refiere a un procedimiento y un aparato para eliminar un eco en 2 una señal de audio multicanal. Los elementos acústicos de control de eco y supresión de ruido constituyen una parte

importante de cualquier sistema de telecomunicaciones de manos libres como, por ejemplo, el teléfono o los sistemas de conferencia de audio y vídeo. El procedimiento, descrito en el documento, para procesar señales de audio multicanal de altavoz y al menos una señal de micrófono en este contexto incluye las etapas de transformación de la señal de micrófono de entrada en espectros microfónicos de entrada de tiempo corto; el cálculo 25 de un espectro de tiempo corto de las señales de altavoz combinadas a partir de las señales del altavoz; el cálculo de un espectro de tiempo corto de la señal del micrófono combinada a partir de la señal de micrófono de entrada; la estimación de un espectro de magnitud o un espectro de potencia del eco en el espectro de tiempo corto de la señal de micrófono combinada; el cálculo de un filtro de ganancia para la modificación de la magnitud del espectro de tiempo corto de entrada de micrófono; la aplicación del filtro de ganancia a al menos un espectro de entrada de 3 micrófono; y la conversión del espectro de entrada de micrófono filtrado al dominio temporal.

[4] Los sistemas de supresión de eco y de cancelación de eco, tal como se denominan hoy en día y que, en general, también pueden englobarse en la denominación de sistemas de eliminación de eco, a menudo presentan el problema de que no responden ante diferentes componentes de sonido, tono y ruido y componentes de eco de

manera óptima, a pesar del uso de filtros adaptativos. Por ejemplo, si un componente predomina frente a otro, se puede producir una supresión no óptima del eco de la señal del altavoz en la señal del micrófono de dicho sistema de comunicación. Por otra parte, en el caso de una composición diferente de los componentes de las distintas fuentes, pueden aparecer artefactos tonales al utilizar un sistema de supresión de eco o de cancelación de eco, y dichos artefactos tonales también resultan enormemente molestos.

[5] El documento EP 1 429 315 A1 se refiere a un procedimiento y un sistema para suprimir ecos y ruido en entornos en condiciones acústicas variables, así como en condiciones de una gran proporción de realimentación. El sistema para cancelar ecos y ruidos en entornos con condiciones acústicas variables y una alta realimentación, como por ejemplo en el interior de un automóvil, que permite la comunicación audible entre los ocupantes,

comprende uno o varios micrófonos para una señal de voz y convertidores AID y D/A, medios de amplificación y filtrado que generan una señal eléctrica reproducida como una señal acústica por un altavoz, y un cancelador de eco que usa la señal y una señal eléctrica procedente del micrófono que integra la señal de realimentación de la señal, otra señal de voz, y ruido captado por el micrófono. El sistema se aplica en la eliminación de la realimentación, mediante la adición de un filtrado de una señal eléctrica de salida del dispositivo de cancelación, tras el tratamiento 5 de la señal, que comprende un filtro variante con el tiempo que suprime el eco acústico residual no cancelado por el sistema y el ruido captado por los micrófonos.

[6] El documento WO 29/95161 A1 se refiere a un aparato y un procedimiento para calcular coeficientes de filtrado para la supresión de eco. Los coeficientes de filtrado se deben usar con un filtro adaptativo

para filtrar una señal de micrófono con el fin de suprimir un eco causado por una señal de altavoz. El aparato incluye unos medios de extracción para extraer una señal de componente estacionario o una señal de componente no estacionario a partir de la señal del altavoz o a partir de una señal derivada de la señal del altavoz. El aparato también comprende unos medios de cálculo para calcular los coeficientes de filtrado del filtro adaptativo basándose en la señal de componente estacionario y la señal de componente no estacionario extraídas. El aparato y el 6 procedimiento descritos en el documento WO 26/95161 examinan la señal del extremo remoto en lo que respecta a las propiedades estadísticas de la señal de componente que constituye la señal del altavoz.

[7] En el documento WO 26/4734 A1 se describe un dispositivo de cancelación de eco que comprende un primer filtro adaptativo para producir una primera señal de cancelación de eco y 1, un segundo filtro

adaptativo para producir una segunda señal de cancelación de eco y2, y un postprocesador para suprimir cualquier resto de eco. El primer filtro adaptativo y el segundo filtro adaptativo están diseñados para cancelar,

respectivamente, una primera parte (por ejemplo, directa) de la respuesta al impulso del eco y una segunda parte (por ejemplo, difusa) de la respuesta al impulso del eco. El dispositivo se puede utilizar en un teléfono móvil.

[8] Por tanto, partiendo de la citada técnica anterior, el objeto de la presente Invención consiste en mejorar 5 la calidad de sonido de un sistema de supresión de eco o sistema de cancelación de eco con un esfuerzo

computacional moderado.

[9] Este objeto se logra por medio de un aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1, 1 y 11, un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 12, 15 y 16, o un programa de acuerdo con la reivindicación 17.

Resumen

[1] Las formas de realización del aparato, el procedimiento y el programa informático de acuerdo con los conceptos descritos en el presente documento se basan en el descubrimiento de que se puede obtener una mejora

de la calidad de audio y/o una reducción del esfuerzo computacional mediante el modelado, en especial, de los componentes tardíos del eco mediante un modelo de decaimiento del eco. El modelo de decaimiento del eco puede valerse de cálculos recursivos que requieren, relativamente, poco esfuerzo computacional. El decaimiento del eco del entorno acústico en el que se usa el filtro adaptativo puede presentar propiedades variables que se pueden estimar a partir de muestras de la señal del micrófono y/o la señal del altavoz.

[11] A diferencia de los componentes tempranos del eco, que suelen ser bastante similares al sonido original, los componentes tardíos de eco se vuelven cada vez menos nítidos y menos similares al sonido original. El aparato, el procedimiento y el programa informático de acuerdo con lo expuesto en el presente documento distinguen entre... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato (2) para calcular coeficientes de filtrado (H[k,m]) para un filtro adaptativo (21) para filtrar una señal de micrófono (14, 43) captada por un micrófono (11) a fin de suprimir un eco debido a una señal

de altavoz (13, 42) generada por un altavoz (1), que comprende:

unos medios de modelado del decaimiento del eco (465) para modelar un comportamiento de retardo de un entorno acústico (12) y para proporcionar un parámetro de decaimiento del eco (t; am) correspondiente;

unos medios de cálculo (27; 37) para calcular los coeficientes de filtrado (H[k,m]) del filtro adaptativo (21) basándose en el parámetro de decaimiento del eco (t; am), en el que los medios de cálculo (27) están dispuestos para determinar un filtro de eliminación de eco temprano hfe[k,m] y un filtro de eliminación de eco tardío H![k,m]; y

unos medios de establecimiento de filtro (551) dispuestos para determinar los coeficientes de filtrado H[k,m] del filtro 15 adaptativo (21) basándose en una combinación lineal de coeficientes de filtrado del filtro de eliminación de eco temprano hfe[k,m] y del filtro de eliminación de eco tardío Hí[k,m].

2. El aparato (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el parámetro de decaimiento del eco es un coeficiente de decaimiento exponencial (r) y en el que el aparato (2) también comprende unos medios de

estimación de eco (241) para estimar un componente de eco reverberante por medio de un cálculo recursivo en el que se usa el coeficiente de decaimiento exponencial (T).

3. El aparato (2) de acuerdo con la reivindicación 1, que también comprende unos medios de procesamiento de eco (34) para estimar un espectro de frecuencia de eco (Ytot[k,m]) o un espectro de potencia de

eco (|Ytot[k,m]|2) del eco contenido en la señal del micrófono (14, 43);

en el que los medios de procesamiento de eco (34) están dispuestos para estimar un componente temprano del eco (Y[k,m]) y un componente tardío del eco (Y'rev[k,m])1 y al menos la estimación del componente tardío del eco usa el parámetro de decaimiento del eco (r; am); estando también dispuestos para estimar el espectro de frecuencia del 3 eco (Ytot[k,m]) o el espectro de potencia del eco (|Ytot[k,m]|2) basándose en el componente temprano del eco (Y(k,m]) y el componente tardío del eco (Y'revlk.m]);

en el que los medios de cálculo (27; 37) están dispuestos para calcular los coeficientes de filtrado (H[k,m]) basándose en el espectro de frecuencia del eco (Ytot[k,m]) o espectro de potencia del eco (|Ytot[k,m]|2).

4. El aparato (2) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los medios de procesamiento de eco (34) comprenden un selector de máximo (55) para seleccionar una estimación de eco máxima (|Ytot[k,m]|2; Ytot[k,m]) entre la estimación de eco temprano Y[k,m] y la estimación de eco tardío (Y'rev[k,m]) como espectro de frecuencia del eco (Yiot[k,m]) o el espectro de potencia del eco (|Ytot[k,m]|2).

5. El aparato (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 o 4, en el que los medios de procesamiento de eco están dispuestos para determinar el componente de eco tardío (Y'rev[k,m]) basándose en un valor previo del espectro de frecuencia del eco estimado (Ytt[k-1,m]) o un valor previo del espectro de potencia del eco (|Ytot[k-1,m]|2), determinados en un instante previo, y basándose en el parámetro de decaimiento del eco (t; am)

aplicado a la estimación de eco total previa (Ytot[k-1,m]; |Ytot[k-1,m]|2) para modelar un decaimiento de la estimación de eco tardío entre el instante previo y un instante posterior.

6. El aparato (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende:

unos medios para transformar (23; 29) al menos una de las dos señales, la señal del micrófono (14, 43) y la señal del altavoz (13; 42), para que pasen de una representación en el dominio temporal a una representación de tiempo-frecuencia en un dominio de tiempo-frecuencia; y unos medios para transformar (3) una señal con eco suprimido (E[k,m], e[n]) para que vuelva a pasar del dominio de tiempo-frecuencia al dominio temporal.

7. El aparato (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de modelado del decaimiento del eco (465) comprenden un estimador del parámetro de decaimiento del eco (52) para evaluar la señal del micrófono (14, 43) con respecto a un decaimiento del eco observable en la señal del micrófono (14, 43) y para proporcionar el parámetro de decaimiento del eco resultante (r; am) para que

continúe el procesamiento.

8. El aparato (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los medios de cálculo (27; 37) están dispuestos para determinar los coeficientes de filtrado H[k,m] basándose en una diferencia entre un espectro de potencia (|Y[k,m]|2) de la señal del micrófono (14, 43) y un espectro de potencia de

una estimación de eco total (|Ytot[k,m]|2).

9. El aparato (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el

modelo de decaimiento del eco (465) está dispuesto para determinar una media temporal de un espectro de potencia de la señal del micrófono y una media temporal de un espectro de potencia de la señal del altavoz, y 5 también están dispuesto para determinar fluctuaciones temporales de los espectros de potencia de la señal del micrófono (14, 43) restando la media temporal de los correspondientes espectros de potencia Instantánea (|Y[k,m]|2, |X[k,m]|2), y también está dispuesto para usar las fluctuaciones temporales para la determinación del parámetro de decaimiento del eco (t; am).

1. Un aparato (2) para calcular coeficientes de filtrado (H[k,m]) para un filtro adaptatlvo (21) para

filtrar una señal de micrófono (14, 43) captada por un micrófono (11) a fin de suprimir un eco debido a una señal de altavoz (13, 42) generada como salida por un altavoz (1), que comprende:

unos medios de modelado del decaimiento del eco (465) para modelar un comportamiento de retardo de un entorno 15 acústico (12) y para proporcionar un parámetro de decaimiento del eco (t; am) correspondiente;

unos medios de procesamiento de eco (34) para estimar un espectro de frecuencia del eco (Ytot[k,m]) o un espectro de potencia del eco (|Ytot[k,m]|2) del eco contenido en la señal del micrófono (14, 43), estando dichos medios de procesamiento de eco (34) dispuestos para estimar un componente temprano del eco (Y[k,m]) y un componente 2 tardío del eco (Y'rev[k,m])1 y al menos la estimación del componente tardío del eco usa el parámetro de decaimiento del eco (t; am), y estando también dispuestos para estimar el espectro de frecuencia del eco (Yíot[k,m]) o el espectro de potencia del eco (|Ytot[k,m]|2) basándose en el componente temprano del eco (Ytk,m]) y el componente tardío del eco (Yíev[k,m]); y

unos medios de cálculo (27; 37) para calcular los coeficientes de filtrado (H[k,m]) del filtro adaptatlvo (21) basándose en el parámetro de decaimiento del eco (t; am) y basándose en el espectro de frecuencia del eco (Vtot[k,m]) o el espectro de potencia del eco (|Yíot[k,m]|2) del eco contenido en la señal del micrófono (14; 34);

caracterizado porque los medios de procesamiento de eco (34) comprenden un selector de máximo (55) para 3 seleccionar una estimación de eco máxima (|Yíot[k,m]|2; Yíot[k,m]) entre la estimación de eco temprano Y[k,m] y la estimación de eco tardío (Y'revfk.m]) como espectro de frecuencia del eco (Ytot[k,m]) o espectro de potencia del eco

(Ytot[k, m]2).

11. Un aparato (2) para calcular coeficientes de filtrado (H[k,m]) para un filtro adaptativo (21) para

filtrar una señal de micrófono (14, 43) captada por un micrófono (11) a fin de suprimir un eco debido a una señal de altavoz (13, 42) generada como salida por un altavoz (1), que comprende:

unos medios de modelado del decaimiento del eco (465) para modelar un comportamiento de retardo de un entorno acústico (12) y para proporcionar un parámetro de decaimiento del eco (t; am) correspondiente;

unos medios de cálculo (27; 37) para calcular los coeficientes de filtrado (H[k,m]) del filtro adaptativo (21) basándose en el parámetro de decaimiento del eco (t; am), y dichos medios de cálculo (27) también están dispuestos para determinar un filtro de eliminación de eco temprano l-fe[k,m] y un filtro de eliminación de eco tardío Hl[k,m];

unos medios de establecimiento de filtro (551) dispuestos para determinar los coeficientes de filtrado H[k,m] del filtro adaptativo (21) basándose en una selección de mínimo entre el filtro de eliminación de eco temprano l-fe[k,m] y el filtro de eliminación de eco tardío Hi[k,m].

12. Un procedimiento para calcular coeficientes de filtrado (H[k,m]) para un filtro adaptativo (21) para

filtrar una señal de micrófono (14, 43) a fin de suprimir un eco debido a una señal de altavoz (13, 42), que comprende las operaciones de:

generación de un parámetro de decaimiento del eco (t; G[k,m]; am) determinado mediante unos medios de modelado 55 del decaimiento del eco (465);

cálculo de los coeficientes de filtrado (H[k,m]) del filtro adaptativo (21) basándose en el parámetro de decaimiento del eco (i; am), en los que el cálculo comprende la determinación de un filtro de eliminación de eco temprano hTe[k,m] y un filtro de eliminación de eco tardío Hi[k,m];

determinación de los coeficientes de filtrado (H[k,m]) del filtro adaptativo (21) basándose en una combinación lineal de los coeficientes de filtrado del filtro de eliminación de eco temprano He[k,m] y del filtro de eliminación de eco tardío H)[k,m].

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el parámetro de decaimiento del eco

es un coeficiente de decaimiento exponencial (t) y en el que el procedimiento también comprende:

La estimación de un componente de eco reverberante por medio de un cálculo recursivo en el que se usa el coeficiente de decaimiento exponencial (i).

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, que además comprende:

la estimación de un componente temprano del eco (Y[k,m]) y un componente tardío del eco (Y'rev[k,m])1 y al menos en la estimación del componente tardío del eco se usa el parámetro de decaimiento del eco (t; am); y

la determinación de un espectro de frecuencia del eco (Y[k,m]) o un espectro de potencia del eco (|Ytk,m]|2) del eco contenido en la señal del micrófono (14, 43) como una combinación del componente temprano del eco (Y[k,m]) y el componente tardío del eco (Y'rev[k,m]);

el cálculo de los coeficientes de filtrado (H[k,m]) basándose en el espectro de frecuencia del eco (Ytot[k,m]) o el espectro de potencia del eco (|Yíot[k,m]|2).

15. Un procedimiento para calcular coeficientes de filtrado (H[k,m]) para un filtro adaptatlvo (21) para filtrar una señal de micrófono (14, 43) a fin de suprimir un eco debido a una señal de altavoz (13, 42), que

comprende las operaciones de:

generación de parámetros de decaimiento del eco (t; G[k,m]; am) determinados mediante unos medios de modelado del decaimiento del eco (465);

estimación de un espectro de frecuencia de eco (Yíot[k,m]) o un espectro de potencia de eco (|Ytot[k,m]|2) del eco contenido en la señal del micrófono (14, 43), mediante la estimación de un componente temprano del eco (Y[k,m]) y un componente tardío del eco (Yíevlk.m]), y en al menos una estimación del componente tardío del eco se usa el parámetro de decaimiento del eco (t; am);

estimación del espectro de frecuencia del eco (Yíot[k,m]) o del espectro de potencia del eco (|Yiot[k,m]|2) basándose en el componente temprano del eco (Y^k,m]) y en el componente tardío del eco (Y'revtk.m]);

selección de una máxima estimación de eco (|Ytot[k,m]|2; Y¡ot[k,m]) entre la estimación del eco temprano (Y[k,m]) y la estimación del eco tardío (Y)ev[k,m]), como espectro de frecuencia del eco (Ytot[k,m]) o espectro de potencia del eco 35 (|Yíot[k,m]|2); y

cálculo de los coeficientes de filtrado (H[k,m]) del filtro adaptatlvo (21) basándose en los parámetros de decaimiento del eco (i; am) y basándose en un espectro de frecuencia de eco (Ytot[k,m]) o un espectro de potencia de eco (|Ytot[k,m]|2) del eco contenido en la señal del micrófono (14; 34).

16. Un procedimiento para calcular coeficientes de filtrado (H[k,m]) para un filtro adaptativo (21) para filtrar una señal de micrófono (14, 43) a fin de suprimir un eco debido a una señal de altavoz (13, 42), que comprende las operaciones de:

generación de parámetros de decaimiento del eco (t; G[k,m]; am) determinados mediante unos medios de modelado del decaimiento del eco (465); y

cálculo de los coeficientes de filtrado (H[k,m]) del filtro adaptativo (21) basándose en parámetros de decaimiento del eco (i; am), mediante la determinación de un filtro de eliminación de eco temprano hfe[k,m] y un filtro de 5 eliminación de eco tardío Hi[k,m]; y

determinación de los coeficientes de filtrado H[k,m] del filtro adaptativo (21) basándose en una selección de un mínimo entre el filtro de eliminación de eco temprano hfe[k,m] y el filtro de eliminación de eco tardío Hi[k,m].

17. Un programa que comprende un código de programa adaptado para llevar a cabo el procedimiento de

acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, cuando el programa se ejecuta en un procesador.