CIRCUITO DE REDUCCION DEL ECO ACUSTICO PARA UN DISPOSITIVO "MANOS LIBRES" UTILIZABLE CON UN TELEFONO MOVIL.

Un dispositivo "manos libres" utilizable con un teléfono móvil,

en especial un dispositivo autónomo adaptable de manera amovible en un vehículo automóvil, comprendiendo este dispositivo:

- un circuito de adquisición de señales acústicas, que consta de un micrófono (18) y medios (38) convertidores analógico-digital;

- un circuito de restitución de señales de audio, que consta de medios (28) convertidores digital-analógico, un amplificador (30) y un altavoz (16);

- un circuito (20) de interfaz a una red telefónica, en especial un circuito de interfaz inalámbrico a un teléfono móvil, y

- un circuito de tratamiento digital de las señales de audio captadas por el micrófono para la aplicación en la entrada de los medios de interfaz, y de tratamiento de las señales de audio recibidas en la salida de los medios de interfaz para su restitución por el altavoz,

comprendiendo el circuito de tratamiento digital de las señales de audio medios de reducción del eco acústico resultante de la interacción del altavoz con el micrófono, constando estos medios de:

- una etapa (40) de anulación de eco, que comprende un filtro lineal adaptativo apto para sustraer de la señal captada por el micrófono una señal de referencia derivada de la señal recibida en la salida de los medios de interfaz para su restitución por el altavoz,

- una etapa (42) de supresión del eco residual presente en la salida de la etapa de anulación de eco, que comprende medios de control de ganancia,

- una etapa (44) de reducción selectiva del ruido de fondo presente en la señal recibida en la salida de la etapa de supresión de eco, y

- una etapa (50) de reducción selectiva del ruido de fondo presente corriente arriba en la señal recibida en la salida de los medios de interfaz para la aplicación al circuito de restitución de señales de audio.

dispositivo caracterizado porque la etapa (50) de reducción del ruido de fondo presente en la señal recibida en la salida de los medios de interfaz comprende medios de análisis de coherencia temporal de la señal, aptos para determinar una probabilidad de presencia/ausencia de voz a priori a partir de los niveles de energía respectivos en el campo espectral, y para utilizar esta probabilidad para estimar un espectro de ruido y derivar una estimación sin ruido de la señal recibida

Circuito de reducción del eco acústico para un dispositivo "manos libres" utilizable con un teléfono móvil.

La invención se refiere de manera general a la reducción de eco en los dispositivos que utilizan señales de audio captadas por un micrófono, por ejemplo los teléfonos, adaptadores de tipo "manos libres" y dispositivos análogos.

En particular, la invención se puede aplicar ventajosamente a un dispositivo "manos libres" utilizable en asociación con un teléfono móvil, especialmente un dispositivo "manos libres" autónomo adaptable de manera amovible en un vehículo automóvil.

Más precisamente, el eco puede ser el resultado de dos fenómenos, de naturalezas diferentes. El primero es el eco denominado "eco de línea", limitado a la vía de transmisión y para el cual se conocen diversos procedimientos de filtrado; el segundo se denomina "eco acústico", eco realmente captado por el micrófono y debido al fenómeno de reverberación del entorno del hablante, típicamente la habitación donde se encuentra o bien el habitáculo de un vehículo.

Es a la eliminación de este último tipo de eco (eco acústico) a la que se refiere muy particularmente la presente invención.

Este eco acústico constituye un elemento perturbador muy importante del dispositivo que puede ir, a menudo, hasta hacer incomprensible para el hablante distante (el que está al otro extremo de la vía de transmisión de la señal telefónica) las palabras del hablante cercano (el que sus palabras se ahogan en el eco acústico.

Estos aparatos constan de un micrófono sensible destinado a captar las palabras del hablante cercano, y un altavoz relativamente potente que reproduce las palabras del hablante distante en el transcurso de una conversación telefónica. Sin embargo, por acoplamiento acústico entre estos dos transductores, el micrófono captará no solamente la voz del hablante cercano, sino también el ruido ambiental y sobre todo el eco acústico, es decir la reverberación del sonido reproducido por el altavoz - y esto a un nivel más alto cuanto más cerca se encuentren el micro y el altavoz y cuanto más elevada sea la potencia acústica restituida por el altavoz. Tal es típicamente el caso de los sistemas embarcados en un vehículo automóvil, donde el nivel sonoro del altavoz es relativamente elevado para cubrir los ruidos ambientales.

Además, la distancia importante entre micrófono y hablante conlleva un nivel relativo de ruido elevado que hace difícil la extracción de la señal útil, ahogada en el eco y en el ruido. Además, este ruido presenta características espectrales no estacionarias, es decir que evolucionan de manera imprevisible en función de las condiciones de conducción: paso sobre calzadas deformadas o adoquinadas, autorradio en funcionamiento, etc., que hacen todavía más difícil la puesta a punto de algoritmos apropiados de tratamiento de la señal.

Además, número de estos dispositivos se realizan en forma de aparatos autónomos, amovibles, que comprenden en una misma caja a la vez el micrófono y el altavoz así como los botones de mando: la proximidad (algunos centímetros) entre el altavoz y el micrófono conlleva entonces un nivel de eco acústico considerable, típicamente del orden de veinte veces más elevado que la señal de palabra producida por el hablante cercano.

La eliminación de este eco acústico es particularmente delicada, especialmente en los entornos muy ruidosos, típicamente vehículos automóviles, donde el ruido ambiental se añade a las señales de palabra y de eco captadas por el micrófono.

Los dispositivos conocidos de mejor rendimiento aplican en tal situación: (i) una etapa de anulación de eco, (ii) una etapa de supresión de eco y (iii) una etapa de reducción de ruido.

El US-B-6 970 558 describe un dispositivo que consta de estas diversas etapas.

La etapa denominada de "anulación de eco" (echo cancellation) modeliza una transformación lineal entre la señal del hablante distante (es decir la señal destinada a ser reproducida por el altavoz) y el eco registrado por el micrófono, de manera que define dinámicamente un filtro adaptativo, aplicado a la señal del hablante distante. El resultado de este filtrado se sustrae entonces de la señal recogida por el micrófono, lo que tiene por efecto la anulación de la mayor parte del eco acústico.

La etapa denominada de "supresión de eco" (echo suppression) tiene por función la supresión del eco residual presente después del tratamiento por la etapa de anulación de eco, atenuando este eco residual hasta el nivel del ruido de fondo.

Mientras que la anulación de eco se aplica esencialmente por una etapa de sustracción, la supresión de eco funciona por un control de la ganancia, que actuará igualmente sobre la señal útil captada por el micrófono (señal de voz del hablante cercano).

Finalmente, la etapa de reducción de ruido (noise reduction) tiene como objetivo reducir el ruido de fondo captado por el micrófono preservando a la vez la voz del hablante cercano. Esta reducción de ruido se lleva ventajosamente a cabo de manera dinámica y adaptativa, discriminando los periodos de silencio de la conversación para identificar el ruido en la misma, llevando a cabo a continuación la eliminación selectiva de ruido con una atenuación adap- tada.

Sin embargo, estos dispositivos no son completamente satisfactorios, en particular en el caso de los aparatos en los cuales la distancia entre altavoz y micrófono es muy pequeña en comparación con la distancia entre hablante cercano y micrófono: por lo tanto, cuando el hablante distante habla, sus palabras son reproducidas por el altavoz y son captadas de vuelta por el micrófono, típicamente con un nivel de eco que puede alcanzar veinte veces el nivel medio de las palabras del hablante cercano.

Por otra parte, debido especialmente a la movilidad de los teléfonos móviles actuales, ocurre muy a menudo que el hablante distante se encuentre en un entorno relativamente ruidoso (calle, oficina, restaurante, tren, etc.), con un nivel de ruido que puede alcanzar 1/10ª del nivel de sus palabras. Esta señal de ruido va a ser ella misma reproducida por el altavoz del dispositivo y va a participar en el eco acústico. Por lo tanto, el nivel de este ruido lejano en el eco será del mismo orden que el de las palabras del hablante cercano, incluso más elevado.

Por consiguiente, incluso después de anulación de eco, el eco residual procedente de este ruido lejano (ruido captado del lado del hablante distante) ya no será despreciable y la etapa de supresión de eco introducirá entonces una atenuación importante de la señal de voz del hablante cercano transmitida al hablante distante.

Hay que notar que, contrariamente a la voz, el ruido está presente permanentemente en el lado del hablante distante (es decir, incluso cuando éste no habla), lo cual introduce una atenuación casi permanente de la señal de voz transmitida desde el hablante cercano hasta el hablante distante. El resultado no se puede mejorar más que cuando el hablante distante permanece suficiente tiempo en silencio para que la etapa de anulación de eco pueda modelizar una transformación lineal de la señal de ruido que rodea al hablante distante.

Por otra parte, la etapa de anulación de eco, que se basa en un filtro lineal, no modeliza los fenómenos no lineales que pudiesen intervenir en la cadena de transmisión, especialmente al nivel del amplificador y del altavoz, ni el ruido de fondo eléctrico a nivel de los circuitos de conversión analógica/digital. Ahora bien, se trata de fenómenos no despreciables en el caso de productos de gran consumo, de bajo coste y dimensiones reducidas.

Estas no linealidades generan una inestabilidad en el algoritmo de anulación de eco, que debe intentar readaptarse en un tiempo muy corto.

Los componentes que resultan de estas no linealidades no se pueden atenuar por la anulación de eco, puesto que no están modelizados. No se pueden reducir más que por la etapa de supresión de eco, lo cual deteriora el comportamiento del dispositivo en dúplex integral, debido a la atenuación, en la voz del hablante cercano, de señales que no son del eco.

La presente invención tiene por objeto resolver estas diversas dificultades y limitaciones, gracias a un dispositivo provisto de un circuito de tratamiento digital que proporciona una reducción más eficaz del eco acústico, especialmente en presencia de fenómenos no lineales y en presencia, del lado del hablante...

1. Un dispositivo "manos libres" utilizable con un teléfono móvil, en especial un dispositivo autónomo adaptable de manera amovible en un vehículo automóvil, comprendiendo este dispositivo:

2. El dispositivo de la reivindicación 1, que comprende además:

3. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que la etapa (44) de reducción selectiva del ruido de fondo presente en la señal recibida en la salida de la etapa de supresión de eco comprende medios de análisis de coherencia temporal de la señal, aptos para determinar una probabilidad de presencia/ausencia de voz a priori a partir de los niveles de energía respectivos en el campo espectral, y para utilizar esta probabilidad para estimar un espectro de ruido y derivar una estimación sin ruido de la señal recibida.

4. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el filtro lineal adaptativo de la etapa (40) de anulación de eco comprende medios de puesta en práctica de un algoritmo predictivo de tipo APA.

5. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que los medios de control de ganancia de la etapa (42) de supresión del eco residual son medios selectivos de control de ganancia que operan de manera diferenciada en función de las frecuencias de la señal recibida.

6. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la etapa (54) de filtrado y de digitalización comprende medios de filtrado de paso bajo y de adaptación de nivel.

7. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que los circuitos del dispositivo están incorporados en una caja común (14) que lleva el altavoz (16) y el micrófono (18) dispuestos el uno cerca del otro.