PROCEDIMIENTO DE REDUCCION DEL ECO ACUSTICO RESIDUAL TRAS LA SUPRESION DE ECO EN UN DISPOSITIVO MANOS LIBRES.

Un procedimiento de tratamiento de una señal de audio captada por el micrófono (18) de un dispositivo "manos libres" (14) que consta igualmente de un altavoz (16) capaz de introducir por acoplamiento acústico con el micrófono un eco acústico parásito,

la señal captada por el micrófono constando de un componente útil de voz (32), un componente parásito de eco acústico (36) y un componente parásito de ruido ambiental (34), este procedimiento comprendiendo en el ámbito temporal:

- un tratamiento de anulación de eco (40) funcionando por sustracción en la señal captada de una señal de referencia entregada por un circuito adaptativo de modelización de dicho acoplamiento acústico,

comprendiendo además este procedimiento, en el ámbito frecuencial y en tramas sucesivas de la señal:

- un tratamiento de supresión del eco residual (42) que subsiste tras la ejecución del tratamiento de anulación de eco, comprendiendo:

• una estimación de los valores respectivos de la potencia del eco residual en una pluralidad de bandas de frecuencias definidas para tramas sucesivas de la señal, y

• el cálculo, y la aplicación, de una ganancia variable propia a cada banda de frecuencia y a cada trama, siendo la ganancia respectiva más débil en la medida en que, para la banda de frecuencia considerada, la potencia relativa estimada del eco residual es elevada, y a la inversa; y

- un tratamiento de reducción del ruido (44) presente en la señal tras la ejecución del tratamiento de anulación de eco, procedimiento caracterizado:

- porque comprende además, para cada banda de frecuencias y para cada trama:

• una estimación a priori de los valores respectivos de la potencia del ruido ambiental presente en la señal captada, y

• una comparación de los niveles relativos de la potencia del ruido y de la potencia del eco residual en la señal captada,

- y porque el cálculo de dicha ganancia variable se lleva a cabo en función de la potencia relativa estimada del eco residual cuando el nivel de este último es superior al del ruido, y en función de la potencia relativa estimada del ruido en el caso contrario

Procedimiento de reducción del eco acústico residual tras la supresión de eco en un dispositivo "manos libres".

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 puede aplicarse 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 concretamente, el eco puede resultar de dos fenómenos de distinta naturaleza. El primero es el eco denominado "eco de línea", limitado a la vía de transmisión y para el que se conocen diversos métodos 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 estancia en la que se encuentra o el habitáculo de un vehículo.

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

Este eco acústico constituye un elemento perturbador relevante del dispositivo que puede llegar, a menudo, hasta hacer incomprensible para el hablante remoto (el que se encuentra al otro lado de la vía de transmisión de la señal telefónica) las palabras del hablante próximo (aquel cuyas palabras quedan ahogadas en el eco acústico).

Estos aparatos constan de un micrófono sensible destinado a captar la voz del hablante próximo, y un altavoz relativamente potente que reproduce la voz del hablante remoto en el transcurso de una conversación telefónica. Sin embargo, mediante acoplamiento acústico entre estos dos transductores, el micrófono capta no sólo la voz del hablante próximo, sino también el ruido circundante y, sobre todo, el eco acústico, es decir la reverberación del sonido reproducido por el altavoz - y esto a un nivel tanto más elevado cuanto más próximos se encuentran el micrófono y el altavoz y que la potencia acústica restituida por el altavoz es elevada. Tal es típicamente el caso de los sistemas embarcados en un vehículo automóvil, en el que el nivel sonoro del altavoz es relativamente elevado para cubrir los ruidos que circundan.

Además, un número de estos dispositivos están realizados en forma de aparatos autónomos, amovibles, que constan simultáneamente en una misma carcasa del micrófono y del altavoz así como los botones de mando: la proximidad (algunos centímetros) entre el altavoz y el micrófono implica entonces un nivel de eco acústico considerable, típicamente unas veinte veces más elevado que la señal de voz producida por el hablante próximo.

Además, aparte del eco acústico, la importante distancia entre el micrófono y el hablante implica en estos dispositivos un nivel relativo de ruido elevado en la señal captada, que hace difícil la extracción de la señal útil ahogada en el eco y en el ruido. Este ruido presenta además características espectrales no estacionarias, es decir que evolucionan de manera imprevisible en función de las condiciones de conducción: paso por calzadas deformadas o adoquinadas, autorradio en funcionamiento, etc., que hacen aún más difícil la puesta a punto de algoritmos adecuados de tratamiento de la señal.

Por estos motivos, la eliminación del eco acústico es particularmente difícil, en especial en los entornos muy ruidosos, típicos de los vehículos automóviles, donde el ruido ambiental se suma a las señales de voz y de eco captadas por el micrófono.

También es importante que el tratamiento de eliminación del eco no introduzca distorsión sensible en la señal útil y no genere, o genere lo menos posible, "ruido musical", que es un tipo de ruido estridente especialmente perceptible y desagradable de oír.

Los dispositivos conocidos más eficientes emplean en tales casos: (i) un módulo de anulación de eco, (ii) un módulo de supresión de eco y (iii) un módulo de reducción de ruido.

El módulo denominado de "anulación de eco" (echo cancellation) o AEC (Acoustic Echo Canceller) ejecuta un algoritmo que modeliza el acoplamiento acústico micrófono/altavoz mediante una transformación lineal entre la señal del hablante remoto (es decir la señal destinada a ser reproducida por el altavoz) y el eco captado por el micrófono. Esta transformación define dinámicamente un filtro adaptativo, que se aplica entonces a la señal incidente procedente del hablante remoto. El resultado de este filtrado se sustrae entonces de la señal recogida por el micrófono, lo que tiene por efecto anular la mayor parte del eco acústico.

El módulo denominado de "supresión de eco" (echo suppression) tiene por función suprimir el eco residual presente después del tratamiento mediante el módulo de anulación de eco, atenuando ese eco residual hasta el nivel del ruido de fondo. A diferencia de la anulación de eco que se aplica esencialmente mediante sustracción de señales, la supresión de eco se lleva a cabo mediante control de ganancia. El inconveniente es que la reducción de la ganancia se aplica pues igualmente al componente útil de la señal captada por el micrófono (voz del hablante próximo), ya que esa ganancia se aplica indistintamente a la señal incidente, considerada en su globalidad.

Finalmente, el módulo de reducción de ruido (noise reduction) pretende reducir el ruido de fondo captado por el micrófono, preservando a la vez la voz del hablante próximo. Esta reducción de ruido funciona ventajosamente de manera dinámica y adaptativa, discriminando los períodos de silencio de la conversación para identificar en éstos el ruido y caracterizar el espectro del mismo, llevando a cabo a continuación una eliminación de ruido selectiva con una atenuación adaptada.

El documento WO-A-00/25441 describe un dispositivo que emplea los diversos módulos descritos más arriba.

Sin embargo, los dispositivos propuestos hasta ahora no ofrecen total satisfacción en las configuraciones de doble voz, especialmente en el caso de los aparatos en los que la distancia entre el altavoz y el micrófono es muy pequeña en comparación con la distancia entre el hablante próximo y el micrófono de manera que, como se ha indicado más arriba, cuando el hablante remoto habla, el nivel del eco producido es considerablemente superior al nivel medio de la voz del hablante próximo.

Por otro lado, el módulo de anulación de eco, que se basa en un filtro lineal adaptativo, no modeliza perfectamente el acoplamiento y no tiene en cuenta las no-linealidades introducidas especialmente a nivel del amplificador y del altavoz, ni del ruido de fondo eléctrico a nivel de los circuitos de conversión analógica/digital. Estos diversos fenómenos generan inestabilidad en el algoritmo de anulación de eco, que se debe readaptar en un tiempo muy corto.

El eco residual después del tratamiento por el módulo de anulación de eco puede alcanzar así un nivel relativamente elevado, de ahí la importancia de la tarea ejecutada por el módulo de supresión de ese eco residual.

La dificultad de idear un módulo de anulación de eco eficiente, combinada con la necesidad de un tratamiento de reducción del eco residual mediante un "post-procesador", lo mencionan en especial C. Faller y J. Chen, Suppressing Acoustic Echo in a Spectral Envelope Space, IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, Vol. 13, No. 5, pp. 1048-1062, Sept. 2005.

Para evitar las dificultades antes mencionadas, y para reducir la complejidad del algoritmo de reducción del eco acústico, estos autores preconizan una alternativa a la técnica de anulación de eco con filtro adaptativo linear: en lugar de intentar modelizar el acoplamiento acústico, el algoritmo analiza la envuelta espectral de la señal de eco y aplica directamente un tratamiento de modificación espectral que tiene en cuenta especialmente la selectividad frecuencial del sistema auditivo humano.

La técnica propuesta por este documento presenta sin embargo serias limitaciones en el caso de señales cuyo nivel de eco es muy elevado y en los entornos fuertemente ruidosos, típicos de los adaptadores manos libres utilizados en un habitáculo de automóvil, para los que las técnicas que emplean una modelización del acoplamiento acústico con filtro lineal adaptativo se revelan netamente más eficientes, con una mejor eliminación del eco y una menor distorsión de la señal de...

1. Un procedimiento de tratamiento de una señal de audio captada por el micrófono (18) de un dispositivo "manos libres" (14) que consta igualmente de un altavoz (16) capaz de introducir por acoplamiento acústico con el micrófono un eco acústico parásito,

la señal captada por el micrófono constando de un componente útil de voz (32), un componente parásito de eco acústico (36) y un componente parásito de ruido ambiental (34), este procedimiento comprendiendo en el ámbito temporal:

2. El procedimiento de la reivindicación 1, que incluye además:

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la potencia relativa estimada del eco residual viene dada, para la banda de frecuencias k definida para la trama l, por la expresión:

donde:

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el cálculo de dicha ganancia variable se efectúa igualmente en función de una estimación a posteriori de los valores respectivos de la potencia del eco residual en la señal captada.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que el cálculo de dicha ganancia variable se efectúa en función de la estimación a posteriori de los valores respectivos de la potencia del eco residual en la señal captada, tanto cuando el nivel del eco residual es superior al del ruido, como en el caso contrario.