Cancelación de eco multicanal con regulación por permutación circular.

Un procedimiento para cancelar ecos de una pluralidad de señales de reproducción en una señal capturada,

comprendiendo la señal capturada subbandas capturadas inferiores y subbandas capturadas superiores, ycomprendiendo la pluralidad de señales de reproducción subbandas de reproducción inferiores y subbandas dereproducción superiores, estando el procedimiento caracterizado por

usar un primer procedimiento de cancelación de eco para cancelar ecos de las subbandas capturadas superiores; yusar un procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal para cancelar losecos en las subbandas capturadas inferiores, en el que el procedimiento de cancelación de eco con regularización porpermutación circular multicanal comprende adicionalmente:

aplicar (1010) una pluralidad de filtros adaptables, comprendiendo cada uno una matriz de correlación inversa, acada una de las subbandas de reproducción inferiores;

seleccionar (1020) cada uno entre la pluralidad de filtros adaptables en una secuencia de permutación circular; yregularizar (1030) la matriz de correlación inversa de cada filtro adaptable seleccionado.

Cancelación de eco multicanal con regularización por permutación circular

La presente invención se refiere, en general, al procesamiento de señales y, más específicamente, a un procedimiento y sistema de cancelación del eco de múltiples canales de reproducción en un canal capturado usando regularización por permutación circular.

La cancelación del eco es un elemento importante en una gran variedad de aplicaciones. En general, la cancelación del eco es la cancelación digital de ecos eléctricos y acústicos de modo tal que los ecos se atenúen o eliminen. La cancelación del eco es esencial en aplicaciones tales como los sistemas de comunicaciones, donde se usa para mejorar la calidad del sonido. La cancelación del eco se usa para superar varios tipos distintos de ecos, incluso ecos híbridos, causados por un desajuste de impedancia a lo largo de una línea eléctrica (incluso una línea telefónica) , y ecos acústicos, causados por el acoplamiento acústico del sonido proveniente de un altavoz a un micrófono. Estos tipos de ecos aparecen en varias tecnologías distintas, tales como la telefonía inalámbrica, la telefonía de manos libres, los sistemas de teleconferencia, la telefonía por Internet y los sistemas de reconocimiento del habla. Al usar la cancelación de ecos, se mejora la calidad de sonido y la utilidad de estas y muchas otras tecnologías.

Un tipo de cancelación de ecos es la cancelación de ecos acústicos, que se usa para eliminar los ecos de las ondas sonoras acústicas. Habitualmente, estos ecos se forman cuando los sonidos emitidos por uno o más altavoces son recogidos por uno o más micrófonos. Los ecos acústicos pueden ser bastante perceptibles e incluso molestos para un usuario.

En general, la cancelación de ecos acústicos funciona obteniendo una o más señales de reproducción, yendo cada una a los correspondientes altavoces, y restando una estimación del eco producido por esa señal de reproducción a dicha (s) señal (es) de micrófono. Más específicamente, las señales de reproducción a través de este bucle de eco son transformadas y retardadas, se añaden el ruido de fondo y posiblemente el habla del extremo cercano en el micrófono y se usa un procedimiento de sustracción para la cancelación del eco. La señal obtenida después de la sustracción se llama la señal de error, y el objetivo es minimizar la señal de error cuando no está presente ninguna voz de extremo cercano en la señal del micrófono.

El corazón del sistema de cancelación de ecos acústicos es el filtrado adaptable. En general, un filtro adaptable se usa para identificar o “aprender” una función de transferencia de la habitación que contiene los altavoces y micrófonos. Esta función de transferencia dependerá en gran medida de las características físicas del entorno de la habitación. El filtro adaptable funciona tomando la señal de reproducción enviada a los altavoces y ajustando de manera recursiva algunos coeficientes que representan una respuesta de impulso de la habitación. La señal de error, que es el eco estimado restado al eco efectivo, se usa para cambiar los coeficientes del filtro de modo tal que se minimice el error.

Tradicionalmente, cada una de las señales de reproducción se procesa como un flujo único de muestras temporales, con una única línea de retardo y un único filtro. Para mejorar esto, la señal de reproducción puede dividirse en subbandas y una pluralidad de filtros adaptables pueden funcionar en paralelo, un filtro adaptable por subbanda. El cambio de la longitud de los filtros adaptables en las distintas subbandas, según la longitud del eco en esa subbanda, a fin de reducir la complejidad de cálculo, se expone en un artículo de A. Gilloire titulado “Experimentos con canceladores de ecos acústicos de subbandas para la teleconferencia” en la Conferencia Internacional de 1987 sobre Acústica, Voz y Procesamiento de Señales, 1987, págs. 2141 a 2144. Según ese artículo, los filtros adaptables para las subbandas inferiores pueden alargarse a fin de ahorrar ciclos de cálculo de la CPU, porque los sonidos bajos tienden a reverberar más tiempo. En las subbandas superiores, los filtros pueden ser más cortos. De esa manera, el artículo de Gilloire sugería que pueden usarse filtros adaptables más largos en las subbandas inferiores y filtros adaptables más cortos en las subbandas superiores.

Para cancelar los ecos en una señal capturada, cada subbanda de la señal de reproducción se almacena en una línea de retardo digital, donde las señales de subbandas retardadas se separan en tomas. En cada toma, se muestrea la señal de reproducción. El número de tomas de un filtro describe la longitud de la línea de retardo digital. Por ejemplo, cuatro tomas significa que la señal de reproducción se muestrea en la trama actual, la trama actual – 1, la trama actual

- 2 y la trama actual – 3. Cada uno de los retardos es igual a la longitud de trama (que puede ser, a modo de ejemplo, de aproximadamente 16 milisegundos o 20 milisegundos) . Así, si la longitud de la trama es de 16 ms, y hay cuatro tomas (o un filtro adaptable de longitud 4) , y si los filtros adaptables se implementan usando filtrado adaptable de subbandas en el dominio de frecuencia, la señal de reproducción se examina en una trama actual, la trama anterior en 16 ms, la trama anterior en 32 ms y la trama anterior en 48 ms al momento actual.

Cada muestra se multiplica por la conjugada compleja de un peso (llamado un peso de toma, W) , se suma el peso multiplicado y luego se resta a la señal del micrófono. Cada peso de toma se ajusta para minimizar la potencia de salida. La minimización de la potencia de salida suprime tanto de la señal del altavoz como sea posible, reduciendo por ello los ecos.

La cancelación de ecos acústicos se usó por primera vez en sistemas monoaurales (o mono) . La FIG. 1 ilustra un sistema 100 de cancelación de ecos acústicos (AEC) de canal único, usado para procesar una señal de reproducción monoaural. Una señal x 105 de reproducción monoaural se copia en señales iguales multicanal y se reproduce luego a través de un altavoz derecho 110 y un altavoz izquierdo 120. Los ecos 130, 140 de cada uno de los altavoces 110, 120 se reflejan desde una pared 150 en una habitación y son capturados por un micrófono 160. El micrófono también captura el habla deseada 165 (tal como la proveniente de un participante de teleconferencia) y el ruido 170 de fondo.

Los ecos 130, 140, el habla deseada 165 y el ruido 170 de fondo se combinan para construir una señal y de micrófono. La señal y de micrófono es procesada por un primer banco 175 de filtros de análisis y la señal x de reproducción es procesada por un segundo banco 180 de filtros de análisis, de modo tal que las señales x e y sean transformadas, desde el dominio temporal, en señales X e Y, respectivamente, del dominio de frecuencia. Es importante realizar la AEC en el dominio de frecuencia porque los ecos en la AEC son bastante largos y los filtros adaptables convergen más a menudo y más rápidamente en el dominio de frecuencia que en el dominio temporal. Debería observarse que los bancos 175, 180 de filtros de análisis pueden implementarse como cualquier transformación compleja del dominio de frecuencia, tal como una transformación rápida de Fourier (FFT) en ventanas (incluso la ventana de cuadro) o bien, en una realización ejemplar, una transformación compleja modulada por etapas (MCLT) .

Las señales X e Y transformadas se ingresan a un procesador 185 monoaural de AEC que usa un filtro adaptable para aprender la función de transferencia de la habitación, a fin de minimizar la señal de error. La señal procesada se envía a un banco 190 de filtros de síntesis que transforma la señal del dominio de frecuencia, de eco reducido, que contiene voz del extremo cercano, nuevamente al dominio temporal. Obsérvese que el procesador monoaural de AEC en la FIG. 1 solamente usa un único filtro adaptable por subbanda.

La FIG. 2 es un diagrama en bloques detallado del procesador monoaural 185 de AEC mostrado en la FIG. 1 para una única subbanda m y trama n. El procesador 185 monoaural de AEC contiene un único filtro adaptable 200 para cada subbanda. Se usa una actualización 210 de coeficientes de filtro adaptable para actualizar los coeficientes procesados del filtro 200 adaptable de subbanda. Cuando la señal x de reproducción monoaural se reproduce para los altavoces 110, 120, según se muestra en la FIG. 1, se implementa el único filtro adaptable 200.... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para cancelar ecos de una pluralidad de señales de reproducción en una señal capturada, comprendiendo la señal capturada subbandas capturadas inferiores y subbandas capturadas superiores, y comprendiendo la pluralidad de señales de reproducción subbandas de reproducción inferiores y subbandas de

reproducción superiores, estando el procedimiento caracterizado por

usar un primer procedimiento de cancelación de eco para cancelar ecos de las subbandas capturadas superiores; y

usar un procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal para cancelar los ecos en las subbandas capturadas inferiores, en el que el procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal comprende adicionalmente:

aplicar (1010) una pluralidad de filtros adaptables, comprendiendo cada uno una matriz de correlación inversa, a cada una de las subbandas de reproducción inferiores;

seleccionar (1020) cada uno entre la pluralidad de filtros adaptables en una secuencia de permutación circular; y

regularizar (1030) la matriz de correlación inversa de cada filtro adaptable seleccionado.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual el primer procedimiento de cancelación de eco es un 15 procedimiento de cuadrados medios mínimos normalizados, NLMS.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual la pluralidad de filtros adaptables son filtros adaptables de cuadrados mínimos recursivos, RLS, y que comprende adicionalmente calcular (1120) cada matriz de correlación a partir de una matriz de correlación inversa.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual la regularización comprende adicionalmente sumar un valor 20 positivo pequeño a los elementos diagonales de la matriz de correlación.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual la regularización de la matriz de correlación comprende adicionalmente:

definir un valor de umbral;

comparar cada elemento diagonal de la matriz de correlación con el valor de umbral; y

fijar el elemento diagonal igual al valor de umbral si el elemento diagonal de la matriz de correlación es más pequeño que el valor de umbral.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual la regularización de la matriz de correlación comprende adicionalmente garantizar que la pluralidad de filtros adaptables permanezcan estables.