CIRCUITO DE REDUCCIÓN DEL ECO ACÚSTICO PARA UN DISPOSITIVO "MANOS LIBRES" UTILIZABLE CON UN TELÉFONO MÓVIL.

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

especialmente un dispositivo autónomo adaptable de manera amovible en un vehículo automóvil, comprendiento este dispositivo:

- un circuito de recogida de señales acústicas, que incluye un micrófono (18) y medios (38) conversores analógico-digital,

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

- un circuito (20) de interfaz de una red telefónica, especialmente un circuito de interfaz inalámbrica de un teléfono móvil, y

- un circuito de procesamiento digital de las señales de audio captadas por el micrófono para su aplicación al entrar en los medios de interfaz, y de procesamiento de las señales de audio recibidas a la salida de los medios de interfaz para su restitución por el altavoz, incluyendo el circuito de procesamiento digital de las señales de audio medios de reducción del eco acústico que resulta de la interacción del altavoz con el micrófono, incluyendo estos medios:

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

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

- una etapa (44) de reducción selectiva del ruido de fondo presente en la señal recibida al salir de la etapa de supresión de eco, estando el dispositivo caracterizado porque comprende, además:

- una etapa (54, 56) de filtrado y de digitalización, que recibe al entrar la señal aplicada por el amplificador (30) al altavoz (16), y que proporciona al salir una señal correspondiente filtrada y digitalizada, aplicada como señal de referencia en la etapa (40) de anulación de eco.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2007/001362.

Solicitante: PARROT.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 174 QUAI DE JEMMAPES 75010 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: SEYDOUX,HENRI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04M9/08 ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04M COMUNICACIONES TELEFONICAS (circuitos para el control de otros aparatos vía cable telefónico y que no implican aparatos de conmutación telefónica G08). › H04M 9/00 Disposiciones de interconexión no comprendiendo conmutación centralizada. › 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.

PDF original: ES-2375758_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

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 usan 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 concretamente, el eco puede resultar 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 locutor, típicamente la habitación donde éste se encuentra o bien el habitáculo de un vehículo. Es a la eliminación de este último tipo de eco (eco acústico) a lo que se aplica muy particularmente la presente invención.

Este eco acústico constituye un elemento perturbador importante del dispositivo pudiendo llegar, a menudo, hasta a hacer incomprensible para el locutor remoto (el que está en el otro extremo de la vía de transmisión de la señal telefónica) las palabras del locutor próximo (aquel cuyas palabras se diluyen en el eco acústico) .

Estos aparatos incluyen un micrófono sensible destinado a captar la voz del locutor próximo, y un altavoz relativamente potente que reproduce la voz del locutor remoto durante una conversación telefónica. Sin embargo, por acople acústico entre estos dos transductores, el micrófono captará no sólo la voz del locutor 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 cerca se encuentren el micrófono y el altavoz y más elevada sea la potencia acústica restituida por el altavoz. Este es típicamente el caso de los sistemas a bordo de un vehículo automóvil, donde el nivel sonoro del altavoz es relativamente elevado para cubrir los ruidos circundantes.

Asimismo, la gran distancia entre el micrófono y el locutor conlleva un nivel relativo de ruido elevado que dificulta la extracción de la señal útil, diluida 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 por calzadas deformadas o adoquinadas, autorradio en funcionamiento, etc., dificultando aún más la puesta a punto de algoritmos apropiados de procesamiento de la señal.

Además, muchos de estos dispositivos se realizan en forma de aparatos autónomos, amovibles, que comprenden en una misma carcasa a la vez el micrófono y el 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 del orden de veinte veces más elevado que la señal de voz producida por el locutor próximo.

La eliminación de este eco acústico es particularmente delicada, especialmente en los entornos con mucho ruido, típicos de los vehículos automóviles, donde el ruido ambiente se añade a las señales de voz y de eco captadas por el micrófono.

Los dispositivos conocidos más eficientes 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.

La etapa denominada de “anulación de eco” (echo cancellation) modeliza una transformación lineal entre la señal del locutor remoto (es decir, la señal destinada a ser reproducida por el altavoz) y el eco registrado por el micrófono, de manera que se define dinámicamente un filtro adaptativo, aplicado a la señal del locutor 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.

La etapa denominada de “supresión de eco” (echo suppression) tiene por función suprimir el eco residual presente después de su procesamiento por la etapa de anulación de eco, atenuando este eco residual hasta el nivel del ruido de fondo. Mientras que la anulación de eco es aplicada esencialmente por una etapa sustractora, la supresión de eco funciona por un control de ganancia, que actuará también sobre la señal útil captada por el micrófono (señal de voz del locutor próximo) .

Finalmente, la etapa de reducción de ruido (noise reduction) apunta a reducir el ruido de fondo captado por el micrófono a la vez que preserva la voz del locutor próximo. Esta reducción de ruido se lleva a cabo ventajosamente de manera dinámica y adaptativa, discriminando los periodos de silencio de la conversación para identificar el ruido en ella, y a continuación aplicando una eliminación de ruido selectiva con una atenuación adaptada.

Los documentos JP-A-60 102052 y WO-A-96/26592 describen tales circuitos destinados a reducir la incidencia del eco acústico perturbador.

Sin embargo, estos dispositivos no son completamente satisfactorios, en particular en el caso de los aparatos donde la distancia entre el altavoz y el micrófono es muy pequeña en comparación con la distancia entre el locutor próximo y el micrófono: por lo tanto, cuando el locutor remoto habla, su voz es reproducida por el altavoz y es captada de vuelta por el micrófono, típicamente con un nivel de eco que puede alcanzar veinte veces el del nivel medio de la voz del locutor próximo.

Por otra parte, debido especialmente a la movilidad de los teléfonos móviles actuales, ocurre muy a menudo que el locutor remoto se encuentra en un entorno relativamente ruidoso (calle, oficina, restaurante, tren, etc...) , con un nivel de ruido que puede alcanzar 1/10 del nivel de su voz. Esta misma señal de ruido va a ser reproducida por el altavoz del dispositivo y 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 la voz del locutor próximo, incluso más elevado.

En consecuencia, incluso después de la anulación de eco, el eco residual procedente de este ruido lejano (ruido captado del lado del locutor remoto) dejará de ser despreciable y la etapa de supresión de eco introducirá entonces una atenuación importante de la señal de voz del locutor próximo, transmitida al locutor remoto.

Cabe señalar que, contrariamente a la voz, el ruido está presente permanentemente del lado del locutor remoto (es decir, incluso cuando éste no habla) , lo cual introduce una atenuación casi permanente de la señal de voz transmitida del locutor próximo al locutor remoto. El resultado sólo se puede mejorar cuando el locutor remoto permanece silencioso el tiempo suficiente para que la etapa de anulación de eco pueda modelizar una transformación lineal de la señal de ruido que circunda el locutor remoto.

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

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

Las componentes que resultan de estas no-linealidades no se pueden atenuar por la anulación de eco, ya que no se han modelizado. Sólo se pueden reducir mediante la etapa de supresión de eco, lo cual deteriora el comportamiento del dispositivo en situación de doble voz, debido a la atenuación, en la voz del locutor próximo, 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 procesamiento digital que proporciona una reducción más eficiente del eco acústico, especialmente en presencia de fenómenos no-lineales y en presencia, del... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo “manos libres” utilizable con un teléfono móvil, especialmente un dispositivo autónomo adaptable de manera amovible en un vehículo automóvil, comprendiento este dispositivo: 5

- un circuito de recogida de señales acústicas, que incluye un micrófono (18) y medios (38) conversores analógico-digital,

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

- un circuito (20) de interfaz de una red telefónica, especialmente un circuito de interfaz inalámbrica de un teléfono móvil, y

- un circuito de procesamiento digital de las señales de audio captadas por el micrófono para su aplicación al entrar en los medios de interfaz, y de procesamiento de las señales de audio recibidas a la salida de los medios de interfaz para su restitución por el altavoz, incluyendo el circuito de

procesamiento digital de las señales de audio medios de reducción del eco acústico que resulta de la interacción del altavoz con el micrófono, incluyendo estos medios:

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

- una etapa (42) de supresión del eco residual presente al salir de la etapa de anulación de eco, que comprende medios de control de ganancia, y - una etapa (44) de reducción selectiva del ruido de fondo presente en la señal recibida al salir de la etapa de supresión de eco, estando el dispositivo caracterizado porque comprende, además:

-una etapa (54, 56) de filtrado y de digitalización, que recibe al entrar la señal aplicada por el amplificador (30) al altavoz (16) , y que proporciona al salir una señal correspondiente filtrada y digitalizada, aplicada como señal de referencia en la etapa (40) de anulación de eco.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual la etapa (44) de reducción selectiva del ruido de fondo presente en la señal recibida al salir de la etapa de supresión de eco comprende medios de análisis de coherencia temporal de la señal, capaces de determinar una probabilidad de presencia/ausencia de voz a priori a partir de los niveles de energía respectivos en el campo espectral, y de utilizar esta probabilidad para estimar un espectro de ruido y derivar una estimación con ruido eliminado de la señal recibida.

35 3. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende, además:

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

40 4. Dispositivo según la reivindicación 2, en el cual la etapa (50) de reducción del ruido de fondo presente corriente arriba en la señal recibida al salir de los medios de interfaz comprende medios de análisis de coherencia temporal de la señal, capaces de determinar una probabilidad de presencia/ausencia de voz a priori a partir de los niveles de energía respectivos en el campo espectral, y de utilizar esta probabilidad para estimar un espectro de ruido y derivar una estimación con ruido eliminado de la señal recibida.

5. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual el filtro lineal adaptativo de la etapa (40) de anulación de eco comprende medios de aplicación de un algoritmo predictivo de tipo APA.

6. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual los medios de control de ganancia de la etapa (42) de

50 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.

7. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual la etapa (54) de filtrado y de digitalización comprende medios de filtrado de paso bajo y de adaptación de nivel. 55

8. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual los circuitos del dispositivo se incorporan a una carcasa común (14) que lleva el altavoz (16) y el micrófono (18) dispuestos el uno a proximidad del otro.


 

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