Un método y una disposición para cancelación de eco de señales de voz.

Un método para cancelar ecos en un terminal de comunicaciones (400) durante una llamada de voz con unaparte interesada opuesta,

comprendiendo el terminal (400) un altavoz y un micrófono, comprendiendo el método lasetapas siguientes que son ejecutadas por una unidad (416, 600) de cancelación de eco en el terminal (400):

a) recibir señales de habla desde el micrófono en una primera entrada (612) de la unidad (600) de cancelación de

eco,b) alimentar las señales de micrófono recibidas a una primera ramificación (608) y a una segunda ramificación(610),

c) recibir señales de habla desde la parte interesada opuesta en una segunda entrada (602) de la unidad (600) decancelación de eco,

d) producir en la primera ramificación (608) una primera estimación de una información de eco en las señales demicrófono, en base a las señales de micrófono recibidas y a las señales de habla recibidas desde la parte interesadaopuesta,

e) realizar una sustracción en la que la primera estimación producida es sustraída de las señales alimentadas a lasegunda ramificación (610), y

f) presentar a la salida el resultado de la sustracción a partir de la unidad (416, 600) de cancelación de eco,en el que la etapa de producir una primera estimación comprende además las siguientes sub-etapas:

* muestro descendente de las señales de micrófono recibidas en la primera ramificación (608) con un factor i demuestreo descendente,

* muestreo descendente de las señales de habla recibidas procedentes de la parte interesada opuesta con elfactor i de muestreo descendente,

* producción de una segunda estimación muestreada descendente de la información de eco de las señales demicrófono, filtrando las señales de habla sometidas a muestreo descendente procedentes de la parte interesadaopuesta en un filtro digital (606), y

* producción de la primera estimación mediante muestreo ascendente de la segunda estimación con un factor ide muestreo ascendente, igual al factor i de muestreo descendente,

caracterizado porque el factor i de muestreo descendente y de muestreo ascendente se elige a partir de unapluralidad de valores, donde cada uno de los valores representa un procedimiento de cancelación de eco (416a, b,..., n) disponible separado.

Un método y una disposición para cancelación de eco de señales de voz

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a cancelación de eco en comunicaciones de voz transferidas digitalmente, en las que dos o más terminales están en comunicación. En particular, la presente invención puede ser usada cuando dos partes están comunicando por habla a través de teléfonos móviles.

Antecedentes En un sistema de comunicación de voz digital, el habla es transferida entre terminales de una parte que habla y una parte que escucha por un enlace de comunicaciones. En la presente descripción, los terminales móviles están comunicando entre sí en un sistema de comunicaciones móviles. Sin embargo, los terminales pueden ser cualquier tipo de terminales para comunicación de habla transferida digitalmente con un micrófono y un altavoz. Además, el sistema de comunicación de voz puede ser cualquier tipo de sistema en el que dos o más partes estén comunicando su habla, mediante transferencia digital de señales de voz codificadas, por ejemplo un sistema de telefonía alámbrica o inalámbrica, un sistema de telefonía por conferencia, un sistema de teléfono de entrada en un edificio, radioteléfonos, etc.

Con referencia a la Figura 1a, dos personas 100 y 108 que están hablando entre sí, utilizan terminales 102 y 106, respectivamente, transmitiendo señales de habla digitalmente a través de un enlace de comunicaciones 104. Cada terminal tiene un micrófono y un altavoz. Cuando la persona 100 está hablando por el micrófono del terminal 102, su habla es transferida a través del enlace de comunicaciones 104, y es emitida desde el altavoz del terminal 106. El habla emitida desde el altavoz es recogida por el micrófono del terminal 106, junto con el habla de la persona 108, dando como resultado una señal combinada respecto al terminal 102 opuesto. Esta señal combinada es transferida a través del enlace de comunicaciones 104 hasta el terminal 102, donde la persona 100 la oye en su altavoz.

En este proceso, el habla captada por el micrófono del terminal 102 es convertida en señales digitales en el terminal 102, y a continuación es convertida de nuevo en señales analógicas en el terminal 106, antes de ser emitida como habla por el altavoz del terminal 106. De manera correspondiente, el habla captada por el micrófono del terminal 106 es convertida en señales digitales en el terminal 106, las cuales son convertidas de nuevo en señales analógicas en el terminal 102, antes de ser emitidas como habla por el altavoz del terminal 102.

Durante la transferencia desde el micrófono del terminal 102 hasta el altavoz del terminal 106 el habla es retardada, debido a procesamiento de las señales digitales en ambos terminales 102 y 106, y en cualesquiera enrutadores intermedios, puertas de acceso, etc., presentes en el enlace de comunicaciones 104, así como debido al retardo de la trayectoria de propagación. Tales procesos son, por ejemplo, la conversión analógica-digital o la digital-analógica (A/D y D/A, respectivamente) , codificación de habla, almacenamiento intermedio de habla, o cualesquiera otros procesos digitales asociados con la comunicación del habla. Las señales de voz reproducidas desde el altavoz del terminal 102, son retardadas debido a la conversión, procesamiento y propagación que se han descrito en lo que antecede. La Figura 1b muestra cómo el retardo total DTotal del habla entrante en el micrófono del terminal 102 hasta que es emitida por el altavoz del terminal 102 incluye básicamente las seis partes siguientes, indicadas también en la Figura 1a: D1, que resulta de la conversión A/D y procesamiento de señal en el terminal 102; D2, que procede del procesamiento de la señal y del retardo de la trayectoria de propagación por el enlace de comunicaciones 104; D3, que procede de la conversión D/A y procesamiento de señal en el terminal 106; D4, que resulta de la propagación del habla desde el altavoz del terminal 106 hasta el micrófono del terminal 106; D5, que procede de la conversión A/D y procesamiento de señal en el terminal 106; D6, que procede del procesamiento de señal y del retardo de la trayectoria de propagación por el enlace de comunicaciones 104; y D7, que procede de la conversión D/A y procesamiento de señal en el terminal 102. Como resultado, la persona 100 que utiliza el terminal 102, oye su propia habla a modo de un eco retardado, que es percibido naturalmente como una perturbación. Típicamente, el retardo DTotal del eco percibido está comprendido en la gama de 30-500 ms.

Para reducir ecos en un sistema de comunicación de voz digital, se aplican en general dos métodos en la actualidad, conocidos como supresión de eco y cancelación de eco a base de filtrado lineal.

Supresores de eco Un supresor de eco se utiliza típicamente en terminales móviles tales como los terminales 102 y 106, bloqueando temporalmente las frecuencias de las señales de salida hacia el enlace de comunicaciones 104 cuando se detecta que hay ecos presentes. Un supresor de eco común es el Procesador No Lineal, NLP. Para determinar cuándo hay ecos presentes y a qué frecuencias, el NLP del terminal 106 recibe información acerca de las frecuencias de las señales entrantes por el enlace de comunicaciones 104. También recibe información acerca de las frecuencias de las señales de micrófono del terminal 106. Un terminal (por ejemplo, 102 y 106) determina si actualmente es la parte que envía el habla o la que recibe el habla. Si un terminal 106 determina que es la parte receptora del habla, bloquea temporalmente frecuencias, que sean las mismas en las señales de micrófono del terminal 106 y en las señales entrantes por el enlace de comunicaciones 104, para evitar que sean transmitidas por el enlace de comunicaciones 104 hasta el terminal 102 opuesto. De forma similar, si un terminal 102 determina que es el receptor, bloquea temporalmente frecuencias, que sean las mismas en las señales de micrófono del terminal 102 y en las señales entrantes por el enlace de comunicaciones 104, para que no sean transmitidas por el enlace de comunicaciones 104 hasta el terminal 106 opuesto.

Alternativamente, el NLP de los terminales puede estar diseñado para detectar cuándo el eco llega a dominar el habla del usuario del terminal, y bloquear esas frecuencias.

Una ventaja del supresor de eco consiste en que la mayor parte de lo que no sea eco se mantiene para las frecuencias bloqueadas. Sin embargo, existen algunos inconvenientes: las frecuencias del sonido de fondo son bloqueadas temporalmente, dando como resultado una pérdida de naturalidad. En doble conversación, cuando dos personas están hablando simultáneamente, las frecuencias del habla de una de las partes son bloqueadas temporalmente, lo que afecta también al habla emitida por la otra parte.

Canceladores de eco basados en filtrado lineal

Típicamente, un cancelador de eco basado en filtrado lineal se utiliza también en terminales móviles tales como los terminales 102 y 106. Así, el cancelador de eco basado en filtrado lineal del terminal 106 estima la parte de la señal de micrófono del terminal 106, resultante del habla de la persona 100, que es emitida por el altavoz del terminal 106, y la substrae de las señales que van a ser transmitidas de nuevo al terminal 102. Para estimar el eco del habla, se utiliza un filtro digital. Una ventaja de los canceladores de eco basados en filtrado lineal consiste en que conservan la naturalidad del habla, puesto que no bloquean frecuencias del sonido de fondo o de la otra parte hablante. Sinembargo, los canceladores de eco basados en filtrado lineal tienen también algunos inconvenientes: Éstos pueden dejar un eco restante considerable debido a que el filtro digital no modela por completo el eco, y requiere una gran cantidad de capacidad de procesamiento para conseguir una reducción suficiente del eco.

Para proporcionar una estimación de la capacidad de procesamiento requerida, se proporciona un ejemplo en lo que sigue:

La tasa de cálculo C es el producto de una frecuencia de muestreo f y una longitud de filtro l, es decir, C= f x l, donde la longitud de filtro l es el producto de la frecuencia de muestreo f y el retardo de eco t, l = f x t. En otras palabras, C = f2 x t. Para un t de eco de 100 ms y una frecuencia de muestreo f de 8 kHz, la tasa de cálculo C es 80002 Hz x 0, 1 s = 6, 4 millones de operaciones por segundo (MOPS) . Para 16 kHz, se necesitarán 25, 6 MOPS. Para 32 kHz, 102, 4 MOPS, y para 48 kHz se requieren 230, 4 MOPS.

Combinaciones Los supresores de eco y los canceladores de eco basados en filtrado lineal están así asociados a algunos inconvenientes, por lo que las combinaciones que utilizan ambas técnicas son las más utilizadas,... [Seguir leyendo]

1. Un método para cancelar ecos en un terminal de comunicaciones (400) durante una llamada de voz con una parte interesada opuesta, comprendiendo el terminal (400) un altavoz y un micrófono, comprendiendo el método las etapas siguientes que son ejecutadas por una unidad (416, 600) de cancelación de eco en el terminal (400) :

a) recibir señales de habla desde el micrófono en una primera entrada (612) de la unidad (600) de cancelación de eco,

b) alimentar las señales de micrófono recibidas a una primera ramificación (608) y a una segunda ramificación (610) ,

c) recibir señales de habla desde la parte interesada opuesta en una segunda entrada (602) de la unidad (600) de cancelación de eco,

d) producir en la primera ramificación (608) una primera estimación de una información de eco en las señales de micrófono, en base a las señales de micrófono recibidas y a las señales de habla recibidas desde la parte interesada opuesta,

e) realizar una sustracción en la que la primera estimación producida es sustraída de las señales alimentadas a la segunda ramificación (610) , y

f) presentar a la salida el resultado de la sustracción a partir de la unidad (416, 600) de cancelación de eco,

en el que la etapa de producir una primera estimación comprende además las siguientes sub-etapas:

• muestro descendente de las señales de micrófono recibidas en la primera ramificación (608) con un factor i de muestreo descendente,

• muestreo descendente de las señales de habla recibidas procedentes de la parte interesada opuesta con el factor i de muestreo descendente,

• producción de una segunda estimación muestreada descendente de la información de eco de las señales de micrófono, filtrando las señales de habla sometidas a muestreo descendente procedentes de la parte interesada opuesta en un filtro digital (606) , y

• producción de la primera estimación mediante muestreo ascendente de la segunda estimación con un factor i de muestreo ascendente, igual al factor i de muestreo descendente,

caracterizado porque el factor i de muestreo descendente y de muestreo ascendente se elige a partir de una pluralidad de valores, donde cada uno de los valores representa un procedimiento de cancelación de eco (416a, b, …, n) disponible separado.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los procedimientos (416a, b, ..., n) de cancelación de eco requieren diferentes cantidades de capacidad de procesamiento del terminal (400) , y el procedimiento (416a, b, ..., n) de cancelación de eco se elige en base a la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal (400) .

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la etapa de seleccionar el procedimiento de cancelación de eco comprende además sustituir un procedimiento de cancelación de eco normalmente utilizado por el procedimiento de cancelación de eco seleccionado, si el procedimiento de cancelación de eco normalmente utilizado no es el mismo que el procedimiento de cancelación de eco seleccionado.

4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que las señales alimentadas a la segunda ramificación (610) son retardadas en un tiempo t con anterioridad a la sustracción de la etapa e) , siendo el tiempo t igual al retardo de tiempo introducido en la producción de la primera estimación.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el filtro digital (606) es adaptativo y la diferencia entre las señales de micrófono muestreadas descendentes y la segunda estimación se utiliza para adaptar el filtro (606) .

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que cualesquiera ecos restantes en las señales de salida desde la unidad (416, 600) de cancelación de eco son suprimidas por medio de un supresor de eco (422) .

7. Una disposición en un terminal de comunicaciones (400) , para cancelar ecos durante una llamada de voz con un parte interesada opuesta con anterioridad a la transferencia de las señales de habla a la parte interesada opuesta, que comprende una unidad (416, 600) de cancelación de eco, que tiene;

a) una primera entrada (612) adaptada para recibir señales de habla desde un micrófono (406) del terminal (400) ,

b) una segunda entrada (602) adaptada para recibir señales de habla desde una parte interesada opuesta,

c) una primera ramificación (608) adaptada para recibir las señales de micrófono en la primera entrada (612) , y producir una primera estimación de una información de eco de las señales de micrófono, en base a las señales de micrófono recibidas y a las señales de habla recibidas procedentes de la parte interesada opuesta,

d) una segunda ramificación (610) adaptada para recibir las señales de micrófono en la primera entrada (612) , y

e) un sustractor (622) adaptado para realizar una sustracción con la que la primera estimación producida en la primera ramificación (608) será sustraída de las señales de la segunda ramificación (610) , con anterioridad a ser presentadas en la salida de la unidad (416, 600) de cancelación de eco,

en la que la unidad (416, 600) de cancelación de eco comprende también:

• un primer muestreador descendente (614) adaptado para el muestreo descendente de las señales de micrófono recibidas en la primera ramificación (608) con un factor i de muestreo descendente,

• un segundo muestreador descendente (604) adaptado para el muestreo descendente de las señales de habla recibidas desde la parte interesada opuesta con el factor i de muestreo descendente,

• un filtro digital (606) adaptado para producir una segunda estimación de la información de eco de las señales de micrófono, filtrando las señales de habla muestreadas descendentes procedentes de la parte interesada opuesta, y

• un muestreador ascendente (618) adaptado para producir la primera estimación mediante muestreo ascendente de la segunda estimación con un factor i de muestreo ascendente, igual al factor i de muestreo descendente,

caracterizada porque el factor i de muestreo descendente es seleccionable a partir de una pluralidad de valores, donde cada valor de i representa un procedimiento (416a, b, ..., n) de cancelación de eco separado disponible.

8. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende un indicador de capacidad (418) adaptado para indicar la capacidad de procesamiento normalmente disponible del terminal (400) , y una unidad de control (420) adaptada para seleccionar uno de los procedimientos (416a, b, ..., n) de cancelación de eco disponibles, en base a la capacidad de procesamiento normalmente disponible indicada, requiriendo los procedimientos (416a, b, ..., n) de cancelación de eco disponibles cantidades diferentes de capacidad de procesamiento del terminal (400) .