Cancelación de eco multicanal con regularización por permutación circular.

Un procedimiento para conmutar automáticamente entre dos tipos distintos de procedimientos de cancelación deeco al procesar una o más señales de reproducción y una señal capturada que contienen eco,

que comprende:

detectar si dicha(s) señal(es) de reproducción es(son) o no monoaural(es);

procesar la señal capturada y dicha(s) señal(es) de reproducción usando un procedimiento de cancelación deeco monoaural si dicha(s) señal(es) de reproducción es(son) monoaural(es);

procesar la señal capturada y dicha(s) señal(es) de reproducción usando un procedimiento de cancelación deeco con regularización por permutación circular multicanal si dicha(s) señal(es) de reproducción no es(son)monoaural(es), en donde la cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanalcomprende:

descomponer (1000) dicha(s) señal(es) de reproducción en una pluralidad de señales de subbanda;aplicar (1010) una pluralidad de filtros adaptables, comprendiendo cada uno una matriz de correlación inversa, acada una de las señales de subbanda;

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; y

conmutar dinámicamente entre el procedimiento de cancelación de eco monoaural y el procedimiento decancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal toda vez que la detección cambia deun tipo a otro.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08019621.

Solicitante: MICROSOFT CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: ONE MICROSOFT WAY REDMOND, WA 98052-6399 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: STOKES,JACK W. III, PLATT,JOHN C.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04B3/23 ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04B TRANSMISION.H04B 3/00 Sistemas de líneas de transmisión (combinados con sistemas de transmisión de campo cercano H04B 5/00). › utilizando una reproducción de la señal transmitida desplazada en el tiempo, p. ej. por dispositivo de anulación.
  • H04M9/08 H04 […] › 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-2388575_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

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]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para conmutar automáticamente entre dos tipos distintos de procedimientos de cancelación de eco al procesar una o más señales de reproducción y una señal capturada que contienen eco, que comprende:

detectar si dicha (s) señal (es) de reproducción es (son) o no monoaural (es) ;

procesar la señal capturada y dicha (s) señal (es) de reproducción usando un procedimiento de cancelación de eco monoaural si dicha (s) señal (es) de reproducción es (son) monoaural (es) ;

procesar la señal capturada y dicha (s) señal (es) de reproducción usando un procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal si dicha (s) señal (es) de reproducción no es (son) monoaural (es) , en donde la cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal comprende:

descomponer (1000) dicha (s) señal (es) de reproducción en una pluralidad de señales de subbanda;

aplicar (1010) una pluralidad de filtros adaptables, comprendiendo cada uno una matriz de correlación inversa, a cada una de las señales de subbanda;

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; y

conmutar dinámicamente entre el procedimiento de cancelación de eco monoaural y el procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal toda vez que la detección cambia de un tipo a otro.

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

3. El procedimiento definido en la reivindicación 1, en el cual el procedimiento de cancelación de eco es la cancelación de eco de cuadrados medios mínimos, LMS.

4. El procedimiento definido en la reivindicación 1, en el cual el procedimiento de cancelación de eco monoaural y el procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal comparten variables de estado.

5. El procedimiento definido en la reivindicación 1, que comprende adicionalmente usar una técnica de estimación para estimar una matriz de correlación para el procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal.

6. El procedimiento definido en la reivindicación 5, en el cual el uso de una técnica de estimación comprende adicionalmente resolver una ecuación normal de manera estadística, usando un procedimiento de pendiente más pronunciada al conmutar dinámicamente desde el procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal al procedimiento de cancelación de eco monoaural.

7. El procedimiento definido en la reivindicación 5, en el cual el uso de una técnica de estimación comprende adicionalmente resolver una ecuación normal determinísticamente usando un procedimiento de cuadrados mínimos al conmutar dinámicamente desde el procedimiento de cancelación de eco monoaural al procedimiento de cancelación de eco con regularización por permutación circular multicanal.

8. El procedimiento definido en la reivindicación 1, en el cual la señal capturada contiene subbandas capturadas inferiores y subbandas capturadas superiores, y que comprende adicionalmente procesar la subbanda capturada superior usando un procedimiento de cuadrados medios mínimos normalizados, NLMS.


 

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