Устройство и способ расчета коэффициентов фильтра эхоподавления

Устройство и способ расчета коэффициентов фильтра эхоподавления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Конструктивные решения предлагаемого изобретения относятся к устройству и способам расчета коэффициентов пропускания адаптивного фильтра, предназначенного для подавления эха микрофонного сигнала, возбуждаемого сигналом громкоговорителя, и могут быть применены, например, в системах конференцсвязи. К системам конференцсвязи здесь отнесены телефонные, видео- и другие разновидности сетей интерактивной дуплексной связи.

Акустическое эхо возникает, когда тональные сигналы, звуки и шумы от громкоговорителя улавливаются микрофоном, установленным в том же помещении или в той же акустической среде. В телекоммуникационных сетях такой акустический сигнал возвращается абоненту на дальнем конце линии в виде его собственной речи, звучащей с запозданием. В подобных ситуациях отраженные сигналы являются отвлекающим и раздражающим фактором и могут быть причиной нарушения полноценной интерактивной дуплексной связи. Кроме того, акустическое эхо может генерировать паразитный гул и другие проявления нестабильных состояний акустического контура обратной связи.

В публикации WO 2006/111370 А1 авторы описывают устройство и способ устранения эха многоканального аудиосигнала. Контроль над акустическим эхо-сигналом и подавление помех является существенной частью любой управляемой „без рук" сети дальней связи, например, системы телефонной или аудио- и видеоконференции. Описанный в издании способ обработки многоканальных звуковых сигналов громкоговорителя и, по меньшей мере, одного микрофонного сигнала включает в себя операции преобразования входного сигнала микрофона в его крактовременные спектры, расчета на основе сигналов громкоговорителя кратковременного спектра комбинированного сигнала громкоговорителя, расчета на основе входного сигнала микрофона кратковременного спектра комбинированного сигнала микрофона, оценки спектра амплитуды или спектра мощности эхо-сигнала в комбинированном кратковременном спектре сигнала микрофона, расчета фильтра усиления для коррекции амплитуды кратковременного спектра входного сигнала микрофона, применения фильтра усиления, по крайней мере, к одному спектру входного сигнала микрофона и преобразования отфильтрованного входного спектра микрофона во временную область.

Применяемые сегодня системы эхоподавления и эхокомпенсации, называемые также системами устранения эха, часто бывают неэффективными для многих видов

звуков, тонов и шумов, несмотря на используемые в них адаптивные фильтры. Например, в коммуникационной системе преобладание одного элемента над другим может привести к неоптимальной компенсации эхо-сигнала громкоговорителя в составе сигнала микрофона. С другой стороны, в случае искажений при совмещении компонент из разных источников вследствие использования средств подавления или компенсации эха могут возникать тональные артефакты, которые также воспринимаются как крайне раздражающий фактор.

Таким образом, на базе известного уровня техники в настоящем изобретении ставится задача улучшить качество звука в системах подавления или компенсации эхо-сигнала.

Эта задача решается с использованием устройства по пункту 1, способа по п.23, 25 или программы по п.26 патентной формулы.

В техническом исполнении вычислитель коэффициентов пропускания адаптивного фильтра сигнала микрофона, предназначенного для подавления эха, возбуждаемого сигналом громкоговорителя, включает в себя экстрактор стационарной или нестационарной составляющей сигнала громкоговорителя или производной сигнала громкоговорителя. Кроме того, в конструкцию включен вычислитель коэффициентов пропускания адаптивного фильтра на базе экстрагированных стационарных или нестационарных компонент сигнала.

При данной конфигурации осуществление способа расчета коэффициентов пропускания адаптивного фильтра микрофонного сигнала для подавления эха, возбуждаемого сигналом громкоговорителя, состоит в выборе стационарной или нестационарной составляющей сигнала громкоговорителя или производной сигнала громкоговорителя и вычислении коэффициентов пропускания адаптивного фильтра на основе селектированной стационарной или нестационарной компоненты сигнала.

Реализация предлагаемого изобретения основана на заключении, что улучшение качества звука может быть достигнуто за счет улучшения статистических свойств сигнала громкоговорителя или производной сигнала громкоговорителя, анализ которых выполняется при вычислении коэффициентов адаптивной фильтрации для подавления эха. С этой целью сигнал громкоговорителя или производную от сигнала громкоговорителя анализируют для выделения одной или нескольких соответствующих стационарных и/или нестационарных составляющих сигнала. Затем, на базе выявленной стационарной или нестационарной компоненты сигнала выполняют расчет коэффициентов пропускания адаптивного фильтра.

Стационарная компонента сигнала или производной сигнала, например громкоговорителя, может отображать, скажем, в частотной области, значение энергии, которое только незначительно изменяется во времени, или может образовывать соответствующую стационарную составляющую. Таким образом, стационарная составляющая подобного сигнала может быть определена, например, в частотной области при одновременном определении энергопоказателя для соответствующего полосового сигнала и усреднении во времени. Усреднение может быть плавающим и выполняться с различными расчетными характеристиками. Такое вычисление может быть выполнено рекурсивно с использованием конструкции типа фильтра с БИХ (БИХ = бесконечная импульсная характеристика). Аналогично, соответствующее усреднение может быть выполнено с использованием конструкции типа фильтра с КИХ (КИХ = конечная импульсная характеристика).

Следовательно, нестационарная компонента сигнала или производного сигнала громкоговорителя может быть определена на базе соответствующего полосового сигнала. В реализациях настоящего изобретения соотносимая нестационарная компонента может быть определена с помощью стационарной компоненты сигнала и фильтра усиления. Фильтр усиления может зависеть, по меньшей мере, от одного управляющего параметра, который при осуществлении настоящего изобретения определяют, например, на базе функции когерентности, которая учитывает сигнал громкоговорителя и сигнал микрофона или сигналы, производные от них.

Согласно данному изобретению коэффициенты пропускания первого фильтра вычисляют, исходя из стационарной составляющей сигнала, коэффициенты пропускания второго фильтра, на базе которых в итоге определяются коэффициенты пропускания для адаптивного фильтра, вычисляют, исходя из нестационарной компоненты. При этом коэффициенты пропускания адаптивного фильтра могут соответствовать последовательному соединению первого фильтра, который базируется на коэффициентах пропускания первого фильтра, со вторым фильтром, который базируется на коэффициентах пропускания второго фильтра. Реализация данного изобретения позволяет также определять коэффициенты фильтрации как на основе коэффициентов пропускания первого фильтра, так и на основе коэффициентов пропускания второго фильтра.

Далее будут описаны варианты конструктивных решений и функциональные возможности предлагаемого изобретения. В зависимости от версии исполнения как стационарные, так и нестационарные составляющие могут оцениваться, исходя из соответствующих сигналов. Далее, конструкция, реализуемая в соответствии с настоящим изобретением, может включать в себя устройство фильтрации шумов микрофонного сигнала, выполненное на основе коэффициентов фильтрации.

Варианты осуществления предлагаемого изобретения будут более подробно рассмотрены и графически проиллюстрированы ниже. Таким образом, более предметным обсуждение настоящего изобретения будет в сопровождении следующих фигур:

на фиг.1 показана типичная ситуация, при которой требуется устранение акустического эха;

на фиг.2 дана принципиальная блочная схема вычислителя коэффициентов фильтрации согласно подходу настоящего изобретения;

на фиг. с 3A по 3С даны принципиальные блочные схемы вариантов экстрактора согласно подходу настоящего изобретения;

на фиг.4А и 4B даны принципиальные блочные схемы дополнительного фильтра предварительного анализа эхо-сигнала согласно подходу настоящего изобретения;

на фиг. с 5А по 5Е даны принципиальные блочные схемы вариантов вычислителя в реализациях настоящего изобретения;

на фиг.6 дана принципиальная блочная схема модификации предлагаемого изобретения;

на фиг.7 дана принципиальная блочная схема осуществления изобретения в конфигурации вычислителя коэффициентов фильтрации;

фиг. с 8а по 8с графически отображают разделение стационарной и нестационарной компонент сигнала громкоговорителя;

на фиг.9а графически отображает функцию фильтра эхоподавления для нестационарной компоненты сигнала на частоте 1 кГц;

на фиг.9b графически отображает функцию коррелирующего фильтра эхоподавления для нестационарной компоненты этого сигнала;

на фиг. с 10а по 10с показано соотношение уровней стационарной и нестационарной составляющих, усиления предсказания и речевой активности канала громкоговорителя;

на фиг.11 дана принципиальная блочная схема варианта реализации предлагаемого изобретения;

на фиг.12 дана принципиальная блочная схема варианта реализации предлагаемого изобретения;

на фиг.13 представлена принципиальная блочная схема многоканального решения данного изобретения;

на фиг.14 приведен пример группирования спектра равномерного кратковременного преобразования Фурье для моделирования неравномерного частотного разрешения слуха человека;

на фиг.15а показан график применения интерполирующих фильтров Ханна для частотного сглаживания фильтра усиления;

на фиг.15b показана кривая интерполяции коэффициентов фильтра усиления.

В начале подробного описания на базе фигур со 2 по 15 вариантов реализации настоящего изобретения, решающих задачу подавления акустического эха за счет разделения стационарных и нестационарных составляющих сигнала, на фиг.1 проиллюстрирована типичная ситуация, в которой требуется устранение акустического эха.

На чертежах приняты следующие обозначения:

100 громкоговоритель;

110 микрофон;

120 акустическая среда;

130 сигнал громкоговорителя;

140 сигнал микрофона;

150 блок устранения эха;

160 сигнал с блокированным эхом;

170 прямой путь;

180 непрямой путь;

200 устройство (расчета коэффициентов фильтрации);

210 адаптивный фильтр;

220 вход;

230 времячастотный преобразователь (ВЧП);

240 фильтр предварительного анализа эхо-сигнала;

250 экстрактор;

260 фильтр предварительного анализа эхо-сигнала;

270 вычислитель;

280 вход;

290 времячастотный преобразователь (ВЧП);

300 частотно-временной преобразователь (ЧВП);

310 выход;

320 усреднитель;

330 фильтр усиления;

340 вычислитель параметров;

350 распределитель;

360 звено фильтра;

370 вычислитель параметров фильтрации;

380 комбинатор;

390 селектор;

400 определитель параметров;

410 распределитель;

420 кривая графика;

430 кривая графика;

440 фигурная скобка;

450 фигурная скобка;

460 стрелка;

470 фильтр предварительного анализа эхо-сигнала;

480 устройство задержки;

490 вычислитель величины энергии;

500 вычислитель величины энергии;

510 вычислитель величины энергии;

520 дополнительный вычислитель;

530 группиратор;

540 дополнительный группиратор.

Акустическое эхо возникает, когда микрофон улавливает тоны, звуки или шумы, исходящие от громкоговорителя, расположенного в том же помещении или в той же акустической среде. В телекоммуникационных системах акустические сигналы обратной связи ретранслируются собеседнику на дальнем конце линии, который воспринимает их как эхо собственной речи. В подобной ситуации эхо-сигналы могут быть сильным отвлекающим фактором и даже нарушать ход интерактивной полнодуплексной связи. Кроме того, акустическое эхо может генерировать паразитный свист и другие нестабильные состояния акустического контура обратной связи. Естественно, что системы дистанционной связи с управлением без использования рук, обеспечивающие полноценную двухстороннюю коммуникацию, требуют контроля за эхо-сигналом для устранения взаимодействия между громкоговорителем и микрофоном. Фиг.1 иллюстрирует ситуацию возникновения акустического эха.

На фиг.1 показаны громкоговоритель 100 и микрофон 110, расположенные в одной акустической среде 120, которая может, например, сформироваться в помещении. Аналогично акустическая среда 120 может быть образована внутренним объемом салона автомобиля.

На фиг.1 сигнал громкоговорителя 130, или x[n], где временной показатель n - целое число, поступает на громкоговоритель 100. Микрофон 110 ловит шумы, звуки и тональные сигналы общего звукового окружения 120 и генерирует микрофонный сигнал 140 или y[n]. Согласно фиг.1 сигнал громкоговорителя 130 и сигнал микрофона 140 в виде входных сигналов поступают в эхокомпенсатор 150, который на выходе формирует из микрофонного сигнала 140 очищенный от эха сигнал 160, или e[n].

Таким образом, фиг.1 иллюстрирует проблему возникновения и борьбы с акустическим эхом в системах двухсторонней связи. Сигнал с дальнего конца телекоммуникационной линии, преобразованный громкоговорителем в звук, поступает в микрофон прямым путем 170 и по отраженным траекториям 180-1, 180-2, которые называют также косвенными каналами. Вследствие этого микрофон 110 воспринимает не только голос, звучащий локально на передающем конце линии, но улавливает также и эхо, которое сразу же ретранслируется обратно на принимающий конец линии.

Иначе говоря, сигнал громкоговорителя x[n] вновь смешивается с сигналом микрофона y[n]. В идеале, с помощью блока эхокомпенсации 150 такое эхо должно быть полностью устранено, в то время как исходящий голосовой сигнал на ближнем конце телекоммуникационной системы должен быть пропущен.

Стандартным способом борьбы с отраженным сигналом является параллельное включение в канал распространения эхо-сигнала акустического эхоподавителя (АЭП), как описано в [1]. Такой акустический эхоподавитель анализирует цифровую реплику эхо-сигнала, вычитая ее впоследствии из измеренного или фактического микрофонного сигнала. Стандартные подходы к проблеме удаления акустического эха базируются на заключении, что прохождение эхо-сигнала может быть смоделировано с помощью фильтра с КИХ (с конечной импульсной характеристикой), после чего применяются соответствующие подавители акустического эха, что также описано в [С.Breining, P.Dreiseitel, E.Hänsler, A.Mader, В.Nitsch, H.Puder, Т.Schertler, G.Schmidt, and J. Tilp. Acoustic echo control. IEEE Signal Processing Magazine, 16(4): 42-69, July 1999]. В силу того, что путь формирования эха, как правило, неизвестен и, более того, может изменяться в ходе рабочего процесса, линейный фильтр такого акустического эхозаградителя обычно реализуется как адаптивный. Для моделирования типичных путей формирования эха применяются КИХ-фильтры с длительностью, не превышающей несколько сотен миллисекунд, что соответствует частоте дискретизации, что, в свою очередь, предполагает высокий уровень вычислительной сложности.

Уровни затухания эха, достигаемые при практическом использовании традиционных подходов, по различным причинам часто бывают недостаточными. Такими причинами могут быть, в частности, слишком продолжительная реверберация (эффект хвоста эха), которая приводит к погрешностям моделирования путей прохождения эхо-сигнала, нелинейные составляющие эхо-сигнала, вызванные, например, вибрациями или нелинейными отклонениями в недорогом аудиооборудовании, и конвергенция в случае высокой нестабильности каналов прохождения эха, что рассмотрено в [А.N.Birkett and R.A.Goubran. Limitations of handsfree acoustic echo cancellers due to nonlinear loudspeaker distortion and enclosure vibration effects. In Proc. IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, p.13 - 16, New Paltz, Oct. 1995]. Поэтому для ликвидации остаточного эха и его составляющих, которые не были устранены с помощью компенсатора акустического эха, эхокомпенсаторы комбинируют с нелинейными постпроцессорами, как описано в [G.Schmidt and E.Hänsler. Acoustic echo and noise control: a practical approach. Hoboken: Wiley, 2004]. В большинстве случаев остаточное эхо гасят частотно-избирательным способом, как описывается в [W.L.В.Jeannes, P.Scalart, G.Faucon, and С.Beaugeant. Combined noise and echo reduction in hands-free systems: a survey. IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, 9(8): 808-820, Nov. 2001]. Фактически, все акустические эхокомпенсаторы дооснащают постпроцессорами, поскольку слишком часто они не глушат эхо полностью, чтобы его не было слышно.

Недавно в [С.Faller and J.Chen. Suppressing acoustic echo in a sampled auditory envelope space. IEEE Trans. on Speech and Audio Proc., 13(5): 1.048-1.062, Sept. 20055, и С.Faller and С.Toumery. Estimating the delay and coloration effect of the acoustic echo path for low complexity echo suppression. In Proc. Intl. Works, on Acoust. Echo and Noise Control (IWAENC), Sept. 2005] было предложено несколько устройств подавления акустических эхо-сигналов в подполосовой области, которые сходны с вышеупомянутыми нелинейными постпроцессорами, но не нуждаются в компенсаторе акустического эха и в оценке импульсной характеристики траектории эха. В публикациях сообщается, что эти системы характеризуются низкой вычислительной сложностью, надежностью и высокими дуплексными характеристиками.

В разработке [С.Faller and С.Toumery. Estimating the delay and coloration effect of the acoustic echo path for low complexity echo suppression. In Proc. Intl. Works, on Acoust. Echo and Noise Control (IWAENC), Sept. 2005] устройства подавления акустического эха для вычисления спектров сигналов громкоговорителя и микрофона предлагается алгоритм с использованием оконного (кратковременного) преобразования Фурье (ОПФ). К соответствующему сигналу громкоговорителя применяют величину задержки d между двумя сигналами, преобразованными с помощью ОПФ, которую выбирают учитывая наибольшее воздействие импульсной характеристики канала прохождения эха.

Затем оценивают фильтр анализа действительного эхо-сигнала, который имитирует начальный путь прохождения эха. Для получения амплитудной спектральной характеристики эхо-сигнала к спектру сигнала громкоговорителя применяется расчетная величина задержки и фильтр предварительного анализа эхо-сигнала. С использованием полученной амплитудной спектральной характеристики эхо-сигнала рассчитывается действительный фильтр эхоподавления и применяется к спектру микрофонного сигнала для гашения эха.

Недостаток вышеупомянутых систем подавления акустического эхо-сигнала состоит в том, что они не в полной мере выполняют свои функции в отношении смешанных сигналов громкоговорителя, содержащих как стационарные, так и нестационарные составляющие. Это может иметь место, например, когда речь на дальнем конце линии звучит в условиях высокого уровня шума. В такой ситуации сигнал громкоговорителя и эхо-сигнал содержат нестационарную составляющую в форме речи на дальнем конце и стационарную составляющую в виде шумового фона на том же дальнем конце линии связи.

Действующие системы акустического эхоподавления задают только один эхогасящий фильтр для сигнала громкоговорителя. Отсюда следует, что в указанных подходах не учитывается, что компоненты эха с различными характеристиками возбуждают в сигналах передающего конца различные типы искажений, которые впоследствии требуют разных видов обработки.

На фиг.2 показан первый из вариантов реализации устройства 200 для расчета коэффициентов пропускания адаптивного фильтра 210, в котором, как и в сопутствующем способе, применено разделение стационарного и нестационарного сигналов для совершенствования эхоподавления и, следовательно, для улучшения качества воспринимаемого звука. Таким образом, технические решения по настоящему изобретению предполагают применение разнообразных методов компенсации сигналов в зависимости от их статистических свойств и особенностей, что обеспечивает более эффективное эхоподавление, в меньшей степени подверженное проявлению артефактов.

Подробное описание вариантов исполнения данного изобретения, представленных на фиг.3-5, предваряет рассмотрение принципиальной блочной схемы устройства 200. Здесь необходимо обратить внимание на то, что иллюстрации и описания принципиальных схем устройств, предлагаемых в изобретении, являются одновременно блок-схемами соответствующих способов. Иначе говоря, принципиальные блочные схемы рассматриваемых конструкций устройства соответствуют блок-схемам алгоритмов предлагаемого способа, где отображена последовательность операций, выполняемых компонентами оборудования.

При этом следует учитывать, что в рамках данного описания для устройств, блоков и схем, одинаковых или сходных по своим функциям, используются одинаковые или похожие номера ссылок. Одновременно, устройства, блоки и схемы, обозначенные совпадающими или похожими номерами ссылок, содержат идентичные или подобные структурные и функциональные характеристики. Другими словами, в предлагаемом описании одинаковые номера ссылок служат для обозначения устройств, блоков и схем, имеющих одинаковые или сходные функции, назначение или конструкцию. Это позволяет сжато изложить материалы представляемого изобретения, используя описание одного технического решения для пояснения другого варианта реализации, если однозначно не определено иное.

Кроме того, при описании изобретения для неоднократного обозначения устройств, блоков и схем на одной фигуре используются номера обобщающих ссылок. В частности, для двух непрямых траекторий 180-1, 180-2 на фиг.1 определены разные номера ссылок, но, если непрямые траектории упоминаются как таковые или если рассматриваются их общие отличительные свойства, применяется только номер обобщающей ссылки 180. Это также способствует краткости изложения и лучшему пониманию предлагаемого описания. Устройство 200 на фиг.2 имеет входной терминал 220 для ввода сигнала громкоговорителя, не показанного на фиг.2. Через входной терминал 220 сигнал вводится во времячастотный преобразователь 230, показанный на фиг.2 пунктиром как опция устройства 200. Из времячастотного преобразователя 230 сигнал может быть подан на первый фильтр анализа эхо-сигнала 240, который как опция тоже не обязателен в конструкции устройства 200. Выход фильтра предварительного анализа эхо-сигнала 240 соединен с входом 250а экстрактора 250, который, в свою очередь, через первый выход 250с и второй выход 250d может быть подключен к произвольно устанавливаемому второму фильтру предварительного анализа эхо-сигнала 260 через его первый вход 260а и второй вход 260b. Наличие этого фильтра преданализа эхо-сигнала также необязательно и зависит от конкретной реализации. Скажем, устройство 200, предлагаемое в настоящем изобретении, может быть конструктивно решено как с введением первого 240 и второго 260 фильтра предварительного анализа эхо-сигнала вместе или по отдельности, так и без любого из них или обоих. Безусловно, возможен вариант, где используется только один из двух фильтров предварительного анализа эхо-сигнала 240, 260. Осуществимы также технические решения с задействованием других элементов схемы.

При наличии второго фильтра предварительного анализа эхо-сигнала 260 его первый выход 260с и второй выход 260d подсоединяются к первому входу 270а и второму входу 270b вычислителя 270 коэффициентов пропускания адаптивного фильтра 210. Вычислитель 270 через выход 270d соединен с входом адаптивного фильтра 210.

На другой вход адаптивного фильтра 210 через дополнительный времячастотный преобразователь 290 от входного терминала 280 может подаваться сигнал микрофона. Выход адаптивного фильтра 210 может быть соединен через дополнительный частотно-временной преобразователь 300 с терминалом вывода микрофонного сигнала 310. Одновременно входной терминал 280 произвольно подключается через времячастотный преобразователь 290 к второму входу 250b экстрактора 250 и к третьему входу 270 с вычислителя 270. При этом оба ввода - 250b экстрактора 250 и 270с вычислителя 270 - играют роль вспомогательных и могут быть введены независимо друг от друга в различные аппаратные версии настоящего изобретения.

Например, устройство 200 может быть включено в блок устранения эха 150, показанный на фиг.1.

Перед более детальным рассмотрением функций устройства 200 в варианте на фиг.2 следует отметить, что, в целом, конструкция предлагаемого изобретения может быть решена на базе как дискретных, так и интегральных, или иных, более сложных, схем. В частности, данное изобретение может быть встроено в средства обработки данных, такие как процессоры, интегрированные системы (SOC = системы на кристалле), прикладные интегральные схемы (ASIC) или иные интегральные микросхемы и специализированные процессоры. В таких конфигурациях идентичные элементы контуров обработки данных могут задействоваться поочередно для различных устройств. Например, один и тот же логический вентиль арифметического логического устройства (АЛУ) микропроцессора может быть использован, во-первых, для управления экстрактором 250, и, во-вторых, вычислителем 270. Тем не менее, устройства могут значительно отличаться друг от друга, как, например, в вышеупомянутом случае они требуют разные управляющие команды, в совокупности определяющие каждое из устройств. В силу этого допустимо частичное или полное перекрывание элементов схемотехники, реализуемых в различных версиях устройств.

Во многом по этой причине здесь в описании сопряженные устройства, блоки и схемы понимаются как прямо или опосредованно взаимосвязанные. К примеру, если реализация базируется на средствах обработки данных, взаимодействие может осуществляться через ячейку памяти, содержащую промежуточный результат в форме защелкнутого в ней сигнала.

Более того, однако, конструктивные решения настоящего изобретения не ограничиваются цифровыми устройствами, хотя, в дальнейшем будут описываться преимущественно цифровые средства. Изобретение принципиально предусматривает возможность его аналогового и смешанного аналого-цифрового исполнения. В такие конфигурации дополнительно вводятся АЦП или ЦАП (аналого-цифровые или цифроаналоговые преобразователи) для трансформации одного вида сигналов в другой.

В зависимости от назначения устройства 200, изображенного на фиг.2, сигнал громкоговорителя, поступающий на вход 220, может быть преобразован в частотную область с помощью времячастотного преобразователя 230, который показан как опция. Времячастотный преобразователь 230 обеспечивает на выходе адекватное спектральное представление блоков данных (фреймов) из временной области. В зависимости от конкретной реализации изобретения в конфигурацию времячастотного преобразователя 230 могут быть введены преобразователь Фурье, подполосный преобразователь или КЗФ-преобразователь (на базе КЗФ = квадратурно-зеркального фильтра). Независимо от конкретного приложения времячастотный преобразователь 230 трансформирует принимаемый им сигнал (из временной области) в множество полосовых сигналов. Каждый полосовой сигнал имеет характеристическую частоту, которая может быть средней частотой, нижней частотой среза или верхней частотой среза соответствующей полосы. В зависимости от особенностей технического решения разные полосовые сигналы могут иметь больше одной характеристической частоты или характеризоваться другими параметрами.

Первый фильтр предварительного анализа эхо-сигнала 240 дает возможность модуляции акустической среды 120 (на фиг.1), которая обеспечила бы на его выходе сигнал, содержащий расчетную амплитудную спектральную характеристику, соответствующую сигналу, который будет сформирован наложением на сигнал микрофона сигнала громкоговорителя. Тем не менее, как уже пояснялось выше, первый фильтр предварительного анализа эхо-сигнала 240 является вспомогательным и не обязателен к монтажу.

Далее, сигнал громкоговорителя или сигнал, производный от него, полученный в результате преобразования и фильтрации соответствующими дополнительными инструментами 230 и 240, поступает на первый вход экстрактора 250. Экстрактор 250 селектирует из сигнала громкоговорителя или из его деривата стационарную и нестационарную компоненты. В частности, стационарная компонента может быть рассчитана через усреднение входного сигнала, что описано ниже.

В зависимости от выбранного технического решения сигнал может представлять собой вычисленный сигнал, имеющий отклонения от „реальной" стационарной составляющей. Соответственно, нестационарная составляющая может быть определена из стационарной составляющей сигнала, например, при задействовании фильтра усиления, который не показан на фиг.2.

В других реализациях экстрактор 250 может использовать другой метод оценки устойчивости.

Нестационарная компонента также может быть определена, например, путем сравнения временного изменения во входном сигнале. Кроме того, в случае встраивания в конфигурацию или в среду устройства 200 голосового кодека можно прибегнуть к методу предсказания с использованием экстрактора 250 для экстракции, по меньшей мере, одного из двух упомянутых сигналов. Подобный метод предсказания может представить, например, сигнал ошибки кодека LPC (LPC = кодирование с линейным предсказанием).

Экстрактор 250 имеет два выхода, обозначенных выше, на которые в зависимости от требований могут подаваться различные сигналы. В частности, как правило, по меньшей мере, стационарная или нестационарная компонента поступает на первый выход экстрактора 250. На второй выход поступает вторая из двух компонент или сигнал, содержащий информацию о выходном сигнале на первом выходе. Это могут быть, предположительно, параметры дальнейшей обработки вычислителем 270 соответствующего сигнала, или это может быть простой управляющий сигнал, указывающий, какая из двух составляющих передается.

По выполняемым функциям произвольный второй фильтр предварительного анализа эхо-сигнала 260, как правило, соответствует первому фильтру предварительного анализа эхо-сигнала 240. Обычно второй фильтр предварительного анализа эхо-сигнала 260, если он рассчитан на выполнение подобной оценки эха, может оценивать сигнал громкоговорителя на входном терминале 220, чтобы в результате получить сигнал, который соответствовал бы сигналу, воспринимаемому микрофоном при условии отсутствия других источников шума. Первый фильтр предварительного анализа эхо-сигнала 240, как и второй фильтр предварительного анализа эхо-сигнала 260, может факультативно включать в себя устройство задержки, учитывающее задержку эха громкоговорителя, улавливаемого микрофоном. Говоря иначе, фильтры 240, 260 могут быть применены также для задержки сигнала громкоговорителя, или производного от него, как с помощью дополнительно смонтированного устройства задержки, так и за счет внутренней схемотехники. В большинстве случаев разделение функций оценки эха, с одной стороны, и задержки, с другой, также возможно, если, например, первый фильтр предварительного анализа эхо-сигнала 240 будет использован только для задержки соответствующего сигнала, а второй фильтр предварительного анализа эхо-сигнала 260 - для анализа реального эха.

Затем сигналы от второго фильтра предварительного анализа эха 260 поступают на вычислитель 270, который, в свою очередь, вычисляет или определяет коэффициенты пропускания адаптивного фильтра 210, исходя из экстрагированной стационарной или нестационарной компоненты. В зависимости от конкретного приложения вычислитель 270 может, кроме того, обращаться к сигналу микрофона, поступающему на входной терминал 280, или к микрофонным сигналам, преобразуемым в частотную область. Этот сигнал доступен также для экстрактора 250, о чем подробнее говорится ниже.

Далее, адаптивный фильтр 210, получающий от вычислителя 270 коэффициенты фильтрации, корректирует спектр микрофонного сигнала с формированием на выходе, по меньшей мере, частично эхокомпенсированного варианта этого сигнала, который пересылается для последующей обработки. В зависимости от специфики технического исполнения микрофонный сигнал, прошедший эхокомпенсацию или описанную выше модификацию спектра, может быть реконвертирован во временную область с помощью частотно-временного преобразователя 300 или выведен напрямую на выходной терминал 310. Однако необходимости в обратном преобразовании во временную область с помощью преобразователя 300 может не быть, если, например, микрофонный сигнал закодирован в частотной или связанной с ней области.

Здесь, перед тем, как приступить к подробному рассмотрению в сопровождении фиг.3А-5Е элементов принципиальной схемы устройства 200 на фиг.2, следует обратить внимание на то, что преобразование сигнала громкоговорителя или его производного может большей частью выполняться в частотной области, причем обработке подлежат, соответственно, одиночный ассоциированный полосовой сигнал, совокупность полосовых сигналов, множество полосовых сигналов или все полосовые сигналы.

Также следует отметить, что отдельные устройства и фильтры могут работать, например, используя энергопоказатели, что зависит от индивидуального конструктивного решения. Энергетический показатель представляет собой результат возведения действительной величины-основания в степень с четным показателем или результат возведения модуля (абсолютной величины) в степень с любым показателем. Например, обрабабываемые с помощью отдельных фильтров или отдельных устройств кратковременные спектры могут использовать энергопоказатели, в частности, - значения энергии, образованные как квадраты модулей соответствующих спектральных коэффициентов. Аналогично этому модульные спектры, то есть абсолютные величины соответствующих спектральных коэффициентов, могут быть использованы с показателем 1. Формулируя иначе, величины, пропорциональные SzS^m, где m - положительное, скажем, натуральное, число, могут быть использованы в качестве энергетических показателей, начиная с любого значения z, являющегося действительной или комплексной величиной. При z, являющемся действительной величиной, величины, пропорциональные z^2m, могут дополнительно использоваться как энергопоказатели.

На фиг.3A дана принципиальная схема экстрактора 250, реализованного в соответствии с настоящим изобретением как возможный компонент устройства 200. Экстрактор 250 имеет только один первый вход 250а, произвольно соединенный с выходом первого фильтра предварительного анализа эхо-сигнала 240, показанного на фиг.2 как опция. Экстрактор 250 на фиг.3A не имеет второй вход (вход 250b на фиг.2).

К первому входу 250а экстрактора 250 подсоединен усреднитель 320, предназначенный для определения среднего значения сигнала на входе 250а. Термин „сигнал” обозначает здесь не только сигналы во временной области (временные сигналы), но и сигналы в частотной области, где соответствующие сигналы являются спектральным представлением сигналов временной области. Аналогично, сигналы могут включать в себя и транслировать информацию, полученную из вышеназванных сигналов, такую как величина амплитуды в частотной области (энергетический спектр), величины энергии (квадраты амплитуды), спектры и другие выведенные значения и показатели.

Внутри контура экстрактора 250 на фиг.3A сигнал, поступивший от входа 250а на усреднитель 320, выводится из него в виде стационарной составляющей сигнала через первый выход 250с. Как показано на фиг.2, первый выход 250с соединен с произвольным вторым фильтром предварительного анализа эхо-сигнала 260 и/или с вычислителем 270.

В рамках контура экстрактора 250 сигнал, принятый на первом входе 250а, далее поступает вместе со стационарной составляющей сигнала от усреднителя 320 на фильтр усиления 330, который формирует нестационарную составляющую сигнала и подает ее на второй выход 250d. Фильтр усиления 330 определяет нестационарную составляющую сигнала на базе принимаемого на первый вход 250а сигнала громкоговорителя или производного от него и на базе стационарной составляющей сигнала. Более подробно функции усреднителя 320 и фильтра усиления 330 будут рассмотрены далее в контексте описания фиг.2.

На фиг.3B показана возможная модификация экстрактора 250 в составе устройства 200. Экстрактор 250 на фиг.3B отличается от экстрактора на фиг.3A наличием вычислителя параметров 340, вход которого тоже