DE19729521A1 - Noise and echo suppression method especially for hands-free apparatus - Google Patents
Noise and echo suppression method especially for hands-free apparatusInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stör- und Echounterdrückung in einer eine Freisprecheinrich tung aufweisenden Fernsprecheinrichtung. Die Erfin dung betrifft desweiteren eine Vorrichtung zur Aus führung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for interference and Echo cancellation in a hands-free system device having telephone device. The Erfin dung also relates to a device for off implementation of this procedure.
Beim Betrieb von Freisprecheinrichtungen ergibt sich allgemein das Problem, daß die Sprache eines Teilnehmers aufgrund des Abstandes zu der Freispre cheinrichtung gedämpft und von Umgebungsgeräuschen überlagert übertragen wird. Häufig haben die Umge bungsgeräusche einen hohen Pegel, beispielsweise in LKWs oder in Fabrikhallen, so daß der Si gnal/Störabstand gering ist. Andererseits wird die Sprache des anderen Teilnehmers ebenfalls von dem Mikrophon der Freisprecheinrichtung aufgenommen und somit um die Laufzeit des Systems verzögert an die sen Teilnehmer zurückübertragen.When operating hands-free devices results generally the problem that the language of a Participant due to the distance to the free speaker dampened and from ambient noise is superimposed. Often the reverse Practice noise a high level, for example in Trucks or in factories, so that the Si gnal / signal to noise ratio is low. On the other hand, the Language of the other participant also from that Microphone of the speakerphone added and thus delayed by the running time of the system transfer the participant back.
Zur Reduktion der Störgeräusche und damit zur Ver besserung der subjektiven Qualität und der Ver ständlichkeit des zu übertragenden Sprachsignals werden Geräuschreduktionssysteme eingesetzt. Diese Systeme arbeiten vorzugsweise im Frequenzbereich und führen auf der Basis des geschätzten Leistungs dichtespektrums des Störgeräusches eine Filterung durch. Die Schätzung selbst erfolgt entweder wäh rend Sprachpausen oder fortlaufend.To reduce noise and thus to ver improvement of subjective quality and ver consistency of the speech signal to be transmitted noise reduction systems are used. This Systems preferably operate in the frequency domain and perform based on the estimated performance density spectrum of the noise a filtering by. The estimate itself is either made rend speech breaks or continuously.
Zur Vermeidung beziehungsweise Verringerung von akustischen Echos werden sogenannte Echokompensato ren oder aber sogenannte Pegelwaagen eingesetzt. Um eine ausreichend hohe Dämpfung und damit ein sehr kleines Restecho zu erreichen, ist ein Echokompen sator verhältnismäßig hoher Ordnung erforderlich. Dies führt jedoch zu einer verschlechterten Konver genz, insbesondere wenn im Mikrophonsignal auch Um gebungs-Störgeräusche vorhanden sind. Der Einsatz einer Pegelwaage hat den Nachteil, daß durch die Signaldämpfung in einer Übertragungsrichtung die Duplexfähigkeit verschlechtert wird und zudem zu einem fluktuierenden Pegel vorhandener Umgebungs störungen in dem zu übertragenden Signal führt.To avoid or reduce acoustic echoes become so-called echo compensation Ren or so-called level scales used. Around a sufficiently high damping and thus a very To achieve a small residual echo is an echo compass relatively high order sator required. However, this leads to a deteriorated converter limit, especially if Um in the microphone signal there is interference. The stake A level scale has the disadvantage that Signal attenuation in a transmission direction Duplex capability is deteriorating and moreover a fluctuating level of existing surroundings leads to interference in the signal to be transmitted.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine wirkungsvolle Echo- und Störgeräuschreduktion ermöglichen.The object of the invention is therefore to to provide a method and an apparatus which effective echo and noise reduction enable.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Darüber hin aus wird die Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.This problem is solved by a method that has the features of claim 1. Beyond that from the invention with a device solved the features of claim 16.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, das im Mikrophonsignal enthaltene akustische Echo mittels eines beliebigen Echokompensators zu dämpfen. Das Ausgangssignal des Echokompensators wird dann einem nachgeschalteten Filter zugeführt, das auf der Grundlage eines geschätzten Leistungsdichtespek trums des Restechosignals sowie eines geschätzten Leistungsdichtespektrums des Störsignals eine Fil terung zur kombinierten Dämpfung des Restechos und des Störsignals durchgeführt.The inventive method provides that in Acoustic echo contained in the microphone signal attenuate any echo canceller. The Output signal of the echo canceller is then one downstream filter supplied on the Basis of an estimated power density spec of the residual echo signal and an estimated Power density spectrum of the interference signal a fil combination for damping the residual echo and of the interference signal.
Der Vorteil dieses Verfahrens beziehungsweise der dieses Verfahren ausführenden Vorrichtung liegt darin, daß ein einzelnes Filter eine kombinierte Dämpfung des Restechos und der Störreduktion durch führt.The advantage of this method or device carrying out this method in that a single filter combined a Attenuation of residual echo and interference reduction leads.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung erge ben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention ben from the subclaims.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbei spiels mit Bezug auf die einzige Figur erläutert. Diese zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zur kombinierten Echodämpfung und Störgeräuschredukti on.The invention will now be described with reference to an embodiment game explained with reference to the single figure. This shows a block diagram of a system for combined echo attenuation and noise reduction on.
In der einzigen Figur ist eine Freisprecheinrich tung 1 dargestellt, die ein Mikrophon 3 und einen Lautsprecher 5 umfaßt. Eine solche Freisprechein richtung 1 ist beispielsweise Bestandteil eines Au totelefons.In the single figure, a device 1 is shown, which comprises a microphone 3 and a speaker 5 . Such a speakerphone 1 is part of a car phone, for example.
Die Freisprecheinrichtung 1 weist darüber hinaus ein Echo- und Störsignal-Unterdrückungssystem 7 auf, daß aus einem Echokompensator 9 und einem Fil ter 11 besteht. The hands-free device 1 also has an echo and interference signal suppression system 7 that consists of an echo canceller 9 and a filter 11 .
Dem Echokompensator 9, der im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel im Zeitbereich arbeitet, wird das Mi krofonausgangssignal y(k) zugeführt. Das Mikrofon ausgangssignal y(k) setzt sich zusammen aus einem Sprachsignal s(k), einem durch Umgebungsgeräusche verursachten Störsignal n(k) und einem vom Laut sprecher 5 verursachtes Echosignal d(k). Dem Laut sprecher 5 wiederum wird ein vom einem fernen Teil nehmer gesendetes Signal x(k) zugeführt.The echo canceller 9 , which works in the present embodiment in the time domain, is supplied with the microphone output signal y (k). The microphone output signal y (k) is composed of a speech signal s (k), an interference signal n (k) caused by ambient noise and an echo signal caused by the loudspeaker 5 d (k). The loudspeaker 5 in turn a signal sent from a distant subscriber x (k) is supplied.
Der Echokompensator 9 ermittelt anhand des ihm zu
geführten fernen Sprachsignals x(k) ein geschätztes
Echosignal (k), daß er vom Mikrophonsignal y(k)
subtrahiert. Der Echokompensator 9 liefert somit
ein Signal e(k), daß sich wie folgt darstellen
läßt:
The echo canceller 9 uses the distant speech signal x (k) which is fed to it to determine an estimated echo signal (k) that it subtracts from the microphone signal y (k). The echo canceller 9 thus delivers a signal e (k) which can be represented as follows:
e(k) = s(k) + n(k) + b(k),
e (k) = s (k) + n (k) + b (k),
wobei b(k) das Restecho darstellt mit
where b (k) represents the residual echo with
b(k) = d(k) - (k).b (k) = d (k) - (k).
Das Signal e(k) wird dann dem Filter 11 zugeführt, gefiltert und dem fernen Teilnehmer als Signal (k) übermittelt.The signal e (k) is then fed to the filter 11 , filtered and transmitted to the remote subscriber as a signal (k).
Da die Funktions- und Arbeitsweise des Echokompen sators 9 bekannt ist, wird auf eine nähere Be schreibung verzichtet.Since the function and mode of operation of the echo compensator 9 is known, a more detailed description is dispensed with.
Dem Filter 11 kommt nun die Aufgabe zu, ein Signal (k) bereitzustellen, daß keine oder nur geringe Anteile des Restechosignals b(k) und des Störsi gnals n(k) enthält.The filter 11 now has the task of providing a signal (k) that contains no or only small portions of the residual echo signal b (k) and the Störsi signal n (k).
Das Filter 11 arbeitet im Frequenzbereich, was in der Figur durch zwei Fouriertransformationsbaustei ne 13, 15 angedeutet ist, wobei der Baustein 13 ei ne schnelle Fouriertransformation (FFT = Fast Fou rier Transformation) vom Zeit- in den Frequenzbe reich durchführt und der Baustein 15 eine schnelle Fouriertransformation vom Frequenzbereich in den Zeitbereich. Mittels des Pfeils 17 wird angedeutet, daß das Filter 11 keine Phasenverschiebung aus führt, sondern lediglich die Amplituden bestimmter Frequenzbereiche verändert.The filter 11 operates in the frequency domain, which is indicated in the figure by two Fourier transformation components 13 , 15 , the component 13 carrying out a fast Fourier transformation (FFT = Fast Fourier Transformation) from time to frequency range and the component 15 performing one fast Fourier transformation from the frequency domain to the time domain. The arrow 17 indicates that the filter 11 does not perform a phase shift, but only changes the amplitudes of certain frequency ranges.
Das Spektrum S(Ωi), das dem Baustein 15 zugeführt
wird, ergibt sich wie folgt:
The spectrum S (Ω i ) that is supplied to module 15 is as follows:
S(Ωi) = H(Ωi)E(Ωi),
S (Ω i ) = H (Ω i ) E (Ω i ),
wobei E(Ωi) die diskrete Fouriertransformierte ei nes Rahmens aus N Abtastwerten des Signals e(k) an gibt und i = 0,1. . .M-1 einen Frequenzindex mit Ωi = (i/M).2π.where E (Ω i ) gives the discrete Fourier transform of a frame of N samples of the signal e (k) and i = 0.1. . .M-1 a frequency index with Ω i = (i / M) .2π.
Für die alleinige Geräuschreduktion existieren ei nige Gewichtungsregeln H(Ωi), die lediglich die Amplitude des Eingangssignals verändern und die Phase unverändert lassen. Zu diesen Gewichtungsre geln gehört beispielsweise das Wiener Filter und neuere Verfahren wie beispielsweise der "Minimum Mean Square Error Short Time-Estimator" (MMSE). For the sole noise reduction there are some weighting rules H (Ω i ) which only change the amplitude of the input signal and leave the phase unchanged. These weighting rules include, for example, the Wiener filter and newer methods such as the "Minimum Mean Square Error Short Time Estimator" (MMSE).
Für das Wiener Filter läßt sich die Gewichtungsre
gel für ein Geräuschreduktionsfilter H(Ωi) wie
folgt darstellen:
For the Wiener filter, the weighting rule for a noise reduction filter H (Ω i ) can be represented as follows:
wobei Rss(Ωi) das Leistungsdichtespektrum des Sprachsignals s(k) und Rnn(Ωi) das Leistungsdichte spektrum des Störsignals n(k) ist.where R ss (Ω i ) is the power density spectrum of the speech signal s (k) and R nn (Ω i ) is the power density spectrum of the interference signal n (k).
Es hat sich nun herausgestellt, daß aufgrund der
statistischen Unabhängigkeit der Signale s(k), n(k)
und b(k) diese Gewichtungsregel derart modifiziert
werden kann, daß ein kombiniertes Echodämpfungs- und
Geräuschreduktionsfilter möglich wird. Dabei
wird das Leistungsdichtespektrum Rnn(Ωi) durch die
Summe aus den beiden Leistungsdichtespektren Rnn(Ωi)
und Rbb(Ωi) ersetzt, wobei letzteres das Leistungs
dichtespektrum des Restechos b(k) darstellt. Es er
gibt sich damit die Gewichtungsregel
It has now been found that due to the statistical independence of the signals s (k), n (k) and b (k), this weighting rule can be modified in such a way that a combined echo attenuation and noise reduction filter is possible. The power density spectrum R nn (Ω i ) is replaced by the sum of the two power density spectra R nn (Ω i ) and R bb (Ω i ), the latter representing the power density spectrum of the residual echo b (k). It gives itself the weighting rule
Diese Gewichtungsregel stellt das optimale Echo dämpfungs- und Geräuschreduktionsfilter im Sinne eines minimalen quadratischen Fehlers dar.This weighting rule provides the optimal echo attenuation and noise reduction filters in the sense of a minimal quadratic error.
Die Berechnung des Filters H(Ωi), die nach jeweils einem Zeitrahmen von N Abtastwerten, beispielswei se 256 Abtastwerten erfolgt, benötigt die Werte der beiden Leistungsdichtespektren Rnn(Ωi) und Rbb(Ωi). Wie unten gezeigt wird, kann die Berechnung der Ge wichtungsregel H(Ωi) auch auf der Grundlage von Si gnalrauchverhältnissen erfolgen. Das für die Ge wichtungsregel erforderliche Leistungsdichtespek trum Rss(Ωi) wird dabei implizit geschätzt.The calculation of the filter H (Ω i ), which takes place after a time frame of N samples, for example 256 samples, requires the values of the two power density spectra R nn (Ω i ) and R bb (Ω i ). As shown below, the weighting rule H (Ω i ) can also be calculated on the basis of signal smoking conditions. The power density spectrum R ss (Ω i ) required for the weighting rule is implicitly estimated.
Die Modifikation der Gewichtungsregel für das Wie ner Filter ist in analoger Weise auch bei dem MMSE-Verfahren möglich; auch hier wird die Störsignal komponente als Summe der Störsignal- und der Re stechokomponente interpretiert.The modification of the weighting rule for the how ner filter is also in the same way MMSE procedure possible; here too the interference signal component as the sum of the interference signal and the Re interpreted the stereo component.
Die MMSE-Gewichtungsregel läßt sich als Funktion
eines a priori und eines a posteriori Signal
rauschverhältnisses (SNR) angeben. Das a priori SNR
ist definiert als
The MMSE weighting rule can be specified as a function of an a priori and an a posteriori signal-to-noise ratio (SNR). The a priori SNR is defined as
wobei das ε(.) für einen Schätzwert (Erwartungs
wert) steht, und das a posteriori SNR definiert ist
als
where ε (.) stands for an estimate (expected value), and the a posteriori SNR is defined as
Damit läßt sich die Wiener Gewichtungsregel wie
folgt beschreiben:
The Vienna weighting rule can be described as follows:
Die obengenannten Formeln beziehen sich auf ein Ge räuschreduktionsfilter. Sie lassen sich jedoch in analoger Weise auch auf ein Filter zur Dämpfung des Restechos anwenden, indem N(Ωi) durch B(Ωi) ersetzt wird. The above formulas relate to a noise reduction filter. However, they can also be applied in an analogous manner to a filter for damping the residual echo by replacing N (Ω i ) with B (Ω i ).
Die Berechnung des a posteriori SNR ist durch Ver
wendung der Spektralkomponente E(Ωi) und den ge
schätzten Leistungsdichtespektren Rnn(Ωi)und Rbb(Ωi)
möglich. Die a priori SNR werden in einem rekursi
ven Verfahren aus den a posteriori SNR unter Ver
wendung eines geschätzten Werts aus dem vorherge
henden Rahmen berechnet. Es ergibt sich mit m als
Rahmenindex für SNRs n (m)(Ωi) der geschätzte Wert
The a posteriori SNR can be calculated using the spectral component E (Ω i ) and the estimated power density spectra R nn (Ω i ) and R bb (Ω i ). The a priori SNR are calculated in a recursive procedure from the a posteriori SNR using an estimated value from the previous frame. With m as the frame index for SNR s n (m) (Ω i ), the estimated value is obtained
wobei P(X) = ½(|X| + X) ist. Die Berechnung von SNRs b(Ωi) erfolgt analog mit einem Glättungsparame ter αb.where P (X) = ½ (| X | + X). SNR s b (Ω i ) is calculated analogously with a smoothing parameter α b .
Die Wahl der Parameter αn und αb hängt stark von der Charakteristik der zu entfernenden Signalkompo nente ab. Es hat sich als vorteilhaft herausge stellt, den Wert αn auf 0,97 und den Wert αb auf 0,9 zu setzen.The choice of the parameters α n and α b depends strongly on the characteristics of the signal component to be removed. It has proven to be advantageous to set the value α n to 0.97 and the value α b to 0.9.
Für die erfindungsgemäße kombinierte Echodämpfung
und Geräuschreduktion des Filters 11 lassen sich
die unterschiedlichen SNR-Ausdrücke kombinieren zu
SNRS b+n(Ωi) und SNRe b+n(Ωi). Die Berechnung des
SNRe b+n(Ωi) Werts kann wie folgt durchgeführt wer
den:
For the combined echo attenuation and noise reduction of the filter 11 according to the invention, the different SNR expressions can be combined to form SNR S b + n (Ω i ) and SNR e b + n (Ω i ). The calculation of the SNR e b + n (Ω i ) value can be carried out as follows:
Der Wert SNRs b+n(Ωi) läßt sich in der zuvor be
schriebenen Weise durch ein rekursives Verfahren
unter Verwendung des Werts SNRe b+n(Ωi) berechnen.
Eine weitere Möglichkeit zur Berechnung des Werts
SNRs b+n(Ωi), bei der die beiden Werte SNRe b(Ωi) und
SNRs n(Ωi) bestimmt werden können, ergibt sich wie
folgt:
The value SNR s b + n (Ω i ) can be calculated in the manner described above by a recursive method using the value SNR e b + n (Ω i ). Another way of calculating the value SNR s b + n (Ω i ), in which the two values SNR e b (Ω i ) and SNR s n (Ω i ) can be determined, is as follows:
Dadurch, daß SNRs b(Ωi) und SNRs n(Ωi) unabhängig von einander berechnet werden können, lassen sich die beiden Parameter αb und αn optimieren. Hiermit kann das Filter 11 in unterschiedlichen Betriebsarten arbeiten, beispielsweise als reines Geräuschreduk tionssystem dann, wenn kein Restecho vorhanden ist, also SNRs b(Ωi) << 1 ist.Because SNR s b (Ω i ) and SNR s n (Ω i ) can be calculated independently of one another, the two parameters α b and α n can be optimized. This allows the filter 11 to work in different operating modes, for example as a pure noise reduction system when there is no residual echo, that is, SNR s b (Ω i ) << 1.
Zur Berechnung des Filters ist - wie erwähnt - der
Wert des Leistungsdichtespektrums Rbb(Ω) erforder
lich. Die Schätzung dieses Werts wird nun wie folgt
durchgeführt:
Ausgangspunkt der Überlegungen zur Abschätzung ei
nes Werts ist eine zur Echokompensation äquivalente
Übertragungsfunktion F(Ω),
As mentioned, the value of the power density spectrum R bb (Ω) is required to calculate the filter. This value is now estimated as follows:
The starting point for the considerations for estimating a value is a transfer function F (Ω) equivalent to echo compensation,
F(Ω)= B(Ω)/D(Ω)
F (Ω) = B (Ω) / D (Ω)
wobei D(Ω) beziehungsweise B(Ω) die Fouriertrans formierten des Echos und des Restechos sind. where D (Ω) and B (Ω) the Fouriertrans are formed of the echo and residual echo.
F(Ω) wird geschätzt durch
F (Ω) is estimated by
wobei Ryy(Ω), Ree(Ω) Rdd(e) die Leistungsdichtespek tren des Mikrofonsignals y(k), des echokompensier ten Signals e(k) und des geschätzten Echos (k) sind.where R yy (Ω), R ee (Ω) R dd (e) are the power density spectra of the microphone signal y (k), the echo-compensated signal e (k) and the estimated echo (k).
Die Schätzung der reellwertigen Funktion F(m)(Ω) er folgt rahmenweise mit Rahmenlänge M = 1, 2, 3, . . . (typischer weise M = 128) und mit m als dem aktuel len Rahmenindex. Durch eine Mittelwertbildung von F(m)(Ω) in K (zum Beispiel K = 8) Frequenzbändern mit den Grenzfrequenzen 0 ≦ Ω0 < Ω1 < . . . < ΩK ≦ π werden die mittleren Werte Fk (m), k ε {0,1, . . ., K-1} ermit telt. Die Grenzfrequenzen Ω0 beziehungsweise ΩK können dabei zum Beispiel an die Bandbreite eines Fernsprechkanals angepaßt werden.The estimation of the real-valued function F (m) (Ω) follows frame by frame with frame length M = 1, 2, 3,. . . (typically M = 128) and with m as the current frame index. By averaging F (m) (Ω) in K (for example K = 8) frequency bands with the limit frequencies 0 ≦ Ω 0 <Ω 1 <. . . <Ω K ≦ π the mean values F k (m) , k ε {0.1,. . ., K-1} determined. The cut-off frequencies Ω 0 and Ω K can be adapted to the bandwidth of a telephone channel, for example.
Bei der Mittelwertbildung von F(m)(Ω) im Frequenz
band k, das heißt über dem Intervall Ik = [Ωk, Ωk+1]
werden nur die Frequenzen betrachtet, bei denen
When averaging F (m) (Ω) in the frequency band k, i.e. over the interval I k = [Ω k , Ω k + 1 ], only the frequencies at which
gilt, mit zum Beispiel η = 0.01. Die Mittelung er folgt weiter nur, wenn die genannte Bedingung min destens über einer bestimmten Menge ψk von Frequen zen im Intervall Ik erfüllt ist. Im anderen Fall kann zum Beispiel die Schätzung Fk (m-1) vom vorherge henden Rahmen verwendet werden oder es wird Fk (m) zu null gesetzt. Beispielsweise kann ψk 25% des Inter valls Ik entsprechen.applies, for example with η = 0.01. The averaging continues only if the condition mentioned is met at least over a certain amount ψ k of frequencies in the interval I k . Otherwise, for example, the estimate F k (m-1) from the previous frame can be used or F k (m) is set to zero. For example, ψ k can correspond to 25% of the interval I k .
Wenn Ω0 < 0 ist, wird der Schätzwert für F0 (m) auch als Schätzung der Übertragungsfunktion der Frequen zen unterhalb Ω0 verwendet. Entsprechendes gilt für Frequenzen oberhalb ΩK wenn ΩK < π.If Ω 0 <0, the estimate for F 0 (m) is also used as an estimate of the transfer function of the frequencies below Ω 0 . The same applies to frequencies above Ω K if Ω K <π.
Die auf diese Weise geschätzte Übertragungsfunktion
The transfer function estimated in this way
(m)(Ω) = Fk (m), Ω ∈ Ik
(m) (Ω) = F k (m) , Ω ∈ I k
weist eine Treppenform auf. Sie kann weiter zeit lich geglättet werden.has a staircase shape. It can continue Lich smoothed.
Rbb (m)(Ω) wird nun durch (m)(Ω) und das
Auto-/Kreuzleistungsdichtespektrum R(m) zd(Ω), z ε {y, e, d}
berechnet, zum Beispiel durch
R bb (m) (Ω) is now calculated by (m) (Ω) and the auto / cross power density spectrum R (m) zd (Ω), z ε {y, e, d}, for example by
Alternativ können andere Funktionen von F(m)(Ω) ver
wendet werden, die auch eine Konstante beinhalten,
zum Beispiel
Alternatively, other functions of F (m) (Ω) can be used that also include a constant, for example
Für die Unterdrückung der vom Kompensator nicht er
faßten Echos kann auch das geschätzte Leistungs
dichtespektrum früherer Rahmen mit einbezogen wer
den, zum Beispiel durch
For the suppression of the echoes not captured by the compensator, the estimated power density spectrum of previous frames can also be included, for example by
mit zum Beispiel λ(Ω) = min(0.5, |(m)(Ω)|).with for example λ (Ω) = min (0.5, | (m) (Ω) |).
Zur Berechnung des Filters H(m) (Ω) ist neben dem ge schätzten Leistungsdichtespektrum Rbb(Ω) auch das Leistungsdichtespektrum Rnn(Ω) erforderlich. Das Verfahren zur Schätzung dieses Werts ist bekannt, so daß auf dessen Beschreibung verzichtet wird.In addition to the estimated power density spectrum R bb (Ω), the power density spectrum R nn (Ω) is required to calculate the filter H (m) (Ω). The method for estimating this value is known, so that its description is omitted.
Mit Hilfe der beiden geschätzten Werte für die Lei
stungsdichtespektren Rnn und Rbb lassen sich die
Filter für die Restechodämpfung und für die Större
duktion separat berechnen mit
With the aid of the two estimated values for the power density spectra R nn and R bb , the filters for the residual echo attenuation and for the interference reduction can be calculated separately
wobei - wie bereits hergeleitet - gilt
where - as already derived - applies
und
and
Alternativ kann für eine erhöhte Dämpfung zum Bei
spiel
Alternatively, for increased damping, for example
gewählt werden.to get voted.
Um eine erhöhte Restechodämpfung zu bekommen, kann
auch die berechneten SNR gewichtet werden, zum Bei
spiel durch
In order to obtain an increased residual echo damping, the calculated SNR can also be weighted, for example by
mit zum Beispiel µ1 = 1. Die SNR können, um eine
höhere Sprachqualität zu erreichen, vor einer Kom
bination auf minimale Werte Tb und Tn begrenzt wer
den. Diese Werte können zum Beispiel eine Funktion
der Leistungsdichte des Restechos und/oder der Stö
rungen sein, zum Beispiel mit
with, for example, µ 1 = 1. In order to achieve a higher voice quality, the SNR can be limited to minimum values T b and T n before a combination. These values can, for example, be a function of the power density of the residual echo and / or the faults, for example with
Durch Tn läßt sich gezielt der Pegel der Reststö rungen im Ausgangssignal einstellen. The level of the residual interference in the output signal can be set in a targeted manner by T n .
Die Filterung des echokompensierten Signals e(k) zur Schätzung des Sprachsignals s(k) erfolgt dann entweder mit dem berechneten Filter H(Ω) im Fre quenzbereich oder mit dem äquivalenten Filter h(k) im Zeitbereich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren erlauben es also, eine Restechodämpfung und eine Geräuschreduk tion mittels eines Filters durchzuführen, wobei die Filterparameter unabhängig voneinander einstellbar und optimierbar sind.Filtering the echo-compensated signal e (k) the speech signal s (k) is then estimated either with the calculated filter H (Ω) in Fre frequency range or with the equivalent filter h (k) in the time domain. The device according to the invention and the method according to the invention allow it So, a residual echo attenuation and a noise reduction tion by means of a filter, the Filter parameters can be set independently and can be optimized.
Claims (17)
bei dem zunächst das zu übertragende Signal (y(k)) einer Echokompensation unterzogen wird, bei dem ein Leistungsdichtespektrum des im echo kompensierten Signal enthaltenen Restechosignals (b(k)) und ein Leistungsdichtespektrum des Stör geräuschsignals (n(k)) geschätzt wird und
bei dem auf der Grundlage dieser geschätzten Leistungsdichtespektren (Rbb(Ω), Rnn(Ω)) eine Filterung des echokompensierten Signals zur Dämpfung des Restechos und des Störgeräusches durchgeführt wird.1. A method for suppressing noise and echo in a telephone device having a hands-free device,
in which the signal to be transmitted (y (k)) is first subjected to echo cancellation, in which a power density spectrum of the residual echo signal (b (k)) contained in the echo-compensated signal and a power density spectrum of the noise signal (n (k)) are estimated and
in which, on the basis of these estimated power density spectra (R bb (Ω), R nn (Ω)), the echo-compensated signal is filtered in order to dampen the residual echo and the noise.
F(Ω) = B(Ω)/D(Ω),
wobei B(Ω) und D(Ω) die Fouriertransformierten des Restechos beziehungsweise des Echosignals sind.2. The method according to claim 1, characterized in that an equivalent to echo compensation transfer function F (Ω) is estimated with
F (Ω) = B (Ω) / D (Ω),
where B (Ω) and D (Ω) are the Fourier transforms of the residual echo and the echo signal, respectively.
F(Ω) = (Ryy(Ω)-Ree(Ω)-Rdd(Ω))/(Ryy(Ω)-Ree(Ω)+Rdd(Ω))
wobei Ryy, Ree, Rdd die Leistungsdichtespektren des Mikrofonsignals y(k) der Freisprecheinrich tung, des echokompensierten Signals e(k) und des geschätzten Echos (k) sind.3. The method according to claim 1, characterized in that an equivalent to echo compensation transfer function F (Ω) is estimated with
F (Ω) = (R yy (Ω) -R ee (Ω) -R dd (Ω)) / (R yy (Ω) -R ee (Ω) + R dd (Ω))
where R yy , R ee , R dd are the power density spectra of the microphone signal y (k) of the hands-free device, the echo-compensated signal e (k) and the estimated echo (k).
0 ≦ Q0 < Ω1 <. . .<QK ≦ π die mittleren Werte Fk (m) ermit telt werden.5. The method according to claim 4, characterized in that by averaging the transfer function F (m) (Ω) in K, preferably K = 8, frequency bands with the cut-off frequencies
0 ≦ Q 0 <Ω 1 <. . . <Q K ≦ π the mean values F k (m) can be determined.
Rdd (m)(Ω) ≧ ηRyy (m)(Ω),
mit vorzugsweise η = 0,01.7. The method according to claim 6, characterized in that when averaging in the frequency band k with the frequency range I k = [Ωk, Ω k + 1 ] only frequencies are considered for which:
R dd (m) (Ω) ≧ ηR yy (m) (Ω),
with preferably η = 0.01.
Rbb (m)(Ω)= ((m)(Ω)/(1-(m)(Ω)))2Rdd (m)(Ω).11. The method according to claim 10, characterized in that R bb (m) (Ω) is calculated by (m) (Ω) and the auto / cross power density spectrum R zd (m) (Ω), with z ∈ {y, e, d}, for example with
R bb (m) (Ω) = ( (m) (Ω) / (1- (m) (Ω))) 2 R dd (m) (Ω).
Rbb (m)(Ω) := Rbb (m)(Ω) + λ(Ω)Rbb (m-1)(Ω).12. The method according to claim 11, characterized in that the ge estimated power density spectrum of previous frames is included in the calculation of R bb (m) (Ω), preferably with
R bb (m) (Ω): = R bb (m) (Ω) + λ (Ω) R bb (m-1 ) (Ω).
H(m)(Ωi) = SNRS n+b (m)(Ωi)/(SNRS n+b (m)(Ωi)+1), mit
SNRs n+b (m)(Ωi) =1/((SNRs b (m)(Ωi))⁻1 + (SNRs n (m)(Ωi))⁻1),
SNRs n (m)(Ωi) = (1-αn)P(SNRe n (m) (Ωi)-1) + αn(|H(m-1)(Ωi)E(m-1)(Ωi)|2)Rnn (m)(Ωi), und
SNRs b (m)(Ωi) = (1-αb)P(SNRe b (m) (Ωi)-1) + αb(|H(m-1)(Ωi)E(m-1)(Ωi)|2)Rbb (m)(Ωi),
wobei P(x) = ½(|x| + x).13. The method according to claim 12, characterized in that a filter H (m) (Ω) for the residual echo and the noise reduction as a function of the estimated power density spectra R bb (m) (Ω) and R nn (m) (Ω) is calculated as
H (m) (Ω i ) = SNR S n + b (m) (Ω i ) / (SNR S n + b (m) (Ω i ) +1), with
SNR s n + b (m) (Ω i ) = 1 / ((SNR s b (m) (Ω i )) ⁻ 1 + (SNR s n (m) (Ω i )) ⁻ 1 ),
SNR s n (m) (Ω i ) = (1-α n ) P (SNR e n (m) (Ω i ) -1) + α n (| H (m-1) (Ω i ) E (m -1) (Ω i ) | 2 ) R nn (m) (Ω i ), and
SNR s b (m) (Ω i ) = (1-α b ) P (SNR e b (m) (Ω i ) -1) + α b (| H (m-1) (Ω i ) E (m -1) (Ω i ) | 2 ) R bb (m) (Ω i ),
where P (x) = ½ (| x | + x).
H(m)(Ωi) =SNRs n+b (m)(Ωi)/(SNRs n+b (m)(Ωi)+1), mit
SNRs n+b (m)(Ωi) = 1/((SNRs b (m)(Ωi))⁻1 + (SNRs n (m)(Ωi))⁻1),
SNRs n (m)(Ωi) = (1-αn)P(SNRe n (m) (Ωi)-1) + αn(|H(m-1)(Ωi)E(m-1)(Ωi)|2)Rnn (m)(Ωi), und
SNRs b (m)(Ωi) = (1-αb)P(SNRe b (m) (Ωi)-1) + αb(|H(m-1)(Ωi)E(m-1)(Ωi)|2)/Rbb (m)(Ωi),
wobei P(x) = ½(|x| + x) und m ein Rahmenindex ist.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the filter has the transmission function
H (m) (Ω i ) = SNR s n + b (m) (Ω i ) / (SNR s n + b (m) (Ω i ) +1), with
SNR s n + b (m) (Ω i ) = 1 / ((SNR s b (m) (Ω i )) ⁻ 1 + (SNR s n (m) (Ω i )) ⁻ 1 ),
SNR s n (m) (Ω i ) = (1-α n ) P (SNR e n (m) (Ω i ) -1) + α n (| H (m-1) (Ω i ) E (m -1) (Ω i ) | 2 ) R nn (m) (Ω i ), and
SNR s b (m) (Ω i ) = (1-α b ) P (SNR e b (m) (Ω i ) -1) + α b (| H (m-1) (Ω i ) E (m -1) (Ω i ) | 2 ) / R bb (m) (Ω i ),
where P (x) = ½ (| x | + x) and m is a frame index.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8381 | Inventor (new situation) |
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