Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von
nicht-linearen Signalen in einem Echounterdrücker, wobei in
diesem Verfahren der Pegel der Signale, die von dem ersten
Ende einer Übertragungsverbindung zu dem zweiten Ende durch
den Echounterdrücker hindurchgehen, auf einen vorgegebenen
Sperrpegel gedämpft wird, wenn der Pegel der Signale am ersten
Ende, die in den Echounterdrücker eintreten, niedriger ist als
ein vorgegebener Schwellwertpegel, und der Pegel der Signale,
die von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende durch den
Echounterdrücker hindurchgehen, wieder auf den normalen
ungedämpften Pegel angehoben wird, wenn der Pegel der Signale am ersten
Ende, die in den Echounterdrücker eintreten, wieder den
vorgegebenen Schwellwertpegel überschreitet oder wenn eine
Gegensprechsituation festgestellt wird. Ein derartiges Verfahren
ist aus der US-Patentschrift US-A-3 894 200 bekannt.
Hintergrund der Erfindung
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Verbindungen eines Datenübertragungssystems von einem Ende zum
anderen, wie z.B. eines Telefonnetzes, haben oft lange
Verzögerungen in der Durchgangszeit, was zur Folge hat, daß ein
Echo beobachtet wird, beispielsweise in dem Fall von normaler
Sprache, wenn ein Signal von dem entfernten Ende einer Verbin
dung zurück zu dem Sprecher reflektiert wird. Ein
Echounterdrücker ist eine analoge oder digitale Einrichtung zur
Verarbeitung eines Signals, wie z.B. eines Sprachsignals, wobei
diese Einrichtung zur Reduzierung des Echos verwendet wird,
indem ein abgeschätztes Echo von dem Echo (Signal), das in der
Verbindung auftritt, subtrahiert wird.
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Ein Echounterdrücker kann einen nicht-linearen Prozessor
aufweisen, der nur den Durchgang von Signalen zuläßt, die einen
vorgegebenen Schwellwertpegel überschreiten, und den Durchgang
von Signalen mit einem niedrigen Pegel sperrt, wie es eine
charakteristische Kurve in Fig. 2 darstellt. Die nicht-lineare
Verarbeitung wird zur Verringerung des Pegels eines Restechos
verwendet, das durch eine unvollständige Echounterdrückung
verursacht wird. Dies führt zu einer besseren Gesamtdämpfung
(vollständige Dämpfung, bestehend aus einer
Echostreckendämpfung, Echounterdrückungsdämpfung und nicht-linearer
Verarbeitung).
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Eine unvollständige Echounterdrückung ist möglich, wenn eine
beträchtliche nicht-lineare Verzerrung auf der Echostrecke
auftritt (z.B. wenn viele PCM-Codierer auf der Echostrecke
vorhanden sind). Eine kombinierte quantisierte Verzerrung kann
verhindern, daß der Echounterdrücker ein Echosignal mit
ausreichend niedrigem Pegel am Ausgang des Echounterdrückers
erzeugt. Deshalb ist es oft vorteilhaft, einen nicht-linearen
Prozessor zu verwenden, obwohl es nicht absolut notwendig ist.
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In einem Idealfall verursacht ein nicht-linearer Prozessor
keine Verzerrung in dem Sprachsignal, das von dem nahen Ende
kommt, z.B. aus der Richtung der Echostrecke. In praktischen
Anwendungen kann jedoch eine Verzerrung auftreten, wobei in
dieser Situation zu empfehlen ist, den nicht-linearen
Prozessor während einer Gegensprechsituation (an beiden Enden wird
gesprochen) und bei Sprechzuständen am nahen Ende zu
überbrükken.
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Der Schwellwertpegel, der in einem nicht-linearen Prozessor
für Entscheidungen über Signalsperrungen verwendet wird, kann
entweder fest oder anpaßbar sein. Ein fester Schwellwertpegel
kann auf der Grundlage von der erreichten Echounterdrückung,
von Sprachpegeln und Leitungsbedingungen bestimmt werden. Als
allgemeine Regel gilt, daß der Schwellwert einige dB höher
gesetzt werden soll als die Spitzenpegel des Restechos, das
auftritt, wenn die Echounterdrückung in Betrieb ist. Ein guter
Kompromiß kann durch Verwendung eines Schwellwertpegels
erreicht werden, der den Leitungsbedingungen und den
Sprachpegeln
angepaßt werden kann. Durch Verwendung eines hohen
Schwellwertpegels wird eine unerwünschte Überschreitung des
Schwellwertpegels verhindert, die durch ein Restecho mit einem
hohen Pegel verursacht wird, und durch Verwendung eines
niedrigen Schwellwertpegels wird eine Verzerrung der Sprache
während Sprechunterbrechungen reduziert.
Erläuterung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur
Signalverarbeitung mittels eines nicht-linearen Prozessors in
einer solchen Weise anzugeben, daß die resultierende Störung
minimiert wird.
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Dies wird durch ein Verfahren erreicht, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Pegel der Signale, die durch den
Echounterdrücker hindurchgehen, während einer vorgegebenen Zeit
rampenartig von dem Sperrpegel auf den ungedämpften Pegel
angehoben wird.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
die nicht-lineare Verarbeitung dadurch beendet, daß ein
rampenartiges Anheben des Signalpegels, vorzugsweise linear, von
einem Sperrpegel auf einen ungedämpften Pegel erfolgt, anstatt
die Pegeländerung in einem schnellen Schritt vorzunehmen.
Durch eine derartige "Glättung" kann die kleine hörbare
Störung, die durch eine schnelle Änderung des Signalpegels
verursacht wird, in einem Telefonkanal vermieden werden.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beginnt
ein rampenartiges Anheben des Signalpegels erst, nachdem eine
vorgegebene Schutzperiode von dem Augenblick an verstrichen
ist, in dem ein Signal am nahen Ende den Schwellwertpegel
überschreitet. Durch Verwendung der Schutzperiode werden
mindestens zwei bedeutende Vorteile erreicht. Zum ersten wird die
Schutzperiode verwendet, damit ein Signal, das sich noch auf
der Echostrecke ausbreitet, Zeit hat, den Echounterdrücker vor
Beendigung der nicht-linearen Verarbeitung zu erreichen und
dadurch nicht durch den Echounterdrücker zu dem fernen Ende
durchgelassen wird. Zum zweiten hat ein Echostreckenmodell,
das von dem Echounterdrücker erzeugt wird, insbesondere in
einer geräuschvollen Signalumgebung, die Tendenz zu einer
geringfügigen Divergenz im Endstadium der Sprache am fernen
Ende, wenn der Signalpegel am fernen Ende abfällt, und dies
würde auch ein Echo am fernen Ende bei der Beendigung der
nicht-linearen Verarbeitung verursachen, wenn es keine
Schutzperiode gäbe. In diesem Falle würde ein Echo nach einer Pause
in der Sprache am fernen Ende auftreten, da wegen der
Divergenz das Echostreckenmodell nicht mehr genau genug wäre.
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In dem Falle einer Gegensprechsituation soll die nicht-lineare
Verarbeitung schneller abgeschaltet werden, und deshalb wird
keine Schutzperiode verwendet, wenn ein Gegensprechen
beobachtet wird, sondern die nicht-lineare Verarbeitung wird sofort
nur durch die rampenartige Beendigung abgeschaltet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im folgenden detaillierter anhand von
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert; es zeigen:
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Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Echounterdrückers gemäß der
Erfindung;
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Fig. 2 eine Übertragungsfunktion eines nicht-linearen
Prozessors;
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Fig. 3 eine Änderung der Betriebsarten des nicht-linearen
Prozessors als Funktion der Signalpegel LSin und
LRin;
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Fig. 4A, 4B und 4C, 4D ein Abschalten des nicht-linearen
Prozessors mit und ohne Verwendung einer
erfindungsgemäßen Rampe;
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Fig. 5A, 5B und 5C, 5D ein Abschalten des nicht-linearen
Prozessors mit und ohne Verwendung einer Schutzperiode
gemäß der Erfindung; und
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Fig.
6 ein Diagramm zur Erläuterung eines Schaltvorganges
des nicht-linearen Prozessors.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Fig. 1 zeigt einen digitalen Echounterdrücker, bei dem die
Erfindung angewandt werden kann. Der Echounterdrücker weist
einen Eingangsanschluß Sin und einen Ausgangsanschluß Sout für
ein zu übertragendes digitales Signal sowie einen
Eingangsanschluß Rin und einen Ausgangsanschluß Rout für ein zu
empfangendes digitales Signal auf. Der Echounterdrücker soll das
Echo nur in der Senderichtung eliminieren, die in diesem Falle
als fernes Ende bezeichnet wird (der Echounterdrücker kann
alternativ dazu derart konstruiert sein, daß er das Echo in der
Empfangsrichtung eliminiert). Die entgegengesetzte Richtung
wird als nahes Ende bezeichnet. Die Anschlüsse Sin und Rout
sind mit der Übertragungsstrecke am nahen Ende verbunden, und
die Anschlüsse Sout und Rin mit der Übertragungsstrecke am
fernen Ende. Das zu unterdrückende Echo ist eine Komponente
r(i) eines Sprachsignals x(i), das an dem Anschluß Rin von dem
fernen Ende empfangen wird und das über den Anschluß Rout zu
dem nahen Ende (zu der Echostrecke) übertragen wird, wobei die
Komponente von dem nahen Ende reflektiert wird.
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Ein Übertragungssignal y(i) von dem nahen Ende wird von einem
A-Gesetz-Wandler 35A linearisiert, mittels eines adaptiven
FIR-Filters 21 verarbeitet und schließlich einem Umschalter
SWL zugeführt. Der Schalter SW1, der von einer Steuereinheit
26 gesteuert wird, verbindet den Ausgang des Filters 21 entwe
der über einen nicht-linearen Prozessor 27 oder einen
A-Gesetz-Wandler 36 mit dem Ausgangsanschluß Sout des
Echounterdrückers.
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Das adaptive Digitalfilter 21 ist beispielsweise ein digitales
Transversalfilter, das eine Impulsantwort der Echostrecke
modelliert. Eine Steuereinheit 22 steuert die Arbeitsweise, die
Anpassung und die Aktualisierung des adaptiven Filters 21 auf
der Grundlage der Pegel der Signale y(i) und x(i), wobei die
Pegel mittels der Pegeldetektoren 24 bzw. 25 und auf der
Grundlage einer Abschalttonabtastung, die von einer
Abschaltton-Abtastschaltungsanordnung 37 durchgeführt wird, erhalten
werden.
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Das Signal x(i) wird von den A-Gesetz-Wandlern 35B, 35C und
35D linearisiert, bevor es dem Abtastwertpuffer 23, dem
Pegeldetektor 25 bzw. der Abschaltton-Abtastschaltungsanordnung 37
zugeführt wird. Abtastwerte, die von dem Signal x(i) entnommen
worden sind, werden in dem Abtastwertpuffer 23 gespeichert,
aus dem sie, wenn n-tig, dem Filter 21 zugeführt werden für
die Berechnung einer Korrelation zwischen ihnen und
Abtastwerten, die aus dem Signal y(i) entnommen worden sind.
Koeffizienten ak des Filters 21 werden auf der Grundlage dieser
Korrelation aktualisiert.
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Wie die schematische Übertragungsfunktion in Fig. 2 darstellt,
läßt der nicht-lineare Prozessor 27 nur Signale durch, die
einen gegebenen Schwellwertpegel TSUP überschreiten und an dem
Anschluß Sin von dem nahen Ende empfangen werden, und sperrt
den Durchgang von Signalen mit niedrigem Pegel. Dies ist in
der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in einer solchen Weise
realisiert worden, daß bei Signalpegeln LSin, die höher sind als
der Schwellwertpegel TSUP, der Umschalter SW1 den Prozessor 27
umgeht bzw. überbrückt, indem er das Ausgangssignal des
Filters 21 an den Ausgangsanschluß Sout anlegt, und zwar über den
A-Gesetz-Wandler 36, d.h. die nicht-lineare Verarbeitung wird
nicht verwendet. Bei Signalpegeln Lsin , die niedriger als
der Schwellwertpegel TSUP sind, verbindet der Umschalter SWL
das Ausgangssignal des Filters 21 mit dem Prozessor 27 für die
nicht-lineare Verarbeitung. Eine nicht-lineare Verarbeitung
bedeutet, daß der Durchgang eines Signals praktisch gesperrt
wird, indem man den Pegel des Signals, der durch den Prozessor
27 hindurchgelassen wird, unabhängig von dem Pegel des
Eingangssignals auf einen vorgegebenen niedrigen Sperrpegel
dämpft. Beispielsweise ist die Dämpfung des Prozessors 27 so
gewählt, daß das Restecho am Anschluß Sout kleiner ist als
-65 dBmO.
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Der Umschalter SWL wird von der Steuereinheit 26 auf der Basis
des Ausgangspegels des Filters 21, dessen Pegel mit einem
Pegeldetektor 28 abgetastet wird, und eines an dem Anschluß Rin
empfangenen Signalpegels LRin gesteuert, dessen Pegel von dem
Pegeldetektor 25 abgetastet wird. Der Ausgangspegel des
Filters 21 repräsentiert in diesem Falle den an dem Anschluß Sin
von dem nahen Ende empfangenen Signalpegel LSin. Andererseits
ist der Signalpegel LRin gleich dem Pegel des Signals am
fernen Ende, das über den Anschluß Rout zu dem nahen Ende (und zu
der Echostrecke) gesendet wird, wobei dieser Pegel ein
Echosignal an dem Anschluß Sin hervorruft.
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Fig. 3 zeigt, wie der nicht-lineare Prozessor 27 zwischen zwei
Betriebsarten, die von den Signalpegeln LRin und LSin
abhängen, angeschlossen wird. Die Pegel LRin und LSin sind in zwei
Bereiche W und Z unterteilt. Innerhalb des Bereiches W ist der
Prozessor 27 abgeschaltet (überbrückt), und innerhalb des
Bereiches Z ist der Prozessor 27 eingeschaltet. Eine Bedingung
für einen ordnungsgemäßen Betrieb der nicht-linearen
Verarbeitung innerhalb der beiden Bereiche ist eine korrekte Erkennung
einer Gegensprechsituation (wobei an beiden Enden gesprochen
wird) und eines Gespräches am nahen Ende.
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Die dynamischen Eigenschaften der nicht-linearen Verarbeitung
werden auf der Basis der Zeitintervalle bestimmt, die für die
Übergänge zwischen den Bereichen W und Z benötigt werden, und
zwar gemäß den vier Übergangsalternativen (1) bis (4), die in
Fig. 3 angedeutet sind.
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Übergang (1) von W nach Z. In diesem Falle tritt der Pegel
Lsin zuerst auf und ist konstant, während der Pegel LRin so
hoch ansteigt, daß der nicht-lineare Prozessor 27
eingeschaltet wird. Da dies eine Verzerrung in dem Sprachsignal y(i) am
nahen Ende bewirkt, darf der Übergang nicht zu schnell
durchgeführt werden.
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Übergang (2) von Z nach W. In diesem Fall hat der Pegel LRin
den Pegel LSin (konstant) überschritten, und der nicht-lineare
Prozessor 27 ist eingeschaltet. Danach fällt der Pegel LRin
ab. Der nicht-lineare Prozessor 27 soll lange genug
eingeschaltet bleiben, um das Echo zu eliminieren, das noch auf der
Echostrecke vorhanden ist.
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Übergang (3) von Z nach W. Dieser Übergang tritt im Falle
einer Gegensprechsituation auf. Der nicht-lineare Prozessor 27
soll so rasch wie möglich abgeschaltet werden, nachdem die
Gegensprechsituation erkannt worden ist, damit das Gespräch am
nahen Ende nicht verzerrt wird. Eine Gegensprechsituation kann
beobachtet werden, wenn der Signalpegel, der von dem ersten
Ende empfangen wird, den Pegel überschreitet, der 3 dB
niedriger ist als der Pegel des Signals, das zu der Echostrecke
gesendet wird.
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Übergang (4) von W nach Z. In diesem Falle ist der Pegel LRin
konstant, und der Pegel LSin wird abgetastet, ist aber
abfallend. Der Übergang (4) soll die Kontinuität des Signals
y(i) begünstigen, damit es nicht verzerrt wird.
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Eineeliminierung oder Reduzierung von Störungen während der
Übergänge (2) und (3) ist gemäß der Erfindung in der Weise
vorgesehen, daß eine Dämpfung ANLP des nicht-linearen
Prozessors 27 rampenartig, vorzugsweise linear, von dem Maximalwert
MAX auf den Minimalwert MIN reduziert wird (bzw. der
Signalpegel am Anschluß Sout rampenartig auf den Schwellwertpegel TSUP
ansteigt), und zwar während einer vorgegebenen Zeitspanne T1,
gezählt von dem Moment an, in dem der Pegel Lsin wieder den
Schwellwertpegel TSUP überschreitet oder eine Gegensprech
situation abgetastet wird, wie es in den Fig. 4A und 4B
dargestellt ist. Die Fig. 4C und 4D zeigen eine ähnliche Situation
mit einer plötzlichen schrittweisen Änderung der Dämpfung ohne
die Rampe mit der Zeitspanne T1 gemäß der Erfindung. Diese
Zeitspanne T1 kann beispielsweise 100 Millisekunden betragen.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird
zusätzlich eine spezielle Schutzperiode T2 von dem Moment an
verwendet, in dem der Pegel L Sin den Schwellwertpegel TSUP
überschreitet, bis zu dem Start der rampenartigen Dämpfung ANLP
und der Änderung des Pegels des hindurchgelassenen Signals,
wie in den Fig. 5A und SB dargestellt ist. In dem Falle einer
Gegensprechsituation wird die Schutzperiode T2 nicht
verwendet. Die Schutzperiode T2 von beispielsweise etwa 80
Millisekunden verhindert beispielsweise den Durchgang einer
momentanen Echospitze über den nicht-linearen Prozessor 27 zu dem
fernen Ende. Die Fig. 5C und 5D zeigen die Situation, in der
die Schutzperiode T2 gemäß der Erfindung und die "glättende
Rampe" mit der Zeitdauer T1 nicht verwendet werden.
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Fig. 6 zeigt, wie eine Störung in einer Situation gemäß dem
Übergang (4) verhindert wird, wenn der nicht-lineare Prozessor
27 eingeschaltet ist. Der Schwellwertpegel TSUP bewegt sich in
einem Pegelbereich von -35 dbmo bis -40 dbmo. In dem
Beispielsfalle hat der Pegel den Wert -36 dBmO, was so niedrig
ist, daß es in der Praxis nicht möglich ist, das Einschalten
des nicht-linearen Prozessors 27 in den Telefonkanal zu hären.
Eine schnelle Änderung von einem niedrigeren Schwellwertpegel
würde eine hörbare Störung in dem Telefonkanal verursachen.
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Der Schwellwertpegel TSUP kann auch an die Echostrecke
angepaßt werden, beispielsweise wie folgt:
TSUP = LRin - (18±3)dB.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung werden
sämtliche Blöcke, die in Fig. 1 dargestellt sind, mit einer
Software in einem digitalen Signalprozessor realisiert.
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Die Erfindung ist vorstehend in Verbindung mit bestimmten
beispielsartigen Echounterdrückungstypen und digitalen Transver
salfiltern erläutert worden. Das Verfahren gemäß der Erfindung
kann jedoch auf sämtliche Echounterdrücker angewendet werden.
Die Figuren der Zeichnungen und die darauf Bezug nehmende
Beschreibung sind nur dazu gedacht, die vorliegende Erfindung zu
erläutern. Hinsichtlich der Einzelheiten kann das Verfahren
gemäß der Erfindung innerhalb des Schutzumfanges der
beiliegenden Ansprüche variieren.