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WO2007003579A1 - Dispositif d'annulation d'un écho électrique ou acoustique, procédé et programme d'ordinateur correspondants - Google Patents

Dispositif d'annulation d'un écho électrique ou acoustique, procédé et programme d'ordinateur correspondants Download PDF

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Publication number
WO2007003579A1
WO2007003579A1 PCT/EP2006/063697 EP2006063697W WO2007003579A1 WO 2007003579 A1 WO2007003579 A1 WO 2007003579A1 EP 2006063697 W EP2006063697 W EP 2006063697W WO 2007003579 A1 WO2007003579 A1 WO 2007003579A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
echo
signal
energy
threshold
path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/063697
Other languages
English (en)
Inventor
Grégoire Le Tourneur
David Deleam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of WO2007003579A1 publication Critical patent/WO2007003579A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M9/00—Arrangements for interconnection not involving centralised switching
    • H04M9/08—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic
    • H04M9/082—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic using echo cancellers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/20—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
    • H04B3/23—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers
    • H04B3/234—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers using double talk detection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/20—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
    • H04B3/23—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers
    • H04B3/235—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers combined with adaptive equaliser

Definitions

  • the field of the invention is that of digital communications, and in particular that of the processing of audio signals in a communication system.
  • the invention relates to an echo cancellation technique for attenuating, or at least reducing, in a return path, electrical or acoustic echo components corresponding to a direct path, even in case of change of the echo path.
  • the invention finds particular applications in audio communication systems such as telephone terminals, VoIP gateways ("Voice over IP”, in French “Voice over Internet Protocol”), call centers, etc. 2. Solutions of the prior art and their disadvantages
  • This technique makes it possible in particular to solve the problems of electrical echoes, resulting for example from line transformers (especially two-wire / four-wire), or the acoustic echo problems, resulting for example from the hands-free functionality proposed in the different types of terminals.
  • FIG. 1 An example of this echo cancellation technique, in a telephony or teleconferencing application between one or more remote party (s) and a local correspondent, is illustrated in FIG.
  • a direct or reference signal 11, carried by a direct channel 11, is broadcast on a loudspeaker 12, and a return signal 14, carried by a return channel 14, is returned by a microphone 13.
  • a signal of return 14 optionally includes echo components of the reference signal 11 and a local speech signal.
  • the echo path 15 then corresponds to the materialization of all the reflections undergone by the direct signal 11 before reaching the microphone 13.
  • An adaptive filtering algorithm for example of the NLMS (Normalized Least Mean Square) type, MCR (Least Squares Fastest Square), or AP A2 (Affine Projection Algorithm). order 2), in particular makes it possible to adjust the coefficients of the adaptive filter according to a recursive equation of the type:
  • H (n + 1) H (n) + ⁇ (n) * error (n) * f (x (n)) where: - H (n) represents the adaptive filter;
  • x (n) represents the reference signal
  • f (x (n)) is a function of the vector of the last L samples of the excitation signal (L integer), which function varies according to the families of algorithms considered;
  • ⁇ (n) represents the adaptation step
  • error (n) represents the distance between the real echo and the estimated echo, ie the distance between the feedback signal y (n), composed of the echo (n) echo signal and the speech signal (n), and the estimated estimated echo signal (n) at the output of the adaptive filter.
  • the echo canceller remains stuck in the state corresponding to the pre-change state, i.e. of the filter remain adapted to a certain echo path while this path has changed. This case can occur because of the architecture of the application.
  • VAD voice activity detectors
  • the voice activity detectors used for the control of the algorithm freeze the adaptation of the filter, and the system remains in the state: the coefficients of the adaptive filter are no longer suitable.
  • the adaptive filter represents a filter very close to the transfer function of the echo source.
  • the system no longer behaves as an echo canceller, but as an echo generator in the presence of the direct signal x (n). The user then perceives an echo on the return path, while the echo source has disappeared.
  • voice activity detectors for determining the state of the system is not optimal, since these detectors confuse in certain cases the state of double speech and the state of echo alone, and diverge the adaptive filter, turning it into a random noise generator.
  • the blocking phenomenon disappears of itself after a certain time if the filter converges to a new transfer function ("null" function since no more echo).
  • this convergence requires a certain delay, during which the echo cancellation device behaves like a noise generator.
  • an objective of the invention is to propose an echo cancellation technique making it possible to improve the intelligibility and interactivity of a conversation by rapidly detecting a change in the echo path, and in particular by quickly detecting the suppression of an echo.
  • an objective of the invention is to propose such a technique that makes it possible to eliminate, or at least reduce, the audible part of a residual echo, without causing perceptible degradation on a local speech signal, and without generate random noise when changing the echo path.
  • the invention aims to provide such a technique for stabilizing an echo cancellation system in case of change of the echo path.
  • the object of the invention is also to propose such a technique that is simple to implement and does not require the addition of voice activity status indicator (s), while presenting improved performances with respect to state of the art techniques.
  • an echo cancellation device present in a return channel, and corresponding to a direct channel of a communication system.
  • audio comprising echo processing means comprising adaptive filtering means of the direct channel, said echo processing means providing an estimate of the echo to be subtracted from the return channel.
  • such a device comprises means for controlling the processing means taking into account a comparison between a first information representative of the energy output of the processing means and a second information representative of the energy of the channel. back.
  • the invention is based on a completely new and inventive approach to the control of the echo processing means, making it possible to quickly adapt the parameters of such an echo cancellation device in the event of detection of a change of the echo path.
  • the processing means comprise at least one adaptive filter, and may for example comprise a switch controlling such an adaptive filter.
  • the processing means by comparing the energy output of the processing means and the energy carried by the return path, it can be deduced that the echo source has been modified, and that consequently the processing means of echo are no longer suitable for the new echo path.
  • the control means then act on the processing means, in order to adapt the device to the new echo path.
  • the technique according to the invention thus makes it possible to prevent the echo cancellation device from behaving like a noise generator.
  • control means determine a ratio between the first and second information, and the comparison compares this ratio to a first threshold.
  • the invention makes it possible to quickly detect a change in the echo path, including the suppression of an echo, and possibly to act on the means of echo processing.
  • control means comprise delay means, triggered when the ratio is greater than the first threshold.
  • delay means make it possible in particular to delay the activation of an operation on the processing means, avoiding false alarms, which may occur when the energy output of the processing means exceeds the energy carried by the return path. for a very short time.
  • the ratio between the energy output of the processing means and the energy carried by the return channel is greater than the first threshold for at least a certain period defined by the delay means.
  • These delay means may comprise at least one counter.
  • the control means deliver an echo path change information when the delay means exceeds a second threshold.
  • the decision of detecting a change in the echo path is taken when the ratio between the energy at the output of the processing means and the energy carried by the return path is kept higher than the first threshold up to that the delay means exceeds a second threshold.
  • the control means then act on the echo processing means.
  • the control means act on at least one coefficient of the filtering means, by means of the processing means, in order to adapt them to the new echo path.
  • the processing means may in particular control at least one switch for adjusting the coefficients of the adaptive filter.
  • the control means also make it possible to inhibit the filtering means by calling a function of the echo cancellation device.
  • the first threshold may in particular be predetermined or adapted according to a first control information representative of a state of the device. More precisely, this first threshold may be fixed (“absolute fixed”), that is, it is fixed and does not change over time. This threshold can also be predetermined according to a first control information representative of the state of the device, taking for example account of the nominal value of the coupling
  • this first threshold can also be adapted over time.
  • the second threshold may also be predetermined or adapted according to a second control information representative of a state of the device. More precisely, this second threshold can also be fixed or adaptive, absolute or dependent on a second control information representative of the state of the device, taking into account the current value of the delay means, and / or the number of false alarms.
  • the invention also relates to a method for canceling an echo present in a return channel, and corresponding to a direct channel of an audio communication system, comprising an echo processing step implementing a substep adaptive filtering of the direct channel, said echo processing step providing an estimate of the echo to be subtracted from the return channel.
  • such a method comprises a step of controlling the processing step, taking into account a comparison between a first information representative of the energy at the output of the processing step and a second information representative of the energy of the return path.
  • the invention also relates to a computer program product downloadable from a communication network and / or stored on a computer readable medium and / or executable by a microprocessor, comprising program code instructions for the implementation of the method of cancellation of an echo.
  • FIG. 1 presents a conventional echo cancellation device comprising an adaptive filter, used for example in a telephony or teleconferencing application between one or more distant correspondent (s) and a local correspondent ;
  • FIG. 2 illustrates an echo cancellation device comprising control means for echo processing means according to the invention. 6.
  • Description of an embodiment of the invention The general principle of the invention is based on a new and original approach to the detection of a change in an echo source, in an echo cancellation system implementing an adaptive filtering technique. Such a technique notably makes it possible to dispense with the system state indicator (s), for example of the voice activity detector (s), which makes it possible to increase the reliability of the system and to adapt rapidly echo processing means to a new echo path.
  • system state indicator for example of the voice activity detector (s)
  • such a technique is based on the comparison of a first information representative of the energy output of the echo processing means, which notably comprise an adaptive filter, to a second piece of information representative of the energy on a signal path.
  • return which carries a local speech signal alone, echo only, or double speech: if the ratio between the first and second information is greater than a first threshold, a change of the echo path is detected.
  • the proposed solution makes it possible in particular to detect the disappearance of a physical echo at the input of the system, and when such a change has been detected, to perform at least one operation aimed at restoring a stable and determined state of the system, by example by returning the adaptive filter in a stable and determined state.
  • an echo cancellation device comprising means for controlling the echo processing means according to the invention is presented.
  • speech (n) enter the device according to the invention.
  • the echo processing means comprise only adaptive filtering means
  • the control means comprise first (respectively second) means for determining a first (respectively second) information. representative of the energy of a signal at the output of the echo processing means (respectively of the energy carried by the return channel), and means for comparing the first and second information.
  • the processing means could also comprise at least one switch, or any other means for adjusting the coefficients of the filtering means.
  • the reference signal x (n) 11 is filtered by means of an adaptive filter H (n) 16, delivering an estimated estimated echo signal (n) 24.
  • the estimated estimated echo signal (n) 24 is then subtracted from the feedback signal y (n) 14, delivering an error signal error (n) representing the distance between the real echo and the estimated echo .
  • the estimated signal (n) 24 is close to zero, and the signal error (n) is close to the signal y (n) 14, in all situations of the return signal (echo only, local speech alone or double speech).
  • the signal echo (n) is zero
  • the signal y (n) 14 is zero
  • the estimated signal (n) is strong
  • the error signal (n) is strong
  • the error signal (n) is close to the signal y (n) 14, and the estimated signal (n) 24 is close to zero;
  • the energy of the error signal (n) is greater than the energy of the signal y (n).
  • the energy of the estimated signal (n) 24 is either of the order of magnitude, or greater or less, than the energy of the signal y (n) 14.
  • the energy of the return signal 14 y (n) carried by the return path is always significantly greater than the energy the estimated estimated echo signal (n) 24, whether in an echo-only, local-only, or double-talk situation.
  • the signal energy y (n) 14 is substantially equal to that of the estimated signal (n) 24 in an echo situation alone, the energy of the signal y (n) 14 is much greater than that of the estimated signal (n) 24 in the speech situation local only, and the energy of the signal y ⁇ n) 14 is slightly greater than that of the estimated signal (n) 24 in double talk situation.
  • the energy of the signal y (n) 14 is much lower than that of the estimated signal (n) 24 echo only, and the energy of the signal y (n) 14 is significantly higher than that of the estimated signal (n) 24 in situation of local speech alone.
  • the energy of the signal y ⁇ n) 14 is always greater than or substantially equal to that of the estimated signal (n) 24, except in the case where the echo source disappears. Indeed, in a situation of echo path change, and in particular of echo cancellation, the energy of the signal y (n) 14 is much lower than that of the estimated signal (n). This situation appears systematically in echo situation alone and may appear in a double talk situation, depending on the value of the coupling.
  • the echo cancellation technique is based on a comparison of the ratio R of the energies of the signals estimated (n) and y (n) to a first threshold S1, a change in the echo path being detected when this ratio R exceeds the threshold Sl: energy (estimated (n)) energy ( ⁇ > (»)
  • the ratio R is greater than the threshold S1 only in echo situation alone.
  • the ratio R is compared with the threshold Sl, and when the value of the ratio R exceeds this threshold Sl, timing means, for example comprising a counter, are triggered.
  • the decision to detect the echo cancellation is taken once the counter exceeds a second maximum value threshold 52, in order to avoid false false detections.
  • an estimate of the energy of the estimated estimated echo signal (n) 24 at the output of the adaptive filter 16 is determined from first means 21 for determining a first piece of information representative of the energy of the estimated echo signal.
  • An estimation of the energy of the feedback signal y (n) 14 at the input of the system is also determined from second means 22 for determining a second piece of information representative of the energy of the return signal.
  • comparison means 23 determine the ratio R between the estimate of the energy of the output of the adaptive filter 16 and the estimate of the energy of the feedback signal.
  • the ratio R is then compared with the threshold S1, and a counter is triggered if
  • R is greater than Sl:
  • the choice of the thresholds Sl and 52 makes it possible in particular to adapt the detection technique to the system to which it applies.
  • These thresholds may for example be predetermined or adapted as a function of control information representative of the state of the device.
  • the thresholds S1 and / or 52 can be fixed "absolute", that is to say fixed and not changing over time.
  • the thresholds S1 and / or 52 may also be predetermined as a function of control information representative of the state of the device, taking into account, for example, the nominal value of the coupling (in other words the level of the echo return) for the threshold.
  • Sl, or the current value of the overflow delay and / or the number of false alarms for the thresholds S1 and / or 52 can also be adapted over time.
  • control means 26 (comprising the first means 21 and the second means 22 for determining an information representative of the energy, and the comparison means 23) act on the means of treatment, to put the system in a determined state.
  • control means 26 may for example reset the coefficients of the adaptive filter 16, or cancel the call to an echo cancellation function, in order to stabilize the state of the system.
  • the invention thus proposes a technique for canceling an acoustic or electrical echo, based on the use of control means of the echo processing means, as a function of the detection of change of physical echo path. More specifically, the invention proposes detecting an echo suppression by comparing the energy estimates of an estimated echo signal at the output of the processing means and a feedback signal entering the system. .
  • This technique has the advantage of dispensing with means for detecting the state of the system, as proposed according to the prior art. According to the invention, there is therefore no interaction with a system status indicator for the detection of the change of the echo path, which makes it possible to increase the reliability of an echo cancellation device according to the invention.
  • the invention finds applications in the acoustic and / or electrical echo cancellation devices, in particular for integration into terminals enabling the parallel communication of several telephone lines, such as terminals dedicated to the stock markets, for example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'annulation d'un écho présent dans une voie de retour (14), et correspondant à une voie directe (11) d'un système de communication audio, comprenant des moyens de traitement d'écho comprenant des moyens de filtrage adaptatif (16) de la voie directe, délivrant une estimation de l'écho destinée à être soustraite à la voie de retour (14). Selon l'invention, un tel dispositif comprend des moyens de contrôle (26) des moyens de traitement tenant compte d'une comparaison entre une première information représentative de l'énergie en sortie des moyens de traitement et une seconde information représentative de l'énergie de la voie de retour (14).

Description

Dispositif d'annulation d'un écho électrique ou acoustique, procédé et programme d'ordinateur correspondants. 1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui des communications numériques, et notamment celui du traitement des signaux audio dans un système de communication.
Plus précisément, l'invention concerne une technique d'annulation d'un écho permettant d'atténuer, ou à tout le moins de réduire, dans une voie de retour, des composantes d'écho électrique ou acoustique correspondant à une voie directe, même en cas de changement du chemin d'écho.
L'invention trouve notamment des applications dans des systèmes de communication audio de type terminaux téléphoniques, passerelles VoIP (de l'anglais « Voice over IP », en français « voix sur protocole Internet »), centres d'appels, etc. 2. Solutions de l'art antérieur et leurs inconvénients
On connaît déjà, dans le domaine des télécommunications, une technique permettant d'annuler au moins en partie un écho, mettant en œuvre un filtrage adaptatif.
Cette technique permet notamment de résoudre les problèmes d'échos électriques, issus par exemple des transformateurs de lignes (notamment deux fils/quatre fils), ou les problèmes d'échos acoustiques, issus par exemple de la fonctionnalité mains-libres proposée dans les différents types de terminaux.
Un exemple de cette technique d'annulation d'écho, dans une application de téléphonie ou de téléconférence entre un ou plusieurs correspondant(s) distant(s) et un correspondant local, est illustré en figure 1.
Un signal direct ou de référence 11, porté par une voie directe 11, est diffusé sur un haut-parleur 12, et un signal de retour 14, porté par une voie de retour 14, est renvoyé par un microphone 13. Un tel signal de retour 14 comprend éventuellement des composantes d'écho du signal de référence 11 et un signal de parole locale. Le chemin d'écho 15 correspond alors à la matérialisation de toutes les réflexions subies par le signal direct 11 avant d'atteindre le microphone 13.
On remarque que les voies possèdent, par souci de simplification, les mêmes noms et signes de référence que les signaux qu'elles transportent.
L'annulation de l'écho par filtrage adaptatif selon cette technique de l'art antérieur repose sur l'identification du chemin d'écho 15, et nécessite la modélisation de ce chemin d'écho 15 à l'aide d'un filtre adaptatif 16.
Un algorithme de filtrage adaptatif, par exemple de type NLMS (de l'anglais « Normalized Least Mean Square », en français « gradient stochastique normalisé »), MCR (Moindres Carrés Rapides), ou encore AP A2 (Algorithme de Projection Affine d'ordre 2), permet notamment d'ajuster les coefficients du filtre adaptatif selon une équation récursive du type :
H(n + l) = H(n) + μ(n) * erreur(n)* f(x(n)) où : - H(n) représente le filtre adaptatif ;
- x(n) représente le signal de référence ; - f(x(n)) est une fonction du vecteur des L derniers échantillons du signal d'excitation (L entier), fonction variant selon les familles d'algorithmes considérés ;
- μ(n) représente le pas d'adaptation ;
- erreur(n) représente la distance entre l'écho réel et l'écho estimé, c'est- à-dire la distance entre le signal de retour y(n), composé du signal d'écho echo(n) et du signal de parole parole(n), et le signal d'écho estimé estimée(n) en sortie du filtre adaptatif. Autrement dit, le signal erreur(n) est défini par erreur(n) = y(n)- estimée(n), avec en cas de parole locale seule y(n) = parole(n), en cas d'écho seul y(n) = echo(n), et en cas de double parole y(n) = echo(n) + parole(n) .
Cependant, un inconvénient de cette technique de l'art antérieur est qu'un tel système à base de filtre adaptatif est fortement récursif, et nécessite par conséquent des moyens de contrôle appropriés pour garantir sa stabilité.
Par conséquent, l'adaptation des coefficients selon l'équation précédente ne doit se faire qu'en présence d'écho seul (y(n) = echo(n)) pour estimer correctement le chemin d'écho réel, c'est à dire en l'absence de parole locale simultanée.
De plus, dans les situations réelles d'utilisation d'un annuleur d'écho, il se trouve des situations où l'écho disparaît totalement de l'entrée du système : par exemple, lorsqu'un terminal téléphonique passe du mode « mains libres » au mode « combiné », ou encore lorsque certaines lignes téléphoniques d'un poste téléphonique connecté à plusieurs lignes en parallèles sont libérées (terminaux professionnels, centre d'appels etc.).
Si l'information de changement de chemin d'écho n'est pas communiquée à l'annuleur d'écho, ce dernier reste bloqué dans l'état correspondant à la situation antérieure au changement, c'est-à-dire que les coefficients du filtre restent adaptés à un certain chemin d'écho alors que ce chemin a changé. Ce cas de figure peut se produire du fait de l'architecture de l'application.
Selon l'art antérieur, des techniques de détection d'un changement de chemin d'écho reposant sur l'utilisation de détecteurs d'activité vocale (DAV) ont été proposées.
Ces techniques classiques proposent d'utiliser au moins un détecteur d'activité vocale sur le signal de retour y(n) pour déterminer l'état du système (écho seul, parole locale seule, double parole ou silence), et appliquer une stratégie d'adaptation en fonction de l'état déterminé.
Ainsi, lorsque le phénomène de disparition de l'écho se produit, l'absence de signal sur la voie de retour entraîne une « non activité vocale » sur les détecteurs, et l'adaptation ne se fait pas. En effet, en l'absence de signal y(n) sur le microphone, les détecteurs d'activité vocale utilisés pour le contrôle de l'algorithme gèlent l'adaptation du filtre, et le système reste en l'état : les coefficients du filtre adaptatif ne sont plus adaptés.
Plus précisément, si le système a correctement convergé avant la suppression physique de la source d'écho, le filtre adaptatif représente un filtre très proche de la fonction de transfert de la source d'écho. Le signal estimée(n), obtenu par convolution du signal de référence x(n) avec les coefficients du filtre adaptatif, est de ce fait proche du signal y{n) = echo(n) en l'absence de parole, et le signal erreur(n) est faible à très faible : estimée(n) = 2_,x(n - k) • h(k) pour k variant de 0 à N, où N représente la longueur du filtre adaptatif ; estimée(n) ≈ echo(n) ; erreur{n) = echdyή)— estimée(n) ≈ 0. Si la source d'écho disparaît, les équations deviennent : echc{ή) ≈ 0 ; erreur(n) ≈ — estimée(n) ; erreur(n) = -2_,x(n - k) - h(k).
Dans ces conditions, le système ne se comporte plus comme un annuleur d'écho, mais comme un générateur d'écho en présence du signal direct x(n). L'utilisateur perçoit alors un écho sur la voie de retour, alors que la source d'écho a disparue.
Par ailleurs, l'utilisation de détecteurs d'activité vocale pour la détermination de l'état du système n'est pas optimale, dans la mesure où ces détecteurs confondent dans certains cas l'état de double parole et l'état d'écho seul, et font diverger le filtre adaptatif, en le transformant en générateur de bruit aléatoire.
On peut également noter que dans certaines variantes des techniques de l'art antérieur, le phénomène de blocage disparaît de lui-même au bout d'un certain temps si le filtre converge vers une nouvelle fonction de transfert (fonction « nulle » puisqu'il n'y a plus d'écho). Toutefois, cette convergence nécessite un certain délai, au cours duquel le dispositif d'annulation d'écho se comporte comme un générateur de bruit.
3. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de proposer une technique d'annulation d'un écho permettant d'améliorer l'intelligibilité et l'interactivité d'une conversation, en détectant rapidement un changement du chemin d'écho, et notamment en détectant rapidement la suppression d'un écho. Ainsi, un objectif de l'invention est de proposer une telle technique qui permette de supprimer, ou à tout le moins de réduire, la partie audible d'un écho résiduel, sans engendrer de dégradations perceptibles sur un signal de parole locale, et sans générer de bruit aléatoire en cas de changement du chemin d'écho.
Notamment, l'invention a pour objectif de fournir une telle technique permettant de stabiliser un système d'annulation d'écho en cas de changement du chemin d'écho.
L'invention a également pour objectif de proposer une telle technique qui soit simple à mettre en œuvre et ne nécessite pas l'ajout d'indicateur(s) d'état de l'activité vocale, tout en présentant des performances améliorées par rapport aux techniques de 1 ' état de 1 ' art.
4. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un dispositif d'annulation d'un écho présent dans une voie de retour, et correspondant à une voie directe d'un système de communication audio, comprenant des moyens de traitement d'écho comprenant des moyens de filtrage adaptatif de la voie directe, lesdits moyens de traitement d'écho délivrant une estimation de l'écho destinée à être soustraite à la voie de retour.
Selon l'invention, un tel dispositif comprend des moyens de contrôle des moyens de traitement tenant compte d'une comparaison entre une première information représentative de l'énergie en sortie des moyens de traitement et une seconde information représentative de l'énergie de la voie de retour.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive du contrôle des moyens de traitement d'écho, permettant d'adapter rapidement les paramètres d'un tel dispositif d'annulation d'écho en cas de détection d'un changement du chemin d'écho. Plus précisément, les moyens de traitement comprennent au moins un filtre adaptatif, et peuvent par exemple comprendre un interrupteur pilotant un tel filtre adaptatif.
Selon l'invention, en comparant l'énergie en sortie des moyens de traitement et l'énergie portée par la voie de retour, on peut en déduire que la source d'écho a été modifiée, et que par conséquent les moyens de traitement d'écho ne sont plus adaptés au nouveau chemin d'écho.
Les moyens de contrôle agissent alors sur les moyens de traitement, afin d'adapter le dispositif au nouveau chemin d'écho. En détectant rapidement un changement dans la source d'écho, la technique selon l'invention permet ainsi d'éviter que le dispositif d'annulation d'écho se comporte comme un générateur de bruit.
Avantageusement, les moyens de contrôle déterminent un rapport entre les première et seconde informations, et la comparaison compare ce rapport à un premier seuil.
Ainsi, en comparant le rapport entre l'énergie en sortie des moyens de traitement et l'énergie portée par la voie de retour à un premier seuil, et en utilisant un critère de dépassement de ce seuil, l'invention permet de détecter rapidement un changement dans le chemin d'écho, notamment la suppression d'un écho, et éventuellement d'agir sur les moyens de traitement d'écho.
De façon préférentielle, les moyens de contrôle comprennent des moyens de temporisation, déclenchés lorsque le rapport est supérieur au premier seuil.
Ces moyens de temporisation permettent notamment de retarder l'activation d'une opération sur les moyens de traitement, en évitant les fausses alarmes, qui peuvent survenir lorsque l'énergie en sortie des moyens de traitement dépasse l'énergie portée par la voie de retour pendant un temps très court.
Selon l'invention, on vérifie donc que le rapport entre l'énergie en sortie des moyens de traitement et l'énergie portée par la voie de retour est supérieur au premier seuil pendant au moins une certaine période définie par les moyens de temporisation. Ces moyens de temporisation peuvent comprendre au moins un compteur. De manière avantageuse, les moyens de contrôle délivrent une information de changement de chemin d'écho lorsque les moyens de temporisation dépassent un second seuil. Ainsi, la décision de détection d'un changement dans le chemin d'écho est prise lorsque le rapport entre l'énergie en sortie des moyens de traitement et l'énergie portée par la voie de retour est maintenu supérieur au premier seuil jusqu'à ce que les moyens de temporisation dépassent un second seuil.
Les moyens de contrôle agissent alors sur les moyens de traitement d'écho. Préférentiellement, les moyens de contrôle agissent sur au moins un coefficient des moyens de filtrage, par l'intermédiaire des moyens de traitement, afin de les adapter au nouveau chemin d'écho. Les moyens de traitement peuvent notamment piloter au moins un interrupteur pour ajuster les coefficients du filtre adaptatif. Les moyens de contrôle permettent également d'inhiber les moyens de filtrage, en appelant une fonction du dispositif d'annulation d'écho.
Le premier seuil peut notamment être prédéterminé ou adapté en fonction d'une première information de contrôle représentative d'un état du dispositif. Plus précisément, ce premier seuil peut être fixe (« fixe absolu »), c'est-à-dire qu'il est figé et ne varie pas au cours du temps. Ce seuil peut également être prédéterminé en fonction d'une première information de contrôle représentative de l'état du dispositif, tenant par exemple compte de la valeur nominale du couplage
(autrement dit du niveau du retour d'écho), et/ou de la valeur courante des moyens de temporisation, et/ou du nombre de fausses alarmes. Finalement, ce premier seuil peut également être adapté au cours du temps.
Le second seuil peut également être prédéterminé ou adapté en fonction d'une seconde information de contrôle représentative d'un état du dispositif. Plus précisément, ce second seuil peut également être fixe ou adaptatif, absolu ou dépendant d'une seconde information de contrôle représentative de l'état du dispositif, tenant compte de la valeur courante des moyens de temporisation, et/ou du nombre de fausses alarmes.
L'invention concerne également un procédé d'annulation d'un écho présent dans une voie de retour, et correspondant à une voie directe d'un système de communication audio, comprenant une étape de traitement d'écho mettant en œuvre une sous-étape de filtrage adaptatif de la voie directe, ladite étape de traitement d'écho délivrant une estimation de l'écho destinée à être soustraite à la voie de retour.
Selon l'invention, un tel procédé comprend une étape de contrôle de l'étape de traitement, tenant compte d'une comparaison entre une première information représentative de l'énergie en sortie de l'étape de traitement et une seconde information représentative de l'énergie de la voie de retour.
L'invention concerne encore un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre du procédé d'annulation d'un écho.
5. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1, déjà commentée en relation avec l'art antérieur, présente un dispositif classique d'annulation d'écho comprenant un filtre adaptatif, utilisé par exemple dans une application de téléphonie ou de téléconférence entre un ou plusieurs correspondant distant(s) et un correspondant local ; la figure 2 illustre un dispositif d'annulation d'écho comprenant des moyens de contrôle de moyens de traitement d'écho selon l'invention. 6. Description d'un mode de réalisation de l'invention Le principe général de l'invention repose sur une approche nouvelle et originale de la détection d'un changement dans une source d'écho, dans un système d'annulation d'écho mettant en œuvre une technique de filtrage adaptatif. Une telle technique permet notamment de s'affranchir d'indicateur(s) d'état du système, par exemple de type détecteur(s) d'activité vocale, ce qui permet d'accroître la fiabilité du système et d'adapter rapidement des moyens de traitement d'écho à un nouveau chemin d'écho.
Plus précisément, une telle technique repose sur la comparaison d'une première information représentative de l'énergie en sortie des moyens de traitement d'écho, qui comprennent notamment un filtre adaptatif, à une seconde information représentative de l'énergie sur une voie de retour, qui porte un signal de parole locale seule, d'écho seul, ou de double parole : si le rapport entre les première et seconde informations est supérieur à un premier seuil, un changement du chemin d'écho est détecté. La solution proposée permet notamment de détecter la disparition d'un écho physique à l'entrée du système, et lorsqu'un tel changement a été détecté, d'effectuer au moins une opération visant à rétablir un état stable et déterminé du système, par exemple en remettant le filtre adaptatif dans un état stable et déterminé. On présente, en relation avec la figure 2, un dispositif d'annulation d'écho comprenant des moyens de contrôle des moyens de traitement d'écho selon l'invention.
Comme indiqué précédemment en relation avec l'art antérieur, une voie de retour 14 portant un signal de retour y(n) 14, comprenant éventuellement des composantes d'écho écho(n) correspondant à une voie directe 11 et un signal de parole locale parole(n), entrent dans le dispositif selon l'invention.
On considère dans cet exemple de réalisation que les moyens de traitement d'écho comprennent uniquement des moyens de filtrage adaptatif, et que les moyens de contrôle comprennent des premiers (respectivement second) moyens de détermination d'une première (respectivement seconde) information représentative de l'énergie d'un signal en sortie des moyens de traitement d'écho (respectivement de l'énergie portée par la voie de retour), et des moyens de comparaison des première et seconde informations. Il est bien entendu que les moyens de traitement pourraient également comprendre au moins un interrupteur, ou tout autre moyen permettant de régler les coefficients des moyens de filtrage.
Afin de modéliser le chemin d'écho correspondant à la voie directe 11, le signal de référence x(n) 11 est filtré au moyen d'un filtre adaptatif H{n) 16, délivrant un signal d'écho estimé estimée(n) 24. Le signal d'écho estimé estimée(n) 24 est alors retranché du signal de retour y(n) 14, délivrant un signal d'erreur erreur(n) 25 représentant la distance entre l'écho réel et l'écho estimé.
On obtient ainsi les équations suivantes : estimée( n) = 2_,x(n- k) - h(k) pour k variant de 0 à N ; y(n) = echo(n)+ parole(n) ; erreur '( n ) = y{n)— estimée{ n ) . La technique selon l'invention se base notamment sur les observations suivantes :
1. Lorsque le système n'a pas encore convergé, c'est-à-dire que les coefficients du filtre 16 ne sont pas adaptés pour annuler l'écho, le signal estimée(n) 24 est proche de zéro, et le signal erreur(n) 25 est proche du signal y(n) 14, dans toutes les situations du signal de retour (écho seul, parole locale seule ou double parole).
2. Lorsque le système a convergé, c'est-à-dire que la fonction de transfert du filtre adaptatif est sensiblement égale à la fonction de transfert de la source d'écho : - en situation d'écho seul (y(n) = echo(n)), le signal estimée(n) 24 est proche du signal echo(n), et le signal erreur(n) 25 est proche de zéro ;
- en situation de parole locale seule (y(n) = parole(n)), le signal estimée(n) 24 est proche de zéro, et le signal erreur(n) 25 est proche du signal parole(n) ; - en situation de double parole (y(n) = echo(n) + parole(n)), l'énergie du signal estimée(n) 24 est inférieure à l'énergie du signal de retour y{n) 14, et l'énergie du signal erreur(n) 25 est inférieure à l'énergie du signal de retour y{n) 14 ; 3. Lorsque la source de l'écho a disparu, et que le système a convergé :
- en situation d'écho seul, le signal echo(n) est nul, le signal y(n) 14 est nul, le signal estimée(n) 24 est fort, et le signal erreur(n) 25 est fort ;
- en situation de parole locale seule, le signal erreur(n) 25 est proche du signal y(n) 14, et le signal estimée(n) 24 est proche de zéro ;
- en situation de double parole, l'énergie du signal erreur(n) 25 est supérieure à l'énergie du signal y(n) 14. Suivant la valeur de couplage entre la voie de retour et la voie directe, et le niveau du signal y(n) 14, l'énergie du signal estimée(n) 24 est soit de l'ordre de grandeur, soit supérieure, soit inférieure, à l'énergie du signal y{n) 14.
Autrement dit, avant convergence du système, c'est-à-dire avant adaptation des coefficients du filtre adaptatif 16, l'énergie du signal de retour 14 y(n) porté par la voie de retour est toujours fortement supérieure à l'énergie du signal d'écho estimé estimée(n) 24, que l'on soit dans une situation d'écho seul, de parole locale seule ou de double parole.
Après convergence des coefficients du filtre adaptatif, permettant d'éliminer, ou à tout le moins de réduire les composantes d'écho du signal direct x(n) 11 présentes dans le signal de retour y(n) 14, l'énergie du signal y(n) 14 est sensiblement égale à celle du signal estimée(n) 24 en situation d'écho seul, l'énergie du signal y(n) 14 est fortement supérieure à celle du signal estimée(n) 24 en situation de parole locale seule, et l'énergie du signal y{n) 14 est légèrement supérieure à celle du signal estimée(n) 24 en situation de double parole.
Après suppression de la source d'écho et convergence des coefficients du filtre adaptatif, l'énergie du signal y(n) 14 est fortement inférieure à celle du signal estimée(n) 24 en situation d'écho seul, et l'énergie du signal y(n) 14 est fortement supérieure à celle du signal estimée(n) 24 en situation de parole locale seule.
Une fois ces différentes équations posées, on constate que l'énergie du signal y{n) 14 est toujours supérieure ou sensiblement égale à celle du signal estimée(n) 24, sauf dans le cas où la source d'écho disparaît. En effet, dans une situation de changement de chemin d'écho, et notamment de suppression d'écho, l'énergie du signal y(n) 14 est fortement inférieure à celle du signal estimée(n) 24. Cette situation apparaît systématiquement en situation d'écho seul et peut apparaître en situation de double parole, selon la valeur du couplage.
Il est donc possible de détecter un changement dans le chemin d'écho en comparant une première information représentative de l'énergie du signal estimée(n) 24 et une seconde information représentative de l'énergie du signal y(n) 14. Ainsi, la technique d'annulation d'écho selon l'invention repose sur une comparaison du rapport R des énergies des signaux estimée(n) et y(n) à un premier seuil Sl, un changement du chemin d'écho étant détecté lorsque ce rapport R dépasse le seuil Sl : énergie (estimée(n)) énergie (}>(») Lorsqu'un changement de chemin d'écho a eu lieu, le rapport R est supérieur au seuil Sl uniquement en situation d'écho seul.
On peut notamment remarquer qu'il est nécessaire de détecter cette situation très rapidement, afin d'éviter que le filtre adaptatif 16 agisse comme un générateur de bruit, tout en évitant les fausses alarmes, qui surviennent lorsque l'énergie du signal estimée(n) dépasse celle du signal y{n) pendant un temps très court.
Pour ce faire, le rapport R est comparé au seuil Sl, et lorsque la valeur du rapport R dépasse ce seuil Sl, des moyens de temporisation, comprenant par exemple un compteur, sont déclenchés. La décision de détection de la suppression d'écho est prise une fois que le compteur dépasse un second seuil de valeur maximale 52, afin d'éviter les fausses détections intempestives.
On présente ci-après un exemple de réalisation préférentiel de l'invention, tel qu'illustré en figure 2.
Au cours d'une première étape, une estimation de l'énergie du signal d'écho estimé estimée(n) 24 en sortie du filtre adaptatif 16 est déterminée à partir de premiers moyens 21 de détermination d'une première information représentative de l'énergie du signal d'écho estimé. Une estimation de l'énergie du signal de retour y(n) 14 à l'entrée du système est également déterminée à partir de seconds moyens 22 de détermination d'une seconde information représentative de l'énergie du signal de retour.
L'estimation de l'énergie des signaux d'écho et de retour peut par exemple être déterminée en utilisant l'équation suivante : énergie (X) = a * énergie (X) + (l -a) * X2 avec a= 0.996.
Au cours d'une étape suivante, des moyens 23 de comparaison déterminent le rapport R entre l'estimée de l'énergie de la sortie du filtre adaptatif 16 et l'estimée de l'énergie du signal de retour. En calculant les estimés des énergies du signal d'écho estimé et du signal de retour, et en en faisant le rapport R de ces énergies, il est ainsi possible de détecter le changement de couplage physique du système.
Le rapport R est alors comparé au seuil Sl, et un compteur est déclenché si
R est supérieur à Sl :
Figure imgf000015_0001
si R > Sl, alors on incrémente la valeur « tempo » du compteur (Tempo ++).
Finalement, on compare la valeur « tempo » du compteur à un seuil S2 correspondant à une valeur maximale de temporisation, et si la valeur « tempo » est supérieure à ce seuil 52, on décide qu'on a bien détecté une suppression d'écho.
Le choix des seuils Sl et 52 permet notamment d'adapter la technique de détection au système auquel elle s'applique. Ces seuils peuvent par exemple être prédéterminés ou adaptés en fonction d'informations de contrôle représentatives de l'état du dispositif. Ainsi, les seuils Sl et/ou 52 peuvent être fixes « absolu », c'est-à-dire figés et ne variant pas au cours du temps. Les seuils Sl et/ou 52 peuvent également être prédéterminés en fonction d'informations de contrôle représentatives de l'état du dispositif, tenant par exemple compte de la valeur nominale du couplage (autrement dit du niveau du retour d'écho) pour le seuil Sl, ou de la valeur courante de la temporisation de dépassement et/ou du nombre de fausses alarmes pour les seuils Sl et/ou 52. Finalement, ces seuils Sl et/ou 52 peuvent également être adaptés au cours du temps.
Par exemple, on peut choisir Sl tel que : Sl = β * ValeurCouplage, où β est une constante.
Ainsi, plus les seuils Sl et 52 sont grands, plus la détection d'un changement dans le chemin d'écho est fiable, mais plus la détection tarde à être active.
Pour les annuleurs d'écho, un compromis est à déterminer pour éviter la génération désagréable d'un écho en sortie du système. Une fois réglé, le système permet un déclenchement suffisamment rapide et fiable pour ne pas percevoir la suppression d'écho.
Selon un exemple de réalisation avantageux de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif pour une application donnée, on peut choisir Sl égal à 128, et 52 égal à 25.
Une fois la suppression ou le changement de chemin d'écho détecté, les moyens de contrôle 26 (comprenant les premiers moyens 21 et les seconds moyens 22 de détermination d'une information représentative de l'énergie, et les moyens de comparaison 23) agissent sur les moyens de traitement, pour mettre le système dans un état déterminé. Ainsi, les moyens de contrôle 26 peuvent par exemple remettre à zéro les coefficients du filtre adaptatif 16, ou supprimer l'appel à une fonction d'annulation d'écho, afin de stabiliser l'état du système.
L'invention propose ainsi une technique d'annulation d'un écho acoustique ou électrique, reposant sur l'utilisation de moyens de contrôle des moyens de traitement d'écho, en fonction de la détection de changement de chemin d'écho physique. Plus précisément, l'invention propose de détecter une suppression de l'écho par comparaison des estimées d'énergie d'un signal d'écho estimé, en sortie des moyens de traitement, et d'un signal de retour, entrant dans le système.
Cette technique présente l'avantage de s'affranchir de moyens de détection de l'état du système, tels que proposés selon l'art antérieur. Selon l'invention, il n'y a donc aucune interaction avec un indicateur d'état du système pour la détection du changement du chemin d'écho, ce qui permet d'augmenter la fiabilité d'un dispositif d'annulation d'écho selon l'invention.
L'invention trouve des applications dans les dispositifs d'annulation d'écho acoustique et/ou électrique, notamment pour une intégration dans des terminaux permettant la mise en communication en parallèle de plusieurs lignes téléphoniques, tels les terminaux dédiés aux marchés boursiers par exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'annulation d'un écho présent dans une voie de retour (14), et correspondant à une voie directe (11) d'un système de communication audio, comprenant des moyens de traitement d'écho comprenant des moyens de filtrage adaptatif (16) de ladite voie directe, lesdits moyens de traitement d'écho délivrant une estimation dudit écho destinée à être soustraite à ladite voie de retour (14), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (26) desdits moyens de traitement tenant compte d'une comparaison entre une première information représentative de l'énergie en sortie desdits moyens de traitement et une seconde information représentative de l'énergie de ladite voie de retour (14).
2. Dispositif d'annulation d'un écho selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle déterminent un rapport entre lesdites première et seconde informations et en ce que ladite comparaison compare ledit rapport à un premier seuil.
3. Dispositif d'annulation d'un écho selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle comprennent des moyens de temporisation déclenchés lorsque ledit rapport est supérieur audit premier seuil.
4. Dispositif d'annulation d'écho selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de temporisation comprennent au moins un compteur.
5. Dispositif d'annulation d'écho selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle délivrent une information de changement de chemin d'écho lorsque lesdits moyens de temporisation dépassent un second seuil.
6. Dispositif d'annulation d'un écho selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle permettent d'agir sur au moins un coefficient desdits moyens de filtrage.
7. Dispositif d'annulation d'un écho selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle permettent l'inhibition desdits moyens de filtrage.
8. Dispositif d'annulation d'un écho selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ledit premier seuil est prédéterminé ou adapté en fonction d'une première information de contrôle représentative d'un état dudit dispositif.
9. Dispositif d'annulation d'un écho selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ledit second seuil est prédéterminé ou adapté en fonction d'une seconde information de contrôle représentative d'un état dudit dispositif.
10. Procédé d'annulation d'un écho présent dans une voie de retour (14), et correspondant à une voie directe (11) d'un système de communication audio, comprenant une étape de traitement d'écho mettant en œuvre une sous-étape de filtrage adaptatif de ladite voie directe, ladite étape de traitement d'écho délivrant une estimation dudit écho destinée à être soustraite à ladite voie de retour (14), caractérisé en ce qu'il comprend une étape de contrôle de ladite étape de traitement tenant compte d'une comparaison entre une première information représentative de l'énergie en sortie de ladite étape de traitement et une seconde information représentative de l'énergie de ladite voie de retour (14).
11. Produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions de code de programme pour la mise en œuvre du procédé d'annulation d'un écho selon la revendication 10.
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