| Entry No. 247 |
| Entry type | |
| Authors | A. Czyżewski, G. Szwoch |
| English title | |
| Polish title | Metoda i układ tłumienia echa akustycznego w terminalu VoIP wykorzystująca technikę znakowania sygnału |
| Streszczenie | Wynalazek dotyczy zastosowania w terminalu klienckim systemu VoIP układu tłumienia echa akustycznego z zastosowaniem nowej metody wykrywania przypadku tzw. mowy równoczesnej (ang. double talk). Istotą wynalazku jest przy tym wykorzystanie techniki cyfrowego znakowania sygnału do oznaczenia sygnału przychodzącego od zdalnego klienta systemu VoIP, dzięki czemu możliwe jest późniejsze stwierdzenie występowania mowy równoczesnej i sterowanie procesem adaptacji filtru dokonującego obliczania estymaty echa, a w rezultacie stłumienie echa akustycznego. Zastosowanie wynalazku w systemie VoIP umożliwia uzyskanie skutecznego tłumienia echa akustycznego przy użyciu metody nie wprowadzającej istotnych opóźnień w transmisji danych, a w rezultacie poprawę jakości usługi VoIP. Wynalazek może być szczególnie użyteczny dla tych użytkowników systemów komunikacyjnych VoIP, którzy z różnych względów podczas komunikacji w systemie VoIP wykorzystują głośnik zamiast słuchawek. Zastosowanie metody według wynalazku zapobiega powstawaniu efektu echa akustycznego, który znacznie utrudnia prowadzenie rozmów i obniża jakość usługi.
Proponowane rozwiązanie realizuje układ tłumienia echa akustycznego za pomocą adaptacyjnego filtru cyfrowego. Przetworzenie sygnału docierającego od drugiego mówcy przez filtr adaptacyjny powoduje uzyskanie estymaty echa akustycznego, która następnie jest odejmowana od sygnału zebranego przez mikrofon. Wynik tej operacji jest wykorzystywany do adaptacji (strojenia) filtru. Istotnym elementem opisywanego układu jest detektor tzw. mowy równoczesnej (ang. double talk detector). Jego zadaniem jest wykrycie przypadku mowy równoczesnej, gdy mikrofon przyłączony do terminala klienckiego odbiera użyteczny sygnał mowy pochodzący od mówcy bliskiego oraz jednocześnie sygnał echa od drugiego mówcy. Detektor mowy równoczesnej wykrywa taki przypadek i powoduje wstrzymanie procesu adaptacji filtru na okres występowania mowy równoczesnej. Zapobiega on w ten sposób rozstrojeniu filtru adaptacyjnego, co skutkowałoby zniekształceniem przetwarzanego sygnału.
Schemat blokowy układu detekcji mowy równoczesnej oraz sterowanego przez niego układu tłumienia echa akustycznego będącego zasadniczą częścią terminala systemu VoIP, stanowiącego sobą urządzenie według wynalazku, przedstawiono na rysunku. Opisywany układ wykorzystuje technikę znakowania sygnału pobranego z wejścia terminala A, po jego przetworzeniu przez dekoder mowy. Generator znacznika 1 wytwarza ustaloną sekwencję bitów, nazywaną znacznikiem, dobraną w taki sposób, aby umożliwić późniejszą detekcję obecności znacznika w sygnale, który został zniekształcony podczas transmisji fal akustycznych pomiędzy głośnikiem i mikrofonem. Ponadto generator 1 wytwarza ustaloną sekwencję pseudolosową oraz sygnał nośny. W bloku kodowania znacznika 2 następuje mnożenie znacznika przez sygnał nośny, a następnie przez sygnał pseudolosowy, aby uzyskać w ten sposób sygnał obejmujący szeroki zakres częstotliwości, odporny na zniekształcenia. Otrzymany w ten sposób zakodowany znacznik jest tłumiony i dodawany do właściwego sygnału w bloku zapisu znacznika 3. Sygnał z zapisanym znacznikiem jest przekazywany na wyjście układu B. Z kolei sygnał odebrany przez mikrofon trafia na wejście C opisywanego układu i jest sprawdzany pod kątem występowania znacznika. Opisywana metoda detekcji mowy równoczesnej opiera się na spostrzeżeniu, że w przypadku braku mowy równoczesnej w sygnale odebranym przez mikrofon obecny będzie tylko sygnał echa oraz ewentualnie szum i inne zakłócenia, możliwe będzie zatem wykrycie obecności znacznika. Natomiast w przypadku gdy w analizowanym sygnale jest obecny również sygnał mowy wprowadzony przez użytkownika terminala, znacznik zawarty w sygnale echa zostanie stłumiony przez użyteczny sygnał mowy, przez co blok detektora znacznika stwierdzi brak znacznika w sygnale. Blok dekodowania znacznika 4 dokonuje wstępnego przetwarzania sygnału, obejmującego m.in. normalizację i synchronizację z sygnałem kodowanym, a następnie sygnał jest mnożony przez sygnał pseudolosowy uzyskany z generatora 1, po czym przeprowadzana jest detekcja treści znacznika. Odczytany znacznik jest następnie porównywany ze znacznikiem uzyskanym z generatora 1, wprowadzonym wcześniej do sygnału, po czym blok decyzyjny 5 na podstawie wyniku próby odczytu znacznika określa czy znacznik ten był obecny w analizowanym sygnale i odpowiednio włącza lub wyłącza blok 6 sterujący adaptacją filtru 7. Blok decyzyjny 5 dostarcza binarną informację: jeżeli znacznik nie został wykryty, oznacza to konieczność zatrzymania procesu adaptacji filtru 7 przez blok sterujący 6, natomiast jeżeli znacznik zostanie wykryty, oznacza to brak mowy równoczesnej, zatem adaptacja filtru 7 powinna zostać wznowiona. Niezależnie od wyniku detekcji znacznika, estymata echa uzyskana przy użyciu filtru 7 zostaje odjęta od sygnału wejściowego, po czym wynik tej operacji jest przetwarzany przez procesor dynamiki 8, dokonujący tłumienia tzw. echa resztkowego, a następnie sygnał przekazywany jest na wyjście układu D.
Istotną różnicą wprowadzoną w omawianej metodzie, odróżniającą proponowany wynalazek od typowych zastosowań techniki znakowania sygnałów, jest wykrywanie samej obecności znacznika, a nie odczytywanie jego treści. Z tego względu sygnał znacznika został dobrany w taki sposób, aby jego obecność w sygnale była możliwa do stwierdzenia pomimo zniekształcenia sygnału zawierającego znacznik na skutek pogłosu wprowadzonego w pętli akustycznego sprzężenia zwrotnego oraz szumu i innych zakłóceń zewnętrznych, a zarazem aby sygnał mowy użytkownika terminala powodował stłumienie znacznika uniemożliwiające jego wykrycie, pozwalając w ten sposób stwierdzić przypadek występowania mowy równoczesnej.
Opisana metoda tłumienia echa akustycznego, z wykorzystaniem znakowania sygnału w celu detekcji mowy równoczesnej, może zostać zaimplementowana w terminalu klienta systemu VoIP, który może mieć postać sprzętową lub programową. Wykorzystanie wynalazku umożliwia skuteczne tłumienie niekorzystnego efektu echa akustycznego bez zwiększania opóźnień w komunikacji, które mógłby spowodować bardziej złożony układ detekcji mowy równoczesnej. Z powyższych względów opisywany wynalazek może znaleźć szczególne zastosowanie w tych terminalach klienckich VoiP, w które nie dysponują dużą mocą obliczeniową. Wykorzystanie wynalazku prowadzi do podwyższenia jakości usług telekomunikacyjnych w systemach VoIP.
ZASTRZEŻENIA PATENTOWE
1. Terminal kliencki systemu VoIP znamienny tym, że wykorzystuje układ tłumienia echa akustycznego zawierający detektor mowy równoczesnej zrealizowany w oparciu o znakowanie sygnału przychodzącego za pomocą ustalonego znacznika oraz stwierdzenie obecności znacznika w sygnale przesyłanym do sieci w celu określenia czy występuje mowa równoczesna i czy występuje konieczność zatrzymania procesu adaptacji układu tłumienia echa akustycznego.
2. Metoda detekcji mowy równoczesnej znamienna tym, że wykorzystuje technikę znakowania sygnału w sposób podany w zastrzeżeniu 1.
|
|