DE2207141B2

DE2207141B2 -

Info

Publication number: DE2207141B2
Application number: DE2207141A
Authority: DE
Inventors: David Arthur New York N.Y. Berkley; Olga Mary Mracek Summit N.J. Mitchell
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-12-03
Filing date: 1972-12-16
Publication date: 1980-10-09
Also published as: JPS4865813A; GB1369711A; DE2207141A1; CA952439A; US3784747A; JPS55760B2; DE2207141C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung unerwünschter Sprachsignale mittels eines vorhersagenden Filters mit einer Anordnung zur Ableitung einer elektrischen Wellenform, die ein Sprachsignal repräsentiert, einer Anordnung zur Ablei- «> tung von Parametern eines Sprachsignals, die vom Sprachsignal während der Intervalle der Sprachgrundwellenperiode gesteuert wird und einer Anordnung, die auf die abgeleiteten Parameter für die Wiedergewinnung der elektrischen Wellenform anspricht. *>5The invention relates to a circuit arrangement for suppressing unwanted speech signals by means of a predictive filter having an arrangement for deriving an electrical waveform representing a Speech signal represented, an arrangement for deriving- «> processing of parameters of a speech signal derived from the speech signal during the intervals of the basic speech wave period is controlled and an arrangement based on the derived parameters for recovery the electrical waveform responds. *> 5

Bei der Telefonie und anderen einschlägigen Gebieten kommt es häufiger vor, daß die Sprache einer Quelle, die ein Zuhörer zu hören wünscht, in ihrer Verständlichkeit ernsthaft durch die Sprache einer zweiten unerwünschten Quelle gestört wird. Zur Verringerung der Wirkungen der ^weiten Sprachquelle wurden bereits zahlreiche Vorschläge gemacht. Diese betreffen eine relative Verbesserung des erwünschten Sprachsignals, indem das unerwünschte Sprachsign.il relativ unverständlich gehalten wird oder indem die Energie des unerwünschten Signals herabgesetzt wird. Unabhängig von der Art und Weise der Verbesserungen wurde als typisches Resultat erzielt, daß das gewünschte Sprachsignal nun verständlicher war, als es bei dem vollständigen Fehlen einer Sprachverarbeitung gewesen wäre. Die »Freihand«-Telefone sind Musterbeispiele für dieses Problem der gegenseitig in Konflikt geratenden Sprachquellen, da deren elekiroakustischer Wandler (Lautsprecher) eine potentielle Quelle von unerwünschten Signalen am Mikrofon der gleichen Sprechstelle darstellen.It is more common in telephony and other related fields that the language one Source that a listener wishes to hear, seriously understandable through the language of one second unwanted source is disturbed. To reduce the effects of the broad language source numerous suggestions have already been made. These concern a relative improvement of what is desired Speech signal by removing the unwanted speech signal il is kept relatively incomprehensible or by reducing the energy of the unwanted signal. Regardless of the manner in which the improvements were made, the typical result achieved was the one desired Speech signal was now more understandable than it would have been in the complete absence of speech processing were. The "hands free" phones are prime examples of this problem of conflicting one another advising language sources, as their electrical-acoustic transducers (loudspeakers) are a potential source of display unwanted signals on the microphone of the same call station.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, den genannten Nachteil der Störung eines gewünschten Sprachsignals durch ein unerwünschtes, insbesondere bei »Freihand«-Telefonen zu vermeiden.The object of the present invention is now to the mentioned disadvantage of the disruption of a to avoid the desired voice signal through an undesired one, especially with "hands-free" telephones.

Für eine Sprachverarbeitungseinrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anordnung für die Ableitung der Parameter des Sprachsignals einen Verzögerungs- und Verstärkungsparameter unerwünschter Sprachsignalwerte (c) w'ihrend eines Intervalls ableitet, das einen wesentlichen Teil der Grundwellenperiode des unerwünschten Sprachsignals umfaßt, welche Parameter dazu verwendet werden, das unerwünschte Sprachsignal wiederzugewinnen, und daß schließlich eine Kombinationsschaltung vorgesehen ist, die das wiedergewonnene, unerwünschte Sprachsignal mit einer Kombination (a + c) des unerwünschten und eines erwünschten (a) Sprachsignals kombiniert, so daß das gewünschte Sprachsignal übrigbleibt.For a speech processing device of the type mentioned at the beginning, this object is achieved in that the arrangement for deriving the parameters of the speech signal derives a delay and amplification parameter of undesired speech signal values (c) during an interval which comprises a substantial part of the fundamental wave period of the undesired speech signal , which parameters are used to recover the unwanted speech signal, and that finally a combination circuit is provided which combines the recovered, unwanted speech signal with a combination (a + c) of the unwanted and a desired (a) speech signal, so that the desired speech signal remains.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, bei der das unerwünschte Signal über eine ankommende Leitung in einer Empfängerstelle empfangen wird und die Kombinationsschaltung an eine abgehende Leitung für das Auslöscheil ankommender Sprachsignale angeschlossen wird, die in Kombination mit dem abgehenden Signal vorliegen können.Another embodiment of the invention relates to a circuit arrangement in which the undesired Signal is received over an incoming line in a receiving station and the combination circuit connected to an outgoing line for the cancellation of incoming voice signals which may be present in combination with the outgoing signal.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further, advantageous configurations and developments of the subject matter of the invention are the Refer to subclaims.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich im wesentlichen aus der nachfolgenden Betrachtung:The advantages of the invention result essentially from the following consideration:

Die Erfindung beruht auf der allgemeinen Erkenntnis, daß ein unerwünschtes Sprachsignal auf der Basis seiner Sprachparameter unterdrückt werden kann.The invention is based on the general knowledge that an undesired speech signal on the basis of his Language parameters can be suppressed.

Der US-Patentschrift 36 31520 sind bestimmte Sprachparameter zugrundegelegt. Ferner ist dort eine »vorhersagende Codierungs«-Technik für die Verringerung der Übertragungsbandbreite angegeben, in der eine Abschätzung des Augenblickswertes der Sprachsignalabtastung auf der Basis eines bekannten entsprechenden vorhergehenden Wertes vorgenommen wird. Aus diesen Daten wird ein Differenz- oder Fehlersignal erzeugt und zu einer fernen Empfangsstation zusammen mit bestimmten Vorhersage-Parametern übertragen. In der fernen Empfangsstation wird das gesamte Signal aus dem Fehlersignal, unter Verwendung der Vorhersage-Parameter, wieder neu gebildet.U.S. Patent 3,63,520 are specific Language parameters taken as a basis. Also there is a "predictive coding" technique for the reduction the transmission bandwidth, in which an estimate of the instantaneous value of the speech signal sample is made based on a known corresponding previous value. A difference or error signal is generated from this data and sent to a remote receiving station transmitted with certain prediction parameters. In the remote receiving station, the entire signal is off the error signal using the prediction parameters.

Es wurde nun erkannt, daß der in der genannten US-Patentschrift angegebene Prozeß so umgestaltetIt has now been recognized that the process set forth in the referenced US patent would be so redesigned

werden kann, daß er ein gegebenes, unerwünschtes Sprachsignal im wesentlichen eliminieren kann.It can be said that it can substantially eliminate a given unwanted speech signal.

Das grundlegende Konzept der Erfindung besteht darin, aus dem unerwünschten Signal einen Verzögerungs- und einen Verstärkungs-Paramete/ abzuleiten. Diese Parameter steuern ein Verzögerungs- und Verstärkungsnetzwerk, durch das sowohl die gewünschten als auch die unerwünschten Signale geleitet werden. Die Verzögerungszeit entspricht etwa der augenblicklichen Dauer der Grundwellenperiode des unerwünschten Sprachsignals. Die Verstärkung wird nach einer von mehreren möglichen Formeln errechnet, so daß so das verzögerte, unerwünschte Signal auf ein Amplituden-Niveau des vorliegenden Wertes des unerwünschten Sprachsignals gebracht wird. Alternativ hierzu wird bei einer technisch weniger komplexen Ausführung die Verstärkung gleich 1 gesetzt. In jedem Falle wird das Ausgangssignal des Netzwerkes dann subtraktiv auf das unerwünschte Sprachsignal oder auf irgendeinem komponenten Signal angewandt, das das urerwünschte Sprachsignal enthält. Dieses Verfahren kann entweder in analoger oder digitaler Technik durchgeführt werden.The basic concept of the invention is to convert the unwanted signal into a delay and derive a gain parameter /. These parameters control a delay and Reinforcement network through which both wanted and unwanted signals are passed. The delay time corresponds approximately to the instantaneous duration of the fundamental wave period of the undesired Voice signal. The gain is calculated according to one of several possible formulas, so that so that delayed, unwanted signal to an amplitude level of the present value of the unwanted Speech signal is brought. Alternatively, in a technically less complex version, the Gain set equal to 1. In any case it will Output signal of the network then subtractively on the unwanted speech signal or on any component signal is applied which contains the desired speech signal. This procedure can be either can be carried out in analog or digital technology.

Von Vorteil ist jedoch, wenn das Verfahren mit Hilfe einer Abtasttechnik durchgeführt wird, bei der das Signal mit einer Folgefrequenz von beispielsweise 6 kHz abgetastet wird, was bedeutet, daß je Grundwellenperiode 30 — 60 Abtastungen durchgeführt werden. Die Zahl der Abtastungen in einer Grundwellenncriode verändert sich mit der Frequenz der Sprachgrunü welle.However, it is advantageous if the method is carried out with the aid of a scanning technique in which the Signal is sampled with a repetition frequency of, for example, 6 kHz, which means that each fundamental wave period 30 - 60 scans can be performed. The number of samples in a fundamental wave period changes with the frequency of the green wave.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Sprache aus dem Lautsprecher eines handfreien Fernsprechapparates, die entweder direkt oder als Nachhallreflektion auf das Mikrofon des Apparates auftrifft, weitgehend aus dem Ausgangssignal des Mikrofones entfernt werden. Es wird dabei sowohl das Nachhallsignal als auch das direkte Signal unterdrückt, da sich die unerwünschten Sprachparameter während des Sprechens nicht schnell verändern.In one embodiment of the invention, speech from the loudspeaker can be hands-free Telephone set, either directly or as reverberation reflection on the set's microphone occurs, can be largely removed from the output signal of the microphone. It will do both that Reverberation signal as well as the direct signal suppressed, since the undesired speech parameters during of speaking do not change quickly.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beispielsweise die Sprache von zwei Sprechern von einer Mehrzahl von Mikrofonen festgestellt und die Sprache eines Sprechers unter Verwendung der festgestellten Sprachparameter durch die Kombination der Ausgangssignale der Mikrofone unterdrückt.For example, in another embodiment of the invention, the language of two Speakers detected by a plurality of microphones and the language of a speaker among them Use of the determined speech parameters by combining the output signals of the microphones suppressed.

Es ist nun offensichtlich, daß die Umgestaltung des in der genannten US-Patentschrift aufgezeigten Verfahrens in einem Aspekt ein Filter darstellt, und zwar ein Filter mit kamm'örmigem Frequenzspektrum, dessen Minima bei der Sprachgrundfrequenz (und deren Harmonische) des unerwünschten Sprachsignals liegen. Hierin unterscheidet sich das »vorhersagende« Filter der Erfindung von einer konventionellen Echosperre, die nur ein nachhallendes Signal spiegelt urd diese Spiegelung von dem zusammengesetzten Signal, das aus dem Signal selbst und seiner Spiegelung besteht, subtrahiert.It is now evident that the redesign of the process disclosed in the cited US patent represents in one aspect a filter, namely a filter with a comb-shaped frequency spectrum whose Minima lie at the basic speech frequency (and its harmonics) of the unwanted speech signal. This is where the "predictive" filter of the invention differs from a conventional echo canceller, which only reflects a reverberant signal and this Reflection of the composite signal, which consists of the signal itself and its reflection, subtracted.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigtIn the following the invention is explained in more detail by means of an exemplary embodiment illustrated by the drawings described. It shows

F i g. 1 das schematische Blockschaltbild eines Sprachübertragungsnetzwerks mit einem handfreien Telefon und der erfindungsgemäßen Anordnung,F i g. 1 is a schematic block diagram of a voice transmission network with a hands-free Telephone and the arrangement according to the invention,

Fig.2 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen vorhersagenden Filters,2 shows a schematic block diagram of the inventive predictive filter,

F i g. 3 ein schematisches Blockschaltbild zur weiteren Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Vorhersaeeschaltung, F i g. 3 is a schematic block diagram to further illustrate the forecast circuit according to the invention,

Fig.4—6 grafische Darstellungen verschiedener Kennlinien der Vorhersageschaltung,Fig. 4-6 graphic representations of various Characteristics of the prediction circuit,

F i g. 7 u. 8 Darstellungen zweier weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung in einem Sprachübertragungsnetzwerk mit handfreien Fernsprechapparaten undF i g. 7 and 8 show two further exemplary embodiments of the invention in a voice transmission network with hands-free telephones and

Fig.9 u. 10 schematische Darstellungen der Erfin dung für die Unterdrückung der Sprache mehrerer Sprecher in einem Raum.9 and 10 are schematic representations of the inventor for suppressing the speech of several speakers in a room.

iü Bei dem ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein handfreier Fernsprechapparat mit einem Lautsprecher 1 und einem Mikrofon 2 in einem nicht hallfreiem Raum 3 an eine Sprachverarbeitungseinrichtung 8 gemäß der Erfindung angeschlos-iü In the first, shown in Fig. 1 embodiment of the invention is a hand-free telephone set with a loudspeaker 1 and a microphone 2 in a non-reverberation-free room 3 to a speech processing device 8 connected according to the invention

Π sen. Im allgemeinen kommt das gewünschte Sprachsignal als Eingangssignal für das Mikrofon 2 von der Sprachquelle 4, dem nahen Sprecher, dessen Signal a hauptsächlich den direkten Pfad 5 entlang wandert. Die Schallreflexion der Quelle 4 ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Der Lautsprecher 1, der das Signal des fernen Sprechers abgibt, ist bezüglich des Mikrofons 2 die Quelle eines unerwünschten Eingangssignals, und zwar entweder auf dem direkten Weg 6 oder dem Reflexionsweg 7. Der direkte Sprachweg des Sprechers am fernen Ende ist mit cbezeichneuΠ sen. In general, the desired speech signal comes as an input signal for the microphone 2 from the speech source 4, the nearby speaker, whose signal a mainly travels along the direct path 5. The sound reflection of the source 4 is not shown in FIG. 1. Loudspeaker 1, which emits the distant speaker's signal, is the source of an undesired input signal with respect to microphone 2, either on direct path 6 or reflection path 7. The direct speech path of the far-end speaker is denoted by cnew

Das in Fig. I dargestellte Sprachverarbeitungsnetzwerk besteht aus einem sogenannten Voraussagefilter 9, das mit der Ausgangsschaltung des Mikrofons 2 verbunden ist. Wie die Fi g. 2 und 3 zeigen, besteht dasThe speech processing network shown in Fig. I consists of a so-called prediction filter 9, which is connected to the output circuit of the microphone 2. As the Fi g. 2 and 3 show that there is

in Filter 9 aus zwei parallelen Zweigen. Der erste Zweig ist eine Vorhersageschaltung 11, die ein Netzwerk sein kann, das aus einem Verzögerungsnetzwerk 12 und einem Verstärker 13 besteht. Der zweite Zweig ist ein direkter Nebenschlußpfad. Beide Zweige sind überin filter 9 from two parallel branches. The first branch is a prediction circuit 11 which may be a network consisting of a delay network 12 and an amplifier 13 consists. The second branch is a direct shunt path. Both branches are over

Γ) einen Subtrahierer 10 miteinander verbunden. Die Vorhersageschaltung 11 wird in einer noch zu beschreibenden Weise von einem Parameterextraktor 14 gesteuert, der in den Kreis des Lautsprechers 1 eingeschaltet ist.Γ) a subtracter 10 connected to one another. the Prediction circuit 11 is operated by a parameter extractor in a manner to be described 14 controlled, which is switched into the circuit of the loudspeaker 1.

-ι» Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Sprechverarbeitung digital. Ein Tiefpaß 15 mit einer vorzugsweisen Grenzfrequenz von 3 kHz und ein 6 kHz-Abtaster 16 sind in Reihe in die Ausgangsschaltung des Mikrofons 2 eingeschaltet. In ähnlicher-ι »According to an embodiment of the invention speech processing takes place digitally. A low-pass filter 15 with a preferred cut-off frequency of 3 kHz and a 6 kHz sampler 16 are connected in series to the output circuit of the microphone 2. In a similar way

•ti Weise sind ein Tiefpaß 17 und ein Abtaster 18 parallel zur Eingangsschaltung des Lautsprechers 1 geschaltet und ferner in Reihe mit dem Parameterextraktor 14 verbunden.• In a way, a low-pass filter 17 and a sampler 18 are parallel connected to the input circuit of the loudspeaker 1 and also in series with the parameter extractor 14 tied together.

Eine Wellenform, die das Signal c des Sprechers amA waveform representing the speaker's signal c

"iii fernen Ende repräsentiert, ist in F i g. 4 dargestellt. Da ein Sprachsignal redundant ist, d.h. das Signal verändert seine äußere Form und die Länge der Grundwellenperiode von einer Grundwellenperiode zur nächsten nur sehr wenig, kann die Augenblicksform oder der Wert"iii represents the far end is shown in Fig. 4. Da a speech signal is redundant, i.e. the signal changes its external shape and the length of the fundamental wave period from one fundamental wave period to the next very little, the instantaneous form or the value can

~>^r> des Signals c durch eine lineare Vorhersage geschätzt werden, die auf einem früheren Wert des Signals c beruht.~> ^r > of the signal c can be estimated by a linear prediction based on an earlier value of the signal c.

Das in Fig.4 dargestellte Signal eist aus Sprache in aufeinanderfolgenden Grundwellenperioden I\, h, h usw.The signal shown in Fig. 4 consists of speech in successive fundamental wave periods I \, h, h etc.

λ aufgebaut. In den Sprachsignalen in den benachbarten Sprachgrundwellenperioden des Signals c sind ungleiche Amplituden vorhanden. So kann die Verstärkung b so errechnet werden (hier nicht beschrieben), daß, wenn sie aui das abgetastete Signal der Grundwellenperiodeλ built up. There are unequal amplitudes in the speech signals in the adjacent speech fundamental wave periods of the signal c. Thus, the gain b can be calculated (not described here) in such a way that when it is also the sampled signal of the fundamental wave period

λ l\ angewendet wird, sie bewirkt, daß dieses Signal sich dem in der nächsten Grundwellenperiode h abgetasteten Signal annähert. Wenn dann das verstärkte Signal der Periode /ι subtraktiv mit dem Sisnalwert der λ l \ is applied, it causes this signal to approximate the signal sampled in the next fundamental wave period h. If then the amplified signal of the period / ι subtractive with the Sisnalwert of

Periode h kombiniert wird, dann ergibt sich im wesentlichen eine Ausfilterung des Signals c. In ähnlicher Weise wird das gleiche Resultat erzielt, wenn das verstärkte Signal der Periode .', subtraktiv mit dem zusammengesetzten Signal a + c in dem Subtrahierer 10 kombiniert wird.Period h is combined, then the result is essentially a filtering out of the signal c. Similarly, the same result is obtained when the amplified signal of the period.

Dieses in mathematischen Termen ausgedrückt, bedeutet, daß W_n (die Amplitude des Abtastwertes n, der den Subtrahierer 10 über den direkten Weg in dem Vorhersagefilter 9 erreicht), wird subtraktiv mit W,,-; (der Amplitude des verzögerten Abtastwertes) kombiniert, wobei k die Zahl der Abtastungen in einer Grundwellenperiode ist. Vorzugsweise wird das Zeitfenster, über dem die Parameter ausgewertet werden, in der Größenordnung der Grundwellenperiode, um sicherzustellen, daß genügend Energie vorhanden ist. Ein Zeitfenster von 30 Abtastwerten mit einer Abtastfolgefrequenz von 6 kHz erfaßt in einer gegebenen Grundwellenperiode eine Zahl von Abtastwerten, die zwischen der halben und der Gesamtzahl der Abtastwerte liegt.Expressed in mathematical terms, this means that W _n (the amplitude of the sample n which reaches the subtracter 10 via the direct path in the prediction filter 9) is subtracted with W ,, -; (the amplitude of the delayed sample), where k is the number of samples in a fundamental period. The time window over which the parameters are evaluated is preferably of the order of magnitude of the fundamental wave period in order to ensure that sufficient energy is available. A time window of 30 samples with a sampling rate of 6 kHz captures a number of samples in a given fundamental wave period which is between half and the total number of samples.

Da die Sprache während der Intonisation nur quasi-stationär ist, müssen der Verzögerungsparameter k und der Verstärkungsparameter b periodisch errechnet werden. Dieses wird mit Hilfe des digitalen Parameterextraktors 14, entsprechend der Lehre der US-Patentschrift 36 31 520, die bereits erwähnt wurde, durchgeführt.Since speech is only quasi-stationary during intonation, the delay parameter k and the gain parameter b must be calculated periodically. This is carried out with the aid of the digital parameter extractor 14, in accordance with the teaching of US Pat. No. 3,631,520, which has already been mentioned.

Wie dort ausgeführt wird, werden die Eingangssprachabtastwerte vom Abtaster 18 als »Rahmen« von Signalen gespeichert. Der Speicherinhalt wird dann zu einer Recheneinheit übertragen, die einen Teil des Parameterextraktors 14 bildet, und in der für 30 Abtastwerte Korrelationsrechenwerte X₁ gemäß folgender Beziehung errechnet werden:As stated therein, the input speech samples are stored by sampler 18 as "frames" of signals. The memory content is then transferred to a computing unit which forms part of the parameter extractor 14 and in which correlation computing values X ₁ are calculated for 30 samples according to the following relationship:

Σ ^w' Σ ^w '

η = (I η = (I

' Γ ^v T-T ^v T-· Σ"* Σ K-] ' Γ ^v TT ^v T- · Σ "* Σ K-]

(D(D

wobei π vorzugsweise im Bereich von 30 — 60 Abtastungen liegen kann.where π can preferably be in the range of 30-60 samples.

Die errechneten Werte von X₁ werden dann in einem Netzwerk, das ebenfalls Teil des Extraktors 18 ist, auf die Lage von Spitzenwerten hin untersucht, um den größten Wert von X₁ zu bestimmen. Der Wert von j wird auf die Weise gefunden, daß X₁ das Maximum aller Werte von X ist. Dieser bestimmte Wert von j ist der Verzögerungsparameter jt, der als einer der Parameter zu dem Vorhersagefilter 9 übertragen wird. Es ist zu sehen, daß k eine variable Verzögerung ist, und daß der Maximalwert von Xj Xk ist Der Verzögerungsparameter k ist für einen typischen stimmhaften Sprachabschnitt in F i g. 6 dargestellt.The calculated values of X ₁ are then examined for the location of peak values in a network which is also part of the extractor 18 in order to determine the greatest value of X _1. The value of j is found in such a way that X _{1 is} the maximum of all values of X. This particular value of j is the delay parameter jt which is transmitted to the prediction filter 9 as one of the parameters. It can be seen that k is a variable delay and that the maximum value of Xj is Xk . The delay parameter k is for a typical voiced speech segment in FIG. 6 shown.

Der Verstärkungsparameter b wird ebenfalls von der Rechenschaltung in dem Parameterextraktor 14 nach folgender Beziehung errechnet:The gain parameter b is also calculated by the computing circuit in the parameter extractor 14 according to the following relationship:

/b =/ b =

(2)(2)

Der Verstärkungsparameter b wird in ähnliche Weise zu dem Vorhersagefilter 9 übertragen.The gain parameter b is transmitted to the prediction filter 9 in a similar manner.

Die beschriebene Errechnung des Verzögerungspara meters k und Verstärkungsparameters b ist nur eine voi mehreren Möglichkeiten, durch die aus einer Analys des Sprachenergieinhalts in benachbarten oder in wesentlichen benachbarten Signalabschnitten Parame ter errechnet werden können, die, wenn sie auf eine früheren Signalabschnitt angewendet werden, dei letzteren in seiner Gestalt ziemlich ähnlich mit de Gestalt des augenblicklich vorliegenden Signalab Schnitts halten werden.The described calculation of the delay parameter k and gain parameter b is just one of several possibilities by which parameters can be calculated from an analysis of the speech energy content in neighboring or essentially neighboring signal sections, the latter if they are applied to an earlier signal section will be quite similar in shape to the shape of the current signal.

Daher wird die zu dem Lautsprecher I übertragen Sprache kontinuierlich analysiert, um aus ihr einei optimalen Verzögerungsparameter und einen Verstär kungsfaktor zu extrahieren. Diese Parameter werder periodisch, beispielsweise alle 5 ms auf den neuester Stand gebracht. Wenn am Lautsprecher 1 keir ankommendes Sprachsignal vorliegt, sind Verzögerunj und Verstärkung null. Bei einem ankommenden Signa wird der errechnete augenblickliche Signalausgangs wert der Vorhersageschaltung 11 von dem unverzöger ten, unverstärkten Signalabtastwert subtrahiert, der dii Signale a + c darstellt.Therefore, the speech transmitted to the loudspeaker I is continuously analyzed in order to extract from it an optimal delay parameter and a gain factor. These parameters are updated periodically, for example every 5 ms. If there is no incoming speech signal at loudspeaker 1, the delay and gain are zero. In the case of an incoming signal, the calculated instantaneous signal output value of the prediction circuit 11 is subtracted from the undelayed, unamplified signal sample which represents the signals a + c .

Die Rückumwandlung in die analoge Form de Signals in der Ausgangsschaltung des Mikrofons ; erfolgt in einem Digital-/Analogwandler 10/4.The reconversion into analog form of the signal in the output circuit of the microphone; takes place in a digital / analog converter 10/4.

Das in F i g. 3 dargestellte und oben beschrieben Filter hat eine Übertragungsfunktion in Z-Transforma tionsschreibweise.The in Fig. The filter shown in FIG. 3 and described above has a transfer function in Z-Transforma notation.

HiZ)= \-bZ-HiZ) = \ -bZ-

j-, Die Größe der Frequenzabhängigkeit einer typischei Ausführungsform des Filters 9 ist in F i g. 5 dargestellt, ii der eine Vorhersageschaltung 11 verwendet wird, und
die Abtastperiode angibt.The magnitude of the frequency dependence of a typical embodiment of the filter 9 is shown in FIG. 5, ii using a prediction circuit 11, and
indicates the sampling period.

Die Frequenzabhängigkeit für VerstärkungsparameThe frequency dependence for gain parameters

4(i ter b< 1 wird durch den ausgezogenen Kurvenverlau und für Verstärkungsparameter b> 1 durch gestrichelt! Linien dargestellt. Da die Sprache während de Intonisation dynamisch ist, müssen die Parameter b um k, wie oben festgestellt wurde, optimal gewählt unc 5 periodisch, beispielsweise alle 5 ms. auf den neuester Stand gebracht werden.4 (i ter b < 1 is represented by the solid curve and for gain parameters b > 1 by dashed lines. Since speech is dynamic during the intonization, the parameters b by k, as stated above, must be optimally chosen and periodic , for example every 5 ms. to be brought up to date.

Die Filterung der Eingangssprache mit Hilfe de errechneten Parameter führt während der Intonisatiot zu einer Unterdrückung bis zu 30 dB während de:The filtering of the input speech with the help of the calculated parameters leads during the intonation to a suppression of up to 30 dB during de:

•in Vorliegens stimmhafter Sprachabschnitte des uner wünschten Signals c und zu einer mittleren Unterdrük kung von etwa 14 dB des unerwünschten Signals c. • in the presence of voiced speech sections of the unwanted signal c and to a mean suppression of about 14 dB of the unwanted signal c.

Die errechneten Parameter b und k verändern siel bezüglich der Zeit nicht sanft. Die optimale Verzöge rung verdoppelt sich gelegentlich während stimmhafte] Sprachabschnitte. Auch während stimmloser Sprachab schnitte verändert sich die optimale Verzögerung übei einen weiten Bereich, während die Korrelation relatn niedrig bleibt Die errechneten Verstärkungen sin< jedoch während dieser stimmlosen Sprachabschnittf nicht vernachlässigbar.The calculated parameters b and k did not change gently with respect to time. The optimal delay occasionally doubles during voiced] speech segments. Even during unvoiced speech sections, the optimal delay changes over a wide range, while the correlation remains relatively low. However, the calculated gains are not negligible during these unvoiced speech sections.

Die gewünschte Sprache a, die bezüglich de unerwünschten Signals c das unterdrückt werden soli nicht korreliert ist wird gedämpft, wenn es durch eir Filter übertragen wird, das diese schnell veränderlicher Filterparameter besitzt, während unter solchen Bedin gungen keine zusätzliche Unterdrückung des uner wünschten Sprachsignals erfolgtThe desired speech a, which is not correlated with the undesired signal c that is to be suppressed, is attenuated if it is transmitted through a filter that has these rapidly changing filter parameters, while under such conditions no additional suppression of the undesired speech signal takes place

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird eine Logikschaltung eingebaut, um unerwünschte Veränderungen der Filterparameter b und k zu verhindern. Es wurde festgestellt, daß keine allzu große Unterdrückung erzielt wurde, wenn die Korrelation Xk kleiner als 0,85 war. Daher wird die Verstärkung b für A"* < 0,85 gleich null gesetzt. Dieses erfolgt durch eine Parametersteuerschaltung 19 in Fig. 1, die b für Xk<0,85 gleich null setzt. Die Wahl von X_k stellt einen Kompromiß dar zwischen einem größtmöglichen und einem ausreichend kleinen Wert, so daß alle stimmhaften Sprachabschnitte unterdrückt werden. Die resultierende Unterdrückung während der Intonisation ist unverändert, während die Dämpfung eines zweiten Sprachsignals verringert wird. Fig.6 zeigt die Verhinderung des Verzögerungsparameters k während eines typischen stimmhaften Sprachabschnittes. In order to avoid these difficulties, a logic circuit is built in to prevent undesired changes in the filter parameters b and k . It was found that the suppression was not too great when the correlation Xk was smaller than 0.85. Therefore, the gain b is set equal to zero for A "* <0.85. This is done by a parameter control circuit 19 in FIG. 1, which sets b equal to zero for Xk <0.85. The choice of X _k represents a compromise between as large as possible and a sufficiently small value so that all voiced speech segments are suppressed. The resulting suppression during intonation is unchanged while the attenuation of a second speech signal is reduced. Fig. 6 shows the prevention of the delay parameter k during a typical voiced speech segment.

Da die Parameter b und k sich während stimmhafter Sprachabschnitte relativ langsam verändern, ist das Vorhersagefilter 9 effektiv bei der Entfernung eines Teils des reflektierenden Signals, wie auch des direkten. Speziell der Teil des reflektierten Signals, dessen Parameter nicht zu sehr von den Filterparametern abweicht, wird in der Amplitude verringert.Since the parameters b and k change relatively slowly during voiced speech segments, the prediction filter 9 is effective in removing part of the reflective signal as well as the direct one. In particular, that part of the reflected signal whose parameters do not deviate too much from the filter parameters is reduced in amplitude.

Bei der obigen Erläuterung der Erfindung wurde angenommen, daß bei handfreien Fernsprechapparaten Lautsprecher 1 und Mikrofon 2 nicht getrennt voneinander angeordnet waren. In der Praxis jedoch wird eine beträchtliche Übergangszeit für das Wandern des Signals c längs des Weges 6 zu dem Mikrofon 2 benötigt. Es ist daher erforderlich, in dem Sprachverarbeitungsnetewerk 8 die Lautsprecher-Mikrofonübergangszeit zu kompensieren. Dieses erfolgt mittels der Parameterverzögerungsschaltung 19/4, die in Reihe zwischen dem Ausgang der Parametersteuerung 19 und dem Vorhersagefilter 9 eingeschaltet ist. Die Parameter-Verzögerungsschaltung 19/4 ist vorteilhafterweise mit einer Einstellschaltung \9B für die Dauer der Verzögerung ausgestattet, mit deren Hilfe eine Verzögerung eingestellt werden kann, die der Übergangszeitchrakteristik jedes gegebenen handfreien Fernsprechapparates entspricht.In the above explanation of the invention it was assumed that in hands-free telephones loudspeaker 1 and microphone 2 were not arranged separately from one another. In practice, however, a considerable transition time is required for the signal c to travel along the path 6 to the microphone 2. It is therefore necessary in the speech processing network 8 to compensate for the speaker-microphone transition time. This takes place by means of the parameter delay circuit 19/4, which is connected in series between the output of the parameter control 19 and the prediction filter 9. The parameter delay circuit 19/4 is advantageously equipped with a setting circuit 9B for the duration of the delay, with the aid of which a delay can be set which corresponds to the transition time characteristics of any given hand-free telephone set.

Die F i g. 7 und 8 zeigen die Kombination eines Vorhersagefilters mit einer Echounterdrückungsschalter-Mittenklippung gemäß der Deutschen Patentanmeldung P 21 56 641.2. Diese Kombination stellt einen möglichen Ersatz für Sprachumschaltung dar, die gegenwärtig für die Echo- und Rückkopplungsunterdrückung verwendet wird.The F i g. 7 and 8 show the combination of a prediction filter with echo canceller center clipping according to the German patent application P 21 56 641.2. This combination creates one possible substitute for language switching, which is currently used for echo and feedback suppression is used.

F i g. 7 zeigt ein mit 50 bezeichnetes Netzwerk für die Beseitigung des Echos eines fernen Sprechers bei einem handfreien 4-Draht-Fernsprechapparat In dieser Figur bezeichnen gleiche Nummern solche Bauteile, die den gleichen Bauteilen in den Fig. 1—3 entsprechen. Das ferne Echo, das durch das Mikrofon 2 von dem Lautsprecher 1 aufgenommen wird, wird zuerst in seiner Amplitude während stimmhafter Sprachabschnitte von dem Sprachverarbeitungsnetzwerk 8 in der zuvor erläuterten Weise verringert Verstärkungs- und Verzögerungsparameter b und k des fernen Sprachsignals werden bezüglich des empfangenen Lautsprechersignals gemessen und die ferne Echokomponente des Mikrofonsignals durch die Filterung reduziert Das übrig bleibende Ferne Signal am Ausgang des Sprachverarbeitungsnetzwerks 8 wird dann von dem Echounterdrücker mit Mittenklippung entferntF i g. 7 shows a network, designated 50, for the removal of the echo of a distant speaker in a 4-wire hands-free telephone set. In this figure, like numbers indicate components which correspond to the same components in FIGS. 1-3. The distant echo picked up by the microphone 2 from the loudspeaker 1 is first reduced in its amplitude during voiced speech segments by the speech processing network 8 in the manner explained above. Gain and delay parameters b and k of the distant speech signal are measured with respect to the received loudspeaker signal and the far echo component of the microphone signal is reduced by the filtering. The remaining far signal at the output of the speech processing network 8 is then removed by the echo canceller with center clipping

Wie in der oben genannten deutschen Patentanmeldung beschrieben wurde, wird nun das empfangene Signal dazu benutzt, die Klipp-Niveaus mit Hilfe der Klippungssteuerung 22 so einzustellen, daß sie gerade das Echo beseitigen. Das Ausgangssignal des Digital-/ Analogwandlers 10/4 wird zu der Filterbank 40 übertragen, die mehrere aneinandergrenzende Bandfilter im Sprachfrequenzbereich enthält. Im Mittenklipper 41 wird das Signal in jedem Unterband des Filters 40 bei einem Niveau mittengeklippt, das von der Klippersteuerung 22 bestimmt wird und das das Energieniveau inAs described in the above-mentioned German patent application, the received Signal is used to adjust the clipping levels by means of the clipping control 22 so that they are straight eliminate the echo. The output signal of the digital / analog converter 10/4 is sent to the filter bank 40 transmitted, which contains several contiguous band filters in the voice frequency range. In the middle clipper 41, the signal in each sub-band of filter 40 is center-clipped at a level determined by the clipper control 22 is determined and that the energy level in

ίο dem empfangenen Signal innerhalb jedes Unterbandes mißt. Das Ausgangssignal des Klippers 41 wird in der Filterbank 42 gefiltert, die einen ähnlichen Aufbau wie die Filterbank 40 besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Klippersteuerung 22 in vorteilhafter Weise ebenfalls von dem Parameterextraktor 14 gesteuert. Da das Echo von dem Vorhersagefilter 9 während der Intonisation verringert wird, können die Klippniveaus um im wesentlichen den gleichen Betrag während der Intonisation verringert werden. Daher ist in F i g. 7 ein Steuersignal dargestellt, (gestrichelte Leitung) zwischen dem Parameterextraktor 14 und der Klippersteuerung 22, das eine Dämpfung des Eingangssignals zur Klipperniveausteuerung 22 bewirkt, die gleich der von dem Sprachverarbeitungsnetzwerk 8 erzielten Unterdrückung ist.ίο the received signal within each sub-band measures. The output signal of the clipper 41 is filtered in the filter bank 42, which has a similar structure to the filter bank 40 has. In this embodiment, the clipper controller 22 becomes more advantageous Way also controlled by the parameter extractor 14. Since the echo from the prediction filter 9 As the intonation is decreased, the clip levels can be increased by substantially the same amount can be decreased during intonation. Therefore, in FIG. 7 shows a control signal (dashed Line) between the parameter extractor 14 and the clipper control 22, which causes an attenuation of the input signal to the clipper level control 22, the is equal to the suppression achieved by the speech processing network 8.

Das optimale Arbeiten der KlipperniveausteuerungThe optimal working of the clipper level control

22 kann verwirklicht werden, wenn eine Verzögerung in ihren Eingangspfad eingefügt wird, um die bereits erwähnte Signalübergangszeit zwischen Lautsprecher 1 und Mikrofon 2 zu kompensieren. Mit auf diese Weise während stimmhafter Sprachabschnitte reduzierten Klippungsniveaus wird eine geringere Verstümmelung der Sprache am nahen Ende durch den Mittenklippungsprozeß erzielt. F i g. 8 zeigt eine Schaltung für die Eliminierung sowohl des Nahendechos (Echo des fernen Sprechers, bewirkt von der akustischen Kopplung durch die Raumakustik) als auch des nahen Echos (Echo des nahen Sprechers, bewirkt durch eine ungenügende Rückhördämpfungsschaltung) bei einem handfreien 2-Draht-Fernsprechapparat. Das ferne Echo wird von dem Netzwerk 50 in der oben im Zusammenhang mit Fig.7 beschriebenen Weise eliminiert. Das nahe Echo wird von einer ähnlichen Schaltung 51 eliminiert, die auf der Empfangsseite des örtlichen 4-Draht-Netzwerkes eingeschaltet ist, wie die Figur zeigt.22 can be realized if a delay is inserted into its input path by the amount already to compensate mentioned signal transition time between loudspeaker 1 and microphone 2. With this way during voiced sections of speech, reduced levels of clipping become less mutilated the near end of the language is achieved through the center clipping process. F i g. 8 shows a circuit for the Elimination of both the near end echo (echo of the distant speaker, caused by the acoustic coupling through the room acoustics) as well as the near echo (echo of the nearer speaker, caused by an insufficient Hearing loss circuit) in a hands-free 2-wire telephone set. The distant echo is from eliminated from the network 50 in the manner described above in connection with FIG. The close echo is eliminated by a similar circuit 51, which is on the receiving side of the local 4-wire network is turned on, as the figure shows.

Ein alternatives Verfahren zur Einstellung der Klipper-Niveausteuerung durch den Parameterextraktor 14 über die Parameterverzögerungsschaltung 19/4 ist in der Schaltung 51 gezeigt. Ein zweites Vorhersageso filter 9/4 dient in der Schaltung 51 zur Dämpfung der Signale der Klipperniveausteuerung während stimmhafter Sprachsignale. Daher folgen die Klipperpegel dem Signal am Eingang des Schmalband-Mittenklippers, d.h. an dem Ausgang des Vorhersagefilters 9A
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gestattet die Unterdrückung des Sprachsignals eines von zwei Sprechern in einem Raum. F i g. 9 zeigt die erwünschte SprachquelleAn alternative method of setting the Klipper level control by the parameter extractor 14 via the parameter delay circuit 19/4 is shown in circuit 51. A second prediction filter 9/4 is used in the circuit 51 to attenuate the signals of the clip level control during voiced speech signals. Therefore, the clipper levels follow the signal at the input of the narrowband mid-clipper, ie at the output of the prediction filter 9A
Another embodiment allows the suppression of the speech signal of one of two speakers in a room. F i g. 9 shows the desired language source

23 und eine unerwünschte Sprachquelle 24, während beide Sprachsignale das Eingangssignal für die Mikrofone 25 und 26 bilden. Die unerwünschte Quelle 24 ist so angeordnet daß Zeitverzögerungen für die direkte Klangübertragung zu den Mikrofonen 25 und 26 gleich sind. Im Ausgangskreis des Mikrofones 25 befindet sich, wie Fig.2 zeigt das Vorhersagefilter 9, das bereits früher erläutert wurde. Die Vorhersageschaltung 11 in F i g. 3 wird von einem 2-Mikrofon-Parameterextraktor 30 gesteuert
Zwei Signale, IV_n vom Mikrofon 25 und IV_n vom23 and an undesired speech source 24, while both speech signals form the input signal for the microphones 25 and 26. The unwanted source 24 is arranged so that time delays for direct sound transmission to the microphones 25 and 26 are equal. As FIG. 2 shows, the prediction filter 9, which has already been explained earlier, is located in the output circuit of the microphone 25. The prediction circuit 11 in FIG. 3 is controlled by a 2-microphone parameter extractor 30
Two signals, IV _n from microphone 25 and IV _n from

Mikrofon 26, treten in den Parameterextraktor 30 ein, in dem eine Rechenschaltung die folgenden Rechenwerte errechnet:Microphone 26, enter the parameter extractor 30, in which an arithmetic circuit calculates the following arithmetic values:

Ein Spitzcnwcrtselektionsnetzwerk innerhalb des Extraktors wählt dann die Spitzenwerte von Xj und Yj aus, und ein Vergleicher findet den größten Spitzenwert, der in beiden Folgen Xj und Yj für den gleichen Wert von j auftritt. Der Wert von j ist der Verzögerungsparameter k für das unerwünschte Sprachsigna], das zu dem Vorhersagefilter 9 übertragen wird.A peak-forward selection network within the extractor then selects the peak values of Xj and Yj , and a comparator finds the largest peak that occurs in both sequences Xj and Yj for the same value of j . The value of j is the delay parameter k for the undesired speech signal which is transmitted to the prediction filter 9.

1010

Ein alternatives Verfahren für die Extraktion der Parameter ist in Fig. 10 dargestellt. Zwei zusätzliche Mikrofone 27 und 28 sind so angeordnet, daß die Verzögerungszeiten des erwünschten Sprachsignals 24 für die direkte Tonübertragung zu den Mikrofonen 27 und 28 gleich den Zeitverzögerungen zu den Mikrofonen 25 und 26 sind. Die Ausgangssignale aller Mikrofone 25 bis 28 werden von einem bekannten, nicht-linearen Verarbeiter 31 verarbeitet.An alternative method for the extraction of the parameters is shown in FIG. Two additional Microphones 27 and 28 are arranged so that the delay times of the desired speech signal 24 for the direct sound transmission to the microphones 27 and 28 equal to the time delays to the microphones 25 and 26 are. The output signals of all microphones 25 to 28 are from a known, non-linear Processor 31 processed.

ίο Das Ausgangssignal des Verarbeiters 31 enthält das unerwünschte Signal und eine gedämpfte und gestörte Komponente des gewünschten Signals. (Die Ausgangssignale können alternativ addiert werden, um bloß das gewünschte Signal zu dämpfen). Das Ausgangssignal des nicht-linearen Verarbeiters 31 wird zu dem Sprachverarbeitungsnetzwerk 8 übertragen, welches das unerwünschte Sprachsignal 24 in der bereits beschriebenen Weise ausfiltert. Das Vorliegen eines geringen Betrages eines Sprachsignals am Ausgang des nicht-linearen Verarbeiters 31 beeinflußt den Verzögerungsparameter it nur gering, er führt jedoch zu einem kleinen Fehler bei der Auswertung von Xk und b. ίο The output signal of the processor 31 contains the undesired signal and an attenuated and disturbed component of the desired signal. (The output signals can alternatively be added to merely attenuate the desired signal). The output signal of the non-linear processor 31 is transmitted to the speech processing network 8, which filters out the undesired speech signal 24 in the manner already described. The presence of a small amount of a speech signal at the output of the non-linear processor 31 has only a slight effect on the delay parameter it, but it leads to a small error in the evaluation of Xk and b.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A circuit arrangement for suppressing unwanted speech signals by means of a predictive filter comprising an arrangement for deriving an electrical waveform representing a speech signal, an arrangement for deriving parameters of a speech signal which is controlled by the speech signal during the intervals of the fundamental wave period, and an arrangement, which is responsive to the derived parameters for the recovery of the electrical waveform, characterized in that the arrangement (19,19 A; Fig. 1) for deriving the parameters of the speech signal includes a delay and gain parameter of undesired speech signals (c) during « derives an interval which comprises a substantial part of the fundamental wave period of the unwanted speech signal, which parameters are used to recover the unwanted speech signal, and that finally a combination circuit is provided which the recovered, unwanted speech signal mi t of a combination (a + c) of the undesired and a desired (a) speech signal, so that the desired speech signal remains.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the arrangement (19, 19Λ; Fig. 1) for the derivation of the parameters of the undesired speech signal values with an incoming Line is connected, and that the combination circuit (9; Fig.2) with an outgoing Line is connected to the reflections of the incoming signal on the outgoing one Eliminate line.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the incoming line with the outgoing line via an acoustic path (7; Fig. 1) of a hands-free telephone set is connected, whereby the combination circuit (9; F i g. 2) the incoming signals on the outgoing line are transmitted, eliminated by the acoustic coupling path.

4. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the arrangement (19, 19/4; Fig. 1) includes a device for the incoming signals, which on the lack of the incoming Signal with the interruption of the supply of the recovered signals to the combination circuit (9) responds.

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