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EP1143416B1 - Geräuschunterdrückung im Zeitbereich - Google Patents

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Publication number
EP1143416B1
EP1143416B1 EP01440083A EP01440083A EP1143416B1 EP 1143416 B1 EP1143416 B1 EP 1143416B1 EP 01440083 A EP01440083 A EP 01440083A EP 01440083 A EP01440083 A EP 01440083A EP 1143416 B1 EP1143416 B1 EP 1143416B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
frequency
noise
frequency spectrum
process according
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01440083A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1143416A3 (de
EP1143416A2 (de
Inventor
Michael Walker
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.)
Alcatel Lucent SAS
Nokia Inc
Original Assignee
Alcatel SA
Nokia Inc
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 Alcatel SA, Nokia Inc filed Critical Alcatel SA
Publication of EP1143416A2 publication Critical patent/EP1143416A2/de
Publication of EP1143416A3 publication Critical patent/EP1143416A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1143416B1 publication Critical patent/EP1143416B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G10L21/0208—Noise filtering
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G10L21/0208—Noise filtering
    • G10L21/0216—Noise filtering characterised by the method used for estimating noise
    • G10L2021/02168—Noise filtering characterised by the method used for estimating noise the estimation exclusively taking place during speech pauses

Definitions

  • the call partners are not in the same acoustic environment and therefore are not aware of the acoustic situation at the other party's location. Therefore, a problem arises more intensively when one of the partners is forced to speak very loudly due to its acoustic environment, while the other partner generates low amplitude voice signals in a quiet acoustic environment.
  • the terminals are designed so small that an immediate spatial proximity between speaker and microphone unavoidable is. Due to the direct sound transmission, in particular by structure-borne noise between speaker and microphone, the acoustic interference signal come in the same order of magnitude as the useful signal of the speaker on respective terminal or this even exceed in amplitude. Such a thing Noise problem also occurs with several spatially adjacent Terminals, for example in an office or conference room with many Telephone connections in a significant extent, since a coupling of every loudspeaker signal is sent to each microphone.
  • noise such as unwanted background noise (Street noise, factory noise, office noise, canteen noise, aircraft noise, etc.) to reduce or completely suppress.
  • the degree of noise reduction according to a fixed predetermined transfer function has first the property of voice signals with a specific (pre-set) "normal speech signal level" (possibly called normal volume) practical unchanged from its input to the output. But now once the input signal is too loud, e.g. because a speaker is too close Microphone comes, so limits a dynamic compressor to the output level almost the same value as normally, adding the current gain in the Kompander is linearly lowered with increasing input volume. By this property remains the language at the output of the compander system about the same - no matter how strong the input volume fluctuates.
  • normal speech signal level possibly called normal volume
  • a signal with a level that is smaller than the Normal level is given to the input of the compander, so will that Signal is additionally attenuated by the gain being back-regulated to If possible, transmit background noise only attenuated.
  • the Kompander thus consists of two sub-functions, a compressor for Speech signal levels greater than or equal to a normal level and one Expander for signal levels lower than the normal level.
  • the noise measured in the speech pauses and in the form of a Power density spectrum continuously stored in a memory.
  • the power density spectrum is won over a Fourier transformation.
  • the stored sound spectrum "as the best current estimate "subtracted from the current disturbed speech spectrum, then transformed back into the time domain to create in this way a To obtain noise reduction for the disturbed signal.
  • a disadvantage of such methods is the complex determination of this acoustic Masking threshold and the execution of all with this procedure connected arithmetic operations.
  • Another disadvantage of the spectral subtraction is that by the process of a basically inaccurate spectral noise estimation and subsequent subtraction also errors in the Output signal occur, which are noticeable as "musical tones".
  • a spectral acoustic masking threshold R T (f) for the human ear is then calculated using the rules from the MPEG standard, for example.
  • a filter pass curve H (f) is calculated according to a simple rule, designed to let the essential spectral parts of the speech pass as unaltered as possible and reduce the spectral parts of the noise as much as possible.
  • Object of the present invention is in contrast, a method possible low complexity with the features described above, in a technically inexpensive way a noise reduction or noise suppression is achieved, and at the original signal remains untouched until the actual noise deduction.
  • the procedure should be simple, especially with less computational effort as far as possible, one for the human ear possible pleasant overall acoustic impression, depending on the taste can be adapted to individual needs.
  • the new method completely independent of the requirements for a voice signal processing can be performed and thus a simple optimization to the requirements of spectral processing of noise signals enable.
  • the inventive method made possible by the separate replica the noise signal in the frequency domain regardless of processing the original voice signal direct deduction of the replicated Noise signal from the original, unadulterated input signal, which neither a Fourier transform nor an inverse Fourier transform is subjected. With a corresponding phase correction in the frequency domain is even a noise subtraction from the original signal with no time delay possible.
  • the inventive method is less complex as the above-described known prior art methods, requires less computing power and leads to better frequency resolution.
  • step (d) By separating the noise simulation from the transmission of the original signal allows the process of the invention in a particularly preferred Variant that in step (d) only a selected part of the generated Frequency spectrum used to generate the simulated noise signal becomes.
  • the for carrying out the method according to the invention required computing power further minimized or the process itself be done even faster.
  • a development of this variant of the method is characterized in that the selection of the for generating the simulated noise signal used part of the frequency spectrum according to criteria of psychoacoustics according to the mean values of the perceptual spectrum of the human Hearing takes place.
  • the value for the sound signal to be reproduced is not only from the instantaneous power value of an original signal in speech pauses alone, but also from a weighted spectral course of the corresponding signal determined and in total over the function thus gained a hearing-correct, i.e. Achieved a psychoacoustically pleasing-sounding noise reduction.
  • the Selection of the signal used to generate the simulated noise signal Part of the frequency spectrum such that only discrete frequencies of the Spectrum are considered, and that the distance of the discrete frequencies steadily larger in the direction of higher frequencies, preferably after one logarithmic function is selected. This is the frequency resolution to the Perception of the human ear better adapted.
  • Step (c) or before step (d) takes place.
  • step (b) the frequency spectrum in step (b) the branched TK signal only in a predetermined frequency range is produced. If the source of interference only a limited frequency spectrum can, in turn, with this measure, considerable computing power be saved. For example, in motor vehicles with sources of interference in a frequency range only up to a maximum of 1 KHz to be expected, since the Interference signal mainly due to low-frequency sound generation (engine, Gear, rolling noise, etc.) is formed.
  • step (b) a discrete Fourier transform or an inverse discrete Fourier transform is applied, wherein the incoming TK signal with discrete time amplitude values a sampling frequency f T are sampled.
  • FFT fast Fourier transform
  • IDFT inverse discrete Fourier transform
  • step (b) broadband interferers can be processed particularly economically become.
  • an embodiment is selected in which only that part of the generated frequency spectrum which is below half the sampling frequency f T / 2. This in turn can be achieved in savings in computing power, but also in storage space.
  • step (c) a frequency spectrum is buffered, the by averaging the frequency spectrum currently generated in step (b) previously generated frequency spectra is obtained.
  • psychoacoustic Weighting the frequency dependent settling times to the adapted to human hearing. This achieves an optimization of the system in terms of naturalness, stability and adaptation time.
  • step (e) according to predetermined criteria with a weighting factor a ⁇ 1 weighted simulated noise signal from the currently arriving one TK signal deducted.
  • the weighting factor a is used as one of Faults of the TK system dependent constant value selected. This makes possible an inexpensive and simple optimization of the invention Procedure to the errors of the respective telecommunications system. The errors become automatic recorded, the weighting can also take place during operation.
  • the weighting factor a may be determined as one after one by the user of the TK-Systems selectable quality level adjustable value can be selected.
  • One such user-defined weighting factor allows an individual, custom adaptation of the method according to the invention to the individual Needs. Is the system of the invention in an existing integrated parent concept can be a user-provided statistical value, such as the error probability or recognition rate used to control the weighting factor.
  • the weighting factor for example also be derived from the speed or speed.
  • the weighting factor a is adaptive is adapted to the current incoming TK signal.
  • the adaptive weighting allows automatic optimization of noise reduction during of the operation.
  • the weighting factor may vary from statistical values such as probability of error, Mean value, state changes, etc. are derived. With the adaptive weighting are particularly easy and quick adjustments of the inventive method to individual circumstances in the acoustic environment of the telecommunications terminal possible.
  • a further advantageous variant of the method according to the invention is characterized characterized in that the simulated noise signal generated in step (d) before step (e) a synthetic noise signal is added.
  • the Admixture of an artificial noise signal with constant power density can mask dynamic, non-stationary interferers in the output signal serve.
  • a further variant of the method according to the invention provides that the currently arriving TK signal before step (e) of a defined time delay is subjected, which is preferably designed so that the phase angle of the incoming TK signal with the phase position of the simulated noise signal matches before withdrawal.
  • the currently arriving TK signal is fed without delay to the trigger in step (e), and that the simulated noise signal in its phase position before step (e) to the phase angle of the currently arriving TK signal is adjusted.
  • the Phase angle of the reproduced noise signal in the frequency range before Corrected inverse transformation the subtraction from the instantaneous signal take place in the time domain. Disturbing signal delays can thus be dispensed with. These inevitably occur in all procedures in which the useful signal (Language) makes the detour via two transformations, such as in the known spectral subtraction discussed above.
  • the noise reproduction also includes a echo reproduction that with a connected to the remote TK subscriber signal is connected.
  • This process variant can be improved by the fact that the control the reduction of noise signals and the reduction of echo signals done separately.
  • the scope of the present invention also includes a server line, a Processor assembly and a gate array assembly to support the method described above and a computer program to carry out the process.
  • the method can be used both as a hardware circuit, as well as in the form of a computer program.
  • software programming for powerful DSP's preferred because new knowledge and additional functions easier by a Modification of the software can be implemented on an existing hardware basis are.
  • methods can also be used as hardware components, for example in TK terminals or telephone systems are implemented.
  • Fig. 1 it is shown how from an incoming original signal x, which contains a voice portion s and a noise n, on the one hand in a device 1, a noise signal y n in the frequency domain is simulated and on the other hand, the original signal x s + n separated from the noise simulation of a Noise subtraction is supplied, wherein optionally a time delay time delay ⁇ can be made.
  • the noise-reduced signal y s is then forwarded in the TK system.
  • a simple embodiment is shown in which in the device 1 a for noise simulation a virtually always required speech pause detector 2 is provided, which determines when the incoming Signal may contain speech signals or when there is a speech break.
  • the incoming TK signal of a Fourier transform FT subjected to generating a Frequenzsprektrums and each of them resulting frequency spectrum stored in a buffer 3.
  • the time sequentially stored frequency spectra can help with a means 4 are averaged.
  • the speech pause detector 2 determines that a speech pause is over is and in the incoming original signal and speech signals can be present, becomes the last stored in the buffer memory 3 frequency spectrum (possibly averaged with previously recorded spectra) of an inverse Fourier transformation IFT subjected and in a Sub Volumeglied 5 of Original signal, which was possibly subjected to a time delay ⁇ deducted, to get a noise-free or at least noise-reduced signal.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention, in which the original signal x s + n, which is initially received in the time domain, is processed block-by-block in the device 1 b for noise simulation.
  • the time signal before the transformation into the frequency range is subjected to a windowing (eg according to Hamming) in a correspondingly upstream device 4 'or 4 "In order to compensate for the errors caused by the windowing during the inverse transformation, in addition to the processing in a first Path is made parallel processing in another path with the same fenestration, wherein only the signal is offset by half the window length and otherwise the simulated noise signal is calculated by the same means, whereby a compensation of the errors generated by the fenestration can be achieved.
  • a windowing eg according to Hamming
  • the windowing is performed in a device 4 ', then the time signal is subjected to a fast Fourier transformation FFT and the resulting spectrum is stored in an intermediate memory 3'.
  • FFT fast Fourier transformation
  • An inverse fast Fourier transformation IFFT is connected to the latches 3 ', 3 ", and the resulting spectra in the time domain are combined to form a simulated noise signal Yn in an overlap device 6.
  • the simulated noise signal in the subtraction element 5 is converted by a optionally subtracted by a time ⁇ time-offset original signal x s + n in order to obtain the noise-corrected output signal y S.
  • the subtraction of the noise signal from the original signal in the subtraction element 5 can be phase-adjusted.
  • FIG. 5 A further embodiment is shown in Fig. 5, where the branched incoming TK signal x s + n + e in addition to speech and noise signals also contains echo signals.
  • a device 1c for noise and echo replica also an echo signal e is input, which is further treated in a processing path parallel to the noise training path.
  • the incoming original signal X s + n + e is first subjected to a windowing in a device 4a, then a fast Fourier transform FFT and the obtained frequency spectrum are buffered in a buffer 3a.
  • the echo signal e in a device 4b is also subjected to a windowing and then Fourier-transformed.
  • the frequency spectra of both paths are buffered in a buffer 3b and possibly subjected to averaging. Thereafter, a fast inverse Fourier transformation IFFT is performed separately on both paths.
  • the simulated noise signal and the simulated echo signal are overlapped into a total signal y n + e to be subtracted, which is subtracted in the subtraction device 5 from the original signal x s + n + e delayed or delayed by a time ⁇ in order to record the noise and echo-reduced TK signal y s .
  • FIGS. 6a to 6c show examples of noise signals calculated in the frequency domain according to the method of the invention.
  • the noise signal to be reproduced has been obtained from a fast Fourier transformation FFT.
  • the typical mirror symmetry can be seen around half the frequency value f s / 2.
  • Fig. 6c shows the result of using a modified discrete Fourier transform with higher resolution, again processing only half of the frequency spectrum up to the frequency f s / 2.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Geräuschsignalen bei Telekommunikations(=TK)-Systemen für die Übertragung von akustischen Nutzsignalen, insbesondere menschlicher Sprache.
Ein bekanntes Verfahren zur Geräuschreduktion ist die sogenannte "spektrale Subtraktion", die beispielsweise in der Veröffentlichung "A new approach to noise reduction based on auditory masking effects" von S. Gustafsson und P. Jax, ITG-Fachtagung, Dresden, 1998, beschrieben ist. Dabei handelt es sich um ein spektrales Geräuschabsenkungsverfahren, bei dem eine akustische Verdeckungsschwelle (beispielsweise nach dem MPEG-Standard) berücbsichtigtwird. Noch ein bekanntes Verfahren zum Geräuschredukten wird in US.6 038 532 beschrieben.
Während einer natürlichen Kommunikation zwischen Menschen passt man in der Regel die Amplitude der gesprochenen Sprache automatisch an die akustische Umgebung an. Bei einer Sprachkommunikation zwischen entfernten Orten jedoch befinden sich die Gesprächspartner nicht im selben akustischen Umfeld und sind sich daher jeweils nicht der akustischen Situation am Ort des anderen Gesprächspartners bewusst. Verstärkt tritt daher ein Problem auf, wenn einer der Partner aufgrund seiner akustischen Umgebung gezwungen ist, sehr laut zu sprechen, während der andere Partner in einer leisen akustischen Umgebung Sprachsignale mit geringer Amplitude erzeugt.
Besonders verschärft ergeben sich Geräuschprobleme bei neueren Anwendungen von Kommunikationssystemen, wie beispielsweise Mobiltelefone, bei denen die Endgeräte derart klein gestaltet werden, dass eine unmittelbare räumliche Nachbarschaft zwischen Lautsprecher und Mikrofon nicht zu vermeiden ist. Aufgrund der direkten Schallübertragung, insbesondere durch Körperschall zwischen Lautsprecher und Mikrofon kann das akustische Störsignal in die gleiche Größenordnung kommen wie das Nutzsignal des Sprechers am jeweiligen Endgerät oder dieses sogar in der Amplitude übertreffen. Ein derartiges Geräuschproblem tritt auch bei mehreren räumlich benachbart angeordneten Endgeräten, beispielsweise in einem Büro- oder Konferenzraum mit vielen Telefonanschlüssen in nicht unerheblichem Umfang auf, da eine Kopplung von jedem Lautsprechersignal auf jedes Mikrofon erfolgt.
Hinzu kommt das Problem, dass auf einem TK-Kanal auch ein "elektronisch erzeugtes" Geräusch entsteht und als Hintergrund zum Nutzsignal mitübertragen wird. Um den Komfort beim Telefonieren zu erhöhen, ist man deshalb bestrebt, jede Art von Geräusch im Verhältnis zum Nutzsignal möglichst gering zu halten.
Schließlich ist man auch bestrebt, Störsignale wie unerwünschten Hintergrundlärm (Straßenlärm, Fabriklärm, Bürolärm, Kantinenlärm, Fluglärm etc.) zu reduzieren oder ganz zu unterdrücken.
Bei dem bekannten Kompander-Verfahren, wie es beispielsweise in der DE 42 29 912 A1 beschrieben ist, wird der Grad der Geräuschabsenkung gemäß einer fest vorgegebenen Transferfunktion festgelegt. Der Kompander hat zunächst die Eigenschaft, Sprachsignale mit einem bestimmten (vorab eingestellten) "normalen Sprachsignalpegel" (ggf. normale Lautstärke genannt) praktisch unverändert von seinem Eingang zum Ausgang zu übertragen. Wird nun aber das Eingangssignal einmal zu laut, z.B. weil ein Sprecher zu dicht an sein Mikrofon kommt, so begrenzt ein Dynamik-Kompressor den Ausgangspegel auf nahezu den gleichen Wert wie im Normalfall, indem die aktuelle Verstärkung im Kompander mit zunehmender Eingangslautstärke linear abgesenkt wird. Durch diese Eigenschaft bleibt die Sprache am Ausgang des Kompandersystems etwa gleich laut - unabhängig davon wie stark die Eingangslautstärke schwankt. Wird nun andererseits ein Signal mit einem Pegel, der kleiner als der Normalpegel ist, auf den Eingang des Kompanders gegeben, so wird das Signal zusätzlich gedämpft, indem die Verstärkung zurückgeregelt wird, um Hintergrundgeräusche möglichst nur abgeschwächt zu übertragen. Der Kompander besteht somit aus zwei Teilfunktionen, einem Kompressor für Sprachsignalpegel, die größer oder gleich einem Normalpegel sind und einem Expander für Signalpegel, die kleiner als der Normalpegel sind.
Bei der oben angesprochenen spektralen Subtraktion wird zu diesem Zweck zunächst das Geräusch in den Sprachpausen gemessen und in Form eines Leistungsdichtespektrums fortlaufend in einem Speicher abgelegt. Das Leistungsdichtespektrum wird über eine Fourier Transformation gewonnen. Beim Auftreten von Sprache wird das gespeicherte Geräuschspektrum "als bester aktueller Schätzwert" vom aktuellen gestörten Sprachspektrum subtrahiert, sodann in den Zeitbereich zurücktransformiert, um auf diese Weise eine Geräuschreduktion für das gestörte Signal zu erhalten.
Nachteilig bei derartigen Verfahren ist die aufwendige Bestimmung dieser akustischen Verdeckungsschwelle und die Ausführung aller mit diesem Verfahren verbundenen Rechenoperationen. Ein weiterer Nachteil der spektralen Subtraktion besteht darin, dass durch den Vorgang einer prinzipiell nicht genauen spektralen Geräuschschätzung und nachfolgender Subtraktion auch Fehler im Ausgangssignal auftreten, die sich als "musical tones" bemerkbar machen.
Bei der erweiterten spektralen Signalbearbeitung, die ebenfalls in dem eingangs genannten Zitat beschrieben ist, werden zunächst mit Hilfe einer spektralen Subtraktion die Leistungsdichtespektren für das Geräusch und für die Sprache selbst geschätzt. Aus der Kenntnis dieser Teilspektren wird sodann mit Hilfe z.B. der Regeln aus dem MPEG Standard eine spektrale akustische Verdeckungsschwelle RT(f) für das menschliche Ohr berechnet. Mit Hilfe dieser Verdeckungsschwelle und den geschätzten Spektren für Geräusch und Sprache wird nach einer einfachen Regel eine Filterdurchlasskurve H(f) berechnet, die so gestaltet ist, dass wesentliche spektrale Teile der Sprache möglichst unverändert durchgelassen und spektrale Teile des Geräusches möglichst abgesenkt werden.
Sodann wird das originale gestörte Sprachsignal nur durch dieses Filter gegeben, um auf diese Weise eine Geräuschreduktion für das gestörte Signal zu erhalten. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht nun darin, dass vom gestörten Signal "Nichts addiert oder subtrahiert" wird und daher Fehler in den Schätzungen weniger bis kaum wahrnehmbar sind. Nachteilig ist wieder der erheblich größere Rechenaufwand.
Von besonderem Nachteil bei allen diesen bekannten Verfahren ist die Tatsache, dass das eingehende Originalsignal bereits vor der eigentlichen Subtraktion eines wie auch immer nachgebildeten Geräuschsignals einem Signalbearbeitungsprozess unterworfen und damit prinzipiell verfälscht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren möglichst geringer Komplexität mit den eingangs beschriebenen Merkmalen vorzustellen, bei dem in technisch unaufwendiger Art und Weise eine Geräuschabsenkung bzw. Geräuschunterdrückung erreicht wird, und bei der das Originalsignal bis zum eigentlichen Geräuschabzug unverfälscht erhalten bleibt. Dabei sollte das Verfahren mit einfachen Mitteln, insbesondere mit geringerem Rechenaufwand als bisher ermöglichen, einen für das menschliche Ohr möglichst angenehmen akustischen Gesamteindruck zu erzeugen, der je nach Geschmack an individuelle Bedürfnisse angepasst werden kann. Schließlich sollte das neue Verfahren völlig unabhängig von den Anforderungen für eine Sprachsignalverarbeitung durchgeführt werden können und damit eine einfache Optimierung auf die Erfordernisse der Spektralverarbeitung von Geräuschsignalen ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso einfache wie wirkungsvolle Art und Weise durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
  • (a) Feststellen mittels Sprach-Pausen-Detektion, wann in der zu übertragenden Mischung aus Nutzsignalen und Störsignalen ein Sprachsignal enthalten ist oder wann eine Sprachpause vorliegt;
  • (b) Abzweigen des ankommenden TK-Signals von Hauptsignalpfad und Anwenden einer Fourier-Transformation auf das abgezweigte TK-Signal zur Erzeugung eines Frequenzspektrums des abgezweigten TK-Signals;
  • (c) Speichern des letzten während der letzten Sprachpause aufgenommenen Frequenzspektrums in einem Zwischenspeicher;
  • (d) Anwenden einer inversen Fourier-Transformation auf das jeweils letzte aufgenommenen Frequenzspektrum zur Erzeugung eines nachgebildeten Geräuschsignals;
  • (e) Abziehen des nachgebildeten Geräuschsignals im Zeitbereich vom aktuell ankommenden TK-Signal.
    • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die getrennte Nachbildung des Geräuschsignals im Frequenzbereich unabhängig von einer Verarbeitung des originalen Sprachsignals einen direkten Abzug des nachgebildeten Geräuschsignals vom originalen, unverfälschten Eingangssignal, welches weder einer Fourier-Transformation noch einer inversen Fourier-Transformation unterworfen wird. Bei einer entsprechenden Phasenkorrektur im Frequenzbereich ist sogar eine Geräuschsubtraktion vom Originalsignal ohne Zeitverzögerung möglich. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren weniger komplex als die oben geschilderten bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik, erfordert geringere Rechenleistungen und führt zu einer besseren Frequenzauflösung.
    Durch die Abtrennung der Geräuschnachbildung von der Weitergabe des Originalsignals ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren in einer besonders bevorzugten Variante, dass in Schritt (d) nur ein ausgewählter Teil des erzeugten Frequenzspektrums zur Erzeugung des nachgebildeten Geräuschsignals verwendet wird. Damit kann die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Rechenleistung weiter minimiert bzw. das Verfahren selbst noch schneller durchgeführt werden.
    Eine Weiterbildung dieser Verfahrensvariante zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswahl des zur Erzeugung des nachgebildeten Geräuschsignals verwendeten Teils des Frequenzspektrums nach Kriterien der Psychoakustik gemäß den Mittelwerten des Wahrnehmungs-spektrums des menschlichen Gehörs erfolgt.
    Dabei wird der Wert für das nachzubildende Geräuschsignal nicht nur aus dem momentanen Leistungswert eines Originalsignals in Sprachpausen alleine, sondern auch aus einem gewichteten spektralen Verlauf des entsprechenden Signals bestimmt und insgesamt über die so gewonnene Funktion eine gehörrichtige, d.h. eine psychoakustisch angenehm klingende Geräuschreduktion erzielt.
    Da es kein einfach darstellbares Maß für eine akustisch angenehm klingende Geräuschreduktion gibt, sind alle Qualitätsbeurteilungen auf umfangreiche Gehörtests angewiesen, die anschließend mittels dafür optimierter statistischer Methoden ausgewertet werden, um einen Bewertungsmaßstab, (ähnlich wie bei Sprachcodecs) zu erhalten.
    Die grundlegenden Vorgehensweisen hierzu sind beispielsweise dem Lehrbuch von E. Zwicker, "Psychoakustik", Springer-Verlag Berlin, 1982, insbesondere Seiten 51-53 zu entnehmen.
    Durch die psychoakustische Bewertung kann nicht nur die wahrnehmbare Qualität des Gesamtsignals optimiert werden, sondern es sind zudem auch noch weitere Einsparungen in der erforderlichen Rechenleistung möglich, wenn beispielsweise Maskiereffekte ausgenützt werden oder nur diejenigen Frequenzen Berücksichtigung finden, die eindeutig durch Geräusch- oder Störquellen verursacht wurden.
    In einer alternativen Weiterbildung der obigen Verfahrensvariante erfolgt die Auswahl des zur Erzeugung des nachgebildeten Geräuschsignals verwendeten Teiles des Frequenzspektrums derart, dass nur diskrete Frequenzen des Spektrums betrachtet werden, und dass der Abstand der diskreten Frequenzen in Richtung höherer Frequenzen stetig größer, vorzugsweise nach einer logarithmischen Funktion gewählt wird. Damit ist die Frequenzauflösung an die Wahrnehmung des menschlichen Ohres besser angepasst.
    Weiter verbessert werden können diese Weiterbildungen dadurch, dass der ausgewählte Teil des Frequenzspektrums in vorher festgelegte Frequenzgruppen aufgeteilt wird, und dass in jeder Frequenzgruppe nur die Frequenz bzw. das Frequenzband mit der größten Signalenergie innerhalb der Frequenzgruppe selektiert und zur Erzeugung des nachgebildeten Geräuschsignals weiterverwendet wird. Mit dieser Selektion wird eine starke Reduzierung der zu berechnenden Frequenzen bei gleichbleibender hörbarer oder wahrnehmbarer Qualität erreicht, wodurch die Rechenleistung für das Verfahren weiter verringert und die Qualität des Ausgangssignals noch weiter erhöht wird.
    Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Selektion der Frequenz bzw. des Frequenzbandes mit der größten Signalenergie innerhalb der Frequenzgruppe vor Schritt (c) bzw. vor Schritt (d) erfolgt. Durch die Auswahl einer bestimmten Frequenz aus einer Frequenzgruppe sind Unterschiede in der Signalenergie besonders einfach detektierbar.
    Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei der in Schritt (b) das Frequenzspektrum des abgezweigten TK-Signals nur in einem vorgegebenen Frequenzbereich erzeugt wird. Sofern die Störquelle nur ein eingeschränktes Frequenzspektrum aufweist, kann mit dieser Maßnahme wiederum erhebliche Rechenleistung eingespart werden. Beispielsweise ist in Kraftfahrzeugen mit Störquellen in einem Frequenzbereich nur bis zu maximal 1 KHz zu rechnen, da das Störsignal in der Hauptsache durch niederfrequente Schallerzeugung (Motor, Getriebe, Rollgeräusche etc.) gebildet wird.
    Besonders einfach ist eine Verfahrensvariante, die sich dadurch auszeichnet, dass in Schritt (b) und/oder in Schritt (d) eine diskrete Fourier-Transformation bzw. eine inverse diskrete Fourier-Transformation angewandt wird, wobei vom ankommenden TK-Signal zeitdiskrete Amplitudenwerte mit einer Abtastfrequenz fT abgetastet werden.
    In einer bevorzugten Weiterbildung der Verfahrensvariante wird in Schritt (b) eine schnelle Fourier-Transformation (= FFT) angewandt. Wenn ein großes Frequenzgebiet bei gleichzeitiger hoher Frequenzauflösung abgedeckt werden soll, lässt sich mit dieser Vorgehensweise die Analyse mit der geringsten Rechenleistung ausführen. Die FFT ist besonders dann sinnvoll, wenn beispielsweise mit mehr als 128 Frequenzlinien gerechnet werden muss.
    Vorteilhafterweise kann in Schritt (d) eine inverse diskrete Fourier-Transformation (= IDFT) angewandt werden. Hierdurch lässt sich eine Signalsynthese mit der geringsten Rechenleistung ausführen, wenn ein ausgewähltes Spektrum bearbeitet wird, da der Nachteil einer äquidistanten Frequenzaufteilung bei der FFT vermieden wird. Die IDFT kann daher vorteilhaft für einen definierten Frequenzbereich angewendet werden. Die Verteilung der Frequenzen kann individuell erfolgen. Ab einer Frequenzauflösung von weniger als 128 Frequenzlinien ist eine Einsparung der Rechenleistung gegenüber der FFT möglich.
    In der Applikation sind auch Einsparungen in der Rechenleistung oder Qualitätsverbesserungen erreichbar, wenn in Schritt (d) eine inverse schnelle Fourier-Transformation (=IFFT) angewandt wird. In Kombination mit einer FFT in Schritt (b) können breitbandige Störer besonders wirtschaftlich bearbeitet werden.
    Alternativ zur letztgenannten Verfahrensvariante ist eine Ausführungsform, bei der nur der Teil des erzeugten Frequenzspektrums ausgewählt wird, der unterhalb der halben Abtastfrequenz fT/2 liegt. Damit lassen sich wiederum Einsparungen in der Rechenleistung, aber auch im Speicherplatzaufwand erzielen.
    Besonders vorteilhaft ist auch eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der in Schritt (c) ein Frequenzspektrum zwischengespeichert wird, das durch eine Mittelung des aktuell in Schritt (b) erzeugten Frequenzspektrums mit vorher erzeugten Frequenzspektren gewonnen wird. Durch die Mittelung werden Spektrallinien mit großer Energie gefunden und Zufallswerte oder sporadische Fehler systematisch unterdrückt.
    Dabei ist es besonders günstig, wenn die Mittelung mit unterschiedlicher relativer Wichtung des aktuell erzeugten Frequenzspektrums in unterschiedlichen Frequenzbereichen erfolgt. Allgemein kann mit derartigen unterschiedlichen Richtungen das natürliche Einschwingverhalten von Störern berücksichtigt werden. Beispielsweise kann sich die Drehzahl eines Motors in einem Kraftfahrzeug in der Regel nicht schlagartig ändern. Niederfrequente Störer haben eine höhere Einschwingzeit als hochfrequente. Die vorgeschlagene Wichtung hilft dabei, die Adaptivität eines Systems stabil und schnell zu machen.
    Dabei ist es wiederum besonders vorteilhaft, wenn die Wichtung nach Kriterien der Psychoakustik gemäß den Mittelwerten des Wahrnehmungsspektrums des menschlichen Gehörs erfolgt. Wie bereits oben diskutiert, werden bei der psychoakustischen Wichtung die frequenzabhängigen Einschwingzeiten dem menschlichen Hörempfinden angepasst. Dadurch erreicht man eine Optimierung des Systems hinsichtlich Natürlichkeit, Stabilität und Adaptionszeit.
    Um eine Überkompensation bei der Geräuschbehandlung zu vermeiden, wird bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt (e) ein nach vorgegebenen Kriterien mit einem Wichtungsfaktor a < 1 gewichtetes nachgebildetes Geräuschsignal vom vom aktuell ankommenden TK-Signal abgezogen.
    Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Wichtungsfaktor a als ein von Fehlern des TK-Systems abhängiger konstanter Wert gewählt. Dies ermöglicht eine kostengünstige und einfache Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens an die Fehler des jeweiligen TK-Systems. Werden die Fehler automatisch erfasst, so kann die Wichtung auch während des Betriebs erfolgen.
    Alternativ kann der Wichtungsfaktor a als ein nach einem vom Benutzer des TK-Systems wählbaren Qualitätsmaß einstellbarerer Wert gewählt werden. Ein derartiger vom Benutzer definierter Wichtungsfaktor ermöglicht eine individuelle, benutzerdefinierte Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens an die individuellen Bedürfnisse. Wird das erfindungsgemäße System in ein vorhandenes übergeordnetes Konzept integriert, kann ein vom Benutzer bereitgestellter statistischer Wert, wie beispielsweise die Fehlerwahrscheinlichkeit oder Erkennungsrate zur Steuerung des Wichtungsfaktors herangezogen werden. Bei Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich kann der Wichtungsfaktor beispielsweise auch aus der Drehzahl oder Geschwindigkeit abgeleitet werden.
    Dies lässt sich dadurch weiterverbessern, dass der Wichtungsfaktor a adaptiv an das aktuelle ankommende TK-Signal angepasst wird. Die adaptive Gewichtung erlaubt eine automatische Optimierung der Geräuschminderung während des Betriebes. Der Gewichtungsfaktor kann von statistischen Werten wie Fehlerwahrscheinlichkeit, Mittelwert, Zustandsänderungen etc. abgeleitet werden. Mit der adaptiven Wichtung sind besonders einfache und schnelle Anpassungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an individuelle Gegebenheiten in der akustischen Umgebung des TK-Endgeräts möglich.
    Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass dem in Schritt (d) erzeugten nachgebildeten Geräuschsignal vor Schritt (e) ein synthetisches Geräuschsignal beigemischt wird. Die Beimischung eines künstlichen Rauschsignals mit konstanter Leistungsdichte kann zur Maskierung von dynamischen, nicht-stationären Störern im Ausgangssignal dienen.
    Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das aktuell ankommende TK-Signal vor Schritt (e) einer definierten Zeitverzögerung unterworfen wird, die vorzugsweise so ausgelegt ist, dass die Phasenlage des ankommenden TK-Signals mit der Phasenlage des nachgebildeten Geräuschsignals vor dem Abzug übereinstimmt.
    Bei einer alternativen Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das aktuell ankommende TK-Signal unverzögert dem Abzug in Schritt (e) zugeführt wird, und dass das nachgebildete Geräuschsignal in seiner Phasenlage vor Schritt (e) an die Phasenlage des aktuell ankommenden TK-Signals angepasst wird. Wird die Phasenlage des reproduzierten Geräuschsignals im Frequenzbereich vor der Rücktransformation korrigiert, kann die Subtraktion vom unverzögerten Signal im Zeitbereich erfolgen. Störende Signalverzögerungen können somit entfallen. Diese treten zwangsläufig bei allen Verfahren auf, bei denen das Nutzsignal (Sprache) den Umweg über zwei Transformationen macht, wie beispielsweise bei der oben diskutierten bekannten spektralen Subtraktion.
    Besonders bevorzugt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der zusätzlich zur Erkennung und Reduktion von Geräuschsignalen das Vorliegen von Echosignalen detektiert und/oder vorhergesagt wird und die Echosignale unterdrückt oder reduziert werden. Eine zusätzliche Echounterdrückung ist allerdings nur dann möglich, wenn das empfangene Originalsignal vom fernen TK-Teilnehmer zur Echoberechnung miteinbezogen wird. Dies bedeutet, dass die Geräuschreproduktion auch eine Echoreproduktion beinhaltet, die mit einem vom fernen TK-Teilnehmer ankommenden Signal verbunden ist.
    Diese Verfahrensvariante kann dadurch verbessert werden, dass die Steuerung der Reduktion von Geräuschsignalen und der Reduktion von Echosignalen getrennt erfolgt.
    Vorteilhaft ist es auch, wenn während der Zeitdauer einer Echo-Reduktion zum Nutzsignal zusätzlich ein künstliches Geräuschsignal addiert wird, wie es bereits oben näher diskutiert wurde, um den subjektiven Eindruck einer "toten Leitung" zu vermeiden.
    Insbesondere kann das künstliche Geräuschsignal eine psychoakustisch als angenehm empfundene akustische Signalsequenz (=comfort noise) umfassen.
    Alternativ kann das künstliche Geräuschsignal ein zuvor während der aktuellen TK-Verbindung aufgezeichnetes Geräuschsignal umfassen, das die aktuelle akustische Umgebungssituation besonders "lebensecht" nachzubilden vermag.
    In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch eine Servereineit, eine Prozessor-Baugruppe sowie eine Gate-Array-Baugruppe zur Unterstützung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren kann sowohl als Hardwareschaltung, als auch in Form eines Computerprogramms realisiert werden. Heutzutage wird eine Software-Programmierung für leistungsstarke DSP's bevorzugt, da neue Erkenntnisse und Zusatzfunktionen leichter durch eine Veränderung der Software auf bestehender Hardwarebasis implementierbar sind. Verfahren können aber auch als Hardwarebausteine beispielsweise in TK-Endgeräten oder Telefonanlagen implementiert werden.
    Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
    Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    Fig. 1
    ein stark schematisiertes Diagramm der Funktionsweise einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Fig. 2
    eine detailliertere schematische Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Fig. 3
    ein Schema für ein spektrales Subtraktionsverfahren nach dem Stand der Technik;
    Fig. 4
    eine Ausführungsform der Erfindung mit schneller Fourier-Transformation und schneller Rücktransformation sowie blockweise überlappender Bearbeitung des eingegebenen Zeitsignals im Frequenzbereich;
    Fig. 5
    Ein Schema einer Ausführungsform mit gleichzeitiger Echo-reduktion;
    Fig. 6a
    ein Beispiel eines mit FFT berechneten Geräuschsignals im Frequenzraum;
    Fig. 6b
    ein mit einer diskreten Fourier-Transformation und nur bis fs/2 berechneten Geräuschsignals; und
    Fig. 6c
    ein Geräuschsignal im Frequenzbereich bis fs/2 als Ergebnis einer modifizierten Fourier-Transformation mit höherer Auflösung.
    In Fig. 1 ist gezeigt, wie aus einem ankommenden Originalsignal x, welches einen Sprachanteil s sowie einen Geräuschanteil n enthält, einerseits in einer Einrichtung 1 ein Geräuschsignal yn im Frequenzbereich nachgebildet wird und andererseits das Originalsignal xs+n getrennt von der Geräuschnachbildung einer Geräuschsubtraktion zugeführt wird, wobei wahlweise eine Zeitverzöge-Zeitverzögerung τ vorgenommen werden kann. Das geräuschreduzierte Signal ys wird dann im TK-System weitergeleitet.
    In Fig. 2 ist eine einfache Ausführungsform gezeigt, bei der in der Einrichtung 1 a zur Geräuschnachbildung ein praktisch immer erforderlicher Sprachpausendetektor 2 vorgesehen ist, mit dem ermittelt wird, wann das eingehende Signal Sprachsignale enthalten kann oder wann eine Sprachpause vorliegt. Parallel dazu wird das eingehende TK-Signal einer Fourier-Transformation FT zur Erzeugung eines Frequenzsprektrums unterworfen und das jeweils daraus entstehende Frequenzspektrum in einem Zwischenspeicher 3 abgespeichert. Die zeitlich nacheinander abgespeicherten Frequenzspektren können mit Hilfe einer Einrichtung 4 einer Mittelwertbildung unterzogen werden.
    Sobald der Sprachpausendetektor 2 feststellt, dass eine Sprachpause beendet ist und im eingehenden Originalsignal auch Sprachsignale vorhanden sein können, wird das letzte im Zwischenspeicher 3 abgespeicherte Frequenzspektrum (ggf. gemittelt mit vorher aufgenommenen Spektren) einer inversen Fourier-Transformation IFT unterworfen und in einem Subtraktionsglied 5 vom Originalsignal, das ggf. einer Zeitverzögerung τ unterworfen wurde, abgezogen, um ein geräuschbefreites oder zumindest geräuschreduziertes Signal zu erhalten.
    Im Gegensatz dazu wird bei bekannten Verfahren der spektralen Subtraktion das eingehende Originalsignal, wie in Fig. 3 dargestellt, direkt einer Fourier-Transformation FT unterzogen, ein nachgebildetes Geräuschsignal im Frequenzbereich in einem Subtraktionsglied 5' vom Fourier-transformierten Originalsignal abgezogen und das daraus entstehende neue, geräuschreduzierte Signal im Frequenzbereich einer inversen Fourier-Transformation
    IFT unterzogen und als geräuschreduziertes TK-Signal im Zeitbereich weitergeleitet. Es findet also bei den bekannten Verfahren im Stand der Technik grundsätzlich immer eine Veränderung des Originalsignals auch schon vor dem eigentlichen Geräuschabzug statt.
    In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der das zunächst im Zeitbereich eingehende Originalsignal xs+n in der Einrichtung 1 b zur Geräuschnachbildung blockweise verarbeitet wird. Hierbei wird das Zeitsignal vor der Transformation in den Frequenzbereich einer Fensterung (z.B. nach Hamming) in einer entsprechend vorgeschalteten Vorrichtung 4' bzw. 4" unterzogen. Um bei der Rücktransformation die durch die Fensterung entstandenen Fehler zu kompensieren, wird neben der Verarbeitung in einem ersten Pfad eine parallele Verarbeitung in einem weiteren Pfad mit der gleichen Fensterung vorgenommen, wobei lediglich das Signal um die halbe Fensterlänge versetzt ist und ansonsten das nachzubildende Geräuschsignal mit den gleichen Mitteln berechnet wird, wodurch eine Kompensation der durch die Fensterung erzeugten Fehler erreicht werden kann.
    Im Einzelnen wird bei dem gezeigten Beispiel im ersten Pfad die Fensterung in einer Vorrichtung 4' vorgenommen, danach das Zeitsignal einer schneller Fourier-Transformation FFT unterworfen und das entstehende Spektrum in einem Zwischenspeicher 3' gespeichert. Das Gleiche geschieht im zweiten Pfad über eine Fenstervorrichtung 4" und eine Zwischenspeicherung des Fourier-transformierten Signals in einem Zwischenspeicher 3". An die Zwischenspeicher 3', 3" schließt sich eine inverse schnelle Fourier-Transformation IFFT jeweils an, und die daraus hervorgehenden Spektren im Zeitbereich werden in einer Überlappeinrichtung 6 zu einem nachgebildeten Geräuschsignal Yn zusammengeführt. Anschließend wird das nachgebildete Geräuschsignal wiederum im Subtraktionsglied 5 von einem wahlweise um eine Zeit τ zeitversetzten Originalsignal xs+n abgezogen, um das geräuschbereinigte Ausgangssignal ys zu erhalten. Die Subtraktion des Geräuschsignals vom Originalsignal im Subtraktionsglied 5 kann phasenangepasst erfolgen.
    Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt, wo das abgezweigte eingehende TK-Signal xs+n+e neben Sprach- und Geräuschsignalen auch Echosignale enthält. In einer Einrichtung 1c zur Geräusch- und Echonachbildung wird außerdem ein Echosignal e eingegeben, welches in einem zum Geräuschnachbildungspfad parallelen Verarbeitungspfad weiterbehandelt wird.
    Das eingehende Originalsignal Xs+n+e wird zunächst einer Fensterung in einer Vorrichtung 4a unterzogen, danach einer schnellen Fourier-Transformation FFT und das erhaltene Frequenzspektrum in einem Zwischenspeicher 3a zwischengespeichert. Parallel dazu wird das Echosignal e in einer Vorrichtung 4b ebenfalls einer Fensterung unterzogen und danach Fourier-transformiert. Die Frequenzspektren beider Pfade werden in einen Zwischenspeicher 3b zwischengespeichert und evtl. einer Mittelung unterzogen. Danach erfolgt auf beiden Pfaden jeweils getrennt eine schnelle inverse Fourier-Transformation IFFT. In einer Einrichtung 6a schließlich werden das nachgebildete Geräuschsignal und das nachgebildete Echosignal zu einem abzuziehenden Gesamtsignal yn+e überlappt, welches in der Subtraktionseinrichtung 5 von dem unveränderten oder um eine Zeit τ verzögerten Originalsignal xs+n+e abgezogen wird, um das geräusch- und echoreduzierte TK-Signal ys zu erhalten.
    Die Fign. 6a bis 6c schließlich zeigen Beispiele für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnete Geräuschsignale im Frequenzraum. Dabei ist bei dem Beispiel nach Fig. 6a das nachzubildende Geräuschsignal aus einer schnellen Fourier-Transformation FFT gewonnen worden. Man sieht die typische Spiegelsymmetrie um den halben Frequenzwert fs/2.
    Es reicht aber auch schon aus, wenn nur die erste Hälfte des nachgebildeten Geräuschsignals im Frequenzraum bis zur Frequenz fs/2 verwendet wird, was in Fig. 6b anhand eines Beispieles dargestellt ist, dessen Ergebnis mit Hilfe einer diskreten Fourier-Transformation erhalten wurde.
    Fig. 6c schließlich zeigt das Ergebnis der Anwendung einer modifizierten diskreten Fourier-Transformation mit höherer Auflösung, wobei wiederum nur die Hälfte des Frequenzspektrums bis zur Frequenz fs/2 verarbeitet wird.

    Claims (14)

    1. Verfahren zur Reduktion von Geräuschsignalen bei Telekommunikations(=TK)-Systemen für die Übertragung von akustischen Nutzsignalen, insbesondere menschlicher Sprache, mit folgenden Schritten:
      (a) Feststellen mittels Sprach-Pausen-Detektion, wann in der zu übertragenden Mischung aus Nutzsignalen und Störsignalen ein Sprachsignal enthalten ist oder wann eine Sprachpause vorliegt;
      (b) Abzweigen des ankommenden TK-Signals von Hauptsignalpfad und Anwenden einer Fourier-Transformation auf das abgezweigte TK-Signal zur Erzeugung eines Frequenzspektrums des abgezweigten TK-Signals;
      (c) Speichern des letzten während der letzten Sprachpause aufgenommenen Frequenzspektrums in einem Zwischenspeicher (3);
      (d) Anwenden einer inversen Fourier-Transformation auf das jeweils letzte aufgenommenen Frequenzspektrum zur Erzeugung eines nachgebildeten Geräuschsignals;
      (e) Abziehen des nachgebildeten Geräuschsignals im Zeitbereich vom aktuell ankommenden TK-Signal.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (d) nur ein ausgewählter Teil des erzeugten Frequenzspektrums zur Erzeugung des nachgebildeten Geräuschsignals verwendet wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des zur Erzeugung des nachgebildeten Geräuschsignals verwendeten Teils des Frequenzspektrums nach Kriterien der Psychoakustik gemäß den Mittelwerten des Wahrnehmungsspektrums des menschlichen Gehörs erfolgt.
    4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des zur Erzeugung des nachgebildeten Geräuschsignals verwendeten Teiles des Frequenzspektrums derart erfolgt, dass nur diskrete Frequenzen des Spektrums betrachtet werden, und dass der Abstand der diskreten Frequenzen in Richtung höherer Frequenzen stetig größer vorzugsweise nach einer logarithmischen Funktion gewählt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Teil des Frequenzspektrums in vorher festgelegte Frequenzgruppen aufgeteilt wird, und dass in jeder Frequenzgruppe nur die Frequenz bzw. das Frequenzband mit der größten Signalenergie innerhalb der Frequenzgruppe selektiert und zur Erzeugung des nachgebildeten Geräuschsignals weiterverwendet wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektion der Frequenz bzw. des Frequenzbandes mit der größten Signalenergie innerhalb der Frequenzgruppe vor Schritt (c) bzw. vor Schritt (d) erfolgt.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (b) das Frequenzspektrum des abgezweigten TK-Signals nur in einem vorgegebenen Frequenzbereich erzeugt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) ein Frequenzspektrum zwischengespeichert wird, das durch eine Mittelung des aktuell in Schritt (b) erzeugten Frequenzspektrums mit vorher erzeugten Frequenzspektren gewonnen wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelung mit unterschiedlicher relativer Wichtung des aktuell erzeugten Frequenzspektrums in unterschiedlichen Frequenzbereichen erfolgt.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtung nach Kriterien der Psychoakustik gemäß den Mittelwerten des Wahrnehmungsspektrums des menschlichen Gehörs erfolgt.
    11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (e) ein nach vorgegebenen Kriterien mit einem Wichtungsfaktor a < 1 gewichtetes nachgebildetes Geräuschsignal vom vom aktuell ankommenden TK-Signal abgezogen wird.
    12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem in Schritt (d) erzeugten nachgebildeten Geräuschsignal vor Schritt (e) ein synthetisches Geräuschsignal beigemischt wird.
    13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuell ankommende TK-Signal vor Schritt (e) einer definierten Zeitverzögerung unterworfen wird, die vorzugsweise so ausgelegt ist, dass die Phasenlage des ankommenden TK-Signals mit der Phasenlage des nachgebildeten Geräuschsignals vor dem Abzug übereinstimmt.
    14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuell ankommende TK-Signal unverzögert dem Abzug in Schritt (e) zugeführt wird, und dass das nachgebildete Geräuschsignal in seiner Phasenlage vor Schritt (e) an die Phasenlage des aktuell ankommenden TK-Signals angepasst wird.
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