Brevet FR2612029A1 — publié le 19880909

DISPOSITIF POUR LA REALISATION DE LA FONCTION "MAINS-LIBRES" DANS UN POSTE TELEPHONIQUE, ASSOCIANT LES FONCTIONS DE COMMUTATION DE GAIN ET D'ANNULATION D'ECHO DESCRIPTION La présente invention a pour objet un dispositif permettant la réalisation de la fonction "mains-libres" dans un poste téléphonique. Un poste téléphonique est dit "à mains libres" lorsque le haut-parleur et le microphone sont disposés dans une même enceinte sans que l'utilisateur ait à se saisir du combiné. Le couplage acoustique entre haut-parleur et microphone pose des problèmes particuliers de stabilité dont La solution constitue la fonction "mains libres". Le procédé classique utilisé jusqu'à ce jour pour réaliser cette fonction était la commutation de gain. Ce principe bien connu consiste à atténuer alternativement l'un ou l'autre des sens de transmission (émission ou réception) en fonction des niveaux des signaux émis et reçus. Les amplificateurs et atténuateurs sont conçus de telle façon que le gain de boucle soit constant et inférieur au seuil d'amorçage (effet Larsen). La mise en oeuvre de ce procédé peut se faire sous forme analogique ou comporter des sous-ensembles numériques comme décrit dans le document FRA-2 566 980. L'obtention d'une efficacité suffisante nécessite, dans ces réalisations, une grande amplitude de commutation de gain, ce qui peut constituer une gêne pour l'utilisateur. En effet, le signal reçu par le microphone a pour effet de placer L'appareil en émission et donc d'atténuer fortement la voix du correspondant distant. A l'extrême, ce principe peut donner L'impression d'un fonctionnement en alternat, se traduisant par une inintelligibilité des débuts et fins de phrases. Un autre procédé utilisable est l'annulation d'écho qui est jusqu'alors utilisé dans le domaine des transmissions. Ce procédé repose sur l'utilisation d'un filtre auto-adaptatif B 9251.C RS 2612 0 2 9 simulant La réponse impulsionnelle de L'ensemble transducteur- environnement acoustique. La réalisation de la fonction "mains- Libres" par ce procédé impose l'utilisation d'un filtre numérique de longueur importante capable de synthétiser la réponse impulsionnelle de la pièce. Les performances requises ne peuvent être obtenues que dans un environnement calme après un temps de convergence relativement long et au prix de moyens de calculs très sophistiqués. Toute modification de l'environnement dégrade les performances du dispositif d'annulation et devient source d'instabilité. En pratique, il apparaÂt que pour qu'un tel dispositif soit exploitable, il doit se limiter à la synthèse de réponses impuLsionnelles courtes (inférieures à 10 ms). Cette condition limite les performances d'annulation d'écho et nécessite une combinaison avec un autre organe tel qu'un commutateur de gain. Le but de la présente invention est de réaliser la fonction "mainslibres" en associant ces deux techniques, d'annulation d'écho et de commutation de gain. Son originalité ne réside pas seulement dans leur association mais plus précisément dans leur interaction mutuelle. Le fonctionnement d'un dispositif d'annulation d'écho acoustique repose sur l'utilisation d'un filtre auto-adaptatif dont le r8Le est de reproduire la réponse impulsionnelle de la boucle acoustique. Or, ce filtre ne peut adapter sa fonction de transfert qu'en présence de signal émis par le haut-parleur. En l'absence de ce signal, toute modification de l'environnement acoustique ne peut être prise en compte par le système, ce qui entraÂne une baisse des performances du dispositif d'annulation d'écho et provoque une instabilité. De façon précise, la présente invention a donc pour objet un dispositif réalisant la fonction "mains-libres" dans un terminal téléphonique qui comporte un moyen d'annulation d'écho associé à un commutateur de gain comprenant sur chacune des voies un dispositif de mesure d'amplitude des signaux de parole et un atténuateur variable. Lesdits atténuateurs sont commandés par un B 9251.C RS organe de calcul qui, en fonction des amplitudes relatives des signaux de parole présents sur chaque voie (émission et réception) et du gain du dispositif d'annulation d'écho qui en découle, détermine la valeur optimale d'atténuation à insérer dans chacune des voies pour assurer la stabilité et procurer l'efficacité acoustique maximale. L'atténuation globale de la boucle est rendue variable en fonction des performances de l'annuleur d'écho. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif à annulation d'écho et à commutateur de gain, - la figure 2 illustre un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 3 illustre une variante pour utilisation sur un réseau deux fils de type analogique, - la figure 4 illustre une autre variante de réalisation, - la figure 5 illustre encore une autre variante de réalisation, - la figure 6 illustre encore une autre variante de réalisation, - la figure 7 illustre encore une autre variante de réalisation, - la figure 8 illustre encore une autre variante de réalisation. Le schéma de La figure 1 représente un système quatre fils avec un atténuateur AHP, relié à un haut-parleur HP, un atténuateur AMIC relié à un microphone MIC et un dispositif d'annulation d'écho DAE comprenant un filtre F et un soustracteur S. Les atténuations introduites par les deux atténuateurs sont notées respectivement AHP et AMIC. Le gain du soustracteur S est noté G. B 9251.C RS 26120 2 9 En l'absence de dispositif d'annulation d'écho on note A L'atténuation globale (AHP+AMIC) nécessaire à L'obtention d'une efficacité satisfaisante en émission et en réception. - en émission on aura: AMIC=0 AHP=A - en réception on aura: AMIC=A AHP=O Si l'on ajoute un dispositif d'annulation d'écho, on peut abaisser l'amplitude de L'atténuation: - en émission on aura: AMIC=O AHP=A-G - en réception on aura: AMIC=A-G AHP=0 La recherche de stabilité pour le système dans toutes les phases de fonctionnement (émission et réception) conduit à prendre en compte le gain G obtenu dans les pires conditions de fonctionnement, c'est-à-dire en l'absence de signal sur le haut- parleur. Dans ce cas, L'obtention d'une efficacité suffisante impose une commutation de gain maximale. Or, l'analyse du fonctionnement du dispositif d'annulation révèle qu'en présence de signaux émis par le haut- parleur, le gain G augmente considérablement. Soit g cet accroissement de gain. Les égalités précédentes deviennent: - en émission (signal du microphone prépondérant): AMIC = O AHP=A-G - au repos (pas de signaux): AMIC =A-G AHP = 0 (on pourrait avoir également: (AMIC = (A/2)-G, AHP = A/2 par exemple) L'ensemble des atténuations de boucle est égal à A-G. - en réception (signal sur le haut-parleur) AMIC = A-(G+g) AHP = 0 L'ensemble des atténuations de boucle est égal à A-(G+g) Ce calcul montre qu'en phase de réception, l'atténuation à introduire dans la voie émission, pour conserver la stabilité, est moindre du fait de l'augmentation g du gain du dispositif d'annulation d'écho. L'augmentation de gain g possède une valeur fixe. On pourrait également prévoir que g ait une valeur pouvant varier, B 9251.C RS en fonction de paramètres Liés au fonctionnement du dispositif. Le but de La présente invention est d'évaluer à tout instant, et en particulier en phase de réception, le gain (G+g) du dispositif d'annulation afin de n'introduire, dans chaque voie, que l'atténuation minimale (A-G-g) nécessaire à la stabilité. L'évaluation des performances du dispositif d'annulation est obtenue par détection de L'état du terminal (Emission, Repos, Réception). Cette information renseigne le commutateur de gain sur L'atténuation à introduire dans chaque voie. Contrairement aux dispositifs réalisés par le passé, l'atténuation totale introduite dans la boucle est variable en fonction de l'état du terminal téléphonique. Un premier mode de réalisation du dispositif de L'invention est illustré sur la figure 2. Des premiers circuits 10 et 11 permettent de mesurer le niveau des signaux présents respectivement sur les voies réception et émission et commandent un circuit de contr8le 12 dont le r8Le est de définir l'état du poste téléphonique (EMission, Repos, RECeption). Ces informations permettent à un circuit de calcul 13 de déterminer les atténuations à introduire dans chaque voie par des circuits d'atténuation variable 14 et 15. On a donc respectivement: - à l'émission: AMIC=O AHP=A-G S(A)=A-G - au repos: AMIC=A-G AHP=O S(A)=A-G - en réception: AMIC=A-(G+g) AHP=O S(A) =A-(G+g) o S(A) représente La somme des affaiblissements. Un soustracteur 21 effectue la différence entre Le signal provenant du microphone et Le signal d'écho estimé par un filtre 20. Le signal résiduel issu du sous-ensemble 21 est émis vers la ligne téléphonique et sert à L'adaptation des coefficients du filtre 20 suivant un algorithme classique d'annulation d'écho. Les circuits 30 et 31 sont des amplificateurs. B 9251.C RS Selon une variante de l'invention représentée sur La figure 3, des circuits 40 et 41 sont des convertisseurs numérique-analogique et analogique-numérique respectivement. Ils permettent de réaliser l'ensemble des fonctions de commutation de gain et d'annulation d'écho sous forme numérique. Cette variante facilite l'intégration du dispositif dans un terminal de conception entièrement numérique. Dans le cas o le dispositif est intégré dans un poste analogique, d'autres convertisseurs numérique-analogique 60 et analogique-numérique 61 permettent de réaliser l'interface avec un circuit différentiel 2 fils/4 fils. Selon une autre variante de l'invention représentée sur la figure 4, l'organe de contrôle 12 fournit à un sous-ensemble 22 du dispositif d'annulation une information ne l'autorisant à adapter ses coefficients qu'en présence d'un signal satisfaisant sur la voie réception. Typiquement, le sous-ensemble 22 est constitué par un interrupteur dont l'état ouvert ou fermé est commandé par un signal en provenance de l'organe de contrôle 12, ce signal prenant une valeur déclenchant la fermeture de l'interrupteur lorsque Le signal prélevé sur La voie réception (entrée du circuit 10) dépasse un seuil prédéterminé. Selon une autre variante de l'invention présentée sur la figure 5, le circuit 13 possède des entrées provenant du monde extérieur lui indiquant le niveau de réception souhaité par l'utilisateur et lui permettant d'ajuster les atténuations sur chaque voie. L'atténuation N demandée par l'utilisateur, sur la voie réception, est prise en compte par l'organe de calcul et soustraite sur la voie émission. Les atténuations deviennent: - en émission: AMIC=0 AHP=A-G S(A)=A-G - au repos: AMIC=A-(N+G) AHP=N S(A)=A-G - en réception: AMIC=A-(N+G+g) AHP=N S(A)=A-(G+g) o N est L'atténuation introduite par l'utilisateur. Selon une autre variante de l'invention présentée sur la figure 6, un dispositif 50 remplace, lors de la mise en service du dispositif, le signal de réception en provenance de la B 9251.C RS 26120 2 9 ligne par un bruit blanc, ceci dans le but d'améliorer la convergence du dispositif d'annulation d'écho. A cette fin, le dispositif 50 comprend un temporisateur 501 fixant la durée d'émission du signal de bruit blanc délivré par un générateur 502. Selon une autre variante de l'invention représentée sur la figure 7, un dispositif 60 assure la mémorisation des coefficients du filtre après chaque utilisation afin de faciliter la convergence du dispositif d'annulation d'écho lors de la prochaine utilisation. Selon une autre variante de l'invention représentée sur la figure 8, le circuit 11 possède des moyens 111 pour définir le niveau moyen du signal de bruit contenu dans le signal d'émission et pour retrancher cette valeur au signal représentatif du niveau sur cette voie avant son entrée sur le circuit 12. B 9251.C RS 2612 0 2 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour La réalisation de la fonction "mains-libres" dans un poste téléphonique, caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur de gain et un moyen d'annulation d'écho (20), ce commutateur comprenant dans les voies d'émission et de réception, des moyens (10, 11) de mesure d'amplitude des signaux présents sur ces voies, un circuit (12) de détermination de l'état du poste téléphonique (émission, réception, repos) , un organe de calcul (13) commandé par le circuit (12), des atténuateurs variables (14, 15) commandés par l'organe de calcul (13), cet organe de calcul évaluant, en fonction des amplitudes relatives des signaux en émission et en réception, les performances d'annulation d'écho obtenues par le dispositif et ajustant en fonction dé celles-ci les atténuateurs (14, 15) dans chaque voie, de manière à ce que l'atténuation globale dans la boucle prenne toujours la valeur minimale assurant la stabilité du système. 2. Dispositif pour la réalisation de la fonction "mains-libres" dans un poste téléphonique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur numérique- analogique (40), et un convertisseur analogique-numérique sur les voies d'émission et de réception, l'ensemble des moyens de commutation et d'annulation d'écho étant alors de type numérique. 3. Dispositif pour La réalisation de la fonction "mains-libres" dans un poste téléphonique selon L'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des convertisseurs analogique-numérique (61) et un convertisseur numérique-analogique sur ses accès à la ligne téléphonique. 4. Dispositif pour la réalisation de La fonction "mains-Libres" dans un poste téléphonique selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (22) permettant au dispositif d'annulation d'écho de n'adapter ses coefficients que sous certaines conditions. 5. Dispositif pour la réalisation de la fonction "mainr- B 9251.C RS Libres" dans un poste téléphonique seLon La revendication 4, caractérisé en ce qu'il est conçu de telle sorte que le dispositif d'annulation d'écho n'adapte ses coefficients que Lorsque te signal sur La voie réception dépasse un seuil prédéterminé. 6. Dispositif pour la réalisation de la fonction "mains-libres" dans un poste téléphonique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour ajuster l'atténuation dans la voie réception en fonction du niveau d'écoute choisi par l'utilisateur et pour soustraire L'atténuation ainsi apportée, si elle existe, de L'atténuation insérée dans l'autre voie, en phase de réception. 7. Dispositif pour la réalisation de la fonction "mains-libres" dans un poste téléphonique selon L'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (501, 502) pour émettre, Lors de la mise en service, sur La voie réception un signal de bruit blanc dans le but d'améliorer la convergence du moyen d'annulation d'écho. 8. Dispositif pour la réalisation de La fonction "mains-Libres" dans un poste téléphonique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (60) assurant la mémorisation des coefficients du filtre après chaque utilisation dans le but de faciliter la convergence du moyen d'annulation d'écho lors d'une utilisation ultérieure. 9. Dispositif pour la réalisation de La fonction "mains-libres" dans un poste téléphonique selon l'une queLconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (111) pour définir le niveau moyen de bruit contenu dans te signal en émission et pour retrancher cette valeur au signal représentatif du niveau d'émission. B 9251.C RS