Brevet FR2678453A1 — publié le 19921231

"Poste telephonique à dispositif d'annulation d'écho" L'invention concerne un poste téléphonique à dispositif d'annulation d'écho comportant au moins un filtre numérique transversal auto-adaptatif à réponse impulsionnelle finie et un additionneur algébrique, dans lequel une entrée du filtre numérique est reliée à une voie de reception reliant un conducteur de réception à un haut-parleur, l'additionneur est inséré dans une voie d'émission reliant un microphone à un conducteur d'émission, une entrée de l'additionneur étant du côte microphone et une sortie du côté conducteur d'émission, et une sortie du filtre numérique est reliée à une autre entrée de l'additionneur, de telle sorte que celui-ci délivre à sa sortie vers le conducteur d'émission, un signal qui est la somme algébrique du signal issu du filtre et de celui provenant du microphone. En effet, dans les postes téléphoniques et plus particulièrement dans les postes du type mainslibres, on est confronté au problème de la réinjection dans le microphone, du signal émis par le haut-parleur, d'une part par couplage direct mécanique et acoustique, et d'autre part par suite de réflexions sur les différents obstacles rencontrés par l'onde acoustique dans le local où se trouve le poste téléphonique, et il est connu d'annuler l'écho résultant au moyen d'un filtre numérique transversal auto-adaptatif à réponse impulsionnelle finie, qui simule la réponse impulsionnelle de l'ensemble haut-parleur, écho acoustique, microphone (boucle acoustique), employé dans un montage conforme à celui de la figure 1. Un tel montage raccorde le haut-parleur L et le microphone M du poste téléphonique aux deux conducteurs respectivement de reception Rn et d'émission Tn d'une ligne bifilaire ; il comprend, en plus du filtre numérique FIR, une interface à convertisseurs respectivement numérique/analogique NA et analogique/numerique AN, et un additionneur algébrique. Le convertisseur numérique/analogique NA a son entre connectee au conducteur de réception Rn, et sa sortie au haut-parleur L, tandis que le convertisseur analogique/numérique AN a son entrée connectée au microphone M, et sa sortie à une première entrée (positive) de l'additionneur dont la sortie est connectée au conducteur d'emission Tn ; le filtre numérique FIR a son entrée connectée au conducteur de réception Rn et sa sortie à une deuxième entrée (négative) de l'additionneur. Les signaux utiles, situés dans la bande dite elargie de 50 à 7 000 Hz, sont échantillonnes à 16 000 Hz, et l'écho à annuler a une durée inferieure ou égale à 50 ms. Le filtre FIR reçoit à son entrée le signal Xn disponible sur le conducteur de reception Rn et délivre à sa sortie un signal Ysn, qui est additionné par l'additionneur au signal n appliqué à l'autre entrée de celui-ci et qui est délivré par le convertisseur analogique/numérique, pour fournir, en sortie d'additionneur, un signal E n destine au conducteur d'emission Tn. Si le filtre est d'ordre M, et si pour un echantillon i, Hi = coefficient du filtre, Xi = echantillon d'entrée, Ysi = réponse impulsionnelle simulée, (adaptation du coefficient Hi), & étant le coefficient d'adaptation. I1 en resulte un volume mémoire nécessaire V = 2M mots (M coefficients Hi et M échantillons Xi), et un nombre d'opérations à réaliser 2M+1 multiplications et 2M additions par échantillon. Ainsi, si l'on désire, conformément à cette technique, procéder à une annulation d'écho sur toute la bande, on doit utiliser un filtre d'ordre M = 50.10 3 x 16.103 = 800, une mémoire de 1 600 mots, et effectuer environ 1 600 multiplications et 1 600 additions par échantillon, c'est-à-dire environ 51 millions d'opérations par seconde. La solution est donc relativement simple, mais necessite une très grande puissance de calcul pour être effectuee en temps réel. On a également proposé de travailler sur deux sous-bandes (0 à 4 000 Hz, et 4 000 à 8 000 Hz) et d'annuler l'écho sur chaque sous-bande, ce qui permet de traiter chacune avec une fréquence d'échantillonnage ramenée à 8 kHz (2 fois la largeur de bande). Ainsi, il suffit d'utiliser un filtre d'ordre M = 400, et pour chaque sous-bande une mémoire de 800 mots, et d'effectuer environ 1 600 opérations par échantillon, c'est-à-dire 1 600 x 8 000 = 13 millions d'operations par seconde. Au total, il est donc nécessaire d'utiliser également une mémoire de 1 600 mots, et d'effectuer environ 26 millions d'opérations par seconde. En conclusion, cette solution fait appel à une mémoire de volume identique au cas précédent, mais diminue de moitié le nombre d'opérations à effectuer par seconde. On peut naturellement envisager d'augmenter encore le nombre de sous-bandes, ce qui diminue d'autant le nombre d'opérations à effectuer, mais la nécessaire opération de séparation/reconstitution de bande qui s'ensuit devient de plus en plus difficile, et le volume de la mémoire n'en est pas diminé. L'invention a donc pour but de réaliser une annulation d'écho qui ne présente pas les inconvénients pre-cites des techniques antérieures, et concerne à cet effet un poste téléphonique à dispositif d'annulation d'écho comportant au moins un filtre numérique transversal auto-adaptatif à réponse impulsionnelle finie et un additionneur algébrique, dans lequel une entrée du filtre numérique est reliée à une voie de reception reliant un conducteur de réception à un hautparleur, l'additionneur est insére dans une voie d'émission reliant un microphone à un conducteur d'émission, une entrée de l'additionneur étant du côté microphone et une sortie du côté ligne d'émission, et une sortie du filtre numérique est reliée à une autre entrée de l'additionneur, de telle sorte que celui-ci délivre à sa sortie vers le conducteur d'émission, un signal qui est la somme algébrique du signal issu du filtre et de celui provenant du microphone, poste téléphonique caractérisé en ce que le dispositif d'annulation d'écho comporte deux voies de réception respectivement pour une sous-bande basse et pour une sous-bande haute de la bande de réception, et deux voies d'émission respectivement pour une sous-bande basse et pour une sous-bande haute de la bande d'émission, en ce que la voie de réception à laquelle est reliée une entrée du filtre numérique est la voie de la sous-bande basse, et la voie d'émission dans laquelle est inséré l'additionneur est également la voie de la sous-bande basse, et en ce que dans les deux voies de reception et d'émission de la sous-bande haute, sont insérés des commutateurs de gain. Grâce à ces caractéristiques, la gamme est découpée en deux sous-bandes, et l'on procède à l'annulation d'écho seulement sur la sous-bande basse, dans laquelle se trouve la partie la plus importante de l'énergie du signal de parole (plus précisément dans le fondamental et les deux premiers formants, compris entre 50 et 3 000 Hz), tandis que la sous-bande haute ne subit qu'une commutation de gain. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif et se référant aux dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe du montage connu qui a été commenté plus haut, et - la figure 2 est un schéma de principe d'un montage équipant un poste téléphonique selon l'invention. Comme le montage de la figure 1, celui de la figure 2 raccorde le haut-parleur L et le microphone M du poste téléphonique aux deux conducteurs respectivement de réception Rn et d'émission Tn d'une ligne bifilaire, mais à chaque fois par deux voies B1, Bh correspondant respectivement à une sous-bande basse (frequences inférieures à 3 000 Hz) et à une sous-bande haute (3 000 à 7 000 Hz), que l'on nommera dans la suite, par commodité, "voie basse" et "voie haute". La voie haute et la voie basse reliant le conducteur de réception Rn au haut-parleur L, comprennent chacune, reliés en cascade depuis ce conducteur Rn, et respectivement : un filtre miroir séparateur de bande FHO, FH1 ; un sous-echantillonneur (de facteur 2) ; un commutateur de gain de réception ARh, AR1 ; un sur-échantillonneur (de facteur 2) ; et un filtre miroir reconstitueur de bande FHO, F-H1, delivrant en sortie un signal au haut-parleur L. De même, la voie haute et la voie basse reliant le microphone M au conducteur d'émission Tn, comprennent chacune, reliés en cascade depuis le microphone, et respectivement : un filtre miroir séparateur de bande FHO, FH1 ; un sous-echantillonneur (de facteur 2), un commutateur de gain d'emission ATh, AT1 ; un sur-echantillonneur (de facteur 2) ; et un filtre miroir reconstitueur de bande FH0, F-H1 delivrant en sortie un signal au conducteur d'émission Tn. Le montage comporte également un automate de contrôle AC relié, pour les commander en fonction des energies mesurées sur chaque voie, aux commutateurs de gain ARh, AR1, ATh, et AT1, et un filtre numérique transversal auto-adaptatif à reponse impulsionnelle finie FIR relie de manière bi-directionnelle à l'automate de contrôle afin que celui-ci gère également l'adaptation des coefficients de ce filtre ; de plus, le filtre FIR a son entrée d'annulation d'écho connectée à la voie basse reliant le conducteur de réception au haut-parleur (entre le commutateur de gain de réception AR1 et le sur-echantillonneur), et sa sortie d'annulation d'écho connectée à une entre (négative) d'un additionneur algebrique inséré entre le sous-échantillonneur et le commutateur de gain d'émission ATl de la voie basse reliant le microphone au conducteur d'émission Tn, pour transmettre à cette entrée de l'additionneur un signal d'annulation d'écho, lequel additionneur reçoit sur une autre entrée (positive), le signal de sortie du souséchantillonneur ; une autre entrée du filtre FIR est connectée à la sortie de l'additionneur reliée à l'entrée du même commutateur de gain d'émission AT1, pour l'adaptation du filtre FIR. L'automate de contrôle fonctionne de manière telle que l'adaptation des coefficients du filtre, au sens des moindres carrés, minimise l'énergie de l'écho, et l'annuler est adapté à réaliser la minimisation surtout dans les regions spectrales à forte énergie, c'est-à-dire, dans le cas d'un signal de parole, dans les fréquences de la voie basse.Plus précisément, l'écho est synthétise à partir de la sous-bande basse reçue en ligne et soustrait à la sous-bande basse issue du microphone, en vue de créer une sous-bande basse sans echo qui est émise en ligne ; en revanche, le traitement sur la sous-bande haute est limité à une simple commutation de gain ; en reception, l'atténuation appliquée sur la voie emission (par le commutateur de gain ATh) est suffisante pour annuler toutes les nuisances du rebouclage de l'écho, tandis qu'en émission, cette atténuation est reportée sur la voie reception (par le commutateur de gain ARh). Ainsi, le plus gros volume d'opérations (annulation d'echo) est concentré sur la sous-bande basse, qui correspond à environ 90% de l'énergie à traiter, et l'on a un minimum de traitement sur la bande haute (commutation de gain). I1 en résulte que pour la sous-bande basse, il est seulement nécessaire de prévoir un filtre d'ordre M = 400, et un volume mémoire V = 2M = 800 mots ; le nombre d'opérations par seconde est de 4M x F = environ 13 millions d'opérations par seconde. Pour la sous-bande haute, la commutation de gain implique seulement une opération par échantillon, donc seulement quelques milliers d'opérations par seconde. Au total, pour les deux sous-bandes, en tenant compte des filtres séparateurs et reconstitueurs, il est nécessaire de prevoir un unique filtre numérique transversal à reponse impulsionnelle finie, une mémoire de 800 mots, et une puissance de calcul de 13 millions d'opérations par seconde environ. En résumé, cette solution permet de diminuer de moitié le volume mémoire par rapport aux deux solutions antérieures, et également de moitié le nombre d'opérations par rapport à la deuxième solution antérieure, laquelle diminuait déjà de moitié le nombre d'opérations par rapport à la première solution (approche pleine bande) ; de plus, comme dans la première solution, on utilise un seul filtre numérique transversal à réponse impulsionnelle, mais d'ordre moitié comme dans la seconde solution dans laquelle on en utilisait deux. I1 est ainsi possible de procéder relativement economiquement à une annulation d'écho en bande élargie, en gagnant un facteur 2 sur le temps de fonctionnement interne du système. Bien entendu, l'invention n'est pas limite à la forme de réalisation ci-dessus décrite et representee, et on pourra en prévoir d'autres formes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Poste téléphonique à dispositif d'annulation d'écho comportant au moins un filtre numérique transversal auto-adaptatif à réponse impulsionnelle finie (FIR) et un additionneur algébrique, dans lequel une entrée du filtre numérique (FIR) est reliée à une voie de réception reliant un conducteur de réception (Rn) à un haut-parleur (L), l'additionneur est inséré dans une voie d'émission reliant un microphone (M) à un conducteur d'émission (Tn), une entre de l'additionneur etant du côté microphone et une sortie du côté ligne d'émission, et une sortie du filtre numérique (FIR) est reliée à une autre entrée de l'additionneur, de telle sorte que celui-ci délivre à sa sortie vers le conducteur d'émission (Tn), un signal qui est la somme algebrique du signal issu du filtre (FIR) et de celui provenant du microphone (M), poste téléphonique caractérise en ce que le dispositif d'annulation d'écho comporte deux voies (B1, Bh) de réception respectivement pour une sous-bande basse et pour une sous-bande haute de la bande de réception, et deux voies (B1, Bh) d'émission respectivement pour une sous-bande basse et pour une sous-bande haute de la bande d'émission, en ce que la voie de réception à laquelle est reliée une entrée du filtre numérique (FIR) est la voie (B1) de la sousbande basse, et la voie d'emission dans laquelle est inséré l'additionneur est egalement la voie (B1) de la sous-bande basse, et en ce que dans les deux voies (Bh) de réception et d'émission de la sous-bande haute, sont insérés des commutateurs de gain (ARh, ATh). 2 - Poste téléphonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans les deux voies (B1) de réception et d'émission de la sous-bande basse, sont egalement insérés des commutateurs de gain (AR1, AT1). 3 - Poste téléphonique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif d'annulation d'écho comporte un automate de contrôle (AC) relié, pour les commander en fonction des énergies mesurées sur les voies (Bh, Bol), aux commutateurs de gain (ARh, ATh, AR1, AT1). 4 - Poste téléphonique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'automate de contrôle (AC) est relié de manière bi-directionnelle au filtre numérique transversal auto-adaptatif à réponse impulsionnelle finie (FIR) afin de gérer l'adaptation des coefficients de ce filtre (FIR). 5 - Poste téléphonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre numérique transversal auto-adaptatif à reponse impulsionnelle finie (FIR) comporte une entrée connectée à la sortie de l'additionneur. 6 - Poste téléphonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque voie (Bh, B1) comporte un filtre miroir séparateur de bande (FH0, FH1) en entrée, et un filtre miroir reconstitueur de bande (FH0, F-H1) en sortie. 7 - Poste téléphonique selon la revendication 6, caracterisé en ce que chaque filtre miroir separateur de bande (FH0, FH1) est suivi d'un souséchantillonneur de facteur 2, et chaque filtre miroir reconstitueur de bande (FHO, F-H1) est précédé d'un sur-échantillonneur de facteur 2. 8 - Poste téléphonique selon la revendication 7, caractérisé en ce que, entre le filtre miroir séparateur de bande (FH0, FH1) et le filtre miroir reconstitueur de bande (FH0, F-H1), est inséré un commutateur de gain (ARh, AR1, ATh, AT1). 9 - Poste téléphonique selon la revendication 1, caracterisé en ce que l'entrée du filtre numérique transversal auto-adaptatif à reponse impulsionnelle finie (FIR) reliée à une voie de reception (B1) est connectee à cette voie de réception entre un commutateur de gain (AR1) et un sur-échantillonneur de facteur 2, et l'additionneur inseré dans une voie d'émission (B1) est connecté à une sortie d'un sousechantillonneur de facteur 2 et à une entrée d'un commutateur de gain (AT1).