Brevet FR2824982A1 — publié le 20021122

PROCEDE DE CONTRÈLE ADAPTATIF DE SYSTEME D'ANNULATION D' ECHO MULTIVOIES ET DISPOSITIF POUR METTRE EN _UVRE LE PROCEDE Domaine technique et art antérieur La présente invention concerne un procédé de contrôle adaptatif de système d'annulation d'écho multivoies ainsi qu'un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé. L' invention s'applique au fonctionnement en mains libres des outils de communication tels que, par exemple, les télophones mobiles, les ordinateurs personnels (communément appelés PC, de l'anglais " Personnal Computer "), et, plus généralement, tout - 15 type de dispositif présent dans les stations de travail audio et/ou vidéo o la communication audio s'effectue à l' aide de plusieurs haut-parleurs distants du ou des intervenants. L'écho acoustique est un obstacle majeur au bon fonctionnement en mains libres des outils de communication. L'écho acoustique résulte du signal qui, émis par un haut-parleur, est capté, soit directement, soit par réflexion, par un microphone. Le problème de ltécho acoustique a fait l'objet de nombreuses études tant dans le cas monodimensionnel que dans le cas multidimmensionnel. Dans le cas monadimensionnel il n'y a qu'un signal de prise de son et qu'un signal de restitution sonore, et cela même si le signal de prise de son est capté par plusieurs microphones et le signal de restitution sonore restitué par plusieurs haut- parleurs. Dans le cas multidimensionnel, un système d'annulation d'écho comprend N voies de réception de signal comprenant, chacune, un hautparleur HPi (i= 1, 2,..., N) et M canaux de prise de son, chaque canal de prise de son comprenant un microphone MCj (j=1, 2,.... M). Un tel système d'annulation d'écho est représenté en figure 1. Il comprend N x M chemins acoustiques et, partant, N x M dispositifs d'annulation d'écho H(i, j). Chaque dispositif d'annulation d'écho H(i, j) comprend un filtre d' identification qui estime le couplage acoustique entre le haut-parleur HPi et le microphone MCj. Outre le problème du fonctionnement en temps réel d'un tel système, dû à la puissance de calaul requise, un autre problème se pose qui conce'-ne la convergence de l'algorithme de contrôle des filtres didentification. Le problème de la convergence de l'algorithme de contrôle des filtres d' identification a fait l'objet de nombreuses études. Parmi les méthodes de convergence, il est possible de mentionner, par exemple, la méthade basoe sur l'adjonction d'un bruit aléatoire ou la méthode basée sur l' introduction d'une fonction non linéaire de facon à décorréler les signaux à traiter. Cette dernière méthode est décrite dans le brevet US 5,828,756 de Benesty et al. délivré aux Etats-Unis le 27 octobre 1998 sous le titre " Stereophonic acoustic echo cancellation using non linear transformations ". Les méthades de convergence de l'art antérieur présentent de nombreux inconvénients, parmi lesquels il est possible de citer la durée importante des temps de calcul. L' invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Exposé de 1' invention En effet, l' invention concerne un procédé de contrôle adaptatif de système d'annulation d'écho multivoies comprenant N haut-parleurs HPi (i=1, 2,.... N), N étant un entier supérieur ou égal à 2, et M microphones MCj ( j=1, 2,..., M), M étant un entier supérieur ou égal à 1, le système comprenant NxM filtres d' identification Fij à coefficients variables, le filtre d' identification Fij permettant diestimer, sous l'action d'une information de contrôle, le couplage acoustique entre le haut-parleur HPi et le microphone MCj, 1' information de contrôle étant calculée à l' aide d'un algorithme d'adaptation sur la base d'un signal d'erreur entre un signal détecté par le microphone MCj et un signal de référence qui comprend le signal estimé issu du filtre d' identification Fij, et d'un pas d'adaptation des coefficients variables. Le signal de référence comprend, en outre, un signal égal à la somme de P signaux estimés supplémentaires Yk,j ki (k=1, 2,..., i 1, i+1,..., P+1) issus de P filtres d' identification Fki (ki), P étant un entier compris entre 1 et N-1, et le pas d'adaptation des coefficients variables est fonction de la présence ou de l' absence de signal sur les P haut-parleurs HPk (ki). L' invention concerne également un dispositif de contrôle adaptatif de système d'annulation d'écho multivoies comprenant N haut-parleurs HPi (i=1, 2,.... N), N étant un entier supérieur ou égal à 2, et M microphones MCj, M étant un entier supérieur ou égal à 1, le système comprenant un filtre d'identification Fij à coefficients variables pour estimer le couplage acoustique entre le haut-parleur HPi et le microphone MCj, le filtre d' identification étant commandé par une information de contrôle issue d'une unité de mise à j our commandée par un signal d'erreur entre un signal détecté par le microphone et un signal de référence qui comprend le signal estimé issu du filtre didentification Fij, et par un pas d'adaptation des coefficients variables. Le dispositif comprend des moyens pour additionner au signal de référence les signaux estimés Yk,j ki (k=1, 2,..., i-1, i+1,..., P+1), issus de P filtres d' identification Fkjki', P étant un entier pouvant être compris entre 1 et N-1, et des moyens pour modifier la valeur du pas d' adaptation des coefficients variables en fonction de la présence ou de l 'absence de signal sur les P haut-parleurs HPk (ki). Comme cela apparaîtra ultérieurement, selon le mode de réalisation préférentiel de l 'invention, le nombre P est égal à N-1. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l' invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles: - le figure 1 représente un schéma de principe de système dannulation d'écho multivoies; - la figure 2 représente un dispositif de contrôle adaptatif de système d'annulation d'écho multivoies selon un premier mode de réalisation de l' invention; la figure 3 représente un dispositif de contrôle adaptatif de système d'annulation d'écho multivoies selon un deuxième mode de réalisation de linvention. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l' invention La figure 1 a été décrite précédemment, il est donc inutile d'y revenir. La figure 2 représente un dispositif de contrôle adaptatif de système d'annulation d'écho multivoies selon un premier mode de réalisation de linvention. Le dispositif de contrôle de la figure 2 est le dispositif de contrôle selon l' invention qui permet lannulation d'écho entre le microphone M:j et le haut parleur HPi. Le dispositif de contrôle comprend un filtre d' identification Fij à coefficients variables, une unité de mise à j our 1, un moyen de calaul 2 du pas dadaptation des coefficients variables, N détecteurs dactivité vocale DAV(xi) (i=1, 2,..., N), un détecteur d'activité vocale DAV(yj), un soustracteur 3 et un additionneur 4. Chaque détecteur d'activité vocale indique, en fonction dun seuil de décision, la présence ou l'absence dun signal vocal. Ainsi le signal d(xi) qui est issu du détecteur d'activité vocale DAV(xi) indique-t-il la présence ou l 'absence dun signal dans le haut-parleur HPi. De même, le signal d(yj) qui est issu du détecteur DAV(yj) indique la présence ou l'absence d'un signal dans le microphone MCj. Le filtre d' identification Fij est un filtre programmable à réponse impuleionnelle finie dont les coefficients doivent être adaptés. L'unité de mise à j our 1 adapte les coefficients du filtre sur la base du signal xi présent dans le haut-parleur HPi, du pas caloulé des coefficients variables et d'un signal derreur e. L'unité de mise à j our 1 met en _uvre, par exemple, l'algorithme du gradient stochastique normalisé (NLMS) ou encore l'algorithme de projection affine dordre 2 (APA2). L'unité de mise à j our 1 procède à la mise à j our du filtre Fij lorsque les conditions ci-dessous sont réalisoes: - une activité vocale est détectée par le détecteur DAV ( Xi), - aucune activité vocale n'est détectée par le détecteur DAV(yj), - aucune activité vocale n'est détectée par les détecteurs DAV (Xk, ki) Selon le premier mode de réalisation de linvention, la valeur du pas est égale à zéro si lun quelconque des signaux d(xk), ki, indique la présence d'un signal sur un haut-parleur HPk. Dans le cas o aucun signal n' est détecté, le pas d' adaptation est choisi comme l 'optimum considéré pour l'algorithme d' adaptation mis en _uvre par l'unité de mise à jour. Le coefficient u est alors, par exemple, égal à 0,33 pour l'algorithme NLMS ou l'algorithme APA2. Le signal derreur e est égal à la différence entre le signal yj présent dans le microphone MCj et un signal de référence. Le signal de référence est constitué du signal estimé Yi,j issu du filtre d' identification Fij et de l'enseble des signaux estimés Yk; ki issus des N- 1 filtres d' identification Fkj. A cette fin, les signaux Ykj ki issus des N-1 filtres d' identification Fk,j sont sommés par ladditionneur 4. Le signal d'erreur s'écrit: e = Yj - i,j + Yk,j ki: Le dispositif selon linvention permet avantageusement de réduire le temps de calaul de l'étape de mise à j our puisque la fixation du pas,u à la valeur zéro en présence de signal sur l'un quelconque des haut-parleurs arrête le calcul de convergence. La figure 3 représente un dispositif de contrôle adaptatif de système d'annulation d'écho multivoies selon un deuxième mode de réalisation de linvention. Selon le deuxième mode de réalisation de ltinvention, le pas,u d' adaptation des coefficients est caloulé selon le principe décrit dans la demande de brevet français intitulée "Procédé et dispositif d'identification adaptative et annuleur d'écho adaptatif incluant un tel dispositif", déposée en France le 13 septembre 1995 et publiée sous le n 2 738 695. Le dispositif de contrôle comprend un filtre didentification Fij à coefficients variables, une unité de mise à j our 5, un moyen de calcul 6 du pas dadaptation des coefficients variables, un détecteur dactivité vocale sur le haut-parleur HPi, DAv(xi), un estimateur 7 de l'énergie Xi du signal xi, un estimateur 8 de lénergie Yj du signal yj, un estimateur 9 de lénergie pondérée dkXk,ki des signaux xk (ki) issus des N-1 haut-parleurs HPk (k=1, 2,..., i-1, i+l,..., N), un soustracteur 3 et un additionneur 4. L'unité de mise à j our 5 procède à la mise à j our du filtre Fij lorsqu'une activité vocale est détectée par le détecteur DAV(xi). Le pas d'adaptation des coefficients variables est alors calaulé par l'expression: aiXi = biXi + C jYj + kXk,k i) k o ai, bi, Cj et dk (ki) sont des coefficients positifs. A titre d'exemple non limitatif, le coefficient ai peut être égal à 1, le coefficient b peut être égal à 3, le coefficient cj peut être compris entre 10 et 100 (il dépend des conditions de ltenvironnement acoustique), et les coefficients dk peuvent être sensiblement du même ordre de grandeur que le coefficient c;. Les coefficients dk permettent avantageusement de régler le contrôle du pas en fonction du nombre de voies haut-parleur. Si une activité vocale est présente sur au moins l'une des voies haut-parleur, le coefficient,u tend vers zéro et l'adaptation se trouve arrêtée. Un avantage particulier de ce deuxième mode de réalisation de l' invention est de faire que le coefficient,u tende continûment vers zéro au fur et à mesure que l'énergie des signaux augmente. L'utilisation de détecteurs d'activité vocale ne présente pas cet avantage puisque l'adaptation peut avoir lieu avec des signaux parasites tant que le seuil de décision n'est pas atteint. Selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, il est particulièrement simple d'éviter toute désadaptation du filtre. Quel que soit son mode de réalisation, l' invention siapplique avantageusement à tout type dalgorithme adaptatif. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle adaptatif de système dannulation d'échos multivoies comprenant N haut- parleurs HPi (i= 1, 2,..., N), N étant un entier supérieur ou égal à 2, et M microphones MCj ( j=1, 2,.... M), M étant un entier supérieur ou égal à 1, le système comprenant NxM filtres d' identification Fij à coefficients variables, le filtre d' identification Fij permettant d'estimer, sous l'action d'une information de contrôle, le couplage acoustique entre le haut- parleur HPi et le microphone MCj, 1' information de contrôle étant calculée à l' aide d'un algorithme d' adaptation sur la base d'un signal d'erreur (e) entre un signal détecté par le microphone MCj (yj) et un signal de référence qui comprend le signal estimé (Yij) issu du filtre d' identification Fij, et d'un pas (,u) d' adaptation des coefficients, caractérisé en ce que le signal de référence comprend, en outre, un signal égal à la somme de P signaux estimés supplémentaires (Ykj ki (k=1, 2,, i-1, i+1,, P+1)) issus de P filtres d' identification Fkj (ki), P étant un entier compris entre 1 et N-1, et en ce que le pas (u) d'adaptation des coefficients variables est fonction de la présence ou de l'absence de signal sur les P haut parleurs HPk. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pas (,u) d' adaptation des coefficients variables est égal à zéro si la précence d'un signal est détecté sur au moins un des P haut- parleurs HPk. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsque l'algorithme d'adaptation est l'algorithme du gradient stochastique normalisé (NLMS) ou l'algorithme de projection affine d'ordre 2 (APA2), le pas (,u) d'adaptation des coefficients variables est égal à 0,33 si aucun signal ntest détecté sur les M haut-parleurs HPk. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: une étape pour estimer l'énergie Xi du signal acoustique émis par le hautparleur HPi, - une étape pour estimer l'énergie Yj du signal recu par le microphone MCj, - une étape pour estimer l'énergie pondérée dkxkj ki des signaux émis par P haut-parleurs HPk, k P étant un entier compris entre 1 et N-1, et en ce que le pas,u d'adaptation des coefficients variables est déterminé par l'expression: aixi biXi + CjYj + (dkXkki) o ai, bi, c; et dk (ki) sont des coefficients positifs. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que: - ai = 1, - bi = 3, - c; est compris entre 10 et 100, et dk est compris entre 10 et 100. 6. Dispositif de contrôle adaptatif de système dannulation d'échos multivoies comprenant N haut parleurs HPi (i=1, 2,..., N), N étant un entier supérieur ou égal à 2, et M microphones MCj (j=1, 2,.... M), M étant un entier supérieur ou égal à 1, le système comprenant un filtre d' identification Fij à coefficients variables pour estimer le couplage acoustique entre le haut-parleur HPi et le microphone MCj, le filtre d' identification étant commandé par une information de contrôle issue d'un dispositif de mise à j our (1, 5) commandé par un signal d'erreur (e) entre un signal détecté par le microphone (yj) et un signal de référence qui comprend le signal estimé (Yij) issu du filtre d' identification Fij, et par un pas (,u) d'adaptation des coefficients, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour additionner au signal de référence les signaux estimés (Ykj ki (k=1, 2,..., i-1, i+1,..., P+1)) issus de P filtres d' identification Fkj (ki), P étant un entier pouvant être compris entre 1 et N-1, et des moyens pour modifier la valeur du pas (,u) d'adaptation des coefficients en fonction de la présence ou de l'absence de signal sur P haut-parleurs HPk 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour modifier la valeur du pas (,u) comprennent P détecteurs d'activité vocale DAV(xk), le détecteur DAV(xk) permettant de détecter la présence ou l' absence d'un signal sur le haut-parleur HPk. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour modifier la valeur du pas (,u) comprennent des premiers moyens (7) pour estimer l'énergie Xi du signal acoustique émis par le haut-parleur HPi, des deuxTèmes moyens (8) pour estimer lénergie Yj du signal recu par le microphone MCj, des troisièmes moyens (9) pour estimer l'énergie pondérée dkXk,j ki des signaux émis par P haut- k parleurs HPk (ki), P étant un entier compris entre 1 et N-1 et des quatrièmes moyens pour déterminer le pas (,u) d' adaptation des coefficients variables selon l' expression: aiXi biXi + CjYj + (dkXk,ki) o ai, bi, Cj et dk (ki) sont des coefficients positifs. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que: - ai = 1 - bi=3 - Cj est compris entre 10 et 100, et, - dk est compris entre 10 et 100. 1/3 _ V