La citada comunicación interior entre los pasajeros de un vehículo a motor se ve dificultada en gran medida por la presencia en el habitáculo de dicho vehículo de un elevado nivel de ruido, no solo el proveniente del motor sino también el debido tanto al rozamiento de los neumáticos con el pavimento como al viento. Además, usualmente la ubicación de los ocupantes no es la más idónea para mantener una conversación puesto que los pasajeros no se encuentran cara a cara sino que las personas de la parte delantera dan la espalda a los ocupantes de los asientos traseros y todo esto sumado a la distancia entre ellos, sobre todo en aquellos vehículos que disponen de tres o más filas de asientos, hace que mantener una conversación sea difícil.

Asimismo, el conductor para mantener una conversación se ve obligado en ocasiones a apartar la vista de la vía y los pasajeros se mueven o desplazan parte de su cuerpo o miembros respecto a sus posiciones de asiento modificando con ello las condiciones del entorno acústico interior del vehículo.

Antecedentes de la Invención Un problema que aparece cuando se implanta un sistema de comunicación hablada, comprendiendo micrófonos, amplificadores y altavoces, en un recinto cerrado, de volumen limitado y con condiciones acústicas variables (estando presentes además otros ruidos variables), tal como el habitáculo de un vehículo automóvil, es el derivado del fenómeno de realimentación que se produce al añadirse las señales sonoras emitidas por los altavoces y el ruido circundante a las señales vocales captadas por los micrófonos en su vecindad. Para eliminar o limitar los efectos de tal realimentación se

utilizan circuitos electrónicos comprendiendo filtros digitales asociados a los amplificadores para filtrar la señal a reproducir eliminando en gran parte los efectos de eco.

Se conocen en el estado de la técnica sistemas canceladores de eco acústico aplicados a conjuntos de micrófono y altavoz, pudiendo citar a tal efecto las patentes EP-A-453293, EP-A-599450 y US.-A-5245665.

La solicitud de patente WO-A-98/56208 hace referencia a un sistema de comunicación concebido especialmente para la cabina de un vehículo automóvil con ei fin de mejorar la claridad de la comunicación vocal en el interior del recinto cerrado, comprendiendo un sistema cancelador de ecos para eliminar la componente de realimentación.

La comunicación en el interior de un vehículo automóvil supone un importante desafío para el control del eco acústico y para la reducción del ruido. Uno o más micrófonos montados frente a cada pasajero recogen la señal del habla y adicionaimente diversos ruidos del motor, carretera u otros. Esta señal es amplificada y retornada al interior del vehículo a través del sistema de altavoces del vehículo. Esta situación crea dos problemas principales. En primer lugar como consecuencia del acoplamiento electro-acústico entre los altavoces y los micrófonos todo el sistema se puede volver inestable con el molesto efecto de generación de silbidos. En segundo lugar como los micrófonos recogen la voz y el ruido, el nivel de ruido global en el interior del automóvil aumentará. Por lo tanto se precisa un sistema cancelador de ecos para evitar que el sistema se acople electro-acústicamente y dicho sistema ha de ser capaz también de reducir el ruido para evitar que el nivel de ruido en el interior de vehículo aumente o se refuerce.

Es decir, las condiciones citadas plantean unas importantes exigencias para un eficaz control del eco acústico y reducción del ruido. El control del eco acústico debe prevenir que todo el sistema se acople electroacústicamente y se vuelva inestable, con los problemas adicionales de que el sistema debe posibilitar el operar siempre con una comunicación doble. La reducción de ruido debe limpiar la señal del micrófono para evitar el incremento o refuerzo del ruido dentro del vehículo.

La cancelación de eco acústico se realiza por medio de un filtro adaptativo digital o conjunto de filtros operando en paralelo al sistema de micrófonos y altavoces del habitáculo del vehículo. Para el funcionamiento correcto de dicho filtro se requiere la única presencia de la señal de eco, pero, dada la naturaleza del entorno acústico, el micrófono capta además de dicha señal de eco, la señal de voz próxima y ruido ambiental lo que puede llevar a una perturbación permanente del filtro adaptativo. El

eco acústico se produce por la señal de voz próxima al micrófono de manera que el cancelador de ecos siempre debe tratar con el eco y con dicha señal de voz próxima.

Una solución conocida para este problema propone congelar el cancelador de ecos realizado en forma de un filtro digital adaptativo tal como un filtro FIR (respuesta impulsional finita) cuyos coeficientes se actualizan utilizando un algoritmo LMS (least mean square) normalizado cuando se detectan unas condiciones susceptibles de generar un silbido por acoplamiento, según se propone en la patente US-A-5.706.344.

Sin embargo debido a los continuos cambios en las condiciones de las vías de comunicación entre los ocupantes y los conjuntos de micrófono-altavoz, ei sistema puede volverse inestable y empezar a generar silbidos mientras los pasajeros están hablando y/o gesticulando. También se propone en dicha última patente añadir un nivel bajo de ruido blanco, en forma de una señal aleatoria adecuada para identificar la vía de comunicación cuando no existe señal en la proximidad del micrófono y favorecer la estabilidad del filtro. Pero este ruido blanco de bajo nivel puede ocasionar molestias a los pasajeros si los altavoces se hallan próximos a los mismos, condición por lo demás prácticamente inevitable en el habitáculo de un vehículo.

En el sistema y método según la invención no se hace uso de ninguna congelación del cancelador de ecos acústicos ni se emplea un ruido blanco de bajo nivel.

Breve exposición de la Invención Para paliar los problemas expuestos más arriba del estado de la técnica, conforme al método y sistema de acuerdo con la presente invención se propone realizar un tratamiento de la señal eléctrica tras su salida de cancelador de ecos acústicos consistente en un adicional filtrado, variante en el tiempo, aplicado a reducir el ruido existente en el interior de vehículo que es captado por los micrófonos y el eco acústico residual o cola de eco no cancelado, también presente en dicha señal.

De acuerdo con la presente invención, se recoge mediante un conjunto de micrófonos la conversación de cada uno de los ocupantes de vehículo, se amplifica y se filtra convenientemente para después devolverla al interior del vehículo a través de sistema de altavoces de mismo y por el lugar conveniente, es decir, la conversación de los ocupantes delanteros del vehículo será reproducida por los altavoces de la parte trasera mientras que la conversación de los viajeros situados en la parte posterior será reproducida por los altavoces delanteros.

Además y dado que la utilización de terminales celulares por el conductor de un

vehículo durante la marcha está prohibida por la legislación vigente en muchas jurisdicciones, siendo el único medio permitido el de utilizar terminales manos-libres, el sistema de acuerdo con la presente invención implementa un sistema de manos-libres con apoyo en un teléfono móvil que permite establecer una comunicación telefónica con el exterior, no sólo al conductor del vehículo sino a todos y cada uno de sus ocupantes.

Ei sistema conforme a la invención, además de las anteriormente descritas utilidades, también permite la grabación y posterior reproducción de un mensaje vocal.

El sistema cancelador de eco acústico empleado comprende unos filtros digitales adaptativos que utilizan un algoritmo LMS normalizado para la actualización de los coeficientes del filtro (como los referidos en las patentes citadas) cuyos valores se ajustan según sea la función de transferencia entre cada canal de salida o altavoz y cada canal de entrada o micrófono de forma que se cancele la realimentación salida- entrada a través de estas funciones de transferencia.

Conforme a la invención, el citado filtrado adicional variante en el tiempo se realiza mediante un filtro de Wiener de dos etapas que trata de conseguir dos objetivos : - la eliminación de los restos de eco (supresor de eco residual) que quedan tras pasar la señal de cada micrófono por el cancelador de eco, y - la reducción de nivel de ruido presente en el habitáculo del vehículo, para que este ruido captado por los micrófonos, no sea amplificado por el sistema y de nuevo devuelto al interior de vehículo con un mayor volumen.

El bloque supresor de ruido y de eco residual está basado en la teoría de filtrado <BR> <BR> <BR> lineal óptimo de modo que el filtro WOp, (eis) es diseñado con el objetivo de eliminar de la señal de entrada aquellas componentes espectrales provenientes del ruido ambiente presente en el habitáculo del vehículo y aquellas otras componentes de) eco residual que quedan tras el cancelador de eco acústico manteniendo intacta la señal de voz deseada.

De acuerdo con la teoría, el filtro óptimo de Wiener capaz de minimizar el error cuadrático medio (E [ea (n)]), definiendo el error como la diferencia entre una señal deseada d (n) y la señal de salida de filtro óptimo de Wiener, es aquel que responde a la expresión : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Sdx(ej#)<BR> opt(ej#) =<BR> Sxx(ej#) Donde Wopt (e'W) es la respuesta frecuencial de filtro óptimo de Wiener, Sdx (ej) denota

la densidad espectral de potencia cruzada entre la señal deseada d (n) y la señal de , (ej (0) es la densidad espectral de potencia de la señal de entrada al filtro x (n).

Si se asume que la señal de entrada al filtro, como sucede en el presente caso, está formada, por un lado, por la señal deseada d (n) y por otro, por una perturbación m (n), es decir, x (n) =d (n) +m (n) y si, como también se da en esta ocasión, uno o los dos procesos son de media nula, la expresión del filtro óptimo queda de la forma : <BR> <BR> <BR> <BR> j «<BR> Sdd(ej#)<BR> Wopt(ej#) =<BR> <BR> Sxx(ej#) Ya que Sdx(ej#) es la transfomada de Fourier de la función de correlación cruzada entre la señal deseada y la señal x (n) definida como rdx (k) = E [d (n)-x (n-k)] (para señales reales que son con las que se opera). Si x (n) =d (n) +m (n), rdx (k) =E [d (n)-d (n-k)] +E [d (n)-m (n)] y el segundo término de la suma es nulo si se asume incorrelación y media nula, quedando por lo tanto, rdx (k) =E [d (n)-d (n-k)] = rdd(k), siendo rdd (k) la función de autocorrelación de la señal deseada.

El cá) cu) o de) fiitro de reducción de ruido y eco residual conforme se propone en la presente invención, se realiza en el dominio frecuencial mediante la estimación de la densidad espectral de potencia de ruido y a partir de la estimación de la densidad espectral de potencia del eco residual, para, en función de estas dos medidas más la de la densidad espectral de potencia de la señal de entrada, encontrar aquella respuesta para el filtro que consiga limpiar de ruido y eco residual la señal de entrada.

Otras características y detalles del método y sistema conforme a la invención se describirán con referencia a unos dibujos adjuntos, que deben de ser considerados a título ilustrativo y no limitativo, conforme al siguiente detalle : Breve explicación de los dibujos La invención se comprenderá mejor a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, en los que : la Fig. 1 es un diagrama esquemático que ilustra el fenómeno de la realimentación, generador de eco, que se produce en un recinto cerrado con micrófonos y altavoces próximos; la Fig. 2 es una gráfica que muestra una respuesta impulsional típica del habitáculo de un vehículo convencional donde se indica una zona eliminada por un filtro adaptativo cancelador de ecos, y una cola residual o perturbación remanente, dado que

la longitud de filtro es necesariamente limitada ; la Fig. 3 es un diagrama esquemático de una primera forma simplificada de implementación del sistema de la invención con un único canal que comprende un micrófono y un altavoz ; la Fig. 4 es un diagrama esquemático de una forma más completa de implementación del sistema de la invención incluyendo una atenuación de la señal de entrada captada por el micrófono y una diferenciación en bloques de las diversas etapas de ganancia; la Fig. 5 es un detalle ilustrativo del filtro empleado en el circuito de las Figs. 3 y 4, conforme a la invención, el cual comprende dos etapas, una para cancelación del citado eco residual y otra para eliminar el ruido ambiente; la Fig. 6 es un diagrama esquemático de una implementación del sistema de la invención comprendiendo cuatro micrófonos y cuatro altavoces repartidos entre las zonas delantera y trasera que podrían corresponder a las cuatro plazas de un automóvil de turismo convencional; la Fig. 7 es un diagrama esquemático de los órganos de control y gestión utilizados en el sistema de la invención comprendiendo varios micrófonos, varios altavoces y un canal manos-libres para un teléfono móvil celular susceptible de ser utilizado por uno cualquiera de los ocupantes del vehículo; la Fig. 8 es un diagrama de flujo ilustrativo de un algoritmo para un control automático del volumen de los altavoces en función de la velocidad de) vehículo, utilizado en el sistema de la invención ; la Fig. 9 es un esquema que ilustra un ejemplo de realización para la estimación de la densidad espectral de potencia de las señales que intervienen en el proceso, según los principios propuestos en esta invención.

Descripción detallada de los ejemplos de realización preferidos Haciendo referencia en primer lugar a la Fig. 1, en la misma se muestran dos micrófonos 1,2 y dos altavoces 3,4 instalados en un recinto limitado, tal como por ejemplo el habitáculo de un automóvil, donde dichos altavoces 3,4 son los altavoces de un equipo de música convencional deI vehículo, estando cada uno situado próximo a una o más plazas para pasajeros del vehículo, y dichos micrófonos 1,2 están situados estratégicamente (ventajosamente próximos a la cabeza de cada pasajero) para captar de manera adecuada y separadamente las voces de dichos pasajeros en forma de unas señales vocales 5,6.

Cada uno de los micrófonos 1,2 reciben una respectiva señal vocal 5,6 y la convierte, mediante un sistema de amplificación y filtrado (incluyendo un conjunto de conversión A/D y D/A o CODEC), en unas señales eléctricas que son enviadas a los altavoces 3,4, los cuales las transforman en unas respectivas señales acústicas 7a, 7b; 8a, 8b reproducidas. Ahora bien, los micrófonos 1,2 reciben, además de las señales vocales 5, 6, emitidas en su vecindad, las citadas señales acústicas 7a, 7b; 8a, 8b reproducidas por los altavoces 3,4 y unas señales de ruido ambiental 9 (generadas por fuentes muy diversas tales como el motor, rozamiento con la carretera, viento, etc).

Así, por ejemplo, un primer micrófono 1 recibe de forma preferente la señal vocal 5 de pasajero que tiene más cerca, de forma menos acentuada la señal acústica 8a reproducida por el altavoz 4 más cercano, de manera más atenuada la señal acústica 7a reproducida por el altavoz 3 más lejano y finalmente la señal de ruido ambiental 9, la cual puede variar en gran medida dependiendo de factores tales como la velocidad del vehículo o la existencia de ventanillas abiertas en mayor o menor grado. El micrófono 2, de manera equivalente recibe las señales 6,8b, 7b y 9. Hay que tener en cuenta además que los altavoces 3,4 podrían estar emitiendo música o voces reproducidas por el citado equipo de música del vehículo, ya sea desde una fuente de radio, casete o disco compacto, que también serían captadas por los micrófonos 1,2.

Todo este conjunto de señales sonoras, anteriormente mencionadas, captadas por los micrófonos 1,2 son amplificadas por medios electrónicos convencionales, reproducidas por los altavoces 3,4 y captadas de nuevo con mayor intensidad por los micrófonos 1, 2 y así sucesivamente, generando un efecto de realimentación que produce un eco indeseado, el cual puede llegar a hacer incomprensibles las señales vocales que se pretende amplificar, o inestabilizar el sistema generando silbidos de acoplamiento molestos para el oído.

Para evitar este inconveniente, en un sistema en el que se utiliza un filtro o conjunto de filtros adaptativos digitales para cancelación del eco, según técnica convencional, p. Ej. la descrita en los antecedentes citados, aplicado/s a las señales acústicas captadas por los micrófonos 1,2, se propone conforme a la presente invención realizar además un ulterior filtrado de la señal eléctrica saliente del cancelador de eco con el fin de eliminar las colas de eco, o eco residual y para reducir o eliminar el ruido ambiente, de manera que se contrarresta muy eficazmente el citado efecto de realimentación.

La Fig. 2 es una gráfica de una señal correspondiente a la respuesta impulsional del habitáculo de un vehículo convencional. La amplitud A de dicha señal es decreciente con el tiempo t y su longitud puede variar. Para eliminar por completo el

eco producido por esta respuesta impulsional se requeriría un filtro digital adaptativo capaz de cubrir todas las posibles longitudes de la respuesta impulsional, pero ello conllevaría un elevado tiempo de procesado no compatible en general con el disponible, además de un incremento de comp, ejidad de, fi, tro digital o conjunto de filtros y unos correspondientes costos. Por ello, aunque el filtro digital o conjunto de filtros adaptativos empleados consigue la atenuación de la parte en la que dicha señal tiene más amplitud (indicada por un segmento terminado con puntas de flecha sobre el eje de abcisas), la citada cola de eco, o parte residual remanente junto con el ruido ambiente, constituye todavía un elemento perturbador importante para el sistema.

Ei diagrama de la Fig. 3 muestra una forma básica de implementación de sistema de la presente invención, el cual, para una mayor simplicidad, se ha reducido a un solo micrófono 1 y a un solo altavoz 3. En este ejemplo, el micrófono 1 capta la señal vocal 5 de un pasajero, la señal acústica 7 reproducida por el altavoz 3 y una señal de ruido indicada genéricamente por la referencia 9. Este conjunto de señales es convertido por el micrófono 1 (que tiene asociado un preamplificador 20b y un conversor A/D) en una señal eléctrica 10 de la cual se sustrae una señal 14 procedente de un filtro digital o conjunto de filtros digitales canceladores de eco 15 (en adelante referido como cancelador de ecos, de estructura y funcionamiento convencionales) para formar una señal 11, la cual pasa ulteriormente, conforme a un primer aspecto de esta invención por un bloque 16 que representa un conjunto adicional de filtrado cancelador de la cola de eco y de) ruido ambiente (cuyo funcionamiento se expfica más abajo) que elimina la parte de la señal eléctrica 11 correspondiente al eco residual y el ruido 9 en la vecindad del micrófono 1. La señal 12 de salida de bloque 16 es amplificada por un factor de ganancia 17 y la señal 13, resultante, amplificada, es enviada, previo paso por un conversor D/A y un amplificador de potencia 20a, al altavoz 3, para su reproducción. Ahora bien, dicha señal 13 digital, amplificada, también es enviada ai cancelador de ecos 15 al cual ìlega asimismo la citada señal 11. En el cancelador de ecos 15 se utiliza la citada señal 13 eléctrica, digital, amplificada que será la reproducida por el altavoz 3 y la señal 11 que contiene información de error que se comete en la identificación de la función de transferencia entre altavoz 3 y micrófono 1.

En la Fig. 4 se muestra una implementación más completa, preferida, del sistema de la presente invención la cual, al igual que en el ejemplo de la Fig. 3, comprende un micrófono 1 y un altavoz 3 conectados a un circuito que incluye una ganancia de amplificación 20b, unos bloques conversores A/D, D/A, un cancelador de ecos 15, un bloque 16 cancetador de colas de eco y de ruido y una ganancia de

amplificador de potencia 20a. Sin embargo, aquí, según un segundo aspecto de la invención, se incluye un dispositivo de control del volumen final del sistema el cual está determinado por una serie de factores de ganancia por los que pasa la señal captada por el micrófono 1. Estos factores de ganancia incluyen un atenuador de señal 18 a la entrada del circuito (que afecta al conjunto de señales captadas por el micrófono), un control automático de ganancia 19 situado después del filtro 16 cancelador de colas de eco y de ruido, seguido de otra ganancia 17 controlable por el usuario y, a continuación del punto de donde se deriva la señal 13 hacia el filtro cancelado de eco 15 y antes de la citada ganancia de amplificador de potencia 20a, un amplificador 21. El producto de los factores de ganancia 18 y 21 es 1 y permite disminuir un exceso de error del algoritmo adaptativo que gobierna el cancelador de ecos 15 al atenuar la señal de entrada 10. Por otra parte, la señal de salida 13 es amplificada por el amplificador 21 que compensa la atenuación provocada por el atenuador 18, antes de pasar por el amplificador de potencia 20a para ser entregada al altavoz 3.

Conforme a un tercer aspecto de la invención, el control automático de ganancia 19 mantiene a un nivel constante la señal 12 de salida del filtro de Wiener para evitar saturaciones y ante la presencia de una posible inestabilidad del sistema que genere un aumento incontrolado del nivel de señal 11, automáticamente atenúa la señal 12 y en caso necesario se actúa sobre los filtros 15 y 16 para estabilizar el sistema.

La Fig. 5 muestra un esquema de construcción (cálculo) preferido del filtro 16 para control de colas de eco y reducción de ruido, utilizado en los circuitos de los anteriores esquemas 3 y 4 conforme a la invención. Este filtro comprende unas primera y segunda etapas 22,23. La primera etapa 22 está destinada a obtener la respuesta frecuencial óptima de un filtro lineal que consiga obtener de la señal de entrada 11 aquellas componentes de eco que no han sido eliminadas por la estructura canceladora de ecos compuesta por los filtros adaptativos 15, mientras que la segunda etapa 23 está destinada a obtener la respuesta de un fíltro capaz de estimar la parte de señal correspondiente ai ruido ambiente 9 captada por el micrófono 1 y que también está presente en la citada señal eléctrica 11 de entrada a este filtro adicional 16.

El procedimiento por el cual se obtiene el filtro supresor de eco residual y ruido, W (ej'), está dividido en dos fases puesto que para el cálculo del filtro fina"W (eJW) se descompone en las dos citadas etapas 22 y 23 dispuestas en cascada.

Para conseguir las respuestas frecuenciales de ambos filtros o etapas de filtrado 22,23 se parte de las estimaciones de las densidades espectrales de potencia de la señal 11 de entrada al filtro de Wiener (Se (eiW)), del eco residual (Sr (eiW), de dicha señal 11 de entrada, ya sin eco residual (Sy (eis)) tras su paso por la etapa 22 y del ruido

(Sn (eiW)). De modo que la respuesta del primer filtro es aquella que se ajuste a la expresión : j co (e- De este modo, He (ejw) situará sus bandas pasantes en aquellas regiones en las que el eco predomine sobre la señal (cociente próximo a 1) y sus bandas atenuadas en aquellas otras en las que la señal predomine sobre el eco (cociente próximo a 0).

Calculado de esta manera, He (eis) permitirá obtener a su salida el espectro del eco residual, de forma que se podrá restar este espectro al de la señal de entrada para obtener el espectro de la señal de entrada sin eco residual (Sy(ejw)).

Con el segundo filtro 23 será posible actuar del mismo modo y obtener su respuesta frecuencial : <BR> <BR> <BR> <BR> Sn(ej#)<BR> Hn(ej#) =<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Sy(ej#) Así, este filtro dejará pasar aquellas bandas en las que el ruido prevalezca sobre la señal, y atenuará aquellas otras en las que haya mayor contenido de señal que de ruido.

Una vez que se han obtenido las respuestas frecuenciales de los dos filtros, se puede obtener la función de transferencia del diagrama de la figura 2 como : TV(ej#) = (1 - He(ej#))(1-Hn(ej#)) Por estar dispuestos los filtros en cascada.

Posteriormente, se realiza la transformada inversa de Fourier para obtener la respuesta impulsional del filtro w (n) con la que posteriormente se filtrará la señal 11 de salida del cancelador de eco.

Aunque en los esquemas de las Figs. 3 y 4 se ha mostrado el sistema de la invención aplicado a un único micrófono y a un único altavoz, el mismo puede implementarse para un número indeterminado de micrófonos y altavoces. En la Fig. 6 se muestra un esquema general del sistema de la invención aplicado a la cabina de un automóvil con cuatro plazas, a cada una de las cuales corresponde un micrófono 1a, 1 b, 2a, 2b y un altavoz 3a, 3b, 4a, 4b (utilizando las mismas referencias numéricas para aquettos componentes o bloques equivalentes).

En el esquema de la Fig. 6, las señales de entrada 10 de dos de los micrófonos

1a, 1b (correspondientes, por ejemplo, a las plazas delanteras izquierda y derecha) se unen en una única señal que es enviada a un filtro cancelador de colas de eco y de ruido 24 (equivalente a, bloque 15 de las Figs. 3 y 4, de estructura y funcionamiento en sí conocido) pasando previamente por un atenuador 18y un limitador 25 (para evitar saturaciones). De un punto entre el limitador 25 y el filtro de ruido y eco 24 existe una derivación que pasa por un control automático de ganancia 19 que regula la señal a la salida 12 del filtro de ruido y eco 24 en una ganancia variable 26. Otra ganancia variable 27 regula el nivel de la señal de salida en función de una señal 28 procedente de unos pulsadores de control de volumen a disposición de los usuarios (no ilustrados) y de una señal 29 proporcional a la velocidad del vehículo suministrada por el sistema electrónico del automóvil. Finalmente, la señal de salida 13 es amplificada por una ganancia 21 (que compensa la citada atenuación de la etapa 18) para ser entregada finalmente a los altavoces 3a, 3b (situados, por ejemplo, a izquierda y derecha de las plazas traseras) para su reproducción acústica.

Las señales de los otros dos micrófonos 2a, 2b (correspondientes, por ejemplo, a las plazas traseras izquierda y derecha) siguen por su parte el mismo camino en un circuito análogo hasta ser reproducidas acústicamente por los correspondientes altavoces 4a, 4b (situados, por ejemplo, a izquierda y derecha de las plazas delanteras). Sin embargo, ambos circuitos no son independientes entre si sino que están relacionados de manera que la señal de cada uno influye en la señal de, otro.

Así, en cada circuito, de la señal de salida 13 antes de ser amplificada por el bloque 21 compensador de la atenuación del bloque 18, se toma una primera derivación 13a que es filtrada en un primer cancelador de ecos 30 (mediante un filtro digital adaptativo según lo explicado) y posteriormente sustraída de la señal de entrada atenuada a la salida del atenuador 18 del propio circuito. Por otro lado, del mismo punto de la señal de salida 13 se toma, en cada circuito, una segunda derivación 13b que es enviada a un cancelador de ecos 31 de, circuito ajeno y, una vez filtrada, es sustraída de la señal de entrada atenuada a la salida del atenuador 18 de dicho circuito ajeno, en el mismo punto donde se sustrae la señal 13a cancelador de ecos 30 del circuito propio.

En la Fig. 7, un número indeterminado de micrófonos 1 y un número indeterminado de altavoces 3 están conectados, a través de unos correspondientes convertidores 32 analógico/digital y digital/analógico (o CODECS), con al menos un microprocesador 33 que gobierna ei sistema cancelador de eco y ruidos conforme a los principios de la presente invención aplicables en el habitáculo de un vehículo automóvil.

El citado microprocesador 33 está conectado a una memoria volátil 34, una interfaz de usuario 35, que incluye, por ejemplo unos pulsadores de control a disposición de los

pasajeros, y una interfaz de vehículo 36, que recibe datos de las condiciones de funcionamiento del vehículo, tales como velocidad de marcha, estado abierto o cerrado de las ventanillas, etc., que inf ! uyen en el nivel acústico del ruido ambiente en el interior del habitáculo. Opcionaimente, el sistema incluye una memoria externa de acceso aleatorio 37. Un teléfono móvil celular 38 es susceptible de ser conectado (por ejemplo, mediante cableado) al microprocesador 33 a través de un correspondiente convertidor 39 analógico/digital y digital/analógico. La señai de salida 40 procedente de dicho teléfono móvil celular 38 es amplificada, enviada a los altavoces 3 repartidos en el interior del habitáculo para su reproducción acústica, de manera que es claramente audible por todos los ocupantes del mismo. Por otra parte, cualquiera de dichos ocupantes puede hablar librement y su voz, captada por el correspondiente micrófono 1, es tratada por el sistema y enviada como una señal de entrada 41 al teléfono móvil celular 38. Así, el sistema de la presente invención actúa como un dispositivo manos- libres que permite la conversación telefónica con el exterior no sólo al conductor de vehículo o a otro de sus ocupantes sino también verdaderas conversaciones múltiples entre todos los ocupantes y el exterior. Además, tanto la señal acústica 13 reproducida por los altavoces 3 como la señal eléctrica 41 enviada al teléfono móvil celular 38 están debidamente filtradas por el sistema y, por tanto, libres de ecos y ruidos.

En un ejemplo de realización, la citada interfaz de usuario 35 comprende, típicamente a disposición de conductor, un pulsador de conexión/desconexión del sistema, un pulsador de elevación de volumen de reproducción, un pulsador de descenso de volumen de reproducción, un pulsador que permite grabar un mensaje vocal, un pulsador que permite reproducir un mensaje vocal previamente grabado y un puisador para habilitar/deshabilitar los micrófonos de los acompañantes en caso de conversación telefónica con el exterior.

Es bien conocido que el nivel sonoro de ruido en el interior del habitáculo de un vehículo aumenta a medida que aumenta la velocidad de marcha del mismo. Este nivel sonoro es debido tanto al ruido del motor como al de fricción de la carrocería con ei aire, como al de rozamiento de los neumáticos con el pavimento. El sistema de la presente invención cuenta según se ha explicado (bloque 19 en la Fig. 3 o bloque 27en la Fig. 6) con un control automático de volumen en función de la velocidad del vehículo para adecuar el volumen de reproducción acústica de los altavoces al nivel sonoro de ruido presente en el habitáculo en cada momento.

El diagrama de flujos de la Fig. 8 muestra esquemáticamente un algoritmo descriptivo de dicho control automático de, volumen en función de la velocidad de vehículo en el sistema cancelador de colas de eco y de ruido ambiente de la invención.

El bloque 42 proporciona una lectura del valor de la velocidad real del vehículo en un momento dado, cuyo valor es suministrado por el sistema de control electrónico del vehículo. En la etapa 43 se efectúa un filtrado paso bajo de la señal de lectura del valor de la velocidad antes de proceder a la etapa 44, la cual comprende efectuar un promedio entre la velocidad leída en la etapa 42 y la velocidad inmediatamente anterior para determinar el grado de variación de la velocidad y si dicha variación es ascendente o descendente. Si en el resultado de la determinación de la etapa 44 es de velocidad ascendente, en la etapa 45 se asigna un factor positivo de variación de la velocidad, y si se ha determinado que la velocidad es descendente, en la etapa 46 se asigna un factor negativo de variación de la velocidad. Seguidamente, en la etapa 47, se efectúa el cálculo de la variación de volumen que hay que aplicar al sistema para compensar las alteraciones del nivel sonoro de ruido en el interior del habitáculo producidas por las variaciones de velocidad de marcha del vehículo. Este cálculo comprende multiplicar el valor de la velocidad ieído en la etapa 42 por el factor de variación obtenido de las etapas 45 ó 46. El término de ganancia final que será aplicado realmente al sistema es el fruto de un promedio temporal ponderado entre el valor de la variación de volumen actual, obtenida en la etapa 47, y el valor de la variación de volumen inmediatamente anterior. Con este promedio se consigue que los cambios de volumen no sean instantáneos, es decir, bruscos, sino que sean progresivos, lo cual es más agradabie para los usuarios y más favorable para la estabilidad de, sistema. La variación de volumen obtenida por este sistema está acotada tanto por un valor mínimo cuando el vehículo está parado como por un valor máximo cuando la velocidad del vehículo supera cierta velocidad, a definir.

Se ha previsto además que el sistema incluya además una etapa de control automático de ganancia de la amplificación de las señales eléctricas 12, de salida del sistema 16 tras realizar dicho filtrado adicional de colas de eco y de ruido ambiente, controlada automáticamente en función del nivel de la señal 11 a la salida del cancelador de eco 15 que evita la saturación del sistema ante inestabilidades del mismo.

En la Fig. 9 se muestra un posible método, preferido, para estimación de las densidades espectrales de potencia de las señales a procesar.

Como ya se ha indicado anteriormente, el cálculo de la respuesta frecuencial del filtro combinado de reducción de ruido y de control de colas de eco (esquematizado en la Fig. 5) se basa en estimaciones de las densidades espectrales de potencia de las señales que intervienen en el proceso. Dado que dichas señales que intervienen en el proceso son señales no estacionarias, la estimación de las densidades espectrales de

potencia se actualizan de forma regular cada M muestras de la señal de entrada 11.

Estas estimaciones se realizan en el dominio frecuencial siguiendo el esquema de la Fig. 9. Por cada M muestras de la señal de entrada 11, se realiza un estimación de la respuesta frecuencial del filtro para la cual se utilizan dichas M muestras y as (L-1) M muestras anteriores que componen un total de LM muestras que se almacenan en un memoria intermedia o buffer 50. El valor máximo de M está acotado por el retardo máximo permitido para la integración audítíva, en el oído de, pasajero, entre el sonido que recibe directamente de, interlocutor y el refuerzo proporcionado por el sistema de la invención. Una vez el buffer 50 contiene las LM muestras, se ponderan por una ventana en el bloque 51 y en el bloque 52 se aplica una transformada rápida de Fourier de LM muestras. Para reducir la varianza de la estimación de las densidades espectrales de potencia y de este modo reducir la probabilidad de aparición de ruido musical (ruido típicamente añadido por este tipo de filtros canceladores de ruido), se alisa el espectro de la señal de entrada 11 mediante un suavizado siguiendo una ponderación frecuencial tipo MEL (escala de percepción frecuencia,). Los bloques 54a y 54b estiman la densidad espectral de potencia de la señal de entrada Se (eis).

Una vez obtenida la densidad espectral de la señal de entrada, se obtiene una estimación de los filtros con esta densidad espectral de potencia obtenida y las anteriores estimaciones de las densidades espectrales de potencia del eco residual y del ruido, así : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> He(ej#) =<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Sn(ej#)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Hn(ej#) =<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> () Puesto que los filtros se calculan a partir de estimaciones, para evitar que estos tomen valores excesivamente altos en aquellas frecuencias en las que las estimaciones de las densidades espectrales de potencia de los denominadores hayan tomado valores próximos a cero, se sitúa un límite inferior a las estimaciones de las densidades espectrales de potencia que intervienen en las expresiones anteriores como denominadores, de este modo :

Donde s es el límite inferior que se les asigna.

Del mismo modo, las estimaciones del numerador en ocasiones, pueden tomar valores muy elevados por o que al valor resultante del filtro obtenido se le sitúa un límite superior.

Seguidamente, se realiza un alisado temporal de los filtros para evitar variaciones excesivamente rápidas en los mismos : He(ej#) = αHe(ej#) + (1-α)He(ej#) ant.

HM (ei) = αHn(ej#) + (1-α)Hn(ej#)ant.

Por último, se realiza un nuevo alisado frecuencial de los filtros mediante un filtrado Me, para reducir la varianza de la estimación y se ponen a 1 aqueiias bandas en las que no hay señal de voz y por lo tanto a la salida del filtro no debe haber señal, en concreto, se fuerza a que el filtro total resultante posea como bandas eliminadas, la banda más baja de frecuencia y la más alta.

A partir de los filtros anteriormente calculados se realiza ! a reestimación del resto de densidades espectrales de potencia que responden a las siguientes expresiones.

donde el índice k indica el instante de tiempo Si los filtros estimadores de, eco y ruido fueran perfectos, es sabido que las densidades espectrales de potencia de eco residual y de ruido serian, respectivamente sin embargo, como las estimaciones de los filtros dependen de las estimaciones de las densidades espectrales, deberá realizarse una estimación sesgada de las densidades espectrales de potencia. Esta estimación sesgada la introduce el parámetro 8 que permite que una porción (1-8) de la densidad espectral de potencia de la señal de entrada esté siempre en la estimación de la densidad espectral de potencia de eco residual o de ruido. Por otro lado, y atendiendo a la naturaleza estacionaria o no de las señales que deseamos cancelar, la estimación de la densidad espectral de potencia se promedia en ei tiempo con los parámetros ß. En el caso de la cancelación de ruido, y asumiendo que el ruido es mucho más estacionario que la señal de voz, ßr toma valores muy pequeños, en el entorno de 0.005, que suponen una ventana temporal de promediado larga. Sin embargo, el eco residual tiene una estadística similar a la voz con lo cual la ventana temporal de promediado debe de ser corta, lo que supone utilizar valores de ße grandes, en el entorno de 0.5.

Por último, la densidad espectral de potencia de la señal sin eco residual (Sy (eis)), como es una estimación a partir de la salida del filtro cancelador de eco residual, también estimado, se ha promediado en tiempo para reducir las posibles fluctuaciones de la estimación debido a la varianza del estimador.

Las características esenciales del método y sistema según la invención se detallan en las siguientes reivindicaciones.