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Filtragem Adaptativa e Cancelamento de eco

Desde 1994, o LINSE vem realizando pesquisas sobre filtragem adaptativa e suas aplicações, destacando-se, dentre elas, o cancelamento de eco. Como resultado desse trabalho, foram desenvolvidos canceladores de eco que vêm sendo utilizados em sistemas de telefonia convencional, voz sobre IP (VoIP) e em aparelhos telefônicos equipados com viva-voz.

Em sistemas de telefonia convencional (analógica), existe o chamado eco de linha. Esse tipo de eco é originado nas híbridas, dispositivos destinados à conversão entre os dois tipos de circuitos do sistema telefônico: o circuito a dois fios (que liga os assinantes à central local) e o circuito a quatro fios (utilizado entre as centrais).

Para que não haja retorno do sinal transmitido (eco) durante uma chamada telefônica, deve haver um casamento de impedâncias entre os circuitos a dois e a quatro fios. Na prática, não é possível obter perfeitamente tal casamento, o que provoca eco.

Nas ligações de curta distância, o efeito nocivo do eco é imperceptível, uma vez que o tempo de retorno do sinal de voz ao ponto de origem é relativamente curto. Por outro lado, nas ligações em que há um atraso significativo no retorno da voz como, por exemplo, nas ligações internacionais via satélite e em sistemas de voz sobre IP, a fração do sinal de voz que retorna é percebida pelo usuário como um eco desconfortável, dificultando a fluência da conversação. Nesse caso, faz-se necessário o uso de dispositivos de cancelamento de eco, visando melhorar a qualidade de comunicação e o conforto dos usuários.

A Figura 1 mostra o diagrama de blocos de um sistema de cancelamento de eco de linha, considerando uma ligação telefônica entre o usuário localizado no far-end e outro no near-end.

Figura 1: Sistema de cancelamento de eco.

Esta figura leva em conta apenas o eco gerado pelo usuário no far-end. O bloco H representa a resposta ao impulso da híbrida do caminho de eco do sistema. O cancelador de eco, representado por um filtro digital W e associado a um algoritmo adaptativo, tem por objetivo alterar em tempo real a resposta do filtro digital, de modo a identificar (estimar) o sistema H.

As pesquisas do LINSE em filtragem adaptativa envolvem diversos tipos de algoritmos. Dentre eles, podemos citar os algoritmos NLMS, Leaky NLMS, Proportional NLMS, FxLMS e VSSVLFxLMS (este último uma contribuição original do LINSE).

O desempenho do cancelador de eco de linha desenvolvido em nosso Laboratório pode ser verificado nas amostras a seguir.

Amostra de áudio contendo o  sinal de voz do usuário do near-end, o sinal de voz do usuário no far-end e o eco da voz do usuário no far-end.

Amostra de áudio resultante da ação do LEC, contendo o sinal de voz do usuário do near-end e o sinal de voz do usuário no far-end.

Atualmente, uma outra aplicação que vem ganhando destaque em pesquisas aplicadas no LINSE é o controle de eco acústico em sistemas viva-voz. Esse tipo de eco ocorre devido ao acoplamento acústico entre alto-falante e microfone. Em uma primeira abordagem, tal eco era tratado através da supressão da transmissão em um dos lados (comunicação half-duplex). Essa técnica, embora reduza a presença de eco, tem como desvantagem a perda de fluência e naturalidade da comunicação. Dessa maneira, a utilização de um dispositivo de cancelamento de eco acústico (AEC) torna-se uma solução mais eficiente, permitindo um controle efetivo do eco sem prejudicar a qualidade da conversação.

A Figura 2 ilustra um sistema de cancelamento acústico, no qual o usuário localizado no near-end utiliza um telefone viva-voz.

Figura 2: Sistema de cancelamento de eco acústico.

Neste caso, o sinal de voz do usuário localizado no far-end é reproduzido pelo alto-faltante do telefone e percorre através do ar um (ou vários) caminho(s) até o microfone, onde é captado. De maneira bastante similar ao LEC, o algoritmo de filtragem adaptativa busca ajustar a resposta do filtro W, de modo a obter um modelo do caminho acústico percorrido pelo sinal de voz.

Um exemplo da aplicação do AEC pode ser verificado nos arquivos de áudio a seguir.

Amostra de áudio contendo o sinal de voz do usuário do near-end, o sinal de voz e o correspondente eco acústico do usuário do far-end que estão sendo reproduzidos no alto-falante.

Amostra de áudio resultante da ação do AEC, contendo o sinal de voz do usuário do near-end e o sinal de voz do usuário do far-end que está sendo reproduzido no alto-falante.

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