~ubuntu-branches/ubuntu/quantal/zaptel/quantal

« back to all changes in this revision

Viewing changes to kernel/oslec/spandsp/echo.h

  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Tzafrir Cohen
  • Date: 2008-08-28 22:58:23 UTC
  • mfrom: (11.1.11 intrepid)
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20080828225823-r8bdunirm8hmc76m
Tags: 1:1.4.11~dfsg-2
* Patch xpp_fxs_power: Fixed an issue with hook detection of the Astribank
  FXS module.
* Don't fail init.d script if fxotune fails. This may happen if running it
  when Asterisk is already running.
* Bump standards version to 3.8.0.0 .
* Ignore false lintian warning ("m-a a-i" has "a a").
* Patch xpp_fxo_cid_always: do always pass PCM if that's what the user
  asked.
* Patch vzaphfc_proc_root_dir: fix vzaphfc on 2.6.26.
* Patch wcte12xp_flags: Proper time for irq save flags.
* Patch headers_2627: Fix location of semaphore.h for 2.6.27 .
* Patch xpp_fxs_dtmf_leak: Don't play DTMFs to the wrong channel.
* Patch wctdm_fix_alarm: Fix sending channel alarms.
* Patch device_class_2626: Fix building 2.6.26 (Closes: #493397).
* Using dh_lintian for lintian overrides, hence requiring debhelper 6.0.7.
* Lintian: we know we have direct changes. Too bad we're half-upstream :-(
* Fix doc-base section names. 

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
/*
 
2
 * SpanDSP - a series of DSP components for telephony
 
3
 *
 
4
 * echo.c - A line echo canceller.  This code is being developed
 
5
 *          against and partially complies with G168.
 
6
 *
 
7
 * Written by Steve Underwood <steveu@coppice.org> 
 
8
 *         and David Rowe <david_at_rowetel_dot_com>
 
9
 *
 
10
 * Copyright (C) 2001 Steve Underwood and 2007 David Rowe
 
11
 *
 
12
 * All rights reserved.
 
13
 *
 
14
 * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 
15
 * it under the terms of the GNU General Public License version 2, as
 
16
 * published by the Free Software Foundation.
 
17
 *
 
18
 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
 
19
 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 
20
 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
 
21
 * GNU General Public License for more details.
 
22
 *
 
23
 * You should have received a copy of the GNU General Public License
 
24
 * along with this program; if not, write to the Free Software
 
25
 * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
 
26
 *
 
27
 * $Id: echo.h,v 1.9 2006/10/24 13:45:28 steveu Exp $
 
28
 */
 
29
 
 
30
/*! \file */
 
31
 
 
32
#if !defined(_ECHO_H_)
 
33
#define _ECHO_H_
 
34
 
 
35
/*! \page echo_can_page Line echo cancellation for voice
 
36
 
 
37
\section echo_can_page_sec_1 What does it do?
 
38
This module aims to provide G.168-2002 compliant echo cancellation, to remove
 
39
electrical echoes (e.g. from 2-4 wire hybrids) from voice calls.
 
40
 
 
41
\section echo_can_page_sec_2 How does it work?
 
42
The heart of the echo cancellor is FIR filter. This is adapted to match the echo
 
43
impulse response of the telephone line. It must be long enough to adequately cover
 
44
the duration of that impulse response. The signal transmitted to the telephone line
 
45
is passed through the FIR filter. Once the FIR is properly adapted, the resulting
 
46
output is an estimate of the echo signal received from the line. This is subtracted
 
47
from the received signal. The result is an estimate of the signal which originated
 
48
at the far end of the line, free from echos of our own transmitted signal. 
 
49
 
 
50
The least mean squares (LMS) algorithm is attributed to Widrow and Hoff, and was
 
51
introduced in 1960. It is the commonest form of filter adaption used in things
 
52
like modem line equalisers and line echo cancellers. There it works very well.
 
53
However, it only works well for signals of constant amplitude. It works very poorly
 
54
for things like speech echo cancellation, where the signal level varies widely.
 
55
This is quite easy to fix. If the signal level is normalised - similar to applying
 
56
AGC - LMS can work as well for a signal of varying amplitude as it does for a modem
 
57
signal. This normalised least mean squares (NLMS) algorithm is the commonest one used
 
58
for speech echo cancellation. Many other algorithms exist - e.g. RLS (essentially
 
59
the same as Kalman filtering), FAP, etc. Some perform significantly better than NLMS.
 
60
However, factors such as computational complexity and patents favour the use of NLMS.
 
61
 
 
62
A simple refinement to NLMS can improve its performance with speech. NLMS tends
 
63
to adapt best to the strongest parts of a signal. If the signal is white noise,
 
64
the NLMS algorithm works very well. However, speech has more low frequency than
 
65
high frequency content. Pre-whitening (i.e. filtering the signal to flatten
 
66
its spectrum) the echo signal improves the adapt rate for speech, and ensures the
 
67
final residual signal is not heavily biased towards high frequencies. A very low
 
68
complexity filter is adequate for this, so pre-whitening adds little to the
 
69
compute requirements of the echo canceller.
 
70
 
 
71
An FIR filter adapted using pre-whitened NLMS performs well, provided certain
 
72
conditions are met: 
 
73
 
 
74
    - The transmitted signal has poor self-correlation.
 
75
    - There is no signal being generated within the environment being cancelled.
 
76
 
 
77
The difficulty is that neither of these can be guaranteed.
 
78
 
 
79
If the adaption is performed while transmitting noise (or something fairly noise
 
80
like, such as voice) the adaption works very well. If the adaption is performed
 
81
while transmitting something highly correlative (typically narrow band energy
 
82
such as signalling tones or DTMF), the adaption can go seriously wrong. The reason
 
83
is there is only one solution for the adaption on a near random signal - the impulse
 
84
response of the line. For a repetitive signal, there are any number of solutions
 
85
which converge the adaption, and nothing guides the adaption to choose the generalised
 
86
one. Allowing an untrained canceller to converge on this kind of narrowband
 
87
energy probably a good thing, since at least it cancels the tones. Allowing a well
 
88
converged canceller to continue converging on such energy is just a way to ruin
 
89
its generalised adaption. A narrowband detector is needed, so adapation can be
 
90
suspended at appropriate times.
 
91
 
 
92
The adaption process is based on trying to eliminate the received signal. When
 
93
there is any signal from within the environment being cancelled it may upset the
 
94
adaption process. Similarly, if the signal we are transmitting is small, noise
 
95
may dominate and disturb the adaption process. If we can ensure that the
 
96
adaption is only performed when we are transmitting a significant signal level,
 
97
and the environment is not, things will be OK. Clearly, it is easy to tell when
 
98
we are sending a significant signal. Telling, if the environment is generating a
 
99
significant signal, and doing it with sufficient speed that the adaption will
 
100
not have diverged too much more we stop it, is a little harder. 
 
101
 
 
102
The key problem in detecting when the environment is sourcing significant energy
 
103
is that we must do this very quickly. Given a reasonably long sample of the
 
104
received signal, there are a number of strategies which may be used to assess
 
105
whether that signal contains a strong far end component. However, by the time
 
106
that assessment is complete the far end signal will have already caused major
 
107
mis-convergence in the adaption process. An assessment algorithm is needed which
 
108
produces a fairly accurate result from a very short burst of far end energy. 
 
109
 
 
110
\section echo_can_page_sec_3 How do I use it?
 
111
The echo cancellor processes both the transmit and receive streams sample by
 
112
sample. The processing function is not declared inline. Unfortunately,
 
113
cancellation requires many operations per sample, so the call overhead is only a
 
114
minor burden. 
 
115
*/
 
116
 
 
117
#include "fir.h"
 
118
 
 
119
/* Mask bits for the adaption mode */
 
120
 
 
121
#define ECHO_CAN_USE_ADAPTION       0x01
 
122
#define ECHO_CAN_USE_NLP            0x02
 
123
#define ECHO_CAN_USE_CNG            0x04
 
124
#define ECHO_CAN_USE_CLIP           0x08
 
125
#define ECHO_CAN_USE_TX_HPF         0x10
 
126
#define ECHO_CAN_USE_RX_HPF         0x20
 
127
#define ECHO_CAN_DISABLE            0x40
 
128
 
 
129
/*!
 
130
    G.168 echo canceller descriptor. This defines the working state for a line
 
131
    echo canceller.
 
132
*/
 
133
typedef struct
 
134
{
 
135
    int16_t tx,rx;
 
136
    int16_t clean;
 
137
    int16_t clean_nlp;
 
138
 
 
139
    int nonupdate_dwell;
 
140
    int curr_pos;       
 
141
    int taps;
 
142
    int log2taps;
 
143
    int adaption_mode;
 
144
 
 
145
    int cond_met;
 
146
    int32_t Pstates;
 
147
    int16_t adapt;
 
148
    int32_t factor;
 
149
    int16_t shift;
 
150
 
 
151
    /* Average levels and averaging filter states */ 
 
152
    int Ltxacc, Lrxacc, Lcleanacc, Lclean_bgacc;
 
153
    int Ltx, Lrx;
 
154
    int Lclean;
 
155
    int Lclean_bg;
 
156
    int Lbgn, Lbgn_acc, Lbgn_upper, Lbgn_upper_acc;
 
157
 
 
158
    /* foreground and background filter states */
 
159
    fir16_state_t fir_state;
 
160
    fir16_state_t fir_state_bg;
 
161
    int16_t *fir_taps16[2];
 
162
    
 
163
    /* DC blocking filter states */
 
164
    int tx_1, tx_2, rx_1, rx_2;
 
165
   
 
166
    /* optional High Pass Filter states */
 
167
    int32_t xvtx[5], yvtx[5];
 
168
    int32_t xvrx[5], yvrx[5];
 
169
   
 
170
    /* Parameters for the optional Hoth noise generator */
 
171
    int cng_level;
 
172
    int cng_rndnum;
 
173
    int cng_filter;
 
174
    
 
175
    /* snapshot sample of coeffs used for development */
 
176
    int16_t *snapshot;       
 
177
 
 
178
} echo_can_state_t;
 
179
 
 
180
/*! Create a voice echo canceller context.
 
181
    \param len The length of the canceller, in samples.
 
182
    \return The new canceller context, or NULL if the canceller could not be created.
 
183
*/
 
184
echo_can_state_t *echo_can_create(int len, int adaption_mode);
 
185
 
 
186
/*! Free a voice echo canceller context.
 
187
    \param ec The echo canceller context.
 
188
*/
 
189
void echo_can_free(echo_can_state_t *ec);
 
190
 
 
191
/*! Flush (reinitialise) a voice echo canceller context.
 
192
    \param ec The echo canceller context.
 
193
*/
 
194
void echo_can_flush(echo_can_state_t *ec);
 
195
 
 
196
/*! Set the adaption mode of a voice echo canceller context.
 
197
    \param ec The echo canceller context.
 
198
    \param adapt The mode.
 
199
*/
 
200
void echo_can_adaption_mode(echo_can_state_t *ec, int adaption_mode);
 
201
 
 
202
void echo_can_snapshot(echo_can_state_t *ec);
 
203
 
 
204
/*! Process a sample through a voice echo canceller.
 
205
    \param ec The echo canceller context.
 
206
    \param tx The transmitted audio sample.
 
207
    \param rx The received audio sample.
 
208
    \return The clean (echo cancelled) received sample.
 
209
*/
 
210
int16_t echo_can_update(echo_can_state_t *ec, int16_t tx, int16_t rx);
 
211
 
 
212
/*! Process to high pass filter the tx signal.
 
213
    \param ec The echo canceller context.
 
214
    \param tx The transmitted auio sample.
 
215
    \return The HP filtered transmit sample, send this to your D/A.
 
216
*/
 
217
int16_t echo_can_hpf_tx(echo_can_state_t *ec, int16_t tx);
 
218
 
 
219
#endif
 
220
/*- End of file ------------------------------------------------------------*/