專利名稱：改進(jìn)的聲頻再現(xiàn)裝置和電話終端設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲頻再現(xiàn)裝置，該裝置包括用于放大聲頻信號(hào)的一個(gè)放大器和用于壓縮所說(shuō)聲頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的壓縮裝置。
本發(fā)明還涉及一種電話終端設(shè)備和一種聲頻再現(xiàn)方法。
從已公開(kāi)德國(guó)專利申請(qǐng)DE19533260A1中可以獲知如序言部分所述的一種聲頻再現(xiàn)裝置。這種聲頻再現(xiàn)裝置可以用于例如固定或移動(dòng)電話終端設(shè)備中。
聲頻信號(hào)如語(yǔ)音信號(hào)的特性在于它由低信號(hào)電平部分和高信號(hào)電平部分組成。在低背景噪聲環(huán)境中，可以以使聲頻信號(hào)的所有部分都能被聽(tīng)者理解的方式再現(xiàn)這些聲頻信號(hào)。在較高背景噪聲環(huán)境中，這些聲頻信號(hào)的再現(xiàn)變得較為困難，并且其中低信號(hào)電平部分根本無(wú)法理解。
在上面提到的德國(guó)專利申請(qǐng)中所述的聲頻再現(xiàn)裝置中，將聲頻信號(hào)壓縮以減小聲頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，即聲頻信號(hào)的高電平部分的電平值與聲頻信號(hào)的低電平部分的電平值之間的比值。這種壓縮是根據(jù)利用適合的裝置測(cè)得的背景噪聲量值進(jìn)行的。
在上面提到的專利申請(qǐng)中所述的聲頻再現(xiàn)裝置中，利用一個(gè)固定的規(guī)則來(lái)確定壓縮比的減小。這種固定規(guī)則沒(méi)有將使用者應(yīng)付背景噪聲的能力考慮在內(nèi)，這可能導(dǎo)致聲頻信號(hào)再現(xiàn)力的降低。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供如上述德國(guó)專利申請(qǐng)所述的一種聲頻再現(xiàn)裝置，其中對(duì)于聲頻信號(hào)的壓縮考慮了使用者應(yīng)付背景噪聲的能力。
為了實(shí)現(xiàn)所說(shuō)目的，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的聲頻再現(xiàn)裝置的特征在于所說(shuō)聲頻再現(xiàn)裝置包括用于根據(jù)音量設(shè)置調(diào)整壓縮量的控制裝置。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即音量設(shè)置是收聽(tīng)條件的一種有用的量度。如果背景噪聲較高，則使用者會(huì)選擇較高音量設(shè)置以能夠理解來(lái)自聲頻再現(xiàn)裝置的語(yǔ)音信號(hào)。在例如進(jìn)行壓縮處理時(shí)可以利用這種認(rèn)識(shí)，以便在音量設(shè)置超過(guò)預(yù)定值時(shí)改善在高量值背景噪聲下的理解效果。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的特征在于所說(shuō)壓縮裝置用于在音量設(shè)置超過(guò)預(yù)定值時(shí)限制聲頻信號(hào)的高電平部分。
如果音量設(shè)置超過(guò)預(yù)定值，則通過(guò)限制聲頻信號(hào)高電平部分的電平，可以使聲頻信號(hào)低電平部分得到強(qiáng)調(diào)而不會(huì)使總音量超過(guò)給定的最大值。這個(gè)最大值表示被認(rèn)為使用者可以接受的最大音量。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的特征在于所說(shuō)壓縮裝置用于在音量設(shè)置低于另一個(gè)預(yù)定值時(shí)增強(qiáng)所說(shuō)聲頻信號(hào)低電平部分的電平。
當(dāng)?shù)陀谀骋灰袅吭O(shè)置時(shí)，聲頻信號(hào)的低電平部分的電平幾乎肯定低于背景噪聲的電平或聽(tīng)力閾值。在這種情況下，增強(qiáng)聲頻信號(hào)低電平部分的電平可以改善對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)的理解。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的特征在于所說(shuō)壓縮裝置用于隨著音量設(shè)置增加到高于所說(shuō)預(yù)定值以上而增大壓縮量。
當(dāng)壓縮量隨著音量設(shè)置增大而增大時(shí)(較小的壓縮比值)，可以增大語(yǔ)音信號(hào)低電平部分的音量而不必超過(guò)聲頻信號(hào)的最大值。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的特征在于所說(shuō)壓縮裝置用于隨著音量設(shè)置下降到低于所說(shuō)另一個(gè)預(yù)定值而增大壓縮量。
當(dāng)壓縮量隨著音量設(shè)置降低而增大時(shí)，可以使語(yǔ)音信號(hào)的低電平部分的音量維持在同一電平，而降低語(yǔ)音信號(hào)高電平部分的電平。
現(xiàn)在參照附圖解釋本發(fā)明。在所說(shuō)附圖中

圖1為使用本發(fā)明的電話終端設(shè)備的方框示意圖；圖2為用于如圖1所示的電話終端設(shè)備中的壓縮裝置的方框示意圖；圖3為用于實(shí)施所說(shuō)壓縮裝置的可編程處理器的程序的流程圖；圖4為表示再現(xiàn)裝置的輸出電平作為輸入電平的函數(shù)并以音量設(shè)置為參數(shù)的一個(gè)第一實(shí)例的曲線圖；圖5為表示再現(xiàn)裝置的輸出電平作為輸入電平的函數(shù)并以音量設(shè)置為參數(shù)的一個(gè)第二實(shí)例的曲線圖；圖6為表示再現(xiàn)裝置的輸出電平作為輸入電平的函數(shù)并以音量設(shè)置為參數(shù)的一個(gè)第三實(shí)例的曲線圖。
在(移動(dòng))電話終端設(shè)備中，天線4與一個(gè)接收器10的一個(gè)輸出端相連。所說(shuō)接收器10用于接收、解調(diào)和檢測(cè)從所說(shuō)天線4接收的信號(hào)。所說(shuō)接收器10的輸出端與一個(gè)語(yǔ)音解碼器12的一個(gè)輸入端相連。所說(shuō)語(yǔ)音解碼器12從所說(shuō)接收器10的輸出信號(hào)得到解碼語(yǔ)音信號(hào)。
所說(shuō)語(yǔ)音解碼器12的輸出端與根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思構(gòu)成的壓縮裝置14的一個(gè)輸入端相連。所說(shuō)壓縮裝置14的輸出端與一個(gè)放大器16的輸入端相連。所說(shuō)放大器16的輸出端與一個(gè)揚(yáng)聲器18相連。
一個(gè)用戶界面6，通常包括一組按鍵和一個(gè)LCD顯示屏，與一個(gè)控制裝置8相連。所說(shuō)控制裝置8的一個(gè)第一輸出信號(hào)與所說(shuō)壓縮裝置的一個(gè)控制輸入端相連。這使得可以響應(yīng)由使用者在用戶界面6輸入的指令將控制信號(hào)從控制裝置8傳輸?shù)剿f(shuō)壓縮裝置14。這樣，就有可能響應(yīng)由使用者通過(guò)用戶界面6輸入的音量設(shè)置控制壓縮裝置14的壓縮量。使用者可以以眾所周知的方式，例如按動(dòng)用戶界面6上的增大/減小按鍵輸入音量設(shè)置。
控制裝置8的一個(gè)第二輸出端與所說(shuō)放大器16的一個(gè)控制輸入端相連以控制再現(xiàn)聲頻信號(hào)的音量。
麥克風(fēng)20的一個(gè)輸出端與一個(gè)放大器22相連，所說(shuō)放大器用于將麥克風(fēng)信號(hào)放大到適合由一個(gè)語(yǔ)音編碼器24編碼的電平。放大器22的輸出端與所說(shuō)語(yǔ)音編碼器24的一個(gè)輸入端相連，所說(shuō)語(yǔ)音編碼器24從所說(shuō)放大器22的輸出信號(hào)獲得編碼語(yǔ)音信號(hào)。還可以隨意地將所說(shuō)放大器22的輸出端與所說(shuō)控制裝置8的一個(gè)輸入端相連，以便能夠使壓縮裝置14的設(shè)置適應(yīng)背景噪聲電平。
所說(shuō)語(yǔ)音編碼器24的輸出端與所說(shuō)發(fā)射器26的一個(gè)輸出端相連。所說(shuō)發(fā)射器26用于將語(yǔ)音編碼器24的輸出信號(hào)調(diào)制到載波上用于由天線4傳輸。
在如圖2所示的壓縮裝置中，輸入信號(hào)傳送到相互串聯(lián)的四個(gè)同樣的可控放大器40、41、42和43。每個(gè)放大器40、41、42、43的輸出端與一個(gè)選擇器44的一個(gè)對(duì)應(yīng)輸入端相連。放大器43的輸出端還與一個(gè)電平檢測(cè)器46的一個(gè)輸入端相連，所說(shuō)檢測(cè)器46用于檢測(cè)放大器43的輸出信號(hào)的電平。
所說(shuō)電平檢測(cè)器46的輸出端與一個(gè)減法器47的一個(gè)第一輸入端相連。所說(shuō)減法器47的第二輸入端從一個(gè)控制裝置45接收其輸入信號(hào)。所說(shuō)減法器47的輸出端與一個(gè)積分器48的一個(gè)輸入端相連，所說(shuō)積分器48的輸出端與所說(shuō)放大器40、41、42和43的一個(gè)控制輸入端相連。
包括放大器40、41、42和43、電平檢測(cè)器46、減法器47和積分器48的控制環(huán)路使得放大器43的輸出電平UOUT等于在減法器47輸入端的基準(zhǔn)電平C1。對(duì)于已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)的n個(gè)級(jí)聯(lián)放大器，可以用下式表示放大器43的輸出電平UOUT與放大器40的輸入電平VIN之間的關(guān)系UOUT＝CI＝UIN·Gn(A)在公式(1)中G為各個(gè)放大器40……43的增益。如果壓縮裝置14的輸出信號(hào)是從第m放大器(放大器43為第0放大器，放大器42為第1放大器，放大器41為第2放大器，等等依此類推)的輸出端獲得的，則壓縮裝置的輸出信號(hào)UOUT可以寫為UOUTC=(CIUIN)mn·UIN.......(B)]]>輸入信號(hào)VIN從UIN1改變?yōu)閁IN2使得壓縮裝置14的輸出從UOUTC1改變?yōu)閁OUTC2。從公式(2)可以推導(dǎo)出作為比值UIN1/UIN2函數(shù)的比值UOUTC1/UOUTC2UOUTC1UOUTC2=(CIUIN1)mn·UIN1(CIUIN2)mn·UIN2=(UIN1UIN2)1-mn.........(C)]]>從(3)可以清楚地看出，輸出信號(hào)的變化減小了由因子1-m/n限定的量。這個(gè)因子被稱為壓縮比。
在壓縮裝置14中，通過(guò)利用由所說(shuō)控制裝置45控制的選擇裝置44選擇放大器40、41、42或43其中之一的輸出來(lái)選擇壓縮比，所說(shuō)控制裝置45從圖1所示的控制裝置8接收它的信息。所說(shuō)控制裝置45還提供了一個(gè)基準(zhǔn)值CI。
在下表中給出通過(guò)轉(zhuǎn)換放大器輸出可實(shí)現(xiàn)的壓縮比的一個(gè)實(shí)例
積分器48用于確定控制環(huán)路的速度。對(duì)于帶寬為300Hz至3400Hz的電話聲音信號(hào)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)20毫秒的積分時(shí)間常數(shù)是較好的數(shù)值。
在圖3所示的流程圖中，各個(gè)指令具有下表中所述含義號(hào)碼指令符號(hào)含義20 BEGIN 啟動(dòng)程序22 UC＝ABS(UINn)-CI計(jì)算輸出信號(hào)絕對(duì)值與基準(zhǔn)值之間的差值24 VC＝VC+a·UC計(jì)算用于增益級(jí)的控制信號(hào)的新值26
計(jì)算增益級(jí)的實(shí)際值28 UOUT＝UIN·Gm計(jì)算壓縮裝置的輸出信號(hào)30 END 程序結(jié)束在如圖3所示的流程圖中，使用相同的變量說(shuō)明如圖2所示的電路。圖3所示的程序必須以預(yù)定的重復(fù)周期執(zhí)行。
按照指令20，開(kāi)始執(zhí)行程序。按照指令22，計(jì)算UINn的絕對(duì)值之間的差值，并確定所說(shuō)絕對(duì)值與基準(zhǔn)值CI之間的差值。由該指令20執(zhí)行的動(dòng)作對(duì)應(yīng)于啟動(dòng)圖2所示壓縮裝置中的電平檢測(cè)器46和減法器47。
按照指令24，根據(jù)VC的過(guò)去值和按照指令20計(jì)算出的差值計(jì)算控制信號(hào)VC的新值。常數(shù)a決定了壓縮裝置的時(shí)間常數(shù)。該時(shí)間常數(shù)還依賴于常數(shù)k和重復(fù)周期。
按照指令26，根據(jù)控制信號(hào)VC計(jì)算每一增益級(jí)的實(shí)際增益值?？刂菩盘?hào)VC與實(shí)際增益G之間為指數(shù)關(guān)系，以便能夠在控制信號(hào)VC適度變化的情況下實(shí)現(xiàn)較大的增益改變。
按照指令28，根據(jù)所說(shuō)壓縮裝置的輸入信號(hào)計(jì)算壓縮裝置的壓縮輸出信號(hào)。如上所述，所獲得的壓縮比取決于m值。因?yàn)楸緦?shí)施例沒(méi)有使用實(shí)際的放大器，所以有可能具有非整數(shù)m值，從而能夠選擇任意壓縮比。
按照指令30，該程序結(jié)束，但是在下一次調(diào)用該程序30時(shí)仍然維持其內(nèi)部變量值?？梢栽O(shè)置G的某些最大和/或最小值。關(guān)于G與VC之間的指數(shù)關(guān)系，觀測(cè)到可以將這種指數(shù)關(guān)系保存在一個(gè)查閱表中，以減小根據(jù)VC確定G值時(shí)的計(jì)算復(fù)雜程度。
在圖4中表示了終端的輸出聲頻電平作為來(lái)自語(yǔ)音解碼器12的輸入電平的函數(shù)并以音量設(shè)置為參數(shù)的的曲線。在圖中用A、B、C、D、E、F和G指示音量設(shè)置的不同值。還觀測(cè)到，放大器16的增益設(shè)定為一個(gè)常數(shù)值。
曲線D適用于中等音量設(shè)置。在這種情況下不需要進(jìn)行壓縮，但是使CI值正比于壓縮裝置14的輸入信號(hào)的電平。
曲線E、F和G適用于增大音量設(shè)置。在曲線E中，使用0.75的壓縮比，基準(zhǔn)電平CI設(shè)定為一個(gè)L1值。在曲線F中，使用0.5的壓縮比，而在曲線G中，使用0.33的壓縮比。在這兩種情況(F和G)下，CI值都保持等于L1。
曲線C、B和A適用于減小音量設(shè)置。在曲線C中，使用0.75的壓縮比，而基準(zhǔn)電平CI現(xiàn)在設(shè)定為一個(gè)L2值。在曲線B中，使用0.5的壓縮比，而在曲線A中，使用0.33的壓縮比。在這兩種情況下，CI值都保持等于L2。
已經(jīng)觀測(cè)到，在情形E、F和G中，壓縮裝置工作在輸入信號(hào)小于壓縮裝置輸出信號(hào)的區(qū)域，而在情況C、B和A中，壓縮裝置工作在輸入信號(hào)大于壓縮裝置的輸出信號(hào)的區(qū)域。
圖5表示作為壓縮裝置14的輸入電平函數(shù)的放大器16的輸出信號(hào)電平。在該曲線圖所示情形中，放大器16的放大倍數(shù)與圖4曲線所示不同，不是一個(gè)常數(shù)，但是放大器16的增益隨著音量設(shè)置而增大。在曲線D、D’和D”所示情形中，不進(jìn)行壓縮。CI值等于壓縮裝置14的輸入電平值。
在曲線E、F和G所示情形中，使用與圖4中曲線E、F和G所示情形相同的壓縮比，但是目前的曲線E、F和G在放大器的增益設(shè)定值方面是不同的。CI值等于L1。在曲線A、B和C所示情形中，使用與圖4中曲線A、B和C中相同的壓縮比，但是目前的曲線A、B和C在放大器16的增益設(shè)定方面是不同的。A、B和C的音量設(shè)置CI值等于L2。
圖6表示在采用依賴于電平壓縮的情況下作為壓縮裝置14的輸入電平函數(shù)的放大器16的輸出電平。對(duì)于音量設(shè)置D”、E、F和G，如果壓縮裝置的輸入信號(hào)超過(guò)值L1，則壓縮量增大。對(duì)于音量設(shè)置G，壓縮量從壓縮比0.33增大到壓縮比0.25，對(duì)于音量設(shè)置F，壓縮量從壓縮比0.5增大到壓縮比0.33，對(duì)于音量設(shè)置E，壓縮量從壓縮比0.75增大到壓縮比0.5，對(duì)于音量設(shè)置D”，壓縮量從壓縮比1(沒(méi)有壓縮)增大到壓縮比0.75。
對(duì)于音量設(shè)置D’，輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系與圖6所示相同。
對(duì)于音量設(shè)置A、B、C和D，如果壓縮裝置的輸入電平下降到低于值L2，則壓縮量增大。對(duì)于音量設(shè)置A，壓縮量從壓縮比0.33增大到壓縮比0.25，對(duì)于音量設(shè)置B，壓縮量從壓縮比0.5增大到壓縮比0.33，對(duì)于音量設(shè)置C，壓縮量從壓縮比0.75增大到壓縮比0.5，對(duì)于音量設(shè)置D，壓縮量從壓縮比1(沒(méi)有壓縮)增大到壓縮比0.75。
權(quán)利要求
1.聲頻再現(xiàn)裝置，該裝置包括用于放大聲頻信號(hào)的一個(gè)放大器和用于壓縮聲頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的壓縮裝置，其特征在于所說(shuō)聲頻再現(xiàn)裝置包括用于根據(jù)音量設(shè)置調(diào)整壓縮量的控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的聲頻再現(xiàn)裝置，其特征在于所說(shuō)壓縮裝置用于在所說(shuō)音量設(shè)置高于一個(gè)預(yù)定值時(shí)限制所說(shuō)聲頻信號(hào)高電平部分的電平。
3.如權(quán)利要求1或2所述的聲頻再現(xiàn)裝置，其特征在于所說(shuō)壓縮裝置用于在所說(shuō)音量設(shè)置低于另一個(gè)預(yù)定值時(shí)增強(qiáng)所說(shuō)聲頻信號(hào)低電平部分的電平。
4.如權(quán)利要求2或3所述的聲頻再現(xiàn)裝置，其特征在于所說(shuō)壓縮裝置用于隨著音量設(shè)置增大到大于所說(shuō)預(yù)定值時(shí)增大壓縮量。
5.如權(quán)利要求2、3或4所述的聲頻再現(xiàn)裝置，其特征在于所說(shuō)壓縮裝置用于隨著音量設(shè)置下降到低于所說(shuō)另一個(gè)預(yù)定值時(shí)增大壓縮量。
6.如在先權(quán)利要求之一所述的聲頻再現(xiàn)裝置，其特征在于所說(shuō)裝置包括背景噪聲電平檢測(cè)裝置，并且所說(shuō)壓縮裝置還用于根據(jù)背景噪聲電平調(diào)整壓縮量。
7.電話終端設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6之一所述的一種聲頻再現(xiàn)裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的電話終端設(shè)備，其特征在于所說(shuō)電話終端設(shè)備包括用于在結(jié)束通話之后關(guān)斷壓縮處理的控制裝置。
9.用于放大聲頻信號(hào)和壓縮所說(shuō)聲頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍的聲頻再現(xiàn)方法，其特征在于所說(shuō)聲頻再現(xiàn)方法包括根據(jù)音量設(shè)置調(diào)整所說(shuō)壓縮比。
10.如權(quán)利要求8所述的聲頻再現(xiàn)方法，其特征在于所說(shuō)方法包括在所說(shuō)音量設(shè)置大于一個(gè)預(yù)定值時(shí)限制所說(shuō)聲頻信號(hào)高電平部分的電平。
11.如權(quán)利要求9或10所述的聲頻再現(xiàn)方法，其特征在于所說(shuō)方法包括在所說(shuō)音量設(shè)置低于另一個(gè)預(yù)定值時(shí)增強(qiáng)所說(shuō)聲頻信號(hào)低電平部分的電平。
全文摘要
在諸如移動(dòng)電話終端設(shè)備的聲頻再現(xiàn)裝置(2)中,利用壓縮裝置(14)壓縮解碼語(yǔ)音信號(hào)以改善在存在強(qiáng)背景噪聲情況下對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)的理解效果。在現(xiàn)有技術(shù)聲頻再現(xiàn)裝置中,響應(yīng)由一個(gè)適合的檢測(cè)裝置測(cè)得的背景噪聲電平確定壓縮比。在這種檢測(cè)處理中,考慮了使用者應(yīng)付背景噪聲的能力。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思,所說(shuō)聲頻再現(xiàn)裝置(2)包括用于根據(jù)由使用者借助于用戶界面(6)輸入的音量設(shè)置將壓縮比設(shè)定為一個(gè)值的控制裝置(8)。
文檔編號(hào)G10L19/00GK1249053SQ98802932
公開(kāi)日2000年3月29日 申請(qǐng)日期1998年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月28日
發(fā)明者J·拉佩利 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司