專利名稱：帶有用于在存在噪聲下增強(qiáng)主觀信號感覺的裝置的電話的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲音恢復(fù)裝置，包括用于測量噪聲的裝置和用于按照從各種可能的規(guī)律中選擇的壓縮規(guī)律來壓縮音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍的裝置。本發(fā)明也涉及聲音恢復(fù)方法，包括用于測量噪聲的步驟和用于按照從各種可能的規(guī)律中選擇的壓縮規(guī)律來壓縮音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍的步驟。本發(fā)明最后涉及包括這樣的裝置、或?qū)嵤┻@樣的方法的電話。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)重要的應(yīng)用，特別是對于在特別嘈雜的環(huán)境中使用的移動(dòng)電話的應(yīng)用。當(dāng)周圍環(huán)境聲音水平變成為太高時(shí)，音頻信號陷入到噪聲中，這使得電話的使用非常不舒服。
背景技術(shù)：
歐洲專利申請EP 0 661 858 A2描述了一種聲音恢復(fù)裝置，它包括用于修改接收的音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍(也就是說，在信號的最高幅度與最低幅度之間的比值)作為環(huán)境背景噪聲的函數(shù)的裝置。
這個(gè)恢復(fù)裝置在接收的音頻信號不包含太多的噪聲時(shí)，也就是說，在被包括在接收的音頻信號中的噪聲沒有太高的幅度時(shí)，給出良好的結(jié)果。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種裝置，它在音頻信號包含噪聲時(shí)給出良好的結(jié)果。這是通過本申請的權(quán)利要求1中提出的聲音恢復(fù)裝置來達(dá)到的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種按測量的噪聲(特別是遠(yuǎn)端噪聲)的函數(shù)調(diào)整壓縮規(guī)律的特別有效的方法。這個(gè)目的是通過本申請的權(quán)利要求2中提出的聲音恢復(fù)裝置來達(dá)到的。有利地，壓縮比、參考電平、和過渡門限值是測量的噪聲(特別是遠(yuǎn)端噪聲)的函數(shù)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提出一種在遠(yuǎn)端噪聲很高時(shí)特別有效的壓縮規(guī)律。為了達(dá)到這個(gè)目的，加上一個(gè)擴(kuò)展階段，用于擴(kuò)展低于擴(kuò)展門限值(這個(gè)擴(kuò)展門限低于過渡門限值)的聲音信號的動(dòng)態(tài)范圍，以便減小遠(yuǎn)端噪聲。在有利的實(shí)施例中，這個(gè)擴(kuò)展門限值是測量的噪聲的函數(shù)。
附圖簡述通過非限制性的實(shí)例，參照此后描述的實(shí)施例，將明白本發(fā)明的這些和其它方面。


圖1顯示包括聲音恢復(fù)裝置的電話的實(shí)例，圖2、3、6、和7給出各種類型的壓縮規(guī)律的實(shí)例，圖4是概括用于選擇壓縮規(guī)律、和此后用于按照所選擇的壓縮規(guī)律計(jì)算加到聲音信號上的增益的各種步驟的方框圖，以及圖5是概括按照本發(fā)明的聲音恢復(fù)方法的步驟的方框圖。
優(yōu)選實(shí)施例描述在圖1上，給出了包括聲音恢復(fù)裝置2的電話1的例子。電話顯然包括被連接到模擬/數(shù)字變換器20的話筒10，模/數(shù)變換器20本身被連接到語音編碼器30。這個(gè)語音編碼器30，一方面被連接到信道編碼器40，以及另一方面，被連接到用于測量背景噪聲Nl的裝置50。信道編碼器40的輸出端被連接到傳統(tǒng)的射頻收發(fā)信機(jī)電路60。這個(gè)射頻收發(fā)信機(jī)電路60也被連接到用于處理由電話所接收信號的信道譯碼器70。這個(gè)信道譯碼器70被連接到用于處理音頻信號Uin的語音譯碼器80。這個(gè)語音譯碼器80，一方面被連接到用于測量被包含在音頻信號Uin中的遠(yuǎn)端噪聲Nr的裝置90，以及另一方面，被連接到用于壓縮音頻信號Uin的動(dòng)態(tài)范圍的裝置100。由噪聲測量裝置50和90執(zhí)行的本地噪聲Nl和遠(yuǎn)端噪聲Nr的測量值被加到壓縮裝置的輸入端。這些測量值被壓縮裝置100使用來確定要施加到音頻信號Uin上的壓縮規(guī)律。壓縮裝置100傳遞音頻信號Uout，該音頻信號被加到本身連接到耳機(jī)120的數(shù)字/模擬變換器110。
所述噪聲測量裝置包括-用于從包含語音和噪聲的信號中區(qū)分出只有噪聲的信號的傳統(tǒng)裝置(它們可以是，例如，語音檢測裝置)，-用于測量只有噪聲的信號功率的裝置。
由于噪聲可被看作為在2秒量級的周期上穩(wěn)態(tài)的(而語音只是在20毫秒量級的周期上穩(wěn)態(tài)的)，對于所接收的每個(gè)只是噪聲的信號，重新開始噪聲測量是足夠的。
壓縮裝置100的目的是將音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍作為本地噪聲的函數(shù)來壓縮，以及在優(yōu)選的實(shí)施例中，把它作為測量的遠(yuǎn)端噪聲的函數(shù)來壓縮。信號動(dòng)態(tài)范圍的壓縮事實(shí)上相應(yīng)于把這個(gè)信號的每個(gè)樣本與取決于所述樣本的幅度的增益相乘。
在圖2上，給出第一規(guī)律組的三個(gè)壓縮規(guī)律。這個(gè)規(guī)律組相應(yīng)于作為幅度函數(shù)的增益的第一種類型變化曲線。
在以下的說明中，類型XdB的基準(zhǔn)被用來表示以dB計(jì)的變量X的數(shù)值，而類型X的基準(zhǔn)(不帶下標(biāo))被用來表示變量X的線性值。換句話說，XdB=log(X)。
在圖2上，增益GdB是幅度UindB的線性遞減函數(shù)。三個(gè)增益變化曲線規(guī)律因此是直線Di，它們由其斜率bi表征，以及它們都在一個(gè)幅度電平CdB處取零增益，該幅度電平在以下的說明中被稱為參考電平。直線直線Di的方程被寫為Di:GdB=bi.[CdB-UindB]⇔D1:log(G)=bi.[log(C)-log(Uin)]=log(C/Uin)(bi)]]>⇔Di:G=(C/Uin)(bi)---(1)]]>其中G、Uin和C是增益GdB、幅度AdB和參考電平CdB的線性值，以及bi是直線Di的斜率的絕對值。
令Uin1和Uin2是加到壓縮裝置的輸入端的音頻信號的兩個(gè)幅度，以及Uout1和Uout2是在壓縮裝置的輸出端的兩個(gè)輸出幅度。從式(1)可以得出以下的關(guān)系式聯(lián)系這兩個(gè)幅度Uout1和Uout2Uout1Uout2=(CUin1)bi·Uin1(CUin2)bi·Uin2=(Uin1Uin2)(1-bi)---(2)]]>
從式(2)可以得出，輸入信號的幅度的任何變化是以縮減因子(1-bi)被傳送到輸出信號上的。這個(gè)縮減因子被稱為壓縮比，被表示為τi(τi=1-bi)。式(1)因此也被寫為G=(C/Uin)(1-τi)(1)最后，音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍的壓縮結(jié)果由于直線Di的斜率bi相當(dāng)大，從而由于壓縮比τi很低，而更加重要。在圖2上，我們有b1＜b2＜b3和τ1＞τ2＞τ3。
圖3上顯示了第二規(guī)律組的另三個(gè)壓縮規(guī)律。這個(gè)第二規(guī)律組相應(yīng)于增益對幅度的第二種類型變化曲線。這些規(guī)律對于高于過渡門限值T2dB的幅度UindB是與圖2的那些規(guī)律相同的，該過渡門限值T2dB低于或等于CdB在過渡門限值T2dB以下時(shí)，增益GdB具有恒定值Gmax，無論所考慮的幅度Uin是多少。換句話說，在本例中，對于加到音頻信號的樣本上的最大增益引入了一個(gè)限制。這個(gè)實(shí)施例允許被包含在音頻信號中的遠(yuǎn)端噪聲的放大的限制條件。事實(shí)上，存在于音頻信號中的遠(yuǎn)端噪聲通常相應(yīng)于低于過渡門限值T2的幅度。當(dāng)放大第幅度的音頻信號時(shí)，人們就有放大遠(yuǎn)端噪聲的風(fēng)險(xiǎn)。由于壓縮很大，也就是說，壓縮比很低，就更加存在這種發(fā)送遠(yuǎn)端噪聲的風(fēng)險(xiǎn)。壓縮越強(qiáng)，選擇為限制可加到音頻信號的最大增益的數(shù)值越低(圖3上，有Gmax3dB＞Gmax2dB＞Gmax1dB)。
以下將詳細(xì)描述本發(fā)明的對于第二種類型規(guī)律組的一個(gè)實(shí)施例(圖3)。
按照本發(fā)明，表示增益作為幅度(在剛描述的例子中的τ,C和T2)的函數(shù)的表征的演變的參量是包含在信號本身中的本地噪聲和可能地遠(yuǎn)端噪聲的連續(xù)或非連續(xù)函數(shù)T2=f1(Nr,Nl)C=f2(Nr,Nl)τ=f3(Nr,Nl).
如前所述，低的壓縮比的使用導(dǎo)致這種遠(yuǎn)端噪聲的放大。在這種情況下，最好是停止或減小壓縮。為此，至少采取以下的措施中的一個(gè)-提高過渡門限值T2，
-提高壓縮比τ，-減小參考幅度C。
這些測量可被歸結(jié)為以下的方程∂C∂Nr<0;∂T2∂Nr>0;∂o^∂Nr>0---(3)]]>另一方面，當(dāng)本地噪聲Nl相當(dāng)大時(shí)，壓縮是非常有效的。因此壓縮允許通過相對于參考幅度C提高低的幅度和減小高的幅度，而重新平衡音頻信號的幅度。在這種情況下，通過提高信號的平均電平也可以增強(qiáng)感知程度。為此，至少采取以下的措施中的一個(gè)-提高參考幅度C，-減小過渡門限值T2，以便較早地啟動(dòng)壓縮，-減小壓縮比τ。
這些測量可被歸結(jié)為以下的方程∂C∂N1>0;∂T2∂N1<0;∂o^∂N1<0---(4)]]>通過非限制性的例子給出的以下的函數(shù)，滿足由式(3)和(4)施加的條件T2=f1(Nr,Nl)=|Uin|max1+a^1N1Nr]]>對于0＜ ＜1C=f2(Nr,Nl)=|Uin|max1+a^2NrN1]]>對于0＜ ＜1和 ＜ o^=f3(Nr,Nl)=|Uin|max1+a^3NlNr]]>對于0＜ ＜1圖4上以方框圖形式顯示了根據(jù)噪聲測量Nr和Nl而加到樣本的增益計(jì)算方法的例子的各個(gè)步驟。
為了簡單起見，至今通過使用增益根據(jù)音頻信號幅度的變化規(guī)律(式(1))來解釋本發(fā)明。然而，最好是用信號的能量E來代替信號的幅度，以避免增益太快的變化。能量E的使用允許平滑信號Uout的變化，因此避免了語音信號的失真。實(shí)際上，最好使用以下類型的方程G(k)=[C/E(k)](1-τ)其中E(k)是對于音頻信號的第k個(gè)樣本的音頻信號的能量。
E(k)是由以下的方程得出的E(k)=α·Uin(k)·+(1-α).E(k-1)，其中是α衰減因子。
實(shí)際上，能量E是通過濾波幅度·Uin(k)·而得到的濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的z變換因此被寫為α/[1-(1-α).z-1].
圖4上顯示了用于計(jì)算參量T2、C和τ(它們表征要被使用的壓縮規(guī)律)的三個(gè)方塊．這些方塊在輸入端接收遠(yuǎn)端噪聲和本地噪聲的測量值Nr和Nl，以及由此通過應(yīng)用函數(shù)f1,f2和f3得出參量T2、C和τ的數(shù)值．在方塊200的輸出端處得到的過渡門限值T2被加到計(jì)算塊230，它計(jì)算在這個(gè)門限值T2與對于樣本k計(jì)算的能量E(k)之間的最大值MAX。最大值MAX是被加到樣本k上的增益G的計(jì)算參量，因?yàn)樵诘陀谶^渡門限值時(shí)(也就是說，當(dāng)MAX=T2時(shí))，這個(gè)增益等于Gmax，以及在大于這個(gè)過渡門限值時(shí)(也就是說，當(dāng)MAX=E(k)時(shí))，它等于[C/E(k)](1-τ)。塊240在輸入端接收參量C、τ和MAX的數(shù)值以及由此得出要被加到樣本k的增益的數(shù)值。
應(yīng)當(dāng)指出，在長的靜默時(shí)間間隔的情況下(通常不太經(jīng)常出現(xiàn))，能量E(k)可以是零。如果T2=0，則可得出無限增益G(G=[C/E(k)](1-τ)))。因此，對稱地使用非零門限T2，以便遠(yuǎn)離風(fēng)險(xiǎn)是有利的。這意味著，即使在不希望限制增益的最大值低于某個(gè)門限T2時(shí)，給予T2非常低的數(shù)值以避免在E(k)=0的情況下具有無限大的增益，是有利的。
圖5概述了按照本發(fā)明的聲音恢復(fù)處理的各個(gè)步驟。在步驟300，音頻信號Uin和噪聲N和N的測量值被加到壓縮裝置100。下一個(gè)步驟310允許作出決定，是激活還是不激活壓縮。在有利的情況下-當(dāng)遠(yuǎn)端噪聲Nr是高時(shí)，無論本地噪聲Nl是多少，以及當(dāng)遠(yuǎn)端噪聲Nr是低或中等時(shí)和當(dāng)本地噪聲Nl是低時(shí)，壓縮不被激活；-當(dāng)遠(yuǎn)端噪聲Nr是低或中等時(shí)和當(dāng)本地噪聲Nl是高或中等時(shí)，壓縮被激活。
如果壓縮不被激活，則輸出的音頻信號Uout等于輸入的音頻信號Uin(箭頭311)。如果壓縮被激活(箭頭312)，則改變到下一個(gè)步驟320。在步驟320，計(jì)算音頻信號的幅度·Uin·。然后，在步驟330，這個(gè)幅度被濾波，得到音頻信號的能量(濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的z變換被寫為α/[1-(1-α).z-1])。下一個(gè)步驟340是被加到輸入信號上的增益的計(jì)算步驟。這個(gè)步驟參照圖4更詳細(xì)地被描述。在步驟350，音頻信號Uin被乘以已被計(jì)算的增益G，以使得輸出信號Uout等于(G.Uin)。
本發(fā)明不限于剛描述的實(shí)施例。更具體地-在整個(gè)說明中，認(rèn)為噪聲Nl和Nr的測量值是直接對于由電話接收的本地和遠(yuǎn)端信號進(jìn)行的測量值。這些測量值可以是剩余噪聲的測量值，也就是，在電話所接收的信號傳遞通過傳統(tǒng)的噪聲減小裝置以后的本地噪聲和/或遠(yuǎn)端噪聲的測量值。這樣的實(shí)施例允許在選擇壓縮規(guī)律時(shí)減小與測量值Nl和Nr的電平相聯(lián)系的約束條件。
-也有可能通過使用本地噪聲和遠(yuǎn)端噪聲的非連續(xù)函數(shù)來計(jì)算表征規(guī)律組的參量。
一增益變化曲線本身可以是音頻信號的幅度或能量的非連續(xù)函數(shù)。在這種情況下，有利地使用一個(gè)表格，用于存儲要被分配給增益的、作為已被計(jì)算的壓縮參量的函數(shù)的數(shù)值。
-步驟310，允許在某些情況下不激活壓縮，是可任選的。
-有可能使用其它的增益作為音頻信號的幅度或能量的函數(shù)的變化類型。
圖6上顯示了壓縮規(guī)律，相應(yīng)于作為幅度的函數(shù)的第三種類型的增益變化曲線。這個(gè)規(guī)律對于高于擴(kuò)展的門限值T1dB＜T2dB的幅度UindB是與圖3的規(guī)律相同的。在低于這個(gè)擴(kuò)展的門限值T1dB時(shí)，增益GdB是幅度Uin的線性增長函數(shù)．換句話說，在本實(shí)施例中引入了對于低于T1的幅度的音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展．這個(gè)擴(kuò)展使得能夠減小在音頻信號中存在的遠(yuǎn)端噪聲，從而增強(qiáng)了用戶的收聽舒適性。這個(gè)擴(kuò)展門限T1的作用等同于過渡門限值T2的作用．門限值T1可以由以下類型的函數(shù)給出T1=f4(Nr,Nl)=|Uin|max1+a^4NlNr]]>對于0＜ ＜1和 ＞ 圖7上顯示了一個(gè)壓縮規(guī)律，相應(yīng)于作為幅度的函數(shù)的第四種類型的增益變化曲線。這個(gè)規(guī)律是與圖6所示的規(guī)律相同的，但在由門限值T1dB和T2dB規(guī)定的三個(gè)區(qū)之間的過渡是漸進(jìn)的，以使得這個(gè)規(guī)律由一條曲線描述，而不再由一系列直線段描述。
描述了這種情況，其中在低于過渡門限值時(shí)，作為幅度函數(shù)的增益變化是常數(shù)或增長的．這個(gè)變化也可以是減小的，比起高于門限值T2時(shí)具有較弱的減小。
權(quán)利要求
1．聲音恢復(fù)裝置，包括用于測量噪聲的裝置和用于按照從各種可能的規(guī)律中所選擇的壓縮規(guī)律來壓縮音頻信號(Uin)的動(dòng)態(tài)范圍的裝置(100)，其特征在于，所述用于測量噪聲的裝置包括用于測量在音頻信號中的被稱為遠(yuǎn)端噪聲(Nr)的噪聲信號的裝置(90)，以及所述壓縮規(guī)律被選擇為測量的遠(yuǎn)端噪聲的函數(shù)。
2．如權(quán)利要求1中要求的裝置，其特征在于，壓縮規(guī)律至少被以下的作為所測量噪聲函數(shù)的參量確定-壓縮率(τ)，相應(yīng)于作為幅度(Uin)函數(shù)的，至少從被稱為過渡門限值(T2)的門限值起減少的增益(G)變化曲線，-以及參考電平(C)，高于或等于所述過渡門限值，對于該門限值，增益(G)等于1。
3．如權(quán)利要求2中要求的裝置，其特征在于，低于所述過渡門限值時(shí)，加到音頻信號的增益具有作為音頻信號幅度函數(shù)的恒定的和/或增加的變化曲線。
4．如權(quán)利要求2中要求的裝置，其特征在于，所述過渡門限值是所測量噪聲的函數(shù)。
5．具有聲音恢復(fù)裝置(2)的電話(1)，該聲音恢復(fù)裝置包括用于測量噪聲的裝置和用于按照從各種可能的規(guī)律中所選擇的壓縮規(guī)律來壓縮音頻信號(Uin)的動(dòng)態(tài)范圍的裝置(100)，其特征在于，所述用于測量噪聲的裝置包括用于測量在音頻信號中的被稱為遠(yuǎn)端噪聲(Nr)的噪聲信號的裝置(90)，以及所述壓縮規(guī)律被選擇為測量的遠(yuǎn)端噪聲的函數(shù)。
6．如權(quán)利要求5中要求的電話，其特征在于，壓縮規(guī)律至少被以下的作為所測量噪聲的函數(shù)的參量確定-壓縮率(τ)，相應(yīng)于作為幅度(Uin)的函數(shù)的，至少從被稱為過渡門限值(T2)的門限值起減少的增益(G)變化曲線，-以及參考電平(C)，高于或等于所述過渡門限值，對于該門限值，增益(G)等于1。
7．如權(quán)利要求6中要求的電話，其特征在于，低于所述過渡門限值時(shí)，加到音頻信號的增益具有作為音頻信號幅度函數(shù)的恒定的和/或增加的變化曲線。
8．如權(quán)利要求6中要求的電話，其特征在于，所述過渡門限值是所測量噪聲的函數(shù)。
9．聲音恢復(fù)方法，包括用于測量噪聲的步驟和用于按照從各種可能的規(guī)律中選擇的壓縮規(guī)律來壓縮音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍的步驟，其特征在于，所述用于測量噪聲的步驟包括用于測量在音頻信號中的被稱為遠(yuǎn)端噪聲(Nr)的噪聲信號的步驟，以及所述壓縮規(guī)律被選擇為測量的遠(yuǎn)端噪聲的函數(shù)。
10．如權(quán)利要求9中要求的聲音恢復(fù)方法，其特征在于，壓縮規(guī)律至少被以下的作為所測量噪聲函數(shù)的參量確定-壓縮率(τ)，相應(yīng)于作為幅度(Uin)的函數(shù)的，至少從被稱為過渡門限值(T2)的門限值起減少的增益(G)變化曲線，-以及參考電平(C)，高于或等于所述過渡門限值，對于該門限值，增益(G)等于1。
全文摘要
本發(fā)明包括聲音信號的動(dòng)態(tài)范圍壓縮,用于增強(qiáng)在存在噪聲下這個(gè)信號的主觀感覺:壓縮信號的動(dòng)態(tài)范圍事實(shí)上相應(yīng)于把這個(gè)信號的每個(gè)樣本與取決于所述樣本的幅度的增益相乘。所提出的壓縮方法完全是自適應(yīng)的,因?yàn)樗◤母鞣N可能的規(guī)律中選擇一個(gè)壓縮規(guī)律作為測量噪聲的函數(shù)。這個(gè)選擇步驟考慮本地噪聲(N
文檔編號H03G7/06GK1289500SQ99802540
公開日2001年3月28日 申請日期1999年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月29日
發(fā)明者A·N·查卡尼埃哈薩尼, D·帕拉雷－米特佐沃 申請人:皇家菲利浦電子有限公司