專利名稱：語音增強(qiáng)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及電信網(wǎng)中的音頻信號處理領(lǐng)域，更具體地涉及用于增強(qiáng)電信網(wǎng)絡(luò)中的音頻信號質(zhì)量的一種改進(jìn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)包括輸入及輸出裝置，例如電話機(jī)，市中心出及用于處理網(wǎng)絡(luò)中音頻信號的一個或多個電話交換機(jī)。音頻信號可被表征為包含兩個區(qū)域，即包含低頻區(qū)域及高頻區(qū)域。低頻區(qū)域典型被認(rèn)為是低于300赫茲(Hz)的音頻信號部分，而高頻區(qū)域是高于300Hz的音頻信號部分。在低頻頻帶區(qū)域中可通過通信網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個元件來衰減音頻信號。
在1981年1月發(fā)表的電子工業(yè)協(xié)會(EIA)標(biāo)準(zhǔn)RS-470建議通過電話輸入局中的編碼解碼器來衰減低于約300Hz的音頻信號。推薦對輸入話頻信號低頻部分幅值的這種衰減是因?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中的背景噪聲處于低頻區(qū)域。利用減小輸入信號低頻區(qū)域的幅值，也就削減了網(wǎng)絡(luò)的背景噪聲。
此外，電信網(wǎng)絡(luò)的中心局也可減衰音頻信號的低頻頻帶區(qū)域。在中心局中可設(shè)置將模擬輸入音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號的信道排。數(shù)字音頻信號通過一個或多個數(shù)字電話交換機(jī)將連接到受話電話機(jī)上。在信號被送到受話電話機(jī)上以前，它在位于最后交換機(jī)及受話電話機(jī)之間的第一中心局上被轉(zhuǎn)換回模擬格式。在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程期間，信道排可衰減輸入音頻信號的低頻區(qū)域。
因此，某些網(wǎng)絡(luò)對輸入音頻信號的低頻區(qū)域衰減兩次，即在輸入電話機(jī)中和在中心局中。輸入信號的低頻區(qū)域衰減產(chǎn)生了在受話電話機(jī)中音頻信號不能真實(shí)表征講話者語音的后果。因此就推出了對通話者語音中低頻損失補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。
用于在電信網(wǎng)中提供增強(qiáng)音頻信號的一種現(xiàn)有技術(shù)方案是采用固定增益技術(shù)。在固定增益方案中，當(dāng)信號進(jìn)入通信網(wǎng)絡(luò)及在它被提供給受話電話機(jī)之前，話頻信號的低頻部分被放大。該方案以固定增益在網(wǎng)絡(luò)中的某些點(diǎn)上補(bǔ)償了輸入信號的衰減。該方案也放大了上述的低頻頻帶區(qū)域中的網(wǎng)絡(luò)背景噪聲。
另外，如果輸入音頻信號是一個強(qiáng)信號，即講話人是以高分貝(dB)音平講話，該固定增益增強(qiáng)方案還放大了高分貝信號，于是引起了在受話電話機(jī)處的信號聽起來可能不舒服。另一可能性是，對高分貝輸入信號提供固定增益會引起各種網(wǎng)絡(luò)元件的過載/飽和，結(jié)果使信號與未加固定增益時應(yīng)有的清楚相比變得不夠清楚。
當(dāng)在通信網(wǎng)上傳輸音頻頻帶中的數(shù)據(jù)時將引起一個與音頻增強(qiáng)用的固定增益技術(shù)相關(guān)的附加問題。對于通信系統(tǒng)，隨著傳真機(jī)及調(diào)制解調(diào)器接口計算機(jī)應(yīng)用的持續(xù)增長這個問題的出現(xiàn)將愈加頻繁。一個調(diào)制解調(diào)器或傳真機(jī)以高幅值及高頻率，例如2700Hz，傳輸話頻頻帶數(shù)據(jù)。因此，如果將固定增益技術(shù)應(yīng)用于音頻頻帶數(shù)據(jù)信號時，該信號將沒有必要被放大，于是引起話頻頻帶數(shù)據(jù)信號難以用于接收端。
用于檢測音頻頻帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋z測器已被采用來解決與音頻頻帶數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的問題。這些檢測器遠(yuǎn)離固定增益增強(qiáng)電路，需要對增強(qiáng)電路的外部控制連接以便截止該電路。這將保證音頻頻帶數(shù)據(jù)不被放大。
當(dāng)在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)妮斎胍纛l信號遇到或必須通過多個包括固定增益增強(qiáng)電路的網(wǎng)絡(luò)單元(匯接網(wǎng)絡(luò))時將引起與上述已開發(fā)的音頻增強(qiáng)系統(tǒng)相關(guān)的另一問題。當(dāng)前的固定增益音頻增強(qiáng)系統(tǒng)不能檢測何時輸入音頻信號已被固定增益技術(shù)調(diào)整。因此，在匯接網(wǎng)絡(luò)的第一單元中被放大的音頻信號將接著被網(wǎng)絡(luò)中的第二單元再次放大。該附加的放大可產(chǎn)生音頻信號的飽和或使其處于最大值，使得該信號在受話電話機(jī)上聽起來不舒服。并且，對音頻信號的多次增強(qiáng)可能產(chǎn)生匯接網(wǎng)絡(luò)中音頻信號的振蕩。
本發(fā)明的概要因而，對于語音增強(qiáng)系統(tǒng)產(chǎn)生了消除與現(xiàn)有音頻增強(qiáng)系統(tǒng)相關(guān)問題的要求。
對于語音增強(qiáng)系統(tǒng)存在的一個要求是在網(wǎng)絡(luò)靜音期間不要放大通信網(wǎng)絡(luò)中的背景噪聲。
對于語音增強(qiáng)系統(tǒng)存在的另一要求是不要放大較高音平的音頻信號。
對于語音增強(qiáng)系統(tǒng)存在的又一要求是不要使較高音平的音頻信號過調(diào)節(jié)或飽和。
對于語音增強(qiáng)系統(tǒng)存在的另一要求是不需用分離的外部檢測器來檢測音頻頻帶數(shù)據(jù)的傳輸。
對于語音增強(qiáng)系統(tǒng)存在的又一要求是能在匯接網(wǎng)絡(luò)中有效地工作。
對于語音增強(qiáng)系統(tǒng)存在的另一要求是不能引起音頻信號的振蕩。
因此，本發(fā)明語音增強(qiáng)系統(tǒng)的一個方面是阻止在網(wǎng)絡(luò)通信靜音期間背景噪聲的放大。
本發(fā)明系統(tǒng)的另一方面是自適應(yīng)地改變音頻信號的放大系數(shù)，以使得有足夠強(qiáng)度的音頻信號不被放大。
本發(fā)明系統(tǒng)的又一方面是保證高音平音頻信號不會被過調(diào)節(jié)或飽和。
本發(fā)明的另一方面是內(nèi)部地檢測音頻頻帶數(shù)據(jù)的傳輸及適當(dāng)?shù)亟刂剐盘栐鰪?qiáng)。
本發(fā)明語音增強(qiáng)系統(tǒng)的又一方面是它能成功地使用在匯接網(wǎng)絡(luò)中。
本發(fā)明系統(tǒng)的另一方面是使引起音頻信號振蕩的機(jī)會減至最少。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種語音增強(qiáng)系統(tǒng)，它實(shí)質(zhì)上消除或減少了與現(xiàn)有固定增益增強(qiáng)系統(tǒng)有關(guān)的缺點(diǎn)和問題。
本發(fā)明的包括自適應(yīng)增益控制音頻增強(qiáng)器的系統(tǒng)包括用于接收音頻信號的一個輸入部分及一個通過輸入及輸出之間的連接來接收音頻信號的輸出部分。該連接包括一個音頻增強(qiáng)器，它包括一個功率平均器、用來確定音頻信號的平均功率。該音頻增強(qiáng)器還包括一個均衡器、用于衰減音頻信號的預(yù)定部分，及一個輸出定標(biāo)器、用于響應(yīng)確定的平均功率對均衡后的音頻信號定標(biāo)，并將該定標(biāo)信號提供到輸出部分。
尤其是，本發(fā)明的音頻增強(qiáng)器包括一個音頻頻帶檢測器及匯接音頻增強(qiáng)檢測器，它們兩者均能適當(dāng)?shù)亟刂挂纛l增強(qiáng)器。
本發(fā)明的用音頻增強(qiáng)器來提供自適應(yīng)增益控制的方法包括確定輸入音頻信號的平均功率，及響應(yīng)輸入信號的平均功率確定定標(biāo)系數(shù)。本發(fā)明的方法還包括通過衰減輸入音頻信號的預(yù)定部分來均衡輸入音頻信號。本發(fā)明方法還包括用確定的定標(biāo)系數(shù)來定標(biāo)輸入信號及將定標(biāo)的音頻信號連接到輸出部分。
更具體地，本發(fā)明的用于提供自適應(yīng)增益控制音頻增強(qiáng)的方法包括根據(jù)檢測音頻頻帶數(shù)據(jù)或匯接增強(qiáng)使定標(biāo)音頻信號與輸出部分去耦合。
本發(fā)明的自適應(yīng)增益控制(AGC)語音增強(qiáng)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于它提供的增強(qiáng)音頻信號聽起來更象講話者的聲音。本發(fā)明的自適應(yīng)增益控制語音增強(qiáng)系統(tǒng)可與任一種音頻信號或與在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)囊纛l頻帶數(shù)據(jù)信號兼容。
本發(fā)明的語音增強(qiáng)系統(tǒng)還提供了消除與當(dāng)前可獲得的固定增益控制語音增強(qiáng)系統(tǒng)相關(guān)的問題的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明系統(tǒng)的自適應(yīng)增益控制衰減了高音平輸入音頻信號及放大了低音平輸出音頻信號。因此本發(fā)明將不會使起初處于高音平的輸入音頻信號飽和。
本發(fā)明的自適應(yīng)增益控制語音增強(qiáng)系統(tǒng)的另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是在遠(yuǎn)距離的電話機(jī)之間正在進(jìn)行通話時的靜音期間將不進(jìn)行放大。因此，本發(fā)明系統(tǒng)在音頻信號不被傳輸時將不放大網(wǎng)絡(luò)背景噪聲。
本發(fā)明的又一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是能夠在匯接網(wǎng)絡(luò)中檢測在先已增強(qiáng)的音頻信號。根據(jù)檢測的匯接結(jié)構(gòu)，本發(fā)明系統(tǒng)使其本身截止，以使得在先已被增強(qiáng)的信號不再被放大。這就提供了阻止網(wǎng)絡(luò)中振蕩條件的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明系統(tǒng)另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)還在于它能檢測音頻頻帶數(shù)據(jù)的傳輸，并當(dāng)需要時截止信號的自適應(yīng)增益。本發(fā)明還根據(jù)檢測匯接網(wǎng)絡(luò)或音頻頻帶頻帶數(shù)據(jù)來自截止而不需要外部控制環(huán)節(jié)或檢測器。
本發(fā)明的又一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是它可以在現(xiàn)有的長途通信設(shè)備中實(shí)施，例如在網(wǎng)絡(luò)的回聲消除器中實(shí)施，本發(fā)明的系統(tǒng)也可與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)兼容。
附圖的簡要說明為了更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖作出以下說明，附圖中相同的標(biāo)號表示相同的特征，附圖為

圖1表示本發(fā)明語音增強(qiáng)系統(tǒng)自適應(yīng)增益控制電路的框圖2表示由語音增強(qiáng)的自適應(yīng)增益控制電路執(zhí)行的步驟的一個代表性流程圖；圖3a至3d表示本發(fā)明自適應(yīng)增益控制過程不同階段上的代表性音頻信號；圖4是表示本發(fā)明的語音增強(qiáng)系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)中一個可能位置的框圖；及圖5是包括本發(fā)明語音增強(qiáng)的自適應(yīng)增益控制系統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)的框圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明在附圖中表示出本發(fā)明的各實(shí)施例，在各附圖中用相同的標(biāo)號表示相同或相對應(yīng)的部件。
圖1表示用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明自適應(yīng)增益控制(AGC)語音增強(qiáng)系統(tǒng)的電路框圖。本發(fā)明的音頻增強(qiáng)器10連接在一個輸入部分12及輸出部分14之間。輸入部分12典型是能提供來自電話機(jī)的輸入音頻信號的任何裝置，類似地，輸出部分14包括用于產(chǎn)生輸出音頻信號的任何裝置。
輸入部分12與音頻增強(qiáng)器10輸入側(cè)上的低頻頻帶均衡器16，功率平均器18，低頻及高頻功率比較器20及音頻頻帶檢測器22相并聯(lián)。低頻頻帶均衡器(或均衡器)16通過衰減輸入信號高頻區(qū)域的幅值來均衡輸入音頻信號。低頻頻帶均衡器16可以用數(shù)字濾波器方式實(shí)施，它可減小輸入音頻信號高頻區(qū)域的幅值。輸入音頻信號的低頻及高頻區(qū)域的典型分界點(diǎn)約為300Hz，在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的情況下也可以用另外的分界頻率。低頻頻帶均衡器16實(shí)質(zhì)上均衡了由輸入電話機(jī)輸入的和/或由中心局信道排中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的輸入信號的低頻頻帶失真。
音頻增強(qiáng)器10的功率平均器18測量輸入信號的平均功率。這可由各種方法來實(shí)現(xiàn)，功率平均器的一個實(shí)施例是低通濾波器，來自輸入部分12的檢波輸入信號將通過它。
在音頻增強(qiáng)器10的輸入側(cè)還包括一個匯接音頻增強(qiáng)檢測器或低頻與高頻功率比較器20。低頻與高頻功率比較器20檢測電信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)輸入信號的潛在匯接增強(qiáng)。低頻與高頻功率比較器20持續(xù)地檢測輸入信號低頻功率與高頻功率的比值。對比平均輸入信號，已知低頻與高頻功率比通常在一預(yù)定范圍內(nèi)。也已知道，通信網(wǎng)中的輸入電話機(jī)及中心局的信道排對低頻信號進(jìn)行衰減，由此可減小該比值。低頻與高頻功率比較器20持續(xù)地監(jiān)測輸入信號中的該比值。如果檢測的低頻與高頻功率比值比對增強(qiáng)信號的期望值低很多，則高頻與低頻功率比較器20識別出不存在匯接增強(qiáng)電路。相反地，如果檢測功率比可與期望值相比或大于期望值，則低頻與高頻功率比較器20識別出存在匯接音頻增強(qiáng)電路。低頻與高頻功率比較器20提供了能檢測出何時輸入音頻信號已預(yù)先被放大的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，由此該音頻增強(qiáng)器10可用于匯接網(wǎng)絡(luò)中。
音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22也對輸入信號進(jìn)行分析。音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22確定輸入音頻信號是否是音頻頻帶數(shù)據(jù)。音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測方法是該技術(shù)領(lǐng)域中公知的，故在這里不再詳細(xì)說明。音頻增強(qiáng)器10包括一種現(xiàn)有技術(shù)的檢測方法，并使得當(dāng)檢測到音頻頻帶數(shù)據(jù)時能截止輸入信號的自適應(yīng)增益控制。音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22提供的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，在音頻增強(qiáng)器10內(nèi)部檢測音頻頻帶數(shù)據(jù)的傳輸，而無需外部控制環(huán)節(jié)及檢測器。
與低頻及高頻功率比較器20及音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22相連接的是AGC增強(qiáng)截止器24?；诘皖l與高頻功率比較器20及音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22的輸入，AGC增強(qiáng)截止器24確定出是否應(yīng)由開關(guān)26來截止音頻增強(qiáng)器10。開關(guān)26的消誤差位置啟動輸入信號的音頻增強(qiáng)，并當(dāng)AGC增強(qiáng)截止器24確定出輸入信號已預(yù)先被增強(qiáng)或輸入信號為音頻頻帶數(shù)據(jù)時將截止音頻增強(qiáng)。
增益/衰減查找表28被連接到功率平均器18上。一旦在功率平均器18上確定出輸入信號的平均功率，則將代表平均功率的信號發(fā)送到增益/衰減查找表28。在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思中，增益/衰減查找表28包括提供給輸入音頻信號的定標(biāo)系數(shù)。增益/衰減查找表28是這樣組織的，即如果輸入信號功率為高時，則相應(yīng)的定標(biāo)系數(shù)為低。這就提供了防止高音平信號的過放大及防止信號過調(diào)整或飽和的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
如果輸入信號的平均功率足夠高，該定標(biāo)系數(shù)可小于1。如果輸入信號的平均功率測得為低。則相應(yīng)的定標(biāo)系數(shù)就高。一個在平均輸入功率上的典型輸入信號應(yīng)具有提供最小信號增益或信號衰減的相應(yīng)定標(biāo)系數(shù)，由此保證所有的信號接收AGC。自適應(yīng)改變定標(biāo)系數(shù)提供了防止音頻信號振蕩的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
輸出定標(biāo)器30與增益/衰減查找表28相連接。輸出定標(biāo)器30也與低頻頻帶均衡器16相連接，后者將均衡的輸入信號提供給輸出定標(biāo)器30。輸出定位器30提供由增益/衰減查找表28預(yù)先確定的定標(biāo)系數(shù)，以便相應(yīng)地使均衡輸入信號放大或衰減。輸出定標(biāo)器30將放大信號提供給輸出部分14。
在圖中也表示出透明路徑32。透明路徑32連接到輸入部分12及開關(guān)26的增強(qiáng)截止位置34上?？稍谝纛l增強(qiáng)器10中包括可變衰減器36，以便當(dāng)音頻增強(qiáng)器10檢測到輸入部分12上的靜音時提供增強(qiáng)噪聲抑制。當(dāng)檢測到噪聲時，開關(guān)26置于增強(qiáng)截止位置34，輸入部分12及輸出部分14之間的路徑將經(jīng)由透明路徑32。
在轉(zhuǎn)換到透明路徑32上時，可變衰減器36被設(shè)置為最小衰減。在一個時間周期上低于音頻閥值的每個信號將使可變衰減器36中的衰減系數(shù)增大到(例如，以每3毫秒0.5分貝)對于可變衰減器36的最大值?？勺兯p器36衰減系數(shù)的增大將使網(wǎng)絡(luò)的背景噪聲被抑制。這提供了當(dāng)靜音期間使背景噪聲音平減到最小的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
隨著輸入信號音平的增加，可變衰減器36的衰減系數(shù)下減到最小衰減系數(shù)。在高于預(yù)定閥值的輸入信號的一個短時間積分周期(例如，三個輸入信號采樣)后，開關(guān)26返回到它的消誤差位置，以允許輸入信號的自適應(yīng)增益控制。然后可變衰減器36重新回到最小衰減系數(shù)上。應(yīng)該指出，在不偏離本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的情況下圖1中所示的功能單元可用分立的離散器件或單個集成電路來實(shí)施。另外，應(yīng)指出，圖1中所示的功能單元可整體地或部分地用軟件或用硬件來實(shí)施。
對于圖1的音頻增強(qiáng)器10的操作將結(jié)合圖2的流程圖及圖3a至3d的代表性信號來討論。
圖2表示由本發(fā)明的用于輸入音頻信號AGC的話頻增強(qiáng)器10所執(zhí)行的代表性步驟。該流程開始于步驟50，在步驟52上，當(dāng)輸入信號被檢測到大于預(yù)定閾值時，啟動本發(fā)明的音頻增強(qiáng)程序。在輸入部分12上被表明存在低于預(yù)定閾值的靜音時，音頻增強(qiáng)器10的開關(guān)26被置于增強(qiáng)截止位置34。對于預(yù)定閾值的一個例子是。40dBmO，但也可以基于網(wǎng)絡(luò)中的靜態(tài)噪聲或基于輸入音頻信號的功率等級，該閥值自適應(yīng)地改變。當(dāng)檢測出靜音及開關(guān)26處于增強(qiáng)截止位置34時，輸入信號未經(jīng)定標(biāo)地提供到輸出部分14。這提供了在靜音期間防止網(wǎng)絡(luò)背景噪聲放大的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。任何與音頻增強(qiáng)器10的輸入側(cè)有關(guān)的單元(低頻頻帶均衡器16，功率平均器18，低頻與高頻功率比較器20，或音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22)均可用來檢測靜音及輸入音頻信號。
在檢測到輸入信號時，在步驟54上啟動一個幀計數(shù)器，幀系統(tǒng)被音頻增強(qiáng)器10用來將信號傳輸分割成各時間周期。在音頻增強(qiáng)器10中使用的典型幀周期相當(dāng)于3毫秒。
一旦在輸入部分12上檢測出輸入音頻信號，則在步驟56上，音頻增強(qiáng)器10確定輸入信號是否在先已被增強(qiáng)。如上面結(jié)合圖1所述的，對于平均語音信號，低頻與高頻功率比大致在一個預(yù)定范圍中。在步驟56上低頻與高頻功率比較器20測量低頻與高頻功率比，以確定它是否符合指示在匯接結(jié)構(gòu)的在先增強(qiáng)信號。在步驟58上作出是否存在匯接增強(qiáng)的決定。如果存在匯接增強(qiáng)，則流程進(jìn)行到步驟60，這時通過對開關(guān)26或它的等同器件發(fā)送一個相應(yīng)的信號使得開關(guān)26移到其增強(qiáng)截止位置34上(見圖1)，由AGC增強(qiáng)截止器24來截止AGC音頻增強(qiáng)。由于開關(guān)26被預(yù)置在允許音頻增強(qiáng)的消誤差位置上，則當(dāng)在步驟58上未檢測出匯接結(jié)構(gòu)時，流程進(jìn)行到步驟62。
在步驟62上，檢測音頻頻帶數(shù)據(jù)的存在。音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22執(zhí)行公知的音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測方法，該方法無需再詳細(xì)討論。在步驟64上，作出詢問，看音頻頻帶數(shù)據(jù)是否存在于輸入信號中。如果音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22檢測到在輸入部分12上的音頻頻帶數(shù)據(jù)傳輸時，則在步驟64上它將一適當(dāng)?shù)男盘柊l(fā)送給AGC增強(qiáng)截止器24，后者在步驟60上將引起開關(guān)26(或它的等同器件)移動到增強(qiáng)截止位置34。如果在步驟64上沒有出現(xiàn)音頻頻帶數(shù)據(jù)，則流程進(jìn)行到步驟66。
應(yīng)該指出，在步驟56上通過測量低頻及高頻功率比對匯接結(jié)構(gòu)的檢測及在步驟62上檢測音頻頻帶傳輸可以同時發(fā)生或以與圖2所示的順序相反的次序進(jìn)行。還應(yīng)指出，開關(guān)26或它的等同器件的消誤差位置用于啟動本發(fā)明構(gòu)思的音頻信號增強(qiáng)。當(dāng)檢測到在先增強(qiáng)的信號或音頻頻帶數(shù)據(jù)時，音頻增強(qiáng)電路10將在開關(guān)26上被截止。
在步驟66上，功率平均器18測量輸入信號功率，及在步驟68上，功率平均器18確定輸入信號的平均功率。在步驟70上，功率平均器18將代表測量平均功率的信號發(fā)送給增益/衰減查找表28。在步驟70上，增益/衰減查找表28基于測量的平均輸入功率提供增益/衰減系數(shù)或定標(biāo)系數(shù)。定標(biāo)系數(shù)如前所述地涉及測量平均功率，其中具有大平均功率的輸入信號相應(yīng)于低的或衰減的定標(biāo)系數(shù)，而低音平輸入信號相應(yīng)于放大的定標(biāo)系數(shù)。在步驟72上，低頻頻帶均衡器16均衡輸入話頻信號。
圖3a表示代表性輸入音頻信號的一個例子。X軸是輸入信號的頻率，及Y軸102是以分貝(dB)表示的輸入信號的幅值。輸入信號104本身涉及低頻區(qū)域106及高頻區(qū)域108。典型地，在低頻區(qū)域106及高頻區(qū)域108之間的分界可被看到是線109上的300Hz，然而另外的分界線也能適用。輸入信號104的低頻區(qū)域相對高頻區(qū)域已被輸入電話機(jī)及中心局信道排中的一個或兩者進(jìn)行了衰減。
圖3b表示由低頻頻帶均衡器16在步驟72上施加的過渡函數(shù)110，用以均衡輸入信號104。應(yīng)該指出，過渡信號110使輸入信號高頻部分108的幅值相對于輸入信號104的低頻區(qū)域106得到降低。圖3C表示均衡后的信號113，它是信號104在步驟72上在低頻頻帶均衡器16中被均衡后的信號。在低頻頻帶均衡器16中用過渡函數(shù)110被均衡后，均衡信號113具有在信號整個頻率區(qū)域上相對平的幅值。應(yīng)該指出，在步驟70上定標(biāo)系數(shù)的確定及在步驟72上輸入信號的均衡可以同時地進(jìn)行或以與圖2中所示次序相反的次序進(jìn)行。
然后流程進(jìn)行到步驟74，在其上進(jìn)行均衡信號113的定標(biāo)。輸出定標(biāo)器30對均衡信號113提供定標(biāo)系數(shù)。
圖3d表示兩個代表性的定標(biāo)輸出信號，其中信號114表示跟隨正的或放大定標(biāo)系數(shù)的均衡信號113，及信號116表示跟隨負(fù)的或衰減定標(biāo)系數(shù)的均衡信號113。
在對輸入信號施加定標(biāo)系數(shù)后，程序進(jìn)行到幀計數(shù)步驟76。為了避免過快地改變定標(biāo)系數(shù)，對定標(biāo)系數(shù)每N幀以最大改變值xdB調(diào)整一次，其中例如，N為24并相當(dāng)于3毫秒有及x可為5dB。因此，幀計數(shù)器在步驟76上被遞增，并在步驟78上確定幀數(shù)目是否進(jìn)行到超過N。如果這些幀數(shù)目未超出，然后流程返回步驟74，在這里將在先確定的同一定標(biāo)系數(shù)施加給輸入信號，直到幀計數(shù)超過N為止。在步驟78上，如果幀數(shù)目超過N，流程則返回到步驟52，在這里整個程序再次開始。這就防止了定標(biāo)系數(shù)改變過快。
應(yīng)該指出，圖2的流程允許用于輸入信號的持續(xù)自適應(yīng)增益控制(AGC)。定標(biāo)系數(shù)每N信號傳輸幀重確定一次，以允許隨著輸入信號的改變，改變輸入信號的增益。還應(yīng)指出，結(jié)合圖2及3a-3d所述的方法代表本發(fā)明的一種可能的實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的情況下可以作出另外的實(shí)施例。
圖4表示在典型電信網(wǎng)絡(luò)的回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元80中的音頻增強(qiáng)器10的一個實(shí)施例的電路框圖。回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元的一個例子是由DSC通信公司制造及銷售的EC24回聲消除器。在回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元80中音頻增強(qiáng)器10被表示與長途輸入部分86相連接，該輸入部分提供待在回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元80中處理的輸入音頻信號。音頻增強(qiáng)器10，如以上結(jié)合圖1至3d所述地，執(zhí)行輸入音頻信號必要的AGC定標(biāo)，并在尾端輸出線88上向混合電路90提供增強(qiáng)信號?；旌想娐?0通過尾端輸入線92及經(jīng)由加法電路84連接到回聲消除自適應(yīng)濾波器82。加法電路84將輸出信號提供給長途輸出部分94?；芈曄龁卧?0在雙向傳輸線上消除回聲的作用是本技術(shù)領(lǐng)域中公知的并在此將不再討論。應(yīng)該指出，當(dāng)在通信網(wǎng)絡(luò)中的另外單元能作為音頻增強(qiáng)器10的適合位置時，該音頻增強(qiáng)器10不一定要設(shè)置在回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元80中。還應(yīng)指出，包括音頻增強(qiáng)器10的回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元80可位于電話交換機(jī)中或與其分離設(shè)置。
圖5表示通信網(wǎng)絡(luò)120，它是可包括本發(fā)明的AGC音頻增強(qiáng)系統(tǒng)的一個網(wǎng)絡(luò)例子，它提供了從輸入部分12到輸出部分14的一種改善的音頻信號傳輸。輸入部分12包括一個輸入電話機(jī)，它與中心局122相連接。中心局122在信道排中將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。及中心局122提供對電話交換機(jī)124的連接。交換機(jī)124連接到包括音頻增強(qiáng)器10的回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元80?；芈曄龁卧?0再連接到交換機(jī)及其它可能的裝置上。交換機(jī)126表示包括音頻增強(qiáng)器10的回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元81位于該交換機(jī)內(nèi)而非交換機(jī)外的例子。在不偏離其發(fā)明構(gòu)思的情況下任一種音頻增強(qiáng)器10的位置均可被采用。交換機(jī)126與中心局128相連接，后者又提供與輸出部分14的連接。網(wǎng)絡(luò)120的回聲消除器80及81中的AGC音頻增強(qiáng)器10的功能與前面所述相同。應(yīng)指出，隨著電話通話的進(jìn)行輸入部分12及輸出部分14將改變其作用，由此提供在輸入部分12及輸出部分14之間的雙向通信連接。應(yīng)該指出，回聲消除網(wǎng)絡(luò)單元80及81中的話頻增強(qiáng)器10的實(shí)施例是作為本發(fā)明的音頻增強(qiáng)器10的位置的一個例子。
在本發(fā)明的音頻增強(qiáng)器10的操作中，在輸入部分12上接收輸入音頻信號。低頻頻帶均衡器16通過衰減輸入信號的高頻部分來均衡輸入信號。這就實(shí)質(zhì)上均衡了在先由網(wǎng)絡(luò)的各個單元衰減了其低頻區(qū)域的信號。功率平均器18測量并確定輸入功率的平均功率。增益/衰減查找表28根據(jù)測量的平均功率提供待施加給信號的定標(biāo)系數(shù)。輸出定標(biāo)器30將定標(biāo)系數(shù)施加給均衡信號并將定標(biāo)信號提供給輸出部分14。定標(biāo)系數(shù)持續(xù)地更新以使得輸入信號電平變化時定標(biāo)系數(shù)隨其改變。這就對音頻信號提供了自適應(yīng)增益控制。音頻增強(qiáng)器10的該消誤差方式是用于對音頻信號提供音頻增強(qiáng)。
音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器22分析輸入信號，以確定它是否包括與標(biāo)準(zhǔn)音頻信號相異的音頻頻帶數(shù)據(jù)。低頻與高頻功率比較器20測量輸入信號的低頻區(qū)域與高頻區(qū)域的功率比，以確定該信號是否在網(wǎng)絡(luò)中已預(yù)先被增強(qiáng)了。如果或是在先已被增強(qiáng)或是測出(非標(biāo)準(zhǔn)的)話頻頻帶數(shù)據(jù)，則AGC增強(qiáng)截止器24將引起開關(guān)26對輸出部分14截止增強(qiáng)音頻信號。
因此，本發(fā)明的AGC語音增強(qiáng)系統(tǒng)通過對輸入話頻信號施加定標(biāo)系數(shù)及放大/衰減輸入音頻信號來提供自適應(yīng)增益控制，以使在受話電話機(jī)上供給更能代表通話人聲音的信號。本發(fā)明通過持續(xù)及自適應(yīng)地監(jiān)控輸入信號及適當(dāng)?shù)囟?biāo)輸入信號消除了與現(xiàn)有的固定增益話頻增強(qiáng)系統(tǒng)相關(guān)的問題。對輸入信號的變化作出響應(yīng)，以使得當(dāng)在輸出部分受話電話機(jī)上接收輸入信號時，可獲得真實(shí)代表輸入語音的信號。
雖然對本發(fā)明已作出詳細(xì)描述，但應(yīng)理解，在不偏離由附設(shè)權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神及范圍的情況下，仍可以對其作出各種變化、替換及改型。
權(quán)利要求
1.一種在電信網(wǎng)絡(luò)中提供語音增強(qiáng)的方法，包括下列步驟確定輸入音頻信號的平均功率；確定定標(biāo)系數(shù)，以響應(yīng)輸入音頻信號的平均功率；通過衰減輸入音頻信號的預(yù)定部分來均衡輸入音頻信號；用定標(biāo)系數(shù)對均衡的輸入音頻信號定標(biāo)；及將定標(biāo)的音頻信號連接到輸出部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟檢測輸入信號中的音頻頻帶數(shù)據(jù)；及將定標(biāo)的音頻信號自輸出部分去耦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟檢測網(wǎng)絡(luò)中的匯接增強(qiáng)信號；及將定標(biāo)的音頻信號自輸出部分去耦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟檢測網(wǎng)絡(luò)中的輸入信號信號中的至少一種音頻頻帶數(shù)據(jù)及匯接增強(qiáng)信號；及將定標(biāo)的音頻信號自輸出部分去耦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定平均功率，確定定標(biāo)系數(shù)，均衡，定標(biāo)，及連接的步驟在電信網(wǎng)絡(luò)的一個回聲消除器中進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中輸入音頻信號的預(yù)定部分基本上在300Hz以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中輸入音頻信號的預(yù)定部分基本上在400Hz以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述定標(biāo)輸入信號的步驟還包括使用在先確定的定標(biāo)系數(shù)用于在預(yù)定時間周期中對均衡的輸入信號定標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括下列步驟將輸入音頻信號劃分成多個幀，每個幀代表一個時間周期；及用定標(biāo)系數(shù)在預(yù)定數(shù)目的幀上對均衡的輸入信號定標(biāo)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定定標(biāo)系數(shù)的步驟還包括限制相繼定標(biāo)系數(shù)之間變化量的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述均衡步驟還包括濾波輸入信號，以使得預(yù)定頻率以上的輸入信號的功率被衰減的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定平均功率的步驟還包括對檢波的輸入音頻信號進(jìn)行低通濾波的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟測量預(yù)定頻率以上及以下的輸入信號進(jìn)行功率；將功率測量值與對比預(yù)先定標(biāo)信號所期望的功率測量值進(jìn)行比較；及響應(yīng)所述比較步驟將定標(biāo)的音頻信號自輸出部分去耦。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟將輸入音頻信號劃分成多個幀，每個幀代表一個時間周期；在預(yù)定幀數(shù)目期滿時連續(xù)地執(zhí)行所述確定平均功率，確定定標(biāo)系數(shù)，均衡，定標(biāo)，及連接的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟檢測在輸入部分上輸入音頻信號中的靜音周期；及將定標(biāo)的音頻信號自輸出部分去耦。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括步驟衰減輸入音頻信號，以檢測的靜音周期中的噪聲電平減至最小。
17.一種在電信網(wǎng)絡(luò)中提供語音增強(qiáng)的方法，包括下列步驟確定輸入音頻信號的平均功率；確定定標(biāo)系數(shù)，以響應(yīng)輸入音頻信號的平均功率；通過衰減輸入音頻信號的預(yù)定部分來均衡輸入音頻信號；用定標(biāo)系數(shù)對均衡的輸入音頻信號定標(biāo)；將定標(biāo)的音頻信號連接到輸出部分；及檢測網(wǎng)絡(luò)中輸入信號中的至少一種音頻頻帶數(shù)據(jù)及匯接增強(qiáng)信號并將定標(biāo)的音頻信號自輸出部分去耦。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述確定平均功率，確定定標(biāo)系數(shù)，均衡，定標(biāo)，及連接的步驟在電信網(wǎng)絡(luò)的一個回聲消除器中進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中輸入音頻信號的預(yù)定部分基本上在300Hz以上。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括以下步驟將輸入音頻信號劃分成多個幀，每個幀代表一個時間周期；及用定標(biāo)系數(shù)在預(yù)定數(shù)目的幀上對均衡的輸入信號定標(biāo)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括以下步驟將輸入音頻信號劃分成多個幀，每個幀代表一個時間周期；及在預(yù)定幀數(shù)目期滿時持續(xù)地執(zhí)行所述確定平均功率，確定定標(biāo)系數(shù)，均衡，定標(biāo)，及連接的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括以下步驟檢測在輸入部分上輸入音頻信號中的靜音周期；及將定標(biāo)的音頻信號自輸出部分去耦。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括步驟衰減輸入音頻信號，以使檢測的靜音周期中的電平減至最小。
24.一種在電信網(wǎng)絡(luò)中對音頻信號提供增強(qiáng)的系統(tǒng)包括功率平均器，用于確定音頻信號的平均功率；均衡器，用于衰減音頻信號的預(yù)定部分；及輸出定標(biāo)器，用于響應(yīng)確定的平均功率用定標(biāo)系數(shù)對均衡的音頻信號進(jìn)行定標(biāo)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括音頻頻帶檢測器，用于檢測音頻信號中的音頻頻帶數(shù)據(jù)及防止所述輸出定標(biāo)器定標(biāo)音頻信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括匯接音頻增強(qiáng)檢測器，用于檢測何時音頻信號已預(yù)先被定標(biāo)，并防止所述輸出定標(biāo)器定標(biāo)音頻信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)，還包括音頻頻帶檢測器用于檢測音頻信號中的音頻頻帶數(shù)據(jù)；匯接音頻增強(qiáng)檢測器，用于檢測何時音頻信號已預(yù)先被定標(biāo)；及其中所述音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器及所述匯接音頻增強(qiáng)檢測器中的至少一個檢測器可進(jìn)行工作，以防止所述輸出定標(biāo)器定標(biāo)音頻信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述功率平均器，均衡器及輸出定標(biāo)器都位于電信網(wǎng)絡(luò)中的回聲消除器內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中由所述均衡器衰減的音頻信號的預(yù)定部分基本上在300Hz以上。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中由所述均衡器衰減的音頻信號的預(yù)定部分基本上在400Hz以上。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述輸出定標(biāo)器可進(jìn)行工作，以便在預(yù)定的時間周期中用預(yù)定的定標(biāo)系數(shù)對均衡的音頻信號定標(biāo)。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述輸出定標(biāo)器還可進(jìn)行工作，以將音頻信號劃分成多個幀，每個幀代表一個時間周期，并在預(yù)定數(shù)目的幀上定標(biāo)音頻信號。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述輸出定標(biāo)器還可進(jìn)行工作，以限制連續(xù)定標(biāo)系數(shù)之間的變化量。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述均衡器包括一個數(shù)字濾波器，其工作是對高于預(yù)定頻率的音頻信號進(jìn)行濾波。
35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述功率平均器包括一個低通濾波器。
36.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括一個增益/衰減查找表，用于提供被所述輸出定標(biāo)器在定標(biāo)音頻信號中使用的定標(biāo)系數(shù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括一個增益/衰減查找表，用于提供被所述輸出定標(biāo)器在定標(biāo)音頻信號中使用的定標(biāo)系數(shù)，及其中所述增益/衰減查找表這樣地被組織，即對低功率音頻信號分配相對于高功率音頻信號來說大的定標(biāo)系數(shù)，高功率音頻信號被分配給低的或負(fù)的定標(biāo)系數(shù)。
38.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括一個透明通路，用于使輸入音頻信號直接地提供到輸出部分，以使得輸入音頻信號免于被定標(biāo)；及一個與所述透明通道相連接的衰減器，用于對無話頻信號的低電平輸入信號進(jìn)行可變的衰減。
39.一種在電信網(wǎng)絡(luò)中對音頻信號提供增強(qiáng)的系統(tǒng)，包括一個輸入部分，用于接受音頻信號；一個輸出部分，用于接收音頻信號；及一個在所述輸入及輸出部分之間并包括一個音頻增強(qiáng)器的連接部分，所述音頻增強(qiáng)器包括功率平均器，用于確定音頻信號的平均功率；均衡器，用于衰減音頻信號的預(yù)定部分；及輸出定標(biāo)器，它連接在所述輸出部分上，用于響應(yīng)確定的平均功率用定標(biāo)系數(shù)對均衡的音頻信號進(jìn)行定標(biāo)，并將該定標(biāo)信號提供給所述輸出部分。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括一個音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器，用于檢測音頻信號中的音頻頻帶數(shù)據(jù)并用于將所述輸出部分自所述輸出定標(biāo)器斷開。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括一個匯接音頻增強(qiáng)檢測器，用于檢測何時該音頻信號已預(yù)先被定標(biāo)，并用于將所述輸出部分自所述輸出定標(biāo)電路斷開。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括一個音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器，用于檢測音頻信號中的音頻頻帶數(shù)據(jù)；一個匯接音頻增強(qiáng)檢測器，用于檢測何時該音頻信號已預(yù)先被定標(biāo)；及其中所述音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器及所述匯接音頻增強(qiáng)檢測器中的至少一個檢測器可進(jìn)行工作，以將所述輸出部分自所述輸出定標(biāo)器斷開。
全文摘要
一個電信網(wǎng)絡(luò)(120)設(shè)有對網(wǎng)絡(luò)(120)中的音頻信號的自適應(yīng)增益控制(AGC)。網(wǎng)絡(luò)(120)包括一個用于接收音頻信號的輸入部分(12)，用于接收音頻信號的輸出部分(14)，及至少包括一個交換機(jī)(124)或(126)的在輸入部分(12)及輸出部分(14)之間的連接部分。網(wǎng)絡(luò)(120)還包括音頻增強(qiáng)器(10)，后者包括功率平均器(18)，用于測量及確定輸入信號的平均功率。話頻增強(qiáng)器(10)還包括低頻頻帶均衡器(16)，用于衰減輸入信號的預(yù)定部分以提供均衡的輸入信號。根據(jù)輸入信號的平均功率由增益/衰減查找表(28)確定定標(biāo)系數(shù)。音頻增強(qiáng)器(10)還包括輸出定標(biāo)器(30)，它與輸出部分(14)相連接，并用定標(biāo)系數(shù)對均衡的輸入信號定標(biāo)及將定標(biāo)信號提供給輸出部分(14)。音頻增強(qiáng)器(10)還包括低頻與高頻功率比較器(20)，用于檢測匯接增強(qiáng)，及音頻頻帶數(shù)據(jù)檢測器(22)，它使增強(qiáng)器(10)適當(dāng)?shù)亟刂埂?br> 文檔編號H04M1/60GK1149373SQ94194948
公開日1997年5月7日 申請日期1994年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月2日
發(fā)明者海倫娜·舒諾·霍, 邁克爾·K·普拉特, 邦·C·林, 托馬斯·T·奧希達(dá)里 申請人:Dsc通信公司