專利名稱：增加揚聲器輸出的可懂度和電話機的回聲消除的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電話領(lǐng)域，特別是涉及增加電話機揚聲器輸出的語音可懂度和電話機中的回聲消除。
無線電話機用在車輛中和經(jīng)常有高電平背景噪聲的其他地區(qū)。高電平背景噪聲可使得電話機的使用者很難聽懂該電話機揚聲器或耳機輸出的語音。使用者聽懂揚聲器輸出的語音的能力顯然是重要地，并且稱為輸出語音的清晰度或可懂度。
在過去，克服背景噪聲的最普通解決方案是簡單地增加揚聲器輸出語音的音量。這個解決方案的一個問題是揚聲器可產(chǎn)生的最大輸出聲音電平被限制。由于需要生產(chǎn)具有競爭成本的電話機，電話機經(jīng)常使用具有有限功率處理能力的較低成本的揚聲器。由于高背景噪聲，這種揚聲器可產(chǎn)生的最大聲音電平經(jīng)常是不夠的。
試圖簡單地增加揚聲器輸出的音量來克服背景噪聲還可導(dǎo)致?lián)P聲器過負(fù)荷。揚聲器過負(fù)荷引入揚聲器輸出失真和進一步降低輸出語音的可懂度。增加輸出語音的音量還增加電話機麥克風(fēng)從該揚聲器輸出拾取回聲的問題。語音輸出回聲可產(chǎn)生一個鏈接的、遠端電話機的遠端使用者聽到他或她自己話音的回聲。這個回聲是煩人的和可以用一個自適應(yīng)回聲消除濾波器或回聲消除器去除?；芈曄鞯膹?fù)雜性應(yīng)最小以便限制電話機的成本。
需要一種電話機，它增加揚聲器輸出的語音的可懂度并且提供費用有效的回聲消除。
本發(fā)明一種方法和設(shè)備，它增加揚聲器輸出的語音的可懂度并且提供電話機中的回聲消除。本發(fā)明可用于蜂窩無線電話機和固定電話機中改善由電話機手機或免提設(shè)備如揚聲器電話機中的揚聲器或耳機輸出的語音。本發(fā)明的電話機包括一個可懂度增強器，用于數(shù)字地處理語音輸入信號產(chǎn)生具有直接信號分量和混響信號分量的可懂度增強的信號。電話機揚聲器響應(yīng)可懂度增強信號并輸出相應(yīng)于可懂度增強信號的可懂度增強的語音。該電話機還包括一個回聲消除器，用于數(shù)字地處理麥克風(fēng)的信號以去除由電話機揚聲器的語音輸出產(chǎn)生的回聲。
可懂度增強器包括產(chǎn)生混響信號的一個混響信號通路、產(chǎn)生直接信號的一個直接信號通路和一個加法器，用于組合該混響信號和直接信號產(chǎn)生可懂度增強的信號?；祉懶盘柾酚梢粋€可懂度信息加重器后接一個混響單元構(gòu)成。可懂度信息加重器使用高通濾波器和/或壓縮級數(shù)字地處理語音輸入信號?？啥刃畔⒓又仄骷又卣Z音的可懂度信息并輸出包含多個樣值的可懂度致密信號。
混響單元處理可懂度致密信號產(chǎn)生加權(quán)的延遲信號的連續(xù)序列?；祉憜卧獙⒀舆t信號序列與濾波系數(shù)序列相乘產(chǎn)生加權(quán)的延遲信號序列。選擇濾波系數(shù)序列使得加權(quán)的延遲信號序列的幅度按照在混響期間擴展的指數(shù)衰減圖形加權(quán)。加權(quán)的延遲信號序列還具有指數(shù)地遞增延遲圖形，在連續(xù)加權(quán)的延遲信號之間的延遲期間以該混響期間的一般指數(shù)圖遞增。每個加權(quán)的延遲信號序列相加產(chǎn)生該混響信號。
直接信號通路與混響信號通路并行地處理輸入語音信號，而且包括一個衰減器，用于輸出衰減的輸入信號。加法器組合衰減的輸入信號的樣值與混響信號的樣值以產(chǎn)生可懂度增強的信號，包括由加權(quán)的延遲信號序列構(gòu)成的混響信號分量和由衰減的輸入信號形成的直接信號分量。輸入語音信號在直接信號通路中被衰減，使得由可懂度增強器輸出的衰減輸入信號與混響信號(即可懂度增強的信號)的組合功率電平近似地等于輸入到可懂度增強器的語音輸入信號的功率電平。因此，由可懂度增強器進行的處理不增加揚聲器的功率電平并且有助于防止揚聲器過負(fù)荷。
電話機的揚聲器輸出一個聲壓波，即語音，以響應(yīng)可懂度增強信號的語音。因此揚聲器輸出包括相應(yīng)于該直接輸入信號的直接分量和相應(yīng)于由混響信號通路產(chǎn)生的混響信號的一個仿真混響分量。仿真的混響分量加在直接分量上和將可懂度加在揚聲器輸出的語音上。
混響分量可懂度加到該語音輸出，因為人的聽覺機制在混響期間“均衡”或(平均)輸入聲音以確定正在講什么。
在用于語音的最佳聲音環(huán)境中，當(dāng)在該聲音環(huán)境中輸出語音時在混響期間產(chǎn)生一序列的延遲信號。與該語音相關(guān)的該延遲信號序列在混響期間具有指數(shù)衰減圖形和相連回聲之間的指數(shù)型遞減延遲期間的圖形?；祉懛至繉?dǎo)致人的聽覺機制與單獨從直接(或原始)信號可得到的聲音能量相比具有更有用的聲音能量。
由本發(fā)明的電話機輸出的語音的可懂度通過產(chǎn)生具有仿真混響分量的語音輸出進行優(yōu)化，該仿真混響分量相應(yīng)于該回聲或在最佳聲音環(huán)境中輸出的語音產(chǎn)生的混響。更準(zhǔn)確地講，語音輸出包括由加權(quán)的延遲信號的連續(xù)序列構(gòu)成的仿真混響分量，每個加權(quán)的延遲信號序列的加權(quán)的延遲信號在混響期間具有指數(shù)型衰減圖和在連續(xù)回聲之間指數(shù)地遞增延遲期間的圖。
通過輸出具有仿真混響分量的語音，該仿真混響分量具有相應(yīng)于在最佳聲音空間中產(chǎn)生的自然混響的特征和也在可懂度信息中致密，輸出的語聲更自然而且包括更可懂的信息。一般地，增加可懂度使電話機使用者能更好理解以給定功率電平輸出的語音，特別是在背景噪聲高的時候。輸出的語音還具有足夠的識別信息使語聲自然，因為不同于仿真混響分量，直接分量不進行處理來加重可懂度信息。
回聲消除器處理電話機麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸入信號以去除由揚聲器輸出產(chǎn)生的回聲信號。由揚聲器產(chǎn)生的回聲信號是由揚聲器周圍如車輛內(nèi)部或電話機內(nèi)部的聲音環(huán)境形成的未知系統(tǒng)的函數(shù)。回聲消除器消除麥克風(fēng)信號的回聲分量，它與在該聲音環(huán)境中產(chǎn)生的揚聲器輸出的回聲相關(guān)。在語音輸入信號已由可懂度增強器處理后(即分流可懂度增強信號)通過分流該語音輸入信號消除該回聲分量。在消除麥克風(fēng)信號的回聲分量中該回聲消除器使用可懂度增強信號。通過分流在由可懂度增強器處理之后的語音信號，回聲消除器的復(fù)雜性可減小，因為回聲消除器的未知系統(tǒng)可限制在揚聲器周圍的聲音環(huán)境。
在另一個實施例中，通過提供到左揚聲器的左輸出信道和到右揚聲器的右輸出信道也可提高輸入語音信號的可懂度。左輸出信道包括一個左混響單元，而右輸出信道包括一個右混響單元。左和右混響單元各產(chǎn)生不同的混響分量提供具有額外空間信息的偽立體聲場。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的電話機示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的可懂度增強器的示意圖。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的可懂度信息加重器的頻率響應(yīng)曲線。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例可懂度增強器的混響信號通路的示意圖。
圖5a表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例由混響單元產(chǎn)生的仿真混響的第一脈沖響應(yīng)。
圖5b表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例由混響單元產(chǎn)生的仿真混響的第二脈沖響應(yīng)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明表示回聲消除器的示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個替代優(yōu)選實施例的電話機示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個替代實施例的可懂度增強器的示意圖。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的一個替代實施例由右混響單元產(chǎn)生的仿真混響的脈沖響應(yīng)和由左混響單元產(chǎn)生的仿真混響的脈沖響應(yīng)。
現(xiàn)在參照附圖更完全地敘述本發(fā)明，圖中示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但是本發(fā)明可用很多不同形式實現(xiàn)，而不應(yīng)構(gòu)成對在這里提出的實施的限制，而提供這些實施例使得本說明書是充分和完全的，并且為本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全提供本發(fā)明的范圍。全文中相同號碼指相同單元。
參見圖1，示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例電話機10。在優(yōu)選實施例中，電話機10是具有位于手機中的揚聲器或耳機的蜂窩無線電話機。電話機10包括一個常規(guī)的發(fā)射機、RF電路和接收機12，用于發(fā)送語音信號到遠端電話機14和從遠端電話機14接收語音信號。
接收機12從遠端電話機14接收語音信號，而在正常解調(diào)等之后，輸出模擬語音輸入信號到模/數(shù)(A/D)變換器16。A/D變換器16變換模擬輸入信號為數(shù)字輸入信號，由可懂度增強器20進行數(shù)字處理。A/D變換器16通過取樣和量化模擬輸入信號形成代表模擬輸入信號的樣值序列來變換接收的模擬輸入信號為數(shù)字輸入信號。電信中模擬信號的典型取樣速率為每秒8000個樣值，這些樣值典型地具有13至16比特的分辨率。
可懂度增強器20以數(shù)字信號處理器(DSP)22實現(xiàn)并產(chǎn)生一個可懂度增強信號，在通過常規(guī)的數(shù)字/模擬(D/A)變換器26和放大器30之后，由揚聲器24輸出該可懂度增強的信號。揚聲器24輸出相應(yīng)于該可懂度增強的信號的聲壓波。如圖1中所示的，聲壓波輸出到一個聲音空間和該聲壓波的回聲沿著到麥克風(fēng)32的聲頻通路傳播。麥克風(fēng)32產(chǎn)生包括揚聲器輸出的回聲的麥克風(fēng)信號。
麥克風(fēng)信號輸入到常規(guī)放大器34和A/D變換器36，用于產(chǎn)生由回聲消除器40處理的數(shù)字麥克風(fēng)信號?；芈曄?0用數(shù)字信號處理器22實現(xiàn)并從麥克風(fēng)信號中除去揚聲器回聲。如在圖1中所示的，由可懂度增強器20產(chǎn)生的可懂度增強的信號輸入到回聲消除器40。在去除麥克風(fēng)輸入信號中的揚聲器回聲中該回聲消除器40使用可懂度增強信號產(chǎn)生回聲消除信號，輸出到數(shù)/模(D/A)變換器42。D/A變換器42變換回聲消除的信號為模擬輸出信號，由發(fā)射機12發(fā)送到遠端電話機14。
翻到圖2，示出可懂度增強器20的示意圖。語音輸入信號輸入到可懂度增強器20并且在混響信號通路41和直接信號通路43中處理。語音輸入信號由樣值流構(gòu)成并且指定為r(n)，其中n代表數(shù)字輸入信號的樣值?；祉懶盘柾?1包括一個可懂度信息加重器44，后接一個混響單元46，混響單元46響應(yīng)該輸入信號r(n)一起產(chǎn)生混響信號y(n)。直接信號通路43包括一個衰減器48并且響應(yīng)輸入信號r(n)產(chǎn)生衰減的輸入信號w(n)。衰減的輸入信號w(n)是一個直接信號。
加法器49組合混響信號y(n)和衰減的輸入信號w(n)產(chǎn)生可懂度增強的信號z(n)。
直接信號通路43的衰減器48衰減該輸入信號r(n)大約0-3dB。
混響信號y(n)通過首先使用位于混響信號通路41中的可懂度信息加重器44處理輸入信號r(n)產(chǎn)生?？啥刃畔⒓又仄?4起著加重語音輸入信號r(n)的可懂度信息的作用以便輸出可懂度致密信號u(n)。在優(yōu)選實施例中可懂度信息加重器44以高通濾波器實現(xiàn)。在圖3a和3b中示出以高通濾波器實現(xiàn)的優(yōu)選的可懂度加重器44的頻率及相位響應(yīng)。
圖3a和3b中所示的高通濾波器提供大約1KHz的低截止頻率。因此，可懂度致密信號u(n)代表具有1KHz以上的頻率范圍的語音信息。所選的由高通濾波器用于加重的頻率范圍是語音的高頻范圍，在可懂度信息中是致密的。在電信應(yīng)用中，語音典型的范圍為300Hz至4KHz，語音中大量的可懂度信息集中在以約1KHz開始的高頻范圍中。在300Hz至1KHz的較低頻率范圍中，存在著高度集中的語音識別信息。語音中可懂度信息使聽者能夠確定在講什么，同時識別信息使聽者能夠識別講話的人。
可懂度信息加重器44在以高通濾波器實現(xiàn)時被設(shè)計成加重語音的高或可懂度致密頻率范圍。選擇用于加重的輸入信號r(n)的可懂度致密頻率范圍可從大約1至7KHz，而在優(yōu)選的實施例中范圍為大約1至3.2KHz。加重輸入信號r(n)的可懂度致密頻率范圍增加了相對可懂度致密信號u(n)的識別信息的可懂度信息的數(shù)量。可懂度致密信號u(n)的識別信息被犧牲以提供對可懂度致密信號u(n)的增加的可懂度，因此相應(yīng)地提供混響信號y(n)的增加可懂度。
可懂度信息加重器44也可用一個壓縮器級實現(xiàn)，該壓縮器級放大語音輸入信號r(n)的低幅度分量和衰減高幅度分量。這導(dǎo)致語音的可懂度信息的加重，因為較低的幅度分量在可懂度信息上致密，而語音的高幅度分量在識別信息上致密?？啥燃又仄?4還可包括一個壓縮器級和一個高通濾波器，用于產(chǎn)生可懂度致密信號s(n)。
混響單元46位于混響信號通路41中的可懂度信息加重器44之后和處理可懂度致密信號s(n)以產(chǎn)生混響信號y(n)。在優(yōu)選實施例中混響單元46以一個有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器實現(xiàn)，如圖4中所示的。在替代的實施例中，混響單元46可以以其它類似的數(shù)字濾波器如無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器實現(xiàn)。以FIR濾波器實現(xiàn)的混響單元46的一般操作是常規(guī)的，并且在1993年4月6日授權(quán)給Matsushita等人的美國專利5201005和1995年1月11日授權(quán)的美國專利5278780中公開了，這兩篇專利完整地引用供參考。
一般地，混響單元46起著處理可懂度致密信號u(n)產(chǎn)生具有混響信號分量的混響信號y(n)的功能?；祉懶盘柗至堪訖?quán)延遲的致密信號的連續(xù)序列。為了產(chǎn)生混響信號y(n)，混響單元46包括具有一系列的延遲算符z-1的延遲單元50、具有一系列乘法器w0，w1，……wm-1的乘法器單元52、和具有一系列的加法器∑的加法單元56。
延遲單元50產(chǎn)生一系列的延遲信號u(n-1)、u(n-2)，……u(n-m+1)；乘法器單元52將延遲信號與一系列濾波系數(shù)w0，w1，……wm-1相乘產(chǎn)生加權(quán)的延遲信號。加法單元56相加一系列的加權(quán)延遲信號產(chǎn)生混響信號y(n)?；祉憜卧敵鲇墒?得到
式中K＝0，1，……m-1。
式(1)稱為有限卷積和，因為它卷積混響單元46的有限脈沖響應(yīng)(即加權(quán)的延遲信號)產(chǎn)生混響信號y(n)。因此混響信號y(n)包括一系列加權(quán)的延遲信號。
加法器49組合混響信號y(n)與衰減的輸入信號w(n)產(chǎn)生可懂度增強的信號z(n)。衰減的輸入信號w(n)通過以直接信號通路43的衰減器48處理輸入信號r(n)產(chǎn)生。衰減的輸入信號w(n)是未由可懂度信息加重器44處理的輸入信號。衰減的輸入信號w(n)提供正常數(shù)量的識別及可懂度信息。但是，混響信號y(n)加在輸入信號w(n)上給可懂度增強信號z(n)提供加重數(shù)量的可懂度信息。
混響信號y(n)的特性由乘法器單元52的濾波系數(shù)序列控制。如圖5a中所示的，混響單元46的脈沖響應(yīng)具有由該濾波器系數(shù)序列控制的兩個重要特性。第一，在混響期間加權(quán)延遲信號序列的幅度根據(jù)指數(shù)衰減圖加權(quán)。第二，連續(xù)加權(quán)的延遲信號之間的時延在混響期間具有指數(shù)地遞增的衰減圖。
更準(zhǔn)確地講，濾波系數(shù)序列包括用于產(chǎn)生具有指數(shù)地遞減、加權(quán)的幅度的加權(quán)延遲信號的指數(shù)地衰減的濾波系數(shù)的序列。濾波系數(shù)序列還包括插入在指數(shù)地衰減濾波系數(shù)之間的零值或接近零值的零系數(shù)。在混響期間具有插入在連續(xù)指數(shù)地衰減濾波系數(shù)之間的零值的系數(shù)數(shù)量指數(shù)地遞增以便在混響期間增加連續(xù)加權(quán)的延遲信號之間的延遲。
在一個替代的實施例中，混響單元46的濾波系數(shù)序列包括指數(shù)地衰減的濾波系數(shù)，如圖4中所示的，符號是變化的。這導(dǎo)致在混響期間加權(quán)的延遲信號幅度的符號變化。在這個替代的實施例中，加權(quán)的延遲信號的幅度在混響期間也具有在連續(xù)加權(quán)的延遲信號之間的指數(shù)地遞減的延遲圖。
混響增強器22給揚聲器24輸出一個可懂度增強信號z(n)，包括相應(yīng)于衰減輸入信號w(n)的直接分量和相應(yīng)于混響信號y(n)的混響分量。揚聲器24響應(yīng)可懂度增強信號z(n)輸出一個聲壓波。該聲壓波包括相應(yīng)于衰減輸入信號w(n)的直接分量和相應(yīng)于混響信號y(n)的仿真混響分量。聲壓波的直接分量提供可懂度信息和識別信息給在揚聲器24周圍的聲音空間中的收聽者。
聲壓波的仿真混響分量提供加重數(shù)量的加在直接分量上的可懂度信息。仿真混響分量將可懂度信息加在輸出的語音上，因為人的聽覺機制及時或混響期間以滑動窗口“均衡”(或平均)輸入的聲音以便不僅使用直接聲音而且還使用來回周圍的反射和回聲。仿真混響分量起著相應(yīng)于在最佳聲音空間中產(chǎn)生的自然回聲的仿真回聲的作用。聲波的仿真混響信號分量優(yōu)化該輸出語音的可懂度，因為混響信號分量的特性相應(yīng)于在最佳聲音空間中產(chǎn)生的自然混響的特性。
在最佳聲音空間中，在聲音空間產(chǎn)生的直接聲壓波在產(chǎn)生自然回聲序列的聲音空間中反射。至少自然回聲序列的一部分是朝著位于聲音空間中的收聽者。每個自然回聲序列具有落入在約20至60毫秒之間的混響期間的回聲流。這些回聲提供語音信息給位于該聲音空間中的收聽者。
在最佳聲音空間中產(chǎn)生的每一個自然回聲序列具有幾個重要的特性，結(jié)果最佳數(shù)量的信息提供給收聽者。第一，延遲信號的幅度在混響期間趨向于指數(shù)地衰減。第二，在混響期間回聲之間的延遲周期趨向于指數(shù)地遞增。
以相應(yīng)的方法，混響單元46產(chǎn)生由延遲信號序列構(gòu)成的混響信號，此序列具有指數(shù)衰減幅度的圖形和在混響期間在延遲信號之間具有指數(shù)遞增時延的圖形。因為由混響單元46產(chǎn)生的延遲信號序列相應(yīng)于在最佳聲音空間產(chǎn)生的自然回聲，揚聲器24輸出包括仿真混響分量的語聲，使得由仿真混響信號分量所加的語音信息量最大。
自然回聲序列的第三個特性是到達麥克風(fēng)或收聽者的回聲流的相位是變化的。這導(dǎo)致自然回聲幅度的符號變化。人的聽覺機制補償自然回聲的變化相位，而具有變化相位回聲流的回聲序列使收聽者聽起來自然。
在圖4中所示的替代實施例中混響單元46以一般交變圖變化濾波系數(shù)的符號。通過變化濾波系數(shù)的符號，由混響單元46產(chǎn)生的加權(quán)延遲信號的相位也變化。因此，語音輸出的仿真混響信號分量更接近地相應(yīng)于在最佳聲音環(huán)境中產(chǎn)生的自然回聲，導(dǎo)致更自然的發(fā)聲語音輸出。
混響單元46還輸出一個混響信號，由于由可懂度信息加重器44進行語音輸入信號的處理，該混響信號是在可懂度信息中致密的。因此，揚聲器24輸出包括仿真混響信號分量的語音，增加了由仿真混響信號分量所加的可懂度信息的數(shù)量?？啥仍鰪娖?0使語音輸出的可懂度信息最大以克服可能存在的背景噪聲。
翻到圖5，可懂度增強器20與一個回聲消除器40組合使用?；芈曄髟诂F(xiàn)有技術(shù)中是公知的，如由Paul Dent于1995年2月24日申請的美國專利申請序號08/393711中所指明的，整個地引用供參考?；芈曄?0與可懂度增強器20組合使用?；芈曄?0在消除由揚聲器輸出產(chǎn)生的麥克風(fēng)信號m(n)(n表示離散時間瞬間n)中的揚聲器回聲中使用可懂度增強信號z(n)。
回聲消除器40以數(shù)字信號處理器22實現(xiàn)。在優(yōu)選的實施例中，回聲消除器40包括具有濾波系數(shù)hi(i表示“ith”第三個濾波系數(shù))的FIR濾波器60、一個LMS適應(yīng)塊62和一個加法器64?；芈曄?0消除與揚聲器輸出z(n)相關(guān)的麥克風(fēng)信號m(n)的部分，即揚聲器回聲。
為了消除揚聲器回聲，F(xiàn)IR濾波器60根據(jù)下式(2)計算回聲估算
(“u帶帽”(hat))
式中M是濾波系數(shù)的數(shù)量。
如式(2)所表示的，回聲估算
作為進入揚聲器24的可懂度增強信號z(n)和FIR濾波系數(shù)(有時稱為taps)hi(i表示“ith”第三個系數(shù))的卷積和進行計算。在優(yōu)選實施例中，濾波系數(shù)的數(shù)量大約為200至400，這是用于消除車輛內(nèi)部中的回聲的典型的系數(shù)數(shù)量。
式(2)中的濾波系數(shù)hi根據(jù)最小均方(LMS)方法計算，該方法以式(3)表示
hi(n+1)＝hi(n)+μ·e(n)·z(n-i) (式3)
式中i＝0，…m-1；而M＝步長或更新增益參數(shù)。
首先由Widrow和Hoff于1990年采用的LMS方法是一種隨機梯度(下降)步進法。它使用該梯度的大致(噪聲)估算e(n)·z(n)，使得在該方向中的小步長最小化在回聲產(chǎn)生的信號中的回聲能量e(n)。
一旦已會聚，F(xiàn)IR濾波器60具有大約與從揚聲器24到麥克風(fēng)32的實際回聲通路(未知系統(tǒng))相同的脈沖響應(yīng)。回聲拷貝
(n)從輸入的麥克風(fēng)樣值m(n)中減去，因此該回聲被減去或刪除，如由下式(4)所示的
在確定回聲估算
(n)中使用可懂度增強信號z(n)保持除去了揚聲器回聲所要求的分流(tap)或濾波系數(shù)數(shù)量，以及回聲消除器40的復(fù)雜性為最小。因此，回聲消除器40可與可懂度增強器20結(jié)合使用，而不要求更復(fù)雜的回聲消除器40。
翻到圖7，表示出并一般以數(shù)字10a指示的根據(jù)本發(fā)明的替代實施例電話機。電話機10a包括一個可懂度增強器28，適用于從單個語音輸入信號產(chǎn)生右可懂度增強信號和左可懂度增強信號。右可懂度增強信號輸出到D/A變換器26a、放大器30a和右揚聲器24a。左可懂度增強信號輸出到D/A變換器26b、放大器30b和左揚聲器24b。由左和右揚聲器24a、24b輸出的偽立體聲信號中的右和左可懂度增強信號給收聽者提供額外的空間信息。
翻到圖8，示出可懂度增強器20a的示意圖，可懂度增強器20a包括一個直接信號通路43，一個右混響信號通路41a和一個左混響信號通路41b。直接信號通路43包括一個衰減器48，用于衰減該輸入信號產(chǎn)生一個衰減的直接信號。右混響信號通路包括可懂度信息加重器44a，后接產(chǎn)生右混響信號的右混響單元46a。左混響信號通路包括可懂度信息加重器44b，后接產(chǎn)生左混響信號的左混響單元46b。加法器49a組合右混響信號與衰減的直接信號產(chǎn)生右可懂度增強的信號。加法器49b組合左混響信號與衰減的直接信號產(chǎn)生左可懂度增強的信號。
直接信號通路43、右混響信號通路41a和左混響信號通路41b各以一種方式處理該輸入信號，該方式類似于對于優(yōu)選實施例電話機10的可懂度增強器20所述的方式。但是，如圖8中所示的，右混響單元46a和右混響單元46b適用于得到彼此不同的脈沖響應(yīng)。圖8以實線表示左混響單元46a的脈沖響應(yīng)，而以虛線表示左混響單元46b的脈沖響應(yīng)。如圖9中所示的，右混響單元46a產(chǎn)生的加權(quán)延遲信號具有的延遲偏移由左混響單元46b產(chǎn)生的加權(quán)延遲信號的延遲。通過偏移由右和左混響單元46a、b產(chǎn)生的加權(quán)延遲信號的時延，右和左揚聲器24a、24b輸出稍微不同的揚聲器輸出。因此，來自揚聲器24a、b的揚聲器輸出模仿具有額外空間信息的偽立體聲場。右和左混響信號的特性可用根據(jù)優(yōu)選實施例電話機10的可懂度增強器20所述的方式調(diào)整。
本發(fā)明提供用于增加揚聲器輸出的可懂度和用于電話機的回聲消除的設(shè)備和方法。本發(fā)明可用很多不同形式實施而且不應(yīng)構(gòu)成對在這里提供的實施例的限制；而是提供這些實施例使得本說明書是充分和完整的，和對于本領(lǐng)域技術(shù)人員完全地提供本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電話機，包括
a)一個可懂度增強器，響應(yīng)從遠端電話機接收的語音輸入信號，產(chǎn)生包括直接信號分量和混響信號分量的可懂度增強信號，該混響信號分量包括混響序列流，其中每個混響序列包括落入預(yù)定混響期間的加權(quán)延遲信號流，每個混響序列的加權(quán)延遲信號的幅度根據(jù)指數(shù)衰減圖在混響期間加權(quán)；和
b)一個揚聲器，響應(yīng)可懂度增強信號產(chǎn)生一個聲壓波，該聲壓波包括相應(yīng)于該直接信號的直流分量和相應(yīng)于可懂度增強器的混響信號的一個仿真混響分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電話機，其中每個混響序列的加權(quán)延遲信號具有一個延遲圖，加權(quán)的延遲信號之間的時延在混響期間趨于遞增。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電話機，其中混響序列的加權(quán)延遲信號的符號是變化的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電話機，其中該加權(quán)延遲信號的符號以交變方式進行變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電話機，其中該可懂度增強器包括
a)一個混響信號通路，包括
1)一個可懂度信息加重器，響應(yīng)該語音輸入信號，用于加重該輸入語音信號的可懂度信息并輸出一個可懂度致密信號；和
2)一個混響單元，響應(yīng)可懂度致密信號，用于產(chǎn)生該混響信號分量；
b)一個直接信號通路，響應(yīng)該語音輸入信號，輸出該直接信號分量；以及
c)其中該混響信號分量與該直接信號分量組合以便構(gòu)成可懂度增強信號的分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電話機，其中該可懂度信息加重器是一個高通濾波器，它具有相應(yīng)于語音的可懂度致密頻率的預(yù)定頻率范圍下限的一個較低的截止頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電話機，其中該預(yù)定頻率范圍具有比大約1KHz高的下限。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的電話機，其中該預(yù)定頻率范圍大約是1KHz和4Khz。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的電話機，其中該可懂度信號加重器是一個壓縮器。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的電話機，其中該直接信號通路包括一個衰減器，響應(yīng)該語音輸入信號衰減該語音輸入信號，使得該直接信號分量是一個衰減的語音輸入信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的電話機，其中該混響單元是一個有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電話機，還包括
a)一個麥克風(fēng)，放置在由該揚聲器產(chǎn)生的聲壓波的聲頻通路中并且產(chǎn)生一個麥克風(fēng)信號；和
b)一個回聲消除器，響應(yīng)于該可懂度增強信號和麥克風(fēng)信號，產(chǎn)生相應(yīng)于由該揚聲器產(chǎn)生的聲壓波的一個估算的回聲信號并且從該麥克風(fēng)輸出信號中減去該估算的回聲信號，因而減少來自該麥克風(fēng)信號的揚聲器回聲。
13.一個電話機，包括
a)一個混響單元，響應(yīng)語音輸入信號產(chǎn)生一個混響信號，該混響單元包括
1)一個延遲單元，響應(yīng)該語音輸入信號輸出延遲的信號序列，每個延遲信號序列包括落入混響期間的一個延遲信號流；
2)一個乘法器單元，響應(yīng)該延遲信號序列將每個延遲信號序列的延遲信號與預(yù)定的濾波系數(shù)序列相乘，因而產(chǎn)生加權(quán)的延遲信號的混響序列，其中該濾波系數(shù)序列具有一個指數(shù)型衰減圖，在該混響期間延遲信號序列的延遲信號的加權(quán)趨向于指數(shù)地遞減，和
3)一個加法單元，用于組合每個混響序列的加權(quán)延遲信號以構(gòu)成該混響信號；以及
b)一個揚聲器，響應(yīng)該混響信號，輸出具有相應(yīng)于由該混響單元產(chǎn)生的混響信號的仿真混響分量的一個聲波。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電話機，其中該延遲單元有一系列的延遲算符，用于確定每個延遲信號序列的連續(xù)延遲信號之間的時延，其中該延遲符算根據(jù)延時圖確定該時延，連續(xù)延遲信號之間的時延在該混響期間趨于遞增。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的電話機，其中該濾波系數(shù)序列的符號是變化的，以便變化每個混響序列的加權(quán)延遲信號的符號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電話機，其中該濾波系數(shù)序列的符號根據(jù)一個交變圖變化，使得每個混響序列的加權(quán)延遲信號的符號交變。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的電話機，其中該混響單元是一個有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。
18.一個電話機，包括
a)一個混響信號通路，響應(yīng)語音輸入信號產(chǎn)生混響信號，包括
1)一個可懂度信息加重器，響應(yīng)該語音輸入信號，用于加重該輸入語音信號的可懂度信息和輸出可懂度致密信號；和
2)一個混響單元，響應(yīng)該可懂度致密信號產(chǎn)生該混響信號；
b)一個直接信號通路，響應(yīng)該語音輸入信號輸出一個直接信號；
c)一個加法器，用于組合該混響信號與該直接信號以便構(gòu)成一個可懂度增強信號；和
d)一個揚聲器，響應(yīng)該可懂度增強信號，輸出具有相應(yīng)于該混響信號的混響分量和相應(yīng)于該語音輸入信號的直接分量的一個聲波。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的電話機，其中該可懂度增強器的直接信號通路包括一個衰減器，用于衰減該語音輸入信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的電話機，其中該混響信號具有混響期間擴展的加權(quán)延遲信號的混響序列，和其中每個混響序列具有一個延遲圖，在該混響期間加權(quán)的延遲信號之間的時延趨向于遞增。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的電話機，其中該混響信號具有混響期間擴展的加權(quán)延遲信號的混響序列，和其中每個混響序列的加權(quán)延遲信號幅度在該混響期間按照指數(shù)衰減圖加權(quán)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的電話機，其中該可懂度信息加重器是一個高通濾波器，它具有相應(yīng)于語音的可懂度致密頻率范圍的預(yù)定頻率范圍下限的較低截止頻率。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的電話機，其中該可懂度信息加重器是一個壓縮器。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的電話機，其中該混響單元是一個有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的電話機，還包括
a)一個麥克風(fēng)，放置在由該揚聲器產(chǎn)生的聲壓波的聲頻通路中并且產(chǎn)生一個麥克風(fēng)信號；和
b)一個回聲消除器，響應(yīng)于該可懂度增強信號和麥克風(fēng)信號，產(chǎn)生相應(yīng)于由該揚聲器產(chǎn)生的聲壓波的一個估算的回聲信號并且從該麥克風(fēng)輸出信號中減去該估算的回聲信號，因而減少來自該麥克風(fēng)信號的揚聲器回聲。
26.一個電話機，包括
a)一個可懂度增強器，響應(yīng)語音輸入信號產(chǎn)生第一可懂度增強信號和第二可懂度增強信號，該可懂度增強器包括
1)響應(yīng)該語音輸入信號的第一混響信號通路，包括第一混響單元，用于產(chǎn)生第一混響信號，其中第一混響信號是第一可懂度增強信號的一個分量，
2)響應(yīng)該語音輸入信號的第二混響信號通路，包括第二混響單元，用于產(chǎn)生第二混響信號，其中第二混響信號是第二可懂度增強信號的一個分量；和
3)其中第一和第二混響單元彼此具有不同的脈沖功能以便產(chǎn)生不同的混響信號；
b)響應(yīng)該語音輸入信號的一個直接信號通路，用于輸出直接信號。
c)一個加法器，用于組合第一混響信號與該直接信號以形成第一可懂度增強的信號，和用于組合第二混響信號與該直接信號以形成第二可懂度增強的信號；
d)響應(yīng)第一可懂度增強信號的第一揚聲器，用于輸出具有相應(yīng)于第一混響信號的第一混響分量和相應(yīng)于該語音輸入信號的直接分量的第一聲波；以及
e)響應(yīng)于第二可懂度增強信號的第二揚聲器，用于輸出具有相當(dāng)于第二混響信號的第二混響分量和相應(yīng)于此語音信號的直接分量的第二聲波。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的電話機，其中第一及第二混響信號各包括加權(quán)的延遲信號序列，和其中左及右混響單元的脈沖響應(yīng)用于不同時延。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的電話機，其中該可懂度增強器的直接信號通路包括一個衰減器，用于衰減該語音輸入信號。
全文摘要
具有一種方法和設(shè)備的電話機,用于增加揚聲器輸出的可懂度和回聲消除。電話機包括一個可懂度增強器,用于處理語音輸入信號以產(chǎn)生可懂度增強的信號?？啥仍鰪娖靼ㄒ粋€混響信號通路,用于產(chǎn)生混響信號;一個直接信號通路,用于產(chǎn)生相應(yīng)于該輸入信號的衰減的直接信號;和一個加法器,用于組合混響信號與直接信號產(chǎn)生可懂度增強信號?；祉懶盘柾钒ㄒ粋€可懂度信息加重器,后接一個混響單元。在優(yōu)選實施例中,可懂度信息加重器是一個高通濾波器和/或壓縮器,它產(chǎn)生可懂度致密信號以便產(chǎn)生混響信號?；祉憜卧幚砜啥戎旅苄盘?該信號包括加權(quán)延遲信號的混響序列流。每個混響序列的加權(quán)延遲信號根據(jù)指數(shù)遞減圖進行加權(quán),因此加權(quán)延遲信號之間的時延在混響期間趨于遞增。為響應(yīng)可懂度增強信號,揚聲器輸出具有相應(yīng)于混響信號的仿真混響分量的語音聲波。在消除由該電話機的麥克風(fēng)產(chǎn)生的麥克風(fēng)信號中的回聲分量中,回聲消除器使用可懂度增強信號。
文檔編號H04M9/08GK1191650SQ9619568
公開日1998年8月26日 申請日期1996年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月30日
發(fā)明者J·拉斯慕森 申請人:艾利森公司