CN100514978C - 无线电话及无线通信方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种无线电话和无线通信方法,其中执行用于电路交换和分组通信方式的通信质量估计,以及互相内插两种方式的声音以便提高声音质量。基于第一和第二声音信号的质量信息,以语音基音周期的间隔执行第一和第二声音信号的交换,其中分别通过电路交换方式中的第一无线通信以及通过分组通信方式中的第二无线通信接收和解码第一和第二信号。基于两种声音信号的质量信息,输出延迟控制信号以便补偿第一和第二声音信号间的时间差,以及基于延迟控制信号补偿时间差。
Description
优先权
本申请要求2002年9月10日在日本专利局申请的,并指定序列号No.2002-264048的名为“WIRELESS PHONE AND WIRELESSCOMMUNICTION METHOD”的申请的优先权,其内容在此合并作为参考。
技术领域
本申请涉及具有基于使用蜂窝系统的电路连接的声音和可视通信功能以及基于使用局域通信系统诸如无线LAN的IP连接的声音和可视通信系统的无线电话。
背景技术
在能利用两种不同无线通信系统的传统的无线装置中,为提高声音质量,已经将内部方式分集原理(inter mode diversity scheme)建议为结合使用两种无线通信系统的方法。一种内部方式分集方法可参见Japanese Patent公开号No.2002-111558,其中对每帧或符号执行分集操作以便增加内部方式分集效应。
然而,用于提高声音质量的这种方法仅能用在具有相同的无线电路特征的系统中,且不能用于采用不同类型的交换系统,即,采用电路交换方式中的系统(即,基于电路交换的系统和分组通信方式中的系统(即,基于分组交换的系统)的通信方案中,其中传输数据格式也不同。另外,执行分集操作,而不考虑两种系统间的声音信号(或语音信号)的时间差、其变化,以及声音特征,因此,其不能提高声音质量。
换句话说,通过电路交换方式所接收和解码的声音信号和通过分组通信方式所接收和解码的声音信号间的交换主要使用切换原理来实现,其中估计它们的接收质量以便执行分别通过两种不同的方式获得的两种声音信号间的交换。
图3表示使用切换原理的传统无线电话的实例。如该图所示,在RF部件21中将所接收的信号转换成基带频率,控制器24按相同间隔切换开关34b以便将所接收的信号输入到CDMA/BB(基带)部件22和无线LAN/BB部件23中。控制器24接收从CDMA/BB和无线LAN/BB部件22和23输出的通话质量信息以便确定它们的通话质量级。
控制器24选择两个通话质量级中最大的一个,从而切换开关34a和34b以便使用CDMA/BB和无线LAN/BB部件22和23中的相应的一个。
将CDMA声音编解码器设计成即使在不良通信条件状况,诸如可变位速率下,也确保所需声音质量级。另一方面,无线LAN系统能满足高SNR(信号噪声比)要求,因为它采用局域通信,并且能使用高位速率编解码器而完全确保高声音质量。
然而,即使参考声音质量信号,切换到两种方式中具有较好声音质量的一种,由于两种方式间的处理时间差等等,传统系统也不能提高整体声音质量,因为CDMA和无线LAN声音编解码器采用非常不同的通信方案。此外,在无线链路阻塞的情况下,由于由分组碰撞或分组传输的延迟变化而引起的分组损失,出现声音信号的波动。
存在吸收该波动的通信环境,但在专用(ad-hoc)环境中不能期望波动吸收,因此,传统系统不适合于声音信号通信,即使它具有高SNR。
换句话说,如图3所示,传统切换方法不能使这两种方式(即,电路交换和分组通信方式)互补,而控制器24确定它们的通信质量以便仅使用两种方式中具有较高通信质量的一种。即,不能同时使用两种方式来提高声音质量。
如上所述,由于BER(误码率)劣化,使分组通信方式中的声音信号的通信质量失真,以及传统切换方法也不能估计由在处理无线分组的传输和接收时间中出现的延迟而导致的波动。因此,不能高准确率地检测切换时间,并且不能有效地执行用于提高声音质量的电路连接和分组通信方式间的交换操作。
发明内容
因此,鉴于上述问题而提出了本发明,并且本发明的目的是提供无线电话和无线通信方法,其中对电路交换和分组通信方式都进行通信质量估计,以及相互内插两种方式的声音,以便提高声音质量。
根据本发明的一个方面,通过提供无线电话来实现上述和其他目标,该无线电话包括电路交换方式中的第一无线通信部分、分组通信方式中的第二无线通信部分;控制器,用于接收经所述第一无线通信部分接收和解码的第一声音信号,以及经所述第二通信部分接收和解码的第二声音信号的质量信息,并基于该质量信息,以语音基音周期的间隔控制所述第一和第二声音信号间的交换,同时基于所述质量信号,输出延迟控制信号以便补偿所述第一和第二声音信号间的时间差;以及延迟部分,用于从所述控制器接收所述延迟控制信号并补偿所述第一和第二声音信号间的时间差。
优选地,无线电话进一步包括相关器,其用于计算所述第一和第二声音信号间的信号波形的互相关,其中,所述控制器计算从所述相关器输出的互相关值的峰值时间变化,并控制所述第一和第二声音信号间的交换,同时用当所述峰值时间变化增加时,所述第二声音信号具有更低的质量的估计结果来代替所述第一和第二声音信号的所述质量信息,并进一步执行延迟控制以便基于所述互相关值的峰值时间差,补偿所述第一和第二声音信号间的时间差。
优选地,所述控制器调整用于计算所述第一和第二声音信号间的信号波形的互相关的时间周期。
优选地,所述第二无线通信部分抽取和传送分组通信中的声音分组。
优选地,在连同声音通信执行未采用声音的数据通信的情况下,i)如果所述控制器检测到所述第一声音信号具有低质量并且不能接收所述第二声音信号,则由所述第一无线通信部分执行所述声音通信,以及由所述第一无线通信部分执行所述数据通信,同时不由所述第一无线通信部分执行所述声音通信,以及ii)如果所述控制器检测到所述第二声音信号具有低质量并且不能接收所述第一声音信号,由所述第二无线通信部分执行用于声音分组的分组通信,以及由所述第二无线通信部分执行数据通信同时没有将由所述第二通信部分传送和接收的声音分组。
优选地,所述第二无线通信部分控制分组通信中的传输分组的帧长度,以便当所述第一和第二声音信号间的交换频率增加时,所述帧长度降低。
根据本发明的另一方面,提供一种用于执行在电路交换方式中的第一无线通信和分组通信方式中的第二无线通信的无线通信方法,该方法包括步骤:a)基于第一和第二声音信号的质量信息,以语音基音周期的间隔执行所述第一和第二声音信号间的交换,通过所述第一无线通信接收和解码所述第一声音信号,通过所述第二无线通信部分接收和解码所述第二声音信号;b)基于所述第一和第二声音信号的质量信息,输出延迟控制信号以便补偿所述第一和第二声音信号间的时间差;以及c)基于所述延迟控制信号,补偿所述第一和第二声音信号间的所述时间差。
优选地,所述无线通信方法进一步包括步骤:d)计算所述第一和第二声音信号间的互相关值的峰值时间变化;e)控制所述第一和第二声音信号间的交换同时用当所述峰值时间增加时,所述第二声音信号具有更低的质量的估计结果,代替所述第一和第二声音信号的所述质量信息;以及f)基于所述互相关值的峰值时间差,执行延迟控制以便补偿所述第一和第二声音信号的所述时间差。
附图说明
通过下述结合附图的详细描述,将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点,其中:
图1是表示根据本发明的实施例的无线电话的结构的框图;
图2是表示控制器4控制声音信号CD和LA的输出的过程的流程图;以及
图3表示传统无线电话的实例。
具体实施方式
现在,将参考附图来详细地描述本发明的优选实施例。图1是表示根据本发明的实施例的无线电话的结构的框图。、
在该实施例中,无线电话包括CDMA RF(射频)模块1、无线LAN RF模块2、相关器3、控制器4、延迟元件5A和5B、天线11a和11b、扬声器12、麦克风13a和13b、以及开关14。
CDMA RF模块1是CDMA方式(或电路交换方式)中的无线通信发射器/接收器、以及解码/再现从天线11a输入的、对应于CDMA方式的数据格式的接收信号,然后生成/输出声音或语音信号CD的信号波形。该RF模块1调制从麦克风13a输入的声音信号,然后通过天线11a将其传送为传输信号。
无线LAN RF模块2是无线LAN方式(分组通信方式)中的无线通信发射器/接收器,以及解码/再现从天线11b输入的、对应于无线LAN方式的数据格式的接收信号,然后生成/输出声音或语音信号LA的信号波形。该RF模块2调制从麦克风13b输入的声音信号,然后通过天线11b将其传送为传输信号。
无线LAN RF模块2具有用于保持再现声音信号LA的缓冲器,此后当使用它来补充声音信号CD时,从该缓冲器输出声音信号LA。
在将声音信号LA输出为模拟信号的情况下,缓冲器由CCD或开关电容器组成,以及在将声音信号LA输出为数字信号的情况下,该缓冲器采用诸如SRAM(静态随机存取存储器)或DRAM(动态随机存取存储器)的存储器元件。
相关器3计算声音信号CD和LA间的信号波形的互相关,并将所计算的互相关信息输出给控制器4。
控制器4基于上述互相关信息,计算峰值时间变化,以便估计分组通信中的波动。语音信号(或话音信号)是具有约20msec的反复基音(repeated pitch)的准周期。因此,如果将互相关周期设定为至少20msec,由于通过无线LAN方式获得的声音信号LA的波动也是准周期信号,可基于稳定的、没有波动的声音信号CD来估计该波动。即,随着时间变化增加,通过无线LAN方式获得的声音信号LA的波动增加并且估计其声音质量变低。
控制器4还基于从CDMA RF模块1和无线LAN RF模块2输出的接收信号电平,测量两个声音信号CD和LA间的时间差。基于所测量的时间差,控制器4将对应于通过扬声器12输出的声音信号的延迟时间的延迟信息TDC和TDL分别输出给延迟元件5A和5B。
因此,控制器4允许两种声音信号CD和LA间的信号波形的时间重合。
在将声音信号CD和LA的信号电平输入给控制器4的情况下,如果不能由所接收的信号的电平值测量两种声音信号CD和LA间的时间差,则控制器4基于互相关值的峰值时间差,执行延迟控制操作。
延迟元件5A和5B将从CDMA RF模块1和无线LAN RF模块2输出的声音信号延迟分别由从控制器4输出的延迟信号TDC和TDL表示的延迟时间。
现在将参考图1和2来描述该实施例中的无线电话的操作。图2是表示控制声音信号CD和LA的输出的过程的流程图。
当天线11a和11b检测无线信号时,CDMA RF模块1和无线LANRF模块2从天线11a和11b接收所检测的信号,并将声音信号CD和LA输出给相关器3。当CDMA RF模块1和无线LAN RF模块2获得声音信号CD和LA的通话质量信息时,该两个RF模块1和2将所获得的通话质量信息输出给控制器4。
相关器3接收声音信号CD和LA,并计算声音信号CD和LA间的信号波形的互相关,然后将由对应于信号波形的互相关值所组成的互相关信息输出给控制器4。
控制器4接收声音信号CD和LA的通话质量信息或其互相关信息,并以语音基音周期(speech pitch period)的间隔切换开关14来将声音信号CD和LA输出给扬声器12。
现在将参考图2,给出控制器4控制声音信号CD和LA的输出的过程的详细描述。
当天线11a和11b检测无线信号时(步骤S1),检查控制器4是否已经接收声音信号CD和LA的通话质量信息(步骤S2)。如果步骤S2的检查结果是还没有获得声音信号CD和LA的通话质量信息,控制器4接收声音信号CD和LA的互相关信息,而不是其通话质量信息。相反,如果步骤S2的检查结果是已经获得声音信号CD和LA的通话质量信息(步骤S2为“是”),控制器4确定是否所有声音信号CD和LA具有高于或等于预定阈值的通话质量(步骤S3)。如果该确定结果是肯定的,还检查例如,在分组接收过程中是否检测到波动,以便估计声音信号LA的质量(步骤S4)。基于该检查结果,确定通过扬声器12输出两个信号CD和LA的哪一个。如果检查结果是存在所检测的波动(在步骤S4为“是”),那么估计声音信号CD具有较高质量,以便输出声音信号CD(步骤5)。如果检查结果是不存在所检测的波动(步骤S4为“否”),那么所估计的声音信号LA具有较高质量,以便输出该声音信号LA(步骤S6)。
因此,控制器4仅基于所接收的信号电平,确定CDMA RF模块1的声音接收质量,而基于接收电平和波动大小,确定无线LAN RF模块2的声音接收质量。基于由收听通过扬声器12输出的声音信号LA的多个人的估计,适时确定波动阈值,该波动阀值作为用来确定接收质量是否为低的基准波动大小。另外,在该实施例中,与上述波动阈值估计类似,在适时的基准上,还确定用于信号电平和波动估计结果间的估计的优先级(有关声音信号CD和LA的哪一个具有更好的声音质量)。
由于其为准周期信号,语音信号将由具有相同基音周期的帧组成,如果相互比较所有帧的话。考虑到语音信号的该特征,当有丢失帧时,能通过用其相邻帧补充该丢失帧来提高声音质量,而不是让其处于如零数据的无声状态。
然而,在通过电路交换方式得到声音信号的情况下,当有丢失帧或低声音质量帧时,该有缺陷帧附近的帧也丢失或具有低音量是很可能的。
为此,该实施例中的无线电话允许控制器4通过声音信号LA补充声音信号CD的丢失帧部分。
换句话说,在声音信号CD和LA的任何一个具有低于预定值的通话质量的情况下(在步骤S3为“否”),如果声音信号CD的质量低于预定值(步骤S7为“是”),控制器4通过用声音信号LA补充它来输出声音信号CD(步骤S8)。另一方面,如果声音信号LA的质量低于预定值以及声音信号CD的质量高于或等于预定值(在步骤S7为“否”),输出声音信号CD而不用声音信号LA补充它(步骤S9)。
在使用声音信号LA补充声音信号CD的情况下,如果抽取对应于声音信号LA的分组来用于补充,可减少无线LAN中的数据传输和接收通信量,同时降低分组通信成本。
在声音信号CD的丢失帧部分由声音信号LA补充的情况下,当控制器4仅以语音基音周期的间隔执行用于通过扬声器12输出的声音信号的交换时,如果在分组处理中出现声音信号LA的波动,可早于或晚于声音信号CD而输出声音信号LA。这会在两个声音信号CD和LA之间的交换期间导致无声状态或丢失声音信号,从而降低声音质量。
因此,控制器4从它们的通话质量信息中读取两个声音信号CD和LA间的时间差,并基于所读取的时间差,计算分别用于延迟元件5A和5B的两个延迟时间,然后将它们作为延迟信息TDC和TDL分别输出给延迟元件5A和5B。
同时,在没有SNR降低或分组碰撞的情况下,无线LAN的传输效率与分组长度或连续分组的数量成比例。
如果采用很长长度的分组和大量连续分组来增加传输效率,由于分组传输延迟,会导致声音波动增加。
为此,在频繁地执行通过CDMA的声音信号CD和通过无线LAN的声音信号LA间的交换的情况下,采用短长度的传输分组和少量连续分组来防止由于波动的声音质量降低。另一方面,在不频繁执行两种声音信号CD和LA的交换的情况下,采用很长长度的传输分组来提高数据传输效率。
同时,如果控制器4还没有获得语音信号CD和LA的通话质量信息(步骤S2为“否”),控制器4接收声音信号CD和LA的互相关信息。控制器4从所接收的互相关信息读取互相关值的峰值时间变化的大小,并用下述方式估计声音信号LA的声音质量。即,当互相关值的峰值时间变化增加时,估计该声音信号具有较低的声音质量,以及当峰值时间变化减少时,估计声音信号具有较高的声音质量。
在互相关值的峰值时间变化大于或等于预定阈值的情况下(在步骤S10为“是),控制器4通过上述步骤S7和其后的步骤执行声音信号的交换操作。具体来说,当在用声音信号LA补充后,输出该声音信号CD时(步骤S8),需要下述过程。即,从两个信号CD和LA的互相关信息中,而不是从两个信号CD和LA的通话质量信息中读取两个声音信号CD和LA间的时间差。然后,基于所读取的时间差,计算延迟元件5A和5B的延迟时间,以及将所计算的延迟时间作为延迟信息TDC和TDL分别输出给延迟元件5A和5B。
如上所述,在其使用两个声音信号CD和LA中具有较高质量的一个的情况下,根据本发明的无线电话控制两个信号CD和LA间的时间差以便切换将输出的声音信号,以便通过执行这种独立的交换操作来大大地增加声音质量。
在假定检测到两个声音信号CD和LA之下已经描述了上述实施例。然而,在仅检测到两个声音信号CD和LA中的一个的情况下,使用所检测的信号,以及控制开关14以便通过扬声器12输出所检测的信号。
例如,在执行不包含声音的数据通信连同声音通信的情况下,如果在控制器4中检测到声音信号CD具有低的声音质量以及不能接收声音信号LA,由CDMA RF模块1执行声音通信,而控制器4执行用于声音信号CD的声音操作开关操作(Vox Process)。当检测到暂时不执行声音通信时,CDMA RF模块1执行数据通信。在这种情况下,如果声音信号CD具有高于或等于预定值的声音质量,CDMA RF模块1执行声音和数据通信。
相反,如果检测到声音信号LA具有低质量且不能接收声音信号CD时,无线LAN RF模块2优先于利用声音分组而执行声音通信。如果控制器4检测到没有优先传送的声音分组,无线LAN RF模块2在该检测时间期间执行数据通信。如果声音信号LA具有高于或等于预定值的声音质量,那么无线LAN RF模块2执行声音和数据通信。
同时,认为语音信号是具有以每隔间隔时间周期重复的相同波形的准周期信号,以及用相关器3计算两个信号CD和LA间的互相关。在这种情况下,如果声音信号CD和LA间的时间差高于语音信号基音周期,导致信号间的信号剩余。
在发生信号剩余的情况下,为计算两个信号CD和LA间的实际时间差,要求将相关时间周期增加到能将恢复的声音,而不是包括在相关时间周期内的声音信号判别为所需声音的程度。如果将声音信号判别为声音,可找出声音信号CD和LA间的对应关系,该对应关系导致其间的时间差,以便能通过基于互相关值的峰值时间变化,计算时间差来获得准确的该时间差。
然而,相关计算量根据预定相关时间而变化。变因此,如果指定降低功耗优先于声音质量,能考虑缩短相关时间周期,即使声音质量稍微低一些。在这种情况下,例如,可提供用于改变无线电话的相关时间周期的省电、高质量交换开关,以便用户能在考虑扬声器12的实际输出的适时基础上,改变相关时间周期。
从上述描述可以看出,本发明提供无线电话和无线通信方法,其中在分别通过电路交换方式中的第一无线通信以及分组通信方式中的第二无线通信接收和解码的第一声音信号和第二声音信号的质量信息的基础上,以语音基音周期间隔执行第一和第二声音信号间的交换,以及基于第一和第二声音信号的质量信息输出延迟控制信号以便补偿第一和第二声音信号间的时间差,以及基于延迟控制信号,补偿时间差。因此,由于能交换信号波形,而不会导致声音信号的信号波形间的空部分,或在信号波形间没有重叠部分的损失,与现有技术相比,本发明能大大地提高整体声音质量。
另外,计算第一和第二声音信号间的互相关值的峰值时间变化,并控制第一和第二声音信号间的交换同时,当峰值时间变化增加时,用第二声音信号具有更低的质量的估计结果代替第一和第二声音信号的质量信息,以及基于互相关值的峰值时间差,执行对第一和第二声音信号间的时间差的补偿的延迟控制。从而,能在考虑到由于分组通信的声音波动之下,控制输出声音交换。
另外,控制器调整用于计算第一和第二声音信号间的信号波形的互相关的时间周期。因此,可基于声音信号波动的基音周期,从互相关值中检测波动,以及基于互相关值的峰值时间变化,准确地计算时间差。
此外,在分组通信中,第二无线通信部分抽取和传送声音分组。这允许数据传输和接收通信量的降低,同时减少了分组通信成本。
另外,在连同声音通信执行未采用声音的数据通信的情况下,i)如果控制器检测到第一声音信号具有较低的质量并且不能接收第二声音信号,则由第一无线通信部分执行声音通信,以及由第一无线通信部分执行数据通信,同时不由第一无线通信部分执行声音通信,以及ii)如果控制器检测到第二声音信号具有低质量并且不能接收第一声音信号,由第二无线通信部分执行用于声音分组的分组通信,以及由第二无线通信部分执行数据通信,同时没有将由第二通信部分传送和接收的声音分组。这使得可确保声音质量,同时增加数据传输效率。
此外,第二无线通信部分控制分组通信中的传输分组的帧长度以便当第一和第二声音信号间的交换频率增加时,降低帧长度。因此,可防止由于波动导致的声音质量降低。
尽管为示例目的,已经公开了本发明的优选实施例,本领域的普通技术人员将意识到,在不脱离由附加权利要求书公开的本发明的精神和范围的情况下,各种改进、增加和取代是可能的。
Claims (8)
1.一种无线电话,包括:
电路交换方式中的第一无线通信部分;
分组通信方式中的第二无线通信部分;
控制器,用于接收经所述第一无线通信部分接收和解码的第一声音信号以及经所述第二无线通信部分接收和解码的第二声音信号的质量信息,并基于所述质量信息,以语音基音周期的间隔控制所述第一和第二声音信号间的交换,同时基于所述质量信号,输出延迟控制信号,以便补偿所述第一和第二声音信号间的时间差;以及
延迟部分,用于从所述控制器接收所述延迟控制信号,并补偿所述第一和第二声音信号间的时间差。
2.如权利要求1所述的无线电话,进一步包括相关器,用于计算所述第一和第二声音信号间的信号波形的互相关,
其中,所述控制器计算从所述相关器输出的互相关值的峰值时间变化,并控制所述第一和第二声音信号间的交换,同时用当所述峰值时间变化增加时,所述第二声音信号具有更低的质量的估计结果代替所述第一和第二声音信号的所述质量信息,并进一步执行延迟控制,以便基于所述互相关值的峰值时间差,补偿所述第一和第二声音信号间的所述时间差。
3.如权利要求2所述的无线电话,其中,所述控制器调整用于计算所述第一和第二声音信号间的信号波形的互相关的时间周期。
4.如权利要求1至3任何一个所述的无线电话,其中,在连同声音通信执行未采用声音的数据通信的情况下,如果所述控制器检测到所述第一声音信号具有低质量并且不能接收所述第二声音信号,则由所述第一无线通信部分执行所述声音通信,以及由所述第一无线通信部分执行所述数据通信而不由所述第一无线通信部分执行所述声音通信。
5.如权利要求1至3任何一个所述的无线电话,其中,在连同声音通信执行未采用声音的数据通信的情况下,如果所述控制器检测到所述第二声音信号具有低质量并且不能接收所述第一声音信号,则由所述第二无线通信部分执行用于声音分组的分组通信,以及由所述第二无线通信部分执行数据通信而没有将由所述第二通信部分传送和接收的声音分组。
6.如权利要求1所述的无线电话,其中,所述第二无线通信部分控制分组通信中的传输分组的帧长度,以便当所述第一和第二声音信号间的交换频率增加时,降低所述帧长度。
7.一种无线通信方法,用于执行在电路交换方式中的第一无线通信部分和在分组通信方式中的第二无线通信部分,所述方法包括步骤:
a)基于通过所述第一和第二无线通信部分获得的所述第一和第二声音信号的质量信息,以语音基音周期的间隔执行所述第一和第二声音信号间的交换,通过所述第一无线通信接收和解码所述第一声音信号,通过所述第二无线通信部分接收和解码所述第二声音信号;
b)从通过所述第一和第二无线通信部分所获得的质量信息中读取所述第一和第二声音信号之间的时间差,并且基于读取的时间差,计算两个延迟时间,并且将所述计算的延迟时间输出为延迟控制信号,以便补偿所述第一和第二声音信号间的时间差,以在所述第一和第二声音信号间进行交换的时候,同步所述的声音信号。
8.如权利要求7所述的无线通信方法,进一步包括步骤:
d)计算所述第一和第二声音信号间的互相关值的峰值时间差;
e)以语音基音周期的间隔控制所述第一和第二声音信号间的交换,同时,用当所述峰值时间增加时,所述第二声音信号具有更低的质量的估计结果代替所述第一和第二声音信号的所述质量信息;以及
f)读取所述第一和第二声音信号之间的所述互相关值的峰值时间差,并且基于所述互相关值的峰值时间差计算延迟时间,并且将计算出的所述延迟时间输出为延迟控制信号,以便补偿所述第一和第二声音信号间的所述时间差。
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