CN101727913A - 噪声估计装置、通话装置、和噪声估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种噪声估计装置、通话装置、和噪声估计方法。一种噪声估计装置，其中一个麦克风把声音转换成电信号并把该电信号作为声音信号输出。一个执行估计的噪声估计器，用于估计包含在该声音信号中的噪声分量的幅度，以便产生一个估计的噪声信号。该噪声估计器把包含在该估计期间的声音信号中的噪声分量的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值，并且对具有该有限最小值的噪声电平进行积分，以便产生估计的噪声信号。

Description

噪声估计装置、通话装置、和噪声估计方法

技术领域

本发明涉及噪声估计装置、通话装置、和噪声估计方法。

背景技术

例如在日本专利申请公开平成7-74709中，公开了一种根据环境噪声的幅值来控制接收音量的声音信号发送和接收装置。在没有发送声音输入时，上述声音信号发送与接收装置把进入到发送麦克风的声音电平检测为噪声电平，并根据该检测到的噪声电平而改变该接收音量(尤其参考日本专利申请公开：平成7-74709的权利要求10)。

但是，从麦克风输入的声音信号具有在很短间隔发生很大变化的信号电平。因此，有必要在使用积分器或滤波器进行声音信号的平滑之后检测噪声电平。而且，例如当通话者在通话期间与相邻人交谈或招呼相邻人时，用户会把他的手放在送话口上，使得对方听不到声音。当用手覆盖送话口时，会有小量噪声输入到麦克风。然而，如果通话者把他的手从送话口移开而再开始电话通话，则输入到该麦克风的噪声将显著增加。以此方式，当环境从一定时段的低噪声状态突变到一个高噪声状态时，在上述的对已平滑的声音信号的噪声电平进行检测的通常设计中，在进行噪声电平的检测中将出现延迟。因此，检测到的噪声电平不同于实际的噪声电平。即，传统的设计并未跟随噪声的突然增加，并且不能准确检测到噪声电平。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，因此本发明的目的在于：即使当持续一定时段的低噪声状态突变到高噪音状态时，也能准确估计噪声的幅度。

为了解决上述问题，根据本发明的一种噪声估计装置包括：麦克风，其将声音转换成电信号并将该电信号作为声音信号输出；和一个执行估计的噪音估计器，用于估计包含在该声音信号中的噪声分量的幅度，以便产生一个估计的噪声信号，其中该噪声估计器把在该估计期间的该声音信号中包含的噪声分量的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值，并且对具有该有限最小值的噪声电平进行积分，以便产生估计的噪声信号。

根据上述设计，该噪音估计器把在该估计期间产生的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值，并且对该有限噪声电平进行积分，以便产生估计的噪声信号。因此，即使输入到麦克风的噪声保持一定时段的低噪声状态，通过积分该噪声电平而产生的估计的噪声信号也不会降低到一个缺省值或小于该缺省值。因此，即使当持续了一定时段的低噪声状态突变到一个高噪声状态时，也能准确估计噪声的幅值。

而且，″在估计期间产生的噪声电平″对应于例如来自图1所示的噪声检测器20A的一个输出、来自图2所示的加法器26的一个输出、或来自图6所示的噪声检测器20A’的一个输出。

在该噪声估计装置中，该噪声估算器可以包括：一个幅度检测电路，其检测该声音信号的幅度，以便产生一个表示包含在该声音信号中的噪声分量的噪声电平的幅度信号；以及一个积分电路，其对该幅度信号进行积分。该积分电路包括一个最小值限制电路，把由在该估计期间产生的幅度信号表示的噪声电平的最小值限制到预定的缺省值。例如，图2所示的一种电路设计对应于该噪声估计器。

在该噪声估计装置中，积分电路可以包括：一个延迟电路，延迟该最小值限制电路的一个输出；以及一个混合电路，以一个规定的比例混和该幅度信号和该延迟电路的输出，其中通过把该混合电路的输出提供到该最小值限制电路的输入，来获得该最小值限制电路的输出作为估计的噪声信号。例如，该积分电路对应于图2所示的电路设计。

在该噪声估计装置中，噪声估计器可以包括一个噪声检测电路，检测包含在该声音信号中的噪声分量的噪声电平；一个最小值限制电路，把在该估计期间检测到的噪声电平的最小值限制在预定的缺省值；以及一个平滑电路，平滑该最小值限制电路的输出。例如，图6所示的一个电路设计对应于该噪声估计器。

一种根据本发明的通话装置，包括：麦克风，其将声音转换成电信号并将该电信号作为声音信号输出；一个执行估计的噪音估计器，用于估计包含在该声音信号中的噪声分量的幅度，以便产生一个估计的噪声信号，其中该噪声估计器把在该估计期间的声音信号中包含的噪声分量的噪声电平的一个最小值限制在一个预定的缺省值，并且对具有该有限最小值的噪声电平进行积分，以便产生估计的噪声信号；以及一个声音强调处理器，通过一个对应于估计的噪声信号的幅度的强调量来对于将要从该通话装置发送的一个发送语音或将要由该通话装置接收的一个接收语音实施强调处理。

根据此设计，即使当持续了一定时段的一个低噪声状态突变到一个高噪声状态时，该声音强调处理也能被准确地用于发送语音或接收语音。

除了调节发送语音或接收语音的音量之外，该声音强调处理还包括改变发送语音或接收语音的频率特性、或压缩发送语音或接收语音的动态范围来改善在收听中的S/N。

在该通话装置中，发送语音包含在从麦克风输出的声音信号中、或包含在从与麦克风分开地提供的发送麦克风产生的一个发送声音信号中。该通话装置可以包括：一个接收器，接收一个接收声音信号；以及一个编解码器，解码或扩展由该接收器接收到的接收声音信号，其中该接收语音包含在从该编解码器输出的接收声音信号中。

一种根据本发明的噪声估计方法，包括：第一步骤，通过把声音转换成一个电信号来产生一个声音信号，并把该电信号作为该声音信号输出；以及，第二步骤，通过执行用于估计包含在该声音信号中的噪声分量的幅度的估计而产生一个估计的噪声信号，其中第二步骤把在该估计期间的声音信号中包含的该噪声分量的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值，并通过对具有该有限最小值的噪声电平进行积分来产生估计的噪声信号。

本发明可以包括一种通话语音控制方法，包括：第一步骤，通过把声音转换成一个电信号来产生一个声音信号，并把该电信号作为该声音信号输出；第二步骤，通过执行用于估计包含在该声音信号中的噪声分量的幅度的估计而产生一个估计的噪声信号；以及第三步骤，通过一个对应于估计的噪声信号的幅度的强调量来执行声音强调处理，其中第二步骤把在该估计期间的声音信号中包含的噪声分量的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值，并通过对具有该有限最小值的噪声电平进行积分来产生估计的噪声信号。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的电话机1的主要部分的构造的框图。

图2是噪声估计器的详细电路设计的框图。

图3是从麦克风输入的声音信号的实例的波形图。

图4是一个估计的噪声信号的波形图。

图5是发送音量和接收音量的图示。

图6是根据本发明的第二实施例的电话机1的主要部分的构造的框图。

图7是根据本发明的修改实施例的电话机的主要部分的构造的框图。

具体实施方式

随后参照附图详细描述本发明的实施例。

在下列实施例中，将描述本发明被用于一部电话机的情况。

<第一实施例>

图1是图示根据第一实施例的电话机1的主要部分的构造的框图。

麦克风10拾取发送声音和环境噪声，并将该发送声音和环境噪声转换成一个电信号，从而产生转换的电信号作为声音信号。噪声估计器20估计包括在该声音信号中的噪音分量的幅度，并产生指示该噪声分量的幅度的一个估计的噪声信号。噪声估计器20包括噪声检测器20A和最小值限制电路20B。该估计的噪声信号与来自该麦克风的声音信号一起被反馈到该噪声检测器20A。

最小值限制电路20B把从该噪声检测器20A产生的噪声电平(在估计期间产生的一个噪声电平)的最小值限制在一个预定的缺省值。更详细地说，该最小值限制电路20B把从噪声检测器20A产生的噪声电平与该预定的缺省值进行比较。如果该噪声电平低于该缺省值，则该最小值限制电路20B把该噪声电平变为该缺省值。同时，如果该噪声电平高于该缺省值，则该最小值限制电路20B产生从该噪声检测器20A提供的没有任何变化的噪声电平。即，该最小值限制电路20B把变化的噪声电平与该缺省值进行比较，并在该变化的噪声电平低于该缺省值时进行操作，通过该缺省值截取该变化的噪声电平，从而把该噪声电平的最小值限制在该缺省值。该最小值限制电路20B的输出是由该噪声估计器20估计出的最终噪声电平(估计的噪声信号)，并且该最终噪声电平被反馈到噪声检测器20A，并且同时被提供给声音强调处理器30和50。

当该估计的噪声信号值大于一个预定参考值时，该声音强调处理器30用根据该估计的噪声信号值的强调量对从麦克风10提供的声音信号(传输声音信号)执行声音强调处理。例如，声音强调处理器30调整(作为声音强调处理)该发送声音信号的信号电平，使得该信号电平可以是一个正比于该估计的噪声信号值的发送音量。而且，该声音强调处理不局限于调整发送音量，而是还可以包括改变该发送声音信号的频率特性，或压缩该发送声音信号的动态范围来改善收听中的S/N，从而容易地收听到发送声音。而且，如果该估计的噪声信号值小于该参考值，则该声音强调处理器30将不执行该声音强调处理。在此情况下，从麦克风10提供的发送声音信号将通过该声音强调处理器30而输入到编解码器部分40。

编解码器部分40对于从声音强调处理器30提供的发送声音信号执行编码或压缩处理。通过未示出的一个通信部分(发送器)，把被执行了编码或压缩处理的发送声音信号发送到对方的电话机。而且，该编解码器部分40对于通过没示出的一个通信部分(接收器)从对方的电话机接收到的一个接收声音信号执行解码或扩展处理。

当估计的噪声信号值高于一个预定的参考值时，该声音强调处理器50用一个根据该估计的噪声信号值的强调量来对从编解码器部分40提供的接收声音信号执行声音强调处理。例如，声音强调处理器50调整(作为声音强调处理)该接收信号的音量，使得该音量是正比于该估计的噪声信号值的接收音量。而且，在该声音强调处理器50中执行的声音强调处理不局限于调整该接收音量，而是还可以包括改变该接收声音信号的频率特性、或压缩该接收信号的动态范围来改善收听中的S/N，从而容易地收听到接收声音。而且，如果估计的噪声信号值小于该参考值，则该声音强调处理器50将不执行该声音强调处理。在此情况下，通过该声音强调处理器50，从该编解码器40提供的接收声音信号被输入到扬声器60。扬声器60根据从该声音强调处理器50提供的该接收声音信号而输出该接收声音。

图2是图示噪声估计器20的详细电路设计的框图。噪声估计器20包括全波整流电路21，用于全波整流从麦克风10产生的声音信号，以及一个积分电路22，用于积分该全波整流电路21的输出。积分电路22包括乘法器23和25、延迟电路(Z^-1)24、加法器26、以及最小值限制电路20B。该噪声估计器20起到IIR低通滤波器的作用。由乘法器23和25的系数以及延迟电路24的延迟时间来确定该噪音估计器20的频率特性。即，该噪音估计器20可以起到低通滤波器的作用，通过适当地确定该系数或延迟时间，该低通滤波器仅传送其频带低于例如发送声音(由人发出的语音)的分量。

全波整流电路21通过执行全波整流而检测该声音信号的幅度，并产生该声音信号的幅度作为一个幅度信号。从乘法器23提供的一个规定的系数与该幅度信号相乘。可使用一个半波整流电路21来代替全波整流电路21。延迟电路24把反馈的估计噪声信号的输出时序延迟一个规定的时间。从乘法器25提供的一个规定的系数与该延迟电路24的一个输出相乘。

加法器26是一个混合电路，该混合电路把经全波整流电路21和乘法器23输入的一个信号加到经该延迟电路24和乘法器25从该最小值限制电路20B反馈的一个信号。因此，计算了当前噪声电平和过去估计的过去噪声电平的平均值或混合值。最小值限制电路20B把从加法器26输出的一个噪声电平(在估计期间产生的噪声电平)与一个缺省值进行比较，并且当该噪声电平小于该缺省值时，改变该噪声电平。作为估计的噪声信号的该最小值限制电路20B的输出通过延迟电路24和乘法器25反馈到加法器26，并同时被提供到声音强调处理器30和50。

图3是图示从麦克风10输入的声音信号的实例的波形图。

图3所示的区间A或B表示一个区间，其间用户把手放在送话口上，以便在电话通话期间与另一人交谈或给其他人打电话。如果用户把手从送话口移开，在区间A或B期间的低噪声状态变为一个高噪声状态。在本实施例中，把用户将其手从送话口移开的情况示例地描述为其中低噪声状态持续了一定时段并随后低噪声状态突变到高噪声状态的情况。而且，噪声突然增大的情况进一步包括例如：当电话机1是安装在户内空间的固定电话时，由于窗或门的开启而把环境噪声电平从低状态变化到高状态的情况、或当电话机1是蜂窝电话时，环境噪声电平从低环境变化到高环境的情况。

图4是图示一个估计的噪声信号的波形图。

图4示出用于比较的两个波形，一个波形是当图3所示的声音信号输入到图2所示的噪声估计器20时产生的估计的噪声信号的波形，另一波形是在图2所示的噪声估计器20中不包括最小值限制电路20B的情况下的估计的噪声信号的波形。如果不包括最小值限制电路20B，则噪音估计器20将不对从加法器26输出的噪声电平的最小值进行限制。因此，如果其中用户把手放在送话口上的状态，即其中较小噪音输入到麦克风10的状态持续下去，则从该积分电路22输出的估计的噪声信号被连续降低到-75dB，如图4所示。如果用户把手从送话口移开且因此增大了输入到该麦克风10的噪声，则由于降到-75dB的信号电平不能快速作出响应，所以在对该噪声电平估计中出现延迟。因此，噪声估计器20不跟随噪声的突然增大，从而不能精确地估计该噪声电平。

同时，根据本实施例的电话机1(噪声估计器20)通过该最小值限制电路20B把从加法器26输出的噪声电平的最小值限制在-40dB。因此，如图4所示，即使其中用户把手放在送话口上的状态持续下去，估计的噪声信号的信号电平也不会降低到-40dB或小于-40dB。而且，如图4所示，如果用户把手从送话口移开，与不包括最小值限制电路20B的情况相比，该信号电平能更迅速地增大。因此，抑制了该噪声电平的估计的延迟，从而改进了随后工作。

在图4所示的实例中，用于判断是否在声音强调处理器30和50中执行了声音强调处理的参考值被设置为-34dB。此外，在最小值限制电路20B中用于与该噪声检测器20A的输出相比较的缺省值被设置为-40dB。就是说，在最小值限制电路20B中的缺省值被设置为比在声音强调处理器30和50中的参考值小6dB。因此，在最小值限制电路20B中的缺省值需要具有小于声音强调处理器30和50中的参考值的一个值。然而，由于最小值限制电路20B中的缺省值比声音强调处理器30和50中的参考值小很多是无意义的，所以在最小值限制电路20B中的缺省值需要被设置为使得该缺省值具有适当地小于(例如几个dB左右)声音强调处理器30和50中的参考值的一个值。

图5是发送音量和接收音量的图示。

图5的曲线示出了作为声音强调处理的调整发送音量或接收音量的实例。如上所述，如果不包括该最小值限制电路20B并且如果用户把手从送话口移开，则在噪声电平的估计中出现延迟。因此，用于强调声音的时序被延滞，并且难以听到发送声音或接收声音。但是，根据本实施例的电话机1(噪声估计器20)抑制该噪声电平的估计的延迟。因此，如图5所示，与其中不包括最小值限制电路20B的情况相比较，当用户把手从送话口移开时发送音量或接收音量的增益能被迅速增大。即，由于与其中不包括最小值限制电路20B的情况相比较，能缩短用于进行声音强调的时序，所以能改进听到发送声音或接收声音的容易程度。

如上所述，本实施例的电话机1(噪声估计器20)提供了最小值限制电路20B、把在估计期间产生的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值、并且在以缺省值替换很低的电平的情况下积分该噪声电平，从而产生一个估计的噪声信号。因此，即使用户把手放在送话口上并因此输入到该麦克风1的低噪声状态持续下去，该估计的噪声信号值也不会降低到小于该缺省值。结果是，即使有在低噪声状态持续一定时段之后变化到高噪声状态的噪声突变，也能精确地估计出噪声的幅度。而且，能改进听到发送语音或接收语音的容易程度。而且，能通过简单的插入结构来安装最小值限制电路20B。

<第二实施例>

图6是根据本发明第二实施例的电话机2的主要部分的构造的框图。

如图6所示，除了噪声估计器20’的结构之外，根据第二实施例的电话机2具有与第一实施例的电话机1相同的结构。噪声估计器20’包括噪声检测器20A’、最小值限制电路20B’、和平滑部分70。噪声检测器20A’检测包括在声音信号中的噪声分量的幅度并且产生指示所检测到的噪声分量的幅值的噪声电平。

最小值限制电路20B把从该噪声检测器20A’产生的噪声电平(在估计期间产生的噪声电平)的最小值限制在一个预定的缺省值。更详细地说，最小值限制电路20B把从噪声检测器20A’产生的噪声电平与该预定的缺省值进行比较。如果该噪声电平小于该缺省值，则该最小值限制电路20B把该噪声电平变为该缺省值。同时，如果该噪声电平大于该缺省值，则该最小值限制电路20B产生从该噪声检测器20A’提供的没有任何变化的噪声电平。如在第一实施例中那样，在最小值限制电路20B中的缺省值被设置为小于在声音强调处理器30和50中的参考值几个dB。

平滑部分70包括积分电路或滤波器，以便平滑最小值限制电路20B的输出。平滑部分70的输出是该噪声估计器20’估计出的最终噪声电平(估计的噪声信号)，并且被提供给声音强调处理器30和50。

因此，即使该平滑部分70被设置在该最小值限制电路20B的后部而不反馈估计的噪声信号，该噪声估计器20’也能通过限制电路20B来限制从该噪声检测器20A’输出的噪声电平的最小值、并且随后平滑(积分)该有限的最小值，从而产生估计的噪声信号。因此，能获得与第一实施例相同的效果。

<改进的实例>

本发明不局限于上述实施例而是例如可按照下面描述的那样改进。此外，能够适当地结合下面描述的两个或多个改进的实例。

(1)如图7所示，除了用于输入发送声音的发送麦克风10B之外还可提供一个噪声采集麦克风10A。在此情况下，该噪声采集麦克风10A被设置的位置不同于其中设置有发送麦克风10B的送话口的位置。即，该噪声采集麦克风10A设置在远离电话机1的送话口的一个位置，例如外壳的后侧等，使得通话者的声音(传输声音)不可能被输入到麦克风10A。因此，能够从噪声采集麦克风10A输入的声音信号中以更高的精度估计出一个噪声电平。在图7所示的结构中，从噪声采集麦克风10A输出的声音信号只提供给噪声估计器20。声音强调处理器30通过一个根据估计的噪声信号值的强调量来执行声音强调处理。

(2)虽然上述实施例中既对发送声音又对接收声音执行了声音强调处理，但可对于发送声音或接收声音之一执行声音强调处理。如果只对发送声音执行声音强调处理，则不需要用于接收声音的声音强调处理器50。而且，如果只对接收声音执行声音强调处理，则不需要用于发送声音的声音强调处理器30。

(3)在其中输入发送声音的声音区间和其中只有噪声输入的噪声区间之间，最好是能够在噪声区间中精确地估计出噪声电平。因此，可以通过分析从麦克风10输入的声音信号的信号电平、频谱、自相关等来判定是否有传输声音，并且可在根据该判定结果而检测到噪声区间之后，从噪声区间中的声音信号中估计一个噪声电平。此外，通过在考虑到在噪声区间中估计出来的噪声电平的情况下获得声音区间的噪声电平，能更精确地估计出声音区间的噪声电平。

(4)本发明可被用作噪声估计装置，用于估计使用麦克风的环境噪声的幅度。例如，本发明可以用于噪声测量装置，用于测量例如演播室、音乐厅或卡拉OK房的声学空间中的噪声幅度。虽然上述实施例中把根据本发明的通话装置用于电话机，但该通话装置也适用于无线电装置或对讲机。该电话机包括固定电话、蜂窝电话、IP电话、电视电话等。

Claims (9)

1.一种噪声估计装置，包括：

麦克风，其将声音转换成电信号并将该电信号作为声音信号输出；以及

噪声估计器，其执行估计，用于对包含在所述声音信号中的噪声分量的幅度进行估计，以便产生一个估计的噪声信号，

其中所述噪声估计器把在所述估计期间的声音信号中包含的噪声分量的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值，并且对具有该有限最小值的噪声电平进行积分，以便产生所述估计的噪声信号。

2.根据权利要求1的噪声估计装置，

其中，所述噪声估算器包括一个幅度检测电路，其检测所述声音信号的幅度，以便产生表示包含在所述声音信号中的噪声分量的噪声电平的一个幅度信号；以及积分电路，其对所述幅度信号进行积分，和

其中所述积分电路包括一个最小值限制电路，其把由在所述估计期间产生的所述幅度信号表示的噪声电平的最小值限制在所述预定的缺省值。

3.根据权利要求2的噪声估计装置，

其中所述积分电路包括：延迟电路，其延迟所述最小值限制电路的输出；和混合电路，其以一个规定的比例混合所述幅度信号和所述延迟电路的输出，并且

其中通过把所述混合电路的输出提供至所述最小值限制电路的输入，来获得所述最小值限制电路的输出作为估计的噪声信号。

4.根据权利要求1的噪声估计装置，其中所述噪声估计器包括：

噪声检测电路，其检测包含在所述声音信号中的噪声分量的噪声电平；

最小值限制电路，其把在所述估计期间检测到的噪声电平的最小值限制在所述预定的缺省值；和

平滑电路，其平滑所述最小值限制电路的输出。

5.根据权利要求1的噪声估计装置，其中所述噪声估计器包括：

噪声检测电路，其检测包含在所述声音信号中的噪声分量的噪声电平，该噪声电平根据麦克风周围的声音量而变化；和

最小值限制电路，其把变化的噪声电平与所述预定的缺省值进行比较，并且当该变化的噪声电平降到所述预定的缺省值之下时，所述最小值限制电路进行操作，以便通过所述预定的缺省值来截断该变化的噪声电平，从而把所述噪声电平的最小值限制在所述预定的缺省值。

6.一种通话装置，包括：

麦克风，其将声音转换成电信号并将该电信号作为声音信号输出；

噪音估计器，其执行估计，用于对包含在所述声音信号中的噪声分量的幅度进行估计，以便产生一个估计的噪声信号，

其中所述噪声估计器把在所述估计期间的声音信号中包含的噪声分量的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值，并且对具有该有限最小值的噪声电平进行积分，以便产生所述估计的噪声信号；和

声音强调处理器，其通过对应于所述估计的噪声信号的幅度的一个强调量来对将要从所述通话装置发送的一个发送语音或将要由所述通话装置接收的一个接收语音实施强调处理。

7.根据权利要求6的通话装置，其中所述发送语音包含在从所述麦克风输出的声音信号中的、或包含在从与所述麦克风分开地提供的由发送麦克风所产生的一个发送声音信号中。

8.根据权利要求6的通话装置，其中所述通话装置包括：

接收器，其接收一个接收声音信号；和

编解码器，其解码或扩展由所述接收器接收到的接收声音信号，其中所述接收语音包含在从所述编解码器输出的接收声音信号中。

9.一种噪声估计方法，包括步骤：

第一步骤，通过把声音转换成一个电信号而产生一个声音信号并把该电信号作为所述声音信号输出；以及

第二步骤，通过执行用于估计包含在所述声音信号中的噪声分量的幅度的估计而产生一个估计的噪声信号，其中

第二步骤把在所述估计期间的声音信号中包含的噪声分量的噪声电平的最小值限制在一个预定的缺省值，并通过对具有该有限最小值的噪声电平进行积分来产生所述估计的噪声信号。

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