CN102428657B - 全双工音频通信终端 - Google Patents

Abstract

一种全双工音频通信终端(100)，包括安置在所述终端的传输通道上的噪声衰减模块(4)。所述噪声衰减模块包括两个激活阈值，所述两个激活阈值分别被调整为大于由终端产生的传输信号(TC)的噪声强度以及回音强度。根据由所述终端接收的信号(R)的检测选择第一或第二激活阈值。因此获得对传输信号中来自接收信号的回音的抑制的改进，其与全双工通信的原理兼容。优选地，所述噪声衰减模块处理由回音补偿器(2)产生的传输信号。因此进一步减少在已经由回音补偿器处理的传输信号中仍然存在的残余回音。

Description

全双工音频通信终端

技术领域

本发明涉及能够以全双工通信模式发送和接收音频信号的通信终端。本发明还涉及使用全双工通信模式传输音频信号的方法。

背景技术

在全双工通信模式中，两个终端能够同时交换通信信号，例如在本地终端和远程终端之间。即，通信信号能够自本地终端传输到远程终端，同时其它通信信号沿着另一方向自远程终端传输到本地终端。

当通信信号是音频信号时，由各终端接收的信号由此终端通过扬声器转换成音频信息。当终端的麦克风接收到话语或声音，它将话语或声音转换成由该终端传输到另一终端的通信信号。

然而，在各终端，接收到音频通信信号后产生的音频信息可能部分被该终端的麦克风捕获。接着其被传输到产生初始通信信号的另一终端，且自该另一终端产生音频信号。这就是发生在全双工音频通信中的回音现象。

回音还可能由通信期间在一个或其它终端间产生的串音导致的。

无论回音的起源是什么，回音对终端用户来说是令人不悦且烦人的。因此，已经研究了若干方法用于将它们减少到不将人激怒的水平。

这些方法中的第一种包括将回音补偿器放置在终端的音频通信信号的发射器的输出端。这样的回音补偿器的工作原理在于寻找终端接收的信号对待由该终端传输的信号的贡献。接着将产生此贡献的接收信号通过调节振幅系数自待传输的信号中减去，使得其中已经最大限度地去除此贡献的有用信号被发送。当接收信号对待传输的信号的贡献的或回音，基本与接收的信号成比例时，称为线性补偿器的这样的回音补偿器是尤其有效的。然而，当在形成回音时发生诸如饱和的非线性特性时，它不够有效。

还存在非线性回音补偿器，该非线性回音补偿器在目前的非线性回音机制中能够更好地补偿回音。这些非线性回音补偿器使用回音形成模型，该回音形成模型能够根据实际检测到的回音以适当的方式变化。这样的非线性回音补偿器高度复杂，且当实际回音不再对应于使用的回音形成模型时，回音补偿器再次不够有效。

第二种方法包括在全双工通信终端的传输通道内插入回音抑制器。当信号被同时接收时，这样的回音抑制器使传输的信号衰减。因此包含在传输的信号中的回音被衰减。因此，当在同一时刻传输的信号没有携带特意产生的有用内容时，这样的抑制器是有用的。但在由终端接收信号的同时存在这样的有用内容，该有用内容也被衰减，这破坏了全双工通信模式的目的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是减少可能出现在全双工通信中的回音，而对这样的通信的工作没有不良影响。

本发明的另一目的是当回音很烦人时，即当至少一个通信方可感知到回音时，减少这样的通信的回音。

为实现这些目的，本发明提出一种用于工作在全双工音频通信模式的通信终端，所述终端包括：

检测器，用于由所述终端接收的信号，所述检测器用于产生接收检测信号，所述接收检测信号指示接收信号的存在或不存在；以及

噪声衰减模块，所述噪声衰减模块安置成当所述终端产生的传输信号的强度小于激活阈值时，将所述传输信号衰减。

根据本发明，所述噪声衰减模块还用于以根据所述接收检测信号而变化的方式来选择用于所述激活阈值的值：当所述接收信号不存在或存在时，分别为所述激活阈值选择第一值或第二值，所述第一值小于所述第二值。此外，所述通信终端用于确定为所述激活阈值选择的所述第一值和所述第二值，使得所述第一值还大于所述传输信号的噪声强度，且所述第二值还大于在所述传输信号中存在的所述接收信号的贡献的强度。

因此，当所述接收信号检测器指示没有信号被接收时，噪声衰减模块以激活阈值的最小值工作，该激活阈值的最小值称为第一值。此第一值可以被设为略微大于传输信号的噪声强度，以便在传输信号中不存在有用内容时，将此传输噪声衰减，但一旦这样的有用内容存在时，不会将传输信号的有用内容衰减。

当接收信号检测器指示信号实际上由所述终端接收到信号时，所述噪声衰减模块以激活阈值的最大值工作，该激活阈值的最大值被称为第二值。此第二值可以被设为略微大于在由终端产生的传输信号中的、由接收信号产生的回音的强度。然而，所述激活阈值的第二值保持低于所发送信号中有用内容的强度。因此，与传输的信号的有用内容相比，回音被处理为噪声。当具有有用内容的信号被传输时，回音没有被衰减，但是当传输的信号的有用内容的强度超过回音的强度时，但回音几乎不能察觉到或察觉不到，且对其它终端的用户来说是不烦人的。

以此方式，根据本发明的终端能够降低在全双工通信期间可察觉的回音，而不会降低双方向同时传输的音频信号的效率。此外，当没有接收到信号时，由于没有回音干扰，因此该终端能够传输对应于低声幅值的信号，诸如耳语信号。

本发明的一个优点是它仅使用简单且便宜的组件。

在本发明的各实施方式中，可以单独地或组合使用如下关于所述噪声衰减模块的改进的至少一个：

-当这些传输信号的强度增加到激活阈值的选择值之上时，在传输信号的、可变持续时间的衰减减少时间段期间，可以允许逐渐减少衰减。则优选地，与所述接收检测信号指示所述接收信号不存在的情况相比，当所述接收检测信号指示所述接收信号存在时，衰减减少的时间段更长。

-当这些传输信号的强度减少到激活阈值的选择值之下时，在传输信号的、可变持续时间的衰减增加时间段期间，允许逐渐增加的衰减。则优选地，与所述接收检测信号指示所述接收信号不存在的情况相比，当所述接收检测信号指示所述接收信号存在时，所述衰减增加的时间段更短。

-还可以允许在所述接收检测信号指示接收信号存在或不存在两种情况的至少一种中，以可变方式选择激活阈值的值，所述可变方式是基于所述传输信号的强度是增加还是减少。即，在接收信号存在和/或不存在时，所述噪声衰减模块根据传输信号的强度变化呈现功能性滞后；以及

-可以允许如果这些传输信号的强度减少到低于所述激活阈值的选择值，在设定的时间段之后且如果在此时间段期间所述传输信号的强度保持低于所述激活阈值的选择值，将所述传输信号衰减。

本发明还提出一种使用全双工通信模式传输音频信号的方法，包括如下步骤：

-/1/确定由通信终端产生的传输信号的噪声强度，以及存在于所述传输信号中的、由所述终端接收的所述信号的贡献的强度；且

-/2/当所述传输信号的强度小于激活阈值时，将所述传输信号衰减。

根据本发明，激活阈值的值根据是否检测到由终端接收的信号而变化。因此，当没有检测到接收信号时，选择激活阈值的第一值，该第一值小于当检测到接收信号时选择的激活阈值的第二值。另外，为激活阈值选择的第一值大于所述传输信号的噪声强度，且为激活阈值选择的第二值大于所述传输信号中存在的接收信号的贡献的强度。

本发明的可选改进方案适用于这样的情况：传输信号中存在的接收信号的贡献的强度与传输信号的有用内容的强度相当，或大于传输信号的有用内容的强度。在此改进方案中，通信终端还包括回音补偿器，所述回音补偿器安置成接收由所述终端产生的初始传输信号作为输入，且产生回音补偿传输信号作为输出，回音补偿传输信号对应于初始传输信号减去存在于所述初始传输信号中的由所述终端接收的信号的贡献的部分。接着，噪声衰减模块被安置成当这些回音补偿传输信号的强度小于所述激活阈值的选择值时，将所述回音补偿传输信号衰减。同时，为激活阈值选择的所述第一值大于所述回音补偿传输信号的噪声强度，以及为激活阈值选择的所述第二值大于在所述回音补偿传输信号存在中的所述接收信号的残余贡献的强度。

回音补偿器确保在所有情况下，在由所述噪声衰减模块处理的传输信号中存在的接收信号的残余贡献的强度比所述传输信号的有用内容的强度低。即，在所述回音补偿传输信号中存在的残余回音的强度低于所述回音补偿传输信号的有用内容的大型。因此即使当在初始传输信号中存在大回音时，也可能通合适地选择激活阈值的第二值，将回音补偿传输信号中的残余回音与有用内容区分开。

在此情况下，本发明的传输方法还包括下列的在先步骤：

-/A/在由所述通信终端产生的传输信号中，补偿存在于所述传输信号中、由所述终端接收的信号的贡献的部分，以便产生回音补偿传输信号。

接着以如下方式使用所述回音补偿传输信号进行步骤/1/和步骤/2/：

/1/确定所述回音补偿传输信号的噪声强度，以及在所述回音补偿传输信号中存在的所述接收信号的残余贡献的强度；以及

/2/当所述回音补偿传输信号的强度小于为所述激活阈值选择的值时，将所述回音补偿传输信号衰减。

还用于以如下方式进行激活阈值的值的选择：第一值大于回音补偿传输信号的噪声强度，且所述第二值大于在所述回音补偿传输信号中存在的所述接收信号的残余贡献的强度。

附图说明

通过如下结合附图对示例的非限制性描述，本发明的其它特征和优点将清晰，其中：

-图1示出能够应用本发明的两个通信终端；

-图2是示出图1的终端之一内的本发明的实施方式的框图；

-图3是示出设置用于本发明的激活阈值的图；

-图4是示出本发明的原理的逻辑图。

具体实施方式

在这些附图中，相同的附图标记或符号当在不同的附图中重复使用时，具有相同的意思。

本发明可以用于两个移动电话终端100和200内部，如图1所示。终端100的用户101和终端200的用户201互相间距一定距离，使得终端100和终端200能够相对于彼此被指定为本地终端和远程终端。箭头300表示用于正在进行的音频通信会话的全双工无线通信链路。

如图2所示，终端100包括终止在接收器10的信号接收通道R，接收器10标记为接收器(RECEPT)。这样的接收通道的结构被认为是已知的，且这里不描述。信号接收通道R包括检测器1，该检测器1产生接收检测信号。此信号指示信号R实际上是实时接收还是以可调的延时接收。

终端100还包括用于有用信号的传输通道，传输通道标记为TU。传输通道包括信号源，该信号源被标记为信号源(SOURCE)且具有附图标记20。此信号源产生标记为T0的初始传输信号。传输通道还包括回音补偿器2、噪声强度检测器3和噪声衰减模块4。该噪声强度检测器3和噪声衰减模块4分别标记为噪声检测器(NOISE DETECT)和噪声衰减模块(NOISE ATTEN)。

在已知的方法中，回音补偿器2寻找接收的信号R和初始传输信号T0之间的关联。回音由将接收通道和传输通道连接的箭头E象征性地表示。当找到这样的关联时，回音补偿器2确定信号T0内信号R的贡献，且自信号T0中减去信号R来减少此贡献。在减去期间调整信号R的幅值，以更好地补偿信号T0内的信号R的贡献。因此回音补偿器2产生传输信号，该传输信号是回音补偿且标记为TC。这样的回音补偿器是线性类型。因此它是简单且便宜的，还可以使用不同类型的回音补偿器。

信号TC还包含残余的回音E，具体地，残余的回音E对应于回音E的非线性形成机制。

终端100的回音补偿器2或辅助部件确定出现在回音补偿的传输信号TC中的残余回音强度。此残余回音强度标记为<E>。

检测器1可能还用于根据这些接收的信号对初始信号T0的贡献为零或非零来分别以第一或第二采集速率检测接收的信号。即，不存在回音时采用检测器1的第一采集速率，且在存在回音时，采用第二采集速率。因此，优选地第一采集速率低于第二采集速率，以减少终端100的功耗。检测器1的采集速率的这样的改变与回音补偿器2的使用无关。即使在终端100的接收通道中不使用回音补偿器，它也可以实施。

噪声强度检测器3确定存在于回音补偿传输信号TC中的噪声强度。此噪声强度标记为<N>。该强度<E>和/或<N>可以根据信号TC内的变化以已知的方法动态地调节。可替选地，强度<E>和/或<N>可以具有初始确定的值。

接着定义两个激活阈值：第一阈值和第二阈值，该第一阈值标记为Th1且大于噪声强度<N>，该第二阈值标记为Th2且大于残余回音强度<E>。如果存在于信号TC内的残余回音是可觉察的，则强度<E>大于强度<N>。优选地，选择强度Th1稍高于强度<N>，以减少低幅值的信号TC的有用部分的衰减。基于同样的理由，优选地还选择强度Th2稍大于强度<E>。

图3是象征性示出回音补偿传输信号TC随着时间的变化的图。t表示时间，在x轴上示出。通常，信号的强度被理解为表示其绝对幅值的平均值，该平均值是在大于信号内含有的噪声的时间特性、但小于与此信号的有用内容和/或与可能出现残余回音有关的变化的时间段内计算的。信号TC在标记为d₁的时间段期间包含有用的传输部分、在标记为d₂的时间段期间包含没有有用传输信号部分的残余回音部分，且在标记为d₀的时间段期间只包含的噪声。此外，在标记为d₃的时间段期间，传输信号的有用部分叠加到残余回音部分。该图示出了强度<N>和<E>，以及激活阈值Th1和Th2。

图4是衰减模块4的功能性表示。它包括两个衰减器41和42，以及控制器43，衰减器41和42分别标记为ATT1和ATT2，控制器43标记为CTRL。各衰减器41、42根据固定的衰减系数减少其接收作为输入的信号的幅值。在此图中使用的代表性符号和常规内容对本领域技术人员来说是已知的。

当在残余回音方面所需的性能是-65dBfs(关于总变化幅值计算的分贝，dBfs是“相对于全刻度的dB”的缩写)，且回音补偿器2允许在存在非线性回音机制时获得-55dBfs的残余回音强度，衰减器42可以具有10dB的衰减系数以及-50dBfs的激活阈值。接着衰减器42能够实现在有用传输信号TU中获得-65dBfs的残余回音。

当没有回音时有用传输信号TU内的噪声所需的性能是-70dBfs，同时传输信号TC的噪声强度是-65dBfs时，衰减器41可以具有5dB的衰减系数以及-60dBfs的激活阈值Th1。

回音补偿传输信号TC根据检测器产生的接收检测信号最先被导引到支路11或支路12。这样，如果检测器1的信号指示信号R被接收，则通过如下的支路12处理信号TC，且如果检测器1的信号指示信号R没有被接收，则通过如下的支路11处理信号TC。则由衰减模块4处理信号TC取决于这些信号TC的强度。

当由支路11处理信号TC时，意味着不存在很可能产生残余回音的接收信号R，如果信号TC的强度小于激活阈值，通过衰减器41处理信号TC。则信号TC被衰减，意味着根据衰减器41的衰减系数减小信号TC的幅值。此情况对应于图3中指示的时间段d₀。相反地，如果信号TC的强度大于激活阈值Th1，则信号TC直接由支路11传输而无需衰减。此情况对应于图3中指示的时间段d₁。

当由支路12处理信号TC时，意味着存在能够产生残余回音的接收信号R时，如果信号TC的强度小于激活阈值Th2，通过衰减器42处理信号TC。此情况对应于图3中指示的时间段d₂，且当信号R不产生残余回音时可能还对应于时间段d₀的部分。接着，衰减器42根据其衰减系数减小回音补偿传输信号TC的幅值。如果信号TC的强度大于激活阈值Th2，则信号TC直接由支路12传输而无需衰减。此最后一情况对应于图3中指示的时间段d₁和d₃。在时间段d₃期间，在有用传输信号TU中传输残余回音。但它是不会令人恼怒的，因为它叠加在信号TC的有用内容之上。

在第一改进方案中，各衰减器41、42可以根据衰减系数将信号TC衰减，在信号TC的强度增加到对应的激活阈值Th1或Th2上之后，该衰减系数在针对信号TC的减少衰减的期间，通过产生逐渐变小的衰减而变化。然后衰减器41的减少衰减的持续时间优选地短于衰减器42的减少衰减的持续时间，以避免在不存在回音时将传输信号的有用部分的起始部分衰减，且对具有大于激活阈值Th2的瞬间强度的残余回音的出现较不敏感。

在第二改进方案中，各衰减器41、42还可以根据衰减系数将信号TC衰减，在信号TC的强度降低到小于对应的激活阈值Th1或Th2之后，该衰减系数在针对信号TC的增加的衰减期间，通过产生逐渐增大的衰减而变化。然后衰减器41的增加的衰减的持续时间优选地长于衰减器42的增加的衰减的持续时间，以避免在不存在回音时将传输信号的有用部分的末端衰减，且当存在残余回音时，回复到残余回音的有效降低。

在第三改进方案中，用于衰减器41和衰减器42中的至少一个的激活阈值可以根据信号TC的强度是增加还是减小而不同。这样的改进允许微调第一或第二改进方案中的刚描述的效果。其还允许降低用户201对衰减器41和衰减器42的激活以及非激活的听觉感知。

在第四改进方案中，当信号TC的强度降低到低于对应的激活阈值Th1或Th2时，衰减器41和衰减器42可以在到达激活阈值后以预定延时被激活。然后如果信号TC的强度以预定延迟时段保持在对应的激活阈值之下，衰减器41或42的激活是有效的。在此方式中，可能避免产生仍然听得到的激活事件。

应理解，通过改变已描述的实施方式的特定方面能够实施本发明。具体地，回音补偿器2并不是在所有的情况下都是必需的。此外，终端100的传输和接收通道显然包括除了在本发明的应用中提到那些部件之外的其它部件。这些其它部件是熟知的，且由此没有被描述。

Claims (14)

1.一种用于工作在全双工音频通信模式下的通信终端（100），所述终端包括：

检测器（1），用于检测由所述终端接收的信号，所述检测器适于产生接收检测信号，所述接收检测信号指示接收信号（R）的存在或不存在；以及

噪声衰减模块（4），所述噪声衰减模块（4）布置成当所述终端产生的传输信号的强度小于激活阈值时，衰减所述传输信号，

其特征在于，所述噪声衰减模块（4）还用于以根据所述接收检测信号而变化的方式来选择用于所述激活阈值的值：当所述接收信号不存在时，采用选择的第一值，当所述接收信号存在时，采用选择的第二值，所述第一值小于所述第二值，

所述终端还用于确定为所述激活阈值选择的所述第一值和所述第二值，使得所述第一值还大于所述传输信号的噪声强度（＜N＞），且所述第二值还大于在所述传输信号中存在的所述接收信号（R）的贡献的强度（＜E＞）。

2.如权利要求1所述的终端，还包括回音补偿器（2），所述回音补偿器（2）布置成接收由所述终端（100）产生的初始传输信号（T0）作为输入，且产生回音补偿传输信号（TC）作为输出，所述回音补偿传输信号（TC）对应于初始传输信号减少了在所述初始传输信号中存在的由所述终端接收的信号（R）的贡献的部分；

所述噪声衰减模块（4）被布置成当所述回音补偿传输信号（TC）的强度小于所述激活阈值的选定值时，衰减所述回音补偿传输信号（TC）；

为激活阈值选择的所述第一值大于所述回音补偿传输信号（TC）的噪声强度（＜N＞），以及为激活阈值选择的所述第二值大于在所述回音补偿传输信号中存在的所述接收信号（R）的残余贡献的强度（＜E＞）。

3.如权利要求1或2所述的终端，其中所述噪声衰减模块（4）还用于当所述传输信号的强度增加到大于激活阈值的选定值时，在可变持续时间的衰减减少的时间段期间，进行传输信号的逐渐减小的衰减，

当所述接收检测信号指示所述接收信号（R）存在时，所述衰减减少的时间段长于当所述接收检测信号指示所述接收信号不存在时所述衰减减少的时间段。

4.如权利要求1或2所述的终端，其中所述噪声衰减模块（4）还用于当所述传输信号的强度降低到小于激活阈值的选定值时，在可变持续时间的衰减增加的时间段期间，进行传输信号的逐渐增加的衰减，

当所述接收检测信号指示所述接收信号（R）存在时，所述衰减增加的时间段短于当所述接收检测信号指示所述接收信号不存在时所述衰减增加的时间段。

5.如权利要求1或2所述的终端，其中所述噪声衰减模块（4）还用于，在所述接收检测信号指示接收信号（R）存在的第一情况中，或在所述接收检测信号指示接收信号（R）不存在的第二情况中，或者在所述第一情况以及所述第二情况中，基于所述传输信号的强度是增加还是减少以可变方式来选择激活阈值的值。

6.如权利要求1或2所述的终端，其中所述噪声衰减模块（4）还用于在规定的时间段之后如果所述传输信号的强度降低到小于激活阈值的选定值，且如果在所述规定的时间段期间所述传输信号的强度保持小于所选择的激活阈值的值，将所述传输信号衰减。

7.如权利要求1或2所述的终端，其中用于所接收的信号的检测器（1）用于根据所述接收信号对所述传输信号的贡献为零或者非零，而分别以第一采集速率或第二采集速率来检测所述接收信号（R），所述第一采集速率低于所述第二采集速率。

8.一种根据全双工通信模式的音频信号传输方法，包括如下步骤：

/1/确定由通信终端（100）产生的传输信号的噪声强度（＜N＞），以及在所述传输信号中存在的所述终端接收的信号（R）的贡献的强度；且

/2/当所述传输信号的强度小于激活阈值时，将所述传输信号衰减；

其特征在于，所述激活阈值具有以根据是否检测到由所述终端接收的信号（R）而变化的方式来选择的值：当没有检测到接收信号时，选择第一值，当检测到接收信号时，选择第二值，所述第一值小于所述第二值，

所选择的第一值还大于所述传输信号的噪声强度（＜N＞），且所选择的第二值大于存在于所述传输信号中的接收信号（R）的贡献的强度。

9.如权利要求8所述的方法，还包括下列在先步骤：

在由所述通信终端（100）产生的传输信号（T0）中，补偿所述传输信号中存在的所述终端接收的信号（R）的贡献的部分，以产生回音补偿传输信号（TC）；

其中，使用所述回音补偿传输信号（TC）以如下方式执行步骤/1/和步骤/2/：

/1/确定所述回音补偿信号的噪声强度（＜N＞），以及在所述回音补偿传输信号中存在的所接收信号（R）的残余贡献的强度（＜E＞）；以及

/2/当所述回音补偿传输信号的强度小于为所述激活阈值选择的值时，衰减所述回音补偿传输信号（TC）；

为激活阈值选择的第一值大于所述回音补偿传输信号（TC）的噪声强度（＜N＞），且为所述激活阈值选择的第二值大于在所述回音补偿传输信号中存在的所接收信号（R）的残余贡献的强度（＜E＞）。

10.如权利要求8或9所述的方法，其中，当所述传输信号的强度增加到大于选择的激活阈值的值时，则在衰减减少的可变时间段内，所述传输信号的衰减逐渐减少，

当检测到接收信号（R）时衰减减少的时间段长于当没有检测到接收信号时衰减减少的时间段。

11.如权利要求8或9所述的方法，其中，当所述传输信号的强度降低到小于选择的激活阈值的值时，则在衰减增加的可变时间段内，所述传输信号的衰减逐渐增加，

当检测到接收信号时衰减增加的所述时间段短于当没有检测到接收信号时衰减增加的所述时间段。

12.如权利要求8或9所述的方法，其中，在所述接收检测信号指示接收信号（R）存在的第一情况中，或在所述接收检测信号指示接收信号（R）不存在的第二情况中，或者在所述第一情况以及所述第二情况中，所述激活阈值的值还以根据所述传输信号的强度是增加还是减少而变化的方式选择。

13.如权利要求8或9所述的方法，其中，如果所述传输信号的强度降低到选择的激活阈值的值下时，则在规定的时间段后，如果在所述规定的时间段期间所述传输信号的强度保持低于所述选择的激活阈值的值，将所述传输信号衰减。

14.如权利要求8或9所述的方法，其中，根据所述接收信号对所述传输信号的贡献为零或非零，而分别以第一采集速率或第二采集速率来检测所述接收信号（R），所述第一采集速率低于所述第二采集速率。