CN1038730A - 利用衰减的充填噪声改善通信系统中主观评定性能的技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在通信系统中提供充填噪声的一种方法。该方法包括对有效和无效信息信号到指定终端用户的传输期间的检测(16)，和对到该指定终端用户的信息信号传输中通常出现的背景噪声的测量(17)。在信息信号向指定的终端用户传输的间隙内产生一个传送到指定的终端用户的充填噪声信号(21、22)，其电平低于所测到的背景噪声。当充填噪声为所测到的背景噪声电平的-1dB到-6dB时，可以改善诸如话音传输的主观评定性能，而在-3和-6dB噪声匹配电平之间具有最好的主观评定性能。

Description

本发明是关于改善通信系统或通信网络中主观性能的一种技术，更具体地说，在通话过程中，当没有话音或其他信息信号向终端用户传送的瞬间，将充填噪声电平送到所连接的终端用户，当同时接收到信息信号和噪声信号时，充填噪声电平为低于信道上正常电平的一个预定值。

在一些通信系统中已经发现，当没有话音或数据信号出现时，插入噪声是有许多优点的。更具体地说，例如在分组通信系统中，一个通路接口（AI）只有当其话音检测器确定在中继线上存在有效话音时才产生话音数据组。当在分组数据中遇有间隙时，接收的AI便插入一定的噪声，其电平相当于在中继线路中所呈现的背景噪声的连续实时测算值。这些测算值可以在发送AI中产生，并以分组数据的报头或标题的形式传送到接收AI。进行噪声插入可以防止话音质量的降低，话音质量的降低是由于背景噪声电平随话音传输通、断产生的明显的不连续性而引起的。术语“噪声脉动”（noise    Pumping）常常用来描述与不完全的背景噪声匹配相关的噪声电平的突变。

利用噪声匹配技术的典型通信系统已有文献进行介绍，例如：

（1）R.L.Easton等人的文章“TASI-E    Communication    System”IEEE

Transactions    On    Communications    Vol.COM-30，No.4，April    1982，第803-807页特别是第804-805页;

（2）1983年10月4日授予D.H.A.Black等人的的美国专利4408324号。

在这种通信系统中，使用一个信道检验装置特别对该系统的各信道的噪声进行周期地测量，然后测出的信道噪声与测出的入中继线路背景噪声一起在该信道寂静期间进行噪声匹配。换句话说，当中继线路没有接到信道时，这种通信系统便在信道的发送和接收端插入噪声，使该信道输出端的总噪声等于当中继线路接至该信道并通过该信道传送信号时的噪声，从而避免了诸如噪声脉动的种种影响。

类似的技术也应用在数字会议电话设备中，例如在1984年11月13日授予M.A.Marouf等人的美国专利4482998第中所描述的那样。会议电话的连接是由桥接的许多端口形成的，当在会议电话的连接中暂时无人讲话时，只有少数选定的端口维持在保持状态以在桥路上产生背景噪声，这样可以保证每个与会者接收到某一最小的背景噪声，以消除与会者与会议隔断的感觉。

现有技术中仍需要解决的问题是，如有可能，提供一种能够进一步改善通信系统的主观评定性能的技术，其中包括话音插入，并可以包括或者不包括噪声匹配。

按照本发明，现有技术中的上述问题已经得到了解决，本发明是关于诸如具有话音插空的宽带分组技术（WPT）通路接口（AI）通信系统的一种技术，其特征在于，对发送机端的噪声测量值或在接收机端再生的充填噪声进行衰减或降低，使之比通信时在信道上正常收到的噪声平均监测电平减少一个预定的数量，然后在信息传输的周期内送到终端用户。

图1是本发明采用的降低充填噪声技术的典型通信系统的各主要部件的框图;

图2表示图1的发送机中话音检测器、噪声测量装置和衰耗器组合的一种典型布局;以及

图3表示改善话音传输主观评定性能的典型结果的曲线图，这一改善的结果是通过在话音传输间隙期间降低充填噪声，使之低于在匹配噪声电平正好等于输入噪声电平那一点（odB）的电平获得的。

图1仅仅表示出实行本发明的噪声匹配技术的通信系统中发送机10和接收机20的主要部分，图中信息信号的检测和噪声的测量是在发送机10上实现的，并用在发送机10和相应的接收机20中。为了下文解释方便起见，假设用作发送机10输入的信息信号为话音信号，但应当这样理解，信息信号可以包括任何其他的信息信号，例如是使具有远处接收机的某个人可以收听的音乐信号。此外，还应当这样理解，由于传输方式是任意的，因此任何信息信号的传输方式都可以用来实现本发明的噪声匹配，例如模拟传输、数字传输或者宽带窄带频谱的分组传输。

更具体地说，在连接两个话音通信终端用户时，来自输入端11的第一终端用户的输入话音信号被传送到：（a）开关装置12的第一输入端13;（b）话音检测器16;（c）噪声测量装置17。其他输入信号，如数据信号可以作为一个输入信号提供到开关装置12的第二输入端子14，通过发送机10和接收机20之间的同一通信信道18发送出去。话音检测器16监测输入端11，以确定话音信号是有效的（有话音信号存在）还是无效的（无话音信号存在）同时提供一个表示话音信号有效性的输出控制信号，这个有效性信号由发送机10中的开关装置12接收，也经由通信信道18由远端接收机20进行接收。来自话音检测器16的控制信号使发送机10中的开关装置12：（a）当在输入端11检测到话音信号时，把输入端子13与输出端15接通;将检测到的话音信号经由通信信道18传送给接收机20;（b）当在输入端11未检测到话音信号时，使输入端14与输出端15接通，将到达开关装置12的第二输入端14的其他输入信号（当这一输入信号出现时）经由通信信道18传送给接收机20。在开关装置12输入端14的另一输入信号例如可以是一个分组信号，这一分组信号将其分组数据存在存贮器中（未示出），一个选通装置响应于同一话音信号检测器输出的控制信号，使交换装置12的输入端14与其输出端15接通从而进行传输。利用这种方式，当通信信道18没有用来进行话音信号传输时，则可以用来传送其他各种信号，因而提供了一种话音插空技术。

噪声测量装置17用来确定输入端11的话音信号中的背景电平同时产生一个背景噪声电平控制信号，该信号或经由通信信道18直接传送到接收机20，或经由任选的衰减器装置19间接地传送到接收机20。按照本发明，当发送机10中有衰减器装置19时，其功能是将确定的背景噪声电平减小一个预定的数量，而后再经由信道118传送到接收机20。应当这样理解，衰减器装置19是一个任选的部件，因而：（a）该衰减器装置用点划线来表示;（b）在发送机10中可以组成噪声测量装置17的一部分。另一种方式是，可以在接收机20中设置衰减器装置19，如象下文将要说明的那种任选的衰减器装置22。应当这样理解，在通信信道18上传送的并行信息、有效/无效以及噪声值信号是按总通信信号的各分开部分进行传送的。因而可以用任一种合适的方式进行同时传送，例如在分开的导线上或者以一种组合信号的形式，例如用分组数据中报头和信息部分两部分的组合信号，或者用不同子频带的组合信号。还应当懂得，正如下面图2表示的那样，话音检测器16和噪声测量装置17实际上可以组成一个电路部件，但为了便于说明这里还作为分开的部件进行描述。

在接收机20中：（a）有效/无效控制信号部分同时由第一和第二开关装置接收，以便通过这两个开关装置23和27控制通路;（b）信息信号部分在第二开关装置27的输入端28处接收;（c）噪声值控制信号部分由噪声发生器21接收。噪声发生器21响应于由发送机10中的噪声测量装置送来的背景噪声电平控制信号产生与由收到的背景噪声控制信号所指示的背景噪声电平相应的噪声电平。按照本发明，噪声发生器21产生的背景噪声信号可以有两种情况：（a）当来自噪声测量装置17的噪声值信号已先在衰减器19中衰减了预定的数值时，则上述背景噪声信号便直接传送到第一开关装置23的输入端24;或（b）当来自噪声测量装置17的噪声值信号在进行传送之前没有预先经过衰减时，则上述背景噪声信号便经过衰减器22间接地传送到第一开关装置23的输入端24。应当这样理解，任选的衰减器22可以是分开的电路，设置在噪声发生器21的前面或后面，或者组成噪声发生器的一部分。无论是使用衰减器19或22中的那一个衰减器，传送到第一开关装置23的输入端24的最终噪声信号是经过衰减了或减少了的噪声信号，其电平比在发送机10的输入端11确定的背景噪声电平减少了预定的数量。

在系统的操作中，当发送机10中的话音检测器16检测到输入端11的包括背景噪声的话音信号后，便产生一个具有第一数值的控制信号，且将其传送到接收机20，同时使开关装置12将输入端13与输出端15接通，从而将话音信号和所含的背景噪声传送到接收机20。噪声测量装置17连续地测定输入端11所收到的背景噪声电平，并将已衰减（当有衰减器19时）的或未衰减（当没有衰减器19时）的一个噪声数值传送到接收机20。在接收机20中，所收到的未自话音检测器16的第一数值控制信号使第一开关装置23接通其输入端24和输出端25之间的通路，使来自噪声发生器21的任何噪声信号与接收机20的第一输出通路31分开;同时第一数值控制信号还使第二开关装置27接通其输入端28和输出端30之间的通路，以便使所收到的话音信号和所含的背景噪声信号传送到第一输出通路31。

当话音检测器16在接收机10的输入端11没有检测出话音信号时，它便产生一个具有第二数值的控制信号，通过通信信道18传送到接收机20，同时使开关装置12将其输入端14与输出端15接通，从而把其他的输入信号传送到接收机20。在接收机20中，噪声发生器21产生一个噪声信号，其电平由在输入端11的信号的当前测量背景噪声电平规定，或由在上一个检测不到话音信号的期间中所测到的先前测量背景噪声电平值来规定，这一电平是由发送机10中带有或不带有任选的衰减器19的噪声测量装置17确定的。从话音检测器16接收的第二数值控制信号使第一开关装置23接通其输入端24和输出端26之间的通路，从而将从噪声发生器21和任选的衰减器22（当装有这一衰减器时）得到的衰减的充填噪声信号传送到接收机20的第一输出通路31，同时该控制信号还使第二开关装置27接通输入端28和输出端29之间的通路，从而使接收的其他信息信号传送到接收机20的第二输出通路32。

按照上述技术，当在发送机10的输入端11检测到含有背景噪声的话音信号后，则话音和背景噪声信号经由开关装置12和通信信道18传送到接收机20，并借助于第二开关装置27从接收机20传送到其第一输出通路31。因为输入端24和输出端26之间的通路没有接通，所以没有附加衰减的充填噪声信号从第一开关装置23提供给第一输出通路31。当在发送机10的输入端11检测不到话音信号时，则另一输入信号经开关装置12和通信信道18传送到接收机20，代替正常传送的话音信号，在接收机中，该另一信息信号通过第二开关装置27传送到第二输出通路32，同时仅有衰减的充填噪声信号通过第一输出通路31传送到听讲话或可能讲话的终端用户。应当这样理解，接收机20中的第一和第二开关装置23和27可以具有任何适合的结构以实现类似的互联。

在典型的宽带分组技术发送机10，也称之为通路接口（AI）中，根据本发明提供的在发送机10中的噪声匹配的典型装置如图2所示。从图2的装置中可以看出，图1中的话音检测器16、噪声测量装置17以及任选的衰减器19都可以组成话音检测器16的部分电路。噪声匹配包括有两种功能，即噪声电平的测定和噪声的产生。噪声电平的测定是作为话音检测器16中话音检测功能的一部分由下面的一些典型的数字电路实现的。输入端11的话音信号在高通滤波器40中进行高通滤波，以降低交流声和去除任何直流的量。所得信号在整流器41中进行全波整流，而后在低通滤波器42中进行低通滤波。在峰值监测电路43中对产生的包络信号的峰值和最小电平进行监测。这些峰值和最小电平分别作为话音电平和背景噪声电平的度量，并由话音检测器16用来设置其话音门限。根据本发明，当要传送到接收机20的噪声数值在衰减后才向接收机20传送时，则可以利用任选的衰减器19和噪声电平译值器（noise    level    translator）44，以给出减小或衰减了预定数值的一个数字噪声数值。可以这样认为，衰减器19可以放置在噪声电平译值器44的前面或后面，也可以成为噪声电平译值器44的一部分。

在操作中，从话音检测器16的噪声电平测量，使得例如以8比特量传送到噪声电平译值器44和/或衰减器19是可行的。这种表示方式的噪声范围可以分为16个典型部分，并由噪声电平译值器44译为一个4比特的噪声电平值。在与输入端11相连的终端用户为工作状态并给出话音信号的期间，这个4比特的噪声电平值可以在每个话音数据包的报头中传送。当与输入端11相连的终端用户变为不工作状态时，因而不再送出数据包，则噪声电平值在最后一个数据包中传送，并在接收机20中接收。这一噪声电平值用来由噪声发生器21产生一个恰当的随机噪声信号，这一噪声信号通过开关装置23在输出端31插入话音间隙之中。在一种噪声发生器21的典型装置中，对于16个噪声电平的每一电平，噪声发生器21能够产生具有所需噪声功率的脉冲编码多路复用（PCM）样值的随机序列或伪随机序列。

根据本发明，当填充噪声信号减小到低于OdB噪声匹配值时，就会发现，在接收机20的输出端31的输出信号的间隙时间插入充填噪声信号可以改善话音信号的主观评定性能。更具体地讲，在图3所示的实例中，根据本发明的概念，由于充填噪声信号减小到低于OdB噪声匹配值，可以看出话音传输的主观评定性能已经得到了改善。从图3的曲线可以看出，随着背景充填噪声从odB噪声匹配值继续减小，主观评定性能也不断地改善，直至背景噪声到了-3和-6dB噪声匹配值之间的一个最大值为止，这一最大值取决于输入端11的实际噪声电平。在噪声匹配值低于-3dB处，主观评定性能开始下降。从而，该曲线表明当噪声匹配电平减小到0dB以下时终端用户感觉话音传输的主观评定性能更好，具有最好的主观评定性能的噪声匹配电平出现在-3dB和-6dB之间。

Claims (7)

1、在每个第一有效信号传输到指定终端用户之间的空隙时间中，给通信系统中指定的终端用户提供噪声匹配的一种方法，该方法包括以下步骤：

(a)检测第一有效信号和第二无效信号传送到指定终端用户的期间；

(b)与步骤(a)同时，测量发送机输入端的背景噪声电平，或者在第一有效信号和第二无效信号之一的传输期间或两者的传输期间中，提供到终端用户的信号传输。

(c)在步骤(a)中第一有效信号传输的检测期间，将第一有效信号传输到指定的终端用户，以及

(d)在步骤(a)中第二无效信号传输的检测期间中，产生传送给指定终端用户的充填噪声信号，为了改善主观评定性能，传送给指定终端用户的充填噪声信号具有的电平比步骤(b)中在发送机的输入端测出的背景噪声电平衰减了预定的数量。

2、按照权利要求1的提供噪声匹配的方法，其中在执行步骤（d）中所提供的衰减的充填噪声信号的电平在步骤（b）中所测量的背景噪声电平的-1dB和-6dB之间。

3、按照权利要求1的提供噪声匹配的方法，其中在步骤（a）检测的第一有效信号和第二无效信号传输期间分别用来产生第一和第二控制信号，从而导致分别执行步骤（c）和（d）。

4、按照权利要求3的提供噪声匹配的方法，其中该方法还包括步骤：

（e）在执行步骤（a）期间且到第一终端用户的传输为无效，产生第二控制信号时，则使一个不同于第一有效信号传输的第二传输经由一条信道传送到一个指定的第二终端用户，该信道通常用来将第一有效信号传送到第一终端用户。

5、一种用于通信系统中的接收机，其特征在于，该接收机包括：

用于接收从远端发送机来的与第二无效信号传输相交替的第一有效信号传输的装置，第二无效信号传输是指定给该接收机的预定的终端用户;以及

发生和控制装置，（1）该装置响应于指示第一有效信号传输的每个期间的第一控制信号，使收到的第一有效信号传输传送到预定的终端用户;（2）该装置同时响应指示第二无效信号传输的每个期间的第二控制信号和指示远端发送机输入端测到的背景噪声电平的第三控制信号，产生其电平比远端发送机输入端测到的背景噪声电平减小预定数量的一个充填噪声信号，並在每第二无效信号传输期间，使衰减的充填噪声信号传送信号传送给预定的终端用户，用于改善主观评定性能。

6、按照权利要求5的接收机，其特征在于：

上述发生和控制装置产生一个充填噪声信号并将其传送给预定的终端用户，其电平为远端发送机输入端所测到的背景噪声电平的-1dB至-6dB之间。

7、按照权利要求5的接收机，其特征在于：

上述发生和控制装置包括：

开关装置，该装置响应于第二控制信号，用于：（1）将不同于第一有效信号传输的第二信号传输传送到预定的第二终端用户，该第二信号传输经过同一信道从远端发送机接收、指定给预定第二终端用户，在此同时，（2）将衰减的充填噪声信号传送到预定的第一终端用户。

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