CN1202628C - 话音通信中的掩蔽噪声调制和干涉噪声的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善电信系统中的自然的语音传输的方法，在具有非线性转移函数的电信网络中的回声消除期间，在回声出现的时间间隔中的噪声与回声一起衰减，衰减比没有回声的时间间隔期间的噪声的衰减要大。这导致了干扰的、可听到的噪声调制。为实现自然的，清晰的语音传输，在回声消除的时间间隔期间，将噪声插入到噪声间隙内，作为语音间歇期间所估计的噪声的函数。通过加权因子，可以确定插入的噪声的时间变化，从而能考虑人耳的听觉并能实现无声的噪声插入。

Description

话音通信中掩蔽噪声调制和干涉噪声的方法

相关申请

本发明基于德国专利申请DE 10119277.0的优先权，该申请在此引述作为参考。

技术领域

本发明涉及一种在电信系统中改善自然的语音传输的方法。

背景技术

在电信系统中，在语音传输过程中，会出现令人讨厌的回声。在具有免提功能的电信终端中，例如，由扩音器到话筒的声耦合会产生回声，因此，部分接收信号会通过空气途径，以及可能地通过外壳从扩音器耦合到话筒上，进而耦合到处于电信系统远端的说话者。这些回声被称为“声音回声”。另外，所谓的线路回声的发生，是由于2-线/4-线混合电路不匹配造成的，即在电信系统中将装置从两线模拟电路连接到四线数字电路上。

如果在发送信号和接收回声之间存在明显的相关性，那么通过使用自适应有限冲击响应滤波器(FIR)可对回声作补偿，参看DE-A-4430189。然而，举例来说，该方法在移动无线电系统中是不行的，在使用音频/视频多媒体数字信号编解码器和加密算法的移动无线电系统中，作为语音编码和解码过程的结果，发送信号和接收回声之间的相关性已不再存在，从而从发射机到接收机形成非线性转移函数，反之亦然。另外，例如，由扩音器激发的电信终端的振动也会造成非线性。在这些情况中，回声消除需要使用具有非线性函数的处理单元(非线性处理器-NLP)。可用压缩扩展器实现智能化的，经济的非线性函数，例如，参见DE-A-196 11 548。然而，如果将非线性技术用于回声消除，那么在出现回声的时间间隔中的噪声会随回声一起衰减，衰减的程度要大于在没有回声的时间间隔中的噪声的衰减，因此在有可听到的噪声信号的情况下，就出现了干扰噪声调制。

发明内容

因此，本发明的目的是在受噪声影响的信号传输过程中，在回声消除后，在回声时间间隔中插入噪声，以避免干扰/干涉噪声和噪声调制。

为了实现上述目的，本发明提出了一种在电信系统的话音通信的语音间歇期间掩蔽噪声调制和干涉噪声的方法，在该系统中用回声消除器抑制令人讨厌的回声，其中，在受噪声影响的语音传输期间，在语音间歇期间估计噪声电平，并且在回声出现的语音间歇以及回声和噪声被抑制的时间间隔期间，将噪声发生器提供的噪声插入到得到的回声和噪声间隙内，其中插入的噪声电平适应于在语音间歇期间的噪声电平。

本发明还提出了一种用于执行上述方法的电路，其中有噪声的语音信号被施加到具有非线性函数的处理单元的输入端和噪声电平估计器的输入端，它们的输出端与计算单元的输入端连接，以及将计算单元的输出端和噪声发生器的输出端通过控制元件与没有回声和噪声的语音信号的传输线路相连，从而在语音间歇期间掩蔽噪声调制和干涉噪声。

本发明的本质在于，在语音间歇期间，当完成对噪声电平的估计后，在回声时间间隔中增加噪声，以通过该无声的噪声插入，实现自然的、清晰的语音传输，并且在语音间歇期间不会出现噪声调制。

附图说明

通过参考以下实施例的说明，结合附图，本发明将会变得更明显，其中：

图1是根据本发明的一种电路的方框图；

图2是本发明基本的功能单元的方框图；

图3是作为噪声-语音比的函数的噪声抑制曲线；

图4是根据本发明的另一种电路的方框图。

具体实施方式

参考附图1，根据本发明的电路包括回声消除器1，具有非线性函数的处理单元2，以及噪声发生器3。将该电路插入到一个受回声影响的传输线路中。通过回声消除器1将回声从含有回声的信号x(k)中去掉，以及用具有非线性函数的处理单元2将残余回声清除。然而，信号的噪声分量和残余噪声极大地被衰减，从而在信号波形中产生干扰噪声间隙。用噪声发生器3提供的噪声填充该噪声间隙，并用具有非线性函数的处理单元2控制噪声的电平。之后，电路的输出端提供没有回声并且是自然的、清晰的、含有限定的噪声的输出信号y(k)。

在图2的方框图中，省略了回声消除器1，而示出了具有非线性函数的处理单元2，噪声发生器3，噪声电平估计器4，以及用于计算加权因子gn(m)的单元5。

加权因子gn(m)通过下式计算：

在图2和方程式(1)中，

k：采样时刻

m：二次采样值的时刻

NLG(m)：在有本地噪声的情况下，具有非线性函数的处理单元提供的回声窗口外的增益值(对应于衰减值)。(NLG：噪声电平增益)

NLA(m)；1/NLG(m)，在有不带回声的本地噪声的情况下，由具有非线性函数的处理单元2提供的衰减值。(NLA：噪声电平衰减)

g(m)：由具有非线性函数的处理单元提供的瞬时增益值

n(m)：估计的噪声电平

x(k)：输入信号的采样序列

xm(k)：在有语音的情况下，被放大的或在有回声的情况下被衰减的输入信号的采样序列

y(k)：输出信号的采样序列

cn(k)：由噪声发生器3提供的采样序列

方程式(1)说明了加权因子gn(m)可以具有n(m)*NLG(m)/g(m)和n(m)之间的值。加权因子gn(m)的值确定由噪声发生器3提供的哪部分的噪声cn(k)增加到信号xm(k)中，信号xm(k)已不含有回声并且其中的噪声也衰减了。在语音被传输的时间间隔中，由具有非线性函数的处理单元2提供的增益值非常大，参见方程式(1)。

具有噪声抑制的非线性函数中，瞬时增益值g(m)取决于噪声抑制程度并等于增益值NLG(m)。增益值NLG(m)可以是固定值并同时适应于信号-噪声比值S/N或其倒数N/S，如图3所示。

当g(m)≥NLG(m)时，加权因子gn(m)基本上由NLG(m)/g(m)的商确定，具有非线性函数的处理单元2的输出端的估计噪声电平n(m)被该商数降低，即在进行语音传输的时间间隔中，很难将任何噪声增加到输出信号中。

在有回声出现的时间间隔中，由具有非线性函数的处理单元2提供的增益值g(m)变得特别的小，换句话说，衰减变得很高，因此噪声电平与回声一同被极大地衰减。因此，不等式g(m)≥NLG(m)不再成立，用在语音间歇期间由噪声电平估计器4估计的噪声电平n(m)来确定加权因子gn(m)。因此，本地语音激活和语音间歇之间的转移是连续的，并受控于语音电平。因此，在语音间歇期间，已经具有能适应于信号-噪声比S/N或其倒数N/S的合成噪声，作为具有非线性函数的处理单元2所提供的衰减值NLA(m)的函数。

因此，优先考虑通过函数g(m)确定加权因子，该函数由具有非线性函数的处理单元2以这样一种方式来完成，即考虑了人耳的非线性转移特性。通过这个措施，在快速上升沿和缓慢下降沿，引起瞬时增益值g(m)发生变化，来重现人耳惯性。

另一个改进的实现是通过考虑将噪声抑制NLG的变化作为信号(N)-语音(S)比的函数，如图3所示。在具有非线性函数的处理单元2中，能用小的复杂度来实现这样一种函数。图3中代表的函数，NLG＝f(N/S)，表示在几乎没有噪声N的情况下，降噪不是必须的；增益是一致的。随着噪声N增加，必须增加对噪声的抑制。由于在有严重的语音干扰的情况下，噪声必须降低以能从噪声中区别出语音，从而函数NLG＝f(N/S)通过最小值。通过函数的这个过程，噪声降低以适应于自然的，人耳的听觉，还考虑了人耳的掩蔽效应。

只有当语音间歇出现时，才有可能计算加权因子gn(m)。为完成这个计算，必须在电路中补充语音间歇检测器。之后，加权因子gn(m)通过下式计算：

n(m)  在其它时间

根据本发明的该另一方式具有的优点是，在语音间隔期间，没有噪声被增加到信号y(k)中。

为进一步改善自然语音印象并降低自然环境噪声和增加的合成噪声之间的差异，用频谱滤波器7滤掉噪声发生器3的输出wn(k)，如图4所示。用频谱分析仪6对输入信号的频谱x(k)进行分析，用频谱分析仪6的输出信号调节频谱滤波器7。这样有可能使噪声发生器的合成信号最优，从而几乎不能区别自然噪声与增加的噪声的彼此的不同。从而基本上保留了自然背景声音，如交通噪声、机器噪声、运动场环境，或机场噪声。

通过本发明，可以有利的方式将无声的噪声插入到语音信号的噪声间隙中。因为是二次采样，因此计算量小。通过利用具有非线性函数的处理单元2的非线性时间响应，在实施本发明时，几乎没有编程的工作，就考虑到了人耳的非线性转移特性。

因此，一方面，可以去掉干扰噪声调制，另一方面，保证了自然的、清晰的语音传输。

Claims (7)

1.一种在电信系统的话音通信的语音间歇期间掩蔽噪声调制和干涉噪声的方法，在该系统中用回声消除器抑制令人讨厌的回声，其中，在受噪声影响的语音传输期间，在语音间歇期间估计噪声电平，并且在回声出现的语音间歇以及回声和噪声被抑制的时间间隔期间，将噪声发生器提供的噪声插入到得到的回声和噪声间隙内，其中插入的噪声电平适应于在语音间歇期间的噪声电平。

2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：在发送的语音信号和接收的回声之间不存在相关性的电信系统中，使用压缩扩展器和/或具有非线性函数的处理单元，执行回声消除技术。

3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：由噪声发生器所提供的噪声电平作为估计噪声电平(n(m))的函数，根据下式确定加权因子：

其中：

m：二次采样值的时刻

g(m)：由具有非线性函数的处理单元提供的瞬时增益值

NLG(m)：在有本地噪声的情况下，由具有非线性函数的处理单元提供的回声窗口外的增益值

n(m)：估计的噪声电平。

4.如权利要求3中所述的方法，其特征在于：仅在语音间歇期间计算加权因子。

5.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：用频谱分析仪对有噪声的语音信号分析，频谱分析仪的输出调节频谱滤波器，通过频谱滤波器，将噪声发生器提供的噪声过滤以适应于有噪声的语音信号的频谱。

6.一种用于执行如权利要求1所述方法的电路，其中有噪声的语音信号被施加到具有非线性函数的处理单元的输入端和噪声电平估计器的输入端，它们的输出端与计算单元的输入端连接，以及将计算单元的输出端和噪声发生器的输出端通过控制元件与没有回声和噪声的语音信号的传输线路相连，从而在语音间歇期间掩蔽噪声调制和干涉噪声。

7.如权利要求6中所述的电路，其特征在于噪声发生器的输出端通过频谱滤波器与控制元件相连，频谱滤波器的输入端与频谱分析仪的输出端相连，并把有噪声的语音信号馈送到频谱分析仪的输入端。

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