CN1212100A - 话音增强系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对电信网络(138)中向音频信号提供增强的系统(130)。本系统(130)包括用于确定所述音频信号的平均功率的功率平均器(18)。本系统(130)还包括用于衰减所述音频信号预定部分的均衡器(132)和用于用标定系数给所述均衡音频信号标定的输出标定器(134)。本发明的系统(130)还包括用于将自动增益系数施于所述标定音频信号的自动增益增强器(136),其中所述自动增益系数依赖于所述输入音频信号的平均功率。

Description

话音增强系统和方法

发明的技术领域

本发明一般涉及电信网络中的话音信号处理领域，特别是涉及用于提高电信网络中的话音信号质量的经改进的方法和装置。

发明背景

现代的电信网络包括输入和输出装置，例如电话机、市内电话局和用于处理网络中话音信号的一个或多个电话交换机。话音信号的特征在于，包括两个区域，即低音区和高音区。一般认为，低音区是话音信号低于300赫兹(Hz)的那部分，而高音区是话音信号高于300Hz的那部分。可以用电信网络中的一个或多个元件衰减低音频区中的话音信号。

在1981年1月出版的电子工业协会(EIA)标准RS470，推荐由输入电话站中的编解码器(codec)把输入话音信号衰减至大约低于300Hz。由于电信网络中的背景噪声存在于低音区，所以建议对输入话音信号低音部分的幅度的这一衰减。减小输入信号低音部分的幅度，还减小了网络的背景噪声。

此外，电信网络的中央局也可衰减话音信号的低音频区。可将信道处理单元设置在中央局内，它把模拟输入话音信号转换成它的数字信号。数字话音信号由数字电话交换机耦合到接收电话机。在向接收电话机提供信号之前，在最后一个交换机和接收电话机之间的另一个中央局处把它转换回模拟格式。信道处理单元可以在模拟-数字变换过程中衰减输入话音信号的低音部分。

因此，一些网络在输入电话机中和中央局中衰减输入话音信号的低音区二次。衰减输入信号的低音区导致在接收电话机处的话音信号不是讲话者话音的真实表达。于是已提出用于补偿在电话讲话者话音中低音部分损耗的技术。

在电信网络中增强话音信号的一种现有技术利用固定增益技术。在固定增益技术中，当信号位于电信网络中并在向接收电话机提供之前，放大话音信号的低音部分。这种技术在网络内的某一点用固定增益补偿了输入信号的衰减。这种技术还放大了低音频区内的上述网络背景噪声。

此外，如果输入话音信号是高声的信号，即讲话者以高分贝(dB)电平讲话，那么固定增益技术将进一步放大高分贝信号，从而导致在接收电话机中的信号听起来很不舒服。另外，将固定增益施于高分贝输入信号可导致过激励/饱和不同的(over-driving/saturating different)网络元件，从而使信号比起不应用固定增益的信号要模糊。

当在电信网络上以音频发送数据时，还会发生与用于话音增强的固定增益技术相关的另一个问题。当越来越广泛地运用传真机和调制解调器耦合计算机时，对于电信系统就更加频繁地发生这种情况。调制解调器或传真机以高幅和高频(如2700Hz)发送音频数据。因此，如果将固定增益技术应用于音频数据信号，那么不必作放大，从而导致在接收端很难使用的音频数据信号。

已将用于检测音频数据传输的检测器用于解决与音频数据传输相关的问题。这些检测器离固定增益增强电路很远，要求对增强电路配备外部控制链路以阻塞电路。这样保证不放大音频数据。

当在电信网络中传播的输入话音信号遇到或者必须通过包括固定增益话音增强电路的多个网络元件(级联网络)时，发生与先前发展的话音增强系统相关的另一个问题。当已由固定增益技术调节了输入话音信号时，现有技术的固定增益话音增强系统不能进行检测。因此，在级联网络的第一元件中被放大的话音信号可能再被网络中的第二元件放大。这种附加放大可能导致话音信号的饱和，或者至少使信号在接收电话机中听起来不舒服。此外，对话音信号作多次增强可以导致级联网络中话音信号的振荡。

用于检测是否预先增强(级联检测)信号的一种现有技术涉及到生成和检测亚音频音调(特别是，表示话音信号是否已被增强的大约为20Hz的音调)。这种音调自由地通过一般不存在频率选择滤波的中央数字网络。然而，当带有亚音频音调的话音信号离开数字网络，而且在被传递到用户之前被转换成模拟信号时，通过编解码器和变压器滤波除去该音调。于是，用户可通过回到网络进行商议来建立级联状态，而亚音频音调不必在级联的网络之间通过。没有亚音频音调，可能在网络中再次增强先前已增强的信号，从而导致上述不能令人满意的信号。

发明概述

因此，需要一种排除与现有技术话音增强系统相关的问题的话音增强系统。

需要一种在网络静寂期间不放大电信网络的背景噪声的话音增强系统。

还需要一种不放大较高电平的话音信号的话音增强系统。

此外，还需要一种不过激励或者饱和较高电平话音信号的话音增强系统。

此外，还需要一种话音增强系统，它检测音频数据的传输而不需要独立的外部检测器。

还需要一种在级联网络中有效地工作的话音增强系统。

还需要一种不会引起话音信号振荡的话音增强系统。

还需要检测是否预先增强了话音信号，而不依赖于有无亚音频音调。

因此，本话音增强系统的一个方面是在网络呼叫静寂期间防止放大背景噪声。

本系统的另一个方面是自适应地改变话音信号的放大倍数，从而不放大具有足够强度的话音信号。

本系统的附加方面是保证不过激励或者饱和高电平话音信号。

本发明的另一个方面是内部检测音频数据的传输和适当地禁止信号增强。

本发明的话音增强系统的附加方面是成功地被应用于级联网络。

本系统的另一个方面是使引起话音信号振荡的可能性减至最小。

本发明的另一个方面是提供用于检测是否预先增强了话音信号而不依赖于有无亚音频音调的系统和方法。

根据本发明，提供一种话音增强系统，它基本上消除或者减少了与现有技术固定增益增强系统相关的缺点和问题。

包括本发明的自适应增益控制话音增强器的系统包括接收话音信号的输入端和接收话音信号的输出端，以及在输入端和输出端之间的耦合。耦合包括的话音增强器包含确定音频信号平均功率的功率平均器。话音增强器还包括衰减输入信号预定部分的均衡器和响应于确定的平均功率给均衡话音信号标定并向输出端提供标定信号的输出标定器。

特别是，本发明的话音增强器包括音频数据检测器和级联话音增强检测器，两者都可适当地禁止话音增强器工作。

用于向自适应增益控制提供本发明的话音增强器的方法包括确定输入话音信号的平均功率和响应于输入信号的平均功率确定标定系数。本发明的方法还包括通过衰减输入话音信号的预定部分，使输入话音信号均衡。本方法还包括用确定的标定系数对均衡输入信号标定和将标定的话音信号耦合到输出端。

更精确地说，用于提供自适应增益控制话音增强的本方法包括根据检测到音频数据或者级联增强把标定话音信号与输出端去耦合。

本发明的一个方面提供一种在电信网络中提供话音增强的方法。该方法包括确定输入音频信号的平均功率和响应于输入音频信号的平均功率确定自动增益因数。本方法还包括通过衰减输入音频信号的预定部分，并且标定系数标定均衡的音频信号来均衡输入音频信号。本方法还包括将自动增益因数施于标定的音频信号。

此外，本发明的另一个方面包括向其平均功率高于预定最小平均功率电平但低于第一预定功率电平的音频信号提供增益；使其平均功率高于第一预定功率电平并低于第二预定功率电平的音频信号没有变化，其中第二预定功率电平大于第一预定功率电平；和衰减其平均功率电平高于第二预定功率电平的音频信号。

本发明的另一个方面是提供一种向电信网络中的音频信号提供增强的方法。本方法包括确定输入音频信号的平均功率和响应于输入音频信号的平均功率确定自动增益因数。本方法还包括通过衰减输入音频信号的预定部分使输入音频信号均衡并用标定系数给均衡音频信号标定。本发明还包括通过向其平均功率高于预定最小平均功率电平但低于第一预定功率电平的音频信号提供增益、使其平均功率高于第一预定功率电平并低于第二预定功率电平的音频信号没有变化(其中所述第二预定功率电平大于第一预定功率电平)并衰减其平均功率高于第二预定功率电平的音频信号，将自动增益因数施于标定的音频信号。

本发明的附加方面是提供一种在电信网络中向音频信号提供增强的系统。本系统包括用于确定音频信号的平均功率的功率平均器。本系统还包括用于衰减音频信号预定部分的均衡器和用于以标定系数给均衡音频信号标定的输出标定器。本发明的系统还包括用于将自动增益因数施于标定音频信号的自动增益增强器，其中自动增益因数依赖于输入音频信号的平均功率。

此外，本发明的自动增益增强器还向平均功率电平高于预定最小平均功率电平但低于第一预定功率电平的音频信号提供增益；不向平均功率高于第一预定功率电平并低于第二预定功率电平的音频信号提供增益或衰减，其中第二预定功率电平大于第一预定功率电平，并且衰减平均功率电平高于第二预定功率电平的音频信号。

本发明的自适应增益控制(AGC)话音增强系统的技术优点在于，它提供了听起来更象讲话者的话音的增强话音信号。本自适应增益控制话音增强系统同在电信网络中发送的话音信号或音频数据信号相兼容。

本话音增强系统还包括消除与当前可获得的固定增益控制话音增强系统有关的问题的技术优点。本系统的自适应增益控制衰减高电平输入话音信号并放大低电平输入话音信号。因此，本发明不使起初在高电平上的输入话音信号饱和。

本自适应增益控制话音增强系统的附加技术优点在于，当在遥远的电话机之间正在进行交谈时它不放大静寂周期。因此，当不发送话音信号时，本系统不放大网络背景噪声。

本发明的另一个技术优点在于，它能够在级联网络中检测已预先被增强的话音信号。对于检测级联结构，本系统自我禁止，从而不再放大预先被增强的信号。这提供了阻止信号在网络中出现振荡状态的技术优点。

本系统的另一个技术优点在于，它能够检测音频数据的发送，而且如果需要的话，禁止信号的自适应增益。对于检测级联网络或者音频数据，本发明还自我禁止，而且不需要外部控制链路或者检测器。

本发明的附加技术优点在于，它可以在现有的电信设备中实现(例如，在网络的回波消除器中)，本系统还与现有的电信网络兼容。

本发明的另一个技术优点在于，它检测是否已预先增强话音信号，并阻止信号的过增强而不需要在信号中亚音频音调。附图说明

为了更加全面地理解本发明及其优点，参照以下结合附图描写的说明书，附图中相同标号表示相同元件：

图1示出本发明的话音增强系统的自适应增益控制电路框图；

图2示出由话音增强的自适应增益控制电路执行的步骤的典型流程图；

图3A至图3D示出在本发明的自适应增益控制处理不同阶段中的典型话音信号；

图4是示出在电信网络中本发明的话音增强系统的可能位置的方框图；

图5是加入本发明的话音增强的自适应增益控制系统的电信网络的方框图；

图6示出本发明的话音增强系统另一个实施例的方框图；

图7是加入本发明的话音增强系统的电信网络的方框图；

图8示出根据图6的话音增强系统的自动增益增强功能的例子；和

图9A和9B示出对于图7的级联话音增强器可能的操作方案。本发明的详细描述

参照附图，描述本发明的实施例，其中相同的标号表示各图中相同或相应部分。

图1示出实现本发明的自适应增益控制(AGC)话音增强系统的方框图。把本发明的话音增强器10耦合到输入端12和输出端14。一般，输入端12是从电话机提供输入话音信号的任何装置。输出端14同样包括用于对电话机产生输出话音信号的任何装置。

把输入端12并联耦合到话音增强器10输入侧的低音频均衡器16、功率平均器18、低音与高音功率比较器20和音频数据检测器22。低音均衡器16(或者均衡器)通过衰减输入信号高音部分的幅度使输入话音信号均衡。可以在减小输入话音信号高音部分的幅度的数字滤波器中具体体现低音频均衡器16。在输入话音信号的低音和高音区之间的标准分界是大约300Hz，虽然其它分界也是可行的且不偏离本发明的发明构思。低音频均衡器16实质上使由输入电话机引入或者来自中央局信道处理单元中的信号的模拟-数字变换的输入信号的低音频失真均衡。

话音增强器10的功率平均器18测量输入信号的平均功率。测量可用多种方法实现，功率平均器18的一个实施例是使来自输入端12的整流输入信号通过的低通滤波器。

在话音增强器10的输入侧还包括级联话音增强检测器或者低音与高音功率比较器20。低音与高音比较器20检测电信网络中输入信号的电势级联增强。低音与高音功率比较器20连续监测输入信号的低音与高音功率之比。已知，对于平均输入信号而言，低音与高音功率比一般在某一预定的范围内。还已知，输入电话机和网络中中央局的信道处理单元都衰减低音信号，从而减小该比率。低音与高音比较器20连续监测输入信号中的该比率。如果监测的低音与高音功率比大大低于对增强信号预期的比率，那么低音与高音功率比较器20认为不存在任何级联增强电路。相反地，如果监测的功率比与预期的比率相类似或者更高，那么低音与高音功率比较器20认为存在级联话音增强电路。低音与高音功率比较器20提供了检测输入话音信号何时已被预先增强的技术优点，从而话音增强器10可应用于级联网络。

音频数据检测器22还分析输入信号。音频数据检测器22确定输入话音信号是否是音频数据。在该技术领域中，音频数据检测方法是众所周知的，这里就不再详细描述。话音增强器10配用了现有检测技术中的一种方法，从而当检测出音频数据时可以禁止对输入信号作自适应增益控制。音频数据检测器22的技术优点是在检测音频数据在内部传输到话音增强器10时不需要外部控制链路和检测器。

把AGC增强禁止(enhancement disable)24耦合到低音与高音功率比较器20和音频数据检测器22。根据低音与高音功率比较器20和音频数据比较器22的输入，AGC增强禁止24确定开关26是否应禁止话音增强器10。开关26的缺省位置(default position)使输入信号实现话音增强，而且当AGC增强禁止24确定已预先增强了输入信号或者输入信号是音频数据时，禁止对输入信号作话音增强。

把增益/衰减查询表28耦合到功率平均器18。一旦在功率平均器18处确定了输入信号的平均功率，把代表输入信号的平均功率的信号发送到增益/衰减查询表28。增益/衰减查询表28包括应用于输入话音信号的标定系数(这落在本发明的发明构思内)。编排增益/衰减查询表28，从而如果输入信号的平均功率很高，那么相应的标定系数很低。这样做的技术优点是禁止高电平信号的过度放大并禁止过激励或使信号饱和。

如果输入信号的平均功率足够高，那么标定系数可以小于1(unity)。如果测得输入信号的平均功率很低，那么相应的标定系数很高。具有平均输入功率的典型的输入信号具有相应的标定系数，它对信号提供最小的增益或者衰减，从而保证所有信号接受AGC。自适应地改变标定系数的技术优点是防止了话音信号的振荡。

把输出标定器30耦合到增益/衰减查询表28。还把输出标定器30耦合到低音频均衡器16，后者向输出标定器30提供均衡的输入信号。输出标定器30应用来自增益/衰减查询表28的预先确定的标定系数，以相应地放大或者衰减均衡的输入信号。输出标定器30向输出端14提供经放大的信号。

图1中还示出透明通道(transpatent path)32。把透明通道32耦合到输入端12和开关26的增强禁止位置34。把可变衰减器36置于透明通道32的两端之间。可变衰减器36可以包括在话音增强器10中，当话音增强器10在输入端12检测静寂状态时提供增强的噪声抑制。当检测到静寂时，把开关26置于增强禁止位置34上，而且，在输入端12和输出端14之间的通道靠近透明通道32。

一旦切换到透明通道32，就把可变衰减器36置成最小衰减。过了一段时间后，低于话音阈值的每个信号使可变衰减器36的衰减量增加(例如，每3毫秒衰减0.5分贝)到可变衰减器36的最大值。增加可变衰减器36的衰减量抑制了网络的背景噪声。这样提供的技术优点是在静寂期间把背景噪声的电平减至最小。

当输入信号的电平增加时，可变衰减器36的衰减量减至最小衰减。在大于预定阈值的输入信号的短时间综合(例如，输入信号的3个采样)之后，开关26移回到它的缺省位置，以允许输入信号的自适应增益控制。然后，把可变衰减器36复位到最小衰减。

应注意，可以用独立的分立器件或者单个集成电路具体实现图1中所示的功能块，而不偏离本发明的发明构思。此外，应注意，可以用软件和硬件整体或部分地实现图1中所示的功能块。

结合图2的流程图和图3A至3D的代表性信号，讨论图1的话音增强器10的操作过程。

图2示出由用于输入话音信号的AGC的本发明的话音增强器10执行的代表性步骤。流程在步骤50处开始，而且在步骤52中，当检测到大于预定阈值的输入信号时，开始本话音增强处理。在低于预定阈值时，在输入端12处存在寂静状态，而且把话音增强器10的开关26置于增强禁止位置34。预定阈值的一个例子是-40dBmO，但是还可根据在网络中的静态噪声电平或者输入话音信号的功率电平自适应地予以改变。当检测到静寂状态并把开关26置于增强禁止位置34时，向输出端14提供输入信号而不作标定。这样做的技术优点是在静寂期间防止放大网络背景噪声的技术优点。可将与话音增强器10相关的任一方框(低音频均衡器16、功率平均器18、低音与高音功率比较器20或者音频数据检测器22)用于检测静寂状态和输入话音信号。

一旦检测到输入信号，就在步骤54开始帧计数。话音增强器10运用帧系统把信号传输分成几个时间周期。在话音增强器10中用到的典型的帧周期对应于3毫秒。

一旦在输入端12检测到输入话音信号，在步骤56，话音增强器10就确定是否已预先增强了输入信号。如上面结合图1所述，对于平均话音信号，低音与高音功率比基本上落在预定范围内。在步骤56，低音与高音功率比较器20测量低音与高音功率比以确定它是否与预先增强的信号相一致，所述信号表示存在级联结构。在步骤58，确定是否存在级联增强。如果存在级联增强，那么流程进到步骤60，其中由AGC增强禁止24通过把适当的信号发送到开关26或者它的同等元件，从而使开关26移到它的增强禁止位置34(见图1)，来禁止AGC话音增强。由于开关26预置在缺省位置实现话音增强，所以如果在步骤58没有检测到级联结构，那么流程进到步骤62。

在步骤62，检测到存在音频数据。音频数据检测器22实现已知的音频数据检测方法，这里就不必详细描述了。在步骤64，询问在输入信号中是否存在音频数据。如果音频数据检测器22检测出在输入端12有音频数据传输，那么在步骤64，它把适当的信号发送到AGC增强禁止24，这使得开关26或者它的同等元件移到增强禁止位置34(步骤60)。如果在步骤64中不存在音频数据，那么流程进到步骤66。

应注意，在步骤56通过测量低音与高音功率比检测级联结构和在步骤62检测音频数据的传输，可以同时发生或者以与图2所述的相反顺序发生。还应注意，开关26或者它的同等元件的缺省位置是实现话音信号增强，这落在本发明的发明构思内。一旦检测到预先增强的信号或者音频数据，开关26将禁止话音增强电路10工作。

在步骤66，功率平均器1 8测量输入信号的功率，在步骤68，功率平均器18确定输入信号的平均功率。在步骤70，功率平均器18把代表测得的平均功率的信号发送到增益/衰减查询表28。在步骤70，增益/衰减查询表28根据测得的平均输入功率提供增益/衰减系数。如上所述，标定系数与测得的平均功率相关，其中高平均功率的输入信号对应于低或衰减标定系数，而低电平输入信号对应于放大标定系数。在步骤72，低音均衡器16使输入话音信号均衡。

图3A示出代表性输入话音信号的例子。X轴100是输入信号的频率，而Y轴102是输入信号的幅度，以分贝(dB)为单位。输入信号104与低音区106和高音区108相关。一般，虽然任何其它分界也是适当的，但是可将在低音区106和高音区108之间的分界视为在300Hz处(即线109)。相对于高音区108，由输入电话机或者中央局的信道处理单元或者由两者衰减输入信号104的低音区106。

图3B示出在步骤72中由低音频均衡器16应用的传递函数110，其作用是使输入信号104均衡。应注意，传递信号1 10相对于输入信号104的低音区106减小输入信号的高音区108的幅度。

图3C示出均衡信号信号113，它是紧接着在低音频均衡器16中执行均衡(步骤72)的信号104。在由传递函数110在低音频均衡器16中进行均衡之后，均衡信号113在信号的整个频率范围内具有相对较平坦的幅度。应注意，在步骤70中标定系数的确定和在步骤72中输入信号的均衡可以同时发生，或者以图2所示相反的顺序发生。然后，流程进到步骤74，其中对均衡信号113标定。输出标定器30把标定系数施于均衡信号113。

图3D输出两个代表性的标定输出信号，其中信号114示出紧接着正的或者放大标定系数之后的均衡信号113，而信号116表示紧接着负的或者衰减标定系数之后的均衡信号113。紧接着把标定系数施于输入信号，处理进到帧计数器步骤76。为了避免标定系数改变得太快，每隔N帧就调节标定系数，使其最大改变XdB，例如，N可以是24(对应于3毫秒)，而X可以是0.5dB。因此，在步骤76帧计数器增数，而在步骤78确定帧的数量是否已超过N。如果还没超过，那么流程进到步骤74，其中把预先确定的同一标定系数施于输入信号，直至帧计数超过N。在步骤78，如果帧的数量超过N，那么流程回到步骤52，其中重新开始整个处理过程。这样就防止了标定系数改变得太快。

应注意，图2的流程允许对输入信号作连续的自适应增益控制(AGC)。信号传输每隔N帧重新确定标定系数，这样随着输入信号改变就可改变输入信号的增益。还应注意，参照图2和图3A-3D所述的方法代表了本发明的一个可行实施例，而其它实施例也是可行的，且不偏离本发明的发明构思。

图4示出典型的电信网络中回声消除器网络元件80中的话音增强器10实施例的方框图。回声消除器网络元件80的一个例子是由DSC通信有限公司生产销售的EC24回声消除器。在耦合到远程输入端86的回声消除器网络元件80中示出话音增强器10，其中所述输入端86提供正在回声消除器网络元件80中处理的输入话音信号。话音增强器10对结合图1至3D所述的输入话音信号进行必需的AGC标定，而且通过延伸输出线(tail out)88向混合器90提供经增强的信号。由延伸输入线(tail in)92通过加法电路84把混合器90耦合到回波消除器自适应滤波器82。加法电路84向远程输出端94提供输出信号。在现有技术中，回波消除器元件80在双向传输线中消除回波影响的操作是众所周知的，这里就不再讨论。还应注意，当在电信网络中的其它元件位于话音增强器10的适当位置上时，不必把话音增强器10设置在回波消除器网络元件80中。应注意，可以把包括话音增强器10的回波消除器网络元件80设置在电话交换机中或与其分开。

图5示出作为网络例子的电信网络120，其中可以配用本发明的AGC话音增强系统以改进从输入端12到输出端14的话音信号传输。网络120可以是陆上通信线网络或者无线网络。输入端12包括耦合到中央局122的输入电话机。中央局122在信道处理单元中把模拟话音信号转换成数字信号。中央局122对电话交换机124提供耦合。交换机124被耦合到包括话音增强器10的回波消除器网络元件80。把回波消除器元件80耦合到交换机126或者其它元件。交换机126示出的实施例，把包括话音增强器10的回波消除器网络元件81设置在交换机内而不是在其外部。可以采用话音增强器10的任一个位置而不偏离它的发明构思。交换机126被耦合到中央局128，它又反过来耦合到输出端14。前面已描述在网络120的回波消除器80和81中的AGC话音增强器10的功能。应注意，当进行电话交谈时，输入端12和输出端14将交换角色，从而在输入端12和输出端14之间提供双向通信链路。应注意，回波消除器网络元件80和81中话音增强器10的实施例是本发明的话音增强器10定位的一个例子。

在本发明的话音增强器10的操作过程中，输入端12接收输入话音信号。低音频均衡器16通过衰减输入信号的高音部分使输入信号均衡。这实际上使先前由网络的各种元件衰减其低音区的信号均衡。功率平均器18测量并确定输入信号的平均功率。增益/衰减查询表28提供根据测得的平均功率将施于输入信号的标定系数。输出标定器30将标定系数施于均衡信号并向输出端14提供标定信号。连续更新标定系数，从而当输入信号的电平改变时，标定系数也相应改变。这样就对话音信号提供了自适应的增益控制。话音增强器10的缺省模式是向话音信号提供话音增强。

音频数据检测器22分析输入信号以确定它是否包括与标准话音信号相反的音频数据。低音与高音功率比较器20测量输入信号中低音部分与高音部分的功率比以确定是否已在网络中增强了该信号。如果检测到预先已作增强或者是音频数据，那么AGC增强禁止24将使交换机26将增强的话音信号与输出端14去耦。

因此，本发明的AGC话音增强系统通过将标定系数施于输入话音信号并放大/衰减输入话音信号以在接收电话机处提供能更好地代表说话者话音的信号，确保自适应增益控制。本发明通过连续和自适应地监测输入信号并适当地给输入信号标定，消除与现有技术固定增益话音增强系统相关的问题。响应于输入信号的变化，从而在输出端(即，接收电话机)接收到输入信号时，获得对输入话音信号更加真实的表示。

图6示出提供话音信号增强的本发明的系统和方法另一个实施例的方框图。图6的话音增强器130与图1的话音增强器10十分相似，而且以与参照图1-5所述的话音增强器10相同的方法进行操作。话音增强器130耦合到输入端12和输出端14。话音增强器130包括耦合在输入端12和输出端14之间的信号处理器131。信号处理器131根据在输入端10接收到的话音信号进行操作，为在输入电话站或者在信道处理单元中执行数字化期间对话音信号的衰减作用向话音信号提供适当的补偿。信号处理器131用两步处理提供经增强的话音信号。首先，它通过使信号均衡和标定消除在输入端12的衰减作用。其次，它向标定信号提供适当的增益或者衰减，从而不仅从话音信号中除去衰减，而且使输入信号处于对听者显得舒服的电平上。

信号处理器131包括耦合到输入端12的均衡器132。均衡器132还耦合到输出标定器134，它反过来耦合到自动增益增强器(AGE)136。均衡器132、输出标定器134和AGE136在输入端12和输出端14之间形成一条通道，而且执行增强话音信号所需的信号处理。均衡器132与话音增强器10中的低音频均衡器16相类似，而且通过衰减输入信号中高音部分的幅度使输入话音信号均衡。在数字滤波器中可以使均衡器132具体化，所述滤波器减小输入信号中高音部分的幅度。均衡器132实质上使输入电话机引入或者中央局信道处理单元中的信号进行模拟-数字变换所造成的输入信号的低音频失真均衡。

输出标定器134耦合到均衡器1332，而且接收来自均衡器132的均衡信号。输出标定器134向它从均衡器132接收到的全部均衡的信号提供增益。在输出标定器134的一个实施例中，它向均衡信号提供例如大约为9dB的预定、固定数量的增益。在另一个实施例中，输出标定器134运用增益/衰减查询表137提供适当的增益函数。根据从输入端12接收到的话音信号的平均功率(如由功率平均器18所确定的)，查询表137向输出标定器134提供控制信号。这种方法允许动态确定由标定器134向话音信号提供的增益或衰减。通过这种方法，输出标定器134向从均衡器132接收到的整个均衡的信号提供增益，导致校正实际上由输入电话机或者中央局引起衰减的信号。被均衡和标定的所得话音信号导致听起来更加自然的话音信号。

向AGE136提供来自输出标定器134的输出标定话音信号，以作进一步处理。AGE136向输出标定信号提供重要的信号处理，从而对于听者而言，在输出端14提供的信号听起来很舒服。AGE136向它从标定器134接收到的信号提供适当数量的增益或者衰减。运用如由功率平均器18和增益/衰减查询表137所确定的测定平均功率，AGE136向来自输出标定器134的标定信号提供适当的自动增益增强。如此构成AGE136和表137，从而从输入端12不获得静寂期间，低电平信号接收适当增益，平均电平信号接收不到任何增益，并适当衰减“热”或者高电平信号。通过这种方法，信号处理器131提供的增强话音信号由听者听起来更自然，或以舒适的聆听电平更真实地代表讲话者的话音。

如前所述，话音增强器130还包括功率平均器18、音频数据检测器22和增益/衰减查询表28，这与图1的话音增强器10相类似。如前所述，话音增强器130的功率平均器18测量输入信号的平均功率。根据这个平均功率测量，功率平均器18向均衡器132、输出标定器134和AGE136提供控制信号，从而由信号处理器131适当地处理输入信号。还向增益/衰减查询表28提供来自功率平均器18的平均功率测量，从而在向来自输出标定器134的输出标定信号提供适当增益或衰减的过程中，由AGE136使用它们。

功率平均器18的一个重要特征在于，如果它检测到低于预定阈值(如-30dBmO)的信号，它就提供控制信号，从而均衡器132、输出标定器134和AGE136实际上通过信号处理器131在输入端12和输出端14之间提供一条透明通道，从而实际上不发生任何处理。例如，当在输入端12存在静寂状态时，这非常重要。功率平均器18检测静寂状态并保证在信号处理器131内不放大网络的背景信道噪声。此外，还可以建立信号处理器131，从而当在输入端12检测到静寂状态时提供如图1中的可变衰减器36的功能。在静寂期间，这允许网络的背景噪声被抑制。

在图6中，音频数据检测器22还包括在话音增强器130中。音频数据检测器22执行已知的音频数据检测技术以确定从输入端12接收到的信号是否包括音频数据。如果检测器22检测在从输入端12接收到的信号中存在音频数据，那么它产生由信号处理器131中的元件接收的控制信号，从而信号处理器131实质上在输入端12和输出端14之间形成一条透明通道。当在音频中出现数据时，这实质上阻止了任何信号处理。

图7示出在网络138中，在由标号130和130’所表示的两个不同位置上部署了话音增强器130。在图7中的网络138与在图5中的网络120相类似，但包括的话音增强器130和130’在输入端12和输出端14之间串联耦合。输入端12包括耦合到中央局122的输入电话机。中央局122在信道处理单元中把模拟话音信号转换成数字信号。中央局122对网络138提供耦合，所述网络138可以包括与图5的网络120中的交换机124和126相类似的几个电话交换机(但在图7中未清楚示出)。一般，交换机反过来耦合到或者包括诸如图5的元件80的回波消除器元件(图7中未示出)，其中可以包括话音增强器130或130’。虽然未示出与图7的网络138中的回波消除器或交换机相连的话音增强器130和130’，但应理解话音增强器130和130’可以被设置在网络138中的几个位置上。

图8示出关于图6中话音增强器130的增益/衰减查询表137的附加细节。如前所述，增益/衰减查询表137向AGE136提供输入，用于处理来自输出标定器134的输出标定信号。运用存储在增益/衰减查询表137中的信息，AGE136将适当地增高低电平信号或者衰减高电平信号，从而使提供给输出端14的信号位于可接受的功率电平上。注意，AGE136向整个输出标定信号提供增益或衰减是十分重要的。图8以图解形式示出包括在查询表137中的信息。X轴表示对信号的网络的输入功率(以dBmO为单位)，而Y轴表示由AGE136提供的增益或衰减。曲线140表示增益/衰减查询表137中那些变量之间的关系。

如前所述，查询表137接收来自功率平均器18的输入信号的平均功率。对于平均功率低于最小预定电平的信号，查询表137假设在线路上存在静寂状态，向信号不提供增益或衰减。在图8示出例子中，假设平均输入功率低于-30dBmO的信号是静寂的，不需要由AGE136对该信号进行任何处理。这保证了不再不必要或者有害地放大网络中的背景噪声。对于平均功率高于最小预定电平的信号，这些信号要求增益，使它们提高到可接受的聆听电平。

如前所述，查询表137和AGE136向这种低频信号提供增益。在如图8所示的例子中，对于平均功率在-30dBmO和-18dBmO之间的信号，增益是+4dB(如曲线140所示)。因此，平均功率在这个范围内的信号接收大约为4dB的预定增益量。应注意，如果需要的话，增益函数可以改变。继续参考图8中AGE136的曲线140的例子，根据在-18dBmO和-15dBmO之间的由图8所示的阶跃函数，平均功率高于-18dBmO至-15dBmO的输入信号将接收增益。当信号的平均功率电平增高时，这与减小向这些信号提供的增益量相对应。

继续参考图8的例子，对于平均输入功率在-15dBmO和-10dBmO之间的信号，查询表137和AGE136不向这些信号提供任何增益。一旦由均衡器132和输出标定器134处理这些信号，它们就处于可被接受的电平，从而不需要由GE136作任何附加处理。一旦信号的输入功率超过-10dBmO，如图所示，可以实现把衰减引入被接收的信号的阶跃函数。因此，当信号从-10dBmO增加到-7dBmO时，AGE136将开始根据由图8中的曲线140所示的阶跃函数衰减信号。一旦信号达到-7dBmO，那么将由查询表137和AGE136引入由图8中-4dB所示的预定数量的衰减。通过这种方法，本发明的话音增强器130不但消除了来自网络元件的话音信号中低音衰减的作用，还增高了低电平信号并衰减了高电平信号，在输出端14产生听者更能接受的信号。应注意，只通过示例的方法提供了图8中曲线140的值和形状，但是这并不意味限制本发明的构思和范围。熟悉该技术领域的入员应理解，曲线140可具有不同的阈值和值，而不偏离本发明的构思。

参照图9A和9B，这些附图(结合图8)示出如何将本发明用于级联检测目的。换句话说，用于检测何时预先增强了话音信号并适当地处理信号。如上所述，提供增强的话音信号面临着一个问题，那就是，给定的话音信号可能通过试图将增益引入该信号的多个网络元件。因此，本发明提供识别何时预先增强话音信号的新技术，并阻止信号通过后来的增强被“损坏”。话音增强器130实质上通过连续测量来自输入端12的输入信号的平均功率并适当地设定由均衡器132和输出标定器134所作的信号处理以及由AGE136提供的增益实现这个任务。运用上述级联算法，话音信号不接收不适当的增益而可能导致在网络中不可用的信号。

图9A中的曲线144表示在第一话音增强器130中均衡器132和输出标定器134的功能，而曲线146表示在与第一话音增强器级联耦合的第二话音增强器中均衡器130和输出标定器134的功能。例如，在图7(在网络138中，话音增强器130与话音增强器130’耦合)中示出这种情况。对每个话音增强器的信号处理器136中的均衡器132和输出标定器134进行编程，根据接收到的信号的输入功率接通或断开。由图9A中的曲线144表示话音增强器130的接通和断开状态，而由图9B中的曲线146表示话音增强器130’的接通和断开状态。

如上所述，功率平均器18测量输入信号的功率，并向均衡器132和输出标定器134提供控制信号。如前面对于话音增强器130的AGE136的操作过程的描述，必须检测和适当地处理输入信号的静寂状态。因此，图9A和9B中的曲线144和曲线146示出，当输入信号的功率低于最小预定电平(例如-30dBmO)时，均衡器132和输出标定器134为断开状态。一旦第一话音增强器130的输入信号的功率超过最小预定值，那么均衡器132和输出标定器134将处理信号，以消除信号低音部分的衰减作用。例如，输入信号的这种处理可导致把大约9dB的增益加到信号的低音部分。这可以采用新方法来实现，即首先衰减信号的高音部分，然后向整个信号提供增益。前面详细描述了该方法，特别是相对于图3A-3D所作的讨论。

只要输入信号的功率低于最大预定电平(图9A中示为-10dBmO)，第一话音增强器130中信号处理器136的均衡器132和输出标定器134将向输入信号提供这种处理。一旦输入信号的功率电平高于-10dBmO，就不再需要对信号的低音部分提供增益，而且不再需要信号处理器136的均衡器132和输出标定器134功能，而且关闭这些功能。应注意，如图8所示，对于输入功率大于最大预定电平(-10dBmO)的信号，实际上由AGE136衰减这些信号。根据本发明，这样保证了高电平或“热”信号接受适当的信号处理。

参照图9B，曲线146表示第二话音增强器130中均衡器132和输出标定器134的功能。曲线146假设把话音增强器130与另一个话音增强器130串联耦合，对输入信号提供话音增强。这由图7中耦合的话音增强器130和130’表示。当在电话机12处接收、由中央局122处理和向话音增强器130提供输入信号时，如上所述，话音增强器130用信号处理器131提供信号处理。根据输入信号的功率，它可导致均衡和输出标定该信号，并由AGE136增高整个信号。假设是这种情况，而且输入信号需要这两种信号处理，那么至少向离开话音增强器130的信号提供4dB的增益。这意味着，当在第二话音增强器130’处接收信号时，它将接收已增高的信号。这导致图9B的曲线146从用于启动均衡器132和输出标定器134的预定最小电平移位例如-30dBmO到-26dBmO。在曲线146的另一端，由于在话音增强器130中AGE136、均衡器132和输出标定器134已提供增益，所以由于AGE136和均衡器132与输出标定器134之间的差分导致第二话音增强器在大约23dBmO处断开。但应注意，由于AGE136与输出标定器134分开，所以如果预先增强信号，那么AGE136可以向该信号提供衰减，从而输出标定器不会过量增加该信号。这样保证完成级联检测，而且信号不饱和并且不会变得不可使用。

通过这种方法，运用本发明可以增强话音信号，而且避免了与话音信号通过几个网络元件可能提供信号增强相关的问题。

虽然详细描述了本发明，但应理解可进行各种变化、替代和变更，而不偏离由所附权利要求书限定的本发明的构思和范围。

Claims (22)

1．一种在电信网络中提供话音增强的方法，其特征在于，包括下列步骤：

确定输入音频信号的平均功率；

响应于上述输入音频信号的平均功率，确定自动增益系数；

通过衰减上述输入音频信号的预定部分，使输入音频信号均衡；

用标定系数对所述均衡音频信号标定；和

将所述自动增益系数施于所述标定的音频信号。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

通过中止所述输入音频信号的均衡过程；和

通过设定所述标定系数和自动增益系数以使所述输入音频信号没有变化，

来检测所述输入音频信号中的音频数据，并对所述输入信号中的音频数据的检测作出响应。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应用自动增益系数步骤还包括；

向平均功率高于预定最小平均功率电平但低于第一预定功率电平的音频信号提供增益；

使平均功率高于第一预定功率电平并低于第二预定功率电平的音频信号没有变化，其中所述第二预定功率电平大于所述第一预定功率电平；和

衰减平均功率电平高于所述第二预定功率电平的音频信号。

4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在电信网络的回波消除器中执行所述确定平均功率、确定自动增益系数、均衡、标定和应用步骤。

5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入音频信号的预定部分基本上高于300Hz。

6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应用自动增益系数的步骤还包括在预定时间内运用预先确定的自动增益系数。

7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定自动增益系数的步骤还包括限定连续自动增益系数之间的变化量的步骤。

8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

通过中止对所述输入音频信号的均衡过程；和

通过设定标定系数和自动增益系数以使所述输入音频信号没有变化，

来检测所述输入音频信号中的静寂周期，并对所述输入音频信号中静寂的检测作出响应。

9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括衰减所述输入音频信号的步骤，从而使静寂期间的噪声电平最小。

10．一种对电信网络中的音频信号提供增强的方法，其特征在于，包括下列步骤：

确定输入音频信号的平均功率；

响应于所述输入音频信号的平均功率确定自动增益系数；

通过衰减所述输入音频信号的预定部分，使所述输入音频信号均衡；

用标定系数给所述均衡音频信号标定；和通过

向平均功率高于预定最小平均功率电平但低于第一预定功率电平的音频信号提供增益；

使平均功率高于第一预定功率电平并低于第二预定功率电平的音频信号没有变化，其中所述第二预定功率电平大于所述第一预定功率电平；和

衰减平均功率电平高于所述第二预定功率电平的音频信号，

将所述自动增益系数施于所述标定的音频信号。

11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，在电信网络的回波消除器中执行所述确定平均功率、确定自动增益系数、均衡、标定和应用步骤。

12．如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述输入音频信号的预定部分基本上高于300Hz。

13．如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述应用自动增益系数的步骤还包括在预定时间内运用所述预先确定的自动增益系数。

14．如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤；

通过中止所述输入音频信号的均衡；和

通过设定所述标定系数和自动增益系数以使所述输入音频信号没有变化，

来检测所述输入音频信号中的音频数据，而且对在所述输入信号中的音频数据的检测作出响应。

15．如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤；

通过中止所述输入音频信号的均衡；和

通过设定所述标定系数和自动增益系数以使所述输入音频信号没有变化，

来检测所述输入音频信号中的静寂周期，并对在所述输入音频信号中的静寂的检测作出响应。

16．一种对电信网络中向音频信号提供增强的系统，其特征在于，包括：

用于确定所述音频信号平均功率的功率平均器；

用于衰减所述音频信号的预定部分的均衡器；

用于用标定系数给所述均衡音频信号标定的输出标定器；和

用于将自动增益系数施于标定音频信号的自动增益增强器，其中所述自动增益系数依赖于所述输入音频信号的平均功率。

17．如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用于检测所述输入音频信号中音频数据和阻止所述均衡器、输出标定器和自动增益增强器改变所述音频信号的音频数据检测器。

18．如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述自动增益增强器还包括：

增加高平均功率高于预定最小平均功率电平但低于第一预定功率电平的音频信号；

不增加或衰减平均功率高于所述第一预定功率电平并低于第二预定功率电平的音频信号，其中所述第二预定功率电平高于所述第一预定功率电平；和

衰减平均功率电平高于所述第二预定功率电平的音频信号。

19．如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用于检测所述音频信号中音频数据的音频数据检测器，其中所述音频数据检测器可用于阻止所述均衡器、输出标定器和自动增益增强器改变所述音频信号。

20．如权利要求16所述的系统，其特征在于，把所述功率平均器、均衡器、输出标定器和自动增益增强器设置在电信网络的回波消除器中。

21．如权利要求16所述的系统，其特征在于，由所述均衡器衰减的所述音频信号的预定部分基本上高于300Hz。

22．如权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括用于提供自动增益增强器对音频信号应用自动增益系数的增益/衰减查询表。

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