CN1249869A - 采用状态判断来控制数字电话系统中的功能元件的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用来自回波消除器(10)的状态判断信息控制数字电话系统中的各个功能元件(34,38,42,44)的方法和装置。回波消除器(10)用来估计电话通话期间两个通话者是处于5种状态中的哪一种状态。该状态判断信息用来控制检音器功能(34)、噪声抑制器功能(38)、自适应均衡器功能、传输噪声抑制功能(42)。在远端通话者工作而近端通话者不工作的通话状态期间,回波消除器(10)提供使噪声抑制器(38)和声码器(10)编码器中的背景噪声估计不工作的信号。同一信号还用来在该通话期间使检音器(34)不工作和启动传输噪声抑制功能(42)。
Description
背景技术
I.发明领域
本发明涉及数字电话系统。本发明尤其涉及采用来自回波消除器的状态判断以控制数字电话系统中各个功能块的一种新颖的、改进的方法和装置。
II.相关领域的描述
采用数字技术进行话音传输已经很普遍，在蜂窝电话和PCS应用中尤其如此。这接着又引起人们对改进语音处理技术的兴趣。目前有三种这样的技术，即，在数字电话系统的现有元件中加入回波消除器、噪声抑制器，和话音编码器/译码器或声码器。
回波消除器用来减弱陆基电话网中阻抗不匹配所引起的不需要的回波信号，或者移动电话中“免提”电话中扬声器与话筒之间的声音耦合而引起的回波。声码器用来去除数字化的信号中自然多余的话音，以便减小数据传输速率，并因此减小在给定的传输信道上的信息量。噪声抑制器用来使背景噪声为最小。当前，回波消除器、声码器和噪声抑制器在数字电话系统中既用于陆基应用场合，也用于移动系统中。
有两种类型的回波消除器，即网络回波消除器和声频回波消除器。一例典型的回波消除器见转让给本发明受让人的、标题为“NETWORK ECHOCANCELLER”的美国专利5,307,405，在此引述供参考。网络回波消除器消除电话网中产生的回波。陆基电话由二线线路与中央局相连，以支持两个方向上的传输。在进行超过35英里的呼叫时，必须将两个方向的传输分离在独立的线路上，产生一条四线线路。已知的与二线和四线段连接的装置是混合电路。混合电路处的阻抗不匹配产生的回波必须由网络回波消除器去除。声频回波消除器用于电话会议和免提电话。声频回波消除器消除了扬声器和话筒之间的反馈所产生的声频回波。
在典型的数字电话系统中，由A/D转换器将话音从模拟信号转换成数字PCM取样。在一种典型的实施例中，选择64kbps的数据速率，以便保持良好的话音质量。一旦对话音信号进行了数字化以后，可以对其进行运算，以得到某些好处，如最大系统容量，提高话音质量，抑制噪声，以及使传输差错最小。
在将话音信号转换成PCM取样以后，可以由回波消除器去掉不需要的回波，可以由噪声抑制器使背景噪声位最小，并且可以由声码器在为传输而进行的调制和上变频以前进行数据压缩。一例可变速率声码器见转让给本发明的受让人的、标题为“VARIABLE RATE VOCODER”的美国专利5,414,796，该专利在此引述供参考。可以用几种技术来调制避免话音信号，包括TDMA、CDMA或模拟调制。在多址通信系统中采用CDMA技术见转让给本发明的受让人的、标题为“SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEMUSING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS”的美国专利4,901,307，该专利在此引述供参考。将回波消除器与声码器和噪声抑制器相组合，既有优点，又有缺点。
在数字电话系统的前端电子设备中引入回波消除器的一个问题是，由于其相对于其他功能块的位置，而改变了对其他功能块的话音信号。通过首先把回波消除器放在功能块链中，噪声抑制器和声码器必须根据经消除了回波的信号而不是实际的背景噪声进行背景噪声消除。如果回波消除器不从话音信号中去除所有的回波，残余回波将在噪声抑制器和声码器进行的背景噪声计算中产生误差。
这里，移动用户称为近端通话者(speaker)，而陆基用户称为远端通话者(speaker)。典型的声码器可以含有一个噪声抑制器，它的功能是从近端话音信号中去掉背景噪声。一例典型的噪声抑制器见授权给Motorola公司、标题为“NOISE SUPPRESSION SYSYEM”的美国专利4,811,404，在此引述供参考。噪声抑制是通过计算近端通话者(speaker)无声时实际背景噪声能量的估计值来进行的。问题是在近端通话者无声而远端通话者说话时发生的。移动电话中，近端通话者的话音可以在声音上从扬声器耦合到话筒，从而除非去掉回波，否则该回波将被远端通话者听到。在陆基系统中，由于上面讨论的混合电路中阻抗不匹配，近端的话音可以被耦合到远端通话者的话音信号中。回波消除器用来消除回波，但由于回波消除器的局限性，回波不会全部消除。放置在回波消除器后面的噪声抑制器会把残余的回波当作是背景噪声，并根据残余回波更新背景噪声估计。这就影响了背景噪声的估计，使噪声抑制的质量受到影响。声码器将忍受将背景噪声的蹩脚估计提供到系统中的合成噪声发生器。另外，声码器的编码速率判决也将受到不利的影响。
所以本发明的目的是防止在近端通话者无声而远端通话者工作时噪声抑制器和声码器编码器中出现背景噪声估计错误。
本发明的另一个目的是残余来自回波消除器的状态判断信号来控制数字电话系统如检音器、传输噪声抑制功能和自适应均衡器中的其他功能估计。
发明概述
本发明是数字电话系统中功能元件的新颖的和改进的组合。按照本发明，回波消除器用来与声码器组合，其中，回波消除器向声码器中的各个功能块提供信息，用于噪声抑制、DTMF单音检测、传输噪声抑制和话音编码。将回波消除器与声码器组合的一个直接好处是将两个集成电路合并为一个集成电路组合起来节约了成本、减轻了重量、节省了空间。
在本发明的典型实施例中，回波消除器用来在所进行的事件中，判断两个人所进行的谈话的模式。在本典型实施例中，有五种不同的可能模式或谈话状态：仅进行近端谈话、仅进行远端谈话、双方都进行谈话、任何一方都不进行谈话、释放延迟(hangover)，释放延迟是在谈话暂停以后紧接的一段时间
本发明采用声码器内几个功能块中回波消除器的状态判断。特别重要的是采用声码器内噪声抑制器中的状态判断信号。典型实施例中，噪声抑制器是通过将输入信号分成选择的频带、产生每一频带的信噪比，随后按照预定的增益表放大每一频带来工作的。话音/噪声判断的进行如下所述。用于每一频带的原始信噪比估计用来索引话音度量表以获得用于每一信道的话音度量值。话音度量是信道能量的类似于话音的总体特性的测量。将各个信道话音度量值相加，产生一个多信道能量参数，随后与背景噪声更新阈值比较。如果话音度量之和不满足阈值，则认为该输入帧为噪声，并进行背景噪声更新。如果话音度量之和超过该阈值，则将该帧看作是话音，并且不进行背景噪声估计的更新。问题可能出现在噪声抑制器将来自合并消除器的残余回波当作是背景噪声的时候。这时，噪声估计算法会根据残余回波重新计算背景噪声，而这将影响噪声估计。
本发明通过提供来自回波消除器的状态信息来估计这一问题，它在判断通话方式仅仅是远端时不对噪声抑制器中的背景噪声更新。没有来自局部消除器的状态信息的情况下，噪声抑制器将会根据来自回波消除器的残余回波信号错误地更新背景噪声计算。
在另一种实施例中，将第二个信号从回波消除器提供到噪声抑制器，指出事实上在回波消除器的输入处是否出现了回波。即使状态信号会中断更新，只要回波消除器中没有出现回波，第二个信号也会使得能够在噪声抑制器中进行背景噪声估计。
另外，在本发明中，来自回波消除器的状态判断用来控制声码器中的单音检测功能。检音器用来检查DTMF单音的传输信号。如果检测到单音，则抑制普通的传输信号，并在空中传送信令消息，使得在接收器处产生这些单音。这样做是因为充分高的擦除速率会足以使得声码编码的单音质量变坏使得它将不被检测到。在仅处于远端通话状态期间，可以由来自回波消除器的状态判断信号中断单音检测器，从而节省了功率。
另外，本发明采用来自回波消除器的状态判断来控制声码器中的传输噪声抑制功能。传输噪声抑制用与实际背景噪声的频谱特征匹配的合成噪声取代了PCM取样。合成噪声的频谱信息和音量控制是由声码器编码器进行的分析来提供的。当回波消除器的状态判断提示仅为远端通话时，起用传输噪声抑制功能。这样，就从传输信号中去掉了所有的回波。
本发明还采用来自回波消除器的状态判断来控制自适应均衡器。该均衡器修改接收的近端信号的频率响应，以补偿传输路径中的频率响应劣化。均衡器估计近端通话期间传输路径的频率特征，并用该估计构成使整个频率响应特征与所要求的特征相适合的滤波器。由于接收的频率响应的估计会因回波信号的出现而受到影响，所以，回波消除器仅允许均衡器更新仅处于近端通话状态期间的频率响应的估计。
最后，本发明采用来自回波消除器的状态判断来控制由声码器编码器进行的背景噪声估计功能。进行背景噪声估计是为了如上面讨论的那样产生由产生噪声抑制块使用的合成噪声信息，并产生用来决定进行编码所采用的数据速率的阈值信息。目的是为了使合成噪声与实际噪声受到抑制的背景噪声相匹配，从而位于远端的倾听者不会注意合成噪声取代的期间(periods of synthesized noisereplacement)。背景噪声计算通过背景噪声估计功能提供来自回波消除器的状态信息而加强。回波消除器中断合成噪声取代期间内的背景噪声估计，从而不对合成噪声进行背景噪声更新。
附图简述
在结合附图对本发明进行了详细描述以后，读者将会更清楚地了解本发明的特征和优点，图中，相同的标号表示的意义相同。
图1是移动数字电话的功能方框图；
图2是回波消除器和声码器的功能方框图；
图3是回波消除器的功能方框图；
图4是噪声抑制器的功能方框图；
图5是检音器的功能方框图；
图6是传输噪声抑制处理器的功能方框图；以及
图7是声码器编码器的功能方框图。
较佳实施例的详细描述
图1是数字蜂窝电话或PCS电话的整体方框图。为了简化说明，图中仅示出了一组元件。数字蜂窝电话由手机6组成，包括话筒4和扬声器2；模-数(A/D)转换器8；回波消除器10；声码器12；收发器14；和天线16。应当理解，该系统也可以采用其他的结构，所不同的只是各个元件的位置的不同。
传输期间，近端话音由手机6中的话筒4接收。近端话音信号由话筒4转换成由图1中的v(t)所代表的电声信号。接收的远端话音信号x(t)在加法器5处与话音信号v(t)作声频耦合，模拟x(t)通过未知回波信道7，产生回波信号y(t)。图中，加法器5的输出是经组合的话音/回波信号v(t)+y(t)。未知的回波信道7和加法器5不是系统中自身所包括的元件，而是因话筒4和扬声器2的靠近而形成的寄生元件。
话音/回波信号v(t)+y(t)接着由模-数转换器8从模拟信号转换成PCM取样。在一个典型的实施例中，PCM取样由A/D转换器8在每秒64千比特的速率下输出，并且如图1中所示的那样表示成信号s(n)。
回波消除器10从数字化话音/回波信号s(n)中移去回波信号y(t)。在典型的实施例中，回波消除器10按照上述美国专利5,307,405中描述的回波消除器工作。在典型的实施例中，回波消除器10通过判断用户(speaker)是处于：仅为近端通话、仅为远端通话、同时为近端通话和远端通话、没有用户通话或释放延迟，来消除回波。回波消除器10一旦确定了通话状态，就从数字化的话音/回波信号s(n)中去掉回波信号y(n)的估计。因为回波信号是不可能完全去除的，所以残余的回波信号将保留下来作为数字化话音信号的一部分。该消除了回波的话音信号s’(n)随后由声码器12处理。在典型的实施例中，如上述美国专利5,414,796中所描述的那样，声码器12是一种可变速率代码激励的线性预测(CELP)声码器。在典型的实施例中，如上述美国专利4,811,404中详细描述的那样，声码器12是与噪声抑制系统一起工作的。
声码器12对信号s’(n)执行几个功能，包括(但不局限于)语音压缩、噪声抑制、发射和接收音量控制、DTMF单音检测，和传输噪声抑制。本发明中，声码器12在其算法中采用如图1中的“状态信息”所示的那样的来自回波消除器10的状态判断结果，来决定何时更新其背景噪声估计。回波消除器10和声码器12的进一步的细节见图2所示，并将在下文中更全面地讨论。
经声码编码的话音信号s”(n)随后被提供到收发器14，在此按照预定的调制格式如码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)或模拟调制来进行调制。在典型的实施例中，收发器14按照上述美国专利4,901,307中描述的CDMA调制格式对信号进行调制。收发器14随后对已调制的信号进行上变频和放大。已调制的信号随后通过天线16传送到基站收发器(未示出)。
对接收的话音来说会出现类似的互逆过程。CDMA调制信号在天线16处接收，并提供到收发器14。收发器14对接收的信号进行放大、下变频和解调。在典型的实施例中，收发器14按照如上述美国专利5,103和4,901,307中描述的CDMA解调格式对接收的信号进行解调。经解调的信号z”(n)被提供到声码器12。
在典型的实施例中，声码器12在1200-9600bps的数据速率范围内每隔20毫秒接收经编码的可变长度数据包。声码器12按照上述美国专利5,414,796将数据包译码成64kbps的PCM取样。随后，经译码的信号z’(n)被提供到回波消除器10，在此用作参考，用以从所需的话音信号中去除不需要的回波信号y(t)。从回波消除器10输出的译码信号如图1中的z(n)所示。
最后，经译码的信号由A/D转换器8转换成模拟波形，并用手机6中配备的扬声器2转换成远端话音。
图2是回波消除器10和声码器12的功能方框图。在一个典型的实施例中，回波消除器10和声码器12是以数字处理器的形式构成的，如由麻省的AnalogDevices of Norwood制造的ADSP2100系列的数字信号处理器的ADSP-2181。应当理解，也可以按照其中的技术来对其他的数字信号处理器进行编程。也可以是，以分立的处理器或专用集成电路(ASIC)形式来构成回波消除器10和声码器12。应当理解，声码器12可以用如图2中所示的功能块的任一组合来构成。
传输期间，由Tx PCM滤波器52从A/D转换器8处接收数字化的话音/回波信号s(n)。由于回波消除器10是不能用来合成直流分量的，所以低频分量即被滤除。经滤波的信号被提供到回波消除器10中的加法器32，在此从其中减去估计的回波信号y’(n)。用回波消除器10中进行的自适应滤波操作，通过对接收的数字话音信号z’(n)进行处理，产生估计的回波估计信号y’(n)。一例回波消除器10见上述美国专利5,307,405。回波消除器10的细节将在下文中详述。
回波消除器10产生的输出含有要求的数字化语音信号，加上回波消除处理过程剩下的残留信号。残留信号的出现是因为回波消除器永远不会从数字化的语音信号中去掉所有的回波。
输出信号随后被提供到检音器34，在此检查，看看信号中是否含有DTMF单音。如果信号中含有DTMF单音，则由检音器34启动Tx Mute(传输噪音抑制)，并指示收发器14，发送DTMF单音信号。为了节省计算，如果回波消除器10判断仅为远端通话状态，或者两边说话者均无声，则检音器34旁路。
电话中，来自回波消除器10的输出信号随后由噪声抑制器38处理，以衰减严重的背景噪声。也可以在基站中，采用自适应均衡器来取代噪声抑制器38，用以控制来自近端通话者的数字化语音信号的频率成份。一例自适应均衡器见申请日为1995年4月28日的、标题是“METHOD AND APPARATUS FORPERFORMING ADAPTIVE EQUALIZATION”的共同待批的美国专利申请08/456,277，该专利申请已转让给本发明的受让人，在此引述供参考。一例噪声抑制器38见上述美国专利申请4,811,404。应当理解，也可以不采用美国专利4,811,404，而采用其他的噪声抑制器38。
噪声抑制器38通过测量输入信号的频谱特征来更新背景噪声特征的估计。本发明提供来自回波消除器10的状态判断信号，用以帮助进行背景噪声估计更新判决。使回波消除器能够帮助进行背景噪声估计更新的启动和中断具有显著的优点，这些将从后文的描述中看到。
来自噪声抑制器38的经抑制噪声的含有信号随后被提供到Tx Mute 42，该Tx Mute 42在启动时，取代了具有合成噪声的数字化话音信号，在本典型实施例中，该合成噪声与实际的背景噪声的频谱特征是匹配的。如果Tx Mute 42中断，则话音信号保持不变地提供到声码器编码器44。Tx Mute 42在仅处于通话状态期间由回波消除器10启动。
话音信号随后从Tx Mute 42传送到声码器编码器44。一例声码器编码器44和声码器译码器46见上述美国专利5,414,796。在典型的实施例中，声码器44在64kbps的速率下接受数字化的话音取样，并将其压缩，以实现减小了的数据速率。这是通过去掉话音中所有固有的自然冗余来完成的。这一技术的基础是计算滤波器的参数，该滤波器称为LPC滤波器，它用人类的声道模型进行短期的话音波形预测。另外，通过计算音调滤波器(pitch filter)的参数，来形成与语音音调相关的长期的效果模型，而所计算的参数实质上是形成人类声带的模型。最后，必须激励这些滤波器，并且这是通过判断代码簿中几个随机激励波形中哪一个波形会在波形激励上述两个滤波器时最接近原始话音来完成的。还在声码器编码器44中进行背景噪声估计，估计无声期间背景噪声的能量。由于应当仅仅对实际背景噪声进行背景噪声估计的更新，所以要求用来自回波消除器10的状态信息信号来判断什么时候近端和远端通话者都是无声的。如果没有来自回波消除器的这一信息，即使在由Tx Mute 42提供的合成噪声的时候，也可以更新背景噪声估计，这是不希望的。声码器编码器44的进一步的细节将在以后给出。
在接收方向上，再参照图2，数据是从收发器14接收，并由声码器译码器46处理。在典型的实施例中，声码器译码器46在从1200到9600bps或从1200到1300bps的数据速率下接受长度可变的数据包，并按照上述美国专利5,414,796产生64kbps的PCM取样，如所示出的z’(n)那样。接着，这些PCM取样通过回波消除器10传送到A/D转换器8。Z’(n)还由回波消除器10用作参考信号，用来消除Tx(发送)方向上的回波。Rx(接收)方向上回波消除器10的输出用z(n)表示。
为了更好地理解本发明，需要了解各功能块的工作情况。图3是回波消除器10的详细方框图。一例回波消除器10见上述美国专利5,307,405中的描述。应当理解，在本典型实施例中，回波消除器10实质上是一个状态机，它对上述5种不同的通话状态中的每一种通话状态定义了功能。
图3中，如图2所示，来自移动站的话音信号标记为近端话音s(n)，而来自Rx PCM滤波器50的远端话音信号标记为z’(n)。Z’(n)由可变增益级170放大，并模拟为通过未知的回波信道7，在加法器5处与s(n)耦合。为了去掉低频背景噪声，回波信号y(n)和近端话音信号s(n)之和由Tx PCM滤波器52高通滤波，产生信号r(n)。信号r(n)作为一个输入提供到加法器32和150以及控制单元152中的每一个。
输入远端话音z’(n)被馈送到可变增益级170，并随后存储在缓冲器154中，用作一组横向自适应滤波器(初始滤波器156、状态滤波器158和回波消除器滤波器160)和控制单元152的输入。
在回波消除器10的正常工作期间，信号
从状态滤波器158输出到加法器150的一个输入端，在此被从信号r(n)中减去。从加法器150产生的输出是输入到控制单元152的信号e1(n)。回波消除器滤波器160的输出，回波复制信号(choreplica signal)
通过滤波器开关162提供到加法器32的一个输入端，在此被从信号r(n)中减去。从加法器32输出的所产生的回波残余信号e(n)作为输入反馈到控制单元152。回波残余信号e(n)作为加法器32的输出可以直接提供作为回波消除器10的输出，如s’(n)所示，或通过附加处理元件(未示出)来提供。
为了防止大的背景噪声电平干扰状态判断，回波消除器10对信号z’(n)和e(n)执行不同的能量算法。该算法连续地监视背景噪声电平，并将其与信号能量比较，以判断用户是否正在通话。首先计算三个阈值T1(Bi)、T2(Bi)和T3(Bi)，它们是背景噪声电平Bi的函数。如果信号x(n)的信号能量超过所有这三个阈值，则判断该用户正在进行通话。如果信号能量超过T1和T2但没有超过T3，则判断该用户可能发出不出声的声音，如单词“speed”中的“sp”。如果信号能量小于所有三个阈值，则判断用户不在通话。
如图3中所示两个独立地自适应的滤波器158和160跟踪未知的回波信道。当滤波器160进行实际的回波消除时，滤波器158由控制单元152用来判断回波消除器10应当在哪一种状态下工作。该状态信息被提供到声码器12中的各个功能块，包括检音器34、噪声抑制器/自适应均衡器38、Tx Mute 42和声码器编码器44。
图4是噪声抑制器38的功能方框图。一例噪声抑制器38将如上述美国专利4,811,404中所示。应当理解，也可以不采用美国专利4,811,404中的噪声抑制器，而采用其他的噪声抑制器38。噪声抑制系统包括将输入信号分成代表选择的频率信道的多个预处理信号的机构210；产生每一信道中信噪比(SNR)估计的机构310；计算每一频率信道中的噪声能量的机构830；根据信道SNR估计从特定的增益表中自动选择多个增益值中的一个来产生每一信道的增益值的机构590；根据选择的增益值修改多个预处理信号中的每一个的增益用以提供多个后处理的经噪声抑制的输出信号的机构250；以及将处理后的信号返回组合成时域PCM数据的机构260。话音度量的计算器810用来进行话音/噪声判断过程。首先，来自信道SNR估计器的原始SNR估计用以给出话音度量表的索引，用以获得每一信道的话音度量值。话音度量是信道能量整个类似于话音的特征的测量。将各个信道话音度量值相加，以产生第一多信道能量参数，并且随后在阈值比较器820中的背景噪声更新阈值比较。如果话音度量之和没有超过阈值，则认为输入帧是噪声，并启动噪声能量计算器830重新计算每一信道中的噪声能量来进行背景噪声的更新。估计的噪声能量由增益表590用来选择每一信道的合适的增益。如果话音度量之和超过更新阈值，则认为该帧是话音帧，并且噪声能量算器830不启动对噪声能量估计的更新。本发明提供了一个来自回波消除器10的附加使能信号(additional eneble signal)，当回波消除器10判断仅出现远端话音时，该信号使噪声能量计算器830不启动。该使能信号优先于来自阈值比较器820的使能信号；即，如果噪声能量计算器830由来自回波消除器10的信号中断，则即使从阈值比较器820提供了使能信号，它也保持不启动。这样，采用回波消除器10的状态信息，防止了背景噪声估计被错误地更新。
在第二个实施例中，回波消除器10向能量计算器830提供使能信号，使得当判断通话状态是双方用户均为无声时，启动背景噪声估计。没有来自回波消除器10的使能信号，就不会发生背景噪声更新。
在第三个实施例中，来自回波消除器的第二个信号被提供到噪声抑制器，用以指示回波事实上是否出现在回波消除器的输入端处。如图4所示，第二个信号被标记为“回波预置？”，并且如果在回波消除器的输入端处没有回波，尽管状态信息信号会不启动更新，也能够进行背景噪声估计。当远端话音没有在传输信号上引入回波时，如果想要在仅处于远端通话状态期间更新背景噪声估计，那么本实施例的必须的。
在基站中，自适应滤波器用来取代噪声抑制器38。自适应滤波器用来变更近端通话，用以补偿从近端通话者到远端通话者的传输中的频率劣化。自适应滤波器系数在仅处于近端通话期间被更新。当回波消除器检测到仅为近端通话时，来自回波消除器10的状态信息被用来启动更新。
回波消除器10提供的状态判断信息也可以用来控制检音器34。如图5所示，检音器34由一个功能块DTMF检音器70构成。在典型的实施例中，PCM编码数据在64kbps的速率下由DTMF检音器70接收，该速率即意味着对每105个数据帧进行操作。DTMF检音器70采用AT&T应用注释中规定的频率和偏移测试的Goertzel算法，来判断是否出现了DTMF单音，AT&T的应用注释标题是“Dual-Tone Multifrequency Receiver Using the WE DSP 16 Digital SignalProcessor”。Goertael算法和AT&T应用注释是本领域中的技术人员所熟知的。如果检测到DTMF单音，则信号由DTMF检音器72送到Tx Mute 42，它指令TxMute 42用合成的噪声代替DTMF单音。尽管PCM数据以后经过噪声抑制，但PCM数据随后保持不变地被传送到噪声抑制器38，这是因为在DTMF单音的停顿期间，背景噪声估计仍然可以由噪声抑制器38来更新。
如果回波消除器10判断仅出现了远端通话，或者如果双方用户均为无声，则来自回波消除器10的状态信息用来不使DTMF检音器70工作。这就节约了处理功率。当DTMF检音器70不工作时，来自回波消除器10的PCM数据保持不变，并被提供到噪声抑制器38。
在第二个实施例中，如果回波消除器10判断仅出现了近端通话，则来自回波消除器10的状态信息用来启动检音器70。对于所有其他的通话状态，检音器70将不被启动。
来自回波消除器10的状态判断信号还用来控制Tx Mute 42。如图6中所示，PCM数据由交换机76接收。如果回波消除器10仅检测到远端话音，则信号被传送到交换机76，它用来自合成噪声发生器74的合成噪声取代了PCM数据。合成噪声发生器74用来自声码器编码器44的LPC参数和音量信息来与实际背景噪声的频谱特征相匹配。LPC参数和音量控制信息的讨论将在后文中给出。如果不出现噪声抑制，则旁路TxMute功能，使得PCM数据能够不变地传送到声码器编码器44。
回波消除器10的状态判断功能还用来控制声码器编码器44。声码器编码器44的功能方框图如图7中所示。PCM数据从Tx Mute 42提供到话音活动检测器80和阈值发生器78。话音活动检测器80计算PCM数据信号的话音活动量。当近端通话者通话时，话音活动相当高。在近端无声或单词之间的短暂停顿期间，话音活动相当低。阈值发生器78根据经过噪声抑制的PCM数据的背景噪声电平，计算三个阈值电平。只要话音活动检测器判断到通话活动的最小水平，则更新阈值电平。然而，如果来自回波消除器10的状态判断指示出通话状态仅为远端通话，则来自回波消除器10的状态判断信号被提供到阈值发生器78，中断背景噪声更新。必须防止这种情况下的背景噪声更新，这是因为当近端通话者无声时，如上面讨论的那样，合成噪声取代了Tx Mute 42中的实际数据信号。不希望根据合成噪声来更新背景噪声估计信号。
在第二个实施例中，回波消除器10提供一个使能信号，使得当判断通话状态是双方用户均为无声时，能够进行背景噪声估计。该实施例中，除非回波消除器10提供使能信号，否则将不会进行背景噪声更新。
上面讨论的三个计算的阈值被发送到阈值比较器82，在此形成速率编码的判决基础。以逐帧为基础将话音活动电平与这些阈值比较。在典型的实施例中，每一帧含有160个取样，或20毫秒的数据。如果话音活动能量在PCM数据的任一帧内超过最高阈值，则判断近端通话者在说话，通过多路复用器(mux)84将该帧复用起来并且用CELP 86在全速率下编码。如果任一帧内的含有活动能量小于最低的能量，则通过多路复用器84将该帧多路复用起来，并且在CELP 92在八分之一的速率下对其进行编码。如果任一帧中的含有活动能量落在最高阈值与最低阈值之间，则分别用CELP 86和CELP 88在二分之一或四分之一速率下对该帧进行编码。将CELP处理块86到92中的每一个的输出提供到后处理元件94，在此将它们组合起来，产生一个在本典型实施例中为1.2kbps和9.6kbps之间的可变数据速率帧。将后处理元件94的输出发送到控制微处理器(未示出)。
上述较佳实施例的描述使得本领域中的技术人员能够制造和使用本发明。很明显，对于本领域中的技术人员来说，还可以对这些实施例进行各种修改，并且在无需发明人的帮助下将其中的基本原理应用于其他的实施例。所以，本发明并非仅限于这些实施例，应当在最宽的范围内来理解上述所揭示的原理和新特征。
Claims (30)
1.一种用于数字电话系统中的话音处理的装置，其特征在于，它包含：
回波消除器，用来接收数字化的话音加回波信号、接收远端话音信号，和提供经抑制回波的输出信号，所述回波消除器包含：
状态判断装置，用来判断正在进行的两个通话者的通话状态，所述状态判断装置提供表示所述通话状态的状态信息信号；以及
话音处理装置，用来接收所述经抑制回波的输出和所述状态信息输出信号，以及用来采用所述状态信息来控制所述话音处理装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述话音处理装置包含：
检音器；
噪声抑制器；
传输噪声抑制装置；以及
声码器编码器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述话音处理装置包含：
检音器；
自适应均衡器；
传输噪声抑制装置；以及
声码器编码器。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述话音处理装置是一个检音器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述检音器包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样和接收所述状态信息信号；
输出装置，用来提供所述数字化的话音取样和提供指示DTMF单音选择和持续时间的信号；
单音检测装置，用来检测DTMF单音；以及
控制装置，当所述信息信号指示出仅为远端话音时中断所述单音检测装置。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述检音器包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样和接收所述状态信息信号；
输出装置，用来提供所述数字化的话音取样和提供表示DTMF单音选择和持续时间的信号；
单音检测装置，用来检测DTMF单音；以及
控制装置，当所述状态信息信号指示仅为远端话音时启动所述单音检测装置。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述话音处理装置是一个噪声抑制器。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述噪声抑制器包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样和接收所述状态信息信号；
输出装置，用来提供经噪声抑制的数字化的话音信号；
背景噪声估计装置，用来产生用于抑制背景噪声的估计背景噪声信号；以及
控制装置，当所述状态信息信号指示仅为远端话音时中断所述背景噪声估计装置。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述噪声抑制器包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样和接收所述状态信息信号；
输出装置，用来提供经噪声抑制的数字化的话音信号；
背景噪声估计装置，用来产生用于抑制背景噪声的估计背景噪声信号；以及
控制装置，当所述状态信息信号指示双方通话者均为无声时启动所述背景噪声估计装置。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述话音处理装置是一个传输噪声抑制装置。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述传输噪声抑制装置包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样和接收所述状态信息信号；
输出装置，用来提供所述数字化话音取样或一个合成噪声信号；
噪声发生装置，用来产生所述合成的噪声信号；以及
控制装置，当所述状态信息信号指示仅为远端话音时用所述合成噪声取代所述数字化的话音取样。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述话音处理装置是一个声码器编码器。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述声码器编码器包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样和接收所述状态信息信号；
输出装置，用来在减小的数据速率下提供经编码的数字话音包；
背景噪声估算装置，用来产生用于确定对所述数字化话音取样用哪个编码速率的阈值信息；以及
控制装置，当所述状态信息信号指示仅为远端话音时中断所述背景噪声估算装置。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述声码器编码器包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样和接收所述状态信息信号；
输出装置，用来在减小的数据速率下提供经编码的数字话音包；
背景噪声估算装置，用来产生用于确定对所述数字化话音取样用哪个编码速率的阈值信息；以及
控制装置，当所述状态信息信号指示双方通话者为无声时启动所述背景噪声估计装置。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述话音处理装置是一个自适应均衡器。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述自适应均衡器包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样和接收所述状态信息信号；
输出装置，用来提供经频率补偿的数字化的话音信号；
频率估计装置，用来估计所述数字化话音取样的频谱成份；以及
控制装置，当所述状态信息信号指示仅为远端话音时启动所述频率估计装置。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述回波消除器还包含：
回波检测装置，用来在所述回波消除器的输入处判断是存在还是不存在回波；以及
输出装置，用来提供指示所述回波消除器的所述输入处是否存在回波的信号。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述话音处理装置是一个噪声抑制器，它包含：
输入装置，用来接收数字化的话音取样、接收所述状态信息信号和接收指示在所述回波消除器的所述输入处是否有回波的所述信号；
输出装置，用来提供经噪声抑制的数字化的话音信号；
背景噪声估计装置，用来产生用于抑制背景噪声的估计背景噪声信号；以及
控制装置，当所述状态信息信号指示仅为远端话音并且所述回波检测装置指示没有回波时启动所述背景噪声估计装置。
19.一种包含回波消除器和数字处理元件的话音处理装置中、采用来自所述回波消除器的状态信息来控制所述数字处理元件的运行的方法，其特征在于，它包含下述步骤：
由所述回波消除器产生指示多个通话状态的状态信息信号；
用来自所述回波消除器的所述状态信息，控制所述数字处理元件。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示仅为远端通话时，中断所述数字处理元件中的检音器功能；
当所述状态信息信号指示仅为远端通话时，中断所述数字处理元件中由噪声抑制功能执行的背景噪声估计计算；
当所述状态信息信号指示仅为远端通话时，启动用合成噪声取代数字化的话音的传输噪声抑制功能；以及
中断所述数字处理元件中由声码器编码器功能执行的背景噪声估计计算。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示仅为远端通话时，中断所述数字处理元件中的检音器功能。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示仅为近端通话时，启动所述数字处理元件中的检音器功能。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示仅为远端通话时，中断由所述数字处理元件中的噪声抑制功能执行的背景噪声估计计算。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，它包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示双方通话者均为无声时，启动所述数字处理元件中的噪声抑制功能执行的背景噪声估计计算。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示仅为远端通话时，启动用合成的噪声取代数字化话音的的传输噪声抑制功能；以及中断所有其他通话状态的所述传输噪声抑制功能。
26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息指示仅为远端通话时，中断所述数字处理元件中由声码器编码器功能执行的背景噪声估计计算。
27.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示双方通话者均为无声时，启动由所述数字处理元件中的声码器编码器功能执行的背景噪声估计计算。
28.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示仅为近端通话时，启动由所述数字处理元件中的自适应均衡器功能执行的频率响应更新。
29.如权利要求19所述的方法，其特征在于，它还包含下述步骤：由所述回波消除器产生指示在所述回波消除器的输入处是否存在回波的回波存在信号；以及
用来自所述回波消除器的所述状态信息信号和所述回波存在信号控制所述数字处理元件。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述控制步骤还包含下述步骤：
当所述状态信息信号指示仅为远端通话并且所述回波存在信号指示在所述回波消除器的输入处存在回波的时候，中断由所述数字处理元件中的噪声抑制功能进行的背景噪声估计计算；以及
当所述状态信息信号指示仅为远端通话并且所述回波存在信号指示在所述回波消除器的输入处存在回波时，启动所述背景噪声估计计算。
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| CX01 | Expiry of patent term |
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