CN1313718A - 用于整形一种信号特别是一种语音信号的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及整形一种信号,特别是一种占用某一频带语音信号的装置,该装置可衰减这个频带的至少一些低频部分。本发明包括对被滤掉的频带的低频部分进行再生,基于信号,滤波器被用于确定再生信号,例如,应用一个矢量量化器选择的方法。本发明应用于在300Hz－3400Hz之间的窄带电话传输系统中的接收机;针对听觉损失而设计的音频设备,例如,高阻抗扬声器。
Description
本发明涉及一种传输系统，包括至少一个用于在窄频带上发身语音信号的发射机，和用于接收所述语音信号的接收机。
本发明还涉及将在这种传输系统中使用的一种接收机，一种将在这种接收机中使用的语音信号处理方法，以及用于实现此方法的包含计算机程序的装置。
本发明最后涉及一种用于整形一个输入信号的装置，特别是用于整形一个占用某一频带和至少在所述频带的低频部分上可以被衰减的语音信号的装置。
本发明对于应用无线或无绳电话有很大的意义。以一种常规方式，最初占用[100Hz-7000Hz]频带的语音信号在发射机末端被滤波以限制将被发射的数据量。这种滤波导致低频带(100Hz-300Hz)的衰减和高频带(3400Hz-7000Hz)的损失。结果是降低了信号的质量。
本发明还涉及针对听觉损失而设计的音频装置，例如，利用称作高阻抗技术的扬声器。这个技术的主要缺点是，当耳朵没有靠近扬声器时，声音信号被大大的衰减，特别是在低频。
美国专利5,455,888描述了一种在接收机末端产生缺少高频带(3400Hz-7000Hz)合成信号的方法。此方法包括基于接收信号确定一个滤波器，滤波器模拟窄带(300Hz-3400Hz)声音装置的频率响应。然后，用反向滤波器使接收信号在窄带相应的得到激励信号。这两种成分(声音装置的频率响应和激励信号)然后被彼此独立的加宽。一个矢量量化器技术特别用于确定滤波器对窄带声音装置的频率响应的模拟，以及滤波器对宽带(300Hz-7000Hz)声音装置的响应的模拟。然后，扩张激励被加到这个滤波器上，模拟宽带声音装置的响应以便得到宽带语音信号。
此方法需要大量的计算。这就浪费了时间和资源。
本发明第一个目的是提出一种提高接收信号质量的简单方法。为此目的，按照本发明，如开始一段描述的传输系统其特征在于，所述接收机包括用于根据接收信号选择一个再生滤波器的选择装置，和处理装置，用于处理由所述再生滤波器再生的相对于所述窄带较低频带的接收信号。
本发明的益处在于，语音信号的低频被衰减了，但没有完全被抑制。接收信号因此包含低频带的数据。依照本发明，这些数据被用于确定将用于再生低频带的滤波器。
在第一个实施例中，再生滤波器的特征是不放大任何频率的信号并且输送所述低频带信号，所述处理装置包括可变放大器，用于放大再生滤波器输送的信号，产生一个有最大动态的不饱和信号，以及为了产生一个再生语音信号，把此放大信号和在窄带上接收的信号相混合的混合装置。当使用一个固定精度的处理器来执行计算时，这个实施例有特别的优点，因为使用这种类型的处理器饱和风险特别明显。
第二个实施例特征在于，再生滤波器放大信号中的所述低频的成分，并且直接产生再生语音信号。此实施例则更适合用浮点处理器。
本发明的第二个目的是提供一种整形信号的装置。按照本发明，如在开始一段描述的传输系统中对一种输入信号整形的装置，其特征在于，该装置包括一个不进行放大的滤波器装置并且输送第一输出信号，和为了输送一个有最大动态的不饱和的第二输出信号，用于把所述第一输出信号放大到最大幅度的可变放大器装置。
用于对一种信号整形的装置优点在于，对信号的整形和对信号进行增益是分别进行处理的，此后再进行重新整形，这就可以在避免信号饱和的同时控制增益获得最大的动态信号。这种类型的信号整形装置特别适用于利用固定精度处理器的电子设备。
本发明的第三个目的是，提供了一种用于整形一种占用某一频带的语音信号的装置，该装置可衰减所述频带的至少一些低频部分。按照本发明，此装置的特征在于，它包括用于根据语音信号选择一个滤波器的选择装置，和处理装置，用于处理由所述滤波器产生的相对于所述窄带较低频带的所述语音信号。这样的装置用于，例如一种包括扬声器的音频设备，按照称作高阻抗技术用整形信号提供给扬声器的方式进行工作。
参考下面描述的实施例，通过非限制性的示例，本发明的这些和其它方面将被阐明并将是显然的。
在附图中：
图1以方框图的形式表示一个电话传输系统的基带模型，
图2代表一个滤波器选择装置的示例，
图3代表按照本发明的用于整形信号装置的第一实施例的一个示例，
图4代表按照本发明的用于整形信号装置的第二实施例的一个示例，
图5代表按照本发明的用于整形输入信号装置在分别进行处理整形和增益所述信号时的一般结构，和
图6代表包含高阻抗扬声器音频装置的一个示例，和按照本发明用于将整形的语音信号提供给所述扬声器的装置。
图1以方框图的形式表示一个电话传输系统的基带模型。在语音信号XIN送到模-数转换器ADC之前，它在发射机ES中由一个发射滤波器EF过滤在[300Hz-3400Hz]频带，然后送到源编码器SC以减少被传输数据的数量，最后到信道编码器CC以保护被传输的数据。在经过信道C传输后，接收机RS进行反向操作：用信道解码器CD对传输信号进行解码，然后用源解码器SD进行源码解码。在源解码器SD的输出端得到一个数字信号XT。这个数字信号XT被按照本发明的一个信号整形装置REG进行处理。装置REG包括用于选择一个再生滤波器RF的选择装置FSS。再生滤波器RF的特性被传输到处理装置PROC来处理接到的信号XT。处理装置PROC利用再生滤波器RF输送一个再生语音信号XW。此再生信号XW提供给一个数-模转换器DAC,DAC输送一个输出信号XOUT。
在这个例子中，选择装置FSS执行一个矢量量化器分类方法。这不限制其他可应用的分类方法，例如，一种基于神经网络的方法。
通常，矢量量化器分类方法包括学习阶段和处理阶段。学习阶段包括在一个开始集合的元素和一个结束集合的元素之间建立的分类联系，随后联系已经建立的每个分类的特征。处理阶段包括对输入信号进行分析，将其分类到在学习阶段中已建立的分类中。
矢量量化器技术的细节可以参考，例如，由Y.Linde,A.Buzo and R.M.Gray写的题目为“一种矢量量化器设计算法(An algorithm for Vector QuantizerDesign)”的文章，并发表在期刊“IEEE通信学报1980年1月COM-28卷第1期上。
如图2所示，选择装置FSS利用一个滤波器组FB,FB的功能是把语音信号XT分成各种频带，例如，频带B1=[100Hz-200Hz],B2=[200Hz-300Hz]和B3=[300Hz-1000Hz]。一个计算方块COMP计算各个频带的能量E1,E2和E3，然后在能量：R1=E1/E3和R2=E2/E3之间确定R1和R2之比。
当不进行通信时，整个学习阶段建立一个分类。为此目的，语音信号的信号数据库DB的信号被提供给滤波器组FB。然后每种信号的能量E1,E2和E3及R1和R2的比值被计算并被储存。
发射机可以考虑使用各种发射滤波器。并且在提供到滤波器组FB之前，数据库的信号要用这些滤波器进行滤波。然后为来自滤波器组FB的每个信号计算能量E1’,E2’和E3’及比值R1’和R2’。
在一方是R1和R2另一方是R1’和R2’之间建立对应关系。随后进行量化操作，把这些对应关系重组到某一分类级上。然后确定再生滤波器每种类型的特性。
当发生通信时，接收的信号XT加到滤波器组FB上。计算这个接收信号XT的能量E1,E2和E3以及R1和R2之比。然后一个分类块CLASS采用R1和R2之比确定接收的语音信号XT属于那种分类。相应特性的再生滤波器与此分类相关联。这些特性由处理装置PROC传输。
在图3所示的第一实施例中，处理装置PROC包括滤波器装置FREG。滤波器的使用型号G输送到滤波器装置FREG以便对接收信号XT进行滤波。滤波器装置FREG通过仅仅放大接收信号XT的低频而直接输送一个[100Hz-3400Hz]频带的信号XM。一种便利方式是，处理装置PROC还包括一个放大器AMP1，它提供可变增益到信号XM上以便得到一个再生语音信号XW=gM*XM，它是不饱和的且有最大的动态。接着叙述当一个信号的幅度超过绝对值+1时认为达到了饱和。增益gM像这样写入，例如：gM=min{1,α/picM}其中α=0.95，例如其中的picM是信号XM包络的最大值。
图4表示第二实施例，再生滤波器裂变为一个标准化再生滤波器(就是说，最大幅度等于0dB)和一个恒定增益Go。处理装置PROC此外包括滤波器装FREG，一个放大器AMP2和一个混频器MIX。标准滤波器的使用型号G’被输送到滤波器装置FREG以便对接收信号XT进行滤波。滤波器装置FREG随后产生一个没有放大的占用低频带[100Hz-300Hz]的信号XL。此外，恒定增益Go传送到放大器AMP2。放大器AMP2向信号XL提供一个可变增益gL，可可变增益按如下定义：
gL=min{Goα/picL}
其中picL是信号XL包络的最大值。
混频器MIX对放大的信号gL *XL和接收信号XT进行混频后输送一个再生语音信号XW。混频器MIX引进一个可变增益gW用于已经放大的信号gL *XL和接收信号XT，以致于再生语音信号被写为：
XW=gW *gL *XL+gW *XT
增益gW是确定的，例如下式：
gW=min{1,α/gL *picL+picT}
其中picT是信号XT包络的最大值。
在第二实施例中，再生信号的整形和增益是分别进行的，在避免信号饱和的同时可以控制增益以获得最大动态。这个实施例特别适用于使用固定精度处理器的接收机。
上述在方框图中的所有装置可以方便地由一个或多个编程元件构成，储存在一个微处理器部件的存储器中并由处理器执行操作运行。
图5显示整形输入信号装置的一般结构，该装置允许分别处理所述信号的整形和增益以便在避免饱和的同时获得最大动态。这个装置包括一个标准化滤波器F和一个可变放大器A。标准滤波器F对输入信号X1滤波但不放大并且把过滤后的信号XF输送到放大器A。放大器A对过滤后的信号XF提供一个可变增益gF，可变增益值依据一个恒定增益值G1和被过滤后的信号包络的最大值picF。如果当一个信号的幅度超过+1绝对值时认为达到了饱和，可变增益可写为，例如：
gF=min{G1,α/picF},α=0.95。放大器A输送一个动态最大的不饱和信号X2。
图6表示一个音频设备的示例，包括有依照本发明用于整形语音信号的装置。这个设备是一个移动电话，带有麦克风M，键盘KP，屏幕S，一个高阻抗扬声器HP，一个天线AT，一个收发信机部件EX/RX和一个微处理器部件DSP，它们由公共线路CL连接。微处理器部件DSP管理这个设备的操作。它包括一个微处理器MP，一个随机存取存储器RAM和一个只读存储器ROM。在只读存储器ROM中特别存储了设备的操作程序，尤其存储了利用依照本发明的整形语音信号的装置的操作程序。仅在微处理器传输一个语音信号到高阻抗扬声器之前，微处理器MP执行程序运行。然后，语音信号频带的低频部分在信号传输之前，依先前的操作运行程序输送到扬声器。高阻抗扬声器输出的音频信号中低频的衰减因此而得以降低。
Claims (10)
1．一种传输系统，包括至少一个用于在窄频带上发送语音信号(XIN)的发射机(ES)，和用于接收所述语音信号的接收机(RS)，特征在于所述接收机包括用于根据接收信号(XT)选择一个再生滤波器(FREG)的选择装置(FSS)，和处理装置(PROC)，用于使用所述再生滤波器处理接收信号以再生相对于所述窄带较低的频带。
2．如权利要求1所述的一种传输系统，特征在于所述的处理装置包括分析和分类装置(FB,COMP,CLASS)，用于分析和分类接收信号以在所述接收信号(XIN)和再生滤波器(FREG)之间建立对应关系。
3．如权利要求1所述的一种传输系统，特征在于再生滤波器的特征是再生滤波器不放大任何频率并发送仅占用所述低频带的一个信号(XL)，所述处理装置包括可变放大装置(AMP2)，用于放大由再生滤波器输送的信号，产生一个有最大动态的不饱和信号(gL *XL)，以及混合装置(MIX)，用于把此放大信号和在窄带上接收的信号(XT)相混合，以致产生一个再生语音信号(XW)。
4．如权利要求3所述的一种传输系统，特征在于所述混合装置引进一个可变增益(gW)用于已经放大的信号(gL *XL)和接收信号(XT)以产生一个有最大动态的不饱和的再生语音信号(XW)。
5．一种接收机，包括用于接收在窄带中传输的语音信号的接收装置，特征在于包括有用于根据接收信号(XT)选择一个再生滤波器(FREG)的选择装置(FSS)，和处理装置(PROC)，用于使用所述再生滤波器处理接收信号以再生相对于所述窄带较低的频带。
6．如权利要求5所述的一种接收机，特征在于再生滤波器的特征是再生滤波器不放大任何频率并发送仅占用所述低频带的一个信号(XL)，所述处理装置(PROC)包括可变放大装置(AMP2)，用于放大由再生滤波器输送的信号，产生一个有最大动态的不饱和信号(gL *XL)，以及混合装置(MIX)，用于把此放大信号(gL *XL)和在窄带上接收的信号(XT)相混合，以致产生一个再生语音信号(XW)。
7．一种设备，用于整形输入信号(XT,X1)，特征在于包括滤波器装置，用于过滤输入信号而不进行放大(FREG,F1)，输送第一输出信号(XL,XF)，和可变放大装置(AMP2,A)，用于放大所述第一输出信号到它的最大幅度(picL,picF)，并输送一个有最大动态的不饱和的第二输出信号(gL *XL,X2)。
8．一种设备，用于对占用某一频带的语音信号进行整形，该设备可衰减信号中所述频带的至少一些低频部分，其特征在于包括有用于根据所述语音信号选择一个再生滤波器(FREG)的选择装置(FSS)，和处理装置(PROC)，用于使用所述再生滤波器处理所述话音信号以再生相对于所述窄带较低的频带。
9．一种处理在窄频带中传输的语音信号的方法，其特征在于包括有用于根据接收信号(XT)选择一个再生滤波器(FREG)的选择步骤(FSS)，和处理步骤(PROC)，用于使用所述再生滤波器处理接收信号以再生相对于所述窄带较低的频带。
10．如权利要求9处理语音信号的方法，特征在于再生滤波器的特征是再生滤波器不放大任何频率并且输送仅占用所述低频带的一个信号(XL)，所述处理步骤包括可变放大步骤(AMP2)，用于放大由再生滤波器输送的信号的步骤，产生一个有最大动态的不饱和信号(gL *XL)，以及混合步骤(MIX)，用于把此放大信号(gL *XL)和在窄带上接收的信号(XT)相混合，以致产生一个再生语音信号(XW)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |