CN1788524A - 集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备 - Google Patents

Abstract

提供了被使用于双向语音和在性能方面、价格方面、尺寸方面、使用环境适用性方面和用户友好性方面等等进一步改进的双向通信设备。在双向通信设备中在水平方向上呈放射状地布置位于离接收和再现扬声器(16)相等的距离多个话筒(MC1到MC6)。多个话筒(MC1到MC6)离接收和再现扬声器(16)的中心成对地布置。面对扬声器箱(14a)侧面的声音反射板(12)的表面被弯曲成喇叭形状并与扬声器箱(14a)合作在水平方向全向地扩散从上部声音输出开孔(14c)输出的声音。DSP(25)接收一对话筒的声音拾取信号作为输入，选择从其检测到最高的声音的话筒，并把声音拾取信号经由电话线传送到另一方的双向通信设备。

Description

集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备

技术领域

本发明涉及集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，例如适用于在两个会议室中的多个会议参加者通过话音举行会议的情形。

背景技术

电视会议系统被使用来使得在分开的位置的两个会议室的会议参加者能够举行会议。电视会议系统通过成像装置获取在会议室的会议参加者的图像，通过话筒拾取(收集)他们的话音，通过通信信道发送获取的图像和拾取的话音，在另一方的会议室的电视接收机的显示单元上显示获取的图像，以及从扬声器输出拾取的话音。

在这样的电视会议系统中具有缺点：在每个会议室很难拾取在远离成像装置和话筒的位置处讲话方的话音。作为用于处理这个问题的措施，有时为每个会议参加者提供一个话筒。

而且，它还有缺点：从电视接收机的扬声器输出的话音很难由在远离扬声器的位置处的会议参加者听见。

日本未审查的专利公开(Kokai)No.2003-87887和日本未审查的专利公开(Kokai)No.2003-87890公开了，除了当在分开的位置的会议室举行电视会议时提供视频与音频信号的通常的电视会议系统以外，由话筒与扬声器集成地配置的话音输入/输出系统具有以下优点：在另一方的会议室中会议参加者的话音可以从扬声器清晰地听见，并且在各个会议室中受到很小的来自噪声的影响或回声抵销器的负荷很轻。

例如，在日本未审查的专利公开(Kokai)No.2003-87887中公开的、正如该公开专利的图5到图8、图9和图23上描述的话音输入/输出系统，从下到上，由具有内建扬声器的扬声器箱5、向上放射状地开放的用于扩散声音的锥形反射板4、声音阻挡板3、和由柱子8支撑的在水平面上放射状地等角度放置的多个单方向性话筒(图6和图7的四个以及图23的六个)。声音阻挡板3是用于阻挡声音从下部扬声器5进入多个话筒。

在日本未审查的专利公开(Kokai)No.2003-87887和2003-87890中公开的话音输入/输出系统被利用为用于补充用于提供视频和音频的电视会议系统的装置。

然而，作为远程会议系统，经常不必使用诸如电视会议系统那样的复杂设备：单单话音就足够了。例如，当多个会议参加者在领导办公室与同一个公司的远距离销售办公室之间举行会议时，因为每个人都知道其它每个人的样子以及通过话音明白谁在讲话，不用电视会议系统的视频就足够举行会议。

而且，当引入电视会议系统时，它具有诸如用于引入电视会议系统本身的大的投资、操作的复杂性、和用于传送获取的图像的大的通信花费等的缺点。

如果假设应用到只使用音频的这样的会议的情形，则在日本未审查的专利公开(Kokai)No.2003-87887和日本未审查的专利公开(Kokai)No.2003-87890中公开的话音输入/输出系统可以在性能方面、价格方面、尺寸方面、和与使用环境、用户友好性的适用性方面等等以许多方式加以改进。

发明内容

本发明的目的是提供在作为仅仅用于双向语音的装置的性能方面、价格方面、尺寸方面、使用环境适应性方面、用户友好性方面等等进一步改进的通信设备。

按照本发明的第一方面，提供了一种集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，包括：扬声器，指向垂直方向；扬声器箱，其内建有所述扬声器并且具有在中心垂直部分的用于发出所述扬声器的声音的上部声音输出开孔，还具有倾斜的或向外弯曲的侧面；声音反射板，其中心位于面对所述扬声器的垂直方向，并具有面对所述扬声器箱的侧面弯曲成圆锥喇叭形的表面并且通过与所述扬声器箱的侧面合作将从上部声音输出开孔输出的声音在水平方向全向地扩散；至少一对具有方向性的话筒，其位于所述声音反射板的开孔端并且围绕所述扬声器的中心轴在水平方向呈放射状并且在跨所述中心轴的直线上排列；第一信号处理装置，用于处理话筒拾取的声音信号；以及第二信号处理装置，用于处理所述第一信号处理装置的处理结果以抵销从所述扬声器输出的音频信号分量的回声，其中至少一对话筒位于离所述扬声器相等的距离。

优选地，第一信号处理装置接收该一对话筒的拾取的声音信号作为输入，选择从其检测到最高的声音的话筒，以及发送该话筒的拾取的信号。

更优选地，第一信号处理装置在选择话筒时从话筒的拾取的信号中消除先前通过测量其中双向通信设备所放置的环境的噪声而发现的噪声分量。

优选地，第一信号处理装置参考所述一对对话筒的信号差，检测最高音频的方向和确定要选择的话筒。

更优选地，第一信号处理装置在选择话筒时分离话筒的拾取的声音信号的频带，并变换电平以确定要选择的话筒。

优选地，双向通信设备具有输出装置，用于使得可以可见地鉴别选择的话筒，并且第一信号处理装置在选择话筒时把拾取的声音信号输出到相应的输出装置。

优选地，输出装置是发光二极管。

附图说明

图1A是示意地显示其上应用本发明的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备(双向通信设备)的作为例子的会议系统的图，图1B是其中放置图1A的双向通信设备的状态的图，以及图1C是被放置在桌子上的双向通信设备与会议参加者的布置的图。

图2是本发明的实施例的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备的立体图。

图3是图1所示的双向通信设备的里面的截面图。

图4是在图1所示的双向通信设备中上盖打开的话筒电子电路盒的平面图。

图5是话筒电子电路盒的主要的电路的连接的图以及显示第一数字信号处理器(DSP1)和第一数字信号处理器(DSP2)的连接配置。

图6是图4所示的话筒的特性的图。

图7A到7D是显示具有图6所示的特性的话筒的方向性的分析结果的图。

图8是示意地显示在第一数字信号处理器(DSP1)中总的处理内容的图。

图9是本发明的噪声测量方法的第一方面的流程图。

图10是本发明的噪声测量方法的第二方面的流程图。

图11是本发明的噪声测量方法的第三方面的流程图。

图12是本发明的噪声测量方法的第四方面的流程图。

图13是本发明的噪声测量方法的第五方面的流程图。

图14是在本发明的双向通信设备中滤波处理的图。

图15是图14的处理结果的频率特性的图。

图16是本发明的带通滤波器处理和电平变换处理的框图。

图17是图16的处理过程的流程图。

图18是显示在本发明的双向通信设备中用于判断发言开始和结束的处理的图。

图19是在本发明的双向通信设备中正常的处理流的图。

图20是在本发明的双向通信设备中正常的处理流的流程图。

图21是显示在本发明的双向通信设备中话筒切换处理的框图。

图22是显示在本发明的双向通信设备中话筒切换处理的方法的框图。

具体实施方式

通过结合附图给出的以下的说明将更明白本发明的这些和其它目的和效果。

首先，说明本发明的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备(此后称为“双向通信设备”)的应用的例子。

图1A到1C是显示本发明的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备(此后称为“双向通信设备”)应用到的例子配置的图。

如图1A所示，双向通信设备被布置在处在分开的位置的两个会议室901和902。这些双向通信设备1A和1B通过电话线920互相连接。

如图1B所示，在两个会议室901和902中，双向通信设备1A和1B被放置在桌子911和912上。应当指出，在图1B上，为了显示图简化起见，只显示了在会议室901中的双向通信设备1A。然而，在会议室902中的双向通信设备1B是相同的。双向通信设备1A和1B的外貌的透视图在图2上给出。

如图1C所示，多个会议参加者A1到A6位于每个双向通信设备1A和1B的周围。应当指出，在图1C上，为了显示图简化起见，只显示了在会议室901中的双向通信设备1A周围的会议参加者。然而，在会议室902中的双向通信设备1B周围的会议参加者是相同的。

本发明的双向通信设备使得例如两个会议室901和902之间能够经由电话线920通过话音进行提问题和回答。

通常，经由电话线920的对话在一个讲话人与另一个讲话人之间即1对1进行，但在本发明的双向通信设备中，多个会议参加者A1到A6可以通过使用一条电话线920互相对话。但是，应当指出，如后面将详细说明的，为了避免音频拥塞，同时讲话的一方被限于从一个会议室中选择的一个人。

本发明的双向通信设备覆盖音频(语音)，所以仅经由电话线920传送音频。换句话说，不像电视会议系统那样传送大量图像数据。而且，本发明的双向通信设备压缩用于传输的会议参加者的语音，所以电话线920的传输负荷是轻的。

双向通信设备的配置

首先参照图2到图4说明按照本发明的实施例的双向通信设备的结构。

图2是按照本发明的实施例的双向通信设备的透视图。

图3是图2所示的双向通信设备的截面图。

图4是在图1所示的双向通信设备的话筒电子电路盒的平面图和沿图3的线X-X-Y的平面图。

如图2所示，双向通信设备1具有上盖11、声音反射板12、耦合部件13、扬声器箱14、和操作单元15。

如图3所示，扬声器箱具有声音反射面14a、底面14b、和上部声音输出开孔14c。接收和再现扬声器16被放置在由声音反射面14a和底面14b包围的空间中，即内腔14d。声音反射板12被放置在扬声器箱14的上面。扬声器箱14和声音反射板12通过耦合部件13相连接。

每个耦合部件13具有穿过它的紧固部件17。紧固部件17紧固扬声器箱14的底面14b的紧固部件底部附接零件14e和声音反射板12的紧固部件底部附接零件12b。应当指出，紧固部件17仅仅穿过扬声器箱14的紧固部件通道14f。紧固部件17穿过紧固部件通道14f而不紧固它的原因在于，扬声器箱14由于扬声器16工作造成震动，以及它的震动在上部声音输出开孔14c周围不受限制。

扬声器

由另一个会议室的讲话方发出的语音传送通过接收和再现扬声器16和上部声音输出开孔14c以及沿着由声音反射板12的声音反射面12a和扬声器箱14的声音反射面14a定义的空间扩散。

声音反射板12的声音反射面12a的截面画出如图所示的平缓的喇叭弧形。声音反射面12a的截面形成图示的在360度(全部取向)上的截面形状。

同样地，扬声器箱14的声音反射面14a的截面画出如图所示的平缓的凸面的形状。声音反射面14a的截面形成图示的在360度(全部取向)上的截面形状。

从接收和再现扬声器16输出的声音S传送通过上部声音输出开孔14c，传送通过由声音反射面12a和声音反射面14a定义的声音输出空间，沿着音频响应设备1被放置在其上的桌子911的桌面向所有的方向上扩散，被所有的会议参加者A1到A6以相等的音量听见。在本实施例中，桌子911的桌面被用作为声音传播装置的一部分。

声音S的扩散的状态由箭头表示。

声音反射板12支撑印刷电路板21。

如图4平面地显示的印刷电路板21安装话筒电子电路盒2的话筒MC1到MC6、发光二极管LED1到LED6、微处理器23、编解码器24、第一数字信号处理器(DSP1)DSP 25、第二数字信号处理器(DSP2)DSP 26、A/D转换器块27、D/A转换器块28、放大器块29、和其它各种类型的电子电路。图3所示的声音反射板12也起到用于支撑话筒电子电路盒2的部件的作用。

印刷电路板21具有附接在其上的减震器18，用于防止来自接收和再现扬声器16的震动传送到声音反射板12和进入话筒MC1到MC6。因此，话筒MC1到MC6没有太受扬声器16的声音影响。

话筒的布置

如图4所示，六个话筒MC1到MC6被从印刷电路板21的中心放射状地等角度(在本实施例中为60度的间隔)地放置。每个话筒是具有单方向性的话筒。后面将说明它们的特性。

如图3到图4所示，每个话筒MC1到MC6由具有柔韧性或弹性的第一话筒支撑部件22a和第二话筒支撑部件22b支撑，这样，它可以自由地摆动(为了简化显示图起见只显示了话筒MCI的第一话筒支撑部件22a和第二话筒支撑部件22b)。除了通过上述的减震器18防止来自接收和再现扬声器16的震动的影响的措施以外，来自接收和再现扬声器16的震动对于第一话筒支撑部件22a和第二话筒支撑部件22b的影响也被防止。

如图3所示，接收和再现扬声器16相对于话筒MC1到MC6所位于的平面的中心轴垂直地取向(在本实施例中为向上指向)。通过接收和再现扬声器16和六个话筒MC1到MC6的这样的布置，在接收和再现扬声器16与话筒MC1到MC6之间的距离成为相等的，以及来自接收和再现扬声器16的音频以几乎相同的音量和相同的相位到达话筒MC1到MC6。然而，由于声音反射板12的声音反射面12a和扬声器箱14的声音反射面14a的配置，接收和再现扬声器16的声音被阻止直接输入到话筒MC1到MC6。

如图1C所示的会议参加者A1到A6通常在围绕音频响应设备1以360度方向上基本上相等的角度或基本上相等的间隔放置。

发光二极管

用于通知讲话方的决定的发光二极管LED1到LED6被布置在话筒MC1到MC6附近。

应当指出，提供发光二极管LED1到LED6以使得即使在上盖11被盖住的状态下，也能够被所有的会议参加者A1到A6看见。因此，上盖11被提供以透明的窗口，这样，发光二极管LED1到LED6的发光状态可以被看到。在上盖11上在发光二极管LED1到LED6的部分处也可以提供自然的开孔，但从防止灰尘进入话筒电子电路盒2的观点看来透明窗口是更好的。

为了执行以后描述的各种类型的信号处理，印刷电路板21配备有DSP 25、DSP 26和各种类型的电子电路27到29，被布置在除了放置话筒MC1到MC6的部分以外的空间。

在本实施例中，DSP 25被用作为信号处理装置，用于与各种类型的电子电路27到29一起执行诸如滤波处理和话筒选择处理，以及DSP 26被用作为回声抵销器。

图5是微处理器23、编解码器24、DSP 25、DSP 26、A/D转换器块27、D/A转换器块28、放大器块29、和其它各种类型的电子电路的示意性结构的图。

微处理器23执行用于话筒电子电路盒2的总的控制的处理。

编解码器24编码音频信号。

DSP 25执行下面说明的各种类型的信号处理，例如，滤波处理和话筒选择处理。

DSP 26用作为回声抵销器。

在图5上，作为A/D转换器块27的例子，示出了A/D转换器271到274，作为D/A转换器块28的例子，示出了D/A转换器281和282，作为放大器块29的例子，示出了放大器291和292。

另外，作为话筒电子电路盒2，诸如电源电路的各种类型的电路被安装在印刷电路板21上。

话筒对MC1-MC4、MC2-MC5、和MC3-MC6把两个信道的模拟信号输入到用于把模拟信号转换成数字信号的A/D转换器271到273。

在A/D转换器271到273处被转换的话筒MC1到MC6的声音拾取信号被输入到DSP 25，在其中实行在后面说明的各种类型的信号处理。

作为DSP 25的处理结果之一，话筒MC1到MC6之一的选择的结果被输入到作为话筒选择结果显示装置30的一个例子的发光二极管LED1到LED6中的相应的发光二极管。

DSP 25的处理结果被输出到DSP 26，在其中实行回声抵销处理。

DSP 26的处理结果在D/A转换器281和282处被转换成模拟信号。来自D/A转换器281的输出在编解码器24处根据需要被编码，经由放大器291被输出到电话线920，并经由被布置在另一方的会议室中的音频响应设备1的接收和再现扬声器16而作为声音被输出。

来自D/A转换器282的输出作为来自这个双向通信设备1的接收和再现扬声器16声音经由放大器292被输出。即，会议参加者A1到A6也可以听见由会议室的讲话方经由接收和再现扬声器16发送的音频。

来自被布置在另一方的会议室中的双向通信设备1的音频经由A/D转换器274被输入到DSP 26，在其中它被使用于回声抵销处理。而且，来自被布置在另一方的会议室中的双向通信设备1的音频通过未示出的路由被提供给扬声器16并作为声音被输出。

话筒MC1到MC6

图6是显示话筒MC1到MC6的特性的图。

在如图6所示的每个单方向性特性的话筒中，频率特性和电平特性随音频从讲话方到达话筒的角度的不同而不同。多个曲线表示在声音拾取信号的频率分别为100Hz、150Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、700Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz、5000Hz、和7000Hz时的方向性。

图7A到7D是显示对于声音源的位置和话筒的声音拾取电平的频谱分析结果的图，以及显示通过把扬声器放置在离双向通信设备1的1.5米的距离并把快速傅立叶变换(FET)以恒定的时间间隔应用到由话筒拾取的音频而得到的结果。X轴代表频率，Y轴代表信号电平，Z轴代表时间。

当使用具有图6的方向性的话筒时，在话筒的正前方显示强的方向性。通过很好地利用这样的特性，DSP 25执行后面说明的话筒的选择处理。

当本发明使用不具有方向性的话筒时，换句话说，由不具有方向性的话筒拾取声音(收集声音)时，话筒周围的所有的声音被拾取，所以讲话方的音频与周围噪声的S/N(SNR)被混合，所以不能拾取到太多良好的声音。为了避免这一点，在本申请的发明中，通过由单个有方向性的话筒拾取声音，与周围噪声的S/N被增强。

而且，作为用于得到话筒的方向性的方法，可以使用采用多个无方向性话筒的话筒阵列。然而，通过这个方法，需要进行处理以匹配信号的时间轴(相位)，所以，花费的时间长，响应性差，并且硬件结构变得复杂。即，对于DSP的信号处理系统也需要复杂的信号处理。本发明克服这样的缺点。

另外，组合话筒阵列信号以利用话筒作为有方向性的声音拾取话筒具有缺点：外形受通带特性限制并且外形大。本发明也解决这个问题。

双向通信设备的硬件配置的效果

具有以上结构的双向通信设备具有以下优点。

(1)多个话筒MC1到MC6与接收和再现扬声器16之间的位置关系是恒定的，而且它们的距离非常接近，所以从接收和再现扬声器16发出直接返回的声音水平远大于从接收和再现扬声器16发出的穿过会议室(房间)环境并返回到话筒MC1到MC6的声音水平。因此，从接收和再现扬声器16到话筒MC1到MC6的声音的到达的特性(信号电平强度、频率特性、相位等等)总是相同的。也就是，双向通信设备1具有传输函数总是相同的优点。

(2)所以，具有当切换话筒时传输函数不改变以及无论何时切换话筒时不必调节话筒系统的增益的优点。换句话说，具有一旦在本发明的双向通信设备制造时实行调节，就不必再重新进行调节的优点。

(3)即使由于与以上相同的理由切换话筒时，单个回声抵销器(DSP26)就足够了。DSP是昂贵的。另外，对于在其上安装各种部件并且剩余的空间不多的印刷电路板21上布置DSP所需要的空间可以保持为很小。

(4)由于在接收和再现扬声器16与MC1到MC6之间的传输函数是恒定的，例如具有±3dB的话筒本身的灵敏度差的调节可以仅仅由单元实行。

(4)作为其上安装双向通信设备1的桌子，通常使用圆桌。用于通过双向通信设备1中的单个接收和再现扬声器16在所有的方向相等地散布(扩散)具有相等的质量的音频的扬声器系统成为可能。

(5)具有优点：从接收和再现扬声器16输出的声音传播通过桌面(边界效应)，良好的质量的声音以良好的效率相等地有效地到达会议参加者，在会议室的天花板方向相反侧的声音和相位被抵销变小，在会议参加者处从天花板方向只有很小的反射的声音，结果，清楚的声音传送到参加者。

(6)从接收和再现扬声器16输出的声音以相同的音量同时到达所有的话筒MC1到MC6，所以关于声音是讲话方的音频还是接收的音频的判决变得很容易。结果，减少话筒选择处理的错误判决。后面将说明其细节。

(7)通过等间隔地布置偶数个，例如六个话筒，用于检测方向的电平比较可以容易地实行。

(8)通过减震器18、话筒支撑部件22a，22b等等，由于接收和再现扬声器16的声音引起的震动加到话筒MC1到MC6的声音拾取的影响可被减小。

(9)接收和再现扬声器16的声音不直接进入话筒MC1到MC6。因此，在双向通信设备1中，只有很小的来自接收和再现扬声器16的噪声的影响。

变形方案

在参照图2到图3描述的双向通信设备1中，接收和再现扬声器16被布置在下部，话筒MC1到MC6(和相关的电子电路)被布置在上部，但也有可能垂直地颠倒接收和再现扬声器16与话筒MC1到MC6(和相关的电子电路)的位置。即使在这种情形下，仍可以实现以上的效果。

自然，话筒的数目不限于6。任何偶数个话筒可以放置在相同的方向的直线上，例如，像MC1和MC4。

两个话筒MC1和MC4互相面对的放置在一条直线上的原因是为了选择话筒。后面将说明其细节。

信号处理的内容

下面将说明由第一数字信号处理器(DSP)25主要执行的处理。图8是示意地显示由DSP 25执行的处理的图。下面将给出说明。

(1)环境噪声的测量

作为初始的操作，测量其中布置双向通信设备1的环境的噪声。

双向通信设备1可被使用在各种环境下。为了实现话筒的正确的选择和提高双向通信设备1的性能，在本发明中，其中放置双向通信设备1的周围环境的噪声被测量，以使得能够从在话筒处拾取的信号中消除该噪声的影响。

自然，当双向通信设备1被重复使用在相同的会议室时，噪声被事先测量，所以当噪声的状态没有改变时这个处理可以省略。

应当指出，在正常状态下也可以测量噪声。后面将说明其细节。

(2)主席的选择

例如，当使用双向通信设备1用于双向会议时，如果会议室中有掌握会议的主席是有利的。因此，在本发明中，在使用双向通信设备1的初始阶段，在双向通信设备1的操作单元15设置主席。本实施例中用于设置主席的方法是设置由主席优先使用的话筒。

自然，当双向通信设备1使用的主席相同时，这个处理过程可以省略。

并且，在主席改变时进行这个处理。

作为正常处理，实行下面示例地说明的各种类型的处理。

(3)用于选择和切换话筒的处理

当在一个会议室中多个会议参加者同时讲话时，音频被混合，很难被在另一方会议室中的会议参加者A1到A6理解。所以，在本发明中，原则上，只允许一个人讲话。为此，DSP 25执行用于选择和切换话筒的处理。

仅仅来自选择的话筒的语音经由电话线920传送到另一方会议室的音频应答设备1以及从扬声器输出。

这个处理的目的是选择面对讲话方的单方向性话筒的信号，以及把具有良好的S/N的信号发送到另一方作为传输信号。

(4)选择的话筒的显示

通过接通相应的话筒选择结果显示装置30，例如，发光二极管LED1到LED6中的相应的发光二极管，使得所有的会议参加者A1到A6容易识别哪个是选择的会议参加者的话筒。

(5)作为以上话筒选择处理的背景技术或为了正确地执行用于话筒选择的处理，实行下面示例地说明的各种类型的信号处理。

(a)用于话筒的声音拾取信号的频带分离和电平变换的处理

(b)用于判断发言开始和结束的处理

用作为用于启动对于面对讲话方的方向的话筒的信号选择的判断的触发器

(c)用于检测在讲话方方向上的话筒的处理

用于分析话筒的声音拾取信号和判断面对讲话方的话筒

(d)用于判断在讲话方的方向上的话筒的切换的时间的处理以及

用于切换面对检测的讲话方的话筒的信号的选择的处理。

用于指示切换到从以上的处理结果选择的话筒。

(e)在正常操作时间基底噪声的测量

基底(环境)噪声的测量

这个处理被划分成在接通电源后立即进行的初始处理和正常的处理。应当指出，处理在以下的典型的前提条件下实行。

(1)条件：测量时间和阈值暂定值：

1.测试音声压：按照话筒信号电平的-40dB

2.噪声测量单位时间：10秒

3.在正常状态下的噪声测量：

通过10秒的测量结果计算平均值，重复10次找出被看作为噪声电平的平均值。

(2)通过基底噪声与发言开始参考电平之间的差设置有效距离的标准值和阈值

1.26dB或以上：3米或以上

发言开始的检测电平阈值：基底噪声电平+9dB

发言结束的检测电平阈值：基底噪声电平+6dB

2.20到26dB：不大于3米

发言开始的检测电平阈值：基底噪声电平+9dB

发言结束的检测电平阈值：基底噪声电平+6dB

3.14到20dB：不大于1.5米

发言开始的检测电平阈值：基底噪声电平+9dB

发言结束的检测电平阈值：基底噪声电平+6dB

4.9到14dB：不大于1米

发言开始的检测电平阈值：

基底噪声电平和发言开始参考电平之间的差÷2+2dB

发言结束的检测电平阈值：发言开始阈值-3dB

5.9dB或更小：几十厘米

发言开始的检测电平阈值：

6.基底噪声电平和发言开始参考电平之间的差÷2

发言结束的检测电平阈值：-3dB

7.相同或负值：不能判断，禁止选择。

(3)当达到接通电源时的基底噪声的电平+3dB时，开始正常处理的噪声测量开始阈值。

紧接在接通双向通信设备1的电源后，双向通信设备1执行参照图10到图12说明的以下的噪声测量。

紧接在接通电源后实行双向通信设备1的初始处理，以便测量基底噪声和参考信号电平以及根据该差设置在讲话方与本系统之间的有效的距离的标准和发言开始和结束判断阈值电平。

由声压电平检测单元保持的电平峰值以恒定的时间间隔--例如10毫秒--被读出，以计算单位时间的数值的平均值作为基底噪声。然后，根据测量的基底噪声电平确定发言开始的检测电平的阈值和发言结束的检测电平的阈值。

图9，处理1：测试电平测量

DSP 25输出测试音到如图5所示的接收信号系统的输入端，话筒MC1到MC6拾取来自接收和再现扬声器16的声音，以及使用该信号作为发言开始参考电平，以求出平均值。

图10，处理2：噪声测量1

DSP 25在恒定的时间内收集来自话筒MC1到MC6的声音拾取信号的电平作为基底噪声电平并求出平均值。

图11，处理3：有效距离的试计算

DSP 25比较发言开始参考电平与基底噪声电平，估值诸如其中放置双向通信设备1的会议室的房间的噪声电平，以及计算在讲话方与本双向通信设备1之间的有效距离，在这个距离上本双向通信设备1工作得很好。

话筒选择禁止判断

应当指出，当处理3的结果是基底噪声大于(高于)发言开始参考电平时，DSP 25判断在话筒的方向有强噪声源，设置在该方向的话筒的自动选择状态为“禁止”，并把它显示在例如话筒选择结果显示装置30或操作单元15上。

阈值的确定

DSP 25，如图12所示，比较发言开始参考电平与基底噪声电平并从差确定发言开始和结束电平的阈值。

关于噪声测量，下一个处理是正常处理，所以DSP设置每个定时器(计数器)并准备下一个处理。

正常噪声处理

DSP 25在初始操作时的以上噪声测量后，在正常工作状态下，按照图13所示的流程图的处理执行噪声处理，测量对于六个话筒MC1到MC6的每个话筒选择的讲话方的音量电平的平均值和在检测发言结束以后的噪声电平，以恒定的时间单位重新设置发言开始和结束判断阈值电平。

图13，处理1：DSP 25通过判决发言是在进行还是发言已结束而决定分叉到处理2还是处理3。

图13，处理2：讲话方电平测量

DSP 25将10次在发言期间在单位时间(例如10秒)的电平数据平均并将其记录为讲话方电平。

当发言在单位时间内结束时，时间计数和语音电平测量被中止，直至新的发言开始为止。在检测到新的语音后，测量处理重新开始。

图13，处理3：噪声测量2

DSP 25在检测到发言结束到发言开始之间的单位时间将10次例如10秒的噪声电平数据平均并将其记录为基底噪声电平。

当在单位时间内有新的语音时，DSP 25中途中止时间计数和噪声测量，并在检测到新的发言结束后，重新启动测量处理。

图13，处理4：阈值决定2

DSP 25比较语音电平和噪声电平，并从差确定发言开始和结束电平的阈值。

应当指出，除了以上的应用之外，求出的讲话方的语音电平的平均值还可以用于设置对于面对话筒的讲话方唯一的发言开始和结束检测阈值电平。

通过滤波处理生成各种类型的频率分量信号

图14是显示通过使用由话筒拾取的声音信号在DSP 25处执行的作为预处理的滤波处理的配置的图。

应当指出，图14显示对于一个信道(一个声音拾取信号)的处理。

话筒的声音拾取信号在具有例如100Hz的截止频率的模拟低截止滤波器101处被处理，以及被输出到A/D转换器102。在A/D转换器102处被转换成数字信号的声音拾取信号在具有7.5kHz、4kHz、1.5kHz、600Hz、和250Hz的截止频率的数字高截止滤波器103a到103e(总的称为103)处被去除它们的高频分量(高截止处理)。来自数字高截止滤波器103a到103e的结果进一步在减法器104a到104d(总的称为104)中被减去相邻的数字高截止滤波器103a到103e的滤波器信号。

在本发明的这个实施例中，数字高截止滤波器103a到103e和减法器104a到104d实际上由DSP 25中的处理实现。A/D转换器102可被实现为A/D转换器块27的一部分。

图15是显示通过参照图14被说明的滤波器处理结果的频率特性的图。这样，从由一个话筒拾取的信号生成具有各种类型的频率分量的多个信号。

带通滤波器处理和话筒信号电平变换处理

作为用于启动话筒选择处理的触发器之一，判断发言开始和结束。用于此的信号是通过图16所示的带通滤波处理和电平变换处理得到的。

图16仅仅显示在话筒MC1到MC6处拾取的六信道(CH)的输入信号处理期间的1个信道(CH)。

带通滤波处理和电平变换处理电路具有用于话筒的声音拾取信号的分别具有100到600Hz、100到250Hz、250到600Hz、600到1500Hz、1500到4000Hz、和4000到7500Hz的带通特性的带通滤波器201a到201e(总的被称为“带通滤波器块201”)；以及用于变换原先的话筒声音拾取信号和上述带通的声音拾取信号的电平的电平变换器202a到202g(总的被称为“电平变换器块202”)。

每个电平变换器具有信号绝对值处理单元203和峰值保持处理单元204。因此，正如在波形图上所示的，信号绝对值处理单元203在接收由虚线表示的负的信号作为输入时颠倒其正负号，以便把它变换成正的信号。峰值保持处理单元204保持信号绝对值处理单元203的输出信号的最大值。应当指出，在本实施例中，保持的最大值随着时间经过而下降一点。自然，也有可能改进峰值保持处理单元204，使得最大值能够在长的时间内被保持。

接着将说明带通滤波器。

在双向通信设备1中使用的带通滤波器例如刚好由一个二次IIR高截止滤波器和话筒信号输入级的低截止滤波器组成。

本实施例利用这样的事实：通过高截止滤波器的信号从具有平坦频率特性的信号1中被减去，剩余部分成为基本上等价于通过低截止滤波器的信号。

为了匹配频率电平特性，全通的带通滤波器的一个额外的频带成为必须的。需要的带通是通过带通滤波器的频带的数目+1的滤波器系数和频带的数目而得到的。

这时所需要的带通滤波器的频带是话筒信号的每1个信道的带通滤波器的以下的六个频带：

BPF1＝[100Hz-250Hz]…     201b

BPF2＝[250Hz-600Hz]…     201c

BPF3＝[600Hz-1.5kHz]…    201d

BPF4＝[1.5kHz-4kHz]…    201e

BPF5＝[4kHz-7.5kHz]…    201f

BPF6＝[100Hz-600Hz]…    201a

在这个方法中，IIR滤波器的计算程序仅仅是6 CH×5(IIR滤波器)＝30。

把这个与传统的带通滤波器的结构进行比较。

如果如在本发明中那样使用二次IIR滤波器配置带通滤波器和准备用于六个话筒信号的带通滤波器的六个频带，则6×6×2＝72电路的IIR滤波器处理变为必须的。这个处理即使通过最新的超级DSP也需要很大的程序处理，并对于其它处理造成影响。

在本发明中，100Hz低截止滤波器处理由输入级的模拟滤波器实现。准备的辅助IIR高截止滤波器有五种截止频率：250Hz、600Hz、1.5kHz、4kHz和7.5kHz。在其中的具有7.5kHz的截止频率的高截止滤波器实际上具有16kHz的采样频率，所以是不必要的，但被减数的相位被故意旋转(相位被改变)，以便减少由于在减法处理的步骤中IIR滤波器的相位旋转的影响造成的带通滤波器的输出电平被减小的现象。

图17是在DSP 25处由图16所示的结构进行的处理的流程图。

在图17所示的滤波器处理中，进行高通滤波处理作为第一级处理，而从第一级高通滤波处理的结果进行减法处理作为第二级处理。图15是信号处理的结果的镜像频率特性的图。

第一级

1.对于全通滤波器，输入信号传送通过7.5kHz高截止滤波器。这个滤波器输出信号通过与输入模拟低截止滤波器相组合变为[100Hz-7.5kHz]的带通滤波器输出。

2.输入信号传送通过4kHz高截止滤波器。这个滤波器输出信号通过与输入模拟低截止滤波器相组合变为[100Hz-4kHz]的带通滤波器输出。

3.输入信号传送通过1.5kHz高截止滤波器。这个滤波器输出信号通过与输入模拟低截止滤波器相组合变为[100Hz-1.5kHz]的带通滤波器输出。

4.输入信号传送通过600Hz高截止滤波器。这个滤波器输出信号通过与输入模拟低截止滤波器相组合变为[100Hz-600Hz]的带通滤波器输出。

5.输入信号传送通过250Hz高截止滤波器。这个滤波器输出信号通过与输入模拟低截止滤波器相组合变为[100Hz-250Hz]的带通滤波器输出。

第二级

1.当带通滤波器(BPF5＝[4kHz到7.5kHz])执行滤波器输出[1]-[2]([100Hz到7.5kHz]-[100Hz到4kHz])的处理时，得到以上的信号输出[4kHz到7.5kHz]。

2.当带通滤波器(BPF4＝[1.5kHz到4kHz])执行滤波器输出[2]-[3]([100Hz到4kHz]-[100Hz到1.5kHz])的处理时，得到以上的信号输出[1.5kHz到4kHz]。

3.当带通滤波器(BPF3＝[600Hz到1.5kHz])执行滤波器输出[3]-[4]([100Hz到1.5kHz]-[100Hz到600Hz])的处理时，得到以上的信号输出[600Hz到1.5kHz]。

4.当带通滤波器(BPF2＝[250Hz到600Hz])执行滤波器输出[4]-[5]([100Hz到600Hz]-[100Hz到250Hz])的处理时，得到以上的信号输出[250Hz到600Hz]。

5.带通滤波器(BPF1＝[100Hz到250Hz])定义以上[5]的信号原样地作为以上[5]的输出信号。

6.带通滤波器(BPF6＝[100Hz到600Hz])定义以上[4]的信号原样地作为以上[4]的输出信号。

所需要的带通滤波器输出可通过以上处理得到。

话筒的输入声音拾取信号MIC1到MIC6如在表1中那样被不断更新为求声压电平传送通过DSP 25中的带通滤波器的整个频带和六个频带的声压电平。

                                       表1

	BPF1	BPF2	BPF3	BPF4	BPF5	BPF6	所有
								MIC1	L1-1	L1-2	L1-3	L1-4	L1-5	L1-6	L1-A
MIC2	L2-1	L2-2	L2-3	L2-4	L2-5	L2-6	L2-A
								MIC3	L3-1	L3-2	L3-3	L3-4	L3-5	L3-6	L3-A
MIC4	L4-1	L4-2	L4-3	L4-4	L4-5	L4-6	L4-A
								MIC5	L5-1	L5-2	L5-3	L5-4	L5-5	L5-6	L5-A
MIC6	L6-1	L6-2	L6-3	L6-4	L6-5	L6-6	L6-A

信号电平的变换的结果

在表1中，例如，L1-1表示当话筒MC1的声音拾取信号传送通过第一带通滤波器201a时的峰值电平。

在判断发言开始和结束中，使用被传送通过图16所示的100Hz到600Hz带通滤波器201a并在电平变换单元202b中被变换成声压电平的话筒声音拾取信号。

应当指出，传统的带通滤波器通过对于每级带通滤波器组合高通滤波器和低通滤波器而被配置。所以，如果根据在本实施例中使用的规范构建36个带通滤波器电路，则必须有72个电路的滤波器处理。与此相反，本发明的实施例的滤波器结构变得很简单。

用于判断发言开始和结束的处理

根据从声压电平检测单元输出的数值，如图18所示，DSP 25在话筒声音拾取信号从基底噪声上升以及超过发言开始电平的阈值时判断发言开始，在此后高于开始电平的阈值的电平继续时判断语音正在进行，在电平下降到低于发言结束的阈值时判断有基底噪声，并且在电平继续固定的时间，例如0.5秒时，判断发言结束。

发言开始和结束判断，从传送通过100Hz到600Hz带通滤波器并在如图16所示的话筒信号变换处理单元202b处被变换成声压电平的声压电平数据(话筒信号电平(1))变为高于如图18所示的阈值电平的时间，判断发言开始。

另外，DSP 25被设计成在检测发言开始后的0.5秒期间不检测下一个发言开始，以避免由经常切换话筒而带来的故障。

话筒选择

DSP 25根据在强度上把话筒信号与其它话筒信号逐个进行比较并选择具有较高的信号强度的话筒信号的系统，也就是所谓的“分数卡系统”来检测在相互通话系统中讲话方的方向，并自动选择面对讲话方的话筒的信号。

图19是显示双向通信设备1的操作类型的图。

图20是显示双向通信设备1的正常处理的流程图。

双向通信设备1，如图19所示，按照来自话筒MC1到MC6的声音拾取信号执行用于监视音频信号的处理，判断发言开始/结束，判断发言方向，以及选择话筒和把结果显示在话筒选择结果显示装置30上，例如发光二极管LED1到LED6。

下面，参照图20的流程图，说明主要使用双向通信设备1中的DSP 25的操作。应当指出，话筒电子电路盒2的总的控制由微处理器23实行，但说明集中在DSP 25的处理。

步骤1：监视电平变换信号

在话筒MC1到MC6处拾取的信号在参照图16说明的带通滤波器块201和电平变换块202处被变换为七种类型的电平数据，所以DSP25不断监视对于话筒声音拾取信号的七种类型的信号。

基于监视结果，DSP 25转移到以下任一项处理：讲话方方向检测处理1，讲话方方向检测处理2，或发言开始/结束判断处理。

步骤2：用于判断发言开始/结束的处理

DSP 25通过参照图18和进一步按照下面详细描述的方法判断发言开始/结束。当作为处理检测发言开始时，DSP 25把发言开始的检测结果告知步骤4的讲话方方向判断处理。

应当指出，在步骤2的用于判断发言开始和结束的处理中，当语音电平变为小于发言结束电平时，0.5秒定时器被启动。当在0.5秒期间语音电平小于发言结束电平时，判断语音已结束。

当在0.5秒期间语音电平变为大于发言结束电平时，进入等待处理，直至它再次变为小于发言结束电平为止。

步骤3：用于检测讲话方方向的处理

在DSP 25中用于检测讲话方方向的处理是通过不断搜索讲话方方向而实行的。此后，数据被提供到步骤4的用于判断讲话方方向的处理。

后面将说明这个用于检测讲话方方向的处理的细节。

步骤4：用于切换讲话方方向话筒的处理

当步骤2的处理和步骤3的处理的结果是在这时的讲话方检测方向与至今为止选择的讲话方方向是不同时，在DSP 25中在用于切换讲话方方向话筒的处理中的用于判断时间的处理把在新的讲话方方向上的话筒的选择通知到步骤4的用于切换话筒信号的处理。

应当指出，当主席的话筒由操作单元15被设置，并且主席的话筒与其它会议参加者同时讲话时，优先权给予主席的语音。

这时，选择的话筒信息被显示在话筒选择结果显示装置30上，例如发光二极管LED1到LED6。

步骤5：话筒声音拾取信号的传输

用于切换话筒信号的处理只把由步骤4的处理从六个话筒信号中间选择的话筒信号作为传输信号从双向通信设备1经由电话线920传送到另一方的双向通信设备，从而把它输出到图5所示的线路外出端。

发言开始电平阈值和发言结束阈值的设置

处理1：紧接在接通电源后对于每个话筒测量一秒的基底噪声值。

DSP 25以恒定的时间间隔(在本实施例中例如10毫秒的时间间隔)读出声压电平检测单元的峰值保持电平值，计算一分钟内的平均值，并把它规定为基底噪声。

DSP 25根据测量的基底噪声电平确定发言开始的检测电平的阈值(基底噪声+9dB)和发言结束的检测电平的阈值(基底噪声+6dB)。DSP 25以恒定的时间间隔(即使在这以后)读出声压电平检测器的峰值保持电平值。

当它判断发言结束时，DSP 25测量基底噪声，检测发言开始，以及更新发言结束的检测电平的阈值。

按照这个方法，由于其中放置话筒的位置的基底噪声电平是互不相同的，所以这种阈值设置可以对于每个话筒设置每个阈值，并可以防止由于噪声源造成的错误判断。

处理2：与周围噪声(具有大的基底噪声)的房间的对应性

当基底噪声很大并且在处理1中阈值电平被自动更新时，处理2在发言开始或结束的检测很难时执行以下过程作为对抗措施。

DSP 25根据预测的基底噪声电平确定发言开始的检测电平和发言结束的检测电平的阈值。

DSP 25设置发言开始阈值电平大于发言结束阈值电平(例如3dB或更大的差)。

DSP 25以恒定的时间间隔读出由声压电平检测器的峰值保持电平值。

按照这个方法，由于对于所有的话筒阈值是相同的数值，这种阈值设置使得能够通过背对噪声源的人与其它人的话音的幅度的程度相同，识别发言开始。

发言开始的判断

处理1：把相应于话筒的声压电平检测器的输出电平与发言开始电平的阈值进行比较。当输出电平超过发言开始电平的阈值时，判断为发言开始。

当相应于所有的话筒的声压电平检测器的输出电平超过发言开始电平的阈值时，DSP 25判断该信号是来自于接收和再现扬声器16，以及判断它不是发言开始，这是因为接收和再现扬声器16与话筒MC1到MC6之间的距离是相同的，所以来自接收和再现扬声器16的声音基本上相等地到达所有的话筒MC1到MC6。

处理2：准备好通过如图4所示布置话筒并把方向性轴沿相反方向移180度而得到的三组话筒，每组包括两个单方向性话筒(话筒MC1与MC4、话筒MC2与MC5、以及话筒MC3与MC6)，以及利用两个话筒(麦克)信号的电平差。即，执行以下的操作：

MIC1的信号电平-MIC4的信号电平的绝对值...    [1]

MIC2的信号电平-MIC5的信号电平的绝对值...    [2]

MIC3的信号电平-MIC6的信号电平的绝对值...    [3]

DSP 25把以上的绝对值[1]，[2]，[3]与发言开始电平的阈值进行比较，当该绝对值超过发言开始电平的阈值时判断发言开始。

在这个处理的情形下，不像处理1，不是所有的绝对值变为大于发言开始电平的阈值(由于来自接收和再现扬声器16的声音相等地到达所有的话筒)，所以判断声音是来自于接收和再现扬声器16还是来自讲话方的音频成为不必要的。

用于检测讲话方方向的处理

对于讲话方方向的检测，利用图6上示例地说明的单方向性话筒的特性。在如图6所示的单方向性特性话筒中，频率特性和电平特性根据从讲话方到达话筒的角度而改变。结果在图7A到7C上示例地说明。图7A到7C显示对于通过把讲话者置于离双向通信设备11.5米的距离由话筒拾取的音频以恒定的时间间隔施加FFT的结果。X轴代表频率，Y轴代表信号电平，Z轴代表时间。横线代表带通滤波器的截止频率。由这些线夹在中间的频带的电平，参照图14到图17说明，变为来自话筒信号电平变换处理的传送通过带通滤波器的五个频带并被变换成声压电平的数据。

接着将描述作为本发明的实施例的、作为用于检测在双向通信设备1中讲话方方向的实际的处理而进行的判断的方法。

对于带通滤波器的每个频带实行适当的加权处理(当在1dB全跨度(1dBFs)步中为0dBF时，权因子为0，而当为-3dBFs时，为3，或者相反)。处理的分辨率由这个加权步骤确定。

对于每个样本时钟执行以上的加权处理，每个话筒的加权的点数被相加，对于恒定的数目的样本，将结果进行平均，具有小的(大的)总点数的话筒信号被判断为面对讲话方的话筒。以下的表2是这个结果的图像化表示。

                            表2

	BPF1	BPF2	BPF3	BPF4	BPF5	和值
							MIC1	20	20	20	20	20	100
MIC2	25	25	25	25	25	125
							MIC3	30	30	30	30	30	150
MIC4	40	40	40	40	40	200
							MIC5	30	30	30	30	30	150
MIC6	25	25	25	25	25	125

信号电平由点数代表的情形

在本例中，MC1具有最小的总点数，所以DSP 25判断在话筒1的方向有声音源。DSP 25保持以声音源方向话筒号的形式的结果。

如上所述，DSP 25对于每个话筒，对频带的带通滤波器的输出电平进行加权，将带通滤波器的频带的输出按从具有最小的(或最大的)点数的话筒信号向上的次序排名，以及判断对于三个或更多频带具有第一次序的话筒信号作为面对讲话方的话筒。然后，DSP 25形成如在以下的表3中的分数卡，表示在话筒1的方向上有声音源。

                            表3

	BPF1	BPF2	BPF3	BPF4	BPF5	和值
							MIC1	1	1	1	1	1	5
MIC2	2	2	2	2	2	10
							MIC3	3	3	3	3	3	15
MIC4	4	4	4	4	4	20
							MIC5	3	3	3	3	3	15
MIC6	2	2	2	2	2	10

传送通过带通滤波器的信号按电平顺序排名的情形

实际上，由于根据房间的特性的声音的反射和驻波的影响，第一话筒MC1的分数不总是成为所有的带通滤波器的输出中间的最大者，但如果是按五个频带的大多数排名第一，则可以判断在话筒1的方向有声音源。DSP 25保持以声音源方向话筒号的形式的结果。

DSP 25把以以下的表7所示的方式的话筒的带通滤波器的频带的输出电平数据相加，判断具有大的电平的话筒信号为来自面对讲话方的话筒，以及保持以声音源方向话筒号的形式的结果。

MIC1电平＝L1-1+L1-2+L1-3+L1-4+L1-5

MIC2电平＝L2-1+L2-2+L2-3+L2-4+L2-5

MIC3电平＝L3-1+L3-2+L3-3+L3-4+L3-5

MIC4电平＝L4-1+L4-2+L4-3+L4-4+L4-5

MIC5电平＝L5-1+L5-2+L5-3+L5-4+L5-5

MIC6电平＝L6-1+L6-2+L6-3+L6-4+L6-5

用于判断讲话方方向话筒的切换的时间的处理

当通过图20的步骤2的发言开始判断结果而被启动，从步骤3的讲话方方向的检测处理结果和过去的选择信息而检测到新的讲话方的话筒时，DSP 25发出话筒信号的切换命令到步骤5的用于切换话筒信号的选择的处理，通知话筒选择结果显示装置30(发光二极管LED1到LED6)：讲话方话筒被切换，由此告知讲话方：本双向通信设备1已响应于他的讲话。

为了消除反射声音和驻波在具有大的回声的房间中的影响，DSP25禁止在切换话筒后不到恒定的时间(例如0.5秒)内发出新的话筒选择命令。

从步骤1的话筒信号电平变换处理结果和步骤3的讲话方方向的检测处理结果准备两个话筒选择切换时间。

第一方法：当发言开始可被清晰地判断时的时间

来自选择的话筒的方向的发言结束并且有来自另一个方向的新的语音的情形。

在这种情形下，DSP 25在所有的话筒信号电平(1)和话筒信号电平(2)变为发言结束阈值电平或更小后经过时间间隔(0.5秒)或更多的时间后和当任何一个话筒信号电平(1)成为发言开始阈值电平或更大时决定发言开始，根据声音源方向话筒号的信息确定面对讲话方方向的话筒为规定的声音拾取话筒，并且开始步骤5的话筒信号选择切换处理。

第二方法：在语音正在继续期间有来自另一个方向的更大话音的新的语音的情形

在这种情形下，DSP 25在从发言开始(当话筒信号电平(1)变为阈值电平或更多时)后经过时间间隔(0.5秒)或更多的时间后开始判断处理。

当判断来自3的处理的声音源方向话筒号在检测到发言结束之前改变并且它是稳定的时，DSP 25决定有讲话方以比在相应于声音源方向话筒号的话筒处的现在被选择的讲话方话音更大的话音讲话，确定声音源方向话筒为规定的声音拾取话筒，并启动步骤5的话筒信号选择切换处理。

用于切换面对讲话方的话筒的信号的选择的处理

DSP 25通过被来自步骤4的讲话方方向话筒的切换时间判断处理的命令选择地判断的命令而启动。

用于切换话筒的信号的选择的处理是通过如图所示的六个乘法器和六个输入加法器实现的。为了选择话筒信号，DSP 25使得要被选择的话筒信号被连接到的乘法器的信道增益(CH增益)为[1]并使得其它乘法器的CH增益为[0]，由此加法器把(话筒信号×[1])的选择的信号与(话筒信号×[0])的处理结果相加，在输出端给出想要的话筒选择信号。

当信道增益如上所述地从[1]突然切换到[2]时，有可能由于被切换的话筒信号的电平差产生喀啦声音。所以，在双向通信设备1中，如图22所示，CH增益从[1]到[0]和从[1]到[0]的改变被做成在10毫秒的时间内连续过渡，由此避免由于话筒信号的电平差造成的喀啦声音。

而且，通过设置最大CH增益为不同于[1]，例如[0.5]，也可以调节输出到以后级中的回声抵销处理的电平。

如上所述，本发明的第一实施例的双向通信设备可被有效地应用到诸如会议的双向通信设备而没有噪声影响。

自然，本发明的双向通信设备不限于会议使用以及也可被应用到故障不同的其它用途。即，本发明的双向通信设备也适用于当不必强调通带的群时延特性时进行通带的电压电平的测量。因此，例如，它也可被应用到简单的频谱分析仪、用于施加快速傅利叶变换(FFT)的(FFT的)电平表、用于确认图形均衡器的均衡处理结果等的电平检测处理器、用于汽车立体声和无线电盒式录音机的电平表等等。

本发明的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备(双向通信设备)从结构观点看来具有以下优点：

(1)在多个话筒MC1到MC6与接收和再现扬声器16之间的位置关系是恒定的，而且它们的距离非常接近，所以从接收和再现扬声器16发出直接返回的声音电平远大于从接收和再现扬声器16输出的穿过会议室(房间)环境和返回到话筒MC1到MC6的声音电平。由于这一点，从接收和再现扬声器到话筒MC1到MC6的到达的声音的特性(信号电平(强度)、频率特性(f特性)、和相位)总是相同的。也就是，双向通信设备具有传输函数总是相同的优点。

(2)所以，具有当切换话筒时传输函数不改变的优点，所以无论何时话筒被切换时不必调节话筒系统的增益。换句话说，具有一旦在本发明的双向通信设备制造时实行调节，就不必再重新进行调节的优点。

(3)即使由于与以上相同的理由切换话筒时，回声抵销器(DSP 26)的数目可以保持为1个。DSP是昂贵的。另外，用于把DSP安装在由于安装各种部件而只有很少空余空间的印刷电路板上的空间可以保持为小的。

(4)在接收和再现扬声器与多个话筒之间的传输函数是恒定的，所以具有优点：±3dB的话筒本身的灵敏度差的调节可以仅仅由单元实行。

(4)作为其上安装双向通信设备的桌子，通常使用圆桌，所以用于通过双向通信设备中的一个接收和再现扬声器在所有的方向相等地散布(扩散)具有均匀的质量的音频的扬声器系统成为可能的。

(5)从接收和再现扬声器输出的声音通过桌面传播(边界效应)，并且质量良好的声音有效地、高效地、相等地到达会议参加者，相反侧的声音在会议室的天花板方向在相位上被抵销并变为小的声音，在会议参加者处从天花板方向只有很小的反射声音，结果，清楚的声音分发到参加者。

(6)从接收和再现扬声器输出的声音以相同的音量同时到达所有的话筒，所以关于声音是讲话方的音频还是接收的音频的判决变得很容易。结果，减少话筒选择处理中的错误判决。

(7)通过等间隔地布置偶数个话筒，用于检测方向的电平比较可以容易地实行。

(8)通过减震器、话筒支撑部件等等，由接收和再现扬声器的声音震动引起的对于话筒的声音拾取的影响可被减小。

(9)接收和再现扬声器的声音不直接进入话筒。因此，在双向通信设备中，只有很小的来自接收和再现扬声器的噪声的影响。

本发明的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备从信号处理观点看来具有以下优点：

(a)多个单方向性话筒以等间隔放射状地布置，以使得能够检测声音源方向，并且话筒信号被切换以拾取(收集)具有S/N好的声音和清晰的声音，以使得能够把它传送到另一方。

(b)有可能以S/N好的条件从周围的讲话方拾取声音以及自动选择面对讲话方的话筒。

(c)在本发明中，作为话筒选择处理的方法，传送的音频频带被划分，以及在划分频带时的电平进行比较，由此简化信号分析。

(d)本发明的话筒信号切换处理作为DSP的信号处理被实现。所有的多个信号被平滑转换，以防止在切换时发出喀啦声。

(e)话筒选择结果可被告知诸如发光二极管的话筒选择结果显示装置或外面。因此，也有可能很好地利用这个结果作为用于电视摄像机的讲话方位置信息。

Claims (7)

1.一种集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，包括：

扬声器，指向垂直方向；

扬声器箱，其内建有所述扬声器并且具有在中心垂直部分的用于发出所述扬声器的声音的上部声音输出开孔，还具有倾斜的或向外弯曲的侧面；

声音反射板，其中心位于面对所述扬声器的垂直方向，并具有面对所述扬声器箱的侧面弯曲成圆锥喇叭形的表面并且通过与所述扬声器箱的侧面合作将从上部声音输出开孔输出的声音在水平方向全向地扩散；

至少一对具有方向性的话筒，其位于所述声音反射板的开孔端并且围绕所述扬声器的中心轴在水平方向呈放射状并且在跨所述中心轴的直线上排列；

第一信号处理装置，用于处理话筒拾取的声音信号；以及

第二信号处理装置，用于处理所述第一信号处理装置的处理结果以抵销从所述扬声器输出的音频信号分量的回声，

其中至少一对话筒位于离所述扬声器相等的距离。

2.如在权利要求1中所述的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，其中所述第一信号处理装置接收所述一对话筒拾取的声音信号作为输入，选择从其检测到最高的声音的话筒，并发送该话筒拾取的信号。

3.如在权利要求2中所述的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，其中所述第一信号处理装置在选择话筒时从话筒的拾取的信号中除去先前通过测量双向通信设备所放置的环境的噪声而得到的噪声分量。

4.如在权利要求2中所述的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，其中所述第一信号处理装置参考所述一对话筒的信号差，检测最高音频的方向并确定要选择的话筒。

5.如在权利要求2中所述的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，其中所述第一信号处理装置在选择话筒时分离所述话筒拾取的声音信号的频带，并且变换电平以确定要选择的话筒。

6.如在权利要求2中所述的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，其中所述双向通信设备具有输出装置，用于使得可以可视地鉴别所述选择的话筒，并且所述第一信号处理装置在选择所述话筒时把拾取的声音信号输出到相应的输出装置。

7.如在权利要求6中所述的集成式话筒与扬声器配置型双向通信设备，其中所述输出装置是发光二极管。

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