DE4494736C2

DE4494736C2 - Verfahren zur Spektralanalyse eines Eingangssignals sowie Spektral-Analysator zum Ausführen einer Spektralanalyse

Info

Publication number: DE4494736C2
Application number: DE4494736A
Authority: DE
Inventors: Steven Adam Urbanski
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-04-23
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2014-04-24
Also published as: GB2284966A; US5710862A; JPH08502604A; KR0138806B1; AU7042294A; DE4494736T1; AU666446B2; CN1051393C; GB9503797D0; CA2141316C; CA2141316A1; JP3640393B2; KR950703191A; CN1111465A; WO1995001634A1; GB2284966B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf einen Spekral-Analysator zur Spektralanalyse eines Eingangssignals, welches ein Rauschsignal und das Auftreten von Sprachsignalen umfaßt.

Der Betrieb und Aufbau von Nachrichtenübertragungssystemen, wie z. B. zellularen Funktelefonsystemen, Nachrichtenübertragungssystemen und landmobilen Nachrichtenübertragungssystemen ist bekannt. Nachrichtenübertragungssysteme umfassen typischerweise eine Vielzahl von Nachrichtenübertragungseinheiten einschließlich einer Vielzahl von Teilnehmereinheiten, einer vorgegebenen Anzahl von Basisstationen (Wiederholern), welche über ein geographisches Gebiet verteilt sind, und eine Steuerung. Die Teilnehmereinheiten können in einem Fahrzeug montiert oder tragbare Einheiten sein. Die Teilnehmereinheiten und die Basisstationen umfassen jeweils entweder einen Sender oder einen Empfänger oder beides, um einen Sendeempfänger zu bilden. Die Teilnehmereinheiten sind mit den Basisstationen über einen Nachrichtenübertragungskanal gekoppelt, über den modulierte Signale, wie z. B. Hochfrequenzsignale übertragen und/oder empfangen werden. Die Steuerung umfaßt eine zentrale Gesprächsverarbeitungseinheit oder ein Netzwerk von verteilten Steuerungen, die zusammenarbeiten, um Nachrichtenübertragungskanäle für die Nachrichtenübertragungseinheiten in dem Nachrichtensystem bereitzustellen. Insbesondere können die Nachrichtenübertragungseinheiten wenigstens einen Encoder oder einen Decoder umfassen, wie dies bekannt ist. Ein Encoder wird verwendet, um ein Signal von einer Form in eine andere umzuwandeln, wie dies bekannt ist. Ein Decoder wandelt ebenso ein Signal von einer Form in eine andere um und wird überwiegend dazu verwendet, die Umwandlung eines Encoders zurückzuwandeln. VSELP (Vector Sum Excited Linear Prediction) ist eine von vielen Arten Signale zu verschlüsseln und zu decodieren. Einige Encoder und Decoder, wie z. B. VSELP, führen eine Spektralanalyse des Eingangssignals durch. Das Eingangssignal umfaßt ein Rauschsignal und das Auftreten von Sprachsignalen. Das Rauschsignal ist allgemein ein weit gestreutes stationäres Signal, wie dies in der Technik definiert ist. Während der Spektralanalyse wird das Spektrum des Eingangssignals geschätzt, um einen spektralen Schätzwert des Eingangssignals zu erzeugen.

Leider erzeugt die Spektralanalyse des Eingangssignals eine ungewünschte Charakteristik des Rauschsignals als auch einen spektralen Schätzwert für das Eingangssignal. Während der normalen Umwandlungen tritt die ungewünschte Charakteristik des Rauschsignals stärker zwischen dem Auftreten der Sprachsignale auf als während dem Auftreten der Sprachsignale. Das Geräusch, welches von der ungewünschten Charakteristik des Rauschsignals erzeugt wird, wird allgemein als entfernte Musiktöne beschrieben, welche sich im Hintergrund des Rauschsignals bewegen oder als Schallblasen, die man unter Wasser hört. Dieses Geräusch ist ungewünscht und vermindert die Qualität der Nachrichtenübertragung zwischen den Nachrichtenübertragungseinheiten. Diese ungewünschte Charakteristik des Rauschsignals wird im allgemeinen durch den Ausdruck "Wirbel" beschrieben aufgrund des Geräusches, welches es erzeugt.

Bekannte Techniken können in einer Nachrichtenübertragungseinheit vorgesehen werden, um die ungewünschte Charakteristik des Rauschsignals zu vermindern. Eine erste Technik zum Vermindern der ungewünschten Charakteristik des Rauschsignals umfaßt das Dämpfen des Eingangssignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale. Dies ist jedoch unerwünscht, da ein Bediener der Nachrichtenübertragungseinheit das Ein- und Ausschalten des Rauschens hören kann, wodurch es für den Bediener schwierig wird, die Kommunikation zu führen. Eine zweite Technik zum Vermindern der ungewünschten Charakteristik des Rauschsignals umfaßt ein Eliminieren des Rauschens aus dem Eingangssignal. In der Theorie funktioniert dies gut, aber führt zu einer extrem hohen zusätzlichen Komplexität. Tatsächlich kann jedoch in der Praxis das Rauschsignal niemals vollständig eliminiert werden und erzeugt daher die gleiche ungewünschte Charakteristik des Rauschsignals.

Daher ist es ein Bedürfnis, ein verbessertes Verfahren zum Vermindern der ungewünschten Charakteristik des Rauschsignals zwischen dem Auftreten von Sprachsignalen anzugeben, um die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen.

Aus der EP 0 458 615 A2 ist ein Spracherkennungsverfahren bekannt, mit dem in einem Eingangssignal enthaltene Sprachsignale mit Bezugsmustern verglichen werden, um Ungleichheiten des Musters des Eingangssignals und des Bezugsmusters zu erkennen sowie bestimmte dieser Ungleichheiten auszuwählen, um damit das im Eingangsmuster enthaltene Rauschen zu vermindern.

Aus der US-PS 5 007 094 ist ein Verfahren zur Rauschverminderung bei der Sprachverarbeitung bekannt, das eine LPC-Analyse benutzt.

Aus der US-PS 4 726 037 ist ein digitales Nachrichtenübertragungssystem für Sprachsignale bekannt, das einen Dekoder zum Erzeugen eines prädiktiv-kodierten Sprachsignals benutzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Spektralanalyse sowie einen Spektral- Analysator anzugeben, mit denen das Rauschen zwischen dem Auftreten von Sprachsignalen zu vermindern ist.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren und den im Patentanspruch 5 angegebenen Spektral-Analysator gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird besser verstanden beim Lesen der Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen, in denen:

Fig. 1 eine Nachrichtenübertragungseinheit illustriert, die einen Spektralanalysator mit einem Eingangssignal aufweist in Übereinstimmung mit der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm des Eingangssignals der Fig. 1 illustriert, einschließlich eines Rauschsignals und das Auftreten von Sprachsignalen in Übereinstimmung mit der Erfindung;

Fig. 3 ein spektrales Diagramm eines Teils des in Fig. 2 gezeigten Rauschsignals illustriert in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 ein vergrößertes spektrales Diagramm eines Teils des in Fig. 3 gezeigten Rauschsignals illustriert in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 ein spektrales Diagramm eines Teils des in Fig. 2 gezeigten Rauschsignals illustriert in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 ein vergrößertes Spektraldiagramm eines Teils des in Fig. 5 gezeigten Rauschsignals illustriert, in Übereinstimmung mit dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 7 ein Flußdiagramm der Schritte illustriert, die von dem Spektralanalysator der Fig. 1 in Übereinstimmung mit dem bevorzugten und weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt werden.

Während der Spektralanalyse eines Eingangssignals wird ein Spektrum des Eingangssignals geschätzt, um einen spektralen Schätzwert des Eingangssignals zu erzeugen einschließlich einer ungewünschten Charakteristik des Rauschsignals. Das Spektrum des Eingangssignals wird über eine erste Bandbreite während dem Auftreten von Sprachsignalen und über eine zweite Bandbreite verarbeitet, die wesentlich größer als die erste Bandbreite ist, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale. Alternativ dazu wird der spektrale Schätzwert des Eingangssignals gefiltert zwischen dem Auftreten der Sprachsignale, um einen gefilterten spektralen Schätzwert des Eingangssignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale zu erzeugen.

Dabei wird die Signifikanz der Amplitude und/oder der Phasenkomponenten der Pole, welche den spektralen Schätzwert des Eingangssignals repräsentieren, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale vermindert, um einen modifizierten spektralen Schätzwert des Eingangssignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale zu erzeugen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Verminderung der Signifikanz der Amplitude der Pole durch Glätten des Spektrums des Eingangssignals über eine erste Bandbreite während dem Auftreten der Sprachsignale und über eine zweite Bandbreite, welche wesentlich größer als die erste Bandbreite ist, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale erreicht. Alternativ dazu kann die Verminderung der Signifikanz der Amplitude der Pole durch Filtern des spektralen Schätzwerts des Eingangssignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale erreicht werden, um einen gefilterten spektralen Schätzwert des Eingangssignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale zu erzeugen.

Im allgemeinen stellt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zum Vermindern einer ungewünschten Charakteristik des spektralen Schätzwerts eines Rauschsignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale in einem Eingangssignal. Die Erfindung glättet in vorteilhafter Weise das Rauschsignal über eine erste Bandbreite während dem Auftreten der Sprachsignale und über eine zweite Bandbreite, welche wesentlich größer als die erste Bandbreite ist, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 203. Alternativ dazu kann ein spektraler Schätzwert des Eingangssignals in vorteilhafter Weise gefiltert werden zwischen dem Auftreten der Sprachsignale. Dabei wird die Signifikanz der Amplitude und/oder der Phasenkomponenten der Pole, welche den spektralen Schätzwert des Eingangssignals repräsentieren, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale in vorteilhafter Weise reduziert, um einen modifizierten spektralen Schätzwert des Eingangssignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale zu erzeugen.

Fig. 1 zeigt eine Nachrichtenübertragungseinheit 100 mit einem Spektrumanalysator 111, der ein Eingangssignal besitzt in Übereinstimmung mit der Erfindung. Die Nachrichtenübertragungseinheit 100 umfaßt im allgemeinen ein Mikrophon 101, einen Analog/Digitalwandler 102, einen Encoder 103, einer Sender 104, einen Lautsprecher 105, einen Digital/Analogwandler 106, einen Decoder 107, einen Empfänger 108, eine Steuereinheit 109, eine Antenne 110 und einen Duplexer 123. Für sich genommen sind das Mikrophon 101, der Analog/Digitalwandler 102, der Encoder 103, der Sender 104, der Lautsprecher 105, der Digital/Analogwandler 106, der Decoder 107, der Empfänger 108, die Steuereinheit 109, die Antenne 110 und der Duplexer 123 bekannt, daher werden diese Teile nicht weiter erläutert mit Ausnahme solcher Erläuterungen, die das Verständnis der Erfindung erleichtern. Eine detaillierte Beschreibung des Encoders und des Decoders kann der EIA/TIA IS-54 Veröffentlichung "Cellular System Dual-Mode Mobile Station - Base Station Compatibility Standard", April 1992 entnommen werden.

Gemäß der Erfindung kann die Nachrichtenübertragungseinheit 100 entweder eine Teilnehmereinheit oder eine Basisstation sein, wie oben beschrieben.

Der Encoder 100 und der Decoder 107 umfassen im allgemeinen einen neuen Spektralanalysator 111 sowie einen Spektralglätter 112, einen Spektralschätzer 113, einen Filter 114, einen Schalter 103 und einen Detektor 115 zum Erfassen der Sprachaktivität. Für sich genommen sind der Spektralglätter 112, der Spektralschätzer 113, der Filter 114, der Schalter 130 und der Detektor 115 zum Erfassen der Sprachaktivität bekannt, daher wird im folgenden keine weitere Erläuterung dieser Teile gegeben mit Ausnahme solcher Erläuterungen, welche das Verständnis der Erfindung erleichtern. Die zum neuen Spektralanalysator 111 zugehörigen Signale werden detaillierter weiter unten in Übereinstimmung mit der Erfindung beschrieben.

Der folgende Text beschreibt allgemein eine funktionelle Beziehung zwischen dem Spektralglätter 112, dem Spektralschätzer 113, dem Filter 114 und dem Detektor 115 für die Erfassung der Sprachaktivität des Spektralanalysators 111. Der Spektralanalysator 111 besitzt ein Eingangssignal 117, welches ein Rauschsignal und das Auftreten der Sprachsignale umfaßt, wie vorangehend beschrieben. Fig. 2 zeigt ein Diagramm, welches das Eingangssignal 117 der Fig. 1 repräsentiert, wobei das Eingangssignal 117 ein Rauschsignal 201 und das Auftreten von Sprachsignalen 202 umfaßt. Das Diagramm des Eingangssignals ist in einer Darstellung gezeigt, bei der Volt gegenüber der Zeitachse aufgetragen ist. Ein Teil des Rauschsignals in einem Zeitrahmen in mit dem Bezugszeichen 203 gekennzeichnet.

Der Spektralanalysator 111 führt eine Spektralanalyse des Eingangssignals 117 durch, um einen spektralen Schätzwert 119 des Eingangssignals 117 zu erzeugen einschließlich einer ungewünschten Charakteristik des Rauschsignals 203. Das Spektrum des Eingangssignals 117 wird verarbeitet unter Verwendung des Spektralglätters 112 beispielsweise über eine erste Bandbreite während des Auftretens der Sprachsignale 202 und über eine zweite Bandbreite, die wesentlich größer als die erste Bandbreite ist zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 202. Der Effekt des Spektralglätters 112 auf das Eingangssignal 117 über die erste und zweite Bandbreite in Übereinstimmung mit der Erfindung wird noch detaillierter weiter unten beschrieben.

Alternativ dazu wird der spektrale Schätzwert 119 des Eingangssignals 117 zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 202 gefiltert, um einen gefilterten spektralen Schätzwert 120 des Eingangssignals 117 zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 202 zu erzeugen. Der Effekt des Filters 114 auf den spektralen Schätzwert 119 des Eingangssignals 117 wird in Übereinstimmung mit der Erfindung noch detaillierter weiter unten beschrieben werden.

Aus einer anderen Sichtweise wird die Signifikanz der Amplitude und/oder der Phasenkomponenten der Pole, welche den spektralen Schätzwert 119 des Eingangssignals 117 repräsentieren, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 202 reduziert, um einen modifizierten spektralen Schätzwert 120 des Eingangssignals 117 zwischen dem Auftreten der Sprachsignale zu erzeugen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Verminderung der Signifikanz der Amplitude der Pole durch Glätten des Spektrums erreicht werden unter Verwendung des Spektralglätters 112 des Eingangssignals 117 über eine erste Bandbreite während des Auftretens der Sprachsignale 202 und über eine zweite Bandbreite, welche wesentlich größer als die erste Bandbreite ist, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 202.

Alternativ dazu kann die Verminderung der Signifikanz der Phase der Pole unter Verwendung des Filters 114 durch Filtern des spektralen Schätzwerts 119 des Eingangssignals 117 zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 202 erreicht werden, um einen gefilterten spektralen Schätzwert 120 des Eingangssignals 117 zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 202 zu erzeugen. Die Pole des spektralen Schätzwerts 119 des Eingangssignals 117 in Übereinstimmung mit der Erfindung werden noch detaillierter weiter unten beschrieben werden.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Spektralglätter 112 ganz allgemein als ein Prozessor beschrieben. Spektrales Glätten ist in der Technik bekannt, daher werden keine weiteren Erläuterungen gegeben mit Ausnahme solcher, welche das Verständnis der Erfindung erleichtern. Eine detaillierte Beschreibung der spektralen Glättung findet sich in der Publikation von Y. Tohkura, F. Itakura und S. Hashimoto "Spectral Smoothing Technique in PARCOUR Speech Analysis-Synthesis", IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-26, No. 6, December 1978.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung filtert der Filter 114 die Phase und die Amplitude der Pole, welche den spektralen Schätzwert 119 repräsentieren. Der Filter 114 verzögert effektiv die Bewegung der Pole des spektralen Schätzwerts 119. Er tut dies durch Anwenden eines Tiefpaßfilters erster Ordnung direkt auf die Reflektionskoeffizienten des spektralen Schätzwerts 119, worin der Filter die folgende Übertragungsfunktion besitzt:

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Spektralschätzer 113 ein linearer Prädiktor unter Verwendung eines Algorithmusses, der bekannt ist als FLAT (fixed-point lattice technique). Der FLAT-Algorithmus ist in der Technik bekannt und daher werden keine weitere Erläuterung gegeben mit Ausnahme solcher, welche das Verständnis der Erfindung erleichtern. Eine detaillierte Beschreibung des FLAT- Algorithmusses kann der EIA/TIA IS-54 Veröffentlichung "Cellular System Dual-Mode Mobile Station - Base Station Compatibility Standard", April 1992 entnommen werden.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfaßt der Sprachaktivitäts detektor 115 Sprachsignale 202 in der Gegenwart des Rauschsignals 203 durch Messen der Energie des Eingangssignals 117 und Vergleichen mit einem Schätzwert der Energie des Rauschsignals 201. Der Sprachaktivitätsdetektor 115 erzeugt ein Steuersignal 121, welches zwei Zustände aufweist und auf das Vorliegen eines Sprachsignals 202 in dem Eingangssignal 117 anspricht. Sprachaktivitätsdetektoren sind bekannt, daher werden keine weitere Erläuterungen gegeben mit Ausnahme solcher, welche das Verständnis der Erfindung erleichtern.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Schalter herkömmlich und ist ein Einpol-Wechselschalter, der im Ansprechen auf das Steuersignal 121 betrieben wird.

Im folgenden Text wird die funktionelle Beziehung und die Verbindung zwischen dem Spektralglätter 112, dem Spektralschätzer 113, dem Filter 114, dem Schalter 130 und dem Sprachaktivitätsdetektor 115 des Spektralanalysators 111 in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben werden. Das Eingangssignal 117 ist mit dem Spektralanalysator 111 gekoppelt. In dem Spektralanalysator 111 ist das Eingangssignal sowohl mit dem Spektralglätter 112 als auch mit dem Sprachaktivitätsdetektor 115 gekoppelt. Der Sprachaktivitätsdetektor 115 erzeugt das Steuersignal 121 im Ansprechen auf das Vorliegen eines Sprachsignals 202 in dem Eingangssignal 117. Der Sprachaktivitätsdetektor 115 erzeugt ein Steuersignal 121 mit einem ersten Zustand, wenn ein Sprachsignal 202 erfaßt worden ist und mit einem zweiten Zustand, wenn kein Sprachsignal erfaßt worden ist. Das Steuersignal 121 ist mit dem Spektralglätter 112 gekoppelt. Der Spektralglätter 112 glättet des Spektrum des Eingangssignal 117 über eine erste Bandbreite z. B. 80 Hz im Ansprechen darauf, daß das Steuersignal 121 den ersten Zustand aufweist. Der spektrale Glätter 112 glättet das Spektrum des Eingangssignals 117 über die zweite Bandbreite z. B. 1200 Hz, wenn das Steuersignal den zweiten Zustand aufweist. Das Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Bandbreite ist erforderlich, da die erste Bandbreite optimale Ergebnisse während des Sprachsignals 202 erzeugt und die zweite Bandbreite optimale Ergebnisse zwischen den Sprachsignalen 202 erzeugt. Die zweite Bandbreite kann jedoch nicht zu groß relativ zur Bandbreite des Eingangssignals gewählt werden, da sonst die Form des Rauschsignals verlorengehen würde und das Rauschsignal unnatürlich klingen würde. Der Spektralglätter 112 erzeugt das geglättete Spektrum 118 des Eingangssignals 117. Das geglätte Spektrum 118 des Eingangssignals 117 wird an den Spektralschätzer 113 gespeist, der den Spektralschätzwert 119 des geglätteten Spektrums 118 des Eingangssignals 117 erzeugt. Darüber hinaus ist das Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Bandbreite nahezu unbemerkt für den Bediener.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Steuersignal 121 dem Schalter 130 anstelle des Spektralglätters 112 zugeführt. Der Spektralglätter 112 glättet das Spektrum des Eingangssignals 117 lediglich über eine erste Bandbreite von beispielsweise 80 Hz, um das geglättete Spektrum 118 des Eingangssignals 117 zu erzeugen. Das geglättete Spektrum 118 des Eingangssignals 117 wird dem Spektralschätzer 113 zugeführt, welcher den spektralen Schätzwert 119 des geglätteten Spektrums 118 des Eingangssignals 117 erzeugt. Der spektrale Schätzwert 119 wird dem Filter 114 und dem Schalter 130 zugeführt. Der Filter 114 filtert den spektralen Schätzwert 119, um einen gefilterten spektralen Schätzwert 120 zu erzeugen. Der Schalter 130 wählt zwischen dem spektralen Schätzwert 119 und dem gefilterten spektralen Schätzwert 120 in Abhängigkeit vom Zustand des Steuersignals 121 aus. Wenn das Steuersignal 121 sich im ersten Zustand befindet, wählt der Schalter den spektralen Schätzwert 119. Wenn das Steuersignal 121 sich im zweiten Zustand befindet, wählt der Schalter den gefilterten spektralen Schätzwert 120. Das Ein- und Ausschalten des Filters 114 im Ansprechen auf das Steuersignal 121 ist erforderlich, da kein Filtern optimale Ergebnisse während der Sprachsignale 202 und optimale Erzeugnisse zwischen den Sprachsignalen 202 erzeugt. Zusätzlich kann das Ein- und Ausschalten des Filters 114 nahezu unbemerkt an dem Bediener vorgenommen werden.

Fig. 3 zeigt ein Spektraldiagramm eines Teils 203 des Rauschsignals 201 der Fig. 2 in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Spektraldiagramm zeigt eine Darstellung der Amplitude gegen die Frequenz. Das Spektrum des Eingangssignals 117, das Spektrum des geglätteten Eingangssignals 118 und der spektrale Schätzwert 119 des spektral geglätteten Eingangssignals 118 illustrieren den Teil 203 des Rauschsignals 201 an verschiedenen Punkten des spektralen Analysators 111. Der spektrale Schätzwert 119 wird durch die Pole 301 bis 305 repräsentiert. Die Pole 301 bis 305 besitzen Amplituden- und Phasenkomponenten, wie dies bekannt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Pole durch die EIA/TIA IS-54 Veröffentlichung "Cellular System Dual-Mode Mobile Station - Base Station Compatibility Standard", April 1992 definiert. Die Frequenzen f1 und f6 sind 300 Hz bzw. 3300 Hz und repräsentieren die für den Spektralanalysator 111 interessierenden Frequenzen. Die erste Frequenzbandbreite, welche von dem Spektralglätter 112 verwendet wird, wird durch f3 bis f4 repräsentiert und besitzt eine Bandbreite von 80 Hz. Die zweite Frequenzbandbreite, welche vom Spektralglätter 112 verwendet wird, wird durch f2 bis f5 repräsentiert und besitzt eine Bandbreite von 1200 Hz. Ein Bereich 306 ist ein Spektraldiagramm eines Teils 203 des Rauschsignals 201, was im folgenden detailliert anhand Fig. 4 beschrieben werden wird.

Fig. 4 illustriert ein vergrößertes Spektraldiagramm 306 eines Teils 203 des Rauschsignals 201 der Fig. 3 in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vergrößerte Spektraldiagramm illustriert teilweise das Spektrum des Eingangssignals 117, das Spektrum des geglätteten Eingangssignals 118 und den spektralen Schätzwert 119 (als Pol 302) des spektral geglätteten Eingangssignals 118. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Amplitude M4 der Spitze des Eingangssignals 117 auf die Amplitude M3 der Spitze des geglätteten Spektrums 118 des Eingangssignals reduziert, wodurch sich die Signifikanz des Spitzenwerts des Eingangssignals 117 reduziert und ultimativ die Spektralform um diese Spitze herum glättet.

Es wird angenommen, daß die ungewünschte Charakteristik, welche die "Wirbel" verursacht, dadurch entsteht, daß der Spitzenwert des Eingangssignals 117 die Frequenzen über die Zeit ändert. Wenn jetzt der Spitzenwert des Eingangssignals 117, der durch den Pol 302 repräsentiert wird, seine Position geringfügig bezüglich der Frequenz bc im nächsten spektralen Schätzwert ändert z. B. nach f2, ist der Amplitudenunterschied M3-M2 an der neuen Position f2 drastisch geringer als wenn er nicht geglättet werden würde, wodurch eine Amplitudendifferenz M4-M1 entsteht. Die Erfindung minimiert in vorteilhafter Weise die Veränderung der Spektralform des Teils 203 des Rauschsignals 201, wodurch dem Teil 203 des Rauschsignals 201 ein konstanterer und natürlicherer Klang gegeben wird.

Fig. 5 zeigt ein spektrales Diagramm eines Teils 203 des Rauschsignals 201 der Fig. 2 in Übereinstimmung mit dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das spektrale Diagramm zeigt die Amplitude gegen die Frequenz. Der spektrale Schätzwert 119 des spektral geglätteten Eingangssignals 118 und der gefilierte spektrale Schätzwert 120 illustrieren den Teil 203 des Rauschsignals 201 an dem Eingang und entsprechend dem Ausgang des Filters 114 in dem Spektralanalysator 111. Der spektrale Schätzwert 119 wird durch die Pole 301 bis 305 vor dem Filtern repräsentiert und durch die Pole 501 bis 505 nach dem Filtern. Die Pole 301 bis 305 und 501 bis 505 besitzen Amplituden- und Phasenkomponenten, wie dies bekannt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Pole durch die EIA/TIA IS-54 Veröffentlichung "Cellular System Dual- Mode Mobile Station - Base Station Compatibility Standard", April 1992 definiert. Die Frequenzen f1 und f5 sind 300 Hz bzw. 3300 Hz und repräsentieren die für den Spektralanalysator 111 interessanten Frequenzen. Die Frequenz f2 repräsentiert die Frequenz des Pols 502 eines vorangegangenen gefilterten spektralen Schätzwerts über die Zeit. Die Frequenz f4 repräsentiert die Frequenz des Pols 302 vor dem Filtern. Die Frequenz f3 repräsentiert die Frequenz des Pols 502 nach dem Filtern. Dementsprechend filtert der Filter 114 die Amplitude und die Phase (d. h. die Frequenz) des Pols über die Zeit, wie vorangehend anhand der Fig. 1 beschrieben. Ein Bereich 506 ist ein Teil des spektralen Diagramms eines Teils 203 des Rauschsignals, wie im folgenden detailliert anhand von Fig. 6 beschrieben werden wird.

Fig. 6 illustriert ein vergrößertes Spektraldiagramm 506 eines Teils 203 des Rauschsignals 201 der Fig. 5 in Übereinstimmung mit dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vergrößerte Spektraldiagramm 506 illustriert teilweise den spektralen Schätzwert 119 (als Pol 302) des spektral geglätteten Eingangssignals 119 und den gefilterten spektralen Schätzwert 120 (als Pol 502) des Teils 203 des Rauschsignals 201 an dem Eingang und entsprechend dem Ausgang des Filters 114 in dem Spektralanalysator 111. Das Filtern des spektralen Schätzwerts 119 besitzt den vorteilhaften Effekt des Verlangsamens der Bewegung der Spitzenwerte über die Zeit. Die Bewegung der Pole zwischen den Frequenzen f2 und f3, wenn der Filter 114 verwendet wird, ist viel geringer als die Bewegung der Pole zwischen den Frequenzen f2 und f4, wenn der Filter 114 nicht verwendet wird. Daher minimiert die Erfindung in vorteilhafter Weise die Veränderung der spektralen Form des Teils 203 des Rauschsignals 201 über die Zeit, wodurch dem Teil 203 des Rauschsignals 201 ein konstanterer und natürlicher Klang gegeben wird.

Fig. 7 illustriert ein Flußdiagramm von Verfahrensschritten, welche von dem Spektralanalysator der Fig. 1 in Übereinstimmung mit dem bevorzugten und weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt werden. Es beginnt mit Schritt 701. Im Schritt 702 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob der Sprachaktivitätsdetektor eine Sprachaktivität in dem Eingangssignal 117 erfaßt. Wenn eine Sprachaktivität im Schritt 702 erfaßt wird, wird der Schritt 702 wiederholt. Wenn im Schritt 702 keine Sprachaktivität erfaßt wird, fährt in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Flußdiagramm mit Schritt 703 fort. Im Schritt 703 glättet der Spektralglätter 112 das Spektrum des Rauschsignals 203, um ein geglättetes Spektrum 118 des Rauschsignals 203 zu erzeugen. Im Schritt 703 schätzt der Spektralschätzer 113 das Spektrum des geglätteten Spektrums 118 des Rauschsignals 203. Das Flußdiagramm kehrt zu anderen Verfahrensschritten im Schritt 703 zurück. Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, fährt das Flußdiagramm, wenn keine Sprachaktivität im Schritt 702 erfaßt wird, mit Schritt 706 fort. Im Schritt 706 schätzt der Spektralschätzer 113 das Spektrum des Rauschsignals 203, um einen Spektralschätzwert 119 des Rauschsignals 203 zu erzeugen. Im Schritt 707 filtert der Filter 114 den spektralen Schätzwert des Rauschsignals, um einen gefilterten spektralen Schätzwert 120 des Rauschsignals 203 zu erzeugen. Das Flußdiagramm kehrt dann zu anderen Verfahrensschritten im Schritt 705 zurück.

Es wird daher erkenntlich, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren einer ungewünschten Charakteristik des spektralen Schätzwerts des Rauschsignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale bereitgestellt wird, welcher die oben angegebenen Bedürfnisse vollständig befriedigt. Mit der Erfindung werden die Probleme des Ein- und Ausschaltens und des Eliminierens des Rauschsignals im Stand der Technik im wesentlichen gelöst. Die Erfindung glättet in vorteilhafter Weise das Rauschsignal über eine erste Bandbreite f3 bis f4 während dem Auftreten der Sprachsignale 203 und über eine zweite Bandbreite f2 bis f5, welche wesentlich größer als die erste Bandbreite f3 bis f4 ist zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 203. Alternativ dazu kann in vorteilhafter Weise der spektrale Schätzwert 119 des Eingangssignals 119 zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 203 gefiltert werden. Aus einer anderen Sichtweise wird die Signifikanz der Amplitude und/oder der Phasenkomponenten der Pole 301 bis 305, welche den spektralen Schätzwert des Eingangssignals 119 repräsentieren, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 203 in vorteilhafter Weise reduziert, um einen modifizierten spektralen Schätzwert 120 des Eingangssignals 119 zwischen dem Auftreten der Sprachsignale 203 zu erzeugen.

Claims

1. Verfahren zur Spektralanalyse eines Eingangssignals (117, 127), welches ein Rauschsignal (201) und das Auftreten von Sprachsignalen (202) umfaßt, mit den Schritten:

a) Erzeugen von Polen (301, 302, 303, 304, 305), welche einen spektralen Schätzwert des Eingangssignals repräsentieren und durch Amplituden- und Phasenkomponenten definiert sind;
b) Erfassen des Auftretens von Sprachsignalen (202) in dem Eingangssignal, und
c) Reduzieren der Signifikanz wenigstens einer der Amplituden- und Phasenkomponenten der Pole (301, . . . 305) zwischen dem Auftreten der Sprachsignale (202), um einen modifizierten spektralen Schätzwert (M3) des Eingangssignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt c) weiterhin den Schrift (703) des Glättens des Spektrums des Eingangssignals über eine erste Bandbreite (80 Hz) während des Auftretens der Sprachsignale (202) und über eine zweite Bandbreite (1200 Hz), welche wesentlich größer als die erste Bandbreite ist, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale (202) umfaßt, um ein geglättetes Spektrum des Eingangssignals zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schrift c) weiterhin die Schritte umfaßt:

d) Filtern (707) des spektralen Schätzwerts (119) des Eingangssignals, um ein gefiltertes Signal (120) zu erzeugen, und
e) Auswählen des spektralen Schätzwerts (119) des Eingangssignals während des Auftretens der Sprachsignale (202) und des gefilterten Signals (120) zwischen dem Auftreten der Sprachsignale.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schrift c) in einem Kodierer (103) und/oder Dekodierer (107) einer Nachrichtenübertragungseinheit angewendet wird, um die Qualität eines zu sendenden und/oder empfangenen Signals zu verbessern.

5. Spektral-Analysator zum Ausführen einer Spektralanalyse eines Eingangssignals, welches ein Rauschsignal und das Auftreten von Sprachsignalen umfaßt, gekennzeichnet durch:

a) einen spektralen Schätzer (113) zum Erzeugen von Polen (301, . . . 305), welche einen spektralen Schätzwert (119) des Eingangssignals (117, 127) reprä sentieren und durch Amplituden- und Phasenkomponenten definiert sind;
b) einen Sprachsignal-Aktivitätsdetektor (115) zum Erfassen des Auftretens von Sprachsignalen (202) in dem Eingangssignal und
c) einen Verminderer (112; 114, 130) für die Signifikanz der wenigstens einen der Amplituden- und Phasenkomponenten der Pole, der mit dem Schätzer (113) und dem Aktivitätsdetektor (115) gekoppelt ist, zum Vermindern der Signifikanz wenigstens einer der Amplituden- und Phasenkomponenten der Pole zwischen dem Auftreten der Sprachsignale, um einen modifizierten spektralen Schätzwert (M3) des Eingangssignals zwischen dem Auftreten der Sprachsignale (202) zu erzeugen.

6. Spektral-Analysator nach Anspruch 5, bei dem der Verminderer (112; 114, 130) einen Spektral-Glätter (112) aufweist, der mit dem Schätzer (113) und dem Aktivitätsdetektor (115) gekoppelt ist, zum Glätten des Spektrums des Eingangssignals über eine erste Bandbreite (80 Hz) während des Auftretens der Sprachsignale (202) und über eine zweite Bandbreite (1200 Hz), die wesentlich größer als die erste Bandbreite ist, zwischen dem Auftreten der Sprachsignale, um ein geglättetes Spektrum des Eingangssignals zu erzeugen.

7. Spektral-Analysator nach Anspruchs, bei dem der Verminderer (112; 114, 130) umfaßt:
ein Filter (114), das mit dem Ausgang des Schätzers (113) gekoppelt ist, zum Filtern des spektralen Schätzwertes (119) des Eingangssignals, um ein gefiltertes Signal (120) zu erzeugen, und
einen mit dem Aktivitätsdetektor (115), dem Schätzer (113) und dem Filter (114) gekoppelten Schalter (130) zum Auswählen des spektralen Schätzwertes (119) des Eingangssignals während des Auftretens der Sprachsignale (202) und des gefilterten Signals (120) zwischen dem Auftreten der Sprachsignale.

8. Spektral-Analysator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Verminderer (112; 114, 130) in einem Kodierer (103) und/oder Dekodierer (107) einer Nachrichtenübertragungseinheit angewendet wird, um die Qualität eines zu sendenden und/oder empfangenen Signals zu verbessern.