DE69926155T2

DE69926155T2 - Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem

Info

Publication number: DE69926155T2
Application number: DE69926155T
Authority: DE
Inventors: Brian M. Madison Finn
Original assignee: Digisonix LLC
Current assignee: Digisonix LLC
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: US6505057B1; EP0932142B1; EP0932142A3; DE69926155D1; EP0932142A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Systeme zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksysteme, die Mikrophone verwenden, welche überall in einem Fahrzeug angebracht sind, um die Sprache des Fahrers und/oder eines Fahrgasts abzufühlen. Im Besonderen betrifft die Erfindung Verbesserungen bei der Auswahl von übertragenen Mikrophonsignalen und bei der Filterung zur Rauschverminderung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug verwendet Gegensprechsysteme, um Konversationen von Fahrgästen, die in unterschiedlichen Zonen eines Fahrzeugs sitzen, zu erleichtern. Ein Einkanalsystem zur Sprachverbesserung weist eine nahe Zone und eine ferne Zone mit einer Sprechstelle in jeder Zone auf. Ein nahes Mikrophon fühlt Sprache in der nahen Zone ab und überträgt ein Sprachsignal zu einem fernen Lautsprecher. Der ferne Lautsprecher gibt das Sprachsignal in die ferne Zone aus, wodurch die Fähigkeit eines Fahrers und/oder eines Fahrgasts in der fernen Zone, Sprache, die in der nahen Zone vorkommt, zu hören, verbessert wird, auch wenn im Fahrzeug ein wesentliches Hintergrundrauschen vorhanden sein kann. In der gleichen Weise fühlt ein fernes Mikrophon Sprache in der fernen Zone ab und überträgt es ein Sprachsignal zu einem nahen Lautsprecher, der das Sprachsignal in die nahe Zone ausgibt. Systeme zur Sprachverbesserung verstärken nicht nur das Sprachsignal, sondern bringen auch eine akustische Quelle des Sprachsignals näher zum Zuhörer.
Mikrophone sind im Fahrzeug typischerweise nahe der üblichen Sprechstellen angebracht, wie etwa an der Decke des Fahrgastraums über den Sitzen oder an Sicherheitsgurtschultergeschirren. Da Mikrophone vorhanden sind, wenn ein System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug ausgeführt wird, ist es wünschenswert, die Mikrophone des Systems zur Sprachverbesserung in Verbindung mit einem Mobilfunksystem zu verwenden, um im Fahrzeug ein Freisprech-Mobilfunksystem bereitzustellen.
Es ist wichtig, daß ein integriertes System zur Sprachverbesserung und Freisprech-Mobilfunksystem fähig ist, klar verständliche Sprachsignale zu übertragen. Dies kann in einem Fahrzeug schwierig sein, da im Fahrgastraum des Fahrzeugs rasch bedeutende akustische Veränderungen auftreten können. Zum Beispiel kann sich das Hintergrundrauschen je nach der Umgebung um das Fahrzeug, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs usw. wesentlich verändern. Außerdem kann sich die akustische Anlage im Fahrgastraum je nach der Temperatur im Fahrzeug und/oder der Anzahl von Fahrgästen im Fahrzeug usw. wesentlich verändern. Eine adaptive Unterdrückung von akustischem Echo, wie sie in den US-Patentschriften Nr. 5,033,082 und 5,602,928 und in der US-Patentschrift Nr. 5,706,344 offenbart ist, kann verwendet werden, um leistungsfähig verschiedenste akustische Merkmale im Fahrgastraum zu modellieren, um störende Echos zu beseitigen. Doch sogar, nachdem störende Echos beseitigt wurden, kann Hintergrundrauschen im Fahrgastraum Sprachsignale verzerren. Außerdem kann die Mikrophonumschaltung unnatürliche Sprachmuster und störende Klickgeräusche erzeugen.
Das Bereitstellen verständlicher und natürlich klingender Sprachsignale ist für Systeme zur Sprachverbesserung wichtig, und ist auch für Freisprech-Mobilfunksysteme wichtig. Doch das Bereitstellen verständlicher und natürlich klingender Sprachsignale ist für Mobilfunksysteme typischerweise schwieriger. Dies liegt daran, daß ein Zuhörer am anderen Ende der Leitung nicht nur fähig sein muß, Sprache vom Fahrzeug zu hören, sondern auch fähig sein muß, leicht festzustellen, ob das zellulare Telefon online ist. Das heißt, die Leitung darf für die Zuhörer nicht tot erscheinen, wenn im Fahrzeug keine Sprache vorhanden ist. Außerdem befindet sich der Zuhörer am anderen Ende der Leitung typischerweise in einer ruhigen Umgebung, so daß das Vorhandensein von Hintergrundfahrzeugrauschen während des Sprechens störend ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gesichtspunkte der Erfindung werden in den beiliegenden Ansprüchen bereitgestellt.
Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksystem, das eine stimmaktivierte Mikrophonsteuerungstechnik ausführt, um sowohl für die Sprachverbesserungsmerkmale des Systems als auch für die Freisprech-Mobilfunkmerkmale des Systems verständliche und natürlich klingende Sprachsignale bereitzustellen. Der Gegenstand dieser Anmeldung ergab sich während der fortgesetzten Entwicklungsbemühungen im Zusammenhang mit dem Gegenstand der US-Patentschriften Nr. 5,033,082; 5,602,928; 5,172,416; und der US-Patentschrift Nr. 5,706,344 mit dem Titel "Acoustic Echo Cancellation In An Integrated Audio and Telecommunication Intercom System". Ausführungsformen der Erfindung richten sich sowohl auf Einkanal(SISO)systeme als auch auf Mehrkanal(MIMO)systeme.
Nach einem Gesichtspunkt umfassen Ausführungsformen der Erfindung die Verwendung eines Mikrophonsteuerungsschalters, der Sprachsignale mit unterdrücktem Echo von den Mikrophonen im Fahrzeug annimmt und ein rohes Telefoneingangssignal ausgibt. Jedes der Mikrophone im System weist die Fähigkeit des Umschaltens zwischen einem "Aus"-Zustand und einen "Ein"-Zustand auf. Die Mikrophone sind stimmaktiviert, so daß ein jeweiliges Mikrophon nur dann in den "Ein"-Zustand schalten kann, wenn der Schallpegel im Mikrophonsignal (z.B. dB) einen Schwellenumschaltwert überschreitet, wodurch angegeben wird, daß an einer Sprechstelle in der Nähe des Mikrophons Sprache vorhanden ist. Der Mikrophonsteuerungsschalter gibt ein rohes Telefoneingangssignal aus, das vorzugsweise eine Kombination aus 100% des Mikrophonausgangs vom Mikrophon im "Ein"-Zustand und vorzugsweise ungefähr 20% des Mikrophonausgangs des (der) Mikrophon(e) im "Aus"-Zustand ist. Damit das Telefoneingangssignal für eine Person am anderen Ende der Zellulartelefonleitung verständlich ist, erlauben Ausführungsformen der Erfindung, daß zu jeder beliebigen gegebenen Zeit nur eines der Mikrophone als das primäre Mikrophon (d.h., in den "Ein"-Zustand geschaltet) bestimmt wird.
Ausführungsformen der Erfindung führen Mikrophonsteuerungstechniken für die Bestimmung von primären Mikrophonsignalen in den "Ein"-Zustand aus, damit zur gleichen Zeit keine zwei Mikrophone in den "Ein"-Zustand geschaltet sind. Doch der Mikrophonausgang zwischen dem "Ein"- und dem "Aus"-Zustand blendet in einer Weise aus und zwischen Mikrophonen über, die für den Fahrer und/oder Fahrgäste im Fahrzeug oder eine Person am anderen Ende der Zellulartelefonleitung nicht störend ist.
Wenn das rohe Telefoneingangssignal erzeugt wird, ist es wünschenswert, daß ein eher hoher Prozentsatz des Mikrophonausgangs für die Mikrophone im "Aus"-Zustand, zum Beispiel ungefähr 20%, übertragen wird, damit die Zellulartelefonleitung für eine Person am anderen Ende der Telefonleitung nicht tot erscheint, wenn im Fahrzeug keine Sprache vorhanden ist.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt wenden Ausführungsformen der Erfindung Rauschverminderungsfilter an, um das Hintergrundfahrzeugrauschen in den Mikrophonsignalen des Systems auszufiltern. In einem Mikrophonsteuerungskontext ist vorgesehen, das Rauschen in den Signalen zu beseitigen, die dem (den) Mikrophon(en) im "Ein"-Zustand entsprechen. Die Rauschverminderungsfilter sind aus drei Hauptgründen wichtig

1. Sie erzeugen ein rauschvermindertes Telefoneingangssignal, das eine verbesserte Klarheit aufweist. Durch richtiges Steuern und Umschalten der Mikrophonsignale wird aus dem Satz von Mikrophonsignalen des Systems ein verständliches rohes Telefoneingangssignal erlangt. Doch dieses Signal enthält auch eine verhältnismäßig große Menge an Hintergrundrauschen, das in vielen Fällen die Qualität des Sprachsignals stark verschlechtert, besonders für einen Zuhörer in einer ruhigen Umgebung am anderen Ende der Leitung.
2. Sie verringern das Hintergrundrauschen, das sowohl in SISO-, als auch in MIMO-Sprachverbesserungssystemen zu den Lautsprechern des Systems wiederausgestrahlt wird. Die Wiederausstrahlung des Hintergrundrauschens ist in Situationen, in denen sich die Rauscheigenschaften im Inneren des Fahrzeugs räumlich verändern, stark wahrnehmbar. Dies ist in großen Fahrzeugen, bei denen sich das Ausmaß des Windrauschens (d.h. offenes/geschlossenes Fenster oder Schiebedach), des Heizungs-/Lüftungs-/Klimaanlagen-Gebläserauschens, des Straßengeräuschs usw. je nach der Position des Fahrgasts im Fahrzeug verändert, allgemein üblich.
3. Bei Fahrzeugen, die Stimmerkennungssysteme einsetzen (z.B. jene, die verwendet werden, um Freisprech-Mobiltelefonbefehle zu interpretieren), kann das Hintergrundrauschen auf dem (den) Mikrophonsignalen) die Leistung solcher Systeme stark verschlechtern. Der (die) Rauschverminderungsfilter vermindert (vermindern) das Hintergrundrau schen und verbessert (verbessern) daher die Leistung der Stimmerkennung.

Im allgemeinsten Zustand werden die Rauschverminderungsfilter auf jedes der Mikrophone angewendet, nachdem das Echo subtrahiert wurde. Doch wenn die Verarbeitungsleistung an der elektronischen Steuerung begrenzt ist, kann ein einzelner Rauschverminderungsfilter auf den Ausgang des Mikrophonsteuerungsschalters angewendet werden, um das Hintergrundrauschen im ausgehenden Zellulartelefonsignal zu beseitigen.
Der bevorzugte Rauschverminderungsfilter beinhaltet eine Bank von festen Filtern, die vorzugsweise das hörbare Frequenzspektrum überspannen, und ein jedem festen Filter entsprechendes zeitveränderliches Filterverstärkungselement β_m. Das rohe Eingangssignal wird in jeden der festen Filter eingegeben, und der Ausgang jedes festen Filters z_m(k) wird durch das jeweilige zeitveränderliche Filterverstärkungselement β_m gewichtet. Eine Summiervorrichtung kombiniert die gewichteten und gefilterten Eingangssignale und gibt ein rauschvermindertes Eingangssignal aus. Die bevorzugten Rauschverminderungsfilter verarbeiten das rohe Eingangssignal in Echtzeit in der Zeitdomäne. Daher wird die Notwendigkeit für Umkehrtransformationen, die rechnerisch lästig sind, beseitigt. Die zeitveränderlichen Filterverstärkungselemente sind vorzugsweise gemäß einem Sprachstärkepegel für den Ausgang jedes jeweiligen festen Filters reguliert. Auf diese Weise verfolgt der Rauschverminderungsfilter die Schalleigenschaften der Sprache, die im rohen Eingangssignal vorhanden sind, im Zeitverlauf und gibt Bändern, die Sprache enthalten, Betonung, während gleichzeitig Hintergrundrauschen, das in Bändern auftritt, in denen keine Sprache vorhanden ist, ausgeblendet wird. Doch wenn im rohen Eingangssignal keinerlei Sprache vorhanden ist, wird der Rauschverminderungsfilter gestatten, daß ausreichend Signal hindurchverläuft, damit die Zellulartelefonleitung für jemanden am anderen Ende der Leitung nicht tot erscheint.
Die bevorzugte Transformation ist eine rekursive Ausführung einer diskreten Kosinustransformation, die modifiziert ist, um ihre Leistung an digitalen Signalprozessoren zu stabilisieren. Die bevorzugte Transformation (d.h., Gleichung 1 und 2) weist mehrere wichtige Eigenschaften auf, die sie für Ausführungsformen dieser Erfindung attraktiv macht. Erstens ist die bevorzugte Transformation eine vollständig echtwertige Transformation und bringt sie daher keine komplexe Arithmetik in die Berechnungen ein, wie dies bei der diskreten Fourier-Transformation (DFT) der Fall ist. Dies verringert sowohl die Komplexität als auch die Speicheranforderungen. Zweitens kann diese Transformation unter Verwendung einer IIR-Filterdarstellung leistungsfähig in einer rekursiven Weise ausgeführt werden. Diese Ausführung ist sehr leistungsfähig, was für Systeme zur Sprachverbesserung, bei denen die elektronischen Steuerungen mit den anderen Echounterdrückungsaufgaben belastet sind, äußerst wichtig ist.
Es sollte bemerkt werden, daß die bevorzugte Transformation (d.h., Gleichung 1 und 2) gegenüber dem herkömmlichen rekursiven Typ von Transformationen, die in der Literatur erwähnt sind, zwei Hauptvorteile aufweist. Der herkömmliche rekursive Typ von Transformationen, einschließlich der "gleitenden" DFT-Transformation, leidet häufig an Filterinstabilitätsproblemen. Diese Instabilität ist das Ergebnis von Abrundungsfehlern, die auftreten, wenn die Filterparameter in der Umgebung mit endlicher Genauigkeit eines digitalen Signalprozessors (DSP) ausgeführt werden. Genauer liegt die Instabilität an der nichtexakten Auslöschung der "marginal" stabilen Pole des Filters, die durch die Parameterabrundungsfehler verursacht wird. Die hier gebotene bevorzugte Transformation ist dazu bestimmt, diese Probleme durch Modifizieren der Filterparameter gemäß einem Faktor γ zu überwinden. Dies stabilisiert den Filter und eignet sich gut für eine Vielfalt von Hardwaresystemen, da γ zur Anpassung an verschiedene digitale Signalprozessoren mit Fest- oder Gleitkomma reguliert werden kann. Ein anderer Fortschritt der bevorzugten Transformation gegenüber den herkömmlichen Transformationen ist, daß jeder der Filter in der bevorzugten Transformation passend skaliert ist, damit die Summierung aller Filterausgänge, z_m(k): m = 0 ... M – 1, zu jedem beliebigen Zeitpunkt dem Eingang zu diesem Zeitpunkt gleich ist. Somit wirkt die Kombinierung der Ausgänge als eine Umkehrtransformation. Daher wird keine ausdrückliche Umkehrtransformation benötigt. Dies erhöht die Leistungsfähigkeit der Transformation weiter.
Die auf die gefilterten Eingangssignale angewandten zeitveränderlichen Verstärkungselemente β_m weisen ebenfalls mehrere Hauptverbesserungen gegenüber den bestehenden Ansätzen auf. Es sollte bemerkt werden, daß die Leistung des Systems allein in der richtigen Berechnung der Verstärkungselemente β_m liegt, da der Systemausgang bei "Eins"-Verstärkungselementen dem Eingangssignal gleich ist, was zu keiner Rauschverminderung führt. Bestehende Techniken leiden häufig an schlechter Sprachqualität. Dies ergibt sich aus der Unfähigkeit des Filters, sich an rasch verändernde Sprache anzupassen, was der verarbeiteten Sprache eine "abgehackte" Schalleigenschaft gibt. Der hier unternommene Ansatz überwindet dieses Problem durch Regulieren der zeitveränderlichen Verstärkungselemente β_m in einer frequenzabhängigen Weise, um ein rasches gesamtdynamisches Ansprechen des Systems sicherzustellen. Die β_m-Verstärkungen, die Hochfrequenzbändern entsprechen, werden gemäß dem Sprachstärkepegel bestimmt, der aus einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Filterausgangsabtastungen z_m(k) berechnet wird, da sich Hochfrequenzsignale mit dem Zeitverlauf rasch verändern und daher weniger Ausgänge benötigt werden, um die Ausgangsleistung richtig zu bestimmen. Die β_m-Verstärkungen, die Niederfrequenzbändern entsprechen, werden anderer seits aus einer größeren Anzahl von Filterausgangsabtastungen berechnet, um die Leistung von Niederfrequenzsignalen, die langsam zeitveränderlich sind, genau zu messen. Durch das Bestimmen der β_m-Verstärkungen auf diese frequenzabhängige Weise wird jedes Band im Filter optimiert, um das rascheste zeitliche Ansprechen bereitzustellen, während genaue Leistungsschätzungen bewahrt werden. Wenn die β_m-Verstärkungen des Systems für die Bänder in der gleichen Weise oder unter Verwendung der gleichen Formel bestimmt würden, wie es bei bestehenden Verfahren üblich ist, würde das dynamische Ansprechen der Hochfrequenzbänder beeinträchtigt werden, um genaue Niederleistungsschätzungen zu erzielen. Überdies verwendet dieser Ansatz einen Ausdruck mit geschlossener Form für die β_m-Verstärkung auf Basis der Sprachstärkepegel in jedem Band und erfordert er daher nicht, daß eine Tabelle von Verstärkungselementen im Speicher gespeichert wird. Dieser Ausdruck wurde auch so erlangt, daß die β_m-Verstärkung des Bands dann, wenn die Sprachpegel in einem besonderen Frequenzband niedrig sind, nicht auf "Null", sondern irgend einen Wert mit niedrigem Pegel gesetzt wird. Dies ist wichtig, damit der Zellulartelefoneingang für den Zuhörer am anderen Ende der Leitung nicht "tot" erscheint, und verringert auch das Signal"flattern" deutlich.
Nach einem anderen Gesichtspunkt führen Ausführungsformen der Erfindung Mikrophonsteuerungsschalter für Mehrkanalsysteme zur Sprachverbesserung aus. Zum Beispiel weist ein derartiges MIMO-Sprachverbesserungssystem typischerweise zwei oder mehr Mikrophone in einer nahen akustischen Zone und zwei oder mehr Mikrophone in einer fernen akustischen Zone auf. Während die Mikrophone in der nahen Zone typischerweise nicht akustisch mit den Mikrophonen in der fernen Zone gekoppelt sind, können Mikrophone in der nahen Zone akustisch miteinander gekoppelt sein und können Mikrophone in der fernen Zone akustisch miteinander gekoppelt sein. Beim Ausführen des MIMO-Sprachverbesserungssystems ist es wünschenswert, daß zu jeder beliebigen gegebenen Zeit nur eines der Mikrophone in der nahen Zone als ein primäres Mikrophon bestimmt (d.h., in den "Ein"-Zustand geschaltet) ist, damit das übertragene Eingangssignal zur fernen Zone verständlich ist. Dies ist nicht nur wichtig, wenn zwei oder mehr Fahrgäste im Fahrzeug sprechen, sondern auch, um ein akustisches Überlaufen von einer Sprechstelle in der nahen Zone zu einer anderen Sprechstelle in der nahen Zone, das eine Mikrophonverfälschung erzeugen könnte, zu verhindern. Vorzugsweise ist ein gleichartiger Steuerungsschalter bereitgestellt, um ein übertragenes nahes Eingangssignal von den fernen Mikrophonsignalen zu erzeugen. Beim Ausführen der Steuerungsschalter für das Sprachverbesserungssystem wird bevorzugt, daß Mikrophone im "Aus"-Zustand einen kleinen Prozentsatz des Mikrophonausgangs, wie etwa 5% bis 10% oder weniger, beitragen, damit die Übertragung von Hintergrundrauschen durch das Sprachverbesserungssystem nicht durch den Fahrer und/oder Fahrgäste im Fahrzeug bemerkbar ist. Es ist wünschenswert, daß ein kleiner, nicht feststellbarer Prozentsatz des Mikrophonausgangs zum jeweiligen Eingangssignal beigetragen wird, um ein störendes Mikrophonklicken zu verhindern, das auftreten würde, wenn das Mikrophon elektrisch zwischen "ein" und vollständig "aus" umschaltet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines integrierten Systems zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksystem.
2A und 2B sind Diagramme, die das stimmaktivierte Umschalten nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.
3A ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb eines integrierten Einkanalsystems zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksystems nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die einen einzelnen Rauschverminderungsfilter verwendet.
3B ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb eines integrierten Einkanalsystems zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksystems nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die mehrere Rauschverminderungsfilter verwendet.
4 ist ein Zustandsdiagramm, das eine bevorzugte Mikrophonsteuerungstechnik veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das die Bestimmung eines der Mikrophone im System als primäres Mikrophon und somit das Schalten des bestimmten primären Mikrophons von einem "Aus"-Zustand in einen "Ein"-Zustand veranschaulicht.
6A und 6B sind Diagramme, die das Überblenden von einem ersten primären Mikrophon zu einem zweiten primären Mikrophon veranschaulichen.
7 ist ein Diagramm, das das Ausblenden eines primären Mikrophons von einem "Ein"-Zustand in einen "Aus"-Zustand veranschaulicht.
8A ist eine schematische Zeichnung, die die bevorzugte Weise der Rauschverminderungsfilterung für das Zellulartelefoneingangssignal veranschaulicht.
8B, 8C und 8D sind schematische Blockdiagramme, die die bevorzugten Transformationen veranschaulichen, die im Rauschverminderungsfilter, der in 8A gezeigt ist, ausgeführt werden.
9A ist ein Blockdiagramm, das ein integriertes Mehrkanalsystem zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksystem nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die einen einzelnen Rauschverminderungsfilter verwendet.
9B ist ein Blockdiagramm, das ein integriertes Mehrkanalsystem zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksystem nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die mehrere Rauschverminderungsfilter verwendet.
10 ist ein Zustandsdiagramm, das eine bevorzugte Mikrophonsteuerungstechnik für einen in 9 gezeigten Telefonsteuerungsschalter veranschaulicht.
11 ist ein Zustandsdiagramm, das eine bevorzugte Mikrophonsteuerungstechnik für in 9 gezeigte Sprachverbesserungssteuerungsschalter veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksystem 10 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das System 10 weist eine nahe Zone 12 und eine ferne Zone 14 auf, die sich beide in einem Fahrzeug 15 befinden. Jede Zone 12 und 14 kann einem wesentlichen Hintergrundrauschen ausgesetzt sein. Somit kann ein Fahrgast im Fahrzeug, der in der fernen Zone 14 sitzt, ohne die Verwendung eines Systems zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug Schwierigkeiten haben, einen Fahrgast und/oder Fahrer zu hören, der sich in der nahen Zone 12 befindet, oder umgekehrt. Zusätzlich zur Ausführung eines Sprachverbesserungssystems kann es wünschenswert sein, eine aktive Schallsteuerung oder dergleichen zu verwenden, um Hintergrundrauschen im Fahrzeug 15 zu verringern.
In 1 beinhaltet die nahe Zone 12 zwei Sprechstellen 16 bzw. 18. Ein erstes nahes Mikrophon 20 fühlt Geräusche und Sprache an der Sprechstelle 16 ab. Ein zweites nahes Mikrophon 22 fühlt Geräusche und Sprache an der Sprechstelle 18 ab. Ein erster naher Lautsprecher 24 bringt Schall an der Sprechstelle 16 in die nahe Zone 12 ein. Ein zweiter naher Lautsprecher 26 bringt Schall an der Sprechstelle 18 in die nahe Zone ein. Vorzugsweise ist das erste nahe Mikrophon 20 in enger Nähe zur ersten Sprechstelle 16 in der nahen akustischen Zone 12 angeordnet, wie etwa an der Decke des Fahrzeugs 15 direkt über der Sprechstelle 16 oder an einem Sicherheitsgurt, der durch einen an der Sprechstelle 16 befindlichen Fahrer oder Fahrgast angelegt ist. In der gleichen Weise ist das zweite nahe Mikrophon 22 vorzugsweise in enger Nähe zur zweiten Sprechstelle 18 in der nahen Zone 12 angeordnet. Aufgrund der engen Nähe zwischen den Sprechstellen 16 und 18 werden die Mikrophone 20 und 22 in der nahen Zone typischerweise akustisch gekoppelt sein. Zum Beispiel wird Schall, der an der Sprechstelle 16 in der nahen Zone 12 vorhanden ist, hauptsächlich durch das erste Mikrophon 20 festgestellt, kann aber bis zu einem gewissen Grad auch durch das zweite Mikrophon 22 in der nahen Zone 12 festgestellt werden, und umgekehrt. Das erste nahe Mikrophon 20 erzeugt ein erstes nahes Sprachsignal, das durch eine Leitung 28 zu einer elektronischen Steuerung 30 übertragen wird. In der gleichen Weise erzeugt das zweite nahe Mikrophon 22 ein zweites nahes Sprachsignal, das durch eine Leitung 32 zur elektronischen Steuerung 30 übertragen wird.
Die ferne Zone 14 im Fahrzeug 15 beinhaltet eine erste Sprechstelle 34 und eine zweite Sprechstelle 36. Ein erstes fernes Mikrophon 38 fühlt Geräusche und Sprache an der Sprechstelle 34 ab. Ein zweites fernes Mikrophon 40 fühlt Geräusche und Sprache an der Sprechstelle 36 ab. Ein erster Lautsprecher 42 bringt Schall an der Sprechstelle 34 in die ferne Zone 14 ein. Ein zweiter ferner Lautsprecher 44 bringt Schall an der Sprechstelle 36 in die ferne Zone 14 ein. Das erste ferne Mikrophon 38 erzeugt als Reaktion auf Geräusche und Sprache, die an der Sprechstelle 34 vorhanden sind, ein erstes fernes Sprachsignal. Das erste ferne Sprachsignal wird durch eine Leitung 46 zur elektronischen Steuerung 30 übertragen. Das zweite ferne Mikrophon 40 erzeugt als Reaktion auf Geräusche und Sprache, die an der Sprechstelle 36 vorhanden sind, ein zweites fernes Sprachsignal. Das zweite ferne Sprachsignal wird durch eine Leitung 48 zur elektronischen Steuerung 30 übertragen. Vorzugsweise befindet sich das erste ferne Mikrophon 38 in enger Nähe zur ersten fernen Sprechstelle 34 in der fernen Zone 14. In der gleichen Weise befindet sich das zweite ferne Mikrophon 40 vorzugsweise in enger Nähe zur zweiten fernen Sprechstelle 36 in der fernen Zone 14. Das erste ferne Mikrophon 38 und das zweite ferne Mikrophon 40 sind insofern akustisch gekoppelt, als Sprache, die an der Sprechstelle 34 vorhanden ist, primär durch das erste ferne Mikrophon 38 abgefühlt wird, aber bis zu einem gewissen Grad auch durch das zweite ferne Mikrophon 40 abgefühlt wird, und umgekehrt.
Die elektronische Steuerung 30 gibt in einer Leitung 50 ein erstes nahes Eingangssignal aus, das zum ersten nahen Lautsprecher 24 übertragen wird. Die elektronische Steuerung 30 gibt auch ein zweites nahes Eingangssignal aus, das durch eine Leitung 52 zum zweiten nahen Lautsprecher 26 übertragen wird. Zusätzlich gibt die elektronische Steuerung ein erstes fernes Eingangssignal aus, das durch eine Leitung 54 zum ersten fernen Lautsprecher 42 übertragen wird. Die elektronische Steuerung 30 gibt auch ein zweites fernes Eingangssignal aus, das durch eine Leitung 56 zum zweiten fernen Lautsprecher 44 übertragen wird.
Wie bislang beschrieben kann das System 10 verwendet werden, um eine Sprachverbesserung bereitzustellen und die Konversation zwischen einem Fahrgast oder Fahrer, der in der nahen Zone 12 sitzt, und einem Fahrgast, der in der fernen Zone 14 sitzt, oder umgekehrt, zu verbessern. 1 zeigt auch ein zellulares Telefon 58, das in das System 10 integriert ist. Die elektronische Steuerung 30 gibt ein Telefoneingangssignal Tx_aus aus, das durch eine Leitung 60 zum zellularen Telefon 58 übertragen wird. Die elektronische Steuerung 30 empfängt auch ein Telefonempfangssignal Rx_ein vom zellularen Telefon 58 durch eine Leitung 62. Auf diese Weise kommuniziert die elektronische Steuerung 30 mit dem zellularen Telefon 58, um für ein Freisprech-Mobilfunksystem im Fahrzeug 15 zu sorgen.
2A und 2B erklären das stimmaktivierte Umschalten, wie es vorzugsweise sowohl für die nahen Mikrophone 20 und 22 als auch für die fernen Mikrophone 38 und 40 ausgeführt wird. 2A veranschaulicht den Mikrophoneingang in Form des Schallpegels (dB), und 2B veranschaulicht das stimmaktivierte Umschalten des Mikrophonausgangs zwischen einem "Aus"-Zustand und einem "Ein"-Zustand in Bezug auf den in 2A gezeigten Mikrophoneingang. Der Mikrophoneingangschallpegel (dB) wird vorzugsweise unter Verwendung einer kurzzeitigen Durchschnittsgrößenschätzungsfunktion bestimmt, um festzustellen, ob Sprache vorhanden ist. Andere geeignete Schätzungsfunktionen sind in Digital Processing of Speech Signals, Lawrence R. Raviner, Ronald W. Schaf er, 1978, Bell Laboratories, Inc., Prentice Hall, Seite 120 bis 126, offenbart. Obwohl jedes Mikrophon 20, 22, 38 und 40 ein volles Signal zur elektronischen Steuerung 30 überträgt, beinhaltet die elektronische Steuerung 30 ein Gatter/einen Schalter, das/der die Übertragung eines jeweiligen Mikrophonsignals zumindest dann verringert, wenn der Schallpegel für das Signal den Schwellenumschaltwert nicht überschreitet. 2A veranschaulicht, daß Hintergrundrauschen, welches während der Zeiträume 64A, 64B, 64C und 64D im Fahrzeug vorhanden ist, im Allgemeinen einen Schallpegel aufweist, der geringer als ein durch eine gestrichelte Linie 66 dargestellter Schwellenumschaltwert ist. Andererseits weist Sprache, die während der Zeiträume 68A und 68B vorhanden ist, im Allgemeinen einen Schallpegel auf, der den Schwellenumschaltwert 66 überschreitet. Der Mikrophonausgang bleibt in einem "Aus"-Zustand, bevor durch ein jeweiliges Mikrophon Sprache abgefühlt wird. Der Mikrophonausgang schaltet in einen "Ein"-Zustand, sobald Sprache an einer Sprechstelle vorhanden ist, die dem Mikrophon zugehörig ist, sofern keine anderen Mikrophone in einen "Ein"-Zustand geschaltet sind. 2B zeigt den Mikrophonausgang anfänglich in einem "Aus"-Zustand, Bezugszeichen 70, der dem Zeitraum 64A in 2A entspricht, in dem im Mikrophonsignal nur Hintergrundrauschen vorhanden ist. Man bemerke, daß der Mikrophonausgang im "Aus"-Zustand 70 vorzugsweise mit ungefähr 20% des Mikrophonausgangs im "Ein"-Zustand festgelegt ist. 2B zeigt, daß der Mikrophonausgang zu einem "Ein"-Zustand 72 umschaltet, wenn Sprache vorhanden ist und der Mikrophoneingang den Schwellenumschaltwert 66 überschreitet, Bereich 68A in 2A. Der Mikrophoneingangsschallpegel (dB) wird vorzugsweise in Fenstern von ungefähr 12 Millisekunden gemessen, weshalb ein Mikrophon mit einer Geschwindigkeit in den "Ein"-Zustand geschaltet werden kann, die schneller ist, als während einer normalen Konversation wahrnehmbar ist.
2B veranschaulicht ferner, daß der Mikrophonausgang selbst dann in einem "Ein"-Zustand verbleibt, wenn der Mikrophoneingangsschallpegel für ein verhältnismäßig kurzes Zeitausmaß unter den Schwellenumschaltwert 66 fällt. Das heißt, der Mikrophonausgang hält für zumindest einen Haltezeitraum t_H, der vorzugsweise ungefähr gleich einer Sekunde ist, in einem "Ein"-Zustand. Sobald der Mikrophoneingangsschallpegel für mehr als den Haltezeitraum t_H unter den Schwellenumschaltwert 66 fällt, blendet (74) der Mikrophonausgang vom "Ein"-Zustand 72 zum "Aus"-Zustand" 76 aus. Es ist wünschenswert, daß der Mikrophonausgang stark verringert wird, z.B. ungefähr 20% oder weniger für die Zellulartelefonübertragung und ungefähr 1% bis 10% für die Sprachverbesserungsübertragung, aber nicht völlig beseitigt wird, wenn sich das Mikrophon im "Aus"-Zustand befindet. Wenn der Mikrophonausgang völlig beseitigt ist, wenn sich das Mikrophon im "Aus"-Zustand befindet, wird es zu einem störenden Mikrophonklicken kommen und wird die Leitung tot erscheinen, wenn sich das Mikrophon im "Aus"-Zustand befindet. Das Bereitstellen eines niedrigen Grads an Mikrophonausgang, wenn sich das Mikrophon im "Aus"-Zustand befindet, erleichtert eine natürlich klingende Sprachverbesserung und eine praktische Telefonsignalübertragung.
Wenn das Telefoneingangssignal Tx_aus für das zellulare Telefon 58 erzeugt wird, ist es wünschenswert, daß zu jeder beliebigen gegebenen Zeit nicht mehr als eines der Mikrophone 20, 22, 38 oder 40 in den "Ein"-Zustand geschaltet ist. Dies erleichtert die Verständlichkeit des übertragenen Zellulartelefonsignals für einen Zuhörer am anderen Ende der Leitung, wenn zwei oder mehr Personen im Fahrzeug 15 in Konkurrenz stehen, und verhindert auch ein akustisches Überlaufen zwischen akustisch gekoppelten Mikrophonen 20 und 22 oder 38 und 40. Obwohl es wünschenswert ist, daß der Mikrophonausgang bei einem niedrigen Pegel bleibt (z.B. ungefähr 20%), wenn ein Mikrophon in einen "Aus"-Zustand geschaltet ist, kann das Vorhandensein von mehreren Mikrophonen in einem System eine Verzerrung erzeugen, was insbesondere für das einzelne Telefoneingangssignal Tx_aus, das zum zellularen Telefon 38 übertragen wird, problematisch ist. Das Hintergrundrauschen, das am Signal vorhanden ist, welches dem Mikrophon im "Ein"-Zustand entspricht, ist für Tx_aus ebenfalls problematisch, da sich der Zuhörer am anderen Ende der Leitung typischerweise in einer ruhigen Umgebung befindet, was ein derartiges Rauschen unangenehm macht. Somit wird bevorzugt, daß das Telefoneingangssignal Tx_aus vor der Übertragung des Signals zum zellularen Telefon 58 gefiltert wird, um das Hintergrundrauschen zu beseitigen.
3A veranschaulicht ein integriertes Einkanal(SISO)system zur Sprachverbesserung und Freisprech-Mobilfunksystem 78, das einen Mikrophonsteuerungsschalter 80 und einen Rauschverminderungsfilter 82 für das Telefoneingangssignal Tx_aus beinhaltet. In vieler Hinsicht ist das in 3A gezeigte SISO-System 78 dem in 1 gezeigten System 10 gleich, und wo dies angebracht ist, werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um das Verständnis zu erleichtern. In 3A fühlt das nahe Mikrophon 20 Schall in der nahen Zone 12 ab und erzeugt es ein nahes Sprachsignal, das durch die Leitung 28 zu einer nahen Echounterdrückungssummiervorrichtung 84 übertragen wird. Ein naher adaptiver Unterdrücker von akustischem Echo 86 erhält das nahe Eingangssignal von der Leitung 50. Der nahe adaptive Unterdrücker von akustischem Echo 86 gibt in der Leitung 88 ein nahes Echounterdrückungssignal aus, das in die nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 84 eingegeben wird. Der nahe adaptive Unterdrücker von akustischem Echo 86 ist vorzugsweise ein adaptiver nichtrekursiver Filter, der eine ausreichende Abgrifflänge aufweist, um den akustischen Weg zwischen dem nahen Lautsprecher 24 und dem Ausgang des nahen Mikrophons 20 zu modellieren. Der nahe adaptive Unterdrücker von akustischem Echo 86 wird vorzugsweise unter Verwendung einer Pegelmeßgerät-Aktualisierung oder dergleichen angepaßt, vorzugsweise gemäß den Techniken, die in der am 29. März 1996 eingereichten, ebenfalls anhängigen Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/626,208 und dem Titel "Acoustic Echo Cancellation In An Integrated Audio And Telecommunication Intercom System" von Brian M. Finn, nunmehr die am 6. Januar 1998 ausgegebene US-Patentschrift Nr. 5,706,344, offenbart sind. Die nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 84 subtrahiert das nahe Echounterdrückungssignal in der Leitung 88 vom nahen Sprachsignal in der Leitung 28 und gibt in der Leitung 90 ein nahes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo aus. Die nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 84 subtrahiert somit jenen Teil des Signals, der von Schall stammt, welcher durch den nahen Laut sprecher 24 eingebracht wurde, vom nahen Sprachsignal in der Leitung 28.
Das nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 90 wird sowohl zu einer fernen Eingangssummiervorrichtung 92 als auch durch eine Leitung 94 zum Mikrophonsteuerungsschalter 80 übertragen. Die ferne Eingangssummiervorrichtung 92 erhält auch andere Komponenten des fernen Eingangssignals als das nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo, wie etwa ein Zellulartelefonempfangssignal Rx_ein von einer Leitung 96 oder eine Audiozuführung (nicht gezeigt) usw. Die ferne Eingangssummiervorrichtung 92 gibt in der Leitung 54 das ferne Eingangssignal aus, das den fernen Lautsprecher 42 antreibt.
Das ferne Mikrophon 38 fühlt Schall in der fernen Zone 14 an der Sprechstelle 34 ab und erzeugt ein fernes Sprachsignal, das durch die Leitung 46 zu einer fernen Echounterdrückungssummiervorrichtung 98 übertragen wird. Ein ferner adaptiver Unterdrücker von akustischem Echo 100, der vorzugsweise dem nahen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo 86 identisch ist, erhält das ferne Eingangssignal in der Leitung 54 und gibt in der Leitung 102 ein fernes Echounterdrückungssignal aus. Das ferne Echounterdrückungssignal in der Leitung 102 wird in die ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung 98 eingegeben. Die ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung 98 subtrahiert das ferne Echounterdrückungssignal in der Leitung 102 vom fernen Sprachsignal in der Leitung 46 und gibt in der Leitung 104 ein fernes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo aus. Die ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung 98 subtrahiert somit jenen Teil des Signals, der von Schall stammt, welcher durch den fernen Lautsprecher 42 eingebracht wurde, vom fernen Sprachsignal in der Leitung 46. Das ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 104 wird sowohl zu einer nahen Eingangssummiervorrichtung 106 als auch durch eine Leitung 108 zum Mikrophonsteuerungsschalter 80 übertragen. In der Leitung 108 befindet sich ein Privatbereichsschalter 110, wodurch einem Fahrgast oder dem Fahrer im Fahrzeug gestattet wird, die Übertragung des fernen Sprachsignals mit unterdrücktem Echo zum Mikrophonsteuerungsschalter 80 durch Öffnen des Privatbereichsschalters 110 zu unterbrechen. Ein ähnlicher Privatbereichsschalter 112 befindet sich in der Leitung 96 zwischen dem zellularen Telefon 58 und der fernen Eingangssummiervorrichtung 92, was einem Fahrer und/oder einem Fahrgast im Fahrzeug ermöglicht, die Übertragung des Telefonempfangssignals Rx_ein vom zellularen Telefon 58 zum fernen Lautsprecher 42 in der fernen Zone 14 zu unterbrechen.
Die nahe Eingangssummiervorrichtung 106 erhält auch andere Komponenten des nahen Eingangssignals, wie etwa das Zellulartelefonempfangssignal Rx_ein in einer Leitung 114 oder eine Audiozuführung (nicht gezeigt) usw. Die nahe Eingangssummiervorrichtung 106 gibt in der Leitung 50 das nahe Eingangssignal aus, das den nahen Lautsprecher 20 antreibt.
Unter Annahme eines geschlossenen Privatbereichsschalters 110 in der Leitung 108 erhält der Mikrophonsteuerungsschalter 80 sowohl das nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo durch die Leitung 94 als auch das ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo durch die Leitung 108. Der Mikrophonsteuerungsschalter 80 kombiniert und/oder mischt die Sprachsignale mit unterdrücktem Echo vorzugsweise in der unter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschriebenen Weise und gibt in der Leitung 116 ein rohes Telefoneingangssignal aus. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das rohe Telefoneingangssignal 116 in den Rauschverminderungsfilter 82 eingegeben. Der Rauschverminderungsfilter 82 gibt ein rauschvermindertes Telefoneingangssignal Tx_aus aus das in das zellulare Telefon 58 eingegeben wird.
3B veranschaulicht ein integriertes Einkanal(SISO)system zur Sprachverbesserung und Freisprech-Mobilfunkssystem 78a, das dem in 3A gezeigten System 78 ähnlich ist. Der Hauptunterschied in System 78a in 3B ist, daß der einzelne Rauschverminderungsfilter 82 im System 78, das in 3A gezeigt ist, durch mehrere Rauschverminderungsfilter 82a, 82b ersetzt wurde. Der Rauschverminderungsfilter 82a befindet sich in der nahen Sprachsignalleitung 90. Der Rauschverminderungsfilter 82b befindet sich in der fernen Sprachsignalleitung 104. Zusätzlich zur Verbesserung der Klarheit des Telefoneingangssignals Tx_aus entfernt diese Ausführung auch das Hintergrundrauschen in den Sprachsignalen selbst. Der Rauschverminderungsfilter 78a entfernt das Hintergrundrauschen in der nahen Sprachleitung 90 und verhindert dadurch die Wiederausstrahlung dieses Rauschens am fernen Lautsprecher 42. In der gleichen Weise entfernt der Rauschverminderungsfilter 78b das Hintergrundrauschen in der fernen Sprachleitung 104 und verhindert er dadurch die Wiederausstrahlung dieses Rauschens am nahen Lautsprecher 24. In anderer Hinsicht ist das in 3B gezeigte System 78a dem in 3A gezeigten System 78 ähnlich.
4 bis 7 veranschaulichen die bevorzugte Mikrophonsteuerungstechnik für das Zellulartelefoneingangssignal, die durch den Mikrophonsteuerungsschalter 80 ausgeführt wird. 4 ist ein Zustandsdiagramm für das stimmaktivierte Umschalten zwischen dem als MIC 1 bezeichneten nahen Mikrophon 20 und dem als MIC 2 bezeichneten fernen Mikrophon 38. Wie im Zustandsdiagramm von 4 gezeigt kann zu jeder beliebigen gegebenen Zeit nur eines der Mikrophone 20, 38 in den "Ein"-Zustand geschaltet sein. Der Ruhezustand 120 gibt einen Zustand an, in dem sich beide Mikrophone 20, 38 in einem "Aus"-Zustand befinden. Aus dem Ruhezustand 120 ist es entweder für das nahe Mikrophon 20, MIC 1, möglich, in einen "Ein"-Zustand 122 zu schalten, oder für das ferne Mikrophon 38, MIC 2, möglich, in einen "Ein"-Zustand 124 zu schalten. Pfeile 122A und 124A vom Ruhezustand 120 veranschaulichen, daß es nicht möglich ist, daß sich beide Mikrophone 20 und 38 gleichzeitig im "Ein"-Zu stand befinden. 5 stellt das Schalten des Ausgangs des nahen Mikrophons 20, MIC 1, in einen "Ein"-Zustand 122 dar, wenn sich das System anfänglich im Ruhezustand 120 befindet. Genauer fühlt das nahe Mikrophon 20, MIC 1, Hintergrundrauschen und Sprache im Fahrzeug ab und erzeugt es als Reaktion darauf ein entsprechendes Mikrophonsignal. Die Größe des Mikrophonsignals wird gemäß der in 2A und 2B veranschaulichten stimmaktivierten Umschalttechnik bestimmt. Der Mikrophonausgang für das Mikrophon 20, MIC 1, wird im "Aus"-Zustand behalten, wenn die Größe des Mikrophonsignals unter dem Schwellenumschaltwert 66 liegt. Doch wenn sich das System anfänglich im Ruhezustand 120 befindet (d.h., sowohl der Schallpegel für das nahe Mikrophon 20, MIC 1, als auch jener für das ferne Mikrophon 38, MIC 2, unter dem Schwellenumschaltwert 66 geblieben ist), schaltet das erste Mikrophon, das ein Mikrophonsignal mit einer Größe aufweist, die den Schwellenumschaltwert 66 überschreitet, in den "Ein"-Zustand. 5 zeigt, daß der Ausgang des nahen Mikrophons 20 vom einen "Aus"-Zustand 126 zu einem "Ein"-Zustand 128 schaltet. Das als im "Ein"-Zustand befindlich gewählte Mikrophon wird hierin als das bestimmte primäre Mikrophon bezeichnet. Das rohe Telefoneingangssignal in der Leitung 116 vom Mikrophonsteuerungsschalter 80 ist vorzugsweise eine Kombination aus dem vollen Sprachsignal mit unterdrücktem Echo vom primären Mikrophon und ungefähr 20% des Sprachsignals mit unterdrücktem Echo vom anderen Mikrophon.
Wann immer entweder das nahe Mikrophon 20, MIC 1, oder das ferne Mikrophon 38, MIC 2, als das primäre Mikrophon bestimmt ist (d.h, der Mikrophonausgang in einen "Ein"-Zustand geschaltet ist), hält das Mikrophon selbst nach dem Fallen des Schallpegels des Mikrophonsignals unter den Schwellenumschaltwert 66 für den Haltezeitraum t_H im "Ein"-Zustand. Doch nach dem Ablaufen des Haltezeitraums t_H tritt der Mikrophonausgang für das primäre Mikrophon in einen Ausblendungszustand 130, 4, ein, solange der Schall pegel für das andere Mikrophon nicht den Schwellenumschaltwert 66 überschreitet. In 4 veranschaulichen die Linien 122B und 124B das Eintreten des jeweiligen Mikrophons MIC 1 und MIC 2 in den Ausblendungszustand 130. Die Linie 130A veranschaulicht, daß das System in den Ruhezustand 120 eintritt, nachdem das Mikrophon den Ausblendungszustand 130 abgeschlossen hat. 7 stellt die Umschalthandlung für den Ausgang des nahen Mikrophons 20 durch den Ausblendungszustand 130 graphisch dar. Der Mikrophonausgang beginnt im "Ein"-Zustand 132 und hält selbst dann für den Haltezeitraum 134 im "Ein"-Zustand, wenn der Schallpegel für das Mikrophon 20 unter den Schwellenumschaltwert 66 fällt. Wenn der Haltezeitraum t_H abgelaufen ist, tritt der Ausgang des Mikrophons 20 in den Ausblendungszustand 130 ein, in dem der Mikrophonausgang vom "Ein"-Zustand 134 zum "Aus"-Zustand 136 ausblendet. Der bevorzugte Ausblendzeitraum t_H beträgt ungefähr drei Sekunden.
Wenn das nahe Mikrophon 20, MIC 1, als das primäre Mikrophon bestimmt ist, Zustand 122, oder das ferne Mikrophon 38, MIC 2, als das primäre Mikrophon bestimmt ist, Zustand 124, und der Schallpegel des anderen Mikrophons den Schwellenumschaltwert 166 überschreitet, kann es unter manchen Umständen wünschenswert sein, zwischen den Mikrophonen zu überblenden, wie durch den Überblendungszustand 138 in 4 veranschaulicht ist. Die zum Überblendungszustand 138 zeigende Linie 122C veranschaulicht das nahe Mikrophon 20, MIC 1, als das bestimmte primäre Mikrophon vom "Ein"-Zustand 122 zum "Aus"-Zustand überblendend. Linie 124C vom Überblendungszustand 138 veranschaulicht, daß das ferne Mikrophon 38, MIC 2, gleichzeitig vom "Aus"-Zustand zum "Ein"-Zustand 124 einblendet, um zum bestimmten primären Mikrophon zu werden. 6A und 6B stellen die Umschalthandlung für den durch die Linien 122C und 124C veranschaulichten Überblendungszustand 138 und den Überblendungszustand 138 graphisch dar. 6A zeigt das nahe Mikrophon 20, MIC 1, wie in Übereinstimmung mit Linie 122A und Zu stand 122 in 4 vom "Aus"-Zustand 140 zum "Ein"-Zustand 142 schaltend, wodurch das nahe Mikrophon 20, MIC 1, als das primäre Mikrophon bestimmt wird. Während des gleichen Zeitraums verbleibt das ferne Mikrophon 38, MIC 2, im "Aus"-Zustand, Bezugszeichen 144 und 146 in 6B. Wenn der Schallpegel für das ferne Mikrophon 38, MIC 2, den Schwellenumschaltwert 66 überschreitet, nachdem das nahe Mikrophon 20, MIC 1, als das primäre Mikrophon bestimmt wurde (d.h., der Schallpegel für das ferne Mikrophon 38, MIC 2, den Schwellenumschaltwert 66 während des Zeitraums überschreitet, der in 6B durch das Bezugszeichen 146 bezeichnet ist), wird das ferne Mikrophon 38, MIC 2, als das primäre Mikrophon bestimmt. Das bestimmte vorrangverlangende Mikrophon verlangt Vorrang, um das bestimmte primäre Mikrophon zu werden, tritt aber nicht in den "Ein"-Zustand ein, bis das bestimmte primäre Mikrophon auf den Vorrang verzichtet, auch wenn der Schallpegel für das vorrangverlangende Mikrophon den Schwellenumschaltwert 66 überschreitet. Mit anderen Worten kann das bestimmte vorrangverlangende Mikrophon nicht das bestimmte primäre Mikrophon werden, bis das bestimmte primäre Mikrophon auf den Vorrang verzichtet. In dem Augenblick, in dem das bestimmte primäre Mikrophon auf den Vorrang verzichtet, Bezugszeichen 148 in 6A und 6B, blendet das bestimmte primäre Mikrophon (das nahe Mikrophon 20, MIC 1, in 6A) vom "Ein"-Zustand 142 zum "Aus"-Zustand 150 aus, wie in 6A durch das Bezugszeichen 152 angegeben ist, und überblendet das ferne Mikrophon 38, MIC 2, gleichzeitig vom "Aus"-Zustand 146 zum "Ein"-Zustand 154, wie durch das Bezugszeichen 156 veranschaulicht ist. Das bestimmte primäre Mikrophon (d.h., das nahe Mikrophon 20, MIC 1, in 6A) verzichtet auf den Vorrang, wenn der Haltezeitraum t_H abläuft, während das vorrangverlangende Mikrophon (d.h., das ferne Mikrophon 38, MIC 2, in 6B) Vorrang verlangt (d.h., der Schallpegel des fernen Sprachsignals mit unterdrücktem Echo in der Leitung 108, 3, den Schwellenumschaltwert 66 überschreitet). Zusätzlich wird unter manchen Umständen bevorzugt, daß das bestimmte primäre Mikrophon sogar vor dem Ablauf des Haltezeitraums t_H auf den Vorrang verzichtet, wenn statistisch bestimmt wird, daß der Schallpegel für das vorrangverlangende Mikrophon verglichen mit dem Schallpegel für das bestimmte primäre Mikrophon ausreichend hoch ist. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, daß das bestimmte primäre Mikrophon auf den Vorrang verzichtet, wenn der Schallpegel für das vorrangverlangende Mikrophon den Schallpegel für das bestimmte primäre Mikrophon auf einer zeitgemittelten Basis für zumindest eine Sekunde um 50 überschreitet.
In 4 veranschaulicht die zum Überblendungszustand 138 zeigende Linie 124D, daß das ferne Mikrophon 38, MIC 2, vom "Ein"-Zustand zum "Aus"-Zustand überblendet. Die Linie 122D vom Überblendungszustand 138 veranschaulicht, daß das nahe Mikrophon 20, MIC 1, gleichzeitig vom "Aus"-Zustand zum "Ein"-Zustand überblendet. Das Überblenden vom fernen Mikrophon 38, MIC 2, als dem bestimmten primären Mikrophon, Zustand 124, zum nahen Mikrophon 20, MIC 1, als dem primären Mikrophon, Zustand 122, wird in der gleichen Weise wie in 6A und 6B gezeigt und wie oben hinsichtlich einer Überblendung vom nahen Mikrophon 20, MIC 1, zum fernen Mikrophon 38, MIC 2, beschrieben ausgeführt.
8A veranschaulicht den bevorzugten Rauschverminderungsfilter 82, der das als x(k) bezeichnete rohe Telefoneingangssignal in der Leitung 116 vom Mikrophonsteuerungsschalter 80 und dem in 3A gezeigten System 78 erhält. Der gleiche Rauschverminderungsfilter 82 wird vorzugsweise im in 3B gezeigten System 78a an den Stellen der Rauschverminderungsfilter 82a, 82b verwendet, um am nahen bzw. am fernen Sprachsignal tätig zu sein. Der Klarheit wegen nimmt die folgende Besprechung, die den Rauschverminderungsfilter 82 betrifft, an, daß sich der Rauschverminderungsfilter 82 an der in 3A gezeigten Stelle befindet. Das rohe Telefoneingangssignal x(k) in der Leitung 116 wird in eine Vielzahl von M festen Filtern h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 eingegeben. Die mehreren festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 überspannen vorzugsweise das hörbare Frequenzspektrum. Jeder der festen Filter gibt ein jeweiliges gefiltertes Telefoneingangssignal z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) aus. Die festen Filter sind vorzugsweise eine rekursive Ausführung einer diskreten Kosinustransformation in der Zeitdomäne, die modifiziert ist, um die Leistung an digitalen Signalprozessoren zu stabilisieren, doch können nach einer Ausführungsform der Erfindung andere Arten von festen Filtern verwendet werden. Zum Beispiel sind Karhunen-Loeve-Transformationen, Wavelet-Transformationen, oder sogar die wie in der am 1. Oktober 1996 ausgegebenen US-Patentschrift Nr. 5,561,598 mit dem Titel "Adaptive Control System With Selectively Constrained Output And Adaptation" von Michael P. Novak et al. offenbarten Eigenfilter für einen Eigenfilter-Anpassungs-Bandfilter (EAB) oder eine Eigenfilter-Filterbank (EFB) Beispiele für andere feste Filter, die für den Rauschverminderungsfilter 82 geeignet sein können.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mehreren festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 rekursive Filter, in denen die gefilterten Telefonausgangssignale z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) durch die folgenden Ausdrücke dargestellt sind:
für den festen Filter h₀; und

für die festen Filter h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1;
wobei γ ein Stabilitätsparameter ist, x(k) das rohe Telefoneingangssignal für die Abtastperiode k ist, M die Anzahl der festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 ist, und z_m das gefilterte Telefoneingangssignal für den m-ten Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 ist. Der in Gleichung 1 und 2 verwendete Stabilitätsparameter γ sollte ungefähr auf 1, zum Beispiel 0,975, festgesetzt werden. Die Ausführung von Gleichung 1 und 2 in Blockform ist in 8B, 8C und 8D schematisch gezeigt. In 8B (Gleichung 2) bezeichnen die mit RT₁, RT₂, RT₃, RT₄ ... RT_M–2, und RT_M–1 bezeichneten Blöcke die rekursiven Abschnitte der festen Filter h₀, h₁, h₂, h₃, h₄ ... h_M–2 bzw. h_M–1. 8D veranschaulicht die Ausführung von RT_m für den m-ten Filter h₀, h₁, h₂, h₃, h₄ ... h_M–2, und h_M–1. Die Ausführung des festen Filters h₀ gemäß Gleichung 1 ist in 8C gezeigt.
Alternativ können die festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 durch nichtrekursive Filter verwirklicht werden. Die wie durch einen Satz von nichtrekursiven Filtern dargestellte bevorzugte Transformation ist durch die folgenden Ausdrücke gegeben:

wobei M die Anzahl der festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 ist, h_m(n) der n-te Koeffizient des m-ten Filters ist, x(k –n) eine zeitverschobene Version des rohen Telefoneingangssignals x(k) ist, n = 0, 1 ... M – 1 ist, z_m(k) das gefilterte Telefoneingangssignal für den m-ten Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 ist, γ ein Stabilitätsparameter ist, und G_m = 1 für m = 0, und G_m = 2 für m ≠ 0 ist.
Die in Gleichung 1 bis 3 ausgedrückten bevorzugten Transformationen können leistungsfähig ausgeführt werden, insbesondere in der rekursiven Form von Gleichung 1 und 2. Von einem theoretischen Standpunkt her ist die Karhunen-Loeve-Transformation wahrscheinlich in dem Sinn optimal, daß sie rauschbehaftete Sprachsignale am leistungsfähigsten in Sprach- und Rauschkomponenten orthogonalisiert oder entkoppelt. Doch die Transformationen von Gleichung 1 und 2 können ebenfalls verwendet werden, um für jede Abtastperiode orthogonal gefilterte Telefoneingangssignale z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) zu berechnen. Außerdem sind die Transformationsfilterkoeffizienten und der Filterausgang echte Werte, so daß keine komplexe Arithmetik in das System eingebracht wird.
Die festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 wirken als eine Gruppe von Bandpaßfiltern, um das rohe Telefoneingangssignal x(k) in M unterschiedliche Frequenzbänder von der gleichen Bandbreite zu brechen. Zum Beispiel weist der Filter h_m einen Bandpaß von etwa (F_s/(M)) (m –, 5) Hz bis (F_s/(2M)) (m +, 5) Hz auf, was zu einer Bandbreite von F_s/(2M) Hz führt, wobei F_s die Abtastfrequenz ist. Somit verbessert die Bereitstellung von mehr festen Filtern h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 (d.h., je größer der Wert für die Zahl M ist) die Frequenzauflösung des Systems 82. Im Allgemeinen wird die Anzahl der festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 so gewählt, daß sie so groß wie möglich ist und auf die Menge der Verarbeitungsleistung, die an der elektronischen Steuerung 30 für eine besondere Abtastrate verfügbar ist, beschränkt ist. Wenn die elektronische Steuerung 30 zum Beispiel einen digitalen Signalprozessor aufweist, der ein Texas Instrument MTS320C30DSP ist, welcher mit 8 kHz läuft, sollte das System vorzugsweise ungefähr 20 bis 25 feste Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 aufweisen.
Jedes der gefilterten Telefoneingangssignale z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) wird durch ein jeweiliges zeitveränderliches Filterverstärkungselement β₀(k), β₁(k), β₂(k) ... β_M–2(k), β_M–1(k) gewichtet. Jedes der zeitveränderlichen Filterverstärkungselemente β₀(k), β₁(k), β₂(k) ... β_M–2(k), β_M–1(k) wird vorzugsweise gemäß dem folgenden Ausdruck bestimmt:
wobei β_m(k) der Wert des mit dem m-ten festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 verbundenen zeitveränderlichen Filterverstärkungselements bei der Abtastperiode k ist, SSSL_m(k) der Sprachstärkepegel für das jeweilige gefilterte Telefoneingangssignal z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) bei der Abtastperiode k ist, und μ und α vorgewählte Leistungsparameter sind, die Werte von größer als 0 aufweisen. Es wurde herausgefunden, daß ein Wählen von μ mit ungefähr 4 und α mit ungefähr 2 eine angemessene Rauschverminderung bereitstellt, während eine natürlich klingende verarbeitete Sprache zurückbehalten wird. Wenn die Rauschleistung für ein Frequenzband übermäßig ist, kann es in manchen Anwendungen nützlich sein, das entsprechende zeitveränderliche Verstär kungselement β_m(k) = 0 festzusetzen. Die zeitveränderlichen Filterverstärkungselemente β₀(k), β₁(k), β₂(k) ... β_M–2(k), β_M–1(k), geben in Leitungen 158A, 158B, 158C, 158D bzw. 158E ein jeweiliges gewichtetes und gefiltertes Telefoneingangssignal aus. Die gewichteten und gefilterten Telefoneingangssignale werden in der Summiervorrichtung 160 kombiniert, die in der Leitung 118 das rauschverminderte Telefoneingangssignal Tx_aus(k) ausgibt. Die in 8 gezeigte rauschvermindernde Filterungstechnik ist besonders nützlich, da sie auf einer Basis von Abtastung zu Abtastung ausgeführt wird und keine ausdrückliche Umkehrtransformation benötigt. Die Rauschverminderungsfilterung wird online in Echtzeit ausgeführt.
Der Sprachstärkepegel SSL_m(k) für das jeweilige gefilterte Telefoneingangssignal z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) bei der Abtastperiode k wird gemäß dem folgenden Ausdruck bestimmt:
wobei s_pwr_m(k) eine Schätzung der kombinierten Sprach- und Rauschleistung im m-ten gefilterten Telefoneingangssignal z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) bei der Abtastperiode k ist, und n_pwr_m(k) eine Schätzung der Rauschleistung im m-ten gefilterten Telefoneingangssignal der Abtastperiode k ist. Es wird bevorzugt, daß der kombinierte Sprach- und Rauschleistungspegel s_pwr_m(k) für das jeweilige gefilterte Telefoneingangssignal z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) bei der Abtastperiode k gemäß dem folgenden Ausdruck geschätzt wird: s_pwrm(k) = s_pwrm(k – 1) + λm(zm(k)·zm(k) – s_pwrm(k – 1)) (Gleichung 6) wobei λ_m eine feste Zeitkonstante ist, die im Allgemeinen für jeden der M festen Filter h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 unterschiedlich ist, und z_m(k) der Wert der jeweiligen gefilterten Telefoneingänge z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) bei der Abtastperiode k ist, der genommen wird, wenn im rohen Telefoneingangssignal x(k) Sprache vorhanden ist, oder, mit anderen Worten, wenn sich die Eingangsleitung im "Ein"-Zustand befindet. Die Zeitkonstanten λ_m werden so bestimmt, daß die wirksame Länge des Mittelungsfensters, das verwendet wird, um die Leistung in einem besonderen Frequenzband zu schätzen, proportional zur Mittenfrequenz des Frequenzbands ist. Mit anderen Worten nimmt die Zeitkonstante λ_m zu, um eine raschere Schätzung des Sprach- und Rauschleistungspegels zu ergeben, wenn die Mittenfrequenz des Bands ansteigt. Dies stellt ein rasches gesamtdynamisches Systemansprechen sicher. Die Zeitkonstanten λ_m sind vorzugsweise kleiner als 0,10 und größer als 0,01.
Die Rauschleistungspegelschätzung n_pwr_m(k) für die gefilterten Telefoneingangssignale z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k), die für die Abtastperiode k verwendet wird, wird vorzugsweise gemäß dem folgenden Ausdruck geschätzt: n_pwrm(k) = n_pwrm(k – 1) + λ0(zm(k)·zm(k) – n_pwrm(k – 1)) (Gleichung 7)wobei z_m(k) der Wert der jeweiligen gefilterten Telefoneingangssignale z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) bei der Abtastperiode k ist, der genommen wird, wenn im rohen Telefoneingangssignal x(k) keine Sprache vorhanden ist, und λ₀ eine feste Zeitkonstante ist, die vorzugsweise mit einem kleinen Wert festgesetzt ist, wie etwa λ₀ gleich ungefähr 10^–3. Das Festsetzen der Zeitkonstanten λ₀ mit einem kleinen Wert stellt ein großes Mittelungsfenster zum Schätzen des Rauschleistungspegels n_pwr_m(k) bereit.
Der Rauschverminderungsfilter 82 weist im Allgemeinen zwei Betriebsmodi, einen Rauschschätzungsmodus und einen Sprachfilterungsmodus, auf. Im Rauschschätzungsmodus wird das Hintergrundrauschen für jedes Band, das den festen Filtern h₀, h₁, h₂ ... h_M–2, h_M–1 entspricht, geschätzt. Um Veränderungen in den Rauschzuständen im Fahrzeug 15 zu verfolgen, kehrt der Rauschverminderungsfilter 82 periodisch in den Rauschschätzungsmodus zurück, wenn im rohen Telefoneingangssignal x(k) keine Sprache vorhanden ist (d.h., wenn der Mikrophonsteuerungsschalter 80 in den Ruhezustand 120, 4, geschaltet ist). In der Praxis ist es wünschenswert, nur das stationäre Hintergrundrauschen, das an den Mikrophonsignalen vorhanden ist (d.h., Hintergrundrauschen, das sich im Zeitverlauf statistisch nicht wesentlich verändert), zu schätzen. Dies wird durch Festsetzen einer Zeitkonstanten λ₀ gleich einem kleinen Wert, wie etwa λ₀ gleich ungefähr 10^–3, ausgeführt.
Wenn im rohen Telefoneingangssignal x(k) Sprache vorhanden ist, ist das System im Sprachfilterungsmodus tätig. Nach dem Schätzen des kombinierten Sprach- und Rauschleistungspegels s_pwr_m(k) bei der Abtastperiode k für jedes der gefilterten Telefoneingangssignale z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) werden die jeweiligen zeitveränderlichen Filterverstärkungselemente β₀(k), β₁(k), β₂(k) ... β_M–2(k), β_M–1(k) gemäß den Signal-Rausch-Leistungsverhältnis SSL_m(k), das jedem gefilterten Telefoneingangssignal z₀(k), z₁(k), z₂(k) ... z_M–2(k), z_M–1(k) entspricht, zwischen 0 und 1 reguliert, Gleichung 4. Wenn der Sprachstärkepegel zum Beispiel in einem besonderen Band groß ist, wird das entsprechende Verstärkungselement ungefähr "Eins" sein, wodurch die Sprache an diesem Band hindurchgelassen wird. Wenn der Sprachstärkepegel klein ist, wird das entsprechende Verstärkungselement ungefähr "Null" sein, wodurch das Rauschen in die sem Band beseitigt wird. Wie oben erwähnt kann es nützlich sein, β_m(k) = 0 festzusetzen, wenn n_pwr_m(k) größer als ein vorgewählter Schwellenwert ist. Auf diese Weise verfolgen die zeitveränderlichen Filterverstärkungselemente β₀(k), β₁(k), β₂(k) ... β_M–2(k), β_M–1(k) die Eigenschaften der Sprache, die im rohen Telefoneingangssignal x(k) vorhanden ist, und erzeugen sie daher ein verständlicheres rauschvermindertes Telefoneingangssignal Tx_aus(k).
9A veranschaulicht das in 1 veranschaulichte integrierte MIMO-System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug und Freisprech-Mobilfunksystem 10 schematisch. In vieler Hinsicht ist das in 9 gezeigte MIMO-System 10 dem in 3 gezeigten SISO-System 78 ähnlich, und es werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wo dies hilfreich ist.
In 9A fühlt das erste nahe Mikrophon 20 Sprache und Rauschen ab, die an der Sprechstelle 16 vorhanden sind, und erzeugt es ein erstes nahes Sprachsignal, das durch die Leitung 28 zu einer ersten nahen Echounterdrückungssummiervorrichtung 162A übertragen wird. Die erste nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 162A nimmt auch ein erstes nahes Echounterdrückungssignal von der Leitung 164A und ein drittes nahes Echounterdrückungssignal von der Leitung 164C an. Das erste nahe Echounterdrückungssignal in der Leitung 164A wird durch einen ersten nahen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo AEC_11,11 erzeugt. Der erste nahe adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_11,11 (wie auch die anderen adaptiven Unterdrücker von Echo in 9, AEC_11,12 AEC_12,11, AEC_12,12, AEC_21,21, AEC_21,22, AEC_22,21, und AEC_22,22) ist vorzugsweise ein wie hinsichtlich 3 besprochener adaptiver nichtrekursiver Filter, der ein erstes nahes Eingangssignal in der Leitung 54 annimmt, das den ersten nahen Lautsprecher 24 antreibt. Der dritte adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_12,11 nimmt ein zweites nahes Eingangssignal in Leitung 52 an, das den zweiten na hen Lautsprecher 26 antreibt, und gibt in der Leitung 164C das dritte nahe Echounterdrückungssignal aus. Die erste nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 162A subtrahiert das erste nahe Echounterdrückungssignal in der Leitung 164A und das dritte nahe Echounterdrückungssignal in der Leitung 164C vom ersten nahen Sprachsignal in der Leitung 28, um ein erstes nahes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 166A zu erzeugen. Der erste adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_12,11 modelliert den Weg zwischen dem ersten nahen Lautsprecher 24 und dem Ausgang des ersten nahen Mikrophons 20 adaptiv. Der dritte adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_12,11 modelliert den Weg zwischen dem zweiten nahen Lautsprecher 26 und dem Ausgang vom ersten nahen Mikrophon 20 adaptiv. Somit subtrahiert die erste nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 162A jenen Teil des Signals aufgrund von Schall, der durch den ersten nahen Lautsprecher 24 eingebracht wurde, und auch jenen Teil des Signals aufgrund von Schall, der durch den zweiten nahen Lautsprecher 26 eingebracht wurde, vom ersten nahen Sprachsignal in der Leitung 28. Das erste nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 166A wird sowohl zu einem fernen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A als auch durch eine Leitung 170A zu einem Telefonsteuerungsschalter 80A übertragen.
Das zweite nahe Mikrophon 22 fühlt Sprache und Rauschen ab, die an der Sprechstelle 18 vorhanden sind, und gibt durch die Leitung 32 ein zweites nahes Sprachsignal an eine zweite nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 162B aus. Die zweite nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 162B erhält auch ein zweites nahes Echounterdrückungssignal in der Leitung 164B und ein viertes nahes Echounterdrückungssignal in der Leitung 164D. Das zweite nahe Echounterdrückungssignal in der Leitung 164B wird durch einen nahen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo AEC_12,12 erzeugt. Der zweite nahe adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_12,12 nimmt das zweite nahe Eingangssignal in der Leitung 52 an, das den zweiten nahen Lautsprecher 26 antreibt. Das vierte nahe Echounterdrückungssignal in der Leitung 164D wird durch einen vierten nahen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo AEC_11,12 erzeugt. Der vierte nahe adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_11,12 nimmt das erste nahe Eingangssignal in der Leitung 54 an, das den ersten Lautsprecher 24 antreibt. Die zweite nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 162B subtrahiert das zweite nahe Echounterdrückungssignal in der Leitung 164B und das vierte nahe Echounterdrückungssignal in der Leitung 164D vom zweiten nahem Sprachsignal in der Leitung 32, um ein zweites nahes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 166B zu erzeugen. Der zweite nahe adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_12,12 modelliert den Weg zwischen dem zweiten nahen Lautsprecher 26 und dem Ausgang des zweiten nahen Mikrophons 22 adaptiv. Der vierte nahe adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_11,12 modelliert den Weg zwischen dem ersten nahen Lautsprecher 24 und dem Ausgang des zweiten nahen Mikrophons 22 adaptiv. Somit subtrahiert die zweite nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung 162B jenen Teil des Signals aufgrund von Schall, der durch den zweiten nahen Lautsprecher 26 eingebracht wurde, und auch jenen Teil des Signals aufgrund von Schall, der durch den ersten nahen Lautsprecher 24 eingebracht wurde, vom zweiten nahen Sprachsignal in der Leitung 32. Das zweite nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 166B wird sowohl zum fernen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A als auch durch eine Leitung 170B zum Telefonsteuerungsschalter 80A übertragen.
Das erste ferne Mikrophon 38 fühlt Sprache und Rauschen ab, die an der Sprechstelle 34 in der fernen Zone 14 vorhanden sind, und erzeugt ein erstes fernes Sprachsignal, das durch die Leitung 46 zu einer ersten fernen Echounterdrückungssummiervorrichtung 172A übertragen wird. Die erste ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung 172A nimmt auch ein erstes fernes Echounterdrückungssignal von der Leitung 174A und ein drittes fernes Echounterdrückungssignal von der Leitung 174C an. Das erste ferne Echounterdrückungssignal in der Leitung 174A wird durch einen ersten fernen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo AEC_21,21 erzeugt. Der erste ferne adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_21,21 nimmt ein erstes fernes Eingangssignal in der Leitung 54 an, das den ersten fernen Lautsprecher 42 antreibt. Das dritte ferne Echounterdrückungssignal in der Leitung 174C wird durch den dritten fernen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo AEC_22,21 erzeugt. Der dritte ferne adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_22,21 nimmt ein zweites fernes Eingangssignal in Leitung 56 an, das auch den zweiten fernen Lautsprecher 44 antreibt. Der erste ferne adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_21,21 modelliert den Weg zwischen dem ersten fernen Lautsprecher 42 und dem Ausgang des ersten fernen Mikrophons 38 adaptiv. Der dritte ferne adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_22,21 modelliert den Weg zwischen dem zweiten fernen Lautsprecher 44 und dem Ausgang des ersten fernen Mikrophon 38 adaptiv. Die erste ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung 172 subtrahiert das erste ferne Echounterdrückungssignal in der Leitung 174A und das dritte ferne Echounterdrückungssignal in der Leitung 174C vom ersten fernen Sprachsignal in der Leitung 46, um ein erstes fernes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 176A zu erzeugen. Das erste ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 176A wird sowohl zu einem nahen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B und durch die Leitung 170C auch zum Telefonsteuerungsschalter 80A übertragen.
Das zweite ferne Mikrophon 40 fühlt Sprache und Rauschen ab, die an der Sprechstelle 36 in der fernen Zone 14 vorhanden sind, und erzeugt ein zweites fernes Sprachsignal, das durch die Leitung 48 zu einer zweiten fernen Echounterdrückungssummiervorrichtung 172B übertragen wird. Ein zweites fernes Echounterdrückungssignal in der Leitung 174B und ein viertes fernes Echounterdrückungssignal in der Leitung 174D werden ebenfalls in die zweite ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung 172B eingegeben. Das zweite ferne Echounterdrückungssignal in der Leitung 174B wird durch einen zweiten fernen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo AEC_22,22 erzeugt. Der zweite ferne adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_22,22 nimmt das zweite ferne Eingangssignal in der Leitung 56 an, das auch den zweiten fernen Lautsprecher 44 antreibt. Der zweite ferne adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_22,22 modelliert den Weg zwischen dem zweiten fernen Lautsprecher 44 und dem Ausgang des zweiten Mikrophons 40 adaptiv. Das vierte ferne Echounterdrückungssignal in 174D wird durch einen vierten fernen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo AEC_21,22 erzeugt. Der vierte ferne adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_21,22 nimmt das erste ferne Eingangssignal in der Leitung 54 an, das den ersten fernen Lautsprecher 42 antreibt. Der vierte ferne adaptive Unterdrücker von akustischem Echo AEC_21,22 modelliert den Weg zwischen dem ersten fernen Lautsprecher 42 und dem Ausgang des zweiten fernen Mikrophon 40 adaptiv. Die zweite ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung 172B subtrahiert das zweite Echounterdrückungssignal in der Leitung 174B und das vierte Echounterdrückungssignal in der Leitung 174D vom zweiten fernen Sprachsignal in der Leitung 48, um ein zweites fernes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 176B zu erzeugen. Das zweite ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in der Leitung 176B wird sowohl zum nahen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B und durch die Leitung 170D auch zum Telefonsteuerungsschalter 80A übertragen.
Der Telefonsteuerungsschalter 80A gibt in der Leitung 116 vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem in 10 gezeigten Zustandsdiagramm ein rohes Telefoneingangssignal aus. Das rohe Telefoneingangssignal in der Leitung 116 wird in den Rauschverminderungsfilter 82 eingegeben, der vorzugsweise der gleiche wie der in 8 gezeigte Filter ist.
Der Rauschverminderungsfilter 82 gibt ein rauschvermindertes Telefoneingangssignal Tx_aus(k) an das zellulare Telefon 58 aus. Das zellulare Telefon 58 gibt in der Leitung 178 ein Telefonempfangssignal Rx_ein aus, das schließlich zu den Lautsprechern 24, 26, 42 und 44 im System 10 übertragen wird.
9A zeigt den Eingabeblock 16A, 168B für das Telefonempfangssignal Rx_ein, der sowohl den nahen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B als auch den fernen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A schematisch veranschaulicht. Der ferne Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A ist im Allgemeinen in der gleichen Weise wie der in 3 gezeigte und in Verbindung mit 4 und 7 beschriebene Steuerungsschalter 80 tätig, doch legt der Mikrophonausgang im "Aus"-Zustand für den fernen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A den Mikrophonausgang statt mit ungefähr 20% vorzugsweise mit 10% oder weniger fest. Der ferne Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A wählt und mischt somit das erste und das zweite nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in den Leitungen 166A und 166B und erzeugt ein fernes Sprachverbesserungseingangssignal in der Leitung 180A. Ein Zweck des nahen Sprachverbesserungssteuerungsschalters 168B und des fernen Sprachverbesserungssteuerungsschalters 168A ist, eine Mikrophonverfälschung in den jeweiligen akustischen Zonen 12, 14 zu verringern und/oder zu beseitigen. Zum Beispiel werden wahrscheinlich beide nahen Mikrophone 20 und 22 Sprache von einem einzelnen Fahrgast und/oder Fahrer, der sich in der nahen akustischen Zone befindet, abfühlen, besonders, wenn sich der Fahrer und/oder der Fahrgast nicht in enger Nähe zu einem der Mikrophone 20, 22 befindet oder der Fahrer und/oder der Fahrgast laut spricht (d.h. beide nahen Mikrophone 20, 22 akustisch miteinander gekoppelt sind).
9A zeigt, daß das ferne Sprachverbesserungseingangssignal in der Leitung 180A durch die Leitung 182A zu einer ersten fernen Audiosummiervorrichtung 184A und durch die Leitung 182B auch zu einer zweiten Audiosummiervorrichtung 184B übertragen wird. Block 186A veranschaulicht die Erzeugung eines ersten fernen Audiosignals, das in der Summiervorrichtung 184A mit dem fernen Sprachverbesserungseingangssignals 182A summiert wird, um das erste ferne Eingangssignal in der Leitung 54 zu erzeugen, das den ersten fernen Lautsprecher 42 antreibt. Block 186B veranschaulicht die Erzeugung eines zweiten fernen Audiosignals, das in der Summiervorrichtung 184B mit dem fernen Sprachverbesserungseingangssignal in der Leitung 182B summiert wird, um das zweite ferne Eingangssignal in der Leitung 56 zu erzeugen, das den zweiten fernen Lautsprecher 44 antreibt.
Der nahe Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B ist im Allgemeinen in der gleichen Weise wie der ferne Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A tätig. Der nahe Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B wählt und mischt das erste und das zweite ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo in den Leitungen 176A und 176B und erzeugt ein nahes Sprachverbesserungseingangssignal in der Leitung 180B. Das nahe Sprachverbesserungseingangssignal in 180B wird durch die Leitung 188A zu einer ersten nahen Audiosummiervorrichtung 190A und durch die Leitung 188B zu einer zweiten Audiosummiervorrichtung 190B übertragen. Block 192A veranschaulicht die Erzeugung eines ersten nahen Audiosignals, das in der Summiervorrichtung 190A mit dem nahem Sprachverbesserungseingangssignal in der Leitung 188A summiert wird, um das erste nahe Eingangssignal in der Leitung 54 zu erzeugen, das den ersten nahen Lautsprecher 24 antreibt. Block 192B veranschaulicht die Erzeugung eines zweiten nahen Audiosignals, das in der Summiervorrichtung 190B mit dem nahen Sprachverbesserungseingangssignal in Leitung 188B kombiniert wird, um das zweite nahe Eingangssignal in der Leitung 52 zu erzeugen, das den zweiten nahen Lautsprecher 26 antreibt.
Wenn in der Leitung 178 das Telefonempfangssignal Rx_ein vorhanden ist, wird bevorzugt, daß der Block 168A, 168B anstatt einer Form von Sprachsignalen mit unterdrücktem Echo von den jeweiligen Mikrophonen 20, 22, 38 und 40 vielmehr das Telefonempfangssignal Rx_ein in beide Leitungen 180A und 180B übertragt. Zusätzlich ist es wünschenswert, daß der durch die Blöcke 186A, 186B, 192A, 192B veranschaulichte Audioeingang ausgesetzt wird, während das zellulare Telefon 58 in Betrieb steht.
Das in 9B gezeigte MIMO-System 10A ist in vieler Hinsicht dem in 9a gezeigten MIMO-System 10 ähnlich, außer daß der in 9A gezeigte Rauschverminderungsfilter 82 durch mehrere Rauschverminderungsfilter 182A, 182B, 182C, und 182D ersetzt wurde. In 9B sind die Rauschverminderungsfilter 182A, 182B, 182C, 182D in den Leitungen für das nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo 166A, 166B bzw. den Leitungen für das ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo 176A, 176B angeordnet. Zusätzlich zur Verbesserung der Klarheit des Telefoneingangssignals Tx_aus beseitigt diese Ausführung das Hintergrundrauschen in den Sprachsignalen selbst. Der Rauschverminderungsfilter 182A beseitigt das Hintergrundrauschen in der ersten Leitung für das nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo 166A, der Rauschverminderungsfilter 182D beseitigt das Hintergrundrauschen in der zweiten Leitung für das nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo 166B, der Rauschverminderungsfilter 182B beseitigt das Hintergrundrauschen in der ersten Leitung für das ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo 176A, und der Rauschverminderungsfilter 182C beseitigt das Hintergrundrauschen in der zweiten Leitung für das ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo 176B, wodurch die Wiederausstrahlung von Rauschen am Paar von nahen Lautsprechern 24, 26 bzw. am Paar von fernen Lautsprechern 42, 44 verhindert wird. In anderer Hinsicht ist das in 9B gezeigte MIMO-System 10A dem in 9A gezeigten MIMO-System 10 ähnlich.
10 ist ein Zustandsdiagramm, das den Betrieb des Telefonsteuerungsschalters 80A in 9A und 9B veranschaulicht. Der Ruhezustand 194 gibt an, daß keines der Mikrophone 20, 22, 38, 40 ein Sprachsignal erzeugt, das einen Schallpegel aufweist, der den Schwellenumschaltwert 66, 2A, überschreitet. In 10 gibt der Zustand 196 an, daß das als MIC_H bezeichnete erste nahe Mikrophon 20 das bestimmte primäre Mikrophon ist. Der Zustand 198 gibt an, daß das als MIC₁₂ bezeichnete zweite nahe Mikrophon 22 das bestimmte primäre Mikrophon ist. Der Zustand 200 gibt an, daß das als MIC₂₁ bezeichnete erste ferne Mikrophon 38 das bestimmte primäre Mikrophon ist. Der Zustand 202 gibt an, daß das als MIC₂₂ bezeichnete zweite ferne Mikrophon 40 das bestimmte primäre Mikrophon ist. Die Linien 196A, 198A, 200A, und 202A veranschaulichen, daß das System dann, wenn sich das System im Ruhezustand 194 befindet, das erste Mikrophon, welches ein Sprachsignal mit einem den Schwellenumschaltwert 66, 2A, überschreitenden Schallpegel aufweist, als das bestimmte primäre Mikrophon bestimmt. Die Linien 196B, 198B, 200B und 202B geben an, daß das bestimmte primäre Mikrophon nach dem Ablaufen eines Haltezeitraums t_H in den Ausblendungszustand 204 eintreten wird und vom "Ein"-Zustand zum "Aus"-Zustand ausblenden wird, sofern kein anderes Mikrophon Vorrang verlangt, das bestimmte primäre Mikrophon zu sein. Die Linie 206 vom Ausblendungszustand 204 zum Ruhezustand 194 gibt an, daß das System in den Ruhezustand 194 eintritt, sobald der Ausblendungszustand 204 abgeschlossen ist. Der Überblendungszustand 208 veranschaulicht, daß das bestimmte primäre Mikrophon vom "Ein"-Zustand zum "Aus"-Zustand überblendet, wenn eines der anderen Mikrophone Vorrang erringt, das bestimmte primäre Mikrophon zu werden. Es ist wünschenswert, daß die drei Mikrophone, die nicht als das primäre Mikrophon bestimmt sind, untereinander in Konkurrenz stehen, um zu bestimmen, welches der drei anderen Mikrophone Vorrang verlangen kann, das bestimmte primäre Mikrophon zu werden. Ein derartiger Konkurrenzkampf kann auf verschiedenste Weisen erfolgen, doch vorzugsweise wird das Mikrophonsignal, das den durch Betrachtung aller Signale untereinander bestimmten höchsten Schallpegel aufweist, als das vorrangverlangende Mikrophon bestimmt. Im Übrigen wird das Überblenden vorzugsweise gemäß dem in 6A und 6B beschriebenen Überblenden ausgeführt.
Wie bei den SISO-Systemen in 3A und 3B ist es wünschenswert, daß das rohe Telefoneingangssignal in der Leitung 116 eine Kombination aus 100% des Signals des bestimmten primären Mikrophons und ungefähr 20% der Mikrophonsignale der Mikrophone im "Aus"-Zustand ist. In manchen Fahrzeugen kann es wünschenswert sein, den Prozentsatz der Mikrophonsignale, die von Mikrophonen im "Aus"-Zustand übertragen werden, zu verringern. In jedem Fall weisen die in 9A, 9B und 10 gezeigten MIMO-Systeme mehr Mikrophone als die in 3A und 3B gezeigten SISO-Systeme auf, weshalb die Rauschverminderungsfilterung, Block 82 in 9A und Blöcke 182A, 182B, 182C, 182D in 9B, äußerst wünschenswert ist, damit ein verständliches rauschvermindertes Telefoneingangssignal Tx_aus zum zellularen Telefon 58 übertragen wird. Zusätzlich können das in 9A gezeigte System 10 und das in 9B gezeigte System 10A auch Privatbereichsschalter (nicht gezeigt) aufweisen, die den Privatbereichsschaltern 110 und 112, welche im System 78 in 3A und 3B gezeigt sind, ähnlich sind.
11 ist ein Zustandsdiagramm, das den Betrieb des fernen Sprachverbesserungssteuerungsschalters 168A und des nahen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B zeigt. Wie in 10 ist in 11 das erste nahe Mikrophon 20 als MIC_H bezeichnet, das zweite nahe Mikrophon 22 als MIC₁₂ bezeichnet, das erste ferne Mikrophon 38 als MIC₂₁ bezeichnet, und das zweite ferne Mikrophon 40 als MIC₂₂ bezeichnet. Im Allgemeinen bestimmt der ferne Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A entweder das als MIC_H bezeichnete erste nahe Mikrophon 20 oder das als MIC₁₂ bezeichnete zweite nahe Mikrophon 22 als ein primäres nahes Mikrophon. Wenn keines der nahen Mikrophone MIC_H und MIC₁₂ einen Schallpegel aufweist, der den Schwellenumschaltwert 66, 2A, überschreitet, bleibt der ferne Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A im Ruhezustand 210. Wenn sich der Steuerungsschalter 168A im Ruhezustand befindet und eines der nahen Mikrophone MIC_H und MIC₁₂ einen Schallpegel aufweist, der den Schwellenumschaltwert 66, 2A, überschreitet, schaltet der Steuerungsschalter 168A wie durch die Linien 212A und 214A angegeben in den jeweiligen Zustand 212 oder 214. Das ferne Sprachverbesserungseingangssignal in der Leitung 180A ist eine Kombination der Mikrophonsignale von MIC_H und MIC₁₂, wobei 100% des Mikrophonausgangs des bestimmten primären Mikrophons mit ungefähr 1 bis 10% des Mikrophonausgangs des anderen nahen Mikrophons kombiniert sind. Man beachte, daß der Prozentsatz der Übertragung des Mikrophonausgangssignals vom Mikrophon, das nicht als das primäre Mikrophon bestimmt ist, vorzugsweise geringer als jener hinsichtlich des Telefonsteuerungsschalters, zum Beispiel 80A in 9A und 9B, ist. Beim Telefonsteuerungsschalter 80A ist es wünschenswert, daß das rohe Telefoneingangssignal einen wesentlichen Schallpegel aufweist, besonders, wenn keine Sprache vorhanden ist, damit die Leitung für einen Zuhörer am anderen Ende der Leitung des Telefons nicht tot erscheint. Im Gegensatz dazu ist es für das ferne Sprachverbesserungseingangssignal in der Leitung 180A nicht nötig oder gar wünschenswert, daß im Signal ein feststellbares Ausmaß an Hintergrundrauschen vorhanden ist, selbst wenn keine Sprache vorhanden ist. Daher wird nur ein kleiner Prozentsatz, der vorzugsweise durch einen Fahrer und/oder einen Fahrgast im Fahrzeug nicht feststellbar ist, als Teil des fernen Sprachverbesserungseingangssignals 180A übertragen. Es ist jedoch wünschenswert, daß ein kleiner Prozentsatz des Mikrophonausgangs übertragen wird, damit ein Mikrophon im "Aus"-Zustand nicht ein- und ausklickt, was für den Fahrer und/oder Fahr gäste im Fahrzeug störend wäre. Der ferne Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A beinhaltet auch einen Ausblendungszustand 216 und einen Überblendungszustand 218, die im Wesentlichen wie hinsichtlich 4 bis 7 beschrieben tätig sind.
Der nahe Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B ist vorzugsweise in einer ähnlichen Weise wie die ferne Sprachverbesserung 168A tätig. Der nahe Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B beinhaltet einen Ruhezustand 220, in dem der Mikrophonausgang sowohl vom als MIC₂₁ bezeichneten ersten fernen Mikrophon 38 als auch vom als MIC₂₂ bezeichneten zweiten fernen Mikrophon 40 einen Mikrophonausgang mit einem Schallpegel unter dem Schwellenumschaltwert 66, 2A, aufweist. Der als MIC₂₁ bezeichnete Zustand 222 gibt einen Zustand an, in dem das erste ferne Mikrophon 38 als das primäre Mikrophon bestimmt ist. Der als MIC₂₂ bezeichnete Zustand 224 stellt den Zustand dar, in dem das zweite ferne Mikrophon 40 als das primäre Mikrophon bestimmt ist. Der nahe Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B beinhaltet auch einen Ausblendungszustand 226 und einen Überblendungszustand 228, die in einer ähnlichen Weise wie hinsichtlich des fernen Sprachverbesserungssteuerungsschalters 168A und des in 4 bis 7 beschriebenen Telefonsteuerungsschalters 80 beschrieben tätig sind. Wie beim fernen Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168A gibt der nahe Sprachverbesserungssteuerungsschalter 168B in der Leitung 180B das nahe Sprachverbesserungseingangssignal aus, das eine Kombination aus 100% des bestimmten primären Mikrophons 222 oder 224 und vorzugsweise 1% bis 10% des anderen Mikrophons 24 bzw. 22 ist.

Claims

Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem, umfassend eine nahe akustische Zone (12); eine ferne akustische Zone (14); ein nahes Mikrophon (20, 22), das Schall in der nahen Zone abfühlt und ein nahes Sprachsignal erzeugt; ein fernes Mikrophon (38, 40), das Schall in der fernen Zone abfühlt und ein fernes Sprachsignal erzeugt; einen nahen Lautsprecher (24, 26), der ein nahes Eingangssignal annimmt und Schall in die nahe Zone ausgibt; einen fernen Lautsprecher (42, 44), der ein fernes Eingangssignal annimmt und Schall in die ferne Zone ausgibt; einen nahen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo (86), der das nahe Eingangssignal erhält und ein nahes Echounterdrückungssignal erzeugt; eine nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung (84), die das nahe Sprachsignal und das nahe Echounterdrückungssignal annimmt und ein nahes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo ausgibt; einen fernen adaptiven Unterdrücker von akustischem Echo (100), der das ferne Eingangssignal erhält und ein fernes Echounterdrückungssignal erzeugt; eine ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung (98), die das ferne Sprachsignal und das ferne Echounterdrückungssignal annimmt und ein fernes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo ausgibt; einen Mikrophonsteuerungsschalter (80), der das nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo und das ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo annimmt und ein Telefoneingangssignal ausgibt; und ein zellulares Telefon (58), das das Telefoneingangssignal annimmt; wobei zumindest ein Rauschverminderungsfilter (82) verwendet wird, um die Klarheit des vom zellularen Telefon angenommenen Telefoneingangssignals zu verbessern; wobei der Mikrophonsteuerungsschalter Folgendes aufweist: ein Mittel zum Bestimmen eines der Sprachsignale mit unterdrücktem Echo als das primäre Mikrophon; und ein Mittel zum Kombinieren der Sprachsignale mit unterdrücktem Echo, um das Telefoneingangssignal zu erzeugen, wobei Gewicht auf das Sprachsignal mit unterdrücktem Echo vom primären Mikrophon gelegt wird.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 1, wobei der Rauschverminderungsfilter Folgendes umfaßt: mehrere feste Filter, wobei jeder feste Filter das rohe Telefoneingangssignal annimmt und ein jeweiliges gefiltertes Telefoneingangssignal ausgibt; ein jedem festen Filter entsprechendes zeitveränderliches Filterverstärkungselement, das das jeweilige gefilterte Telefoneingangssignal annimmt und ein gewichtetes und gefiltertes Telefoneingangssignal ausgibt; und eine Summiervorrichtung, die die gewichteten und gefilterten Telefoneingangssignale annimmt und ein rauschvermindertes Telefoneingangssignal ausgibt.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen ersten Rauschverminderungsfilter, der das rohe nahe Sprachsignal mit unterdrücktem Echo annimmt und ein rauschvermindertes nahes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo ausgibt; und einen zweiten Rauschverminderungsfilter, der das rohe ferne Sprachsignal mit unterdrücktem Echo annimmt und ein rauschvermindertes fernes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo ausgibt.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei irgendeiner der Rauschverminderungsfilter eine rekursive Ausführung einer diskreten Kosinustransformation ist, die modifiziert ist, um ihre Leistung in einem digitalen Signalprozessor zu stabilisieren.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 4, wobei jeder der mehreren festen Filter ein nichtrekursiver Filter ist.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 5, wobei die nichtrekursiven Filter durch den folgenden Ausdruck dargestellt sind:
wobei M die Anzahl der festen Filter ist, x(k – n) eine zeitverschobene Version des rohen Eingangssignals ist, n = 0, 1 ... M – 1, z_m(k) das gefilterte Eingangssignal für den m-ten Filter ist, m = 0, 1 ... M – 1, γ ein Stabilitätsfaktor ist, und G_m = 1 für m = 0, und G_m = 2 für m ≠ 0.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 4, wobei die mehreren festen Filter rekursive Filter sind.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 7, wobei die rekursiven Filter durch den folgenden Ausdruck dargestellt sind:
für feste Filter m = 0, und

für feste Filter m = 1, 2, ... M – 1, wobei γ ein Stabilitätsparameter ist, x(k) das rohe Eingangssignal für eine Abtastperiode k ist, M die Anzahl der festen Filter ist, und z_m(k) das gefilterte Eingangssignal für den m-ten Filter ist, m = 0, 1 ... M – 1.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 1, wobei das Rauschverminderungsfilter Folgendes umfaßt: mehrere feste Filter, wobei jeder feste Filter ein rohes Eingangssignal annimmt, das von zumindest einem der Mikrophonsignale des Systems stammt, und ein jeweiliges gefiltertes Signal ausgibt; ein jedem festen Filter entsprechendes zeitveränderliches Filterverstärkungselement, das das entsprechende gefilterte Signal annimmt und ein gewichtetes und gefiltertes Signal ausgibt, wobei jedes zeitveränderliche Filterverstärkungselement einen Wert aufweist, der sich im Zeitverlauf im Verhältnis zu einem Signalstärkepegel für das jeweilige gefilterte Signal verändert; und eine Summiervorrichtung, die die gewichteten und gefilterten Eingangssignale annimmt und ein rauschvermindertes Signal ausgibt.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 9, wobei der Wert jedes zeitveränderlichen Filterverstärkungselements nach dem folgenden Ausdruck bestimmt wird:
wobei β_m(k) der Wert des zeitveränderlichen Filterverstärkungselements für den m-ten festen Filter bei der Abtastperiode k ist, m = 0, 1 ... M – 1, SSL_m(k) der Sprachstärkepegel für das jeweilige gefilterte Telefoneingangssignal bei der Abtastperiode k ist, und μ und α vorgewählte Leistungsparameter sind, die Werte von größer als 0 aufweisen.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 10, wobei das zeitveränderliche Filterverstärkungselement β_m(k) für den m-ten festen Filter gleich Null gesetzt wird, wenn die Rauschleistung für das jeweilige Frequenzband größer als ein vorgewählter Schwellenwert ist.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei der Leistungsparameter μ ungefähr gleich 4 ist, und der Leistungsparameter α ungefähr gleich 2 ist.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Sprachstärkepegel für das jeweilige gefilterte Eingangssignal bei der Abtastperiode k nach dem folgenden Ausdruck bestimmt wird:
wobei s_pwr_m(k) eine Schätzung der kombinierten Sprach- und Rauschleistung im m-ten gefilterten Eingangssignal bei der Abtastperiode k ist und n_pwr_m(k) eine Schätzung der Rauschleistung im m-ten gefilterten Eingangssignal ist, die für die Abtastperiode k verwendet wird.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 13, wobei die Rauschleistungspegelschätzung n_pwr_m(k), m = 0, 1 ... M – 1, für die Abtastperiode k für jedes der gefilterten Eingangssignale nach dem folgenden Ausdruck erreicht wird: n_pwrm(k) = n_pwrm(k – 1) + λ0(zm(k)·zm(k) – n_pwrm(k – 1))wobei z_m(k) der Wert des jeweiligen gefilterten Eingangssignals bei der Abtastperiode k ist, wenn im rohen Eingangssignal keine Sprache vorhanden ist, und λ₀ eine feste Zeitkonstante ist.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 14, wobei die Zeitkonstante λ₀ mit einem kleinen Wert festgesetzt wird, wodurch ein langes Mittelwertbildungsfenster zum Schätzen des Rauschleistungspegels bereitgestellt wird.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 13, wobei der kombinierte Sprach- und Rauschleistungspegel s_pwr_m(k), m = 0, 1 ... M – 1, für die Abtastperiode k für jedes der gefilterten Eingangssignale nach dem folgenden Ausdruck geschätzt wird: s_pwrm(k) = s_pwrm(k – 1) + λm(zm(k)·zm(k) – s_pwrm(k – 1))wobei z_m(k) der Wert des jeweiligen gefilterten Eingangssignals bei der Abtastperiode k ist, und λ_m eine feste Zeitkonstante für die Schätzung des kombinierten Sprach- und Rauschleistungspegels für jedes jeweilige gefilterte Eingangssignal ist.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 1, wobei das bestimmte primäre Mikrophon in einen "Ein"-Zustand gestellt wird und das eine oder die mehreren anderen Mikrophone in einen "Aus"-Zustand gestellt verbleiben, und das eine oder die mehreren Mikrophone im "Aus"-Zustand ungefähr 20% ihrer jeweiligen Mikrophonsignale zum Telefoneingangssignal beitragen.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zellulare Telefon ein Telefonempfangssignal ausgibt, das sowohl mit dem nahen Eingangssignal als auch mit dem fernen Eingangssignal kombiniert ist.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 18, ferner umfassend einen Mikrophonprivatbereichschalter, der die Übertragung des fernen Sprachsignals zum Mikrophonsteuerungsschalter unterbricht, wenn der Mikrophonprivatbereichschalter offen ist; und einen Lautsprecherprivatbereichschalter, der die Übertragung des Telefonempfangssignals zur Kombination mit dem fernen Eingangssignal, welches der ferne Lautsprecher annimmt, unterbricht, wenn der Lautsprecherprivatbereichschalter offen ist.
Integriertes System zur Sprachverbesserung in einem Fahrzeug sowie Freisprech-Mobilfunksystem nach Anspruch 1, ferner umfassend mehrere nahe Mikrophone, die jeweils Schall in der nahen Zone abfühlen und jeweils ein nahes Sprachsignal erzeugen; mehrere ferne Mikrophone, die jeweils Schall in der fernen Zone abfühlen und jeweils ein fernes Sprachsignal erzeugen; einen oder mehrere nahe adaptive Echounterdrückungskanäle, die jeweils ein jeweiliges nahes Eingangssignal erhalten und ein nahes Echounterdrückungssignal für ein zugehöriges nahes Mikrophon ausgeben; eine nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung für jedes nahe Mikrophon, die das jeweilige nahe Sprachsignal vom jeweiligen nahen Mikrophon und jegliches nahe Echounterdrückungssignal vom zugehörigen einen oder den zugehörigen mehreren nahen adaptiven Echounterdrückungskanälen annimmt und ein jeweiliges nahes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo ausgibt; einen oder mehrere ferne adaptive Echounterdrückungskanäle, die jeweils ein jeweiliges fernes Eingangssignal erhalten und ein fernes Echounterdrückungssignal für ein zugehöriges fernes Mikrophon ausgeben; eine ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung für jedes ferne Mikrophon, die das ferne Sprachsignal vom jeweiligen fernen Mikrophon und jegliches ferne Echounterdrückungssignal vom zugehörigen einen oder den zugehörigen mehreren fernen adaptiven Echounterdrückungskanälen annimmt und ein jeweiliges fernes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo ausgibt; wobei der Mikrophonsteuerungsschalter die nahen Sprachsignale mit unterdrücktem Echo und die fernen Sprachsignale mit unterdrücktem Echo annimmt und ein Telefoneingangssignal ausgibt.
System zur Sprachverbesserung, umfassend eine nahe akustische Zone; eine ferne akustische Zone; mehrere nahe Mikrophone, die jeweils Schall in der nahen Zone abfühlen und jeweils ein nahes Sprachsignal erzeugen; mehrere ferne Mikrophone, die jeweils Schall in der fernen Zone abfühlen und jeweils ein fernes Sprachsignal erzeugen; zumindest einen nahen Lautsprecher, der ein nahes Eingangssignal annimmt und Schall in die nahe Zone ausgibt; zumindest einen fernen Lautsprecher, der ein fernes Eingangssignal annimmt und Schall in die ferne Zone ausgibt; einen oder mehrere nahe adaptive Echounterdrückungskanäle, die jeweils ein jeweiliges nahes Eingangssignal erhalten und ein nahes Echounterdrückungssignal für ein zugehöriges nahes Mikrophon ausgeben; eine nahe Echounterdrückungssummiervorrichtung für jedes nahe Mikrophon, die das nahe Sprachsignal vom jeweiligen nahen Mikrophon und jegliches nahe Echounterdrückungssignal vom zugehörigen einen oder den zugehörigen mehreren nahen adaptiven Echounterdrückungskanälen annimmt und ein jeweiliges nahes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo ausgibt; einen oder mehrere ferne adaptive Echounterdrückungskanäle, die jeweils ein jeweiliges fernes Eingangssignal erhalten und ein fernes Echounterdrückungssignal für ein zugehöriges fernes Mikrophon ausgeben; eine ferne Echounterdrückungssummiervorrichtung für jedes ferne Mikrophon, die das ferne Sprachsignal vom jeweiligen fernen Mikrophon und jegliches ferne Echounterdrückungssignal vom zugehörigen einen oder den zugehörigen mehreren fernen adaptiven Echounterdrückungskanälen annimmt und ein jeweiliges fernes Sprachsignal mit unterdrücktem Echo ausgibt; ein Mittel zum Kombinieren der mehreren nahen Sprachsignale mit unterdrücktem Echo, um ein nahes Sprachverbesserungseingangssignal zu bilden, das eine Sprachkomponente des fernen Eingangssignals zum fernen Lautsprecher ist; und ein Mittel zum Kombinieren der mehreren fernen Sprachsignale mit unterdrücktem Echo, um ein fernes Sprachverbesserungseingangssignal zu bilden, das eine Sprachkomponente des nahen Eingangssignals zum nahen Lautsprecher ist, wobei das Mittel zum Kombinieren der mehreren nahen Sprachsignale mit unterdrücktem Echo ein Mittel zum Bestimmen eines der nahen Sprachsignale mit unterdrücktem Echo als ein primäres nahes Sprachsignal aufweist, und wobei das bestimmte primäre nahe Mikrophon in einen "Ein"-Zustand gestellt wird und das eine oder die mehreren anderen nahen Mikrophone in einen "Aus"-Zustand gestellt verbleiben, und das eine oder die mehreren nahen Mikrophone im "Aus"-Zustand weniger als 10% ihrer jeweiligen Mikrophonsignale zum nahen Sprachverbesserungseingangssignal beitragen; und das Mittel zum Kombinieren der mehreren fernen Sprachsignale mit unterdrücktem Echo ein Mittel zum Bestimmen eines der fernen Sprachsignale mit unterdrücktem Echo als ein primäres fernes Sprachsignal aufweist, und wobei das bestimmte primäre ferne Mikrophon in einen "Ein"-Zustand gestellt wird und das eine oder die mehreren anderen fernen Mikrophone in einen "Aus"-Zustand gestellt verbleiben, und das eine oder die mehreren fernen Mikrophone im "Aus"-Zustand weniger als 10% ihrer jeweiligen Mikrophonsignale zum fernen Sprachverbesserungseingangssignal beitragen.