KR100268319B1 - 음성 개선 시스템과 그 방법 - Google Patents

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케이. 프라트 마이클
씨. 림 퐁
티. 오시다리 토마스
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존스 웨인 에이
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Abstract

통신망(120)에는 네트워크(120)내의 음성신호들을 적응 이득 제어하는 기능이 주어져 있다. 네트워크(120)는 음성신호를 수신하는 입력(12)과, 그 음성신호를 수신하는 출력(14)과, 최소한 한 개의 스위치(124 또는 126)를 포함하고 있는 입력(12)과 출력(14) 사이의 커플링을 포함하고 있다. 네트워크(120)는 입력 신호의 평균 전력을 측정하고 결정하기 위한 전력 평균기(18)를 갖고 있는 음성 개선기(10)를 포함한다. 음성 개선기(10)는 또한 등화된 입력 신호를 제공하기 위해 입력 신호의 소정 부분을 감쇠시키는 베이스 밴드 등화기(16)를 포함한다. 입력 신호의 평균 전력으로부터 이득/감쇠 검색 테이블(28)에 있는 스케일링 인자가 결정된다. 음성 개선기(10)는 또한 출력(14)에 연결된 출력 스케일러(30)를 포함하고 있으며, 출력 스케일러(30)는 등화된 입력 신호를 스케일링 인자로 스케일하며, 출력(14)에 그 스케일된 신호를 제공한다. 음성 개선기(10)는 또한 텐덤 개선을 검출하는 트레블 전력 비교기(20)와 개선기(10)의 기능을 적절히 억제하는 음성 대역 데이터 검출기(22)를 포함한다.

Description

[발명의 명칭]
음성 개선 시스템과 그 방법
[발명의 기술분야]
본 발명은 통신망에서의 음성 신호 처리 분야에 관한 것으로서, 특히 통신망에서 음성 신호들의 품질을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
[발명의 배경]
현재의 통신망들은 입력 및 출력장치, 예를 들면 전화기들, 분국(local central offices), 네트워크에서 음성 신호들을 처리하는데 사용되는 하나 이상의 전화기 스위치들로 구성되어 있다. 음성 신호들은 베이스(bass) 영역 및 트레블(treble) 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다. 베이스 영역은 300Hz 이하의 음성 신호 부분이며, 트레블 영역은 300Hz 이상의 영역이다. 음성 신호들은 통신망내의 한 개 또는 그 이상의 부품들에 의해 베이스 밴드 영역내에서 감쇠될 수도 있다.
1981년 1월에 공표된 전지기술협회(EIA) 표준 RS-470은 입력 음성 신호가 입력 전화국의 코덱(codec)에 의해 약 300Hz 이하로 감쇠될 것을 권고하고 있다. 통신망 내의 배경(background) 잡음들이 베이스 영역내에 존재하기 때문에 입력 음성 신호중 베이스 부분의 진폭 감쇠가 바람직하다. 입력 신호의 베이스 부분의 진폭을 감소시킴으로써 네트워크의 배경 잡음들도 또한 감소된다.
또한, 통신망의 중앙국은 음성 신호의 베이스 밴드 영역을 또한 감쇠시킬 수도 있다. 중앙국 내에는 아날로그 입력 음성 신호를 그와 상응하는 디지털 신호로 변환하는 채널 뱅크(channel bank)가 자리잡고 있다. 디지털 음성 신호는 디지털 전화기 스위치 또는 스위치들에 의해 정해진 수신 전화기에 연결되어 있다. 상기 신호는 수신 전화기에 제공되기 전에, 마지막 스위치와 수신 전화기 사이에 위치한 또 다른 중앙국에서 아날로그 형태로 다시 변환되어진다. 채널 뱅크는 아날로그-디지털 변환 과정 동안에 입력 음성 신호의 베이스 부분을 감쇠시킨다.
따라서, 몇몇 네트워크는 입력 음성 신호의 베이스 영역을 입력 전화기와 중앙국 내에서 2번 감쇠시킨다. 입력 신호의 베이스 영역의 감쇠로 인해 화자(speaker)의 진짜 음성이 아닌 음성 신호가 수신 전화기에서 나타난다. 따라서, 전화기에서 화자의 음성의 베이스 손실을 보상하기 위해 여러가지 기술들이 제안되어져 왔다.
통신망에서 개선된 음성 신호를 제공하기 위한 종래의 방법에서는 고정 이득 기술을 이용한다. 고정 이득 방법에서는 상기 음성 신호가 통신망 내에 있는 동안 음성 신호가 수신 전화기에 공급되기 전에 음성 신호의 베이스 부분이 증폭된다. 이 방법은 네트워크 내의 몇몇 위치에서 고정 이득으로 입력 신호의 감쇠를 보상한다. 이 방법은 또한 베이스 밴드 영역내의 전술한 네트워크 배경 잡음을 증폭시킨다.
게다가 입력 음성 신호가 큰 신호라면, 즉, 화자가 높은 데시벨(decibel)로 이야기를 한다면, 고정 이득 개선 방법은 상기 높은 데시벨 신호를 더 증폭시킬 것이며, 그 결과 듣기에 불편한 신호가 수신 전화기에 나타나게 된다. 한편, 고정 이득을 높은 데시벨의 입력 신호에 인가하면, 상이한 네트워크 요소들을 과구동(dver-driving)/포화시켜, 고정 이득이 인가되지 않았을 때의 신호보다 분명하지 않게 된다.
데이터가 음성 대역에서 통신망을 통해 전송될 때, 음성 개선을 위해 고정 이득 기술과 관련된 또 다른 문제가 발생한다. 이러한 문제점은 팩스 장비와 모뎀을 장착한 컴퓨터의 사용이 늘어남에 따라 통신 시스템에서 더욱 빈번히 발생하고 있다. 모뎀 또는 팩스 장비는 높은 진폭으로 그리고 2700Hz 정도의 높은 주파수에서 음성 대역 데이터를 전달한다. 그러므로 고정 이득 기술이 음성 밴드 데이터 신호에 인가된다면, 그 신호는 불필요하게 증폭되며, 수신측에서 사용하기 어려운 음성 대역 데이터 신호가 나타나게 된다.
음성 대역 데이터 전송과 관계되는 문제를 해결하기 위해 음성 대역 데이터의 전송을 감지하는 검출기들이 사용되었다. 이러한 검출기들은 고정 이득 개선 회로에 대해 멀리 떨어져 있으며, 그 회로의 기능을 억제하기 위해 상기 개선 회로에 대한 외부 제어 링크(link)를 요구하고 있다. 이렇게 함으로서 음성 대역 데이터는 증폭되지 않게된다.
통신망내에서 이동하는 입력 음성 신호가 고정 이득 음성 개선 회로를 포함하는 복수의 네트워크 요소들(텐덤(tandem) 네트워크)과 만나거나 통과할 때, 이미 발생한 음성 개선 시스템과 관련한 또 다른 문제가 발생한다. 현재의 고정 이득 음성 개선 시스템들은 입력 음성 신호가 언제 이미 고정 이득 기술에 의해 조정이 되었는지를 검출할 수가 없다. 따라서 텐덤망의 제 1 요소에서 증폭된 음성 신호는 네트워크 내의 제 2 요소에 의해 계속해서 다시 한번 증폭된다. 이러한 추가 증폭은 음성 신호를 포화시킬 수 있으며, 수신 전화기에서 듣기에 어려운 신호로 만들 수가 있다. 또한 음성 신호에 대한 여러 가지의 개선들이 텐덤망 내의 음성 신호를 진동시킬 수 있다.
[발명의 요약]
그러므로 종래의 음성 개선 시스템과 관련된 문제점들을 제거하는 음성 개선 시스템이 요구되었다.
통신망에서 침묵 기간 동안 통신망의 배경 잡음을 증폭시키지 않는 음성 개선 시스템이 요구된다.
더 높은 레벨의 음성 신호들을 증폭시키지 않는 음성 개선 시스템이 또한 요구된다.
더 높은 음성 신호를 과구동하거나 포화시키지 않는 음성 개선 시스템이 요구된다.
분리된 외부 검출기를 요구하지 않고 음성 대역 데이터의 전송을 검출하는 음성 개선 시스템이 또한 요구된다.
텐덤망에서 효과적으로 동작하는 음성 개선 시스템이 요구된다.
음성 신호의 진동을 발생시키지 않는 음성 개선 시스템이 요구된다.
그러므로, 현재의 음성 개선 시스템의 한 특징은 네트워크 호출(call)시 침묵기간 동안 배경 잡음의 증폭을 막는다.
상기 시스템의 다른 특징은 음성 신호의 증폭을 적절히 변화시켜, 충분한 세기의 음성 신호들은 증폭되지 않는다는 것이다.
상기 시스템의 또 다른 특징은 높은 레벨의 음성 신호들이 과구동되거나 포화되지 않게 한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 음성 대역 데이터의 전송을 내부적으로 검출하고, 신호 개선 회로의 기능을 적절히 억제한다는 것이다.
본 발명의 음성 개선 시스템의 또 다른 특징은 텐덤망에서 성공적으로 사용될 수 있다는 것이다.
상기 시스템의 다른 특징은 음성 신호의 진동을 발생시키는 경우를 최소화시킨다는 것이다.
본 발명에 따르면, 종래의 고정 이득 개선 시스템들과 관련된 문제와 단점들을 실질적으로 제거하거나 감소시키는 음성 개선 시스템이 제공된다.
본 발명의 적응형 이득 제어 음성 개선기(enhancer)를 포함하는 시스템은 음성 신호를 수신하는 입력과 상기 입력과 출력 사이의 커플링(couping)으로 음성 신호들을 수신하는 출력을 포함하고 있다. 상기 커플링은 음성 신호의 평균 전력을 결정하는 전력 평균기를 갖고 있는 음성 개선기를 포함하고 있다. 상기 음성 개선기는 음성 신호의 소정 부분을 감쇠시키는 등화기(equalizer)와, 상기 결정된 평균 전력에 응답하여 등화된(equalized) 음성 신호를 스케일링(scaling)하여 스케일된 신호를 출력에 공급하는 출력 스케일러(scaler)를 포함한다.
상세히 설명하면, 본 발명의 음성 개선기는 음성 대역 데이터 검출기와 텐덤음성 개선 검출기를 포함하며, 이들 중 어느 하나는 음성 개선기의 기능을 적절히 억제할 수 있다.
본 발명의 음성 개선기를 가지고 적응식 이득 제어(adaptive gain control)를 제공하는 방법은 입력 음성 신호의 평균 전력을 결정하는 단계와 입력 신호의 평균 전력에 응답하여 스케일링 인자를 결정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 입력 음성 신호의 소정 부분을 감쇠시킴으로써 입력 음성 신호를 등화시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 결정된 스케일링 인자를 갖는 등화된 입력 신호를 스케일링하는 단계와 상기 스케일된 음성 신호를 출력에 연결시키는 단계를 포함한다.
보다 상세하게는, 적응형 이득 제어 음성 개선 시스템을 공급하는 방법은 음성 대역 데이터 또는 텐덤망을 검출했을 때 출력으로부터 스케일된 음성 신호를 디커플링(decoupling)하는 단계를 포함한다.
본 발명의 적응 이득 제어 음성 개선 시스템의 기술적인 장점은 화자의 목소리와 같이 들리는 개선된 음성 신호를 제공한다는 것이다. 적응 이득 제어 음성 개선 시스템은 통신망에서 전송되는 음성 대역 데이터 신호들이나 또는 음성 신호들 중의 어느 하나와 같이 존재할 수 있다.
본 음성 개선 시스템은 현재 이용가능한 고정 이득 제어 음성 개선 시스템과 관련된 문제점들을 제거하는 장점을 가지고 있다. 상기 시스템의 적응 이득 제어는 높은 레벨의 입력 음성 신호들을 감쇠시키고, 낮은 레벨의 입력 음성 신호들을 증폭시킨다. 본 발명은 최초에 높은 레벨에 있는 입력 음성 신호를 포화시키지 않을 것이다.
상기 적응 이득 제어 음성 개선 시스템의 또 다른 기술적 장점은 원격 전화기 사이의 대화중에 침묵 시간을 증폭시키지 않는다는 것이다. 그러므로, 상기 시스템은 음성 신호들이 전달되지 않을 때에는 네트워크 배경 잡음을 증폭시키지 않는다.
본 발명의 다른 기술적 장점은 이미 개선된 음성 신호를 텐덤망에서 검출할 수 있다는 것이다. 텐덤 구조를 검출하자마자, 상기 시스템은 그 자신의 동작을 중지시켜, 이미 개선된 신호가 또다시 증폭되지 않도록 한다. 이러한 사실은 네트워크에서 신호의 진동 조건을 제거하는 장점을 제공하게 된다.
상기 시스템의 또 다른 장점은 음성 대역 데이터의 전송을 검출하고 요구된대로 신호의 적응성 이득이 생기지 않게 한다는 것이다. 본 발명은 텐덤망 또는 음성 대역 데이터를 검출하자마자 스스로 기능을 정지시키며, 외부 제어 링크 또는 검출기를 요구하지 않는다.
본 발명의 다른 장점은 그것이 네트워크의 에코(echo) 제거기와 같은 기존의 원거리 통신 장비에서도 사용이 가능하다는 것이며, 상기 시스템은 기존의 통신망에서도 역시 사용 가능하다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명이 음성 개선 시스템내이 적응 이득 제어 회로를 도시한 블록도.
제2도는 음성 개선을 목적으로 적응 이득 제어 회로에 의해 수행된 단계를 도시한 플로우-챠트.
제3a도 내지 제3d도는 본 발명의 적응 이득 제어 과정의 서로 다른 단계에서의 음성 신호들을 도시한 도면.
제4도는 통신망내에서 본 발명의 음성 개선 시스템의 가능한 위치를 도시한 블록도.
제5도는 본 발명의 음성 개선을 위해 적응 이득 제어 시스템을 통합한 통신망을 도시한 블록도.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있으며, 유사한 도면 부호들은 여러 가지 도면들 중 비슷하거나 대응하는 부분들을 나타낸다.
제 1 도는 본 발명의 적응 이득 제어(AGC) 음성 개선 시스템을 구현한 블록도이다. 본 발명의 음성 개선기(10)는 입력(12)과 출력(14)에 연결되어 있다. 입력(12)은 통상적으로 전화기로부터 입력 음성 신호를 제공하는 임의의 장치이다. 출력(14)도 마찬가지로 전화기에 출력 음성 신호를 생성하는데 사용되는 임의의 장치를 포함한다.
입력(12)은 베이스 밴드 등화기(16)와 전력 평균기(poser averager : 18), 베이스대 트레블 전력 비교기(20)와 음성 개선기(10)의 입력측에 있는 음성 대역 데이터 검출기(22)에 평행하기 연결되어 있다. 베이스 밴드 등화기(16)는 입력 신호의 트레블 부분의 진폭을 감쇠시킴으로써 입력 음성 신호를 등화시킨다. 베이스밴드 등화기(16)는 입력 음성 신호의 트레블 부분의 진폭을 감소시키는 디지털 필터로 구현될 수 있다. 입력 음성 신호의 베이스와 트레블 영역간의 통상적인 경계는 약 300Hz 이다. 하지만 본 발명의 근본 개념으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 다른 경계값도 가능하다. 베이스 밴드 등화기(16)는 입력 전화기에 의해 유입된 입력 신호 및/또는 중앙국의 채널 뱅크에서 아날로그-디지털 변환에 의해 유입된 입력 신호의 베이스 밴드 왜곡(distortion)을 등화시킨다.
음성 개선기(10)의 전력 평균기(18)는 입력 신호의 평균 전력을 측정한다. 이것은 여러 가지 방법에 의해 이루어지며, 전력 평균기(18)의 한 실시예는 입력(12)으로부터 나온 정류된(rectified) 입력 신호가 통과되는 저역(low pass) 필터이다.
또한, 텐덤 음성 개선 검출기 또는 베이스대 트레블 전력 비교기(20)가 음성 개선기(10)의 입력측에 포함된다. 베이스대 트레블 출력 비교기(20)는 통신망내의 입력 신호중 가능한 텐덤 개선 부분을 검출한다. 베이스대 트레블 전력 비교기(20)는 계속적으로 입력 신호의 베이스대 트레블 전력비를 감시한다. 평균 입력 신호에 대해서, 베이스대 트레블 전력비는 일반적으로 소정의 범위내에 있다고 알려져 있다. 또한, 입력 전화기와 네트워크의 중앙국의 채널 뱅크는 베이스 신호를 감쇠시켜, 이러한 비를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 베이스대 트레블 전력 비교기(20)는 입력 신호내의 이러한 비를 계속적으로 감시한다. 감시된 베이스대 트래블 전력비가 개선된 신호에 대해서 기대했던 것보다 낮다면, 베이스대 트레블 전력 비교기(20)는 어떠한 텐덤 회로도 존재하지 않는다고 판별한다. 역으로, 감시된 전력비가 기대했던 것보다 높거나 비슷하다면, 베이스대 트레블 전력 비교기(20)는 텐덤 음성 개선 회로가 존재한다고 판별한다. 베이스대 트레블 전력 비교기(20)는 음성 개선기(10)가 텐덤망에서 사용될 수 있도록 입력 음성 신호가 사전에 개선된 때를 검출하는 기술적인 장점을 제공한다.
또한, 음성 대역 데이터 검출기(22)는 입력 신호를 분석한다. 음성 대역 데이터 검출기(22)는 입력 음성 신호가 음성 대역 데이터인지 아닌지를 결정한다. 음성 대역 데이터 검출 방법들은 종래의 기술에서 잘 알려져 있으므로, 그 설명은 생략한다. 음성 개선기(10)는 종래의 검출 방법들중 한 방법을 이용하여, 음성 대역 데이터가 검출되었을 때 입력 신호의 적응 이득 제어 기능이 상실되도록 하였다. 음성 대역 데이터 검출기(22)는 외부 제어 링크와 검출기들을 요구하지 않고 내부적으로 음성 개선기(10)에 대한 음성 대역 데이터의 전송을 검출하는 장점을 제공한다.
AGC(adaptive gain control) 개선 디스에이블(disable)(24) 장치는 베이스대 트레블 전력 비교기(20)와 음성 대역 데이터 검출기(22)에 연결된다. 베이스대 트래블 전력 비교기(20)와 음성 대역 데이터 검출기(22)의 입력에 근거하여, AGC 개선 디스에이블(24) 장치는 음성 개선기(10)가 스위치(26)에 의해서 기능이 정지되는지 안되는지를 결정한다. 스위치(26)의 디폴트(default) 위치는 입력 신호의 음성 개선을 가능케 하며, 입력 신호가 이미 개선되었거나 또는 그 입력 신호가 음성 대역 데이터라고 AGC 개선 디스에이블(24) 장치가 판정하면 기능이 정지된다.
이득/감쇠 검색 테이블(28)은 전력 평균기(18)에 연결되어 있다. 입력 신호의 평균 전력이 전력 평균기(18)에서 결정되면, 평균 전력을 나타내는 신호는 이득/감쇠 검색 테이블(28)로 전송된다. 이득/감쇠 검색 테이블(28)은 본 발명의 사상내에서 입력 음성 신호에 인가되는 스케일링 인자를 포함한다. 이득/감쇠 검색 테이블(28)은 만약 입력 신호의 평균 전력이 높다면, 상응하는 스테일링 인자가 낮게 되도록 구성되어 있다. 이것은 높은 레벨의 신호를 과도하게 증폭하는 것을 방지하고, 그 신호를 과구동 또는 포화시키는 것을 방지하는 기술적 장점을 제공한다.
스케일링 인자는 만약 입력 신호의 평균 전력이 충분히 높다면 단위 크기(unity)보다 적을수가 있다. 만약 입력 신호의 평균 전력의 측정치가 낮으면 상응하는 스케일링 인자는 높아지게 된다. 평균 입력 전력에서의 통상적인 입력 신호는 그 신호의 최소 이득 또는 감쇠를 제공하는 상응하는 스케일링 인자를 갖게 될 것이며, 그로 인해 모든 신호들이 AGC를 수신할 수 있다. 스케일링 인자를 적응적으로 변화시키면 음성 신호의 진동을 방지할 수 있다.
출력 스케일러(30)는 이득/감쇠 테이블(28)에 연결되어 있다. 출력 스케일러(30)는 등화된 입력 신호를 출력 스케일러(30)에 제공하는 베이스 밴드 등화기(16)에 또한 연결되어 있다. 출력 스케일러(30)는 등화된 입력 신호를 상황에 따라 증폭하거나 감쇠시키기 위해 이득/감쇠 검색 테이블(28)로부터 나온 사전에 결정된 스케일링 인자를 인가한다. 출력 스케일러(30)는 증폭된 신호를 출력(14)에 제공한다.
트랜스패어런트 경로(32)가 제 1 도에 도시되어 있다. 트랜스패어런트 경로(32)는 입력(12)과 스위치(26)의 개선 디스에이블 위치(34)에 연결되어 있다. 가변 감쇠기(36)는 트랜스패어런트 경로(32)의 양 끝 사이에 위치하고 있다. 가변 감쇠기(36)는 음성 개선기(10)가 입력부(12)에서 침묵(silence)을 검출했을 때 개선된 잡음 제거 기능을 제공하기 위해 음성 개선기(16)내에 포함될 수 있다. 묵음이 검출되면, 스위치(26)는 개선 디스에이블 위치(34)에 위치하고, 입력(12)과 출력(14) 사이의 경로는 트랜스패어런트 경로(32)로 된다.
트랜스패어런트 경로(32)로 스위칭이 되면, 가변 감쇠기(36)는 최소한의 감쇠를 위해 그값이 정해진다. 한 주기에 걸쳐서, 음성 임계치 이하를 가진 각 신호는 가변 감쇠기(36)내의 감쇠가 가변 감쇠기(36)에 대한 최대값에 접근하도록 증가되도록 한다(예: 3 밀리초마다 0.5 데시벨). 가변 감쇠기(36)의 감쇠를 증가시키면 네트워크의 배경잡음이 제거되어진다. 이것은 침묵 기간 동안 배경 잡음의 레벨을 최소화시키는 장점을 제공한다.
입력 신호들의 레벨이 증가할 때, 가변 감쇠기(36)의 감쇠는 최소 감소치가 되도록 감소한다. 소정의 임계치보다 큰 입력 신호의 짧은 결합 시간(예: 입력 신호의 3개의 샘플들) 후에, 스위치(26)는 입력 신호들의 적응 이득 제어를 할 수 있는 디폴트 위치로 돌아가게 된다. 그러면, 가변 감쇠기(36)는 최소 감쇠로 재설정된다.
제 1 도에 나타난 기능 블록들은 본 발명의 개념에서 벗어나지 않으면서 한개의 집적 회로나 또는 독립된 이산 장치(discrete devices)들로 구현될 수 있음을 주지하라. 또한, 제 1 도에 나타난 기능 블록들은 부분적으로 또는 전체적으로 하드웨어와 소프트웨어로 실행될 수 있음을 주지하라.
제 1 도의 음성 개선기(10)의 동작은 제 2 도의 플로우-차트와 제 3a 도에서 제 3d 도까지의 대표적인 신호들과 함께 논의되어질 것이다.
제 2 도는 입력 음성 신호의 AGC를 위해 본 발명의 음성 개선기(10)에 의해 수행된 대표적인 단계들을 보여주고 있다. 그 순서는 단계(50)에서 시작되며, 단계(52)에서는 소정의 임계치보다 큰 입력 신호가 검출되었을 때 상기 음성 개선 처리 과정이 시작된다.
소정의 임계치 밑에서는, 침묵 상태가 입력부(12)에 존재하며, 음성 개선기(10)의 스위치(26)는 개선 디스에이블 위치(34)에 있다. 소정의 임계치에 대한 예는 0.40dB0이다. 그러나, 그것은 입력 음성 신호의 전력 레벨 또는 네트워크내의 침묵 잡음 레벨에 따라 적응적으로 변화될 수 있다. 침묵이 검출되고, 스위치(26)가 개선 디스에이블 위치(34)에 있을 때, 입력 신호는 스케일링없이 출력(14)에 제공되어진다. 이것은 침묵 기간 동안에 네트워크의 배경 잡음을 증폭시키지 못하도록 하는 장점을 제공한다. 음성 개선기(10)의 입력측과 관련된 블록들중 어느 것(베이스 밴드 등화기(16), 전력 평균기(18), 베이스대 트레블 전력 비교기(20) 또는 음성 대역 데이터 검출기(22))도 침묵과 입력 음성 신호의 검출을 위해 사용되어질 수 있다.
입력 신호를 검출하면 프레임 카운트가 단계(54)에서 시작된다. 프레임 시스템은 음성 개선기(10)가 신호들의 전송을 시간 구간으로 나누는데 사용된다. 음성 개선기(10)내에서 사용되는 통상적인 프레임 시간은 3 밀리세컨드에 해당한다.
일단 입력 음성 신호가 입력(12)에서 검출되어졌다면, 단계(56)에서 음성 개선기(10)는 입력 신호가 사전에 개선되었는지의 여부를 결정한다. 제 1 도와 관련하여 기술된 바와 같이, 평균 대화 신호에 대해서는 베이스대 트레블 전력비는 대략 소정의 범위내에 있다. 단계(56)에서, 베이스대 트레블 전력 비교기(20)는 텐덤 형태가 존재하는지를 나타내는 이미 개선된 신호와 일치하는지의 여부를 판단하기 위해 베이스대 트레블 전력비를 측정한다. 단계(58)에서, 상기 텐덤 개선이 존재하는지에 대한 판정이 이루어진다. 만일, 텐덤 개선이 존재한다면, 상기 과정은 단계(60)로 가게 되며, 그 단계에서는 AGC 음성 개선은 적당한 신호를 스위치(26) 또는 그와 대응하는 부분에 보내어 스위치(26)가 개선 디스에이블 위치(34)로 이동 되도록 함으로써, AGC 개선 디스에이블(24)에 의해 기능이 정지된다(제 1 도 참조). 스위치(26)는 음성 개선을 가능케 하는 디폴트 위치에 미리 설정되고, 만약 텐덤 구조가 단계(58)에서 검출되지 않았다면, 상기 과정은 단계(62)로 가게 된다.
단계(62)에서는 음성 대력 데이터의 존재가 검출된다. 음성 대역 데이터 검출기(22)는 공지되어 있는 음성 대역 데이터 검출 방법들을 수행하므로 더 이상의 설명은 생략한다. 단계(64)에서는 음성 대역 데이터가 입력 신호에 존재하는지 안하는지에 관한 질문이 주어진다. 음성 대역 데이터 검출기(22)가 입력(12)에서 음성 대력 데이터의 전송을 감지하면, 단계(64)에서, 적당한 신호를 AGC 개선 디스에이블(24)에 보내어 단계(60)에서 스위치(26) 또는 등가 부분들을 개선 디스에이블 위치(34)로 이동시킨다. 만약 음성 대역 데이터가 단계(64)에서 존재하지 않는다면, 상기 과정은 단계(66)로 진행된다.
단계(56)에서 베이스대 트레블 전력비를 측정함으로써, 텐덤 구조를 검출하는 것과, 단계(62)에서 음성 대력 데이터의 전송을 검출하는 것은 제 2 도에 도시된 것과 역순으로 또는 동시에 발생할 수 있음을 주지하라. 스위치(26)의 디폴트 위치나 그와 대응하는 부분은 본 발명의 신규한 개념으로 음성 신호개선을 가능케함을 주지하라. 이미 개선된 신호나 또는 음성 대역 데이터를 검출하면, 음성 개선회로(10)는 스위치(26)에서 기능이 정지된다.
단계(66)에서는 전력 평균기(18)가 입력 신호의 전력을 측정하고, 단계(68)에서는 전력 평균기(18)가 입력 신호의 평균 전력을 결정한다. 단계(70)에서는, 전력 평균기(18)가 측정된 전력 평균을 나타내는 신호를 이득/감쇠 검색 테이블(28)로 보낸다. 단계(70)에서는, 이득/감쇠 검색 표(28)가 측정된 평균 입력 전력에 근거하여, 이득/감쇠 인자 또는 스케일링 인자를 제공한다. 스케일링 인자는 이미 서술한 바와 같이 측정된 평균 전력과 관련이 있으며, 이때, 높은 평균 전력을 갖고 있는 입력 신호는 낮거나 감쇠 스케일링 인자와 대응한다. 그리고 낮은 레벨의 입력 신호는 증폭 스케일링 인자와 대응한다. 단계(72)에서는 베이스 밴드 등화기(16)는 입력 음성 신호를 등화시킨다.
제 3a 도는 대표적인 입력 음성 신호의 예를 도시한 것이다. X 축(100)은 입력 신호의 주파수이며, Y 축(102)은 데시벨(dB)로 표시된 입력 신호의 진폭이다. 입력 신호(104)는 베이스 영역(106)과 트레블 영역(108)을 가지고 있다. 베이스 영역(106)과 트레블 영역(108)간의 통상적인 경계는 다른 경계선이 적적할 수도 있지만, 라인(109) 상의 300Hz 로 본다. 입력 신호(104)의 베이스 영역(106)은 중앙국의 채널 뱅크와 입력 전화기 중 하나 또는 모두에 의해서 트레블 영역(108)과 관련되어 감쇠된다.
제 3b 도는 입력 신호(104)를 등화시키기 위해 단계(72)에서 베이스 밴드 등화기(16)에 의해서 인가된 전달 함수(110)를 도시하고 있다. 전달 신호(110)는 입력 신호(104)의 베이스 영역(106)에 대해서 입력 신호의 트레블 영역(108)의 진폭을 감소시킨다는 것에 주목해야 한다.
제 3c 도는 베이스 밴드 등화기(16)내에서 단계(72)의 등화 과정 이후에 나타나는 신호(104)인 등화된 신호(113)를 도시하고 있다. 전달 함수(110)에 의해서 베이스 밴드 등화기(16)에서 등화 과정이 있은 후에, 등화된 신호(113)는 신호의 전 주파수 범위에 걸쳐 비교적 균등한 진폭을 가지고 있다. 단계(70)에서 스케일링 인자의 결정과 단계(72)에서 입력 신호의 등화는 제 2 도에 도시된 것과 역순으로 또는 동시에 발생할 수 있음을 주지하라.
그 다음에 상기 과정은 등화된 신호(113)의 스케일링이 발생하는 단계(74)로 진행한다. 출력 스케일러(30)는 등화된 신호(113)에 스케일링 인자를 인가시킨다.
제 3d 도는 2개의 대표적인 스케일된 출력 신호들을 도시하고 있다. 여기서, 신호(114)는 스케일링 인자를 증폭하거나 또는 (+) 방향으로 이동한 등화된 신호(113)를 나타내고, 신호(116)는 스케일링 인자를 감쇠시키거나 (-) 방향으로 이동한 등화된 신호(113)를 나타낸다.
스케일링 인자를 입력 신호에 인가한 후에, 처리 과정은 단계(76)에서 프레임 카운터로 진행한다. 스케일링 인자들을 너무 빨리 변화시키는 것을 피하기 위해, 스케일링 인자는 최대 XdB의 변화를 갖는 매 N 프레임 마다 조정이 이루어진다. 여기서, 예를 들면 N은 3 밀리세컨드에 해당하는 24 이며, X는 0.5dB가 된다. 프레임 카운터는 단계(76)에서 증가하며, 단계(78)에서 프레임 수가 N을 초과하는지 판정된다. 만약, N을 초과하지 않으면, 상기 과정은 단계(74)로 되돌아가서, 이미 결정된 동일한 스케일링 인자가 프레임 카운트가 N을 초과할 때까지 입력 신호에 인가된다. 단계(78)에서, 프레임 수가 N을 초과하면, 상기 과정은 전체 과정이 다시 시작되는 단계(52)로 되돌아가게 된다. 이것은 스케일링 인자가 너무 빨리 변화되는 것을 막는다.
제 2 도의 흐름도는 입력 신호의 연속적인 적응 이득 제어를 허용함을 주지하라. 상기 스케일링 인자는 입력 신호가 변할 때 입력 신호의 이득을 변화시키도록 신호 전송의 매 N 프레임들마다 재결정된다. 또한, 제 2 도와 제 3a - 3d 도에 관해 기술된 방법론은 본 발명의 가능한 실시예를 나타낸 것이며, 다른 실시예들도 본 발명의 신규한 개념으로부터 벗어나지 않는 범위에서 가능함을 주지하라.
제 4 도는 통상적인 통신망내의 에코 제거기 네트워크 장치(80)중 음성 개선기(10)의 실시예를 도시한 블록도이다. 에코 제거기 네트워크 장치(80)의 일례로 DSC 통신 회사에서 제조하고 판매하는 EC24 에코 제거기를 들 수 있다. 음성 개선기(10)는 롱 홀(long haul) 입력(86)에 연결된 에코 제거기 네트워크 장치(80)내에 도시되어져 있다. 입력(86)은 에코 제거기 네트워크 장치(80)내에서 처리되어지는 입력 음성 신호들을 제공한다. 음성 개선기(10)는 제 1 도에서 제 3d 도를 참고하여 설명한 입력 음성 신호들을 제공한다. 음성 개선기(10)는 전술한 입력 음성 신호의 필요한 AGC 스케일링을 수행하며, 테일 아웃(tail out ; 88)을 통해 하이브리드(hybrid ; 90)에 개선된 신호들을 제공한다. 하이브리드(90)는 테일 인(tail in ; 92)에 의해서 합산 회로(summing circuitry ; 84)를 거쳐 에코 제거기 적응 필터(82)에 연결되어 있다. 합산 회로(84)는 출력 신호들을 롱 홀 출력(94)에 제공한다. 두개의 전송 라인내에서 에코 효과를 제거하는 에코 제거기 장치(80)의 동작은 종래의 기술에서 알려져 있으므로 그 설명은 생략한다. 음성 개선기(10)는 원거리 통신망내의 다른 요소들이 음성 개선기(10)에 대한 알맞은 위치에 배열되어 있다면, 에코 제거기 네트워크 요소(80) 내에 배치되어 있을 필요가 없음을 주지하라. 음성 개선기(10)를 포함하는 에코 제거기 네트워크 요소(80)는 전화기 스위치로부터 독립적으로 또는 그 안에 위치할 수도 있음을 주지하라.
제 5 도는 입력(12)에서 출력(14)으로 개선된 음성 신호 전송을 제공하기 위해 본 발명의 AGC 음성 개선 시스템을 포함한 네트워크의 일례인 통신망(120)을 도시하고 있다. 입력(12)은 중앙국(122)에 연결된 입력 전화기로 구성되어 있다. 중앙국(122)은 아날로그 채널 뱅크에서 음성 신호를 다지털 신호들로 변환한다. 중앙국(122)은 전화기 스위치(124)에 결합되어 있다. 스위치(124)는 음성 개선기(10)가 포함되어 있는 에코 제거기 네트워크 장치(80)에 연결되어 있다. 에코 제거기 장치(80)는 스위치(126)와 다른 장치들에 연결되어 있다. 스위치(126)는 음성 개선기(10)를 포함하고 있는 에코 제거기 네트워크 장치(81)가 스위치의 외부보다 내부에 위치하고 있는 실시예를 보여주고 있다. 음성 개선기(10)의 어느 한 위치는 본 발명의 신규한 개념으로부터 벗어나지 않고 사용되어질 수 있다. 스위치(126)는 차례로 출력(14)에 결합된 중앙국(128)에 연결되어져 있다. 네트워크(120)의 에코 제거기(80, 81)에 있는 AGC 음성 개선기(10)의 기능은 이미 설명하였다. 입력(12)과 출력(14)은 전화 대화가 진행할 때 역할이 바뀌며, 그로 인해 입력(12)과 출력(14) 사이에 2 방향 통신 링크를 제공하게 된다는 것을 주지하라. 에코 제거기 네트워크 장치(80, 81)내의 음성 개선기(10)의 실시예는 본 발명의 음성 개선기(10)에 대한 배치의 일례를 이용한 것임을 주지하라.
본 발명의 음성 개선기(10)의 동작에 있어서는, 입력 음성 신호가 입력(12)에서 수신된다. 베이스 밴드 등화기(16)는 입력 신호의 트레블 영역을 감쇠시킴으로써 입력 신호를 등화시킨다. 이것은 네트워크의 여러 요소들에 의해 감쇠된 베이스 영역을 이미 갖고 있는 신호를 등화시킨다. 전력 평균기(18)는 입력 신호의 평균 전력을 측정하고 결정한다. 이득/감쇠 검색 테이블(28)은 측정된 평균 전력에 근거하여 입력 신호에 인가될 스케일링 인자를 제공한다. 출력 스케일러(30)는 등화된 신호에 상기 스케일링 인자를 인가하며, 스케일된 신호를 출력(14)에 공급한다. 상기 스케일링 인자는 입력 신호의 레벨이 변화됨에 따라 계속적으로 갱신된다. 이것은 음성 신호를 적응적으로 이득 제어하도록 만들어준다. 음성 개선기(10)의 디폴트 모드는 음성 신호에 대해 음성 개선 기능을 제공하기 위한 것이다.
음성 대역 데이터 검출기(22)는 입력 신호를 분석하여 입력 신호가 표준 음성 신호와 반대되는 음성 대역 데이터를 포함하고 있는지를 검출한다. 베이스 대 트레블 전력 비교기(20)는 입력 신호의 베이스 영역 대 트레블 영역의 전력비를 측정하여 그 신호가 이미 네트워크에서 개선이 되었는지 안되었는지를 결정한다. 이전의 개선 데이터 또는 음성 대역 데이터가 검출되면, AGC 개선 디스에이블(24) 장치는 스위치(26)가 개선된 음성 신호를 출력(14)으로부터 분리하도록 한다.
그러므로, 본 발명의 AGC 음성 개선 시스템은 수신 전화기에서 좀 더 명확한 화자의 목소리를 나타내는 신호를 제공하도록 입력 음성 신호를 증폭/감쇠하고, 입력 음성 신호에 스케일링 인자를 인가함으로써 적응 이득 제어를 제공한다.
본 발명은 입력 신호를 계속적으로 그리고 적응적으로 감시하고 그 입력 신호를 적절하게 스케일링함으로서 기존의 고정 이득 음성 개선 시스템과 관련된 문제점들을 해결한다. 입력 신호의 변화들은 입력 신호가 출력 수신 전화기에서 수신될 때 그 입력 음성 신호의 좀 더 정확한 말을 얻을 수 있도록 된다.
이상, 본 발명을 상세히 설명하였지만, 여러 가지의 변화들과, 대치 및 변경들이 첨부된 청구항에 의해 정의된 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 주지하라.

Claims (10)

  1. 통신망에서의 음성 개선 방법으로서, 입력 음성 대역 신호의 평균 전력을 결정하는 단계와, 상기 입력 음성 대역 신호의 평균 전력에 응답하여 스케일링 인자를 결정하는 단계와, 상기 입력 음성 신호의 트래블(treble) 부분을 감쇠시킴으로서 상기 입력 음성 대역 신호를 등화시키는 단계와, 상기 등화된 입력 음성 대역 신호를 스케일링 인자로 스케일링하는 단계와, 상기 스케일된 음성 대역신호를 출력에 연결하는 단계를 포함하고, 상기 스케일링 인자를 결정하는 단계는 연속된 스케일링 인자들 사이의 변화량을 제한하는 단계를 더 포함하는 음성 개선 방법.
  2. 제1항에 있어서, 입력 신호내의 음성 대역 데이터를 검출하는 단계와, 상기 출력으로부터 스케일된 음성 대역신호를 분리하는 단계를 더 포함하는 음성 개선 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 통신망 내의 텐덤 개선을 검출하는 단계와, 상기 출력으로부터 스케일된 음성 대역신호를 분리하는 단계를 더 포함하는 음성 개선 방법.
  4. 통신망에서의 음성 대역 신호 개선을 위한 시스템으로서, 상기 음성 대역 신호의 평균 전력을 결정하는 전력 평균기와, 상기 음성 대역 신호의 트래블 부분을 감쇠시키는 등화기와, 상기 결정된 평균 전력에 응답하여 등화된 음성 대역신호를 스케일링 인자로 스케일링하는 출력 스케일러(scaler)를 포함하며, 상기 출력 스케일러는 연속된 스케일링 인자들 사이의 변화량을 제한하도록 동작하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 음성 대역 신호내의 음성 대역 데이터를 검출하여 상기 출력 스케일러가 상기 음성 대역 신호를 스케일링하지 못하도록 하는 음성 대역 데이터 검출기를 더 포함하는 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 음성 대역신호가 사전에 스케일된 때를 검출하여 상기 출력 스케일러가 상기 음성 대역신호를 스케일링하지 못하도록 하는 텐덤 음성 개선 검출기를 더 포함하는 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 음성 대역 신호 내의 음성 대역 데이터를 검출하는 음성 대역 데이터 검출기와, 상기 음성 대역 신호가 사전에 스케일된 때를 검출하는 텐덤 음성 개성 검출기를 더 포함하고, 상기 음성 대역 데이터 검출기와 상기 텐덤 음성 개선 검출기 중의 적어도 하나의 검출기는 상기 출력 스케일러가 상기 음성 대역 신호를 스케일링하지 못하도록 동작하는 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 출력 스케일러는 등화된 음성 대역신호들을 사전에 결정된 스케일링 인자로 소정의 시간 동안 스케일하도록 동작하는 시스템.
  9. 제4항에 있어서, 상기 출력 스케일러는 또는 상기 음성 대역신호를 기간을 각각 나타내는 복수의 프레임들로 분할하고, 소정 개수의 프레임들에 대해서 상기 음성 대역신호를 스케일하도록 동작하는 시스템.
  10. 통신망에서의 음성 대역 신호 개선을 위한 시스템으로서, 상기 음성 대역 신호의 평균 전력을 결정하는 전력 평균기와, 상기 음성 대역 신호의 트래블 부분을 감쇠시키는 등화기와, 상기 결정된 평균 전력에 응답하여, 등화된 음성 대역신호를 스케일링 인자로 스케일링하는 출력 스케일러와, 음성 대역 신호를 스케일링하는데 있어서, 상기 출력 스케일러에 의해 사용되는 스케일링 인자를 제공하는 이득/감쇠 검색(look-up) 테이블을 더 포함하고 있는 시스템.
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