专利名称：抗噪声语音处理器及其抗噪声方法
技术领域：
本发明涉及一种在高强度噪声环境中离析语音的方法及其装置，特别适用于制备和改进受话端有强噪声干扰的通话系统。
在强噪声背景中离析语言是电话通讯中十分重要的问题。众所周知，在机械加工车间、轮机仓、闹市场所、狂风呼啸的原野、战火纷飞的阵地进行电话通信，语言常被噪声淹没，严重影响语言信息的传递。采用结构简单、造价低廉的抗噪声装置又很难解决问题，为此，人们提出了多种解决问题的技术方案。例如，日本专利局在1982年10月19日公开了“噪声的控制方法”-专利号59-72851(A)，它采用了一种由环境噪声本身去控制选择输出频带的技术方案，将环境噪声与语言一起由前置放大器放大，混合信号经一路模拟开关，再馈入输出频带选择器;另一路则经带通滤波器，抽提出噪声信号并转换成直流电平，再经A/D转换后去控制模拟开关，由模拟开关输出频带选择器，达到抑制环境噪声的目的。又如，美国专利局于1977年12月6日公开了专利号为4061875的“用于高强度噪声环境的音频处理器”，其特点是由高通滤波器滤去低频噪声，之后，再采用扩张和压缩技术，使耳机传出清析的语音。上述两个发明专利，其共同之处都是在线路中选取合理的滤除环境噪声技术，清除特定背景噪声。显然，由于噪声的强度和频率随时间、空间而异，在使用上将会有所不便或出现不应有的问题。例如，上述“噪声的控制方法”专利中，由于噪声的变化，将引起输出频带选择器的开关转换，自然会伴随产生开关噪音。
本发明的任务是提供一种适应性强的抗环境噪声的方法及抗噪声语音处理装置，特别用于电话通讯设备的改进。
本发明的技术解决方案以听觉生理实验为依据，按照经典的理解，人耳是一个高分辨率的频谱分析系统，耳蜗中不同的感觉细胞及与之连接的神径网络组成不同的频率调谐;语音的主要能量分布在3KHz以下，通常由耳的低、中频通道感受或传输。为了分离环境噪声与语音的能量分布，本发明对语音作适当的实时升频处理，使语音频谱能量全部移至高频区，并将升频后的语言信号与原语言信号相加。即对接收到的语言信号进行放大，之后，用它去调制高频载波，所得被调制载波信号与原语音信号相加。实验表明，经上述方法处理后，尽管环境噪音很强，仍可听清通话语言，有很强的抗干扰能力，并在一定程度上保持说话者的基本音色。根据上述抗环境噪声方法所设计的语言处理装置包括语音收发部件、接收放大单元、实时升频调制单元、加法单元、功率放大单元和送音单元。
本发明的优点是1.突破已有采用滤波的抗干扰模式，将语言信号能量谱全部移至高频区，具有很强的抗噪声干扰能力;2.适应性强，不需随噪声变化而改变滤波器参数，因而不会产生开关噪声。
下面给出本发明的实施图及实施效果说明图。
图1 是环境噪声频谱示意图。
图2 是无环境噪声时通话语音频谱示意图。
图3 是已有电话机输出语音频谱(未实时升频调制处理)与环境噪声的频谱的分布示意图。
图4 是使用本发明的语音输出频谱与环境噪音频谱的分布示意图。
图5 是本发明的结构方框图。
图6 是本发明的电路原理图。
根据图5和图6给出本发明的一个实施例，它是一种适合用于与电话交换机联结的电话机。从图中，本发明包括语音收发部件1、接收放大单元2、实时升频调制单元3、加法单元4、功率放大单元5和送音单元6。当电话交换机接通对方发来的语音时，语音收发部件1处于接收状态，将接收到的语音信号馈入接收发大单元2进行放大，再将被放大的语音信号馈入实时升频调制单元3，之后，被升频的语音调制信号与其被放大的语音信号一起馈入加法单元4，即接收放大单元2和实时升频调制单元3分别与加法单元4以电路相连接，信号相加后由功率放大单元5驱动送音单元6，最后由耳朵接收辨别。从图6可见，本实施例中的语音收发部件1是已有的电话机，稍加改动后，使它与接收放大单元2以电路相联结，对方发来的语音送入接收放大单元2放大，输入的音频信号频谱如图2所示。本实施例中，接收放大单元2包括由集成电路IC1-IC3以及它们的外接电阻R1-R4、电位器W1-W3和电容C1-C3构成，其中，集成电路IC1为放大级，电阻R1和电容C1接成其输入回路，电容C1与语音收发部件1以电路相连接。C1与R1的联结点与IC1的正向输入端相接，电阻R3为运算电阻，它与电阻R2的联结点同IC1的负向输入端相接。电阻R2接入IC1的负向输入端回路。电位器W1、集成电路IC2和电阻R4、电位器W2、W3、电容C2、C3、集成电路IC3分别构成两路输出跟随器，将IC1的输出信号分别馈入加法单元4和实时升频调制单元3，电位器W1和W2分别接IC1的输出端，用以调节IC2和IC3的输入信号大小。电容C2、C3、电阻R4和电位器W3构成高、低通滤波器，跨接于电位器W2的中心抽头与IC3的正向输入端之间。实时升频调制单元3由集成电路IC4、IC5和IC6为主体构成正弦波发生器、调制器和运算放大器，本实施例IC4为8038型函数发生器集成块，与其相应的外接阻容元件R5-R9、W4-W7和C5-C7，按照典型的接法产生8-10KHz的正弦波，经电阻R10送入调制器IC5的Y端，而IC3选出的音频放大信号经电阻R11送入调制器IC5的X端。IC5采用1595型集成电路调制器，与外接电阻R10-R19和电位器W8～W10以典型接法，输出调制度为50%左右的调幅信号，由集成电路IC6输出。IC6取用741型集成块，它和正向端输入电阻R20、R21、电位器W11。负向端输入电阻R22，运算电阻R23构成输出级。上述实时升频调制单元3的输出信号和放大单元2的输出信号分别经电容C10和C9馈入加法单元4。本实施例的加法单元4和功率放大单元5是由加法电阻R26、R27、运算电阻R28、电位器W12和集成电路IC7构成一只加法运算放大器。IC7的输出端经电容C11与送音单元6(即听筒)相连接。其输出信号如图4所示，语音频谱能量移至高频区，以8KHz为中心，分布在4KHz-12KHz这个频带内。而图4中的环境噪音的频谱能量仍处于0-4KHz频带内，且以2KHz为中心。十分明显地把噪音信号和语音信号分离开来，而已有电话机，其音频信号输出，则如图3所示，噪音频谱和语音频谱的能量分布基本相一致，都集中在低中频区，即以2KHz为中心，分布在0-4KHz频带上。因而，本实施例音频信号自IC7输出送至送音单元6，受话者能从很强的环境噪声中听清发话者的语音，顺利地进行电话通信。
权利要求
1.一种抗噪声语音处理器，特别用于电话通信设备，包括语音收发部件1、接收发大单元2、功率放大单元5和送音单元6，其特征在于还有实时升频调制单元3和加法单元4，上述部件1、单元2、3、4、5和6顺次以电路联结，单元2的输出端与单元4的输入端以电路联结。
2.根据权利要求1所述处理器，其特征在于所说实时升频调制单元3由正弦波发生器、调制器和运算放大器构成，它们顺次以电路相联结。
3.根据权利要求1所述处理器，其特征在于加法单元4和功率放大单元5合并，是一只由加法电阻R26、R27、运算电阻R28、电位器W11和集成电路IC7构成的一只加法运算放大器。
4.根据权利要求2所述的处理器，其特征在于所说正弦波发生器由函数发生器集成电路IC4、与其相应的外接阻容元件R5-R9、W4-W7和C5-C7，按照典型接法构成。
5.根据权利要求2所述处理器，其特征在于所说调制器由调制集成电路IC5、与其相应的外接电阻R10-R19和外接电位器W8、W10，以典型接法构成。
6.根据权利要求2所述处理器，其特征在于所说的运算放大器由运算集成电路IC6、正向端输入电阻R20、R21、电位器W11、负向端输入电阻R22和运算电阻R23构成。
7.一种抗收听语音环境噪声的处理方法，特别用于制备和改进受话端有强噪声干扰的通话系统，其特征在于将接收的语音信号放大后，进行实时升频处理，再将实时升频信号与语音放大信号相加。
全文摘要
一种抗噪声语音处理器及其抗噪声方法，用于电话通信，本发明突破传统的滤波消除噪声的方法与技术措施，采用将语言功率频谱移至高频区的解决方案，有效地分离环境噪声与语言信号的功率谱分布。本发明装置包括语言收发部件、接收放大单元、实时升频调制单元、加法单元、功率放大单元和送言单元。
文档编号H04M1/19GK1056969SQ9010286
公开日1991年12月11日 申请日期1990年5月28日 优先权日1990年5月28日
发明者郭元兴, 梁之安 申请人:中国科学院上海生理研究所