专利名称：带有按音响方式可编程的振铃音发生装置的电信设备和对该振铃音发生装置进行编程的方法
技术领域：
本发明涉及一种电信设备，它具有音响可编程的振铃音发生器、数字存储器和音频接收器。更具体地说，本发明的目的是为电信设备提供一种改进的对振铃音模式进行编程的方法以改进声音质量和减少对存储器空间的要求。
现有技术描述电信设备，例如移动电话，通常都提供一个振铃音发生器以产生可听见的振铃音序列从而宣告发生了打来的电话呼叫。话机通常备有一组事先存储的振铃音模式，在检测到有进来的呼叫之后当产生可听见的振铃音序列时用户可以选择要使用的一种特定的方式。用户可以按他自己的意愿在各种不同的振铃音模式之间进行切换，以便例如把他的电话所产生的振铃音模式与他的相邻的电话所产生的振铃音区别开来。
在公共场所，随着近年来移动电话的使用迅速增加，存在更加明显的这种危险，就是不止一个相邻的电话会产生同样的振铃音模式并引起在具有相同的振铃音模式的电话用户之间的混乱--“这是我的电话铃响还是你的？”通过让用户不仅在多种预先存储的振铃音模式中进行选择而且还对各自的振铃音进行编程从而建立起完全是专门设计的振铃音模式，可以使各个振铃电话之间的差异得到改善。美国A-4866768涉及一种电话设备，它包含有一个传统的小键盘以允许用户对专门设计的振铃音模式进行编程。一个微处理器单元接收用户在小键盘上输入的一串编程命令的序列。编程命令涉及到振铃音参数的各种不同选择，例如铃的声调、持续时间、声音之间的延迟等等。输入的振铃音参数由微处理器存入存储器。存入的振铃音参数然后被微处理器单元从存储器读出并用来控制振铃音发生器以便产生可听见的专门设计的振铃音模式。
像在美国A-4 866 766中所说明的那样的电话设备允许用户对完全专门设计和独特的振铃音模式进行编程，从而减少了在相邻的电话用户之间的混乱的危险。但是，这种电话设备具有一个缺点，就是要求用户执行大量的按键操作以便为所希望的振铃音模式规定所有的振铃音参数。此外，大家都知道，基于小键盘的编程接口易于出错，例如用户不经意地按了另一个键而不是他所想按的键。
对电话的振铃音模式进行编程的另一些方法是在US-A-5 687227、DE-A-195 26 220和US-A-5 655 016中揭示的。这些方法包括使用一个模/数(A/D)转换器和一个数字信号处理器(DSP)，它们按工作方式连接到一个话筒。新的振铃音模式可以由用户通过话筒以音响方式输入。将音响输入进行采样，转换成数字形式并存入存储器。然后，这个以数字形式存储的振铃音模式可以转换成模拟信号并提供给扬声器以宣告一个进入的电话呼叫。虽然这样一种方式具有下列优点，即它避免了按照前面第一种技术解决方案中通过各种按键的繁琐的编程，但它有一个明显的缺点，那就是这个存储在存储器中的数字振铃音模式基本上是原来的音响输入的确切的表示。因此，由于实际上的音响输入具有不那样完美的质量，所以存储的并用来宣告有进入呼叫的振铃音模式其音质也不那么完美。此外，即使将数字数据压缩技术用在存储于存储器中的数字振铃音模式，这些数据仍然需要相当大量的存储器空间。
发明概要本发明的一个目的是为电信设备提供一种用于对振铃音模式进行音响编程的改进的接口。
一般说来，这个目的可以通过提供一个控制器来实现，这个控制器不是仅仅对音响输入进行采样和以数字方式存储，而是设计成能从采样得到的音响输入中提取一组表示音响输入的各种音调的振铃音模式参数。这组振铃音模式参数将随后被控制器用来控制振铃音发生器或合成器以便去模拟音响输入。换句话说，有关于音响输入的所需要的部分(即音调、间歇等)的信息被提取出来，而噪声和其它不完善的因素则不提取。因此，以音响方式编程的振铃音模式得到了质量上的改进，从而使由控制器和振铃音发生器产生的振铃音模式实际上要比原来的音响输入有所改进。
本发明的这一目的是由一个电信设备实现的，这个电信设备具有按音响方式可编程的振铃音发生装置；数字存储器装置；以及一个音频接收器；同时还具有用于从所说的音频接收器接收的声音中产生出与音调有关的数字参数的装置，其中与音调有关的数字参数被存放在存储器装置中；它还具有控制器装置，用来控制所说的振铃音发生装置以便根据存储在上述的存储器装置中的与音调有关的参数来产生振铃音模式。
这一目的还可以通过一种用于对电信设备的振铃音模式进行以音响方式编程的方法来实现，该方法包括的步骤为接收音响输入并将它转换成数字样本，从数字样本中提取一组表示振铃音模式中至少一种振铃的数字参数，存储这组数字参数，并利用这组存储的数字参数去控制振铃音发生器以便产生所说的振铃音模式。
本发明的其它目的、特征和优点在下面的详细的说明、附图以及在所附的专利权利要求中阐明。
附图简述现在将更加详尽地说明本发明，同时将参考以下的附图，其中
图1是说明带有按照先有技术的用户可编程振铃音发生装置的电信设备的原理方块图；图2是说明带有按照本发明的优选实施例的以音响方式可编程的振铃音发生装置的电信设备的原理方块图；图3和4是用于跟踪三种不同音调的已绘制的频率图；图5是表示作为时间的函数的三种不同音调的频谱图；图6是表示一种口哨旋律的实际生活(real-life)频谱图；图7是对于图6的口哨旋律的对应的估计音调的频率图。
详细说明为了更好地说明本发明的新颖特征，在图1中示出了现有技术的电信设备的原理说明。该设备包括一个处理器(CPU)100，它按工作方式连接到一个小键盘110和一个振铃音发生器130，后者又以工作方式连接到扬声器140。此外，处理器100连接到一个电子存储器120并设计成可以把数据写入存储器120并且能从存储器读出数据。处理器100有一个软件例程，用来接收用户在小键盘110上输入的振铃音参数。当用户想要把一个专门设计的振铃音模式进行编程以送入电信设备时，他要用小键盘110来选择呈现在显示屏(这里未示出)上的一个专门的菜单选项。处理器100对此作出响应而进入一个振铃音模式编程模式，这时用户通过重复地按小键盘110上的各键而送入一系列的振铃音参数，例如音调(频率)，持续时间等，它们共同形成了专门设计的振铃音参数。在完成了通过小键盘110送入振铃音参数后，为了执行一个结束命令，用户例如可以按一个特定的键或选择某一个菜单选项，这时处理器100把送入的振铃音参数存入存储器120。然后每当要宣告有进入的呼叫时，由用户编程的专门设计的振铃音模式就会按下述方式重放。处理器100检测到发生了进入的呼叫并开始读出存储在存储器120中的振铃音参数。振铃音参数被处理器100处理并被用来控制振铃音发生器130，该发生器130则被用来驱动扬声器140以产生专门设计的振铃音模式。
图2说明了按照本发明的优选实施例的具有按音响方式可编程的振铃音功能的电信设备。具有处理器(CPU)200形式的控制器按工作方式连接到振铃音模式发生器230，后者则又按工作方式连接到扬声器240。另外，处理器200又以工作方式连接到存储器220。与图1的现有技术的设计不同，本发明并不使用小键盘210来输入构成电信设备的专门设计的振铃音模式的各种振铃音参数。与其不同的是，处理器100按工作方式连接到一个音频采样器250，后者被设计成能接收从用户来的音响信号(例如，由口哨或乐器演奏的旋律的形式)，将音响信号转换成相应的电信号，按预定的时间间隔对这个模拟信号采样，将样本转换成数字值并从数字样本中提取与音调有关的数字参数。在优选实施例中音频采样器250是一个数字信号处理器(DSP)，但也可以替代地使用其它其本身为已知的音频采样装置。
因此，音频采样器250被设计成可以处理已采样的音响输入序列，使得有足够的信息被提取以便随后用来控制振铃音发生器或合成器以便再生至少与原来的输入质量具有同等质量的音响输入。和以前已知的方案不同，优选实施例的音频采样器250不仅仅对要存储的音响输入进行采样并在以后当宣告有进入的电话呼叫时重放给用户。相反，音频采样器250使用已采样的音响输入来提取一组与音调有关的数字参数，这将在下面进一步说明。
与音调有关的参数涉及例如在音响信号中的各个音调的频率和持续时间。另外，与音调有关的参数可以包括对每个音调的“开始”、“衰减”、“持续”、“释放”等参数，同样还包括各相继音调的暂停。
一旦音频采样器250产生了完整的一组表示由用户产生的音响输入的、与音调有关的参数之后，处理器200便把与音调有关的数字参数存入它的存储器220。这比起以前已知的方法来又提供了另外的优点这里与音调有关的数字参数与按照现有技术所存储的一组完整的数字样本相比，前者所体现的数据量要小得多。因此，本发明的方法在为了存储一个振铃音模式的完美表示而需要的存储器空间的数量方面也有显著的优点。存储器220是非易失性的，因此能够长时间地存储与音调有关的参数。
当一个电话机响应于进入的电话呼叫而将要产生一个振铃信号时，处理器200从存储器220读出与音调有关的参数并控制振铃音发生器230去产生专门设计的振铃音模式，这种振铃音模式或者是基本上等同于由用户产生的原来的音响输入(在音响输入具有完美质量的情况下)，或者是表示原来音响的一个改进了的版本。因此，本发明给用户提供一个机会以便自动地对一个完全专门设计的高质量振铃音模式进行编程而不需要在小键盘上输入大量的编程命令。
因此，用户没有必要输入大量的在所希望的振铃音模式中所包括的与每个铃响声音的音调、持续时间等有关的用键盘输入的数值，相反，用户只要开始一次编程对话，例如通过选择在显示屏上显示的某一特定菜单选项，再通过例如用口哨吹出一段旋律来产生所希望的振铃音模式，再通过例如按下小键盘上的某一特定键来完成这次编程对话。电信设备最好具有回放选项，这个选项允许用户选择一个相应的菜单选项并聆听当前已编程并送入存储器220中的专门设计的振铃音模式。如果用户对专门设计的振铃音模式并不完全满意，他可以简单地重新开始一轮编程对话来重编程序并再次产生音响输入信号(例如重新用口哨吹一段旋律)。
作为另一个替代方案，可以提供这样一个选项，它允许用户例如多次重复吹同一旋律的口哨，从而增加与音调有关的数字参数的确定性。假定对音响输入的译解(例如由音频采样器250产生的一组与音调相关的数字参数)偶尔含有一个或几个不正确的音符，那么通过重新输入口哨旋律的新版本，这种模糊性就可以得到解决。
按照一个优选实施例，电信设备可以具有一个软件例程，用来在显示屏上呈现具有一系列字符或图形图标形式的、已经编程到设备中的任何一个专门设计的振铃音模式，这些字符或图标表示振铃音模式中的个别的音调。另外，这个例程还设计成能接受用户的命令(它们最好通过小键盘而输入)，以便用来编辑任何一个个别的音调，例如将音符“c”变成“d”，或者改变它的持续时间。在这种方式下，用户将能够很快地以音响方式建立一个希望要的振铃音模式，然后再利用小键盘来细微地调整个别音调。
音响输入可以用多种不同的方式转换成为与音调有关的参数，其所采用的形式是一系列具有相应的持续时间和其它相关参数的音调。对于一个由一系列以不同频率和相应的持续时间所组成的简单旋律来说，下面提供了两种不同的频率跟踪方法并简单地进行了讨论。
一个正弦信号，x(n)=Asin(ωn+ψ)可以用数字方式通过使用二阶自回归(AR)滤波器来产生，即x(n)=a1x(n-1)-x(n-2)，这里a1对应于2cos(ω)。
对这个表达式的解释是滤波器在归一化的频率f=ω/(2π)时在基园上有一个复极对。正弦波的增益A和相位ψ是由上述的差值等式的初始值决定的。
跟踪正弦波信号的频率的第一个方法是建立一个自适应的移动平均滤波器y(n)=x(n)-bx(n-1)+x(n-2)，这里b是由x(n)的自相关函数的估计值计算而得，即b=2Rx(1)/Rx(0)。这相当于在基园上在接近于角ω处放置两个零。这个方法与二阶预测值有关，但是其不同之处在于要强迫零停留在基园上。
图3表示从上面的MA频率跟踪法所得到的结果。图3表明了对于三个音调的频率跟踪，其中的实线表示真正的频率。对于图3中所示的估计值没有对角度进行平均。可以进行平均以降低估计值的离散性，不过，其代价是较慢的跟踪。
第二个频率跟踪的方法是通过估计信号x(n)的过零次数而实现的。一个可能的过零估计式是
fzc(n)=(1-ε)fzc(n-1)+0.5ε|sign(x(n))-sign(x(n-1))|这里ε是个常数。在正弦波中对fzc(n)的贡献是频率为2ω的单元脉冲串。常数ε被用来在一系列的样本上对脉冲串进行平均。因此，当频率增加时，fzc(n)也增加。图4表示从上述的过零估计法所得到的对三种正弦波(其频率分别为1.5千赫，1千赫和2.1千赫)的频率跟踪的结果。图4中估计的频率的指数斜率是ε的一个函数，ε设定为0.005，这对应于约400个样本。当然，这个值可以调节到允许有更快的跟踪。但是，随着ε的增加，估计值的离散性将增加。
按照另一种替代实施例，与音调有关的数字参数是按下述方式用傅里叶变换来产生的。基本上，一个含有音响输入旋律的时间-音调信号x(n)被划分成一系列M个连续的分段。每个分段含有N个连续的样本并经过傅里叶变换，即 这里w(n)是数据窗口，m是分段数，k是频率组。这可以例如利用频率幅值来确定时间-音调信号的频谱内容。通过绘制作为时间(分段数)的函数的经过傅里叶变换的分段可以得到一个频谱图。根据频谱图就可以确定各相应音调的频率和持续时间。
不过，在频率分辨率和时间分辨率之间有一个折衷。这意味着为了要得到较高的时间分辨率，其结果将是频率分辨率的降低。
图5是对图3和4中相同的三个示范性音调而阐明的频谱图。黑色的水平线对应于半音音阶上的音调。在图6中说明了真实生活数据序列的频谱图，而其相应的估计的音调则在图7中作为时间的函数而示出。围绕一个相应的峰值的长方形相当于一个特定的音调，而长方形的宽度则是持续时间。
对于熟悉数字信号处理领域的人而言很容易认识到，上面概要地说明的两种频率跟踪法和傅里叶变换法可以用别的本身为已知的方法所取代。因此，任何合适的变换方法都可以使用，例如离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、小波变换等等。作为一种替代，可以使用各种滤波器组及模型，即，修正样本数据以使之适应于过程或信号的数学模型并提取例如与这个数学模型的基本频率相关的参数的方法。模型可以通过例如预测、起作用的变量、方程组等来进行估计。在本发明的意义上，所述滤波器组就是一组滤波器，它被安排成能对输入数据进行并行的滤波并选择具有最高能量含量的信号。
同样也应理解，按照优选发明的设备和方法也可以对更加先进的振铃音模式进行编程。因此，本发明的范围决不局限于上面的例子而是优选地由所附的各独立专利权利要求所规定。
此外，虽然是作为分开的部件来说明的，但是任何处理器/控制器200、存储器220、振铃音发生器230以及音频采样器都可以合并成为集成的部件。
权利要求
1．一种具有按音响方式可编程的振铃音发生装置(230、240)、数字存储装置(220)、以及音频接收器(250)的电信设备，其特征在于用于根据所说的音频接收器(250)接收到的声音来产生与音调有关的数字参数的装置(200,250)，所说的与音调有关的数字参数被存储在上述的存储装置(220)中，以及控制器装置(200)，用于控制上述的振铃音发生装置(230,240)以便根据存储在上述存储装置中的上述与音调有关的参数来产生振铃音模式。
2．按照权利要求1的电信设备，其特征在于其中所说的用来产生与音调有关的数字参数的上述装置(200、250)包括一个数字信号处理器(DSP)。
3．按照权利要求1或2的电信设备，其特征在于其中所说的与音调有关的数字参数至少与被包含在振铃音模式中的音调的频率和持续时间有关。
4．按照前面任何一项权利要求的电信设备，其特征在于其中的设备是一台便携式无线电话，优选地是一台移动电话。
5．按照上面任何一项权利要求的电信设备，其特征在于其中任何所说的振铃音发生装置(230、240)、所说的音频接收器(250)、所说的用于产生与音调有关的数字参数的装置(200、250)、所说的存储装置(220)、以及所说的控制器装置(200)是集成在一个部件中的。
6．一种按音频方式对电信设备的振铃音模式进行编程的方法，其中的音响输入被接收并转换成数字样本，其特征在于下列步骤从所说的数字样本中提取表示所说的振铃音模式中至少一种振铃音的一组数字参数，存储所说的这组参数，以及利用所说的这组已存储的数字参数来控制振铃音发生器以产生所说的振铃音模式。
7．按照权利要求6的方法，其特征在于其中所说的这组数字参数是通过移动平均(MA)频率跟踪法得到的。
8．按照权利要求6的方法，其特征在于所说的这组数字参数是通过过零估计值频率跟踪法得到的。
9．按照权利要求6的方法，其特征在于所说的这组数字参数是通过傅里叶变换法得到的。
10．按照权利要求6-9中任何一项的方法，其特征在于还包括下列步骤显示上述这组数字参数的图形表示，以及允许用户编辑所说这组数字参数的任何值。
全文摘要
一种电信设备,例如移动电话,具有按音响方式可编程的振铃音发生器(230、240)、数字存储器(220)和音频接收器(250),以及根据音频接收器(250)接收的声音产生与音调有关的数字参数的装置(200、250)。这些与音调有关的数字参数存储在数字存储器内。提供了一个控制器(200)用来控制根据存储在数字存储器中的与音调有关的参数而产生振铃音模式的振铃音发生器(230、240)。
文档编号H04M19/02GK1313003SQ99809529
公开日2001年9月12日 申请日期1999年6月7日 优先权日1998年6月9日
发明者U·A·林德格伦 申请人:艾利森电话股份有限公司