专利名称：改进的声频再现装置和电话终端设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声频再现装置，该装置包括用于放大声频信号的一个放大器和用于压缩所说声频信号动态范围的压缩装置。
本发明还涉及一种电话终端设备和一种声频再现方法。
从已公开德国专利申请DE19533260A1中可以获知如序言部分所述的一种声频再现装置。这种声频再现装置可以用于例如固定或移动电话终端设备中。
声频信号如语音信号的特性在于它由低信号电平部分和高信号电平部分组成。在低背景噪声环境中，可以以使声频信号的所有部分都能被听者理解的方式再现这些声频信号。在较高背景噪声环境中，这些声频信号的再现变得较为困难，并且其中低信号电平部分根本无法理解。
在上面提到的德国专利申请中所述的声频再现装置中，将声频信号压缩以减小声频信号的动态范围，即声频信号的高电平部分的电平值与声频信号的低电平部分的电平值之间的比值。这种压缩是根据利用适合的装置测得的背景噪声量值进行的。
在上面提到的专利申请中所述的声频再现装置中，利用一个固定的规则来确定压缩比的减小。这种固定规则没有将使用者应付背景噪声的能力考虑在内，这可能导致声频信号再现力的降低。
本发明的一个目的是提供如上述德国专利申请所述的一种声频再现装置，其中对于声频信号的压缩考虑了使用者应付背景噪声的能力。
为了实现所说目的，根据本发明构成的声频再现装置的特征在于所说声频再现装置包括用于根据音量设置调整压缩量的控制装置。
本发明基于这样的认识，即音量设置是收听条件的一种有用的量度。如果背景噪声较高，则使用者会选择较高音量设置以能够理解来自声频再现装置的语音信号。在例如进行压缩处理时可以利用这种认识，以便在音量设置超过预定值时改善在高量值背景噪声下的理解效果。
本发明的一个实施例的特征在于所说压缩装置用于在音量设置超过预定值时限制声频信号的高电平部分。
如果音量设置超过预定值，则通过限制声频信号高电平部分的电平，可以使声频信号低电平部分得到强调而不会使总音量超过给定的最大值。这个最大值表示被认为使用者可以接受的最大音量。
本发明的另一个实施例的特征在于所说压缩装置用于在音量设置低于另一个预定值时增强所说声频信号低电平部分的电平。
当低于某一音量设置时，声频信号的低电平部分的电平几乎肯定低于背景噪声的电平或听力阈值。在这种情况下，增强声频信号低电平部分的电平可以改善对于语音信号的理解。
本发明的再一个实施例的特征在于所说压缩装置用于随着音量设置增加到高于所说预定值以上而增大压缩量。
当压缩量随着音量设置增大而增大时(较小的压缩比值)，可以增大语音信号低电平部分的音量而不必超过声频信号的最大值。
本发明的又一个实施例的特征在于所说压缩装置用于随着音量设置下降到低于所说另一个预定值而增大压缩量。
当压缩量随着音量设置降低而增大时，可以使语音信号的低电平部分的音量维持在同一电平，而降低语音信号高电平部分的电平。
现在参照附图解释本发明。在所说附图中
图1为使用本发明的电话终端设备的方框示意图；图2为用于如图1所示的电话终端设备中的压缩装置的方框示意图；图3为用于实施所说压缩装置的可编程处理器的程序的流程图；图4为表示再现装置的输出电平作为输入电平的函数并以音量设置为参数的一个第一实例的曲线图；图5为表示再现装置的输出电平作为输入电平的函数并以音量设置为参数的一个第二实例的曲线图；图6为表示再现装置的输出电平作为输入电平的函数并以音量设置为参数的一个第三实例的曲线图。
在(移动)电话终端设备中，天线4与一个接收器10的一个输出端相连。所说接收器10用于接收、解调和检测从所说天线4接收的信号。所说接收器10的输出端与一个语音解码器12的一个输入端相连。所说语音解码器12从所说接收器10的输出信号得到解码语音信号。
所说语音解码器12的输出端与根据本发明的发明构思构成的压缩装置14的一个输入端相连。所说压缩装置14的输出端与一个放大器16的输入端相连。所说放大器16的输出端与一个扬声器18相连。
一个用户界面6，通常包括一组按键和一个LCD显示屏，与一个控制装置8相连。所说控制装置8的一个第一输出信号与所说压缩装置的一个控制输入端相连。这使得可以响应由使用者在用户界面6输入的指令将控制信号从控制装置8传输到所说压缩装置14。这样，就有可能响应由使用者通过用户界面6输入的音量设置控制压缩装置14的压缩量。使用者可以以众所周知的方式，例如按动用户界面6上的增大/减小按键输入音量设置。
控制装置8的一个第二输出端与所说放大器16的一个控制输入端相连以控制再现声频信号的音量。
麦克风20的一个输出端与一个放大器22相连，所说放大器用于将麦克风信号放大到适合由一个语音编码器24编码的电平。放大器22的输出端与所说语音编码器24的一个输入端相连，所说语音编码器24从所说放大器22的输出信号获得编码语音信号。还可以随意地将所说放大器22的输出端与所说控制装置8的一个输入端相连，以便能够使压缩装置14的设置适应背景噪声电平。
所说语音编码器24的输出端与所说发射器26的一个输出端相连。所说发射器26用于将语音编码器24的输出信号调制到载波上用于由天线4传输。
在如图2所示的压缩装置中，输入信号传送到相互串联的四个同样的可控放大器40、41、42和43。每个放大器40、41、42、43的输出端与一个选择器44的一个对应输入端相连。放大器43的输出端还与一个电平检测器46的一个输入端相连，所说检测器46用于检测放大器43的输出信号的电平。
所说电平检测器46的输出端与一个减法器47的一个第一输入端相连。所说减法器47的第二输入端从一个控制装置45接收其输入信号。所说减法器47的输出端与一个积分器48的一个输入端相连，所说积分器48的输出端与所说放大器40、41、42和43的一个控制输入端相连。
包括放大器40、41、42和43、电平检测器46、减法器47和积分器48的控制环路使得放大器43的输出电平UOUT等于在减法器47输入端的基准电平C1。对于已经达到稳定工作状态的n个级联放大器，可以用下式表示放大器43的输出电平UOUT与放大器40的输入电平VIN之间的关系UOUT＝CI＝UIN·Gn(A)在公式(1)中G为各个放大器40……43的增益。如果压缩装置14的输出信号是从第m放大器(放大器43为第0放大器，放大器42为第1放大器，放大器41为第2放大器，等等依此类推)的输出端获得的，则压缩装置的输出信号UOUT可以写为UOUTC=(CIUIN)mn·UIN.......(B)]]>输入信号VIN从UIN1改变为UIN2使得压缩装置14的输出从UOUTC1改变为UOUTC2。从公式(2)可以推导出作为比值UIN1/UIN2函数的比值UOUTC1/UOUTC2UOUTC1UOUTC2=(CIUIN1)mn·UIN1(CIUIN2)mn·UIN2=(UIN1UIN2)1-mn.........(C)]]>从(3)可以清楚地看出，输出信号的变化减小了由因子1-m/n限定的量。这个因子被称为压缩比。
在压缩装置14中，通过利用由所说控制装置45控制的选择装置44选择放大器40、41、42或43其中之一的输出来选择压缩比，所说控制装置45从图1所示的控制装置8接收它的信息。所说控制装置45还提供了一个基准值CI。
在下表中给出通过转换放大器输出可实现的压缩比的一个实例
积分器48用于确定控制环路的速度。对于带宽为300Hz至3400Hz的电话声音信号，已经发现20毫秒的积分时间常数是较好的数值。
在图3所示的流程图中，各个指令具有下表中所述含义号码指令符号含义20 BEGIN 启动程序22 UC＝ABS(UINn)-CI计算输出信号绝对值与基准值之间的差值24 VC＝VC+a·UC计算用于增益级的控制信号的新值26
计算增益级的实际值28 UOUT＝UIN·Gm计算压缩装置的输出信号30 END 程序结束在如图3所示的流程图中，使用相同的变量说明如图2所示的电路。图3所示的程序必须以预定的重复周期执行。
按照指令20，开始执行程序。按照指令22，计算UINn的绝对值之间的差值，并确定所说绝对值与基准值CI之间的差值。由该指令20执行的动作对应于启动图2所示压缩装置中的电平检测器46和减法器47。
按照指令24，根据VC的过去值和按照指令20计算出的差值计算控制信号VC的新值。常数a决定了压缩装置的时间常数。该时间常数还依赖于常数k和重复周期。
按照指令26，根据控制信号VC计算每一增益级的实际增益值。控制信号VC与实际增益G之间为指数关系，以便能够在控制信号VC适度变化的情况下实现较大的增益改变。
按照指令28，根据所说压缩装置的输入信号计算压缩装置的压缩输出信号。如上所述，所获得的压缩比取决于m值。因为本实施例没有使用实际的放大器，所以有可能具有非整数m值，从而能够选择任意压缩比。
按照指令30，该程序结束，但是在下一次调用该程序30时仍然维持其内部变量值。可以设置G的某些最大和/或最小值。关于G与VC之间的指数关系，观测到可以将这种指数关系保存在一个查阅表中，以减小根据VC确定G值时的计算复杂程度。
在图4中表示了终端的输出声频电平作为来自语音解码器12的输入电平的函数并以音量设置为参数的的曲线。在图中用A、B、C、D、E、F和G指示音量设置的不同值。还观测到，放大器16的增益设定为一个常数值。
曲线D适用于中等音量设置。在这种情况下不需要进行压缩，但是使CI值正比于压缩装置14的输入信号的电平。
曲线E、F和G适用于增大音量设置。在曲线E中，使用0.75的压缩比，基准电平CI设定为一个L1值。在曲线F中，使用0.5的压缩比，而在曲线G中，使用0.33的压缩比。在这两种情况(F和G)下，CI值都保持等于L1。
曲线C、B和A适用于减小音量设置。在曲线C中，使用0.75的压缩比，而基准电平CI现在设定为一个L2值。在曲线B中，使用0.5的压缩比，而在曲线A中，使用0.33的压缩比。在这两种情况下，CI值都保持等于L2。
已经观测到，在情形E、F和G中，压缩装置工作在输入信号小于压缩装置输出信号的区域，而在情况C、B和A中，压缩装置工作在输入信号大于压缩装置的输出信号的区域。
图5表示作为压缩装置14的输入电平函数的放大器16的输出信号电平。在该曲线图所示情形中，放大器16的放大倍数与图4曲线所示不同，不是一个常数，但是放大器16的增益随着音量设置而增大。在曲线D、D’和D”所示情形中，不进行压缩。CI值等于压缩装置14的输入电平值。
在曲线E、F和G所示情形中，使用与图4中曲线E、F和G所示情形相同的压缩比，但是目前的曲线E、F和G在放大器的增益设定值方面是不同的。CI值等于L1。在曲线A、B和C所示情形中，使用与图4中曲线A、B和C中相同的压缩比，但是目前的曲线A、B和C在放大器16的增益设定方面是不同的。A、B和C的音量设置CI值等于L2。
图6表示在采用依赖于电平压缩的情况下作为压缩装置14的输入电平函数的放大器16的输出电平。对于音量设置D”、E、F和G，如果压缩装置的输入信号超过值L1，则压缩量增大。对于音量设置G，压缩量从压缩比0.33增大到压缩比0.25，对于音量设置F，压缩量从压缩比0.5增大到压缩比0.33，对于音量设置E，压缩量从压缩比0.75增大到压缩比0.5，对于音量设置D”，压缩量从压缩比1(没有压缩)增大到压缩比0.75。
对于音量设置D’，输入信号与输出信号之间的关系与图6所示相同。
对于音量设置A、B、C和D，如果压缩装置的输入电平下降到低于值L2，则压缩量增大。对于音量设置A，压缩量从压缩比0.33增大到压缩比0.25，对于音量设置B，压缩量从压缩比0.5增大到压缩比0.33，对于音量设置C，压缩量从压缩比0.75增大到压缩比0.5，对于音量设置D，压缩量从压缩比1(没有压缩)增大到压缩比0.75。
权利要求
1.声频再现装置，该装置包括用于放大声频信号的一个放大器和用于压缩声频信号动态范围的压缩装置，其特征在于所说声频再现装置包括用于根据音量设置调整压缩量的控制装置。
2.如权利要求1所述的声频再现装置，其特征在于所说压缩装置用于在所说音量设置高于一个预定值时限制所说声频信号高电平部分的电平。
3.如权利要求1或2所述的声频再现装置，其特征在于所说压缩装置用于在所说音量设置低于另一个预定值时增强所说声频信号低电平部分的电平。
4.如权利要求2或3所述的声频再现装置，其特征在于所说压缩装置用于随着音量设置增大到大于所说预定值时增大压缩量。
5.如权利要求2、3或4所述的声频再现装置，其特征在于所说压缩装置用于随着音量设置下降到低于所说另一个预定值时增大压缩量。
6.如在先权利要求之一所述的声频再现装置，其特征在于所说装置包括背景噪声电平检测装置，并且所说压缩装置还用于根据背景噪声电平调整压缩量。
7.电话终端设备，其包括根据权利要求1、2、3、4、5或6之一所述的一种声频再现装置。
8.如权利要求7所述的电话终端设备，其特征在于所说电话终端设备包括用于在结束通话之后关断压缩处理的控制装置。
9.用于放大声频信号和压缩所说声频信号的动态范围的声频再现方法，其特征在于所说声频再现方法包括根据音量设置调整所说压缩比。
10.如权利要求8所述的声频再现方法，其特征在于所说方法包括在所说音量设置大于一个预定值时限制所说声频信号高电平部分的电平。
11.如权利要求9或10所述的声频再现方法，其特征在于所说方法包括在所说音量设置低于另一个预定值时增强所说声频信号低电平部分的电平。
全文摘要
在诸如移动电话终端设备的声频再现装置(2)中,利用压缩装置(14)压缩解码语音信号以改善在存在强背景噪声情况下对于语音信号的理解效果。在现有技术声频再现装置中,响应由一个适合的检测装置测得的背景噪声电平确定压缩比。在这种检测处理中,考虑了使用者应付背景噪声的能力。根据本发明的发明构思,所说声频再现装置(2)包括用于根据由使用者借助于用户界面(6)输入的音量设置将压缩比设定为一个值的控制装置(8)。
文档编号G10L19/00GK1249053SQ98802932
公开日2000年3月29日 申请日期1998年10月12日 优先权日1997年10月28日
发明者J·拉佩利 申请人:皇家菲利浦电子有限公司