专利名称：用于消除由于回声所造成的错误判决的在便携式通信设备中判决免提通话操作的方法
技术领域：
本发明一般涉及在便携式通信设备中的免提通话操作，特别涉及在存在有输入回声的泄漏网络中的输入和输出音频路径之间的判决(arbitration)。
背景技术：
例如蜂窝式电话这样的便携式通信设备已经获得广泛的市场分布，并且通常由许多人所使用，特别是在市区中。蜂窝式电话技术接近于成熟，并且蜂窝式电话的制造商经常对蜂窝式电话增加新的特征，以增加它们的市场竞争力和有效性。这样一种特征是操作的免提通话模式。
把一个免提通话功能应用于一个蜂窝式电话长期以来是一个具有困难的挑战。有几个原因。一个重要的原因是使用蜂窝式电话的环境具有较大变化，与常规的陆地通信线的免提通话/电话不同，其通常用于办公室或家庭的环境中。使用蜂窝式电话的地点通常具有大量背景噪声，并且特别是当车辆运行时所发出的声音，或者流过车辆顶端的气流。多种这样的问题已经在美国专利6,122,531、6,138,040和6,157,902中得到解决，所有这些问题都被转让给本受让人。
这三个专利描述在操作一个单工的免提通话中所涉及的各种问题，以及在存在有噪声背景的两个音频路径之间的判决。但是，已经发现不是由于外部噪声，而是由于电话通信系统的特性而影响该判决的其他因素。具体来说，发现工作于免提通话模式中的便携式通信设备的用户的语音能量可以作为回声从作为基础设备的交换设备返回。该回声，如果在用户说话的停顿过程中被接收，则可能导致该便携式通信设备判断已经接收输入的语音，并且切断话筒路径和激活扩音器路径。当用户再次说话时，如果该回声仍然存在，则该便携式通信设备将忽略话筒路径，直到该回声停止时为止。这导致要由远处的相对方所听到的用户的语音的缺失。这还造成用户在说话时听到破裂声。因此，需要一种在消除由于回声所导致的错误操作的便携式通信设备中的判决免提通话操作的方法。
图1示出在导入回声的一种便携式通信设备和公共交换电话网络之间的连接的方框图；图2示出干扰常规的单工免提通话的判决的回声出现情况的曲线图；图3示出用于消除由于回声所造成的错误判决的一个便携式通信设备中判决免提通话操作的方法操作的曲线图；图4示出用于消除由于回声所造成的错误的在一个便携式通信设备中判决免提通话操作的方法的流程图。
尽管本说明书以定义被认为是具有新颖性的本发明的特征的权利要求为结束，但是应当知道从下文的描述结合附图而考虑，可以更好地理解本发明。对问题进行简短地描述是有用的。
参见图1，其中示出连接在一个便携式通信设备和其中导入噪声的公共交换电话网络之间连接的一个方框图100。该便携式通信设备或蜂窝式电话102当前正在与另一方进行通话，并且处于免提通话模式。该电话包括扩音器和音频放大器，其能够把所接收的语音信号放大到可以由电话的用户在一定距离内听到的程度。如本领域普通技术人员所公知，该电话包括一个收发器，其包括一个接收器和发送器。该接收器、放大器和扩音器形成一个扩音器路径。一个话筒和发送器形成一个话筒路径。判决(arbitration)是在远处的相对方说话时对该话筒路径进行静音处理并且激活扩音器路径，并且在该电话用户说话时对扩音器路径进行静音处理，并且激活话筒路径。这种判决导致一个单工免提通话(speakerphone)模式。线路104表示话筒路径信号，其在通过空中接口(air inferface)发送到固定的基础结构设备，这是众所周知的。线路106表示由该电话所接收的所接收信号，并且可以是与该电话的用户进行通话的远处相对方的语音信号，其转换该信号。最后，所发送的信号遇到一个混合连接108，其可能在该电话信号通过公共交换电话网络(PSTN)110时或者在更接近于该远处相对方设备的PSTN之后被使用时，由于混合的不匹配而产生回声。一般来说，一个便携式通信设备的信号通过一个移动交换中心，如本领域所公知，该移动交换中心包括一个回声消除器。但是，通常回声消除器不能够完全消除由该混合所产生的回声，并且这种情况在呼叫使用老式电话系统(POTS)线路的相对方时更加常见。通常回声消除是不完善的并且导致所发送信号的回声112被在所接收的信号上发送回来。如本领域普通技术人员所公知，当电话本身在话筒路径和扩音器路径之间判决时，该电话继续以双工模式发送和接收，这意味着，它继续同时进行接收和发送，或者在时隙对中基本上同时，如在时分的空中接口中那样。
现在参见图2，其中示出说明出现干扰常规的单工免提通话的判决的回声的曲线图200。该上方曲线202是在话筒路径中的能量与时间的关系的曲线图。下方曲线204是在扩音器路径中的能量与时间的关系的曲线图。该瞬时的话筒路径能量值由曲线206所示。该能量电平表示在话筒路径中的信号，即，由用户在说话时所产生的信号。最好通过对由话筒所产生的模拟信号进行数字化、把数字化的信号分割为帧、并且确定在每个帧中的能量而确定该能量。在使用数字调制的电话中，通常执行语音编码，例如矢量和激励的线性预测(vector sum excied linearpredictive，VSELP)编码。每个VSELP帧包括一个能量测量值，其可以用于本发明中。只要该话筒路径能量值大于话筒能量阈值208，该电话判断在话筒路径中存在语音。在一些时刻210，对电话说话的人可能在说话时具有停顿或者短暂的中断。然后在该电话的用户在时刻212重新开始说话之前可能接收回声214。在此时，首先接收该回声，话筒路径能量电平仍然较低，因为说话人仍然保持停顿。根据通常的判决规则，这种情况将导致该电话对话筒路径进行静音处理，并且激活扩音器路径，直到回声能量电平在时刻216下降，其中该话筒路径被重新激活，并且扩音器路径被静音。但是，由于所接收的是回声，并且没有来自远处相对方的语音，在时刻212和216之间，该用户的语音不被远处相对方所听到，因为根据常规的判决，该话筒路径被静音。
现在参见图3，其中示出说明用于消除由于回声所造成的错误判决的在便携式通信设备中判决免提通话的方法操作的曲线图300。上方曲线302表示在话筒路径中的语音能量与时间的关系的检测，中间曲线304表示在扩音器路径上的语音与时间的关系的检测，以及下方曲线306表示远处相对方听到来自该便携式通信设备的用户的语音的时间段。这些曲线示出当能量足够高以在本例中判断在各个路径中存在语音时的相对时间段。
根据本例，最初没有检测到语音。在该优选实施例中，当便携式通信设备处于免提通话模式中时，该话筒路径被激活，并且当在任何路径中都没有检测到语音时，扩音器路径被静音。换句话说，当在任何路径中都没有检测到语音时，缺省状态是激活话筒路径，并且使扩音器路径静音。根据本实施例，便携式通信设备的用户在时间段308过程中说话。因此，上方曲线示出在该时间过程中在话筒路径中检测到语音。这意味着，在时间段308过程中，话筒路径能量值超过话筒能量阈值。该话筒能量阈值可以固定在预选的电平，或者通过处理，它可以被动态改变，以保证在此存在语音。因此，该时间段308可以表示由该便携式通信设备的用户所说出的单词。在时刻310中，该话筒路径能量值下降到低于话筒能量阈值，因此该便携式通信设备不再判断该话筒路径中存在语音。在随后的时刻312，在该扩音器路径304中，当该话筒路径能量值保持低于该话筒能量阈值时，在脉冲314的时间段过程中该扩音器路径能量值被检测为大于在扩音器路径上的扩音器能量阈值。该扩音器能量阈值由线316所表示。但是，由于该时序和相对较低的能量电平，尽管能量足够大，但是该脉冲被假定为回声所造成的结果。在另一个实施例中，如果扩音器路径能量值升高到高于最大回声能量阈值318时，然后假定在扩音器路径中的能量是说话的所导致而不是回声所导致的结果。在时刻312升高扩音器路径能量之后，在时刻320，该话筒路径能量在脉冲322过程中再次升高到超过该话筒能量阈值。
通常在该脉冲322过程中出现的语音的初始部分被回声脉冲314所截止。但是，根据本发明，一旦该话筒能量在310下降到低于话筒路径能量阈值，该便携式通信设备在该扩音器路径检查在以时刻310为开始的回声抑制时间周期。该回声抑制时间周期可以变化，但是通常在50至500毫秒的范围内。该回声抑制时间周期可以通过例如由在该便携式通信设备中的一个软件定时器所操作的一个回声抑制时间周期定时器来测量。在此，该回声抑制时间周期以时刻310为开始，并且直到时刻324结束。如果在该回声抑制时间周期结束之前，并且当扩音器路径能量值在比回声返回持续时间周期更长的时间段中保持大于该扩音器能量阈值时，该便携式通信设备对该话筒路径进行静音处理，并且激活扩音器路径能量值。该回声返回持续时间周期比回声抑制时间周期更短。该扩音器能量脉冲314比回声返回持续时间周期更短，因此该便携式通信设备忽略在该扩音器路径中的语音能量。结果，远处相对方在脉冲326和328过程中听到来自该便携式通信设备的用户的语音，并且不会像在常规判决中那样由于回声脉冲314所造成的错误而出现错过该便携式通信设备用户的语音脉冲322的初始部分的情况。图4的流程图示出由该便携式通信设备所执行，做出判决，以实现根据本发明的判决。
现在参见图4，其中示出用于消除由于回声所造成的错误的在一个便携式通信设备中判决免提通话操作的方法的流程图400。在该方法开始(402)时，该便携式通信设备被通电，处于免提通话操作模式中，并且当前处理一个电话呼叫。关于该话筒和扩音器路径的缺省条件是当在任何路径中没有语音能量时，使得该话筒路径激活，并且扩音器路径静音，并且通过话筒能量，这意味着存在足够的信号能量，以表示在各个通路中存在语音信息。语音还可以根据在美国专利No.6,157,906中所公开的方法而检测，该专利的内容通过引用的方式被包含于此。在该优选实施例中，该便携式通信设备检测在扩音器路径中是否存在语音(404)。如果在扩音器路径中存在语音，这意味着该扩音器路径被激活，并且话筒路径被静音，其含义是该便携式通信设备从远处相对方接收语音。因此，该便携式通信设备处理该语音信息(406)，并且通过该便携式通信设备的扩音器播放从远处相对方所接收的音频信息。
如果该扩音器路径不被激活，由该便携式通信设备所做出的下一个判断是在该扩音器路径中是否存在语音能量(408)。如果在该扩音器路径中没有语音能量，则该便携式通信设备必须检测在该话筒路径中是否存在语音能量，即，该话筒路径能量值是否超过话筒能量阈值(410)。如果为是，则该便携式通信设备对一对定时器进行初始化，以定时该回声抑制时间周期(412)和回声返回持续时间周期(418)。然后，下一个语音帧被处理(422)并且该方法在402重新开始。在图4中，该回声抑制时间周期定时器由符号ERP所表示，并且回声抑制时间周期定时器计数由ERP_C所表示。该回声持续时间周期定时器是ERD，并且回声持续时间周期定时器计数为ERD_C。
回到在410处的判断点，如果该话筒路径能量不表示语音出现在该话筒路径上，则该便携式通信设备检测该回声抑制时间周期定时器计数(414)，ERP_C。如果ERP_C表示回声抑制时间周期没有结束，则ERP_C计数器被减小(416)，并且回声持续时间周期定时器被初始化(418)，然后下一个语音帧被处理(422)，并且该处理重新开始。回到在414的判断点，如果ERP_C为0，或者表示回声抑制时间周期已经结束，则该便携式通信设备设置回声持续时间周期定时器计数ERD_C，以表示该回声持续时间周期也已经结束(420)，并且下一个语音帧被处理(422)，以及该方法在402重复开始。
回到在408的判断点，该扩音器路径不被激活，但是如果存在在该扩音器路径上的语音能量，则该便携式通信设备检测在话筒路径上是否存在语音能量(424)。如果为是，则ERP_C和ERD_C计数被设置为其初值(426)。这描述了扩音器能量可能是回声的结果。在该定时器被初始化之后，下一个语音帧被处理(436)，并且该方法重新开始。
如果当扩音器路径包含能量时话筒路径不表示语音能量的存在，则这表示该话筒能量已经降低到低于话筒能量阈值，从而便携式通信设备检测回声持续时间周期定时器ERD_C(428)。如果ERD_C表示该回声持续时间周期已经结束，则该回声抑制时间周期定时器也被设置为0，或者表示该回声抑制时间周期已经结束(430)，并且该便携式通信设备开始激活扩音器路径和对话筒路径进行静音处理(432)，以及处理下一个语音帧(436)。如果该回声持续时间周期在428还没有结束，则该扩音器能量仍然被认为是回声，并且ERD_C回声抑制时间周期定时器和回声持续时间周期定时器都被减小(434)，并且处理下一个语音帧。
在另一个实施例中，可以多执行两个判断，其增强免提通话判决。首先，在扩音器路径中检测语音能量但是扩音器路径还没有被激活时，在时间点438处，该便携式通信设备检测该回声持续时间周期计数器是否当前被设置为其最大值。如果为否，则该便携式通信设备跳过该判断，以检测话筒能量(424)，并且进行到在时间点440的另一个附加判断。跳过在424的判断以允许该便携式通信设备在回声持续时间周期结束时判决，而与话筒路径的状态无关，其使得远处相对方更加容易地插话。在时间点440，该便携式通信设备检测该扩音器路径的能量电平，以检查它是否超过最大回声能量阈值ERT，其表示在扩音器路径中所接收的信号比一般回声具有更大能量，并且有可能是来自远处相对方的语音信息，而不是回声。当在这种情况中时，回声持续时间周期定时器计数ERD_C被设置为0，并且便携式通信设备进行到在428的判断。从该路径之后可以看出，随着ERD_C设置为0，该便携式通信设备将激活扩音器路径，并且在432使得话筒路径静音。如果在440该扩音器路径能量不够大，以清楚地表明在扩音器路径中存在语音，则该便携式通信设备在440不执行任何操作，并且进行到428。
还考虑到，除了简单地观察在话筒路径和扩音器路径中的能量，以检测语音的存在之外，该便携式通信设备可用的其他参数可以与该能量相结合而使用，例如在美国专利No.6,157,906中所述的方法。在这种情况中，除了检测在话筒路径上的该话筒路径能量值超过一个话筒能量阈值，例如可以简单地说，该便携式通信设备检测在话筒路径中的语音。类似地，除了检测在扩音器路径上的扩音器路径能量值大于扩音器能量阈值之外，可以简单地说该便携式通信设备仅仅检测在该扩音器路径中的语音，而与用于检测语音的方法无关。
因此本发明解决由对免提通话返回的回声所触发的错误判决的问题。这增强在免提通话模式中操作的便携式通信设备中的免提通话判决。本发明通过假定回声将在一个回声抑制时间周期内到达，并且当话筒路径能量较低时，在该扩音器路径中的任何能量被忽略；除非该回声抑制时间周期已经结束或者回声持续时间周期已经结束，并且扩音器路径能量电平继续表明已经接收一个信号。另外，如果扩音器能量阈值足够高，以清楚地表示所接收信号不像一个回声，而是来自远处相对方的语音信息，则该便携式通信设备可以切换判决，并且激活该扩音器路径，以及对该话筒路径进行静音处理。
尽管本发明的优选实施例已经被示出和描述，但是应当知道，本发明不受该描述的限定。本领域的普通技术人员将容易想到各种变型、改变、变化、代替和等价方法，而不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种用于判决在便携式通信设备中的免提通话操作以消除由于回声所造成的错误判决的方法，其中包括激活一个话筒路径并且使该便携式通信设备的扩音器路径静音；检测一个话筒路径能量值超过在话筒路径上的话筒能量阈值的情况；在该话筒路径能量值超过该话筒能量阈值之后，检测该话筒路径能量值低于该话筒能量阈值的情况；当该话筒路径能量值低于该话筒能量阈值时，检测一个扩音器路径能量值大于在扩音器路径上的扩音器能量阈值的情况，并且在回声抑制时间周期结束之前，当话筒路径能量值低于该话筒能量阈值时，开始该回声抑制时间周期；以及在该回声抑制时间周期结束之前如果扩音器路径能量值在比一个回声返回持续时间周期更长的时间段内保持大于该扩音器能量阈值，则使该话筒路径静音，并且激活扩音器路径，该回声返回持续时间周期比该回声抑制时间周期更短。
2.根据权利要求1所述的用于判决在一个便携式通信设备中的免提通话操作的方法，其中在回声抑制时间周期结束之前，当话筒路径能量值保持低于该话筒能量阈值时，并且在经过回声返回持续时间周期之前，如果扩音器路径能量值升高为超过最大回声能量阈值，则使得该话筒路径静音，并且激活扩音器路径。
3.根据权利要求1所述的用于判决在一个便携式通信设备中的免提通话操作的方法，其中进一步包括选择该回声抑制时间周期在50至500毫秒的范围内。
4.根据权利要求1所述的用于判决在一个便携式通信设备中的免提通话操作的方法，其中进一步包括如果回声抑制时间周期结束，并且如果话筒路径能量值保持低于话筒能量阈值，则使该话筒路径静音，以及如果扩音器路径能量值升高为大于该扩音器能量阈值，则激活该扩音器路径；当扩音器路径能量值低于该扩音器能量阈值时，激活话筒路径并且使该话筒路径静音。
5.一种用于判决在便携式通信设备中的免提通话操作以消除由于回声所造成的错误判决的方法，其中包括激活一个话筒路径并且使该便携式通信设备的扩音器路径静音；检测一个话筒路径能量值超过在话筒路径上的话筒能量阈值的情况；在检测到该话筒路径能量值低于该话筒路径能量阈值之后，运行在该便携式通信设备中的一个回声抑制时间周期定时器，该回声抑制时间周期定时器用于定时一个回声抑制时间周期；当该话筒路径能量值低于该话筒能量阈值时，检测一个扩音器路径能量值大于在扩音器路径上的扩音器能量阈值的情况，并且在回声抑制时间周期结束之前，当话筒路径能量值低于该话筒能量阈值时，开始该回声抑制时间周期；以及在该回声抑制时间周期结束之前如果扩音器路径能量值在比一个回声返回持续时间周期更长的时间段内保持大于该扩音器能量阈值，则使该话筒路径静音，并且激活扩音器路径，该回声返回持续时间周期比该回声抑制时间周期更短。
6.根据权利要求5所述的用于判决在一个便携式通信设备中的免提通话操作的方法，其中在回声抑制时间周期结束之前，当话筒路径能量值保持低于该话筒能量阈值时，并且在经过回声返回持续时间周期之前，如果扩音器路径能量值升高为超过最大回声能量阈值，则使得该话筒路径静音，并且激活扩音器路径。
7.根据权利要求5所述的用于判决在一个便携式通信设备中的免提通话操作的方法，其中进一步包括选择该回声抑制时间周期在50至500毫秒的范围内。
8.根据权利要求5所述的用于判决在一个便携式通信设备中的免提通话操作的方法，其中进一步包括如果回声抑制时间周期结束，并且如果话筒路径能量值保持低于话筒能量阈值，则使该话筒路径静音，以及如果扩音器路径能量值升高为大于该扩音器能量阈值，则激活该扩音器路径；当扩音器路径能量值低于该扩音器能量阈值时，激活话筒路径并且使该话筒路径静音。
9.一种用于判决在便携式通信设备中的免提通话操作以消除由于回声所造成的错误判决的方法，其中包括激活一个话筒路径并且使该便携式通信设备的扩音器路径静音；检测在该话筒路径上的语音；在先前检测到在该话筒路径上的语音之后，检测在话筒路径上的语音的消失；在检测到该话筒路径上的语音消失之后并且在一个回声抑制时间周期结束之前，检测在该扩音器路径上的语音，该回声抑制时间周期在检测到第一次出现语音的消失时开始；以及在该回声抑制时间周期结束之前如果在扩音器路径上检测的语音比一个回声返回持续时间周期更长，则使该话筒路径静音并且激活该扩音器路径，该回声返回持续时间周期比回声抑制时间周期更短。
10.根据权利要求9所述的用于判决在一个便携式通信设备中的免提通话操作的方法，其中在该回声抑制时间周期结束之前，当没有在该话筒路径上检测到语音时，并且在经过回声返回持续时间周期之前，如果一个扩音器路径能量值升高到超过最大回声能量阈值，则使该话筒路径静音，并且激活该扩音器路径。
全文摘要
一种免提通话判决方法被用于消除电话电路的影响。该方法假设在免提通话中所接收的语音能量是一个回声(410)，除非该语音能量具有表明它不是回声的特性，例如语音能量的持续时间(418)，以及该语音能量被接收的时间相对于当免提通话的用户结束说话或者暂停说话时的时间长度。
文档编号H04M9/08GK1505870SQ02808869
公开日2004年6月16日 申请日期2002年2月20日 优先权日2001年3月16日
发明者萨姆埃尔·汉雄·查, 阿里·贝赫布迪安, 普拉蒂克·德塞, 克 德塞, 萨姆埃尔 汉雄 查, 贝赫布迪安 申请人:摩托罗拉公司