音频信号处理设备,音频信号处理方法和通信终端的制作方法

专利名称：音频信号处理设备,音频信号处理方法和通信终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及使得更易于听到经诸如移动电话网络之类通信网络发送的来电的话音的音频信号处理设备和音频信号处理方法，和诸如能够实现音频电话通话的移动电话终端之类的通信终端。
背景技术：
迄今为止，对于通过诸如移动电话网络之类的通信网络进行音频电话通话的情况，提出一种通过在受话侧对电话通话音频信号应用预定的信号处理，便于在存在环境噪声的环境中听到电话通话的话音的技术。
例如，未经审查的日本专利申请7>开No.7-221832(图l)乂A开一种通过比较环境噪声与来电音频的频率特性，和改变来电音频的频率特性，便于听到来电音频的技术。

发明内容
不过，如上所述，为了比较环境噪声与来电音频的频率特性，和改变来电音频的频率特性，要进行大量的处理，比如对环境噪声和来电音频的信号分析，和这些分析结果之间的比较。为此，存在对处理能力有限的设备，比如移动电话终端来说负担变大的问题。
移动电话终端一般用在各种环境中。在使用环境之中，特别地，在诸如集合场所或酒馆之类环境中使用移动电话终端的情况下，进行电话通话的谈话者周围的其它人的话音变成噪声源。不过，就移动电话终端在如此存在源自其它人的噪声的环境下的使用而论，尚不存在使得更易于听到来电音频的技术。
鉴于上述情况，提出了本发明，理想的是提供一种能够以较小的
7处理量，使得更易于听到电话通话音频(来电的话音)的音频信号处理设备，音频信号处理方法和通信终端，尤其是即使在除进行电话通话的谈话者之外的其它人的话音变成噪声源的环境下，也能够使得更易于听到电话通话的话音的音频信号处理设备，音频信号处理方法和通信终端。
按照本发明的一个实施例，提供一种音频信号处理设备，包括频带信号分量提取单元，所述频带信号分量提取单元被配置成从音频收集装置输入的音频信号中提取预定频带中的信号分量，所述音频收集装置被配置成在音频电话通话时收集至少一个去电音频；固定信号分量提取单元，所述固定信号分量提取单元被配置成从频带信号分量提取单元提取的信号分量中，至少提取固定信号分量；信号调整单元，所述信号调整单元具备相对于输入信号电平，调整输出信号电平的电平调整功能，和借助控制信号改变在电平调整功能中的电平调整时的输入和输出特性的输入和输出特性改变功能，所述信号调整单元被配置成把音频电话通话时的来电音频信号设为输入信号；和控制信号产生单元，所述控制信号产生单元被配置成通过至少使用固定信号分量提取单元提取的固定信号分量，产生改变信号调整单元的输入和输出特性的控制信号。
即，按照本发明的实施例，从音频收集装置输入的音频信号中提取预定频带中的信号分量。对于所述预定频带，可例证的是人声的频带。在预定频带中的信号分量之中，固定信号分量可被看作源自除进行电话通话的谈话者的话音之外的周围其它人的话音的信号分量。于是，按照本发明的实施例，当使用固定信号分量时，音频电话通话时的来电音频信号的电平被调整。更具体地说，按照信号分量的电平的大小，控制音频接收侧的动态特性。
另外，按照另一实施例，在音频信号处理设备中，频带信号分量提取单元可包括用于从输入音频信号中提取第一频带中的信号波形的第一滤波器，用于从输入音频信号中提取第二频带中的信号波形的第二滤波器，配置成检测通过第一滤波器之后的信号波形的包络的第
8一包络检测器，和配置成检测通过第二滤波器之后的信号波形的包络的第二包络检测器，输出经第 一 包络检测器进行包络检测后的信号波形作为第一频带中的信号分量，输出经第二包络检测器进行包络检测后的信号波形作为第二频带中的信号分量，固定信号分量提取单元可包括配置成使经第一包络检测器进行包络检测后的信号波形静音的静音单元，和配置成当包络检测之后的信号波形的信号电平超过预定阈值，并且该状态持续预定时间时，取消静音单元的静音，当在静音取消之后，信号电平低于预定阈值时，启动静音单元的静音的静音控制单元，并输出静音单元的输出波形作为固定信号分量，控制信号产生单元可使用由从静音单元输出的信号波形构成的固定信号分量，和由经第二包络检测器进行包络检测后的信号波形构成的第二频带中的信号分量来产生控制信号。
即，按照本发明的实施例，作为预定频带中的信号分量，第一频带和第二频带中的信号分量被提取。对于第一频带，可例证的是人声
的频带。对于第二频带，可例证的是比人声的频带低的频带。从而，按照本发明的实施例，根据第 一频带中的信号分量和第二频带中的信号分量之中，通过静音单元的信号分量产生控制信号。
按照本发明的实施例，根据从输入音频信号中提取的预定频带中的信号分量，调整音频电话通话时的来电音频信号的电平。即，当周围环境噪声较大时，按照增大来电音频信号的电平的方式进行电平调整。从而，能够以较小的处理量使得更易于听到电话通话音频(具体地说，来电的话音)。特别地，按照本发明的实施例，人声的频带被用于预定频带。从而，在人声被包括为噪声源的环境下通话时，能够更易于听到来电音频。
另外，对于预定频带，例如，分别提取人声的第一频带和比第一频带低的第二频带，相应频带中用于分析的时间延迟被最小化，并且被相互结合，以致能够应用于宽频带中的周围环境噪声，另外能够实现响应时间更快的来电音频信号的电平调整。


图1是按照本发明的一个实施例的移动电话终端的示意配置的
方框图2是在按照本实施例的移动电话终端的音频处理单元中设置的噪声检测单元和来电音频处理单元的详细配置的电路方框图；图3是用于描述人声的频率特性的示意图；图4是包括周围环境噪声的实测来电音频信号的振幅-频率特性
图5是图4的来电音频信号的振幅-频率特性图，其中0Hz-300Hz
被展开；
图6是实测的来电音频信号的共振峰的振幅-频率特性图；图7是图4的来电音频信号的振幅-频率特性图，其中0Hz-300Hz被展开；
图8是噪声检测单元中的低通滤波器的频率特性的特性图9是噪声检测单元中的低通滤波器的频率特性之中，低频带部
分被展开的特性图IO是从麦克风输入的音频信号波形，和从通过噪声检测单元
中的低通滤波器后的音频信号波形中获得的LPF通过后信号波形的
波形图ll是噪声检测单元中的带通滤波器的频率特性的特性图；图12是从麦克风输入的音频信号波形，和从通过噪声检测单元
中的带通滤波器后的音频信号波形中获得的BPF通过后信号波形的
波形图13A-13C是带通滤波器分支路径上的包络检测器的输出信号波形例子，静音电路的输出信号波形例子，和混合音量电路的输出信号波形例子的波形图14A-14C是低通滤波器分支路径上的包络检测器的输出信号波形例子，带通滤波器分支路径上的混合音量电路的输出信号波形例子，和比较器的输出信号波形例子的波形图；图15是从噪声检测单元输出的控制信号(表示周围环境噪声的粗 略能量过渡现象)的波形例子的波形图16是其中从噪声检测单元输出的控制信号通过动态特性调整 单元的限幅器和放大器的波形例子的波形图17是按照本实施例的具有可变转折点的自动电平控制器的输 入和输出特性曲线的特性图18是其中图17的可变转折点的附近区域被展开的特性图19是用于描述控制信号的电平变化和可变转折点的变化之间 的关系的示图20是经控制本实施例的自动电平控制器进行电平调整后的来 电音频信号的示意振幅波形的波形图21是用于描述其中在具有与自动电平控制器的输入和输出特 性曲线平行的线段的状态下，改变输入和输出特性的例子的特性图， 在所述自动电平控制器的输入和输出特性曲线中，输入电平和输出电
平--对应；
图22表示在通过数字处理控制自动电平控制器的输入和输出特 性的情况下，控制信号和转折点之间的关系的例子；
图23表示在通过数字处理控制自动电平控制器的输入和输出特 性的情况下，控制信号和转折点之间的关系的另 一 例子；
图24是在从噪声检测单元输出的图15的控制信号通过共振峰调 整单元的限幅器和放大器之后的信号波形的波形图25是共振峰调整单元的带通滤波器的频率特性的特性图26是通过实测从来电音频信号输出端子输入的来电音频信号 而获得的振幅-频率测量图27通过实测经共振峰调整单元的带通滤波器进行带通处理后 的来电音频信号而获得的振幅-频率测量图28是共振峰调整单元的放大器中的控制信号与放大系数之间 的关系的示意图29是用于描迷其中共振峰调整单元调整人声的频率特性中的第二共振峰的频率特性的状态的示意图30是通过实测经共振峰调整单元的放大器进行增益调整后的
来电音频信号而获得的振幅-频率测量图31是通过实测经共振峰调整单元的加法器进行加法处理后的 来电音频信号而获得的振幅-频率测量图32是用于描述设置在按照本实施例的移动电话终端的音频处 理单元中的噪声检测单元的另 一示意配置例子的方框图。
具体实施例方式
下面，参考

本发明的实施例。
应注意按照本发明，移动电话终端被描述成本发明的一个例子， 不过当然，这里描述的内容只是一个例子，本发明并不局限于该例子。 移动电话终端的示意配置
图l表示按照本实施例的移动电话终端的示意配置。 在图l中，通信天线12是内置天线，进行电话通话或诸如电子 邮件之类分組通信的信号波的传输。通信电路11进行传输信号的频 率转换，调制，解调等等。
控制单元10由CPU(中央处理器)构成，进行通信电路11中的通 信的控制，音频处理的控制，图像处理的控制，各种其它信号处理， 各个单元的控制等等。另外，控制单元10进行保存在存储单元15中 的各种控制程序和应用程序的执行，伴随所述执行的各种数据处理等 等。
扬声器21由设置在移动电话终端中的用于来电的扬声器，和输 出振铃(提醒铃声)，报警声音，警告声音，再现音乐，数字音频，再 现视频的声音等的扬声器构成。扬声器21把从音频处理单元20供给 的音频信号转换成将输出到空中的声波。
麦克风22是收集去电和外部音频的麦克风，被配置成把声波转 换成音频信号，并把该音频信号输入音频处理单元20。
音频处理单元20放大通过预定的音频处理，例如数/模转换之后
12的解调而产生的音频数据，并把放大后的音频信号输出给扬声器21。 另外，音频处理单元20对从麦克风22供给的输入音频信号进行放大 和模/数转换，并对模/数转换后的音频数据应用预定的音频处理，比 如编码。另外，特别地，就按照本发明的实施例的移动电话终端来说， 音频处理单元20配有噪声检测单元23和来电音频处理单元24。噪声 检测单元23和来电音频处理单元24的详细配置和操作将在后面说 明。
操作单元13由设置在按照本实施例的移动电话终端的外壳(未示 出)上的包括各种按键，比如数字小键盘，通话键和通话结束/电源键 的各种操作元件，和诸如方向键和滚轮之类的各种操作元件在内的各
种操作元件，及配置成当这些操作元件被操作时，产生操作信号的操 作信号发生器构成。
显示单元14包括诸如液晶显示器或有机EL(电致发光)显示器之 类的显示装置，和显示器的显示器驱动电路。根据从图像处理单元25 供给的图像信号，显示单元14把各种字符，比如电子邮件和消息显 示在显示器上，和显示静止图像，视频图像等。
图像处理单元25进行产生显示在显示单元14上的字符，符号， 图像等的图像信号的处理。另外，在控制单元10的控制下，图像处 理单元25还显示各种用户界面屏幕，网页等等。
存储单元15包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)。 ROM包括诸如NAND型闪速存储器之类的可重写存储介质，还保存 OS(操作系统)程序，控制单元10控制各个单元的控制程序，各种应 用程序，比如除压缩和编码的音乐数据内容和视频图像数据内容之 外，各种初始设置值，字体数据，相应的字典数据，机器名信息，和 终端标识信息。遇必要时，作为控制单元10进行各种数据处理的工 作区，RAM保存数据。
另外，尽管图1中未示出，不过按照本实施例的移动电话终端还 配有向普通的移动电话终端提供的相应组件，比如用于图像拾取照片 图像的数字照相机单元，用于按键照明，来电灯等的LED(发光二极
13管)，LED的驱动单元，向各个单元供电的电池，控制电池的电力的 电源管理IC单元，基于所谓的蓝牙(注册商标)系统，UWB(超宽带) 系统，无线LAN(局域网)进行近距离无线通信的近距离无线通信单元， 具备非接触IC卡功能和读写器功能的非接触通信处理单元，GPS(全 球定位系统)通信单元，外部存储器插槽，数字广播接收调谐器单元， AV编译码器单元，和计时器(时钟单元)。
噪声检测单元和来电音频处理单元的细节和操作的说明
图2表示设置在按照本实施例的移动电话终端的音频处理单元 20中的噪声检测单元23和来电音频处理单元24的详细配置。应注意 下面为了便于描述，说明了其中处理模拟音频信号的例子，不过本发 明的实施例当然也可应用于其中处理数字化音频信号的情况。
在按照本实施例的移动电话终端中，来电音频处理单元24包括 动态特性调整单元50和共振峰调整单元40。动态特性调整单元50是 输入和输出特性改变功能单元，被配置成当按照本实施例的移动电话 终端进行电话通话时，按照来自噪声检测单元23的控制信号，控制 从通话的另一方发送的来电音频信号的输入和输出特性(动态特性)。 共振峰调整单元40是电平调整功能单元，配置成进行强调后面说明 的包含在来电音频信号中的共振峰之中，尤其很难与周围环境噪声的 波峰重叠的第二共振峰的处理。即，共振峰调整单元40起升高来电 的话音的共振峰分量的均衡器的作用。
噪声检测单元23由周围环境噪声检测单元和控制信号产生单元 构成。当按照本实施例的移动电话终端进行电话通话时，噪声检测单 元23检测包括在由麦克风22收集的音频信号中的周围环境噪声电 平，并根据周围环境噪声水平产生动态特性调整单元50的用于控制 输入和输出特性的控制信号。
即，按照本实施例的移动电话终端根据周围环境噪声电平，调整 音频电话通话上的来电音频信号的电平。更具体地说，例如，当周围 环境噪声电平较大时，通过在受话侧控制动态特性，以便增大来电音 频信号的电平，能够以较小的处理量更容易地听到电话通信音频(特别地，来电上的话音)。
另外，在按照本实施例的移动电话终端中，噪声检测单元23还 检测由除电话通话期间谈话者的话音之外的其它人的话音造成的周 围环境噪声，并根据由所述其它人的话音造成的周围环境噪声产生控 制信号。
借助这种配置，在按照本实施例的移动电话终端中，即使在存在 由其它人的话音造成的周围环境噪声的情况下，也能够更容易地听到 来电音频。
下面，具体说明使得更易于听到来电音频的上述配置和操作。
在图2中，从用于电话通话的麦克风22输出的音频信号被输入 设置在音频处理单元20中的噪声检测单元23的麦克风音频输入端子 31。输入麦克风音频输入端子31的音频信号,皮放大器32放大，之后 作为去电音频信号从去电音频输出端子35输出给进行去电音频处理 的普通电路单元。
另外，按照本实施例，由放大器32放大的音频信号从上述去电 音频的输出路径分支，并被引入相互并行设置的低通滤波器(LPF)33 和带通滤波器61。
设置到低通滤波器33和带通滤波器61的相应分支路径，以检测 在从麦克风33输入的音频信号中包含多少周围环境噪声。就本实施 例来说，尽管下面将说明细节，不过低通滤波器33 —侧的分支路径 是为了检查从中基本消除了人声的周围环境噪声而设置的。另一方 面，带通滤波器61 —侧的分支路径是为了检测由除电话通话期间谈 话者的话音之外的其它人的话音造成的周围环境噪声而设置的。
这里，在人声的频率特性中，如图3中用实线表示的特性曲线中 所示，存在特定的波峰(共振峰)。尽管存在个别变化，不过在约300Hz-3.4kHz之间，共振峰的频率具有较大的两个波峰(共振峰)。第一个共 振峰存在于500kHz-lkHz附近，第二个共振峰存在于1.5kHz-3kHz 附近。
另一方面，取决于环境，周围环境噪声的变化是相当大的，不过
15移动电话终端的一般使用环境中的周围环境噪声的频率特性通常从
低频带到高频带衰减，如图3中用虚线表示的特性曲线中所示。
应注意图4是包括周围环境噪声的实测来电音频信号的振幅-频 率特性图，图5是其中0Hz-300Hz被展开的图4的来电音频信号的振 幅一频率特性图。另外，图6是实测来电音频信号的共振峰的振幅-频 率特性图，图7是其中0Hz-300Hz被展开的图4的来电音频信号的振 幅-频率特性图。
鉴于上面所述，按照本实施例的移动电话终端配备具有图8和9 中所示的特性，用于识别在来自麦克风22的输入音频信号中包含多 少周围环境噪声的低通滤波器33，从所述周围环境噪声中基本消除了 人声。应注意通过改变图8的x轴(频率轴)的比例大小，图9表示图 8的展开的低频带部分。即，按照本实施例，对于低通滤波器33，使 用具备例如图8和9中所示的相对陡峭的特性，并且其中如图3中所 示，小于人声的频率特性中的第一个共振峰的频带被设为截止频率(本 发明的实施例的第二频带)的滤波器。应注意按照本实施例，对于低通 滤波器33,使用具有例如50Hz-140Hz(特别地，在图8和9的例子中 约100Hz)的截止频率，和约4阶的Chebyshev特性的滤波器。
按照本实施例，当进行低通滤波器33的低带通时，如图10中所 示，从麦克风22输入的音频信号波形Bf被设为LPF通过后信号波形 Alpf。即，LPF通过后信号波形Alpf是通过从麦克风22的输出信号 中除去人声的分量极少的频带分量(即，从中基本消除人声的周围环境 噪声的信号分量)而获得的信号波形。
上述通过低通滤波器33的信号(即，从中基本消除人声的周围环 境噪声的信号分量)被发送给如图2中所示的包络检测器34。
在包络检测器34中，通过对经过低通滤波器33的信号进行包络 检测，更具体地说，通过对每个一定时间间隔的LPF通过后信号波形 Alpf求平均值和采样，产生表示上述周围环境噪声的粗略能量过渡现 象的信号。即，按照本实施例，包络检测器34的输出信号是表示在 从麦克风22输入的音频信号中包含多少从中基本消除人声的周围环境噪声的检查结果的信号。应注意在包络检测器34中，检测上述能 量过渡现象的时间频率(每个一定时间间隔的平均化周期)不受限制， 不过最好按照在后一级的来电音频处理单元24中使用的处理时间单 位(例如100msec)设置所述时间频率。
顺便提及，上面提及的由低通滤波器33提取的周围环境噪声分 量局限于音域低于人声的噪声分量。应注意移动电话终端用在诸如聚 会场所或酒馆之类的环境中。即，在这样的环境中使用移动电话终端 的情况下，除了进行电话通话的谈话者之外的周围其它人的话音也包 含在上述周围环境噪声中。
另一方面，当在人声变成噪声源的环境中，用移动电话终端进行 电话通话时，为了对来电音频信号的电平进行上述调整处理，以便于 听到电话通话的话音，电话通话的话音和由周围其它人的话音引起的 噪声分配被相互区分开。即，根据电话通话的话音，如果进行强调来 电音频信号的电平调整，那么来电话音的音质被降低。从而，例如， 除存在电话通话的话音的期间之外，在只存在周围其它人的话音的期 间，进行检测作为噪声分量的其它人的话音的处理。
鉴于上面所述，按照本实施例，提供噪声检测单元23中的带通 滤波器61的分支路径，用于识别在从麦克风22输入的音频信号中， 包含多少由除电话通话期间谈话者的话音之外，其它人的话音引起的 周围环境噪声。
带通滤波器61具有图11中所示的特性。即，带通滤波器61是 具备允许如图11所示，包括人声的频带的从约200Hz-几kHz的较高 频带(按照本发明的实施例的第一频带)通过的特性的滤波器。
按照本实施例，当通过带通滤波器61进行带通时，如图12中所 示，从麦克风22输入的音频信号波形Bf被设为BPF通过后信号波形 Abfp。即，BPF通过后信号波形Abfp是通过从麦克风22的输出信 号提取与人声分量接近的频带分量(即，包括起因于人声的周围环境噪 声的信号分量)而获得的信号波形。
这里，如上所述，在接近人声分量的频带分量被用于检测周围环境噪声的情况下，存在电话通话期间，谈话者本身的话音分量也被检 测为周围环境噪声的问题。
为了解决该问题，按照本实施例的移动电话终端在带通滤波器
61—侧的分支路径中配有静音控制电路64和静音电路63，如图2中 所示。
即，电话通话期间谈话者的话音和起周围环境噪声作用的其它人 的话音浮皮认为具有基本相同的话音频带，不过在时间连续性方面存在 差异。更具体地说，因为在电话通话期间使用单词，由于句子间的停 顿，呼吸，来自电话通话另一方的通话等等，谈话者的话音具有较小 的时间连续性，并且不稳定地变化。相反，随着其它人的数目被增大 和噪声变得更高，由于时间中断较少，起周围环境噪声作用的其它人 的话音变得更稳定。
为了根据话音在上述时间连续性方面的差异区分音频，设置了静 音控制电路64和静音电路63。
返回图2的说明，通过带通滤波器61的信号(人声频带的信号分 量)经与上面说明的包络检测器34类似的包络检测器62被输入静音电 路63和静音控制电路64。
在初始状态下，静音电路6被设置成使输入信号静音(静音ON)， 当从静音控制电路64供给静音OFF信号时，上面提及的静音被取消 (静音OFF)。
当来自包络检测器62的信号电平超过预定阈值，并且该状态持 续预定一段时间(约数秒)时，静音控制电路64向静音电路63输出上 述静音信号。即，静音控制电路64测量包络检测器62的输出信号电 平超过上述阈值的状态的持续时间，当该状态持续上面提及的预定一 段时间时，静音控制电路64输出静音OFF信号。
另外，在静音电路63的静音被取消之后(在输出静音取消信号之 后)，当来自包络检测器62的输出信号电平低于上述预定阈值时，静 音控制电路输出立即启动静音电路63的静音(静音ON)的静音ON信 号。
18制电路64的输入信号是无时间连续性的非固定信号，即与电话通信 的谈话者的音频信号对应的信号的情况下，使静音电路63进入静音 ON状态，包络检测器62的输出信号不被输出给静音电路63的下一 级。另一方面，静音控制电路64的输入信号是具有时间连续性的固 定信号，即与起周围环境噪声作用的其它人的话音对应的信号，使静 音电路63进入静音OFF状态，包络检测器62的输出信号被输出给 静音电路63的下一级。
静音电路63的输出信号被发送给比较器66。另外，低通滤波器 33 —侧的分支路径上的包络检测器34的输出信号也被提供给比较器 66。应注意在静音电路63和比较器66之间设有混合音量电路65。设 置混合音量电路65是为了调整低通滤波器33 —侧的分支路径和带通 滤波器中一侧的分支路径上的信号强度的均衡。
比较器66比较通带滤波器61 —侧的分支路径中经由静音电路 63的包络检测器62的输出信号，与上面说明的低通滤波器33 —侧的 分支路径中的包络检测器34的输出信号之间的电平，并把电平较高 的信号作为控制信号输出给下一级中的来电音频处理单元24。应注意 比较器66中的电平比较是与包络检测器34和包络检测器62中的上 述一定时间间隔的周期同步进行的。
图13A表示包络检测器62的输出信号波形的例子，图13B表示 静音电路63的输出信号波形的例子，图13C表示混合音量电路65的 输出信号波形的例子。
如图13A-13C的例子中所示，在静音电路63和静音控制电路64 的输入信号都是图13A中所示的波形信号的情况下，当信号波形的电 平超过图13A的预定阈值Uh的状态持续预定时间Tth时，静音控制 电路64向静音电路63输出静音OFF信号。借助这种配置，从处于 静音OFF状态的静音电路63输出图13B中所示的波形信号。
另外，之后，在静音控制电路6的输入信号低于上述预定阈值 Lth的情况下，静音控制电路64立即向静音电路63输出静音ON信号。借助这种配置，不从处于静音ON状态的静音电路63输出信号 波形，如图13B中所示。
另外，图14A表示在低通滤波器33的分支路径一侧的包络检测 器34的输出信号波形的例子，图14B表示混合音量电路65的输出信 号波形的例子，图14C表示比较器66的输出信号波形(控制信号)的例 子。
如图14A-14C的例子中所示，作为在带通滤波器61 —侧的分支 路径上的混合音量电路65的输出信号，和在低通滤波器33 —侧的分 支路径上的包络检测器34的输出信号之间的电平比较的结果，从比 较器66输出电平较高的信号。
如上所述，按照本实施例，在基于低通滤波器33—侧的分支路 径中，从中基本除去人声的周围环境噪声的控制信号，和基于带通滤 波器61 —侧的分支路径中，归因于其它人的话音的周围环境噪声的 控制信号之中，具有较高信号电平的信号被输出给来电音频处理单元 24。
借助这种配置，例如，在归因于人声的周围环境噪声大于从中基 本除去人声的周围环境噪声的情况下，在来电音频处理单元24中， 根据与归因于人声的周围环境噪声电平一致的控制信号进行来电音 频信号电平调整。另一方面，在从中基本除去人声的周围环境噪声大 于归因于人声的周围环境噪声的情况下，在来电音频处理单元24中， 根据与从中基本除去人声的周围环境噪声电平一致的控制信号进行 来电音频信号电平调整。
另外，按照本实施例，能够清楚地相互区分其中存在电话通话的 谈话者的话音的时期，和其中只存在归因于其它人的话音的周围环境 噪声的时期。从而，特别地，在其中存在电话通话的谈话者的话音的 时期中，根据与从中基本除去人声的周围环境噪声电平一致的控制信 号，在来电音频处理单元24中进行来电音频信号电平调整。
另外，按照本实施例，能够并行检测从中基本除去人声的周围环 境噪声，和归因于人声的周围环境噪声。从而，在带通滤波器61 —侧的分支路径中产生基于归因于人声的周围环境噪声的控制信号，同
时该控制信号被至少延迟预定时间，另一方面，在低通滤波器33 — 侧的分支路径中，定期产生基于从中基本除去人声的周围环境噪声的 控制信号。即，在按照本实施例的来电音频处理单元24中，在利用 基于根据从中基本除去人声的周围环境噪声定期产生的控制信号，进 行电平调整的响应速度的即时性的时候，能够根据归因于人声的周围 环境噪声进行电平调整。
动态特性调整单元的配置和操作的说明
下面，说明来电音频处理单元24中的动态特性调整单元50和共 振峰调整单元40的详细配置和操作。
首先，说明动态特性调整单元50,之后说明共振峰调整单元40。
在来电音频处理单元24中，从用于常规来电音频处理的电路单 元(未示出)发出的来电音频信号被输入来电音频输入端子45。
该来电音频信号被发送给共振峰调整单元40的带通滤波器 (BPF)44 (后面说明)，另外还被发送给延迟移相单元47。
必要时，通过后面"i兌明的延迟移相单元47，还通过后面说明的 加法器46的来电音频信号在动态特性调整单元50的放大器48中被 ;改大，随后被输入自动电平控制器(ALC)49。
另外，从噪声检测单元23的比较器66输出的控制信号由动态特 性调整单元50的限幅器51对超过规定电平的那部分进行电平限制， 并在必要时由放大器52进一步进行电平调整，之后被发送给自动电 平控制器49。应注意在从比较器66输出的控制信号的信号波形是图 15中所示波形的情况下，经过动态特性调整单元50的限幅器51的电 平限制和放大器52的电平调整的控制信号波形变成图16中所示的波 形。
自动电平控制器49的输出信号经来电音频输出端子53被输出给 来电扬声器21。应注意按照本实施例的自动电平控制器49的细节将 在下面说明。
这里，普通的自动电平控制器(ALC)被配置成具有其中输入和输出特性曲线被描述成一条曲线，并且输入电平和输出电平一一对应的
特性。与此相反，按照本实施例的对来电音频处理单元24设置的自 动电平控制器49被配置成能够根据图16中所示的控制信号，改变输 入和输出特性本身。更具体地说，按照本实施例的自动电平控制器49 被配置成具有如图17-19中所示的具有可变转折点的输入和输出特 性。应注意图18是展开图17的可变转折点的附近区域的图。另外， 图19表示控制信号的电平变化与可变转折点的变化之间的关系。
即，如图17和18中所示，按照本实施例的自动电平控制器49 能够在被认为是归因于人声的来电话音的信号电平的预定输入电平 范围内(例如，在图17和18中，在-30dB或更高和-10dB的上限之间 的范围中)，多级地，例如每一级ldB， 一直到最大10dB(例如每一步 ldB，共11级)改变相对于输入电平的输出电平的值。如图19中所示， 当下一个控制信号的值高于前一个控制信号的值时，上述可变转折点 沿输出电平变高的方向被移动一级(向上一级)。另一方面，当下一个 控制信号的值低于前一个控制信号的值时，进行电平控制，以致上述 可变转折点沿输出电平变低的方向被移动(向下一级)。
更具体地说，在输入电平在预定输入电平之内，例如，控制信号 的值较大的情况下(即，在周围环境噪声较大的情况下)，按照本实施 例的自动电平控制器49进行动态特性控制，以沿相对于输入电平的 输出电平被增大的方向改变上述可变转折点，以致自动电平控制器的 效果被增强。另一方面，例如，在控制信号的值较小的情况下(即，在 周围环境噪声较小的情况下)，按照本实施例的自动电平控制器49进 行动态特性控制，以沿相对于输入电平的输出电平接近一对一关系的 方向改变上述可变转折点，以致自动电平控制器的效果被抑制。
换句话说，在输入某一电平或更高电平的来电音频信号，上述周 围环境噪声较大的情况下(即，当控制信号的值较大时)，按照本实施 例的自动电平控制器49沿确定输入电平输出电平=1:11(这种情况下， n是大于1，并且与上述每个ldB步骤的相应可变转折点对应的值) 的方向调整自动电平控制器的输入和输出特性。从而，例如，如图20
22中所示，来电音频信号的输出电平被增大，便于听到来电音频。另一 方面，当周围环境噪声较小时(即，当控制信号的值较小时)，沿逼近
输入电平:输出电平=1:1的方向调整自动电平控制器的输入和输出特 性。从而，基于自动电平控制器中的动态特性控制的来电话音的音质 恶化被抑制到最小。应注意图20中的实线表示实际的来电音频信号 的振幅波形。图20中的虛线表示当按照本实施例的输出电平被增大 时，来电音频信号的振幅波形。
如上所述，按照本实施例，例如，在周围环境噪声被增大的情况 下，沿逼近输入电平:输出电平-l:n的方向调整自动电平控制器49的 输入和输出特性。即使在来电音频中造成一定的音质降低，来电话音 的电平相对于周围环境噪声仍然变得相当高，来电音频变得易于听 到。另一方面，在周围环境噪声较小，并且沿逼近输入电平:输出电平 =1:1的方向调整自动电平控制器49的输入和输出特性的情况下，由 于来电话音的电平不变高，不过初始周围环境噪声的电平也较低，因 此周围环境噪声不利地影响电话通话的可能性被降低。另外，由于来 电话音的音质恶化被降低，因此来电音频变得更易于听到。
应注意在上面的说明中，如图17和18中所示，作为其中能够多 级地，例如每级ldB, —直到最大10dB改变相对于输入电平的输出 电平的值的例子，说明了可变转折点。不过，可变转折点不仅可以不 连续地变化，而且可以连续地变化。
另外，在上述例子中，为了简化说明，描述了其中在直接遵循周 围环境噪声大小的变化，进行自动电平控制器49中基于可变转折点 的动态特性控制的情况。不过，例如，在周围环境噪声急剧变化的情 况下，上述动态特性控制之后的来电音频会按照用户感觉在听觉方面 不舒服的方式急剧变化。为此，为了避免上述急剧变化，按照本实施 例的自动电平控制器49中的动态特性控制被设计成相对于可变转折 点的变化，准备一定水平的滞后。
另夕卜，在上面说明的图17和18中，说明了其中对于自动电平控 制器49的输入和输出特性被改变的那部分特性曲线，使用在某一预的输入电平)弯曲的特性 曲线的例子。不过，例如，如图21中所示，在提供与对应于1:1的输 入电平和输出电平曲线平行，并且具有一定长度的线段的状态下，也 可使用多级(不连续)地变化或者连续地变化的特性曲线。
即，在图21的例子的情况下，自动电平控制器49能够在被认为 是归因于人声的来电话音的信号电平的预定输入电平范围内，每级 ldB地分多级(例如，以ldB为单位的11级)改变相对于输入电平的输 出电平的值，最大例如10dB。当下一个控制信号的值高于前一个控 制信号的值时，进行动态特性控制，以致增益沿输出电平变高的方向 被移动一级。另一方面，当下一个控制信号的值低于前一个控制信号 的值时，进行动态特性控制，以致增益沿输出电平变低的方向移动一 级。就图21的例子来说，因为只有自动电平控制器49最初具有的输 入和输出特性曲线被平行移动，因此，电路配置方面的变化量较小， 于是，能够容易地以较低的成本实现电路。应注意在动态特性控制时， 检测输入和输出电平，另外准备调整增益的起始时间(增益被降低的时 间)和恢复时间(增益被增大的时间)。可取的是按照上面提及的输入和 输出电平的检测值调整起始时间和恢复时间，以便增益的变化并不剧 烈。
另外，在上面的描述中举例说明了模拟处理的情况。不过，另外， 在使用数字处理的情况下，在控制信号和可变转折点之间建立例如图 22和23中所示的关系。每次以一定的时间间隔(例如100msec间隔) 输入控制信号时，在与相关时间的可变转折点对应的控制信号的值和 前述控制信号之间进行比较。当输入控制信号的值较高时，可使可变 转折点沿输出变高的方向移动一级。另一方面，当输入控制信号的值 较低时，可使可变转折点沿输出变低的方向移动一级。借助这种配置， 即使在使用数字处理的情况下，也能够避免可变转折点的急剧变化。
按照本实施例，当进行上述程序时，在不增大处理量的情况下， 能够便于听到在周围环境噪声下的电话通话的话音。
共振峰调整单元的配置和操作的说明。下面说明来电音频处理单元24的共振峰调整单元40。
从来电音频处理单元24的比较器66输出的控制信号由共振峰调 整单元40的限幅器41对超过规定电平的部分进行电平限制，随后在 必要时，该控制信号由放大器42进行电平调整，以便之后作为控制 信号被发送给放大器43。应注意在从比较器66输出的控制信号的信 号波形是如图15中所示的上述波形的情况下，应用由共振峰调整单 元40的限幅器41限制电平之后的控制倌号波形，在放大器42中进 行的电平调整具有例如图24中所示的波形。
另外，输入来自来电音频输入端子的来电音频信号的带通滤波器 44是具备例如图25中所示的频率特性的滤波器。即，带通滤波器44 是只允许来电音频信号的频带之中，很难与周围环境噪声的波峰重叠 的第二共振峰的频带的滤波器。应注意图26表示通过实测从来电音 频信号输入端子45输入的来电音频信号而获得的振幅-频率测量图， 图27表示通过实测在带通滤波器44的带通处理之后的来电音频信号 而获得的振幅-频率测量图。
通过带通滤波器44的第二共振峰的频带中的来电音频信号被输 入放大器43。
这里，放大器43由具有图28中所示的放大系数和控制信号的关 系的放大器构成。借助这种配置，在放大器43中，如同类似于上面 说明的图3，由图29中的点划线所示的特性曲线，相对于来电音频信 号中的第二共振峰的频带中的信号，进行与控制信号和放大系数之间 的关系一致的图28的增益调整处理(强调处理)。应注意图30表示实 测经放大器43进行增益调整后的来电音频信号而获得的振幅-频率测 量图。
随后，放大器43的输出信号被发送给加法器46。 另外，加法器46被供给经延迟移相单元47进行延迟和相位调整 后的来电音频信号。应注意安装延迟移相单元47是为了向输入来电 音频输入端子的来电音频信号提供与共振峰调整单元40的带通滤波 器44中的延迟类似的延迟。在加法器46中，经延迟移相单元47进行延迟和相位调整后的来 电音频信号，放大器43的输出信号(即，对其进行第二共振峰的增益 调整的信号)被相加。即，加法器46的输出信号是如上述图29中所示， 对其进行处理，以强调包括在来电音频信号的共振峰之中，其频带很 难与周围环境噪声的波峰重叠的第二共振峰的信号。应注意图31表 示通过实测在加法器46的加法处理之后的来电音频信号而获得的振 幅-频率测量图。
随后，从加法器46输出的信号被发送给上面提及的动态特性调 整单元50的放大器48。
噪声检测单元的另一配置例子
图32表示设置在按照本实施例的移动电话终端的音频处理单元 中的噪声检测单元23的另一配置例子。应注意在图32中，和图2的 上述相应组件相同的组件净皮赋予相同的附图标记，其说明被省略。
在图32的配置例子中，在噪声检测单元23中，代替图2中所示 的比较器66,设置加法器67。
即，在图32中，加法器67被供给上述低通滤波器33 —侧的分 支路径上的包络检测器34的输出信号，和上述带通滤波器61 —侧的 分支路径上的混合音量电路65的输出信号。
在加法器67中，带通滤波器61 —侧的分支路径中经过静音电路 63的包络检测器62的输出信号，和低通滤波器33 —侧的分支路径中 包络检测器34的输出信号被相加。
随后，在图32的例子中，来自加法器67的加法信号作为控制信 号被输出给后一级中的来电音频处理单元24。
按照图32的配置例子，通过把低通滤波器33 —侧的分支路径中， 以从中基本消除人声的周围环境噪声为基础的控制信号，和带通滤波 器61 —侧的分支路径中，以归因于其它人的话音的周围环境噪声为 基础的控制信号相加而获得的信号作为控制信号被输出给来电音频 处理单元24。
即，按照图32的配置例子，在不存在电话通话的谈话者的话音的期间，当存在归因于其它人的话音的周围环境噪声时，产生其中既考虑了归因于其它人的话音的周围环境噪声，又考虑了从中基本消除人声的周围环境噪声的控制信号。
于是，按照图32的例子，在来电音频处理单元24中，根据归因于其它人的话音的周围环境噪声，和从中基本消除人声的周围环境噪声，对来电音频信号的电平进行调整。
当然，同样就该例子来说，如上所述，在来电音频处理单元24中，在利用基于根据从中基本除去人声的周围环境噪声定期产生的控制信号的电平调整响应速度的即时性的同时，也能够根据归因于人声的周围环境噪声进行电平调整。
如上所述，按照本实施例，通过利用电话通话期间，从中基本除去人声的周围环境噪声，和由除谈话者的话音外的周围其它人的话音造成的周围环境噪声，进行控制从电话通话的另一方发送的来电音频信号的输入和输出特性(动态特性)的处理。
于是，按照本实施例，即4吏对于不仅处于通常的各种使用环境，而且处于人声变成噪声源的环境，比如集合场所或酒馆的用户，也能够更容易地听到来电音频。
能够以仅仅包括低通滤波，包络检测和自动电平控制的极少处理量，实现按照周围环境噪声的大小，控制来电音频信号的动态特性的处理。
此外，按照本实施例，对来电音频信号进行动态特性控制，同时，进行强调包括在来电音频信号之中，其频带很难与周围环境噪声的波峰重叠的第二共振峰的处理(升高来电的话音的轮廓分量的处理)，以致能够更容易地听到来电音频。
应注意按照上述实施例的描述只是本发明的一个例子。为此，本发明并不局限于上述各个实施例，根据设计等当然能够做出各种变化，而不脱离按照本发明的技术思想。
例如，按照上面提及的实施例，举例说明了诸如移动电话终端之类的移动终端，不过，本发明也可应用于固定线路通信终端，诸如陆线通信终端。另外，本发明也可应用于各种移动终端，比如具备话音
通信功能的PDA(个人数字助手)。
本申请包含和于2008年9月1日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-223835中公开的主题相关的主题，该专利申请的整个内容在此引为参考。
本领域的技术人员应明白，根据设计要求和其它因素，可产生各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在附加的权利要求或其等同物的范围之内。
权利要求
1、一种音频信号处理设备，包括频带信号分量提取单元，所述频带信号分量提取单元被配置成从音频收集装置输入的音频信号中提取预定频带中的信号分量，所述音频收集装置被配置成在音频电话通话时收集至少一个去电音频；固定信号分量提取单元，所述固定信号分量提取单元被配置成从频带信号分量提取单元提取的信号分量中至少提取固定信号分量；信号调整单元，所述信号调整单元具备相对于输入信号电平调整输出信号电平的电平调整功能，和借助控制信号改变在电平调整功能中的电平调整时的输入和输出特性的输入和输出特性改变功能，所述信号调整单元被配置成把音频电话通话时的来电音频信号设为输入信号；和控制信号产生单元，所述控制信号产生单元被配置成通过至少使用固定信号分量提取单元提取的固定信号分量，产生改变信号调整单元的输入和输出特性的控制信号。
2、 按照权利要求l所述的音频信号处理设备， 其中频带信号分量提取单元提取第一频带中的信号分量和第二频带中的信号分量作为预定频带中的信号分量，其中固定信号分量提取单元从预定频带中的信号分量之中的第 一频带中的信号分量中，提取固定信号分量，和其中控制信号产生单元比较由固定信号分量提取单元从第一频 带中的信号分量中提取的固定信号分量的信号电平和由频带信号分 量提取单元提取的第二频带中的信号分量的信号电平，并使用信号电 平较高的信号分量产生控制控制信号。
3、 按照权利要求l所述的音频信号处理设备， 其中频带信号分量提取单元提取第一频带中的信号分量和第二频带中的信号分量作为预定频带中的信号分量，其中固定信号分量提取单元从预定频带中的信号分量之中的第一频带中的信号分量中提取固定信号分量，和其中控制信号产生单元使用通过把由固定信号分量提取单元从 第一频带中的信号分量中提取的固定信号分量和由频带信号分量提 取单元提取的第二频带中的信号分量相加而获得的信号分量来产生 控制信号。
4、 按照权利要求2或3所述的音频信号处理设备， 其中频带信号分量提取单元提取作为第一频带的人声频带中的信号分量，和提取作为第二频带的除人声频带之外的频带中的信号分 量。
5、 按照权利要求1所述的音频信号处理设备，其中频带信号分量提取单元包括用于从输入音频信号中提取预 定频带中的信号波形的滤波器和配置成检测通过滤波器之后的信号 波形的包络的包络检测器，并输出包络检测之后的信号波形作为预定 频带中的信号分量，其中固定信号分量提取单元包括配置成使包络检测后的信号波 形静音的静音单元，和配置成当包络检测之后的信号波形的信号电平 超过预定阈值并且该状态持续 预定时间时取消静音单元的静音、当在 静音取消之后信号电平低于预定阈值时启动静音单元的静音的静音 控制单元，和其中控制信号产生单元至少使用由从静音单元输出的信号波形 构成的固定信号分量产生控制信号。
6、 按照权利要求2-4任意之一所述的音频信号处理设备，其中频带信号分量提取单元包括用于从输入音频信号中提取第 一频带中的信号波形的第 一滤波器，用于从输入音频信号中提取第二 频带中的信号波形的第二滤波器，配置成检测通过第 一滤波器之后的 信号波形的包络的第一 包络检测器，和配置成检测通过第二滤波器之 后的信号波形的包络的第二包络检测器，输出经第 一 包络检测器进行 包络检测后的信号波形作为第一频带中的信号分量，输出经第二包络 检测器进行包络检测后的信号波形作为第二频带中的信号分量，其中固定信号分量提取单元包括配置成使经第 一 包络检测器进 行包络检测后的信号波形静音的静音单元，和配置成当第一包络检测 器进行包络检测之后的信号波形的信号电平超过预定阈值并且该状 态持续预定时间时取消静音单元的静音、当在静音取消之后信号电平 低于预定阈值时启动静音单元的静音的静音控制单元，并输出静音单 元的输出波形作为固定信号分量，和其中控制信号产生单元使用由从静音单元输出的信号波形构成 的固定信号分量，和由经第二包络检测器进行包络检测后的信号波形 构成的第二频带中的信号分量产生控制信号。
7、 按照权利要求l-6任意之一所述的音频信号处理设备，其中 当信号分量的信号电平的值高于规定值时，控制信号产生单元根据信号分量沿输出信号电平相对于输入信号电平变高的方向产生改 变信号调整单元的输入和输出特性的控制信号。
8、 按照权利要求7所述的音频信号处理设备， 其中当按照逐渐减小的方向改变信号分量的信号电平的值时，控制信号产生单元根据信号分量沿输入信号电平和输出信号电平之间 的关系接近1:1的方向产生改变信号调整单元的输入和输出特性的控 制信号。
9、 按照权利要求7所述的音频信号处理设备， 其中信号调整单元根据控制信号步进地或者连续地改变输入和输出特性。
10、 按照权利要求7所述的音频信号处理设备， 其中信号调整单元允许基于控制信号的输入和输出特性的改变的滞后。
11、 按照权利要求7所迷的音频信号处理设备， 其中信号调整单元具有强调包括在音频电话通话时的来电音频信号中的共振峰分量的共振峰调整功能，并把在借助共振峰调整功能 对预定共振峰分量的调整处理之后的来电音频信号设为输入信号。
12、 一种音频信号处理方法，包括下迷步骤频带信号分量提取单元从音频收集装置输入的音频信号中提取 预定频带中的信号分量，所述音频收集装置被配置成在音频电话通话时收集至少一个去电音频；固定信号分量提取单元从频带信号分量提取单元提取的信号分 量中至少提取固定信号分量；控制信号产生单元通过至少使用固定信号分量提取单元提取的 固定信号分量，产生改变信号调整单元的输入和输出特性的控制信 号；和把音频电话通话时的来电音频信号设为输入信号，信号调整单元 借助控制信号产生单元产生的控制信号，改变相对于输入信号电平调 整输出信号电平时的输入和输出特性，从而调整来电音频信号的电 平。
13、 一种通信终端，包括配置成为至少一个音频电话通话进行通信的通信单元； 配置成在音频电话通话时收集至少一个去电音频的音频收集单元；配置成把音频电话通话时的来电音频信号转换成待输出的声波 的音频发射单元；配置成从音频收集装置输入的音频信号中提取预定频带中的信 号分量的频带信号分量提取单元；配置成从频带信号分量提取单元提取的信号分量中至少提取固 定信号分量的固定信号分量提取单元；信号调整单元，所述信号调整单元具备相对于输入信号电平调整 输出信号电平的电平调整功能，和借助控制信号改变在电平调整功能 中的电平调整时的输入和输出特性的输入和输出特性改变功能，所述 信号调整单元被配置成把音频电话通话时的来电音频信号设为输入 信号；和控制信号产生单元，所述控制信号产生单元被配置成通过至少使 用固定信号分量提取单元提取的固定信号分量，产生改变信号调整单元的输入和输出特性的控制信号，其中从信号调整单元输出的来电音频信号被提供给音频发射单元。
14、 一种音频信号处理设备，包括频带信号分量提取单元，所述频带信号分量提取单元被配置成从 音频收集部分输入的音频信号中提取预定频带中的信号分量，所述音 频收集部分被配置成在音频电话通话时收集至少一个去电音频；固定信号分量提取单元，所述固定信号分量提取单元被配置成从频带信号分量提取单元提取的信号分量中至少提取固定信号分量； 信号调整单元，所述信号调整单元具备相对于输入信号电平调整输出信号电平的电平调整功能，和借助控制信号改变在电平调整功能 中的电平调整时的输入和输出特性的输入和输出特性改变功能，所述 信号调整单元被配置成把音频电话通话时的来电音频信号设为输入 信号；和控制信号产生单元，所述控制信号产生单元被配置成通过至少使 用固定信号分量提取单元提取的固定信号分量，产生改变信号调整单 元的输入和输出特性的控制信号。
全文摘要
音频信号处理设备包括频带信号分量提取单元，用于从音频收集单元输入的音频信号中提取预定频带中的信号分量，所述音频收集单元用于收集音频电话通话时的至少一个去电音频，固定信号分量提取单元，用于从信号分量中提取固定信号分量，信号调整单元，所述信号调整单元具有相对于输入信号电平，调整输出信号电平的电平调整功能，和借助控制信号，在电平调整功能中的电平调整时改变输入和输出特性的输入和输出特性改变功能，所述信号调整单元被配置成把音频电话通话时的来电音频信号设为输入信号，和控制信号产生单元，用于通过使用固定信号分量，产生改变输入和输出特性的控制信号。
文档编号H04M1/60GK101668061SQ20091017066
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月1日 优先权日2008年9月1日
发明者立花诚 申请人:索尼爱立信移动通信日本株式会社