DE69421792T2

DE69421792T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Geräuschreduzierung sowie Telefon

Info

Publication number: DE69421792T2
Application number: DE69421792T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Katayanagi; Masayuki Nishiguchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-12-25
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2014-12-23
Also published as: CN1115528A; US5687285A; TW272343B; EP0661689A3; EP0661689B1; KR950022201A; DE69421792D1; MY131662A; EP0661689A2; CN1106091C; JPH07193548A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verringerung des Geräusches, das in Sprachsignalen enthalten ist. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren für ein Geräuschverringerungs-Verfahren, das auf eine Verringerungs-Vorrichtung angewendet wird, die um Verringern des Geräusches bestimmt ist, das durch ein Mikrofon aufgenommenen Sprachsignalen beigemischt ist.
Es sind verschiedenartige Verfahren zum Verringern des in Sprachsignalen enthaltenen Geräusches bekannt. In vielen dieser Verfahren wird eine Art Erweiterungsoperation ausgeführt, bei der durch Ausnutzung des Vorteils aus der Tatsache, dass Geräuschkomponenten im Pegel niedriger als Sprachkomponenten sind, das Eingangssignal derart verarbeitet wird, dass je niedriger der Pegel des Eingangssignals ist, desto größer der Betrag der Bedämpfung des Eingangssignals ist.
Das Ausmaß der Erweiterung, d. h. das Erweiterungsverhältnis, wird so gewählt, dass ein maßvoller Wert gegeben ist, so dass die Erweiterung unter Berücksichtigung des Ausmaßes der Erweiterung, die es ermöglicht, die Geräuschkomponenten im üblichen Zustand wirksam zu verringern, weder zu stark noch zu schwach ist.
Bei einem derartigen Verfahren zum Verringern des Geräusches durch Erweiterung kann es Gelegenheiten geben, bei denen die Wirkung der Geräuschverringerung im Falle eines größeren in dem Eingangssignal enthaltenen Geräusches ungenügend ist. Umgekehrt werden, falls kein Geräusch in dem Eingangssignal enthalten ist, Konsonantentöne, wie "sa", "si", "su", "Se" u. "so" durch eine Erweiterung ausgelöscht, um auf diese Weise einen nichtspontanen Laut zu erzeugen. Das heißt, dass eine Erweiterung selbst in solchen Fällen ausgeführt wird, in denen das Geräusch klein ist und keine Notwendigkeit zum Ausführen der Geräuschverringerungsoperation besteht, was zu verschlechterter Tonqualität führt.
Mit dem zuvor beschriebenen Geräuschverringerungs-Verfahren tendiert der Ton, da der Erweiterungseffekt desto höher wird, je kleiner der Eingangssignal-Pegel ist, dahin, ausgelöscht oder ausgeschieden zu werden, wenn die Erweiterung in Kombination mit einem Sprachkodierer zum Abschwächen eines Signals unterhalb eines bestimmten konstanten Pegels, beispielsweise eines Signals, das nicht höher als -66 dB ist, vorgenommen wird, was beim Dekodieren eine nichtspontane Sprache ergibt.
Die Druckschrift US 4,847,897 offenbart einen adaptiven Dynamikdehner für Fernsprechsignale, der den Verstärkungsfaktor eines Verstärkers proportional zu dem Hintergrundgeräusch-Pegel verringert.
Aus Sicht des Vorstehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Geräuschverringerungs-Verfahren zu schaffen, durch welches das Geräusch ohne Verschlechterung der Tonqualität des wiedergegebenen Sprachsignals verringert werden kann, so dass ein mehr spotaner Wiedergabeton erzeugt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verringerung des Geräusches vorgesehen, das in einem Eingangs- Sprachsignal enthalten ist, mit Schritten zum
Erfassen des Pegels einer Geräuschkomponente, die in dem Eingangs-Sprachsignal enthalten ist, um ein Steuersignal zu bilden, das von dem erfaßten Geräusch-Pegel abhängt, und
Ausführen einer Geräuschverringerungs-Operation an dem Eingangs-Sprachsignal,
dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschverringerungs- Operation Schritte umfaßt zum
Auswählen eines aus einer Vielzahl von Verarbeitungs- Algorithmen in Abhängigkeit von dem Steuersignal, wobei die Verarbeitungs-Algorithmen sind:
ein erster Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Berechnen eines Unterdrückungsverhältnisses, das von dem Pegel des Eingangs-Sprachsignale abhängig ist, und Multiplizieren des Eingangs-Sprachsignale mit dem berechneten Unterdrückungsverhältnis,
ein zweiter Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Berechnen eines Unterdrückungsverhältnisses, das von dem Pegel eines Signals abhängig ist, welches dem Eingangs- Sprachsignal entspricht, dessen Hochfrequenzkomponente vergrößert ist, und Multiplizieren des Signals mit dem berechneten Unterdrückungsverhältnis und
ein dritter Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Durchführen einer Geräuschverringerungs-Operation nur an der Niederfrequenzkomponente des Eingangs-Sprachsignale und Addieren der Niederfrequenzkomponente, an der die Geräuschverringerung durchgeführt wurde, zu der Hochfrequenzkomponente des Eingangs-Sprachsignale.
Die vorliegende Erfindung sieht außerdem eine Vorrichtung zur Verringerung des Geräusches in einem Eingangssprachsignal vor.
Die Inhalte der Geräuschverringerungsoperation, die abhängig von dem Steuersignal modifiziert wird, enthalten vorzugsweise das Ändern eines Schwellwerts des Eingangssignal- Pegels zur Pegel-Erweiterung. Das heißt, dass wenn der Eingangssignal-Pegel unterhalb eines voreingestellten Schwellwerts liegt und eine Pegel-Erweiterung zum Zwecke der Geräuschverringerung durchzuführen ist, der Schwellwert geändert oder abhängig von einem Steuersignal, das auf der Grundlage des Geräusch-Pegels erzeugt wird, der durch einen Geräusch-Pegel-Erfassungsschritt ist, umschaltgesteuert wird.
Die Geräuschverringerungsoperation kann in Übereinstimmung mit einer Eingangs/Ausgangs-Kennlinie durchgeführt werden, die einen Ausgangssignal-Pegel in dB in Beziehung zu dem Eingangssignal-Pegel in dB darstellt und die Form einer geknickten Linie mit zwei oder mehr Knickpunkten hat. Beispielsweise werden ein erster Schwellwert und ein zweiter Schwellwert, der kleiner als der erste Schwellwert ist, für den Eingangssignal-Pegel eingestellt, und eine Pegel-Erweiterung für die Geräuschverringerung wird nur dann durchgeführt, wenn der Eingangssignal-Pegel in einem Bereich von dem ersten Schwellwert bis zu dem zweiten Schwellwert liegt, während keine Pegel-Erweiterung durchgeführt und eine feste Dämpfung benutzt wird, wenn der Eingangssignal- Pegel kleiner als der zweite Schwellwert ist. Auf diese Weise kann, wenn die Geräuschverringerungs-Vorrichtung in Kombination mit einer Einrichtung zu benutzen ist, die zum Abschwächen eines Signals bestimmt ist, das niedriger als ein voreingestellter Pegel ist, das Auftreten des Phänomens eines Tons, der unbegrenzt erzeugt oder abgeschwächt wird, verhindert werden, um das nichtspontane Hörgefühl zu beseitigen.
Die Inhalte der Geräuschverringerungsoperation werden durch Vorsehen einer Vielzahl von Geräuschverringerungs-Algorithmen und Umschalten dieser Algorithmen abhängig von dem Steuersignal modifiziert. Zu diesem Zweck können drei Geräuschverringerungs-Algorithmen, d. h. ein erster Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Berechnen eines Unterdrückungsverhältnisses abhängig von dem Pegel des Eingangs- Sprachsignals und Multiplizieren des Eingangs-Sprachsignals mit dem berechneten Unterdrückungsverhältnis, ein zweiter Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Berechnen eines Unterdrückungsverhältnisses abhängig von dem Pegel eines Signals, das dem Eingangs-Sprachsignal entspricht, dessen Hochfrequenzkomponente vergrößert ist, und Multiplizieren des Signals mit dem berechneten Unterdrückungsverhältnis und ein dritter Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Durchführen einer Geräuschverringerungsoperation nur an der Niederfrequenzkomponente des Eingangs-Sprachsignals und Addieren der geräuschgeminderten Niederfrequenzkomponente zu der Hochfrequenzkomponente des Eingangs-Sprachsignals vorgesehen sein, und es kann einer dieser Algorithmen abhängig von dem Steuersignal ausgewählt werden. Daher kann die Wirkung der Geräuschverringerungsoperation abhängig von dem Geräusch-Pegel maßvoll durch Umschalten in einer Weise vorgenommen werden, dass das Geräusch intensiv an einem Ort verringert wird, wo der umgebende Geräusch-Pegel hoch ist, um dadurch die Geräuschverringerungswirkung weiter zu verbessern.
Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Wirkung der Geräuschverringerungsoperation abhängig von dem Hintergrundgeräusch-Pegel zur Einstellung auf einen optimalen Wert der Geräuschverringerung umgeschaltet werden. Genauer gesagt wird zur Verhinderung einer Verschlechterung der Tonqualität die Erweiterung für den niedrigen Hintergrundgeräusch-Pegel unterdrückt.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Geräuschverringerungs-Vorrichtung zum Ausführen des Geräuschverringerungs-Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das eine erläuternde Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen für den Fall darstellt, in dem die Geräuschverringerung unter Benutzung eines Geräusch-Unterdrückungsverhältnisses aus einer Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung einer Geräuschverringerungs-Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, durchgeführt wird.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das eine andere erläuternde Beziehung zwischen. Eingangs- und Ausgangssignalen für den Fall darstellt, in dem die Geräuschverringerung unter Benutzung eines Geräusch-Unterdrückungsverhältnisses aus einer Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung einer Geräuschverringerungs-Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, angewendet wird.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung einer Sprachsendeeinrichtung darstellt, welche die in Fig. 1 gezeigte Geräuschverringerungs-Vorrichtung benutzt.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des ersten Teils eines Betriebsablaufs der Geräuscherfassungsschaltung in der Geräuschverringerungs-Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des zweiten Teils eines Betriebsablaufs der Geräuscherfassungsschaltung in der Geräuschverringerungs-Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Geräuschverringerungs-Vorrichtung zum Ausführen des Geräuschverringerungs-Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Im folgenden werden anhand der Figuren bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele des Geräuschverringerungs-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung im einzelnen erklärt. In der folgenden Erklärung sei angenommen, dass eine Geräuschverringerungs-Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens gemäß diesen Ausführungsbeispielen in ein tragbares Telefon eingebaut ist. Das bedeutet, dass unter der Annahme, dass das tragbare Telefon in einer Umgebung, in der eine hohe Geräuschbelastung besteht, benutzt wird, das Verfahren zur Verringerung des Geräusches gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auf eine Geräuschverringerungs- Vorrichtung zum Verringern des Geräusches angewendet wird, das zusammen mit Sprache durch ein Mikrofon aufgenommen wird.
Fig. 1 zeigt eine Geräuschverringerungs-Vorrichtung, auf die das Geräuschverringerungs-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Gemäß Fig. 1 wird ein Mikrofon 11 als Sprachsignal-Eingabemittel benutzt. Dieses Mikrofon nimmt nicht nur Sprache, sondern auch Geräusche, wie Töne von außen, Windgeräusche oder dgl. auf, die zusammen mit der Sprache in elektrische Signale umgewandelt werden.
Ein Eingangssignal aus dem Mikrofon 11 wird einem Analog/- Digital- (A/D-)Wandler 12 zum Umwandeln des analogen Signals in ein digitales Signal zugeführt. Das digitale Eingangssignal x(n) aus dem A/D-Wandler 12 wird durch ein nicht gezeigtes Rahmenbildungsmittel in eine Vielzahl von Rahmen unterteilt, wovon jeder eine Periode von 20 ms hat und aus 160 Abtastproben gebildet ist. Das digitale Eingangssignal wird Rahmen für Rahmen einer Rahmenleistungs- Berechnungsschaltung 13 und einer Geräuschverringerungsschaltung 16 zugeführt. Die Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 13 berechnet als die rahmenbasierte Leistung des Sprachsignals die Durchschnittsleistung, beispielsweise den quadratischen Mittelwert (RMS-Wert), des rahmenbasierten digitalen Eingangssignals x(n). Der rahmenbasierte Durchschnittsleistungswert, welcher durch die Rahmenleistungs- Berechnungsschaltung 13 berechnet ist, wird einer Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 zugeführt. Die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 berechnet unter Benutzung der Durchschnittsrahmenleistung, wie sie durch die Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 13 berechnet ist, ein Unterdrückungsverhältnis, das ein Koeffizient für die Geräuschunterdrückung ist. Das Unterdrückungsverhält nis, wie es durch die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 ermittelt ist, wird zu einer Glättungsschaltung 15 übertragen, die das Unterdrückungsverhältnis, wie es durch die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 ermittelt ist, glättet. Unter "Glätten" ist eine Verarbeitung zum Beseitigen diskontinuierlicher Verbindungsstellen in dem Eingangs-Sprachsignal, das auf Rahmenbasis unterteilt ist, zu verstehen. Das Unterdrückungsverhältnis, welches auf diese Weise geglättet ist, wird zu der Geräuschverringerungsschaltung 16 übertragen, um es darin zum Beseitigen des Geräusches in dem digitalen Eingangssignal x(n), das von dem A/D-Wandler 12 zugeführt wird, zu benutzen.
Der Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 wird durch eine Pegelunterscheidungsschaltung 18 ein Steuersignal zugeführt, das durch Unterscheiden eines Geräusch-Pegelerfassungssignals gewonnen wird, das über einen Anschluss 19 zugeführt wird. Der Schwellwert zum Berechnen des Unterdrückungsverhältnisses wird beispielsweise abhängig von diesem Steuersignal umgeschaltet.
Die Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 13 berechnet die rahmenbasierte Durchschnittsleistung des digitalen Eingangssignals x(n). Die Durchschnittsleistung rms jedes 160- Abtastproben-Rahmens des digitalen Eingangssignals x(n) wird mittels der folgenden Gleichung (1)is berechnet:
Die Durchschnittsleistung rms, welche auf der Grundlage der Gleichung (1) berechnet ist, wird der Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 zugeführt.
Die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 vergleicht die Durchschnittsleistung rms mit einem bestimmten Schwellwert nr1 und berechnet auf der Grundlage der Vergleichsergebnisse ein Unterdrückungsverhältnis (einen Maßstab). Das bedeutet, dass das Unterdrückungsverhältnis (der Maßstab) auf 1 und auf
Maßstab = rms/K (2)
gesetzt wird, wenn die Durchschnittsleistung rms nicht geringer als bzw. geringer als der Schwellwert nr1 ist. In der zuvor angegebenen Gleichung bezeichnet K eine Konstant und ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich nr1 (K = nr1). Alternativ dazu wird das Unterdrückungsverhältnis (der Maßstab) für alle der rms-Werte mittels Gl. (2) berechnet, und wenn das Unterdrückungsverhältnis (der Maßstab), welches das Ergebnis von Berechnungen ist, kleiner als 1 ist (Maßstab < 1), wird das digitale Eingangssignal x(n) mit dem Unterdrückungsverhältnis (dem Maßstab), das mittels Gl. (2) berechnet ist, multipliziert. Dies ist gleichbedeutend mit dem Multiplizieren des digitalen Eingangssignals x(n) mit einem Verstärkungsfaktor, der für einen Rahmen, in dem die Durchschnittsleistung rms kleiner als der Schwellwert nr1 ist, kleiner als 1 ist. Falls das Unterdrückungsverhältnis als ein Ergebnis der Berechnungen mittels Gl. (2) nicht kleiner als 1 (Maßstab ≤ 1) wird, wird das digitale Eingangssignal x(n) direkt, d. h. ohne irgendeine Verarbeitung, ausgegeben. Dies ist gleichbedeutend mit dem Multiplizieren des digitalen Eingangssignals x(n) mit einem Verstärkungsfaktor für einen Rahmen, in dem das Unterdrückungsverhältnis (der Maßstab) gleich dem Schwellwert wird, der gleich 1. Auf diese Weise wird der Verstärkungsfaktor durch geeignetes Auswählen des Schwellwerts nr1 für einen Teil kleiner Leistung, wie einen Geräuschteil, in Richtung eines kleineren Werts gesteuert, um dadurch die Geräuschverringerung wirksam zu erreichen. Die Wirkung der Geräuschunterdrückung im Falle des Einsatzes von Gl. (2) wird gleich 1/2 der Durchschnittsleistung des Eingangssignals.
Wenn die Geräuschunterdrückung zu stark ist oder wenn die Schaltung zum Abschwächen des Tons auf einen Wert, der niedriger als ein voreingestellter Pegel ist, in Kombination benutzt werden, wird bevorzugt, einen zweiten Schwellwert nr2, der kleiner als der Schwellwert nr1 ist, welcher der erste Schwellwert sein soll, zu setzen und die Unterdrückung herabzusetzen, d. h. die Intensität der Erweiterungsoperation eines Dynamikdehners für einen Bereich, in dem der Eingangssignal-Pegel kleiner als der zweite Schwellwert nr2 wird, maßvoll vorzunehmen.
Fig. 2 zeigt typische Eingangs/Ausgangs-Kennlinien im Falle der Verringerung der Wirkung der Geräuschunterdrückung in einem Eingangssignal-Pegelbereich, der kleiner als der zweite Schwellwert nr2 ist. In diesem Fall wird das Ausgangssignal durch Multiplizieren des digitalen Eingangssignals x(n) mit dem Unterdrückungsverhältnis-Wert, wie er durch die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 ermittelt ist, gewonnen. In Fig. 2, sind die Eingangs- und Ausgangs-Pegel auf der Abszisse bzw. der Ordinate in dB dargestellt.
In Fig. 2 sind eine Art Dynamikdehner-Kennlinien gezeigt, wobei für den Bereich, in dem der zuvor genannte rms-Wert welcher den Eingangssignal-Pegel angibt, beispielsweise nicht kleiner als ein erster Schwellwert nr1a auf der Abszisse ist, der Verstärkungsfaktor auf 1 gesetzt ist und für den Bereich, in dem der Eingangssignal-Pegel kleiner als nr1a wird, der Verstärkungsfaktor mit Abnehmen des Eingangssignal-Pegels kleiner wird. Andererseits wird für den Bereich, in dem der Eingangssignal-Pegel kleiner als ein zweiter Schwellwert nr2a wird, der niedriger als der erste Schwellwert nr1a ist, der Gradient der Kurve auf den zuvor erwähnten Gradienten, welcher beispielsweise dem Verstärkungsfaktor 1 oder einem festen Betrag der Dämpfung entspricht, zurückgeführt. Das bedeutet, dass für den Bereich, in dem der Eingangssignal-Pegel kleiner als der zweite Schwellwert nr2a wird, ein fester Wert des Unterdrückungsverhältnisses
(Unterdrückungsverhältnis) = nr2/nr1 (3)
unabhängig von dem rms-Wert benutzt und mit dem Eingangssignal multipliziert wird, um ein Ausgangssignal zu erhalten, das den konstanten Betrag der Dämpfung hat. In einem solchen Fall ist die Eingangs/Ausgangs-Kennlinie, welche den Ausgangssignal-Pegel, der in dB aufgetragen ist, relativ zu dem Eingangssignal-Pegel, der in ähnlicher Weise in dB aufgetragen ist, als eine geknickte Linie dargestellt, die zwei Knickpunkte hat, die den zwei Schwellwerten nr1a u. nr2a entsprechen. Dies mindert das nichtspontane Hörgefühl in der Sprache, die bei der Geräuschunterdrückung erzeugt wird.
Überdies sind gemäß Fig. 2 eine Vielzahl von (hier drei) Sätzen aus jeweils den ersten und zweiten Schwellwerten nr1, nr2, d. h. nr1a, nr2a, nr1b, nr2b, nr1c u. nr2c voreingestellt, und einer dieser Sätze der Schwellwerte wird abhängig von einem Steuersignal ausgewählt, das auf der Grundlage eines Geräusch-Pegelerfassungssignals erzeugt wird, wie dies im folgenden erklärt wird.
Das heißt, dass für einen Geräusch-Pegel A, wie er beispielsweise mittels einer Geräusch-Pegelerfassungsschaltung erfasst ist, zwei Schwellwerte th1, th2 gesetzt werden, wobei th1 > th2 ist. Diese Schwellwerte th1, th2 werden in der Pegelunterscheidungsschaltung 18 als Unterscheidungswerte gesetzt. Die Pegelunterscheidungsschaltung 18 unterscheidet den Geräusch-Pegel A von dem Anschluss 19 durch die Schwellwerte th1, th2 und erzeugt ein Umschaltsteuersignal, das den Satz der Schwellwerte nr1a, nr2a für A ≥ th1, den Satz der Schwellwerte nr1b, nr2b für th1 > A ≥ th2 und den Satz der Schwellwerte nr1c, nr2c für th2 > A auswählt. Die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 wählt einen der Sätze der Schwellwerte aus, die dem Umschaltsteuersignal zugeordnet sind, und abhängig von dem ausgewählten Satz der Schwellwerte unterscheidet die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 die Durchschnittsrahmenleistung rms als den Eingangssignal-Pegel und berechnet das Geräusch-Unterdrückungsverhältnis.
Dies ist gleichbedeutend dem Umschalten des Schwellwerts bei der Anwendung der Geräuschunterdrückung in einer Vielzahl von Stufen, die auf den erfassten Geräusch-Pegel ansprechen, um den Schwellwert zu erhöhen oder herabzusetzen, wenn die Umgebung laut bzw. still ist. Auf diese Weise wird das Ausmaß der Geräuschverringerung abhängig von der Stärke des Hintergrundgeräusches dort, wo der Telefonanruf vorgenommen wird, derart geändert, dass die Wirkung der Geräuschverringerung in einer stillen Umgebung zum Abwenden des nichtspontanen Hörgefühls aufgrund der Geräuschunterdrückung herabgesetzt wird, und derart geändert, dass die Wirkung der Geräuschverringerung in einer lauten Umgebung zum ausreichenden Verringern des Geräusches verstärkt wird.
Es sei angenommen, dass die Durchschnittssprachleistung rms über einen Rahmen von 20 ms hinweg mittels der zuor angegebenen Gl. (1) zu ermitteln ist, wobei wenn die maximale Amplitude für die 16-Bit-Digitalsignaldaten 32767 beträgt, die praktischen Werte der Schwellwerte von nr1a 1024, nr2a = 512, nr1b = 512, nr2b = 256, nr1c = 256 und nr2c = 128 ausreichen. Für den rms-Wert 512 entspricht der Schwellwert angenähert -33 dB für die volle Sinuswelle von 0 dB.
Andererseits können, wenn die Schwellwerte th1, th2 des Hintergrundgeräusch-Pegels A durch die Durchschnittsleistung über einen Rahmen hinweg wie im Falle der rms ausgedrückt werden, th1 und th2 auf 112 bzw. 48 (th1 = 112 und th2 = 48) gesetzt werden. Diese Werte entsprechen den Hintergrundgeräusch-Pegeln von 70 dBA (ungefähr -40 dB) bzw. 50 dBA.
Es ist auch möglich, Eingangs/Ausgangs-Kennlinien in Form geknickter Linien anzuwenden, von denen jede eine Knickstelle hat, und die Schwellwerte der geknickten Linien nr1a, nr1b und nr1c auf der Grundlage des zuvor genannten Geräusch-Pegels auszuwählen. Die Ordinate und die Abszisse gemäß Fig. 3 sind die gleichen wie diejenigen gemäß Fig. 2. Das Unterdrückungsverhältnis des Bereichs, der im Pegel niedriger als die Schwellwerte der geknickten Linien gemäß Fig. 3 ist, kann mittels der zuvor angegebenen Gl. (2) berechnet werden.
Zusätzlich kann in einem Bereich, in dem der Eingangssignal-Pegel niedriger als der zweite Schwellwert nr2 ist, der kleiner als der erste Schwellwert nr1 ist, eine Gleichung zum Berechnen des Unterdrückungsverhältnis-Werts
(Unterdrückungsverhältnis) = rms2/K' (3')
wobei K' eine Konstante ist, zur weiteren Erhöhung der Geräuschunterdrückung, d. h. zur Anhebung der Wirkung der Dynamikdehneroperation angewendet werden. Die Geräuschunterdrückungswirkung beträgt hierbei ein Viertel der Durchschnittsleistung des Eingangssignals.
Inzwischen besteht die Tendenz für die Sprache, da der Sprachteil und der Geräuschteil in dem Eingangssignal nicht getrennt verarbeitet werden, in dem Bereich, in dem die Sprachleistung, beispielsweise in den Konsonanten, kleiner ist, zu verschwinden. Diese Tendenz wird ausgeprägt, wenn die Geräuschverringerung in stärkstem Maße derart angewendet wird, dass abhängig von der Art der Sprache ein in hohem Maße fremderscheinendes Hörgefühl hervorgerufen wird. Folglich wird es notwendig, zu prüfen, in welcher Stärke die Geräuschverringerung relativ zu der Durchschnittsrahmenleistung zu benutzen ist oder von welchem Wert des Eingangssignals an die Geräuschverringerung anzuwenden ist. In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird dieses Phänomen durch Änderung der Intensität der Geräuschverringerung in zwei Stufen abhängig von dem Eingangssignal-Pegel an seinem Auftreten gehindert.
Andererseits wird die Sprachzusammenführung, wenn die zuvor beschriebene Verarbeitung Rahmen für Rahmen durchgeführt wird, bei den Sprachrahmen unzusammenhängend, um ein fremderscheinendes Hörgefühl hervorzurufen.
Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann erwogen werden, die Einschwingzeit oder die Wiedereinlaufzeit für den Unterdrückungsverhältnis-Wert einzustellen und das Glätten auf Rahmenbasis auszuführen, um das fremderscheinende Hörgefühl zu beseitigen.
In der Anordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird der Unterdrückungsverhältnis-Wert, wie er durch die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 ermittelt ist, mittels der Glättungsschaltung 15 geglättet, bevor er zu der Geräuschverringerungsschaltung 16 übertragen wird.
Die Glättungsschaltung 15 ist zur Überwindung des Problems vorgesehen, das wie zuvor erwähnt durch die Geräuschverringerung hervorgerufen wird, und stellt die Einschwingzeit und die Wiedereinlaufzeit ein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Einschwingzeit auf "0" gesetzt, und die Wiedereinlaufzeit kann geändert werden.
Das bedeutet, dass wenn die Sprachleistung des gegenwärtigen Rahmens, wie sie berechnet ist, größer als diejenige des vorhergehenden Rahmens ist, die berechnete Rahmenleistung direkt angewendet wird. Umgekehrt wird sie, wenn die Sprachleistung kleiner ist, mittels eines Tiefpassfilters (LPF), dessen Charakteristika in Gl. (4)
S(n) = Maßstab-flt&sub1; · S(n - 1) + Maßstab-flt&sub2; · Maßstab (4)
gezeigt sind, geglättet, um das nichtspontane Hörgefühl der verarbeiteten Sprache, welches durch Änderungen in der Rahmenleistung verursacht wird, zu beseitigen.
Die Wiedereinlaufzeit kann durch Ändern der Verhältnisse der Koeffizienten Maßstab-flt&sub1;, Maßstab-flt&sub2; geändert werden. Wenn das Glätten in Übereinstimmung mit Gl. (4) durchgeführt wird, kann der Wiedereinlaufteil, vor allem in dem sich ändernden Teil in der Eingangs-Sprache, gleitend geändert werden. Der Unterdrückungsverhältnis-Wert, welcher mittels der Glättungsschaltung 15 geglättet ist, um auf diese Weise im Hinblick auf das nichtspontane Hörgefühl in der verarbeiteten Sprache aufgrund der Änderungen in der Rahmenleistung korrigiert zu sein, wird der Geräuschverringerungsschaltung 16 zugeführt.
Die Geräuschverringerungsschaltung 16 multipliziert das digitale Eingangssignal x(n), welches von dem A/D-Wandler 12 zugeführt ist, mit dem Unterdrückungsverhältnis-Wert, der von der Glättungsschaltung 15 zugeführt ist, zum Ausgeben eines geräuschgeminderten Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluss 17.
Auf diese Weise ist es mit der Geräuschverringerungs-Vorrichtung, die das Geräuschverringerungs-Verfahren gemäß dem vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel anwendet, möglich, die Geräuschverringerungsoperation mit einer kleineren Signalverarbeitungsmenge auszuführen. Andererseits wird, da die Eingangs/Ausgangs-Kennlinien, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, benutzt werden, und die Erweiterungsoperation bei einem kleinen Eingangssignal-Pegel, der kleiner als der zweite Schwellwert ist, gestoppt wird, ein mehr spontaner Wiedergabeton erzeugt. Überdies kann auf diese Weise, da die Geräuschunterdrückung nur dort schwach arbeitet, wo der umgebende Geräusch-Pegel niedrig ist, so dass der Dynamik dehner nicht vergebens in Betrieb ist, eine Verschlechterung der Tonqualität verhindert werden. Umgekehrt kann der Dynamikdehnerbetrieb dort intensiviert werden, wo der umgebende Geräusch-Pegel höher ist, um dadurch die Geräuschunterdrückungswirkung weiter zu verstärken.
Die zuvor beschriebene Geräuschverringerungs-Vorrichtung kann beispielsweise in einer Sprachsignal-Sendeeinrichtung, die als Beispiel in Fig. 4 gezeigt ist, eingesetzt werden. Eine derartige Sprachsignal-Sendeeinrichtung wird als ein Sendeteil eines tragbaren Telefons benutzt und greift auf eine sog. VSELP- (Vector Sum Excited Linear Prediction-) Technik für ein Sprach-Kodierungsverfahren zum Komprimieren von Übertragungsdaten zurück.
Die technischen Merkmale der VSELP sind in der US-PS Nr. 4,817,157 offenbart. Diese Technik ist eine Art einer sog. CELP- (Code Excited Linear Prediction-)Technik. Mit dem VSELP-Kodierer werden Parameter, wie die Sprach-Rahmenleistung, Reflexions- und Linearprädiktions-Koeffizienten, die Tonhöhenfrequenz, ein Kodebuch, ein Tonhöhen- oder Kodebuch-Verstärkungsfaktor, analysiert, und die Sprache wird unter Benutzung dieser analytischen Parameter kodiert. Zusätzlich zu der VSELP kann natürlich eine Vielfalt von Sprach-Kodierungstechniken eingesetzt werden.
Gemäß Fig. 4 wird das Eingangs-Sprachsignal von dem zuvor erwähnten Mikrofon aufgenommen und mittels des A/D-Wandlers in ein digitales Signal umgewandelt, das einem Eingangsanschluss 1 zugeführt wird. Dieses eingegebene digitale Sprachsignal wird über eine Geräuschverringerungsschaltung 2, wie sie auch in Fig. 1 gezeigt ist, einem VSELP-Kodierer 3 zugeführt. Die Geräuschverringerungsschaltung 2 kann beispielsweise aus der Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 13, der Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14, der Glättungsschaltung 15, der Geräuschverringerungsschaltung 16 und der Pegelunterscheidungsschaltung 18, die in Fig. 1 gezeigt sind, gebildet sein.
Der in Fig. 4 gezeigte Teil der Schaltung, welcher das Sendesignal erzeugt, besteht aus dem VSELP-Kodierer 3, einer Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 zum Erfassen des Hintergrundgeräusch-Pegels unter Benutzung analytischer Parameter, welche durch die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 erfasst sind, und einem Mikrocomputer 6 zum Steuern der Lautstärke des empfangenen Tons in Reaktion auf den Geräusch-Pegel, wie er durch eine Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 erfasst ist.
Mit dem Sprach-Kodierverfahren, das den zuvor beschriebenen VSELP-Kodierer benutzt, wird eine Hochqualitäts-Sprachübertragung bei einer niedrigen Bitrate durch eine Kodebuch- Suche mittels einer sog. Analyse-durch-Synthese-Technik erreicht. Mit einer Sprach-Kodiereinrichtung zum Ausführen des Sprach-Kodierverfahrens, das die VSELP anwendet, d. h. einem sog. Vocoder, wird die Tonhöhe oder dgl. als ein Charakteristikum von Eingangs-Sprachsignalen durch Auswählen des Kode-Vektors, der in dem Kodebuch zum Kodieren der Sprache gespeichert ist, angeregt. Die Parameter, welche zum Kodieren benutzt werden, wie die Tonhöhenfrequenz, enthalten die Rahmenleistung, Reflexionskoeffizienten, Linearprädiktionskoeffizienten, das Kodebuch, die Tonhöhe und einen Kodebuch-Verstärkungsfaktor.
Unter diesen analytischen Parametern werden die Rahmenleistung R&sub0;, der Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0;, welcher den Grad der Stärke der Tonhöhenkomponente angibt, der Linearprädiktionskodierungs-Koeffizient α&sub1; und die Nacheilung LAG der Tonhöhenfrequenz zum Erfassen des Hintergrundgeräusches benutzt. Die Rahmenleistung R&sub0; wird benutzt, weil der Sprach-Pegel nur bei extrem seltenen Gelegenheiten gleich dem Geräusch-Pegel wird, während der Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; benutzt wird, weil das umgebende Geräusch, von dem angenommen wird, dass es willkürlich auftritt, so betrachtet wird, als hätte es eine bestimmte Tonhöhe nur bei extrem seltenen Gelegenheiten.
Andererseits wird der Linearprädiktionskodierungs-Koeffizient α&sub1; benutzt, da abhängig davon, ob der Wert von α&sub1; groß bzw. klein ist oder nicht, bestimmt werden kann, welche der Komponenten, die Hochfrequenzkomponente oder die Niederfrequenzkomponente, stärker ist. Das Hintergrundgeräusch ist üblicherweise in dem Hochfrequenzbereich konzentriert, und das Hintergrundgeräusch kann aus dem Linearprädiktionskodierungs-Koeffizienten α&sub1; erfasst werden. Dieser Linearprädiktionskodierungs-Koeffizient α&sub1; ist die Summe von Koeffizienten von Inversfunktionen Z&submin;&sub1;, die sich aus einer Zerlegung des sog. Direkt-FIR-Filters höherer Ordnung in eine Kaskade von FIR-Filtern erster Ordnung ergeben. Folglich wird der Linearprädiktionskodierungs- Koeffizient α&sub1;, wenn der Nullpunkt θ in einem Bereich von 0 < θ < π/2 liegt, größer. Folglich kann gesagt werden, dass die Signalenergie, sollte α&sub1; größer oder kleiner als ein voreingestellter Schwellwert sein, in einem niedrigeren Bereich bzw. in einem höheren Bereich konzentriert ist.
Im folgenden wird die Beziehung zwischen dem Nullpunkt θ und der Frequenz erklärt.
Wenn die Abtast-Frequenz auf f gesetzt ist, entspricht die Frequenz von 0 bis f/2 der Frequenz von 0 bis π in einem digitalen System, wie einem Digitalfilter. Wenn die Abtast- Frequenz f auf beispielsweise 8 kHz gesetzt ist, entspricht die Frequenz von 0 bis 4 kHz der Frequenz von 0 bis π, so dass π/2 = 2 kHz ist. Folglich wird der Frequenzbereich, je kleiner der Wert von θ ist, desto niedriger. Andererseits wird der Wert von α&sub1;. je kleiner der Wert von θ ist, desto größer. Demzufolge kann durch Prüfen der Beziehung zwischen dem Wert von α&sub1; und dem voreingestellten Schwellwert bestimmt werden, welche der Komponenten, die Niederfrequenzkomponente oder die Hochfrequenzkomponente stärker ist.
Die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 empfängt zum Erfassen des Geräuschbereichs die zuvor erwähnten analytischen Parameter, d. h. die Rahmenleistung R&sub0;, den Tonhöhen- Verstärkungsfaktor, der den Grad der Stärke der Tonhöhenkomponente angibt, den Linearprädiktionskodierungs-Koeffizienten α&sub1; und die Nacheilung LAG in der Tonhöhenfrequenz, von dem VSELP-Kodierer 3. Dies ist wirksam für das Vermeiden eines Anwachsens des Verarbeitungsumfangs, was wichtig ist, da eine Beschränkung hinsichtlich der Größe des digitalen Signalprozessors (DSP) oder des Speichers auferlegt ist, um mit der Tendenz in Richtung auf eine Verringerung der Größe des tragbaren Telefons Schritt zu halten.
Die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 erfasst den Sprach- Pegel, d. h. den Übertragungssprach-Pegel, in dem Geräuschbereich, der durch die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 erfasst ist. Der erfasste Übertragungssprach-Pegel kann der Wert der Rahmenleistung R&sub0; des Rahmens sein, welcher zuallerletzt durch die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung auf der Grundlage einer Entscheidung, welche die analytischen Parameter benutzt, dahingehend beurteilt ist, dass er der Geräuschbereich ist. Da jedoch die Möglichkeit einer fehlerhaften Erfassung besteht, wird die Rahmenleistung R&sub0; einem 5-Abgriffe-Minimalwertfilter zugeführt, wie dies nachfolgend erklärt wird.
Der Mikrocomputer 6 steuert den Zeitpunkt der Geräuschbereichserfassung durch die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 und den Zeitpunkt der Geräusch-Pegelerfassung durch die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5, während er die Lautstärke der Wiedergabesprache in Reaktion auf den Geräusch-Pegel steuert.
In der zuvor beschriebenen Anordnung gemäß Fig. 4 wird das digitale Sprach-Eingangssignal von dem Eingangsanschluss 1 der Geräuschverringerungsschaltung 2 zugeführt, wo die Geräuschverringerung ausgeführt wird, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 u. Fig. 2 erklärt wurde. Das digitale Sprach- Eingangssignal, welches auf diese Weise verarbeitet ist, wird dann dem VSELP-Kodierer 3 zugeführt, der dann das Eingangssignal, das nun digitalisiert ist, analysiert, und in Fortsetzung erfolgt eine Informationskomprimierung und -kodierung. Zu dieser Zeit werden die analytischen Parameter, wie die Rahmenleistung, der Reflextionskoeffizient, der Linearprädiktionskoeffizient, die Tonhöhenfrequenz, das Kodebuch, der Tonhöhen- und der Kodebuch-Verstärkungsfaktor des Eingangs-Sprachsignals, benutzt.
Die Daten, welche durch den VSELP-Kodierer 3 komprimiert und kodiert sind, werden einer Basisbandsignal-Verarbeitungsschaltung 7 zugeführt, wo den Daten ein Synchronisierungssignal und ein Rahmenbildungs- und Fehlerkorrektursignal zugefügt werden. Die Ausgangsdaten der Basisbandsignal-Verarbeitungsschaltung 7 werden einer HF-Sende- u. Empfangsschaltung 8 zugeführt, wo die Daten zu einer geeigneten Frequenz zum Senden über eine Antenne 9 moduliert werden.
Von den analytischen Parametern, die von dem VSELP-Kodierer 3 angewendet werden, werden der Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 die Rahmenleistung R&sub0;, der Tonhöhen-Verstärkungsfaktor, welcher den Grad der Stärke der Tonhöhenkomponente angibt, der Linearprädiktionskodierungs-Koeffizient α&sub1; und die Nacheilung LAG in der Tonhöhenfrequenz zugeführt. Die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 erfasst den Geräuschbereich unter Benutzung der Rahmenleistung R&sub0;, des Tonhöhen-Verstärkungsfaktors, der den Grad der Stärke der Tonhöhenkomponente angibt, des Linearprädiktionskodierungs-Koeffizienten α&sub1; und der Nacheilung LAG in der Tonhöhenfrequenz. Die Information, über die schließlich durch die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 bestimmt ist, dass sie der Geräuschbereich, d. h. eine Kennzeichnungsbit- Information, ist, wird der Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 zugeführt.
Der Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 wird außerdem das digitale Eingangssignal aus dem A/D-Wandler 12 zugeführt. Sie erfasst den Signal-Pegel des Geräuschbereichs in Reaktion auf die Kennzeichnungsbit-Information. Der Signal-Pegel kann die Rahmenleistung R&sub0; sein, wie dies zuvor erwähnt wurde.
Die Geräusch-Pegeldaten, welche durch die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 erfasst sind, werden dem Mikrocomputer 6 als einem Steuerteil zugeführt, während sie außerdem der Geräuschverringerungsschaltung 2 zugeführt werden. In der Geräuschverringerungsschaltung 2 werden die Geräusch-Pegeldaten über den Anschluss 19, der z. B. in Fig. 1 gezeigt ist, der Pegelunterscheidungsschaltung 18 zugeführt, wo das Umschaltsteuersignal, welches einer Pegel-Unterscheidung durch die Schwellwerte th1 u. th2 unterzogen wird, zur Auswahl des Schwellwerts des Eingangssignal-Pegels durch Umschaltung durch die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 gebildet wird.
Im folgenden wird die Erfassung des Geräusch-Pegels durch die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erklärt.
Zunächst muss der Bereich, in dem der Geräusch-Pegel zu erfassen ist, ein Geräuschbereich sein, wie er durch die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 4 erfasst wird. Der Zeitpunkt der Erfassung des Geräuschbereichs wird durch den Mikrocomputer 6 als dem Steuerteil gesteuert, wie dies zuvor erklärt wurde. Die Geräuschbereichserfassung wird durchgeführt, um die Geräusch-Pegelerfassung durch die Geräusch- Pegelerfassungsschaltung 5 zu unterstützen. Das heißt, dass eine Entscheidung darüber getroffen wird, ob ein betrachteter Rahmen ein stimmhafter Ton oder das Geräusch ist. Falls der Rahmen als ein Geräusch befunden ist, wird es möglich, den Geräusch-Pegel zu erfassen. Selbstverständlich kann die Erfassung des Geräusch-Pegels genauer erreicht werden, wenn nur das Geräusch existiert. Folglich wird der Sprach-Pegel, welcher in das übertragende Mikrofon 1 gelangt, in Abwesenheit eines Übertragungssprach-Eingangssignal durch die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 als übertragener Sprach- Pegel erfasst.
Zuerst wird ein Anfangswert des Geräusch-Pegels von -20 dB in bezug auf einen Tonlautstärken-Pegel, wie er durch einen Benutzer eingestellt ist, gesetzt. Wenn in einer im folgenden zu erklärenden Weise erfasst wird, dass der Geräusch- Pegel größer als der anfänglich gesetzte Wert ist, wird der Wiedergabetonlautstärken-Pegel auf der empfangenden Seite erhöht.
Der Geräusch-Pegel kann leicht erfasst werden, wenn der rahmenbasierte Eingangs-Sprachton innerhalb des Hintergrundgeräuschbereichs liegt. Aus diesem Grund werden der Ton, welcher direkt nach dem Einschalten der Sendestromquelle des Sendeabschnitts empfangen wird, der Ton, welcher während des Bereitschaftszustands für ein Empfangssignal des Sendeabschnitts empfangen wird, und der Ton, welcher während eines Rufes mit dem Ton-Pegel auf der empfangenden Seite, der niedriger als ein voreingestellter Pegel ist, empfangen wird, als Hintergrundgeräusch betrachtet, und während dieser Zeit wird eine Erfassung des Rahmengeräusch- Pegels durchgeführt.
Die eingeschaltete Sendestromquelle des Sendeabschnitts ist ein Anzeichen dafür, dass der Benutzer beabsichtigt, das vorliegende tragbare Telefon zu benutzen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die innere Schaltung üblicherweise eine Selbstprüfung durch. Wenn der Benutzer als nächstes die Antenne 9 auszieht, tritt das Telefon in den Bereitschaftszustand ein, nachdem bestätigt ist, dass die Verbindung mit einer Basisstation hergestellt worden ist. Da der Eingangs-Sprachton von dem Benutzer nur nach dem Ende einer Reihe von Betätigungen empfangen wird, besteht keine Wahrscheinlichkeit, dass der Benutzer während dieser Zeit in das Mikrofon spricht. Folglich ist der erfasste Ton-Pegel, wenn das übertragende Mikrofon 1 während dieser Reihe von Betätigungen benutzt wird, der umgebende Geräusch-Pegel, d. h. der Hintergrundgeräusch-Pegel. In ähnlicher Weise kann der Hintergrundgeräusch-Pegel während einer Sendebetätigung (Wählbetätigung) oder direkt, nachdem der Benutzer eine solche vorgenommen hat, direkt vor Beginn des Anrufs erfasst werden.
Der Bereitschaftszustand für ein Empfangssignal des Sendeabschnitts bedeutet den Zustand, in dem das Rufsignal von dem angerufenen Teilnehmer erwartet wird, wobei die Stromquelle des Empfangsabschnitts eingeschaltet worden ist. Ein solcher Zustand ist nicht der tatsächliche Anrufzustand, so dass angenommen werden kann, dass es keinen Sprachton einer Unterhaltung zwischen den Teilnehmern gibt. Demzufolge kann der Hintergrundgeräusch-Pegel erfasst werden, wenn der umgebende Tonlautstärken-Pegel während dieses Bereitschaftszustands unter Benutzung des übertragenden Mikrofons gemessen wird. Es ist auch möglich, solche Messungen eine Anzahl von Malen in geeigneten Intervallen vorzunehmen und die gemessenen Werte zu mitteln.
Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, dass der Hintergrundgeräusch-Pegel aus dem Ton-Pegel direkt nach dem Einschalten der Sendestromquelle des Sendeabschnitts und dem Ton, der während des Bereitschaftszustands für ein Empfangssignal des Sendeabschnitts empfangen wird, abgeschätzt werden kann und das Gespräch begonnen werden kann, welches auf der Grundlage des abgeschätzten Geräusch-Pegels der Sprachverarbeitung unterzogen wird. Es wird jedoch bevorzugt, den nachfolgenden Änderungen des Hintergrundgeräusch-Pegels selbst während des Gesprächs über das Telefon dynamisch zu folgen. Aus diesem Grund wird der Hintergrundgeräusch-Pegel auch in Reaktion auf den Sprach-Pegel in dem Empfangsabschnitt während des Gesprächs über das Telefon erfasst.
Es wird bevorzugt, die Erfassung des Geräusch-Pegels in dem Empfangsabschnitt während des Gesprächs nach Erfassung des Geräuschbereich durch die analytischen Parameter, welche durch den empfangsseitigen VSELP-Kodierer 3 angewendet werden, wie dies zuvor erklärt wurde, auszuführen.
Da die Geräuscherfassung genauer vorgenommen werden kann, wenn der Pegel der überwachten Rahmenleistung R&sub0; höher als ein Referenzpegel ist oder wenn der angerufene Teilnehmer spricht, kann die Wiedergabetonlautstärke, wenn der angerufene Teilnehmer spricht, auf Echtzeitbasis gesteuert werden, um dadurch eine annehmbarere Gesprächsqualität zu verwirklichen.
Demzufolge steuert der Mikrocomputer 6 als der Steuerteil in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Erfassungszeitpunkt für die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 und die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 derart, dass die Erfassung direkt nach dem Einschalten der Sendestromquelle des Sendeabschnitts, während des Bereitschaftszustands für Empfangssignale des Sendeabschnitts und während des Gesprächs über das Telefon, wenn der Sprachton unterbrochen ist, vorgenommen wird.
Im folgenden wird der Betriebsablauf zum Erfassen des Geräuschbereichs durch die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 anhand des Flussdiagramms erklärt, das in Fig. 5 u. Fig. 6 gezeigt ist.
Nachdem der Betriebsablauf gemäß dem Flussdiagramm in Fig. 5 gestartet ist, empfängt die Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 die Rahmenleistung R&sub0;, den Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0;, der die Stärke der Tonhöhenkomponente angibt, den Linearprädiktions-Koeffizienten erster Ordnung α&sub1; und die Nacheilung der Tonhöhenfrequenz LAG aus dem VSELP- Kodierer 3.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in jedem der folgenden Schritte eine Entscheidung durch die analytischen Parameter, die in Schritt S1 zugeführt werden, grundsätzlich in drei Rahmen getroffen, weil eine solche Entscheidung in einem Rahmen zu häufigen Fehlern führt. Wenn die Bereiche der Parameter über drei Rahmen hinweg geprüft sind und die Lage des Geräuschbereichs bestimmt ist, wird ein Geräusch-Kennzeichnungsbit auf "1" gesetzt. Andernfalls wird ein Fehler-Kennzeichnungsbit auf "0" gesetzt. Die drei Rahmen umfassen den gegenwärtigen Rahmen und zwei Rahmen, die dem gegenwärtigen Rahmen direkt vorhergehen.
In den folgenden Schritten werden durch diese drei aufeinanderfolgenden Rahmen mittels der analytischen Parameter Entscheidungen getroffen.
In einem Schritt S2 wird geprüft, ob die Rahmenleistung R&sub0; des Eingangs-Sprachtons für die drei aufeinanderfolgenden Rahmen geringer als ein voreingestellter Schwellwert R0th ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Entscheidung JA lautet, d. h. wenn R&sub0; für drei aufeinanderfolgende Rahmen kleiner als R0th ist, setzt sich die Verarbeitung zu einem Schritt S3 fort. Wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN lautet, d. h. wenn R&sub0; für die drei aufeinanderfolgenden Rahmen größer als R0th ist, setzt sich die Verarbeitung zu einem Schritt S9 fort. Der voreingestellte Schwellwert Roth ist der Schwellwert für Geräusch, d. h. ein Pegel, oberhalb dessen der Ton eine Stimme statt des Geräusches zu sein scheint. Demzufolge wird der Schritt S2 ausgeführt, um den Signal-Pegel zu prüfen.
In Schritt S3 wird geprüft, ob der Linearprädiktions-Koeffizient erster Ordnung α&sub1; des Eingangs-Sprachtons für drei aufeinanderfolgende Rahmen kleiner als ein voreingestellter Schwellwert αtbe ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Entscheidung JA lautet, d. h. wenn α&sub1; für drei aufeinanderfolgende Rahmen kleiner als αtbe ist, setzt sich die Verarbeitung zu einem Schritt S4 fort. Umgekehrt setzt sich die Verarbeitung, wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN lautet, d. h. wenn α&sub1; für drei aufeinanderfolgende Rahmen größer als αbe ist, zu Schritt S9 fort. Der voreingestellte Schwellwert αtbe hat einen Wert, der zu der Zeit der Geräuschanalyse kaum offenbar wird. Demzufolge wird Schritt 53 ausgeführt, um den Gradienten des Sprachspektrums zu prüfen.
In Schritt S4 wird geprüft, ob der Wert der Rahmenleistung R&sub0; des gegenwärtigen Eingangs-Sprachrahmens kleiner als "5" ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Entscheidung JA lautet, d. h. wenn R&sub0; kleiner als 5 ist, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt S5 fort. Umgekehrt setzt sich die Steuerung, wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN lautet, d. h. wenn R&sub0; größer als 5 ist, zu einem Schritt S6 fort. Der Grund dafür, dass der Schwellwert auf "5" gesetzt wird, besteht darin, dass die Möglichkeit groß ist, dass ein Rahmen, der eine Rahmenleistung R&sub0; größer als "5" hat, ein stimmhafter Ton ist.
In Schritt S5 wird geprüft, ob der Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; des Eingangs-Sprachsignals für drei aufeinanderfolgende Rahmen kleiner als 0,9 und der gegenwärtige Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; größer als 0,7 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis JA lautet, d. h. wenn herausgefunden ist, dass der Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; für drei aufeinanderfolgende Rahmen kleiner als 0,9 und der gegenwärtige Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; größer als 0,7 ist, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt S8 fort. Umgekehrt setzt sich die Steuerung, wenn das Ergebnis der Entscheidung NEIN lautet, d. h. wenn herausgefunden ist, dass der Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; für drei aufeinanderfolgende Rahmen größer als 0,9 und der gegenwärtige Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; größer als 0,7 ist, zu einem Schritt S9 fort. Die Schritte S3 bis S5 prüfen die Stärke der Tonhöhenkomponenten.
In Schritt S6 wird in Reaktion auf das negative Ergebnis der Entscheidung in Schritt S4, d. h. dass R&sub0; 5 oder größer ist, geprüft, ob the Rahmenleistung R&sub0; nicht kleiner als 5 und kleiner als 20 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis JA lautet, d. h. wenn R&sub0; nicht kleiner als 5 und kleiner als 20 ist, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt S7 fort. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, d. h. wenn R&sub0; nicht in dem zuvor angegebenen Bereich liegt, setzt sich die Steuerung zu Schritt S9 fort.
In Schritt S7 wird geprüft, ob the Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; der Eingangs-Sprachsignale für drei aufeinanderfolgende Rahmen kleiner als 0,85 und der gegenwärtige Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; größer als 0,65 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis JA lautet, d. h. wenn der Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; der Eingangs-Sprachsignale für drei aufeinanderfolgende Rahmen kleiner als 0,85 und der gegenwärtige Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; größer als 0,65 ist, setzt sich die Steuerung zu Schritt S8 fort. Umgekehrt setzt sich die Steuerung, wenn das Ergebnis NEIN lautet, d. h. wenn der Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; der Eingangs- Sprachsignale für drei aufeinanderfolgende Rahmen größer als 0,85 und der gegenwärtige Tonhöhen-Verstärkungsfaktor P&sub0; kleiner als 0,65 ist, zu Schritt S9 fort.
In Schritt S8 wird in Reaktion auf das Ergebnis JA der Entscheidung in Schritt S5 oder 57 das Geräusch-Kennzeichnungsbit auf "1" gesetzt. Wenn das Geräusch-Kennzeichnungsbit auf "1" gesetzt ist, wird der Rahmen als das Geräusch befunden gekennzeichnet.
Wenn die Entscheidungen, welche in den Schritten 52, 53, 55, 56 u. 57 getroffen werden, zu dem Ergebnis NEIN führen, wird das Geräusch-Kennzeichnungsbit in Schritt S9 auf "0" gesetzt, und der betrachtete Rahmen wird als der Sprachton befunden gekennzeichnet.
In dem Flussdiagramm gemäß Fig. 6 sind Schritte S10 usf. gezeigt.
In einem Schritt S10 wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob die Tonhöhen-Nacheilung LAG des Eingangs-Sprachsignals 0 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Entscheidung JA lautet, d. h. wenn LAG 0 ist, wird der Rahmen als das Geräusch befunden gekennzeichnet, weil eine geringe Möglichkeit für das Eingangssignal besteht, dass der Sprachton für die Tonhöhenfrequenz-Nacheilung LAG gleich 0 ist. Das bedeutet, dass sich die Steuerung zu einem Schritt S11 fortsetzt und ein Geräusch-Kennzeichnungsbit auf "1" setzt. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, d. h. wenn LAG nicht 0 ist, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt S12 fort.
In Schritt S12 wird geprüft, ob die Rahmenleistung R&sub0; 2 oder kleiner ist oder nicht. Wenn das Ergebnis JA lautet, lautet, d. h. wenn R&sub0; 2 oder kleiner ist, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt S13 fort. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, d. h. wenn R&sub0; größer als 2 ist, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt S14 fort. In Schritt S13 wird geprüft, ob die Rahmenleistung R&sub0; bedeutend klein ist. Wenn dies der Fall ist, wird das Geräusch-Kennzeichnungsbit in Schritt S13 auf "1" gesetzt, und der Rahmen wird als ein Geräusch befunden gekennzeichnet.
In Schritt S13 wird das Geräusch-Kennzeichnungsbit ähnlich wie in Schritt S11 auf "1" gesetzt, um den Rahmen als das Geräusch befunden zu kennzeichnen.
In Schritt S14 wird die Rahmenleistung R&sub0; eines Rahmens, der dem gegenwärtigen Rahmen direkt vorhergeht, von der Rahmenleistung R&sub0; des gegenwärtigen Rahmens subtrahiert, und es wird geprüft ob der Absolutwert der Differenz 3 übersteigt oder nicht. Der Grund dafür ist, dass wenn eine kurzfristrige Änderung der Rahmenleistung R&sub0; zwischen dem gegenwärtigen Rahmen und dem zeitlich vorhergehenden Rahmen auftritt, der gegenwärtige Rahmen als Sprachton-Rahmen befunden wird. Das bedeutet, dass wenn das Ergebnis in Schritt S14 JA lautet, sich die Steuerung, wenn eine kurzfristige Änderung der Rahmenleistung R&sub0; zwischen dem gegenwärtigen Rahmen und dem zeitlich vorhergehenden Rahmen besteht, zu einem Schritt S16 fortsetzt, um das Geräusch- Kennzeichnungsbit auf "0" zu setzen, und der gegenwärtige Rahmen wird als Sprachton-Rahmen befunden gekennzeichnet. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, d. h. wenn eine Entscheidung dahingehend getroffen ist, dass keine kurzfristige Änderung der Rahmenleistung R&sub0; zwischen dem gegenwärtigen Rahmen und dem zeitlich vorhergehenden Rahmen besteht, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt S15 fort.
In Schritt S15 wird die Rahmenleistung R&sub0; eines Rahmens, der dem Rahmen vorhergeht, welcher dem gegenwärtigen Rahmen direkt vorhergeht, von der Rahmenleistung R&sub0; des gegenwärtigen Rahmens subtrahiert, und es wird geprüft, ob der Absolutwert der Differenz 3 übersteigt oder nicht. Der Grund dafür ist, dass der Rahmen, wenn eine kurzfristige Änderung der Rahmenleistung R&sub0; zwischen dem gegenwärtigen Rahmen und dem Rahmen, der dem Rahmen vorhergeht, welcher dem gegenwärtigen Rahmen direkt vorhergeht, als der Sprachton-Rahmen befunden gekennzeichnet wird. Das bedeutet, dass sich die Steuerung, wenn das Ergebnis in Schritt S15 JA lautet, d. h. wenn eine kurzfristige Änderung der Rahmenleistung R&sub0; zwischen dem gegenwärtigen Rahmen und dem Rahmen, der dem Rahmen vorhergeht, welcher dem gegenwärtigen Rahmen direkt vorhergeht, vorliegt, zu Schritt S16 fortsetzt, um das Geräusch-Kennzeichnungsbit auf "0" zu setzen, und der gegenwärtige Rahmen wird als der Sprachton-Rahmen befunden gekennzeichnet. Wenn das Ergebnis NEIN lautet, d. h. wenn eine Entscheidung dahingehend getroffen ist, dass keine kurzfristige Änderung der Rahmenleistung R&sub0; zwischen dem gegenwärtigen Rahmen und dem Rahmen, der demjenigen Rahmen vorhergeht, welcher dem gegenwärtigen Rahmen vorhergeht, vorliegt, setzt sich die Steuerung zu einem Schritt S17 fort.
In Schritt S17 wird schließlich das Geräusch-Kennzeichnungsbit auf "0" oder "1" gesetzt, und die entsprechende Information wird der Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 zugeführt.
Die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5 erfasst den Sprachton-Pegel des Geräuschbereichs abhängig von der Kennzeichnungsbit-Information, die durch die Operation in der Geräuschbereichs-Erfassungsschaltung 4 in Übereinstimmung mit dem Flussdiagramm, das in Fig. 5 u. Fig. 6 gezeigt ist, gewonnen wurde.
Beim Erfassen des Geräuschbereichs oder des Geräusch-Pegels, wie es zuvor beschrieben ist, kann die Geräuschverringerungsschaltung in Kombination mit dem zuvor beschriebenen VSELP-Kodierer 3 benutzt werden, wodurch der Hintergrundgeräusch-Pegel unter Benutzung von Ausgangs-Parametern des VSELP-Kodierers 3 erfasst werden kann, so dass eine nur kleine zusätzliche Anordnung oder zusätzliche Signalverarbeitung für die Geräusch-Pegelerfassung ausreicht. Andererseits kann, wenn die Geräuschverringerungs-Vorrichtung auf ein tragbares Telefon angewendet wird, die Einrichtung, welche in das Telefon zur automatischen Einstellung der Empfangslautstärke eingeschlossen ist (nicht gezeigt), direkt als die Geräusch-Pegelerfassungsschaltung benutzt werden, so dass keine Notwendigkeit der Zufügung einer neuen ausschließlich zugeordneten Schaltung besteht.
Im folgenden wird das Geräuschverringerungs-Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegende Erfindung erklärt, bei welchem Verfahren eine Vielzahl von Geräuschverringerungs-Algorithmen vorab eingestellt sind und abhängig von dem erfassten Geräusch-Pegel in einer gesteuerten Weise umgeschaltet werden. Fig. 7 zeigt eine Anordnung wesentlicher Teile der Geräuschverringerungs-Vorrichtung zum Ausführen des Geräuschverringerungs-Verfahrens.
In Fig. 7 sind Schaltungen 10, 20 u. 30 gezeigt, denen jeweils verschiedene Geräuschverringerungs-Algorithmen zugeordnet sind. Mittels Umschaltern 42, 46, die betriebsfähig miteinander verbunden sind, wird eine dieser Schaltungen 10, 20 u. 30 ausgewählt. Die Umschalter 42, 46 werden miteinander gekoppelt derart durch ein Umschaltsignal auf der Grundlage des erfassten Geräusch-Pegels umgeschaltet, dass eine der Schaltungen 10, 20 u. 30 in der Schaltungsanordnung zwischen einen Eingangsanschluss 41 und einen Ausgangsanschluss 47 geschaltet wird. Dem Eingangsanschluss 41 wird das Eingangs-Digitalsprachsignal x(n) von dem A/D- Wandler 12 gemäß Fig. 1 zugeführt, während dem in Fig. 4 gezeigten VSELP-Kodierer 3 das Ausgangssignal von dem Ausgangsanschluss 47 zugeführt wird.
Die erste Schaltung 10, welche in Fig. 7 gezeigt ist, ist eine Geräuschverringerungsschaltung, die durch den Grund- Algorithmus gesteuert wird, der die in Fig. 1 gezeigten Schaltungen 13 bis 16 benutzt. Der Schwellwert des Eingangssignal-Pegels zur Zeit der Berechnung in der Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 wird derart gesetzt, dass er konstant ist. Die Schaltung 20 führt den Algorithmus zum Vergrößern des Hochfrequenzbereichs des Eingangssignals für die Berechnung des Geräuschunterdrükkungsverhältnisses aus, während die Schaltung 30 den Algorithmus zum Durchführen der Geräuschverringerung nur an der Niederfrequenzkomponente des Eingangs-Sprachsignals und des Summierens der geräuschgeminderten Niederfrequenzkomponente mit der Hochfrequenzkomponente des ursprünglichen Eingangs- Sprachsignals ausführt.
Die Schaltung 10 wird nicht erklärt, da sie im wesentlichen die gleiche wird diejenige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, das in Fig. 1 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass keine Notwendigkeit für das Vorsehen eines variablen Schwellwerts des Eingangssignal-Pegels für die Berechnung des Geräusch-Unterdrückungsverhältnisses in der Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 14 besteht. Die Schaltung 10 ist zwischen einen festen Anschluss a des eingangsseitigen Umschalters 42 und einen festen Anschluss a des ausgangsseitigen Umschalters 46 geschaltet.
Die Schaltung 20 berechnet das Geräusch-Unterdrückungsverhältnis unter Benutzung eines Signals, das sich aus der Hochfrequenz-Anhebung des Eingangs-Digital-sprachsignals x(n) von einem festen Anschluss b des Umschalters 42 ergibt. Stromaufwärts von einer Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 23 für die Hochfrequenz-Anhebung ist ein Hochfrequenz-Anhebungsfilter 21 angeschlossen. Die Konsonanten, welche eine größere Hochfrequenzenergie haben, werden mit nur schwacher Geräuschverringerung verarbeitet.
Wenn ein Filterausgangssignal des Hochfrequenz-Anhebungsfilters 21 als y(n) ausgedrückt ist, wird das Filterausgangssignal y(n) zu
y(n) = 2x(n) - x(n - 1).
Die Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 23 berechnet die Rahmenleistung rms unter Benutzung des Filterausgangssignals y(n) anstelle von x(n) gemäß Gl. (1).
Die Rahmenleistung rms, welche mittels der Rahmenleistungs- Berechnungsschaltung 23 berechnet ist, wird einer Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 24 zugeführt, um für die Berechnung des Unterdrückungsverhältnis-Werts (Maßstabs) wie gemäß der vorstehenden Gl. (2) benutzt zu werden. Die Berechnung des Unterdrückungsverhältnis-Werts (Maßstabs) mittels der Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 24 wird nicht erklärt, da sie ähnlich derjenigen in dem zuvor erklärten Ausführungsbeispiel ist.
Der Unterdrückungsverhältnis-Wert, welcher durch die Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 24 gewonnen ist, wird über eine Glättungsschaltung 25 einer Geräuschverringerungsschaltung 26 zugeführt.
Die Geräuschverringerungsschaltung 26 multipliziert das digitale Eingangssignal x(n) von dem festen Anschluss b des Umschalters 42, d. h. das ursprüngliche Eingangssignal, welches nicht mit der Hochfrequenz-Anhebung verarbeitet ist, mit dem Unterdrückungsverhältnis-Wert, der über die Glättungsschaltung 25 zugeführt ist, um das Geräusch in dem Eingangssignal x(n) zu verringern, und überträgt das geräuschgeminderte Ausgangssignal zu einem festen Anschluss b des Umschalters 46.
Die Schaltung 20 führt die Geräuschverringerungsoperation unter Benutzung des Geräusch-Unterdrückungsverhältnisses auf der Grundlage des hochfrequenzmäßig angehobenen Signals durch. Auf diese Weise wird die Geräuschverringerungsoperation für das gesamte Frequenzspektrum des Eingangs- Sprachsignals wirksam. Die Geräuschverringerungsoperation kann jedoch zum Vermindern des fremd erscheinenden Hörgefühlt, das durch das Verschwinden der Konsonanten verursacht wird, nur in geringerem Ausmaß an den Konsonantenteilen, welche die größere Frequenzseitenenergie haben, durchgeführt werden.
Die Schaltung 30 gemäß Fig. 7 unterteilt das Frequenzspektrum des digitalen Eingangssignals x(n) von einem festen Anschluss c des eingangsseitigen Umschalters 42 in einen höheren Frequenzbereich und einen niedrigeren Frequenzbereich und führt eine Geräuschverringerungsoperation nur an den Niederfrequenzkomponenten durch. Die Schaltung 30 summiert dann die geräuschgeminderte Niederfrequenzkomponente mit der Hochfrequenzkomponente des ursprünglichen Eingangssignals x(n) und überträgt das sich ergebende Summensignal zu einem festen Anschluss c des ausgangsseitigen Umschalters 46.
Die Schaltung 30 hat ein Tiefpassfilter 31 und ein Hochpassfilter 32, die parallel miteinander mit dem festen Anschluss c des Umschalters 42 verbunden sind. Das Tiefpassfilter 31 und das Hochpassfilter übertragen die Niederfrequenzkomponente bzw. die Hochfrequenzkomponente des digitalen Eingangssignals x(n). Mit der Geräuschverringerungsoperation wird nur die Niederfrequenzkomponente verarbeitet, während die Hochfrequenzkomponente nicht in dieser Weise verarbeitet wird. Der Grund dafür besteht darin, dass die Konsonanten mit einer kleineren Leistung in der Hochfrequenzkomponente in einer größeren Menge als in der Niederfrequenzkomponente enthalten sind, so dass wenn die Geräuschverringerungsoperation an der Hochfrequenzkomponente durchgeführt wird, gleichzeitig die Konsonanten unterdrückt werden und demzufolge Sprache, die ein fremd erscheinendes Hörgefühlt hervorruft, erzeugt wird.
Wenn das Filterausgangssignal des Tiefpassfilters 31 als y(n)L ausgedrückt ist, wird das Filterausgangssignal y(n)L zu
y(n)L = x(n) + x(n-1)/2 (5) .
Andererseits wird das Filterausgangssignal y(n)H zu
y(n)H = x(n) - x(n-1)/2 (6).
Das Filterausgangssignal y(n)L des Tiefpassfilters 31 wird einer Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 33 und einer Geräuschverringerungs-Schaltung 36, die ähnlich der in Fig. 1 gezeigten ist, zugeführt. Das bedeutet, dass die Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 33 die Durchschnittsrahmenleistung rms unter Benutzung des Filterausgangssignal y(n)L des Tiefpassfilters 31 anstelle von x(n) gemäß Gl. (1) berechnet.
Die Durchschnittsrahmenleistung rms, welche mittels der Rahmenleistungs-Berechnungsschaltung 33 berechnet ist, wird einer Unterdrückungsverhältnis-Berechnungsschaltung 34 zugeführt, um sie zum Berechnen des Unterdrückungsverhältnis- Werts wie in Gl. (2) zu benutzen. Eine Erklärung der Berechnung des Unterdrückungsverhältnis-Werts mittels der Berechnungsschaltung 34 wird aus Gründen der Vermeidung von Redundanz nicht gegeben.
Der Unterdrückungsverhältnis-Wert, welcher im Hinblick auf das nichtspontane Hörgefühl in der verarbeiteten Sprache aufgrund der Änderungen der Rahmenleistung korrigiert ist, wird zu der Geräuschverringerungs-Schaltung 36 übertragen, die das Filterausgangssignal y(n), welches von dem Tiefpassfilter 31 zugeführt wird, mit dem Unterdrückungsverhältnis-Wert, der über eine Glättungsschaltung 35 zugeführt wird, mittels Durchführung einer Geräuschverringerung an dem Filterausgangssignal y(n)L, das die Niederfrequenzkomponente des Eingangssignals x(n) ist, multipliziert. Das geräuschgeminderte Ausgangssignal y(n)L wird einem Addierer 36 zugeführt.
Dem Addierer 36 wird außerdem das Filterausgangssignal y(n)H des Hochpassfilters 32 zugeführt. Der Addierer 36 addiert das geräuschgeminderte Filterausgangssignal y(n)L zu dem nicht-geräuschgeminderten Filterausgangssignal y(n)H und überträgt das sich ergebende Summensignal zu einem Tiefpassfilter 37.
Das Tiefpassfilter 37 wird benutzt, um zu verhindern, dass der Ton der Hochfrequenzkomponente ausgeprägt wird, weil das Summenausgangssignal (y(n) L + y(n) H) das nicht-geräuschgeminderte Filterausgangssignal ist. Genau gesagt wird die Übertragungsfunktion H(Z) des Tiefpassfilters 37 zu
H(z) = 1/1 - αZ&supmin;¹ (7).
wobei α eine Konstante ist. Die Kennlinien des Tiefpassfilters 37 werden durch Ändern des Werts von α geändert. Das Tiefpassfilter 37 überträgt ein Ausgangssignal, dessen Hochfrequenzkomponent durch Filterung unterdrückt ist, d. h. das geräuschgeminderte Ausgangssignal, zu dem festen Anschluss c des ausgangsseitigen Umschalters 46.
Auf diese Weise besteht, da die Geräuschverringerungsoperation nur an der Niederfrequenzkomponente durchgeführt wird, während sie nicht an der Hochfrequenzkomponente durchgeführt wird, wo die Konsonantenenergie als höher anzunehmen ist, kein Risiko, dass der Konsonantenteil zusammen mit dem Geräusch gedämpft wird oder ausschließlich der Ton aus der Hochfrequenzkomponente angehoben wird, womit ein Wiedergabeton erzeugt werden kann, der verglichen mit dem ursprünglichen Ton nur einer extrem kleinen Tonqualitätsverschlechterung unterliegt.
Das Umschaltsteuersignal für die Umschaltauswahl der drei Schaltungen 10, 20 u. 30, denen die zuvor beschriebenen drei Geräuschverringerungs-Algorithmen zugeordnet sind, kann durch Pegelunterscheidung mit Hilfe der zwei Schwellwerte th1, th2, wobei th1 > th2 ist, unter Benutzung der Pegelunterscheidungsschaltung 18, die in Fig. 1 gezeigt ist, auf der Grundlage des Geräusch-Pegels A aus der Geräusch-Pegelerfassungsschaltung 5, die in Fig. 4 gezeigt ist, ermittelt werden.
Auf diese Weise reicht es aus, den festen Anschluss a und demzufolge die Schaltung 10, den festen Anschluss b und demzufolge die Schaltung 20 und den festen Anschluss c und demzufolge die Schaltung 30 für A ≥ th1, für th1 > A ≥ th2 bzw. für th2 > A auszuwählen.
Auf diese Weise wird es möglich, die Geräuschverringerungsoperation für das größere Hintergrundgeräusch zu intensivieren und die Geräuschverringerungsoperation für das niedrigere Hintergrundgeräusch zu schwächen, um das nichtspontane Hörgefühl zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, eine Vielzahl von Geräuschverringerungs-Algorithmen einer Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-Kennlinien vorzusehen, die verschiedene Profile von Eingangs/Ausgangs-Kennlinien haben, und einen der Algorithmen der verschiedenen Eingangs/Ausgangs-Kennlinien in Reaktion auf das Umschaltsteuersignal auf der Grundlage des Geräusch-Pegels auszuwählen. Andererseits können verschiedene weitere Sprach-Kodierer, die anders als der zuvor beschriebene VSELP-Kodierer geartet sind, wie der sog. Multi-Impulsanregungs-Linearprädiktions-Sprachkodierer, der in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift 60-70500, Kokai (1985) erklärt ist, benutzt werden. Zusätzlich kann die Geräuschverringerungs-Vorrichtung zum Ausführen des Geräuschverringerungs-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in anderen Einrichtungen, die keine tragbaren Telefon-Einrichtung sind, Anwendung finden.

Claims

1. Verfahren zur Verringerung des Geräusches, das in einem Eingangs-Sprachsignal enthalten ist, mit Schritten zum

Erfassen des Pegels einer Geräuschkomponente, die in dem Eingangs-Sprachsignal enthalten ist, um ein Steuersignal zu bilden, das von dem erfaßten Geräuschpegel abhängt, und

Ausführen einer Geräuschverringerungs-Operation an dem Eingangs-Sprachsignal,

dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschverringerungs-Operation Schritte umfaßt zum

Auswählen eines aus einer Vielzahl von Verarbeitungs- Algorithmen in Abhängigkeit von dem Steuersignal, wobei die Verarbeitungs-Algorithmen sind:

ein erster Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Berechnen eines Unterdrückungsverhältnisses, das von dem Pegel des Eingangs-Sprachsignals abhängig ist, und Multiplizieren des Eingangs-Sprachsignals mit dem berechneten Unterdrückungsverhältnis,

ein zweiter Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Berechnen eines Unterdrückungsverhältnisses, das von dem Pegel eines Signals abhängig ist, welches dem Eingangs- Sprachsignal entspricht, dessen Hochfrequenzkomponente vergrößert ist, und Multiplizieren des Signals mit dem berechneten Unterdrückungsverhältnis und

ein dritter Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Durchführen einer Geräuschverringerungs-Operation nur an der Niederfrequenzkomponente des Eingangs-Sprachsignals und Addieren der Niederfrequenzkomponente, an der die Geräuschverringerung durchgeführt wurde, zu der Hochfrequenzkomponente des Eingangs-Sprachsignals.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Geräuschverringerungs-Schritt das Ausführen einer Pegelerweiterung zum Erzeugen verschiedener Wirkungen unter Benutzung eines Schwellenwerts des Signalpegels des Eingangs-Sprachsignals als eine Grenze enthält, wobei die Schwelle in Abhängigkeit von dem Steuersignal modifiziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Geräuschverringerungs-Schritt eine Verringerung der Pegelerweiterungswirkung für Eingangs-Sprachsignalpegel, die nicht höher als der Schwellenwert sind, enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Geräuschverringerungs-Schritt das Ausführen einer Pegelerweiterung zum Ergeben verschiedener Wirkungen für eine Mehrzahl von Schwellenwerten des Eingangs-Sprachsignalpegels als die Grenzen enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, bei dem der Geräuschverringerungs-Schritt Schritte enthält zum Erfassen der Durchschnittsleistung des Eingangs-Sprachsignals für jede einer Mehrzahl von Einheitszeitperioden als der Eingangs-Sprachsignalpegel.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Geräuschverringerungs-Schritt einen Schritt enthält zum Glätten des Signal-Unterdrückungsverhältnisses innerhalb der Einheitszeitperiode.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Geräuschverringerungs-Schritt einen Schritt enthält zum

Vergrößern der Glättungswirkung, wenn der Eingangs- Sprachsignalpegel kleiner als der Pegel der früheren Einheitszeitperiode ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Schritt umfaßt zum

Komprimierungskodieren des Sprachsignals und Erfassen des Pegels der Geräuschkomponente in dem Eingangs-Sprachsignal in dem Geräuschpegelerfassungs-Schritt unter Benutzung von Kodierungsparametern, die durch den Komprimierungskodierungs-Schritt gewonnen sind.

9. Vorrichtung zur Verringerung des Geräusches in einem Eingangs-Sprachsignal, wobei die Vorrichtung ein Mikrofon (11), welches das Eingangs-Sprachsignal aufnimmt, und Geräuschverringerungs-Mittel (16, 26, 36) zur Verringerung des Geräusches hat, das in dem Eingangs-Sprachsignal enthalten ist, welche Vorrichtung umfaßt:

ein Geräuschpegel-Erfassungsmittel (18) zum Erfassen des Pegels einer Geräuschkomponente in dem Eingangs-Sprachsignal und Ausgeben eines Steuersignals, das auf den erfaßten Geräuschpegel anspricht, und

ein Mittel zum Ausführen einer Geräuschverringerungs- Operation an dem Eingangs-Sprachsignal,

dadurch gekennzeichnet, daß das Geräuschverringerungs-Mittel eine Mehrzahl von Verarbeitungs- Mitteln (16, 26, 36) umfaßt, die jeweilige Algorithmen haben, und einen davon in Abhängigkeit von dem Steuersignal auswählt, wobei die Verarbeitungs-Algorithmen sind:

ein erster Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Berechnen eines Unterdrückungsverhältnisses, das von dem Pegel des Eingangs-Sprachsignalpegels abhängig ist, und Multiplizieren des Eingangs-Sprachsignals mit dem berechneten Unterdrückungsverhältnis,

ein zweiter Geräuschverringerungs-Algorithmus zum Berechnen eines Unterdrückungsverhältnisses, das von dem Pegel eines Signals abhängig ist, welches dem Eingangs- Sprachsignal entspricht, dessen Hochfrequenzkomponente vergrößert ist, und Multiplizieren des Eingangs-Sprachsignals mit dem berechneten Unterdrückungsverhältnis und

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, in der das Geräuschverringerungs-Mittel ein Pegelerfassungs-Mittel (13) zum Erfassen des Signalpegels des Eingangs-Sprachsignals enthält, wobei das Geräuschpegelverringerungs-Mittel (16) eine Pegelerweiterung, die verschiedene Wirkungen ergibt, mit einem Schwellenwert des Eingangs-Sprachsignalpegel als eine Grenze ausführt und den Schwellenwert modifiziert, der auf das Steuersignal anspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, in der das Geräuschverringerungs-Mittel (16) die Wirkung der Pegelerweiterung für durch das Pegelerfassungs-Mittel erfaßte Eingangs-Sprachsignalpegel, die nicht höher als der Schwellenwert sind, verringert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, in der das Geräuschverringerungs-Mittel (16) eine Pegelerweiterung durchführt, die eine unterschiedliche Wirkung für jeden einer Vielzahl von Schwellenwerten des Eingangs-Sprachsignals ergibt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, in der das Geräuschverringerungs-Mittel umfaßt:

das Pegelerfassungs-Mittel (13) zum Erfassen der Durchschnittsleistung des Eingangs-Sprachsignals für jede Einheitszeitperiode als der Eingangs-Signalpegel des Eingangs-Sprachsignals,

ein Unterdrückungsverhältniseinstell-Mittel (14) zum Einstellen eines Signal-Unterdrückungsverhältnisses, das auf den erfaßten Signalpegel des Eingangs-Sprachsignals und das Steuersignal anspricht, und

ein arithmetisches-logisches Mittel (16) zum Multiplizieren des Eingangs-Signalpegels mit dem Unterdrückungsverhältnis durch Ausführen einer Geräuschverringerungs- Operation.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, in der das Geräuschverringerungs-Mittel umfaßt:

ein Glättungs-Mittel (15) zum Aufnehmen eines Signal- Unterdrückungswerts und Glätten des aufgenommenen Signal- Unterdrückungsverhältnisses innerhalb der Einheitszeitperiode.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, in der das Glättungs- Mittel (15) die Glättungswirkung vergrößert, wenn der erfaßte Signalpegel kleiner als der Pegel für die frühere Einheitszeitperiode ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, die ferner umfaßt:

ein Komprimierungskodier-Mittel zum Komprimierungskodieren des Eingangs-Sprachsignals, wobei das Geräuscherfassungs-Mittel den Pegel der Geräuschkomponente in dem Eingangs-Sprachsignal unter Benutzung von Kodierungsparametern erfaßt, die von dem Sprachsignal-Komprimierungskodier-Mittel gewonnen sind.

17. Fernsprechapparat, der ein Mikrofon, das ein Sprachsignal aufnimmt, und eine Vorrichtung zur Verringerung des Geräusches hat, das in dem Sprachsignal enthalten ist, nach einem der Ansprüche 9 bis 16.