Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ И СИСТЕМА УСИЛЕНИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА В СЕТИ СВЯЗИ - Патент РФ 2142675
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ И СИСТЕМА УСИЛЕНИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА В СЕТИ СВЯЗИ
СПОСОБ И СИСТЕМА УСИЛЕНИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА В СЕТИ СВЯЗИ

СПОСОБ И СИСТЕМА УСИЛЕНИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА В СЕТИ СВЯЗИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Усилитель речевого сигнала (10) включает в себя усреднитель мощности (18) для измерения и определения средней мощности речевого сигнала, полосовой эквалайзер (16) для ослабления заданного участка речевого сигнала и создания выравненного (эквалайзированного) входного сигнала. По средней мощности входного сигнала определяют коэффициент масштабирования при помощи таблицы преобразования усиление/ослабление (28). Усилитель речевого сигнала (10) также включает в себя выходной преобразователь масштаба (30), подключенный к выходу (14), причем выходной преобразователь масштаба осуществляет умножения речевого сигнала после эквалайзера на коэффициент масштабирования и передает полученный масштабированный сигнал на выход (14). Усилитель речевого сигнала (10) также включает в себя компаратор (20) мощности нижних и верхних частот для обнаружения каскадного усиления и датчик (22) обнаружения передачи данных в полосе речевого сигнала, при указанном обнаружении усилитель речевого сигнала (10) отключается. Технический результат: отсутствие усиления фонового шума во время периодов молчания сети, не усиливаются речевые сигналы высокого уровня, обнаружение передачи данных в полосе речевого сигнала без наличия отдельного внешнего датчика. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2142675
Класс(ы) патента: H04M1/60, H04M9/00, H03G5/00
Номер заявки: 96114996/09
Дата подачи заявки: 28.11.1994
Дата публикации: 10.12.1999
Заявитель(и): Алкател ЮЭсЭй, Инк. (US)
Автор(ы): Хелена Шунои Хо (US); Майкл К.Пратт (US); Понг С.Лим (US); Томас Т.Ошидари (US)
Патентообладатель(и): Алкател ЮЭсЭй, Инк. (US)
Описание изобретения: Настоящее изобретение имеет отношение главным образом к области обработки речевых сигналов в сетях связи, а более конкретно, касается создания усовершенствованного способа и устройства для улучшения качества речевых сигналов в сетях связи.
Современные системы связи включают в себя входные и выходные устройства, например телефонные аппараты, коммутационные телефонные станции на 10 тысяч номеров и один или несколько телефонных коммутаторов, которые используются для обработки речевых сигналов в сети. Речевые сигналы могут быть охарактеризованы как имеющие две области, а именно, область нижних звуковых частот и область верхних звуковых частот. Областью нижних звуковых частот обычно считают часть речевого сигнала с частотами ниже 300 Гц, а областью верхних звуковых частот считают часть речевого сигнала, которая лежит выше 300 Гц. Речевые сигналы могут быть ослаблены в области полосы нижних частот при помощи одного или нескольких элементов в сети связи.
Стандарт RS-470 Ассоциации Электронной Промышленности (США), опубликованный в январе 1981 г., рекомендует, чтобы входной речевой сигнал в диапазоне ниже 300 Гц был ослаблен кодеком на входе телефонной станции. Это ослабление амплитуды нижнего звукового диапазона входного речевого сигнала рекомендуется по той причине, что фоновые шумы в сети связи лежат в области нижних частот. За счет уменьшения амплитуды частот нижнего диапазона входного сигнала могут быть также уменьшены фоновые шумы сети связи.
Кроме того, коммутационные телефонные станции сети связи также могут ослаблять нижний звуковой диапазон речевого сигнала. В пределах коммутационной телефонной станции может находиться канальный блок, который конвертирует (преобразует) аналоговый входной речевой сигнал в его цифровой эквивалент. Цифровой речевой сигнал подключается к приемному телефонному аппарату при помощи цифрового телефонного коммутатора или коммутаторов. Перед тем, как сигнал подается на приемный телефонный аппарат, он вновь преобразуется в аналоговый формат на другой коммутационной телефонной станции на 10 тысяч номеров, расположенной между последним коммутатором и приемным телефонным аппаратом. Канальный блок может ослаблять нижний диапазон входного речевого сигнала в ходе процесса аналого- цифрового преобразования.
В связи с указанным, некоторые сети связи производят ослабление нижнего диапазона входного речевого сигнала дважды: во входном телефонном аппарате и на коммутационной телефонной станции. Ослабление нижнего диапазона входного сигнала приводит к тому, что речевой сигнал на приемном телефонном аппарате не является истинным представлением речи говорящего (абонента). Поэтому были предложены различные технические решения для компенсации потерь нижних частот речи говорящего по телефону.
Один из известных подходов для получения усиленного речевого сигнала в сети связи связан с использованием техники фиксированного усиления. При таком подходе нижний диапазон речевого сигнала усиливается при нахождении этого сигнала в сети связи перед тем, как он подается на приемный телефонный аппарат. При указанном подходе компенсируется ослабление входного сигнала при помощи фиксированного усиления в некоторой точке в сети связи. При этом подходе также усиливаются отмеченные ранее фоновые шумы сети в диапазоне нижних частот.
Более того, если входной речевой сигнал представляет собой громкий сигнал, то есть, если абонент говорит на высоком уровне по децибелам (говорит громко), то при использовании подхода с фиксированным усилением это приводит к дальнейшему усилению сигнала с высокими децибелами, в результате чего сигнал на приемном телефонном аппарате становится невозможно слушать (по причине его громкости). Альтернативно, применение фиксированного усиления к входному сигналу с высокими децибелами может приводить к перегрузке/насыщению различных элементов сети, что делает сигнал менее разборчивым, чем в том случае, когда фиксированное усиление не применяется.
Дополнительная проблема, связанная с техникой фиксированного усиления речевого сигнала, возникает в случае передачи через сеть связи данных в полосе речевого сигнала. Это становится все более частым в сетях связи, так как использование факсов и модемов, подключенных к компьютерам, продолжает расти. Модем или факсимильный аппарат передают данные в полосе речевого сигнала с высокой амплитудой и на высокой частоте, например на частоте 2700 Гц. Поэтому, если техника с фиксированным усилением применена для данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, то они будут усиливаться безо всякой на то необходимости, что приводит к получению сигнала данных в полосе речевого сигнала, который трудно использовать на приемном конце сети.
Для разрешения проблем, связанных с передачей данных в полосе речевого сигнала, используются датчики, которые обнаруживают передачу данных в полосе речевого сигнала. Эти датчики удалены на определенное расстояние от цепей усиления с фиксированным усилением, поэтому для выключения таких цепей требуется использование внешнего канала управления. Такое решение обеспечивает отсутствие усиления данных в полосе речевого сигнала.
Другая проблема, связанная с известными системами усиления речевого сигнала, возникает в том случае, когда входной речевой сигнал при его прохождении по сети связи встречает или должен проходить через множество элементов сети (в случае последовательных или каскадных сетей), которые содержат цепи фиксированного усиления речевого сигнала. Известные в настоящее время системы фиксированного усиления речевого сигнала не могут определить, был ли входной речевой сигнал уже подвергнут регулировке при помощи техники с фиксированным усилением. В связи с указанным, речевой сигнал, который уже был усилен в первом элементе каскадной сети, может быть затем вновь усилен во втором элементе сети. Это дополнительное усиление может приводить к насыщению речевого сигнала или, как минимум, делать сигнал неудобным (неразборчивым) для его прослушивания на приемном телефонном аппарате. Кроме того, множество усилений речевого сигнала может приводить к колебаниям речевого сигнала в каскадной сети.
В связи с изложенным, существует необходимость в создании системы усиления речевого сигнала, которая позволяла бы устранить проблемы, существующие в известных системах усиления речевого сигнала.
Существует необходимость в создании системы усиления речевого сигнала, которая не усиливала бы фоновый шум сети связи во время периодов молчания в сети.
Кроме того, существует необходимость в создании системы усиления речевого сигнала, которая не усиливает речевые сигналы высокого уровня.
Существует дополнительная необходимость в создании системы усиления речевого сигнала, которая не создавала бы перегрузку или насыщение речевых сигналов высокого уровня.
Кроме того, существует необходимость в создании системы усиления речевого сигнала, которая обнаруживает передачу данных в полосе речевого сигнала без наличия отдельного внешнего датчика.
Существует дополнительная необходимость в создании системы усиления речевого сигнала, которая эффективно работает в каскадной сети.
Кроме того, существует необходимость в создании системы усиления речевого сигнала, которая не вызывает колебаний речевого сигнала.
В связи с изложенным, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается система усиления речевого сигнала, которая предотвращает усиление фонового шума в течение промежутков молчания в сети связи.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается система усиления речевого сигнала, которая адаптивно изменяет усиление речевого сигнала, таким образом, что речевые сигналы достаточной силы не усиливаются.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается система усиления речевого сигнала, в которой отсутствует перегрузка или насыщение (ограничение) речевых сигналов высокого уровня.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается система усиления речевого сигнала, которая сама позволяет обнаруживать передачу данных в полосе речевого сигнала и в этом случае отключать усиление сигнала.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается система усиления речевого сигнала, которая с успехом может быть использована в каскадной сети.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается система усиления речевого сигнала, которая сводит к минимуму возможность возникновения колебаний речевого сигнала.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается система усиления речевого сигнала, которая главным образом устраняет или уменьшает недостатки или проблемы, связанные с известными ранее системами с фиксированным усилением.
Предлагаемая система, которая в соответствии с настоящим изобретением включает в себя адаптивный регулятор усиления, содержит вход для приема речевых сигналов и выход для передачи речевых сигналов, которые соединены друг с другом. Это соединение включает в себя усилитель речевого сигнала, который содержит усреднитель мощности для определения средней мощности речевого сигнала. Усилитель речевого сигнала также включает в себя эквалайзер для ослабления заданного участка речевого сигнала и выходной преобразователь масштаба, предназначенный для преобразования масштаба речевого сигнала после эквалайзера в ответ на поступление определенной средней мощности, с получением на выходе масштабированного сигнала.
В частности, усилитель речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением включает в себя обнаружитель (датчик) данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, и обнаружитель усиления речевого сигнала в каскадной сети, каждый из которых может соответственно отключать усилитель речевого сигнала.
Способ обеспечения адаптивной регулировки усиления с использованием усилителя речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением предусматривает определение средней мощности входного речевого сигнала и определение коэффициента масштабирования в соответствии со средней мощностью входного сигнала. Способ в соответствии с настоящим изобретением также предусматривает выравнивание (эквалайзирование) входного речевого сигнала путем ослабления заданного участка входного речевого сигнала. Способ в соответствии с настоящим изобретением также предусматривает масштабирование входного сигнала после эквалайзирования, с использованием определенного коэффициента масштабирования, и подключение масштабированного речевого сигнала к выходу.
Более конкретно, способ в соответствии с настоящим изобретением, использующий адаптивную регулировку усиления речевого сигнала, предусматривает отключение масштабированного речевого сигнала от выхода при обнаружении передачи данных в полосе речевого сигнала или при обнаружении каскадного усиления.
Технические преимущества системы усиления речевого сигнала с использованием адаптивной регулировки усиления в соответствии с настоящим изобретением заключаются в том, что система создает усиленный речевой сигнал, который звучит более близко к голосу абонента. Система усиления речевого сигнала с адаптивной регулировкой усиления совместима как с речевыми сигналами, так и с сигналами данных, передаваемыми в полосе речевого сигнала, которые передаются по сети связи.
Система усиления речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением обладает также техническим преимуществом устранения проблем, связанных с известными системами с фиксированным усилением речевого сигнала. Адаптивный регулятор усиления системы в соответствии с настоящим изобретением производит ослабление входных речевых сигналов высокого уровня и усиление входных речевых сигналов низкого уровня. В связи с этим система в соответствии с настоящим изобретением не производит насыщение (ограничение) входного речевого сигнала, который первоначально имеет высокий уровень.
Дополнительное техническое преимущество системы усиления речевого сигнала с применением адаптивного регулятора усиления в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что она не производит усиление сигналов в промежутках молчания в текущих переговорах между удаленными телефонными аппаратами. В связи с указанным, система в соответствии с настоящим изобретением не будет усиливать фоновый шум в те моменты, когда речевой сигнал не передается.
Другое техническое преимущество системы в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что она способна обнаруживать наличие каскадной сети, в которой ранее было произведено усиление речевого сигнала. После обнаружения каскадной сети система в соответствии с настоящим изобретением сама отключается, так что ранее усиленный сигнал в ней более не усиливается. Это обеспечивает техническое преимущество, связанное с предотвращением создания условий для возникновения колебаний сигнала в сети.
Еще одно техническое преимущество системы в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что она способна обнаруживать передачу данных в полосе речевого сигнала и в этом случае отключать адаптивную регулировку усиления. Кроме того, система в соответствии с настоящим изобретением сама отключается при обнаружении каскадной сети или данных в полосе речевого сигнала и не требует наличия внешней цепи управления или наличия внешнего датчика.
Дополнительное техническое преимущество системы в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что она может быть встроена в существующее телекоммуникационное оборудование, например в эхоподавитель сети, причем эта система также совместима с существующими сетями связи.
Указанные ранее и другие характеристики и преимущества изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковыми позициями указаны аналогичные элементы и узлы.
На фиг. 1 показана типовая структурная схема адаптивного регулятора усиления системы усиления речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 приведена типовая блок-схема операций, которые осуществляются адаптивным регулятором усиления при осуществлении усиления речевого сигнала.
На фиг. 3a - 3d показаны типовые речевые сигналы на различных этапах процесса адаптивной регулировки усиления в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4 приведена структурная схема, показывающая возможное местоположение системы усиления речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением в рамках сети связи.
На фиг. 5 изображена блок-схема сети связи с встроенной в нее системой, содержащей адаптивный регулятор усиления, предназначенной для усиления речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1 показана структурная схема системы, содержащей адаптивный регулятор усиления, предназначенной для усиления речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением. Усилитель 10 речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением включен в разрыв между входом 12 и выходом 14. На входе 12 обычно использовано любое устройство, которое может подавать входной речевой сигнал от телефонного аппарата. Аналогичным образом, на выходе 14 имеется любое устройство, которое используется для подачи выходного речевого сигнала на телефонный аппарат.
Сигнал с выхода 12 подается в параллель на эквалайзер полосы нижних частот 16, усреднитель мощности 18, компаратор мощности нижних и верхних частот 20 и датчик 22 данных, передаваемых в полосе речевого сигнала на входной стороне усилителя речевого сигнала 10. Эквалайзер полосы нижних частот 16 производит выравнивание (эквалайзирование) входного речевого сигнала путем ослабления амплитуды участка (полосы) верхних частот входного сигнала. Эквалайзер полосы нижних частот 16 может быть встроен в цифровой фильтр, который уменьшает амплитуду полосы верхних частот входного речевого сигнала. Типичная граница между областями нижних и верхних частот лежит ориентировочно на уровне 300 Гц, хотя возможно и другое разграничение, что не выходит за рамки изобретательского замысла настоящего изобретения. Эквалайзер полосы нижних частот 16 главным образом производит устранение (эквалайзирование) искажений входного сигнала, которые введены входным телефонным аппаратом и/или возникли во время аналого- цифрового преобразования сигнала в канальном блоке коммутационной телефонной станции.
Усреднитель мощности 18 усилителя 10 речевого сигнала производит измерение средней мощности входного сигнала. Это может быть осуществлено при помощи самых различных методов, в частности в одном из вариантов осуществления, усреднитель 18 представляет собой фильтр нижних частот, через который пропускают выпрямленный входной сигнал со входа 12.
На входной стороне усилителя 10 речевого сигнала также имеется датчик каскадного речевого усиления или компаратор 20 мощности нижних и верхних частот. Компаратор 20 мощности нижних и верхних частот обнаруживает потенциальное каскадное усиление входного сигнала в сети связи. Компаратор 20 мощности нижних и верхних частот непрерывно контролирует отношение мощности нижних и средних частот входного сигнала. Известно, что для усредненного входного сигнала отношение мощности нижних и верхних частот обычно лежит в определенном диапазоне. Также известно, что входной телефонный аппарат и канальный блок коммутационной телефонной сети ослабляют сигнал нижних частот, в результате чего указанное отношение уменьшается. Компаратор 20 мощности нижних и верхних частот непрерывно контролирует это отношение во входном сигнале. Если измеренное отношение мощности нижних и верхних частот намного меньше, чем ожидаемое для усиленного сигнала, то тогда компаратор 20 мощности нижних и верхних частот определяет, что контур каскадного усиления отсутствует. Наоборот, если измеренное отношение мощностей сравнимо с ожидаемым или превышает его, то тогда компаратор 20 мощности нижних и верхних частот определяет, что контур каскадного усиления присутствует. Компаратор 20 мощности нижних и верхних частот обеспечивает техническое преимущество, связанное с обнаружением предшествующего усиления входного речевого сигнала, что позволяет использовать усилитель 10 речевого сигнала в каскадных сетях.
Обнаружитель (датчик) 22 данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, также производит анализ входного сигнала. Датчик 22 данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, определяет, не является ли входной речевой сигнал сигналом данных, передаваемых в полосе речевого сигнала. Способы обнаружения данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, сами по себе хорошо известны и в данной заявке не рассматриваются. Усилитель 10 речевого сигнала использует один из известных способов обнаружения таким образом, что адаптивная регулировка усиления входного сигнала может быть отключена, если обнаружены данные, передаваемые в полосе речевого сигнала. Датчик 22 данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, обеспечивает техническое преимущество обнаружения передачи данных в полосе речевого сигнала непосредственно в усилителе 10 речевой сигнала, когда не требуются внешние цепи управления и внешние датчики.
К компаратору 20 мощности нижних и средних частот и к датчику 22 данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, подключен блокиратор (выключатель) 24 усиления с адаптивной регулировкой усиления (АРУ). При поступлении определенного сигнала от компаратора мощности нижних и средних частот 20 и от датчика 22 данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, блокиратор 24 усиления с АРУ принимает решение о том, следует ли отключить усилитель 10 речевого сигнала при помощи переключателя 26. Положение по умолчанию этого переключателя 26 позволяет производить усиление входного сигнала, а отключение этого усиления происходит в том случае, когда блокиратор 24 определяет, что либо входной сигнал уже ранее был усилен, или что этот входной сигнал является сигналом данных, передаваемых в полосе речевого сигнала.
Таблица преобразования усиления/ослабления 28 подключена к усреднителю мощности 18. После вычисления средней мощности входного сигнала в усреднителе мощности 18 сигнал, несущий информацию о средней мощности, направляется на таблицу преобразования усиления/ослабления 28. Таблица преобразования усиления/ослабления 28 содержит коэффициенты масштабирования, которые прикладываются к входному речевому сигналу в соответствии с изобретательским замыслом настоящего изобретения. Таблица преобразования усиления/ослабления 28 устроена таким образом, что если средняя мощность входного сигнала высока, то тогда соответствующий коэффициент масштабирования мал. При этом обеспечивается техническое преимущество, связанное с тем, что предотвращается чрезмерное усиление высоких уровней сигнала и предотвращается перегрузка или насыщение (ограничение) сигнала.
Коэффициент масштабирования может быть меньшим единицы, если средняя мощность входного сигнала достаточно высока. Если измеренная средняя мощность входного сигнала слишком мала, то тогда соответствующий коэффициент масштабирования велик. Для типичного входного сигнала со средней входной мощностью выбирается соответствующий коэффициент масштабирования, который обеспечивает минимальное усиление или ослабление сигнала, в результате чего АРУ воздействует на все сигналы. Адаптивное изменение коэффициента масштабирования обеспечивает техническое преимущество предотвращения колебаний речевого сигнала.
Выходной преобразователь масштаба 30 подключен к выходу таблицы преобразования усиления/ослабления 28. Выходной преобразователь масштаба 30 также подключен к эквалайзеру нижних частот 16, который выдает соответствующий сигнал на выходной преобразователь масштаба 30. Выходной преобразователь масштаба 30 использует ранее определенный коэффициент масштабирования, полученный в таблице преобразования усиления/ослабления 28, для соответствующего усиления или ослабления сигнала, поступающего от эквалайзера. С выхода выходного преобразователя масштаба 30 усиленный сигнал подается на выход устройства 14.
На фиг. 1 показан также прозрачный путь 32. Этот прозрачный путь 32 подключен ко входу 12 и идет к положению отключения усиления системы 34 переключателя 26. Между концами прозрачного пути 32 включен переменный аттенюатор 36. Переменный аттенюатор 36 может быть встроен в усилитель 10 речевого сигнала для обеспечения улучшенного подавления шумов в том случае, когда усилитель 10 речевого сигнала обнаруживает паузу (молчание) на входе 12. При обнаружении молчания переключатель 26 переводится в положение отключения усиления системы 34, при этом путь между входом 12 и выходом 14 становится прозрачным путем 32.
После переключения на прозрачный путь 32 переменный аттенюатор 36 устанавливается в положение минимального ослабления. В течение всего промежутка времени, когда сигнал лежит ниже речевого порога, ослабление переменного аттенюатора 36 поддерживается увеличенным (например, 0, 5 децибел в течение 3 миллисекунд), вплоть до максимально возможного ослабления переменного аттенюатора 36. Увеличение ослабления переменного аттенюатора 36 приводит к подавлению фоновых шумов сети. Это обеспечивает техническое преимущество сведения к минимуму уровня фоновых шумов в течение промежутков молчания.
Как только уровень входных сигналов возрастает, ослабление переменного аттенюатора 36 изменяется в сторону минимального ослабления. После короткого промежутка интегрирования (например, 3 выборки входного сигнала) входных сигналов выше заданного порога, переключатель 26 перемещается в свое положение по умолчанию (исходное положение), что позволяет производить адаптивную регулировку усиления входных сигналов. В этом случае переменный аттенюатор возвращается в положение минимального ослабления.
Следует иметь в виду, что показанные на фиг. 1 функциональные блоки могут быть осуществлены при помощи отдельных дискретных устройств или в виде единого интегрального устройства, что не выходит за рамки изобретательского замысла настоящего изобретения. Кроме того, следует иметь в виду, что показанные на фиг. 1 функциональные блоки могут быть реализованы, целиком или частично, как при помощи программных средств, так и при помощи аппаратных средств.
Работа усилителя 10 речевого сигнала фиг. 1 будет далее рассматриваться в связи с рассмотрением блок-схемы фиг. 2, при использовании типовых сигналов, показанных на фиг За- 3d.
На фиг. 2 показаны типовые операции, которые осуществляются усилителем 10 речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением для того, чтобы произвести адаптивную регулировку усиления (АРУ) входного речевого сигнала. После запуска (операция 50) с операции 52 начинается процесс усиления речевого сигнала в том случае, если детектируется наличие входного сигнала, превышающего заданный амплитудный порог. Ниже заданного порога на входе 12 объявляется существование молчания, когда переключатель 26 усилителя 10 речевого сигнала устанавливается в положение 34 отключения усиления системы. В качестве примера можно указать заданный порог 0,40 дБmO, однако этот порог может также адаптивно изменяться, базируясь на уровнях шума, покоя в сети или на уровне мощности входного речевого сигнала. В том случае, когда обнаружено молчание и переключатель 26 установлен в положение отключения усиления системы 34, входной сигнал поступает на выход 14 без масштабирования. При этом возникает техническое преимущество предотвращения усиления фонового шума сети в течение периодов молчания. Любой из блоков, связанных с входной стороной усилителя речевого сигнала 10 (эквалайзер полосы нижних частот 16, усреднитель мощности 18, компаратор мощности нижних и верхних частот 20 или датчик 22 передачи данных в полосе речевого сигнала) может быть использован для обнаружения молчания и входного речевого сигнала.
После обнаружения входного сигнала во время операции 54 начинается счет кадров. Кадровая система использована усилителем 10 речевого сигнала для разделения всего времени передачи сигналов на определенные промежутки времени. Типичный кадровый период, который используется в усилителе 10 речевого сигнала, соответствует 3 мс.
После того, как входной речевой сигнал обнаружен на входе 12, во время операции 56 усилитель 10 речевого сигнала определяет, не производилось ли ранее усиление входного сигнала. Как это уже было описано выше со ссылкой на фиг. 1, для усредненного речевого сигнала отношение мощности нижних и верхних частот грубо говоря находится в заданном диапазоне. В ходе операции 56 компаратор 20 мощности нижних и верхних частот определяет, соответствует ли это отношение предшествующему усилению сигнала, что говорит о существовании каскадной конфигурации. В ходе операции 58 принимается решение о наличии или отсутствии каскадного усиления. Если есть каскадное усиление, то осуществляется переход к проведению операции 60, когда отключается АРУ системы усиления при помощи блокиратора 24, путем посылки соответствующего сигнала на переключатель 26 или его эквивалент, таким образом, что переключатель 26 переходит в его положение 34 отключения АРУ (см. фиг. 1). Так как исходное положение переключателя 26 разрешает производить усиление речевого сигнала, то в случае отсутствия каскадной конфигурации, что обнаруживается в ходе операции 58, осуществляется переход к операции 62.
В ходе операции 62 производится обнаружение данных, передаваемых в полосе речевого сигнала. В датчике 22 обнаружения данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, использованы хорошо известные методы детектирования данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, которые не требуют более подробного обсуждения. В ходе осуществления операции 64 производится запрос относительно существования данных, передаваемых в полосе речевого сигнала. Если датчик 22 данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, обнаруживает такие данные на входе 12, то тогда осуществляется переход к операции 60, в результате чего на блокиратор 24 подается соответствующий сигнал отключения АРУ системы усиления, что вызывает переключение переключателя 26 или его эквивалента в положение отключения 34. Если в ходе операции 64 обнаружено отсутствие данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, то тогда осуществляется переход к операции 66.
Следует иметь в виду, что обнаружение каскадной конфигурации путем измерения отношения мощности нижних и средних частот в ходе операции 56, а также обнаружение передачи данных в полосе речевого сигнала в ходе операции 62, может осуществляться либо одновременно, либо в порядке, инверсном описанному со ссылкой на фиг. 2. Следует также иметь в виду, что положение по умолчанию переключателя 26 или его эквивалента в соответствии с изобретательским замыслом настоящего изобретения таково, что разрешается усиление речевого сигнала. После обнаружения ранее усиленного сигнала или данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, цепи усиления 10 отключаются при помощи переключателя 26.
В ходе операции 66 усреднитель мощности 18 производит измерение мощности входного сигнала, а в ходе операции 68 усреднитель мощности 18 производит определение средней мощности входного сигнала. В ходе операции 70 усреднитель мощности 18 направляет сигнал, несущий информацию об измеренной средней мощности, на таблицу 28 преобразования усиление/ослабление. В ходе операции 70 таблица 28 преобразования усиление/ослабление вырабатывает коэффициент усиления/ослабления или коэффициент масштабирования, на основании измеренной средней мощности входного сигнала. Коэффициент масштабирования связан с измеренной средней мощностью указанным ранее образом, при этом входной сигнал с высокой средней мощностью соответствует низкому или ослабляющему коэффициенту масштабирования, а входной сигнал с низкой средней мощностью соответствует усиливающему коэффициенту масштабирования. В ходе операции 72 эквалайзер 16 полосы нижних частот производит выравнивание (эквалайзирование) входного речевого сигнала.
На фиг. 3a показан пример типового входного речевого сигнала. По оси X, обозначенной позицией 100, отложена частота входного сигнала, а по оси Y, обозначенной позицией 102, отложена амплитуда входного сигнала в децибелах (дБ). Входной сигнал 104 имеет область нижних частот 106 и область верхних частот 108. Обычно линия раздела между областью нижних частот 106 и областью верхних частот 108, показанная на чертеже линией 109, лежит на частоте 300 Гц, хотя могут быть использованы и другие линии раздела. Область нижних частот 106 входного сигнала 104 ослаблена относительно области верхних частот 108 во входном телефонном аппарате, или в канальном блоке коммутационной телефонной станции, либо в обоих из них.
На фиг. 3b показана передаточная функция 110, которая прикладывается эквалайзером 16 нижних частот в ходе операции 72 для выравнивания входного сигнала 104. Следует иметь в виду, что передаточный сигнал 110 уменьшает амплитуду полосы верхних частот 108 входного сигнала относительно полосы нижних частот 106 входного сигнала 104.
На фиг. 3c показан сигнал 113 после выравнивания (эквалайзирования), который получен из сигнала 104 в результате эквалайзирования в ходе операции 72 при помощи эквалайзера 16 нижних частот. После проведения эквалайзирования посредством эквалайзера 16 нижних частот при помощи переходной функции 110, полученный эквалайзированный сигнал 113 имеет относительно ровную амплитуду по всему частотному диапазону сигнала. Следует иметь в виду, что определение коэффициента масштабирования в ходе операции 70 и эквалайзирование входного сигнала в ходе операции 72 могут происходить одновременно или в обратном порядке относительно показанного на фиг. 2.
После этого переходят к осуществлению операции 74, в ходе которой выходной преобразователь масштаба 30 прикладывает коэффициент масштабирования к сигналу 113 после эквалайзирования.
На фиг. 3d показаны два типовых выходных сигнала после масштабирования, причем сигнал 114 представляет собой сигнал 113 после эквалайзирования с последующим положительным или усиливающим коэффициентом масштабирования, а сигнал 116 представляет собой сигнал 113 после эквалайзирования с последующим отрицательным или ослабляющим коэффициентом масштабирования.
После приложения ко входному сигналу коэффициента масштабирования переходят к операции 76 подсчета кадров. Во избежание слишком быстрого изменения коэффициентов масштабирования, коэффициент масштабирования прикладывается к сигналу в течение N кадров, с максимальным изменением X дБ, причем N может составлять 24, что соответствует 3 мс, а X может быть 0, 5 дБ. В ходе операции 76 счетчик кадров работает на суммирование, а в ходе операции 78 определяют, составило ли число текущих кадров величину N. Если это число меньше N, то происходит возврат к операции 74, в ходе которой к входному сигналу прикладывается ранее определенный коэффициент масштабирования до тех пор, пока счетчик кадров не насчитает N. В ходе операции 78, если число кадров превышает N, осуществляется переход к операции 52, и весь процесс полностью повторяется. Это препятствует слишком быстрому изменению коэффициента масштабирования.
Следует иметь в виду, что блок-схема фиг. 2 позволяет производить адаптивную регулировку усиления (АРУ) входного сигнала. Коэффициент масштабирования повторно изменяется каждые N кадров, что позволяет производить изменение усиления входного сигнала по мере изменений этого сигнала. Следует также иметь в виду, что описанная со ссылками на фиг. 2 и 3a-3d методология отражает возможный вариант осуществления настоящего изобретения, причем могут быть использованы и другие варианты, что не выходит за рамки изобретательского замысла настоящего изобретения.
На фиг. 4 приведена структурная схема, показывающая использование усилителя 10 речевого сигнала в схеме 80 эхоподавителя в типичной сети связи. В качестве примера эхоподавителя 80 можно привести эхоподавитель типа ЕС 24, который изготавливается и продается фирмой DSC Коммьюникейшнс Корпорейшн. Усилитель 10 речевого сигнала показан на фиг. 4, встроенным в эхоподавитель 80, который подключен к длинной входной линии связи 86, по которой на обработку в эхоподавителе 80 поступают входные речевые сигналы. Усилитель 10 речевого сигнала осуществляет необходимое АРУ масштабирование входного речевого сигнала, аналогично описанному со ссылкой на фиг. 1 - 3d, и обеспечивает на выходе 88 усиленные сигналы, поступающие на гибридную схему 90. Гибридная схема 90 подключена линией 92 ко входу адаптивного фильтра 82 эхоподавителя через устройство суммирования 84. Устройство суммирования 84 позволяет получить выходные сигналы на выходе длинной линии 94. Функционирование эхоподавителя 80 для устранения эффектов отражения при передаче сигнала в двух направлениях хорошо известно и не будет здесь обсуждаться более подробно. Следует также иметь в виду, что усилитель 10 речевого сигнала не обязательно должен быть размещен в корпусе эхоподавителя 80, подходящими местоположениями для него являются также и другие элементы сети связи. Следует иметь в виду, что эхоподавитель 80 с введенным в него усилителем 10 речевого сигнала может быть расположен отдельно от телефонного коммутатора.
На фиг. 5 показана сеть связи 120, которая является примером сети, в которую может быть внедрена система усиления речевого сигнала с адаптивной регулировкой усиления в соответствии с настоящим изобретением, для обеспечения улучшенной передачи речевого сигнала со входа 12 на выход 14. На входе 12 стоит входной телефонный аппарат, который подключен к телефонной станции 122. На телефонной станции 122 в канальном блоке производится преобразование аналоговых речевых сигналов в цифровые сигналы. Телефонная станция 122 имеет связь с телефонным коммутатором 124. Коммутатор 124 связан с эхоподавителем 80, в состав которого входит усилитель 10 речевого сигнала. Каждый эхоподавитель 80 связан с коммутатором 126 и, возможно, с другими коммутаторами. На фиг. 5 показан случай, когда эхоподавитель 81, в состав которого входит усилитель речевого сигнала 10, расположен внутри коммутатора 126, а не вне него. Другое местоположение усилителя речевого сигнала 10 не выходит за рамки настоящего изобретения. Коммутатор 126 подключен к телефонной станции 128, которая, в свою очередь, соединена с выходом 14. Функционирование усилителя 10 речевого сигнала с АРУ в эхоподавителях 80 и 81 сети 120 происходит аналогично описанному ранее. Следует иметь в виду, что вход 12 и выход 14 будут меняться местами в ходе телефонного разговора, при этом обеспечивается двухсторонняя линия связи между входом 12 и выходом 14. Следует также иметь в виду, что расположение усилителя 10 речевого сигнала в блоках эхоподавления 80 и 81 дано только в качестве примера возможного расположения усилителя 10 речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением.
При работе усилителя 10 речевого сигнала в соответствии с настоящим изобретением входной речевой сигнал поступает на вход 12. Эквалайзер 16 нижних частот производит выравнивание (эквалайзирование) входного сигнала путем ослабления его полосы верхних частот. Это приводит главным образом к выравниванию сигнала, который ранее имел ослабление в его области нижних частот за счет воздействия различных элементов сети. Усреднитель мощности 18 производит измерение и определяет среднюю мощность входного сигнала. Таблица 28 преобразования усиление/ослабление вырабатывает коэффициент масштабирования, который должен быть приложен к входному сигналу, основываясь на измеренной средней мощности. Выходной преобразователь масштаба 30 прикладывает коэффициент масштабирования к эквалайзированному сигналу и подает масштабированный сигнал на выход 14. Коэффициент масштабирования непрерывно обновляется по мере изменения уровня входного сигнала. Это обеспечивает адаптивную регулировку усиления речевого сигнала. Режим по умолчанию усилителя 10 речевого сигнала обеспечивает усиление речевого сигнала.
Датчик (обнаружитель) 22 данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, анализирует входной сигнал и определяет, не включает ли он в себя, в отличие от стандартного речевого сигнала, данные, передаваемые в полосе речевого сигнала. Компаратор 20 мощности нижних и верхних частот измеряет отношение мощностей нижних и верхних частот входного сигнала для того, чтобы определить, не производилось ли ранее усиление сигнала в сети. Если обнаружено предшествующее усиление сигнала или обнаружена передача данных в полосе речевого сигнала, то блокиратор 24 воздействует на переключатель 26, который отключает усиленный речевой сигнал от выхода 14.
В соответствии с изложенным, система усиления речевого сигнала с адаптивной регулировкой усиления в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает адаптивную регулировку усиления за счет приложения коэффициента масштабирования к входному речевому сигналу и усиление/ослабление входного речевого сигнала для выработки более представительного сигнала, соответствующего голосу абонента, на приемном телефоном аппарате. Настоящее изобретение позволяет устранить проблемы, присущие известным системам с фиксированным усилением речевого сигнала, за счет непрерывного и адаптивного текущего контроля входного сигнала и за счет соответствующего масштабирования входного сигнала. Изменения во входном сигнале производятся таким образом, что при приеме на выходном телефонном аппарате получают истинное представление входного речевого сигнала.
Несмотря на то, что детально был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения,
Формула изобретения: 1. Способ усиления речевого сигнала в сети связи, включающий эквалайзирование входного речевого сигнала путем ослабления заданного участка частот входного речевого сигнала, масштабирование эквалайзированного входного речевого сигнала, подачу масштабированного речевого сигнала на выход, отличающийся тем, что перед эквалайзированием определяют среднюю мощность входного речевого сигнала и коэффициент масштабирования в соответствии со средней мощностью входного речевого сигнала, причем определение коэффициента масштабирования предусматривает ограничение количества изменений между последовательными коэффициентами масштабирования.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает обнаружение во входном сигнале данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, и отключение масштабированного речевого сигнала от выхода.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что он включает дополнительно обнаружение каскадного усиления в сети и отключение масштабированного речевого сигнала от выхода.
4. Система для обеспечения усиления речевого сигнала в сети связи, содержащая эквалайзер для ослабления заданного участка речевого сигнала и выходной преобразователь масштаба для умножения речевого сигнала после эквалайзера на коэффициент масштабирования, отличающаяся тем, что содержит усреднитель мощности для определения средней мощности речевого сигнала, соединенный с эквалайзером, а коэффициент масштабирования выбран в соответствии с таблицей преобразования усиление/ослабление и измеренной средней мощностью, причем указанный выходной преобразователь масштаба выполнен с возможностью дополнительно ограничивать количество изменений между последовательными коэффициентами масштабирования.
5. Система по п.4, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит датчик данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, выполненный с возможностью предотвращения масштабирования речевого сигнала выходным преобразователем масштаба.
6. Система по п.4, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит датчик каскадного усиления речевого сигнала для обнаружения предшествующего масштабирования речевого сигнала, выполненный с возможностью предотвращения масштабирования речевого сигнала выходным преобразователем масштаба в случае указанного обнаружения.
7. Система по п.4, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит датчик данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, и датчик каскадного усиления речевого сигнала для обнаружения предшествующего масштабирования речевого сигнала, выполненного так, что, когда по меньшей мере датчик данных, передаваемых в полосе речевого сигнала, или датчик каскадного усиления речевого сигнала срабатывают, то предотвращается масштабирование речевого сигнала выходным преобразователем масштаба.
8. Система по п.4, отличающаяся тем, что выходной преобразователь масштаба выполнен с возможностью умножения речевых сигналов на заранее определенный коэффициент масштабирования в течение определенного периода времени.
9. Система по п.4, отличающаяся тем, что выходной преобразователь масштаба выполнен с возможностью разделения речевого сигнала на множество кадров, каждый из которых представляет собой определенный период времени, и производит масштабирование речевого сигнала в течение определенного числа кадров.