專利名稱：抗噪聲語音處理器及其抗噪聲方法
技術領域：
本發明涉及一種在高強度噪聲環境中離析語音的方法及其裝置，特別適用于制備和改進受話端有強噪聲干擾的通話系統。
在強噪聲背景中離析語言是電話通訊中十分重要的問題。眾所周知，在機械加工車間、輪機倉、鬧市場所、狂風呼嘯的原野、戰火紛飛的陣地進行電話通信，語言常被噪聲淹沒，嚴重影響語言信息的傳遞。采用結構簡單、造價低廉的抗噪聲裝置又很難解決問題，為此，人們提出了多種解決問題的技術方案。例如，日本專利局在1982年10月19日公開了“噪聲的控制方法”-專利號59-72851(A)，它采用了一種由環境噪聲本身去控制選擇輸出頻帶的技術方案，將環境噪聲與語言一起由前置放大器放大，混合信號經一路模擬開關，再饋入輸出頻帶選擇器;另一路則經帶通濾波器，抽提出噪聲信號并轉換成直流電平，再經A/D轉換后去控制模擬開關，由模擬開關輸出頻帶選擇器，達到抑制環境噪聲的目的。又如，美國專利局于1977年12月6日公開了專利號為4061875的“用于高強度噪聲環境的音頻處理器”，其特點是由高通濾波器濾去低頻噪聲，之后，再采用擴張和壓縮技術，使耳機傳出清析的語音。上述兩個發明專利，其共同之處都是在線路中選取合理的濾除環境噪聲技術，清除特定背景噪聲。顯然，由于噪聲的強度和頻率隨時間、空間而異，在使用上將會有所不便或出現不應有的問題。例如，上述“噪聲的控制方法”專利中，由于噪聲的變化，將引起輸出頻帶選擇器的開關轉換，自然會伴隨產生開關噪音。
本發明的任務是提供一種適應性強的抗環境噪聲的方法及抗噪聲語音處理裝置，特別用于電話通訊設備的改進。
本發明的技術解決方案以聽覺生理實驗為依據，按照經典的理解，人耳是一個高分辨率的頻譜分析系統，耳蝸中不同的感覺細胞及與之連接的神徑網絡組成不同的頻率調諧;語音的主要能量分布在3KHz以下，通常由耳的低、中頻通道感受或傳輸。為了分離環境噪聲與語音的能量分布，本發明對語音作適當的實時升頻處理，使語音頻譜能量全部移至高頻區，并將升頻后的語言信號與原語言信號相加。即對接收到的語言信號進行放大，之后，用它去調制高頻載波，所得被調制載波信號與原語音信號相加。實驗表明，經上述方法處理后，盡管環境噪音很強，仍可聽清通話語言，有很強的抗干擾能力，并在一定程度上保持說話者的基本音色。根據上述抗環境噪聲方法所設計的語言處理裝置包括語音收發部件、接收放大單元、實時升頻調制單元、加法單元、功率放大單元和送音單元。
本發明的優點是1.突破已有采用濾波的抗干擾模式，將語言信號能量譜全部移至高頻區，具有很強的抗噪聲干擾能力;2.適應性強，不需隨噪聲變化而改變濾波器參數，因而不會產生開關噪聲。
下面給出本發明的實施圖及實施效果說明圖。
圖1 是環境噪聲頻譜示意圖。
圖2 是無環境噪聲時通話語音頻譜示意圖。
圖3 是已有電話機輸出語音頻譜(未實時升頻調制處理)與環境噪聲的頻譜的分布示意圖。
圖4 是使用本發明的語音輸出頻譜與環境噪音頻譜的分布示意圖。
圖5 是本發明的結構方框圖。
圖6 是本發明的電路原理圖。
根據圖5和圖6給出本發明的一個實施例，它是一種適合用于與電話交換機聯結的電話機。從圖中，本發明包括語音收發部件1、接收放大單元2、實時升頻調制單元3、加法單元4、功率放大單元5和送音單元6。當電話交換機接通對方發來的語音時，語音收發部件1處于接收狀態，將接收到的語音信號饋入接收發大單元2進行放大，再將被放大的語音信號饋入實時升頻調制單元3，之后，被升頻的語音調制信號與其被放大的語音信號一起饋入加法單元4，即接收放大單元2和實時升頻調制單元3分別與加法單元4以電路相連接，信號相加后由功率放大單元5驅動送音單元6，最后由耳朵接收辨別。從圖6可見，本實施例中的語音收發部件1是已有的電話機，稍加改動后，使它與接收放大單元2以電路相聯結，對方發來的語音送入接收放大單元2放大，輸入的音頻信號頻譜如圖2所示。本實施例中，接收放大單元2包括由集成電路IC1-IC3以及它們的外接電阻R1-R4、電位器W1-W3和電容C1-C3構成，其中，集成電路IC1為放大級，電阻R1和電容C1接成其輸入回路，電容C1與語音收發部件1以電路相連接。C1與R1的聯結點與IC1的正向輸入端相接，電阻R3為運算電阻，它與電阻R2的聯結點同IC1的負向輸入端相接。電阻R2接入IC1的負向輸入端回路。電位器W1、集成電路IC2和電阻R4、電位器W2、W3、電容C2、C3、集成電路IC3分別構成兩路輸出跟隨器，將IC1的輸出信號分別饋入加法單元4和實時升頻調制單元3，電位器W1和W2分別接IC1的輸出端，用以調節IC2和IC3的輸入信號大小。電容C2、C3、電阻R4和電位器W3構成高、低通濾波器，跨接于電位器W2的中心抽頭與IC3的正向輸入端之間。實時升頻調制單元3由集成電路IC4、IC5和IC6為主體構成正弦波發生器、調制器和運算放大器，本實施例IC4為8038型函數發生器集成塊，與其相應的外接阻容元件R5-R9、W4-W7和C5-C7，按照典型的接法產生8-10KHz的正弦波，經電阻R10送入調制器IC5的Y端，而IC3選出的音頻放大信號經電阻R11送入調制器IC5的X端。IC5采用1595型集成電路調制器，與外接電阻R10-R19和電位器W8～W10以典型接法，輸出調制度為50%左右的調幅信號，由集成電路IC6輸出。IC6取用741型集成塊，它和正向端輸入電阻R20、R21、電位器W11。負向端輸入電阻R22，運算電阻R23構成輸出級。上述實時升頻調制單元3的輸出信號和放大單元2的輸出信號分別經電容C10和C9饋入加法單元4。本實施例的加法單元4和功率放大單元5是由加法電阻R26、R27、運算電阻R28、電位器W12和集成電路IC7構成一只加法運算放大器。IC7的輸出端經電容C11與送音單元6(即聽筒)相連接。其輸出信號如圖4所示，語音頻譜能量移至高頻區，以8KHz為中心，分布在4KHz-12KHz這個頻帶內。而圖4中的環境噪音的頻譜能量仍處于0-4KHz頻帶內，且以2KHz為中心。十分明顯地把噪音信號和語音信號分離開來，而已有電話機，其音頻信號輸出，則如圖3所示，噪音頻譜和語音頻譜的能量分布基本相一致，都集中在低中頻區，即以2KHz為中心，分布在0-4KHz頻帶上。因而，本實施例音頻信號自IC7輸出送至送音單元6，受話者能從很強的環境噪聲中聽清發話者的語音，順利地進行電話通信。
權利要求
1.一種抗噪聲語音處理器，特別用于電話通信設備，包括語音收發部件1、接收發大單元2、功率放大單元5和送音單元6，其特征在于還有實時升頻調制單元3和加法單元4，上述部件1、單元2、3、4、5和6順次以電路聯結，單元2的輸出端與單元4的輸入端以電路聯結。
2.根據權利要求1所述處理器，其特征在于所說實時升頻調制單元3由正弦波發生器、調制器和運算放大器構成，它們順次以電路相聯結。
3.根據權利要求1所述處理器，其特征在于加法單元4和功率放大單元5合并，是一只由加法電阻R26、R27、運算電阻R28、電位器W11和集成電路IC7構成的一只加法運算放大器。
4.根據權利要求2所述的處理器，其特征在于所說正弦波發生器由函數發生器集成電路IC4、與其相應的外接阻容元件R5-R9、W4-W7和C5-C7，按照典型接法構成。
5.根據權利要求2所述處理器，其特征在于所說調制器由調制集成電路IC5、與其相應的外接電阻R10-R19和外接電位器W8、W10，以典型接法構成。
6.根據權利要求2所述處理器，其特征在于所說的運算放大器由運算集成電路IC6、正向端輸入電阻R20、R21、電位器W11、負向端輸入電阻R22和運算電阻R23構成。
7.一種抗收聽語音環境噪聲的處理方法，特別用于制備和改進受話端有強噪聲干擾的通話系統，其特征在于將接收的語音信號放大后，進行實時升頻處理，再將實時升頻信號與語音放大信號相加。
全文摘要
一種抗噪聲語音處理器及其抗噪聲方法，用于電話通信，本發明突破傳統的濾波消除噪聲的方法與技術措施，采用將語言功率頻譜移至高頻區的解決方案，有效地分離環境噪聲與語言信號的功率譜分布。本發明裝置包括語言收發部件、接收放大單元、實時升頻調制單元、加法單元、功率放大單元和送言單元。
文檔編號H04M1/19GK1056969SQ9010286
公開日1991年12月11日 申請日期1990年5月28日 優先權日1990年5月28日
發明者郭元興, 梁之安 申請人:中國科學院上海生理研究所