[发明专利]通信系统中的音频信号处理

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使得用户能够使用移动设备联系呼叫中心的系统，并且尤其涉及一种用于对从用户设备发送至呼叫中心的音频信号进行处理的方法和装置。

背景技术

现有的通信网络提供了各种技术的互连，所述技术的范围从地面线路和蜂窝设备一直到运行于计算机上的基于IP的电话或话音业务。从质量的观点来看，仅仅在网络内部维持语音和音频通信性能就是一项非常复杂并且困难的任务，其需要数量巨大的资源。由于在不同的环境中使用的具有不同声学特性的完全数量的通信设备的原因，一般的解决方案是不可行的。网络最多尝试降低由在网络中的各种通信技术在其处进行对接的装置产生的噪声和回波的影响。例如，在地面线路网络中放置在被称为混合器的4到2转换器之前的线路回波消除器去除由这些设备处的阻抗失配导致的回波。

因此，即使不是全部，大部分通信设备都含有大量的硬件和信号处理，以去除不想要的噪声和声学回波。不想要的噪声通常源自于设备正在使用的环境，例如，喧闹的街道或者处于有风的状况之下，该噪声将被设备的扩音器捕获。声学回波是由设备的播放远端信号的扬声器和扩音器之间的耦合产生的。根据通信设备中使用的设计和零件，这一耦合的范围能够从适度的线性耦合到需要不同形式的处理的强烈的高度非线性的耦合，该问题留给了设备的制造商，以便提供设备的用户可接受的性能标准。通常使用低成本线性自适应滤波器实施的声学回波消除器尝试对设备扬声器和扩音器之间的耦合进行建模并去除回波。声学回波消除器在线性回波条件下通常具有令人满意的性能，但是在存在非线性时性能将劣化。

构建到用户设备中的蜂窝模块(例如，GSM、CDMA)既含有回波抑制功能又含有噪声抑制功能，其中，回波抑制包括回波消除器和由频率相关的增益功能特征的后处理器。将由这一后处理器处理的噪声抑制功能与回波抑制相组合也是很常见的。图1示出了含有很多当今可用的系统的示范性语音增强系统2的框图。系统2经由扬声器4输出来自远端用户的经处理的音频信号，并经由扩音器6接收来自近端用户的音频信号。如已知的，扬声器4输出的音频信号将被扩音器6拾取，并且将对远端用户产生回波。

在为了通过扬声器4再现而进行数模转换和放大之前，数字远端信号充当使用自适应滤波算法的声学回波消除器AEC8的输入。在移动设备中最常用的算法是归一化最小均方(NLMS)算法，因为其简单，成本低。这一算法的目标在于估计扬声器4和扩音器6之间的声学回波路径，并在扩音器6上建立回波信号的复制，以便将其从扩音器信号中去除，由此得到在理想的情况下仅包含近端用户的语音的无回波剩余信号。

由于包括建模不足以及在声学回波路径中存在非线性(其能够由放大器(图1中未示出)、扬声器4和设备2的机械外壳中的任意或全部生成)的多种因素，回波的一部分将不可避免地留在剩余信号当中，可调谐后处理器10必须将其去除。后处理框10通常在频域中操作，其在回波/噪声抑制量和语音失真量之间提供权衡。根据设备的音响效果以及随后的残余回波贡献的严重程度，能够将所得到的双路音频通信表征为全双工或半双工。在半双工通信中，在远端(扬声器)信号生效时后处理器10使发送(扩音器)路径静噪，而在全双工通信中，近端和远端扬声器能够相互打断。有时，为了实现全双工通信，一些残余回波仍然存在于发送路径上，即，后处理器10以不对残余回波分量进行充分抑制为代价而不使近端语音发生失真。在半双工模式中，后处理器10起着基本的静噪开关的作用。

单扩音器噪声抑制算法通常利用基于统计的噪声估计方法以导出对应的增益函数。然而，对于随着时间发生变化的非固定噪声信号而言，使用这样的方案难以对噪声统计数据进行正确地跟踪和估计。因此，很多系统还应用过度减除，因此将导致所得到的语音信号的不期望的失真。

除了旨在抑制来自扩音器信号的不想要的回波和噪声的信号增强系统之外，还存在根据环境当中的噪声对扬声器信号进行调节和均衡的算法。这些又被称为语音增强算法的算法提高了扬声器信号的响度，使得其不会被周围的环境噪声所掩盖。还存在针对老年人的需求定制的语音增强系统。例如，在US 2006/0088154中，提出了一种系统，其对用户的语音进行分析，以确定其是否是老年人，并相应地调节扬声器信号。这些算法中的大部分都对存在于扩音器6上的周围噪声进行分析并在再现之前向扬声器信号应用频率相关的增益值。

图2是蜂窝系统20的框图，该系统包括表示用户的移动设备的两个移动终端(MT-A和MT-B)以及建立并管理两个设备之间的连接的移动交换中心(MSC)或基站。