[发明专利]抗噪声语音处理器及其抗噪声方法

说明书

本发明涉及一种在高强度噪声环境中离析语音的方法及其装置，特别适用于制备和改进受话端有强噪声干扰的通话系统。

在强噪声背景中离析语言是电话通讯中十分重要的问题。众所周知，在机械加工车间、轮机仓、闹市场所、狂风呼啸的原野、战火纷飞的阵地进行电话通信，语言常被噪声淹没，严重影响语言信息的传递。采用结构简单、造价低廉的抗噪声装置又很难解决问题，为此，人们提出了多种解决问题的技术方案。例如，日本专利局在1982年10月19日公开了“噪声的控制方法”-专利号59-72851（A），它采用了一种由环境噪声本身去控制选择输出频带的技术方案，将环境噪声与语言一起由前置放大器放大，混合信号经一路模拟开关，再馈入输出频带选择器;另一路则经带通滤波器，抽提出噪声信号并转换成直流电平，再经A/D转换后去控制模拟开关，由模拟开关输出频带选择器，达到抑制环境噪声的目的。又如，美国专利局于1977年12月6日公开了专利号为4061875的“用于高强度噪声环境的音频处理器”，其特点是由高通滤波器滤去低频噪声，之后，再采用扩张和压缩技术，使耳机传出清析的语音。上述两个发明专利，其共同之处都是在线路中选取合理的滤除环境噪声技术，清除特定背景噪声。显然，由于噪声的强度和频率随时间、空间而异，在使用上将会有所不便或出现不应有的问题。例如，上述“噪声的控制方法”专利中，由于噪声的变化，将引起输出频带选择器的开关转换，自然会伴随产生开关噪音。

本发明的任务是提供一种适应性强的抗环境噪声的方法及抗噪声语音处理装置，特别用于电话通讯设备的改进。

本发明的技术解决方案以听觉生理实验为依据，按照经典的理解，人耳是一个高分辨率的频谱分析系统，耳蜗中不同的感觉细胞及与之连接的神经网络组成不同的频率调谐;语音的主要能量分布在3KHz以下，通常由耳的低、中频通道感受或传输。为了分离环境噪声与语音的能量分布，本发明对语音作适当的实时升频处理，使语音频谱能量全部移至高频区，并将升频后的语言信号与原语言信号相加，即对接收到的语言信号进行放大，之后，用它去调制高频载波，所得被调制载波信号与原语音信号相加。实验表明，经上述方法处理后，尽管环境噪音很强，仍可听清通话语言，有很强的抗干扰能力，并在一定程度上保持说话者的基本音色。根据上述抗环境噪声方法所设计的语言处理装置包括语音收发部件、接收放大单元、实时升频调制单元、加法单元、功率放大单元和送音单元。

本发明的优点是：1.突破已有采用滤波的抗干扰模式，将语言信号能量谱全部移至高频区，具有很强的抗噪声干扰能力;2.适应性强，不需随噪声变化而改变滤波器参数，因而不会产生开关噪声。

下面给出本发明的实施图及实施效果说明图。

图1是环境噪声频谱示意图，环境噪声谱线以7表示。

图2是无环境噪声时通话语音频谱示意图，语音谱线以8表示。

图3是已有电话机输出语音频谱（未实时升频调制处理）与环境声的频谱的分布示意图。

图4是使用本发明时的语音输出频谱与环境噪音频谱的分布示意图，输出谱线以9表示。

图5是本发明的结构方框图。

图6是本发明的电路原理图。

根据图5和图6给出本发明的一个实施例，它是一种适合用于与电话交换机联结的电话机。从图中，本发明包括语音收发部件1、接收放大单元2、实时升频调制单元3、加法单元4、功率放大单元5和送音单元6。当电话交换机接通对方发来的语音时，语音收发部件1处于接收状态，将接收到的语音信号馈入接收放大单元2进行放大，再将被放大的语音信号馈入实时升频调制单元3，之后，被升频的语音调制信号与其被放大的语音信号一起馈入加法单元4，即接收放大单元2和实时升频调制单元3分别与加法单元4以电路相连接，信号相加后由功率放大单元5驱动送音单元6，最后由耳朵接收辨别。从图6可见，本实施例中的语音收发部件1是已有的电话机，稍加改动后，使它与接收放大单元2以电路相联结，对方发来的语音送入接收放大单元2放大，输入的音频信号频谱如图2所示。本实施例中，接收放大单元2包括由集成电路IC₁-IC₃以及它们的外接电阻R₁-R₄、电位器W₁-W₃和电容C₁-C₃构成，其中，集成电路IC₁为放大级，电阻R₁和电容C₁接成其输入回路，电容C₁与语音收发部件1以电路相连接。C₁与R₁的联结点与IC₁的正向输入端相接，电阻R₃为运算电阻，它与电阻R₂的联结点同IC₁的负向输入端相接。电阻R₂接入IC₁的负向输入端回路。电位器W₁、集成电路IC₂和电阻R₄、电位器W₂、W₃、电容C₂、C₃、集成电路IC₃分别构成两路输出跟随器，将IC₁的输出信号分别馈入加法单元4和实时升频调制单元3，电位器W₁和W₂分别接IC₁的输出端，用以调节IC₂和IC₃的输入信号大小。电容C₂、C₃、电阻R₄和电位器W₃构成高、低通滤波器，跨接于电位器W₂的中心抽头与IC₃的正向输入端之间。实时升频调制单元3由集成电路IC₄、IC₅和IC₆为主体构成正弦波发生器、调制器和运算放大器，本实施例IC₄为8038型函数发生器集成块，与其相应的外接阻容元件R₅-R₉、W₄-W₇和C₅-C₇，按照典型的接法产生8-10KHz的正弦波，经电阻R₁₀送入调制器IC₅的Y端，而IC₃选出的音频放大信号经电阻R₁₁送入调制器IC₅的X端。IC₅采用1595型集成电路调制器，与外接电阻R₁₀-R₁₉和电位器W₈～W₁₀以典型接法，输出调制度为50%左右的调幅信号，由集成电路IC₆输出。IC₆取用741型集成块，它和正向端输入电阻R₂₀、R₂₁、电位器W₁₁。负向端输入电阻R₂₂，运算电阻R₂₃构成输出级。上述实时升频调制单元3的输出信号和放大单元2的输出信号分别经电容C₁₀和C₉馈入加法单元4。本实施例的加法单元4和功率放大单元5是由加法电阻R₂₆、R₂₇、运算电阻R₂₈、电位器W₁₂和集成电路IC₇构成一只加法运算放大器。IC₇的输出端经电容C₁₁与送音单元6（即听筒）相连接。其输出信号如图4所示，语音频谱能量移至高频区，以8KHz为中心，分布在4KHz-12KHz这个频带内。而图4中的环境噪音的频谱能量仍处于0-4KHz频带内，且以2KHz为中心。十分明显地把噪音信号和语音信号分离开来，而已有电话机，其音频信号输出，则如图3所示，噪音频谱和语音频谱的能量分布基本相一致，都集中在低中频区，即以2KHz为中心，分布在0-4KHz频带上。因而，本实施例音频信号自IC₇输出送至送音单元6，受话者能从很强的环境噪声中听清发话者的语音，顺利地进行电话通信。