用于噪声检测的方法和设备的制作方法

专利名称：用于噪声检测的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测在电子通信设备中的蜂窝电话感应噪声 的音频通信方法和设备。
背景技术：
现有的会议系统通常装备有敏感的不定向麦克风，用于捕获来自 多个参与者的讲话。因为任何护罩或包装会减弱音频捕获特性，所以 因此要在宽覆盖区域和噪声防护之间进行权衡。因为会议麦克风通常 也是可移动的，所以其它电子组件也可能被暴露给外部噪声。
特别，GSM移动电话不断增长的使用已经导致了在视频和电话会 议中增长的干扰噪声问题。由于来自GSM移动电话的无线电传输所导 致的音频捕获组件的干扰，这种噪声被引入到会议系统中。视频会议 系统中的声音组件由用于捕获近端音频的一个或多个麦克风、用于呈 现远端音频的一个或多个扬声器以及通用的信号处理单元(编解码器) 组成。当GSM移动电话把干扰噪声引入音频系统时，这种噪声会作为 十分讨厌的干扰噪声在远端被接收，并且讲话清晰度会被严重降级。
GSM网络利用TDMA (时分多址)技术使得能够通过把呼叫信道 划分为几个"不连续的"片来把更多的呼叫挤压到一个信道上。TDMA 具有8个时隙(即对八分之一时间发送)并且每个时隙是0.57ms (1/8 * 1/217)。从而，发送模式下的GSM移动电话以217 Hz的速率发射 短时段射频脉冲。图la示出了在登记消息期间从GSM电话所发出的 TDMA脉冲。由于音频捕获设备(麦克风)是AC耦合到编解码器， 所以TDMA脉冲串会经由带通滤波器来过滤并且在图lb中示出了由所 述麦克风所拾取的TDMA脉冲串的形状。
图5a示出了与正常背景噪声组合的GSM感应干扰信号。在每个 负尖峰之间的时间间隔是4.6 ms (1/ (217 Hz))并且在负尖峰和正尖 峰之间的间隔是0.57ms。负尖峰与TDMA时隙的开始相关，并且正尖 峰与这种时隙的结束相关。所感应的干扰信号包含217 Hz基础和大量 谐波，与讲话的频率范围重叠，因此使讲话清晰度严重降级。
GSM移动电话在几种情况下发出射频脉冲，下面列出了其中一些。
当开启时，终端向基站发送"加电"登记消息。
当关掉时，终端向基站塔发送"断电"登记消息。
所述终端向基站塔不时地或定期地发送重新登记消息。
当发送SMS消息。
当接收SMS消息。
在呼入呼叫之前以及向呼入叫期间
在呼出呼叫之前以及呼出呼叫期间
当跨过在由不同移动交换中心(MSC)所管理的覆盖区域之间 的边界时。
从而，移动电话在多种情况下发射尖锐的脉冲，并且因为移动电 话原本是普及的东西，所以GSM噪声在会议中成为一个大问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于使上述问题最小化的系统和方法。
特别，本发明公开了一种用于检测在电信设备中所捕获信号的蜂 窝电话感应噪声的方法，包括步骤把所捕获的信号傅立叶变换为傅 立叶变换信号，对所述傅立叶变换信号执行对数函数以得到对数傅立 叶变换信号，把所述对数傅立叶变换信号傅立叶变换为逆谱信号，并 且判定与所述逆谱信号中的一个或多个采样相关联的一个或多个幅度 是否在一个或多个相应的阈值以上。
还公开了一种对应于此方法的噪声检测器。


为了使本发明更容易被理解，随后的论述会参照以下附图，
图la示出了 TDMA脉冲的GSM脉冲串，
图lb示出了当在编码器中AC耦合时的GSM脉冲串，
图2是GSM噪声检测器和消除器的图示，
图3是用于图示本发明例子的流程图，
图4a、 4b和4c分别示出了语音信号的时间信号、FFT和逆谱，
图5a、5b和5c分别示出了 GSM感应的背景噪声信号的时间信号、 FFT和逆谱，
图6a、6b和6c分别示出了 GSM感应的语音信号的时间信号、FFT 和逆谱，
具体实施例方式
在下面，通过描述优选实施例并且通过参照附图来论述本发明。 然而，尽管结合视频会议和立体声来描述特定实施例，本领域技术人 员也可以在权利要求书中的独立权利要求所定义的本发明范围内实现 其它应用和修改。
本发明公开了一种方法，使得当音频被GSM感应噪声干扰时音频 处理单元可检测在背景技术部分中所提及情况。当借助于本发明检测
GSM噪声时(参见图2)，启动一种过程，用于在音频处理单元中减 弱或消除此骚扰噪声。所述噪声可以依照各种方式消除，这里建议了 其中一些。
依照本发明，利用被称作逆谱(cepstrum)的分析技术来检测GSM 感应噪声。逆谱(发音为"kepstmm")是对信号的对数幅度频谱进行
傅立叶变换的结果。逆谱在下述文献中被首次定义Tukey, J. W., B. P. Bogert禾口 M. J. R. Healy: "The quefrency analysis of time series for echoes: cepstrum， pseudo-autocovariance， cross-cepstrum， and saphe-cracking" . Proceedings of the Symposium on Time Series Analysis (M. Rosenblatt编辑)Chapter 15, 209-243. New York: Wiley, 1963。
简化的信号逆谱定义是信号傅立叶变换(FT)的对数的傅立叶变换。这在数学上可以被如下表示信号的逆谱-FT (log (FT (信号))并且在算法上被表示为 信号—FT—log—FT—逆谱
按照逆谱分析，使用"FT"来表明傅立叶变换函数，而不是"FFT"， 这是因为并不特别要求快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform)。
术语"逆谱(cepstrum)"是"频谱(spectrum)"的变位字(anagram)， 通过反转前四个字母形成。在逆谱术语中所使用的类似变位字是对应 于频率(frequency )的"逆频(quefrency )"，以及对应于幅度(magnitude) 的"逆巾畐(gamnitude)"。
如上面指出的，逆谱是频谱的频谱，并且具有特定的特性，对许 多类型的信号分析很有用。它的更有力的属性之一在于频谱中的任何 周期性或重复模式会被感测为所述逆谱中的一个或两个具体分量。如 果频谱包含几组边带(sideband)或调和级数(harmonic series)，那么 它们由于重叠而可能混淆，但是在逆谱中，它们依照与频谱分离波形 中重复时间模式的方式类似的方式来分离。依照简化术语，利用相应 傅立叶变换中的周期性来表示时间信号中的脉冲串，这又可由逆谱中 良好定义的峰值来表示。
本发明利用GSM感应干扰信号包含217Hz的基础和大量的谐波， 给出了周期性的频谱(参见图5b和6b)。人类语音的频谱并没有相同 的周期性特性(参见图4b)。然而，当人类语音与GSM感应噪声相浅 合时(参见图6a)，混合信号的频谱会具有特性周期性，这会在逆谱 中给出有区别的峰值，不过很难把混合时间信号(人类语音+ GSM噪 声)(图6a)与纯粹的人类语音信号区分开(图4a)。从而，使用逆 谱分析来区分正常的人类语音(或背景噪声)和GSM感应干扰信号是 适当的，这是因为在逆谱中不同的特性会唯一地区分它们。注意，即 便干扰信号与人类语音信号如图6a所示相混合，频谱仍然具有特性周 期性(图5b)，即使难以看出时间信号已经被GSM噪声破坏。
1逆谱分析通过在由fs/2 4 1/217给出的逆频索引给出高"逆幅"值 来检测频谱中的特性周期性，其中fs-采样频率。在图4-6中，采样频 率是fs = 48000 Hz。这给出了逆频索引q = 111 。通过监视逆频索弓1 111 的"逆幅"Q，每当Q (111)在确定的阈值以上时，GSM噪声检测器 可以在GSM噪声消除器中进行切换(switch)。
为了使检测更为安全，GSM噪声检测器另外可以查看Q(2t 111) 以及邻近的逆频行并且在消除器过滤器中进行切换，如果例如 例子1:
(Q (q) >阈值1) AND (Q(2*q) >阈值2) 例子2:
(Q (q) >阈值1) AND (Q(2*q)〉阈值2 ) AND (Q(q士n) <阈值 1)，其中n= [2...10].
例子3:
Q(q)>2*max(Q(q±n)，其中n [2...10]
例子4:
(Q(q) > 2*max(Q(q±n) ) ) AND (Q(2*q) > 2*max (Q (2*q±n))), 其中n [2...10]
在例子1和2中，判定是基于绝对阈值的，并且在例子3和4中， 判定是基于与未被监视的"逆频"的最大"逆幅"相关的阈值的。
图3示出了采用最简单形式判定的GSM噪声检测器的框图
if (Q (111) > threshold)
在GSM噪声消除器中切换
else
正常处理
本发明可以用软件来检测其中模拟音频系统被GSM移动电话破 坏的情况。
依照本发明的噪声检测器可以在近端扬声器加载音频信号之前安 装在会议的近端以消除来自近端设备的噪声，但是也可以在远端扬声 器加载所述音频信号之前被安装在会议的远端以移除来自近端设备的 噪声。后者的优点在于它允许GSM噪声检测和GSM噪声移除，即使 所述噪声源于并未装备有GSM噪声检测器/消除器的设备。
当检测到噪声时，可以启动用于消除或削弱噪声的几种方式。一 个例子是静噪(mute)暴露于噪声的信号。另一例子是在向前发送信 号之前过滤噪声。
注意，本发明不局限于来自GSM电话的噪声。本发明可以用于归 于TDMA或类似系统的所有其它蜂窝电话噪声。
权利要求
1.一种用于检测在电信设备中所捕获信号的蜂窝电话感应噪声的方法，其特征在于把所捕获的信号傅立叶变换为傅立叶变换信号，对所述傅立叶变换信号执行对数函数以产生对数傅立叶变换信号，把所述对数傅立叶变换信号傅立叶变换为逆谱信号，判定与所述逆谱信号中的一个或多个采样相关联的一个或多个幅度是否在一个或多个相应阈值以上。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于如果与所述逆谱信号中的一个或多个采样相关联的所述一个或多个幅度在一个或多个相应阈 值以上，则从所捕获的信号中消除或削弱所述蜂窝电话感应噪声。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述一个或多个阈 值是预定义的值。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于所述一个或多个阈值同 并不与所述一个或多个采样相关联的逆谱信号的最大幅度有关。
5. 如权利要求2-4中任何一个所述的方法，其特征在于消除或削 弱的步骤进一步包括当检测到蜂窝电话感应噪声时静噪所捕获的信 号。
6. 如权利要求2-4中任何一个所述的方法，其特征在于消除或削 弱的步骤进一步包括当检测到蜂窝电话感应噪声时从所捕获的信号中 过滤所述蜂窝电话感应噪声。
7. 如前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于所述蜂窝电话感应噪声是在被连接到通信终端的麦克风或另一未屏蔽的电子模 块中感应的。
8. —种用于检测在电信设备中所捕获信号的蜂窝电话感应噪声 的噪声检测器，其特征在于处理单元，用于接收所捕获的信号，被配置为把所捕 获的信号傅立叶变换为傅立叶变换信号，对所述傅立叶变换信号执行 对数函数以产生对数傅立叶变换信号，把所述对数傅立叶变换信号傅 立叶变换为逆谱信号，并且判定与所述逆谱信号中的一个或多个采样 相关联的一个或多个幅度是否在一个或多个相应阈值以上。
9. 如权利要求8所述的噪声检测器，其特征在于所述处理单元被配置为如果与所述逆谱信号中的一个或多个采样相关联的所述一个 或多个幅度在一个或多个相应阈值以上，则从所捕获的信号中消除或 削弱所述蜂窝电话感应噪声。
10. 如权利要求S或9所述的噪声检测器，其特征在于所述一个 或多个阈值是预定义的值。
11. 如权利要求8或9所述的噪声检测器，其特征在于所述一个 或多个阈值同并不与所述一个或多个采样相关联的所述逆谱信号的最 大幅度有关。
12. 如权利要求8-11中任何一个所述的噪声检测器，其特征在于 所述处理单元被配置为当检测到蜂窝电话感应噪声时静噪所捕获的信 号。
13. 如权利要求8-11中任何一个所述的噪声检测器，其特征在于 过滤器被配置为当检测到蜂窝电话感应噪声时从所捕获的信号中过滤 所述蜂窝电话感应噪声。
14.如权利要求8-13中任何一个所述的噪声检测器，其特征在于 所述蜂窝电话感应噪声是在被连接到通信终端的麦克风或另一未屏蔽 的电子模块中感应的。
全文摘要
本发明涉及检测在电信设备中特别是在被连接到通信终端的麦克风及其它未屏蔽的电子单元中所感应的蜂窝电话噪声。噪声检测器被配置为对暴露于蜂窝电话噪声的被捕获信号执行所谓的“逆谱”变换。由于使用TDMA的蜂窝电话无线电信号的特性，可以容易地根据逆谱变换把感应的蜂窝电话检测为已知采样的峰值，并且然后当检测到蜂窝电话噪声时可以对所捕获的信号执行噪声消除或削弱。
文档编号G10L21/0208GK101208743SQ200680023399
公开日2008年6月25日 申请日期2006年4月6日 优先权日2005年4月29日
发明者比约恩·温斯弗德 申请人:坦德伯格电信公司