抑制通信信号的周期干扰分量部分的噪声抑制电路及其有关的方法

摘要

一种噪声抑制器及其有关的方法抑制通信信号的周期噪声分量。通信信号的周期噪声分量的周期是通过使通信信号与延迟不同延迟量的通信信号相关来确定的。一旦噪声分量部分的周期被确定,显示相应周期性的周期信号被产生并从通信信号中减去。所得的差值信号形成一个噪声抑制的通信信号。在操作无线电话设备时,无线电话设备收到的由开动汽车的发动机产生的发动机声音形成的背景噪声可在噪声抑制器工作期间抑制掉。

说明书

本发明一般涉及通信信号的噪声分量的抑制，本发明特别涉及一种消除通信信号中的周期电噪声以改进通信信号的音质的时域、噪声抑制电路及其有关的方法。

当无线电话的用户对电话说话时，位于汽车的无线电话进入的，例如开动发动机的声音所产生的背景周期噪声被抑制掉。一旦该周期噪声被抑制，它就不会形成由无线电话发送的信号的一部分，由此，便于高音质的通信信号的传输。

发明背景

一个通信系统至少包括由通信信道互连的一个发射机和一个接收机。在或加到发射机形成的通信信号由发射机变换成一种使它们在通信信道上传输的形式。该接收机调谐到通信信道后，以接收在其上发射的通信信号。一旦接收通信信号后，接收机变换或相反重新建立由发射机发射的通信信号。

无线通信系统是通信系统的一种类型，其中通信信道包括一个由一部分电磁频谱构成的射频信道。该无线通信系统的优点在于，发射机和接收机不需要用有线连接互连。而是，通信信道形成射频信道，甚至当在发射机和接收机之间有线连接是麻烦或不现实的时候，通信信号还是可以在它们之间发送。

通信系统的通信质量部分地取决于重叠在由发射机发射到接收机的信息信号上的噪声电平。当在通信信道上发射机正在发射和接收机一旦接收时，噪声会引入在信息信号上。噪声也能加到与应用于信息信号的发射机一起的发射机上。

当提供到位于接收机的收听者的信号的噪声电平相对于信息信号为高时，则对收听者提供的信号音质是低的。如果噪声电平太大，收听者就不可能充分听清提供在接收机的信息信号。在特性上噪声既可以是周期性的又可以是非周期性的。随机噪声和白色噪声都是典型的非周期噪声。通常，当收听人能够从信息信号中相当成功地“阻断”非周期噪声时，周期噪声有时对收听者产生更多干扰。

由此消除重叠在信息信号上的噪声分量，或至少改进信息信号的电平与噪声的电平之比的各种方法有时被利用。有时利用滤波电路在由发射机传输和接着在接收机接收之前从通信信号中滤除，或换言之消除噪声分量。

传统的滤波电路包括用于滤除重叠在信息信号上的噪声分量的电路。频谱减法处理是在一些这种传统滤波电路的操作期间进行的。频谱减法处理是例如，通过由处理电路执行适当算法进行的。在频谱减法处理有时对减小噪声电平有效时，频谱减法处理也在信息信号上引入失真。在某些例子中，在信息信号上引入的失真是如此大，以致于这种处理的应用明显受到限制。频谱减法处理是固有的频域处理，因此，在把由利用这种处理的电路接收的时域信号变换成频域时，需要能有效信号延迟。同时，因为这种处理一般利用快速傅里叶变换技术，执行这种处理的实用电路允许的分辨率一般是很低的。

当信息信号的电平相对于噪声电平的比为高时，尽管这些问题，这种噪声抑制处理一般是相当成功的。然而，当该比为高时，没有必要去执行噪声抑制。因此，这种频谱减法处理对有效地改进通信质量的实用性有时受到限制。

无线电话通信是典型的无线通信系统，其中重叠在信息信号上的噪声会影响在通信系统操作期间发射的通信质量。噪声在传输和接收过程中可重叠在任一级的信息信号上，包括在其应用于发射机以前重叠在信息信号上的噪声。这种噪声能有害地影响通信的质量。

当用户正在驾驶，或位于汽车内时，这种系统中使用的无线电话设备被用户广泛应用。因为在无线电话设备和无线电话通信系统的基础设施之间不需要有线连接，在无线电话设备和无线电话通信系统的基础设施之间就可实现通信。当汽车贯穿由基础设施包围的范围的任何位置行驶时，在无线电话设备和基础设施之间可实现通信。

传统滤波电路，包括执行频谱减法处理的电路也能用于滤除重叠在加到无线电话设备的信息信号上的噪声。然而，这种传统的滤波电路有时在已滤波的信号上引入不可接受的失真电平。而且，当频谱减法处理是利用快速傅里叶变换技术的频域处理时，这种传统的滤波电路是相当慢的和分辨率是相当低的。

由于驾驶汽车的用户普遍应用无线电话设备，因此具有周期特性的噪声在无线电话通信系统中是特别成问题的。在汽车开动期间产生的发动机噪声可重叠在信息信号上，即当用户对无线电话设备的发射机部分的传声器说话时形成的话音信号上。由诸如汽车行驶时车轮转动之类的其它噪声源产生的其它噪声也会重叠在信息信号上。

发动机声音是周期性的，具有与发动机开动的频率相关的谐波频率。轮胎一转动声也是周期性的。因为如果没有引入失真，噪声重叠在信息信号上，则利用频谱减法处理有时就不能作出判定。通过阻断或相反不利用执行频谱减法处理的电路，就会不适当地抑制周期噪声，因此，通常由无线电话设备发送的通信信号，除了信息信号以外，是由重叠在信息信号上的周期噪声信号产生的有效分量部分构成的。构成无线电话系统基础设施的接收电路的一部分的噪声抑制电路一般也不适于消除或抑制这种噪声。

因此，抑制重叠在信息信号上的周期噪声是一种有利的方法。

这是根据与已得出本发明的重大改进的噪声抑制电路和方法有关的背景信息。

发明概要

本发明有利地提供一种抑制重叠在信息信号上的周期噪声的方法。通过抑制周期噪声，改进了提供到收听者的信息信号的质量。利用时域处理，允许执行噪声抑制而没有显著的信号延迟并具有高的频率分辨率。

在一个实施例中，噪声抑制器构成发射机的一部分，以在该发射机进行传输之前抑制重叠在信息信号上的周期噪声。在另一个实施例中，噪声抑制器构成接收机的一部分，以抑制在接收机接收的通信信号的周期噪声分量。

噪声抑制器，例如可构成无线电话设备，例如可在汽车中操作的无线电话设备的一部分，该无线电话设备可根据无线电话通信设备，例如蜂窝式通信系统进行通信。

周期噪声，例如在其开动汽车的发动机期间产生的声音可被抑制。当无线电话设备的用户对其传声器部分说话时，这种噪声构成周期性的、重叠在话音信号上的背景噪声。噪声抑制器确定周期噪声分量的频率并在由无线电话设备产生的信号之前消除该噪声分量。在另一个实施例中，抑制了具有重叠在信息信号上的不同周期的两个或更多的周期噪声分量。

因为重叠在信息信号上的周期噪声被抑制，提供到收听者的信号的音质是改进的音质。因为噪声抑制器能够抑制周期噪声，能够消除通常影响无线电话通信的通信质量的噪声的抑制，由此便于根据无线电话通信的通信。

因此，在这些和其它方面中，噪声抑制器及其有关方法，抑制具有信息分量部分的接收信号的选择噪声分量部分。噪声分量估算器被连接来接收至少一个表示接收信号的信号。噪声估算器检测由周期干扰的源产生的接收信号的噪声分量部分。时域噪声分量信号是响应产生的。噪声分量减法器被连接来接收表示接收信号的时域信号并也接收由噪声分量检测器产生的噪声分量信号。噪声分量减法器从表示接收信号的信号中减去时域噪声分量信号的值并形成噪声抑制的响应信号。噪声抑制信号表示由周期干扰的源产生的噪声分量部分被抑制的接收信号。

本发明及其范围的更完整理解可从下面简要概括的附图，下列本发明最佳实施例的详细描述、及附加权利要求中得到。

附图简要说明

图1表示操作于抑制重叠在信息信号上的周期噪声信号的本发明的一个实施例的噪声抑制电路的功能方框图。

图2表示信息信号、周期噪声信号和在噪声信号重叠在信息信号上形成的合成信号的图示法。

图3表示连接到无线电话设备的发射部分以构成其一部分的本发明一个实施例的噪声抑制器的功能方框图。

图4表示也耦合到无线电话设备的发射机部分以构成其一部分的本发明另一个实施例的噪声抑制器的功能方框图。

图5表示操作于抑制重叠在信息信号上的周期噪声信号的本发明另一个实施例的噪声抑制电路的功能方框图。

图6表示列出本发明的一个实施例的方法的方法步骤的流程图。

详细说明

首先参照图1，表示本发明一个实施例的噪声抑制器，一般以10表示。噪声抑制器10接收一个加在线12上的接收信号。接收信号包括一个在其上可重叠噪声的信息分量部分。在可以重叠在接收信号的信息信号分量部分上的噪声分量中是周期噪声，即在特性上是周期性的噪声。

传统噪声抑制电路一般不能适当地消除或换言之抑制接收信号的周期噪声分量部分，而在其信息分量部分上没有引入失真。信息信号，例如话音信号，是由多个周期信号构成，当总合在一起时，形成复杂谐波信号，在特性上也是周期性的。

这种传统的噪声抑制电路，例如利用频谱减法处理的噪声抑制电路，有时会在接收信号上引入不可接受的失真电平，而不被用于这个目的。由此，没有抑制周期噪声分量。因为这种周期噪声分量没有抑制，所以会有害地影响通信的音质。

因为噪声抑制器10操作来消除接收信号的周期噪声分量，所以在通信系统中利用噪声抑制器是有利于通信的。信号的周期噪声分量部分被消除或抑制后，则提供到收听者的信息信号就更容易辨别了。

图1所示的噪声抑制器10包括连接到线12的噪声分量估算器14，用于接收加在其上的接收信号。噪声分量估算器14包括一个噪声分量检测器15，用于检测由周期干扰的源产生的接收信号的周期噪声分量部分，和一个估算产生器16，在线17上产生形成由估算器检测的噪声分量的估算的信号。在线17上产生的信号至少或包含一个噪声分量估算或形成噪声分量估算。该估算器可工作在时域中，以估算加在线12上的接收信号的周期噪声分量部分。

如下面对于图3和4描述的实施例更详细表示的，通过选择可操作估算器14的速率或速度，噪声分量估算器能区别周期噪声和信息信号，例如话音信号。当周期噪声信号的频率可随时间改变时，估算器14可操作在足够大的速率上，允许这种改变的检测。然而，估算器14不可操作在如此大的速度上，以正确地确定接收信号分量部分会形成噪声信号。也就是说，估算器14可操作的速率要仔细地选择，以致于当正能区别噪声和信息信号时，估算器14按噪声改变的频率能检测和估算周期噪声。

检测器15操作来检测加在线12上的接收信号的周期噪声分量，并将检测分量的指示提供到估算产生器16。在一个实施例中，估算产生器也连接来接收加在线12上的接收信号；这种连接在图中用延长到估算产生器的虚线表示。

噪声分量估算器14的估算产生器16在线17上产生一个噪声分量信号，表示如由检测器15检测的接收信号的周期噪声分量部分。线17连接到加法器18的负输入端。其上加有接收信号的线12加到加法器18的正输入端。

加法器18操作以从加到线12的接收信号中减去在线17上产生的噪声分量信号并响应于此产生在线22上的噪声抑制信号。因为加法器18操作以从加在线12上的接收信号中减去由噪声分量估算器14产生的噪声分量信号，所以，由噪声分量估算器检测的周期噪声从接收信号中消除。由此，周期噪声分量被抑制并不会形成在线22上产生的噪声抑制信号的一部分。

当噪声抑制器10构成发射机的一部分时，周期噪声在由发射机产生的通信信号的传输之前消除。并且，当噪声抑制器10构成接收机的一部分时，由接收机接收的信号的周期噪声分量部分在该信号提供到位于接收机的收听者以前被抑制。

图2表示由在其上重叠周期噪声信号32的信息信号28形成的典型通信信号26。当噪声信号32重叠在信息信号28上时，组合的信号26包括由这种噪声信号32产生的失真。相反地，通过从信号26中消除周期噪声分量部分，信息信号28保留。当这种信号提供到收听者时，这种信号的音质相对于组合信号26的音质来说得以改进。

图3表示一般以42表示的包括作为其一部分的噪声抑制器10的无线电话，当用户对电话42的传声器46说话时，无线电话42的操作员产生一个声信息信号44。当用户利用位于或在汽车中的无线电话42时，诸如由开动汽车的发动机的声音形成的噪声之类的周期背景噪声48也可加到电话42的传声器46。

因此，信息信号44和周期背景噪声48都加到传声器46。声信息信号44和背景噪声48一起形成接收信号并一起加到传声器46。

传声器46将由信号44和噪声48构成的接收信号变换成电形式。表示加到传声器46的接收信号的电信号在线52上产生。在线52上产生的信号包括由一个信息信号，例如话音信号和背景噪声二者构成的分量。

在前面图1中表示的噪声抑制器10被连接来接收在线52上产生的电信号。又表示了噪声抑制器10包括一个噪声分量估算器14。

这里表示的噪声分量估算器14包括一个自相关器54，它通过线54可使送到那里的电信号各部分自相关。也就是说，自相关器将送到那里的电信号的各部分与通过延迟量延迟的电信号相比较。自相关器确定在电信号和已被延迟的电信号之间的相关性。

在图示的实施例中，自相关器54使在线52上产生的电信号与由多个不同延迟量延迟的相同信号相关和在线56上产生自相关信号，表示在电信号和由多个延迟量延迟的信号之间确定的相关性。

线56连接到分类器62以提供由自相关器54产生的自相关信号和与到那里的相应延迟信号有关的延迟。分类器62确定自相关信号是最大值，以此表示延迟信号与在线52产生的电信号最紧密相关。在另一个实施例中，下面如相对于图5所示的，分类器62还确定附加延迟信号与线52上产生的电信号紧密相关。

当在电信号和至少一个延迟信号之间相关的确定电平是至少与选择的量一样大时，自相关器54还操作用于在线64上产生一个启动信号。

通过确定在电信号和延迟不同延迟量时的信号之间的相关性，当电信号本身重复时作出一个确定，即自相关器确定电信号的周期。通过适当地选择自相关器的时间常数，可确定噪声信号的周期。分类器62选择自相关信号，和与显示与电信号最大相关的延迟电信号的时延有关的时延，并且分类器在线66上产生一个表示时延的延时信号和电信号的噪声分量的周期。在另一个实施例中，分类器62产生表示大于一个噪声分量的时延的信号。

自相关器54和选择器62一起构成前面图1所示的作为估算器14的一部分的检测器15。线66接到可变延迟单元68，提供由分类器产生的延迟量信号。该可变延迟单元也连接到线52，以接收在那里产生的电信号。可变延迟单元68操作用于使电信号延迟一个相应于由在线66上产生的延迟量信号的值所表示的延迟量的量。可变延迟单元68构成前面图1所示的作为估算器14一部分的估算产生器16。

可变延迟单元68在线72上产生一个延迟信号，当开关75置于关闭位置时，该信号提供到加法器74的负输入端。由延迟单元68在线72上产生的信号包括一个噪声估算。开关75根据在线64上产生的启动信号的值选择地可启动成关闭位置。在这种方法中，仅在自相关器确定一个在电信号和大于选择电平的延迟信号之间的相关性的各种情况下，延迟的信号加到加法器74的负输入端。在表示多于一个噪声分量的信号由分类器62产生的，和下面相对于图5完整表示的实施例中，与单元68相同的附加可变延迟单元是以模拟延迟单元68的操作的方法操作的，和由这种附加单元产生的信号相加在一起，并且这种合成总和以下被用于噪声抑制作用。

线52连接到加法器74的正输入端，由此提供电信号到正输入端。加法器74操作用于从电信号中减去延迟的信号和用于产生一个在加法器74的输出端形成噪声抑制信号的差值信号。加法器的输出端连接到线76。在这种方法中，电信号的周期电噪声分量从电信号中减去。

此后，在线76上产生的噪声抑制信号提供到调制和上变频电路78，该电路78调制和上变频噪声抑制信号。一旦被调制和上变频，此后噪声抑制信号由天线82发送。

无线电话42被进一步表示为包括接收部分。在此用单块表示的噪声抑制电路10，一旦由解调器和下变频器84解调和下变频后，该电路10用于消除在无线电话的天线82接收的信号的周期噪声分量。

由噪声抑制器10在线86上产生的噪声抑制信号提供到扬声器88，以将该信号提供到位于无线电话的收听者。

图4表示本发明另一个实施例的无线电话142。无线电话142包括本发明另一实施例的噪声抑制器10，以在由无线电话的发射机传输之前抑制周期噪声信号。

声信号144与背景噪声148一起加到传声器146，该背景噪声148，例如也可用与产生图3所示的背景噪声48相同的源产生。声信号144与背景噪声148一起形成一个接收信号，当加到传声器146时该接收信号变换成电形式，如在线52上的电信号。

线152连接到噪声分量检测器10的自相关器154。该自相关器154构成噪声抑制器的噪声分量检测器14的一部分，并以类似于相对于图3所描述的自相关器54的操作的方法操作。

自相关器在加到分类器162的线156上产生自相关信号。该分类器162以类似于图3所示的分类器62的操作的方法操作，以在线66上产生延迟量信号。自相关器154和分类器162一起构成前面图1所示的检测器15。在另一个实施例中，如下面相对于图5所示的，分类器162还确定附加延迟的信号与在线152上产生的电信号紧密相关，并用于产生表示这种确定的信号。

线166连接到周期脉冲发生器172，由此提供线166上产生的延迟量信号。周期脉冲发生器172操作以便在响应于在线166上产生的延迟量信号的值的频率上在线174上产生脉冲串。线174连接到有限脉冲响应(FIR)滤波器176的输入端。FIR滤波器176是一个自适应滤波器，它自适应地滤除加到那里的周期脉冲串。周中发生器172和FIR滤波器176一起确定产生周期干扰信号估算的周期干扰信号估算发生器178。该估算产生在连接到滤波器176的输出端的线182上。多个周期干扰信号估算发生器能够并行设置和在一实施例中总和在一起运行产生的信号是为抑制多个周期噪声分量。

线182接到加法器184的负输入端。线152连接到加法器184的正输入端。加法器184运行从在线152上产生的电信号减去在线182上产生的周期干扰估算信号。该加法器在其输出端产生一个差值信号。该差值信号形成在连接到加法器的输出端的线186上产生的噪声抑制信号。线186连接到最小均方(LMS)自适应滤波器188的输入端。该滤波器188运行来产生在线192上的信号，以传统的方法自适应地选择滤波器176的自适应特性。

线186还连接到调制器和上变频器194，调制和上变频噪声抑制信号。一旦以频率调制和上变频后，噪声抑制信号由天线196发送。

无线电话142还表示包括噪声抑制器10又构成一部分的接收电路。该噪声抑制器10表示为一个单块设置在具有解调器和下变频电路198的线上。解调器和下变频器198解调和下变频在天线196接收的接收信号并在那里变换成电形式。由噪声抑制器10产生的噪声抑制信号加到扬声器单元202，通过它可将噪声抑制接收信号以声形式提供到无线电话的收听者。

图5表示本发明另一个实施例一般以210表示的噪声抑制器。该噪声抑制器210接收这里加在线212上的接收信号。该接收信号包括一个可在其上重叠噪声，例如周期噪声信号的信息分量部分。加在线212上的信号的周期噪声分量部分被消除或抑制，由此允许也形成接收信号一部分的信息信号被变成更容易辨别。噪声抑制器210包括连接到线212的噪声分量估算器214，以接收加在那里的接收信号。噪声估算器包括噪声分量检测器215和多个估算产生器216。估算产生器216的单个估算产生器连接到多个线的单个线，在其上产生由噪声分量检测器215产生的信号。在一个实施例中，估算产生器216也连接到线212；这种连接在图中用延伸到估算产生器216的虚线表示。由多个估算发生器产生的信号由加法216A一起相加。由加法器216A产生的总和信号耦合到线217，在其上产生由加法器216A产生的总和信号。

检测器215操作以检测加在线212上的接收信号的周期噪声分量，并用于将检测的分量的指示提供到估算产生器216。由检测器215检测的单个检测噪声分量送到单个估算产生器216。

每个估算产生器216产生一个噪声分量信号，并且由估算产生器216产生的噪声分量信号由加法器216A一起相加。合成的总和在线217产生；合成的总和表示为如由检测215检测的接收信号的周期噪声分量部分。线217接到加法器218的负输入端。在其上加接收信号的线212加到加法器218的正输入端。

加法器218操作以便从加到线212上的接收信号中减去在线217上产生的噪声分量，并用于产生响应于其在线222上的噪声抑制信号。因为加法器218操作用于从接收信号中减去由噪声分量估算器214产生的噪声分量信号，由噪声分量估算器检测的周期噪声从接收信号中消除。由此周期噪声分量被抑制，并不形成在线222上产生的噪声抑制信号的一部分。

如前面结合上面图3和4的简要说明的，抑制器10的图示分量可被改变，以抑制多于一个接收信号的噪声分量部分。也就是说，图5所示的抑制器210可代替噪声抑制器10。例如，选择器62能在多个输出线，产生类似于线66的多个输出信号，被加到多个可变延迟单元68，每个单元也连接到线52。由多个可变延迟单元68产生的信号一起相加，此后加到加法器74。图4所示的噪声抑制器10可类似地改变，同样地允许从接收信号中抑制多个不同噪声分量部分。

图6一般以223表示本发明的一个实施例的方法。方法223至少抑制一个具有信息分量部分的接收信号的选择噪声分量部分。

首先，如由方块224所表示的，接收信号变换成电的形式。此后，由方块225所表示的，接收信号延迟一个时延。然后，如由方框226所表示的，延迟的信号与接收信号相关，以表示在延迟信号和接收信号之间自相关的程度。

如由判定块228所表示的，多个自相关是通过使接收信号与由多个不同延迟量延迟的延时信号相关执行的。从判定块228直到已执行与多个延迟信号相关的所需迭代数为止没有采用分支。

一旦自相关的选择数目已被执行，从判定块228到块232采用yes(是)分支，在那里根据延迟信号显示与接收信号最大相关作出一个确定该时延和重叠在接收信号的信息信号分量上的噪声分量的周期由此被确定，如由块234所表示的。

其次，如由块236所表示的，具有相应于在块234确定的周期的周期性的周期信号被产生。产生的周期信号从接收信号中减去，如块238所表示的，由此形成噪声抑制信号，其中接收信号的周期噪声分量由此抑制。

本发明的操作有利于抑制通信信号的周期噪声分量。当工作于汽车的无线电话设备中进入，例如由开动汽车发动机的发动机声音产生的背景噪声时，该背景噪声可通过噪声抑制器的操作所抑制。由于这种噪声抑制，改进了在无线电话设备的工作期间实现的通信质量。前面的说明是用于实施本发明的最佳例子，和本发明的范围不必受本说明限制。本发明的范围由下面权利要求所限定。