专利名称：同时话音-数字通信中应用的声音调节的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据通信设备，更特别地，涉及到包括同时话音—数据调制解调器的通信系统。
于1993年6月14日申请的还没授权的序号为No.08/076505，Bremer等人的题为“Simultaneous Analog and Digital Communi-cation”的美国专利申请描述了一个同时话音—数据通信系统，该系统中，话音信号被加到数据信号上以便于通过同一通信信道传送到接收调制解调器。
在这种同时模拟—数字通信系统中，要被传送的数据信号是由数据符号序列来表示的，这里，每一个数据符号与从信号空间所取得的某一个特定的N—维信号点的值相关联。类似地，代表话音信号的模拟信号亦被处理，因此而被映射到同一N—维信号空间而形成一个话音信号点。该话音信号点确定了话音信号矢量的模值(magnitude)以及相对于信号空间的起始点的角度。然后，该数据符号和该话音信号矢量被相加在一起以选定一个合成的N—维信号点，该合成信号点然后被传送到远端调制解调器。
根据所接收到的被传送的N—维信号点，远端调制解调器接收器检测出被嵌入的数据符号并从所接收到的N—维信号点中减去该数据符号而产生话音信号矢量。最后，该话音信号矢量被用于重建话音信号。
结果，这项技术便利地提供了具有声音信道和数据信道两个信道的话音频带信号。这就允许两个用户使用有同时话音—数据(SVD)能力的调制解调器进行他们之间的数据通信而同时又进行交谈。然而，在每一用户所在位置仅需一条“塞孔/振铃”(“tip/ring”)型电话线。如同在任何包括有话音信号的通信系统中一样，通常要对SVD信号的特征进行选择以优化SVD话音信道的话音质量。即，要寻求高质量的话音传输。例如，于1993年6月14日申请的还没授权的序号的No.08/076506，Bremer等人的题为“Com-panding of Voice Signal for Simultaneous Voice and Data Trans-mission”的美国专利申请描述了一个同时话音—数据通信系统，其中，话音信号在送到PSTN(公共交换电话网)之前要被压缩—扩展以改善话音传输质量。
由于前面所描述的技术便利地允许两个人通过单一电话线路同时进行交谈和数据交换，这项技术的一个应用是在娱乐领域，即基于调制解调器的各种游戏，在这种场合下，两个人现在不仅可以通过数据信道玩游戏，并且可以通过SVD线路的话音信道同时互相交谈。如前面所提到的，由SVD话音信道所提供的质量是任何一个话音通信系统所关心的。然而，我们已经实现了一种能在SVD通信系统中增强娱乐程度的技术—然而却极大地牺牲了实际的话音的质量。特别是，提供了一种SVD调制解调器，它允许SVD用户随意地改变由该SVD调制解调器所提供的话音信号。结果，基于调制解调器游戏的游戏者可以从听觉上通过提供各种音响效果，例如，改变话音的音色或者添加背景噪声，来增强游戏环境气氛。
图1示出体现本发明的原理的同时话音—数据通信系统的方框图。
图2示出体现本发明的原理的同时话音—数据调制解调器的发送器部分的方框图。
图3示出体现本发明的原理的同时话音—数据调制解调器的接收器部分的方框图。
体现本发明的原理的同时话音—数据通信系统的方框图示于图1中。在下面的说明中，图1中的用户1和用户2之间的通信路径已经被建立起来。用户1的通信设备包括如计算机的数据终端设备(DTE)10；代表话音设备的电话机20；以及同时话音—数据(SVD)调制解调器100。后者接收两种类型传输到SVD调制解调器300的信号—从DTE10来的数据信号和从电话机20来的话音信号。除要被传输到远端SVD调制解调器300的话音和数据信号之外，SVD调制解调器100还接收两个从用户1来的控制类型的信号—线路12上的发送开/关信号和线路14上的接收开/关信号。这两条线路也被称作为“信令端口”。如在下面进一步要说明的，这些信号的每一个都代表具有多个位置的一个简单的开关，它们分别控制是否要对被发送的或被接收到的话音信号进行任何调节。当这些信号中的任何一个代表“关”状态时，就不要对相应的信号的调节。当这些信号中的任何一个代表“开”状态时，该信号表示K—1开关位置。SVD调制解调器100将数据信号和话音信号进行编码以提供通过本地环路101，公共交换电话网(PSTN)200，以及本地环路301，向SVD调制解调器300传输的混合的话音和数据信号。同时话音一数据调制解调器的基本操作(而不仅是一个发明概念)在前面所提到的Bre-mer等人的题为“Simultaneous Analog and Digital Communica-tion”，1993年6月14日，序号为No.08/076505的专利申请中已被说明。SVD调解调器300接收由SVD调制解调器100所发送的混合话音和数据信号并向DTE30提供该数据信号，向电话机40提供该话音信号。数据和话音信号在相反方向上的传输，即从SVD调制解调器300向SVD调制解调器100，以类似的方式进行。在以下的叙述中，仅说明SVD调制解调器100。而SVD调制解调器300可以包括，也可以不包括在本发明原理中。进一步地，应该明白，尽管本发明在下面是按SVD调制解调器100的发送和接收的前后关系来说明的，但本发明并不要求调制解调器的发送和接收两个部分都体现本发明的原理。
现在应参照图2，它示出SVD调制解调器100的发送器502。SVD调制解调器100的各个单独的部件都是大家所熟悉的因而不详细说明。例如，CPU105就是一个基于微处理器的中央处理单元并配有存贮程序数据的存贮器。
图2中的DTE10向数据编码器125提供数据信号，它包括任何一种大家所熟知的编码技术，例如扰码、格构编码等，以便以1/T的符号速率在线路126上提供符号序列。这些符号是从信号空间中选择的(未示出)。假定DTE10代表用户1正在操作的一台计算机，例如正在执行一个游戏程度的一台个人计算机。
按照本发明设想，图2中的电话机20向话音调节器(modifier)130和多路复用器(mux)140提供话音信号，多路复用器140的输出信号通过由线路12所提供的发送开/关信号受用户1控制。这个发送开/关信号被加到CPU105上。对于本例来说，假定线路12表示一个具有多个位置的简单的开关，因此，发送开/关信号表示K个开关位置，这里，第一个开关位置代表“关”，即没有话音信号的调节，而其余K—1个开关位置中的每一个都与对电话机20所提供的话音信号的各种不同类型的作用相对应(在下面说明)。如果发送开/关信号代表“关”状态，则CPU105就控制mux140，于是，线路141上的输出信号就代表从电话机20来的、线路21上的实际的话音信号。然而，如果发送开/关信号代表其余开关位置中的任何一种，则CPU105把mux140的输出信号从线路21上的话音信号切换到线路131上的由话音调节器130所提供的输出信号。此外，CPU105还通过线路107向话音调节器130加一个控制信号。这个控制信号致使话音调节器130按照所选择的开关位置使从电话机20来的话音信号失真。应该明白，尽管本实施例采用mux140进行从电话机20来的话音信号和线路131上的已被调节过的话音信号之间的切换，其他的各种变形也是可能的。例如，通过将从话音调节器130来的输出信号始终施加到话音编码器110上，就可以将mux140去掉。在这种情况下，“关”开关位置仅简单地致使话音调节器130不使从电话机20来的施加的话音信号失真。
mux140将一输出信号加到话音编码器110上，该编码器以预定的每秒钟1/T个符号的符号速率在线路111上提供二维信号点序列。每一个二维信号点代表关于信号空间的原点的一个“话音信号矢量”(图中没有画出)。加法器135将线路111上的每一个话音信号矢量(如果存在的话)与由数据编码器125所提供的符号中的相应的一个相加，以便向调制器145提供一串信号点流。调制器145按照大家所熟悉的正交调幅(QAM)工作，而混合器115提供要通过PSTN200向SVD调制解调器300发送的发送信号。
SVD调制—解调器100的接收器503完成与前面所叙述的发送器502互补的那些功能，并以方框图的形式示于图3中。接收器503和发送器502的公共部分具有相同的参照标号，例如，CPU105，混合器115等等。混合器115接收通过PSTN从SVD调制解调器300所发送的信号，并将该接收到的信号加到解调器150。后者向数据解码器190提供一个被接收到的信号点序列，解码器完成与发送器502的数据编码器125相反的功能，通过线路11，在每一符号周期内向DTE10提供载有信息的信号。
话音解码器170的输入信号中包括从解调器150来的被接收到的信号点序列和从数据解码器190来的已被解码的符号序列。话音解码器170包含有相应的缓冲器，提供为数据解码器190所需要的作出关于被接收到的信号的判决的解码时间。话音解码器170从由解调器150所提供的相应的接收信号中减去由数据解码器190所提供的被接收到的符号，然后完成与话音编码器110相反的功能以便在线路171上提供所接收到的话音信号。接收到的话音信号被加到mux195和话音调节器180。mux向电话机20提供输出话音信号。
mux195是由用户1通过线路14所提供的接收“开/关”信号控制的。该信号被加到CPU150。类似于线路12，假定线路14代表一个具有这样的多个位置的一个简单开关，因此，接收开/关信号表示K个开关位置，这里，第一个开关位置代表“关”，即没有对所接收到的话音信号的调节，而其余K—1个开关位置中的每一个都与对被接收到的话音信号的不同类型的作用相对应(在下面说明)。如果接收开/关信号代表“关”状态，则CPU105控制mux195，于是线路21上的输出信号代表从SVD调制解调器300所接收到的话音信号。然而，要注意，这个被接收到的话音信号本身可能已经被SVD调制解调器300改变过了(如果该调制解调器300也实施了本发明的设想的话)。另一方面，如果接收开/关信号代表其余开关位置中的任何一种的话，CPU105则将mux195的输出信号从话音解码器170的输出信号切换到由话音调节器180所提供的输出信号上去。此外，CPU105将一个控制信号通过线路103加到话音调节器180上。该控制信号根据所选定的开关位置使话音调节器180对从电话机20来的话音信号作失真处理。应该说明，尽管本实施例被表示成采用mux195进行话音解码器170的输出信号和话音调节器180的输出信号之间的切换，但其它的各种变形也是可能的。例如，通过将从话音调节器180来的输出信号始终加到电话机20上，就可以将mux去掉。在这种情况下，“关”开关状态仅简单地致使话音调节器180不使由话音解码器所提供的被接收到的话音信号失真。
由线路12和14分别提供的发送开/关信号和接收开/关信号使用户1随意地、实时地改变实际的话音信号，因此，对于不同的游戏特点和/或效果给出不同的特征。这里所使用的术语“音响效果”意味着或者对输入信号进行调节，或者加些什么到输入信号上去。例如，一种音响效果可能是改变用户1的声音，使听起来更符合“扮演角色”类游戏的特征类型。另一种音响效果是背景噪声，例如，加到话音信号上去以给出距离的远近或格斗效果的固定噪声或各种爆破型音响。更进一步地，这些调节或许是不随时间变化的，或许是随时间变化的，例如，固定的音响可以渐强和渐弱。改变音响效果的变化速率可以由用户选择。
话音调节器130和180表示各种音响发生器，这些音响发生器分别对线路21和171上所加的输入信号进行调节，和/或加上背景噪声以模拟与DTE10上正在玩的相应的游戏中出现的事件。话音调节器130和180提供许多大家所熟悉的调节效果，例如a)固定的或随时间变化的频率变换；b)固定的或随时间变化的幅度变化；c)固定的或随时间变化的压扩；d)固定的或随时间变化的低频截止频率；e)固定的或随时间变化的高频截止频率；f)固定的或随时间变化的附加音响；以及g)固定的或随时间变化的频率倒置。
如所示，话音调节器130和180各自可以是一个简单的滤波器，这里，音响效果的选择通过改变低端和高端的截止频率来改变滤波器的通频带。如在技术上都熟悉的，一个简单的滤波器可以用各种分离电子元件来实现。或者，也可以通过对一个数字信号处理器进行编程来实现一种滤波器功能。后者在提供上面所提到的其它各种音响效果方面提供了更大的灵活性，例如，改变话音信号的幅度而起改变频率的作用，或者按频率向上或向下移动整个话音信号。
上面所叙述的发明原理使得话音信号在任何一个方向上由SVD用户随意地被变换。
更进一步地，尽管前面的实施例描述了由用户手动选择若干个预先设定的音响效果中之一个。但应该认识到，音响效果的选择能够由执行游戏软件的计算机来完成。确实，游戏软件能够实时地与当前游戏状态同步地改变话音调节器的类型。在一个例子中DTE10上运行的游戏软件通过线路11的数据终端设备接口，利用SVD调制解调器的“指令模式”，控制音响效果的选择。在这种情况下，要定义一组新、允许游戏软件或用户选择某一特殊音响效果的调制解调器指令。在另一个例子中，DTE10通过直接地与由线路12和14所代表的信令端口相连接来控制音响效果的选择(没有画出)。
前面所说明的内容仅举例说明本发明的原理，因此应该理解，本专业领域内的技术人员将能够设计出许多个不同的设计方案，这些设计方案虽然在这里没有清楚地被说明，但它们体现了本设计的各种原理，并在本发明的实质和范围之内。
例如，在这里，本发明是举例采用各种分立功能模块(如编码器、解码器、声音调节器等等)被实现的，但是，那些模块的任何一个或多个的各种功能都能够采用一个或多个合适的可编程处理器，例如数字信号处理器来实现。此外，声音调节器功能也可以被放在声音编码器的后面，或者简单地让声音编码器功能本身被改变，因而它就提供了所希望的声音信号的失真程度。
此外，尽管前面的实施例假定有一些固定的预定的音响效果，但被声音调节器所采用的任何参数的值却可以被由用户或者由在用户的数据终端设备上执行的游戏软件初始化(装定)并通过数据终端设备接口，例如通过指令模式，提供到同时声音—数据调制解调器。例如，通过指定任何一个所需要的参数，如截止频率，频率偏移量或频率变换量等等，用户就能够对SVD音响效果开关的设置状态进行编程。这就允许用户根据游戏来改变音响效果。类似地，通过远地同时声音—数据调制解调器，例如一个辅助调制解调器信道，可以提供任何一种话音调节参数。
权利要求
1. 一种设备，包括一个用于接收来自数据终端设备的数据信号的数据端口(11)；一个用于接收来自话音终端设备的话音信号的话音端口(21)；一个用于将已调制的信号耦合到通信信道上去的线路端口(101)；用于选择(105)若干种音响效果中之一种的装置；用于按照所选定的音响效果对话音信号进行调节的装置(130)；用于将已调节的话音信号与数据信号相混合以提供一个混合信号的装置；用于向通信信道提供已调制信号的调制装置(136，145)，这里，已调制信号表示该混合信号。
2. 如权利要求1的装置，在其中，已调制信号是一个同时话音一数据信号。
3. 如权利要求1的装置，在其中，该话音信号代表某个人的话音，而所选定的音响效果改变此人的声音特征。
4. 如权利要求1的装置，在其中，该话音信号代表某个人的话音，而所选定的某种音响效果将一种背景音响加到该话音信号上去。
5. 如权利要求1的装置，在其中，编码数据信号是一个数据符号序列，已被调节过的话音信号是一个话音信号点序列，发送装置包括将一个话音信号点序列与一个相对应的数据符号序列相加的装置。
6. 一种设备，包括一个用于向数据终端设备提供数据信号的数据端口(11)；一个用于向话音终端设备提供已被调节过的话音信号的话音端口(21)；一个用于接收来自通信信道的已调制信号的线路端口(101)；用于选择若干种音响效果中之一种的装置(105)；用于解调被接收到的已调制信号以提供数据信号和被接收到的话音信号的装置(150，170，190)；以及按照所选定的某种音响效果调节被接收到的话音信号以提供已调节过的话音信号的装置(180)。
7. 如权利要求6的设备，在其中，已调制信号是一个同时话音—数据信号。
8. 游戏中应用的，可以增加若干种音响效果的设备，包括用于提供数据信号和控制信号的计算机(110)；以及一个调制解调器(100)，在同时向远端调制解调器发送已调制形式的数据信号时，该调制解调器响应控制信号而向话音信号提供某种音响效果。
9. 如权利要求8的设备，在其中，计算机通过调制解调器的信令端口(12，14)提供控制信号，并通过调制解调器的数据终端设备(11)提供数据信号。
10. 如权利要求8的设备，在其中，计算机通过调制—解调器的数据终端设备(11)提供控制信号和数据信号。
11. 游戏中应用的，用以增加若干种音响效果的一种方法，包括步骤向调制解调器提供向远地端点传送的数据信号；选择若干种音响效果中之一种；以及向调制解调器提供一种被选定的音响效果，这里，该选定的音响效果致使该调制解调器在发送数据信号同时调节一个话音信号。
12. 如权利要求11的方法，在其中，提供所选定的音响效果的这一步骤通过调制解调器的信令端口传送所选定的音响效果。
13. 如权利要求11的方法，在其中，提供所选定的音响效果的这一步骤通过调制解调器的数据终端设备传送所选定的音响效果。
全文摘要
一个同时话音-数据(SVD)通信系统，在该系统的任一端点处包括一个SVD调制解调器。每一个SVD调制解调器向其相对的端点提供SVD信号，此处，这种SVD信号包括话音信道和数据信道。这些SVD调制解调器中的一个或两个允许各自的用户或是改变向那个用户所提供的话音信号，或是改变从那个用户通过SVD信号的话音信道向其相对的SVD端点所发送的话音信号。
文档编号H04B3/04GK1115531SQ9510370
公开日1996年1月24日 申请日期1995年4月4日 优先权日1994年4月20日
发明者斯坦利·伯顿, 高顿·布雷莫, 肯尼斯·戴维·考, 卢克·J·斯米斯威克 申请人:美国电报电话公司