专利名称：在数字接收机中产生噪声的装置和方法
技术领域：
本发明通常涉及数字接收机，更专门地，涉及在数字接收机中产生噪声。
数字蜂窝电话允许在其用户之间的电话通信。数字蜂窝电话用数字接收机接收射频(RF)信号且转换RF信号以获得数据信号。数据信号被提供给声码器，它解码数据信号产生其话音信号，并输出话音信号为用户所用。在接收前和接收期间，RF信号可能会恶化。变坏的RF信号可产生变坏的数据信号和严重恶化的话音信号。
由数字接收机获得的数字数据信号，由于其特性，缺少背景噪声，不象在传统的模拟接收机中出现的背景噪声。因此，传统的数字接收机不产生与变坏的话音信号关联的噪声。传统的数字接收机通过让用户听失真的话音、发出特定的坏接收音调、或静音话音警示用户变坏的话音。在这些例子中，用户不能知道是否电话通信已结束、接收机变得不可操作、电话的天线需要再调整、或类似情况。
警示数字接收机用户变坏的话音的较好的方案由Leopold在美国专利第5,327,457号中公开，它被转让给摩托罗拉公司。在美国专利第5,327,457号中，背景噪声信号基于低的接收的RF信号电平产生。背景噪声信号被加到话音信号，以使数字接收机听起来较象用户较熟悉的模拟接收机，从而改善用户环境。然而，信号电平不总是话音将被变坏的最好的指示。例如，不降低信号电平，干扰能引起接收的RF信号的变坏。
因此，通过提供在数字接收机中产生噪声的改进的装置和方法进一步推行美国专利第5,327,457号的方案是有益的。
本发明的目的是提供一种在数字接收机中产生噪声的装置和方法，通过在话音信号中插入背景噪声信号，告知用户信号变坏。
本发明提供一种数字接收机，用于转换接收的信号成为话音信号，所述数字接收机包括电路，用以产生指示接收的信号的质量水平的误差信号；和噪声发生器，耦合到所述电路的输出端，所述噪声发生器，选择地响应误差信号，以在话音信号中插入噪声。
本发明提供一种在数字接收机中产生噪声的方法，所述方法包括步骤转换接收的信号成为话音信号；提供指示接收的信号的质量水平的误差信号；和响应所述误差信号，选择地插噪声入所述话音信号。
数字接收机把接收的信号转换成为话音信号。电路产生指示接收的信号的质量水平的误差信号。响应接收的误差信号，噪声发生器在话音信号中选择地插入噪声。通过基于在接收的信号精度上的噪声插入，仅当接收的信号被发现被变坏(即接收的信号在低质量水平)以至用户面临恶化的话音或无声的话音时，噪声能被插入话音信号。
附图简要说明
图1是描绘用有噪声发生器的数字通信装置的数字通信系统的框图；图2是已知状态图，描绘图1中的数字通信装置的解码器部分的运行；图3是流程图，描绘图1的噪声发生器的噪声开关控制装置的运行；图4是流程图，描绘图1的噪声发生器的计数器的运行；图5是状态图，描绘图1的噪声发生器的噪声音量控制装置的运行；和图6是流程图，描绘图1的噪声发生器中的噪声音量控制装置的运行。
图1描绘数字通信系统100。数字通信系统100包括通信装置102和通信装置104，它们在通信链路106上通信。通信装置102和通信装置104能是双向无线电、蜂窝电话、无绳电话、无线电、基站、无线电发射机、个人数字助手、调制解调器、陆线电话、或类似的装置。通信链路106能是无线连接、有线连接如双绞线或同轴电缆、或类似的连接。在描绘的实施方案中，数字通信系统100是用TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)、或类似方法的数字蜂窝电话系统。描绘的通信装置102是蜂窝基站，且描绘的通信装置104是与通信装置102相容的数字蜂窝电话。在描绘的实施方案中，通信链路106包括下行链路射频(RF)信号108和上行链路RF信号110。
通信装置104包括天线112、接收机114、控制器116、用户接口118、和发射机120。天线112耦合下行链路RF信号108进入接收机114，用于解调和解码成为在线122上的接收的话音信号。控制器116耦合接收的话音信号到用户接口118，在用户接口118它由扬声器124转换成为用户可辩别的音频信号输出。由用户提供的输入的音频信号通过用户接口118的麦克风126转换，并耦合到发射机120作为通过用户接口118和控制器116的发射话音信号。发射机120编码和调制发射话音信号，用于由天线112作为上行链路RF信号110发射。
接收机114包括声码器128和噪声发生器130。声码器128和噪声发生器130用单个数字信号处理器(DSP)芯片实现，如摩托罗拉公司制造和出售的DSP56000，或用一个或多个合适的微处理器或微控制器。然而，应认识到，声码器128和噪声发生器130能全部或部分地由分立部件代替实现。
声码器128包括解码电路，包括前向纠错(FEC)解码器132和矢量和激励线性预测(VSELP)解码器134。FEC解码器132在其输入端接收下行链路RF信号108的解调的数据，并根据已知的解码的算法，如维特比算法，解码解调的数据成为连续的话音数据的解码的帧。FEC解码器132通过进行循环盈余检查(CRC)运行，如在无线电系统标准27C研究与发展中心(RCR STD-27C)的5.1.3.3节中所描绘的，测定话音数据的每个解码的帧的质量水平。CRC运行在话音数据的每个解码的帧的一部分中检测误码率。不能由解码电路纠正的下行链路RF信号108的变坏产生误码率。用来自变坏的下行链路RF信号108的数据对接收的话音信号的质量引起严重的恶化。为防止话音质量的恶化，响应CRC，FEC解码器132用坏帧屏蔽状态装置200(图2)。
也在RCR STD-27C的5.1.3.4节中描绘的坏帧屏蔽状态装置200，有误差状态0-7，分别由框202-209代表。误差状态0-7代表话音数据的解码的帧的质量的水平。误差状态0-7间的转换由连接框202-209的箭头210-225代表。通过箭头210-225之一的转换，对每个话音数据的解码的帧都发生。
坏帧屏蔽状态装置200在误差状态0(框202)开始。如果在话音数据的解码的帧中没有检测到误差，坏帧屏蔽状态装置200保持在误差状态0(框202)，如箭头210所代表。对其中检测到误差的话音数据的每个连续的解码的帧，坏帧屏蔽状态装置200移动到下一较高的标号的误差状态1(框203)、误差状态2(框204)、误差状态3(框205)、误差状态4(框206)、误差状态5(框207)和误差状态6(框208)，如箭头211、213、215、217、219和221所分别代表。误差状态标号因此是其中检测到误差的连续的解码的帧数。
当检测到不包括误差的解码的帧，坏帧屏蔽状态装置200移动到较低的误差状态。基于未检测到误差的一解码的帧的出现，坏帧屏蔽状态装置200从误差状态1(框203)、误差状态2(框204)、误差状态3(框205)、误差状态4(框206)、或误差状态5(框207)移动到误差状态0(框202)，分别由箭头212、214、216、218、或220代表。
基于包括误差的另外的解码的帧的出现，坏帧屏蔽状态装置200保持在误差状态6(框208)中，如箭头223所代表。基于一没有误差的解码的帧的出现，坏帧屏蔽状态装置200从误差状态6(框208)移动到误差状态7(框209)，如箭头222所代表。基于在误差状态7(框209)时一有误差的解码的帧的出现，坏帧屏蔽状态装置200移动到误差状态6(框208)，如箭头225所代表。如果在误差状态7(框209)中且无误差的解码的帧出现，坏帧屏蔽状态装置200从误差状态7(框209)移动到误差状态0(框202)，如箭头224所代表。
在每个转换的结尾，根据结果的误差状态0-7(框202-209)之一，FEC解码器132作用在话音数据的解码的帧上。如果结果的误差状态是误差状态0(框202)，话音数据的解码的帧的质量是在最高的水平，且FEC解码器132不作用在话音数据的解码的帧上。如果结果的误差状态是误差状态1(框203)或误差状态2(框204)，话音数据的解码的帧的质量是在较低的水平，且FEC解码器132用来自有误差状态0的结果的误差状态的话音数据的最前面的解码的帧的对应位代替有话音数据的解码的帧的误差的位。如果结果的误差状态是误差状态3(框205)、误差状态4(框206)或误差状态5(框207)，话音数据的解码的帧的质量是在更低的水平，且FEC解码器132衰减话音数据的解码的帧。如果结果的误差状态是误差状态6(框208)或误差状态7(框209)，话音数据的解码的帧的质量是在最低的水平，且FEC解码器132静音话音数据的解码的帧。下一步，FEC解码器132输出话音数据的解码的帧到VSELP解码器134(图1)。VSELP解码器134从话音数据的解码的帧在线122上产生接收的话音信号。在话音数据的解码的帧中的静音的话音数据在接收的话音信号中产生音频空隙。在扬声器124收听的用户可能认为在话音中的空隙指示通信装置104的失效。
为消除这些想法，在坏帧屏蔽状态装置200的每个转换的结尾，FEC解码器132在线136上输出误差信号。误差信号包括话音数据的解码的帧的结果的误差状态。响应误差信号，噪声发生器130在接收的话音信号中插入噪声。通过噪声发生器130的传播延时约等于通过VSELP解码器134的传播延时。这确保噪声被插入从含有误差的话音数据的解码的帧产生的话音信号。
噪声发生器130包括噪声开关控制装置138、开关140、噪声源142、和加法器144。噪声开关控制装置138通过线136耦合到FEC解码器132，以接收误差信号。响应误差信号，噪声开关控制装置138输出控制信号。开关140耦合到噪声开关控制装置138、噪声源142、和加法器144。响应控制信号，开关140选择地断开，以不从加法器144连接噪声源142，或选择地闭合，以连接噪声源142到加法器144。噪声源142向开关140输出噪声样本。噪声样本被从其频谱在声音范围内，如300Hz到3500Hz，幅度是平坦的实时、伪随机、均匀地或高斯分布的信号产生。在所描绘的实施方案中，噪声样本是白噪声样本。优选白噪声是因为它的谱平坦和平滑的音频特性。然而，将认识到还可用其它类噪声或警示信号。加法器144进一步耦合到线122。加法器144把由开关140提供的信号加到来自声码器128的接收的话音信号。因此，当开关140闭合时，加法器144把由噪声源142输出的噪声加到接收的话音信号，或者，当开关140断开时，加法器144不把信号加到接收的话音信号。
噪声开关控制装置138的具体的运行被示在图3中。初始地，噪声开关控制装置138输出控制信号，以断开开关140并防止噪声被加到接收的话音信号(在框300)。噪声保持“关”(在框300)直到噪声开关控制装置138检测到超过预定的误差门限的误差信号的结果的误差状态(在框302)。在所描绘的实施方案中，预定的误差门限是3，且被有结果的误差状态4、5、6、或7的误差信号超过。一旦检测到误差状态4、5、6、或7的误差信号，噪声开关控制装置138输出控制信号以闭合开关140，并加噪声到接收的话音信号(在框304)。噪声保持“开”(在框304)直到噪声开关控制装置138检测到预定数的有低于预定的误差门限的结果的误差状态的连续的误差信号(在框306)。在所描绘的实施方案中，在250个连续的误差信号中(每个误差信号代表相应的连续的解码的帧)，噪声开关控制装置138必须只检测结果的误差状态0、1、或2。一旦这个连续的数的误差信号被检测到，噪声开关控制装置138的运行返回框300。
为控制插入接收的话音信号的噪声的音量，噪声发生器130(图1)能进一步包括计数器146、噪声音量控制装置148、和混合器150。计数器146通过线136耦合到FEC解码器132，以接收有结果的误差状态的误差信号。计数器146测定在解码的帧的预定数期间，每个不同的结果的误差状态出现多少次。噪声音量控制装置148耦合到计数器146，并接收不同的结果的误差状态的计数值。根据计数值，噪声音量控制装置148通过输出噪声定比例系数，选择地改变噪声的音量电平。混合器150耦合到噪声音量控制装置148、噪声源142、和开关140。混合器150用噪声定比例系数乘以噪声源142的噪声输出。这增加或减小提供给开关140的噪声的幅度、或音量。噪声定比例系数的数值越大，噪声的幅度越高，且因此，在扬声器124的话音信号中的噪声音量越高。因为结果的误差状态与接收的信号的质量有关，且噪声音量控制装置148基于结果的误差状态控制音量，噪声电平向用户提供接收的信号的质量的反馈。
计数器146的具体的运行被示于图4中。计数器146接收指示结果的误差状态的误差信号(在框400)。计数器146检测哪个结果的误差状态包括误差信号(在框402-408)，且增加相应计数值(在框410-417)。计数器146增加帧计数值(在框418)，且测定是否帧计数值达到帧的预定数(在框420)。在所描绘的实施方案中，帧的预定数是200个连续的解码的帧。如果解码的帧的预定数未出现，计数器146返回框400以接收下一误差信号。如果解码的帧的预定数出现了，计数器146以度规的形式输出对于前面的解码的帧的预定数的每个误差状态的计数值(在框422)。在所描绘的实施方案中，度规包括1-维阵列，其中结果的误差状态0的计数值在位置1，1；结果的误差状态1的计数值在位置1，2；结果的误差状态2的计数值在位置1，3；结果的误差状态3的计数值在位置1，4；结果的误差状态4的计数值在位置1，5；误差状态5的计数值在位置1，6；结果的误差状态6的计数值在位置1，7；和结果的误差状态7的计数值在位置1，8。例如，在200个连续的解码的帧的结尾，对有结果的误差状态0的160个误差信号、有结果的误差状态1的20个误差信号、有结果的误差状态2的6个误差信号、有结果的误差状态3的6个误差信号、有结果的误差状态4的4个误差信号、有结果的误差状态5的2个误差信号、有结果的误差状态6的1个误差信号、和有结果的误差状态7的1个误差信号的出现，将输出度规[16020 6 6 4 2 1 1]。一旦输出度规，计数器146复位误差状态和帧计数值(在框424)并返回框400以接收与下一解码的帧有关的下一误差信号。
噪声音量控制装置148的具体的运行被示于图5和图6中。噪声音量控制装置148用音量控制状态装置500。音量控制状态装置500包括音量状态2-7，分别由框502-507代表。音量状态与计数器146输出的度规中的误差状态数值对应。在所描绘的实施方案中，音量状态2-7分别对应于结果的误差状态2-7。每个音量状态对应于输出到混合器150的噪声定比例系数。在所描绘的实施方案中，对应音量状态2、3、4、5、6、和7(框502、503、504、505、506、和507)的噪声定比例系数分别是约0、0.005、0.008、0.013、0.018、和0.023。音量状态2-7(框502-507)间的转换由箭头508-517代表。转换能在来自计数器146的度规的每次接收之后出现。
噪声音量控制装置148初始设置音量控制状态装置500到当前音量状态(在框600和框602)。在所描绘的实施方案中，音量控制状态装置500被初始设置到音量状态2(框502)。然而，将认识到音量控制状态装置500能被初始设置到任何其它音量状态。噪声音量控制装置148输出对应于当前音量状态的噪声定比例系数(在框604)。噪声音量控制装置148保持在当前音量状态中(即，音量状态2(框502))直到从计数器146收到度规(在框606)。
噪声音量控制装置148检查度规，以判定度规在数值等于下一最高音量状态(即等于当前音量状态+1)的误差状态中是否含有至少一计数值(在框608)。如果这样，音量控制状态装置500从当前音量状态移动到下一最高音量状态(在框610)。噪声音量控制装置148返回框602，其中下一最高音量状态变成当前音量状态。例如，如果度规是[150 40 7 1 1 1 0 0]和当前音量状态是音量状态2(框502)，在误差状态3中误差的出现将引起音量控制状态装置500移动到音量状态3(框503)。在所描绘的实施方案中，在框610可能的变换是通过箭头508、509、511、513、或515分别从音量状态2(框502)、音量状态3(框503)、音量状态4(框504)、音量状态5(框505)、或音量状态6(框506)到音量状态3(框503)、音量状态4(框504)、音量状态5(框505)、音量状态6(框506)、或音量状态7(框507)。当噪声音量控制装置148返回框602时，音量状态3将是当前音量状态。
如果度规在数值等于下一最高音量状态的误差状态中不合有至少一计数值，噪声音量控制装置148检查度规，以判定度规在数值等于当前音量状态的误差状态中是否含有至少一计数值(在框612)。如果不是，音量控制状态装置500从当前音量状态移动到下一最低音量状态(在框614)。例如，如果度规是[150 40 5 5 0 0 0 0]和当前音量状态是音量状态4(框504)，音量控制状态装置500移动到音量状态3(框503)。在所描绘的实施方案中，在框614可能的变换是通过箭头510、512、514、516、或517分别从音量状态3(框503)、音量状态4(框504)、音量状态5(框505)、音量状态6(框506)、或音量状态7(框507)到音量状态2(框502)、音量状态3(框503)、音量状态4(框504)、音量状态5(框505)、或音量状态6(框506)。噪声音量控制装置148返回框602，其中下一最低音量状态变为当前音量状态。
如果度规在数值等于当前音量状态的误差状态中含有至少一计数值，噪声音量控制装置148返回框602，其中当前音量状态被保持。例如，如果当前音量状态是音量状态4(框504)，这个度规将是[15040 5 4 1 0 0 0]。
为提供较好的最佳模拟在模拟无线电中的噪声的连续特性的音频噪声，噪声音量控制装置148(在框604)根据斜波技术输出当前的噪声定比例系数。斜波技术包括当在音量状态之间移动时，逐渐地增加或减小噪声定比例系数。在所描绘的实施方案中，噪声音量控制装置148在100个解码的帧或2秒的周期上以由前面的噪声定比例系数和当前的噪声定比例系数之间的差除以100定义的步长增加或减小噪声定比例系数。例如，响应从噪声定比例系数是0的音量状态2变换到噪声定比例系数是0.005的音量状态3，噪声音量控制装置148递增地用每次0.00005((0.005-0)/100)在2秒的时间周期上增加噪声定比例系数100次。响应从噪声定比例系数是0.008的音量状态4变换到噪声定比例系数是0.005的音量状态3，噪声音量控制装置148递增地用每次0.00003((0.008-0.005)/100)在2秒的时间周期上减少噪声定比例系数100次。
虽然基于误码的检测，将认识到噪声插入和音量控制还能基于其它影响信号质量的声码器产物的检测。误差信号还能定义相位抖动、定时抖动、眼张开抖动、星座抖动、信噪比、或其它声码器产物的测量值。
将认识到，误差信号不需要由解码电路或仅从解码的输入信号产生。例如，基于如在美国专利第5,113,400号、由Gould等发明、在1992年5月12日颁发的、并转让给摩托罗拉公司的名为“误差检测系统”所描绘的，误差信号还能在解码电路外和基于再编码的解码的接收信号和实际接收信号的比较而被产生。
因此，可以认识到噪声能被插入数字接收机的变坏的话音信号，以对用户音频地指示差的接收。基于数字接收机接收的信号的质量，噪声发生器加噪声到话音信号。另外，基于信号质量的进一步改变，噪声发生器能逐渐地改变噪声的音量。当信号质量降低时，噪声音量电平被增加。另一方面，当信号质量增加时，噪声音量电平被降低。在一实施方案中，噪声发生器响应解码器运行，且精确地和有效地在适当的音量电平直接插噪声入那些由解码器测定为被变坏的话音信号的帧中。
权利要求
1.数字接收机，用于转换接收的信号成为话音信号，所述数字接收机包括电路，用以产生指示接收的信号的质量水平的误差信号；和噪声发生器，耦合到所述电路的输出端，所述噪声发生器，选择地响应误差信号，以在话音信号中插入噪声。
2.如权利要求1所述的数字接收机，其中所述用以产生误差信号的电路进一步包括解码器，所述解码器解码所述接收的信号，并检测其中的误差，基于所述检测的误差，所述解码器产生误差信号。
3.如权利要求1所述的数字接收机，其中所述噪声发生器进一步包括噪声源，用以提供噪声，和开关，耦合到所述噪声源和所述电路的输出端，所述开关，响应所述误差信号，选择地在话音信号连接所述噪声源到所述数字接收机。
4.如权利要求1所述的数字接收机，其中所述噪声发生器进一步包括噪声源，用以提供噪声，和噪声音量控制装置，耦合到所述噪声源，所述噪声音量控制装置，响应误差信号的多次出现，选择地改变噪声的音量电平，所述音量电平对应于所述误差信号的质量水平。
5.在数字接收机中产生噪声的方法，所述方法包括步骤转换接收的信号成为话音信号；提供指示接收的信号的质量水平的误差信号；和响应所述误差信号，选择地插噪声入所述话音信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述选择地插入的步骤进一步包括子步骤产生所述噪声；检测所述误差信号；和选择地连接所述噪声到所述话音信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述选择地连接的步骤进一步包括子步骤基于在低质量水平的所述误差信号的第一次出现，连接所述噪声到所述话音信号；和在出现一组在高质量水平的所述误差信号后，断开所述话音信号所述噪声。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述选择地插入的步骤进一步包括子步骤产生所述噪声；检测所述误差信号；设置所述噪声的音量电平，所述音量电平对应于所述质量水平；和响应所述误差信号的多次出现，选择地改变所述噪声的音量电平。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述选择地改变的步骤进一步包括子步骤计数所述误差信号的预定数；在所述计数所述误差信号的预定数的步骤期间，计数在高质量水平和在低质量水平之一所述误差信号的每次出现；和在所述计数所述误差信号的的预定数的步骤期间，计数在高质量水平和在低质量水平的另一个所述误差信号的每次出现。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述选择地改变的步骤进一步包括子步骤响应所述计数的步骤，当所述误差信号的任何出现指示质量水平低于音量电平时，增加所述噪声的音量电平；和响应所述计数的步骤，当所述误差信号的所有出现指示质量水平高于音量电平时，减小所述噪声的音量电平。
全文摘要
数字接收机转换接收的信号成为话音信号。数字接收机包括电路和噪声发生器。电路产生指示接收的信号的质量水平的误差信号。噪声发生器响应接收的误差信号,选择地插噪声入话音信号。
文档编号H04M1/725GK1179040SQ97116318
公开日1998年4月15日 申请日期1997年8月8日 优先权日1996年8月8日
发明者赫苏斯·F·科瑞特杰, 保罗·罗耶, 戴维·G·卡森, 朱安·R·乌里韦 申请人:摩托罗拉公司