DE19852805A1 - Telephone with improved speech understanding, several microphones, and special speech signal processing - Google Patents
Telephone with improved speech understanding, several microphones, and special speech signal processingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Telefon mit verbesserter Sprachverständlichkeit mit mindestens zwei Mikrofonen und einer geschaffenen, speziellen Sprachsignal- Verarbeitung aus dieser Mehrzahl von Mikrofon-Tonsignalen.The invention relates to a telephone with improved speech intelligibility at least two microphones and a created, special speech signal Processing from this plurality of microphone sound signals.
Es ist bekannt, daß mobile Telefone, drahtlose Telefone bzw. Handies in störgeräusch belasteter Umgebung das Sprachnutzsignal ungenügend erfassen sowie zur Übertragung bringen. Neben dem Störhintergrundsgeräusch treten bei der Digitalisierung des gesprochenen Tonsignales "moduliert-säuselnde" Effekte der stimmlich-tonalen und, für die Sprachverständlichkeit wesentliche, zeitvariante Oberwellen sowie Zischgeräusche auf. Ferner ist für den Mobiltelefonbenutzer in der besagten, störgeräusch-befallenen Umgebung ebenso eine schlechte, d. h. störgeräusch-verdeckte Sprachsignal-Verständlichkeit zum anderen bzw. angewählten Sprechteilnehmer über den im Handy eingebauten Kleinlautsprecher gegeben. Diese akustischen Effekte haben in diesem Zusammenhang keine Ursache in einem zu geringen Hochfrequenz-Signalempfang; vgl. Mobiltelefon-Transponder mit ausreichender Leistung in der Nähe eines Telefonierenden.It is known that mobile phones, wireless phones or cell phones in noise polluted environment insufficiently capture the useful voice signal and Bring transfer. In addition to the background noise, the Digitization of the spoken sound signal "modulated-whispering" effects of vocal-tonal and, for speech intelligibility, time variant Harmonics and hissing noises. Furthermore, for the mobile phone user in the said noise-affected environment is also a bad, i. H. noise-concealed speech signal intelligibility to the other or selected Speakers given over the small speaker built into the cell phone. This In this context, acoustic effects have no cause in one low radio frequency signal reception; see. Mobile phone transponder with sufficient performance near a telephone.
Bereits aus den Dreißigerjahren ist bekannt, daß man mittels "Antischall-Hinzufügung" zum Original-Tonsignal, gemäß einer um 180 Grad gewandelte Tonsignalstruktur gegenüber dem Original-Tonsignal darstellt, eine aktive Geräuschkompensation z. B. in Flugzeug-Piloten-Kopfhörern o. ä. störgeräusch-befallenen Umgebungen durch eine Signaladdition realisieren kann. D. h. beispielsweise, daß zum Original-Tonsignal bzw. Nutzsignal eine 180 Grad phasengedrehte Zumischung das über ein Mikrofon erfaßte Störsignal etc. geeignet frequenzabhängig eingepegelt per Lautsprecher wiedergegeben wird. Zudem sind Mikrofon-Matrix-Anordnungen in Kraftfahrzeuginnenräumen oder in Belüftungskanälen (Tagung der Deutschen Arbeitsgemeinschaft für Akustik, DAGA 1997, Tagungsband, Seite 199 ff., R. Schirmacher ed al.) sowie die besagte, aktive Geräuschkompensation usus.It is already known from the 1930s that "anti-noise addition" to the original sound signal, according to a sound signal structure transformed by 180 degrees represents compared to the original sound signal, an active noise compensation z. B. in Airplane pilot headphones or similar environments affected by noise Can realize signal addition. That is, for example, that the original sound signal or Useful signal a 180 degree phase-shifted admixture that was recorded via a microphone Interference signal etc. suitably frequency-dependent leveled via loudspeaker is played. In addition, microphone matrix arrangements are in Motor vehicle interiors or in ventilation ducts (conference of the Germans Working group for acoustics, DAGA 1997, conference proceedings, page 199 ff., R. Schirmacher ed al.) And the said active noise compensation usus.
Ferner ist man heutzutage in der Lage, die inzwischen modellierten, artikulatorischen Parameter der Sprache, welche für jedes Wort usw. eine signifikate, Zeit-variante Spektrums-Hüllkurve offeriert, in Sprachsynthese- sowie Sprachresynthese-Systemen zu integrieren; vgl. nicht über Tastatur sondern artikulatorisches Einsprechen geschaffene Texteingabe für/an einem PC-Textverarbeitungsprogramm (z. B. o. g. DAGA-Tagung 1997, Seite 614 ff, B. J. Kröger).Furthermore, today one is able to use the articulatory models that have now been modeled Language parameters, which for each word etc. a significant, time variant Spectrum envelope offered in speech synthesis and speech synthesis systems to integrate; see. not via keyboard but articulative speaking Text input created for / on a PC word processing program (e.g. above. DAGA conference 1997, page 614 ff, B. J. Kröger).
Schließlich ist eine Patentschrift DE 196 33 292 zu nennen, welche mittels zweier Lautsprecher in der Hörkapsel die u. a. lautstärke-bezogene Hörqualität eines Handappartes, schnurlosen Telefones usw. verbessern soll. Dies widerstrebt dem Grundgedanken der Erfindung, nur aus Sprachverständlichkeits-Gründen die Hörlautstärke des Telefonnutzsignales, gegenüber dem Störsignal anzuheben; Stichwort Gehörschadenserzeugung durch psychoakustisch zu betrachtende, höhere Langzeit-Ton-/Sprachsignalpegel.Finally, a patent DE 196 33 292 is to be mentioned, which by means of two Loudspeaker in the earpiece the u. a. volume-related listening quality of a Handappartes, cordless phones, etc. should improve. This is against this Basic ideas of the invention, only for reasons of speech intelligibility Listening volume of the telephone useful signal to be raised compared to the interference signal; Keyword hearing damage caused by higher, to be considered psychoacoustically Long-term sound / speech signal level.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die vorweggenannte Sprachverständlichkeit der beiden Telefonierenden, d. h., das Sende- sowie Empfangs-Sprachtonsignal des mobil Telefonierenden und des Empfangs-Sprachtonsignal jenes weiteren Telefonierenden am anderen Ende der Telefon-Übertragungstrecke vom Umgebungsstörgeräusch mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 aufzuwerten. Es handelt sich hierbei um ein mit mehreren Mikrofonen modifiziertes Mobiltelefon oder Handy, welches unter Ausnutzung, also vorwiegend rechnergestützter Signalverarbeitung der Vielzahl von Mikrofonsignalen einen störgeräusch-befreites Sprachsignal und Störgeräusch-Reduktion am Mobiltelefon-Lautsprecher erzeugt.The present invention has the task of the aforementioned speech intelligibility of the two telephoners, d. that is, the transmit and receive voice signal of the mobile telephoners and the reception voice signal of the other Telephoners at the other end of the telephone transmission line from Ambient interference noise with the characterizing features of claim 1 to upgrade. It is a modified with several microphones Mobile phone or cell phone, which is used, so mainly computer-based Signal processing the large number of microphone signals a noise-free Voice signal and noise reduction generated on the mobile phone speaker.
Weitere Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt: Dabei sind in den Ansprüchen 2 bis 5 die speziellen Sprach- und Geräusch-Erfassungs-Mikrofone bzw. -Zusatzmikrofone und deren Plazierung am/im Mobiltelefon beschrieben. In den Ansprüchen 5 und 6 ist eine Meß- und Regelungsschleife dargelegt, welche die geeignete Auswahl von Geräuschmikrofonen im Laufenden Telefonbetrieb erleichtert. Die Ansprüche 7 bis 11 schaffen eine Extrahierung von Sprach- und Geräuschmikrofonsignalen, die beim Mobiltelefon mit nur einem Mikrofon ansonsten zusammen gehört bzw. übertragen werden und folglich eine Nutzsignal- zu Störgeräuschs-Niveau-Anhebung brächten. Neben Signalbewertung sowie Signalmischungen stehen hierbei Tonsignalverzögerungen im Vordergrund. In den Ansprüchen 12 bis 14 unterliegen die eigentlichen Störgeräuschsignalpartien einer Markierungs- sowie Erkennungsprozedur mit Prioritätsentscheid, inwieweit das störgeräusch-untersetzte Echzeit-Sprachsignal spektral-störgeräusch-bezogen oder sprachsignalmuster-bezogen einer Störgeräusch-Befreiung unterworfen ist. Der Ansprüch 15 legt die wesentliche Prozedur zur Störgeräusch-Befreiung des störgeräusch-untersetzten Sprachnutzsignales zugrunde. Die Übertragung bzw. Übermittlung des störgeräusch-breiten Sprachsignales zum exterenen, weiteren Telefonpartner (am anderen Ende der Telefonleitung) sowie zum Abhör-/Mithör- Lautsprecher am Moiltelefon ist in Anspruch 16 offengelegt. Die Ansprüche 17 und 18 beschreiben die Prozeduren um die Störgeräuschs-Reduktion am Mobiltelefon- Latprecher. Weitere Tonwiedergabe- und Klangfarben-Optimierungs-Algoritmen, wie auch die Unter-/Oberwellen-Regenerierung zur Übertragungsbereichs-Erweiterung, zeigen die Ansprüche 19 und 20. Eine Vergleichsmöglichkeit mit und ohne erfindungsgemäße Sprachsignal-Verbesserungs-Prozeduren bzw. -Maßnahme legt Anspruch 21 offen. Mit den Ansprüchen 22 und 23 besteht eine über die Telekommunikations-Leitungen bzw. -Verbindungskanäle hinausgehende, unabhängige Extern-Verbindung sowie wechselseitige Sende-Empfangsmöglichkeit von Extaemen Daten (-Sende-Empfangseinrichtungen) und Signalen. Erweitert wird das erfindungsgemäße Mobiltelefon zudem durch Multimedia-/Telefax-/Sprach-Synthese- Resynthese-/Sprachübersetzungs-Funktionen durch die Ansprüche 24 bis 26, wobei hier die Belange einer behinderten Person (z. B. erblindet oder ertaubt) berücksichtigt sind. Ferner bietet das in Rede stehende Mobiltelefon eine Option, alle Steuer-, Regel-, Betriebs-, Informations-Signale in akustisch verbalisierte Informationen zu transformieren bzw. wiederzugeben, was in den Ansprüchen 27 und 28 gezeigt ist. Folglich ist der mobile, erfindungsgemäße Telefoneinsatz nicht nur an einen Standort, sondern auch im Sinne der heute angebotenen Nutzer-Ebenen sowie von den körperlichen Freiheitsgraden eines Benutzers (vgl. hier Körperbehinderungen reduzieren dies) ungebunden "mobil". Im Anspruch 29 unterliegen sämtliche empfangene oder zur Tonwiedergabe sowie Übertragung anstehenden Sprachsignale einer Entrauschung bzw. Denoiseing. Schließlich ist durch Anspruch 30 das elektrisch betriebene Mobiltelefon unter dem Blickwinkel der elektromagnetischen Umwelt- Verträglichkeit im physikalischen Feld- sowie Feldeinwirkungssinne auf den Menschen etc. maßnahmen-bezogen optimiert.Further explanations are shown in the subclaims: Claims 2 to 5, the special speech and noise detection microphones or -Additional microphones and their placement on / described in the mobile phone. In the Claims 5 and 6 set out a measurement and control loop, which the appropriate selection of noise microphones during ongoing telephone operation easier. Claims 7 to 11 create an extraction of speech and Noise microphone signals that otherwise only exist in the mobile phone with one microphone are heard or transmitted together and consequently a useful signal too Noise level increase would bring. In addition to signal evaluation as well Signal mixes focus on audio signal delays. In the Claims 12 to 14 are subject to the actual noise signal parts Marking and recognition procedure with priority decision, to what extent that Noise-reduced real-time speech signal related to spectral noise or Speech signal pattern-related is subjected to noise suppression. The Claim 15 sets out the essential procedure for noise reduction of the based on noise-reduced speech useful signals. The transfer or Transmission of the noise-wide voice signal to the external, further Telephone partner (at the other end of the telephone line) and for eavesdropping / listening Loudspeaker on the Moiltelefon is disclosed in claim 16. Claims 17 and 18 describe the procedures for noise reduction on the mobile phone Speaker. Other sound reproduction and tone color optimization algorithms, such as also the harmonic / harmonic regeneration to extend the transmission range, show claims 19 and 20. A comparison option with and without speech signal improvement procedures or measure according to the invention Claim 21 open. With claims 22 and 23 there is a Telecommunication lines or connection channels going beyond Independent external connection and reciprocal send / receive option of extreme data (transceivers) and signals. This is expanded mobile phone according to the invention also by multimedia / fax / voice synthesis Resynthesis / language translation functions by claims 24 to 26, wherein takes into account the needs of a disabled person (e.g. blind or deaf) are. Furthermore, the mobile phone in question offers an option to control, regulate, Operating, information signals in acoustically verbalized information too transform or reproduce what is shown in claims 27 and 28. Consequently, the mobile telephone use according to the invention is not only at one location, but also in terms of the user levels offered today and by the physical degrees of freedom of a user (see here physical disabilities reduce this) unbound "mobile". In claim 29 all are subject speech signals received or pending for sound reproduction and transmission an intoxication or denoiseing. Finally, by claim 30 that is electrical powered mobile phone from the perspective of electromagnetic environmental Compatibility in the physical field as well as field effects on humans etc. optimized in relation to measures.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Zeichnungen näher erläutert, es zeigt:The invention is explained in more detail below with the aid of two drawings, it shows:
Fig. 1 ein typisches Mobiltelefon mit erfindungsgemäßer Positionierung der Sprach- und Geräuschmikrofone sowie dem üblichen Zubehör eines solchen Telefones. Fig. 1 shows a typical mobile phone with the inventive positioning of the voice and noise microphones and the usual accessories of such a phone.
Fig. 2 einen stark vereinfachten Signallaufplan in einem Blockschaltbild der erfindungsgemäß verbesserten Sprachsignal-Verarbeitungs-Prozeduren bzw. -Algorithmen. Fig. 2 shows a simplified signal flow diagram in a block diagram of the inventively improved speech signal processing procedures or algorithms.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 das drahtlose Mobiltelefon, 2 eine Empfangsantenne für moduliert übertragene Hochfrequenz-Telefonsignale, 3 den Aufenthaltsort eines Telefon-Abhörlautsprechers, 4 die Positionierung eines Sprach- bzw. Einsprechmikrofones und eines nahegelegenen Hintergrund- Störgeräuschmikrofones, 5 das moderne, insbesondere Mobiltelefone wesentliche Zubehör einer Bedienungs-Tastatur, 6 ein Display zur Erkennung von aktuellen Mobiltelefon-Arbeitszuständen, 7 und 8 (unter Bezug auf eine Mobiltelefon- Frontbetrachtung) rechts-seitlich oben sowie unten eingebrachte Hintergrund- Störgeräuschmikrofone, 9 unten-seitlich ein eingebrachtes Hintergrund- Störgeräuschmikrofon, 10 und 11 links-seitlich unten sowie oben eingebrachte Hintergrund-Störgeräuschmikrofone, 12 oben-seitlich ein eingebrachtes Hintergrund- Störgeräuschmikrofon und 13 ein rückwärtig eingebrachtes Hintergrund- Störgeräuschmikrofon.In Fig. 1, the reference numeral 1 designates the wireless mobile phone, 2 a receiving antenna for modulated transmitted high-frequency telephone signals, 3 the location of a telephone listening speaker, 4 the positioning of a speech or voice-in microphone and a nearby background noise microphone, 5 the modern, In particular, mobile phones are essential accessories for an operating keyboard, 6 a display for recognizing current mobile phone working conditions, 7 and 8 (with reference to a front view of a mobile phone), background noise microphones on the top right and bottom, 9 a background on the bottom - Noise microphone, 10 and 11 left-hand side bottom and top background noise microphones, 12 top-side background noise microphone and 13 rear-mounted background noise microphone.
In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 14 den Signalaustausch bzw. den Telefon-Sende- Empfangsbetrieb eines Telefonierenden bzw. Telefonier-Teilnehmers mit einem weiteren Telefonier-Teilnehmer, den der Telefonierende, unter Bezug auf die Nutzung des Mobiltelefones gemäß Fig. 1 kontaktiert und hierbei die Signalverarbeitungs- Algorithmen bzw. -Flüsse mit den Bezugsziffern 17 bis 25 nützt. Im einzelnen bezeichnet deshalb desweiteren in Fig. 2 die Bezugsziffer 15 das ausgesendet zu übertragende Sprachsignal zum weiteren Telefonier-Teilnehmer (üblicher Weise via Antenne/Luft und elektromagnetischer Feld-Sendung sowie modulierten Hochfrequenzsignalen), 16 das übertragen-empfangene (s. Antenne/Fig. 1, Element 2) Sprachsignal des weiteren Telefonier-Teilnehmers, 17 einen Lautsprecher und seine Schallwandlung in einem (Mobil-) Telefon bzw. Hörsprech-Garnitur, 18 eine 180-Grad-Phasendrehung des im Hintergrund existenten, störenden Ton-/Geräuschsignales 19, 20 einen analogen/digitalen (siehe auch Abkürzungen "ana. o. dig" was "analog oder digital" deutet) Signalfluß bzw. Signalflußrichtung in der erfindungsgemäßen Sprachsignal-Verbesserungsprozedur, 21 das durch die Sprachsignal- Verbesserungsprozeduren erzielte, reine bzw. störgeräusch-befreite Sprachnutzsignal, 22 das Herzstück der Sprachsignal-Verbesserung mittels digitaler Datenverarbeitung und/oder analoger Ton-/Sprachsignal-Bearbeitung, 23 das Sprechmikrofon und seine erfaßte, hauptsächlich aus Sprachsignal-Partien bestehende Tonsignalinformation, 24 bis zu neun analoge oder digitale Signalpfade bzw. Ton-/Geräuschsignal-Zuführungen zur Ton-/Daterverarbeitung (22), welche von den bis zu neun Geräusch- /Störhintergrungsgeräusch-Mikrofonen 25 gespeist sind.In FIG. 2, reference numeral 14 denotes the signal exchange or the telephone transceiver operation of a telephoning or telephoning subscriber with a further telephoning subscriber whom the telephoner contacts with reference to the use of the mobile telephone according to FIG. 1 and thereby uses the signal processing algorithms or flows with the reference numerals 17 to 25 . In detail, therefore, furthermore 2, reference numeral 15 designates, in Fig. Emitted to be transmitted speech signal for further telephoning party (the usual manner via the antenna / air and electromagnetic field transmission, and the modulated high-frequency signals), 16 the transmitted-received (see Fig. Antenna / Figure . 1, item 2) speech signal further telephoning operator 17 a speaker, and its sound conversion in a (mobile) telephone or Hörsprech-set, 18 is a 180 degree phase shift of the existent in the background disturbing sound / noise signal 19 , 20 an analog / digital (see also abbreviations "ana. O. Dig" which means "analog or digital") signal flow or signal flow direction in the speech signal improvement procedure according to the invention, 21 the pure or interference noise achieved by the speech signal improvement procedures exempted speech useful signal, 22 the heart of the speech signal improvement by means of digital data processing and / or analog Sound / speech signal processing, 23 the speech microphone and its recorded sound signal information, consisting mainly of speech signal parts, 24 up to nine analog or digital signal paths or sound / noise signal feeds for sound / data processing ( 22 ), which of the up to nine noise / background noise microphones 25 are fed.
Die Erfindungsrealisierung ist analog oder digital oder analog und/oder digital vorgegeben. Dabei ist gemäß Fig. 1 ein bekanntes Mobil-Telefon bzw. Handy 1 modifiziert: Die für den üblichen Hochfrequenz-Signalempfang sowie -Signalaussendungn nötige Antenne 2, ein Lautsprecher 3, ein erstes, hier genannt Sprachsignal-Eingabemikrofon 4, die Telefon-Bedienungstastatur 5 und das Display für die Sichtnahme des Telefonfunktions-/-aktionszustandes 6 gehören bekanntlich zum Stand der Technik sowie hier zur Basiseinrichtung des Handies. Erfindungsgemäß ist dies nun ergänzt mit, von vorne betrachtet, oben sowie unten rechts, links oben sowie unten, auf der unteren Standfläche, der Kopfseite, der Rückseite und in der Nähe des eigentlichen Sprachmikrofones 4 befindlichen, weiteren 8 Störgeräusch- Erfassungsmikrofonen (an/bei) 4, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13. Welche und die Anzahl dieser Störhintergrundgeräusch-Mikrofone nun aktiv sind ist über die Tastatur 5 gewählt. Dies ist empirisch bzw. itterativ fix oder automatisch-selbstregelnd (siehe Fig. 2, durch 22) vorgenommen, da die frequenzabhängigen Pegelverältnisse der Gräuschmikrofone durch die Schall-/Störgeräusch-Einwirkungsrichtung (vom jeweiligen Telefonier- Aufenthaltsort fall-abhängig) geprägt sind. D. h. daß z. B. bei einer Geräuschkulisse in einem Fußballstadion eventuell alle 8 Geräusch-Mikrofone aktiviert sind, jedoch in einem Eisenbahnzug-Bahnhof mit einem von (Sichtrichtung etc.) rechts quietschend einfahrenden Zug das der Geräuschquelle zugewandte, rechts oben und unten sowie auf der Rückseite des Mobiltelefones befindliche Geräuschmikrofon aktiviert ist (dies per Handtastung statisch oder selbstregeln via Sprachsignalverarbeitung, gemäß Fig. 2, plus Meß-/Regel-Rückkopplung angewählt). Impulshafte Geräusch-Anteile aus anderen Richtungen, also gemäß dem Beispiel des einfahrenden Zuges, können, müssen aber nicht in die Wahl der Geräuschmikrofone berücksichtigt werden; im automatischen Mikrofon-Wahlbetrieb ist diese Mikrofon-An-Funktion über eine Noise- Gate-Funkilon jederzeit (u. a. bei Impulsgeräuschen aus abweichenden Richtungen zum maßgebenden "Dauer-Geräuschanteil" abrufbar und absonsten/gegebenenfalls ausgeblendet gemischt). Im Falle eines kompliziert geräusch-unterzeichneten Sprachnulzsignales ist im vorliegenden Fall eine doppelte Verrechnung des Spracheingabesignales beim Mobiltelefon-Teilbereich 4 effektiver, weshalb neben dem eigentlichen Spracheingabe-Mikrofon 4 ein hierzu gleichwertiges, positionsnahes Geräuschmikrofon aktiviert ist.The realization of the invention is predetermined analog or digital or analog and / or digital. Here 1 shows a known mobile phone or mobile phone 1 is shown in FIG modified. The for the conventional high-frequency signal receiving and -Signalaussendungn necessary antenna 2, a speaker 3, a first, here called speech signal input microphone 4, the telephone operating keyboard 5 and the display for viewing the telephone function / action state 6 is known to belong to the prior art and here to the basic device of the mobile phone. According to the invention, this is now supplemented with, viewed from the front, top and bottom right, top left and bottom, on the lower stand area, the head side, the back and in the vicinity of the actual speech microphone 4 , another 8 interference noise detection microphones (on / at ) 4 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 . The keyboard 5 is used to select which and the number of these background noise microphones are now active. This is empirically or iteratively fixed or automatically self-regulating (see FIG. 2, by 22 ), since the frequency-dependent level ratios of the noise microphones are shaped by the direction of the noise / interference noise (depending on the respective telephone location and location). That is, that z. B. with a background noise in a football stadium, all 8 noise microphones may be activated, but in a railroad train station with a train squeaking in from (viewing direction, etc.) on the right, facing the noise source, top right and bottom and on the back of the cell phone located noise microphone is activated (this is selected by hand, static or self-regulation via voice signal processing, as shown in FIG. 2, plus measurement / control feedback). Impulsive noise components from other directions, i.e. according to the example of the incoming train, can, but do not have to be taken into account when selecting the noise microphones; In automatic microphone selection mode, this microphone-on function can be called up at any time via a noise gate radio (among other things, can be called up for impulse noises from different directions to the relevant "continuous noise component" and otherwise / possibly hidden mixed). In the case of a complicated, noise-signed voice signal, double billing of the voice input signal in the mobile phone subarea 4 is more effective in the present case, which is why, in addition to the actual voice input microphone 4, an equivalent, position-related noise microphone is activated.
Demnach stehen zudem erfindungsgemäß folgende, in Fig. 2 gezeigte, die
Sprachverständlichkeit optimierende Algorithmen bzw. Prozeduren im Vordergrund: In
einem Telefonat des Mobiltelefonbenützers mit einer weiteren Person (bzw. Telefonier-
Teilnehmers) ist über den Lautsprecher 17 das sprachliche Empfangssignal 16 zu
hören. Dieses ist nach Bedarf, wie alle weiteren Tonsignale (siehe später genanntes,
bearbeitetes, phasengedrehtes Störgeräusch und das eigene, eingekoppelte
Sprachnulzsignal des mobil Telefonierenden), pegel-/Zeit-/frequenzabhängig einer
Korrektur zum besseren Sprachdialog-Verständnis unterworfen (vgl.
Sprachverständlichkeit ist bei geeignetem Frequenzgang etc. optimiert). Dies betrifft
vorzugweise ergänzend mögliche Unter- sowie Oberwellen-Regerenrierungen durch
sogenannte Exciting-Funktionen, den Bandbaß-Übertragungsbereich des Telefones
(300 Hz bis 3,4 kHz) erweitern und z. B. hör-höherfrequenzten Zischlauten in der
Sprachverständlichkeit zugute kommen. Das durch das Sprachmikrofon 23 erfaßte,
störgeräusch-behaftete Sprachsignal ist einer Signalverarbeitung 22 galvanisch
verbunden 24 zugeführt, die in Anhängigkeit von einer analogen oder digitalen
Signalspeisung von 22 eine Analog-Digital-Wandlung bedarf bzw. vorgibt. In gleicher
Weise geschieht dies auch mit den Geräuschmikrofonsignalen (an/bei) 4, 7, 8, 9, 10,
11, 12, 13. Eine spätere Digital-Analog-wandlung vor der eigentlichen
Sprach/Tonsignal-Wiedergabe per Lautsprecher 3, 17 ist bei digitaler
Signalverarbeitung mit berücksichtigt. Sämtliche ankommenden Mikrofonsignale
unterliegen (bei der digitalen Signalverarbeitung) einer u. a. Fast-Fourier-Transformation
usw. sowie Zeit-/Frequenz-Pegel-Signalanalyse mit nachfolgender, jeweiliger und/oder
summatorischer Signalregelung. U.a. beschleunigt bei komplexeren, störgeräusch
verzerrten Sprachsignalen eine Parallelberechnung (digitale Datenverarbeitung) des
vorliegenden Sprachmikrofonsignals plus in der Nähe befindlichen (aktivierten)
Störgeräusch-Mikrofonsignals sowie dem Störgeräusch-Mikrofonsignal-Komplexl-
Summe. Desgleichen gilt folglich für eine zeitverkürzte Extrahierung des störgeräusch
befreiten Sprachsignales und spezieller Störhintergrunds-Geräuschpartien. Diese sind
wiederum beim rechnerbezogenen Vergleich von abgespeicherten
Sprachsignalmustern (insbesondere nicht tonale, hör-niederfrequente Signalanteile) mit
dem störgeräusch-untersetztem Sprachnulzsignal markiert und/oder durch eine
zeitbezogen, spektral-angepaßte Subtraktion der beiden Nutz- und Störsignale
auseinander dividiert. Hierzu ist zu sagen, daß die Wiedergabe von (Störgeräusch-)
Signalen nach niedrigeren Frequenzen hin (siehe oben, unter 300 Hz) der
niederfrequenten Kopf-Nahfeld-Geräusch-Kompensation (näheres unten) zugute
kommt und erfindungsgemäß berücksichtigt ist. Die Markierung von
Störgeräuschanteilen geschieht also u. a. mittels
According to the invention, the following algorithms and procedures, which are shown in FIG. 2 and which optimize speech intelligibility, are also in the foreground: In a telephone call of the mobile telephone user with another person (or telephone subscriber), the speech received signal 16 can be heard via the loudspeaker 17 . As required, like all other audio signals (see later, processed, phase-shifted noise and the own, coupled voice-only signal of the mobile phone user), it is subject to level / time / frequency-dependent correction for better speech dialogue understanding (see speech intelligibility at suitable frequency response etc. optimized). This preferably relates to possible additional harmonic and harmonic regenerations by so-called exciting functions, expanding the band bass transmission range of the telephone (300 Hz to 3.4 kHz) and z. B. higher-frequency sibilants in speech intelligibility benefit. The detected by the voice microphone 23, noise-afflicted speech signal is a signal processing 22 electrically connected 24 supplied to the analog-to-digital conversion needs in dependence of an analog or digital signal power of 22 and pretends. In the same way, this also happens with the sound microphone signals (on / at) 4 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 . A later digital-to-analog conversion before the actual voice / sound signal reproduction via loudspeakers 3 , 17 is also taken into account in digital signal processing. All incoming microphone signals are subject to (among other things, digital Fourier processing) a Fast Fourier transformation, etc., as well as time / frequency level signal analysis with subsequent, respective and / or summation signal control. Among other things, in the case of more complex, noise-distorted speech signals, a parallel calculation (digital data processing) of the present voice microphone signal plus the nearby (activated) noise-microphone signal and the noise-microphone signal complexl sum. Likewise, the same applies to a time-shortened extraction of the speech signal, which is freed from background noise, and special background noise parts. These are in turn marked in the computer-related comparison of stored voice signal patterns (in particular non-tonal, low-frequency signal components) with the noise-reduced voice-reduced signal and / or divided by a time-related, spectrally-adjusted subtraction of the two useful and interference signals. It should be said that the reproduction of (noise) signals towards lower frequencies (see above, below 300 Hz) benefits the low-frequency head-near-field noise compensation (see below) and is taken into account according to the invention. The marking of noise components is done by means of
- a) Hüllkurven-Abtastung beider Sprach- und Störgeräusch-Signale, wobei die Störgeräuschanteile vorwiegend/üblicherweise in einem geringeren Pegel- Frequenzmuster dem Sprachsignal aufgeprägt erscheinen (siehe Mundverdecktes Sprachmikrofon und offenes bzw. offene Geräuschmikrofone) und/odera) Envelope scan of both speech and noise signals, the Noise predominantly / usually at a lower level Frequency patterns appear imprinted on the speech signal (see concealed mouth Voice microphone and open or open noise microphones) and / or
- b) gleichzeitigem, digitalen Vergleich von Realtime-Sprachnutz-Signalmustern/-Partien mit speziell im Festspeicher der Mobiltelefoneinheit abgespeicherten Sprachsignalmustern, welche zeitstrukturell und spektral eingerahmten in korrelation gebracht sind und/oderb) simultaneous, digital comparison of real-time voice usage signal patterns / parties with specially stored in the fixed memory of the mobile phone unit Speech signal patterns, which are framed in time structure and spectral correlation brought and / or
- c) einer rechnerlogischen Prioritätsentscheidung bei Ungleichheit zwischen a) und b) zur Auswahl der einen oder anderen Signalmuster-Markierung.c) a logical priority decision in the event of inequality between a) and b) to select one or the other signal pattern marker.
Hierbei sind die durch die unterschiedlichen Mikrofon-Aufenthaltsorte vorgegebenen Distanzen, die sich als Signalverzögerungen zwischen dem Sprach- und den Geräuschmikrofonen darstellen, mittels Geräuschmikrofon-Delay's (bezogen auf das Sprachsignal; ist Referenzort) berücksichtigt. Desgleichen sind jene durch Hand- /Körper-/Handy-Verdeckung erzeugten Resonanzen und Beugungen im Zeit-Frequenz- Muster der Einzeltonsignale erfaßt, welche bei dem Geräuschmikrofon-Mixing mit eingehen bzw. entzerrt und/oder durch Abschaltung von uneffektiven, vorwiegend verfälschenden Geräuschmikrofonen ausgegliedert bzw. elimiert sind (siehe o. g., statische oder automatische Geräuschmikrofon-Anwahl).Here are those specified by the different microphone locations Distances, which are signal delays between the voice and the Display sound microphones, using sound microphone delays (based on the Voice signal; is the reference location). Likewise, those are by hand / Body / cellphone occlusion generated resonances and diffractions in time-frequency Patterns of the single tone signals recorded, which with the noise microphone mixing with enter or equalized and / or by switching off ineffective, predominantly distorting noise microphones are eliminated or eliminated (see above, static or automatic noise microphone selection).
Beispielsweise, wenn der Mobiltelefonsprechende dem weiteren Telefonier-Teilnehmer (am anderen Leitungsende) eine Melodie vorsingt, ein 574-Hz-Ton gesungen ist und hierzu gerade ein o. g. Zug mit einem Pfeiftongeräusch bei 1,1 kHz diesen Ton zu verdecken versucht, wird dieser Ton alleine aus der sprachsignal-untypischen Signalmusterart des (Summen-) Geräuschmikrofonsignales herausgerechnet bzw. vom Nutzsignal subtrahiert und 180 Grad phasengedreht 18 sowie frequenzgang- und zeit dynamisch zum Lautsprechersignal 17 (evtl. mit empfangen-übertragenes Sprachsignal 16) hinzugemischt. Hierbei werden Modelte der Psychoakustik, wie die Vor- und Nachverdeckung berücksichtigt. In dem anderen, beispielhaften, komplexeren Fußballstadio-Störgeräusch-Fall sind statistisch streuende Signalpartien gegeben, die eventuell einer hauchigeren Stimme, den Zischlauten eines "F's" usw. nahe kämen, jedoch durch die sprachtypischen Flankenmuster der Zischlaute erkannt sind. D. h., daß erstens die Sprachmustererkennung (Vergleich Reatime- mit gespeicherten Sprachmusterdaten) und zweitens die Gleichheit oder Mehrzahl von im Vergleich zum Sprachnulzsignal 23 erfaßten Störhindergrunds-Geräuschsinalen 25 die Geräuschpartien von 23 erkennt bzw. entlarvt (dies dynamisch mit Rechner- Zeitverzügerung von einigen 0,1 bis 10 Millisekunden der Geräuschsignale; siehe Bezug der Sprachsignalmikrofon/-lage). Wie bereits gesagt, steht hiernach eine analoge oder digitale Subtraktion des Sprachnulzsignales vom markierten Geräuschsignal (mittels 180 Grad Phasendrehung 18 sowie danach zur Lautsprecher-Einspeisung 17 geführt) an; entspricht dem geräusch-befreiten, "reinen Sprachsignal" 21. Das nicht phasengedrehte, geräusch-befreite Sprachsignal 21 ist analog oder digital dem weiteren Telefonierteilnehmer per 15 übertragen.For example, if the mobile phone speaker sings a melody to the other subscriber (on the other end of the line), a 574 Hz tone is sung and an above-mentioned train is trying to cover up this tone with a whistling sound at 1.1 kHz, this tone will be used calculated solely from the speech signal-atypical signal pattern type of the (sum) noise microphone signal or subtracted from the useful signal and 180 degrees phase-shifted 18 and frequency response and time dynamically mixed to the loudspeaker signal 17 (possibly with received-transmitted speech signal 16 ). Here models of psychoacoustics, such as pre- and post-masking, are taken into account. In the other, exemplary, more complex football stadium noise case, there are statistically scattering signal parts which may come close to a breathier voice, the sibilance of an "F", etc., but are recognized by the language-typical flank patterns of the sibilance. That is., That, firstly, the voice pattern recognition (Comparative Reatime- with stored voice pattern data), and secondly, the identity or plurality of in comparison to Sprachnulzsignal 23 detected Störhindergrunds-Geräuschsinalen 25 detects the noise batches of 23 or (unmasked this dynamically computing Zeitverzügerung of a few 0.1 to 10 milliseconds of the sound signals; see reference of the speech signal microphone / position). As already mentioned, there is an analog or digital subtraction of the voice signal from the marked noise signal (by means of a 180 degree phase rotation 18 and then to the loudspeaker feed 17 ); corresponds to the noise-free, "pure speech signal" 21 . The non-phase-shifted, noise-free voice signal 21 is transmitted in analog or digital form to the other telephone subscriber by 15 .
Sämtliche frequenzabhängigen, zeitdynamischen Pegelverhältnisse unterliegen einer anwählbaren und/oder automatischen Meß-Gegenkopplungs- sowie Ausregelungsschleife, die Übersteuerungen, Pfeifton-Rückkopplungen unterdrückt, Sprachsignal-Kompressor-Expander-Funktionen und Sprachsignal-Frequenzgang- Korrekturen beinhaltet (ergänzend, siehe oben: Absatz zu Exciting-Funktionen u.a. des Sprachnulzsignales). Letzteres ist vielmehr durch gezielt-geregelte Antischall- Erzeugung mittels der phasengedrehten 18, zeitdynamischen Zumischung des markierten Störhintergrundgeräusches 19 zum Lautsprecher-Gesamt-Tonsignal 17 gestützt, was für das kopfnahe Störgeräusch am Handy-Ohr bzw. am Lautsprecher des Handy-Telefonierenden oder am abgewandten Ohr etwas weniger, eine Nahfeld- Geräusch-Niveau-Reduktion erzeugt und damit eine bessere, binaural psychoakustische Sprachverständlichkeit schafft (ein Ohr muß nicht zu gehalten werden).All frequency-dependent, time-dynamic level relationships are subject to a selectable and / or automatic measurement feedback and regulation loop, which suppresses clipping, whistling feedback, speech signal compressor expander functions and speech signal frequency response corrections (in addition, see above: paragraph on exciting -Functions of the voice signal, among other things). The latter is rather supported by targeted-controlled generation of sound by means of the phase-shifted 18, time-dynamic admixture of the marked background noise 19 to the overall loudspeaker signal 17 , which is for the close-to-head noise on the mobile phone ear or on the loudspeaker of the mobile phone user or on the other side A little less ear, a near-field noise level reduction creates and thus creates a better, binaural psychoacoustic speech intelligibility (an ear does not have to be closed).
Ferner unterliegen sämtliche Echzeit-Sprachsignal-Sende-Empfangspfade einer Echizeitsignal-Vergleichsuntersuchung zu statistischen Signalschwankungsprozessen, wie sie sich bei sogenanntem Rauschen einstellen. Diese Rauschsignalanteile sind nach rechner-unterstützter Erkennung herausgerechnet bzw. subtrahiert (vgl. Verfahren zum Denoiseing von alten, verrauschten Tonträgern via PC).Furthermore, all real-time speech signal transmit / receive paths are subject to one Echi time signal comparison investigation on statistical signal fluctuation processes, how they occur with so-called noise. These noise signal components are calculated or subtracted after computer-aided detection (see procedure for denoiseing old, noisy recordings via PC).
Sämtliche Sprachsignal Verständlichkeits-Prozeduren bzw. Funktionen sind wahlweise überbrückbar, was u. a. per STAND-BY-Aktivierung gelöst ist. Hiermit ist ein Vergleich mit und ohne erfindungsgemäße Mobiltelefon-Beaufschlagungen gegeben.All speech signal intelligibility procedures or functions are optional bridgeable, what u. a. is solved by STAND-BY activation. This is a comparison with and without mobile phone exposure according to the invention.
Das Mobiltelefon beinhaltet erfindungsgemäß weitere Funktionsergänzungen: Zum einen ist in der Nähe vom Mikrofon 9 (gemäß Fig. 1) ein Interface bzw. Schnittstelle angebracht. Diese/s erlaubt einen bi-direktionalen Datenaustausch mit externen, nicht über die/eine bestehende Telefonverbindung, gegeben Geräten, wie sie Multimedia-, Telefax-Sende-Empfangs-, Sprachsynthese-Resynthese-Systeme oder Printer darstellen (vgl. z. B. DMA- und/oder RS32-/Parallel-Schnittstelle). Ergänzt ist dies durch die Variante, taktile Daten-Ein-/Ausgaben von Behinderten gewährleisten zu können. Neben einer Software-Unterstützung im Mobiltelefon für die o. g. Telefonerweiterungen ist die Tastatur 5 des Mobiltelefones mit eingeprägten Blinden-Lese-Buchstaben bzw. -Zeichen (vgl. Blindenschrift) versehen. Überdies ist ebenso die Sprachsignal- Synthese-Resynthese anwählbar so ausgelegt, daß sämtliche ankommenden (empfangenen), gesprochenen Dialoge des weiteren Telefonteilnehmers oder die eigenen (gesendeten), über das Display sehbar oder hörbar (über den Lautsprecher 3, 17) übersetzt sind und/oder auf Wunsch für Gehörlose auf dem Display (Anzeigefeld 6) generell sichtbar gemacht und/oder über die Schnittstellen externen Geräten zugeführt sind. D. h., daß eine beliebige Sprach-/Dialog-zu-Sprachsignal-Konvertierung (akustische zu signalbezogene Information und umgekehrt) in beliebigen Sprachen hin- und rückführbar ist. Dies schließt sämtlich Informations-, Betriebs-, Steuer- und Regelsignale auch ein, die sichtbar und/oder hörbar u. a. für Behinderte (bei Bedarf anwählbar) gemacht sind.According to the invention, the mobile telephone contains further functional additions: on the one hand, an interface or interface is attached near the microphone 9 (according to FIG. 1). This allows bi-directional data exchange with external devices, such as multimedia, fax transceiver, voice synthesis resynthesis systems or printers, not via the existing telephone connection (see e.g. DMA and / or RS32 / parallel interface). This is supplemented by the variant of being able to guarantee tactile data input / output for disabled people. In addition to software support in the mobile phone for the above-mentioned phone extensions, the keyboard 5 of the mobile phone is provided with embossed blind reading letters or characters (cf. Braille). In addition, the speech signal synthesis resynthesis can also be selected so that all incoming (received), spoken dialogues of the other telephone subscriber or one's own (transmitted), visible or audible (via the loudspeaker 3 , 17 ) are translated and / or on request for deaf people in general on the display (display field 6 ) and / or via the interfaces to external devices. This means that any speech / dialog-to-speech signal conversion (acoustic to signal-related information and vice versa) can be traced back and forth in any language. This also includes all information, operating, control and regulating signals that are made visible and / or audible, inter alia, for the disabled (can be selected if required).
Schließlich ist am erfindungsgemäßen Mobiltelefon der Anschluß, der Einbau sowie die Beaufschlagung von physikalischen Maßnahmen sowie alternativen Maßnahmen gegen die Wirkung von elektromagnetischen Feldern vorgesehen. Dies betrifft Abschirmungen gegen vorhandene Wechselfeld-Dispositionen und die o. g. beschriebene Berücksichtigung von sogenannten Elektroentressungssystemen nach Florian M. König, welche in einem solchen System oder Element hauptsächlich auf naturbelassene Mineralien- und Metall-Strukturanordnungen zurückgreifen.Finally, on the mobile phone according to the invention, the connection, installation and Application of physical measures as well as alternative measures against the effects of electromagnetic fields. this concerns Shielding against existing alternating field dispositions and the above. described consideration of so-called electrical stress relief systems Florian M. König, which is mainly based on such a system or element use natural mineral and metal structure arrangements.
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