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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf die Sprachsignalverarbeitung
und insbesondere auf die Entzerrung eines Sprachsignals in einem
Mobiltelephon, um die Sinnverständlichkeit
der übertragenen
Sprache zu verbessern.
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Die
Verbesserung der Hörwirkung
von Schall und von Sprache, die ein Spezialfall von Schall ist,
mit einem Entzerrer ist ein weithin bekanntes und verwendetes Verfahren.
Das Frequenzspektrum von Schall kann entzerrt werden, wodurch Spitzen
oder Löcher
des Frequenzgangs, die bestimmten Frequenzen entsprechen, näher an den
Durchschnittspegel entzerrt werden oder wodurch bestimmte Frequenzen
oder Frequenzbereiche bewusst verstärkt oder gedämpft werden
können,
so dass sie von dem mittleren Pegel abweichen. Außer der
Verbesserung der Hörwirkung
kann die Entzerrung außerdem
Menschen, die an bestimmten Arten von Hörfehlern leiden, Schall besser
zu erkennen helfen.
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Die
Entzerrung kann elektrisch oder mechanisch ausgeführt werden.
Die elektrische Entzerrung erfordert die Verwendung verschiedener
Filterschaltungen in der Vorrichtung, die den Schall verarbeitet.
Bekannte Lösungen
auf dem Gebiet der analogen Signalverarbeitung umfassen passive
RC-Filter, aktive Filter, die auf Operationsverstärkern und
Spezialentzerrchips beruhen, und auf digitalem Gebiet digitale Signalprozessoren, die
zur Realisierung sehr komplizierter Filteranordnungen programmiert
werden können.
Die mechanische Entzerrung wird dadurch ausgeführt, dass die mechanischen
Eigenschaften des Lautsprechers, der den Schall wiedergibt, und
seiner unmittelbaren Umgebung in der Weise ausgewählt werden,
dass ein gewünschter
Frequenzgang erzielt wird.
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In
Mobiltelephonen ist die Entzerrung erforderlich, um die Qualität und Sinnverständlichkeit
des Schalls zu verbessern, der von dem Lautsprecher zum Ohr des
Anwenders läuft.
Da der Lautsprecher üblicherweise
nicht alle Frequenzen auf die gleiche Weise wiedergibt und da zwischen
dem Lautsprecher und dem Ohr des Anwenders ein akustischer Leckverlust
auftritt, der verschiedene Frequenzen auf verschiedene Weise beeinflusst,
erscheint der Schall aus dem Lautsprecher verzerrt. 1 ist
eine graphische Darstellung, die zwei Frequenzgangmessungen veranschaulicht:
Bei dem Messaufbau, der der oberen Kurve entspricht, sind der Lautsprecher
und das Instrument, das einem Ohr entspricht, vor akustischem Leckverlust
geschützt
(starke akustische Kopplung), während
der akustische Leckverlust in dem Aufbau, der der unteren Kurve
entspricht, der normalen Nutzung eines Mobiltelephons entspricht.
Die Figur zeigt deutlich, dass sich besonders die Wiedergabe niedriger
Frequenzen (< 1
kHz) wegen des Leckverlusts verschlechtert, während die akustische Kopplung
schwächer
wird.
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Ein
bekanntes Verfahren, das bei dem Versuch verwendet worden ist, die
Verzerrung des Schalls zu entzerren, ist die Verwendung von Speziallautsprechern,
die eine akustische Rückkopplung
anwenden. Da in dem Verfahren ein Versuch unternommen wird, den
Lautsprecher so zu bauen, dass seine mechanischen Eigenschaften
die Dämpfung
niedriger Frequenzen kompensieren, ist es von mechanischem Wesen.
Zwischen dem Lautsprecher und seinem Anbringungskörper wird
ein Luftzwischenraum gelassen, wobei die Breite des Luftzwischenraums
ein wesentlicher Faktor hinsichtlich der akustischen Rückkopplung
ist. Um eine genaue Bemessung und einen genauen Betrieb zu erzielen,
müssen
bei der Montage des Lautsprechers strenge mechanische Toleranzen
eingehalten werden, was die Herstellungskosten erhöht. Der
Frequenzgang der mechanischen Anordnung kann später nicht geändert werden,
was die Anordnung unflexibel macht. Ferner kann das Verfahren nicht
bei der Realisierung eines Freisprechlautsprechers angewendet werden,
der eine umfassend verwendete Option bei Mobiltelephonen ist.
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Durch
geeignete Konstruktion der elektromechanischen Eigenschaften kann
ein Lautsprecher realisiert werden, der dem Wesen nach Niederfrequenzsignale
verstärkt.
Auch diese Anordnung ist unflexibel, da der Frequenzgang in dem
Herstellungsprozess des Lautsprechers bestimmt wird und nicht z.
B. mit einem elektrischen Steuersignal geändert werden kann.
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Üblicherweise
können
elektrische Filterlösungen
den Frequenzgang einer Schallwiedergabeanordnung auf vielseitigere
und flexiblere Weise als mechanische oder elektromechanische Lösungen beeinflussen. Allerdings
sind in einem Mobiltelephon der Platz, der Leistungsverbrauch, die
Rechenkapazität
und die Leiterplattenfläche
sehr entscheidende Faktoren, an die das elektrische Filter eine
so niedrige Anforderung wie möglich
stellen sollte. Sowohl passive als auch aktive analoge Filter erhöhen die
Komponentenkosten und verbrauchen elektrische Leistung sowie Leiterplattenfläche. Wenn
diese verwendet werden sollen, um einen einstellbaren Entzerrer
zu bauen, dessen Betrieb mit einem Steuersignal gemäß dem Bedarf
geändert
werden kann, wird die Anordnung leicht kompliziert und teuer herzustellen.
Außerdem
haben analoge Filter häufig
einen bestimmten recht begrenzten Betriebsbereich, z. B. eine feste
Mittenfrequenz oder eine ungenügende
Verstärkungsfähigkeit.
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Digitale
Filteranordnungen, die im Prinzip als getrennte digitale Schaltungen
realisiert werden können, vorteilhaft
aber in Prozesse programmiert werden, die von einem digitalen Signalprozessor
ausgeführt
werden, haben sich ihren analogen Gegenstücken in vieler Hinsicht als überlegen
erwiesen. Da die am weitesten verbreiteten Mobiltelephonkonstruktionen
bereits einen digitalen Signalprozessor oder DSP enthalten, erhöht die programmierbare
Filteranordnung die Anzahl der Komponenten in einem Mobiltelephon
nicht wesentlich. Gleichzeitig werden der Leistungsverbrauch und
die Platzanforderungen in vernünftigen
Grenzen gehalten. Außerdem
kann der Betrieb der in einem DSP programmierten Prozesse leicht
auf gewünschte
Weise geändert
werden, indem bestimmte Steuersignale zu dem Prozessor gebracht
werden.
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Allerdings
funktionieren frühere
Entzerreranordnungen des Standes der Technik in Mobiltelephonen auf
DSP-Grundlage nicht in allen Situationen auf optimale Weise. Es
ist bekannt, dass die Wiedergabe von Sprache auf bestmögliche Weise
unmöglich
ist, falls die Entzerrung immer auf die gleiche Weise ausgeführt wird,
da Mobiltelephone in einem breiten Bereich von Bedingungen verwendet
werden, in denen z. B. der Umgebungsrauschpegel sowohl in der Sprech-
als auch in der Hörumgebung
variiert. Außer
den Umgebungsbedingungen beeinflusst die Verwendung verschiedener
Zusatzgeräte
wie etwa eines Freisprechlautsprechers, eines Ohrhörers oder
eines Zusatzlautsprechers den von dem Entzerrer geforderten Betrieb.
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Es
ist ein Dokument EP-A-0 674 415 bekannt, das die Überwachung
des Umgebungsrauschpegels in einem Mobiltelephon und die Auswahl
von einem von zwei möglichen
Frequenzgängen
zur Filterung des Sprachsignals vor dessen Wiedergabe offenbart.
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Es
ist ein Dokument US-A-5 027 410 bekannt, das die Ausübung einer
Art Entzerrung des Sprachsignals über digitale Signalverarbeitung
in einer tragbaren elektronischen Vorrichtung offenbart.
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Es
ist ein Dokument US-A-5 450 442 bekannt, das die steuerbare Verwendung eines
digitalen Entzerrers zwischen einem Demodulator und einem Kanaldecodierer
zur Korrektur von Verzerrungen in einem empfangenen Funksignal offenbart.
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verbesserung der Qualität
und Sinnverständlichkeit
des von einem Mobiltelephon in mehreren verschiedenen Situationen
wiedergegebenen Schalls zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe
der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
der Qualität
und Sinnverständlichkeit
des von einem Mobiltelephon wiedergegebenen Schalls zu schaffen,
wenn verschiedene Zusatzgeräte
verwendet werden. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Schallwiedergabe
in einem Mobiltelephon zu schaffen, die keine Verwendung komplizierter
und teurer Speziallautsprecher erfordert. Es ist eine weitere Aufgabe der
Erfindung, dass das Verfahren und die ihm entsprechende Vorrichtung
den Verbrauch der entscheidenden Betriebsmittel in einem Mobiltelephon
nicht wesentlich erhöhen.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden mit einer Anordnung gelöst, in der
ein von einem Mobiltelephon empfangenes Signal nach der Sprachdecodierung,
aber vor der D/A-Umsetzung des Signals, adaptiv entzerrt wird. 'Adaptiv' bedeutet, dass die
Wirkung der Entzerrung geändert
wird, wenn sich bestimmte Steuerparameter ändern. Die Steuerparameter
und ihre Wirkungen werden später
ausführlicher
beschrieben.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist zur Verbesserung der Schallwiedergabe in einem Telephonapparat
anwendbar, der einen Entzerrer enthält, der einen bestimmten variablen
Frequenzgang besitzt. Die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens
sind in dem kennzeichnenden Teil des auf ein Verfahren gerichteten
unabhängigen
Anspruchs beschrieben.
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Außerdem ist
die Erfindung auf ein Telephon gerichtet, in dem das Verfahren gemäß der Erfindung
angewendet wird. Der Telephonapparat gemäß der Erfindung enthält einen
Lautsprecher zur Schallwiedergabe und ein digitales Signalverarbeitungsmittel
zur digitalen Verarbeitung des wiederzugebenden Schalls, wobei das
digitale Signalverarbeitungsmittel einen Entzerrer mit einem bestimmten
Frequenzgang enthält.
Die kennzeichnenden Merkmale des Tele phons sind in dem kennzeichnenden
Teil des entsprechenden unabhängigen Anspruchs
beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung ist zur Verwendung in einem digitalen Telephon,
vorteilhaft in einem Mobiltelephon, bestimmt. Die Anwendbarkeit
der Erfindung erfordert, dass das Telephon den Schall als Signal
in digitaler Form behandelt. In einem herkömmlichen Mobiltelephon sind
die empfangenen Schallinformationen in digitaler Form, bevor sie
in eine analoge Form umgesetzt werden (PCM-Decodierung), um sie über einen Lautsprecher
wiederzugeben. Außerdem
sind die zu übertragenden
Schallinformationen in digitaler Form, wenn sie zunächst über ein
Mikrophon aufgezeichnet und A/D-umgesetzt wurden (PCM-Codierung). Es wird angenommen,
dass der Betrieb eines digitalen Mobiltelephons dem Fachmann auf
dem Gebiet bekannt ist, wobei er in diesem Dokument nicht ausführlicher
diskutiert wird.
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Während der
Forschung, die zu der Erfindung führte, wurde beobachtet, dass
es vom Standpunkt der Sinnverständlichkeit
der empfangenen Sprache aus nicht immer zu empfehlen ist, lediglich
niedrige Frequenzen zu verstärken.
Falls ein Mobiltelephon in einer stark verrauschten Umgebung verwendet
wird, kann die Verstärkung
niedriger Frequenzen die Sinnverständlichkeit der Sprache sogar
verschlechtern, da sie in dem vom Ohr wahrgenommenen Signal den
Anteil höherfrequenter
Komponenten verringert, die, soweit es die Sinnverständlichkeit
betrifft, die wesentlichsten sind. Dadurch ist es vorteilhaft, die
Entzerrung auf den Umgebungsrauschpegel zu dimensionieren. Da die
Zusatzgeräte
von Mobiltelephonen verschiedene Lautsprecher verwenden, ist außerdem beobachtet
worden, dass die Entzerrung in der Weise eingestellt werden muss,
dass sie auf verschiedene Weise in Verbindung mit ihnen funktioniert.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung können
bei der Einstellung der Entzerrung mehrere verschiedene Steuerparameter
verwendet werden, wobei der einfachste die durch den Anwender einzustellende
Telephonlautstärke
ist. Weitere mögliche
Steuerparameter umfassen das durch das Telephonmikrophon gemessene
Messergebnis für
den Umgebungsrauschpegel, Informationen über mit dem Telephon verbundene
Zusatzgeräte
sowie Messergebnisse, die die Qualität der Funkverbindung beschreiben.
Der endgültige
vom Anwender wahrgenommene Schall ist das Ergebnis der gemeinsamen
Wirkung des ursprünglichen
Signals, der Entzerrung, der möglichen
Bandpassfilterung in Verbindung mit der D/A-Umsetzung, der Größe des Verstärkungsfaktors,
der akustischen Reaktion des Lautsprechers und im normalen Telephonbetrieb
des akustischen Leckverlusts zwischen dem Lautsprecher und dem Ohr
oder im Freisprechbetrieb der akustischen Übertragungsfunktion des Hörraums.
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In
dem Verfahren und in der Vorrichtung gemäß der Erfindung findet das
Mobiltelephon heraus und bestimmt es anhand der Steuerparameter
und der in dem Speicher gespeicherten Daten, welches der Entzerrungsverstärkungsfaktor
und der Frequenzbereich sind, die für die Umgebungs- und Betriebsbedingungen
in einer gegebenen Zeitspanne am besten geeignet sind. Anhand dieser
Entscheidung wird das empfangene Signal vorteilhaft in demselben
digitalen Signalprozessor, der auf eine bekannte Weise zur Ausführung der Sprachdecodierung
verwendet wird, entzerrt.
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Im
Vergleich zum Stand der Technik umfassen die Vorteile der Erfindung
die Verbesserung der Sinnverständlichkeit
des Schalls unabhängig
von der Lautsprecherkonstruktion und dem akustischen Leckverlust zwischen
dem Lautsprecher und dem Ohr, die gute Reaktion auf die Spezialanforderungen
von Mobiltelephonen, die Anpassung der Entzerrung an das Hintergrundrauschen
und auf die durch den Anwender eingestellte Telephonlautstärke, das
Gleichgewicht zwischen der Qualität des gehörten Schalls und der Sinnverständlichkeit
der Sprache und die Anpassung der Entzerrung an Zusatzgeräte des Mobiltelephons.
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Die
Erfindung wird anhand der vorteilhaften Ausführungsformen, die als Beispiele
dargestellt werden, und anhand der beigefügten Zeichnung ausführlicher
beschrieben, in der:
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1 graphisch
Frequenzgangmessungen veranschaulicht, wenn es eine starke und eine
schwache akustische Kopplung zwischen dem Lautsprecher und dem Messinstrument
gibt,
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2 ein
Blockschaltplan ist, der das Prinzip der Erfindung und seine Anwendbarkeit
in einem Mobiltelephon veranschaulicht,
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3 bis 5 graphisch
verschiedene Frequenzgangkurven veranschaulichen, die mit der Anordnung
gemäß der Erfindung
erzeugt werden können,
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6 ein
Blockschaltplan eines Filters ist, das in dem Entzerrer gemäß der Erfindung
verwendet werden kann,
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7 graphisch
die Frequenzgangskalierung in einer Anordnung gemäß der Erfindung
der veranschaulicht,
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8 graphisch
bestimmte Steuerkurven veranschaulicht, die in der Anordnung gemäß der Erfindung angewendet
werden können,
und
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9 ein
Blockschaltplan ist, der die Schätzung
des Umgebungsrauschens zur Verwendung in der Anordnung gemäß der Erfindung
zeigt.
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Oben
wurde in Verbindung mit der Beschreibung des Standes der Technik
auf 1 Bezug genommen, während im Folgenden in der Beschreibung
der Erfindung und ihrer vorteilhaften Ausführungsformen hauptsächlich auf
die 2 bis 9 Bezug genommen wird. Gleiche
Teile sind in den Figuren durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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2 zeigt
einen Blockschaltplan, dessen zwei Hauptblöcke ein digitaler Signalprozessor
(DSP) 1, der für
die digitale Verarbeitung eines Sprachsignals in einem Mobiltelephon
verantwortlich ist, und der PCM-Codec-Block 2, der für die PCM-Codierung
und -Decodierung eines Signals und für die analoge Signalverarbeitung
verantwortlich ist, sind. Im oberen Teil der Figur verläuft ein
so genannter Fernkanal von links nach rechts; er ist der Signalpfad
von dem Empfänger
und von der (nicht gezeigten) Kanaldecodierung eines Mobiltelephons über einen
Sprachdecodierer 3, einen Entzerrerblock 4, einen
D/A-Umsetzer 5, ein Filter 6 und einen Verstärker/Dämpfer 7 zu
einem Lautsprecher 8. Im unteren Teil der Figur befindet
sich ein so genannter Nahkanal oder Signalpfad von einem Mikrophon 9 über einen
Verstärker 10,
ein Filter 11, einen A/D-Umsetzer 12, einen Hintergrundrauschmessblock 13 und
einen Sprachcodierer 14 zu der (nicht gezeigten) Kanalcodierung
und zur Übertragung
zu dem Funkpfad. Da entsprechende Teile umfassend in Mobiltelephonen
des Standes der Technik verwendet werden, sind die Konstruktion
und der Betrieb sämtlicher
aufgeführter
Teile mit Ausnahme des Entzerrerblocks 4 und des Hintergrundrauschmessblocks 13 gemäß der Erfindung
dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. Außerdem umfassen die Blöcke gemäß der Erfindung
Teile, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind, während ihre
gemeinsame Verwendung in einem Mobiltelephon zum Umfang der vorliegenden
Erfindung gehört.
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Der
DSP-Block 1 enthält
einen Steuerblock 15, dessen Hauptaufgabe hinsichtlich
der vorliegenden Erfindung darin besteht, den Entzerrer 4 in
der Weise zu steuern, dass die Signalkomponenten bei bestimmten Frequenzen
gemäß bestehenden
Umgebungs- und Betriebsbedingungen verstärkt oder gedämpft werden. Der
Betrieb des Steuerblocks 15 beruht auf Steuerparametern,
die als Eingangsdaten zu dem Steuerblock 15 gebracht werden.
Sämtliche
Steuerparameter beschreiben auf irgendeine Weise die Umgebungs-
und Betriebsbedingungen des Mobiltelephons. 2 zeigt
als Eingangsdaten für
den Steuerblock 15 vier Steuerparameter, die folgende sind:
Informationen 16, die die Qualität der Funkverbindung darstellen,
eine Hintergrundrauschschätzung 17,
die auf der Messung des Umgebungsrauschpegels beruht, Informationen 18,
die die mit dem Telephon verbundenen Zusatzgeräte beschreiben, und die durch
den Anwender eingestellte Telephonlautstärke 19. Außerdem zeigt 2 Speichermittel,
d. h. die Nachschlagtabellen 4a und 13d, deren
Verwendung später
diskutiert wird.
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Der
Frequenzgang des Entzerrers 4 kann sich auf viele Arten ändern. 3 zeigt
beispielhaft den variablen Verstärkungsfaktor,
wenn die Mittenfrequenz und die Bandbreite konstant sind. Ähnlich zeigt 4 beispielhaft
die variable Mittenfrequenz, wenn der Verstärkungsfaktor und die Bandbreite
konstant sind, und 5 beispielhaft die variable
Bandbreite, wenn die Mittenfrequenz und der Verstärkungsfaktor
konstant sind. Die Änderungen
der Mittenfrequenz, des Verstärkungsfaktors
und der Bandbreite können
auf viele Arten kombiniert werden, um das bestmögliche Endergebnis, d. h. den
klarsten und sinnverständlichsten
Schall, zu erzeugen. Vorteilhaft werden die Operationen in dem normalen
Stimmfrequenzbereich, d. h. etwa 300 bis 3400 Hz, ausgeführt. Ein
konstanter Entzerrer, der nicht adaptiv ist, sondern immer auf die
gleiche Weise arbeitet, kann als ein Spezialfall der Erfindung betrachtet
werden.
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Der
Entzerrerblock 4 kann z. B. eines oder mehrere Filter mit
unendlicher Impulsantwort (IIR), Filter mit endlicher Impulsantwort
(FIR) oder Prozesse, die im Frequenzbereich arbeiten, umfassen.
Im letzteren Fall muss der Block 4 außerdem Zeit-Frequenz- sowie
Frequenz-Zeit-Transformationen enthalten, die vorteilhaft unter
Verwendung der Funktionen der schnellen Fourier-Transformation (FFT)
und der inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT) ausgeführt werden.
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6 zeigt
eine vorteilhafte Implementierung des Entzerrerblocks. In dieser
bekannten Filterkonstruktion stellen die mit Z gekennzeichneten
Blöcke
Verzögerungen
einer Zeiteinheit dar, sind a1 und a2 Faktoren, die die Mittenfrequenz
und die Bandbreite des Frequenzgangs beeinflussen, und entspricht
der Faktor K dem Entzerrerverstärkungsfaktor.
Da die ausführliche
Implementierung des Verzerrerblocks 4 vom Standpunkt der Erfindung
aus nicht wesentlich ist, ist das Filter lediglich beispielhaft
dargestellt. Die Vorteile der Filteranordnung in 6 sind:
nur drei variable Faktoren (a1, a2 und K), kleine Wirkung auf die
Signalphase, gute und klare Variabilitätkeit und gute Stabilität. Die Filterübertragungsfunktion
entspricht der Formel:
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Nachfolgend
wird der Betrieb des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung
beschrieben. Die Grundidee ist, dass Informationen in Form von Steuerparametern,
die die Betriebsbedingungen des Telephons und die mit ihm verbundene
Ausrüstung
angeben, zu dem Steuerblock 15 gebracht werden, wobei der Steuerblock 15 den
Entzerrerblock 4 in der Weise steuert, dass die bestmögliche Signalqualität und Sinnverständlichkeit
erzielt werden.
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Der
einfachste der Steuerparameter sind die Informationen über die
durch den Anwender eingestellte Telephonlautstärke. Die meisten modernen Mobiltelephone
enthalten eine Einstellvorrichtung, mit der der Anwender die Lautstärke des
von dem Lautsprecher des Telephons kommenden Schalls erhöhen oder
verringern kann. Im Normalbetrieb erhöht der Anwender die Lautstärke, wenn
viel Rauschen in der Arbeitsumgebung ist, während er sie verringert, falls
die Arbeitsumgebung ruhig ist. Wie oben festgestellt wurde, ist
es vom Stand punkt der Qualität
des empfangenen Schalls aus vorteilhaft, in einer ruhigen Arbeitsumgebung
niedrige (etwa < 1
kHz) Frequenzen hervorzuheben, während
es vom Standpunkt der Sprachsinnverständlichkeit vorteilhaft ist,
sie in einer verrauschten Arbeitsumgebung zu dämpfen. Der Steuerblock 15 empfängt auf
bekannte Weise die Informationen über die Stellung der Schalllautstärkesteuerung,
wobei er die Steuerinformationen des Entzerrerblocks 4 ändert. Falls
ein Entzerrerblock gemäß 6 verwendet
wird, bewirkt eine laute Lautstärkeeinstellung,
dass der Steuerblock 15 den Faktor K verringert, während eine
leise Lautstärkeeinstellung
dementsprechend bewirkt, dass der Steuerblock denselben Faktor erhöht. In einer
vorteilhaften Ausführungsform
entspricht der größtmögliche Wert
des Faktors K der größten ganzen
Zahl in der Zahlendarstellung des Signalsprozessors 1,
wodurch der Verstärkungsfaktor
nicht in dem Umfang erhöht
werden kann, in dem er zu einem zahlenmäßigen Überlauf in dem Prozessor führen würde. 7 zeigt
graphisch den Verstärkungsfaktor
des Entzerrerblocks 4 in Abhängigkeit von der Frequenz,
wenn der größtmögliche Wert
des Faktors K verwendet wird.
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Ein
genaueres Bild des Hintergrundrauschens wird erzielt, indem es über das
Mikrophon 9 gemessen wird. Viele moderne Mobiltelephone
enthalten eine so genannte Stimmaktivitätserfassungsfunktion (VAD-Funktion),
deren Aufgabe während
eines Anrufs darin besteht, festzustellen, wann der Anwender an
dem Telephon spricht und wann er ruhig ist. Die normale Verwendung
dieser Funktion ist so, dass das Telephon lediglich die Mindestmenge
an Steuerinformationen sendet, wenn der Anwender ruhig ist, was
den Leistungsverbrauch des Telephons und die Last an die Funkfrequenzen
verringert. Da das Mikrophon 9 lediglich Hintergrundrauschen
aufzeichnet, wenn ein Anwender ruhig ist, kann die VAD-Funktion
auf das Verfahren und auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung angewendet
werden. Dadurch, dass der Pegel des Hintergrundrauschens in jenen
Zeitspannen gemessen wird, wenn die (nicht gezeigte) VAD-Einheit
für den
Steuerblock 15 angibt, dass der Anwender nicht spricht,
sowie dadurch, dass das als eine Schätzung für den Pegel des Hintergrundrauschens
zu verwendende Messergebnis bis zum Abschluss des nächsten Messergebnisses
gespeichert wird, kann der Entzerrerblock 4 auf dieselbe
Weise gesteuert werden, wie es oben in Verbindung mit der durch
den Anwender eingestellten Schalllautstärke beschrieben wurde. Dies
erfordert, dass das Telephon, vorteilhaft sein digitaler Signalprozessor,
einen Hintergrundrauschmessblock 13 enthält, von
dem der Steuerblock 15 die Messergebnisse erhält. Außerdem muss es
eine Verbindung von der (nicht gezeigten) VAD-Einheit zu dem Steuerblock 15 geben,
so dass der letztere weiß,
wann die Messergebnisse zu empfangen sind. Außerdem können die Informationen von
der VAD-Einheit als eine Ein/Aus-Steuerung zu dem Hintergrundrauschmessblock 13 gebracht
werden, wodurch er nur dann Messergebnisse an den Steuerblock 15 gibt,
wenn der Anwender gemäß dem VAD-Block
ruhig ist.
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Vorteilhaft
wird der Leistungspegel des von dem A/D-Umsetzer 12 in
den PCM-Block 2 kommenden Signals
in der Hintergrundrauschmessung überwacht.
Es ist vorteilhaft, bei der Leistungspegelmessung eine Art Mittelung
zu verwenden, da plötzliche Änderungen
des Leistungspegels, insbesondere schnelle Leistungsspitzen, ansonsten
zu Entzerrungsänderungen
führen
könnten,
die so schnell sind, dass sie sich negativ auf einen Höreindruck
auswirken würden.
Die Messtechnologie verwendet Konzepte, die die Ein- und Ausschwingzeit
genannt werden, die die Geschwindigkeit beschreiben, mit der ein
System auf die Tatsache reagiert, dass das gemessene Signal einen
bestimmten Grenzwert übersteigt
(Einschwingen) oder unter ihn geht (Ausschwingen). Bei der Leistungspegelmessung
ist es vorteilhaft, eine verhältnismäßig lange
Einschwingzeit zu verwenden, um durch schnelle Leistungsspitzen
verursachte Störungen
zu vermeiden, und eine verhältnismäßig kurze
Ausschwingzeit zu verwenden, so dass das System schnell genug auf
eine plötzliche
Verringerung des Hintergrundrauschens reagiert, wenn z. B. das Auto,
das als Arbeitsumgebung dient, angehalten wird.
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Vom
Standpunkt des Anwenders aus wäre
die beste Art, anstelle des Leistungspegels die Lautheit zu messen,
d. h. eine Größe, die
die menschliche Hörwahrnehmung
in Bezug auf Leistungspegeländerungen
beschreibt. Allerdings erfordert die Lautheitsmessung komplizierte
Filteranordnungen und frequenzabhängige Berechnungen, wodurch
die Leistung des digitalen Signalprozessors 1 zu einem
begrenzenden Faktor werden kann. Allerdings können in Zukunft neue, effizientere
Prozessoren die geforderte Fähigkeit
haben, wodurch bekannte A- oder F-Gewichtungsfilter verwendet werden
könnten.
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Außerdem kann
der Hintergrundrauschmessblock 13 Frequenzanalysemittel
enthalten, die außer
der Stärke
des Hintergrundrauschens ebenfalls sein Frequenzspektrum messen.
Anhand dieser Messdaten kann der Frequenzgang des Entzerrerblocks 4 geändert werden,
so dass die Entzerrung des Sprachsignals die Wirkung des Rauschens
bei einer besonderen Frequenz kompensiert. Diese Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft, wenn es in der Arbeitsumgebung eine Maschine
gibt, die, wenn sie läuft,
Rauschen erzeugt, das bei einer besonderen Frequenz akzentuiert
ist.
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Außerdem enthalten
Mobiltelephone Funktionen, die die Qualität der Funkverbindung messen
und gemäß denen
eine Gesprächsweiterleitung
von einer Basisstation zu einer anderen ausgeführt wird. Diese Messergebnisse
können
in dem Verfahren und in der Vorrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls zur
Steuerung des Betriebs des Entzerrers verwendet werden. In einer
vorteilhaften Ausführungsform
ist das Hauptprinzip, dass die Entzerrung erhöht wird, wenn sich die Qualität der Verbindung
verschlechtert, was sich in Form einer verringerten Feldstärke oder
erfolglos empfangener aufeinander folgender Rahmen zeigt. Andere
Entzerrungsstrategien sind ebenfalls möglich, wobei der beste Zugang
experimentell ermittelt werden kann. Die Verwendung eines Steuerparameters
oder von Steuerparametern, die die Qualität der Funkverbindung beschreiben,
erfordert, dass es eine Verbindung von dem Mobiltelephonteil, das
die Qualität
der Funkverbindung misst, zu dem Steuerblock 15 geht. Da
in bekannten Implementierungen viele der Parameter, die die Verbindungsqualität beschreiben,
in demselben digitalen Signalprozessor berechnet werden, der die
Sprachdecodierung ausführt
und in dem sich die adaptive Entzerrung gemäß der Erfindung vorteilhaft
befindet, ist dies leicht einzurichten.
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Das
Bezugszeichen 18 stellt in 2 einen
Steuerparametereingang dar, der mit dem Telephon verbundene Zusatzgeräte beschreibt.
Bestimmte Zusatzgeräte
wie etwa Kopfhörer
und Freisprechlautsprecher erfordern eine andere Entzerrung, um
die bestmögliche
Schallqualität
zu erzielen. Außerdem
ist die Wirkung der Lautstärkesteuerung
des Mobiltelephons z. B. bei Verwendung eines Freisprechlautsprechers
stärker
als im Normalgebrauch des Mobiltelephons, was zu berücksichtigen
ist, wenn die Entzerrungssteuerung lediglich auf der Lautstärkeeinstellung
beruht, während
der Steuerblock 15 außerdem
Informationen über
das verbundene Zusatzgerät
empfängt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform
werden die optimalen Steuerinformationswerte des Entzerrerblocks 4 für jedes
Zusatzgerät
von dem Hersteller des Telephons gemessen und in Verbindung mit
der Programmierung in den Speichermitteln als eine Nachschlagtabelle 4a gespeichert,
die von dem Steuerblock 15 oder von dem Entzerrerblock 4 direkt
verwendet wird. Wenn der Steuerblock 15 einen Steu erparameter
empfängt,
der angibt, dass mit dem Mobiltelephon ein bestimmtes Zusatzgerät verbunden
ist, liest er die entsprechenden Steuerinformationswerte aus den
Speichermitteln und sendet sie an den Entzerrerblock 4.
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Außer den
oben dargestellten Steuerparametern können in dem Verfahren und in
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
außerdem
weitere Steuerparameter oder entsprechende Techniken angewendet
werden, um den Betrieb des Entzerrerblocks 4 zu ändern. Wenn
der Anwender beispielsweise einen Hörfehler hat, der eine bestimmte
Art der Entzerrung erfordert, kann veranlasst werden, dass der Entzerrerblock 4 die
richtige Entzerrung ausführt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung, in der die Funktionen in dem DSP-Block 1 als
programmierbare Prozesse realisiert sind, ist es selbst auf der
Anwenderebene leicht, ihren Betrieb zu beeinflussen, indem der digitale
Signalprozessor auf die richtige Weise programmiert wird.
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Die
Zusammenarbeit der oben erwähnten
Steuerparameter muss angepasst werden, so dass sie logisch ist und
sich für
die variablen Betriebssituationen eignet und die Kapazität des digitalen
Signalprozessors 1 nicht übersteigt. In einer vorteilhaften
Ausführungsform
hängt die
durch den Anwender eingestellte Telephonlautstärke direkt mit dem K-Faktor
des Entzerrers oder mit dem Verstärkungsfaktor zusammen, so dass
selbst eine kleine Erhöhung
der Lautstärke
den Faktor K verringert und umgekehrt. In 8 beschreibt
jede der Kurven A, B und C graphisch die Änderung des Verstärkungsfaktors,
wenn die Schalllautstärkeeinstellung
geändert
wird, während
die anderen Bedingungen konstant bleiben. Die Hintergrundrauschmessung
in Block 13 wird schrittweise ausgeführt, d. h., der gemessene Hintergrund-Rauschleistungspegel
wird mit bestimmten Schwellenwerten verglichen. Falls ein Schwellenwert überschritten
wird, wird der Faktor K um einen konstanten Faktor skaliert, was
in 8 dem Überspringen
von der Kurve A, B oder C zu einer anderen Kurve entspricht. Beispielsweise
kann ein Überspringen
von der Kurve B zur Kurve C auftreten, wenn das Hintergrundrauschen
einen bestimmten Schwellenwert überschreitet,
während
dementsprechend ein Überspringen von
der Kurve A zurück
zur Kurve B oder sogar direkt zur Kurve C auftreten kann, wenn das
Hintergrundrauschen leiser wird. Die Ein- und Ausschwingzeitfaktoren
im Zusammenhang mit dem Überspringen
sind oben diskutiert.
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Falls
die Qualität
der Funkverbindung so schlecht ist, dass der Parameter, der sie
beschreibt, einen bestimmten Schwellenwertpegel überschreitet, ist es möglich, einen
bestimmten konstanten Verstärkungsfaktor
anzuwenden, der weder von der durch den Anwender eingestellten Schalllautstärke noch
von dem gemessenen Rauschpegel abhängt. Dies ist in 8 durch
die Gerade D beschrieben. Wie oben erwähnt wurde, kann versucht werden,
eine schlechte Verbindungsqualität
mit einer anderen Entzerrungsstrategie zu kompensieren, wobei der
beste Zugang experimentell ermittelt werden kann. Außer den
oben dargestellten Zusammenarbeitsformen enthält die Nachschlagtabelle 4a ebenfalls
Steuerinformationen des Entzerrerblocks 4, die sich auf
bestimmte Zusatzgeräte
beziehen, die über
die Daten in Bezug auf den normalen Telephonbetrieb hinausgehen,
wenn ein Zusatzgerät
mit dem Telephon verbunden ist. Daraufhin können sich die Parameter, die die
Entzerrung steuern, in beträchtlichem
Umfang alle gleichzeitig ändern.
Wenn die Entzerrung während
eines Anrufs gemäß dem Hintergrundrauschen
und der Lautstärkeeinstellung
gesteuert wird, werden plötzliche Änderungen
des Betriebs des Entzerrerblocks 4 vorzugsweise vermieden,
da sie zu wahrnehmbaren und störenden Änderungen
des vom Anwender gehörten
Schalls führen
können.
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9 zeigt
schematisch eine genauere Implementierung des Hintergrundrauschmessblocks 13.
Die tatsächliche
Leistungspegelmessung wird im Block 13a ausgeführt, dem
insbesondere dann, wenn gewünscht ist,
die Rauschmessung in Richtung der Lautheit anstelle des Leistungspegels
hervorzuheben, ein Gewichtungsfilter 13b vorausgeht. Der
Block 13c verwendet das Signal von der VAD-Einheit, um
zu bestimmen, ob der Anwender spricht oder nicht, wobei er den gemessenen
Rauschwert mit dem aus der Nachschlagtabelle 13d erhaltenen
Schwellenwert vergleicht. Die Rauschpegelschätzung kann ein absoluter Wert
oder ein Codewert sein, der sich auf einen Bereich zwischen bestimmten
Schwellenwerten bezieht.
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Die
hier dargestellten Einstellverfahren, die hauptsächlich auf Schwellenwertvergleichen
beruhen, erfordern, dass der digitale Signalprozessor 1 Zugriff
auf eine ausreichende Speichermenge, vorteilhaft ROM-Speicher, hat,
in der die Schwellenwerte und weitere Nachschlagtabellendaten gespeichert
sein können. Die
Anzahl der verschiedenen Kombinationen und alternativen Einstellstrategien
wird üblicherweise
durch die Größe des ROM-Speichers
im Gebrauch begrenzt. Die Einstellverfahren könnten noch flexibler implementiert werden,
falls die Steuerinformationen des Entzerrerblocks 4 in
Echtzeit berechnet wür den,
wobei sämtliche
variablen Faktoren kontinuierlich berücksichtigt werden. Allerdings
erfordert dies eine verhältnismäßig große Rechenkapazität, wodurch
die Kapazität
und die Befehlssätze
der aktuellen digitalen Signalprozessoren, die auf Ganzzahlarithmetiken
beruhen, leicht zu begrenzenden Faktoren werden könnten. In
Zukunft werden leistungsfähigere
Prozessoren diesbezüglich
wahrscheinlich neue Möglichkeiten
schaffen.
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Um
die Anwendbarkeit der Erfindung zu veranschaulichen, wurde oben
ein digitales Mobiltelephon diskutiert. Allerdings ist die Erfindung
nicht nur auf Mobiltelephone beschränkt, sondern kann in allen
Telephonapparaten verwendet werden, in denen Klang digital behandelt
wird und die einen hier dargestellten oder ähnlichen Steuerparameter nutzen
können,
um die Bedingungen zu beschreiben, an die die Entzerrung des wiedergegebenen
Schalls angepasst werden muss. Außer auf Mobiltelephone kann
die Erfindung z. B. auf digitale schnurlose Telephone angewendet
werden, die genügend
Signalverarbeitungsmittel zur Implementierung der Entzerrung und
der zu ihrer Steuerung erforderlichen Funktionen besitzen. Die hier
diskutierten Steuerparameter sind lediglich Beispiele hinsichtlich
dessen, dass irgendeiner oder irgendeine Kombination von ihnen zur Implementierung
der adaptiven Entzerrung gemäß der Erfindung
verwendet werden können.
Außerdem
kann der Fachmann auf dem Gebiet weitere funktional ähnliche
Steuerparameter vorschlagen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Mobiltelephons gemäß der Erfindung
wird bei der Konstruktion des PCM-Blocks 2 berücksichtigt,
dass die in dem Entzerrerblock 4 ausgeführten frequenzabhängigen Operationen
die von dem Anwender wahrgenommene Lautheit beeinflussen. Insbesondere
muss die Verstärker/Dämpfer-Einheit 7 in
dem PCM-Block so konstruiert werden, dass sie verwendet werden kann,
um eine durch die Entzerrung verursachte mögliche unerwünschte Änderung
der Lautheit zu verhindern.
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Da
die adaptive Entzerrung sowohl die Qualität als auch die Sinnverständlichkeit
des wahrgenommenen Schalls in einer gegebenen Betriebssituation
wesentlich verbessert, erfüllen
das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung die ihnen gestellten
Aufgaben und stellen sie eine deutliche Verbesserung im Vergleich
zum Stand der Technik dar.
