專利名稱：由聲碼器進行自動增益控制的音頻編碼譯碼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及音頻頻帶編碼器和譯碼器。具體而言，本發(fā)明涉及新型改進的音頻頻帶編碼器／譯碼器(CODEC)，其內部放大器的增益由語音編碼器／譯碼器(聲碼器)控制。
背景技術：
在現(xiàn)有技術的音頻處理中，音頻頻帶編碼器／譯碼器(CODEC)一般用來將模擬音頻信號轉換為編碼的數(shù)字信號或者相反。例如CODEC可以接收話筒的模擬輸出，并將話筒生成的模擬音頻信號轉換為脈沖編碼調制(PCM)編碼的數(shù)字音頻信號以在數(shù)字信號處理器(DSP)中作進一步的數(shù)字信號處理。此外，CODEC可以接收來自DSP的PCM編碼數(shù)字音頻信號并將其轉換為模擬音頻信號供音頻揚聲器使用。當然CODEC可以采用本領域內熟知的其他熟知編碼技術，例如A-律、μ-律等，或者可以僅僅采用其他線性或非線性編碼技術。
本領域內熟知的CODEC包括內部或者更多的是外部增益固定或可變的音頻放大器。來自話筒的模擬音頻信號在數(shù)字編碼和輸送至DSP之前被該放大器放大。放大器的增益經過選擇使得在預期工作范圍內提供線性增益。但是在許多應用中，話筒產生的模擬音頻信號可能超過編碼器的動態(tài)范圍。在這種情況下，編碼信號將包含和失真。顯然，音頻信號因失真而無法以可接收的水平復制是不希望出現(xiàn)的情況。
這個問題在數(shù)字電話系統(tǒng)中是突出的。在許多數(shù)字電話系統(tǒng)中，CODEC的PCM編碼輸出由聲碼器進一步編碼使表示音頻信號的數(shù)字數(shù)據(jù)量最小。聲碼器通過提取與人類語音模型有關的參數(shù)，采用了壓縮諸如語音之類音頻信號的技術。聲碼器在本領域內是熟知的。各種聲碼器設計的實例可以參見題為“可變速率聲碼器”的美國專利No．5，414，796、題為“在可變速率聲碼器中確定語音編碼速率的方法”的美國專利No．5，341，456以及1994年2月16日提交的題為“聲碼器ASIC”的美國專利申請No．08／197，417。上述專利和申請都轉讓給了本發(fā)明的受讓人并且作為參考文獻包含在本文中。如果輸入CODEC的模擬音頻信號電平足夠高而導致限幅，則最終提供給聲碼器的PCM編碼語音信號將失真并且聲碼器在譯碼時將無法正確地模擬信號以正確地復制。這通常稱為“高聲說話者”問題。
為了克服“高聲說話者”問題，需要在音頻放大器上實現(xiàn)自動增益控制(AGC)，當音頻能量水平較高時降低音頻放大器增益，并在音頻能量較低(即“軟綿綿的說話者”)時增大放大器增益。這使得CODEC可以產生增益控制的PCM編碼音頻數(shù)據(jù)供聲碼器使用。
但是聲碼器一般估計背景噪聲(即來自CODEC的PCM編碼輸出中的非語音分量)的水平并且利用該估計得到的背景噪聲進行背景噪聲抑制。如果從CODEC向聲碼器提供增益控制的輸入信號，則背景噪聲水平將根據(jù)用戶說話聲音的大小改變。這給背景噪聲水平估計過程引入了不精確性。
因此所需要的是自動增益控制電路，它克服了“高聲說話者”問題，但是不會給聲碼器背景噪聲水平估計過程引入不精確性。

發(fā)明內容
本發(fā)明是一種新型改進的音頻頻帶處理器和方法以及電路，用于控制音頻頻帶處理器的增益。在較佳實施例中，音頻頻帶處理器包含第一可變增益放大器，用于接收模擬音頻信號；模擬-數(shù)字轉換器，用于將所述模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號；以及接口電路，用于編碼所述數(shù)字音頻信號。接口電路還將所述數(shù)字音頻信號放入編碼發(fā)送幀序列，并且接收編碼接收幀序列，每幀接收幀包含預定數(shù)量的編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)比特和預定數(shù)量的數(shù)字增益控制比特。接口電路還調整所述第一可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。在另一實施例中，音頻頻帶處理器進一步包括第二可變增益放大器，并且接口電路還調整所述第二可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。
本發(fā)明的新型音頻頻帶處理器可以與控制音頻頻帶處理器增益的電路連用。電路包括所述音頻頻帶處理器內的第一可變增益放大器，用于接收模擬音頻信號；所述音頻頻帶處理器內的模擬一數(shù)字轉換器，用于將所述模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號；接口電路，用于編碼所述數(shù)字音頻信號并且將所述數(shù)字音頻信號放入編碼發(fā)送幀序列內；以及聲碼器，用于測量所述編碼發(fā)送幀序列的能量水平。聲碼器還生成數(shù)字增益控制比特以響應所述測量的能量水平，并生成編碼接收幀序列，每幀接收幀包含預定數(shù)量的編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)比特和預定數(shù)量的填充比特。聲碼器進一步將所述數(shù)字增益控制比特多路復用為所述填充比特。接口電路調整所述第一可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。還揭示了利用本發(fā)明的方法。
附圖的簡要說明通過以下結合附圖對本發(fā)明的描述可以進一步理解本發(fā)明的特征、目標和優(yōu)點，附圖中相同或相應的部分用相同的標號，其中

圖1為本發(fā)明電路總體框圖；圖2為本發(fā)明電路的擴展框圖；圖3為圖2的CODEC實施例的更為詳細的框圖；以及圖4為用于本發(fā)明的示意性可變增益音頻放大器的電路框圖。
實施發(fā)明的較佳方式參見圖1，它示出了本發(fā)明的總體框圖。圖1所示單元適用于諸如蜂窩或PCS電話之類的數(shù)字無線電話。話筒(MIC)102是本領域內熟知的標準耳機。MIC102將用戶語音的音頻波形以及背景噪聲轉換為模擬音頻信號。CODECi06放大并將模擬音頻信號轉換為PCM編碼數(shù)字音頻信號并經PCM輸出(PCMO)線向聲碼器108傳送PCM編碼數(shù)字音頻信號。應該注意的是，本發(fā)明的CODEC106也可將模擬音頻信號編碼為本領域熟知的不同的線性或非線性數(shù)字格式。
聲碼器108接收PCM編碼數(shù)字音頻信號并完成各種數(shù)字信號處理技術，例如語音壓縮、背景噪聲估計和去除以及語音活動性檢測等。其他數(shù)字信號處理技術由聲碼器108完成，比較好的是按照上述1994年2月16提交的題為“聲碼器ASIC”的美國專利申請No．08／197，417設計和構造的聲碼器。聲碼器108隨后向發(fā)射機(未畫出)傳送聲編碼語音數(shù)據(jù)幀以向無線基站(未畫出)發(fā)送。
接收機(未畫出)從無線基站接收、解調和恢復聲編碼語音數(shù)據(jù)并將聲編碼語音數(shù)據(jù)幀傳送至聲碼器108以將音頻數(shù)據(jù)譯碼和重建為PCM編碼數(shù)字音頻信號。聲碼器108將PCM編碼數(shù)字音頻數(shù)據(jù)放入預定長度的PCM接收幀。接收側聲碼器108生成的每幀PCM接收幀包含預定數(shù)量的PCM編碼數(shù)字音頻數(shù)據(jù)比特和預定數(shù)量的填充比特。在較佳實施例中，幀長度為16比特，包含了13個PCM編碼數(shù)字音頻數(shù)據(jù)比特和3個填充比特。但是顯而易見的是，可以采用其他的幀長度和填充比特比率而不偏離本發(fā)明。
CODEC106接收DCM輸入(PCMI)線上PCM編碼數(shù)字音頻數(shù)據(jù)幀連同填充比特。CODEC106將填充比特與PCM編碼數(shù)字音頻數(shù)據(jù)比特分離，并將PCM編碼數(shù)字音頻數(shù)據(jù)比特轉換為模擬音頻信號。模擬音頻信號隨后被揚聲器(SPKR)104轉換為音頻聲波。用戶隨后可以聽到接收的音頻信號。
在本發(fā)明中，聲碼器108還測量了PCMO線上接收的PCM編碼數(shù)字音頻信號的能量電平。CODEC106生成的該PCM編碼數(shù)字音頻信號的能量電平依賴于MIC102拾取的音頻電平和在CODEC106內部完成的增益控制。聲碼器108響應PCMO線上接收的所測PCM編碼數(shù)字音頻信號的能量電平，生成反比于所測能量電平的數(shù)字增益控制信號。
在較佳實施例中，數(shù)字增益控制為3個比特。但是應該指出的是，可以根據(jù)所需發(fā)送控制信息的多少采用任意數(shù)量的控制比特。聲碼器108將這些數(shù)字增益控制信號比特多路復用為上述OCM接收幀的填充比特。因此在較佳實施例中，幀的3個填充比特被3個數(shù)字增益控制信號比特代替。這3個數(shù)字增益控制信號比特由CODEC106從幀內分離并用來調整內部發(fā)射增益。
由上可見，利用聲碼器108將數(shù)字增益控制比特多路復用到已經用來載帶PCM編碼數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的PCM接收幀中，減少了完成CODEC106和聲碼器108功能的ASIC的控制線和插腳數(shù)。因此無需在聲碼器108與CODEC106之間增加任何更多的接口就可以避免CODEC106生成的PCM編碼數(shù)字音頻信號內的失真。此外，由于聲碼器108自身產生數(shù)字增益控制信號，所以它知道CODEC106內部發(fā)射增益的預期變化，并且因此可以在背景噪聲估計中考慮到這種增益變化。
參見圖2，它示出了本發(fā)明電路的擴展框圖?？勺冊鲆娣糯笃?02接收模擬音頻信號。可變增益放大器202根據(jù)可變增益值放大模擬音頻信號，該增益值由聲碼器208生成的數(shù)字增益控制信號比特設定，經PCMI線傳送，并且由PCM接口206分離。A／D轉換器204將放大的模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號。PCM接口206隨后對數(shù)字音頻信號進行PCM編碼。PCM接口206還將PCM編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)放入PCMO線上的PCM編碼發(fā)送幀序列內并將數(shù)據(jù)傳送至聲碼器208以進一步完成數(shù)字信號處理和能量電平測量。
參見圖3，它示出了圖1的CODEC106示意性實施例的更為詳細的框圖。在發(fā)射側，來自MIC102的模擬音頻信號由可變音頻放大器302放大。它也可以由可選的固定音頻放大器304放大。模擬調制器206將放大的模擬音頻信號調制為數(shù)字音頻信號，隨后由TX濾波器和放大器308濾波以去除調制時產生的副產品寄生信號分量，PCM接口310隨后對數(shù)字音頻信號進行PCM編碼。PCM接口310還將PCM編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)放入PCMO線上PCM編碼發(fā)送幀序列內，數(shù)據(jù)被送至聲碼器208以完成進一步的數(shù)字信號處理和能量電平測量。
在接收側，PCM接口310經PCMI線接收PCM接收幀。PCM接口310去多路復用來自PCM接收幀的數(shù)字增益控制比特并利用數(shù)字增益控制比特以經控制線320控制可變音頻放大器302的增益并經控制線320控制TX濾波器208。在較佳實施例中，CODEC106的發(fā)射增益控制根據(jù)下列表I完成(所有增益值的單位為dB)表I 由表I可見，在較佳實施例中，通過調整可變音頻放大器302和TX濾波器和放大器308的增益，CODEC106的總發(fā)射增益可以2dB為單位從10dB(對于高聲說話者或環(huán)境)調整至24dB(對于低聲說話者或環(huán)境)。顯然，也可以采用其他的范圍和dB單位而不偏離本發(fā)明的范圍。
PCM接收幀內的PCM編碼數(shù)字音頻信號比特被PCM接口310分離和譯碼并送至RX音量控制312，在那里它們的增益得當調整，并且由RX濾波器和放大器314濾波和放大。譯碼數(shù)字音頻信號隨后被數(shù)字調制器320以數(shù)字方式解調并轉換為模擬音頻信號，該信號被揚聲器放大器(SPKR AMP)318放大以供揚聲器104(圖1)使用。
圖3示出了可變音頻放大器302和固定音頻放大器304的示意性電路圖。應該指出的是，圖3僅僅是示意性質的，并且本領域內技術人員將很容易地設計出略微有差別的放大器組而不偏離本發(fā)明的范圍。值得指出的是，雖然圖3示出的可變音頻放大器302和固定音頻放大器304為差分放大器，但是也可以將圖3的電路重新設計為單端電路而不偏離本發(fā)明的范圍。也可以改變無源網絡402以改變固定音頻放大器304的增益。在較佳實施例中，無源網絡402在CODEC106的外部從而可以對不同的應用在外部設定固定音頻放大器304的增益。在上述表I的實例中，固定音頻放大器304的增益被無源網絡402設定為18dB。圖3無源單元的示意值列于如下表II

上述較佳實施例的描述使得本領域內技術人員可以利用本發(fā)明。對于他們而言，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下對本發(fā)明作出各種修改和改動是顯而易見的，因此本發(fā)明的原理和范圍由下面所附權利要求限定。
權利要求
1．一種音頻頻帶處理器，其特征在于包括第一可變增益放大器，用于接收模擬音頻信號；模擬一數(shù)字轉換器，用于將所述模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號；以及接口電路，用于編碼所述數(shù)字音頻信號和將所述數(shù)字音頻信號放入編碼發(fā)送幀序列，并且用于接收編碼接收幀序列，每幀接收幀包含預定數(shù)量的編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)比特和預定數(shù)量的數(shù)字增益控制比特，所述接口電路還調整所述第一可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。
2．如權利要求1所述的音頻頻帶處理器，其特征在于進一步包括第二可變增益放大器，并且所述接口電路還調整所述第二可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。
3．一種控制音頻頻帶處理器增益的電路，其特征在于包括所述音頻頻帶處理器內的第一可變增益放大器，用于接收模擬音頻信號；所述音頻頻帶處理器內的模擬一數(shù)字轉換器，用于將所述模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號；接口電路，用于編碼所述數(shù)字音頻信號并且將所述數(shù)字音頻信號放入編碼發(fā)送幀序列內；以及聲碼器，用于測量所述編碼發(fā)送幀序列的能量水平并且生成數(shù)字增益控制比特以響應所述測量的能量水平，并用于生成編碼接收幀序列，每幀接收幀包含預定數(shù)量的編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)比特和預定數(shù)量的填充比特，并且用于將所述數(shù)字增益控制比特多路復用為所述填充比特；其中所述接口電路調整所述第一可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。
4．如權利要求3所述的電路，其特征在于進一步包括第二可變增益放大器，并且所述接口電路還調整所述第二可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。
5．一種用于具有第一可變增益放大器的音頻頻帶處理器內的音頻頻帶處理的方法，其特征在于包括以下步驟接收模擬音頻信號；將所述模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號；編碼所述數(shù)字音頻信號；將所述數(shù)字音頻信號放入編碼發(fā)送幀序列；接收編碼接收幀序列，每幀接收幀包含預定數(shù)量的編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)比特和預定數(shù)量的數(shù)字增益控制比特；以及調整所述第一可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。
6．如權利要求5所述的方法，其特征在于進一步包括調整第二可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特的步驟。
7．一種控制包含第一可變增益放大器的音頻頻帶處理器增益的方法，其特征在于包括以下步驟接收模擬音頻信號；將所述模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號；編碼所述數(shù)字音頻信號；將所述數(shù)字音頻信號放入編碼發(fā)送幀序列內；測量所述編碼發(fā)送幀序列的能量電平；生成數(shù)字增益控制比特以響應所述測量的能量電平；生成編碼接收幀序列，每幀接收幀包含預定數(shù)量的編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)比特和預定數(shù)量的填充比特；將所述數(shù)字增益控制比特多路復用為所述填充比特；以及調整所述第一可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。
8．如權利要求7所述的方法，其特征在于進一步包括調整第二可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特的步驟。
全文摘要
一種控制增益的音頻頻帶處理器和方法以及電路。音頻頻帶處理器包含:第一可變增益放大器(202),用于接收模擬音頻信號;模擬－數(shù)字轉換器(204),用于將所述模擬音頻信號轉換為數(shù)字音頻信號;以及接口電路(206),用于編碼所述數(shù)字音頻信號。接口電路(206)還將所述數(shù)字音頻信號放入編碼發(fā)送幀序列,并且接收編碼接收幀序列,每幀接收幀包含預定數(shù)量的編碼數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)比特和預定數(shù)量的數(shù)字增益控制比特。接口電路(206)還調整所述第一可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。在另一實施例中,音頻頻帶處理器進一步包括第二可變增益放大器(202),并且接口電路還調整所述第二可變增益放大器的增益水平以響應所述數(shù)字增益控制比特。
文檔編號G10L19/00GK1291377SQ98812063
公開日2001年4月11日 申請日期1998年12月14日 優(yōu)先權日1997年12月12日
發(fā)明者W·L·享姆比格呢, J·A·哈奇森四世, L·D·奧里維拉 申請人:夸爾柯姆股份有限公司