(57)【要約】      （修正有）【課題】雑音の多い環境のための改良された音声活動検出器及び有効化器を提供する。【解決手段】通信装置１００は、音声活動検出機構１３０，１３５を有するオーディオ処理装置１０９を含む。音声活動検出機構１３０，１３５は、通信装置１００に入力される信号のエネルギ加速度を測定し、該入力信号が音声であるか又は雑音であるかを当該測定に基づいて決定する。音声を検出する方法、及び入力信号が音声であるか又は雑音であるかを決定する方法も記載されている。エネルギ加速度ベースの音声活動検出器及び有効化器を、特に雑音環境に対して用いることにより、雑音に対する強固さ、早い応答、及び入力音声のレベルからの独立性の利点が与えられる。【選択図】図１
2010061151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声活動検出機構（１３０，１３５）を有するオーディオ処理装置（１０９）を備える通信装置（１００）であって、
前記音声活動検出機構（１３０，１３５）が、エネルギの平均値とエネルギの瞬時値との比を計算することにより前記通信装置（１００）に入力される信号のエネルギ加速度を測定し、且つ前記の入力された信号が音声であるか又は雑音であるかを前記測定に基づいてフレーム単位で決定するように構成され、
前記エネルギ加速度測定がエネルギ加速度スレッショルドより大きいエネルギ加速度値を生じる場合、入力フレームは音声フレームであると決定される（２６５）ことを特徴とする通信装置（１００）。
【請求項２】
前記音声活動検出機構が、当該音声活動検出機構（１３０，１３５）に入力される信号に対して音声のフレーム単位の検出を実行するように構成された音声活動検出器機能（１３０）を含む請求項１記載の通信装置（１００）。
【請求項３】
前記フレーム単位の検出は、（ｉ）前記音声活動検出機構（１３０，１３５）に入力される信号についてのエネルギ加速度測定をスペクトル全体に関して実行すること、  （ｉｉ）前記エネルギ加速度測定をスペクトルのサブバンドに関して実行すること、及び（ｉｉｉ）前記エネルギ加速度測定を各フレームのスペクトルの低周波数側半分内での値の分散の加速度を用いることにより実行すること、のうちの１又は複数から成る請求項２記載の通信装置（１００）。
【請求項４】
前記音声活動検出機構が、前記音声活動検出器機能（１３０）に動作可能に結合されて、バッファ内への前記入力信号の入力フレームのバッファリング動作に基づいて、且つ、１つ又は複数の前記エネルギ加速度測定に従って、前記入力信号が音声であるかを決定するように構成された音声活動決定機能（１３５）を含み、
前記音声活動決定機能（１３５）はさらに、前記バッファ内の前記バッファされた入力フレームの各々に対して真又は偽の指示を割り当てるように構成され、入力フレームに対する前記１つ又は複数のエネルギ加速度測定のうちの任意の１つが音声指示を返す場合に真の指示が割り当てられ、前記音声活動決定機能（１３５）はさらに、前記バッファ内の前記バッファされた一連の入力フレームの各々に対して割り当てられた前記指示が真である場合に前記バッファ内の前記入力信号が音声であると決定するように構成される請求項３記載の通信装置（１００）。
【請求項５】
前記音声活動検出機構は、或る数の前記の入力信号のフレーム平均又はローリング平均を用いてエネルギ加速度を測定するように構成される請求項１乃至４のいずれかに記載の通信装置（１００）。
【請求項６】
前記エネルギ加速度は、それぞれ（０×平均＋１×入力）及び（（Ｆｒａｍｅ−１）×平均＋１×入力）／Ｆｒａｍｅを用いて前記入力信号の２つのローリング平均の比を追跡することにより推定され、ここでＦｒａｍｅはフレーム・カウンタの値を表す請求項１乃至４のいずれかに記載の通信装置（１００）。
【請求項７】
フレーム平均を用いた前記エネルギ加速度の推定は、
【数１】
2010061151.tif 000008
である請求項５に記載の通信装置（１００）。
【請求項８】
前記エネルギ加速度測定が１つ又は複数の指定された余裕内にある場合、ローリング平均を用いたエネルギ加速度の推定は、
【数２】
2010061151.tif 000009
である請求項５又は６に記載の通信装置（１００）。
【請求項９】
前記バッファはＮフレームのバッファ長を有し、連続的な入力フレームが前記バッファに渡され、また前記バッファから放出され、前記バッファ内の入力フレームが音声フレームであると決定される場合、入力フレームが音声フレーム（２６５）であるとする決定が、前記バッファの中のより以前のフレームに対して遡及的に適用される請求項４記載の通信装置（１００）。
【請求項１０】
請求項３、４又は９のいずれか一項に記載の通信装置（１００）であって、前記サブバンドが音声信号の基本ピッチを含む、通信装置（１００）。
【請求項１１】
通信装置に入力される音声信号を検出する方法であって、
エネルギの平均値とエネルギの瞬時値との比を計算することにより前記通信装置（１００）へ入力される信号のエネルギ加速度を測定するステップと、
前記の入力信号が音声（３７０）であるか又は雑音（３７５）であるかを前記測定するステップに基づいてフレーム単位で決定するステップ（３１５、３３０、３５０）と
を備え、前記エネルギ加速度測定がエネルギ加速度スレッショルドより大きいエネルギ加速度値を生じる場合、入力フレームは音声フレームであると決定される（２６５）ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記フレーム単位の測定は、（ｉ）前記入力信号についてのエネルギ加速度測定をスペクトル全体に対して実行するステップ、（ｉｉ）前記エネルギ加速度測定をスペクトルのサブバンドに対して実行するステップ、及び（ｉｉｉ）前記エネルギ加速度測定を各フレームのスペクトルの低周波数側半分内での値の分散の加速度を用いることにより実行するステップ、のうちの１又は複数を含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記エネルギ加速度を測定するステップは、或る数の入力信号のフレーム平均又はローリング平均を用いることを特徴とする請求項１１又は１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記エネルギ加速度は、それぞれ（０×平均＋１×入力）及び（（Ｆｒａｍｅ−１）×平均＋１×入力）／Ｆｒａｍｅを用いて前記入力信号の２つのローリング平均の比を追跡することにより推定され、ここでＦｒａｍｅはフレーム・カウンタの値を表す請求項１１又は１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギ加速度を測定するステップは、
【数３】
2010061151.tif 000010
を計算することによりフレーム平均を用いて前記エネルギ加速度を推定するステップを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記エネルギ加速度を測定するステップは、前記エネルギ加速度測定が１つ又は複数の指定された余裕内にある場合に、
【数４】
2010061151.tif 000011
を計算することによりローリング平均を用いて前記エネルギ加速度を推定するステップを含む請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記バッファはＮフレームのバッファ長を有し、連続的な入力フレームが前記バッファに渡され、また前記バッファから放出され、前記方法は、
前記バッファ内の入力フレームが音声フレームであると決定される場合、前記決定を前記バッファの中のより以前のフレームに対して遡及的に適用するステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記決定するステップは、
前記入力信号の入力フレームをバッファ内にバッファするステップと、
前記バッファ内の前記バッファされた入力フレームの各々に対して真又は偽の指示を割り当てるステップであって、入力フレームに対するエネルギ加速度測定が音声指示を返す場合に真の指示が割り当てられる、ステップと、
前記バッファ内の前記バッファされた一連の入力フレームの各々に割り当てられた前記指示が真である場合に前記バッファ内の前記入力信号が音声であると決定するステップと
をさらに含む請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、音声の検出（通常、雑音環境内での音声活動検出（ＶＡＤ）として知られている。）に関する。本発明は、音声検出システムにおける音声信号のエネルギ加速度測定に適用可能であるが、それに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
移動通信セルラ電話標準用グローバル・システム（ＧＳＭ）、及び個人移動無線ユーザ用地上幹線無線（ＴＥＴＲＡ）システムのような多くの音声通信システムは、音声パターンを符号化及び復号するため音声処理装置を用いている。そのような音声通信システムにおいては、音声エンコーダは、アナログ音声パターンを、送信のための適切なディジタル・フォーマットに変換する。音声デコーダは、受信したディジタル音声信号を可聴アナログ音声パターンに変換する。
【０００３】
音声活動を検出する方法及び装置は、当該技術において既知である。音声活動検出器（ＶＡＤ）は、音声がオーディオ信号の一部にのみ存在するという仮定の下で動作する。この仮定は通常正しい。それは、沈黙又はバックグラウンド・ノイズ（背景雑音）のみを示す多くのオーディオ信号間隔が存在するからである。
【０００４】
音声活動検出器は、多くの目的のため用いることができる。これには、発話が存在しないとき、伝送システムにおいて送信活動全体を抑制し、従ってパワー及びチャネル帯域幅を潜在的に節約することが含まれる。ＶＡＤが音声活動が再開したことを検出すると、ＶＡＤは、送信活動を再開することができる。
【０００５】
音声活動検出器はまた、音声を含むオーディオ部分を「音声無し（無言）」であるオーディオ部分から区別することにより、音声記憶装置と関係して用いられることができる。従って、音声を含む部分は記憶装置に格納され、そして「音声無し」部分は廃棄される。
【０００６】
音声を検出する従来の方法は、少なくとも一部分、音声信号のパワーを検出して評価する方法に基づいている。推定されたパワーは、信号が音声であったか否かを決定するため、或る定数又は適応的スレッショルドと比較される。これらの方法の主要利点はそれらの複雑さが低く、それは、これらの方法を低い処理資源の実現にとって適したものにしている。そのような方法の主要欠点は、バックグラウンド・ノイズが「音声」が実際に存在しないとき「音声」を検出することを間違ってもたらす場合があることである。一方、存在する「音声」がはっきりしないので、その「音声」を検出し得ない場合があり、そしてバックグラウンド・ノイズのため検出が困難である場合があることである。
【０００７】
音声活動を検出する幾つかの方法は、雑音の多い移動環境に指向されており、そして音声信号の適応フィルタリングに基づいている。これは、最終決定の前に雑音成分を信号から低減する。周波数スペクトル及び雑音レベルは、上記方法が異なるスピーカに対してそして異なる環境で用いられるので変わり得る。従って、入力フィルタ及びスレッショルドは、多くの場合、これらの変動を追跡するように適応的である。
【０００８】
これらの方法の例が、ＧＳＭ仕様０６．４２音声活動検出器（ＶＡＤ）においてハーフ・レート、フル・レート及び増強フル・レート音声トラフィック・チャネルのそれぞれに対して与えられている。別のそのような方法は、ＩＴＵＧ．７２９添付Ｂで提案されている「マルチバウンダリ（多境界）（ｍｕｌｔｉ−ｂｏｕｄａｒｙ）音声活動検出アルゴリ
ズム」である。これらの方法は、雑音の多い環境においてより正確であるが、しかし実行するのに著しく複雑である。
【０００９】
これらの全ての方法は、音声信号を入力することを必要とする。音声復元スキーム（音声デコンプレッション・スキーム）を採用する一部のアプリケーションは、音声復元プロセス中に音声検出を実行することを必要とする。
【００１０】
Ｂｅｎｙａｓｓｉｎｅ他によるヨーロッパ特許出願Ｎｏ．ＥＰ−Ａ−０７５４１９は、以下のステップ、即ち
（ｉ）所定の組みのパラメータを到来音声信号から各フレームに対して抽出するステップと、
（ｉｉ）到来音声信号のフレーム音声化決定を各フレームに対して、所定の組みのパラメータから抽出された１組の差測定に従って行うステップと
を含む音声活動検出を指向している。
【００１１】
セルラ・システムのＶＡＤは、第三者が音声を発するとき、音声コーデック及びＲＦ回路等を含む無線装置は、バックグラウンド・ノイズ及び他の障害が存在する中でその音声を他の第三者に伝えるためアクティブ状態（活性状態）にあることを保証するため、バイアス状態にされている。しかしながら、これは、第三者が音声を発していないときデータを送信することを招くことになる。この損失は、バッテリ寿命を僅かに低くし、そしてシステムの他のセルにおける同一チャネル・ユーザに対する干渉を僅かに増大させる。これらは、本質的には２次（又はより高次）的効果である。
【００１２】
これらのシステムにおいて、有限の資源が二重呼び出し（ｄｕｐｌｅｘ  ｃａｌｌ）に対して使用可能であることの概念が無い。それは、アップリンク及びダウンリンクに関して全体に可能でありそしてそれに対して一貫している。なお、アップリンク及びダウンリンクは、通常、フルの帯域幅を同時に利用しているため異なる搬送波上である。
【００１３】
この発明の分野では、幾つかの音声活動又は音声開始検出器（ＶＡＤ／ＶＯＤ）が、有声音声を区別するため高調波構造のような音声の特性を（例えば、自己相関を介して、）用いることを試みていることが知られている。しかしながら、雑音において、これらの構造的インディケータは、音声構造の崩壊のためか、又は雑音における構造のためかで失敗する場合がある。これは、車両のエンジン、タイヤ又は空調雑音であるかも知れない。最後に、これらの方法は、無声音声を検出するのに弱い。
【００１４】
代替方法は、音声を検出するため、単純にフレーム・エネルギ・レベルを用いる方法である。これは、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）条件での音声に対して十分であり、そこでは雑音レベルを超えた任意のスレッショルドが、音声を示すため設定されることができる。しかしながら、このアプローチは、一層現実的な雑音条件で失敗である。
【００１５】
非正規化のデータベースに対して、又は現実の応用において、１組の例における雑音レベルが別の例における音声レベルより大きい場合がありそうであり、これは、スレッショルド値を設定することを不可能にする。これを克服する従来の方法は、発話（ｕｔｔｅｒａｎｃｅ）の最初の１００ミリ秒程度が雑音を表すという想定の下で、当該発話の最初の１００ミリ秒程度を平均化して、その発話に関してその場限りのスレッショルドを生成する方法である。しかしながら、再度、これは、雑音が初期推定から急速に発散する場合、又は雑音が高い分散を有する場合、又は最初の数フレームが実際に、推定された雑音よりむしろ音声を含む場合、非定常雑音に関して不十分である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、前述の欠点を改善する、雑音の多い環境のための改良された音声活動検出器及
び有効化器に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
［発明の陳述］
本発明の第１の局面に従って、請求項１記載の通信装置が提供される。
【００１８】
本発明の第２の局面に従って、請求項１１に記載された、通信装置に入力された音声信号を検出する方法が提供される。
【００１９】
本発明の第３の局面に従って、請求項１４に記載された、通信装置に入力された信号が音声であるか又は雑音であるかを決定する方法が提供される。
【００２０】
本発明の更なる態様が、それらに従属する請求項において主張されている。
【００２１】
要約すると、本発明は、音声の存在又は不在を示すため、エネルギ振幅測定よりはむしろエネルギ加速度測定を使用することにより、任意の振幅の非定常雑音のケースに対処することを目指している。
【００２２】
本発明の例示的実施形態が、ここで添付図面を参照して説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態の音声活動検出及び有効化を実行するよう適合された通信装置のブロック図を示す。
【図２】図２は、本発明の好適な実施形態に従った、雑音の多い環境のためのエネルギ加速度ベースの音声活動検出器のフロー・チャートを示す。
【図３】図３は、本発明の好適な実施形態に従った、雑音の多い環境のためのエネルギ加速度ベースの音声活動有効化のフロー・チャートを示す。
【図４】図４は、本発明の好適な実施形態に従ったバッファ動作を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［好適な実施形態の説明］
有声の音声（発話）は、その開始（ｏｎｓｅｔ）が振動しているか又は静止しているかのいずれかである声帯の活動に依存しているので、比較的高いエネルギ加速度値を有する。同様に、無声の開始（例えば、破裂音）はまた、高いエネルギ加速度値を有する。
【００２５】
本発明者は、狭帯域パワー・スペクトル又はメル・スペクトルのような有声化を強調する表現領域（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎａｌ  ｄｏｍａｉｎ）において、結果として生じたエネルギ加速度が非定常雑音より著しく高いことを確認した。唯一の著しい例外は、インパルス雑音（例えば、拍手）である。
【００２６】
従って、本発明の好適な実施形態に従って、本発明者は、人が音声信号の基本ピッチを含みそうである周波数領域のエネルギを集めることによりこれらの雑音に抗して追加的に区別することができることが分かった。特に、本発明の発明者は、音声の非構造化特性、即ち、エネルギ加速度（又は音声エネルギ又はその成分を表す或るメトリックの加速度）を用いることを提案する。
【００２７】
特に、本明細書に記載される発明概念に対する好適な応用は、ヨーロッパ電気通信標準協会（ＥＴＳＩ）により現在定義されつつある分散音声認識（ＤＳＲ）標準、即ち、「音声処理、伝送及び品質アスペクト（ＳＴＱ）；分散音声認識；フロントエンド特徴抽出アルゴリズム；圧縮アルゴリズム」（ＥＴＳＩＥＳ  ２０１ １０８  ｖｌ．１．２（２０
００−０４）、２０００年４月）である。
【００２８】
ここで、図１を参照すると、本発明の好適な実施形態の発明概念をサポートするよう適合されているオーディオ加入者装置１００が示されている。
【００２９】
本発明の好適な実施形態は、無線オーディオ通信装置、例えば、将来のセルラ無線通信システムのための第３世代パートナーシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ）標準で動作し且つＤＳＲ能力を提供することができる無線オーディオ通信装置を参照して説明される。しかしながら、音声活動検出及びその有効化に関連する、本明細書に記載される発明概念が音声信号に応答し、そして改良された音声活動検出回路から利益を得るいずれの電子装置に等しく適用可能であることは、本発明の意図内である。
【００３０】
当該技術で知られているように、オーディオ加入者装置１００は、好ましくは二重フィルタに結合されたアンテナ１０２、オーディオ加入者装置１００内で受信チェーンと送信チェーンとの分離を行うアンテナ・スイッチ又はサーキュレータ１０４を含む。
【００３１】
受信機チェーンは、受信機フロントエンド回路１０６（実効的には受信、フィルタリング及び中間又はベースバンド周波数変換を行う）を含む。フロントエンド回路１０６は、信号処理機能１０８（一般的にはディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）により実現される。）に直列に接続されている。信号処理機能１０８は、信号復調、誤り訂正及びフォーマット化を実行する。信号処理機能１０８からの復元されたデータは、オーディオ処理機能１０９に直列に結合され、当該オーディオ処理機能１０９は、受信信号を適切な要領でフォーマット化して、オーディオ・イナシエータ（ａｕｄｉｏ  ｅｎｕｎｃｉａｔｏｒ）／ディスプレイ１１１に送る。
【００３２】
本発明の様々な実施形態において、信号処理機能１０８及びオーディオ処理機能１０９は、同じ物理装置内に設けられ得る。制御器１１４は、オーディオ加入者装置１００の構成要素の情報の流れ及び動作状態を制御するよう構成されている。
【００３３】
送信チェーンに関しては、これは本質的に、オーディオ処理機能１０９、信号処理機能１０８、送信機／変調回路１２２及び電力増幅器１２４を通して直列に結合されるオーディオ入力装置１２０を含む。プロセッサ１０８、送信機／変調回路１２２及び電力増幅器１２４は、制御器１１４に動作的に応答する。電力増幅器１２４の出力は、最終の無線周波数信号を放射するため、二重フィルタ、アンテナ・スイッチ又はサーキュレータ１０４及びアンテナ１０２に結合される。
【００３４】
特に、オーディオ処理機能１０９は、音声活動決定機能１３５に動作可能に結合される音声活動（又は音声開始）検出（ＶＡＤ）機能１３０を含む。本発明の好適な実施形態に従って、ＶＡＤ機能１３０及び音声活動決定機能１３５は、改良された音声検出及び決定機構を与えるよう適合されており、その動作は更に、図２及び図３に関して説明される。特に、音声活動検出器機能１３０は、３つの測定から成るフレーム単位の検出段を含む。３つの周波数範囲測定は、
（ｉ）スペクトル全体、
（ｉｉ）スペクトルのサブバンド、及び
（ｉｉｉ）スペクトルの分散
を含む。
【００３５】
その次ぎに、音声活動決定機能１３５は、或る決定を、音声可能性に関して解析される測定値のバッファに基づいて実行する。決定段からの最終決定は、当該バッファの中の以前のフレームに遡及的に適用される。
【００３６】
本発明の好適な実施形態において、タイマ／カウンタ１１８はまた、図２及び図３の検出及び決定プロセスにおいてタイミング機能を実行するよう適合されている。
【００３７】
信号プロセッサ機能１０８、オーディオ処理機能１０９、ＶＡＤ機能１３０及び音声活動決定機能１３５は、動作可能に結合される個別の処理構成要素として実現され得る。代替として、１又はそれより多くのプロセッサを用いて、対応する処理動作のうちの１又はそれより多くの動作を実行し得る。更に別の代替実施形態において、前述の機能は、ハードウエア及びソフトウエアの混合、又はファームウエア構成要素として、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又はプロセッサ、例えばディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて、実行され得る。
【００３８】
勿論、オーディオ加入者装置１００内の様々な構成要素は、個別の又は一体型の構成要素形式で実現されることができ、従って、最終構造は単なる任意の選択である。
【００３９】
このため、本発明の好適な実施形態で使用のためエネルギ加速度の指示を実現するための幾つかの方法がある。
【００４０】
（ｉ）理論的に理想の方法は、以前に公開された米国特許出願Ｎｏ．６００９３９１に見られるように、エネルギ・レベルを発話の連続的フレームにわたり文字通り二重に微分する（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅ）方法である。このアプローチの欠点は、これが人が或る数のフレームを解析下でフレームの各側上で解析することが必要であるので、遅延を導入しそうであることである。
【００４１】
（ｉｉ）エネルギ加速度のゼロ遅延推定は、短期間平均の比を瞬時値と比較することにより、例えば、
フレーム平均
【００４２】
【数１】
2010061151.tif 000003
【００４３】
を用いて、又はローリング平均（Ｒｏｌｌｉｎｇ  Ａｖｅｒａｇｅ）
【００４４】
【数２】
2010061151.tif 000004
【００４５】
を用いて、得ることができる。
【００４６】
各ケースにおいて、この方法は、｀減速度´＜｀１´＜｀加速度´として解釈することができる値を戻す。次いで、人は、Ａ〜（本明細書では、「Ｘ〜」は記号Ｘの上に〜を付した記号を表す。）に対する経験値、及び音声を雑音から最良に区別する分母長（ｄｅｍｎｏｍｉｎａｔｏｒ  ｌｅｎｇｔｈ）を見つけることができる。
【００４７】
本発明の発明者は、好ましい最適解法は非定常雑音を迅速に追跡することができる分母（ｄｅｎｏｍｉｎａｔｏｒ）を見つけることであるが、しかしそれは音声開始を追跡するのに長すぎる。ローリング平均に対する提案された値シーケンスは、ａ＝０．２、ｂ＝０．８＊ａ、ｃ＝０．８＊ｂ等であり、それは、回帰法として単純に表されることができる。
ｄｔ＝０．２ｘｔ＋０．８ｄｔ−１            ［３］
従って、
Ａ＝ｘｔ／ｄｔ                          ［４］
検出段内の好適なＶＡＤ及びパラメータ初期化システムは、図２のフロー・チャートにまとめられている。非定常雑音において、長期間エネルギ・スレッショルドは、音声の信頼できるインディケータではない。同様に、高い雑音条件において、音声の構造（例えば、高調波）は、高調波が雑音により破損され得る、又は構造化された雑音が検出器を混乱させ得るので、インディケータとして全体的に依拠することができない。従って、好適な音声活動検出器は、音声の雑音に強固な特性、即ち音声開始と関連したエネルギ加速度を用いる。
【００４８】
ここで、図２を参照すると、好適な検出プロセスのフロー・チャート２００が示されて
いる。上記で示したように、この検出プロセスは、フレーム単位の解析を含む。好適なＶＡＤ機構は、「全体スペクトル」測定プロセスに関連する。ステップ２０５に示されるように、フレーム・カウンタを最初に評価して、それが「Ｎ」より小さいかどうかを決定する。なお、「Ｎ」はバッファされるフレームの数を定義する。好適な実施形態の例として、各フレームが例えば１０ミリ秒だけ増分することが確立されたと仮定すると、「Ｎ」は「１５」に設定される。ステップ２０５において、フレーム・カウンタが「Ｎ」より小さい場合、ステップ２１０に示されるように、初期加速度試験に関するローリング平均が更新される。ステップ２０５において、フレーム・カウンタが「Ｎ」より小さく無い場合、ステップ２１０を飛ばす。
【００４９】
次いで、ステップ２３５に示されるように、エネルギ加速度測定が１又はそれより多くの指定された余裕内にあるかどうかを評価するための決定を行う。ステップ２３５において、エネルギ加速度測定が１又はそれより多くの指定された余裕内にある場合、ステップ２４０におけるように、ローリング平均は更なるエネルギ加速度試験の結果を用いて更新される。ステップ２３５において、エネルギ加速度測定が１又はそれより多くの指定された余裕内に無い場合、ステップ２４０を飛ばす。
【００５０】
次いで、ステップ２６０に示されるように、エネルギ加速度測定が指定されたスレッショルドより大きいかどうかを評価するための決定を行う。ステップ２６０において、エネルギ加速度測定が指定されたスレッショルドより大きい場合、ステップ２６５におけるように、フレームは音声フレームと見なされる。ステップ２６０において、エネルギ加速度測定が指定されたスレッショルドより大きくない場合、ステップ２７０におけるように、フレームは雑音フレームと見なされる。
【００５１】
次いで、ステップ２７５におけるように、フレーム・カウンタが増分され、そしてプロセスはステップ２０５から繰り返される。
【００５２】
このプロセスに対する改良として、スペクトル全体の測定プロセスの代わりに、又はそれに加えて、オプションのステップ２１５及び２４５に示される副領域測定プロセスを実行し得る。スペクトルの特定の副領域が、その副領域が基本ピッチを最も含みそうであるので選択される。
【００５３】
副領域測定プロセスにおいて、全体スペクトルの測定におけるステップ２１０において、ひとたび初期加速度試験に関するローリング平均が更新されると、ステップ２２０に示されるように、エネルギ加速度測定がスレッショルド値より大きいかどうかを検査するための決定を行う。ステップ２２０において、エネルギ加速度測定がスレッショルド値より大きい場合、ステップ２２５に示されるように、他のパラメータを初期化するプロセスが中断される。ステップ２２０において、エネルギ加速度測定がスレッショルド値より大きくない場合、ステップ２３０におけるように、他のパラメータの初期化が更新される。次いで、プロセスは、図示のようにステップ２３５に戻る。
【００５４】
ステップ２３５において、上記の決定後に、エネルギ加速度測定が１又はそれより多くの指定された余裕内にあるかどうかを評価するための更に好適な決定を行う。ステップ２５０において、減速値を評価して、減速値が「高い」かどうかを決定し、そして「高い」場合、ステップ２５５に示されるように、エネルギ加速度試験に関するローリング平均が、ゆっくり更新される。次いで、ステップ２６０において、プロセスは、全体スペクトルの方法に戻る。
【００５５】
このようにして、副領域検出器の一般的により高い信号対雑音比（ＳＮＲ）は、それを非常に雑音に対して強固にする。しかしながら、それは、マイクロフォン及びスピーカの不都合な変化並びに帯域制限された雑音に対して弱い。従って、全ての状況において、測
定に依拠すべきでない。従って、本発明の好適な実施形態は、全体スペクトルの測定を増大するため副領域検出器を組み込む。
【００５６】
更なる測定プロセスは、例えば、各フレームのスペクトルの低側半分内で値の分散の「加速度」を用いて実行されるのが好ましい。分散の測定は、スペクトルの低側半分内の構造を検出し、それを有声の音声に対して非常に敏感にする。分散測定が、副領域プロセスのアプローチに続き、そしてスペクトルの低側半分が、選択された特定の副領域である。この分散測定が更に、全体スペクトル測定のアプローチを補完し、そのアプローチは、無声及び破裂性の音声をより良好に検出することができる。
【００５７】
３つ全ての測定は、それらの生の入力を、出願人がモトローラ社で発明者がＹａｎ−Ｍｉｎｇ Ｃｈｅｎの米国特許出願Ｎｏ．０９／４２７４９７に記載されるような二重ウィ
ナー・フィルタの最初の段により発生されたフィルタ・ゲインのスペクトル表現から取り出す。前述されたように、各測定は、このデータの異なる局面を用いる。
【００５８】
特に、全体スペクトル検出器は、二重ウィナー・フィルタの最初の段により発生されたフィルタ・ゲインの既知のメル・フィルタリング（Ｍｅｌ−ｆｉｌｔｅｒ）されたスペクトル表現を用いる。単一の入力値は、メル・フィルタ・バンクの和を二乗することにより得られる。
【００５９】
本発明の好適な実施形態において、全体スペクトル検出器は、以下に説明されるように、次のプロセスを全てのフレームに適用する。
【００６０】
ステップ１は、雑音推定トラッカ（ｎｏｉｓｅ  ｅｓｔｉｍａｔｅ  Ｔｒａｃｋｅｒ）を次の要領で初期化する。
フレーム＜１５、且つ加速度＜２．５の場合、トラッカ＝ＭＡＸ（トラッカ、入力）
エネルギ加速度測定は、音声が１５フレームのリードイン時間（ｌｅａｄ−ｉｎ  ｔｉｍｅ）内で生じる場合、トラッカが更新されることを防止する。
【００６１】
ステップ２は、現在の入力が雑音推定と似ている場合、トラッカ値を次の要領で更新する。
入力＜トラッカ＊上側限度、且つ入力＞トラッカ＊下側限度の場合、
トラッカ＝ａ＊トラッカ＋（１−ａ）＊入力
ステップ３は、最初の数フレーム内の音声又は非特性的に大きい雑音成分が存在する、それらのインスタンスに対するフェール・セーフ機構を提供する。これは、減衰に対するその結果生じる間違った高雑音推定を生じさせる。ステップ３は、次の要領で機能することが好ましい。
入力＜トラッカ＊フロアである場合、
トラッカ＝ｂ＊トラッカ＋（１−ｂ）＊入力
ステップ４は、現在の入力がトラッカより１６５％より大きい入力である場合、次の要領で「真」の音声決定として戻る。
入力＞トラッカ＊スレッショルドである場合は、
真を出力し、その他の場合は、偽を出力する。
短期間平均トラッカに対する瞬時入力の比は、連続の入力のエネルギ加速度の関数である。
【００６２】
ここで、上記においては、
ａ＝０．８  及び  ｂ＝０．９７
上側限度は１５０％であり、そして低側限度は７５％であり、
フロア（ｆｌｏｏｒ）は５０％であり、及び
スレッショルドは１６５％である。
【００６３】
特に、値が上側限度より大きいか又は下側限度とフロアとの間にある場合更新が無い。更に、上記で示したようにエネルギ加速度入力は、
連続した入力の二回微分法（ｄｏｕｂｌｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）か、又は
入力の２つのローリング平均の比を追跡することにより推定するか
のいずれかとして計算されることができる。
【００６４】
特に、早い適応ローリング平均と遅い適応ローリング平均との比は、連続した入力のエネルギ加速度を反映する。
【００６５】
一例として、上記で用いられる平均に対する寄与率は、
（ｉ）    ０＊平均＋１＊入力、及び
（ｉｉ）  （（フレーム−１）＊平均＋１＊入力）／フレーム
であって、エネルギ加速度測定を最初の１５個のフレームにわたりだんだんと敏感にする。
【００６６】
サブバンド検出器は、「全体スペクトル」測定に関して導出された第２、第３及び第４のメル・フィルタ・バンクの平均を用いるのが好ましい。次いで、検出器は、次のプロセスを全てのフレームに対して、以下に記載される要領で適用する。
【００６７】
（ｉ）      入力＝ｐ＊現在の入力＋（１−ｐ）＊以前の入力
（ｉｉ）    フレーム＜１５の場合、
トラッカ＝ＭＡＸ（トラッカ，入力）
（ｉｉｉ）  入力＜トラッカ＊上側限度、且つ入力＞トラッカ＊下側限度の場合、
トラッカ＝ａ＊トラッカ＋（１−ａ）＊入力
（ｉｖ）    入力＜トラッカ＊フロアの場合、
トラッカ＝ｂ＊トラッカ＋（１−ｂ）＊入力
（ｖ）      入力＞トラッカ＊スレッショルドの場合、
真を出力し、その他の場合は偽を出力する。
ここで、副領域測定において、ｐ＝０．７５である。
【００６８】
他の全てのパラメータは、スレッショルドを除いて、全体スペクトルの測定に関して同じであり、それは３．２５に等しい。
【００６９】
スペクトルの分散の測定のため、各フレームに関してゲインの狭帯域スペクトル表現の低周波数側半分を有する値の分散が、入力として用いられる。次いで、検出器は、全体スペクトルの測定に関して同じプロセスを正確に適用する。
【００７０】
分散は次のように計算される。
【００７１】
【数３】
2010061151.tif 000005
【００７２】
ここで、
Ｎ＝ＦＦＴの長さ／４、及び
ｗｉは、ゲインの狭帯域スペクトル表示の値である。
【００７３】
本発明の好適な実施形態に従って、前述した３つの測定は、図３のフロー・チャートに示されるように、ＶＡＤ決定アルゴリズムに与えられる。連続した入力はバッファに与えられ、それは文脈解析を提供する。これは、バッファの長さから１フレームを差し引いた大きさに等しいフレーム遅延を導入する。
【００７４】
ここで図３を参照すると、雑音が多い環境に対する加速度ベースの音声活動有効化プロセスのフロー・チャート３００が、本発明の好適な実施形態に従って示されている。
【００７５】
Ｎ＝７のフレーム・バッファに対して、ステップ３０５に示されるように、最も最近の真／偽の音声入力が、データ・バッファの中の位置Ｎに格納される。決定ロジックが、或る数の以下のステップを与え、好ましくはそれらの一つ一つを与える。
【００７６】
ステップ１：
ＶＮ＝測定１又は測定２又は測定３
入力ＶＮは、上記３つの測定のいずれかが真の音声指示を戻す場合、「真」と定義される。
【００７７】
ステップ２：
【００７８】
【数４】
2010061151.tif 000006
【００７９】
アルゴリズムは、ステップ３１０におけるように、バッファの中の「真」値の最も長い連続シーケンスを捜す。従って、例えば、シーケンス「Ｔ  Ｔ  Ｆ  Ｔ  Ｔ  Ｔ  Ｆ」に関して、Ｍは「３」に等しいであろう。
【００８０】
ステップ３：
Ｍ≧ＳＰ、且つＴＬ＜ＬＳの場合、Ｔ＝ＬＳ
ここで、ＳＰは、ステップ３１５において第１のスレッショルドと同等と見なして扱う。ステップ３１５において、真（Ｔ）の音声値の最も長いシーケンスが第１のスレッショルドに等しい又はそれを超える、即ち、ＳＰ＝３又はより多くの連続の「真」値である場合、バッファは、「可能性のある（ｐｏｓｓｉｂｌｅ）」音声を含むと判断される。ステップ３２０において、それが既に決定から存在しない（又は超えられていない）場合、ステップ３２５において、例えばＬＳ＝５フレームの短いタイマ（時間１）が活動状態にされる。
【００８１】
ステップ４：
Ｍ≧ＳＬ、且つＦ＞ＦＳの場合、Ｔ＝ＴＬであり、
その他の場合は、Ｔ＝ＬＬである。
【００８２】
ここで、ＳＬはステップ３３０において第２のスレッショルドと同等と見なして扱う。ＳＬ＝４又はより多くの連続した「真」値である場合、バッファは、再び、「可能性のありそうな（ｌｉｋｅｌｙ）」音声を含むと判断される。ステップ３３５において決定されるように、現在のフレームＦが初期リードイン安全期間ＦＳの外側にある場合、ステップ３４０において、例えば、ＬＭ＝２２フレームの中間タイマＴが活動状態にされる。その他の場合、ステップ３４５において、例えば、ＬＬ＝４０フレームのフェールセーフの長いタイマＴが用いられる。そのような構成は、発話の中の音声の早期の存在がＶＡＤの初期雑音推定を高すぎるようにし得るので、用いられる。
【００８３】
ステップ５：
Ｍ＜ＳＰ、且つＴ＞０の場合、Ｔ−−
ステップ３５０において、プロセスがＳＰ＝３より少ない連続の「真」値であると決定し、且つステップ３５５において、タイマがゼロより大きい場合、ステップ３６０において、タイマが減分される。
【００８４】
ステップ６：
Ｔ＞０の場合、「真」を出力し、その他の場合は、「偽」を出力する。
【００８５】
ステップ３６５において、タイマがゼロより大きい場合、ステップ３７０に示されるように、プロセスが「真」の音声の決定を出力する。代わりに、タイマがゼロより大きくない場合、ステップ３７５に示されるように、プロセスは、「雑音」の決定を出力する。
【００８６】
ステップ７：
フレーム＋＋の場合、バッファを左にシフトし、ステップ１に戻る。
【００８７】
ステップ３８０における次のフレームに対する準備において、バッファは、図４に示されるように、左にシフトされて、次の入力を受け入れる。出力音声決定は、バッファから放出されつつあるフレームに適用される。ステップ３０５において、プロセスは、データ・バッファに入力される次の真／偽に関して繰り返す。
【００８８】
前述したエネルギ加速度プロセスに基づいて、音声又は雑音の決定をする代替機構を実現することができることは本発明の意図内である。例えば、決定機構は、１又はそれより多くのタイマに基づかないでよく、そして１又はそれより多くのエネルギ加速度スレッショルドを超えたかどうかについて単に決定し得る。
【００８９】
ここで図４を参照すると、本発明の好適な実施形態に従ったバッファ動作４００の一例がより詳細に示されている。第１のスレッショルドが３つの連続の「真」値に対して設定されると仮定しよう。時間（時刻）「ｔ」４１０において、現在の入力（フレーム＃７）４２５及びその前の入力（フレーム＃６）４２０のみが「真」であったと仮定しよう。従って、バッファがシフトされたとき、第１のフレーム（フレーム＃１）４１５は、「偽」とマークされる。
【００９０】
時間（時刻）「ｔ＋１」４３０において、第３の「真」入力（フレーム＃８）４５０が受け取られ、それより早い２つの「真」入力４４０、４４５を補足する。従って、バッファがシフトされたとき、次の出力フレーム（フレーム＃２）４３５が、「真」とマークされる。
【００９１】
上記の決定プロセスにおいて、制約だけは次のとおりであることに注目すべきである。
【００９２】
（ｉ）  時間１＜時間２＜時間３、及び
（ｉｉ）スレッショルド１＜スレッショルド２。
【００９３】
これら３つの入力（フレーム＃６、フレーム＃７及びフレーム＃８）のみが「真」であると仮定すると、フルの出力シーケンスは、次のとおりである。
【００９４】
【表１】
2010061151.tif 000007
【００９５】
ここで、フレーム＃２−＃５は、バッファ・リードイン機能に起因して「真」を指示する。フレーム＃６−＃８は、実際の元の「真」の音声入力の位置として「真」を指示する。フレーム＃９−＃１２は、バッファ・リードアウト機能（ｂｕｆｆｅｒ  ｌｅａｄ−ｏｕｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に起因して「真」を指示する。フレーム＃１３−＃１８は、用いられるタイマ・ハングオーバ（ｔｉｍｅｒ  ｈａｎｇｏｖｅｒ）に応答して「真」を指示する。ひとたび発話の中の全てのフレームが入力されてしまうと、バッファは、空になるまで「偽」の入力（フレーム＃１９−＃ＬＭ）をシフトする。
【００９６】
オーディオ通信装置の要求に適合するため、バッファの長さ及びハングオーバ・タイマを動的に調整することができることは、本発明の意図内である。そのようにして、８のバッファ長「Ｎ」、及び５フレームのハングオーバ・タイマを用いた好適な実施形態は、説明の目的のみのため用いられている。しかしながら、バッファ長「Ｎ」はＮ≧ＳＬであるように常に決定されるべきであることに注目すべきである。
【００９７】
それをＶＡＤとして自己の権利で使用することに加えて、図２の方法ステップで実行されるエネルギ加速度測定を用いて、他のパラメータの初期化を有効化することができることは、本発明の意図内である。例えば、スペクトル減算スキームは、音声の最初の１０フレーム（典型的には１００ミリ秒）に基づく雑音の初期推定を必要とする。たとえ定常雑音においても、幾つかの事象が、初期推定を無効化するため起こり得る。そのような事象の例には次のものが含まれる。
【００９８】
（ａ）信号のランプアップ（ｒａｍｐ−ｕｐ）：
様々な可能性のある原因に起因して、記録の全くの開始は、評価の下で周期内のフル・ボリュームへ「ランプアップ」し得る。そのようなフル・ランプアップの裏にある理由は、ディジタル・システムにおけるバッファ充填、キャパシタンス、又はアナログ・システムでのテープ−ヘッド係合を含む。そのような事象の効果は、推定を無効化するであろう。従って、エネルギ加速度測定を用いて、そのようなランプアップを検出し、そこでエラーを防止し得る。
【００９９】
（ｂ）初期信号の中のスパイク：
共通の「スパイク」が、加入者無線装置上の「プレス・ツー・トーク（話すため押す）（ｐｒｅｓｓ−ｔｏ−ｔａｌｋ）（ＰＴＴ）」ボタンのフル配置でもって生じ、そこにおいて、電気的接触は、ボタンがスイッチの背面を打つことよりほんの僅かに先行する。そのような事象が起きたとき、図２のステップ２２５に示されるように、前述したエネルギ加速度測定を用いて、推定プロセスを中断することができる。
【０１００】
（ｃ）初期信号の中の音声：
特にＰＴＴシステムの場合の別の共通の出現事項は、ユーザがＰＴＴボタンを押すやいなやユーザが話し始めることである。このようにして、電気的接触は、しゃべりが始まった後で行われる。エネルギ加速度測定は、これを識別し、そして図２のステップ２２５に示されるように、雑音ベースの初期化をそのように中断し、又はデフォルト推定の使用を
強制することができる。
【０１０１】
要約すると、音声活動検出機構を有するオーディオ処理装置を含む通信装置を説明した。音声活動検出機構は、通信装置に入力される信号のエネルギ加速度の指示を与え、そして上記の入力信号が音声であるか又は雑音であるかを上記指示に基づいて決定する。
【０１０２】
その上、通信装置に入力される音声信号を検出する方法を説明した。この方法は、通信装置への入力信号の加速度を指示するステップと、上記入力信号が音声であるか又は雑音であるかを上記指示するステップに基づいて決定するステップとを含む。
【０１０３】
更に、通信装置に入力される信号が音声であるか又は雑音であるかを決定する方法を説明した。この方法は、上記の入力信号が音声であるか又は雑音であるかをエネルギ加速度に基づいて、例えば或る数の入力信号のフレーム平均又はローリング平均を用いて決定するステップを含む。
【０１０４】
従って、前述した、雑音の多い環境に対するエネルギ加速度ベースの音声活動検出器及び有効化器は、雑音に対する強固さ及び早い応答の利点を与える。好適な実施形態が絶対的測定の代わりにエネルギ加速度に依存した測定を用いるので、本明細書で説明した発明概念は、いずれの入力レベルの音声に対しても適用することができる。
【０１０５】
本発明の実施形態の特定のそして好適な実行が上記で説明されたが、当業者は、本発明の範囲内に入るそのような発明概念の変更及び修正を容易に適用することができるであろうことは明らかである。
【０１０６】
従って、従来技術の構成に係わる前述の欠点が実質的に改善された、雑音の多い環境のための改良された音声活動検出器及び有効化器が説明された。
【図１】
2010061151.tif 000012
【図２】
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【図３】
2010061151.tif 000014
【図４】
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