(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル信号処理により音声信号を高能率で圧縮する音声信号送信用符号化回路を有する音声信号送受信装置において、
上記音声信号送信用符号化回路で得られる分析パラメータを用いて雑音区間を検出する雑音区間検出手段と、
上記雑音区間検出手段で検出された雑音区間の雑音レベルを検出する雑音レベル検出手段と、
上記雑音レベル検出手段で検出された雑音レベルに応じて受話音量を制御する制御手段とを有し、
上記雑音区間検出手段は、入力音声信号の１フレームにつき、上記分析パラメータとして、１次の線形予測符号化係数、ピッチ成分の強弱を示すピッチゲイン、及びフレームパワーを用い、上記１次の線形予測符号化係数が所定のしきい値よりも小さく、上記ピッチゲインが所定の範囲内にあり、かつ上記入力音声信号の１フレームの該フレームパワーが所定のしきい値よりも小さいときに該１フレームを雑音区間とし、現在のフレームと過去のフレームでの上記フレームパワーの変化量が所定のしきい値を越えたときには、現在のフレームを雑音区間としていても、該現在のフレームを音声区間とすることを特徴とする音声信号送受信装置。
【請求項２】
上記雑音区間検出手段は、複数連続フレームの上記分析パラメータの値を考慮して、雑音区間の検出を行うことを特徴とする請求項１記載の音声信号送受信装置。
【請求項３】
上記雑音区間検出手段は、３連続フレームの上記分析パラメータの値を考慮して、雑音区間の検出を行うことを特徴とする請求項１記載の音声信号送受信装置。
【請求項４】
上記雑音レベル検出手段は、上記雑音区間検出手段で検出された雑音区間の雑音レベル出力に対してフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項１記載の音声信号送受信装置。
【請求項５】
上記雑音レベル検出手段が雑音レベル出力に対して施すフィルタ処理は、最小値フィルタ処理であることを特徴とする請求項４記載の音声信号送受信装置。
【請求項６】
上記雑音レベル検出手段が雑音レベル出力に対して施すフィルタ処理は、メディアンフィルタ処理であることを特徴とする請求項４記載の音声信号送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、音声信号送受信装置に関し、特に、ディジタル信号処理により音声信号を高能率で圧縮する音声信号送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低ビットレート、すなわち、4.8 〜9.6 Kbpsでの音声符号化方法には、ベクトル和励起リニア予測（ＶＳＥＬＰ：Vector Sum Excited Linear Prediction) 等のコード励起リニア予測（ＣＥＬＰ：Code Excited Linear Prediction) が提唱されている。
【０００３】
このＶＳＥＬＰについての技術内容は、モトローラ・インコーポレーテッドによる特表平２−５０２１３５号公報の「改良されたベクトル励起源を有するディジタル音声コーダ」及び「VECTOR SUM EXCITED LINEAR PREDICITION (VSELP) ：SPEECH CODING AT 8 KBPS :Ira A.Gerson and Jasiuk：Paper presented at theInt.Conf.on Acoustics, Speech and Signal Processing -April 1990 」に記載されている。
【０００４】
上記ＶＳＥＬＰを用い音声を高能率で圧縮するディジタル信号処理による音声符号化装置としては、ＶＳＥＬＰエンコーダがある。このＶＳＥＬＰエンコーダは、入力された音声信号から音声のフレームパワー、反射係数及び線形予測係数、ピッチ周波数、コードブック、ピッチ及びコードブックのゲイン等のパラメータを分析し、この分析パラメータを用いて、音声を符号化している。このような音声を高能率で圧縮するディジタル信号処理による音声符号化装置である上記ＶＳＥＬＰエンコーダは、携帯用電話装置に適用されている。
【０００５】
この携帯用電話装置は、室外で使用する事が多いので、周囲の背景雑音により、しばしば通話が聞きずらくなることがある。これは、雑音によるマスキング効果によって受話者の最少可聴値が上昇し、受話音声の明瞭度や了解度が劣化するためである。これに対して、送話側では雑音の抑圧又は話者の声量のアップ、受話側では再生音量のアップ、又全体として話者と電話器の密接な音響カップリング等が必要になる。このため、携帯用電話装置には回りの環境に応じて受話音量を手動で切り換えるスイッチがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように携帯用電話装置を使用する際、回りの環境に応じて受話音量を手動で切り換えるのは面倒である。この受話音量の切り換えを自動で行えるようになれば便利である。
【０００７】
この受話音量の切り換えを自動で行おうとする場合、回りの雑音レベルを正確に検出できるか否かが問題となってくる。通話中に入力音声用（送話用）のマイクロフォンから混入する雑音には様々なものがあるがこれらの雑音（以下背景雑音という）と音声の区間を分離するのはかなり難しかった。
【０００８】
これに対し、信号に含まれている基本周期やピッチ等を検出したり、信号波形のゼロクロスの頻度を見たり、周波数成分の分布をみること等を併用することで、背景雑音区間と音声区間とを区別することが考えられてきた。これらの手法は、簡便である反面、誤検出がしばしばあった。又、精度を向上するためのアルゴリズムも提案されているが、かなりの演算量を要する。例えば長時間の平均的な線形予測符号化（ＬＰＣ）係数を用いて、入力信号に逆フィルタリングを施し、その残差レベルをモニタする方法なども提案されているが演算量が多くなってしまっていた。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、少ない演算量ながら高精度、高信頼度で背景雑音を検出し、該検出背景雑音に応じて再生音量である受話音量をコントロールして明瞭度の高い受話音を聞かせる音声信号送受信装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る音声信号送受信装置は、上述の課題を解決するために、ディジタル信号処理により音声信号を高能率で圧縮する音声信号送信用符号化回路を有する音声信号送受信装置において、上記音声信号送信用符号化回路で得られる分析パラメータを用いて雑音区間を検出する雑音区間検出手段と、上記雑音区間検出手段で検出された雑音区間の雑音レベルを検出する雑音レベル検出手段と、上記雑音レベル検出手段で検出された雑音レベルに応じて受話音量を制御する制御手段とを有し、上記雑音区間検出手段は、入力音声信号の１フレームにつき、上記分析パラメータとして、１次の線形予測符号化係数、ピッチ成分の強弱を示すピッチゲイン、及びフレームパワーを用い、上記１次の線形予測符号化係数が所定のしきい値よりも小さく、上記ピッチゲインが所定の範囲内にあり、かつ上記入力音声信号の１フレームの該フレームパワーが所定のしきい値よりも小さいときに該１フレームを雑音区間とし、現在のフレームと過去のフレームでの上記フレームパワーの変化量が所定のしきい値を越えたときには、現在のフレームを雑音区間としていても、該現在のフレームを音声区間とすることを特徴としている。
【００１６】
また、上記雑音区間検出手段は、複数連続フレームの上記分析パラメータの値を考慮して、雑音区間の検出を行ってもよい。
【００１７】
また、上記雑音レベル検出手段は、上記雑音区間検出手段で検出された雑音区間の雑音レベル出力に対してフィルタ処理を施すのが好ましい。
【００１８】
また、上記雑音レベル検出手段が雑音レベル出力に対して施すフィルタ処理は、最小値フィルタ処理であってもよいし、メディアンフィルタリング或いは平滑化フィルタ処理でもよい。
【００２０】
ここで、上記雑音レベル検出手段は、上記送信部の上記送話用マイクロフォンに送信通話用電源オン直後に入力される音声レベルを検出する。
【００２１】
また、上記雑音レベル検出手段は、上記送信部の着信信号の待機状態において、所定期間毎に上記送信用マイクロフォンに入力される音声レベルを検出してもよい。
【００２２】
また、上記雑音レベル検出手段は、上記受信部の音声レベルが所定値以上のときに、上記送話用マイクロフォンに入力される音声レベルを検出してもよい。
【００２３】
【作用】
本発明に係る音声信号送受信装置は、雑音区間検出手段が音声信号送信用符号化回路で得られる分析パラメータを用いて雑音区間を検出するので、少ない演算量ながら高精度、高信頼度の下に雑音区間を検出でき、雑音レベル検出手段がその雑音区間の雑音レベルを検出し、制御部がその雑音レベルに応じて再生音声の音量を制御するので、明瞭度の高い受話音を供給できる。
【００２４】
また、本発明に係る音声信号送受信装置は、雑音レベル検出手段が送信部に送話音声入力がないときに、送話用マイクロフォンに入力される音声レベルを雑音レベルとして検出し、制御手段が該検出された雑音レベルに応じて受話音量を制御するので、背景雑音の影響に左右されない明瞭度の高い受話音を供給できる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明に係る音声信号送受信装置の好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施例となる携帯電話装置の概略構成を示すブロック回路図である。
【００２６】
この実施例は、図１に示すように、ディジタル信号処理により音声信号を高能率で圧縮するベクトル和励起リニア予測（ＶＳＥＬＰ：Vector Sum Excited Linear Prediction) エンコーダ３と、このＶＳＥＬＰエンコーダ３で得られる分析パラメータを用いて背景雑音（以下適宜に雑音という）区間を検出する雑音区間検出回路４と、この雑音区間検出回路４で検出された雑音区間の雑音レベルを検出する雑音レベル検出回路５と、この雑音レベル検出回路５で検出された雑音レベルに応じて受話音量を制御するマイクロコンピュータ６とを有して構成されている。
【００２７】
上記ＶＳＥＬＰエンコーダ３を用いた音声符号化方法としては、アナリシスバイシンセス（Analysis by synthesis ）によるコードブックサーチにより、低ビットレートによる高品質音声伝送を実現している。また、ＶＳＥＬＰを用いた音声符号化方法を適用した音声符号化装置（音声コーダ）においては、入力音声信号の特性を形成するピッチ等をコードブックに記憶されたコードベクトルを選択することで励起させて音声を符号化している。この符号化の際に用いるピッチ周波数等のパラメータには、フレームパワー、反射係数及び線形予測係数、コードブック、ピッチ及びコードブックのゲイン等がある。
【００２８】
本実施例は、これらの分析パラメータの内、フレームパワーＲ0 、ピッチ成分の強弱を示すピッチゲインＰ0 、１次の線形予測符号化係数α1 及びピッチ周波数に関するラグLAG を背景雑音検出に利用する。例えばフレームパワーＲ0 を利用するのは、音声レベルと雑音レベルが同じになることはほとんどないためであり、ピッチゲインＰ0 を利用するのは、周囲雑音がほぼランダムであるとすれば、この周囲雑音はピッチをほとんど持たないと考えられるためである。
【００２９】
また、１次の線形予測符号化係数α1 を用いるのは、このα1 が大か小かで、周波数の高域成分が強いかあるいは低域成分が強いかを判定できるからである。通常、背景雑音は、周波数の高域成分に集中しており、上記１次の線形予測符号化係数α1 から背景雑音を検出できる。この１次の線形予測符号化係数α1 は、直接型の高次のＦＩＲフィルタを２次のＦＩＲフィルタのカスケードに分解したときのＺ-1の項の係数の和である。したがって、零点が０＜θ＜π／２の範囲にある時、１次の線形予測符号化係数α1 は大きくなる。よって、このα1 が所定のしきい値より大きいときは、低域にエネルギーの集中した信号ということになり、所定のしきい値より小さいときは、高域にエネルギーの集中した信号ということになる。
【００３０】
ここで、θと周波数との関係について説明しておく。
サンプリング周波数をｆとすると、０〜ｆ／２の周波数がディジタルフィルタ等のディジタルシステムにおいて、０〜πに相当する。例えば、サンプリング周波数ｆを８ＫHzとすると、（０〜４ＫHz）は（０〜π）に相当し、よって、π／２＝２ＫHzとなる。したがって、θが小さいほど周波数成分が低域になる。また、θが小さくなれば、α1 は大きくなるので、α1 と所定のしきい値との関係を調べることで低域成分が強いのか高域成分が強いのかが分かる。
【００３１】
次に、上記雑音区間検出回路４は、上記ＶＳＥＬＰエンコーダ３から上記分析パラメータすなわちフレームパワーＲ0 、ピッチ成分の強弱を示すピッチゲインＰ0 、１次の線形予測符号化係数α1 及びピッチ周波数に関するラグLAG を受け取り、雑音区間を検出する。これは、携帯電話装置が小型化されていく現在、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）装置やメモリの大きさが制限されており、演算量を増やすのを避けるためにも有効である。
【００３２】
上記雑音レベル検出回路５は、上記雑音区間検出回路４で検出された雑音区間の音声レベルすなわち送話用音声レベルを検出する。ここで、検出される送話用音声レベルは、上記雑音区間検出回路４の上記分析パラメータを用いた判定により最終的に雑音区間とされたフレームのフレームパワーＲ0 の値としてもよい。但し、検出ミスの可能性があるので、このフレームパワーＲ0 を後述するように例えば５タップの最小値フィルタ等に入力する。
【００３３】
上記マイクロコンピュータ６は、上記雑音区間検出回路４での雑音区間検出と上記雑音レベル検出回路５での雑音レベル検出のタイミングを制御すると共に、該雑音レベルに応じて再生音声の音量を制御する。
【００３４】
このような本実施例は、以下に説明するように全体的に構成されている。
すなわち、送話用マイクロフォン１で電気信号とされた入力音声信号は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２によりディジタル信号とされて、ＶＳＥＬＰエンコーダ３に供給される。このＶＳＥＬＰエンコーダ３は、ディジタル信号とされた入力信号を分析し、情報圧縮をし、符号化を行う。この際、入力音声信号のフレームパワー、反射係数及び線形予測係数、ピッチ周波数、コードブック、ピッチ及びコードブックのゲイン等の分析パラメータを用いている。
【００３５】
上記ＶＳＥＬＰエンコーダ３で情報圧縮、符号化が施されたデータは、ベースバンド信号処理回路７に供給され、同期信号の付加、フレーミング、誤り訂正符号等を付加される。そして、ベースバンド信号処理回路７からの出力データは、ＲＦ送受信回路８に供給され、必要な周波数に変調されてアンテナ９から送信される。
【００３６】
ここで、上記ＶＳＥＬＰエンコーダ３が用いた分析パラメータの内、上述したようにフレームパワーＲ0 、ピッチ成分の強弱を示すピッチゲインＰ0 、１次の線形予測符号化係数α1 及びピッチ周波数に関するラグLAG は、上記雑音区間検出回路４に供給される。この雑音区間検出回路４は、上記フレームパワーＲ0 、ピッチ成分の強弱を示すピッチゲインＰ0 、１次の線形予測符号化係数α1 及びピッチ周波数に関するラグLAG を用いて、雑音区間の検出を行う。この雑音区間検出回路４で最終的に雑音区間であるとされたフレームに関する情報（フラグ情報）は、上記雑音レベル検出回路５に供給される。
【００３７】
上記雑音レベル検出回路５には、上記Ａ／Ｄ変換器２からのディジタル入力信号も供給されており、上記フラグ情報に応じて雑音区間の信号レベルを検出する。この場合の信号レベルは、上述したようにフレームパワーＲ0 としてもよい。
【００３８】
上記雑音レベル検出回路５で検出された雑音レベルデータは、制御部であるマイクロコンピュータ６に供給される。このマイクロコンピュータ６には、後述するように受信側レベル検出回路１１からの情報も供給されており、これらの情報を下に後述するように可変利得アンプ１３の利得を可変することにより受話音量を制御する。
【００３９】
この受話音量とは、本実施例の携帯電話装置に送信されてきた通話相手からの信号を再生するときの音量である。この通話相手からの信号は、アンテナ９により受信され、ＲＦ送受信回路８に供給される。
【００４０】
このＲＦ送受信回路８によりベースバンドに復調された相手側からの入力音声信号は、ベースバンド信号処理回路７に供給され、所定の信号処理が施される。このベースバンド信号処理回路７からの信号は、ＶＳＥＬＰデコーダ１０に供給される。このＶＳＥＬＰデコーダ１０は、この情報を元に音声信号をデコードする。デコードされた音声信号は、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２に供給され、アナログ音声信号に変換される。
【００４１】
上記ＶＳＥＬＰデコーダ１０からのデコードされた音声信号は、受信側レベル検出回路１１にも供給される。この受信側レベル検出回路１１は、受信側音声のレベルの検出を行い、現在受話音声（相手側からの入力音声信号）があるか否かを判定する。この受信側レベル検出回路１１からの検出情報は、上記マイクロコンピュータ６に供給される。
【００４２】
上記Ｄ／Ａ変換器１２からのアナログ音声信号は、可変利得アンプ１３に供給される。この可変利得アンプ１３の利得は、上述したように上記マイクロコンピュータ６により可変されているので、スピーカ１４から発せられる再生音量（受話音量）は、雑音（背景雑音）に応じて、マイクロコンピュータ６により制御される。
【００４３】
なお、このマイクロコンピュータ６には、表示装置１５、電源回路１６及びキーボード１７が接続されている。表示装置１５は、この本実施例である携帯電話装置が使用可能であるか、キーボード１７で使用者が押圧したキースイッチが何であるか等を表示する。
【００４４】
次に、本実施例を構成する上記雑音レベル検出回路５での雑音レベルの検出について以下に説明する。
先ず、雑音レベルを検出する区間は、上記雑音区間検出回路４で検出された雑音区間であることが条件となる。この雑音区間を検出するタイミングは、上述したように上記マイクロコンピュータ６で制御される。この雑音区間の検出は、上記雑音レベル検出回路５での雑音レベルの検出を補助するためのものである。すなわち該当するフレームが有声音である音声かあるいは雑音であるかを判定し、雑音であるという判定であれば雑音レベルの検出が可能となる。当然のことながら、より精度の高い雑音レベルの検出は、雑音のみが存在する時に行うのが良いのは明らかである。したがって、本実施例では、送話音声入力が無いときに送話用マイクロフォン１に入力される音声レベルを送話用音声レベル検出手段でもある雑音レベル検出回路５に検出させている。
【００４５】
先ず、雑音レベルの初期値として例えば使用者が設定した音量レベルに対して−２０dBを設定する。この初期設定値に対して後述するように検出された雑音レベルが大きいと判断された時には、受信部での再生音量レベルを上昇させる。
【００４６】
雑音レベルは、フレーム毎の入力音声が背景雑音区間であれば、上述したように検出しやすい。このため、本実施例では、送信部の送信通話用電源がオンとされた直後、送信部の着信信号の待機状態及び通話中であって受信部の音声レベルが所定値以上のときに入力される音声を背景雑音とし、この間のフレームの雑音レベルを検出している。
【００４７】
ここで、送信部の送信通話電源がオンとされることは、使用者が本実施例の携帯電話装置の使用を開始する意思表示である。このとき、本実施例は、通常、内部の各回路の自己診断を行い、次に、使用者がアンテナ９を張ると基地局との接続を確認した上でスタンバイ状態に入る。これらの一連の動作を経て初めて使用者からの入力（入力音声）を受けるので、使用者がこの間に音声を発することはない。したがって、この一連の動作の最中に上記送話用マイクロフォン１を使用して音声レベルを検出すれば、検出された音声レベルは周囲のノイズレベルすなわち背景雑音レベルである。なお、同様に、通話開始直前で使用者が発振操作をした最中又は直後も背景雑音レベルの検出が可能である。
【００４８】
また、送信部の着信信号の待機状態とは、受話部の電源をオンにして、相手側からの通話信号の着信を待ち受けている状態である。この状態のときには、当然のことながら通話中ではないので、使用者の送話音声が無いと考えられる。そこで、この待ち受け状態に、送話用マイクロフォン１を用いて周囲の音量レベルを測定すれば、背景雑音レベルを検出できる。なお、この測定は、適当な間隔で行い平均化してもよい。
【００４９】
以上により、送信部の送信通話電源がオンとされた直後及び送信部の着信信号の待機状態で背景雑音レベルが推定でき、それに応じた音声処理によって通話がスタートできるが、その後の背景雑音レベルの変化に対しては、通話中もダイナミックに追従することが好ましい。そこで、本実施例では、通話中での受信部の音声レベルに応じても背景雑音レベルの検出を行っている。
【００５０】
この通話中での受信部の音声レベルに応じた雑音レベルの検出は、上述したように受話側のＶＳＥＬＰエンコーダ３で用いられる分析パラメータにより雑音区間を検出してから行うのが好ましい。
【００５１】
例えば、フレームパワーＲ0 をモニタしそのレベルがある基準のレベル以上であるときや、相手が話しているときを利用して雑音レベルを検出すること等により、より確実に雑音の検出ができるので、相手が話しているときの再生音量をリアルタイムで制御でき、より快適な通話品質が実現できる。
【００５２】
このように本実施例では、送信部の送信通話用電源がオンとされた直後、送信部の着信信号の待機状態及び通話中であって送信部の音声がないときに、上記マイクロコンピュータ６が上記雑音区間検出回路４及び上記雑音レベル検出回路５の検出タイミングを制御している。
【００５３】
次に、上記雑音区間検出回路４での雑音区間検出動作について、図２及び図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００５４】
先ず、図２のフローチャートが開始されるとステップＳ１では、上記ＶＳＥＬＰエンコーダ３からフレームパワーＲ0 、ピッチ成分の強弱を示すピッチゲインＰ0 、１次の線形予測符号化係数α1 及びピッチ周波数に関するラグLAG を受け取る。
【００５５】
本実施例においては、上記ステップＳ１で供給された各分析パラメータを用いた以下の各ステップでの判別を基本的に３フレームで行うことにした。これは、１フレームだけで背景雑音の判別を行うと誤りが多くなるためである。そして、３フレームに渡り各パラメータの範囲を見ながら、雑音区間を判別したら、ノイズフラグを“１”とし、そうでなければ“０”にセットする。３フレームの内訳は、現在のフレームと１、２フレーム前までのフレームである。
【００５６】
このような連続した３フレームを通しての分析パラメータによる判別を以下の各ステップで行う。
【００５７】
先ず、ステップＳ２では、入力音声のフレームパワーＲ0 が３フレーム連続して所定のしきい値Ｒ0th より小さいか否かを判別する。ここで、ＹＥＳ（Ｒ0 が３フレーム連続してＲ0th より小さい）と判別するとステップＳ３に進み、ＮＯ（Ｒ0 が３フレーム連続してＲ0th 以上である）と判別するとステップＳ９に進む。この所定のしきい値Ｒ0th は、それ以上のレベルをノイズではなく、音声と見なす値である。すなわち、このステップＳ２は、信号レベルのチェックである。
【００５８】
ステップＳ３では、入力音声の１次の線形予測符号化（ＬＰＣ）係数α1 が３フレーム連続して所定のしきい値αthより小さいか否かを判別する。ここでＹＥＳ（α1 が３フレーム連続してαthより小さい）と判別するとステップＳ４に進み、ＮＯ（α1 が３フレーム連続してαth以上である）と判別するとステップＳ９に進む。この所定のしきい値αthは、雑音を分析したときにはほとんど表れることのない値になっている。すなわち、このステップＳ３は、音声スペクトルの傾きのチェックである。
【００５９】
ステップＳ４では、現在の入力音声のフレームのフレームパワーＲ0 の値が“５”より小さいか否かを判別する。ここで、ＹＥＳ（Ｒ0 が５より小さい）と判別すると、ステップＳ５に進み、ＮＯ（Ｒ0 が５以上である）と判別すると、ステップＳ６に進む。ここで、“５”をしきい値としたのは、フレームパワーＲ0 が“５”より大である場合のフレームは、有声音である確率が高いためである。
【００６０】
ステップＳ５では、入力音声信号のピッチゲインＰ0 の値が３フレーム連続して０．９より小さく、かつ現在のピッチゲインＰ0 が０．７より大きいか否かを判別する。ここで、ＹＥＳ（ピッチゲインＰ0 の値が３フレーム連続して０．９より小さく、かつ現在のピッチゲインＰ0 が０．７より大きい）と判別すると、ステップ８に進み、ＮＯ（ピッチゲインＰ0 の値が３フレーム連続して０．９以上、また現在のピッチゲインＰ0 が０．７以下である）と判別すると、ステップＳ９に進む。上記ステップＳ３から上記ステップＳ５までは、ピッチ成分の強弱のチェックである。
【００６１】
ステップＳ６では、上記ステップＳ４での判別結果（ＮＯ：Ｒ0 が５以上である）を受けて、そのフレームパワーＲ0 が５以上２０未満であるか否かを判別する。ここでＹＥＳ（Ｒ0 が５以上２０未満である）と判別するとステップＳ７に進み、ＮＯ（Ｒ0 が５以上２０未満でない）と判別するとステップＳ９に進む。
【００６２】
ステップＳ７では、入力音声信号のピッチゲインＰ0 の値が３フレーム連続して０．８５より小さく、かつ現在のピッチゲインＰ0 が０．６５より大きいか否かを判別する。ここで、ＹＥＳ（ピッチゲインＰ0 の値が３フレーム連続して０．８５より小さく、かつ現在のピッチゲインＰ0 が０．６５より大きい）と判別すると、ステップ８に進み、ＮＯ（ピッチゲインＰ0 の値が３フレーム連続して０．８５以上、また現在のピッチゲインＰ0 が０．６５以下である）と判別すると、ステップＳ９に進む。
【００６３】
ステップＳ８では、上記ステップＳ５又は上記ステップＳ７でのＹＥＳの判別結果を受けて、ノイズフラグを“１”とする。ノイズフラグを“１”とすることは、そのフレームを雑音とすることである。
【００６４】
ステップＳ９では、上記ステップＳ２、上記ステップＳ３、上記ステップＳ５、上記ステップＳ６及び上記ステップＳ７での判別がＮＯとされた場合に、ノイズフラグを“０”とし、該当フレームを音声であるとする。
【００６５】
次に、図３のフローチャートに移る。
ステップＳ１０では、入力音声信号のピッチラグLAG が０であるか否かの判別を行う。ここでＹＥＳ（LAG が０である）と判別すると、ピッチ周波数を表すLAG が０の場合は、音声である確率はほとんどないので、そのフレームを雑音とする。すなわち、ステップＳ１１に進みノイズフラグを“１”とする。ここでＮＯ（LAG が０でない）と判別するとステップＳ１２に進む。
【００６６】
ステップＳ１２では、フレームパワーＲ0 が２以下であるか否かを判別する。ここで、ＹＥＳ（Ｒ0 が２以下である）と判別するとステップＳ１３に進み、ＮＯ（Ｒ0 が２より大きい）と判別するとステップＳ１４に進む。このステップＳ１２は、フレームパワーＲ0 がかなり小さいか否かを判別しており、ＹＥＳと判定すると次のステップＳ１３でノイズフラグを“１”とし、そのフレームを雑音としている。
【００６７】
ステップＳ１３では、上記ステップＳ１１と同様にそのフレームを雑音とすべく、ノイズフラグを“１”とする。
【００６８】
ステップＳ１４では、現在のフレームのフレームパワーＲ0 から１つ前のフレームパワーＲ0 を減算し、その絶対値が３を越えるか否かを判別する。現在のフレームと１つ前のフレームでのフレームパワーＲ0 の変化が急に大きくなるときには、そのフレームを音声フレームとするためである。すなわち、このステップＳ１４でＹＥＳ（現在のフレームと１つ前のフレームのフレームパワーＲ0 の変化が急激に大きくなった）と判定するとステップＳ１６に進み、ノイズフラグを“０”とし、そのフレームを音声フレームとする。また、ここで、ＮＯ（現在のフレームと１つ前のフレームのフレームパワーＲ0 の変化が急激に大きくならない）と判別すると、ステップＳ１５に進む。
【００６９】
ステップＳ１５では、現在のフレームのフレームパワーＲ0 から２つ前のフレームパワーＲ0 を減算し、その絶対値が３を越えるか否かを判別する。現在のフレームと２つ前のフレームでのフレームパワーＲ0 の変化が急に大きくなるときには、そのフレームを音声フレームとするためである。すなわち、このステップＳ１５でＹＥＳ（現在のフレームと２つ前のフレームのフレームパワーＲ0 の変化が急激に大きくなった）と判定するとステップＳ１６に進み、ノイズフラグを“０”とし、そのフレームを音声フレームとする。また、ここで、ＮＯ（現在のフレームと２つ前のフレームのフレームパワーＲ0 の変化が急激に大きくならない）と判別すると、ステップＳ１７に進む。
【００７０】
ステップＳ１７では、最終的にノイズフラグを“０”又は“１”と決定し、そのフラグ情報を上記雑音レベル検出回路５に供給する。
【００７１】
以上、図２及び図３に示したフローチャートによる雑音区間検出回路４での動作により得られたフラグ情報に応じて上記雑音レベル検出回路５は、雑音区間の音声レベルを検出する。
【００７２】
ところで、上記雑音区間検出回路４での雑音区間検出では、完全に音声区間と雑音区間とを区別することは出来ず、また、音声を誤って雑音として検出してしまうことが起こりえる。この検出誤りは、ほとんどが音声の子音部で起きる。背景雑音が子音部と略々同じくらいのレベルで混入している場合は、誤検出しても報告される雑音レベルが変わらないので問題ないが、そうでない場合、特に雑音がほとんど混入していないような場合では、レベルが場合によっては、２０〜３０dBも違うため、かなり問題になってくる。そこで、本実施例では、誤検出した場合でもそのまま検出した雑音区間の雑音レベルを用いるのではなく、平滑化などにより誤検出の影響が少なくなるようにした。
【００７３】
このような平滑化等の手段により誤検出の影響を少なくした雑音レベルの検出について、図４を参照しながら説明する。
【００７４】
図４において、入力端子２０には、上記Ａ／Ｄ変換器２からのディジタル入力信号が供給される。また、入力端子２１には、上記雑音区間検出回路４からのフラグ情報がディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で構成される雑音レベル検出回路５の雑音レベル決定部５ａに入力されるように供給される。この雑音レベル決定部５ａには、入力端子２２からのフレームパワーＲ0 も供給されている。すなわち、この雑音レベル決定部５ａは、雑音区間検出回路４からのフラグ情報又はフレームパワーＲ0 を基に入力音声信号の雑音レベルを決定している。具体的には、図３に示したフローチャートのステップＳ１７において、最終的にノイズフラグが“１”とされたときのフレームパワーＲ0 の値を背景雑音レベルと見なしている。
【００７５】
このとき、検出ミスの可能性があるので、このＲ0 の値を例えば５タップの最小値フィルタ５ｂに入力する。このＲ0 は、背景雑音と認められた時のみ入力する。この最小値フィルタ５ｂの出力は、マイクロコンピュータ６等の制御用ＣＰＵに適当な周期（例えば１００ｍsec 毎）で入力する。ここで、最小値フィルタ５ｂの出力が更新されていないときは、前の値を繰り返し使用する。この最小値フィルタ５ｂは、後述するメディアンフィルタのようにタップ中の真ん中の値を出力するものではなく、最小値を出力する。同じタップ数の場合、連続した４フレームまでの検出誤りに対応できる。また、それ以上の誤りについても、最小値を報告レベルとするため、影響をなるべく少なくできる。
【００７６】
上記マイクロコンピュータ６では、入力された信号レベルＲ0 の信頼度をより向上するために、該信号レベルＲ0 を更に５タップのメディアンフィルタ６ａに入力させている。このメディアンフィルタ６ａは、検出誤りが続いてもレベルの報告を誤りにくいようにする。このフィルタリングは、フィルタのタップ中の値を小さい順に並べ変え、その中の中間値を出力するものである。５タップのメディアンフィルタは、連続した２フレームまでは検出誤りがおきても、報告レベルを間違えることはない。
【００７７】
上記メディアンフィルタ６ａの出力信号は、ボリューム位置調整部６ｂに供給される。このボリューム位置調整部６ｂは、上記メディアンフィルタ６ａの出力信号を基に上記可変利得アンプ１３の利得を可変する。このようにして、上記マイコン６は、再生音量である受話音量を制御する。具体的には、使用者の設定したボリューム位置を中心（基点）として、音量の増減をコントロールするものである。また、使用者がボリュームを調節した直前の雑音レベルを記憶しておき、そのレベルと現在の背景雑音レベルの変化分に基づき出力音量を増減してもよい。
【００７８】
なお、ここで、用いられるフィルタとしては、検出した背景雑音レベルの平滑化を行う１次のローパスフィルタ等の平滑化フィルタでもよい。ローパスフィルタの度合いによっては、検出を誤ってレベルが急に変化しても追従が遅くなるためレベル差を小さくできる。
【００７９】
このようにすれば、雑音レベルを誤検出した場合でも、誤検出の影響を少なくできる。
【００８０】
ここで、検出された雑音レベルによる受話音量制御の方法を説明しておく。
受話音量をコントロールする際、通常は、上述したように初期設定された音量を背景雑音に応じて変化させる。もし、使用者が音量ボリュームを手動で変えた場合は、その音量を基に背景雑音のレベルに応じて受話音量をコントロールするようにする。
【００８１】
具体的には、初期値として例えば図５に示すように５段階（１〜５：小から大へ変化する）の雑音レベルに応じた受話音量レベル（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ）が与えられていて、この値に基づいてコントロールされる。
【００８２】
例えば、使用者が手動調整できる音量ボリュームつまみを上げた場合、音量レベルは上がる。例えば、検出した雑音レベルが３であった場合、音量ボリュームつまみを上げる前は受話音量レベルはｃであるが、音量ボリュームつまみを上げた後の受話音量レベルはｄとなる。
【００８３】
また例えば、使用者が手動調整できる音量ボリュームつまみを下げた場合、音量レベルは下がる。例えば、検出した雑音レベルが３であった場合、音量ボリュームつまみを下げる前は受話音量レベルはｄであるが、音量ボリュームつまみを下げた後の受話音量レベルはｃとなる。
【００８４】
つまり、使用者が手動調整できる音量ボリュームつまみを上下した場合、音量ボリュームつまみを変更する直前の雑音レベルと受話音量の対応を覚えておき、使用者が音量ボリュームつまみを変えた時点で雑音レベルと音量レベルの対応（マッピング）を変えることで、ダイナミックに受話音量の基準値を変更する。このようにすることで、話者の意図した（変更した）音量（音量ボリュームつまみにより手動調整された音量）を基に雑音レベルに応じた受話音量のコントロールができる。
【００８５】
ここで、受話側のボリュームが内部的に２ｄＢステップで変化できるとした場合の受話音量制御のアルゴリズムについて説明する。
【００８６】
上記受話側のボリュームについて、雑音レベルに応じた自動音量調節の可変範囲を５段階とし、これらの段階に対応するボリューム値を６ｄＢのステップとする。各段階に対応して設定されるボリューム値がストアされている変数をlvl[0]〜lvl[4]とし、その値域を０〜１２とする。すなわち、変数の値の１が２ｄＢに相当すると考える。
【００８７】
変数の初期値は、例えば、lvl[0]＝０、lvl[1]＝３、lvl[2]＝６、lvl[3]＝９、lvl[4]＝１２として、不揮発性ＲＡＭに蓄えておく。これらの変数値は、実際のボリュームレベルとして、＋０ｄＢ、＋６ｄＢ、＋１２ｄＢ、＋１８ｄＢ、＋２４ｄＢにそれぞれ相当する。また、LVnow を現在のボリューム値、LVafter を雑音レベル読み取り後の変更すべきボリューム値とする。上記各lvl[0]、lvl[1]、lvl[2]、lvl[3]、lvl[4]に対応する雑音レベルは、例えばそれぞれ０〜５、６〜８、９〜１５、１６〜４５、４６〜とする。この雑音レベルは、上記図１の雑音レベル検出回路５により読み取られた雑音レベルの１／１６に相当するものであり、マイクロフォンのゲインによって変動するものである。
【００８８】
ここで図６は、受話音量制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。この図６に示す受話音量制御動作は、例えば１００ｍｓ毎の割り込みに応じて実行される。
【００８９】
先ず、最初のステップＳ２１においては、ユーザによるボリューム変更が有ったか否かの判別が行われる。ここでＹＥＳ、すなわちボリューム変更有りとされたときには、ステップＳ２２に進んで、ボリュームアップの操作か否かが判別される。ＹＥＳと判別された場合、すなわちボリュームアップ操作が行われた場合には、ステップＳ２３に進み、ｉ＝０〜４に対して、lvl[i]＝lvl[i]＋３、すなわち６ｄＢアップした後、リターン、すなわち割り込みから復帰する。ステップＳ２２でＮＯと判別された場合、すなわちボリュームダウン操作が行われた場合には、ステップＳ２４に進み、ｉ＝０〜４に対して、lvl[i]＝lvl[i]−３、すなわち６ｄＢダウンした後、リターンする。
【００９０】
上記ステップＳ２１にてＮＯ、すなわちユーザによるボリューム変更無し、と判別されたときには、ステップＳ２５に進み、上記雑音レベル検出回路５により検出された雑音レベルを上記マイクロコンピュータ６が読み取って、１／１６倍し、これを雑音レベルＮＬとした後、ステップＳ２６に進む。
【００９１】
ステップＳ２６では、上記雑音レベルＮＬが５以下（ＮＬ≦５）のとき、上記変更すべきボリューム値LVafter を上記lvl[0]（LVafter ＝lvl[0]）とし、これ以外でＮＬ≦８のときLVafter ＝lvl[1]とし、これら以外でＮＬ≦１５のときLVafter ＝lvl[2]とし、これら以外でＮＬ≦４５のときLVafter ＝lvl[3]とし、これら以外のときLVafter ＝lvl[4]とする。ここで、雑音レベルＮＬとの各比較値は、送話用マイクロフォンのゲインにより変動する。
【００９２】
次のステップＳ２７においては、上記LVafter が上限値UPlim 、例えばUPlim ＝１２よりも大きい（LVafter ＞UPlim ）ときに、LVafter ＝UPlim に制限している。また、次のステップＳ２８においては、上記LVafter が下限値DWNlim、例えばDWNlim＝０よりも小さい（LVafter ＜DWNlim）ときに、LVafter ＝DWNlimに制限している。
【００９３】
次のステップＳ２９においては、上記現在のボリューム値LVnow が上記変更すべきボリューム値LVafter よりも小さい（LVnow ＜LVafter ）とき、LVnow をボリューム変化の単位ステップＶstepだけ増加させ（LVnow ＝LVnow ＋Ｖstep）、LVnow がLVafter よりも大きい（LVnow ＞LVafter ）とき、LVnow をＶstepだけ減少させ（LVnow ＝LVnow −Ｖstep）ている。ここで、単位ステップＶstepは、上述したように１、すなわち２ｄＢに相当する。
【００９４】
次のステップＳ３０においては、LVnow ≠LVafter であるか否かを判別しており、ＮＯすなわちLVnow ＝LVafter のときにはリターン、すなわち割り込みから復帰する。ＹＥＳすなわちLVnow ≠LVafter のときには、ボリューム値をLVnow の値にセットした後、リターンする。
【００９５】
このような受話音量制御動作により、ユーザによるボリューム調整と、雑音レベルに応じた自動音量制御が有効に行われる。
【００９６】
次に、以上に述べた本実施例の有効性を確かめるために、シミュレーションによって実際に背景雑音検出を行った例を述べておく。
通常、室内騒音の基準としてＨｏｔｈスペクトルで表されているものが一般に使われているが、室外で使用されることの多い携帯電話装置にこのＨｏｔｈスペクトルを適用するのは難しい。そこで、シミュレーションには実際に室外で録音してきた雑音を使用した。この雑音は、２つの駅（これをＡ駅、Ｂ駅とする）構内で録音した。そして、音声と雑音をコンピュータ上でディジタル波形で加算した場合、雑音を試聴室内で流しその状態で携帯電話装置を使ってマイクを通して話したときの音声を録音した場合、雑音のない音声の場合の３通りについて検討を行った。なお、雑音の混入レベルは、７０dBspl 程度の騒音環境を想定した。
【００９７】
このシミュレーションとしては、固定少数点によるシミュレーションを行い、検出の頻度や誤り及び検出した雑音レベルなどについて調べた。
【００９８】
背景雑音を検出した例を図７乃至図１０に示す。これら図７乃至図１０は、サンプルとしてＡ駅又はＢ駅構内で録音した背景雑音を流しながら携帯電話装置を使って話したときの音声と、検出した背景雑音の結果である。
【００９９】
図７がＡ駅構内で録音した背景雑音を流しながら男声で「人間は豊かな自然を求めています」と話したときの結果であり、図８がＡ駅構内で録音した背景雑音を流しながら女声で「健康のため無理をしないで下さい」と話したときの結果である。また、図９がＢ駅構内で録音した背景雑音を流しながら男声で「人間は豊かな自然を求めています」と話したときの結果であり、図１０がＢ駅構内で録音した背景雑音を流しながら女声で「健康のため無理をしないで下さい」と話したときの結果である。
【０１００】
それぞれの検出結果において、図中矩形部分が背景雑音と思われる部分を検出した区間である。音声部分と雑音部分を完全に分離することは出来ないが、数１０ms単位での検出が出来ており、また音声部分を誤って検出してしまうことがほとんどない。子音部での背景雑音検出誤りは、前述した平滑化等の手段を用いることで報告レベルの間違いを避けることができた。特に、最小値フィルタリングを使うことによりほとんど検出誤りによるレベル報告の間違いを避けることができた。
【０１０１】
なお、このような雑音検出のシミュレーションとしては、上記固定少数点によるシミュレーションだけではなく、例えばワークステーション上で浮動少数点によるシミュレーションを行ってもよく、得られる検出結果はほとんど同じである。
【０１０２】
以上より、本実施例の携帯電話装置は、ＶＳＥＬＰエンコーダで用いられている分析パラメータを使用して雑音区間検出を行うので、少ない演算量ながら高精度、高信頼度で背景雑音を検出でき、該背景雑音に応じて再生音量をコントロールするので、明瞭度の高い受話音を提供できる。
【０１０３】
なお、本発明に係る音声信号送受信装置は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、例えば雑音区間の検出には分析パラメータを１つだけ用いることも可能である。さらに、複数の連続したフレームを考慮するのではなく、１フレームのみで検出することも可能である。しかし、これらの場合、その精度は、上記本実施例よりも落ちてしまうことは否めない。さらに、雑音区間の検出の流れも上記フローチャートに示したものに限定されるものでないことはいうまでもない。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明に係る音声信号送受信装置は、雑音区間検出手段が音声信号送信用符号化回路で得られる分析パラメータを用いて雑音区間を検出するので、少ない演算量ながら高精度、高信頼度の下に背景雑音を検出でき、雑音レベル検出手段がその雑音区間の雑音レベルを検出し、制御部がその雑音レベルに応じて受話音量を制御するので、信頼度の高い検出となり、その検出された背景雑音のレベル情報に基づき受話音量の制御などが容易にかつ確実に行え、明瞭度の高い受話音を供給できる。
【０１０５】
また、本発明に係る音声信号送受信装置は、雑音レベル検出手段が送信部に送話音声入力がないときに、送話用マイクロフォンに入力される音声レベルを雑音レベルとして検出し、制御手段が該検出された音声レベルに応じて受話音量を制御するので、背景雑音の影響に左右されない明瞭度の高い受話音を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る音声送受信装置の実施例の回路構成を説明するためのブロック回路図である。
【図２】図１に示した実施例の背景雑音検出回路の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示した実施例の背景雑音検出回路の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】背景雑音レベルを誤差の影響から防ぐための手段を説明するための図である。
【図５】本実施例における検出された雑音レベルによる受話音量制御の具体例を説明するための図である。
【図６】受話音量制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】固定少数点によるシミュレーションを行って得られた背景雑音検出結果を示す図である。（Ａ駅構内での雑音を流して男声で話した場合）
【図８】固定少数点によるシミュレーションを行って得られた背景雑音検出結果を示す図である。（Ａ駅構内での雑音を流して女声で話した場合）
【図９】固定少数点によるシミュレーションを行って得られた背景雑音検出結果を示す図である。（Ｂ駅構内での雑音を流して男声で話した場合）
【図１０】固定少数点によるシミュレーションを行って得られた背景雑音検出結果を示す図である。（Ｂ駅構内での雑音を流して女性で話した場合）
【符号の説明】
１  送話用マイクロフォン
２  アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器
３  ＶＳＥＬＰエンコーダ
４  雑音区間検出回路
５  雑音レベル検出回路
６  マイクロコンピュータ
７  ベースバンド信号処理回路
８  ＲＦ送受信回路
９  アンテナ
１０  ＶＳＥＬＰデコーダ
１１  受信側レベル検出回路
１２  ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器
１３  可変利得アンプ
１４  スピーカ
【図１】
0003685812.tif 000002
【図２】
0003685812.tif 000003
【図３】
0003685812.tif 000004
【図４】
0003685812.tif 000005
【図５】
0003685812.tif 000006
【図６】
0003685812.tif 000007
【図７】
0003685812.tif 000008
【図８】
0003685812.tif 000009
【図９】
0003685812.tif 000010
【図１０】
0003685812.tif 000011