(57)【要約】適応多帯域通過フィルタ（２０１）と、トーン検出器（２０３）と、フィルタ制御装置（２０５）とを含む高度トーン検出器（１０３）。適応多帯域通過フィルタは、入力信号（Ｘ’（ｎ））を受け取る信号入力、フィルタ処理された信号（Ｘ（ｎ））を供給する信号出力、および少なくとも１つの制御信号（ｒｌｃｌ）を受け取る少なくとも１つの制御入力を備える。トーン検出器は、適応多帯域通過フィルタの信号出力に結合された入力、およびトーン事象が検出されたときに少なくとも１つのトーン検出信号を供給する少なくとも１つの出力（ＤＴＥ）を備える。フィルタ制御装置は、入力信号を受け取る第１の入力、少なくとも１つのトーン検出信号を受け取る少なくとも１つの第２の入力、および少なくとも１つの制御信号を供給する少なくとも１つの第１の出力を備える。制御信号は、１つまたは複数の周波数成分信号と、周波数成分信号がトーン事象の成分周波数に対応している対応する帯域幅信号とを含むことができる。
2009529297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を受け取る信号入力、フィルタ処理された信号を供給する信号出力、および少なくとも１つの制御信号を受け取るための少なくとも１つの制御入力を有する適応多帯域通過フィルタと、
前記適応多帯域通過フィルタの前記信号出力に結合された入力、およびトーン事象が検出されたときに少なくとも１つのトーン検出信号を供給する少なくとも１つの出力を有するトーン検出器と、
前記入力信号を受け取る第１の入力、前記少なくとも１つのトーン検出信号を受け取る少なくとも１つの第２の入力、および前記少なくとも１つの制御信号を供給する少なくとも１つの第１の出力を有するフィルタ制御装置(unit)と、
を備える高度(enhanced)トーン検出器。
【請求項２】
前記適応多帯域通過フィルタが、各々複数の周波数制御入力のうちの対応する１つを有する複数の適応帯域通過フィルタを備え、さらに、
前記フィルタ制御装置が、複数の周波数成分信号の各々を前記複数の周波数制御入力のうちの対応する１つに供給する、請求項１に記載の高度トーン検出器。
【請求項３】
前記トーン検出器が、トーン事象を検出し、さらに前記複数の周波数成分信号を供給する、請求項２に記載の高度トーン検出器。
【請求項４】
複数の帯域幅制御入力のうちの対応する１つを含む、前記複数の適応帯域通過フィルタの各々をさらに備え、さらに、
前記フィルタ制御装置が、複数の帯域幅制御信号の各々を前記複数の帯域幅制御入力の対応する１つに供給する、請求項２に記載の高度トーン検出器。
【請求項５】
前記適応多帯域通過フィルタの前記少なくとも１つの制御入力が、少なくとも１つの周波数制御入力および少なくとも１つの帯域幅制御入力を備え、さらに、
前記フィルタ制御装置が、少なくとも１つの周波数成分信号を前記少なくとも１つの周波数制御入力に供給し、また、少なくとも１つの帯域幅制御信号を前記少なくとも１つの帯域幅制御入力に供給する、請求項１に記載の高度トーン検出器。
【請求項６】
前記フィルタ制御装置が、前記入力信号の雑音レベルを測定する、請求項５に記載の高度トーン検出器。
【請求項７】
前記フィルタ制御装置が、最初に、前記少なくとも１つの帯域幅制御信号の各々を全通過値に設定し、さらに、前記雑音レベルが閾値雑音レベルより下である間、または前記トーン事象が検出されないとき、前記少なくとも１つの帯域幅制御信号を前記全通過値に維持する、請求項６に記載の高度トーン検出器。
【請求項８】
前記トーン事象が検出される間に前記雑音レベルが閾値雑音レベルに達した場合、前記フィルタ制御装置が、帯域幅を減少させるように前記少なくとも１つの帯域幅制御信号を調整する、請求項６に記載の高度トーン検出器。
【請求項９】
前記フィルタ制御装置が、前記フィルタ処理された入力信号を受け取る第３の入力を含み、さらに、前記フィルタ制御装置が、前記入力信号と前記フィルタ処理された入力信号の間の信号対雑音比（ＳＮＲ）改善に基づいて、前記少なくとも１つの帯域幅制御信号を調整する、請求項５に記載の高度トーン検出器。
【請求項１０】
サンプル入力信号をフィルタ処理して、フィルタ処理されたサンプル信号を供給し、さらに、複数の周波数入力および対応する複数の帯域幅制御入力を有する適応多帯域通過フィルタと、
トーン事象を得るために前記フィルタ処理されたサンプル信号を監視し、さらに、トーン事象が検出されたときにトーン指示を与えるトーン検出器と、
前記トーン指示を受け取り、少なくとも１つの周波数信号の各々を前記複数の周波数入力の対応する１つに供給し、さらに、供給される前記少なくとも１つの周波数信号の各々について帯域幅信号を前記複数の帯域幅制御入力の対応する１つに供給する制御装置と、
を備えるトーン事象検出システム。
【請求項１１】
前記適応多帯域通過フィルタが、各々対応する周波数を減少された位相シフトで通過させる複数の適応帯域通過フィルタを備える、請求項１０に記載のトーン事象検出システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの周波数信号が、ｃｏｓ（２πｆ／ｆｓ）であり、ここで、ｆが前記トーン事象の成分の周波数であり、ｆｓが前記サンプル入力信号のサンプリング周波数である、請求項１０に記載のトーン事象検出システム。
【請求項１３】
トーン事象を高める方法であって、
入力信号をフィルタ処理して、フィルタ処理された信号を供給するステップと、
前記フィルタ処理された信号を監視し、さらに、トーン事象が指示されたときにトーン指示を与えるステップと、
前記トーン指示に応答して適応多帯域通過フィルタを更新するために少なくとも１つのフィルタ制御信号を供給するステップとを含む方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのフィルタ制御信号を供給する前記ステップが、少なくとも１つの周波数成分信号を供給するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのフィルタ制御信号を供給する前記ステップが、少なくとも１つの帯域幅制御信号を供給するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのフィルタ制御信号を供給する前記ステップが、周波数成分信号および対応する帯域幅制御信号を供給するステップを含み、さらに、
フィルタ処理する前記ステップが、前記帯域幅制御信号に相応する帯域幅を有する、前記周波数成分信号に相応する周波数で、前記入力信号を帯域通過フィルタ処理するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記入力信号の雑音レベルを測定するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
対応する帯域幅制御信号を供給する前記ステップが、前記トーン事象が指示されない場合、または前記雑音レベルが閾値レベルより下である場合には、全通過値のための前記帯域幅制御信号を供給するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
対応する帯域幅制御信号を供給する前記ステップが、前記雑音レベルが閾値レベルに達した場合、前記雑音レベルに基づいて前記帯域幅制御信号を調整するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記入力信号と前記フィルタ処理された信号の間の信号対雑音比（ＳＮＲ）改善レベルを測定するステップをさらに含み、
少なくとも１つのフィルタ制御信号を供給する前記ステップが、前記ＳＮＲ改善レベルに基づいて前記少なくとも１つの制御信号を調整するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にはトーン事象の検出および向上に関し、より具体的には、高雑音信号条件時にトーン検出を改善して性能を高める適応多帯域通過フィルタおよびこれを備えた高度（enhanced）トーン検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
トーン事象検出は、電話ネットワーク上の共用データおよび音声通信を有するデジタル電話通信システムにおいて重要な用途である。国際電気通信連合（ＩＴＵ）は、パケットネットワーク上のデータ伝送（Ｖシリーズモデム信号）の標準（Ｖ．１５０）を開発中であり、この標準は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）とインターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークの間の相互動作を定義する。データ伝送前、またはデータ伝送中に、一連のトーン事象が交換され、その結果、トーン事象が検出されたときはいつでも、ＩＰ上の適切なデータ通信を開始して維持するために、特定の処置が取られる必要がある。
【０００３】
トーン事象は、単一トーンまたは、異なる変調方式を有する多数のトーンセグメントの組合せを含むことがある。例えば、トーン事象は、オン／オフ振幅変調（ＡＭ）の単一周波数トーンを含むことがある。他の例では、トーン事象は、単一周波数トーンが後に続く２周波数成分トーンを含むことがある。さらに他の例では、トーン事象は、周期的な位相変化を有する単一周波数トーンを含むことがある。したがって、様々な変調方式に従ったトーン事象を確実に検出することが望ましい。検出されることがあるいくつかの代表的なトーン事象には、Ｔ．３０呼出しトーン（ＣＮＧ）、Ｖ．２５呼出しトーン（ＣＴ）、Ｖ．２５応答トーン（ＡＮＳ）／Ｔ．３０ＣＥＤ、Ｖ．２５位相反転応答トーン（ＡＮＳ＿ＰＲ）、Ｖ．８振幅変調応答トーン（ＡＮＳａｍ）、Ｖ．８振幅変調位相反転応答トーン（ＡＮＳａｍ＿ＰＲ）、Ｖ．２２アンスクランブル２進１（ＵＳＢ１）、Ｖ．２１チャネル２ＨＤＬＣフラグ、ＴＩＡ／ＥＩＡ＿８２５ＴＴＹトーン、Ｖ．８ビス開始／応答、Ｑ．２４デュアルトーン多周波数（ＤＴＭＦ）、多周波数トーン（例えば、ＭＦＲ１、ＭＦＲ２）、その他がある。これらのトーン事象は、大きさ、周波数、または位相、またはこれらの任意の組合せによって変調される。さらに、これらのトーン事象は、同じトーン特性を有する信号の１セグメント当たりに１より多い周波数成分を含むことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受信信号を監視し、かつ予め定義された信号トーンの存在を識別するために、トーン検出器が通信システムでしばしば使用される。しかし、信号トーンが雑音によってひどく害され、ついには予想されるトーン検出機能を妨害することになる可能性のある多くの現実的な状況がある。処理後低域通過フィルタ処理によって雑音のある状況を処理しようとする新しいトーン検出方法が開発された。しかし、周波数およびタイミング許容範囲の要件のために、検出欠落率は、雑音歪みがクリティカルなレベルを超えて大きくなるにつれて増加する傾向がある。したがって、トーン検出動作範囲を拡げるために、雑音条件を識別し、信号対雑音比（ＳＮＲ）を大きくするように信号を選択的にフィルタ処理する必要がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の利益、特徴、および有利点は、以下の説明および添付の図面に関連してより適切に理解されるようになるであろう。
【０００６】
以下の説明は、当業者が特定の用途およびその要件の背景の範囲内で実現されるように本発明を作り、かつ使用することができるようにするために提供される。しかし、好ましい実施形態に対する様々な修正は、当業者には明らかになり、さらに、本明細書で定義される全体的な原理は、他の実施形態に応用されることがある。したがって、本発明は、本明細書で示され、説明される特定の実施形態に限定されるように意図されていないので、本明細書で開示される原理および新規な特徴と一貫性のある最も広い範囲が与えられるべきである。
【０００７】
図１は、本発明の一実施形態に従った通信システム１００のブロック図である。通信システム１００は、送信機／受信機１０１、高度トーン検出器１０３、通信ネットワーク１０５、高度トーン検出器１０７、送信機／受信機１０９、および制御バス１１１を含む。制御バス１１１は、送信機／受信機１０１、高度トーン検出器１０３、通信ネットワーク１０５、高度トーン検出器１０７、および送信機／受信機１０９に双方向的に結合されている。送信機／受信機１０１は高度トーン検出器１０３に双方向的に結合され、高度トーン検出器１０３は通信ネットワーク１０５に双方向的に結合され、通信ネットワーク１０５は高度トーン検出器１０７に双方向的に結合され、高度トーン検出器１０７は送信機／受信機１０９に双方向的に結合されている。
【０００８】
送信機／受信機１０１は、高度トーン検出器１０３を経由して通信ネットワーク１０５にデータ信号を供給し、また受け取る。同様に、送信機／受信機１０９は、高度トーン検出器１０７を経由して通信ネットワーク１０５にデータ信号を供給し、また受け取る。したがって、送信機／受信機１０１および１０９は、通信ネットワーク１０５を通して互いに通信することができる。送信機／受信機１０１および１０９各々は、通信ネットワーク１０５上で通信するために使用される、例えば電話、モデム、その他などのどんなデバイスであってもよい。また、通信ネットワーク１０５は、パケット電話通信ネットワーク（例えば、インターネットプロトコル（ＩＰ）による音声、パケット非同期転送モード（ＡＴＭ）によるデータ、その他を含む）を含むことができ、さらに、無線または有線システムか公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）かのどちらかに適用されるかもしれない。代替の実施形態では、通信システム１００は、どんな型の通信システムでも意味することがある。
【０００９】
制御バス１１１は、送信機／受信機１０１および１０９、高度トーン検出器１０３および１０７、および通信ネットワーク１０５の間に制御経路を与える。制御バス１１１を介して伝送された制御信号は、一般に、一列に並んだ信号ではない。例えば、制御バス１１１は、高度トーン検出器１０３または１０７を使用可能にするか使用不能にする使用可能／使用不能信号を含むことがあり、または、高度トーン検出器１０３または１０７の様々な部分の間で通信される必要がある信号を含むことがある。制御バス１１１は、また、受話器が置かれているか外れているかを示す信号を含むことがある。また、留意されたいことであるが、制御バス１１１は、例えばＲＦＣ２８３３標準に従ったもののような伝送信号の符号化されたものを含むことがある。
【００１０】
留意されたいことであるが、送信機／受信機１０１および高度トーン検出器１０３の動作は、送信機／受信機１０９および高度トーン検出器１０７の動作によく似ている。すなわち、通信システム１００は、対称である。さらに、本発明の実施形態は、伝送信号を使用して表されるが、トーン事象検出が、伝送信号か受信信号かのどちらか（すなわち、通信ネットワーク１０５の方へ行く信号か、または通信ネットワーク１０５から来る信号）について行われることがある。送信機／受信機１０１は、ｘ’（ｎ）と表示された送信または伝送信号を高度トーン検出器１０３に供給する。ｘ’（ｎ）信号は、サンプリング周波数ｆｓに従った率のサンプルを含むサンプル信号である。ｘ’（ｎ）信号は、通常の音声を含むことがあり、または、ＡＭ、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）、その他などの特定の変調方式に従ったトーン事象を含むことがある。さらに以下で説明されるように、高度トーン検出器１０３は、ｘ’（ｎ）信号をフィルタ処理し、高められた信号ｘ（ｎ）を通信ネットワーク１０５に供給する。
【００１１】
例えば、ＴＴＹ電話（図示されない）は、通信ネットワーク１０５などの通信ネットワーク上で音声およびテキスト通信を可能にする。ＴＴＹ電話は、一般に、テキスト通信を可能にする組み込みキーボードを含む。すなわち、押されたキーごとに、対応する文字列が生成される。生成された文字列は、ＦＳＫ変調されたトーン事象に対応する。ＴＴＹ電話のどの押されたキーも、開始ビットトーン、５つのデータビット文字集合トーン、および停止ビットトーンを含む７つの（７）ＦＳＫ変調トーンを有するトーン事象を生成する。したがって、この場合、トーン事象は、７つの個別トーンセグメントを含む。１つの場合（例えば、通信ネットワークがパケット電話通信ネットワークであるときなど）には、トーン事象に関連する情報は、トーン事象が受信機側で局部的に再現されるように受信機に伝送される。すなわち、送信機（例えば、送信機１０１）がＴＴＹ電話で生成された開始ビットトーンを検出するや否や、送信機は、トーン事象が検出されるまで残りのトーンを抑制することができ、この時点で、送信機は、このトーン事象に関連する情報を受信機（例えば、受信機１０９）に送信し、次に、この受信機は、送信された情報からこのトーン事象を局部的に再現することができる。１つの場合には、この情報は、通信ネットワーク１０５を介してではなく、制御バス１１１のような制御線上で伝送される。代わりに、この情報、またはこのトーン事象のトーンは、通信ネットワーク１０５上で直接送信されることがある。
【００１２】
図２は、本発明の例示の実施形態に従って実現された高度トーン検出器１０３のブロック図である。高度トーン検出器１０３は、適応多帯域通過フィルタ（ＡＭＢＰＦ）２０１、トーン検出器２０３、およびフィルタ制御装置２０５を含む。ｘ’（ｎ）信号が、適応多帯域通過フィルタ２０１およびフィルタ制御装置２０５のそれぞれの入力に供給される。適応多帯域通過フィルタ２０１は、トーン検出器２０３およびフィルタ制御装置２０５のそれぞれの入力にｘ（ｎ）信号を供給する出力を備える。トーン検出器２０３は、ＤＴＥとして示される検出されたトーンまたは記号を供給する制御バス１１１に結合された第１の出力を備える。図示された実施形態では、トーン検出器２０３は、最高で数「Ｎ」の周波数成分信号ｃｌを供給する１つまたは複数の第２の出力を備え、ここで、「ｌ」は１からＮまでの添数であり、「Ｎ」はゼロよりも大きい正の整数である。周波数成分信号ｃｌは、フィルタ制御装置２０５の対応する入力に供給される。図示された実施形態では、フィルタ制御装置２０５は、周波数成分信号ｃｌを適応多帯域通過フィルタ２０１に転送し、すなわち渡し、さらに、対応する１つまたは複数の帯域幅制御信号ｒｌを供給する。以下でさらに説明されるように、フィルタ制御装置２０５は、フィルタ処理されないｘ’（ｎ）信号に比べてｘ（ｎ）信号の品質を高めるように適応多帯域通過フィルタ２０１を調整または更新するｃｌ、ｒｌ信号を供給する。フィルタ制御装置２０５は、また、必要であるか、または望ましい場合に、外部制御またはプログラミングを可能にするように制御バス１１１に双方向的に結合されるように示されている。
【００１３】
トーン検出器２０３は、ｘ（ｎ）信号の周波数成分および振幅成分を推定し、その推定を再帰的に調整して、推定された周波数成分に対して周波数ロックを確立する。周波数ロックが実現された場合に、トーンまたはトーン事象が指示され、トーン検出器２０３が、周波数成分信号ｃｌの１つまたは複数を生成する。各周波数成分ｃｌは、次式１に従った対応する正規化周波数パラメータθｌの関数である。
ｃｌ＝ｃｏｓθｌ            （１）
ここで、正規化周波数パラメータθｌは、次式２に従って決定される。
θｌ＝２πｆｌ／ｆｓ          （２）
ここで、ｆｌは対応するトーン成分の周波数であり、ｆｓはｘ’（ｎ）信号のサンプリング周波数である。
【００１４】
代替の実施形態では、トーン検出器２０３は、当業者に知られているようにトーン指示または周波数成分情報を供給する他の方法に従って、実現されることがある。例えば、トーン検出器２０３は、周波数信号ｆｌまたは正規化周波数パラメータθｌを、それらの関数としてではなく直接供給することができる。いずれの場合も、フィルタ制御装置２０５は、周波数信号ｆｌまたは正規化周波数パラメータθｌを適応多帯域通過フィルタ２０１によって必要とされる適切な情報、例えば前に説明された周波数成分信号ｃｌなどに変換する。所定のトーン集合の周波数成分の完全な集合が、前もって、フィルタ制御装置２０５によって知られている場合には、トーン検出器２０３は、指示されたトーンの特定の１つまたは複数の周波数の任意の十分な指示を与えるように実現されてもよく、フィルタ制御装置２０５は、与えられた情報を適応多帯域通過フィルタ２０１によって必要とされる適切な情報、例えば前に説明された周波数成分信号ｃｌなどに変換する。
【００１５】
一実施形態では、フィルタ制御装置２０５は、最初に、適応多帯域通過フィルタ２０１を全通過フィルタとしてプログラムするように（例えば、ｒｌ＝０に設定することによって）ｒｌ信号をアサートする。トーン検出器２０３は、ｘ（ｎ）信号（これは、最初、ｘ’（ｎ）信号と同じである）の入力サンプルを監視し、トーンが指示された場合およびトーンが指示されたときだけｃｌ信号を供給する。例えば、トーン検出器２０３は、トーンを周期的に推定し、第１の所定のサンプル数の後で、または所定の時間量の後で、その推定が間違いないと確認されるまで、推定を再帰的に調整する。第２の所定のサンプル数または第２の所定の時間量の後で依然としてこの推定が間違いないと確認された場合、トーン検出器２０３は、そのトーンを確かめて、検出されたトーン事象（ＤＴＥ）を出力する。一方では、フィルタ制御装置２０５がｃｌ信号を受け取ったとき、フィルタ制御装置２０５は、トーン検出器２０３のトーン事象検出プロセスを改善するように入力信号の信号品質を改善し高めるために適応多帯域通過フィルタ２０１を調整し始める。従来の構成では、ｘ’（ｎ）信号が通信ネットワーク１０５に供給される。代わりに、高度トーン検出器１０３は、ｘ’（ｎ）信号のフィルタ処理されて高められたものであるｘ（ｎ）信号を供給する。
【００１６】
図３は、本発明の例示の実施形態に従って実現された適応多帯域通過フィルタ２０１の簡略化されたブロック図である。図示された構成では、適応多帯域通過フィルタ２０１は、第１のフィルタＡＢＰＦ１から最後のＡＢＰＦＮまでのＮ個の適応帯域通過フィルタ（ＡＢＰＦ）３０１（すなわち、ＡＢＰＦ１、ＡＢＰＦ２、．．．、ＡＢＰＦＮ）の並列結合として構成されている。各ＡＢＰＦ３０１は、ｘ’（ｎ）信号を受け取る信号入力、周波数成分信号ｃｌ（すなわち、ｃ１、ｃ２、．．．、ｃＮ）の対応する１つを受け取る第１の制御入力、帯域幅制御信号ｒｌ（すなわち、ｒ１、ｒ２、．．．、ｒＮ）の対応する１つを受け取る第２の制御入力、およびフィルタ処理された対応する出力信号ｘｌ（ｎ）（すなわち、ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）、．．．、ｘＮ（ｎ））を供給する出力を備える無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタとして構成されている。フィルタ処理された出力信号ｘｌ（ｎ）は、加算器３０３によって一緒に合計され、加算器３０３はフィルタ処理されたｘ（ｎ）信号を出力する。
【００１７】
図示された実施形態では、ＡＢＰＦ３０１は、次式３に従って動作するフィルタ構造をひとまとめにして備える。
【数１】
2009529297.tif 000003
このフィルタ構造は、各々複素共役極
【数２】
2009529297.tif 000004
および単一ゼロ
【数３】
2009529297.tif 000005
を有する１つまたは複数の２次ＩＩＲフィルタである。この特定の構造は、極の位置で位相変化のない最大単位ゲインの特性を有し、この特性は、次式４によって示される特性に従っている。
【数４】
2009529297.tif 000006
極の大きさは、全体的なフィルタ安定性を保証するように選ばれ、このことは、０≦ｒｌ＜１であるように帯域幅制御パラメータｒｌが選ばれることを意味する。式３で示されるように、フィルタ制御装置２０５は、帯域幅制御パラメータｒｌをゼロにプログラムすることによって適応多帯域通過フィルタ２０１を全通過フィルタとして初期化する。
【００１８】
図４は、本発明の例示の実施形態に従って第１のフィルタＡＢＰＦ１を実現する適応帯域通過フィルタ４００の簡略化されたブロック図である。適応帯域通過フィルタ４００は、周波数および帯域幅制御値ｒｌ、ｃｌの第１の集合を受け取る。ｘ’（ｎ）信号は、機能ブロック４０１および遅延ブロック４０３のそれぞれの入力に供給される。機能ブロック４０１は、ｘ’（ｎ）信号の入力サンプルに［１−ｒｌ２］を掛けて、その結果を加算器４０５の１つの入力に供給する。表示ｚ−１の付いた遅延ブロック４０３は、ｘ’（ｎ）信号の入力サンプルを１サンプル値だけ遅延させて、遅延されたサンプル値を機能ブロック４０７の入力に供給し、機能ブロック４０７は、遅延されたサンプル値に［−２ｒｌ（１−ｒｌ）］を掛ける。機能ブロック４０７の出力は、加算器４０９の１つの入力に供給され、加算器４０９の出力が加算器４０５の第２の入力に供給される。加算器４０５の出力は、その出力からｘｌ（ｎ）信号を供給する。当業者によって理解されるように、機能ブロック４０７の出力は、機能ブロック４０１の出力に対して１サンプル値だけ遅延される。加算器４０５の出力から供給されるｘｌ（ｎ）の各サンプルフィルタ値は、遅延ブロック４１１によって遅延され、遅延ブロック４１１は、機能ブロック４１３および他の遅延ブロック４１５のそれぞれの入力に遅延されたｘｌ（ｎ）値を出力する。機能ブロック４１３は、遅延されたｘｌ（ｎ）値に［２ｒｌｃｌ］を掛けて、この結果を加算器４０９の第２の入力に供給する。遅延ブロック４１５は、遅延されたｘｌ（ｎ）値を他のサンプル時間だけ遅延させ、この遅延された結果を他の機能ブロック４１７の入力に供給し、機能ブロック４１７は、この遅延された結果に［−ｒｌ２］を掛ける。遅延ブロック４１１および４１５の直列結合は、ｘｌ（ｎ）サンプルを２サンプル値だけ遅延させる（すなわち、各サンプル値にｚ−２を掛ける）。機能ブロック４１７の出力は、加算器４０９の第３の入力に供給される。このようにして、当業者によって理解されるように、適応帯域通過フィルタ４００は、周波数および帯域幅制御値ｒｌ、ｃｌの第１の集合がフィルタ処理されたサンプル信号ｘｌ（ｎ）を供給するように式３の機能を行う。フィルタ処理されたサンプル信号ｘ１（ｎ）からｘＮ（ｎ）を供給するように適応多帯域通過フィルタ２０１のＡＢＰＦ３０１のどれか、または全てを実現するために、適応帯域通過フィルタ４００が使用されてもよく、これらのサンプルは、ｘ（ｎ）信号を発生させるように加算器３０３によって互いに加算される。
【００１９】
図５は、本発明の他の実施形態に従って第１のフィルタＡＢＰＦ１を実現する適応帯域通過フィルタ５００の簡略化されたブロック図である。適応帯域通過フィルタ５００は、また、周波数および帯域幅制御値ｒｌ、ｃｌの第１の集合を受け取る。ｘ’（ｎ）信号が加算器５０１の１つの入力に供給され、出力が機能ブロック５０３および遅延ブロック５０５のそれぞれの入力に供給される。機能ブロック５０３は、加算器５０１の出力に［１−ｒｌ２］を掛けて、その結果を加算器５０７の１つの入力に供給する。遅延ブロック５０５の出力は、他の遅延ブロック５０９ならびに２つの機能ブロック５１１および５１３のそれぞれの入力に供給される。遅延ブロック５０９の出力は、機能ブロック５１５の入力に供給され、機能ブロック５１５は、遅延ブロック５０９の出力に［−ｒｌ２］を掛けて、その結果を加算器５１７の１つの入力に供給する。機能ブロック５１１は、遅延ブロック５０５の出力に［２ｒｌｃｌ］を掛けて、この結果を加算器５１７の他方の入力に供給する。加算器５１７の出力は、加算器５０１の他方の入力に供給される。機能ブロック５１３は、遅延ブロック５０５の出力に［−２ｒｌ（１−ｒｌ）］を掛けて、この結果を加算器５０７の他方の入力に供給する。加算器５０７の出力は、サンプルフィルタ値ｘｌ（ｎ）を供給する。このようにして、当業者によって理解されるように、適応帯域通過フィルタ５００は、また、周波数および帯域幅制御値ｒｌ、ｃｌの第１の集合がフィルタ処理されたサンプル信号ｘｌ（ｎ）を供給するように式３の機能を行う。フィルタ処理されたサンプル信号ｘ１（ｎ）からｘＮ（ｎ）を供給するように適応多帯域通過フィルタ２０１のＡＢＰＦ３０１のどれか、または全てを実現するために、適応帯域通過フィルタ５００が使用されてもよく、これらのサンプルは、ｘ（ｎ）信号を発生させるように加算器３０３によって互いに加算される。
【００２０】
適応帯域通過フィルタ４００または５００は、個別論理、チップ上に集積化された回路、すなわち集積回路（ＩＣ）、ソフトウェア、その他などによって当業者に知られているようなどんな適切なやり方で実現されてもよい。ソフトウェア構成では、ｒｌおよびｃｌの値は、ｘｌ（ｎ）信号およびｘ’（ｎ）信号および入力信号がフィルタを通って伝播されるときの他の中間状態信号のサンプルと共に記憶デバイスに格納される。数Ｎは、選ばれた変調方式のトーン事象または最高数の周波数成分を有するトーン集合に基づいて選ばれる。特定のトーン集合の任意のトーン事象の周波数成分の数は、任意のトーン集合の各トーン事象の周波数成分の数が変化するときトーン事象ごとに変化する。各ＡＢＰＦ３０１は、フィルタ制御装置２０５によって供給される周波数成分信号ｃｌに従ってプログラムされる。さらに、対応する帯域通過制御値ｒｌは、対応する周波数に中心のある周波数帯域の幅を決定する。中心周波数の周波数成分は、ユニティゲイン（unity gain）で位相シフトなしに通過する。中心周波数より上および下の周波数成分は、ｒｌの値に基づいて減衰される。対応するｒｌ値がゼロである場合、入力信号がフィルタ処理なしに通過するように、フィルタは、全通過構成にプログラムされる。対応するｒｌ値のレベルがゼロよりも上に大きくされるときに、対応する周波数通過帯域は、プログラムされた中心周波数より上および下の周波数成分をフィルタ除去するように減少する。
【００２１】
図６は、１キロヘルツ（ｋＨｚ）の選ばれた成分周波数ｆ０に関して、例示のＡＢＰＦ３０１の伝達関数のゲイン（ｄＢ）対周波数（Ｈｚ）を、対応する帯域幅制御信号ｒ０の様々な値についてプロットするグラフ図である。ｒ０＝０の場合、関連した周波数スペクトル全体にわたってゲインはユニティ(unity)である（例えば、ナイキスト基準に従ったサンプリング周波数ｆｓの２分の１まで；図示の実施形態では、サンプリング周波数ｆｓは８ｋＨｚである）。ｒ０の値がゼロよりも上に大きくされると、プログラムされた中心周波数ｆ０（例えば、１ｋＨｚ）よりも上または下の周波数成分の振幅が減少されるように、中心の周波数帯域幅は減少し、すなわち狭くなる。ｒ０が０．５に大きくされたとき、選ばれた成分周波数ｆ０よりも上および下の周波数にはいくらかの減衰がある（例えば、３ｋＨｚの周波数成分はほぼ５ｄＢだけ減衰される）。この減衰は、ｒ０＝０．７５では増加される（例えば、３ｋＨｚの周波数成分はほぼ１０ｄＢだけ減衰される）。この減衰は、ｒ０＝０．９５ではさらに増加される（例えば、３ｋＨｚの周波数成分はほぼ２５ｄＢだけ減衰される）。ｒ０の値に無関係に、ｆ０＝１ｋＨｚの周波数成分は、０ｄＢのゲインすなわちユニティゲイン(unity gain)でＡＢＰＦ３０１を通過する。
【００２２】
図７は、帯域幅制御信号ｒ０の同じ値について図６の同じ伝達関数の位相（度）対周波数（Ｈｚ）をプロットするグラフ図である。選ばれた成分周波数ｆ０＝１ｋＨｚでは、位相変化はゼロである（位相シフトなし）。ｆ０よりも上または下の周波数成分には大きな位相シフト（最大で５０度を超える）がある。
【００２３】
各変化が過渡事象をもたらすので、帯域幅制御信号ｒｌは、少しずつ増やして調整される。帯域幅制御信号ｒｌの調整量は、与えられた構成の特定のトーン事象に依存する。トーン事象が比較的長い場合、または、ｘ’（ｎ）信号の歪み雑音レベルＬＮＯＩＳＥが比較的高い場合には、帯域幅制御信号ｒｌはいっそうゆっくり調整される。トーン事象が比較的短い場合、または、ＬＮＯＩＳＥが比較的小さい（たとえＬＴＨより上でも）場合には、帯域幅制御信号ｒｌは、いっそう急速に大きくされることがある。
【００２４】
図８は、本発明の例示の実施形態に従った適応多帯域通過フィルタ２０１の動作を示す流れ図である。第１のブロック８０１で、フィルタ制御装置２０５は、適応多帯域通過フィルタ２０１を全通過フィルタに初期化する。図示された実施形態では、これは、ｘ’（ｎ）信号が適応多帯域通過フィルタ２０１を変化しないで効果的に通過するように（例えば、ｘ（ｎ）≒ｘ’（ｎ））、すべての帯域幅制御信号ｒｌをゼロに設定することによって達成される。他の実施形態では、適応多帯域通過フィルタ２０１は、一時的に使用不能にされるかバイパスされることがある。次のブロック８０３で、ｘ’（ｎ）信号の次のサンプルが受け取られる。次のブロック８０５で、ｘ’（ｎ）信号は、サンプルごとに、適応多帯域通過フィルタ２０１によってフィルタ処理される。当業者によって理解されるように、ｘ’（ｎ）信号のサンプルは、適応多帯域通過フィルタ２０１を通って伝播して、フィルタ処理されたｘ（ｎ）信号のサンプルの対応するストリームを生成する。帯域幅制御信号ｒｌがゼロに設定された場合、サンプルは、変更されないで（減衰または位相変化なし）効果的に通過する。次のブロック８０７で、フィルタ制御装置２０５は、ｘ’（ｎ）信号の歪み雑音レベル（ＬＮＯＩＳＥ）の推定値を生成するか、そうでなければ更新する。フィルタ制御装置２０５は、また、ｘ’（ｎ）信号をフィルタ処理することによって、ｘ（ｎ）信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）改善を引き起こすか、または更新する。一実施形態では、電力レベルを推定する方法は、｜ｘ’（ｎ）｜ｋおよび｜ｘ（ｎ）｜ｋを低域通過フィルタ処理することによっている。ここで、ｋ＝１、２、．．．、その他。パラメータｋは、２に等しく設定されてもよく、単一極低域通過フィルタは、次式５に従った形である。
【数５】
2009529297.tif 000007
式５は、電力推定値（Ｐ）が次式６および７に従って決定されてもよいことを示す。
Ｐｘ’（ｎ）＝ａＰｘ’（ｎ−１）＋（１−ａ）ｘ’（ｎ）２      （６）
Ｐｘ（ｎ）＝ａＰｘ（ｎ−１）＋（１−ａ）ｘ（ｎ）２          （７）
このようにして、ＳＮＲ改善Ｑ（ｎ）は、次式８に与えられるように電力推定値の比を取ることによって推定され、
【数６】
2009529297.tif 000008
さらに、デシベル（ｄＢ）すなわち１０ｌｏｇ１０（Ｑ（ｎ））で表される。
【００２５】
次のブロック８０９で、ＬＮＯＩＳＥが所定の閾値雑音レベルＬＴＨ以上であるかどうかが照会される。ＬＮＯＩＳＥがＬＴＨより小さい場合には、動作はブロック８１１に進み、ブロック８１１で、適応多帯域通過フィルタ２０１は、帯域幅制御信号ｒｌをゼロに設定することなどによって、全通過フィルタにリセットされる。この場合に、トーン事象が容易に識別できるようにｘ’（ｎ）信号の雑音レベルが十分に小さけば、その結果、フィルタ処理によって信号を高める必要は余りない。ブロック８０９で決定されるように、またはブロック８１１が行われた後で、ＬＮＯＩＳＥがＬＴＨ以上である場合、動作はブロック８１３に進み、ブロック８１３で、トーン検出器２０３は、どんなトーン事象でも得るために、フィルタ処理されたｘ（ｎ）信号を監視する。理解されることであるが、ｘ（ｎ）信号のサンプルがトーン検出器２０３の中を伝播するときに、トーン検出器２０３はトーン事象を絶えず監視する。次のブロック８１５で、トーン事象が指示されたかどうかが照会される。前に説明されたように、トーン検出器２０３がトーン事象を検出したか、または、別の方法でトーンの１つまたは複数の周波数成分にロックされたとき、トーン検出器２０３は、対応する周波数制御信号ｃｌをフィルタ制御装置２０５に供給する。留意されたいことであるが、代替の実施形態では、周波数のどんな関数もトーン検出器２０３によって供給されることがあり、この場合、フィルタ制御装置２０５は、これをｃｌの同等な値に変換する責任を負っている。トーン事象が、ブロック８１５で決定されるように指示されない場合、動作はブロック８１７に進んで、前に説明されたように適応多帯域通過フィルタ２０１を全通過フィルタにリセットする。トーン事象が未だ指示されていないか、伝送中に失われた場合、またはトーン事象が完成した後で、トーン検出器２０３が次のトーン事象を検出することができるようにするために、適応多帯域通過フィルタ２０１をリセットすることが望ましい。
【００２６】
トーン事象がブロック８１５で指示された場合、動作はブロック８１９に進み、ブロック８１９で、適応多帯域通過フィルタ２０１は、トーン検出器からの周波数情報、例えば周波数成分信号ｃｌおよび帯域幅制御信号ｒｌに基づいて更新される。前に説明されたように、各帯域幅制御信号ｒｌは、周波数成分信号ｃｌの対応する１つによって指示されるように対応する周波数成分の対応する周波数成分を調整するか、フィルタ処理する。適応多帯域通過フィルタ２０１がブロック８１７でリセットされたか、またはブロック８１９で更新された後で、動作はブロック８２１に進んで、処理すべきもっと多くの入力サンプルがあるかどうかを決定する。ない場合には動作は完了され、ある場合には、動作は、次の入力サンプルのためにブロック８０３に戻る。
【００２７】
図９は、ＳＮＲフィルタ処理ゲイン（ｄＢ）対ＳＮＲ（ｄＢ）をプロットするグラフ図である。第１の線９０１は、５成分（すなわち、Ｎ＝５）トーン検出用途の１０００の無秩序試用（ｄＢごとに）に基づいた平均ＳＮＲゲインである。第２の線９０３は、ＳＮＲゲイン≒−０．４５＊ＳＮＲ＋１１．３７としてＳＮＲゲインを示す。平均ＳＮＲゲインは、３ｄＢ未満のＳＮＲを有する入力信号では、１０ｄＢよりも大きかったが、これは、従来の技術を超える実質的な改善である。
【００２８】
本発明の実施形態に従った高度トーン検出器は、適応多帯域通過フィルタ、トーン検出器およびフィルタ制御装置を含む。適応多帯域通過フィルタは、入力信号を受け取る信号入力、フィルタ処理された信号を供給する信号出力、および少なくとも１つの制御信号を受け取る少なくとも１つの制御入力を備える。トーン検出器は、適応多帯域通過フィルタの信号出力に結合された入力と、トーン事象が検出されたときに少なくとも１つのトーン検出信号を供給する少なくとも１つの出力とを備える。フィルタ制御装置は、入力信号を受け取る第１の入力、少なくとも１つのトーン検出信号を受け取る少なくとも１つの第２の入力、および少なくとも１つの制御信号を供給する少なくとも１つの第１の出力を備える。
【００２９】
適応多帯域通過フィルタは、各々対応する周波数制御入力を有する多数の適応帯域通過フィルタを含むことができ、フィルタ制御装置が周波数成分信号を周波数制御入力の各々に供給する。一実施形態では、トーン検出器は、トーン事象を検出し、さらに、適応多帯域通過フィルタに供給される周波数成分信号を供給する。代替の実施形態では、フィルタ制御装置は、トーン検出器信号を適切な周波数成分信号に変換する。各適応帯域通過フィルタは、帯域幅制御入力を含むことができ、フィルタ制御装置が帯域幅制御信号を各帯域幅制御入力に供給する。
【００３０】
適応多帯域通過フィルタの制御入力は、少なくとも１つの周波数制御入力および少なくとも１つの帯域幅制御入力を含むことができる。この場合、フィルタ制御装置は、１つまたは複数の周波数成分信号を１つまたは複数の周波数制御入力に供給し、さらに、１つまたは複数の帯域幅制御信号を１つまたは複数の帯域幅制御入力に供給する。フィルタ制御装置は、さらに、入力信号の雑音レベルを測定することができる。その場合、フィルタ制御装置は、最初に、各制御信号を全通過値に設定し、雑音レベルが閾値雑音レベルよりも下である間、またはトーン事象が検出されない間は、これらの全通過値を維持することができる。トーン事象が検出される間に雑音レベルが閾値雑音レベルに達した場合には、フィルタ制御装置は、また、帯域幅を減少させるように帯域幅制御信号を調整することができる。フィルタ制御装置は、さらに、フィルタ処理された入力信号を受け取る第３の入力を含むことができる。さらに、その場合、フィルタ制御装置は、入力信号とフィルタ処理された入力信号の間のＳＮＲ改善に基づいて、各帯域幅制御信号を調整することができる。
【００３１】
本発明の実施形態に従ったトーン事象検出システムは、適応多帯域通過フィルタ、トーン検出器、および制御装置を含む。適応多帯域通過フィルタは、サンプル入力信号をフィルタ処理して、フィルタ処理されたサンプル信号を供給する。このフィルタは、多数の周波数入力および対応する帯域幅制御入力を備える。トーン検出器は、トーン事象を得るために、フィルタ処理されたサンプル信号を監視し、トーン事象が検出されたときにトーン指示を供給する。制御装置は、トーン指示を受け取り、各周波数信号を対応する周波数入力に供給し、さらに、供給される各周波数信号について帯域幅信号を対応する帯域幅制御入力に供給する。
【００３２】
適応多帯域通過フィルタは、各々減少された位相シフトで対応する周波数を通過させる多数の適応帯域通過フィルタを含むことができる。一実施形態では、少なくとも１つの周波数信号はｃｏｓ（２πｆ／ｆｓ）であり、ここでｆはトーン事象の成分の周波数であり、ｆｓはサンプル入力信号のサンプリング周波数である。
【００３３】
本発明の実施形態に従ってトーン事象を高める（enhancing）方法は、入力信号をフィルタ処理して、フィルタ処理された信号を供給すること、このフィルタ処理された信号を監視し、トーン事象が指示されたときにトーン指示を供給すること、および、トーン指示に応答して適応多帯域通過フィルタを更新するために少なくとも１つのフィルタ制御信号を供給することを含む。
【００３４】
本方法は、少なくとも１つの周波数成分信号および／または少なくとも１つの帯域幅制御信号を供給することを含むことができる。本方法は、周波数成分信号および対応する帯域幅制御信号を供給すること、および帯域幅制御信号に相応する帯域幅を有する周波数成分信号に相応する周波数で、入力信号を帯域通過フィルタ処理することを含むことができる。
【００３５】
本方法は、入力信号の雑音レベルを測定することを含むことができる。その場合、本方法は、さらに、トーン事象が指示されない場合、または雑音レベルが閾値レベルよりも下である場合に、全通過値のための帯域幅制御信号を供給することを含むことができる。そしてさらに、本方法は、雑音レベルが閾値レベルに達した場合に、雑音レベルに基づいて帯域幅制御信号を調整することを含むことができる。本方法は、さらに、入力信号とフィルタ処理された信号の間のＳＮＲ改善レベルを測定すること、およびこのＳＮＲ改善レベルに基づいて少なくとも１つの制御信号を調整することを含むことができる。
【００３６】
本発明の特定の実施形態が示され、説明されたが、当業者には認められることであろうが、本明細書の教示に基づいて、本発明および本発明のより広い態様から逸脱することなしに、さらなる変更および修正が加えられることがある。添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、本発明の真の精神および範囲内にあるような全ての変更および修正を含む意図である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に従った通信システムのブロック図である。
【図２】本発明の例示の実施形態に従って実現された図１の高度トーン検出器のブロック図である。
【図３】本発明の例示の実施形態に従って実現された図２の適応多帯域通過フィルタの簡略化されたブロック図である。
【図４】本発明の例示の実施形態に従って図３の第１のフィルタを実現する適応帯域通過フィルタ（ＡＢＰＦ）の簡略化されたブロック図である。
【図５】本発明の他の実施形態に従って図３の第１のフィルタを実現する適応帯域通過フィルタの簡略化されたブロック図である。
【図６】１キロヘルツ（ｋＨｚ）の選ばれた成分周波数ｆ０に関して、図３の例示のＡＢＰＦの伝達関数のゲイン（ｄＢ）対周波数（Ｈｚ）を、対応する帯域幅制御信号の様々な値についてプロットするグラフ図である。
【図７】帯域幅制御信号の同じ値について図６の同じ伝達関数の位相（度）対周波数（Ｈｚ）をプロットするグラフ図である。
【図８】本発明の例示の実施形態に従って図２の適応多帯域通過フィルタの動作を示す流れ図である。
【図９】５成分（すなわち、Ｎ＝５）トーン検出用途の１０００回無秩序試用（１ｄＢごとに）に基づいたＳＮＲフィルタ処理ゲイン（ｄＢ）対ＳＮＲ（ｄＢ）をプロットするグラフ図である。
【図１】
2009529297.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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