(57)【要約】本発明は、含んでいるバックグラウンドノイズを動的に推定する方法およびシステムに関する。本発明のシステムには、携帯通信装置、音声符号化装置、および音声活動検出器が含まれる。携帯通信装置によって受信された情報に基づいて、音声符号化装置は入力情報に関するパラメータを決定する。入力情報には、入力情報の周期性を示す発声モードが含まれる。その後で、音声活動検出器は発声モードを閾値と比較して、バックグラウンドノイズ推定値を更新するか否かを判定する。本発明の方法は、入力音声フレームに対する周期性指標および現在のコンフォートノイズレベルを受信するステップと、現在のコンフォートノイズレベルが以前のコンフォートノイズレベルと等しい場合に、周期性指標を所定の閾値と比較するステップと、周期性指標が所定の閾値を越える場合に、バックグラウンドノイズ推定値を維持するステップと、周期性指標が所定の閾値を越えない場合に、バックグラウンドノイズ推定値を訂正するステップとを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックグラウンドノイズを動的に推定する方法において、
入力音声フレームに対する周期性指標および現在のコンフォートノイズレベルを生成するステップと、
前記現在のコンフォートノイズレベルが以前のコンフォートノイズレベルと等しい場合に、前記周期性指標を所定の閾値と比較するステップと、
前記周期性指標が前記所定の閾値を越える場合にはバックグラウンドノイズ推定値を維持し、かつ前記周期性指標が前記所定の閾値を越えない場合には前記バックグラウンドノイズ推定値を訂正するステップとを備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記現在のコンフォートノイズレベルが前記以前のコンフォートノイズレベルと等しくない場合に、前記バックグラウンドノイズ推定値および平均の周期性推定値を設定するステップを、さらに備える方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記周期性指標を前記所定の閾値と比較する前に、平滑化された前記周期性指標を計算するステップを、さらに備える方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記周期性指標が前記所定の閾値を越えない場合に、アウトバウンドチャネルを開で保持するステップを、さらに備える方法。
【請求項５】
発話出力の遮断を避けるために、半二重スピーカーホン環境でノイズレベルの増大を検出する方法において、
現在のコンフォートノイズレベルを決定するステップと、
前記現在のコンフォートノイズレベルを以前のコンフォートノイズレベルと比較するステップと、
前記現在のコンフォートノイズレベルが前記以前のコンフォートノイズレベルと等しい場合に、現在の周期性指標は所定の閾値より大きいか否かを判定するステップと、
前記周期性指標が前記所定の閾値を越える場合にはバックグラウンドノイズ推定値を維持し、かつ前記現在の周期性指標が前記所定の閾値を越えない場合には、前記バックグラウンドノイズ推定値を訂正し、かつアウトバウンドチャネルを開で保持するステップとを備える方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記現在のコンフォートノイズレベルが前記以前のコンフォートノイズレベルと等しくない場合に、前記バックグラウンドノイズ推定値および平均の周期性推定値を設定するステップを、さらに備える方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、
前記周期性指標を前記所定の閾値と比較する前に、平滑化された前記周期性指標を計算するステップを、さらに備える方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、
前記周期性指標が前記所定の閾値を越えない場合に、前記バックグラウンドノイズ推定値を更新するステップを、さらに備える方法。
【請求項９】
バックグラウンドノイズを動的に推定するシステムにおいて、
入力情報を受信するための携帯通信装置と、
前記入力情報に関するパラメータを決定するための音声符号化装置と、
バックグラウンドノイズ推定値を決定するために前記パラメータを処理するための音声活動検出器とを備え、
前記パラメータは前記入力情報の周期性を示す発声モードを含み、
前記音声活動検出器は、前記現在の発声モードを所定の閾値と比較するための機構を有し、前記発声モードが前記所定の閾値を越えない限りアウトバウンドチャネルは開のまま存続するシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記現在のコンフォートノイズレベルが前記以前のコンフォートノイズレベルと等しくない場合に、前記バックグラウンドノイズ推定値および平均の周期性推定値を設定していることをさらに備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に移動体装置に関し、より詳細にはスピーカーホン方式で操作可能な携帯通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカーホンは、複数名の間での通信を容易にするため、およびハンズフリー設定を提供するために、個人と法人の両者によって多くの設定で用いられている。スピーカーホンは、使用者が自動車の運転中に受話器を掴む必要がなくなるために、自動車において頻繁に用いられる。多くのスピーカーホンは半二重スピーカーホンであり、同時に通信チャネルを占有できるのは１名のみである。１名が一旦チャネルを獲得すると、そのチャネルが自由に手続できるまで、他の者は待機する必要がある。
【０００３】
ノイズレベルの突然増大する環境においてスピーカーホンが用いられる場合、アウトバウンド音声は一時的に消音され得る。例えば、自動車の加速は車内などのノイズレベルを全般的に増大するので、自動車が動き始める時には、８〜１０秒に渡るある期間の間、アウトバウンド音声が消音され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
消音は、インバウンドの音声活動検出器（ＶＡＤ）が近端の発話のような突然のノイズの増大を検出することによって生じる。ＶＡＤはノイズではなく発話を検出するので、インバウンドチャネルを閉じる。ＶＡＤが通常動作に復帰するには約８〜１０秒を要する。ＶＡＤがバックグラウンドノイズレベルの増大を充分に迅速に認識するように適合させることはできない。このことによって、チャネルに割り込み、かつチャネルを閉じるノイズレベルが生じる。したがって、アウトバウンド発話の遮断を避けるため、より迅速にノイズの増大を検出し、起こり得るアウトバウンドでの使用に向けてチャネルを解放する技術が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、前述の欠点を克服するために、本発明のある実施態様によって、バックグラウンドノイズを動的に推定する方法が提供される。この方法は、入力音声フレームに対して周期性指標および現在のコンフォートノイズレベルを生成するステップと、現在のコンフォートノイズレベルが以前のコンフォートノイズレベルと等しい場合に、周期性指標を所定の閾値と比較するステップと、周期性指標が所定の閾値を越える場合に、バックグラウンドノイズ推定値を維持するステップと、周期性指標が所定の閾値を越えない場合に、バックグラウンドノイズ推定値を訂正するステップとを備える。
【０００６】
さらに別の実施態様では、本発明には、発話出力の遮断を避けるように、半二重スピーカーホンでノイズレベルの増大を検出する方法が含まれる。この方法は、現在のコンフォートノイズレベルを決定するステップと、現在のコンフォートノイズレベルを以前のコンフォートノイズレベルと比較するステップと、現在のコンフォートノイズレベルが以前のコンフォートノイズレベルと等しい場合に、現在の周期性指標は所定の閾値より大きいか否かを判定するステップと、周期性指標が所定の閾値を越える場合に、バックグラウンドノイズ推定値を維持するステップと、バックグラウンドノイズ推定値を訂正するステップと、現在の周期性指標が所定の閾値を越えない場合に、アウトバウンドチャネルを開で保持するステップとを備える。
【０００７】
さらに別の実施態様では、本発明は、バックグラウンドノイズを動的に推定するためのシステムを有する。このシステムは、入力情報を受信する携帯通信装置と、入力情報に関するパラメータを決定するための音声符号化装置とを有する。このパラメータには、入力情報の周期性を示す発声モード（voicing mode）が含まれる。追加として、このシステムは、バックグラウンドノイズ推定値を決定するためのパラメータ処理用の音声活動検出器を有する。音声活動検出器は、現在の発声モードを所定の閾値と比較するための機構を有し、発声モードが所定の閾値を越えない限り、アウトバウンドチャネルは開のまま存続する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本出願は、２００２年７月２６日に出願の米国特許仮出願第６０／３９８，５７７号、「バックグラウンドノイズの高速な動的推定用の方法」に関する出願である。本出願は、その優先権を主張し、本明細書に引用によって援用する。
【０００９】
本明細書は、新規であると考えられる本発明の特徴を定める特許請求の範囲と結ばれているが、本発明は、参照番号が引き継がれている図面と関連して以下の説明が考慮されることによって、さらに理解されると思われる。音声機器では一般に、発話および音声データはフレームに分解される。エネルギーパラメータおよび発声モードパラメータなど、種々のパラメータが各フレーム内に含まれている。発声モードパラメータは、トーン成分（tonal content ）またはフレームの周期性を示す値である。一般に、低い発声モードの値は摩擦音を示し、高い値は母音などのトーン音を示す。
【００１０】
上述のこれらのパラメータは、情報を受信する携帯通信装置がそれらのパラメータを利用可能であるように、送信機器によって生成され得る。代替では、受信する装置が上述と同一のパラメータを計算してもよい。受信する携帯通信装置は、これらのパラメータの値をさらに用いて平均値および閾値を定める。
【００１１】
図１を参照すると、セルラー通信システム１００には携帯通信装置１０２が含まれている。通信システム１００には、さらに固定ネットワーク機器（ＦＮＥ）１０４が含まれ得る。固定ネットワーク機器（ＦＮＥ）１０４には、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１０８と操作可能に接続された移動交換局（ＭＳＣ）１０６、およびトランスコーダ１１０が含まれ得る。トランスコーダ１１０は、任意の公知の音声符号化アルゴリズムによって、音声データを音声符号化情報に変換する。トランスコーダ１１０は、アウトバウンド音声信号を符号化し、それを携帯通信装置１０２の付近の基地局１１２に提供し得る。基地局１１２には、それを通じて音声符号化信号が携帯通信装置１０２へと送信される、トランシーバ機器およびアンテナ１１４が含まれ得る。
【００１２】
図２は、本発明の実施態様による、スピーカーホン方式で操作可能な携帯通信装置１０２を示す図である。携帯通信装置１０２は、アンテナスイッチ２０４と接続されたアンテナ２０２を有する。アンテナスイッチ２０４は、アンテナ２０２を、受話器２０６および送話器２０８に選択的に接続する。受話器２０６および送話器２０８の両方は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２１０と接続されている。ＤＳＰ２１０は、数値の計算および提供用の機構を提供し、音声符号化などの関数を実行し得る。ＤＳＰ２１０は、受信した音声情報をスピーカ２１４を通じて再生するために、音声出力回路２１２へ送り得る。携帯通信装置１０２は、マイクロホン２２０から受信した音声情報を処理するための音声入力回路２１８を追加で有する。音声入力回路２１８および音声出力回路２１２は、独立していてもよく、また単一のコーデックに結合されていてもよい。音声入力回路２１８は、符号化およびベースバンド処理などの関数を実行するＤＳＰ２１０へ信号を送る。送話器２０８は、ＤＳＰ２１０によって提供されたベースバンド信号を変調し、インバウンド信号を基地局１１２へ送信する。
【００１３】
携帯通信装置１０２は、追加で音声活動検出器１１６を有する。ＤＳＰすなわち音声符号化装置２１０は、入力情報に関連する複数のパラメータを出力する。これらのパラメータのうちの１つが「ｒ０」であり、あるセグメントの発話におけるエネルギーの量を示す。高いｒ０は大きな音量の発話を示し、低いｒ０は静かな発話を示す。これらのパラメータのうちの別の１つがＶｍ、すなわち発声モードである。発声モードは、あるセグメントの入力情報がどれほど周期的であるかを示す。周期的な発話は高い発声モードを有する。母音は高い発声モードを有する。パターンを有さない発話以外のノイズは、低い発声モードを有する。したがって一般には、高い発声モードは発話の存在を示す。
【００１４】
音声符号化装置２１０によって出力される別のパラメータは、コンフォートノイズレベル「ＣＮＲ０」である。無音を送信するのは不経済であるので、音声符号化装置２１０はコンフォートノイズを推定して、発話を検出しない時にはＣＮＲ０を送信する。
【００１５】
上述のように、従来技術に伴う問題は、バックグラウンドノイズが増大する間に、携帯通信装置１０２がＣＮＲ０の即座の増大を記録できないことである。しかしながら、ｒ０の増大は遅延されないため、発話がない時に８〜１０秒間の発話が宣言される。したがって、本発明のシステムおよび方法は、ＣＮＲ０のより優れた推定を目的とする。「ib_r0_avg 」は、ＣＮＲ０曲線に対して与えられた名前である。
【００１６】
ＣＮＲ０の増大は即座には認識されないので、ＶＡＤ１１６を有する本発明の処理ツールは、入力情報の連続的なセグメントの各々に対してＣＮＲ０を比較する。２つのセグメントの間でＣＮＲ０が変わらない、すなわち等しい場合には、処理ツールはさらに調査して、何らかのＣＮＲ０増大が存在するか否かを判定する。本発明の方法を参照して、調査の過程を以下でさらに説明する。
【００１７】
アウトバウンドチャネルを閉じることを避けるためにバックグラウンドノイズを動的に推定する方法を、図３に詳細に示す。ステップ３００では、携帯通信装置１０２は、入力音声フレームを受信した後に、入力音声フレームのＣＮＲ０を直近の以前の音声フレームのＣＮＲ０と比較する。
【００１８】
２つの音声フレームのＣＮＲ０が等しくない場合には、ステップ３０２で、ＶＡＤ１１６がib_r0_avg を現在のＣＮＲ０と等しく設定する。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
かつ、ib_vm_avg を発声モードの現在の値で設定する。
【００２１】
【数２】
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【００２２】
しかしながらステップ３００で２つの音声フレームのＣＮＲ０が等しい場合には、その等しさは応答遅延のためであり得るので、さらなる調査が必要とされる。
したがってステップ３０４で、ＶＡＤ１１６は、現在のＶｍがib_vm_avg より小さいか
否かを判定する。ＶＡＤ１１６が現在のＶｍはib_vm_avg より小さいと判定した場合には、ステップ３０６で、ＶＡＤ１１６は平滑係数「アルファ（alpha ）」を用いてib_vm_avg を修正する。より詳細には、ＶＡＤ１１６は以下の数式を用いる。
【００２３】
【数３】
2005534257.tif 000005
【００２４】
ステップ３０４で、ＶＡＤ１１６が現在のＶｍはib_vm_avg より小さくないと判定した場合には、ステップ３０８で、ＶＡＤはib_vm_avg を現在のＶｍと等しく設定する。
【００２５】
【数４】
2005534257.tif 000006
【００２６】
ステップ３０６および３０８に続いてステップ３１０で、ＶＡＤ１１６は、ib_vm_avg がib_vm_threshより大きいかを判定する。平滑化された発声モードであるib_vm_avg が閾値であるib_vm_threshより大きい場合には、調節を必要としない。しかしながら、ib_vm_avg がib_vm_threshより大きくない場合には、バックグラウンドノイズ推定値を更新する必要がある。平滑化された発声モードが閾値より小さい場合には、音声フレームエネルギーは低域通過されて、バックグラウンドノイズレベルを推定するために用いられる。このことは、ノイズは低い発声モードを有するという仮定に基づいている。ノイズレベルが突然増大する場合には、発声モードは低く留まり、したがって閾値は更新される。閾値を更新することによって、ノイズのエネルギーが発話として検出されることが防止される。したがって、ステップ３１２では、ＶＡＤ１１６がib_r0_avg を更新する。
【００２７】
【数５】
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【００２８】
インバウンドの発話を正確に検出するために、平滑化されたインバウンドエネルギーが、動的に調節された閾値に対して比較される。閾値は、インバウンドのバックグラウンドノイズの関数である。バックグラウンドノイズがより大きくなると、閾値は、不正確な検出を避けるために、より大きくなる必要がある。したがって本発明の技術は、極度のノイズ状況の下でもインバウンドのＶＡＤが不正な検出を行わないように、閾値を動的に調整する。この適応は、音声フレームの発声モードと、そのフレームのエネルギーとに基づいている。
【００２９】
上述で図４に示されるように、実線で表されているノイズレベルが閾値より低い限り、ノイズは発話として検出されず、したがって、チャネルは閉じられないであろう。ノイズレベルが突然増大する時は、割り込みを防止するために、閾値はノイズレベルに接近して追随する。もとの閾値は、大きな破線によって表されている。新たな閾値は、細かい破線によって表されている。示されているように、調整された新たな閾値を反映する細かい破
線は、実線によって表されているノイズレベルに対して、より迅速に調整されている。
【００３０】
バックグラウンドノイズを推定するために発声モードを用いることによって、多くの事例において、発話の不正な検出が防止される。上述と同一の技術の実施以前には、ＣＮＲ０の増大において、装置が８〜１０秒の遅延を経験することがあり得た。上述と同一の技術の実施によって、同じ装置での遅延は、約１／２秒にまで短縮され得る。
【００３１】
本発明の好適な実施態様を図示および説明したが、本発明が、それらに限定されないことは明らかであろう。添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の精神および範囲を逸脱することなく、当業者らには、多数の修正、変更、異体、置換、および均等が想到されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】セルラー通信システムの一覧図。
【図２】携帯通信装置のブロック図。
【図３】バックグラウンドノイズを動的に推定する方法を示す流れ図。
【図４】ノイズレベルおよび閾値を示すグラフ図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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