(57)【要約】  移動体オーディオデバイスは、オーディオダイナミックレンジ制御ＡＤＲＣ（１２５）と自動音量制御ＡＶＣ（１２６）を実行して、オーディオの小音量パッセージが聴き取りやすくなるように、移動体オーディオデバイスのスピーカーから出力されるサウンド１２７の音量を増加させる。この小音量パッセージの増幅は、他のより大音量のパッセージを過剰に増幅させることなく、また、クリッピングによるかなりの歪みをもたらすことなく発生する。マルチ−マイクロフォンアクティブノイズキャンセルＭＭＡＮＣ（１３３）機能を使用して、例えば、移動体オーディオデバイスのマイクロフォン上でピックアップされたオーディオ情報から背景ノイズを除去する。ＭＭＡＮＣ機能は、中間信号として、ノイズ基準信号を発生させる。中間信号を調整して、ＡＶＣプロセスによって基準として使用される。ＡＶＣプロセスの間に適用される利得は、ノイズ基準信号の関数である。【選択図】図５
2010531071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセル（ＭＭＡＮＣ）を実施して、これによって、オーディオ基準信号と、ノイズ基準信号とを発生させることと、
（ｂ）デジタルオーディオ情報値のストリームにオーディオダイナミックレンジ制御（ＡＤＲＣ）を実施して、これによって、圧縮されたデジタルオーディオ情報値のストリームを発生させることと、
（ｃ）前記圧縮されたデジタルオーディオ情報値のストリームに自動音量制御（ＡＶＣ）を実施することと
を含み、前記ＡＶＣの利得は前記ノイズ基準信号の関数である方法。
【請求項２】
前記（ａ）のＭＭＡＮＣ、前記（ｂ）のＡＤＲＣ、および、前記（ｃ）のＡＶＣは、プロセッサ上での命令の実行によって実施される動作であり、前記プロセッサは、移動体オーディオデバイスの一部である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記方法はセルラ電話機によって行われ、前記（ａ）のＭＭＡＮＣはまた、ノイズキャンセルされたマイクロフォン信号の発生をもたらし、前記ノイズキャンセルされたマイクロフォン信号は、デジタル値のストリームであり、
前記方法は、
前記ノイズキャンセルされたマイクロフォン信号上に、ボコーダエンコーディング機能を実施することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記（ｃ）のＡＶＣは、音量制御されたデジタル値のストリームを発生させ、
前記方法は、
前記音量制御されたデジタル値のストリームを、アナログ信号に変換することと、
前記アナログ信号を使用して、スピーカーを駆動することと
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記（ｂ）のＡＤＲＣは、前記デジタルオーディオ情報値のストリームに対して利得を適用することを含み、前記利得は、前記デジタルオーディオ情報値のストリームの振幅の関数である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記関数は、ノイズゲート部分、強調部分、一定利得部分、圧縮部分、およびリミッタ部分を含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、セルラ電話機上で実施され、オーディオ基準信号は、スピーチ基準信号である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、デジタルオーディオプレーヤー上で実施される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記（ａ）のノイズ基準信号を、制御値に変換することをさらに含み、前記制御値は、少なくとも部分的に、前記（ｃ）のＡＶＣの利得を決定する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記（ｃ）のＡＶＣの前記利得は、１）前記ノイズ基準信号と、２）利用可能なヘッドルームの量との両方の関数である、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第１のマイクロフォン信号と第２のマイクロフォン信号を受け取り、ノイズ基準信号を出力する、マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセル（ＭＭＡＮＣ）メカニズムと、
デジタルオーディオ情報値の第１のストリームを受け取って、デジタルオーディオ情報値の第２のストリームを出力する、オーディオダイナミックレンジ制御（ＡＤＲＣ）メカニズムと、
前記デジタルオーディオ情報値の第２のストリームを、利得によって増幅する、自動音量制御（ＡＶＣ）メカニズムと
を具備し、
前記利得は、前記ノイズ基準信号の関数として調整される、集積回路。
【請求項１２】
前記ＭＭＡＮＣメカニズムは、ブラインド信号分離（ＢＳＳ）を実施し、前記ノイズ基準信号と、スピーチ基準信号との両方を発生させ、前記スピーチ基準信号は、比較的ノイズをなくしたものであり、前記ノイズ基準信号は、比較的スピーチをなくしたものである、請求項１１記載の集積回路。
【請求項１３】
前記デジタルオーディオ情報値の第２のストリームに対する、前記デジタルオーディオ情報値の第１のストリームの関係は、関数によって記述され、前記関数は、ノイズゲート部分、強調部分、一定利得部分、圧縮部分、およびリミッタ部分を含む、請求項１１記載の集積回路。
【請求項１４】
前記ＡＤＲＣメカニズムは、第１の組の命令と、プロセッサとの組み合わせであり、前記プロセッサによる前記第１の組の命令の実行は、前記デジタルオーディオ情報値の第２のストリームを発生させる、請求項１１記載の集積回路。
【請求項１５】
前記ＡＶＣメカニズムは、第２の組の命令と、プロセッサとの組み合わせであり、前記プロセッサによる前記第２の組の命令の実行は、前記デジタルオーディオ情報値の第２のストリームを、前記利得によって増幅させる、請求項１４記載の集積回路。
【請求項１６】
前記第１のマイクロフォン信号は、前記ＭＭＡＮＣメカニズム上で、第１のレートで受け取られるデジタル値のストリームであり、前記ＭＭＡＮＣメカニズムによる出力である前記ノイズ基準信号は、前記第１のレートに近似している第２のレートで前記ＭＭＡＮＣによって調整される、請求項１１記載の集積回路。
【請求項１７】
ノイズ基準信号の関数として、利得を制御する手段と、
デジタルオーディオ情報値のストリームを発生させる、オーディオダイナミックレンジ制御メカニズムと
を具備し、
前記ノイズ基準信号は、マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセルを使用して発生され、前記デジタルオーディオ情報値のストリームに対して、利得が適用される装置。
【請求項１８】
前記オーディオダイナミックレンジ制御メカニズムは、プロセッサと、プロセッサ読み取り可能メモリ中に記憶されている１組の命令との組み合わせであり、前記プロセッサによる前記１組の命令の実行は、前記デジタルオーディオ情報値のストリームを発生させる、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセルを実施する手段をさらに具備し、これによって、前記ノイズ基準信号を発生させる、請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
ブラインド信号分離（ＢＳＳ）を実施する手段をさらに具備し、これによって、前記ノイズ基準信号を発生させる、請求項１７記載の装置。
【請求項２１】
前記装置は、移動体デバイス中に配置されている単一の集積回路であり、移動体デバイスは、デジタルメディアプレーヤー、デジタルオーディオプレーヤー、ＭＰ３プレーヤー、パーソナルデジタルアシスタント、ラップトップコンピュータ、ポータブルコンピュータ、移動体通信デバイス、およびセルラ電話機からなるグループから選ばれる、請求項１７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
開示する実施形態は、移動体オーディオデバイスのためのノイズのキャンセルと自動的な音量調整に関連する。
【背景】
【０００２】
図１（従来技術）は、スピーチ情報からノイズとエコーを取り除く、アクティブなノイズキャンセルシステムの図である。スピーチ基準マイクロフォンとして呼ばれる、第１のマイクロフォンＭＩＣ１は、所望のスピーチ源の近くに配置される。このＭＩＣ１は、セルラ電話機のユーザからの音響スピーチ情報をピックアップし、これを電子的スピーチ信号１へと変換する。このスピーチ信号１は、背景ノイズ混じりの信号である。ノイズ基準マイクロフォンとして呼ばれる、第２のマイクロフォンＭＩＣ２は、ノイズ源の近くに、または、スピーチ源から遠く離れた場所に配置される。このＭＩＣ２は、音響ノイズをピックアップし、これを電子的ノイズ基準信号２へと変換する。ノイズ基準信号２は、スピーチ信号に比較して、比較的、所望のスピーチ情報をなくしたものであるとして仮定される。分離回路３は、ノイズ基準信号を使用して、ノイズをキャンセルして、到来信号を、スピーチ信号４とノイズ信号５へと分離する。スピーチ信号４は、比較的ノイズをなくしたものである。エコーキャンセルは、適応フィルタを用いて、エコーパスをミミックすることを含む。キャンセラ６および７は、マイクロフォンＭＩＣ１およびＭＩＣ２による信号出力から発生されたエコー信号を抽出する。さまざまな技術分野において実践されている数多くのこのようなアクティブノイズキャンセル技術および回路がある。
【０００３】
移動体通信デバイス（例えば、セルラ電話機）は、一般的に小さい物理的寸法を持っている。このような小さい寸法は、アクティブノイズキャンセルシステムの複数のマイクロフォンの間の距離を制限する。結果として、ノイズ基準信号は、一般的に、所望のスピーチ情報をなくしたものではなく、ノイズキャンセル性能は制限されている。単純なアクティブノイズフィルタリング技術は、ノイズのいくらかのものをキャンセルされないままにする一方で、所望のスピーチ信号のいくらかのものをキャンセルしてしまいがちである。
【０００４】
ブラインド信号分離（ＢＳＳ）として知られている、より洗練されたノイズ削減技術は、デジタル補聴器において使用されてきた。このようなＢＳＳシステムでは、ノイズキャンセルシステムの２つのマイクロフォンは、補聴器ユーザの両耳中に位置している。したがって、２つのマイクロフォンのいずれのものも、ノイズをピックアップするために主として使用されることができない。両方のマイクロフォンが、スピーチとともにキャンセルすべきノイズをピックアップする。時間的な反ハビアン学習アルゴリズムを使用して、ノイズとスピーチ情報を分離する。さらなる情報に関しては、Ｍ． Ｇｉｒｏｌａｍｉ氏による、“ノイズキャンセルと信号分離のための対称適応最大尤度推定”、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ, ３３（１７）: １４３７−１４３８ (１９９７)と、Ｋ． Ｔｏｒｋｋｏｌａ氏による、“情報最大化に基づいたコンボルブド源のブラインド分離”信号処理のニューラルネットワークのためのＩＥＥＥ ワークショップ、京都、日本、１９９６年とを参照のこと。ＢＳＳシステムの性能は、一般的に、インパルス応答の対称性と、マイクロフォンの適切な配置とに依拠しているので、追加的な信号処理が適用されてもよい。
【０００５】
図２（従来技術）は、いくつかのセルラ電話機で用いられるシステムの図である。セルラ電話機を使用しているときに、セルラ電話機ユーザは、他の比較的大音量のパッセージとともに、より小音量のパッセージを持つオーディオを傾聴しているかもしれない。ユーザが騒がしい環境中でオーディオを傾聴している場合、ユーザがより小音量のパッセージを聴き取ることは、背景ノイズのために妨げられるかもしれない。スピーカーに供給されている全体の電気的信号が、単純に増幅される場合、より小音量のパッセージを、ユーザが聴き取ることができるように、より小音量のパッセージが増幅されることになるが、ここで、より大音量のパッセージは、クリッピングの発生するポイントまで増幅されることになるかもしれない。このようなクリッピングは、スピーカーから出力されるサウンドに、望ましくない歪みをもたらすだろう。大音量のサウンドは、ユーザの耳を損傷させるかもしれない。このような望ましくないクリッピングと歪みを避けるために、信号８の振幅が、時間ドメイン中で追跡される。信号がより弱い場合、信号がより大きい利得値で増幅されるように、他方、信号がより強い場合、信号がより小さい利得値で増幅されるように、信号は、入力振幅の関数である利得によって増幅される。全体の信号のダイナミックレンジは、このように圧縮される。このプロセスは、“圧縮”または“オーディオダイナミックレンジ制御”（ＡＤＲＣ）として呼んでもよく、ＡＤＲＣブロック１０で発生する。
【０００６】
自動音量制御（ＡＶＣ）１１として知られているプロセスが、ＡＤＲＣブロック１０の出力に適用される。背景ノイズのレベルが、マイクロフォン１２および関連回路１３によって検出される。低い背景ノイズの状況下では、圧縮された信号９は、ＡＶＣブロック１１によって増幅される必要がなく、大きく増幅されずにスピーカーに対して供給される。しかしながら、高い背景ノイズの状況下では、圧縮された信号９は、ＡＶＣブロック１１によってかなり増幅される。ＡＤＲＣブロック１０によって実行される圧縮のために、オーディオの高振幅部分のクリッピングは減少され、または、なくされる。上記の図２の記述は、簡潔なものである。より詳細な説明は、米国特許第６，７６６，１７６号を参照のこと。
【発明の概要】
【０００７】
移動体オーディオデバイス（例えば、セルラ電話機のような移動体通信デバイス）は、オーディオダイナミックレンジ制御（ＡＤＲＣ）を実行して、オーディオ信号のダイナミックレンジを制限する。自動音量制御（ＡＶＣ）は、次に、利得を適用して、ＡＤＲＣからの信号出力の大きさを増大させる。この増幅は、クリッピングによるかなりの歪みをもたらすことなく発生する。結果としての圧縮されたオーディオ信号を使用して、移動体オーディオデバイスのスピーカーを駆動する。圧縮されたオーディオ信号は、実際には、一般的に従来技術におけるような、デジタルアナログコンバータのような介在回路を通して、間接的にスピーカーを駆動する。
【０００８】
移動体オーディオデバイスはまた、マルチ−マイクロフォンアクティブノイズキャンセル（ＭＭＡＮＣ）も実行する。１つの例では、ＭＭＡＮＣを使用して、移動体オーディオデバイスのマイクロフォン上でピックアップされた、非ノイズオーディオ情報（例えば、スピーチ情報）から、背景ノイズを除去する。非ノイズ情報（例えば、スピーチ情報）は、移動体オーディオデバイスから送信のために無線インターフェースに進められる。アクティブノイズキャンセル動作を実行する際に、ＭＭＡＮＣプロセスは、中間信号としてノイズ基準信号を発生させる。
【０００９】
その中で移動体オーディオデバイスが動作していてもよい環境は、比較的一定の特性を有する変動のないノイズを含んでいてもよく、および／または、より急速に変化する変動のあるノイズも含んでいてもよい。例えば、移動体オーディオデバイスのユーザが、込み合った部屋にいる場合、背景の会話は、このような変動のあるノイズをもたらすかもしれない。例えば、ユーザが混雑した大通りを歩いている場合、大通りを通過している車両は、このような変動のあるノイズをもたらすかもしれない。ＭＭＡＮＣプロセスの１つの例では、ＭＭＡＮＣプロセスによって発生されたノイズ基準信号は、比較的高速に調整されて、このような変動のあるノイズの存在または不在を表す。到来するマイクロフォンオーディオサンプルがＭＭＡＮＣプロセスへと受信されるおよそのレートで、ノイズ基準信号を調節する。アクティブノイズキャンセルプロセスは、移動体オーディオデバイスのユーザが話しており、ユーザのスピーチが、マイクロフォンによってピックアップされている時であっても、ノイズ基準信号がノイズの存在または不在を正しく表すことができるようなものである。
【００１０】
１つの有利な観点では、ＭＭＡＮＣプロセスにおいて発生された中間信号であるノイズ基準信号を使用して、ＡＤＲＣとＡＶＣプロセスを制御する。１つの例では、ノイズ基準信号をスケールおよびフィルタして、制御信号を発生させる。制御信号は、ＡＤＲＣのＡＶＣ部分とＡＶＣプロセスが使用して、利得を決定するための基準であり、この利得を、ＡＶＣ部分がＡＤＲＣ部分の出力に対して適用する。適用される利得は、制御信号の関数である。
【００１１】
移動体オーディオデバイスは、例えば、（ＭＰ３プレーヤーのような）デジタルオーディオプレーヤー、デジタルメディアプレーヤー（例えば、画像およびビデオ再生能力を持つｉＰＯＤ）、デジタルカメラ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップコンピュータのようなパーソナルコンピューター、または、（セルラ電話機のような）移動体通信デバイス、あるいは、オーディオを再生できる、他の類似したデバイスであってもよい。移動体オーディオデバイスは、マイクロフォン上でピックアップされたオーディオ情報を取り込み、記憶し、および／または送信する能力を含んでいてもよく、または、含んでいなくてもよい。
【００１２】
さらなる方法および構造を、以下の詳細な説明において説明する。この発明の概要は、発明を規定することを意図していない。発明は、特許請求の範囲によって、規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（従来技術）は、マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセルシステムの図である。
【図２】図２（従来技術）は、オーディオダイナミックレンジ制御（ＡＤＲＣ）と自動音量制御（ＡＶＣ）とを含むいくつかのセルラ電話機において用いられるシステムの図である。
【図３】図３は、１つの新規な観点にしたがった移動体オーディオデバイス１００の１つの特定のタイプの高レベルブロック図である。
【図４】図４は、図３のＭＳＭ集積回路１０１において実行される機能を図示する機能ブロック図である。
【図５】図５は、図４の音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２の１つの例のブロック図である。
【図６】図６は、図５のＡＤＲＣ機能ブロック１２５の動作を図示するグラフである。
【図７】図７は、図５のＡＤＲＣ機能ブロック１２５のより詳細な機能ブロック図である。
【図８】図８は、１つの新規な観点にしたがった方法のフローチャートである。
【詳細な説明】
【００１４】
図３は、１つの新規な観点にしたがった移動体オーディオデバイス１００の１つの特定の例のブロック図である。この例における移動体オーディオデバイス１００は、移動体通信デバイスであり、より詳細には、セルラ電話機である。移動体オーディオデバイス１００は、（ここで、“移動局モデム”またはＭＳＭとして呼ばれる）デジタルベースバンド集積回路１０１、第１の無線周波数（ＲＦ）トランシーバ集積回路１０２、第２のＲＦ集積回路１０３、第１のアンテナ１０４、第２のアンテナ１０５、およびＲＦ集積回路に対してアンテナを結合する、他の個別のコンポーネントを含む。さらに、移動体オーディオデバイス１００は、キーパッド１０６、ディスプレイ１０７、スピーカー１０８、および、第１のマイクロフォン１０９と第２のマイクロフォン１１０のような他のコンポーネントを含む。
【００１５】
アンテナ１０５から移動体オーディオデバイス１００に受信された電話会話情報の一般的なパスは、第１のＲＦ集積回路１０２を通過し、パス１１１を通って、ＭＳＭ１０１の受信アナログデジタルコンバータ（ＲＸ ＡＤＣ）１１２へと通過する。情報が、スピーカー１０８上で聴き取られるべきスピーチ情報である場合、モデムブロック１１３、プロセッサ１１４のようなデジタル回路によって、スピーチコード化されたデジタル値のストリームへと情報が処理される。スピーチコード化デジタル値のストリームは、オーディオブロック１１５中の適切なボコーダによってデコードされ、アナログ信号へとコンバートされ、次にアナログ信号はスピーカー１０８を駆動するのに出力される。電話会話のスピーチが、移動体オーディオデバイス１００のマイクロフォンによってピックアップされて、電話会話の別の参加者に対して、アンテナ１０５を通して送信されることになる場合、情報のパスはマイクロフォン１０９と１１０から、オーディオブロック１１５へと拡張される。情報はデジタルの形式へと変換され、オーディオブロック１１５中の適切なボコーダが、情報をコード化されたデジタル値のストリームへとエンコードする。プロセッサ１１４とモデムブロック１１３による処理の後、送信デジタルアナログコンバータ（ＴＸ ＤＡＣ）１１６は、アナログ形式の情報をパス１１７経由で第２のＲＦ集積回路１０３へと出力する。情報は、第２のＲＦ集積回路１０３を通って、個別の電力増幅器および他の回路を通り、送信のためにアンテナ１０５に送られる。
【００１６】
図４は、図３のＭＳＭ集積回路１０１において実行される機能を図示する機能ブロック図である。図３のオーディオブロック１１５中で、２つのアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１１８および１１９が提供される。ＡＤＣ１１８は、第１のマイクロフォン１０９から受け取られたアナログ信号をデジタル化し、他方、ＡＤＣ１１９は、第２のマイクロフォン１１０から受け取られたアナログ信号をデジタル化する。デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）１２０は、図３のオーディオブロック１１５中で提供される。ＤＡＣ１２０によるアナログ信号出力は、図示したようにスピーカー１０８を駆動する。図４の図は、４つの主要メカニズムまたは機能ブロックを図示する。すなわち、１）バックエンド信号処理ブロック１２１、２）音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２、３）マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセル（ＭＭＡＮＣ）機能ブロック１２３、および、４）信号調整機能ブロック１２４である。機能ブロック１２２は、“スピーカー利得制御ユニット”としても呼ばれてもよい。ブロック１２２および１２０を通したスピーカー１０８に対するオーディオ信号パスは、“フォワードリンク”として呼ばれることもある。マイクロフォン１０９および１１０からの、ブロック１１８、１１９、および１２３を通したオーディオ信号パスは、“受信リンク”として呼ばれることもある。メカニズムまたは機能ブロック１２１、１２２、１２３、および１２４は、ソフトウェア、ファームウェア、専用ハードウェア、またはこれらの組み合わせで実現してもよい。１つの例では、図４の機能ブロック１２１、１２２、および１２３は、集積回路１０１中の１つ以上のプロセッサ上で実行される１組のプロセッサ実行可能命令として実現される。１組のプロセッサ実行可能命令は、集積回路１０１中の１つ以上の関係するプロセッサ読み取り可能媒体（例えば、ＲＯＭまたは他の半導体メモリ）中に記憶されている。
【００１７】
図４の音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２は、オーディオダイナミックレンジ制御（ＡＤＲＣ）と、自動音量制御（ＡＶＣ）機能を実行する。したがって、ブロック１２２は、ＡＤＲＣ機能ブロック１２５とともに、ＡＶＣ機能ブロック１２６も含む。
【００１８】
図５は、音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２の１つの特定の例をより詳細に示す。矢印１２７は、図４のバックエンドおよび信号処理機能ブロック１２１から図４の音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２へと送られたデジタルパルスコード変調（ＰＣＭ）オーディオ情報値のストリームを現す。矢印１２８は、図４の音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２から図４のＤＡＣ１２０に送られる圧縮されたデジタルオーディオ情報値のストリームを表す。図５に図示したように、音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２は、出力フィルタ１２９、固定利得論理１３０、ＡＤＲＣ（“圧縮器”として呼ばれることもある）１２５、ＡＶＣ１２６、およびユーザ音量設定論理１３１を含む。
【００１９】
ＡＤＲＣとＡＶＣ：  
移動体オーディオデバイス１００は、変動のないノイズと変動のあるノイズを含む、高レベルの背景ノイズを有する環境において使用可能である。移動体オーディオデバイス１００のユーザが、スピーカー１０８から出力される音をリスニングしている状況を考慮する。デジタルオーディオ情報値１２７のストリーム中の対応するパッセージの値が、比較的小さい振幅を有するため、サウンドの第１のパッセージは、比較的小音量であるかもしれない。デジタルオーディオ情報値のストリーム１２７中の対応するパッセージの値が、比較的大きい振幅を有するため、サウンドの第２のパッセージは、比較的大音量であるかもしれない。（用語“パッセージ”は、ここで、オーディオの時間スライス、またはオーディオ情報値のストリームのその対応する部分を表し、ここで、パッセージのうちの１つが、時間において、他のものの前に発生するように、時間的ドメインでパッセージが選ばれる。）ダイナミックレンジ制御が実行されない場合、および、ストリーム１２７の両方のパッセージが、単にアナログ形式に変換されて、スピーカー１０８を駆動するのに使用される場合、ユーザは、高い背景ノイズによって、オーディオの対応する小音量のパッセージを聴き取るのが困難になるかもしれない。他方、より低振幅のパッセージがより容易に聴き取ることができるように、両方のパッセージが同一の利得値によって増幅される場合、比較的より高い振幅のパッセージは、クリッピングが発生するほど多く増幅されてしまうかもしれない。スピーカー１０８から出力されるときにサウンドに歪みをもたらすので、このようなクリッピングは、一般的に、望ましくない。
【００２０】
図４の音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２の異なる実施形態において使用可能な、ＡＤＲＣおよびＡＶＣ機能の複数の異なる変形がある。第１の特定の例にしたがうと、ストリーム１２７のデジタル値はフィルタされ、固定利得によって増分される。ＡＤＲＣ１２５は、ストリームがブロック１２５へと受け取られると、ストリームの振幅レベルを追跡する。ＡＤＲＣ１２５は、到来するストリームの（複数のデジタル値を通して決定される）振幅の関数である利得値によってストリームのデジタル値を増分させる。
【００２１】
図６は、ＡＤＲＣ１２５の動作を図示する。現在の例では、到来している振幅が第１の予め定められたしきい値Ｔ１を下回るとして決定される場合、ゼロの利得が適用される。これは、“ノイズゲート”として呼ばれることもある。このような状況では、スピーカー１０８が何のサウンドも出力しないことが好ましい。しかしながら、到来している振幅が、第１の予め定められたしきい値Ｔ１と第２の予め定められたしきい値Ｔ２との間にある場合、図６のグラフ中の上向きに伸長している黒線に沿って、しきい値Ｔ１から右へと動作ポイントが移動するように、増加しつつある利得が適用される。このＡＤＲＣ１２５の動作の領域を、“強調”として呼ぶこともある。到来する振幅が、第２の予め定められたしきい値Ｔ２と、第３のしきい値Ｔ３との間にある場合、一定の利得が適用される。この一定の利得が、図６の傾斜した破線の斜面により示される。到来する信号の振幅が、第３の予め定められたしきい値Ｔ３を上回る場合、黒線に沿って、しきい値Ｔ３から右へと動作ポイントが移動するように、減少しつつある利得が適用される。このＡＤＲＣ１２５の動作の領域を、“圧縮”として呼ぶこともある。到来する信号の振幅が、第４のしきい値Ｔ４を上回る場合、出力は、最大値に“制限”される。したがって、Ｔ３を下回る到来している信号の低振幅パッセージは、Ｔ３を上回る到来している信号の高振幅部分より高い利得値で増幅される。信号１２７の全体のオーディオ情報ダイナミックレンジは、ＡＤＲＣ１２５によって、“圧縮”されると言える。結果の利得調整されたコンポーネント値は、圧縮されたデジタルオーディオ情報値のストリーム１３２の構成要素となる。
【００２２】
自動音量制御（ＡＶＣ）１２６は、ストリーム１３２に対して利得を適用し、これによって音量制御されたデジタル値のストリーム１３４を発生させる。ＡＤＲＣ１２５が、オーディオストリームのダイナミックレンジに予め制限されている結果として、ＡＶＣ機能ブロック１２６が、利得によってストリーム中の値を増幅するとき、オーディオのより小音量のパッセージを、より容易にスピーカー１０８からユーザによって聞き取ることができ、また、より大音量のパッセージは、実質的なクリッピングが発生するほどまで多くは増幅されない。クリッピングによるサウンド中の歪みは、減少され、または、防止される。
【００２３】
機能ブロック１２２の１つの例では、ストリーム１２７は、複数の周波数帯域に分離される。それぞれの周波数帯域は、個別のＡＤＲＣおよびＡＶＣ処理を経る。圧縮動作のさまざまなパラメータ（適用される利得値と、予め定められた振幅しきい値）は、異なる周波数帯域に対して異なるように設定することができる。１つの制御信号１３３があるというよりは、信号調整ブロック１２４が、それぞれの周波数帯域に対する制御信号を発生させる。ある帯域に対する制御信号が、その帯域のＡＶＣ処理に対する基準として使用される。それぞれの帯域のＡＤＲＣとＡＶＣ処理のあと、すべての帯域のＡＶＣ処理の出力ストリームが結合されて、圧縮されたデジタルオーディオ情報の単一のストリーム１２８を形成する。このストリーム１２８は、ユーザ音量設定論理を通過して、アナログ形式に変換され、スピーカーに供給される。比較的低周波数である、強いベースドラムキックビートを持つ音楽もある。このベースドラムキックビートのエネルギーをそれ自身の周波数帯域へと分離させることによって、音楽のうちの他のコンポーネントよりもより少なく、ベースドラムキックビートコンポーネントを増幅させるように、この周波数帯域に対して、利得としきい値を適用することができる。
【００２４】
図４のＡＤＲＣおよびＡＶＣ機能ブロックの第２の特定の例は、米国特許第６，７６６，１７６号で述べられており、特に、米国特許第６，７６６，１７６号の図８の上部分の説明において述べられている。図５は、この第２の特定の例における音量制御とスピーカー補償機能ブロック１２２のより詳細な図である。米国特許第６，７６６，１７６号に説明されているように、出力フィルタ１２９は、固定利得論理１３０に対してデジタル値を提供し、これは、代わりに、固定利得Ｇによってデジタル値を増幅させ、これによって、増幅されたデジタルサンプル値を発生させる。増幅されたデジタルサンプル値が、ＡＤＲＣ機能ブロック１２５へ提供される。ＡＤＲＣ機能ブロック１２５は、圧縮を実行し、圧縮されたデジタルオーディオ情報値のストリーム１３２を発生させる。ＡＶＣ１２６は、定期的に更新された背景ノイズ推定（ＢＮＥ）制御信号１３３を受信する。ＡＶＣ１２６は、（ＡＤＲＣ１２５から受け取られるＣｔｈｅｒｅｓｈから取得されるような、また、ブロック１３１から受け取られた、現在の音量レベル信号から取得されるような）利用可能なヘッドルームの評価と、ＢＮＥ制御信号１３３とに基づいて、利得値によってストリーム１３２中のデジタル値を増大させる。ＡＶＣ１２６は、音量制御されたデジタル値のストリーム１３４を出力し、このストリーム１３４は、ユーザ音量設定論理１３１に供給される。移動体オーディオデバイス１００のユーザは、ＡＶＣ１２６が、それ以降にスピーカー音量が、ユーザ所望のスピーカー音量レベルをターゲット音量として持つように、ユーザ音量設定論理１３１を使用して、スピーカー音量レベルを手動で設定してもよい。したがって、ユーザ音量設定論理１３１は、デジタル化されたスピーチサンプルのストリーム１２８を、適切な音量レベルで、ＤＡＣ１２０に提供する。ＤＡＣ１２０は、代わりに、ストリーム１２８を、スピーカー１０８を駆動するのに使用されるアナログ信号に変換する。
【００２５】
図７は、図５のＡＤＲＣ機能ブロック１２５のより詳細な機能ブロック図である。より詳細については、米国特許第６，７６６，１７６号を参照せよ。デジタル値サンプル、ｘ［ｎ］は、固定利得論理１３０による増幅後に、フィルタ３００（フィルタ３００は、オプション的なものであり、ある実施形態では、省略されてもよい）と、遅延エレメント３０１に提供される。遅延エレメント３０１は、ＦＩＦＯとして実現されてもよいが、予測的に出力信号レベルを制御するように働き、これによって、送信の前にピークをアタックする。フィルタ３００は、バンドパスフィルタであってもよい。ＲＭＳ計算機３０２は、サンプルのＲＭＳ（二乗平均）レベルを決定する。１つの実施形態におけるＲＭＳ計算機３０２は、デジタル値サンプルのストリームに適用される、一次ローパスフィルタである。該当する最も小さい周波数コンポーネントが、所定の平滑化フィルタに対する一定のＲＭＳ出力を達成できるように、フィルタの時間定数が選ばれる。ＲＭＳレベル値が、対数計算論理３０３に供給され、対数計算論理３０３は、ＲＭＳレベル値のベース２対数を計算し、計算されたベース２対数値を０．５で乗算し、これによって、デシベル（ｄＢ）の単位で出力信号を発生させる。ｄＢ信号は、加算器／減算器３０４に供給され、これは、ｄＢ信号から圧縮しきい値Ｃｔｈｒｅｓｈを減算する。結果としてのｄＢ信号が、圧縮器論理３０５に提供され、これは、信号上に圧縮機能を実行する。結果としての信号が、乗算器３０６に提供され、乗算器３０６は、（否定）圧縮スロープ値Ｃｓｌｏｐｅを減衰させることによって、信号を乗算する。ＲＭＳレベルが値Ｃｔｈｒｅｓｈを上回るように上昇する場合、数式：Ｃｓｌｏｐｅ＝１−１／Ｒにしたがって、ｄＢの割合として、圧縮率Ｒを特定する値Ｃｓｌｏｐｅに基づいて、（適切なアタックおよびリリース時間を有する）信号に圧縮が適用される。圧縮率Ｒは、すべての圧縮が実際に発生するＲＭＳレベルとして規定されてもよい。特定の信号パスに対する、圧縮しきい値Ｃｔｈｒｅｓｈと、圧縮スロープ値Ｃｓｌｏｐｅは、正規化のために、所望の平均ｄＢｍ０発話者レベルにしたがって、選ばれるべきである。マルチプレクサ３０６は、逆対数計算論理３０７に対して、出力ｄＢ信号を提供し、逆対数計算論理３０７は、２の値を、ｄＢ信号値（ｄＢでのＧ）の指数べきに累乗することによって、ｄＢ信号の逆ベース２対数を計算する。逆対数計算論理３０７は、出力信号ｆ［ｎ］を発生させる。信号ｆ［ｎ］は、アタック／リリース時間適用論理３０８に提供され、アタック／リリース時間適用論理３０８は、以下の数式（１）にしたがって、信号ｇ［ｎ］を発生させる。
【数１】
2010531071.tif 000003
【００２６】
ここで、値ｋは、平滑化係数である。
【００２７】
アタック／リリース時間適用論理３０８は、１次平滑化関数を適用して、出力信号に対して適用するための平滑化利得カーブを提供する（値ｋは、アタックまたはリリースが適用されているか否かに依拠して変更される）。アタック時間は、１ミリ秒に設定されて、入力サンプル中のピークをすばやく、正確にアタックする。リリース時間を１００と２００ミリ秒の間に設定して、すばやい利得のゆらぎが、圧縮の品質に影響を及ぼさないようにしてもよい。平滑化された信号ｇ［ｎ］が、第２の乗算器３０９に提供されてもよい。遅延エレメント３０１は、時間Ｄでデジタルサンプル値ｘ［ｎ］を遅延させ、遅延デジタルサンプル値ｘ［ｎ−Ｄ］を発生させる。遅延デジタルサンプル値ｘ［ｎ−Ｄ］は、第２の乗算器３０９に提供される。第２の乗算器３０９は、遅延サンプルｘ［ｎ−Ｄ］を、平滑化関数ｇ［ｎ］によって乗算し、これによって、圧縮されたデジタルオーディオ情報値のストリーム１３２を発生させる。
【００２８】
ＭＭＡＮＣ：  
図３の移動体オーディオデバイス１００で使用するのに適している、マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセル（ＭＭＡＮＣ）を実行する複数の異なる方法がある。図４は１つの特定の例を図示する。図４において、ＭＭＡＮＣ機能ブロック１２３は、２つのマイクロフォン１０９と１１０から信号を受け取って、エコーキャンセルと信号拡張を実行して、ノイズ基準信号１３５とスピーチ基準信号１３６とを発生させる。引き続いての処理は、背景ノイズのほとんどない、ノイズキャンセルされたマイクロフォン信号１３７を発生させる。信号１３７は、デジタル値のストリームである。信号１３７は、バックエンド信号処理機能ブロック１２１に対して供給される。機能ブロック１２１中の適切なボコーダは、デジタル値をスピーチコード化された値の対応するストリームへとスピーチエンコードする。図のモデム１１３とプロセッサ１１４による処理の後、スピーチコード化された値１３８のストリームは、ＴＸ ＤＡＣ１１６によってアナログ信号へと変換される。アナログ信号はパス１１７を通してＲＦ集積回路１０３に対して通信され、アンテナ１０５から送信される。
【００２９】
図４のＭＭＡＮＣ機能ブロック１２３の特定の例では、マイクロフォン１０９からのアナログ出力信号は、アナログデジタルコンバータ１１８によって、結果としてのデジタル化スピーチサンプル値のストリーム１３９へとデジタル化される。同様に、マイクロフォン１１０からのアナログ出力信号は、アナログデジタルコンバータ１１９によって、デジタル化スピーチサンプル値のストリーム１４０へとデジタル化される。エコーキャンセラー１機能ブロック１４１と、エコーキャンセラー２機能ブロック１４２とは、ストリーム１３９および１４０中のエコーをミミックする信号を発生させる適応デジタルフィルタである。減算器１４３は、統合したエコー信号をストリーム１３９から減算する。結果としてのデジタル値のエコーキャンセルされたストリーム１３９Ａは、ブラインド信号分離（ＢＳＳ）信号拡張機能ブロック１４５に供給される。同様に、減算器１４４は、統合したエコー信号をストリーム１４０から減算する。結果としてのデジタル値のエコーキャンセルされたストリーム１４０Ａは、ブラインド信号分離（ＢＳＳ）信号拡張機能ブロック１４５に供給される。ブラインド信号分離動作は、独立コンポーネント解析（ＩＣＡ）として技術的に呼ばれることもあり、時間的反ハビアン学習アルゴリズムを使用して、ノイズ基準信号１３５と、スピーチ基準情報１３６とを発生させる。さらなる情報に関しては、Ｍ． Ｇｉｒｏｌａｍｉ氏による、“ノイズキャンセルと信号分離のための対称適応最大尤度推定”、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ, ３３（１７）: １４３７−１４３８、１９９７年と、Ｋ． Ｔｏｒｋｋｏｌａ氏による、“情報最大化に基づいたコンボルブド源のブラインド分離”信号処理のニューラルネットワークのためのＩＥＥＥ ワークショップ、京都、日本、１９９６年とを参照のこと。
【００３０】
非線形処理機能ブロック１４６は、周波数ドメイン中で、スピーチ基準情報１３６と、ノイズ基準信号１３５とを最初にブレークアップして、それぞれの基準信号の（異なる帯域の）複数の異なるスペクトルコンポーネントを取得する。それぞれの帯域に対して、可変利得が計算される。１つの例では、可変利得は、数式（Ｓ−Ｎ）／Ｓによって与えられ、ここで、Ｓは、帯域中のスピーチ基準信号１３６の大きさであり、ここで、Ｎは、帯域中のノイズ基準信号１３５の大きさである。スピーチ基準信号１３６帯域は、何らかのノイズを確実に含んでいる。スピーチ基準信号のそれぞれの帯域中のこのノイズをさらに減少させるために、可変利得が適用される。可変利得が、スピーチ基準信号のそれぞれの個別の帯域に適応された後に、結果としての帯域は、単一の時間ドメイン信号１４７に結合し戻される。
【００３１】
スピーチ基準信号１３６は、一般的に、スピーチ情報を有する期間を含み、他の関連するポーズ（例えば、センテンス中の単語の間の非スピーチポーズ）の期間も含む。音声活動検出（ＶＡＤ）判定信号１４８は、信号１３６中にスピーチがあるか否か、または、信号１３６中にポーズがあるか否かを示す。ＶＡＤ判定信号１４８は、連続的なデジタル値のフレームにわたって集められた情報に基づいている。１つの例では、フレームは、エコーキャンセルされた信号の８０個のデジタル値であり、ＶＡＤ信号１４８は、単一のビット値である。ＶＡＤ判定は、各フレームに１回更新される。後処理機能ブロック１４９は、ＶＡＤ判定信号１４８を使用する。ＶＡＤ判定信号が、スピーチのあることを示す場合、後処理機能ブロック１４９は第１の利得値（例えば、１の利得）を適応し、他方、ＶＡＤ判定信号が、ポーズのあることを示す場合、後処理機能ブロック１４９は第２の利得値（例えば、０．５の利得）を適用する。後処理機能ブロック１４９からの出力としての結果としての信号は、ノイズキャンセルされたマイクロフォン信号１３７である。
【００３２】
図３の特定の例において、移動体オーディオデバイス１００は、セルラ電話機である。マイクロフォン１０９と１１０上でピックアップされた非ノイズオーディオ情報は、したがって、“スピーチ”情報として呼ばれる。図４中の信号１３６は、したがって、“スピーチ基準信号”として呼ばれる。しかしながら、移動体オーディオデバイス１００が、セルラ電話機である必要はないことが理解されることになる。例えば、移動体オーディオデバイス１００が、ＭＰ３プレーヤーのようなデジタルオーディオプレーヤーである場合、ＭＭＡＮＣ１２３によって発生された中間信号１３６は、より一般的には、“オーディオ基準信号”として呼ばれる。デジタルオーディオプレーヤーのケースでは、デジタルオーディオプレーヤーは記録と保存の目的で、オーディオ情報を取り込みしないので、ＭＭＡＮＣ１２３は、ノイズキャンセルされたマイクロフォン信号１３７を出力しなくてもよい。
【００３３】
ＡＤＲＣとＡＶＣの制御：  
１つの新規な観点にしたがうと、図４の自動音量制御（ＡＶＣ）１２６によって適用される利得は、ＭＭＡＮＣ機能ブロック１２３によって中間信号として発生された、ノイズ基準信号１３５の関数である。多くのセルラ電話機が、かなり洗練されたマルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセル技術を用いることが理解されるだろう。これらの技術を適用すると、マイクロフォンがピックアップした信号を、スピーチ基準情報と、ノイズ基準信号とに分離することになる。図２の従来の回路における回路１３によって検出されたような背景ノイズのレベルを使用して、ＡＶＣ機能の利得を制御するというよりは、マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセル機能を使用して、ＡＶＣ機能の利得を制御する。図４の特定の例では、信号調整機能ブロック１２４は、ノイズ基準信号１３５を受け取って、ノイズ基準信号１３５上にスケーリングとデジタルフィルタリングを実行して、制御信号１３３を発生させる。制御信号１３３は、ＭＭＡＮＣ機能ブロック１２３によって検出された、背景ノイズの存在と大きさを示す。制御信号１３３は、マイクロフォン１０９と１１０上で検出された、変化しつつある変動ノイズにすばやく適応する。図４の例では、到来するオーディオサンプルが、信号拡張ブロック１４５中に受け取られる最大レートで、制御信号１３３は変更される。制御信号１３３は、例えば、到来するオーディオサンプル１３９Ａと１４０Ａのハーフレートで変化してもよい。
【００３４】
図８は、図３の移動体オーディオデバイス１００によって実行される新規な方法のフローチャートである。オーディオ信号（デジタル値サンプルのストリーム）が、マイクロフォン１０９と１１０から受け取られ（ステップ２００）、マルチマイクロフォンアクティブノイズキャンセル（ＭＭＡＮＣ）を実行し、これによって、スピーチ基準信号１３６と、ノイズ基準信号１３５とノイズキャンセルされたマイクロフォン信号１３７とを発生させる。機能ブロック１２１中の適切なボコーダによって、ノイズキャンセルされたマイクロフォン信号をスピーチコード化し（ステップ２０２）、結果がＴＸ ＤＡＣ１１６によってアナログ信号へと変換される。この結果としてのアナログ信号がパス１１７を通して、移動体オーディオデバイス１００からのワイヤレスＲＦ送信のために無線インターフェース（例えば、ＣＤＭＡ無線インターフェース、ＷＣＤＭＡ無線インターフェース、または、ＧＳＭ無線インターフェース）に供給される。ステップ２００−２０２は、例えば、セルラ電話機に用いられている、従来のＭＭＡＮＣ回路によって実行されるステップであってもよい。
【００３５】
無線インターフェースから第２のアナログ信号を受け取り（ステップ２０３）、第２のアナログ信号を、ＲＸ ＡＤＣ１１２によってデジタル形式に変換し、これを、ブロック１２１中のボコーダによって、デジタルオーディオ情報値のストリーム１２７へとデコードする。ストリーム１２７にＡＤＲＣを実行し（ステップ２０４）、これによって、圧縮されたデジタルオーディオ情報値のストリーム１３２を発生させる。ストリーム１３２上でＡＶＣを実行する（ステップ２０５）。１つの新規な観点では、ＡＶＣ動作に適用される利得は、ノイズ基準信号１３５の関数である。信号調整機能ブロック１２４は、ノイズ基準信号１３５を処理し、これによって、制御信号１３３を発生させる。制御信号１３３を使用して、ＡＶＣ機能ブロック１２６を制御する。ＡＶＣ機能ブロック１２６の出力は、ユーザ音量設定論理１３１によるオプション的な音量調整であってもよく（図５参照のこと）、ＤＡＣ１２０によって、アナログ形式に変換され、図４のスピーカー１０８を駆動するのに使用される。ＡＶＣ機能ブロック１２６の出力は、従来技術におけるもののように、介在回路を通して間接的にスピーカー１０８を駆動してもよい。
【００３６】
説明の目的で、ある特定の実施形態を上で説明したが、本発明はこれらに制限されていない。したがって、特許請求の範囲に述べられる本発明の範囲を逸脱することなく、上で説明した特定の実施形態のさまざまな変形、適応、および組み合わせを実行することができる。
【図１】
2010531071.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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