(57)【要約】【課題】  ＡＧＣを構成する機能ブロックを簡易化すると共に、多項式を用いる演算処理の負荷を軽減し、一つのＤＳＰで同時に複数チャネルを処理できるようにし、小型音声メール装置を提供する。【解決手段】  音声メール装置のＤＳＰ２０内の音声処理部３０に使用するＡＧＣ４０の演算部４に、過去の音声信号ｘ（ｎ−１）〜ｘ（ｎ−（Ｎ＋１））を保持する音声遅延部７と、一つ前の総和値Ｓ（ｎ−１）から前記音声遅延部７に保持されている最古の音声信号ｘ（ｎ−（Ｎ＋１）を引く減算部９と、前記減算部９の出力と最新の音声信号の二乗値を加算し総和値Ｓ（ｎ）を出力する加算部１０と、前記加算部１０より出力された総和値より平均値を算出する平均値算出部１１と、前記総和値の一つ前の総和値Ｓ（ｎ−１）を保持する遅延部８を備えることにより同時に複数チャネルを制御するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＳＰによりデジタル信号化された音声信号に所定の係数を乗算する乗算部と、前記乗算部の出力を二乗計算する二乗部と、前記二乗部に基づいて平均値を抽出する演算部と、前記演算部により抽出された平均値の平方根を取り実効値を計算する平方根部と、前記平方根部で抽出された実効値により前記乗算部に所定の係数を出力する利得制御部とでなる自動利得制御ループを備えた音声自動利得制御装置を使用する音声メール装置において、
前記演算部に過去の音声信号を保持する信号遅延部と、一つ前の総和値から前記信号遅延部に保持されている最古の音声信号を引く減算部と、前記減算部の出力と最新の音声信号の二乗値を加算し総和値を出力する加算部と、前記加算部より出力された総和値より平均値を算出する平均値算出部と、前記総和値の一つ前の総和値を保持する遅延部を備えることにより、一つのＤＳＰで同時に複数チャネルを制御するようにしたことを特徴とする音声メール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電話回線における音声合成（各種の音声によるガイダンス、他）や、音声の録音・再生などの音声信号処理において、デジタル信号処理用プロセッサー（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：以下、ＤＳＰという）を用いて自動利得制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下、ＡＧＣという）等を行う音声メール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電話回線の音声信号の入力信号レベルが変動しても出力信号レベルを一定の範囲に保つＡＧＣは、従来から活用されており、特に、受信側の人間が不在の場合でも音声の伝言を残すことができる音声メール装置などは、より自然な高品質な音声と、安価な料金での提供が望まれている。この要望に応えるものとして、各種の音声信号処理をＤＳＰで実現することが試みられているが、一つのＤＳＰで各種の音声信号処理を行う場合、特にＡＧＣに関しての処理負荷が大きくなり、同時に処理できる回線（チャネル）数は１チャネルになってしまい、音声メール装置などのように、同時に複数チャネルを処理する必要がある場合などでは複数のＤＳＰが必要になってしまう。
【０００３】
ＤＳＰでＡＧＣを実現するものとして、入力信号にＡＧＣ乗算係数をかける乗算手段と、このＡＧＣ乗算係数を乗じられた出力信号の積分値から目標値を減算して誤差を算出する加算手段と、この誤差を基に所定の多項式で補正値を算出する演算手段と、この補正値から前記ＡＧＣ乗算係数を作成する累算手段とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、前述したＡＧＣでは、「乗算器」、「二乗器」、「積分器」、「加算器」、「演算器」、「累算器」、と複数の複雑な機能ブロックが必要であり、かつ、補正値を算出するには多項式を用いることより演算処理の負荷が大きく、一つのＤＳＰで同時に複数チャネルを処理する手段／方法については開示されていない。
【０００５】
入力信号のエネルギーの平均値を得るための実効値計算部の構成を、図５を用いて説明する。実効値“ｙ（ｎ）”とは、入力された信号の平均的エネルギーを示し、下記（１）式で表すことができる。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
すなわち、実効値“ｙ（ｎ）”は、実効値計算部へ入力された信号“Ｘ（ｎ）”を二乗した“ｘ（ｎ）”を、一定時間で平均し、全体の平方根をとった値である。なお、上記（１）式では、“ｙ（ｎ）”を“ｙ”とし、“Ｘ（ｎ）”を“Ｘ”として表している。
【０００８】
上記（１）式を、実行する実効値計算手段として表現した実効値計算部の機能ブロック図を図５に示す。図５に示す実効値計算部２は、二乗部３と、演算部４と、平方根部５により構成される。演算部４は、入力された信号Ｘ（ｎ）を遅延する遅延手段４１−１〜４１−Ｎと、各遅延手段４１−１〜４１−ｎの出力を二乗する二乗手段４２−１〜４２−Ｎと、二乗部３の出力に二乗手段４２−１〜４２−Ｎの出力を順次加算する加算手段４３−１〜４３−Ｎと、加算手段４３−ｎの出力の平均値を算出する平均値算出部１１とを有して構成される。演算部４の出力をさらに平方根部５で平方根を取ることで、（ｎ）時点での実効値“ｙ（ｎ）”を求めることができる。
【０００９】
しかし、図５に示した機能ブロック図をＤＳＰで演算する場合、新しい信号が入力される毎に、その値と、保存している過去のＮ時点分までの値を全て足し合わせる必要があり、ＤＳＰの演算処理の負荷が大きく、同時に複数チャネルを処理することができない。
【特許文献１】特開平５−１６０６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
解決しようとする問題点は、ＡＧＣを構成する機能ブロックを簡易化すると共に、多項式を用いる演算処理の負荷を軽減し、一つのＤＳＰで同時に複数チャネルを処理できるようにした小型音声メール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、ＤＳＰによりデジタル信号化された音声信号に所定の係数を乗算する乗算部と、前記乗算部の出力を二乗計算する二乗部と、前記二乗部に基づいて平均値を抽出する演算部と、前記演算部により抽出された平均値の平方根を取り実効値を計算する平方根部と、前記平方根部で抽出された実効値により前記乗算部に所定の係数を出力する利得制御部とでなる自動利得制御ループを備えた音声自動利得制御装置を使用する音声メール装置において、前記演算部に過去の音声信号を保持する信号遅延部と、一つ前の総和値から前記信号遅延部に保持されている最古の音声信号を引く減算部と、前記減算部の出力と最新の音声信号の二乗値を加算し総和値を出力する加算部と、前記加算部より出力された総和値より平均値を算出する平均値算出部と、前記総和値の一つ前の総和値を保持する遅延部を備えることにより、一つのＤＳＰで同時に複数チャネルを制御するようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、演算処理の負荷が軽減できるため、音声メール装置で、同時に複数チャネルを処理する必要がある場合でも、一つのＤＳＰで実現できるので、より自然な高品質な音声を安価な料金で提供することができ、かつ、装置の小型化が図れるため、音声メール装置自体を、例えば、構内電話交換機に基本実装することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係るＡＧＣの実効値計算部の機能ブロック図である。図２は、本発明に係るＡＧＣの実効値計算部の計算方法の解説図である。図３は、本発明に係るＡＧＣの機能ブロック図である。図４は、本発明に係るＡＧＣの入出力レベルダイヤである。図５は、本発明に係るＡＧＣを使用した音声メール装置の機能ブロック図である。図６は、従来の実効値計算部の機能ブロック図である。
【００１４】
まず、図３を用いて、本発明に係るＡＧＣの機能ブロックの概要を説明する。なお、入力信号（図３では、入力と表記）、および出力信号（図３では、出力と表記）は、デジタル信号を前提として説明する。入力信号は、乗算部１に入り、利得制御部６より出力される補正値との乗算が行われて出力信号となる。出力信号は分岐されて実効値計算部２に入る。実効値計算部２に入力された信号を“ｘ（ｎ）”と定義する。
【００１５】
実効値計算部２は、二乗部３と、演算部４と、平方根部５を有して構成され、実効値計算部２の出力として、実効値“ｙ（ｎ）”を得る。この実効値“ｙ（ｎ）”は利得制御部６に入力され、利得制御部６では実効値“ｙ（ｎ）”と規定値を比較し、規定値よりも大きい場合は、補正値として１未満の係数を乗算部１に与え出力信号を小さくする。逆に、規定値よりも小さい場合は、補正値として１より大きな係数を乗算部１に与え出力信号を大きくする。この自動利得制御ループにより、出力信号の平均的レベルを一定範囲にすることができる。
【００１６】
前記利得制御部６で用いる規定値についての一実施例を、図４に示すＡＧＣ入出力レベルダイヤにて説明する。補正の方法として、ＡＧＣの入力レベル（以下、入力レベルという）に応じて出力レベルを制御し、入力レベルが−１８ｄＢｍＯ以上の場合は入力レベルをそのまま出力し、入力レベルが−１８ｄＢｍＯ〜−３０ｄＢｍＯの場合は−１８ｄＢｍＯを出力（固定値）し、入力レベルが−３０ｄＢｍＯ〜−３５ｄＢｍＯの場合は入力レベル＋１２ｄＢで出力し、入力レベルが−３５ｄＢｍＯ以下の場合は入力レベルをそのまま出力するように補正する制御を行う。
【００１７】
上記実効値“ｙ（ｎ）”とは、前述の（１）式で表される値である。前述のように、従来の実効値計算部では、入力信号の二乗値に、複数の遅延部の出力をそれぞれ二乗した値を加算することが必要となり、この機能をＤＳＰで演算する場合、新しい信号が入力される毎に、その値と、保存している過去のＮ時点分までの値を全て足し合わせる必要があり、ＤＳＰの演算処理の負荷が大きく、同時に複数チャネルを処理することができない。
【００１８】
ＤＳＰの演算処理の負荷を軽減するため、本発明では、前記（１）式を、図１に示す実効値計算部２の機能ブロック図で実現することとした。ＡＧＣの実効値計算部２は、入力された信号を二乗する二乗部３と、平均値を求める演算部４と、前記平均値から実効値を求める平方根部５により構成される。
【００１９】
入力信号Ｘ（ｎ）を二乗した信号ｘ（ｎ）が入力される演算部４は、過去の入力された信号である“ｘ（ｎ−１）”〜最古の入力された信号である“ｘ（ｎ−（Ｎ＋１））”までを保持する信号遅延部７と、総和値：Ｓ（ｎ）と、一つ前の総和値：Ｓ（ｎ−１）を保持する遅延部８と、一つ前の総和値：Ｓ（ｎ−１）から最古の音声信号“ｘ（ｎ−（Ｎ＋１）”を減算する減算部９と、減算部９の出力を現時点の入力された信号の二乗値とを加算する加算部１０と、加算部１０の出力（総和値：Ｓ（ｎ））を（Ｎ＋１）で割り平均値を求める平均値計算部１１により構成される。信号遅延部７は、Ｎ＋１個の遅延手段７１−１〜７１−（Ｎ＋１）を従属接続して構成される。
【００２０】
図１の演算部４における総和値を計算する手順を、図２を用いて説明する。図２において、遅延部８には、時刻ｎ−１で、“ｘ（ｎ−（Ｎ＋１））”〜“ｘ（ｎ−１）”までの（Ｎ＋１）点分の、一つ前の総和値：Ｓ（ｎ−１）が保持されているとする。次の時刻ｎで新たに計算すべき総和値：Ｓ（ｎ）は、“ｘ（ｎ−Ｎ）”〜“ｘ（ｎ）”までの（Ｎ＋１）時点分となるが、この総和値：Ｓ（ｎ）と、一つ前の総和値：Ｓ（ｎ−１）を比較した場合、「一つ前の総和値：Ｓ（ｎ−１）から、それに含まれる最も古い値“ｘ（ｎ−（Ｎ＋１））”を引き、代わりに新たな値“ｘ（ｎ）”を加えることで、総和値：Ｓ（ｎ）となる。」ことが解る。以後同様に、遅延部８には時刻ｎで“ｘ（ｎ−Ｎ）”〜“ｘ（ｎ）”までの（Ｎ＋１）点分の、一つ前の総和値：Ｓ（ｎ）が保持されている。次の時刻ｎ＋１で新たに計算すべき総和値：Ｓ（ｎ＋１）は、“ｘ（ｎ−（Ｎ−１））”〜“ｘ（ｎ＋１）”までの（Ｎ＋１）時点分となるが、この総和値：Ｓ（ｎ＋１）は、一つ前の総和値：Ｓ（ｎ）から、それに含まれる最も古い値“ｘ（ｎ−Ｎ）”を引き、代わりに新たな値“ｘ（ｎ＋１）”を加えることで、得ることができる。
【００２１】
ここで求められた総和値：Ｓ（ｎ）を、図１に示すように、平均値計算部１１において（Ｎ＋１）で割り平均値を求め、さらに、平方根部５において平方根を取ることで、（Ｎ＋１）時点での実効値“ｙ（ｎ）”を求めることができる。
【００２２】
音声は、１２５マイクロ秒（８ＫＨｚサンプリングでのＰＣＭ信号）毎に入力され、さらに同時に複数チャネルを処理するため、例えば、同時に４０チャネル分を処理しようとした場合、１チャネル当たりの処理に許容される時間は、３．１２５マイクロ秒（１２５マイクロ秒／４０チャネル）となる。この音声を図６（２）の機能ブロックで計算した場合、ＤＳＰの演算処理時間は、Ｎ＝１２８とした場合、約２．５６マイクロ秒が必要になり、処理に許容される時間の殆どを占めることになるが、図１の機能ブロックで計算した場合、ＤＳＰの演算処理時間は、Ｎが同数の場合でも約０．０４マイクロ秒となり、ＤＳＰの演算処理の負荷が大幅に減少することになる。
【００２３】
次に、図５を用いて、図１に示す実効値計算部２を備えた図３に示すＡＧＣを使用した、音声メール装置の構成を説明する。本実施例の音声メール装置は、構内電話交換機に内蔵する前提であり、ＤＳＰ２０と、ＤＳＰ用ＦＲＯＭ２１と、ＤＳＰ用ＳＲＡＭ２２と、ＣＰＵ２３と、バックボードＩ／Ｆ２４と、ＦＲＯＭ２５と、ＳＲＡＭ２６と、データバス２７と、アドレスバス／制御バス２８とを有して構成される。なお、データバス２７と、アドレスバス／制御バス２８の説明は省略する。
【００２４】
また、ＤＳＰ２０は、複数（本実施例では、４チャネル）の音声処理部３０−１〜３０−４と、ＰＣＭ／リニアＰＣＭ変換器３１と、制御部３２とを有して構成される。音声処理部３０は、ＡＧＣ４０と、エコーキャンセラー３０１と、復号器３０２と、符号器３０３と、トーン検出器３０４とを有して構成される。
【００２５】
ＡＧＣ４０は、図１に示す実効値計算部２を備えた図３に示すＡＧＣである。
【００２６】
エコーキャンセラー３０１は、ＰＣＭ／リニアＰＣＭ変換器３１より入力された信号から、復号器３０２より出力された信号を引いた値をＡＧＣ４０と、トーン検出器３０４へ出力する手段である。
【００２７】
復号器３０２は、ＤＳＰ用ＦＲＯＭ２１に圧縮（例えば、８ｋｂｉｔ／Ｓ）されて蓄積されている信号を読み出し、１２８ｋｂｉｔ／Ｓの信号に伸張（復号）する手段である。
【００２８】
符号器３０３は、ＡＧＣ４０より出力された信号（１２８ｋｂｉｔ／Ｓ）を、圧縮符号化（例えば、８ｋｂｉｔ／Ｓ）し、ＤＳＰ用ＦＲＯＭ２１に蓄積する手段である。
【００２９】
トーン検出部３０４は、ＤＴＭＦ信号、話中音検出、および無音検出を行い、その結果をＣＰＵ２３に出力する手段である。
【００３０】
ＰＣＭ／リニアＰＣＭ変換器３１は、バックボードＩ／Ｆ２４との音声信号は、μ−ＬＯＷのＰＣＭ信号であるが、これを真の音声信号である１２８ｋｂｉｔ／ＳのリニアＰＣＭ信号に変換する手段である。
【００３１】
制御部３２は、ＤＳＰ２０内の各種演算処理・制御を行う手段である。また演算処理・制御用のプログラムが格納されている。
【００３２】
ＤＳＰ用ＦＲＯＭ２１は、符号器３０３より出力された圧縮された音声信号を蓄積し、要求により蓄積されている音声信号を復号器４２へ出力する半固定の記憶手段である。
【００３３】
ＤＳＰ用ＳＲＡＭ２２は、ＤＳＰ２０の制御部３２が演算過程で一時的に使用する記憶手段である。
【００３４】
ＣＰＵ２３は、音声メール装置全体の制御を行う手段であり、各機能部からの入力情報に対する解析や判断、ＳＲＡＭ２６に対する情報の入出力、各機能部の制御を行う。
【００３５】
バックボードＩ／Ｆ２４は、構内電話交換機のバックボードとの情報の送受信を行う手段であり、制御情報はＣＰＵ２３と送受信し、音声信号はＤＳＰ２０のＰＣＭ／リニアＰＣＭ変換器３１と送受信する。
【００３６】
ＦＲＯＭ２５は、ＣＰＵ２３を制御するプログラムが格納されている記憶手段である。
【００３７】
ＳＲＡＭ２６は、ＣＰＵ２３が処理過程で一時的に使用する記憶手段である。
【００３８】
ここまで説明したように、図１に示す実効値計算部２を備えた図３に示すＡＧＣを使用することにより、ＤＳＰ２０は、複数（本実施例では、４チャネル）の音声処理部３０−１〜３０−４と、ＰＣＭ／リニアＰＣＭ変換器３１と、制御部３２と備えて構成することができ、このＤＳＰ２０を使用した音声メール装置は、その他にＤＳＰ用ＦＲＯＭ２１と、ＤＳＰ用ＳＲＡＭ２２と、ＣＰＵ２３と、バックボードＩ／Ｆ２４と、ＦＲＯＭ２５と、ＳＲＡＭ２６と、データバス２７と、アドレスバス／制御バス２８とを備えるだけで構成することができ、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るＡＧＣの実効値計算部の機能ブロック図。
【図２】本発明に係るＡＧＣの実効値計算部の計算方法の解説図。
【図３】本発明に係るＡＧＣの機能ブロック図。
【図４】本発明に係るＡＧＣの入出力レベルダイヤ。
【図５】本発明に係るＡＧＣを使用した音声メール装置の機能ブロック図。
【図６】従来の実効値計算部の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００４０】
１  乗算部
２  実効値計算部
３  二乗部
４  演算部
５  平方根部
６  利得制御部
７  信号遅延部
８  遅延部
９  減算部
１０  加算部
１１  平均値算出部
２０  ＤＳＰ
２１  ＤＳＰ用ＦＲＯＭ
２２  ＤＳＰ用ＳＲＡＭ
２３  ＣＰＵ
２４  バックボードＩ／Ｆ
２５  ＦＲＯＭ
２６  ＳＲＡＭ
２７  データバス
２８  アドレスバス／制御バス
３０  音声処理部
３１  ＰＣＭ／リニアＰＣＭ変換器
３２  制御部
４０  ＡＧＣ
７１  遅延手段
３０１  エコーキャンセラー
３０２  復号器
３０３  符号器
３０４  トーン検出器
【図１】
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【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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