(57)【要約】【課題】  近端電話機と共に用いる方法および装置を提供する。【解決手段】  近端電話機は、遠端電話機へ向けられた出力信号を発生し、遠端電話機によって少なくとも一部は発生された入力信号を受けるよう動作可能である。第１シグナルプロセッサは、出力信号に関連付けられた第１信号レベルを第１信号レベルを参照して動的に調整するよう動作可能である。第２シグナルプロセッサは、入力信号に関連付けられた第２信号レベルを第２信号レベルを参照して動的に調整するよう動作可能である。第１および第２シグナルプロセッサは、ループ不安定性を禁止するようループ利得を制御するよう動作可能である。
2006505218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近端電話機と共に用いるレベル調整装置であって、前記近端電話機は、遠端電話機へ向けられた出力信号を発生し、前記遠端電話機によって少なくとも一部は発生された入力信号を受けるよう動作可能であり、前記装置は、
前記出力信号に関連付けられた第１信号レベルを前記第１信号レベルを参照して動的に調整するよう動作可能である第１シグナルプロセッサ、および
前記入力信号に関連付けられた第２信号レベルを前記第２信号レベルを参照して動的に調整するよう動作可能である第２シグナルプロセッサ
を備え、
前記第１および第２シグナルプロセッサは、ループ不安定性を禁止するようループ利得を制御するよう動作可能である装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサは、複数のバンドにおいて前記第１および第２信号レベルを動的に調整するよう動作可能である装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記複数のバンドは、２、３、４、および５バンドのうちの一つである装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、前記複数のバンドは、ＤＴＭＦ信号に関連付けられた周波数の範囲が単一のバンドに完全に含まれるように選択される装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサのそれぞれは、静的利得制御要素および動的利得制御要素を備える装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサのそれぞれの前記静的利得要素は、それぞれの呼について静的利得を設定するよう動作可能であり、前記静的利得は、前記対応する呼の期間は変化しないままである装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記静的利得は、前記関連付けられた動的制御要素のダイナミックレンジを参照して選択される装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサのそれぞれの前記動的制御要素は、それぞれの呼について動的利得を動的に調整するよう動作可能である装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサのそれぞれの前記動的制御要素は、それぞれの呼について複数の動的利得を動的に調整するよう動作可能であり、それぞれの動的利得は複数の信号バンドのうちの一つに対応する装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサのそれぞれの前記動的制御要素は、ワイドバンド要素およびマルチバンド要素を備える装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、前記入力および出力信号は、アナログ信号を含む装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記アナログ信号は、電話セットを電話ネットワークに接続するための米国または国際標準仕様に準拠する装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサによって処理する入力および出力信号を分離および統合する回路をさらに備える装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、前記回路は、第１および第２ハイブリッドを備える装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置であって、前記入力および出力信号は、ディジタル信号を含む装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、前記ディジタル信号は、ディジタル電話セットをディジタル電話ネットワークに接続する複数の仕様のうちの一つに準拠する装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサをバイパスするよう動作可能であるバイパス回路をさらに備える装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、前記バイパス回路は、前記近端電話機がオフフックであると決定された後まで前記第１および第２シグナルプロセッサをバイパスするよう動作可能である装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の装置であって、前記バイパス回路は、ツイストペア導体、および前記ツイストペアおよび前記第１および第２シグナルプロセッサ間でスイッチングを行うよう動作可能である１対のリレーを備える装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の装置であって、前記出力信号中のエコーを低減するよう動作可能である近端エコーキャンセラ、および前記入力信号中のエコーを低減するよう動作可能である遠端エコーキャンセラをさらに備える装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、近端のスピーチを検出し、それに応答して前記近端エコーキャンセラを制御する近端音声検出器、および遠端のスピーチを検出し、それに応答して前記遠端エコーキャンセラを制御する遠端音声検出器をさらに備える装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサは、前記ループ利得の少なくとも一部を表す結合された利得を参照して、前記第１シグナルプロセッサに関連付けられた第１利得、および前記第２シグナルプロセッサに関連付けられた第２利得のうちの少なくとも１つを低減させることによって、前記ループ利得を制御するよう動作可能である装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサは、前記出力信号が出力スピーチエネルギーに対応しないとき、前記第１利得を低減させることによって、前記入力信号が入力スピーチエネルギーに対応しないとき、前記第２利得を低減させることによって、前記ループ利得を制御するよう動作可能である装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の装置であって、前記第１および第２利得は、それらのそれぞれが前記結合された利得に寄与する複数の利得要素を含む装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサは、前記複数の利得要素のうちの選択されたものだけを低減させることによって前記ループ利得を制御するよう動作可能である装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の装置であって、前記利得要素のそれぞれは、静的利得制御ブロック、動的ワイドバンド利得制御ブロック、および動的マルチバンド利得制御ブロックに対応する装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサは、スピーチエネルギーが存在しない場合に前記利得要素のうちの選択されたものにおいて増加を禁止するようさらに動作可能である装置。
【請求項２８】
請求項２２に記載の装置であって、前記結合された利得は、前記入力および出力信号を参照して決定される損失要素を含む装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置であって、前記損失要素は、エコーリターン損失の推定値を含む装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の装置であって、前記推定値は、前記入力信号に対応するリターンエネルギー信号、および前記出力信号に対応する出力エネルギー信号間の差を表す差分信号を参照して決定される装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の装置であって、前記推定値は、前記入力信号中のスピーチエネルギーをディエンファシスする装置。
【請求項３２】
請求項３０に記載の装置であって、前記差分信号が前記推定値を超えるとき、前記推定値は時定数に従って増加し、前記差分信号が前記推定値より下がるとき、前記推定値は前記差分信号に一致するよう調整される装置。
【請求項３３】
請求項１に記載の装置であって、前記第１および第２シグナルプロセッサは、前記第１および第２信号レベルの前記動的調整を行うための、その中に記憶されたコンピュータプログラム命令を有する少なくとも１つのコンピュータで読み取り可能な媒体を備える装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の装置であって、前記コンピュータプログラム命令は、前記入力および出力信号のうちの一つに対応するオリジナルのサンプルされた信号のマルチバンド処理を行うよう動作可能であり、前記コンピュータプログラム命令は、
前記オリジナルのサンプルされた信号を、それぞれが複数の周波数バンドのうちの一つに対応する複数の信号要素に分割する第１命令、
前記複数の信号要素のそれぞれの一つに関連付けられたダイナミックレンジを独立して動的に制御する第２命令、
前記複数の信号要素に関連付けられた少なくとも１つの信号レベルを変更する第３命令、および
前記信号要素を処理されたサンプル信号へ結合する第４命令
を含む装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の装置であって、前記第１命令は、前記オリジナルのサンプルされた信号を２、３、４、および５個の重複する周波数バンドのうちの一つに分割する装置。
【請求項３６】
請求項３４に記載の装置であって、前記第２命令は、前記信号要素のそれぞれに関連付けられた利得係数の非線形制御を実行する装置。
【請求項３７】
請求項３４に記載の装置であって、前記第２命令は、それぞれの前記信号要素のそれぞれのサンプルに利得係数を適用することによって前記信号要素のそれぞれに関連付けられた前記ダイナミックレンジを制御し、前記利得係数は動的に調整される装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の装置であって、前記信号要素のそれぞれについての前記利得係数は、サンプルの第１個数毎に動的に調整される装置。
【請求項３９】
請求項３７に記載の装置であって、前記信号要素のそれぞれについての前記利得係数は、それぞれの前記信号要素のそれぞれのサンプルが比較されるスレッショルドレベルを参照して動的に調整される装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の装置であって、前記利得係数は、それぞれのサンプルが前記スレッショルドレベルより下である場合はリリースレートパラメータを用いて上向きに、それぞれのサンプルが前記スレッショルドレベルより上である場合はアタックレートパラメータを用いて下向きに、調整される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００２年１０月３１日に出願された「EXTERNAL AUDIO PROCESSOR FOR IMPROVING PHONE AUDIO QUALITY」という米国特許仮出願第６０／４２２，４３０号の優先権を主張し、その開示全体が全ての目的のためにここで参照によって援用される。
【０００２】
本発明は、オーディオ信号処理に関し、具体的には適応音量制御を用いて電話オーディオ品質を改善する技術、およびさまざまな信号処理技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
テレカンファレンス装置およびサービスは、この形態のビジネスを行うことがビジネスの世界でふつうになるにつれて着実に高度になってきている。しかしこれらの技術に詳しい者なら、最も技術的に進歩したテレカンファレンスシステムでも大きな欠点があることを認めるだろう。典型的にはこれらの欠点は、レベルの問題、スペクトルのアンバランス、およびバックグランドノイズである。
【０００４】
例えば、多くのテレカンファレンスのユーザが知っているよくある問題は、カンファレンスコールに参加するさまざまな参加者に関連付けられた相対的ボリュームレベル間のアンバランスさに関する。すなわち、異なる電話機器および／または特定の電話に対するさまざまな通話者の相対的位置に関する異なる信号レベルのために、ある参加者の声は大きすぎ、一方、他の参加者はしばしば聴き取れない。これは特にアナログシステム（いまだに市場の大部分を占める）の場合そうであり、ディジタルシステムであっても同様の限界が課せられえる。加えて、多くの電話インフラ要素の相対的に低い忠実性、および結果として生じるノイズおよび歪みは、再生された音声信号の了解度にさらに悪影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって電話の応用例におけるボリュームのアンバランスが緩和されえる技術を提供することが望ましい。また例えばスペクトルアンバランスおよびバックグランドノイズのような他の問題を扱う技術を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のさまざまな実施形態によれば、ボリューム正規化、およびオーディオ信号の処理を含むさまざまな技術が採用されて電話およびテレカンファレンスサービスおよび機器のユーザの体験を改善する。ある具体的な実施形態によれば、本発明は、近端電話機と共に用いる装置を提供する。前記近端電話機は、遠端電話機へ向けられた出力信号を発生し、前記遠端電話機によって少なくとも一部は発生された入力信号を受けるよう動作可能である。第１シグナルプロセッサは、前記出力信号に関連付けられた第１信号レベルを前記第１信号レベルを参照して動的に調整するよう動作可能である。第２シグナルプロセッサは、前記入力信号に関連付けられた第２信号レベルを前記第２信号レベルを参照して動的に調整するよう動作可能である。前記第１および第２シグナルプロセッサは、ループ不安定性を禁止するようループ利得を制御するよう動作可能である。ある実施形態によれば、前記第１および第２シグナルプロセッサは、前記ループ利得の少なくとも一部を表す結合された利得を参照して、前記第１シグナルプロセッサに関連付けられた第１利得、および前記第２シグナルプロセッサに関連付けられた第２利得のうちの少なくとも１つを低減させることによって、前記ループ利得を制御するよう動作可能である。
【０００７】
ある実施形態によれば、前記結合された利得は、前記入力および出力信号を参照して決定される損失要素を含む。ある具体的な実施形態によれば、前記損失要素は、エコーリターン損失の推定値を含み、この推定値は、前記入力信号に対応するリターンエネルギー信号、および前記出力信号に対応する出力エネルギー信号間の差を表す差分信号を参照して決定される。さらにより具体的な実施形態によれば、前記推定値は、前記入力信号中のスピーチエネルギーをディエンファシスする。具体的な実現例において、前記差分信号が前記推定値を超えるとき、前記推定値は時定数に従って増加され、前記差分信号が前記推定値より下がるとき、前記推定値は前記差分信号に一致するよう調整されることによってこれは達成される。
【０００８】
本発明の性質および優位性のさらなる理解は、明細書の残りの部分および図面を参照して実現されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための発明者によって考えられたベストモードを含む本発明の具体的な実施形態を詳細に参照していく。これら具体的な実施形態の例は、添付の図面に示される。本発明はこれら特定の実施形態について説明されるが、本発明を記載された実施形態に限定するよう意図されないことが理解されよう。むしろ代替物、改変、および等価物が添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲に含まれえると意図される。以下の記載において、多くの具体的な詳細が述べられているが、これは本発明の完全な理解を促すためのものである。本発明は、これら特定の詳細の一部または全てがなくても実施されえる。加えて、よく知られた特徴は、本発明の趣旨を不必要にぼかさないために詳細には記載されない。
【００１０】
ここで本発明の具体的な実施形態が図１を参照して記載される。示された実施形態（すなわちユニット１００）は、電話機１０２および１０４間で出力信号（outgoing signal）および入力信号（incoming signal）が同時に単一のペアのワイヤで電話会社の中央局１０５に、かつ中央局１０５から伝送される従来のアナログ電話回路と共に用いられる。理解されるように、ユニット１００は、付随する電話機および標準電話ジャックの間の全ての必要な電圧およびインピーダンス特性を提供する回路（不図示）を含む。また、本発明は、適切な改変を施してディジタル電話回路においても実現されえることが理解されよう。
【００１１】
入力および出力信号（すなわち受信および送信信号）は、例えば従来のハイブリッド回路１０６および１０８を含むさまざまな技術を用いて分離および／または統合される。従来のハイブリッドの理想的でない性質は、呼のそれぞれの端末におけるある程度の量のエコーにつながる。このエコーは、近端および遠端のエコーキャンセラ１１０および１１２の使用で処理され、これらはハードウェアまたはソフトウェアで実現されえる。このエコーキャンセラは、入力および出力信号を参照して、近端および遠端エコーの推定量を生成するためにさまざまな種類の適応信号処理技術の任意のものを採用する。推定量はそれから適切な信号から引かれる（１１４および１１６において）。
【００１２】
それぞれのエコーキャンセラは、入力および出力スピーチが存在するかを決定し、対応するエコーキャンセラをそれにしたがってアップデートさせるか、またはさせないかする音声検出器（speech detectors、１１８および１２０）と協働する。音声検出器１１８および１２０は、入力として出力および入力信号を受け取り、同時にエコーキャンセラ１１０および１１２によって生成されたそれぞれのエラー推定値も受け取りえる。
【００１３】
出力および入力信号パスは、シグナルプロセッサ１２２および１２４を含み、この中で本発明のさまざまな局面が実現されえる。特定の実現例によれば、シグナルプロセッサ１２２および１２４は、実質的にリアルタイムでレベルのアンバランスに応答する１つ以上の自動利得制御器（ＡＧＣ）機能を含む。より具体的な実施形態によれば、シグナルプロセッサ１２２および１２４は、音声信号の了解度を低下させるスペクトルアンバランスに対応できるマルチバンドプロセッサを含む。さまざまなより具体的な実施形態によれば、マルチバンド処理は、２、３、４、または５バンド処理のうちの任意のものとして実現されえる。
【００１４】
異なる電話機器の広く変わる出力レベルに依存して、ユニット１００のダイナミックレンジは、多少なりとも効率的に利用されえる。したがってある実施形態によれば、この問題は、シグナルプロセッサ１２２および１２４の利得を適切に初期化することによって対応できる。このような実施形態の１つによれば、プロセッサ１２２および１２４のそれぞれは、相対的に静的な入力ＡＧＣおよび１つ以上の動的ＡＧＣを含む。それぞれのプロセッサの入力ＡＧＣは、適切な時刻において、例えば、ユニット１００が出力プロセッサ１２２について電源がオンにされるとき、またはそれぞれの新しい呼がプロセッサ１２４について始まるとき、初期化される。これは、プロセッサのマルチバンドＡＧＣの動作点を現在の条件、すなわち現在の呼（call）についての機器および関連する信号の組み合わせについてのその最適点に設定する。
【００１５】
ある実施形態において、入力ＡＧＣの利得は、ダイナミックＡＧＣのダイナミックレンジのほとんどまたは全てが呼のあいだのダイナミック利得制御に利用できるよう、受信された信号強度を参照して設定される。ダイナミックＡＧＣはそれから呼のあいだ変化する信号レベルに応答して利得制御を行う。さまざまな実施形態によれば、シグナルプロセッサ１２２および１２４において実現されるダイナミックＡＧＣは、ワイドバンドＡＧＣ、マルチバンドＡＧＣ、またはそれらの組み合わせを含む。一般に本発明によって採用されるダイナミックＡＧＣは、入力信号にダイナミックに応答し、入力信号があるスレッショルドより低い場合はアタックレートに従ってその利得を増し、入力信号がそのスレッショルドより高い場合はリリースレートに従ってその利得を減らす。
【００１６】
このような実施形態によれば、シグナルプロセッサ１２２および１２４のマルチバンドＡＧＣは、さまざまな技術によってさまざまなやり方で実現されえる。ある実施形態によれば、このマルチバンド信号処理は、２００２年８月６日に出願された共通して譲渡されている同時係属中の米国特許出願第１０／２１４，９４４号（弁護士整理番号ＯＣＴＶＰ００１Ｘ１）、「DIGITAL SIGNAL PROCESSING TECHNIQUES FOR IMPROVING AUDIO CLARITY AND INTELLIGIBILITY」に記載された技術にしたがって実現され、その全体が全ての目的のためにここで参照によって援用される。
【００１７】
上述および後述のさまざまな信号処理ブロックは、本発明から逸脱することなくさまざまなやり方で実現されえることに注意されたい。例えば本発明の実施形態は、これらのブロックが、１つ以上のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、プログラマブルロジックデバイスなどを用いて、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれら両方の組み合わせで実現されることを想定している。さまざまなブロックの動作は、それぞれのブロックそのものの中にある要素、またはマイクロプロセッサのような中央制御によって支配されえ、簡潔さのためにこれらブロックは別個に示されることが理解されよう。
【００１８】
入力および出力信号をシグナルプロセッサ１２２および１２４によってブーストすることは、送信および受信された音声信号の完全性を確実にするために、扱わなければならないさまざまな結果を生じえる。例えば、テレカンファレンス機能を持つ電話の一部は、ある条件下で、例えば音声が受信されているときに、ローカルマイクをディセーブルする、エコーを緩和する機能を含む。再び、適切なメカニズムが配されないと、入力および出力信号のプロセッサ１２２および１２４による増幅は、不適切なタイミングで、すなわちバックグランドノイズだけが送信されるときに、マイクのディセーブルを引き起こす意図されない効果を生じえる。したがって実施形態のいくつかによれば、ノイズゲートメカニズム、例えばダウンワードエキスパンダがループ中に含まれることによって、音声ではなくバックグランドノイズに対応する信号が送信される条件の下では利得を減少する。さまざまな音声検出アルゴリズム（ここに記載されるものを含む）のうちの任意のものがそのようなメカニズムをゲーティングするために採用されえる。
【００１９】
さらに、適切なメカニズムが配されないと、全体のシステムループ利得が１を超え、システムが不安定になる（例えば１つまたは両方の電話機における高音のフィードバックノイズによって特徴付けられる）可能性がある。これが起こりえる状況は、例えば、両方の末端における会話の音声がソフトであり、および／または電話機からの出力信号が比較的低いときを含む。
【００２０】
実現例の特定のセットによれば、このループ利得不安定性の問題が対処される。そのようなある実現例によれば、利得調停アルゴリズムが採用され、ここでシステムの総利得の推定値が維持され、このループ利得が１を超えることを防ぐようにさまざまなシステム要素の利得が操作される。ループ利得推定値に対する正の寄与には、それぞれの信号方向についてのＡＧＣに関連付けられた利得が含まれる。これら利得は既知であるが、それはシステムの主要な機能であるレベルの正規化を実現するよう、それらがダイナミックに制御されるからである。
【００２１】
またループ利得推定値には、ループのそれぞれの末端におけるハイブリッドおよびエコーキャンセルブロックによる損失を表す負の寄与も含まれる。具体的な実施形態によれば、１つのハイブリッドおよび付随するエコーキャンセルブロックによって表される損失は、外に出るエネルギーの短期平均、および戻って来るエネルギーの短期平均を計算し、これら２つの値の間の差をとることによって推定される。これら短期平均を計算するのに、通過されることが意図されるスピーチまたは他の音声に対応するエネルギーを含まないことが重要である。
【００２２】
したがって、より具体的な実施形態によれば、この損失を推定する技術が提供され、これは図２を参照して説明され、この図は図１のシステムにおけるループ利得および損失要素のいくつかを表すブロック図である。この図において、シグナルプロセッサ１２２および１２４の利得要素は、入力自動利得制御（ＡＧＣ）２０２および２０４、ダウンワードエキスパンダ（ＤＥ）２０６および２０８（すなわちノイズゲーティングのための）、ワイドバンドＡＧＣ２１０および２１２、マルチバンドＡＧＣ２１４および２１６、およびマルチプライヤ２１８および２２０によって表される。エコーキャンセルブロックおよびそれらに付随するハイブリッドに帰する損失は、ブロック２２２および２２４によって表され、システムから出て行くエネルギー、すなわちＥo、および戻ってくるエネルギー、すなわちＥrの間の差に等しい。
【００２３】
ＥoおよびＥrと時間とのｄＢスケールでの例示的なプロットは、図３に示される。簡潔さのために図３の波形は、システムを通しての往復遅延を占めるように時間軸において調節されていることに注意されたい。またさまざまな波形のいくつかの特性は、このアルゴリズムの動作をより明確に図示するために強調または誇張されていることにも注意されたい。
【００２４】
予期されるように、Ｅr（波形３０２）の多くは、Ｅo（波形３０４）の減衰した形に見えるが、これはそれがもともと外に出る音声の「エコー」だからである。ハイブリッドおよびエコーキャンセラによって表される損失の推定値を得るためにＥoと比較可能なのは、Ｅrのこの部分である。しかし上述のように、Ｅrの一部（例えば部分３０６）は、呼の他端からの音声信号を表しえ、よって損失の推定には含まれないかもしれない。
【００２５】
ＥoをＥrから引くことで信号Ｅr−Ｅo（波形３０８）が生じ、これは、音声エネルギーが電話の呼の他端から受信されている場合（例えば部分３１０）を除き、ハイブリッドおよびエコーキャンセラに関連付けられた損失を表す。外に出るエネルギーが非常に小さいとき、他の現象が起こり、入ってくるエネルギーの必然的に非ゼロの正の性質により差分波形中に山を生じる（部分３１２）。これら両方の場合において、差分波形は、ハイブリッドおよびエコーキャンセラに関連付けられた損失を正確に反映しない結果となる。
【００２６】
したがってさまざまな実施形態によれば、「ベースライントラッキング」アルゴリズムが採用されることによって、差分波形中のこれら遷移条件を「滑らかにし」、それにより総ループ利得をユニティより小さく維持するのにより信頼性高く用いられえる損失推定値を生むような波形にする。
【００２７】
図４に示されるベースライントラッキングアルゴリズムの具体的な実現例によれば、損失推定波形３１４は、差分波形３０８と比較される（４０２）。差分波形３０８が損失推定波形３１４より下に落ちるとき（４０４）、損失推定波形３１４は、差分波形３０８に追従するようすぐに調節される（４０６）。一方、差分波形３０８が損失推定波形３１４より上であるとき（４０４）、例えば、Ｅrが遠端からの音声エネルギーを含むときに起こりえるようなとき、損失推定波形３１４は、それが差分波形３０８に追いつくまで徐々にしか増加されない（４０８）。さまざまな実施形態によれば、他端からの通常のエネルギーのバースト（bursts）のあいだ、最小限の変化しか波形３１４に起こらないように、増加の速度が決定される。波形３１４によって表される損失推定は、総ループ利得が１を超える状況を防止する目的のために、総ループ利得を追跡（track）する利得調停アルゴリズムに提供される。
【００２８】
より具体的な実施形態によれば、上述のアルゴリズムは、信頼性ある遠端音声検出（far-end speech detection）を提供するために用いられえる。すなわち、差分波形３０８が損失推定波形３１４よりある量だけ大きいと（４１０）、Ｅr波形のこの部分は、遠端からの音声エネルギーを運んでいると推定される（４１２）。これは、例えばダブルトークの状況（近端および遠端の両方の話者が話をしている状況）のような他の問題に対応するのに用いられえる信頼できる音声検出メカニズムであることがわかる。
【００２９】
本発明と共に用いる利得調停アルゴリズムの例示的実現例は、図５を参照して説明される。このアルゴリズムによって採用される損失推定は必ずしも上述のように導かれるとは限らないことが理解されよう。また有用な利得調停アルゴリズムは、ループ中の全ての損失または利得要素について対応する必要はないことに注意されたい。例えば、ピークリミッタ（不図示）の寄与は、その遷移的な性質のために無視されえる。
【００３０】
再び図２を参照して、入力ＡＧＣ２０２および２０４は、呼のあいだに起こるであろう最大エネルギーレベルを参照して接続の条件に疑似静的に適応する。関連付けられた利得レベルは、呼のあいだエネルギーレベルが予期されたレベルを超えない限り、典型的には静的のままとどまり、もし超えるなら利得は減らされる。一方、ワイドバンドＡＧＣ２１０および２１２およびマルチバンドＡＧＣ２１４および２１６についての利得は、呼のあいだに変化するエネルギーレベルに動的に反応する。マルチプライヤ２１８および２２０は、対応する入力ＡＧＣ利得の何分の一に、例えば１／２に利得を減らす。
【００３１】
ある実現例によれば、利得調停アルゴリズムは、入力ＡＧＣ２０２および２０４の利得（Ｇ1AおよびＧ1Bとそれぞれ表される）、ワイドバンドＡＧＣ２１０および２１２の利得（Ｇ2AおよびＧ2Bとそれぞれ表される）、マルチプライヤ２１８および２２０の損失（Ｇ1A／ＮおよびＧ1B／Ｎと表される）、およびそれぞれの方向におけるハイブリッドおよびエコーキャンセラについての損失推定（ＥＲＬAおよびＥＲＬBと表される）を参照してループ利得Ｇを推定する（５０２）。すなわちこの実施形態によれば、このアルゴリズムによってモニタされる利得は、以下によって与えられる。
【００３２】
Ｇ＝Ｇ1A＋Ｇ2A−Ｇ1A／Ｎ−ＥＲＬA＋Ｇ1B＋Ｇ2B−Ｇ1B／Ｎ−ＥＲＬB  （１）
【００３３】
数値Ｎは、ＡＧＣ２０２および２０４、およびそれらの対応するマルチプライヤ２１８および２２０それぞれの間の線形または非線形の関係を表しえることに注意されたい。またこの実施形態において、マルチバンドＡＧＣおよびダウンワードエキスパンダの平均ループ利得に対する効果は考慮されない。他の実施形態は、これらの寄与のいずれかまたは両方が含まれえるかたちで想定される。
【００３４】
上述のように、もし総ループ利得が１（またはｄＢで測定されるなら０）より大きいなら（５０４）、不要なノイズアーティファクト、例えばフィードバックが生じる。したがってさまざまな実施形態によれば、Ｇの値は、ループの利得／損失要素のさまざまなものに関連付けられた利得レベルを慎重に操作することによって、あるレベルより下に維持される（５０６）。ループ中の利得要素の任意のものが独立して、またはさまざまな組み合わせで操作されえるが、ある実現例によれば、ワイドバンドＡＧＣ２１０および２１２に関連付けられた利得のみが操作される。
【００３５】
そのような実現例の一つによれば、これらワイドバンドＡＧＣの一方、または他方の利得だけが典型的には操作される。これら２つのどちらが操作されるかについての判断は、対応する信号パスのうちどちらが現在、音声エネルギーを伝送するのに用いられていないかによってなされる（例えば音声検出アルゴリズムによって決定されるように）。これは、そのパスにおける利得は現在は必要とされず、すなわち音声エネルギーが存在せず、他のパスにおける利得はある理由のために存在する、すなわち伝送されている音声の了解度を向上させるために存在するからである。
【００３６】
より具体的な実施形態によれば、音声エネルギーが両方のパスに存在する場合、利得はワイドバンドＡＧＣの両方において等しく低減されえる。対話の１つまたは両方の末端が静かな場合に典型的には起こる、ループ利得が１を超える、すなわち１つまたは両方の末端が話していないときに利得が高い、この条件は比較的起こりにくいことに注意されたい。
【００３７】
本発明によって設計される利得調停アルゴリズムのある実現例によれば、必要な利得低減は、単一のステップにおいては達成されない。むしろ利得は、時定数にしたがって徐々に１つ以上のループ要素から取り除かれる。ある実施形態によれば、適切な時定数は、利得を減らすのに１００から５００ミリ秒かかるように設定されえる。
【００３８】
ある実現例によれば、総ループ利得が１を超える条件は、会話が検出されないときにＡＧＣ群のうちの１つ以上の利得を凍結することによって、より起こりにくくされえる。すなわち、利得の増加は、会話が非常にソフトなときに典型的には必要とされるが、だれも話していないときには必要とされない。音声検出アルゴリズムを用いてこれら２つの条件を区別し、ＡＧＣの動作をそれにしたがってゲートすることは、よって利得調停アルゴリズムが関与しえる多くの状況を減らすのに役立ちえる。具体的な実施形態によれば、ワイドバンドおよびマルチバンドＡＧＣの両方の利得がそのようなメカニズムを用いて凍結される。
【００３９】
本発明の他の実施形態は、２つの異なるＤＴＭＦトーンの振幅が互いに６ｄＢの中に入っていなければならないという要件を扱う。このようなある実施形態によれば、この関係が破られることがないように、それぞれのトーンが含まれるバンド間の相互依存を実現するために、マルチバンド信号処理が実現される。他の実施形態によれば、さまざまなバンドの幅は、両方のトーンが同じバンドに入り、よって同じダイナミック利得制御を受けるように設定される。このようなある実施形態によれば、ＤＴＭＦ周波数の全体の範囲が同じバンドに入るように２バンド信号処理が実現される。
【００４０】
図１の本発明の特定の実施形態によれば、バイパス回路、すなわちリレー１３２、１３４、およびツイストペア１３６がユニット１００と共に提供され、これらは電話機がオンフックであるとき、および電話機が最初に取られて、ユニット１００に影響を与えうる電話会社によって提供される呼出信号およびサービス（例えばコーラーＩＤ）を受け入れるときに選択される。電話機が十分な期間オフフックであると検出されるとき、ユニット１００は、回路へと切り替えられる。
【００４１】
本発明は、その具体的な実施形態を参照して特に示され記載されてきたが、当業者なら開示された実施形態の形態および詳細の変更が本発明の精神または範囲から逸脱することなくなされえると理解されよう。例えば上述のように、ここで記載された基本的な技術は、さまざまなベンダー、例えばSiemens、Toshiba、Nortel、Alcatelなどによって提供されるさまざまなディジタルＰＢＸインタフェース仕様の任意のものと互換性を確保するための適切な変更と共に、ディジタル電話回路において採用されえる。図６および７は、それぞれアナログおよびディジタルシステムと共に用いられる例示的実施形態の間の差を示すために提供される。
【００４２】
図６は、本発明の具体的な実施形態６００を用いるアナログ電話システムの簡略化されたブロック図である。対照的に図７は、本発明の他の具体的な実施形態７００を用いる例示的ディジタル電話システムのブロック図である。ディジタルシステムにおいて、電話ネットワークへの接続は４線である。よって図７の実施形態においては図６の実施形態で存在するようなハイブリッドを電話ネットワーク側に設ける必要はない。ハイブリッドによって生じるキャンセルすべきエコーが存在しないので、エコーキャンセラをこの側に置く必要もない。そのような実施形態において、電話ネットワーク側から来るスピーチエネルギーの検出のような機能はより簡単になるが、それは残留エコーのエネルギーはゼロとみなしえるからである。
【００４３】
図１の実施形態のように、図６および７に示されるさまざまなブロックおよび信号パスは論理的に別個であるが、中央制御されたプロセスの一部であってもよい。代替的には、特定の実施形態のいくつかのブロックは、機能的にもハードウェアの点でも別個でありえる。
【００４４】
加えて、本発明のさまざまな効果、局面、および目的は、さまざまな実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲はそのような効果、局面、および目的を参照することによって限定されるべきではないことが理解されよう。むしろ本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の具体的な実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図２】図１のブロック図の一部の代替表現の図である。
【図３】本発明の具体的な実施形態と共に用いられる損失推定アルゴリズムによって採用される例示的波形を示す図である。
【図４】損失推定アルゴリズムの具体的な実現例を示すフローチャートである。
【図５】利得調停アルゴリズムの具体的な実現例を示すフローチャートである。
【図６】本発明のアナログ実施形態の簡略化されたブロック図である。
【図７】本発明のディジタル実施形態の簡略化されたブロック図である。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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