(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の有音セルを含む有音区間と複数の無音セルを含む無音区間が交互に存在し、有音区間中の背景雑音に対応する雑音を雑音発生器から無音区間中に挿入し聴感を改善する雑音挿入装置において、
前記有音区間中の有音セルを記憶するメモリと、
該メモリに記憶されたデータのスペクトルを分析するスペクトル解析回路と、
該スペクトル解析回路の解析結果に基づき前記無音区間中に挿入する雑音のスペクトル特性を制御する発生雑音切替器とを備えることを特徴とする雑音挿入装置。
【請求項２】
前記メモリは、前記有音区間の最後の１以上の有音セルを記憶することを特徴とする請求項１に記載の雑音挿入装置。
【請求項３】
送信側からのセル信号には、有音区間の有音セルのみが送信されることを特徴とする請求項１又は２に記載の雑音挿入装置。
【請求項４】
前記有音区間の音声データのｒｍｓ値を計算するｒｍｓ値計算器を設け、ｒｍｓ値計算器による前記有音区間の最終部のｒｍｓ値が予め設定したしきい値以下の場合には、前記スペクトル解析回路のスペクトル解析動作を行わないことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の雑音挿入装置。
【請求項５】
前記発生雑音切替器は、予め複数の雑音パターンを用意し、前記スペクトル解析回路の解析結果により選択切替えることを特徴とする請求項１に記載の雑音挿入装置。
【請求項６】
前記スペクトル解析回路は、前記背景雑音のＦＦＴを行うことを特徴とする請求項１に記載の雑音挿入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雑音挿入装置、特にパケット通信等の伝送装置に雑音（ノイズ）を挿入する雑音挿入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パケット通信、ＡＴＭ（非同期伝送モード）通信及びＤＳＩ装置等の伝送装置において、音声信号を有音区間のみ伝送し、無音区間には疑似雑音を挿入する雑音挿入装置が使用される。
【０００３】
斯る装置では、入力音声信号の有無／無音判定を行い、有音区間と判定された部分の音声信号のみを伝送し、無音と判定された区間の信号データは転送しない。その為に、無音区間を全くの無音とすると、有音区間に存在する背景雑音とのレベル差によって聴感上の違和感が生じ得る。このような違和感を防止する為に、無音区間は、背景雑音相当レベルの疑似雑音で補間する雑音挿入装置を受信側で使用するのが一般的である。
【０００４】
斯る従来の雑音挿入装置の一例は、特開平５−８３２８５号公報の「無音区間雑音挿入制御方式」に開示されている。送信側では、無音検出器により音声信号の有無を検出する。また、セル組立部により有音セル又は無音セルを組立て、無音セルは有音セルの送信感覚に比較して充分長い間隔で送出する。即ち、無音セルを受信側で作成し、有音セルがないとき無音するを受信側へ送信する。受信側では、セル分離部を有し、有音／無音セルを分離してセル分解部へ送り、平均パワー算出部、周波数特性解析部、可変雑音発生部及び挿入部を有し、無音セル区間に可変雑音発生部からの雑音を挿入する。
【０００５】
また、別の従来例を図６及び図７を参照して説明する。この例にあっては、音声送信側は図６に示す如く有音／無音検出器１、音声符号器２、ロング／ショートハングオーバー時間設定器３及びセル化器４を有する。音声を符号化（Ａ／Ｄ）した結果と、有音／無音検出器１によって検出した有音／無音判定情報（セル情報）の結果をセル化器４でセル化して有音と判断されたセル信号のみを伝送する。このとき伝送効率を優先する為に、ハングオーバー時間を有音区間の長さに基づき適応的に時間長を切り替えながらショート／ロングハングオーバー時間設定器３にて付加する。ショートハングオーバーは、伝送効率を考慮して連続する有音区間が短い場合に付加する。他方、ロングハングオーバーは、語尾の言葉切れをなくす為に比較的有音区間が長く続いた場合に付加する。
【０００６】
ところで、音声入力レベル等に依存し、有音から無音に変化する過程においては、有音検出器の該検出によって語尾が切れてしまうことが頻発する。そこで、有音検出器により、有音区間を長くする為の保護時間をハングオーバー時間とする。保護時間を長く設定する場合をロングハングオーバーと称し、短く設定した場合をショートハングオーバーと称する。
【０００７】
音声受信側の従来の雑音挿入装置を図７のブロック図に示す。この受信側の雑音挿入装置は、有音／無音セル判定器５、有音セルカウント回路６、音声復号器７、ロングハングオーバー予測器８、ロングハングオーバー最終区間ｒｍｓ値保持回路９、ｒｍｓ値計算器１０、雑音発生器１１、雑音レベル制御器１２、増幅器１３、切替器１４、有音平均ｒｍｓ値計算器１５及びセル分離器１６で構成される。
【０００８】
ロングハングオーバーが付加された場合、有音区間の最終セル部分については、語尾の発音切れを防止する冗長な部分である為と、仮に音声送出側の有音／無音検出器で該検出があったとしても十分なハングオーバー時間が確保されている為に、この部分は略完全に背景雑音が支配しているものと思われる。しかし、ショートハングオーバーが付加された場合は、有音／無音検出器１の該検出等によって音声部分が支配的である場合が多い。
【０００９】
従って、受信側でより正確に背景雑音を出力する為には、有音区間の音声セルの連続回数を有音セルカウント回路６で計測し、この情報に基づいてロングハングオーバー予測器８で判定し、ロングハングオーバー時間が付加された部分の最終有音セルのｒｍｓ（実効）値をロングハングオーバー最終区間ｒｍｓ保持回路９に一時的に蓄え、雑音レベル決定時にこれを参照する。また、有音平均ｒｍｓ値計算器１５で得た結果も参照して、雑音レベル制御器１２において雑音の音圧レベルを決定し、雑音発生器１１から送出される雑音を増幅器１３によって調整して無音区間に疑似背景雑音として送出する。有音区間には、音声復号器７の出力が送出されるよう切替（セレクタ）１４が動作する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術にあっては、無音区間に補間する背景雑音の音圧を制御することにより聴覚特性の向上を図っている。しかし、背景雑音源そのものについては単一である為にどうしても実際に有音区間に存在している背景雑音の特性（雑音の音色）と無音区間に補間挿入される疑似背景雑音との相違により音質（耳障り感）が発生してしまう。
【００１１】
また、上述した特開平５−８３２８５号公報の従来技術では、無音状態においても、送信側から受信側へセルが転送されるので、通信効率は、無音区間中にセル転送されない場合に比して悪いという問題点がある。
【００１２】
本発明の目的は、無音区間の背景雑音を有音セル区間中に存在すると思われる雑音特性により近づけることにより聴感上の音質（音声品質）を改善すると共に通信効率を高める雑音挿入装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による雑音挿入装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１４】
（１）複数の有音セルを含む有音区間と複数の無音セルを含む無音区間が交互に存在し、有音区間中の背景雑音に対応する雑音を雑音発生器から無音区間中に挿入し聴感を改善する雑音挿入装置において、
前記有音区間中の有音セルを記憶するメモリと、
該メモリに記憶されたデータのスペクトルを分析するスペクトル解析回路と、
該スペクトル解析回路の解析結果に基づき前記無音区間中に挿入する雑音のスペクトル特性を制御する発生雑音切替器とを備える雑音挿入装置。
【００１５】
（２）前記メモリは、前記有音区間の最後の１以上の有音セルを記憶する上記（１）の雑音挿入装置。
【００１６】
（３）送信側からのセル信号には、有音区間の有音セルのみが送信される上記（１）又は（２）の雑音挿入装置。
【００１７】
（４）前記有音区間の音声データのｒｍｓ値を計算するｒｍｓ値計算器を設け、ｒｍｓ値計算器による前記有音区間の最終部のｒｍｓ値が予め設定したしきい値以下の場合には、前記スペクトル解析回路のスペクトル解析動作を行わない上記（１）、（２）又は（３）の雑音挿入装置。
【００１８】
（５）前記発生雑音切替器は、予め複数の雑音パターンを用意し、前記スペクトル解析回路の解析結果により選択切替える上記（１）の雑音挿入装置。
【００１９】
（６）前記スペクトル解析回路は、前記背景雑音のＦＦＴを行う上記（１）の雑音挿入装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による雑音挿入装置の好適実施形態例の構成及び動作を添付図１乃至図５を参照して詳細に説明する。
【００２１】
先ず、図１を参照して説明する。図１は本発明の受信側の雑音挿入装置の好適実施形態例のブロック図である。尚、図１の雑音挿入装置は、図７の雑音挿入装置と同様の構成要素を多く使用するので、対応構成要素には同様参照符号を使用することとする。
【００２２】
即ち、本発明による雑音挿入装置は、セル信号を受けるセル分離器１６、音声復号器７、有音／無音セル判定器５、有音セルカウント回路６、ロングハングオーバー予測器８、ロングハングオーバー最終区間ｒｍｓ値保持回路９、ｒｍｓ値計算器１０、有音平均ｒｍｓ値計算器１５、雑音発生器１１、雑音レベル制御器１２，増幅器１３及び切替器１４を有する。更に、この雑音挿入装置は、メモリ２０、スペクトル解析回路２１及び発生雑音切替器２２を備える。
【００２３】
本発明による雑音挿入装置にあっては、斯るメモリ２０、スペクトル解析回路２１及び発生雑音切替器２２を付加することにより、ロングハングオーバー時間が付加されていると予測できる最終有音セル相当の部分は、上述のとおり背景雑音が支配的になっている為に、この部分のスペクトル特性を解析することによって、このスペクトル特性に近い雑音を雑音発生器１１で発生させている。
【００２４】
次に、図１の雑音挿入装置の動作を説明する。音声送出側から転送されたセル信号は、セル分離器１６にて、有音／無音判定結果等が格納されたセル情報と音声データに分離される。但し、ここで分離された無音セルは、送信側と無音時間を合わせる為に受信側のセル分離器１６が疑似的に生成したものとする。送信側から送信されるのは有音セルのみであるから、セル分離器１６は有効な有音セルを抽出するものであり、無音／有音セルを分離するものではない。
【００２５】
有音／無音セル判定器５は、上述したセル情報に基づいて、有音セルと判定した場合は有音セルカウント回路６にて、無音セルと無音セルに挟まれた有音セル区間のセル数をカウントする。このカウント結果は、ロングハングオーバー予測器８へ転送する。ここでは、有音セル数を有音判定基準値としきい値判定し、しきい値以上の場合はロングハングオーバーが付加されている有音区間とみなすことにする。しきい値は「ロングハングオーバー時間＋ロングハングオーバーを付加する場合の最短連続有音時間」で決定すればよい。
【００２６】
一方、音声データは、有音／無音セル判定器５において有音と判定された場合のみ音声復号器７で復号される。この再生された信号からｒｍｓ計算器１０においてセルフレーム毎にｒｍｓ値を計算する。このｒｍｓ値は、セルフレーム毎に更新されるが、ロングハングオーバー予測器８でロングハングオーバーと判定された場合のみ、有音／無音セル判定器５で有音から無音に切り替わる直前のｒｍｓ値をロングハングオーバー最終区間ｒｍｓ値保持回路９で保持する。このｒｍｓ値に基づき、背景雑音レベルがｒｍｓ値に相当するように雑音レベル制御回路１２を制御し、出力する雑音レベルを調整する。またｒｍｓ計算器１０で計算されたｒｍｓ値は、有音平均ｒｍｓ値計算器１５において、有音区間中の平均ｒｍｓ値を計算する。平均ｒｍｓ値が予め設定しているしきい値以下であれば、音声信号自体は、比較的小さいと判断して無音区間中に出力する背景雑音を抑圧するよう雑音レベル制御器１２で補正する。
【００２７】
次に、メモリ２０は、音声復号器７で復号（デコード）した音声信号の１セル分の合成出力単位に蓄積する。１セルで２０ｍｓの再生できる量を確保すると仮定すると、８ｋＨｚのサンプリングレートの場合には、１６０サンプルが１セル分に相当する。
【００２８】
但し、メモリ２０は、有音／無音セル判定器５の情報を受け取り、有音区間の音声信号のみ蓄積する。このメモリ２０に蓄積された音声信号に基づき、スペクトル解析回路２１にてＦＦＴ（高速フーリュ変換）処理及びケプストラム分析等によりスペクトル解析処理を行う。ここで、スペクトル解析が行われる信号がかなり小さい、人間の耳に聞こえないレベルであれば、特に雑音源の切替は不要であるので、スペクトル解析を行う必要はない。
【００２９】
スペクトル解析処理を行うか否かの判断は、ｒｍｓ値計算器１０の結果に基づきスペクトル解析回路２１で決定される。この解析結果に基づき、予め想定したタイプと比較して最も近いタイプを決定して発生雑音切替器２２へ通知する。そこで、発生雑音切替器２２は、雑音発生器１１の雑音の周波数重み付け用のパラメータを制御することによって出力される雑音のスペクトル特性を切り替える。また、別の例では、雑音発生器１１を複数個用意し、発生雑音切替器２２によって切替選択することも可能である。
【００３０】
背景雑音の挿入は、有音から無音に切り替った瞬間から疑似雑音を出力する必要がある為に、正確に最終有音セル区間と同じようなスペクトルを持った雑音を挿入しようとするとスペクトル解析処理を行う時間分の処理遅延を生じる。しかし、その１つ前の有音セル区間も同様に雑音の方が支配的になっていると考えられる。そこで、メモリ２０を２セル相当分確保できる量とする。最終有音セル直前の有音セル部分におけるスペクトル特性の近似の背景雑音を無音への変化点から出力すると、最終有音セル処理と並列処理できる為に処理遅延は、特に必要としないこととなる。
【００３１】
最後に切替器１４にて、有音区間は音声復号器７側に、無音区間は疑似背景雑音を発生する雑音発生器１１の出力を増幅する増幅器１３の出力側に有音／無音セル判定器５の出力に応じて切替え選択される。これにより、無音区間中には疑似雑音が挿入される。
【００３２】
図２は、雑音挿入装置への受信側入力構成を示し有音区間と無音区間とが交互に存在する。有音区間には、有音セルａ−ａ’、ｂ−ｂ’、ｃ−ｃ’…が含まれ、無音区間に無音セルＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’…が含まれることを示している。
【００３３】
図３は、本発明の雑音挿入装置による雑音挿入の基本原理を示す。また、図４には、ロングハングオーバー時の疑似背景雑音出力例が示されている。
【００３４】
図５は、図１のスペクトル解析回路２１による雑音スペクトルのピーク推移傾向パターン例を示す周波数対スペクトル強度図である。タイプ１は広い周波数範囲のスペクトルが略均等に含まれる白色ノイズの例である。タイプ２は、低周波数成分が高周波成分より少し多いノイズの例である。タイプ３は、低周波スペクトルが高周波スペクトルよりも充分大きいノイズの例である。発生雑音切替器２２は、スペクトル解析回路２１の解析結果に基づいて斯る複数のタイプのノイズを発生するよう構成されている。
【００３５】
以上、本発明による雑音挿入装置の好適実施形態例を図示し、その構成及び動作を説明した。しかし、本発明は斯かる特定例のみに限定されるべきではなく、特定用途に応じて適宜変形変更が可能であることが当業者には容易に理解できよう。
【００３６】
【発明の効果】
上述の説明から理解される如く、本発明の雑音挿入装置によると、ロングハングオーバー時の最終有音セル相当部分のデータを使用して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）及びケプストラム分析等を用い背景雑音のスペクトラム構造を分析し、この分析結果に基づいて源音発生器のスペクトル特性を雑音源のスペクトルに近付ける。従って実際の背景雑音に近い雑音を発生することが可能になり、聴感特性を改善すると共に、伝送効率を高く維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による雑音挿入装置の好適実施形態例のブロック図である。
【図２】雑音挿入装置への入力データ構成例である。
【図３】雑音挿入装置による雑音挿入の基本原理図である。
【図４】ロングハングオーバー時の疑似背景雑音出力例である。
【図５】雑音スペクトルの複数のタイプを示すパターン例である。
【図６】音声送信側の従来の雑音挿入装置のブロック図である。
【図７】音声受信側の従来の雑音挿入装置のブロック図である。
【符号の説明】
５      有音／無音セル判定器
６      有音セルカウント回路
７      音声復号器
８      ロングハングオーバー予測器
９      ロングハングオーバー最終区間ｒｍｓ値保持回路
１０    ｒｍｓ値計算器
１１    雑音発生器
１２    雑音レベル制御器
１３    増幅器
１４    切替器
２０    メモリ
２１    スクトル解析回路
２２    発生雑音切替器
【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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【図７】
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