JP3255077B2 - 電話機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電話機に関し、特に
ディジタル方式の電話機に関する。

【０００２】

【従来の技術】電話機、特に可搬性を最大の特徴とする
携帯型の電話機は、屋外での使用がそのほとんどであ
り、通話中の周囲の騒音によって通話品質が左右されや
すく、特に移動中の使用が可能な携帯電話用或いは自動
車電話用の電話機は、外部騒音の影響をより顕著に受け
やすい。

【０００３】また、ディジタル方式の携帯電話機では、
入力された音声信号を高度な情報圧縮による音声符号化
処理を行うことにより低伝送レートでの通話を実現して
いる。

【０００４】しかし、その音声符号化方式はほとんどの
場合、人間の声の特徴量をパラメータとして抽出し、こ
れを伝送することにより実現しているので環境雑音等の
伝送には適していない。

【０００５】このため、こうした可搬型の電話機のなか
には、環境雑音を含んだ入力信号から音声区間を検出し
て、音声区間以外をノイズキャンセラ等の雑音抑圧処理
により、音声以外の雑音を排除して音声符号化を行う構
成のものがある。

【０００６】図４に示す音声区間検出器の構成図は、特
開平４−２５１２９９号公報「音声検出方式」に開示さ
れたものであり、入力音声を一定の時間フレーム単位で
ＬＰＣスペクトル分析を行い、低周波数帯域のスペクト
ルピークと高周波数帯域の平均スペクトルのレベル差が
閾値を越えたときを音声区間と判定する際に、１つ過去
のフレームが音声区間でないと判定されると、現在のフ
レームのスペクトルから１フレーム過去のスペクトルを
減算して修正フレームを作成し、その修正フレームのス
ペクトルを用いて上記音声区間の判定を行う構成とされ
ている。

【０００７】すなわち、入力音声信号は、フィルタ４０
１によって帯域制限されてＡＤ変換器４０２によりディ
ジタル信号に変換される。

【０００８】次に、ＤＳＰ４０５の中で１フレーム分切
り出された信号はＬＰＣスペクトル分析が行われ、スペ
クトルメモリ４０３に記憶される。スペクトルは１つ過
去のフレームにおけるスペクトルと現在のフレームのス
ペクトルの２フレーム分記憶される。

【０００９】スイッチ４０４は、１つ過去のフレームが
音声区間でないと判定されるとＢ側に接続され、現在の
フレームのスペクトルよりそれぞれの周波数に対応する
１つ過去のフレームのスペクトルを減算し、作成された
修正フレームのスペクトルが送られる。

【００１０】また、１つ過去のフレームが音声区間と判
定されるとスイッチ４０４はＡ側に接続されて、現在の
フレームのスペクトルが送られる。

【００１１】そして、送られたスペクトルから、低周波
数帯域のスペクトルピークＰｓと高周波数帯域のスペク
トルピークＰｚが検出され、ＰｓからＰｚを減じたもの
のレベルを閾値判定することにより、音声区間の判定出
力が行われるというものである。一方、この種の音声区
間検出器の他の一例が特開昭６１−６５２９８号公報に
開示されている。これは周囲雑音レベルが低いときに
は、音声データの低い周波数から高い周波数までを利用
するが、周囲雑音レベルが高いときには母音中心の特徴
パターンを作成し、同時に音声を検出するための閾値も
変えて分析処理を行うというものである。

【００１２】前述した特開平４−２５１２９９号公報掲
載の音声検出方式を携帯型電話機の音声検出器に用いる
と、雑音のみの区間で得られた雑音のスペクトルを雑音
を含んだ音声区間のスペクトルから減じることにより、
音声区間の始まりを雑音に影響されずに検出することが
可能になり、正確に音声区間以外の雑音を除去できるた
め、環境雑音に影響を受けずに通話品質の向上を図るこ
とができる。

【００１３】このように、ＤＳＰ等の信号処理チップに
より音声のスペクトルなどの特徴量の閾値判定での音声
検出は、雑音環境下においても正確な判定を期待するこ
とができる。

【００１４】また、特開昭６１−６５２９８号公報掲載
の音声区間検出器では、雑音レベルの大小に応じて最適
な分析処理でパターンを作ることができるので、雑音レ
ベルの大小にかかわらず、正確な音声認識が可能とな
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ディジタル方
式の携帯電話機においての使用では、音声検出器の他に
雑音除去（ノイズキャンセラ）器や音声符号化器が組み
合わされて使用され、それらはすべて信号処理チップで
の演算において実現されており、演算処理量の増加を引
き起こす要因になることが考えられる。

【００１６】さらに、音声スペクトルの抽出などの処理
には多くの演算を必要とし、しかし簡略化した演算では
性能が劣化するなどして結局、演算量の増加により消費
電力の増加を招いてしまう。

【００１７】このため、元々演算量の多いディジタル方
式の携帯電話機に使用するには、消費電力の増加が可搬
性を最大の特徴とするこの種の電話機において重要であ
る通話時間の短縮を招くといった課題があった。

【００１８】そこで本発明の目的は、演算器の増加によ
る消費電力の増加を防止することができる電話機を提供
することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、音声を雑音除去処理した後に送信する送信
部を有する電話機であって、前記音声をディジタル信号
に変換するディジタル変換手段と、前記ディジタル信号
に変換後の信号に雑音除去処理を施す雑音除去処理手段
と、前記雑音除去処理後のディジタル信号から音声特徴
量を抽出しこれを符号化する符号化手段と、前記符号化
されたディジタル信号を送信する前記送信部と、前記音
声特徴量に基づき音声検出を行う音声検出手段とを含
み、この音声検出手段での音声検出結果に基づき前記雑
音除去処理手段にて雑音除去処理を行うことを特徴とす
る。

【００２０】本発明によれば、ディジタル信号を符号化
する過程において得られる音声の特徴量に基づき音声検
出を行うため、音声スペクトルの抽出などに用いる演算
器を設ける必要がなくなる。よって、これら演算器の増
加による消費電力の増加を防止することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。

【００２２】図１は、本発明の電話機の最良の実施の形
態を示す構成図、図２は、同電話機の周波数特性パター
ン判定部とフィルタ係数格納部の動作を示す模式説明
図、図３は、周波数特性パターン判定部とフィルタ係数
格納部の機能を他の実施の形態により実施する例の模式
説明図である。

【００２３】電話機１００は、送話マイクロホン１０１
と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換
器１０２と、雑音除去処理部１０３と、音声符号化処理
部１０４と、送信機１０５と、アンテナ１０６と、スペ
クトル情報分析処理部１０７と、ピッチ情報・分析処理
部１０８と、周波数特性パターン判定部１０９と、フィ
ルタ係数格納部１１０と、状態推定部１１１と、前記処
理フィルタ部１１２とからなる。

【００２４】図１に示す電話機１００は、無線電波を媒
介して送受信を行う携帯電話機であり、説明を容易にす
るため送信動作時の構成のみを示してある。

【００２５】送話マイクロホン１０１を介して入力され
た送話信号は、ＡＤ変換器１０２によりディジタル信号
に変換されたのち、雑音除去処理部１０３に入力される
が、同じ信号は前処理フィルタ部１１２にも同時に入力
される。

【００２６】前処理フィルタ１１２は、演算処理による
フィルタリングを行うディジタルフィルタであり、ディ
ジタル信号である送話信号は、所定の周波数特性を与え
られて状態推定部１１１に入力され、所定の時間（１フ
レーム区間）の送話信号が音声区間であるか、無音声区
間であるかを判定して、雑音除去処理部１０３の動作を
雑音除去制御情報出力１１３によって制御が行われる。

【００２７】状態推定部１１１は、音声検出と状態推移
動作によって構成され、音声検出方法には、音声の平均
パワーの閾値判定や過去のフレームとの差分レベル判
定、また自己相関量の閾値判定等を組み合わせることに
より総合的に判定を行う方法が考えられる。

【００２８】また、特公平０３−０７１７１９号公報に
示されるように閾値を可変して、雑音による誤検出を少
なくするような音声検出方法を用いても良い。

【００２９】また、状態推移動作は、たとえば音声区間
と判定された場合には現在のフレームから雑音除去処理
部１０３での雑音除去動作を停止または弱める、しか
し、音声区間の後に無音声の雑音区間と判定された場合
には、現在のフレームから雑音除去動作を開始または強
くするようにはしないで、無音の雑音区間が所定のフレ
ーム数が連続してカウントされた場合に、雑音除去動作
を開始または強めるように雑音除去処理部１０３の制御
を行う。

【００３０】このように、現在のフレーム区間の送話信
号に対する雑音除去動作を推移することにより、送話音
声の欠落を防止することが出来る。

【００３１】一方、雑音処理部１０３に入力された送話
信号は、雑音除去制御情報出力１１３により指示された
動作状態により雑音除去処理が行われる。雑音除去処理
は、無処理や雑音抑圧処理及びフィルタリングによる除
去等の数段階の処理の中からフレーム区間の状態によっ
て最適な処理が選択される。

【００３２】雑音除去処理の行われた送話信号は、音声
符号化処理部１０４によって符号化処理が行われ、符号
化された送話信号は、送信機１０５を介してアンテナ１
０６より空中に放射される。

【００３３】音声符号化処理部１０４で送信信号は、波
形信号からピッチ情報やスペクトル情報等の音声特徴量
に変換され、これらを符号化して出力する。ここに、ピ
ッチ情報とは有声音の場合の基本周波数情報をいい、ス
ペクトル情報とは音声の周波数特性情報をいう。このよ
うに、音声の特徴に基づく音声符号化方式は、音声以外
の入力に対しては不向きであり、環境雑音等の雑音信号
に対しての変形が著しいため、環境雑音が通話品質の劣
化の原因になっていることは良く知られていることであ
る。

【００３４】符号化処理の過程で得られたピッチ情報は
ピッチ情報分析処理部１０８に入力され、ピッチ周波数
が分布している周波数を示す周波数特性データへと変換
され、周波数特性パターン判定部１０９に入力される。

【００３５】一方、符号化処理の過程で得られたスペク
トル情報は、スペクトル情報分析処理部１０７に入力さ
れ、音声の分布を示す周波数特性データへと変換され、
周波数特性パターン判定部１０９に入力される。

【００３６】周波数特性パターン判定部１０９では、図
２に示すように入力された２つの周波数特性データを合
成した周波数特性１０９ａと一番近似した周波数特性の
パターン（同図中１０９ｂ〜１０９ｎのうちの１つ）を
選択する。

【００３７】このパターンは、予めの学習により音声を
検出しやすい数種の周波数特性パターン１０９ｂ〜１０
９ｎが用意されていて、個人差や男女差による違いから
与えられる。

【００３８】選択された周波数特性パターンは、周波数
特性パターン判定出力１１５を介して、フィルタ係数格
納部１１０に入力され、予め周波数特性パターンと関連
づけられたフィルタ係数（同図中１１０ｂ〜１１０ｎの
うちの１つ）が呼び出されて、フィルタ係数出力１１４
により前処理フィルタ部１１２へ送出される。

【００３９】このフィルタ係数格納部１１０では、状態
推定部１１１により１フレーム過去の状態が知らされ、
現在のフレームが音声区間でなかった場合には１フレー
ム過去のフィルタ係数を出力するようにして、雑音区間
による影響を排除している。

【００４０】これは、現在のフレームが非音声フレーム
（即ち、雑音フレーム）であるとすると、ピッチ情報・
分析処理部１０８及びスペクトル情報分析処理部１０７
は正しい情報を得ることができない場合があり、このた
め周波数特性パターン判定部１０９及びフィルタ係数格
納部１１０においても正しいデータを得ることができな
い場合がある。従って、状態推定部１１１は誤動作する
場合があるためである。

【００４１】又、音声符号化処理部１０４は音声符号化
用であり、雑音を符号化する機能までは有していないた
めである。

【００４２】一方、１フレーム過去が音声区間であった
場合には、音声を検出しやすい周波数特性が送話信号に
与えられ、その後で音声検出が行われるので、より正確
に音声の検出が行われる。

【００４３】また、この検出結果により雑音除去処理部
１０３がより正確に音声以外の信号を除去するように動
作するため、音声符号化処理部１０４も音声信号のみを
符号化することとなり、より正確なピッチ情報とスペク
トル情報を得ることが出来る。

【００４４】このように、フレーム単位の処理が続くこ
とにより、より正確な雑音除去が行われるようになる。

【００４５】次に本発明の第２の実施の形態を、図３を
参照して説明する。図３に示すのは、図２に示した周波
数特性パターン判定部１０９とフィルタ係数格納部１１
０を他の方式で実現したものである。

【００４６】周波数特性インパルス応答変換部１１６
は、ピッチ情報分析処理部１０８とスペクトル情報分析
処理部１０７より周波数特性データを得て、これらを合
成した周波数特性データ１０９ａを逆フーリエ変換計算
部１１８により、周波数軸データから時間軸データへと
変換する。

【００４７】変換された時間軸データは、インパルス応
答データ１１９として得られる。この、インパルス応答
データは、前処理フィルタ部１１２においてフィルタ係
数として使用される。

【００４８】このように構成することにより、フィルタ
係数自体を周波数特性データから算出するため、電話機
の中に数種類の周波数特性パターンを持たなくてよくな
り、さらに、あらゆる個人差や男女差を持った周波数特
性パターンにも対応したフィルタ係数を得ることが出来
る。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、音声をディジタル信号
に変換し、そのディジタル信号に雑音除去処理を行い、
その雑音除去処理後のディジタル信号を符号化して送信
する送信部を有する電話機であって、その電話機を、前
記ディジタル信号を符号化する過程において得られる音
声の特徴量を抽出する抽出手段と、この抽出手段で抽出
された音声の特徴量に基づき音声検出を行う音声検出手
段とを含み、この音声検出手段での音声検出結果に基づ
き前記雑音除去処理を行うよう構成したため、音声スペ
クトルの抽出などに用いる演算器を設ける必要がなくな
り、よって、これら演算器の増加による消費電力の増加
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電話機の最良の実施の形態の構成
図である。

【図２】同電話機の周波数特性パターン判定部とフィル
タ係数格納部の動作を示す模式説明図である。

【図３】周波数パターン判定部とフィルタ係数格納部の
機能を他の実施の形態により実施する例の模式説明図で
ある。

【図４】従来の音声区間検出器の一例の構成図である。

【符号の説明】

１００ 電話機 １０２ ＡＤ変換器 １０３ 雑音除去処理部 １０４ 音声符号化処理部 １０７ スペクトル情報分析処理部 １０８ ピッチ情報・分析処理部 １０９ 周波数特性パターン判定部 １１０ フイルタ係数格納部 １１１ 状態推定部 １１２ 前処理フィルタ部 １１６ 周波数特性インパルス応答変換部

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声を雑音除去処理した後に送信する送
   信部を有する電話機であって、 前記音声をディジタル信号に変換するディジタル変換手
   段と、前記ディジタル信号に変換後の信号に雑音除去処
   理を施す雑音除去処理手段と、前記雑音除去処理後のデ
   ィジタル信号から音声特徴量を抽出しこれを符号化する
   符号化手段と、前記符号化されたディジタル信号を送信
   する前記送信部と、前記音声特徴量に基づき音声検出を
   行う音声検出手段とを含み、この音声検出手段での音声
   検出結果に基づき前記雑音除去処理手段にて雑音除去処
   理を行うことを特徴とする電話機。
2. 【請求項２】 前記音声検出手段は、前記符号化手段で
   抽出された音声の特徴量に対応する音声の周波数特性パ
   ターンを生成する周波数特性パターン生成部と、この周
   波数特性パターン生成部で生成された周波数特性パター
   ンに対応するフィルタ係数を生成するフィルタ係数生成
   部と、このフィルタ係数生成部で生成されたフィルタ係
   数により音声の分布に合わせた特性に前記ディジタル信
   号をフィルタリングする前処理フィルタ部と、この前処
   理フィルタ部より出力された信号に基づき音声検出を行
   う音声検出部とを含むことを特徴とする請求項１記載の
   電話機。
3. 【請求項３】 前記周波数特性パターン生成部は、音声
   を検出しやすい複数の周波数特性パターンが格納される
   格納部と、前記音声の特徴量に最も近似した周波数特性
   パターンを前記格納部より選択する選択部とからなるこ
   とを特徴とする請求項２記載の電話機。
4. 【請求項４】 前記フィルタ係数生成部は、複数のフィ
   ルタ係数が格納される格納部と、前記周波数特性パター
   ン生成部で生成された周波数特性パターンに対応するフ
   ィルタ係数を選択する選択部とからなることを特徴とす
   る請求項２又は３記載の電話機。
5. 【請求項５】 前記フィルタ係数生成部は、現在のフレ
   ームが非音声区間と判定されたら、一つ過去のフレーム
   のフィルタ係数を出力することを特徴とする請求項２〜
   ４いずれかに記載の電話機。
6. 【請求項６】 前記音声検出手段は、前記符号化手段で
   抽出された音声の特徴量からインパルス応答を算出する
   計算部と、この計算部で算出されたインパルス応答によ
   り音声の分布に合わせた特性に前記ディジタル信号をフ
   ィルタリングする前処理フィルタ部と、この前処理フィ
   ルタ部より出力された信号に基づき音声検出を行う音声
   検出部とを含むことを特徴とする請求項１記載の電話
   機。
7. 【請求項７】 前記符号化手段は、前記ディジタル信号
   を符号化する過程において音声のピッチ周波数特性デー
   タとスペクトル特性データとを抽出することを特徴とす
   る請求項１〜６いずれかに記載の電話機。