JPH09506220A - 音声品質向上システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気通信網(120)における音声信号の適応利得制御(AGC)が電気通信網(120)に提供される。通信網(120)には、音声信号を受ける入力(12)、音声信号を受信する出力(14)、最低１個のスイッチ(124)または(126)を含み入力(12)と出力(14)との間のカプリングが含まれている。また通信網(120)には、入力信号の平均電力を測定および判定する電力平均化器(18)を含む音声品質向上装置(10)が含まれている。また音声品質向上装置(10)には、等化入力信号を供給するために入力信号の所定部分を減衰させる低域等化器(16)が含まれている。入力信号の平均電力に基づいて、利得／減衰探索テーブル(28)によってスケーリング係数が決定される。さらに音声品質向上装置(10)には、出力(14)に結合された出力スケーラ(30)が含まれている。出力スケーラ(30)は、等化された入力信号をスケーリング係数によってスケーリングし、スケーリングされた信号を出力(14)に送り出す。音声品質向上装置(10)には、タンデム音声品質向上処理を検出する低域対高域出力比較器(20)および適応的に音声品質向上装置(10)を作動不能にする音声帯域データ検出器(22)が含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 音声品質向上システムおよび方法 技術分野 本発明は、一般的には電気通信網の音声信号処理の分野に関するものであり、 特に電気通信網の音声信号品質向上のための改良方法および装置に関するもので ある。 背景技術 近代的な電気通信網は、入出力装置すなわち電話機、市内中央局およびネット ワーク上の音声信号を処理する１台以上の電話交換機によって構成されている。 音声信号の特徴は、低音域と高音域の２つの帯域があることである。低音域は一 般に300ヘルツ(Hz)以下の音声信号の部分であり、高音域は300 Hz以上の信号部 分とみなされている。電気通信網の一つ以上の構成要素によって、音声信号の低 音域の振幅を減衰させることができる。 1981年1月に公表された米国電子工業会(EIA)規格 RS-470では、入力音声信号 の約300 Hz以下の帯域を入力側の電話局のコーデック(CODEC)で減衰させること が推奨されている。低域音声信号の振幅減衰が推奨されているのは、低域に電気 通信網の暗騒音があるためである。入力信号の低音域を減衰させれば、通信網の 暗騒音も低減される。 また電気通信網の中央局も音声信号の低域を減衰させることができる。中央局 の中にアナログ方式の入力音声信号をデジタル音声信号に変換するチャンネル・ バンクが設置されていることがある。デ ジタル音声信号は、単数または複数のデジタル交換機によって受信側の電話機に 接続される。音声信号は、受信側の電話機に伝送される前に最終交換機と受信側 電話機の間にある別の中央局でデジタルからアナログに変換される。このアナロ グ・デジタル変換プロセスの際にも、チャンネル・バンクで入力音声信号の低域 が減衰されることがある。 したがって、一部の通信網では、入力側の電話機と中央局とで２度、入力音声 信号の低域が減衰されることになる。音声信号の低域を減衰させると、受信側の 電話機で通話者の音声が正しく再現されなくなる。そのため、電話機のスピーカ ー音声の失われた低音域を補正する技術が従来提案されてきた。 電気通信網の音声信号を向上させる従来の方法では固定利得技法が用いられて きた。固定利得技法では、信号が電気通信網上にあり、受信側の電話機に伝送さ れる前に音声信号の帯域が増幅される。この方法は、通信網内のいずれかの箇所 において固定利得によって入力信号の減衰を補正するものである。しかし、この 方法では、すでに説明した低音域に含まれる通信網の暗騒音も増幅される。 さらには、入力音声信号が大音量である場合、すなわち、通話者が高デシベル (dB)で通話している場合には、固定利得音声品質向上技法ではこの高デシベル信 号がさらに増幅され、聞いていて不快なほど大音量の信号が受信側の電話機に伝 送されることになる。あるいは、高デシベル入力信号に固定利得・アプローチを 適用すると、別の網要素を過駆動／飽和することによって、このアプローチを採 用しなかった場合よりも信号が鮮明でなくなる。 音声品質向上のための固定利得技法のもうひとつの問題に、デー タを電気通信網の音声帯域で伝送する場合の問題がある。ファクシミリやコンピ ュータ接続モデムの利用が増大するに伴って、電気通信網でこのような問題がよ り頻繁に発生するようになってきた。モデムやファクシミリは、音声帯域のデー タを大振幅、高周波数、すなわち2,700 Hzで伝送している。したがって、固定利 得技法を音声帯域のデータ信号に適用すると、信号が不必要に増幅され、受信側 で利用が困難な音声信号がもたらされることになる。 このような音声帯域データ信号を巡る問題を解決するために、音声帯域のデー タ転送を検出する検出器が採用されている。検出器は固定利得・音声品質向上回 路から離れており、音声品質向上回路の動作を抑制するためには外部制御リンク が必要となる。このような仕組みによって、音声帯域データが増幅されないよう にすることができる。 これまでに開発された音声品質向上システムのもうひとつの問題に、電気通信 網を運ばれる入力音声信号が固定利得音声品質向上回路を内蔵した多重通信網構 成要素（タンデム・ネットワーク）にぶつかるか、それを通過しなければならな い場合の問題がある。現用の固定利得音声品質向上システムでは、入力音声信号 がすでに固定利得技法で調整されているかどうかは検出することはできない。し たがって、タンデム・ネットワークの最初の通信網構成要素で増幅された音声信 号がその後、ネットワーク上の２番目の通信網構成要素によって再び増幅される 可能性がある。この追加増幅は音声信号を飽和させたり、あるいは少なくとも受 信側電話機で聞き難い音声にする。また音声信号の重複品質向上処理によって、 タンデム・ネットワークで音声信号が発振する場合もある。 発明の開示 そのため、従来の音声品質向上システムに付随する問題を解消するような音声 品質向上システムが必要とされるようになった。 無音状態でも電気通信網の暗騒音を増幅しない音声品質向上システムも必要と されている。高レベル音声信号を増幅しない音声品質向上システムも必要とされ ている。 高レベル音声信号の過駆動や飽和を引き起こさない音声品質向上システムが必 要とされている。別個の外部検出器を必要とせずに音声帯域のデータ転送を検出 できる音声品質向上システムも必要とされている。 タンデム・ネットワークでも効果的に作動する音声品質向上システムも必要と されている。音声信号を発振させることのない音声品質向上システムも必要とさ れている。このように、通話中の無音時の暗騒音の増幅を防止するようにするこ とが、本発明の音声品質向上システムのひとつの側面である。 十分な音量の音声信号が増幅されないようにするために、音声信号の増幅度を 適応的に変化させることが、本発明の音声品質向上システムのひとつの側面であ る。 高レベルの音声信号の過駆動や飽和を確実に防止することが、本発明の音声品 質向上システムのひとつの側面である。 音声帯域データを内部的に検出し、それに応じて音声信号の品質向上機能が動 作しないようにするのが、本発明の音声品質向上システムのひとつの側面である 。 タンデム・ネットワークに適切な採用できるのが、本発明の音声品質向上シス テムのひとつの側面である。 さらに、音声信号が発振する機会を最大限に削減することが、本発明の音声品 質向上システムのひとつの側面である。 本発明によって、従来の固定利得音声品質向上システムにみられた短所や問題 を実質的に解消または軽減する音声品質向上システムを得ることができる。本発 明の利得適応制御型音声品質向上装置を含むシステムには、音声信号を受け入れ る入力、音声出力を送り出すための出力およびそれらの入出力のカプリングが含 まれている。このカプリングには、音声信号の平均電力を判定するための電力平 均化器を含む音声品質向上装置が含まれている。また音声品質向上装置には、音 声の所定部分を減衰するための等化器と、等化された音声信号を判定された平均 電力に応じてスケーリングする出力スケーラ(scaler)が含まれている。 特に本発明の音声品質向上装置には、そのいずれかによって適切に音声品質向 上装置の作動を抑制する、音声帯域データ検出器とタンデム音声音声品質向上処 理検出器が含まれている。 本発明の音声品質向上装置の適応利得制御方法には、入力音声信号の平均電力 の判定、入力信号の平均電力に応じたスケーリング係数の決定が含まれる。また 、本発明の方法には、入力音声信号の所定部分の減衰による入力音声信号の等化 が含まれている。さらに本発明の方法には、等化された入力信号の決定されたス ケーリング係数によるスケーリングと、スケーリングされた音声信号と出力との カプリングが含まれている。 より具体的には、本発明の適応利得制御音声品質向上装置を提供するための方 法には、音声帯域データまたはタンデム音声品質向上処理を検出した場合にスケ ーリングされた音声信号と出力とのデカ プリングが含まれている。 本発明の適応利得制御(AGC)音声品質向上システムの技術的長所は、通話者の 肉声により近い、品質向上処理された音声信号が得られる点にある。この適応利 得制御型音声品質向上システムは、電気通信網を通じて伝送される音声信号と音 声帯域データの両方に互換性を持っている。 またこの音声品質向上システムには、現用の固定利得制御型音声品質向上シス テムにみられる問題を解消できるという技術的利点がある。本システムの適応利 得制御は、高レベル入力音声信号を減衰させ、低レベル入力音声信号を増幅する 。このように本発明は、当初から高レベルの入力音声信号を飽和させない。 この適応利得制御型音声品質向上システムのもうひとつの技術的利点に、離れ た電話機間で通話が継続されている際の無音中に増幅を行わないことがある。こ のように本システムでは、音声信号が伝送されていないときには通信網の暗騒音 が増幅されない。 また本発明には、タンデム・ネットワークにおいてすでに品質向上処理された 音声信号を検出できるという技術的利点がある。タンデム構成を検出すると、本 システムは、すでに品質向上処理された信号が再び増幅されないよう、品質向上 機能が作動しないようにする。これによって、通信網での発振条件を防止すると いう技術的利点が得られる。 さらに、本発明のシステムには、音声帯域データを検出し、必要に応じて当該 信号の適応利得を作動しないようにするという技術的利点がある。また本発明は 、タンデム・ネットワークまたは音声帯域データを検出した場合には、システム が自己抑制機能を備えてい るため、外部の制御リンクや検出器は必要としない。 本発明のさらにもうひとつの技術的利点は、既存の電気通信機器、例えば通信 網のエコー消去器内で実現でき、既存の電気通信網と両立性を持っていることで ある。 図面の簡単な説明 次に、本発明とその利点をより完全に理解するために、同じ参照番号によって 同類の特徴を示した添付図面を参照して、システムを説明する。 第１図は、本発明の音声品質向上システムの適応利得制御装置の構成図である 。 第２図は、適応利得制御装置の音声品質向上処理の実行ステップを示した代表 的フローチャートである。 第３図ａから第３図ｄまでは、本発明の適応利得制御プロセスの各段階におけ る代表的音声信号を説明したものである。 第４図は、本発明の音声品質向上システムの電気通信網内における設置可能箇 所を示した構成図である。 第５図は、本発明の音声品質向上処理のための適応利得制御システムを導入し た電気通信網の構成図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明の実施例を図を用いて説明する。同一参照番号は、各図面のそれぞれ同 様の、対応部分を示すものである。 第１図は、本発明の適応利得制御(AGC)音声品質向上システムを実現するための 構成図である。本発明の音声品質向上装置(10)は入力(12)と出力(14)に結合され ている。入力(12)は、一般に電話機から入力音声信号を送り出すあらゆる装置を 指す。同じように出力(14) は、電話機に送られる出力音声信号を発生させるために利用されるあらゆる装置 を指す。 入力(12)は、音声品質向上装置(10)の入力側の低域等化器(16)、電力平均化器 (18)、低域対高域電力比較器(20)、音声帯域データ検出器(22)に結合されている 。低域等化器(または等化器)(16)は、入力信号の高域部分の振幅を減衰させるこ とによって入力音声信号を等化する。低域等化器(16)は、入力音声信号の高域の 振幅を減衰させるデジタル・フィルタによって実現することができる。入力音声 信号の低域と高域の典型的な境界はおよそ300 Hzだが、本発明の発明概念から逸 脱することなく、他の境界も採用可能である。低域等化器(16)は本質的には、入 力側の電話機および／または中央局のチャンネル・バンクのアナログ・デジタル 信号変換によって生じた入力信号の低域歪みを等化するものである。 音声品質向上装置(10)の電力平均化器(18)は入力信号の平均電力を測定する。 これは様々な方法で実行される。電力平均化器(18)のひとつの実施例は、入力(1 2)からの整流入力信号が通される低域フィルターである。 音声品質向上装置(10)の入力側には、タンデム音声品質向上処理検出器または 低域対高域電力比較器(20)も含まれている。低域対高域電力比較器(20)は、電気 通信網内の入力信号の潜在的タンデム音声品質向上処理を検出する。低域対高域 電力比較器(20)は、入力信号の低域対高域の電力比を継続的に監視する。平均的 入力信号では、一般に低域対高域の電力比が所定の範囲内に収まることが知られ ている。また、入力電話機とネットワーク中央局のチャンネル・バンクは、低域 を減衰させてこの比率を低下させることが知られている。 低域対高域電力比較器(20)は、入力信号のこの比率を継続的に監視する。監視す る低域対高域電力比が品質向上処理された音声信号について予想されたレベルよ りもかなり下回っている場合、低域対高域電力比較器(20)はタンデム音声品質向 上装置が存在しないと判断する。その逆に監視する電力比が予想値と同等か、そ れを上回る場合には、低域対高域電力比較器(20)はタンデム音声品質向上装置が 存在していると判断する。低域対高域電力比較器(20)は、タンデム・ネットワー ク内で音声品質向上装置(10)が使用できるようにするため、以前に入力音声信号 が品質向上処理されたかどうかを検出できる技術的利点を持っている。 音声帯域データ検出器(22)も入力信号を分析する。音声帯域データ検出器(22) は、入力音声信号が音声帯域データかどうかを判定する。音声帯域データの検出 方法はすでに周知の技術であるから、ここでは詳述しない。音声品質向上装置(1 0)は、先行の音声帯域データ検出技術を利用して、音声帯域データが検出された 場合に入力信号の適応利得制御が作動しないようにする。音声帯域データ検出器 (22)には、外部の制御リンクや検出器なしに、音声品質向上装置(10)への音声帯 域データの伝送を内部的に検出するという技術的利点を備えている。 低域対高域電力比較器(20)と音声帯域データ検出器(22)には、AGC音声品質向 上機能抑制(disable)回路(24)が結合されている。低域対高域電力比較器(20)お よび音声帯域データ検出器(22)の入力に基づいて、AGC音声品質向上機能抑制回 路(24)は、スイッチ(26)によって音声品質向上装置(10)の作動を抑制するかどう かを判定する。スイッチ(26)のデフォルト位置は、入力信号の音声品質向上処理 を 作動可能にするよう設定されており、AGC音声品質向上機能抑制回路(24)が、入 力信号が事前に品質向上処理されているかまたは入力信号が音声帯域データであ ると判断した場合に、品質向上処理を抑制する。 利得／減衰探索テーブル(28)は、電力平均化器(18)に結合されている。入力信 号の平均電力が電力平均化器(18)で判定されると、平均電力の代表的信号が利得 ／減衰探索テーブル(28)に送られる。利得／減衰探索テーブル(28)には、本発明 の発明コンセプトの範囲内で、入力音声信号に適用されるスケーリング係数が含 まれている。利得／減衰探索テーブル(28)は、入力信号の平均電力が大きい場合 には、対応するスケーリング係数が低くなるよう構成されている。これによって 、高レベル信号の過増幅や信号の過駆動あるいは飽和を防止できるという技術的 利点がある。 入力信号の平均電力が十分に高い場合には、スケーリング係数は１未満となる こともある。入力信号の平均電力が低い場合には、対応するスケーリング係数が 大きくなる。平均入力信号が典型的な入力信号の場合には、信号に最低限の利得 または減衰を与えるようなスケーリング係数が選ばれ、すべての信号にAGCが適 用されるようにする。スケーリング係数を適応的に変化させることによって、音 声信号の発振を防止できるという技術的利点が得られる。 出力スケーラ(30)は、利得／減衰探索テーブル(28)に結合されている。また出 力スケーラは、出力スケーラ(30)に対して等化された入力信号を出力する低域等 化器にも結合されている。出力スケーラ(30)は、利得／減衰探索テーブル(28)で 予め決定されたスケーリング係数を適用して、等化された入力信号をそれに応じ て増幅または 減衰させる。出力スケーラ(30)は、増幅された信号を出力(14)に送る。 第１図には、トランスペアレント・パス(32)も示した。トランスペアレント・ パス(32)は、入力(12)とスイッチの音声品質向上機能抑制位置(34)に結合されて いる。可変減衰器(36)は、トランスペアレント・パス(32)両端の中間に置かれて いる。可変減衰器(36)は、入力(12)で音声品質向上装置(10)が無音を検出した場 合に強化した雑音抑制を適用できるよう、音声品質向上装置(10)に含めることも できる。無音が検出されると、スイッチ(26)は音声品質向上抑制位置(26)にセッ トされ、入力(12)と出力(14)の間がトランスペアレント・パス(32)で結ばれる。 トランスペアレント・パス(32)に切り替えられると、可変減衰器(36)は最低減 衰量に設定される。音声閾値以下の信号が検出されている間は、可変減衰器(36) の減衰量が可変減衰器(36)の最大値に向かって増大される（例えば３ミリセカン ド当り0.5 dB）。可変減衰器(36)の減衰量が増大すると、通信網の暗騒音が抑制 される。これによって、無音時に暗騒音を最小限に抑制できるという技術的利点 が得られる。 入力信号のレベルが上昇すると、可変減衰器(36)の減衰量が最低減衰量に向か って減少していく。所定の閾値以上の入力信号が短期間に積算されると（例えば 入力信号３サンプル）、スイッチ(26)がデフォルト位置に戻され、入力信号の適 応利得制御が使用可能になり、それから可変減衰器(36)は最低減衰量にリセット される。 第１図に示した機能ブロックは、本発明の発明コンセプトから逸脱することな く、別個の分離した装置または単一の統合回路のいず れでも実現できることを注記しておく。また、第１図に示した機能ブロックは、 その全体または一部をソフトウェアまたはハードウェアで実現できることも注記 しておく。 第１図の音声品質向上装置(10)の作動を、第２図のフローチャートと第３図ａ から３ｄまでの代表的信号を用いて説明する。 第２図は、本発明の音声品質向上装置(10)が入力音声信号のAGCのために実行 する代表的ステップを説明したものである。手順はステップ50で開始され、所定 の閾値以上の入力信号が検出された場合に、ステップ52で本発明の音声品質向上 プロセスが開始される。閾値以下の場合は入力(12)が無音状態にあると判断され 、音声品質向上装置(10)のスイッチ(26)が音声品質向上処理抑制位置(34)にセッ トされる。所定の閾値の例として0.40 dBmOがあるが、通信網の零入力雑音レベ ルや入力音声信号の電力レベルに応じて増減させることができる。無音が検出さ れてスイッチ(26)が音声品質向上処理抑制位置(34)にセットされると、入力信号 はスケーリングされることなく出力(14)に送られる。これによって、無音時の通 信網の暗騒音の増幅防止という技術利点が得られる。音声品質向上装置(10)の入 力側に関係するあらゆるブロック（低域等化器(16)、電力平均化器(18)、低域対 高域電力比較器(20)または音声帯域データ検出器(22)）を無音と入力音声信号の 検出に利用できる。 入力信号が検出されると、ステップ54でフレーム・カウントが開始される。音 声品質向上装置(10)は、信号の伝送を時間枠で分割するためにフレームシステム を利用する。音声品質向上装置(10)が使用する典型的なフレーム期間は３ミリセ カンド相当である。 入力(12)で入力音声信号が検出されると、ステップ56で音声品質 向上装置(10)は入力信号がすでに向上処理されているかどうかを判定する。第１ 図の箇所で説明したように、平均的な通話信号では、低域対高域電力比率がおよ そ所定の範囲内に収まる。ステップ56で低域対高域電力比較器(20)は、タンデム 構成の有無を示す信号の事前の品質向上処理の有無を判定するために、低域対高 域電力比率を測定する。ステップ58で、タンデム音声品質向上処理の有無が判断 される。タンデム音声品質向上処理がされている場合、手順はステップ60に続き 、そこで、スイッチ(26)が音声品質向上処理抑制位置(34)にセットされるようス イッチ(26)またはその同等物に適切な信号を送信することによって、AGC音声品 質向上処理抑制回路(24)の働きでAGC音声品質向上処理が使用不能となる（第１ 図参照）。スイッチ(26)は音声品質向上処理を使用可能にするデフォルト位置に プリセットされているため、ステップ58でタンデム構成が検出されないと、次に 手順はステップ62に進む。 ステップ62で音声帯域データの存在が検出される。音声帯域データ検出器(22) は、すでに周知であり、詳細な説明が不要な音声帯域データ検出技術を実行する 。ステップ64では、入力信号に音声帯域データがあるかどうかが照会される。音 声帯域データ検出器(22)が入力(12)で音声帯域データの伝送を検出すると、ステ ップ64で音声帯域データ検出器(22)は適切な信号をAGC音声品質向上処理抑制回 路(24)に送り、ステップ60でこの回路がスイッチ(26)またはその同等物を音声品 質向上処理抑制位置(34)にセットする。ステップ64で音声帯域データがなかった 場合には、手順はステップ66に続く。 ステップ56での低域対高域電力比の測定によるタンデム構成の検出ならびにス テップ62での音声帯域データ伝送の検出は、同時に行 うことも、また第２図に示したのとは逆の順序で行うこともできることを注記し ておく。また、スイッチ(26)またはその同等物のデフォルト位置も、本発明の発 明コンセプトによって音声信号品質向上処理を使用可能にするものであることも 注記しておく。すでに品質向上処理を施された信号や音声帯域データが検出され ると、音声品質向上装置(10)はスイッチ(26)によって使用不能になる。 ステップ66では電力平均化器(18)が入力信号の電力を測定し、ステップ68では 、電力平均化器(18)が入力信号の平均電力を判定する。ステップ70で電力平均化 器(18)は、測定した平均電力の代表的信号を利得／減衰探索テーブル(28)に送る 。ステップ70で利得／減衰探索テーブル(28)は、測定された平均入力電力に基づ いて利得／減衰係数、すなわちスケーリング係数を適用する。スケーリング係数 は、すでに説明したように測定された平均電力に相関しており、大きな平均電力 を持つ入力信号には低い係数、すなわち減衰スケーリング係数が適用され、低レ ベルの入力信号には増幅スケーリング係数が適用される。ステップ72では低域等 化器(16)が入力音声信号を等化する。 第３図ａは、代表的な入力信号の例を示したものである。Ｘ軸(100)は入力信 号の周波数、Ｙ軸(102)は入力信号の振幅をデシベル(dB)で表している。入力信 号(104)は、低域(106)および高域(108)に関連している。概して低域(106)と高域 (108)は、300 Hzのライン(109)で区分されているが、他の境界線も適切に適用す ることができる。入力信号(104)の低域(106)は、入力側の電話機か中央局のチャ ンネル・バンクあるいはその両方によって高域(108)との相関で減衰されている 。 第３図ｂは、ステップ72で入力信号(104)を等化するために低域等化器(16)に よって伝達関数(110)が適用されていることを示している。伝達信号(110)は、入 力信号(104)の低域(106)との相関で高域(108)の振幅を減衰させるものであるこ とを注記しておく。 第３図ｃは、ステップ72での低域等化器(16)による等化後の信号(104)である 等化信号(113)を示している。伝達関数(110)による低域等化器(16)による等化の 後、等化信号(113)は、信号の全周波数帯域で比較的平坦になる。ステップ70で のスケーリング係数の判定とステップ72での入力信号の等化は、同時に行うこと も、第２図とは逆の順番で実行することもできることを注記しておく。 次に手順はステップ74に進み、そこで等化信号(113)がスケーリングされる。 出力スケーラ(30)は、等化信号(113)にスケーリング係数を適用する。 第３図ｄは、２種類の代表的なスケーリング出力信号を示したものである。信 号(114)は、プラス、すなわち増幅スケーリング係数を適用した後の等化信号(11 3)であり、信号(116)は、マイナス、すなわち減衰 スケーリング係数を適用し た後の等化信号(113)である。 入力信号にスケーリング係数を適用した後、プロセスはステップ76のフレーム ・カウンターに進む。スケーリング係数の急激な変化を防止するため、基準係数 は最大音圧変動幅Ｘ dBをもつＮフレーム毎に調整される。Ｎの値には、例えば ３ミリセカンド相当の24フレーム、Ｘの値には0.5 dBなどがある。したがって、 フレーム・カウンターはステップ76に追加され、ステップ78でＮ以上のフレーム 数が通過したかどうかを判定する。通過していない場合、手順は ステップ74に進められ、そこですでに判定されたのと同じスケーリング係数がフ レーム・カウントがＮを超えるまで入力信号に適用される。Ｎ以上のフレームが 数が通過した場合は、ステップ78で手順がステップ52に戻り、全プロセスが繰り 返される。これによってスケーリング係数の急激な変化を防止することができる 。 第２図の手順では、入力信号の継続的適応利得制御(AGC)が実行可能になって いることを注記しておく。入力信号の変化に応じて入力信号の利得を変更できる よう、Ｎフレームの信号が伝送される度にスケーリング係数は再決定される。ま た、第２図および３ａから３ｄで示した方法は、本発明の実行可能な実施例の代 表例であり、本発明の発明コンセプトから逸脱することなく他の実施例も可能で あることを注記しておく。 第４図は、典型的な電気通信網の通信網構成要素であるエコー消去器(80)内部 の音声品質向上装置(10)の実施例の構成図である。通信網構成要素のエコー消去 器(80)の例に、DSC Communications Corporationが製造販売しているEC24 エコ ー消去器がある。通信網構成要素であるエコー消去器(80)内部の音声品質向上装 置(10)は、エコー消去器(80)で処理される入力音声信号を送り出す長距離入力(8 6)に結合されている。音声品質向上装置(10)は、第１図および第３図ｄの箇所で 説明した入力音声信号に必要なAGCスケーリングを適用し、テールアウト(88)を 通じて品質向上処理された信号をハイブリッド(90)に送り込む。ハイブリッド(9 0)は、テールイン(92)によって、加算回路(84)経由でエコー消去適応フィルター (82)に結合されている。加算回路(84)は、出力信号を長距離出力(94)に送る。通 信網構成要素、エコー消去器(80)の双方向伝送でのエコー効果除 去はすでに周知の技術であるから、ここでは説明しない。電気通信網内部の別の 構成要素が音声品質向上装置(10)に適した設置場所である場合もあるため、音声 品質向上装置(10)をエコー消去器(80)内部に必ずしも設置する必要がないことを 注記しておく。また音声品質向上装置(10)を内蔵したエコー消去器(80)は、電話 交換機の内部に設置することも、交換機から離して設置することもできることを 注記しておく。 第５図は、入力(12)から出力(14)への音声信号伝送を改善するために本発明の AGC音声品質向上システムを組み込むことができる、通信網の一例、電気通信網( 120)を示したものである。入力(12)には、中央局(122)に接続された入力側の電 話機が含まれる。中央局(122)は、チャンネル・バンクでアナログ音声信号をデ ジタル信号に変換する。中央局(122)は、電話交換機(124)への接続も提供する。 交換機(124)は、音声 品質向上装置(10)を組み込んだ通信網構成要素のエコー 消去器(80)に結合されている。エコー消去器(80)は、交換機(126)およびおそら く他の交換機にも接続されている。交換機(126)は、音声品質向上装置(10)を内 蔵したエコー消去器(80)が交換機の外部ではなく複数の交換機の内部に設置され ている実施例の一例である。本発明の発明コンセプトから逸脱することなく、音 声品質向上装置(10)のいずれの設置場所も利用できる。交換機(126)は中央局(12 8)に結合され、中央局は出力(14)への結合を提供する。電気通信網(120)のエコ ー消去器(80)および(81)内部のAGC音声品質向上装置(10)の機能はすでに説明し た。入力(12)と出力(14)は、通話が進むにつれて役割を交換し、それによって入 力(12)と出力(14)との間の双方向通信リンクが提供されることを注記し ておく。また、エコー消去器(80)および(81)内部の音声品質向上装置(10)は、本 発明の音声品質向上装置(10)の設置個所の例に過ぎないことを注記しておく。 本発明の音声品質向上装置(10)が作動するときには、入力(12)で入力音声信号 が受けられる。低域等化器(16)は、入力信号の高域を減衰させることによって入 力信号を等化する。これは本質的には、通信網中の様々な構成要素によってすで に低域を減衰された信号を等化するプロセスである。電力平均化器(18)は入力信 号の平均電力を測定および判定する。利得／減衰探索テーブル(28)は、平均電力 の測定値に基づいて入力信号に適用するスケーリング係数を供給する。出力スケ ーラ(30)は、等化された信号にスケーリング係数を適用し、スケーリングされた 信号を出力(14)に送り込む。スケーリング係数は、入力信号のレベル変動に連れ てスケーリング係数も変化するよう、継続的に更新される。これによって音声信 号の適応利得制御が可能となる。音声信号に音声品質向上処理を適用するのが、 音声品質向上装置(10)のデフォルト・モードである。 音声帯域データ検出器(22)は、入力信号を分析して、標準音声信号と対になる 音声帯域データが含まれているかどうかを判定する。低域対高域電力比較器(20) は、入力信号の低域対高域電力比率を測定し、信号が通信網の中ですでにエンハ ンスされたかどうかを判定する。以前の音声品質向上処理または音声帯域データ の存在が検出された場合、AGC音声品質向上処理抑制装置(24)によってスイッチ( 26)が切り替えられ、品質向上処理された音声信号と出力(14)とが減結合される 。 産業上の利用可能性 このように本発明のAGC音声品質向上システムは、入力信号に適応利得制御を 適用して入力音声信号を増幅／減衰することによって、受信側の電話機で通話者 の音声をより忠実に再現した信号を提供する。本発明では、入力信号を継続的か つ適応的に監視し、それに応じて入力信号をスケーリングすることによって、従 来の固定利得音声品質向上システムにみられた問題が解消されている。受信側の 電話機で入力信号を受信した際に入力音声信号をより忠実に再現できるよう、シ ステムは入力信号の変化に対応して作動する。 以上で本発明を詳細に説明したが、添付した特許請求の範囲によって定義され る本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な変更、代替、改変が可能で あることが理解されるものと期待する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，Ｅ Ｅ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ， ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 リム，ポン、シー アメリカ合衆国キャリフォーニア州94024、 ロス・アルトス、デオドーラ・ドライヴ 492番 (72)発明者 アシダリ，タマス、ティー アメリカ合衆国キャリフォーニア州95129、 サン・ジョーンズ、オウク・ノル・ドライ ヴ 1366番 【要約の続き】 ている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）入力音声信号の平均電力の決定、 入力信号の平均電力に応じたスケーリング係数の決定、 入力音声信号の所定部分の減衰による入力音声信号の等化、 スケーリング係数による等化された入力音声信号のスケーリング、および スケーリングされた音声信号の出力へのカプリング のステップによって構成された電気通信網の音声品質向上方法。 （２）さらに、 入力信号中の音声帯域データの検出、および スケーリングされた音声信号の出力からのデカプリングからなるステップによ って構成されている請求の範囲１記載の方法。 （３）さらに 通信網中のタンデム音声品質向上処理の検出、および スケーリングされた音声信号の出力からのデカプリング。 からなるステップによって構成されている請求の範囲１記載の方法。 （４）さらに 入力信号中の最低１つの音声帯域データおよび通信網中のタンデム音声品質向 上処理の検出、および スケーリングされた音声信号の出力からのデカプリング、 からなるステップによって構成されている請求の範囲１記載の方法。 （５）上記平均電力の決定、スケーリング係数の決定、等化、スケーリング、カ プリングの各ステップは、電気通信網のエコー消去器の内部で実施される、 請求の範囲１記載の方法。 （６）入力音声信号の所定部分は実質的に300 Hz以上の帯域である、請求の範囲 １記載の方法。 （７）入力音声信号の所定部分は実質的に400 Hz以上の帯域である、請求の範囲 １記載の方法。 （８）上記入力信号スケーリング・ステップには、所定期間について等化された 入力信号をスケーリングするための以前に決定されたスケーリング係数の利用が 含まれる、 請求の範囲１記載の方法。 （９）さらに 入力音声信号の複数フレームへの分割であって当該各フレームは一定の時間を 表わすものであるもの、および所定数のフレームについての、スケーリング係数 による等化入力信号のスケーリング、からなるステップによって構成されている 請求の範囲１記載の方法。 （10）上記スケーリング係数の決定ステップには、さらに連続したスケーリング 係数間の変動量を制限するステップが含まれる、請求の範囲１記載の方法。 （11）上記等化ステップは、所定の周波数以上の入力信号が減衰されるようにす る入力信号のフィルタリングが含まれている、請求の範囲１記載の方法。 （12）上記平均電力決定ステップには、入力音声信号を調整するローパス・フィ ルタリングが含まれている、請求の範囲１記載の方法。 （13）さらに 所定周波数以上および以下の入力信号の電力の測定、 電力測定値と以前にスケーリングされた信号の電力予想値との比較、および 上記の比較ステップに対応したスケーリングされた音声信号と出力とのデカプ リング、からなるステップによって構成されている請求の範囲１記載の方法。 （14）さらに 入力音声信号の複数フレームへの分割であって当該各フレームは一定の期間を 代表するものであるもの、 所定のフレーム数が終了した時点の上記の平均電力測定の継続実行、スケーリ ング係数の決定、等化、スケーリング、デカプリングの各ステップ、 からなるステップによって構成されている請求の範囲１記載の方法。 （15）さらに 入力における入力音声信号の無音時の検出、および スケーリングされた音声信号と出力とのデカプリング、 からなるステップによって構成されている請求の範囲１記載の方法。 （16）さらに、検出された無音時の雑音レベルを最小限に抑制するための入力音 声信号の減衰ステップが含まれる、請求の範囲１５記載の方法。 （17）入力音声信号の平均電力の判定、 入力音声信号の平均電力に応じたスケーリング係数の決定、 入力音声信号の所定部分を減衰させることによる入力音声信号の等化、 等化された入力音声信号のスケーリング係数によるスケーリング、 スケーリングされた音声信号と出力とのカプリング、および 入力信号における最低ひとつの音声帯域データおよび通信網内部のタンデム音 声品質向上処理の検出ならびにスケーリングされた音声信号と出力とのデカプリ ング のステップによって構成された電気通信網の音声品質向上方法。 （18）上記の平均電力の判定、スケーリング係数の決定、等化、スケーリングお よびデカプリングの各ステップは、電気通信網のエコー消去器内部で実行される 、請求の範囲１７記載の方法。 （19）入力音声信号の所定部分は、実質的に300 Hz以上の帯域である、請求の範 囲１７記載の方法。 （20）さらに 入力音声信号の複数フレームへの分割であって当該各フレームは一定の期間枠 を代表するものであるもの、および 所定のフレーム数についての、等化された入力信号のスケーリング係数による スケーリング、 からなるステップによって構成されている請求の範囲１７記載の方法。 （21）さらに 入力音声信号の複数フレームへの分割であって当該各フレームは一定の期間枠 を代表するものであるもの、および 所定のフレーム数が終了した際の上記の平均電力判定の継続実行、スケーリン グ係数の決定、等化、スケーリング、デカプリングの各ステップ、 からなるステップによって構成されている請求の範囲１７記載の方法。 （22）さらに以下のステップで構成されている。 入力における入力音声信号の無音時の検出、および スケーリングされた音声信号と出力とのデカプリング からなるステップによって構成されている請求の範囲１７記載の方法。 （23）さらに、検出された無音時のレベルを最小限に抑制するための入力音声信 号の減衰ステップが含まれている、請求の範囲２２記 載の方法。 （24）音声信号の平均電力判定のための電力平均化器、 音声信号の所定部分を減衰するための等化器、および 判定された平均電力に応じて等化された音声信号をスケーリング係数によって スケーリングする出力スケーラ のステップによって構成された電気通信網の音声品質向上システム。 （25）さらに、音声信号中の音声帯域データを検出し、上記出力スケーラによる 音声信号のスケーリングを防止する音声帯域データ検出器が含まれている、請求 の範囲２４記載のシステム。 （26）さらに、音声信号がすでにスケーリングされている場合にそれを検出し、 上記出力スケーラによる音声信号のスケーリングを防止するタンデム音声品質向 上処理検出器が含まれている、請求の範囲２４記載のシステム。 （27）さらに 音声信号中の音声帯域データを検出器するための音声帯域データ検出器、 音声信号がすでにスケーリングされている場合にそれを検出するタンデム音声 品質向上処理検出器 からなり、上記の音声帯域データ検出器およびタンデム音声品質向上検出器の 少なくとも１つは、上記出力スケーラによる音声信号のスケーリングを防止する よう作動する請求の範囲２４記載のシス テム。 （28）上記電力平均化器、等化器、出力スケーラは電気通信網のエコー消去器内 部に存在する、請求の範囲２４記載のシステム。 （29）上記等化器で減衰される音声信号の所定部分は実質的に約300 Hz以上の帯 域である、請求の範囲２４記載のシステム。 （30）上記等化器で減衰される音声信号の所定部分は実質的に約300 Hz以上の帯 域である、請求の範囲２４記載のシステム。 （31）上記出力スケーラは、等化された音声信号を所定期間について以前に決定 されたスケーリング係数でスケーリングするよう作動する、請求の範囲２４記載 のシステム。 （32）上記出力スケーラは、音声信号を各フレームが特定の時間を示す複数フレ ームに分割し、所定のフレーム数について音声信号をスケーリングするよう作動 する、請求の範囲２４記載のシステム。 （33）上記出力スケーラは、連続したスケーリング係数間の変動幅を制限するよ う作動する、請求の範囲２４記載のシステム。 （34）上記等化器には、所定周波数以上の音声信号にフィルターをかけるための デジタル・フィルターが含まれている、請求の範囲２４記載のシステム。 （35）上記電力平均化器にはローパス・フィルターが含まれている請求の範囲２ ４記載のシステム。 （36）さらに、音声信号のスケーリングにおいて上記出力スケーラによって利用 されるようスケーリング係数を供給する利得／減衰探索テーブルからなる、請求 の範囲２４記載のシステム。 （37）さらに、音声信号のスケーリングにおいて上記出力スケーラによって利用 されるようスケーリング係数を提供する利得／減衰探索テーブルが含まれており 、 この利得／減衰探索テーブルは、低電力音声信号には高電力音声信号と比較し てより大きなスケーリング係数を、また高電力音声信号には小さいかマイナスの スケーリング係数を適用するよう構成されている、請求の範囲２４記載のシステ ム。 （38）さらに 入力音声信号のスケーリングを避けるために入力音声信号を出力に直結させる トランスペアレント・パス、および 音声信号の欠如した低レベル入力信号を可変的に減衰させるために上記トラン スペアレント・パスに結合された減衰器、 からなる請求の範囲２４記載のシステム。 （39）音声信号を受ける入力、 音声信号を受信する出力、 および音声品質向上装置を含む上記入力と出力のカプリングから なり、 当該音声品質向上装置は 音声信号の平均電力を判定するための電力平均化器、 音声信号の所定部分を減衰させるための等化器、 決定された平均電力に応じてスケーリング係数によって等化された音声信号を スケーリングし、スケーリングされた信号を上記出力に送るための、上記出力に カプリングされた出力スケーラ で構成されている 電気通信網の音声信号品質向上システム。 （40）さらに、音声信号中の音声帯域データを検出し、上記出力スケーラと上記 出力をデカプリングする音声帯域データ検出器が含まれている、請求の範囲３９ 記載のシステム。 （41）さらに、 音声信号がいつ前もってスケーリングされたかを判定し、上記出力スケーリン グ回路を上記出力からデカプリングするための、タンデム音声品質向上処理検出 器からなる請求の範囲４０記載のシステム。 （42）さらに 音声信号中の音声帯域データを検出する音声帯域データ検出器と、 音声信号がいつ前もってスケーリングされてたかを判定するタンデム音声品質 向上処理検出器とをそなえ、 上記の音声帯域データ検出器と上記タンデム音声品質向上処理検 出器の少なくとも１つは、上記出力スケーラを上記出力からデカプリングするよ う作動する、 請求の範囲３９記載のシステム。