JP2002016461A - 信号レベル調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音声等の信号レベルを調整する信号レベル調
整装置に関し、飽和レベルを超える信号を適正な信号レ
ベルに調整する際の波形歪みを減少させ、無音時におけ
る白色雑音の増大を抑制し、且つ、回路規模及び演算処
理を簡素化する。 【解決手段】 入力信号ｉｎに利得格納部１−９の利得
を利得乗積部１−１で乗じ出力信号ｏｕｔとして出力す
る。利得が所定の閾値を超えたことが利得監視部１−２
で検出された場合、及び出力信号レベルが所定の飽和レ
ベルを超えたことが出力レベル飽和監視部１−３で検出
された場合に、係数選択部１−７により選択される１未
満の係数を利得に乗じて利得を漸次減少させる。また、
上記の場合以外は、１を超える係数を利得に乗じて利得
を漸次増加させる。利得が緩やかに遷移し、且つ所定の
閾値以上にはならないため、波形歪みが減少し且つ無音
時における白色雑音の増大が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は音声信号等の信号レ
ベルを調整する信号レベル調整装置に関し、インターネ
ットの普及に伴って広まりつつあるＩＰネットワーク上
に音声信号（Ｖｏｉｃｅ）を配信するＶｏｉｐ対応機器
や、構内交換機（ＰＢＸ）、ＩＳＤＮ通信機器、又は携
帯電話やＰＨＳ等の移動端末等の通信機器により送受さ
れる音声帯域の信号に対して、その信号レベルを調整す
る信号レベル調整装置に関する。

【０００２】上記のような通信機器において、複数の音
声信号レベルを加算した合成音を生成する会議通話サー
ビスが行われる場合等、信号レベルが増幅器の飽和レベ
ルを越えることによって波形歪が生じるのを防ぐために
信号レベルを減衰させたり、或いは、複数の中継器を経
由して信号が伝送される場合、信号レベルが低下したり
不安定になったりするのを補正するために信号レベルの
調整を行うことが必要となる。本発明は、波形歪が少な
く且つ無音時に白色雑音が増大しない信号レベル調整装
置に関する。

【０００３】

【従来の技術】会議通話サービスにおける音声信号レベ
ルの加算などによる信号レベルの飽和や、複数の中継器
経由時の伝送品質低下による信号レベル不安定化に対し
て、従来、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ；Auto g
ain Control ）により信号レベル調整を行っていた。図
４にオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）の構成を示
す。

【０００４】図４に示すように従来のオートゲインコン
トローラ（ＡＧＣ）は、入力信号レベルと利得とを乗じ
る利得乗積部４−１、複数の出力信号レベルを抽出して
記憶するメモリ４−２、複数の出力信号レベルの平均値
を算出する平均算出部４−３、平均値の逆数を算出する
逆数算出部４−４、メモリ４−２と平均算出部４−３と
逆数算出部４−４とを制御する制御部４−５とから成
る。

【０００５】オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）は、
入力信号（ｉｎ）を利得乗積部４−１において利得と掛
け合わせて出力し、該出力信号（ｏｕｔ）のレベル値を
メモリ４−５に複数個に亙って順次蓄える。そして次の
入力信号（ｉｎ）が入力されるまでに、該メモリ４−５
に蓄えた複数個の出力信号レベルを基にその平均値を平
均算出部４−４により算出し、該平均値の逆数を逆数算
出部４−３により算出し、該逆数を利得として利得乗積
部４−１に入力し、利得乗積部４−１は次の入力信号に
該逆数を乗算する。

【０００６】このように、オートゲインコントローラ
（ＡＧＣ）は、入力信号に対して出力信号レベルが略一
定に保たれるように、複数個の出力信号レベルを基にフ
ィードバックを行って利得を算出し、該利得を入力信号
に乗じることによって信号レベルの調整を行っている。

【０００７】図５は従来のオートゲインコントローラ
（ＡＧＣ）における平均値及び逆数の算出のフローを示
す。ここで、ｉｎは入力信号レベル、ｏｕｔは出力信号
レベル、ｔｙｐは利得算出レジスタ、ａは平均値算出の
対象となる出力信号の個数、ｎは出力信号レベルの加算
回数、メモリ（ｍ）は出力信号レベルを格納するアドレ
スｍのメモリを表している。

【０００８】先ず、出力信号レベルの平均値を算出する
ために、メモリ（０）からメモリ（ａ−１）に格納され
た出力信号レベルの合算値を利得算出レジスタｔｙｐに
格納する処理を行う。該処理は、ｎを助変数とする“ｔ
ｙｐ＝メモリ（ｎ＋１）＋ｔｙｐ”の処理（ステップ５
−１）、及び“ｎ＝ａ−１”となるまでステップ５−１
を繰り返す処理（ステップ５−２）により実行される。

【０００９】次に、“ｔｙｐ＝ｔｙｐ／ａ”により、出
力信号レベルの合算値をその個数ａで除して平均値を算
出し、利得算出レジスタｔｙｐに格納する（ステップ５
−３）。次に、“ｔｙｐ＝１／ｔｙｐ”により平均値の
逆数を算出し、該逆数を利得として利得算出レジスタｔ
ｙｐに格納する（ステップ５−４）。

【００１０】次に入力信号が入力されると、“ｏｕｔ＝
ｉｎ・ｔｙｐ”により、入力信号レベルｉｎに利得ｔｙ
ｐを乗じ、該乗積値を出力信号として出力する（ステッ
プ５−５）。そして、その出力信号レベルｏｕｔをメモ
リ（ｍ）に格納する（ステップ５−６）。

【００１１】そして次の入力信号に対する処理を行うた
めに、“ｍ＝Ｍｏｄ（ｍ＋１，ａ）”、“ｎ＝−１”、
“ｔｙｐ＝０”により、次の出力信号レベルｏｕｔの格
納アドレスを算出し、また、出力信号レベル加算回数ｎ
の初期値“−１”を設定し、また、利得算出レジスタｔ
ｙｐを初期値“０”に設定する処理を行い（ステップ５
−７）、前述のステップ５−１に戻って同様の処理を繰
返す。

【００１２】なお、“ｍ＝Ｍｏｄ（ｍ＋１，ａ）”は、
（ｍ＋１）をａで除したときの余りを表し、出力信号レ
ベルｏｕｔを格納するメモリアドレスを、出力信号が出
力される毎に順次インクリメントし、最後格納部のメモ
リ（ａ−１）に出力信号レベルｏｕｔを格納した後は、
先頭格納部のメモリ（０）に再び戻って出力信号レベル
ｏｕｔが格納されるようにメモリ格納アドレスを算出す
るものである。従って、最古の出力信号レベルｏｕｔに
最新の出力信号レベルｏｕｔが置換わって格納され、Ｆ
ＩＦＯ（first in first out）により出力信号レベルｏ
ｕｔが格納される。

【００１３】図６は従来のオートゲインコントローラ
（ＡＧＣ）の入出力特性を示し、図の（Ａ）はオートゲ
インコントローラ（ＡＧＣ）を用いなかった場合に、入
力波形が飽和レベルを越え、出力波形がクランプされて
歪む様子を示している。

【００１４】図の（Ｂ）はオートゲインコントローラ
（ＡＧＣ）の出力倍率を示し、入力レベルが無音時など
のように微小値であると、オートゲインコントローラ
（ＡＧＣ）の出力倍率（増幅率）は極めて大きな値とな
り、微弱な雑音レベルが大きく増幅されて耳障りな白色
雑音を生じてしまう。

【００１５】図の（Ｃ）はオートゲインコントローラ
（ＡＧＣ）の入出力波形の変動の様子を示し、無音又は
無信号状態のときオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）
の出力倍率（増幅率）は極めて大きな値となっており、
このような状態のときに音声等の信号が突然入力される
と、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）の出力倍率
（増幅率）は急激に減衰遷移し、その結果、出力波形の
先頭部分が歪んでしまう。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】信号レベルの調整に前
述のオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）を用いると、
無音又は無信号時に微小の白色雑音が大きく増幅され、
また、無音又は無信号状態のときに信号が入力されると
増幅率が急激に変化するため、入力された信号の出力波
形の先頭部分が歪んでしまうという問題があった。

【００１７】また、オートゲインコントローラ（ＡＧ
Ｃ）は、複数の出力信号レベルを基にその平均値等を算
出しなければならないため、それらの演算処理の負担が
重く、更に、複数の出力信号レベルを格納するメモリを
備えなければならないため回路規模が大きくなってしま
う問題があった。

【００１８】信号の入力開始時における先頭部分の歪み
を減少させるためには、平均値算出対象とする信号の時
間幅を拡張して該平均値算出対象の全時間幅が無音又は
無信号状態となる確率を減少させ、無音又は無信号状態
からの増幅率の急激な変化を減少させることもできる
が、そのようにするには、出力信号レベルの格納メモリ
量を多量に増やす必要があり、また、次の信号が入力さ
れる前に、多数の出力信号レベルを対象に平均値を算出
する必要があるため、高速な演算処理能力が要求され、
高価で回路規模が大きなものとなってしまう。

【００１９】本発明は、高レベルの入力信号を飽和レベ
ル以下に減衰させ、無音時など無信号入力状態における
白色雑音の増大がなく、信号入力開始時の先頭部分の波
形歪みが少なく、且つ、簡素化な演算機能及び小さい回
路規模で信号レベルの調整を行う信号レベル調整装置を
提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の信号レベル調整
装置は（１）入力信号レベルと利得との乗積を出力信号
として出力する利得乗積部と、該利得が所定の閾値を超
えたかどうかを監視する利得監視部と、出力信号レベル
が所定の飽和レベルを超えたかどうかを監視する出力レ
ベル飽和監視部とを備え、前記利得監視部により利得が
所定の閾値を超えたことを検出する毎に、及び前記出力
レベル飽和監視部により出力信号レベルが所定の飽和レ
ベルを超えたことを検出する毎に、利得に１未満の調整
係数を乗じて利得を漸次減少させ、前記利得監視部及び
出力レベル飽和監視部により、利得が所定の閾値以下で
且つ出力信号レベルが所定の飽和レベル以下であること
を検出する毎に、利得に１を超える調整係数を乗じて利
得を漸次増加させる利得制御手段を備えたものである。

【００２１】また、（２）前記利得制御手段は、利得を
格納する利得格納部と、１未満及び１を超える調整係数
を格納する調整係数格納部と、利得格納部から出力され
る利得に、１未満又は１を超える調整係数を乗積し、該
乗積値を利得格納部に入力する利得調整係数乗積部と、
調整係数格納部に格納された１未満又は１を超える調整
係数の何れか一方を選択して利得調整係数乗積部に出力
する調整係数選択部とを備え、該調整係数選択部は、前
記利得監視部及び前記出力レベル飽和監視部の出力に基
づいて、調整係数格納部に格納された１未満又は１を超
える調整係数の何れか一方を選択する構成を有するもの
である。

【００２２】また、（３）前記利得に乗じられる１未満
又は１を超える調整係数は、入力信号のレベル変動に対
して、利得が該レベル変動より緩慢に変動するよう１の
値に近い数値としたものである。

【００２３】このような構成により、無音又は無信号入
力時に利得が所定の閾値未満に保たれ、無音又は無信号
入力時の白色雑音の増大が抑制され、また、入力信号の
変動に対して利得の変動が緩和されるため、急激な入力
変動に対する出力信号の歪みが抑止される。また、出力
信号レベルが飽和レベルを超えないように利得が調整さ
れるため、会議電話サービスなどのように複数の音声信
号を加算しても適正レベルに減衰され、飽和による波形
歪を防止することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の信号レベル調整装
置の構成を示す。図１において、１−１は入力信号と利
得との乗積を出力信号として出力する利得乗積部、１−
２は利得が所定の閾値を超えたかどうかを監視する利得
監視部、１−３は出力信号レベルが所定の飽和レベルを
超えたかどうかを監視する出力レベル飽和監視部、１−
４は論理和（ＯＲ）出力部、１−５は１未満の調整係数
を格納する調整係数格納部、１−６は１を超える調整係
数を格納する調整係数格納部、１−７は１未満又は１以
上の調整係数の一方を選択して出力する調整係数選択
部、１−８は利得に１未満又は１を超える調整係数を乗
算する利得調整係数乗積部、１−９は利得を格納する利
得格納レジスタ、１−１０は線型増幅器である。

【００２５】入力信号ｉｎは、利得格納レジスタ１−９
に格納された利得と利得乗積部１−１により掛け合わさ
れ、出力信号ｏｕｔとして出力される。なお、図１に示
すように利得乗積部１−１を二つ備え、入力信号ｉｎに
対して利得を２回乗じる構成に替えて、二つの利得乗積
部１−１のうち何れか一方を省いた構成としても良い。
また、利得乗積部１−１の出力側に任意に所定の増幅率
の線型増幅器１−１０を配置しても良い。

【００２６】利得格納レジスタ１−９に格納された利得
は、利得監視部１−２により所定の閾値を超えたかどう
かが監視され、所定の閾値を超えた場合に利得監視部１
−２は論理信号“１”を出力する。また、利得乗積部１
−１からの出力信号は出力レベル飽和監視部１−３によ
り飽和レベルを超えたかどうか監視され、飽和レベルを
超えた場合に出力レベル飽和監視部１−３は論理信号
“１”を出力する。

【００２７】論理和（ＯＲ）出力部１−４は、利得監視
部１−２及び出力レベル飽和監視部１−３から出力され
る論理信号を入力し、その論理和信号を調整係数選択部
１−７に選択制御用の信号として出力する。

【００２８】調整係数選択部１−７は、論理和（ＯＲ）
出力部１−４から論理信号“１”が入力されたとき、即
ち、利得が所定の閾値を超えたか又は出力信号のレベル
が飽和レベルに達した場合、調整係数格納部１−５に設
定された１未満の調整係数を選択して出力する。

【００２９】一方、調整係数選択部１−７は、論理和
（ＯＲ）出力部１−４から論理信号“０”が入力された
とき、即ち、利得が所定の閾値以下で且つ出力信号のレ
ベルが飽和レベル以下の場合、調整係数格納部１−６に
設定された１を超える調整係数を選択して出力する。

【００３０】調整係数格納部１−５及び１−６には、そ
れぞれ、１未満の調整係数として１より若干小さい数値
（例えば、０．９９９９）、及び１を超える調整係数と
して１より若干大きい数値（例えば、１．００００１）
が設定される。

【００３１】利得調整係数乗積部１−８は、調整係数選
択部１−７から出力される１未満又は１を超える調整係
数を、利得格納レジスタ１−９から出力される利得に掛
け合わせ、その乗算結果を利得格納レジスタ１−９に入
力し、利得格納レジスタ１−９は利得調整係数乗積部１
−８から入力される乗算結果を新たな利得として格納す
る。

【００３２】図２は本発明の信号レベル調整装置の動作
フローを示す。利得格納レジスタに格納された利得は、
所定の閾値とを大小比較され（２−１）、利得が所定の
閾値より大きい場合、即ち、所定の閾値から利得を減算
した際にボロー（桁借り）が発生した場合、利得に１未
満の調整係数（例、０．９９９９）を乗算し（２−
２）、該１未満の調整係数を乗算した利得を入力信号ｉ
ｎに乗算して出力信号ｏｕｔを出力する（２−３）。

【００３３】また、出力信号レベルｏｕｔと飽和レベル
とが大小比較され（２−４）、出力信号レベルｏｕｔが
飽和レベルより大きい場合、即ち、飽和レベルから出力
信号レベルｏｕｔを減算した際にボロー（桁借り）が発
生した場合、利得に１未満の調整係数（例、０．９９９
９）を乗算し（２−２）、該１未満の調整係数を乗算し
た利得を入力信号ｉｎに乗算して出力信号ｏｕｔを出力
する（２−３）。

【００３４】利得が所定の閾値より小さい場合、及び出
力信号レベルが飽和レベル以下の場合、利得に１を超え
る調整係数（例えば、１．００００１）を乗算し（２−
５）、該１を超える調整係数を乗算した利得を入力信号
ｉｎに乗算して出力信号ｏｕｔを出力する（２−６）。

【００３５】図３は本発明の信号レベル調整装置の入出
力波形及び出力倍率の様子を示す。同図の（Ａ）は飽和
レベルを超える入力波形とその出力波形を示し、本発明
によれば、出力波形が飽和レベルを超えるような高レベ
ルの信号波形が入力されると、利得は徐々に減衰するた
め出力波形は次第に歪のない波形となり、波形歪み発生
が抑制される。

【００３６】同図の（Ｂ）は本発明のレベル調整装置の
出力倍率を示し、本発明によれば、利得が必ず所定の閾
値（例えば１）以下であるため、図の（Ｂ）に示すよう
に出力倍率（増幅率）も所定値（例えば１）以下とな
り、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）を用いた場合
のように無音時など入力信号が微小値であるときに出力
倍率（増幅率）が制限に無く大きな値となることはな
く、耳障りな白色雑音の発生を制限することができる。

【００３７】また、同図の（Ｃ）は無音状態の後に音声
等の信号が入力された場合を示し、本発明では、無音状
態の後に入力信号が突然入力された場合に、出力信号レ
ベルが飽和レベルを超えない限り利得は変動せず、ま
た、出力信号レベルが飽和レベルを超えた場合でも利得
（増幅率）は徐々に緩やかに減衰するため、その出力信
号の先頭部分の歪みが極めて少ないものとなる。

【００３８】本発明の信号レベル調整装置は、インター
ネット上でのＶｏｉｐ対応機器による音声通話や、アナ
ログ回線、ＩＳＤＮ回線又は携帯電話やＰＨＳなどによ
る無線回線を介した音声通話を行う際に、会議通話で音
声信号の加算時などに発生する飽和レベルを超える信号
レベルの増大による波形歪みを低減し、また、無音時に
おける白色雑音の増大を抑制する。

【００３９】また、データ信号を音声帯域信号に変換す
る変復調装置（ＭＯＤＥＭ）を介して行う通信に対し
て、変復調装置（ＭＯＤＥＭ）等に本発明の信号レベル
調整装置を適用することにより、波形歪み及び白色雑音
が低減され、ビットエラーや通信障害を減少させること
ができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
信号レベルが飽和レベルを超えた場合及び利得が所定の
閾値を越えた場合に利得を緩やかに小さくし、信号レベ
ルが飽和レベル以下で且つ利得が所定の閾値以下である
場合は利得を緩やかに大きくしていくことにより、音声
を加算したときなど飽和レベルを超える信号に対して先
頭部分の波形歪みの発生を抑制して適正な信号レベルに
調整することができ、また、無音時又は無信号入力時で
も利得が所定の閾値以下に保たれるため、無音時又は無
信号入力時における白色雑音の増大を制限することがで
きる。

【００４１】更に、本発明は、出力信号レベル及び利得
を所定値と大小比較する演算、及び利得を所定の係数と
乗じる演算のみを行うだけなので、オートゲインコント
ローラに比し演算機能が簡素化され、高速な処理を必要
とせず、平均値計算ための出力信号レベルを複数個記憶
するメモリも不要であるため回路規模を小型化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の信号レベル調整装置の構成を示す図で
ある。

【図２】本発明の信号レベル調整装置の動作フローを示
す図である。

【図３】本発明の信号レベル調整装置の入出力波形及び
出力倍率を示す図である。

【図４】従来のオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）の
構成を示す図である。

【図５】従来のオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）に
おける平均値及び逆数の算出のフロー図である。

【図６】従来のオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）の
入出力特性を示す図である。

【符号の説明】

１−１ 利得乗積部 １−２ 利得監視部 １−３ 出力レベル飽和監視部 １−４ 論理和（ＯＲ）出力部 １−５ １未満の調整係数を格納する調整係数格納部 １−６ １を超える調整係数を格納する調整係数格納部 １−７ 調整係数選択部 １−８ 利得調整係数乗積部 １−９ 利得格納レジスタ １−１０ 線型増幅器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号レベルと利得との乗積を出力信
   号として出力する利得乗積部と、該利得が所定の閾値を
   超えたかどうかを監視する利得監視部と、出力信号レベ
   ルが所定の飽和レベルを超えたかどうかを監視する出力
   レベル飽和監視部とを備え、 前記利得監視部により利得が所定の閾値を超えたことを
   検出する毎に、及び前記出力レベル飽和監視部により出
   力信号レベルが所定の飽和レベルを超えたことを検出す
   る毎に、利得に１未満の調整係数を乗じて利得を漸次減
   少させ、前記利得監視部及び出力レベル飽和監視部によ
   り、利得が所定の閾値以下で且つ出力信号レベルが所定
   の飽和レベル以下であることを検出する毎に、利得に１
   を超える調整係数を乗じて利得を漸次増加させる利得制
   御手段を備えたことを特徴とする信号レベル調整装置。
2. 【請求項２】 前記利得制御手段は、利得を格納する利
   得格納部と、１未満及び１を超える調整係数を格納する
   調整係数格納部と、利得格納部から出力される利得に、
   １未満又は１を超える調整係数を乗積し、該乗積値を利
   得格納部に入力する利得調整係数乗積部と、調整係数格
   納部に格納された１未満又は１を超える調整係数の何れ
   か一方を選択して利得調整係数乗積部に出力する調整係
   数選択部とを備え、該調整係数選択部は、前記利得監視
   部及び前記出力レベル飽和監視部の出力に基づいて、調
   整係数格納部に格納された１未満又は１を超える調整係
   数の何れか一方を選択する構成を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の信号レベル調整装置。
3. 【請求項３】 前記利得に乗じられる１未満又は１を超
   える調整係数は、入力信号のレベル変動に対して、利得
   が該レベル変動より緩慢に変動するよう１の値に近い数
   値としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の信号
   レベル調整装置。