JP2003510643A - オーディオ信号を補正する処理回路、受信機、通信システム、携帯装置、及びその方法 - Google Patents

オーディオ信号を補正する処理回路、受信機、通信システム、携帯装置、及びその方法

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JP2003510643A
JP2003510643A JP2001525685A JP2001525685A JP2003510643A JP 2003510643 A JP2003510643 A JP 2003510643A JP 2001525685 A JP2001525685 A JP 2001525685A JP 2001525685 A JP2001525685 A JP 2001525685A JP 2003510643 A JP2003510643 A JP 2003510643A
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/005Correction of errors induced by the transmission channel, if related to the coding algorithm

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Abstract

(57)【要約】 フレームに分割され、送信機と受信機との間で行われる、オーディオ信号の送信は、望まれない影響を信号に生じさせ得る。本発明は、復号されたフレームにおけるこれら影響を、エネルギを表す振幅の算出(CAL)及びこの振幅の算出された推定値(EST)との比較によって、低減することを目的とする。フレームは、振幅が推定値を大幅に上回った場合(DSP)に、補正される(CORR)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の属する技術分野) 本発明は、サンプル列として送信され、それぞれが連続したサンプル群から成
る連続したフレームに分割されるディジタル・オーディオ信号を処理する処理回
路に関する。
【0002】 本発明は、更に、サンプル列として送信され、それぞれが連続したサンプル群
から成る連続したフレームに分割されるディジタル信号を受信する受信機に関す
る。
【0003】 本発明は、更に、送信機と受信機との間でデータ・フレームを送信する通信シ
ステムに関する。
【0004】 本発明は、更に、音声信号がユーザによって聞かれる前に該音声信号に対して
本発明に係る方法を実行する処理回路が設けられた携帯装置に関する。
【0005】 本発明は、サンプル列として送信され、それぞれが連続したサンプル群から成
る連続したフレームに分割されたディジタル信号を処理する方法に関する。
【0006】 本発明は、特に、携帯電話におけるオーディオ信号の処理に適用される場合に
関し得る。
【0007】 (発明の背景) 送信機から受信機へ送信されるGSMオーディオ信号は、図1に示すような送
信システムにおいて、従来のベースバンド送信パスを通る。まず、マイクロフォ
ンとアナログ/ディジタル変換器とを有するブロック・ユニット1は、音声信号
Siを受信し、この音声信号Siをディジタル音声信号Sdへ変換する。次いで
、ディジタル音声信号Sdは、音声エンコーダ2及びチャネル・エンコーダ3に
よって連続的にエンコードされる。これら2つのエンコーディング工程は、送信
データ量をいつでも、平均して圧縮することを可能にする。よって、それらは、
複数の電話呼が同時に処理され得ることをより効果的にするために、利用される
送信システムの帯域幅全体を許可する。チャネル・エンコーダ3は、音声エンコ
ーダ2から検知及び補正目的来た信号をエンコードし、エンコードされた音声信
号Eを提供する。次いで、エンコードされた音声信号Eは、更なるチャネル・デ
コーディングのためにチャネル・デコーダ4へ転送され、及びチャネル・デコー
ダ4からの信号がコーディング及び送信によるエラーが部分的に除去され得るよ
うに補正ユニット5へ転送される。部分的に補正された信号は、補正ユニット5
から出力され、次いで、音声デコーダ6によってデコードされる。最後に、デコ
ードされた出力信号Soが音声デコーダ6から出力され、次いで、このデコード
された信号Soがディジタル/アナログ変換器及び可聴アナログ信号をあらゆる
ユーザに提供するラウドスピーカとを有するブロック・ユニット7へ転送される
。図1に示されたような従来のベースバンド送信パスにおいて、信号の連続した
エンコーディング及び送信は、デコードされた出力信号Soに影響を生じさせ得
る。信号Soは、信号サンプル列として送信され、信号サンプルから成る連続し
たフレームに分割され得る。上記述べた影響は、望まれない影響が高いレベルの
フレーム若しくは変形したフレームとして現れ得る。
【0008】 国際出願WO98/38764は、複数の異なる比較基準の所定の論理組み合
わせが満たされた時にフレームが異常であると判断するフレーム・エラー検知装
置を説明している。各フレームに対して、エネルギ値が、従前フレームのエネル
ギに基づいて算出される。フレームは、該フレームのエネルギが所定の閾値を上
回る場合に異常と判断され得る。フレームは、更に、フレームのエネルギの後続
フレームのエネルギとの比較が最大値を超えた場合に異常と判断され得る。この
ドキュメントにおいて、フレームのエネルギの計算は、音声エンコーダからのパ
ラメータを用いる。又、提案されている方法は、標準的なフル・レート・コーデ
ックからの信号を補正することにのみに適用されることも可能である。
【0009】 (発明の開示) 本発明の目的は、あらゆる連続したエンコーディング、送信、及びデコーディ
ング後のオーディオ信号の品質を向上させることである。
【0010】 その結果、導入部分に説明したような処理回路は、フレームのエネルギを表す
振幅を算出する計算手段と、少なくとも1つの従前フレームのエネルギを表す振
幅に基づいて該フレームのエネルギを表す前記振幅の推定値を算出する推定手段
と、フレームのエネルギを表す振幅と対応する推定値との間の差が所定の閾値よ
り大きい場合に該フレームのサンプルを処理する補正手段とを有する。
【0011】 各フレームに対して、算出された振幅は、フレームのエネルギを表し、いかな
る従前フレームのエネルギにも因らない。このエネルギの値は、短期エネルギと
呼ばれ得る。他方、フレームのエネルギを表す振幅の推定値は、その計算におい
て、少なくとも1つの従前フレームのエネルギを考慮する。所定のフレームに対
して、これら2つの値は、比較され、エネルギを表す振幅と前記振幅の推定値と
の間の差を所定の閾値を超えないようにする。事実、フレームのエネルギを表す
振幅は、対応する推定値を超える場合は異常である。そのエネルギの振幅が対応
する推定値を超えるようなフレームは、異常フレームと考えられ、前記フレーム
のサンプルのレベルを低減することによって補正される。従来技術に記載した装
置と異なり、本発明が提案する処理回路は、所定の種類のコーデックから発せら
れた信号の処理に限定されない。よって、本発明の利点は、あらゆる種類の音声
コーデックからの信号の補正を可能にすることである。なぜなら、本発明に係る
補正は、音声デコーディングの後に実行されるからである。従来技術では、その
上、エネルギが、固定長のフレームに対して算出されると共に、この長さはフル
・レート・コーデックの要求によって与えられたものである。このドキュメント
において、各フレームは20ms長であり、160サンプルから成る。本発明に
よれば、エネルギを表す振幅は、あらゆる長さのフレームに対しても算出される
。その結果、本発明の利点は、誤ったフレームの検知及び補正を可能にする点で
あり、誤ったフレームを信号に適合させ、よって、従来技術で提案された装置よ
りも正確性を向上させることができる。
【0012】 本発明の一実施形態において、前記推定値は、必要な場合に補正手段によって
前に処理された少なくとも1つの従前フレームに基づいて、算出される。補正処
理は、誤りと検知されたフレームを弱める方法や、適切と検知された他のフレー
ムの補間によってそれを置き換える方法などの既知の補正技術を用いることがで
きる。
【0013】 本実施形態において、フレームのエネルギの振幅の推定値の計算において用い
られるフレームは、正常か、若しくは既に補正手段によって補正されているかい
ずれかである。従来技術で提案された装置において、所定のフレームは、フレー
ムのエネルギの所定値を誤りでない単一の従前フレームのエネルギと比較するこ
とによって、異常フレームを検知している。しかし、この誤りでない参照フレー
ムは、事実、異常フレームである可能性もあり、該装置によってそのようなフレ
ームは検知され得ない。このエラーは、多くの後続の異常フレームが従来技術に
係る装置によって検知され得ないという事実により、拡大し得る。本発明に係る
処理回路において、異常フレームの検知は、フレームの種類とは独立して、複数
の従前フレームの区間に対してエネルギの発展を考慮する。よって、すべてのユ
ーザは、ユーザのオーディオ・システムに対して危険ともなるあらゆる突然の高
いレベルの音から、保護され得る。
【0014】 本発明の好ましい実施形態において、所定の閾値は、フレームのエネルギを表
す振幅の推定値に因る。
【0015】 この好ましい実施形態において、閾値を、少なくとも1つの従前フレームのエ
ネルギの推定値に因る、エネルギの推定値の関数として適合させることが可能と
なる。これは、異常フレームの検知を、従来技術において提案されているものよ
りもより正確にすることができる。しかし、閾値は、更に、例えば従前フレーム
のコンテキストを表し得る外部パラメータに関して適合され得る。このような外
部パラメータは、例えば受信信号の品質などを表し得る。
【0016】 (発明の実施の形態) ここで、本発明の特定の態様を、以下に説明され、添付図面と共に考察される
実施形態を参照して、説明する。
【0017】 図2は、エンコードされたオーディオ・データ・フレームDを少なくとも送信
機101と少なくとも受信機102との間で通信チャネル103を通じて送信す
る、本発明に係る通信システム100の可能な実施形態を示す。本実施形態にお
いて、データDは、例えば携帯電話システムの基地局101と携帯電話102と
の間で送信されるオーディオ信号である。オーディオ・データDは、例えば空気
である伝搬環境103において、伝搬される。例えば双方向などの通信の種類に
応じて、受信機102は、送信器を有することも可能であり、送信機101は、
受信器を有することも可能である。例えば携帯電話102がメッセージを基地局
101へ送信する場合に、このような状況は生じ得る。その上、例えばEFR(
エンハンスド・フル・レート)エンコーダ、HR(ハーフ・レート)エンコーダ
、若しくはAMR(適応マルチ・レート)エンコーダなどのあらゆるエンコーダ
が、オーディオ・データDのエンコーディングに用いられ得る。
【0018】 図3は、処理回路10を有する、本発明に係る受信機102の可能な実施形態
のブロック図である。本実施形態において、まず、受信機102は、受信したエ
ンコードされた信号を復調する復調器DEMを有する。例えば、エンコードされ
たGSM信号が、空気中を900Mhzの頻度で伝搬される。復調器は、このG
SM信号を受信し、該信号をベースバンド周波数レンジへ変換する。受信機10
2は、更に、前に述べたようなチャネル・デコーダ4、音声デコーダ5、補正ユ
ニット6を有する。本発明に係る処理回路10は、音声デコーダ5及び補正ユニ
ット6の後段に配置され、補正ユニット6からのディジタル信号Soを処理する
。そこから、補正された信号Scorrが得られる。この補正された信号Sco
rrは、ユニット7のディジタル/アナログ変換器及びユニット7のラウドスピ
ーカに適用される。前に述べたように、信号Soは、望まれない影響を含んでい
る可能性がある。処理回路10は、信号Soのオーディオ品質を向上させ、信号
Soに当初存在する影響が除かれた補正された信号Scorrを得ることを可能
にする。
【0019】 本発明の別の方法として、処理回路10は、例えばチャネル・デコーダ4若し
くは音声デコーダ5によって伝達される外部パラメータによって制御される。こ
れら外部パラメータは、受信信号の品質を表す品質インジケータであってもよい
。このようなインジケータは、例えばGSM(global Mobile C
ommunications;)勧告のRX_QUALという種類であってもよ
い。
【0020】 本発明に係る処理回路の好ましい実施形態を図4に示す。処理回路10は、サ
ンプルx(k)の連続として送信される、デコードされたディジタル信号Soを
受信する計算手段CALを有する。ここで、信号Soは、フレームFnに分割さ
れている。よって、フレームFnは、ディジタル信号Soのサンプルx(k)群
から成る。ここで、x(k)は、信号So中のk番目のサンプルであり、Fnは
、信号So中のn番目のフレームである。この本発明の好ましい実施形態及び以
下の段落において、フレームFnは、連続的であり、互いに重ならず、又、それ
ぞれが同じ長さLである。Lは、フレームFn毎のサンプルc(k)の数である
。次いで、計算手段CALは、各フレームに対して、フレームFnのエネルギを
表す振幅Mnを算出する。本発明の一実施形態において、フレームFnを表すこ
の振幅Mnは、下記(1)に示す数式のように、フレームFnのサンプルx(k
)の絶対値の相加平均として、算出される。
【0021】
【数1】 エネルギを表す振幅Mnを算出する別の方法も用いることが可能であり、例え
ばフレームFnのサンプルx(k)の二次平均などの他のフレームFnのサンプ
ルx(k)平均計算方法も実施され得る。
【0022】 この算出された振幅Mnは、フレームFnの短期エネルギと考えられ得る。な
ぜなら、振幅Mnの値は、従前フレームに因らないからである。
【0023】 処理回路10は、更に、フレームFnのエネルギの振幅の推定値Enを、少な
くとも従前フレームのエネルギを表す振幅の推定値から算出する推定手段EST
を有する。本発明に係る一実施形態において、推定値Enの計算において用いら
れるあらゆる従前フレームは、処理回路10によって前もって補正されている。
推定値Mnを算出する簡単な方法は、下記(2)に示す数式を用いる方法である
。 En=(1−α)Mn+αEn−1 ・・・(2) ここで、αは1より小さい正の値であり、En−1は、従前フレームFn−1の
エネルギの推定値である。次いで、得られたフレームFnのエネルギの推定値E
nは、メモリ・ユニットMEMに保存される。上記(2)に示す数式を用いる場
合、すぐ前の数個の従前フレームしか振幅Mnの推定値Enの値の計算に強い影
響を持たないことが注意されなければならない。実際、上記(2)に示す数式に
おいて、フレームFnより前にj番目のフレームFjのエネルギを表す振幅Mj
は、係数α(1−α)(ここで、αは1より小さい)が掛けられると、jが大
きくなる程、フレームFnのエネルギを表す振幅Mnの推定値Enの計算におい
て無視でき得る値となる。よって、本発明の一実施形態において、この推定値E
nは、フレームFnのエネルギを表す振幅Enを低域通過フィルタリングするこ
とによって得ることができる。
【0024】 所定のフレームFnに対して、振幅Mn及び推定値Enは、比較ユニットCM
Pに送信される。比較ユニットCOMPは、フレームFnのエネルギを表す振幅
Mnの、この振幅Mnの推定値Enに対する偏差を推定する。Dnは、下記(3
)に示す数式のように、算出された振幅Mnと推定値Enとの間の差である。 Dn=Mn−En ・・・(3) 次いで、この偏差Dnは、閾値推定器TDにおいて決定される閾値Tnと比較
される。
【0025】 閾値Tnを計算するために、推定値Enは、更に、ユニットTDへ送信される
。閾値Tnは、フレームFnのエネルギを表す振幅Mnの偏差Dnのその対応す
る推定値Enからの許容最大量である。この閾値Tnは、信号SoのフレームF
nの振幅Mnのすべての採り得る値に対して所定値に固定されることも可能であ
る。しかし、閾値Tnの値は、振幅Mnの推定値Enの関数であってもよい。可
能な関数を図5に示す。Tnは、平均Mnの関数である、第一の増加関数f1と
、同じく平均Mnの関数である、第二の減少関数f2との間の最小値である。
【0026】 推定値Enの所定値に対する許容偏差Dnは、図5のグラフの右上4分の1に
位置しなければならない。しかし、Aで示される部分に位置する値を採ることが
できない。部分Aの上限は、推定値Enの所定値に対して、f1(En)値とf
2(En)値との間の最小値によって、定義される。この例において、Tnは、
推定値Enがロー及びハイの場合、ローが選択される。実際、ほとんど沈黙のフ
レームのような低いエネルギのフレームFn及び高いエネルギのフレームに対し
て、振幅Mnを対応する推定値Enを大幅に超えないようにする。さもなければ
、これは、聞き手に対して望ましくなく、危険ですらある突然のノイズをもたら
し得る。
【0027】 本発明の別の実施形態において、閾値Tnは、推定値Enとエネルギを表す振
幅の標準偏差との両方の関数である。閾値Tnの採り得る値は、ルックアップ・
テーブルに保存されている二次元テーブルから導くことができる。この二次元テ
ーブルは、推定値En及び標準偏差の異なる値に対して、採り得る閾値Tnの値
を含み得る。
【0028】 フレームFnについて、振幅Mnの対応する推定値に対する偏差が許容最大偏
差Tnよりも大きい場合、該フレームは、異常であり、影響によって崩壊されて
いると判断される。あらゆる異常なフレームFnは、補正ユニットCORRにお
いて補正される。異常フレームFnは、フレームFnのサンプルx(k)に絶対
値が1より小さい正の係数を掛けることによって補正される。これによって、補
正されたフレームFcorrが得られる。このフレームのサンプルx’(k)は
、元の異常なフレームFnのサンプルx(k)と比較して弱められている。異常
フレームのサンプルがヌル係数と掛けられた場合、フレームFnは全体的にミュ
ートされる。
【0029】 フレームFnについて、振幅Mnの対応する推定値に対する偏差が許容最大偏
差Tnよりも小さい場合、該フレームは正常と判断され、修正無しで更に送信さ
れ得る。これには、振幅Mnが推定値Enよりも小さい、すなわち偏差Dnが負
の場合も含まれる。この状況では、フレームFnを補正する必要はない。
【0030】 ここで、補正されたフレームFcorr及び正常なフレームFnは、補正され
た信号Scorrを形成する。補正された信号Scorrは、例えばラウドスピ
ーカに送信されるアナログ信号へ戻す変換をされるためにディジタル−アナログ
変換器へ送信される。本発明に係る本実施形態において、当初のフレームFnの
補正されたフレームである、あらゆる補正されたフレームFcorrは、更に、
補正された推定値を得るために、フレームFcorrのエネルギの振幅の推定値
からの偏差のために、推定手段ESTへ送信される。この補正された推定値は、
メモリ・ユニットMEMに保存され、当初の異常フレームFnに対して算出され
た前の推定値Mnを置き換える。この補正された推定値は、後続フレームの推定
値Mnの計算における、前述の(2)に示す数式において、用いられ得る。よっ
て、本発明に係る本実施形態において、前述の(2)に示す数式に基づく推定値
のあらゆる計算は、正常フレーム若しくは補正されたフレームに対応する推定値
に基づいて実行される。
【0031】 本発明に係る処理回路のこの実施形態は、本発明を限定するものではない。図
4の処理回路10をDSPユニットそれ自体と考えることも本発明の範囲内であ
り、事実、図4の処理回路10は、計算手段CAL、推定手段EST、メモリ・
ユニットMEM、ブロック・ユニットTD、比較ユニットCOMP、及び補正手
段をひとまとめにして成り得る。メモリ・ユニットMEMは、更に、DSPの外
部でも内部でもよい。
【0032】 図6は、本発明に係る処理方法を示すフローチャートである。このフローチャ
ートにおいて、各ブロックは、方法工程を表す。ここには表されていない第一の
工程は、ディジタル信号Soを連続したフレームFnへ分割することから成る。
次いで、工程20において、フレームFnの振幅Mnが、図4の計算手段CAL
において実行され、算出される。工程30において、振幅Mnの推定値Enが、
図4の推定手段ESTにおいて実行され、算出される。工程40において、閾値
Tnは、図4のユニットTDにおいて実行され、算出される。次いで、工程50
において、偏差Dnが算出され、閾値Tnと比較される。この比較に応じて、フ
レームFnは、工程60において、正常か異常かが検知され得る。フレームFn
が正常の場合、フレームは修正されず、そのまま送信される。Dnが閾値Tnよ
り大きい場合、フレームFnは異常であり、フレームFcorrにおいて補正さ
れる。本発明の一実施形態において、工程30において実行される推定は、補正
されたフレームFcorrに対して再計算される。
【0033】 フレームの長さLは固定される必要は無く、信号Soの処理中に変化してもよ
いということも、本発明の範囲内である。例えば、正確な補正が要求され、信号
が大きく変動している場合、例えば40サンプル長のような短いフレーム長Lが
選択され得る。しかし、信号が小さいレンジに保たれている場合、長いフレーム
長Lが選択され得る。フレーム長Lが変更される度に、処理は初期化されること
が好ましい。更に、フレームは、細かい検知が要求される場合、互いに重なって
もよい。
【0034】 このテキストにおいて、「有する」という言葉は、請求項に記載されたもの以
外の要素若しくは工程の存在を排除するものではないことに注意されなければな
らない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 通信システムの従来のベースバンド送信パスのブロック図である。
【図2】 本発明に係る通信システムを示す図である。
【図3】 本発明に係る受信機のブロック図である。
【図4】 本発明に係る処理回路を示す図である。
【図5】 本発明に係る処理方法を示すフローチャートである。
【図6】 本発明に係る許容最大偏差を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャルカニ(エル アッサーニ),アメド エヌ オランダ国,5581 アーウェー アインド ーフェン,プロフ・ホルストラーン 6 Fターム(参考) 5K027 AA11 BB07 CC08 DD14 5K067 AA26 AA35 BB04 DD44 FF40 HH21

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サンプル列として送信され、それぞれが連続したサンプル群
    から成る連続したフレームに分割されるディジタル・オーディオ信号を処理する
    処理回路であって、 フレームのエネルギを表す振幅を算出する計算手段と、 少なくとも1つの従前フレームのエネルギを表す振幅から該フレームのエネル
    ギを表す前記振幅の推定値を算出する推定手段と、 フレームのエネルギの振幅と対応する推定値との間の差が所定の閾値より大き
    い場合に該フレームのサンプルを処理する補正手段とを有することを特徴とする
    処理回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の処理回路であって、 フレームは同じ長さであることを特徴とする処理回路。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の処理回路であって、 前記推定値は、少なくとも、前記補正手段によって前に処理された1つの従前
    フレームから算出されることを特徴とする処理回路。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか一記載の処理回路であって、 フレームのエネルギの推定値は、該フレームのエネルギを低域通過フィルタリ
    ングすることによって得られることを特徴とする処理回路。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか一記載の処理回路であって、 所定の閾値は、前記フレームのエネルギを表す振幅の推定値に因ることを特徴
    とする処理回路。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか一記載の処理回路であって、 所定の閾値は、フレームのエネルギを表す振幅の推定値のロー値及びハイ値に
    対して下げられることを特徴とする処理回路。
  7. 【請求項7】 サンプル列として送信され、それぞれが連続したサンプル群
    から形成される連続したフレームに分割されるディジタル信号を受信する受信機
    であって、 請求項1乃至6のいずれか一記載の処理回路を有することを特徴とする受信機
  8. 【請求項8】 送信機と受信機との間でデータ・フレームを送信する通信シ
    ステムであって、 前記受信機は、請求項1乃至6のいずれか一記載の処理回路を有することを特
    徴とするシステム。
  9. 【請求項9】 デコードされた音声信号を提供するための音声デコーダを有
    する携帯装置であって、 前記でコードされた音声信号を処理するために、請求項1乃至6のいずれか一
    記載の処理回路を更に有することを特徴とする装置。
  10. 【請求項10】 サンプル列として送信され、それぞれが連続したサンプル
    群から成る連続したフレームに分割されるディジタル信号を処理する方法であっ
    て、 一フレームに対して、 該フレームのエネルギを表す振幅を算出し、 少なくとも1つの従前フレームのエネルギを表す振幅から前記振幅の推定値を
    算出し、 エネルギを表す振幅と対応する推定値との間の差が所定の閾値より大きい場合
    、前記フレームのサンプルの値を弱めることを特徴とする方法。
JP2001525685A 1999-09-20 2000-09-08 オーディオ信号を補正する処理回路、受信機、通信システム、携帯装置、及びその方法 Pending JP2003510643A (ja)

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EP99402298 1999-09-20
EP99402298.6 1999-09-20
PCT/EP2000/008874 WO2001022401A1 (en) 1999-09-20 2000-09-08 Processing circuit for correcting audio signals, receiver, communication system, mobile apparatus and related method

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JP2003510643A true JP2003510643A (ja) 2003-03-18

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