JP2003519968A - 帯域単位の全二重通信 - Google Patents
帯域単位の全二重通信Info
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Abstract
Description
の2人の当事者に全二重動作を提供することに関する。
クロホンとの間のアコースティック・エコーと、局の間で呼をルーティングする
交換式ネットワークにおいて生じる電気エコーとが存在する。ハンドセットにお
いては、アコースティック・エコーはそれほど問題とならないのが通常である。
スピーカホンでは、複数の人間がマイクロホンとラウドスピーカとの周囲に多く
集まるのであるが、アコースティック・フィードバックがより問題となる。固定
されたネットワークの終端交換器又は遠隔加入者段に配置されたハイブリッド回
路(2ワイヤから4ワイヤへの変圧器)が、電気エコー(ライン・エコーとも称
される)の主なソースである。
することが、この技術分野において知られている。相補的コーム(くし形)フィ
ルタとして知られている装置を用い、スピーカへの信号を第1のコーム・フィル
タの通過帯域を通過するようにフィルタリングし、マイクロホンに結合された第
2の相補的なコーム・フィルタの停止帯域の範囲内に含ませることによって、エ
コーを消去することがなされてきた。周波数シフトも用いるのであれば、電話の
チャネルにおける出力回線と入力回線とにおいて、相補的ではなく一致するコー
ム・フィルタを用いることもできる。これについては、米国特許第4,748,
663号(Phillip他)を参照のこと。しかし、周波数シフトは、ボイス信号の
質に影響するため、望ましくない。
能する。しかし、会議電話の場合には、少なくとも一方の電話が、半二重モード
でなければならない。複数の参加者の間で半二重と全二重との間を慎重にスイッ
チングするのは、最良の場合でも困難であるし、当事者の中の1人が、話してい
る間に瞬間的にブロックされてしまうことは不可避である。
3つの相補的コーム・フィルタを提供することも可能ではあるが、そのようなシ
ステムのコストは極端に高くなる。更に、スペクトル・パワーが低下すると、オ
ーディオ信号の質が著しく低下することになる。
は、音声のパワーとスペクトル・コンテンツとを必ず低下させる。例えば、振幅
ピークがコーム・フィルタの停止帯域の範囲内に偶然入り、人の声のサウンド特
性を実質的に変化させることがある。摩擦音が停止帯域の範囲内に入ると、理解
可能性が著しく低下することがあり得る。フィルタが人の声のスペクトル応答と
一致しない場合には、増幅しても役に立たない。
及び環境のノイズ特性であるから、停止帯域がノイズの中心周波数(dominant f
requency)と一致することが望ましい。やはり、従来型のコーム・フィルタでは
、偶然の場合以外は、そのようなノイズを除去することはできない。
ンテンツに従ってそれぞれの帯域が個別的に選択されるような改良型のバンドパ
ス・フィルタ・システムを提供することである。
されているようなバンドパス・フィルタ・システムを提供することである。 本発明の更に別の目的は、通過帯域を1つの呼における3人の当事者の間で配
分することができるようなバンドパス・フィルタ・システムを提供することであ
る。
ャネルのスペクトル・コンテンツに適応することができるバンドパス・フィルタ
・システムを提供することである。
イクロホン入力とライン出力とを有する第1のチャネルと、ライン入力とスピー
カ出力とを有する第2のチャネルとを含んでおり、それぞれのチャネルは、出力
がマルチプレクス回路に結合された複数のバンドパス・フィルタを有する。マル
チプレクス回路は、それぞれの帯域における信号の大きさに従って、それぞれの
チャネルで信号の一部を選択する。そして、それぞれのチャネルのスペクトル・
コンテンツに従って、全二重動作が提供される。本発明のある実施例では、マル
チプレクス回路は、まず、それぞれのチャネルの中で帯域を交互に、そして、そ
れらのチャネルの間で帯域を相補的に配分することによって、相補的コーム・フ
ィルタをエミュレートする。次に、帯域幅が、スペクトル・コンテンツに従って
分配される。
とによって、得られるはずである。
合される。電話12の中の回路の一部は、バンドパス・フィルタ13、14、1
5、16及び17を含む。300−3400Hzの帯域幅では、5つのフィルタ
であるのが典型的である。フィルタが5つよりも多いと、帯域の間の重複が多す
ぎる結果となる。
。ノッチ・フィルタの中心周波数は、バンドパス・フィルタの中心周波数に対応
する。従って、バンドパス・フィルタを通過し、伝送線27に沿って移動し、伝
送線28に反射される信号は、ノッチ・フィルタによって減衰される。本発明に
従って構築される電話は、マイクロホン11とスピーカ29との間での信号減衰
が、約10dBである。
からオフセットされていること以外は、同様の態様で構築されている。特に、ノ
ッチ・フィルタ31、32、33及び34の中心周波数は、電話12におけるバ
ンドパス・フィルタの中心周波数の間にある。このように、電話30のノッチ・
フィルタは、電話12のバンドパス・フィルタの間の不感帯域(dead band)と
整合されており、それによって、回路の効率が向上する。
ンドパス・フィルタ41、42、43、44及び45を含む。従って、例えばマ
イクロホン(図示せず)などの入力47における信号は、複数のバンドパス・フ
ィルタの間で分割され、加算され、ライン28上を電話12に伝送される。電話
12におけるノッチ・フィルタの中心周波数は、バンドパス・フィルタ41−4
5の帯域の間の不感帯域に対応し、これらのフィルタの動作を強化する。
は、図1と一貫するように番号が付されている。特に、曲線49は、バンドパス
・フィルタ13(図1)の周波数応答を表している。フィルタ13及び21は同
じ中心周波数を有しており、従って、マイクロホン11とスピーカ29との間の
エコー又はそれ以外のノイズの量を減少させる。
であることである。本発明の1つの側面によると、この問題点は、それぞれのチ
ャネルにおける複数のバンドパス・フィルタと、それらのフィルタをそれぞれの
チャネルに割り当てる制御回路とを有することによって、解消される。
イクロホン50は、バンドパス・フィルタ51、52、53、54、55、56
、57、58、59及び60に結合されている。これらのバンドパス・フィルタ
は、好ましくは、1/3オクターブ・フィルタであり、集積回路として実現する
際に容易であるように、スイッチト・キャパシタ・フィルタとして実現されるこ
とが好ましい。本発明には、任意の形態のバンドパス・フィルタを用いることが
できる。これらのフィルタの一部が、全二重動作を提供するように選択される。
の回路図である。フィルタ53は、スイッチ61とピーク検出器62とに結合さ
れている。スイッチ61が閉じられると、フィルタ53からの出力信号が電話の
ライン出力(図示せず)に結合される。スイッチ61が開くと、フィルタ53か
らの出力信号が減衰される。スイッチ61及び67は、好ましくは、スイッチン
グ装置であるよりも可変ゲイン増幅器の形態であるのが好ましい。これによって
、回路におけるより大きな柔軟性が得られるだけでなく、過渡現象も回避できる
。
し、ピーク検出器66とピーク検出器66とに結合されている。ピーク検出器6
2からの出力は、コンパレータ63の第1の入力に結合されている。ピーク検出
器66からの出力は、コンパレータ63の第2の入力に結合されている。コンパ
レータ63からの出力は、スイッチ61及び67を対向するように制御する。す
なわち、スイッチ61が閉じているときは、スイッチ67は開いている。また、
その逆である。このように、それぞれのチャネルにおける音量の大きな方の信号
が優勢になり、出力に結合される。
布が異なると想定する。一方のチャネルにおける信号が他方のチャネルにおける
信号よりも実質的に大きい場合には、すべてのフィルタが音量の大きい方のチャ
ネルに割り当てられ、動作は、全二重ではなく半二重になる。追加的なロジック
(図示せず)を用いて、ある一定数を超える数の隣接するフィルタがある1つの
チャネルに設定されないようにすることができる。例えば、2つよりも多くの隣
接するフィルタがある1つのチャネルに分配されることがないようにすることが
できる。
いる。図5はマイクロホン71からライン出力72へ伸長する第1のチャネルの
ブロック図であり、図6はライン入力73からスピーカ出力74へ伸長する第2
のチャネルのブロック図である。
に結合される。重み付けフィルタ76は、低周波信号の振幅を縮小して帯域の間
でのより平坦なエネルギ分布を提供する。また、フィルタ76を用いて、マイク
ロホン71の周波数応答における非線形性を是正することができる。フィルタ7
6からの出力は、例えば1/3オクターブ・フィルタなどの、第1の複数のバン
ドパス・フィルタに結合される。装置の多くは重複的なものであるので、1つの
帯域についてだけ説明する。
。振幅検出器78は、例えば、整流器とローパス・フィルタとを含む。その代わ
りに、より複雑な振幅検出器を用いることもできる。振幅検出器78からの出力
は、サンプル・ホールド回路79に結合され、このサンプル・ホールド回路79
はコントローラ81への安定化信号を提供する。
の複数のバンドパス・フィルタに結合される。バンドパス・フィルタ84は、フ
ィルタ83と振幅検出器85とに結合される。振幅検出器85からの出力は、サ
ンプル・ホールド回路86に結合される。コントローラ81は、すべてのサンプ
ル・ホールド回路からの信号を受け取るのであるが、それぞれのチャネルのそれ
ぞれの帯域における信号の振幅を比較するロジックを含む。このロジックは、固
定の場合もあるし、プログラム可能な場合もある。
される。フィルタ77など、それぞれのバンドパス・フィルタは、マルチプレク
ス回路91の信号入力に結合された出力を有し、マルチプレクス回路91は加算
回路92に結合された複数の信号出力ラインを有する。加算回路92の出力は、
重み付け解除フィルタ93に結合されるが、これは、フィルタ76の反転周波数
応答としてである。重み付け解除フィルタ93の出力は、ライン出力72に結合
される。
される。フィルタ84など、それぞれのバンドパス・フィルタは、マルチプレク
ス回路96の信号入力に結合された出力を有し、マルチプレクス回路96は加算
回路97に結合された複数の信号出力ラインを有する。加算回路97の出力は、
重み付け解除フィルタ98に結合されるが、これは、フィルタ83の反転周波数
応答としてである。重み付け解除フィルタ83の出力は、ライン出力74に結合
される。
現可能なフィルタの組合せは複数の場合が存在する。ある実施例では、それぞれ
のチャネルにおいてほぼ同じ中心周波数を有するフィルタの対を作成し、それぞ
れのフィルタ対における一方だけからの出力が許容される。あるチャネルにおい
て音量が最大の(loudest)信号が見出され、次は、他方のチャネルにおける残
りのフィルタの間で音量が最大の信号というように、すべてのフィルタが分配さ
れるまで継続される。
心周波数を有する。フィルタ101がチャネルAすなわちマイクロホン・チャネ
ルにおいて最大音量の信号を生じる場合には、フィルタ101からの出力は、マ
ルチプレクス回路91によって加算回路92に結合される。次に、コントローラ
81は、チャネルBすなわちスピーカ・チャネルにおける音量最大の信号を探し
て、フィルタ102からの出力を無視する。これがフィルタ103からの出力で
あると仮定して、フィルタはマルチプレクス回路96によって加算回路97に結
合され、フィルタ104からの出力は無視される。このプロセスは、2つのチャ
ネルの間に10の帯域が分配されるまで、先に分配されたフィルタを無視しなが
ら継続する。
れ、そして、同じチャネルにおける音量がその次に大きなもの、というように、
5つの帯域が分配されるまで進行する。それぞれの帯域が分配されるにつれて、
他方のチャネルにおける対応するフィルタが減衰される。5つの帯域が分配され
た後では、残りの帯域は、音量最大の信号を有していたチャネルにおいて、減衰
される。このようにして、それぞれのチャネルに5つの帯域が分配される、すな
わち、それぞれのチャネルに半数の帯域が分配される。
も多くのフィルタが同時にイネーブルされることはないという追加的な要件以外
は、最初の2つの実施例と同じように、帯域が分配される。
が、他方のチャネルにおける対応する帯域と比較される。過半数の帯域において
より大きな信号を有するチャネルにすべての奇数帯域が割り当てられ、他方のチ
ャネルに偶数の帯域が割り当てられる。
3オクターブ以下のフィルタでは、本発明によって、1つの呼への3人の当事者
に全二重動作を提供することが可能になる。ただし、スペクトル・コンテンツの
減少に起因して、いくらかの知覚可能な信号劣化が生じる。これらの実施例を実
現するためのロジックは、固定されたロジックが用いられる場合でもプログラム
なロジックが用いられるばあいでも、この技術分野の当業者にとっては想到可能
な範囲に属する。
易に反復することができる。本発明の別の側面によると、コントローラ81は、
音声が反復的であるか、それとも、相対的に連続的である従って発話(speech)
ではないかを判断する。通常の発話では、有声コード(vocal chords)が連続的
に用いられることはない。例えば、「z」は有声(vocal)の「s」であり、「
v」は有声の「f」である。「s」や「f」の文字は、有声コードではなくて摩
擦音であり、口の前部で生じる。従って、比較的連続的な音声は、発話ではなく
ノイズである可能性が高い。コントローラ81は、反復的又は連続的な音声を生
じる特定のフィルタからの出力を減衰させ、その帯域をそれ以降の分析から除外
することにより、ノイズを減少させる。これは、フィルタごとのサンプル・ホー
ルド回路の数を増加させることによって、又は、コントローラ81の中のロジッ
クによって、容易に実現できる。
ールド回路が、1つのフィルタに結合され、例えば1/4秒の間隔など、異なる
時点で更新されることになる。いくつかのサンプル時間よりも長い継続時間を有
する信号は、反復的なノイズ又は比較的一定の音声を意味する。
は基準値と比較され、大きさに依存して、ロジック1又はロジック0のいずれか
を生じる。それぞれのチャネルにおける10個のフィルタは、10ビット・ワー
ドを生じ、これは、記憶され、例えば論理AND演算がビットに対して実行され
ることによって、後で得られるワードと比較される。反復的又は比較的連続的な
ノイズは、それぞれのワードにおける同じビット位置において論理1を生じ、こ
れは、連続的なAND演算を生き延びることになる。
ば、比較的単純な回路が、複雑な信号処理を実行して、困難な音響環境において
発話の精度及び忠実度を向上させることができるということである。
テンツによって個別的に選択されるような改良されたバンドパス・フィルタ・シ
ステムを提供する。それぞれのスピーカの音声特性に対して、全二重通信が最適
化される。バンドパス・フィルタ・システムが、まずコーム・フィルタをエミュ
レートし、次にそれぞれのチャネルのスペクトル・コンテンツに適応することが
できる。
内で様々な修正をなし得るのは明白である。例えば、2:1マルチプレクサを用
いて説明を行ったが、例えば、1:1や3:1など、これ以外の比率を用いるこ
ともできる。マルチプレクス回路91は、いくつかのフィルタの出力をスイッチ
ングするのではなく減衰させるために可変ゲイン増幅器を含む。従って、ある帯
域における継続的な音声をノイズとして解釈することができるが、バンドパス・
フィルタからの出力はブロックされるのではなく部分的に減衰され、従って、発
話の構成要素が生じるとそれを通過させることも可能である。
のブロック図である。
ック図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 複数のバンドパス・フィルタと前記バンドパス・フィルタの
出力を組み合わせる加算回路とを含む音声処理回路において、 前記バンドパス・フィルタと前記加算回路との間に結合されたマルチプレクス
回路と、 前記マルチプレクス回路に結合されており前記バンドパス・フィルタの一部を
前記加算回路に結合する制御手段と、 を備えていることを特徴とする音声処理回路。 - 【請求項2】 請求項1記載の音声処理回路において、前記バンドパス・フ
ィルタは半オクターブ以下の通過帯域を有していることを特徴とする音声処理回
路。 - 【請求項3】 2チャネル音声システムにおいて全二重動作を提供する方法
であって、それぞれのチャネルは複数のバンドパス・フィルタを含む、方法にお
いて、 第1の入力信号を第1のチャネルに、第2の入力信号を第2のチャネルに与え
るステップと、 それぞれのチャネルのそれぞれの帯域における信号の大きさの指標を提供する
ステップと、 それぞれの帯域の信号の大きさに従って、前記第1のチャネルにおける信号を
第1のチャネル出力に、前記第2のチャネルにおける信号を第2のチャネル出力
に分配するステップと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項4】 請求項3記載の方法において、前記分配するステップは、 (a)前記第1のチャネルにおける帯域の信号の大きさと前記第2のチャネル
における対応する帯域の信号の大きさとを比較するステップと、 (b)大きい方の信号を当該帯域に対するチャネル出力に結合するステップと
、 (c)小さい方の信号を当該帯域に対するチャネル出力から抑制するステップ
と、 (d)それぞれの帯域対に対してステップ(a)及び(b)を反復するステッ
プと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項5】 請求項3記載の方法において、前記分配するステップは、 (a)最大の信号を有する帯域を見出すステップと、 (b)前記信号を当該帯域に対するチャネル出力に結合し、他方のチャネルに
おける対応する帯域における信号を他方のチャネル出力からブロックするステッ
プと、 (c)前記他方のチャネルに移動するステップと、 (d)残りの帯域からの次に大きな信号それぞれに対してステップ(a)、(
b)及び(c)を反復するステップと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項6】 請求項3記載の方法において、前記分配するステップは、 最大の信号を有する帯域を見出すステップと、 前記帯域と同じチャネルにおける交互の帯域とからの信号をこれらの帯域に対
するチャネル出力に結合するステップと、 他方のチャネルにおける対応する帯域をこれらの帯域に対するチャネル出力か
らブロックするステップと、 他方のチャネルにおける残りの帯域をこれらの帯域に対するチャネル出力に結
合するステップと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項7】 請求項3記載の方法において、前記分配するステップは、 あるスレショルドを超える信号の継続時間を決定するステップと、 所定の周期を超える継続時間を有する信号は分配しないステップと、 を含むことを特徴とする方法。
- 【請求項8】 マイクロホンとライン出力とを含む第1のチャネルとライン
入力とスピーカ出力とを含む第2のチャネルとを有する電話であって、それぞれ
のチャネルは複数のバンドパス・フィルタを含んでいる、電話において、 前記バンドパス・フィルタの少なくともいくつかを前記ライン出力に結合する
前記第1のチャネルにおける第1のマルチプレクス回路と、 前記バンドパス・フィルタの少なくともいくつかを前記スピーカ出力に結合す
る前記第2のチャネルにおける第2のマルチプレクス回路と、 前記第1のマルチプレクス回路と前記第2のマルチプレクス回路とに結合され
ており、フィルタの相補的な部分集合を最初に前記それぞれの出力に結合するコ
ントローラと、 を備えていることを特徴とする電話。 - 【請求項9】 請求項8記載の電話において、前記コントローラは、それぞ
れの帯域に対する振幅検出器を含み、それぞれの帯域における信号の大きさに従
って前記第1及び第2のマルチプレクス回路を制御することを特徴とする電話。 - 【請求項10】 請求項9記載の電話において、前記コントローラは、前記
第1のチャネルにおけるそれぞれの帯域における信号の大きさと前記第2のチャ
ネルにおける対応する帯域の信号の大きさとを比較し、大きい方の信号を当該チ
ャネルに対する出力に結合するように前記マルチプレクス回路に命令することを
特徴とする電話。 - 【請求項11】 電気信号を処理する方法であって、 電気信号を複数のバンドパス・フィルタに与えて複数のフィルタリングされた
出力信号を生じるステップと、 それぞれのフィルタリングされた出力信号の継続時間の指標を提供するステッ
プと、 継続時間が所定の周期を超えるフィルタリングされた出力信号は減衰させるス
テップと、 を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項12】 請求項11記載の方法において、 前記提供するステップは、それぞれのフィルタリングされた出力信号の大きさ
の指標を提供するステップを含み、 前記減衰させるステップは、前記フィルタリングされた出力信号の大きさが所
定の大きさを超え、かつ、前記フィルタリングされた出力信号の継続時間が所定
の周期を超える場合には、フィルタリングされた出力信号を減衰させることを特
徴とする方法。
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