JP3795070B2 - ハンドフリー通話装置を備えた移動無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの音響入力信号の結合のための結合手段と、該結合手段の結合された出力信号のフィルタリングのための適応フィルタとを有するハンドフリー通話装置を備えた移動無線装置に関する。
さらに本発明は、少なくとも２つの音響入力信号の結合のための結合手段と、該結合手段の結合された出力信号のフィルタリングのための適応フィルタとを有するハンドフリー通話装置に関する。
４つのマイクロフォンを有するハンドフリー通話装置は例えば公知文献“Ａ ＭＡＩＣＲＯＰＨＯＮＥ ＡＲＲＡＹ ＷＩＴＨ ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＰＯＳＴＦＩＬＴＥＲＩＮＧ ＦＯＲ ＮＯＩＳＥ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＩＮ ＲＥＢＥＲＢＥＲＡＮＴ ＲＯＯＭ； Ｒａｉｎｅｒ Ｚｅｌｉｎｓｋｉ，ＩＣＡＳＳＰ ８８；２５７８頁〜２５８１頁”から公知である。第１の処理ステップでは２次元に配置されたマイクロフォンの方向性利得がノイズ低減のために用いられる。第２の処理ステップではマイクロフォン信号が適応ウィーンフィルタ（これは音声信号を評価する）によって後処理される。ウィーンフィルタのパラメータの算出のためには入力信号の自己相関関数と相互相関関数が求められる。
本発明の課題は冒頭に述べたような形式の移動無線装置並びにハンドフリー通話装置において通話品質を向上させることである。
前記課題は本発明により、冒頭に述べたような形式の移動無線装置並びにハンドフリー通話装置において音響入力信号のフィルタリングのための高域瀘波フィルタを設ける構成によって解決される。
本発明は次のような認識に基づいている。すなわちマイクロフォン信号、つまり自動車における音響入力信号における高周波障害成分によっては適応フィルタに対するパラメータの算出の際に種々の不所望な作用が生ぜしめられることに基づいている。この作用は出力信号の通話品質を悪化させる。例えばマイクロフォンアレイとして構成されるマイクロフォン群から到来するアナログ音響入力信号の処理のためにはこれらの信号は例えばまずＡ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換される。それに後続する結合手段は、前記のようにして得られたデジタル入力信号を１つの可及的にノイズのないきれいな出力信号にまとめる（結合する）ために用いられる。結合手段の後に配設される適応フィルタは、障害的なノイズの低減に用いられる。この障害的なノイズは、例えば自動車に設けられたハンドフリー通話装置の場合では多種多様なエンジンノイズによって生じる。とりわけ高価なマイクロフォンの使用はハンドフリー通話装置の出力信号の悪化につながる。音響入力信号の高域瀘波によっては驚く程簡単な形でこの種のマイナス作用の低減が達成される。高域瀘波フィルタとしては例えば４次のデジタルＩＩＲ−フィルタが使用可能である。入力信号のこのような高域瀘波によっては入力信号の低周波成分に帰せられるハンドフリー通話装置の比較的良好でない信号処理が省かれる。それにより全体的に移動無線装置におけるハンドフリー通話装置の出力信号の通話品質の向上が得られる。これによって、低周波領域における比較的高い信号エネルギ（これは主に障害信号からなる）の瀘波除去によりハンドフリー通話装置や移動無線装置の通話品質の向上が生ぜしめられる。
移動無線装置におけるハンドフリー通話装置の通話品質の向上は高域瀘波フィルタの遮断周波数を２００〜４００Ｈｚの領域においた場合に得ることができる。特に高域瀘波フィルタの遮断周波数を３００Ｈｚにした場合に出力信号の著しい品質向上がみられた。なぜなら移動無線装置に適する通話にとって３００Ｈｚより下方の周波数はいずれにせよ問題ではないからである。
ハンドフリー通話装置の通話品質のさらなる向上は次のことによって保証される。すなわち適応フィルタの出力信号のフィルタリングのためのさらに別の高域瀘波フィルタを設けることによって保証される。このようなさらなる高域瀘波によっては、適応フィルタによって十分に抑圧されなかった低周波障害信号成分がさらに低減されるものとなる。これは次のような認識に基づいている。すなわちたとえ入力信号に低周波な信号成分が含まれていなくても適応フィルタの時間分散に起因する付加的な種々のアーチファクト（このエネルギは下方の周波数領域に集中している）が生ぜしめられることに基づいている。さらなる高域瀘波によってこの低周波な信号成分は減衰され、同時に比較的高い信号周波数が強調される。それにより、高周波信号成分の減衰による誤応答として生じるこもったような聴感覚が回避される。
移動無線装置におけるハンドフリー通話装置のさらに良好な通話品質は前記別の高域瀘波フィルタの遮断周波数を２００〜４００Ｈｚの領域においた場合に得ることができる。特に別の高域瀘波フィルタの遮断周波数を３００Ｈｚにした場合に出力信号の著しい品質向上がみられた。
例えばマイクロフォンアレイによってピックアップされた音響入力信号の走行時間差を考慮することは、簡単な手法で次のようなことによって行われ得る。すなわち結合手段に入力信号間の走行時間の補償調整のための走行時間補償調整装置を備えさせることによって行われる。これに対して走行時間補償調整装置は入力信号の加算装置の前に配設され、音響入力信号、すなわちマイクロフォン信号の通話信号成分相互間の時間のずれに基づく走行時間差の補償調整に用いられる。
通話品質のさらなる向上は、次のことによって得ることができる。すなわち走行時間補償調整装置が妥当性検査手段を有し、該妥当性検査手段は、通話者に対する入力信号の起点（出発点）の被検出距離間隔及び／又は方向が所定の限界値を上回っているか否かを検査するために設ける構成によって得られる。この種の妥当性検査では、通話者へのフォーカシング（集束調整）の際に検出された通話者までの距離が所定の限界値を上回っているか否かが検査される。この場合のこの限界値は自動車の内部寸法に応じて選択可能である。またこの妥当性検査の際にはそこから入力信号のピックアップされる方向も付加的に関与させることができる。これによれば誤った通話者の位置、すなわち現実にはあり得ないような位置（例えばマイクロフォン後方の通話位置等）が除外され得る。
例えば誤推定された相関関数及び／又は数量的な問題によって生ぜしめられた劣悪な通話品質は次のような構成によって改善される。すなわちハンドフリー通話装置が、入力信号の自己相関関数と相互相関関数から適応フィルタのパラメータを算出するための装置を有し、例えば自己相関関数及び／又は相互相関関数の時間的平均化が行われるような構成によって改善される。
相互相関関数の算出のための有利な手段によれば、自己相関関数のスケーリングと、相互相関関数への自己相関関数の関連付けが行われる。
ハンドフリー通話の際の障害的な影響は次のような構成によって簡単な手法で低減され得る。すなわちハンドフリー通話装置は、自己相関関数及び／又は相互相関関数の算出の際に係数のオーバーフローが生じた場合に適応フィルタを使用しないようにするための切換手段を有する構成によって低減され得る。
適応フィルタに適するフィルタとして有利にはウィーンフィルタが用いられる。
以下の明細書では本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図面
図１は、概略的に示されたハンドフリー装置を備えた自動車の透視図である。
図２はハンドフリー通話装置の実施例を示した図である。
実施例の説明
図１にはドライバ３の乗っている自動車７の透視図が示されている。さらに図１には前記自動車７内にハンドフリー通話装置６を備えた移動電話４が配設されていることも示されている。この場合ハンドフリー通話装置６は、遠隔加入者からの送信された信号をスピーカー２を介して音響的環境へ、すなわち自動車７の車内へ発する。それによりこの信号は局所加入者３にとって可聴なものとなる（“大きな音量で聴く”）。通話者３上方の自動車７の車内には一連のマイクロフォン１が配設されている。このマイクロフォン１は音響入力信号９としてハンドフリー通話装置６と移動無線装置４を介して当該移動無線装置４と１つの無線チャネル５を介して接続される遠隔加入者に伝送することができるように、ドライバ３の会話とその他の音響信号を車内環境から収集する（ハンドフリー通話）。以下の明細書では“ハンドフリーでしゃべる”ことと“大きな音量で聴く”ことの両者を指して単に“ハンドフリー通話”と称することにする。自動車内に配設されるハンドフリー装置６は移動無線装置４自体の構成部であっても、あるいは移動無線装置４と接続された別個の装置であってもよい。移動無線装置の作動に通常用いられるその他の構成部分はわかりやすくするために図１の実施例には示されていない。
自動車内でのハンドフリー通話には基本的な問題が生じる。その１つはマイクロフォン１ないしマイクロフォン群１が通話者の所望の通話信号以外の別の信号も音響的環境から拾ってしまうことである。この別の信号は、適用可能な技術的解決手段の観点から２つのクラスに分けられる。１つはスピーカ信号の音響上のエコーであり、もう１つは局所的なノイズ、例えばエンジン、空気、タイヤ、風、雨等に起因するノイズである。これらの信号はノイズ信号として本来の使用信号に、すなわち局所加入者の通話信号に作用する。それに伴って、移動無線装置４と無線チャネル５を介して形成される電話接続の通話品質が決定的に影響を受ける。このノイズ信号は使用信号の了解度を悪化させ、通話コード方式の適用の場合でもその品質を損なわせる。そのため伝送ビットレート（例えばＧＳＭコード）の低減による障害も増加し、これは通話識別の識別レート（これは例えば移動電話４の通話制御操作に対して設けてもよい）も低減させる。移動無線装置４を介して実現する本来の無線電話交信状態に対しては前述した２つのうちの最初に述べた作用が顕著に現れる。この場合この作用は遠隔加入者にだけ直接認識される。それにより遠隔加入者には自分自身の会話のエコーが聴こえる（約３０ｍｓの信号走行時間よりも上では、すなわち約１８０ｍｓの走行時間でのＧＳＭの場合では益々顕著になる）。遠隔加入者は局所的ノイズの作用を通話品質の低減と認識する。局所加入者３にはマイクロフォン１へのスピーカ信号のフィードバックにより無線電話交信において安定性の問題が生じた場合に初めて反作用が現れる。例えば移動電話４の通話制御等の通話識別機能のもとでは、局所加入者にとって障害の作用が識別レートの悪化によって直接的に顕著になる。
局所加入者３には、所望のスピーカ信号２や相応のエコーの他にもさらに局所的ノイズが聞かれる。そのため副次的雑音レベルが高い場合には聴感覚と了解度が相応に損なわれる。マイクロフォン信号から局所的ノイズを除去するためにはノイズ低減のための種々のコンセプトが使用可能である。この場合基本的には常に次のようなことが試行される。すなわち使用信号とノイズ信号を別個に分析し、求められる特性のベースに基づいて使用信号を損なわずにノイズ信号を抑圧することが試行される。
図２には、例えば図１に示された移動無線装置４と関連して用いることのできるハンドフリー通話装置６の実施例が示されている（図１参照）。図２に示されたハンドフリー通話装置６は、例えばマイクロフォンアレイとして構成されたマイクロフォン群１からなる。ハンドフリー通話装置６には個々のマイクロフォンから取り入れられた音響入力信号９がアナログ／デジタル変換器２２を介して入力信号９の瀘波のための高域瀘波フィルタ１１に供給される。この高域瀘波フィルタ１１は、入力信号９を結合させるための結合手段３０に属している。この場合結合手段３０はさらに、入力信号の最適な重み付けのための装置１２と、走行時間補償調整装置１３と、走行時間評価装置１７と、加算装置１５を有している。結合手段３０の出力側から出力される結合された入力信号２３は適応フィルタ１４に供給される。このフィルタはフィルタ評価装置１９と共働してハンドフリー装置６のフィルタ手段４０を形成する。適応フィルタ１４の出力信号２４のフィルタリングに対してはさらに別の高域瀘波フィルタ２１が設けらている。このフィルタはハンドフリー装置６の出力信号２２を出力する。図２に示されたハンドフリー装置６の実施例ではハンドフリー装置６における本発明と関連した主要な部分のみが示されており、通常のハンドフリー装置におけるその他の部分は、わかりやすくするために省かれている。
マイクロフォン群１を用いて取り入れられた音響入力信号９はまず変換手段２２（Ａ／Ｄ変換器）を用いてデジタル信号に変換される。後続の結合手段４０は、次のようなことに対して用いられる。すなわち前記のようにして得られたデジタル入力信号をできるだけ障害のない出力信号２３に変換するために用いられる。この信号の品質は後続のフィルタ手段４０を用いてさらに向上される。これに対しては図２に示されたハンドフリー通話装置６において高域瀘波フィルタ１１を用いてまず、デジタル変換された入力信号９の高域瀘波が行われる。これによっては非常に簡単な手法で音響入力信号９の雑音が低減され得る。この種の高域瀘波フィルタは例えば二次〜４次のデジタルＩＩＲ（インフィニティ−インパルス−レスポンス）フィルタとして構成可能である。この高域瀘波フィルタ１１の遮断周波数としては例えば３００Ｈｚが用いられる。３００Ｈｚよりも下方の周波数は、移動無線装置用の処理すべき通話信号とそれに基づく電話通信に対しては重要ではない。高域瀘波された入力信号は装置１２を用いて公知手法で最適に重み付けされる。この場合高域瀘波フィルタ１１の出力側から出力される高域瀘波された入力信号は走行時間評価装置１７における走行時間の評価にも用いられ、また適応フィルタ１４のパラメータ２０の評価のためのフィルタ評価装置１９にも供給される。
加算装置１５を用いた入力信号の結合の前に図２に示されたハンドフリー装置６の実施例ではさらに走行時間補償装置１３を用いて入力信号９とマイクロフォン群１との間の走行時間の補償調整が行われる。これに対しては走行時間補償調整装置１３は妥当性検査手段を有している。この検査手段は通話者までの入力信号９起点の検出された間隔が所定の限界値を上回っているか否かを検査するために用いられる。それ故この種の妥当性検査装置は通話者へのフォーカシングの際に通話者までの被検出距離間隔が所定の限界値を上回っているか否かが検査される。この限界値は自動車の室内寸法に応じて選択可能である。例えば１メートルを超える間隔は、通話者が車両外にあるべきことを意味する。さらに付加的にこの種の妥当性検査の際には入力信号の方向も関連付けされる。これによりデータ上の通話者の場所はマイクロフォンの後方、すなわちフロントガラス方向では有りえないものとして識別され得る。同様にデータ上の通話者の位置もドライバの位置の左側（左ハンドルの場合）はありえないものとして識別される。このような実際にはありえない通話者位置が識別された場合には例えば最後の妥当な通話者位置かないしは相応の先行する評価値が用いられる。このことは図２中の結合手段３０内に含まれている切換手段１８を用いて確保される。後続の走行時間補償調整を伴ったマイクロホンアレイ１はその空間的な選択性によって入力信号９における有効成分と障害成分の分離を可能にする。それと同時にマイクロフォン信号中の障害成分が相互に相関付けされず加算の際に部分的に除去される場合には有効信号源への集束化と個々のマイクロフォン信号の平均化の際に付加的なアレイゲインが得られる。
フィルタ手段４０における後置接続された適応フィルタ１４は次のような目的を有している。すなわち結合信号２３の有効成分を引出し、残留する障害信号をさらに抑圧する目的を有している。これに対して入力信号９の自己相関関数と相互相関関数が、例えばウィーンフィルタとして構成された適応フィルタ１４に対するパラメータとしてフィルタ評価装値１９を介して算出される。さらに自己相関関数及び／又は相互相関関数の算出期間中に係数のオーバーフローが生じたか否かの検査が行われる。オーバーフローが生じている場合には適応フィルタ１４は使用されない。これは切換手段１８によって生ぜしめられ得る。適応フィルタ１４の出力側から出力される信号２４においては、別の高域瀘波フィルタ２１によって当該信号に含まれる低周波障害信号成分が瀘波される。これは適応フィルタ１４によっては十分に抑圧できなかったものである。それによりハンドフリー通話装置６の出力信号２２はさらに高められた信号品質を有するようになる。

Claims (20)

1. 少なくとも２つの音響入力信号（９）を取入れるためのマイクロフォン群（１）と、
   アナログ入力信号（９）をデジタル入力信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器（２２）と、
   少なくとも２つのデジタル化された入力信号（９）を結合するための結合手段（３０）と、
   該結合手段（３０）の結合された出力信号（２３）をフィルタリングするための適応フィルタ（１４）を有している、ハンドフリー通話装置（６）を備えた移動無線装置において、
   デジタル化された入力信号（９）の結合前に、音響入力信号（９）をフィルタリングするための高域瀘波フィルタ（１１）が設けられていることを特徴とする、ハンドフリー通話装置を備えた移動無線装置。
2. 前記高域瀘波フィルタ（１１）の遮断周波数は、２００〜４００Ｈｚの領域にある、請求の範囲第１項記載の移動無線装置。
3. 前記適応フィルタ（１４）の出力信号（２４）のフィルタリングのためにさらに別の高域瀘波フィルタ（２１）が設けられている、請求の範囲第１項又は２項記載の移動無線装置。
4. 前記別の高域瀘波フィルタ（２１）の遮断周波数は、２００〜４００Ｈｚの領域にある、請求の範囲第３項記載の移動無線装置。
5. 前記結合手段（３０）は、マイクロフォン群（１）から取入れられた複数の入力信号（９）相互間の間で走行時間の補償調整を行うための走行時間補償調整装置（１３）を有している、請求の範囲第１項から４項いずれか１項記載の移動無線装置。
6. 前記走行時間補償調整装置（１３）は、妥当性検査手段を有しており、該妥当性検査手段は、少なくとも１つの入力信号（９）を取入れるためのマイクロフォン群（１）の１つのマイクロフォンと通話者（３）との間の間隔距離が所定の限界値を上回っているか否かを検査するため、及び／又は通話者（３）からの入力信号の方向がありえないものかどうかを検査するために設けられている、請求の範囲第５項記載の移動無線装置。
7. 前記ハンドフリー通話装置（６）は、入力信号（９）の自己相関関数と相互相関関数の値から、適応フィルタ（１４）のパラメータ（２０）を算出するための装置（１９）を有しており、ここでは例えば所定の持続時間に亘って自己相関関数と相互相関関数の値の平均値形成が行われ、
   少なくとも１つの算出されたパラメータ（２０）が適応フィルタ（１４）に供給される、請求の範囲第１項から６項いずれか１項記載の移動無線装置。
8. 相互相関関数の算出に対して自己相関関数のスケーリングと、相互相関関数への自己相関関数の関連付けが行われる、請求の範囲第１項から７項いずれか１項記載の移動無線装置。
9. 前記ハンドフリー通話装置（６）は、自己相関関数及び／又は相互相関関数の算出の際に係数のオーバーフローが生じた場合に適応フィルタの使用を中断する切換手段（１８）を有している、請求の範囲第１項から８項いずれか１項記載の移動無線装置。
10. 前記適応フィルタ（１４）はウィーンフィルタである、請求の範囲第１項から９項いずれか１項記載の移動無線装置。
11. マイクロフォン群（１）によって取入れられた少なくとも２つのアナログ入力信号（９）をデジタル入力信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器（２２）と、
    少なくとも２つのデジタル化された入力信号（９）を結合するための結合手段（３０）と、
    前記結合手段（３０）の結合された出力信号（２３）をフィルタリングするための適応フィルタ（１４）を有している、ハンドフリー通話装置において、
    デジタル化された入力信号（９）の結合前に、音響入力信号（９）をフィルタリングするための高域瀘波フィルタ（１１）が設けられていることを特徴とする、ハンドフリー通話装置。
12. 前記高域瀘波フィルタ（１１）の遮断周波数は２００〜４００Ｈｚの領域にある、請求の範囲第１１項記載のハンドフリー通話装置。
13. 前記適応フィルタ（１４）の出力信号（２４）のフィルタリングのための別の高域瀘波フィルタ（２１）が設けられている、請求の範囲第１１項又は１２項記載のハンドフリー通話装置。
14. 前記別の高域瀘波フィルタ（２１）の遮断周波数は、２００〜４００Ｈｚの領域にある、請求の範囲第１３項記載のハンドフリー通話装置。
15. 前記結合手段（３０）は、マイクロフォン群（１）から取入れられた複数の入力信号（９）相互間の間で走行時間の補償調整を行うための走行時間補償調整装置（１３）を有している、請求の範囲第１１項から１４項いずれか１項記載のハンドフリー通話装置。
16. 前記走行時間補償調整装置（１３）は、妥当性検査手段を有しており、該妥当性検査手段は、少なくとも１つの入力信号（９）を取入れるためのマイクロフォン群（１）の１つのマイクロフォンと通話者（３）との間の間隔距離が所定の限界値を上回っているか否かを検査するため、及び／又は通話者（３）からの入力信号の方向がありえないものかどうかを検査するために設けられている、請求の範囲第１５項記載のハンドフリー通話装置。
17. 前記ハンドフリー通話装置（６）は、入力信号（９）の自己相関関数と相互相関関数の値から、適応フィルタ（１４）のパラメータ（２０）を算出するための装置（１９）を有しており、ここでは例えば所定の持続時間に亘って自己相関関数と相互相関関数の値の平均値形成が行われ、
    少なくとも１つの算出されたパラメータ（２０）が適応フィルタ（１４）に供給される、請求の範囲第１１項から１６項いずれか１項記載のハンドフリー通話装置。
18. 相互相関関数の算出に対して自己相関関数のスケーリングと、相互相関関数への自己相関関数の印加が行われる、請求の範囲第１１項から１７項いずれか１項記載のハンドフリー通話装置。
19. 前記ハンドフリー通話装置（６）は、自己相関関数及び／又は相互相関関数の算出の際に係数のオーバーフローが生じた場合に適応フィルタを使用させなくする切換手段（１８）を有している、請求の範囲第１１項から１８項いずれか１項記載のハンドフリー通話装置。
20. 前記適応フィルタ（１４）はウィーンフィルタである、請求の範囲第１１項から１９項いずれか１項記載のハンドフリー通話装置。

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