JPH08167879A - 音声付加雑音機能を有する送受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送信側の通話環境を伝えることができ、しか
も符号化の誤りが少ない音声付加雑音機能を有する送受
信装置を提供すること。 【構成】 送信側では、音声信号に含まれる背景雑音を
除去する雑音除去手段１０３が設けられている。そし
て、音声がない区間には雑音除去手段１０３で生成され
た疑似雑音成分が受信側に送られる。これにより、受信
側では、送信側から送られる疑似雑音成分を利用して音
声に背景雑音を付加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル無線電話装
置などのように音声信号を扱う場合に、音声に雑音を付
加する機能を持たせた音声付加雑音機能を有する送受信
装置および送信装置、受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル無線電話装置を例にとり、従
来の送受信装置について、図３を参照して説明する。

【０００３】３０１はマイクで、マイク３０１から音声
や背景雑音が取り込まれる。マイク３０１から取り込ま
れた音声や背景雑音はＡ／Ｄ変換器３０２でディジタル
信号に変換される。そして、ノイズキャンセラ３０３に
供給される。ノイズキャンセラ３０３は適応フィルタ３
０３ａや減算器３０３ｂなどから構成され、Ａ／Ｄ変換
器３０２から出力された音声や背景雑音は減算器３０３
ｂに供給される。

【０００４】また、マイク３０４から背景雑音が取り込
まれる。取り込まれた背景雑音はＡ／Ｄ変換器３０５で
ディジタル信号に変換される。その後、ノイズキャンセ
ラ３０３の適応フィルタ３０３ａに加えられる。ノイズ
キャンセラ３０３は、適応フィルタ３０３ａなどの働き
を利用して背景雑音をもとに疑似雑音成分を生成する。
この疑似雑音成分を減算器３０３に加えられる。

【０００５】減算器３０３では、Ａ／Ｄ変換器３０２か
ら供給される音声や背景雑音から、ノイズキャンセラ３
０３から供給される疑似雑音成分が減算される。この減
算で、Ａ／Ｄ変換器３０２出力に含まれる背景雑音が除
かれる。

【０００６】ここで、背景雑音が除去される動作につい
て、図４を参照して説明する。なお図４では、図３に対
応する部分には同一の符号を付してある。３０１、３０
４ははマイクで、マイク３０１、３０４にはＡ／Ｄ変換
器３０２、３０５が接続されている。Ａ／Ｄ変換器３０
２は減算器３０３ｂのプラス端子に接続され、減算器３
０３ｂは出力端ＯＵＴに接続されている。また、Ａ／Ｄ
変換器３０５は適応フィルタ３０３ａに接続され、適応
フィルタ３０３ａは減算器３０３ｂのマイナス端子に接
続されている。そして、減算器３０３ｂの出力が適応フ
ィルタ３０３ａに加えられる構成になっている。

【０００７】ここで、音声信号をＳ（Ｚ）、背景雑音の
信号をＮ（Ｚ）（ただしＺ＝ＥＸＰ（２πｊｆ／ｆ
ｓ）：ｆｓはサンプリング周波数）、音響特性をＨａ
（Ｚ）、周囲の音響特性をＨｂ（Ｚ）とする。また、適
応フィルタ３０３ａでは、学習同定法等の適応アルゴリ
ズムにより、マイク３０１、３０４から出力される信号
をもとに、音声信号Ｓ（Ｚ）がない時の騒音の伝達関数
Ｈ（Ｚ）が、Ｈ（Ｚ）＝Ｈａ（Ｚ）／Ｈｂ（Ｚ）と推定
される。そして、疑似雑音伝送路Ｈhat （Ｚ）（ほぼＨ
（Ｚ）に等しい）を内部に合成し、疑似雑音Ｎhat
（Ｚ）を生成する。なお、マイク３０１、３０４で取り
込まれた信号は、Ａ／Ｄ変換器３０２、３０５でディジ
タル信号に変換される。したがって、この場合、離散信
号として扱うことができる。

【０００８】上記した構成において、マイク３０１に
は、音声信号Ｓ（Ｚ）、そして音響特性Ｈａ（Ｚ）を介
して背景雑音の信号Ｎ（Ｚ）が入力される。また、マイ
ク３０４には、周囲の音響特性Ｈｂ（Ｚ）を介して背景
雑音の信号Ｎ（Ｚ）が入力される。

【０００９】そして、減算器３０３ｂにおいて、マイク
３０１の出力信号Ｙａ（Ｚ）から、適応フィルタ３０３
ｂで生成された疑似雑音Ｎhat （Ｚ）が減算され、雑音
成分が除去される。

【００１０】ここで、減算器４０５の出力をＥ（Ｚ）と
すると、

【数１】 となる。

【００１１】この演算で、マイク３０１に混入した雑音
成分はほぼ除去される。なお、雑音成分が除かれた信号
は、ＶＯＸ回路３０６（図３）に加えられる。ＶＯＸ回
路３０６では、減算器３０３ｂから送られてくる信号に
ついて音声の有無を判定する（以下、音声がある場合を
有音、ない場合を無音という。）。なおＶＯＸ回路３０
６の判定結果は、フレーム組立回路３０８に供給され
る。

【００１２】ここで、ＶＯＸ回路３０６の構成について
図５で説明する。ＩＮは入力端で、ＯＵＴは出力端であ
る。また、入力端ＩＮから分岐して、フレームエネルギ
ー検出回路５０１や有音／無音判定回路５０２が接続さ
れている。フレームエネルギー検出回路５０１は、送信
信号のサンプルパルス列を２０〜４０ｍｓの長さに区切
ったフレーム毎に、そのエネルギーの平均値ＳＥ（ｋ）
を算出している。なお、エネルギーの平均値ＳＥ（ｋ）
は、下記の計算式で算出される。また、Ｘk （ｎ）はｋ
番目のフレームの入力信号サンプリング値を表し、Ｎは
１フレームのサンプル数を表している。

【００１３】 また、有音／無音判定回路５０２は、フレームエネルギ
ー検出回路５０１で求められた平均エネルギーＳＥ
（ｋ）から、対応するフレームが有音か、無音かを判定
している。

【００１４】なお、ＶＯＸ回路３０７で、有音、無音が
判定された信号は、符号化回路３０７（図３）で符号化
される。符号化は、例えば、波形符号化と分析符号化の
組み合わせによるベクトル加算励振線形予測方式（ＶＳ
ＥＬＰ）が用いられる。そして、符号化回路３０７で符
号化された信号はフレーム組立回路３０８に入力され、
伝送方式に合ったフレームデータに変換される。この
際、ＶＯＸ回路３０６の判定結果をもとに、有音、無音
を識別するための判定データが付加される。例えば、有
音の場合はフレームの先頭にプリアンブルデータが付加
され、無音の場合はフレームの先頭にポストアンブルデ
ータが付加される。このような判定データによってフレ
ームデータが有音か無音かが受信側で判定される。な
お、フレーム組立回路３０８で生成されたフレームデー
タは、送信機３０９において周波数変換や増幅などの処
理が行われ、アンテナ３１０から無線送信される。

【００１５】アンテナ３１０から送信された信号は、受
信側では、アンテナ３１１で受信される。そして、受信
機３１２で周波数変換や増幅などの処理が行われる。こ
の後、フレーム分解回路３１３を経て信号選択器３１４
に送られる。フレーム分解回路３１３では、プリアンブ
ルデータやポストアンブルデータが検出される。

【００１６】信号選択器３１４は、フレーム分解回路３
１３を通して送られてくるフレームデータを、プリアン
ブルデータが検出されたフレームについては有音データ
の復号回路３１５に送る。また、ポストアンブルデータ
が検出されたフレームについては無音データの復号回路
３１６に送る。

【００１７】なお、送信側で雑音除去の処理がされない
場合は、無音状態の時は背景雑音のデータが送出され
る。したがって、この場合は、無音データの復号回路３
１６において背景雑音が復元される。

【００１８】なお、復号回路３１５、３１６から出力さ
れた信号は、それぞれ信号選択器３１７を経てＤ／Ａ変
換３１８に送られる。そして、Ｄ／Ａ変換３１８でアナ
ログ信号に変換される。アナログ信号に変換された音声
は、音声アナログ回路３１９で音声データに復元され、
スピーカ３２０で音声に変換される。

【００１９】上記したように、雑音を除去するノイズキ
ャンセラ機能や音声の有無を判定して送信状態を制御す
るＶＯＸ機能を、送信側が備えている場合、ノイズキャ
ンセラ機能で雑音が除去されるため、有音の区間では、
背景雑音が少なく品質の良い音声が再生される。しか
し、無音の区間では、背景雑音が除かれているため無音
のまま再生される。このため、背景雑音などで表現され
る通話環境が受信側に伝わらない。この結果、再生され
た音声に自然感や臨場感が少ないものになってしまう。
このような不自然な感じをなくすために、送信側で雑音
を除去しない方法も考えられる。この場合、通話環境は
伝えられる。しかし、送信側で音声処理する際に、背景
雑音が含まれた音声を扱うことになり、音声の符号化処
理などにあたって符号化の誤りが生じやすい。また、Ｖ
ＯＸ回路で行う音声の有無の判定も難しくなる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
音声送受信装置では、例えばノイズキャンセラ機能やＶ
ＯＸ機能を備えている場合、背景雑音が軽減された品質
の良い音声を再生できる。しかし、送信側の通話環境が
伝わらないため、自然感や臨場感が薄れてしまう。な
お、自然感や臨場感を出すために雑音を除去しない場合
は、通話環境は伝えられるものの、送信側で音声を符号
化する際に符号化の誤りを生じやい。また、ＶＯＸ回路
における音声の有無の判定も難しくなる。

【００２１】本発明は、上記した欠点を解決するもの
で、送信側の通話環境を伝えることができ、しかも符号
化の誤りが少ない音声付加雑音機能を有する送受信装置
および送信装置、受信装置を提供することを目的とす
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の音声付加雑音機
能を有する送受信装置は、疑似雑音成分を生成し、音声
信号に含まれる背景雑音を除去する雑音除去手段と、こ
の雑音除去手段で処理された信号に対して、所定の区間
ごとに音声の有無を判定する判定手段と、この判定手段
による判定が音声ありの区間では、前記雑音除去手段で
処理された音声信号を選択し、音声なしの区間では、前
記雑音除去手段で生成された疑似雑音成分を選択する選
択手段と、この選択手段で選択された音声信号と疑似雑
音成分を送信する送信手段と、この送信手段から送られ
てくる音声信号および疑似雑音成分を受信する受信手段
と、この受信手段で受信された音声信号および疑似雑音
成分を個別に復号する復号手段と、この復号手段で復号
された音声信号に、復号された疑似雑音成分を付加する
付加手段とで構成されている。

【００２３】また、復号手段は、疑似雑音成分が復号さ
れた区間の次に、音声が有りと判定された区間が１つ以
上続く場合は、音声が有りと判定される区間では、音声
が有りと判定された区間の直前に位置する区間の疑似雑
音成分を出力する。

【００２４】また、付加手段において音声に付加される
疑似雑音成分の大きさを、音声成分と疑似雑音成分の信
号レベルに応じて調整する手段を設けている。

【００２５】なお、疑似雑音成分の送信においては、間
欠的または連続的に送信される。そして、疑似雑音成分
が間欠的に送信される場合には、復号手段では、疑似雑
音成分が送られてこない区間においては、直前の疑似雑
音成分を出力する。

【００２６】

【作用】上記の構成によれば、送信側では、音声信号に
含まれる背景雑音を除去する雑音除去手段が設けられて
いる。また、音声がない区間には雑音除去手段で生成さ
れた疑似雑音成分が受信側に送られる。したがって、送
信側から送られる疑似雑音成分を利用して、受信側では
音声に背景雑音を付加することができ、自然感や臨場感
が得られる。この場合、音声の符号化は、雑音除去手段
で雑音が除去された信号に対して行っているので、符号
化の誤りを少なくできる。また、音声の有無の判定も雑
音除去手段で雑音が除去された信号に対して行うので、
判定の誤りも少なくできる。

【００２７】また、音声が有りと判定される区間では、
音声が有りと判定された区間の直前に位置する区間の疑
似雑音成分を出力するので、全ての音声に対して雑音を
付加できる。また、音声に付加される雑音を、当該音声
の直前の雑音にする場合は、時間的に近くの雑音が付加
されるので自然感や臨場感を損うことが少ない。また、
音声に付加される疑似雑音成分の大きさを、音声成分や
疑似雑音成分の信号レベルに応じて調整することによ
り、適切な自然感や臨場感を得ることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図１を参
照して説明する。１０１はマイクで、マイク１０１から
音声が背景雑音と一緒に取り込まれる。マイク１０１か
ら取り込まれた音声や背景雑音はＡ／Ｄ変換器１０２で
ディジタル信号に変換される。その後、ノイズキャンセ
ラ１０３に加えられる。ノイズキャンセラ１０３は、適
応フィルタ１０３ａや減算器１０３ｂなどから構成さ
れ、Ａ／Ｄ変換器１０２から出力されるディジタル信号
は減算器１０３ｂのプラス端子に加えられる。

【００２９】また、マイク１０４から背景雑音が取り込
まれる。この背景雑音はＡ／Ｄ変換器１０５でディジタ
ル信号に変換される。その後、ノイズキャンセラ１０３
の適応フィルタ１０３ａに加えられ、背景雑音をもとに
疑似雑音成分が生成される。疑似雑音成分は２分され、
その１つは、減算器１０３ｂのマイナス端子に、もう１
つは、信号選択器１０６に加えられる。

【００３０】減算器１０３ｂに加えられた疑似雑音成分
は、Ａ／Ｄ変換器１０２から加えられる音声や背景雑音
と減算される。この減算で、音声成分に含まれる背景雑
音成分が取り除かれる。なお、背景雑音成分が除去され
る構成や、疑似雑音成分が生成される構成は従来技術で
説明した内容と同様であるので、重複する説明は省略す
る。

【００３１】雑音成分が除かれた信号はＶＯＸ回路１０
７を経て信号選択器１０６に加えられる。このとき、Ｖ
ＯＸ回路１０７では、減算器１０３ｂで処理された信号
が所定区間ごとにフレームに分割される。そして、各フ
レームの平均エネルギーＳＥ（ｋ）が検出され、対応す
るフレームにおける音声信号の有無が判定される。この
判定結果は、信号選択器（ＳＥＬ）１０６やエンコーダ
回路１０８に送られる。 信号選択器１０６は、ＶＯＸ
回路１０７の判定結果をもとに、音声ありと判定された
区間は音声成分をエンコーダ回路１０８に加え、また、
音声なしと判定された区間は疑似雑音成分をエンコーダ
回路１０８に加える。そして、エンコーダ回路１０８
は、音声信号や疑似雑音成分を符号化する。

【００３２】ここで、これまでに説明した信号の波形に
ついて、例えば疑似雑音成分を連続的に送信する場合に
ついて図２で説明する。ａ）は背景雑音を含んだアナロ
グ音声信号、ｂ）はノイズキャンセラで雑音が除去され
た音声信号、ｃ）はノイズキャンセラで生成された疑似
雑音成分、ｄ）はＶＯＸ回路で判定された音声の有無を
示す判定信号（なお、１は有音、０は無音に対応してい
る。）、ｅ）はエンコーダ回路１０８（図１）に入力さ
れる信号である。

【００３３】エンコーダ回路１０８で符号化されたデー
タは、フレーム組立回路１０９に入力され、伝送方式に
合ったフレームデータが構成される。このとき、ＶＯＸ
回路１０７で判定された判定結果をもとに、音声ありと
判定されたデータの先頭にプリアンブルデータが付加さ
れ、また音声なしと判定されたデータの先頭にポストア
ンブルデータが付加される。このようなプリアンブルデ
ータやポストアンブルデータによって、受信側におい
て、各フレーム毎に有音か無音かが識別される。なお、
フレーム組立回路１０９でフレームデータに構成された
信号は、送信機１１０で周波数変換や増幅などの処理が
され、アンテナ１１１から無線送信される。 アンテナ
１１１から無線送信された信号は、受信側のアンテナ１
１２で受信される。そして、受信機１１３で周波数変換
や増幅などの処理が行われ、フレーム分解回路１１４に
加えられる。フレーム分解回路１１４は、プリアンブル
データやポストアンブルデータを検出し、この検出結果
を信号選択器１１５に送る。

【００３４】信号選択器１１５には、フレーム分解回路
１１４の検出結果とともに、受信されたフレームデータ
がフレーム分解回路１１４から供給されている。そし
て、信号選択器１１５は、フレーム分解回路１１４の検
出結果に応じて、２つの出力端のいずれか一方に信号を
出力する。例えば、有音と判定されたフレームは、有音
データの復号回路１１６に出力する。また、無音と判定
されたフレームは、無音データの復号回路１１７に出力
する。

【００３５】復号回路１１６は音声データを復号し出力
する。このとき、復号回路１１６は、無音の区間（音声
データ入力がない区間）では無音の復号データを出力す
る。また、無音データの復号回路１１７は、無音の区間
では背景雑音データを復号し出力する。そして、有音の
区間（背景雑音データ入力がない区間）では、有音の区
間の直前に位置するフレーム、即ち背景雑音の復号デー
タを、有音の区間中、繰り返し出力する。なお、背景雑
音（疑似雑音）データが間欠的に送信される場合には、
雑音データのない区間においては、直前のフレームデー
タを繰り返し出力する。

【００３６】なお、有音データの復号回路１１６出力は
加算器１１８に加えられる。また、無音データの復号回
路１１７出力は、利得調整器１１９を経て加算器１１８
に加えられ、復号回路１１６出力である音声に付加され
る。加算器１１８の出力は、その後、Ｄ／Ａ変換器１２
０でアナログ信号に変換され、アナログオーディオ部１
２１で復元される。そして、スピーカ１２２から音声と
して出力される。

【００３７】なお、利得調整器１１９は、音声に付加さ
れる背景雑音の大きさを調整している。この場合、利得
調整器１１９は、スイッチ１２３の切り換えにより、レ
ベル調整回路１２４の出力、あるいはボリューム１２５
出力のいずれかによって制御される。レベル調整回路１
２４は、有音データの復号回路１１６や無音データの復
号回路１１７の各出力データをもとにレベル調整信号を
生成している。また、ボリューム１２５の調整は手動で
行われる。

【００３８】上記したように本発明によれば、受信側に
おいて音声に背景雑音を付加することができる。そし
て、この場合、送信側における音声の符号化は、音声が
背景雑音から分離された状態で符号化される。したがっ
て、音声符号化の際の誤りを少なくできる。また、音声
の有無も、雑音除去された信号で行っているので、その
判定が確実に行える。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、受信側において音声に
背景雑音を付加することができ、しかも音声の符号化の
誤りが少なく、音声の有無の判定が確実な音声付加雑音
機能を有する送受信装置、および送信装置、受信装置を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する信号の波形図であ
る。

【図３】従来例を説明する回路構成図である。

【図４】ノイズキャンセラ機能を説明する回路構成図で
ある。

【図５】ＶＯＸ機能を説明する回路構成図である。

【符号の説明】

１０１、１０４…マイク １０３…ノイズキャンセラ １０３ａ…適応フィルタ １０３ｂ…減算器 １０６…信号選択器 １１４…フレーム分解回路 １１６…有音データの復号回路 １１７…無音データの復号回路 １１８…加算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 疑似雑音成分を生成し、音声信号に含ま
   れる背景雑音を除去する雑音除去手段と、この雑音除去
   手段で処理された信号に対して、所定の区間ごとに音声
   の有無を判定する判定手段と、この判定手段による判定
   が音声ありの区間では、前記雑音除去手段で処理された
   音声信号を選択し、音声なしの区間では、前記雑音除去
   手段で生成された疑似雑音成分を選択する選択手段と、
   この選択手段で選択された音声信号と疑似雑音成分を送
   信する送信手段と、この送信手段から送られてくる音声
   信号および疑似雑音成分を受信する受信手段と、この受
   信手段で受信された音声信号および疑似雑音成分を個別
   に復号する復号手段と、この復号手段で復号された音声
   信号に、復号された疑似雑音成分を付加する付加手段と
   を具備した音声付加雑音機能を有する送受信装置。
2. 【請求項２】 復号手段は、疑似雑音成分が復号された
   区間の次に、音声が有りと判定された区間が１つ以上続
   く場合は、音声が有りと判定される区間では、音声が有
   りと判定された区間の直前に位置する区間の疑似雑音成
   分を出力することを特徴とする請求項１記載の音声付加
   雑音機能を有する送受信装置。
3. 【請求項３】 付加手段において音声に付加される疑似
   雑音成分の大きさを、音声成分と疑似雑音成分の信号レ
   ベルに応じて調整する手段を設けたことを特徴とする請
   求項１記載の音声付加雑音機能を有する送受信装置。