JPH11514453A

JPH11514453A - 音声信号を適応的に濾波して雑音のある環境条件での音声了解度を高めるシステム

Info

Publication number: JPH11514453A
Application number: JP9512112A
Authority: JP
Inventors: ソルベ，トルブヨルン，ダブリュ．
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1999-12-07
Also published as: MX9801857A; KR19990044659A; PL325532A1; KR100423029B1; EP0852052A1; CN1201547A; CN1121684C; EP0852052B1; EE03456B1; RU2163032C2; PL185513B1; TR199800475T1; BR9610290A; DE69613380D1; CA2231107A1; EE9800068A; NO981074D0; AU724111B2; WO1997010586A1; NO981074L

Abstract

(57)【要約】音声及び背景雑音の双方を含むデジタル化された音声信号のフレーム中の雑音を適応的に低減する方法及びシステムを提供する。デジタル化された音声信号のフレームは調整可能な高域通過フィルタ回路を通って、デジタル化された信号の低周波数領域にある背景雑音の一部分をろ過するようになっている。フィルタ回路は、現在のフレームが選択された周波数応答曲線を示すように適合されたフィルタ制御回路によって調整される。フィルタ制御回路は、デジタル化された音声信号のフレーム中の音声の有無を検出する音声検出器を備えている。フィルタ回路は、現在のフレーム中に何ら音声が検出されないときに調整される。第１の好ましい実施例において、フィルタ制御回路は、背景雑音に対応する雑音推定量を計算すると共に、この雑音推定量に基づいてフィルタ回路を調整することによって、フィルタ回路を制御する。雑音推定量が増大するにつれて、音声の低周波数領域にある増大する量のエネルギーを抽出するように、フィルタ回路を調整する。第２の好ましい実施例において、フィルタ回路は雑音プロファイル推定量の関数として調整される。現在のフレームに対する雑音プロファイル推定量は、音声検出の関数として決定され、基準雑音プロファイルと比較される。この比較に基づいて、フィルタ回路は適応的に調整される。

Description

【発明の詳細な説明】音声信号を適応的に濾波して雑音のある環境条件での音声了解度を高めるシステム関連出願本発明は、双方共に参照によって本願に組み込まれる、１９９３年９月２９日付で出願された「音声信号に対する適応雑音低減（Adaptive Noise Reduction f or Speech Signals）」と題する米国特許出願第０８／１２８，６３９号と、１９９２年１０月２７日付で出願された「多モード信号処理（Multi-Mode Signal Processing）」と題する米国特許出願第０７／９６７，０２７号に関連している。米国特許出願第０８／１２８，６３９は現在係属中であり、本願の譲渡人の親会社に譲渡されている。発明の分野本発明は雑音低減システムに関し、特に、可搬式デジタル無線電話に用いる適応音声了解度向上システムに関する。発明の背景セルラー電話産業は、米国においてもまた世界の他の諸国においても商業運用上長足の進歩をしてきた。主要な大都市領域におけるセルラー・サービスに対する需要は、現在のシステム容量を上回っている。この傾向が継続すると仮定すれば、セルラー電気通信は最小の地方市場にも及ぶこととなる。従って、セルラー容量は、妥当なコストで高い品質サービスを維持しながら増大する必要がある。増大する容量に対する１つの重要な段階は、アナログからデジタル伝送へのセルラー・システムの変換である。容易に搬送することができると共に、家庭、事務所、街路、車等において呼を発するか受信するのに使用することができる低コストでポケットサイズの無線電話を用いる第１世代の個人通信ネットワーク(ＰＣＮｓ：personal communication networks)は、次世代のデジタルセルラー・インフラストラクチャーを使用するセルラーキャリアによって恐らくはもたらされることから、この変換もまた重要である。デジタル通信システムは、強力なデジタル信号処理技術を利用する。デジタル信号処理とは一般に、デジタル化された各信号の数学的及び他の操作のことを言う。例えば、アナログ信号をデジタル形式に変換（デジタル化）した後、このデジタル信号をデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）にて簡単な数学的ルーチンを使用して、濾波し、増幅し、かつ減衰させることができる。一般に、ＤＳＰは高速度集積回路として製造され、データ処理動作を本質的には実時間で行うことができるようになっている。ＤＳＰはまた、伝送された無線信号の低減されたスペクトル占有及び増大したシステム容量に変換するデジタル化された音声のビット伝達速度を低減するのにも使用することができる。例えば、音声信号が１４ビットの線形パルス符号変調（ＰＣＭ：Pulse Code Modul ation）を使用してデジタル化されると共に、８kHz の割合でサンプル化されれば、１１２キロ・ビット／秒の直列ビット伝送速度が生成される。また、人間の音声の冗長度及び他の断定可能な諸特性を数学的に利用することによって、音声コード化技術を使用して、直列ビット伝送速度を１１２キロ・ビット／秒から７．９５キロ・ビット／秒に圧縮して、ビット伝送速度において１４：１の低減を達成することができる。低減された伝送速度は利用できる帯域幅を生む。第２世代のセルラー電話システム用のデジタル規格（即ち、ＩＳ−５４）として使用されるティー・アイ・エー（ＴＩＡ）によって米国で採用された１つのなじみのある音声圧縮技術は、ベクトル・ソースブック励起線形予測コード化（ＶＳＥＬＰ：vector sourcebook excited linear predictive coding）である。あいにく、高レベルの周囲雑音（特に、「有色雑音(colored noise)」と混合した音声を含む音声信号がＶＳＥＬＰを使用してコード化／圧縮化されるとき、望ましくない音声信号特性がその結果の一部分となり得る。例えば、デジタル移動電話が雑音のある環境（例えば、移動する自動車の内側）において使用されれば、周囲雑音及び所望する音声の双方がＶＳＥＬＰコード化アルゴリズムを使用して圧縮され、基地局に送信され、この基地局において、圧縮された信号が復号化され可聴音声に復元される。背景雑音がアナログ形式に復元されるとき、時たま音声中に含まれる雑音の望ましくない可聴歪が導入される。この歪は平均的な聴取者にとって非常にいらいらするものである。この歪は、移動電話が使用される環境によって大部分が引き起こされる。移動電話は一般に、車両のエンジン及び周囲の車両通行によって生成される騒音がしばしばある車両の内部において使用される。車両内部の騒音は一般に低い可聴周波数範囲に集中しており、雑音の大きさは車両の速度及び加速度それに周囲の車両通行の程度のような諸因子によって変化し得る。この種の低周波数雑音は、車両環境にある話中の人から到来する音声の了解度を大幅に低下させる傾向を有する。低周波数雑音によって引き起こされる音声了解度の低下は特に、ＶＳＥＬＰボコーダを展開させる通信システムにおいて重大であるが、ＶＳＥＬＰボコーダ (vocoder)を含まない通信システムにおいて生じ得る。移動電話への騒音の影響はまた、移動電話が使用される方法によって及ぼされ得る。特に、移動電話は、移動電話をクレードルに置いておいて電話のユーザが電話で話をするハンドフリー・モードにおいて使用し得る。このことによって電話のユーザの両手は自由に運転することになるが、移動電話のマイクロフォン入力に達する前に電話ユーザの可聴言葉が伝搬しなければならない距離を増大させる。変化する騒音に加えて、ユーザと移動電話の間のこの増大した距離によって、雑音が移動電話に入力される音声信号の総合パワースペクトルエネルギーの相当な部分となり得る。理論的には、種々の信号処理アルゴリズムは、ＶＳＥＬＰコード化背景雑音を濾波するデジタル信号プロセッサを使用して実施することができよう。しかしながら、これらの解法はしばしば、貴重な処理時間、メモリ空間、及び消費電力を消費する、１秒当り実行される数百万の指令（ＭＩＰＳ）によって測定される、重大なデジタル信号処理のオーバーヘッドを要求する。しかしながら、これらの信号処理のリソースのおのおのは、可搬式無線電話においては制限されている。従って、ＤＳＰの処理負担を単に増大することは、ＶＳＥＬＰコード化及び他の形式の背景雑音を最小化するための最適の解法ではない。発明の概要本発明は、コード化された音声の品質に及ぼす如何なる負の影響をも最小化すると共に、デジタル信号プロセッサのリソースの如何なる増大される枯渇をも最小化しながら、コード化された背景雑音の望ましくない寄与を低減する適応雑音低減システムを提供する。本発明の方法及びシステムは、デジタル化された音声信号のフレームをフィルタ回路を通すことによって、デジタル化された音声信号における音声の了解度を増大するものである。このフィルタ回路は、デジタル化された信号の低可聴周波数範囲における部分を濾波すると共に、デジタル化された信号のより高い周波数範囲にある部分を通過させる調整可能な高域フィルタとして機能する。車両中の雑音は低い可聴周波数範囲に集中する傾向にあると共に、音声の了解度の中味の比較的小部分のみがこの低周波数範囲内にあることから、フィルタ回路は、音声のより重要度の低いセグセントのフィルタリングのみをしながら、デジタル化された音声信号中の雑音の大きなセグメントを濾波する。このことによって、除去される音声エネルギーの部分と比較して、雑音エネルギーの比較的大部分が除去されることとなる。フィルタ回路の周波数応答曲線を適応的に調整し選択することによって、濾波される音声の量は制限され、無線によって出力される音声の了解度に及ぼす影響が最小である。フィルタ回路を調整して、音声信号中の雑音に対応する雑音推定量及び／又ははスペクトル・プロファイル結果の関数として異なる周波数応答曲線を示すようにするのにフィルタ制御回路が使用される。雑音推定量及び／又はスペクトル・プロファイル結果は、デジタル信号に対してフレーム毎に基づくと共に、音声検出の関数として調整される。音声が検出されなければ、雑音推定量及び／又はスペクトル・プロファイル結果を現在のフレームに対して更新する。音声が検出されたら、雑音推定量及び／又はスペクトル・プロファイル結果は未調整のまま維持される。第１の実施例において、フィルタ回路はデジタル化された音声信号の各フレームに対して雑音推定量を計算する。雑音推定量は、デジタル化された音声信号の各フレーム中の背景雑音の量に対応する。音声の低周波数領域における音声に対する背景雑音の相対量が増加するにつれて、雑音推定量は増加する。フィルタ制御回路は、音声の低周波数範囲にある音声に対する背景雑音の相対量が増大するにつれて、フィルタ回路を調整して音声の低周波数領域の大部分を濾波するのに雑音推定量を使用する。何ら背景雑音が存在しないとき、音声信号の何らの部分も濾波されない。より高レベルの背景雑音があるとき、雑音及び音声情報のより大きな部分が抽出される。雑音は低周波数領域に集中しようとすると共に、音声の了解度の中味の比較的小部分のみがこの低周波数領域内にあることから、無線信号の全体の了解度は、雑音推定量が増大するにつれて濾波される低周波数エネルギーの部分を増大させることによって増大することができる。第２の実施例において、フィルタ回路を調整して音声信号における選択された周波数範囲に渡る雑音推定量の雑音プロファイルの関数として異なる周波数応答曲線を示すのに修正されたフィルタ制御回路が使用される。フィルタ制御回路は、検出音声の関数として雑音プロファイル推定量を決定するスペクトル分析装置を備えている。雑音プロファイル推定量は現在のフレームに対して決定され、基準雑音プロファイルと比較される。この比較に基づいて、フィルタ回路は、現在のフレームから低周波数エネルギーの変化する量を抽出するように適応的に調整される。本発明による適応雑音低減システムは、可搬式／移動式無線トランシーバがＲＦチャンネルを通して相互にまたは固定された電話回線加入者と通信する電気通信システムに応用することができて有益である。各トランシーバは、アンテナ、このアンテナを介してＲＦチャンネルを通して受信される無線信号をアナログ無線信号に変換する受信機、及び送信機を備えている。送信機は、送信すべきアナログ音声信号をデジタル化した音声情報の各フレームにデジタル化する符復号器 (Codec:Coder-decoder)を備え、この際、音声情報は音声及び背景雑音の双方を含んでいる。デジタル信号プロセッサは、背景雑音の推定量及び現在のフレームにおける音声の検出に基づいて現在のフレームを処理して、背景雑音を最小化する。変調器は、アンテナを介した引き続く送信のために、デジタル化した音声情報の処理されたフレームでＲＦキャリアを変調する。図面の簡単な説明本発明の前記並びに他の特徴及び利点は、図面と関連して読まれる以下の記述された説明から当業者にとって容易に明瞭となろう。図１は本発明の一般的機能ブロック図である。図２はセルラー無線通信用の米国デジタル標準ＩＳ−５４のフレーム及びスロット構造を図示している。図３はデジタル信号プロセッサを使用して実施される本発明の第１の好ましい実施例のブロック図である。図４は電気通信システムでの複数の可搬式無線トランシーバのうちの１つにおける本発明の例示的実施例の機能ブロック図である。図５Ａ及び図５Ｂは本発明の第１の好ましい実施例を実施するときにデジタル信号プロセッサによって実行される機能／動作を図示するフローチャートである。図６Ａは本発明の第１の好ましい実施例によるフィルタ回路の減衰対周波数特性の第１の例を図示するグラフである。図６Ｂは本発明の第１の好ましい実施例によるフィルタ回路の減衰対周波数特性の第２の例を図示するグラフである。図７は本発明の第１の好ましい実施例のフィルタ制御回路によってアクセス可能な例示的ルックアップテーブルである。図８Ａ及び図８Ｂは例示的入力音声信号の振幅対周波数特性を図示するグラフである。図９Ａ及び図９Ｂは、本発明のフィルタ回路によって濾波された後の図８Ａ及び図８Ｂの入力音声信号の振幅対周波数特性をそれぞれ図示するグラフである。図１０はデジタル信号プロセッサを使用して実施される本発明の第２の好ましい実施例のブロック図である。図１１は、本発明の第２の好ましい実施例を実施するときにデジタル信号プロセッサによって実行される機能／動作を図示する、図５Ｂのフローチャートに対応するフローチャートである。図１２は本発明の第２の好ましい実施例のフィルタ制御回路によってアクセス可能な例示的ルックアップテーブルである。図面の詳細な説明以下の説明において、制限ではなく説明を目的として、この発明の完全な理解をもたらすために、特定の回路、回路構成要素、技術、フローチャート等の特定の詳細を述べる。しかしながら、これらの特定の詳細からはずれる他の実施例において本発明を実行し得ることは当業者にとって明瞭となろう。他の場合、本発明の説明を不要な詳細で不明瞭にしないように、周知の方法、装置、及び回路の詳細な説明は省略する。図１の本発明による適応雑音低減システム１００の一般的ブロック図である。適応雑音低減システム１００は、フィルタ回路１１５に接続されたフィルタ制御回路１０５を備えている。フィルタ制御回路１０５はデジタル化された音声信号の現在のフレームに対するフィルタ制御信号を発生する。フィルタ制御信号はフィルタ回路１１５に出力され、フィルタ回路１１５はフィルタ制御信号に応じて、フィルタ制御信号に基づいて選択された高域周波数応答曲線を示すように順応する。調整されたフィルタ回路１１５はデジタル化された音声信号の現在のフレームを濾波する。濾波信号はボイス・コーダ１２０によって処理されて、デジタル化音声信号を表わすコード化信号を生成する。セルラー電気通信システムにおける可搬式／移動式無線電話トランシーバに応用されるこの発明の例示的疾患において、図２はデジタル・セルラー電気通信用の規格ＩＳ−５４によって採用される時分割多元接続（ＴＤＭＡ：timedivision multiple access）フレーム構造を図示している。「フレーム」は、１つの送信ブロックＴＸと、１つの受信ブロックＲＸと、移動体アシスト式ハンド・オフ（ＭＡＨＯ：mobile-assisted hand-off）に対して使用される信号強度測定ブロックとを含む２０ミリ秒の期間である。図２に示す２つの連続したフレームは、４０ミリ秒の期間で送信される。デジタル化音声及び背景雑音情報は、更に以下にて説明するように、フレーム毎に基づいて処理されろ過される。図１に示すフィルタ制御回路１０５、フィルタ回路１１５、及びボイス・コーダ１２０の各機能は、高速デジタル信号プロセッサで実施されることが好ましい。１つの適切なデジタル信号プロセッサは、テキサス・インスツルーメンツ(Tex as Instruments)から入手できるティー・エム・エス３２０シー５３ディー・エス・ピー（ＴＭＳ３２０Ｃ５３ＤＳＰ）である。このＴＭＳ３２０Ｃ５３ＤＳＰは単一の集積チップ上に、１６ビットのマイクロプロセッサと、処理すべき音声フレーム等のデータを記憶するオンチップＲＡＭと、ＶＳＥＬＦ音声圧縮アルゴリズムを含む種々のデータ処理アルゴリズムを記憶するＲＯＭと、フィルタ制御回路１０５及びフィルタ回路１１５によって実行される各機能を実施するために以下において説明すべき他のアルゴリズムとを備えている。本発明の第１の実施例を図３に示す。この第１の実施例では、フィルタ回路１１５が、フィルタ制御回路によって決定される背景雑音推定量の関数として調整される。パルス符号変調式（ＰＣＭ：pulse code modulated）音声情報の各フレームがＤＳＰのオンチップＲＡＭに逐次的に記憶される。音声情報は他のデジタル化技術を使用してデジタル化することができよう。各ＰＣＭフレームはＤＳＰのオンチップＲＡＭから取り出され、フレーム・エネルギー推定器２１０によって処理され、一時フレーム記憶装置２２０に一時的に記憶される。フレーム・エネルギー推定器２１０によって決定された現在のフレームのエネルギーは雑音推定器２３０及び音声検出器２４０の各機能ブロックにもたらされる。音声検出器２４０は、フレーム・エネルギー推定量が前の雑音推定量と音声しきい値の合計を超えたときに音声が現在のフレームに存在するということを指示する。音声検出器２４０が何らの音声も存在しないことを決定すれば、デジタル信号プロセッサ２００は、前の雑音推定量及び現在のフレーム・エネルギーの関数として更新した雑音推定量を計算する（ブロック２３０）。更新した雑音推定量はフィルタ・セレクタ２３５に出力される。フィルタ・セレクタ２３５は雑音推定量に基づいてフィルタ制御信号を発生する。好ましい実施例では、フィルタ・セレクタ２３５は、フィルタ制御信号を発生する際にルックアップテーブルをアクセスする。このルックアップテーブルは、おのおのが雑音推定量または雑音推定量の範囲と比較される一連のフィルタ制御値を含んでいる。ルックアップテーブルからのフィルタ制御値は更新した雑音推定量に基づいて選択され、このフィルタ制御値はフィルタ回路１１５のフィルタ・バンク２６５に出力されるフィルタ制御信号によって表わされる。プロセスを安定化すると共に、異なるフィルタ間のアクセッシブな切換えを回避するため、Ｎ個のフレームのハングオーバー時間が新しいフィルタの選択と共に設定される。新しいフィルタはＮ個のフレーム毎に選択できるだけである。ここでＮは１より大きい整数であり、１０より大きいことが好ましい。フィルタ回路１１５はフィルタ制御信号に応答して調整されて、入力されたフィルタ制御信号及び雑音推定量に対応する高域通過周波数応答曲線を示す。フィルタ制御信号に応じて選択された応答曲線を示すのに、従来技術上周知の種々の異なる型式のフィルタ回路を利用することができる。これらの従来技術のフィルタは、バッタワース(Butterworth)、チェビシェフ(Chebyshev)（チェビシェフ(T schebyscheff)）またはだ円フィルタ等のアイ・アイ・アール（ＩＩＲ）フィルタを含んでいる。ＩＩＲフィルタは、下位の処理要求によって使用することもできるエフ・アイ・アール（ＦＩＲ）フィルタであることが好ましい。濾波された信号は、濾波された信号のビット伝送速度を圧縮するのに使用されるボイス・コーダ１２０によって処理される。好ましい実施例において、ボイス・コーダ１２０は、音声信号をコード化するのにベクトル・ソースブック励起式線形予測コード化(ＶＳＥＬＰ：vector sourcebook excited linear predictive coding)を使用する。コード励起式線形（ＣＥＬＰ：code excited linear pred ietive）コード化、残余パルス励起式線形予測（ＲＰＥ−ＬＴＰ：residual pul se ercited linear predictive）コード化、改良式多帯域励起式（ＩＭＢＥ：im proved multiband excited）コード化等の他の音声コード化技術及びアルゴリズムを使用することができる。音声コード化の前に本発明に従って音声信号の各フレームを濾波することによって、背景雑音が最小化され、このことは復元されるときに音声中の如何なる望ましくない雑音効果をも実質的に低減する。このことはまた音声が低周波数雑音に消されることを防止する。図３と関連して説明したデジタル信号プロセッサ２００は、例えば、無線電気通信システムに使用されるデジタル可搬式／移動式無線電話のトランシーバに使用することができる。図４はセルラー電気通信ネットワークに使用し得る１つのこの種のデジタル無線トランシーバを図示している。図４は無線トランシーバに含まれる基本機能ブロックを一般的に説明しているが、このトランシーバのより詳細な説明は、参照によって本願に組み込まれる「多モード信号処理（Multi-Mo de Signal Processing）」と題する先に言及した米国特許出願第０７／９６７，０２７号から得ることができる。音声及び背景雑音を含む音声信号は、マイクロフォン４００にて、応用特定集積回路(ＡＳＩＣ：application specific imtegrated circuit)であることが好ましい符複号器（codec: coder-decoder）４０２に入力される。マイクロフォン４００にて検出される帯域制限音声信号は、１秒当り８，０００サンプルの割合で符複号器４０２によってサンプル化されて、フレームにブロック化される。従って、各２０ミリ秒のフレームは、１６０個のサンプルを含んでいる。これらのサンプルは量子化され、１４ビットの線形ＰＣＭ等のコード化デジタル形式に変換される。一旦、現在のフレームの１６０個のサンプルのデジタル化音声がオンチップＲＡＭ２０２の送信ＤＳＰ２００に記憶されると、この送信ＤＳＰ２００は図３に関連して前述したように、ＶＳＥＬＰアルゴリズムに従って、チャンネルコード化機能、フレーム・エネルギー推定、雑音推定、音声検出、ＦＦＴ、フィルタ機能、及びデジタル音声コード化／圧縮を実行する。監視マイクロプロセッサ４３２は、図４に示すトランシーバ中の全ての構成要素の全動作を制御する。送信ＤＳＰ２００によって発生された濾波されたＰＣＭデータストリームは、直交変調及び送信のためにもたらされる。このために、ＡＳＩＣゲートアレイ４０４は、ＤＳＰ２００からの濾波されたＰＣＭデータストリームに基づいて、同相（Ｉ）及び直交（Ｑ）チャンネルの情報を発生する。このＩ及びＱビットストリームは、整合された低減フィルタ４０６及び４０８によって処理され、平衡変調器４１０のＩＱミクサに入力される。基準発振器４１２及び乗算器４１４は送信中間周波数（ＩＦ：intermediate frequency）をもたらす。信号Ｉは同相ＩＦと混合され、信号Ｑは直交ＩＦ（即ち、移相器４１６によって９０度だけ遅延された同相ＩＦ）と混合される。混合された信号Ｉ及びＱは合算され、チャンネル・シンセサイザ４３０によって選択されたＲＦチャンネル周波数に「まで」変換され、送受切換器４２０及びアンテナ４２２を介し、選択された無線周波数チャンネルを通して送信される。受信側では、アンテナ４２２及び送受切換器４２０を介して受信された各信号は、基準発振器４２８の出力に基づきチャンネル・シンセサイザ４３０によって合成された局部発振器信号を使用して、ミクサ４２４での選択された受信チャンネル周波数から第１のＩＦ周波数に変換される。第１のＩＦミクサ４２４の出力は濾波されると共に、チャンネル・シンセサイザ４３０及び復調器４２６からの別の出力に基づいて周波数的に第２のＩＦ周波数に変換される。次いで、受信ゲート・アレイ４３４は第２のＩＦ信号を一連の位相サンプル及び一連の周波数サンプルに変換する。受信ＤＳＰ４３６は、復調、濾波、利得／減衰、チャンネルコード化、及び受信された各信号上での音声伸張を実行する。次いで、処理された音声データは符復号器４０２に送られて、ラウドスピーカー４３８を駆動するためのベースバンド音声信号に変換される。フィルタ制御回路１０５、フィルタ回路１１５、及び音声コーダ１２０の各機能を実施するデジタル信号プロセッサ２００によって実行される動作をここで図５Ａ及び図５Ｂに図示されたフローチャートと関連して説明することとする。フレームエネルギー推定器２１０は音声信号の各フレームにおけるエネルギーを決定する。フレームエネルギー推定器２１０は、フレームにおける各ＰＣＭサンプルの２乗値の合計を計算することによって、現在のフレームのエネルギーを決定する（ステップ５０５）。１秒のサンプリング速度当り８，０００個のサンプルに対して、２０ミリ秒のフレーム当り１６０個のサンプルがあるので、１６０個の２乗ＰＣＭサンプルが合算される。数学的に表わせば、フレーム・エネルギー推定量は、以下の式１に従って決定される。現在のフレームに対して計算されたフレーム・エネルギー値は、ＤＳＰ２００のオンチップＲＡＭ２０２に記憶される（ステップ５１０）。音声検出器２４０の各機能は、雑音推定器２３０によって予め決定された雑音推定量をＤＳＰ２００のオンチップＲＡＭから取り出すことを含む（ステップ５１５）。勿論、トランシーバが最初にパワーアップされるとき、雑音推定量は何ら存在しない。決定ブロック５２０はこの状況を予期しており、ステップ５２５において雑音推定量を指定する。以下において説明するように雑音推定量の値を強制的に更新するために、任意の高い値、例えば、通常の音声レベルを上回る２０ｄＢを雑音推定量として割り当てることが好ましい。フレームエネルギー推定器２１０によって決定されたフレームエネルギーは、ＤＳＰ２００のオンチップＲＡＭ２０２から取り出される（ブロック５３０）。フレームエネルギー推定量が、以下の式２に示すように、取り出された雑音推定量＋所定の音声しきい値の和を超えているか否かについての決定がブロック５３５で行われる。フレーム・エネルギー推定量＞（雑音推定量＋音声しきい値）（式２）音声しきい値は、代表的な背景雑音の短期間のエネルギー変動に比して大きいと経験的に決定された固定値であって良く、例えば９dBに設定することができる。また、音声しきい値を適応的に修正して、スピーカがより雑音の多いまたはより静かな環境に入るときのような変化する音声条件を反映することができる。フレームエネルギー推定量が式２の和を超えれば、音声が存在するというブロック５７０にフラグがセットされる。音声検出器２４０が音声が存在することを検出すると、雑音推定器２３０がバイパスされて、デジタル化された音声の前のフレームに対して計算された雑音推定量が取り出され、現在の雑音推定量として使用される。逆に、フレームエネルギー推定量が式２の和を下回れば、ブロック５４０において音声フラグがリセットされる。現在のフレームにおける音声を検出する他のシステムも使用することができる。例えば、欧州電気通信規格協会（ＥＴＳＩ：European Telecommunications St andard Institute）は、移動通信システム用の大域システム（ＧＳＭ：Global S ystem for Mobile communication system）における音声アクティビティ検出（ＶＡＤ：voice activity detection）用の規格をこれまで開発してきており、参照によって組み込まれるイー・ティー・エス・アイ（ＥＴＳＩ）基準、即ち、アール・イー／エス・エム・ジー０２０６３２ピー（ＲＥ／ＳＭＧ０２０６３２Ｐ）に説明されている。この規格は本発明における音声検出のために使用することができ、参照によって組み込まれる。音声が存在しなければ、雑音推定器２３０の雑音推定更新ルーチンが実行される。本質的に、雑音推定量は、音声のない期間の際のフレームエネルギーの移動平均である。前述したように、最初の始動雑音推定量が十分に高く選択されれば、音声は検出されず、音声フラグをリセットすることによって、雑音推定量の更新を強制的に行う。雑音推定器２３０の従う雑音推定ルーチンにおいて、以下の式に従う、フレームエネルギー推定器２１０によって発生されたフレーム雑音エネルギーと雑音推定器２３０によって予め計算された雑音推定量の間の差分／エラーデルタ（Δ）が、ブロック５４５において決定される。 Δ＝現在のフレーム・エネルギー−の雑音推定量（式３） Δが零を超えたか否かについての判定が、決定ブロック５５０において行われる。雑音推定量の高い値に対して生じるように、Δが負であれば、雑音推定量が以下の式に従ってブロック５６０において再計算される。雑音推定量＝前の雑音推定量＋Δ／２（式４） Δは負であるので、雑音推定量の下方訂正が行われることとなる。減少する雑音レベルを迅速に訂正するのに、Δ／２の比較的大きなステップサイズが選択される。しかしながら、フレーム・エネルギーが雑音推定量を超えて、零よりも大きなΔをもたらせば、雑音は以下の式に従ってブロック５５５において更新される。雑音推定量＝前の雑音推定量＋Δ／２５６（式５） Δは正であるので、雑音推定量は増大しなければならない。しかしながら、（Δ ／２に比して）より小さいΔ／２５６というステップサイズを選んで、雑音推定量を次第に増大させると共に、過渡的な雑音に対して実質的免除をもたらすようにする。現在のフレームに対して計算された雑音推定量はフィルタ・セレクタ２３５に出力される。第１の好ましい実施例において、フィルタ・セレクタ２３５はルックアップテーブルをアクセスすると共に現在の雑音推定量を使用して、フィルタ制御値を選択する（ステップ５７２）。次いで、雑音推定量及び背景雑音が増大するにつれて、濾波された雑音の量を増大させようとする周波数応答曲線を示すのに、選択されたフィルタ制御値の関数としてフィルタ回路１１５を調整する（ステップ５７４）。次いで、ＤＳＰのＲＡＭに記憶されたＰＣＭサンプルを調整したフィルタ回路２６５に通して、このＰＣＭサンプルを濾波し、雑音を除去する（ステップ５７６）。次に、濾波されたＰＣＭサンプルはボイス・コーダ１２０によって処理され（ステップ５７８）、コード化サンプルはＲＦ送信回路に出力される（ステップ５８０）。図６Ａ及び図６Ｂは、フィルタ回路１１５に出力される異なるフィルタ制御信号に対して異なる周波数応答曲線Ｆ１〜Ｆ４を示すのに、どのようにフィルタ回路１１５を調整するかについての諸例を示している。図６Ａに示すように、カットオフ周波数Ｆ１ｃ〜Ｆ４ｃをそれぞれ有する周波数応答曲線Ｆ１〜Ｆ４で一連の異なる周波数応答曲線を示すのに、フィルタ回路１１５を選択することができる。フィルタ回路１１５のカットオフ周波数は好ましい実施例において、３００ Hzから８００Hzの間にあって良い。雑音推定量が増加するとき、フィルタ回路１１５はより高いカットオフ周波数を有する周波数応答曲線を示すように構成される。このより高いカットオフ周波数をとることによって、音声のより低い周波数範囲にあるフレームエネルギーのより大部分がフィルタ回路１１５によって抽出されることとなる。同様に、図６Ｂに示すように、異なる傾斜及び同一のカットオフ周波数を有する各周波数応答曲線で一連の異なる周波数応答曲線Ｆ１〜Ｆ４を示すのに、フィルタ回路１１５を選択することができる。周波数応答曲線Ｆ１〜Ｆ４に対するカットオフ周波数は、前記範囲にある。雑音推定量が増大するにつれて、フィルタ回路１１５を調整して、より急な傾斜を有する周波数応答曲線を示すようにする。このより急な傾斜をとることによって、音声のより低い周波数範囲にあるフレームエネルギーのより大部分が、フィルタ回路１１５によって抽出されることとなる。フィルタ回路１１５は、現在のフレームに対して計算された雑音推定量の関数として現在のフレームを濾波する。現在のフレームが濾波されることによって、雑音が低減されると共に、音声の大部分が通される。濾波されないで通される音声の大部分は、音声信号の品質の最小の低減のみを以って認識可能な音声出力をもたらす。異なるカットオフ周波数と異なる傾斜の組合せは、音声の低周波数範囲内にあるフレームエネルギーの選択された部分を適応的に抽出するのに使用することができる。図７はフィルタ回路１１５に対するフィルタ応答曲線Ｆ１〜Ｆ４のうちの１つを選択するためにフィルタ・セレクタ２３５によってアクセスされる例示的ルックアップテーブルを図示している。このルックアップテーブルは、フィルタ回路１１５によって示すことが可能なポテンシャル応答曲線に対応する一連の潜在雑音推定量Ｎ１〜Ｎｎ及びフィルタ制御値Ｆ１〜Ｆｎを含んでいる。雑音推定量Ｎ１〜Ｎｎはおのおのが雑音推定量の範囲を表わすことができると共に、特定のフィルタ制御値Ｆ１〜Ｆ４と比較される。フィルタ制御回路１０５は、雑音推定量を計算すると共に、ルックアップテーブルから関連するフィルタ制御値を取り出すことによって、フィルタ制御信号を発生する。図８Ａ及び図８Ｂそれに図９Ａ及び図９Ｂは、ＲＦ送信機に出力される改良された音声信号をもたらすのに、２つのフレームに対する音声信号をどのようにして適応的に濾波するかを示している。図８Ａ及び図８Ｂは、音声成分ｓ１及びｓ２それに雑音成分ｎ１及びＮ２をそれぞれ含む音声信号の第１のフレーム及び第２のフレームを示している。図示のように、双方のフレームの雑音エネルギーｎ１及びｎ２は低い可聴周波数範囲に集中し、一方、音声エネルギーｓ１及びｓ２はより高い可聴周波数範囲に集中している。図９Ａは、濾波後の第１のフレームに対する雑音信号ｎ１及び音声信号ｓ１を示している。図９Ｂは、濾波後の第２のフレームに対する雑音信号ｎ２及び音声信号ｓ２を示している。説明したように、適応可聴雑音低減システム１００は、現在のフレームに対する計算された雑音推定量に基づいてフィルタ制御回路１０５を調整することによって、第１フレーム及び第２フレーム間の雑音レベルの差を償うように構成されている。例えば、雑音推定量Ｎ１及びスペクトル・プロファイルＳ１がフィルタ制御回路１０５によって計算され、Ｆ１のフィルタ制御値が第１のフレームに対して選択される。好ましい実施例では、フィルタ回路１１５はフィルタ制御値Ｆ１に基づいて調整され、図６Ａに示すように、カットオフ周波数Ｆ１ｃを有する周波数応答曲線Ｆ１を示す。第１のフレームはこの調整されたフィルタ回路１１５を通る。フィルタ回路１１５を選択することによって、雑音ｎ１の大部分及び音声ｓ１の小部分のみが、周波数応答曲線Ｆ１のカットオフ周波数Ｆ１ｃを下回るようになる。このことによって、雑音ｎ１が効果的に濾波されると共に、音声ｓ１の比較的重要でない部分のみが濾波されることとなる。第１のフレームの濾波された音声信号を図９Ａに示す。図８ｂに示す第２のフレームにおいて、より高い背景雑音が存在し、音声が検出されないと仮定すれば、フィルタ制御回路１０５によってより高い雑音推定量ｎ２が計算される。より高い対応するフィルタ制御値Ｆ２がより高い雑音推定量に基づいて第２のフレームに対して決定される。第１の好ましい実施例において、図６Ａに示すように、より高いフィルタ制御値Ｆ２に応答してフィルタ回路１１５を調整して、より高いカットオフ周波数Ｆ２ｃを有する周波数応答曲線を示すようにする。音声信号のその後のフレームは、調整されたフィルタ回路１１５を通る。周波数応答曲線Ｆ２のカットオフ周波数Ｆ２ｃはその後のフレームに対してはより高いために、雑音ｎ２及び音声ｓ２双方のより大部分が濾波される。濾波された音声ｓ２の一部分は、フレームによって含まれる了解度情報に対して依然として比較的重要ではなく、この結果、音声に及ぼされる影響は最小限にのみとどまる。音声ｓ２のより大部分を濾波するという不利益は、第２のフレームから雑音ｎ２を増々除去するという利点によって相殺される。音声の濾波されたスペクトル部分は、音声の了解度に対して大きく寄与するということはない。第２のフレームの濾波された音声信号を図９Ｂに示す。適応雑音低減システム１００の第２の好ましい実施例を図１０〜図１２に示す。この第２の好ましい実施例において、フィルタ制御回路１０５は、雑音プロファイル推定量の関数としてフィルタ回路１１５を調整する。雑音プロファイル推定量は各フレームに対して計算され、基準雑音プロファイルと比較される。この比較に基づいて、フィルタ回路１１５を適応的に調整して、低周波数エネルギーの変化量を現在のフレームから抽出する。図１０を参照すると、第２の好ましい実施例に従って構成されたＤＳＰ２００が示されている。図示のように、フィルタ制御回路１０５は、第１の好ましい実施例について説明したフレームエネルギー推定器２１０、雑音推定器２３０、音声検出器２４０、及びフィルタ・セレクタ２３５の他に、スペクトル分析器２７０を備えている。フィルタ制御回路１０５は、第１の実施例に対して説明し、フローチャート５Ａ及び５Ｂに示したように、雑音推定量を決定すると共に、受信したフレームに対する音声を検出する。現在のフレームに対する音声を検出すると直ちに、スペクトル分析器２７０は雑音プロファイル推定量を更新し、フィルタ回路１１５を調整する際に雑音プロファイル推定量を使用する。図１１を参照すると、雑音プロファイル推定量を更新し、フィルタ回路１１５を調整する各ステップが示されている。図１１は、第１の好ましい実施例に対して図５Ａ及び図５Ｂのフローチャートにおいて既に説明した全プロセスに組み込まれるスペクトル分析器２７０によって実行される各ステップを示している。音声が現在のフレームに対して検出されないとき、先ず、スペクトル分析器２７０は現在のフレームに対する雑音プロファイルを決定する（ステップ６００）。現在のフレームに対して決定された雑音プロファイルは、現在のフレームに対する音声の選択された低周波数範囲内の異なる周波数（即ち、周波数ビン(bins) ）に対するエネルギー計算を含む。好ましい実施例において、選択された周波数範囲は略３００ないし８００Hzである。現在のフレームの雑音プロファイルは、Ｎ個の周波数ビンを有する高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform ）を使用して現在のフレームを処理することによって決定することができる。ＦＦＴを使用してデジタル信号を処理することは従来技術において周知であり、３２個のような比較的少数の周波数ビンにＦＦＴが制限されるところで極めて小さな処理電力が要求されるという点で有益である。Ｎ個の周波数ビンを有するＦＦＴは、Ｎ個の異なる周波数でエネルギー計算を生成する。選択された周波数範囲にある周波数ビンに対するエネルギー計算は、現在のフレームに対する雑音プロファイルを形成する。現在のフレームに対する雑音プロファイル推定量を決定するため（ステップ６０４）、現在のフレームに対する雑音プロファイルが、音声信号の前のフレームに対して決定された雑音プロファイル推定量で平均化される。初期化後等の、何ら前の雑音プロファイル推定量が有効でないところでは、記憶された最初の雑音プロファイル推定量を使用することができる。雑音プロファイル推定量は、逐次的により低周波数にある雑音エネルギー推定量ｅ_i（ｉ＝１，２，…，ｎ）を含む（即ち、ｅ₁は最高の周波数に対する雑音エネルギー推定量であり、ｅ_nは選択された周波数範囲における最低の周波数に対する雑音エネルギー推定量である）。好ましい実施例において、各雑音エネルギー推定量ｅ_iは、何ら音声が検出されなかった複数の連続したフレームに渡る選択された周波数範囲にある特定の周波数でのエネルギー計算の平均に対応する。雑音プロファイル推定量を決定する際に複数のフレームを使用することによって、フィルタ回路１１５はよりゆるやかに調整される。代替実施例において、雑音プロファイル推定量を現在のフレームの雑音プロファイルと同等視することができる。次いで、雑音プロファイル推定量の各エネルギー推定量ｅ_iを基準雑音プロファイルと比較する（ステップ６０４）。この基準雑音プロファイルは、雑音プロファイル推定量の雑音エネルギー推定量ｅ_iに対する周波数に対応する周波数の基準エネルギーしきい値ｅ_ri（ｉ＝１，２，…，ｎ）を含んでいる。基準エネルギーしきい値ｅ_riは経験的に決定することができる。雑音エネルギー推定量ｅ_i は、最高の周波数エネルギー推定量ｅ₁から最低の周波数エネルギー推定量ｅ_nまでの対応する基準エネルギーしきい値ｅ_riと逐次的に比較される。詳述すると、雑音エネルギー推定量ｅ₁は先ず基準雑音しきい値ｅ_r1と比較される。ｅ₁が基準雑音しきい値ｅ_r1よりも大きければ、比較値ｃ₁が選択されてフィルタ・セレクタ２３５に入力される。雑音エネルギー推定量ｅ₁が基準雑音しきい値ｅ_r1よりも小さければ、（ｅ₁より低い周波数でとられた雑音エネルギー推定量である）雑音エネルギー推定量ｅ₂が基準雑音しきい値ｅ_r2と比較される。雑音エネルギー推定量ｅ₂が基準雑音しきい値ｅ_r2よりも大きければ、比較値ｃ₂が選択されて、フィルタ・セレクタ２３５に入力される。この比較プロセスは、比較値ｃ_i（ｉ＝１，２，…，ｎ）が選択されるまで継続される。フィルタ回路２３５は、フィルタ制御値を決定するのに決定された比較値ｃ_i を使用する。フィルタ制御値は、図１２に示すようなルックアップテーブルから選択される。このルックアップテーブルは一連の比較値ｃ_i及び対応するフィルタ制御値Ｆ_iを含んでいる。フィルタ回路１１５は選択されたフィルタ制御値の関数として調整される。フィルタ回路１１５は、現在のフレームから低周波数エネルギーを抽出するための周波数応答曲線を示すように調整される。フィルタ回路１１５は、逐次的により高い周波数にある雑音エネルギー推定量がそれらの対応する基準エネルギーしきい値を上回るとき、増大する量の低周波数エネルギーを抽出するように調整される。図６Ａ及び図６Ｂは、選択されたフィルタ制御値に対する例示的周波数応答曲線を示している。雑音プロファイル推定量の使用は、音声の全体の品質を向上させるように低周波数エネルギーを抽出するのにフィルタ回路を適応的に調整する能力を高めるのに役立つ。車環境だけが移動電気通信装置が使用される唯一の環境というわけではなく、従って或る状況における雑音プロファイルをより高い周波数の方へ一層傾けることができるので、低周波数にある雑音エネルギーが小さいときにスペクトル分析器２７０を選択的に不能状態にすることができる。また、雑音周波数スペクトルの重要な部分がより低い周波数にあるとき、或る処理能力を犠牲にするとしても、より急な濾波傾斜を応用することができる。この付加的な処理要求は依然としてかなり小さい。前記説明から明らかなように、本発明の適応雑音フィルタ・システムは簡単にかつＤＳＰでの計算をそれ程増大することなく実施される。例えば「スペクトル減算(spectral subtraction)」等の、雑音を低減するより複雑な方法では、データ及びプログラム・コードの記憶のために計算関連の数１００万命令／秒(ＭＩＰＳ：million instructions per second)及び大量のメモリが必要とされる。これと比較すると、本発明は、やはり一層の音声歪をもたらす「スペクトル減算」アルゴリズムに対して要求されるＭＩＰＳ及びメモリの僅か何分の１かの使用によって実施することができる。メモリを減らすことによってＤＳＰ集積回路の寸法が低減され、ＭＩＰＳを減らすことによって消費電力が低減される。これらの寄与の双方共、バッテリー給電式の可搬式／移動式無線電話に対して望ましい。以上、この発明を特に好ましい実施例を参照して示しかつ説明したが、この発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、ＤＳＰはフレーム・エネルギー推定器２１０、雑音推定器２３０、音声検出器２４０、フィルタ・セレクタ２３５及びフィルタ回路２６５の各機能を実行するものとして開示したが、これらの諸機能は他のデジタル及び／又はアナログ構成装置を使用して実施することができる。また、適応濾波システム１００は、フィルタ回路１１５が雑音推定量及び雑音プロファイル推定量双方の関数として調整されるところで実施することができる。この発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形式及び細部における種々の変更を行い得ることが当業者によって了知されよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年８月２８日【補正内容】明細書音声信号を適応的に濾波して雑音のある環境条件での音声了解度を高めるシステム発明の分野本発明は雑音低域システムに関し、特に、可搬式デジタル無線電話に用いる適応音声了解度向上システムに関する。発明の背景セルラー電話産業は、米国においてもまた世界の他の諸国においても商業運用上長足の進歩をしてきた。変化する騒音に加えて、ユーザと移動電話の間のこの増大した距離によって、雑音が移動電話に入力される音声信号の総合パワースペクトルエネルギーの相当な部分となり得る。欧州特許第０６４５７５６号、欧州特許第０５５８３１２号、欧州特許第０６６５５３０号、***国特許第４０１２３４９号、米国特許第４，８１１，４０４号、第４，４６１，０２５号、及び第５，２５１，２６３号に含まれる従来技術の開示は全て、好ましくない信号成分を濾波する方法を開示している。理論的には、種々の信号処理アルゴリズムは、ＶＳＥＬＰコード化背景雑音を濾波するデジタル信号プロセッサを使用して実施することができよう。しかしながら、これらの解法はしばしば、貴重な処理時間、メモリ空間、及び消費電力を消費する、１秒当り実行される数百万の指令（ＭＩＰＳ）によって測定される、重大なデジタル信号処理のオーバーヘッドを要求する。しかしながら、これらの信号処理のリソースのおのおのは、可搬式無線電話においては制限されている。従って、ＤＳＰの処理負担を単に増大することは、ＶＳＥＬＰコード化及び他の型式の背景雑音を最小化するための最適の解法ではない。発明の概要本発明は、コード化された音声の品質に及ぼす如何なる負の影響をも最小化すると共に、デジタル信号プロセッサのリソースの如何なる増大される枯渇をも最小化しながら、コード化された背景雑音の望ましくない寄与を低減する適応雑音低域システムを提供する。本発明の方法及びシステムは、デジタル化された音声信号のフレームをフィルタ回路に通すことによって、デジタル化された音声信号における音声の了解度を増大するものである。これらの従来技術のフィルタは、バッタワース(Butterworth)、チェビシェフ(Ch ebyshev)（チェビシェフ(Tschebyscheff)）またはだ円フィルタ等のアイ・アイ・アール（ＩＩＲ）フィルタを含んでいる。ＩＩＲフィルタはＦＩＲフィルタより好ましいが、ＦＩＲフィルタも処理要求が低いので使用することもできる。濾波された信号は、濾波された信号のビット伝送速度を圧縮するのに使用されるボイス・コーダ１２０によって処理される。好ましい実施例において、ボイス・コーダ１２０は、音声信号をコード化するのにベクトル・ソースブック励起式線形予測コード化(ＶＳＥＬＰ：vector sourcebook excited linear predictive coding)を使用する。コード励起式線形予測（ＣＥＬＰ：code excited linear predictive）コード化、残余パルス励起式線形予測（ＲＰＥ−ＬＴＰ：residual pulse excited linear predictive）コード化、改良式多帯域励起式（ＩＭＢＥ：improved multiband excited）コード化等の他の音声コード化技術及びアルゴリズムを使用することができる。音声コード化の前に本発明に従って音声信号の各フレームを濾波することによって、背景雑音が最小化され、このことは復元されるときに音声中の如何なる望ましくない雑音効果をも実質的に低減する。このことはまた音声が低周波数雑音に消されることを防止する。図３と関連して説明したデジタル信号プロセッサ２００は、例えば、無線電気通信システムに使用されるデジタル可搬式／移動式無線電話のトランシーバに使用することができる。図４はセルラー電気通信ネットワークに使用し得る１つのこの種のデジタル無線トランシーバを図示している。音声及び背景雑音を含む音声信号は、マイクロフォン４００にて、応用特定集積回路(ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit)であることが好ましい符復号器(codec：coder-decoder)４０２に入力される。マイクロフォン４００にて検出される帯域制限音声信号は、１秒当り８，０００サンプルの割合で符復号器４０２によってサンプル化されて、フレームにブロック化される。従って、各２０ミリ秒のフレームは、１６０個のサンプルを含んでいる。これらのサンプルは量子化され、１４ビットの線形ＰＣＭ等のコード化デジタル形式に変換される。一旦、現在のフレームの１６０個のサンプルのデジタル化音声がオンチップＲＡＭ２０２の送信ＤＳＰ２００に記憶されると、この送信ＤＳＰ２００は図３に関連して前述したように、ＶＳＥＬＰアルゴリズムに従って、チャンネルコード化機能、フレーム・エネルギー推定、雑音推定、音声検出、ＦＦＴ、フィルタ機能、及びデジタル音声コード化／圧縮を実行する。監視マイクロプロセッサ４３２は、図４に示すトランシーバ中の全ての構成要素の全動作を制御する。送信ＤＳＰ２００によって発生された濾波されたＰＣＭデータストリームは、直交変調及び送信のためにもたらされる。このために、ＡＳＩＣゲートアレイ４０４は、ＤＳＰ２００からの濾波されたＰＣＭデータストリームに基づいて、同相（Ｉ）及び直交（Ｑ）チャンネルの情報を発生する。例えば「スペクトル減算（spectral subtraction）」等の、雑音を低減するより複雑な方法では、データ及びプログラム・コードの記憶のために計算関連の数１００万命令／秒(ＭＩＰＳ：million instructions per second)及び大量のメモリが必要とされる。これと比較すると、本発明は、やはり一層の音声歪をもたらす「スペクトル減算」アルゴリズムに対して要求されるＭＩＰＳ及びメモリの僅か何分の１かの使用によって実施することができる。メモリを減らすことによってＤＳＰ集積回路の寸法が低減され、ＭＩＰＳを減らすことによって消費電力が低減される。これらの寄与の双方共、バッテリー給電式の可搬式／移動式無線電話に対して望ましい。以上、この発明を特に好ましい実施例を参照して示しかつ説明したが、この発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、ＤＳＰはフレーム・エネルギー推定器２１０、雑音推定器２３０、音声検出器２４０、フィルタ・セレクタ２３５及びフィルタ回路２６５の各機能を実行するものとして開示したが、これらの諸機能は他のデジタル及び／又はアナログ構成装置を使用して実施することができる。また、適応濾波システム１００は、フィルタ回路１１５が雑音推定量及び雑音プロファイル推定量双方の関数として調整されるところで実施することができる。請求の範囲１．送信機で受信される音声信号であって、音声成分及び雑音成分から交互に構成されて音声成分及び雑音成分が混在する前記音声信号を表わし、複数の連続したフレームから構成されるデジタル信号のフレームを選択的に変更する方法において、前記デジタル信号のフレームのエネルギーレベル（５０５）を推定する段階と、前記推量する段階の際に行われる推定に応じて、前記デジタル信号の前記フレームが音声成分を含むか否かを決定する段階（５３５）と、前記決定する段階の際に音声成分が前記フレームの一部分を構成しないと決定されるとき、前の雑音推定量及び前記推定する段階の際に推定された前記エネルギーレベルの関数として雑音推定量を更新する段階と、雑音推定量のレベルに対してインデックスされるフィルタ特性を有するルックアップテーブルでの入力をアクセスする段階（５７２）であって、該アクセスされる入力が前記更新する段階の際に更新された前記雑音推定値に対応してなる前記段階と、フィルタによって示すべきフィルタ回路のフィルタ特性を選択する段階（５７４）であって、前記フィルタ特性が前記アクセスする段階の際にアクセスされる前記入力の前記記憶されたフィルタ特性に応じて選択されてなる前記段階と、前記フィルタ回路のフィルタ特性を示す前記フィルタで前記デジタルデータの前記フレームを濾波すること（５７６）によって、前記フィルタ回路のフィルタ特性に応じて前記デジタルデータの前記フレームを変更する段階と、から構成され、ステップ・バイ・ステップ式に実行され相互に作用する各段階によって特徴づけられる前記方法。２．請求項１記載の方法において、前記デジタルデータの前記フレームが前記音声成分を含まないと決定される場合、前記デジタル信号の前記フレームの雑音プロファイル推定量を決定する付加的な介在段階（６００）によって更に特徴づけられる前記方法。３．請求項２記載の方法において、前記雑音プロファイル推定量を決定する前記段階（６００）の際に決定される前記雑音プロファイル推定量を前記更新する段階の際に使用して、前記雑音推定量を更新することを特徴とする前記方法。４．請求項１記載の方法において、前記アクセスする段階の際にアクセスされる前記ルックアップテーブルは、複数の入力（Ｃ１〜ＣＮ，Ｆ４〜ＦＮ）によって特徴づけられ、該複数の入力のおのおのは個別のフィルタ特性を含んでいることを特徴とする前記方法。５．請求項４記載の方法において、前記ルックアップテーブルの前記複数の入力の前記個別のフィルタ特性は、おのおのが個別のカットオフ周波数（Ｆ１ｃ，Ｆ２ｃ，Ｆ３ｃ，Ｆ４ｃ）によって規定される個別の高域通過フィルタ特性を含んでいることを特徴とする前記方法。６．請求項４記載の方法において、前記ルックアップテーブルの前記複数の入力の前記個別のフィルタ特性は、おのおのが個別の周波数応答曲線の傾斜（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）によって規定される個別の高域通過フィルタ特性を含んでいることを特徴とする前記方法。７．請求項１記載の方法において、カウンター値を増分して、エネルギーレベルが前記推定する段階の際に推定される各フレームをカウントする更なる段階によって特徴づけられる前記方法。８．請求項７記載の方法において、前記フィルタ回路のフィルタ特性を選択する前記段階は、前記カウンター値がＮ回（Ｎは１より大きい整数値を形成する）毎に増分されるときに実行されることを特徴とする前記方法。９．送信機で受信される音声信号であって、音声成分及び雑音成分から交互に構成されて音声成分及び雑音成分が混在する前記音声信号を表わし、複数の連続したフレームから構成されるデジタル信号のフレームを選択的に変更する装置（１００；２００）において、前記デジタル信号のフレームの各指示を受信するように結合され、前記デジタル信号の前記フレームのエネルギーレベルを推定するエネルギーレベル推定器（２１０）と、前記エネルギーレベル推定器に結合された音声検出器（２４０）であって、前記デジタル信号の前記フレームが音声成分を含むか否かを決定する前記音声成分決定器と、音声成分が前記音声成分決定器によって前記フレームの一部分を形成しないと決定されたときに動作可能であって、前の雑音推定量及び前記推定器によって推定された前記エネルギーレベルの関数として雑音推定量を更新する雑音推定器（２３０）と、おのおのが雑音推定量の各レベルに対してインデックスされる複数の入力を含むルックアップテーブル（図１２）であって、該ルックアップテーブルの入力が前記雑音推定器によって形成された雑音推定量に応じてアクセスされてなる前記ルックアップテーブルと、前記デジタルデータの前記フレームを受信するように結合されるフィルタ（２６５）であって、該フィルタは選択可能なフィルタ回路のフィルタ特性を示し、前記フィルタの前記フィルタ回路のフィルタ特性の選択は、前記雑音推定器によって更新される前記雑音推定量に応じてアクセスされる前記ルックアップテーブルの前記入力に応じて決定されてなる前記フィルタと、によって特徴づけられる前記装置。 10．請求項９記載の装置（１００；２００）において、前記デジタルデータの前記フレームが前記音声成分決定器によって前記音声成分を含んでいないと決定された場合、前記デジタルデータの前記フレームの雑音プロファイル推定量を決定する雑音プロファイル推定器（２７０）によって更に特徴づけられる前記装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ【要約の続き】る。現在のフレームに対する雑音プロファイル推定量は、音声検出の関数として決定され、基準雑音プロファイルと比較される。この比較に基づいて、フィルタ回路は適応的に調整される。

Claims

【特許請求の範囲】１．音声信号中の音声の了解度を増大する方法において、音声情報及び背景雑音を含むデジタル化された音声信号のフレームを受信する段階と、現在のフレームが音声情報を含んでいるか否かを検出する段階と、音声の前記検出の関数として前記現在のフレームに対する前記背景雑音に対応する雑音推定量を決定する段階と、前記雑音推定量に対応するフィルタ制御信号をフィルタ回路に出力する段階と、前記フィルタ制御信号に応答して、音声を濾波するための周波数応答曲線を示すように前記フィルタ回路を調整する段階と、推定された背景雑音の関数として現在のフレームを濾波するために、前記フィルタ回路を前記現在のフレームに応用する段階と、を具備したことを特徴とする前記方法。２．請求項１記載の方法において、音声の高周波数領域内にある音声の選択された部分を通すと共に、音声の低周波数領域内にある音声の選択された部分を抽出するための高域通過周波数応答曲線を示すように、前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記方法。３．請求項１記載の方法において、現在のフレームが音声を含んでいるか否かを検出する前記段階が、前記現在のフレームのエネルギーを決定することと、該決定されたフレーム・エネルギーを前記雑音推定量及び音声しきい値の和と比較することを含み、前記決定されたフレーム・エネルギーが前記雑音推定量及び前記音声しきい値の和を超えたとき、音声が検出されることを特徴とする前記方法。４．請求項１記載の方法において、前記雑音推定量は、音声情報を有していないと決定された複数の受信フレームに対して検出された前記背景雑音の平均であることを特徴とする前記方法。５．請求項１記載の方法において、前記フィルタ回路を調整する前記段階は更に、前記雑音推定量が増加するにつれて、音声に対して低周波数領域にある背景雑音のより大部分を前記現在のフレームから抽出するように、前記フィルタ回路を調整することを含むことを特徴とする前記方法。６．請求項５記載の方法において、前記フィルタ回路を調整する前記段階は更に、前記計算された雑音推定量が増大するにつれて、より高いカットオフ周波数を有する周波数応答曲線を示すように、前記フィルタ回路を調整することを含むことを特徴とする前記方法。７．請求項５記載の方法において、前記フィルタ回路を調整する前記段階は更に、前記計算された雑音推定量が増大するにつれて、より急な傾斜を有する周波数応答曲線を示すように、前記フィルタ回路を調整することを含むことを特徴とする前記方法。８．請求項１記載の方法において、前記現在のフレームに対する前記雑音推定量が所定の基準雑音推定量を超えるとき、前記現在のフレームの前記音声情報の全てを実質的に通る選択された周波数応答曲線を示すように、前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記方法。９．請求項１記載の方法において、前記フィルタ回路を選択的に調整する前記段階は、Ｎ個（Ｎは１より大きい整数）の連続したフレームに渡って最大１回前記フィルタ回路を調整することを含むことを特徴とする前記方法。 10．音声及び背景雑音を含むデジタル化された音声信号の受信フレーム中の雑音を低減する装置において、ａ）フィルタ制御回路であって、ｉ）前記デジタル化された信号のフレームのエネルギーレベルを検出すると共に、該検出されたエネルギーレベルに対応するフレーム・エネルギー出力を発生するエネルギーレベル検出器、 ii）前記エネルギーレベル検出器に接続されて、前記デジタル化された音声のフレーム中の音声の有無を検出すると共に、音声を含むフレームまたは背景雑音フレームとしてフレームを同定する音声指示信号を出力する音声検出器、 iii）前記エネルギーレベル検出器及び前記音声検出器に接続されて、前記エネルギーレベル出力及び前記音声指示信号の関数として前記フレームに対する雑音推定量を決定する雑音推定器、及び iv）雑音推定量に対応するフィルタ制御信号を発生するフィルタ・セレクタ、を備えた前記フィルタ制御回路と、ｂ）前記フィルタ制御回路に接続されて、前記雑音推定量の関数として前記受信されたフレームを濾波する高域フィルタ回路と、を具備したことを特徴とする前記装置。 11．請求項１０記載の装置において、前記フィルタ回路が、音声の高周波数領域内にある音声の選択された部分を通すと共に、音声の低周波数領域内にある音声の選択された部分を抽出する高域通過周波数応答曲線を示すことを特徴とする前記装置。 12．請求項１０記載の装置において、前記音声検出器が、前記決定されたフレームエネルギーを前記雑音推定量及び音声しきい値の和と比較することによって、フレーム中の音声を検出し、前記決定されたフレームエネルギーが前記雑音推定量及び前記音声しきい値の和を超えたときに、音声を検出することを特徴とする前記装置。 13．請求項１０記載の装置において、前記雑音推定量が、音声情報を有していないと決定された複数の受信フレームに対して検出された背景雑音の平均に対応することを特徴とする前記装置。 14．請求項１０記載の装置において、前記雑音推定量が増大するにつれて、音声の低周波数領域にある背景雑音のより大部分を現在のフレームから抽出するように、前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記装置。 15．請求項１４記載の装置において、前記計算された雑音推定量が増大するにつれて、より高いカットオフ周波数を有する周波数応答曲線を示すように、前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記装置。 16．請求項１４記載の装置において、前記計算された雑音推定量が増大するにつれて、より急な傾斜を有する周波数応答曲線を示すように前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記装置。 17．請求項１０記載の装置において、現在のフレームに対する前記雑音推定量が所定の基準雑音推定量を下回るとき、現在のフレームの全ての音声情報を実質的に通す選択された周波数応答曲線を示すように、前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記装置。 18．請求項１０記載の装置において、Ｎ個（Ｎは１より大きい整数）の連続したフレームに渡って最大１回前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記装置。 19．可搬式無線トランシーバがＲＦチャンネルを通して通信する電気通信システムにおいて、各トランシーバが、アンテナと、前記アンテナを介しＲＦチャンネルを通して受信された無線信号をアナログ無線信号に変換する受信機と、送信機と、を具備し、該送信機が、アナログ音声信号を音声及び背景雑音を含むデジタル化された音声情報のフレームにデジタル化する符復号器と、受信されたフレーム中の音声を検出し、音声を検出する関数である雑音推定量を発生し、かつ現在のフレームに対する計算された背景雑音の関数として現在のフレームから背景雑音を濾波するデジタル信号プロセッサと、を備えてなることを特徴とする前記システム。 20．請求項１９記載の装置において、音声の高周波数領域にある音声の選択された部分を通すと共に、音声の低周波数領域にある音声の選択された部分を抽出することによって、前記背景雑音を濾波することを特徴とする前記装置。 21．請求項２０記載の装置において、前記雑音推定量が増大するにつれて、音声に対する低周波数領域にある背景雑音のより大部分を現在のフレームから抽出することによって、前記デジタル信号プロセッサが前記背景雑音を調整可能に濾波することを特徴とする前記装置。 22．音声信号中の音声の了解度を増大する方法において、背景雑音及び音声情報を含むデジタル化された音声信号のフレームを受信する段階と、現在のフレームが音声情報を含んでいるか否かを検出する段階と、音声の検出の関数である前記現在のフレームに対する雑音プロファイル推定量を決定する段階であって、該雑音プロファイル推定量が、音声の所定周波数領域内にある複数の周波数の複数の雑音エネルギー推定量を含んでなる前記段階と、前記雑音プロファイル推定量の前記雑音エネルギー推定量を、前記雑音エネルギー推定量の前記周波数に対応する周波数の複数のエネルギーしきい値を有する基準雑音プロファイルと比較する段階と、前記雑音プロファイル推定量及び前記基準雑音プロファイルの間の前記比較の関数としてフィルタ制御信号を発生する段階と、前記フィルタ制御信号に応じて、選択された高域通過周波数応答曲線を示すように前記フィルタ回路を調整する段階と、前記フィルタ回路を前記現在のフレームに適用して、前記基準雑音プロファイルに対する前記雑音プロファイル推定量の前記比較の関数である前記現在のフレームを濾波するようにした段階と、を具備したことを特徴とする前記方法。 23．請求項２２記載の方法において、連続的なより高周波数の雑音エネルギー推定量が前記基準雑音プロファイルでのそれらの対応するエネルギーしきい値を超えるにつれて、増大する量の低周波数エネルギーを抽出するように前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記方法。 24．請求項２３記載の方法において、前記フィルタ回路を調整する前記段階は更に、連続的なより高い周波数の雑音エネルギー推定量が前記基準雑音プロファイルでのそれらの対応するエネルギーしきい値を超えるにつれて、より高いカットオフ周波数を有する周波数応答曲線を示すように、前記フィルタ回路を調整することを含むことを特徴とする前記方法。 25．請求項２２記載の方法において、前記雑音推定量が、何ら音声情報を有しないと決定された複数の受信フレームに対して検出された前記背景雑音の平均であることを特徴とする前記方法。 26．請求項２２記載の方法において、前記フィルタ回路を選択的に調整する前記段階は、Ｎ個（Ｎは１より大きい整数）の連続したフレームに渡って最大１回前記フィルタ回路を調整することを含むことを特徴とする前記方法。 27．音声及び背景雑音を含むデジタル化された音声信号の受信フレーム中の雑音を低減する装置において、ａ）フィルタ制御回路であって、ｉ）デジタル化された信号の各フレームの各エネルギーレベルを検出すると共に、該検出されたエネルギーレベルに対応するフレームエネルギー出力を発生するエネルギーレベル検出器、 ii）前記エネルギーレベル検出器に接続されて、デジタル化された音声の各フレーム中の音声の有無を検出すると共に、音声を含むフレームまたは背景雑音フレームとしてフレームを同定する音声指示信号を出力する音声検出器、 iii）前記音声検出器に接続されて、音声の検出の関数として現在のフレームに対する雑音プロファイル推定量を決定するスペクトル分析器であって、前記雑音プロファイル推定量が音声の所定の周波数領域内にある複数の周波数での複数の雑音エネルギー推定量を含み、前記スペクトル比較器が前記雑音プロファイル推定量の前記雑音エネルギー推定量を前記雑音エネルギー推定量の前記周波数に対応する周波数での複数のエネルギーしきい値を有する基準雑音プロファイルと比較してなる前記スペクトル分析器、及び iv）前記雑音プロファイル推定量及び前記基準雑音プロファイル間の前記比較の関数としてフィルタ制御信号を発生するフィルタ・セレクタ、を備えた前記フィルタ制御回路と、ｂ）前記フィルタ制御回路に接続されて、前記雑音プロファイル推定量及び前記基準雑音プロファイル間の前記比較の関数として前記受信フレームを濾波する高域通過フィルタ回路と、を具備したことを特徴とする前記装置。 28．請求項２７記載の装置において、連続的なより高周波数の雑音エネルギー推定量が前記基準雑音プロファイルでのそれらの対応するエネルギーしきい値を超えるにつれて、増大する量の低周波数エネルギーを抽出するように、前記フィルタ回路を調整することを特徴とする前記装置。 29．請求項２８記載の装置において、前記フィルタ回路を調整する前記段階が更に、連続的なより高い周波数の雑音エネルギー推定量が前記基準雑音プロファイルでのそれらの対応するエネルギーしきい値を超えるにつれて、より高いカットオフ周波数を有する周波数応答曲線を示すように前記フィルタ回路を調整することを含むことを特徴とする前記装置。 30．請求項２７記載の装置において、前記雑音推定量が、何ら音声情報を含まないと決定された複数の受信フレームに対して検出された前記背景雑音の平均であることを特徴とする前記装置。 31．請求項２７記載の方法において、前記フィルタ回路が、Ｎ個（Ｎは１より大きい整数）の連続したフレームに渡って最大１回調整されることを特徴とする前記装置。 32．可搬式無線トランシーバがＲＦチャンネルを通して通信する電気通信システムにおいて、各トランシーバが、アンテナと、前記アンテナを介しＲＦチャンネルを通して受信された無線信号をアナログ音声信号に変換する受信機と、送信機と、を具備し、該送信機が、アナログ音声信号を音声及び背景雑音を含むデジタル化された音声情報のフレームにデジタル化する符復号器、及び前記受信フレーム中の音声を検出し、音声を検出する関数として雑音プロファイル推定量を発生し、かつ現在のフレームに対する前記計算された雑音プロファイル推定量の関数として前記現在のフレームから背景雑音を濾波するデジタル信号プロセッサを備えたことを特徴とする前記システム。