JP2001069200A - 入力レベル調整回路及び音声通信端末装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通信端末での入力レベルを自動的に調整でき
る入力レベル調整回路及び音声通信端末装置を提供す
る。 【解決手段】 音声信号を入力するマイク１、マイク１
を介して入力された音声信号のレベルを増幅させる増幅
器２、増幅器２により増幅させた音声信号をディジタル
信号に変換するアナログディジタル変換器３、アナログ
ディジタル変換器３からの出力信号を符号化する音声符
号化器４、アナログディジタル変換器３からの出力が音
声信号であるか否かを判定すると共に信号レベルを検出
して音声有無情報と信号レベル情報を出力する音声検出
器７、増幅器２のゲイン調整を設定するためのスイッチ
５、スイッチ５によりゲイン調整が設定され、音声検出
器７からの音声有無情報が音声信号を示す場合に、当該
音声検出器７からの信号レベル情報に応じて上記増幅器
２のゲインを調整する制御器８を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有線通信および無
線通信で使用する入力レベル調整回路及びそれを搭載し
た音声通信端末装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＰＨＳや携帯電話の普及率が急激
に増してきており、いつでもどこでも誰とでも会話をで
きるようになってきたが、それに伴い使用するマナーの
問題がでてきている。電車バスなどの交通機関や人の集
まる場所等での使用は、呼出音が第三者に不快感を与え
る。また、その場にいない相手と話しているため声の大
きさに気遣うことを忘れがちになり、会話の片方だけ聞
こえてくる状態がまた第三者に不快感を与えてしまう。

【０００３】呼出音の方は端末自体が振動する機能で回
避できてきている。また、会話の方は一般的にマナーモ
ードと呼ばれる外部スイッチを設け、スイッチをオンに
することで小声で話をした場合でも端末の入力レベルを
上げることで相手の音声出力レベルを確保している。

【０００４】図９はこの種の従来の入力レベル調整回路
の構成を示すブロック図である。図９において、１は音
声信号を入力するマイク、２はマイク１を介して入力さ
れた音声信号を増幅する増幅器、３は増幅器２により増
幅されたアナログ音声信号をディジタル信号に変換する
アナログディジタル変換器（図面ではＡＤＣと表記す
る）、４はアナログディジタル変換器３から出力される
ディジタル音声信号を符号化する音声符号化器である。
また、５はスイッチ、６はスイッチ５の動作により増幅
器２のゲインを上げるように制御する制御器である。

【０００５】次に動作について説明する。音声はマイク
１から取り込まれ、増幅器２により増幅され、アナログ
ディジタル変換器３にてディジタル信号に変換される。
ディジタル信号に変換された音声信号は、音声符号化器
４により定められたアルゴリズムにより符号化され、音
声通信端末システムに出力される。使用状況により音声
を下げて使用する状況になったとき、スイッチ５を押す
ことにより、制御器６が増幅器２のゲインをある定めら
れた量増すことで、会話の相手方に聞こえる出力音声の
レベルを上げる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のレベル調整回路においては、スイッチ５を押す
ことで制御器６により増幅器２のゲインを増加させて会
話の相手方に聞こえる出力音声のレベルを上げることが
できるが、相手側端末での入力レベルが固定されている
ため、場合により相手側に受話音量の操作をさせてしま
うこともあり、また、ゲインを安易に上げると背景雑音
を増幅して伝送してしまうという、問題点があった。

【０００７】本発明の目的は、上述した点に鑑みてなさ
れたもので、ＰＨＳや携帯電話等のさまざまな使用状況
に対応するため、ユーザーの音声のレベルに対して相手
に出力される出力音声を一定に保てるように通信端末で
の入力レベルを自動的に調整できる入力レベル調整回路
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る入力レベル
調整回路は、音声信号を入力するマイクと、上記マイク
を介して入力された音声信号のレベルを増幅させる増幅
器と、上記増幅器により増幅させた音声信号をディジタ
ル信号に変換するアナログディジタル変換器と、上記ア
ナログディジタル変換器からの出力信号を符号化する音
声符号化器と、上記アナログディジタル変換器からの出
力が音声信号であるか否かを判定すると共に信号レベル
を検出して音声有無情報と信号レベル情報を出力する音
声検出器と、上記増幅器のゲイン調整を設定するための
スイッチと、上記スイッチによりゲイン調整が設定さ
れ、上記音声検出器からの音声有無情報が音声信号を示
す場合に、当該音声検出器からの信号レベル情報に応じ
て上記増幅器のゲインを調整する制御器とを備えたもの
である。また、本発明に係る音声通信端末装置は、上記
の入力レベル調整回路を搭載しているものである。

【０００９】なお、上記音声検出器は、上記アナログデ
ィジタル変換器によりディジタル化された音声信号を所
定サンプル数のフレーム単位で自己相関処理し自己相関
係数を出力する自己相関器と、上記自己相関器からの自
己相関係数に基づいて０次の自己相関係数値と当該サン
プル数内で０次を除く自己相関値から最大値を求め最大
係数値とを出力するピッチ検出器と、上記ピッチ検出器
からの０次の自己相関係数値を平均化して信号レベル情
報として出力する平均回路と、上記ピッチ検出器からの
０次の自己相関係数値に定数を乗算した値を有音・無音
判定のしきい値とし、当該しきい値と上記ピッチ検出器
からの最大計数値とを比較して、最大計数値がしきい値
以上のときは有音、最大計数値がしきい値未満のときは
無音として判定し音声有無情報を出力する有音・無音判
定器とを備えるように構成することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
レベル調整回路の構成を示すブロック図である。図１に
おいて、図９に示す従来例と同一部分は同一符号を付し
てその説明は省略する。新たな符号として、７はアナロ
グディジタル変換器３からの出力が音声信号であるか否
かを判定すると共に信号レベルを検出して音声有無情報
と入力信号レベル情報を出力する音声検出器、８はスイ
ッチ５によりゲイン調整が設定され、上記音声検出器７
からの音声有無情報が音声信号を示す場合に、当該音声
検出器７からの入力信号レベル情報に応じて増幅器２の
ゲインを調整する制御器である。

【００１１】次いで、上記構成に係る動作について説明
する。マイク１から入力された音声信号は、増幅器２で
増幅され、アナログディジタル変換器３でディジタル信
号へ変換され、音声符号化器４で符号化される。符号化
された音声信号は、図示されない音声通信端末システム
に出力される。

【００１２】音声検出器７は、アナログディジタル変換
器３からのディジタル化した音声信号を入力して、マイ
ク１から入力され信号が音声か否かを判別すると共に、
入力信号のレベルを判断し、音声有無情報と入力信号レ
ベル情報とを出力する。また、スイッチ５は、マイク１
からの入力レベルにより増幅器２のゲインを自動調整さ
れる状態に設定するためのスイッチである。

【００１３】制御器８は、スイッチ５により自動調整状
態に設定されているときに、上記音声検出器７から音声
信号であると判別された音声有無情報が入力された場合
に、当該音声検出器７からの入力信号レベル情報に応じ
て増幅器２のゲインを調整して入力信号の大きさが所定
レベルになるように適切な状態に制御する。このよう
に、増幅器２のゲイン調整に音声有無判定結果を用いる
ことにより、背景雑音のみを増幅させてしまう状態には
ならず、音声信号に対してのみ自動的に適切な調整が可
能になる。

【００１４】ここで、上記音声検出器７の内部構成を図
２に示す。図２に示すように、上記音声検出器７として
は、アナログディジタル変換器３によりディジタル化さ
れた音声信号を所定サンプル数のフレーム単位で自己相
関処理し自己相関係数を出力する自己相関器７１と、自
己相関器７１からの自己相関係数に基づいて０次の自己
相関係数値と当該サンプル数内で０次を除く自己相関値
から最大値を求め最大係数値とを出力するピッチ検出器
７２と、ピッチ検出器７２からの０次の自己相関係数値
を平均化して信号レベル情報として出力する平均回路７
３と、ピッチ検出器７２からの０次の自己相関係数値に
定数を乗算した値を有音・無音判定のしきい値とし、当
該しきい値とピッチ検出器７２からの最大計数値とを比
較して、最大計数値がしきい値以上のときは有音、最大
計数値がしきい値未満のときは無音として判定し音声有
無情報を出力する有音・無音判定器７４とを備えてい
る。

【００１５】次いで、図２に示す音声検出器７の動作に
ついて説明する。自己相関器７１は、アナログディジタ
ル変換器３によりディジタル化された音声信号を所定サ
ンプル数のフレーム単位で自己相関処理し自己相関係数
を出力する。その自己相関係数はピッチ検出器７２に入
力され、ピッチ検出器７２で０次を除くある特定次数間
で最大係数値の検出がなされる。ここで、最大係数値を
持つ次数値はピッチ周期であり、人間の音声（母音）の
特長である。検出後の０次の自己相関係数値と検出した
最大係数値は有音・無音判定器７４に出力されると共
に、０次の自己相関係数値は平均回路７３に出力され
る。

【００１６】上記ピッチ検出器７２からの０次の自己相
関値は、平均回路７３で特定回数の平均がされる。入力
音声のレベルにより０次の自己相関値の値も変化するた
め、その平均された値を入力信号レベル情報として出力
することで、瞬時のレベル変化には左右されない安定し
た情報として扱うことができる。

【００１７】この処理とは別に、０次の自己相関係数
は、有音・無音定器７４である定められた定数と乗算さ
れ、乗算された値が有音・無音判定のしきい値とする。
有音・無音定器７４は、そのしきい値と上記ピッチ検出
器７２からの最大係数値とを比較し、しきい値以上のも
のを有音、しきい値未満のものを無音と判定し、ある特
定回の判定結果を基に有音・無音情報として出力する。

【００１８】次に、図３に示す自己相関器７１の各構成
要素について説明する。図３は上記自己相関器７１の内
部構成を示すブロック図である。図３において、７１ａ
はディジタル化された音声信号を複数サンプル格納する
メモリ、７１ｂはメモリ７１ａと同様のメモリである
が、クロック生成回路７１ｃのクロックよりサンプルデ
ータをシフトして出力する遅延回路、７１ｃは遅延回路
７１ｂのシフト動作タイミングクロックを生成するクロ
ック生成回路、７１ｄはメモリ７１ａの出力と遅延回路
７１ｂの出力とを乗算処理し合成回路７１ｅに出力する
乗算器、７１ｅは３−４の乗算器の出力を合成し出力す
る合成回路である。

【００１９】次いで、図３に示す自己相関器７１の動作
について説明する。人間の音声のピッチ検出は、一般
に、２０ｍｓｅｃ、周期（５０Ｈｚ）から２．５ｍｓｅ
ｃ、周期（４００Ｈｚ）の間で検出する。ここでは、一
例として、この範囲を検出するために、図１のアナログ
ディジタル変換器３のサンプリング周波数を８ｋＨｚと
した３２０サンプル（４０ｍｓｅｃ）を１フレームとし
て処理を行うとする。このフレームで、２０次（１／８
０００Ｈｚ×２０＝２．５ｍｓｅｃ）から１６０次（１
／８０００Ｈｚ×１６０＝２０ｍｓｅｃ）までの自己相
関をとれば、上記周期の検出範囲を満足する。

【００２０】アナログディジタル変換器３からのディジ
タル化（８ｋＨｚでサンプリングされたデータ、以下サ
ンプルデータと称す）された音声信号の３２０サンプル
は、メモリ７１ａに及び遅延回路７１ｂに格納される。
メモリ７１ａから出力される３２０のサンプルデータ
（ＢＤｌ〜ＢＤ３２０）と、遅延回路７１ｂの出力サン
プル信号（ＷＤ１〜ＷＤ３２０）をクロック生成回路７
１ｃで生成されるクロックのタイミングで１サンプルず
つシフトを行った出力とを、乗算器７１ｄで１サンプル
シフト毎に乗算し、その乗算出力（ＧＡ１〜ＧＡ３２
０）が合成回路７１ｅに出力される。ここで、クロック
の周波数は、サンプリング周波数より十分早いものと
し、１サンプル時間内に求めた範囲である１６０サンプ
ルデータ分のシフトは完了する。乗算器７１ｄの乗算出
力（ＧＡ１〜ＧＡ３２０）は、１サンプルシフト毎に合
成され、合成回路７１ｅの合成出力として出力される。

【００２１】ここで、出力される合成出力を自己相関係
数と呼び、シフト前の合成出力を０次の自己相関係数
値、１サンプルシフト（遅延）毎に、合成出力を２次、
３次、・・・、ｎ−１次、ｎ次の自己相関係数値と呼
ぶ。ここでは、一例として０次から１６０次までの自己
相関係数値を扱うものとする。

【００２２】図４は図３の乗算器７１ｄの入力状態を示
すものである。図示されるように、シフト０（遅延０）
からはじまり、１サンプルずつシフト（遅延）され乗算
される。また、図５は乗算結果（自己相関係数）を取り
出すタイミングを示す。図５に示すように、遅延回路７
１ｂのシフトタイミングに合わせて自己相関係数と取り
出していく。

【００２３】次に、図６は上記ピッチ検出器７２の内部
構成を示すブロック図である。図６において、７２ａは
メモリ７２ｂの入力を切り替える切替スイッチ、７２ｂ
は自己相関係数値をストアするメモリ、７２ｃはメモリ
７２ｂからの出力を切り替える切替スイッチ、７２ｄは
比較器、７２ｅはメモリである。

【００２４】次いで、図６に示すピッチ検出器７２の動
作について説明する。人間の音声の有声音には、ピッチ
周期という同じ波形を繰り返す特長を持つ。この周期を
自己相関係数値のピーク（ある一定おきに高い値が現れ
る）の周期（間隔）により確認できる。このため、０次
の自己相関係数値と検出範囲で次に大きい値のピークと
の間隔がピッチ周期となる無声音や白色雑音の場合、同
じ波形が繰り返すような特長がみられないため、ピーク
値には周期をあらわすような傾向が現れない。

【００２５】自己相関器７１から入力される自己相関係
数値は、切替スイッチ７２ａによりメモリ７２ｂへの入
力が切り替えられながら０次から順に１６０次まで格納
されていく。まず、０次の自己相関係数値はそのまま出
力される。２０次から１６０次までの自己相関係数値は
切替スイッチ７２ｃによりメモリ７２ｂの出力を順次切
り替えることにより、比較器７２ｄに入力される。

【００２６】比較器７２ｄでは、２０次の自己相関係数
値をメモリ７２ｅに格納して、次々に入力されてくるデ
ータとメモリ７２ｅ内に格納されたデータとの大小比較
を行い、大きい値の係数値をメモリ７２ｅに格納してい
く。この動作を２０次から１６０次まで繰り返すことに
より、この範囲で最も大きい値を最大係数値として出力
する。

【００２７】次に、図７は上記平均回路７３の内部構成
を示すブロック図である。図７において、７３ａはスイ
ッチ７３ａを介してピッチ検出器７２から入力される０
次の自己相関系数値のメモリ７３ｂへの入力を順次切り
替える切替スイッチ、７３ｂは０次の自己相関系数値を
順次格納するメモリ、７３ｃは格納数の平均化を行う平
均回路部である。

【００２８】次いで、図７に示す平均回路７３に係る動
作について説明する。ピッチ検出器７２からの０次の自
己相関係数値は１データ入力されてくる度に切替スイッ
チ７３ａを介してメモリ７３ｂに順次格納されていく。
格納されたデータは、平均回路部７３ｃで格納数の平均
化が行われ、入力信号レベル情報として出力される。

【００２９】ここでは、一例として、平均化数を１０、
１データをＳ（ｔ）とすれば、平均値Ｋａｖは、式
（１）に示すものとなる。

【００３０】

【数１】

【００３１】０次の自己相関係数値は、入力信号レベル
の大きさにより変化するため、この値にしきい値を与え
て比較した結果を、図１に示す制御器８は、入力信号レ
ベル情報として用い、入力信号のレベルを把握する。ま
た、平均を取ることで（ここでは１０フレーム：４０ｍ
ｓｅｃ毎）細かい変動による影響を抑えることができ
る。

【００３２】次に、図８は上記有音・無音判定器７４の
内部構成を示すブロック図である。図８において、７４
ａは上記ピッチ検出器７２から入力される０次の自己相
関係数値に所定の定数を乗算して有音判定のしきい値と
して出力する定数乗算器、７４ｂは上記ピッチ検出器７
２から入力される自己相関係数の最大計数値と上記定数
乗算器７４ａからのしきい値とを比較する比較器、７４
ｃは比較器７４ｂの比較結果のメモリ７４ｄへの入力を
順次切り替える切替スイッチ、７４ｄは比較結果を順次
格納するメモリ、７４ｅは比較結果の多数決判定を行い
音声有無情報を出力する判定器である。

【００３３】次いで、図８に示す有音・無音判定器７４
に係る動作について説明する。有音を確認するために、
得られた自己相関係数の最大ピーク値（最大計数値）
を、０次の自己相関計数値に所定の定数を乗算した値と
比較することで判別を行う。もし、有音であれば、最大
ピーク値もある程度高い値となって現れる。一例とし
て、定数を０．７とし、０次の自己相関係数を０_f、最
大値が検出された次数の自己相関値をＮ_fとすれば、有
音と無音は以下の式（２）により判別される。

【００３４】 有音：Ｎ_f＞０_f×０．７ 無音：Ｎ_f≦０_f×０．７ （２）

【００３５】ピッチ検出器７２からの０次の自己相関計
数値は、定数乗算器７４ａにより所定の定数が乗算さ
れ、有音・無音判定のしきい値として比較器７４ｂに出
力される。比較器７４ｂは、定数乗算器７４ａからのし
きい値とピッチ検出器７２からの最大計数値とを比較す
る。その比較結果は、切替スイッチ７４ｃで比較結果が
出力される毎にメモリ７４ｄへの入力が順次切り替えら
れてメモリ７４ｄに格納される。比較結果は、メモリ７
４ｄのメモリ数分格納されると、判定器７４ｅに出力さ
れ、判定器７４ｅにより、比較結果の多数決判定が行わ
れ、音声有無情報として出力される。ここでは、一例と
して、７／１０回有音と判定されれば、音声有無情報は
音声情報として出力される。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、音声検
出器からの音声有無情報が音声信号を示す場合に、増幅
器のゲインを調整するようにしたので、音声通信端末で
の入力レベルをユーザーの音声のレベルに合わせて調整
でき、使用状況に合わせた会話の音声に自動対応するた
め、その効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るレベル調整回路の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１の音声検出器７の内部構成を示すブロック
図である。

【図３】図２の自己相関器７１の内部構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】図３の乗算器７１ｄの入力状態を示す説明図で
ある。

【図５】図３の乗算器７１ｄの乗算結果（自己相関係
数）を取り出すタイミングを示す説明図である。

【図６】図２のピッチ検出器７２の内部構成を示すブロ
ック図である。

【図７】図２の平均回路７３の内部構成を示すブロック
図である。

【図８】図２の有音・無音判定器７４の内部構成を示す
ブロック図である。

【図９】従来の入力レベル調整回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ マイク ２ 増幅器 ３ アナログディジタル変換器（ＡＤＣ） ４ 音声符号化器 ５ スイッチ ７ 音声検出器 ８ 制御器 ７１ 自己相関器 ７２ ピッチ検出器 ７３ 平均回路 ７４ 有音・無音判定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J100 AA05 AA12 BA01 BB16 BC01 CA12 CA28 DA06 FA01 HA09 JA01 LA10 LA11 QA01 SA01 5K027 AA11 BB03 DD11 DD16 DD18 5K046 AA01 AA05 BA00 BB01 DD01 DD13 DD25 5K060 BB07 CC01 CC04 DD04 HH07 HH39 JJ23 LL01 PP05 5K067 AA21 AA23 BB04 EE02 FF02 FF34

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声信号を入力するマイクと、 上記マイクを介して入力された音声信号のレベルを増幅
   させる増幅器と、 上記増幅器により増幅させた音声信号をディジタル信号
   に変換するアナログディジタル変換器と、 上記アナログディジタル変換器からの出力信号を符号化
   する音声符号化器と、 上記アナログディジタル変換器からの出力が音声信号で
   あるか否かを判定すると共に信号レベルを検出して音声
   有無情報と信号レベル情報を出力する音声検出器と、 上記増幅器のゲイン調整を設定するためのスイッチと、 上記スイッチによりゲイン調整が設定され、上記音声検
   出器からの音声有無情報が音声信号を示す場合に、当該
   音声検出器からの信号レベル情報に応じて上記増幅器の
   ゲインを調整する制御器とを備えた入力レベル調整回
   路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の入力レベル調整回路を
   搭載している音声通信端末装置。