JP2006222668A - ハンズフリーフォン - Google Patents

Abstract

【課題】ハンズフリーフォンにおいて、受話が優先し、受話が終了しない限り送話が出来ず、送話中も、受話信号が入ると、送話がミュートされてしまい、スムーズな会話が出来ずらかった
【解決手段】自装置が送話状態にあるか、受話状態にあるかを判定する通話状態判定手段と、送話状態にあるときには、受話系のゲインを低下させ、受話状態にあるときには、送話系のゲインを低下させるゲインコントローラとを備える構成である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、テレビ電話や自動車電話などで用いられるハンズフリーフォンに関する。

テレビ電話システム等で知られているように、ハンズフリーフォンは、話者から離れて設置され、離れた話者からの音声をマイクロフォンで集音して、通話相手に送信し、通話相手の音声を増幅して受話スピーカを通じて話者に伝達する。
このとき、スピーカ出力音が大きいと、その音がマイクロフォンに回り込み、エコー、ハウリングが生じ、スムーズな会話が妨げられることになる。

そのため、通常は、マイクロフォンに回り込んだスピーカ出力音は、音声信号処理部に含まれるエコキャンセラーにて除去するようにしている。
しかし、ハンズフリーフォンとして携帯電話タイプのような、スピーカとマイクロフォンの距離が近接しているものにおいては、スピーカ出力音の回り込み量が大きく、そのため、エコー戻りレベルが大きくなり、十分にはエコーキャンセルを行うことができない。その結果、通話相手にエコー信号が返ってしまい、会話が妨害されることになる。

この問題を解決する手法として、従来は、音声信号処理部にミュート回路を設けて、エコー信号の送出をミュートすることで、エコー信号の送出を回避していた（特許文献１）。
特開平１１−４２８６号公報

しかしながら、送話の音声ミュートを行う上記方法では、受話が優先となり、送話するためには通話相手からの送話の終了が必要で、通話相手が通話を終了しない限り、こちらからの送話ができないものであり、しかも、こちらからの送話中であっても通話相手から受話信号が入ると、送話がミュートされてしまい、その結果、音途切れを生じることもあり、スムーズな会話を保障できるものではなかった。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、エコー戻りレベルを増大させることなく、それでいて、送話中にミュートされるといったことのない、スムーズな会話を続行できるハンズフリーフォンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、話者の音声をマイクロフォンで集音し、送話系を通じて通話相手に送信し、通話相手の音声信号を受話系を通じて受信し、スピーカを鳴動させて話者に伝達するハンズフリーフォンにおいて、送話系、受話系の音声信号を監視して自装置が送話状態にあるか、受話状態にあるかを判定する通話状態判定手段と、送話状態にあるときには、受話系のゲインを低下させ、受話状態にあるときには、送話系のゲインを低下させるゲインコントローラとを備えることを特徴としている。

本発明は、上記構成のように、自機が送話状態なら、受話系のアンプのゲインを低下させて、受話音声が送話系へ回り込み難くした状態で通話を保障し、受話状態なら、送話系のアンプのゲインを低下させて、送話信号の送出を抑制した状態で通話を保障することができるものであり、しかも、各通話状態の判定を、送話系、受話系の音声信号の監視結果に基づいて行うものであるから、従来のように受話優先にならず、その時の通話状態に応じて、音量を確保する必要の無い系のアンプのゲインを低下することができ、端末間においてスムーズな会話を保障することが出来る。

ここで、ハンズフリーフォンは、更に自装置の状態遷移を、無音状態も含めて検出する状態遷移検出手段を含み、前記通話状態判定手段が、状態遷移検出手段が無音状態への遷移を検出したときには、その直前の状態を保持しているとみなす判定処理を行うように構成することが出来る。
このようにすると、端末間の会話においてしばしば生じる無音状態の度に、通話状態が変更するのを避けることが出来、送話状態、受話状態のいずれも安定した処理を保証することが出来る。

また、前記ゲインコントローラは、通話状態判定手段の判定が、送話状態から受話状態へあるいはその逆へ切り替わった時から一定時間状態に変化がないことを確認した後、ゲインを低下させる動作をするよう制御される構成とすることができる。
この構成とすると、各通話状態において安定動作が確認されてから、ゲイン調整するので、動作が安定する。

（全体構成）
図１は、本発明の一実施の形態として、ハンズフリー機能を有した携帯電話機の外観を示す。携帯電話機１は、上部筺体２と、下部筺体３とがスライド自在に連結された構成をしている。上部筺体２には、ディスプレイ２aの他、方向キー２ｂ、送信キー２ｃ、終了キー２d・・・並びに、カメラ２ｆ、受話スピーカ２ｇ、ハンズフリー用スピーカ２ｈが設けられている。下部筺体３には、テンキー３a,b,c・・・、ファンクションキー３k,l,m・・・の他に、送話マイク３pが設けられている。

カメラ２ｆ、受話スピーカ２ｇ、ハンズフリー用スピーカ２ｈ、送話マイク３ｐはいずれも、筺体２、３に内蔵されている。
前記受話スピーカ２ｇは、音量が小さく、したがって話者の耳に接近させた形態（携帯電話の通常の使用形態）で使用される。一方、ハンズフリー用スピーカ２ｈは、音量が大きいので、ハンズフリー状態において使用される。受話スピーカ２ｇとハンズフリー用スピーカ２ｈとは、切り替えて使用される。切り替えには、上部筺体あるいは下部筺体にあるいずれかのキーを操作して行う。

（送話系、受話系回路）
図２は、前記携帯電話機１をハンズフリーとして使用した場合の送話系１１と受話系２１の回路、特にその中の音声信号処理回路を示している。送話系１１、受話系２１とも変調回路、復調回路、高周波増幅回路、局部発信回路といった高周波処理回路は図示していない。

送話系１１は、送話マイク３ｐが集音した音声信号を増幅するアンプ１２、増幅された音背信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換回路１３、ディジタル信号を増幅する前後２つのアンプ１４、１５、エコーキャンセラー３０の中のミュート回路３１、ＮＳ回路１６、後段のアンプ１５で増幅されたディジタル信号を符号化するエンコーダ１７からなる。エンコーダ１７から出力される符号化信号は、変調回路で、例えばＷ−ＣＤＭＡといった変調をし、アンテナから送信される。

受話系２１は、図外の復調回路で復調された受信信号を復号するデコーダ２２と、復号信号を増幅する２段のアンプ２３、２４と、復号後の受信信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換回路２５、並びにアナログアンプ２６とからなる。アナログアンプ２６の出力信号はハンズフリー用スピーカ２ｈに供給され、当該スピーカを鳴動させる。
送話系１１、受話系２１の他に、制御部４１が設けられている。制御部４１の処理内容は後述する。

なお、図２の回路は、ハンズフリーとして使用時の構成を記載しているので、受話スピーカ２ｇは記していないが、ＤＡ変換回路２５とアナログアンプ２６との間に、特定キーの操作によって切り替えられるスイッチを設けて、そのスイッチが切り替えられると、ＤＡ変換回路２５の出力信号が受話スピーカ２ｇに入力されるようにしている。
エコーキャンセラー３０は、スピーカ出力音のマイク回り込み（エコー戻り）を検出して、それをキャンセルする回路で、ダブルトーク検出回路３２と、係数回路３３、減算部３４、並びにミュート回路３１からなる。

（ダブルトーク検出回路）
ダブルトーク検出回路３２は、携帯電話機の状態遷移を検出するのを主要な処理としており、それ以外に送話状態と受話状態が同時に存在しているのを検出している。このような検出を可能とするために入力信号として送話系１１の信号ｓ１と受話系２１の信号ｓ２、並びに送話系１１の減算部３４の後段のエコーキャンセル後の信号ｓ３との３信号を用いている。なお、ダブルトーク検出回路３１が検出する状態遷移は、後で図３を用いて説明する。

係数回路３３は、ダブルトーク検出回路３２が送話と受話が同時に存在している状態であると検出すると、受話信号ｓ２に所望の係数を乗じた信号を生成し、それを減算部３４を通じて送話信号から減算する。
ミュート回路３１は、本実施の形態のようなハンズフリー機能を使用している際には不要であるが、携帯電話のいずれかの使用モードにおいて音声の送信を抑止する必要がある場合に利用される。

（状態遷移）
図３は、携帯電話機の遷移する状態を示している。図中、○で囲んだのが状態であり、状態と状態の間に引かれた矢印線はその矢印の方向に状態が遷移することを示している。Ｗaitingは、待ち状態であり、携帯電話機がリセットされると、Startup状態に至るまでの間、この状態を保持する。Startupは、携帯電話機が起動された状態である。FarendとFarendHangoverとは、ともに受話状態である。Farendは、受話状態であるが、そこから直接、他の状態に遷移することはできず、FarendHangoverに一旦状態遷移してからでないと他の状態には遷移できない。DoubletalkとDoubletalkHangoverはともに送話と受話が同時に存在する状態である。この状態は自装置が送話中であることを意味する。DoubletalkはDoubletalkHangoverを経由しないと他の状態に遷移できない。Silenceは、無音状態である。この状態は、FarendHangover状態からでも、DoubletalkHangover状態からでも遷移できる。また、Silenceの状態からは、Farend 状態、Doubletalk状態のいずれの状態にも遷移する。

状態遷移する条件は、各状態によって異なる。StartupからＦarendへは、装置の起動が完了すると遷移する。FarendHangoverからSilenceへと、DoubletalkHangoverからSilenceへとは、受話並びに送話中、音声が途切れると遷移する。SilenceからFarend およびDoubletalkへは、無音の後、受話音声または送話音声が再び検出されると、遷移する。
FarendHangoverからDoubletalkへは、送話信号を検出すると遷移する。DoubletalkHangoverからＦarendへは、送話信号が途切れ、受話信号が存在すると遷移する。

（制御部）
図2に戻って、制御部４１は、ダブルトーク検出回路３２から状態遷移情報を取得し、その情報に基づいて図4、５に示す処理を行い、送話系11、受話系２１のアンプ１５、２３のゲインをコントロールする。
（通話状態判定処理）
図4は、ダブルトーク検出回路３２から得る状態遷移情報から、自装置の通話状態を判定する処理を示している。図中、Ｆ1、Ｆ2はフラグで、Ｆ1は、送話状態フラグ、Ｆ2は受話状態フラグである。ダブルトーク検出回路３２が検出するＦarendは受話状態、Doubletalkは送話状態に相当するが、ダブルトーク検出回路３２は、Silenceへも遷移し、このSilenceをどちらの通話状態の中で遷移したか、上記のダブルトーク検出回路３２だけでは、区別が出来ない。図4のフローチャートは、主にこのSilenceに遷移したとき並びにWaitingに遷移したときの扱いを規定している。

次に、図4の処理を説明する。ステップＳ４０１は、ダブルトーク検出回路３２が現在どの遷移状態を検出しているかを監視している。いわゆるステータスカウンタであり、現在の状態がＦarendであるときは、Ｓ４０２以下の処理に進み、現在の状態がDoubletalkであるときは、Ｓ４０５の処理に進み、現在の状態がSilenceであるときは、Ｓ４０７に進み、更に現在の状態がSilenceであるときはＳ４１２に進む。

現在の遷移状態がＦarendであるときは、直前の状態がStartupであるか（Ｓ４０２）、DoubletalkHangoverであると（Ｓ４０３）、受話状態に変化したと判定し、該当するフラグＦ２を1にセットし、他のフラグＦ１をリセットする（Ｓ４０４）。直前の状態が上記以外の時は、状態が変化していないと判断して、フラグの値の変更は行わない。
現在の遷移状態がDoubletalkであるときは、直前の状態がFarendHangoverであることを確認して（Ｓ４０５）、送話状態に変化したと判定し、該当するフラグＦ１を1にセットし、他のフラグＦ２をリセットする。直前状態がFarendHangover以外のときは、状態が変化していないと判断して、フラグの値の変更は行わない。

現在の遷移状態がSilenceであるときは、直前状態がFarendHangoverであると（Ｓ４０７）、受話状態が継続していると判断し、該当するフラグＦ２が1であることを確認する（Ｓ４０９）。もし、フラグＦ２の値が０になっている場合は、エラー処理を行う（Ｓ４１１）。直前状態がDoubletalkHangoverであると（Ｓ４０８）、送話状態が継続していると判断し、該当するフラグＦ１が1であることを確認する（Ｓ４１０）。フラグＦ２の値が異なっていると、エラー処理を行う（Ｓ４１１）。

通話中に、何らかの原因で携帯電話機がリセットされ、現在の状態がWaitingであるときは、Startupを完了した後に強制的に、リセット直前の状態に復帰させる（Ｓ４１２）。このとき、フラグＦ1、Ｆ2もリセット直前の値に設定される（Ｓ４１３）。
このように、図4の処理によって、ダブルトーク検出回路３２が、Silenceを検出した場合に、直前の状態が何であるかによって受話状態の継続中、あるいは送話状態の継続中であると判定することになる。また、Waitingであるときは、Startupされるのを待ってリセット直前の状態に強制的に復帰させられる。

（アンプのゲインコントロール）
図5は、図4の判定結果を利用して、受話系２１のアンプ２３のゲインをコントロールする処理を示している。図中、Ｃは、カウンタである。Ｎは、カウンタのカウント値で、予め定めた上限数値である。
処理の開始において、まず、送話状態を示すフラグＦ１が０から1に変化するエッジを検出する（Ｓ５０１）。変化エッジを検出すると、カウンタＣを0にセットして（Ｓ５０２）、音声フレームの検出を行い（Ｓ５０３）、検出の度にカウンタをアップすると共に（Ｓ５０４）、フラグＦ１の値に変化が無いか否かを判定する（Ｓ５０５）。

音声フレームは、受話信号、送話信号として受話系２１、送話系１１に流れ、1フレーム当たり２０ｍｓの間隔と設定されている。ダブルトーク検出回路３２の検出する状態は、このフレーム単位を最小間隔として変化することとなるので、カウンタもこのフレームを検出する毎にカウントアップし、その度に、フラグＦ１が変化したかどうかを監視するようにしている。

毎カウント時に、フラグＦ１の値が変化すること無く、やがて、カウント値が上限Ｎに達すると（Ｓ５０６）、受話系２１のアンプ２３のゲインを低下させる（Ｓ５０７）。連続して一定期間（ＣがＮに達するまで）フラグＦ１の値に変化が無いと、送話状態が安定していると判断し、始めて受話系アンプのゲインを低下させ、エコーの回りこみを極力少なくするのである。

一方、カウンタがカウントアップしている際に、フラグの値が変化していると（Ｓ５０５）、カウンタの値をリセットし、処理を終える（Ｓ５０８）。
なお、前記Ｎの数値は、適宜設定できるが、送話状態が安定していると判定できるのに必要な数値、例えば、３（＝６０ｍｓ）程度とするのが良い。
アンプのゲインをどれだけ低下させるかは、適宜に設定出来るが、送話状態と受話状態のそれぞれにおいて必要なレベルに調整する。例えば、送話状態にあるときは、エコー戻りレベルがあまり大きくならないゲイン以下で、受話音声が支障なく聞き取れるゲイン以上に受話系のアンプのゲインを設定する。一方、受話状態にあるときは、送話信号は基本的に送出する必要が無いので、ゲインは十分低くても構わない。

図示はしないが、フラグＦ２についても図5と同様なフローチャートに従って判定され、連続して一定期間フラグＦ２の値に変化が無いと、受話状態が安定していると判断し、送話系アンプのゲインを低下させる。
（動作）
上記構成によれば、制御部４１が、受話状態であると判定し、一定期間連続してその状態が継続すると、送話系のアンプゲインを低下させるし、送話状態であると判定し、一定時間その状態が継続すると、受話系のアンプゲインを低下させる。そして、制御部４１が、受話状態、送話状態と判定するのは、エコーキャンセラ３０のダブルトーク検出回路３２が検出する、携帯電話機の状態遷移に依存している。ダブルトーク検出回路３２は、受話系、送話系を流れる音声信号の状態によってどの遷移状態であるかを決定しているので、つまるところ、受話状態と送話状態の切り換えは、送話側が優先してなされることになる。ただし、短時間の送話信号で、直ちに送話状態に移行することとすると、通信中の2台の携帯電話機双方で、目まぐるしく送話受話の切り換えが発生することとなり、安定性に欠ける。そこで、上記実施の形態のように、カウンタが一定数カウントするまで同一状態が継続する場合に送話系或いは受話系のアンプのゲインを低下し、その状態での安定動作を保障する構成とすれば、いずれの電話機が送話側になろうとも安定した会話を円滑に続行することが出来る。

（変形例）
上記実施の形態においては、一定時間受話状態が続行すると、送話系のアンプのゲインを低下させているが、それに代えて、ミュートさせる形態で実施することも出来る。
また、実施形態において、ゲインを低下させるアンプは１５と２３に設定しているが、これ以外のアンプのゲインを低下させるようにすることも出来る。

さらに、実施例では、スピーカは、受話用とハンズフリー用の2つ設けているが、ハンズフリー用を受話用スピーカに兼用するようにすれば、1個で足りる。

自動車の運転中に電話応対したり、放送局の生放送番組において双方向通信に利用できる。

本発明の一実施形態に係る携帯電話機の外観図である。 携帯電話機をハンズフリーとして使用している場合の送話系、受話系の回路図である。 携帯電話機の状態遷移を示す図である。 制御部の判定動作を示すフローチャートである。 制御部によってなされるアンプのゲインコントロール動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１：携帯電話機
２：上部筐体
２a：ディスプレイ
２b：方向キー
２c：送信キー
２d：終了キー
２f：カメラ
２g：受話スピーカ
２h：ハンズフリー用スピーカ
３：下部筐体
３a、b、c：テンキー
３k、l、m：ファンクションキー
３p：送話マイク
３０：エコーキャンセラ
３１：ミュート回路
３２：ダブルトーク検出回路
３３：係数回路
３４：減算部
４１：制御部

Claims (6)

1. 話者の音声をマイクロフォンで集音し、送話系を通じて通話相手に送信し、通話相手の音声信号を受話系を通じて受信し、スピーカを鳴動させて話者に伝達するハンズフリーフォンにおいて、
   送話系、受話系の音声信号を監視して自装置が送話状態にあるか、受話状態にあるかを判定する通話状態判定手段と、
   送話状態にあるときには、受話系のゲインを低下させ、受話状態にあるときには、送話系のゲインを低下させるゲインコントローラと
   を備えることを特徴とするハンズフリーフォン。
2. ハンズフリーフォンは更に、
   自装置の状態遷移を、無音状態も含めて検出する状態遷移検出手段を含み、
   前記通話状態判定手段は、状態遷移検出手段が無音状態への遷移を検出したときには、その直前の状態を保持しているとみなす判定処理を行う
   ことを特徴とする請求項１記載のハンズフリーフォン。
3. 前記ゲインコントローラは、
   通話状態判定手段の判定が、送話状態から受話状態へあるいはその逆へ切り替わった時から一定時間状態に変化がないことを確認した後、ゲインを低下させる動作をするよう制御されている
   ことを特徴とする請求項１、２に記載のハンズフリーフォン。
4. 前記ゲインコントローラは、通話状態判定手段の判定が変化した後一定時間状態が変化しないことを確認するために、カウンタを用い、当該カウンタが、送信もしくは受信フレームを所定数カウントアップあるいはダウンするまでの毎カウント時に連続して状態が保持されている場合に、ゲインを低下させる動作をすることを特徴とする請求項３記載のハンズフリーフォン。
5. 送話系と受話系とは１つの音声処理回路ブロックで構成され、同ブロック内に、受話系から送話系へのエコー回り込みをキャンセルするエコーキャンセラを有し、前記状態遷移検出回路はこのエコーキャンセラに含まれているダブルトーク検出回路であることを特徴とする請求項4記載のハンズフリーフォン。
6. 前記ダブルトーク検出回路は、送話系の音声信号、受話系の音声信号、送話系のエコー回り込みをキャンセルした後の信号を監視して、Farend、FarendHangover、Doubletalk、DoubletalkHangover、Silence、Waiting、Startupの各状態を検出し、
   前記通話状態判定手段は、自機がWaitingに遷移したときは、Startupの後に、Waitingの直前の通話状態に強制的に復帰させる処理を行うことを特徴とする請求項5記載のハンズフリーフォン。

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