JP2006311413A - 音声通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半２重通信方式による音声通信における通話者の聴感上の違和感を軽減させる。
【解決手段】 マイクロホン部１０１で収音された音声データから、所定のレベル値を基準としたレベル解析によって話者の音声データを検出すると共に、母音のホルマント周波数分布を基準とした周波数解析によって話者の母音を検出する音声解析部１０４と、回線１２０上の通信制御の主体を、音声通信装置１００がマスター側となるように設定可能な入力部１０２とを備え、マスター側に設定されている場合、音声解析部１０４で所定のレベル値以上の音声データを検出して且つ所定数の母音を検出したときに回線１２０への送信処理を実行すると共に、音声データのレベル値が所定のレベル値よりも低くなり且つ所定の時間が経過したときに送信処理から受信処理に切換えるように制御した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半２重通信方式による音声通信を行う音声通信装置に係り、特に通話者の聴感上の違和感を軽減した音声通信装置に関する。

ハンズフリー機能を有する電話機やインターホンにおいては、スピーカから出力される相手装置側の音声がマイクロホンへ回り込むことによるハウリングやエコーが問題となる。この問題を解決するために、従来の音声通信装置では、例えば特許文献１に開示されたハンズフリー通話システムのように、全２重通信方式による送受信同時の通話を行わずに、送話と受話とで通信方向を切換える半２重通信方式による通話を行っている。
特開２００３−１１０６９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明による音声通信方式では、送話路のパワー信号と受話路のパワー信号とに基づいて送受話いずれか側に減衰量を挿入することによって半２重通話を成立させている。この音声通信方式においては、送話時の送信側のスピーカは無音乃至は無音に近い状態となるため、全２重通話時と比べて通話者が違和感をもつという問題がある。また、様々な周囲雑音が発生している環境での通話においては、通話音声以外の突発音等によって不本意に送受の方向が切換えられてしまうことがある。
そこで、本発明は、半２重通信方式による音声通信において、特に通話者の聴感上の違和感を軽減させた音声通信装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
マイクロホン（１０１）で収音された音声データを通信回線（１２０）に送信する送信処理と、前記通信回線（１２０）を介して相手方音声データを受信する受信処理とを、前記通信回線（１２０）の半２重通信方式によって実行する音声通信装置において、
前記マイクロホン（１０１）で収音された音声データから、所定のレベル値を基準としたレベル解析によって話者の音声データを検出すると共に、母音のホルマント周波数分布を基準とした周波数解析によって前記話者の母音を検出する母音検出手段（１０４）と、
前記通信回線（１２０）上の通信制御の主体を、当該音声通信装置（１００）がマスター側となるように設定可能な通信主体設定手段（１０２，１１０）とを備え、
前記通信制御の主体がマスター側に設定されている場合、前記母音検出手段（１０４）で前記所定のレベル値以上の音声データを検出して且つ所定数の母音を検出したときに前記通信回線（１２０）への前記送信処理を実行すると共に、前記音声データのレベル値が前記所定のレベル値よりも低くなり且つ所定の時間が経過したときに前記送信処理から前記受信処理に切換えるよう制御する（１０４，１０５，１０６，１０７）ことを特徴とした音声通信装置（１００）
を提供するものである。

また、請求項２に記載の発明は、
前記マイクロホン（１０１）で収音された周囲音データを予め記憶しておく第１のメモリ（１０３ａ）と、前記通信回線（１２０）を介して受信された相手方周囲音データを予め記憶しておく第２のメモリ（１０３ｂ）とを更に備え、
前記送信処理が実行されている間は、前記第２のメモリ（１０３ｂ）に記憶されている相手方周囲音データをスピーカ（１０９）から出力する一方、前記受信処理が実行されている間は、前記第１のメモリ（１０３ａ）に記憶されている周囲音データを前記通信回線（１２０）に送信する（１０４、１０５、１０６，１０７，１０８ａ，１０８ｂ）ことを特徴とした請求項１に記載の音声通信装置
を提供するものである。

本発明に係る音声通信装置では、半２重通信方式による音声通信において、音声に含まれている母音を検出することよって音声と音声以外の周囲音とを的確に識別するようにしたので、送受話の方向を違和感なく適切に切換えることが可能である。

また、送受話の方向を切換えた際には、予め第２のメモリに記憶しておいた相手装置側の周囲音を聴くようにしたり、第１のメモリに記憶しておいた自装置側の周囲音を相手側に聴かせたりすることができるので、特に送話状態において話をしているときに聞こえる音声が無音になることがなく聴感上の違和感を軽減することが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細を説明する。図１は、本発明の一実施形態である音声通信装置の概略構成を示したブロック図である。同図において、音声通信装置１００は、マイクロホン部１０１と、入力部１０２と、送信側メモリ部１０３ａと、受信側メモリ部１０３ｂと、音声解析部１０４と、通信切換制御部１０５と、送信側音声切換部１０６と、受信側音声切換部１０７と、送信側バッファ部１０８ａと、受信側バッファ部１０８ｂと、スピーカ部１０９と、制御部１１０とを備えている。

そして、音声通信装置１００は、半２重通信が可能な回線１２０を介して音声通信装置１５０と接続されている。音声通信装置１５０は本実施形態に係る音声通信装置１００と同様の構成を有するものであってもよく、従来の音声通信装置、例えば一般的な電話器であってもよい。本実施の形態においては、音声通信装置１５０を一般的な電話器とした例について説明する。

上述した構成による音声通信装置１００において、音声解析部１０４は、マイクロホン部１０１を介して通話者から入力された送話音声データをレベル解析及び周波数解析を行って、音声通信装置１００の送受信の方向を切換えるための通信方向切換制御信号を生成して通信切換制御部１０５へ供給する機能を有する。

通信切換制御部１０５は、音声解析部１０４から供給された通信方向切換制御信号に基づいて、送信側音声切換部１０６及び受信側切換部１０７それぞれのスイッチ切換えを排他的に制御して半２重通信方式による通信の方向を設定する機能を有する。

すなわち、通信方向切換制御信号が供給された通信切換制御部１０５は、通信方向切換制御信号が音声通信装置１００の送信方向を示すときは、マイクロホン部１０１で収音された送話音声データが送信側バッファ部１０８ａでバッファリングされた後、回線１２０に送出されるために送信側音声切換部１０６の内部スイッチをＡ側に切換えると共に、受信側メモリ部１０３ｂに予め記憶されていた受話音声メモリデータをスピーカ部１０９から音声出力させるために受信側音声切換部１０７の内部スイッチをＣ側に切換える。

一方、通信方向切換制御信号が音声通信装置１００の受信方向を示すときは、通信切換制御部１０５は、送信側メモリ部１０３ａに予め記録されていた送話音声メモリデータを回線１２０へ送信するために送信側音声切換部１０６の内部スイッチをＢ側に切換えると共に、音声通信装置１５０から回線１２０を介して受信側バッファ部１０８ｂに入力されて得られた受話音声データをスピーカ部１０９から音声出力させるために受信側音声切換部１０７の内部スイッチをＤ側に切換える。

ここで、音声解析部１０４によるレベル解析処理にかかる時間や送信側音声切換部１０７の切換制御を行う時間によって送話音声データの冒頭部分の音が切れることを回避するために、所定の時間分の送話音声データを保持する送信側バッファ部１０８ａを介して音声データを送信するようにする。本実施の形態においては、所定の時間、すなわち時間遅延が例えば１００ｍＳとなるように送信側バッファ部を構成して音途切れを回避している。

入力部１０２は、音声通信装置１００の通話者が操作する操作スイッチを備えた入力部であり、例えば図２に模式的に示したような操作入力部を備えるものである。具体的には、入力部１０２は、ボタンスイッチ部２１と、ボタンスイッチ部２２と、スライドスイッチ部２３とを少なくとも備えており、使用者によるこれらのスイッチ部の操作指示は後述する制御部１１０に供給される。

ボタンスイッチ部２１は、音声通信装置１００側の周囲音を送信側メモリ部１０３ａに記憶させるときに音声通信装置１００の使用者によって押されるスイッチである。すなわち、使用者によってボタンスイッチ部２１が押されている間、入力部１０２から制御部１１０に書き込み要求指示が出力され、この書き込み要求指示を受信した制御部１１０は送信側メモリ部１０３ａを制御してマイクロホン部１０１から収音される周囲音データを送信側メモリ部１０３ａに記録させる。

ボタンスイッチ部２２は、音声通信装置１５０から回線１２０を介して供給される周囲音データを受信側メモリ部１０３ｂに記憶させるときに音声通信装置１００の使用者によって押されるスイッチである。すなわち、使用者によってボタンスイッチ部２２が押されている間、入力部１０２から制御部１１０に書き込み要求指示が出力され、この書き込み要求指示を受信した制御部１１０は受信側メモリ部１０３ｂを制御して音声通信装置１５０から回線１２０を介して供給される周囲音データを受信側メモリ部１０３ｂに記録させる。

送信側メモリ部１０３ａ及び受信側メモリ部１０３ｂ共に、ボタンスイッチ部２１及びボタンスイッチ部２２がそれぞれのメモリ部の空き容量が無くなってもなお押され続けている場合は、制御部１１０は、各メモリ部の空き容量が無くなった段階で書き込み動作が終了するように各メモリ部を制御する。

スライドスイッチ部２３は、音声通信の方向を決定するための主導権を音声通信装置１００側又は相手側の音声通信装置１５０側に設定するための選択スイッチである。具体的には、主導権を得た一方側をマスター側、他方をスレーブ側とすると、マスター側に設定された音声通信装置は通話者が発声しているときに送話側になり、そして発声を止めると受話側になるものである。本実施の形態においては、音声通信装置１００をマスター側に設定する場合はスライドスイッチ部２３をＯＮ側に設定し、相手側の音声通信装置１５０をマスター側とする場合はスライドスイッチ部２３をＯＦＦ側に設定する。

なお、通信相手側の音声通信装置１５０が音声通信装置１００と同一構成のものである場合は、双方の送受方向が衝突することを回避するため、いずれか一方の音声通信装置のみがマスター側となるように一方のスライドスイッチ部２３をＯＮ側に設定することを使用の条件とする。

制御部１１０は、特に送信側メモリ部１０３ａと、受信側メモリ部１０３ｂと、音声解析部１０４とをそれぞれ制御する機能を有し、具体的には、入力部１０２のボタンスイッチ部２１の押下状態に応じてマイクロホン部１０１で収音された周囲音データを送信側メモリ部１０３ａに記憶するように制御し、また入力部１０２のボタンスイッチ部２２の押下状態に応じて回線１２０を介して音声通信装置１５０から受信される周囲音データを受信側メモリ部１０３ｂに記憶するように制御する。さらに、入力部１０２のスライドスイッチ部２３から得られる主導権の設定状態に応じて音声解析部１０４を制御する。

次に、音声通信装置１００の動作について、図３のフローチャートを併せ参照して説明する。なお、以下の動作説明においては、音声通信装置１００は、使用者による入力部１０２のボタンスイッチ部２１及びボタンスイッチ部２２それぞれの操作により、送信側メモリ部１０３ａにはマイクロホン部１０１で収音された周囲音データが、そして受信側メモリ部１０３ｂには相手側の音声通信装置１５０から供給された周囲音データが予め記憶されているものとする。

まず、音声通信装置１００の制御部１１０は、入力部１０２のスライドスイッチ部２３の設定状態を検出し、音声通信装置１００がマスター側である場合は、音声解析部１０４に対して、マイクロホン部１０１から供給された送話音声データを解析の対象とし、音声通信装置１００がスレーブ側である場合は、音声通信装置１５０から受信側バッファ１０８ｂに入力されて得られた受話音声データを解析の対象とするように動作モードを設定して音声解析部１０４に供給する（ステップＳ３０１）。

次に、音声解析部１０４は、マイクロホン部１０１から供給された送話音声データ、又は回線１２０から供給された受話音声データのレベルを解析する（ステップＳ３０２）。このレベル解析処理は、予め音声解析部１０４に設定された所定のレベル値が検出されるまで継続して実行される（ステップＳ３０３ Ｎｏ）。ここで、所定のレベル値とは、周囲雑音等に対して人間の音声が認識できる程度のレベル値のことをいう。

音声解析部１０４が所定のレベル値以上の音声データを検出した場合（ステップＳ３０３ Ｙｅｓ）、音声解析部１０４は、検出した音声データから公知のケプストラム分析やＬＰＣ分析等の手法に基づきホルマント周波数を抽出する（ステップＳ３０４）。

次に、抽出されたホルマント周波数の周波数分布に基づき母音を検出する（ステップＳ３０５）。ここで、日本語の５つの母音には、それぞれ所定の周波数範囲にホルマントが現れる特徴があることがわかっている（参考文献：吉井貞おき、ディジタル音声処理、東海大学出版会）。そこで、この特徴を利用し、例えば図４に示した各母音の第１及び第２ホルマント周波数の分布に、抽出されたホルマント周波数の第１及び第２ホルマント周波数がそれぞれ含まれているか否かを周波数解析して母音を検出する。周波数分布の比較においては、各ホルマント周波数の時間的範囲も考慮して比較する。

母音が検出された場合（ステップＳ３０５ Ｙｅｓ）、周囲雑音等の影響による誤検出を回避するために、音声解析部１０４は、母音を所定の回数検出したときに音声としての母音を認識したと判定する（ステップＳ３０６）。ここで、所定の回数は予め音声解析部１０４に設定された値であり、本実施の形態例では所定の回数を３回とする。

一方、母音が検出されなかった場合、第１及び第２ホルマント周波数のいずれもが検出されなかった場合（ステップＳ３０７ Ｙｅｓ）はステップＳ３０２に移行し、第１ホルマント周波数の検出後第２ホルマント周波数の検出までの時間が時間的範囲を越えていた場合（ステップＳ３０７ Ｎｏ）はステップＳ３０４に移行する。

ステップＳ３０６において母音が３回認識された場合（ステップＳ３０６ Ｙｅｓ）、音声解析部１０４は制御部１１０から供給された動作モードに応じた通信方向切換制御信号を通信切換制御部１０５に出力し、通信切換制御部１０５は、通信方向切換制御信号に応じて送信側音声切換部１０６と受信側音声切換部１０７とのそれぞれのスイッチ制御を行う（ステップＳ３０８）。

具体的な例としては、音声通信装置１００がマスター側である場合は、音声解析部１０４は送話モードとしての通信方向切換制御信号を通信切換制御部１０５に供給し、そして通信切換制御部１０５は、送信側音声切換部１０６をＡ側に、受信側音声切換部１０７をＣ側に切換える。また、音声通信装置１００がスレーブ側である場合は、音声解析部１０４は受話モードとしての通信方向切換制御信号を通信切換制御部１０５に供給し、そして通信切換制御部１０５は、送信側音声切換部１０６をＢ側に、受信側音声切換部１０７をＤ側に切換える。

次に、音声解析部１０４は、設定された動作モードに応じた音声解析処理を実行する（ステップＳ３０９）。具体的には、送信モードである場合は、音声解析部１０４がマイクロホン部１０１から供給された送話音声データのレベルを解析すると共に、制御部１１０が受信側メモリ１０３ｂから受話音声メモリデータを読み出して受信側切換部１０７を介してスピーカ部１０９から記録音声データを出力する。また、受信モードである場合は、音声解析部１０４が受信側バッファ１０８ｂを介して受信された受話音声データのレベルを解析すると共に、制御部１１０が送信側メモリ１０３ａから送話音声メモリデータを読み出して送信側切換部１０６を介して回線１２０に出力する。

音声解析部１０４は、送話音声データ及び受話音声データについて前述した所定のレベル以下になるまでレベル解析を実行する（ステップＳ３１０ Ｎｏ）。

そして、解析した音声データが所定のレベル以下になった場合（ステップＳ３１０ Ｙｅｓ）、音声解析部１０４は、予め設定された所定の遅延時間である１００ｍＳが経過するのを待つ（ステップＳ３１１ Ｎｏ）。この所定時間の経過により、送信側バッファ部１０８ａで遅延させた音声データの末尾部分の音声が途切れることを回避することができる。

次に、制御部１１０は、現在の動作モードとは送受信を逆にしたモードを音声解析部１０４に通知し、音声解析部１０４は受信した動作モードに応じた通信方向切換制御信号を通信切換制御部１０５に供給する。そして、通信切換制御部１０５は、新たに供給された通信方向切換制御信号に応じて送信側音声切換部１０６及び受信側音声切換部１０７それぞれのスイッチ制御を行う（ステップＳ３１２）。

以上詳述したように、本実施の形態に係る音声通信装置１００では、半２重通信方式による音声通信において、音声に含まれている母音を検出することよって音声と音声以外の周囲音とを的確に識別するようにしたので、送受話の方向を違和感無く適切に切換えることが可能である。

また、送受話の方向を切換えた際には、予め受信側メモリ部１０３ｂに記録しておいた音声通信装置１５０側の周囲音を聴くようにしたり、送信側メモリ部１０３ａに記憶しておいた音声通信装置１００側の周囲音を相手側に送信したりすることができるので、特に送話状態において聞こえる音声が無音になることがなく聴感上の違和感を軽減することが可能である。

以上によれば、本発明は、半２重通信方式による音声通信を行う電話器やインターホンにおいて有用である。

本発明の一実施形態である音声通信装置の概略構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態である音声通信装置の入力部を模式的に表した図である。 本発明の一実施形態である音声通信装置の動作を説明するためのフローチャートである。 母音の第１及び第２ホルマント周波数の分布の例を示した図である。

符号の説明

１００ 音声通信装置
１０１ マイクロホン部
１０２ 入力部
１０３ａ 送信側メモリ部
１０３ｂ 受信側メモリ部
１０４ 音声解析部
１０５ 通信切換制御部
１０６ 送信側音声切換部
１０７ 受信側音声切換部
１０８ａ 送信側バッファ部
１０８ｂ 受信側バッファ部
１０９ スピーカ部
１１０ 制御部
１２０ 回線
１５０ 音声通信装置

Claims (2)

1. マイクロホンで収音された音声データを通信回線に送信する送信処理と、前記通信回線を介して相手方音声データを受信する受信処理とを、前記通信回線の半２重通信方式によって実行する音声通信装置において、
   前記マイクロホンで収音された音声データから、所定のレベル値を基準としたレベル解析によって話者の音声データを検出すると共に、母音のホルマント周波数分布を基準とした周波数解析によって前記話者の母音を検出する母音検出手段と、
   前記通信回線上の通信制御の主体を、当該音声通信装置がマスター側となるように設定可能な通信主体設定手段とを備え、
   前記通信制御の主体がマスター側に設定されている場合、前記母音検出手段で前記所定のレベル値以上の音声データを検出して且つ所定数の母音を検出したときに前記通信回線への前記送信処理を実行すると共に、前記音声データのレベル値が前記所定のレベル値よりも低くなり且つ所定の時間が経過したときに前記送信処理から前記受信処理に切換えるように制御することを特徴とした音声通信装置。
2. 前記マイクロホンで収音された周囲音データを予め記憶しておく第１のメモリと、前記通信回線を介して受信された相手方周囲音データを予め記憶しておく第２のメモリとを更に備え、
   前記送信処理が実行されている間は、前記第２のメモリに記憶されている相手方周囲音データをスピーカから出力する一方、前記受信処理が実行されている間は、前記第１のメモリに記憶されている周囲音データを前記通信回線に送信することを特徴とした請求項１に記載の音声通信装置。
   
   

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