JP2007104167A - 送話状態判定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】信号のレベルもしくは信号間のレベル差によらない送話状態判定方法を提供。
【解決手段】演算部44は、演算部44に供給される受話信号時系列r(n)と送話信号時系列s(n)とから、一定間隔のフレーム時刻毎に、その時刻から過去の一定数の信号サンプルから成る分析フレームを切り出し、各分析フレームに線形予測分析とLSP(Line Spectrum Pair)変換とを行ない、LSP係数を求める。さらに演算部44は、これらLSP係数から誤差パワーを算出し、誤差パワーを所定の閾値と比較する。送話状態判定部48は、上記比較の結果に応じて、現フレーム時刻において近端が送話状態であるか否かを判定し、判定部48が送話状態でないと判定した場合、エコーキャンセル部50はエコーキャンセル処理を行なう。
【選択図】図1
【解決手段】演算部44は、演算部44に供給される受話信号時系列r(n)と送話信号時系列s(n)とから、一定間隔のフレーム時刻毎に、その時刻から過去の一定数の信号サンプルから成る分析フレームを切り出し、各分析フレームに線形予測分析とLSP(Line Spectrum Pair)変換とを行ない、LSP係数を求める。さらに演算部44は、これらLSP係数から誤差パワーを算出し、誤差パワーを所定の閾値と比較する。送話状態判定部48は、上記比較の結果に応じて、現フレーム時刻において近端が送話状態であるか否かを判定し、判定部48が送話状態でないと判定した場合、エコーキャンセル部50はエコーキャンセル処理を行なう。
【選択図】図1
Description
本発明は、送話者が音声を発しているか否かを判定する送話状態判定方法に関するものである。
近年、インターネットなどのネットワークを利用したパケット通信による音声通信が盛んになっている。しかし、それらのネットワークはベストエフォート型サービスであるため、パケット通信による音声通話中に遅延が発生する場合がある。このため送話者の音声が受話側の装置から逆流して送話者に聞こえる、いわゆるエコーが生じる。
エコーを消去する手法としては、エコーキャンセラが用いられることが多い。エコーキャンセラは学習同定法をベースとしたものが一般的であり、遠端から発せられる音声の音声信号を学習することによって、近端で発生するエコーのエコー経路を推定し、エコーを消去する。これにより、遠端へエコーが届くことが回避される。
しかし、近端で発生するエコーと、近端話者から発せられる音声の音声信号との両方が遠端へ供給される場合、エコーキャンセラによってエコーを消去してしまうと、近端話者から発せられる音声の音声信号も同時に消去されてしまう。このように近端話者が送話状態のときにエコーキャンセラが動作してしまうと、近端話者の音声も消去されてしまうことになるため、エコーキャンセラには通常、近端話者が送話中か否かを判定する送話状態判定機能を併用するのが一般的である。
エコーキャンセラは、通常、ITU-T(International Telecommunication Union Telecommunication standardization sector)勧告G.165、G.168等に準拠した性能を有するように設計され、一般的に図2に示すように利用される。図2はエコーキャンセラへの音声信号の入出力を示す図である。近端送話信号の有無の判定は、受話音声入力端子Rin、受話音声出力端子Rout、送話音声入力端子Sin、送話音声出力端子Soutの信号レベルの絶対値もしくは各信号間のレベル差を利用して行なうことが多い。また、遠端32と近端34とは遠端話者と近端話者とが有する送受話器である。図2では概念的な構成を示すため、A/D変換器等は省略している。
図2において受話音声入力端子Rinと送話音声入力端子Sinとはエコーキャンセラ30への入力信号を示し、受話音声出力端子Routと送話音声出力端子Soutとはエコーキャンセラ30からの出力信号を示す。矢印20はエコーを示す。
例えば近端34からの送話音声入力端子Sinの信号レベルが著しく低いとき、近端話者は音声を発していない、もしくは送話信号Sinはエコーであると判定することができる。あるいは、受話音声入力端子Rinと送話音声入力端子Sinとの信号レベルの差をとり、その差の絶対値が一定値以上である場合、近端話者は音声を発していない、もしくは送話信号Sinはエコーであると判定することができる。
一方、特許文献1のエコーキャンセラで用いられている送話状態判定方法は、自己相関関数を利用する。この方法は、送話者が発する音声信号が周期性を有していて、その周期と一致した自己相関関数の値が非常に大きくなることを利用している。これに対して、雑音は一般的に周期性がなくランダムであるため、自己相関関数の値も小さくなる。このように特許文献1で用いられている送話状態判定方法は、音声信号の周期性に着目した方法である。
ところで、実際の送話状態判定機能を有するエコーキャンセラが適用される場合、エコーキャンセラ外部で信号レベルが操作される場合がある。
例えば、遠端から供給される受話音声入力端子Rinの信号レベルが外部装置により10dB減衰してエコーキャンセラ30に入力され、さらに、エコーキャンセラ30から出力される受話音声出力端子Routの信号レベルが外部装置により、10dB増幅して近端に供給される場合がある。そして、エコーキャンセラ30が有する送話状態判定機能の判定方法が、受話音声入力端子Rinと送話音声入力端子Sinとの信号レベルの差が一定値以上の正の値の場合に近端話者は送話状態ではないと判定する方法である場合、受話音声入力端子Rinの信号レベルは本来の音声信号の信号レベルより10dB低いため、受話音声入力端子Rinと送話音声入力端子Sinとの信号レベル差は本来の信号レベル差より小さくなり、このため近端話者が送話状態であると誤判定してしまう場合が考えられる。あるいは、エコーキャンセラ30が有する送話状態判定機能の判定方法が、エコーキャンセラ30に供給される信号Sinの信号レベルが一定値以下の場合に近端話者は送話状態ではないと判定する方法の場合、受話音声出力端子Routの信号レベルが非常に大きいと、近端で発生するエコー20も大きくなり、送話音声入力端子Sinの信号レベルが大きくなってしまう。その送話音声入力端子Sinの信号レベルが一定値より大きい場合、送話信号Sinをエコーと判定せずに近端話者の音声信号と誤判定してしまう場合が考えられる。
このように、従来技術による送話状態判定機能では誤判定を起こしてしまい、近端話者の音声が遠端まで届かない、あるいはエコーを正しく判定できないという問題があった。
また、特許文献1で用いられている送話状態判定方法では、音声信号には周期性があり、雑音には周期性が一般にはなく、ランダムであることを前提としているため、周期性のある雑音が入力された場合には送話状態であると誤判定してしまう問題があった。
本発明はこのような課題に鑑み、エコーキャンセラ外部に設置される増幅器等の装置によって音声信号の信号レベルが操作された場合や周期性のある雑音が入力された場合であっても、適切に送話状態であるか否かを判定することが可能な送話状態判定方法を提供することを目的とする。
本発明による送話状態判定方法は、上述の課題を解決するために、送受話手段に到来する受話信号時系列と、送受話手段から発せられる送話信号時系列とから、一定間隔のフレーム時刻毎に、その時刻から過去の一定数の信号サンプルから成る分析フレームを切り出す切り出し工程と、分析フレームに線形予測分析とLSP(Line Spectrum Pair)変換とを行ない、受話信号LSP係数と送話信号LSP係数とを求める演算工程と、受話信号LSP係数と送話信号LSP係数とから誤差パワーを算出する誤差パワー算出工程と、誤差パワーを所定の閾値と比較することによって現フレーム時刻において送受話手段が送話状態であるか否かを判定する判定工程とを含む。
また本発明による送話状態判定方法は、送受話手段に到来する受話信号時系列と送受話手段から発せられる送話信号時系列とをそれぞれ、一定間隔のフレーム時刻間にわたる一定の信号サンプル数から成るフレームに分割する分割工程と、受話信号時系列を分割した各フレームと、送話信号時系列を分割した各フレームとから、それぞれ、受話信号フレームパワー時系列と、送話信号フレームパワー時系列とを求めるフレームパワー演算工程と、受話信号フレームパワー時系列に含まれる一定個数の受話信号フレームパワーを要素とする受話信号パワーブロックベクトルと、送話信号フレームパワー時系列における、一定個数の送話信号フレームパワーを要素とする1つ以上の送話信号パワーブロックベクトルの各々とから、1つ以上の相関係数を演算する相関係数演算工程と、1つ以上の相関係数のうち最大の、現フレーム時刻についての最大相関係数が所定の閾値以上であり、かつ、現フレーム時刻についての最大相関係数をもたらす送話信号パワーブロックベクトルの番号と現フレーム時刻から任意の過去のフレーム時刻までのそれぞれについての最大相関係数をもたらす送話信号パワーブロックベクトルの各番号の加算平均値との差の絶対値を所定の値と比較することによって、現フレーム時刻において送受話手段が送話状態であるか否かを判定する判定工程とを含む。
また本発明による送話状態判定方法は、送受話手段に到来する受話信号時系列と送受話手段から発せられる送話信号時系列とをそれぞれ、一定間隔のフレーム時刻間にわたる一定の信号サンプル数から成るフレームに分割する分割工程と、受話信号時系列を分割した各フレームと、送話信号時系列を分割した各フレームとから、それぞれ、受話信号フレームパワー時系列と、送話信号フレームパワー時系列とを求めるフレームパワー演算工程と、受話信号フレームパワー時系列から、フレーム毎に、有音無音のいずれかを判定する受話信号有音無音判定フラグ時系列を算出する第1のフラグ算出工程と、送話信号フレームパワー時系列から、フレーム毎に、有音無音のいずれかを判定する送話信号有音無音判定フラグ時系列を算出する第2のフラグ算出工程と、受話信号有音無音判定フラグ時系列に含まれる一定個数の受話信号有音無音判定フラグを要素とする受話信号ブロック有音無音判定ベクトルと、送話信号有音無音判定フラグ時系列における、一定個数の送話信号有音無音判定フラグを要素とする1つ以上の送話信号ブロック有音無音判定ベクトルの各々とから、1つ以上の相関係数を演算する相関係数演算工程と、1つ以上の相関係数のうち最大の、現フレーム時刻についての最大相関係数が所定の閾値以上であり、かつ、現フレーム時刻についての最大相関係数をもたらす送話信号ブロック有音無音判定ベクトルの番号と現フレーム時刻から任意の過去のフレーム時刻までのそれぞれについての最大相関係数をもたらす送話信号ブロック有音無音判定ベクトルの各番号の加算平均値との差の絶対値を所定の値と比較することによって、現フレーム時刻において送受話手段が送話状態であるか否かを判定する判定工程とを含む。
また本発明による送話状態判定方法は、送受話手段に到来する受話信号時系列と送受話手段から発せられる送話信号時系列とをそれぞれ、一定間隔のフレーム時刻間にわたる一定の信号サンプル数から成るフレームに分割する分割工程と、受話信号時系列を分割した各フレームと、送話信号時系列を分割した各フレームとから、それぞれ、受話信号フレームパワー時系列と、送話信号フレームパワー時系列とを求めるフレームパワー演算工程と、受話信号フレームパワー時系列から、フレーム毎に、受話信号のレベル変動の有無いずれかを判定する受話信号レベル変動フラグ時系列を算出する第1のフラグ算出工程と、送話信号フレームパワー時系列から、フレーム毎に、送話信号のレベル変動の有無いずれかを判定する送話信号レベル変動フラグ時系列を算出する第2のフラグ算出工程と、受話信号レベル変動フラグ時系列に含まれる一定個数の受話信号レベル変動フラグを要素とする受話信号ブロックレベル変動ベクトルと、送話信号レベル変動フラグ時系列における、一定個数の送話信号レベル変動フラグを要素とする1つ以上の送話信号ブロックレベル変動ベクトルの各々とから、1つ以上の相関係数を演算する相関係数演算工程と、1つ以上の相関係数のうち最大の、現フレーム時刻についての最大相関係数が所定の閾値以上であり、かつ、現フレーム時刻についての最大相関係数をもたらす送話信号ブロックレベル変動ベクトルの番号と現フレーム時刻から任意の過去のフレーム時刻までのそれぞれについての最大相関係数をもたらす送話信号ブロックレベル変動ベクトルの各番号の加算平均値との差の絶対値を所定の値と比較することによって、現フレーム時刻において送受話手段が送話状態であるか否かを判定する判定工程とを含む。
本発明によれば、特許文献1では自己相関を利用していたのに対し、各信号の周波数成分の相互相関関係を利用するため、各信号のレベルや音声信号の周期性に影響されずに送話状態か否かが判定可能となる。
また本発明によれば、各信号のパワー変動の相互相関関係を利用するため、各信号のレベルに影響されずに送話状態か否かが判定可能となる。
さらに本発明によれば、各信号のパワー変動の相互相関関係を利用することに加えて有音無音判定フラグを用いるため、各信号のレベルに影響されず、また演算量についても、有音無音判定フラグを用いない場合に比較して少ない演算量で、送話状態か否かが判定可能となる。
さらに本発明によれば、各信号のパワー変動の相互相関関係を利用することに加えて、レベル変動フラグを用いるため、各信号のレベルに影響されず、また演算量についても、有音無音判定フラグを用いる場合に比較して少ない演算量で、送話状態か否かが判定可能となる。
次に添付図面を参照して本発明による送話状態判定方法の実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明による送話状態判定方法を使用するエコーキャンセラの構成例を示すブロック図である。図1において、遠端32と近端34とは遠端話者と近端話者とが有する送受話器であり、エコーキャンセラは、近端34の話者が送話中であるか否かを判定する装置である。
各端子Rin、Rout、SinおよびSoutに対しては、発声元である遠端32および近端34でアナログ音声信号に標本化処理、量子化処理および符号化処理を施したデジタル音声信号が入出力される。標本化処理は、アナログ音声信号の時間的に連続な波形を、離散的な時点ごとの値の系列で表現する処理である。量子化処理は、時間的に離散化された標本化信号の振幅を、段階的で不連続な有限個の値のいずれかで近似して表現する処理である。量子化処理によって、時間的に離散化された標本化信号は、さらに振幅についても有限個のいずれかの値に量子化され、ある値に量子化された標本化信号の振幅は、すべて同じ振幅値とみなされることとなる。符号化処理は、標本化処理と量子化処理とを施した信号を2進数によって表現する処理である。これらの処理によって、アナログ音声信号は2進数によって表現されるデジタル音声信号になる。
エコーキャンセラ40は、近端話者が送話中であるか否かを判定する。この判定と、判定に応じたエコーキャンセルとを実行するため、エコーキャンセラは、音声検出器42・46、演算部44、送話状態判定部48およびエコーキャンセル部50を含む。
音声検出器42は、遠端32から供給され受話信号Rinをそのまま受話音声出力端子Routに出力して近端34に供給するとともに、受話信号Rinを複製し、受話信号時系列r(n)として演算部44に供給する。
音声検出器46は、近端34から供給される送話信号Sinをそのまま信号線54を介してエコーキャンセル部50に供給するとともに、送話信号Sinを複製し、送話信号時系列s(n)として演算部44に供給する。
演算部44は、音声検出器42から供給される受話信号時系列r(n)、音声検出器46から供給される送話信号時系列s(n)に対して、後述する演算処理を行ない、演算結果を信号線58を介して送話状態判定部48に供給する。nは0以上の整数である。
送話状態判定部48は、演算部44から信号線58を介して供給される演算結果を用いて、後述する送話状態判定方法により、近端が送話状態であるか否かを判定する装置である。送話状態判定部48は、後述する送話状態判定方法により、近端が送話状態でないと判定した場合、判定フラグ0を信号線60を介してエコーキャンセル部50に供給する。また、送話状態判定部48は、後述する送話状態判定方法により、近端が送話状態であると判定した場合、判定フラグ1を信号線60を介してエコーキャンセル部50に供給する。
エコーキャンセル部50は、送話状態判定部48から信号線60を介して供給される判定フラグが0、すなわち近端34が送話状態でない場合、音声検出器46から供給される音声信号54をエコーとみなして消去する。一方、エコーキャンセル部50は、上記の判定フラグが1、すなわち近端34が送話状態である場合、音声検出器46から供給される音声信号54を消去せず、そのまま、送話信号Soutとして遠端32に供給する。
以上のように構成されたエコーキャンセラに適用する、本発明による送話状態判定方法の実施例の動作について、以下、説明する。
本発明による送話状態判定方法の第1の実施例における演算処理、送話状態判定方法およびエコーキャンセル処理を、図1、図3、図4、図5および図6を用いて、以下、詳細に説明する。なお、図中、同様の要素や同様の処理工程は、同一の符号で示すこととする。
図5は図1の演算部44と送話状態判定部48とが行なう演算処理と送話状態判定方法とを示すフローチャートである。ステップS10において、演算部44には音声検出器42から受話信号Rinの時系列r(n)が、音声検出器46からは送話信号Sinの時系列s(n)がそれぞれ入力され、ステップS12へ進む。
演算部44は、入力されたr(n)とs(n)とをそれぞれ、A個の信号サンプル(Aは1以上の整数)から成るフレームに分割し、フレーム毎に以下の演算処理を施す。なお、フレーム毎(A個の信号サンプル毎)の時刻をフレーム時刻と呼ぶ。
演算部44は、フレーム時刻kにおいてr(n)とs(n)とからそれぞれ過去の信号をL個の信号サンプルずつ分析フレームとして切り出す。図3は、本発明の第1の実施例における、受話信号時系列r(n)もしくは送話信号時系列s(n)から分析フレームの切り出しを示す概念図である。図3において、受話信号時系列r(n)もしくは送話信号時系列s(n)を構成するマス目が個々の信号サンプルである。
図3の範囲100は、フレーム時刻kにおけるL個の信号サンプルから成る分析フレームを示している。フレーム時刻kにおいてL個の信号サンプルから成る分析フレームを切り出すと、この範囲100で示されている部分が切り出されることになる。
範囲102は、フレーム時刻k-1におけるL個の信号サンプルから成る分析フレームを示している。フレーム時刻k-1においてL個の信号サンプルから成る分析フレームを切り出すと、この範囲102で示されている部分が切り出されることになる。
範囲104は、A個の信号サンプルの長さを示している。この長さ分の時刻が1フレーム時刻である。
上述の切り出しの後、演算部44はステップS14に進み、r(n)とs(n)とから切り出されたL個の信号サンプルから成る分析フレームから、M次線形予測分析方法(Mは任意の正の偶数)を用いてLPC(Linear Predictive Coding:線形予測分析法)係数を求める。LPC係数の求め方は以下の通りである。
r(n)から切り出されたL個の信号サンプルから成る分析フレームから、以下の式より自己相関数列を求める。
演算部44は、以上のようにして求めたLPC係数を以下のようにしてLSP(Line Spectrum Pair)係数に変換する。r(n)から切り出された分析フレームより求められたLPC係数
演算部44は、以上のようにして求められたRlsp(i)とSlsp(i)とから、以下の式より誤差パワーD(k)を求める。
演算部44は、以上のような演算処理によって得られた誤差パワーD(k)を信号線58を介して送話状態判定部48に出力し、ステップS16に進む。
送話状態判定部48は、ステップS16において、演算部44から供給される誤差パワーD(k)と送話状態判定部48が有する閾値Qとを比較する。閾値Qは正の実数であり、経験上自由に定めてよい。比較した結果がD(k)<Qを満たすならステップS18へ、満たさないならステップS20へそれぞれ進む。
送話状態判定部48は、ステップS18において、近端はフレーム時刻kにおいて送話状態でないと判断し、判定フラグ0を信号線60を介してエコーキャンセル部50に出力し、図6のステップS22に進む。
送話状態判定部48は、ステップS20において、近端はフレーム時刻kにおいて送話状態であると判断し、判定フラグ1を信号線60を介してエコーキャンセル部50に出力し、図6のステップS22に進む。
図6は、エコーキャンセル部50が行なうエコーキャンセル処理を示すフローチャートである。
エコーキャンセル部50は、ステップS22において、信号線60を介して送話状態判定部48から供給される判定フラグが1か0かを判断し、判定フラグが1の場合はステップS24へ、判定フラグが0の場合はステップS26へとそれぞれ進む。
エコーキャンセル部50は、S24において、音声信号54を近端話者の音声を含むものと判断し、音声信号54を送話音声出力端子Soutに出力する。
エコーキャンセル部50は、ステップS26において、音声信号54を近端34で発生したエコーと判断し、音声信号54を消去する。
図4は、本発明による第1の実施例において、誤差パワーD(k)を求める上述の式で、分析次数Mを6とした場合の各LSP係数を示すグラフである。左のグラフは受話信号時系列r(n)を示し、右のグラフは送話信号時系列s(n)を示す。グラフの縦軸は信号の強さを表し、横軸は周波数を表す。左のグラフにおいて、時系列r(n)からは受話信号LSP係数、Rlsp(1),…,Rlsp(6)が得られる。右図において、時系列s(n)からは送話信号LSP係数、Slsp(1),…,Slsp(6)が得られる。これらの値から演算部44は、以下の式のように演算処理を行なうことによって、誤差パワーD(k)を得る。
本発明による送話状態判定方法の第2の実施例における演算処理、送話状態判定方法およびエコーキャンセル処理を、図1、図6、図7および図8を用いて、以下、詳細に説明する。
図7は本発明の第2の実施例による演算処理と送話状態判定方法とを示すフローチャートである。図7のステップS10は図5におけるステップS10と同様の処理工程であり、ここでは、図1の演算部44に音声検出器42から受話信号時系列r(n)を入力し、音声検出器46から送話信号時系列s(n)を入力し、ステップS30へ進む。
図8は本発明の第2の実施例において演算部44が図7のステップS30、S32、S34で算出する各種の値の関係を示す概念図である。演算部44は、ステップS30において、入力された信号時系列r(n)・s(n)をそれぞれ、N個の信号サンプル(Nは1以上の整数)から成るフレームに分割する。これは図8の中段の図「r(n) or s(n)」に示す通りである。図8の範囲202、204、206はそれぞれ、受話信号時系列r(n)もしくは送話信号時系列s(n)を構成するN個の信号サンプルであり、各々1つのフレームとして扱われる。演算部44が行なうステップS32以降の演算処理は、フレーム毎に施す。なお、フレーム毎(N個の信号サンプル毎)の時刻をフレーム時刻と呼ぶ。
演算部44は、ステップS32において、フレーム時刻kにおける受話信号時系列r(n)の受話信号フレームパワー時系列Pr(k)と、フレーム時刻kにおける送話信号時系列s(n)の送話信号フレームパワー時系列Ps(k)とを以下の式により求める。
次に演算部44は、ステップS34において、まずH個のフレームパワー(Hは1以上の任意の整数)を1ブロックとして以下のように定義される受話信号パワーブロックベクトルVRと送話信号パワーブロックベクトルVs(j)とを求める。
受話信号パワーブロックベクトルVRは、図8の上段の図「Pr(k)」に示す通り、H個の受話信号フレームパワーから成る。この上段の図では1つのフレームパワーを1つのマス目で示していて、個々のフレームパワーは、既に述べた通り、中段の図「r(n) or s(n)」に示す受話信号時系列r(n)のN個の信号サンプルを、信号サンプル毎に二乗して加算することによって求められる。
一方、送話信号パワーブロックベクトルVs(j)は、図8の下段の図「Ps(k)」に示す通り、これもH個のフレームパワーから成る。下段の図でも1つのフレームパワーを1つのマス目で示していて、個々のフレームパワーは、既に述べた通り、中段の図「r(n) or s(n)」に示す送話信号時系列s(n)のN個の信号サンプルを、信号サンプル毎に二乗して加算することによって求められる。そして、番号jは送話信号パワーブロック番号と呼ぶ。j=0の場合、すなわちVs(0)の場合、番号jは、図8の下段に示すように、フレーム時刻kから過去のH個のフレームパワーから成るブロックを示し、番号j=1の場合、すなわちVs(1)の場合、フレーム時刻k-1から過去のH個のフレームパワーから成るブロックを示す。
図8の下段は、送話信号パワーブロックベクトルVs(j)がH個の送話信号フレームパワーから成ることを示している。送話信号パワーブロックベクトルVs(0)は、現フレーム時刻を含むブロックのパワーブロックベクトルである。送話信号パワーブロックベクトルVs(1)は、現フレーム時刻から1フレーム時刻過去のブロックのパワーブロックベクトルである。
演算部44は、ステップS34において、続いて、以上のように定義されるVRとVs(j)とを用いて、相関係数R(j)を以下のように求める。相関係数R(j)は、VRとVs(j)との類似度を示す係数である。
次に演算部44は、ステップS36において、R(j)が最大となる送話信号パワーブロック番号jを最大相関番号J(k)とし、そのときのR(j)を最大相関係数C(k)として以下の式より最大相関番号平均値A(k)を求める。A(k)はフレーム時刻kを含めた任意個の過去のフレームの最大相関番号の平均値である。
送話状態判定部48は、ステップS38において、演算部44から信号線58を介して供給される各値J(k)、A(k)およびC(k)を用い、以下の条件により、送話状態の判定を行なう。
上記の条件が満たされている場合は、最大相関番号J(k)と最大相関番号平均値A(k)との差が|E|の範囲内であり、かつ、最大相関係数C(k)が閾値G以上である。上記の条件が満たされていない場合は、最大相関番号J(k)と最大相関番号平均値A(k)との差が|E|の範囲外であるか、あるいは最大相関係数C(k)が閾値G未満であるか、あるいはそれらの両方である。
値J(k)と値A(k)との差が|E|の範囲内ということは、フレーム時刻kを含めた過去のフレームにおける最大相関番号平均値が値J(k)と同一もしくはこれに近い値であることを意味する。値C(k)が閾値G以上であるということは、j=J(k)においてVRとVs(j)とが類似していることを意味する。つまり、条件が満たされていれば、同一もしくは近い相関番号でのVRとVsとが類似しているため、エコーとみなすことができる。条件が満たされている場合はステップS40に進み、条件が満たされていない場合はステップS42に進む。
送話状態判定部48は、ステップS40において、近端がフレーム時刻kにおいて送話状態ではないと判断し、判定フラグ0を信号線60を介してエコーキャンセル部50に供給し、図6のステップS22に進む。
送話状態判定部48は、ステップS42では、近端がフレーム時刻kにおいて送話状態であると判断し、判定フラグ1を信号線60を介してエコーキャンセル部50に供給し、図6のステップS22に進む。
図6において、第2の実施例におけるエコーキャンセル部50が行なうエコーキャンセル処理は第1の実施例で説明したものと同様である。
本発明による送話状態判定方法の第3の実施例における演算処理、送話状態判定方法およびエコーキャンセル処理を、図1、図6、図9および図10を用いて、以下、詳細に説明する。
図9は本発明による第3の実施例における演算処理と送話状態判定方法とを示すフローチャートである。ただし、ステップS10・S30・S32は、図7の第2の実施例で説明したものと同様である。
演算部44は、ステップS50において、受話信号フレームパワー時系列Pr(k)を用いて、以下のように受話信号有音無音判定フラグFr(k)を求める。
Pr(k)>Tr(k)・Brの場合、Fr(k)=1
Pr(k)≦Tr(k)・Brの場合、Fr(k)=0
ただし、値Brは後述する値Tr(k)の更新によって値Tr(k+1)とフレームパワーPr(k+1)とのレベル差が大きくなってしまう場合を是正するための値であり、値Brの大きさに応じてフラグFr(k)の値が1もしくは0のどちらかに偏るようなものではなく、1より大きい実数の中から経験上任意に定めてよい値である。値Tr(k)は背景ノイズレベルであり、初期値は必ずFr(k)=0となるような十分に大きな値である。
Pr(k)>Tr(k)・Brの場合、Fr(k)=1
Pr(k)≦Tr(k)・Brの場合、Fr(k)=0
ただし、値Brは後述する値Tr(k)の更新によって値Tr(k+1)とフレームパワーPr(k+1)とのレベル差が大きくなってしまう場合を是正するための値であり、値Brの大きさに応じてフラグFr(k)の値が1もしくは0のどちらかに偏るようなものではなく、1より大きい実数の中から経験上任意に定めてよい値である。値Tr(k)は背景ノイズレベルであり、初期値は必ずFr(k)=0となるような十分に大きな値である。
演算部44は、受話信号有音無音判定フラグFr(k)を求めた後、次のフレームのために背景ノイズレベルTr(k)を以下のように更新する。
Pr(k)<Tr(k+1) の場合、Tr(k+1)=Pr(k)とする。
Pr(k)≧Tr(k+1) の場合、Tr(k+1)=Tr(k+1)とする。
次に演算部44は、ステップS52において、送話信号フレームパワー時系列Ps(k)を用いて、以下のように送話信号有音無音判定フラグFs(k)を求める。
Ps(k)>Ts(k)・Bsの場合、Fs(k)=1
Ps(k)≦Ts(k)・Bsの場合、Fs(k)=0
ただし、値Bsは後述するTs(k)の更新によって値Ts(k+1)とフレームパワーPs(k+1)とのレベル差が大きくなってしまう場合を是正するための値であり、値Bsの大きさに応じてフラグFs(k)の値が1もしくは0のどちらかに偏るようなものではなく、1より大きい実数の中から経験上任意に定めてよい値である。値Ts(k)は背景ノイズレベルであり、初期値は必ずFs(k)=0となるような十分に大きな値である。
Ps(k)>Ts(k)・Bsの場合、Fs(k)=1
Ps(k)≦Ts(k)・Bsの場合、Fs(k)=0
ただし、値Bsは後述するTs(k)の更新によって値Ts(k+1)とフレームパワーPs(k+1)とのレベル差が大きくなってしまう場合を是正するための値であり、値Bsの大きさに応じてフラグFs(k)の値が1もしくは0のどちらかに偏るようなものではなく、1より大きい実数の中から経験上任意に定めてよい値である。値Ts(k)は背景ノイズレベルであり、初期値は必ずFs(k)=0となるような十分に大きな値である。
演算部44は、送話信号有音無音判定フラグFs(k)を求めた後、次のフレームのために背景ノイズレベルTs(k)を以下のように更新する。
Ps(k)<Ts(k+1) の場合、Ts(k+1)=Ps(k)とする。
Ps(k)≧Ts(k+1) の場合、Ts(k+1)=Ts(k+1)とする。
次に演算部44は、ステップS54において、まずフレーム数H(Hは1以上の任意の整数)を1ブロックとして以下のように定義される受話信号ブロック有音無音判定ベクトルURと送話信号ブロック有音無音判定ベクトルUs(j’)とを求める。
受話信号有音無音判定ベクトルURは、図10の上段の図「Fr(k)」に示す通り、H個の受話信号有音無音判定フラグFrから成る。この上段の図では1つの受話信号有音無音判定フラグを1つのマス目で示していて、H個の有音無音判定フラグは1つのブロックとして扱われる。
図10の範囲302、304、306はそれぞれ、受話信号時系列r(n)もしくは送話信号時系列s(n)を構成するN個の信号サンプルであり、N個の信号サンプルは1つのフレームとして扱われ、r(n)・s(n)はN個の信号サンプル毎にフレームとして分割される。
一方、送話信号有音無音判定ベクトルUs(j’)は、図10の下段の図「Fs(k)」に示す通り、これもH個の受話信号有音無音判定フラグFsから成る。下段の図でも1つの受話信号有音無音判定フラグを1つのマス目で示していて、H個の有音無音判定フラグは1つのブロックとして扱われる。
図10に示す送話信号ブロック有音無音判定ベクトルUs(0)、Us(1)は、送話信号フレーム有音無音判定値ブロック番号がそれぞれj’=0、j’=1の場合であり、それぞれ、H個の送話信号有音無音判定フラグFsから成る。H個の有音無音判定フラグは1つのブロックとして扱われる。
以上のように定義されるベクトルUR、Us(j’)を用いて、相関係数R’(j’)は以下のように求める。相関係数R’(j’)は、ベクトルURとベクトルUs(j’)との類似度を示す係数である。
次に演算部44は、ステップS54において、R’(j’)が最大となる送話信号フレーム有音無音判定値ブロック番号jを最大相関番号J’(k)とし、そのときのR’(j’)を最大相関係数C’(k)として以下の式より最大相関番号平均値A’(k)を求める。A’(k)はフレーム時刻kを含めた任意個の過去のフレームの最大相関番号の平均値である。
送話状態判定部48は、ステップS56において、演算部44から信号線58を介して供給される各値J’(k)、A’(k)およびC’(k)を用い、以下の条件により、送話状態の判定を行なう。
上記の条件が満たされている場合は、最大相関番号J’(k)と最大相関番号平均値A’(k)との差が|E|の範囲内であり、かつ、最大相関係数C’(k)が閾値G’以上である。上記の条件が満たされていない場合は、最大相関番号J’(k)と最大相関番号平均値A’(k)との差が|E|の範囲外であるか、あるいは最大相関係数C’(k)が閾値G’未満であるか、あるいはそれらの両方である。
値J’(k)と値A’(k)との差が|E|の範囲内ということは、フレーム時刻kを含めた過去のフレームにおける最大相関番号平均値がJ’(k)と同一もしくはこれに近い相関番号であることを意味する。値C’(k)が閾値G’以上であるということは、j’=J’(k)においてURとUs(j’)とが類似していることを意味する。つまり、条件が満たされていれば、同一もしくは近い相関番号でURとUsとが類似しているため、エコーとみなすことができる。条件が満たされている場合はステップS58に進み、条件が満たされていない場合はステップS60に進む。
送話状態判定部48は、ステップS58において、近端がフレーム時刻kにおいて送話状態ではないと判断し、判定フラグ0を信号線60を介してエコーキャンセル部50に供給し、図6のステップS22に進む。
送話状態判定部48は、ステップS60では、近端がフレーム時刻kにおいて送話状態であると判断し、判定フラグ1を信号線60を介してエコーキャンセル部50に供給し、図6のステップS22に進む。
図6において、第3の実施例におけるエコーキャンセル部50が行なうエコーキャンセル処理は第1の実施例で説明したものと同様である。
本発明による送話状態判定方法の第4の実施例における演算処理、送話状態判定方法およびエコーキャンセル処理を、図1、図6、図11および図12を用いて、以下、詳細に説明する。
図11は本発明の第4の実施例における演算処理と送話状態判定方法とを示すフローチャートである。ただし、ステップS10・S30・S32は、図7の第2の実施例で説明したものと同様である。
演算部44は、ステップS70において、受話信号フレームパワー時系列Pr(k)を用いて、以下のように受話信号レベル変動フラグLr(k)を求める。
Pr(k)>Pr(k-1)・Grの場合、Lr(k)=1
Pr(k)≦Pr(k-1)・Grの場合、Lr(k)=0
ただし、値Grは、受話信号フレームパワー時系列Pr(k)とPr(k-1)との差が大きくなってしまう場合を是正するための値であり、1より大きい実数の中から経験上任意に定めてよい値である。
Pr(k)>Pr(k-1)・Grの場合、Lr(k)=1
Pr(k)≦Pr(k-1)・Grの場合、Lr(k)=0
ただし、値Grは、受話信号フレームパワー時系列Pr(k)とPr(k-1)との差が大きくなってしまう場合を是正するための値であり、1より大きい実数の中から経験上任意に定めてよい値である。
演算部44は、受話信号レベル変動フラグLr(k)を求めた後、送話信号フレームパワー時系列Ps(k)を用いて、以下のように有音無音判定フラグLs(k)を求める。
Ps(k)>Ps(k-1)・Gsの場合、Ls(k)=1
Ps(k)≦Ps(k-1)・Gsの場合、Ls(k)=0
ただし、値Gsは、送話信号フレームパワー時系列Ps(k)とPs(k-1)との差が大きくなってしまう場合を是正するための値であり、1より大きい実数の中から経験上任意に定めてよい値である。
Ps(k)>Ps(k-1)・Gsの場合、Ls(k)=1
Ps(k)≦Ps(k-1)・Gsの場合、Ls(k)=0
ただし、値Gsは、送話信号フレームパワー時系列Ps(k)とPs(k-1)との差が大きくなってしまう場合を是正するための値であり、1より大きい実数の中から経験上任意に定めてよい値である。
次に演算部44は、ステップS72において、まずフレーム数H(Hは1以上の任意の整数)を1つのブロックとして以下のように定義される受話信号ブロックレベル変動ベクトルTRと送話信号ブロックレベル変動ベクトルTs(j’’)とを求める。
受話信号ブロックレベル変動ベクトルTRは、図12の上段の図「Lr(k)」に示す通り、H個の受話信号レベル変動フラグLrから成る。この上段の図では1つの受話信号レベル変動フラグを1つのマス目で示していて、H個の受話信号レベル変動フラグは1つのブロックとして扱われる。
図12の範囲402、404、406はそれぞれ、受話信号時系列r(n)もしくは送話信号時系列s(n)を構成するN個の信号サンプルであり、N個の信号サンプルは1つのフレームとして扱われ、r(n)・s(n)はN個の信号サンプル毎にフレームとして分割される。
一方、送話信号ブロックレベル変動ベクトルTs(j’’)は、図12の下段の図「Ls(k)」に示すとおり、これもH個の有音無音判定フラグLsから成る。下段の図でも1つの有音無音判定フラグを1つのマス目で示していて、H個の有音無音判定フラグは1つのブロックとして扱われる。
図12に示す送話信号ブロックレベル変動ベクトルTs(0)、Ts(1)は、送話信号フレームレベル変動判定値ブロック番号がそれぞれj’’=0、j’’=1の場合であり、それぞれ、H個の有音無音判定フラグLsから成る。H個の有音無音判定フラグは1つのブロックとして扱われる。
以上のように定義されるベクトルTRとTs(j’’)と用いて、相関係数R’’(j’’)を以下のように求める。
次に演算部44は、ステップS72において、R’’(j’’)が最大となる送話信号フレームレベル変動判定値ブロック番号j’’を最大相関番号J’’(k)とし、そのときのR’’(j’’)を最大相関係数C’’(k)として以下の式より最大相関番号平均値A’’(k)を求める。A’’(k)はフレーム時刻kを含めた任意の過去のフレームの最大相関番号の平均値である。
送話状態判定部48は、ステップS74において、演算部44から信号線58を介して供給される各値J’’(k)、A’’(k)およびC’’(k)を用い、以下の条件により、送話状態の判定を行なう。
上記の条件が満たされている場合は、最大相関番号J’’(k)と最大相関番号平均値A’’(k)との差が|E|の範囲内であり、かつ、最大相関係数C’’(k)が閾値G’’以上である。上記の条件が満たされていない場合は、最大相関番号J’’(k)と最大相関番号平均値A’’(k)との差が|E|の範囲外であるか、あるいは最大相関係数C’’(k)が閾値G’’未満であるか、あるいはそれらの両方の場合である。
値J’’(k)と値A’’(k)との差が|E|の範囲内ということは、フレーム時刻kを含めた過去のフレームにおける最大相関番号平均値がJ’’(k)と同一もしくはこれに近い相関番号であることを意味している。値C’’(k)が閾値G’’以上であるということは、j’’=J’’(k)においてTRとTs(j’’)とが類似していることを意味している。つまり、条件が満たされていれば、同一もしくは近い相関番号でTRとTs(j’’)とが類似しているため、エコーとみなすことができる。条件が満たされている場合はステップS76に進み、条件が満たされていない場合はステップS78に進む。
送話状態判定部48は、ステップS76において、近端がフレーム時刻kにおいて送話状態ではないと判断し、判定フラグ0を信号線60を介してエコーキャンセル部50に供給し、図6のステップS22に進む。
送話状態判定部48は、ステップS78では、近端がフレーム時刻kにおいて送話状態であると判断し、判定フラグ1を信号線60を介してエコーキャンセル部50に供給し、図6のステップS22に進む。
図6において、第4の実施例におけるエコーキャンセル部50が行なうエコーキャンセル処理は第1の実施例で説明したものと同様である。
40 エコーキャンセラ
42、46 音声検出器
44 演算部
48 送話状態判定部
50 エコーキャンセル部
42、46 音声検出器
44 演算部
48 送話状態判定部
50 エコーキャンセル部
Claims (8)
- 送受話手段に到来する受話信号時系列と、該送受話手段から発せられる送話信号時系列とから、一定間隔のフレーム時刻毎に、該時刻から過去の一定数の信号サンプルから成る分析フレームを切り出す切り出し工程と、
前記分析フレームに線形予測分析とLSP(Line Spectrum Pair)変換とを行ない、受話信号LSP係数と送話信号LSP係数とを求める演算工程と、
該受話信号LSP係数と送話信号LSP係数とから誤差パワーを算出する誤差パワー算出工程と、
該誤差パワーを所定の閾値と比較することによって現フレーム時刻において前記送受話手段が送話状態であるか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴とする送話状態判定方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記判定工程では、前記誤差パワーが所定の閾値より大きい場合に、現フレーム時刻において前記送受話手段が送話状態であると判定することを特徴とする送話状態判定方法。 - 送受話手段に到来する受話信号時系列と該送受話手段から発せられる送話信号時系列とをそれぞれ、一定間隔のフレーム時刻間にわたる一定の信号サンプル数から成るフレームに分割する分割工程と、
前記受話信号時系列を分割した各フレームと、前記送話信号時系列を分割した各フレームとから、それぞれ、受話信号フレームパワー時系列と、送話信号フレームパワー時系列とを求めるフレームパワー演算工程と、
前記受話信号フレームパワー時系列に含まれる一定個数の受話信号フレームパワーを要素とする受話信号パワーブロックベクトルと、前記送話信号フレームパワー時系列における、前記一定個数の送話信号フレームパワーを要素とする1つ以上の送話信号パワーブロックベクトルの各々とから、1つ以上の相関係数を演算する相関係数演算工程と、
前記1つ以上の相関係数のうち最大の、現フレーム時刻についての最大相関係数が所定の閾値以上であり、かつ、現フレーム時刻についての最大相関係数をもたらす送話信号パワーブロックベクトルの番号と現フレーム時刻から任意の過去のフレーム時刻までのそれぞれについての最大相関係数をもたらす送話信号パワーブロックベクトルの各番号の加算平均値との差の絶対値を所定の値と比較することによって、現フレーム時刻において前記送受話手段が送話状態であるか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴とする送話状態判定方法。 - 請求項3に記載の方法において、
前記判定工程では、前記絶対値が前記所定の値以下である場合に、現フレーム時刻において前記送受話手段が送話状態でないと判定することを特徴とする送話状態判定方法。 - 送受話手段に到来する受話信号時系列と該送受話手段から発せられる送話信号時系列とをそれぞれ、一定間隔のフレーム時刻間にわたる一定の信号サンプル数から成るフレームに分割する分割工程と、
前記受話信号時系列を分割した各フレームと、前記送話信号時系列を分割した各フレームとから、それぞれ、受話信号フレームパワー時系列と、送話信号フレームパワー時系列とを求めるフレームパワー演算工程と、
前記受話信号フレームパワー時系列から、フレーム毎に、有音無音のいずれかを判定する受話信号有音無音判定フラグ時系列を算出する第1のフラグ算出工程と、
前記送話信号フレームパワー時系列から、フレーム毎に、有音無音のいずれかを判定する送話信号有音無音判定フラグ時系列を算出する第2のフラグ算出工程と、
前記受話信号有音無音判定フラグ時系列に含まれる一定個数の受話信号有音無音判定フラグを要素とする受話信号ブロック有音無音判定ベクトルと、前記送話信号有音無音判定フラグ時系列における、前記一定個数の送話信号有音無音判定フラグを要素とする1つ以上の送話信号ブロック有音無音判定ベクトルの各々とから、1つ以上の相関係数を演算する相関係数演算工程と、
前記1つ以上の相関係数のうち最大の、現フレーム時刻についての最大相関係数が所定の閾値以上であり、かつ、現フレーム時刻についての最大相関係数をもたらす送話信号ブロック有音無音判定ベクトルの番号と現フレーム時刻から任意の過去のフレーム時刻までのそれぞれについての最大相関係数をもたらす送話信号ブロック有音無音判定ベクトルの各番号の加算平均値との差の絶対値を所定の値と比較することによって、現フレーム時刻において前記送受話手段が送話状態であるか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴とする送話状態判定方法。 - 請求項5に記載の方法において、
前記判定工程では、前記絶対値が前記所定の値以下である場合に、現フレーム時刻において前記送受話手段が送話状態でないと判定することを特徴とする送話状態判定方法。 - 送受話手段に到来する受話信号時系列と該送受話手段から発せられる送話信号時系列とをそれぞれ、一定間隔のフレーム時刻間にわたる一定の信号サンプル数から成るフレームに分割する分割工程と、
前記受話信号時系列を分割した各フレームと、前記送話信号時系列を分割した各フレームとから、それぞれ、受話信号フレームパワー時系列と、送話信号フレームパワー時系列とを求めるフレームパワー演算工程と、
前記受話信号フレームパワー時系列から、フレーム毎に、受話信号のレベル変動の有無いずれかを判定する受話信号レベル変動フラグ時系列を算出する第1のフラグ算出工程と、
前記送話信号フレームパワー時系列から、フレーム毎に、送話信号のレベル変動の有無いずれかを判定する送話信号レベル変動フラグ時系列を算出する第2のフラグ算出工程と、
前記受話信号レベル変動フラグ時系列に含まれる一定個数の受話信号レベル変動フラグを要素とする受話信号ブロックレベル変動ベクトルと、前記送話信号レベル変動フラグ時系列における、前記一定個数の送話信号レベル変動フラグを要素とする1つ以上の送話信号ブロックレベル変動ベクトルの各々とから、1つ以上の相関係数を演算する相関係数演算工程と、
前記1つ以上の相関係数のうち最大の、現フレーム時刻についての最大相関係数が所定の閾値以上であり、かつ、現フレーム時刻についての最大相関係数をもたらす送話信号ブロックレベル変動ベクトルの番号と現フレーム時刻から任意の過去のフレーム時刻までのそれぞれについての最大相関係数をもたらす送話信号ブロックレベル変動ベクトルの各番号の加算平均値との差の絶対値を所定の値と比較することによって、現フレーム時刻において前記送受話手段が送話状態であるか否かを判定する判定工程とを含むことを特徴とする送話状態判定方法。 - 請求項7に記載の方法において、
前記判定工程では、前記絶対値が前記所定の値以下である場合に、現フレーム時刻において前記送受話手段が送話状態でないと判定することを特徴とする送話状態判定方法。
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