JP2007288640A

JP2007288640A - 音声通信端末の雑音除去装置

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Publication number: JP2007288640A
Application number: JP2006115351A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kuboki; 浩久保木; Kenichi Kurihara; 健一栗原
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Oki Networks Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Oki Networks Co Ltd
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: US7983908B2; JP5054324B2; EP1848191A2; CN101060550A; EP1848191A3; US20070250314A1; CN101060550B

Abstract

【課題】フィルタ係数の演算を行うことなく、リアルタイムに所望のフィルタ特性を得ることができる音声通信端末の雑音除去装置を提供する。
【解決手段】通信網を介して受信した受信音声信号に含まれる雑音成分の除去をなす音声通信端末の雑音除去装置であり、各々が供給されるフィルタ係数列を示す係数設定信号に応じてフィルタ特性を発揮し、かつ受信音声信号を受信する初段フィルタとこれに直列接続した複数の後段フィルタをも含むデジタルフィルタ列と、該デジタルフィルタ列を構成する複数のデジタルフィルタの各々の特性を指定する指定入力を生成するフィルタ特性指定手段と、複数のフィルタ係数列を保持し、該複数のフィルタ係数列の中から前記指定入力に対応するフィルタ係数列を抽出し、これを該複数のデジタルフィルタの各々に供給するフィルタ係数設定手段と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声信号の特定周波数成分のみを除去する音声通信端末装置の雑音除去装置に関する。

電話機等の音声通信端末において、送話者が雑音の多い状況下で通話する場合や電話回線にノイズが混入した場合に、これらの雑音によって送話者の通話音声が聞き取りにくくなるのを防ぐために、特定周波数帯域の信号のみを通過させるフィルタを該電話機等に設けることにより、送話者の通話音声を明瞭にする処理を行うようにしたものが知られている。この場合において、該電話機等に使用されるフィルタは、例えば人間の声の周波数帯域のみを通過させる固定された特性のみを備えるものであった（特許文献１）。

一方、電話回線や無線用の電波に混入するノイズや、電話機等に備えられたマイクロフォンに入力される雑音を検出し、検出されたノイズレベルに応じてフィルタ係数を演算し、これをデジタルフィルタに設定することにより、該デジタルフィルタのフィルタ特性を適宜変化させて送話者の通話音声を明瞭にするようにしたものも知られている（特許文献２）。
特開平５−２５２２５３号公報特開平７−２３５９６９号公報

しかしながら、人間の声の周波数帯域および雑音の周波数帯域は様々であり、上記した前者の周波数特性が固定された単一のフィルタだけでは、あらゆる状況下において明瞭な通話音声を得ることは困難であった。

また、上記した後者の電話機の如く検出されたノイズレベルに応じてフィルタ係数を演算し、デジタルフィルタの特性を適宜変化させる場合には、上記した問題点は改善されるものの、フィルタ係数の演算に時間がかかり、その結果、送話者の音声が電話機等のスピーカから出力されるまでの時間に遅延が生じることとなる。音声通信を行う際、通話音声の遅延が大きくなると会話のテンポがずれて会話自体が困難となる。特にＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）を使用したＩＰ電話においては、もともと音声圧縮および伸張処理に伴う遅延、パケット化による遅延、ＩＰパケットがネットワーク上を通過する際に生じる遅延があり、これ以外の他の要因による更なる遅延時間の増大は、リアルタイム性が要求される音声通信において好ましくない。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、フィルタ係数の演算を行うことなく、リアルタイムに所望のフィルタ特性を得ることができる音声通信端末の雑音除去装置を提供することを目的とする。

本発明の音声通信端末装置の雑音除去装置は、通信網を介して受信した受信音声信号に含まれる雑音成分の除去をなす音声通信端末の雑音除去装置であって、各々が供給されるフィルタ係数列を示すフィルタ係数信号に応じてフィルタ特性を発揮し、かつ該受信音声信号を受信する初段フィルタを含み、これに直列接続した複数の後段フィルタをも含むデジタルフィルタ列と、該デジタルフィルタ列を構成する複数のデジタルフィルタの各々の特性を指定する指定入力を生成するフィルタ特性指定手段と、複数のフィルタ係数列を保持し、該複数のフィルタ係数列の中から該指定入力に対応するフィルタ係数列を抽出し、これを該フィルタ係数信号として該複数のデジタルフィルタの各々に供給するフィルタ係数設定手段と、を含むことを特徴とする。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。本実施例においては、本発明をＩＰ電話端末に適用した例について説明するが、これに限定されず、デジタル音声信号を送受信しこれを再生する携帯電話端末やＰＨＳ等の音声通信端末や、一般の電話機とＩＰネットワーク間に設けられ、呼制御を行うためのＶｏＩＰゲートウェイ、その他デジタル音声信号の処理を行うあらゆる機器に適用することも可能である。図１は、本発明の雑音除去装置を備えた音声通信端末としてのＩＰ電話端末０１の機能ブロック図である。

入力インターフェイス１１はインターネットやイントラネット等のＩＰネットワーク１００に接続し、ＩＰネットワーク１００を介して供給されるデジタル音声信号が格納されたＩＰパケットを受信するためのインターフェイスである。入力インターフェイス１１に受信された受信パケットは、ＩＰパケット処理部１２に送信される。

ＩＰパケット処理部１２は、入力インターフェイス１１から受信した受信パケットをいったん蓄積し、パケット間の到達時間間隔を調整して、逆パケット化処理を行い、受信デジタル音声信号を生成する。詳述するとＶｏＩＰでは音声データにＲＴＰヘッダが付加されており、このＲＴＰヘッダにはＩＰパケットの順序を示すシーケンス番号と、処理時間を示すタイムスタンプとが含まれている。ＩＰパケット処理部１２は、受信パケットのＲＴＰヘッダに記されたシーケンス番号の順にバッファメモリ（図示せず）に格納し、タイムスタンプに従って逆パケット化処理を行う。生成された受信デジタル音声信号は、音声伸長部１３に供給される。

また、ＩＰパケット処理部１２は、マイクロフォン３２から入力された音声をＩＰネットワーク１００を介して通話先に送信する場合には、デジタル符号化された送信デジタル音声信号を例えば２０ミリ秒単位でパケット化してＲＴＰヘッダ、ＵＤＰヘッダ、ＩＰヘッダを付加して送信パケットを生成する。生成された送信パケットは出力インターフェイス２３に送信される。

音声伸長部１３は、例えばＣＳ―ＡＣＥＬＰ（共役構造代数符号励振線形予測）方式等の所定の符号化処理によって圧縮された受信デジタル音声信号の伸長処理を行い、これをフィルタ部１４に供給する。

操作入力部１６は、電話番号を入力するためのプッシュボタン、受話音量を調節するためのボリューム調整ボタン、通話中に保留音を流すための保留ボタン等の各種操作ボタン（図示せず）の他、後述するフィルタ部１４のフィルタ特性を設定するためのフィルタ特性指定ボタン（図示せず）が設けられている。操作入力部１６は、ユーザによりこのフィルタ特性指定ボタンが操作され、フィルタ特性の指定がなされると、これに応じたフィルタ特性指定信号を生成して、これをフィルタ制御部１５に供給する。

フィルタ制御部１５は、フィルタ部１４において所定のフィルタ特性を発揮させるべく予め設定された複数のフィルタ係数列を図示しないメモリ内に保持している。フィルタ処理部１５は、操作入力部１６から供給されるフィルタ特性指定信号に対応するフィルタ係数列を該メモリから抽出し、これをフィルタ係数信号としてフィルタ部１４に供給する。

フィルタ部１４は、フィルタ制御部１５から供給されるフィルタ係数列を示すフィルタ係数信号に基づいて、フィルタ係数を設定することにより、フィルタ係数に応じたフィルタ特性を発揮する。すなわち、フィルタ制御部１４は設定されたフィルタ係数に従って、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、若しくはバンドパスフィルタとして機能して、受信デジタル音声信号に混入したノイズや、雑音の除去を行う。フィルタリング処理がなされた受信デジタル音声信号は、Ｄ／Ａ変換器１７に送信される。

上記したフィルタ部１４、フィルタ制御部１５、操作入力部１６によって、本発明の雑音除去装置０２が構成される。

Ｄ／Ａ変換器１７は、受信デジタル音声信号をアナログ変換して受信アナログ音声信号を生成する。生成された受信アナログ信号はハンドセット３０に設けられたスピーカ３１に送信される。

ハンドセット３０は、Ｄ／Ａ変換器１７より供給される受信アナログ音声信号を音声として出力するスピーカ３１および音圧変化を受信して、音圧変化に応じた送信アナログ音声信号を生成するマイクロフォン３２が設けられている。生成された送信アナログ音声信号はＡ／Ｄ変換器２１に送信される。

Ａ／Ｄ変換器２１は、マイクロフォン３２から供給される送信アナログ音声信号をＰＣＭ方式等によりデジタル変換し、送信デジタル音声信号を生成する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器２１は、アナログ音声信号に対して８ＫＨｚでサンプリングし、８ビットで量子化することにより送信デジタル音声信号を生成する。生成された送信デジタル音声信号は音声圧縮部２２に送信される。

音声圧縮部２２は、ＰＣＭ方式等によってデジタル変換された送信デジタル音声信号を例えばＣＳ−ＡＣＥＬＰ（共役構造代数符号励振線形予測）方式等の所定の方式によって圧縮処理を行う。圧縮された送信デジタル音声信号は、ＩＰパケット処理部１２に送信される。ＩＰパケット処理部１２は上記した如く、送信デジタル音声信号を所定時間毎に分割してＲＴＰヘッダ、ＵＤＰヘッダ、ＩＰヘッダを付加して送信パケットを生成する。生成された送信パケットは出力インターフェイス２３に送信される。

出力インターフェイス２３は、ＩＰネットワーク１００に接続し、ＩＰネットワーク１００を介して送信パケットを通話先に送信するためのインターフェイスである。

次に、フィルタ部１４の詳細の構成について図２を参照しつつ説明する。図２に示す如くフィルタ部１４は、直列接続された複数のデジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・を含んでいる。音声伸長部１３より供給される受信デジタル音声信号は、デジタルフィルタ１４ａに入力され、デジタルフィルタ１４ａの出力は、デジタルフィルタ１４ｂに入力され、更にデジタルフィルタ１４ｂの出力はデジタルフィルタ１４ｃに入力される。つまり、フィルタ部１４に入力された受信デジタル音声信号は、複数のデジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・のそれぞれよって、複数回のフィルタリング処理がなされるようになっている。

各デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・のそれぞれには、フィルタ制御部１５から個別にフィルタ係数列を示すフィルタ係数信号が供給され、各デジタルフィルタは、フィルタ係数列に基づいて、それぞれのフィルタ特性を発揮する。

フィルタ制御部１５は、上記した如くデジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・のフィルタ特性を特定するためのフィルタ係数列をメモリ内に複数保持している。すなわち、フィルタ制御部１５は、各デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・を、所望のカットオフ周波数のハイパスフィルタ若しくはローパスフィルタとして機能させるべく複数のフィルタ係数列を保持している。フィルタ制御部１５においてフィルタ係数列を複数保持することによって、デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・をハイパスフィルタ若しくはローパスフィルタとして機能させる場合のカットオフ周波数は、例えば１００Ｈｚステップで調整することが可能となっている。

フィルタ制御部１５は、操作入力部１６からのフィルタ特性指定信号を受信すると、メモリ（図示せず）内に保持している当該フィルタ特性指定信号に対応するフィルタ係数列を抽出し、これをフィルタ係数信号として各デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・に供給する。

操作入力部１６には、図示しないフィルタ特性指定ボタンが設けられており、各デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・毎に、フィルタの種類（ハイパス／ローパス）の選択およびカットオフ周波数の選択をすることが可能となっている。この操作入力部１６におけるフィルタ特性の指定操作は、各デジタルフィルタの各々について予め設定されたフィルタ特性メニューの中から所望の特性を選択することにより行われる。

図３は、デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・の詳細の構成を示す図である。各デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・の構成はそれぞれ同一であり、図３に示す如く、直列接続された複数の遅延素子Ｄ１〜Ｄ４と、各遅延素子Ｄ１〜Ｄ４の出力端に接続された複数の乗算器Ａ１〜Ａ４と、各乗算器Ａ１〜Ａ４の出力を加算する加算器ＡＤＤとを含んでいる。尚、図３においては、一例として遅延素子の数を４個、乗算器の数を５個とした４次のデジタルフィルタの構成としているが、遅延時間や実現したいフィルタ性能に応じて適宜変更することが可能である。

遅延素子Ｄ１には、サンプリング周期に同期して受信デジタル音声信号系列Ｘ（ｎ）が順次入力され、これを１クロックだけ遅延させてこれを遅延素子Ｄ２に供給するとともに乗算器Ａ２にも供給する。同様に遅延素子Ｄ２は、遅延素子Ｄ１から順次供給される受信デジタル音声信号列Ｘ（ｎ）を１クロック遅延させて遅延素子Ｄ３に供給するとともに乗算器Ａ３にもこれを供給する。遅延素子Ｄ３、Ｄ４においても同様な処理を行う。

乗算器Ａ１〜Ａ５のそれぞれには、フィルタ制御部１５から供給されるフィルタ係数列を示すフィルタ係数信号によって係数値ｈ（０）〜ｈ（４）がそれぞれ設定される。乗算器Ａ１は、順次入力される受信デジタル音声信号系列Ｘ（ｎ）と設定された係数値ｈ（０）とを乗算し、乗算器Ａ２〜Ａ５は、各遅延素子Ｄ１〜Ｄ４から供給される遅延時間が付加された受信デジタル音声信号系列Ｘ（ｎ）と各乗算器Ａ２〜Ａ５に設定された係数値ｈ（１）〜ｈ（４）とを乗算する。

加算器ＡＤＤは、サンプリング周期毎に各乗算器Ａ１〜Ａ５の出力を加算し、この結果を各デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・の出力信号系列Ｙａ（ｎ）、Ｙｂ（ｎ）、Ｙｃ（ｎ）・・・として出力する。

各デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・は、適当なフィルタ係数ｈ（０）〜ｈ（４）を設定することにより、所望のフィルタ特性を発揮する。

上記した如く、１番目のデジタルフィルタ１４ａの出力信号系列Ｙａ（ｎ）は次段のデジタルフィルタ１４ｂの入力信号系列として入力される。デジタルフィルタ１４ｂは、信号系列Ｙａ（ｎ）について上記した処理と同様に畳み込み演算を行って出力信号系列Ｙｂ（ｎ）を出力する。デジタルフィルタ１４ｃ以降も同様の処理を行い、フィルタ部１４は、最終的な出力信号系列Ｙ（ｎ）を出力する。

すなわち、各デジタルフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・は、フィルタ係数の設定により、種々のフィルタ特性を備えることができ、更に各デジタルフィルタを組み合わせることにより、フィルタ部１４全体として、予めフィルタ係数列として備えていないフィルタ特性をも発揮することが可能となる。換言すれば、フィルタ係数列として予め備えていないフィルタ特性を予め備えられたフィルタ特性の組み合わせによって構成することができるのである。

また、図３に示す如く、各デジタルフィルタにはスイッチ素子ＳＷが設けられている。フィルタ制御部１５は、操作入力部１６の操作によって使用しないこととなったデジタルフィルタに対しては、フィルタ制御信号の供給は行わず、当該使用しないデジタルフィルタに対応するスイッチ素子ＳＷを駆動するための駆動信号を生成して、当該スイッチ素子ＳＷをオンさせる。スイッチ素子ＳＷがオンするとデジタルフィルタの入出力間が導通することにより、入出力間を迂回するバイパス経路Ｂが形成され、デジタルフィルタに入力された受信デジタル音声信号は、このバイパス経路Ｂを経由して出力される。すなわち、使用しないこととなったデジタルフィルタに入力される受信デジタル音声信号は、上記した遅延素子Ｄ１〜Ｄ４、乗算器Ａ１〜Ａ４、加算器ＡＤＤを経由せず、デジタルフィルタ内を通過する。これによって、入力された受信デジタル音声信号は、遅延素子Ｄ１〜Ｄ４の通過に伴う遅延を回避することが可能となる。

次に、本発明の雑音除去装置の動作について図４のフローチャートを参照しつつ説明する。

以下の説明においては、操作入力部１６に設けられたフィルタ特性指定ボタン（図示せず）の操作によって、１番目のデジタルフィルタ１４ａをカットオフ周波数３００Ｈｚのハイパスフィルタとして機能させ、２番目のデジタルフィルタ１４ｂをカットオフ周波数３ＫＨｚのローパスフィルタとして機能させるべく操作がなされたものとする。

操作入力部１６は、フィルタ特性指定ボタンの操作入力に従って、各デジタルフィルタにおいて設定すべきフィルタの種類およびカットオフ周波数を示すフィルタ特性指定信号を生成し、これをフィルタ制御部１５に供給する（ステップＳ０１）。

フィルタ制御部１５は、これを受信して、予め設定され、メモリ内に保持しているフィルタ係数列の中から、カットオフ周波数３００Ｈｚのハイパスフィルタの特性に対応するフィルタ係数列ｈａ（ｍ）を抽出し、これをフィルタ制御信号として１番目のデジタルフィルタ１４ａに供給するとともに、カットオフ周波数３ＫＨｚのローパスフィルタの特性に対応するフィルタ係数列ｈｂ（ｍ）を抽出し、これをフィルタ制御信号として２番目のデジタルフィルタ１４ｂに供給する（ステップＳ０２）。３番目以降のデジタルフィルタは使用しないため、フィルタ制御信号は送信されず、スイッチ素子ＳＷを駆動するための駆動信号が供給される。これにより、使用しないデジタルフィルタの入出力間にはバイパス経路Ｂが形成される。

フィルタ制御信号を受信したデジタルフィルタ１４ａ、１４ｂは、これに基づいて各乗算器Ａ１〜Ａ５においてフィルタ係数値を設定する（ステップＳ０３）。

デジタルフィルタ１４ａは、設定したフィルタ係数値と音声伸長部１３から供給される受信デジタル音声信号系列Ｘ（ｎ）との畳み込み演算行い、出力信号系列Ｙａ（ｎ）を出力し、これを２番目のデジタルフィルタ１４ｂに供給する。続いて、デジタルフィルタ１４ｂは、設定したフィルタ係数値とデジタルフィルタ１４ａから出力された出力信号系列Ｙａ（ｎ）との畳み込み演算行い、出力信号系列Ｙｂ（ｎ）を出力する。出力信号系列Ｙｂ（ｎ）は３番目以降のデジタルフィルタに形成されたバイパス経路Ｂを経由して、フィルタ部１４の最終的な出力として出力信号系列Ｙ（ｎ）（＝Ｙｂ（ｎ））を出力する（ステップＳ０４）
受信デジタル音声信号は、カットオフ周波数３００Ｈｚのハイパスフィルタとして機能するデジタルフィルタ１４ａとカットオフ周波数３ＫＨｚのローパスフィルタとして機能する１４ｂの両方を通過することにより、３００Ｈｚ〜３ＫＨｚの周波数帯域以外の周波数成分が除去される。すなわち、フィルタ部１４は、これらのフィルタを組み合わせることにより、通過帯域３００Ｈｚ〜３ＫＨｚのバンドパスフィルタとして機能する。

以上の説明から明らかなように、本発明の雑音除去装置によれば、互いに直列接続されたデジタルフィルタを複数備え、これら複数のデジタルフィルタの各々のフィルタ特性を選択的に設定することができ、これらを適当に組み合わせることによって、予め備えていない所望のフィルタ特性を持つフィルタを構成することができる。また、音声信号を通過させる順序や通過回数も自由に設定することができる。これにより、本発明の雑音除去装置は、多彩なフィルタ特性を備えることができ、従来の周波数特性が固定された単一のフィルタでは、十分に除去しきれていなかった雑音も、フィルタ特性を適切に組み合わせることによって、除去することが可能となり、より明瞭な通話音声を得ることができる。

また、各デジタルフィルタの特性は、予めメモリ内に保持しているフィルタ係数列の中から所望の特性に対応するフィルタ係数列を選択することによって設定されるため、フィルタ係数の演算を行わない。すなわち、フィルタ係数の演算のための処理時間を必要とせず、フィルタリング処理に伴う音声信号の伝搬遅延を最小限に抑えることできる。従って、通話音声の伝播遅延の更なる増大が問題となるＩＰ電話への適用も十分可能である。

本発明の実施例である雑音除去装置を備えたＩＰ電話端末の機能ブロック図である。本発明の実施例であるフィルタ部の構成を示す図である。本発明の実施例であるデジタルフィルタの構成を示す図である。本発明の実施例である雑音除去装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

０１ＩＰ電話端末
１４フィルタ部
１５フィルタ制御部
１６操作入力部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃデジタルフィルタ
Ｄ１〜Ｄ４遅延素子
Ａ１〜Ａ５乗算器
ＡＤＤ加算器

Claims

通信網を介して受信した受信音声信号に含まれる雑音成分の除去をなす音声通信端末の雑音除去装置であって、
各々が供給されるフィルタ係数列を示すフィルタ係数信号に応じてフィルタ特性を発揮し、かつ前記受信音声信号を受信する初段フィルタを含み、これに直列接続した複数の後段フィルタをも含むデジタルフィルタ列と、
前記デジタルフィルタ列を構成する複数のデジタルフィルタの各々の特性を指定する指定入力を生成するフィルタ特性指定手段と、
複数のフィルタ係数列を保持し、前記複数のフィルタ係数列の中から前記指定入力に対応するフィルタ係数列を抽出し、これを前記フィルタ係数信号として前記複数のデジタルフィルタの各々に供給するフィルタ係数設定手段と、を含むことを特徴とする音声通信端末の雑音除去装置。
前記複数のデジタルフィルタの各々の入出力間に接続されたオンオフスイッチ素子と、
前記オンオフスイッチ素子を選択的に駆動するスイッチ駆動手段と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の音声通信端末装置の雑音除去装置。