JP2553839B2 - 音声・描画同時通信方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 音声信号帯域の一部の帯域の削除と一部の帯域の移動
を行って音声帯域内に無信号帯域を有する圧縮された音
声信号を作成して送受信するとともに、複数チャンネル
のモデム信号をこの無信号帯域に挿入して送受信するこ
とによって、描画信号の全二重通信を行うことができる
ようにする。受信側では、圧縮された音声信号における
一部の帯域を移動して一部の帯域を削除された音声信号
を復元することによって音声信号の全二重通信を行うこ
とができるようにして、音声，描画同時通信を実現す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は音声信号と描画信号とを同時に伝送する方式
に係り、特にアナログ電話回線を使用して音声信号と描
画信号とを重畳して双方向に同時に伝送する音声・描画
同時通信方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の電話通信では音声情報の伝送のみ行うようにし
ているため、地図や図形の説明をする場合や、人名，地
名等の伝達を行う場合に、情報を伝えるために長時間を
要するばかりでなく、話者の意図を確実に伝達すること
が困難な場合があるという問題があり、このため電話回
線を経て音声とともに描画情報を同時に伝送することが
できるイメージフォン（またはスケッチフォン）が開発
されている。

このような、アナログ電話回線を介して音声信号と描
画信号とを重畳して伝送する通信方式においては、音声
信号の品質低下を生じないとともに、描画情報も全二重
通信可能なものであることが要望される。

第８図は従来の音声信号と描画信号との多重化方式を
示す図である。

従来のアナログ電話網を利用した音声・描画同時通信
方式におけるテレライティング端末においては、第８図
に示す多重化方式によって音声信号と描画信号との多重
化を行っている。

第８図において（１）は音声の信号帯域を示し、アナ
ログ電話回線においては、通常、斜線を施して示す0.3
〜3.4kHzの周波数範囲を電話音声帯域して伝送する。

これに対して従来の方式では、（２）に示すように電
話音声帯域から一部の周波数範囲を帯域除去し、この部
分に（３）に示すような狭い周波数スペクトラムを有す
る符号化された描画信号を挿入して多重化することによ
って（４）に示すような信号形式によって、音声信号と
描画信号との同時伝送を行うようにしている。

即ち音声帯域の一部を除去することによる影響をでき
るだけ少なくするため、モデムの伝送速度として300bps
を用い、必要帯域を300Hz程度として1.6〜1.9kHzの帯域
に挿入するようにし、これに応じて音声帯域における1.
4〜2.1kHzの範囲を帯域除去している。

従来のテレライティング端末の音声・描画同時通信方
式においては、音声品質の劣化を最小限にするため、モ
デム信号として１チャンネルだけ用いているので、音声
通信は全二重であるにも拘わらず描画像の通信は半二重
となって、対向する話者が同時に描画像を伝送すること
ができず、先に描画した話者が送信権を持って描画の伝
送を行い、その終了を持って始めて相手話者が描画像を
伝送できるようになっている。

従って、従来の方式では両話者が同時に描画像を伝送
することができない点で情報伝達機能上不満であるとと
もに、両話者の描画信号の送信／受信の切り替えのため
の通信制御を必要とし、装置構成が複雑化するという問
題点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は音声信号と描画信号の全二重通信を実
現できるとともに、音声帯域の分割，削除を音声品質の
低下を少なくするように選定可能な音声・描画同時通信
方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するた
め、第１図に原理的構成を示すように、音声信号と描画
信号とをアナログ電話回線を介して同時に送受信する音
声・描画通信端末において、電話音声入出力手段（10
1）、描画像入出力手段（102）、音声圧縮手段（10
3）、描画像変調手段（104）、音声伸張手段（105）お
よび描画像復調手段（106）を具えている。

電話音声入出力手段（101）はハンドセット等の音声
入出力手段を有している。

描画像入出力手段（102）は、タブレット等の描画像
入力手段と、ディスプレイ等の描画像表示手段とを具え
ている。

音声圧縮手段（103）は、マルチバンドディジタルフ
ィルタを具えて音声入出力手段（101）からの音声信号
を複数の帯域に分割して選択的に抽出するとともに、サ
ンプルの間引きを行って分割された帯域の一部を移動し
て音声帯域内に無信号帯域を作成する。

描画像変調手段（104）は、描画像入出力手段（102）
からの描画像信号をモデム信号化して圧縮された音声信
号中の無信号帯域における一部のチャンネルに挿入す
る。

音声伸張手段（105）は、サンプルの間引きを行っ
て、受信した多重化された信号における圧縮された音声
信号の一部の帯域を移動したのち、マルチバンドディジ
タルフィルタによって複数の帯域に分割して選択的に抽
出することによって送信側の音声帯域を再現して電話音
声入出力手段（101）に入力する。

描画像復調手段（106）は、多重化された信号におけ
る他のチャンネルのモデム信号を抽出し復調して、描画
信号を再生して描画像入出力手段（102）に与える。

従って本発明の構成は以下に示す通りである。即ち、
電話音声入出力手段（101）と、描画像入出力手段（10
2）とを具え、音声信号と描画信号とをアナログ電話回
線を介して同時に送受信する音声・描画同時通信端末に
おいて、 電話音声入出力手段（101）からの音声信号を３つ以
上の等間隔な帯域に分割して、該分割された音声帯域を
１つおきに奇数番または偶数番を選択的に抽出するとと
もに分割された帯域の一部を移動して音声帯域内に無信
号帯域を作成する音声圧縮手段（103）と、 前記描画像入出力手段（102）からの描画像信号をモ
デム信号化して前記圧縮された音声信号中の無信号帯域
における送信チャンネルに挿入する描画像変調手段（10
4）とを具え、 音声信号と描画信号とを多重化して送信するととも
に、 該多重化された信号から音声信号と描画信号を分離
し、音声信号をディジタルサンプリングし、このサンプ
ルを１つおきに間引いてサンプル値を強制的に０に置き
換えることでサンプル値を折り返すことで移動させ、さ
らに３つ以上の等間隔な帯域に分割したのち、該分割さ
れた音声帯域を１つおきに、送信側で処理したのと同じ
奇数番または偶数番を選択的に抽出することによって送
信側の音声帯域を再現して前記電話音声入出力手段（10
1）に入力する音声伸張手段（105）と、 該多重化された信号における他のチャンネルのモデム
信号を抽出し復調して描画像信号を再生して前記描画像
入出力手段（102）に与える描画像復調手段（106）とを
具え、 多重化された音声信号と描画信号とを分離して受信す
ることを特徴とする音声・描画同時通信方式としての構
成を有する。

〔作 用〕

第２図は本発明の音声・描画同時通信方式における音
声信号と描画信号との多重化方式を示したものであっ
て、本発明の作用を説明している。

第２図において（１）は音声の信号帯域を示し、アナ
ログ電話回線における0.3〜3.4kHzの周波数範囲を〜
の５個の帯域に分割する。

そしてこれから１つおきの帯域，，を抽出する
とともに帯域の位置と向きを変更して、第２図（２）
に示すような周波数配置の音声信号を作成する。

さらに（２）におけるとの帯域の中間の位置に、
（３）に示すような300bpsモデムのスペクラムを有する
２チャンネルの描画信号を作成する。

このような音声信号と描画信号とを重畳して（４）に
示す伝送信号を作成する。

これによって、音声信号を全二重化するとともに、２
チャンネルの描画信号を往復に１チャンネルずつ使用す
ることによって、描画信号も全二重化する。

従って本発明の音声・描画同時通信方式では、音声と
描画像とをともに全二重通信を行うことができ、両話者
が同時に音声通話と描画の伝送とを行うことができると
ともに、描画信号の送信／受信の切り替えが不要にな
る。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例としての音声・描画同時通
信方式の模式的ブロック構成図を示したものである。

ユーザが電話のみを使用するときは、スイッチ１−₁,
1−_２はの側に接続されていて、ハンドセット２とア
ナログ電話回線とは電話機制御回路３を介して接続され
て、通常の音声通信が行われる。

音声と描画の同時通信を行うときは、スイッチ１−₁,
1−_２はの側に接続される。４は中央処理装置（CPU）
であって、描画信号の入出力の制御を行う。即ちタブレ
ット５上においてペン６を用いて描画を行うと、ペン６
の位置に応じて座標検出回路７から一定時間ごとにサン
プリングされたペン座標の信号が出力される。中央処理
装置（CPU）４はこのペン座標の信号に対して直線補間
の処理を行って、映像メモリ８に格納する。さらに映像
メモリ８から読み出したデータによってディスプレイ９
において描画像の表示を行う。またサンプリングされた
ペン座標の情報は中央処理装置（CPU）４によって圧縮
符号化されて情報量を削減され、変調器9Aを経て第２図
（３）に示された一方のチャンネルのモデム信号に変換
されて送出される。

一方、電話機制御回路３からの第２図（１）に示す音
声信号は、２線・４線変換回路10を介して音声圧縮回路
11に加えられて所要の帯域圧縮処理を受けて、第２図
（２）に示された圧縮された音声信号を発生する。

変調器9Aからのモデム信号化された描画信号と、音声
圧縮回路11からの帯域圧縮された音声信号とは加算器12
において加算されて第２図（４）に示す多重化信号発生
し、２線・４線変換回路13及びスイッチ１−_２を介して
アナロク電話回線に送出される。

アナログ電話回線から送られてくる信号も同じ構成か
らなり、フィルタ14を介して第２図（３）に示す他方の
チャンネルのモデム信号が抽出され、抽出されたモデム
信号は復調器15において復調されて、圧縮符号化された
描画信号を生じる。中央処理装置（CPU）４はこの圧縮
符号化された描画信号に対して伸張処理を行って映像メ
モリ８に格納し、さらに映像メモリ８から読み出された
描画像の情報はディスプレイ９において表示される。

一方、受信信号は２線・４線変換回路13を介して音声
伸張回路16に加えられて所要の伸張処理を受けて、第２
図（１）における，，の帯域の信号を生じ、２線
・４線変換回路10から電話器制御回路３を介してハンド
セット２において受信される。

第４図は、音声圧縮回路11の構成例を示すブロック部
である。第４図において、21は電話音声帯域（0.3〜3.4
kHz）の帯域通過アナログフィルタ、22はアナログディ
ジタル変換器（A/D）、23はマルチバンドディジタルフ
ィルタ、24はサンプルを１個おきに間引く処理を行うサ
ンプリング間引き処理部、25は帯域除去ディジタルフィ
ルタ、26はディジタルアナログ変換器（D/A）、27は低
域通過アナログフィルタである。

第５図は音声伸張回路16の構成を示すブロック部であ
る。第５図において、31はアナログディジタル変換器
（A/D）、32は帯域除去ディジタルフィルタ、33はサン
プルを１個おきに間引く処理を行うサンプリング間引き
処理部、34はマルチバンドディジタルフィルタ、35はデ
ィジタルアナログ変換器（D/A）、36は低域通過アナロ
グフィルタである。

第６図は音声信号と描画信号の多重化を説明する図、
第７図は多重化された信号からの音声信号の分離を説明
する図である。

以下、第３図乃至第７図を参照して、音声信号と描画
信号の多重化と分離とについて説明する。

第３図においてハンドセット２から発生する音声信号
は、第６図（１）に示すように広いスペクトラム帯域を
持っている。この音声信号は第４図に示す音声圧縮回路
11において、帯域通過アナログフィルタ21によって、第
６図（２）に示すように、0.3〜3.4kHzの周波数範囲に
帯域制限される。この信号をアナログディジタル変換器
（A/D）22においてサンプリング周波数（f kHz）でアロ
ログディジタル変換を行うと、第６図（３）に示すよう
な周波数f kHzごとに折り返されたスペクトラムを有す
る信号となる。これを第６図において（Ａ）に示すよう
な、０〜f kHzの範囲で交互に通過帯域と阻止帯域を有
し、f/2kHzを中心として通過帯域と阻止帯域とが互いに
対称な位置に存在するような振幅特性を有するマルチバ
ンドディイジタルフィルタ23を通過させることによっ
て、第６図（４）に示すスペクトラム配置の信号を得
る。この信号をサンプル間引き処理部24においてサンプ
ルを１つおきに間引いて、サンプル値を１つおきに強制
的に０に置き換えることによって、スペクトラムがf/4k
Hzごとに折り返されて、第６図（５）に示すスペクトラ
ムを有する信号を得る。この際、折り返された通過帯域
の信号は他の通過帯域の信号と重畳することはない。こ
の信号を０〜f kHzの周波数範囲でf/2kHzを中心として
上下対称な帯域除去を有する帯域除去ディジタルフィル
タ25を通過させることによって、第６図（６）に示す信
号を得る。ディジタルアナログ変換器（D/A）26におい
て、この信号をサンプリング周波数f kHzでディジタル
アナログ変換し、低域通過アナログフィルタ27によって
高周波成分を除去することによって、第６図（７）に示
す帯域圧縮された信号を得る。この信号に対し斜線を施
して示す２つのチャンネルのモデム信号を多重化して、
第６図（８）に示すアナログ電話回線の信号を得る。

アナログ電話回線を介して伝送されてきた。第７図
（９）に示すスペクトラムを有する相手方からの音声信
号と、描画像を伝送する斜線を施して示すモデム信号と
の多重化された信号は、第５図に示す音声伸張回路16に
おいて、アナログディジタル変換器（A/D）31でサンプ
リング周波数f kHzによってディジタルアナログ変換を
行われて、第７図（10）に示すような周波数f kHzで折
り返され、０〜f kHzの範囲でf/2kHzを中心として上下
対称なスペクトラムを有する信号を生じる。この信号を
０〜f kHzの範囲でf/2kHzを中心として上下対称な帯域
除去特性を有する帯域除去ディジタルフィルタ32を通過
させることによって、モデム信号が除去されて第７図
（11）に示す信号となる。この信号はサンプル間引き処
理部33においてサンプルを１つおきに間引いて、サンプ
ル値を１つおきに強制的に０に置き換えることによっ
て、スペクトラムがf/4kHzごとに折り返されて、第７図
（12）に示すスペクトラムを有する信号を得る。この信
号は第６図（Ａ）に示す帯域特性を有するマルチバンド
ディジタルフィルタ34を通過することによって、第７図
（13）に示すスペクトラムを有する信号を生じる。ディ
ジタルアナログ変換器（D/A）35において、この信号を
再びサンプリング周波数f kHzでディジタルアナログ変
換し、低域通過アナログフィルタ36を通過させて高周波
成分を除去することによって、第７図（14）に示す音声
出力信号が得られる。

このように本発明の音声・描画同時通信方式では、マ
ルチバンドディジタルフィルタによる離散的スペクトラ
ム配置を有する信号の発生と、サンプルの間引きによっ
て、音声の品質低下を極力抑えながら一部の帯域を削除
し、さらにスペクトラムの配置を変更して削除した周波
数帯域を１箇所に集め、これを描画信号を伝送するモデ
ム信号の伝送帯域に割り付けるようにしている。モデム
信号は波形伝送であるから、種々の回線構成における減
衰ひずみと群遅延ひずみの小さい帯域を使用する必要が
あり、従って電話音声帯域における0.1kHz〜2.0kHzの領
域に割り付けることが望ましいが本発明の音声・描画同
時通信方式では上述のようにして、所要の帯域に２チャ
ンネルの描画像のモデム信号を収容することができる。

第８図に示された従来の音声・描画同時通信方式で複
数チャンネルのモデム信号を挿入しようとすると、中域
の欠落が大きくなるため音声品質の低下が著しくなり、
実用に耐えなくなるが、本発明の音声・描画同時通信方
式では、音声帯域を複数に分割して、その中から任意個
数の帯域を選択して抽出することによって、音声品質の
低下を最小限にすることができる。特に第２図に例示す
るように、低域，中域，高域からそれぞれ一部の帯域を
抽出するようにすることが、声の特徴を良く表す周波数
帯域のスペクトルをできるだけ多く伝送する上で有効で
ある。

ここで音声信号をどのような周波数間隔の帯域に分割
し、無信号帯域をどこに設けるのかを以下に説明する。

音声信号をどのような周波数間隔の帯域に分割するか
については、音声圧縮回路と音声伸張回路に適用するマ
ルチバンドディジタルフィルタに依存する。できるだけ
音声信号を細かい周波数間隔で多数の狭い帯域に細かく
分割する方が、除去する音声帯域を全ての周波数帯域に
分散できるため、一部の帯域をまとめて除去するより音
声品質の劣化は少ないと期待できる。従って、多くの分
散した帯域を除去できる高性能なマルチバンドディジタ
ルフィルタを使用すると、音声の劣化は少なくできる
が、ハードウェアが複雑になりコスト高となる。

実施例では、無信号帯域の割りつけとして、0.9〜2.1
kHzを採用した。理由は、以下の２点である。即ち、 300b/sモデムのスペクトラムを２つ割りつけるには少
なくとも1.2kHzの帯域幅が必要である。

モデム信号は波形伝送であるため、種々の回線構成に
おける減衰ひずみと群遅延ひずみが小さい帯域に割りつ
ける必要がある。

ここで更に、本発明において音声信号の帯域の一部を
削除することによって、音質にどのような影響があるの
かを説明する。

音声帯域の一部を除去した場合の音質品質に対する影
響は、研究実用化報告第32巻第３号（1983）「帯域除去
音声の通話品質」で定量的に検討されている。しかし、
本発明のように複数の帯域を少しづつ除去した場合の音
声品質について検討した例は知られていない。しかし、
上記研究実用化報告からある程度品質劣化を推測できる
ので、以下にその要点を記載する。

音声帯域の一部を除去することによって、一般の電話
音声と比べ、明瞭性，音量，自然性などの劣化が生じ
る。このうち、明瞭性は電話系に不可欠な通話性能であ
る。

明瞭度に対する影響 ・同一中心周波数では、除去帯域が広くなるほど明瞭度
等価減衰量は増加する。

オピニオン評価に対する影響 ・除去帯域が広いほどオピニオン値は低下する。

・除去帯域幅が400Hzおよび800Hzでは、中心周波数を2.
2kHzとすると、最も平均オピニオン値（MOS）が良くな
り、特に400Hzのときは原音と変わらない評価が得られ
ている。

・除去帯域幅が同一であっても中間部分の帯域除去のよ
うに、高域部分と低域部分が残っている場合の方が、高
域ないし低域部分がない場合に比べオピニオン劣化は少
ない。

ここでオピニオン評価とは、通話の満足度にもとづく
主観的な評価方法である。

被験者は日常電話を使用する立場から音声を主観的に
判断し、「非常によい」から「非常に悪い」までの５段
階のうち最も適切なものを選択する。この各評価に対し
て、加重平均を求めたものが平均オピニオン値（MOS）
である。平均オピニオン値（MOS）1.5は被験者の50％以
上が普通以上と判断する値である。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明の音声・描画同時通信方式
によれば、音声信号を圧縮して複数チャンネルのモデム
信号を挿入するので、音声信号と描画信号の全二重通信
を実現できるとともに、従来の半二重通信方式のように
送信／受信の切り替えの通信制御が不必要になる。この
際音声帯域の一部の帯域の移動を行って、モデム信号を
挿入するので、音声帯域の分割，削除を音声品質の低下
を少なくするように選定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の音声・描画同時通信方式の原理的構成
を示す図、 第２図は本発明の音声・描画同時通信方式における音声
信号と描画信号との多重化方式の説明図、 第３図は本発明の一実施例としての音声・描画同時通信
方式の模式的ブロック構成図、 第４図は音声圧縮回路11の構成例を示すブロック図、 第５図は音声伸張回路16の構成例を示すブロック図、 第６図は音声信号と描画信号の多重化を説明する図、 第７図は多重化された信号からの音声信号の分離を説明
する図、 第８図は従来の音声信号と描画信号との多重化方式を示
す図である。 １−₁,1−_２……スイッチ ２……ハンドセット ３……電話機制御回路 ４……中央処理装置（CPU） ５……タブレット ６……ペン ７……座標検出回路 ８……映像メモリ ９……ディスプレイ 9A……変調器 10,13……２線・４線変換回路 11……音声圧縮回路 12……加算器 14……フィルタ 15……復調器 16……音声伸張回路 21……帯域通過アナログフィルタ 22,31……アナログディジタル変換器（A/D） 23,34……マルチバンドディジタルフィルタ 24,33……サンプル間引き処理部 25,32……帯域除去ディジタルフィルタ 26,35……ディジタルアナログ変換器（D/A） 27,36……低域通過アナログフィルタ 101……電話音声入出力手段 102……描画像入出力手段 103……音声圧縮手段 104……描画像変調手段 105……音声伸張手段 106……描画像復調手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安達 基光 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (72)発明者 小幡 明彦 川崎市中原区上小田中1015番地 富士通 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−130517（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電話音声入出力手段と、描画像入出力手段
   とを具え、音声信号と描画信号とをアナログ電話回線を
   介して同時に送受信する音声・描画同時通信端末におい
   て、 電話音声入出力手段からの音声信号を３つ以上の等間隔
   な帯域に分割して、該分割された音声帯域を１つおきに
   奇数番または偶数番を選択的に抽出するとともに分割さ
   れた帯域の一部を移動して音声帯域内に無信号帯域を作
   成する音声圧縮手段と、 前記描画像入出力手段からの描画像信号をモデム信号化
   して前記圧縮された音声信号中の無信号帯域における送
   信チャンネルに挿入する描画像変調手段とを具え、 音声信号と描画信号とを多重化して送信するとともに、 該多重化された信号から音声信号と描画信号を分離し、
   音声信号をディジタルサンプリングし、このサンプルを
   １つおきに間引いてサンプル値を強制的に０に置き換え
   ることでサンプル値を折り返すことで移動させ、さらに
   ３つ以上の等間隔な帯域に分割したのち、該分割された
   音声帯域を１つおきに、送信側で処理したのと同じ奇数
   番または偶数番を選択的に抽出することによって送信側
   の音声帯域を再現して前記電話音声入出力手段に入力す
   る音声伸張手段と、 該多重化された信号におけるチャンネルのモデム信号を
   抽出し復調して描画像信号を再生して前記描画像入出力
   手段に与える描画像復調手段とを具え、 多重化された音声信号と描画信号とを分離して受信する
   ことを特徴とする音声・描画同時通信方式。