JP2654503B2 - 無線端末装置 - Google Patents

無線端末装置

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JP2654503B2
JP2654503B2 JP5019720A JP1972093A JP2654503B2 JP 2654503 B2 JP2654503 B2 JP 2654503B2 JP 5019720 A JP5019720 A JP 5019720A JP 1972093 A JP1972093 A JP 1972093A JP 2654503 B2 JP2654503 B2 JP 2654503B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、手を用いることなく音
声により制御命令を入力して、呼接続およびダイヤリン
グを行う無線端末装置に利用する。本発明は、特に自動
車に搭載されるセルラ方式のハンドフリー無線端末装置
として利用するに適する。セルラ方式とは一つの無線基
地局が受け持つゾーンを小さく設定し、無線基地局を小
さい間隔で多数配置するとともに、基地局および移動局
ともその送信電力を小さく設定して電波の有効利用をは
かり、加入できる無線端末の数を大きくすることができ
る方式である。セルラ方式については、電子情報通信学
会編「電子情報通信ハンドブック」１９８８年オーム社
発行２１８７頁２０５７頁に詳しい記載がある。
【０００２】
【従来の技術】音声により制御命令を入力するための自
動音声認識装置は、さまざまな分野で利用されはじめ
た。従来の自動音声認識装置は、可聴音声信号から抽出
した特徴を比較することにより動作する。認識しようと
する音声から抽出した特徴を既知の発話から抽出して蓄
えた特徴と比較する。
【０００３】正確な認識のために、異なる時間に話され
た同じ語または音から抽出した特徴が、十分に類似して
いることが重要である。しかし、音声のダイナミックレ
ンジが広い場合、特に、マイクロホンにより受信される
音声レベルが非常に広い範囲にわたって変化するハンド
フリー電話の場合には、特徴を類似させることが困難に
なる。この音声レベルの変化を補償するため、多くの音
声認識装置では何らかの形態の自動利得制御（ＡＧＣ）
が用いられている。
【０００４】自動利得制御回路は、特徴抽出回路が使用
する平均信号レベルをある所定の時間にわたって可能な
かぎりほぼ一定に保つことができるように、利得を制御
する。したがって、静かな発話のときには、大声の発話
に比較して大きな利得が与えられる。この形態の自動利
得制御回路は、連続音声を入力信号とする場合には良好
に動作する。これは、ある時間が経過すると自動利得制
御回路が信号レベルを最適化し、矛盾のない特徴抽出が
できるようになるからである。しかし、無音の場合に
は、自動利得制御回路の利得が背景雑音により決定され
るレベルまで増加し、発話の開始時には、自動利得制御
回路の利得が高く設定されてしまう。発話中には回路の
利得が自動的に制限される。利得変化の速度は、自動利
得制御回路の「アタック」時間により決定される。した
がって、発話の開始時には利得が非常に大きくなり、そ
のときに抽出される特徴は、その後に利得が制限された
ときに抽出される同じ特徴に比較して、非常に大きなエ
ネルギをもつことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この歪の効果は入力信
号レベルに依存し、音声レベルが高くなるほど歪が大き
くなる。したがって、抽出された最初の幾つかの特徴
は、理論的には同等な蓄えられた特徴と対応せず、認識
特性が不十分となることがある。
【０００６】一方、セルラ方式による移動無線通信方式
が移動無線電話に広く採用されることが考えられ、また
無線端末装置が安価に入手できるようになって自動車に
搭載され広く普及する場合には、交通安全のうえからハ
ンドフリーの制御装置が強く要望されている。すなわ
ち、セルラ方式は小さいゾーンが設定されて、基地局の
数がきわめて大きくなるためにその接続制御が複雑であ
る。したがって、呼接続およびダイヤリングのための制
御命令に誤りが発生すると、制御チャネルおよび接続制
御装置を占有する時間が長くなってその影響するところ
が大きいから、制御命令の中に発生する命令の誤り率を
小さくすることが必要である。自動車内で自動車を運転
しながらハンドフリーの音声入力を行うと、運転者は運
転動作にしたがって首を左右に振るから、マイクロホン
は必ずしも発話者の口元にあるとは限らず、また周囲の
騒音の質や量が風、道路およびエンジンの雑音などによ
り激しく変動するから、音声入力による制御命令の誤り
率を小さくするにはさらに高度な音声認識装置が必要で
ある。
【０００７】本発明は、この要望に応えることができる
装置を提供することを目的とする。すなわち本発明は、
発話者とマイクロホンの相対位置関係が変動し、周囲騒
音の質および量が変動する環境でも、音声入力による制
御命令の誤り率を小さく抑えることができる無線端末装
置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の無線端末装置
は、音声命令に応答して呼接続およびダイヤリングを行
う接続制御装置を備え、この接続制御装置に、音声信号
が供給される入力手段と、この音声信号の周波数パラメ
ータを抽出する信号処理手段と、この信号処理手段の抽
出した周波数パラメータをディジタル信号に変換するア
ナログ・ディジタル変換器と、このアナログ・ディジタ
ル変換器の出力データを周波数パラメータのデータとし
て少なくとも一時的に蓄える蓄積手段とを備えた接続制
御装置において、接続制御装置にさらに、信号処理手段
により抽出されてアナログ・ディジタル変換器に供給さ
れる周波数パラメータの信号レベルをその信号レベルと
アナログ・ディジタル変換器のダイナミックレンジとに
応じて自動的に制御する自動利得制御手段と、この自動
利得制御手段における信号レベルの制御に用いられた利
得係数を測定する手段と、測定された利得係数をその利
得係数のときに得られた周波数パラメータのデータに対
応して蓄積手段に蓄える手段と、標本化周期の終了時
に、音声信号の少なくとも最初の部分について、蓄積手
段に蓄えられた周波数パラメータのデータをそれぞれの
データに対応する利得係数に基づいて補正する手段とを
備えたことを特徴とする。
【０００９】本発明は自動利得制御手段としてディジタ
ルに切り替え可能な減衰器を用い、音声認識を実行する
マイクロプロセッサにより利得を決定する。マイクロプ
ロセッサが利得を制御することにより、アナログ・ディ
ジタル変換器の自動利得制御を適応させている間を除い
てダイナミックレンジを越えないようにする。アナログ
・ディジタル変換器は、アナログで自動利得制御を行う
場合でも、特徴抽出回路と認識装置を制御するマイクロ
プロセッサとの間に必要である。
【００１０】従来のアナログ自動利得制御と本発明装置
との基本的な差異は、本発明装置ではマイクロプロセッ
サが利得の設定値を制御し、これにより、抽出されたそ
れぞれの特徴に対して使用された利得を蓄えることがで
きることである。発話が終了した後に、マイクロプロセ
ッサが完了した発話に対して最適な利得設定値を決定す
る。蓄えられた特徴は、すべて最適利得設定値で規格化
される。このようにして、矛盾のない特徴の組を入力信
号利得に独立に抽出することができる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例として、無線端末装置内で音
声命令に応答して呼接続およびダイヤリングを行う接続
制御装置に設けられる音声認識装置について添付図面を
参照して説明する。
【００１２】ここでは実施例として、テンプレート・マ
ッチングを用いた音声認識装置を参照して本発明を説明
するが、テンプレート・マッチングに限らず、従来から
用いられているどのような音声認識装置、例えば確率モ
デル化（stochastic modeling)、マルコフ・チェーン
(Marcov chaines) 、ダイナミック・タイムワーピング
(dynamic-timewarping)、音素認識 (phoneme-recognati
on)でも同様に本発明を実施できる。
【００１３】音声認識は、複数 (一般には８ないし16)
のフィルタ・チャネルからのエネルギ曲線を比較するこ
とを基本とする。音声が存在するときには、各フィルタ
・チャネルからのエネルギ・スペクトラムをアナログ・
ディジタル変換器で二値化してテンプレートを作成し、
これをメモリに蓄える。
【００１４】認識の初期段階は「トレーニング」と呼ば
れ、認識装置に認識すべき語を話して参照テンプレート
を生成する。認識すべき語に対する参照テンプレートが
作成されると、音声認識を実行できる。
【００１５】認識装置に発話を入力すると、メモリ内の
参照テンプレートと比較できる試験テンプレートを作成
し、最も似ているものを見つけ出す。
【００１６】本発明の音声認識装置の基本的な構成要素
を図１に示す。マイクロホン１から入力され増幅器２に
より増幅された音声信号は、フィルタ・バンク3aを通過
する。フィルタ・バンク3aでは、音声信号が複数 (この
実施例では16) の周波数帯に濾波され、この信号が整流
器４により整流される。濾波され整流された信号は、低
域通過フィルタ3bにより平滑化され、この後に、マルチ
プレクサ５により順番に標本化される。マルチプレクサ
５は、得られた単一チャネルの信号をディジタル自動利
得制御回路８に供給する。ディジタル自動利得制御回路
８は出力信号をアナログ・ディジタル変換器６に供給
し、このアナログ・ディジタル変換器６から、二値化信
号ストリームが制御用のマイクロプロセッサ７に供給さ
れる。マイクロプロセッサ７にはメモリ９が接続され
る。
【００１７】マルチプレクサは、それぞれのフィルタ・
チャネルを20マイクロ秒間にわたり読み取り、それが終
了すると次のフィルタ・チャネルの読み取りを行う。10
ミリ秒のタイムスロットのそれぞれの終了時に、それぞ
れのチャネルでその期間に標本化されたエネルギを蓄え
る。トレーニング時および認識動作時に生成されるテン
プレートは、それぞれのフィルタ・チャネルに対して約
100 タイムスロットの標本を含む。
【００１８】ディジタル自動利得制御回路は以下の方法
で動作する。マルチプレクサがフィルタ・チャネルを読
み取る毎に、マイクロプロセッサは、そのチャネルのエ
ネルギ・レベルを読み取ってアナログ・ディジタル変換
器が過負荷となっているか否か、すなわち利得が大き過
ぎないか否かを判断する。利得が大き過ぎるとマイクロ
プロセッサが判断したときには、ディジタル自動利得制
御回路の利得を１段階ずつ減少させ、再びチャネルのエ
ネルギ・レベルを観測する。利得を１段階減少させるこ
とは、利得を1.5dB 引き下げることに対応する。利得が
十分に引き下げられてアナログ・ディジタル変換器の過
負荷を防止できるとマイクロプロセッサが判断するま
で、マルチプレクサは次のチャネルの読み取りを開始し
ない。マルチプレクサが次のフィルタの読み取りを開始
するときには、新しいチャネルのエネルギ・レベルによ
ってアナログ・ディジタル変換器の過負荷が生じないか
ぎり、ディジタル利得制御回路の利得を前のチャネルで
得られた低レベルに維持する。新しいチャネルのエネル
ギ・レベルにより過負荷が生じたときには、上述したと
同様に利得を１段階ずつ引き下げる。マルチプレクサが
最後のフィルタ・チャネルを読み取ったとき、マイクロ
プロセッサは、すべてのチャネルのエネルギ・レベルに
ついて、その利得係数（この係数は、マイクロプロセッ
サに接続されたメモリに、エネルギ・レベル情報として
一緒に蓄えられている）をマイクロプロセッサにより確
立した新しい最小値で割って規格化する。このようにし
て、初期入力信号利得およびテンプレートを作成する間
の利得変化と独立に、矛盾のない特徴の組を抽出でき
る。
【００１９】音声認識装置はまた、音声または語の開始
および終了を高精度に検出する必要がある。本発明の音
声認識装置は、以下の技術を使用する。 Ａ．背景雑音のエネルギ・レベルを32タイムスロットに
わたりに測定して蓄え (10ミリ秒に１標本）、これと同
時に、最大雑音エネルギについて、上述と同様に自動利
得制御回路の利得を調節（削減）する。 Ｂ．それぞれのタイムスロットにおけるフィルタの値を
総て加算し、これを16 (フィルタ・チャネルの数) で除
算し、ディジタル自動利得制御回路の利得を示す利得係
数を乗算し、それぞれのタイムスロットを比較して最大
値を見つけることより、最大エネルギの標本を見つけ
る。 Ｃ．音声が存在すると判断するために必要なしきい値を
ステップＢで求めた最大雑音エネルギの1.5 倍に設定す
る。 Ｄ．それぞれのフィルタ・チャネルに対する平均雑音エ
ネルギを見つけて蓄え（それぞれのチャネルについて、
32タイムスロット全体のエネルギの和を求め、これを32
で割る) 、雑音テンプレートを確立する。 Ｅ．これらの後にフィルタ・バンクを10ミリ秒毎に走査
し、平均フィルタ・エネルギがステップＣで計算した雑
音／音声しきい値を越えるまで、100 タイムスロットの
標本を蓄えることのできる一時循環メモリにデータを蓄
える。 Ｆ．32個の標本を得た後に雑音／音声しきい値を越えて
いない場合には、ディジタル自動利得制御回路の利得が
低く設定されていないことを確認するための検査を行
う。この検査は、32タイムスロットの間に蓄えたフィル
タ・チャネル値の最大値を見つけることにより行う。最
大レベルがアナログ・ディジタル変換器の最大許容入力
レベルより1.5dB 以上低ければ、自動利得制御の利得を
１段階増加させ、利得を1.5dB 増加させる。32個の標本
を得た後でもしきい値を越えず、ディジタル自動利得制
御回路の設定が正しい場合には、最新の32個の標本につ
いて最大エネルギを見つけ (ステップＢと同様）、1.5
を乗算する (ステップＣと同様）ことにより、雑音／音
声しきい値を再び計算する。 Ｇ．雑音／音声しきい値を越えたときには、100 個の標
本が入力されるか、または20個の連続する標本に対して
エネルギ・レベルが雑音／音声しきい値以下になるま
で、フィルタ・バンクを10ミリ秒毎に走査し、フィルタ
のデータをメモリに蓄え、音声テンプレートを生成す
る。上述したように、データ入力中にアナログ・ディジ
タル変換器が過負荷となったときには、自動利得制御の
設定を１段階減少させ、そのフィルタ・チャネルに対す
るデータを再処理する。16個のフィルタ・チャネルを走
査するうちにディジタル自動利得制御回路の利得が低下
した場合には、全16チャネルからのデータを再入力し、
これにより、すべてのフィルタ・データを同一の自動利
得制御設定値に対応させる。使用される自動利得制御の
値には、フィルタ・データと一緒にメモリに記憶する。
各タイムスロットの開始時に使用される自動利得制御の
設定値は前の時間フレームから得られ、音声処理中には
利得を減らすことができるだけである (増加させること
はできない) 。テンプレートを作成する期間の終了時に
すべてのテンプレート・データを一定の自動利得制御設
定値で規格化するので、利得を増加できなくても問題は
ない。 Ｈ．音声／雑音の検出しきい値により音声の開始を確実
に検出できるように、音声検出前の15タイムスロットの
標本を一時循環メモリから「音声」テンプレートの前部
に送り出す。 Ｉ．音声を検出するまでに100 個以上の標本を処理した
場合には、一時循環メモリ内の最も古い32個の時間フレ
ームを解析して（ステップＤと同様）、雑音テンプレー
トを再度計算する。音声検出前に100 個未満の標本しか
処理していない場合には、ステップＤで確立した音声テ
ンプレートを以下のステップで使用する。 Ｊ．以上のステップにより、音声テンプレートを作成す
るための自動利得制御の最小利得設定値がわかり、この
設定値に対して音声テンプレートと雑音テンプレートと
の双方が規格化され、これにより、双方のテンプレート
が入力された値を含み、その利得が開始時から使用され
る。 Ｋ．規格化された雑音テンプレートを規格化された音声
テンプレートの各時間フレームから減算する。 Ｌ．規格化された音声テンプレートの最大エネルギを見
つけ、新しい雑音／音声しきい値、すなわち最大エネル
ギから18dBを引いた値を計算する。この新しいしきい値
を使用して、規格化された音声テンプレートを走査し、
音声の開始点および終了点を判定する。 Ｍ．次に、音声テンプレートから開始点と終了点とを除
去し、メモリに蓄えるか（トレーニングの場合）、また
は認識のために使用する。表に、320 ミリ秒 (10ミリ秒
のタイムスロットを32個) にわたって背景雑音を測定し
たときの、メモリに蓄えられた値を例を表１に示す。
【００２０】
【表１】 ディジタル自動利得制御（DAGC）の値「４」は、アナロ
グ・ディジタル変換器に出力する信号を６dB減衰させる
ことに等価であり、「実際の」エネルギを計算するため
に、すべてのフィルタ・バンクの値を二倍した。
【００２１】最大実エネルギ (すべてのフィルタの平
均) は−410 、テンプレートの記録を開始または終了す
るしきい値は−615 であった。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発話者とマイクロホンの相対位置関係が変動し、周囲騒
音の質および量が変動する環境でも、音声入力による制
御命令の誤り率を小さく抑えることができる無線端末装
置が得られる。本発明は、ハンドフリーであって、しか
も音声による制御入力に誤認識の発生率が小さいことが
必要なセルラ方式による自動車用無線電話装置に実施し
てきわめて効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例音声認識装置の概略的な構成図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォーズ ニコラス・ジョン・アーノル ド イギリス国サフォーク・イプスウィッ チ・ストークパーク・ネトレイクローズ 28番地 (56)参考文献 特開 昭60−85628（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−95398（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 音声命令に応答して呼接続およびダイヤ
    リングを行う接続制御装置を備え、 前記接続制御装置に、 音声信号が供給される入力手段と、 この音声信号の周波数パラメータを抽出する信号処理手
    段と、 この信号処理手段の抽出した周波数パラメータをディジ
    タル信号に変換するアナログ・ディジタル変換器と、 このアナログ・ディジタル変換器の出力データを周波数
    パラメータのデータとして少なくとも一時的に蓄える蓄
    積手段と を備えた接続制御装置において、 前記接続制御装置にさらに、 前記信号処理手段により抽出されて前記アナログ・ディ
    ジタル変換器に供給される周波数パラメータの信号レベ
    ルをその信号レベルと前記アナログ・ディジタル変換器
    のダイナミックレンジとに応じて自動的に制御する自動
    利得制御手段と、 この自動利得制御手段における信号レベルの制御に用い
    られた利得係数を測定する手段と、 測定された利得係数をその利得係数のときに得られた周
    波数パラメータのデータに対応して前記蓄積手段に蓄え
    る手段と、 標本化周期の終了時に、前記音声信号の少なくとも最初
    の部分について、前記蓄積手段に蓄えられた周波数パラ
    メータのデータをそれぞれのデータに対応する利得係数
    に基づいて補正する手段と を備えた ことを特徴とする無
    線端末装置。
  2. 【請求項２】 前記補正する手段は、その標本化周期の
    間に蓄えられた最も小さい利得係数を基準とし、それよ
    り大きい利得係数で得られた周波数パラメータのデータ
    をその利得係数の比に応じて調整する手段を含む請求項
    １記載の無線端末装置。
  3. 【請求項３】 前記自動利得制御手段は、ディジタルに
    切り替え可能な減衰器と、この減衰器による減衰率を制
    御する制御手段とを含み、 この制御手段は前記蓄積手段に蓄えられた周波数パラメ
    ータのデータを処理するマイクロプロセッサにより構成
    された 請求項１記載の無線端末装置。
  4. 【請求項４】 前記補正手段が前記マイクロプロセッサ
    により構成された請求項３記載の無線端末装置。
  5. 【請求項５】 前記マイクロプロセッサは周波数パラメ
    ータのデータにより音声認識を行う手段を含む請求項３
    または４記載の無線端末装置。
  6. 【請求項６】 前記自動利得制御手段は、長さｔのタイ
    ムスロットを動作単位とし、その時間ｔを細分した時間
    毎にそれぞれの周波数パラメータに対して前記アナログ
    ・ディジタル変換器に供給する信号レベルを決定し、そ
    の信号レベルがあらかじめ定められたレベルより大きい
    ときには利得を低減してその信号レベルを再び評価し、
    最終的なレベルが前記あらかじめ定められたレベル以下
    となるまで信号強度の評価および利得の低減を長さｔの
    タイムスロット内で繰り返す手段を含む請求項１記載の
    無線端末装置。
  7. 【請求項７】 前記あらかじめ定められたレベルは、前
    記アナログ・ディジタル変換器のダイナミックレンジの
    最大レベルに設定された請求項６記載の無線端末装置。
  8. 【請求項８】 前記信号処理手段は、前記入力手段の音
    声信号を複数の周波数帯域毎のチャネルに分離してそれ
    ぞれのチャネルのエネルギ・レベルを抽出するフィルタ
    手段と、このフィルタ手段の各チャネルの出力信号を順
    次選択するマルチプレクサとを含み、 前記自動利得制御手段は、それぞれの周波数帯の最終的
    な利得係数を次の周波数帯の初期利得係数として使用す
    る手段を含む 請求項６記載の無線端末装置。
  9. 【請求項９】 標本化周期は長さｔの複数のタイムスロ
    ットを含む請求項６ないし８のいずれか記載の無線端末
    装置。
JP5019720A 1986-06-02 1993-01-11 無線端末装置 Expired - Fee Related JP2654503B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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