JP3886797B2

JP3886797B2 - トーン検出器

Info

Publication number: JP3886797B2
Application number: JP2001383298A
Authority: JP
Inventors: 正徳伊藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-12-17
Also published as: JP2003189340A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トーン検出器に係り、特に、フィルタを用いずにトーン信号を送出しつつトーン検出を正しく行うトーン検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリ装置などの通信装置では、データの送受信など通信を行う際に、トーン信号を検出する必要がある。さらに、あるトーン信号（以下、トーンＴと称する）を送出している間に、異なる周波数を持った、別なトーン信号（以下、トーンＲと称する）を検出しなければならない場合がある。この場合、さまざまな原因で、送出したトーンＴのエコー信号が返ってくるため、トーンＲのための検出器には、トーンＲだけではなく、トーンＴのエコー信号も入ってくる。それゆえに、トーンＲの検出が困難になってくる。これを克服するためには、このエコー信号を取り去るなどして、エコー信号の影響を減らしたり、無くしたりする必要が出てくる。
【０００３】
従来、このようなトーンＴのエコー信号を取り去る場合、フィルタ等を用いるのが一般的である。これは、トーンＲの検出器の前に、トーンＴのエコー信号をカットするためのフィルタを入れ、トーンＴのエコー信号とトーンＲが混じった入力信号から、トーンＴのエコー信号の成分を取り除く、または、エコー信号のレベルを下げようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トーンＴとトーンＲの周波数が近接していた際には、高次のフィルタを用いないといけない場合がある。これは、高次のフィルタを用いないと、トーンＴのエコー信号の成分を十分に取り除くことができず、トーンＲ用の検出器がエコー信号の影響を受けてしまうからである。また、トーンＴのエコー信号を取り除くだけでなく、トーンＲの信号成分も取り除こうとして、そのレベルが下がり、トーンＲ用の検出器に悪影響を与えてしまうという問題もある。
【０００５】
そのため、従来のトーン検出器では、高次のフィルタを用いることになるが、高次のフィルタを使う場合、ハードウェアで構成すると、部品点数が多くなり、価格の上昇を招く。また、反対に、ソフトウェアで構成する場合には、フィルタの段数が長いため、処理に時間がかかり、全体の処理量の低下を招くという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、様々な問題のあるフィルタを使うこと無しに、トーン信号送出中のトーン検出を行うことができるトーン検出器を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、トーン信号を送出するトーン送出手段と、外部からトーン信号を受信する信号受信手段と、前記受信した信号からトーン信号を検出するトーン信号検出手段と、該トーン信号検出手段に検出されたデータから特定のトーン信号の検出判定を行うトーン判定手段と、を備え、前記トーン信号検出手段が、前記受信した全ての信号のトーン信号と、前記送出したトーン信号のエコー信号と、検出対象のトーン信号と、を検出し、前記トーン判定手段が、前記トーン信号検出手段に検出された前記検出対象のトーン信号検出により得られたデータが、前記受信した全ての信号から得られたデータから前記エコー信号から得られたデータを除いたデータと比較して、所定の割合以上あることにより、前記検出対象のトーン信号の検出判定を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
この構成により、入力された全ての信号の検出処理で得られたデータから、送出したトーン信号のエコー信号の検出処理から得られたデータを除いて、検出対象のトーン信号の検出判定を行っているので、検出処理の弊害となるエコー信号の影響を無くしたり、削減することができ、正しく精度の良いトーン検出を行うことができる。
【００１０】
また、ノイズにまみれた入力信号など外乱がある場合でも、割合を変化させることにより、検出の厳しさを調整することができ、正しく精度の良いトーン検出を行うことができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１記載のトーン検出器において、前記トーン信号検出手段が、トーン信号の特定の特徴量を抽出することによりトーン信号を検出し、前記特徴量が抽出された結果のデータを前記トーン判定手段に受け渡すことを特徴とするものである。
【００１２】
この構成により、前記特徴量に差異のあるトーン信号の検出を行うことができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項２記載のトーン検出器において、前記トーン信号検出手段が、前記特徴量として、周波数に関するものを用いることを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成により、周波数に差異があったり、特徴があるトーン信号の検出を行うことができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項３に記載のトーン検出器において、前記トーン信号検出手段が、前記周波数に関する特徴量として、周波数成分のパワーレベルを用いることを特徴とするものである。
【００１８】
この構成により、周波数成分のパワーレベルを用いた演算処理や比較処理でトーン信号の検出を行うことができる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項４に記載のトーン検出器において、前記トーン信号検出手段が、前記周波数成分のパワーレベルをＤＦＴ演算を用いて求めることを特徴とするものである。この構成により、対象とする周波数帯域だけのパワーを求めることができ、正確なトーン信号の検出を行うことができる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項４に記載のトーン検出器において、前記トーン信号検出手段が、前記周波数成分のパワーレベルをＦＦＴ演算を用いて求めることを特徴とするものである。この構成により、データ長が長い定常なデータに関して、最も良くパワーレベルが得られ、正確なトーン信号の検出を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
まず、本発明に係るトーン検出器の動作原理を、ある周波数を持ったトーン信号を送出中に、その周波数と異なる周波数を持ったトーン信号を検出するという、２つの信号の場合を例にして、説明する。
【００２６】
まず、あるトーン信号（以下、トーンＴと称する）用と、別なトーン信号（以下、トーンＲと称する）用に、検出器を２つ用意する。ここで、検出器の個数を２個としたが、必ず２個でなければならない訳でなく、少なくとも、同時に送出するトーン信号の数と、同時に検出するトーン信号の数の合計個数分、あればよい。例えば、デュアルトーンを送出中に、シングルトーンを検出するといった場合には、最低３個必要になる。
【００２７】
各検出器は、検出したい周波数を設定しておき、その設定された周波数成分のパワースペクトルを求め、全入力信号のパワースペクトルと比べて、求めたパワースペクトルが予め決められた値以上あれば、その周波数成分は存在していると判断し、入力信号中に検出したいトーン信号があったと判定するように検出動作を行うものとする。ここで、検出する信号の特徴量として、検出信号の周波数領域でのパワーを用いたが、検出すべき信号を特徴づけるものであれば、振幅領域や位相領域などでの特徴量でも良い。また、検出判定において、全入力信号のパワースペクトルと比べて、求めたパワースペクトルが予め決められた値以上あれば検出とみなすとしたが、決められた値の代わりに決められた割合でも良い。さらに、パワースペクトルの求め方は、何でも良く、ここでは、例えば一般的なＦＦＴ演算によって求める。
【００２８】
次に、トーンＴ用の検出器（以下、検出器Ｔと称する）をトーンＴの周波数に設定し、トーンＲ用の検出器（以下、検出器Ｒと称する）をトーンＲの周波数に設定し、検出器を働かせる。検出器を働かせると、トーンＴ用の検出器では、トーンＴのエコー信号のパワースペクトルが求められる。また、トーンＲ用の検出器でも、トーンＲのパワースペクトルが求められる。
【００２９】
図１に、検出処理によって得られた検出すべきトーンとエコートーンのパワースペクトルを示す。また、図２に、入力された信号の全パワースペクトルを示す。
【００３０】
検出器では、検出判定を行うために、入力信号の全パワースペクトルを同時に求め、その全パワーから、トーンＴ用の検出器で求めたトーンＴのエコー信号のパワーを除くことにより、エコー信号以外の入力信号を求める。
【００３１】
図３に、エコートーンを除去した後の入力波形の周波数分布を示す。
【００３２】
上記エコー信号以外の入力信号を求めたパワーの中に、トーンＲ用の検出器で求めたパワーが、ある決められた値もしくは割合あれば、入力信号の中に、トーンＲの成分の信号が含まれていたと判断し、トーンＲの検出ができたとする訳である。もちろん、トーンＲのパワーが、ある決められた値もしくは割合なければ、入力信号中に、トーンＲは検出されなかったと判定を行う。
【００３３】
この検出処理を、ある一定の時間間隔ごとに行えば、時系列的に、検出結果を出すことができ、刻々と入力される信号に対して、トーン検出を行うことができる。
【００３４】
本発明に係るトーン検出器の構成図を図４に示す。この例は、ある周波数を持ったトーン信号Ｔを送出中に、その周波数と異なる周波数を持ったトーン信号Ｒを検出するという場合である。
【００３５】
トーン検出器１０は、制御部１１、Ａ／Ｄ変換部１２、メモリ部１３、トーン検出処理部Ａ１４、トーン検出処理部Ｂ１５、全体トーン検出処理部１６、トーン判定部１７およびトーン送出部１８を備えている。
【００３６】
制御部１１は、トーン検出器１０全体の制御を司るものであり、Ａ／Ｄ変換部１２は、アナログのトーン信号をデジタルデータに変換するものであり、メモリ部１３は、デジタル変換された信号データを保存したり、検出処理結果を保存したりするものである。トーン検出処理部Ａ１４は、トーンＴのパワー算出処理を行うものであり、トーン検出処理部Ｂ１５は、トーンＲのパワー算出処理を行うものであり、全体トーン検出処理部１６は、入力信号全体のパワー算出処理を行うものである。トーン判定部１７は、トーン検出を判定するものであり、トーン送出部１８は、トーンＴを送出するものである。
【００３７】
まず、制御部１１は、トーン送出部１８に対し、決められた周波数のトーンＴを送出するように、命令する。すると、トーン送出部１８は、トーンＴを回線に送出する。この状態で、回線からトーン信号を受信する。受信したトーン信号は、Ａ／Ｄ変換部１２でサンプリングされ、デジタル信号データに変換され、メモリ部１３に順次格納される。
【００３８】
決められた時間が経ち、ある一定のデータがメモリ部１３に溜まったなら、制御部１１は、トーンＴの周波数を検出するように設定されたトーン検出処理部Ａ１４にデジタル信号データを渡し、トーンＴの周波数でのパワーを求めるよう、検出処理を行わせる。また、同じデータをトーンＲの周波数を検出するように設定されたトーン検出処理部Ｂ１５に渡し、同様に、トーンＲの周波数でのパワーを求めるよう、検出処理を行わせる。さらに、Ａ／Ｄ変換部１２に入力された信号全体のパワーを求めるよう、全体トーン検出処理部１６にも処理を行わせる。ここでは、それぞれのトーン検出処理部１４、１５、１６では、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）演算で、パワーを求めるが、最大エントロピー法やＦＦＴ演算など、ＤＦＴ演算に限らずに、別の方法でも良い。
【００３９】
トーン検出処理部Ａ１４、トーン検出処理部Ｂ１５、全体トーン検出処理部１６、それぞれで、検出処理が完了したら、その旨を制御部１１に通知する。３つのトーン検出処理部１４、１５、１６で検出処理が終わったら、制御部１１は、各トーン検出処理部１４、１５、１６に、その求められた各パワー値をトーン判定部１７に送るよう命じる。トーン判定部１７が、各トーン検出処理部１４、１５、１６から求められた各パワー値を受け取ると、判定処理をスタートする。
【００４０】
判定処理では、まず、全体トーン検出処理部１６から送られた信号全体のパワーから、トーン検出処理部Ａ１４から送られたトーンＴの周波数でのパワー、つまり、トーンＴのエコー信号のパワーを除く。ＤＦＴ演算で得られたパワーの場合は、単純に、減算処理を行うことによって、除くことができる。
【００４１】
次に、このトーンＴの周波数でのパワー値が除かれたパワー値と、トーン検出処理部Ｂ１５から送られたトーンＲの周波数でのパワー値とを比較して、トーンＲの周波数でのパワー値が、決められた一定の割合、存在するか調べる。ここで、一定の割合あれば、入力信号中に、トーンＲの周波数成分が存在したと判断でき、トーンＲの検出ができたと判定する。逆に、一定の割合なければ、入力信号中に、トーンＲの周波数成分が存在しなかったと判断でき、トーンＲの検出ができなかったと判定する。その検出結果を制御部１１に通知し、一連のトーン検出処理を終える。
【００４２】
図５に示すように、ある一定のサンプル間隔ｔごとのデータを、ある一定の時間間隔Ｔごとに、この検出処理を繰り返せば、時間Ｔごとに検出結果を出せる。従って、刻々と入力される信号に対して、時系列的に、検出結果を出せ、トーン検出を行うことができる。
【００４３】
さらに、本発明に関して以下を付記する。
（付記１）
請求項４に記載のトーン検出器において、
前記トーン信号検出手段が、前記周波数成分のパワーレベルを最大エントロピー法を用いて求めることを特徴とするトーン検出器。
【００４４】
（付記２）
請求項４に記載のトーン検出器において、
前記トーン信号検出手段が、前記周波数成分のパワーレベルをウェーブレット変換を用いて求めることを特徴とするトーン検出器。
【００４５】
（付記３）
請求項４に記載のトーン検出器において、
前記トーン信号検出手段が、前記周波数成分のパワーレベルをウィグナー分布を用いて求めることを特徴とするトーン検出器。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、入力された全ての信号の検出処理で得られたデータから、送出したトーン信号のエコー信号の検出処理から得られたデータを除いて、検出対象のトーン信号の検出判定を行っているので、検出処理の弊害となるエコー信号の影響を無くしたり、削減することができ、正しく精度の良いトーン検出を行うことができる。
【００４７】
また、本発明によれば、検出対象のトーン信号の検出を、検出対象のトーン信号検出により得られたデータが、受信した全ての信号から得られたデータからエコー信号から得られたデータを除いたデータと比較して、所定の割合以上あることにより検出判定しているので、ノイズにまみれた入力信号など外乱がある場合でも、割合を変化させることにより、検出の厳しさを調整することができ、正しく精度の良いトーン検出を行うことができる。
【００４８】
さらに、本発明によれば、トーン信号の特定の特徴量を抽出することによりトーン信号を検出し、前記特徴量が抽出された結果のデータをトーン判定に用いるので、前記特徴量に差異のあるトーン信号の検出を行うことができる。
【００４９】
また、本発明によれば、前記特徴量として、周波数に関するものを用いるので、周波数に差異があったり、特徴があるトーン信号の検出を行うことができる。
【００５０】
また、本発明によれば、前記特徴量として、振幅に関するものを用いるので、振幅に差異があったり、特徴があるトーン信号の検出を行うことができる。
【００５１】
また、本発明によれば、前記特徴量として、位相に関するものを用いるので、位相に差異があったり、特徴があるトーン信号の検出を行うことができる。
【００５２】
また、本発明によれば、前記周波数に関する特徴量として、周波数成分のパワーレベルを用いるので、パワーレベルを用いた演算処理や比較処理でトーン信号の検出を行うことができる。
【００５３】
また、本発明によれば、前記周波数成分のパワーレベルをＤＦＴ演算を用いて求めるので、対象とする周波数帯域だけのパワーを求めることができ、正確なトーン信号の検出を行うことができる。
【００５４】
また、本発明によれば、前記周波数成分のパワーレベルをＦＦＴ演算を用いて求めるので、データ長が長い定常なデータに関して、最も良くパワーレベルが得られ、正確なトーン信号の検出を行うことができる。
【００５５】
さらに、本発明によれば、前記周波数成分のパワーレベルを最大エントロピー法を用いて求めることにより、無限に続く信号や現象のほんの一部分だけからパワーを求める場合に、分解能が入力データの割に高くなり、正確なトーン信号の検出を行うことができる。
【００５６】
また、本発明によれば、前記周波数成分のパワーレベルをウェーブレット変換を用いて求めることにより、低周波において高い周波数分解能を示すので、低周波領域で、正確なトーン信号の検出を行うことができる。
【００５７】
また、本発明によれば、前記周波数成分のパワーレベルをウィグナー分布を用いて求めることにより、時間分解能・周波数分解能とも高く、正確なトーン信号の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトーン検出器によって得られた検出すべきトーンとエコートーンのパワースペクトルを示す周波数分布図である。
【図２】本発明に係るトーン検出器によって得られた入力信号の全パワースペクトルを示す周波数分布図である。
【図３】本発明に係るトーン検出器によって求めるエコートーンを除去した後の入力波形を示す周波数分布図である。
【図４】本発明に係るトーン検出器の一実施例を示すブロック図である。
【図５】トーン検出処理、判定を行うタイミングを示す図である。
【符号の説明】
１０トーン検出器
１１制御部
１２Ａ／Ｄ変換部
１３メモリ部
１４トーン検出処理部Ａ
１５トーン検出処理部Ｂ
１６全体トーン検出処理部
１７トーン判定部
１８トーン送出部

Claims

トーン信号を送出するトーン送出手段と、
外部からトーン信号を受信する信号受信手段と、
前記受信した信号からトーン信号を検出するトーン信号検出手段と、
該トーン信号検出手段に検出されたデータから特定のトーン信号の検出判定を行うトーン判定手段と、
を備え、
前記トーン信号検出手段が、前記受信した全ての信号のトーン信号と、前記送出したトーン信号のエコー信号と、検出対象のトーン信号と、を検出し、
前記トーン判定手段が、前記トーン信号検出手段に検出された前記検出対象のトーン信号検出により得られたデータが、前記受信した全ての信号から得られたデータから前記エコー信号から得られたデータを除いたデータと比較して、所定の割合以上あることにより、前記検出対象のトーン信号の検出判定を行うことを特徴とするトーン検出器。
請求項１記載のトーン検出器において、
前記トーン信号検出手段が、トーン信号の特定の特徴量を抽出することによりトーン信号を検出し、前記特徴量が抽出された結果のデータを前記トーン判定手段に受け渡すことを特徴とするトーン検出器。
請求項２記載のトーン検出器において、
前記トーン信号検出手段が、前記特徴量として、周波数に関するものを用いることを特徴とするトーン検出器。
請求項３記載のトーン検出器において、
前記トーン信号検出手段が、前記周波数に関する特徴量として、周波数成分のパワーレベルを用いることを特徴とするトーン検出器。
請求項４記載のトーン検出器において、
前記トーン信号検出手段が、前記周波数成分のパワーレベルをＤＦＴ演算を用いて求めることを特徴とするトーン検出器。
請求項４記載のトーン検出器において、
前記トーン信号検出手段が、前記周波数成分のパワーレベルをＦＦＴ演算を用いて求めることを特徴とするトーン検出器。