JP4057062B2 - 了解度を改善するための音声応答自動調整方法 - Google Patents

Description

背景
本発明は一般に無線受信器に関し、より詳細には、無線受信器の音声応答を動的に変更して、受信された音声の了解度を改善する装置および方法に関する。
移動体無線受信器および携帯無線受信器は、送受信されるメッセージの了解度を低下させる環境騒音が大きい場所で使用されることが多い。雑音キャンセルマイクロホンの使用は劣化した送信の問題に対処するものであるが、環境騒音を克服するためにユーザができることは騒音信号の受信中に受信される音量を大きくするまたはヘッドセットを着用する以外ほとんどない。
これらの方法は共に実用性が限定されている。換言すると、特に携帯受信器に該当することであるが、過度なひずみを伴わずに無線受信器が生成できる全音声エネルギーには限度があるからである。また音量を大きくすると、前から存在している高レベルの環境騒音に加わり、携帯受信器の音量を大きくする別の騒音源になって、問題を一層悪化させる。ヘッドセットは快適さの点で問題があり、しかも、環境騒音が減衰することは、ヘッドセット着用者の安全性の問題をひき起こすことになりうるのである。
消費者用音声機器製造業者のいくつかは、音声受信器に「ラウドネスコントロール」を含めている。ラウドネスコントロールは、あらかじめ設定された音声応答曲線の間を選択することであり、これはユーザの手動操作である。
発明の要約
したがって本発明の目的は、環境騒音が大きい場所における了解度を改善するため、音声応答が自動的に調整される方法と装置を提供することであり、これによって従来の技術に関する諸問題を克服することにある。本発明の別の目的は、無線受信器の音声応答を動的に変更して、受信される音声の「自然さ」と了解度との間に最適なトレードオフをもたらすための方法と装置を提供することにある。
「自然さ」という概念は、生成された音の自然周波数のことである。これについては、「自然な」音声応答には、いかなる周波数の強調もまったく含まれないので、出力信号の応答はより密接に入力信号に対応している。
一般に本発明の基本概念は、環境騒音が大きい場合、低い周波数の応答を犠牲にして高い音声周波数の相対利得を大きくすることである。高い周波数の利得を大きくする時点は、標本化された環境騒音に基づいてまたはユーザが選択する受信音量の設定に基づいて決定されうる。（後者の場合、設定が高いということは環境騒音も大きいことを示す指標と考えられるであろう。）環境騒音レベルが大きいところでは、若干の「自然さ」が高い周波数の利得を大きくしたことによる了解度の増加とトレードされる。
無線受信器の音声応答を動的に変更する方法を提供することにより、本発明のいろいろな目的が達成される。この方法には、（ａ）環境騒音レベルを決定する、（ｂ）環境騒音レベルに従って音声応答関数（audio response function）を決定する、（ｃ）音声応答関数に従って無線受信器の音声応答を調整する、ことが含まれている。ステップ（ｂ）はディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の音声応答メッセージを組み立てるか、専用フィルタ回路の応答を修正することにより実現されうる。
望ましい態様では、ステップ（ａ）は、音量ノブの位置を検出するか、マイクロホン入力を使用して環境騒音レベルを標本化することにより実施されうる。それぞれの場合、ステップ（ｂ）は、音声パラメータのアレイにアクセスするとともに音量ノブの位置または標本化された環境騒音レベルに対応する音声パラメータを選択することにより、それぞれ実施されることが望ましい。
この方法には、受信音声周波通過帯域を少なくとも低周波副帯域および高周波副帯域に分割し、音量ノブの各位置または環境騒音レベルの範囲に対応する音声パラメータのアレイを定義することが含まれている。これについては、ステップ（ｂ）は、音声パラメータのアレイにアクセスするとともに音量ノブの位置または標本化された環境騒音レベルに対応するパラメータを選択することにより実施されることが望ましい。
ステップ（ｃ）は、（ｄ）低い音声周波数に比し高い音声周波数の利得を調整することにより実施されうるが、環境騒音レベルが大きくなると、ステップ（ｄ）は、低い音声周波数に比し高い音声周波数の利得を大きくすることにより実施されることが望ましい。
本方法には、ステップ（ｃ）の前にＤＳＰに音声応答メッセージを送ることが含まれており、ステップ（ｃ）はこのＤＳＰによって実行される。更にこの方法には、ステップ（ｃ）の前に、音声応答メッセージから音声応答パラメータを抽出して、この音声パラメータをＤＳＰのフィルタルーチンに代入することが含まれている。
本発明の他の側面によれば、無線受信器の音声応答を動的に変更する別の方法が提供されている。この方法には、（ａ）環境騒音レベルを決定する、（ｂ）環境騒音レベルに従って低い音声周波数に比し高い音声周波数の利得を調整する、ことが含まれている。これについては、環境騒音レベルが大きくなると、低い音声周波数に比し高い音声周波数の利得を大きくすることによりステップ（ｂ）が実施される。
本発明の更に別の側面によれば、無線受信器の音声応答を動的に変更するための装置が提供されており、この装置は本発明による方法を実行する。この装置には、環境騒音レベルを決定する構造体と、環境騒音レベルに従って音声応答メッセージを組み立てるコントローラと、その音声応答メッセージに従って無線受信器の音声応答を調整するディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）とが含まれている。
本発明の更に別の側面によれば、無線受信器の音声応答を動的に変更するための別の装置が提供されている。この装置には、環境騒音レベルを決定するための構造体と、環境騒音レベルに従って低い音声周波数に比し高い音声周波数の利得を調整するための構造体とが含まれている。この調整構造体は、望ましくは、環境騒音レベルが大きくなると、低い音声周波数に比し高い音声周波数の利得を大きくする。
本発明の効果により、特に環境騒音を直接標本化することにより制御される場合は、オペレータによる調整が不要になる。その上、受信された音声の「自然さ」が損なわれるのは了解度を大きくする場合だけであるから、通常の環境騒音条件の間に受信された音声は変更されない。更にその上、低い周波数のエネルギーを限定することにより、ひずみのため通常使用できる音量が限定されるであろうポイント以上に高い周波数の音量を実質的に大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
添付の図面とともに、以下に述べる好適実施例の詳細な説明を読めば、本発明のいろいろな側面や利点が更に明瞭になるであろう。添付図面中、
図１は、携帯無線受信器のハードウエア構成を示すブロック図である。
図２は、本発明に従って実現される制御マイクロプロセッサの流れ図である。
図３は、本発明による電子通信の概念を示すグラフである。
図４は、本発明に従って実現されるディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の流れ図である。
好適実施例の詳細な説明
図１は、バージニア、リンチバーグの株式会社エリクソンによって製造販売されているエリクソン・プリズム（ＨＰ）携帯無線受信器のような、携帯無線受信器のハードウエア構成を示すブロック図である。当業者ならば、本発明による方法を実行するための別の構造体の構成を企図することができるであろうが、本発明は図示した携帯無線受信器に限定されないことになっている。図１に示す構造は、本発明の特徴に合致するハードウエア構成の一例にすぎない。
図１を参照すると、携帯無線受信器１０には、この無線受信器の主コントローラの機能を果たすマイクロプロセッサ１２が含まれている。マイクロプロセッサ１２はユーザの制御入力１４から供給される入力を監視する。ユーザの制御入力１４には、ＰＴＴ、音量制御、チャネル選択器など、ユーザによる各種制御が含まれている。ＥＥＰＲＯＭ１６は、ユーザの要求に合わせて製品を個性化する（personalize）情報を保持する。この情報には、動作周波数、グループ識別番号、オペレータの好みの選択（preference）などを含めてもよい。またフラッシュメモリ１８はマイクロプロセッサ１２に接続され、マイクロプロセッサのプログラム情報と、ＥＥＰＲＯＭに保持される情報と同様なパーソナリティ（個性）情報とを記憶する。フラッシュメモリは、（以下に説明する）ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２０にダウンロードされる動作用ソフトウエアを内蔵することもできる。普通、ディスプレー２２は、現在の選択と無線受信状態（radiostatus）とを表示するために使用されるＬＣＤ表示器である。
ＤＳＰ２０は、音声処理のすべてを確実に実行するとともに、モデム機能の一部分を引き受ける。復調器の機能はＤＳＰ２０によって与えられ、音声のフィルタリングもすべてＤＳＰ２０によって実行される。マイクロホンからのディジタル化された音声入力２２はＤＳＰ２０に接続されるが、このマイクロホンの音声は、ＣＯＤＥＣまたはそれと等価な装置によってすでにディジタル化されている。受信器からのディジタル化された中間周波数入力２４もＤＳＰに接続されるが、この受信器の中間周波数信号は位相ディジタイザに供給され、ＤＳＰ２０によって直接標本化される。シンセサイザに対する送信部のディジタル化されたＴＸ変調出力（digitized TX modulation output）は送信音声であり、ディジタル形式で送信器のシンセサイザに送られる。この特定の構成例においては、アナログ音声への変換は不必要である。最終的には（スピーカ音声用）受信部からのディジタルＲＸ音声出力（digital RX audio output）２８が供給されるが、これはスピーカに供給されるディジタル音声である。このディジタル音声は、（示されていない）音声周波電力増幅器に供給される前に、外部のＣＯＤＥＣによってアナログ音声に変換される。
当業者には携帯無線受信器の詳細な構造は公知であるから、図１に示す構造体の詳細を以下に説明する。
図２，４は、携帯無線受信器１０のマイクロプロセッサ１２によって実行される処理を示している。図２は、マイクロプロセッサ１２によって定期的に実行されるバックグラウンドタスクの一部分として実行される処理を示している。このバックグラウンドタスク中、マイクロプロセッサは、入力制御装置を調べて、ボタンが押下されていること、ノブが回転されていることなど、ユーザの活動を検出し、音声応答関数を決定するため環境騒音のレベルを決定する。ＤＳＰ２０によって対応する音声応答メッセージを組み立てることにより、音声応答関数が決定される。ＤＳＰ２０に変わりうるものとして、（示されていない）専用アナログフィルタ回路を用意してもよい。これについては、この専用フィルタ回路の応答を修正することにより音声応答関数を決定できるであろう。
本発明によれば、ステップＳ１０１において環境騒音レベルが最初に調べられる。環境騒音レベルが全然変化しなかったか、変化したとするには十分変化しなかったことが判れば（ステップＳ１０２のｎｏ）、マイクロプロセッサ１２はステップＳ１０５にスキップして、いかなる動作も実行されない。しかし、新しい環境騒音レベルが検出されると（ステップＳ１０２のｙｅｓ）、マイクロプロセッサは、（ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリのいずれかである）パーソナル情報記憶装置から、新しいレベルに対する音声パラメータを取り出す（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０４において、これらのパラメータがメッセージに組み立てられると、このメッセージはＤＳＰ２０に送られる。
ステップＳ１０１においてチェックされた環境騒音レベルは、（音量ノブの位置によって決定される）音量設定、またはマイクロホンからのディジタル化された音声入力２２を使用した環境騒音の直接標本化のいずれかに従って決定される。音量設定の決定に関しては、音量が大きく設定されていることは環境騒音レベルが大きいことを示しているものと想定する。マイクロプロセッサは、音量設定または標本化された環境騒音レベルに従って、ＥＥＰＲＯＭ１６および／またはフラッシュメモリ１８に格納されている音声パラメータを含む音声パラメータテーブルにアクセスする。
音声パラメータテーブルの定義は、電子通信の基本概念から導かれている。図３は、本発明による重要な概念を示している。曲線「ｂ」は、各種ポイントに低域遮断周波数（lower cutoff frequency）を設定することによって発生する明瞭度能率（articulation efficiency）の効果を表示している。代表的な移動無線システムは３００ヘルツの低域遮断周波数を使用しており、この遮断周波数によれば１００％に近い明瞭度能率が発生する。曲線「ｂ」は、この低域遮断周波数を１０００ヘルツに高くしても、明瞭度能率の減少は小さく、９０％になるにすぎないことを示している。曲線「ｄ」は、低域遮断周波数の関数として総音声エネルギー（total sound energy）を示している。低域遮断周波数を１０００ヘルツまで移動させると、総音声エネルギーに大きな減少が生じることがわかる。上記したように、曲線「ｂ」は、明瞭度能率に対する影響を最小にして上記現象が達成されうることを示している。
このように、遮断周波数を高くすることは、明瞭度能率に対する影響を小さく保ちながら、低い周波数の音声成分によって生じる全エネルギーに対する寄与を低下させる。この利点は、エネルギーの減少によって、高い周波数により大きな増幅を適用できることであって、これにより人の話す内容がほとんど伝わることである。トレードオフは音声の「自然さ」である。音声周波数の各種帯域に不均一な増幅が適用されるのであるから、話者の音声の忠実度に損失が生じるのである。
音声パラメータのデータ構造例を以下に示す。この構成には、各音量設定毎に１列が含まれるアレイがある。環境騒音の直接標本化を使用して環境騒音レベルが決定されると、環境騒音レベルの選択された各範囲毎に１列を含む同様なアレイがアクセスされるであろう。（この例における考察を判りやすくするため、音量は８ステップに調整できるものと想定する。無線受信器には普通３２レベル以上の選択可能なレベルがある。）各列には、受信音声の各副帯域に対するブースト（正の利得）設定／バック（負の利得）設定が含まれている。この例においては、受信音声周波通過帯域は、低周波副帯域、中間周波副帯域および高周波副帯域に分割される。ブースト／バックの値は、デフォルト音声応答曲線に対する利得を示している。この１組のデータを使用すると、中間周波数および高い周波数は、音量設定５以上において相対的ブーストを受け、低い周波数の利得は減少するであろう。

この図表は、本発明の特定の実現を示していることに注意されたい。この場合、音声曲線の形状決定（shaping）は音量設定に基づいているが、この音量設定は、送話が受信されている場合の環境騒音条件を示しているものと想定する。上記したように、パーソナリティ記憶装置にアクセスするためには標本化された環境騒音を使用してもよい。
図４は、マイクロプロセッサからのメッセージを処理するＤＳＰのアルゴリズム、特に音声応答メッセージに応答するＤＳＰのソフトウエアを示している。マイクロプロセッサと同様に、ＤＳＰは、規則的なスケジュールで実行されるバックグラウンドタスクのリストを有する。そのようなタスクの１つはマイクロプロセッサからのメッセージをチェックして処理するタスクである。メッセージがひとつも存在していなければ（ステップＳ２０１のｎｏ）、プロセッサはステップＳ２０５にスキップして、このタスクは終了する。しかし、メッセージが存在していれば（ステップＳ２０１のｙｅｓ）、ステップＳ２０２でこのメッセージ型式フィールドが調べられる。音声応答メッセージ以外のメッセージは、ここでは詳細にされないソフトウエア部分で処理される（ステップＳ２０２のｎｏ）。音声応答メッセージが受信されると（ステップＳ２０２のｙｅｓ）、ステップＳ２０３でこのメッセージから、これらの新しい音声応答パラメータが抽出される。ステップＳ２０４において、ＤＳＰの音声フィルタルーチンに新しいパラメータが代入される。無線受信器が呼を受信しているときのような場合、これらのルーチンはすでに使用中かもしれない。そのかわりに、フィルタルーチンが現在使用中でなければ、フィルタルーチンが次に開始されるときに、これらの新しいパラメータが使用されるであろう。次に、この処理はステップＳ２０５に進み、このタスクは終了する。
上に説明した図表に示すように、この環境騒音レベルは、音量レベルの増加またはマイクロホンで標本化された環境騒音によって検出されるが、この環境騒音レベルが大きくなると、低い周波数を犠牲にして高い音声周波数の相対利得を大きくして了解度を改善する。勿論、受信される音声の「自然さ」は、了解度を向上する必要のある場合にのみ妥協されるので、通常の環境騒音条件の間に受信される音声は変更されない。その上、低い周波数のエネルギーを限定することにより、ひずみのため通常使用できる音量が限定されるポイント以上に高い周波数の音量を実質的に大きくすることができる。
現在のところ最も実用的かつ好適な実施例であると考えられることに関連して本発明を説明してきたが、本発明は開示された実施例に限定されるものではなく、逆に、本発明は添付の請求の範囲と趣旨に含まれる多様な修正や等価な実施例をカバーするように意図されていることを理解すべきである。

Claims (15)

1. 無線受信器の音声応答を動的に変更する方法であって、（ａ）音量ノブの位置を検出することにより環境騒音レベルを検出し、
   （ｂ）該環境騒音レベルに従って音声応答関数を決定し、（ｃ）該音声応答関数に従って該無線受信器の該音声応答を決定し、
   （ｄ）該環境騒音レベルが大きくなると、限定されている音量条件で高い音声周波数の利得を更に高めるために、低い音声周波数の利得を減少させながら高い音声の周波数の利得を大きくする、ことを含む方法。
2. 請求項１記載の方法であって、ステップ（ｂ）は、音声パラメータのアレイにアクセスするとともに該音量ノブの位置に対応するパラメータを選択することにより実施される方法。
3. 請求項１記載の方法であって、受信音声周波通過帯域を少なくとも低周波副帯域および高周波副帯域に分割して、音量ノブの各位置に対応する音声パラメータのアレイを定義する別のステップを含む方法。
4. 請求項３記載の方法において、ステップ（ｂ）は、音声パラメータの該アレイにアクセスするとともに該音量ノブの位置に対応するパラメータを選択することにより実施される方法。
5. 請求項１記載の方法において、ステップ（ｂ）は、該環境騒音レベルに従って音声応答メッセージを組み立てることにより実施される方法。
6. 請求項５記載の方法であって、ステップ（ｃ）の前にディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）に該音声応答メッセージを送る別のステップを含み、ステップ（ｃ）は該ＤＳＰによって実行される方法。
7. 請求項５記載の方法であって、ステップ（ｃ）の前に該音声応答メッセージから音声応答パラメータを抽出し、ディジタル信号プロセッサのフィルタルーチンに該音声応答パラメータを代入する別のステップを含む方法。
8. 請求項１記載の方法において、ステップ（ｂ）は、専用フィルタ回路の応答を修正することにより実施される方法。
9. 無線受信器の音声応答を動的に変更する方法であって、（ａ）環境騒音レベルを検出し、
   （ｂ）該環境騒音レベルが大きくなると、限定されている音量条件で高い音声周波数の利得を更に高めるために、低い音声周波数の利得を減少させながら高い音声の周波数の利得を大きくする、ことを含む方法。
10. 無線受信器の音声応答を動的に変更する装置であって、環境騒音レベルを決定する手段と、
    該環境騒音レベルに従って音声応答メッセージを組み立てるコントローラと、該音声応答メッセージに従って該無線受信器の該音声応答を調整するディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、を備えて、
    前記決定手段は、更に音量ノブの位置の変化を検出する検出器を備え、
    前記ＤＳＰは、該環境騒音レベルが大きくなると、限定されている音量条件で高い音声周波数の利得を更に高めるために、低い音声周波数の利得を減少させながら高い音声の周波数の利得を大きくする装置。
11. 請求項１０記載の装置において、前記コントローラは、音声パラメータのアレイにアクセスするとともに該音量ノブの位置に対応するパラメータを選択することにより前記音声応答メッセージを組み立てる装置。
12. 請求項１０記載の装置において、前記コントローラは、受信音声周波通過帯域を少なくとも低周波副帯域および高周波副帯域に分割して、音量ノブの各位置に対応する音声パラメータのアレイを定義する装置。
13. 請求項１０記載の装置において、前記コントローラは、音声パラメータの該アレイにアクセスするとともに該音量ノブの位置に対応するパラメータを選択することにより前記音声応答メッセージを組み立てる装置。
14. 請求項１０記載の装置において、前記ＤＳＰは、該音声応答メッセージから音声応答パラメータを抽出し、該音声応答パラメータをＤＳＰのフィルタルーチンに代入する装置。
15. 無線受信器の音声応答を動的に変更する装置であって、（ａ）環境騒音レベルを決定する手段と、
    （ｂ）該環境騒音レベルが大きくなると、限定されている音量条件で高い音声周波数の利得を更に高めるために、低い音声周波数の利得を減少させながら高い音声の周波数の利得を大きくする手段と、を含む装置。

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