JP4202640B2 - 短距離無線通信用ヘッドセット、これを用いたコミュニケーションシステム、および短距離無線通信における音響処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短距離無線通信用ヘッドセットの音響処理技術に関し、特に、複数種類の音声の中から、必要な音声を選択的に調節制御することによって、コミュニケーションの円滑化を実現するヘッドセットコミュニケーションシステムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ブルートゥース（Bluetooth）と呼ばれる短距離ワイヤレス通信システムが開発され、室内やオフィス内で、ＰＣ、プリンタ、携帯電話、デジタルカメラなどの機器間を、コードを使用せずに接続、制御することが可能になってきた。
【０００３】
このような中で、モバイル環境へのシステムの適用を促進すべく、音声入力機能付きのヘッドセットを用いることが発案されている。音声入力機能付きヘッドセットを中心とした短距離無線通信システムでは、１０ｍ程度と、目視可能な距離範囲でのコミュニケーションや、機器の制御を前提としている。このため、無線通信を介して送受信する音声に加え、相手と直接会話する音声、近隣の第三者の音声、騒音なども、直接音としてユーザの耳に届いてしまう。そこで、状況に応じて不必要な音を排除し、必要とされる音だけを取り出してユーザの耳元へ出力できる技術が必要となってくる。
【０００４】
従来の音声処理技術として、アクティブノイズコントロールや、長距離電話回線用のエコーキャンセラ技術が知られている。アクティブノイズコントロールは、音の種類は選択せずに、到来するすべての音を消そうとするものである。長距離電話回線用のエコーキャンセラ技術はエコーを消そうとするものである。これらの技術は、いずれも短距離無線通信用ヘッドセットのために開発されたものではなく、そのままの形では適用することが難しい。
【０００５】
図９は、音響用等のヘッドセットに用いられるフィードバック型アクティブノイズキャンセラを示す。ヘッドホンマウントにマイクロホン１０１が収められている。制御器１０５で、マイクロホンの信号に、あるフィルタ係数をかけてヘッドホンスピーカに送り、外部音と干渉させてキャンセルする。このとき、常にマイクロホンで採られる音が最小になるように、フィルタ係数を調整する。制御対象点の信号をフィードバックさせて、出力を制御するフィードバック制御になっている。フィードバック型ではノイズ低減量に限界があるが、比較的構成が簡単なため、音響用などのヘッドセットのアクティブノイズキャンセラとしてはよく用いられる。
【０００６】
図１０は、雑音除去として用いられる一般的な手法の一例を示す。図１０の例では、人の声と、雑音源となるスピーカ１１３から流れる音の混ざった信号の中から、人の声のみを抽出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９、１０に示すいずれの例も、短距離無線通信用のシステムとして開発されたものではなく、無線通信系で伝達された音と、直接採取された外部音とを比較し、状況に応じて選択的にいずれか一方を補強あるいは低減する方法は、これまで提案されていなかった。
【０００８】
そこで本発明は、短距離無線通信用のヘッドセットを利用して想定されるあらゆる状況において、外部の直接音と、通信系を介して伝達される音の比率を選択的に変えて、音声コミュニケーションや音声コマンドを円滑にすることができるヘッドセットと、これを用いたコミュニケーションシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
たとえば、会議、講演、工場見学、博物館や美術館のツアーなど集合を対象とするコミュニケーション、複数人の間で行われるランダムコミュニケーション、１対１の対話式コミュニケーション、これらのコミュニケーション内容の記録、単独で行われるディクテーション、ブルートゥースなどの短距離ワイヤレス通信機能を搭載した機器への音声コマンド制御などにおいて、本発明の短距離無線通信用のヘッドセットシステムは、有用となる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面では、短距離無線通信用ヘッドセットは、短距離無線通信により信号を送受信する送受信機と、外部から伝播する直接音を検知する外部音マイクと、送受信機で受信された受信信号と外部音マイクで検知された直接音を入力として受信信号と直接音の一方を用いたリファレンス信号と他方の信号とを相関させて、送話内容と直接音の相関のある成分及び相関のない成分のいずれかを他の信号から消去し、かつ受信信号に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には受信信号を減衰させないように、受信信号と直接音との比率を選択的に制御する音声処理部と、音声処理部により比率制御された音声を出力するスピーカとを備える。
【００１１】
音声処理部の構成例として、直接音をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、送受信機の受信信号とＡ／Ｄ変換された直接音のいずれか一方をリファレンス信号として適応処理する適応処理部と、リファレンス信号と他方の信号とを相関させることによって所望の成分を取り出す相関処理部とを有する。
【００１２】
好ましくは、音声処理部は、上述した相関により、送受信機の受信信号を強調して出力する第１モードと、直接音を強調して出力する第２モードとを有し、短距離無線通信用ヘッドセットは、第１モードと第２モードとを切り替えるモード切り替えスイッチをさらに備える。
【００１３】
このような構成により、ヘッドセットを装着したユーザは、状況に応じて所望のモードを選択し、必要な内容をクリアな音で聞くことができる。
【００１４】
本発明の第２の側面として、ヘッドセットコミュニケーションシステムは、短距離無線通信用の第１ヘッドセットと、第１ヘッドセットに送話する短距離無線通信用の第２ヘッドセットと、第２ヘッドセットの送話内容に音声処理を施し、処理後の信号を前記第１のヘッドセットに供給する音声処理装置とを含む。第１ヘッドセットは、受信機と、外部からの直接音を検知する外部音検知マイクと、検知された直接音を第１の周波数で音声処理装置に発信する発信器とを有する。第２ヘッドセットは、送話内容を第２の周波数で音声処理装置に無線送信する送信機を有する。音声処理装置は、第１ヘッドセットからの直接音と、第２ヘッドセットからの送話内容とを受信し、送話内容と直接音の一方を用いたリファレンス信号と他方の信号とを相関させて、送話内容と直接音の相関のある成分及び相関のない成分のいずれかを他の信号から消去し、かつ送話内容に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には送話内容を減衰させないように、直接音と送話内容の音声比率を選択的に調整し、比率調整された信号を第３の周波数で第１ヘッドセットに送信する。
【００１５】
このコミュニケーションシステムでは、送話者（第２ヘッドセット）と受信者（第１ヘッドセット）の間に音声処理装置が介在し、音声処理を施した信号を受信者側の第１ヘッドセットに供給するので、受信者は騒音のないクリアな音声で、送話内容を聞くことができる。
【００１６】
また、各ヘッドセットの構成を簡略化することができ、ヘッドセットの小型化を図ることができる。
【００１７】
本発明の第３の側面では、短距離無線通信用ヘッドセットは、ユーザの音声コマンドを集音する話者用マイクと、周囲の外部音を採取する外部音検知マイクと、音声コマンドと外部音とを入力とし、音声コマンドを用いたリファレンス信号に外部音を相関させて、音声コマンドと相関する成分だけを外部音から取り出して出力し、かつ外部音に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には外部音を減衰させずに出力する音声処理部と、音声処理部の出力を短距離無線通信によって遠隔の機器に送信する送信部とを備える。
【００１８】
このヘッドセットを用いれば、周囲の機器に対して音の混合のないクリアな音声コマンドを送信することができるので、誤動作を防止できる。
【００１９】
本発明の第４の側面として、短距離無線通信における音響処理方法を提供する。この方法では、短距離無線通信により伝達される信号を受信する。一方で、外部から音波として伝播する直接音を採取する。受信信号と、直接音とのいずれか一方をリファレンス信号としてディジタル信号適応処理を施し、受信信号と直接音の一方を用いたリファレンス信号と他方の信号とを相関させて、受信信号と直接音の相関のある成分及び相関のない成分のいずれかを他の信号から消去し、かつ受信信号に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には受信信号を減衰させないように、受信信号と直接音の混合比率を制御する。そして比率制御された信号を音声として出力する。
【００２０】
この方法によれば、短距離無線通信による受信信号と、直接音との割合を適宜調整することができ、状況に応じた音質で出力することが可能になる。
【００２１】
本発明の第５の側面として、短距離無線通信を利用したヘッドセットコミュニケーションシステムにおける音響処理方法を提供する。この方法は、第１のヘッドセットが検知した外部からの直接音を、無線通信を介して第１の受信信号として受信する。一方で、第２のヘッドセットが前記第１のヘッドセットに送信する送話内容を、無線通信系を介して第２の受信信号として受信する。第１の受信信号と第２の受信信号のいずれか一方をリファレンス信号として適応処理し、第１の受信信号と第２の受信信号の一方を用いたリファレンス信号と他方の信号とを相関させて、第１の受信信号と第２の受信信号の相関のある成分及び相関のない成分のいずれかを他の信号から消去し、かつ第２の受信信号に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には第２の受信信号を減衰させないように、第１の受信信号と第２の受信信号の混合比率を制御する。そして、比率制御された信号を、無線通信を介して前記第１のヘッドセットに送信する。
【００２２】
この方法によれば、第２ヘッドセットから第１ヘッドセットへ送話される内容が、状況に応じて比率制御された鮮明な音として、第１ヘッドセットへ供給されることになる。
【００２３】
本発明のその他の特徴、効果は、以下の詳細な説明でより明確になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る短距離無線通信用ヘッドセット（以降、単に「ヘッドセット」とする）１０の概略図である。短距離無線通信機能を有するヘッドセット１０は、外部から音波として伝播する直接音を採取する外部音検知マイク１３と、無線通信系を介して音声を送受信する送受信機１１と、外部音検知マイク１３で採取された直接音と送受信機１１で無線受信された音声を入力として直接音と受信信号との比率を制御する音声処理部１５と、音声処理部１５によって比率制御された音声を出力するスピーカ１７とを備える。
【００２５】
ヘッドセット１０は、ヘッドセット１０の装着者（ユーザ）の声を集音する話者用マイク１９をさらに有してもよい。話者用マイク１９は、送受信機１１を介して周辺機器に音声コマンドを発する場合や、第２のヘッドセット（不図示）に対して無線通信する場合に用いられる。
【００２６】
ヘッドセット１０はまた、音声処理部１５に接続されるモード切り替えスイッチ１６を有する。ユーザは、モード切り替えスイッチ１６を操作することによって、音声処理部１５の処理において、外部からの直接音の割合を支配的にするか、無線通信系を介して受信された音声を支配的にするかを、状況に応じて決定することができる。このようなモード切り替えスイッチ１６は、音声処理部１５からコードで接続されてユーザの手元で操作できるボタンとしてもよい。
【００２７】
図２は、図１に示すヘッドセット１０のデータの流れを示す。外部音検知マイク１３で検知された直接音と、ヘッドセットの送受信機１１で無線受信された音声との双方が音声処理部１５へ入力される。音声処理部１５は、直接音と、無線受信された音声との比率を変化させて、ヘッドホンスピーカ１７に出力する。比率の変化の例として、たとえば以下の例がある。
【００２８】
（１）無線通信系からの受信音を優先的に聞きたい場合、外部からの直接音を選択的に除去する。たとえば、直接音のうち、無線通信系を介して受信された音と相関のある成分だけを残して、相関のない部分をすべて消去する。これにより、無線通信系の音が補強され、通信内容が聞きやすくなる。
【００２９】
（２）直接音を優先的に聞きたい場合、無線通信系で受信された音を選択的に除去する。たとえば、直接音と相関のない部分をすべて排除し、相関のある成分だけを取り出す。これにより、ヘッドセット１０をつけたままの状態でも、外部からの直接音が強調されて聞きやすくなる。特に、比較的近い位置でヘッドセット１０を介して対話式に無線コミュニケーションする場合、同じ内容の直接音と受信音が混在して、かえって聞きにくくなることがあるが、このようなときに、直接音を支配的に聞くことができる。
【００３０】
（３）無線通信系からの受信音のみを聞きたい場合、外部からの直接音をすべて遮断する。直接音に騒音が多く含まれ、受信音が聞き取りにくくなった場合などに、この制御を行なう。
【００３１】
（４）送信元の位置情報を用い、送信元と、受信側のヘッドセット１０との位置関係により、無線通信系を介して受信される音の音量を替える。この場合は、無線通信系で、音声データの送受信のほかに、位置情報の送受信が必要になる。
【００３２】
上述した相関処理を実現する手段の一つとして、たとえば、ＤＳＰ適応処理と相関演算を実行する適応フィルタを用いることができる。
【００３３】
図３は、図１の音声処理部１５の動作、すなわち、外部からの直接音と無線通信系で受信される音との比率制御の動作の一例を説明する図である。
【００３４】
図３（ａ）では、無線通信系を介して送受信機１１で受信された音声が単独の音声であり、外部から入ってくる直接音に複数の音が混ざっているときに、直接音を聞き取りたい場合を考える。図示の便宜上、ヘッドセット１０の話者用マイク１９、スイッチ１６は省略してある。
【００３５】
音声処理部１５は、主として、無線通信系で受信された信号をリファレンス信号としてＤＳＰ適応処理を施すＤＳＰ適応処理部２４と、ＤＳＰ適応処理された受信信号を、外部音検知マイク１３で採取された外部からの直接音と相関させる相関処理部２５とで構成される。相関処理部２５は、要求されたモードで相関を行い、必要な成分だけを出力する。ＤＳＰ適応処理部２４と相関処理部２５で、適応フィルタを構成する。
【００３６】
音声処理動作として、ユーザはまず、スイッチ１６を操作して、所望のモード（たとえば直接音モード）を選択する。音声処理部１５は、選択されたモードに応じ、単独音としての無線通信系からの受信音を、リファレンス信号としてＤＳＰ適応処理し、相関処理部２５へ供給する。一方、外部音検知マイク１３で採取された直接音は、Ａ／Ｄ変換され、同じく相関処理部２５へ供給される。相関処理部２５は、選択されたモードにしたがって、直接音のうち、無線通信系から得たリファレンス信号と相関のある成分を除去し、相関のない成分だけを出力する。これにより、無線通信系の音と相関する部分が取り除かれて、よりクリアになった外部の直接音が、イヤホンスピーカ１７に送られる。
【００３７】
このようなモードは、たとえば、パーティ会場などでヘッドセットを介して会話中に、アナウンスがあった場合などに選択される。
【００３８】
図３（ｂ）は、同じ状況、すなわち、無線通信系を介して受信された音声が単一で、直接音に複数の音が含まれるときに、送受信機１１で受信された音声に集中したい場合の処理を示す。
【００３９】
ユーザは、スイッチ１６を操作して、所望のモード（通信系モード）を選択する。送受信機１１で受信された単独音からなる音声信号が、リファレンス信号としてＤＳＰ適応処理され、相関処理部２５に送られる。一方、外部音検知マイク１３で採取された音も、Ａ／Ｄ変換されて相関処理部２５に送られる。相関処理部は、今度は、直接音のうち、無線通信系で受信された音と相関のない成分を除去して、相関のある成分だけを残して出力する。スピーカ１７からは、無線通信系で受信された音が強化された状態で出力される。
【００４０】
図４は、第１のヘッドセット１０を装着した第１のユーザと、第２のヘッドセット２０を装着した第２のユーザが、対話する場合の処理を示す。
【００４１】
第１のヘッドセット１０を装着した第１のユーザには、無線通信系を介して送受信機１１で受信される第２のユーザの音声と、音波として空気中を伝播する直接音とが届く。外部音マイク１３で採取される直接音には、第２ユーザの声以外にも複数音声が混入し、ノイズとして聞こえる。第１のユーザは、外部の直接音を弱めて、無線通信系から伝達される第２のユーザの声をクリアに聞くために、通信系モードを選択する。説明の単純化のために、送受信系の伝達関数は１とし、直接音としては、音響伝達関数Ｇがかかったものが外部音マイク１３に採取されるものとする。
【００４２】
図４のヘッドセットシステムでは、第１ユーザによる通信系モードの選択に応じて、受信音をリファレンス信号とする。このとき、音声処理部１５のＤＳＰ適応処理部２４に、空間の音響伝達関数Ｇに相当するものが同定される。音響伝達関数Ｇに基づいてＤＳＰ処理されたリファレンス信号と、ディジタル変換処理された直接音は、相関処理部２５で相関され、リファレンス信号と相関する成分だけがスピーカ１７に出力される。
【００４３】
相関処理部２５の出力はまた、ＤＳＰ適応処理部２４にも供給される。ＤＳＰ適応処理部２４は、前回の処理結果よりも誤差が小さくなるように、今回入力される無線通信系の受信信号を処理する。
【００４４】
適応フィルタのこのような動作により、音波よりも伝達速度の速い無線通信系の受信信号に対して、自動的な遅延処理がなされたと同様の効果が生じる。
【００４５】
このようにして、無線通信系のリファレンス信号と、外部音マイク１３で採取される直接音とを同期的に相関させ、直接音の中から、第２ユーザの音声だけを除去することが可能になる。
【００４６】
図５は、図３とは逆の場合、すなわち、外部音マイク１３で採取される直接音が単一の音であり、無線通信系を介して送受信機１１で受信される音声に複数の音が含まれる場合の処理を示す。
【００４７】
図５（ａ）は、ユーザが、単一の直接音よりも、無線通信系を介して伝達される内容に集中したい場合の処理例を示す。ヘッドセットのユーザは、スイッチ１６を操作して所望のモード（通信系モード）を選択する。音声処理部１５（図１参照）は、ユーザによるモード選択に応じて、処理を開始する。外部音マイク１３で採取された単独の直接音は、Ａ／Ｄ変換処理されて、リファレンス信号としてＤＳＰ適応処理され、相関処理部２５に供給される。一方、無線通信系を介して送受信機１１で受信された音声も相関処理部２５に送られる。相関処理部２５は、送受信機１１で受信された複数の音声のうち、外部音マイク１３で採取された直接音と相関のある成分を除去し、相関のない成分だけをスピーカ１７に出力する。これにより、無線通信系を介して受信された音声が、直接音に妨げられることなく、スピーカ１７からクリアに聞こえることになる。
【００４８】
図５（ｂ）は、無線通信系で受信された音声よりも、外部音マイク１３で採取された単一の直接音をはっきりと聞きたい場合の処理である。ヘッドセットのユーザは、スイッチ１６を操作して所望のモード（直接音モード）を選択する。音声処理部１５は、ユーザのモード選択に応じて、直接音をリファレンス信号としてＤＳＰ適応処理する。ＤＳＰ適応処理された直接音は相関処理部２５に供給される。一方、無線通信系を介して受信された音声も相関処理部２５に送られる。相関処理部２５は、無線通信系を介して受信された音声のうち、直接音と相関のない部分をすべて除去し、相関のある部分だけをスピーカに出力する。したがって、ユーザの耳には、直接音が強化されて鮮明に聞こえる。
【００４９】
図６は、第１のヘッドセット１０を装着した第１のユーザと、第２のヘッドセット２０を装着した第２のユーザが、直接音をリファレンス信号とする図５の状況でコミュニケーションする場合のＤＳＰ適応処理を示す。
【００５０】
図４に示すシステム構成のまま直接音をリファレンス信号にしようとすると、ＤＳＰ適応処理部２４に空気の音響伝達関数Ｇの逆数（１／Ｇ）に相当するものが同定されるようにシステムは動作すべきである。しかし、１／Ｇは非最小位相系でインパルスレスポンスでは時間の負の領域に係数が現れる形になり、実現不可能である。
【００５１】
そこで、図６に示すように、無線通信系を介して受信された信号と相関処理部２５の間に遅延回路２６を挿入する。すなわち、音声処理部１５は、無線通信系を介して伝達される信号に遅延を与える遅延回路２６と、外部からの直接音をリファレンス信号とし、このリファレンス信号に遅延された受信信号を相関させて必要な成分を取り出す適応フィルタ（２４、２５）とを含んで構成される。
【００５２】
上述したように、無線通信系を介して受信される信号の伝達速度は、空気中の音波（直接音）の伝播速度よりも速い。通信系を介して伝播される信号に十分な遅延を与えながらシステムを動作させると、適応フィルタに同定されるインパルスレスポンスは、挿入した遅延と同じ分だけずれてくるので、時間の負の領域に係数が現れることは解消される。
【００５３】
この構成により、外部からの直接音をリファレンス信号とした場合であっても、無線通信系から受信された信号と、直接音との比率を適切に調整することが可能になり、状況に応じた音声制御が実現される。
【００５４】
第１実施形態のヘッドセットによれば、状況に応じて、ユーザの選択により、無線通信系からの受信信号と、外部からの直接音との比率を調整制御することが可能になる。
【００５５】
また、第１実施形態のヘッドセットシステムでは、無線通信系の受信音と、外部からの直接音のいずれをリファレンス信号とする場合でも、適切な遅延処理がなされ、効果的に両者の相関をとることができる。
【００５６】
第１実施形態のヘッドセットシステムは、たとえば、会議やパーティ会場への適用、雑踏の中での会話、工場などの見学コースの説明などに最適である。
【００５７】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係るヘッドセットシステムの図である。第２実施形態では、第１実施形態で各ヘッドセット内に内蔵させた音声処理部１５を、外部の独立した装置として用いる。したがって、無線通信により伝達される話者の音声と、外部から採取される直接音との比率制御は、ヘッドセットの外で行われる。
【００５８】
図７に示すように、第２実施形態のヘッドセットシステムは、第１ヘッドセット４０と、第２ヘッドセット５０と、外部の音声処理装置３０を含む。音声処理装置３０は、たとえば通信範囲内にある通信センターのサーバに組み込まれてもよいし、モバイル端末（ＰＣ、携帯電話、ＰＤＡなど）に組み込まれてもよい。
【００５９】
第１ヘッドセット４０は、外部からの直接音を採取する外部音マイク１３と、外部音マイク１３で採取した直接音をＡ／Ｄ変換して音声処理装置３０に無線送信する発信器４４と、送受信機１１とを有する。発信器４４は、ディジタル変換された外部の直接音を、第１の周波数で音声処理装置３０に発信する。
【００６０】
第２ヘッドセット５０は、話者用マイク２９と、送受信機２１を有する。送受信機２１は、第２ヘッドセット５０の装着者の送話内容を、第２の周波数で音声処理装置３０に送信する。
【００６１】
音声処理装置３０は、第２ヘッドセット５０から無線送信される音声を受信する第１受信部３２ａと、第１ヘッドセット４０の発信器４４から無線送信される直接音を受信する第２受信部３２ｂを有する。ＤＳＰ適応処理部３４は、第１受信部３２ａと第２受信部３２ｂのいずれか一方の受信信号をリファレンス信号としてＤＳＰ適応処理を施し、ＤＳＰ適応処理後の信号を相関処理部３５へ供給する。相関処理部３５は、ＤＳＰ適応処理されたリファレンス信号と、他方の受信信号とを相関させて、所望の成分だけを出力する。送信部３６は、相関処理部の出力を、第３の周波数で第１ヘッドセット４０に無線送信する。
【００６２】
第１ヘッドセット４０の送受信機１１の受信機能は、第２ヘッドセットの送信周波数は受信せずに、音声処理装置３０からの無線信号を受信するように構成される。
【００６３】
図７の例では、説明を簡単にするために、第１ヘッドセット４０を受信側、第２ヘッドセットを送話側として、必要な機能のみを図示しているが、各ヘッドセットが同じ構成であってもよい。その場合は、第１および第２のヘッドセットの双方が、外部音マイク１３、直接音発信器４４、話者用マイク２９を有する。
【００６４】
音声処理装置３０の動作として、図７の例では、第２ヘッドセット５０から無線送信された音声をリファレンス信号としている。第１ヘッドセット４０の外部音マイク１３で採取された直接音は、音声処理装置３０によって、リファレンス信号との相関がとられ、相関する成分だけが取り出される。結果として、話者側から無線送話された音声内容が強調されて、送信部３６から第１のヘッドセット４０に送られることになる。もちろん、状況に応じて、相関のある成分を除去し、相関のない成分だけを出力することによって、直接音が明瞭に聞こえるようにして、第１のヘッドセット４０に送信してもよい。
【００６５】
どちらのモードに切り替えるかは、各ヘッドセット４０、５０にモード選択スイッチ（図１参照）を設け、スイッチの出力を音声処理装置３０へ無線送信することで、ユーザが選択できる構成とすることができる。
【００６６】
あるいは、音声処理装置３０が組み込まれるサーバあるいはＰＣ側に、モード切り替えスイッチを設けてもよい。講義、講演、ゲームショー、小劇場でのエンターテイメントなどでは、あらかじめ決められたシナリオに沿って進められる場合がほとんどである。この場合は、モード切り替えスイッチを、音声処理装置が組み込まれる通信センターのサーバやＰＣに設け、オペレータが手動でモード切り替え操作を行ってもよい。また、あらかじめプログラムにしたがって自動的にモードが切り替わる構成としてもよい。
【００６７】
さらにまた、音声処理装置３０を視聴者側のＰＤＡやモバイル端末に組み込み、ユーザが状況に応じて必要な音声成分を選択的に抽出する構成としてもよい。
【００６８】
第２実施形態に係るヘッドセットと、これを用いたヘッドセットシステムでは、音声処理機能をヘッドセットの外部に設けるため、ヘッドセット自体の構成が簡単になり、小型化を図ることができる。
【００６９】
＜その他の実施形態＞
第１および第２実施形態では、直接音も視聴者に聞こえたほうがよい場合の、音声の選択的な比率制御を説明した。しかし、状況によっては、無線通信系の音声のみが重要であり、外部から入る直接音を一切遮断したほうがよい場合もあり得る。この場合、外部音検知マイクまたは音声処理部へ、直接音が入力されないようにモード切り替えを行なう。
【００７０】
このような切り替えは、図８に示すように、ヘッドセットのイヤホン１８に開放・密閉制御器３７を設けることで実現される。開放・密閉制御器３７は、たとえば外部音検知マイクの外側に設けられた物理的な扉であり、その開閉でにより外部からの直接音を遮断する。あるいは、解放・密閉制御器３７は、音声処理部の入力部に位置して、音に対して物理的な扉と等価である電気的な遮断回路として実現することができる。
【００７１】
第１および第２実施形態では、音声処理部の適応フィルタからの出力を、そのままヘッドホンスピーカに送っていたが、適応フィルタの出力に、さらに直接音または無線通信系からの音を混合してスピーカから発音してもよい。
【００７２】
また、本発明の説明において、両耳型のヘッドセットを図示しながら説明したが、片耳型のヘッドセットとしてもよい。特に、第２実施形態の場合、音声処理装置を外部に設けるので、小型化が容易であり、耳栓タイプのヘッドセットも可能である。
【００７３】
また、図１の例では、説明の便宜上、送受信機をヘッドセットバンドに設置してあるが、外部音マイクとともにイヤホン内に内蔵してもよい。
【００７４】
さらに上述したヘッドセットシステムにおいて、第３のヘッドセットを使用する場合は、音声信号とは別に、ヘッドセットの相対的な位置情報を無線通信で伝達することが考えられる。位置情報から送受信間の距離を計算し、求めた距離に応じて、キャンセリングの対象を変える、あるいはキャンセリング量を制御することが可能になる。
【００７５】
さらにまた、非常時の音声伝達手段として、無線通信系を介して送受信される音声に、特別のＩＤ信号を添付して送信してもよい。この場合、音声処理部は、非常時ＩＤを検出する手段をさらに有する。非常時ＩＤが検出された場合、相関処理部は、無線通信系を介して受信された信号に対してキャンセリング処理を行なわない構成とする。これにより、非常時の通信を確実にすることができる。
【００７６】
第１および第２実施形態では、通信相手がある場合のヘッドセットの動作を説明したが、単一のユーザがヘッドセットを装着して、周囲の機器に音声データやコマンドを発する場合にも、本発明は適用される。たとえば、テレビや音楽で周囲が騒がしいときに、ヘッドセットでエアコンや洗濯機を音声操作する場合や、他の装置の運転音がうるさい環境で、必要な装置を音声コマンドでオン・オフ操作する場合に、あるいはディクテーションを行う場合に本発明は好適である。
【００７７】
この場合、図９に示すように、ヘッドセットの話者用マイク２９で集音された装着者（ユーザ）の音声コマンドは、まずＡ／Ｄ変換器４１でディジタル音声信号に変換される。音声認識部４３は、マイク２９で検出された音声を音声認識して、その結果を出力する。音声認識結果は、認識結果伝送手段４５を介して、短距離無線通信機能を有する送信機（不図示）に送られる。送信機から他の機器へ認識結果が通信される。
【００７８】
図１０は、音声認識部４３の内部構成を示す。Ａ／Ｄ変換器４１から出力されるディジタル音声信号は、音響分析部５１に入力される。音響分析部５１は、入力された音声を特徴パラメータに変換する。音響分析部は一定時間ごとに入力音声を特徴パラメータに変換する。したがって、その出力は特徴パラメータの時系列（特徴パラメータ系列）となる。
【００７９】
音響分析部５１は、求めた入力音声の特徴パラメータ系列をモデル照合部５３に出力する。
【００８０】
一方、認識語彙記憶部５５には、認識語彙を構成する各単語の音声モデルを作成するために必要な単語の読み情報と、各単語が認識されたときに認識結果として出力されるコマンドＩＤが記憶されている。
【００８１】
認識モデル作成・記憶部５７は、認識語彙記憶部５５に記憶された認識語彙にしたがって、各単語の音声モデルと、各単語が認識結果となったときに認識結果として照合部から出力される単語ＩＤをあらかじめ記憶しておく。
【００８２】
モデル照合部５３は、音声モデル作成・記憶部５７に記憶しておいた認識対象とする単語の各音声モデルと、上記入力音声の特徴パラメータ系列との類似度、あるいは距離を求め、類似度が最大（あるいは距離が最小の音声モデルと対応付けられた単語ＩＤを認識結果として出力する。
【００８３】
モデル照合部５３から出力された単語ＩＤは、そのまま音声認識部の出力となり、認識結果伝送手段４５に入力される。認識結果伝送手段４５は、無線通信モジュールに含まれる送信機能を用いて、他の機器に単語ＩＤを送信する。
【００８４】
Ａ／Ｄ変換された音声は、音声認識部４３に入力される前に、音声処理部で処理されてもよい。この場合、Ａ／Ｄ変換されたユーザの音声がリファレンス信号とされる。このリファレンス信号に、外部音マイクで採取された直接音を相関させ、相関のない成分をすべて除去する。相関処理部の出力は、ユーザの音声データを強調し、鮮明にした信号となって、音声認識部４３に送られる。
【００８５】
このようなヘッドセットは、スイッチ操作やキーボード操作が不要であり、ユーザの行動を妨げることなく、リアルタイムで他機器に音声データや音声コマンドを送ることが可能になる。ユーザはハンドフリーの状態で正確な遠隔操作を行うことができ、作業効率が上がる。
【００８６】
さらにユーザが発する音声に音声処理を施すことによって、ノイズの混ざらないクリアな音声データや音声コマンドが送信されるので、装置の誤動作を防止することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、ヘッドセットのユーザは、周囲の状況に応じて、無線通信系を介して伝達される音声と、外部からの直接音との音響比率を、選択的に制御できる。
【００８８】
必要な音声情報のみを取り出すことにより、精神的なストレスを生じさせない円滑な音声コミュニケーションを達成することができる。
【００８９】
周囲に騒音がある場合でも、騒音を除去あるいは低減した状態でヘッドホンスピーカから出力されるので、ヘッドセットを装着したユーザ同士が、無線通信系を介して小声で会話することが可能になる。派生的な効果として、周囲の騒音を増長させる事態を事前に防止できる。
【００９０】
このような短距離無線通信用ヘッドセットの普及を図ることにより、新しい形の音声コミュニケーション文化を創造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る短距離無線通信用ヘッドセットの概略図である。
【図２】図１のヘッドセットの基本的なデータの流れを示す図である。
【図３】図１のヘッドセットにおいて、無線通信系を介して受信された音声をリファレンス信号とする場合の、音声処理を示す図である。
【図４】図１のヘッドセットを複数用いたヘッドセットシステムにおいて、無線通信系を介して受信された音声をリファレンス信号とする場合の、音声処理を示す図である。
【図５】図１のヘッドセットにおいて、外部からの直接音をリファレンス信号とする場合の、音声処理を示す図である。
【図６】図１のヘッドセットを複数用いたヘッドセットシステムにおいて、外部からの直接音をリファレンス信号とする場合の、音声処理を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る短距離無線通信用ヘッドセットシステムの概略構成図である。
【図８】その他の実施形態に係る短距離無線通信用ヘッドセットの概略構成図である。
【図９】その他の実施形態に係る話者用マイクで集音された音声の認識処理を示す概略図である。
【図１０】図９に示す音声認識部の内部構成を示す図である。
【図１１】一般的な音響用ヘッドセットの図である。
【図１２】一般的な雑音除去用の音響処理システムの図である。
【符合の説明】
１０、２０、４０、５０ 短距離無線通信用ヘッドセット
１１ 送受信機
１３ 外部音検知マイク
１５ 音声処理部
１６ モード切り替えスイッチ
１７ スピーカ
１８ イヤホン
１９、２９ 話者用マイク
２４、３４ ＤＳＰ適応処理部
２５、３５ 相関処理部
２６ 遅延回路
３０ 音声処理装置
３２ａ 送信側受信部（第１の受信部）
３２ｂ 直接音受信部（第２の受信部）
３６ 音声処理送信部
３７ 解放・密閉制御器
４１ Ａ／Ｄ変換器
４３ 音声認識部
４４ ヘッドセット発信器
４５ 認識結果伝送手段
５１ 音響分析部
５３ モデル照合部
５５ 認識語彙記憶部
５７ 音声モデル作成・記憶部

Claims (14)

1. 短距離無線通信により信号を送受信する送受信機と、
   外部から伝播する直接音を検知する外部音マイクと、
   前記送受信機で受信された受信信号と、前記外部音マイクで検知された直接音を入力とし、前記受信信号と前記直接音の一方を用いたリファレンス信号と他方の信号とを相関させて、前記送話内容と前記直接音の相関のある成分及び相関のない成分のいずれかを前記他の信号から消去し、かつ前記受信信号に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には前記受信信号を減衰させないように、前記受信信号と前記直接音との比率を選択的に制御する音声処理部と、
   前記音声処理部により比率制御された音声を出力するスピーカと
   を備えることを特徴とする短距離無線通信用ヘッドセット。
2. 前記音声処理部は
   前記直接音をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記送受信機の受信信号と、前記Ａ／Ｄ変換された直接音のいずれか一方をリファレンス信号として適応処理する適応処理部と、
   前記リファレンス信号と、他方の信号とを相関させることによって所望の成分を取り出す相関処理部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の短距離無線通信用ヘッドセット。
3. 前記音声処理部は、前記相関により、送受信機の受信信号を強調して前記スピーカへ出力することを特徴とする請求項２に記載の短距離無線通信用ヘッドセット。
4. 前記音声処理部は、前記相関により、前記直接音を強調して前記スピーカへ出力することを特徴とする請求項２に記載の短距離無線通信用ヘッドセット。
5. 前記音声処理部は、前記送受信機の受信信号をリファレンス信号とし、前記相関処理部は、前記リファレンス信号に前記直接音を相関させて必要な成分を取り出し、相関結果を前記適応処理部へ送ることを特徴とする請求項２に記載の短距離無線通信用ヘッドセット。
6. 前記音声処理部は、前記送受信機の受信信号に遅延を与える遅延回路をさらに有し、
   前記直接音をリファレンス信号とし、このリファレンス信号に遅延された受信信号を相関させて必要な成分を取り出し、相関結果を前記適応処理部へ送ることを特徴とする請求項２に記載の短距離無線通信用ヘッドセット。
7. 前記音声処理部は、前記相関により、送受信機の受信信号を強調して出力する第１モードと、前記直接音を強調して出力する第２モードとを有し、
   前記第１および第２モードを切り替えるモード切り替えスイッチをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の短距離無線通信用ヘッドセット。
8. 必要に応じて外部から伝播する前記直接音を遮断する開閉・密閉制御器をさらに有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の短距離無線通信用ヘッドセット。
9. 短距離無線通信用の第１ヘッドセットと、
   前記第１ヘッドセットに送話する短距離無線通信用の第２ヘッドセットと、
   前記第２ヘッドセットの送話内容に音声処理を施し、処理後の信号を前記第１のヘッドセットに供給する音声処理装置と
   を含み、
   前記第１ヘッドセットは、受信機と、外部からの直接音を検知する外部音検知マイクと、前記検知された直接音を第１の周波数で前記音声処理装置に発信する発信器とを有し、
   前記第２ヘッドセットは、送話内容を第２の周波数で前記音声処理装置に無線送信する送信機を有し、
   前記音声処理装置は、前記第１ヘッドセットからの直接音と、第２ヘッドセットからの送話内容とを受信し、前記送話内容と前記直接音の一方を用いたリファレンス信号と他方の信号とを相関させて、前記送話内容と前記直接音の相関のある成分及び相関のない成分のいずれかを前記他の信号から消去し、かつ前記送話内容に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には前記送話内容を減衰させないように、前記直接音と前記送話内容の音声比率を選択的に調整し、比率調整された信号を第３の周波数で前記第１ヘッドセットに送信することを特徴とするヘッドセットコミュニケーションシステム。
10. 前記音声処置装置は、
    前記第１ヘッドセットからの直接音を無線受信する第１受信部と、
    前記第２ヘッドセットからの送話内容を無線受信する第２受信部と、
    前記直接音と送話内容のいずれか一方をリファレンス信号として適応処理する適応処理部と、
    前記リファレンス信号と他方の受信信号とを相関させ、必要な成分だけを取り出して出力する相関処理部と、
    前記相関処理部の出力を前記第３の周波数で無線送信する送信部と
    を有することを特徴とする請求項９に記載のヘッドセットコミュニケーションシステム。
11. ユーザの音声コマンドを集音する話者用マイクと、
    周囲の外部音を採取する外部音検知マイクと、
    前記音声コマンドを用いたリファレンス信号に前記外部音を相関させて、前記音声コマンドと相関する成分だけを前記外部音から取り出して出力し、かつ前記外部音に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には前記外部音を減衰させずに出力する音声処理部と、
    前記音声処理部の出力を、短距離無線通信によって遠隔の機器に送信する送信部と
    を備えることを特徴とする短距離無線通信用ヘッドセット。
12. 周囲の機器に対して無線送信可能な送信部と、
    ユーザの音声を集音する話者用マイクと、
    前記集音した音声がＡ／Ｄ変換されたリファレンス信号に前記集音した音声を相関させて、相関のない成分を前記リファレンス信号から除去して出力し、かつ前記集音した音声に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には前記前記集音した音声を減衰させずに出力する音声処理部と、
    前記音声処理部の出力に含まれる音声を認識する音声認識手段と、
    前記音声認識手段による認識結果を前記送信部に供給する認識結果伝送手段と
    を備え、前記認識結果を前記送信部から無線通信することを特徴とする無線通信用ヘッドセット。
13. 短距離無線通信により伝達される信号を受信し、
    外部から音波として伝播する直接音を採取し、
    前記受信信号と、直接音とのいずれか一方をリファレンス信号としてディジタル信号適応処理を施し、
    前記受信信号と前記直接音の一方を用いた前記リファレンス信号と他方の信号とを相関させて、前記受信信号と前記直接音の相関のある成分及び相関のない成分のいずれかを前記他の信号から消去し、かつ前記受信信号に非常時ＩＤ信号が添付されている場合には前記受信信号を減衰させないように、前記受信信号と前記直接音の混合比率を制御し、
    前記比率制御された信号を音声として出力する
    ことを特徴とする短距離無線通信における音響処理方法。
14. 第１のヘッドセットが検知した外部からの直接音を、無線通信を介して第１の受信信号として受信し、
    第２のヘッドセットが前記第１のヘッドセットに送信する送話内容を、無線通信系を介して第２の受信信号として受信し、
    前記第１の受信信号と第２の受信信号のいずれか一方をリファレンス信号として適応処理し、
    前記第１の受信信号と第２の受信信号の一方を用いた前記リファレンス信号と他方の信号とを相関させて、前記第１の受信信号と第２の受信信号の相関のある成分及び相関のない成分のいずれかを前記他の信号から消去し、かつ前記第２の受信信号に非常時ＩＤ信号 が添付されている場合には前記第２の受信信号を減衰させないように、前記第１の受信信号と第２の受信信号の混合比率を制御し、
    前記比率制御された信号を、無線通信を介して前記第１のヘッドセットに送信する
    ことを特徴とする短距離無線通信用ヘッドセットシステムにおける音響処理方法。

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