JP4824169B2 - 移動電話内のスピーカ利得およびマイクロフォン利得を自動的に調整するための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に移動電話に関し、特に移動電話のオーディオマイクロフォンおよびスピーカに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ電話および他の移動電話は、広範囲の異なるノイズ環境で共通に使用される。例えば、セルラ電話は、比較的静かなオフィスあるいは家庭環境で、または比較的騒々しい製造環境または交通環境で使用される場合がある。
【０００３】
騒々しい環境では、ユーザは比較的静かな環境においてよりもセルラ電話のマイクロフォンに大声で話す傾向がある。これは、ノイズより大きい音で聞こえるようにさらに大きな声で話さなければならないというユーザによる憶測から生じる自然な傾向である。いままでのところ、そのようなことはしばしば必要でなく、そして実際には逆効果の場合があり得る。セルラ電話のマイクロフォンは、高い指向性を持ち得るので、ユーザに聞こえるノイズの全てを検出し増幅はしないであろう。それゆえ、ユーザが大声で話すことは不必要である。さらに、ユーザがマイクロフォンにあまりにも大声で話すとユーザの音声はクリップされる（切り取られる）ように音声レベルの制限されたダイナミックレンジのみを処理することができるかもしれない。そのようなクリッピングは、送信された音声と送信された背景ノイズレベルとの間のＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）を減少させ得る。それゆえ、マイクロフォンに大声で話すことは実際には聞き手がユーザの音声を識別するのをさらに困難にさせる場合がある。
【０００４】
上述したクリッピング現象は図１および図２に示される。特に、図１はセルラ電話に入力される音声信号１０と背景ノイズ信号１２を示す。背景ノイズレベルは時刻１４で始まって増大する。それに応答して、ユーザはさらに大声で話し、結果として、入力音声信号レベルが増大する。ノイズレベルが上昇し続けるにつれ、ユーザは、クリッピングが始まるポイント１６に到達するまで、さらに大きな声で話す。それ以降、音声はクリップされ、より低いＳＮ比を生じ並びに恐らく歪んだ音声信号を生じる。図２はその結果生じたＳＮ比の変化を示す。図からわかるように、Ｓ／Ｎ比は時刻１６以降減少する。
【０００５】
それゆえ、クリッピングを生じる環境下では、さらに大声で話そうとするユーザは、実際には明瞭性を低減することができる。クリッピングが生じなくても、ユーザがさらに大声で話すと、聞き手に迷惑を生ぜしめ、恐らく聞き手は自分の電話のスピーカのボリュームを下げる必要性を生じる。多くの電話の場合、特に、移動できない電話の場合、話し手のボリュームは調節することができない、それゆえ聞き手は快適なボリュームレベルを得ることができないかもしれない。さらに、ユーザの声があまりにも大きく、聞き手がスピーカのボリュームレベルを下げることができない場合には聞き手の側のプライバシーを危うくする。
【０００６】
高ノイズレベルにより生じるもう一つの問題は、ユーザが騒々しい環境で、相手の声を聞くことが困難かもしれないということである。多くのセルラ電話の場合、電話のスピーカのボリュームまたは利得は、手動で増大させて補償することができるが、ユーザによるそのような手動動作は不便である。さらに、手動動作は危険である、特にユーザが運転中にスピーカの利得を手動で低減しようとする場合はそうである。
【０００７】
さらに、あるユーザは比較的ソフトに話す一方、他のユーザは比較的大声で話す。大声で話す人を飽和させることなくソフトに話す人に適切な利得を提供するようにマイクロフォンの利得を構成することは、本来的に困難である。
【０００８】
従って、上述した問題を救済する必要があり、本発明は、その目的のために主として記載されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した問題は、セルラ電話または他の移動電話に、セルラ電話が動作される検出されたノイズレベルに基づいて電話のマイクロフォンの利得を調節するための手段を具備することにより、適切な処置が施される。ノイズレベルが増大するにつれ、マイクロフォンの利得は自動的に減少し、それにより、騒々しい環境でさらに大声で話す電話ユーザの傾向を補償する。また、マイクロフォンの利得を下げることにより、そうでなければ、ユーザがさらに大声で話す結果として生じたかもしれないクリッピングを回避し、それによってＳ／Ｎ比は減少しない。さらに、マイクロフォンの利得は減少するので、相手の電話からその電話呼に出力されるユーザの音声のボリュームレベルは過度に大きくない。それゆえ、相手は自分の電話のスピーカの利得を手動で減少する必要がない。
【００１０】
例示的な実施形態において、自動マイクロフォン利得調節は、セルラ電話に、移動電話が動作している環境の背景ノイズレベルを検出する手段と、検出した背景ノイズレベルに基づいて移動電話のマイクロフォンの利得を設定する手段を供給することにより得ることができる。マイクロフォンの利得を設定するための手段は、背景ノイズレベルに逆比例する量だけ、背景ノイズの増加に応答して利得を減少するように動作する。例示実施形態においては、マイクロフォンの利得はデシベルで測定した背景ノイズの増加分の半分の値だけ低減される。
【００１１】
前記実施形態では、移動電話は、さらに背景ノイズレベルに基づいて移動電話のスピーカの利得を自動的に設定する手段を含む。特に、スピーカの利得を設定する手段は、背景ノイズレベルの増加に応答して利得を増加するように動作する。それゆえ、ユーザは、背景ノイズレベルが増加した場合にスピーカ利得を手動で設定する必要が無い。
【００１２】
本発明は特にデジタルシグナルプロセッシング（ＤＳＰ）装置を採用したセルラ電話に使用するのに非常に適している。そのような多くのセルラ電話は、ノイズの低減を実行するために入力信号から背景ノイズレベルを計算するためのハードウエアおよびソフトウエアをＤＳＰ内に有する。背景ノイズレベルを計算するための例示実施形態は、本発明の譲受人に譲渡され、本出願に組み込まれる「可変レートボコーダー」という名称の米国特許第5,414,796号に詳細に記載されている。そのようなセルラ電話の場合、適切なスピーカおよびマイクロフォンの利得レベルに対する種々のノイズレベルに関するルックアップテーブルに検出したノイズレベルを印加するように再構成および再プログラムされる。その他多種の他の実現方法も可能である。
【００１３】
本発明の第１の観点において、移動電話のスピーカの利得を調節するための装置は、移動電話が動作している環境の背景ノイズレベルを検出する手段、検出した背景ノイズレベルに基づいて移動電話のスピーカの利得を設定する手段とを含むことが都合がよい。
【００１４】
本発明の他の観点において、通信装置のスピーカのボリュームレベルを自動的に設定する方法は、利用可能なヘッドルーム（アンプの出力（入力）レベルの余裕）の量を表すデジタルを得るステップと；背景ノイズレベルを評価するステップと；前記デジタル値および評価ステップの結果に従ってボリュームレベルを調節するステップを含むことが都合がよい。
【００１５】
本発明の他の観点において、通信装置のスピーカのボリュームレベルを自動的に設定する装置は、利用可能なヘッドルームの量を表すデジタル値を得る手段と、背景ノイズレベルを評価する手段と、前記デジタル値および背景ノイズの評価に従ってスピーカのボリュームレベルを調節する手段を含むことが都合がよい。
【００１６】
本発明の他の観点において、自動ボリューム制御装置は、利用可能なヘッドルームの量を表すデジタル値を提供するように構成されたコンプレッサと、前記コンプレッサと接続され前記コンプレッサからデジタル値を受信するように構成された利得制御ロジックであって、さらに、背景ノイズ評価を受信し、背景ノイズの評価と利用可能なヘッドルームの量に基づいてボリュームレベルを調節するように構成された利得制御ロジックを含むことが都合がよい。
【００１７】
本発明の第１の観点において、通信装置のマイクロフォンの利得を調節する装置は、マイクロフォンに接続された調節可能なデジタル利得ロジックと、前記調節可能なデジタル利得ロジックに接続され、マイクロフォンに入力される音声信号のピーク検出を実行するように構成されたリミッターとを含むことが都合がよい。
【００１８】
本発明の他の観点において、通信装置のマイクロフォンの利得を調節する方法は、マイクロフォンに入力される信号にデジタル利得を印加するステップと、前記デジタル利得を制限するステップとを含むことが都合がよい。
【００１９】
本発明の他の観点において、通信装置のマイクロフォンの利得を調節する装置は、マイクロフォンに入力される信号にデジタル利得を印加する手段と、デジタル利得を制限する手段であって、信号のピーク検出を実行するように構成された制限手段とを含むことが都合がよい。
【００２０】
本発明の他の観点において、移動電話のスピーカの利得を調節する装置は、移動電話が動作している環境の背景ノイズレベルを検出する手段と、検出した背景ノイズレベルに基づいて移動電話のスピーカの利得を設定する手段とを含むことが都合がよい。
【００２１】
従って、本発明によれば、セルラ電話あるいは他の移動電話が高レベルの背景ノイズを有する環境で使用されるときに生じる上述した問題が実質的に克服される。本発明の利点は、電話のボリューム制御ボタンの必要性を無くしたことである。本発明の他の利点並びに本発明の他の特徴および目的は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴、目的および利点は、全体として同一部には同符号を付した図面と関連して以下の詳細説明からさらに明らかになるであろう。
【００２３】
残りの図面を参照して本発明の例示実施形態について説明する。例示実施形態は、主に装置要素を示すブロックを参照して説明する。実現方法に応じて、各装置要素あるいはそれらの部分は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエアあるいはそれらの組合せで構成可能である。実用システムの完全な実装方法に必要な全てのコンポーネントを詳細に図示あるいは説明していないことに注意されたい。むしろ、本発明の完全な理解に必要なコンポーネントのみを図示し説明する。
【００２４】
図３は、マイクロフォン１０２、スピーカ１０４、およびアンテナ１０６を有するセルラ電話１００を示す。図３に示す電話の直接関係のある内部コンポーネントは、制御ユニット１０８、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１１０、および送受信ユニット１１２を含む。さらに、マイクロフォン利得制御ユニット１１３およびスピーカ利得制御ユニット１１５が含まれる。
【００２５】
使用中に、セルラ電話１００のユーザは、マイクロフォン１０２に向けて話し、その音声および検出された背景ノイズは、制御ユニット１０８によりＤＳＰ１１０に導かれ処理がなされる。例示実施形態において、処理された音声信号は、別個に図示していないユニットにより、テレコミュニケーションインダストリアソシエーションの「デュアルモード広帯域スペクトル拡散セルラシステムのためのＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５−Ａ移動局−基地局互換性標準」に詳細に記載されているコード分割多元接続（ＣＤＭＡ）のセルラ送信プロトコルを用いて、符号化される。符号化された信号は送受信機１１２に導かれ、次にアンテナ１０６を介してローカル基地局（図示せず）に送信される。信号は、そこからもう一つのセルラ電話、他の移動電話あるいは、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）（図示せず）に接続された陸上ライン(land-line)である遠隔電話に転送可能である。セルラ電話１００に送信された音声信号はアンテナ１０６および送受信機１１２を介して受信され、ＤＳＰ１１０により処理され、スピーカを介して出力される。これらはすべて制御ユニット１０８の制御に基づく。
【００２６】
ＤＳＰ１１０は、実装方法に応じて、多種多様のデジタル処理機能を音声信号に実行することができる。さらに、ＤＳＰ１１０はマイクロフォン１０２により検出された信号からローカル環境の背景ノイズレベルを決定し、マイクロフォン１０２の利得を、騒々しい環境でさらに大声で話をするセルラ電話１００のユーザの自然な傾向を補償するように選択されたレベルに設定する。例示実施形態において、マイクロフォン利得は、背景ノイズレベルに一般に逆比例するレベルに設定される。例示実施形態において、マイクロフォン利得は、デシベルで測定された背景ノイズの増加の半分だけ減少される。
【００２７】
この目的のために、ＤＳＰ１１０は、背景ノイズレベル検出ユニット１１４、マイクロフォン利得ルックアップテーブル１１６およびスピーカ利得ルックアップテーブル１１８を含む。背景ノイズレベル検出器１１４は、一般的な技術に従って、マイクロフォン１０２から受信した信号から背景ノイズレベルを決定し、その背景ノイズレベルを表すデジタル値を生じる。このデジタル値は、例えば、背景ノイズエネルギーをデシベルで表す。ＤＳＰ１１０は、デジタル値をマイクロフォン利得ルックアップテーブル１１６に印加し、マイクロフォン利得制御ユニット１１３を介してマイクロフォン１１２に印加するためのマイクロフォン利得値を読み出す。
【００２８】
例示実施形態において、背景ノイズレベルＢ’は、以前のフレーム背景ノイズレベルＢおよび現在のフレームエネルギーＥ_ｆに基づいて現在のフレームにおいて決定される。（以前のフレーム背景ノイズ評価がＢである）次のフレーム期間で使用される新しい背景ノイズレベルＢ’を決定するのに２つの値が計算される。第１の値Ｖ_１は単に現在のフレームエネルギーＥ_ｆである。第２の値Ｖ２はＢ＋１およびＫ・Ｂ（但しK＝1.00547）のうちの大きい方である。２つの値Ｖ_１またはＶ_２の小さい方が新しい背景ノイズレベルＢ’として選択される。
【００３０】
図４は、種々の背景ノイズレベルのためのエントリ１２０と対応するマイクロフォン利得値のためのエントリ１２２を有する例示マイクロフォン利得ルックアップテーブル１１６を示す。マイクロフォン利得値は例えば、マイクロフォン１０２の増幅器（図示せず）に印加するための電圧または電流レベルを表すデジタル値であり得る。エントリ１２０は個々のノイズレベルまたはノイズレベルのレンジを指定することができる。各予測される量子化入力ノイズレベルはルックアップテーブル１１６内で表される。テーブル１１６内に対応するエントリを持たないノイズレベルが検出された場合には、デフォルト値が使用される。一般的な技術に従って、ルックアップテーブル１１６はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）の一部として実装される。他の実装において、ルックアップテーブル１１６はソフトウエアアルゴリズムのような他の適切な技術を用いて実装可能である。
【００３１】
言及したように、マイクロフォン利得ルックアップテーブル１１６から読み出した背景ノイズレベル値はマイクロフォン１０２に印加されその利得を調節する。ノイズレベルが上昇するにつれ減少するマイクロフォン利得を供給する種々の値をルックアップテーブル１１６に記憶することにより、騒々しい環境でさらに大声で話す電話ユーザの自然の傾向が自動的に補償される。また、マイクロフォン利得を減少することにより、マイクロフォン自体１０２あるいはＤＳＰ１１０における信号のクリッピングによりＳ／Ｎ比の損失が回避される。
【００３２】
背景ノイズレベルは計算可能であり、対応する利得レベルが読み出され、連続的にあるいは周期的にマイクロフォン１０２に印加される。例示実施形態において、マイクロフォン利得は２乃至３秒おきに再調節され、それにより、背景ノイズレベルの増加と、対応するユーザの音声の大声の増加との間の典型的な遅延に順応する。他の実施形態において、ノイズレベルが検出され、呼あたり一度のみ、あるいはおそらくセルラ電話の電源を入れたときのみ設定される。
【００３３】
本発明において、スピーカ１０４の利得はマイクロフォン利得と同様に自動的に調節される。背景ノイズレベル検出ユニット１１４により計算された背景ノイズレベル値はスピーカ利得ルックアップテーブル１１８に印加されその背景ノイズレベルにふさわしいスピーカ利得値を読み出す。例示的スピーカ利得ルックアップテーブル１１８は図５に示される。スピーカ利得ルックアップテーブル１１８は背景ノイズレベルのためのエントリ１３０と、対応するスピーカ利得値のエントリ１３２を有する。スピーカ利得値は、スピーカの増幅器(別個に図示せず)の利得を制御するための電圧または電流レベルを表すことができる。デフォルト値は、スピーカ利得ルックアップテーブル１１８のエントリを持たないノイズレベルに対して使用可能である。また、マイクロフォン利得ルックアップテーブル１１６のように、スピーカ利得ルックアップテーブル１１８は連続的にまたは周期的に、あるいは恐らく呼あたり一度あるいは電源を入れたときのみアクセス可能である。
【００３４】
しかしながら、ノイズレベルが増加するにつれ利得を減少するように選択された値で都合よくプログラムされたマイクロフォン利得ルックアップテーブル１１６と異なり、スピーカ利得ルックアップテーブル１１８は、ノイズレベルが増加するにつれ利得を増加するように選択された値で都合よくプログラムされる。スピーカ利得値は例えば、背景ノイズレベルの増加に実質的に比例した量だけ利得を増加するように設定することができる。そのこと自体は、ユーザは、手動制御ユニット（図示せず）によりスピーカ利得を調節する必要が無い。むしろ、自動調節が実行される。
【００３５】
以上述べたことは、セルラ電話の環境の背景ノイズレベルの増加に応答して自動的にマイクロフォン利得を減少し、スピーカ利得を増加するように構成されたセルラ電話の例示実施形態である。例示実施形態において、マイクロフォン利得の減少とスピーカ利得の増加は共に背景ノイズレベルの増加に比例する。他の実施形態において、マイクロフォン利得とスピーカ利得と背景ノイズレベルの間の他の関係は、想像される。一般に、所望の関係は単にルックアップテーブルを適切な値であらかじめプログラムすることにより使用可能である。値は、初めは簡単な比例のような数学的関係に基づいて計算し得る。他の場合には、背景ノイズレベルの変化に応答して、実際の電話ユーザが自分の話すボリュームを増加させる度合いを経験的に測定することにより決定可能である。理解し得るように、ルックアップテーブルに記憶するための適切な値を決定するための広範囲の可能な技術を本発明の一般的な原理と矛盾せずに使用することができる。さらに、ルックアップテーブルは必要ない。マイクロフォンの利得とスピーカの利得を調節するいかなる適当な手段も使用することができる。例えば、検出されたノイズレベルデジタル値はアナログ電圧に変換され、必要であれば、増減および反転する回路により処理され、利得を調節するために、マイクロフォンおよびスピーカの各増幅器に直接印加される。
【００３６】
一実施形態によれば、電話のための一般的な逆方向リンク回路にリミッターを追加することができる。図６に示すように、電話（図示せず）のための逆方向リンク回路２００は、マイクロフォン２０２、アナログ利得ロジック２０４（一般的には、汎用演算増幅器）、加減算器２０６、エコーキャンセラーフィルタ２０８、静的利得ロジック２１０、ノイズサプレッサ２１２、リミッター２１４およびアナログ−デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）２１６を含む。
【００３７】
ユーザはマイクロフォン２０２に向けて話し、マイクロフォンは音波の音声信号を電気の音声信号に変換する。音声信号はアナログ利得ロジック２０４に供給され、アナログ利得ロジック２０４は、アナログ利得を音声信号に印加する。次に音声信号はＡ／Ｄ２１６に供給され、Ａ／Ｄ２１６はアナログ音声信号をサンプリングし、量子化して、例えばパルスコード変調（ＰＣＭ）、μ-lawまたはA-lawを含む多数の公知の技術に従ってデジタルフォーマットに変換する。エコーキャンセラーフィルタ２０８により発生された信号は、加減算器２０６により２値化音声信号から減算され、それにより音声信号がエコー成分を消去する。加減算器２０６、Ａ／Ｄ２１６およびエコーキャンセラーフィルタ２０８は関連技術でよく知られた一般的なコンポーネントであることが都合がよい。
【００３８】
フィルタされた音声信号は静的利得ロジック２０１に供給され、静的利得ロジック２１０は静的なデジタル入力利得を印加して音声信号の増幅を密に調節する。静的利得ロジック２１０の実装するための装置は、この分野において良く知られている。静的利得は、アナログ利得の減少を補償するためにリミッターしきい値と関連して選択されると都合がよい。リミッター２１４は各話言葉に動作するように構成されると都合がよく、例えば大声で話すユーザにより話された言葉のように最大化された音声信号のクリッピングを防止するように作用する。
【００３９】
増幅された音声信号は、ノイズサプレッサ２１２に供給され、ノイズサプレッサ２１２は、ユーザが話したときにマイクロフォン２０２に受信された音声信号の背景ノイズ成分を除去する。ノイズサプレッサ２１２を実装するための装置は、この分野において公知である。一実施形態において、ノイズサプレッサ２１２は使用されない。他の実施形態において、Ａ／Ｄ２１６、エコーキャンセラーフィルタ２０８、加減算器２０６、静的利得ロジック２１０、ノイズサプレッサ２１２およびリミッターはすべてデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により実現される。図６に示す実施形態において、信号はノイズサプレッサ２１２によりリミッター２１４に供給される。リミッター２１４は、下記するように音声信号が最大化された場合音声信号のクリッピングを防止するように作用する。リミッター２１４は出力信号を発生し、変調されデジタル通信チャネル上に送信される前にエンコーダ（図示せず）に供給される。
【００４０】
一実施形態に従って構成されたリミッター２１４の詳細を図７に示す。リミッタ２１４は、ピーク測定ロジック３００、２を底とする対数ロジック３０２、加減算器３０４、リミッターロジック３０６、第１乗算器３０８、２を底とする反転対数ロジック３１０、平滑化ロジック３１２、遅延素子３１４および第２乗算器３１６を含む。
【００４１】
２値化された音声サンプルx[n]は、一般的な乗算器２１０であることが都合がよい静的利得ロジック２１０により静的入力利得と乗算される。デジタル利得Ｇは音声サンプルx[n]の増幅レベルを密に調整すなわち調節する。次に、音声サンプルx[n]はリミッター２１４に供給される。リミッター２１４はＤＳＰに実装されると都合がよい。リミッター２１４において、入力音声サンプルx[n]はピーク測定ロジック３００に供給されるとともに遅延素子３１４に供給される。
【００４２】
ピーク測定ロジック３００は、音声サンプルx[n]のピークを測定するために以下の式を実行する。
【００４３】
x_peak[n] = (1-RT)x_peak[n-1] + ATx_diff[n]
上記式において、音声サンプルx[n]のピーク値は１マイナスリリース時間ＲＴに以前のサンプルx[n-1]のピーク値を乗算し、攻撃時間(attack time)と差分値x_diff[n]の乗算値を加算した量に等しく設定される。差分値x_diff[n]は、この差分値が零よりも大きければ現在の音声サンプルの絶対値と以前の音声サンプルのピーク値との間の差分に等しく設定される。そうでなければ、差分値x_diff[n]は零に等しく設定される。
【００４４】
計算されたピーク値x_peak[n]は２を底とする対数ロジック３０２に供給される。２を底とする対数ロジック３０２は、ピーク値x_peak[n]の底を２とした対数を計算し、デシベル（ｄＢ）の単位の出力信号を発生する。ｄＢ信号は加減算器３０４に供給される。加減算器３０４は、ｄＢ信号から制限しきい値L_threshを減算する。この結果得られるｄＢ信号がリミッターロジック３０６に供給される。リミッターロジック３０６はその信号に制限機能を実行する。次にその信号は第１乗算器３０８に供給される。第１乗算器３０８はその信号と減衰（負）勾配値−L_slopeとを乗算する。加減算器３０４、リミッターロジック３０６および第１乗算器３０８は、入力ｄＢ値（および出力ｄＢ値）が制限しきい値L_thresh以下という条件で、入力ｄＢに等しい出力ｄＢを発生するように動作する。例えば、入力ｄＢ値が２０ｄＢ上昇すると出力ｄＢは１ｄＢだけ増加するように、入力ｄＢ値が制限しきい値L_threshを越えると、勾配値−L_slopeに従って、出力信号の勾配は減衰され、あるいはある基準で表される。制限しきい値L_threshは、飽和減少のためのデジタルの密な調節の前に静的利得ロジック増幅器２１０のオリジナル飽和ポイントに非常に近い値に選択することができることが都合がよい。オリジナル飽和ポイントはアナログ分野で実装されるマイクロフォンシステムの所望の送信利得により定義される。
【００４５】
第１増幅器３０８は出力ｄＢ信号を２を底とする反転対数ロジック３１０に供給し、２を底とする反転対数ロジック３１０は値２をｄＢ信号値（ｄＢでＧ）の指数累乗することによりｄＢ信号の底を２とする反転対数を計算する。２を底とする反転対数ロジック３１０は出力信号f[n]を発生する。信号f[n]は平滑化回路３１２に供給され、平滑化回路３１２は次式に従って平滑化された出力信号を発生する。
【００４６】
g[n] = (1-k)g[n-1] + kf[n]
但し値kは最適オーディオ品質のために有利に選択される平滑化係数である。
【００４７】
平滑化された信号g[n]は、第２乗算器３１６に供給される。入力音声サンプルx[n]を受信する遅延素子３１４は、時間Ｄだけ各音声サンプルx[n]を遅延するように構成され、遅延された出力音声サンプルx[n-D]を発生する。遅延音声サンプルx[n-D]は第２乗算器３１６に供給される。第２乗算器３１６は遅延音声サンプルx[n-D]と平滑化関数g[n]を乗算し、変調されデジタル通信チャネル上に送信される前にエンコーダ（図示せず）に供給するための制限された出力信号を発生する。
【００４８】
従ってリミッター２１４は信号レベルを、大きさがおよそL_threshの値に制限する。大声で話す人を飽和することなくソフトに話す人に適切な利得を提供するために、初期段階のアナログ利得が固定ｄＢ量だけ低減され、付加的なヘッドルームが利用可能なデジタル利得Ｇにより補償される。従ってリミッター２１４は、ソフトに話す人に適切な信号対量子化ノイズレベルを与えながら、大声のレベルをデジタル通信チャネルの他方側のＡ／Ｄ２１６のフルレンジに低減する。公知のＤＳＰ技術に従って種々の数学的計算を実行することができる。従ってリミッター２１４は大声の信号の飽和を回避しながら感知した入力ダイナミックレンジを広げるためにキャパシティを有利に供給する。上述した実施形態に従って補償可能な入力信号レベルにおける他の変形例は例えば電話に対するハンドフリー自動車キットおよびマウスピースマイクに対するラペルマイクを含む。逆方向リンク回路網に向けられた上述した実施形態は、ユーザにより話されるいかなる通信装置にも具備可能であることは当業者には理解できるであろう。同様に、順方向リンク回路網に向けられた下記の実施形態は音を発するいかなる通信装置にも具備可能であることは当業者には理解できるであろう。
【００４９】
一実施形態によれば、電話のための一般的な順方向回路網は、利用可能なヘッドルームおよび背景ノイズ評価に基づいて電話のスピーカボリュームを調節するように変更可能である。図８に示すように、電話（図示せず）のための順方向リンク回路網は出力フィルタ４０２、固定利得ロジック４０４、コンプレッサ４０６、自動ボリューム制御（ＡＶＣ）ロジック４０８、ユーザボリューム設定ロジック４１０、デジタル−アナログコンバータ（Ｄ／Ａ）４１２およびスピーカ４１４を含む。
【００５０】
図示のために、マイクロフォン２０２、アナログ利得ロジック２０４、Ａ／Ｄ２１６、エコーキャンセラーフィルター２０８、加減算器２０６およびノイズサプレッサ２１２を含む、電話のための図６の逆方向リンク回路網の付随のコンポーネントも描かれている。種々の逆方向リンク素子が機能し、図６を参照して上述したように実現することができる。一実施形態において、デジタル順方向リンク回路網およびデジタル逆方向リンク回路網はＤＳＰにおいて実現される。
【００５１】
図８において、２値化音声サンプルx[n]は他の電話から通信チャネル上で受信され、デコーダ（図示せず）により復号される。音声サンプルx[n]はでコーダから出力され、当業者には理解できるように適切なフィルタ動作のために出力フィルタ４０２に供給される。出力フィルタ４０２は、ろ過した音声サンプルを固定利得ロジック４０４に供給する。固定利得ロジック４０４は音声サンプルと固定利得Ｇを乗算し、増幅した音声サンプルを発生する。増幅された音声サンプルはコンプレッサ４０６に供給される。コンプレッサ４０６は、図９を参照して以下に説明するように、音声サンプルを圧縮または伸張する。
【００５２】
圧縮された音声サンプルはＡＶＣロジック４０８に供給される。ＡＶＣロジック４０８はさらに加減算器２０６の出力に接続されている。ＡＶＣロジック４０８は加減算器２０６から周期的に更新された背景ノイズ評価（ＢＮＥ）を受信する。ＡＶＣロジック４０８は、（コンプレッサ４０６から得られた）利用可能なヘッドルーム及び（ノイズサプレッションの前に逆方向リンク回路網から得られた）ＢＮＥに基づいてＡＶＣを供給する。ＡＶＣロジック４０８により実行可能な例示ＡＶＣアルゴリズムは図１０を参照して以下に記述する。
【００５３】
ＡＶＣロジックがＯＦＦモードの場合には、ボリューム制御は電話上のボリューム制御ボタン（図示せず）およびユーザボリューム設定ロジック４１０を介してユーザにより指定される。ＡＶＣロジック３４０８がＯＮの場合には、ＡＶＣロジック４０８は、背景ノイズレベルおよび利用可能なヘッドルームの変更に応答してボリューム制御を自動的に供給する。一実施形態において、ユーザは、ＡＶＣモードをＯＦＦまたはＯＮにすることができる。例えば、ユーザは最初にスピーカボリュームレベルを手動で設定することができ、次にＡＶＣロジック４０８をオンにしてその後スピーカボリューム制御を供給することができる。
【００５４】
ＡＶＣロジック４０８はボリューム制御信号を発生し、このボリューム制御信号はユーザボリューム設定ロジック４１０に印加される。ユーザボリューム設定ロジック４１０は、適切なボリュームレベルの出力２値化音声サンプルをＤ／Ａ４１２に供給する。Ｄ／Ａ４１２は、出力２値化音声サンプルをアナログ信号に変換し、そのアナログ信号をスピーカ４１４に供給する。スピーカ４１４はその信号をユーザのために可聴スピーカ出力信号に変換する。
【００５５】
一実施形態において、コンプレッサ４０６は図９に示すように圧縮と伸張を供給するように実行することができる。図９に示すように、電話（図示せず）の順方向リンク回路網は、便宜的には一般的な乗算器である固定利得ロジック４０４と、要望に応じて圧縮器または伸張器として使用可能なコンプレッサ４０６を含む。
【００５６】
コンプレッサ４０６は遅延素子５００、フィルタ５０２、根２乗平均（ＲＭＳ）計算機５０４、対数計算ロジック５０６、加減算器５０８、コンプレッサロジック５１０、第１乗算器５１２、反転対数計算ロジック５１４、アタック／リリースタイムアプリケーションロジック５１６および第２乗算器５１８を含む。他の実施形態においては、フィルタ５０２は使用されない。
【００５７】
２値化音声サンプルx[n]は乗算器４０４に供給される。乗算器４０４は音声サンプルx[n]とデジタル利得Ｇとを乗算する。デジタル利得Ｇは、最もソフトに話す人を所望の信号レベルに引き上げ、ピークの期間にコンプレッサ４０６を駆動することを保証するために、下記に定義した圧縮しきい値に関連して、選択されることが都合がよい。次に、音声サンプルx[n]は、コンプレッサ４０６に供給される。コンプレッサ４０６は、ＤＳＰにより実現されることが都合がよい。コンプレッサ４０６において、入力音声サンプルx[n]はフィルタ５０２と遅延素子５００に供給される。遅延素子は例えば出力サンプルＦＩＦＯで実現可能であり、予測的に出力信号レベルを制御するように動作し、それにより、送信前にピークをアタックする。フィルタ５０２は、種々の公知のフィルタ技術に従って音声サンプルをフィルタするように構成可能である。例えば、フィルタ５０２は、どの周波数に圧縮決定をするかを選択するように帯域フィルタとして構成可能である。一実施形態において、順方向リンク回路網４００がハンドフリー自動車キットに具備される場合に、フィルタ５０２はコンプレッサ４０６に入力されるかなりの歪みを有した周波数を昇圧するように動作する。所定のしきい値を超える歪みレベルを有する信号の周波数はフィルタ５０２により昇圧される。フィルタされた音声サンプルはＲＭＳ計算機５０４に供給される。
【００５８】
ＲＭＳ計算機５０４は以下の式を実行して音声サンプルのＲＭＳを計算する。
【００５９】
X_rms[n] = (1-TAV)x_rms[n-1] + TAVx²[n]
上記式において、音声サンプルx[n]のＲＭＳ値は１−時間平均係数ＴＡＶが以前のサンプルx[n-1]のＲＭＳ値と乗算され、時間平均係数ＴＡＶと現在の音声サンプルx[n]の２乗との積が加算された量に等しく設定される。時間平均係数ＴＡＶはＲＭＳ平均のレートを決定するように作用する。音声サンプルのＲＭＳレベルはエネルギドメイン信号に印加される１次のローパスフィルタを用いて計算されることが都合がよい。この平滑化フィルタのための時定数は、関心のある最小の周波数成分が所定の平滑化フィルタに対して一定のＲＭＳを得ることができるように選択されることが都合がよい。一例として、１００Ｈｚの正弦曲線の場合、時定数は約１０ｍｓでなければならない。
【００６０】
計算されたＲＭＳ値x_rms[n]は対数計算ロジック５０６に供給される。対数計算ロジック５０６は、ＲＭＳ値x_rms[n]の２を底とした対数を計算し、計算された底を２とした対数値と0.5を乗算しデシベル（ｄＢ）単位の出力信号を発生する。このｄＢ信号は加減算器５０８に供給される。加減算器５０８はこのｄＢ信号から圧縮しきい値C_threshを減算する。その結果得られたｄＢ信号はコンプレッサロジック５１０に供給される。コンプレッサロジック５１０は、その信号に圧縮機能を実行する。次に、信号は第１乗算器５１２に供給される。第１乗算器５１２は、この信号と減衰（負）圧縮勾配値−C_slopeとを乗算する。この信号のＲＭＳレベルが値C_threshよりも上昇すると、次式に従ってｄＢの比として圧縮比Ｒを指定する値C_slopeに基づいて（適切なアタックおよびリリース時間を有して）圧縮が信号に印加される。
【００６１】
C_slope = 1−1/R
圧縮比Ｒはそれ以上だとすべての圧縮が実際に生じるＲＭＳレベルとして定義可能である。特定の信号路の圧縮しきい値C_threshと圧縮勾配値C_slopeは、正規化のために望まれる平均ｄＢｍ０の話し手レベルに従って選択しなければならない。
【００６２】
第１乗算器５１２は、出力ｄＢ信号を反転対数計算ロジック５１４に供給する。反転対数計算ロジック５１４は、値２をｄＢ信号値（ｄＢでＧ）の指数累乗することによりｄＢ信号の２を底とする反転対数を計算する。反転対数計算ロジック５１４は出力信号f[n]を発生する。信号f[n]はアタック／リリースタイムアプリケーションロジック５１６に供給され、このロジック５１６は次式に従って出力信号g[n]を発生する。
【００６３】
g[n] = (1-k)g[n-1] + kf[n]
但し値kは最適オーディオ品質のために便宜的に選択された平滑化係数である。アタック／リリースタイムアプリケーションロジック５１６は平滑化機能の役目を果たすことが都合がよい。アタックとリリースは、１次平滑化機能を用いて印加され、出力信号に印加するための平滑利得曲線を供給する（値kはアタックまたはリリースが印加されるかに応じて変化する）。アタック時間は迅速かつ正確に入力サンプルのピークをアタックするために１ミリ秒（ｍｓ）に設定することが都合がよい。リリース時間は、コンプレッサ４０６の品質に影響を及ぼすことから迅速な利得変動を維持するために１００および２００ｍｓの間に設定することが都合がよい。一実施形態において、１ｍｓの予測遅延を用いてアタック時間を緩和する。他の実施形態において、出力利得曲線に影響を及ぼすことから入力信号の発振を防止するために、アタックとリリースはヒステリシスを用いて実行される。
【００６４】
平滑化された信号g[n]は第２乗算器５１８に供給される。入力音声サンプルx[n]を受信する遅延素子５００は各音声サンプルx[n]を時間Ｄだけ遅延するように構成され、遅延された出力音声サンプルx[n-D]を発生する。遅延された音声サンプルx[n-D]は第２乗算器５１８に供給される。第２乗算器５１８は遅延された音声サンプルx[n-D]と平滑関数g[n]とを乗算し、ＡＶＣロジック４０８（図８）に供給するための圧縮された出力信号を発生する。
【００６５】
コンプレッサロジック５１０は、加減算器５０８が伸張しきい値E_threshからｄＢ信号を減算するように構成し、第１乗算器５１２が信号と正の伸張勾配値E_slopeとを乗算するように構成することにより伸張ロジックとしても使用することができる。加減算器５０８と第１乗算器５１２は有利にプログラマブルに再構成できるので、コンプレッサロジック５１０は圧縮機能と伸張機能の両方の役目を果たすことができる。信号のＲＭＳレベル値E_thresh以下に落ちると、ｄＢの比として伸張比を指定する値E_slopeに基づいて信号に伸張を印加する。
【００６６】
一実施形態によれば、ＡＶＣアルゴリズムは、ユーザに適切なボリュームレベルを与えるために逆方向リンクの環境条件を探知し、順方向リンクのボリュームを自動的に調節するように図１０のフローチャートに示されるステップを実行する。有利なことに、ユーザは所望のボリュームレベルステップポイントを設定することができ、そして所望であれば、それ以降自動的に操作されるボリューム制御について忘れることができる。図１０のＡＶＣアルゴリズムは、プログラマブル圧縮しきい値C_threshより上の小さなレンジに信号レベルを制限するコンプレッサ４０６（図９参照）と関連して機能する。利用可能な歪みのないヘッドルームは、圧縮しきい値C_threshに依存する。
【００６７】
図１０のフローチャートに従って、ステップ６００において、ＡＶＣアルゴリズムは背景ノイズ評価（ＢＮＥ）（ｄＢ値）を取得する。次に、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６０２に進む。ステップ６０２において、ＡＶＣアルゴリズムはＢＮＥを第１の整調できるしきい値Ｔ３（ｄＢ）と比較する。ＢＮＥが第１整調しきい値Ｔ３よりも大きければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６０４に進む。一方、ＢＮＥが第１整調しきい値Ｔ３より大きくなければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６０６に進む。
【００６８】
ステップ６０４において、現在のサンプル値であるtarget[n]のボリュームターゲット値は第１のあらかじめ定義された利得値Ｇ３に等しく設定される。次に、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６０８に進む。一実施形態において、第１のあらかじめ定義された利得値Ｇ３は１８ｄＢに設定され高ノイズ環境のための適切なボリュームを提供する。
【００６９】
ステップ６０６において、ＡＶＣアルゴリズムは第１整調しきい値Ｔ３からヒステリシス値Ｈ（ｄＢ）を減算し、その結果得られた差分とＢＮＥとを比較する。ＢＮＥが第１整調しきい値Ｔ３とヒステリシス値Ｈとの間の差分より大きければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６１０に進む。一方、ＢＮＥが第１整調しきい値Ｔ３とヒステリシス値Ｈとの間の差分より大きくなければＡＶＣアルゴリズムはステップ６１２に進む。ヒステリシス値ＨはＢＮＥの瞬時の変化による変動から利得を守る役目を果たす。
【００７０】
ステップ６１０において、ＡＶＣアルゴリズムは以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値を第１のあらかじめ定義された利得値Ｇ３と比較する。以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値が第１のあらかじめ定義された利得値Ｇ３と等しければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６０４に進む。一方、以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値が第１のあらかじめ定義された利得値Ｇ３と等しくなければＡＶＣアルゴリズムはステップ６１４に進む。
【００７１】
ステップ６１２において、ＡＶＣアルゴリズムはＢＮＥと第２整調しきい値Ｔ２（ｄＢ）とを比較する。ＢＮＥが第２整調しきい値Ｔ２より大きければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６１４に進む。一方、ＢＮＥが第２整調しきい値Ｔ２より大きくなければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６１６に進む。
【００７２】
ステップ６１４において、現在のサンプルtarget[n]のボリュームターゲット値は、第２のあらかじめ定義された利得値Ｇ２に等しく設定される。次に、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６０８に進む。一実施形態において、第２のあらかじめ定義された利得値Ｇ２は１２ｄＢに設定され中程度のノイズ環境のための適切なボリュームを提供する。
【００７３】
ステップ６１６において、ＡＶＣアルゴリズムは第２整調しきい値Ｔ２からヒステリシス値Ｈを減算し、その結果得られた差分をＢＮＥと比較する。ＢＮＥが第２整調しきい値Ｔ２とヒステリシス値Ｈとの間の差分よりも大きければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６１８に進む。一方、ＢＮＥが第２整調しきい値Ｔ２とヒステリシス値Ｈとの間の差分より大きくなければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６２０に進む。
【００７４】
ステップ６１８において、ＡＶＣアルゴリズムは以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値を第２のあらかじめ定義された利得値Ｇ２と比較する。以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値が第２のあらかじめ定義された利得値Ｇ２に等しければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６１４に進む。一方、以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値が第２のあらかじめ定義された利得値Ｇ２に等しくなければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６２２に進む。
【００７５】
ステップ６２０において、ＡＶＣアルゴリズムはＢＮＥを第３整調しきい値Ｔ１（ｄＢ）と比較する。ＢＮＥが第３整調しきい値より大きければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６２２に進む。一方、ＢＮＥが第３整調しきい値Ｔ１より大きくなければＡＶＣアルゴリズムはステップ６２４に進む。
【００７６】
ステップ６２２において、現在のサンプルtarget[n]のボリュームターゲット値が第３のあらかじめ定義された利得値Ｇ１と等しく設定される。次に、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６０８に進む。一実施形態において、第３のあらかじめ定義された値Ｇ１は６ｄＢに設定され、低ノイズ環境のために適切なボリュームを提供する。
【００７７】
ステップ６２４において、ＡＶＣアルゴリズムは第３整調しきい値Ｔ１からヒステリシス値Ｈを減算し、その結果得られた差分をＢＮＥと比較する。ＢＮＥが、第３整調しきい値Ｔ１とヒステリシス値Ｈとの間の差分より大きければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６２６に進む。一方、ＢＮＥが、第３整調しきい値Ｔ１とヒステリシス値Ｈとの間の差分より大きくなければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６２８に進む。
【００７８】
ステップ６２６において、ＡＶＣアルゴリズムは以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値を第３のあらかじめ定義された利得値Ｇ１と比較する。以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値が第３のあらかじめ定義された利得値Ｇ１に等しければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６２２に進む。一方、以前のサンプルtarget[n-1]のボリュームターゲット値が第３のあらかじめ定義された利得値に等しくなければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６２８に進む。ステップ６２８において、現在のサンプルtarget[n]のボリュームターゲット値は０ｄＢに等しく設定される。すなわち信号に利得が印加されない。次に、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６０８に進む。
【００７９】
ステップ６０８において、圧縮しきい値C_threshがデジタルヘッドルームパラメータAVC_Headroomに加算され、第１の加算値を生成する。現在のサンプルtarget[n]のボリュームターゲット値が現在のボリュームレベルに加算され第２の加算値を生成する。第１と第２の加算値は互いに比較される。第１の加算値が第２の加算値よりも大きければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６３０に進む。一方、第１の加算値が第２の加算値よりも大きくなければ、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６３２に進む。
【００８０】
ステップ６３０において、ＡＶＣアルゴリズムは圧縮しきい値CthreshをデジタルヘッドルームコントロールパラメータAVC_Headroomに加算し第１の加算値を生成し、第１の加算値から現在のボリュームレベルを減算し、差分値を生成する。現在のサンプルtarget[n]のボリュームターゲット値はその差分値のためのボリュームターゲット値に等しく設定される。次に、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６３２に進む。全体の利得は、（コンプレッサ（図示せず）により供給される）利用可能なデジタルヘッドルームおよびコントロールパラメータAVC_Headroomとにより制限されることを指摘しなければならない。ヘッドルームコントロールパラメータAVC_Headroomは利用可能なヘッドルームから減算され利用可能な合計利得を制限する。圧縮しきい値Cthresh、ヘッドルームコントロールパラメータAVC_Headroom、および現在のボリュームレベルの和は０ｄＢｍ０より小さい値に制限されるので、デジタルクリッピングの欠落が保証される。
【００８１】
ステップ６３２において、時間平均係数ＴＡＶと現在のサンプルtarget[n]のボリュームターゲット値の積が（１−時間平均係数ＴＡＶ）の量と以前のサンプルAGCVVolGain[n-1]の自動利得制御値（ＡＧＣ）との積に加算される。その結果得られた加算値は、現在のサンプルAGCVolGain[n]のＡＧＣ値に等しく設定される。次に、ＡＶＣアルゴリズムはステップ６３４に進む。ステップ６３４において、ＡＶＣアルゴリズムは現在のサンプルのためのボリューム制御を印加する。
【００８２】
図１０を参照して述べた実施形態において、３つの整調しきい値と３つのあらかじめ定義されたゲイン値が使用された。当業者には、いかなる合理的な数の調整しきい値とあらかじめ定義されたゲイン値を使用することができるであろうことは明白である。例えば、他の実施形態において、７つの整調しきい値と７つのあらかじめ定義されたゲイン値が使用される。
【００８３】
一実施形態において、ＡＶＣがアクティブになると、ユーザには、周囲の環境条件に無関係にユーザ好適ボリュームレベルとして定義されたセットポイントが提供される。例示的設定は以下の表１に示される。
【００８４】
【表１】

表１において、圧縮しきい値C_threshは−９ｄＢｍ０に設定され、高、中、低のユーザ設定のためのボリュームレベルはそれぞれ６、４、および２に設定される。ボリュームの設定は、０ｄＢで始まる３ｄＢステップ単位であると仮定する。すなわち、設定７は０ｄＢであり、設定６は−３ｄＢであり、設定５は−６ｄＢである等である。いずれの設定においても、ユーザが高ノイズ周囲環境にいるとき、ＡＶＣアルゴリズムはさらに１２ｄＢの利得を信号レベルに供給する。同様に、中程度のノイズ周囲環境においては、ＡＶＣアルゴリズムは、さらに６ｄＢの利得を信号レベルに供給する。静かなノイズ周囲環境を記載する列はＡＶＣ ＯＦＦモードに等しい。３つ（高、中、低）以外のいかなる数のセットポイントを使用できることは理解されなければならない。
【００８５】
一実施形態において、図８を参照して上述したＡＶＣロジックのようなＡＶＣロジックは、本発明の譲受人に譲渡され、本明細書に完全に組み込まれる米国特許第5,414,796に記載された可変レートＣＥＬＰコーダーのような可変レート音声コーダーと連携して使用される。上述したように、固定デジタル利得が入力音声サンプルと乗算されると、サンプルの振幅値が上昇する。圧縮しきい値C_threshはサンプルのレベルに関して平滑化最高値として作用する。しかしながら、無音声（沈黙）サンプルの場合、増加された利得により背景ノイズをユーザに対して比較的高くする。それゆえ、ユーザは、より低いＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）を感知する。しかし、保持する音声コーダーの知識を用いてサンプルのどのフレームが８番目のレートで符号化／復号化されるか（すなわち、どのフレームが無音声フレームか）を決定することができる。従って、無音期間中に背景ノイズの相対的な増加を補償するために、８番目のレートで符号化／復号化された各フレームは固定デジタル利得Ｇと乗算されない。
【００８６】
以上、移動電話内のマイクロフォン利得とスピーカ利得を自動的に調節するための新規で改良された方法および装置について述べた。当業者には、本明細書において述べた実施形態に関連して記述した種々の図示ロジカルブロックおよびアルゴリズムステップはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、アプリケーション特定集積回路（ＡＳＩＣ）、ディスクリーとゲートまたはトランジスタロジック、例えばレジスタおよびＦＩＦＯのようなディスクリートハードウエアコンポーネント、ファームウエア命令セットを実行するプロセッサ、あるいは何らかの一般的なプログラマブルソフトウエアモジュールおよびプロセッサを用いて実装または実行可能であることが理解されるであろう。プロセッサは、マイクロプロセッサであることが都合がよいが、代替において、プロセッサは、いかなる一般的なプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、あるいはステート（符号で表す）マシンである得る。ソフトウエアモジュールはＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、レジスタあるいは、この分野で知られている他の形態の書き込み可能な記憶媒体に常駐可能である。当業者はさらに、上記記載において参照されるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは電圧、電流、電磁波、磁界または粒子、光学フィールドまたは粒子またはそれらのいずれかの組合せにより表されることが都合がよいことが理解される。
【００８７】
好適実施形態の上述の記載は、当業者が本発明を作成または使用することができるように提供される。これらの実施形態の種々の変形例は、当業者には直ちに明白であり、本明細書で定義した一般的な原理は、発明能力を使用することなしに他の実施形態に適用可能である。従って、本発明はここに示した実施形態に限定されることを意図したものではなく、ここに開示した原理および新規な特徴に一致する最も広い範囲と一致する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ノイズが変化する環境において動作しているセルラ電話の背景ノイズレベルと対応する入力音声レベルを示すグラフである。
【図２】 図１の入力音声とノイズ信号の信号対ノイズレベルを示すグラフである。
【図３】 本発明の実施形態に従って構成されたセルラ電話のブロック図である。
【図４】 図３のセルラ電話のマイクロフォン利得ルックアップテーブルのブロック図である。
【図５】 図３のセルラ電話のスピーカ利得ルックアップテーブルのブロック図である。
【図６】 電話のための逆方向リンク回路のブロック図である。
【図７】 図６の逆方向リンク回路において使用可能なリミッターのブロック図である。
【図８】 電話のための順方向リンク回路のブロック図である。
【図９】 図８の順方向リンク回路において使用可能なコンプレッサのブロック図である。
【図１０】 自動ボリューム制御（ＡＶＣ）アルゴリズムにより実行されるステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・音声信号
１２・・・背景ノイズ信号
１４・・・時間
１００・・・セルラ電話
１０２・・・マイクロフォン
１０４・・・スピーカ
１０６・・・アンテナ
１０８・・・制御ユニット
１１０・・・デジタルシグナルプロセッサ
１１２・・・送受信ユニット
１１３・・・マイクロフォン利得制御ユニット
１１５・・・スピーカ利得制御ユニット
２００・・・逆方向リンク回路
２０２・・・マイクロフォン
２０４・・・アナログ利得ロジック
２０６・・・加減算器
２０８・・・エコーキャンセラーフィルター
２１０・・・静的利得ロジック
２１２・・・ノイズサプレッサ
２１４・・・リミッター
３００・・・ピーク測定ロジック
３０２・・・２を底とする対数ロジック
３０４・・・加減算器
３０６・・・リミッタロジック
３０８・・・第１乗算器
３１０・・・２を底とする反転対数ロジック
３１２・・・平滑化ロジック
３１４・・・遅延素子
３１６・・・第２乗算器
４００・・・順方向リンク回路網
４０２・・・出力フィルタ
４０４・・・固定利得ロジック
４０６・・・コンプレッサ
４０８・・・ＡＶCロジック
４１０・・・ユーザボリューム設定ロジック
４１２・・・Ｄ／Ａコンバータ
４１４・・・スピーカ
５００・・・遅延素子
５０２・・・フィルタ
５０４・・・根２乗平均計算機
５０６・・・対数計算ロジック
５０８・・・加減算器
５１０・・・コンプレッサロジック
５１２・・・第１乗算器
５１４・・・反転対数計算ロジック
５１６・・・アタック／リリースアプリケーションロジック
５１８・・・第２乗算器

Claims (24)

1. 移動電話のスピーカの利得を調節する装置であって、
   前記移動電話が動作している環境における逆方向リンクの現在の音声フレームの背景ノイズレベルを、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーと以前の音声フレームの背景ノイズレベル（Ｂ）とを用いて決定する手段、前記現在の音声フレームの前記背景ノイズレベルは、前記以前の音声フレームの背景ノイズレベル（Ｂ）＋１とＫ（予め定められた値）・Ｂとのうちの大きい方と、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーとのうちの小さい方に決定される；
   順方向リンクからの音声信号から、圧縮しきい値より大きいレベルが圧縮された圧縮信号を生成する手段；
   決定された前記背景ノイズレベルと複数の調整閾値のうちの少なくとも１つとを比較することにより、前記スピーカに前記背景ノイズレベルに応じたボリュームを与えるためのボリュームターゲット値を設定する手段；
   前記圧縮しきい値と、利用可能な合計利得を制限するためのヘッドルームコントロールパラメータとの和が、現在のボリュームレベルと前記ボリュームターゲット値との和より大きい場合、前記ボリュームターゲット値を、前記圧縮しきい値と前記ヘッドルームコントロールパラメータとの和から前記現在のボリュームレベルを減算した値に設定する手段；及び
   前記ボリュームターゲット値に基づき、前記移動電話のスピーカの利得を調節する手段
   を含む装置。
2. 通信装置のスピーカのボリュームレベルを自動的に設定する方法であって、
   前記通信装置が動作している環境における逆方向リンクの現在の音声フレームの背景ノイズレベルを、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーと以前の音声フレームの背景ノイズレベルとを用いて得ること、前記現在の音声フレームの背景ノイズレベルは、前記逆方向リンクの以前の音声フレームの背景ノイズレベル（Ｂ）＋１とＫ（予め定められた値）・Ｂとのうちの大きい方と、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーとのうちの小さい方に決定される；
   圧縮しきい値より大きいレベルが圧縮された、順方向リンクからの音声信号を生成すること；
   決定された現在の背景ノイズレベルと複数の調整閾値のうちの少なくとも１つとを比較することにより、前記スピーカに前記背景ノイズレベルに応じたボリュームを与えるためのボリュームターゲット値を決定すること；
   前記圧縮しきい値と、利用可能な合計利得を制限するためのヘッドルームコントロールパラメータとの和が、現在のボリュームレベルと前記ボリュームターゲット値との和より大きい場合、前記ボリュームターゲット値を、前記圧縮しきい値と前記ヘッドルームコントロールパラメータとの和から前記現在のボリュームレベルを減算した値に設定すること；及び
   前記ボリュームターゲット値に従って、前記スピーカのボリュームレベルを調整すること；
   を含む方法。
3. 前記順方向リンクの音声信号のうち無音声フレームには、増幅のために予め定められた固定利得値を乗算しないことにより、前記無音声フレームに前記固定利得値を乗算することによる前記背景ノイズの相対的増分を補償すること、をさらに具備する、請求項２の方法。
4. 通信装置のスピーカのボリュームレベルを自動的に設定する装置であって、
   前記通信装置が動作している環境における逆方向リンクの現在の音声フレームの背景ノイズレベルを、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーと以前の音声フレームの背景ノイズレベルとを用いて決定する手段、前記現在の音声フレームの前記背景ノイズレベルは、前記逆方向リンクの以前の音声フレームの背景ノイズレベル（Ｂ）＋１とＫ（予め定められた値）・Ｂとのうちの大きい方と、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーとのうちの小さい方に決定される；
   圧縮しきい値より大きいレベルが圧縮された、順方向リンクからの音声信号を生成する手段；
   決定された前記背景ノイズレベルと予め定められた複数の調整閾値のうちの少なくとも１つとを比較することにより、前記スピーカに前記背景ノイズレベルに応じたボリュームを与えるためのターゲットボリューム値を決定する手段；
   前記圧縮しきい値と、利用可能な合計利得を制限するためのヘッドルームコントロールパラメータとの和が、現在のボリュームレベルと前記ターゲットボリューム値との和より大きい場合、前記ターゲットボリューム値を、前記圧縮しきい値と前記ヘッドルームコントロールパラメータとの和から前記現在のボリュームレベルを減算した値に設定する手段；及び
   前記ボリュームターゲット値に従って、前記スピーカのボリュームレベルを調整する手段；
   を備える装置。
5. 前記順方向リンクの音声信号のうち無音声フレームには、増幅のために予め定められた固定利得値を乗算しないことにより、前記無音声フレームに前記固定利得値を乗算することによる前記背景ノイズの相対的増分を補償する手段をさらに具備する、請求項４の装置。
6. 通信装置のスピーカのボリュームレベルを調節する自動ボリューム制御装置であって、
   圧縮しきい値より大きいレベルが圧縮された順方向リンクからの音声信号を供給するコンプレッサ；および
   前記コンプレッサと接続され前記コンプレッサから前記音声信号を受信するように構成されるとともに、前記通信装置の逆方向リンク回路から背景ノイズレベルを受信し、（ａ）前記背景ノイズレベルに基づいて、ボリュームターゲット値を決定し、（ｂ）前記圧縮しきい値と、利用可能な合計利得を制限するためのヘッドルームコントロールパラメータとの和が、現在のボリュームレベルと前記ボリュームターゲット値との和より大きい場合、前記ボリュームターゲット値を、前記圧縮しきい値と前記ヘッドルームコントロールパラメータとの和から前記現在のボリュームレベルを減算した値に設定し、（ｃ）前記ボリュームターゲット値に基づきボリュームレベルを調節する利得制御ロジック；
   とから構成される自動ボリューム制御装置。
7. 前記順方向リンクの音声信号のうち無音声フレームには、増幅のために予め定められた固定利得値を乗算しないことにより、前記無音声フレームに前記固定利得値を乗算することによる前記背景ノイズの相対的増分を補償するように構成されたロジックをさらに具備する、請求項６の自動ボリューム制御装置。
8. 決定された前記背景ノイズレベルに対応する、前記移動電話のマイクロフォン利得値を、ルックアップテーブルから得る手段；および
   前記マイクロフォン利得値に従って、入力された音声信号を増幅するマイクロフォン；
   をさらに含む請求項１の装置。
9. 前記決定された現在の背景ノイズレベルに対応する、前記移動電話のマイクロフォン利得値を、ルックアップテーブルから読み出す手段；および
   前記マイクロフォン利得値に基づき、前記マイクロフォンの利得を設定する手段；
   を含む請求項１の装置。
10. 前記マイクロフォン利得値は、前記背景ノイズレベルの増大に応答して、前記マイクロフォンの利得を減少する値である、請求項９の装置。
11. 前記マイクロフォン利得値は、前記マイクロフォンの利得を、前記背景ノイズレベルに逆比例するレベルに設定する、請求項９の装置。
12. 前記ボリュームターゲット値は、前記背景ノイズレベルの増大に応答して前記スピーカの利得を増加する値である、請求項１の装置。
13. 移動電話が動作している環境における逆方向リンクの現在の音声フレームの背景ノイズレベルを、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーと以前の音声フレームの背景ノイズレベルとを用いて決定する背景ノイズ検出ユニットと、前記現在の音声フレームの前記背景ノイズレベルは、前記逆方向リンクの以前の音声フレームの背景ノイズレベル（Ｂ）＋１とＫ（予め定められた値）・Ｂとのうちの大きい方と、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーとのうちの小さい方に決定される、
    順方向リンクからの音声信号から、圧縮しきい値より大きいレベルが圧縮された圧縮信号を生成するユニットと、
    スピーカと、
    （ａ）決定された前記背景ノイズレベルと予め定められた複数の調整閾値のうちの少なくとも１つとを比較することにより、前記スピーカに前記背景ノイズレベルに応じたボリュームを与えるためのターゲットボリューム値を決定し、（ｂ）前記圧縮しきい値と、利用可能な合計利得を制限するためのヘッドルームコントロールパラメータとの和が、現在のボリュームレベルと前記ターゲットボリューム値との和より大きい場合、前記ターゲットボリューム値を、前記圧縮しきい値と前記ヘッドルームコントロールパラメータとの和から前記現在のボリュームレベルを減算した値に設定するスピーカ利得制御ロジックと、
    前記ターゲットボリューム値に基づき、前記スピーカの利得を調節する調節ユニットと、
    を備える装置。
14. 前記背景ノイズレベルに対応する、前記移動電話のマイクロフォン利得値を、ルックアップテーブルから読み出すマイクロフォン利得制御ユニット、をさらに備え、
    前記調節ユニットは、さらに、前記マイクロフォン利得値に基づき、前記移動電話のマイクロフォンの利得を調整する、請求項１３の装置。
15. 前記マイクロフォン利得値は、前記背景ノイズレベルの増大に応答して、前記マイクロフォンの利得を減少する値である、請求項１３の装置。
16. 前記マイクロフォン利得値は、前記マイクロフォンの利得を、前記背景ノイズレベルに逆比例するレベルに設定する、請求項１３の装置。
17. 前記ターゲットボリューム値は、前記背景ノイズレベルの増大に応答して前記スピーカの利得を増加する値である、請求項１３の装置。
18. 前記調節ユニットは、デジタルシグナルプロセッサである、請求項１３の装置。
19. 前記デジタルシグナルプロセッサユニットはマイクロフォン利得値の前記ルックアップテーブルを含む、請求項１８の装置。
20. プロセッサ、及びボリューム制御ロジックを含む移動電話の使用方法であって、
    前記プロセッサが、前記移動電話が動作している環境における逆方向リンクの現在の音声フレームの背景ノイズレベルを、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーと以前の音声フレームの背景ノイズレベルとを用いて決定すること、前記現在の音声フレームの前記背景ノイズレベルは、前記逆方向リンクの以前の音声フレームの背景ノイズレベル（Ｂ）＋１とＫ（予め定められた値）・Ｂとのうちの大きい方と、前記逆方向リンクの現在の音声フレームのフレームエネルギーとのうちの小さい方に決定される；
    前記ボリューム制御ロジックが、決定された前記背景ノイズレベルと予め定められた複数の調整閾値のうちの少なくとも１つとを比較することにより、前記移動電話のスピーカに前記背景ノイズレベルに応じたボリュームを与えるためのターゲットボリューム値を設定すること；
    前記ボリューム制御ロジックが、順方向リンクからの音声信号のうち圧縮すべきレベルを定める圧縮しきい値と、利用可能な合計利得を制限するためのヘッドルームコントロールパラメータとの和が、前記スピーカの現在のボリュームレベルと前記ターゲットボリューム値との和より大きい場合、前記ターゲットボリューム値を、前記圧縮しきい値と前記ヘッドルームコントロールパラメータとの和から前記現在のボリュームレベルを減算した値に設定すること；及び
    前記ボリューム制御ロジックが、前記ボリュームターゲット値に基づき、前記スピーカの利得を設定すること；
    を含む方法。
21. 前記プロセッサが、決定された前記背景ノイズレベルに対応する、前記移動電話のマイクロフォン利得値を、ルックアップテーブルから読み出すこと；および
    前記プロセッサが、前記マイクロフォン利得値に基づき、前記移動電話のマイクロフォンの利得を設定すること；
    をさらに含む請求項２０記載の方法。
22. 前記マイクロフォンの利得値は、前記背景ノイズレベルの増大に応答して、前記マイクロフォンの利得を減少する値である、請求項２０の方法。
23. 前記マイクロフォンの利得値は、前記マイクロフォンの利得を、前記背景ノイズレベルに逆比例するレベルに設定する、請求項２０の方法。
24. 前記ボリュームターゲット値は、前記背景ノイズレベルの増大に応答して前記スピーカの利得を増加する値である、請求項２０の方法。

Images