JP5053712B2

JP5053712B2 - 無線端末および無線端末の音声再生方法

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Publication number: JP5053712B2
Application number: JP2007142472A
Authority: JP
Inventors: 宏規松本; 史行伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP2008298881A

Description

本発明は、音声コーデックを用いて符号化された符号化音声データを再生する無線端末および無線端末の音声再生方法に関する。

ＰＨＳ(Personal Handy phone System)等の無線端末では、ユーザの音声によるアナログ信号を一旦デジタル信号に変換して他のユーザの無線端末に送信し、そこで再びアナログ信号に変換して音声が再生される。しかし、アナログ信号を単純にデジタル信号に変換するだけではその情報量が大きくなり、伝送可能な情報量が制限されている通信経路において全ての音声データを伝達できないことになる。そこで、この通信経路で伝送できるように、音声データの情報量を圧縮する音声コーデックが必要となる。

音声コーデックは、音声デジタルデータの符号化（エンコード）と復号（デコード）からなり、音声符号化装置で符号化された音声データが、音声再生装置でデコードおよび、再生される。上述したＰＨＳ等の無線端末で用いられる音声コーデックとしては、例えば、ＡＤＰＣＭ（適応差分ＰＣＭ：Adaptive Differential Pulse Code Modulation）符号化技術が挙げられる。かかるＡＤＰＣＭは、音声等のアナログデータが連続的に変化する性質を利用し、音声データの差分を符号化する技術である。

無線端末では、例えば、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)の変調方式において３２ｋｂｐｓのＡＤＰＣＭ（ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union-Telecommunication sector）勧告Ｇ．７２６）が採用され、ここでは、聴覚上違和感のない再生を行うため、窓関数を用いて窓掛けを行い、時間軸上に並んだ現在のフレームデータと前回のフレームデータとの連続性を維持した音声データを生成することができる。

無線端末では、無線回線の有効利用の観点から上述したＱＰＳＫ変調方式における３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに加えてＢＰＳＫ変調方式における１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭの並行利用が検討されている。１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭは３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに比べ単位時間に伝送する情報量は少ないものの、電波強度が弱いときでも比較的安定して通信することができる利点を有する。

ここで、ＡＤＰＣＭによる動作を簡単に説明すると、図９に示すように、音声符号化装置１０では、送信すべきＰＣＭデータＰＣＭと前回のＰＣＭデータ予測値ＰＣＭ'_n-1との差分ｄ_nを量子化幅Δ_nで量子化して符号を割り当て、符号化された符号化音声データ（ＡＤＰＣＭデータ）ＡＤＰＣＭ_nを音声再生装置１２に送信する。音声符号化装置１０では、さらに符号化音声データＡＤＰＣＭ_nを逆適応量子化し、逆適応量子化された差分ｄ'_nを前回値ＰＣＭ'_n-1に加算して次回に備える。そして、音声再生装置１２では、この符号化音声データＡＤＰＣＭ_nを、量子化幅Δ_nを用いて逆適応量子化し、逆適応量子化された差分ｄ'_nを前回値ＰＣＭ'_n-1に加算してＰＣＭデータＰＣＭを得る。

このようにＡＤＰＣＭでは、振幅が小さいアナログデータでも再現できるように、振幅変化幅に応じて量子化の分解能を変化させ得る特性を有し、図９に示すように符号化音声データＡＤＰＣＭ_nに応じて、アナログデータの振幅範囲が大きいところでは量子化幅Δ_nを大きくし、小さいところでは量子化幅Δ_nを小さくする。このようなＡＤＰＣＭを用いることで、圧縮された少ない情報量から音声符号装置１０のＰＣＭデータＰＣＭ_nをほぼ復元することができる。

しかし、このようなＡＤＰＣＭの復号回路を１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに適用した場合、その特性上、エラーの発生時に異常なノイズ音が生じ、不快な音声が聞こえることがある。これは符号化音声データに連続エラーが生じた場合に、本来のＰＣＭ値と計算値とがかけ離れ、差分データ量が少ない１６ｋｂｐｓのＡＤＰＣＭでは本来の値に修復するまで時間がかかるからである。

そこで、復号回路において、一旦符号化音声データを復号したＰＣＭデータをさらに符号化し、その符号化した信号と入力信号との差が所定の閾値を超えた場合に当該復号回路を初期化する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

しかし、上述した技術では、符号化した信号と入力信号とを比較するために２つの復号回路を要するので高コスト化を招き、また、復号回路の初期化条件が符号化した信号と入力信号との差分からのみ判定されるため、高精度な初期化は望めなかった。
特開平１−１７９５２２号公報

上述したように、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭは、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭとの比較において、何ら加工をしない場合に伝送データの情報量の少なさから、以下の２つの点が劣っている。

まず、１つ目は、ノイズフロアの推移である。例えば、図１０では、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭおよび３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭにおける、１ｋＨｚの正弦波を共通の最大受話音量で入力した場合のノイズフロアが示されている。１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭは、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに比べて、量子化ノイズが大きく、１ｋＨｚにおける受話音量を−２０ｄＢに合わせると、平均して１３．２ｄＢ程度ノイズフロアが大きくなってしまう。

２つ目は、無線エラー時のノイズの問題である。例えば、図１１では、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭおよび３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに１６００Ｈｚ、−１６ｄＢの一定音量の単音（ピン音）を送信し、移動試験と同等のＦＥＲ（Frame Error Rate）で受信させた場合の音圧分布が示されている。かかる図１１は、横軸に音圧（ｄＢ）、縦軸にその音圧のサンプル数が示されている。従って、単音と同じ−１６ｄＢのサンプル数が最大となるものの、エラーや、干渉回避のためのハンドオーバによって他の音圧もサンプルされる。

かかる図１１を参照すると、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭの音圧分布が特に高音圧で３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭより高くなっているのが理解できる。これは、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭが３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに比べてノイズのレベルおよび頻度共に非常に高い値となることを示している。ノイズの音圧が高くなると、「バリッ」という激しい音が音声に混入し、ユーザに不快感を与えることとなる。

本発明は、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭにおける音声データ再生時の上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭのノイズフロアや無線エラー時のノイズを３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭレベルまで下げ、エラー時における耳障り（不快）な音声の再生を抑制することが可能な、新規かつ改良された無線端末および無線端末の音声再生方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ＡＤＰＣＭ（適応差分ＰＣＭ）による音声コーデックを用いて符号化された符号化音声データを受信するデータ受信部と、符号化音声データが１６ｋｂｐｓの低速データか、１６ｋｂｐｓ以外で１６ｋｂｐｓより高速な高速データかを判定するデータ判定部と、符号化音声データが高速データのとき、符号化音声データをＰＣＭデータに復号する第１デコーダと、符号化音声データが低速データのとき、符号化音声データをロードしＰＣＭデータに復号する第２デコーダと、第２デコーダに復号されたＰＣＭデータの少なくとも高域周波数を抑制するとともに、ハンドオーバ時に遮断周波数を変更するためのデータである内部パラメータのリセットを行うデジタルフィルタと、第１デコーダまたはデジタルフィルタからのＰＣＭデータをアナログ音声信号に変換する音声変換部と、アナログ音声信号を再生する音声再生部と、を備えることを特徴とする、無線端末が提供される。

１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに関して、１６ｋｂｐｓ以外で１６ｋｂｐｓより高速な例えば３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭと同様のデコードを行うと、差分符号化音声データの情報量の少なさから、上述したようにノイズフロアの問題が生じる。本発明では、符号化音声データを一旦ソフトウェア化し、デコードを行う。その際、デジタルフィルタにより高帯域を抑制することでノイズフロアを低減することができ、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭと同等のノイズフロアを達成することが可能となる。

無線端末は、デジタルフィルタの前段に設けられ、ＰＣＭデータを、ビット長が拡張されたリニアＰＣＭデータに変換するリニア変換部と、デジタルフィルタの後段に設けられ、デジタルフィルタを通過したリニアＰＣＭデータをＰＣＭデータに変換するＰＣＭ変換部と、をさらに備えてもよい。

上述したデジタルフィルタの入力は、ＰＣＭデータのスケールが固定されたリニアＰＣＭデータであることが望ましい。かかるリニア変換部とＰＣＭ変換部の構成により、デジタルフィルタに対する所望する入力データを生成でき、かつ、データフォーマットを元のＰＣＭデータに戻すことで既存の音声変換部等の資源をそのまま活用することができる。

無線端末は、第２デコーダからのＰＣＭデータがノイズであるかどうかを判定するノイズ判定部と、ノイズ判定部がノイズと判定した場合、第２デコーダが保持する前回値をリセットするリセット部と、をさらに備えてもよい。

エラーが連続すると、第２デコーダが保持する前回値が一方向に発散し、実際の音声データと推定した音声データとが離隔してしまう。従って、１６ｂｐｓＡＤＰＣＭのデコーダでは、ＰＣＭデータの前回値との差分を取り込むので、一旦ＰＣＭデータが不正な値になると、本来の正常なデータに回復するのに時間を要する。そこで、ノイズ判定部がノイズを検知した場合、第２デコーダの前回値の維持を放棄して新たにデコードを再開する。こうして、ノイズによる前回値の発散を未然に防ぐことができ、エラー発生による異常なノイズ音や不快な音声の出力を防止することが可能となる。

無線端末は、ノイズ判定部のノイズ判定に応じて遮断周波数を変更する遮断周波数変更部をさらに備え、ノイズと判定されている間は、ノイズと判定されていないときより遮断周波数を低く設定してもよい。

かかる構成により、ノイズ発生時の高帯域を抑制することができ、ノイズフロアをさらに低減することが可能となる。例えば、ノイズと判定されていないときの遮断周波数が３０００Ｈｚである場合に、ノイズと判定されたときを２０００Ｈｚに落とす。人が音圧を感じやすい周波数は４０００Ｈｚ付近にあり、２０００Ｈｚ以上の信号を抑制することで、耳障りな音声をさらに抑制することが可能となる。

ノイズ判定部がノイズと判定した場合、ＰＣＭデータを１／８に減衰させる減衰部をさらに備えてもよい。

ノイズ判定部がＰＣＭデータをノイズと判定した場合、そのノイズをデジタルフィルタに入力する必要がない。しかし、ＰＣＭデータを全くの無音とすると、再生時に間欠的に無音状態が発生し、却って違和感を生じさせてしまうことになる。本発明では、敢えてＰＣＭデータを１／８程度残し、聴感を良好に維持する。

上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、ＡＤＰＣＭによる音声コーデックを用いて符号化された符号化音声データを受信するデータ受信ステップと、符号化音声データが１６ｋｂｐｓの低速データか、１６ｋｂｐｓ以外で１６ｋｂｐｓより高速な高速データかを判定するデータ判定ステップと、データ判定ステップの判定が高速データの場合、符号化音声データをＰＣＭデータに復号する第１デコードステップと、低速データの場合、符号化音声データをロードしＰＣＭデータに復号する第２デコードステップと、第２デコードステップで復号されたＰＣＭデータの少なくとも高域周波数を抑制するとともに、ハンドオーバ時に遮断周波数を変更するためのデータである内部パラメータのリセットを行うデジタルフィルタステップと、ＰＣＭデータをアナログ音声信号に変換する音声変換ステップと、アナログ音声信号を再生する音声再生ステップと、を含むことを特徴とする、無線端末の音声再生方法が提供される。

上述した無線端末における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該無線端末の音声再生方法にも適用可能である。

以上説明したように本発明によれば、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭのノイズフロアや無線エラー時のノイズを３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭレベルまで下げ、エラー時における耳障り（不快）な音声の再生を抑制することが可能となる。従って、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭと比較して広い通話エリアやエラー率の低減を図れる上、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭ同等の音質レベルを保持することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

ＰＨＳ端末や携帯電話等の無線端末と基地局との通信におけるデジタルデータの音声コーデックには、例えば、３２ｋｂｐｓのＡＤＰＣＭが利用されている。さらに近年、無線回線の有効利用の観点からこの３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに加えて１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭの並行利用が検討されている。かかる１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭはその特性上、エラーの発生時にノイズが生じ、不快な音声が聞こえることがある。

（無線通信システム１００）
本実施形態では、このような１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭにおいても、エラー時における耳障り（不快）な音声の再生を確実に防止することが可能な音声再生装置を提供する。尚、本実施形態においては、無線端末１１０を音声再生装置として用いている。以下、本実施形態における音声再生装置としての無線端末１１０によって無線通信を遂行する無線通信システム１００の概略を説明し、その後、各構成要素に関して詳述する。

図１は、無線通信システム１００の概略的な構成を示したブロック図である。かかる無線通信システム１００は、無線端末１１０と、基地局１２０と、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)回線やインターネット、専用回線等の通信網１３０と、中継サーバ１４０と、他の無線端末１５０とを含んで構成される。

上記無線通信システム１００では、無線端末１１０を利用して他の無線端末１５０に電話しようと試みた場合、ユーザは、自己の無線端末１１０を操作して、無線通信可能領域にある基地局１２０と無線通信を確立し、通信網１３０、中継サーバ（基地局制御装置や交換機を含む）１４０、および、他の無線端末１５０の無線通信可能領域にある基地局１２０を介して、通信相手の有する他の無線端末１５０と音声通話を遂行する。

（無線端末１１０）
図２は、無線端末１１０のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。無線端末１１０は、上述した携帯電話やＰＨＳの他に、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の様々な電子機器で構成され、構成要素として、端末制御部２１０と、端末メモリ２１２と、表示部２１４と、操作部２１６と、音声入出力部２１８と、端末無線部２２０とを含んでいる。

上記端末制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により無線端末１１０全体を管理および制御する。端末制御部２１０は、端末メモリ２１２のプログラムを用いて、無線端末１１０を利用した通話機能やメール配信機能も当然にして遂行するが、図３を用いて後述する、第２デコーダ２６２、リニア変換部２６４、ノイズ判定部２６６、遮断周波数変更部２６８、減衰部２７０、リセット部２７２、デジタルフィルタ２７４、ＰＣＭ変換部２７６としても機能する。

上記端末メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｅ^２ＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成され、端末制御部２１０で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。

上記表示部２１４は、カラーまたはモノクロのディスプレイで構成され、端末メモリ２１２に記憶された、または通信網１３０を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。

上記操作部２１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

上記音声入出力部２１８は、マイクやスピーカから構成され、通話時に入力されたユーザの音声を音声データに変換したり、通話相手の音声データを音声に変えて出力する。また、着信音や操作部２１６による操作音、アラーム音等も出力できる。そして、後述する第１デコーダ２５６、音声変換部２５８、音声再生部２６０としても機能する。

上記端末無線部２２０は、携帯電話網における基地局１２０と無線通信を行う。また、後述するデータ受信部２５０、受信バッファ２５２、データ判定部２５４としても機能する。

以上、図２を用いて無線端末１１０のハードウェアの説明をしたが、以下にそのようなハードウェア上で遂行される機能および動作を詳述する。

図３は、無線端末１１０の概略的な機能を示した機能ブロック図である。無線端末１１０は、データ受信部２５０と、受信バッファ２５２と、データ判定部２５４と、第１デコーダ２５６と、音声変換部２５８と、音声再生部２６０と、第２デコーダ２６２と、リニア変換部２６４と、ノイズ判定部２６６と、遮断周波数変更部２６８と、減衰部２７０と、リセット部２７２と、デジタルフィルタ２７４と、ＰＣＭ変換部２７６と、を含んで構成される。

上記データ受信部２５０は、ＡＤＰＣＭ（適応差分ＰＣＭ）による音声コーデック、ここでは特に１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭおよび３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭを用いて符号化された符号化音声データ（以下、ＡＤＰＣＭデータという。）を５ｍｓｅｃ毎に受信し、受信バッファ２５２に格納する。例えば１６ｂｐｓＡＤＰＣＭの場合、５ｍｓｅｃ毎に１０ｂｙｔｅ（８０ｂｉｔ＝４０シンボル）分のデータを受信する。本実施形態では、低速データとして１６ｋｂｐｓを、高速データとして３２ｋｂｐｓを挙げて説明しているが、高速データはかかる場合に限られず、２４、３２、４８、６４、…ｋｂｐｓといったように１６ｋｂｐｓ以外で１６ｋｂｐｓより高速な様々なＡＤＰＣＭを含んでいる。

上記受信バッファ２５２は、データ受信部２５０が受信したＡＤＰＣＭデータを一時的に保持する。

上記データ判定部２５４は、受信バッファ２５２に保持されたＡＤＰＣＭデータが３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭのコーデックに従っているか１６ｋｂｐｓのコーデックに従っているかを判定する。そして、判定した結果が３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭの場合、既存の第１デコーダ２５６に当該ＡＤＰＣＭデータを伝達し、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭであれば本実施形態による第２デコーダ２６２にＡＤＰＣＭデータを伝達する。

上記第１デコーダ２５６は、データ判定部２５４を通じて、受信バッファ２５２から３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭデータを取得し、ＡＤＰＣＭデータをＰＣＭデータに復号する。かかるＰＣＭデータは、３００〜３３００Ｈｚの音声を含んでいる。本実施形態では、第１デコーダ２５６として、既存の集積回路によるデコーダを想定しているが、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)やＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)等のプログラマブル素子やソフトウェアで実現することも可能である。

上記音声変換部２５８は、第１デコーダによって復号されたＰＣＭデータを一旦リニアＰＣＭデータに変換し、さらにＤ／Ａコンバータを通じてアナログ音声信号を生成する。

上記音声再生部２６０は、音声変換部２５８からのアナログ音声信号を再生する。上述したデータ受信部２５０、受信バッファ２５２、第１デコーダ２５６、音声変換部２５８は、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭの音声再生のために当該無線端末１１０に既に設けられており、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭの音声データを再生する上ではかかる既存の構成要素を利用する。従って、３２ｋＡＤＰＣＭに関して従来同様の高レベルの音質を維持することができる。

上記第２デコーダ２６２は、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭの第１デコーダ２５６に対応するデコーダであり、ソフトウェア上のデジタル処理が施される点で第１デコーダ２５６と異なる。第２デコーダ２６２は、データ判定部２５４を通じて、受信バッファ２５２から１６ｋｂｐｓのＡＤＰＣＭデータを取得し、ＡＤＰＣＭデータをＰＣＭデータに復号する。この時点でＰＣＭデータの周波数範囲は３００〜３３００Ｈｚである。

上記リニア変換部２６４は、後述するデジタルフィルタのため、ＰＣＭデータを、ビット長が拡張されたリニアＰＣＭデータに変換する。かかる変換は、８ｂｉｔＰＣＭデータを１６ｂｉｔのリニアＰＣＭデータに変換するμ−ｌａｗまたはＡ−ｌａｗ変換が利用されている。μ−ｌａｗまたはＡ−ｌａｗ変換はＩＴＵ−Ｔで規格化されている音声符号化における圧縮・解凍方式の1つである。また、日本のＩＳＤＮ網ではμ−ｌａｗが使われている。

後述するデジタルフィルタ２７４の入力は、ＰＣＭデータのスケールが固定されたリニアＰＣＭデータであることが望ましい。かかるリニア変換部２６４と後述するＰＣＭ変換部２７６の構成により、デジタルフィルタ２７４に対する所望する入力データを生成でき、かつ、データフォーマットを元のＰＣＭデータに戻すことで既存の音声変換部２５８等の資源をそのまま活用することができる。

上記ノイズ判定部２６６は、リニア変換部２６４で変換されたリニアＰＣＭデータがノイズであるかどうかを判定する。本実施形態において検出するエラーとしては、フレームの種類を示すＣＩ情報が音声データ（ＴＣＨ）を示しているか否かの確認、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）、同期符号（ＵＷ：Unique Word）の有無、リニアＰＣＭデータの上限（例えば、２^１６）を越えているか否かの確認等を用いる。また、ここに挙げたエラー以外にも、当該フレームの正当性を判断可能な様々なエラー検出方法を適用することが可能である。

上記遮断周波数変更部２６８は、ノイズ判定部２６６によるノイズの有無に応じて、後述するデジタルフィルタ２７４の遮断周波数を変更する。従って、ノイズ判定部２６６がノイズと判定した場合には、判定されていないときより遮断周波数を低く設定する。例えば、ノイズがない場合の通常の状態で遮断周波数が３０００Ｈｚであった場合、ノイズがあるときは２０００Ｈｚ程度まで遮断周波数を下げる。

上記減衰部２７０は、ノイズ判定部２６６がノイズと判定した場合、リニアＰＣＭデータを１／８（−１８ｄＢ）に減衰させる。ノイズ判定部２６６がＰＣＭデータをノイズと判定した場合、そのノイズをデジタルフィルタ２７４に入力する必要がない。しかし、ＰＣＭデータを全くの無音とすると、再生時に間欠的に無音状態が発生し、却って違和感を生じさせてしまうことになる。本実施形態では、敢えてＰＣＭデータを１／８程度残し、聴感を良好に維持する。

上記リセット部２７２は、ノイズ判定部２６６がノイズと判定した場合、第２デコーダ２６２が保持する前回値をリセットする。

エラーが連続すると、第２デコーダ２６２が保持する前回値が一方向に発散し、実際の音声データと推定した音声データとが離隔してしまう。従って、１６ｂｐｓＡＤＰＣＭのデコーダでは、ＰＣＭデータの前回値との差分を取り込むので、一旦ＰＣＭデータが不正な値になると、本来の正常なデータに回復するのに時間を要する。そこで、ノイズ判定部２６６がノイズを検知した場合、第２デコーダ２６２の前回値の維持を放棄して新たにデコードを再開する。こうして、ノイズによる前回値の発散を未然に防ぐことができ、エラー発生による異常なノイズ音や不快な音声の出力を防止することが可能となる。

上記デジタルフィルタ２７４は、復号されたリニアＰＣＭデータの少なくとも高域周波数を抑制し、音声変換部２５８に送信する。デジタルフィルタ２７４に入力されるリニアＰＣＭデータの周波数帯域は、３００〜３３００Ｈｚである。かかるリニアＰＣＭデータの高域の信号、例えば３０００Ｈｚ以上の信号を抑制することで３０００Ｈｚ以上の不要な領域の音声データを削減することができる。従って、ノイズフロアの高帯域を３２ｋｂｐｓと同レベルにすることが可能となり、聴感を良好にすることができる。かかるフィルタリングは、周期８０００Ｈｚ、オーバーサンプリング８倍で行われている。

上記のような遮断周波数を実現するため、本実施形態では、３００〜３０００Ｈｚの帯域通過フィルタＢＰＦが用いられる。また、ノイズ判定部２６６がノイズを検知した場合、通過帯域を３００〜２０００Ｈｚに狭め、高域の信号をさらに抑制する。ここで、高域カットの遮断周波数をノイズがないとき３０００Ｈｚ、あるとき２０００Ｈｚとしているが、必ずしもこの数値に設定する必要はなく、ノイズのないときは３０００〜３４００Ｈｚ、あるときは１８００〜２２００Ｈｚの範囲内で任意に設定することができる。

かかる構成により、ノイズ発生時の高帯域を抑制することができ、ノイズフロアをさらに低減することができる。人が音圧を感じやすい周波数は４０００Ｈｚ付近にあり、２０００Ｈｚ以上の信号を抑制することで、耳障りな音声をさらに抑制することが可能となる。

また、かかる帯域通過フィルタは、窓関数のうち特にカイザー窓によって構成するとしてもよい。カイザー窓は、その窓関数中の係数を変化させることによって帯域通過の形状および窓の長さを調整することができる。このように本実施形態のデジタルフィルタ２７４としてソフトウェアによるカイザー窓を組むことによって、ハードウェアでは達成できない特性が顕著な帯域通過フィルタを構成できる。また、ソフトウェアは温度や経時によるパラメータの変動がないので、安定かつ高音質な音を生成することができる。かかるフィルタをハードウェアで構成した場合、８０００Ｈｚのサンプリングでは形状が大きくなってしまい、また、コストの増大に繋がって現実的ではないが、処理速度に問題がなければＦＰＧＡやＡＳＩＣ等のプログラマブル素子で実現することも可能である。

このようなデジタルフィルタ２７４の内部パラメータ（カイザー窓の窓関数中の係数）のリセットは、当該無線端末におけるハンドオーバによる新たな無線通信への切り替え時の無音状態時に行う。

上記ＰＣＭ変換部２７６は、デジタルフィルタの後段に設けられ、デジタルフィルタを通過したリニアＰＣＭデータをＰＣＭデータに変換し、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭ同様、音声変換部２５８にそのＰＣＭデータを送信する。

上述したような構成により、無線端末１１０は、音声コーデックを用いて符号化されたＡＤＰＣＭデータを、エラー時における耳障りな音声を回避しつつ、再生することが可能となる。

（音声再生方法）
次に、上述した音声再生装置としての無線端末１１０を用いてＡＤＰＣＭデータを再生する音声再生方法について説明する。

図４は、音声再生方法の具体的な流れを示したフローチャートである。かかる音声再生方法においては、まず、ＡＤＰＣＭによる音声コーデックを用いて符号化されたＡＤＰＣＭデータを受信し（Ｓ３００：データ受信ステップ）、このＡＤＰＣＭデータが３２ｋｂｐｓであるか１６ｋｂｐｓであるかを判定する（Ｓ３０２：データ判定ステップ）。

かかるデータ判定ステップ（Ｓ３０２）において、３２ｋｂｐｓと判定された場合、ＡＤＰＣＭデータが第１デコーダ２５６に送信され、第１デコーダ２５６でＰＣＭデータに復号される（Ｓ３０４：第１デコードステップ）。

データ判定ステップ（Ｓ３０２）において、１６ｋｂｐｓと判定された場合、ＡＤＰＣＭデータは第２デコーダ２６２にロードされ、第２デコーダ２６２によってＰＣＭデータに復号され（Ｓ３０６：第２デコードステップ）、復号されたＰＣＭデータは、μ−ｌａｗ変換によって１６ｂｉｔのリニアＰＣＭデータに変換される（Ｓ３０８：リニア変換ステップ）。

ここで、リニアＰＣＭデータに関してノイズ判定が行われ（Ｓ３１０：ノイズ判定ステップ）、当該リニアＰＣＭデータが正規の音声データであり、かつ、ノイズではないことを確認する。かかるノイズ判定ステップ（Ｓ３１０）の具体的な処理は後程詳述する。ノイズ判定ステップ（Ｓ３１０）においてノイズと判定されなかった場合、帯域通過フィルタの通過帯域を３００〜３０００Ｈｚに設定し（Ｓ３１２）、カイザー窓によるデジタルフィルタリングが実行される（Ｓ３１４：デジタルフィルタステップ）。

ノイズ判定ステップ（Ｓ３１０）においてノイズと判定された場合、帯域通過フィルタの通過帯域を３００〜２０００Ｈｚに設定し（Ｓ３２０）、リニアＰＣＭデータの振幅を１／８に減衰させ（Ｓ３２２：減衰ステップ）、第２デコーダ２６２が保持する前回値をリセットする（Ｓ３２４：リセットステップ）。そして、変更された通過帯域３００〜２０００Ｈｚのカイザー窓によるデジタルフィルタリングが実行される（Ｓ３２６：デジタルフィルタステップ）。デジタルフィルタリングステップ（Ｓ３１４およびＳ３２６）の具体的な処理は後程詳述する。

そして、３２ｋｂｐｓの音声再生経路との整合をとるために再度、リニアＰＣＭデータを８ｂｉｔＰＣＭデータに変換する（Ｓ３２８：ＰＣＭ変換ステップ）。

この時点では、１６ｋｂｐｓまたは３２ｋｂｐｓ何れの場合においても、８ｂｉｔのＰＣＭデータが作成されているので、音声変換部２５８は、ＰＣＭデータをアナログ音声信号に変換し（Ｓ３３０：音声変換ステップ）、最終的にアナログ音声信号を再生する（Ｓ３３２：音声再生ステップ）。

（ノイズ判定ステップ：Ｓ３１０）
図５は、音声再生方法中のノイズ判定ステップについて詳細な流れを示したフローチャートである。ノイズ判定部２６６は、リニア変換部２６４で変換されたリニアＰＣＭデータがノイズであるか否かを判定する。ここでは、ＰＣＭデータパケットをフレーム単位に連結した上で、フレーム毎にエラーを検出する。具体的には、フレームの種類を示すＣＩ情報が音声データ（ＴＣＨ）を示しているか否かを判断し（Ｓ３５０）、そのフレームが音声データであれば、ＣＲＣによりビットエラーの有無を判断する（Ｓ３５２）。ここで、フレームのフォーマット、サンプリング周波数、送信速度等が妥当な数値を示しているかどうか判断することもできる。かかるＣＲＣでもビットエラーが検出されなかった場合、最後に特定のビット列で表され、ＡＤＰＣＭデータの位置を示す同期符号ＵＷの有無を判断する（Ｓ３５４）。同期符号ＵＷが正常な位置で検出された場合、当該リニアＰＣＭデータが上限（例えば、２^１６）を越えているか否かの判断が行われる（Ｓ３５６）。

このようなノイズ判定ステップにおいて全ての判断基準を満たせば、当該リニアＰＣＭデータは「ノイズではない」とみなされ、１つでも満たされない場合、「ノイズである」と判定される。

（デジタルフィルタステップ：Ｓ３１４、Ｓ３２６）
図６は、音声再生方法中のデジタルフィルタステップについて詳細な流れを示したフローチャートである。まず、時刻ｔにおける１６ｂｉｔリニアＰＣＭデータＳａｍｐｌｅ（ｔ）を８倍し、フィルタの遅延器Ｔａｐ（ｔ）に代入する（Ｓ３７０）。そして、各Ｔａｐ（ｔ）にそれぞれの係数Ｋ（ｉ）を乗じ、さらにその結果を加算し（Ｓ３７２）、最後に加算した結果を２^１２で除算して返値とする（Ｓ３７４）。ここで、各係数は、３００〜３０００ＨｚでＫ（ｉ）＝｛Ｋ（０），…，Ｋ（１２）｝＝｛５，−３７，−１３，１５，−９３，６０，３４３，１４９，−９５，−７，５，−４４，０｝、３００〜２０００ＨｚでＫ（ｉ）＝｛−１０，１０，−１９，−６７，−２４，１２２，２２３，１５９，６，−６８，−３３，８，−２｝となり、周波数帯域が変化する毎に置き換えられる。かかるデジタルフィルタステップでは、周期８０００Ｈｚ、オーバーサンプリング８倍の帯域追加フィルタによって３００〜２０００Ｈｚ、または３００〜３０００Ｈｚの信号を抽出できる。

以上説明した音声再生方法においても、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭのノイズフロアや無線エラー時のノイズを３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭレベルまで下げ、エラー時における耳障り（不快）な音声の再生を抑制することが可能となる。

図７は、本実施形態を適用した場合の１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭおよび３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭにおける、１ｋＨｚの正弦波を共通の最大受話音量で入力した場合のノイズフロアを示し、図８は、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭおよび３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに１６００Ｈｚ−１６ｄＢの一定音量の単音を送信し、移動試験と同等のＦＥＲで受信させた場合の音圧分布を示している。かかる図を参照して分かるように、本実施形態を適用すると、従来の図１０、１１と比較して、３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭに近づけることができ、かつ、１６ｋｂｐｓＡＤＰＣＭの利点、即ち、広い通話エリアやエラー率の低減を図ることも可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書の音声再生方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むとしても良い。

本発明は、音声コーデックを用いて符号化された符号化音声データを再生する無線端末および無線端末の音声再生方法に利用可能である。

無線通信システムの概略的な構成を示したブロック図である。無線端末のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。無線端末の概略的な機能を示した機能ブロック図である。音声再生方法の具体的な流れを示したフローチャートである。音声再生方法中のノイズ判定ステップについて詳細な流れを示したフローチャートである。デジタルフィルタステップについて詳細な流れを示したフローチャートである。ノイズフロアを比較した図である。音圧分布を比較した図である。音声コーデックを説明するためのブロック図である。ノイズフロアを比較した図である。音圧分布を比較した図である。

符号の説明

１１０ …無線端末
２５０ …データ受信部
２５２ …受信バッファ
２５４ …データ判定部
２５６ …第１デコーダ
２５８ …音声変換部
２６０ …音声再生部
２６２ …第２デコーダ
２６４ …リニア変換部
２６６ …ノイズ判定部
２６８ …遮断周波数変更部
２７０ …減衰部
２７２ …リセット部
２７４ …デジタルフィルタ
２７６ …ＰＣＭ変換部

Claims

ＡＤＰＣＭによる音声コーデックを用いて符号化された符号化音声データを受信するデータ受信部と、
前記符号化音声データが１６ｋｂｐｓの低速データか、１６ｋｂｐｓ以外で１６ｋｂｐｓより高速な高速データかを判定するデータ判定部と、
前記符号化音声データが高速データのとき、符号化音声データをＰＣＭデータに復号する第１デコーダと、
前記符号化音声データが低速データのとき、該符号化音声データをロードしＰＣＭデータに復号する第２デコーダと、
前記第２デコーダに復号されたＰＣＭデータの少なくとも高域周波数を抑制するとともに、ハンドオーバ時に遮断周波数を変更するためのデータである内部パラメータのリセットを行うデジタルフィルタと、
前記第１デコーダまたは前記デジタルフィルタからのＰＣＭデータをアナログ音声信号に変換する音声変換部と、
前記アナログ音声信号を再生する音声再生部と、
を備えることを特徴とする、無線端末。
前記デジタルフィルタの前段に設けられ、前記ＰＣＭデータを、ビット長が拡張されたリニアＰＣＭデータに変換するリニア変換部と、
前記デジタルフィルタの後段に設けられ、デジタルフィルタを通過したリニアＰＣＭデータをＰＣＭデータに変換するＰＣＭ変換部と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の無線端末。
前記第２デコーダからのＰＣＭデータがノイズであるかどうかを判定するノイズ判定部と、
前記ノイズ判定部がノイズと判定した場合、前記第２デコーダが保持する前回値をリセットするリセット部と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の無線端末。
前記ノイズ判定部のノイズ判定に応じて遮断周波数を変更する遮断周波数変更部をさらに備え、
ノイズと判定されている間は、ノイズと判定されていないときより遮断周波数を低く設定することを特徴とする、請求項３に記載の無線端末。
前記ノイズ判定部がノイズと判定した場合、前記ＰＣＭデータを１／８に減衰させる減衰部をさらに備えることを特徴とする、請求項３または４に記載の無線端末。
ＡＤＰＣＭによる音声コーデックを用いて符号化された符号化音声データを受信するデータ受信ステップと、
前記符号化音声データが１６ｋｂｐｓの低速データか、１６ｋｂｐｓ以外で１６ｋｂｐｓより高速な高速データかを判定するデータ判定ステップと、
前記データ判定ステップの判定が高速データの場合、前記符号化音声データをＰＣＭデータに復号する第１デコードステップと、低速データの場合、該符号化音声データをロードしＰＣＭデータに復号する第２デコードステップと、該第２デコードステップで復号されたＰＣＭデータの少なくとも高域周波数を抑制するとともに、ハンドオーバ時に遮断周波数を変更するためのデータである内部パラメータのリセットを行うデジタルフィルタステップと、
前記ＰＣＭデータをアナログ音声信号に変換する音声変換ステップと、
前記アナログ音声信号を再生する音声再生ステップと、
を含むことを特徴とする、無線端末の音声再生方法。