JP5343843B2 - 雑音低減装置、雑音低減方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、雑音低減装置、雑音低減方法及びプログラムに関し、特に、通信装置の送受信の切り替えに起因する雑音を低減するするための雑音低減装置、雑音低減方法及びプログラムに関する。

音声を再生する装置では、電源のオン／オフなどの過渡的な要因により突発的なポップ音が発生して、音声を聞く者にとっての不快感の原因となる。このため、このポップ音を低減するための手法が考えられてきた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１２８８１２号公報

しかし、無線電話通信などで行われている半二重通信での音声の再生については、固有の問題が生じる。
すなわち、半二重通信では、送信機と受信機を一対用意したうえ、送信機への音声入力を行うマイクロホンに、送受信の切替を指示するためのＰＴＴ（Push To Talk）スイッチを付属させて、送話の操作を行うため通話者がこのＰＴＴスイッチを押下したときは送信機が作動し、押下していないときは受信機が作動するように構成する、という手法が広く用いられている。このＰＴＴスイッチの操作に伴って発生するポップ音は、マイクロホンにより集音され、送信される音声信号に混入する。このポップ音は、電源のオン／オフとは無関係に生じる、という問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ＰＴＴスイッチの操作に起因する雑音を低減するするための雑音低減装置、雑音低減方法及びプログラムを提供することを目的とする。

この目的を達成するため、この発明の第１の観点に係る雑音低減装置は、
送信装置が送信する伝送信号の一部を空白化する雑音低減装置であって、
操作者の操作に従い、前記伝送信号の送信又は送信停止を前記送信装置へと指示する送受切替指示手段と、
前記伝送信号を取得し、当該伝送信号を一時記憶する一時記憶手段と、
前記一時記憶手段に一時記憶されている前記伝送信号を、所定の長さを有する単位データの連続へと加工する処理を行う信号加工手段と、
前記送受切替指示手段が、前記伝送信号の送信を指示する状態から送信停止を指示する状態へと遷移したことを検知し、当該検知をした時点、又は当該時点から一定時間が経過した時点を基準時として、前記一時記憶手段に一時記憶されている前記伝送信号のうち、前記信号加工手段が当該基準時以降に前記単位データへの加工を開始する分を、伝送すべき情報が存在しないことを示す所定内容のデータに差し替えることにより前記空白化を行う空白化手段と、を備える、
ことを特徴とする。

このような雑音低減装置によれば、送受切替指示手段により伝送信号の送信停止が指示された直後に、機械的な要因や電気的な要因によりポップ音が発生しても、このポップ音を含む信号が伝送されることが防止される。

連続する所定の複数個の前記単位データは上位の単位を形成するものであってもよい。
この場合、前記信号加工手段は、前記基準時において前記単位データへの加工の処理が行われている伝送信号が属すべき上位の単位の形成が完了すると、当該加工の処理を終了するものであってもよい。

また、この発明の第２の観点に係る雑音低減方法は、
送信装置が送信する伝送信号の一部を空白化する雑音低減方法であって、
前記伝送信号の送信又は送信停止を前記送信装置へと指示する送受切替指示ステップと、
前記伝送信号を取得し、当該伝送信号を一時記憶する一時記憶ステップと、
前記一時記憶ステップで一時記憶された前記伝送信号を、所定の長さを有する単位データの連続へと加工する処理を行う信号加工ステップと、
前記送受切替指示ステップにおいて、前記伝送信号の送信を指示する状態から送信停止を指示する状態へと遷移があったとき、当該遷移を検知し、当該検知をした時点、又は当該時点から一定時間が経過した時点を基準時として、前記一時記憶ステップで一時記憶した前記伝送信号のうち、前記信号加工ステップで当該基準時以降に前記単位データへの加工を開始する分を、伝送すべき情報が存在しないことを示す所定内容のデータに差し替えることにより前記空白化を行う空白化ステップと、を含む、
ことを特徴とする。

このような雑音低減方法によれば、送受切替指示ステップで伝送信号の送信停止が指示された直後に、機械的な要因や電気的な要因によりポップ音が発生しても、このポップ音を含む信号が伝送されることが防止される。

また、この発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
操作者の操作に従い、伝送信号を送信する送信装置へと、前記伝送信号の送信又は送信停止を指示する送受切替指示手段と、
前記伝送信号を取得し、当該伝送信号を一時記憶する一時記憶手段と、
前記一時記憶手段に一時記憶されている前記伝送信号を、所定の長さを有する単位データの連続へと加工する処理を行う信号加工手段と、
前記送受切替指示手段が、前記伝送信号の送信を指示する状態から送信停止を指示する状態へと遷移したことを検知し、当該検知をした時点、又は当該時点から一定時間が経過した時点を基準時として、前記一時記憶手段に一時記憶されている前記伝送信号のうち、前記信号加工手段が当該基準時以降に前記単位データへの加工を開始する分を、伝送すべき情報が存在しないことを示す所定内容のデータに差し替える手段、
として機能させるためのものであることを特徴とする。

このようなプログラムを実行するコンピュータによれば、送受切替指示手段により伝送信号の送信停止が指示された直後に、機械的な要因や電気的な要因によりポップ音が発生しても、このポップ音を含む信号が伝送されることが防止される。

本発明によれば、ＰＴＴスイッチの操作に起因する雑音を低減するするための雑音低減装置、雑音低減方法及びプログラムが実現される。

本発明の実施形態に係る送受信機の構成を示すブロック図である。 ＤＳＰの機能上の構成を示すブロック図である。 音声フレームのデータ構造を示す図である。 ＰＴＴスイッチのリリースの後で音声フレームが無音化される動作を説明するためのタイミング図である。 ＰＴＴスイッチのリリースの後で音声フレームが無音化される動作の変形例を説明するためのタイミング図である。

以下、本発明の実施の形態を、送受信機を例とし、図面を参照して説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る送受信機の構成を示す図である。図示するように、この送受信機は、ＰＴＴ（Push To Talk）スイッチ１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２と、マイクロホン３と、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換器４と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５と、Ｄ／Ａ（Digital-to-Analog）変換器６と、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）７と、電力増幅器８と、アンテナ９とより構成されている。また、この送受信機はさらに、図示しない受信機を備えている。

ＰＴＴスイッチ１は、例えば押しボタンスイッチからなっており、ＣＰＵ２に接続されている。ＰＴＴスイッチ１は、、操作者の操作に従って、この送受信機に送信又は受信のいずれの動作を行わせるかを指示する信号をＣＰＵ２に供給する。

ＣＰＵ２は、ＤＳＰ５及びＶＣＯ７に接続されており、また、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリからなる図示しない主記憶部と、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリからなる図示しない外部記憶部とに接続されている。
ＣＰＵ２は、外部記憶部が記憶するプログラムを読み出し、このプログラムに従って、後述の処理を実行する。

マイクロホン３は、例えば、図示しない低周波増幅器などを介してＡ／Ｄ変換器４に接続されており、音声をアナログ形式の電気信号に変換してＡ／Ｄ変換器４に供給する。

Ａ／Ｄ変換器４はＤＳＰ５に接続されており、供給されたアナログ形式の電気信号をサンプリングしてデジタル形式の信号に変換し、ＤＳＰ５に供給する。

ＤＳＰ５は、後述の符号化されたフレームを生成する処理を指示する信号がＣＰＵ２から供給されている間、後述の処理を実行する。ＤＳＰ５は、機能的には、例えば図２に示すように、第１バッファ５１と、ボコーダ５２と、第２バッファ５３と、無音化部５４と、フレーム化部５５と、符号化部５６とより構成されている。

第１バッファ５１は、Ａ／Ｄ変換器４より供給されたデジタル形式の信号を取得して一時記憶する。一時記憶する容量は、例えば、後述する音声チャンネル（「ＶＣＨ」）１個分程度であればよい。

ボコーダ５２は、第１バッファ５１が一時記憶する信号を読み出して所定の加工を加え、加工済みの信号を第２バッファ５３へと供給する。信号に加える加工の態様は任意であり、例えば、音声を表すこの信号につき音声圧縮を加えるという加工であってもよい。

第２バッファ５３は、ボコーダ５２より供給された加工済みの信号を取得して一時記憶する。第２バッファ５３が信号を一時記憶する容量は、例えば、ＶＣＨ５個分程度であればよい。

無音化部５４は、ＣＰＵ２より供給される無音化の指示に応答して、第２バッファ５３が一時記憶している信号にアクセスして、この信号に無音化の処理を施す。無音化の処理は、例えば、処理の対象である信号のうち無音化する部分を、無音状態を表す所定値を有するデータに差し替えることによって行う。

フレーム化部５５は、第２バッファ５３より供給された信号を読み出してフレーム化し、符号化部５６へと供給する。第２バッファ５３が一時記憶している間に無音化部５４により無音化された信号については、無音化済みの信号を読み出すことになる。

フレーム化部５５は、具体的には、例えば図３に示すデータ構造を有する音声フレーム（図３において「Voice」あるいは「Frame」として示す区画）を生成するという形でフレーム化の処理を行う。
図３に示す音声フレームの各々は、先頭から順に、ＦＳＷ（Frame Sync Word）、ＬＩＣＨ（Link Information CHannel）、ＳＡＣＣ（Slow Associated Control Channel）、４個のＶＣＨ（Voice CHannel：音声チャンネル）の計７個の区画より構成されている。音声フレーム１個の時間長は、例えば８０ミリ秒である。

このうちＦＳＷは、音声フレームの同期をとる目的で設けられる固定長のビット列からなる。ＬＩＣＨは、音声フレーム内のデータを識別する制御情報からなる。ＳＡＣＣは、後続するＶＣＨ内にある音声データの伝送に付随して制御情報を伝送することを指示するデータからなる。なお、ＦＳＷ、ＬＩＣＨ及びＳＡＣＣの内容を構成するデータ又はその生成のためにＤＳＰ５が用いるデータは、例えば上述の外部記憶部、主記憶部あるいはその他図示しない記憶装置がＤＳＰ５に供給するものとしてもよいし、ＣＰＵ２がＤＳＰ５に供給するものとしてもよい。

ＶＣＨは音声データからなり、具体的には、フレーム化部５５が第２バッファ５３から読み出した信号（又はこの信号を加工して得られたデータ）からなる。

そして、連続して並ぶ４個の音声フレームは、１個のスーパーフレーム（図３において「Super Frame」として示す区画）を形成している。また、フレーム化部５５は、スーパーフレームの生成を行っていない状態から新たにスーパーフレームの生成を開始するとき、新たなスーパーフレームに前置するデータからなるヘッダ（図３において「Header」として示す区画）を付加する。また、スーパーフレームの生成を終了するときは、末尾のスーパーフレームの末尾に、送信の終了を示すデータ（図３において「TX_RE」として示す）を付加する。

符号化部５６は、フレーム化部５５から供給された、音声フレームを構成しているデータの列を、所定の規則に従って符号化する。そして、符号化されたフレームをＤ／Ａ変換器６へと供給する。

Ｄ／Ａ変換器６は、符号化部５６から供給された音声フレームをアナログ形式の信号に変換して、ＶＣＯ７へと供給する。

ＶＣＯ７は、Ｄ／Ａ変換器６から供給された信号の値に従って定まる周波数を有する高周波信号を発振して、電力増幅器８へと供給する。Ｄ／Ａ変換器６が供給する符号化された信号の電圧の変化に従って、この高周波信号の発振周波数は変化するから、この高周波信号は、ＰＣＭ（Pulse Code Modulation）変調された音声信号により搬送波を周波数変調して得た変調波に相当する。

電力増幅器８は、ＶＣＯ７から供給された変調波を電力増幅し、アンテナ９を介して無線送信する。

次に、この送受信機が、ＰＴＴスイッチ１をリリースする操作（ＰＴＴスイッチ１の押下を終了する操作）の後に音声データを無音化する動作を説明する。

まず、ＰＴＴスイッチ１が押下されている間、ＰＴＴスイッチ１は、送信の動作を行うことを指示する信号をＣＰＵ２に供給する。ＣＰＵ２はこの信号に応答して、ＤＳＰ５に、符号化された音声フレームを生成する処理を指示する信号を供給する。

符号化された音声フレームを生成する処理を指示する信号を供給されている間、ＤＳＰ５は、第１バッファ５１、ボコーダ５２、第２バッファ５３、フレーム化部５５及び符号化部５６が上述の処理を行うことにより、Ａ／Ｄ変換器４より供給されたデジタル形式の信号を取得して所定の加工を加え、加工済みの信号をフレーム化し、さらに符号化してＤ／Ａ変換器６へと供給する。この結果、この送受信機は、マイクロホン３が集音した音声を加工したものにあたる信号を含む符号化された音声フレームを周波数変調して得た変調波を無線送信する。

この状態から、ＰＴＴスイッチ１がリリースされると、ＰＴＴスイッチ１は、受信の動作を行うことを指示する信号をＣＰＵ２に供給する。ＣＰＵ２はこの信号に応答して、ＤＳＰ５に、音声フレームの無音化を指示する信号を供給する。

ＤＳＰ５の無音化部５４は、この無音化の指示に応答して、第２バッファ５３が一時記憶している信号にアクセスする。そして、この信号のうち、無音化の指示がＤＳＰ５に供給された時点で現にフレーム化部５５によるフレーム化の処理が施されている信号が属することになる音声フレームの次以降の音声フレームに属することとなる信号（無音化の指示がＤＳＰ５に供給された時点以降に第２バッファ５３が新たに一時記憶する信号も含む）に、無音化の処理を施す。

一方、フレーム化部５５は、無音化の指示がＤＳＰ５に供給された時点で現にフレーム化の処理を施している信号が属するスーパーフレームの末尾のデータを処理するまで、フレーム化の処理を続行する。そして、当該末尾のデータまでフレーム化の処理を完了すると、処理済みの末尾のスーパーフレームの末尾にデータ「TX_RE」を付加して、フレーム化の処理を終了する。

フレーム化部５５がフレーム化の処理を終了し、フレーム化された分の符号化、Ｄ／Ａ変換器６による変換、ＶＣＯ７による周波数変調も完了して、フレーム化された分が変調波として送信されると、ＶＣＯ７は発振を停止し、この送受信機は送信の動作を終了して、受信機による受信の動作に移る。

以上説明した動作を行う結果、図４に示すように、この送受信機は、ＰＴＴスイッチ１が押下されている間、フレーム化され符号化された音声を表す変調波を無線送信し、ＰＴＴスイッチ１がリリースされると、リリースされた時点から、この時点にフレーム化の処理中であった信号が属するスーパーフレームの無線送信が完了するまでの間、無音状態を表す変調波を無線送信する。そして、このスーパーフレームの無線送信が完了すると、無線送信を終了する。
なお、図４において、「ＰＴＴ」はＰＴＴスイッチの押下又はリリースの状態遷移を示すグラフである。また、「ＭＩＣ」は、ポップ音の振幅を示すグラフである。また、「ＴＸ」は、この送受信機による変調波の送信又は送信停止の状態遷移を示すグラフである。

このような動作を行う結果、この送受信機においては、ＰＴＴスイッチ１がリリースされた直後に、機械的な要因や電気的な要因によりポップ音が発生しても、このポップ音を含む音声を表す変調波が送信されることが防止される。

なお、この送受信機の構成は、上述のものに限られない。
例えば、この送受信機は、変調波を無線送信する必要はなく、有線回線に送信するものであってもよい。また、変調形式も任意であり、周波数変調を行う必要はなく、位相変調を行うようにしてもよいし、振幅変調を行うようにしてもよい。
また、音声を表す信号に音声圧縮等の加工を加える処理は必ずしも必要ではなく、また、符号化の処理も、必ずしも行われる必要はない。また、この送受信機が送信する変調波は、音声を表すものである必要はなく、映像又はその他任意のデータを表すものであってよい。
映像以外のデータを表す変調波を送信する場合、無音化部５４は、処理の対象である信号のうち無音化する部分を無音状態を表すデータに差し替える代わりに、空白の映像その他伝送すべき情報が存在しないことを示す所定内容のデータに差し替えるものとすればよい。

また、生成する音声フレームの形式も任意であり、１個の音声チャンネルの時間長、１個の音声フレーム中の音声チャンネルの個数、１個のスーパーフレーム中の音声フレームの個数、音声フレームあるいはスーパーフレームに含まれる制御情報の種類ないし内容は、いずれも任意である。また、そもそも音声フレームあるいはスーパーフレームを設けるか否かも任意であり、例えば、複数の音声チャンネルを包括する単位が存在しなくてもよい。

また、無音化の開始時点は、ＰＴＴスイッチ１がリリースされた時点である必要はなく、例えば図５に示すように、ＰＴＴスイッチ１がリリースされた時点から一定時間が経過した時点から無音化を開始するようにしてもよい。図５は、音声フレーム１個の長さが８０ミリ秒であるものとして、ＰＴＴスイッチ１がリリースされた時点から無音化が開始されるまでの時間長もまた８０ミリ秒であるという場合を例示するものである。このような構成をとれば、ポップ音の発生がＰＴＴスイッチ１のリリースから一定時間遅れて発生するような場合にも、無音化が不要な区間を無音化してしまうことなく効率的にポップ音の送信を防止できる。

また、無音化ないし送信を終了する時点もスーパーフレームの末尾に限られない。従って、例えば、ＰＴＴスイッチ１がリリースされた時点にフレーム化の処理中であった信号が属するチャンネルあるいは音声フレームの末尾までを、無音化ないし送信の対象とするようにしてもよい。

また、第１バッファ５１、ボコーダ５２、第２バッファ５３、無音化部５４、フレーム化部５５及び符号化部５６は１個のＤＳＰにより構成されている必要はなく、１個以上の専用の集積回路によりＤＳＰ５の一部又は全部の機能が分担されていてもよい。また、ＣＰＵ２が、ＤＳＰ５の機能の一部又は全部を行うようにしてもよい。

以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明にかかる雑音低減装置は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。
例えば、マイクロホン、スイッチ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、変調回路及び高周波増幅回路を備えたコンピュータに上述のＣＰＵ２及びＤＳＰ５の動作を実行させるためのプログラムを格納した記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭ等）からこのプログラムをインストールすることにより、上述した送受信機を構成することができる。

また、例えば、通信回線の掲示板（ＢＢＳ）にこのプログラムをアップロードし、これを通信回線を介して配信してもよく、また、このプログラムを表す信号により搬送波を変調し、得られた変調波を伝送し、この変調波を受信した装置が変調波を復調してこれらのプログラムを復元するようにしてもよい。
そして、このプログラムを起動し、オペレーティングシステム（ＯＳ）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。

なお、ＯＳが処理の一部を分担する場合、あるいは、ＯＳが本願発明の１つの構成要素の一部を構成するような場合には、記録媒体には、その部分を除いたプログラムを格納してもよい。この場合も、この発明では、その記録媒体には、コンピュータが実行する各機能又はステップを実行するためのプログラムが格納されているものとする。

１ ＰＴＴスイッチ
２ ＣＰＵ
３ マイクロホン
４ Ａ／Ｄ変換器
５ ＤＳＰ
５１ 第１バッファ
５２ ボコーダ
５３ 第２バッファ
５４ 無音化部
５５ フレーム化部
５６ 符号化部
６ Ｄ／Ａ変換器
７ ＶＣＯ
８ 電力増幅器
９ アンテナ

Claims (4)

1. 送信装置が送信する伝送信号の一部を空白化する雑音低減装置であって、
   操作者の操作に従い、前記伝送信号の送信又は送信停止を前記送信装置へと指示する送受切替指示手段と、
   前記伝送信号を取得し、当該伝送信号を一時記憶する一時記憶手段と、
   前記一時記憶手段に一時記憶されている前記伝送信号を、所定の長さを有する単位データの連続へと加工する処理を行う信号加工手段と、
   前記送受切替指示手段が、前記伝送信号の送信を指示する状態から送信停止を指示する状態へと遷移したことを検知し、当該検知をした時点、又は当該時点から一定時間が経過した時点を基準時として、前記一時記憶手段に一時記憶されている前記伝送信号のうち、前記信号加工手段が当該基準時以降に前記単位データへの加工を開始する分を、伝送すべき情報が存在しないことを示す所定内容のデータに差し替えることにより前記空白化を行う空白化手段と、を備える、
   ことを特徴とする雑音低減装置。
2. 連続する所定の複数個の前記単位データは上位の単位を形成するものであり、
   前記信号加工手段は、前記基準時において前記単位データへの加工の処理が行われている伝送信号が属すべき上位の単位の形成が完了すると、当該加工の処理を終了する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の雑音低減装置。
3. 送信装置が送信する伝送信号の一部を空白化する雑音低減方法であって、
   前記伝送信号の送信又は送信停止を前記送信装置へと指示する送受切替指示ステップと、
   前記伝送信号を取得し、当該伝送信号を一時記憶する一時記憶ステップと、
   前記一時記憶ステップで一時記憶された前記伝送信号を、所定の長さを有する単位データの連続へと加工する処理を行う信号加工ステップと、
   前記送受切替指示ステップにおいて、前記伝送信号の送信を指示する状態から送信停止を指示する状態へと遷移があったとき、当該遷移を検知し、当該検知をした時点、又は当該時点から一定時間が経過した時点を基準時として、前記一時記憶ステップで一時記憶した前記伝送信号のうち、前記信号加工ステップで当該基準時以降に前記単位データへの加工を開始する分を、伝送すべき情報が存在しないことを示す所定内容のデータに差し替えることにより前記空白化を行う空白化ステップと、を含む、
   ことを特徴とする雑音低減方法。
4. コンピュータを、
   操作者の操作に従い、伝送信号を送信する送信装置へと、前記伝送信号の送信又は送信停止を指示する送受切替指示手段と、
   前記伝送信号を取得し、当該伝送信号を一時記憶する一時記憶手段と、
   前記一時記憶手段に一時記憶されている前記伝送信号を、所定の長さを有する単位データの連続へと加工する処理を行う信号加工手段と、
   前記送受切替指示手段が、前記伝送信号の送信を指示する状態から送信停止を指示する状態へと遷移したことを検知し、当該検知をした時点、又は当該時点から一定時間が経過した時点を基準時として、前記一時記憶手段に一時記憶されている前記伝送信号のうち、前記信号加工手段が当該基準時以降に前記単位データへの加工を開始する分を、伝送すべき情報が存在しないことを示す所定内容のデータに差し替える手段、
   として機能させるためのプログラム。

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