JP6272586B2 - ハンズフリー制御装置 - Google Patents
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Description
従って、これらの場合においても、通話相手の電話機に送信するマイクの入力信号を切り替ると、通話相手が聞くノイズの質感が大きく変化することになる。
一方、車両においては、例えば、車両の走行に伴ってロードノイズが発生する。ロードノイズとは、タイヤ表面と路面との摩擦に起因して発生するノイズであり、路面の状態によって態様が大きく変動する。例えば、ロードノイズは主に低周波数帯域に発生するが、乾いた路面、濡れた路面によって周波数ごとのノイズレベルが動的に大きく変動する。
このため、車両に搭載されたハンズフリー通話システムでは、特許文献1に記載されるような暗ノイズの補正処理を施しても各マイクの入力信号に含まれるノイズの特性を互いに揃えることができない。
従って、依然として、通話相手の電話機に送信するマイクの入力信号を切り替えると、通話相手が聞くノイズの質感が大きく変化することになる。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るハンズフリー制御装置2を備えたハンズフリー通話システム1の構成を示すブロック図である。
また、図2は、複数の話者が存在するハンズフリー通話の概要を示す図である。図2において、図1に示すハンズフリー通話システム1において、話者として運転席SAに着座する乗員Aと助手席SBに着座する乗員Bが存在し、マイク5A,5Bで乗員Aの発話音声を集音し、マイク5Cで乗員Bの発話音声を集音する。
なお、図2では一例として、運転席SA側に2本、助手席SB側に1本のマイクを配置した場合を示したが、マイクの本数および特性の組み合わせは任意である。
また、通信装置3は、ハンズフリー通信プロトコルを用いて携帯電話機4Aと接続して通信を行う。
マイク5A,5Bは、車室内の運転席SA側に設置されて、マイク5A,5Bの両方を利用するステレオ方式のマイクを構成する。マイク5A,5Bは、運転席SAに着座する乗員A(例えば、ハンドルHを操作する運転者)の発話音声を集音する、指向性を有したマイクである。図2ではマイク5A,5Bの集音エリアをエリアCで示している。
また、マイク5Cは、助手席SB側に設置されて、助手席SBに着座する乗員Bの発話音声を集音する、無指向性のマイクである。図2ではマイク5Cの集音エリアをエリアDで示している。なお、マイク5A〜5Cがいずれも無指向性のマイクであってもよい。
スピーカ7A,7Bは、車両20の車室内に設定されて、アンプ6によって増幅された通話相手の発話音声の信号を音声出力する。
レベル補正処理とは、例えば、マイク5A〜5Cの暗ノイズレベルを0と仮定したときの音声レベルを比較して一定に合わせる補正である。
これらの処理を施すことで、音声処理部10A,10Bからの音声信号a1,b1は、乗員Aまたは乗員Bの発話音声信号からマイク特性に起因したレベルの差異がキャンセルされた信号となる。
ノイズキャンセル処理とは、マイク5A〜5Cの入力信号に含まれるノイズのレベルを予め定めたレベルだけ低減させる処理である。例えば、マイク5A〜5Cの入力信号に含まれるノイズを位相反転させた信号を生成して入力信号に合成することで、ノイズを低減させる。または、マイク5A〜5C入力信号に対して伝達関数の特性を与えることでノイズを低減させてもよい。
なお、この処理によって、マイク5A〜5Cの入力信号におけるノイズレベルは低減されるが、キャンセルの度合いを過剰に高くすると発話音声の音質も劣化する。このため、ノイズキャンセル処理を施した後の入力信号においても、通話相手が聞き取れるノイズが残った状態になっている。
そこで、音声処理部10Cがマイク5A〜5Cの入力信号における発話音声に相当する周波数帯域の信号に対して周波数特性の補正処理を施すことで、再生空間に起因した音質の劣化を防止している。
例えば、音声処理部10Cには、基準入力レベルが予め設定されており、マイク5A〜5Cの入力信号のレベルが基準入力レベル未満である場合、無音区間であるとして、入力信号のゲインを下げる調整を自動で行う。また、基準入力レベル以上である場合は、入力信号の音量が大きくなり過ぎないように、入力信号のレベルが少し下がるようにゲインを自動で調整する。
例えば、信号レベルが閾値レベルを超える入力信号の信号レベルを閾値レベルで制限をかけることで、音声処理部10Cからの音声信号a2,b2の各信号レベルが閾値レベル以下となる。これにより、突発的に生じた信号レベルが高い入力信号に起因した音質低下を防止することができる。
なお、音声処理部10A〜10Cは、ハンズフリー制御装置2とは別に設けた音声処理装置の機能であってもよい。この場合、ハンズフリー制御装置2は、判別部11、ノイズ特性調整部12および切り替え部13を備え、判別部11およびノイズ特性調整部12が上記音声処理装置から音声信号を適宜入力して処理を行うことになる。
例えば、ノイズ特性調整部12は、音声処理部10Cからの音声信号a2,b2に対して高速フーリエ変換(FFT)を行って音声信号a2,b2の周波数スペクトルを得る。
そして、ノイズ特性調整部12は、音声信号a2,b2の周波数スペクトルにおける、ロードノイズに対応する低周波数帯域を調整対象の周波数帯域に設定する。
この後、ノイズ特性調整部12は、音声信号a2,b2に含まれるノイズの特性が互いに揃うように、調整対象の周波数帯域において予め定められた周波数幅ごとにノイズの振幅レベルを合わせる。
このようにすることで、通話相手の携帯電話機4Bに送信するマイクの入力信号を切り替えたときに、通話相手が聞くノイズの質感の変化を軽減させることができる。
例えば、切り替え部13は、ノイズ特性調整部12からの音声信号a3,b3のうちのいずれかに切り替えて通信装置3へ出力するスイッチを有している。そして、切り替え部13は、判別部11によってマイク5A,5Bが判別された場合、音声信号a3を通信装置3へ出力し、判別部11によってマイク5Cが判別された場合は、音声信号b3を通信装置3へ出力する。
ハンズフリー制御装置2における音声処理部10A〜10C、判別部11、ノイズ特性調整部12および切り替え部13の各機能は、処理回路により実現される。
すなわち、ハンズフリー制御装置2は、後述する図3に示すステップST1からステップST3までの処理を行うための処理回路を備える。
処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行するCPU(Central Processing Unit)であってもよい。
また、音声処理部10A〜10C、判別部11、ノイズ特性調整部12および切り替え部13の各部の機能をそれぞれ処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて1つの処理回路で実現してもよい。
ソフトウェアとファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ102に格納される。CPU101は、メモリ102に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、ハンズフリー制御装置2は、CPU101によって実行されるときに、図4に示す各ステップの処理が結果的に実行されるプログラムを格納するためのメモリ102を備える。また、これらのプログラムは、音声処理部10A〜10C、判別部11、ノイズ特性調整部12および切り替え部13の手順または方法をコンピュータに実行させるものである。
例えば、音声処理部10A〜10Cは、専用のハードウェアの処理回路100でその機能を実現し、判別部11、ノイズ特性調整部12および切り替え部13は、CPU101が、メモリ102に格納されたプログラム実行することによりその機能を実現する。
このように、上記処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって前述の機能を実現することができる。
図4は、実施の形態1に係るハンズフリー制御装置2の動作を示すフローチャートであり、話者が発話音声を入力したマイクを判別してから通話相手に送信する信号を切り替えるまでの一連の処理を示している。なお、図4に示すステップST1からステップST3までの処理は繰り返し実施されるものとする。
まず、判別部11は、音声信号a1の信号レベルとマイク5A,5Bに対応する閾値レベルを比較し、音声信号b1の信号レベルとマイク5Cに対応する閾値レベルとを比較する。そして、判別部11は、信号レベルが閾値レベルよりも高く、音声信号a1と音声信号b1とで信号レベルが高い方を選択し、選択した出力信号が得られたマイクを話者が発話音声を入力したマイクと判別する(ステップST1)。
例えば、判別部11は、マイク5A〜5Cの入力信号の信号レベルから暗ノイズレベルを引いた信号レベルを比較して、話者が発話音声を入力したマイクを判別してもよい。
そこで、判別部11が、マイク5A〜5Cの入力信号の信号レベルから暗ノイズレベルを引いた信号レベルを比較する。
このようにマイク5A〜5Cの入力信号を暗ノイズレベルで相対的に比較することで、マイク5A〜5Cの個体差に起因した誤判定を防止することができる。
ここで、上記予め定めた値が10dBである場合、話者が発話音声を入力したマイクとしてマイク5Cが選択されていたとしても、信号レベルの差が1dBであるため、マイク5A,5Bの入力信号を送信対象に切り替えない。
一方、マイク5Cの入力信号の信号レベルから暗ノイズレベルを引いた信号レベルが、50dBであれば、マイク5A,5Bの入力信号が送信対象に切り替えられる。
このようにすることで誤差レベルでの差異で切り替えが実施されなくなり、判別部11の処理の信頼性を向上させることができる。
例えば、マイク5A,5BにおけるSN比とSN比についての閾値、マイク5CにおけるSN比とSN比についての閾値を利用して信号レベルの場合と同様の比較処理を行う。
前述したように、音声信号a1,b1はマイク特性に起因したレベルの差異がキャンセルされている。このような音声信号a1,b1を比較することで、話者が発話音声を入力したマイクを適切に判別することが可能となる。
また、一例として、信号レベル、SNレベルの差の時間平均を観測して、この時間平均から特定のオフセットを加えた値を閾値とする。乗員Aが話したときのマイク5Aおよびマイク5BのSN比とマイク5CのSN比との差が平均7dBであれば、そこからオフセット値3dBを引いて得られる4dBを閾値とする。このようにして動的に閾値を変更してもよい。
このようにすることで、通信装置3に出力する信号、すなわち通信相手に送信する信号が頻繁に切り替わることが防止され、確実に話者が変わったと判断されるときに切り替えを行うことができる。なお、保持時間としては、例えば、数百ミリ秒程度の時間が考えられる。
例えば、ノイズ特性調整部12は、音声信号a2,b2に対して高速フーリエ変換(FFT)を行って音声信号a2,b2の周波数スペクトルを得る。
そして、ノイズ特性調整部12は、図5に示すように、音声信号a2,b2の周波数スペクトルにおける、ロードノイズに対応する低周波数帯域を調整対象の周波数帯域BWに設定する。この後、ノイズ特性調整部12は、調整対象の周波数帯域BWにおいて、図5において矢印で示すように、音声信号a2,b2に含まれるノイズの特性が互いに揃うように予め定められた周波数幅RBごとにノイズの振幅レベルを合わせる調整を行う。
これにより、ノイズ特性調整部12からの音声信号a3,b3に含まれるノイズの特性が互いに揃うので、音声信号a3,b3のいずれかを通話相手に送信する信号に切り替えても、切り替え前後で通話相手が聞くノイズの質感の変化を軽減させることができる。
例えば、ノイズと発話音声との差異が明確でない場合、発話音声およびノイズの特性を互いに揃える。このようにしても、切り替え前後で通話相手が聞くノイズの質感の変化を軽減させることができる。
そこで、ノイズ特性調整部12は、これらのロードノイズ以外のノイズの特性も揃える場合、パターンノイズおよび空洞共鳴音に対応するより高周波数帯域の成分を調整対象の周波数帯域BWに設定する。
このようにすることで、実際のノイズ環境に応じてノイズの特性を適切に揃えることが可能となる。
例えば、ロードノイズのレベルが閾値以上となる走行環境では、ノイズの特性を細かく調整するために周波数幅RBを一律狭くする。一方、ロードノイズのレベルが閾値未満の走行環境では、調整処理の演算負担を軽くするため、周波数幅RBを一律広くする。
このようにすることで、ノイズの特性を適切に揃えることが可能となる。
例えば、図7に示すように、調整対象の周波数帯域BWのうち、ノイズレベルの変動量が予め定めた閾値よりも大きい周波数帯域において周波数幅RB2から周波数幅RB1に変更して周波数幅を狭くする。このようにすることで、ノイズレベルの変動が激しい部分で細かく特性を揃えることができ、音声信号a2,b2におけるノイズ特性の差異を適切になくすことができる。
例えば、判別部11によってマイク5A,5Bが判別された場合、音声信号a3を通信装置3へ出力し、判別部11によってマイク5Cが判別された場合には、音声信号b3を通信装置3へ出力する。
通信装置3は、切り替え部13から入力した音声信号を、近距離無線通信で携帯電話機4Aに送信する。携帯電話機4Aは、携帯電話回線を介して音声信号を携帯電話機4Bに送信する。これにより、通話相手が、車両20の話者の発話音声を聞くことができる。
このようにすることで、ノイズレベルの変動が大きい部分で細かく特性を揃えることができ、音声信号a2,b2におけるノイズ特性の差異を適切になくすことができる。
Claims (7)
- 複数のマイクの中から、話者が発話音声を入力したマイクを判別する判別部と、
前記複数のマイクの入力信号に含まれるノイズの特性が互いに揃うように周波数ごとに調整するノイズ特性調整部と、
前記ノイズ特性調整部によってノイズの特性が調整された前記複数のマイクの入力信号のうち、前記判別部によって判別されたマイクの入力信号を、通話相手に送信する信号に切り替える切り替え部と
を備えたことを特徴とするハンズフリー制御装置。 - 前記判別部は、マイクの入力信号の信号レベルから暗ノイズレベルを引いた信号レベルを比較して、話者が発話音声を入力したマイクを判別することを特徴とする請求項1記載のハンズフリー制御装置。
- 前記ノイズ特性調整部は、入力信号に含まれるノイズの特性を、調整対象の周波数帯域において予め定められた周波数幅ごとに調整することを特徴とする請求項1記載のハンズフリー制御装置。
- 前記ノイズ特性調整部の前記調整対象の周波数帯域は、設定変更が可能であることを特徴とする請求項3記載のハンズフリー制御装置。
- 前記周波数幅は、設定変更が可能であることを特徴とする請求項3記載のハンズフリー制御装置。
- 前記ノイズ特性調整部は、前記調整対象の周波数帯域のうち、ノイズレベルの変動量が予め定められた閾値よりも大きい周波数帯域における前記周波数幅を狭くすることを特徴とする請求項5記載のハンズフリー制御装置。
- 前記判別部は、判別したマイクの入力信号の信号レベルが他のマイクの入力信号の信号レベル以下となっても保持時間が経過するまでの間、前記他のマイクを、話者が発話音声を入力したマイクと判別しないことを特徴とする請求項1記載のハンズフリー制御装置。
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