JP6529473B2 - 無線通信装置、無線通信システム、及びノイズ軽減方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信を用いて音声通話を行う無線通信装置、無線通信システム、及びノイズ軽減方法に関する。

音声通話を行う通信システムとして、インターネットやＬＡＮなどのネットワークを利用して通信を行うものが普及している。このような通信システムにおいては、音声データは、送信側の通信端末において符号化されることによりデジタル信号に変換され、分割された個々のパケットの状態でネットワークに送出される。パケットがネットワーク上を介して受信側の通信端末に届くと、受信側の通信端末において結合されて復号化されることによりアナログ信号の音声信号（音声データ）に変換される。そして、受信側の通信端末において音声信号が再生される。

このような通信システムでは、ネットワークにおいてパケットの伝送遅延やパケットロスが生じることがある。パケットの伝送遅延やパケットロスが生じた場合には、受信側の通信端末において一部のパケットが届かないため、音声データの値が急に無音状態（値０）となる。このように、音声データの値が急激に変動すると、例えば「ブツッ」といったノイズ（通話音とは異なる異音）が発生する場合がある。このようなノイズの発生により、受信者に不快音を与え、ひいては通話に支障をきたすおそれもある。そこで、通信端末において音声データの不足分を補間する処理が行われ、これにより経過時間の補正が行われている（例えば、特許文献１参照）。

また、近年、小型携帯端末の急激な普及により、小型携帯端末を用いた無線通信による音声通話の増加に伴い、このような無線通信による音声通話における高音質化の要求も高くなってきている。

特開２００７−１１４４１７号公報

上記特許文献１に示すように、受信側の通信端末において、音声データの値の急激な変化を検知したときに、音声データを円滑化して適切な値となるように補正するといった音質改善処理を実行すると、受信側の通信端末において、比較的高い演算能力を要するとともに、浮動小数点演算ユニットやデジタル・シグナル・プロセッサなども搭載し稼働させる必要がある。このため、上記した音質改善処理では、コストの増加を招くとともに、受信側の通信端末として無線通信装置などの演算能力が比較的低い機器が用いられる場合には、上記処理を実行させることが困難であるといった課題を有している。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、ノイズの発生を容易かつ低負荷で軽減することが可能な無線通信装置、無線通信システム、及びノイズ軽減方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、無線通信を用いて音声通話を行う無線通信装置であって、送信側の装置から送信される音声データを受信する通信部と、通信部で受信された音声データが非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を変化点として検出する検出部と、検出部で検出された変化点を含む波形を音声データから消去する消去部と、消去部で波形が消去された音声データを再生する再生部と、を備えることを特徴とする無線通信装置を提供する。

また、本発明では、検出部は、音声データが非無音状態から無音状態に変化する場合に、音声データにおいて無音状態に変化する直近の非無音状態の値と無音状態の値との差が一定値以上であるか否か判定し、音声データが無音状態から非無音状態に変化する場合に、音声データにおいて非無音状態に変化した直後の値と無音状態の値との差が一定値以上であるか否か判定し、一定値以上であると判定した場合、非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を変化点として検出し、消去部は、変化点より前の音声データの値が０である点から当該変化点までの波形、又は変化点から当該変化点より後の音声データの値が０である点までの波形を、音声データから消去する構成でもよい。

また、本発明では、通信部は、ＢＬＥを用いて無線通信を行う構成でもよい。

また、本発明では、検出部は、音声データの値が０の状態が一定期間継続した場合に音声データが無音状態であると認識する構成でもよい。

また、本発明では、上記した無線通信装置と、通信ネットワークと接続され、無線通信装置との間で音声データを送受信するとともに、音声データのプロトコル変換を行うゲートウェイと、を備えることを特徴とする無線通信システムを提供する。

また、本発明では、無線通信を用いて音声通話を行う無線通信装置のノイズ軽減方法であって、送信側の装置から送信される音声データを受信する通信ステップと、通信ステップで受信された音声データが非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を変化点として検出する検出ステップと、検出ステップで検出された変化点を含む波形を音声データから消去する消去ステップと、消去ステップで波形が消去された音声データを再生する再生ステップと、を備えることを特徴とするノイズ軽減方法を提供する。

また、本発明では、検出ステップは、音声データが非無音状態から無音状態に変化する場合に、音声データにおいて無音状態に変化する直近の非無音状態の値と無音状態の値との差が一定値以上であるか否か判定し、音声データが無音状態から非無音状態に変化する場合に、音声データにおいて非無音状態に変化した直後の値と無音状態の値との差が一定値以上であるか否か判定し、一定値以上であると判定した場合、非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を変化点として検出し、消去ステップは、変化点より前の音声データの値が０である点から当該変化点までの波形、又は変化点から当該変化点より後の音声データの値が０である点までの波形を、音声データから消去する構成でもよい。

また、本発明では、通信ステップにおいて、ＢＬＥを用いて無線通信を行う構成でもよい。

また、本発明では、音声データの値が０の状態が一定期間継続した場合に音声データが無音状態であると認識する構成でもよい。

本発明によれば、無線通信による音声通話において、容易かつ低負荷でノイズを軽減することができる。

実施形態に係る無線通信システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１の無線通信装置の一例を示すブロック図である。 音声波形の一例を示す図であり、（ａ）は正常な音声波形の一例を示す図、（ｂ）は欠損が生じた音声波形の一例を示す図である。 図２の無線通信装置が行う音声再生に係る処理の一例を示すフローチャートである。 補正後の音声波形の一例を示す図であり、（ａ）は音声波形における補正部Ａ及びＢを示す図、（ｂ）は（ａ）の補正部Ａを拡大した図、（ｃ）は（ａ）の補正部Ｂを拡大した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現することがある。

図１は、実施形態に係る無線通信システムＳＹＳの構成の一例を示すブロック図である。無線通信システムＳＹＳは、デジタル機器用の近距離無線通信規格の１つであるBluetooth（登録商標）などの無線技術を利用したデータ通信システムである。図１に示すように、無線通信システムＳＹＳは、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂと、ゲートウェイ２０と、を備えている。なお、図１に示す無線通信システムＳＹＳでは、２台の無線通信装置１０Ａ，１０Ｂを示しているが、３台以上の無線通信装置が設けられてもよい。また、図１に示す無線通信システムＳＹＳでは、ゲートウェイ２０を１台だけ示しているが、２台以上のゲートウェイが設けられてもよい。

無線通信装置１０Ａ，１０Ｂは、Bluetooth（登録商標）などの無線技術を利用して音声通話を行う装置である。本実施形態では、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂどうしが無線通信を用いて音声通話を行うことが可能である。また、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、ゲートウェイ２０と無線通信を行うことにより、通信ネットワーク３０を介して他の通信装置４１，４２（無線通信装置１０Ａ，１０Ｂと同じ構成の無線通信装置を含む）と音声通話を行うことが可能である。

無線通信装置１０Ａ，１０Ｂは、例えばBluetooth（登録商標）レシーバーなどの演算能力が低く、低消費電力の機器を想定している。ＢＬＥ(Bluetooth（登録商標） Low Energy)、すなわち低消費電力の無線技術であるBluetooth（登録商標）バージョン４．０による音声通話が発表される等、演算能力の低い機器による音声通話が実現されつつある。また、Bluetooth（登録商標）バージョン５の規格が制定された。このBluetooth（登録商標）バージョン５は、Bluetooth（登録商標）バージョン４．ｘと比較した場合、速度２倍、距離４倍、データ量８倍というように伝送能力が強化され、また、ブロードキャストによる通信も規格化されているため、これまで以上に幅広い機器でのBluetooth（登録商標）の採用が進んでいる。従って、Bluetooth（登録商標）バージョン５の登場により、音声通話の分野にBluetooth（登録商標）が採用されることが見込まれている。しかし、上述したように、演算能力の低い機器では、従来の音質改善処理の実装が困難であった。そこで、本発明では、以下に示すノイズ低減対策を提案する。

ゲートウェイ２０は、データのプロトコル変換を行うことで異なるプロトコルのネットワークを接続する装置である。ゲートウェイ２０は、通信ネットワーク３０と接続されている。また、ゲートウェイ２０は、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂと無線通信可能に構成されている。ゲートウェイ２０は、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂから送信される音声データのパケットを受信すると、受信した音声データのパケットをプロトコル変換する。そして、ゲートウェイ２０は、プロトコル変換して生成したデータを通信ネットワーク３０を介して他の通信装置４１，４２に送信する。また、ゲートウェイ２０は、他の通信装置４１，４２から送信される音声データのパケットを通信ネットワーク３０を介して受信すると、受信した音声データのパケットをプロトコル変換する。そして、ゲートウェイ２０は、プロトコル変換して生成したデータを無線通信によって無線通信装置（例えば無線通信装置１０Ａ，１０Ｂのいずれか一方）に送信する。

通信ネットワーク３０は、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂなどの通信装置どうしを互いに通信可能に接続する。通信ネットワーク３０としては、例えば、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）などである。また、通信ネットワーク３０は、有線ネットワークであってもよいし、無線ネットワークであってもよい。音声を各種符号化方式で符号化及び圧縮し、パケットに変換したものをＩＰ（Internet Protocol : インターネットプロトコル）ネットワークでリアルタイム伝送する技術のことをVoIP （Voice over Internet Protocol）という。

図２は、無線通信システムＳＹＳにおける無線通信装置１０Ａ，１０Ｂの一例を示すブロック図である。図２に示すように、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂは、通信部１１と、符号化・復号化部１２と、検出部１３と、消去部１４と、再生部１５と、を備えている。なお、図２には示していないが、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂには、アンテナ、マイク、スピーカなども設けられている。また、無線通信装置１０Ａと無線通信装置１０Ｂは、同一の構成を備えているものとする。

通信部１１は、無線通信装置及びゲートウェイ２０との間で無線通信による音声データの送受信を行う。本実施形態では、通信部１１は、ＢＬＥ（又はBluetooth（登録商標）バージョン４．ｘ以上の無線通信の規格）を用いて無線通信を行う。

符号化・復号化部１２は、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂのユーザーが発した音声信号を符号化してデジタル信号の音声データに変換する。また、符号化・復号化部１２は、通信部１１において受信した音声データを復号化する。

検出部１３は、符号化・復号化部１２で復号化された音声データが非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を変化点として検出する。ここで、無音状態とは、音がない状態であり、具体的には音声データの値０が一定期間継続した状態をいう。また、非無音状態とは、音がある状態であり、具体的には音声データの値が０でない状態をいう。本実施形態では、検出部１３は、音声データのパケットの伝送遅延あるいはパケットロスなどにより音声データが欠落した部分を検出する。

消去部１４は、検出部１３で検出された変化点を含む波形を音声データから消去する。これにより、「ブツッ」といったノイズ（異音）の発生を軽減する。再生部１５は、音声データを再生する（すなわちスピーカから音声を出力する）。消去部１４で波形が消去された場合は、再生部１５は、消去部１４で波形が消去された音声データを再生する。

次に、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂにおける音声データ処理の詳細なプロセスについて、図面を参照しながら説明する。まず、パケットの伝送遅延やパケットロスなどにより音声波形について説明する。図３は、音声波形の一例を示す図であり、（ａ）は、正常な音声波形の一例を示す図、（ｂ）は、欠損が生じた音声波形の一例を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）では、縦軸は音量、横軸は時間を示しており、音の強さ（音圧）は、音声波形の振幅として表される。なお、図３（ａ）、（ｂ）に示す波形は、ＰＣＭ（pulse code modulation）において８ｋＨｚのサンプリング周波数で振幅値を１６ｂｉｔで表したときの音声波形である。

正常な音声波形は、図３（ａ）に示すように、連続した波の形状となっている。ところで、パケットの伝送遅延やパケットロスなどにより一部のパケットが届かない場合には、図３（ｂ）に示すように、一部の波形が欠損した音声波形となる。音声波形における一部の波形が欠損すると、急激な音圧の変化により「ブツッ」といったノイズ（異音）が発生する。図３（ｂ）に示す異音発生部１，２がノイズ（異音）の発生個所である。そこで、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂにおける音声データ処理では、以下の処理を行う。

図４は、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂが行う音声再生処理の一例を示すフローチャートである。図５は、補正後の音声波形の一例を示す図であり、（ａ）は、音声波形における補正部Ａ及びＢを示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の補正部Ａを拡大した図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）の補正部Ｂを拡大した図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）に示す波形も、ＰＣＭ（pulse code modulation）において８ｋＨｚのサンプリング周波数で振幅値を１６ｂｉｔで表したときの音声波形である。

図４に示すように、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂでは、先ず、通信部１１は、送信側の装置から送信される音声データを、ＢＬＥを用いた無線通信により受信する受信処理を行う（ステップＳ０１、通信ステップ）。次いで、符号化・復号化部１２は、上記受信処理で受信された音声データを復号化する復号処理を行う（ステップＳ０２）。この際、音声データの欠損部分の値は０となる。

続いて、音声データ処理部（すなわち、検出部１３及び消去部１４）は、音声データに対して音質改善処理を行う（ステップＳ０３）。この音質改善処理では、先ず、検出部１３は、音声データが非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を変化点として検出し（検出ステップ）、次いで、検出された変化点を含む波形を音声データから消去する（消去ステップ）。

具体的には、上記した検出ステップでは、検出部１３は、図５（ｂ）に示すように音声データが非無音状態から無音状態に変化する場合に、音声データにおいて無音状態に変化する直近の非無音状態の値（図５（ｂ）の点Ｐ１の値）と無音状態の値（図５（ｂ）の点Ｐ２の値）との差が一定値以上であるか否か判定する。検出部１３は、一定値以上であると判定した場合、非無音状態から無音状態に変化する点（図５（ｂ）の点Ｐ１，Ｐ２）を変化点として検出する。

また、検出部１３は、図５（ｃ）に示すように音声データが無音状態から非無音状態に変化する場合に、音声データにおいて非無音状態に変化した直後の値（図５（ｃ）の点Ｐ１２の値）と無音状態の値（図５（ｃ）の点Ｐ１１の値）との差が一定値以上であるか否か判定する。検出部１３は、一定値以上であると判定した場合、無音状態から非無音状態に変化する点（図５（ｃ）の点Ｐ１１，Ｐ１２）を変化点として検出する。

ここで、上記した一定値は、「ブツッ」というノイズが十分に軽減されるような値である。例えば、ＰＣＭにおいて８ｋＨｚのサンプリング周波数で振幅値を１６ｂｉｔで表したときの音声波形における「２００００」の値とする。

また、上記した検出ステップでは、検出部１３は、音声データの値が０の状態が一定期間継続した場合に音声データが無音状態であると認識する。一定期間の例として５回分のサンプリング間隔（１／８ｋＨｚ×５）とする。

上記した消去ステップでは、消去部１４は、図５（ｂ）に示すように音声データが非無音状態から無音状態に変化する場合、変化点（図５（ｂ）の点Ｐ１，Ｐ２）より前の音声データの値が０である点（図５（ｂ）の点Ｐ３）から当該変化点までの期間ｔ１の波形を消去する。また、消去部１４は、図５（ｃ）に示すように声データが無音状態から非無音状態に変化する場合、変化点（図５（ｃ）の点Ｐ１１，Ｐ１２）から当該変化点より後の音声データの値が０である点（図５（ｃ）の点１３）までの期間ｔ２の波形を消去する。これにより、図５（ａ）に示す音声データの波形の補正部Ａ、Ｂは、それぞれ、図５（ｂ）の下側の図及び図５（ｃ）の下側の図に示す波形になる。このように、消去ステップにより、音声データの波形において値が急激に変動する部分の波形が消去される。なお、図５（ｂ）の下側の図及び図５（ｃ）の下側の図では、音声波形において消去された部分の値が０に置き換えられた状態となる。

図４の説明に戻り、音質改善処理（ステップＳ０３）に引き続き、再生部１５は、上記した消去ステップで波形が消去された音声データを再生する音声再生処理を行い（ステップＳ０４、再生ステップ）、音声データが再生される。

無線通信装置１０Ａ，１０Ｂでは、上述したステップＳ０１〜Ｓ０４の処理が所定間隔毎に繰り返し実行される。

以上に説明したように、本実施形態の無線通信装置１０Ａ，１０Ｂによれば、受信した音声データに対して、変化点を検出し、変化点を含む波形を音声データから消去することにより、音声データの波形において値が急激に変動する部分の波形が消去されるので、容易かつ低負荷でノイズの発生を低減することができる。

また、このようなノイズの低減方法によれば、非常に低負荷で実現できるので、機器のコストの増加を抑制しつつ通話の音質の向上を実現することができる。また、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂとして、例えばBluetooth（登録商標）レシーバーなど、演算能力が低い機器が用いることを想定しているが、このような場合であっても、無線通信装置１０Ａ，１０Ｂにおいて上記したノイズ低減方法を採用することが容易となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

例えば、上記した一定値については、サンプリング周波数や、ｂｉｔ数、カットしたいノイズレベルなどに応じて適宜変更可能である。

また、低消費電力の無線通信技術であればよく、Bluetooth（登録商標）を用いる場合に限られるわけではない。

１０Ａ，１０Ｂ 無線通信装置
１１ 通信部
１３ 検出部
１４ 消去部
１５ 再生部
２０ ゲートウェイ
３０ 通信ネットワーク
ＳＹＳ 無線通信システム

Claims (9)

1. 無線通信を用いて音声通話を行う無線通信装置であって、
   送信側の装置から送信される音声データを受信する通信部と、
   前記通信部で受信された前記音声データが非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を変化点として検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記変化点を含む波形を前記音声データから消去する消去部と、
   前記消去部で前記波形が消去された前記音声データを再生する再生部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記検出部は、前記音声データが非無音状態から無音状態に変化する場合に、前記音声データにおいて無音状態に変化する直近の非無音状態の値と無音状態の値との差が一定値以上であるか否か判定し、前記音声データが無音状態から非無音状態に変化する場合に、前記音声データにおいて非無音状態に変化した直後の値と無音状態の値との差が一定値以上であるか否か判定し、前記一定値以上であると判定した場合、非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を前記変化点として検出し、
   前記消去部は、前記変化点より前の前記音声データの値が０である点から当該変化点までの波形、又は前記変化点から当該変化点より後の前記音声データの値が０である点までの波形を、前記音声データから消去する請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記通信部は、ＢＬＥを用いて無線通信を行う請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記検出部は、前記音声データの値が０の状態が一定期間継続した場合に前記音声データが無音状態であると認識する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信装置と、
   通信ネットワークと接続され、前記無線通信装置との間で前記音声データを送受信するとともに、前記音声データのプロトコル変換を行うゲートウェイと、を備えることを特徴とする無線通信システム。
6. 無線通信を用いて音声通話を行う無線通信装置のノイズ軽減方法であって、
   送信側の装置から送信される音声データを受信する通信ステップと、
   前記通信ステップで受信された前記音声データが非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を変化点として検出する検出ステップと、
   前記検出ステップで検出された前記変化点を含む波形を前記音声データから消去する消去ステップと、
   前記消去ステップで前記波形が消去された前記音声データを再生する再生ステップと、を備えることを特徴とするノイズ軽減方法。
7. 前記検出ステップは、前記音声データが非無音状態から無音状態に変化する場合に、前記音声データにおいて無音状態に変化する直近の非無音状態の値と無音状態の値との差が一定値以上であるか否か判定し、前記音声データが無音状態から非無音状態に変化する場合に、前記音声データにおいて非無音状態に変化した直後の値と無音状態の値との差が一定値以上であるか否か判定し、前記一定値以上であると判定した場合、非無音状態から無音状態に変化する点又は無音状態から非無音状態に変化する点を前記変化点として検出し、
   前記消去ステップは、前記変化点より前の前記音声データの値が０である点から当該変化点までの波形、又は前記変化点から当該変化点より後の前記音声データの値が０である点までの波形を、前記音声データから消去する請求項６に記載のノイズ軽減方法。
8. 前記通信ステップにおいて、ＢＬＥを用いて無線通信を行う請求項６または請求項７に記載のノイズ軽減方法。
9. 前記検出ステップにおいて、前記音声データの値が０の状態が一定期間継続した場合に前記音声データが無音状態であると認識する請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のノイズ軽減方法。

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