JPH07212468A - 電話通信網における暗騒音の補正 - Google Patents
電話通信網における暗騒音の補正Info
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- JPH07212468A JPH07212468A JP6319739A JP31973994A JPH07212468A JP H07212468 A JPH07212468 A JP H07212468A JP 6319739 A JP6319739 A JP 6319739A JP 31973994 A JP31973994 A JP 31973994A JP H07212468 A JPH07212468 A JP H07212468A
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Abstract
機を特別な装置に交換する必要が一切なく、通信網の加
入者すべてに供給できる暗騒音の補正を提供すること。 【構成】所定の通話先における暗騒音レベルの関数であ
るゲイン係数を適用することによって、電話通信網にお
いて話声信号を修正し、通話先への修正話声信号を送信
する自動的方法である。適用されたゲインは暗騒音レベ
ルとオリジナル話声信号の両方の関数である。オリジナ
ル話声信号に線形あるいは非線形(圧縮)増幅のどちら
も実行され、圧縮増幅は、より小さいゲイン係数によっ
て増幅された話声信号の高レベル部分に起因することと
なる。話声信号は複数のサブバンドに分割され、それぞ
れの結果的サブバンド信号は、本発明に従ってそれぞれ
修正される。この場合、各サブバンド話声信号は、暗騒
音信号を対応する複数のサブバンドに分割することによ
って発生する対応するサブバンド暗騒音信号に基づくゲ
イン係数により増幅される。各修正サブバンド信号は、
結果としての修正話声信号を形成するするために結合さ
れる。
Description
ケーションの分野に関し、特に、騒がしい環境にある相
手方と通話をするにあたり、電話通信網を使用する際に
起こる問題に関する。
港内、自動車内、街角あるいはレストランの中などで人
が電話通信網を用いて通話するとき、通話の相手側
(『ファーエンド』)で話している人の声を聞くのが困
難になりがちである。それは聞き手の場所((「ニアエ
ンド」または「通話先」)の暗騒音のためである。多く
の場合において、人間の声には変化性があることから、
ファーエンドの声がニアエンドの暗騒音を通した場合
に、ある時は分かりやすく聞こえ、ある時は分かりにく
かったりする。さらに、ニアエンドの暗騒音レベルがそ
の時により変わることもあるため、ファーエンドで話し
ている音量のレベルが時には十分であり、時には十分で
ないこともある。
の音量レベルを調節できるものであったとしても、この
ような調節をしばしば行うことは不可能である。また、
聞き手側で音量調節を手動で行うことは望ましいことで
はない。なぜならば、暗騒音のレベルが変われば、ユー
ザーも好ましい音量レベルを保つために、音量調整を再
調整したいと思うからである。一般的に、自動的調整機
能を持たせることは、聞き手が問題の存在を認識して、
その後に手動で音量調整しようとすることよりも望まし
いことであると考えられている様子である。この問題解
決を試みたひとつの方法が1989年5月9日にRob
ert M.Goldbergに発行された、米国特許
第4,829,565号で提示され、これはゲインが暗
騒音のレベルの関数である自動音量調整装置付きの電話
を開示したものである。
音量調整と自動式装置(前述の米国特許第4,829,
565号)のどちらを利用しても、暗騒音の問題を満足
に解決するものではないことに気がついた。特に、これ
らの試みは、ハンドセットレシーバー(ラウドスピーカ
ー)に供給する信号音を増幅することにより、側音も又
増幅されることを理解していないからである。(側音は
電話において、フィードスルー効果としてよく知られて
いる。ハンドセットトランスミッター、すなわちマイク
ロフォン、からの入力信号の一部はネットワークから受
信されたファーエンドの話声信号と混合される。結果と
して、混成された信号はハンドセットラウドスピーカー
に供給される。)側音は暗騒音をそれ自体が含むことか
ら、このような音量調整(手動、自動のどちらでも)
が、ハンドセットレシーバーを補う信号を増幅されるた
めに用いられるときは、常に暗騒音は不都合なことにフ
ァーエンドの話声信号と同時に増幅されることとなる。
話声信号と暗騒音が一緒に増幅されることにより、暗騒
音の減音効果は人間の耳のもつ特性のために確実に悪化
する。
65号で発表された自動的装置又は従来の手動式音量調
整装置のいずれも、特別な電話装置の利用を必要とす
る。現在、従来の電話機(前述のような調整機能を持た
ない)が無数に使用されていることから、暗騒音を補正
する装置は、このような特別な装置を必要とせずに提供
できることが大変望ましい。
の補正は、電話通信網内で行われる。この方法による
と、ファーエンド側の話声信号は、好都合なことに、側
音を同時に増幅することなく、暗騒音関数として増幅さ
れる。さらに、本発明の利点は、それゆえに現在使用し
ている電話機を特別な装置に交換する必要が一切なく、
通信網の加入者すべてに供給されることである。ここに
用いられる『電話通信網』という用語は、従来の電話通
信網(近距離あるいは長距離)、無線(セルラーを含
む)通信網、無線送信、衛星通信、電波通信、繊維光学
リンク、その他又はこれらの通信網の組み合わせを含む
ことを意図している。詳しく述べると、修正話声信号
は、電話通信網内においてオリジナルの話声から生成さ
れるものである。オリジナル話声信号は、ゲイン係数に
よって増幅され、修正話声信号を生成する。ゲイン係数
とは、通話先における暗騒音を表示するための受信信号
関数である。修正話声信号はその後通話先への通信網を
介して送信されることとなる。
とつ、もしくは暗騒音のレベル及びファーエンドのオリ
ジナル話声信号のレベル両方の関数である。修正話声信
号は、オリジナル話声信号の線形増幅からなる、又はオ
リジナル話声信号が増幅され『圧縮された』バージョン
からなるものである。『圧縮する』ことにより、オリジ
ナルの信号の高レベルの部分が、低レベルの部分よりも
小さいゲイン係数によって増幅されることを意図してい
る。
は複数のサブバンドに分かれ、それぞれの合成サブバン
ド信号は、本発明の技術により、個々に修正(増幅)さ
れる。特に、これらのオリジナルサブバンド話声信号
は、サブバンド暗騒音表示信号を送信する機能であると
ころのゲイン係数によって増幅される。このようなサブ
バンド暗騒音表示信号は、暗騒音を表示する信号を送信
する複数のサブバンドに分割することにより発生する。
各修正されたサブバンド信号は、結果としての修正話声
信号を生成するために結合される。
場所で電話を使用している時に、ニアエンドの聞き手側
に聞こえるファーエンド側の話し手の対暗騒音信号の割
合(SNR)を増加させるものである。ニアエンド側の
聞き手の耳に聞こえる暗騒音のレベルは、聞き手のハン
ドセットにある送話器(マイクロフォン)によりひろい
あげられる信号のレベルにより測ることができる。これ
らのレベルを基に、ファーエンド側の話し手により生成
されたオリジナル話声信号は、さまざまなゲイン係数に
より増幅されることにより電話通信網内で修正され、聞
き手にとってより分かりやすい信号を提供することとな
る。この修正のゲインは、オリジナル話声信号そのもの
のレベル関数である。例えば、話声パワーレベル(すな
わち、長期的にみたオリジナル話声信号の平均レベル)
は、ゲイン係数の決定に組み込まれる。このようにし
て、比較的うるさい信号よりも比較的静かな信号が、大
きなゲイン係数により増幅される。
は非線形で圧縮された増幅からなり、圧縮された増幅は
特に、オリジナル話声信号のうるさい部分を、静かな部
分よりもより小さい量で(より小さいゲイン係数によっ
て)増幅する。ゆえに、この方法により、短期的には明
らかに暗騒音のレベルを超える信号を増幅することな
く、暗騒音のレベル以下におさまる信号を増幅すること
が可能となる。単純な線形増幅は、比較してみると、す
べての信号レベルを等しい大きさで増幅する。暗騒音を
超える低レベルの信号を増幅させるために用いられると
き、(すでに暗騒音を超える)高レベルの信号は、より
大きい増幅を受けることができるために、線形増幅はあ
る状況において歪みを生むこととなる。
信網を示し、本発明の基本を具体化するものである。フ
ァーエンドの話し手が従来の電話機11のハンドセット
11hに付属のマイクロフォン11mを介してオリジナ
ル話声信号を出す。(ハンドセット11hはまた、ラウ
ドスピーカー11sを含み、電話機11は、デスクセッ
ト11dを含むものである。)このオリジナル話声信号
は、本発明の原理に従い、電話通信網12により処理さ
れたあと、従来のニアエンド側電話機13を使用するニ
アエンド側の聞き手に伝送される。電話機13はデスク
セット13dと、ハンドセット13hからなる。ラウド
スピーカー17はニアエンドの場所において暗騒音が存
在することを表す。
2の内に含まれ、ニアエンド側の電話機13から、(ハ
ンドセット13hに内蔵されるマイクロフォン13mを
介して供給された)暗騒音表示信号を受信する。この暗
騒音表示信号は、ニアエンド側の環境における暗騒音を
含むものであり、ニアエンド側の聞き手によって電話機
13に供給されるいかなる音声をも含むものである。暗
騒音補正システム14はまた、ファーエンド側の電話機
11によって供給される話し手からのオリジナル話声信
号を受信する。
まずあらゆるニアエンド側の話声成分を暗騒音表示信号
から分離して認識することにより、暗騒音のレベルを決
定する。次に、暗騒音補正システム14は、決定された
暗騒音レベルに基づき、オリジナル話声信号を増幅し、
修正話声信号を生成する。修正話声信号は、その後、ハ
ンドセット13hに含まれるラウドスピーカー13sを
介してニアエンド側の電話機13に送信される。電話通
信網14内部に暗騒音補正システムを含むことにより、
暗騒音補正システムの利便性は従来の端末電話機を使用
しても得られる。
を示しており、これらはそれぞれファーエンド側電話機
11と、ニアエンド側電話機13に接続する。スイッチ
15fと15nは、従来の電話のスイッチ装置を構成す
るためのものである。図1はさらに、従来のハイブリッ
ド16fと16nを示しており、これは標準のツーワイ
ヤ電話線とフォーワイヤ電話線を変換するための従来の
回路からなる。
は、暗騒音補正システムの、広帯域を基とする実行例の
システムレベル図である。システムに入力されるものに
はオリジナル話声信号と暗騒音表示信号があり、暗騒音
表示信号はさらにニアエンド側の聞き手より供給された
話声も含む。このシステムは出力として、より明瞭度を
増した修正話声信号を生成する。ここに実施例として参
照を添付して記述されたすべての信号は、デジタル形式
であると仮定される。
部22は、「ノイズフロア」を決定し、その値を表す信
号を出力する。特に、この信号は、第1の所定の時間の
間の暗騒音レベルを表す。この第1の所定の時間をそれ
ぞれ短い値に設定しておくことにより(例:250ミリ
秒以下)、決定されたノイズフロアは次にニアエンド側
の環境における暗騒音のレベルを変更する。詳しく述べ
ると、ノイズフロア信号は、短時間(例:250ミリ
秒)における「指数的に記された過去の平均的信号」の
最小値を示し、周知の技術を用いることによって生成さ
れる。暗騒音レベル評価部22の実行例は、図3に示さ
れており、以下に説明する。
AINを生成し、その値はノイズフロア信号に比例し、
話声パワーレベル信号の平均値に反比例する。このゲイ
ン信号がゲイン係数(増幅力をもつ係数)を示し、これ
によりオリジナル話声信号が増幅される。話声パワーレ
ベル信号の平均値は話声パワー評価部23によって生成
され、第2の所定の時間の間のオリジナル話声信号の平
均レベルを表すものである。つまり、話声パワーレベル
の平均値が話声信号の「強さ」を測るものといえる。こ
のようなファーエンド側の話声レベルによるゲインを供
給することにより、比較的静かな通話は、与えられた暗
騒音レベルにより十分な増幅を受けることとなり、うる
さい通話が過大に増幅を受けることを防ぐこととなる。
第2の所定の時間を比較的長め(例:1秒)に設定する
ことにより、現在のファーエンド側の音声が通話の中で
騒々しいものか、静かなものかということをより簡単に
決定づけることができる。それゆえ、話声パワーレベル
信号の平均値は、長期的に見た平均レベルを表すことと
なる。話声パワー評価部23は、従来の信号エネルギー
評価技術により供給される。ゲイン計算部24の実施例
は図4に示されており、以下に説明する。
話声信号を生成するところの信号増幅部25において供
給される。線形増幅のみが求められているところでは、
信号増幅部25は従来の増幅器からなる。この場合、オ
リジナル話声信号は、ゲイン信号の値に等しいゲイン係
数により増幅される。一方、圧縮増幅が望ましいところ
においては、信号増幅部25はオリジナル話声信号をゲ
イン信号の値に等しい、またはそれ以下のゲイン係数に
よって増幅するところの回路(または処理コード)から
なり、そのときゲイン係数はさらにオリジナル話声信号
それ自体のレベルに左右されることとなる。つまり、ゲ
イン信号であるGAINは、「圧縮」によって充てられ
るところの最大のゲインを示されるものである。圧縮を
行う信号増幅部25の実施例を図7に示し、以下に説明
する。
ベル評価部22の実施例を示すものである。まず、ハイ
パスフィルター(HPF)31が、入力信号からDCを
分離する。これは、従来、例えば20Hzの周波数遮断
装置をもつ第一番目の反復的デジタルフィルターとして
使用されていたものであり、標準的な電話サンプリング
周波数である8Hzを基にしている。絶対値ブロック
(ABS)32は、サンプルのマグニチュードを計算
し、これもまた、従来の設計のものである。ローパスフ
ィルター(LPF)33は、指数的に表した過去平均値
(EMP)を計算する。上に述べたように、EMPは暗
騒音レベルの平均値を指数的に測ったものである。LP
F33はまた、従来の設計のひとつであり、実際に第1
番目の反復的デジタルフィルターとして実行され、y
(n)=(1−β)×(n)+βy(n−1)というト
ランスファー機能を持つ。ここでβ=e-TK のとき、T
はサンプリング時間を示し、τは時間の定数を示す。実
施例として、βは0.125ミリ秒、τは16ミリ秒で
ある。
1の所定の時間(例:259ミリ秒)の間の最小EMP
値を保存する。ラッチ34の出力信号であるMEMP
は、それゆえ、指数的に表した平均値のなかでも短時間
における最小値を示すものであり、ゆえに短時間におけ
る平均的暗騒音表示信号の最小値を示すものである。こ
の信号は次いでファーエンド側の話声が増幅されるべき
ノイズフロアを示すために用いられる。対応する方法で
は、最大サンプルラッチ(MAX)35は、同じ所定の
時間の間のEMPの最大値を保存する。ラッチ35の出
力信号であるPEMPは、それゆえ、指数的に表した平
均値のなかでも短時間における最大値を示すものであ
り、ゆえに、短時間における平均的暗騒音表示信号の最
大値を示すものである。ラッチ34と35は、従来のデ
ジタル比較器、セレクタ及び保存装置により実行される
とともに、保存装置は所定の時間の各周期のスタート時
にリセットを行う。
価部36は、MEMPとPEMPの信号を基にノイズフ
ロア信号を出力する。詳しくいうと、これには2つの役
割がある。まず、暗騒音表示信号が現在暗騒音のみを含
んでいるのか、話声を含んでいるかいなかが決定され
る。この問題は、従来のスピーカーホンに使用されてい
るような技術により解決できる。例えば、PEMP(短
期間における暗騒音表示信号の最大値を示す)÷MEM
P(短期間における暗騒音表示信号の最小値を示す)指
数は、所定のしきい値と比較される。この指数が大きけ
れば大きいほど、入力信号のレベルにおける可変性が大
きいことになる。入力信号のレベルが所定の時間内にお
いて十分に修正され得るものであれば、その話声は生き
ている、といえる。(話声の信号レベルの変動は、典型
的に暗騒音のそれを上回ることに注意。)
ロア評価部である36は、ノイズフロアの評価レベルを
表すところの値に出力ノイズフロア信号をセットする。
話声が生きていないと決定された場合、ノイズフロア信
号は短期間における暗騒音表示信号の最小値であるME
MPにセットされるか、または変わらぬまま残る。つま
り、前の値が維持されるということになる。この方法に
より、話声の存在が実際の暗騒音のレベルを測ることを
困難にしている場合は、暗騒音レベルは以前から変わら
ぬままであると推測される。
りも明らかに高い強度をもつことから、PEMPの値そ
れ事態は、(PEMP÷MEMP指数を用いるよりむし
ろ)所定のしきい値と比較することができる。2つめの
実施例として、ファーエンド側の話し手がニアエンド側
の聞き手が話しているのと同時に話さないという前提の
もとに、話声ディテクターは迂回されることになる。言
い換えると、ニアエンド側の聞き手が話している間、ノ
イズフロアがどのように決定されるかということは問題
にはならない。この第2例において、最大サンプルラッ
チ35と話声ディテクター並びにノイズフロア評価部で
ある36は、図3の暗騒音レベル評価部22とは分離さ
れ、最小サンプルラッチ34(例:MEMP信号)出力
は、暗騒音レベル評価部22のノイズフロア信号出力と
して直接利用される。
算部24の実行例を示すものである。ゲイン信号は、暗
騒音レベル評価部22からのノイズフロア信号と話声パ
ワー評価部23からの平均的話声パワーレベル信号を基
に生成される。詳しくいえば、計算されたゲインはノイ
ズフロアに比例し、平均的話声パワーレベルに反比例す
る。さらに、ゲインは1より小さい値にはならず(即
ち、オリジナル話声は決して弱められない。)最大値よ
り大きくなることもない。
ノイズフロアを増幅する。この暗騒音計測係数は適正な
値にセットされ、増幅器41の出力信号8すなわちゲイ
ン係数を示す)は適正なマグニチュードにある。暗騒音
計測係数は「微調整」の役割を果たす。小さい計測係数
は与えられたレベルの暗騒音より大きなゲインを生成す
ることになる。この信号のマグニチュードは、暗騒音レ
ベルをかくすのに適正な大きさによって、最小のファー
エンド側話声レベルを増幅するところのゲイン係数をセ
ットする。例えば、暗騒音計測係数は実際、0と1の
間、例えば0.4のようなわずかな値のあいだにセット
される。
幅器41によるゲイン係数の出力をゲイン係数の許容最
大値と比較し、システムがオリジナル話声信号に対して
過大なゲイン係数を適用しようとしていないことを確認
する。例えば、ゲイン係数の許容最大値は実施例的に
5.6(例:15dB) にセットされる。マキシマイザー
(MAX)43は、その結果のゲイン係数が決して1よ
り小さい値ではないことを確認し、それによりオリジナ
ル話声信号が弱められていないことも確認する。
N)45は、追加的な増幅係数をゲイン計算に折り込む
ことを決定するため、結果的ゲインは話声パワー評価部
23で生成される平均的話声パワーレベルの値に反比例
することとなる。ディバイダー44はファーエンド側話
声レベルの最小値÷平均的話声パワーレベルを計算し、
追加的増幅係数として使用する。話声レベル最小値は、
実際のファーエンド側の話声としてみなされる最小のレ
ベルを表し、ファーエンド側のスピーカーが無言のあい
だの暗騒音とを区別する。例えば、話声レベルの最小値
は実施例では−30dBm を示す値にセットされる。ミニ
マイザー45はその後この増幅係数が1を超えないこと
を確認する。この方法により、ゲイン係数は、ファーエ
ンド側の話声レベルの最小値を超えることがないように
増幅されることから、ファーエンド側の暗騒音は過大増
幅されることがない。(即ち最も静かな話声より大きく
増幅されることがない。)
して)ディバイダー44からの追加増幅係数により、
(ミニマイザー42とマキシマイザー43を経由して)
増幅部41により生成されるゲイン係数を増幅する。最
後に、マキシマイザー(MAX)47は、最終的ゲイン
係数が1以下でないことを確認するので、オリジナル話
声信号は決して弱められることがない。ゆえに、最終的
ゲイン係数であるGAINは、ノイズフロアレベルに比
例し、平均的話声パワーレベルに反比例するが、1以下
にはならず、所定の最大値以上になることもない。
テーション]上に述べたように、圧縮増幅の技法は、よ
り高いエネルギー信号に対するよりも、より低いエネル
ギー信号に対してより大きなゲインを適用することにな
る。これは、聞き手の減少した聞き取りダイナミックレ
ンジと、廻りの暗騒音に起因する音の大きさの過度の膨
張を補正するのに役立つ。低エネルギー信号は、高エネ
ルギー信号よりも暗騒音によって隠れやすいため、高エ
ネルギー信号はより小さい増幅を行うことが必要にな
る。さらにこの圧縮は、高エネルギー信号を過大増幅を
防止することにより、話声の歪みを防止する。それゆ
え、すでに十分大きい音を過大増幅するという望ましく
ない副作用を生むことがなく、話声の明瞭度はさらに増
大することになる。
号増幅部に圧縮増幅を行うことによりオリジナル話声信
号に適用された圧縮ゲインを示すグラフである。図6
は、図5に示された、ゲインを適用することに起因する
信号増幅部の例示における対応する送信関数を示すグラ
フである。図示されたように、適用されるゲイン(デシ
ベルまたはdb)は、GL、すなわち、最小エネルギー
の信号に適用される所定の「低レベル」ゲインから、G
H、すなわち、「高レベル」ゲインを介し、最大エネル
ギーの信号においてはゼロゲイン(すなわち、0db)
へと変化する。図4に示され、上述したように、低レベ
ルのゲインGLは、ゲイン計算部24の出力であるGA
INに基づくものである。特に、GAINがゲイン係数
の最大値を反映し、GLがデシベルにおけるゲインを反
映する場合、GL=20log (GAIN)であることが
容易にわかる。ゲインは、好都合なことに、マイナスに
は転じないので、信号は決して弱められることがないこ
とが図5および図6のグラフにより示される。
K)は、定数に維持されたゲインを下回るオリジナル話
声信号レベルのしきい値である。すなわち、BKを下回
る信号は線形増幅を受け、BKを上回る信号のみが実際
に圧縮される。このしきい値を下回る定数を適用された
ゲインを維持することにより、非常に低レベルの信号
で、実際のファーエンド側の話声よりもファーエンド側
の暗騒音のみに存在し得るものは、最小レベルの話声信
号が依然として十分な増幅を受けている間、過大増幅を
受けることがない。(即ち、最小レベルの話声信号以上
には増幅されない。)Pは高レベルのゲインがあるポイ
ントを示し、GHは画定することができる。コンプレッ
サのブレイクポイントBKとPポイントはうまく選択さ
れ、オリジナル話声信号のおおかたのダイナミックレン
ジはBKとPの間に納まることとなる。ゆえに、低レベ
ルゲインのGLは最小レベルの話声信号に適用され、高
レベルゲインのGHは、最高レベルの話声信号に適用さ
れる。例えば、BKは実際の話声(ファーエンド側の暗
騒音と逆)を示す最小のレベルに設定される。あるい
は、話声は典型的におよそ30dBを超えるレンジのエ
ネルギーを持っていることから、BKとPのどちらも上
に示されたように選択され、その後、その他のパラメー
タが各々30dB以下に設定される。
縮増幅を適用した、図2のシステムの実施例における信
号増幅部のインプリメンテーションの例である。このイ
ンプリメンテーションは、絶対値ブロック(ABS)5
0とピークディテクター51、対数ブロック(LOG)
52、乗算機53、加算機54、ミニマイザー(MI
N)55、加算機56、マキシマイザー57、指数計5
8と乗算機59からなり、対数ブロック52と指数計5
8が存在することにより、圧縮されたゲインの計算は、
当初対数領域においてなされることとなる。ここに述べ
たすべての構成要素は従来の設計にあるものである。
マグニチュードを計算する。ピークディテクター51
は、コンプレッサのアタック時間とリリース時間を調整
する。例えば、ピークディテクター51は、瞬間的アタ
ックと音節的リリースを行うために設計されたものであ
る。瞬間的アタック時間は、入力信号レベルが突然発生
した場合、即座に圧縮ゲインを減少させることを可能に
する。そのために、突然の大きな暗騒音に過大増幅を施
すことは防げることになり、ゆえに聞き手の耳を痛める
ことも防げることになる。圧縮ゲインは、しかしなが
ら、リリース時間定数によるある一定の比率によって増
加する。リリース時間定数は、例えば16ミリ秒(また
はそれ以下)に設定され、会話の音素に伴って素早いエ
ネルギーの変さらに対処する。詳しく言うと、x(n)
がnの入力サンプルをピークディテクター51に示し、
y(n)がnの出力サンプルを示すとすれば、ピークデ
ィテクター51はx(n)>y(n−1)であるとき、
y(n)=x(n)と設定するか、もしくはTをサンプ
ル時間(例0.125ミリ秒)に等しく設定し、τをリ
リース時間定数に等しく設定しつつ、β=e-TK である
ときにy(n)=βy(n−1)であると設定すること
により実行されることになる。
51の出力信号を、デジタルサンプルの対数をひろうこ
とによって対数領域に変換する。乗算機53、加算機5
4とMIN55は、圧縮の結果的ゲインに関連する減少
の大きさを計算する。つまり、結果的ゲインの大きさは
低レベルのゲインにより弱められ、最大ゲインを示すG
Lは、これらの構成要素によって計算される。詳しく述
べると、乗算機53は、信号を(k−1)の大きさで乗
じ、このときkは「圧縮率」の逆数である。圧縮率即ち
CRは、図6に示す圧縮ゲインカーブの傾斜を示し、B
K、P、GL、GHのパラメータを用いることによっ
て、CR=1/k=(P−BK)(P−BK+GH−G
L)のように簡単に計算することができる。加算機54
はその後(マイナス)大きさ−(k−1)log(b
k)を乗算機53の結果に加算する。ここにおけるbk
は、リニアスケールの絶対レベルとして表される圧縮ブ
レイクポイントである。例えば、話声信号のマグニチュ
ードがリニアスケール上で[0,R]のレンジにあり、
圧縮ブレイクポイントbkがRから所定の大きさxdB
のところにおかれることが望ましいとき、bk=Rx1
0(-x/20) である。ミニマイザー55は、上の圧縮を0
より小さいもしくは等しい値に制限するので、結果的圧
縮ゲインは低レベルゲインのGLを超えないことにな
る。
はすべてのレベルにおいてbk(低レベルのゲイン)よ
りも小さい圧縮によって導かれたゲインの対数である。
ゆえに、gl=log(GAIN)=GL/20であ
る。マキシマイザー57は対数領域において計算された
最終結果が0に等しいまたは0よりも大きいままである
ことを確認し、オリジナル話声信号が決して弱められて
いないことを確認する。指数計58は、対数領域におい
て計算された圧縮ゲインを、最終ゲイン係数をつくるた
めに変換する。最後に、乗算機59はこの(増幅的)ゲ
イン係数をオリジナル話声信号に適用し、修正話声信号
を生成する。
ン]図8は、図2のゲイン計算部の別のインプリメンテ
ーションを示すものであり、上に示すものとは別の方法
によって圧縮増幅を適用するためのものである。ここに
示されたゲイン計算部24’において、信号増幅部25
のコンプレッサの低レベルゲインGLは、(平均的話声
パワーレベルによることなく)暗騒音レベルの関数のひ
とつとしてのみ変化される。かたや、高レベルゲインG
Hは、平均的話声パワーレベル関数のひとつとして変化
される。つまり、低レベルゲインはノイズフロアのみに
比例し、高レベルゲインは平均的話声パワーレベルのみ
に反比例する。ゆえに、ゲイン計算部24’は、信号増
幅部25で供給される2つの「独立した」ゲイン係数か
らなる出力(GAIN)を生成する。
ベルを10%超程度に設定された場合、この代わるべき
インプリメンテーションの結果は、低レベルゲインを変
化させる効果が高レベルゲインを変化させる効果に対し
て本質的に直交するようになる。特に、低レベルゲイン
を変化することは話声の明瞭度に影響を及ぼすものであ
るが、高レベルゲインが一定であるとき、音の大きさは
比較的影響を受けにくい。一方で、高レベルゲインを変
化することは話声の音の大きさに影響を及ぼすが、低レ
ベルゲインが一定である時、明瞭度は比較的影響をうけ
にくい。ゆえに、低レベルゲインは明瞭度の「調節器」
となり、高レベルゲインは音の大きさの「調節器」とな
る。したがって、好都合なことに、ここに示されたイン
プリメンテーションでは、低レベルゲインを暗騒音の増
加に従って増加させ、高レベルのゲインをファーエンド
側の話声レベルの減少に従って増加させる。
ションでは、増幅器41、ミニマイザー(MIN)42
とマキシマイザー(MAX)43、は図4に示された実
施例の対応する構成要素と同様の方法により、ノイズフ
ロアに比例するゲイン係数を生成する。同じパラメータ
(暗騒音計測係数と最大許容ゲイン係数)が同様に利用
される。しかしながら、この場合の結果信号は、信号増
幅部25のコンプレッサに適用されるべき、最終的な低
レベルゲイン係数である。
図4に示された実施例の対応する構成要素と同様の方法
により、代わるべきゲイン係数(平均的話声パワーレベ
ルに反比例する)を決定する。乗算機48はその後本係
数(1より小さいまたは1に等しい)を最大許容ゲイン
係数に乗じて、信号増幅部25のコンプレッサに適用す
べき最高レベルのゲイン係数を生成する。例えば、最大
許容値のゲイン係数は、低レベルのゲイン係数に設定さ
れる。マキシマイザー49は、マキシマイザー43と同
様に、結果的ゲイン係数の値が少なくとも1であること
を確認し、オリジナル話声信号が弱められていないこと
を確認する。
イン係数により、信号増幅部25は、図に示され、かつ
上に述べたように実行される。特に、圧縮率CRは、上
記に述べたゲイン計算部24’により生成される低レベ
ルまたは高レベルのゲイン係数に基づき、簡単に計算で
きる。上に述べたごとく、圧縮ゲインはその後k(1/
CR)とbk、gl(低レベルのゲイン係数の順番に基
づいて)の値に基づいて計算される。
ン]図9は、マルチバンドを基にした本発明の実施例を
示すシステムレベルの図表であり、ここでは、暗騒音補
正は各(周波数)サブバンドのなかで果たされる。個別
のサブバンドのなかでそれぞれ暗騒音補正を果たすこと
により、ひとつの周波数における暗騒音エネルギーは、
他の周波数においてオリジナル話声信号に適用されたゲ
インに影響を及ぼさない。例えば、オリジナル話声信号
のなかで高エネルギーで低周波数の構成要素は、信号の
なかで高周波数の構成要素に適用されるゲインに影響を
及ぼさない。一般的に、複数の周波数をもつ暗騒音補正
システムは、暗騒音の実態ない特徴に対してよりよい順
応性を持たせるものである。
にオペレーションは、一般的に図1の広帯域システムの
それに対応する。しかしながら、図2の広帯域システム
によって為されたいずれのプロセスも、複数のサブバン
ド個々におけるマルチバンドシステム(図9)によって
果たされる。図2に示された4種の構成要素のいずれ
も、各入力信号が分けられるnサブバンドのひとつにお
いてそれぞれ機能する与えられた構成要素の複数の対応
する「コピー」により置換される。話声とオーディオの
信号のサブバンドベースのプロセスは周知であり、以下
の説明は、図9に示すマルチバンドのインプリメンテー
ションの概略である。
4’は、アナライズフィルターバンク61と62、暗騒
音レベル評価部22’、話声パワー評価部23’、ゲイ
ン計算部24’、信号増幅部25’、加算機63からな
る。(図2の広帯域システムのユニットと対応するユニ
ットには、同番号に「’(ダッシュ)」をつけて記して
いる。)2つの入力信号−暗騒音表示信号とオリジナル
話声信号のいずれも、従来の方法と同様に、アナライズ
フィルターバンク61と62においてサブバンド信号の
対応するセットに分割される。利点として、これら2つ
のフィルターバンクは同一なので、2つの信号はまった
く同じ周波数バンド構造をもつサブバンド信号の対応す
るセットに分割されることができる。
暗騒音レベル評価部22−1から22−nからなり、話
声パワー評価部23’は、サブバンド話声パワー評価部
23−1から23−nからなる。ゲイン評価部24’
は、ゲイン計算部24−1から24−nからなり、信号
増幅部25は、サブバンド信号増幅部25−1から25
−nからなる。それぞれの構成要素の対応するセットで
ある22−i、23−i、24−i、25−i(iのサ
ブバンドに対応する)は、内部構造と対応し、図2の広
帯域暗騒音補正システムの22、23、24、25とい
う構成要素と同様の方法により操作を行う。サブバンド
に分かれた話声信号がそれぞれのサブバンドにおいて、
(サブバンド信号増幅25−1から25−nによって)
適正に修正され、加算機63は、結果的修正サブバンド
信号を加えることにより、最終修正話声信号をつくり、
最終地での使用を可能にする。加算機63は従来よりの
設計のものである。
ー評価はサブバンドの中では果たされない。この場合、
図2の広帯域システムにおける話声パワー評価部23
が、話声パワー評価部23’の代わりに使用される。そ
の信号(平均的話声パワーレベル)をそれぞれのサブバ
ンドゲイン計算要素(24−1〜24−n)に供給す
る。つまり、この代替例は、それぞれのサブバンド各パ
ワーレベルに対するというよりは、オリジナル話声信号
全体の、全体的話声パワーレベルに反比例するところ
の、各サブバンドのゲイン係数を供給する。
各サブバンド要素は、暗騒音補正システム14の構成要
素に対応するものであるが、さまざまなパラメータ(暗
騒音計測係数、最大許容ゲイン係数、最小話声レベルな
ど)上記暗騒音補正システム14に関連して表記された
ものは、異なるサブバンドの実行において異なる値を与
えられることとなる。例えば、マルチバンド補正システ
ムにおいて、高周波数バンドにおけるピークディテクタ
ー51のリリース時間は、低周波数バンドに対応するピ
ークディテクターのリリース時間よりも低めに設定され
る。
を、各関数ブロックからなることにより表すことができ
る。これらのブロックが示す関数は、共用または専用の
ハードウェアいずれを使用しても得ることができ、この
中にはソフトウェア実行能力のあるハードウェアも含む
が、これに限るわけではない。例えば、さまざまな形に
より表されたプロセッサ機能が、ひとつの共用プロセッ
サにより供給さえる。(「プロセッサ」ということばを
使用することは、ソフトウェア実行能力のあるハードウ
ェアのみを指すことにはつながらない。)
P)機、以下に述べる役割を果たすソフトウェアをしま
うための読み出し専用メモリ(ROM)、DSP結果を
しまうためのランダムアクセスメモリ(RAM)とから
なる。一般的な目的のDSP回路と共同して特注のVL
SI回路と同様、非常に大規模なインテグレーション
(VLSI)ハードウェアの実施例も提供することもで
きる。
説明されているが、これらは、本発明の原理を適用する
ことによって実行することのできる可能性のある無数の
例の単なる一例に過ぎない。その他多数の応用が、本発
明の趣旨と範囲を逸脱することなく、一般的技術を用い
ることによって実行される。
機を特別な装置と交換することなく、電話通信網の加入
者すべてに暗騒音を補正した、より明瞭度の高い通話を
提供できる。
含む電話通信網を示す説明図である。
正システムの実施例を示すシステムレベルを示す説明図
である。
を表す説明図である。
テーションを示す説明図である。
する信号増幅部によってオリジナル話声信号に充てられ
る圧縮ゲインを示すグラフである。
る信号増幅部を実証するための対応する送信関数を示す
グラフである。
した、図2のシステムの実施例における信号増幅部のイ
ンプリメンテーションを示す説明図である。
る図2のゲイン計算部の別のインプリメンテーションを
示す説明図である。
明の多帯域ベースの実施例を示すシステムレベルを示す
説明図である。
Claims (34)
- 【請求項1】 修正話声信号を生成するためにオリジナ
ル話声信号を電話通信網において処理する方法におい
て、修正話声信号は、暗騒音をそこに有する通話先にお
いて使用されるためのものであり、前記方法は、 通話先において暗騒音を表示する信号を受信する工程
と、 修正話声信号を生成するために、オリジナル話声信号に
暗騒音を表示する信号の関数であるゲインを適用する工
程と、 修正話声信号を、電話通信網を介して通話先に送信する
工程とからなることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 ゲインは、第1の所定の時間の間に計測
された暗騒音を表示する信号のレベルの関数であること
を特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項3】 ゲインは、さらにオリジナル話声信号の
関数であることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項4】 ゲインは、さらに第2の所定の時間の間
に計測されたオリジナル話声信号のエネルギーレベルの
関数であることを特徴とする請求項3の方法。 - 【請求項5】 ゲインは、さらにオリジナル話声信号の
レベルの関数であり、ゲインが第1のレベルにあるとき
にオリジナル話声信号に適用されたゲインは、ゲインが
前記第1のレベルよりも大きい第2のレベルにあるとき
にオリジナル話声信号に適用されたゲインよりも大きい
ことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項6】 暗騒音表示信号は、暗騒音と話声の両方
の表示信号からなり、ゲインを適用する工程は、前記暗
騒音と話声の両方を表示する信号が話声を含まないとき
を決定し、その時点のゲインを決定する工程を含むこと
を特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項7】 修正話声信号を生成するために電話通信
網においてオリジナル話声信号を処理する方法におい
て、修正話声信号は、暗騒音をそこに有する通話先にお
いて使用されるためのものであり、前記方法は、 オリジナル話声信号を複数のオリジナルサブバンド話声
信号に分割する工程と、 暗騒音表示信号を、複数のオリジナルサブバンド話声信
号に対応する複数のサブバンド暗騒音表示信号に分割す
る工程と、 対応するサブバンドゲインを、それぞれのオリジナルサ
ブバンド話声信号に適用し、対応する複数の修正サブバ
ンド話声信号を生成する工程と、各サブバンドゲイン
は、対応するサブバンド暗騒音表示信号関数であり、 複数の修正サブバンド話声信号を、修正話声信号を生成
するために混合する工程と、 修正話声信号を、電話通信網を介して通話先ヘ送信する
工程とからなることを特徴とする方法。 - 【請求項8】 各サブバンドゲインは、第1の所定の時
間の間において計測された対応するサブバンド暗騒音表
示信号のレベル関数であることを特徴とする請求項7の
方法。 - 【請求項9】 各サブバンドゲインは、さらに対応する
サブバンド話声信号の関数であることを特徴とする請求
項7の方法。 - 【請求項10】 各サブバンドゲインは、さらに第2の
所定の時間の間において計測された対応するオリジナル
サブバンド話声信号のエネルギーレベルの関数であるこ
とを特徴とする請求項9の方法。 - 【請求項11】 各サブバンドゲインは、さらにオリジ
ナル話声信号の関数であることを特徴とする請求項7の
方法。 - 【請求項12】 各サブバンドゲインは、さらに第2の
所定の時間の間において計測されたオリジナル話声信号
のエネルギーレベル関数であることを特徴とする請求項
11の方法。 - 【請求項13】 各サブバンドゲインは、対応するサブ
バンド話声信号のレベル関数であり、サブバンドゲイン
が第1のレベルにあるときのオリジナル話声信号に適用
されるサブバンドゲインは、サブバンドゲインが第1の
レベルにあるときよりも大きい第2のレベルにあるとき
にオリジナル話声信号に適用されるサブバンドゲインよ
りも大きいことを特徴とする請求項7の方法。 - 【請求項14】 暗騒音表示信号は、暗騒音と話声の両
方を表示する信号からなり、サブバンドゲインを適用す
る工程は、前記暗騒音と話声の両方を表示する信号が話
声を含まない時を決定し、その時点のサブバンドを決定
する工程を含むことを特徴とする請求項7の方法。 - 【請求項15】 電話通信網サービスを提供するために
用いられる方法において、 暗騒音のある通話先へ送信するためにオリジナル話声信
号を受信する工程と、 通話先における暗騒音表示信号を受信する工程と、 オリジナル話声信号に暗騒音表示信号の関数であるゲイ
ンを適用し、修正話声信号を生成する工程と、 修正話声信号を通話先に送信する工程とからなる方法。 - 【請求項16】 第1の所定の時間の間における暗騒音
表示信号のレベルを測る工程をさらに有し、ゲインは前
記計測されたレベルの関数であることを特徴とする請求
項15の方法。 - 【請求項17】 ゲインは、さらにオリジナル話声信号
の関数であることを特徴とする請求項15の方法。 - 【請求項18】 第2の所定の時間の間におけるオリジ
ナル話声信号のエネルギーレベルを決定する工程をさら
に有し、ゲインはさらに前記エネルギーレベルの関数で
あることを特徴とする請求項17の方法。 - 【請求項19】 ゲインを決定する工程をさらに有し、
ゲインはさらにオリジナル話声信号の関数であり、ゲイ
ンが第1のレベルにあるときにオリジナル話声信号に適
用されたゲインは、ゲインが第1のレベルにあるときよ
りも大きい第2のレベルにあるときにオリジナル話声信
号に適用されたゲインよりも大きいことを特徴とする請
求項17の方法。 - 【請求項20】 暗騒音表示信号は暗騒音と話声の両方
を表示する信号からなり、ゲインを適用する工程は、前
記暗騒音と話声の両方を表示する信号が話声を含んでい
ないときを決定し、その時点のゲインを決定する工程を
含むことを特徴とする請求項15の方法。 - 【請求項21】 電話通信網において修正話声信号を生
成するためにオリジナル話声信号を生成する方法におい
て、修正話声信号は、暗騒音を有する通話先において電
話セットによって使用されるためのものであり、電話セ
ットは、修正話声信号を電話通信網から受信する手段
と、受信した信号に側音を加える手段とを含み、前記方
法は、 通話先における暗騒音表示信号を受信する工程と、 修正話声信号を生成するために、オリジナル話声信号に
暗騒音の表示信号の関数であるゲインを適用する工程
と、 電話通信網を介して修正話声信号を通話先の電話セット
に送信する工程とからなり、 ゲインは側音が適用される前に、オリジナル話声信号に
適用され、修正話声信号を生成することを特徴とする方
法。 - 【請求項22】 ゲインは、第1の所定の時間の間にお
ける暗騒音表示信号のレベル関数であることを特徴とす
る請求項21の方法。 - 【請求項23】 ゲインは、さらにオリジナル話声信号
の関数であることを特徴とする請求項21の方法。 - 【請求項24】 第2の所定の時間の間におけるオリジ
ナル話声信号のエネルギーレベルを決定する工程をさら
に有し、ゲインは前記エネルギーレベルの関数であるこ
とを特徴とする請求項23の方法。 - 【請求項25】 ゲインは、さらにオリジナル話声信号
の関数のひとつであり、ゲインが第1のレベルにあると
きにオリジナル話声信号に適用されたゲインは、ゲイン
が第1のレベルにあるときよりも大きい第2のレベルに
あるときにオリジナル話声信号に適用されたゲインより
も大きいことを特徴とする請求項21の方法。 - 【請求項26】 暗騒音表示信号は、暗騒音と話声の両
方を表示する信号からなり、ゲインを適用する工程は、
前記暗騒音と話声の両方を表示する信号が話声を含んで
いないときを決定し、その時点のゲインを決定する工程
を含むことを特徴とする請求項21の方法。 - 【請求項27】 電話通信網において修正話声信号を生
成するためにオリジナル話声信号を生成する方法におい
て、修正話声信号は、暗騒音を有する通話先において電
話セットによって使用されるためのものであり、電話セ
ットは、修正話声信号を電話通信網から受信する手段
と、受信した信号に側音を加える手段とを含み、前記方
法は、 通話先における暗騒音表示信号を受信する工程と、 オリジナル話声信号を複数のオリジナルサブバンド話声
信号に分割する工程と、 暗騒音表示信号を、複数のオリジナルサブバンド話声信
号に対応する複数のサブバンド暗騒音表示信号に分割す
る工程と、 対応するサブバンドゲインを各サブバンド話声信号に適
用し、対応する複数の修正サブバンド話声信号を生成す
る工程と、各サブバンドゲインは、対応するサブバンド
暗騒音表示信号の関数であって、 複数の修正サブバンド話声信号を、修正話声信号を作り
出すために混合する工程と、 修正話声信号を、通話先における電話セットに電話通信
網を介して送信する工程とからなり、 サブバンドゲインは対応するオリジナルサブバンド話声
信号に適用され、側音が修正話声信号に加えられる前に
対応する修正サブバンド話声信号を生成する。 - 【請求項28】 各サブバンドゲインは、第1の所定の
時間の間におけるサブバンド暗騒音表示信号のレベル関
数であることを特徴とする請求項27の方法。 - 【請求項29】 各サブバンドゲインは、さらに対応す
るオリジナルサブバンド話声信号の関数であることを特
徴とする請求項27の方法。 - 【請求項30】 各サブバンドゲインは、さらに第2の
所定の時間の間におけるオリジナルサブバンド話声信号
のエネルギーレベルの関数であることを特徴とする請求
項29の方法。 - 【請求項31】 各サブバンドゲインは、さらにオリジ
ナル話声信号の関数であることを特徴とする請求項27
の方法。 - 【請求項32】 各サブバンドゲインは、さらに第2の
所定の時間の間におけるオリジナル話声信号のエネルギ
ーレベル関数であることを特徴とする請求項31の方
法。 - 【請求項33】 各サブバンドゲインは、さらに対応す
るオリジナルサブバンド話声信号の関数であり、サブバ
ンドゲインが第1のレベルにあるときにオリジナルサブ
バンド話声信号に適用されたサブバンドゲインは、サブ
バンドゲインが第1のレベルにあるときよりも大きい第
2のレベルにあるときにオリジナルサブバンド話声信号
に適用されたサブバンドゲインよりも大きいことを特徴
とする請求項27の方法。 - 【請求項34】 暗騒音表示信号は、暗騒音と話声の両
方を表示する信号からなり、サブバンドゲインを適用す
る工程は、前記暗騒音と話声の両方を表示する信号が話
声を含んでいないときを決定し、その時点のサブバンド
ゲインを決定する工程を含むことを特徴とする請求項2
7の方法。
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