JPS60242499A - 音声検出方法及び回路 - Google Patents

音声検出方法及び回路

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JPS60242499A
JPS60242499A JP59099114A JP9911484A JPS60242499A JP S60242499 A JPS60242499 A JP S60242499A JP 59099114 A JP59099114 A JP 59099114A JP 9911484 A JP9911484 A JP 9911484A JP S60242499 A JPS60242499 A JP S60242499A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、音声信号の有無を判定する音声検出方法及び
回路に関する。
(従来技術とその問題点) 音声検出回路は主にDSI (Digital 5pe
echInterpolationの略称である。)装
置に組み込まれ、DSI装置への入力チャンネルに音声
信号が存在するか否かを判定するために用いられる。
尚、DSI装置に関しては、例えば1976年3月発行
の文献、コムサット テクニカルレビュー(COMSA
T TBCHNICAL REVIEW)誌vo1.6
゜11&11の第127〜158頁に掲載されているニ
ス・ジェー・キャムパネラ(S、J、Campanel
la)K1686文、「ディジタルスピーチ インター
ポレーション(1)igital 5peech 工n
terpolation) J K詳述されているので
参照されたい。
従来、ハードウェア規模が小さく検出論理が明瞭である
方法としてレベル検出法が知られているが、この方法は
入力信号の信号エネルギー(電力及び振幅)を検出後、
閾値と比較することにより音声信号の有無を判定するも
のである。またレベル検出法を用いた音声検出器の中で
、入力信号の振幅と予め定められた閾値とを比較する固
定閾値型音声検出器が、最もハードウェア規模が簡単で
かつ、確実な音声検出器として知られている。
、次に図面を参照しながら、この固定閾値型音声検出器
の原理を説明する。
第1図は固定閾値型音声検出器の原理を示すブロック図
であり、信号入力端子1、振幅閾値入力端子2、振幅比
較回路3、累積回路4、累積回路への入力信号として+
1.−1を与える増加・減少制御線5および6、音声検
出用フリップフロップ7、音声検出用フリップ70ツブ
セツト・リセット制御線8および9、音声検出結果出力
端子10から力っている。なお、この場合累積回路は可
逆カウンタ(アップダウン・カウンタ)で置換できる。
図において、端子1より入力される入力信号は標本化周
期ごとに振幅比較回路3において、端子2より入力され
る予め定められた振幅閾値(′IHa)と比較される。
その結果、入力信号振幅が振幅閾 1値よりも大きいと
、累積回路増加制御線5を使りて累積回路4の内容が1
だけ増加される。また、逆に入力信号振幅が振幅閾値よ
りも小さいと、累積回路減少制御線6を使って累積回路
4の内容が1だけ減少される。但し、累積回路の内容は
負の値にならないようになっている。
音声信号が到来し、振幅閾値を超える入力が多くなると
、累積回路の内容は順次増加する。もちろん、その間に
振幅閾値以下の入力が加わると、累積回路の内容は1だ
け減少する。このようにして、累積回路の内容が予め設
定された判定闇値(THE))に達すると、音声検出用
フリップフロップのセット制御線8を使って音声検出用
フリップフロップ7がセットされ、音声が検出されたこ
とにカリ、端子10よりその結果が出力される。
また、音声が検出されなくなると、例えば、それは累積
回路4の内容がOになることで示されるが、その時、音
声検出用フリップフロップ7は音声検出用7リツプフロ
ツプのリセット制御線9を使ってリセットされ、端子1
0よりその結果が出力されるが、一般にはある一定時間
の後にリセットされる。これは、ハングオーバーと称さ
れ、通話中の単語や句の間での切断に耳が敏感であるこ
とから設けられており、その時間長は100−250 
ms程度である。
さらに理解を深めるために第1図で示される固定閾値型
音声検出器に第2図の(a)の11で示される信号が′
入力した場合を例にとって説明を加える。
第2図では、入力信号11、振幅閾値12、累積回路の
内容13、判定閾値14および音声検出結果出力15を
示している。
まず、入力信号11が端子1から入力されると、標本化
周期Tsごとに振幅比較回路3によシ振幅閾値12と比
較される。第2図から判るように時亥rta1になって
始めて入力信号の振幅の方が振幅閾値よシも大きくなる
ので累積回路の内容13は時刻ta、で始めて1になり
 (第2図山))、以後、時刻ta、まで1ずつ増加さ
れていく。その結果、時刻tb1になって累積回路の内
容13が判定閾値14よりも大きくなるので、音声が検
出されたことKなり、出力15は1になる。ところで、
時刻ta、になると、入力信号11の振幅が振幅閾値1
2よりも小さくなるので、累積回路の内容13は1ずう
減少していき、時刻tb、になり、判定閾値14よりも
小さくなるので音声信号が無くなったと判定され前述の
理由でハングオーバーが付加されハングオーバー終了後
、出力15は0になる。第2図の(C)におけるTHが
ハングオーバ一時間を示している。
以上説明してきた様な固定閾値型音声検出器では確かに
ハードウェア規模は簡単ではあるが、一度量値が設定さ
れると閾値以上でありさえすれば雑音でも検出してしま
うという欠点があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、入力信号中に含まれる雑音のレベル変
動に対して良好な追従性を示す閾値を有し、雑音による
誤検出が少なく音声検出能力の向上した可変閾値型音声
検出器を提供することにある。
(発明の構成) 本発明によれば、標本時刻毎に外部より与えられる入力
信号と該入力信号の無音区間雑音レベルに応じて変動す
る複数の振幅闇値との大小判定を行ない、該大小判定結
果に応じて予め定められた複数個の数値の中から1つを
選択して累積し、該累積値と判定閾値とを比較すること
により音声信号の有無を判定する音声検出方法において
、前記複数の振幅閾値のうち相隣り合う閾値の間隔と無
音区間の雑音の振幅分布とより前記複数個の数値を決定
し、無音区間における累積値の期待値を零としたことを
特徴とする音声検出方法が得られる。
また本発明によれば、音声信号(入力信号)が入力され
、後記判定手段の出力により指定された無音区間におけ
る雑音の電力の平均振幅値を示す値を計算し出力する雑
音電力計算手段と、前記平均振幅値のほぼλ倍の値を第
1の閾値として、前記平均振幅値のほぼ2倍の値を第2
の閾値として出力する閾値発生手段と、前記第1の閾値
及び第2の閾値と前記入力音声信号とを比較し、前記入
力音声信号が前記第2の閾値よp犬なる場合には+3を
出力し、前記入力音声信号が前記第1の閾値より小なる
場合には〜1を出力し、それ以外の場合には+1を出力
するレベル検出手段と、該レベル検出手段の出力を累積
する累積手段と、該累積手段よp供給される累積値とあ
らかじめ定められた第3の閾値とを比較することにより
音声信号の有無を判定する判定手段とを少なくとも含む
ことを特徴とする音声検出回路が得られる。
(発明の原理) 本発明では上述の構成により閾値を雑音ρレベル変動に
追従させて変動させるとともに、無音区間における累積
回路への入力値の期待値を零とすることにより雑音の誤
検出の低減及び音声検出能力を向上させている。
それは次の様に説明できる。
無音区間における累積回路への入力値の期待値が正であ
れば、累積値は正側の最大値になり、音声検出器として
はもはや利用できない。
また、無音区間における累積回路への入力値の期待値が
負であれば、累積値が負の最大値を取り語頭切断を始め
ハングオーバー付加時の音声検出能力が低下し、語中脱
落や語尾欠落を起こしやすい、。
それ故、無音区間における集積回路への入力値の期待値
を零とすることKより雑音による誤検出及び語中脱落、
語尾欠落が低減できることになる。
(実施例) 本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
第3図は、本発明の一実施例でちゃ入力端子20、偶数
ビット反転回路21、符号変換回路22、整流回路23
、電力計算回路U、第1の閾値発生回路25、レベル検
出回路26、累積回路27%比較回路測、第2の閾値発
生回路29、ノ・ングオーバー付加回路30及び出力端
子31から構成されている。
例えば、国際電信電話諮問委員会、(CCITT;勧告
案0.711 に基づき非線形符号化され、8ビツトの
A−LaW符号(オレンジブックVol、Il−2、p
p409〜410参照のこと。)となった入力信号が入
力端子20から入力する場合を例にとって説明を加える
。通常、電話回線を伝送されるA−Law符号信号はM
SB (Most 51gn1ficantBit の
略称である。)側からみて、偶数ビット目が反転されて
いるので、偶数ビット反転回路21により入力信号は偶
数ビットが反転され伝送される前のもとの信号に戻され
る。もとに戻ったA−Law符号信号は符号変換回路2
2で、第4図で示すように、正のA−Law符号信号に
対してはMSBだけ、負のA−Law符号信号に対して
は全ビット反転され8ピツトの’l’wo s com
plement符号信号に変換され、整流回路23へ入
力される。
整流回路おでは、この入力信号を絶対値信号(大きさの
みを表わす信号)に変換し、一方は電力計算回路24へ
、もう一方はレベル検出回路26へ送シ出す。
電力計算回路24では、入力信号に含まれる雑音を取り
出し、雑音の実効値を計算する。
具体的には、音声が検出されない時(例えば、後述する
比較回路あの出力がOの時)はすべての入力信号を雑音
とみなすとともに、音声が検出された寿(例えば後述す
る比較回路部の出力が1の時)であっても予め定めらQ
&レベル以下の信号は雑音であるとみ表し、この雑音を
低域通過フィルタに入力することにより雑音の実効値を
計算し、その結果を第1の閾値発生回路5に送出する。
従って、雑音の実効値を計算する際に除外される音声信
号とは、後述の比較回路の出力が1であpかつ、予め定
められたレベル以上の信号レベルを有する信号である。
第1の閾値発生回路部では、電力計算回路Uからの出力
を坑倍することにより、レベル検出回路26で使用され
る第1の閾値(THI)をまた電力計算回路からの出力
を2倍することにより、第2の閾値(TH2)とを設定
し、レベル検出回路26へ送出する。
レベル検出回路26では、整流回路nの出力と、第1の
閾値発生回路25より送出される第1の閾値及び第2の
閾値とを比較し、整流回路の出力が第2の閾値よシ大き
い場合には入力信号が音声信号である確率が高いので+
3、第1の閾値と第2の閾値との間に位置する場合くけ
入力信号が音声信号である・確率と靴音である確率とが
ほぼ等しいかあるいは前者が少し高い程度であるので+
1、第1の閾値より小さい場合には入力信号が雑音であ
る確率が高いので一11出力する。累積回路27ではレ
ベル検出回路26の出力を累積しておりその累積値を比
較回路あへ送出する。比較回路路では、後述する第2の
一値発生回路29から出力される第3の閾値(TH,3
)と前記累積値とを比較し、後者が前者よυも大きい場
合には入力信号が音声信号であると判定し、+1を、ま
た、前者が篠者よりも大きい場合には入力信号は雑音で
あると判定し、0を出力する。第2の閾値発生回路29
では、前記比較回路あで使用される音声信号判定用の第
3の閾値(THj)として、レベルの異なる閾値を2つ
(TH,?H)を発生し、−!た、後述するハングオー
バー付加回路30の出力が1の場合には低いレベルの第
3の閾値(TH3L)を発生し前記比較回路部へ送出す
る。
ハングオーバー付加回路30では、前記比較回路あの出
力を入力し、該入力信号が1の時には音声信号が検出さ
れたとして1を出力端子31を介して外部に出力すると
ともに、前記比較回路あの出力が1からOに変化する時
点で、予め定められた時間だけ出力端子31より出力す
る外部出力を1に保持することによりハングオーバーを
付加している。
もちろん、前記比較回路あの出力が0である時は音声信
号が検出されなかったとして出力端子31を介して0が
外部に出力されている。
第3図における電力計算回路冴としては第5図の回路が
使用でき、絶対値信号入力端子50、雑音判定レベル入
力端子51、比較回路出力信号入力端子52、比較器5
3、論理和回路54、乗算器55.56.57、被乗数
入力端子59.60.61.62、被乗数選択器64、
加算器65、リミッタ−66,67、メモリー68、出
力端子69から構成されている。絶対値入力信号は入力
端子50より入力され、一方は乗算器55へ、もう一方
は比較器53へ送られる。
比較器53では、前記入力信号と入力端子51より人力
される雑音判定レベルと比較され、前者が後者よジも大
きい場合にO1小さい場合に+1を出力し、論理和回路
54では、比較器53の出力信号と、比較回路四からの
出力信号を反転した信号との論理和がとられ、少なくと
もどちらか一方が+1のときに+1が出力され、乗算器
56の制御信号及び被乗数選択器64の選択制御信号と
なる。前記被乗数選択器64では、前記選択制御信号が
+1の時には被乗数入力端子59より入力される被乗数
が選択され、また、0の時には被乗数入力端子60より
入力される被乗数(現在はOを用いている。°)が選択
され乗算器55の被乗数となる。
また、乗算器55では、絶対値入力信号と前述のように
して選択された被乗数との積がとられ加算器65へ送ら
れる。一方1乗算器56では被乗数入力端子61より入
力される被乗数とメモリー68の内容との積がとられ加
算器65へ送られる。
但し、論理和回路54の出力がOの時はこの乗算は行な
わずメモリー68の内容がそのまま出力される。
そして、加算器65で前述の乗算器55の出力と乗算器
56の出力との加算が行なわれその結果がリミッタ−6
6を介してメモリー68に備えられる。また、それと同
時にリミッタ−66の出力は乗算器57により、被乗数
入力端子62より入力される被乗数との積がとられ、リ
ミッタ−67を介して実効値(σ)として、出力端子6
9よシ出力される。
ここで、リミッタ66%67を用いているのはメモリー
68の内容及び閾値(THI)の可変領域を制限するこ
とにより閾値調整速度を敏速にかつ、音声検出器の受信
感度および感動レベル範囲を制限し雑音に対する免疫性
を保証するためである。
尚、電力計算回路Uは前述の様に絶対値信号を一次の低
域通過フィルタに通すこと罠より、雑音のレベルを算出
していたが、それは振幅分布がQauss分布であシ分
散がσ2である雑音をその絶対値をとって一次の低域通
過フィルタに通して得られる電力Pが次式で表す様に近
似的に標準偏差(実効値とも云いσで表わす。)に比例
した値となるためである。
(x”=yと卦くと、2xdx=dy)= σ 2 ゆえに(1)式は次のように々る。
=/Y =0.80σ (2) 従って、前記処理を施す事により、−次の低域通過フィ
ルタの出力で雑音の標準偏差Cσ・マに・は・ぼ比例し
た値が得られることがわかる。
また、第3図における第1の閾値発生回路25としては
、第6図の回路が使用でき、入力端子70%乗算器71
.72、被乗算入力端子73.74、 第2の閾値出力
端子75および第2の閾値出力端子76から構成されて
いる。
前述の電力計算回路24から出力される雑音の実効値(
σ)が入力端子70より入力され、一方は乗算器71へ
、もう一方は乗算器72へ送られる。乗算器71では被
乗数入力端子73よジ入力される被乗数(z)との積が
とられ第1の閾値として出力端子75より出力される。
また、乗算72では被乗数入力端子74より入力される
被乗数(2)との積<r、=られ第2の閾値として出力
端子76より出力される。
第3図の如く、第2の閾値発生回路を設け、比較回路部
で使用される第3の閾値(TH3)を2個用意し /%
ングオーバー付加回路30の出力を選択信号とし、該選
択信号が1の時には低いレベルの第3の閾値(T)13
L)を、 0の時には高いレベルの第3の閾値(TH3
H)を選択し使用しているがこれは比較回路28の出方
にヒステリシスを設けることにより音声検出器の過剰な
0N−OFFを避けるためである。
またこうすることにより、有音区間1(おける音声検出
能力が向上するので語中脱落や語尾欠落が低減する。
また、本発明では、第1の闇値(THE)を雑音の実効
値(σ)のX倍に設定し、第2の閾値(THE)を雑音
の実効値(σ)の2倍に設定してぃごので、第7図の様
に横軸に振幅、縦軸に確率密度をとって雑音の振幅分布
を示せば雑音の振幅の振幅値がTH2以下である確率が
95チとなり、 TH工以下である確率が55%となる
また、レベル検出回路26では、入力信号が1■2よシ
大きい場合には+3を、TH2より小さくTHlよシ大
きい場合には+1を、また、THI より小さい場合に
は−1をそれぞれ出力している。
従って本発明による音声検出器では、無音区間における
累積回路への入力値の期待値は次式によって計算される
Bn =3xO−05+IX (0,95=0.55)
 +(−1) Xo、55=0 無音区間における累積回路への入力値の期待値が零であ
るので、第1及び第2の閾値とレベル検出回路の出力の
設定に関しては、ひとつの最適解が得られている。
さらに入力信号と闇値及び累積値との関係を中心に説明
を加える。
いま、音声検出器に第8図(alの波形8oで示す音声
信号が入力された場合を考える。但し、入力信号に含ま
れる雑音レベルが一定であり、第8図(a)で示す波形
81が第1の閾値発生回路3より出力される第2の閾値
(THE)を示し、波形82が第1の閾値発生回路5よ
り出力される第1の閾値σH1)を示し、Tsが標本化
周期を示しているものとする。
入力信号は端子20より入力され偶数ビット反転回路2
1符号変換回路22.整流回路%を通り、絶対値信号と
なってレベル検出回路26に入力される。
レベル検出回路26では絶対値信号となった入力信号(
第8図の波形80を整流した波形)と第8図の波形82
で示す第1の閾値(THI)と第8図(→の波形81で
示す第2の閾値(TH3りとを比較し、入力信号がTH
lより小さければ−1を、THLより太きくTH2より
小さければ+1を、また、TH2よジ大きければ+3を
それぞれ出力する。
それ故、累積回路27における累積値は第8図(b)で
示す波形部の様になる。但し、累積値の上限及び下限が
規定されているものとする。
そこで、第2の閾値発生回路29より出力される第3の
閾値(TH3)が第8図(blで示す波形84であれば
、時刻T1で波形8で示す累積値が波形84で示す第3
の闇値(THIH) よりも大きく表るので音声が検出
されたことにより、比較回路あの出力は第8図(C)で
示す波形85の様に1になる。
そして、音声信号が終了し、雑音だけになると第8図但
)の波形83で示す累積値が除々に小さくなりやがて第
8図(b)の波形路で示す第3の閾値(1度検出されて
いるのでこの場合はTH,ILになっている)よりも小
さくなる。それ故、比較回路あの出力FiOになシ音声
信号が終了したことを知らせるが1、音声検出器の外部
出力(判定回路32の出力)は比較回路路の出力が0に
なってもすぐには0にはならず、予め定められた時間だ
け1の状態が保持された後KOに戻る。すなわちハング
オーバーが付加される。
以上の説明では、振幅閾値として2つの閾値(第1の閾
値と第2の閾値)を用いた場合を例にとって説明してき
たが、振幅閾値として3つ以上の閾値を用いて無音区間
における累積回路への入力値の期待値を零としても同様
の効果が得られ本発明に含まれる。
例えば、振幅閾値として3つの閾値を用いた場合では第
9図の様K、第1の閾値(THI)を雑音の実効値(σ
)の4倍に、第2の閾値(THE) を雑音の実効値(
σ)の1z倍に、 第3の閾値(丹す)を雑音の実効値
(σ)の3倍に設定し、レベル検出回路26の出力を、
TH3より大きい場合には、+8を、T)13よう小さ
くT)32−より大きい場合には+3を、THlより小
さくTHIより大きい場合には+1を、またTHlより
小さい場合には−1をそれぞれ割り当てれば次式で示す
様に、無音区間における累積回路への入力値の期待値が
零となる。
E=sxo、ox+3x (0,99−0,975)+
IX (0,975−0,55) −0,55 二〇 さらに、振幅閾値として3つ以上の閾値を用いても、累
積回路への入力値の期待値が零どなるに振幅閾値及びレ
ベル検出回路の出力を設定することができるので本発明
の効果と同じ効果が得られるので、本発明に含まれる。
〈発明の効果〉 以上の様に本発明に従えばPCM符号で信号処理を行な
っていることにより、ハードウェア規模が増大し力いこ
と、雑音信号レベルに応じた閾値が得られ、擬似信号に
対して免疫性が強いこと、及び該閾値の最大値、最小値
を規定することにより受信感度や感動レベル範囲を任意
に設定できること、及び、累積回路への入力値の期待値
を零とすることにより語頭切断、語中脱落及び語尾欠落
が減少する等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の音声検出器を示すブロック図、第2図は
第1図の各部の波形を示す図、第3図は本発明の音声検
出器を示すブロック図、第4図は符号変換法を示す図、 第5図は第3図の1部金示す図、 第6図は第3図の1部を示す図、 第7図は本発明の音声検出器の1部の出力と雑音の振幅
分布との関係を示す図、 第8図は本発明の動作説明を行々う図、第9図は本発明
の1部の関係を示す図であや、第3図において、20は
入力端子、2工は偶数ビット反転回路、22は符号変換
回路、詔は整流回路、Uは電力計算回路、25は第1の
閾値発生回路、26はレベル検出回路、27は累積回路
、28は比較回路、29は第2の閾値発生回路、30は
ノ・ングオーバー付加回路、31は出力端子である。 代理人弁理士内原 晋、゛ 71′2 図 (C) オ 6 図 オフ 図 オ 8 図 0 7゜ (b) (C) 99% 4−55%ニー− 第9 図 手続補正書(自発) 特許庁長官 殿 1、事件の表示 昭和59年 特 許 願第99114
号2、発明の名称 音声検出方法及び回路3、補正をす
る者 事件との関係 出 願 人 東京都港区忽五丁目33番1号 (423) 日本電気株式会社 代表者 関本忠弘 4、代理人 〒108 東京都港区芝五丁目37番8号 住人三田ビ
ル(連絡先 日本電気株式会社特許部) 5、補正の対象 (1)明細書の発明の詳細な説明の欄 とあ′るのを[xt と補正する。 代理人 弁理士 内 原 晋 ) ■

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)標本時刻毎に外部より与えられる入力信号と該入
    力信号の無音区間雑音レベルに応じて変動する複数の振
    幅閾値との大小判定を行ない、該大小判定結果に応じて
    予め定められた複数個の数値の中から1つを選択して累
    積し、該累積値と判定閾値とを比較することにより音声
    信号の有無を判定する音声検出方法において、 前記複数の振幅閾値のうち相隣り合う閾値の間隔と無音
    区間の鍵音の振幅分布とより前記複数個の数値を決定し
    、無音区間における累積値の期待値を零としたことを特
    徴とする音声検出方法。
  2. (2)音声信号、QJI(i−勅が入力され、後記判定
    手段の出力によシ指定された無音声間における雑音の電
    力の平均振幅値を示す値を計算し出力する雑音電力計算
    手段と、前記平均振幅値のほぼλ倍の値を第1の閾値と
    して、前記平均振幅値のほぼ2倍の値を第2の閾値とし
    て出力する閾値発生手段と一1前記第1の閾値及び第2
    の閾値と前記入力音声信号とを比較し、前記入力音声信
    号が前記第2の閾値より大なる場合には+3を出力し、
    前記入力音声信号が前記第1の閾値よシ小なる場合には
    −1を出力し、それ以外の場合には+1を出力するレベ
    ル検出手段と、該レベル検出手続の出力を累積する累積
    手段と、該累積手段より供給される累積値とあらかじめ
    定められた第3の閾値とを比較するととKよp音声信号
    の有無を判定する判定手段とを少なくとも含むことを特
    徴とする音声検出回路。
JP59099114A 1983-08-26 1984-05-17 音声検出方法及び回路 Granted JPS60242499A (ja)

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