JP5612025B2 - 自動利得制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、利得制御回路に係り、特に電話機用利得制御回路に関するが、これに限定されるものではない。

発明の背景

電話機の使用者がマイクロホンに向かって話すと、マイクロホンはその音をアナログかあるいはデジタルの電気信号に変換し、その信号は増幅・処理された後に、有線あるいは無線システムの通信ネットワークに送信される。

一般に音声信号の増幅は固定され、普通の会話で使用する音量に適したレベルにセットされている。あいにく、電話機の使用者、たとえば発呼者が、たとえばそばにいる人たちからプライバシが要求されている時や、使用者が他人への迷惑を最小にしたい時に声の音量を低くしたいと思うなら、被呼者は発呼者の声が聞きづらくなるかもしれない。この問題に対する解決策の一つは、使用者の必要に応じて選択できる「ウィスパ」モードを電話機に組み込むことであった。このモードの時には、音声信号の利得は定量で増大する。この解決策のおかげで被呼者は、静かな会話を発呼者がまるで普通の音量で話しているかのような音量で聞くことができる。この解決策は、発呼者が静かに話している間はうまくいく。

しかし、「ウィスパ」モードはその作動中に発呼者が普通の音量で話し始めると、被呼者の耳が聞こえなくなったり、マイクロホンとスピーカとの間で音響カップリングが発生するという欠点を抱えている。

本発明の第一の態様によれば、信号の強さを測定する信号強度測定器と、信号強度測定器により測定された信号強度をもとに、所定の基準に従ってその信号強度を改変するために取り付けられた利得制御器から構成される、電話機用利得制御回路が提供される。

本発明においては信号、代表的には音声信号、に適用される利得はその信号の強度が小さくなるにつれて増大する。この回路は入力信号の強度を自動的に補償する。したがって、電話機の使用者が自分の声の音量を低くしたいと思ったとしても、被呼者は音量の変化にまったく気付くことなく話し手の声を聞くことができる。

好適には、この回路はさらに、音声の有無を決定する音声動作検出器を備えることが好ましい。なぜなら、前記利得制御器は信号に適用される利得を、信号中の音声の有無をもとに、所定のレベルにセットするからである。

好適には、音声動作検出器は前記利得制御器につながれていることが好ましい。

より好適には、音声動作検出器は信号強度測定器につながれていることが好ましい。

代表的には、利得制御器は信号に適用される利得を、音声動作検出器により測定される信号中の音声レベルが、所定のしきい値より低いかどうかに基づいて所定のレベルにセットする。

代表的には、その所定のレベルとは、音声レベルが所定のしきい値より低くなった時に利得制御器によってセットされた最後の利得値である。

好適には前記所定の基準は、信号に適用される利得はその信号の強度変化に対してほぼ直線的に変化するという基準、であるのが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、可聴信号の強度がその可聴信号の強度をもとに所定の基準にしたがって変化する、電話機の可聴信号利得の制御方法が提供される。

好適には、音声レベルが所定のしきい値より低い場合に、可聴信号の強度が所定のレベルにセットされるのが好ましい。

本発明は有線、無線の電気通信システム内のデジタル電話機とアナログ電話機の両方に適用できる。しかし、ここでの具体的な実施形態は、デジタル無線電話機の自動利得制御回路に限定する。

図１は移動電話機１８の送信部における自動利得制御回路の実施形態を説明している。マイクロホン１は、帯域フィルタ２を介してアナログ―デジタル変換回路３に接続されている。アナログ―デジタル変換回路３は、一般にはボイスまたはスピーチ動作検出回路である音声動作検出器４と信号強度測定器５と利得制御器６とに接続されている。音声動作検出器４は、信号強度測定器５を介して利得制御器６に接続されている。利得制御器６は、スピーチエンコーダ７を介してチャンネルコーダ８に接続されている。チャンネルコーダ８は、変調回路９を介して送信機１０に接続されている。自動利得制御回路は、利得制御器６、信号強度測定器５、音声動作検出器４からなる。

つぎに、図１で示した送信部分の動作を説明する。

電話機の使用者がマイクロホン１に向かって話すと、マイクロホン１はその音を電気信号に変える。この信号は、帯域フィルタ２に送られる。一般に、電話のベースバンド音声信号は、帯域幅が３００Ｈｚから３．４ｋＨｚに制限されているので、帯域フィルタ２は、代表的に、４ｋＨｚ以上の周波数成分を取り除くように選択されているが、他の帯域フィルタも使用できる。これは、偽信号の問題を防ぐためである。フィルタを通った信号は、アナログ信号を抽出し、デジタル化するアナログ―デジタル変換回路３に送られる。それから信号は音声動作検出器４と信号強度測定器５と利得制御器６とに送られる。

デジタル信号の分析により、音声動作検出器４は信号の中に音声があるかどうかを決定する。この分析の結果が信号強度測定器５に送られる。信号強度測定器５は、受信デジタル信号を分析し、この信号の電力を測定する。所定の基準あるいはアルゴリズムに基づいて信号強度測定器５は、その信号電力をもとに、この信号に適用されるべき利得を計算する。図３は代表的な利得対信号電力のアルゴリズムを示しているが、信号強度に応じて利得を変化させるどんなアルゴリズムも選択できる。

音声の検出中あるいは音声レベルが所定のしきい（閾）値より高い時、計算された利得値は信号利得を適宜に改変する利得制御器６に送られる。音声動作検出器４が音声を検出しない場合あるいは音声レベルが所定のしきい値より低い場合は、音声動作検出器４は信号強度測定器５にその情報を送り、信号強度測定器５は新しい利得値で利得制御器６をアップデートしない。あるいは選択的に、信号強度測定器５から利得制御器６にその利得値を別の所定の値に変える、例えばゼロに設定する情報を送ることもできる。音声動作検出器４の使用は必須ではないが、検出回路がなければ、音声がないとき、バックグラウンドノイズが最大利得を適用する可能性がある。このことは、使用者を当惑させることもある。しかし、音声がない時にさえも信号の中に一定量のノイズを持つことはむしろ好ましい。さもなければ電話機が故障しているように思われたり、通話が混乱しうる。このノイズは一般に「コンフォートノイズ」と呼ばれ、システムに「プレゼンス」を与える。

いったん信号利得が利得制御器６によって設定されると、信号はスピーチエンコーダ７に送られ、圧縮される。それからその圧縮信号は、チャンネルコーダ８に送られ、送信の間に生じるエラーから保護するためにそのデジタル信号は特別なビットを付加される。そして信号は変調回路９に送られ、キャリヤ信号に変調され、送信機１０によりネットワーク上に送信される。

図２は代替的な実施形態を示したものである。この実施形態では、音声動作検出器４は直接、利得制御器６に接続されている。先に図１で示した実施形態同様に、この実施形態においても、音声信号はマイクロホン１から音声動作検出器４、信号強度測定器５、利得制御器６のそれぞれに送られる。音声動作検出器４は、その信号は音声を有しているかどうかとか、音声レベルはしきい値よりも高いか低いかという情報を利得制御器６に送る。音声動作検出器４が信号の中に音声があるという情報を利得制御器６に送る場合には、利得制御器６は信号強度測定器５からの情報を受けて信号利得を改変する。一方、音声動作検出器４が信号の中に音声がないという情報を利得制御器６に送る場合には、利得制御器６は信号強度測定器５から受けたどんな利得改変指示情報も無視するだろう。二者択一的に、利得制御器６は信号の中に音声がないという音声動作検出器４からの情報をもとに、例えばゼロに設定するというように、利得を別の所定の値に変えるかもしれない。しかし、「コンフォートノイズ」の問題は先の実施形態におけるのと同様にこの実施形態においてもつきまとう。

これまでに説明し、図１に示した実施形態に従って、信号はスピーチエンコーダ７に送られ、ついには送信機１０によりネットワーク上に送信される。

図３は代表的な利得対信号電力の関係を示している。しきい値レベル１までの信号強度に対しては、デルタ（Δ）の利得、一般的な値で６ｄＢ、がその信号に適用される。しきい値レベル１としきい値レベル２との間では、信号強度がしきい値レベル２に達するまで、適用される利得は直線的に減少し、それ以上の利得は適用されない。しかし他の利得対信号電力の関係も選択できる。

図４は移動電話機の受信部における本発明の実施形態を示している。これは基本的には図１で示した実施形態の逆である。受信機１１は復調回路１２を介してチャンネルデコーダ１３に接続されている。チャンネルデコーダ１３は、スピーチデコーダ１４を介して音声動作検出器４、信号強度測定器５、利得制御器６に接続されている。音声動作検出器４は、信号強度測定器５を介して利得制御器６に接続されている。利得制御器６は、デジタル―アナログ変換回路１５を介して低域フィルタ１６に接続されている。低域フィルタ１６はスピーカ１７に接続されている。

受信機１１は通信ネットワーク（図示されていないが）からの信号を受信し、その受信信号を、キャリヤ信号から音声信号に復調する復調回路１２に送る。それから復調信号は、チャンネルデコーダ１３に送られ、エラー補正されたのち、スピーチデコーダ１４に送られ、解凍される。それから、信号は音声動作検出器４と信号強度測定器５と利得制御器６に送られる。信号利得は図１の説明と同一の方法で利得制御器６により制御される。それから信号は、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル―アナログ変換回路１５に送られる。アナログ信号は低域フィルタ１６に送られる。ここで一般に４ｋＨｚになる。そして、フィルタを通過した信号はスピーカ１７に送られる。

代替的な実施形態が図５に示されている。この実施形態では、付与された要素番号が図４と同様で、利得制御回路の位置関係が図２と同様である。

本発明の範囲内には、それが特許請求の範囲に記載された、本発明に関連があろうとなかろうと、または本発明が解決しようとする問題のどれか、またはすべてを軽減するものであろうとなかろうと、明示または暗示により本明細書に開示した、すべての新規の特徴またはそれらの組み合わせ、または一般化したものが含まれる。前述の説明より、この技術に熟練した人には、本発明の範囲内でいろいろな修正が可能であることが明白であろう。例えば、音声動作検出器４と信号強度測定器５とを独立した回路ではなく、結合して一つの雑音抑制回路にできることも理解できる。

第一の実施形態における自動利得制御回路のブロック図である。 第二の実施形態における自動利得制御回路のブロック図である。 本発明における信号強度に対する利得制御の関係を例示するグラフである。 第三の実施形態における自動利得制御回路のブロック図である。 第四の実施形態における自動利得制御回路のブロック図である。

１：マイクロホン
２：帯域フィルタ
３：アナログ―デジタル変換回路
４：音声動作検出器
５：信号強度測定器
６：利得制御器
７：スピーチエンコーダ
８：チャンネルコーダ
９：変調回路
１０：送信機
１１：受信機
１２：復調回路
１３：チャンネルデコーダ
１４：スピーチデコーダ
１５：デジタル―アナログ変換回路
１６：低域フィルタ
１７：スピーカ
１８：移動電話機

Claims (8)

1. 電話機用の自動利得制御回路であって、
   信号中の音声レベルが所定のしきい値よりも高いか低いかを検討することにより、前記信号中の音声の有無を決定するように構成される音声動作検出器と、
   前記音声動作検出器による音声の検出に応じて、前記信号の強度を改変し得るように構成される利得制御器と、
   を備え、
   前記信号中の音声レベルが前記所定のしきい値よりも高いと判断された場合には、信号強度測定器により測定された前記信号の強度に基づき、所定の基準に従って、前記測定された信号の強度を前記利得制御器によって改変し得るように構成され、また、
   前記信号の音声レベルが前記所定のしきい値よりも低いと判断された場合には、前記利得制御器の利得が特別な所定のレベルにセットされるよう構成され、
   前記所定の基準は、前記信号中の前記音声レベルに対する第１の所定の基準値および第２の所定の基準値を含み、前記信号に適合する利得は前記信号の強度の連続関数であって、前記連続関数は少なくとも前記信号の強度が前記第１の所定の基準値または前記第２の所定の基準値において滑らかでなく、前記信号中の音声レベルが前記所定のしきい値よりも低い場合の前記利得の特別な所定のレベルは、受話側にコンフォートノイズを与えうるレベルであることを特徴とする、
   自動利得制御回路。
2. 請求項１に記載の自動利得制御回路において、
   前記信号の強度を測定するための前記信号強度測定器を更に備えることを特徴とする、
   自動利得制御回路。
3. 請求項１または２に記載の自動利得制御回路において、
   前記音声動作検出器が前記信号強度測定器に接続され、
   前記信号強度測定器は、前記音声動作検出器による音声の検出に応じて前記利得制御器を更新し、前記測定された信号の強度を改変しうるように構成されることを特徴とする、
   自動利得制御回路。
4. 請求項１または２に記載の自動利得制御回路において、
   前記音声動作検出器は前記利得制御器に接続され、
   前記音声動作検出器による音声の検出に応じて前記測定された信号の強度を改変すべく前記利得制御器を更新しうるように構成される、
   自動利得制御回路。
5. 請求項１から４の何れかに記載の自動利得制御回路において、
   前記連続関数は、前記第１の所定の基準値および前記第２の所定の基準値の間の区間において、ほぼ線形である、
   自動利得制御回路。
6. 請求項１から５の何れかに記載の自動利得制御回路において、
   前記連続関数は、前記第１の所定の基準値よりも低い前記信号の強度に対して第１の所定の固定値を対応させ、前記第２の所定の基準値よりも高い前記信号の強度に対して第２の所定の固定値を対応させる、
   自動利得制御回路。
7. 請求項１から６の何れかに記載の自動利得制御回路を含む送信回路であって、
   前記利得制御器の出力信号を圧縮すると共に、前記圧縮された信号に対して、送信の間に生じるエラーから保護するための特別なビットを付加するように構成される、
   送信回路。
8. 請求項１から６の何れかに記載の自動利得制御回路または請求項７に記載の送信回路を有することを特徴とする、
   電話機。

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