JP3992796B2 - デジタル受信機内にノイズを発生する装置および方法 - Google Patents
デジタル受信機内にノイズを発生する装置および方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般にデジタル受信機に関し、さらに詳しくは、デジタル受信機におけるノイズ発生に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
デジタル・セルラ電話は、そのユーザ間に電話通信を可能にする。デジタル・セルラ電話は、無線周波数（RF）信号を受信し、そのRF信号を変換してデータ信号を抽出するデジタル受信機を採用する。データ信号は、ボコーダに供給され、ボコーダがデータ信号を解読し、そこから音声信号を発生し、ユーザが利用できる音声信号を出力する。RF信号は、受信前にあるいは受信中に改竄される場合がある。改竄されたRF信号により、データ信号が改竄され、音声信号が著しく劣化することがある。
【０００３】
デジタル受信機により抽出されるデジタル・データ信号は、生来、従来のアナログ受信機にあるのとは違って、バックグラウンド・ノイズをもたない。そのため、従来のデジタル受信機は、改竄された音声信号に伴うノイズを生成しない。従来のデジタル受信機は、ユーザに歪みのある音声を聴かせ、特殊な不良受信トーンを発するかあるいは音声を無音化することにより、ユーザに音声信号が改竄されたことを警告する。このような場合、ユーザは電話通信が終了したのか、受信機が動作不能になったのか、電話のアンテナの方位を再設定する必要があるのかなどの区別がつかない。
【０００４】
デジタル受信機のユーザに対して改竄音声を警告するためのより良い方法が、Leopold により出願され、モトローラ社に譲渡された米国特許第５，３２７，４５７号に開示される。米国特許第５，３２７，４５７号では、バックグラウンド・ノイズ信号は、受信されるRF信号の信号レベルが低いことに基づいて発生される。バックグラウンド・ノイズ信号が音声信号に加えられて、デジタル受信機の音をユーザがなじみのあるアナログ受信機に似たものにすることにより、ユーザ環境を改善する。しかし、信号レベルは、必ずしも音声が改竄されることの最良の指標とはならない。たとえば、干渉があると、信号レベルを下げずに受信RF信号に改竄が起こりうる。
【０００５】
従って、デジタル受信機内にノイズを発生する改善された装置および方法を提供することにより、米国特許第５，３２７，４５７号の概念をさらに進めると利点が得られる。
【０００６】
【実施例】
デジタル受信機は、被受信信号を音声信号に変換する。この回路構成は、被受信信号の品質レベルを示すエラー信号を発生する。ノイズ発生器は、エラー信号の受信に応答して、音声信号にノイズを選択的に挿入する。被受信信号の精度を基にしてノイズ挿入を行うことにより、被受信信号が改竄されており（すなわち被受信信号が低い品質レベルにあり）、ユーザに劣化したあるいは無音化した音声が与えられる場合のみ、音声信号にノイズを挿入することができる。
【０００７】
図１は、デジタル通信システム１００を示す。デジタル通信システム１００は、通信リンク１０６上で通信する通信装置１０２，１０４を備える。通信装置１０２，１０４は、双方向無線機，セルラ電話，コードレス電話，無線機，基地局，無線送信機，携帯型情報機器（パーソナル・デジタル・アシスタンツ），モデム，地上回線電話などとすることができる。通信リンク１０６は、ワイヤレス接続部や撚り線対または同軸ケーブルなどの配線接続部などとすることができる。図示される実施例においては、デジタル通信システム１００は、TDMA（Time Division Multiple Access: 時分割多重接続），CDMA（Code Division Multiple Access: 符号分割多重接続）などを採用するデジタル・セルラ電話システムである。図示される通信装置１０２は、セルラ基地局であり、図示される通信装置１０４は通信装置１０２と互換性をもつデジタル・セルラ電話である。図示される実施例においては、通信リンク１０６は、ダウンリンク無線周波数（RF）信号１０８とアップリンクRF信号１１０とによって構成される。
【０００８】
通信装置１０４は、アンテナ１１２，受信機１１４，コントローラ１１６，ユーザ・インタフェース１１８および送信機１２０を備える。アンテナ１１２は、ダウンリンクRF信号１０８を受信機１１４に結合して復調し、線１２２上の被受信音声信号に解読する。コントローラ１１６は、被受信音声信号をユーザ・インタフェース１１８に結合し、そこでこの信号はスピーカ１２４によりユーザによる認識が可能な発信可聴信号に変換される。ユーザにより提供される着信可聴信号は、ユーザ・インタフェース１１８のマイクロフォン１２６を介して変換され、ユーザ・インタフェース１１８およびコントローラ１１６を介して送信音声信号として送信機１２０に結合される。送信機１２０は、送信音声信号を符号化および変調して、アップリンクRF信号１１０としてアンテナ１１２により放出する。
【０００９】
受信機１１４は、ボコーダ１２８およびノイズ発生器１３０を備える。ボコーダ１２８およびノイズ発生器１３０は、モトローラ社により製造販売されるDSP56000などの単独のデジタル信号プロセッサ（DSP ）チップを用いるか、あるいは１つ以上の適切なマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを用いて実現される。しかし、そのかわりに、ボコーダ１２８およびノイズ発生器１３０全体または一部を個々の部品として実現することもできる。
【００１０】
ボコーダ１２８は、順方向エラー修正（FEC: foward error correction）デコーダ１３２とベクトル和励起線形予測（VSELP: vector sum excited linear prediction ）デコーダ１３４によって構成される解読回路構成を備える。FEC デコーダ１３２は、その入力においてダウンリンクRF信号１０８の被復調データを受信し、その被復調データを、ビタビ・アルゴリズムなどの既知の解読アルゴリズムに従って、音声データの連続する被解読フレームに解読する。FEC デコーダ１３２は、無線システムのための研究開発センター規準２７Ｃ（RCR STD-27C: Research and Development Center for Radio Systems Standard ）の第５．１．３．３節に説明されるような巡回冗長検査（CRC: cyclic redundancy check）動作を実行することにより、音声データの各被解読フレームの品質レベルを判定する。CRC 動作は、音声データの各被解読フレームの部分のビット・エラーを検出する。ビット・エラーは、解読回路構成によって修正することのできないダウンリンクRF信号１０８の改竄により起こる。改竄されたダウンリンクRF信号１０８からのデータを用いると、被受信音声信号の品質に重大な低下が起こる。音声品質の低下を防ぐために、FEC デコーダ１３２はCRC に応答して、不良フレーム・マスキング状態装置２００（図２）を採用する。
【００１１】
不良フレーム・マスキング状態装置２００は、RCR STD-27C の第５．１．３．４節にも説明されるが、それぞれブロック２０２〜２０９により表されるエラー状態０〜７を有する。エラー状態０〜７は、音声データの被解読フレームの品質レベルを表す。エラー状態０〜７間の移行は、ブロック２０２〜２０９をつなぐ矢印２１０〜２２５により表される。矢印２１０〜２２５を経由する移行は、音声データのそれぞれの被解読フレームに関して行われる。
【００１２】
不良フレーム・マスキング状態装置２００はエラー状態０（ブロック２０２）で始まる。音声データの被解読フレーム内にエラーが検出されない場合は、不良フレーム・マスキング状態装置２００は矢印２１０により表されるようにエラー状態０（ブロック２０２）にとどまる。エラーが検出される音声データの連続する被解読フレームのそれぞれに関して、不良フレーム・マスキング状態装置２００は、次に大きな番号をもつエラー状態１（ブロック２０３），２（ブロック２０４），３（ブロック２０５），４（ブロック２０６），５（ブロック２０７）および６（ブロック２０８）に移行し、この移行は矢印２１１，２１３，２１５，２１７，２１９，２２１によりそれぞれ表される。このため、エラー状態番号はエラーが検出される連続被解読フレームの数になる。
【００１３】
エラーが含まれない被解読フレームが検出されると、不良フレーム・マスキング状態装置２００は、より低いエラー状態に移行する。不良フレーム・マスキング状態装置２００は、エラーの検出されない被解読フレームが１つ発生するたびに、エラー状態１（ブロック２０３），エラー状態２（ブロック２０４），エラー状態３（ブロック２０５），エラー状態４（ブロック２０６）またはエラー状態５（ブロック２０７）からエラー状態０（ブロック２０２）に移行し、この移行を矢印２１２，２１４，２１６，２１８または２２０によりそれぞれ表す。
【００１４】
不良フレーム・マスキング状態装置２００は、エラーを含む別の被解読フレームが発生すると、エラー状態６（ブロック２０８）にとどまる。これを矢印２２３で表す。エラーのない被解読フレームが１つ発生すると、不良フレーム・マスキング状態装置２００はエラー状態６（ブロック２０８）からエラー状態７（ブロック２０９）に移行する。これを矢印２２２により表す。エラー状態７（ブロック２０９）にある間にエラーのある被解読フレームが発生すると、不良フレーム・マスキング状態装置２００はエラー状態６（ブロック２０８）に移行する。これを矢印２２５で表す。エラー状態７（ブロック２０９）にいてエラーのない被解読フレームが発生すると、不良フレーム・マスキング状態装置２００はエラー状態７（ブロック２０９）からエラー状態０（２０２）に移行し、これを矢印２２４で表す。
【００１５】
各移行の最後に、FEC デコーダ１３２は、結果として起こる１つのエラー状態０〜７（ブロック２０２〜２０９）により、音声データの被解読フレームに対して動作を行う。結果エラー状態がエラー状態０（ブロック２０２）の場合は、音声データの被解読フレームの品質は、最高レベルにあり、FEC デコーダ１３２は音声データの被解読フレームに対して行動を起こさない。結果エラー状態がエラー状態１（ブロック２０３）またはエラー状態２（ブロック２０４）の場合は、音声データの被解読フレームの品質はより低いレベルにあり、FEC デコーダ１３２は音声データの被解読フレームのエラーを有するビットを、エラー状態０の結果エラー状態を有した音声データの最新の被解読フレームから対応するビットと置き換える。結果エラー状態がエラー状態３（ブロック２０５），エラー状態４（ブロック２０６）またはエラー状態５（ブロック２０７）の場合、音声データの被解読フレームの品質はさらに低いレベルにあり、FEC デコーダ１３２は音声データの被解読フレームを減衰する。結果エラー状態がエラー状態６（ブロック２０８）またはエラー状態７（ブロック２０９）の場合、音声データの被解読フレームの品質は最低のレベルにあり、FEC デコーダ１３２は音声データの被解読フレームを無音化する。次に、FEC デコーダ１３２は、音声データの被解読フレームをVSELP デコーダ１３４（図１）に出力する。VSELP デコーダ１３４は、音声データの被解読フレームから線２２上に被受信音声信号を発生する。音声データの被解読フレーム内で無音化された音声データは、被受信音声信号内にオーディオ空隙を生成する。スピーカ１２４で聞くユーザは、音声の空隙が通信装置１０４の動作不能性を示すものと思いやすい。
【００１６】
このような思いこみをなくするために、不良フレーム・マスキング状態装置２００の各移行の最後に、FEC デコーダ１３２は線１３６上にエラー信号を出力する。エラー信号は、音声データの被解読フレームに関する結果エラー状態によって構成される。ノイズ発生器１３０は、エラー信号に応答して、被受信音声信号にノイズを挿入する。ノイズ発生器１３０内の伝播遅延は、VSELP デコーダ１３４内のそれにほぼ等しい。このため、エラーを含む音声データの被解読フレームから発生される音声信号内にノイズが確実に挿入される。
【００１７】
ノイズ発生器１３０は、ノイズ・スイッチ制御１３８，スイッチ１４０，ノイズ源１４２および加算器１４４によって構成される。ノイズ・スイッチ制御１３８は線１３６を介してFEC デコーダ１３２に結合され、エラー信号を受信する。ノイズ・スイッチ制御１３８は、エラー信号に応答して、制御信号を出力する。スイッチ１４０は、ノイズ・スイッチ制御１３８，ノイズ源１４２および加算器１４４に結合される。スイッチ１４０は、制御信号に応答して選択的に開となり、ノイズ源１４２を加算器１４４から切り離すか、あるいは選択的に閉となりノイズ源１４２を加算器１４４に接続する。ノイズ源１４２は、ノイズ・サンプルをスイッチ１４０に出力する。ノイズ・サンプルは、３００Hzないし３５００Hzなどの音声範囲内で振幅が平坦になるような周波数スペクトルを有するリアルタイム，疑似乱数，均一またはガウス分布信号から生成される。図示される実施例においては、ノイズ・サンプルはホワイト・ノイズ・サンプルである。ホワイト・ノイズが好適であるのは、スペクトルが平坦で音声特性が円滑であるためである。しかし、他の種類のノイズまたは警告を代替に用いることができることも認識されたい。加算器１４４は、線１２２にさらに結合される。加算器１４４は、スイッチ１４０により設けられた信号をボコーダ１２８からの被受信音声信号に追加する。かくして、加算器１４４はノイズ源１４２により出力されたノイズを、スイッチが閉のときは被受信音声信号に追加し、あるいは、スイッチ１４０が開の場合は被受信音声信号に信号を追加しない。
【００１８】
ノイズ・スイッチ制御１３８の特定の動作を図３に示す。まず、ノイズ・スイッチ制御１３８は、制御信号を出力してスイッチ１４０を開き、ノイズが被受信音声信号に加わるのを防ぐ（ブロック３００）。ノイズは、ノイズ・スイッチ制御１３８が所定のエラー閾値を超えるエラー信号の結果エラー状態を検出する（ブロック３０２）まで、「オフ」（ブロック３００）のままになる。図示される実施例においては、所定のエラー閾値は３で、４，５，６または７の結果エラー状態を有するエラー信号はこの閾値を超える。エラー状態４，５，６または７のエラー信号が検出されると、ノイズ・スイッチ制御１３８は制御信号を出力してスイッチ１４０を閉じ、被受信音声信号にノイズを加える（ブロック３０４）。ノイズは、所定のエラー閾値より低い結果エラー状態を有する所定数の連続エラー信号をノイズ・スイッチ制御１３８が検出する（ブロック３０６）まで、「オン」のままになる（ブロック３０４）。図示される実施例においては、ノイズ・スイッチ制御１３８は、２５０個の連続エラー信号（各エラー信号は連続する被解読フレームのそれぞれを表す）内に０，１または２の結果エラー状態のみを検出しなければならない。この連続する数のエラー信号が検出されると、ノイズ・スイッチ制御１３８の動作はブロック３００に戻る。
【００１９】
被受信音声信号に挿入されるノイズのボリュームを制御するために、ノイズ発生器１３０（図１）にはカウンタ１４６，ノイズ・ボリューム制御１４８およびミキサ１５０を備えることができる。カウンタ１４６は、線１３６を介してFEC コーダ１３２に結合され、結果エラー状態をもつエラー信号を受信する。カウンタ１４６は、所定数の被解読フレーム内に異なる結果エラー状態のそれぞれが何回起こるかを判定する。ノイズ・ボリューム制御１４８はカウンタ１４６に結合され、異なる結果エラー状態の計数を受信する。ノイズ・ボリューム制御１４８は、この計数に応じてノイズ換算係数を出力することにより、ノイズのボリューム・レベルを選択的に可変する。ミキサ１５０は、ノイズ・ボリューム制御１４８，ノイズ源１４２およびスイッチ１４０に結合される。ミキサ１５０は、ノイズ換算係数に、ノイズ源１４２により出力されたノイズを掛ける。これによって、スイッチ１４０に提供されるノイズの振幅またはボリュームが増減する。ノイズ換算係数が数値的に大きければ大きいほど、ノイズの振幅は高くなり、そのためにスピーカ１２４における音声信号内のノイズのボリュームが高くなる。結果エラー状態は被受信信号の品質に関わり、ノイズ制御１４８は結果エラー状態に基づいてボリュームを制御するので、ノイズ・レベルが、被受信信号の品質をユーザにフィードバックする。
【００２０】
カウンタ１４６の特定の動作を図４に示す。カウンタ１４６は、結果エラー状態を示すエラー信号を受信する（ブロック４００）。カウンタ１４６は、どの結果エラー状態がエラー信号によって構成されるかを検出し（ブロック４０２〜４０８）、対応する計数を増分する（ブロック４１０〜４１７）。カウンタ１４６は、フレーム計数を増分し（ブロック４１８）、フレーム計数が所定のフレーム数に達したか否かを判定する（ブロック４２０）。図示される実施例においては、所定のフレーム数は２００個の連続被解読フレームである。所定数の被解読フレームが発生しない場合は、カウンタ１４６はブロック４００に戻り、次のエラー信号を受信する。所定数の被解読フレームが発生する場合は、カウンタ１４６は、前回の所定数の被解読フレームに関するエラー状態のそれぞれの計数を計量値の形で出力する（ブロック４２２）。図示される実施例においては、この計量値は一次元アレイによって構成され、結果エラー状態０の計数が位置１，１；結果エラー状態１の計数が位置１，２；結果エラー状態２の計数が位置１，３；結果エラー状態３の計数が位置１，４；結果エラー状態４の計数が位置１，５；結果エラー状態５の計数が位置１，６；結果エラー状態６の計数が位置１，７；結果エラー状態７の計数が位置１，８にある。たとえば、２００個の連続被解読フレームの最後で、［１６０ ２０ ６ ６ ４ ２ １ １］の計量値が、結果エラー状態０をもつ１６０個のエラー信号，結果エラー状態１をもつ２０個のエラー信号，結果エラー状態２をもつ６個のエラー信号，結果エラー状態３をもつ６個のエラー信号，結果エラー状態４をもつ４個のエラー信号，結果エラー状態６をもつ１個のエラー信号，結果エラー状態７をもつ１個のエラー信号の発生に関して出力される。計量値が出力されると、カウンタ１４６はエラー状態とフレーム計数とををリセットし（ブロック４２４）、ブロック４００に戻って次の被解読フレームに関わる次のエラー信号を受信する。
【００２１】
ノイズ・ボリューム制御１４８の特定の動作を図５および図６に示す。ノイズ・ボリューム制御１４８は、ボリューム制御状態装置５００を採用する。ボリューム制御状態装置５００は、それぞれブロック５０２〜５０７によって表わされるボリューム状態２〜７によって構成される。ボリューム状態は、カウンタ１４６により出力される計量値のエラー状態に数値的に対応する。図示される実施例においては、ボリューム状態２〜７は、それぞれ結果エラー状態２〜７に対応する。各ボリューム状態は、ミキサ１５０に出力されるノイズ換算係数に対応する。図示される実施例においては、ボリューム状態２，３，４，５，６，７（ブロック５０２，５０３，５０４，５０５，５０６，５０７）に対応するノイズ換算係数は、それぞれ約０，０．００５，０．００８，０．０１３，０．０１８，０．０２３である。ボリューム状態２〜７間の移行（ブロック５０２〜５０７）は、矢印５０８〜５１７により表される。移行は、カウンタ１４６からの計量値を受信するたびに起こりうる。
【００２２】
ノイズ・ボリューム制御１４８は、まず、ボリューム制御状態装置５００を現在のボリューム状態に設定する（ブロック６００，６０２）。図示される実施例においては、ボリューム制御状態装置５００はボリューム状態２に初期設定される（ブロック５０２）。しかし、ボリューム制御状態装置５００は、他のボリューム状態のいずれに初期設定してもよいことを認識頂きたい。ノイズ・ボリューム制御１４８は、現在のボリューム状態に対応するノイズ換算係数を出力する（ブロック６０４）。ノイズ・ボリューム制御１４８は、計量値が計数１４６で受信される（ブロック６０６）まで、現在のボリューム状態（すなわちボリューム状態２（ブロック５０２））にとどまる。
【００２３】
ノイズ・ボリューム制御１４８は計量値を検証して、計量値に次に高いボリューム状態に数値的に等しい（すなわち現在のボリューム状態＋１に等しい）エラー状態内の少なくとも１つの計数が含まれるか否かを判定する。含まれる場合は、ボリューム制御状態装置５００は現在のボリューム状態から次に高いボリューム状態に移行する（ブロック６１０）。ノイズ・ボリューム制御１４８は、ブロック６０２に戻り、ここで次に高いボリューム状態が現在のボリューム状態となる。たとえば、計量値が［１５０ ４０ ７ １ １ １ ０ ０］であり現在のボリューム状態がボリューム状態２（ブロック５０２）の場合は、エラー状態３内にエラーがあることで、ボリューム制御状態装置５００はボリューム状態３に移行する（ブロック５０３）。図示される実施例においては、ブロック６１０で可能な移行は、矢印５０８，５０９，５１１，５１３または５１５をそれぞれ経由して、ボリューム状態２（ブロック５０２），３（ブロック５０３），４（ブロック５０４），５（ブロック５０５）または６（ブロック５０６）から、ボリューム状態３（ブロック５０３），４（ブロック５０４），５（ブロック５０５），６（ブロック５０６）または７（ブロック５０７）へ進むものである。ノイズ・ボリューム制御１４８がブロック６０２に戻ると、ボリューム状態３が現在のボリューム状態になる。
【００２４】
次に高いボリューム状態に、数値的に等しいエラー状態にある少なくとも１つの計数が計量値に含まれない場合は、ノイズ・ボリューム制御１４８は計量値を検証して、現在のボリューム状態に数値的に等しいエラー状態内の少なくとも１つの計数が計量値に含まれるか否かを判定する（ブロック６１２）。含まれない場合は、ボリューム制御状態装置５００は、現在のボリューム状態から次に小さいボリューム状態に移行する（ブロック６１４）。たとえば、計量値が［１５０４０ ５ ５ ０ ０ ０ ０］で、現在のボリューム状態がボリューム状態４（ブロック５０４）の場合、ボリューム制御状態装置５００はボリューム状態３（ブロック５０３）に移行する。図示される実施例においては、ブロック６１４で可能な移行は、矢印５１０，５１２，５１４，５１６または５１７をそれぞれ介して、ボリューム状態３（ブロック５０３），４（ブロック５０４），５（ブロック５０５），６（ブロック５０６）または７（ブロック５０７）から、ボリューム状態２（ブロック５０２），３（ブロック５０３），４（ブロック５０４），５（ブロック５０５）または６（ブロック５０６）へ進むものである。ノイズ・ボリューム制御１４８はブロック６０２に戻り、ここで次に低いボリューム状態が現在のボリューム状態となる。
【００２５】
計量値が、現在のボリューム状態に数値的に等しいエラー状態にある少なくとも１つの計数を含む場合は、ノイズ・ボリューム制御１４８はブロック６０２に戻り、ここで現在のボリューム状態が維持される。たとえば、現在のボリューム状態がボリューム状態４（ブロック５０４）であると、このような計量値は［１５０ ４０ ５ ４ １ ０ ０ ０］となる。
【００２６】
アナログ無線機内のノイズの連続する性質をよく模倣するより良い音声ノイズを提供するためには、ノイズ・ボリューム制御１４８は（ブロック６０４で）ランピング法により現在のノイズ換算係数を出力する。ランピング法には、ボリューム状態間で移行する際にノイズ換算係数を漸次的に増減する段階が含まれる。図示される実施例においては、ノイズ・ボリューム制御１４８は前回のノイズ換算係数と現在のノイズ換算係数の差を１００で割った値により定義される段階で、１００個の被解読フレーム期間または２秒間にわたり、ノイズ換算係数を増減する。たとえば、ノイズ換算係数が０であるボリューム状態２からノイズ換算係数が０．００５であるボリューム状態３までの移行に応答して、ノイズ・ボリューム制御１４８は、２秒間の時間的期間にわたり、ノイズ換算係数を１回に０．００００５（０．００５−０）／１００）ずつ１００回増分的に増大させる。ノイズ換算係数が０．００８であるボリューム状態４からノイズ換算係数が０．００５であるボリューム状態３までの移行に応答して、ノイズ・ボリューム制御１４８は、２秒間の時間的期間にわたり、ノイズ換算係数を１回に０．００００３（０．００８−０．００５）／１００）ずつ１００回増分的に減少させる。
【００２７】
ビット・エラー検出に基づくが、代替として、ノイズ挿入とボリューム制御を信号品質に影響を与える他のボコーダ・アーチファクトの検出に基づいて行うことも可能であることを認識されたい。あるいは、エラー信号が位相ジッター，タイミング・ジッター，覚醒ジッター（eye opening jitter），配座ジッター，信号対雑音比または他のボコーダ・アーチファクトの尺度を定義することもできる。
【００２８】
エラー信号は解読回路構成により、あるいは被解読入力信号からのみ発生される必要はないことを認識頂きたい。たとえば、エラー信号は代替として解読回路構成外部で、再符号化され解読された受信信号と実際の受信信号との比較に基づいて発生されることもある。これは１９９２年５月１２日にGould 他により出願されモトローラ社に譲渡された米国特許第５，１１３，４００号「Error Detection System」に開示される。
【００２９】
以上、デジタル受信機の改竄された音声信号にノイズを挿入して、ユーザに受信不良を聴覚的に知らせることができることが明らかにされた。ノイズ発生器は、デジタル受信機により受信される信号の品質に基づいて、音声信号にノイズを加える。さらに、ノイズ発生器は、信号の品質をさらに改変してノイズのボリュームを漸次的に可変することができる。信号品質が下がると、ノイズのボリューム・レベルが上がる。あるいは、信号品質が上がると、ノイズのボリューム・レベルが下がる。ある実施例においては、ノイズ発生器は、デコーダに応答して動作し、適切なボリューム・レベルにおいて、デコーダにより改竄されたと判定される音声信号のフレーム内に直接的に、正確に効率的にノイズを挿入する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノイズ発生器を有するデジタル通信装置を採用するデジタル通信システムを示すブロック図である。
【図２】図１のデジタル通信装置のデコーダ・ブロックの動作を示す既知の状態図である。
【図３】図１のノイズ発生器のノイズ・スイッチ制御の動作を示す流れ図である。
【図４】図１のノイズ発生器のカウンタの動作を示す流れ図である。
【図５】図１のノイズ発生器のノイズ・ボリューム制御の動作を示す状態図である。
【図６】図１のノイズ発生器のノイズ・ボリューム制御の動作を示す流れ図である。
【符号の説明】
１００ デジタル通信システム
１０２，１０４ 通信装置
１０６ 通信リンク
１０８ ダウンリンク無線周波数信号
１１０ アップリンク無線周波数信号
１１２ アンテナ
１１４ 受信機
１１６ コントローラ
１１８ ユーザ・インタフェース
１２０ 送信機
１２２，１３６ 線
１２４ スピーカ
１２６ マイクロフォン
１２８ ボコーダ
１３０ ノイズ発生器
１３２ FEC デコーダ
１３４ VSELP デコーダ
１３８ ノイズ・スイッチ制御
１４０ スイッチ
１４２ ノイズ源
１４４ 加算器
１４６ カウンタ
１４８ ノイズ・ボリューム制御
１５０ ミキサ
【産業上の利用分野】
本発明は、一般にデジタル受信機に関し、さらに詳しくは、デジタル受信機におけるノイズ発生に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
デジタル・セルラ電話は、そのユーザ間に電話通信を可能にする。デジタル・セルラ電話は、無線周波数（RF）信号を受信し、そのRF信号を変換してデータ信号を抽出するデジタル受信機を採用する。データ信号は、ボコーダに供給され、ボコーダがデータ信号を解読し、そこから音声信号を発生し、ユーザが利用できる音声信号を出力する。RF信号は、受信前にあるいは受信中に改竄される場合がある。改竄されたRF信号により、データ信号が改竄され、音声信号が著しく劣化することがある。
【０００３】
デジタル受信機により抽出されるデジタル・データ信号は、生来、従来のアナログ受信機にあるのとは違って、バックグラウンド・ノイズをもたない。そのため、従来のデジタル受信機は、改竄された音声信号に伴うノイズを生成しない。従来のデジタル受信機は、ユーザに歪みのある音声を聴かせ、特殊な不良受信トーンを発するかあるいは音声を無音化することにより、ユーザに音声信号が改竄されたことを警告する。このような場合、ユーザは電話通信が終了したのか、受信機が動作不能になったのか、電話のアンテナの方位を再設定する必要があるのかなどの区別がつかない。
【０００４】
デジタル受信機のユーザに対して改竄音声を警告するためのより良い方法が、Leopold により出願され、モトローラ社に譲渡された米国特許第５，３２７，４５７号に開示される。米国特許第５，３２７，４５７号では、バックグラウンド・ノイズ信号は、受信されるRF信号の信号レベルが低いことに基づいて発生される。バックグラウンド・ノイズ信号が音声信号に加えられて、デジタル受信機の音をユーザがなじみのあるアナログ受信機に似たものにすることにより、ユーザ環境を改善する。しかし、信号レベルは、必ずしも音声が改竄されることの最良の指標とはならない。たとえば、干渉があると、信号レベルを下げずに受信RF信号に改竄が起こりうる。
【０００５】
従って、デジタル受信機内にノイズを発生する改善された装置および方法を提供することにより、米国特許第５，３２７，４５７号の概念をさらに進めると利点が得られる。
【０００６】
【実施例】
デジタル受信機は、被受信信号を音声信号に変換する。この回路構成は、被受信信号の品質レベルを示すエラー信号を発生する。ノイズ発生器は、エラー信号の受信に応答して、音声信号にノイズを選択的に挿入する。被受信信号の精度を基にしてノイズ挿入を行うことにより、被受信信号が改竄されており（すなわち被受信信号が低い品質レベルにあり）、ユーザに劣化したあるいは無音化した音声が与えられる場合のみ、音声信号にノイズを挿入することができる。
【０００７】
図１は、デジタル通信システム１００を示す。デジタル通信システム１００は、通信リンク１０６上で通信する通信装置１０２，１０４を備える。通信装置１０２，１０４は、双方向無線機，セルラ電話，コードレス電話，無線機，基地局，無線送信機，携帯型情報機器（パーソナル・デジタル・アシスタンツ），モデム，地上回線電話などとすることができる。通信リンク１０６は、ワイヤレス接続部や撚り線対または同軸ケーブルなどの配線接続部などとすることができる。図示される実施例においては、デジタル通信システム１００は、TDMA（Time Division Multiple Access: 時分割多重接続），CDMA（Code Division Multiple Access: 符号分割多重接続）などを採用するデジタル・セルラ電話システムである。図示される通信装置１０２は、セルラ基地局であり、図示される通信装置１０４は通信装置１０２と互換性をもつデジタル・セルラ電話である。図示される実施例においては、通信リンク１０６は、ダウンリンク無線周波数（RF）信号１０８とアップリンクRF信号１１０とによって構成される。
【０００８】
通信装置１０４は、アンテナ１１２，受信機１１４，コントローラ１１６，ユーザ・インタフェース１１８および送信機１２０を備える。アンテナ１１２は、ダウンリンクRF信号１０８を受信機１１４に結合して復調し、線１２２上の被受信音声信号に解読する。コントローラ１１６は、被受信音声信号をユーザ・インタフェース１１８に結合し、そこでこの信号はスピーカ１２４によりユーザによる認識が可能な発信可聴信号に変換される。ユーザにより提供される着信可聴信号は、ユーザ・インタフェース１１８のマイクロフォン１２６を介して変換され、ユーザ・インタフェース１１８およびコントローラ１１６を介して送信音声信号として送信機１２０に結合される。送信機１２０は、送信音声信号を符号化および変調して、アップリンクRF信号１１０としてアンテナ１１２により放出する。
【０００９】
受信機１１４は、ボコーダ１２８およびノイズ発生器１３０を備える。ボコーダ１２８およびノイズ発生器１３０は、モトローラ社により製造販売されるDSP56000などの単独のデジタル信号プロセッサ（DSP ）チップを用いるか、あるいは１つ以上の適切なマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを用いて実現される。しかし、そのかわりに、ボコーダ１２８およびノイズ発生器１３０全体または一部を個々の部品として実現することもできる。
【００１０】
ボコーダ１２８は、順方向エラー修正（FEC: foward error correction）デコーダ１３２とベクトル和励起線形予測（VSELP: vector sum excited linear prediction ）デコーダ１３４によって構成される解読回路構成を備える。FEC デコーダ１３２は、その入力においてダウンリンクRF信号１０８の被復調データを受信し、その被復調データを、ビタビ・アルゴリズムなどの既知の解読アルゴリズムに従って、音声データの連続する被解読フレームに解読する。FEC デコーダ１３２は、無線システムのための研究開発センター規準２７Ｃ（RCR STD-27C: Research and Development Center for Radio Systems Standard ）の第５．１．３．３節に説明されるような巡回冗長検査（CRC: cyclic redundancy check）動作を実行することにより、音声データの各被解読フレームの品質レベルを判定する。CRC 動作は、音声データの各被解読フレームの部分のビット・エラーを検出する。ビット・エラーは、解読回路構成によって修正することのできないダウンリンクRF信号１０８の改竄により起こる。改竄されたダウンリンクRF信号１０８からのデータを用いると、被受信音声信号の品質に重大な低下が起こる。音声品質の低下を防ぐために、FEC デコーダ１３２はCRC に応答して、不良フレーム・マスキング状態装置２００（図２）を採用する。
【００１１】
不良フレーム・マスキング状態装置２００は、RCR STD-27C の第５．１．３．４節にも説明されるが、それぞれブロック２０２〜２０９により表されるエラー状態０〜７を有する。エラー状態０〜７は、音声データの被解読フレームの品質レベルを表す。エラー状態０〜７間の移行は、ブロック２０２〜２０９をつなぐ矢印２１０〜２２５により表される。矢印２１０〜２２５を経由する移行は、音声データのそれぞれの被解読フレームに関して行われる。
【００１２】
不良フレーム・マスキング状態装置２００はエラー状態０（ブロック２０２）で始まる。音声データの被解読フレーム内にエラーが検出されない場合は、不良フレーム・マスキング状態装置２００は矢印２１０により表されるようにエラー状態０（ブロック２０２）にとどまる。エラーが検出される音声データの連続する被解読フレームのそれぞれに関して、不良フレーム・マスキング状態装置２００は、次に大きな番号をもつエラー状態１（ブロック２０３），２（ブロック２０４），３（ブロック２０５），４（ブロック２０６），５（ブロック２０７）および６（ブロック２０８）に移行し、この移行は矢印２１１，２１３，２１５，２１７，２１９，２２１によりそれぞれ表される。このため、エラー状態番号はエラーが検出される連続被解読フレームの数になる。
【００１３】
エラーが含まれない被解読フレームが検出されると、不良フレーム・マスキング状態装置２００は、より低いエラー状態に移行する。不良フレーム・マスキング状態装置２００は、エラーの検出されない被解読フレームが１つ発生するたびに、エラー状態１（ブロック２０３），エラー状態２（ブロック２０４），エラー状態３（ブロック２０５），エラー状態４（ブロック２０６）またはエラー状態５（ブロック２０７）からエラー状態０（ブロック２０２）に移行し、この移行を矢印２１２，２１４，２１６，２１８または２２０によりそれぞれ表す。
【００１４】
不良フレーム・マスキング状態装置２００は、エラーを含む別の被解読フレームが発生すると、エラー状態６（ブロック２０８）にとどまる。これを矢印２２３で表す。エラーのない被解読フレームが１つ発生すると、不良フレーム・マスキング状態装置２００はエラー状態６（ブロック２０８）からエラー状態７（ブロック２０９）に移行する。これを矢印２２２により表す。エラー状態７（ブロック２０９）にある間にエラーのある被解読フレームが発生すると、不良フレーム・マスキング状態装置２００はエラー状態６（ブロック２０８）に移行する。これを矢印２２５で表す。エラー状態７（ブロック２０９）にいてエラーのない被解読フレームが発生すると、不良フレーム・マスキング状態装置２００はエラー状態７（ブロック２０９）からエラー状態０（２０２）に移行し、これを矢印２２４で表す。
【００１５】
各移行の最後に、FEC デコーダ１３２は、結果として起こる１つのエラー状態０〜７（ブロック２０２〜２０９）により、音声データの被解読フレームに対して動作を行う。結果エラー状態がエラー状態０（ブロック２０２）の場合は、音声データの被解読フレームの品質は、最高レベルにあり、FEC デコーダ１３２は音声データの被解読フレームに対して行動を起こさない。結果エラー状態がエラー状態１（ブロック２０３）またはエラー状態２（ブロック２０４）の場合は、音声データの被解読フレームの品質はより低いレベルにあり、FEC デコーダ１３２は音声データの被解読フレームのエラーを有するビットを、エラー状態０の結果エラー状態を有した音声データの最新の被解読フレームから対応するビットと置き換える。結果エラー状態がエラー状態３（ブロック２０５），エラー状態４（ブロック２０６）またはエラー状態５（ブロック２０７）の場合、音声データの被解読フレームの品質はさらに低いレベルにあり、FEC デコーダ１３２は音声データの被解読フレームを減衰する。結果エラー状態がエラー状態６（ブロック２０８）またはエラー状態７（ブロック２０９）の場合、音声データの被解読フレームの品質は最低のレベルにあり、FEC デコーダ１３２は音声データの被解読フレームを無音化する。次に、FEC デコーダ１３２は、音声データの被解読フレームをVSELP デコーダ１３４（図１）に出力する。VSELP デコーダ１３４は、音声データの被解読フレームから線２２上に被受信音声信号を発生する。音声データの被解読フレーム内で無音化された音声データは、被受信音声信号内にオーディオ空隙を生成する。スピーカ１２４で聞くユーザは、音声の空隙が通信装置１０４の動作不能性を示すものと思いやすい。
【００１６】
このような思いこみをなくするために、不良フレーム・マスキング状態装置２００の各移行の最後に、FEC デコーダ１３２は線１３６上にエラー信号を出力する。エラー信号は、音声データの被解読フレームに関する結果エラー状態によって構成される。ノイズ発生器１３０は、エラー信号に応答して、被受信音声信号にノイズを挿入する。ノイズ発生器１３０内の伝播遅延は、VSELP デコーダ１３４内のそれにほぼ等しい。このため、エラーを含む音声データの被解読フレームから発生される音声信号内にノイズが確実に挿入される。
【００１７】
ノイズ発生器１３０は、ノイズ・スイッチ制御１３８，スイッチ１４０，ノイズ源１４２および加算器１４４によって構成される。ノイズ・スイッチ制御１３８は線１３６を介してFEC デコーダ１３２に結合され、エラー信号を受信する。ノイズ・スイッチ制御１３８は、エラー信号に応答して、制御信号を出力する。スイッチ１４０は、ノイズ・スイッチ制御１３８，ノイズ源１４２および加算器１４４に結合される。スイッチ１４０は、制御信号に応答して選択的に開となり、ノイズ源１４２を加算器１４４から切り離すか、あるいは選択的に閉となりノイズ源１４２を加算器１４４に接続する。ノイズ源１４２は、ノイズ・サンプルをスイッチ１４０に出力する。ノイズ・サンプルは、３００Hzないし３５００Hzなどの音声範囲内で振幅が平坦になるような周波数スペクトルを有するリアルタイム，疑似乱数，均一またはガウス分布信号から生成される。図示される実施例においては、ノイズ・サンプルはホワイト・ノイズ・サンプルである。ホワイト・ノイズが好適であるのは、スペクトルが平坦で音声特性が円滑であるためである。しかし、他の種類のノイズまたは警告を代替に用いることができることも認識されたい。加算器１４４は、線１２２にさらに結合される。加算器１４４は、スイッチ１４０により設けられた信号をボコーダ１２８からの被受信音声信号に追加する。かくして、加算器１４４はノイズ源１４２により出力されたノイズを、スイッチが閉のときは被受信音声信号に追加し、あるいは、スイッチ１４０が開の場合は被受信音声信号に信号を追加しない。
【００１８】
ノイズ・スイッチ制御１３８の特定の動作を図３に示す。まず、ノイズ・スイッチ制御１３８は、制御信号を出力してスイッチ１４０を開き、ノイズが被受信音声信号に加わるのを防ぐ（ブロック３００）。ノイズは、ノイズ・スイッチ制御１３８が所定のエラー閾値を超えるエラー信号の結果エラー状態を検出する（ブロック３０２）まで、「オフ」（ブロック３００）のままになる。図示される実施例においては、所定のエラー閾値は３で、４，５，６または７の結果エラー状態を有するエラー信号はこの閾値を超える。エラー状態４，５，６または７のエラー信号が検出されると、ノイズ・スイッチ制御１３８は制御信号を出力してスイッチ１４０を閉じ、被受信音声信号にノイズを加える（ブロック３０４）。ノイズは、所定のエラー閾値より低い結果エラー状態を有する所定数の連続エラー信号をノイズ・スイッチ制御１３８が検出する（ブロック３０６）まで、「オン」のままになる（ブロック３０４）。図示される実施例においては、ノイズ・スイッチ制御１３８は、２５０個の連続エラー信号（各エラー信号は連続する被解読フレームのそれぞれを表す）内に０，１または２の結果エラー状態のみを検出しなければならない。この連続する数のエラー信号が検出されると、ノイズ・スイッチ制御１３８の動作はブロック３００に戻る。
【００１９】
被受信音声信号に挿入されるノイズのボリュームを制御するために、ノイズ発生器１３０（図１）にはカウンタ１４６，ノイズ・ボリューム制御１４８およびミキサ１５０を備えることができる。カウンタ１４６は、線１３６を介してFEC コーダ１３２に結合され、結果エラー状態をもつエラー信号を受信する。カウンタ１４６は、所定数の被解読フレーム内に異なる結果エラー状態のそれぞれが何回起こるかを判定する。ノイズ・ボリューム制御１４８はカウンタ１４６に結合され、異なる結果エラー状態の計数を受信する。ノイズ・ボリューム制御１４８は、この計数に応じてノイズ換算係数を出力することにより、ノイズのボリューム・レベルを選択的に可変する。ミキサ１５０は、ノイズ・ボリューム制御１４８，ノイズ源１４２およびスイッチ１４０に結合される。ミキサ１５０は、ノイズ換算係数に、ノイズ源１４２により出力されたノイズを掛ける。これによって、スイッチ１４０に提供されるノイズの振幅またはボリュームが増減する。ノイズ換算係数が数値的に大きければ大きいほど、ノイズの振幅は高くなり、そのためにスピーカ１２４における音声信号内のノイズのボリュームが高くなる。結果エラー状態は被受信信号の品質に関わり、ノイズ制御１４８は結果エラー状態に基づいてボリュームを制御するので、ノイズ・レベルが、被受信信号の品質をユーザにフィードバックする。
【００２０】
カウンタ１４６の特定の動作を図４に示す。カウンタ１４６は、結果エラー状態を示すエラー信号を受信する（ブロック４００）。カウンタ１４６は、どの結果エラー状態がエラー信号によって構成されるかを検出し（ブロック４０２〜４０８）、対応する計数を増分する（ブロック４１０〜４１７）。カウンタ１４６は、フレーム計数を増分し（ブロック４１８）、フレーム計数が所定のフレーム数に達したか否かを判定する（ブロック４２０）。図示される実施例においては、所定のフレーム数は２００個の連続被解読フレームである。所定数の被解読フレームが発生しない場合は、カウンタ１４６はブロック４００に戻り、次のエラー信号を受信する。所定数の被解読フレームが発生する場合は、カウンタ１４６は、前回の所定数の被解読フレームに関するエラー状態のそれぞれの計数を計量値の形で出力する（ブロック４２２）。図示される実施例においては、この計量値は一次元アレイによって構成され、結果エラー状態０の計数が位置１，１；結果エラー状態１の計数が位置１，２；結果エラー状態２の計数が位置１，３；結果エラー状態３の計数が位置１，４；結果エラー状態４の計数が位置１，５；結果エラー状態５の計数が位置１，６；結果エラー状態６の計数が位置１，７；結果エラー状態７の計数が位置１，８にある。たとえば、２００個の連続被解読フレームの最後で、［１６０ ２０ ６ ６ ４ ２ １ １］の計量値が、結果エラー状態０をもつ１６０個のエラー信号，結果エラー状態１をもつ２０個のエラー信号，結果エラー状態２をもつ６個のエラー信号，結果エラー状態３をもつ６個のエラー信号，結果エラー状態４をもつ４個のエラー信号，結果エラー状態６をもつ１個のエラー信号，結果エラー状態７をもつ１個のエラー信号の発生に関して出力される。計量値が出力されると、カウンタ１４６はエラー状態とフレーム計数とををリセットし（ブロック４２４）、ブロック４００に戻って次の被解読フレームに関わる次のエラー信号を受信する。
【００２１】
ノイズ・ボリューム制御１４８の特定の動作を図５および図６に示す。ノイズ・ボリューム制御１４８は、ボリューム制御状態装置５００を採用する。ボリューム制御状態装置５００は、それぞれブロック５０２〜５０７によって表わされるボリューム状態２〜７によって構成される。ボリューム状態は、カウンタ１４６により出力される計量値のエラー状態に数値的に対応する。図示される実施例においては、ボリューム状態２〜７は、それぞれ結果エラー状態２〜７に対応する。各ボリューム状態は、ミキサ１５０に出力されるノイズ換算係数に対応する。図示される実施例においては、ボリューム状態２，３，４，５，６，７（ブロック５０２，５０３，５０４，５０５，５０６，５０７）に対応するノイズ換算係数は、それぞれ約０，０．００５，０．００８，０．０１３，０．０１８，０．０２３である。ボリューム状態２〜７間の移行（ブロック５０２〜５０７）は、矢印５０８〜５１７により表される。移行は、カウンタ１４６からの計量値を受信するたびに起こりうる。
【００２２】
ノイズ・ボリューム制御１４８は、まず、ボリューム制御状態装置５００を現在のボリューム状態に設定する（ブロック６００，６０２）。図示される実施例においては、ボリューム制御状態装置５００はボリューム状態２に初期設定される（ブロック５０２）。しかし、ボリューム制御状態装置５００は、他のボリューム状態のいずれに初期設定してもよいことを認識頂きたい。ノイズ・ボリューム制御１４８は、現在のボリューム状態に対応するノイズ換算係数を出力する（ブロック６０４）。ノイズ・ボリューム制御１４８は、計量値が計数１４６で受信される（ブロック６０６）まで、現在のボリューム状態（すなわちボリューム状態２（ブロック５０２））にとどまる。
【００２３】
ノイズ・ボリューム制御１４８は計量値を検証して、計量値に次に高いボリューム状態に数値的に等しい（すなわち現在のボリューム状態＋１に等しい）エラー状態内の少なくとも１つの計数が含まれるか否かを判定する。含まれる場合は、ボリューム制御状態装置５００は現在のボリューム状態から次に高いボリューム状態に移行する（ブロック６１０）。ノイズ・ボリューム制御１４８は、ブロック６０２に戻り、ここで次に高いボリューム状態が現在のボリューム状態となる。たとえば、計量値が［１５０ ４０ ７ １ １ １ ０ ０］であり現在のボリューム状態がボリューム状態２（ブロック５０２）の場合は、エラー状態３内にエラーがあることで、ボリューム制御状態装置５００はボリューム状態３に移行する（ブロック５０３）。図示される実施例においては、ブロック６１０で可能な移行は、矢印５０８，５０９，５１１，５１３または５１５をそれぞれ経由して、ボリューム状態２（ブロック５０２），３（ブロック５０３），４（ブロック５０４），５（ブロック５０５）または６（ブロック５０６）から、ボリューム状態３（ブロック５０３），４（ブロック５０４），５（ブロック５０５），６（ブロック５０６）または７（ブロック５０７）へ進むものである。ノイズ・ボリューム制御１４８がブロック６０２に戻ると、ボリューム状態３が現在のボリューム状態になる。
【００２４】
次に高いボリューム状態に、数値的に等しいエラー状態にある少なくとも１つの計数が計量値に含まれない場合は、ノイズ・ボリューム制御１４８は計量値を検証して、現在のボリューム状態に数値的に等しいエラー状態内の少なくとも１つの計数が計量値に含まれるか否かを判定する（ブロック６１２）。含まれない場合は、ボリューム制御状態装置５００は、現在のボリューム状態から次に小さいボリューム状態に移行する（ブロック６１４）。たとえば、計量値が［１５０４０ ５ ５ ０ ０ ０ ０］で、現在のボリューム状態がボリューム状態４（ブロック５０４）の場合、ボリューム制御状態装置５００はボリューム状態３（ブロック５０３）に移行する。図示される実施例においては、ブロック６１４で可能な移行は、矢印５１０，５１２，５１４，５１６または５１７をそれぞれ介して、ボリューム状態３（ブロック５０３），４（ブロック５０４），５（ブロック５０５），６（ブロック５０６）または７（ブロック５０７）から、ボリューム状態２（ブロック５０２），３（ブロック５０３），４（ブロック５０４），５（ブロック５０５）または６（ブロック５０６）へ進むものである。ノイズ・ボリューム制御１４８はブロック６０２に戻り、ここで次に低いボリューム状態が現在のボリューム状態となる。
【００２５】
計量値が、現在のボリューム状態に数値的に等しいエラー状態にある少なくとも１つの計数を含む場合は、ノイズ・ボリューム制御１４８はブロック６０２に戻り、ここで現在のボリューム状態が維持される。たとえば、現在のボリューム状態がボリューム状態４（ブロック５０４）であると、このような計量値は［１５０ ４０ ５ ４ １ ０ ０ ０］となる。
【００２６】
アナログ無線機内のノイズの連続する性質をよく模倣するより良い音声ノイズを提供するためには、ノイズ・ボリューム制御１４８は（ブロック６０４で）ランピング法により現在のノイズ換算係数を出力する。ランピング法には、ボリューム状態間で移行する際にノイズ換算係数を漸次的に増減する段階が含まれる。図示される実施例においては、ノイズ・ボリューム制御１４８は前回のノイズ換算係数と現在のノイズ換算係数の差を１００で割った値により定義される段階で、１００個の被解読フレーム期間または２秒間にわたり、ノイズ換算係数を増減する。たとえば、ノイズ換算係数が０であるボリューム状態２からノイズ換算係数が０．００５であるボリューム状態３までの移行に応答して、ノイズ・ボリューム制御１４８は、２秒間の時間的期間にわたり、ノイズ換算係数を１回に０．００００５（０．００５−０）／１００）ずつ１００回増分的に増大させる。ノイズ換算係数が０．００８であるボリューム状態４からノイズ換算係数が０．００５であるボリューム状態３までの移行に応答して、ノイズ・ボリューム制御１４８は、２秒間の時間的期間にわたり、ノイズ換算係数を１回に０．００００３（０．００８−０．００５）／１００）ずつ１００回増分的に減少させる。
【００２７】
ビット・エラー検出に基づくが、代替として、ノイズ挿入とボリューム制御を信号品質に影響を与える他のボコーダ・アーチファクトの検出に基づいて行うことも可能であることを認識されたい。あるいは、エラー信号が位相ジッター，タイミング・ジッター，覚醒ジッター（eye opening jitter），配座ジッター，信号対雑音比または他のボコーダ・アーチファクトの尺度を定義することもできる。
【００２８】
エラー信号は解読回路構成により、あるいは被解読入力信号からのみ発生される必要はないことを認識頂きたい。たとえば、エラー信号は代替として解読回路構成外部で、再符号化され解読された受信信号と実際の受信信号との比較に基づいて発生されることもある。これは１９９２年５月１２日にGould 他により出願されモトローラ社に譲渡された米国特許第５，１１３，４００号「Error Detection System」に開示される。
【００２９】
以上、デジタル受信機の改竄された音声信号にノイズを挿入して、ユーザに受信不良を聴覚的に知らせることができることが明らかにされた。ノイズ発生器は、デジタル受信機により受信される信号の品質に基づいて、音声信号にノイズを加える。さらに、ノイズ発生器は、信号の品質をさらに改変してノイズのボリュームを漸次的に可変することができる。信号品質が下がると、ノイズのボリューム・レベルが上がる。あるいは、信号品質が上がると、ノイズのボリューム・レベルが下がる。ある実施例においては、ノイズ発生器は、デコーダに応答して動作し、適切なボリューム・レベルにおいて、デコーダにより改竄されたと判定される音声信号のフレーム内に直接的に、正確に効率的にノイズを挿入する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノイズ発生器を有するデジタル通信装置を採用するデジタル通信システムを示すブロック図である。
【図２】図１のデジタル通信装置のデコーダ・ブロックの動作を示す既知の状態図である。
【図３】図１のノイズ発生器のノイズ・スイッチ制御の動作を示す流れ図である。
【図４】図１のノイズ発生器のカウンタの動作を示す流れ図である。
【図５】図１のノイズ発生器のノイズ・ボリューム制御の動作を示す状態図である。
【図６】図１のノイズ発生器のノイズ・ボリューム制御の動作を示す流れ図である。
【符号の説明】
１００ デジタル通信システム
１０２，１０４ 通信装置
１０６ 通信リンク
１０８ ダウンリンク無線周波数信号
１１０ アップリンク無線周波数信号
１１２ アンテナ
１１４ 受信機
１１６ コントローラ
１１８ ユーザ・インタフェース
１２０ 送信機
１２２，１３６ 線
１２４ スピーカ
１２６ マイクロフォン
１２８ ボコーダ
１３０ ノイズ発生器
１３２ FEC デコーダ
１３４ VSELP デコーダ
１３８ ノイズ・スイッチ制御
１４０ スイッチ
１４２ ノイズ源
１４４ 加算器
１４６ カウンタ
１４８ ノイズ・ボリューム制御
１５０ ミキサ
Claims (9)
- 被受信信号を音声信号に変換するデジタル受信機（１１４）であって：
被受信信号の品質レベルを示すエラー信号を発生する回路構成（１２８）；および
前記回路構成の出力に結合されて、前記エラー信号が最初に発生したときの前記品質レベルが所定の品質閾値を下回る場合、音声信号にノイズを挿入し、その後、前記エラー信号が複数回発生したときの品質レベルが前記所定の品質閾値を上回った場合のみ前記音声信号にノイズを挿入することを停止する、ノイズ発生器（１３０）；
によって構成されることを特徴とするデジタル受信機。 - 前記発生回路構成が被受信信号を音声データのフレームへ解読し、音声データの解読されたフレームの現在の一つにおいてビット・エラーを検出するデコーダ（１３２）であって、複数のエラー状態を有して音声データの前記解読されたフレームのビット・エラー速度を追跡する状態装置を含み、前記複数のエラー状態の現在の一つに基づいて前記エラー信号を生成するデコーダ（１３２）をさらに備える請求項１記載のデジタル受信機。
- 前記ノイズ発生器が：
ノイズを提供するノイズ源（１４２）；
前記ノイズ源に結合され、該ノイズ源を前記音声信号における前記デジタル受信機に選択的に接続するスイッチ（１４０）；および、
前記回路と前記スイッチの出力とに接続され、エラー信号が低品質レベルを示すときに前記ノイズ源を接続し、その後、連続した所定数の前記エラー信号が高品質レベルを示すときのみ前記ノイズ源を切断するノイズ・スイッチ制御；
によってさらに構成される請求項１記載のデジタル受信機。 - 前記ノイズ発生器が：
ノイズを提供するノイズ源（１4２）；および
前記ノイズ源に結合され、エラー信号の複数回の発生に応答して、ノイズの、エラー信号の品質レベルに対応するボリューム・レベルを選択的に可変するノイズ・ボリューム制御（１４８）；
によってさらに構成される請求項１記載のデジタル受信機。 - デジタル受信機（１１４）内でノイズを発生する方法であって：
被受信信号を音声信号に変換する段階（１１４）；
被受信信号の品質レベルを示すエラー信号を提供する段階（１３２）；
前記エラー信号が最初に発生した前記品質レベルが所定の品質閾値を下回る場合に、音声信号にノイズを挿入する段階（１３８，１４０，１４２，１４４）、および
前記エラー信号が複数発生したときの品質が前記所定の品質閾値を上回る場合のみノイズの挿入を停止する段階；
によって構成されることを特徴とする方法。 - 前記挿入段階が低品質レベルのエラー信号が最初に発生したときに音声信号にノイズを加える段階を含み、
前記停止する段階が高品質レベルの連続したエラー信号が所定の数だけ発生した後に音声信号に前記ノイズを加えることを停止することを含む；
請求項５記載の方法。 - 前記挿入段階が：
ノイズを発生する段階（１４２）；
エラー信号を検出する段階（１３８）；
ノイズのボリューム・レベルであって、品質レベルに対応するレベルを設定する段階（１４８）；および
エラー信号の複数回の発生に応答して、ノイズのボリューム・レベルを選択的に可変する段階（１４８）；
によってさらに構成される請求項５記載の方法。 - 前記選択的可変段階が：
所定数のエラー信号を計数する段階（４１８，４２０）；
所定数のエラー信号を計数する段階の間に、高い品質レベルおよび低い品質レベルのうち一方にあるエラー信号の各発生を計数する段階（４１０〜４１７）；および
所定回数のエラー信号を計数する前記段階の間に、高い品質レベルおよび低い品質レベルの他方にあるエラー信号の各発生を計数する段階（４１０〜４１７）；
によってさらに構成される請求項７記載の方法。 - 選択的に可変する前記段階が：
前記計数段階に応答して、エラー信号の発生がボリューム・レベルよりも低い品質レベルを示すときにノイズのボリューム・レベルを大きくする段階（５０８，５０９，５１１，５１３，５１５）；および
前記計数段階に応答して、エラー信号の全発生がボリューム・レベルよりも高い品質レベルを示すときにノイズのボリューム・レベルを小さくする段階（５１０，５１２，５１４，５１６，５１７）；
によってさらに構成される請求項８記載の方法。
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