JPH0626355B2

JPH0626355B2 - 電話設備における二重音声・多周波信号検出用回路方式

Info

Publication number: JPH0626355B2
Application number: JP63051790A
Authority: JP
Inventors: クリスティアン・フーベルト; ライネル・ヤンセン
Original assignee: JIIMENSU NITSUKUSUDORUFU INFUOMEESHONSHISUTEMU AG
Current assignee: JIIMENSU NITSUKUSUDORUFU INFUOMEESHONSHISUTEMU AG
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1994-04-06
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: EP0284734B1; DE3710695A1; US4922528A; DE3881090D1; JPS63250932A; EP0284734A3; ES2042608T3; EP0284734A2; DE3710695C2; ATE89694T1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、限定された伝送周波数帯域を用いた電話設備
における二つの周波数領域の二重音声・多周波信号(dua
l-tone multifrequency signals)識別回路方式であっ
て、あり得る単一音声の数に相当した数の並列帯域フィ
ルタを備え、これらの帯域フィルタの出力信号は、上位
の周波数領域及び下位の周波数領域で加算され且つ個々
に加重され、その後、加重された出力信号はそれぞれ当
該周波数領域の出力信号の和と比較されることにより、
一つの単一音声が帯域フィルタの共通の入力端に現れた
ことを発信する回路方式に関する。尚、二重音声・多周
波信号は、一般にプッシュホン回線に用いられる信号で
ある。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］この種の回路方式は、1985年３月21日発行の「エレクト
ロニクスデザインニュース」誌、第205〜220頁によ
って公知とされ、その第216頁の第７図に回路が示され
ている。これには、あり得る単一音声用として設けられ
た帯域フィルタの他に、各単一音声帯域フィルタの中心
周波数の第１高調波に同調された同数の帯域フィルタが
追加装備されている。そしてこれらの追加の帯域フィル
タが、これに追加装備された評価回路と組み合わされ、
二重音声・多周波信号検出に際しての通話の確実性を向
上させる役目をする。単一音声がその第一高調波と共に
検出された場合、このような単一音声を不当なものと排
除しない限り通話の確実性は向上しないので、二重音声
・多周波信号は高調波成分の少ないできるだけ純正な正
弦波でなければならないことになる。

従って上述の公知な回路方式においては、二重音声・多
周波信号検出に際し、あり得る単一音声の数の２倍の数
の帯域フィルタと評価回路とが必要となり、コストがか
さむ。これをデジタル技術で実現させる場合、これの運
転に必要なサンプリング周波数は最高音声周波数の少な
くとも４倍、もしくは出現する最高次高調波周波数の少
なくとも２倍の値でなければならない。その結果、信号
評価時の演算時間を大幅に短縮しなければならなくなる
ため、コンピュータで処理可能な伝送チャネルが制限さ
れることになる。

本発明は、音声高調波評価方式を用いなくても前述の公
知の回路方式と少なくとも同程度の言語明瞭度が得られ
る二重音声・多周波信号検出用回路方式を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段、作用及び発明の効果］上述の目的は、冒頭に述べた様式の回路方式を、本発明
に基づき下記のように構成することによって達成され
る。即ち、加算に各々別の加数が与えられ、これら加数
は、上記上位及び下位の各周波数領域から外れた中心周
波数を持った二つ以上の他の帯域フィルタの出力信号が
加算されて形成されることである。

本発明は、周波数が多周波数信号用として用意された周
波数範囲内に納められている音声信号には、該周波数範
囲から外れた周波数が常に含まれているという認識に基
づくものである。今、例えば二つだけの追加された帯域
フィルタを組み入れ、これらの中心周波数が両周波数領
域の外側にあるとき、これらのフィルタにはこのような
音声信号の余計な周波数も印加される。そこでこの二つ
の追加帯域フィルタの出力信号を加算し、その結果を単
一音声を受信した帯域フィルタの出力信号加算回路に別
の加数としてインプットさせると、音声周波数の同時の
出現を伴って受信された単一音声が不当な多周波信号で
あると判定されるように制御された適当な作用をする比
較値でもって比較することによる信号評価が可能にな
る。ことにより、信号評価を実行することが可能とな
る。このような方法によれば、最小２組の帯域フィルタ
とこれに付属した加算回路を追加装備するだけで通話の
確実性を向上させることが達成される。このように作動
する回路方式をデジタル技術で実現させた場合、これに
必要なサンプリング周波数を最高の個別音声周波数の最
低２倍とするだけでよい。従って、個々のサンプリング
処理のために割り当て得る計算時間の長さが２倍にな
る。

追加帯域フィルタの中心周波数を、個別音声の周波数範
囲から外れた伝送帯域内に存在する周波数範囲のほぼ中
心に該当したものにするのが目的に適う。このことは、
各周波数範囲の間隔が最大限に広げられ、受信された音
声周波数を一義的に確認可能となるので有意義なことで
ある。

本発明の非常に有利な実施態様は傑出しており、それに
よれば、中心周波数が上記上位及び下位の周波数領域の
下、中間、上に位置された三つの帯域フィルタの出力信
号が、上記周波数領域の上位と下位とで別の加算をさ
れ、これら加算では上記中心周波数が最高或いは最低の
他の帯域フィルタの出力信号が下位或いは上位の周波数
領域に対して１８０°位相シフトされる１８０°の位相
シフトは、第２図に基づくSuとSoの減衰曲線を達成する
ためのものである。位相シフトがなければ、SuとSoの減
衰曲線は同じものになってしまう。特筆すべき効果はそ
れぞれ他の周波数の高い減衰である。Suの場合、下位の
周波数域（Ｆ１〜Ｆ４）の合計に対して寄与して、上位
の周波数域（Ｆ５〜Ｆ８）の減衰は特に高い。

上記実施態様によれば、両方の周波数領域ごとに加数が
生成され、周波数に関連したその値を当該周波数領域の
信号評価回路に最適にマッチングさせることが可能とな
る。

追加帯域フィルタの出力信号を、これが加算される前に
加重（重さ付け）すれば、この帯域フィルタの各単一出
力信号をマッチングさせ、その結果、これらの出力信号
の加算特性を音声伝送の特質にマッチさせることが可能
となる。

［実施例］次に本発明を実施例の図を参照して詳細に説明する。

第１図に二重音声・多周波信号の受信回路が描かれてい
るが、該回路では一つの信号入力端１０に合計１１組の
帯域フィルタが接続されて帯域フィルタ・グループ１
１，１２および１３が構成されている。帯域フィルタ・
グループ１１の中心周波数はF1〜F4、帯域フィルタ・グ
ループ１２のそれはF5〜F8、そして帯域フィルタ・グル
ープ１３のそれはF9〜F11である。二つの帯域フィルタ
・グループ１１と１２は多周波信号に同調されているの
で、中心周波数F1〜F4とF5〜F8の二つの周波数範囲の二
重音声を受信可能である。中心周波数F1〜F4とF5〜F8の
周波数範囲は例えばCCITT規格（国際電信電話諮問委員
会規格）に従って仕様を決定し、中心周波数F1〜F4の周
波数範囲が下位の周波数領域に、また中心周波数F5〜F8
のそれが上位の周波数領域にそれぞれ該当するように二
つの周波数範囲を割り当てればよい。

帯域フィルタ・グループ１３の中心周波数は、これが、
伝送周波数範囲内の中心周波数F1〜F4とF5〜F8の周波数
領域から外れている周波数領域のほぼ中央に位置するよ
うに決定される。この場合、伝送帯域は信号化音声範囲
を包含して、あるいはこれを無視して決定して差支えな
い。

帯域フィルタ・グループ１１の出力信号は、整流兼実効
値生成回路１４に導かれるが、これと同等の整流兼実効
値生成回路１５が帯域フィルタ・グループ１２にも設け
られている。そして、両方の帯域フィルタ・グループ１
１と１２の各出力信号の実効値が各周波数領域ごとに加
重（重さ付け）回路１６または１７にインプットされ、
その出力信号が比較器グループ１８または１９の非反転
入力端にインプットされる。この比較器グループ１８ま
たは１９それぞれの反転入力端には、各帯域フィルタ・
グループ１１と１２の出力信号の実効値と、信号Suまた
はSoを加算する加算回路２０または２１の出力信号とが
一括インプットされるが、信号SuとSoについては後述す
る。

比較器グループ１８と１９の出力信号で受信回路の出力
信号が構成され、これがこの第１図には描かれていない
信号評価回路にインプットされるとともに、それぞれオ
アゲート２２または２３もインプットされ、該ゲートの
出力信号がそれぞれの周波数領域の該当個別音声出現信
号となるが、これをここには描かれていない評価回路に
も同時にインプット可能である。

第１図に示された上位ならびに下位の周波数範囲に関す
る回路方式の上述の動作内容それ自体は、もし加算回路
２０と２１に加数である信号SuとSoとが追加インプット
されないとすれば公知なものである。各加重（重さ付
け）回路１６ないし１７をそれぞれの比較器グループ１
８ないし１９と組み合わせて機能させることにより、両
方の帯域フィルタ・グループ１１と１２の帯域フィルタ
の通過特性を極めて急峻なエッジを備えたものとしなく
ても、極めて狭い周波数範囲の中のそれぞれの単一音声
を判定する可能性が導き出されるのである。

二つの補足加数である信号SuとSoは、帯域フィルタ・グ
ループ１３の出力信号を二つの加算チャネルの中で加算
して実効値を求めることによって生成される。各加算チ
ャネル内で三つの出力信号がそれぞれ加重（重さ付け）
回路２４ないし２５にインプットされ、これをここで全
回路に対する所定の周波数応答カーブに個別にマッチン
グさせることが可能である。そして、そのあと、各チャ
ネルごとに加算回路２６または２７でこれが加算され
る。各出力信号の和が整流兼実効値回路２８または２９
を経由し、加数である信号SuまたはSoとしてそれぞれの
加算回路２０又は２１にインプットされる。

帯域フィルタ・グループ１３の出力信号の加算は次のよ
うに行われる。すなわち、最下位の中心周波数F9を伴っ
た出力信号が加算回路２６の中でマイナスの符号をつけ
て加算されるとともに、中心周波数F11を伴った出力信
号が加算回路２７の中でマイナスの符号をつけて加算さ
れるのである。その結果、それぞれの加算プロセスにお
いて、これらの出力信号の位相を180°シフトさせるこ
とが実現されるが、このことはそれぞれの加重（重さ付
け）回路２４または２５で適宜反転させることで達成さ
せてもよいであろう。

第２図に二つの加数である信号SuとSoの周波数応答カー
ブが実線と破線とでそれぞれに描かれている。また帯域
フィルタ・グループ１３（第１図）の中心周波数F9,F1
0,F11がそれぞれ矢印で示されている。これらの周波数
は、何れも二重音声・多周波信号の二つの周波数領域か
ら外されたものとなっている。またこの図から、三つの
中心周波数F9,F10,F11それぞれについて加数である信号
SuならびにSoのピーク値が現れるとともに、中心周波数
F10の所で両加数が共通のピークを示すことが分かる。
この周波数応答カーブは、この図に斜線を付して示され
ている下位の周波数領域である中心周波数F1〜F4の部分
で信号Suが極く僅かしか減衰されず、また加数である信
号Soでは同様なことが上位の周波数領域である中心周波
数F5〜F8の所で現れることを示している。そして信号Su
は上位の周波数領域である中心周波数F5〜F8の所で大幅
に減衰され、また信号Soは下位の周波数領域である中心
周波数F1〜F4の所で同様に減衰される。このことは、加
算回路２０と２１（第１図）で実行される加算プロセス
の中で信号SuとSoによって音声評価が実行されることに
なるので有意義なことである。この場合、各加数である
信号SuとSoには音声評価に役立たない範囲の周波数がで
きるだけ僅かしか含まれないようにすべきなので、この
音声評価は二つの周波数領域である中心周波数F1〜F4と
F5〜F8ごとに別々に実行される。

第３図と第４図に、第１図の回路方式において中心周波
数F1とF5とを伴った二重音声・多周波信号を受信した場
合の減衰の周波数応答カーブがそれぞれ描かれている。
すなわち、第３図に下位の周波数領域である中心周波数
F1〜F4の周波数応答が、また第４図に上位の周波数領域
である中心周波数F5〜F8のそれがそれぞれに示されてい
る。そしてこれらの図には、この発明に基づく音声評価
が行われなかった場合の周波数応答カーブが破線で描か
れている。これを参照すればこの発明によってもたらさ
れる効果が一目瞭然となる。実線のカーブが加算回路２
０と２１（第１図）で実行された加算プロセスの結果を
示したものである。第２図にマッチングさせるため、こ
の第３図と第４図にも追加の帯域フィルタ・グループ１
３（第１図）の中心周波数F9,F10,F11が矢印で示されて
おり、補足加数である信号SuとSoとによって達成される
減衰の周波数応答カーブがこれらの三つの中心周波数の
所で最低に落ち込んでいるのが分かる。このことは、こ
れら三つの中心周波数F9,F10,F11が二重音声・多周波信
号と重なり合ったとき特に強く評価されることを示すも
のである。ある一つの音声周波数信号をこのように強く
評価することにより、各加算回路２０，２１（第１図）
における加算結果が影響され、同時に受信された二重音
声・多周波信号の単一音声が妥当なものであるかあるい
は不当なものであるかを判定する各コンパイラグループ
１８，１９の判断基準が、当該個別音声を不当なものと
評価するように変更される。

前段落の記載と一部重複するが第３図と第４図について
別の視点から説明を加える。

第３図及び第４図は、それぞれ、Ｆ１と任意の周波数Ｆ
ｓ、或いはＦ５と任意の周波数Ｆｓが入力された場合
の、Ｆｓの周波数／減衰特性を示す。

ここで、第３図或いは第４図を得るための計算式を示
す。

Ｆ１、任意の周波数Ｆｓの振幅をＡｘ、Ａｓとし、Ｆ１、任意の周波数ＦｓにおけるフィルタＦ１，Ｆ２，
Ｆ３，Ｆ４の減衰関数を、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４と
し、加算回路２６の出力をＳｕとし、加重回路１６の重みをａとすると、まず、比較器１８の正入力は、Ａｘ×Ｈ１（Ｆ１）×ａ＋Ａｓ×Ｈ１（Ｆ１）×ａ＝ａ×ｘ１＋ａ×ｓ１（１）で表すことができる。

同様に、比較器１８の負入力は、Ａｘ×Ｈ１（Ｆ１）＋Ａｘ×Ｈ２（Ｆ１）＋Ａｘ ×Ｈ３（Ｆ１）＋Ａｘ×Ｈ４（Ｆ１）＋Ｓｕ（Ｆ１）＋Ａｓ×Ｈ１（Ｆｓ）＋Ａｓ×Ｈ２（Ｆｓ）＋Ａｓ×Ｈ３（Ｆｓ）＋Ａｓ×Ｈ４（Ｆｓ）＋Ｓｕ（Ｆｓ）＝ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＋Ｓｘ＋ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４＋Ｓｓ（２）で表すことができる。

比較器１８の正入力が、負入力に等しいか大きい時、正
しい音声が認識され、比較器１８に出力が現れる。即
ち、上式（１）（２）を比較すると、ａ×ｘ１＋ａ×ｓ１≧ ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＋Ｓｘ＋ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４＋Ｓｓのとき、正しい音声が認識される。この条件式をＦ１、
Ｆｓについて、移項して整理すると、ａ×ｓ１−ｓ１−ｓ２−ｓ３−ｓ４−Ｓｓ≧ ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＋Ｓｘ−ａ×ｘ１（３）となり、ａが充分に大きければ、左辺は正であるので、
両辺を左辺で割り算すると、１≧（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＋Ｓｘ−ａ×ｘ１）／（ａ×ｓ１−ｓ１−ｓ２−ｓ３−ｓ４−Ｓｓ）＝Ｅ（４）となる。この条件式が成立する時、正しい音声が認識さ
れる。

ａ、Ａｓを適当に定めて、ＥをＦｓについて表したのが
第３図である。第３図の横軸はＦｓがＨｚで、縦軸はＥ
がｄＢで表されている。したがって、式（４）でＥ＝１
のところが図でＥ＝０になっている。第３図でＥ＝０以
下のところでは、正しい音声が認識される。式（４）か
ら明らかなように、この特性曲線は、Ａｓが大きくなる
と図の上方にシフトし、Ａｓが小さくなると図の下方に
シフトする。即ち、信号Ｆ１と共にクロストークに起因
したような小さい音声信号が存在する場合でも、信号Ｆ
１が認識される。また、信号Ｆ１と共に大きな音声信号
が存在する場合には、信号Ｆ１は棄却される。

同様に、第４図は、Ｆ５と任意の周波数Ｆｓが入力され
た場合の特性曲線を示しており、信号Ｆ５と共にクロス
トークに起因したような小さい音声信号が存在する場合
でも、信号Ｆ５が認識される。また、信号Ｆ５と共に大
きな音声信号が存在する場合には、信号Ｆ５は棄却され
る。

なお、第３図及び第４図において、Ｆ１或いはＦ５の帯
域における特性曲線が示されない理由は、図示される特
性曲線がＦ１或いはＦ５の信号と任意の周波数Ｆｓの信
号との相対的関係を示すためのものであるからである。
仮に任意の周波数ＦｓはＦ１に等しかったとして、それ
は信号Ｆ１を増加させることに過ぎないのである。

中心周波数F1とF5に関する第３図と第４図の何れにも限
定された帯域幅が示されているが、この部分で減衰カー
ブが中断されている。この部分が、所定の裕度を考慮の
下に中心周波数F1またはF5を伴った個別音声の存在が許
される周波数帯域に該当する。この第３図と第４図に示
された例とは異なり、他の個別音声を伴った二重音声・
多周波信号が受信された場合、中心周波数F1またはF5の
領域では、上位ならびに下位の周波数領域の通常の周波
数に対して第３図、第４図に描かれた区間に類似した減
衰カーブとなる。

第３図、第４図のような中心周波数F9,F10,F11に対する
減衰カーブの中の最低点を前述した加重（重さ付け）回
路２４，２５（第１図）によって変更させることが可能
である。このことにより、第１図の回路方式の総合特性
を人の音声やその時々に仕様された伝送チャネルの特性
に最適にマッチさせることが可能となる。しかも第１図
の回路方式を用いると、妨害信号を妨害と認識するかど
うかの判定基準を予め定められたしきい値にマッチさせ
ることも可能となるため、判定のしきい値を、クロスト
ークに起因したような音声信号はなお許容と評価される
のに対し、振幅が二重音声・多周波信号の所定振幅にほ
ぼ一致するような音声信号は非許容と評価されるような
レベルに極めて容易に設定可能となる。

前段落の記載と一部重複するが、第３図及び第４図の特
徴について説明する。

上記説明により、第３図及び第４図の特性が得られるこ
とが分かった。この特性曲線は、図中破線で示された従
来の特性曲線に略合致している。即ち、公知の回路方式
と少なくとも同程度の通話の確実性が得られるものであ
る。加えて、本発明にあっては、公知例のようにあり得
る単一音声の数の２倍の数の帯域フィルタを必要とせ
ず、回路構成が簡素化されている。また、第一高調波の
フィルタを必要としないので、これをアナログ回路で構
成する代わりにデジタル演算処理で実現する際には、サ
ンプリング周波数は最高音声周波数の２倍でよい。

また、上記特性曲線は、追加のフィルタの中心周波数や
加重回路の重みを調整することで任意に設定できるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、三つの追加帯域フィルタと二つの加算チャネ
ルとを備えた本発明に基づく回路方式の概略ブロック結
線図である。第２図は、第１図の回路方式を用いて生成された、下位
ならびに上位の周波数領域に対する二つの加数の周波数
応答曲線を示した図である。第３図および第４図は、第１図の回路方式の減衰の周波
数応答曲線を示した図であって、予め定められた二つの
周波数を持った二重音声・多周波信号を受信した場合の
ものである。図中、１０は信号入力端、１１ないし１３は帯域フィル
タ・グループ、１４，１５は整流兼実効値生成回路、１
６，１７は加重（重さ付け）回路、１８，１９はコンパ
イラグループ、２０，２１は加算回路、２２，２３はオ
アゲート、２４，２５は加重（重さ付け）回路、２６，
２７は加算回路、２８，２９は整流兼実効値回路、F1な
いしF11は中心周波数、Su，Soは信号である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】限定された伝送周波数帯域を用いた電話設
備における上位及び下位の周波数領域のそれぞれにある
第１及び第２の複数の音声からそれぞれ選択される第１
及び第２の音声で形成される二重音声・多周波信号識別
回路方式であって、上記第１及び第２の複数の音声の各
音声に対応する帯域フィルタを備え、該フィルタから出
力される上記第１及び第２の音声を加算回路で加算しか
つそれぞれを加重して一対の加重出力信号を生成し、各
加重出力信号を対応周波数領域の帯域フィルタからの出
力信号の和と比較することにより、上記回路に入力され
る有効単一音声が現われたことを発信する回路方式にお
いて、少なくとも一対の加算手段を備え、上記上位及び
下位の各周波数領域（Ｆ１〜Ｆ４，Ｆ５〜Ｆ８）から外
れた中心周波数（Ｆ９〜Ｆ１１）を持った少なくとも第
１及び第２の他の帯域フィルタを備え、該他の帯域フィ
ルタが上記加算手段の対にそれぞれ接続される出力を有
し、上記加算手段が加数を上記加算回路へ移送すべく上
記加算回路に接続された出力を有することを特徴とする
電話設備における二重音声・多周波信号識別回路方式。
【請求項２】上記中心周波数が、上記下位の周波数領域
内の最上位個別音声周波数と、上記上位の周波数領域内
の最下位個別音声周波数とのほぼ中央に位置することを
特徴とする請求項１記載の回路方式。
【請求項３】他の中心周波数が上記上位の周波数領域内
の最上位個別音声周波数と、伝送帯域幅の上限とのほぼ
中央に位置することを特徴とする請求項２記載の回路方
式。
【請求項４】他の中心周波数が上記下位の周波数領域内
の最下位個別音声周波数と、伝送帯域幅の下限との略中
央に位置することを特徴とする請求項３記載の回路方
式。
【請求項５】上記上位及び下位の周波数領域（Ｆ１〜Ｆ
４，Ｆ５〜Ｆ８）の下、中間、上にそれぞれ位置する中
心周波数（Ｆ９〜Ｆ１１）を有する第１，第２及び第３
の他の帯域フィルタ（１３）の出力信号が上記上位及び
下位の周波数領域の各々の合計に加算をされるととも
に、最低中心周波数を有する上記他の帯域フィルタの出
力信号の位相と、最高中心周波数を有する上記他の帯域
フィルタの出力信号の位相が、上記下位ならびに上位の
周波数領域に対してそれぞれ１８０°シフトされること
を特徴とする請求項１ないし４のずれかに記載の回路方
式。
【請求項６】上記他の帯域フィルタの出力信号が加算さ
れる前に加重されることを特徴とする請求項１ないし５
のいずれかに記載の回路方式。