特許 7071579 デジタル無線送信装置及びデジタル無線通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-10

(45)【発行日】2022-05-19

(54)【発明の名称】デジタル無線送信装置及びデジタル無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   G10L 21/0208 20130101AFI20220511BHJP

   G10L 25/30 20130101ALI20220511BHJP

   G10L 19/00 20130101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

G10L21/0208 100Z

G10L25/30

G10L19/00 100

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021175700

(22)【出願日】2021-10-27

【審査請求日】2021-10-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000101662

【氏名又は名称】アルインコ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】521471431

【氏名又は名称】アルインコ・エレクトロニクス・ベトナム・カンパニー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＬＩＮＣＯ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＶＩＥＴＮＡＭ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(72)【発明者】

【氏名】玉田 賀久

(72)【発明者】

【氏名】日▲高▼ 耕二

(72)【発明者】

【氏名】國分 二郎

(72)【発明者】

【氏名】ヴォー・ミン・ニュット

【審査官】中村 天真

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２９７７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０１４６１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０７－１５２３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】成富琢二，防災行政無線による地震対策，電気設備学会誌，2008年07月，第28巻，第7号，p.436-440

【文献】藤田 昇，実は知らない・解っていない－ 高周波の振る舞い 高周波回路のお話，ＲＦワールド，2009年03月，No.5，p.112-119

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ１０Ｌ １３／００－２５／９３

Ｈ０４Ｈ ２０／００－６０／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音声信号及び非音声信号を含む低周波信号を、デジタル変調器により所定の音声圧縮方式を用いてデジタル変調して無線送信するデジタル無線送信装置において、
前記デジタル無線送信装置は、地域防災無線システムの中継局に設けられるものであり、
前記デジタル無線送信装置は、
前記音声信号及び非音声信号を含む低周波信号からノイズをキャンセルするように音声信号処理を行って前記デジタル変調器に出力するノイズキャンセル部を備え、
前記ノイズキャンセル部は、
人間の音声の特徴パラメータを用いて、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間であるか否かを判定する深層学習モデル部を学習して、学習された前記深層学習モデル部を構成して備える音声信号処理部を備え、
前記音声信号処理部は、前記学習された深層学習モデル部を用いて、ノイズキャンセル処理を行い、
前記音声信号処理部は、前記学習された深層学習モデル部の前記判定に基づいて、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間を通過させないようにノイズキャンセル処理を行って、前記ノイズキャンセル処理後の音声信号を出力する、
デジタル無線送信装置。

【請求項2】

前記深層学習モデル部は、人間の音声の特徴パラメータを入力とし、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間であるか否かを判定する判定結果を出力とする、所定のニューラルネットワークにより構成される、
請求項１に記載のデジタル無線送信装置。

【請求項3】

前記音声信号及び非音声信号を含む低周波信号は、第１のデジタル無線受信装置により受信されて復調されたものである、
請求項１に記載のデジタル無線送信装置。

【請求項4】

前記音声信号及び非音声信号を含む低周波信号は、音源再生出力装置により出力されたものである、
請求項１又は２に記載のデジタル無線送信装置。

【請求項5】

請求項１～４のうちのいずれか１つに記載のデジタル無線送信装置と、
地域防災無線システムの戸別局に設けられた第２のデジタル無線受信装置であって、前記デジタル無線送信装置により送信された無線信号を音声信号にデジタル復調して出力する前記第２のデジタル無線受信装置と、
を備えるデジタル無線通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば地域防災無線システムなどに用いるデジタル無線送信装置及びデジタル無線通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

地震、津波などの地域防災のために、市町村庁舎内に設けられる統制局と、小高い丘や山などに設けられる複数の中継局と、各戸に設けられる複数の戸別局とから構成される地域防災無線システムが実用化されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

【0003】

上記地域防災無線システムにおいては、一斉、グループ、個別など聴者選択呼出方式により通達を行う同報設備における放送は、音声音源（放送者の肉声や音声ガイダンスなどの疑似音声）と非音声音源（放送開始通知用チャイム音、放送終了通知用チャイム音、緊急通知用サイレン音、設備点検用音楽音源など）を組み合わせた内容で構成されており、非音声音源は放送開始、放送終了、緊急性など内容を確実に聴者へ伝えることを目的にチャイムの音階やサイレンパターンに意味付けがされている。

【0004】

上記地域防災無線システムでは、統制局から中継局へは１６値ＱＡＭ方式を用いて音声及び非音声をデジタル変調して無線送信し、中継局から戸別局へはＡＭＢＥ音声圧縮方式及び４値ＦＳＫ方式を用いて音声及び非音声を狭帯域デジタル変調して無線送信している（例えば、非特許文献１及び２参照。）。

【0005】

図１２は、特許文献１又は２に開示された地域防災無線システムの構成例及びその動作を示すブロック図である。図１２において、従来例に係る地域防災無線システムは、統制局１と、中継局２と、戸別局３とを備えて構成される。ここで、統制局１は、アンテナ１２Ａを有するデジタル無線送信装置１２を含む。中継局２は、アンテナ２１Ａを有するデジタル無線受信装置２１と、アンテナ２２Ａを有するデジタル無線送信装置２２とを含む。戸別局３は、アンテナ３１Ａを有するデジタル無線受信装置３１と、スピーカ３２とを含む。

【0006】

しかしながら、上記地域防災無線システムでは、中継局２から戸別局３へはＡＭＢＥ音声圧縮方式及び４値ＦＳＫ方式を用いて音声及び非音声を狭帯域デジタル変調して無線送信しているために、音声については戸別局３において正しく復調できるが、非音声については正しく復調できず異音として出力されて戸別局３の住民は放送内容を理解することができないという問題点があった。

【0007】

前記問題点を解決するために、上記地域防災無線システムなどのデジタル無線通信システムにおいて、戸別局３で非音声についても正しく出力できるデジタル無線送信装置等が特許文献３に開示されている。

【0008】

特許文献３において開示された従来例に係るデジタル無線送信装置において、音源解析回路は低周波信号のデジタルデータを所定の信号解析処理の演算を行うことにより時系列信号解析パターンを演算し、スペクトルパターンと格納した複数の種類の非音声コード信号の時系列信号解析パターンとを比較して非音声信号の種類を判別して判別した非音声信号の種類を示す非音声コード信号を発生する。信号処理回路は低周波信号を所定の遅延時間だけ遅延させた後、デジタルデータにＡＤ変換して音声圧縮方式を用いて符号化して音声信号のデジタルデータを出力する。スイッチは非音声コード信号が発生されていないとき音声信号のデジタルデータを選択し、非音声コード信号が発生されているとき非音声コードに対応するデジタルデータを選択しこれらが無線送信される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０００－２２４０５８号公報

【文献】特開２００２－１３５８４９号公報

【文献】特許第５９８０７１３号公報

【非特許文献】

【0010】

【文献】一般社団法人電波産業会、「デジタル簡易無線局の無線設備－標準規格」，ＡＲＩＢ ＳＴＤ－Ｔ９８，１．４版，平成２６年１２月２６日改定，［令和３年１０月２７日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/1-STD-T98v1_3.pdf＞

【文献】ＤＶＳＩ社、「ＡＭＢＥ方式ボコーダ・チップ」，ＩＮＴＥＲＮＩＸ ＮＥＷＳＬＥＴＴＥＲ，Ｎｏ．９３，ｐ．２６，［平成２５年４月５日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.internix.co.jp/products/dvsi/pdf/nl93_dvsi.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

すなわち、中継局２のデジタル無線送信装置２２では予め記録した非音声データとＡ／Ｄ変換による非音声信号の音源パターン解析処理を行ってから非音声コードを生成し、音声信号と非音声コードを狭帯域デジタル変調して伝送する。次いで、戸別局３のデジタル無線受信装置３１では、音声信号はそのまま鳴動させ、予め記録した非音声信号データから非音声コードに該当する非音声信号を選択して鳴動させることで、前記問題点を解決できる。

【0012】

しかし、非音声信号の種類は行政、自治体によって異なるため、導入先ごとの対応音源を個別に格納しなければならない。そして手続き上、音源のデータを入手すること自体も容易でないため、この対策方法を搭載した機器は導入も容易でない。

【0013】

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例のように、「予め記録した非音声データとＡＤ変換による非音声信号の音源パターン解析処理を行ってから非音声コードを生成」などの複雑な信号処理を行う必要がなく、戸別局において異音となったチャイム音を除去して、音声信号のみを出力することができるデジタル無線送信装置及びデジタル無線通信システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一態様に係るデジタル無線送信装置は、
音声信号及び非音声信号を含む低周波信号を、デジタル変調器により所定の音声圧縮方式を用いてデジタル変調して無線送信するデジタル無線送信装置において、
前記音声信号及び非音声信号を含む低周波信号からノイズをキャンセルするように音声信号処理を行って前記デジタル変調器に出力するノイズキャンセル部を備え、
前記ノイズキャンセル部は、
人間の音声の特徴パラメータを用いて、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間であるか否かを判定する深層学習モデル部を学習して、学習された前記深層学習モデル部を構成して備える音声信号処理部を備え、
前記音声信号処理部は、前記学習された深層学習モデル部を用いて、ノイズキャンセル処理を行い、
前記音声信号処理部は、前記学習された深層学習モデル部の前記判定に基づいて、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間を通過させないようにノイズキャンセル処理を行って、前記ノイズキャンセル処理後の音声信号を出力する。

【発明の効果】

【0015】

従って、本発明に係るデジタル無線送信装置等によれば、深層学習モデルを有するノイズキャンセル部を用いてチャイム音などの非音声信号を除去し、防災無線再送信での音声信号のみの再送信をすることができる。従って、従来例のように、「予め記録した非音声データとＡＤ変換による非音声信号の音源パターン解析処理を行ってから非音声コードを生成」などの複雑な信号処理を行う必要がないので、極めて簡単な構成となるとともに、戸別局において異音となったチャイム音を除去して、音声信号のみを出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態１に係る地域防災無線システムの構成例を示すブロック図である。

【図2】図１のノイズキャンセル部２３の詳細構成例を示すブロック図である。

【図3】図２の深層学習モデル部１３５の詳細構成例を示すブロック図である。

【図4】図１の中継局２Ｂのデジタル無線送信装置２２Ｂの構成を示すブロック図である。

【図5】図１の戸別局３Ｂのデジタル無線受信装置３１Ｂの構成を示すブロック図である。

【図6】比較例に係る地域防災無線システムの構成を示すブロック図である。

【図7】図６の中継局２のデジタル無線送信装置２２の構成を示すブロック図である。

【図8】図７の音源解析回路４１の構成を示すブロック図である。

【図9】図６の戸別局３のデジタル無線受信装置３１の構成を示すブロック図である。

【図10】図６の地域防災無線システムの防災放送の内容に対する信号処理を示すタイミングチャートである。

【図11】本発明の実施形態２に係る地域防災無線システムの構成例を示すブロック図である。

【図12】従来例に係る地域防災無線システムの構成例及びその動作を示すブロック図である。

【図13】実施形態１に係る地域防災無線システムの構成例及びその動作を示すブロック図である。

【図14】実施形態２に係る地域防災無線システムの構成例及びその動作を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る実施形態及び変形例について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。

【0018】

（比較例）
まず、図６～図１０を参照して、特許文献３において開示された比較例に係る地域防災無線システムの構成について以下に説明する。

【0019】

図６は比較例に係る地域防災無線システムの構成を示すブロック図である。図６において、地域防災無線システムは、市町村庁舎内に設けられる統制局１と、小高い丘や山などに設けられる複数の中継局２と、各戸に設けられる複数の戸別局３とから構成される。統制局１は、統制操作装置１１と、デジタル無線送信装置１２と、マイクロホン１３と、複数のスイッチ１４とを備えて構成される。ここで、マイクロホン１３から入力される音声はマイクロホン１３により音声信号に変換された後、統制操作装置１１内の音声増幅器１５により増幅されて加算器１６に出力される。１４は例えば上記音声信号を放送する内容の前後において発生させるための非音声信号を選択するための複数のスイッチであり、表１に示すように、例えば９種類の非音声信号のうちのいずれか１つを選択して１つのスイッチ１４を押下することにより非音声信号発生器１７は対応する非音声信号を発生して加算器１６に出力する。

【0020】

【表1】

【0021】

加算器１６は入力される２つの低周波信号を加算してデジタル無線送信装置１２に出力する。デジタル無線送信装置１２は入力される低周波信号を例えば１６値ＱＡＭ方式でデジタル変調しかつ電力増幅して、無線信号をアンテナ１２Ａから中継局２に向けて送信する。

【0022】

中継局２は、アンテナ２１Ａを有するデジタル無線受信装置２１と、アンテナ２２Ａを有するデジタル無線送信装置２２とを備えて構成される。デジタル無線受信装置２１はアンテナ２１Ａにより統制局１から受信した無線信号を受信してデジタル復調して低周波信号に変換した後、デジタル無線送信装置２２に出力する。デジタル無線送信装置２２は、入力される低周波信号を例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式及び４値ＦＳＫ方式を用いて狭帯域デジタル変調しかつ電力増幅して無線信号をアンテナ２２Ａから戸別局３に送信する。ただし、受信した無線信号の低周波信号のうち非音声については、図７及び図８を参照して詳細後述するように対応する非音声コードに変換して送信することを特徴としている。

【0023】

戸別局３は、アンテナ３１Ａを有するデジタル無線受信装置３１と、スピーカ３２とを備えて構成される。デジタル無線受信装置３１はアンテナ３１Ａにより中継局２から受信した無線信号を受信して復調してスピーカ３２に出力する。ただし、受信した無線信号の低周波信号のうち非音声信号については、図９を参照して詳細後述するように対応する非音声コードを非音声信号に変換して出力することを特徴としている。

【0024】

図７は図６の中継局２のデジタル無線送信装置２２の構成を示すブロック図であり、図８は図７の音源解析回路４１の構成を示すブロック図である。図７において、デジタル無線送信装置２２は、音源解析回路４１と、遅延回路４２と、ＡＤ変換器４３と、音声エンコーダ４４と、非音声コード発生器４５と、スイッチ４６と、狭帯域デジタル変調器４７と、電力増幅器４８と、アンテナ２２Ａとを備えて構成される。ここで、遅延回路４２と、ＡＤ変換器４３と、音声エンコーダ４４とにより音声信号の信号処理回路４９を構成する。

【0025】

図７において、デジタル無線受信装置２１から出力される低周波信号は音源解析回路４１及び遅延回路４２に入力される。音源解析回路４１は入力される低周波信号が音声信号であるか所定の非音声信号であるかを判別して所定の非音声コード信号を出力する。

【0026】

ここで、音源解析回路４１は、図８に示すように、ＡＤ変換器５１と、ＦＦＴ演算器５２と、非音声比較判別器５３と、非音声コードスペクトルパターンメモリ５４とを備えて構成される。図８において、低周波信号はＡＤ変換器５１によりデジタルデータにＡＤ変換された後、ＦＦＴ演算器５２により高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理が行われて上記デジタルデータはスペクトルパターン（時間経過に対するスペクトルパターン、すなわち時系列スペクトルパターンをいう。）に変換されて非音声比較判別器５３に出力される。非音声コードスペクトルパターンメモリ５４には、例えば表１に示す９種類の非音声コードに係る非音声信号のスペクトルパターンが格納され、非音声比較判別器５３は入力される受信したスペクトルパターンを、上記格納したスペクトルパターンとパターンマッチングにより比較することにより、受信した非音声信号が例えば９種類のうちのどの非音声コードに対応するかを判別し、判別結果の非音声コードを示す非音声コード信号を出力する。なお、受信したデジタルデータが音声信号である場合は、非音声コード信号を出力しない。

【0027】

図７に戻り説明すると、音源解析回路４１からの非音声コード信号は非音声コード発生器４５及びスイッチ４６に出力される。スイッチ４６は、非音声コード信号が入力されるときは接点ｂ側に切り替わる一方、入力されないときは接点ａ側に切り替わる。また、非音声コード発生器４５は入力される非音声コード信号に応答して当該非音声コード信号により示される非音声コードを発生して出力する。

【0028】

図７において、遅延回路４２は入力される低周波信号を、上記音源解析回路４１の信号処理でかかる時間からＡＤ変換器４３及び音声エンコーダ４４での処理時間を減算した所定の遅延時間（例えば３秒）だけ遅延した後、ＡＤ変換器４３に出力する。ＡＤ変換器４３は入力される遅延された低周波信号を音声のデジタルデータに変換した後、音声エンコーダ４４に出力する。音声エンコーダ４４は入力される音声のデジタルデータを例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式で符号化して符号化後のデジタルデータをスイッチ４６の接点ａ側を介して狭帯域デジタル変調器４７に出力する。従って、スイッチ４６からは、非音声コード信号がスイッチ４６に入力されていないときは、音声エンコーダ４４からの音声のデジタルデータが出力される一方、非音声コード信号がスイッチ４６に入力されているときは、非音声コード発生器４５からの非音声コード（デジタルデータ）が出力される。狭帯域デジタル変調器４７は、入力されるデジタルデータに従って所定の搬送波を、例えば４値ＦＳＫ方式で狭帯域デジタル変調して、変調後の変調信号を所定の無線信号に高域周波数変換した後、電力増幅器４８で電力増幅し、当該無線信号をアンテナ２２Ａから送信する。

【0029】

図９は図６の戸別局３のデジタル無線受信装置３１の構成を示すブロック図である。図９において、デジタル無線受信装置３１は、アンテナ３１Ａと、高周波低雑音増幅器６１と、狭帯域デジタル復調器６２と、非音声コード判別器６３と、音声デコーダ６４と、非音声信号発生器６５と、スイッチ６６と、低周波増幅器６７と、スピーカ３２とを備えて構成される。

【0030】

図９において、アンテナ３１Ａにより受信された無線信号は高周波低雑音増幅器６１により低雑音増幅された後、狭帯域デジタル復調器６２によりデジタルデータに復調され、非音声コード判別器６３と音声デコーダ６４に出力される。非音声コード判別器６３はデジタルデータから非音声コードを抽出して取り出して非音声コードを示す非音声コード信号を発生してスイッチ６６及び非音声信号発生器６５に出力する。音声デコーダ６４は入力される音声のデジタルデータを信号処理する信号処理回路であって、例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式に対応するＡＭＢＥ音声伸張方式で復号化して復号化後の音声の低周波信号、すなわち音声信号をスイッチ６６の接点ａ側を介して低周波増幅器６７に出力する。一方、非音声信号発生器６５は、入力される非音声コード信号に応答して当該非音声コード信号により示される非音声コードに対応する非音声の低周波信号、すなわち非音声信号を発生してスイッチ６６の接点ｂ側を介して低周波増幅器６７に出力する。従って、スイッチ６６からは、非音声コード信号がスイッチ６６に入力されていないときは、音声デコーダ６４からの音声信号が出力される一方、非音声コード信号がスイッチ６６に入力されているときは、非音声信号発生器６５からの非音声コードに対応する非音声信号が出力される。低周波増幅器６７は入力される低周波信号を増幅してスピーカ３２から出力する。

【0031】

図１０は図６の地域防災無線システムの防災放送の内容に対する信号処理を示すタイミングチャートである。以上のように構成された地域防災無線システムの動作について図１０を参照して以下に説明する。なお、本比較例においては、音声信号と非音声信号とは時間的に重ならないように放送されるものとし、音声信号と非音声信号とは順次放送されて送信されかつ受信される。

【0032】

図１０において、まず、防災放送では、チャイム音又はサイレン音などの非音声が放送される。このとき、本システムでは、中継局２から戸別局３に対して非音声信号に代えて非音声コードを送信し、戸別局３では非音声コードを対応する非音声の低周波信号に変換してスピーカ３２から出力する。次いで、上記非音声に続いて音声で放送される。この場合は、従来と同様に中継局２から戸別局３に対して音声信号で狭帯域デジタル変調された無線信号を送信し、戸別局３では無線信号を復調して音声の低周波信号に変換してスピーカ３２から出力する。さらに、チャイム音又はサイレン音などの非音声信号が放送される。このとき、中継局２から戸別局３に対して非音声信号に代えて非音声コードを送信し、戸別局３では非音声コードを対応する非音声信号に変換してスピーカ３２から出力する。

【0033】

以上説明したように、比較例によれば、中継局２から戸別局３に対して、非音声信号に代えて非音声コードを送信し、戸別局３では非音声コードを対応する非音声信号に変換してスピーカ３２から出力するので、例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式を用いた狭帯域デジタル変調方式であっても、異音ではない正しい非音声の音がスピーカ３２から出力され、戸別局３の住民は放送内容を理解することができる。

【0034】

以上のように構成された比較例に係る防災無線システムでは、従来技術において説明したように、以下の問題点があった。
（１）非音声信号の種類は行政、自治体によって異なるため、導入先ごとの対応音源を個別に格納しなければならない。
（２）そして手続き上、音源のデータを入手すること自体も容易でないため、この対策方法を搭載した機器は導入も容易でない。

【0035】

これらの問題点を解決するために、本発明者らは、以下の実施形態１及び２に係る防災無線システムを発明したものである。

【0036】

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る地域防災無線システムの構成例を示すブロック図である。図１の地域防災無線システムは、図６の地域防災無線システムに比較して以下の点が異なる。
（１）中継局２に代えて中継局２Ｂを備える。中継局２Ｂでは、デジタル無線送信装置２２に代えてデジタル無線送信装置２２Ｂを備えるとともに、デジタル無線受信装置２１とデジタル無線送信装置２２Ｂとの間においてノイズキャンセル部２３をさらに備える。
（２）戸別局３に代えて戸別局３Ｂを備える。戸別局３Ｂでは、デジタル無線受信装置３１に代えて、デジタル無線受信装置３１Ｂを備える。
以下、相違点について説明する。

【0037】

図１において、デジタル無線受信装置２１から出力される音声信号及び非音声信号はノイズキャンセル部２３に入力される。ノイズキャンセル部２３は、後述する深層学習モデル部１３５（図２及び図３）を用いて音声期間と、ノイズを含む非音声期間とを区別して、非音声期間を通過させないようにノイズキャンセル処理を行って、音声以外のノイズを除去する処理を行った後、処理後の音声信号をデジタル無線送信装置２２Ｂに出力する。

【0038】

デジタル無線送信装置２２Ｂは、入力される音声信号（低周波信号）を例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式及び４値ＦＳＫ方式を用いて狭帯域デジタル変調しかつ電力増幅して無線信号をアンテナ２２Ａから戸別局３Ｂに送信する。ただし、受信した無線信号の低周波信号のうち非音声信号については、図２及び図３を参照して詳細後述するように、ノイズキャンセル部２３により除去されて送信することを特徴としている。

【0039】

戸別局３Ｂは、アンテナ３１Ａを有するデジタル無線受信装置３１Ｂと、スピーカ３２とを備えて構成される。デジタル無線受信装置３１Ｂはアンテナ３１Ａにより中継局２Ｂから送信した無線信号を受信して復調してスピーカ３２に出力する。ただし、受信した無線信号の低周波信号のうち非音声信号については、図２及び図３を参照して詳細後述するように、ノイズキャンセル部２３により除去されて送信されるので、スピーカ３２から出力されないことを特徴としている。

【0040】

図２は図１のノイズキャンセル部２３の詳細構成例を示すブロック図である。ここで、図２を参照して、深層学習モデル部１３５を用いた図１のノイズキャンセル部２３の構成及び動作について以下に説明する。

【0041】

ここで、「音素」という用語は、特定の言語において１つの単語を他の単語から区別する音の単位を意味し、「振動レート」という用語は、各秒におけるデジタル化された振動データの０と１の間の移動の数を意味し、「振動計数値（ＶＣ）」という用語は、各フレーム内のデジタル化された振動データの値の合計を意味する。また、「振動パターン」とは、時間軸に沿った所定のフレーム数ごとに算出された振動数の総和のデータ分布を意味する。深層学習モデル部１３５では、異なる振動パターン、すなわち異なる振動計数値の総和（ＶＳ値）のデータ分布の違いを考慮して、ノイズキャンセル処理を行っており、振動レートは振動計数値に類似しているが、振動レートが大きいほど、振動計数値も大きくなる。

【0042】

音声信号の振幅と振動レートは共に観測可能である。ノイズキャンセル部２３の特徴は、音声信号の振幅と振動率に応じて音声イベントを検出することである。また、別の特徴は、デジタル化された振動データの振動計数値の総和を、あらかじめ定義されたフレーム数分だけ計測することで、音声と、非音声／無音を区別することである。もう一つの特徴は、入力される音声信号データのストリームをその振動パターンによって異なる音素に分類することである。別の特徴は、下流の処理部をトリガするように、入力される音声信号データストリームから最初の起動音素を正しく区別することであり、それによって、処理部を含む計算システムの電力消費等の計算コストを節約することである。

【0043】

図２において、ノイズキャンセル部２３は音声イベント検出を用いてノイズキャンセル処理を行うものであって、音声信号前置処理部１３８と、ＡＤ変換器１３９と、音声信号処理部１３０とを備えて構成される。ここで、音声信号前置処理部１３８は、アナログ音声信号に対して、ハイパスフィルタリング、ローパスフィルタリング、増幅又はそれらの組み合わせ等を含む、音声信号前置処理を行って、処理後のアナログ音声信号をＡＤ変換器１３９に出力する。すなわち、音声信号前置処理部１３８は、デジタル無線受信装置２１からの音声信号及び非音声信号に対して、人間の音声信号の所定のレベル範囲であって、所定の帯域幅のみを通過させる。次いで、ＡＤ変換器１３９は、所定の基準電圧Ｖｒｅｆ及び許容電圧Ｖａｄｍ（＜Ｖｒｅｆ）に従って、アナログ音声信号をデジタル音声信号にＡＤ変換して音声信号処理部１３０の入力インターフェース１３６に出力する。

【0044】

本実施形態において、ＡＤ変換器１３９において、基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さい許容電圧Ｖａｄｍは、基準電圧Ｖｒｅｆと組み合わせて、第１のしきい値電圧Ｖｔｈ１（＝Ｖｒｅｆ＋Ｖａｄｍ））及び第２のしきい値電圧Ｖｔｈ２（＝Ｖｒｅｆ－Ｖａｄｍ）を形成するために使用され、ＡＤ変換器１３９は、第１のしきい値電圧Ｖｔｈ１及び第２のしきい値電圧Ｖｔｈ２に基づいて、第１のしきい値電圧Ｖｔｈ１以上又は第２のしきい値電圧Ｖｔｈ２以下のノイズに対してＡＤ変換を実行せず、その間の音声信号に対してＡＤ変換を実行することで、入力されるアナログ音声信号のノイズ及び干渉を除去することができる。ここで、例えばＶｒｅｆ＝１．０Ｖ，Ｖａｄｍ＝０．０１Ｖとすると、静かな環境では振動データの振動数が少なく，音声環境では振動データの振動数が多いことが理解できる。なお、本実施形態において、「フレームサイズ」とは、各フレーム内のデジタル化された振動データに対応するサンプリングポイントの数を意味し、「音素ウィンドウＴｗ」とは、各音素の音声特徴量を収集するための時間を意味する。好ましい実施形態では、各フレームの継続時間Ｔｆは例えば０．１～１ミリ秒（ｍｓ）であり、音素ウィンドウＴｗは例えば約０．３秒である。さらに好ましい実施形態では、各フレーム内のデジタル化された振動データに対応するサンプリングポイントの数は例えば１～１６の範囲である。

【0045】

音声信号を分析する場合、ほとんどの音声信号は短期間で安定しているので、通常、短期分析の方法が採用される。例えば、ＡＤ変換器１３９で使用されるサンプリング周波数ｆｓが１６０００であり、各フレームの時間継続期間Ｔｆが１ｍｓであると仮定すると、フレームサイズはｆｓ×１／１０００＝１６サンプルポイントとなる。

【0046】

図２において、音声信号処理部１３０は例えばコンピュータデバイスで構成され、
（１）ノイズキャンセルなどの所定の音声信号処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）１３１と、
（２）ＣＰＵ１３１の基本処理を実行するオペレーティングシステム及び前記音声信号処理のプログラム、並びに当該プログラムを実行するために必要なデータ等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）１３２と、
（３）ＣＰＵ１３１の基本処理を実行するオペレーティングシステム及び前記音声信号処理のプログラムの実行時に、処理中のデータ等を格納するＲＡＭ（Read Access Memory）１３３と、
（４）前記音声信号処理を実行するために必要な後述する設定データ等を格納する不揮発性のＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Memory）１３４と、
（５）例えばニューラルネットワークなどで構成され、人間の音声信号データに基づいて深層学習されて入力される音声信号データに対して、ノイズを除去して実質的に音声信号のみを抽出して出力する深層学習モデル部１３５と、
（６）ＡＤ変換器１３９から入力される音声信号データを、後段の信号仕様値に変換するための所定の信号変換処理を行ってＣＰＵ１３１に出力する入力インターフェース１３６と、
（７）深層学習モデル部１３５によりノイズが除去された音声信号データを、後段の信号仕様値に変換するための所定の信号変換処理を行ってデジタル無線送信装置２２Ｂに出力する出力インターフェース１３７と、
を備えて構成される。

【0047】

ここで、ＥＥＰＲＯＭ１３４は例えば、一連の振動計数値ＶＣ、振動計数値の総和ＶＳ、振動計数値の総和ＶＳｆ、振動計数値の総和ＶＳｐ（後述する）、及びすべての特徴ベクトルの音声特徴値を記憶する。なお、ＥＥＰＲＯＭ１３４は外部メモリなどの記憶装置であってもよい。ここで、ｘ個のフレームの振動計数値ＶＣを加算して、時点Ｔｊにおける現在のフレームの振動計数値の総和ＶＳを得る。ｘ個のフレームには現在のフレームが含まれる。一実施形態では、ＣＰＵ１３１は、時点Ｔｊにおける現在のフレームの振動計数値ＶＣと、その直前（ｘ－１）個のフレームの振動計数値の総和ＶＳｐとを加算して、時点Ｔｊにおけるｘ個のフレームの振動計数値の総和ＶＳ（＝ＶＣ＋ＶＳｐ）を得る。

【0048】

なお、変形例では、ＣＰＵ１３１は、時点Ｔｊにおける現在のフレームの振動計数値ＶＣ、その直後のｙ個のフレームの振動計数値の総和ＶＳｆ、及びその直前の（ｘ－ｙ－１）個のフレームの振動計数値の総和ＶＳｐを加算して、時点Ｔｊにおけるｘ個のフレームの振動計数値の総和ＶＳ（＝ＶＣ＋ＶＳｆ＋ＶＳｐ）を得るが、ｙはゼロ以上である。ＣＰＵ１３１は、ＶＳ、ＶＳｆ及びＶＳｐの値をＥＥＰＲＯＭ１３４に格納する。好ましい実施形態では、ｘ個のフレーム（音素ウィンドウＴｗ）の継続時間（ｘ×Ｔｆ）は、約０．３秒である。さらに好ましい実施形態では、ｘ個のフレームのデジタル化された振動データに対応するサンプリングポイントの数は、ｘ～１６ｘの範囲にある。

【0049】

一般的に、音声信号データについては、同じ音素では振動計数値ＶＣの振動パターンが類似しているが、異なる音素ではＶＳ値の振動パターンが全く異なる。従って、振動計数値ＶＣの振動パターンを利用して、音素を区別することができる。特に、例えば鶏又は猫の鳴き声と、人間の音声とは、振動計数値ＶＣの周波数分布に関して全く異なり、人間の音声の振動計数値ＶＣのほとんどは４０以下に分布していることが既知である。

【0050】

学習フェーズにおいて、音声信号処理部１３０のＣＰＵ１３１は、まず、所定の音声信号データ収集方法を複数回実行して、複数の音素に対する複数の特徴ベクトルを収集し、複数の特徴ベクトルに対応するラベルを付加して、複数のラベル付き学習例を形成する。その後、起動音素を含む異なる音素に対する複数のラベル付き学習例を、深層学習モデル部１３５の学習に適用する。最後に、学習された深層学習モデル部１３５（音声信号データの予測モデルを構成する）を作成して、入力される音声信号データのストリームが起動音素を含むかどうかを分類する。音声信号処理部１３０の起動音素として、所定の音素が指定されている場合、深層学習モデル部１３５は、少なくとも当該指定された音素を含む異なる音素についての複数のラベル付き学習例で学習される。

【0051】

すなわち、学習段階では、ラベル付けされた学習例のセットを使用して深層学習モデル部１３５を学習し、それによって深層学習モデル部１３５が、ラベル付けされた学習例の各フレームの３つの音声特徴量（例えば、（ＶＳｊ，ＴＤｊ，ＴＧｊ））に基づいて、ｊ＝０～２９９の間で、所定の起動音素を認識するようにする。学習段階の終わりに、学習された深層学習モデル部１３５は、当該起動音素に対応する学習されたスコアを提供し、学習されたスコアは、次に、入力される音声信号データのストリームをランタイムで分類するための基準として使用される。なお、ＶＳｊ，ＴＤｊ，ＴＧｊは以下のように定義される。
（１）ＶＳｊ：フレームｊの振動計数値の総和（ＶＳ値）；
（２）ＴＤｊ：フレームｊにおいて、ゼロではない振動計数値の総和（ＶＳ値）の時間期間；及び
（３）ＴＧｊ；フレームｊにおける、ゼロではない振動計数値の総和（ＶＳ値）間の時間ギャップ（時間隙間）。

【0052】

深層学習モデル部１３５を学習するために、教師付き学習に関連する様々な機械学習技術を使用することができ、例えば、サポートベクターマシン（ＳＶＭ）法、ランダムフォレスト法、畳み込みニューラルネットワーク法などを利用できる。教師付き学習では、複数のラベル付けされた学習例を使用して関数計算部（すなわち、深層学習モデル部１３５）が作成され、その各例は、入力特徴ベクトルとラベル付けされた出力からなる。学習されたとき、深層学習モデル部１３５は、対応するスコア又は予測値を生成するために、新しいラベルのない例に適用することができる。

【0053】

図３は図２の深層学習モデル部１３５の詳細構成例を示すブロック図である。

【0054】

深層学習モデル部１３５は、例えば、図３に示すように、ニューラルネットワークを用いて実装される。ここで、ニューラルネットワークは、１つの入力層１４１と、少なくとも１つであり好ましくは複数の中間層１４２と、１つの出力層１４３を含む。入力層１４１には３つの入力ニューロン１５１，１５２，１５３があり、各入力ニューロン１５１，１５２，１５３は、特徴ベクトルの各フレームの３つのオーディオ特徴値（すなわち、ＶＳｊ，ＴＤｊ，ＴＧｊ）に対応する。また、中間層１４２は、各入力ニューロン１５１，１５２，１５３に関連する重み係数と各ニューロンのバイアス係数を有するニューロン１６１～１７４で構成される。学習フェーズのサイクルを通じて中間層１４２の各ニューロン１６１～１７４の重み係数とバイアス係数を変更することにより，ニューラルネットワークを学習して，所定の種類の入力に対する予測値を報告するようにすることができる。さらに、出力層１４３は、音素に対応する１つの予測値（具体的には、音声期間であるか、ノイズを含む非音声期間であるかを示す）を提供する１つの出力ニューロン１８１を含む。

【0055】

以上説明したように、ノイズキャンセル部２３において、深層学習モデル部１３５は、人間の音声の特徴パラメータを用いて学習され、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間であるか否かを判定する。そして、音声信号処理部１３０のＣＰＵ１３１は、深層学習モデル部１３５の前記判定に基づいて、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間を通過させないようにノイズキャンセル処理を行って、前記ノイズキャンセル処理後の音声信号を出力する。ここで、深層学習モデル部１３５は、人間の音声の特徴パラメータを入力とし、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間であるか否かを判定する判定結果を出力とする、図３のニューラルネットワークにより構成される。

【0056】

図４は図１の中継局２Ｂのデジタル無線送信装置２２Ｂの構成を示すブロック図である。図４のデジタル無線送信装置２２Ｂは、図７のデジタル無線送信装置２２に比較して、以下の点が異なる。
（１）音源解析回路４１、遅延回路４２、非音声コード発生器４５、及びスイッチ４６が削除される。すなわち、デジタル無線送信装置２２Ｂは、ＡＤ変換器４３と、音声エンコーダ４４と、狭帯域デジタル変調器４７と、電力増幅器と、アンテナ２２Ａとを備えて構成される。
以下、相違点について説明する。

【0057】

図４において、デジタル無線受信装置２１からノイズキャンセル部２３を介して出力される低周波信号はＡＤ変換器４３に入力される。ＡＤ変換器４３は入力される低周波信号を音声のデジタルデータに変換した後、音声エンコーダ４４に出力する。音声エンコーダ４４は入力される音声のデジタルデータを例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式で符号化して符号化後のデジタルデータを狭帯域デジタル変調器４７に出力する。狭帯域デジタル変調器４７は、入力されるデジタルデータに従って所定の搬送波を、例えば４値ＦＳＫ方式で狭帯域デジタル変調して、変調後の変調信号を所定の無線信号に高域周波数変換した後、電力増幅器４８で電力増幅し、当該無線信号をアンテナ２２Ａから送信する。

【0058】

図５は図１の戸別局３Ｂのデジタル無線受信装置３１Ｂの構成を示すブロック図である。図５のデジタル無線受信装置３１Ｂは、図９のデジタル無線受信装置３１に比較して以下の点が異なる。
（１）非音声コード判別器６３、非音声信号発生器６５，及びスイッチ６６が削除される。すなわち、デジタル無線受信装置３１Ｂは、アンテナ３１Ａと、高周波低雑音増幅器６１と、狭帯域デジタル復調器６２と、音声デコーダ６４と、低周波増幅器６７と、スピーカ３２とを備えて構成される。

【0059】

図５において、アンテナ３１Ａにより受信された無線信号は高周波低雑音増幅器６１により低雑音増幅された後、狭帯域デジタル復調器６２によりデジタルデータに復調され、音声デコーダ６４に出力される。音声デコーダ６４は入力される音声のデジタルデータを信号処理する信号処理回路であって、例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式に対応するＡＭＢＥ音声伸張方式で復号化して復号化後の音声の低周波信号を低周波増幅器６７に出力する。そして、低周波増幅器６７は入力される低周波信号を増幅してスピーカ３２から出力する。

【0060】

図１３は実施形態１に係る地域防災無線システムの構成例及びその動作を示すブロック図である。

【0061】

図１３に示すように、中継局２Ｂのデジタル無線受信装置２１からの音声信号と非音声信号を、深層学習モデル部１３５（図２）を用いたノイズキャンセル部２３（人間の音声の特徴パラメータを入力とし、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間であるか否かを判定する判定結果を出力する）を通すことにより、異音の原因となるチャイム音などの非音声信号をフィルタリングした後、デジタル無線送信装置２２Ｂにより狭帯域デジタル変調して送信し、戸別局３Ｂのデジタル無線受信装置３１Ｂではこれを受信することで非音声は鳴動されず、音声のみが鳴動される。これにより非音声の伝送はできなくなるが、異音の発生を防ぐことや本来重要である正常な音声の認識も容易となる。さらに、行政、自治体ごとの音声データ入手、音声データ格納、非音声信号の音源解析回路４１（図７）及び非音声コード発生器４５（図７）なども必要無くなるため、導入までのハードルは大幅に下がる、という特有の効果を有する。

【0062】

以上のように構成された、実施形態１に係る防災無線システムによれば、前記問題点を解決するため、深層学習モデル部１３５（図２）を有するノイズキャンセル部２３を用いてチャイム音などの非音声信号を除去し、防災無線再送信での音声信号のみの再送信することができる。従って、従来例のように、「予め記録した非音声データとＡＤ変換による非音声信号の音源パターン解析処理を行ってから非音声コードを生成」などの複雑な信号処理を行う必要がないので、極めて簡単な構成となるとともに、戸別局において異音となったチャイム音を除去して、音声信号のみを出力することができる。

【0063】

（実施形態２）
図１１は本発明の実施形態２に係る地域防災無線システムの構成例を示すブロック図である。図１１の地域防災無線システムは、図１の実施形態１に係る地域防災無線システムに比較して以下の点が異なる。
（１）統制局又は中継局において、デジタル無線受信装置２１を備えず、音源再生出力装置２４及びデジタル無線再送信装置２Ｃが設けられる。
（２）デジタル無線再送信装置２Ｃは、音源入力部２１Ｃと、ノイズキャンセル部２３と、デジタル無線送信装置２２Ｂとを備える。
以下、相違点について説明する。

【0064】

図１１において、音源再生出力装置２４は音源再生出力部２５を備え、音源再生出力部２５は例えば音源データを予め記憶するメモリ２５ｍを有し、例えば非音声信号（チャイム音など）及び音声信号を含む防災放送の音源を再生してその信号を音源入力部２１Ｃに出力する。音源入力部２１Ｃは音源再生出力部２５とのインターフェース回路であって、入力される信号を所定の信号変換を実行した後、ノイズキャンセル部２３に出力する。以下の動作は、実施形態１と同様である。

【0065】

図１４は図１１の実施形態２に係る地域防災無線システムの構成例及びその動作を示すブロック図である。

【0066】

実施形態１では防災無線の受信された音声信号及び非音声信号をノイズキャンセル部２３に通して狭帯域デジタル変調して送信していた。これに対して、実施形態２では、デジタル無線受信装置２１を備えず、音源入力部２１Ｃを備えたデジタル無線再送信装置２Ｃに置き換えたことを特徴としている。すなわち、音源入力部２１Ｃから入力された音声信号と非音声信号を深層学習モデル部１３５（図２）を用いたノイズキャンセル部２３（人間の音声の特徴パラメータを入力とし、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間であるか否かを判定する判定結果を出力する）を通すことにより、異音の原因となる非音声信号をフィルタリングしてデジタル無線送信装置２２Ｂで狭帯域デジタル変調して送信し、戸別局３Ｂのデジタル無線受信装置３１Ｂではこれを受信することで非音声は鳴動されず、音声のみが出力される。

【0067】

これにより、防災無線に限らず音源再生出力装置２４（例えばチャイム音とアナウンス音声が鳴動する放送システムによる音源再生出力装置など）から出力される非音声信号の伝送はできなくなるが、異音の発生を防ぐことや本来重要である正常な音声の認識も容易となる。さらにシステムを導入する際もすでに導入済みの音源再生出力装置２４の仕様及び設定の変更や改造することなく、戸別局３Ｂのデジタル無線受信装置３１Ｂで音声受信することができ、導入までのハードルは大幅に下がる。

【0068】

（変形例）
以上の実施形態１及び２においては、地域防災無線システムについて説明しているが、本発明はこれに限らず、種々の無線システムに適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0069】

以上詳述したように、本発明に係るデジタル無線送信装置等によれば、深層学習モデルを有するノイズキャンセル部を用いてチャイム音などの非音声信号を除去し、防災無線再送信での音声信号のみの再送信することができる。従って、従来例のように、「予め記録した非音声データとＡＤ変換による非音声信号の音源パターン解析処理を行ってから非音声コードを生成」などの複雑な信号処理を行う必要がないので、極めて簡単な構成となるとともに、戸別局において異音となったチャイム音を除去して、音声信号のみを出力することができる。

【符号の説明】

【0070】

１ 統制局
２，２Ｂ 中継局
２Ｃ デジタル無線再送信装置
３，３Ｂ 戸別局
１１ 統制操作装置
１２ デジタル無線送信装置
１２Ａ アンテナ
１３ マイクロホン
１４ スイッチ
１５ 音声増幅器
１６ 加算器
１７ 非音声信号発生器
２１ デジタル無線受信装置
２１Ａ アンテナ
２１Ｃ 音源入力部
２２，２２Ｂ デジタル無線送信装置
２２Ａ アンテナ
２３ ノイズキャンセル部
２４ 音源再生出力装置
２５ 音源再生出力部
２５ｍ メモリ
３１，３１Ｂ デジタル無線受信装置
３１Ａ アンテナ
３２ スピーカ
４１ 音源解析回路
４２ 遅延回路
４３ ＡＤ変換器
４４ 音声エンコーダ
４５ 非音声コード発生器
４６ スイッチ
４７ 狭帯域デジタル変調器
４８ 電力増幅器
４９ 信号処理回路
５１ ＡＤ変換器
５２ ＦＦＴ演算器
５３ 非音声比較判別器
５４ 非音声コードスペクトルパターンメモリ
６１ 高周波低雑音増幅器
６２ 狭帯域デジタル復調器
６３ 非音声コード判別器
６４ 音声デコーダ
６５ 非音声信号発生器
６６ スイッチ
６７ 低周波増幅器
１３０ 音声信号処理部
１３１ ＣＰＵ
１３２ ＲＯＭ
１３３ ＲＡＭ
１３４ ＥＥＰＲＯＭ
１３５ 深層学習モデル部
１３６ 入力インターフェース
１３７ 出力インターフェース
１３８ 音声信号前置処理部
１３９ ＡＤ変換器
１４１ 入力層
１４２ 中間層
１４３ 出力層
１５１～１８１ ニューロン

【要約】

【課題】「予め記録した非音声データとＡＤ変換による非音声信号の音源パターン解析処理を行ってから非音声コードを生成」などの複雑な信号処理を行う必要がなく、戸別局において異音となったチャイム音を除去して、音声信号のみを出力する。
【解決手段】デジタル無線送信装置は、音声信号及び非音声信号を含む低周波信号を、デジタル変調器により所定の音声圧縮方式を用いてデジタル変調して無線送信する。デジタル無線送信装置は、音声信号及び非音声信号を含む低周波信号からノイズをキャンセルするように音声信号処理を行ってデジタル変調器に出力するノイズキャンセル部を備える。ノイズキャンセル部は、人間の音声の特徴パラメータを用いて、入力される音声信号からノイズを含む非音声期間であるか否かを判定する深層学習モデル部を学習して、学習された深層学習モデル部を構成して備える音声信号処理部を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】