JP2002082685A - 音声帯域拡張装置及び音声帯域拡張方法 - Google Patents
音声帯域拡張装置及び音声帯域拡張方法Info
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- JP2002082685A JP2002082685A JP2001192229A JP2001192229A JP2002082685A JP 2002082685 A JP2002082685 A JP 2002082685A JP 2001192229 A JP2001192229 A JP 2001192229A JP 2001192229 A JP2001192229 A JP 2001192229A JP 2002082685 A JP2002082685 A JP 2002082685A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 聴覚が劣化した人にとって、電話回線等での
音声信号の狭帯域化は聞き取りにくい。本発明は、少な
い演算量で音域補償を行い、音質と言葉の了解度を向上
させることを目的とする。 【解決手段】 有声／無声判定部１ｃと、デジタル変換
された信号のサンプリング点を１サンプルおきにゼロ値
に置換することにより、折り返し信号を生成する折り返
し信号生成部１ｄを備え、有声／無声の判定結果によ
り、有声区間では遮断周波数が低く、無声区間では遮断
周波数が高いローパスフィルタ部１ｅを切り替えて折り
返し信号生成部１ｄの出力信号の帯域制限を行なうもの
であり、これにより、無声音区間ではより高域までの帯
域拡張を行う。
音声信号の狭帯域化は聞き取りにくい。本発明は、少な
い演算量で音域補償を行い、音質と言葉の了解度を向上
させることを目的とする。 【解決手段】 有声／無声判定部１ｃと、デジタル変換
された信号のサンプリング点を１サンプルおきにゼロ値
に置換することにより、折り返し信号を生成する折り返
し信号生成部１ｄを備え、有声／無声の判定結果によ
り、有声区間では遮断周波数が低く、無声区間では遮断
周波数が高いローパスフィルタ部１ｅを切り替えて折り
返し信号生成部１ｄの出力信号の帯域制限を行なうもの
であり、これにより、無声音区間ではより高域までの帯
域拡張を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、狭帯域音声信号か
ら広帯域音声信号を擬似的に生成する音声帯域拡張装置
及び音声帯域拡張方法に関するものである。
ら広帯域音声信号を擬似的に生成する音声帯域拡張装置
及び音声帯域拡張方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、バリアフリー化の必要性が高まっ
ている。こうした観点から、音声通信機器において、お
年寄り等の聴覚が衰えた人のために、音声信号の帯域を
見かけ上広げ、聞きやすい音声信号を生成する技術の開
発が望まれている。言葉を中心とした音声通信は、通
常、電話回線を通す音声信号が一つの基準になってい
る。この電話による音声信号は、帯域幅が制限されてい
るので、音質は元の音声と比べて一般には決して良好で
はない。
ている。こうした観点から、音声通信機器において、お
年寄り等の聴覚が衰えた人のために、音声信号の帯域を
見かけ上広げ、聞きやすい音声信号を生成する技術の開
発が望まれている。言葉を中心とした音声通信は、通
常、電話回線を通す音声信号が一つの基準になってい
る。この電話による音声信号は、帯域幅が制限されてい
るので、音質は元の音声と比べて一般には決して良好で
はない。
【０００３】例えば、比較的良好な音質の地上電話回線
でも、本来の音声帯域幅の半分程度（約３００〜３５０
０Ｈｚ）に制限されている。通常の人間の歌の音域は、
日本人の男子は８０Ｈｚ〜８００Ｈｚの基本周波数とそ
の数次の高調波からなり、また、女子は１５０Ｈｚ〜１
６００Ｈｚとその数次の高調波からなる。数次の高調波
を含め更に無声音まで含めると、音声の音域は８０Ｈｚ
〜１.６ＫＨｚの広帯域にわたる。話し言葉の了解や言
葉の音質にとって、特にこれらの数次の高調波を含む高
域成分、および、言葉の基本周波数を含む３００Ｈｚ以
下の低域成分が、重要な働きをする。
でも、本来の音声帯域幅の半分程度（約３００〜３５０
０Ｈｚ）に制限されている。通常の人間の歌の音域は、
日本人の男子は８０Ｈｚ〜８００Ｈｚの基本周波数とそ
の数次の高調波からなり、また、女子は１５０Ｈｚ〜１
６００Ｈｚとその数次の高調波からなる。数次の高調波
を含め更に無声音まで含めると、音声の音域は８０Ｈｚ
〜１.６ＫＨｚの広帯域にわたる。話し言葉の了解や言
葉の音質にとって、特にこれらの数次の高調波を含む高
域成分、および、言葉の基本周波数を含む３００Ｈｚ以
下の低域成分が、重要な働きをする。
【０００４】ところが、電話回線などの狭帯域の伝送路
は、これらの重要な有声音の高域・低域成分、および、
無声音の高域の大部分が消失させるので、聴覚的には、
言葉を中心とした音声信号の音質は劣化してしまう。ま
た、音声信号の狭帯域化は、聞き取り易さ、すなわち、
了解度を大きく阻害する。その結果、音声信号の狭帯域
化は、お年寄り等の聴覚が衰えた人の大きな障害になっ
ていることが報告されている（日本音響学会講演論文集
２−６−５、平成８年９月）。
は、これらの重要な有声音の高域・低域成分、および、
無声音の高域の大部分が消失させるので、聴覚的には、
言葉を中心とした音声信号の音質は劣化してしまう。ま
た、音声信号の狭帯域化は、聞き取り易さ、すなわち、
了解度を大きく阻害する。その結果、音声信号の狭帯域
化は、お年寄り等の聴覚が衰えた人の大きな障害になっ
ていることが報告されている（日本音響学会講演論文集
２−６−５、平成８年９月）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】音声を聞き取り易くす
るために、音声信号の帯域拡張を行う方法や装置は従来
から試みられてきた。しかし、それらは多大の演算量・
メモリ量等を必要とする反面、それらで処理された信号
の音質は必ずしも良くないという問題が有った。例え
ば、代表的な従来方式であるコードブックマッピング方
式は、電話帯域音声と広帯域音声をコードブックで対応
付ける方式だが、マッチング演算量とコードブックのメ
モリ占有領域が大きく、また、回線状況によりマッチン
グ精度が不安定になる問題があった。
るために、音声信号の帯域拡張を行う方法や装置は従来
から試みられてきた。しかし、それらは多大の演算量・
メモリ量等を必要とする反面、それらで処理された信号
の音質は必ずしも良くないという問題が有った。例え
ば、代表的な従来方式であるコードブックマッピング方
式は、電話帯域音声と広帯域音声をコードブックで対応
付ける方式だが、マッチング演算量とコードブックのメ
モリ占有領域が大きく、また、回線状況によりマッチン
グ精度が不安定になる問題があった。
【０００６】また音声信号の分析・合成を基本とする他
の拡張方式も、分析・合成には詳細かつ多くの演算を行
う必要がある。したがって、その実装にはかなりの大き
さとコストを伴うにもかかわらず、それに見合う程の効
果は得られていない。
の拡張方式も、分析・合成には詳細かつ多くの演算を行
う必要がある。したがって、その実装にはかなりの大き
さとコストを伴うにもかかわらず、それに見合う程の効
果は得られていない。
【０００７】また、例外的に、低演算量において、折り
返し信号と固定フィルタで仮想的に高域を補償する提案
が有る。しかし、この方式は、無声音の高域を十分に拡
張できず、音声の明瞭度や了解度を改善できず、処理さ
れた音声は聴覚的にこもった音声になるという問題があ
った。
返し信号と固定フィルタで仮想的に高域を補償する提案
が有る。しかし、この方式は、無声音の高域を十分に拡
張できず、音声の明瞭度や了解度を改善できず、処理さ
れた音声は聴覚的にこもった音声になるという問題があ
った。
【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決する装置
または方法を提供することを目的とするものであり、比
較的少ない演算量で、周波数帯域が制限された狭帯域の
可聴音声信号の高域補償、および／または、低域補償を
行うことにより、実用的に言葉の音質と了解度を改善す
ることを目的とする。
または方法を提供することを目的とするものであり、比
較的少ない演算量で、周波数帯域が制限された狭帯域の
可聴音声信号の高域補償、および／または、低域補償を
行うことにより、実用的に言葉の音質と了解度を改善す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による音声帯域拡張装置は、アナログ／デジ
タル変換手段から出力されるデジタル信号を解析し、音
声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含む有声
音区間とを識別する有声／無声判定手段と、アナログ／
デジタル変換手段から出力されるデジタル信号のサンプ
リング点を１サンプルおきにゼロ値に置換する事で折り
返し信号を含むデジタル信号を生成する折り返し信号生
成手段と、有声／無声判定手段の判定結果に基づき、有
声区間では遮断周波数が低い状態に、無声区間では遮断
周波数が高い状態にローパスフィルタ特性を切り替え
て、折り返し信号生成手段の出力信号の帯域制限を行う
フィルタ部とを設けたものである。
に、本発明による音声帯域拡張装置は、アナログ／デジ
タル変換手段から出力されるデジタル信号を解析し、音
声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含む有声
音区間とを識別する有声／無声判定手段と、アナログ／
デジタル変換手段から出力されるデジタル信号のサンプ
リング点を１サンプルおきにゼロ値に置換する事で折り
返し信号を含むデジタル信号を生成する折り返し信号生
成手段と、有声／無声判定手段の判定結果に基づき、有
声区間では遮断周波数が低い状態に、無声区間では遮断
周波数が高い状態にローパスフィルタ特性を切り替え
て、折り返し信号生成手段の出力信号の帯域制限を行う
フィルタ部とを設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、入力のアナログ狭帯域音声信号を上限周波数の約４
倍のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル信
号に変換するアナログ／デジタル変換と、このアナログ
／デジタル変換手段から出力されるデジタル信号を解析
し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含
む有声音区間とを識別する有声／無声判定手段と、アナ
ログ／デジタル変換手段から出力されるデジタル信号の
サンプリング点を１サンプルおきにゼロ値に置換する事
で、折り返し信号を含むデジタル信号を生成する折り返
し信号生成手段と、有声／無声判定手段の判定結果に基
づき、有声区間では遮断周波数が低い状態、無声区間で
は遮断周波数が高い状態にローパスフィルタ特性を切り
替えて前記折り返し信号生成手段の出力信号の帯域制限
を行うフィルタ部と、このフィルタ部より出力されたデ
ジタル信号をアナログ信号に変換して広帯域の音声信号
を出力する信号変換手段とを備えた音声帯域拡張装置で
あり、この構成により、有声／無声判定手段の判定結果
により、有声区間では遮断周波数が低く、無声区間では
遮断周波数が高いローパスフィルタを切り替えて折り返
し信号生成手段の出力信号の帯域制限を行なうことによ
り、適切な区間で高域成分を伸ばすことができ、音声の
了解度を向上させる。
は、入力のアナログ狭帯域音声信号を上限周波数の約４
倍のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル信
号に変換するアナログ／デジタル変換と、このアナログ
／デジタル変換手段から出力されるデジタル信号を解析
し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含
む有声音区間とを識別する有声／無声判定手段と、アナ
ログ／デジタル変換手段から出力されるデジタル信号の
サンプリング点を１サンプルおきにゼロ値に置換する事
で、折り返し信号を含むデジタル信号を生成する折り返
し信号生成手段と、有声／無声判定手段の判定結果に基
づき、有声区間では遮断周波数が低い状態、無声区間で
は遮断周波数が高い状態にローパスフィルタ特性を切り
替えて前記折り返し信号生成手段の出力信号の帯域制限
を行うフィルタ部と、このフィルタ部より出力されたデ
ジタル信号をアナログ信号に変換して広帯域の音声信号
を出力する信号変換手段とを備えた音声帯域拡張装置で
あり、この構成により、有声／無声判定手段の判定結果
により、有声区間では遮断周波数が低く、無声区間では
遮断周波数が高いローパスフィルタを切り替えて折り返
し信号生成手段の出力信号の帯域制限を行なうことによ
り、適切な区間で高域成分を伸ばすことができ、音声の
了解度を向上させる。
【００１１】本発明の請求項４に記載の発明は、入力の
狭帯域音声信号を上限周波数の約４倍のサンプリング周
波数でサンプリングしてデジタル信号に変換するアナロ
グ／デジタル変換手段と、このアナログ／デジタル変換
部から出力されるデジタル信号を解析し、音声信号中の
母音を含まない無声音区間と母音を含む有声音区間を識
別する有声／無声判定手段と、アナログ／デジタル変換
手段から出力されるデジタル信号を１サンプルおきに符
号を反転させる処理を行う帯域反転処理手段と、有声／
無声判定手段の判定結果に基づき、有声区間では遮断周
波数が低い状態に、無声区間では遮断周波数が高い状態
になるように、ローパスフィルタの特性を切り替えて前
記帯域反転処理手段の出力信号の帯域制限を行うフィル
タ部と、このフィルタ部の出力信号をアナログ／デジタ
ル変換した入力信号を所定の比率で加算する合成部と、
この合成部からの出力デジタル信号をアナログ信号に変
換して広帯域の音声信号をうるデジタル／アナログ変換
手段とを備えた音声帯域拡張装置であり、この構成によ
り、有声／無声判定手段の判定結果により、有声区間で
は遮断周波数が低く、無声区間では遮断周波数が高いロ
ーパスフィルタを切り替えて折り返し信号生成手段の出
力信号の帯域制限を行なうことにより、適切な区間で高
域成分を伸ばすことができ、音声の了解度を向上させ
る。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し
ながら説明する。
狭帯域音声信号を上限周波数の約４倍のサンプリング周
波数でサンプリングしてデジタル信号に変換するアナロ
グ／デジタル変換手段と、このアナログ／デジタル変換
部から出力されるデジタル信号を解析し、音声信号中の
母音を含まない無声音区間と母音を含む有声音区間を識
別する有声／無声判定手段と、アナログ／デジタル変換
手段から出力されるデジタル信号を１サンプルおきに符
号を反転させる処理を行う帯域反転処理手段と、有声／
無声判定手段の判定結果に基づき、有声区間では遮断周
波数が低い状態に、無声区間では遮断周波数が高い状態
になるように、ローパスフィルタの特性を切り替えて前
記帯域反転処理手段の出力信号の帯域制限を行うフィル
タ部と、このフィルタ部の出力信号をアナログ／デジタ
ル変換した入力信号を所定の比率で加算する合成部と、
この合成部からの出力デジタル信号をアナログ信号に変
換して広帯域の音声信号をうるデジタル／アナログ変換
手段とを備えた音声帯域拡張装置であり、この構成によ
り、有声／無声判定手段の判定結果により、有声区間で
は遮断周波数が低く、無声区間では遮断周波数が高いロ
ーパスフィルタを切り替えて折り返し信号生成手段の出
力信号の帯域制限を行なうことにより、適切な区間で高
域成分を伸ばすことができ、音声の了解度を向上させ
る。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し
ながら説明する。
【００１２】（実施の形態１）以下、本発明の一実施の
形態について図１、図２、および、図３を参照しながら
説明する。図１は本発明による一実施の形態の音声帯域
拡張装置のブロック図である。図２は本発明による一実
施の形態の音声帯域拡張装置のハードウエアの構成図で
ある。図３は本発明による一実施の形態の音声帯域拡張
装置のフローチャートである。
形態について図１、図２、および、図３を参照しながら
説明する。図１は本発明による一実施の形態の音声帯域
拡張装置のブロック図である。図２は本発明による一実
施の形態の音声帯域拡張装置のハードウエアの構成図で
ある。図３は本発明による一実施の形態の音声帯域拡張
装置のフローチャートである。
【００１３】図１において、アナログ／デジタル変換部
１ａは、たとえば、電話回線を介して送られてくる入力
のアナログ狭帯域音声信号をその上限周波数の約４倍の
サンプリング周波数でサンプリングしてデジタル信号に
変換する。
１ａは、たとえば、電話回線を介して送られてくる入力
のアナログ狭帯域音声信号をその上限周波数の約４倍の
サンプリング周波数でサンプリングしてデジタル信号に
変換する。
【００１４】フレーム分割部１ｂは、狭帯域音声信号を
時系列上で一定時間長のフレームに区切る。実際には、
１フレームは数十〜数百ｍｓの時間にする。有声／無声
判定部１ｃは、アナログ／デジタル変換部１ａからフレ
ーム分割部１ｂを介して出力されるデジタル信号を解析
し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含
む有声音区間を識別する。すなわち、１フレーム数十〜
数百ｍｓに区切られた各フレーム内の狭帯域音声信号の
特徴を分析する。例えば、１フレーム内に含まれる狭帯
域音声信号のゼロクロス数を用いることにより、そのフ
レームが有声音区間であるか無声音区間であるかを識別
できる。有声音区間では、ゼロクロスは周期的に発生し
やすい。他方、無声音区間ではゼロクロスは周期を持た
ない。このことを利用して、有声音区間と無声音区間を
識別することができる。また、有声音区間では、ゼロク
ロスの周期は一般には長い、言い換えると、ゼロクロス
の回数が少ない。他方、無声音区間ではゼロクロスの周
期は短い、言い換えると、ゼロクロスの回数が多い。こ
のことを利用して、有声音区間と無声音区間を識別する
こともできる。このゼロクロスの回数をある回数に設定
しておいて、判定の閾値とし、それに基づいて無声区間
と有声区間を識別・判定する。ゼロクロスの回数が多い
と無声音らしさが強いということも言える。
時系列上で一定時間長のフレームに区切る。実際には、
１フレームは数十〜数百ｍｓの時間にする。有声／無声
判定部１ｃは、アナログ／デジタル変換部１ａからフレ
ーム分割部１ｂを介して出力されるデジタル信号を解析
し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含
む有声音区間を識別する。すなわち、１フレーム数十〜
数百ｍｓに区切られた各フレーム内の狭帯域音声信号の
特徴を分析する。例えば、１フレーム内に含まれる狭帯
域音声信号のゼロクロス数を用いることにより、そのフ
レームが有声音区間であるか無声音区間であるかを識別
できる。有声音区間では、ゼロクロスは周期的に発生し
やすい。他方、無声音区間ではゼロクロスは周期を持た
ない。このことを利用して、有声音区間と無声音区間を
識別することができる。また、有声音区間では、ゼロク
ロスの周期は一般には長い、言い換えると、ゼロクロス
の回数が少ない。他方、無声音区間ではゼロクロスの周
期は短い、言い換えると、ゼロクロスの回数が多い。こ
のことを利用して、有声音区間と無声音区間を識別する
こともできる。このゼロクロスの回数をある回数に設定
しておいて、判定の閾値とし、それに基づいて無声区間
と有声区間を識別・判定する。ゼロクロスの回数が多い
と無声音らしさが強いということも言える。
【００１５】折り返し信号生成部１ｄは、アナログ／デ
ジタル変換部１ａから出力されるデジタル信号のサンプ
リング点を１サンプルおきにゼロ値に置換する事で、サ
ンプリング周波数が変わらず、信号帯域幅の中心周波数
を境とする折り返し信号を含むデジタル信号を生成す
る。
ジタル変換部１ａから出力されるデジタル信号のサンプ
リング点を１サンプルおきにゼロ値に置換する事で、サ
ンプリング周波数が変わらず、信号帯域幅の中心周波数
を境とする折り返し信号を含むデジタル信号を生成す
る。
【００１６】ローパスフィルタ部１ｅは、有声／無声判
定部１ｃの判定結果基づき、有声区間では遮断周波数が
低い状態に、無声区間では遮断周波数が高い状態にロー
パスフィルタの特性を切り替えて、折り返し信号生成部
１ｄの出力信号の帯域制限を行う。
定部１ｃの判定結果基づき、有声区間では遮断周波数が
低い状態に、無声区間では遮断周波数が高い状態にロー
パスフィルタの特性を切り替えて、折り返し信号生成部
１ｄの出力信号の帯域制限を行う。
【００１７】デジタル／アナログ変換部１ｆは、ローパ
スフィルタ部１ｅより出力されたデジタル信号をアナロ
グ信号に変換して広帯域に信号成分が拡張された音声信
号を出力する。
スフィルタ部１ｅより出力されたデジタル信号をアナロ
グ信号に変換して広帯域に信号成分が拡張された音声信
号を出力する。
【００１８】次に低域拡張部は、整流処理部１ｇ、ロー
パスフィルタ部１ｈ、および、振幅・位相調整部１ｉか
らなる。整流処理部１ｇは、アナログ／デジタル変換部
１ａから出力されるデジタル信号を整流処理する。整流
処理部１ｇは、フレーム分割部１ｂで一定時間間隔の時
間フレーム分割した狭帯域音声信号をデジタル的に整流
する。デジタルによる半波整流は、サンプル値の符号が
負の部分はゼロ値に置き換え、残りはサンプル値そのま
まで出力することにより実現する。ローパスフィルタ部
１ｈは、整流処理により得た信号成分中、元の音声信号
の基本周波数が多く含まれる成分、すなわち、音声信号
のピッチ相当の低域周波数成分を遮断周波数３００Ｈｚ
のローパスフィルタ１ｈで抽出する。振幅・位相調整部
１ｉは、ローパスフィルタで抽出した低域周波数成分の
位相と振幅を調節する。合成部３は、低域拡張部の振幅
・位相調整部１ｉの出力の低域周波数成分を、高域側の
拡張部のローパスフィルタ部１ｅの出力信号に加算す
る。
パスフィルタ部１ｈ、および、振幅・位相調整部１ｉか
らなる。整流処理部１ｇは、アナログ／デジタル変換部
１ａから出力されるデジタル信号を整流処理する。整流
処理部１ｇは、フレーム分割部１ｂで一定時間間隔の時
間フレーム分割した狭帯域音声信号をデジタル的に整流
する。デジタルによる半波整流は、サンプル値の符号が
負の部分はゼロ値に置き換え、残りはサンプル値そのま
まで出力することにより実現する。ローパスフィルタ部
１ｈは、整流処理により得た信号成分中、元の音声信号
の基本周波数が多く含まれる成分、すなわち、音声信号
のピッチ相当の低域周波数成分を遮断周波数３００Ｈｚ
のローパスフィルタ１ｈで抽出する。振幅・位相調整部
１ｉは、ローパスフィルタで抽出した低域周波数成分の
位相と振幅を調節する。合成部３は、低域拡張部の振幅
・位相調整部１ｉの出力の低域周波数成分を、高域側の
拡張部のローパスフィルタ部１ｅの出力信号に加算す
る。
【００１９】図２は図１の音声帯域拡張装置をＤＳＰと
ＣＰＵを用いて実現した物を示す。図２のＡ／Ｄコンバ
ータ４ａ、および、Ｄ／Ａコンバータ４ｅは、それぞ
れ、図１のアナログ／デジタル変換部１ａ、および、デ
ジタル／アナログ変換部１ｆ相当する。また、図２にお
いて、ＤＳＰ／ＣＰＵ４ｂは、ＲＯＭ４ｃに格納された
プログラムに基づき、ＲＡＭ４ｄを作業領域にして、Ａ
／Ｄコンバータの出力を演算処理することにより、図１
のフレーム分割部１ｂ、有声／無声判定部１ｃ、折り返
し信号生成部１ｄ、および、ローパスフィルタ部１ｅの
機能を実現している。
ＣＰＵを用いて実現した物を示す。図２のＡ／Ｄコンバ
ータ４ａ、および、Ｄ／Ａコンバータ４ｅは、それぞ
れ、図１のアナログ／デジタル変換部１ａ、および、デ
ジタル／アナログ変換部１ｆ相当する。また、図２にお
いて、ＤＳＰ／ＣＰＵ４ｂは、ＲＯＭ４ｃに格納された
プログラムに基づき、ＲＡＭ４ｄを作業領域にして、Ａ
／Ｄコンバータの出力を演算処理することにより、図１
のフレーム分割部１ｂ、有声／無声判定部１ｃ、折り返
し信号生成部１ｄ、および、ローパスフィルタ部１ｅの
機能を実現している。
【００２０】次に、図２に示す音声帯域拡張装置または
音声帯域拡張方法の動作を、図３および図４を参照して
説明する。アナログ／デジタル変換処理ステップＳｔｅ
ｐ-１ａは、電話回線等を介して送られてくる入力のア
ナログ狭帯域音声信号を通常の約２倍のサンプリング周
波数２ｆｓでサンプリングしてデジタル信号に変換す
る。たとえば、電話音声の場合では、帯域上限周波数の
２倍程度のサンプリング周波数ｆｓ＝、約８ｋＨｚが通
常だが、ここではその倍の２ｆｓ＝、約１６ｋＨｚの周
波数でサンプリングする。図４（ａ）は、サンプリング
されたデジタル信号のサンプリング列の一例を示す。
音声帯域拡張方法の動作を、図３および図４を参照して
説明する。アナログ／デジタル変換処理ステップＳｔｅ
ｐ-１ａは、電話回線等を介して送られてくる入力のア
ナログ狭帯域音声信号を通常の約２倍のサンプリング周
波数２ｆｓでサンプリングしてデジタル信号に変換す
る。たとえば、電話音声の場合では、帯域上限周波数の
２倍程度のサンプリング周波数ｆｓ＝、約８ｋＨｚが通
常だが、ここではその倍の２ｆｓ＝、約１６ｋＨｚの周
波数でサンプリングする。図４（ａ）は、サンプリング
されたデジタル信号のサンプリング列の一例を示す。
【００２１】フレーム分割処理ステップＳｔｅｐ-１ｂ
は、狭帯域音声信号を時系列的に一定時間長の時間フレ
ームに区切る。実際には、１つの時間フレームは数十〜
数百ｍｓの時間にする。
は、狭帯域音声信号を時系列的に一定時間長の時間フレ
ームに区切る。実際には、１つの時間フレームは数十〜
数百ｍｓの時間にする。
【００２２】有声／無声判定処理ステップＳｔｅｐ-１
ｃは、アナログ／デジタル変換処理Ｓｔｅｐ-１ａでデ
ジタル信号に変換された音声信号を解析し、音声信号中
の母音を含まない無声音区間と母音を含む有声音区間を
時間軸上で識別・判定する。すなはち、数十〜数百ｍｓ
毎に区切られた各時間フレーム内の狭帯域音声信号の特
徴を分析する。例えば、１つの時間フレーム内に含まれ
る狭帯域音声信号のゼロクロス数を用いることにより、
その時間フレームが有声音区間であるか無声音区間であ
るかを識別できる。有声音区間では、ゼロクロスの周期
は一般には長い、言い換えると、一つの時間フレーム内
のゼロクロス数は少ない。他方、無声音区間ではゼロク
ロスの発生間隔は短い、言い換えると、一つの時間フレ
ーム内のゼロクロス数は多い。一つの時間フレーム内の
ゼロクロス数が多いと無声音らしさが強いということも
言える。このことを利用して、有声音区間と無声音区間
を識別することができる。また、有声音区間では、ゼロ
クロスは周期的に発生しやすい。他方、無声音区間では
ゼロクロスは周期を持たない。このことを利用しても、
有声音区間と無声音区間を識別することができる。有声
／無声判定処理ステップＳｔｅｐ-１ｃは、ゼロクロス
数判定の閾値をある値にし、その閾値に基づいて無声区
間と有声区間を識別・判定する。
ｃは、アナログ／デジタル変換処理Ｓｔｅｐ-１ａでデ
ジタル信号に変換された音声信号を解析し、音声信号中
の母音を含まない無声音区間と母音を含む有声音区間を
時間軸上で識別・判定する。すなはち、数十〜数百ｍｓ
毎に区切られた各時間フレーム内の狭帯域音声信号の特
徴を分析する。例えば、１つの時間フレーム内に含まれ
る狭帯域音声信号のゼロクロス数を用いることにより、
その時間フレームが有声音区間であるか無声音区間であ
るかを識別できる。有声音区間では、ゼロクロスの周期
は一般には長い、言い換えると、一つの時間フレーム内
のゼロクロス数は少ない。他方、無声音区間ではゼロク
ロスの発生間隔は短い、言い換えると、一つの時間フレ
ーム内のゼロクロス数は多い。一つの時間フレーム内の
ゼロクロス数が多いと無声音らしさが強いということも
言える。このことを利用して、有声音区間と無声音区間
を識別することができる。また、有声音区間では、ゼロ
クロスは周期的に発生しやすい。他方、無声音区間では
ゼロクロスは周期を持たない。このことを利用しても、
有声音区間と無声音区間を識別することができる。有声
／無声判定処理ステップＳｔｅｐ-１ｃは、ゼロクロス
数判定の閾値をある値にし、その閾値に基づいて無声区
間と有声区間を識別・判定する。
【００２３】ゼロ値置換処理ステップＳｔｅｐ-１ｄ
は、アナログ／デジタル変換処理Ｓｔｅｐ-１ａから出
力されるデジタル信号のサンプリング点を１サンプルお
きにゼロ値に置換する。このような処理は、サンプリン
グ周波数が２ｆｓとすれば、ｆｓ／２の周波数を対称軸
にして元の音声信号（上限周波数＝ｆｓ／２）を高域側
に折り返したスペクトルを持つデジタル信号（見かけ上
の上限周波数＝ｆｓ）を生成する。得られたデジタル信
号は、図１の中に示すように元の音声信号成分（ｆｓ／
２）と、その２倍の高域側折り返し信号（図１の斜めハ
ッチング線部）から成る。
は、アナログ／デジタル変換処理Ｓｔｅｐ-１ａから出
力されるデジタル信号のサンプリング点を１サンプルお
きにゼロ値に置換する。このような処理は、サンプリン
グ周波数が２ｆｓとすれば、ｆｓ／２の周波数を対称軸
にして元の音声信号（上限周波数＝ｆｓ／２）を高域側
に折り返したスペクトルを持つデジタル信号（見かけ上
の上限周波数＝ｆｓ）を生成する。得られたデジタル信
号は、図１の中に示すように元の音声信号成分（ｆｓ／
２）と、その２倍の高域側折り返し信号（図１の斜めハ
ッチング線部）から成る。
【００２４】ローパスフィルタ処理ステップＳｔｅｐ-
１ｅは、有声／無声判定処理Ｓｔｅｐ-１ｃの判定結果
に基づき、有声区間では遮断周波数が低い状態（この例
では、遮断周波数≒５ｋＨｚ）、無声区間では遮断周波
数が高い状態（この例では、遮断周波数≒７ｋＨｚ）に
ローパスフィルタの特性を切り替えて、ゼロ値置換処理
ステップＳｔｅｐ-１ｄからの出力信号の帯域制限を行
う。ローパスフィルタはＤＳＰ／ＣＰＵ４ｂによっても
実現され、その特性の切り替えはＤＳＰ／ＣＰＵ４ｂに
与えるの定数を切り替えることによって行う。例えば以
下のように切り替える。
１ｅは、有声／無声判定処理Ｓｔｅｐ-１ｃの判定結果
に基づき、有声区間では遮断周波数が低い状態（この例
では、遮断周波数≒５ｋＨｚ）、無声区間では遮断周波
数が高い状態（この例では、遮断周波数≒７ｋＨｚ）に
ローパスフィルタの特性を切り替えて、ゼロ値置換処理
ステップＳｔｅｐ-１ｄからの出力信号の帯域制限を行
う。ローパスフィルタはＤＳＰ／ＣＰＵ４ｂによっても
実現され、その特性の切り替えはＤＳＰ／ＣＰＵ４ｂに
与えるの定数を切り替えることによって行う。例えば以
下のように切り替える。
【００２５】有声区間 ‥ 遮断周波数＝５ｋＨｚ 無声区間 ‥ 遮断周波数＝７ｋＨｚ なお、区間を有声／無声の２種類に分けるのではなく、
有声／無声判定処理ステップＳｔｅｐ-１ｃにおいて区
間の有声らしさ／無声らしさを多段階に分けて評価し、
ローパスフィルタの遮断周波数を、それぞれ少しずつ異
ならせることにより、音声信号の時間フレーム間の繋ぎ
目をスムーズにする事も出来る。また、有声／無声音の
ホルマント形状を反映した、なだらかな減衰特性を有す
るローパスフィルタを音声信号のそれぞれの時間フレー
ム区間に適用すれば、音声の自然さはより一層向上す
る。
有声／無声判定処理ステップＳｔｅｐ-１ｃにおいて区
間の有声らしさ／無声らしさを多段階に分けて評価し、
ローパスフィルタの遮断周波数を、それぞれ少しずつ異
ならせることにより、音声信号の時間フレーム間の繋ぎ
目をスムーズにする事も出来る。また、有声／無声音の
ホルマント形状を反映した、なだらかな減衰特性を有す
るローパスフィルタを音声信号のそれぞれの時間フレー
ム区間に適用すれば、音声の自然さはより一層向上す
る。
【００２６】デジタル／アナログ変換処理ステップＳｔ
ｅｐ-１ｆは、ローパスフィルタ処理ステップＳｔｅｐ-
１ｅの出力デジタル信号をアナログ信号に変換して広帯
域の音声信号を出力する。この広帯域の音声信号は、本
来の音声信号と同程度の帯域に擬似的に拡張された音声
信号になる。
ｅｐ-１ｆは、ローパスフィルタ処理ステップＳｔｅｐ-
１ｅの出力デジタル信号をアナログ信号に変換して広帯
域の音声信号を出力する。この広帯域の音声信号は、本
来の音声信号と同程度の帯域に擬似的に拡張された音声
信号になる。
【００２７】図５は本発明による他の実施の形態の音声
帯域拡張装置のブロック図である。また、図６は本発明
の実施の形態の音声帯域拡張装置のフローチャートであ
る。図７（ａ）は音声信号のサンプリング列の例を示す
概念図である。図７（ｂ）はサンプリングパルスを１サ
ンプルおきに符号を反転させた状態を示す概念図であ
る。図８は本発明による他の実施の形態の音声帯域拡張
装置のフローチャートである。
帯域拡張装置のブロック図である。また、図６は本発明
の実施の形態の音声帯域拡張装置のフローチャートであ
る。図７（ａ）は音声信号のサンプリング列の例を示す
概念図である。図７（ｂ）はサンプリングパルスを１サ
ンプルおきに符号を反転させた状態を示す概念図であ
る。図８は本発明による他の実施の形態の音声帯域拡張
装置のフローチャートである。
【００２８】図５における、アナログ／デジタル変換部
２ａ、フレーム分割部２ｂ、および、有声／無声判定部
２ｃは、図１に示すアナログ／デジタル変換部１ａ、フ
レーム分割部１ｂ、および、有声／無声判定部１ｃと、
それぞれ、同様な構成であるので、ここでの説明を省略
する。また同様に、低域側拡張部における整流処理部２
ｇ、ローパスフィルタ部２ｈ、振幅・位相調整部２ｉ、
おとび、デジタル／アナログ変換部２ｊも、図１に示す
整流処理部１ｇ、ローパスフィルタ部１ｈ、振幅・位相
調整部１ｉ、および、デジタル／アナログ変換部１ｊ
と、それぞれ、同様な構成であるので、ここでの説明を
省略する。
２ａ、フレーム分割部２ｂ、および、有声／無声判定部
２ｃは、図１に示すアナログ／デジタル変換部１ａ、フ
レーム分割部１ｂ、および、有声／無声判定部１ｃと、
それぞれ、同様な構成であるので、ここでの説明を省略
する。また同様に、低域側拡張部における整流処理部２
ｇ、ローパスフィルタ部２ｈ、振幅・位相調整部２ｉ、
おとび、デジタル／アナログ変換部２ｊも、図１に示す
整流処理部１ｇ、ローパスフィルタ部１ｈ、振幅・位相
調整部１ｉ、および、デジタル／アナログ変換部１ｊ
と、それぞれ、同様な構成であるので、ここでの説明を
省略する。
【００２９】図５の高域側の拡張部おいて、帯域反転処
理部２ｄは、アナログ／デジタル変換部２ａによって狭
帯域の入力信号をその上限周波数の約４倍のサンプリン
グ周波数２ｆｓでサンプリングして出力されるデジタル
信号の符号を１サンプルおきに符号を反転させる処理を
行う。ローパスフィルタ部２ｅは、有声／無声判定部２
ｃの判定結果に基づき、有声区間では遮断周波数が低い
状態に、無声区間では遮断周波数が高い状態になるよう
にローパスフィルタの特性を、切り替えて帯域反転処理
部２ｄの出力信号の帯域制限を行う。
理部２ｄは、アナログ／デジタル変換部２ａによって狭
帯域の入力信号をその上限周波数の約４倍のサンプリン
グ周波数２ｆｓでサンプリングして出力されるデジタル
信号の符号を１サンプルおきに符号を反転させる処理を
行う。ローパスフィルタ部２ｅは、有声／無声判定部２
ｃの判定結果に基づき、有声区間では遮断周波数が低い
状態に、無声区間では遮断周波数が高い状態になるよう
にローパスフィルタの特性を、切り替えて帯域反転処理
部２ｄの出力信号の帯域制限を行う。
【００３０】振幅・位相調整部２ｆは、ローパスフィル
タ部２ｅから出力された高域信号の位相と振幅を調節す
る。整流処理部２ｇはフレーム分割部２ｂである時間間
隔にフレーム分割した狭帯域音声信号をデジタル的に整
流する。デジタルによる半波整流は、サンプル値の符号
が負の部分はゼロ値に置き換え、残りはサンプル値その
ままで出力することにより実現する。デジタルによる全
波整流は、サンプル値の符号が負の部分は−１を掛けて
符合を反転し、残りはサンプル値そのままで出力するこ
とにより実現する。
タ部２ｅから出力された高域信号の位相と振幅を調節す
る。整流処理部２ｇはフレーム分割部２ｂである時間間
隔にフレーム分割した狭帯域音声信号をデジタル的に整
流する。デジタルによる半波整流は、サンプル値の符号
が負の部分はゼロ値に置き換え、残りはサンプル値その
ままで出力することにより実現する。デジタルによる全
波整流は、サンプル値の符号が負の部分は−１を掛けて
符合を反転し、残りはサンプル値そのままで出力するこ
とにより実現する。
【００３１】合成部３は、フレーム分割部２ｂの出力で
あるアナログ／デジタル変換した入力信号、高域側拡張
部からの出力信号である振幅・位相調整部２ｆからの出
力信号、および、低域側拡張部からの出力信号である振
幅・位相調整部２ｉの出力信号、を所定の比率で加算す
る。
あるアナログ／デジタル変換した入力信号、高域側拡張
部からの出力信号である振幅・位相調整部２ｆからの出
力信号、および、低域側拡張部からの出力信号である振
幅・位相調整部２ｉの出力信号、を所定の比率で加算す
る。
【００３２】次に、図５に示す音声帯域拡張装置の動作
を図６のフローチャートを用いて、図３のフローチャー
トとの違いを中心に説明する。
を図６のフローチャートを用いて、図３のフローチャー
トとの違いを中心に説明する。
【００３３】アナログ／デジタル変換処理ステップＳｔ
ｅｐ-２ａは、入力の狭帯域音声信号を上限周波数ｆｓ
／２の約４倍、２ｆｓのサンプリング周波数でサンプリ
ングしてデジタル信号に変換する。スペクトル反転処理
ステップＳｔｅｐ-２ｄは、このデジタル信号の符号を
１サンプルおきに反転させる。
ｅｐ-２ａは、入力の狭帯域音声信号を上限周波数ｆｓ
／２の約４倍、２ｆｓのサンプリング周波数でサンプリ
ングしてデジタル信号に変換する。スペクトル反転処理
ステップＳｔｅｐ-２ｄは、このデジタル信号の符号を
１サンプルおきに反転させる。
【００３４】図７は、図５または図６の実施の形態にお
ける信号波形を示し、アナログ／デジタル変換処理ステ
ップＳｔｅｐ-２ａから出力されるサンプリング周波数
２ｆｓのデジタル信号を１サンプルおきに符号を反転さ
せる処理について説明する。図７（ａ）はアナログ／デ
ジタル変換処理ステップＳｔｅｐ-２ａから出力される
上限周波数ｆｓ／２のデジタル信号をサンプリング周波
数２ｆｓでサンプリングした波形のサンプリング列を示
す。図７（ａ）のこのサンプリングパルス（７ａ,７ｂ,
…）を１サンプルおきにその符号を反転させると図７
（ｂ）に示すようなサンプルされた波形になる。
ける信号波形を示し、アナログ／デジタル変換処理ステ
ップＳｔｅｐ-２ａから出力されるサンプリング周波数
２ｆｓのデジタル信号を１サンプルおきに符号を反転さ
せる処理について説明する。図７（ａ）はアナログ／デ
ジタル変換処理ステップＳｔｅｐ-２ａから出力される
上限周波数ｆｓ／２のデジタル信号をサンプリング周波
数２ｆｓでサンプリングした波形のサンプリング列を示
す。図７（ａ）のこのサンプリングパルス（７ａ,７ｂ,
…）を１サンプルおきにその符号を反転させると図７
（ｂ）に示すようなサンプルされた波形になる。
【００３５】このように処理したデジタル信号は、サン
プリング周波数を２ｆｓとすれば、ｆｓ／２の周波数を
対称軸に高域側に反転され、低域側には信号を含まない
デジタル信号（図５の斜めハッチング線部）となる。
プリング周波数を２ｆｓとすれば、ｆｓ／２の周波数を
対称軸に高域側に反転され、低域側には信号を含まない
デジタル信号（図５の斜めハッチング線部）となる。
【００３６】ローパスフィルタ処理ステップＳｔｅｐ-
２ｅは、ローパスフィルタ処理を行う。ここでは、ロー
パスフィルタの遮断周波数を次のようにする。
２ｅは、ローパスフィルタ処理を行う。ここでは、ロー
パスフィルタの遮断周波数を次のようにする。
【００３７】有声区間 ‥ 遮断周波数＝５ｋＨｚ 無声区間 ‥ 遮断周波数＝７ｋＨｚ 前述したように、これらの切り替えは、有声／無声判定
処理ステップＳｔｅｐ-２ｃ、あるいは、有声／無声判
定部ステップＳｔｅｐ-２ｃの判定結果に基づいて実行
される。
処理ステップＳｔｅｐ-２ｃ、あるいは、有声／無声判
定部ステップＳｔｅｐ-２ｃの判定結果に基づいて実行
される。
【００３８】振幅・位相調節処理ステップＳｔｅｐ-２
ｆは、ローパスフィルタ処理ステップＳｔｅｐ-２ｅに
より生成された高域側拡張信号の振幅と位相を調節す
る。ここで、高域拡張の効果は、増幅率を可変にするこ
とによって調節する様にもできる。
ｆは、ローパスフィルタ処理ステップＳｔｅｐ-２ｅに
より生成された高域側拡張信号の振幅と位相を調節す
る。ここで、高域拡張の効果は、増幅率を可変にするこ
とによって調節する様にもできる。
【００３９】入力信号加算処理ステップＳｔｅｐ-２ｇ
は、振幅・位相調節処理ステップＳｔｅｐ-２ｆの高域
側拡張信号(図５のグラフ中の斜めハッチング線部)、低
域側補強信号（図５のグラフのクロスハッチング部）、
および、入力音声帯域の音声信号(図５のグラフ中の白
い部分)を、図５の合成部３により加算する。その結
果、図５の右下部のグラフに示す周波数分布を持つ擬似
的に帯域拡張された音声信号を得る。デジタル／アナロ
グ変換処理ステップＳｔｅｐ-２ｈは以上の加工を施し
たデジタル音声信号をアナログ信号に変換することによ
り、本来の音声信号と同程度の帯域に擬似的に周波数帯
域が拡張され、その拡張の程度を自由に調節可能な、広
帯域音声信号を出力する。
は、振幅・位相調節処理ステップＳｔｅｐ-２ｆの高域
側拡張信号(図５のグラフ中の斜めハッチング線部)、低
域側補強信号（図５のグラフのクロスハッチング部）、
および、入力音声帯域の音声信号(図５のグラフ中の白
い部分)を、図５の合成部３により加算する。その結
果、図５の右下部のグラフに示す周波数分布を持つ擬似
的に帯域拡張された音声信号を得る。デジタル／アナロ
グ変換処理ステップＳｔｅｐ-２ｈは以上の加工を施し
たデジタル音声信号をアナログ信号に変換することによ
り、本来の音声信号と同程度の帯域に擬似的に周波数帯
域が拡張され、その拡張の程度を自由に調節可能な、広
帯域音声信号を出力する。
【００４０】次に、音声信号の低域側拡張処理について
図８のフローチャートを用いて説明する。この低域側拡
張処理は前述までのどの実施の形態にも適用できる。調
波生成処理ステップＳｔｅｐ-３ａは、デジタル信号に
変換された音声信号に対し、半波整流あるいは全波整流
処理を行う事により、元の周波数帯域に含まれる有声音
信号の高調波成分を生成する。
図８のフローチャートを用いて説明する。この低域側拡
張処理は前述までのどの実施の形態にも適用できる。調
波生成処理ステップＳｔｅｐ-３ａは、デジタル信号に
変換された音声信号に対し、半波整流あるいは全波整流
処理を行う事により、元の周波数帯域に含まれる有声音
信号の高調波成分を生成する。
【００４１】ローパスフィルタ処理ステップＳｔｅｐ-
３ｂは調波生成処理ステップＳｔｅｐ-３ａの出力信号
にローパスフィルタを施す。すなわち、整流処理によっ
て得られる音声信号の基本周波数に相当するピッチを含
む低域周波数成分をローパスフィルタで抽出する。これ
により、電話回線等を通す際に狭帯域化により消失した
音声の低周波数成分を擬似的に得る。
３ｂは調波生成処理ステップＳｔｅｐ-３ａの出力信号
にローパスフィルタを施す。すなわち、整流処理によっ
て得られる音声信号の基本周波数に相当するピッチを含
む低域周波数成分をローパスフィルタで抽出する。これ
により、電話回線等を通す際に狭帯域化により消失した
音声の低周波数成分を擬似的に得る。
【００４２】振幅・位相調節処理ステップＳｔｅｐ-３
ｃは、位相と振幅の調節を行う。ここで、任意の増幅率
でこの低域信号を増幅する事により、低域拡張効果の程
度を調節する事も可能である。
ｃは、位相と振幅の調節を行う。ここで、任意の増幅率
でこの低域信号を増幅する事により、低域拡張効果の程
度を調節する事も可能である。
【００４３】加算ステップＳｔｅｐ-３ｄは、元の周波
数帯域の音声信号（図１と図５のグラフ中の白い部
分）、拡張された高域の信号（図１および図５のグラフ
中の斜めハッチング線部分）、および、Ｓｔｅｐ-３ｃ
の出力信号である低域拡張成分（図１および図５のグラ
フ中のクロスハッチング部分）を図１または図５の合成
部３により加算し、低域・高域の双方の帯域が拡張され
た音声信号（図１または図５の右下部に示すグラフ中の
周波数分布を持つ擬似的に帯域拡張された音声信号）を
得る。
数帯域の音声信号（図１と図５のグラフ中の白い部
分）、拡張された高域の信号（図１および図５のグラフ
中の斜めハッチング線部分）、および、Ｓｔｅｐ-３ｃ
の出力信号である低域拡張成分（図１および図５のグラ
フ中のクロスハッチング部分）を図１または図５の合成
部３により加算し、低域・高域の双方の帯域が拡張され
た音声信号（図１または図５の右下部に示すグラフ中の
周波数分布を持つ擬似的に帯域拡張された音声信号）を
得る。
【００４４】以上のように本発明による音声信号の帯域
拡張装置によれば、電話回線等を通す際に狭帯域化され
た音声信号に対して疑似的に高域あるいは高・低域を補
償することができる。
拡張装置によれば、電話回線等を通す際に狭帯域化され
た音声信号に対して疑似的に高域あるいは高・低域を補
償することができる。
【００４５】このようにして本発明は、本来の音声信号
帯域幅で表現される音声の特徴を活かしたまま、出力音
声信号の帯域拡張を行うことが出来る。しかも、本発明
は、比較的少ない演算量で実用的な音質の音域補償を行
うことが可能になる。本発明は、例えば、現在電話音声
やＡＭラジオ等の狭帯域音声信号を、ＦＭラジオ等の広
帯域音声信号に実質的に拡張することができる。
帯域幅で表現される音声の特徴を活かしたまま、出力音
声信号の帯域拡張を行うことが出来る。しかも、本発明
は、比較的少ない演算量で実用的な音質の音域補償を行
うことが可能になる。本発明は、例えば、現在電話音声
やＡＭラジオ等の狭帯域音声信号を、ＦＭラジオ等の広
帯域音声信号に実質的に拡張することができる。
【００４６】また、本発明は、低域周波数の音声信号を
擬似的に補強して、音声信号の高域・低域の両方を拡張
するように補強すると、更に自然な音声信号を作り出す
ようにもできる。更に、本発明において、元の音声信号
に対して、補強する高域・低域の信号のレベルを調節可
能にして、より高音質の音声帯域拡張を行うことができ
る。
擬似的に補強して、音声信号の高域・低域の両方を拡張
するように補強すると、更に自然な音声信号を作り出す
ようにもできる。更に、本発明において、元の音声信号
に対して、補強する高域・低域の信号のレベルを調節可
能にして、より高音質の音声帯域拡張を行うことができ
る。
【００４７】本発明を適用した場合の改善効果を、１２
人の７０歳〜８１歳の日本人で視聴実験した所、次の様
な結果を得た。単音節音声の了解度は、無処理で６５％
であったものが、本発明適用で７９％に向上した。ま
た、５段階法（５点満点法）による音質評価は、無処理
で３．０であったものが、本発明適用で３．５に向上し
た。
人の７０歳〜８１歳の日本人で視聴実験した所、次の様
な結果を得た。単音節音声の了解度は、無処理で６５％
であったものが、本発明適用で７９％に向上した。ま
た、５段階法（５点満点法）による音質評価は、無処理
で３．０であったものが、本発明適用で３．５に向上し
た。
【００４８】日本語に比べ子音や無声音部の多い英語を
はじめ他の言語の場合には、これら単音節了解度および
音質評価は、日本語の場合以上に改善することが期待で
きる。
はじめ他の言語の場合には、これら単音節了解度および
音質評価は、日本語の場合以上に改善することが期待で
きる。
【００４９】したがって、本発明は、お年寄り等の聴覚
が衰えた人の大きな障害が取り除き、しかも、比較的簡
単な構成や方法で実施できるので、多くの音声機器にて
きようでき、さらにまた、世界の多くの言語圏でも適用
できるなど、実用上の利点は極めて大きい。
が衰えた人の大きな障害が取り除き、しかも、比較的簡
単な構成や方法で実施できるので、多くの音声機器にて
きようでき、さらにまた、世界の多くの言語圏でも適用
できるなど、実用上の利点は極めて大きい。
【００５０】
【発明の効果】本発明は、有声／無声判定手段と、デジ
タル変換された信号のサンプリング点を１サンプルおき
にゼロ値に置換することにより、折り返し信号を生成す
る折り返し信号生成手段を備え、有声／無声の判定結果
により、有声区間では遮断周波数が低く、無声区間では
遮断周波数が高いローパスフィルタを切り替えて折り返
し信号生成手段の出力信号の帯域制限を行なうことによ
り、無声音区間ではより高域までの帯域拡張を行うよう
に構成したことにより、本来の音声信号帯域幅で表現さ
れる音声の特徴を活かしたまま、出力音声信号の帯域拡
張を行うことが出来る。しかも、本発明は、比較的少な
い演算量で実用的な音域補償を行い、音質の改善と言葉
の了解度の向上をはかることが可能になる。
タル変換された信号のサンプリング点を１サンプルおき
にゼロ値に置換することにより、折り返し信号を生成す
る折り返し信号生成手段を備え、有声／無声の判定結果
により、有声区間では遮断周波数が低く、無声区間では
遮断周波数が高いローパスフィルタを切り替えて折り返
し信号生成手段の出力信号の帯域制限を行なうことによ
り、無声音区間ではより高域までの帯域拡張を行うよう
に構成したことにより、本来の音声信号帯域幅で表現さ
れる音声の特徴を活かしたまま、出力音声信号の帯域拡
張を行うことが出来る。しかも、本発明は、比較的少な
い演算量で実用的な音域補償を行い、音質の改善と言葉
の了解度の向上をはかることが可能になる。
【００５１】また本発明は、低域周波数の音声信号を擬
似的に補強して、音声信号の高域・低域の両方を拡張す
るように補強すると、更に自然な音声信号を作り出し、
音質と了解度を向上するようにもできる。更に、本発明
において、元の音声信号に対して、補強する高域・低域
の信号のレベルを調節可能にして、より高音質の音声帯
域拡張を行うことができる。
似的に補強して、音声信号の高域・低域の両方を拡張す
るように補強すると、更に自然な音声信号を作り出し、
音質と了解度を向上するようにもできる。更に、本発明
において、元の音声信号に対して、補強する高域・低域
の信号のレベルを調節可能にして、より高音質の音声帯
域拡張を行うことができる。
【図１】本発明による一実施の形態の音声帯域拡張装置
のブロック図
のブロック図
【図２】本発明による一実施の形態の音声帯域拡張装置
のハードウエアの構成図
のハードウエアの構成図
【図３】本発明による一実施の形態の音声帯域拡張装置
のフローチャート
のフローチャート
【図４】（ａ）音声信号のサンプリング列の例を示す概
念図 （ｂ）音声信号のサンプリング列を１サンプルおきに値
ゼロのパルスに置換した状態を示す概念図
念図 （ｂ）音声信号のサンプリング列を１サンプルおきに値
ゼロのパルスに置換した状態を示す概念図
【図５】本発明による他の実施の形態の音声帯域拡張装
置のブロック図
置のブロック図
【図６】本発明による他の実施の形態の音声帯域拡張装
置のフローチャート
置のフローチャート
【図７】（ａ）音声信号のサンプリング列の例を示す概
念図 （ｂ）サンプリングパルスを１サンプルおきにその符号
を反転させた状態を示す概念図
念図 （ｂ）サンプリングパルスを１サンプルおきにその符号
を反転させた状態を示す概念図
【図８】本発明による他の実施の形態の音声帯域拡張装
置のフローチャート
置のフローチャート
１ａ アナログ／デジタル変換部 １ｂ フレーム分割部 １ｃ 有声／無声判定部 １ｄ 折り返し信号生成部 １ｅ ローパスフィルタ部 １ｆ デジタル／アナログ変換部 １ｇ 整流処理部 １ｈ ローパスフィルタ部 １ｉ 振幅・位相調整部 ３ 合成部
Claims (12)
- 【請求項１】入力のアナログ狭帯域音声信号を上限周波
数の約４倍のサンプリング周波数でサンプリングしてデ
ジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換と、前記
アナログ／デジタル変換手段から出力されるデジタル信
号を解析し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と
母音を含む有声音区間とを識別する有声／無声判定手段
と、前記アナログ／デジタル変換手段から出力されるデ
ジタル信号のサンプリング点を１サンプルおきにゼロ値
に置換する事で、折り返し信号を含むデジタル信号を生
成する折り返し信号生成手段と、前記有声／無声判定手
段の判定結果に基づき、有声区間では遮断周波数が低い
状態、無声区間では遮断周波数が高い状態にローパスフ
ィルタ特性を切り替えて前記折り返し信号生成手段の出
力信号の帯域制限を行うフィルタ部と、前記フィルタ部
より出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して
広帯域の音声信号を出力する信号変換手段とを備えたこ
とを特徴とする音声帯域拡張装置。 - 【請求項２】音声信号の狭帯域化により消失した低域信
号を擬似的に復元する低域拡張部を備え、この擬似的に
復元した低域信号を、アナログ／デジタル変換手段の出
力であるデジタル信号とフィルタ部より出力されたデジ
タル信号とに加算して、高域・低域両方の拡張を行う請
求項１記載の音声帯域拡張装置。 - 【請求項３】アナログ／デジタル変換手段から出力され
るデジタル信号を整流処理し、これにより得られるピッ
チ相当の低域周波数成分をローパスフィルタで抽出し、
この低域周波数成分の位相と振幅を調節することによ
り、低域信号を擬似的に復元する請求項２記載の音声帯
域拡張装置。 - 【請求項４】入力の狭帯域音声信号を上限周波数の約４
倍のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル信
号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、前記アナ
ログ／デジタル変換部から出力されるデジタル信号を解
析し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を
含む有声音区間を識別する有声／無声判定手段と、前記
アナログ／デジタル変換手段から出力されるデジタル信
号を１サンプルおきに符号を反転させる処理を行う帯域
反転処理手段と、前記有声／無声判定手段の判定結果に
基づき、有声区間では遮断周波数が低い状態に、無声区
間では遮断周波数が高い状態になるように、ローパスフ
ィルタの特性を切り替えて前記帯域反転処理手段の出力
信号の帯域制限を行うフィルタ部と、前記フィルタ部の
出力信号を、アナログ／デジタル変換した入力信号を所
定の比率で加算する合成部と、前記合成部からの出力デ
ジタル信号をアナログ信号に変換して広帯域の音声信号
をうるデジタル／アナログ変換手段とを備えたことを特
徴とする音声帯域拡張装置。 - 【請求項５】音声信号の狭帯域化により消失した低域信
号を擬似的に復元する低域拡張部を備え、この擬似的に
復元した低域信号を、前記アナログ／デジタル変換手段
の出力の前記デジタル信号と前記フィルタ部より出力さ
れたデジタル信号とに加算して、高域・低域両方の拡張
を行う請求項４記載の音声帯域拡張装置。 - 【請求項６】低域信号の復元は、アナログ／デジタル変
換部から出力されるデジタル信号を整流処理し、これに
より得られるピッチ相当の低域周波数成分をローパスフ
ィルタで抽出し、この低域周波数成分の位相と振幅を調
節することにより、低域信号を擬似的に復元する請求項
５記載の音声帯域拡張装置。 - 【請求項７】入力の狭帯域音声信号に基づき広帯域音声
信号を生成する音声帯域拡張方法であって、 ａ）入力の狭帯域音声信号を周波数上限の約４倍のサン
プリング周波数でサンプリングしてデジタル信号に変換
し、 ｂ）このデジタル信号を解析し、音声信号中の母音を含
まない無声音区間と母音を含む有声音区間とを識別判定
し、 ｃ）前記アナログ／デジタル変換手段から出力されるデ
ジタル信号のサンプリング点を１サンプルおきにゼロ値
に置換する事で折り返し信号を含むデジタル信号を生成
し、 ｄ）前記識別判定結果に基づき、ローパスフィルタの特
性を切り替えて、入力の狭帯域音声信号の有声区間では
遮断周波数が低く、無声区間では遮断周波数が高くなる
ように前記折り返し信号を含むデジタル信号の帯域制限
し、 ｅ）この帯域制限されたデジタル信号をアナログ信号に
変換して音声信号を出力する ステップを有する音声帯域拡張方法。 - 【請求項８】音声信号の狭帯域化により消失した低域信
号を擬似的に復元し、この擬似的に復元した低域信号
を、前記アナログ／デジタル変換手段の出力の前記デジ
タル信号と前記フィルタ部より出力されたデジタル信号
とに加算するステップを含む請求項７記載の音声帯域拡
張方法。 - 【請求項９】アナログ／デジタル変換手段から出力され
るデジタル信号を整流処理し、これにより得られるピッ
チ相当の低域周波数成分をローパスフィルタで抽出し、
この低域周波数成分の位相と振幅を調節することによ
り、低域信号を擬似的に復元するステップを含む請求項
８記載の音声帯域拡張方法。 - 【請求項１０】入力の狭帯域音声信号に基づき広帯域音
声信号を生成する音声帯域拡張方法であって、 ａ）入力の狭帯域音声信号を上限周波数の約４倍のサン
プリング周波数でサンプリングしてデジタル信号に変換
し、 ｂ）前記デジタル信号を解析し、音声信号中の母音を含
まない無声音区間と母音を含む有声音区間を識別判定
し、 ｃ）前記デジタル信号の符号を１サンプルおきに反転さ
せ、 ｄ）前記識別判定結果に基づき、ローパスフィルタ特性
を切り替えて、入力の狭帯域音声信号の有声区間では遮
断周波数が低い状態に、無声区間では遮断周波数が高い
状態になるように、前記１サンプルおきに符号を反転さ
れたデジタル信号の帯域を制限し、 ｅ）前記帯域制限されたデジタル信号と、アナログ／デ
ジタル変換した入力信号とを所定の比率で加算合成し、 ｆ）前記加算合成部した出力デジタル信号をアナログ信
号に変換して広帯域の音声信号をうる ステップを含む音声帯域拡張方法。 - 【請求項１１】音声信号の狭帯域化により消失した低域
信号を擬似的に復元し、この擬似的に復元した低域信号
を、前記アナログ／デジタル変換手段の出力の前記デジ
タル信号と前記フィルタ部より出力されたデジタル信号
とに加算するステップを含む請求項１０記載の音声帯域
拡張方法。 - 【請求項１２】アナログ／デジタル変換手段から出力さ
れるデジタル信号を整流処理し、これにより得られるピ
ッチ相当の低域周波数成分をローパスフィルタで抽出
し、この低域周波数成分の位相と振幅を調節することに
より、低域信号を擬似的に復元するステップを含む請求
項１１記載の音声帯域拡張方法。
Priority Applications (1)
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| JP2001192229A JP2002082685A (ja) | 2000-06-26 | 2001-06-26 | 音声帯域拡張装置及び音声帯域拡張方法 |
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| JP2000-190922 | 2000-06-26 | ||
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