CN102034482B - 语音频带扩展装置和语音频带扩展方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种语音频带扩展装置和语音频带扩展方法。将语音信号分离为提取噪声信号和噪声去除信号，分别针对提取噪声信号和噪声去除信号进行扩展频带的处理。语音频带扩展装置经由通信线路接收带宽受到限制的语音信号，对语音信号的频带进行扩展，其具有：信号分离部，其将语音信号分离为噪声去除信号和提取噪声信号；噪声去除信号分量扩展部，其补充频带高于噪声去除信号的频带的信号，生成扩展噪声去除信号；提取噪声信号分量扩展部，其生成扩展提取噪声信号；信号强度调节部，其对扩展噪声去除信号和扩展提取噪声信号中的任一方或双方的信号强度进行调节；以及信号合成处理部，其对调节后的扩展噪声去除信号和调节后的扩展提取噪声信号进行合成。
Description
技术领域
本发明涉及语音频带扩展装置和语音频带扩展方法，特别涉及对频带受限制的语音信号补充更高频带的信号，由此进行语音信号的频带扩展的语音频带扩展装置和语音频带扩展方法。
背景技术
能够在电话线路中传送的语音信号的频带为0.3～3.4kHz。该语音信号的频带与人类讲话的语音频带相比，具有相当窄的带宽。因此，从电话中听到的对方(说话方)的声音是发闷的声音，听者听到感觉与说话方原本的声音稍微不同的声音。
因此，以往提出了专利文献1所记载的电话装置。在该电话装置中，语音接收器经由电话线路等传送路径，接收与说话方原本的声音相比带宽较窄的语音信号。该电话装置具有以下3个语音频带扩展部：第1语音频带扩展部，其使语音接收器接收到的窄带宽的语音信号的频率偏移到有声区间的频带；第2语音频带扩展部，其使窄带宽的语音信号的频率偏移到无声区间的频带；以及第3语音频带扩展部，其对因语音信号进行窄带化而消失的语音的低频分量进行伪复原，该电话装置通过对由各语音频带扩展部生成的语音进行合成，由此，从受话器的扬声器输出对窄带语音进行扩展而得到的虚拟宽带语音。
这样，现有的电话装置生成将接收到的语音信号的频带扩展到更高频带的语音信号(虚拟宽带语音)，实现通话语音品质的提高。
【专利文献1】日本特开2003-256000公报(图1、图5)
但是，在现有的电话装置接收的语音信号中，除本来应该扩展的说话方的声音的语音信号(非噪声信号、噪声去除信号)之外，还包含除此之外的作为噪声的信号(噪声信号、提取噪声信号)。因此，通过第1语音频带扩展部、第2语音频带扩展部和第3语音频带扩展部对语音信号进行扩展而生成的语音信号是在包含噪声信号导致的异常声音和刺耳的声音等的状态下进行扩展的。因此，现有的电话装置原样合成这些扩展后的语音信号，所以，导致存在从受话器的扬声器输出的语音品质降低的问题。
发明内容
本发明是为了解决以上问题而完成的，其课题在于，提供如下的语音频带扩展装置和语音频带扩展方法：将语音信号分离为提取噪声信号和噪声去除信号，分别针对提取噪声信号和噪声去除信号进行扩展频带的处理。
为了解决所述课题，本发明的语音频带扩展装置经由通信线路接收带宽受到限制的语音信号，对所述语音信号的频带进行扩展，其构成为，该语音频带扩展装置具有：信号分离部，其将所述语音信号分离为噪声去除信号和提取噪声信号；噪声去除信号分量扩展部，其补充频带高于所述噪声去除信号的频带的信号，生成扩展噪声去除信号；提取噪声信号分量扩展部，其生成扩展提取噪声信号；信号强度调节部，其对所述扩展噪声去除信号和所述扩展提取噪声信号中的任一方或双方的信号强度进行调节；以及信号合成处理部，其对所述调节后的扩展噪声去除信号和所述调节后的扩展提取噪声信号进行合成。
根据本发明，分离为噪声去除信号和提取噪声信号，进行扩展频带的处理，并能够调节对噪声去除信号的频带进行扩展后得到的扩展噪声去除信号的信号强度。能够减小对提取噪声信号的频带进行扩展后得到的扩展提取噪声信号的信号强度，所以，减少了不愉快的噪声，提高了输出语音的清晰度。
并且，根据本发明，进行补充频带高于接收到的语音信号的频带(频带为0.3～3.4kHz)的信号的处理，所以，能够以扩展到老年人和幼儿等倾听者也容易听取的频带的语音，来再现并输出讲话内容。
附图说明
图1是示出包含第1实施方式的语音频带扩展装置的通话系统的图。
图2是示出第1实施方式的语音频带扩展装置的内部结构的框图。
图3是分量分离部的框图。
图4(a)是用户U2发出的语音的一例的波形图。(b)是噪声去除信号SS0的波形图。(c)是使其移动并提取了高频分量后的噪声去除信号SS1的波形图。(d)是带通滤波处理后的噪声去除信号SS2的波形图。
图5是第1实施方式的语音频带扩展装置的处理动作的流程图。
图6是第1实施方式的语音频带扩展装置(分量分离部)的处理动作的流程图。
图7是示出第2实施方式的语音频带扩展装置的内部结构的框图。
图8是第2实施方式的语音频带扩展装置的处理动作的流程图。
图9是第2实施方式的语音频带扩展装置的处理动作的流程图。
图10是示出第3实施方式的语音频带扩展装置的内部结构的框图。
图11是第3实施方式的语音频带扩展装置(分量分离部)的处理动作的流程图。
图12是第3实施方式的语音频带扩展装置(信号判定部)的处理动作的流程图。
图13是第3实施方式的语音频带扩展装置(强度调节部)的处理动作的流程图。
标号说明
10：语音频带扩展装置；11：分量分离部；12：噪声去除信号分量扩展部；13：噪声去除信号强度调节部；14：提取噪声信号分量扩展部；15：提取噪声信号强度调节部；16：信号合成处理部；17：信号强度调节部；51：语音转换器；53：语音数据接收器；Sin：输入语音信号；SS：噪声去除信号；ESS：扩展噪声去除信号；ASS：调节噪声去除信号；NS：提取噪声信号；ENS：扩展提取噪声信号；ANS：调节提取噪声信号；Sout：语音频带扩展语音信号。
具体实施方式
<第1实施方式>
接着，适当参照附图来详细说明第1实施方式。
[通话系统的结构]
图1示出在通话系统中使用第1实施方式的语音频带扩展装置的一例。图1是示出通话系统的图，示出用户U1和用户U2能够使用通话系统1进行通话的系统。通话系统1是如下的系统：电话线路或互联网等的通信线路网6连接通话装置5(5a)和通话目的地的通话装置5(5b)，利用通话装置5和通话目的地的通话装置5进行语音数据的收发。
通话装置5(5a、5b)在接收线路侧具有：语音转换器51，其进行用户U1发出的语音的输入输出；语音数据发送器52，其发送用户U1发出的语音的语音数据；以及语音数据接收器53，其接收连接目的地的用户U2发出的语音的语音数据，通话装置5(5a、5b)还具有语音频带扩展装置10，该语音频带扩展装置10对语音数据进行信号处理，提高从语音转换器51输出的语音的品质。
另外，通话装置5能够由省略图示的具有CPU(Central ProcessingUnit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等的普通计算机构成，能够通过使计算机作为所述各单元发挥功能的程序来实现。
接着，图2示出第1实施方式的语音频带扩展装置的内部结构的框图。
[语音频带扩展装置10]
语音频带扩展装置10是如下的装置：临时将输入语音信号Sin分离为噪声去除信号SS和提取噪声信号NS，进行扩展各个信号的频率分量的处理后，对分量扩展处理后的扩展噪声去除信号ESS和分量扩展处理后的扩展提取噪声信号ENS进行强度调节处理，对它们(调节噪声去除信号ASS和调节提取噪声信号ANS)进行合成，输出语音频带扩展语音信号Sout。
如图2所示，语音频带扩展装置10具有分量分离部11、噪声去除信号分量扩展部12、噪声去除信号强度调节部13(信号强度调节部17)、提取噪声信号分量扩展部14、提取噪声信号强度调节部15(信号强度调节部17)、以及信号合成处理部16。
这里，噪声是指叠加在期望的语音信号(用户U1发出的语音)上的噪声，语音信号的信号分量由有声分量、无声分量和噪声分量构成。
[分量分离部11]
分量分离部11是如下的处理部：将输入语音信号Sin分离为噪声去除信号SS和提取噪声信号NS，将噪声去除信号SS输出给噪声去除信号分量扩展部12，将提取噪声信号NS输出给提取噪声信号分量扩展部14。
如图3所示，分量分离部11具有：噪声去除部111、差分处理部112、和周期分量去除部113。
[噪声去除部111]
噪声去除部111是如下的处理部：被输入输入语音信号Sin，从该输入语音信号Sin中去除噪声分量。将去除处理后的噪声去除信号SS输出给噪声去除信号分量扩展部12和差分处理部112。
这里，可以利用任意的方法去除噪声分量，但是，第1实施方式的噪声去除部111使用谱减(spectral subtraction)法，如下所述进行噪声分量的去除处理。
噪声去除部111按照规定时间求出输入语音信号Sin中所包含的噪声的平均特性值(功率谱)。在各个时间区间(规定时间)中，在输入语音信号Sin和噪声的平均特性值的SN比(Signal to Noise ratio)小于规定值(例如10dB)的情况下，利用计算出的噪声的平均特性值来更新噪声基准特性值。然后，噪声去除部111针对每个所述时间区间，对输入语音信号Sin和噪声基准特性值进行相减，执行噪声分量的去除处理。
通过使用了该谱减法的噪声分量的去除处理，关于输入语音信号Sin中所包含的无声分量，即使信号强度小，SN比也不会特别小，所以，不会被噪声去除部111去除。
由此，去除处理后的噪声去除信号SS由有声分量和无声分量构成。
在第1实施方式中，示出了噪声去除部111使用谱减法进行噪声分量的去除处理的例子，但是，不限于谱减法，当然可以使用设计者所确定的任意的抑制噪声用的数字滤波器来去除噪声分量。
[差分处理部112]
差分处理部112是如下的处理部：被输入输入语音信号Sin和噪声去除信号SS，从输入语音信号Sin中减去噪声去除信号SS，提取由输入语音信号Sin中所包含的噪声分量构成的信号(差分信号DS)。然后，将差分信号DS输出给周期分量去除部113。然后，差分处理部112使输入语音信号Sin和噪声去除信号SS同步后，从输入语音信号Sin中减去噪声去除信号SS。
由此，差分处理后的差分信号DS主要由去除了有声分量和无声分量后的噪声分量构成。
[周期分量去除部113]
周期分量去除部113是如下的处理部：被输入差分信号DS，去除该差分信号DS所包含的周期分量，提取仅有噪声分量的信号(提取噪声信号NS)。然后，将提取噪声信号NS输出给提取噪声信号分量扩展部14。
由此，去除周期分量后的提取噪声信号NS仅由噪声分量构成。
通过以上的处理，分量分离部11将由有声分量和无声分量构成的噪声去除信号SS输出给噪声去除信号分量扩展部12，将仅由噪声分量构成的提取噪声信号NS输出给提取噪声信号分量扩展部14。
返回图2，说明语音频带扩展装置10的其他结构。
[噪声去除信号分量扩展部12]
噪声去除信号分量扩展部12是如下的处理部：对所取得的噪声去除信号SS进行频率扩展处理，将处理后的噪声去除信号SS2(扩展噪声去除信号ESS)输出给噪声去除信号强度调节部13。
<噪声去除信号分量扩展部12：频率扩展处理>
噪声去除信号分量扩展部12针对噪声去除信号SS进行利用了现有技术(专利文献1)的频率扩展处理。这里，作为一例，说明从用户U2输入图4(a)所示的日语的“あ”的波形的语音时的频率扩展处理。
噪声去除信号分量扩展部12首先针对采样频率为8kHz的噪声去除信号SS(SS0)，将采样频率设为16kHz。
然后，噪声去除信号分量扩展部12进行使0.3～3.4kHz的频带的噪声去除信号SS(SS0)(参照图4(b))向高频侧移动3.1kHz的处理，生成向3.4～6.5kHz的频带移动后的噪声去除信号SS(SS0s)。进而，使用高频带通滤波器对该噪声去除信号SS0s进行处理，提取高频分量(噪声去除信号SS1)(参照图4(c))。
然后，对噪声去除信号SS0和噪声去除信号SS1进行合成，生成0.3～6.5kHz频带的噪声去除信号SS2。进而，针对该噪声去除信号SS2使用反映了有声/无声的共振峰形状的具有平缓的衰减特性的带通滤波器(参照图4(d))。由此，特别地，高频带的信号强度衰减，语音的再现性进一步提高。此时，对向高频侧移动的频带(3.4～6.5kHz的频带)使用带通滤波器时，语音的再现性进一步提高。
由此，噪声去除信号分量扩展部12能够生成从0.3～3.4kHz频带的噪声去除信号SS0扩展频带后的0.3～6.5kHz频带的噪声去除信号SS2(扩展噪声去除信号ESS)。
[噪声去除信号强度调节部13]
噪声去除信号强度调节部13是如下的处理部：对所取得的扩展噪声去除信号ESS进行强度调节处理，生成调节噪声去除信号ASS，将其输出给信号合成处理部16。
<噪声去除信号强度调节部13：强度调节处理>
第1实施方式的噪声去除信号强度调节部13从扩展噪声去除信号ESS取得最大信号强度，对扩展噪声去除信号ESS整体的信号强度进行调节，以使该最大信号强度成为规定的信号强度SP13，由此生成调节噪声去除信号ASS。
最后，噪声去除信号强度调节部13将采样频率为16kHz的0.3～6.5kHz频带的调节噪声去除信号ASS输出给信号合成处理部16。
这里，规定的信号强度SP13是从语音转换器51输出的语音的信号强度，只要是用户U1容易听取语音的程度的信号强度即可。
并且，规定的信号强度SP13可以由噪声去除信号强度调节部13所保有，也可以存储在未图示的存储部中。
这里，关于第1实施方式的语音频带扩展装置10，利用噪声去除信号分量扩展部12和噪声去除信号强度调节部13区分处理部来进行说明，但是，噪声去除信号分量扩展部12当然也可以在频率扩展处理后，进行噪声去除信号强度调节部13进行的强度调节处理。
这里，利用噪声去除部111使用谱减法从样本语音中去除噪声时，屡次引起被称为“缺失(missing)”的、噪声的信号强度高于样本语音的信号强度的现象。
因此，在利用噪声去除部111在噪声去除单元中使用谱减法的情况下，考虑到缺失，利用噪声去除信号强度调节部13和提取噪声信号强度调节部15对信号强度进行调节，以使扩展提取噪声信号ENS的信号强度小于扩展噪声去除信号ESS的信号强度。
[提取噪声信号分量扩展部14]
提取噪声信号分量扩展部14是如下的处理部：对所取得的提取噪声信号NS进行频率扩展处理，将处理后的提取噪声信号NS2(扩展提取噪声信号ENS)输出给提取噪声信号强度调节部15。
这里，提取噪声信号分量扩展部14进行的处理与噪声去除信号分量扩展部12进行的处理重复，所以省略处理的说明。
[提取噪声信号强度调节部15]
提取噪声信号强度调节部15是如下的处理部：对所取得的扩展提取噪声信号ENS进行强度调节处理，生成调节提取噪声信号ANS，将其输出给信号合成处理部16。
这里，说明提取噪声信号强度调节部15进行的处理，但是，省略与噪声去除信号强度调节部13重复的处理的说明。
<提取噪声信号强度调节部15：强度调节处理>
提取噪声信号强度调节部15从扩展提取噪声信号ENS取得最大信号强度，对扩展提取噪声信号ENS整体的信号强度进行调节，以使该最大信号强度成为规定的信号强度SP15，由此生成调节提取噪声信号ANS。
此时，提取噪声信号强度调节部15将扩展提取噪声信号ENS调节为小于噪声去除信号强度调节部13调节的信号强度SP13的信号强度(SP13＞SP15)。
最后，提取噪声信号强度调节部15将采样频率为16kHz的0.3～6.5kHz频带的调节提取噪声信号ANS输出给信号合成处理部16。
这里，规定的信号强度SP15是从语音转换器51输出的噪声(noise)的信号强度，只要是用户U1听取时容易区分语音和噪声这样程度的自然的信号强度即可。
并且，规定的信号强度(SP15)可以由提取噪声信号强度调节部15所保有，也可以存储在未图示的存储部中。
这里，关于第1实施方式的语音频带扩展装置10，利用提取噪声信号分量扩展部14和提取噪声信号强度调节部15区分处理部来进行说明，但是，提取噪声信号分量扩展部14当然也可以在频率扩展处理后，进行提取噪声信号强度调节部15进行的强度调节处理。
[信号合成处理部16]
信号合成处理部16从噪声去除信号强度调节部13取得调节噪声去除信号ASS，并从提取噪声信号强度调节部15取得调节提取噪声信号ANS，使调节噪声去除信号ASS和调节提取噪声信号ANS同步后进行合成，生成语音频带扩展语音信号Sout，输出给语音转换器51。
<语音频带扩展装置10的处理动作>
接着，参照图5和图6(并适当参照图1～4)说明第1实施方式的语音频带扩展装置10进行的处理动作。
首先，用户U2发出的语音(图4(a))经由通话装置5b→通信线路网6→语音数据接收器53输入到语音频带扩展装置10。由此，语音频带扩展装置10所具有的分量分离部11取得输入语音信号Sin(图4(b))(步骤S101)。
分量分离部11将输入语音信号Sin分离为噪声去除信号SS和提取噪声信号NS(步骤S102)。然后，分量分离部11将噪声去除信号SS输出给噪声去除信号分量扩展部12，将提取噪声信号NS输出给提取噪声信号分量扩展部14(步骤S103)。
这里，参照图6(并适当参照图1～4)说明分量分离部11进行的步骤S102的分离处理。
首先，噪声去除部111取得输入语音信号Sin(步骤S201)。从该输入语音信号Sin中去除噪声分量(步骤S202)，将去除处理后的噪声去除信号SS输出给噪声去除信号分量扩展部12和差分处理部112(步骤S203)。
差分处理部112取得输入语音信号Sin和噪声去除信号SS(步骤S204)。差分处理部112从输入语音信号Sin中减去噪声去除信号SS，提取由输入语音信号Sin所包含的噪声分量构成的信号(差分信号DS)(步骤S205)。然后，差分处理部112将差分信号DS输出给周期分量去除部113(步骤S206)。
周期分量去除部113被输入差分信号DS，去除该差分信号DS所包含的周期分量，提取仅有噪声分量的信号(提取噪声信号NS)(步骤S207)。然后，周期分量去除部113将提取噪声信号NS输出给提取噪声信号分量扩展部14(步骤S208)。
由此，分量分离部11(噪声去除部111)将噪声去除信号SS输出给噪声去除信号分量扩展部12，将提取噪声信号NS输出给提取噪声信号分量扩展部14(步骤S103、图5)。
首先，噪声去除信号分量扩展部12取得噪声去除信号SS进行频率扩展处理(步骤S104)。接着，噪声去除信号强度调节部13进行强度调节处理(步骤S105)。然后，噪声去除信号强度调节部13将所生成的调节噪声去除信号ASS输出给信号合成处理部16(步骤S106)。
同样，提取噪声信号分量扩展部14取得提取噪声信号NS进行频率扩展处理(步骤S107)，接着，提取噪声信号强度调节部15进行强度调节处理(步骤S108)。然后，提取噪声信号强度调节部15将所生成的调节提取噪声信号ANS输出给信号合成处理部16(步骤S109)。
信号合成处理部16取得调节噪声去除信号ASS和调节提取噪声信号ANS，使其同步后进行合成(步骤S110)，生成语音频带扩展语音信号Sout，输出给语音转换器51(步骤S111)。
然后，语音频带扩展装置10结束所有处理。
这里，第1实施方式的语音频带扩展装置10也可以如图2的虚线所示，具有作为一个处理部来执行噪声去除信号强度调节部13执行的功能和提取噪声信号强度调节部15执行的功能的信号强度调节部17。
下面，说明利用一个处理部即信号强度调节部17进行的处理。
首先，信号强度调节部17从噪声去除信号分量扩展部12取得扩展噪声去除信号ESS，而且，从提取噪声信号分量扩展部14取得扩展提取噪声信号ENS。
接着，信号强度调节部17对扩展噪声去除信号ESS的最大信号强度和扩展提取噪声信号ENS的最大信号强度进行比较，对扩展噪声去除信号ESS整体的信号强度和扩展提取噪声信号ENS整体的信号强度的任一方或双方的信号强度进行调节，以使扩展提取噪声信号ENS的最大信号强度小于扩展噪声去除信号ESS的最大信号强度。
然后，信号强度调节部17将调节后的调节噪声去除信号ASS和调节提取噪声信号ANS输出给信号合成处理部16。
并且，根据第1实施方式的语音频带扩展装置10，将输入语音信号Sin分离为噪声去除信号SS(非噪声信号)和提取噪声信号NS(噪声信号)，进行扩展频带的处理(频率扩展处理)，而且，进行使对提取噪声信号NS的频带进行扩展后的扩展提取噪声信号ENS的信号强度小于对噪声去除信号SS的频带进行扩展后的扩展噪声去除信号ESS的信号强度的处理(强度调节处理)。通过这些处理，语音频带扩展装置10能够使从语音转换器51输出的语音的信号强度(扩展噪声去除信号ESS的信号强度)调节为用户U1容易听取语音的程度的信号强度，使从语音转换器51输出的噪声(noise)的信号强度(扩展提取噪声信号ENS的信号强度)调节为用户U1容易区分听取语音和噪声程度的自然的信号强度，所以，能够从由语音转换器51输出的语音中去除或降低不愉快的噪声，能够提高清晰度等语音品质。
另外，根据第1实施方式的语音频带扩展装置10，进行补充频带高于输入语音信号Sin的频带(频带为0.3～3.4kHz)的信号(频带为3.4～6.5kHz)的处理，所以，能够利用扩大到老年人和幼儿等倾听者也容易听取的频带的语音，再现并输出讲话内容。
进而，使用反映了有声/无声的共振峰形状的具有平缓的衰减特性的带通滤波器，由此，能够从语音转换器51输出对用户U1发出的语音进行复原后的语音，所以，能够提高语音的清晰度。
<第2实施方式>
接着，适当参照附图详细说明本发明的第2实施方式。
图7是示出第2实施方式的语音频带扩展装置的内部结构的框图。
[语音频带扩展装置10A]
语音频带扩展装置10A在第1实施方式的语音频带扩展装置10(图2)所具有的信号强度调节部17(17A)中具有噪声去除信号强度测定部21、提取噪声信号强度测定部22和强度调节部23，而且，具有处理的一部分不同的噪声去除信号分量扩展部12A、噪声去除信号强度调节部13A(信号强度调节部17A)、提取噪声信号分量扩展部14A、以及提取噪声信号强度调节部15A(信号强度调节部17A)。
[噪声去除信号分量扩展部12A]
噪声去除信号分量扩展部12A将频率扩展处理后的扩展噪声去除信号ESS输出给噪声去除信号强度测定部21和噪声去除信号强度调节部13A。
[提取噪声信号分量扩展部14A]
提取噪声信号分量扩展部14A将频率扩展处理后的扩展提取噪声信号ENS输出给提取噪声信号强度测定部22和提取噪声信号强度调节部15A。
[噪声去除信号强度测定部21]
噪声去除信号强度测定部21从噪声去除信号分量扩展部12A输入扩展噪声去除信号ESS，测定其信号强度(噪声去除信号强度信息ESL)，将噪声去除信号强度信息ESL输出给强度调节部23。
[提取噪声信号强度测定部22]
提取噪声信号强度测定部22从提取噪声信号分量扩展部14A输入扩展提取噪声信号ENS，测定其信号强度(提取噪声信号强度信息ENL)，将提取噪声信号强度信息ENL输出给强度调节部23。
[强度调节部23]
强度调节部23是如下的处理部：被输入噪声去除信号强度信息ESL和提取噪声信号强度信息ENL，求出扩展噪声去除信号ESS的强度调节值(噪声去除信号强度调节信息SG)和扩展提取噪声信号ENS的强度调节值(提取噪声信号强度调节信息NG)，将噪声去除信号强度调节信息SG输出给噪声去除信号强度调节部13A，将提取噪声信号强度调节信息NG输出给提取噪声信号强度调节部15A。
这里，强度调节部23对噪声去除信号强度调节信息SG和提取噪声信号强度调节信息NG进行调节，以使提取噪声信号强度信息ENL为小于噪声去除信号强度信息ESL的信号强度。
第2实施方式的强度调节部23对噪声去除信号强度调节信息SG和提取噪声信号强度调节信息NG的信号强度进行调节，以使当设后述的噪声去除信号强度调节部13A输出的调节噪声去除信号ASS的信号强度为Qs、后述的提取噪声信号强度调节部15A输出的调节提取噪声信号ANS的信号强度为Qn时，满足“Qn/Qs≤0.178”。
在进行所述信号强度的调节时，强度调节部23使用扩展噪声去除信号ESS的信号强度即噪声去除信号强度信息ESL和扩展提取噪声信号ENS的信号强度即提取噪声信号强度信息ENL，判定是否满足判定条件“提取噪声信号强度信息ENL/噪声去除信号强度信息ESL≤0.178”。
在满足上述判定条件的情况下，将提取噪声信号强度调节信息NG设为“1.0”输出给提取噪声信号强度调节部15A，以使提取噪声信号强度调节部15A不进行信号强度的调节。
另一方面，在不满足上述判定条件的情况下，将提取噪声信号强度调节信息NG设为“0.178(Ps/Pe)”输出给提取噪声信号强度调节部15A。
这里，在满足所述判定条件的情况下输出的提取噪声信号强度调节信息NG只要是不使提取噪声信号强度调节部15A进行信号强度的调节的信息即可。例如，也可以是表示不进行信号强度的调节的标志。
另外，所述判定条件也可以是以Qn不大于Qs为前提，在设计阶段任意确定的使信号合成处理部16输出的语音频带扩展语音信号Sout的音质为最佳的判定条件。
另外，噪声去除信号强度调节信息SG只要是用于对输入到噪声去除信号强度调节部13A的信号(扩展噪声去除信号ESS)的强度进行调节的增益值即可。同样，提取噪声信号强度调节信息NG只要是用于对输入到提取噪声信号强度调节部15A的信号(扩展提取噪声信号ENS)的强度进行调节的增益值即可。
另外，在噪声去除信号强度调节部13A和提取噪声信号强度调节部15A对多个频带的信号强度进行调节的情况下(例如用户U1是多人、输入语音信号Sin由多人的语音构成的情况)，强度调节部23生成包含区分各个频带的规定系数的作为增益组的噪声去除信号强度调节信息SG和提取噪声信号强度调节信息NG。
[噪声去除信号强度调节部13A]
噪声去除信号强度调节部13A输入有扩展噪声去除信号ESS和噪声去除信号强度调节信息SG，利用噪声去除信号强度调节信息SG的强度调节值来调节扩展噪声去除信号ESS的信号强度。将调节后的调节噪声去除信号ASS输出给信号合成处理部16。
[提取噪声信号强度调节部15A]
提取噪声信号强度调节部15A被输入扩展提取噪声信号ENS和提取噪声信号强度调节信息NG，利用提取噪声信号强度调节信息NG的强度调节值来调节扩展提取噪声信号ENS的信号强度。将调节后的调节提取噪声信号ANS输出给信号合成处理部16。
<语音频带扩展装置10A的处理动作>
接着，参照图8～图9说明第2实施方式的语音频带扩展装置进行的处理动作(适当参照图7)。
这里，图8所示的步骤S301～步骤S303的处理与图5所示的步骤S101～步骤S103的处理重复，所以省略说明。
然后，噪声去除信号分量扩展部12A对噪声去除信号SS进行频率扩展处理(步骤S304)，生成扩展噪声去除信号ESS。然后，噪声去除信号分量扩展部12A将扩展噪声去除信号ESS输出给噪声去除信号强度测定部21和噪声去除信号强度调节部13A(步骤S305)。
噪声去除信号强度测定部21测定扩展噪声去除信号ESS的信号强度(噪声去除信号强度信息ESL)(步骤S306)，将噪声去除信号强度信息ESL输出给强度调节部23(步骤S307)。
然后，在提取噪声信号分量扩展部14A中，也进行与噪声去除信号分量扩展部12A相同的处理，提取噪声信号分量扩展部14A将扩展提取噪声信号ENS输出给提取噪声信号强度测定部22和提取噪声信号强度调节部15A。
并且，在提取噪声信号强度测定部22中，也进行与噪声去除信号强度测定部21相同的处理，提取噪声信号强度测定部22将扩展提取噪声信号ENS的信号强度(提取噪声信号强度信息ENL)输出给强度调节部23(步骤S308)。
强度调节部23取得噪声去除信号强度信息ESL和提取噪声信号强度信息ENL，决定扩展噪声去除信号ESS的强度调节值(噪声去除信号强度调节信息SG)和扩展提取噪声信号ENS的强度调节值(提取噪声信号强度调节信息NG)(步骤S309)。然后，强度调节部23将噪声去除信号强度调节信息SG输出给噪声去除信号强度调节部13A，将提取噪声信号强度调节信息NG输出给提取噪声信号强度调节部15A(步骤S310)。
噪声去除信号强度调节部13A取得扩展噪声去除信号ESS和噪声去除信号强度调节信息SG。噪声去除信号强度调节部13A利用噪声去除信号强度调节信息SG的强度调节值来调节扩展噪声去除信号ESS的信号强度(步骤S311)，将调节后的调节噪声去除信号ASS输出给信号合成处理部16(步骤S312)。
然后，在提取噪声信号强度调节部15A中，也进行与噪声去除信号强度调节部13A相同的处理，提取噪声信号强度调节部15A取得扩展提取噪声信号ENS和提取噪声信号强度调节信息NG，将调节了信号强度后的调节提取噪声信号ANS输出给信号合成处理部16(步骤S313)。
信号合成处理部16取得调节噪声去除信号ASS和调节提取噪声信号ANS。
然后，信号合成处理部16使调节噪声去除信号ASS和调节提取噪声信号ANS同步后进行合成，生成语音频带扩展语音信号Sout(步骤S314)，将语音频带扩展语音信号Sout输出给语音转换器51(步骤S315)。
然后，语音频带扩展装置10A结束处理。
根据第2实施方式的语音频带扩展装置10A，即使没有设定规定的信号强度(SP13、SP15)，也能够调节为适当的强度，以使扩展提取噪声信号ENS的信号强度不超过扩展噪声去除信号ESS的信号强度。并且，也能够获得第1实施方式的效果，所以，能够进一步提高语音品质。
<第3实施方式>
接着，适当参照附图详细说明本发明的第3实施方式。
图10是示出第3实施方式的语音频带扩展装置的内部结构的框图。
[语音频带扩展装置10B]
语音频带扩展装置10B在第2实施方式的语音频带扩展装置10A(图7)所具有的信号强度调节部17A(17B)中具有信号判定部31，而且，具有部分处理与第2实施方式不同的分量分离部11B和强度调节部23B(信号强度调节部17B)。
[分量分离部11B]
分量分离部11B是如下的处理部：将第2实施方式的分量分离部11从输入语音信号Sin中分离出的噪声去除信号SS进一步输出给信号判定部31。
分量分离部11B进行的其他处理与第2实施方式的分量分离部11重复，所以省略说明。
[信号判定部31]
信号判定部31是如下的判定部：被输入噪声去除信号SS，对该噪声去除信号SS实施信号判定处理，生成包含处理结果的信号判定结果信息SSI，将其输出给强度调节部23B。
<信号判定处理>
如下进行信号判定处理。
信号判定部31每隔规定时间(例如每隔25ms)对噪声去除信号SS进行分割，并存储在未图示的存储部中，在各个时间区间(规定时间)中，使用自相关函数，计算噪声去除信号SS的峰值振幅为最大的延迟时间(最大延迟时间)。在信号判定处理中，如果该最大延迟时间在规定范围内(例如0.5～10ms)，则判定为在噪声去除信号SS中包含用户U1发出的语音的有声分量或无声分量即语音特征分量。
该规定范围可以是由设计者任意设定的能够使输出结果的语音品质为最佳的范围。
通过该信号判定处理，能够判定在从输入语音信号Sin中分离出用户U1没有讲话的时间后的噪声去除信号SS中是否包含语音特征分量。
这里，由信号判定部31输出的信号判定结果信息SSI是包含上述判定处理结果的信息。例如，可以在判定结果为包含语音特征分量的情况下，使标志为“1”记录在信号判定结果信息SSI中，在不包含语音特征分量的情况下，使标志为“0”记录在信号判定结果信息SSI中。
[强度调节部23B]
强度调节部23B从噪声去除信号强度测定部21输入噪声去除信号强度信息ESL，从提取噪声信号强度测定部22输入提取噪声信号强度信息ENL，从信号判定部31输入信号判定结果信息SSI，首先，根据信号判定结果信息SSI判定在噪声去除信号SS中是否包含语音特征分量。
这里，在信号判定结果信息SSI是“在噪声去除信号SS中包含语音特征分量”的信息的情况下，进行与第2实施方式的强度调节部23相同的处理。
另一方面，在信号判定结果信息SSI是“在噪声去除信号SS中不包含语音特征分量”的信息的情况下，强度调节部23B将噪声去除信号强度调节信息SG输出给噪声去除信号强度调节部13A，该噪声去除信号强度调节信息SG包含使噪声去除信号强度调节部13A输出信号强度为“0”的调节噪声去除信号ASS的指示。
<语音频带扩展装置10B的处理动作>
接着，参照图11～图13说明第3实施方式的语音频带扩展装置进行的处理动作(适当参照图7)。
并且，第3实施方式的语音频带扩展装置10B不进行第2实施方式的语音频带扩展装置10A进行的图8所示的步骤S301～步骤S303的处理，而进行图11所示的步骤S401～步骤S403的处理。除此之外与步骤S304(图8)～步骤S315(图9)的处理重复，所以省略说明。
<分量分离部11B的处理动作>
首先，分量分离部11B取得输入语音信号Sin(步骤S401、图11)。接着，分量分离部11B将输入语音信号Sin分离为噪声去除信号SS和提取噪声信号NS(步骤S402)。然后，分量分离部11B将噪声去除信号SS输出给噪声去除信号分量扩展部12A和信号判定部31，将提取噪声信号NS输出给提取噪声信号分量扩展部14A(步骤S403)。
<信号判定部31的处理动作>
信号判定部31从分量分离部11B取得噪声去除信号SS，针对每个规定的时间区间，使用自相关函数，计算噪声去除信号SS的最大延迟时间(步骤S501、图12)。
然后，判定最大延迟时间是否在规定范围内(步骤S502)。
如果最大延迟时间在规定范围内(步骤S502：是)，则信号判定部31判定为噪声去除信号SS包含语音特征分量，生成标志为“1”的信号判定结果信息SSI，将其输出给强度调节部23B(步骤S503)。
另一方面，如果最大延迟时间超过规定范围(步骤S502：否)，则信号判定部31判定为噪声去除信号SS不包含语音特征分量，生成标志为“0”的信号判定结果信息SSI，将其输出给强度调节部23B(步骤S504)。
<强度调节部23B的处理动作>
强度调节部23B从噪声去除信号强度测定部21取得噪声去除信号强度信息ESL，从提取噪声信号强度测定部22取得提取噪声信号强度信息ENL，从信号判定部31取得信号判定结果信息SSI(步骤S511、图13)。
首先，判定信号判定结果信息SSI是否包含语音特征分量。这里，利用信号判定结果信息SSI所包含的标志的值来进行判定(步骤S512)。
在标志为“1”的情况下，即信号判定结果信息SSI是“在噪声去除信号SS中包含语音特征分量”的信息的情况下(步骤S512：是)，与第2实施方式的强度调节部23进行的处理同样，强度调节部23B进行步骤S309(图8)以后的处理。
另一方面，在标志为“0”的情况下，即信号判定结果信息SSI是“在噪声去除信号SS中不包含语音特征分量”的信息的情况下(步骤S512：否)，强度调节部23B将噪声去除信号强度调节信息SG输出给噪声去除信号强度调节部13A，该噪声去除信号强度调节信息SG包含使噪声去除信号强度调节部13A输出信号强度为“0”的调节噪声去除信号ASS的指示(步骤S513)。
噪声去除信号强度调节部13A根据噪声去除信号强度调节信息SG的信息内容，将调节噪声去除信号ASS的信号强度输出为“0”。
以后的处理与第2实施方式的各结构部的处理重复，所以省略说明。
根据第3实施方式的语音频带扩展装置10B，判定在从输入语音信号Sin中分离出用户U1没有讲话的时间后的噪声去除信号SS中是否包含用户U1发出的语音的有声分量或无声分量即语音特征分量，在不包含语音特征分量的情况下，噪声去除信号强度调节部13A将调节噪声去除信号ASS的信号强度输出为“0”。由此，信号合成处理部16将仅由调节提取噪声信号ANS构成的语音频带扩展语音信号Sout输出给语音转换器51。因此，在用户U1没有讲话的时间的输入语音信号Sin中，虽然从输入语音信号Sin中分离出的噪声去除信号SS仅为噪声分量，但是，也作为非噪声分量来处理，能够抑制从信号合成处理部16输出扩展了噪声分量的语音频带扩展语音信号Sout。并且，也能够获得第1和第2实施方式的效果，所以，能够进一步提高语音品质。
Claims (8)
1.一种语音频带扩展装置，该语音频带扩展装置经由通信线路接收带宽受到限制的语音信号，对所述语音信号的频带进行扩展，其特征在于，该语音频带扩展装置具有：
信号分离部，其将所述语音信号分离为从所述语音信号的频率分量中去除了噪声后的噪声去除信号、以及从所述语音信号的频率分量中去除了所述噪声去除信号的频率分量后的提取噪声信号；
噪声去除信号分量扩展部，其对所述噪声去除信号补充频带高于所述噪声去除信号的频带的信号，生成扩展噪声去除信号；
提取噪声信号分量扩展部，其对所述提取噪声信号补充频带高于所述提取噪声信号的频带的信号，生成扩展提取噪声信号；
信号强度调节部，其对所述扩展噪声去除信号和所述扩展提取噪声信号中的任一方或双方的信号强度进行调节，以使所述扩展提取噪声信号的信号强度小于所述扩展噪声去除信号的信号强度；以及
信号合成处理部，其对由所述信号强度调节部进行调节后的所述扩展噪声去除信号和所述扩展提取噪声信号进行合成，
所述噪声去除信号分量扩展部在生成所述扩展噪声去除信号时，使所述噪声去除信号的频带移动到高于所述噪声去除信号的频带的频带，对该移动后的信号和所述噪声去除信号进行合成，使得所述移动后的信号的频带中的所述合成得到的信号的强度随着频率变高而衰减，
所述提取噪声信号分量扩展部在生成所述扩展提取噪声信号时，使所述提取噪声信号的频带移动到高于所述提取噪声信号的频带的频带，对该移动后的信号和所述提取噪声信号进行合成，使得所述移动后的信号的频带中的所述合成得到的信号的强度随着频率变高而衰减。
2.根据权利要求1所述的语音频带扩展装置，其特征在于，
所述信号强度调节部具有：
噪声去除信号强度调节部，其对所述扩展噪声去除信号整体的信号强度进行调节，以使所述扩展噪声去除信号的最大信号强度成为规定值；以及
提取噪声信号强度调节部，其对所述扩展提取噪声信号整体的信号强度进行调节，以使所述扩展提取噪声信号的最大信号强度成为小于所述规定值的值。
3.根据权利要求1所述的语音频带扩展装置，其特征在于，
所述信号强度调节部具有：
噪声去除信号强度测定部，其测定所述扩展噪声去除信号的强度；
提取噪声信号强度测定部，其测定所述扩展提取噪声信号的强度；
强度调节部，其对所述扩展噪声去除信号的强度和所述扩展提取噪声信号的强度进行比较，生成使所述扩展提取噪声信号的强度小于所述扩展噪声去除信号的强度的噪声去除信号强度调节信息和提取噪声信号强度调节信息；
噪声去除信号强度调节部，其利用所述噪声去除信号强度调节信息来调节所述扩展噪声去除信号的强度；以及
提取噪声信号强度调节部，其利用所述提取噪声信号强度调节信息来调节所述扩展提取噪声信号的强度。
4.根据权利要求3所述的语音频带扩展装置，其特征在于，
所述语音频带扩展装置还具有信号判定部，该信号判定部使用自相关函数来计算所述噪声去除信号在峰值振幅最大时的最大延迟时间，判定所述最大延迟时间是否在规定时间内，
如果所述最大延迟时间在所述规定时间内，则所述强度调节部生成使所述扩展提取噪声信号的强度为0的噪声去除信号强度调节信息。
5.一种语音频带扩展方法，经由通信线路接收带宽受到限制的语音信号、并对所述语音信号的频带进行扩展，其特征在于，该语音频带扩展方法包括：
信号分离步骤，将所述语音信号分离为从所述语音信号的频率分量中去除了噪声后的噪声去除信号、以及从所述语音信号的频率分量中去除了所述噪声去除信号的频率分量后的提取噪声信号；
噪声去除信号分量扩展步骤，对所述噪声去除信号补充频带高于所述噪声去除信号的频带的信号，生成扩展噪声去除信号；
提取噪声信号分量扩展步骤，对所述提取噪声信号补充频带高于所述提取噪声信号的频带的信号，生成扩展提取噪声信号；
信号强度调节步骤，对所述扩展噪声去除信号和所述扩展提取噪声信号中的任一方或双方的信号强度进行调节，以使所述扩展提取噪声信号的信号强度小于所述扩展噪声去除信号的信号强度；以及
信号合成处理步骤，对在所述信号强度调节步骤中进行调节后的所述扩展噪声去除信号和所述扩展提取噪声信号进行合成，
在所述噪声去除信号分量扩展步骤中，在生成所述扩展噪声去除信号时，使所述噪声去除信号的频带移动到高于所述噪声去除信号的频带的频带，对该移动后的信号和所述噪声去除信号进行合成，使得所述移动后的信号频带中的所述合成得到的信号的强度随着频率变高而衰减，
在所述提取噪声信号分量扩展步骤中，在生成所述扩展提取噪声信号时，使所述提取噪声信号的频带移动到高于所述提取噪声信号的频带的频带，对该移动后的信号和所述提取噪声信号进行合成，使得所述移动后的信号频带中的所述合成得到的信号的强度随着频率变高而衰减。
6.根据权利要求5所述的语音频带扩展方法，其特征在于，
所述信号强度调节步骤包括：
噪声去除信号强度调节步骤，对所述扩展噪声去除信号整体的信号强度进行调节，以使所述扩展噪声去除信号的最大信号强度成为规定值；以及
提取噪声信号强度调节步骤，对所述扩展提取噪声信号整体的信号强度进行调节，以使所述扩展提取噪声信号的最大信号强度成为小于所述规定值的值。
7.根据权利要求5所述的语音频带扩展方法，其特征在于，
所述信号强度调节步骤包括：
噪声去除信号强度测定步骤，测定所述扩展噪声去除信号的强度；
提取噪声信号强度测定步骤，测定所述扩展提取噪声信号的强度；
强度调节步骤，对所述扩展噪声去除信号的强度和所述扩展提取噪声信号的强度进行比较，生成使所述扩展提取噪声信号的强度小于所述扩展噪声去除信号的强度的噪声去除信号强度调节信息和提取噪声信号强度调节信息；
噪声去除信号强度调节步骤，利用所述噪声去除信号强度调节信息来调节所述扩展噪声去除信号的强度；以及
提取噪声信号强度调节步骤，利用所述提取噪声信号强度调节信息来调节所述扩展提取噪声信号的强度。
8.根据权利要求7所述的语音频带扩展方法，其特征在于，
所述语音频带扩展方法还包括信号判定步骤，在该信号判定步骤中，使用自相关函数来计算所述噪声去除信号在峰值振幅最大时的最大延迟时间，判定所述最大延迟时间是否在规定时间内，
在所述强度调节步骤中，如果所述最大延迟时间在所述规定时间内，则生成使所述扩展提取噪声信号的强度为0的噪声去除信号强度调节信息。
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