JP2000132192A - 信号処理方法及び装置、並びに帯域幅拡張方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯域幅拡張技術のような場合、加算によるオ
ーバーフローが生じることがあるが、従来のように最大
値にクリップさせ異音を生じさせたり、信号全体を調整
しパワーの変動を感じさせることは好ましくなく、別の
オーバーフロー防止策が望まれる。 【解決手段】 オーバーフロー防止部２９は、低域と高
域の加算演算中、オーバーフローが起こった場合、その
サンプルについては高域ゲインをオーバーフローが起き
ないレベルまで下げた後に加算を行う。ただし、演算量
削減のため、オーバーフローの起きたサンプルでは高域
ゲインを０にするなどしても良い。これにより、当該サ
ンプルのオーバーフローは回避される。しかし、当該サ
ンプルのみの処理では、高域ゲインが１サンプル毎に変
化することになるので、次サンプル以降はオーバーフロ
ーが起きていなくても、一気に設定ゲインまで戻すので
はなく、オーバーフローの起きない範囲で、設定ゲイン
まで戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主系統の信号に従
系統の信号を加算する信号処理方法及び装置、並びに狭
帯域信号もしくはこれを合成することが可能なパラメー
タから帯域外成分を推測して上記狭帯域信号に加算し帯
域幅を拡張する帯域幅拡張方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル信号処理のオーバーフロー防
止策は、最大値にクリップさせる方法、信号全体のゲイ
ンを調節してオーバーフローをさせない方法などがあ
る。

【０００３】しかし、主従関係のある信号同士の加算に
おいてオーバーフローが生じた場合、従となる信号を全
く無くしても主となる信号は変化させたくないという要
求のある場合に、これらのオーバーフロー防止策は適さ
ない。

【０００４】一方で、周波数帯域幅が３００Ｈｚ〜３４
００Ｈｚであるパーソナル・デジタル・セルラー（ＰＤ
Ｃ）方式による自動車／携帯電話の音声コーデックであ
るベクトル和励起線形予測（Vector Sum Excited Linea
r Prediction：ＶＳＥＬＰ）符号化、ピッチ同期雑音励
振源−符号励起線形予測（Pitch Synchronus Innovatio
n−Code Exited Linear Prediction：ＰＳＩ−ＣＥＬ
Ｐ）符号化方式の音声を、受信側において帯域外の信号
成分を推定し、３００Ｈｚ〜６０００Ｈｚ程度に広帯域
化する技術がある。この技術では、伝送帯域幅外の信号
を合成し、原音声信号である狭帯域信号に加算してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記帯域幅
拡張技術のような場合、加算によるオーバーフローが生
じることがあるが、主となる信号はあくまでも原信号で
あるので必要である。一方、伝送帯域外の成分は、オー
バーフローによる異音を生じさせてまで必要なものでは
ない。

【０００６】そこで、従来のように最大値にクリップさ
せ異音を生じさせたり、信号全体を調整しパワーの変動
を感じさせることは好ましくなく、別のオーバーフロー
防止策が望まれる。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、あくまで従系統の信号のみを調整することによ
ってオーバーフローを防止できる信号処理方法及び装置
の提供を目的とする。

【０００８】また、主系統である低域側信号を変化させ
ないでオーバーフローを防止でき、かつ帯域幅を拡張で
きるので聴感上の自然さを向上できる帯域幅拡張方法及
び装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る信号処理方
法は、上記課題を解決するために、主系統の信号に従系
統の信号を加算する信号処理方法において、上記従系統
の信号を主系統の信号に加算する前に、その加算量から
判断できるオーバーフローの有無に基づいて、予め上記
従系統の信号の当該サンプル及びそのサンプル以降のゲ
インを調整する。

【００１０】また、本発明に係る信号処理装置は、上記
課題を解決するために、主系統の信号に従系統の信号を
加算する信号処理装置において、上記従系統の信号を主
系統の信号に加算する加算手段と、上記加算手段からの
加算量から判断できるオーバーフローの有無を検出する
オーバーフロー検出手段と、上記オーバーフロー検出手
段からの検出結果に基づいて上記従系統の信号の当該サ
ンプル及びそのサンプル以降のためのゲインを調整する
ゲイン調整手段と、上記ゲイン調整手段からの調整ゲイ
ンを上記従系統の信号の当該サンプル及びそのサンプル
以降に乗算する乗算手段とを備える。

【００１１】また、本発明に係る帯域幅拡張方法は、上
記課題を解決するために、狭帯域信号もしくはこれを合
成することが可能なパラメータから、帯域外成分を推測
し、上記狭帯域信号に加算して帯域幅を拡張する帯域幅
拡張方法において、上記帯域外成分を上記狭帯域信号に
加算する前に、その加算量から判断できるオーバーフロ
ーの有無に基づいて、予め上記帯域外成分のゲインを調
整する。

【００１２】また、本発明に係る帯域幅拡張装置は、上
記課題を解決するために、狭帯域信号もしくはこれを合
成することが可能なパラメータから、帯域外成分を推測
し、上記狭帯域信号に加算して帯域幅を拡張する帯域幅
拡張装置において、上記帯域外成分を上記狭帯域信号に
加算する加算手段と、上記加算手段からの加算量から判
断できるオーバーフローの有無を検出するオーバーフロ
ー検出手段と、上記オーバーフロー検出手段からの検出
結果に基づいて上記帯域外成分の当該サンプル及びその
サンプル以降のためのゲインを調整するゲイン調整手段
と、上記ゲイン調整手段からの調整ゲインを上記帯域外
成分の当該サンプル及びそのサンプル以降に乗算する乗
算手段とを備える。

【００１３】すなわち、本発明では、あくまでも従とな
る信号のみを調整することによってオーバーフローを防
止する。さらに、当該サンプル後の信号についても演算
量を大きく増加させることなく調整を行うことで自然さ
を得る。

【００１４】

【発明の実施の形態】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。この実施の形態は、本
発明に係る帯域幅拡張方法を用いながら、入力された狭
帯域音声の帯域幅を拡張する音声帯域幅拡張装置であ
る。この帯域幅拡張装置が用いる帯域幅拡張方法は、狭
帯域信号を合成することが可能なパラメータから、帯域
外成分を推測し、上記狭帯域信号に加算して帯域幅を拡
張する帯域幅拡張方法であり、上記帯域外成分を上記狭
帯域信号に加算する前に、その加算量から判断できるオ
ーバーフローの有無に基づいて、予め上記帯域外成分の
ゲインを調整するというものである。

【００１５】なお、音声帯域幅拡張装置は、ディジタル
携帯電話装置に適用される。先ず、このディジタル携帯
電話装置の構成について図１を参照しながら説明してお
く。ここでは、送信機側と受信機側を別々に記している
が、実際には一つの携帯電話装置内にまとめて内蔵され
ている。

【００１６】送信機側では、マイクロホン１から入力さ
れた音声信号を、Ａ／Ｄ変換器２によりディジタル信号
に変換し、音声符号化器３により符号化してから送信器
４で出力ビットに送信処理を施し、アンテナ５から送信
する。

【００１７】このとき、音声符号化器３は、伝送路によ
り制限される狭帯域化を考慮した符号化パラメータを送
信器４に供給する。例えば、符号化パラメータとして
は、励振源に関するパラメータや、線形予測係数αがあ
る。

【００１８】また、受信機側では、アンテナ６で捉えた
電波を、受信器７で受信する。そして、音声復号化器８
で上記符号化パラメータを復号し、音声帯域幅拡張装置
９で上記復号化パラメータを用いて音声を拡張する。そ
の後、Ｄ／Ａ変換器１０でアナログ音声信号に戻して、
スピーカ１１から出力する。

【００１９】このディジタル携帯電話装置における、上
記音声帯域幅拡張装置９の具体例を図２に示す。この図
２に示す音声帯域幅拡張装置９は、上記ディジタル携帯
電話装置の送信側の音声符号化器３から送られてきた符
号化パラメータを用いて音声の帯域幅を拡張する。

【００２０】上記符号化パラメータは音声復号化器８に
より復号される。送信機側の音声符号器３での符号化方
法がＰＳＩ−ＣＥＬＰ（Pitch Synchronus Innovation
- CELP：ピッチ同期雑音励振源−ＣＥＬＰ）符号化方式
によるものであるとすれば、この音声復号化器８での復
号化方法もＰＳＩ−ＣＥＬＰによる。

【００２１】音声復号化器８で復号された、上記符号化
パラメータの内の第１の符号化パラメータである励振源
に関するパラメータは、ゼロ詰め部１２に供給される。
また、上記符号化パラメータの内の第２の符号化パラメ
ータである線形予測係数αはα→ｒ（線形予測係数→自
己相関）変換回路１３に供給される。また、復号された
信号はＶ／ＵＶ判定回路１４に供給される。

【００２２】また、音声帯域幅拡張装置９は、ゼロ詰め
部１２と、α→ｒ変換回路１３と、Ｖ／ＵＶ判定回路１
４の他、広帯域有声音及び無声音から抽出した有声音用
及び無声音用パラメータを用いて予め作成されている広
帯域有声音用コードブック１５と広帯域無声音用コード
ブック１６とを備える。

【００２３】さらに、この音声帯域幅拡張装置９は、広
帯域有声音用コードブック１５と広帯域無声音用コード
ブック１６内の各コードベクトルを部分抽出して狭帯域
パラメータを求める部分抽出回路１７及び部分抽出回路
１８と、α→ｒ変換回路１３からの狭帯域有声音用自己
相関を部分抽出回路１７からの狭帯域パラメータを用い
て量子化する狭帯域有声音用量子化器１９と、上記α→
ｒ変換回路１３からの狭帯域無声音用自己相関を部分抽
出回路１８からの狭帯域パラメータを用いて量子化する
狭帯域無声音用量子化器２０と、狭帯域有声音用量子化
器１９からの狭帯域有声音用量子化データを広帯域有声
音用コードブック１５を用いて逆量子化する広帯域有声
音用逆量子化器２１と、狭帯域無声音用量子化器２０か
らの狭帯域無声音用量子化データを広帯域無声音用コー
ドブック１６を用いて逆量子化する広帯域無声音用逆量
子化器２２と、広帯域有声音用逆量子化器２１からの逆
量子化データとなる広帯域有声音用自己相関を広帯域有
声音用の線形予測係数に変換すると共に広帯域無声音用
逆量子化器２２からの逆量子化データとなる広帯域無声
音用自己相関を広帯域無声音用の線形予測係数に変換す
る自己相関→線形予測係数（ｒ→α）変換回路２３と、
このｒ→α変換回路２３からの広帯域有声音用線形予測
係数と広帯域無声音用線形予測係数とゼロ詰め部１２か
らの励振源とに基づいて広帯域音声を合成するＬＰＣ合
成回路２４とを備えてなる。

【００２４】また、この音声帯域幅拡張装置９は、音声
復号化器８で復号化された狭帯域音声データのサンプリ
ング周波数を８ｋＨｚから１６ｋＨｚにオーバーサンプ
リングするアップサンプル回路２５と、ＬＰＣ合成回路
２４からの合成出力から入力狭帯域音声データの周波数
帯域３００Ｈｚ〜３４００Ｈｚの信号成分を除去するバ
ンドストップフィルタ（ＢＳＦ）２５と、このＢＳＦ２
５からの３４００Ｈｚ以上の高い周波数成分を抑圧する
高域抑圧フィルタ２６と、この高域抑圧フィルタ２６か
らのフィルタ出力にアップサンプル回路２５からのサン
プリング周波数１６ｋＨｚの周波数帯域３００Ｈｚ〜３
４００Ｈｚの元の狭帯域音声データ成分を加算する加算
器２７とを備えている。

【００２５】さらに、この帯域幅拡張装置９は、高域抑
圧フィルタ２６と加算器２７との間に、本発明の信号処
理方法に従って動作するオーバーフロー防止部２９を備
える。このオーバーフロー防止部２９は、上記符号化パ
ラメータを復号したパラメータを使ってＬＰＣ合成によ
り得られた広帯域信号から３００〜３４００Ｈｚが除去
された従系統の信号と、音声復号化器８で復号され、か
つアップサンプル回路２５でアップサンプルされた狭帯
域音声信号３００〜３４００Ｈｚとなる主系統の信号を
加算器２７で加算する前に、その加算量から判断できる
オーバーフローの有無に基づいて、予め上記従系統の信
号のゲインを調整し、オーバーフローを防止するもので
ある。

【００２６】このためオーバーフロー防止部２９は、加
算器２７の加算量からオーバーフローの有無を検出する
オーバーフロー検出部３０と、このオーバーフロー検出
部３０からの検出結果に基づいてゲインを調整するゲイ
ン調整部３１と、このゲイン調整部３１で調整されたゲ
インを上記従系統の信号に乗算する乗算器３２とを備え
る。

【００２７】オーバーフロー防止部２９は、オーバーフ
ロー有を判断したら、上記従系統信号の当該サンプルの
ゲインをオーバーフロー無と判断できるまで下げ、次サ
ンプル以降についてはオーバーフロー無を保ったまま
で、徐々にゲインを上げ、初期のゲインまで戻す。

【００２８】そして、出力端子２８からは、周波数帯域
が３００〜７０００Ｈｚで、サンプリング周波数が１６
ｋＨｚのディジタル音声信号が出力される。

【００２９】この音声帯域幅拡張装置９は、全体的に以
下のように動作する。先ず、狭帯域パラメータから広帯
域パラメータを推定し、ＬＰＣ合成回路２４で広帯域音
声信号を求めている。そして、その後、原音声の周波数
帯域である低域側を原音声に置換する。すなわち、高域
通過フィルタとしてＢＳＦ２５を用い、高域のみを残
し、この高域成分の中でも高い周波数成分を高域抑圧フ
ィルタ２６で抑圧し、さらにオーバーフロー防止部２９
でゲインを調整し、原音声に加算している。

【００３０】広帯域パラメータの推定は、αの広帯域
化、励振源の広帯域化の二つが必要である。また、αの
広帯域化には、αと相互に変換可能なパラメータである
自己相関ｒによるコードブックを予め作成しておく必要
がある。このコードブックによる量子化、逆量子化によ
って自己相関ｒが広帯域化される。

【００３１】先ず、αの広帯域化について説明する。α
はスペクトル包絡を表すフィルタ係数であることに着目
し、高域側を推定しやすい別のスペクトル包絡を表すパ
ラメータである自己相関ｒに一旦変換し、これを広帯域
化し、その後で広帯域自己相関ｒwからαwに逆変換す
る。拡張にはベクトル量子化を用いる。狭帯域自己相関
ｒnをベクトル量子化し、そのインデックスから対応す
るｒwを求めればよい。

【００３２】狭帯域自己相関と広帯域自己相関には、後
述するように一定の関係が成り立つため、広帯域自己相
関によるコードブックのみを用意すればよく、狭帯域自
己相関をこれによりベクトル量子化でき、また逆量子化
により広帯域自己相関が求まる。

【００３３】狭帯域信号を、広帯域信号を帯域制限した
ものとすれば、広帯域自己相関と狭帯域自己相関には以
下の（１）式に示す関係がある。

【００３４】

【数１】

【００３５】ここで、φは自己相関、ｘnは狭帯域信
号、ｘwは広帯域信号、ｈは帯域制限フィルタのインパ
ルス応答である。

【００３６】さらに、自己相関とパワースペクトルの関
係から、次の（２）式が得られる。

【００３７】

【数２】

【００３８】この帯域制限フィルタのパワー特性と等し
い周波数特性を持つ、もう一つの帯域制限フィルタを考
え、これをＨ’とすれば、上記（２）式は、次の（３）
式のようになる。

【００３９】

【数３】

【００４０】この新たなフィルタの通過域、阻止域は当
初の帯域制限フィルタと同等であり、減衰特性が２乗と
なる。したがって、この新たなフィルタもまた、帯域制
限フィルタといえる。これを考慮すると、狭帯域自己相
関は、広帯域自己相関と帯域制限のフィルタのインパル
ス応答との畳み込み、すなわち広帯域自己相関を帯域制
限したものと単純化される。すなわち、次の（４）式と
なる。

【００４１】

【数４】

【００４２】以上より、狭帯域自己相関をベクトル量子
化するにあたっては、広帯域コードブックのみを用意す
れば、量子化時に必要な狭帯域ベクトルは演算により作
成が可能であり、狭帯域自己相関から予めコードブック
を用意しておく必要がない。

【００４３】さらに、各ｒwコードベクタは単調減少も
しくはなだらかに増減するカーブを持つために、Ｈ’に
より低域通過させても大きな変化がなく、ｒn量子化
は、直接ｒwコードブックで行える。ただし、サンプリ
ング周波数が１／２のため、１次おきに比較する必要が
ある。

【００４４】αの拡張は有声音（Ｖ）と無声音（ＵＶ）
に分けることによって、さらに精度良い拡張が可能であ
るため、これも行っている。これに伴いコードブックも
Ｖ用、ＵＶ用の二つを用いている。

【００４５】次に、励振源の拡張について説明する。Ｐ
ＳＩ−ＣＥＬＰにおいては狭帯域での励振源を、ゼロ詰
め部１２でゼロ値を挿入することでアップサンプルし、
エイリアシング歪みを発生させたものを用いる。この方
法は非常に単純であるが、元の音声のパワーや調波構造
の差分が保存されるので、励振源としては十分な品質で
あるといえる。

【００４６】そして、以上で得られた広帯域αと広帯域
励振源によりＬＰＣ合成回路２４でＬＰＣ合成を行う。

【００４７】また、広帯域ＬＰＣ合成された音声は、こ
のままでは品質が悪いので、低域側はコーデック出力の
オリジナル音声ＳＮＤ_Nで置換する。このために、合成
音のうち３．４ＫＨｚ以上を抽出し、一方でコーデック
出力をｆs＝１６ＫＨｚにアップサンプルし、これらを
加算する。

【００４８】このとき、好みに応じ、高域側ゲインを調
整可能としている。ユーザ毎の個人差が大きいため、こ
の値を可変にしている。高域側ゲインの値をユーザから
の入力により予め設定しておき、この値を参照し、乗算
を行う。

【００４９】また、加算前に高域側に対し、約６ＫＨｚ
以上の成分を若干抑圧するフィルタを施すことで、聴き
やすい音にしている。このフィルタ係数を選択可能と
し、予め選択されたフィルタにより処理を行うことで、
好みに応じ高域側の周波数帯域を選択可能とした。この
フィルタの選択もユーザの入力により設定する。以上に
より広帯域音声が得られる。

【００５０】合成された高域信号を原信号である低域信
号に加算する際、特にゲインを大きな値にしている場
合、オーバーフローが起きることがある。オーバーフロ
ーは好ましくなく、従来、この防止法として最大値にク
リップさせたり、信号全体のパワーを調整する等の対策
が考えられた。しかし、帯域拡張のようなアプリケーシ
ョンにおいては、これらも好ましくない。できる限り低
域信号をそのまま保存したい。

【００５１】このため、図２に示した音声帯域幅拡張装
置９では上述したようにオーバーフロー防止部２９を用
いてオーバーフローを防止している。低域と高域の加算
演算中、オーバーフローが起こった場合、そのサンプル
は高域ゲインをオーバーフローが起きないレベルまで下
げた後に加算を行う。ただし、演算量削減のため、オー
バーフローの起きたサンプルでは高域ゲインを０にする
などしても良い。これにより、当該サンプルのオーバー
フローは回避される。

【００５２】しかしながら、当該サンプルのみの処理で
は、高域ゲインが１サンプル毎に変化することになり、
不自然である。そこで、次サンプル以降はオーバーフロ
ーが起きていなくても、一気に設定ゲインまで戻すので
はなく、オーバーフローの起きない範囲で、設定ゲイン
まで戻す。以上の処理は、このゲイン上昇処理中にオー
バーフローが起きた場合にも適用される。

【００５３】次に、この音声帯域幅拡張装置９の詳細な
動作について図３のフローチャートを用いて説明する。

【００５４】ステップＳ１でα→ｒ変換回路１３は、音
声復号化器８でデコードされた線形予測係数αを自己相
関ｒに変換する。また、音声復号化器８でデコードされ
た信号はステップＳ２でＶ／ＵＶ判定回路１４により解
読され、Ｖ／ＵＶの判別が行われる。

【００５５】このステップＳ２で有声音／無声音判定フ
ラグがＶと判定されると、α→ｒ変換回路１３からの出
力を切り替えるスイッチＳＷは、狭帯域有声音量子化回
路１９に接続する。また、ＵＶと判定されるとスイッチ
ＳＷは、α→ｒ変換回路１３からの出力を狭帯域無声音
量子化回路２０に接続する。

【００５６】ＵＶ判定回路１４が上記有声音／無声音判
定フラグをＶと判定したとき、ステップＳ４ではスイッ
チＳＷからの有声音用自己相関ｒを狭帯域Ｖ量子化回路
１９に供給して、量子化する。この量子化は上述したよ
うに部分抽出回路１７によりステップＳ３で求めた狭帯
域Ｖ用パラメータを用いる。

【００５７】一方、ＵＶ判定回路１４が上記有声音／無
声音判定フラグをＵＶと判定したときには、ステップＳ
３では、スイッチＳＷからの無声音用自己相関ｒを狭帯
域ＵＶ量子化回路２０に供給して量子化するが、ここで
も、部分抽出回路１８で演算により求めた狭帯域ＵＶ用
パラメータを用いて量子化する。

【００５８】そして、ステップＳ５でそれぞれ対応する
広帯域Ｖ逆量子化回路２１又は広帯域ＵＶ逆量子化回路
２２により広帯域Ｖコードブック１５又は広帯域ＵＶコ
ードブック１６を用いて逆量子化し、これにより広帯域
自己相関が得られる。

【００５９】そして、広帯域自己相関はステップＳ６で
ｒ→α変換回路２３によりαに変換される。

【００６０】一方で、音声復号化器８からの励振源に関
するパラメータは、ステップＳ７でゼロ詰め部１２によ
りサンプル間にゼロが詰められることでアップサンプル
され、エイリアシングにより広帯域化される。そして、
これが広帯域励振源として、ＬＰＣ合成回路２４に供給
される。

【００６１】そして、ステップＳ８で、ＬＰＣ合成回路
２４が広帯域αと広帯域励振源とを、ＬＰＣ合成し、広
帯域の音声信号が得られる。

【００６２】しかし、このままでは予測によって求めら
れた広帯域信号にすぎず、予測による誤差が含まれてい
るので品質が悪い。特に入力狭帯域音声の周波数範囲に
関しては、コーデック出力のオリジナル音声ＳＮＤ
_N（入力音声）をそのまま利用したほうが良い。

【００６３】したがって、ＬＰＣ合成回路２４からの合
成音のうち、入力狭帯域音声の周波数範囲３００〜３４
００ＨｚをステップＳ９でＢＳＦ２５を用いたフィルタ
リングにより除去する。

【００６４】そして、ステップＳ１０でアップサンプル
回路２５により上記オリジナル音声ＳＮＤ_Nをアップサ
ンプルしたものと、ステップＳ１３で加算器２７により
加算する。このとき、上述したように、ユーザの好みに
応じて高域側ゲインを調整可能としている。

【００６５】また、加算前にステップＳ１１高域側に対
し、約６ＫＨｚ以上の成分を若干抑圧する高域抑圧フィ
ルタ２６によりフィルタリングを施すことで、聴きやす
い音にしている。このフィルタ係数は選択可能としてい
る。

【００６６】さらに、ステップＳ１２では、オーバーフ
ロー防止部２９によりオーバーフローを防止している。
低域と高域の加算演算中、オーバーフローが起こった場
合、そのサンプルは高域ゲインをオーバーフローが起き
ないレベルまで下げた後に加算を行う。

【００６７】この信号処理部２９での処理の流れを図
４，図５に示す。高域ゲインの初期値として、Gainが設
定されているとする。このGainを図４に示すように変数
Ｇにコピーしておく。

【００６８】図５は各サンプルに対して適用される。図
５に示すように、通常このＧはGainと均しいため、ステ
ップＳ２１ではｙと判断され、ステップＳ２３に進んで
Ｇはそのまま高域信号に乗じられ、加算器２７で低域信
号に加算された後、出力端子２８から広帯域音声信号と
して出力される。しかし、ステップＳ２４でオーバーフ
ローが起きた場合、すなわちオーバーフロー検出回路３
０でオーバーフローを検出したときには、ステップＳ２
５でゲイン調整回路３１によりＧはゼロにされ、乗算器
３２で高域信号が０にされるので、加算器２７からは低
域信号がそのまま出力される。ここで、変更されたＧは
次サンプル以降も有効である。ＧがステップＳ２１でGa
inより小さいとき、Gainを超えない範囲でステップＳ２
２によりＧを増加させ、結果として徐々にGainまで戻る
ことになるが、このＧ増加区間中にステップＳ２４でオ
ーバーフローが起きた場合は、またＧがゼロに戻され
る。

【００６９】なおここで、音声帯域幅拡張装置９で用い
る、コードブックの作成について説明する。

【００７０】コードブックの作成は一般によく知られた
ＧＬＡ(Generalized Lloyd Algorithm)による方法であ
る。広帯域音声を一定時間、例えば２０msecごとのフレ
ームに区切り、そのフレーム毎に、一定次例えば６次ま
での自己相関を求めておく。このフレーム毎の自己相関
をトレーニングデータとし、６次元のコードブックを作
成する。このとき、有声音、無声音の区別を行い、有声
音の自己相関、無声音の自己相関を別々に集め、それぞ
れのコードブックを作成してもよい。この場合、帯域拡
張処理中αの拡張時、コードブックを参照するが、この
ときにも有声音、無声音の判別を行い、対応するコード
ブックを利用する。

【００７１】音声帯域幅拡張装置９では、広帯域有声音
用コードブック１２と広帯域無声音用コードブック１４
を用いているが、図６及び図７を参照しながらその作成
について詳細に説明する。

【００７２】先ず、広帯域音声信号を学習用に用意し、
ステップＳ３１で１フレーム２０msecにフレーミングす
る。次に、ステップＳ３２で各フレームにおいて、例え
ばフレームエネルギーやゼロクロスの値等を調べること
によって有声音（Ｖ）か無声音（ＵＶ）かの分類を行
う。

【００７３】そして、ステップＳ３３で広帯域有声音フ
レームにおいて、例えば６次までの自己相関パラメータ
ｒを計算する。また、ステップＳ３４では広帯域無声音
フレームにおける、例えば６次までの自己相関パラメー
タｒを求める。

【００７４】この各フレームの６次の自己相関パラメー
タから、図７のステップＳ４１で広帯域パラメータを抽
出し、ＧＬＡにより次元６の広帯域Ｖ（ＵＶ）コードブ
ックをステップＳ４２で作成する。

【００７５】以上、本発明によれば、あくまで従となる
高域信号のみを調整することによってオーバーフローを
防止する。さらに、当該サンプル後の信号についても演
算量を大きく増加させることなく調整を行うので自然さ
を得ることができる。

【００７６】なお、本発明は低域から高域を予測するも
のだけに限定するものではない。また、音声信号の帯域
拡張に限定するものではない。

【００７７】また、本発明に係る信号処理方法及び装置
は、帯域幅拡張処理にのみ適用されるものではなく、主
系統の信号に従系統の信号を加算するときに発生するオ
ーバーフローを防止したいときに、主系統の信号である
原信号を変化させたくない場合に有効である。もちろ
ん、音声信号の加算処理のみに適用するだけでなく、映
像信号の加算処理にも適用できる。

【００７８】

【発明の効果】本発明の信号処理方法及び装置は、あく
まで従系統の信号のみを調整することによってオーバー
フローを防止できるので、主系統の信号の特徴を生かす
ことができる。

【００７９】また、本発明の帯域幅拡張方法及び装置
は、主系統である低域側信号を変化させないでオーバー
フローを防止でき、かつ帯域幅を拡張できるので聴感上
の自然さを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態となる音声帯域幅拡張装置
が適用されるディジタル携帯電話装置のブロック図であ
る。

【図２】上記音声帯域幅拡張装置のブロック図である。

【図３】上記音声帯域幅拡張装置の動作を説明するため
のフローチャートである。

【図４】オーバーフローを防止する信号処理部の動作を
説明するためのフローチャートである。

【図５】オーバーフローを防止するオーバーフロー防止
部の動作を説明するための他のフローチャートである。

【図６】上記音声帯域幅拡張装置で用いられるコードブ
ックに使われるトレーニングデータ生成処理を説明する
ためのフローチャートである。

【図７】上記コードブックの生成を説明するためのフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

８ 音声復号化器、９ 音声帯域幅拡張装置、１２ ゼ
ロ詰め部、１３ 線形予測係数→自己相関（α→ｒ）変
換回路、１４ 有声音Ｖ／無声音ＵＶ判定回路、１５
広帯域有声音用コードブック、１６ 広帯域無声音用コ
ードブック、１７ 部分抽出回路、１８ 部分抽出回
路、１９ 狭帯域有声音用量子化器、２０狭帯域無声音
用量子化器、２１ 広帯域有声音用逆量子化器、２２
広帯域無声音用逆量子化器、２３ 自己相関→線形予測
係数（ｒ→α）変換回路、２４ＬＰＣ合成回路、２５
バンドストップフィルタ（ＢＳＦ）、２６ 高域抑圧フ
ィルタ、２７ 加算器、２９ オーバーフロー防止部、
３０ オーバーフロー検出回路、３１ ゲイン調整回
路、３２ 乗算器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１２月２８日（１９９８．１２．
２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】Ｖ／ＵＶ判定回路１４が上記有声音／無声
音判定フラグをＶと判定したとき、ステップＳ４ではス
イッチＳＷからの有声音用自己相関ｒを狭帯域Ｖ量子化
回路１９に供給して、量子化する。この量子化は上述し
たように部分抽出回路１７によりステップＳ３で求めた
狭帯域Ｖ用パラメータを用いる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５７】一方、Ｖ／ＵＶ判定回路１４が上記有声音
／無声音判定フラグをＵＶと判定したときには、ステッ
プＳ３では、スイッチＳＷからの無声音用自己相関ｒを
狭帯域ＵＶ量子化回路２０に供給して量子化するが、こ
こでも、部分抽出回路１８で演算により求めた狭帯域Ｕ
Ｖ用パラメータを用いて量子化する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】また、本発明に係る信号処理方法及び装置
は、帯域幅拡張処理にのみ適用されるものではなく、主
系統の信号に従系統の信号を加算するときに発生するオ
ーバーフローを防止したいときに、主系統の信号である
原信号を変化させたくない場合に有効である。もちろ
ん、音声信号の加算処理のみに適用するだけでなく、映
像信号の加算処理等にも適用できる。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主系統の信号に従系統の信号を加算する
   信号処理方法において、 上記従系統の信号を主系統の信号に加算する前に、その
   加算量から判断できるオーバーフローの有無に基づい
   て、予め上記従系統の信号の当該サンプル及びそのサン
   プル以降のゲインを調整することを特徴とする信号処理
   方法。
2. 【請求項２】 オーバーフロー有を判断したら、上記従
   系統信号の当該サンプルのゲインをオーバーフロー無と
   判断できるまで下げ、次サンプル以降についてはオーバ
   ーフロー無を保ったままで、徐々にゲインを上げ、初期
   のゲインまで戻すことを特徴とする請求項１記載の信号
   処理方法。
3. 【請求項３】 上記主系統の信号は狭帯域の信号であ
   り、上記従系統の信号は上記狭帯域に連続する帯域の信
   号であることを特徴とする請求項１記載の信号処理方
   法。
4. 【請求項４】 主系統の信号に従系統の信号を加算する
   信号処理装置において、 上記従系統の信号を主系統の信号に加算する加算手段
   と、 上記加算手段からの加算量から判断できるオーバーフロ
   ーの有無を検出するオーバーフロー検出手段と、 上記オーバーフロー検出手段からの検出結果に基づいて
   上記従系統の信号の当該サンプル及びそのサンプル以降
   のためのゲインを調整するゲイン調整手段と、 上記ゲイン調整手段からの調整ゲインを上記従系統の信
   号の当該サンプル及びそのサンプル以降に乗算する乗算
   手段とを備えることを特徴とする信号処理装置。
5. 【請求項５】 上記オーバーフロー検出手段が上記オー
   バーフロー有を判断したら、上記ゲイン調整手段は上記
   従系統信号の当該サンプルのゲインをオーバーフロー無
   と判断できるまで下げ、次サンプル以降についてはオー
   バーフロー無を保ったままで、徐々にゲインを上げ、初
   期のゲインまで戻すことを特徴とする請求項４記載の信
   号処理装置。
6. 【請求項６】 上記主系統の信号は狭帯域の信号であ
   り、上記従系統の信号は上記狭帯域に連続する帯域の信
   号であることを特徴とする請求項４記載の信号処理装
   置。
7. 【請求項７】 狭帯域信号もしくはこれを合成すること
   が可能なパラメータから、帯域外成分を推測し、上記狭
   帯域信号に加算して帯域幅を拡張する帯域幅拡張方法に
   おいて、 上記帯域外成分を上記狭帯域信号に加算する前に、その
   加算量から判断できるオーバーフローの有無に基づい
   て、予め上記帯域外成分のゲインを調整することを特徴
   とする帯域幅拡張方法。
8. 【請求項８】 オーバーフロー有を判断したら、上記帯
   域外成分の当該サンプルのゲインをオーバーフロー無と
   判断できるまで下げ、次サンプル以降についてはオーバ
   ーフロー無を保ったままで、徐々にゲインを上げ、初期
   のゲインまで戻すことを特徴とする請求項７記載の帯域
   幅拡張方法。
9. 【請求項９】 狭帯域信号もしくはこれを合成すること
   が可能なパラメータから、帯域外成分を推測し、上記狭
   帯域信号に加算して帯域幅を拡張する帯域幅拡張装置に
   おいて、 上記帯域外成分を上記狭帯域信号に加算する加算手段
   と、 上記加算手段からの加算量から判断できるオーバーフロ
   ーの有無を検出するオーバーフロー検出手段と、 上記オーバーフロー検出手段からの検出結果に基づいて
   上記帯域外成分の当該サンプル及びそのサンプル以降の
   ためのゲインを調整するゲイン調整手段と、 上記ゲイン調整手段からの調整ゲインを上記帯域外成分
   の当該サンプル及びそのサンプル以降に乗算する乗算手
   段とを備えることを特徴とする帯域幅拡張装置。
10. 【請求項１０】 上記オーバーフロー検出手段がオーバ
    ーフロー有を判断したら、上記ゲイン調整手段は上記帯
    域外成分の当該サンプルのゲインをオーバーフロー無と
    判断できるまで下げ、次サンプル以降についてはオーバ
    ーフロー無を保ったままで、徐々にゲインを上げ、初期
    のゲインまで戻すことを特徴とする請求項９記載の帯域
    幅拡張装置。