JP2004015125A - オートゲインコントロール装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】所定の入力音声信号に対して良好な特性を実現することができるオートゲインコントロール装置を提供すること。
【解決手段】複数の帯域分割フィルタ手段３で音声入力端子１に入力された音声信号を帯域分割フィルタ手段３毎に予め設定されたそれぞれ異なる周波数帯域の信号に分割し、分割したそれぞれの信号を絶対値変換手段４で絶対値に変換し、乗算手段６で重み付けデータ格納手段５に格納されている重み付けデータと乗算し、乗算したすべての値を加算手段７で加算する。この値を、ゲイン補正手段８で補正し、比較手段１０でスレッショルドレベル格納手段９に格納されているスレッショルドレベルデータと比較し、比較結果によりゲイン発生手段１１でゲインを発生し、発生したゲインを放絡線発生手段１２で時定数を持ったゲイン値にし、出力信号用乗算手段１３で入力音声信号と乗算し出力する。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の帯域分割フィルタ手段３で音声入力端子１に入力された音声信号を帯域分割フィルタ手段３毎に予め設定されたそれぞれ異なる周波数帯域の信号に分割し、分割したそれぞれの信号を絶対値変換手段４で絶対値に変換し、乗算手段６で重み付けデータ格納手段５に格納されている重み付けデータと乗算し、乗算したすべての値を加算手段７で加算する。この値を、ゲイン補正手段８で補正し、比較手段１０でスレッショルドレベル格納手段９に格納されているスレッショルドレベルデータと比較し、比較結果によりゲイン発生手段１１でゲインを発生し、発生したゲインを放絡線発生手段１２で時定数を持ったゲイン値にし、出力信号用乗算手段１３で入力音声信号と乗算し出力する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声入力のレベルに依存せずに出力信号のレベルを一定にするオートゲインコントロール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のオートゲインコントロール装置は、図８のように示される。このオートゲインコントロール装置では、音声入力端子１０１から入力された音声信号は、絶対値変換手段１０３により絶対値変換され、ゲイン補正手段１０４により、所定のゲインに正規化され、補正される。
【０００３】
補正されたゲインは、スレッショルドレベル格納手段１０５に予め格納されていたスレッショルドレベル係数と比較手段１０６により比較される。
【０００４】
ゲイン発生手段１０７は、ゲインがスレッショルドレベルよりも大きい場合は、１より小さいゲインを発生し、出力信号としての出力レベルは減衰される。
【０００５】
ゲインがスレッショルドレベルよりも小さい場合は、ゲイン発生手段１０７は、１より大きいゲインを発生し、出力信号としての出力レベルは増幅される。
【０００６】
なお、急激な入力信号の変化に対して不自然無く動作させるために、放絡線発生手段１０８は、ゲイン発生手段１０７により発生されるゲイン値の変動量を緩やかにし、ゲイン変化の不自然さを無くす。
【０００７】
出力用乗算手段１０９は、放絡線発生手段１０８により出力される時定数を持ったゲイン値と、音声入力端子１０１から入力された音声信号データとを乗算し、その出力値を出力信号として音声出力端子１０２から出力する。
【０００８】
このようにして、スレッショルドレベル付近で一定の出力信号レベルを保つことが可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のオートゲインコントロール装置では、入力音声信号の周波数特性が考慮されていないため、入力音声信号の周波数特性に依存して、オートゲインコントロール装置の動作がばらつくという問題があった。
【００１０】
例えば、高い周波数成分を持ったノイズが間違って入力された場合でも、通常の音声信号と同様にゲインがコントロールされてしまうことがある。暗騒音などの低域の騒音も誤動作の原因となる。
【００１１】
また、周波数特性が全く異なるアナウンスの音声信号と音楽ソースなどの音声信号では、オートゲインコントロールが動作するレベルが異なってしまい、オートゲインコントロールの動作が入力音声信号のソースに依存してしまう、という問題もあった。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、所定の入力音声信号に対して良好な特性を実現することができるオートゲインコントロール装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のオートゲインコントロール装置は、入力音声信号を複数の周波数帯域の異なる信号に分割する帯域分割フィルタ手段と、前記複数の周波数帯域の異なる信号それぞれを絶対値変換する絶対値変換手段と、前記絶対値変換手段で絶対値変換されたそれぞれの値に対する重み付けデータを格納する重み付けデータ格納手段と、前記絶対値変換手段で絶対値変換されたそれぞれの値と前記重み付けデータ格納手段に格納されている重み付けデータとを乗算する乗算手段と、前記乗算手段で乗算されたそれぞれの値を加算する加算手段とを備え、前記加算手段の出力に基づいてゲインをコントロールする構成を有している。
【００１４】
この構成により、入力音声信号が所定の周波数帯域毎に重み付けされ、重み付けされた信号に基づいてオートゲインコントロールが行なわれることとなる。
【００１５】
ここで、前記重み付けデータ格納手段に複数組の重み付けデータを格納し、前記乗算手段に出力する前記重み付けデータを前記複数組の重み付けデータの中で切り換える重み付けデータ切換え手段を備える構成とした。
【００１６】
この構成により、入力音声信号の周波数帯域毎の重み付けが切り換えられることとなる。
【００１７】
また、前記加算手段の出力の変動量が予め設定された値以上であるとき発生したゲインを予め設定された時間維持するホールド制御手段と、前記ホールド制御手段でゲインを維持する時間を複数格納するホールドタイムデータ格納手段とを備え、前記ホールドタイムデータ格納手段は、前記重み付けデータ切換え手段が切り換えた前記重み付けデータに対応する前記ゲインを維持する時間を前記ホールド制御手段に設定する構成とした。
【００１８】
この構成により、切り換えられた入力音声信号の周波数帯域毎の重み付けに対応して、発生したゲインの維持時間も切り換えられることとなる。
【００１９】
また、入力音声信号を周波数データに変換する変換処理手段を備え、前記重み付けデータ切換え手段は、前記周波数データに対応する重み付けデータに切り換える構成とした。
【００２０】
この構成により、入力音声信号の周波数特性に適する重み付けに自動的に切り換えられることとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図４は本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態のオートゲインコントロール装置は、音声信号が入力される音声入力端子１と、ゲインコントロールされた音声信号が出力される音声出力端子２と、予め設定された互いに異なった周波数帯域の信号のみ通過させる複数の帯域分割フィルタ手段３と、帯域分割フィルタ手段３それぞれの出力する信号を絶対値変換する絶対値変換手段４と、帯域分割フィルタ手段３で分割された周波数帯域毎に重み付けするデータを格納しておく重み付けデータ格納手段５と、絶対値変換された値に重み付けデータを乗算する乗算手段６と、重み付けした値を加算する加算手段７と、加算された値を補正するゲイン補正手段８と、補正された値と比較されるスレッショルドレベルデータを格納しておくスレッショルドレベル格納手段９と、補正された値とスレッショルドレベルデータを比較する比較手段１０と、比較手段１０の比較結果によりゲイン値を発生するゲイン発生手段１１と、ゲイン値の変動量を緩やかにする放絡線発生手段１２と、放絡線発生手段１２が出力するゲイン値を入力音声信号に乗算する出力信号用乗算手段１３とを備えている。
【００２３】
このようなオートゲインコントロール装置において、音声入力端子１に入力された音声信号は、複数の帯域分割フィルタ手段３にそれぞれ入力される。
【００２４】
各帯域分割フィルタ手段３は、帯域分割フィルタ手段３毎に予め設定されたそれぞれ異なる周波数帯域の信号のみを出力する。
【００２５】
例えば、想定する入力ソースの周波数特性が図２のような特性である場合、図３（ａ）から（ｄ）のような周波数特性を持った４個の帯域分割フィルタ手段３を使用する。
【００２６】
これら４個の帯域分割フィルタ手段３の加算特性は図４のようになり、この加算特性は、図２の想定される入力ソースの特性に近似させている。この帯域分割フィルタ手段３による分割の数を多くすれば入力ソースを忠実に近似することができ、入力ソースに合った良好なゲインコントロールを行なうことができる。
【００２７】
このような帯域分割フィルタ手段３の出力信号は、それぞれ絶対値変換手段４に入力され、各帯域ごとに絶対値変換される。
【００２８】
重み付けデータ格納手段５には、各帯域分割フィルタ手段３が出力した信号を絶対値変換したそれぞれの値に対する重み付けデータを格納しておく。
【００２９】
この重み付けデータは、想定される入力ソースの周波数帯域の特性を反映し、ゲインコントロールの中心となる周波数帯域の重み付けデータほど値を大きく設定する。
【００３０】
例えば、上述の図３のような周波数特性の４個の帯域分割フィルタ手段３を用いたとき、３番目のフィルタ出力（図３（ｃ）の特性を持つ帯域分割フィルタ手段３の出力）に対する重み付けを大きくすると、ゲインコントロールにおける３番目のフィルタ出力の帯域（図３（ｃ）の特性を持つ帯域分割フィルタ手段３で分割された周波数帯域）の寄与を大きくすることとなる。
【００３１】
重み付けデータ格納手段５に格納されている帯域分割フィルタ手段３で帯域分割された周波数帯域毎の重み付けデータは、それぞれ対応する帯域分割フィルタ手段３の出力が絶対値変換された値に対して、乗算手段６で乗算され、乗算手段で乗算されたすべての値は加算手段７で加算される。
【００３２】
このようにして加算手段７から出力される信号は、予め重み付けデータ格納手段５に格納された所定の帯域分割フィルタ手段３に対応した音声帯域モデルデータによる重み付けデータによって重み付けされた信号となる。
【００３３】
この加算手段７の出力（ゲイン値）は、音声帯域モデルデータの周波数特性を持った音声信号が入力された場合、所定のゲイン値に近づくことになる。
【００３４】
ゲイン補正手段８は、加算手段７の出力に予め設定された係数を乗算して補正する。このゲイン補正手段８により、ゲイン値の絶対値に関しては調整することができるので、重み付けデータは、周波数帯域毎の相対値のみを考慮すればよい。
【００３５】
ゲイン補正手段８により補正されたゲイン値は、比較手段１０において、スレッショルドレベル格納手段９に格納されているスレッショルドレベルデータと比較される。
【００３６】
ゲイン発生手段１１は、ゲイン値がスレッショルドレベルデータよりも大きい場合、予め設定された１より小さいゲイン値を発生する。このため、出力信号の出力レベルは減衰し、スレッショルドレベルに近づくことになる。
【００３７】
ゲイン値が、スレッショルドレベルよりも小さい場合、ゲイン発生手段１１は、予め設定された１より大きいゲイン値を発生する。このため、出力信号の出力レベルは増幅され、スレッショルドレベルに近づくことになる。
【００３８】
特定の帯域分割フィルタ手段３の出力に対する重み付けを大きくすると、この帯域分割フィルタ手段３が分割する周波数帯域の周波数成分を多く含んだ音源が入力されると、入力信号に伴った加算手段７の出力値が大きくなり、スレッショルドレベルを越えやすくなり、特定の周波数帯域に連動したオートゲインコントロールの動作特性を得ることができる。
【００３９】
ゲイン発生手段１１により発生されたゲイン値は、放絡線発生手段１２に入力され、予め決められた時定数を持つアタックタイムとリリースタイムを持つように制御される。
【００４０】
この場合の、アタックタイムはゲイン発生手段１１が発生するゲイン値が減少する場合のゲイン値を変化させる時定数であり、リリースタイムはゲイン発生手段１１が発生するゲイン値が増加する場合のゲイン値を変化させる時定数である。
【００４１】
このアタックタイムとリリースタイムの設定により、急激なレベルの変化への対応（急激なレベルの変化に追従させるか否か）を設定することができる。
【００４２】
出力信号用乗算手段１３は、放絡線発生手段１２により時定数を持ったゲイン値と、音声入力端子１から入力された音声信号とを乗算し、この出力信号用乗算手段１３による出力信号がオートゲインコントロール装置の出力信号となる。
【００４３】
このように本実施の形態においては、所定の音声の周波数特性を帯域分割フィルタ手段３で分割近似しているので、所定の音声信号を狙ったオートゲインコントロールを行なうことができる。
【００４４】
また、帯域分割フィルタ手段３で分割した帯域別に重み付けをしているため、想定していない帯域の音声信号が入力されたとしても、その帯域の重み付け係数は小さいので、ゲイン値の変化が少なくなり、ゲイン発生手段１１によるゲイン値変動がなくなり、音声出力端子２から出力される信号のレベル変動を無くすことができる。
【００４５】
また、重み付け係数による重み付けの量により、音声ソースごとの特徴のある周波数帯域のみを強調することができるため、それ以外の周波数特性を持った音声ソースに対しては、一定のゲインを保つことができ、狙った周波数特性を持った音声ソースのみに反応させることができる。
【００４６】
本実施の形態の第１の他の態様としては、図５に示すように、重み付けデータ格納手段５に、数種類の音声ソース別の各分割帯域毎の重み付けデータを格納しておく。
【００４７】
例えば、男性アナウンス、女性アナウンスの周波数特性の平均分布により、周波数特性が異なっているように、用途やアナウンス対象の特徴により、音声帯域別重み付けデータを用意する。これは、予め測定し統計的にまとめ、平均の周波数特性の分布を重み付けデータとすればよい。
【００４８】
重み付けデータ切換え手段１４は、使用者の操作により重み付けデータ格納手段５が乗算手段６に出力する重み付けデータを切換えさせる。
【００４９】
重み付けデータ切換え手段１４は、物理的なスイッチの構造でもよいし、パソコンのＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インターフェイス）上のスイッチでも良い。
【００５０】
例えば、男性アナウンスと女性アナウンスの周波数特性に基づいて、それぞれに対応した重み付けデータを重み付けデータ格納手段５に格納しておき、男性アナウンスの音声信号に対してオートゲインコントロール装置を使用する場合は、重み付けデータ切換え手段１４により男性アナウンスの周波数特性に基づいた重み付けデータを乗算手段６に出力するようにする。
【００５１】
また、女性アナウンス音声信号に対してオートゲインコントロール装置を使用する場合は、重み付けデータ切換え手段１４により女性アナウンスの周波数特性に基づいた重み付けデータを乗算手段６に出力するように切換える。
【００５２】
また、特定の人物の周波数特性のデータを予め測定しておき、そのデータを音声帯域別データモデルとして重み付けデータ格納手段５に格納しておいてもよい。
【００５３】
このように構成することによって、重み付けデータ切換え手段１４により音声ソースに合った重み付けデータを選択することができ、音声ソース固有の周波数特性に対応したオートゲインコントロールを行なうことができる。
【００５４】
本実施の形態の第２の他の態様としては、図６に示すように、上述の第１の他の態様と同様に、重み付けデータ格納手段５に、数種類の音声ソース別の各分割帯域毎の重み付けデータを格納し、重み付けデータ格納手段５が乗算手段６に出力する重み付けデータを切換えさせる重み付けデータ切換え手段１４を備える。
【００５５】
また、比較手段１０の判定結果によりゲイン発生手段１１のゲインを一定時間だけホールドさせるホールド制御回路１５と、ホールド制御回路１５のホールド時間のデータ（ホールドタイムデータ）を複数格納し重み付けデータ切換え手段１４の切換え指示により格納しているホールドタイムデータから１つを選択してホールド制御回路に出力設定するホールドタイムデータ格納手段１６とを備えている。
【００５６】
このようなオートゲインコントロール装置において、使用者が重み付けデータ切換え手段１４を操作して１つの重み付けデータを選択すると、重み付けデータ格納手段５は選択された重み付けデータを乗算手段６に出力する。
【００５７】
また、ホールドタイムデータ格納手段１６は、重み付けデータ切換え手段１４で選択された重み付けデータに対応したホールドタイムデータをホールド制御回路１５に出力する。
【００５８】
比較手段１０は、ゲイン補正手段８によって補正されたゲイン値と、スレッショルドレベル格納手段９に格納されているスレッショルドレベルデータとを比較するとともに、ゲイン値とスレッショルドレベルデータとの差分の変動量が予め設定された値以上になるとホールド制御回路１５にトリガーを出力する。
【００５９】
ホールド制御回路１５は、トリガーが入力されると、内部のタイマーを起動し、ホールドタイムデータ格納手段１６が出力し設定したホールドタイムデータの時間だけゲイン発生手段１１で発生するゲイン値を持続させる。
【００６０】
このように構成することによって、重み付けデータの切換えと連動してゲインのホールドタイムも音声ソースに対応して切換えることができ、出力レベルの不自然なゲイン変動を音声入力ソース別に抑えることができる。
【００６１】
例えば、ゲイン変動量が大きい音声ソースの場合に、出来るだけ出力レベルの変動が不自然にならないようにするときは、この音声ソースに適用される重み付けデータに対応してホールドタイムデータ格納手段１６に格納するホールドタイムデータとして長めの時間を格納しておくとよい。
【００６２】
また、音声ソースのゲイン変動量が推測できず、出力レベルの追従レスポンスを速くしたい場合は、この音声ソースに適用される重み付けデータに対応してホールドタイムデータ格納手段１６に格納するホールドタイムデータとして短い時間を格納しておくとよい。
【００６３】
なお、ホールドタイムデータは、予め測定したデータに基づいて、音声ソース別に最適なゲイン変動をするように決めるとよい。
【００６４】
本実施の形態の第３の他の態様としては、図７に示すように、上述の第２の他の態様と同様に、重み付けデータ格納手段５に、数種類の音声ソース別の各分割帯域毎の重み付けデータを格納し、比較手段１０の判定結果によりゲイン発生手段１１のゲインを一定時間だけホールドさせるホールド制御回路１５と、格納しているホールドタイムデータから１つを選択してホールド制御回路に出力設定するホールドタイムデータ格納手段１６とを備える。
【００６５】
また、音声入力端子１に入力される音声信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行い、入力音声信号の周波数特性を分析する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理手段１７と、高速フーリエ変換処理手段１７の分析結果に基づき登録されている数種類の音声帯域別モデルデータから最も近いモデルデータを選択するデータモデル判断手段１８とを備えている。
【００６６】
このようなオートゲインコントロール装置において、ＦＦＴ処理手段１７は、音声入力端子１に入力された音声信号に対してＦＦＴ処理を行い入力音声信号の周波数特性を分析し、分析結果情報をデータモデル判断手段１８に出力する。
【００６７】
データモデル判断手段１８は、ＦＦＴ処理手段１７の分析結果情報に基づいて、入力された音声信号の周波数特性と近い周波数特性を持つ音声帯域別モデルデータを選択し、選択した音声帯域別モデルデータに対応する重み付けデータを重み付けデータ格納手段５から選択する。
【００６８】
重み付けデータ格納手段５は、選択された重み付けデータを乗算手段６に出力する。
【００６９】
また、ホールドタイムデータ格納手段１６は、データモデル判断手段１８で選択された重み付けデータに対応したホールドタイムデータをホールド制御回路１５に出力する。
【００７０】
これ以外は上述の第２の他の態様と同様に、比較手段１０は、ゲイン値とスレッショルドレベルデータとの差分の変動量が予め設定された値以上になるとホールド制御回路１５にトリガーを出力する。
【００７１】
ホールド制御回路１５は、トリガーが入力されると、ホールドタイムデータ格納手段１６が設定したホールドタイムデータの時間だけゲイン発生手段１１で発生するゲイン値を持続させる。
【００７２】
なお、ＦＦＴ処理をＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等で処理させる場合は、ある程度の処理時間が必要となるため、この処理時間分の時間間隔でＦＦＴ処理を行なうようにする。
【００７３】
このように構成することによって、自動的に入力音声信号の周波数特性に合った音声帯域別データモデルに対応する重み付けデータ及びホールドタイムデータが選択され、入力音声信号に合ったオートゲインコントロールを自動的に行なうことができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力音声信号を予め設定された周波数帯域毎に重み付けして、重み付けした信号に基づいてオートゲインコントロールすることにより、所定の周波数特性を持った入力音声信号のみに対して動作をし、想定する音声信号の周波数特性に追従することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【図２】本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置の想定する入力ソースの周波数特性の例を示す図
【図３】本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置の各帯域分割フィルタ手段の周波数特性の例を示す図
【図４】本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置の帯域分割フィルタ手段の総合特性の例を示す図
【図５】本発明の一実施の形態の第１の他の態様のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【図６】本発明の一実施の形態の第２の他の態様のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【図７】本発明の一実施の形態の第３の他の態様のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【図８】従来のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【符号の説明】
１音声入力端子
２音声出力端子
３帯域分割フィルタ手段
４絶対値変換手段
５重み付けデータ格納手段
６乗算手段
７加算手段
８ゲイン補正手段
９スレッショルドレベル格納手段
１０比較手段
１１ゲイン発生手段
１２放絡線発生手段
１３出力信号用乗算手段
１４重み付けデータ切換え手段
１５ホールド制御回路
１６ホールドタイムデータ格納手段
１７高速フーリエ変換処理手段
１８データモデル判断手段
１０１ 音声入力端子
１０２ 音声出力端子
１０３ 絶対値変換手段
１０４ ゲイン補正手段
１０５ スレッショルドレベル格納手段
１０６ 比較手段
１０７ ゲイン発生手段
１０８ 放絡線発生手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声入力のレベルに依存せずに出力信号のレベルを一定にするオートゲインコントロール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のオートゲインコントロール装置は、図８のように示される。このオートゲインコントロール装置では、音声入力端子１０１から入力された音声信号は、絶対値変換手段１０３により絶対値変換され、ゲイン補正手段１０４により、所定のゲインに正規化され、補正される。
【０００３】
補正されたゲインは、スレッショルドレベル格納手段１０５に予め格納されていたスレッショルドレベル係数と比較手段１０６により比較される。
【０００４】
ゲイン発生手段１０７は、ゲインがスレッショルドレベルよりも大きい場合は、１より小さいゲインを発生し、出力信号としての出力レベルは減衰される。
【０００５】
ゲインがスレッショルドレベルよりも小さい場合は、ゲイン発生手段１０７は、１より大きいゲインを発生し、出力信号としての出力レベルは増幅される。
【０００６】
なお、急激な入力信号の変化に対して不自然無く動作させるために、放絡線発生手段１０８は、ゲイン発生手段１０７により発生されるゲイン値の変動量を緩やかにし、ゲイン変化の不自然さを無くす。
【０００７】
出力用乗算手段１０９は、放絡線発生手段１０８により出力される時定数を持ったゲイン値と、音声入力端子１０１から入力された音声信号データとを乗算し、その出力値を出力信号として音声出力端子１０２から出力する。
【０００８】
このようにして、スレッショルドレベル付近で一定の出力信号レベルを保つことが可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のオートゲインコントロール装置では、入力音声信号の周波数特性が考慮されていないため、入力音声信号の周波数特性に依存して、オートゲインコントロール装置の動作がばらつくという問題があった。
【００１０】
例えば、高い周波数成分を持ったノイズが間違って入力された場合でも、通常の音声信号と同様にゲインがコントロールされてしまうことがある。暗騒音などの低域の騒音も誤動作の原因となる。
【００１１】
また、周波数特性が全く異なるアナウンスの音声信号と音楽ソースなどの音声信号では、オートゲインコントロールが動作するレベルが異なってしまい、オートゲインコントロールの動作が入力音声信号のソースに依存してしまう、という問題もあった。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、所定の入力音声信号に対して良好な特性を実現することができるオートゲインコントロール装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のオートゲインコントロール装置は、入力音声信号を複数の周波数帯域の異なる信号に分割する帯域分割フィルタ手段と、前記複数の周波数帯域の異なる信号それぞれを絶対値変換する絶対値変換手段と、前記絶対値変換手段で絶対値変換されたそれぞれの値に対する重み付けデータを格納する重み付けデータ格納手段と、前記絶対値変換手段で絶対値変換されたそれぞれの値と前記重み付けデータ格納手段に格納されている重み付けデータとを乗算する乗算手段と、前記乗算手段で乗算されたそれぞれの値を加算する加算手段とを備え、前記加算手段の出力に基づいてゲインをコントロールする構成を有している。
【００１４】
この構成により、入力音声信号が所定の周波数帯域毎に重み付けされ、重み付けされた信号に基づいてオートゲインコントロールが行なわれることとなる。
【００１５】
ここで、前記重み付けデータ格納手段に複数組の重み付けデータを格納し、前記乗算手段に出力する前記重み付けデータを前記複数組の重み付けデータの中で切り換える重み付けデータ切換え手段を備える構成とした。
【００１６】
この構成により、入力音声信号の周波数帯域毎の重み付けが切り換えられることとなる。
【００１７】
また、前記加算手段の出力の変動量が予め設定された値以上であるとき発生したゲインを予め設定された時間維持するホールド制御手段と、前記ホールド制御手段でゲインを維持する時間を複数格納するホールドタイムデータ格納手段とを備え、前記ホールドタイムデータ格納手段は、前記重み付けデータ切換え手段が切り換えた前記重み付けデータに対応する前記ゲインを維持する時間を前記ホールド制御手段に設定する構成とした。
【００１８】
この構成により、切り換えられた入力音声信号の周波数帯域毎の重み付けに対応して、発生したゲインの維持時間も切り換えられることとなる。
【００１９】
また、入力音声信号を周波数データに変換する変換処理手段を備え、前記重み付けデータ切換え手段は、前記周波数データに対応する重み付けデータに切り換える構成とした。
【００２０】
この構成により、入力音声信号の周波数特性に適する重み付けに自動的に切り換えられることとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図４は本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態のオートゲインコントロール装置は、音声信号が入力される音声入力端子１と、ゲインコントロールされた音声信号が出力される音声出力端子２と、予め設定された互いに異なった周波数帯域の信号のみ通過させる複数の帯域分割フィルタ手段３と、帯域分割フィルタ手段３それぞれの出力する信号を絶対値変換する絶対値変換手段４と、帯域分割フィルタ手段３で分割された周波数帯域毎に重み付けするデータを格納しておく重み付けデータ格納手段５と、絶対値変換された値に重み付けデータを乗算する乗算手段６と、重み付けした値を加算する加算手段７と、加算された値を補正するゲイン補正手段８と、補正された値と比較されるスレッショルドレベルデータを格納しておくスレッショルドレベル格納手段９と、補正された値とスレッショルドレベルデータを比較する比較手段１０と、比較手段１０の比較結果によりゲイン値を発生するゲイン発生手段１１と、ゲイン値の変動量を緩やかにする放絡線発生手段１２と、放絡線発生手段１２が出力するゲイン値を入力音声信号に乗算する出力信号用乗算手段１３とを備えている。
【００２３】
このようなオートゲインコントロール装置において、音声入力端子１に入力された音声信号は、複数の帯域分割フィルタ手段３にそれぞれ入力される。
【００２４】
各帯域分割フィルタ手段３は、帯域分割フィルタ手段３毎に予め設定されたそれぞれ異なる周波数帯域の信号のみを出力する。
【００２５】
例えば、想定する入力ソースの周波数特性が図２のような特性である場合、図３（ａ）から（ｄ）のような周波数特性を持った４個の帯域分割フィルタ手段３を使用する。
【００２６】
これら４個の帯域分割フィルタ手段３の加算特性は図４のようになり、この加算特性は、図２の想定される入力ソースの特性に近似させている。この帯域分割フィルタ手段３による分割の数を多くすれば入力ソースを忠実に近似することができ、入力ソースに合った良好なゲインコントロールを行なうことができる。
【００２７】
このような帯域分割フィルタ手段３の出力信号は、それぞれ絶対値変換手段４に入力され、各帯域ごとに絶対値変換される。
【００２８】
重み付けデータ格納手段５には、各帯域分割フィルタ手段３が出力した信号を絶対値変換したそれぞれの値に対する重み付けデータを格納しておく。
【００２９】
この重み付けデータは、想定される入力ソースの周波数帯域の特性を反映し、ゲインコントロールの中心となる周波数帯域の重み付けデータほど値を大きく設定する。
【００３０】
例えば、上述の図３のような周波数特性の４個の帯域分割フィルタ手段３を用いたとき、３番目のフィルタ出力（図３（ｃ）の特性を持つ帯域分割フィルタ手段３の出力）に対する重み付けを大きくすると、ゲインコントロールにおける３番目のフィルタ出力の帯域（図３（ｃ）の特性を持つ帯域分割フィルタ手段３で分割された周波数帯域）の寄与を大きくすることとなる。
【００３１】
重み付けデータ格納手段５に格納されている帯域分割フィルタ手段３で帯域分割された周波数帯域毎の重み付けデータは、それぞれ対応する帯域分割フィルタ手段３の出力が絶対値変換された値に対して、乗算手段６で乗算され、乗算手段で乗算されたすべての値は加算手段７で加算される。
【００３２】
このようにして加算手段７から出力される信号は、予め重み付けデータ格納手段５に格納された所定の帯域分割フィルタ手段３に対応した音声帯域モデルデータによる重み付けデータによって重み付けされた信号となる。
【００３３】
この加算手段７の出力（ゲイン値）は、音声帯域モデルデータの周波数特性を持った音声信号が入力された場合、所定のゲイン値に近づくことになる。
【００３４】
ゲイン補正手段８は、加算手段７の出力に予め設定された係数を乗算して補正する。このゲイン補正手段８により、ゲイン値の絶対値に関しては調整することができるので、重み付けデータは、周波数帯域毎の相対値のみを考慮すればよい。
【００３５】
ゲイン補正手段８により補正されたゲイン値は、比較手段１０において、スレッショルドレベル格納手段９に格納されているスレッショルドレベルデータと比較される。
【００３６】
ゲイン発生手段１１は、ゲイン値がスレッショルドレベルデータよりも大きい場合、予め設定された１より小さいゲイン値を発生する。このため、出力信号の出力レベルは減衰し、スレッショルドレベルに近づくことになる。
【００３７】
ゲイン値が、スレッショルドレベルよりも小さい場合、ゲイン発生手段１１は、予め設定された１より大きいゲイン値を発生する。このため、出力信号の出力レベルは増幅され、スレッショルドレベルに近づくことになる。
【００３８】
特定の帯域分割フィルタ手段３の出力に対する重み付けを大きくすると、この帯域分割フィルタ手段３が分割する周波数帯域の周波数成分を多く含んだ音源が入力されると、入力信号に伴った加算手段７の出力値が大きくなり、スレッショルドレベルを越えやすくなり、特定の周波数帯域に連動したオートゲインコントロールの動作特性を得ることができる。
【００３９】
ゲイン発生手段１１により発生されたゲイン値は、放絡線発生手段１２に入力され、予め決められた時定数を持つアタックタイムとリリースタイムを持つように制御される。
【００４０】
この場合の、アタックタイムはゲイン発生手段１１が発生するゲイン値が減少する場合のゲイン値を変化させる時定数であり、リリースタイムはゲイン発生手段１１が発生するゲイン値が増加する場合のゲイン値を変化させる時定数である。
【００４１】
このアタックタイムとリリースタイムの設定により、急激なレベルの変化への対応（急激なレベルの変化に追従させるか否か）を設定することができる。
【００４２】
出力信号用乗算手段１３は、放絡線発生手段１２により時定数を持ったゲイン値と、音声入力端子１から入力された音声信号とを乗算し、この出力信号用乗算手段１３による出力信号がオートゲインコントロール装置の出力信号となる。
【００４３】
このように本実施の形態においては、所定の音声の周波数特性を帯域分割フィルタ手段３で分割近似しているので、所定の音声信号を狙ったオートゲインコントロールを行なうことができる。
【００４４】
また、帯域分割フィルタ手段３で分割した帯域別に重み付けをしているため、想定していない帯域の音声信号が入力されたとしても、その帯域の重み付け係数は小さいので、ゲイン値の変化が少なくなり、ゲイン発生手段１１によるゲイン値変動がなくなり、音声出力端子２から出力される信号のレベル変動を無くすことができる。
【００４５】
また、重み付け係数による重み付けの量により、音声ソースごとの特徴のある周波数帯域のみを強調することができるため、それ以外の周波数特性を持った音声ソースに対しては、一定のゲインを保つことができ、狙った周波数特性を持った音声ソースのみに反応させることができる。
【００４６】
本実施の形態の第１の他の態様としては、図５に示すように、重み付けデータ格納手段５に、数種類の音声ソース別の各分割帯域毎の重み付けデータを格納しておく。
【００４７】
例えば、男性アナウンス、女性アナウンスの周波数特性の平均分布により、周波数特性が異なっているように、用途やアナウンス対象の特徴により、音声帯域別重み付けデータを用意する。これは、予め測定し統計的にまとめ、平均の周波数特性の分布を重み付けデータとすればよい。
【００４８】
重み付けデータ切換え手段１４は、使用者の操作により重み付けデータ格納手段５が乗算手段６に出力する重み付けデータを切換えさせる。
【００４９】
重み付けデータ切換え手段１４は、物理的なスイッチの構造でもよいし、パソコンのＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インターフェイス）上のスイッチでも良い。
【００５０】
例えば、男性アナウンスと女性アナウンスの周波数特性に基づいて、それぞれに対応した重み付けデータを重み付けデータ格納手段５に格納しておき、男性アナウンスの音声信号に対してオートゲインコントロール装置を使用する場合は、重み付けデータ切換え手段１４により男性アナウンスの周波数特性に基づいた重み付けデータを乗算手段６に出力するようにする。
【００５１】
また、女性アナウンス音声信号に対してオートゲインコントロール装置を使用する場合は、重み付けデータ切換え手段１４により女性アナウンスの周波数特性に基づいた重み付けデータを乗算手段６に出力するように切換える。
【００５２】
また、特定の人物の周波数特性のデータを予め測定しておき、そのデータを音声帯域別データモデルとして重み付けデータ格納手段５に格納しておいてもよい。
【００５３】
このように構成することによって、重み付けデータ切換え手段１４により音声ソースに合った重み付けデータを選択することができ、音声ソース固有の周波数特性に対応したオートゲインコントロールを行なうことができる。
【００５４】
本実施の形態の第２の他の態様としては、図６に示すように、上述の第１の他の態様と同様に、重み付けデータ格納手段５に、数種類の音声ソース別の各分割帯域毎の重み付けデータを格納し、重み付けデータ格納手段５が乗算手段６に出力する重み付けデータを切換えさせる重み付けデータ切換え手段１４を備える。
【００５５】
また、比較手段１０の判定結果によりゲイン発生手段１１のゲインを一定時間だけホールドさせるホールド制御回路１５と、ホールド制御回路１５のホールド時間のデータ（ホールドタイムデータ）を複数格納し重み付けデータ切換え手段１４の切換え指示により格納しているホールドタイムデータから１つを選択してホールド制御回路に出力設定するホールドタイムデータ格納手段１６とを備えている。
【００５６】
このようなオートゲインコントロール装置において、使用者が重み付けデータ切換え手段１４を操作して１つの重み付けデータを選択すると、重み付けデータ格納手段５は選択された重み付けデータを乗算手段６に出力する。
【００５７】
また、ホールドタイムデータ格納手段１６は、重み付けデータ切換え手段１４で選択された重み付けデータに対応したホールドタイムデータをホールド制御回路１５に出力する。
【００５８】
比較手段１０は、ゲイン補正手段８によって補正されたゲイン値と、スレッショルドレベル格納手段９に格納されているスレッショルドレベルデータとを比較するとともに、ゲイン値とスレッショルドレベルデータとの差分の変動量が予め設定された値以上になるとホールド制御回路１５にトリガーを出力する。
【００５９】
ホールド制御回路１５は、トリガーが入力されると、内部のタイマーを起動し、ホールドタイムデータ格納手段１６が出力し設定したホールドタイムデータの時間だけゲイン発生手段１１で発生するゲイン値を持続させる。
【００６０】
このように構成することによって、重み付けデータの切換えと連動してゲインのホールドタイムも音声ソースに対応して切換えることができ、出力レベルの不自然なゲイン変動を音声入力ソース別に抑えることができる。
【００６１】
例えば、ゲイン変動量が大きい音声ソースの場合に、出来るだけ出力レベルの変動が不自然にならないようにするときは、この音声ソースに適用される重み付けデータに対応してホールドタイムデータ格納手段１６に格納するホールドタイムデータとして長めの時間を格納しておくとよい。
【００６２】
また、音声ソースのゲイン変動量が推測できず、出力レベルの追従レスポンスを速くしたい場合は、この音声ソースに適用される重み付けデータに対応してホールドタイムデータ格納手段１６に格納するホールドタイムデータとして短い時間を格納しておくとよい。
【００６３】
なお、ホールドタイムデータは、予め測定したデータに基づいて、音声ソース別に最適なゲイン変動をするように決めるとよい。
【００６４】
本実施の形態の第３の他の態様としては、図７に示すように、上述の第２の他の態様と同様に、重み付けデータ格納手段５に、数種類の音声ソース別の各分割帯域毎の重み付けデータを格納し、比較手段１０の判定結果によりゲイン発生手段１１のゲインを一定時間だけホールドさせるホールド制御回路１５と、格納しているホールドタイムデータから１つを選択してホールド制御回路に出力設定するホールドタイムデータ格納手段１６とを備える。
【００６５】
また、音声入力端子１に入力される音声信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行い、入力音声信号の周波数特性を分析する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理手段１７と、高速フーリエ変換処理手段１７の分析結果に基づき登録されている数種類の音声帯域別モデルデータから最も近いモデルデータを選択するデータモデル判断手段１８とを備えている。
【００６６】
このようなオートゲインコントロール装置において、ＦＦＴ処理手段１７は、音声入力端子１に入力された音声信号に対してＦＦＴ処理を行い入力音声信号の周波数特性を分析し、分析結果情報をデータモデル判断手段１８に出力する。
【００６７】
データモデル判断手段１８は、ＦＦＴ処理手段１７の分析結果情報に基づいて、入力された音声信号の周波数特性と近い周波数特性を持つ音声帯域別モデルデータを選択し、選択した音声帯域別モデルデータに対応する重み付けデータを重み付けデータ格納手段５から選択する。
【００６８】
重み付けデータ格納手段５は、選択された重み付けデータを乗算手段６に出力する。
【００６９】
また、ホールドタイムデータ格納手段１６は、データモデル判断手段１８で選択された重み付けデータに対応したホールドタイムデータをホールド制御回路１５に出力する。
【００７０】
これ以外は上述の第２の他の態様と同様に、比較手段１０は、ゲイン値とスレッショルドレベルデータとの差分の変動量が予め設定された値以上になるとホールド制御回路１５にトリガーを出力する。
【００７１】
ホールド制御回路１５は、トリガーが入力されると、ホールドタイムデータ格納手段１６が設定したホールドタイムデータの時間だけゲイン発生手段１１で発生するゲイン値を持続させる。
【００７２】
なお、ＦＦＴ処理をＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等で処理させる場合は、ある程度の処理時間が必要となるため、この処理時間分の時間間隔でＦＦＴ処理を行なうようにする。
【００７３】
このように構成することによって、自動的に入力音声信号の周波数特性に合った音声帯域別データモデルに対応する重み付けデータ及びホールドタイムデータが選択され、入力音声信号に合ったオートゲインコントロールを自動的に行なうことができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力音声信号を予め設定された周波数帯域毎に重み付けして、重み付けした信号に基づいてオートゲインコントロールすることにより、所定の周波数特性を持った入力音声信号のみに対して動作をし、想定する音声信号の周波数特性に追従することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【図２】本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置の想定する入力ソースの周波数特性の例を示す図
【図３】本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置の各帯域分割フィルタ手段の周波数特性の例を示す図
【図４】本発明の一実施の形態のオートゲインコントロール装置の帯域分割フィルタ手段の総合特性の例を示す図
【図５】本発明の一実施の形態の第１の他の態様のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【図６】本発明の一実施の形態の第２の他の態様のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【図７】本発明の一実施の形態の第３の他の態様のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【図８】従来のオートゲインコントロール装置を示す概略ブロック図
【符号の説明】
１音声入力端子
２音声出力端子
３帯域分割フィルタ手段
４絶対値変換手段
５重み付けデータ格納手段
６乗算手段
７加算手段
８ゲイン補正手段
９スレッショルドレベル格納手段
１０比較手段
１１ゲイン発生手段
１２放絡線発生手段
１３出力信号用乗算手段
１４重み付けデータ切換え手段
１５ホールド制御回路
１６ホールドタイムデータ格納手段
１７高速フーリエ変換処理手段
１８データモデル判断手段
１０１ 音声入力端子
１０２ 音声出力端子
１０３ 絶対値変換手段
１０４ ゲイン補正手段
１０５ スレッショルドレベル格納手段
１０６ 比較手段
１０７ ゲイン発生手段
１０８ 放絡線発生手段
Claims (4)
- 入力音声信号を複数の周波数帯域の異なる信号に分割する帯域分割フィルタ手段と、前記複数の周波数帯域の異なる信号それぞれを絶対値変換する絶対値変換手段と、前記絶対値変換手段で絶対値変換されたそれぞれの値に対する重み付けデータを格納する重み付けデータ格納手段と、前記絶対値変換手段で絶対値変換されたそれぞれの値と前記重み付けデータ格納手段に格納されている重み付けデータとを乗算する乗算手段と、前記乗算手段で乗算されたそれぞれの値を加算する加算手段とを備え、前記加算手段の出力に基づいてゲインをコントロールすることを特徴とするオートゲインコントロール装置。
- 前記重み付けデータ格納手段に複数組の重み付けデータを格納し、前記乗算手段に出力する前記重み付けデータを前記複数組の重み付けデータの中で切り換える重み付けデータ切換え手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のオートゲインコントロール装置。
- 前記加算手段の出力の変動量が予め設定された値以上であるとき発生したゲインを予め設定された時間維持するホールド制御手段と、前記ホールド制御手段でゲインを維持する時間を複数格納するホールドタイムデータ格納手段とを備え、前記ホールドタイムデータ格納手段は、前記重み付けデータ切換え手段が切り換えた前記重み付けデータに対応する前記ゲインを維持する時間を前記ホールド制御手段に設定することを特徴とする請求項２に記載のオートゲインコントロール装置。
- 入力音声信号を周波数データに変換する変換処理手段を備え、前記重み付けデータ切換え手段は、前記周波数データに対応する重み付けデータに切り換えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のオートゲインコントロール装置。
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