JP2004266358A - 帯域復元装置及び電話機 - Google Patents
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Abstract
【課題】帯域制限された帯域の周波数成分を、入力した音信号に基づいて再現し得る帯域復元装置及び電話機を提供する。
【解決手段】本発明の帯域復元装置は、音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元するものであって、入力された狭帯域ディジタル入力信号の信号値を増幅すると共に、増幅後の信号値が所定の振幅最大値を超えていると振幅最大値にする上限制限増幅手段と、上限制限増幅手段により増幅された信号値が振幅最大値に達しているか否かを検出する最大値検出手段と、最大値検出手段の検出結果に応じて、上限制限増幅手段の増幅量を増大制御する増幅量制御手段と、上限制限増幅手段からの出力信号と狭帯域ディジタル入力信号とに基づいて、復元周波数帯域の周波数成分を有する帯域復元信号を生成する帯域復元手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の帯域復元装置は、音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元するものであって、入力された狭帯域ディジタル入力信号の信号値を増幅すると共に、増幅後の信号値が所定の振幅最大値を超えていると振幅最大値にする上限制限増幅手段と、上限制限増幅手段により増幅された信号値が振幅最大値に達しているか否かを検出する最大値検出手段と、最大値検出手段の検出結果に応じて、上限制限増幅手段の増幅量を増大制御する増幅量制御手段と、上限制限増幅手段からの出力信号と狭帯域ディジタル入力信号とに基づいて、復元周波数帯域の周波数成分を有する帯域復元信号を生成する帯域復元手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯域復元装置及び電話機に関するものである。例えば、電話回線等による音声信号伝送において、狭帯域化されて欠落された帯域の周波数成分を復元する帯域復元装置及びその帯域復元装置を備えた電話機に適用し得る。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電話回線等により音声を伝送する場合、伝送される音声信号は、その周波数帯域が制限されている。従って、この狭帯域化により制限された帯域の周波数成分が欠落する（すなわち、狭帯域化に係る帯域の周波数成分が抑圧される）ため、音声信号の音質は劣化してしまう。
【０００３】
従来、このような課題を解決するために、下記の特許文献１に開示されるものがある。
【０００４】
この特許文献１には、狭帯域化により欠落した帯域の周波数成分を擬似的に作成する音声帯域拡張装置及び方法が記載されている。
【０００５】
特許文献１の音声帯域拡張装置及び方法は、入力された音声信号に対して上限周波数の４倍のサンプリング周波数でサンプリングしてディジタル音声信号に変換し、そのサンプリング周波数の折り返し又は周波数シフトを用いて、その入力ディジタル音声信号の低周波数帯域の音声信号成分を、高周波数帯域側に対照的に折り返し又はシフトすることで、伝送された音声信号よりも周波数帯域を拡張するというものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−８２６８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の帯域拡張装置及び方法は、低周波数帯域の音声信号成分を、高周波数帯域側に折り返し又はシフトすることで、周波数帯域幅を擬似的に拡張するというものであり、音声信号そのもののデータに基づいて、周波数帯域を復元するというものではないという問題がある。
【０００８】
すなわち、上述した特許文献１では、狭帯域化により欠落した周波数帯域の音声信号成分を作成するために、入力音声信号のサンプリング点を１つおきにゼロ値にしたり、又は、入力音声信号のサンプリングデータの符号を１つおきに反転したりして、低周波数帯域の音声信号成分を高周波数帯域側に折り返し又はシフトして擬似的に帯域を拡張しているにすぎない。
【０００９】
そのため、帯域制限された帯域の周波数成分を、入力した音信号に基づいて再現する帯域復元装置、及び、その帯域復元装置を備えた電話機が求められている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る帯域復元装置は、音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する帯域復元装置であって、（１）入力された狭帯域ディジタル入力信号の信号値を増幅すると共に、増幅後の信号値が所定の振幅最大値を超えていると振幅最大値にする上限制限増幅手段と、（２）上限制限増幅手段により増幅された信号値が振幅最大値に達しているか否かを検出する最大値検出手段と、（３）最大値検出手段の検出結果に応じて、上限制限増幅手段の増幅量を増大制御する増幅量制御手段と、（４）上限制限増幅手段からの出力信号と狭帯域ディジタル入力信号とに基づいて、復元周波数帯域の周波数成分を有する帯域復元信号を生成する帯域復元手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の本発明に係る帯域復元装置も、音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する帯域復元装置であって、（１）入力された狭帯域ディジタル入力信号の信号値の上限を振幅限界値で制限する振幅制限手段と、（２）振幅制限手段からの信号値が所定の振幅制限値に達しているか否かを検出する制限検出手段と、（３）制限検出手段の検出結果に応じて、振幅限界値を減少制御する振幅限界制御手段と、（４）振幅制限手段からの出力信号と狭帯域ディジタル入力信号とに基づいて、復元周波数帯域の周波数成分を有する帯域復元信号を生成する帯域復元手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
更に、第３の本発明に係る電話機は、音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する第１又は第２の本発明に係る帯域復元装置を備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（Ａ）第１の実施形態
（Ａ）第１の実施形態の構成及び動作
図１は、第１の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００１４】
図１において、第１の実施形態の帯域復元装置は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１と、上限制限増幅器３と、最大値制限検出器６と、減衰器５と、増幅量制御器４と、加算器７と、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ変換器）変換器２とを有する。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器１は、外部からの音声信号Ｓを受け取り、例えばその入力された音声信号Ｓの上限周波数より大きいサンプリング周波数でサンプリングし、アナログ信号からディジタル信号に変換するものである。また、Ａ／Ｄ変換器１は、ディジタル変換した信号Ｓｎａｒｒｏｗを、上限制限増幅器３及び加算器７に与える。
【００１６】
なお、本実施形態において、音声信号Ｓは、周波数帯域が制限された信号である。例えば電話音声の場合、音声信号Ｓは、通常、例えば３４０Ｈｚから４０００Ｈｚに周波数帯域が制限されている。
【００１７】
また、本実施形態において、Ａ／Ｄ変換器１は、例えば音声信号Ｓの上限周波数４０００Ｈｚの２倍のサンプリング周波数（すなわち８０００Ｈｚ）でアナログ−ディジタル変換を行なうこととする。勿論、サンプリング周波数はこれに限定されない。
【００１８】
上限制限増幅器３は、Ａ／Ｄ変換器１からディジタル変換された信号Ｓｎａｒｒｏｗを受け取り、その信号Ｓｎａｒｒｏｗの振幅（すなわち、信号値）を増幅すると共に、信号値の増幅後、信号値が所定の最大値を超えているときに、その信号値を最大値にするものである。上限制限増幅器３は、増幅量制御器４によって増幅量が制御されており、その制御された増幅量に応じて信号Ｓｎａｒｒｏｗを増幅する。また、上限制限増幅器３は、出力信号として信号Ｓｘを最大値制限検出器６及び減衰器５に与える。
【００１９】
最大値制限検出器６は、上限制限増幅器３から出力される信号Ｓｘを受け取り、その信号Ｓｘの信号値（ディジタル信号データ）が最大値に達しているかどうかを検出し、最大値に到達していなければ、上限制限増幅器３の増幅量を増やすように要求する信号を増幅量制御器４に出力するものである。例えば、最大値制限検出器６は、信号値が最大値に達するまで増幅量を増加するように、増幅量制御器４に要求し、その後、最大値を検出した後は、増幅量の増加の要求をしない。
【００２０】
なお、本実施形態では、１６ｂｉｔのＡ／Ｄ変換器１を用いたので、ディジタル値で＋３２７６７、または、−３２７６８なるデータが発生しているかどうかを検出するようにしたが、この値はこれに限定しない。
【００２１】
増幅量制御器４は、例えば初期の増幅量１倍を基本に、最大値制限検出器６から信号（増幅量の増加を要求する信号）があるたびに、上限制限増幅器３の増幅量を増すように制御するものである。例えば、増幅量制御器４は、最大値制限検出器６からの要求に応じて、信号値が最大値に達するまで増幅量を増加するように制御し、最大値制限検出器６が最大値を検出した後は、その増幅量を維持する。
【００２２】
減衰器５は、上限制限増幅器３から信号Ｓｘを受け取り、その信号Ｓｘを減衰するものである。減衰器５は、加算器７において、信号Ｓｎａｒｒｏｗと信号Ｓｘとの信号比が３：１で加算されるように、その信号Ｓｘの振幅を調整して加算器７に出力する。
【００２３】
加算器７は、Ａ／Ｄ変換器１から出力された信号Ｓｎａｒｒｏｗと、減算器７から出力された信号Ｓｘとを受け取り、これらを加算した信号をＤ／Ａ変換器２に与えるものである。なお、加算器７は、信号Ｓｎａｒｒｏｗと信号Ｓｘとの信号比が３：１で加算するように予め設定されている。勿論、この加算（合成）比はこれに限らない。
【００２４】
Ｄ／Ａ変換器２は、加算器７から出力される合成信号を受け取り、ディジタル信号をアナログ信号に変換して、アナログ信号Ｓｗｉｄｅを出力する。この出力されるアナログ信号Ｓｗｉｄｅは、例えば電話機に与えられる。
【００２５】
ここで、信号Ｓｎａｒｒｏｗが最大値に到達するように増幅させた信号Ｓｘと、信号ｎａｒｒｏｗとを加算することにより、もともとの音声に含まれていたが狭帯域化により欠落した帯域の周波数成分を復元する方法について詳細に説明する。
【００２６】
図２は、音声信号Ｓｎａｒｒｏｗの周波数特性を示す図である。
【００２７】
図２に示すように、上限制限増幅器３に入力される信号は、帯域制限された音声信号Ｓｎａｒｒｏｗである。
【００２８】
上限制限増幅器３により増幅をしない場合であれば、この信号Ｓｎａｒｒｏｗは、周波数特性は変わることなく加算器７を経由してアナログ信号Ｓｗｉｄｅとして、例えば電話機（図示しない）に出力される。
【００２９】
上限制限増幅器３により最大値に達するほど増幅された信号Ｓｘは、狭帯域化で欠落したはずの帯域の周波数成分を持つようになる。なお、図３は、信号Ｓｘの周波数特性を示す図である。
【００３０】
これは、信号Ｓｎａｒｒｏｗを増幅することにより、信号Ｓｎａｒｒｏｗの大部分の振幅が最大値制限を受け、矩形波のような波形、いわゆる「頭打ち」になるためである。
【００３１】
矩形波が第１基本周波数とその整数倍の周波数成分で構成されているのは既に公知の通りである。
【００３２】
従って、信号Ｓｎａｒｒｏｗの信号値を最大値に増幅することで、信号値が最大値制限を受け、信号が矩形波に近い波形にすることができるので、増幅された信号Ｓｘは、もともとの音声の基本周波数に相当する周波数成分をもち、また、その周波数成分を整数倍繰り返してもつ信号となる。
【００３３】
一方、都合のいいことに、音声信号のうち、特に母音は、第１基本周波数（周期）とその整数倍繰り返す周波数成分とから成り立っていることから、本実施形態では、増幅により最大値に達した信号Ｓｘの周波数成分のうち、例えば図３に示すような４０００Ｈｚから８０００Ｈｚの周波数成分を用いて、信号Ｓｎａｒｒｏｗに欠落していた周波数成分を補うものとして用いることができる。
【００３４】
上限制限増幅器３から出力された信号Ｓｘは、減衰器５に与えられ、減衰器５において、元々の信号に過大な影響が出ないよう減衰される。この際、頭打ちになった波形も、そのまま頭打ちの形で減衰される。
【００３５】
なお、減衰器７により信号を減衰する減衰量は、予め決めておけばよく、本実施形態では、加算器７の入力の一方である信号Ｓｎａｒｒｏｗと減衰後の信号Ｓｘとのパワー比が、３：１になるようにして行なった。もちろん、これに限定するものではない。
【００３６】
（Ａ）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態の帯域復元装置によれば、狭帯域ディジタル信号Ｓｎａｒｒｏｗの信号値を増幅し、その信号値が最大値を超えるときに最大値にする上限制限増幅器３を設けて、最大値が発生しているかどうかを検出する最大値制限検出器６を設け、必ず信号に最大値が発生するように増幅量を制御する増幅量制御器４を設け、減衰器５を設け元波形との混合割合を調整して音感の調整をするようにしたので、音声波形を頭打ちすることで、音声波形そのものからもともとの音声がもつ周波数成分のうち、欠落した帯域の周波数成分を補うことができる。
【００３７】
また、第１の実施形態に係る帯域復元装置を電話機が備えることにより、帯域復元した信号を用いることにより、音声の品質を向上させた通話を提供できる。
【００３８】
（Ｂ）第２の実施形態
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成及び動作
図４は、第２の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００３９】
第２の実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、第１の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：バンドパスフィルタ）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第１の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００４０】
以下では、ＢＰＦ２０の機能について説明し、その他の構成要件の機能についての詳細な説明は省略する。
【００４１】
ＢＰＦ２０は、例えば４０００Ｈｚ未満の周波数成分を削除する帯域通過フィルターであり、上限制限増幅器３から出力された信号Ｓｘを受け取り、その信号Ｓｘの周波数成分のうち、４０００Ｈｚ未満の周波数成分を削除して、４０００Ｈｚ以上の周波数成分の信号Ｓｂｐｆを加算器７に与えるものである。
【００４２】
第２の実施形態が、ＢＰＦ２０を備えた理由は、上述したように上限制限増幅器３から出力された信号Ｓｘは、音声信号成分として０〜８０００Ｈｚの周波数成分をもつ信号である（図３参照）。しかし、実際に帯域復元に用いる信号Ｓｘの周波数成分は４０００Ｈｚ〜８０００Ｈｚである。そのため、第２の実施形態では、減衰器５の代わりに帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２０を用いて信号Ｓｘの減衰と、余分な周波数帯域の削除とを同時に行なうようにした。
【００４３】
図４を用いて、第２の実施形態の帯域復元装置の動作を説明する。
【００４４】
信号Ｓｘは、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２０に入力される。
【００４５】
ＢＰＦ２０に与えられた信号Ｓｘは、ＢＰＦ２０により、信号Ｓｘの周波数成分のうち４０００Ｈｚ未満の周波数成分が削除され、加算器７に与えられる。
【００４６】
図５は、ＢＰＦ２０から出力される信号Ｓｂｐｆの周波数特性を示す図である。
【００４７】
ＢＰＦ２０では、入力信号の周波数の整形と共に、信号振幅の調整を同時に行ない、元信号Ｓｎａｒｒｏｗと出力される信号Ｓｂｐｆとの信号比が３：１になるように調整した。もちろんこの信号比率に限定するものではない。
【００４８】
ＢＰＦ２０の出力信号Ｓｂｐｆは加算器７に与えられ、加算器７において、信号Ｓｂｐｆと、もう一方の入力信号Ｓｎａｒｒｏｗとが加算され、０〜８０００Ｈｚの帯域に周波数成分をもつ信号が復元されてＤ／Ａ変換器２に入力される。
【００４９】
Ｄ／Ａ変換器２において、加算器７からの入力信号は、ディジタル信号からアナログ信号に変換されて外部へ出力される。
【００５０】
（Ｂ）第２の実施形態の効果
以上、第２の実施形態の帯域復元装置によれば、第１の実施形態で説明した減衰器５の代わりに帯域通過フィルタＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、帯域復元に必要な成分だけを残し、その帯域復元に必要な成分のみを用いて帯域復元することとしたので、第１の実施形態に係る帯域復元装置よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できるのである。
【００５１】
（Ｃ）第３の実施形態
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成及び動作
図６は、第３の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００５２】
第３の実施形態と第２の実施形態とで異なる点は、第２の実施形態で説明した帯域通過フィルタ２０を特性補正フィルタ３０に変えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第２の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第２の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００５３】
以下では、特性補正フィルタ３０の機能について説明し、その他の構成要件の機能についての詳細な説明は省略する。
【００５４】
特性補正フィルタ３０は、入力信号Ｓｘの周波数成分のうち、４０００Ｈｚ未満の周波数成分を削除するように帯域通過処理を施すと共に、高周波数成分になるにつれて信号が減衰するような特性の周波数整形フィルタ処理をするものである。図７は、特性補正フィルタ３０から出力される信号Ｓｃｆの周波数特性を示す図である。
【００５５】
以下では、図６を参照して、第３の実施形態に係る帯域復元装置の動作について説明する。
【００５６】
信号Ｓｘは、特性補正フィルタ３０に入力される。
【００５７】
信号Ｓｘは、特性補正フィルタ３０において、信号Ｓｘの周波数成分のうち、４０００Ｈｚ未満の周波数成分が削除されると共に、高周波数成分になるにつれて信号が減衰するような特性の周波数整形フィルタ処理が行われる。
【００５８】
本実施形態の特性補正フィルタ３０では、信号Ｓｘの周波数の調整と共に、信号振幅の調整が同時に行われ、元信号Ｓｎａｒｒｏｗと信号Ｓｘとの信号比が３：１になるようにした。もちろんこの信号比率に限定するものではない。
【００５９】
特性補正フィルタ３０の出力信号Ｓｃｆは、加算器７に与えられ、加算器７にいおて、信号Ｓｃｆと、もう一方の入力Ｓｎａｒｒｏｗとが加算され、０〜８０００Ｈｚの周波数帯域をもつ信号に復元されてＤ／Ａ変換器２に与えられる。
【００６０】
Ｄ／Ａ変換器２では、加算器７から入力された信号をディジタル信号からアナログ信号に変換して、アナログ信号Ｓｗｉｄｅを出力する。
【００６１】
もともと人間の有音成分は、周波数が高い成分ほど小さい成分になるという特性を持っており、ＢＰＦ２０の代わりに特性補正フィルタ３０を用いることで、更に自然な音質を実現できる。
【００６２】
（Ｃ−２）第３の実施形態の効果
以上、第３の実施形態によれば、第２の実施形態のＢＰＦ２０にかえて特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、音声の特性を損なわない更に自然な音質を実現することができる。
【００６３】
（Ｄ）第４の実施形態
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成及び動作
図８は、第４の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００６４】
第４の実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、第１の実施形態で説明した上限制限増幅器３を振幅制限器４０に変え、増幅量制御器４を振幅限界制御器４１に変え、減衰器５をなくした点であり、その他の構成要件は、第１の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００６５】
振幅制限器４０は、Ａ／Ｄ変換器１から出力された信号Ｓｎａｒｒｏｗを受け取り、振幅限界制御器４１により制御された振幅限界値を用いて、信号Ｓｎａｒｒｏｗの振幅を振幅制限するものである。なお、この振幅限界値とは、初期状態は最大振幅に設定されており、振幅限界制御器４１の制御により減少制御されて、信号Ｓｘの最大値を検出するために用いられる限界値をいう。
【００６６】
最大値制限検出器４２は、所定の振幅制限値を予め設定されており、振幅制限器４０から出力された信号Ｓｘの振幅がその所定の振幅制限値に達しているか否かを検出し、その所定の振幅制限値に達していない場合に、その旨を振幅限界制御器４１に与えるものである。
【００６７】
振幅限界制御器４１は、振幅制限器４０の振幅限界値を設定するものであり、最大値制限検出器４２から信号Ｓｘの振幅が上記振幅制限値に達していない旨の出力を受け取ると、振幅制限器４０の振幅限界値を更に小さくするように制御するものである。
【００６８】
以下では、図４に示す第４の実施形態の動作について説明する。
【００６９】
Ａ／Ｄ変換器１の動作に関しては第１の実施形態で説明したので、ここでの説明は省略する。
【００７０】
Ａ／Ｄ変換器１から出力された信号Ｓｎａｒｒｏｗは、振幅制限器４０に出力される。
【００７１】
振幅制限器４０において、信号Ｓｎａｒｒｏｗは、振幅限界制御器４１から設定された振幅限界値を用いて振幅制限をうける。
【００７２】
振幅制限器４０は、初期状態では、Ａ／Ｄ変換器１のディジタルでの最大振幅（＋３２７６７、−３２７６８）が、おのおの正負の最大振幅として設定されている。即ち、初期状態では振幅制限をしない。
【００７３】
振幅制限器４０からの出力は、最大値制限検出器４２に与えられ、最大値制限検出器４２により、信号Ｓｘの振幅が制限を受けたか否かが検出される。
【００７４】
最大値制限検出器４２により振幅制限が検出されない場合は、最大値制限検出器４２から振幅限界制御器４１に対して振幅制限の発生がない旨の信号が出力される。
【００７５】
振幅限界制御器４１は、最大値制限検出器４２から振幅制御の発生がない旨の信号を受け取り、振幅制限器４０の振幅限界値をもっと小さくするよう振幅制限器４０を制御する。
【００７６】
このように、最大値制限検出器４２により、所定の振幅制限値に基づく振幅制限の検出が行われるまで、振幅限界制御器４１は、振幅限界値を減少していき、振幅制御が検出されると、その制限値の減少を止める。
【００７７】
その結果、振幅制限器４０では必ず振幅の制限値に基づく振幅制限（すなわち頭打ち）が発生するようになり、第１の実施形態で説明したように、信号Ｓｎａｒｒｏｗで欠落した音声の周波数成分を発生できるようになる。
【００７８】
Ｄ／Ａ変換器２の動作に関しては第１の実施形態で説明したので、ここでは説明しない。
【００７９】
なお、本実施形態において、特に設けなかったが、加算器７と振幅制限器４０との間に減衰器５を設けてもよいのはもちろんである。
【００８０】
（Ｄ−１）第４の実施形態の効果
以上、第４の実施形態によれば、振幅制限器４０を設け、音声信号の振幅を制限して高域成分を発生し、最大値制限検出器４２を設け、信号に振幅制限が発生しているかどうかを検出し、振幅限界制御器４１は最大値制限検出器４２の出力に応じて信号に振幅制限が必ず発生するように振幅制限器４０の振幅限界値を制御するようにしたので、第１の実施形態と同様に、欠落した音声の高域成分を復元して音質を向上でき、かつ、第１の実施形態における減衰器５を無くしたので、第１の実施形態よりも装置規模の小さい帯域復元装置を実現できるのである。
【００８１】
（Ｅ）第５の実施形態
（Ｅ−１）第５の実施形態の構成及び動作
図９は、第５の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００８２】
第５の実施形態と第４の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０を、振幅制限器と加算器７との間に備えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第４の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第４の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００８３】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能を備えるものであるため、詳細な説明は省略する。
【００８４】
（Ｅ−２）第５の実施形態の効果
以上、第５の実施形態によれば、第４の実施形態の帯域復元装置に、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、帯域復元が必要な成分だけを残し、その帯域復元に必要な成分を用いることにより、第４の実施形態よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できるのである。
【００８５】
（Ｆ）第６の実施形態
（Ｆ−１）第６の実施形態
図１０は、第６の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００８６】
第６の実施形態と第５の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第５の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第５の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００８７】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【００８８】
（Ｆ−２）第６の実施形態の効果
以上、第６の実施形態によれば、第５の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえて、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【００８９】
（Ｇ）第７の実施形態
（Ｇ−１）第７の実施形態の構成及び動作
図１１は、第７の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００９０】
第７の実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、有声音検出器７１をＡ／Ｄ変換器１の後段に備えた点と、増幅量制御器７０の機能とであり、その他の構成要件は、第１の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００９１】
以下では、有声音検出器７１と増幅量制御器７０との機能構成について詳細に説明し、その他の構成要件の機能構成については既に説明しているのでここでは省略する。
【００９２】
有声音検出器７１は、Ａ／Ｄ変換器１から信号Ｓｎａｒｒｏｗを受け取り、その信号Ｓｎａｒｒｏｗに音声の有音声部分（母音）があるか否かを検出し、有音声部分を検出した場合に、その検出結果を増幅量制御器７０に与えるものである。
【００９３】
増幅量制御器７０は、有声音検出器７１より有音声部分を検出した検出結果を受け取り、その有音声部分が検出されている期間、上限制限増幅器３の増幅量を増加させるものであって、最大値制限検出器６から最大値に達しているという旨の出力を継続して受け取るまで増幅量を増加させるものである。
【００９４】
図１１を用いて、第７の実施形態に係る帯域復元装置の動作を説明する。
【００９５】
Ａ／Ｄ変換器１から出力された信号Ｓｎａｒｒｏｗは、有声音検出器７１に入力される。
【００９６】
有声音検出器７１において、信号Ｓｎａｒｒｏｗに音声の有音声部分（母音）があるかどうかが検出される。なお、この有声音検出器７１による音声の有声音（母音）部検出方法に関しては後述する。
【００９７】
有声音検出器７１は、有声音検出の結果が「検出あり」である場合、その検出結果が増幅量制御器７０に与えられる。
【００９８】
増幅量制御器７０に「有声音検出あり」の検出結果が与えられると、増幅量制御器７０は、有声音検出器７１から「検出あり」の期間中、上限制限増幅器３の増幅量を増加し、最大値制限検出が継続して検出されるようになるまで上限制限増幅器３の増幅量を増加する。
【００９９】
上限制限増幅器３及び最大値制限検出器６の機能動作は、第１の実施形態で説明したのでここでは省略する。
【０１００】
このように、第７の実施形態において、有声音検出器７１を設けたのは、本実施形態の帯域復元は、有声音検出ありの期間中継続的に実施するのが望ましいからである。
【０１０１】
なぜなら、本実施形態において帯域復元は、上述したように、音声の母音部分すなわち「有声音」部分で特に効果を発揮するからである。
【０１０２】
したがって、音声信号の一部だけを帯域復元するのではなく、少なくとも「母音（有声音）」が存在する期間においては継続して帯域復元を施すのが望ましい。
【０１０３】
次に、有声音検出器７１による有声音検出の方法に関して詳述する。
【０１０４】
有声音検出器７１は、信号Ｓｎａｒｒｏｗの平均値を計算するが、この際、時定数の異なる２種類の平均値Ｌｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗとＳｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗとを計算する。
【０１０５】
Ｌｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）＝δ１・Ｌｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ−１）＋（１．０−δ１）｜Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）｜ …（１）
Ｓｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）＝δ２・Ｓｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ−１）＋（１．０−δ２）｜Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）｜ …（２）
ここで、本実施形態ではδ１＝０．９９、δ２＝０．５とした。
【０１０６】
δｘ（ｘ＝１，２）は平均の滑らかさを表わす定数であり、１≧δｘ≧０なる定数である。
【０１０７】
δｘが大きいほど、平滑は滑らかになり、平均計算の結果は大まかな信号レベルを表わし、δｘが小さいと急激な信号の変化に対応するようになる。
【０１０８】
本実施形態では、ノイズフロアレベルをＬｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）とみなし、Ｓｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）を信号レベルとして下記式（３）が成立するとき、「有声音あり」と検出するようにした。
【０１０９】
Ｓｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）＞Ｌｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）＋６ｄＢ…（３）
なお本実施形態では、上記式（３）において検出閾値を６ｄＢとしたが、もちろんこれに限定するものではない。
【０１１０】
（Ｇ−２）第７の実施形態の効果
以上、第７の実施形態によれば、第１の実施形態に加え、有声音検出器７１を設けて有声音（母音）の検出を行い、有声音検出器７１の検出結果に応じて増幅量制御器７０が増幅量を制御するようにした。その結果として、有声音期間中は継続的に帯域復元された信号が発生するようになり、通話中の有声音部分は継続的に音質が向上され、音声品質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１１１】
（Ｈ）第８の実施形態
（Ｈ−１）第８の実施形態の構成及び動作
図１２は、第８の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１１２】
第８の実施形態と第７の実施形態とで異なる点は、第７の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第７の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第７の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１１３】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能に対応するものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１１４】
（Ｈ−２）第８の実施形態の効果
以上、第８の実施形態によれば、第７の実施形態の帯域復元装置の減衰器５の代わりとしてＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、復元が必要な成分だけを残して帯域復元に用いるようにしたので、第７の実施形態よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１１５】
（Ｉ）第９の実施形態
（Ｉ−１）第９の実施形態の構成及び動作
図１３は、第９の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１１６】
第９の実施形態と第８の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第８の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第８の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１１７】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【０１１８】
（Ｉ−２）第９の実施形態の効果
以上、第９の実施形態によれば、第８の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえ、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、より音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【０１１９】
（Ｊ）第１０の実施形態
（Ｊ）第１０の実施形態の構成及び動作
図１４は、第１０の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１２０】
第１０の実施形態と第４の実施形態とで異なる点は、Ａ／Ｄ変換器１の後段に有声音検出器７１を備えた点と、振幅限界制御器１００の機能とであり、その他の構成要件は、第４の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１２１】
有声音検出器７１は、第７の実施形態で説明した有声音検出器７１に対応する機能を有するものであるのでここではその機能説明を省略する。
【０１２２】
以下、図１０を用いて第１０の実施形態に係る帯域復元装置の動作を説明する。
【０１２３】
振幅限界制限器１００は、有声音検出器７１から有声音検出の結果「検出あり」を受けた時、「検出あり」の期間中、継続して最大値制限検出が検出されるようになるまで振幅限界値を減少して、信号に頭打ちが発生するように制御するものである。
【０１２４】
第１０の実施形態において、有声音検出器７１を設けたのは、第７の実施形態で説明したように、本実施形態の帯域復元は、音声の母音部分すなわち「有声音」部分で特に効果を発揮するから、音声信号の特に母音期間の一部を帯域復元するのではなく、少なくとも「母音（有声音）」期間においては継続して帯域復元を施すのが望ましからである。
【０１２５】
（Ｊ）第１０の実施形態の効果
以上、第１０の実施例によれば、第４の実施形態の帯域復元装置に加え、Ａ／Ｄ変換器１の後段に有声音検出器７１を設けて、有声音を検出し、振幅限界制御器１００は、有声音検出器７１の検出期間中信号に振幅制限が発生するように振幅制限器４０の振幅限界値を制御するようにした。その結果、有声音期間中は継続的に帯域復元された信号が発生するようになり、通話中の有声音部分は継続的に音質が向上される帯域復元装置を実現できる。
【０１２６】
（Ｋ）第１１の実施形態
（Ｋ−１）第１１の実施形態の構成及び動作
図１５は、第１１の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１２７】
第１１の実施形態と第１０の実施形態とで異なる点は、第１０の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１０の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１０の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１２８】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能に対応するものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１２９】
（Ｋ−２）第１１の実施形態の効果
以上、第１１の実施形態によれば、第１０の実施形態で説明した帯域復元装置に加え、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、復元が必要な成分だけを残して帯域復元に用いるようにしたので、第１０の実施形態の帯域復元装置よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１３０】
（Ｌ）第１２の実施形態
（Ｌ−１）第１２の実施形態の構成及び動作
図１６は、第１２の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１３１】
第１２の実施形態と第１１の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１１の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１１の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１３２】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【０１３３】
（Ｌ−２）第１２の実施形態の効果
以上、第１２の実施形態によれば、第１１の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえ、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、より音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【０１３４】
（Ｍ）第１３の実施形態
（Ｍ−１）第１３の実施形態の構成及び動作
図１７は、第１３の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１３５】
第１３の実施形態と第７の実施形態とで異なる点は、有声音検出器７１に変えて、音声検出器１３０を備えた点と、周波数シフト処理器１３１を備えた点と、増幅量制御器１３２の機能とであり、その他の構成要件は、第１及び第７の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第７の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１３６】
以下では、音声検出器１３０、周波数シフト処理器１３１及び増幅量制御器１３２との機能動作について詳細に説明し、その他の構成要件については既に説明しているのでここでは省略する。
【０１３７】
音声検出器１３０は、Ａ／Ｄ変換器１から出力される信号Ｓｎａｒｒｏｗを受け取り、その信号Ｓｎａｒｒｏｗの母音音声と子音音声とを検出して、それらを検出した旨の検出結果を増幅量制御器１３２及び周波数シフト処理器１３１に与えるものである。なお、音声検出器１３０による信号の母音音声と子音音声との検出方法については後述する。
【０１３８】
周波数シフト処理器１３１は、音声検出器１３０から子音音声を検出した旨の出力を受け取り、その場合に、Ａ／Ｄ変換器１からの信号Ｓｎａｒｒｏｗを復元帯域側に周波数シフトするものである。なお、音声検出器１３０から母音音声を検出した旨の出力を受け取った場合には、周波数シフトの動作は行われない。
【０１３９】
増幅量制御器１３２は、音声検出器１３０から子音音声を検出した旨の出力を受け取り、その場合は、上限制限増幅器３の増幅量を１倍に制御する。また、音声検出器１３０から母音音声を検出した旨の出力を受け取った場合は、第７の実施形態で説明した増幅量制御器７０と同様に、母音音声検出期間中、上限制限増幅器３の増幅量を増加し、最大値制限検出器６からの最大値制限検出が継続して検出されるようになるまで上限制限増幅器３の増幅量を増加する。
【０１４０】
図１７を用いて、第１３の実施形態の帯域復元装置の動作について説明する。
【０１４１】
まず、音声検出器１３０の動作に関して説明する。
【０１４２】
音声検出器１３０には例えば０〜４０００Ｈｚに帯域制限された信号Ｓｎａｒｒｏｗが入力される。
【０１４３】
音声検出器１３０は、初めに第７の実施形態の有声音検出器７１と同じ処理を行い母音音声の検出をおこなうと同時に、以下に記す「子音音声」の検出を行う。
【０１４４】
図１８は、信号Ｓｎａｒｒｏｗの一例を示す。図１８は、日本語音声「しょう」の波形を示した例である。
【０１４５】
例えば、図１８において、子音「し」は振幅変動が小さいが、水平軸をまたぐような変化の交差が頻繁に発生していることが分かる。
【０１４６】
音声検出器１３０は、子音音声について、信号Ｓｎａｒｒｏｗのディジタルサンプルが振幅０（水平軸）をどの程度またぐかを求めることにより判断する。
【０１４７】
具体的には、音声検出器１３０は、信号Ｓｎａｒｒｏｗのサンプル列Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）と１サンプル前のＳｎａｒｒｏｗ（ｋ−１）を用いて両者の積ｃｒｏｓｓ＿Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）を計算する。
【０１４８】
音声検出器１３０は、次にｃｒｏｓｓ＿Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）の符号が負の時、即ちデータサンプルが水平軸をまたぐ（以下ゼロクロスと記す）とき、カウンタｃ＿ｃｏｎｓｏｎａｎｔを１だけ増加するようにする。
【０１４９】
音声検出器１３０は、式（４）の計算を過去１６００サンプル、即ちＳｎａｒｒｏｗ（ｋ−１５９９）〜Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）にわたって計算し、そのうち水平軸をまたぐ回数が４００回を超える場合には子音音声があると検出する。
【０１５０】
ｃ＿ｃｏｎｓｏｎａｎｔ＞４００ …（５）
本実施形態では、上記式（５）のように、過去にさかのぼるサンプル数を１６００サンプル、子音判定の閾値を４００回としたが、もちろんこれに限定しない。
【０１５１】
また、実際、本実施形態では音声の「子音」検出にゼロクロスを用いたが、子音音声を検出する方法であればどのような方法であってもかまわない。
【０１５２】
音声検出器１３０は、母音及び子音の検出判定の結果から最終的に音声の種類を次のように判定する。
【０１５３】
（１）母音検出なし、子音検出なしの時：音声なし。
【０１５４】
（２）母音検出なし、子音検出ありの時：子音音声あり。
【０１５５】
（３）母音検出あり、子音検出なしの時：母音音声あり。
【０１５６】
（４）母音検出あり、子音検出ありの時：母音音声あり。
【０１５７】
本実施形態では、上記のように分類したが、正しく音声を検出し、子音、母音の区別がつけることができればどのような方法であってもよい。
【０１５８】
以上のようにして、音声検出器１３０により母音音声と子音音声とが検出されると、その検出結果が、音声検出器１３０から増幅量制御器１３２及び周波数シフト処理器１３１に出力される。
【０１５９】
以下では、それぞれの検出結果に応じた、増幅量制御器１３２及び周波数シフト処理器１３１の動作を説明する。
【０１６０】
音声検出器１３０により「（１）音声なし」の検出があった場合、増幅量制御器１３２は、上限制限増幅器３の増幅量を１倍にするように制御する。
【０１６１】
音声検出器１３０により「（２）子音音声あり」の検出があった場合、増幅量制御器１３２は上限制限増幅器３の増幅量を１倍にする。
【０１６２】
また、周波数シフト処理器１３１は、入力信号Ｓｎａｒｒｏｗを復元帯域側に周波数シフトする。
【０１６３】
本実施形態において、周波数シフトの方法は、Ａ／Ｄ変換器１から出力される信号Ｓｎａｒｒｏｗ（０〜４０００Ｈｚ）に、４０００Ｈｚの正弦波を乗算し信号をＳｕｐｐｅｒ（４０００〜８０００Ｈｚ）にシフトする方法を用いる。
【０１６４】
もちろん、周波数成分が復元帯域側にシフトされる方法であればどのような方法であってもかまわない。
【０１６５】
周波数シフトされた信号Ｓｕｐｐｅｒ（４０００〜８０００Ｈｚ）は、減衰器５に出力され、更に加算器７でもとの信号Ｓｎａｒｒｏｗ（０〜４０００Ｈｚ）と加算され、減衰器５及びＤ／Ａ変換器２を経て出力される。
【０１６６】
音声検出器１３０により「（３）及び（４）母音音声あり」の検出があった場合、周波数シフト処理器１３１は特に機能しない。また、音声検出器１３０の動作は第７の実施形態における有声音検出器７１と同じである。
【０１６７】
また、増幅量制御器１３２が行なう動作は、第７の実施形態における増幅量制御器７０の動作と同様であるため、ここでは省略する。
【０１６８】
以上のように、第１３の実施形態は、第７の実施形態で説明したように母音部分だけでなく、子音部分の帯域成分をあわせて復元することで更に音質を高めている。
【０１６９】
人間の音声は当然、母音だけでなく子音もふくまれるので両方が帯域復元されたほうが音質が向上するのはもちろんである。
【０１７０】
一方、子音は第１の実施形態で説明したような第１基本周波数とその整数倍の性質をもっていない。
【０１７１】
従って、第１３の実施形態では、信号Ｓｎａｒｒｏｗ（０〜４０００Ｈｚ）を周波数的に上方にシフトしたＳｕｐｐｅｒ（４０００〜８０００Ｈｚ）と加算合成した信号を全体の信号（０〜８０００Ｈｚ）としても聴感にさほど違和感を生じないことを利用して子音部の帯域を復元したのである。
【０１７２】
（Ｍ）第１３の実施形態の効果
以上、第１３の実施形態によれば、第７の実施形態の帯域復元装置の有声音検出器７１に変えて音声検出器１３０を備え、また、周波数シフト処理器１３１を新たに備え、音声が子音の場合には、周波数シフト処理器１３１による周波数シフト信号による帯域復元が行われるようにしたので、音声の「子音」部にも帯域が復元され、より音質を向上できる。
【０１７３】
（Ｎ）第１４の実施形態
（Ｎ−１）第１４の実施形態の構成及び動作
図１９は、第１４の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１７４】
第１４の実施形態と第１３の実施形態とで異なる点は、第１３の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第１３の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第１３の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１７５】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能に対応するものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１７６】
（Ｎ−２）第１４の実施形態の効果
以上、第１４の実施形態によれば、第１３の実施形態の減衰器５に代えてＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、復元が必要な成分だけを残して帯域復元に用いるようにしたので、第１３の実施形態よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１７７】
（Ｏ）第１５の実施形態
（Ｏ）第１５の実施形態の構成及び動作
図２０は、第１５の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１７８】
第１５の実施形態と第１４の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第１４の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第１４の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１７９】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【０１８０】
（Ｏ−２）第１５の実施形態の効果
以上、第１５の実施形態によれば、第１４の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえ、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、より音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【０１８１】
（Ｐ）第１６の実施形態
（Ｐ−１）第１６の実施形態の構成及び動作
図２１は、第１６の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１８２】
第１６の実施形態と第１０の実施形態とで異なる点は、有声音検出器７１に変えて、音声検出器１３０を備えた点と、振幅限界制御器１００に変えて、振幅限界制御器１６１を備えた点と、周波数シフト処理器１３１を備えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１０の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１０の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１８３】
音声検出器１３０及び周波数シフト処理器１３１の機能については、第１３の実施形態で説明したものに対応するのでここでは省略する。
【０１８４】
以下では、振幅限界制御器１６１の機能動作について説明する。
【０１８５】
振幅限界制御器１６１は、音声検出器１３０による母音及び子音の検出判定結果を受け取り、その判定結果に応じて振幅制限器４０の振幅限界値を制御するものである。
【０１８６】
振幅限界制御器１６１は、音声検出器１３０からの判定結果が「音声なし」のとき、振幅制限器４０の振幅限界値を固定するように制御する。
【０１８７】
また、振幅限界制御器１６１は、音声検出器１３０からの判定結果が「子音音声あり」のとき、振幅限界制御器１６１は振幅制限器４０の振幅限界値を最大にする。即ち、可能な限り振幅限界値を制限せずに、頭打ち波形が発生しないようにする。
音声検出器１３０からの判定結果が「母音音声あり」のとき、周波数シフト処理器１３１は特に機能しない。
【０１８８】
このとき音声検出器１３０の動作は第１０の実施形態における有声音検出器７１と同様であるの省略する。また、振幅限界制御器１６１の動作も第１０の実施形態における振幅限界制御器１００と同様であるので省略する。
【０１８９】
（Ｐ−２）第１６の実施形態の効果
以上、第１６の実施形態によれば、有声音検出器７１に変えて音声検出器１３０を備え、また、新たに周波数シフト処理器１３１を備え、音声が子音の場合には、周波数シフト処理器１３１による周波数シフト信号による帯域復元が行われるようにしたので、音声の「子音」部にも帯域が復元され、より音質を向上でき、第１３の実施形態に比べて、減衰器５を不要にしたので装置規模が小さい帯域復元装置を実現できる。
【０１９０】
（Ｑ）第１７の実施形態
（Ｑ−１）第１７の実施形態の構成及び動作
図２２は、第１７の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１９１】
第１７の実施形態と第１６の実施形態とで異なる点は、第１６の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１６の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１６の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１９２】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能に対応するものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１９３】
（Ｑ−２）第１７の実施形態の効果
以上、第１７の実施形態によれば、第１６の実施形態で説明した帯域復元装置に加え、第２の実勢形態で説明したＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、復元が必要な成分だけを残して帯域復元に用いるようにしたので、第１６の実施形態の帯域復元装置よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１９４】
（Ｒ）第１８の実施形態
（Ｒ−１）第１８の実施形態の構成及び動作
図２３は、第１８の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１９５】
第１８の実施形態と第１７の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１７の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１７の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１９６】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【０１９７】
（Ｒ−２）第１８の実施形態の効果
以上、第１８の実施形態によれば、第１７の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえ、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、より音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【０１９８】
（Ｓ）他の実施形態
（Ｓ−１）上述した第１〜第１８の実施形態では、それぞれ異なる構成の帯域復元装置について説明したが、勿論、上述した構成に限る必要はなく、種々に変形が可能である。
【０１９９】
例えば、種々の変形例として次のようなものがある。
【０２００】
上述した第１〜第１８の実施形態では、帯域復元用の信号を作成するのに、音声信号を加工して頭打ちの信号、即ち矩形波に似た信号を発生させて、帯域復元用の信号、即ち音声信号と第１基本周波数がおなじで、かつ、その整数倍の周波数をもつ信号を作成したが、他にも、次のような方法がある。
【０２０１】
例えば、音声信号の振幅の最大値及び又は最小値を線形補間して「三角波」を作成しても同様の信号を作成できる。
【０２０２】
また例えば、音声信号の最大値又は最小値だけを用いて、水平軸から次回最大値又は最小値までを線形補間して作成する「のこぎり波」などを用いて同様の信号を作成してもよい。
【０２０３】
（Ｓ−２）上述した第１〜第１８の実施形態は、狭帯域化された音声信号に対して適用する場合について説明したが、狭帯域化された音響・音楽等にも適用することができる。
【０２０４】
【発明の効果】
以上、第１〜第３の本発明によれば、帯域制限された帯域の周波数成分を、入力した音信号に基づいて再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２】第１の実施形態の信号Ｓｎａｒｒｏｗの周波数特性を示す図である。
【図３】第１の実施形態の信号Ｓｘの周波数特性を示す図である。
【図４】第２の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図５】第２の実施形態の信号Ｓｘの周波数特性を示す図である。
【図６】第３の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図７】第３の実施形態の信号Ｓｘの周波数特性を示す図である。
【図８】第４の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図９】第５の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１０】第６の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１１】第７の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１２】第８の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１３】第９の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１４】第１０の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１５】第１１の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１６】第１２の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１７】第１３の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１８】第１３の実施形態の信号Ｓｎａｒｒｏｗの波形例を示す図である。
【図１９】第１４の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２０】第１５の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２１】第１６の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２２】第１７の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２３】第１８の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【符号の説明】
３…上限増幅器、４…増幅量制御器、５…減衰器、６…最大値制限検出器、
７…加算器、２０…ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、３０…特性補正フィルタ、
４０…振幅制限器、４１…振幅限界制御器、４２…最大値制限検出器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯域復元装置及び電話機に関するものである。例えば、電話回線等による音声信号伝送において、狭帯域化されて欠落された帯域の周波数成分を復元する帯域復元装置及びその帯域復元装置を備えた電話機に適用し得る。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電話回線等により音声を伝送する場合、伝送される音声信号は、その周波数帯域が制限されている。従って、この狭帯域化により制限された帯域の周波数成分が欠落する（すなわち、狭帯域化に係る帯域の周波数成分が抑圧される）ため、音声信号の音質は劣化してしまう。
【０００３】
従来、このような課題を解決するために、下記の特許文献１に開示されるものがある。
【０００４】
この特許文献１には、狭帯域化により欠落した帯域の周波数成分を擬似的に作成する音声帯域拡張装置及び方法が記載されている。
【０００５】
特許文献１の音声帯域拡張装置及び方法は、入力された音声信号に対して上限周波数の４倍のサンプリング周波数でサンプリングしてディジタル音声信号に変換し、そのサンプリング周波数の折り返し又は周波数シフトを用いて、その入力ディジタル音声信号の低周波数帯域の音声信号成分を、高周波数帯域側に対照的に折り返し又はシフトすることで、伝送された音声信号よりも周波数帯域を拡張するというものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−８２６８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の帯域拡張装置及び方法は、低周波数帯域の音声信号成分を、高周波数帯域側に折り返し又はシフトすることで、周波数帯域幅を擬似的に拡張するというものであり、音声信号そのもののデータに基づいて、周波数帯域を復元するというものではないという問題がある。
【０００８】
すなわち、上述した特許文献１では、狭帯域化により欠落した周波数帯域の音声信号成分を作成するために、入力音声信号のサンプリング点を１つおきにゼロ値にしたり、又は、入力音声信号のサンプリングデータの符号を１つおきに反転したりして、低周波数帯域の音声信号成分を高周波数帯域側に折り返し又はシフトして擬似的に帯域を拡張しているにすぎない。
【０００９】
そのため、帯域制限された帯域の周波数成分を、入力した音信号に基づいて再現する帯域復元装置、及び、その帯域復元装置を備えた電話機が求められている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る帯域復元装置は、音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する帯域復元装置であって、（１）入力された狭帯域ディジタル入力信号の信号値を増幅すると共に、増幅後の信号値が所定の振幅最大値を超えていると振幅最大値にする上限制限増幅手段と、（２）上限制限増幅手段により増幅された信号値が振幅最大値に達しているか否かを検出する最大値検出手段と、（３）最大値検出手段の検出結果に応じて、上限制限増幅手段の増幅量を増大制御する増幅量制御手段と、（４）上限制限増幅手段からの出力信号と狭帯域ディジタル入力信号とに基づいて、復元周波数帯域の周波数成分を有する帯域復元信号を生成する帯域復元手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の本発明に係る帯域復元装置も、音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する帯域復元装置であって、（１）入力された狭帯域ディジタル入力信号の信号値の上限を振幅限界値で制限する振幅制限手段と、（２）振幅制限手段からの信号値が所定の振幅制限値に達しているか否かを検出する制限検出手段と、（３）制限検出手段の検出結果に応じて、振幅限界値を減少制御する振幅限界制御手段と、（４）振幅制限手段からの出力信号と狭帯域ディジタル入力信号とに基づいて、復元周波数帯域の周波数成分を有する帯域復元信号を生成する帯域復元手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
更に、第３の本発明に係る電話機は、音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する第１又は第２の本発明に係る帯域復元装置を備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（Ａ）第１の実施形態
（Ａ）第１の実施形態の構成及び動作
図１は、第１の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００１４】
図１において、第１の実施形態の帯域復元装置は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１と、上限制限増幅器３と、最大値制限検出器６と、減衰器５と、増幅量制御器４と、加算器７と、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ変換器）変換器２とを有する。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器１は、外部からの音声信号Ｓを受け取り、例えばその入力された音声信号Ｓの上限周波数より大きいサンプリング周波数でサンプリングし、アナログ信号からディジタル信号に変換するものである。また、Ａ／Ｄ変換器１は、ディジタル変換した信号Ｓｎａｒｒｏｗを、上限制限増幅器３及び加算器７に与える。
【００１６】
なお、本実施形態において、音声信号Ｓは、周波数帯域が制限された信号である。例えば電話音声の場合、音声信号Ｓは、通常、例えば３４０Ｈｚから４０００Ｈｚに周波数帯域が制限されている。
【００１７】
また、本実施形態において、Ａ／Ｄ変換器１は、例えば音声信号Ｓの上限周波数４０００Ｈｚの２倍のサンプリング周波数（すなわち８０００Ｈｚ）でアナログ−ディジタル変換を行なうこととする。勿論、サンプリング周波数はこれに限定されない。
【００１８】
上限制限増幅器３は、Ａ／Ｄ変換器１からディジタル変換された信号Ｓｎａｒｒｏｗを受け取り、その信号Ｓｎａｒｒｏｗの振幅（すなわち、信号値）を増幅すると共に、信号値の増幅後、信号値が所定の最大値を超えているときに、その信号値を最大値にするものである。上限制限増幅器３は、増幅量制御器４によって増幅量が制御されており、その制御された増幅量に応じて信号Ｓｎａｒｒｏｗを増幅する。また、上限制限増幅器３は、出力信号として信号Ｓｘを最大値制限検出器６及び減衰器５に与える。
【００１９】
最大値制限検出器６は、上限制限増幅器３から出力される信号Ｓｘを受け取り、その信号Ｓｘの信号値（ディジタル信号データ）が最大値に達しているかどうかを検出し、最大値に到達していなければ、上限制限増幅器３の増幅量を増やすように要求する信号を増幅量制御器４に出力するものである。例えば、最大値制限検出器６は、信号値が最大値に達するまで増幅量を増加するように、増幅量制御器４に要求し、その後、最大値を検出した後は、増幅量の増加の要求をしない。
【００２０】
なお、本実施形態では、１６ｂｉｔのＡ／Ｄ変換器１を用いたので、ディジタル値で＋３２７６７、または、−３２７６８なるデータが発生しているかどうかを検出するようにしたが、この値はこれに限定しない。
【００２１】
増幅量制御器４は、例えば初期の増幅量１倍を基本に、最大値制限検出器６から信号（増幅量の増加を要求する信号）があるたびに、上限制限増幅器３の増幅量を増すように制御するものである。例えば、増幅量制御器４は、最大値制限検出器６からの要求に応じて、信号値が最大値に達するまで増幅量を増加するように制御し、最大値制限検出器６が最大値を検出した後は、その増幅量を維持する。
【００２２】
減衰器５は、上限制限増幅器３から信号Ｓｘを受け取り、その信号Ｓｘを減衰するものである。減衰器５は、加算器７において、信号Ｓｎａｒｒｏｗと信号Ｓｘとの信号比が３：１で加算されるように、その信号Ｓｘの振幅を調整して加算器７に出力する。
【００２３】
加算器７は、Ａ／Ｄ変換器１から出力された信号Ｓｎａｒｒｏｗと、減算器７から出力された信号Ｓｘとを受け取り、これらを加算した信号をＤ／Ａ変換器２に与えるものである。なお、加算器７は、信号Ｓｎａｒｒｏｗと信号Ｓｘとの信号比が３：１で加算するように予め設定されている。勿論、この加算（合成）比はこれに限らない。
【００２４】
Ｄ／Ａ変換器２は、加算器７から出力される合成信号を受け取り、ディジタル信号をアナログ信号に変換して、アナログ信号Ｓｗｉｄｅを出力する。この出力されるアナログ信号Ｓｗｉｄｅは、例えば電話機に与えられる。
【００２５】
ここで、信号Ｓｎａｒｒｏｗが最大値に到達するように増幅させた信号Ｓｘと、信号ｎａｒｒｏｗとを加算することにより、もともとの音声に含まれていたが狭帯域化により欠落した帯域の周波数成分を復元する方法について詳細に説明する。
【００２６】
図２は、音声信号Ｓｎａｒｒｏｗの周波数特性を示す図である。
【００２７】
図２に示すように、上限制限増幅器３に入力される信号は、帯域制限された音声信号Ｓｎａｒｒｏｗである。
【００２８】
上限制限増幅器３により増幅をしない場合であれば、この信号Ｓｎａｒｒｏｗは、周波数特性は変わることなく加算器７を経由してアナログ信号Ｓｗｉｄｅとして、例えば電話機（図示しない）に出力される。
【００２９】
上限制限増幅器３により最大値に達するほど増幅された信号Ｓｘは、狭帯域化で欠落したはずの帯域の周波数成分を持つようになる。なお、図３は、信号Ｓｘの周波数特性を示す図である。
【００３０】
これは、信号Ｓｎａｒｒｏｗを増幅することにより、信号Ｓｎａｒｒｏｗの大部分の振幅が最大値制限を受け、矩形波のような波形、いわゆる「頭打ち」になるためである。
【００３１】
矩形波が第１基本周波数とその整数倍の周波数成分で構成されているのは既に公知の通りである。
【００３２】
従って、信号Ｓｎａｒｒｏｗの信号値を最大値に増幅することで、信号値が最大値制限を受け、信号が矩形波に近い波形にすることができるので、増幅された信号Ｓｘは、もともとの音声の基本周波数に相当する周波数成分をもち、また、その周波数成分を整数倍繰り返してもつ信号となる。
【００３３】
一方、都合のいいことに、音声信号のうち、特に母音は、第１基本周波数（周期）とその整数倍繰り返す周波数成分とから成り立っていることから、本実施形態では、増幅により最大値に達した信号Ｓｘの周波数成分のうち、例えば図３に示すような４０００Ｈｚから８０００Ｈｚの周波数成分を用いて、信号Ｓｎａｒｒｏｗに欠落していた周波数成分を補うものとして用いることができる。
【００３４】
上限制限増幅器３から出力された信号Ｓｘは、減衰器５に与えられ、減衰器５において、元々の信号に過大な影響が出ないよう減衰される。この際、頭打ちになった波形も、そのまま頭打ちの形で減衰される。
【００３５】
なお、減衰器７により信号を減衰する減衰量は、予め決めておけばよく、本実施形態では、加算器７の入力の一方である信号Ｓｎａｒｒｏｗと減衰後の信号Ｓｘとのパワー比が、３：１になるようにして行なった。もちろん、これに限定するものではない。
【００３６】
（Ａ）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態の帯域復元装置によれば、狭帯域ディジタル信号Ｓｎａｒｒｏｗの信号値を増幅し、その信号値が最大値を超えるときに最大値にする上限制限増幅器３を設けて、最大値が発生しているかどうかを検出する最大値制限検出器６を設け、必ず信号に最大値が発生するように増幅量を制御する増幅量制御器４を設け、減衰器５を設け元波形との混合割合を調整して音感の調整をするようにしたので、音声波形を頭打ちすることで、音声波形そのものからもともとの音声がもつ周波数成分のうち、欠落した帯域の周波数成分を補うことができる。
【００３７】
また、第１の実施形態に係る帯域復元装置を電話機が備えることにより、帯域復元した信号を用いることにより、音声の品質を向上させた通話を提供できる。
【００３８】
（Ｂ）第２の実施形態
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成及び動作
図４は、第２の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００３９】
第２の実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、第１の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：バンドパスフィルタ）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第１の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００４０】
以下では、ＢＰＦ２０の機能について説明し、その他の構成要件の機能についての詳細な説明は省略する。
【００４１】
ＢＰＦ２０は、例えば４０００Ｈｚ未満の周波数成分を削除する帯域通過フィルターであり、上限制限増幅器３から出力された信号Ｓｘを受け取り、その信号Ｓｘの周波数成分のうち、４０００Ｈｚ未満の周波数成分を削除して、４０００Ｈｚ以上の周波数成分の信号Ｓｂｐｆを加算器７に与えるものである。
【００４２】
第２の実施形態が、ＢＰＦ２０を備えた理由は、上述したように上限制限増幅器３から出力された信号Ｓｘは、音声信号成分として０〜８０００Ｈｚの周波数成分をもつ信号である（図３参照）。しかし、実際に帯域復元に用いる信号Ｓｘの周波数成分は４０００Ｈｚ〜８０００Ｈｚである。そのため、第２の実施形態では、減衰器５の代わりに帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２０を用いて信号Ｓｘの減衰と、余分な周波数帯域の削除とを同時に行なうようにした。
【００４３】
図４を用いて、第２の実施形態の帯域復元装置の動作を説明する。
【００４４】
信号Ｓｘは、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２０に入力される。
【００４５】
ＢＰＦ２０に与えられた信号Ｓｘは、ＢＰＦ２０により、信号Ｓｘの周波数成分のうち４０００Ｈｚ未満の周波数成分が削除され、加算器７に与えられる。
【００４６】
図５は、ＢＰＦ２０から出力される信号Ｓｂｐｆの周波数特性を示す図である。
【００４７】
ＢＰＦ２０では、入力信号の周波数の整形と共に、信号振幅の調整を同時に行ない、元信号Ｓｎａｒｒｏｗと出力される信号Ｓｂｐｆとの信号比が３：１になるように調整した。もちろんこの信号比率に限定するものではない。
【００４８】
ＢＰＦ２０の出力信号Ｓｂｐｆは加算器７に与えられ、加算器７において、信号Ｓｂｐｆと、もう一方の入力信号Ｓｎａｒｒｏｗとが加算され、０〜８０００Ｈｚの帯域に周波数成分をもつ信号が復元されてＤ／Ａ変換器２に入力される。
【００４９】
Ｄ／Ａ変換器２において、加算器７からの入力信号は、ディジタル信号からアナログ信号に変換されて外部へ出力される。
【００５０】
（Ｂ）第２の実施形態の効果
以上、第２の実施形態の帯域復元装置によれば、第１の実施形態で説明した減衰器５の代わりに帯域通過フィルタＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、帯域復元に必要な成分だけを残し、その帯域復元に必要な成分のみを用いて帯域復元することとしたので、第１の実施形態に係る帯域復元装置よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できるのである。
【００５１】
（Ｃ）第３の実施形態
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成及び動作
図６は、第３の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００５２】
第３の実施形態と第２の実施形態とで異なる点は、第２の実施形態で説明した帯域通過フィルタ２０を特性補正フィルタ３０に変えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第２の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第２の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００５３】
以下では、特性補正フィルタ３０の機能について説明し、その他の構成要件の機能についての詳細な説明は省略する。
【００５４】
特性補正フィルタ３０は、入力信号Ｓｘの周波数成分のうち、４０００Ｈｚ未満の周波数成分を削除するように帯域通過処理を施すと共に、高周波数成分になるにつれて信号が減衰するような特性の周波数整形フィルタ処理をするものである。図７は、特性補正フィルタ３０から出力される信号Ｓｃｆの周波数特性を示す図である。
【００５５】
以下では、図６を参照して、第３の実施形態に係る帯域復元装置の動作について説明する。
【００５６】
信号Ｓｘは、特性補正フィルタ３０に入力される。
【００５７】
信号Ｓｘは、特性補正フィルタ３０において、信号Ｓｘの周波数成分のうち、４０００Ｈｚ未満の周波数成分が削除されると共に、高周波数成分になるにつれて信号が減衰するような特性の周波数整形フィルタ処理が行われる。
【００５８】
本実施形態の特性補正フィルタ３０では、信号Ｓｘの周波数の調整と共に、信号振幅の調整が同時に行われ、元信号Ｓｎａｒｒｏｗと信号Ｓｘとの信号比が３：１になるようにした。もちろんこの信号比率に限定するものではない。
【００５９】
特性補正フィルタ３０の出力信号Ｓｃｆは、加算器７に与えられ、加算器７にいおて、信号Ｓｃｆと、もう一方の入力Ｓｎａｒｒｏｗとが加算され、０〜８０００Ｈｚの周波数帯域をもつ信号に復元されてＤ／Ａ変換器２に与えられる。
【００６０】
Ｄ／Ａ変換器２では、加算器７から入力された信号をディジタル信号からアナログ信号に変換して、アナログ信号Ｓｗｉｄｅを出力する。
【００６１】
もともと人間の有音成分は、周波数が高い成分ほど小さい成分になるという特性を持っており、ＢＰＦ２０の代わりに特性補正フィルタ３０を用いることで、更に自然な音質を実現できる。
【００６２】
（Ｃ−２）第３の実施形態の効果
以上、第３の実施形態によれば、第２の実施形態のＢＰＦ２０にかえて特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、音声の特性を損なわない更に自然な音質を実現することができる。
【００６３】
（Ｄ）第４の実施形態
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成及び動作
図８は、第４の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００６４】
第４の実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、第１の実施形態で説明した上限制限増幅器３を振幅制限器４０に変え、増幅量制御器４を振幅限界制御器４１に変え、減衰器５をなくした点であり、その他の構成要件は、第１の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００６５】
振幅制限器４０は、Ａ／Ｄ変換器１から出力された信号Ｓｎａｒｒｏｗを受け取り、振幅限界制御器４１により制御された振幅限界値を用いて、信号Ｓｎａｒｒｏｗの振幅を振幅制限するものである。なお、この振幅限界値とは、初期状態は最大振幅に設定されており、振幅限界制御器４１の制御により減少制御されて、信号Ｓｘの最大値を検出するために用いられる限界値をいう。
【００６６】
最大値制限検出器４２は、所定の振幅制限値を予め設定されており、振幅制限器４０から出力された信号Ｓｘの振幅がその所定の振幅制限値に達しているか否かを検出し、その所定の振幅制限値に達していない場合に、その旨を振幅限界制御器４１に与えるものである。
【００６７】
振幅限界制御器４１は、振幅制限器４０の振幅限界値を設定するものであり、最大値制限検出器４２から信号Ｓｘの振幅が上記振幅制限値に達していない旨の出力を受け取ると、振幅制限器４０の振幅限界値を更に小さくするように制御するものである。
【００６８】
以下では、図４に示す第４の実施形態の動作について説明する。
【００６９】
Ａ／Ｄ変換器１の動作に関しては第１の実施形態で説明したので、ここでの説明は省略する。
【００７０】
Ａ／Ｄ変換器１から出力された信号Ｓｎａｒｒｏｗは、振幅制限器４０に出力される。
【００７１】
振幅制限器４０において、信号Ｓｎａｒｒｏｗは、振幅限界制御器４１から設定された振幅限界値を用いて振幅制限をうける。
【００７２】
振幅制限器４０は、初期状態では、Ａ／Ｄ変換器１のディジタルでの最大振幅（＋３２７６７、−３２７６８）が、おのおの正負の最大振幅として設定されている。即ち、初期状態では振幅制限をしない。
【００７３】
振幅制限器４０からの出力は、最大値制限検出器４２に与えられ、最大値制限検出器４２により、信号Ｓｘの振幅が制限を受けたか否かが検出される。
【００７４】
最大値制限検出器４２により振幅制限が検出されない場合は、最大値制限検出器４２から振幅限界制御器４１に対して振幅制限の発生がない旨の信号が出力される。
【００７５】
振幅限界制御器４１は、最大値制限検出器４２から振幅制御の発生がない旨の信号を受け取り、振幅制限器４０の振幅限界値をもっと小さくするよう振幅制限器４０を制御する。
【００７６】
このように、最大値制限検出器４２により、所定の振幅制限値に基づく振幅制限の検出が行われるまで、振幅限界制御器４１は、振幅限界値を減少していき、振幅制御が検出されると、その制限値の減少を止める。
【００７７】
その結果、振幅制限器４０では必ず振幅の制限値に基づく振幅制限（すなわち頭打ち）が発生するようになり、第１の実施形態で説明したように、信号Ｓｎａｒｒｏｗで欠落した音声の周波数成分を発生できるようになる。
【００７８】
Ｄ／Ａ変換器２の動作に関しては第１の実施形態で説明したので、ここでは説明しない。
【００７９】
なお、本実施形態において、特に設けなかったが、加算器７と振幅制限器４０との間に減衰器５を設けてもよいのはもちろんである。
【００８０】
（Ｄ−１）第４の実施形態の効果
以上、第４の実施形態によれば、振幅制限器４０を設け、音声信号の振幅を制限して高域成分を発生し、最大値制限検出器４２を設け、信号に振幅制限が発生しているかどうかを検出し、振幅限界制御器４１は最大値制限検出器４２の出力に応じて信号に振幅制限が必ず発生するように振幅制限器４０の振幅限界値を制御するようにしたので、第１の実施形態と同様に、欠落した音声の高域成分を復元して音質を向上でき、かつ、第１の実施形態における減衰器５を無くしたので、第１の実施形態よりも装置規模の小さい帯域復元装置を実現できるのである。
【００８１】
（Ｅ）第５の実施形態
（Ｅ−１）第５の実施形態の構成及び動作
図９は、第５の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００８２】
第５の実施形態と第４の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０を、振幅制限器と加算器７との間に備えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第４の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第４の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００８３】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能を備えるものであるため、詳細な説明は省略する。
【００８４】
（Ｅ−２）第５の実施形態の効果
以上、第５の実施形態によれば、第４の実施形態の帯域復元装置に、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、帯域復元が必要な成分だけを残し、その帯域復元に必要な成分を用いることにより、第４の実施形態よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できるのである。
【００８５】
（Ｆ）第６の実施形態
（Ｆ−１）第６の実施形態
図１０は、第６の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００８６】
第６の実施形態と第５の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第５の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第５の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００８７】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【００８８】
（Ｆ−２）第６の実施形態の効果
以上、第６の実施形態によれば、第５の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえて、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【００８９】
（Ｇ）第７の実施形態
（Ｇ−１）第７の実施形態の構成及び動作
図１１は、第７の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【００９０】
第７の実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、有声音検出器７１をＡ／Ｄ変換器１の後段に備えた点と、増幅量制御器７０の機能とであり、その他の構成要件は、第１の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【００９１】
以下では、有声音検出器７１と増幅量制御器７０との機能構成について詳細に説明し、その他の構成要件の機能構成については既に説明しているのでここでは省略する。
【００９２】
有声音検出器７１は、Ａ／Ｄ変換器１から信号Ｓｎａｒｒｏｗを受け取り、その信号Ｓｎａｒｒｏｗに音声の有音声部分（母音）があるか否かを検出し、有音声部分を検出した場合に、その検出結果を増幅量制御器７０に与えるものである。
【００９３】
増幅量制御器７０は、有声音検出器７１より有音声部分を検出した検出結果を受け取り、その有音声部分が検出されている期間、上限制限増幅器３の増幅量を増加させるものであって、最大値制限検出器６から最大値に達しているという旨の出力を継続して受け取るまで増幅量を増加させるものである。
【００９４】
図１１を用いて、第７の実施形態に係る帯域復元装置の動作を説明する。
【００９５】
Ａ／Ｄ変換器１から出力された信号Ｓｎａｒｒｏｗは、有声音検出器７１に入力される。
【００９６】
有声音検出器７１において、信号Ｓｎａｒｒｏｗに音声の有音声部分（母音）があるかどうかが検出される。なお、この有声音検出器７１による音声の有声音（母音）部検出方法に関しては後述する。
【００９７】
有声音検出器７１は、有声音検出の結果が「検出あり」である場合、その検出結果が増幅量制御器７０に与えられる。
【００９８】
増幅量制御器７０に「有声音検出あり」の検出結果が与えられると、増幅量制御器７０は、有声音検出器７１から「検出あり」の期間中、上限制限増幅器３の増幅量を増加し、最大値制限検出が継続して検出されるようになるまで上限制限増幅器３の増幅量を増加する。
【００９９】
上限制限増幅器３及び最大値制限検出器６の機能動作は、第１の実施形態で説明したのでここでは省略する。
【０１００】
このように、第７の実施形態において、有声音検出器７１を設けたのは、本実施形態の帯域復元は、有声音検出ありの期間中継続的に実施するのが望ましいからである。
【０１０１】
なぜなら、本実施形態において帯域復元は、上述したように、音声の母音部分すなわち「有声音」部分で特に効果を発揮するからである。
【０１０２】
したがって、音声信号の一部だけを帯域復元するのではなく、少なくとも「母音（有声音）」が存在する期間においては継続して帯域復元を施すのが望ましい。
【０１０３】
次に、有声音検出器７１による有声音検出の方法に関して詳述する。
【０１０４】
有声音検出器７１は、信号Ｓｎａｒｒｏｗの平均値を計算するが、この際、時定数の異なる２種類の平均値Ｌｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗとＳｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗとを計算する。
【０１０５】
Ｌｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）＝δ１・Ｌｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ−１）＋（１．０−δ１）｜Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）｜ …（１）
Ｓｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）＝δ２・Ｓｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ−１）＋（１．０−δ２）｜Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）｜ …（２）
ここで、本実施形態ではδ１＝０．９９、δ２＝０．５とした。
【０１０６】
δｘ（ｘ＝１，２）は平均の滑らかさを表わす定数であり、１≧δｘ≧０なる定数である。
【０１０７】
δｘが大きいほど、平滑は滑らかになり、平均計算の結果は大まかな信号レベルを表わし、δｘが小さいと急激な信号の変化に対応するようになる。
【０１０８】
本実施形態では、ノイズフロアレベルをＬｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）とみなし、Ｓｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）を信号レベルとして下記式（３）が成立するとき、「有声音あり」と検出するようにした。
【０１０９】
Ｓｒｔ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）＞Ｌｎｇ＿Ｓ＿ｎａｒｒｏｗ（ｋ）＋６ｄＢ…（３）
なお本実施形態では、上記式（３）において検出閾値を６ｄＢとしたが、もちろんこれに限定するものではない。
【０１１０】
（Ｇ−２）第７の実施形態の効果
以上、第７の実施形態によれば、第１の実施形態に加え、有声音検出器７１を設けて有声音（母音）の検出を行い、有声音検出器７１の検出結果に応じて増幅量制御器７０が増幅量を制御するようにした。その結果として、有声音期間中は継続的に帯域復元された信号が発生するようになり、通話中の有声音部分は継続的に音質が向上され、音声品質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１１１】
（Ｈ）第８の実施形態
（Ｈ−１）第８の実施形態の構成及び動作
図１２は、第８の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１１２】
第８の実施形態と第７の実施形態とで異なる点は、第７の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第７の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第７の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１１３】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能に対応するものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１１４】
（Ｈ−２）第８の実施形態の効果
以上、第８の実施形態によれば、第７の実施形態の帯域復元装置の減衰器５の代わりとしてＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、復元が必要な成分だけを残して帯域復元に用いるようにしたので、第７の実施形態よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１１５】
（Ｉ）第９の実施形態
（Ｉ−１）第９の実施形態の構成及び動作
図１３は、第９の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１１６】
第９の実施形態と第８の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第８の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第８の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１１７】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【０１１８】
（Ｉ−２）第９の実施形態の効果
以上、第９の実施形態によれば、第８の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえ、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、より音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【０１１９】
（Ｊ）第１０の実施形態
（Ｊ）第１０の実施形態の構成及び動作
図１４は、第１０の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１２０】
第１０の実施形態と第４の実施形態とで異なる点は、Ａ／Ｄ変換器１の後段に有声音検出器７１を備えた点と、振幅限界制御器１００の機能とであり、その他の構成要件は、第４の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１２１】
有声音検出器７１は、第７の実施形態で説明した有声音検出器７１に対応する機能を有するものであるのでここではその機能説明を省略する。
【０１２２】
以下、図１０を用いて第１０の実施形態に係る帯域復元装置の動作を説明する。
【０１２３】
振幅限界制限器１００は、有声音検出器７１から有声音検出の結果「検出あり」を受けた時、「検出あり」の期間中、継続して最大値制限検出が検出されるようになるまで振幅限界値を減少して、信号に頭打ちが発生するように制御するものである。
【０１２４】
第１０の実施形態において、有声音検出器７１を設けたのは、第７の実施形態で説明したように、本実施形態の帯域復元は、音声の母音部分すなわち「有声音」部分で特に効果を発揮するから、音声信号の特に母音期間の一部を帯域復元するのではなく、少なくとも「母音（有声音）」期間においては継続して帯域復元を施すのが望ましからである。
【０１２５】
（Ｊ）第１０の実施形態の効果
以上、第１０の実施例によれば、第４の実施形態の帯域復元装置に加え、Ａ／Ｄ変換器１の後段に有声音検出器７１を設けて、有声音を検出し、振幅限界制御器１００は、有声音検出器７１の検出期間中信号に振幅制限が発生するように振幅制限器４０の振幅限界値を制御するようにした。その結果、有声音期間中は継続的に帯域復元された信号が発生するようになり、通話中の有声音部分は継続的に音質が向上される帯域復元装置を実現できる。
【０１２６】
（Ｋ）第１１の実施形態
（Ｋ−１）第１１の実施形態の構成及び動作
図１５は、第１１の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１２７】
第１１の実施形態と第１０の実施形態とで異なる点は、第１０の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１０の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１０の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１２８】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能に対応するものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１２９】
（Ｋ−２）第１１の実施形態の効果
以上、第１１の実施形態によれば、第１０の実施形態で説明した帯域復元装置に加え、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、復元が必要な成分だけを残して帯域復元に用いるようにしたので、第１０の実施形態の帯域復元装置よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１３０】
（Ｌ）第１２の実施形態
（Ｌ−１）第１２の実施形態の構成及び動作
図１６は、第１２の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１３１】
第１２の実施形態と第１１の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１１の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１１の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１３２】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【０１３３】
（Ｌ−２）第１２の実施形態の効果
以上、第１２の実施形態によれば、第１１の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえ、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、より音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【０１３４】
（Ｍ）第１３の実施形態
（Ｍ−１）第１３の実施形態の構成及び動作
図１７は、第１３の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１３５】
第１３の実施形態と第７の実施形態とで異なる点は、有声音検出器７１に変えて、音声検出器１３０を備えた点と、周波数シフト処理器１３１を備えた点と、増幅量制御器１３２の機能とであり、その他の構成要件は、第１及び第７の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第７の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１３６】
以下では、音声検出器１３０、周波数シフト処理器１３１及び増幅量制御器１３２との機能動作について詳細に説明し、その他の構成要件については既に説明しているのでここでは省略する。
【０１３７】
音声検出器１３０は、Ａ／Ｄ変換器１から出力される信号Ｓｎａｒｒｏｗを受け取り、その信号Ｓｎａｒｒｏｗの母音音声と子音音声とを検出して、それらを検出した旨の検出結果を増幅量制御器１３２及び周波数シフト処理器１３１に与えるものである。なお、音声検出器１３０による信号の母音音声と子音音声との検出方法については後述する。
【０１３８】
周波数シフト処理器１３１は、音声検出器１３０から子音音声を検出した旨の出力を受け取り、その場合に、Ａ／Ｄ変換器１からの信号Ｓｎａｒｒｏｗを復元帯域側に周波数シフトするものである。なお、音声検出器１３０から母音音声を検出した旨の出力を受け取った場合には、周波数シフトの動作は行われない。
【０１３９】
増幅量制御器１３２は、音声検出器１３０から子音音声を検出した旨の出力を受け取り、その場合は、上限制限増幅器３の増幅量を１倍に制御する。また、音声検出器１３０から母音音声を検出した旨の出力を受け取った場合は、第７の実施形態で説明した増幅量制御器７０と同様に、母音音声検出期間中、上限制限増幅器３の増幅量を増加し、最大値制限検出器６からの最大値制限検出が継続して検出されるようになるまで上限制限増幅器３の増幅量を増加する。
【０１４０】
図１７を用いて、第１３の実施形態の帯域復元装置の動作について説明する。
【０１４１】
まず、音声検出器１３０の動作に関して説明する。
【０１４２】
音声検出器１３０には例えば０〜４０００Ｈｚに帯域制限された信号Ｓｎａｒｒｏｗが入力される。
【０１４３】
音声検出器１３０は、初めに第７の実施形態の有声音検出器７１と同じ処理を行い母音音声の検出をおこなうと同時に、以下に記す「子音音声」の検出を行う。
【０１４４】
図１８は、信号Ｓｎａｒｒｏｗの一例を示す。図１８は、日本語音声「しょう」の波形を示した例である。
【０１４５】
例えば、図１８において、子音「し」は振幅変動が小さいが、水平軸をまたぐような変化の交差が頻繁に発生していることが分かる。
【０１４６】
音声検出器１３０は、子音音声について、信号Ｓｎａｒｒｏｗのディジタルサンプルが振幅０（水平軸）をどの程度またぐかを求めることにより判断する。
【０１４７】
具体的には、音声検出器１３０は、信号Ｓｎａｒｒｏｗのサンプル列Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）と１サンプル前のＳｎａｒｒｏｗ（ｋ−１）を用いて両者の積ｃｒｏｓｓ＿Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）を計算する。
【０１４８】
【０１４９】
音声検出器１３０は、式（４）の計算を過去１６００サンプル、即ちＳｎａｒｒｏｗ（ｋ−１５９９）〜Ｓｎａｒｒｏｗ（ｋ）にわたって計算し、そのうち水平軸をまたぐ回数が４００回を超える場合には子音音声があると検出する。
【０１５０】
ｃ＿ｃｏｎｓｏｎａｎｔ＞４００ …（５）
本実施形態では、上記式（５）のように、過去にさかのぼるサンプル数を１６００サンプル、子音判定の閾値を４００回としたが、もちろんこれに限定しない。
【０１５１】
また、実際、本実施形態では音声の「子音」検出にゼロクロスを用いたが、子音音声を検出する方法であればどのような方法であってもかまわない。
【０１５２】
音声検出器１３０は、母音及び子音の検出判定の結果から最終的に音声の種類を次のように判定する。
【０１５３】
（１）母音検出なし、子音検出なしの時：音声なし。
【０１５４】
（２）母音検出なし、子音検出ありの時：子音音声あり。
【０１５５】
（３）母音検出あり、子音検出なしの時：母音音声あり。
【０１５６】
（４）母音検出あり、子音検出ありの時：母音音声あり。
【０１５７】
本実施形態では、上記のように分類したが、正しく音声を検出し、子音、母音の区別がつけることができればどのような方法であってもよい。
【０１５８】
以上のようにして、音声検出器１３０により母音音声と子音音声とが検出されると、その検出結果が、音声検出器１３０から増幅量制御器１３２及び周波数シフト処理器１３１に出力される。
【０１５９】
以下では、それぞれの検出結果に応じた、増幅量制御器１３２及び周波数シフト処理器１３１の動作を説明する。
【０１６０】
音声検出器１３０により「（１）音声なし」の検出があった場合、増幅量制御器１３２は、上限制限増幅器３の増幅量を１倍にするように制御する。
【０１６１】
音声検出器１３０により「（２）子音音声あり」の検出があった場合、増幅量制御器１３２は上限制限増幅器３の増幅量を１倍にする。
【０１６２】
また、周波数シフト処理器１３１は、入力信号Ｓｎａｒｒｏｗを復元帯域側に周波数シフトする。
【０１６３】
本実施形態において、周波数シフトの方法は、Ａ／Ｄ変換器１から出力される信号Ｓｎａｒｒｏｗ（０〜４０００Ｈｚ）に、４０００Ｈｚの正弦波を乗算し信号をＳｕｐｐｅｒ（４０００〜８０００Ｈｚ）にシフトする方法を用いる。
【０１６４】
もちろん、周波数成分が復元帯域側にシフトされる方法であればどのような方法であってもかまわない。
【０１６５】
周波数シフトされた信号Ｓｕｐｐｅｒ（４０００〜８０００Ｈｚ）は、減衰器５に出力され、更に加算器７でもとの信号Ｓｎａｒｒｏｗ（０〜４０００Ｈｚ）と加算され、減衰器５及びＤ／Ａ変換器２を経て出力される。
【０１６６】
音声検出器１３０により「（３）及び（４）母音音声あり」の検出があった場合、周波数シフト処理器１３１は特に機能しない。また、音声検出器１３０の動作は第７の実施形態における有声音検出器７１と同じである。
【０１６７】
また、増幅量制御器１３２が行なう動作は、第７の実施形態における増幅量制御器７０の動作と同様であるため、ここでは省略する。
【０１６８】
以上のように、第１３の実施形態は、第７の実施形態で説明したように母音部分だけでなく、子音部分の帯域成分をあわせて復元することで更に音質を高めている。
【０１６９】
人間の音声は当然、母音だけでなく子音もふくまれるので両方が帯域復元されたほうが音質が向上するのはもちろんである。
【０１７０】
一方、子音は第１の実施形態で説明したような第１基本周波数とその整数倍の性質をもっていない。
【０１７１】
従って、第１３の実施形態では、信号Ｓｎａｒｒｏｗ（０〜４０００Ｈｚ）を周波数的に上方にシフトしたＳｕｐｐｅｒ（４０００〜８０００Ｈｚ）と加算合成した信号を全体の信号（０〜８０００Ｈｚ）としても聴感にさほど違和感を生じないことを利用して子音部の帯域を復元したのである。
【０１７２】
（Ｍ）第１３の実施形態の効果
以上、第１３の実施形態によれば、第７の実施形態の帯域復元装置の有声音検出器７１に変えて音声検出器１３０を備え、また、周波数シフト処理器１３１を新たに備え、音声が子音の場合には、周波数シフト処理器１３１による周波数シフト信号による帯域復元が行われるようにしたので、音声の「子音」部にも帯域が復元され、より音質を向上できる。
【０１７３】
（Ｎ）第１４の実施形態
（Ｎ−１）第１４の実施形態の構成及び動作
図１９は、第１４の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１７４】
第１４の実施形態と第１３の実施形態とで異なる点は、第１３の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第１３の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第１３の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１７５】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能に対応するものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１７６】
（Ｎ−２）第１４の実施形態の効果
以上、第１４の実施形態によれば、第１３の実施形態の減衰器５に代えてＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、復元が必要な成分だけを残して帯域復元に用いるようにしたので、第１３の実施形態よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１７７】
（Ｏ）第１５の実施形態
（Ｏ）第１５の実施形態の構成及び動作
図２０は、第１５の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１７８】
第１５の実施形態と第１４の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第１及び第１４の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第１及び第１４の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１７９】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【０１８０】
（Ｏ−２）第１５の実施形態の効果
以上、第１５の実施形態によれば、第１４の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえ、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、より音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【０１８１】
（Ｐ）第１６の実施形態
（Ｐ−１）第１６の実施形態の構成及び動作
図２１は、第１６の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１８２】
第１６の実施形態と第１０の実施形態とで異なる点は、有声音検出器７１に変えて、音声検出器１３０を備えた点と、振幅限界制御器１００に変えて、振幅限界制御器１６１を備えた点と、周波数シフト処理器１３１を備えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１０の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１０の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１８３】
音声検出器１３０及び周波数シフト処理器１３１の機能については、第１３の実施形態で説明したものに対応するのでここでは省略する。
【０１８４】
以下では、振幅限界制御器１６１の機能動作について説明する。
【０１８５】
振幅限界制御器１６１は、音声検出器１３０による母音及び子音の検出判定結果を受け取り、その判定結果に応じて振幅制限器４０の振幅限界値を制御するものである。
【０１８６】
振幅限界制御器１６１は、音声検出器１３０からの判定結果が「音声なし」のとき、振幅制限器４０の振幅限界値を固定するように制御する。
【０１８７】
また、振幅限界制御器１６１は、音声検出器１３０からの判定結果が「子音音声あり」のとき、振幅限界制御器１６１は振幅制限器４０の振幅限界値を最大にする。即ち、可能な限り振幅限界値を制限せずに、頭打ち波形が発生しないようにする。
音声検出器１３０からの判定結果が「母音音声あり」のとき、周波数シフト処理器１３１は特に機能しない。
【０１８８】
このとき音声検出器１３０の動作は第１０の実施形態における有声音検出器７１と同様であるの省略する。また、振幅限界制御器１６１の動作も第１０の実施形態における振幅限界制御器１００と同様であるので省略する。
【０１８９】
（Ｐ−２）第１６の実施形態の効果
以上、第１６の実施形態によれば、有声音検出器７１に変えて音声検出器１３０を備え、また、新たに周波数シフト処理器１３１を備え、音声が子音の場合には、周波数シフト処理器１３１による周波数シフト信号による帯域復元が行われるようにしたので、音声の「子音」部にも帯域が復元され、より音質を向上でき、第１３の実施形態に比べて、減衰器５を不要にしたので装置規模が小さい帯域復元装置を実現できる。
【０１９０】
（Ｑ）第１７の実施形態
（Ｑ−１）第１７の実施形態の構成及び動作
図２２は、第１７の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１９１】
第１７の実施形態と第１６の実施形態とで異なる点は、第１６の実施形態で説明した減衰器５を帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１６の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１６の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１９２】
ＢＰＦ２０は、第２の実施形態で説明したＢＰＦ２０の機能に対応するものであるため、ここでの説明を省略する。
【０１９３】
（Ｑ−２）第１７の実施形態の効果
以上、第１７の実施形態によれば、第１６の実施形態で説明した帯域復元装置に加え、第２の実勢形態で説明したＢＰＦ２０を用いるようにしたので、本来、強調すべきでない信号をそのままにし、復元が必要な成分だけを残して帯域復元に用いるようにしたので、第１６の実施形態の帯域復元装置よりも更に音質の優れた帯域復元装置を実現できる。
【０１９４】
（Ｒ）第１８の実施形態
（Ｒ−１）第１８の実施形態の構成及び動作
図２３は、第１８の実施形態に係る帯域復元装置の構成ブロック図を示す。
【０１９５】
第１８の実施形態と第１７の実施形態とで異なる点は、帯域通過フィルター（ＢＰＦ：バンドパスフィルター）２０に変えて、特性補正フィルター３０を備えた点であり、その他の構成要件は、第４及び第１７の実施形態で説明した構成要件に対応する。なお、その他の対応する構成要件には第４及び第１７の実施形態の構成要件と対応する符号を付した。
【０１９６】
特性補正フィルター３０は、第３の実施形態で説明した特性補正フィルター３０の機能に対応するため、ここでの機能説明は省略する。
【０１９７】
（Ｒ−２）第１８の実施形態の効果
以上、第１８の実施形態によれば、第１７の実施形態の帯域復元装置のＢＰＦ２０にかえ、特性補正フィルタ３０を用いるようにしたので、より音声の特性を損なわない、更に自然な音質を実現した帯域復元装置を実現できる。
【０１９８】
（Ｓ）他の実施形態
（Ｓ−１）上述した第１〜第１８の実施形態では、それぞれ異なる構成の帯域復元装置について説明したが、勿論、上述した構成に限る必要はなく、種々に変形が可能である。
【０１９９】
例えば、種々の変形例として次のようなものがある。
【０２００】
上述した第１〜第１８の実施形態では、帯域復元用の信号を作成するのに、音声信号を加工して頭打ちの信号、即ち矩形波に似た信号を発生させて、帯域復元用の信号、即ち音声信号と第１基本周波数がおなじで、かつ、その整数倍の周波数をもつ信号を作成したが、他にも、次のような方法がある。
【０２０１】
例えば、音声信号の振幅の最大値及び又は最小値を線形補間して「三角波」を作成しても同様の信号を作成できる。
【０２０２】
また例えば、音声信号の最大値又は最小値だけを用いて、水平軸から次回最大値又は最小値までを線形補間して作成する「のこぎり波」などを用いて同様の信号を作成してもよい。
【０２０３】
（Ｓ−２）上述した第１〜第１８の実施形態は、狭帯域化された音声信号に対して適用する場合について説明したが、狭帯域化された音響・音楽等にも適用することができる。
【０２０４】
【発明の効果】
以上、第１〜第３の本発明によれば、帯域制限された帯域の周波数成分を、入力した音信号に基づいて再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２】第１の実施形態の信号Ｓｎａｒｒｏｗの周波数特性を示す図である。
【図３】第１の実施形態の信号Ｓｘの周波数特性を示す図である。
【図４】第２の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図５】第２の実施形態の信号Ｓｘの周波数特性を示す図である。
【図６】第３の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図７】第３の実施形態の信号Ｓｘの周波数特性を示す図である。
【図８】第４の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図９】第５の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１０】第６の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１１】第７の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１２】第８の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１３】第９の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１４】第１０の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１５】第１１の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１６】第１２の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１７】第１３の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図１８】第１３の実施形態の信号Ｓｎａｒｒｏｗの波形例を示す図である。
【図１９】第１４の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２０】第１５の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２１】第１６の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２２】第１７の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【図２３】第１８の実施形態の帯域復元装置の全体構成図である。
【符号の説明】
３…上限増幅器、４…増幅量制御器、５…減衰器、６…最大値制限検出器、
７…加算器、２０…ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、３０…特性補正フィルタ、
４０…振幅制限器、４１…振幅限界制御器、４２…最大値制限検出器。
Claims (8)
- 音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する帯域復元装置であって、
入力された狭帯域ディジタル入力信号の信号値を増幅すると共に、増幅後の信号値が所定の振幅最大値を超えていると振幅最大値にする上限制限増幅手段と、
上記上限制限増幅手段により増幅された信号値が振幅最大値に達しているか否かを検出する最大値検出手段と、
上記最大値検出手段の検出結果に応じて、上記上限制限増幅手段の増幅量を増大制御する増幅量制御手段と、
上記上限制限増幅手段からの出力信号と上記狭帯域ディジタル入力信号とに基づいて、復元周波数帯域の周波数成分を有する帯域復元信号を生成する帯域復元手段と
を備えることを特徴とする帯域復元装置。 - 音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する帯域復元装置であって、
入力された狭帯域ディジタル入力信号の信号値の上限を振幅限界値で制限する振幅制限手段と、
上記振幅制限手段からの信号値が所定の振幅制限値に達しているか否かを検出する制限検出手段と、
上記制限検出手段の検出結果に応じて、上記振幅限界値を減少制御する振幅限界制御手段と、
上記振幅制限手段からの出力信号と上記狭帯域ディジタル入力信号とに基づいて、復元周波数帯域の周波数成分を有する帯域復元信号を生成する帯域復元手段と
を備えることを特徴とする帯域復元装置。 - 上記請求項１又は２に記載の帯域復元装置において、
上記狭帯域ディジタル入力信号に基づいて少なくとも母音音声を検出する音声検出手段を有し、
上記増幅量制御手段又は上記振幅限界制御手段は、上記音声検出手段が少なくとも母音音声を検出している母音音声検出期間中、上記増幅量を継続的に増大制御する又は上記振幅限界値を減少制御することを特徴とする帯域復元装置。 - 上記請求項３に記載の帯域復元装置において、
上記狭帯域ディジタル入力信号の周波数成分を周波数帯域にシフトする周波数シフト処理手段を有し、
上記音声検出手段が、上記狭帯域ディジタル入力信号に基づいて少なくとも子音音声を検出するものであり、
上記周波数シフト処理手段は、上記音声検出手段が子音音声のみを検出している期間にだけ、上記狭帯域ディジタル音声信号の周波数成分を復元周波数帯域にシフトすることを特徴とする帯域復元装置。 - 上記帯域復元手段は、
上記上限制限増幅手段又は上記振幅制限手段からの出力信号の振幅を調整する振幅調整部と、
上記振幅調整部からの振幅調整信号と、上記狭帯域ディジタル入力信号とを、予め設定された比率で合成して帯域復元信号を生成する帯域復元信号生成部と
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の帯域復元装置。 - 上記振幅調整部が、復元に必要な周波数帯域の周波数成分だけを取り出す帯域通過フィルタであることを特徴とする請求項５に記載の帯域復元装置。
- 上記振幅調整部が、復元に必要な周波数帯域の周波数成分を取り出すと共に、その取り出した周波数成分の振幅を帯域に応じて調整する特性補正フィルタであることを特徴とする請求項５に記載の帯域復元装置。
- 音の狭帯域化により欠落した周波数帯域の周波数成分を復元する上記請求項１〜７のいずれかに記載の帯域復元装置を備えることを特徴とする電話機。
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