JP2005010621A - 音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】入力する狭帯域音声信号にそのまま帯域拡張処理を行うと、狭帯域音声信号の劣化に大きく影響され、劣化の度合いが大きい場合は未処理の信号よりも歪や雑音が増大し、かえって聞きづらい音声信号が再成されることがあった。
【解決手段】高域除去ステップ２０２において入力音声信号の高域側帯域限界付近の信号を除去し、低域除去ステップ２０４において低域側帯域限界付近の信号を除去し、帯域限界付近が除去された信号を用いて高域信号および低域信号を再成する。このように再成した信号と入力音声信号２０１とを加算することにより、劣化しやすい周波数帯域の信号を除去してから帯域拡張処理を行う構成にしたので、雑音や歪に対して比較的頑強に、狭帯域音声信号の帯域拡張を行うことができる。
【選択図】 図２
【解決手段】高域除去ステップ２０２において入力音声信号の高域側帯域限界付近の信号を除去し、低域除去ステップ２０４において低域側帯域限界付近の信号を除去し、帯域限界付近が除去された信号を用いて高域信号および低域信号を再成する。このように再成した信号と入力音声信号２０１とを加算することにより、劣化しやすい周波数帯域の信号を除去してから帯域拡張処理を行う構成にしたので、雑音や歪に対して比較的頑強に、狭帯域音声信号の帯域拡張を行うことができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、狭帯域音声信号から広帯域音声信号を擬似的に生成する音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法としては、狭帯域音声信号に対して、コードブックマッピング方式や、音声信号の分析・合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｂｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を基本とする拡張方式、折り返し信号を用いて高域を補償する方式などを用いるものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８２６８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、帯域拡張処理によって拡張された周波数帯域の信号は入力される狭帯域音声信号の劣化に大きく影響されることがあり、劣化の度合いが大きい場合は未処理の信号よりも歪や雑音が増大し、かえって聞きづらい音声信号が再成されるという課題を有していた。例えば電話音声において、特に帯域限界付近の信号は交換局からの距離が長くなるに従い大きく減衰し、信号に対するノイズの比率が相対的に大きくなる。この信号にそのまま帯域拡張処理を適用すると、帯域上限限界付近の高調波歪や、帯域下限限界付近のハムノイズなどに対しても処理が行われるため、雑音がかえって目立ってしまい、または帯域制限を受ける前の話者の音声とは大きく異なる音声信号が再成されてしまうこともある。
【０００５】
上記問題を具体的に説明すると、コードブックマッチング方式を用いる場合は、入力される狭帯域音声信号の劣化の度合いが大きくなるに従い、入力される狭帯域音声信号と広帯域変換用のコードブック間のマッチング精度が低下し、誤った音声信号が出力される確率が高くなる。また、信号の折り返しや帯域シフトを行う方式の場合は、入力される狭帯域音声信号に含まれる雑音や歪がそのまま拡張帯域に反映されるため、結果として聴感的な雑音の増加や明瞭度の低下が生じてしまうことがある。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電話などの狭帯域音声信号の帯域拡張処理において、限界帯域付近の雑音や歪の影響を受け難く、また、回線状況の良し悪しによらず良好な帯域拡張処理を行うことができる音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の音声帯域拡張装置は、入力される狭帯域音声信号から帯域上限限界付近と帯域下限限界付近とを除去するフィルタ部と、フィルタ部から出力される音声信号を用いて本来の広帯域音声信号から失われた周波数帯域の信号を再成する信号再成部と、再成された音声信号と入力される狭帯域音声信号とを加算して出力する帯域合成部とを備えている。
【０００８】
本構成によって、劣化しやすい帯域限界付近の信号が除去されるので、良好な帯域拡張処理が可能となり、入力される狭帯域音声信号から聴き取りやすい広帯域音声信号を再成することができるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の音声帯域拡張装置は、狭帯域音声信号から特定の周波数帯域の信号を除去するフィルタ部と、フィルタ部から出力される音声信号を用いて、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号を再成する信号再成部と、狭帯域音声信号と信号再成部により再成された周波数帯域の信号とを、加算して出力する帯域合成部とを備えたことを特徴とするものであり、入力音声信号における劣化しやすい周波数帯域の信号を除去してから帯域拡張処理を行うことで、音質の良好な広帯域信号を合成することができるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の音声帯域拡張装置は、狭帯域音声信号から特定の周波数帯域の信号を除去するフィルタ部と、フィルタ部から出力される音声信号を用いて、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号とフィルタ部で除去された周波数帯域に存在していた信号とを再成する信号再成部と、フィルタ部から出力される音声信号と信号再成部により再成された周波数帯域の信号とを、加算して出力する帯域合成部とを備えたことを特徴とするものであり、劣化しやすい周波数帯域を除去した入力音声信号と、その信号を用いて再成した信号とを、加算することにより、もともと入力音声信号に含まれていたノイズ自体を削除することができるという作用を有する。
【００１１】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。狭帯域音声信号の代表的な例として電話音声をあげ、これを帯域拡張する場合について説明する。電話回線に音声を通す場合、送話者の電話機端末において送話者の音声が３００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚに帯域制限される。ここではこのように帯域制限を受けて受話側電話機に入力される音声信号を「入力音声信号」と呼ぶ。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置のブロック構成図、図２は本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置の処理構成図、図３は本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置の流れ図である。以下、電話音声を帯域拡張する場合の例を説明する。
【００１３】
図１において、１０１は入力音声信号における高域を除去する低域通過フィルタ部である。１０２は低域通過フィルタ部１０１の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号を推測して再成する高域信号再成部、である。また、１０３は入力音声信号における低域を除去する高域通過フィルタ部である。１０４は高域通過フィルタ部１０３の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた低い周波数帯域の信号を推測して再成する低域信号再成部である。１０５は高域信号再成部１０２において再成された高域信号と低域信号再成部１０４において再成された低域信号と入力音声信号１０６とを、それぞれの遅延時間と音量比とを調整し、加算して出力する帯域合成部である。
【００１４】
図２を用いてより詳しく説明する。
【００１５】
まず、高域信号再生について説明する。
【００１６】
高域除去ステップ２０２において低域通過フィルタにより、入力音声信号の２．５ｋＨｚ以上の信号を除去する。これにより、雑音の割合が大きく、劣化しやすい高域信号が除去される。
【００１７】
高域信号再成ステップ２０３では、高域除去ステップ２０２において高域が除去された３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、３．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。これにより、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号を再成することができる。
【００１８】
音声信号の再成方法には、コードブックマッチングを用いる方法、またはＬＰＣ残差信号や自己相関信号といった音声信号の分析・合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｂｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を基本とする拡張方式、または周波数シフトを用いる方法、または折り返し信号を用いて高域を補償する方式、全波整流や半波整流の整流処理を用いる方法を採用することができる。
【００１９】
例えばコードブックマッチングを用いる方法を採用する場合、参照する音声信号と同じ周波数帯域の音声信号のコードブックを用いて参照する信号を符号化し、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号を含む広帯域音声信号のコードブックにおける、対応する符号データを復号化し広帯域の音声信号を得る。そして、この広帯域の音声信号から必要とする信号帯域を抽出する。これは、入力音声信号を残し、拡張した帯域の信号を付加して出力した方が推定誤差の影響を少なくすることができるからである。
【００２０】
つまり、本実施の形態でコードブックマッチングを用いて３．５ｋＨｚ以上の高域音声信号を再成する場合、周波数が２．５ｋＨｚ以上の高域を含まない狭帯域音声信号のコードブックを用いて入力音声信号を符号化し、３．５ｋＨｚ以上の高域を含む広帯域音声信号のコードブックにおける、対応する符号データを復号化する。このようにして広帯域の音声信号を推定し、この音声信号から３．５ｋＨｚ以上の信号帯域を抽出する。ここで推定した広帯域音声をそのまま出力せずに、推定した広帯域音声から必要とする周波数帯域の信号を抽出し入力音声信号に付加して出力することにより、推定誤差の影響を少なくすることができる。
【００２１】
次に低域信号再成について説明する。
【００２２】
低域除去ステップ２０４において高域通過フィルタにより、入力音声信号の５００Ｈｚ以下の信号を除去する。これにより、ハムノイズ等が音声信号に対して目立ちやすく、信号の劣化しやすい低域信号を除去することができる。
【００２３】
低域信号再成ステップ２０５では、低域除去ステップ２０４において劣化しやすい低域が除去された５００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの信号を用いて、３００Ｈｚ以下の信号を再成する。これにより、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号を再成することができる。
【００２４】
帯域合成ステップ２０６では、高域信号再成ステップ２０３で再成した３．５ｋＨｚ以上の高域信号と、低域信号再成ステップ２０５で再成した３００Ｈｚ以下の低域信号と、３００Ｈｚから３．５ｋＨｚに帯域制限された電話音声である入力音声信号とを加算する。これにより、擬似的に広帯域の音声信号を再成することができる。
【００２５】
図３を用いて本実施の形態における装置の全体の処理の流れを説明する。
【００２６】
３００Ｈｚから３．５ｋＨｚに帯域制限された入力音声信号である電話音声を、アナログ／デジタル変換処理ステップ３０１においてアナログ信号からデジタル信号へと変換する。高域除去ステップ３０２では、デジタル信号へ変換された入力音声から２．５ｋＨｚ以上の信号を除去する。
【００２７】
高域信号再成ステップ３０３では、高域除去ステップ３０２において高域が除去された３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、３．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。
【００２８】
また、アナログ／デジタル変換処理ステップ３０１においてデジタル信号へと変換された電話音声の５００Ｈｚ以下の信号を、低域除去ステップ３０４において除去する。
【００２９】
低域信号再成ステップ３０５では、低域除去ステップ３０４において低域が除去された５００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの信号を用いて、３００Ｈｚ以下の信号を再成する。
【００３０】
遅延調整ステップ３０６では、高域信号再成ステップ３０３で抽出された高域信号と、低域信号再成ステップ３０５で抽出された低域信号と、入力音声信号との遅延時間を調整する。抽出された高域信号や低域信号には、高域除去ステップ３０２や高域信号再成ステップ３０３また低域除去ステップ３０４や低域信号再成ステップ３０５で行われるデジタル処理により遅延が生じる。それぞれの信号がどれだけ遅れるかはシミュレーションにより調べることが可能であり、最も遅れる信号と等しい遅延を生じさせるために残りの２信号の信号経路に遅延バッファを挿入する。
【００３１】
音量調整ステップ３０７では、高域信号再成ステップ３０３で抽出された高域信号及び低域信号再成ステップ３０５で抽出された低域信号の音量を調整する。例えば、高域信号の音量を入力音声信号よりも小さくして加算すると、有声音の聞こえが自然になる。これは有声音のホルマント形状が高域に向けて緩やかに減衰する傾向をもつためである。また、ここで増幅率を可変にして、帯域拡張効果の程度を調整することも可能である。
【００３２】
帯域合成ステップ３０８において、音量調整ステップ３０７までに再成・調整された高域信号と低域信号と入力音声信号とが加算され、デジタル／アナログ変換処理ステップ３０９において、帯域合成ステップ３０８で加算された信号がアナログ信号に変換される。これにより、擬似的に広帯域の音声信号を出力することができる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、入力音声信号の、高域を除去した信号を用いて高域信号を、また、低域を除去した信号を用いて低域信号を再成し、入力音声信号と加算することにより、入力音声信号の劣化の影響を受けにくい帯域拡張処理を行うことが可能となり、帯域制限を受ける前の、話者の音声に近い広帯域音声を再成することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置のブロック構成図、図５は本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置の処理構成図、図６は本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置の流れ図である。以下、電話音声を帯域拡張する場合の例を説明する。
【００３５】
図４、図５、図６に示すように、この音声帯域拡張装置の構成は、帯域合成部で加算する、高域信号と低域信号と入力音声信号のそれぞれの周波数帯域が異なることを除き、本発明の実施の形態１に記載のものと同じである。
【００３６】
つまり、本発明の実施の形態１では、帯域合成部において、入力音声信号と入力音声信号の帯域限界以上の信号と入力音声信号の帯域限界以下の信号とを加算したが、本実施の形態では、入力音声信号から高域信号と低域信号とを除去した信号と、入力音声信号から高域信号を除去した信号を用いて再成した高域信号と、入力音声信号から低域信号と除去した信号を用いて再成した低域信号とを加算する。
【００３７】
図４において、４０２は低域通過フィルタ部４０１の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号と低域通過フィルタ部４０１で除去された高域信号とを再成する高域信号再成部である。４０４は高域通過フィルタ部４０３の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた低い周波数帯域の信号と高域通過フィルタ部４０３で除去された低域信号とを再成する低域信号再成部である。また４０６は低域通過フィルタ部４０１と高域通過フィルタ部４０３とで除去される周波数帯域の信号を共に入力音声信号から除去する帯域通過フィルタ部である。４０５は高域信号再成部４０２において再成された高域信号と、低域信号再成部４０４において再成された低域信号と、帯域通過フィルタ部４０６で入力音声信号の高域と低域とを除去した信号とを、それぞれの遅延時間と音量比とを調整し、加算して出力する帯域合成部である。
【００３８】
図５を用いてより詳しく説明する。高域信号再成ステップ５０３では、高域除去ステップ５０２において低域通過フィルタにより高域を除去された３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、２．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。また、低域信号再成ステップ５０５では、低域除去ステップ５０４において高域通過フィルタにより低域を除去された５００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの信号を用いて、５００Ｈｚ以下の信号を再成する。また、帯域除去ステップ５０７では帯域通過フィルタを用いて入力音声信号から２．５ｋＨｚ以上と５００Ｈｚ以下の信号を除去する。
【００３９】
帯域合成ステップ５０６では、高域信号再成ステップ５０３において再成した２．５ｋＨｚ以上の高域信号と、低域信号再成ステップ５０５において再成した５００Ｈｚ以下の低域信号と、帯域除去ステップ５０７において入力音声信号の高域と低域とを除去した５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号とを加算する。
【００４０】
図６を用いて本実施の形態における装置の全体の処理の流れを説明する。
【００４１】
まずアナログ／デジタル変換処理ステップ６０１で入力電話音声はデジタル信号へ変換される。高域信号再成ステップ６０３で、高域除去ステップ６０２において高域除去された信号（３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚ）を用いて、２．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。また、低域信号再成ステップ６０５で、低域除去ステップ６０４において低域除去された信号（５００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚ）を用いて、５００Ｈｚ以下の信号を再成する。帯域除去ステップ６０６で帯域通過フィルタを用いて入力電話音声における２．５ｋＨｚ以上と５００Ｈｚ以下の信号を除去する。
【００４２】
この２．５ｋＨｚ以上の高域信号と５００Ｈｚ以下の低域信号と入力音声信号の高域と低域を除去した（５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの）信号とを遅延調整ステップ６０７と音量調整ステップ６０８とを経て帯域合成ステップ６０９において加算する。
【００４３】
この構成により、入力音声信号から除去した高域と低域と、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた周波数帯域とを、帯域拡張処理で再成することにより、入力音声信号に含まれていたノイズ自体を削除した広帯域信号を合成することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、２．５ｋＨｚ以上と５００Ｈｚ以下の信号を除去したが、入力音声信号において、例えば自動車のエンジンや機械のギヤなどから生じるノイズによって劣化しやすい特定の帯域がある場合、帯域除去フィルタによってその帯域の信号を除去し、この帯域除去フィルタを通過した信号を用いて、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた帯域の信号と帯域除去フィルタによって除去した帯域の信号とを再成し、広帯域信号を合成することも同様に実施可能である。
【００４５】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置のブロック構成図、図８は本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置の処理構成図、図９は本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置の流れ図である。以下、電話音声を帯域拡張する場合の例を説明する。
【００４６】
図７、図８、図９に示すように、この音声帯域拡張装置の構成は、帯域拡張処理を行う前に入力音声信号から除去する周波数帯域が異なることを除き、本発明の実施の形態１に記載のものと同じである。
【００４７】
図７において、７０１と７０３とはそれぞれ入力音声信号における低域信号と高域信号とを除去する帯域通過フィルタ部である。
【００４８】
図８を用いてより詳しく説明する。アナログ／デジタル変換処理ステップ８０１においてデジタル信号へと変換された電話音声は、帯域除去ステップ８０２において１．５ｋＨｚ以下の信号と２．５ｋＨｚ以上の信号を除去され、この信号を参照して高域信号再成ステップ８０３では３．５ｋＨｚ以上の高域信号を再成する。アナログ／デジタル変換処理ステップ８０１の出力信号はまた、帯域除去ステップ８０４において５００Ｈｚ以下の信号と２．５ｋＨｚ以上の信号を除去され、この信号を参照して低域信号再成ステップ８０５では３００Ｈｚ以下の低域信号を再成する。帯域合成ステップ８０６において、再成されたこれら２信号と入力音声信号８０１とを加算する。
【００４９】
図９を用いて本実施の形態における装置の全体の処理の流れを説明する。
【００５０】
アナログ／デジタル変換処理ステップ９０１においてデジタル信号へと変換された入力音声信号は、帯域除去ステップ９０２において１．５ｋＨｚ以下の信号と２．５ｋＨｚ以上の信号を除去され、高域信号再成ステップ９０３において３．５ｋＨｚ以上の高域信号を再成される。また、帯域除去ステップ９０４において５００Ｈｚ以下の信号と２．５ｋＨｚ以上の信号を除去され、低域信号再成ステップ９０５において３００Ｈｚ以下の低域信号を再成される。高域信号再成ステップ９０３と低域信号再成ステップ９０５とで再成された信号と、入力音声信号とは、遅延調整ステップ９０６と音量調整ステップ９０７とを経て、帯域合成ステップ９０８において加算される。
【００５１】
以上のように、本実施の形態によれば、入力音声信号から高域信号と低域信号とを共に除去することにより、劣化しやすい信号帯域を両方除去した上で高域信号と低域信号とを再成することが可能となるため、信号劣化の度合いの大きな入力音声信号においても、その影響を受けにくい帯域拡張処理を行うことができる。特に１．５ｋＨｚ以下の低域信号は高域音声信号の再成には重要でないため、１．５ｋＨｚ間での低域信号を除去することにより信号劣化の影響を受けにくい高域信号再成が可能となる。
【００５２】
（実施の形態４）
図１０は本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置のブロック構成図、図１１は本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置の処理構成図、図１２は本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置の流れ図である。以下、電話音声を帯域拡張する場合の例を説明する。
【００５３】
図１０、図１１、図１２に示すように、この音声帯域拡張装置の構成は、帯域合成部で加算する、高域信号と低域信号と入力音声信号のそれぞれの周波数帯域が異なることを除き、本発明の実施の形態３に記載のものと同じである。
【００５４】
つまり、本発明の実施の形態３では、帯域合成部において、入力音声信号と入力音声信号の帯域限界以上の信号と入力音声信号の帯域限界以下の信号とを加算したが、本実施の形態では、入力音声信号から高域信号と低域信号とを除去した信号と、入力音声信号から高域信号と低域信号とを除去した信号を用いて再成した高域信号と、入力音声信号から高域信号と低域信号とを除去した信号を用いて再成した低域信号とを加算する。
【００５５】
図１０において、１００２は帯域通過フィルタ部１００１の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号と帯域通過フィルタ部１００１で除去された高域信号とを再成する高域信号再成部である。１００３は、帯域通過フィルタにより５００Ｈｚ以下の低域、および２．５ｋＨｚ以上の高域を除去する帯域通過フィルタ部である。また１００４は帯域通過フィルタ部１００３の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた低域信号と帯域通過フィルタ部１００３で除去された帯域を含む低域信号とを再成する低域信号再成部である。また、１００６は帯域通過フィルタ部１００３で入力音声信号の高域と低域とを除去した信号である。１００５は高域信号再成部１００２において再成された高域信号と、低域信号再成部１００４において再成された低域信号と、帯域通過フィルタ部１００３で入力音声信号の高域と低域とを除去した信号とを、それぞれの遅延時間と音量比とを調整し、加算して出力する帯域合成部である。
【００５６】
図１１を用いてより詳しく説明する。高域信号再成ステップ１１０３では、帯域除去ステップ１１０２において帯域通過フィルタにより高域と低域とを除去された１．５ｋＨｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、２．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。また、低域信号再成ステップ１１０５では、帯域除去ステップ１１０４において帯域通過フィルタにより高域と低域とを除去された５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、５００Ｈｚ以下の信号を再成する。
【００５７】
帯域合成ステップ１１０６では、高域信号再成ステップ１１０３において再成した２．５ｋＨｚ以上の高域信号と、低域信号再成ステップ１１０５において再成した５００Ｈｚ以下の低域信号と、帯域除去ステップ１１０４において入力音声信号の高域と低域とを除去した５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号とを加算する。
【００５８】
図１２を用いて本実施の形態における装置の全体の処理の流れを説明する。
【００５９】
本実施の形態では、高域信号再成ステップ１２０３で、帯域除去ステップ１２０２において高域と低域とを除去された１．５ｋＨｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、２．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。また、低域信号再成ステップ１２０５で、帯域除去ステップ１２０４において高域と低域とを除去された５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、５００Ｈｚ以下の信号を再成する。
【００６０】
この高域信号再成ステップ１２０３で再成した２．５ｋＨｚ以上の高域信号と、低域信号再成ステップ１２０５で再成した５００Ｈｚ以下の低域信号と、帯域除去ステップ１２０４において入力音声信号の高域と低域とを除去した５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号とを、遅延調整ステップ１２０７と音量調整ステップ１２０８とを経て帯域合成ステップ１２０９において加算する。
【００６１】
この構成により、入力音声信号から除去した高域と低域と、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた周波数帯域とを、帯域拡張処理で再成することにより、入力音声信号に含まれていたノイズ自体を削除した広帯域信号を合成することが可能となる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、２．５ｋＨｚ以上と５００Ｈｚ以下の信号を除去したが、本発明の実施の形態２にも記載したように、入力音声信号において劣化しやすい特定の帯域がある場合、帯域除去フィルタによってその帯域の信号を除去し、この帯域除去フィルタを通過した信号を用いて、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた帯域の信号と帯域除去フィルタによって除去した帯域の信号とを再成し、広帯域信号を合成することも同様に実施可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法は、狭帯域音声信号において劣化しやすい周波数帯域の信号を除去してから、帯域拡張処理を行う構成にしたので、雑音や歪に対して比較的頑強に、狭帯域音声信号の帯域拡張を行うことができる。これにより、例えば加入者回線に接続された電話機に本発明を適用すると、加入者電話回線の狭帯域音声信号は、ＡＭラジオ程度の広帯域音声信号に実質的に拡張され、受話音の明瞭度が向上するため、電話機の使用者は電話の相手の話を聴き取りやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置のブロック構成図
【図２】本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置の処理構成図
【図３】本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置の流れ図
【図４】本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置のブロック構成図
【図５】本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置の処理構成図
【図６】本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置の流れ図
【図７】本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置のブロック構成図
【図８】本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置の処理構成図
【図９】本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置の流れ図
【図１０】本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置のブロック構成図
【図１１】本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置の処理構成図
【図１２】本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置の流れ図
【符号の説明】
１０１ 低域通過フィルタ部
１０２ 高域信号再成部
１０３ 高域通過フィルタ部
１０４ 低域信号再成部
１０５ 帯域合成部
１０６ 入力音声信号
２０１ 入力音声信号
２０２ 高域除去ステップ
２０３ 高域信号再成ステップ
２０４ 低域除去ステップ
２０５ 低域信号再成ステップ
２０６ 帯域合成ステップ
３０１ アナログ／デジタル変換処理ステップ
３０２ 高域除去ステップ
３０３ 高域信号再成ステップ
３０４ 低域除去ステップ
３０５ 低域信号再成ステップ
３０６ 遅延調整ステップ
３０７ 音量調整ステップ
３０８ 帯域合成ステップ
３０９ デジタル／アナログ変換処理ステップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、狭帯域音声信号から広帯域音声信号を擬似的に生成する音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法としては、狭帯域音声信号に対して、コードブックマッピング方式や、音声信号の分析・合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｂｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を基本とする拡張方式、折り返し信号を用いて高域を補償する方式などを用いるものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８２６８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、帯域拡張処理によって拡張された周波数帯域の信号は入力される狭帯域音声信号の劣化に大きく影響されることがあり、劣化の度合いが大きい場合は未処理の信号よりも歪や雑音が増大し、かえって聞きづらい音声信号が再成されるという課題を有していた。例えば電話音声において、特に帯域限界付近の信号は交換局からの距離が長くなるに従い大きく減衰し、信号に対するノイズの比率が相対的に大きくなる。この信号にそのまま帯域拡張処理を適用すると、帯域上限限界付近の高調波歪や、帯域下限限界付近のハムノイズなどに対しても処理が行われるため、雑音がかえって目立ってしまい、または帯域制限を受ける前の話者の音声とは大きく異なる音声信号が再成されてしまうこともある。
【０００５】
上記問題を具体的に説明すると、コードブックマッチング方式を用いる場合は、入力される狭帯域音声信号の劣化の度合いが大きくなるに従い、入力される狭帯域音声信号と広帯域変換用のコードブック間のマッチング精度が低下し、誤った音声信号が出力される確率が高くなる。また、信号の折り返しや帯域シフトを行う方式の場合は、入力される狭帯域音声信号に含まれる雑音や歪がそのまま拡張帯域に反映されるため、結果として聴感的な雑音の増加や明瞭度の低下が生じてしまうことがある。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電話などの狭帯域音声信号の帯域拡張処理において、限界帯域付近の雑音や歪の影響を受け難く、また、回線状況の良し悪しによらず良好な帯域拡張処理を行うことができる音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の音声帯域拡張装置は、入力される狭帯域音声信号から帯域上限限界付近と帯域下限限界付近とを除去するフィルタ部と、フィルタ部から出力される音声信号を用いて本来の広帯域音声信号から失われた周波数帯域の信号を再成する信号再成部と、再成された音声信号と入力される狭帯域音声信号とを加算して出力する帯域合成部とを備えている。
【０００８】
本構成によって、劣化しやすい帯域限界付近の信号が除去されるので、良好な帯域拡張処理が可能となり、入力される狭帯域音声信号から聴き取りやすい広帯域音声信号を再成することができるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の音声帯域拡張装置は、狭帯域音声信号から特定の周波数帯域の信号を除去するフィルタ部と、フィルタ部から出力される音声信号を用いて、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号を再成する信号再成部と、狭帯域音声信号と信号再成部により再成された周波数帯域の信号とを、加算して出力する帯域合成部とを備えたことを特徴とするものであり、入力音声信号における劣化しやすい周波数帯域の信号を除去してから帯域拡張処理を行うことで、音質の良好な広帯域信号を合成することができるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の音声帯域拡張装置は、狭帯域音声信号から特定の周波数帯域の信号を除去するフィルタ部と、フィルタ部から出力される音声信号を用いて、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号とフィルタ部で除去された周波数帯域に存在していた信号とを再成する信号再成部と、フィルタ部から出力される音声信号と信号再成部により再成された周波数帯域の信号とを、加算して出力する帯域合成部とを備えたことを特徴とするものであり、劣化しやすい周波数帯域を除去した入力音声信号と、その信号を用いて再成した信号とを、加算することにより、もともと入力音声信号に含まれていたノイズ自体を削除することができるという作用を有する。
【００１１】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。狭帯域音声信号の代表的な例として電話音声をあげ、これを帯域拡張する場合について説明する。電話回線に音声を通す場合、送話者の電話機端末において送話者の音声が３００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚに帯域制限される。ここではこのように帯域制限を受けて受話側電話機に入力される音声信号を「入力音声信号」と呼ぶ。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置のブロック構成図、図２は本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置の処理構成図、図３は本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置の流れ図である。以下、電話音声を帯域拡張する場合の例を説明する。
【００１３】
図１において、１０１は入力音声信号における高域を除去する低域通過フィルタ部である。１０２は低域通過フィルタ部１０１の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号を推測して再成する高域信号再成部、である。また、１０３は入力音声信号における低域を除去する高域通過フィルタ部である。１０４は高域通過フィルタ部１０３の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた低い周波数帯域の信号を推測して再成する低域信号再成部である。１０５は高域信号再成部１０２において再成された高域信号と低域信号再成部１０４において再成された低域信号と入力音声信号１０６とを、それぞれの遅延時間と音量比とを調整し、加算して出力する帯域合成部である。
【００１４】
図２を用いてより詳しく説明する。
【００１５】
まず、高域信号再生について説明する。
【００１６】
高域除去ステップ２０２において低域通過フィルタにより、入力音声信号の２．５ｋＨｚ以上の信号を除去する。これにより、雑音の割合が大きく、劣化しやすい高域信号が除去される。
【００１７】
高域信号再成ステップ２０３では、高域除去ステップ２０２において高域が除去された３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、３．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。これにより、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号を再成することができる。
【００１８】
音声信号の再成方法には、コードブックマッチングを用いる方法、またはＬＰＣ残差信号や自己相関信号といった音声信号の分析・合成（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｂｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を基本とする拡張方式、または周波数シフトを用いる方法、または折り返し信号を用いて高域を補償する方式、全波整流や半波整流の整流処理を用いる方法を採用することができる。
【００１９】
例えばコードブックマッチングを用いる方法を採用する場合、参照する音声信号と同じ周波数帯域の音声信号のコードブックを用いて参照する信号を符号化し、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号を含む広帯域音声信号のコードブックにおける、対応する符号データを復号化し広帯域の音声信号を得る。そして、この広帯域の音声信号から必要とする信号帯域を抽出する。これは、入力音声信号を残し、拡張した帯域の信号を付加して出力した方が推定誤差の影響を少なくすることができるからである。
【００２０】
つまり、本実施の形態でコードブックマッチングを用いて３．５ｋＨｚ以上の高域音声信号を再成する場合、周波数が２．５ｋＨｚ以上の高域を含まない狭帯域音声信号のコードブックを用いて入力音声信号を符号化し、３．５ｋＨｚ以上の高域を含む広帯域音声信号のコードブックにおける、対応する符号データを復号化する。このようにして広帯域の音声信号を推定し、この音声信号から３．５ｋＨｚ以上の信号帯域を抽出する。ここで推定した広帯域音声をそのまま出力せずに、推定した広帯域音声から必要とする周波数帯域の信号を抽出し入力音声信号に付加して出力することにより、推定誤差の影響を少なくすることができる。
【００２１】
次に低域信号再成について説明する。
【００２２】
低域除去ステップ２０４において高域通過フィルタにより、入力音声信号の５００Ｈｚ以下の信号を除去する。これにより、ハムノイズ等が音声信号に対して目立ちやすく、信号の劣化しやすい低域信号を除去することができる。
【００２３】
低域信号再成ステップ２０５では、低域除去ステップ２０４において劣化しやすい低域が除去された５００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの信号を用いて、３００Ｈｚ以下の信号を再成する。これにより、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号を再成することができる。
【００２４】
帯域合成ステップ２０６では、高域信号再成ステップ２０３で再成した３．５ｋＨｚ以上の高域信号と、低域信号再成ステップ２０５で再成した３００Ｈｚ以下の低域信号と、３００Ｈｚから３．５ｋＨｚに帯域制限された電話音声である入力音声信号とを加算する。これにより、擬似的に広帯域の音声信号を再成することができる。
【００２５】
図３を用いて本実施の形態における装置の全体の処理の流れを説明する。
【００２６】
３００Ｈｚから３．５ｋＨｚに帯域制限された入力音声信号である電話音声を、アナログ／デジタル変換処理ステップ３０１においてアナログ信号からデジタル信号へと変換する。高域除去ステップ３０２では、デジタル信号へ変換された入力音声から２．５ｋＨｚ以上の信号を除去する。
【００２７】
高域信号再成ステップ３０３では、高域除去ステップ３０２において高域が除去された３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、３．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。
【００２８】
また、アナログ／デジタル変換処理ステップ３０１においてデジタル信号へと変換された電話音声の５００Ｈｚ以下の信号を、低域除去ステップ３０４において除去する。
【００２９】
低域信号再成ステップ３０５では、低域除去ステップ３０４において低域が除去された５００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの信号を用いて、３００Ｈｚ以下の信号を再成する。
【００３０】
遅延調整ステップ３０６では、高域信号再成ステップ３０３で抽出された高域信号と、低域信号再成ステップ３０５で抽出された低域信号と、入力音声信号との遅延時間を調整する。抽出された高域信号や低域信号には、高域除去ステップ３０２や高域信号再成ステップ３０３また低域除去ステップ３０４や低域信号再成ステップ３０５で行われるデジタル処理により遅延が生じる。それぞれの信号がどれだけ遅れるかはシミュレーションにより調べることが可能であり、最も遅れる信号と等しい遅延を生じさせるために残りの２信号の信号経路に遅延バッファを挿入する。
【００３１】
音量調整ステップ３０７では、高域信号再成ステップ３０３で抽出された高域信号及び低域信号再成ステップ３０５で抽出された低域信号の音量を調整する。例えば、高域信号の音量を入力音声信号よりも小さくして加算すると、有声音の聞こえが自然になる。これは有声音のホルマント形状が高域に向けて緩やかに減衰する傾向をもつためである。また、ここで増幅率を可変にして、帯域拡張効果の程度を調整することも可能である。
【００３２】
帯域合成ステップ３０８において、音量調整ステップ３０７までに再成・調整された高域信号と低域信号と入力音声信号とが加算され、デジタル／アナログ変換処理ステップ３０９において、帯域合成ステップ３０８で加算された信号がアナログ信号に変換される。これにより、擬似的に広帯域の音声信号を出力することができる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、入力音声信号の、高域を除去した信号を用いて高域信号を、また、低域を除去した信号を用いて低域信号を再成し、入力音声信号と加算することにより、入力音声信号の劣化の影響を受けにくい帯域拡張処理を行うことが可能となり、帯域制限を受ける前の、話者の音声に近い広帯域音声を再成することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置のブロック構成図、図５は本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置の処理構成図、図６は本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置の流れ図である。以下、電話音声を帯域拡張する場合の例を説明する。
【００３５】
図４、図５、図６に示すように、この音声帯域拡張装置の構成は、帯域合成部で加算する、高域信号と低域信号と入力音声信号のそれぞれの周波数帯域が異なることを除き、本発明の実施の形態１に記載のものと同じである。
【００３６】
つまり、本発明の実施の形態１では、帯域合成部において、入力音声信号と入力音声信号の帯域限界以上の信号と入力音声信号の帯域限界以下の信号とを加算したが、本実施の形態では、入力音声信号から高域信号と低域信号とを除去した信号と、入力音声信号から高域信号を除去した信号を用いて再成した高域信号と、入力音声信号から低域信号と除去した信号を用いて再成した低域信号とを加算する。
【００３７】
図４において、４０２は低域通過フィルタ部４０１の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号と低域通過フィルタ部４０１で除去された高域信号とを再成する高域信号再成部である。４０４は高域通過フィルタ部４０３の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた低い周波数帯域の信号と高域通過フィルタ部４０３で除去された低域信号とを再成する低域信号再成部である。また４０６は低域通過フィルタ部４０１と高域通過フィルタ部４０３とで除去される周波数帯域の信号を共に入力音声信号から除去する帯域通過フィルタ部である。４０５は高域信号再成部４０２において再成された高域信号と、低域信号再成部４０４において再成された低域信号と、帯域通過フィルタ部４０６で入力音声信号の高域と低域とを除去した信号とを、それぞれの遅延時間と音量比とを調整し、加算して出力する帯域合成部である。
【００３８】
図５を用いてより詳しく説明する。高域信号再成ステップ５０３では、高域除去ステップ５０２において低域通過フィルタにより高域を除去された３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、２．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。また、低域信号再成ステップ５０５では、低域除去ステップ５０４において高域通過フィルタにより低域を除去された５００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの信号を用いて、５００Ｈｚ以下の信号を再成する。また、帯域除去ステップ５０７では帯域通過フィルタを用いて入力音声信号から２．５ｋＨｚ以上と５００Ｈｚ以下の信号を除去する。
【００３９】
帯域合成ステップ５０６では、高域信号再成ステップ５０３において再成した２．５ｋＨｚ以上の高域信号と、低域信号再成ステップ５０５において再成した５００Ｈｚ以下の低域信号と、帯域除去ステップ５０７において入力音声信号の高域と低域とを除去した５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号とを加算する。
【００４０】
図６を用いて本実施の形態における装置の全体の処理の流れを説明する。
【００４１】
まずアナログ／デジタル変換処理ステップ６０１で入力電話音声はデジタル信号へ変換される。高域信号再成ステップ６０３で、高域除去ステップ６０２において高域除去された信号（３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚ）を用いて、２．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。また、低域信号再成ステップ６０５で、低域除去ステップ６０４において低域除去された信号（５００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚ）を用いて、５００Ｈｚ以下の信号を再成する。帯域除去ステップ６０６で帯域通過フィルタを用いて入力電話音声における２．５ｋＨｚ以上と５００Ｈｚ以下の信号を除去する。
【００４２】
この２．５ｋＨｚ以上の高域信号と５００Ｈｚ以下の低域信号と入力音声信号の高域と低域を除去した（５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの）信号とを遅延調整ステップ６０７と音量調整ステップ６０８とを経て帯域合成ステップ６０９において加算する。
【００４３】
この構成により、入力音声信号から除去した高域と低域と、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた周波数帯域とを、帯域拡張処理で再成することにより、入力音声信号に含まれていたノイズ自体を削除した広帯域信号を合成することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、２．５ｋＨｚ以上と５００Ｈｚ以下の信号を除去したが、入力音声信号において、例えば自動車のエンジンや機械のギヤなどから生じるノイズによって劣化しやすい特定の帯域がある場合、帯域除去フィルタによってその帯域の信号を除去し、この帯域除去フィルタを通過した信号を用いて、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた帯域の信号と帯域除去フィルタによって除去した帯域の信号とを再成し、広帯域信号を合成することも同様に実施可能である。
【００４５】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置のブロック構成図、図８は本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置の処理構成図、図９は本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置の流れ図である。以下、電話音声を帯域拡張する場合の例を説明する。
【００４６】
図７、図８、図９に示すように、この音声帯域拡張装置の構成は、帯域拡張処理を行う前に入力音声信号から除去する周波数帯域が異なることを除き、本発明の実施の形態１に記載のものと同じである。
【００４７】
図７において、７０１と７０３とはそれぞれ入力音声信号における低域信号と高域信号とを除去する帯域通過フィルタ部である。
【００４８】
図８を用いてより詳しく説明する。アナログ／デジタル変換処理ステップ８０１においてデジタル信号へと変換された電話音声は、帯域除去ステップ８０２において１．５ｋＨｚ以下の信号と２．５ｋＨｚ以上の信号を除去され、この信号を参照して高域信号再成ステップ８０３では３．５ｋＨｚ以上の高域信号を再成する。アナログ／デジタル変換処理ステップ８０１の出力信号はまた、帯域除去ステップ８０４において５００Ｈｚ以下の信号と２．５ｋＨｚ以上の信号を除去され、この信号を参照して低域信号再成ステップ８０５では３００Ｈｚ以下の低域信号を再成する。帯域合成ステップ８０６において、再成されたこれら２信号と入力音声信号８０１とを加算する。
【００４９】
図９を用いて本実施の形態における装置の全体の処理の流れを説明する。
【００５０】
アナログ／デジタル変換処理ステップ９０１においてデジタル信号へと変換された入力音声信号は、帯域除去ステップ９０２において１．５ｋＨｚ以下の信号と２．５ｋＨｚ以上の信号を除去され、高域信号再成ステップ９０３において３．５ｋＨｚ以上の高域信号を再成される。また、帯域除去ステップ９０４において５００Ｈｚ以下の信号と２．５ｋＨｚ以上の信号を除去され、低域信号再成ステップ９０５において３００Ｈｚ以下の低域信号を再成される。高域信号再成ステップ９０３と低域信号再成ステップ９０５とで再成された信号と、入力音声信号とは、遅延調整ステップ９０６と音量調整ステップ９０７とを経て、帯域合成ステップ９０８において加算される。
【００５１】
以上のように、本実施の形態によれば、入力音声信号から高域信号と低域信号とを共に除去することにより、劣化しやすい信号帯域を両方除去した上で高域信号と低域信号とを再成することが可能となるため、信号劣化の度合いの大きな入力音声信号においても、その影響を受けにくい帯域拡張処理を行うことができる。特に１．５ｋＨｚ以下の低域信号は高域音声信号の再成には重要でないため、１．５ｋＨｚ間での低域信号を除去することにより信号劣化の影響を受けにくい高域信号再成が可能となる。
【００５２】
（実施の形態４）
図１０は本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置のブロック構成図、図１１は本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置の処理構成図、図１２は本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置の流れ図である。以下、電話音声を帯域拡張する場合の例を説明する。
【００５３】
図１０、図１１、図１２に示すように、この音声帯域拡張装置の構成は、帯域合成部で加算する、高域信号と低域信号と入力音声信号のそれぞれの周波数帯域が異なることを除き、本発明の実施の形態３に記載のものと同じである。
【００５４】
つまり、本発明の実施の形態３では、帯域合成部において、入力音声信号と入力音声信号の帯域限界以上の信号と入力音声信号の帯域限界以下の信号とを加算したが、本実施の形態では、入力音声信号から高域信号と低域信号とを除去した信号と、入力音声信号から高域信号と低域信号とを除去した信号を用いて再成した高域信号と、入力音声信号から高域信号と低域信号とを除去した信号を用いて再成した低域信号とを加算する。
【００５５】
図１０において、１００２は帯域通過フィルタ部１００１の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた高い周波数帯域の信号と帯域通過フィルタ部１００１で除去された高域信号とを再成する高域信号再成部である。１００３は、帯域通過フィルタにより５００Ｈｚ以下の低域、および２．５ｋＨｚ以上の高域を除去する帯域通過フィルタ部である。また１００４は帯域通過フィルタ部１００３の出力信号を参照して、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた低域信号と帯域通過フィルタ部１００３で除去された帯域を含む低域信号とを再成する低域信号再成部である。また、１００６は帯域通過フィルタ部１００３で入力音声信号の高域と低域とを除去した信号である。１００５は高域信号再成部１００２において再成された高域信号と、低域信号再成部１００４において再成された低域信号と、帯域通過フィルタ部１００３で入力音声信号の高域と低域とを除去した信号とを、それぞれの遅延時間と音量比とを調整し、加算して出力する帯域合成部である。
【００５６】
図１１を用いてより詳しく説明する。高域信号再成ステップ１１０３では、帯域除去ステップ１１０２において帯域通過フィルタにより高域と低域とを除去された１．５ｋＨｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、２．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。また、低域信号再成ステップ１１０５では、帯域除去ステップ１１０４において帯域通過フィルタにより高域と低域とを除去された５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、５００Ｈｚ以下の信号を再成する。
【００５７】
帯域合成ステップ１１０６では、高域信号再成ステップ１１０３において再成した２．５ｋＨｚ以上の高域信号と、低域信号再成ステップ１１０５において再成した５００Ｈｚ以下の低域信号と、帯域除去ステップ１１０４において入力音声信号の高域と低域とを除去した５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号とを加算する。
【００５８】
図１２を用いて本実施の形態における装置の全体の処理の流れを説明する。
【００５９】
本実施の形態では、高域信号再成ステップ１２０３で、帯域除去ステップ１２０２において高域と低域とを除去された１．５ｋＨｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、２．５ｋＨｚ以上の信号を再成する。また、低域信号再成ステップ１２０５で、帯域除去ステップ１２０４において高域と低域とを除去された５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号を用いて、５００Ｈｚ以下の信号を再成する。
【００６０】
この高域信号再成ステップ１２０３で再成した２．５ｋＨｚ以上の高域信号と、低域信号再成ステップ１２０５で再成した５００Ｈｚ以下の低域信号と、帯域除去ステップ１２０４において入力音声信号の高域と低域とを除去した５００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚの信号とを、遅延調整ステップ１２０７と音量調整ステップ１２０８とを経て帯域合成ステップ１２０９において加算する。
【００６１】
この構成により、入力音声信号から除去した高域と低域と、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた周波数帯域とを、帯域拡張処理で再成することにより、入力音声信号に含まれていたノイズ自体を削除した広帯域信号を合成することが可能となる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、２．５ｋＨｚ以上と５００Ｈｚ以下の信号を除去したが、本発明の実施の形態２にも記載したように、入力音声信号において劣化しやすい特定の帯域がある場合、帯域除去フィルタによってその帯域の信号を除去し、この帯域除去フィルタを通過した信号を用いて、帯域制限を受ける前の話者の音声に本来存在していた帯域の信号と帯域除去フィルタによって除去した帯域の信号とを再成し、広帯域信号を合成することも同様に実施可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の音声帯域拡張装置及び帯域拡張方法は、狭帯域音声信号において劣化しやすい周波数帯域の信号を除去してから、帯域拡張処理を行う構成にしたので、雑音や歪に対して比較的頑強に、狭帯域音声信号の帯域拡張を行うことができる。これにより、例えば加入者回線に接続された電話機に本発明を適用すると、加入者電話回線の狭帯域音声信号は、ＡＭラジオ程度の広帯域音声信号に実質的に拡張され、受話音の明瞭度が向上するため、電話機の使用者は電話の相手の話を聴き取りやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置のブロック構成図
【図２】本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置の処理構成図
【図３】本発明の実施の形態１における音声帯域拡張装置の流れ図
【図４】本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置のブロック構成図
【図５】本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置の処理構成図
【図６】本発明の実施の形態２における音声帯域拡張装置の流れ図
【図７】本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置のブロック構成図
【図８】本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置の処理構成図
【図９】本発明の実施の形態３における音声帯域拡張装置の流れ図
【図１０】本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置のブロック構成図
【図１１】本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置の処理構成図
【図１２】本発明の実施の形態４における音声帯域拡張装置の流れ図
【符号の説明】
１０１ 低域通過フィルタ部
１０２ 高域信号再成部
１０３ 高域通過フィルタ部
１０４ 低域信号再成部
１０５ 帯域合成部
１０６ 入力音声信号
２０１ 入力音声信号
２０２ 高域除去ステップ
２０３ 高域信号再成ステップ
２０４ 低域除去ステップ
２０５ 低域信号再成ステップ
２０６ 帯域合成ステップ
３０１ アナログ／デジタル変換処理ステップ
３０２ 高域除去ステップ
３０３ 高域信号再成ステップ
３０４ 低域除去ステップ
３０５ 低域信号再成ステップ
３０６ 遅延調整ステップ
３０７ 音量調整ステップ
３０８ 帯域合成ステップ
３０９ デジタル／アナログ変換処理ステップ
Claims (11)
- 狭帯域音声信号から特定の周波数帯域の信号を除去するフィルタ部と、
前記フィルタ部から出力される音声信号を用いて、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号を再成する信号再成部と、
狭帯域音声信号と前記信号再成部により再成された周波数帯域の信号とを、加算して出力する帯域合成部と
を備えたことを特徴とする音声帯域拡張装置。 - 狭帯域音声信号から特定の周波数帯域の信号を除去するフィルタ部と、
前記フィルタ部から出力される音声信号を用いて、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号と前記フィルタ部で除去された周波数帯域に存在していた信号とを再成する信号再成部と、
前記フィルタ部から出力される音声信号と前記信号再成部により再成された周波数帯域の信号とを、加算して出力する帯域合成部と
を備えたことを特徴とする音声帯域拡張装置。 - 前記フィルタ部は、
狭帯域音声信号から帯域上限付近の信号を除去する低域通過フィルタ部である
ことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の音声帯域拡張装置。 - 前記フィルタ部は、
狭帯域音声信号から帯域下限付近の信号を除去する高域通過フィルタ部である
ことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の音声帯域拡張装置。 - 前記フィルタ部は、
狭帯域音声信号から帯域上限付近の信号と帯域下限付近の信号とを共に除去する帯域通過フィルタ部である
ことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の音声帯域拡張装置。 - 前記フィルタ部は、
狭帯域音声信号から帯域上限付近の信号を除去する低域通過フィルタ部であり、前記信号再成部は、
前記低域通過フィルタ部から出力される音声信号を用いて、狭帯域音声信号の帯域上限よりも高い周波数帯域に本来存在していた信号を再成する高域信号再成部である
ことを特徴とする請求項１に記載の音声帯域拡張装置。 - 前記フィルタ部は、
狭帯域音声信号から帯域下限付近の信号を除去する高域通過フィルタ部であり、前記信号再成部は、
前記高域通過フィルタ部から出力される音声信号を用いて、狭帯域音声信号の帯域下限よりも低い周波数帯域に本来存在していた信号を再成する低域信号再成部である
ことを特徴とする請求項１に記載の音声帯域拡張装置。 - 前記フィルタ部は、
狭帯域音声信号から帯域上限付近の信号と帯域下限付近の信号とを除去する帯域通過フィルタ部であり、
前記信号再成部は、
前記帯域通過フィルタ部から出力される音声信号を用いて、狭帯域音声信号の帯域上限よりも高い周波数帯域に本来存在していた信号を再成する高域信号再成部である
ことを特徴とする請求項１に記載の音声帯域拡張装置。 - 前記フィルタ部は、
狭帯域音声信号から帯域上限付近の信号と帯域下限付近の信号とを除去する帯域通過フィルタ部であり、
前記信号再成部は、
前記帯域通過フィルタ部から出力される音声信号を用いて、狭帯域音声信号の帯域下限よりも低い周波数帯域に本来存在していた信号を再成する低域信号再成部である
ことを特徴とする請求項１に記載の音声帯域拡張装置。 - 狭帯域音声信号から特定の周波数帯域の信号を除去する帯域通過ステップと、
前記帯域通過ステップにおいて出力される音声信号を用いて、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号を再成する信号再成ステップと、
狭帯域音声信号と前記信号再成ステップにより再成された周波数帯域の信号とを、加算して出力する帯域合成ステップと
からなることを特徴とする音声帯域拡張方法。 - 狭帯域音声信号から特定の周波数帯域の信号を除去する帯域通過ステップと、
前記帯域通過ステップから出力される音声信号を用いて、帯域制限を受ける前の、話者の音声に本来存在していた周波数帯域の信号と前記帯域通過ステップで除去された周波数帯域に存在していた信号とを再成する信号再成ステップと、
前記帯域通過ステップから出力される音声信号と前記信号再成ステップにより再成された周波数帯域の信号とを、加算して出力する帯域合成ステップと
からなることを特徴とする音声帯域拡張方法。
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