JP2013041297A - 帯域拡張装置、方法及びプログラム、並びに、電話端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 聴取周囲状況などに応じて自動調整された帯域拡張信号を生成する。
【解決手段】 本発明は、パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張装置に関する。そして、帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する特徴判定手段と、上記特徴の特徴量と、上記パラメタとを比較し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は帯域拡張装置、方法及びプログラム、並びに、電話端末に関し、例えば、帯域が制限された音声信号に対し、その帯域上限を超える信号を生成、付加して帯域を拡張する場合に適用し得るものである。

例えば、音声信号を授受する電話通信システムにおいて、伝送される音声信号の周波数帯域は０．３ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚであり、本来、人間が発する音声の周波数帯域に比べてはるかに狭いものとなっている。このため、電話を通した音声は、こもったような貧弱な品質となっている。

このような問題に対して、例えば、特許文献１の記載技術のように、受信側で、音声信号の周波数帯域を高域側に拡張して、品質の向上を図るものがある。

特許文献１の記載技術では、受信した音声信号（低域信号）から、それよりも高い帯域の音声信号（高域信号）を生成し、低域信号に高域信号を加算することで、広帯域の音声信号を得ている。ここで、特許文献１の記載技術は、低域信号に対する高域信号の加算比率を外部からの操作で可変できることに特徴を有している。

特開２０００−１３４１６２号公報

しかしながら、特許文献１の記載技術では、手動で加算比率を操作する作業量が過大であり、熟練した技術が必要となるため、一般の利用者にとっては、操作することが難しいという課題があった。

また、他の帯域拡張装置の中にも、利用者や電話端末の設置者等が、生成する高域信号に係る特性などを調整操作し得るものがある。しかしながら、操作者が調整操作を適切に実行することは難しい。

そのため、聴取周囲状況などに応じて自動調整された帯域拡張信号を生成できる帯域拡張装置、方法及びプログラム、並びに、電話端末が望まれている。

第１の本発明は、パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張装置において、（１）帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する特徴判定手段と、（２）上記特徴の特徴量と、上記パラメタとを比較し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段とを有することを特徴とする。

第２の本発明は、パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張装置において、（１）帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する第１の特徴量推定手段と、（２）上記周囲音を、帯域拡張された音声信号と同等の特性の信号に変換すると共に、上記パラメタを用いて、変換された上記周囲音の特徴量を推定する第２の特徴量推定手段と、（３）上記第２の特徴量推定手段の特徴量が上記第１の特徴量推定手段の特徴量に近付くような上記パラメタを推定し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段とを有することを特徴とする。

第３の本発明は、パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張方法において、（１）特徴判定手段は、帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定し、（２）調整量推定手段は、上記特徴の特徴量と、上記パラメタとを比較し、上記パラメタの調整量を推定することを特徴とする。

第４の本発明は、パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張方法において、（１）第１の特徴量推定手段は、帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定し、（２）第２の特徴量推定手段は、上記周囲音を、帯域拡張された音声信号と同等の特性の信号に変換すると共に、上記パラメタを用いて、変換された上記周囲音の特徴量を推定し、（３）調整量推定手段は、上記第２の特徴量推定手段の特徴量が上記第１の特徴量推定手段の特徴量に近付くような上記パラメタを推定し、上記パラメタの調整量を推定することを特徴とする。

第５の本発明は、パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張プログラムであって、コンピュータを、（１）帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する特徴判定手段と、（２）上記特徴の特徴量と、上記パラメタとを比較し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段として機能させることを特徴とする。

第６の本発明は、パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張プログラムであって、コンピュータを、（１）帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する第１の特徴量推定手段と、（２）上記周囲音を、帯域拡張された音声信号と同等の特性の信号に変換すると共に、上記パラメタを用いて、変換された上記周囲音の特徴量を推定する第２の特徴量推定手段と、（３）上記第２の特徴量推定手段の特徴量が上記第１の特徴量推定手段の特徴量に近付くような上記パラメタを推定し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段として機能させることを特徴とする。

第７の本発明の電話端末は、第１又は第２の本発明の帯域拡張装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、聴取周囲状況などに応じて自動調整された帯域拡張信号を生成することができる。

第１の実施形態に係る帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における拡張特性調整部の詳細構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態におけるパラメタ操作器でのパラメタ情報の記憶方法の説明図である。 第２の実施形態に係る帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態における拡張特性調整部の詳細構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態に対する変形実施形態の構成を示すブロック図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による帯域拡張装置、方法及びプログラム、並びに、電話端末の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

第１の実施形態は、帯域拡張信号を受話する受話側から入力される信号のノイズ成分を抽出し、ノイズ成分の大きさに応じて、帯域拡張時に出力される信号成分の大きさを変化させ、結果として、聴取時に聞き取りやすい音声となるようにしている。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。例えば、第１の実施形態の帯域拡張装置を搭載する装置（電話端末）がソフトフォンであって、帯域拡張装置が、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムで実現される場合であっても、機能的には、図１の機能ブロック図で表すことができる。

図１において、第１の実施形態に係る帯域拡張装置１００は、帯域拡張処理部１０１、拡張特性調整部１０２、送話取得部１０３、操作部１０４及び受話発音部１０５を有する。

帯域拡張処理部１０１は、動作情報ＡＩが拡張動作を指示しているときに、パラメタ情報ＰＡを適用し、受話信号ＴＳから帯域拡張信号ＥＳを形成するものであり、動作情報ＡＩが拡張動作を指示していないときに、受話信号ＴＳをそのまま通過させるものである。

帯域拡張処理部１０１が適用する帯域拡張方法として、例えば、特許文献１に記載のような広帯域コードブックと、ＬＰＣ合成と、高域抑制フィルタとを利用したものを適用する。この場合、後述する変更可能なパラメタ情報は、高域抑制フィルタにおけるフィルタ形状（周波数特性曲線）とする。なお、広帯域コードブックとして、励振ベクトルのパワーが異なる複数のものを用意しておき、パラメタ情報として、広帯域コードブックの種類を適用するようにしても良い。また、ＬＰＣ合成フィルタのフィルタ係数（α）の入力段に、フィルタ係数を変更する可変回路を設け、ＬＰＣ合成フィルタのフィルタ係数をパラメタ情報として適用するようにしても良い。

但し、帯域拡張処理部１０１が適用している帯域拡張方法は、特許文献１に記載のような方法に限定されない。例えば、ＬＰＣ合成を用いない方法や、広帯域コードブックの代わりに分析的に擬似的な高域信号を生成するような手法であっても構わない。但し、パラメタの変更によって高域信号の特性が変化する帯域拡張方法であることを要する。適用する帯域拡張方法によってパラメタ情報を定めれば良い。

受話発音部１０５は、スピーカやヘッドフォンやイアフォン等が該当し、帯域拡張処理部１０１から与えられた帯域拡張信号ＥＳ又は受話信号ＴＳを発音出力するものである。

送話取得部１０３は、電話端末に組み込まれたマイクロフォンやヘッドセットに取り付けられたマイクロフォン等が該当し、近端話者の音声を捕捉し、送話信号ＲＳを得るものである。ここで、送話信号ＲＳは、帯域拡張前の受話信号ＴＳと同様な狭帯域なものであっても良く、また、帯域拡張信号ＥＳと同様な広帯域なものであっても良い。

操作部１０４は、第１の実施形態の帯域拡張装置１００を搭載した電話端末の利用者が、帯域拡張を有効とするか無効とするか指示操作するためのものであり、有効又は無効を表す動作指示情報ＤＩを出力する。例えば、オンオフスイッチやディップスイッチを適用しても良く、キー入力部のいずれかのキーに当該機能を割り当てても良く、また、ソフトフォンの場合であれば、アイコンを適用することができる。第１の実施形態の場合、利用者は、帯域拡張に関して有効／無効だけを指示することができ、高域信号の特性に対する可変操作を行うことはできない。

拡張特性調整部１０２には、動作指示情報ＤＩ、受話信号ＴＳ及び送話信号ＲＳが入力され、拡張特性調整部１０２は、これら情報に基づいて、帯域拡張動作を実行するか否かを表す動作情報ＡＩ、及び、帯域拡張動作を実行する場合において高域信号の特性を規定するパラメタ情報ＰＡを形成して帯域拡張処理部１０１に与えるものである。

図２は、このような拡張特性調整部１０２の詳細構成例を示すブロック図である。図２において、拡張特性調整部１０２は、成分判定器１１１、雑音レベル取得器１１２、更新要否判定器１１３、パラメタ調整器１１４、パラメタ操作器１１５及び受話信号判定器１１６を有する。

成分判定器１１１は、入力された送話信号ＲＳが音声信号を含まない雑音信号であるか否かを判定するものである。成分判定器１１１は、雑音信号と判定した場合には入力され送話信号ＲＳを判定対象信号ＪＳとして出力し、雑音信号ではないと判定した場合には、判定対象信号ＪＳを出力しないか、若しくは、無意味な判定対象信号ＪＳ（例えばオール０）を出力する。入力信号が雑音信号か否かの判定は、公知の雑音判定方法を適用すれば良い。例えば、送話信号ＲＳと、それを遅延させた信号との相関関数である自己相関関数が最大となる遅延時間を定期的（例えば、１０ｍｓ置き）に推定し、その遅延時間が０．１４〜１．４ｍｓの範囲（音声信号で表れる範囲）外の時間のときに雑音信号と判定する方法を適用することができる。

雑音レベル取得器１１２は、入力された判定対象信号（雑音信号）ＪＳのレベルを算出するものである。雑音レベル取得器１１２は、例えば、入力された判定対象信号（ここではデジタル信号とする）ＪＳの所定期間（例えば１０ｍｓ）の二乗和を雑音レベル情報ＮＬとして得る。但し、雑音レベル情報ＮＬの形成方法は、これに限定されない。例えば、判定対象信号ＪＳを周波数分析し、その分析結果のうち最大となるレベルとそのときの周波数を雑音レベル情報ＮＬとして得るものであっても良い。

雑音レベル取得器１１２及び後述する受話信号判定器１１６のレベル取得は、所定周期毎に実行しても良く、また、１回の通話で１回だけ取得するようにしても良い。

更新要否判定器１１３は、雑音レベル情報ＮＬを取得し、予め設定されている閾値と比較する。更新要否判定器１１３は、雑音レベル情報ＮＬが閾値を超過している場合には、帯域拡張処理部１０１内の高域抑制フィルタのフィルタ形状（パラメタ情報）を、抑制度が小さいものに更新することと判断する。更新要否判定器１１３は、閾値を超えていた状態から閾値を超えない状態に変化した場合には、帯域拡張処理部１０１内の高域抑制フィルタのフィルタ形状（パラメタ情報）を抑制度が大きいものに更新することと判断する。閾値として、複数個用意しておいても良い。閾値が２個の場合であれば、小さい方の閾値を超過した場合には、抑制度を１段小さいものに、大きい方の閾値を超過した場合には、抑制度を２段小さいものに更新するパラメタを適用することと判断する。また、抑制度を高めるための閾値と、抑制度を低めるための閾値とを別個に持たせるようにしても良い。更新要否判定器１１３は、パラメタ情報の更新が必要であると判断した場合には、判定で示された更新後のフィルタ形状（パラメタ情報）を表す識別情報、及び、判定に使用した雑音レベル情報ＮＬを要否判定情報ＪＩとして出力する。更新要否判定器１１３には、現在適用されているフィルタ形状（パラメタ情報）を規定する識別情報（例えば後述するポインタ）が与えられており、これにより、更新後のフィルタ形状（パラメタ情報）を表す識別情報を得ることができる。

受話信号判定器１１６は、受話信号ＴＳを受取り、受話信号ＴＳの雑音レベルを受話信号特性情報ＳＬとして出力する。受話信号判定器１１６は、例えば、成分判定器１１１と同様にして音声を含まない期間の信号を得た後、雑音レベル取得器１１２が適用している雑音信号レベルの算出方法と同様な算出方法で受話信号ＴＳの雑音レベルを求める。

パラメタ調整器１１４では、要否判定情報ＪＩが与えられたときに、以下のようなパラメタ情報の調整動作を行うものである。パラメタ調整器１１４では、受話信号特性情報ＳＬと要否判定情報ＪＩに含まれる雑音レベル情報ＮＬとを比較し、雑音レベル情報ＮＬが受話信号特性情報ＳＬの所定倍（例えば１．３倍）よりも大きい場合には、パラメタ情報の更新を実行せず、雑音レベル情報ＮＬが受話信号特性情報ＳＬの所定倍以下の場合には、要否判定情報ＪＩに含まれるパラメタ情報（ここでは更新後のフイルタ形状）の識別情報を更新指示情報ＥＰとして出力する。

但し、要否判定情報ＪＩが与えられた場合に更新の実行を禁止するか否かの判定方法は、上述した方法に限定されるものではない。例えば、更新の実行を禁止させる雑音レベル情報ＮＬの下限を設定するようにしても良く、また、受話信号ＴＳの雑音レベル及び受話信号特性情報ＳＬの両方に対して、更新の実行を禁止させる下限を設定するようにしても良い。また、更新要否判定器１１３で使用されている判定指標によって、更新の実行を禁止するか否かの判定方法を変化させるようにしても良い。

パラメタ操作器１１５は、拡張動作を指示しない動作指示情報ＤＩが与えられたときは、拡張動作を指示しない動作情報ＡＩを出力し、このとき、パラメタ情報ＰＡを出力しない（なお、パラメタ情報ＰＡを出力しても良いが、帯域拡張処理部１０１がそれを無視するようにしても良い）。パラメタ操作器１１５は、拡張動作を指示する動作指示情報ＤＩが与えられたときは、以下のように作用する。パラメタ操作器１１５は、更新指示情報ＥＰが入力されたタイミングにより出力するパラメタ情報ＰＡを更新し、拡張動作を指示する動作情報ＡＩ及びパラメタ情報ＰＡを帯域拡張処理部１０１に出力する。例えば、パラメタ操作器１１５は、図３に示すように、帯域拡張処理部１０１内の高域抑制フィルタのフィルタ形状が表す抑制度の大小の順に複数のパラメタ情報を記憶しており、ポインタＰＯＩが出力するパラメタ情報を指し示すようになされている。ポインタＰＯＩの値を変更することにより、出力するパラメタ情報ＰＡが更新される。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る帯域拡張装置１００の動作を説明する。

まず、操作部１０４に対する利用者の操作によって帯域拡張が指示されていない場合の動作を説明する。

このとき、操作部１０４からは、帯域拡張を指示しない動作指示情報ＤＩが出力され、この動作指示情報ＤＩが与えられた拡張特性調整部１０２からも、帯域拡張を指示しない動作情報ＡＩが帯域拡張処理部１０１に出力される。その結果、受話信号ＴＳが帯域拡張処理部１０１をそのまま通過して受話発音部１０５に与えられ、発音出力される。

拡張特性調整部１０２の内部において、拡張動作を指示しない動作指示情報ＤＩが与えられたパラメタ操作器１１５は、拡張動作を指示しない動作情報ＡＩを出力する。成分判定器１１１〜パラメタ調整器１１４、受話信号判定器１１６は、動作していてもしていなくても良い。動作する場合であっても、パラメタ操作器１１５において、出力するパラメタ情報ＰＡは更新されないように動作する。また、帯域拡張を指示しない動作指示情報ＤＩ若しくは動作情報ＡＩを、成分判定器１１１〜パラメタ調整器１１４、受話信号判定器１１６に分配して、これらの成分判定器１１１〜パラメタ調整器１１４、受話信号判定器１１６の動作を停止させる。

次に、操作部１０４に対する利用者の操作によって帯域拡張が指示された場合の動作を説明する。

このとき、操作部１０４からは、帯域拡張を指示する動作指示情報ＤＩが出力され、この動作指示情報ＤＩが与えられた拡張特性調整部１０２から、帯域拡張を指示する動作情報ＡＩと、パラメタ情報ＰＡが帯域拡張処理部１０１に出力される。帯域拡張処理部１０１において、内部の高域抑制フィルタがパラメタ情報ＰＡに従った高域信号の抑制を行う設定となる。

受話信号ＴＳが帯域拡張処理部１０１に与えられると、帯域拡張によって高域信号を含んだ帯域拡張信号ＥＳが形成されて受話発音部１０５に与えられ、発音出力される。帯域拡張信号ＥＳの形成の際、高域信号の抑制度合はパラメタ情報ＰＡに従ったものとなっている。

帯域拡張時、拡張特性調整部１０２の内部では以下のように動作する。

成分判定器１１１においては、入力した送話信号ＲＳが雑音信号であるか否かが判定され、雑音信号であれば、判定対象信号ＪＳとして雑音レベル取得器１１２に出力され、雑音レベル取得器１１２によって雑音レベルが取得され、雑音レベル情報ＮＬが更新要否判定器１１３に与えられる。更新要否判定器１１３において、雑音レベル情報ＮＬと閾値との比較によって、パラメタ情報ＰＡの更新が必要か否か判定される。パラメタ情報ＰＡの更新が必要であれば、更新後のパラメタ情報ＰＡを指示する情報と、判定に使用した雑音レベル情報ＮＬとが要否判定情報ＪＩとしてパラメタ調整器１１４に出力される。

受話信号判定器１１６においては、受話信号ＴＳの雑音レベルが取得され、受話信号特性情報ＳＬとしてパラメタ調整器１１４に出力される。

パラメタ調整器１１４において、要否判定情報ＪＩに含まれる雑音レベル情報ＮＬが受話信号特性情報ＳＬの所定倍よりも大きい場合には、パラメタの更新を実行しないことが決定され、それ以外であれば、要否判定情報ＪＩに含まれる更新後のパラメタ情報を規定する情報が更新指示情報ＥＰとしてパラメタ操作器１１５に出力される。

更新指示情報ＥＰが与えられると、パラメタ操作器１１５から帯域拡張処理部１０１に与えられるパラメタ情報ＰＡが更新される。また、帯域拡張を指示する動作指示情報ＤＩがパラメタ操作器１１５に与えられると、帯域拡張を指示する動作情報ＡＩがパラメタ操作器１１５から出力される。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、送話信号を、受話信号を聞く環境を表す信号として用い、受話信号を聞く環境に応じて帯域拡張信号を自動調整することができる。その結果、帯域拡張信号が発音された際の音声品質を利用者などの操作によらずに高めることが可能となる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による帯域拡張装置、方法及びプログラム、並びに、電話端末の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

第２の実施形態は、送話信号の狭帯域信号から簡易的に帯域拡張信号の特性を推定し、別途取得する送話信号の広帯域信号と比較して、拡張特性を修正させるものである。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図４は、第２の実施形態に係る帯域拡張装置の構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。

図４において、第２の実施形態に係る帯域拡張装置１００Ａは、帯域拡張処理部１０１、拡張特性調整部１０２Ａ、送話取得部１０３、操作部１０４、受話発音部１０５及び集音部１０６を有する。

送話取得部１０３、操作部１０４及び受話発音部１０５は、第１の実施形態のものと同様であり、その説明は省略する。

帯域拡張処理部１０１は、第１の実施形態のものと同様である。以下では、帯域拡張処理部１０１は、特許文献１に記載のような広帯域コードブック、ＬＰＣ合成回路、高域抑制フィルタを有するものであり、パラメタ情報ＰＡが、ＬＰＣ合成時のフィルタ係数、及び、広帯域コードブックであるとして説明を行う。

集音部１０６は、例えば、送話取得部１０３を構成するマイクロフォンとは異なるマイクロフォン等が該当し、第２の実施形態の帯域拡張装置１００Ａを搭載する電話端末の周囲音を捕捉し、端末周囲信号ＱＳとして拡張特性調整器１０２Ａへ出力するものである。集音部１０６は、集音可能な周波数範囲が送話取得部１０３よりも大きい。言い換えると、集音部１０６は、広帯域信号（端末周囲信号ＱＳ）を出力し、送話取得部１０３は、狭帯域信号（送話信号ＲＳ）を出力する。例えば、送話取得部１０３の集音できる周波数上限が４ｋＨｚであれば、集音部１０６の集音できる周波数上限を８ｋＨｚにする。但し、集音部１０６の周波数上限は、帯域拡張処理部１０１で生成され、受話発音部１０５で出力される周波数上限と同じかそれ以上であることが望ましい。

第２の実施形態の拡張特性調整部１０２Ａには、動作指示情報ＤＩ、受話信号ＴＳ、送話信号ＲＳ及び端末周囲信号ＱＳが入力され、拡張特性調整部１０２Ａは、これら情報に基づいて、帯域拡張動作を実行するか否かを表す動作情報ＡＩ、及び、帯域拡張動作を実行する場合において高域信号の特性を規定するパラメタ情報ＰＡを形成して帯域拡張処理部１０１に与える。

図５は、第２の実施形態の拡張特性調整部１０２Ａの詳細構成例を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図２との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

図５において、拡張特性調整部１０２Ａは、狭帯域信号特性推定器１２１、広帯域信号特性推定器１２２、広帯域特性推定器１２３、受信信号判定器１２４、パラメタ調整器１２５及びパラメタ操作器１１５を有する。パラメタ操作器１１５は、第１の実施形態のものと同様であり、その説明は省略する。

狭帯域信号特性推定器１２１は、送話信号ＲＳの信号特性を推定し、送話信号特性情報ＲＬとして出力するものである。狭帯域信号特性推定器１２１として、例えば、公知のＬＰＣ分析器を適用するとして動作すれば良い。ここでは、送話信号ＲＳとパラメタ情報ＰＡのうちのＬＰＣ合成時のフィルタ係数とを用いて、送話信号ＲＳのＬＰＣ係数ＣＲ０を生成し、また、送話信号ＲＳと、パラメタ情報ＰＡのうちのＬＰＣ合成時のフィルタ係数と、広帯域コードブックとを用いて、広帯域相当のＬＰＣ係数ＣＲ１を生成する。また、狭帯域信号特性推定器１２１は、送話信号ＲＳの二乗和を時間平均した、送話信号ＲＳの信号パワーＲＰを計算し、この計算結果も送話信号特性情報ＲＬの１要素として出力する。

広帯域信号特性推定器１２２は、端末周囲信号ＱＳの信号特性を推定し、端末周囲特性情報ＱＬとして出力するものである。狭帯域信号特性推定器１２１がＬＰＣ分析を行うものであれば、広帯域信号特性推定器１２２は、狭帯域信号特性推定器１２１と同様にＬＰＣ分析を行うが、この際、広帯域コードブックは用いずに分析を行う。但し、狭帯域信号特性推定器１２１から得られる送話信号特性情報ＲＬに含まれるＬＰＣ係数ＣＲ０、ＣＲ１と、広帯域信号特性推定器１２２から得られる端末周囲特性情報ＱＬに含まれるＬＰＣ係数ＣＱの次数は同じ次数となるようにする。例えば、１０次を適用できるが、これに限定されるものではない。

上記説明では、狭帯域信号特性推定器１２１及び広帯域信号特性推定器１２２で推定する信号特性をＬＰＣ係数としているが、帯域拡張処理部１０１で用いられるパラメタに合わせて、他の特性を使用するようにしても良い。例えば、公知のＦＦＴ法などを用いて特定の周波数成分を求めることにより、推定する信号特性を周波数特性とすることも可能である。

広帯域特性推定器１２３は、送話信号特性情報ＲＬ及びパラメタ情報ＰＡより帯域拡張時の特性を推定し、推定結果と端末周囲特性情報ＱＬによる信号特性とを比較する。すなわち、広帯域特性推定器１２３は、送話信号特性情報ＲＬ、端末周囲特性情報ＱＬより得られたＬＰＣ係数を比較し、差分補正値を要否判定情報ＪＩとして記憶する。ここで、差分補正値とは、当該推定結果と端末周囲特性情報ＱＬによる信号特性の差分を補正する値である。第２の実施形態では、双方のＬＰＣ係数の各次数の差分のうち、最小の値としている。しかし、これに限定されず、信号特性の特性値が適切に取得できるように設計者が任意に定めることができる。例えば、ＬＰＣ係数の各次数の差分値や、ＬＰＣ係数の各次数の差分平均や、これらの値にさらに任意の変換係数を乗算した値としても良い。また、ＬＰＣ係数の差分関係ではなく、狭帯域信号特性推定器１２１から得られるＬＰＣ係数ＣＲ１が広帯域信号特性推定器１２２から得られるＬＰＣ係数ＣＱとなるような高域コードブックの差分を差分情報として扱っても良い。

受話信号判定器１２４は、受話信号ＴＳの信号パワーＴＰを計算し、受話信号特性情報ＳＬとして出力するものである。

パラメタ調整器１２５は、後述するようにして調整係数を計算し、ＬＰＣ係数の差分補正値に乗算し、ＬＰＣ係数のパラメタを更新させるべく更新指示情報ＥＰとして出力する。上述の調整係数は、要否判定情報ＪＩに含まれる信号パワーＲＰと受話信号特性情報ＳＬに含まれる信号パワーＴＰとの比ＴＰ／ＲＰで表される。

パラメタ操作器１１５は、パラメタ調整器１２５からの更新指示情報ＥＰに基づいて、パラメタ情報ＰＡにおけるＬＰＣ係数を更新する。第２の実施形態のパラメタ操作器１１５は、多くのパラメタ情報を格納しているものではなく、その都度更新されるパラメタ情報を記憶しているものである。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態に係る帯域拡張装置１００Ａの帯域拡張時の動作を説明する。

第２の実施形態においても、受話信号ＴＳが帯域拡張処理部１０１に与えられると、帯域拡張によって高域信号を含んだ帯域拡張信号ＥＳが形成されて受話発音部１０５に与えられ、発音出力される。帯域拡張信号ＥＳの形成の際、拡張特性調整部１０２Ａから与えられたパラメタ情報ＰＡに応じて帯域拡張を行う。

電話端末の周囲音は集音部１０６によって捕捉され、送話取得部１０３から出力される送話信号ＲＳよりも広帯域な信号である端末周囲信号ＱＳが得られ、拡張特性調整部１０２Ａに与えられる。拡張特性調整部１０２Ａには送話信号ＲＳや受話信号ＴＳも与えられる。

拡張特性調整部１０２Ａにおいては、パラメタ情報ＰＡを利用して送話信号ＲＳの帯域拡張信号を作成し、その帯域拡張信号と端末周囲信号ＱＳとの信号特性（第２の実施形態では、ＬＰＣ係数）の差分補正値を得、この差分補正値を、送話信号ＲＳ及び受話信号ＴＳのパワーの比に応じて調整し、この調整した差分補正値に応じてパラメタ情報ＰＡを修正させる。拡張特性調整器１０２Ａの内部では、以下のように動作している。

送話信号ＲＳの信号特性は、狭帯域信号特性推定器１２１によって推定され、送話信号特性情報ＲＬとして出力される。この際、送話信号ＲＳのパワーＲＰも計算される。また、端末周囲信号ＱＳの信号特性が広帯域信号特性推定器１２２によって推定され、端末周囲特性情報ＱＬとして出力される。

広帯域特性推定器１２３において、送話信号特性情報ＲＬ及びパラメタ情報ＰＡから、送話信号ＲＳの帯域拡張時の特性が推定され、その推定結果と端末周囲特性情報ＱＬによる信号特性とが比較される。当該比較の結果、差分補正値が計算され、当該差分補正値が要否判定情報ＪＩとして記憶される。また、要否判定情報ＪＩには、送話信号ＲＳのパワーＲＰも含められる。但し、要否判定情報ＪＩは、調整を「否」とすることがあるようにしても良い。この場合、例えば、ＬＰＣ係数ＣＲ１、ＣＱ（若しくはＣＲ１、ＣＱ）を公知のＬＳＰ係数に変換した際の低次（例えば、全体の次数が１０次ならば１〜５次）の周波数の差が予め定めた周波数（例えば１００Ｈｚ）を超える場合を「否」として、調整を実行しないようにしても良い。この場合には、要否判定情報ＪＩには、第１の実施形態と同様に無意味な判定対象信号ＪＳ（例えばオール０）を出力するようにすれば良い。また、高域コードブックの差分である場合にも、同様に、要否判定情報ＪＩが、調整の「否」を表すようにしても良い。

受話信号ＴＳの信号パワーＴＰは、受信信号判定器１２４によって計算され、パラメタ調整器１２５に与えられる。

パラメタ調整器１２５においては、送話信号ＲＳの帯域拡張時の推定特性と端末周囲特性情報ＱＬによる信号特性との差分補正値に、送話信号パワーＲＰと受話信号パワーＴＰとの比が調整係数として乗算され、この乗算結果に応じてパラメタ情報ＰＡが更新される。第２の実施形態では、常に調整係数を計算し、パラメタ情報ＰＡを更新するようにしているが、ある一定の間隔（例えば、１０秒間隔）で更新しても良く、また、固定の回数（例えば、通話開始時に１回）だけ更新するようにしても良い。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、送話信号を用いて、帯域拡張信号の広帯域特性を推定し、その推定結果と、送話信号と同様な位置から得た広帯域信号との差分補正値に従い、帯域拡張信号の特性を自動的に補正することができる。その結果、帯域拡張信号が発音された際の音声品質を利用者などの操作によらずに高めることが可能となる。

（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態の説明でも、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。

図６は、第２の実施形態に対する変形実施形態の構成を示すブロック図である。変形実施形態の帯域拡張装置１００Ｂでは、送話取得部１０３は省略され、集音部１０６から出力された広帯域の端末周囲信号ＱＳから、送話変換部１０７が高域を濾波することで送話信号ＲＳを形成するようになされている。その他は第２の実施形態と同様である。

第１の実施形態では、雑音レベルに基づいて、高域信号の抑制度を調整するものを示したが、雑音レベル情報から、拡張すべき周波数範囲を設定することも可能である。

拡張すべき周波数範囲ｆ［Ｈｚ］は、基準となる周波数ｆ１［Ｈｚ］、雑音レベル情報ＮＬに含まれる雑音レベルＬｎ［ｄＢｏｖ］、及び、受話信号特性情報ＳＬに含まれる雑音レベル情報に含まれる雑音レベルＬｓ［ｄＢｏｖ］を用いて（１）式で表される。

ｆ＝（Ｌｎ−Ｌｓ）×ｆａ＋ｆ１ …（１）
ここで、ｆａは、レベル差から周波数に変換する係数であり、例えば、１２．５を適用できる。また、基準周波数ｆ１として、例えば、６８００Ｈｚを適用できる。また、（Ｌｎ−Ｌｓ）の値は、−４０から４０の間であり、（Ｌｎ−Ｌｓ）の値が４０を超える場合には４０、（Ｌｎ−Ｌｓ）の値が−４０を下回る場合には−４０と置き換える。但し、これら値は、設計者が環境に合わせて任意に設計すれば良く、これら値に限定されない。

上記各実施形態の説明では、帯域拡張処理部１０１が、広帯域コードブックとＬＰＣ合成回路と高域抑制フィルタを有するものと説明したが、帯域拡張処理部１０１は、この方式に限らず、ＬＰＣ合成を用いない方法や、広帯域コードブックの代わりに分析的に擬似的な高域信号を生成するような手法であっても構わない。また、この場合には、パラメタも、高域抑制フィルタのフィルタ形状、及び、ＬＰＣ合成時のフィルタ係数に限らず、どちらか一方であっても良く、別の指標を適用しても構わない。

また、帯域拡張装置は、帯域拡張に合わせてサンプリングレートを変換する（例えば８ｋＨｚサンプリング信号から１６ｋＨｚサンプリング信号に変換する）ものを意図しているが、そのサンプリング周波数は限定されるものではない。また、サンプリング周波数を変えずに信号に含まれる周波数成分の範囲のみを大きくするような帯域拡張処理であっても構わない。

１００、１００Ａ、１００Ｂ…帯域拡張装置、１０１…帯域拡張処理部、１０２、１０２Ａ…拡張特性調整部、１０３…送話取得部、１０４…操作部、１０５…受話発音部、１０６…集音部、１０７…送話変換部、１１１…成分判定器、１１２…雑音レベル取得器、１１３…更新要否判定器、１１４…パラメタ調整器、１１５…パラメタ操作器、１１６…受話信号判定器、１２１…狭帯域信号特性推定器、１２２…広帯域信号特性推定器、１２３…広帯域特性推定器、１２４…受信信号判定器、１２５…パラメタ調整器。

Claims (7)

1. パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張装置において、
   帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する特徴判定手段と、
   上記特徴の特徴量と、上記パラメタとを比較し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段と
   を有することを特徴とする帯域拡張装置。
2. パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張装置において、
   帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する第１の特徴量推定手段と、
   上記周囲音を、帯域拡張された音声信号と同等の特性の信号に変換すると共に、上記パラメタを用いて、変換された上記周囲音の特徴量を推定する第２の特徴量推定手段と、
   上記第２の特徴量推定手段の特徴量が上記第１の特徴量推定手段の特徴量に近付くような上記パラメタを推定し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段と
   を有することを特徴とする帯域拡張装置。
3. パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張方法において、
   特徴判定手段は、帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定し、
   調整量推定手段は、上記特徴の特徴量と、上記パラメタとを比較し、上記パラメタの調整量を推定する
   ことを特徴とする帯域拡張方法。
4. パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張方法において、
   第１の特徴量推定手段は、帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定し、
   第２の特徴量推定手段は、上記周囲音を、帯域拡張された音声信号と同等の特性の信号に変換すると共に、上記パラメタを用いて、変換された上記周囲音の特徴量を推定し、
   調整量推定手段は、上記第２の特徴量推定手段の特徴量が上記第１の特徴量推定手段の特徴量に近付くような上記パラメタを推定し、上記パラメタの調整量を推定する
   ことを特徴とする帯域拡張方法。
5. パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張プログラムであって、
   コンピュータを、
   帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する特徴判定手段と、
   上記特徴の特徴量と、上記パラメタとを比較し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段と
   して機能させることを特徴とする帯域拡張プログラム。
6. パラメタに応じて、入力音声信号の周波数帯域を拡張する帯域拡張プログラムであって、
   コンピュータを、
   帯域拡張された音声信号を発音出力する周囲の音を集音し、当該周囲音の特徴を判定し、当該特徴の特徴量を推定する第１の特徴量推定手段と、
   上記周囲音を、帯域拡張された音声信号と同等の特性の信号に変換すると共に、上記パラメタを用いて、変換された上記周囲音の特徴量を推定する第２の特徴量推定手段と、
   上記第２の特徴量推定手段の特徴量が上記第１の特徴量推定手段の特徴量に近付くような上記パラメタを推定し、上記パラメタの調整量を推定する調整量推定手段と
   して機能させることを特徴とする帯域拡張プログラム。
7. 請求項１又は２に記載の帯域拡張装置を有することを特徴とする電話端末。

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