JP2013195713A - 音声補正装置、音声補正方法及び音声補正用コンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】音声補正装置6は、複数の周波数帯域のうち、少なくとも第1の周波数帯域及び第2の周波数帯域について、スペクトル信号値から人の聴覚特性に応じて聞き取れないスペクトル信号値に相当するマスキング閾値を減算することで知覚可能なスペクトル信号値を表す有効スペクトル信号を算出する有効スペクトル抽出部13と、第1の周波数帯域の有効スペクトル信号と第2の周波数帯域の有効スペクトル信号との差を求める帯域間パワー差算出部14と、その差に応じて所定の周波数帯域に対する補正量を決定する補正量算出部15と、補正量に応じてその所定の周波数帯域内の各周波数のスペクトル信号値を補正する補正部16とを有する。
【選択図】図2
Description
また、パワースペクトルの傾きに対する強調量を大きくすると、パワースペクトルの傾きが大きい音声信号に対しては、高周波数帯域のスペクトル成分が過剰に増幅されてしまい、かえって聞き難くなるほど音声信号が歪んでしまう。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
発明者は、低周波数帯域のパワースペクトルと高周波数帯域のパワースペクトル間の差そのものよりも、低周波数帯域及び高周波数帯域のパワースペクトルのうちの人が知覚可能な成分間の差が音のこもり感に影響するという知見を得た。
そこでこの音声補正装置は、入力された音声信号についての複数の周波数のそれぞれのパワースペクトルから、各周波数について人が知覚できないパワースペクトル値に相当するマスキング閾値を求める。そしてこの音声補正装置は、各周波数について、パワースペクトル値からマスキング閾値を減算して、人が知覚可能なパワースペクトル成分を表す有効パワースペクトル値を算出する。そしてこの音声補正装置は、低周波数帯域の有効パワースペクトルから高周波数帯域の有効パワースペクトルを減じた差が大きいほど、高周波数帯域に含まれる各周波数の周波数信号値の増幅率を高くする。
また、「パワースペクトル値」という用語は、任意の一つの周波数についてのパワースペクトルの値を表すために使用される。一方、「パワースペクトル」という用語は、複数の周波数のそれぞれのパワースペクトル値を含む、その複数の周波数を含む周波数帯域全体にわたるパワースペクトルの信号系列を表すために使用される。
このうち、制御部2、通信部3及び音声補正装置6は、それぞれ別個の回路として形成される。あるいはこれらの各部は、その各部に対応する回路が集積された一つの集積回路として携帯電話機1に実装されてもよい。さらに、これらの各部は、携帯電話機1が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される、機能モジュールであってもよい。
アナログ/デジタル変換器5は、入力音声信号を制御部2へ出力する。
スピーカ8は、音声出力部の一例であり、デジタル/アナログ変換器7から受け取った補正音声信号を再生する。
図2は、一つの実施形態による音声補正装置6の概略構成図である。音声補正装置6は、時間周波数変換部11と、マスキング閾値算出部12と、有効パワースペクトル抽出部13と、帯域間パワー差算出部14と、補正量算出部15と、補正部16と、周波数時間変換部17とを有する。
音声補正装置6が有するこれらの各部は、それぞれ、別個の回路として音声補正装置6に実装されてもよく、あるいはそれらの各部の機能を実現する一つの集積回路であってもよい。
時間周波数変換部11は、次式に従って各周波数のパワースペクトル値を算出する。
時間周波数変換部11は、フレームごとに、各周波数のパワースペクトル値をマスキング閾値算出部12及び有効パワースペクトル抽出部13へ出力する。また、時間周波数変換部11は、各周波数の周波数信号値を補正部16へ出力する。
一般に、ある周波数の音のスペクトル成分が大きいと、その周波数に近いほど、かつ、その周波数のスペクトル成分が大きいほど、その周波数近傍の周波数の音のスペクトル成分は知覚され難くなるマスキング効果が生じることが知られている。この周波数マスキング効果は、人の聴覚心理的な特性に起因する。
そこでマスキング閾値算出部12は、各フレームについて、隣接する周波数間のパワースペクトル値の変化を調べることにより、パワースペクトル値が極大値となるピーク周波数を検出する。そしてマスキング閾値算出部12は、ピーク周波数におけるパワースペクトル値が大きいほど、かつ、ピーク周波数に近いほどマスキング閾値も大きくなるように、例えば、次式に従って各周波数のマスキング閾値を算出する。
そこで変形例として、マスキング閾値算出部12は、経時的な音の変化に基づいて各周波数のマスキング閾値を算出してもよい。この場合、マスキング閾値算出部12は、最新のフレームである現フレームの各周波数に対するマスキング閾値を、現フレームよりも所定数前、例えば一つ前のフレームにおける対応する周波数のパワースペクトル値が大きいほど、大きな値に設定する。例えば、マスキング閾値算出部12は、ISO/IEC 13818-7:2006のAnnex CのC.1 Psychoacoustic ModelのC.1.4 Steps in Threshold Calculationの項に記載された閾値(マスキング閾値に相当)の算出処理に従って、マスキング閾値を算出できる。あるいは、マスキング閾値算出部12は、Third Generation Partnership Project(3GPP) TS 26.403 V9.0.0 5.4.2 Threshold Calculationの項に記載されている方法に従ってマスキング閾値を算出してもよい。
マスキング閾値算出部12は、各周波数のマスキング閾値を有効パワースペクトル抽出部13へ出力する。
例えば、帯域間パワー差算出部14は、次式に従って、低周波数帯域及び高周波数帯域内の各周波数のパワースペクトル値の平均値を、それぞれ、低周波数帯域及び高周波数帯域の有効パワースペクトルとすることで、パワー差ΔPを算出する。
グラフ600に示されるように、例えば、パワー差ΔPが基準値Pl以下であれば、基準補正係数Gmは0に設定される。そしてパワー差ΔPが基準値Plよりも大きく、かつ、補正上限値Pu以下であれば、そのパワー差ΔPが増加するにつれて基準補正係数Gmは線形に増加する。そしてパワー差ΔPが補正上限値Pu以上となると、基準補正係数Gmはその上限値Gmaxに設定される。なお、基準値Plは、例えば、音声信号を補正しなくても、その音声信号に対して人がこもり感を感じないパワー差の上限値、例えば、28dBに設定される。一方、補正上限値Pu及び基準補正係数の上限値Gmaxは、補正対象周波数帯域内の各周波数の周波数信号値を強調することにより生じる音声信号の歪みが主観的に検知されないパワー差の下限値及び基準補正係数の上限値、例えば、48dB及び20dBに設定される。
図8(a)〜図8(c)において、横軸は周波数を表し、縦軸はパワーを表す。図8(a)及び(c)に示されたグラフ800は、各周波数についてのこもり感がある音声信号のパワースペクトルを表す。また線801は、低周波数帯域内の各周波数のパワースペクトル値の平均値Plowを表し、一方、線802は、高周波数帯域内の各周波数のパワースペクトル値の平均値Phighを表す。また図(b)に示されたグラフ810は、図8(a)に示された各周波数におけるパワースペクトル値のうち、有効パワースペクトル値を表す。そして線811及び812は、それぞれ、低周波数帯域内の各周波数の有効パワースペクトル値の平均値P'low及び高周波数帯域内の各周波数の有効パワースペクトル値の平均値P'highを表す。また図8(c)に示されたグラフ820は、従来技術に従って補正された音声信号の周波数ごとのパワースペクトル値を表し、グラフ821は、音声補正装置6によって補正された音声信号の周波数ごとのパワースペクトル値を表す。図8(a)及び図8(b)に示されるように、パワースペクトル値の平均値PlowとPhigh間の差Δよりも、有効パワースペクトル値の平均値P'lowとP'high間の差Δ'の方が大きい。そのため、図8(c)に示されるように、音声補正装置6にて補正された音声信号の方が、従来技術に従って補正された音声信号よりも、低周波数帯域のパワースペクトルに対する高周波数帯域のパワースペクトルの比が大きくなっている。そのため、音声補正装置6にて補正された音声信号の方が、従来技術に従って補正された音声信号よりもこもり感が改善されている。
補正量算出部15は、パワー差ΔPが大きいほど、補正対象周波数帯域内の各周波数の周波数信号値を大きく増幅するように、補正対象周波数帯域内の各周波数の補正係数を決定する(ステップS106)。そして補正部16は、補正対象周波数帯域内の各周波数について、補正量算出部15で決定された補正係数に応じて周波数信号値を増幅することにより、各周波数の周波数信号値を補正する(ステップS107)。そして周波数時間変換部17は、補正された各周波数の周波数信号値を時間領域へ変換することで補正された音声信号を算出する(ステップS108)。
そして音声補正装置6は、補正された音声信号を出力し、音声補正処理を終了する。
グラフ1000に示されるように、この変形例では、パワー差ΔPが基準値Pl以下であれば、基準補正係数Gmは負の値に設定され、ΔPが小さくなるほど、基準補正係数Gmも小さくなる。そしてパワー差ΔPが補正下限値Pmin以下では、負の一定値、例えば、-10dBに設定される。なお、パワー差ΔPが基準値Plよりも大きい場合には、図6に示した例と同様に、パワー差ΔPに応じて基準補正係数Gmは決定される。
この場合、低周波数帯域の下限ls、上限leは、携帯電話機に搭載されたマイクロホンの近接効果により強調される周波数帯域の下限及び上限に設定されてもよい。
さらに、音声補正装置は、携帯電話機に限らず、固定電話機、または電話会議システムなどに実装されてもよい。
コンピュータ100は、ユーザインターフェース部101と、通信インターフェース部102と、記憶部103と、記憶媒体アクセス装置104と、プロセッサ105とを有する。プロセッサ105は、ユーザインターフェース部101、通信インターフェース部102、記憶部103及び記憶媒体アクセス装置104と、例えば、バスを介して接続される。
さらに、通信インターフェース部102は、イーサネット(登録商標)などの通信規格に従った通信ネットワークに接続するための通信インターフェース及びその制御回路を有してもよい。
この場合には、通信インターフェース部102は、通信ネットワークに接続された他の機器から、音声信号を取得し、プロセッサ105へ渡す。また通信インターフェース部102は、プロセッサ105から受け取った、補正された音声信号を通信ネットワークを介して他の機器へ出力してもよい。
(付記1)
時間領域の音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で周波数領域へ変換することで複数の周波数のそれぞれについてのスペクトル信号値を含むスペクトル信号を算出する時間周波数変換部と、
各周波数について、人の聴覚特性に応じて聞き取れないスペクトル信号値に相当するマスキング閾値を算出するマスキング閾値算出部と、
少なくとも第1の周波数帯域に含まれる周波数及び第2の周波数帯域に含まれる周波数についての前記スペクトル信号値と前記マスキング閾値に基づいて、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域の知覚可能なスペクトル信号を表す有効スペクトル信号を算出する有効スペクトル抽出部と、
前記第1の周波数帯域の有効スペクトル信号と前記第2の周波数帯域の有効スペクトル信号との差を求める帯域間パワー差算出部と、
前記差に応じて所定の周波数帯域の補正量を決定する補正量算出部と、
前記補正量に応じて、前記所定の周波数帯域内の各周波数のスペクトル信号値を補正することで補正スペクトル信号を算出する補正部と、
前記補正スペクトル信号を時間領域へ変換することで補正された音声信号を得る周波数時間変換部と、
を有する音声補正装置。
(付記2)
前記有効スペクトル抽出部は、前記第1の周波数帯域または前記第2の周波数帯域に含まれる各周波数について前記スペクトル信号値から前記マスキング閾値を減算することで前記第1の周波数帯域の前記有効スペクトル信号及び前記第2の周波数帯域の前記有効スペクトルを算出する、付記1に記載の音声補正装置。
(付記3)
前記マスキング閾値算出部は、現フレームにおける前記複数の周波数帯域のうち、前記スペクトル信号値が極大値となるピーク周波数を検出し、前記ピーク周波数から近く、かつ前記ピーク周波数の前記スペクトル信号値が大きい周波数ほど、当該周波数に対する前記マスキング閾値を大きくする、付記1または2に記載の音声補正装置。
(付記4)
前記マスキング閾値算出部は、現フレームよりも所定数前のフレームにおける前記スペクトル信号値が大きい周波数ほど、当該周波数に対する前記マスキング閾値を大きくする、付記1または2に記載の音声補正装置。
(付記5)
前記第1の周波数帯域は、当該第1の周波数帯域の前記スペクトル信号値を増幅することでこもり感が悪化する周波数帯域であり、一方、前記第2の周波数帯域は、当該第2の周波数帯域の前記スペクトル信号値を増幅することでこもり感が改善する周波数帯域である、付記1〜4の何れか一項に記載の音声補正装置。
(付記6)
前記第1の周波数帯域は、前記音声信号を取得した音声入力部の特性によって周波数信号が増幅される第3の周波数帯域に含まれる、付記1〜5の何れか一項に記載の音声補正装置。
(付記7)
前記第2の周波数帯域は前記第1の周波数帯域よりも高く、
前記補正部は、前記補正量に応じて、前記第1の周波数帯域内の周波数の前記スペクトル信号値に対する前記第2の周波数帯域内の周波数の前記スペクトル信号値の比を高くするように、前記補正スペクトル信号を算出する、付記1〜6の何れか一項に記載の音声補正装置。
(付記8)
前記補正量算出部は、前記差が大きいほど、前記スペクトル信号値の比が高くなるように、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域のうちの少なくとも一方に対する前記補正量を決定する、付記7に記載の音声補正装置。
(付記9)
時間領域の音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で周波数領域へ変換することで複数の周波数のそれぞれについてのスペクトル信号値を含むスペクトル信号を算出し、
各周波数について、人の聴覚特性に応じて聞き取れないスペクトル信号値に相当するマスキング閾値を算出し、
少なくとも第1の周波数帯域に含まれる周波数及び第2の周波数帯域に含まれる周波数についての前記スペクトル信号値と前記マスキング閾値に基づいて、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域の知覚可能なスペクトル信号を表す有効スペクトル信号を算出し、
前記第1の周波数帯域の有効スペクトル信号と前記第2の周波数帯域の有効スペクトル信号との差を求め、
前記差に応じて、所定の周波数帯域に対する補正量を決定し、
前記補正量に応じて、前記所定の周波数帯域内の各周波数のスペクトル信号値を補正することで補正スペクトル信号を算出し、
前記補正スペクトル信号を時間領域へ変換することで補正された音声信号を得る、
ことを含む音声補正方法。
(付記10)
時間領域の音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で周波数領域へ変換することで複数の周波数のそれぞれについてのスペクトル信号値を含むスペクトル信号を算出し、
各周波数について、人の聴覚特性に応じて聞き取れないスペクトル信号値に相当するマスキング閾値を算出し、
少なくとも第1の周波数帯域に含まれる周波数及び第2の周波数帯域に含まれる周波数についての前記スペクトル信号値と前記マスキング閾値に基づいて、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域の知覚可能なスペクトル信号を表す有効スペクトル信号を算出し、
前記第1の周波数帯域の有効スペクトル信号と前記第2の周波数帯域の有効スペクトル信号との差を求め、
前記差に応じて、所定の周波数帯域に対する補正量を決定し、
前記補正量に応じて、前記所定の周波数帯域内の各周波数のスペクトル信号値を補正することで補正スペクトル信号を算出し、
前記補正スペクトル信号を時間領域へ変換することで補正された音声信号を得る、
ことをコンピュータに実行させる音声補正用コンピュータプログラム。
2 制御部
3 通信部
4 マイクロホン
5 アナログ/デジタル変換器
6 音声補正装置
7 デジタル/アナログ変換器
8 スピーカ
11 時間周波数変換部
12 マスキング閾値算出部
13 有効パワースペクトル抽出部
14 帯域間パワー差算出部
15 補正量算出部
16 補正部
17 周波数時間変換部
100 コンピュータ
101 ユーザインターフェース部
102 通信インターフェース部
103 記憶部
104 記憶媒体アクセス装置
105 プロセッサ
106 記憶媒体
Claims (8)
- 時間領域の音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で周波数領域へ変換することで複数の周波数のそれぞれについてのスペクトル信号値を含むスペクトル信号を算出する時間周波数変換部と、
各周波数について、人の聴覚特性に応じて聞き取れないスペクトル信号値に相当するマスキング閾値を算出するマスキング閾値算出部と、
少なくとも第1の周波数帯域に含まれる周波数及び第2の周波数帯域に含まれる周波数についての前記スペクトル信号値と前記マスキング閾値に基づいて、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域の知覚可能なスペクトル信号を表す有効スペクトル信号を算出する有効スペクトル抽出部と、
前記第1の周波数帯域の有効スペクトル信号と前記第2の周波数帯域の有効スペクトル信号との差を求める帯域間パワー差算出部と、
前記差に応じて所定の周波数帯域の補正量を決定する補正量算出部と、
前記補正量に応じて、前記所定の周波数帯域内の各周波数のスペクトル信号値を補正することで補正スペクトル信号を算出する補正部と、
前記補正スペクトル信号を時間領域へ変換することで補正された音声信号を得る周波数時間変換部と、
を有する音声補正装置。 - 前記有効スペクトル抽出部は、前記第1の周波数帯域または前記第2の周波数帯域に含まれる各周波数について前記スペクトル信号値から前記マスキング閾値を減算することで前記第1の周波数帯域の前記有効スペクトル信号及び前記第2の周波数帯域の前記有効スペクトルを算出する、請求項1に記載の音声補正装置。
- 前記マスキング閾値算出部は、現フレームにおける前記複数の周波数帯域のうち、前記スペクトル信号値が極大値となるピーク周波数を検出し、前記ピーク周波数から近く、かつ前記ピーク周波数の前記スペクトル信号値が大きい周波数ほど、当該周波数に対する前記マスキング閾値を大きくする、請求項1または2に記載の音声補正装置。
- 前記マスキング閾値算出部は、現フレームよりも所定数前のフレームにおける前記スペクトル信号値が大きい周波数ほど、当該周波数に対する前記マスキング閾値を大きくする、請求項1または2に記載の音声補正装置。
- 前記第2の周波数帯域は前記第1の周波数帯域よりも高く、
前記補正部は、前記補正量に応じて、前記第1の周波数帯域内の周波数の前記スペクトル信号値に対する前記第2の周波数帯域内の周波数の前記スペクトル信号値の比を高くするように、前記補正スペクトル信号を算出する、請求項1〜4の何れか一項に記載の音声補正装置。 - 前記補正量算出部は、前記差が大きいほど、前記スペクトル信号値の比が高くなるように、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域のうちの少なくとも一方に対する前記補正量を決定する、請求項5に記載の音声補正装置。
- 時間領域の音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で周波数領域へ変換することで複数の周波数のそれぞれについてのスペクトル信号値を含むスペクトル信号を算出し、
各周波数について、人の聴覚特性に応じて聞き取れないスペクトル信号値に相当するマスキング閾値を算出し、
少なくとも第1の周波数帯域に含まれる周波数及び第2の周波数帯域に含まれる周波数についての前記スペクトル信号値と前記マスキング閾値に基づいて、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域の知覚可能なスペクトル信号を表す有効スペクトル信号を算出し、
前記第1の周波数帯域の有効スペクトル信号と前記第2の周波数帯域の有効スペクトル信号との差を求め、
前記差に応じて、所定の周波数帯域に対する補正量を決定し、
前記補正量に応じて、前記所定の周波数帯域内の各周波数のスペクトル信号値を補正することで補正スペクトル信号を算出し、
前記補正スペクトル信号を時間領域へ変換することで補正された音声信号を得る、
ことを含む音声補正方法。 - 時間領域の音声信号を所定の時間長を持つフレーム単位で周波数領域へ変換することで複数の周波数のそれぞれについてのスペクトル信号値を含むスペクトル信号を算出し、
各周波数について、人の聴覚特性に応じて聞き取れないスペクトル信号値に相当するマスキング閾値を算出し、
少なくとも第1の周波数帯域に含まれる周波数及び第2の周波数帯域に含まれる周波数についての前記スペクトル信号値と前記マスキング閾値に基づいて、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域の知覚可能なスペクトル信号を表す有効スペクトル信号を算出し、
前記第1の周波数帯域の有効スペクトル信号と前記第2の周波数帯域の有効スペクトル信号との差を求め、
前記差に応じて、所定の周波数帯域に対する補正量を決定し、
前記補正量に応じて、前記所定の周波数帯域内の各周波数のスペクトル信号値を補正することで補正スペクトル信号を算出し、
前記補正スペクトル信号を時間領域へ変換することで補正された音声信号を得る、
ことをコンピュータに実行させる音声補正用コンピュータプログラム。
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