JP3466546B2

JP3466546B2 - 時定数処理回路、時定数処理方法、音声圧縮装置、音声伸長装置、音声圧縮方法、音声伸長方法、および記録媒体

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Publication number: JP3466546B2
Application number: JP2000193204A
Authority: JP
Inventors: 聖臣内海
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP2002016463A; US7003468B2; US20030004732A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音声ミキシング調
整卓（音声ミキサー）および音声信号の調整を行うその
他の信号処理装置（シグナルプロセッサ）において、音
声信号の値に応じた利得を与える音声圧縮の機能、音声
伸長の機能、および利得の変化を設定された時定数に従
って平滑する時定数処理の機能に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、音声圧縮および音声伸長を行う場
合、図１０に示すような構成の信号処理装置６０が使用
されてきた。この信号処理装置６０は、絶対値生成器６
１と、加算器６２と、利得生成器６３と、乗算器６４
と、積分器３０を有する。そして、音声入力Ａと、閾値
設定Ｂと、圧縮比設定Ｃと、アタック係数設定Ｄと、リ
リース係数設定Ｅと、音声出力Ｆを有する。このような
信号処理装置６０において、加算器６２によって音声入
力Ａの絶対値と閾値設定Ｂの設定値との差が生成され、
圧縮比設定Ｃの設定値とあわせて利得生成器６３に入力
され、利得値が生成される。

【０００３】図１０の信号処理装置６０において、利得
生成器６３が生成した利得値をそのまま音声入力Ａの値
に乗算してしまうと、音声圧縮の場合には、音声入力Ａ
の絶対値が閾値を上回ったサンプリング時刻のみ音声信
号値の圧縮が行われることになり、音声伸長の場合に
は、音声入力Ａの絶対値が閾値を下回ったサンプリング
時刻のみ、音声信号値の伸長が行われることになる。

【０００４】したがって、音声圧縮の場合、音声入力Ａ
に入力される音声信号のピーク値が閾値を上回っていて
も、音声信号は交流であるため必ず閾値を下回るサンプ
リング時刻が存在し、これらの時刻においては圧縮作用
が働かないので、出力波形が入力に対して変化すること
になり、音声信号のピーク値が閾値を上回る状態が長く
続く場合、音色を変化させてしまうという、好ましくな
い現象をもたらす。

【０００５】また、音声伸長の場合、音声入力Ａに入力
される音声信号のピーク値が閾値を上回っていても、音
声信号は交流であるため必ず閾値を下回るサンプリング
時刻が存在し、これらの時刻においては伸長作用が働く
ので、出力波形が入力に対して変化することになり、音
声信号のピーク値が閾値を上回る状態が長く続く場合、
音色を変化させてしまうという、好ましくない現象をも
たらす。

【０００６】このため、一般に、積分器と呼ばれる回路
を使用し、利得生成器６３の出力結果を時間方向に平滑
する処理を行ったのち、音声入力の値との乗算を行い音
声出力を得る。図１０の積分器３０は、加算器３１と、
遅延器３２と、加算器３３と、２つの乗算器３４、３５
と、スイッチ３６を有する。

【０００７】加算器３３は、遅延器３２を経て得られた
１サンプリング時刻前の積分器３０の処理結果と、現サ
ンプリング時刻の積分器３０への入力値との差を得る。
スイッチ３６はサンプリング時刻ごとに前記差値の正負
によって切り替わる。スイッチ３６の接続に従ったアタ
ック係数もしくはリリース係数と前記差との積が、加算
器３１において積分器３０への入力値と加算され、積分
器３０の出力となる。音声圧縮において前記差が負の場
合、もしくは音声伸長において前記差が正の場合、現サ
ンプリング時刻の音声入力の値が前サンプリング時刻の
値を下回り、これは「リリース」と呼ばれる。逆に音声
圧縮において前記差が正の場合、もしくは音声伸長にお
いて前記差が負の場合、現サンプリング時刻の音声入力
の値が前サンプリング時刻の値を上回り、これは「アタ
ック」と呼ばれる。つまりスイッチ３６はアタックもし
くはリリースによって切り替わり、アタック時はアタッ
ク係数設定Ｄへの入力と加算器３３の結果との積、リリ
ース時はリリース係数設定Ｅへの入力と加算器３３の結
果との積を選択し、加算器３１に対して出力する働きを
する。このようにスイッチ３６の働きによってアタック
時用およびリリース時用の時定数を分離することがで
き、用途に応じて使い分けることができる。そして、積
分器３０全体の働きによって、時間的に平滑された利得
値が、乗算器６４において音声入力Ａの入力値と乗算さ
れ、音声出力Ｆとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示した回路では、以下のような問題があった。

【０００９】図１０の信号処理装置６０が、入力レベル
が設定された閾値を上回った場合に利得生成器６３が１
未満のレベルを生成することによって、音声出力のレベ
ルを減衰させる働きをする音声圧縮装置である場合、ア
タックタイムがゼロである場合は閾値を超える音声信号
に対して瞬時に積分器３０が動作するため、たとえば振
幅一定の正弦波が装置に入力された場合、ピーク値が閾
値を超えていれば瞬時に積分器３０が追従し、リリース
タイムの働きでピーク値に対する利得が保持され続け、
一定の振幅の正弦波入力に対し一定の利得で減衰された
波形を出力するという、正しい動作をする。しかしアタ
ックタイムが長めに設定された場合、同じく振幅一定の
正弦波が入力された場合でも、あるサンプリング時刻に
おいて音声信号がピーク値となってもアタックタイムの
作用により音声出力はその時刻において瞬時には利得生
成器６３の生成する利得には従わず、収束時間を要する
ことになるが、各サンプリング時刻における積分器３０
に入力される利得値は「音声信号のピーク値に対する利
得値」と１との間で変動するため、積分器３０が収束さ
せるべき値も各サンプリング時刻ごとに変動し、結局時
間がたっても入力される音声信号のピーク値に対する利
得には収束できない。つまり、アタックタイムを変化さ
せることによって、音声信号の出力値に影響するという
不具合が発生する。

【００１０】図１０の信号処理装置６０が、入力レベル
が設定された閾値を下回った場合に利得生成器６３が１
未満のレベルを生成することによって、音声出力のレベ
ルを減衰させる働きをする音声伸長装置である場合、ア
タックタイムがゼロである場合は閾値を超える音声信号
に対して瞬時に積分器３０が動作するため、たとえば振
幅一定の正弦波が装置に入力された場合、ピーク値が閾
値を超えていれば瞬時に積分器３０が追従し、利得が１
となり、リリースタイムの働きで利得１が保持され続
け、出力される音声信号のレベルはほとんど減衰せず、
正しい動作をする。しかしアタックタイムが長めに設定
された場合、同じく振幅一定の正弦波が入力された場合
でも、あるサンプリング時刻において音声信号がピーク
値となってもアタックタイムの作用により瞬時に利得１
には収束しないが、一方入力される音声信号の各サンプ
リング時刻ごとの値は０からピーク値の範囲で変動する
ため、積分器７０に入力される利得値は「音声信号のゼ
ロ値に対する利得値」と１との間で変動するため、積分
器７０が収束させるべき値も各サンプリング時刻ごとに
変動し、結局時間がたっても利得値１には収束できな
い。つまり、アタックタイムを変化させることによっ
て、音声信号の出力値に影響するという不具合が発生す
る。

【００１１】以上の問題点を解決するため、入力される
音声信号に対して、あるサンプリング時刻までさかのぼ
った範囲での時間平均を算出し「直流化・平滑化」した
上で利得生成器６３の入力とする方法が考えられるが、
瞬間的なレベル変動に追従できないという問題点があ
る。

【００１２】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、簡単な処理で利得の時定数処理を正し
く行うことができ、瞬時的な利得の追従も可能な時定数
処理機能、音声圧縮機能、および音声伸長機能を提供す
るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の時定数処理回路
は、信号と第１のアタック係数と第１のリリース係数と
を入力して前記信号に時定数を与える第１の積分器と、
前記第１の積分器の出力と第２のアタック係数と第２の
リリース係数とを入力して前記第１の積分器の出力に時
定数を与える第２の積分器と、を有し、前記第１のアタ
ック係数はゼロに固定し、前記第２のアタック係数は所
望のアタックタイムに対応した値、前記第１のリリース
係数および前記第２のリリース係数は、前記第１の積分
器および前記第２の積分器の時定数の合計が所望のリリ
ースタイムとなる値に設定するようにした構成を有して
いる。この構成により、音声信号に対して利得値の獲得
を遅れないようにすることができ、なおかつ音声波形の
崩れを最小限とすることができる時定数処理回路を提供
することができる。

【００１４】本発明の音声圧縮装置は、音声信号の絶対
値を生成する絶対値生成器と、前記絶対値と閾値との差
を生成する引算器と、前記差と圧縮比とに基づいて利得
を生成する利得生成器と、前記利得を入力して所望のア
タックタイムおよび所望のリリースタイムを与える請求
項１に記載の時定数処理回路と、前記時定数処理回路の
出力で前記音声信号のレベルを制御するレベル制御手段
と、を備えた構成を有している。この構成により、音声
信号に対して利得値の獲得を遅れないようにすることが
でき、なおかつ音声波形の崩れを最小限とすることがで
きる音声圧縮装置を提供することができる。

【００１５】本発明の音声伸長装置は、音声信号の絶対
値を生成する絶対値生成器と、前記絶対値と閾値との差
を生成する引算器と、前記差と伸長比とに基づいて利得
を生成する利得生成器と、前記利得を入力して所望のア
タックタイムおよび所望のリリースタイムを与える請求
項１に記載の時定数処理回路と、前記時定数処理回路の
出力で前記音声信号のレベルを制御するレベル制御手段
と、を備えた構成を有している。この構成により、音声
信号に対して利得値の獲得を遅れないようにすることが
でき、なおかつ音声波形の崩れを最小限とすることがで
きる音声伸長装置を提供することができる。

【００１６】本発明の時定数処理方法は、信号に所望の
アタックタイムおよび所望のリリースタイムを与える時
定数処理方法において、信号と第１のアタック係数と第
１のリリース係数とを第１の積分器に入力して前記信号
に時定数を与える工程と、前記第１の積分器の出力と第
２のアタック係数と第２のリリース係数とを第２の積分
器に入力して前記第１の積分器の出力に時定数を与える
工程とを有し、前記第１のアタック係数はゼロに固定
し、前記第２のアタック係数は所望のアタックタイムに
対応した値、前記第１のリリース係数および前記第２の
リリース係数は前記第１の積分器および前記第２の積分
器の時定数の合計が所望のリリースタイムとなる値に設
定した構成を有している。この構成により、音声信号に
対して利得値の獲得を遅れないようにすることができ、
なおかつ音声波形の崩れを最小限とすることができる時
定数処理を提供することができる。

【００１７】本発明の音声圧縮方法は、音声信号の絶対
値を生成する工程と、前記絶対値と閾値との差を生成す
る工程と、前記差と圧縮比とに基づいて利得を生成する
工程と、請求項４に記載の時定数処理方法で前記利得に
所望のアタックタイムおよび所望のリリースタイムを与
える工程と、前記アタックタイムおよび前記リリースタ
イムを与えた利得で前記音声信号のレベルを制御する工
程と、からなる構成を有している。この構成により、音
声信号に対して利得値の獲得を遅れないようにすること
ができ、なおかつ音声波形の崩れを最小限とすることが
できる音声圧縮方法を提供することができる。

【００１８】本発明の音声伸長方法は、音声信号の絶対
値を生成する工程と、前記絶対値と閾値との差を生成す
る工程と、前記差と伸長比とに基づいて利得を生成する
工程と、請求項４に記載の時定数処理方法で前記利得に
所望のアタックタイムおよび所望のリリースタイムを与
える工程と、前記アタックタイムおよび前記リリースタ
イムを与えた利得で前記音声信号のレベルを制御する工
程と、からなる構成を有している。この構成により、音
声信号に対して利得値の獲得を遅れないようにすること
ができ、なおかつ音声波形の崩れを最小限とすることが
できる音声伸長方法を提供することができる。

【００１９】本発明の記録媒体は、信号と第１のアタッ
ク係数と第１のリリース係数とを入力して前記信号に時
定数を与える第１の積分手段、前記第１の積分手段の出
力と第２のアタック係数と第２のリリース係数とを入力
して前記第１の積分手段の出力に時定数を与える第２の
積分手段として機能させるとともに、前記第１のアタッ
ク係数はゼロに固定し、前記第２のアタック係数は所望
のアタックタイムに対応した値、前記第１のリリース係
数および前記第２のリリース係数は前記第１の積分手段
および前記第２の積分手段の時定数の合計が所望のリリ
ースタイムとなる値に設定したプログラムを記憶した構
成を有している。この構成により、音声信号に対して利
得値の獲得を遅れないようにすることができ、なおかつ
音声波形の崩れを最小限とすることができる時定数処理
手順を実行させることができる。

【００２０】本発明の記録媒体は、音声信号の絶対値を
生成する手順と、前記絶対値と閾値との差を生成する手
順と、前記差と圧縮比とに基づいて利得を生成する手順
と、請求項４に記載の時定数処理方法で前記利得に所望
のアタックタイムおよび所望のリリースタイムを与える
手順と、前記アタックタイムおよび前記リリースタイム
を与えた利得で前記音声信号のレベルを制御する手順
と、を実行させるプログラムを記憶した構成を有してい
る。この構成により、音声信号に対して利得値の獲得を
遅れないようにすることができ、なおかつ音声波形の崩
れを最小限とすることができる音声圧縮手順を実行させ
ることができる。

【００２１】本発明の記録媒体は、音声信号の絶対値を
生成する手順と、前記絶対値と閾値との差を生成する手
順と、前記差と伸長比とに基づいて利得を生成する手順
と、請求項４に記載の時定数処理方法で前記利得に所望
のアタックタイムおよび所望のリリースタイムを与える
手順と、前記アタックタイムおよび前記リリースタイム
を与えた利得で前記音声信号のレベルを制御する手順
と、を実行させるプログラムを記憶した構成を有してい
る。この構成により、音声信号に対して利得値の獲得を
遅れないようにすることができ、なおかつ音声波形の崩
れを最小限とすることができる音声伸長手順を実行させ
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を用いて説明する。図１は本発明に係わる音声圧縮装
置および音声伸長装置の一実施形態を示すブロック図、
図２は積分器を示すブロック図、図３は本発明に係わる
音声圧縮方法の一実施形態を示すフローチャート、図４
および図５は本発明に係わる音声圧縮方法における波形
図、図６は本発明に係わる音声伸長方法の一実施形態を
示すフローチャート、図７および図８は本発明に係わる
音声伸長方法における波形図である。ここで、音声圧縮
装置および音声伸長装置とは、入力された音声信号の入
力値の大小により利得を変動させ、入力された音声信号
のレベルを制御し出力する装置をいう。一般に、利得の
範囲は０から１の間であり、本実施の形態でもそれに従
う。また、一般に、音声圧縮装置は、ある閾値レベルを
境界とし、入力レベルが設定された閾値を上回った場合
に利得が変動する（つまり、利得が１以下となる）よう
になっており、音声伸長装置は、ある閾値レベルを境界
とし、入力レベルが設定された閾値を下回った場合に利
得が変動する（つまり、利得が１以下となる）ようにな
っている。以下、圧縮装置と伸長装置に場合分けをし
て、図１〜図８を用いて説明する。

【００２３】図１において、絶対値生成器１１は入力さ
れた音声信号の絶対値を生成する。加算器１２（引算
器）は絶対値生成器１１が生成した絶対値と閾値設定Ｂ
で設定された閾値との差を生成する。利得生成器１３は
音声信号の値の圧縮率を各サンプリング時刻において定
めるものであり、加算器１２が生成した差と圧縮比設定
Ｃで設定された圧縮比に基づいて、０から１までの範囲
の数値（以下、利得値という）を生成する。なお、実際
のディジタル信号処理において利得生成器１３は、例え
ば、ＤＳＰでの処理が容易な多項式による有理関数で理
想特性を近似する構成とする。アタック・リリース回路
２０（時定数処理回路）はアタック係数設定Ｄで設定さ
れた所望のアタック係数に基づいて利得生成器１３が生
成した利得にアタックタイムを与えるとともに、リリー
ス係数設定Ｅで設定された所望のリリース係数に基づい
て利得生成器１３が生成した利得にリリースタイムを与
えて利得を平滑し、乗算器１４（レベル制御手段）はア
タック・リリース回路２０が平滑した利得で音声信号の
レベルを制御する。

【００２４】アタック・リリース回路２０は、第１の積
分器２１と第２の積分器２２と時定数振分器２３を有す
る。第１の積分器２１および第２の積分器２２は、図２
に示すようになっており、構成は図１０に示す積分器３
０と同じである。アタック係数設定Ｄには利得に所望の
アタックタイムを与える所定のアタック係数が設定され
る。第１の積分器２１にはアタック係数としてゼロが入
力され、第２の積分器２２にはアタック係数としてアタ
ック係数設定Ｄで設定された所定のアタック係数が入力
される。リリース係数設定Ｅには利得に所望のリリース
係数を与える所定のリリース係数が設定される。第１の
積分器２１および第２の積分器２２には所望のリリース
タイムの半分のリリースタイムを与えるリリース係数が
分割して入力される。

【００２５】以下、音声圧縮におけるアタック・リリー
ス回路２０の動作を、図１〜図５を用いて説明する。

【００２６】図４に示す波形Ａの音声信号が入力され、
時刻ｔ０以降で振幅が大きくなり、時刻ｔ１以降で圧縮
が作用するとする。この場合、設定したアタック係数に
よって波形Ｃのような出力が得られるべきである。説明
のため、仮に第１の積分器２１のみ動作すると考え、第
２の積分器２２の動作を無視すると、第１の積分器２１
はアタック係数がゼロで固定されているため、図４の波
形Ｂのような波形が得られる。この理由を図５の波形
Ｄ、Ｅ、Ｆおよび図３のフローチャートを用いて説明す
ると、時刻ｔ０を過ぎてから、入力した音声信号のレベ
ルが閾値を超える時刻ｔ１を経て、最初のピークとなる
時刻ｔ２までは瞬時利得が低下し続けるため、ステップ
Ｓ４１において「イエス」の判定が続き、ゼロのアタッ
ク係数（第１のアタック係数）が作用し続け、積分器が
動作せず瞬時利得値をそのまま出力し続ける（Ｓ４１
Ａ）。時刻ｔ２以降、入力した音声信号が最初のピーク
に達してからゼロに近づくまでは、瞬時利得が上昇に転
じるためステップＳ４１において「ノー」の判定が続
き、第１のリリース係数が作用し続け、所望のリリース
タイムの半分のリリースタイムが入力した音声信号に与
えられる（Ｓ４１Ｂ）。ここで、リリースタイムが図４
の波形の周期より大きければ、リリースタイムの働きに
よりピーク時の利得がほぼ保持される。そして入力波形
が次のピークに達するまで、前サンプリング時刻におけ
る積分器の出力つまりほぼピーク時の利得と、瞬時利得
が比較され、ピーク時の利得が小さいためステップＳ４
１において「ノー」の判定が続く。したがって第１の積
分器２１が出力する利得は入力信号のピーク値に対する
利得でほぼ一定に保たれ、第２の積分器２２の存在を無
視すると、波形をほとんど変化させないまま包絡線ごと
圧縮することになり、波形Ｂのような波形が得られる。

【００２７】ここで、無視した第２の積分器２２の動作
を考える。第２の積分器２２は、第1の積分器２１で行
わなかったアタック処理を担う。第１の積分器２１への
入力は一般にサンプリング時刻ごとに振動するため交流
成分を多く含み、大きなアタックタイムを与えると、図
１０において積分器３０が単独でアタック・リリース回
路として使用される場合と同様の問題、すなわち「発明
が解決しようとする課題」で述べたように時定数に対し
て十分な時間が経過しても利得が正しい値に収束できな
いという問題が起こる。しかし本実施の形態における第
２の積分器２２においては、入力される利得値が第１の
積分器２１の働きにより平滑されており、入力した音声
信号の振幅値が一定ならば第１の積分器２１の出力もほ
ぼ一定なので、サンプリング時刻ごとに変動することが
ほとんどなく、アタックタイムより十分長い時間が経過
すれば第１の積分器２１が出力する一定値に第２の積分
器２２の出力結果が収束する。時刻ｔ０になった瞬間、
第２の積分器２２に入力される利得値が小さくなりアタ
ックと判定されるため、図３のフローチャートのステッ
プＳ４２において「イエス」と判定され、第２のアタッ
ク係数、すなわち、アタック係数設定Ｄで設定された係
数が適用され、所望のアタックタイムが与えられる。し
たがって出力結果は図４の波形Ｃのようになり、利得の
収束値はアタックタイムがゼロである場合に等しくな
る。したがってアタックタイムによって利得の収束値が
変動することはない。

【００２８】逆にリリースの場合は、時定数振分器２３
の働きにより、第１の積分器２１からは所望のリリース
タイムの半分のリリースタイムが与えられた利得値が出
力され、残りの半分のリリースタイムは第２の積分器２
２で与えられる。図３のフローチャートにおいては、ス
テップＳ４１、Ｓ４２ともに「ノー」と判定される。ア
タックの場合もリリースの場合も、第１の積分器２１お
よび第２の積分器２２を通して、アタックタイムの合計
およびリリースタイムの合計は、それぞれ所望のアタッ
クタイムおよび所望のリリースタイムとなり、アタック
・リリース回路２０全体の時定数は設定通りとなる。

【００２９】次に、音声伸長におけるアタック・リリー
ス回路２０の動作を、図１、図２、図６〜図８を用いて
説明する。

【００３０】図７に示す波形Ｇの音声信号が入力され、
時刻ｔ０以前で圧縮が作用し、ｔ０以降で振幅が大きく
なり時刻ｔ３以降で圧縮が解除されるとする。この場
合、設定したアタック係数によって波形Ｉのような出力
が得られる。説明のため、仮に第1の積分器２１のみ動
作すると考え、第２の積分器２２の動作を無視すると、
第１の積分器２１はアタック係数がゼロで固定されてい
るため、図８の波形Ｋのような波形が得られる。この理
由を図７および図８の波形および図６のフローチャート
を用いて説明すると、時刻ｔ３以前は、第1の積分器２
１に入力される瞬時利得の値は音声信号のピークにおい
て最大となり、入力した音声信号の値がピークからゼロ
に近づく場合は瞬時利得値が降下するため、ステップ５
１において「ノー」の判定が続き（Ｓ５１Ｂ）、リリー
スタイムが図７の波形の周期より大きければ、リリース
係数の働きによりピーク時の利得がほぼ保持される。音
声信号の瞬時値が閾値を超える時刻ｔ３を経てピークと
なる時刻ｔ４に達するまでの場合は、瞬時利得および前
サンプリング時刻における積分器の出力つまりほぼピー
ク時の利得が比較され、瞬時利得が大きいためステップ
５１において「イエス」の判定が続く（Ｓ５１Ａ）。し
たがって時刻ｔ３以前では第1の積分器２１が出力する
利得は入力信号のピーク値に対する利得でほぼ一定に保
たれ、第２の積分器２２の存在を無視すると、波形をほ
とんど変化させないまま包絡線ごと圧縮することにな
る。

【００３１】時刻ｔ３を過ぎてからは時刻ｔ４までは瞬
時利得が１まで上昇し、それから入力音声信号が最初の
ピークに達するまでは瞬時利得１が持続するため、ステ
ップＳ５１において「イエス」の判定が続き、ゼロのア
タック係数（第１のアタック係数）が作用し続け、積分
器が動作せず瞬時利得値をそのまま出力し続ける（Ｓ５
１Ａ）。入力した音声信号が最初のピークに達してから
閾値に降下するまでの間も瞬時利得が１である状態が続
き、第１の積分器２１も利得１を出力する。そして入力
した音声信号の値が閾値からゼロに近づくまでの間は、
瞬時利得が低下するためステップＳ５１において「ノ
ー」と判定されるため、第１のリリース係数が作用し、
所望のリリースタイムの半分のリリースタイムが与えら
れる（Ｓ５１Ｂ）。ここで、リリースタイムが図７の波
形の周期より大きければ、リリースタイムの働きにより
利得がほぼ１で保持される。そして入力波形が再び閾値
に達するまで、瞬時利得は上昇するが、前サンプリング
時刻における積分器の出力つまり１である利得に満たな
いため、ステップＳ５１において「ノー」の判定が続
く。したがって第１の積分器２１が出力する利得はほぼ
１に保たれ、時刻ｔ０以降では伸長は動作しないと考え
てよい。全体として、第２の積分器２２の存在を無視す
ると、時刻ｔ０以前では波形をほとんど変化させないま
ま包絡線ごと圧縮した状態、時刻ｔ０以降では伸長装置
の圧縮作用が働いていない状態となる。したがって第２
の積分器２２の存在を無視すれば、図７の波形Ｈのよう
な波形が得られる。

【００３２】ここで、無視した第２の積分器２２の動作
を考える。第２の積分器２２は、第１の積分器２１で行
わなかったアタック処理を担う。第１の積分器２１への
入力は一般にサンプリング時刻ごとに振動するため交流
成分を多く含み、大きなアタックタイムを与えると、図
１０において積分器３０が単独でアタック・リリース回
路として使用される場合と同様の問題が生じる。しかし
第１の積分器２１の出力はほぼ直流化されているため、
第２の積分器２２はアタック及びリリース処理を正しく
行うことができる。時刻ｔ０になった瞬間、第２の積分
器２２へ入力される利得の値が大きくなりアタックと判
定されるため、図６のＳ５２のステップにおいて「イエ
ス」と判定され、第２のアタック係数、すなわちアタッ
ク係数設定Ｄで設定したアタック係数が適用される（Ｓ
５２Ａ）。したがって出力結果は図８の波形Ｌのように
なる。

【００３３】逆にリリースの場合は、第１の積分器２１
に入力される瞬時利得が１に固定の状態から１未満の範
囲で振動状態、つまりアタックの場合の時刻ｔ０以前の
場合と同様となる。ここで、時定数振分器２３の働きに
よって、所望のリリースタイムの半分のリリースタイム
に対応したリリース係数（第１のリリース係数）が第１
の積分器２１に入力され、ゆるやかに振動状態へと移っ
ていく。第１の積分器２１からは所望の半分のリリース
タイムで利得値が出力され、残りの半分のリリースタイ
ムは第２の積分器２２で与えられる。図６のフローチャ
ートにおいては、ステップＳ５１、Ｓ５２ともに「ノ
ー」と判定され、それぞれ半分づつリリースタイムが与
えられる。

【００３４】アタックの場合もリリースの場合も、第１
の積分器２１および第２の積分器２２を通して、アタッ
クタイムの合計およびリリースタイムの合計は、それぞ
れ所望のアタックタイムおよび所望のリリースタイムと
なり、アタック・リリース回路２０全体の時定数は設定
通りとなる。

【００３５】本発明は以上の構成をとることにより、音
声圧縮および音声伸長のアタックおよびリリースの処理
を、波形をほとんど崩さず行うことができる。

【００３６】なお、上記実施の形態は本発明の好適な一
例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種
々変形実施が可能である。例えば、上記の実施形態にお
いて圧縮および伸長の利得値の範囲を設定できるように
なっていてもよい。とりうる利得値の範囲が０から２の
間であってもよい。また、音声入出力を複数備えること
によってステレオ音声を扱えるような構造であってもよ
い。上記閾値設定Ｂ〜リリース係数値設定Ｅ以外の値の
設定ができてもよい。また、第１の積分器２１および第
２の積分器２２においてリリースタイムを半分づつ与え
ているが、第１の積分器２１と第２の積分器２２のリリ
ースタイムの合計が、所望のリリースタイムとなるよう
なリリース係数とすればよい。

【００３７】図９は本発明に係わる記録媒体を用いた音
声圧縮伸長装置のブロック図である。以下、本発明に係
る記録媒体について、図３、図６、および図９を用いて
説明する。

【００３８】図９に示す音声圧縮伸長装置５０は、ＲＯ
Ｍカード（記録媒体）５４を装着するようになってお
り、信号処理手段５１と、ＲＡＭ５２と、ＣＰＵ５３を
備えている。信号処理手段５１は、入力された音声信号
に対して音声圧縮および音声伸長といった処理を行うも
のである。ＲＯＭカード５４は信号処理手段５１が実行
するプログラムと、アタック係数、リリース係数その他
の数値を予め記憶している。また、ＣＰＵ５３は、ＲＯ
Ｍカード５４から、プログラムおよびアタック係数、リ
リース係数その他の数値をＲＡＭ５２に転送する。信号
処理手段５１は、ＲＡＭに記憶されたアタック係数、リ
リース係数その他の数値に基づいて、プログラムを実行
するようになっている。

【００３９】ここで、ＲＯＭカード５４に記憶したプロ
グラムとは、図３および図６のフローチャートに示され
る手順を実行させるものであり、信号処理手段５１は、
音声圧縮を行う際には図３に示す処理を実行し、音声伸
長を行う際には図６に示す処理を実行する。

【００４０】なお、本実施形態においては、記録媒体を
ＲＯＭカード５４として説明したが、本発明はこれに限
るものではなく、記録媒体はディスクその他の記録媒体
であってもよい。記録媒体がディスクである場合には、
音声圧縮伸長装置５０にディスクドライブを設けるよう
にする。

【００４１】以下、アタック係数およびリリース係数に
ついて、具体的な例を記載しておく。係数（アタック係
数、リリース係数）αと時間（アタックタイム、リリー
スタイム）ｔとの関係は、ｔ＞０の場合、α＝ｅｘｐ
（−１／（ｆｓ×ｔ＋１））であり、ｔ＝０の場合、α
＝０である。ここで、ｆｓは音声入力信号のサンプリン
グ周波数である。ここで、サンプリング周波数ｆｓが４
８ｋＨｚである場合について説明する。アタックタイム
を１ｍｓとする場合には、第１のアタック係数を０、第
２のアタック係数を０．９７９８とする。また、アタッ
クタイムを５０ｍｓとする場合には、第１のアタック係
数を０、第２のアタック係数を０．９９９５とする。リ
リースタイムを１ｓとする場合には、第１のリリース係
数、第２のリリース係数ともに所望のリリースタイム
（１ｓ）の半分のリリースタイム（５００ｍｓ）にあた
る０．９９９９５とする。また、リリースタイムを５０
０ｍｓとする場合には、第１のリリース係数、第２のリ
リース係数ともに所望のリリースタイム（５００ｍｓ）
の半分のリリースタイム（２５０ｍｓ）にあたる０．９
９９９１とする。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な処理で利得の時
定数処理を正しく行うことができ、瞬時的な利得の追従
することができるという優れた効果を有する時定数処理
回路、音声圧縮装置、および音声伸長装置を提供するこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる音声圧縮装置および音声伸長装
置の一実施形態を示すブロック図

【図２】積分器を示すブロック図

【図３】本発明に係わる音声圧縮方法の一実施形態を示
すフローチャート

【図４】本発明に係わる音声圧縮方法における第１の波
形図

【図５】本発明に係わる音声圧縮方法における第２の波
形図

【図６】本発明に係わる音声伸長方法の一実施形態を示
すフローチャート

【図７】本発明に係わる音声伸長方法における第１の波
形図

【図８】本発明に係わる音声伸長方法における第２の波
形図

【図９】本発明に係わる記録媒体を用いた音声圧縮伸長
装置のブロック図

【図１０】従来の信号処理装置を示すブロック図

【符号の説明】

１０音声圧縮伸長装置（音声圧縮装置、音声伸長装
置）１１絶対値生成器１２加算器（引算器）１３利得生成器１４乗算器（レベル制御手段）２０アタック・リリース回路（時定数処理回路）２１第１の積分器２２第２の積分器２３時定数振分器３０積分器３１積分器の第１の加算器３２積分器の遅延器３３積分器の第２の加算器３４積分器の第１の乗算器３５積分器の第２の乗算器３６積分器のスイッチ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】信号と第１のアタック係数と第１のリリ
ース係数とを入力して前記信号に時定数を与える第１の
積分器と、前記第１の積分器の出力と第２のアタック係
数と第２のリリース係数とを入力して前記第１の積分器
の出力に時定数を与える第２の積分器と、を有し、前記
第１のアタック係数はゼロに固定し、前記第２のアタッ
ク係数は所望のアタックタイムに対応した値、前記第１
のリリース係数および前記第２のリリース係数は、前記
第１の積分器および前記第２の積分器の時定数の合計が
所望のリリースタイムとなる値に設定したことを特徴と
する時定数処理回路。
【請求項２】音声信号の絶対値を生成する絶対値生成
器と、前記絶対値と閾値との差を生成する引算器と、前
記差と圧縮比とに基づいて利得を生成する利得生成器
と、前記利得を入力して所望のアタックタイムおよび所
望のリリースタイムを与える請求項１に記載の時定数処
理回路と、前記時定数処理回路の出力で前記音声信号の
レベルを制御するレベル制御手段と、を備えたことを特
徴とする音声圧縮装置。
【請求項３】音声信号の絶対値を生成する絶対値生成
器と、前記絶対値と閾値との差を生成する引算器と、前
記差と伸長比とに基づいて利得を生成する利得生成器
と、前記利得を入力して所望のアタックタイムおよび所
望のリリースタイムを与える請求項１に記載の時定数処
理回路と、前記時定数処理回路の出力で前記音声信号の
レベルを制御するレベル制御手段と、を備えたことを特
徴とする音声伸長装置。
【請求項４】信号に所望のアタックタイムおよび所望
のリリースタイムを与える時定数処理方法において、信
号と第１のアタック係数と第１のリリース係数とを第１
の積分器に入力して前記信号に時定数を与える工程と、
前記第１の積分器の出力と第２のアタック係数と第２の
リリース係数とを第２の積分器に入力して前記第１の積
分器の出力に時定数を与える工程とを有し、前記第１の
アタック係数はゼロに固定し、前記第２のアタック係数
は所望のアタックタイムに対応した値、前記第１のリリ
ース係数および前記第２のリリース係数は前記第１の積
分器および前記第２の積分器の時定数の合計が所望のリ
リースタイムとなる値に設定したことを特徴とする時定
数処理方法。
【請求項５】音声信号の絶対値を生成する工程と、前
記絶対値と閾値との差を生成する工程と、前記差と圧縮
比とに基づいて利得を生成する工程と、請求項４に記載
の時定数処理方法で前記利得に所望のアタックタイムお
よび所望のリリースタイムを与える工程と、前記アタッ
クタイムおよび前記リリースタイムを与えた利得で前記
音声信号のレベルを制御する工程と、からなることを特
徴とする音声圧縮方法。
【請求項６】音声信号の絶対値を生成する工程と、前
記絶対値と閾値との差を生成する工程と、前記差と伸長
比とに基づいて利得を生成する工程と、請求項４に記載
の時定数処理方法で前記利得に所望のアタックタイムお
よび所望のリリースタイムを与える工程と、前記アタッ
クタイムおよび前記リリースタイムを与えた利得で前記
音声信号のレベルを制御する工程と、からなることを特
徴とする音声伸長方法。
【請求項７】信号と第１のアタック係数と第１のリリ
ース係数とを入力して前記信号に時定数を与える第１の
積分手段、前記第１の積分手段の出力と第２のアタック
係数と第２のリリース係数とを入力して前記第１の積分
手段の出力に時定数を与える第２の積分手段として機能
させるとともに、前記第１のアタック係数はゼロに固定
し、前記第２のアタック係数は所望のアタックタイムに
対応した値、前記第１のリリース係数および前記第２の
リリース係数は前記第１の積分手段および前記第２の積
分手段の時定数の合計が所望のリリースタイムとなる値
に設定したことを特徴とするプログラムを記録した記録
媒体。
【請求項８】音声信号の絶対値を生成する手順と、前
記絶対値と閾値との差を生成する手順と、前記差と圧縮
比とに基づいて利得を生成する手順と、請求項４に記載
の時定数処理方法で前記利得に所望のアタックタイムお
よび所望のリリースタイムを与える手順と、前記アタッ
クタイムおよび前記リリースタイムを与えた利得で前記
音声信号のレベルを制御する手順と、を実行させること
を特徴とするプログラムを記録した記録媒体。
【請求項９】音声信号の絶対値を生成する手順と、前
記絶対値と閾値との差を生成する手順と、前記差と伸長
比とに基づいて利得を生成する手順と、請求項４に記載
の時定数処理方法で前記利得に所望のアタックタイムお
よび所望のリリースタイムを与える手順と、前記アタッ
クタイムおよび前記リリースタイムを与えた利得で前記
音声信号のレベルを制御する手順と、を実行させること
を特徴とするプログラムを記録した記録媒体。