JP4924619B2 - 帯域補正装置 - Google Patents
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Description
図3の(1)は、300Hz〜3.4KHzに帯域制限された入力信号を示す。図3の(2)は帯域拡張を行う補正フィルタの特性を示す図である。300Hz〜3.4KHzについては、フィルタによる増幅倍を1として増幅は行わず、0Hz〜300Hzおよび3.4KHz〜8KHzについては、図3の(2)に示す特性で各々の周波数帯域を増幅する。図3の(3)は、図3の(1)の入力信号を図3の(2)の補正フィルタで増幅した結果を示すもので、補正の結果、出力信号は、0Hz〜8KHzの周波数でフラットな特性を有する。
ディジタル信号処理の領域での最大、最小値の制限を越えないようにするためには、図1に示すように、補正フィルタの出力を監視し、フィルタの係数を小さくすることで、帯域拡張の程度を制御する方法が考えられる。
以下、本発明による帯域補正装置の第1の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施形態の音声帯域補正装置の構成を示すブロック図である。
音声帯域補正装置1は、補正フィルタ10、係数制御部11およびレベル検出部12から構成される。
補正フィルタ10は、アナログフィルタまたはディジタルフィルタで構成されており、図示しない電話機から入力された音声信号(ファクシミリ信号等の音声以外の信号を含むものとする)の周波数特性を音声帯域の全体に渡ってフラットにする補正を行うものである。
以下、図4および5を用いて第1の実施形態の動作を説明する。
まず、図5の(1)に示す300Hz〜3.4KHzに帯域制限され、帯域外に電気的なノイズを含む信号が補正フィルタ10に入力される。入力信号は、当初、図4の(2)の特性を有するフィルタにより増幅される。増幅された信号は、補正フィルタ10からレベル検出部12に入力される。そしてレベル検出部12は、増幅された信号のレベルを監視し、信号レベルが最大値(例えば、16bitの入力信号の場合は、32768)に近づくか、または越えたことを検出した場合は、レベル検出信号を係数制御部11に出力する。レベル検出部12からのレベル検出信号を受信した係数制御部11は、図5の(2)に示すように、補正フィルタ10の係数値を下げる制御を行う。この制御により、入力信号は、ノイズレベルを押さえて増幅される。
以上説明した第1の実施形態によれば、狭い帯域の信号を、ディジタル増幅の過程で過増幅することなく、広帯域信号に補正し、高品位な通話を提供することができる。
次に、本発明による帯域補正装置の第2の実施形態を図面を参照しながら説明する。
ディジタル信号処理の領域での最大、最小値の制限を越えないようにするためには、図2に示すように、フィルタの係数を制御するのではなく、補正フィルタの入力に振幅制御手段を接続し、信号の振幅を予め制御することも考えられる。
音声帯域補正装置1は、補正フィルタ10、レベル検出部12、振幅制御部13および振幅変更部14から構成される。
補正フィルタ10は、アナログフィルタまたはディジタルフィルタで構成されており、図示しない電話機から入力された音声信号(ファクシミリ信号等の音声以外の信号を含むものとする)の周波数特性を音声帯域の全体に渡ってフラットにする補正を行うものである。
以下、図4および5を用いて第2の実施形態の動作を説明する。
まず、図5の(1)に示す信号、即ち300Hz〜3.4KHzに帯域制限され、帯域外に電気的なノイズを含む信号が補正フィルタ10に入力される。入力信号は、当初、図4の(2)の特性を有するフィルタにより増幅される。増幅された信号は、補正フィルタ10からレベル検出部12に入力される。そしてレベル検出部12は、増幅された信号のレベルを監視し、信号レベルが最大値(例えば、16bitの入力信号の場合は、32768)に近づくか、または越えたことを検出した場合は、レベル検出信号を振幅制御部13に出力する。レベル検出部12からのレベル検出信号を受信した振幅制御部13は、図5の(2)に示すように、振幅変更部14の振幅値を下げる制御を行う。初期状態では振幅変更部14はないも同じであり、振幅の変更を行わない。 本実施の形態では、補正フィルタを図4の(2)に示すような特性かつ、全体の特性を表わすインパルス応答のゲインが30dBであるような補正フィルタを用いたがこれに限定するものではない。 また、振幅制御部13はレベル検出信号に応じて1dBずつゲインを下降させるようにしても良いが、これに限定するものではない。この制御により、入力信号は、ノイズレベルを押さえて増幅される。
以上説明した第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様、狭い帯域の信号をより自然に広帯域信号に拡張でき、フィルタの特性を時間固定とすることができる。また、 時間経過と共に変動させるのは単純な増幅機能を持つ振幅制御部13であるので、ソフトウェアの複雑さが解消され、ソフトウェアの規模を小さくすることができる。
次に、本発明による信号補正装置の第3の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第1および2の実施形態では、補正フィルタ10の出力を監視して、補正フィルタ10の係数または振幅変更部14を制御をすることで出力信号が最大値に達することを回避しようとするものであるが、補正フィルタ10のゲインを単に減じた場合、入力信号の300Hz〜3.4KHzの帯域のレベルまで下げることとなる。よって、補正フィルタ10を通過した音は小さくなってしまい、また、信号が最大値に達するたびに、臨場感の急激な変化が繰り返されるおそれがある。また、上述の電気的ノイズの周波数特性は、例えば、50Hz〜60Hzであることがよく知られている。
図7は、第3の実施形態の帯域補正装置の構成を示す図である。
図7において、第3の実施形態の帯域補正装置2は、フィルタ21、フィルタ22、フィルタ23、振幅観測部24、振幅観測部25、係数更新部26、係数更新部27、積算器28、29および加算器30から構成される。
以下、図6を用いて第3の実施形態の動作を説明する。
図6の(1)に示すように、300Hz〜3.4KHzに帯域制限された信号が入力されると、各フィルタ21、22および23により、0Hz〜300Hz、300Hz〜3.4KHzおよび3.4KHz〜8KHzの各帯域に帯域分割される。
以上説明した第3の実施形態によれば、各々の周波数領域で自動的に周波数の増幅率が決定されるので、第2の実施形態と異なり、背景ノイズの周波数特性に偏りがあり、例えば、低域だけに局在する場合に、高域はその影響を受けずに帯域拡張ができ、自然な音質で音声帯域の拡張が可能である。かかる効果は、高域に関しても同様である。
第3の実施形態では、フィルタ21、フィルタ23のゲインが−から+まで巾広くなり、設計が困難になる場合が考えられる。この場合は、FIRフィルタで、低域、高域をあらかじめ帯域分離し、第3の実施形態と同様にフィルタを用いて処理することにより、設計の困難性を解消することができる。
図8は、第4の実施形態の帯域補正装置の構成を示す図である。
図8において、第4の実施形態の音声帯域補正装置3は、低域フィルタ31、中間フィルタ32、高域フィルタ33、フィルタ34、フィルタ35、フィルタ36、振幅観測部37、振幅観測部38、係数更新部39、係数更新部40、積算器41、積算器42および加算器43から構成される。
次に、第4の実施形態の動作を説明する。
以上説明した第4の実施形態によれば、各周波数領域を分割する3つのフィルタと、各々のフィルタ出力を補正する、補正フィルタを分離することにしたので、各補正フィルタは概ね+だけのゲインを考慮すればよくなり、ディジタル増幅においては限られた+、―の量子化数(刻みの数)をより細やかに設計でき、音感を損なわない自然な信号補正が可能となる。
第5の実施形態は、ITU−T勧告G.722で用いられている、直交ミラーフィルタ(Quadrature Mirror Filter:QMF)によって入力信号を2分割して各々の帯域を補正する場合の音声帯域補正装置に関する。
図11は、第5の実施形態の帯域補正装置の構成を示す図である。
図11において、第5の実施形態の音声帯域補正装置5は、QMF51、QMF52、QMF53、QMF54、低域補正部55、高域補正部56、低域振幅観測部57、高域振幅観測部58、低域ゲイン制御部59および高域ゲイン制御部60から構成される。
次に、第5の実施形態の動作を説明する。
16KHzで標本化された周波数帯域0Hz〜8KHzの入力信号は、QMF51により高域周波数帯域を制限され、周波数帯域0Hz〜4KHzの8KHzで標本化された信号が低域補正部55に入力される。
以上説明した第5の実施形態によれば、周波数分割フィルタではなくQMFフィルタを用いた場合でも音声拡張を実現できる。つまり、伝走路が広帯域向け専用の信号を用いる場合でも、従来電話の音質を向上することができる。 また、周波数の補正を低域部分と、高域部分にまとめたので、例えば、規格適合上、G.722QMFフィルタ等を使用せざるを得ない場合であっても、従来の電話機の音質を自然な音声帯域拡張を行うことで高品位な通話が可能となる。
第6の実施形態は、第4の実施形態と同様に、例えばFIRフィルタで、低域、高域をあらかじめ帯域分離し、各帯域毎に振幅を補正することを前提とするが、本実施形態では、帯域毎に分割した各信号をディジタル信号処理の領域でディジタル信号の最大値まで振幅を増幅し、アナログ信号に変換した後、各帯域の信号を加算するものである。
図12は、第6の実施形態の音声帯域補正装置の構成を示す図である。
図12において、第6の実施形態の帯域補正装置7は、低域フィルタ71、中間フィルタ72、高域フィルタ73、フィルタ74、フィルタ75、フィルタ76、D/A変換器77、78および79から構成される。
フィルタ75は、300Hz〜3.4KHzの中間帯域用のフィルタであり、入力信号の帯域を制限すると共に、低域信号および高域信号との遅延調整のために用いられる。また、中間フィルタ72の遅延も合わせて調整することも可能である。
次に、第6の実施形態の動作を説明する。
300Hz〜3.4KHzに帯域制限された信号が入力されると、低域フィルタ71、中間フィルタ72および高域フィルタ73により、0Hz〜300Hz、300Hz〜3.4KHzおよび3.4KHz〜8KHzの各帯域に帯域分割される。
以上説明した第6の実施形態によれば、3つのDA変換器で各々別にDA変換した後、信号を加算合成するようにしたので、例えば、各々の周波数領域でディジタル信号として最大値にまで増幅する場合であっても、その後加算に上限のないアナログの信号の形で加算を行うようにしたので、加算合成の結果で振幅が非常に大きくなる場合でも、ディジタル加算の制限を受けない、自然な音質を確保したまま音声帯域拡張が可能となる。
第7の実施形態は、第5の実施形態で説明したITU−T勧告G.722を使用する装置に第6の実施形態を適用するものである。
図13は、第7の実施形態の音声帯域補正装置の構成を示す図である。
図13において、第7の実施形態の帯域補正装置8は、QMF81、QMF82、低域補正部83、高域補正部84、QMF85、高域D/A変換器86、位相・遅延補償部87、周波数シフト部88および低域D/A変換器89から構成される。
次に、第7の実施形態の動作を説明する。
低域側については、16KHzで標本化された周波数帯域0Hz〜8KHzの入力信号は、QMF81により高域周波数帯域を制限され、周波数帯域0Hz〜4KHzの8KHzで標本化された信号が低域補正部83に出力される。
以上説明した第7の実施形態によれば、第5の実施形態に加え、第6の実施形態のように、例えば、各々の周波数領域でディジタル信号として最大値にまで増幅する場合であっても、その後加算に上限のないアナログの信号の形で加算を行うようにしたので、加算合成の結果で振幅が非常に大きくなる場合でも、ディジタル加算の制限を受けない、自然な音質を確保したまま音声帯域拡張が可能となる。
上記各実施形態の説明においても、種々の変形実施形態について言及したが、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。
Claims (1)
- 入力信号の帯域拡張を制御する帯域補正装置において、
帯域制限された入力信号の周波数帯域を低域および高域の2つの周波数帯域に分割する直交ミラーフィルタと、
前記直交ミラーフィルタで帯域分割された低域側又は高域側の出力のレベルを補正することで帯域拡張する補正手段と、
前記補正手段の振幅補正量を制御するゲイン制御手段と、
前記補正手段の出力のレベルがディジタル信号処理の領域での最大値又は最小値の制限を越えないように監視し、補正された出力の振幅の変動状況を示す振幅監視信号を前記ゲイン制御手段に出力する振幅観測手段とを有し、
前記ゲイン制御手段は前記補正手段の出力のレベルが制限値を越えた場合には前記振幅観測手段から出力される振幅観測信号にしたがって前記補正手段の振幅補正量を減ずることを特徴とする帯域補正装置。
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