JP5585432B2 - 音響信号処理装置および方法、並びに、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、音響信号処理装置および方法、並びに、プログラムに関し、特に、音響信号のダイナミックレンジの拡張を行う場合に用いて好適な音響信号処理装置および方法、並びに、プログラムに関する。

インターネットなどのネットワークを介して音響信号を伝送する場合、伝送路の能力や規格等により、伝送可能な音響信号のピーク値（以下、最大伝送レベルと称する）が制限される。そして、ピーク値が最大伝送レベル以下になるように音響信号を減衰した場合、ダイナミックレンジが広い音響信号ほど信号レベルの平均値（以下、平均レベルと称する）が低くなり、音量感が損なわれる。

そこで、音量感を増すために、音響信号を増幅し、いったん平均レベルを引き上げた後、最大伝送レベルを超える成分をリミッタ回路等でカットまたは減衰してから、音響信号を伝送する場合がある。この処理の具体例について、図１を参照して説明する。

図１の各グラフは、音響信号の波形を模式的に示しており、横軸が時間を示し、縦軸が信号レベルを示している。また、図１Ａ乃至図１Ｃの点線は、最大伝送レベルを示している。

図１Ａは、オリジナルの音響信号の波形の例を示している。また、図１Ｂは、音量感を増すために図１Ａの音響信号を増幅し、平均レベルを引き上げた後の音響信号の波形の例を示している。さらに、図１Ｃは、図１Ｂの音響信号に対してリミッタ処理を行い、最大伝送レベルを超える部分をカットした音響信号の波形の例を示している。そして、図１Ｃの音響信号が、ネットワークを介して伝送される。

図１Ｃの音響信号は、図１Ａの音響信号と比較して、平均レベルが高くなっているが、信号レベルの変動が小さくなっている。従って、オリジナルの音響信号と比べて音量感が増す一方、オリジナルの音響信号が有していたダイナミックレンジが失われ、平坦でメリハリのない音になってしまう。

一方、従来、音響信号のダイナミックレンジを拡張する技術として、エキスパンダが広く知られている（例えば、特許文献１参照）。エキスパンダは、音響信号のレベルに応じて、増幅用のゲインを変えることにより、音響信号のダイナミックレンジを拡張するものである。また、拡張特性をユーザが調整できるようにしたエキスパンダも存在する。

特開２００１−２３０６４７号公報

図２は、従来のエキスパンダの入出力特性の一例を示し、入力信号のレベル（横軸）に対する出力信号のレベル（縦軸）の比率を示している。

この入出力特性を有するエキスパンダを用いると、小さな音をより小さく、大きな音をより大きくすることができる。その結果、ダイナミックレンジが拡張され、メリハリのある音を得ることができる。

ここで、図３を参照して、図２の入出力特性を有するエキスパンダにより、図１Ｃの音響信号のダイナミックレンジを拡張する場合について考える。なお、図３の各グラフは、図１と同様に、音響信号の波形を模式的に示している。

通常、ダイナミックレンジを拡張することにより音響信号のピーク値が高くなりすぎないように、エキスパンダに入力する前に、音響信号の平均レベルが所定の値まで下げられる。例えば、図１Ｃの音響信号は、平均レベルが高いため、エキスパンダに入力する前に、図３Ａに示されるように、平均レベルが所定の値まで下げられる。

図３Ｂは、図３Ａの音響信号に対して、図２の入出力特性を有するエキスパンダによりダイナミックレンジの拡張を行った後の音響信号の波形の例を示している。このように、いったんダイナミックレンジが失われた音響信号に対しては、エキスパンダによりダイナミックレンジの拡張を行っても、本来のダイナミックレンジを回復することができない。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、音響信号のダイナミックレンジを適切に回復できるようにするものである。

本発明の一側面の音響信号処理装置は、音響信号の定位分布のセンターへの集中度を示すセンター定位度を検出するセンター定位度検出手段と、前記センター定位度に基づいて、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張区間を検出する拡張区間検出手段と、前記拡張区間において前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張手段とを備える。

前記拡張区間検出手段には、前記音響信号の定位分布のセンターへの遷移度を示すセンター遷移度が所定の閾値以上となる区間を前記拡張区間として検出させることができる。

前記センター遷移度は、前記センター定位度の微分値とすることができる。

前記拡張区間検出手段には、前記センター定位度が所定の閾値以上となる区間を前記拡張区間として検出させることができる。

前記音響信号のレベルを示す入力信号レベルを検出する入力信号レベル検出手段と、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張するレベルを示し、前記拡張区間とは異なる区間において所定の最小値となり、前記拡張区間において所定の最大値以下の範囲内で推移する拡張信号レベルを設定する拡張信号レベル設定手段とをさらに設け、前記拡張手段には、前記拡張信号レベルが前記入力信号レベルを超える区間において、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張させることができる。

前記入力信号レベルと前記拡張信号レベルとを比較し、いずれか大きい方を出力する比較手段と、前記比較手段の出力値および前記入力信号レベルに基づいて拡張ゲインを算出する拡張ゲイン算出手段とをさらに設け、前記拡張手段には、前記拡張ゲインに基づいて前記音響信号を増幅することにより、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張させることができる。

前記音響信号のレベルを一定にする補正を行う補正手段をさらに設け、前記センター定位度検出手段には、補正された前記音響信号のセンター定位度を検出させ、前記拡張手段には、補正された前記音響信号のダイナミックレンジを拡張させることができる。

本発明の一側面の音響信号処理方法は、音響信号のダイナミックレンジを拡張する音響信号処理装置が、音響信号の定位分布のセンターへの集中度を示すセンター定位度を検出し、前記センター定位度に基づいて、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張区間を検出し、前記拡張区間において前記音響信号のダイナミックレンジを拡張するステップを含む。

本発明の一側面のプログラムは、音響信号の定位分布のセンターへの集中度を示すセンター定位度を検出し、前記センター定位度に基づいて、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張区間を検出し、前記拡張区間において前記音響信号のダイナミックレンジを拡張するステップを含む処理をコンピュータに実行させる。

本発明の一側面においては、音響信号の定位分布のセンターへの集中度を示すセンター定位度が検出され、前記センター定位度に基づいて、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張区間が検出され、前記拡張区間において前記音響信号のダイナミックレンジが拡張される。

本発明の一側面によれば、音響信号のダイナミックレンジを適切に回復させることができる。

伝送前に音響信号に対して行う処理の例を説明するための図である。 エキスパンダの入出力特性の一例を示すグラフである。 エキスパンダにより音響信号のダイナミックレンジを拡張する処理を説明するための図である。 本発明を適用した音響信号処理装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。 拡張区間検出装置の機能の構成例を示すブロック図である。 ダイナミックレンジ拡張処理の第１の実施の形態を説明するためのフローチャートである。 ダイナミックレンジ拡張処理の第１の実施の形態を説明するための信号波形図である。 拡張区間検出処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 拡張区間検出処理の詳細を説明するための信号波形図である。 音響信号処理装置の第１の実施の形態によるダイナミックレンジ拡大処理の結果の一例を示す信号波形図である。 本発明を適用した音響信号処理装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。 ダイナミックレンジ拡張処理の第２の実施の形態を説明するためのフローチャートである。 ダイナミックレンジ拡張処理の第２の実施の形態を説明するための信号波形図である。 ダイナミックレンジ拡張処理の第２の実施の形態を説明するための信号波形図である。 コンピュータの構成例を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（基本的な実施の形態）
２．第２の実施の形態（ダイナミックレンジの過剰な拡張を抑制するようにした例）
３．変形例

＜１．第１の実施の形態＞
［音響信号処理装置の構成例］
図４は、本発明を適用した音響信号処理装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。

図４の音響信号処理装置１０１は、例えば、左右２チャンネル（Ｌｃｈ、Ｒｃｈ）のス
テレオの音響信号が入力され、入力された音響信号（以下、入力信号と称する）のダイナ
ミックレンジを拡張して、出力する装置である。音響信号処理装置１０１は、ＡＧＣ（Au
to Gain Control）１１１、拡張区間検出装置１１２、拡張信号レベル設定器１１３、拡
張ゲイン算出器１１４、および、ダイナミックレンジ拡張器１１５を含むように構成され
る。

ＡＧＣ１１１は、入力信号のレベルが一定になるようにレベル補正を行う。ＡＧＣ１１１は、レベル補正した入力信号（以下、補正入力信号と称する）を拡張区間検出装置１１２およびダイナミックレンジ拡張器１１５に供給する。

拡張区間検出装置１１２は、補正入力信号に基づいて、入力信号のダイナミックレンジを拡張する拡張区間を検出する。拡張区間検出装置１１２は、検出した拡張区間を示す拡張区間検出信号を拡張信号レベル設定器１１３に供給する。

拡張信号レベル設定器１１３は、拡張区間検出信号に基づいて、入力信号のダイナミックレンジを拡張するレベルを示す拡張信号レベルを設定する。拡張信号レベル設定器１１３は、設定した拡張信号レベルを示す拡張信号レベル信号を拡張ゲイン算出器１１４に供給する。

拡張ゲイン算出器１１４は、拡張信号レベル信号に基づいて、入力信号のダイナミックレンジを拡張するための拡張ゲインを算出する。拡張ゲイン算出器１１４は、算出した拡張ゲインを示す拡張ゲイン信号をダイナミックレンジ拡張器１１５に供給する。

ダイナミックレンジ拡張器１１５は、拡張ゲイン信号に基づいて、補正入力信号を増幅することにより、補正入力信号のダイナミックレンジを拡張する。ダイナミックレンジ拡張器１１５は、その結果得られた音響信号（以下、出力信号と称する）を後段に出力する。

［拡張区間検出装置の構成例］
図５は、図４の拡張区間検出装置１１２の構成例を示すブロック図である。拡張区間検出装置１１２は、センター定位度検出器１３１、センター遷移度検出器１３２、および、スレッショルド判定器１３３を含むように構成される。

センター定位度検出器１３１は、ＡＧＣ１１１から供給される補正入力信号の定位分布のセンターへの集中度を示すセンター定位度を検出する。センター定位度検出器１３１は、検出したセンター定位度を示すセンター定位度検出信号をセンター遷移度検出器１３２に供給する。

センター遷移度検出器１３２は、センター定位度検出信号に基づいて、補正入力信号の定位分布のセンターへの遷移度を検出する。センター遷移度検出器１３２は、検出したセンター遷移度を示すセンター遷移度検出信号をスレッショルド判定器１３３に供給する。

スレッショルド判定器１３３は、センター遷移度検出信号を所定の閾値と比較することにより、拡張区間を検出する。スレッショルド判定器１３３は、検出した拡張区間を示す拡張区間検出信号を拡張信号レベル設定器１１３に供給する。

［ダイナミックレンジ拡張処理］
次に、図６のフローチャートおよび図７の信号波形図を参照して、音響信号処理装置１０１により実行されるダイナミックレンジ拡張処理について説明する。なお、この処理は、例えば、入力信号が音響信号処理装置１０１に入力されたとき開始される。

なお、図７の各グラフは、ダイナミックレンジ拡張処理で処理される各種の信号の波形を模式的に示しており、横軸は時間を示し、縦軸は信号レベルを示している。また、図７Ａ乃至図７Ｃおよび図７Ｅの点線は、許容される音響信号のピーク値（以下、最大許容ピークレベルと称する）を示している。

また、以下、図７Ａに示される入力信号が音響信号処理装置１０１に入力された場合の処理を、具体例として説明する。なお、図７Ａの入力信号は、図１Ｃの音響信号と同じ信号である。

ステップＳ１において、ＡＧＣ１１１は、レベル補正を行う。具体的には、ＡＧＣ１１１は、入力信号の各チャンネルの平均レベルが所定の基準レベルになるように、入力信号のレベルを補正する。これにより、例えば、図７Ａの入力信号が、図７Ｂに示されるように補正される。ＡＧＣ１１１は、レベル補正した入力信号（補正入力信号）を、拡張区間検出装置１１２のセンター定位度検出器１３１およびダイナミックレンジ拡張器１１５に供給する。

なお、ＡＧＣ１１１がレベル補正する手法は、特定の手法に限定されるものではなく、任意の手法を採用することができる。

ステップＳ２において、拡張区間検出装置１１２は、拡張区間検出処理を実行する。ここで、図８のフローチャートおよび図９の信号波形図を参照して、拡張区間検出処理の詳細について説明する。

なお、図９の各グラフは、拡張区間検出処理で処理される各種の信号の波形を模式的に示しており、横軸は時間を示し、縦軸は信号レベルを示している。

ステップＳ２１において、センター定位度検出器１３１は、センター定位度を検出する。具体的には、センター定位度検出器１３１は、左右の両チャンネルの補正入力信号に基づいて、補正入力信号の定位分布を算出する。さらに、センター定位度検出器１３１は、算出した定位分布に基づいて、補正入力信号の定位分布がどの程度センターに集中しているかを示すセンター定位度を検出する。そして、センター定位度検出器１３１は、検出したセンター定位度を示すセンター定位度検出信号をセンター遷移度検出器１３２に供給する。

図９Ａは、センター定位度検出信号の波形の例を示している。

なお、音響信号の定位分布およびセンター定位度の検出には、例えば、特開２００８−２８６９３号公報に開示されている手法等、任意の手法を採用することができる。

ステップＳ２２において、センター遷移度検出器１３２は、センター遷移度を検出する。具体的には、センター遷移度検出器１３２は、センター定位度検出信号を微分することにより、補正入力信号の定位分布がどの程度センターに遷移しているかを示すセンター遷移度検出信号を生成する。そして、センター遷移度検出器１３２は、生成したセンター遷移度検出信号をスレッショルド判定器１３３に供給する。

図９Ｂは、図９Ａのセンター定位度検出信号を微分することにより得られるセンター遷移度検出信号の波形の例を示している。

ステップＳ２３において、スレッショルド判定器１３３は、拡張区間を検出する。具体的には、スレッショルド判定器１３３は、センター遷移度検出信号を所定の閾値と比較する。そして、スレッショルド判定器１３３は、センター遷移度検出信号が閾値以上となる区間をＨレベル（ハイレベル）とし、閾値未満となる区間をＬレベル（ローレベル）とする拡張区間検出信号を生成する。このセンター遷移度検出信号が閾値以上となり、拡張区間検出信号がＨレベルとなる区間が、拡張区間とされる。そして、スレッショルド判定器１３３は、生成した拡張区間検出信号を拡張信号レベル設定器１１３に供給する。

図９Ｃは、図９Ｂのセンター遷移度検出信号を点線の水平線で示される閾値と比較した結果得られる拡張区間検出信号の波形の例を示している。

一般的に、音楽等のステレオの音響信号の再生音は、空間内で左右に広がり、そのうちリズム楽器やボーカル等が、センター付近に集中し、定位する。従って、音響信号の定位分布は、通常左右に広がっているが、ボーカルのフレーズの先頭や、リズム楽器のアタック音など、強いアタックが現れる瞬間に急速にセンターに集中する。

また、音響信号の定位分布は、リミッタ処理などにより音響信号の振幅を補正しても、その影響をあまり受けずに、ほぼ変わらずに保持される。すなわち、音響信号の定位分布は、音響信号の振幅の補正を行う前と後で、ほとんど変化しない。

従って、センター遷移度が閾値以上となる区間を検出することにより、音響信号の定位分布がセンターに急速に遷移する区間、すなわち、強いアタックが出現する瞬間を含む区間を拡張区間として検出することができる。

その後、拡張区間検出処理は終了する。

図６に戻り、ステップＳ３において、拡張信号レベル設定器１１３は、拡張信号レベルを設定する。具体的には、拡張信号レベル設定器１１３は、拡張区間検出信号がＨレベルとなる拡張区間で、所定の最大値（以下、拡張信号ピークレベルと称する）以下の範囲内で上昇し、Ｌレベルとなる区間で、所定の最小値（以下、拡張信号最小レベルと称する）となる拡張信号レベル信号を生成する。例えば、拡張信号ピークレベルは最大許容ピークレベルに設定され、拡張信号最小レベルは０に設定される。

図７Ｃは、図７Ｂの補正入力信号および図９Ｃの拡張区間検出信号に基づいて生成される拡張信号レベル信号の波形の例を示している。図７Ｃの拡張信号レベル信号では、信号レベルが上昇する傾きと下降する傾きの絶対値が等しく、かつ、両方の傾きがそれぞれ全ての拡張区間において等しくなるように設定されている。従って、図７Ｃの拡張信号レベル信号は、各拡張区間において、拡張信号ピークレベルを頂点とする左右対称の山形の波形になっているが、拡張区間がさらに長くなると、拡張信号ピークレベルを維持する期間が長くなり、等脚台形の波形となる。一方、拡張区間がさらに短くなると、ピーク値が拡張信号ピークレベルに達しなくなる。

そして、拡張信号レベル設定器１１３は、生成した拡張信号レベル信号を拡張ゲイン算出器１１４に供給する。

ステップＳ４において、拡張ゲイン算出器１１４は、拡張ゲインを算出する。具体的には、拡張ゲイン算出器１１４は、拡張信号ピークレベルが所定の最大値（例えば、２．０）になり、拡張信号最小レベルが１．０になるように、拡張信号レベル信号の値を変換する。これにより、拡張ゲイン信号が生成される。

図７Ｄは、図７Ｃの拡張信号レベル信号に基づいて生成される拡張ゲイン信号の波形の例を示している。このように、拡張ゲイン信号の値（拡張ゲイン）は、拡張区間において１．０を超え、拡張区間と異なる区間において１．０となる。

そして、拡張ゲイン算出器１１４は、生成した拡張ゲイン信号をダイナミックレンジ拡張器１１５に供給する。

ステップＳ５において、ダイナミックレンジ拡張器１１５は、ダイナミックレンジを拡張する。具体的には、ダイナミックレンジ拡張器１１５は、拡張ゲイン信号により示される拡張ゲインを用いて補正入力信号を増幅することにより、ダイナミックレンジを拡張する。

これにより、拡張ゲインが１.０を超える拡張区間において、補正入力信号のダイナミックレンジが拡張される。そして、上述したように、拡張区間は、強いアタックが出現する瞬間を含むため、オリジナルの音響信号において、強いアタックが出現し、信号レベルが高くなる瞬間のダイナミックレンジを拡張することができる。従って、例えば、図１Ａのオリジナル音響信号を増幅し、リミッタ処理することにより、図７Ａの入力信号において失われていたダイナミックレンジを、図７Ｅに示されるように適切に回復することができる。その結果、本来のメリハリのある音を再現することができる。

そして、ダイナミックレンジ拡張器１１５は、ダイナミックレンジを拡張した音響信号（出力信号）を後段に出力する。

その後、ダイナミックレンジ拡張処理は終了する。

＜２．第２の実施の形態＞
ところで、音響信号処理装置１０１では、センター遷移度が閾値以上となる拡張区間において無条件に音響信号が増幅されるため、ダイナミックレンジが広い入力信号に対して、ダイナミックレンジの拡張が過剰に行われる場合がある。この件の具体例について、図１０を参照して説明する。

なお、図１０の各グラフの横軸は時間を示し、縦軸は信号レベルを示し、点線は最大許容ピークレベルを示している。また、図１０Ａは、音響信号処理装置１０１に入力される入力信号の波形の例を示し、図１Ａの音響信号と同じ信号である。図１０Ｂは、音響信号処理装置１０１により図１０Ａの入力信号のダイナミックレンジを拡張した結果得られる出力信号の波形の例を示している。このように、入力信号のダイナミックレンジが広く、ピーク値が最大許容ピークレベルに近い場合、ダイナミックレンジ拡張後の出力信号のピーク値が、最大許容ピークレベルを超えてしまうおそれがある。

本発明の第２の実施の形態は、このようにダイナミックレンジの過剰な拡張を抑制できるようにするものである。

［音響信号処理装置の構成例］
図１１は、本発明を適用した音響信号処理装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。なお、図中、図４と共通する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分について、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。

図１１の音響信号処理装置２０１は、図４の音響信号処理装置１０１と比較して、信号レベル検出器２１１および比較器２１２が追加され、拡張ゲイン算出器１１４の代わりに拡張ゲイン算出器２１３が設けられている点で異なる。また、音響信号処理装置２０１は、音響信号処理装置１０１と比較して、ＡＧＣ１１１、拡張区間検出装置１１２、拡張信号レベル設定器１１３、および、ダイナミックレンジ拡張器１１５が設けられている点で共通する。

信号レベル検出器２１１は、ＡＧＣ１１１から供給される補正入力信号のレベルを検出し、検出結果を示す入力信号レベル信号を比較器２１２および拡張ゲイン算出器２１３に供給する。

比較器２１２は、入力信号レベル信号と、拡張信号レベル設定器１１３から供給される拡張信号レベル信号とを比較し、比較結果を示す比較器出力信号を拡張ゲイン算出器２１３に供給する。

拡張ゲイン算出器２１３は、入力信号レベル信号および比較器出力信号に基づいて、拡張ゲインを算出する。拡張ゲイン算出器２１３は、算出した拡張ゲインを示す拡張ゲイン信号をダイナミックレンジ拡張器１１５に供給する。

［ダイナミックレンジ拡張処理］
次に、図１２のフローチャート、並びに、図１３および図１４の信号波形図を参照して、音響信号処理装置２０１により実行されるダイナミックレンジ拡張処理について説明する。なお、この処理は、例えは、入力信号が音響信号処理装置２０１に入力されたとき開始される。

なお、図１３および図１４の各グラフは、ダイナミックレンジ拡張処理で処理される各種の信号の波形を模式的に示しており、横軸は時間を示し、縦軸は信号レベルを示している。また、図１３Ａ乃至図１３Ｅ、図１３Ｇ、図１４Ａ乃至図１４Ｅ、および、図１４Ｇの点線は、最大許容ピークレベルを示している。

また、以下、音響信号処理装置２０１に図１３Ａの入力信号が入力された場合の処理と、図１４Ａの入力信号が入力された場合の処理を適宜比較しながら説明する。なお、図１３Ａの入力信号は、図１Ｃの音響信号と同じ信号であり、リミッタ処理等によりダイナミックレンジが失われた音響信号である。一方、図１４Ａの入力信号は、図１Ａの音響信号と同じ信号であり、ダイナミックレンジが失われていない音響信号である。

ステップＳ５１において、図５のステップＳ１と同様の処理により、入力信号のレベル補正が行われる。

図１３Ｂは、図１３Ａの入力信号に対してレベル補正を行った補正入力信号の波形を示しており、図７Ｂの補正入力信号と同じ信号である。

一方、図１４Ｂは、図１４Ａの入力信号に対してレベル補正を行った補正入力信号の波形の例を示している。なお、この例では、説明を分かりやすくするために、図１４Ａの入力信号の平均レベルが基準レベルと等しく、図１４Ａの入力信号と図１４Ｂの補正入力信号が等しくなる例を示している。

ステップＳ５２において、信号レベル検出器２１１は、入力信号レベルを検出する。例えば、信号レベル検出器２１１は、補正入力信号の左右のチャンネルの加算平均レベルを入力信号レベルとして検出する。入力信号レベル検出器２１１は、検出した入力信号レベルを示す入力信号レベル信号を比較器２１２および拡張ゲイン算出器２１３に供給する。

図１３Ｃは、図１３Ｂの補正入力信号に対する入力信号レベル信号の波形の例を示している。この入力信号レベル信号は、図１３Ｂの補正入力信号と同様に、ダイナミックレンジが狭い波形となる。

一方、図１４Ｃは、図１４Ｂの補正入力信号に対する入力信号レベル信号の波形の例を示している。この入力信号レベル信号は、図１４Ｂの補正入力信号と同様に、ダイナミックレンジが広い波形となる。

ステップＳ５３において、図６のステップＳ２の処理と同様に、拡張区間検出処理が実行される。そして、その結果得られた拡張区間検出信号が、拡張区間検出装置１１２から拡張信号レベル設定器１１３に供給される。

上述したように、音響信号の定位分布は、リミッタ処理等によりほとんど変化しない。従って、図１３Ｂおよび図１４Ｂの補正入力信号に対して、ほぼ同じ区間が拡張区間として検出され、ほぼ同じ波形の拡張区間検出信号が生成される。なお、以下、図１３Ｂおよび図１４Ｂの両方の補正入力信号に対して、上述した図９Ｃの信号と同じ拡張区間検出信号が生成されたものとする。

ステップＳ５４において、図６のステップＳ３の処理と同様に、拡張信号レベルが設定され、その結果得られた拡張信号レベル信号が、拡張信号レベル設定器１１３から比較器２１２に供給される。

図１３Ｄは、図１３Ｂの補正入力信号に対する拡張信号レベル信号の例を示し、図１４Ｄは、図１４Ｂの補正入力信号に対する拡張信号レベル信号の波形の例を示している。なお、図１３Ｄおよび図１４Ｄの拡張信号レベル信号は、図７Ｃの拡張信号レベル信号と同じ信号である。

ステップＳ５５において、比較器２１２は、入力信号レベルと拡張信号レベルを比較する。具体的には、比較器２１２は、入力信号レベル信号により示される入力信号レベルと、拡張信号レベル信号により示される拡張信号レベルを比較し、いずれか大きい方を選択して出力する。これにより、各時点において入力信号レベルと拡張信号レベルのうち大きい方を示す比較器出力信号が生成され、比較器２１２から拡張ゲイン算出器２１３に供給される。

図１３Ｅは、図１３Ｃの入力信号レベル信号と図１３Ｄの拡張信号レベル信号とを比較した結果得られる比較器出力信号の波形の例を示している。この場合、図１３Ａの入力信号のダイナミックレンジが失われた区間とほぼ一致する各拡張区間の中央付近において、拡張信号レベルが入力信号レベルを超えるため、拡張信号レベルが選択される。一方、その他の区間では、拡張信号レベルが入力信号レベルを超えないため、入力信号レベルが選択される。

一方、図１４Ｅは、図１４Ｃの入力信号レベル信号と図１４Ｄの拡張信号レベル信号とを比較した結果得られる比較器出力信号の波形の例を示している。この場合、拡張区間においても、拡張信号レベルが入力信号レベル信号を超えないため、入力信号レベルが選択される。また、その他の区間でも、拡張信号レベルが入力信号レベルを超えないため、入力信号レベルが選択される。従って、図１４Ｅの比較器出力信号は、図１４Ｃの入力信号レベル信号と同じ信号となる。

ステップＳ５６において、拡張ゲイン算出器２１３は、拡張ゲインを算出する。具体的には、拡張ゲイン算出器２１３は、比較器出力信号の値÷入力信号レベル信号の値（入力信号レベル）を拡張ゲインとして算出する。そして、拡張ゲイン算出器２１３は、算出した拡張ゲインを示す拡張ゲイン信号を生成し、ダイナミックレンジ拡張器１１５に供給する。

図１３Ｆは、図１３Ｃの入力信号レベル信号と図１３Ｅの比較器出力信号から得られる拡張ゲイン信号の波形の例を示している。この場合、拡張ゲインは、図１３Ｅの拡張信号レベル信号が図１３Ｃの入力信号レベル信号を超える区間で１．０より大きくなり、それ以外の区間で１．０になる。

一方、図１４Ｆは、図１４Ｃの入力信号レベル信号と図１４Ｅの比較器出力信号から得られる拡張ゲイン信号の波形の例を示している。この場合、拡張ゲインは、図１４Ｅの拡張信号レベル信号が図１４Ｃの入力信号レベル信号を超える区間がないため、常に１．０になる。

ステップＳ５７において、図６のステップＳ５と同様の処理により、拡張ゲイン信号により示される拡張ゲインに基づいて補正入力信号が増幅され、ダイナミックレンジが拡張される。そして、ダイナミックレンジを拡張した音響信号（出力信号）がダイナミックレンジ拡張器１１５から後段に出力される。

図１３Ｇは、図１３Ｂの補正入力信号を、図１３Ｆの拡張ゲイン信号に基づいて増幅し、ダイナミックレンジを拡張した音響信号（出力信号）の波形の例を示している。この場合、拡張ゲイン信号の値が１．０を超える区間において、補正入力信号のダイナミックレンジが拡張される。このように、ダイナミックレンジが狭い入力信号に対しては、ダイナミックレンジが失われた区間の信号を増幅し、オリジナルの音響信号が有していたダイナミックレンジを適切に回復させることができる。

一方、図１４Ｇは、図１４Ｂの補正入力信号を、図１４Ｆの拡張ゲイン信号に基づいて増幅し、ダイナミックレンジを拡張した音響信号（出力信号）の波形の例を示している。この場合、拡張ゲイン信号の値が１．０で一定であるため、図１４Ｂの補正入力信号がそのまま出力される。このように、ダイナミックレンジが広い音響信号に対しては、ダイナミックレンジの過剰な拡張が抑制され、音響信号の歪みの発生等を防止することができる。

その後、ダイナミックレンジ拡張処理は終了する。

＜２.変形例＞
以下、本発明の実施の形態の変形例について説明する。

［変形例１］
以上の説明では、レベル補正した後の補正入力信号に基づいて拡張区間の検出を行ったが、上述したように音響信号の定位分布は、レベル補正の影響をほとんど受けないため、レベル補正する前の入力信号に基づいて拡張区間の検出を行うようにしてもよい。

［変形例２］
また、以上の説明では、センター遷移度に基づいて、拡張区間を検出するようにしたが、センター定位度に基づいて、拡張区間を検出するようにしてもよい。例えば、センター定位度が所定の閾値以上となる区間を拡張区間として検出するようにしてもよい。これにより、入力信号の定位分布がセンターに集中している区間、例えば、ボーカルやリズム楽器の音量が大きい区間のダイナミックレンジを拡張することができる。また、センター定位度とセンター遷移度の両方を用いて拡張区間を検出するようにしてもよい。

［変形例３］
また、拡張信号レベル信号のピーク値や、拡張信号レベル信号が増加または減少するときの傾きを、例えば、拡張区間の長さや、補正入力信号のレベル等に基づいて可変とするようにしてもよい。また、図７Ｃでは、拡張信号レベル信号の上昇時と下降時の傾きが左右対称（すなわち、傾きの絶対値が等しく、正負の符号が逆）となる例を示しているが、必ずしも左右対称にする必要はない。例えば、拡張信号レベルの立ち上がりを早くし、その後、徐々に減衰するようにしてもよい。

［変形例４］
さらに、入力前に平均レベルが揃えられてから入力信号が入力される場合、ＡＧＣ１１１を削除し、レベル補正処理を省略することが可能である。

［変形例５］
また、マルチチャンネルの入力信号に対してダイナミックレンジ拡張処理を行う場合、例えば、左、右、中央のフロント側の３チャンネルの音響信号に対してダウンミックスを行い、生成された音響信号に基づいて拡張区間の検出を行うようにすればよい。そして、検出された拡張区間に基づいて、フロント側の３チャンネルの音響信号についてのみダイナミックレンジの拡張を行うようにすればよい。

なお、本発明は、例えば、音響信号の再生または録音を行う装置や、音響信号の補正を行う装置に適用できる。

また、本明細書において、音響信号とは、人の声や動物の鳴き声等の音声のみからなる音声信号を含むものである。

［コンピュータの構成例］
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。

図１５は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。

コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）３０１，ROM（Read Only Memory）３０２，RAM（Random Access Memory）３０３は、バス３０４により相互に接続されている。

バス３０４には、さらに、入出力インタフェース３０５が接続されている。入出力インタフェース３０５には、入力部３０６、出力部３０７、記憶部３０８、通信部３０９、及びドライブ３１０が接続されている。

入力部３０６は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどよりなる。出力部３０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部３０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部３０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ３１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア３１１を駆動する。

以上のように構成されるコンピュータでは、CPU３０１が、例えば、記憶部３０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース３０５及びバス３０４を介して、RAM３０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

コンピュータ（CPU３０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア３１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。

コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア３１１をドライブ３１０に装着することにより、入出力インタフェース３０５を介して、記憶部３０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部３０９で受信し、記憶部３０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM３０２や記憶部３０８に、あらかじめインストールしておくことができる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１０１ 音響信号処理装置， １１１ ＡＧＣ， １１２ 拡張区間検出装置， １１３ 拡張信号レベル設定器， １１４ 拡張ゲイン算出器， １１５ ダイナミックレンジ拡張器， １３１ センター定位度検出器， １３２ センター遷移度検出器， １３３ スレッショルド判定器， ２０１ 音響信号処理装置， ２１１ 信号レベル検出器， ２１２ 比較器， ２１３ 拡張ゲイン算出器

Claims (9)

1. 音響信号の定位分布のセンターへの集中度を示すセンター定位度を検出するセンター定位度検出手段と、
   前記センター定位度に基づいて、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張区間を検出する拡張区間検出手段と、
   前記拡張区間において前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張手段と
   を備える音響信号処理装置。
2. 前記拡張区間検出手段は、前記音響信号の定位分布のセンターへの遷移度を示すセンター遷移度が所定の閾値以上となる区間を前記拡張区間として検出する
   請求項１に記載の音響信号処理装置。
3. 前記センター遷移度は、前記センター定位度の微分値である
   請求項２に記載の音響信号処理装置。
4. 前記拡張区間検出手段は、前記センター定位度が所定の閾値以上となる区間を前記拡張区間として検出する
   請求項１に記載の音響信号処理装置。
5. 前記音響信号のレベルを示す入力信号レベルを検出する入力信号レベル検出手段と、
   前記音響信号のダイナミックレンジを拡張するレベルを示し、前記拡張区間とは異なる区間において所定の最小値となり、前記拡張区間において所定の最大値以下の範囲内で推移する拡張信号レベルを設定する拡張信号レベル設定手段と
   をさらに備え、
   前記拡張手段は、前記拡張信号レベルが前記入力信号レベルを超える区間において、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する
   請求項１に記載の音響信号処理装置。
6. 前記入力信号レベルと前記拡張信号レベルとを比較し、いずれか大きい方を出力する比較手段と、
   前記比較手段の出力値および前記入力信号レベルに基づいて拡張ゲインを算出する拡張ゲイン算出手段と
   をさらに備え、
   前記拡張手段は、前記拡張ゲインに基づいて前記音響信号を増幅することにより、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する
   請求項５に記載の音響信号処理装置。
7. 前記音響信号のレベルを一定にする補正を行う補正手段を
   さらに備え、
   前記センター定位度検出手段は、補正された前記音響信号のセンター定位度を検出し、
   前記拡張手段は、補正された前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する
   請求項１に記載の音響信号処理装置。
8. 音響信号のダイナミックレンジを拡張する音響信号処理装置が、
   前記音響信号の定位分布のセンターへの集中度を示すセンター定位度を検出し、
   前記センター定位度に基づいて、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張区間を検出し、
   前記拡張区間において前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する
   ステップを含む音響信号処理方法。
9. 音響信号の定位分布のセンターへの集中度を示すセンター定位度を検出し、
   前記センター定位度に基づいて、前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する拡張区間を検出し、
   前記拡張区間において前記音響信号のダイナミックレンジを拡張する
   ステップを含む処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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