JP6426730B2 - デジタル信号処理のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、音声信号をデジタル的に処理するための方法およびシステムを提供する。具体的には、いくつかの実施形態は、様々な消費者用電子装置においてスタジオ品質の音響を供給するために音声信号をデジタル的に処理することに関する。

歴史的に、スタジオ品質の音響−スタジオ・レコーディング・プロセスの間に利用される完全な範囲の可聴周波数の全ての再生として最も良く言い表すことができる−は、音声レコーディング・スタジオにおいてのみ適切に達成されることが可能であった。スタジオ品質の音響は、高〜中周波数の範囲が効果的に操作され再生される場合にのみ達成される明瞭さおよび輝度のレベルによって特徴づけられている。スタジオ品質の音響の技術的な土台を十分に理解できるのは、経験豊かな録音製作者だけなのに対して、平均的なリスナーがスタジオ品質の音響がもたらす違いを容易に聞き分けることができる。

レコーディング・スタジオ以外でスタジオ品質の音響を再生するために様々な試みが実施されてきたが、これらの試みは巨額な出費となり（通常、高度なスピーカー設計、高コストのハードウェアおよび増加する電力増幅から生じる）、得られたのは混在した結果だけであった。したがって、それによって、スタジオ品質の音響を低コストで一貫した高品質な結果を伴いながらスタジオ以外で再生することが可能な方法が必要である。音声装置内に、または音声装置から離れ独立した処理装置内に埋め込まれたコンピュータ・チップの形で、このような処理を具体化する音声装置がさらに必要である。ハードウェア・ベースおよびソフトウェア・ベース両方の実施形態において、安価なスピーカーによって、ならびに音響の再生が可能な様々な容易に利用できる消費者装置によって、スタジオ品質の音響を生成する性能もまた必要である。

本発明は、スタジオ品質の音響が、音声装置の全ての周波数域にわたって再生されることが可能な方法で、音声信号をデジタル的に処理するシステムおよび方法を提供することによって、上記の既存のニーズを満たすものである。本発明はまた、リアルタイムにおいて音声を強化する性能を提供し、また所与の音声装置または配信システムおよび再生環境の音声信号に対する強化を調整する。

本発明は、このような方法で音声信号をデジタル的に処理することが可能なコンピュータ・チップを提供することができ、ならびにこのようなチップまたは等価回路の組合せを備える音声装置を提供することができる。本発明はまた、デジタル的に音声信号を処理するために、コンピュータによる読み込み可能および実行可能なコンピュータ・ソフトウェアを提供することができる。ソフトウェアの実施形態において、本発明は、Ａｎｄｒｏｉｄ、ｉＯＳおよびＷｉｎｄｏｗｓなどの様々なオペレーティングシステムを備える、ＰＣ、Ｍａｃおよびモバイル機器などのコンピュータ上の既存のハードウェア部品およびソフトウェア部品を利用することができる。

したがって、最初に大まかに言うと、音声入力信号は、ハイパスフィルタによって最初にフィルタリングされる。ハイパスフィルタは、少なくとも１つの実施形態において、入力音声信号から超低周波成分を除去するように構成されており、その結果、ハイパス信号が生成される。

ハイパスフィルタからのハイパス信号は、次に、第１のフィルタモジュールによってフィルタリングされて第１のフィルタリングされた信号を生成する。第１のフィルタモジュールは、ハイパス信号などの音声信号において、選択周波数レンジのゲインを選択的に増大および／または減衰させるように構成される。少なくとも１つの実施形態において、第１のフィルタモジュールは、第１の周波数より上の周波数を増大させ、第１の周波数より下の周波数を減衰させる。

第１のフィルタモジュールからの第１のフィルタリングされた信号は、次に、第１の圧縮器によって変調されて変調信号を生成する。第１の圧縮器は、第１のフィルタリングされた信号などの信号のダイナミックレンジ圧縮のために構成される。第１のフィルタリングされた信号がより高い周波数を増大させ、より低い周波数を減衰させたので、第１の圧縮器は少なくとも１つの実施形態において、より低い周波数材料に対して比較的影響を受けないままでありながら、より高い周波数材料をトリガし、調整するように構成されることが可能である。

第１の圧縮器からの変調信号は、次に、第２のフィルタモジュールによってフィルタリングされて第２のフィルタリングされた信号を生成する。第２のフィルタモジュールは、変調信号などの音声信号において、選択周波数レンジのゲインを選択的に増大および／または減衰させるように構成される。少なくとも１つの実施形態において、第２のフィルタモジュールは、第１のフィルタモジュールに対して最も少ない部分的逆相関になるように構成される。たとえば、第１のフィルタモジュールが第１の周波数より上の成分を＋ＸｄＢ増大させ、第１の周波数より下の成分を−ＹｄＢ減衰させた場合、第２のフィルタモジュールは次に、第１の周波数より上の成分を−ＸｄＢ減衰させ、また、第１の周波数より下の成分を＋ＹｄＢ増大させることができる。換言すれば、１つの実施形態における第２のフィルタモジュールの目的は、第１のフィルタモジュールによって適用されたゲイン調整を「取り消す」こととすることができる。

第２のフィルタモジュールからの第２のフィルタリングされた信号は次に、第１の処理モジュールによって処理されて処理された信号を生成する。少なくとも１つの実施形態において、第１の処理モジュールは、ピーク／ディップモジュールを備えることができる。他の実施形態において、第１の処理モジュールは、ピーク／ディップモジュールおよび第１のゲイン素子の両方を備えることができる。第１のゲイン素子は、第２のフィルタリングされた信号などの信号のゲインを調整するように構成することができる。ピーク／ディップモジュールは、信号内のオーバーシュートまたはアンダーシュートを増加または減少させるために、信号を形成するように構成されることが可能である。

第１の処理モジュールからの処理された信号は次に、バンドスプリッタによってローバンド信号、ミドルバンド信号およびハイバンド信号に分割される。少なくとも１つの実施形態において、各バンドは４次部分の出力を備えることができ、これは２次バイカッドフィルタのカスケードとして実現されてもよい。

ローバンド信号はローバンド圧縮器によって変調されて変調ローバンド信号を生成し、また、ハイバンド信号はハイバンド圧縮器によって変調されて変調ハイバンド信号を生成する。ローバンド圧縮器およびハイバンド圧縮器は、信号のゲインを動的に調整するように各々構成される。ローバンド圧縮器およびハイバンド圧縮器の各々は、演算的におよび／または第１の圧縮器と同様に構成されてもよい。

変調ローバンド信号、ミドルバンド信号および変調ハイバンド信号は次に、第２の処理モジュールによって処理される。第２の処理モジュールは、信号を結合するように構成された加算モジュールを備えることができる。少なくとも１つの実施形態の加算モジュールは、変調ローバンド、ミドルバンドおよび変調ハイバンド信号の各々のゲインを個別に変えることができる。第２の処理モジュールは、第２のゲイン素子をさらに備えることができる。第２のゲイン素子は、出力信号を生成するために、結合信号のゲインを調整することができる。

図面ならびに詳細な説明を考慮に入れる場合、本発明のこれらおよび他の目的、特徴ならびに利点がより明白になるであろう。

本発明の性質をより完全に理解するために、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照するべきである。
音声信号をデジタル的に処理するためのシステムに関する本発明の一実施形態を例示する概略図である。 音声信号をデジタル的に処理するためのシステムに関する本発明の他の実施形態を例示する概略図である。 音声信号をデジタル的に処理するための方法に関する本発明の他の実施形態を例示するブロック図である。 音声信号をデジタル的に処理するための方法に関する本発明の他の実施形態を例示するブロック図である。

図面の各種の図の全体にわたって、同じ参照番号は、同じ部分を指す。

添付の図面によって示されるように、本発明は、音声信号をデジタル的に処理するためのシステムおよび方法に関する。具体的には、いくつかの実施形態は、様々な異なる消費者用電子装置においてスタジオ品質の音響を供給するために、音声信号をデジタル的に処理することに関する。

概略的に示されているように、図１は音声信号をデジタル的に処理するためのシステム１００の少なくとも１つの好ましい実施形態を例示し、また、図２は図１のモジュールのいくつかの下位要素および下位要素の組合せの例を提供する。したがって、これらの実施形態において、システム１００およびシステム３００は、概して、入力装置１０１、ハイパスフィルタ１１１、第１のフィルタモジュール３０１、第１の圧縮器１１４、第２のフィルタモジュール３０２、第１の処理モジュール３０３、バンドスプリッタ１１９、ローバンド圧縮器１３０、ハイバンド圧縮器１３１、第２の処理モジュール３０４および出力装置１０２を備える。

入力装置１０１は、本発明のシステム１００にまた少なくとも１つの実施形態においてハイパスフィルタ１１１に、入力音声信号２０１を送信するように少なくとも部分的に構築、または構成される。入力音声信号２０１は、完全な可聴範囲または部分的可聴範囲を備えることができる。入力音声信号２０１は、ステレオ音声信号を備えることができる。入力装置１０１は、オーディオ再生ができる音声装置の少なくとも一部を備えることができる。入力装置１０１はたとえば、ステレオ・システム、携帯音楽プレーヤ、モバイル機器、コンピュータ、サウンドカードまたは音声カード、あるいは、音声再生に適している他の任意の装置または電子回路の組合せを備えることができる。

ハイパスフィルタ１１１は、入力信号２０１などの音声信号の高周波を通過するように構成されるが、所定の周波数に基づいて、より低い周波数を減衰させる。言い換えると、所定の周波数より上の周波数は、本発明による第１のフィルタモジュール３０１に伝達されることが可能である。少なくとも１つの実施形態において、超低周波成分は入力音声信号から除去され、それは所定の周波数が３００Ｈｚから３ｋＨｚの間の範囲から選択されることが可能である。しかしながら、所定の周波数はソース信号に応じて変えてもよく、他の実施形態においては２０Ｈｚから２０ｋＨｚの間の周波数の完全な可聴範囲から選択された任意の周波数を備えるように変動する。所定の周波数は、ユーザによって調整可能でもよく、または、代わりに静的に設定されてもよい。ハイパスフィルタ１１１は、所定の周波数より上の高い周波数を通過し、また、より低い周波数を減衰またはフィルタで除去するように構築された任意の回路またはそれらの組み合わせをさらに備えることができる。

第１のフィルタモジュール３０１は、ハイパス信号２１１などの音声信号内で選択周波数レンジのゲインを選択的に増大または減衰させるように構成される。たとえば、また、少なくとも１つの実施形態において、第１の周波数より下の周波数は±ＸｄＢ分の調整が可能であるのに対し、第１の周波数より上の周波数は±ＹｄＢ分の調整が可能である。他の実施形態において、複数の周波数は、音声信号内で様々な周波数レンジのゲインを選択的に調整するために用いることができる。少なくとも１つの実施形態において、第１のフィルタモジュール３０１は、図１に示すように、第１のローシェルフフィルタ１１２および第１のハイシェルフフィルタ１１３によって実行されることが可能である。第１のローシェルフフィルタ１１２および第１のハイシェルフフィルタ１１３は、共に２次フィルタでもよい。少なくとも１つの実施形態において、第１のローシェルフフィルタ１１２は第１の周波数より下の成分を減衰させ、また、第１のハイシェルフフィルタ１１３は第１の周波数より上の成分を増大させる。他の実施形態において、第１のローシェルフフィルタ１１２および第１のハイシェルフフィルタ１１３のために使用される周波数は、２つの異なる周波数を備えてもよい。周波数は、静的でも調節可能でもよい。同様に、ゲイン調整（増大または減衰）は、静的でも調節可能でもよい。

第１の圧縮器１１４は、第１のフィルタリングされた信号４０１などの信号を変調するように構成される。第１の圧縮器１１４は、自動ゲインコントローラを備えることができる。第１の圧縮器１１４は、閾値、比率、アタックおよびリリースなどの標準ダイナミックレンジ圧縮制御装置を備えることができる。その振幅が一定の閾値を超える場合、閾値によって第１の圧縮器１１４が、フィルタリングされた信号２１１のレベルを低下させることができる。比率によって第１の圧縮器１１４が、比率によって決定されたゲインを減少させることができる。アタックおよびリリースは、第１の圧縮器１１４がどれくらい速く作動するかについて測定する。アタックフェーズは、第１の圧縮器１１４が閾値によって決定されたレベルに到達するようにゲインを減少させる場合の期間である。リリースフェーズは、第１の圧縮器１１４が比率によって決定されるレベルまでゲインを増加させる期間である。第１の圧縮器１１４は、出力または変調信号２１２の応答曲線の屈曲を制御するソフトニーおよびハードニーを特徴としてもよく、他のダイナミックレンジ圧縮器は音声信号の動的な圧縮に適切な制御を行う。第１の圧縮器１１４は、ダイナミックレンジ圧縮のために構築され、構成された任意の装置または回路の組合せをさらに備えることができる。

第２のフィルタモジュール３０２は、変調信号２１４などの音声信号内において選択周波数レンジのゲインを選択的に増大または減衰させるように構成されている。少なくとも１つの実施形態において、第２のフィルタモジュール３０２は、第１のフィルタモジュール３０１と同じ構成である。具体的には、第２のフィルタモジュール３０２は、第２のローシェルフフィルタ１１５および第２のハイシェルフフィルタ１１６を備えることができる。第２のフィルタモジュール３０２は、第１のフィルタモジュール３０１に対して少なくとも部分的に逆の構成で構成されてもよい。たとえば、第２のフィルタモジュールは、同じ周波数、たとえば第１のフィルタモジュールのように第１の周波数を使用することができる。さらに、第２のフィルタモジュールは、第１の周波数より上の成分の、第１のフィルタモジュールのゲインまたは減衰に対してゲインを逆に調整することができる。同様に第２のフィルタモジュールもまた、第１の周波数より下の成分の、第１のフィルタモジュールのゲインまたは減衰に対してゲインを逆に調整することができる。言い換えると、１つの実施形態における第２のフィルタモジュールの目的は、第１のフィルタモジュールによって適用されたゲイン調整を「取り消す」こととすることができる。

第１の処理モジュール３０３は、第２のフィルタリングされた信号４０２などの信号を処理するように構成されている。少なくとも１つの実施形態において、第１の処理モジュール３０３は、図２に示される１１８などのピーク／ディップモジュールを備えることができる。他の実施形態において、第１の処理モジュール３０３は、第１のゲイン素子１１７を備えることができる。様々な実施形態において、処理モジュール３０３は、信号を処理するための第１のゲイン素子１１７およびピーク／ディップモジュール１１８の両方を備えることができる。少なくとも１つの実施形態において、第１のゲイン素子１１７は、静的量によって信号のレベルを調整するように構成することができる。第１のゲイン素子１１７は、増幅器または乗算回路を備えることができる。他の実施形態において、動的なゲイン素子を使用することができる。ピーク／ディップモジュール１１８は、信号のオーバーシュートまたはアンダーシュートを増加または減少させるように、所望の出力スペクトルを形成するように構成される。いくつかの実施形態では、ピーク／ディップモジュールはさらに、たとえばよりスムーズな反応を示す段階的な範囲のための信号の傾斜を調整し、あるいは代わりに、より突然の音のためのより急な傾斜を提供するように構成されてもよい。少なくとも１つの実施形態において、ピーク／ディップモジュール１１８は、１０のカスケードされたピーク／ディッピングフィルタの列を備える。１０のカスケードされたピーク／ディッピングフィルタの列はさらに、２次フィルタであってもよい。少なくとも１つの実施形態において、ピーク／ディップモジュール１１８は、パラメトリック・イコライザまたはグラフィック・イコライザなどのイコライザを備えることができる。

バンドスプリッタ１１９は、処理された信号４０３などの信号を分割するように構成される。少なくとも１つの実施形態において、信号は、ローバンド信号２２０、ミドルバンド信号２２１およびハイバンド信号２２２に分割される。各バンドは４次部分の出力であってもよく、これはさらに２次バイカッドフィルタのカスケードとして実現することができる。他の実施形態において、バンドスプリッタは、信号を３つの周波数帯に分割することに適切な回路の任意の組合せを備えることができる。ローバンド、ミドルバンドおよびハイバンドは所定の範囲であってもよく、または、周波数自体に基づいて動的に決定されてもよく、すなわち、信号は３つの均一な周波数帯に、またはパーセンテージによって分割されてもよい。異なるバンドはさらに、ユーザおよび／または制御メカニズムによって規定または構成されてもよい。

ローバンド圧縮器１３０はローバンド信号２２０を変調するように構成され、また、ハイバンド圧縮器１３１はハイバンド信号２２２を変調するように構成されている。少なくとも１つの実施形態において、ローバンド圧縮器１３０およびハイバンド圧縮器１３１の各々は、第１の圧縮器１１４と同様でもよい。したがって、ローバンド圧縮器１３０およびハイバンド圧縮器１３１の各々は、信号を変調するように各々構成されてもよい。圧縮器１３０、１３１の各々は、自動ゲインコントローラまたは音声信号のダイナミックレンジ圧縮のために適切な回路の任意の組合せを備えることができる。

第２の処理モジュール３０４は、変調ローバンド信号２３０、ミドルバンド信号２２１および変調ハイバンド信号２３１などの少なくとも１つの信号を処理するように構成される。したがって、第２の処理モジュール３０４は、複数の信号を結合するように構成された加算モジュール１３２を備えることができる。加算モジュール１３２は、２つ以上の信号をコンポジット信号に結合するように構築されたミキサを備えることができる。加算モジュール１３２は、２つ以上の信号を結合するように構築または構成された任意の回路またはそれらの組み合わせを備えることができる。少なくとも１つの実施形態において、加算モジュール１３２は、変調ローバンド信号２３０、ミドルバンド信号２２１および変調ハイバンド信号２３１などの各々の入力信号のための個別のゲイン制御装置を備える。少なくとも１つの実施形態において、第２の処理モジュール３０４は、第２のゲイン素子１３３をさらに備えることができる。第２のゲイン素子１３３は、少なくとも１つの実施形態において、第１のゲイン素子１１７と同様でもよい。第２のゲイン素子１３３はしたがって、所定の量によって、結合信号などの信号を調整するように、増幅器または乗算回路を備えることができる。

出力装置１０２はさらに、出力信号４０４を処理するように構築されてもよい。出力装置１０２もまた、出力信号４０４の再生のために、構築および／または構成されてもよい。

概略的に示されるように、図３は、音声信号をデジタル的に処理するための方法に関する他の実施形態を例示し、これは、少なくとも１つの実施形態において、上述のシステム１００および／またはシステム３００からの構成要素またはそれらの組み合わせを組み込んでもよい。以下で詳述するように図３の方法の各ステップはまた、本発明の少なくとも１つの実施形態に関するコードセグメントの形であってもよく、これは入力音声信号を処理するコンピュータによる実行のために、非一過性コンピュータ可読媒体に記憶される。

したがって、入力音声信号は、５０１に示すように、ハイパスフィルタによって最初にフィルタリングされてハイパス信号を生成する。ハイパスフィルタは、より低い周波数を減衰させながら、入力信号などの信号の高周波を通過させるように構成される。少なくとも１つの実施形態において、超低周波成分は、ハイパスフィルタによって除去される。少なくとも１つの実施形態において、ハイパスフィルタは、２つの２次バイカッド部分のカスケードとして実現される４次フィルタを備えることができる。２つの２次部分に分けられる４次フィルタを使用する理由は、これにより有限のワード長効果がある場合にはフィルタが数値精度を保持することができるからであり、これが固定小数点および浮動小数点の両方の実行において起こり得るからである。このような実施形態の実施例は、以下と同様の形を取ると仮定できる。

２つのメモリ位置は、各々が状態変数として知られる量を保ちながら、ｄ（ｋ−ｌ）およびｄ（ｋ−２）として指定されて割り当てられる。入力サンプルｘ（ｋ）ごとに、量ｄ（ｋ）は、係数ａ１およびａ２を使用して算出される。

ｄ（ｋ）＝ｘ（ｋ）−ａｌ＊ｄ（ｋ−ｌ）−ａ２＊ｄ（ｋ−２）
出力ｙ（ｋ）は次に、係数ｂ０、ｂ１およびｂ２に基づいて、以下にしたがって算出される。

ｙ（ｋ）＝ｂ０＊ｄ（ｋ）＋ｂ１＊ｄ（ｋ−ｌ）＋ｂ２＊ｄ（ｋ−２）
５の倍数および４の加算を含む上記の計算は、２次バイカッド部分の単一のチャネルに対して適切である。したがって、４次のハイパスフィルタが２つの２次バイカッド部分のカスケードとして実現されるので、４次の入力ハイパスフィルタの単一のチャネルは、１０の倍数、４つのメモリ位置、および８の加算を必要とすることになる。

ハイパスフィルタからのハイパス信号は次に、５０２に示すように、第１のフィルタモジュールによってフィルタリングされて第１のフィルタリングされた信号を生成する。第１のフィルタモジュールは、ハイパス信号などの音声信号の選択周波数レンジのゲインを選択的に増大または減衰させるように構成される。したがって、第１のフィルタモジュールは、少なくとも１つの実施形態において、２次ローシェルフフィルタおよび２次ハイシェルフフィルタを備えることができる。少なくとも１つの実施形態において、第１のフィルタモジュールは、圧縮器またはダイナミックレンジコントローラに信号を示す前に、第１の周波数より上の成分を一定の量だけ増大させ、第１の周波数より下の成分を一定の量だけ減衰させる。これによってダイナミックレンジコントローラがトリガし、より高い周波数材料を調整することができるが、より低い周波数材料に対しては比較的影響を受けない。

第１のフィルタモジュールからの第１のフィルタリングされた信号は次に、５０３に示すように第１の圧縮器によって変調される。第１の圧縮器は、自動または動的なゲインコントローラ、あるいは、音声信号の動的な圧縮に適切な任意の回路を備えることができる。したがって、圧縮器は、閾値、比率、アタックおよびリリースなどの標準ダイナミックレンジ圧縮制御装置を備えることができる。第１の圧縮器の実行例は、以下と同様の形を取ると仮定できる。

圧縮器は最初に信号レベルの近似値を計算し、ここで、ａｔｔはアタックタイムを表し、ｒｅｌは、リリースタイムを表し、また、ｉｎｖＴｈｒは、事前計算された閾値を表す。

ｔｅｍｐ＝ａｂｓ（ｘ（ｋ））
ｔｅｍｐ ＞ ｌｅｖｅｌ（ｋ−１）の場合
ｌｅｖｅｌ （ｋ） ＝ ａｔｔ ＊ （ｌｅｖｅｌ （ｋ−１） − ｔｅｍｐ） ＋ ｔｅｍｐ
さもなければ
ｌｅｖｅｌ ＝ ｒｅｌ ＊ （ｌｅｖｅｌ （ｋ−１） − ｔｅｍｐ） ＋ ｔｅｍｐ
このレベル計算は、入力サンプルごとに計算される。次に、信号のレベルとｉｎｖＴｈｒの比は、次のステップを決定する。比率が１未満である場合、信号は変化しないで通過する。比率が１を超える場合、メモリのテーブルはｉｎｖＴｈｒおよびレベルの両方の関数である定数を提供することができる。

（ｌｅｖｅｌ ＊ ｔｈｒ ＜ １）の場合
ｏｕｔｐｕｔ （ｋ） ＝ ｘ（ｋ）
さもなければ
ｉｎｄｅｘ ＝ ｆｌｏｏｒ （ｌｅｖｅｌ ＊ ｉｎｖＴｈｒ）
（ｉｎｄｅｘ ＞ ９９）の場合
ｉｎｄｅｘ ＝ ９９
ｇａｉｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎ ＝ ｔａｂｌｅ ［ｉｎｄｅｘ］
ｏｕｔｐｕｔ （ｋ） ＝ ｇａｉｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎ ＊ ｘ（ｋ）
第１の圧縮器からの変調信号は次に、５０４に示すように、第２のフィルタモジュールによってフィルタリングされて第２のフィルタリングされた信号を生成する。第２のフィルタモジュールは、変調信号などの音声信号内の選択周波数レンジのゲインを選択的に増大または減衰させるように構成される。したがって、第２のフィルタモジュールは、少なくとも１つの実施形態において２次ローシェルフフィルタおよび２次ハイシェルフフィルタを備えることができる。少なくとも１つの実施形態において、第２のフィルタモジュールは、第２の周波数より上の成分を一定の量だけ増大させ、第２の周波数より下の成分を一定の量だけ減衰させる。少なくとも１つの実施形態において、第２のフィルタモジュールは、第１のフィルタモジュールによって取り除かれた量に対して逆である固定量だけ第１の指定された周波数より下の成分を調整する。例として、第１のフィルタモジュールが、第１の周波数より上の成分を＋ＸｄＢだけ増大させ、また、第１の周波数より下の成分を−ＹｄＢだけ減衰させる場合、第２のフィルタモジュールは次に、第１の周波数より上の成分を−ＸｄＢだけ減衰させ、第１の周波数より下の成分を＋ＹｄＢだけ増大させることができる。言い換えれば、ある実施形態における第２のフィルタモジュールの目的は、第１のフィルタモジュールによって適用されたフィルタリングを「取り消す」こととすることができる。

第２のフィルタモジュールからの第２のフィルタリングされた信号は次に、５０５に示すように、第１の処理モジュールによって処理されて処理された信号を生成する。処理モジュールは、信号のレベルを調整するように構成されたゲイン素子を備えることができる。たとえば、この調整は、ピーク対平均比率が第１の圧縮器によって修正されたので、必然とすることができる。処理モジュールは、ピーク／ディップモジュールを備えることができる。ピーク／ディップモジュールは、少なくとも１つの実施形態において１０のカスケードされた２次フィルタを備えてもよい。ピーク／ディップモジュールは、信号の所望の出力スペクトルを形成するために用いてもよい。少なくとも１つの実施形態において、第１の処理モジュールは、ピーク／ディップモジュールのみを備える。他の実施形態において、第１の処理モジュールは、ゲイン素子、その後に続くピーク／ディップモジュールを備える。

第１の処理モジュールからの処理された信号は次に、５０６に示すように、バンドスプリッタによってローバンド信号、ミドルバンド信号およびハイバンド信号に分割される。バンドスプリッタは、１つの信号を異なる周波数レンジの複数の信号に分割するために適切な任意の回路または回路の組合せを備えることができる。少なくとも１つの実施形態において、バンドスプリッタは、４次のバンド分割列を備える。本実施形態において、ローバンド、ミドルバンドおよびハイバンドの各々は４次部分の出力として生じ、２次バイカッドフィルタのカスケードとして実現する。

ローバンド信号は、５０７に示すように、ローバンド圧縮器によって変調されて変調ローバンド信号を生成する。ローバンド圧縮器は、少なくとも１つの実施形態において、構成されてもよく、および／または、第１の圧縮器と演算的に同一でもよい。ハイバンド信号は、５０８に示すように、ハイバンド圧縮器で変調されて、変調ハイバンド信号を生成する。ハイバンド圧縮器は、少なくとも１つの実施形態おいて、構成されてもよく、および／または、第１の圧縮器と演算的に同一でもよい。

変調されたローバンド信号、ミドルバンド信号および変調されたハイバンド信号は次に、５０９に示すように、第２の処理モジュールによって処理される。第２の処理モジュールは、少なくとも加算モジュールを備える。加算モジュールは、複数の信号を１つのコンポジット信号に結合するように構成される。少なくとも１つの実施形態において、加算モジュールは、変調ローバンド信号、ミドルバンド信号および変調ハイバンド信号などの各々の入力信号のための個別のゲイン制御装置をさらに備えることができる。例として、加算モジュールの出力は、以下によって算出することができる。

ＯＵＴ＝ｗ０＊ｌｏｗ＋ｗ１＊ｍｉｄ＋ｗ２＊ｈｉｇｈ
係数ｗ０、ｗｌおよびｗ２は、異なるゲイン調整を表す。第２の処理モジュールは、第２のゲイン素子をさらに備えることができる。第２のゲイン素子は、少なくとも１つの実施形態において第１のゲイン素子と同様でもよい。第２のゲイン素子は、最終的なゲイン調整を提供することができる。最後に、第２の処理された信号は、出力信号として送信される。

概略的に表されるように、図４は、音声信号をデジタル的に処理する方法に関した他の実施形態を例示しており、これは、少なくとも１つの実施形態において上記のシステム１００および／またはシステム３００からの構成要素またはそれらの組み合わせを組み込むことができる。図４の個別の構成要素は上記で詳述されているので、それはここでは述べない。さらに、以下で詳述するように図４における方法の各ステップは、本発明の少なくとも１つの実施形態に関するコードセグメントの形とすることもでき、これは、入力音声信号を処理するコンピュータによる実行のために、非一過性コンピュータ可読媒体上に記憶される。

したがって、５０１に示すように、入力音声信号は、ハイパスフィルタによって最初にフィルタリングされる。ハイパスフィルタからのハイパス信号は次に、６０１に示すように、第１のローシェルフフィルタによってフィルタリングされる。第１のローシェルフフィルタからの信号は次に、６０２に示すように、第１のハイシェルフフィルタによってフィルタリングされる。第１のローシェルフフィルタからの第１のフィルタリングされた信号は次に、５０３に示すように、第１の圧縮器によって変調される。第１の圧縮器からの変調信号は、６１１に示すように、第２のローシェルフフィルタによってフィルタリングされる。ローシェルフフィルタからの信号は次に、６１２に示すように、第２のハイシェルフフィルタによってフィルタリングされる。第２のローシェルフフィルタからの第２のフィルタリングされた信号は次に、６２１に示すように、第１のゲイン素子によってゲインを調整する。第１のゲイン素子からの信号はさらに、６２２に示すように、ピーク／ディップモジュールによって処理される。ピーク／ディップモジュールからの処理された信号は次に、５０６に示すように、ローバンド信号、ミドルバンド信号およびハイバンド信号に分割される。ローバンド信号は、５０７に示すように、ローバンド圧縮器によって変調される。ハイバンド信号は、５０８に示すように、ハイバンド圧縮器によって変調される。変調ローバンド信号、ミドルバンド信号および変調ハイバンド信号は次に、６３１に示すように、加算モジュールによって結合される。結合信号は次に、６３２に示すように、出力信号を生成するために第２のゲイン素子によってゲイン調整される。

上記方法のいずれかは、少なくとも１つの実施形態において順次に完了されてもよいが、それらは任意の他の順序で完了されてもよい。少なくとも１つの実施形態において、上記の方法は、独占的に実行されてもよいが、他の実施形態では、記載の方法の１つまたは複数のステップは省略できる。

前述の本発明の好ましい実施形態には、多くの修正、変形および変更を詳細に加えることができるので、前述の説明および添付の図面に示されるすべての事項は例示として解釈されるべきであり、限定的な意味として解釈されるべきではないことが意図されている。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的等価物によって決定されるべきである。

１００、３００ システム
１０１ 入力装置
１０２ 出力装置
１１１ ハイパスフィルタ
１１２ 第１のローシェルフフィルタ
１１３ 第１のハイシェルフフィルタ
１１４ 第１の圧縮器
１１５ 第２のローシェルフフィルタ
１１６ 第２のハイシェルフフィルタ
１１７ 第１のゲイン素子
１１８ ピーク／ディップモジュール
１１９ バンドスプリッタ
１３０ ローバンド圧縮器
１３１ ハイバンド圧縮器
１３２ 加算モジュール
１３３ 第２のゲイン素子
２０１ 入力音声信号
２１１ ハイパス信号
２１２、２１４ 変調信号
２２０ ローバンド信号、
２２１ ミドルバンド信号
２２２ ハイバンド信号
２３０ 変調ローバンド信号
２３１ 変調ハイバンド信号
３０１ 第１のフィルタモジュール
３０２ 第２のフィルタモジュール
３０３ 第１の処理モジュール
３０４ 第２の処理モジュール
４０１ 第１のフィルタリングされた信号
４０２ 第２のフィルタリングされた信号
４０３ 処理された信号
４０４ 出力信号

Claims (35)

1. 入力音声信号のデジタル信号処理のためのシステムであって、
   前記入力音声信号をフィルタリングしてハイパス信号を生成するように構成されたハイパスフィルタと、
   前記ハイパス信号をフィルタリングして第１のフィルタリングされた信号を生成するように構成された第１のフィルタモジュールと、
   前記第１のフィルタリングされた信号を変調して変調信号を生成するように構成された第１の圧縮器と、
   前記変調信号をフィルタリングして第２のフィルタリングされた信号を生成するように構成された第２のフィルタモジュールと、
   前記第２のフィルタリングされた信号を処理して処理された信号を生成するように構成された第１の処理モジュールと、
   前記処理された信号をローバンド信号、ミドルバンド信号、およびハイバンド信号に分割するように構成されたバンドスプリッタと、
   前記ローバンド信号を変調して変調ローバンド信号を生成するように構成されたローバンド圧縮器と、
   前記ハイバンド信号を変調して変調ハイバンド信号を生成するように構成されたハイバンド圧縮器と、
   前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号、および前記変調ハイバンド信号を処理して出力信号を生成するように構成された第２の処理モジュールと
   を備えるシステム。
2. 前記第１のフィルタモジュールが、
   前記ハイパス信号をフィルタリングして第１のローシェルフ信号を生成するように構成された第１のローシェルフフィルタと、
   前記第１のローシェルフ信号をフィルタリングして前記第１のフィルタリングされた信号を生成するように構成された第１のハイシェルフフィルタと
   を備える請求項１に記載のシステム。
3. 前記第２のフィルタモジュールが、
   前記変調信号をフィルタリングして第２のローシェルフ信号を生成するように構成された第２のローシェルフフィルタと、
   前記第２のローシェルフ信号をフィルタリングして前記第２のフィルタリングされた信号を生成するように構成された第２のハイシェルフフィルタと、
   を備える請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１の処理モジュールが、
   前記第２のフィルタリングされた信号を処理して前記処理された信号を生成するように構成されたピーク／ディップモジュールを備える請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１の処理モジュールが、
   前記第２のフィルタリングされた信号のゲインを調整して第１のゲイン信号を生成するように構成された第１のゲイン素子と、
   前記第１のゲイン信号を処理して前記処理された信号を生成するように構成されたピーク／ディップモジュールを備える請求項１に記載のシステム。
6. 前記第２の処理モジュールが、
   前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号を結合して前記出力信号を生成するように構成された加算モジュールを備える請求項１に記載のシステム。
7. 前記第２の処理モジュールが、
   前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号を結合して結合された信号を生成するように構成された加算モジュールと、
   前記結合された信号のゲインを調整して前記出力信号を生成するように構成された第２のゲイン素子と
   を備える請求項１に記載のシステム。
8. 前記ハイパスフィルタが４次ハイパスフィルタを備える請求項１に記載のシステム。
9. 前記第１のローシェルフフィルタが２次ローシェルフフィルタを備える請求項２に記載のシステム。
10. 前記第１のハイシェルフフィルタが２次ハイシェルフフィルタを備える請求項２に記載のシステム。
11. 前記第２のローシェルフフィルタが２次ローシェルフフィルタを備える請求項３に記載のシステム。
12. 前記第２のハイシェルフフィルタが２次ハイシェルフフィルタを備える、請求項３に記載のシステム。
13. 前記ピーク／ディップモジュールが１０のカスケードされた２次ピーク／ディップフィルタを備える請求項５に記載のシステム。
14. 前記バンドスプリッタが、４次部分として前記ローバンド、前記ミドルバンド、前記ハイバンドの各々を順番に出力する２次バイカッドフィルタのカスケードを備える請求項１に記載のシステム。
15. 前記加算モジュールがさらに、受信した前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号の各々の個別のゲインを選択的に調整するように構成されている請求項６に記載のシステム。
16. 前記第２のフィルタモジュールが、前記第１のフィルタモジュールのゲイン値に対して少なくとも部分的に逆であるゲイン値を備える請求項１に記載のシステム。
17. 前記第２のフィルタモジュールが、前記第１のフィルタモジュールの周波数の値に対してほぼ等しい周波数の値を備える請求項１６に記載のシステム。
18. 入力音声信号のデジタル信号処理のための方法であって、
    ハイパス信号を生成するためにハイパスフィルタによって前記入力音声信号をフィルタリングするステップと、
    第１のフィルタリングされた信号を生成するために第１のフィルタモジュールによって前記ハイパス信号をフィルタリングするステップと、
    変調信号を生成するために第１の圧縮器によって前記第１のフィルタリングされた信号を変調するステップと、
    第２のフィルタリングされた信号を生成するために第２のフィルタモジュールによって前記変調信号をフィルタリングするステップと、
    処理された信号を生成するために第１の処理モジュールによって前記第２のフィルタリングされた信号を処理するステップと、
    前記処理された信号をローバンド信号、ミドルバンド信号およびハイバンド信号に分割するステップと、
    変調ローバンド信号を生成するためにローバンド圧縮器によって前記ローバンド信号を変調するステップと、
    変調ハイバンド信号を生成するためにハイバンド圧縮器によって前記ハイバンド信号を変調するステップと、
    出力信号を生成するために第２の処理モジュールによって前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号を処理するステップと
    を備える方法。
19. 前記第１のフィルタモジュールによって前記ハイパス信号をフィルタリングする前記ステップが、
    第１のローシェルフフィルタによって前記ハイパス信号をフィルタリングするステップと、
    前記第１のフィルタリングされた信号を生成するために第１のハイシェルフフィルタによって前記第１のローシェルフフィルタからの前記信号をフィルタリングするステップと
    を備える請求項１８に記載の方法。
20. 前記第２のフィルタモジュールによって前記変調信号をフィルタリングする前記ステップが、
    第２のローシェルフフィルタによって前記変調信号をフィルタリングするステップと、
    前記第２のフィルタリングされた信号を生成するために第２のハイシェルフフィルタによって前記第２のローシェルフフィルタから受信した信号をフィルタリングするステップと
    を備える請求項１８に記載の方法。
21. 前記第１の処理モジュールによって前記第２のフィルタリングされた信号を処理する前記ステップが、
    前記処理された信号を生成するためにピーク／ディップモジュールによって前記第２のフィルタリングされた信号を処理するステップを備える請求項１８に記載の方法。
22. 前記第１の処理モジュールによって前記第２のフィルタリングされた信号を処理する前記ステップが、
    第１のゲイン素子によって前記第２のフィルタリングされた信号のゲインを調整するステップと、
    前記処理された信号を生成するためにピーク／ディップモジュールによって前記第１のゲイン素子からの信号を処理するステップと
    を備える請求項１８に記載の方法。
23. 前記第２の処理モジュールによって前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号を処理する前記ステップが、
    前記出力信号を生成するために加算モジュールによって前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号を結合するステップを備える請求項１８に記載の方法。
24. 前記第２の処理モジュールによって前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号を処理する前記ステップが、
    結合信号を生成するために加算モジュールによって前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号を結合するステップと、
    前記出力信号を生成するために第２のゲイン素子によって前記結合信号の前記ゲインを調整するステップと
    を備える請求項１８に記載の方法。
25. 前記ハイパスフィルタが、４次ハイパスフィルタを備える請求項１８に記載の方法。
26. 前記第１のローシェルフフィルタが、２次のローシェルフフィルタを備える請求項１９に記載の方法。
27. 前記第１のハイシェルフフィルタが、２次のハイシェルフフィルタを備える請求項１９に記載の方法。
28. 前記第２のローシェルフフィルタが、２次のローシェルフフィルタを備える請求項２０に記載の方法。
29. 前記第２のハイシェルフフィルタが、２次のハイシェルフフィルタを備える請求項２０に記載の方法。
30. 前記ピーク／ディップモジュールが、１０のカスケードされた２次ピーク／ディップフィルタを備える請求項２２に記載の方法。
31. 前記バンドスプリッタが、４次部分として前記ローバンド、前記ミドルバンド、前記ハイバンドの各々を順番に出力する２次バイカッドフィルタのカスケードを備える請求項１８に記載の方法。
32. 前記加算モジュールがさらに、受信した前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号の各々の個別のゲインを選択的に調整するように構成される請求項２３に記載の方法。
33. 前記第２のフィルタモジュールが、前記第１のフィルタモジュールの前記ゲイン値に対して少なくとも部分的に逆であるゲイン値を備える請求項１８に記載の方法。
34. 前記第２のフィルタモジュールが、前記第１のフィルタモジュールの周波数値に対してほぼ等しい周波数値を備える請求項３３に記載の方法。
35. 入力音声信号を処理するコンピュータによる実行のための、非一時的コンピュータ可読媒体上のコンピュータプログラムであって、
    ハイパスフィルタによって前記入力音声信号をフィルタリングしてハイパス信号を生成するためのコードセグメントと、
    第１のフィルタモジュールによって前記ハイパス信号をフィルタリングして第１のフィルタリングされた信号を生成するためのコードセグメントと、
    第１の圧縮器によって前記第１のフィルタリングされた信号を変調して変調信号を生成するためのコードセグメントと、
    第２のフィルタモジュールによって前記変調信号をフィルタリングして第２のフィルタリングされた信号を生成するためのコードセグメントと、
    第１の処理モジュールによって前記第２のフィルタリングされた信号を処理して処理された信号を生成するためのコードセグメントと、
    前記処理された信号をローバンド信号、ミドルバンド信号およびハイバンド信号に分割するためのコードセグメントと、
    ローバンド圧縮器によって前記ローバンド信号を変調して変調ローバンド信号を生成するためのコードセグメントと、
    ハイバンド圧縮器によって前記ハイバンド信号を変調して変調ハイバンド信号を生成するためのコードセグメントと、
    第２の処理モジュールによって前記変調ローバンド信号、前記ミドルバンド信号および前記変調ハイバンド信号を処理して出力信号を生成するためのコードセグメントと
    を含むコンピュータプログラム。

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