JPH0627995A

JPH0627995A - 音声信号処理装置と音声信号処理方法

Info

Publication number: JPH0627995A
Application number: JP4081670A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Suzuki; 良二鈴木; Yoshiyuki Yoshizumi; 嘉之吉住; Tsuyoshi Mekata; 強司目方; Yoshinori Yamada; 義則山田
Original assignee: GIJUTSU KENKYU KUMIAI IRYO FUKUSHI KIKI KENKYUSHO
Current assignee: GIJUTSU KENKYU KUMIAI IRYO FUKUSHI KIKI KENKYUSHO
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は継時マスキングを補償することによ
り明瞭度を改善する音声信号処理装置と音声信号処理方
法を提供することを目的とする。【構成】係数計算手段１１が入力信号のレベルの変化
を抑える値を求め、時定数手段１２が係数計算手段１１
の出力の立ち下がりに時定数を与える。非線形処理手段
１３が時定数手段１２の出力に上限と下限を設定し、第
１の遅延手段１４は処理遅延を補償するために入力信号
に遅延を与える。そして第１の乗算手段１５が第１の遅
延手段１４の出力に非線形処理手段１３の出力を乗じ
る。【効果】出力信号は入力信号に対してレベルの変化が
抑えられるので継時マスキングが防がれ、特に、レベル
の小さい子音等が強調される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声信号の明瞭度を改善
する音声信号処理装置と音声信号処理方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、難聴者に対して音声を聞き易
いように処理を行う音声信号処理方法が研究されてい
る。以下、図面を参照しながら、上述した従来の音声信
号処理方法について説明を行う。

【０００３】図１４は従来の音声信号処理方法のフロー
チャートを示すものである。以下その動作について説明
する。まず入力信号から子音の区間を検出する。次に入
力信号が子音区間ならば子音区間を増幅して出力する。
一方入力信号が子音区間でないならば入力信号をそのま
ま出力する。

【０００４】図１５はこのような従来の信号処理方法に
より音声信号を処理した結果を示すもので、図１５
（ａ）が入力音声信号ｓ（ｔ）、図１５（ｂ）が上記信
号処理を施した結果得られる出力音声信号ｙ（ｔ）であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では子音区間の抽出が難しく、特に背景雑音
があるような場合にはその傾向が著しく、この結果、子
音を増幅しなかったり逆に子音以外の区間を増幅してし
まったりするという課題を有していた。

【０００６】本発明は上記課題に鑑み、比較的簡単な処
理で、しかも安定に音声の明瞭度を改善することのでき
る音声信号処理装置と音声信号処理方法を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の音声信号処理装置は、入力信号のレベルの変
化を抑える値を求める係数計算手段と、前記係数計算手
段の出力に時定数を与える時定数手段と、前記時定数手
段の出力に非線形処理を施す非線形処理手段と、処理遅
延を補償するために前記入力信号に遅延を与える第１の
遅延手段と、前記第１の遅延手段の出力に前記非線形処
理手段の出力を乗じる第１の乗算手段から構成されてい
る。

【０００８】また、本発明の音声信号処理方法は、入力
信号の絶対値を求め、次にその時刻及びその前後の時刻
における入力信号の絶対値の情報に基づいて入力信号の
レベルの変化を抑える値Ａ（ｔ）を算出し、前記値Ａ
（ｔ）に時定数処理を施してさらに非線形処理を施し、
前記入力信号に前記非線形処理の結果を乗じて出力する
ことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の音声信号処理装置は、第１の乗算手段
により第１の遅延手段の出力に非線形処理手段の出力を
乗じて出力することにより、入力信号のレベルの時間的
な変化が低減されて、子音のような小さいレベルの信号
が、母音のような大きいレベルの信号にマスキングされ
ることが防がれるので、明瞭度が改善されることとな
る。

【００１０】また、本発明の音声信号処理方法によれ
ば、入力信号の絶対値を求め、その時刻ｔ及びその前後
の時刻の入力信号の絶対値を用いて入力信号のレベルの
変化を抑える値Ａ（ｔ）を求め、値Ａ（ｔ）に時定数処
理を施した値Ａ'（ｔ）を求め、値Ａ'（ｔ）に非線形処
理を施した値Ａ''（ｔ）を求め、値Ａ''（ｔ）を入力信
号ｓ（ｔ）に乗じることにより、入力信号のレベルの変
化を抑えるので、子音のような小さいレベルの信号が、
母音のような大きいレベルの信号にマスキングされるこ
とが防がれ、明瞭度を改善することができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の音声信号処理装置の一実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１２】本発明は、相対的にレベルの低い子音など
を強調して、入力信号のレベルの時間的な変化を低減す
ることにより継時マスキングを防いで明瞭度を改善する
ことができ、かつ簡単なハードウェアで実現することの
できる音声信号処理装置を提供するものである。

【００１３】図１は本発明の一実施例における音声信号
処理装置の構成図を示すものである。図１において、１
１は係数計算手段、１２は時定数手段、１３は非線形処
理手段、１４は第１の遅延手段、１５は第１の乗算手段
である。

【００１４】以上のように構成された音声信号処理装置
について、以下その動作について説明する。

【００１５】まず、入力信号ｓ（ｔ＋ｂ）が係数計算手
段１１と第１の遅延手段１４に入力される。次に係数計
算手段１１が、その時刻ｔ及びその前後の時刻の入力信
号に基づいて入力信号ｓ（ｔ）のレベルの変化を抑える
値Ａ（ｔ）を求める。そして時定数手段１２が係数計算
手段１１の出力Ａ（ｔ）に時定数を与えた値Ａ'（ｔ）
を求める。次に非線形処理手段１３が時定数手段１２の
出力Ａ'（ｔ）に非線形処理を施して値Ａ''（ｔ）を出
力する。そして第１の遅延手段１４において上記処理に
要する時間ｂだけ入力信号に遅延を与える。次に第１の
乗算手段１５が第１の遅延手段１４の出力ｓ（ｔ）に非
線形処理手段１３の出力Ａ''（ｔ）を乗じて出力する。
そして第１の遅延手段１４が記憶している内容全体を１
サンプルずつ遅延させる。

【００１６】図２は本発明の音声信号処理装置の一実施
例における係数計算手段１１の構成図を示すものであ
る。図２において、２１は絶対値手段、２２は第２の遅
延手段、２３は入力信号のレベルの変化を抑える値を算
出するための係数を記憶する第１の記憶手段、２４は入
力信号のレベルを算出するための係数を記憶する第２の
記憶手段、２５は第１の畳み込み演算手段、２６は第２
の畳み込み演算手段、２７は除算手段である。

【００１７】以上のように構成された音声信号処理装置
の係数計算手段について、以下その動作について説明す
る。

【００１８】まず絶対値手段２１は入力信号ｓ（ｔ＋
ｂ）の絶対値を求めてその結果を第２の遅延手段２２に
出力する。次に第２の遅延手段２２は時刻ｔ及びその前
後の時刻の絶対値手段２１の出力（｜ｓ（ｔ＋ｂ）｜〜
｜ｓ（ｔ−ｆ）｜）を記憶する。そして第１の畳み込み
演算手段２５は第２の遅延手段２２の内容（｜ｓ（ｔ＋
ｂ）｜〜｜ｓ（ｔ−ｆ）｜）と第１の記憶手段２３の内
容（Ｃ（−ｂ）〜Ｃ（ｆ））との畳み込み演算を行い、
レベルで正規化される前の、入力信号のレベルの変化を
抑える値Ｍ（ｔ）を求める。次に第２の畳み込み演算手
段２６は第２の遅延手段２２の内容（｜ｓ（ｔ＋ｅ）｜
〜｜ｓ（ｔ−ｅ）｜）と第２の記憶手段２４の内容（Ｅ
（−ｅ）〜Ｅ（ｅ））との畳み込み演算を行い、時刻ｔ
における入力信号のレベルＬ（ｔ）を求める。次に除算
手段２７が第１の畳み込み演算手段２５の出力Ｍ（ｔ）
を第２の畳み込み演算手段２６の出力Ｌ（ｔ）で除算す
ることにより、入力信号のレベルの変化を抑える値Ａ
（ｔ）を出力する。そして第２の遅延手段２２の内容全
体を１サンプルずつ遅延させる。

【００１９】図３は入力信号のレベル変化を抑える値Ｍ
（ｔ）を算出するために第１の記憶手段２３に記憶され
ている係数Ｃ（ｔ）の特性を示したものである。この係
数Ｃ（ｔ）を（数１２）に示す。（数１４）に示すよう
に、この係数Ｃ（ｔ）を入力信号ｓ（ｔ）の絶対値に畳
み込むことにより、時刻ｔの前後のレベルが時刻ｔのレ
ベルよりも大きい場合にはＭ（ｔ）の値が大きくなり、
時刻ｔの前後のレベルが時刻ｔのレベルよりも小さい場
合にはＭ（ｔ）の値が小さくなるので、Ｍ（ｔ）を入力
信号に乗じることにより入力信号のレベルが平滑化され
る。つまり係数Ｃ（ｔ）は時間軸に対して２階微分をす
る特性である。ただし係数Ｃ（ｔ）は全体のレベルを変
化させないために、（数１３）の条件を満足するように
設定する。

【００２０】

【数１２】

【００２１】

【数１３】

【００２２】

【数１４】

【００２３】図４は入力信号のレベル変化を抑える値Ｍ
（ｔ）を算出するために第１の記憶手段２３に記憶され
ている係数Ｃ（ｔ）の別の特性を示したものである。こ
の係数Ｃ（ｔ）を（数１５）に示す。この図に示すよう
に、係数Ｃ（ｔ）を時間軸に対して非対称にすることに
より、聴覚の継時マスキングがより忠実に補償されるこ
ととなる。（数１７）に示すように、この係数Ｃ（ｔ）
を入力信号ｓ（ｔ）の絶対値に畳み込むことにより、時
刻ｔの前後のレベルが時刻ｔのレベルよりも大きい場合
にはＭ（ｔ）の値が大きくなり、時刻ｔの前後のレベル
が時刻ｔのレベルよりも小さい場合にはＭ（ｔ）の値が
小さくなるので、Ｍ（ｔ）を入力信号に乗じることによ
り入力信号のレベルが平滑化される。つまり係数Ｃ
（ｔ）は時間軸に対して２階微分をする特性である。た
だし係数Ｃ（ｔ）は全体のレベルを変化させないため
に、（数１６）の条件を満足するように設定する。

【００２４】

【数１５】

【００２５】

【数１６】

【００２６】

【数１７】

【００２７】図５は入力信号のレベル変化を抑える値Ｍ
（ｔ）を算出するために第１の記憶手段２３に記憶され
ている係数Ｃ（ｔ）のさらに別の特性を示したものであ
る。この係数Ｃ（ｔ）を（数１８）に示す。この図に示
すように、係数Ｃ（ｔ）を負の時間軸のみにすることに
より、母音の後の無音区間を増幅することが少なくなる
とともに、演算量が少なくなる。（数２０）に示すよう
に、この係数Ｃ（ｔ）を入力信号ｓ（ｔ）の絶対値に畳
み込むことにより、時刻ｔの後のレベルが時刻ｔのレベ
ルよりも大きい場合にはＭ（ｔ）の値が大きくなり、時
刻ｔの後のレベルが時刻ｔのレベルよりも小さい場合に
はＭ（ｔ）の値が小さくなるので、Ｍ（ｔ）を入力信号
に乗じることにより入力信号のレベルが平滑化される。
つまり係数Ｃ（ｔ）は入力信号の立ち上がりを時間軸に
対して２階微分をする特性である。ただし係数Ｃ（ｔ）
は全体のレベルを変化させないために、（数１９）の条
件を満足するように設定する。

【００２８】

【数１８】

【００２９】

【数１９】

【００３０】

【数２０】

【００３１】図６は入力信号のレベルを求めるために第
２の記憶手段２４に記憶されている係数Ｅ（ｔ）の特性
を示したものである。この係数Ｅ（ｔ）を（数２１）に
示す。（数２３）に示すように、この係数Ｅ（ｔ）を入
力信号の絶対値に畳み込むことにより、絶対値化した入
力信号が平滑化されて、入力信号のレベルを求めること
ができる。つまり係数Ｅ（ｔ）は時間軸に対して積分を
する特性である。ただし係数Ｅ（ｔ）は全体のレベルを
変化させないために、（数２２）の条件を満足するよう
に設定する。

【００３２】

【数２１】

【００３３】

【数２２】

【００３４】

【数２３】

【００３５】図７は本発明の音声信号処理装置を構成す
る時定数手段１２の一実施例における構成図を示すもの
である。図７において、７１は第１の平滑化手段、７２
は時定数手段の出力Ａ'（ｔ）に１サンプルの遅延を与
える第１の単位遅延手段、７３は第１の単位遅延手段７
２の出力に係数α（０＜α＜１）を乗じる第２の乗算手
段、７４は係数計算手段１１の出力と第２の乗算手段７
３の出力とを選択する第１の切り替え手段、７５は係数
計算手段１１の出力と第１の単位遅延手段７２の出力と
の比較を行い第１の切り替え手段７４の制御を行う第１
の比較手段である。

【００３６】以上のように構成された音声信号処理装置
の時定数手段について、以下その動作について説明す
る。

【００３７】まず第１の単位遅延手段７２は第１の切り
替え手段７４の出力Ａ'（ｔ）に１サンプルの遅延を与
える。次に第２の乗算手段７３は第１の単位遅延手段７
２の出力Ａ'（ｔ−１）に係数α（０＜α＜１）を乗じ
る。そして第１の比較手段７５は係数計算手段１１の出
力Ａ（ｔ）と第１の単位遅延手段７２の出力Ａ’（ｔ−
１）との比較を行い、係数計算手段１１の出力Ａ（ｔ）
の方が第１の単位遅延手段７２の出力Ａ'（ｔ−１）よ
りも大きい場合には第１の切り替え手段７４が係数計算
手段１１の出力Ａ（ｔ）を選択するように制御をし、第
１の単位遅延手段７２の出力Ａ'（ｔ−１）の方が係数
計算手段１１の出力Ａ（ｔ）よりも大きい場合には第１
の切り替え手段７４が第２の乗算手段７３の出力α・
Ａ'（ｔ−１）を選択するように制御をする。

【００３８】図８は本発明の音声信号処理装置を構成す
る非線形処理手段１３の一実施例における構成図を示す
ものである。図８において、８１は時定数手段１２の出
力値Ａ'（ｔ）が所定の上限値を上回った場合に所定値
に飽和させる第１の飽和手段、８２は値Ａ'（ｔ）が所
定の下限値を下回った場合に所定値に飽和させる第２の
飽和手段である。

【００３９】以上のように構成された音声信号処理装置
の非線形処理手段について、以下その動作について説明
する。

【００４０】まず第１の飽和手段８１は時定数手段１２
の出力値Ａ'（ｔ）が上限値Ａｈを越える場合には、値
Ａ'（ｔ）を上限値Ａｈに飽和させる。次に第２の飽和
手段８１は値Ａ'（ｔ）が下限値Ａｌを越えない場合に
は、値Ａ'（ｔ）を下限値Ａｌに飽和させて、入力信号
のレベルの変化を抑える値Ａ''（ｔ）を出力する。図９
はこのような非線形処理手段１３の入出力特性を示した
ものである。この値Ａ''（ｔ）を入力信号ｓ（ｔ）に乗
じることにより、過度な強調や抑制をすることなく入力
信号のレベルが平滑化される。

【００４１】図１０は本発明の音声信号処理装置を構成
する非線形処理手段１３の別の構成図を示すものであ
る。図１０において、１０１は上限値を出力する上限値
設定手段、１０２は時定数手段１２の出力値Ａ'（ｔ）
が上限を上回った場合に飽和させる第１の飽和手段、１
０３は値Ａ'（ｔ）が下限を下回った場合に飽和させる
第２の飽和手段である。

【００４２】以上のように構成された音声信号処理装置
の非線形処理手段について、以下その動作について説明
する。

【００４３】まず上限値設定手段１０１が時定数手段１
２の出力値Ａ'（ｔ）と下限値Ａｌに基づいて上限値Ａ
ｈ（ｔ）を出力する。次に第１の飽和手段１０２は値
Ａ'（ｔ）が上限値設定手段１０１が出力した上限値Ａ
ｈ（ｔ）を越える場合には、値Ａ'（ｔ）を上限値Ａｈ
（ｔ）に飽和させる。次に第２の飽和手段１０３は値
Ａ'（ｔ）が下限値Ａｌを越えない場合には、値Ａ'
（ｔ）を下限値Ａｌに飽和させて、入力信号のレベルの
変化を抑える値Ａ''（ｔ）を出力する。

【００４４】図１１は上述した上限値設定手段１０１の
構成の一例を示すものである。図１１において、１１１
は時定数手段１２の出力値Ａ'（ｔ）と下限値Ａｌとを
比較する第２の比較手段、１１２は値Ａ'（ｔ）を平滑
化する第２の平滑化手段、１１３は時定数手段１２の出
力値Ａ'（ｔ）に（１−β）を乗じる第３の乗算手段、
１１４は第２の平滑化手段１１２の出力に単位遅延を施
す第２の単位遅延手段、１１５は第２の単位遅延手段１
１４の出力に係数β（０≦β≦１）を乗じる第４の乗算
手段、１１６は第３の乗算手段１１３の出力と第４の乗
算手段１１５の出力とを加え合わせる加算手段、１１７
は第２の単位遅延手段１１４の出力と加算手段１１６の
出力との選択を行う第２の切り替え手段である。

【００４５】以上のように構成された音声信号処理装置
の上限値設定手段について、以下その動作について説明
する。

【００４６】まず、第２の比較手段１１１が時定数手段
１２の出力値Ａ'（ｔ）と下限として設定した値Ａｌと
の比較を行う。そして第２の比較手段１１１が時定数手
段１２の出力の方が下限として設定した値Ａｌよりも大
きいと判断した場合には、第２の比較手段１１１は第２
の切り替え手段１１７を端子ａ側に切り替え、第３の乗
算手段１１３、第２の単位遅延手段１１４、第４の乗算
手段１１５および加算手段１１６が時定数手段１２の出
力を平滑化して上限値Ａｈ（ｔ）を出力する。また第２
の比較手段１１１が時定数手段１２の出力の方が下限と
して設定した値Ａｌよりも小さいと判断した場合には、
第２の比較手段１１１は第２の切り替え手段１１７を端
子ｂ側に切り替え、第２の単位遅延手段１１４の出力を
上限値Ａｈ（ｔ）として出力して値を保持する。

【００４７】このようにして得られた、入力信号のレベ
ルの変化を抑える値Ａ''（ｔ）と、第１の遅延手段１４
から出力されるｓ（ｔ）とを第１の乗算手段１５にて乗
算し、出力信号ｙ（ｔ）を得る。

【００４８】図１２は本実施例における音声信号処理装
置により処理した効果を示すもので、図１２（ａ）が入
力信号ｓ（ｔ）の信号波形図、図１２（ｂ）が出力信号
ｙ（ｔ）の信号波形図である。この図からも明らかなよ
うに、出力信号ｙ（ｔ）のレベルは入力信号ｓ（ｔ）の
レベルの小さい部分が増幅されたものとなっている。

【００４９】以上のように本実施例によれば、係数計算
手段１１が、その時刻及びその前後の時刻の入力信号に
基づいて入力信号のレベルの変化を抑える値Ａ（ｔ）を
求め、時定数手段１２および非線形処理手段１３を経由
した値Ａ''（ｔ）を第１の乗算手段１５が第１の遅延手
段１４の出力ｓ（ｔ）に乗じて出力することにより、入
力信号に比べて出力信号のレベルの変化が抑えられるの
で、子音のような小さいレベルの信号が、母音のような
大きいレベルの信号にマスキングされることが防がれ、
明瞭度を改善することができる。また、時定数手段１２
が係数計算手段１１の出力Ａ（ｔ）の立ち下がりに時定
数を与えた値Ａ'（ｔ）を出力することにより、増幅す
る区間が後方に伸び、子音だけでなく子音から母音への
過渡部も強調されるので明瞭度が一段と改善され、非線
形処理手段１３が値Ａ'（ｔ）に非線形処理を施して上
限と下限を設けた値Ａ''（ｔ）を出力することにより、
過度の強調と抑圧が防がれるので、自然性を損なうこと
なく音声の強調を行うことができる。また、係数計算手
段１１が入力信号のレベルの変化に対応した値Ａ（ｔ）
を出力するので、無音区間の定常雑音を増幅してしまう
ことはなく、さらに第１の記憶手段２３が（数１２）
（数１５）もしくは（数１８）で示される係数Ｃ（ｔ）
を記憶し、第２の記憶手段２４が（数２１）で示される
係数Ｅ（ｔ）を（数２２）の条件で記憶し、第１の畳み
込み演算手段２５が第２の遅延手段２２の内容と第１の
記憶手段２３の内容との畳み込み演算を行い、第２の畳
み込み演算手段２６が第２の遅延手段２２の内容と第２
の記憶手段２４の内容との畳み込み演算を行い、除算手
段２７が第１の畳み込み演算手段２５の出力Ｍ（ｔ）を
第２の畳み込み演算手段２６の出力Ｌ（ｔ）で除算する
ことにより、Ｍ（ｔ）が入力信号のレベルで正規化され
た値Ａ（ｔ）となり、このＡ（ｔ）は時刻ｔの前後のレ
ベルが時刻ｔのレベルよりも大きい場合には値が大きく
なり、時刻ｔの前後のレベルが時刻ｔのレベルよりも小
さい場合には値が小さくなるので、容易に入力信号のレ
ベルの変化を安定に抑える値Ａ（ｔ）を得ることができ
る。ここで第１の記憶手段２３が（数１５）で示される
係数Ｃ（ｔ）を記憶した場合には、聴覚の継時マスキン
グがより忠実に補償されることとなる。またここで第１
の記憶手段２３が（数１８）で示される係数Ｃ（ｔ）を
記憶した場合には、母音の後の無音区間を増幅すること
が少なくなるとともに、演算量も少なくなる。さらに非
線形処理手段１３の上限値設定手段１０１が時定数手段
１２の出力Ａ'（ｔ）を平滑化して上限値Ａｈ（ｔ）を
適応的に求めることにより、騒音の大きい環境において
は上限値Ａｈ（ｔ）が小さくなるので騒音を過度に増幅
することが防がれるとともに、非線形処理手段１３の出
力Ａ''（ｔ）が上限値に飽和し易くなるので定常的な利
得の区間が長くなり自然性が損なわれにくくなる。

【００５０】以下本発明の音声信号処理方法の一実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００５１】本発明は、相対的にレベルの低い子音など
を強調して、入力信号のレベルの時間的な変化を低減す
ることにより継時マスキングを防いで明瞭度を改善する
ことができる音声信号処理方法を提供するものである。

【００５２】図１３は本発明の一実施例における音声信
号処理方法のフローチャートを示すものである。

【００５３】以下その動作について説明する。まず時刻
（ｔ＋ｂ）の入力信号ｓ（ｔ＋ｂ）を読み込む。次に入
力信号ｓ（ｔ＋ｂ）の絶対値｜ｓ（ｔ＋ｂ）｜を求め
る。そして（数２４）、（数２５）もしくは（数２６）
に基づいて入力信号のレベルの変化を抑える値Ａ（ｔ）
を求める。（数２４）のＣ（ｉ）は（数１２）で示すも
ので、（数２５）のＣ（ｉ）は（数１５）で示すもので
あり、（数２６）のＣ（ｉ）は（数１８）で示すもので
あり、Ｅ（ｉ）は（数２１）で示すものである。

【００５４】

【数２４】

【００５５】

【数２５】

【００５６】

【数２６】

【００５７】次に（数２７）に基づいてＡ（ｔ）に時定
数を与えた値Ａ'（ｔ）を求める。そして（数２８）に
基づいて非線形処理の上限値Ａｈ（ｔ）を求める。

【００５８】

【数２７】

【００５９】

【数２８】

【００６０】次に（数２９）に基づいてＡ'（ｔ）に非
線形処理を施した値Ａ''（ｔ）を求める。そして（数３
０）に示すように入力信号ｓ（ｔ）にＡ''（ｔ）を乗じ
て出力信号ｙ（ｔ）を得る。そして入力信号の絶対値を
１サンプルずつシフトする。次に入力信号を１サンプル
ずつシフトする。最後に時刻ｔを更新して先頭の処理に
戻る。

【００６１】

【数２９】

【００６２】

【数３０】

【００６３】以上のように本実施例によれば、入力信号
の絶対値を求め、その時刻ｔ及びその前後の時刻の入力
信号の絶対値を用いて（数２４）、（数２５）もしくは
（数２６）に基づいて入力信号のレベルの変化を抑える
値Ａ（ｔ）を求め、値Ａ（ｔ）に時定数処理を施した値
Ａ'（ｔ）を求め、値Ａ'（ｔ）に非線形処理を施した値
Ａ''（ｔ）を求め、値Ａ''（ｔ）を入力信号ｓ（ｔ）に
乗じることにより、入力信号のレベルの変化を抑えるの
で、子音のような小さいレベルの信号が、母音のような
大きいレベルの信号にマスキングされることが防がれ、
明瞭度を改善することができ、また値Ａ（ｔ）は入力信
号のレベルの変化に対応した値なので、無音区間の定常
雑音を増幅してしまうことはない。そして時定数処理に
より値Ａ（ｔ）は立ち下がりに時定数を与えた値Ａ'
（ｔ）になり、増幅する区間が後方に伸び、子音だけで
なく子音から母音への過渡部も強調されるので明瞭度が
一段と改善される。また非線形処理により値Ａ'（ｔ）
は非線形処理を施されて上限と下限を設けた値Ａ''
（ｔ）になり、過度の強調と抑圧が防がれるので、自然
性を損なうことなく音声の強調を行うことができる。さ
らに非線形処理の上限値Ａｈ（ｔ）は時定数処理の出力
Ａ'（ｔ）を平滑化して適応的に求めることにより、騒
音の大きい環境においては上限値Ａｈ（ｔ）が小さくな
るので騒音を過度に増幅することが防がれるとともに、
非線形処理の結果Ａ''（ｔ）が上限値に飽和し易くなる
ので定常的な利得の区間が長くなり自然性が損なわれに
くくなる。

【００６４】なお、本実施例では非線形処理の上限値Ａ
ｈ（ｔ）を適応的に変えているが、（数３１）に示すよ
うに固定定数としてもよい。この場合は演算量が少なく
なる。

【００６５】

【数３１】

【００６６】

【発明の効果】本発明は、その時刻及びその前後の時刻
の入力信号に基づいて入力信号のレベルの変化を抑える
値を求める係数計算手段と、係数計算手段の出力に時定
数を与える時定数手段と、時定数手段の出力に非線形処
理を施す非線形処理手段と、第１の遅延手段の出力に非
線形処理手段の出力を乗じて出力する第１の乗算手段を
設けることにより、出力信号は入力信号に対してレベル
の変化が抑えられるので、子音のような小さいレベルの
信号が、母音のような大きいレベルの信号にマスキング
されることが防がれ、明瞭度を改善することができる。
また係数計算手段は入力信号のレベルの変化に対応した
値を出力するので、無音区間の定常雑音を増幅してしま
うこともない。そして第１の記憶手段が時間軸に対して
２階微分する特性を記憶し、第２の記憶手段が時間軸に
対して積分する特性を記憶し、絶対値手段が入力信号の
絶対値を求めて第２の遅延手段に出力し、第１の畳み込
み演算手段が第２の遅延手段の内容と第１の記憶手段の
内容との畳み込み演算を行い、第２の畳み込み演算手段
が第２の遅延手段の内容と第２の記憶手段の内容との畳
み込み演算を行い、除算手段が第１の畳み込み演算手段
の出力を第２の畳み込み演算手段の出力で除算すること
により、容易にレベルの変化を平滑化する値を求めるこ
とができる。また係数計算手段の出力の立ち下がりに時
定数を与える時定数手段を設けることにより、増幅する
区間が後方に伸び、子音だけでなく子音から母音への過
渡部も強調されるので明瞭度が一段と改善される。そし
て時定数手段の出力に非線形処理を施して上限と下限を
越える場合には飽和させる非線形処理手段を設けること
により、過度の強調と抑圧が防がれるので、自然性を損
なうことなく音声の強調を行うことができる。さらに時
定数手段の出力を平滑化して非線形処理の上限値を適応
的に求める上限値設定手段を設けることにより、騒音の
大きい環境においては上限値が小さくなるので騒音を過
度に増幅することが防がれるとともに、非線形処理手段
の出力が上限値に飽和し易くなるので定常的な利得の区
間が長くなり自然性が損なわれにくくなるなど、数々の
優れた効果を得ることができる音声信号処理装置を実現
できるものである。

【００６７】また、本発明の音声信号処理方法によれ
ば、入力信号の絶対値を求め、その時刻ｔ及びその前後
の時刻の入力信号の絶対値を用いて（数２４）、（数２
５）もしくは（数２６）に基づいて入力信号のレベルの
変化を抑える値Ａ（ｔ）を求め、値Ａ（ｔ）に時定数処
理を施した値Ａ'（ｔ）を求め、値Ａ'（ｔ）に非線形処
理を施した値Ａ''（ｔ）を求め、値Ａ''（ｔ）を入力信
号ｓ（ｔ）に乗じることにより、入力信号のレベルの変
化を抑えるので、子音のような小さいレベルの信号が、
母音のような大きいレベルの信号にマスキングされるこ
とが防がれ、明瞭度を改善することができる。また値Ａ
（ｔ）は入力信号のレベルの変化に対応した値なので、
無音区間の定常雑音を増幅してしまうことはない。そし
て値Ａ（ｔ）の立ち下がりに時定数を与えた値Ａ'
（ｔ）を求める時定数処理を設けることにより、増幅す
る区間が後方に伸び、子音だけでなく子音から母音への
過渡部も強調されるので明瞭度が一段と改善される。そ
して値Ａ'（ｔ）に非線形処理を施して上限と下限を設
けた値Ａ''（ｔ）を求める非線形処理を設けることによ
り、過度の強調と抑圧が防がれるので、自然性を損なう
ことなく音声の強調を行うことができる。さらに時定数
処理の出力Ａ'（ｔ）を平滑化して非線形処理の上限値
Ａｈ（ｔ）を適応的に求めることにより、騒音の大きい
環境においては上限値Ａｈ（ｔ）が小さくなるので騒音
を過度に増幅することが防がれるとともに、非線形処理
の結果Ａ''（ｔ）が上限値に飽和し易くなるので定常的
な利得の区間が長くなり自然性が損なわれにくくなるな
ど、数々の優れた効果を得ることができる音声信号処理
方法を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における音声信号処理装置の
構成図

【図２】本発明の音声信号処理装置を構成する係数計算
手段の一実施例における構成図

【図３】本発明の音声信号処理装置を構成する第１の記
憶手段に記憶されているＣ（ｔ）の一例を示す特性図

【図４】本発明の音声信号処理装置を構成する第１の記
憶手段に記憶されているＣ（ｔ）の他の例を示す特性図

【図５】本発明の音声信号処理装置を構成する第１の記
憶手段に記憶されているＣ（ｔ）の他の例を示す特性図

【図６】本発明の音声信号処理装置を構成する第２の記
憶手段に記憶されているＥ（ｔ）の一例を示す特性図

【図７】本発明の音声信号処理装置を構成する時定数手
段の一構成例を示す構成図

【図８】本発明の音声信号処理装置を構成する非線形処
理手段の一構成例を示す構成図

【図９】本発明の音声信号処理装置を構成する非線形処
理手段の一例を示す特性図

【図１０】本発明の音声信号処理装置を構成する非線形
処理手段の他の構成図

【図１１】本発明の音声信号処理装置を構成する非線形
処理手段の他の構成図

【図１２】本発明の一実施例における音声信号処理装置
の入力信号と出力信号の波形図

【図１３】本発明の一実施例における音声信号処理方法
のフローチャート

【図１４】従来の音声信号処理方法のフローチャート

【図１５】従来の音声信号処理装置の入力信号と出力信
号の波形図

【符号の説明】

１１係数計算手段１２時定数手段１３非線形処理手段１４第１の遅延手段１５第１の乗算手段２１絶対値手段２２第２の遅延手段２３第１の記憶手段２４第２の記憶手段２５第１の畳み込み演算手段２６第２の畳み込み演算手段２７除算手段７１第１の平滑化手段７２第１の単位遅延手段７３第２の乗算手段７４第１の切り替え手段７５第１の比較手段８１、１０２第１の飽和手段８２、１０３第２の飽和手段１０１上限値設定手段１１１第２の比較手段１１２第２の平滑化手段１１３第３の乗算手段１１４第２の遅延手段１１５第４の乗算手段１１６加算手段１１７第２の切り替え手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田義則大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号のレベル変化を抑える値を求め
る係数計算手段と、前記係数計算手段の出力に時定数を
与える時定数手段と、前記時定数手段の出力に非線形処
理を施す非線形処理手段と、処理遅延を補償するために
上記入力信号を遅延させる第１の遅延手段と、前記第１
の遅延手段の出力に前記非線形処理手段の出力を乗じる
第１の乗算手段とを備えたことを特徴とする音声信号処
理装置。
【請求項２】係数計算手段は、入力信号の絶対値を求
める絶対値手段と、前記絶対値手段の出力を記憶すると
同時に遅延を与える第２の遅延手段と、前記入力信号の
レベル変化を抑える値を算出するための係数を記憶する
第１の記憶手段と、前記入力信号のレベルを算出するた
めの係数を記憶する第２の記憶手段と、前記第２の遅延
手段に記憶されている内容と前記第１の記憶手段に記憶
されている内容との畳み込み演算を行う第１の畳み込み
演算手段と、前記第２の遅延手段に記憶されている内容
と前記第２の記憶手段に記憶されている内容との畳み込
み演算を行う第２の畳み込み演算手段と、前記第１の畳
み込み演算手段の出力を前記第２の畳み込み演算手段の
出力で除算する除算手段とから構成されることを特徴と
する請求項１記載の音声信号処理装置。
【請求項３】第１の記憶手段は、時間軸に対して２階
微分する特性を記憶していることを特徴とする請求項２
記載の音声信号処理装置。
【請求項４】第１の記憶手段は、次式で示される係数
C(t)を記憶していることを特徴とする請求項２記載の音
声信号処理装置。【数１】
【請求項５】第１の記憶手段は、次式で示される係数
C(t)を記憶していることを特徴とする請求項２記載の音
声信号処理装置。【数２】
【請求項６】第１の記憶手段は、次式で示される係数
C(t)を記憶していることを特徴とする請求項２記載の音
声信号処理装置。【数３】
【請求項７】第２の記憶手段は、時間軸に対して積分
する特性を記憶していることを特徴とする請求項２記載
の音声信号処理装置。
【請求項８】第２の記憶手段は、次式で示される係数
E(t)を記憶していることを特徴とする請求項２記載の音
声信号処理装置。【数４】
【請求項９】時定数手段は、係数計算手段の出力と１
サンプル前の前記時定数手段の出力との比較を行う第１
の比較手段と、前記第１の比較手段が、１サンプル前の
前記時定数手段の出力よりも前記係数計算手段の出力の
方が大きいと判断した場合には前記係数計算手段の出力
を前記時定数手段の出力とし、前記第１の比較手段が、
前記係数計算手段の出力よりも１サンプル前の前記時定
数手段の出力の方が大きいと判断した場合には１サンプ
ル前の前記時定数手段の出力を平滑化して前記時定数手
段の出力とする第１の平滑化手段とを有することを特徴
とする請求項１記載の音声信号処理装置。
【請求項１０】時定数手段は、時定数手段の出力に１
サンプルの遅延を与える第１の単位遅延手段と、係数計
算手段の出力と前記第１の単位遅延手段の出力との比較
を行う第１の比較手段と、前記第１の単位遅延手段の出
力に係数α（０＜α＜１）を乗じる第２の乗算手段と、
前記第１の比較手段が、前記第１の単位遅延手段の出力
よりも前記係数計算手段の出力の方が大きいと判断した
場合には前記係数計算手段の出力を前記時定数手段の出
力とし、前記第１の比較手段が、前記係数計算手段の出
力よりも前記第１の単位遅延手段の出力の方が大きいと
判断した場合には前記第２の乗算手段の出力を前記時定
数手段の出力とする切り替え手段とを有することを特徴
とする請求項１記載の音声信号処理装置。
【請求項１１】非線形処理手段は、時定数手段の出力
が上限値として設定した値よりも大きい場合には出力を
前記上限値に飽和させる第１の飽和手段と、前記時定数
手段の出力が下限値として設定した値よりも小さい場合
には出力を下限値に飽和させる第２の飽和手段とを備え
たことを特徴とする請求項１記載の音声信号処理装置。
【請求項１２】非線形処理手段は、時定数手段の出力
に基づいて上限値を設定する上限値設定手段と、前記時
定数手段の出力が前記上限値設定手段が設定した値より
も大きい場合には出力を前記上限値に飽和させる第１の
飽和手段と、前記時定数手段の出力が下限値として設定
した値よりも小さい場合には出力を前記下限値に飽和さ
せる第２の飽和手段とを備えたことを特徴とする請求項
１記載の音声信号処理装置。
【請求項１３】上限値設定手段は、時定数手段の出力
と下限値として設定した値との比較を行う第２の比較手
段と、前記第２の比較手段が、前記時定数手段の出力の
方が前記下限値として設定した値よりも大きいと判断し
た場合には前記時定数手段の出力を平滑化して出力し、
前記第２の比較手段が、係数計算手段の出力の方が下限
値として設定した値よりも小さいと判断した場合には前
記上限値設定手段の１サンプル前の出力を保持する第２
の平滑化手段とを備えたことを特徴とする請求項１２記
載の音声信号処理装置。
【請求項１４】入力信号の絶対値を求め、次にその時
刻及びその前後の時刻における入力信号の絶対値の情報
に基づいて入力信号のレベルの変化を抑える値Ａ（ｔ）
を算出し、前記値Ａ（ｔ）に時定数処理を施してさらに
非線形処理を施し、前記入力信号に前記非線形処理の結
果を乗じて出力することを特徴とする音声信号処理方
法。
【請求項１５】入力信号のレベルの変化を抑える値Ａ
（ｔ）は、次式に基づいて計算されることを特徴とする
請求項１４記載の音声信号処理方法。【数５】但し、C(t)は（数１）で表わされ、E(t)は（数４）で表
わされるものとする。
【請求項１６】入力信号のレベルの変化を抑える値Ａ
（ｔ）は、次式に基づいて計算されることを特徴とする
請求項１４記載の音声信号処理方法。【数６】但し、C(t)は（数２）で表わされ、E(t)は（数４）で表
わされるものとする。
【請求項１７】入力信号のレベルの変化を抑える値Ａ
（ｔ）は、次式に基づいて計算されることを特徴とする
請求項１４記載の音声信号処理方法。【数７】但し、C(t)は（数３）で表わされ、E(t)は（数４）で表
わされるものとする。
【請求項１８】時定数処理は、次式に基づいて計算さ
れることを特徴とする請求項１４記載の音声信号処理方
法。【数８】
【請求項１９】非線形処理は、次式に基づいて行われ
ることを特徴とする請求項１４記載の音声信号処理方
法。【数９】
【請求項２０】非線形処理は、次式に基づいて行われ
ることを特徴とする請求項１４記載の音声信号処理方
法。【数１０】但し、【数１１】