JPH09258780A - デジタル音声処理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エイリアシング誤差がなく比較的安価な入力
デジタル音声信号の包絡線検波回路をもつデジタル音声
処理装置を得る。 【解決手段】 入力デジタル音声信号をオーバサンプリ
ングして、該信号の連続サンプル間の複数時間位置に中
間サンプル値を導出し、少なくとも中間サンプルの瞬間
最大サンプル値に応答して包絡線を検出し、検出された
包絡線信号に応答して入力デジタル音声信号のサンプル
に処理動作を施すようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル音声信号
の処理に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】音声ミキシング操作卓の如き多くの最新
音声処理装置では、従来アナログ領域で行われてきた音
声処理操作が、今やサンプリングされたデジタル音声信
号について行われている。

【０００３】その一例は、デジタル音声ミキシング操作
卓の「ダイナミックス」部である。ダイナミックス処理
とは、一般に音声信号に対して非線形的作用を行う（簡
単な利得調整や付加的ミキシングのほぼ線形的な技法に
比べて）一群の処理技法のことである。通常、「ダイナ
ミックス」として分類される作用は、音声信号で表され
る音響に歪みを与える傾向がある。ただし、その歪みが
快いか或いは有益なことも多い。例えば、音声信号に与
える利得を非線形的に調整（即ち「圧縮」）して音声信
号のレベルをもっと一定にすれば、歌手がマイクロホン
に近づいたり離れたりするのに従って生じるレベル変動
を軽減するであろう。

【０００４】ここで、アナログからデジタルへの処理技
法の移り変わりにより、多くの新しいタイプのダイナミ
ックス処理が導入された。利得を変化させる場合でも、
複雑なアナログ乗算器は、遙かに簡単で精確なデジタル
乗算器と置き換えられている。しかし、デジタル処理は
また、以前のアナログ方式には存在しなかった幾つかの
新しい問題を提起した。

【０００５】例えば、音声信号のピークレベルの検出に
依存するダイナミックス・プロセッサを考える。添付図
面の図１は、入力デジタル音声信号（例えば、４８ｋＨ
ｚのレートでサンプリングされ分解能が１６ビットのデ
ジタル音声信号）が乗算回路１０と処理チェーン２０に
並列に供給されるこの種のプロセッサの概略を示す。

【０００６】処理チェーン２０は、ピーク（又は包絡
線）検波回路３０、対数（線形からデシベルへ）変換回
路４０、ダイナミックス処理要素５０、制御回路６０及
び対数（デシベルから線形へ）変換回路７０より成る。

【０００７】対数変換回路７０の出力は、もう１つの被
乗数として乗算回路１０に供給され、入力デジタル音声
信号のサンプル値と乗算される。こうして、処理チェー
ン２０の出力は、入力デジタル音声信号の利得を制御す
る。

【０００８】ダイナミックス処理要素５０は、対数領域
で動作する。即ち、包絡線値を受信して、線形単位でな
くデシベルで利得制御値を発生する。これは、ダイナミ
ックス処理要素に使用される時定数、制御値その他の定
数を直接デシベルの規則に関連させるためであり、それ
によってまた、ダイナミックス処理要素の実現がもっと
簡単に且つ直観的なものになる。

【０００９】図１のダイナミックス・プロセッサは、検
出された入力デジタル音声信号の包絡線に応答し、ダイ
ナミックス処理要素５０が出力利得制御値を発生する仕
方に応じて、種々異なるダイナミックス処理機能を行う
ように構成できる。いま、説明上、ダイナミックス処理
要素が閾（しきい）圧縮器として構成され、検出された
入力の包絡線が、例えば−２０ｄＢ以下のときに「０デ
シベル」（不圧縮）の出力を供給し、検出された入力包
絡線がもっと高いとき、例えば４：１の圧縮を示す出力
を供給する如き簡単な例を考える。（一般的には、閾レ
ベル及び適用される圧縮量は、制御回路６０の制御の下
でユーザにより選択可能である。）この例の圧縮応答特
性を図２に概略的に示す。

【００１０】ダイナミックス処理要素５０により出力さ
れる利得制御値は、それから対数変換回路７０によって
線形制御値に変換され、被乗数として乗算回路１０に供
給される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】サンプル化された離散
的な方式では、信号のピーク値を、連続するサンプルの
最大値を求める簡単な包絡線検波回路３０によって精確
に検出することはできない。サンプリング理論によれ
ば、実際に表示されたどんなサンプリング波形も、適当
な帯域制限フィルタによりナイキスト周波数を越える成
分を除去した後でなければ、使用することはできない。

【００１２】この問題を添付図面の図３に模式的に示
す。この図は、４８ｋＨｚのサンプリングレートのサン
プリング点（垂直な線）と同期した１２ｋＨｚの音声信
号の大きさを示す。時間は、水平軸に沿って表される。
図３のＡにおいて、１２ｋＨｚ信号の位相は該信号のピ
ークがサンプリング点と一致しているので、ピーク検波
回路は１２ｋＨｚ信号の大きさを検出するであろう。

【００１３】しかし、図３のＢでは、他の点で類似の１
２ｋＨｚの信号が、サンプリング周波数と４５°だけ位
相がずれている。この場合、各サンプルの最大レベル
（上述の簡単なピーク検波回路により検出されたもの）
は、１２ｋＨｚ信号の大きさのｃｏｓ（４５°）、即ち
０．７０７より大きくならない。したがって、簡単なピ
ーク検波回路は、サンプル化された信号のサンプリング
周波数に対する相対的な位相に応じて、３ｄＢにまで及
ぶ誤差を招く可能性がある。

【００１４】実際においては、この種の重大な誤差は、
信号がサンプリングレートの整数分の１か又はこれに近
い場合に発生するであろう。実際の信号はサンプリング
レートと同期していないので、包絡線（ピーク）検出結
果がサンプル化された信号とこれに最も近いサンプリン
グレートの整数分の１との差によって変調されている場
合、この影響はエイリアシング誤差になって現れること
になる。

【００１５】例えば、信号周波数が１２．１ｋＨｚでサ
ンプリング周波数が４８ｋＨｚの場合、検出される包絡
線値は、１００Ｈｚ信号によって３０％変調されたもの
となるが、この変調は、周波数が低いため、フィルタで
除去することが極めて難しい。

【００１６】この種の変調は永久に残るので、ダイナミ
ックス処理において非常に重大な（望ましくない）歪み
を発生する可能性がある。この事態は、大きな時定数を
使えば改善されるかも知れないが、そうすると、ダイナ
ミックス・プロセッサから早い応答を得ることが不可能
となるであろう。或いはまた、ピーク検波によって制御
されるダイナミックス処理において大きなヒステリシス
を使うこともできようが、これは、処理の結果大きな利
得エラーを生じる可能性がある。

【００１７】上述の問題は、ダイナミックス・プロセッ
サを使うデジタル音声システム全体のサンプリングレー
トを単に増すことによって軽減できるものの、そうする
と、デジタル音声信号を発生して使用するための総合コ
ストが劇的に増大することが認められた。したがって、
本発明は、入力デジタル音声信号の包絡線を検出するた
めの中間サンプル値を発生する包絡線検波回路を用いる
ことにより、上述のエイリアシングの問題を解決しよう
とするものである。検出された包絡線信号は、あとで入
力（即ち、オーバサンプリングされない）デジタル音声
信号に適用するダイナミックス処理関数を制御するため
に使用する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の如きデジ
タル音声処理装置を提供する。この装置は、入力デジタ
ル音声信号をオーバサンプリングして、入力デジタル音
声信号の連続サンプル間の複数時間位置に中間サンプル
値を導出するオーバサンプリング回路と、少くとも中間
サンプルの瞬間的最大サンプル値に応答して包絡線信号
を検出する包絡線検波回路と、検出された包絡線信号に
応答して、入力デジタル音声信号のサンプルに処理動作
を施す信号プロセッサとを具える。

【００１９】こうすれば、オーバサンプリングされたサ
ンプル値（オーバサンプル値）を参照して、向上した精
度で包絡線検波を行うことができるが、これらのオーバ
サンプル値は、直接処理されたデジタル音声信号の一部
とはならないので、信号チェーンに直接施されるデジタ
ル処理に関係する正規の精度で発生しなくてもよい。

【００２０】包絡線信号は、オーバサンプル値のみの比
較、又はオーバサンプル値と入力デジタル音声信号の
「実」サンプルとの比較によって検出できるであろう。
オーバサンプル値のみを比較する場合、オーバサンプリ
ング回路の出力レベルは、実サンプルのレベルと精確に
一致しなくてもよい。しかし、オーバサンプリング回路
の応答がよく整合していて、その出力中間サンプル値が
信号レベルの精確な比較結果を与えるのがよい。

【００２１】オーバサンプリング回路は、入力デジタル
音声信号の連続するサンプル間に偶数個の中間サンプル
値を発生する動作をするのがよい。これらは、入力デジ
タル音声信号の連続サンプル間に時間的にほぼ均一の間
隔をおいて配置したサンプル位置に発生するのがよい。
このようにすれば、値が１の中間係数を中央に置いた奇
数次有限インパルス応答フィルタを設ける特別なケース
が回避されるので、中間サンプル値を発生するのに用い
るフィルタは、互いによく整合するであろう。

【００２２】本発明はまた、デジタル音声処理方法をも
提供し、その方法は、入力デジタル音声信号をオーバサ
ンプリングして、入力デジタル音声信号の連続サンプル
間の複数時間位置に中間サンプル値を導出するステップ
と、少くとも中間サンプルの瞬間的な最大サンプル値に
応答して包絡線信号を検出するステップと、検出された
包絡線信号に応答して、入力デジタル音声信号のサンプ
ルに処理動作を施すステップとを含む。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施態様を説明する。図４は、本発明の実施態様における
包絡線検波回路を示す概略図である。上記検波回路は、
４つの有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ１００，
１１０，１２０及び１３０を含み、一連の遅延素子１４
０から順次遅延されたサンプルが供給される。

【００２４】各ＦＩＲフィルタは、遅延されたサンプル
値の夫々にフィルタ係数（図４には陰影付きボックスで
示す。）１６０を乗じる６つの乗算回路１５０を含む。
夫々のフィルタ係数が乗ぜられた遅延されたサンプル値
は、一連の加算回路１７０によって一緒に加算され、フ
ィルタ出力値を発生する。こうして、各ＦＩＲフィルタ
１００〜１３０は、周知のフィルタリング技法に従って
動作をする。

【００２５】４つのフィルタの各出力は、夫々の絶対値
変換回路１８によって絶対値に変換される。そして、絶
対値の対が第１段の最大検出回路１９０により比較さ
れ、各最大検出回路は、２入力のうち大きい方を出力す
る。最後に、第１段の最大検出回路１９０の出力が第２
段の最大検出回路２００に供給され、絶対値変換回路１
８０によって発生された４つの絶対値のうち最大のもの
を表す出力２１０が発生される。

【００２６】こうして、入力デジタル信号のピーク値
は、（ａ）入力デジタル信号の連続する「実」サンプル
間の４つの中間サンプル値を導出し、（ｂ）それらの中
間サンプル値の最大のものを検出することによって決定
される。

【００２７】図５は、図４の検波回路によって発生され
た中間サンプル値の、デジタル音声信号の「実」サンプ
ル位置に対する時間位置を示す模式図である。図４及び
図５において、各ＦＩＲフィルタ１００〜１３０は、一
連の選択されたフィルタ係数を有し（従来の係数選択技
法による）、周囲の「実」サンプルに対し時間的にずれ
た特定の位置に出力サンプルを与えるようになってい
る。これらの時間的ずれを次の表に示す（２つの連続す
る実サンプルの時間間隔に関して）。 ＦＩＲフィルタ 時間ずれ 図５の符号 フィルタ１００ ０．１２５ ３００ フィルタ１１０ ０．３７５ ３１０ フィルタ１２０ ０．６２５ ３２０ フィルタ１３０ ０．８７５ ３３０

【００２８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
エイリアシングの問題を生ぜず比較的安価な入力デジタ
ル音声信号の包絡線検波回路をもつデジタル音声処理装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダイナミックス・プロセッサの概略を示すブロ
ック図である。

【図２】図１のプロセッサの簡単な圧縮応答を示すグラ
フである。

【図３】潜在的なエイリアシングの問題を示す模式図で
ある。

【図４】本発明の実施態様による包絡線検波回路を示す
略式回路図である。

【図５】図４の検波回路により発生される中間サンプル
値の、入力デジタル音声信号の「実」サンプル位置に対
する時間位置を示す模式図である。

【符号の説明】

１００，１１０，１２０，１３０ デジタルフィルタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力デジタル音声信号をオーバサンプリ
   ングして、該入力デジタル音声信号の連続するサンプル
   の間の複数時間位置に中間サンプル値を導出するオーバ
   サンプリング回路と、 少くとも上記中間サンプルの瞬間的な最大サンプル値に
   応答して包絡線信号を検出する包絡線検波回路と、 検出された上記包絡線信号に応答して、上記入力デジタ
   ル音声信号のサンプルに処理動作を施す信号プロセッサ
   とを具えたデジタル音声処理装置。
2. 【請求項２】 上記のオーバサンプリング回路は、上記
   入力デジタル音声信号の夫々のサンプルグループから上
   記中間サンプル値を導出する１個以上のデジタルフィル
   タを含む請求項１の装置。
3. 【請求項３】 上記オーバサンプリング回路は、上記入
   力デジタル音声信号の連続するサンプルの間に偶数個の
   中間サンプル値を発生する動作をする請求項１又は２の
   装置。
4. 【請求項４】 上記中間サンプル値は、上記入力デジタ
   ル音声信号の連続するサンプルの間の時間的にほぼ均等
   な間隔をあけて配置されたサンプル位置に発生される請
   求項３の装置。
5. 【請求項５】 入力デジタル音声信号をオーバサンプリ
   ングして、該入力デジタル音声信号の連続するサンプル
   の間の複数時間位置に中間サンプル値を導出するステッ
   プと、 少くとも上記中間サンプルの瞬間的な最大サンプル値に
   応答して包絡線信号を検出するステップと、 検出された上記包絡線信号に応答して、上記入力デジタ
   ル音声信号のサンプルに処理動作を施すステップとを含
   むデジタル音声処理方法。