KR101093280B1 - Audio processing circuit, audio processing apparatus, and audio processing method - Google Patents
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Abstract
음성 처리 회로는, 입력 신호를 복수의 주파수 대역으로 분할하여 복수의 제1 음성 신호를 생성하는 주파수 분할 회로와, 복수의 제1 음성 신호에 대해 비선형 처리를 실시하여 복수의 제2 음성 신호를 생성하는 복수의 압축 회로와, 복수의 제2 음성 신호를 가산하여 출력 신호를 생성하는 가산 회로를 구비한다. 각 압축 회로는 소정의 계수에 기초하여 결정되는 게인을 제1 음성 신호에 승산하여 제2 음성 신호를 생성한다. 이에 의해, 출력 신호를 음성으로 변환하는 스피커의 주파수 특성을 보정할 수 있다. 또한, 고성능 회로를 이용하지 않고, S/N비를 열화시키지 않고 왜곡을 억제하고, 이로써 청각 음향이 우수한 음성 신호를 생성할 수 있다.The voice processing circuit includes a frequency division circuit for dividing an input signal into a plurality of frequency bands to generate a plurality of first voice signals, and performing a non-linear process on the plurality of first voice signals to generate a plurality of second voice signals. And a plurality of compression circuits, and an addition circuit which adds a plurality of second audio signals to generate an output signal. Each compression circuit multiplies a gain, which is determined based on a predetermined coefficient, with the first audio signal to generate a second audio signal. Thereby, the frequency characteristic of the speaker which converts an output signal into an audio | voice can be correct | amended. In addition, it is possible to suppress distortion without deteriorating the S / N ratio without using a high performance circuit, thereby generating an audio signal excellent in auditory sound.
음성 처리 장치, 음성 처리 회로, 스피커, 레벨 검출부, 게인 산출부 Audio processing unit, audio processing circuit, speaker, level detector, gain calculator
Description
본 발명은, 음성 신호의 가청 주파수 대역에 있어서의 게인 조정에 의해 청각 음향을 향상시킨 음성 처리 회로, 음성 처리 장치 및 음성 처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
본 발명은, 일본 특허 출원 제2008-278923호(출원일 : 2008년 10월 29일)에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.This invention claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-278923 (application date: October 29, 2008), and uses the content here.
최근, 휴대 전화 등의 이동 통신 장치의 발달에 수반하여, 다양한 음성 처리 기술이 개발되고 있고, 특허 문헌 1 등의 여러 가지 문헌에 개시되어 있다.In recent years, with the development of mobile communication devices such as mobile phones, various voice processing technologies have been developed and disclosed in various documents such as
특허 문헌 1 : 일본 특허 제3775156호Patent Document 1: Japanese Patent No. 375156
특허 문헌 1에 개시되어 있는 휴대 전화에서는, 복수의 파트로 구성되는 착신 멜로디를 최적의 음량 밸런스로 재생하기 위해, 이퀄라이저에 의해 악음 신호의 주파수 특성을 조정하여 스피커(또는 리시버)의 주파수 특성을 평탄화하고 있다.In the cellular phone disclosed in
일반적으로, 스피커의 주파수 특성에 있어서의 레벨 저하 부분에 대해 게인을 높임으로써 주파수 특성의 평탄화를 도모하고 있다. 고레벨의 음성 신호가 이 퀄라이저에 입력되는 경우, 이퀄라이저나 그 후단 회로는 고레벨의 입력 음성 신호를 처리하기 위해 고성능의 회로를 채용할 필요가 있다. 한편, 저레벨의 음성 신호를 이퀄라이저에 입력하면, 음성 재생의 S/N비가 저하되어 버린다. 이로 인해, 특허 문헌 1에 기재된 음성 처리 기술을 휴대 전화에 적용하는 것은 곤란하였다.Generally, the frequency characteristics are planarized by increasing the gain with respect to the level reduction portion in the frequency characteristics of the speaker. When a high level audio signal is input to the equalizer, the equalizer or a subsequent circuit needs to employ a high performance circuit to process the high level input audio signal. On the other hand, when the low level audio signal is input to the equalizer, the S / N ratio of the audio reproduction is lowered. For this reason, it was difficult to apply the voice processing technology of
본 발명은, 고성능 회로를 채용하지 않고 청각 음성을 향상시킨 음성 처리 회로, 음성 처리 장치 및 음성 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a speech processing circuit, a speech processing apparatus, and a speech processing method in which auditory speech is improved without employing a high performance circuit.
본 발명에 관한 음성 처리 회로는, 입력 신호를 복수의 주파수 대역으로 분할하여 복수의 제1 음성 신호를 생성하는 주파수 분할 회로와, 복수의 제1 음성 신호에 대해 비선형 처리를 실시하여 복수의 제2 음성 신호를 생성하는 복수의 압축 회로와, 복수의 제2 음성 신호를 가산하여 출력 신호를 생성하는 가산 회로를 구비한다. 각 압축 회로는 소정의 계수에 기초하여 결정되는 게인을 제1 음성 신호에 승산하여 제2 음성 신호를 생성한다.The speech processing circuit according to the present invention includes a frequency division circuit for dividing an input signal into a plurality of frequency bands to generate a plurality of first audio signals, and performing a nonlinear process on the plurality of first audio signals to perform a plurality of second audio signals. A plurality of compression circuits for generating an audio signal and an addition circuit for adding an output of a plurality of second audio signals are provided. Each compression circuit multiplies a gain, which is determined based on a predetermined coefficient, with the first audio signal to generate a second audio signal.
상기한 음성 처리 회로에서는, 저레벨의 입력 신호에 대해서는 게인을 높이고, 고레벨의 입력 신호에 대해서는 게인을 낮추는 비선형 처리를 실행하고 있다. 또한, 출력 신호를 음성으로 변환하는 스피커 등의 주파수 특성을 보정하도록 소정의 계수를 외부로부터 지정하는 것이 가능하므로, 청각 음향이 우수한 음성 출력을 생성하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 음성 신호 레벨과 소정 계수에 기초하여 결 정되는 게인을 제1 음성 신호에 승산하여 제2 음성 신호를 생성하고 있으므로, 비선형 처리 후의 음성 신호에 대해 주파수 특성을 보정하기 위해 게인 승산을 행하는 비교예(도 4 참조)에 비해, 본 발명에서는 출력 신호의 S/N비를 열화시키지 않고 왜곡을 억제할 수 있다.In the audio processing circuit described above, nonlinear processing is performed to increase the gain for the low level input signal and to reduce the gain for the high level input signal. In addition, since it is possible to specify predetermined coefficients from the outside so as to correct frequency characteristics of a speaker or the like which converts an output signal into speech, it is possible to generate speech output excellent in auditory sound. In addition, since the second audio signal is generated by multiplying the first audio signal by a gain determined based on the first audio signal level and a predetermined coefficient, a gain multiplication is performed to correct the frequency characteristic of the audio signal after the nonlinear processing. Compared with the comparative example (refer FIG. 4) performed, in this invention, distortion can be suppressed without degrading the S / N ratio of an output signal.
각 압축 회로는, 제1 음성 신호의 레벨을 검출하는 레벨 검출부와, 검출 레벨에 대해 소정의 계수를 승산하는 계수부와, 그 승산 결과에 기초하여 게인을 결정하는 게인 결정부와, 제1 음성 신호에 대해 결정된 게인을 승산하여 제2 음성 신호를 생성하는 승산부를 구비한다. 또한, 각 압축 회로는 소정 계수를 재기입 가능하게 기억하는 기억부를 구비한다.Each compression circuit includes a level detector that detects a level of the first audio signal, a coefficient unit that multiplies a predetermined coefficient by the detection level, a gain determiner that determines a gain based on the multiplication result, and a first audio signal. And a multiplier configured to multiply the gain determined by the signal to generate a second voice signal. Each compression circuit further includes a storage unit for rewriting the predetermined coefficients rewritably.
본 발명에 관한 음성 처리 장치는, 상기한 음성 처리 회로와, 그 출력 신호를 음성으로 변환하는 스피커를 구비하고, 소정의 계수는 스피커의 주파수 특성을 보정하도록 설정된다.The speech processing apparatus according to the present invention includes the above-described speech processing circuit and a speaker for converting the output signal into speech, and predetermined coefficients are set to correct frequency characteristics of the speaker.
본 발명에 관한 음성 처리 방법에서는, 입력 신호를 복수의 주파수 대역으로 분할하여 복수의 제1 음성 신호를 생성하고, 복수의 제1 음성 신호에 대해 비선형 처리를 실시하여 복수의 제2 음성 신호를 생성하고, 복수의 제2 음성 신호를 가산하여 출력 신호를 생성한다. 상기 비선형 처리에서는, 제1 음성 신호의 레벨과 소정의 계수에 기초하여 결정되는 게인을 제1 음성 신호에 승산하여 제2 음성 신호를 생성한다.In the voice processing method according to the present invention, a plurality of first voice signals are generated by dividing an input signal into a plurality of frequency bands, and non-linear processing is performed on the plurality of first voice signals to generate a plurality of second voice signals. The second audio signal is added to generate an output signal. In the nonlinear processing, a second audio signal is generated by multiplying the first audio signal by a gain determined based on the level of the first audio signal and a predetermined coefficient.
본 발명에 따르면, 고성능 회로를 채용하지 않고 청각 음성을 향상시킨 음성 처리 회로, 음성 처리 장치 및 음성 처리 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a speech processing circuit, a speech processing apparatus, and a speech processing method in which auditory speech is improved without employing a high performance circuit.
본 발명에 대해 첨부 도면을 참조하여 실시예와 함께 상세하게 설명한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은, 본 실시예에 관한 음성 처리 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다. 음성 처리 장치(100)는 음성 처리 회로(1)와 스피커(2)로 구성된다. 음성 처리 회로(1)는, 음성 신호인 입력 신호 IN에 소정의 음성 처리를 실시하여 출력 신호 OUT를 생성한다. 스피커(2)는 출력 신호 OUT를 음성으로 변환하여 출력(방음)한다. 음성 처리 장치(100)는, 예를 들어 휴대 전화에 내장되어 있고, 입력 신호 IN은 통신을 행하고 있는 다른 쪽 휴대 전화의 이용자의 음성 신호이다. 음성 처리 회로(1)의 음성 처리에 의해 스피커(2)는 청각 음향을 향상시킨 음성을 출력한다.1 is a block diagram showing the configuration of the
음성 처리 회로(1)는, 주파수 분할 회로(10), 압축 회로 유닛(20), 및 가산 회로(30)를 구비한다. 주파수 분할 회로(10)는, 입력 신호 IN을 복수의 주파수 대역으로 분할하여 복수의 제1 음성 신호를 생성한다. 압축 회로 유닛(20)은 복수의 제1 음성 신호에 각각 다이나믹 레인지 압축(Dynamic Range Compression)을 실시하여 복수의 제2 음성 신호를 생성한다. 가산 회로(30)는 복수의 제2 음성 신호를 가산하여 출력 신호 OUT를 생성한다.The
주파수 분할 회로(10)는 복수의 대역 통과 필터(Band Pass Filter) BPF1 내지 BPF6을 구비한다. 본 실시예에서는, 6개의 BPP1 내지 BPF6을 주파수 분할 회로(10)에 구비하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 임의의 수의 대역 통과 필터를 구 비하도록 해도 된다. BPF1 내지 BPF6에는 각각 입력 신호 IN이 공급되고, 각 대역 통과 필터에 설정된 중심 주파수에 기초하는 소정의 주파수 대역의 신호를 통과시켜, 제1 음성 신호를 생성한다. 각 대역 통과 필터의 주파수 대역은 입력 신호 IN의 주파수 대역보다도 좁다. BPF1 내지 BPF6은 서로 다른 중심 주파수를 갖고 있고, 스피커(2)보다 청각 음향을 향상시킨 음성을 출력하는 관점에서, 로그적으로 등간격으로 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 중심 주파수로서, BPF1 : 125Hz, BPF2 : 250Hz, BPF3 : 500Hz, BPF4 : 1kHz, BPF5 : 2kHz, BPF6 : 4kHz를 설정하고 있다.The
압축 회로 유닛(20)은, 제1 압축 회로(U1) 내지 제6 압축 회로(U6)를 구비한다. 제1 압축 회로(U1) 내지 제6 압축 회로(U6)는 각각 BPF1 내지 BPF6에 대응하여 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 6개의 대역 통과 필터에 대응하여 6개의 압축 회로를 압축 회로 유닛(20)에 구비하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 임의의 수의 압축 회로를 임의의 수의 대역 통과 필터에 대응하여 구비하도록 해도 된다. 각 압축 회로는 제1 음성 신호에 대해 후술하는 비선형 처리 및 보정 처리를 실시하여 제2 음성 신호를 생성한다. 또한, 이들의 압축 회로를 비선형 처리 회로라 총칭해도 된다.The
스피커(2)는, 그 스피커 고유의 주파수 특성을 갖고 있다. 본 실시예에서는, 스피커(2)에 의한 음성 재생의 청각 음향을 향상시키기 위해, 스피커(2) 고유의 주파수 특성을 고려하여 출력 신호 OUT에 소정의 주파수 특성을 부여하고 있다. 이로 인해, 각 압축 회로는 음성 처리 회로(1)의 외부로부터 공급되는 제어 신호 CTL을 이용하여 보정 처리를 행한다. 제어 신호 CTL은 출력 신호 OUT에 부여해야 할 주파수 특성에 따라서 적절하게 결정된다. 본 실시예에 있어서, 제어 신호 CTL은 스피커(2)의 고유 주파수 특성에 대응하여 계수를 지정하여, 각 압축 회로에 있어서 게인 산출부(52)에 공급되는 신호 레벨을 조정한다(도 2 참조). 게인 산출부(52)는 공급되는 신호 레벨에 따라서 게인을 산출하므로, 계수에 따른 주파수 특성이 출력 신호 OUT에 부여되게 된다. 즉, 본 실시예는 출력 신호 OUT에 따라서 스피커(2)의 주파수 특성을 보정하도록 계수를 설정하고 있다. 이 보정 처리에 사용하는 계수는 음성 처리 회로(1)의 외부에서 지정되지만, 제어 신호 CTL의 공급원은 음성 처리 장치(100)의 외부 혹은 내부에 구비해도 된다.The
다음에, 각 압축 회로의 구성에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 제1 압축 회로(U1) 내지 제6 압축 회로(U6)는 각각 마찬가지의 구성을 갖고 있으므로, 여기서는 제1 압축 회로(U1)의 구성에 대해 설명한다.Next, the structure of each compression circuit is demonstrated with reference to FIG. Since the first compression circuit U1 to the sixth compression circuit U6 each have the same configuration, the configuration of the first compression circuit U1 will be described here.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 압축 회로(U1)는, 레벨 검출부(50), 계수부(51), 게인 산출부(혹은, 게인 결정부)(52) 및 승산부(53)를 구비한다. 레벨 검출부(50)는 BPF1에서 생성된 제1 음성 신호의 레벨을 검출한다. 계수부(51)는 검출된 제1 음성 신호의 레벨에 제어 신호 CTL로 지정된 계수를 승산한다. 이 승산은, 스피커(2)의 주파수 특성을 보정하도록 행해진다. 계수부(51)에 기억부를 구비하여 계수를 재기입 가능하게 기억하도록 해도 된다. 계수부(51)에 기억부를 구비하지 않는 경우에는, 제어 신호 CTL의 공급원에 기억부를 구비하여 계수를 재기입 가능하게 기억한다. 게인 산출부(52)는 그 입력 신호에 따른 게인을 결정하기 위한 게인 테이블을 구비하고 있다. 즉, 게인 산출부(52)는 계수부(51)의 출력 신호와 게인 테이블에 기초하여 게인을 산출한다. 이 게인 테이블은, 후술하는 바와 같이 입력 레벨과 출력 레벨의 관계가 비선형 특성이 되도록 설계되어 있고, 압축 회로 내에서의 비선형 처리를 담당하고 있다. 승산부(53)는, BPF1에서 생성된 제1 음성 신호에 대해 게인 산출부(52)에서 산출한 게인을 승산하여 제2 음성 신호를 생성한다. 또한, 게인은 스피커(2)의 주파수 특성을 보정하도록 산출되므로, 보정 처리는 승산부(53)의 승산에 의해 완료된다. 바꾸어 말하면, 제1 압축 회로(U1)는 보정 처리 회로의 기능도 담당하고 있는 것이 된다.As shown in FIG. 2, the first compression circuit U1 includes a
각 압축 회로는, 도 3의 실선으로 나타내는 바와 같은 입출력 레벨 특성을 갖는다. 전술한 게인 테이블은 이 입출력 레벨 특성을 얻을 수 있도록 설정되어 있다. 도 3에 있어서, 횡축은 입력 레벨(dB)을 나타내고, 종축은 출력 레벨(dB)을 나타낸다. 부호「UCL」은 청각상의 불쾌 레벨을 나타내고 있고, 이것은 인간에게 청각상 불쾌감을 주지 않는 음압 범위의 상한값에 상당한다. UCL값은 임의로 설정될 수 있지만, 통계적인 방법에 의해 설정하는 것이 바람직하다. 도 3의 입출력 레벨 특성에 나타낸 바와 같이, 각 압축 회로는 입력 레벨이 UCL값 이상인 경우에는, 출력 레벨을 제한하여 UCL값으로 고정한다. 이에 의해, 제2 음성 신호는 인간에게 청각상 불쾌감을 주지 않는 음압으로 제한된다.Each compression circuit has the input / output level characteristic as shown by the solid line of FIG. The gain table described above is set to obtain this input / output level characteristic. In Fig. 3, the horizontal axis represents the input level (dB), and the vertical axis represents the output level (dB). The symbol "UCL" represents an auditory discomfort level, which corresponds to an upper limit of a sound pressure range that does not give an auditory discomfort to a human being. The UCL value can be set arbitrarily, but it is preferable to set it by a statistical method. As shown in the input / output level characteristic of Fig. 3, each compression circuit restricts the output level and fixes it to the UCL value when the input level is equal to or greater than the UCL value. Thereby, the second voice signal is limited to sound pressure which does not give an auditory discomfort to a human.
도 3에 있어서, 부호「HTL」은 청각 임계값을 나타내고 있고, 이것은 인간이 들을 수 있는 음압 범위의 하한값에 상당한다. HTL값은 임의로 설정할 수 있지만, 통계적인 방법에 의해 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 부호「HTL_high」는 HTL 값보다도 소정차분(dB)만큼 높은 레벨을 나타내고 있고, 또한 HTL_high<UCL의 범위로 설정되어 있다. 도 3에 있어서, 파선은 입력 레벨/출력 레벨(UCL, UCL)점과 원점을 연결하는 직선이며, 선형 입출력 레벨 특성을 나타내고 있다. 도 3에 있어서 파선으로 나타내어진 선형 입출력 레벨 특성과 비교해도 명백한 바와 같이, 실선으로 나타내는 각 압축 회로의 입출력 레벨 특성은 비선형이다.In FIG. 3, the code | symbol "HTL" represents an auditory threshold value, and this corresponds to the lower limit of the sound pressure range which a human can hear. Although the HTL value can be set arbitrarily, it is preferable to set it by a statistical method. Further, the sign "HTL_high" represents a level higher by a predetermined difference (dB) than the HTL value, and is set in the range of HTL_high <UCL. In FIG. 3, the broken line is a straight line connecting the input level / output level (UCL, UCL) point and the origin, and shows linear input / output level characteristics. As apparent from comparison with the linear input / output level characteristic shown by the broken line in FIG. 3, the input / output level characteristic of each compression circuit represented by the solid line is nonlinear.
각 압축 회로의 입출력 레벨 특성에 따르면, HTL값으로부터 UCL값까지의 제1 음성 신호 레벨(즉, 입력 레벨)이 HTL_high값으로부터 UCL값까지의 제2 음성 신호 레벨로 압축되게 되고, 청각 임계값이 HTL_high값인 청취자라도 HTL값 이상으로부터 HTL_high값까지의 제1 음성 신호를 충분히 들을 수 있다.According to the input / output level characteristic of each compression circuit, the first audio signal level (i.e., input level) from the HTL value to the UCL value is compressed to the second audio signal level from the HTL_high value to the UCL value. Even the listener having the HTL_high value can sufficiently hear the first audio signal from the HTL value or more to the HTL_high value.
스피커(2)의 주파수 특성의 보정 처리에 있어서, 그 주파수 특성의 저레벨 영역에 대해 게인을 높이거나, 고레벨 영역에 대해 게인을 낮출 필요가 있다. 도 2에 나타내는 계수부(51)의 후단의 게인 산출부(52)에 의해 게인이 결정된다. 게인 산출부(52)는 입력 레벨이 낮을수록 게인을 증대하는 압축 증폭을 행하고 있고, 계수부(51)는 레벨 검출부(50)에서 검출한 제1 음성 신호 레벨에 계수를 승산하고, 이로써, 제1 음성 신호 레벨을 스피커(2)에 있어서의 증감분만큼 증가 혹은 감소시킨 레벨을 산출한다. 즉, 스피커(2)에 있어서 레벨을 감쇠하는 경우에는, 계수부(51)의 계수 승산에 의해 게인 산출부(52)의 입력 레벨이 도 3중 좌측 방향으로 어긋나게 된다. 한편, 스피커(2)에 있어서 레벨을 증폭하는 경우에는, 게인 산출부(52)의 입력 레벨이 도 3 중 우측 방향으로 어긋나게 된다.In the process of correcting the frequency characteristic of the
상기한 바와 같이, 각 압축 회로는 비선형의 입출력 레벨 특성을 갖고 있지 만, 여기서는 비선형 처리와 보정 처리가 동시에 실행되는 것에 특징이 있다. 이에 의해, 가산 회로(30)에 있어서의 오버플로우를 방지하는 동시에, 출력 신호 OUT의 S/N비를 향상시킬 수 있다. 도 4는, 비선형 처리 후에 보정 처리를 행하는 음성 처리 장치(200)의 구성을 나타낸다. 이 음성 처리 장치(200)를 비교예로 하여, 본 실시예에 관한 음성 처리 장치(100)의 특징 및 이점에 대해 설명한다.As described above, each compression circuit has a nonlinear input / output level characteristic, but here, the nonlinear process and the correction process are performed simultaneously. Thereby, the overflow in the
도 4에 도시하는 음성 처리 장치(200)는 음성 처리 회로(3)와 스피커(2)에 의해 구성된다. 음성 처리 회로(3)는 주파수 분할 회로(10), 압축 회로 유닛(40), 게인 승산부 G1 내지 G6, 및 가산 회로(30)를 구비한다. 압축 회로 유닛(40)은 복수의 압축 회로[즉, 제11 압축 회로(U11) 내지 제16 압축 회로(U16)]를 구비하고 있고, 이들은 주파수 분할 회로(10)에 포함되는 BPF1 내지 BPF6에 각각 대응하여 접속되어 있다. 제11 압축 회로(U11) 내지 제16 압축 회로(U16)의 각각은 도 2에 도시하는 구성으로부터 계수부(51)를 제외한 구성을 갖고 있고, 대응하는 대역 통과 필터(BPF)에서 생성된 제1 음성 신호에 대해 비선형 처리를 실시하여 제3 음성 신호를 생성한다.The
게인 승산부 G1 내지 게인 승산부 G6은, 예를 들어 이퀄라이저에 의해 구성되어 있고, 제11압축 회로(U11) 내지 제16 압축 회로(U16)에 대응하여 접속된다. 게인 승산부 G1 내지 게인 승산부 G6에는 전술한 제어 신호 CTL이 공급되고 있다. 각 게인 승산부는 대응하는 압축 회로에서 생성된 제3 음성 신호에 제어 신호 CTL이 지정한 계수를 승산하여 제2 음성 신호를 생성한다. 게인 승산부 G1 내지 게인 승산부 G6에 의한 계수 승산은 스피커(2)의 주파수 특성을 보정하도록 실행되는 것 이며, 구체적으로는 스피커(2)에 있어서의 레벨 증감분을 상쇄되도록 실행된다. 이와 같이 하여, 음성 처리 장치(200)는 게인 승산부 G1 내지 게인 승산부 G6을 사용하여 보정 처리를 실행한다. 가산 회로(30)는, 게인 승산부 G1 내지 게인 승산부 G6에서 생성된 복수의 제2 음성 신호를 가산하여 출력 신호 OUT를 생성한다.The gain multiplier G1 to the gain multiplier G6 are configured by, for example, an equalizer, and are connected to correspond to the eleventh compression circuits U11 to 16th compression circuit U16. The above-mentioned control signal CTL is supplied to the gain multiplier G1 to the gain multiplier G6. Each gain multiplier generates a second voice signal by multiplying a third voice signal generated by a corresponding compression circuit by a coefficient designated by the control signal CTL. The coefficient multiplication by the gain multiplier G1 to the gain multiplier G6 is performed to correct the frequency characteristic of the
표 1은, 스피커(2)의 주파수 특성의 일례를 나타내고 있고, 이에 보정 처리를 실시하는 경우, 게인 승산부 G1은 +10dB, 게인 승산부 G2는 +5dB, 게인 승산부 G3은 0dB, 게인 승산부 G4는 +5dB, 게인 승산부 G5는 +7dB, 게인 승산부 G6은 +10dB만큼 제3 음성 신호를 증폭한다. 이와 같이, 음성 처리 회로(3)에서는 각 주파수 대역의 음성 신호가 스피커(2)의 레벨 감쇠분만큼 증폭한다. 이에 의해, 스피커(2)로부터 실제로 방음되는 음성에 있어서의 스피커(2) 고유의 주파수 특성의 영향을 억제(제거)한다.Table 1 shows an example of the frequency characteristics of the
그러나, 음성 처리 장치(200)의 스피커(2)의 주파수 특성에 따라서는, 게인 승산부 G1 내지 게인 승산부 G6의 출력 레벨이 지나치게 높아질 우려가 있다. 또한, 가산 회로(30)를 아날로그 회로로 구성한 경우, 게인 승산부의 출력 레벨이 지나치게 높아지면, 출력 신호 OUT가 클리핑(clipping)된다. 가산 회로(30)를 디지털 회로로 구성한 경우, 게인 승산부의 출력 레벨이 지나치게 높아지면, 오버플로우되어 버리고, 아날로그 회로와 마찬가지로 출력 신호 OUT가 클리핑되어 버린다. 이 결과, 출력 신호 OUT에 왜곡이 발생하여, 음질이 열화되어 버린다. 또한, 게인 승산부의 출력 레벨이 가산 회로(30)의 다이나믹 레인지 내이어도, 후단의 스피커(2)의 주파수 특성에 기인하는 왜곡이 발생하는 경우도 있다.However, depending on the frequency characteristics of the
각 게인 승산부에 입력되는 제3 음성 신호 레벨을 낮춤으로써, 상기한 문제점을 해결할 수도 있지만, 제3 음성 신호 레벨을 낮추면 출력 신호 OUT의 S/N비가 저하되어 버린다. 이 현상은, 입력 신호 IN이 소진폭인 경우에 문제가 된다. 또한, 이 문제는, 압축 회로가 아날로그 회로인지 디지털 회로인지에 관계없이 마찬가지로 발생한다. 압축 회로를 아날로그 회로로 구성한 경우, 입력 신호 레벨에 비한 잡음 레벨(예를 들어, 트랜지스터의 열 잡음이나 전원으로부터 인입하는 잡음의 레벨)이 문제가 된다. 압축 회로를 디지털 회로로 구성한 경우에는, 디지털 음성 데이터의 약간의 라운딩 오차(rounding error)가 문제가 된다.The above problem can be solved by lowering the third audio signal level input to each gain multiplier, but lowering the third audio signal level lowers the S / N ratio of the output signal OUT. This phenomenon becomes a problem when the input signal IN has a small amplitude. This problem also occurs similarly regardless of whether the compression circuit is an analog circuit or a digital circuit. When the compression circuit is composed of an analog circuit, the noise level compared to the input signal level (for example, the thermal noise of the transistor or the level of the noise drawn from the power supply) becomes a problem. When the compression circuit is composed of a digital circuit, a slight rounding error of the digital voice data becomes a problem.
비교예인 음성 처리 장치(200)에 비해 본 실시예에 관한 음성 처리 장치(100)에서는, 압축 회로에 있어서 비선형 처리와 보정 처리를 실행하고 있다. 구체적으로는, 레벨 검출부(50)에서 검출한 제1 음성 신호 레벨을 계수부(51)에서 보정하고, 그 보정된 레벨에 기초하여 제1 음성 신호에 부여하는 게인을 게인 산출부(52)에서 산출하고, 승산부(53)가 제1 음성 신호에 산출된 게인을 승산하여 제2 음성 신호를 생성한다. 게인 산출부(52)는, 도 3에 나타낸 비선형의 입출력 레벨 특성에 따라서 게인을 결정한다. 즉, 제1 음성 신호 레벨이 높은 부분에 대해서는 게인을 작게 하여 다이나믹 레인지를 압축한다. 이에 의해, 압축 회로에서 보정 처리를 행해도 가산 회로(30)에서 오버플로우가 발성하는 것을 억제할 수 있다. 특히, 도 3에 나타내는 입출력 특성에서는 제2 음성 신호 레벨이 UCL값을 초과하지 않도록 억제하고 있으므로, 제1 압축 회로(U1) 내지 제6 압축 회로(U6)로부터 출력되는 제2 음성 신호의 최대 레벨이 확정하게 된다. 이로 인해, 최대 레벨을 고려하여 가산 회로(30)의 다이나믹 레인지를 설정함으로써, 출력 신호 OUT의 클리핑에 의한 왜곡의 발생을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 입력 신호 IN이 소진폭이어도, 본 실시예는 그 레벨을 더욱 감쇠할 필요가 없으므로, S/N비의 저하를 발생시키는 일은 없다.In comparison with the
다음에, 음성 처리 장치(100)와 음성 처리 장치(200)의 작용 효과의 차이에 대해 BPF6에 대응하는 신호 경로에 주목하여 설명한다. 여기서, 제6 압축 회로(U6)의 비선형 처리에 관한 입출력 레벨 특성, 제16 압축 회로(U16)의 입출력 레벨 특성 및 게인 승산부(52)의 입력 레벨-게인 특성을 도 5 및 표 2에 나타낸다. 도 5에서는, 음압 레벨의 데시벨 표기로서 단위「dBSPL」을 사용하고 있고, HTL값과 HTL_high값의 차분을 40dB로 하고 있고, 또한 HTL값은 -5dB, UCL값은 100dB이다.Next, the difference between the effects of the
우선, 레벨 검출부(50)에서 검출된 레벨이 60dBSPL인 경우에 대해 설명한다. 비교예에 관한 음성 처리 장치(200)의 음성 처리 회로(3)에 있어서, 제16 압축 회로(U16)의 게인 산출부(52)에서 산출되는 게인은 15.2dB이 된다. 따라서, 음성 처리 회로(3)로부터 출력되는 음압은, 스피커(2)의 주파수 특성이 평탄하면, 60+15.2=75.2dBSPL이 된다. 표 1에 따르면, 게인 승산부 G6이 스피커(2)에 있어서의 4kHz에서의 주파수 특성의 감쇠분(10dB)만큼 게인을 높이므로, 음성 처리 회로(3)의 출력 음압은 75.2+10-10=75.2dBSLP가 된다. 이는, 음성 처리 회로(3)에 의해 스피커(2)의 주파수 특성을 고정밀도로 보정하고 있는 것을 나타낸다.First, the case where the level detected by the
이에 대해, 본 실시예에 관한 음성 처리 장치(100)의 음성 처리 회로(1)로부터 출력되는 음압은, 스피커(2)의 주파수 특성이 평탄하면, 제6 압축 회로(U6)의 게인 산출부(52)의 입력 레벨이 60dBSPL이 되고, 이 게인 산출부(52)에서 산출되는 게인은 15.2dB이 되므로, 60+15.2=75.2dBSPL이 된다. 표 1에 따르면, 계수부(51)는 레벨 검출부(50)에서 검출된 레벨을 스피커(2)에 있어서의 4kHz에서의 주파수 특성의 감쇠분(10dB)만큼 게인을 낮추므로, 게인 산출부(52)의 입력 레벨이 60-10=50dBSPL이 되고, 게인 산출부(52)에서 산출되는 게인이 19dB이 되고, 그 결과, 음성 처리 회로(1)의 출력 음압은 60+19-10=69dBSPL이 된다. 이는, 음성 처리 회로(1)가 스피커(2)의 주파수 특성을, 상기 음성 처리 회로(3)보다도 낮지만 어느 정도의 정밀도로, 보정하고 있는 것을 나타낸다.On the other hand, the sound pressure output from the
다음에, 레벨 검출부(50)의 검출 레벨이 100dBSPL인 경우에 대해 설명한다. 비교예에 관한 음성 처리 장치(200)의 음성 처리 회로(3)에서는, 제16 압축 회로(U16)의 게인 산출부(52)에서 산출되는 게인이 0dB이 된다. 스피커(2)의 주파수 특성이 평탄하면, 음성 처리 회로(3)의 출력 음압은 100+0=100dBSLP가 된다. 표 1에 따르면, 게인 승산부 G6이 스피커(2)에 있어서의 4kHz에서의 주파수 특성의 감쇠분(10dB)만큼 게인을 높이므로, 음성 처리 회로(3)의 출력 음압은 100+10-10=100dBSLP가 된다. 이는, 음성 처리 회로(3)가 스피커(2)의 주파수 특성을 고정밀도로 보정하고 있는 것을 나타내지만, 한편으로, 각 게인 승산부, 가산 회로(30), 및 스피커(2)로서 110dBSLP에 상당하는 고레벨 신호를 취급할 수 있는 고성능 회로를 사용할 필요가 있는 것을 시사하고 있다.Next, the case where the detection level of the
이에 대해, 본 실시예에 관한 음성 처리 장치(100)의 음성 처리 회로(1)의 출력 음압은, 스피커(2)의 주파수 특성이 평탄하면, 제6 압축 회로(U6)의 게인 산출부(52)의 입력 레벨이 100dBSLP가 되고, 또한 게인 산출부(52)의 산출 게인은 0dB이 되므로, 100+0=100dBSLP가 된다. 표 1에 따르면, 계수부(51)가 레벨 검출부(50)의 검출 레벨을 스피커(2)에 있어서의 4kHz에서의 주파수 특성의 감쇠분(10dB)만큼 작게 하므로, 게인 산출부(52)의 입력 레벨은 100-10=90dBSLP가 되고, 게인 산출부(52)의 산출 게인이 3.8dB이 되므로, 음성 처리 회로(1)의 출력 음압은 100+3.8-10=93.8dBSLP가 된다. 이는, 음성 처리 회로(1)가 스피커(2)의 주파수 특성을, 상기 음성 처리 회로(3)보다도 낮지만 어느 정도의 정밀도로, 보정하고 있는 것을 나타낸다. 또한, 승산부(53) 및 스피커(2)로서 103.8dBSLP에 상당하는 레벨의 신호를 취급하는 회로를 사용하여 구성할 수 있는 것을 시사하고 있다.On the other hand, the output sound pressure of the
또한, 본 실시예에 있어서의 각 압축 회로가 실행하는 비선형 처리는 레벨 제한, 압축 증폭, 및 선형 증폭을 포함하는 것으로 하였지만, 이에 한정될 필요는 없다. 또한, 본 실시예에서는, 그 출력 신호 OUT를 음성으로 변환하는 수단으로서 스피커(2)를 예시하였지만, 이에 한정될 필요는 없다. 즉, 본 발명은 본 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 의한 발명의 정의 사항 및 해결해야 할 과제에 기초하여 파악될 수 있는 각종 설계예를 포함하는 것이다. 이하에, 본 실시예의 변형예에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.In addition, although the nonlinear processing performed by each compression circuit in this embodiment includes level limitation, compression amplification, and linear amplification, it is not necessary to limit this. In addition, in the present embodiment, the
도 7은, 본 실시예의 변형예에 관한 음성 처리 회로(4)의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에 관한 음성 처리 회로(1)와 마찬가지로, 변형예에 관한 음성 처리 회로(4)는 입력 신호 IN에 음성 처리를 실시하여 출력 신호 OUT를 생성한다. 음성 처리 회로(1)가 시간 영역에서의 음성 처리를 실행하는 데 비해, 음성 처리 회로(4)는 주파수 영역에서 음성 처리를 실행한다.7 is a block diagram showing the configuration of the
음성 처리 회로(4)는 푸리에 변환부(60), 대역 선택부 1 내지 대역 선택부 6, 레벨 검출부(61 내지 66), 계수부(71 내지 76), 게인 산출부(81 내지 86), 게인 보간부(70), 승산부(80) 및 역푸리에 변환부(90)를 구비한다. 음성 처리 회로(4)는, 6계통의 회로 구성을 포함하고 있고, 대역 선택부 1, 레벨 검출부(61), 계수부(71) 및 게인 산출부(81)는 직렬 접속되어 있고, 대역 선택부 2, 레벨 검출부(62), 계수부(72) 및 게인 산출부(82)는 직렬 접속되어 있고,…, 대역 선택부 6, 레벨 검출부(66), 계수부(76) 및 게인 산출부(86)는 직렬 접속되어 있다.The
푸리에 변환부(60)는 입력 신호 IN을 푸리에 변환(예를 들어, 고속 푸리에 변환)에 의해 시간 영역 신호로부터 주파수 영역 신호로 변환한다. 각 대역 선택부는, 푸리에 변환 후의 입력 신호 IN으로부터 소정의 주파수 대역의 신호를 선택하여 출력한다. 바꾸어 말하면, 각 대역 선택부는 소정 주파수 대역의 입력 스펙트럼을 산출한다. 즉, 푸리에 변환부(60) 및 대역 선택부 1 내지 대역 선택부 6은, 도 1에 나타내는 주파수 분할 회로(10)에 상당하는 기능을 실현하고 있다.The
레벨 검출부(61 내지 66)는 각각 도 2에 나타내는 레벨 검출부(50)에 상당하고, 소정 대역 선택 회로의 출력 신호의 평균 레벨을 검출(산출)한다. 계수부(71 내지 76)에는 제어 신호 CTL1 내지 제어 신호 CTL6이 공급되고, 레벨 검출부(61 내지 66)의 검출 레벨에 당해 제어 신호 CTL1 내지 제어 신호 CTL6으로 지정한 계수를 승산한다. 여기서, 계수부(71 내지 76)는 스피커(2)의 주파수 특성을 보정하도록 계수 승산을 실행한다. 즉, 계수부(71 내지 76)는 도 2에 나타내는 계수부(51)에 상당한다.The
게인 산출부(81 내지 86)는 각각 도 2에 나타내는 게인 산출부(52)에 상당하고 있고, 계수부(71 내지 76)의 출력 신호와 게인 테이블(도시하지 않음)에 기초하여 게인을 산출한다. 여기서, 게인 산출부(81 내지 86)는 공통의 게인 테이블 혹은 별개의 게인 테이블을 참조해도 된다. 본 변형예에서는, 정밀도 향상의 관점에서, 게인 산출부(81 내지 86)가 별개인 게인 테이블을 참조하도록 하고 있다.The
게인 보간부(70)는 게인 산출부(81 내지 86)에서 산출한 게인을 보간하여 전체 주파수 영역의 신호(즉, 주파수 영역의 입력 신호 IN)에 대한 게인을 산출한다. 이「보간」에 대해 이하에 설명한다.The
게인 산출부(81 내지 86)는 각각 특정 주파수 대역에 대한 게인을 산출하고 있고, 전체 주파수 영역 중, 6개의 특정 주파수 성분에 대한 게인만 산출하고 있다. 그러나, 입력 신호 IN에는 6개의 특정한 주파수 성분 이외의 주파수 성분이 포함되어 있다. 따라서, 본 변형예에서는, 주파수 영역의 입력 신호 IN에 있어서, 6개의 주파수 성분에 대한 게인을 선형 보간하여 전체 주파수 영역의 입력 신호 IN에 대한 게인을 산출하고 있다.The
승산부(80)는, 도 2에 나타내는 승산부(53)에 상당하고, 주파수 영역의 입력 신호 IN에 게인 보간부(70)에서 산출한 게인을 승산한다. 역푸리에 변환부(90)는, 승산부(80)의 출력 신호에 역푸리에 변환을 실시하여 주파수 영역의 출력 신호를 시간 영역의 출력 신호 OUT으로 변환한다.The
즉, 음성 처리 회로(4)에 있어서의 레벨 검출부(61 내지 66), 계수부(71 내지 76), 게인 승산부(81 내지 86), 게인 보간부(70), 승산부(80), 및 역푸리에 변환부(90)는 상기 음성 처리 회로(1)의 압축 회로 유닛(20)에 상당한다. 또한, 본 변형예에 관한 음성 처리 회로(4)를 구비한 음성 처리 장치에서는, 가산 회로(30)는 불필요해진다.That is, the
마지막으로, 본 발명은 본 실시예 및 변형예 등에 한정되는 것은 아니며, 첨부한 특허청구범위에 나타낸 바와 같은 음성 처리 기술을 구현화하는 다양한 설계예를 포함하는 것이다.Finally, the present invention is not limited to the present embodiment, modifications, and the like, and includes various design examples for implementing the voice processing technique as shown in the appended claims.
도 1은, 본 실시예에 관한 음성 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a speech processing apparatus according to the present embodiment.
도 2는, 음성 처리 장치에 구비되는 압축 회로의 구성을 나타내는 블록도.2 is a block diagram showing the configuration of a compression circuit included in the audio processing device.
도 3은, 압축 회로의 입출력 레벨 특성을 나타내는 그래프.3 is a graph showing input / output level characteristics of a compression circuit.
도 4는, 도 1에 나타내는 음성 처리 장치의 비교예로서의 음성 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도.4 is a block diagram showing the configuration of a voice processing device as a comparative example of the voice processing device shown in FIG. 1;
도 5는, 음성 처리 회로의 입출력 레벨 특성을 나타내고 있고, 표 1 및 표 2와 관련하여 비교예와 비교한 본 실시예의 유효성을 설명하기 위한 그래프.Fig. 5 is a graph showing the input / output level characteristics of the speech processing circuit and explaining the effectiveness of the present embodiment compared with the comparative example with respect to Tables 1 and 2;
도 6은, 본 실시예의 변형예에 관한 음성 처리 회로의 구성을 나타내는 블록도.6 is a block diagram showing a configuration of a speech processing circuit according to a modification of the present embodiment.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 음성 처리 회로1: voice processing circuit
2 : 스피커2: speaker
10 : 주파수 분할 회로10: frequency division circuit
20 : 압축 회로 유닛20: compression circuit unit
30 : 가산 회로30: addition circuit
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