WO2004040553A1 - 帯域拡張装置及び方法 - Google Patents

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Kazunori Ozawa
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Nec Corporation
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS OR SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00—Processing of the speech or voice signal to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G10L21/038—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation using band spreading techniques

Definitions

  • the present invention relates to a band extending apparatus and method for improving aural sound quality by inputting a narrow band signal and outputting a band extended signal obtained by extending a frequency band of the input signal.
  • a method is known in which the frequency band of an audio signal coded and reproduced at a low pit rate is extended on the receiving side without transmitting auxiliary information for band extension from the transmitting side (for example, see Non-Patent Documents). 1).
  • Non-Patent Document 1
  • the receiving side searches for filter coefficients after band expansion using Hidden Markov Model (Hidden Markov Model).
  • the conventional method of the above-mentioned reference 1 requires modeling of the spectral envelope of the wideband speech and the filter coefficients using the HMM, and has the following problems. It is necessary to determine in advance the parameters of the H-band model from a large amount of voice database offline, which requires a large amount of calculation time and cost.When performing band expansion processing in real time on the receiving side, a search using the HMM model was required, which required a large amount of computation.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a band extending apparatus and method for directly extending a frequency band for a narrow band input signal. Further, another object of the present invention is to provide a comparatively small amount of computation compared to the conventional method, It is an object of the present invention to provide a band extending device and a method capable of obtaining a band extended voice having good sound quality. Disclosure of the invention
  • At least an input signal of a predetermined band is input, and when extending the frequency band of the input signal, a spectrum representing a spectrum characteristic of the input signal of the predetermined band is input.
  • Calculate the vector of the noise parameter shift the frequency of the harmful spectrum parameter and obtain the filter coefficient, and use the noise signal generated by the noise generator, the frequency coefficient, and the input signal.
  • a band-extended signal is generated.
  • the band extending apparatus at least an input signal (narrow band input signal) of a predetermined band is input and a spectrum parameter representing a spectrum characteristic is calculated.
  • a spectrum parameter calculation unit, a noise generation unit that generates a noise signal, a coefficient calculation unit that calculates a filter coefficient after shifting the frequency of the spectrum parameter, and an output of the noise generation unit A gain section that gives an appropriate gain to the input signal; and a synthesis filter section that reproduces a band extension signal by passing an output of the gain section through a synthesis filter configured using the filter coefficients.
  • the frequency-converted signal is added to the output signal of the synthesis filter unit to output a band-extended signal.
  • the band extending apparatus at least an input signal (narrow band input signal) of a predetermined band is input and a spectrum parameter representing a spectrum characteristic is calculated.
  • a vector parameter calculating unit, an adaptive codebook unit for calculating a pitch period from at least the input signal and generating an adaptive codebook component based on the pitch period and a past sound source signal, and generating a noise signal A noise generation unit; a coefficient calculation unit that calculates a filter coefficient after shifting the frequency of the spectral parameter; and a gain suitable for at least one of the output of the noise generation unit and the output of the adaptive codebook unit
  • a gain section for adding and adding a sound source signal, and a synthesis filter configured using the filter coefficient to reduce the sound source signal.
  • a synthesis filter unit for reproducing the input bandwidth extended signal, the re After converting the sampling frequency of the raw signal, the output signal of the synthesis filter unit is added and output.
  • a spectrum parameter for inputting at least an input signal (narrow band input signal) of a predetermined band and calculating a spectrum parameter representing a spectrum characteristic is obtained.
  • a gain section for adding and outputting a sound source signal; and passing the sound source signal through a pitch pre-filter using the pitch period
  • a synthesis filter unit for inputting at least the pitch pre-filter output signal to a synthesis filter configured using a filter coefficient and reproducing a band-extended signal, wherein the sampling frequency of the reproduction signal is converted and the synthesis is performed. Adds the output signal of the filter section and outputs it.
  • a configuration may be provided that includes a low-pass filter that receives an output of the adaptive codebook unit as an input.
  • a post filter is configured by using a weighted coefficient obtained by weighting the coefficient, and an output signal of the synthesis filter unit is passed through the post filter to generate a band extended signal. It may be configured to reproduce.
  • a method according to one aspect of the present invention includes:
  • AO 1 inputting at least an input signal (narrow band input signal) of a predetermined band and calculating a spectrum parameter representing a spectrum characteristic; and (AO 2) the spectrum parameter Calculating the fill evening coefficient after shifting the evening frequency;
  • AO 4 The signal given the gain is passed through a synthesis filter configured using the filter coefficients to reproduce a band extension signal.
  • AO5 adding a signal obtained by converting a sampling frequency of the input signal (narrowband input signal) to an output signal of the synthesis filter to obtain a band-extended signal.
  • a method according to another aspect of the present invention includes:
  • (A15) a synthesis filter configured using the filter coefficients, at least inputting the sound source signal and reproducing a band extension signal;
  • a method according to another aspect of the present invention includes:
  • a method according to still another aspect of the present invention includes:
  • a method according to yet another aspect of the present invention includes:
  • the method according to the present invention may include a step of performing low-pass filtering on the adaptive codebook component to pass a component equal to or lower than a predetermined cutoff frequency.
  • the method according to the present invention may include a step of reproducing a band extension signal through an output signal of the synthesis filter in a post filter configured using a weighting coefficient obtained by weighting the filter coefficient.
  • a narrow-band (for example, 4 kHz) input signal is generated with a relatively low amount of processing to generate a high-frequency signal and added to a signal obtained by converting the sampling frequency of the narrow-band input signal.
  • This has the effect of generating a band-extended signal (for example, a 7 kHz band).
  • an adaptive codebook signal is generated using a delay calculated from a narrowband input signal based on a past sound source signal in a high frequency part, and is multiplied by an appropriate gain to be added to a noise signal.
  • a pitch prefilter is used for a sound source signal using a delay, or a coefficient from a coefficient calculation circuit is weighted and used for a boost filter, so that a band expansion signal having better sound quality can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a modification of the second embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a band extending apparatus according to the present invention.
  • the band extending apparatus according to the first embodiment includes a spectral parameter overnight calculation circuit 100, a noise generation circuit 120, a coefficient calculation circuit 130, and a gain control circuit.
  • a spectrum parameter calculation circuit 100 divides an input signal into frames (for example, 10 ms), and generates a spectrum of a predetermined order P for each frame. Calculate Vector Paramete overnight.
  • the spectrum parameter is a parameter representing the spectrum outline of the audio signal for each frame, and a known LPC analysis or the like can be used for this calculation.
  • the following paper is referred to (for example, see Non-Patent Document 2).
  • Non-Patent Document 2
  • the coefficient calculation circuit 130 inputs the spectral parameters and expands the band. To the coefficient. For this conversion, for example, well-known methods such as a method of simply shifting the frequency of the LSP to a higher frequency, a non-linear conversion method, and a linear conversion method can be used. Here, using all or a part of the LSP parameters, the frequency band in which the LSP is present is shifted to a higher frequency band, and then converted to a linear prediction coefficient of order P and output to the synthesis filter circuit 170 .
  • the noise generation circuit 120 generates a noise signal with the average amplitude normalized to a predetermined level, a band-limited noise signal for a time length equal to the frame length, and outputs the noise signal to the gain circuit 140.
  • white noise is used as an example of the noise signal, but another noise signal may be used.
  • the voiced / unvoiced discriminating circuit 200 receives the narrow-band input signal x (n) and discriminates whether the signal for each frame is voiced or unvoiced.
  • a voiced / unvoiced determination for example, for a narrowband input signal x (n), a normalized autocorrelation function D (T) up to a predetermined delay time m is calculated according to equation (1). The maximum value of (T) is obtained, and if the maximum value of D (T) is larger than a predetermined threshold value, it is determined that the voiced voice is used.
  • D ⁇ T) [£ x (n) x (n-T)] / [ ⁇ x 2 (n-T)] (1)
  • the voiced / unvoiced determination circuit 200 outputs the voiced / unvoiced determination information to the gain adjustment circuit 210.
  • ⁇ is the number of samples for calculating the normalized autocorrelation.
  • the gain adjustment circuit 210 inputs voiced / unvoiced discrimination information from the voiced / unvoiced discrimination circuit 200, adjusts the gain given to the noise signal according to voiced / unvoiced, and outputs the same to the gain circuit 140. .
  • the gain circuit 140 inputs the gain from the gain adjustment circuit 210, multiplies the output signal of the noise generation circuit 120 by the gain, and outputs the result to the synthesis filter circuit 170.
  • the composite filter circuit 170 inputs the output signal of the adder 160, and further inputs a coefficient of a predetermined order from the coefficient calculator 130 to form a filter, thereby expanding the bandwidth. It outputs the high-frequency signal y (n) necessary for the conversion.
  • the sampling frequency conversion circuit 180 converts the narrowband input signal x (n) into a predetermined value. Up-sampling to the sampling frequency, and outputs the up-sampled signal s (n).
  • the adder 190 adds the output signal y (n) of the synthesis filter circuit 170 to the output signal s (n) of the sampling frequency conversion circuit 180, and finally extends the band. Form a signal and output.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the second exemplary embodiment of the present invention.
  • a band extending apparatus includes a spectrum parameter calculation circuit 100, an adaptive codebook circuit 110, a noise generation circuit 120, and a coefficient calculation circuit. 130, gain circuit 340, synthesis filter circuit 170, sampling frequency conversion circuit 180, adder 160, adder 190, voiced / unvoiced discrimination circuit And a gain adjustment circuit 310.
  • the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • differences from the first embodiment will be described, and description of the same elements as those in FIG. 1 will be appropriately omitted.
  • the second embodiment of the present invention includes an adaptive codebook circuit 110 and an adder 160 in addition to the configuration shown in FIG.
  • the voiced / unvoiced discriminating circuit 200 receives the narrow-band input signal x (n) and discriminates whether the signal for each frame is voiced or unvoiced.
  • a voiced / unvoiced determination for example, for a narrowband input signal x (n), a normalized autocorrelation function D (T) up to a predetermined delay time m is calculated according to equation (1).
  • the maximum value of (T) is obtained, and if the maximum value of D (T) is larger than a predetermined threshold value, it is determined that the voiced voice is used.
  • the voiced / unvoiced discriminating circuit 200 supplies the value of T that maximizes the normalized autocorrelation function D (T) to the adaptive codebook circuit 110 as a pitch period T in the voiced frame.
  • the adaptive codebook circuit 110 receives the adaptive codepock delay T from the voiced / unvoiced discrimination circuit 200 and adapts it based on the past sound source signal v (n) according to the following equation (2). Generates the code vector p (n) and outputs it to the gain circuit 340.
  • the gain circuit 340 inputs the gain from the gain adjustment circuit 310, multiplies at least one of the output signals of the adaptive codebook circuit 110 and the noise generation circuit 120 by the gain, and generates an adder 160 Output to
  • the adder 160 sums the two types of signals output from the gain circuit 340, and outputs the addition result to the synthesis filter circuit 170 and the adaptive codebook circuit 110.
  • 170 0 inputs the output signal (sound source signal) of the adder 16 0, further inputs the filter coefficient of a predetermined order from the coefficient calculator 130 to form a composite filter, Outputs the signal y (n) in the high frequency range necessary for band extension.
  • the gain adjustment circuit 310 inputs voiced / unvoiced discrimination information from the voiced / unvoiced discrimination circuit 200, and adjusts the gain of the adaptive codebook signal and the gain of the noise signal according to whether the signal is voiced or unvoiced. Supply to gain circuit 340.
  • the adder 190 adds the output signal y (n) of the synthesis filter circuit 170 to the output signal s (n) of the sampling frequency conversion circuit 180, and finally a signal whose band is extended. Is formed and output.
  • an adaptive codebook signal is generated using a delay calculated from a narrowband input signal based on a past sound source signal in a high frequency part, and is multiplied by an appropriate gain.
  • a band extension signal with good sound quality can be generated when periodicity is required for a high frequency signal such as a vowel.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the band extender according to the third embodiment includes a spectral parameter overnight calculation circuit 10.
  • the gain circuit 300 inputs the gain from the gain adjustment circuit 310, multiplies the output signal of the adaptive codebook circuit 110 and the noise generation circuit 120 by the gain, and adds two types of signals. The result is output to pitch prefilter 400.
  • the pitch pre-filter 400 inputs the delay T from the voiced / unvoiced discrimination circuit 200 and performs pitch pre-filtering on the sound source signal v (n) according to the following equation (3). Output to the synthesis filter circuit 170.
  • the output of the pitch pre-filter 400 is also supplied to the adaptive codebook circuit 110.
  • the synthesis filter circuit 170 receives the output signal of the pitch pre-fill filter 400, and further receives a coefficient of a predetermined order from the coefficient calculation circuit 130 to form a filter. Outputs the high frequency band signal y (n) necessary for band extension.
  • a pitch generation circuit may be used instead of the adaptive codebook circuit 110.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.
  • the band extending apparatus according to the fourth embodiment includes a spectral parameter overnight calculation circuit 100, an adaptive codebook circuit 110, a noise generation circuit 120, a coefficient Calculation circuit 1
  • FIG. 4 the same elements as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
  • Figure 4 As shown, in the fourth embodiment, a low-pass filter circuit 500 is added to the configuration of the second embodiment shown in FIG. The following mainly describes differences from the second embodiment, and the description of the same elements as in FIG. 2 will be omitted as appropriate.
  • the low-pass filter circuit 500 outputs the output signal of the adaptive codebook circuit 110
  • a signal equal to or lower than a predetermined cutoff frequency is passed and output to the gain circuit 340.
  • the cut-off frequency of the low-pass filter circuit 500 is determined in advance, and may be, for example, 6 kHz.
  • Mn indicates the impulse response of the low-pass filter, and the symbol "" indicates the convolution operation.
  • a pitch generation circuit may be used instead of the adaptive code book circuit 110, similarly to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.
  • the band extending apparatus includes a spectrum parameter calculation circuit 100, an adaptive codebook circuit 110, a noise generation circuit 120, and a coefficient calculation circuit. 130, gain circuit 300, synthesis filter circuit 170, sampling frequency conversion circuit 180, adder 190, voiced / unvoiced discrimination circuit 200, gain adjustment It has a circuit 310, a pitch prefill 400, and a postfill 600.
  • the same elements as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
  • a fifth embodiment of the present invention includes a post filter 600 in addition to the configuration of the third embodiment.
  • the post filter 600 0 receives a coefficient (filter coefficient) from the coefficient calculation circuit 130, weights the coefficient, performs post-filtering according to equation (5), and adds the output to the adder 1. Output to 90.
  • a pitch generation circuit may be used instead of the adaptive codebook circuit 110, similarly to the modification of the second embodiment.
  • the configurations of the respective embodiments may be combined, such as using the Bost filter described in the fifth embodiment in the first embodiment.
  • the present invention for example, not only one kind of predetermined band signal (narrow band signal) but also a plurality of kinds of predetermined band signals may be input.
  • the present invention has been described with reference to each of the above embodiments, the present invention is not limited only to the configuration of the above embodiment, but falls within the scope of the claims of the present invention. It goes without saying that various modifications and corrections that can be made by those skilled in the art are included.

Description

帯域拡張装置及び方法 技術分野
本発明は、 狭帯域の信号を入力し、 入力信号の周波数帯域を拡張した帯域拡張 化信号を出力することにより、 聴感的な音質を改善する帯域拡張装置及び方法に 関する。
明
田
Ί- 背景技術
低ピットレー卜で符号化して再生した音声信号の周波数帯域を、 帯域拡張のた めの補助情報を送信側から伝送することなく、 受信側で拡張させる方式が知られ ている （例えば、 非特許文献 1参照） 。
非特許文献 1 ：
P. J ax, P. Vary, Wideband extens ion of telephone speech us ing hidden ma rkov mode l" , Proc. IEEE Speech Cod ing Workshop, pp. 133-135, 2000
この従来方式では、 受信側で H匪 (Hidden Markov Model)を用いて帯域拡張した 後のフィルタ係数を探索している。
一方、 狭帯域の入力信号に対して、 直接的に帯域を拡張化させる処理について は前例がない。
前記文献 1の従来法では、 広帯域音声のスぺクトル包絡やフィルタ係数の HMM によるモデル化が必要であり次のような問題点があった。 あらかじめオフライン で多量の音声データベースから H匪モデルのパラメ一夕を決定しておく必要があ りこれに多大な計算時間、 コストが必要であること、 受信側でリアルタイムに帯 域拡張処理を行う際に、 HMMモデルによる探索が必要でこれに多くの演算量が必 要であった。
したがって、 本発明の目的は、 上述の問題を解決し、 狭帯域の入力信号に対し 、 直接的に周波数帯域を拡張化させる帯域拡張化装置及び方法を提供することに ある。 さらに、 本発明の他の目的は、 従来方式に比べ、 比較的少ない演算量で、 良好な音質の帯域拡張音声が得られる帯域拡張装置及び方法を提供することにあ る。 発明の開示
本発明は、 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力し、 前記入 力信号の周波数帯域を拡張するにあたり、 入力された前記所定の帯域の入力信号 のスぺクトル特性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算し、 害スぺクトルパラメ一 夕の周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求め、 雑音発生部で生成された雑 音信号、 前記フィル夕係数と、 入力された入力信号を用いて帯域拡張化信号の生 成が行われる。
本発明の一つのァスぺクトに係る帯域拡張装置によれば、 予め定められた所定 の帯域の入力信号 （狭帯域入力信号） を少なくとも入力しスペクトル特性を表す スぺクトルパラメ一夕を計算するスぺクトルパラメ一夕計算部と、 雑音信号を発 生する雑音発生部と、 前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフ ィルタ係数を求める係数計算部と、 前記雑音発生部の出力に適切なゲインを与え るゲイン部と、 前記ゲイン部の出力を前記フィルタ係数を用いて構成した合成フ イルクに通し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、 を備え、 前記入力信号 の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィルタ部の出力信号と加算して 帯域拡張化信号を出力する。
また、 本発明の他のアスペクトに係る帯域拡張装置によれば、 予め定められた 所定の帯域の入力信号 （狭帯域入力信号） を少なくとも入力しスペクトル特性を 表すスぺクトルパラメ一夕を計算するスぺクトルパラメ一夕計算部と、 少なくと も前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもと づき適応コードブック成分を発生させる適応コードブック部と、 雑音信号を発生 する雑音発生部と、 前記スペクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィ ル夕係数を求める係数計算部と、 前記雑音発生部の出力と前記適応コードブック 部の出力の少なくとも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力す るゲイン部と、 前記フィル夕係数を用いて構成した合成フィルタに前記音源信号 を少なくとも入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、 を備え、 前記再 生信号の標本化周波数を変換した上で前記合成フィルタ部の出力信号を加算して 出力する。
本発明の他のアスペクトに係る帯域拡張装置によれば、 予め定められた所定の 帯域の入力信号 （狭帯域入力信号） を少なくとも入力しスペクトル特性を表すス ベクトルパラメ一夕を計算するスペクトルパラメ一夕計算部と、 少なくとも前記 入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適 応コードブック成分を発生させる適応コードブック部と、 雑音信号を発生する雑 音発生部と、 前記スぺクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係 数を求める係数計算部と、 前記雑音発生部の出力と前記適応コードブック部の出 力の少なくとも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイ ン部と、 前記ピッチ周期を用いて前記音源信号に対しピッチプリフィルタを通し 、 前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィル夕に前記ピッチプリフィルタ出 力信号を少なくとも入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、 を備え、 前記再生信号の標本化周波数を変換した上で前記合成フィルタ部の出力信号を加 算して出力する。
本発明の帯域拡張装置によれば、 適応コードブック部の出力を入力とする低域 通過型フィル夕を備えた構成としてもよい。
さらに、 本発明の帯域拡張装置によれば、 前記係数に重み付けを施した重み付 け係数を用いてポストフィルタを構成し、 前記合成フィルタ部の出力信号を前記 ポストフィルタに通して帯域拡張信号を再生する構成としてもよい。
本発明の 1つのアスペクトに係る方法は、
(A O 1 ) 予め定められた所定の帯域の入力信号 （狭帯域入力信号） を少なく とも入力し、 スぺクトル特性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するステップと (A O 2 ) 前記スペクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィル夕係 数を求めるステップと、
(A O 3 ) 雑音発生部で発生された雑音信号にゲインを与えるステップと、
(A O 4 ) 前記ゲインが与えられた信号を、 前記フィルタ係数を用いて構成し た合成フィル夕に通し帯域拡張信号を再生する. (AO 5) 前記入力信号 （狭帯域入力信号） の標本化周波数を変換させた信号 を、 前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、 を含む。
本発明の他のァスぺク卜に係る方法は、
(Al l) 予め定められた所定の帯域の入力信号 （狭帯域入力信号） を少なく とも入力し、 スぺクトル特性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するステップと
(A12) 少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と 過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させるステップと、 (A 13) 前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係 数を求めるステップと、
(A14) 雑音発生部からの雑音信号と前記適応コードブック成分のうち少な くとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
(A15) 前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、 前記音源信号 を少なくとも入力し帯域拡張信号を再生するステップと、
(A16) 前記入力信号 （狭帯域入力信号） の標本化周波数を変換させた信号 を、 前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、 を含む。
本発明の他のァスぺク卜に係る方法は、
(A21) 予め定められた所定の帯域の入力信号 （狭帯域入力信号） を少なく とも入力しスぺクトル特性を表すスぺクトルパラメータを計算するステップと、
(A22) 少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と 過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させるステツプと、
(A23) 前記スぺクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係 数を求めるステップと、
(A24) 雑音発生部からの雑音信号と前記適応コードブック成分のうち少な くとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
(A25) 前記ピッチ周期を用いて前記音源信号をピッチプリフィルタ処理す るステップと、 (A 26) 前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記ピッチプ リフィルタ処理結果を少なくとも入力し、 帯域拡張信号を再生するステップと、
(A27) 前記入力信号 （狭帯域入力信号） の標本化周波数を変換させた信号 を、 前記合成フィル夕の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、 を含む。
本発明のさらに他のァスぺクトに係る方法は、
(A31) 予め定められた所定の帯域の入力信号 （狭帯域入力信号） を少なく とも入力しスぺクトル特性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するステップと、 (A32) 少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し、 ピッチ周期を用 いて周期信号を発生させるステップと、
(A33) 前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係 数を求めるステップと、
(A34) 雑音発生部からの雑音信号と前記周期信号のうち少なくとも一方に 適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
(A35) 前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記音源/信号 を少なくとも入力し帯域拡張信号を再生するステップと、
(A36) 前記入力信号 （狭帯域入力信号） の標本化周波数を変換させた信号 を、 前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、 を含む。
本発明のさらに他のアスペクトに係る方法は、
(A41) 予め定められた所定の帯域の入力信号 （狭帯域入力信号） を少なく とも入力しスぺクトル特性を表すスぺクトルパラメータを計算するステップと、
(A42) 少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し、 ピッチ周期を用 いて周期信号を発生させるステップと、
(A43) 前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィルタ係 数を求めるステップと、
(A44) 雑音発生部からの雑音信号と前記周期信号のうち少なくとも一方に ゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
(A45) 前記ピッチ周期を用いて、 前記音源信号をピッチプリフィル夕処理 (A 4 6 ) 前記フィル夕係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記ピッチプ リフィルタ処理結果信号を少なくとも入力し、 帯域拡張信号を再生するステップ と、
(A 4 7 ) 前記入力信号 （狭帯域入力信号） の標本化周波数を変換させた信号 を、 前記合成フィル夕の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、 を含む。
本発明に係る方法において、 前記適応コードブック成分を低域通過フィルタ処 理し、 予め定められたカツトオフ周波数以下の成分を通過させるステップを含む ようにしてもよい。
本発明に係る方法において、 前記フィルタ係数に重み付けを施した重み付け係 数を用いて構成されたポストフィルタに、 前記合成フィル夕の出力信号を通して 帯域拡張信号を再生するステップを含むようにしてもよい。
本発明によれば、 狭帯域 （例えば 4kHz) 入力信号に対し、 比較的演算量の少な い処理により高い周波数の信号を発生させ、 狭帯域入力信号の標本化周波数を変 換させた信号と加算させることにより、 帯域拡張化信号 （例えば 7kHz帯域） を発 生させるという効果がある。
また、 本発明によれば、 高い周波数部分の過去の音源信号をもとに、 狭帯域入 力信号から計算した遅延を用いて適応コードブック信号を発生させ適切なゲイン を乗じて雑音信号と加算することにより、 母音などのように、 高い周波数部分の 信号に周期性が必要な場合に音質の良好な帯域拡張信号を発生することができる という効果がある。
さらに本発明によれば、 遅延を利用して音源信号に対しピッチプリフィルタを 用いたり、 係数計算回路からの係数に重み付けをしてボストフィルタに使用する ことにより、 さらに良好な音質の帯域拡張信号を発生することができるという効 果がある。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1の実施の形態の構成を示す図である。 第 2図は、 本発明の第 2の実施の形態の構成を示す図である。
第 3図は、 本発明の第 3の実施の形態の構成を示す図である。
第 4図は、 本発明の第 4の実施の形態の構成を示す図である。
第 5図は、 本発明の第 5の実施の形態の構成を示す図である。
第 6図は、 本発明の第 2の実施の形態の変形例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に記述するため、 本発明の実施の形態について図面を参照し て説明する。 以下では 4 kHz帯域の狭帯域入力信号を、 5 kHz帯域あるいは 7 kHz 帯域の信号に帯域拡張することを想定する。
第 1図は、 本発明による帯域拡張装置の第 1の実施の形態の構成を示す図であ る。 第 1図を参照すると、 第 1の実施の形態の帯域拡張装置は、 スぺクトルパラ メ一夕計算回路 1 0 0と、 雑音発生回路 1 2 0と、 係数計算回路 1 3 0と、 ゲイ ン回路 1 4 0と、 合成フィルタ回路 1 7 0と、 標本化周波数変換回路 1 8 0と、 加算器 1 9 0と、 有声/無声判別回路 2 0 0と、 ゲイン調整回路 2 1 0と、 を備 えている。
狭帯域入力信号 x (n)を入力する帯域拡張装置において、 スぺクトルパラメータ 計算回路 1 0 0は、 入力信号をフレームに分割 （例えば 10ms) し、 フレーム毎に あらかじめ定められた次数 Pのスぺクトルパラメ一夕を計算する。 ここでスぺク トルパラメータはフレーム毎の音声信号のスぺクトル概形を表すパラメ一夕であ り、 この計算には、 周知の L P C分析等を用いることができる。 さらにスぺクト ルパラメータ計算部では、 L P C分析により計算された線形予測係数 ^ (i=l, - P)を量子化や補間に適した L S Pパラメ一夕に変換し出力する。 ここで、 線形予 測係数から L S Pへの変換は、 例えば次の論文が参照される （例えば非特許文献 2参照） 。
非特許文献 2 ：
菅村、 板倉： "線スペクトル対 （LSP) 音声分析合成方式による音声情報圧縮
" 、 電子通信学会論文誌、 J64 - A、 pp. 599-606、 1981年
係数計算回路 1 3 0は、 スペクトルパラメータを入力し、 帯域拡張された信号 の係数に変換する。 この変換には、 例えば、 LSPの周波数を単純に高い周波数へ シフトさせる手法、 非線形変換手法、 線形変換手法などの周知の方法を用いるこ とができる。 ここでは、 LSPパラメータの全部または一部を使用して、 LSPの存在 周波数帯域を高い周波数域にシフトさせた上で、 次数 Pの線形予測係数に変換し 、 合成フィルタ回路 1 7 0に出力する。
雑音発生回路 1 2 0は、 平均振幅があらかじめ定められたレベルに正規化され 、 帯域制限された雑音信号をフレーム長に等しい時間長だけ発生させ、 ゲイン回 路 1 4 0に出力する。 ここで、 雑音信号としては、 一例として白色雑音を用いる が、 他の雑音信号を用いてもよい。
有声/無声判別回路 2 0 0は、 狭帯域入力信号 x (n)を入力し、 フレーム毎の信 号が有声か無声かを判別する。 有声/無声の判定として、 例えば、 狭帯域入力信 号 x (n)に対して、 あらかじめ定められた遅れ時間 mまでの正規化自己相関関数 D (T) を式 （1 ) に従って計算し、 D (T)の最大値を求め、 D (T)の最大値があらか じめ定められたしきい値より大きければ有声、 さもなければ無声と判別する。 D{T) = [£ x(n)x(n - T)] /[^ x2 (n - T)] (1)
0 η=0 そして、 有声/無声判別回路 2 0 0は、 有声/無声判別情報をゲイン調整回路 2 1 0に出力する。 なお式（1)において、 Νは正規化自己相関を計算するためのサン プル数である。
ゲイン調整回路 2 1 0は、 有声/無声判別回路 2 0 0から有声/無声判別情報を 入力し、 有声 Ζ無声に応じて、 雑音信号に与えるゲインを調整し、 ゲイン回路 1 4 0に出力する。
ゲイン回路 1 4 0は、 ゲイン調整回路 2 1 0からゲインを入力し、 雑音発生回 路 1 2 0の出力信号にゲインを乗じて合成フィルタ回路 1 7 0に出力する。 合成フィル夕回路 1 7 0は、 加算器 1 6 0の出力信号を入力し、 さらに係数計 算部 1 3 0から、 予め定められた次数の係数を入力してフィル夕を構成し、 帯域 拡張化に必要な高周波域信号 y (n)を出力する。
標本化周波数変換回路 1 8 0は、 狭帯域入力信号 x (n)を、 あらかじめ定められ た標本化周波数にアップサンプリングして、 アップサンプリング後の信号 s (n)を 出力する。
加算器 1 9 0は、 合成フィル夕回路 1 7 0の出力信号 y (n)と、 標本化周波数変 換回路 1 8 0の出力信号 s (n)を加算し、 最終的に帯域拡張された信号を形成して 出力する。
以上で第 1の実施の形態の説明を終える。
第 2図は、 本発明の第 2の実施の形態の構成を示す図である。 第 2図を参照す ると、 第 2の実施の形態の帯域拡張装置は、 スペクトルパラメータ計算回路 1 0 0と、 適応コードブック回路 1 1 0と、 雑音発生回路 1 2 0と、 係数計算回路 1 3 0と、 ゲイン回路 3 4 0と、 合成フィルタ回路 1 7 0と、 標本化周波数変換回 路 1 8 0と、 加算器 1 6 0と、 加算器 1 9 0と、 有声/無声判別回路 2 0 0と、 ゲイン調整回路 3 1 0と、 を備えている。 第 2図において、 第 1図と同一の要素 には同一の参照符号が付されている。 以下では、 前記第 1の実施の形態との相違 点について説明し、 第 1図と同一の要素の説明は、 適宜省略する。 本発明の第 2 の実施の形態は、 第 1図の構成に加え、 適応コードブック回路 1 1 0と、 加算器 1 6 0を備えている。
有声/無声判別回路 2 0 0は、 狭帯域入力信号 x (n)を入力し、 フレーム毎の信 号が有声か無声かを判別する。 有声/無声の判定として、 例えば、 狭帯域入力信 号 x (n)に対して、 あらかじめ定められた遅れ時間 mまでの正規化自己相関関数 D (T) を式 （1 ) に従って計算し、 D (T)の最大値を求め、 D (T)の最大値があらか じめ定められたしきい値より大きければ有声、 さもなければ無声と判別する。 また有声/無声判別回路 2 0 0は、 有声部分のフレームでは、 正規化自己相関 関数 D (T) を最大化する Tの値をピッチ周期 Tとして適応コードブック回路 1 1 0 へ供給する。
適応コードブック回路 1 1 0は、 適応コードプックの遅延 Tを、 有声/無声判 別回路 2 0 0から入力し、 過去の音源信号 v (n)をもとに、 次式 （2 ) に従って適 応コードべクトル p (n)を発生し、 ゲイン回路 3 4 0に出力する。
p{n) = v(n - T) (2) ゲイン回路 3 4 0は、 ゲイン調整回路 3 1 0からゲインを入力し、 適応コード ブック回路 1 1 0と雑音発生回路 1 2 0の少なくとも一方の出力信号にゲインを 乗じて、 加算器 1 6 0に出力する。
加算器 1 6 0は、 ゲイン回路 3 4 0から出力される 2種類の信号を加算し、 加 算結果を、 合成フィルタ回路 1 7 0と、 適応コードブック回路 1 1 0に出力する 合成フィルタ回路 1 7 0は、 加算器 1 6 0の出力信号 （音源信号） を入力し、 さらに係数計算部 1 3 0から、 あらかじめ定められた次数のフィル夕係数を入力 して合成フィル夕を構成し、 帯域拡張に必要な高周波域の信号 y (n)を出力する。 ゲイン調整回路 3 1 0は、 有声/無声判別回路 2 0 0から有声/無声判別情報を 入力し、 有声か無声かに応じて、 適応コードブック信号のゲインと、 雑音信号の ゲインを調整し、 ゲイン回路 3 4 0に供給する。
加算器 1 9 0は、 合成フィルタ回路 1 7 0の出力信号 y (n)と、 標本化周波数変 換回路 1 8 0の出力信号 s (n)を加算し、 最終的に帯域拡張された信号を形成して 出力する。
本発明の第 2の実施の形態によれば、 高い周波数部分の過去の音源信号をもと に、 狭帯域入力信号から計算した遅延を用いて適応コードブック信号を発生させ 適切なゲインを乗じて雑音信号と加算することにより、 母音などのように、 高い 周波数部分の信号に周期性が必要な場合に音質の良好な帯域拡張信号を発生でき る。 以上で第 2の実施の形態の説明を終える。 なお、 本発明の第 2の実施の形態 の変形として、 第 2図の適応コードブック回路 1 1 0のかわりに、 第 6図に示す ように、 ピッチ発生回路 1 1 5を備えた構成としてもよい。 ピッチ発生回路 1 1 5は、 入力信号からピッチ周期を計算してピッチ周期にもとづき、 周期信号を発 生させてゲイン回路 3 4 0に出力する。 ピッチ発生回路 1 1 5以外の構成は、 前 記第 2の実施の形態と同様である。
第 3図は、 本発明の第 3の実施の形態の構成を示す図である。 第 3図を参照す ると、 第 3の実施の形態の帯域拡張装置は、 スペクトルパラメ一夕計算回路 1 0
0と、 適応コードブック回路 1 1 0と、 雑音発生回路 1 2 0と、 係数計算回路 1
3 0と、 ゲイン回路 3 0 0と、 合成フィルタ回路 1 7 0と、 標本化周波数変換回 路 1 8 0と、 加算器 1 9 0と、 有声/無声判別回路 2 0 0と、 ゲイン調整回路 3 1 0と、 ピッチプリフィル夕 4 0 0と、 を備えている。 第 3図において、 第 1図 、 第 2図と同一の要素には同一の参照符号が付されている。 以下では、 主に、 前 記第 2の実施の形態との相違点について説明し、 第 2図と同一の要素の説明は、 適宜省略する。
ゲイン回路 3 0 0は、 ゲイン調整回路 3 1 0からゲインを入力し、 適応コード ブック回路 1 1 0と雑音発生回路 1 2 0の出力信号にゲインを乗じて 2種類の信 号を加算し加算結果を、 ピッチプリフィルタ 4 0 0に出力する。
ピッチプリフィルタ 4 0 0は、 遅延 Tを有声/無声判別回路 2 0 0から入力し、 音源信号 v (n)に対し、 次式 （3 ) にしたがってに従ってピッチプリフィルタリン グを行った上で、 合成フィルタ回路 1 7 0に出力する。
Figure imgf000013_0001
ピッチプリフィルタ 4 0 0の出力は、 適応コードブック回路 1 1 0にも供給さ れる。
合成フィルタ回路 1 7 0は、 ピッチプリフィル夕 4 0 0の出力信号を入力し、 さらに係数計算回路 1 3 0から、 あらかじめ定められた次数の係数を入力してフ ィル夕を構成し、 帯域拡張化に必要な高周波域信号 y (n)を出力する。
遅延を利用して音源信号に対しピッチプリフィル夕 4 0 0を用いることで、 良 好な音質の帯域拡張信号を発生することができる。 以上で第 3の実施の形態の説 明を終える。 なお、 前記第 2の実施の形態の変形例と同様、 この実施の形態にお いても、 適応コードブック回路 1 1 0のかわりに、 ピッチ発生回路を用いてもよ いことは勿論である。
第 4図は、 本発明の第 4の実施の形態の構成を示す図である。 第 4図を参照す ると、 第 4の実施の形態の帯域拡張装置は、 スペクトルパラメ一夕計算回路 1 0 0と、 適応コードブック回路 1 1 0と、 雑音発生回路 1 2 0と、 係数計算回路 1
3 0と、 ゲイン回路 3 4 0と、 加算器 1 6 0と、 合成フィル夕回路 1 7 0と、 標 本化周波数変換回路 1 8 0と、 加算器 1 9 0と、 有声/無声判別回路 2 0 0と、 ゲイン調整回路 3 1 0と、 低域通過フィルタ回路 5 0 0と、 を備えている。 第 4 図において、 第 2図と同一の要素には同一の参照符号が付されている。 第 4図に 示すように、 第 4の実施の形態では、 第 2図に示した前記第 2の実施の形態の構 成に、 低域通過フィルタ回路 5 0 0が付加されている。 以下では、 主に、 前記第 2の実施の形態との相違点について説明し、 第 2図と同一の要素の説明は、 適宜 省略する。
' 低域通過フィル夕回路 5 0 0は、 適応コードブック回路 1 1 0の出力信号に対 して、
ρ ' (η) =ρ (η) ¾ (η) (4)
により、 所定のカットオフ周波数以下の信号を通過させ、 ゲイン回路 3 4 0に 出力する。 低域通過フィル夕回路 5 0 0のカツトオフ周波数はあらかじめ定めて おき、 例えば、 6kHzとすることができる。 なお、 式 (4)で、 Mn)は低域通過フィ ル夕のインパルス応答を、 記号" は畳み込み演算を、 それぞれ示す。
以上で本発明の第 4の実施の形態の説明を終える。 なお、 この第 4の実施の形 態の変形として、 前記第 2の実施の形態の変形例と同様にして、 適応コードブッ ク回路 1 1 0のかわりに、 ピッチ発生回路を用いてもよい。
第 5図は、 本発明の第 5の実施の形態の構成を示す図である。 第 3図を参照す ると、 第 5の実施の形態の帯域拡張装置は、 スペクトルパラメータ計算回路 1 0 0と、 適応コードブック回路 1 1 0と、 雑音発生回路 1 2 0と、 係数計算回路 1 3 0と、 ゲイン回路 3 0 0と、 合成フィルタ回路 1 7 0と、 標本化周波数変換回 路 1 8 0と、 加算器 1 9 0と、 有声/無声判別回路 2 0 0と、 ゲイン調整回路 3 1 0と、 ピッチプリフィル夕 4 0 0と、 ポストフィル夕 6 0 0を備えている。 第 5図において、 第 3図と同一の要素には同一の参照符号が付されている。 第 5図 に示すように、 本発明の第 5の実施の形態は、 前記第 3の実施の形態の構成に加 えて、 ポストフィルタ 6 0 0を備えている。 以下では、 主に、 前記第 3の実施の 形態との相違点について説明し、 第 3図と同一の要素の説明は、 適宜省略する。 ポストフィルタ 6 0 0は、 係数計算回路 1 3 0から係数 （フィルタ係数） を入 力し、 係数に重み付けを施した上で、 式 (5)に従い、 ポストフィルタリングを行 ない、 出力を加算器 1 9 0に出力する。
y' (n) =y (n) - ∑ a i r i ' y (n-i) + ∑ a ! T2 (n_i) (5)
ポストフィルタ 6 0 0を用いることにより、 良好な音質の帯域拡張信号を発生 することができる。 以上で第 5の実施の形態の説明を終える。 なお、 この第 4の 実施の形態の変形として、 前記第 2の実施の形態の変形例と同様にして、 適応コ ードブック回路 1 1 0のかわりに、 ピッチ発生回路を用いてもよい。
そして、 上記第 5の実施の形態で説明したボストフィルタを前記第 1の実施の 形態に用いる等、 各実施の形態の構成を組み合わせてもよい。 本発明において、 例えば、 予め定められた所定帯域信号 （狭帯域信号） は 1種類だけでなく、 複数 種類が入力する構成としてもよい。 以上本発明を上記各実施の形態に即して説明 したが、 本発明は、 上記実施の形態の構成にのみ限定されるものでなく、 特許請 求の範囲の各請求項の発明の範囲内で、 当業者であればなし得るであろう各種変 形、 修正を含むことは勿論である。

Claims

請求の範囲
1 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力し、 前記入力信号 の周波数帯域を拡張した帯域拡張化信号を出力する帯域拡張装置であって、 入力された前記所定の帯域の入力信号のスぺク卜ル特性を表すスぺクトルパラ メータを計算するスぺクトルパラメ一夕計算部と、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める 係数計算部と、 を少なくとも備え、 前記雑音信号、 前記フィルタ係数、 及び前記 入力信号に基づき、 前記帯域拡張化信号の生成が行われる、 ことを特徴とする帯
2 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力し、 スペクトル特 性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するスぺクトルパラメータ計算部と、 雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィル夕係数を求める 係数計算部と、
前記雑音発生部の出力にゲインを与えるゲイン部と、
前記ゲイン部の出力信号を、 前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィル夕 に通し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕部の出力 信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、 ことを特徴とする帯域拡張装置。
3 . 前記所定の帯域の入力信号を入力しフレーム毎の信号が有声か無声かを判 別する有声 Z無声判別回路を備え、
前記ゲイン部は、
前記有声/無声判別回路から出力される有声/無声判別情報を入力し、 有声/無 声に応じて、 前記雑音発生部の出力信号に与えるゲインを調整するゲイン調整部 と、
前記ゲイン調整部で調整された前記ゲインを入力し、 前記雑音発生部の出力信 号に前記ゲインを乗じて出力するゲイン回路と、
を備えている、 ことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の帯域拡張装置。
4. 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力し、 スペクトル特 性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するスぺクトルパラメ一夕計算部と、 少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源 信号にもとづき適応コードブック成分を発生させる適応コードブック部と、 雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィル夕係数を求める 係数計算部と、
前記雑音発生部の出力信号と前記適応コードブック部の出力信号のうち少なく とも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、 前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、 前記ゲイン部からの前記 音源信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕部の出力 信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、 ことを特徴とする帯域拡張装置。
5 . 前記所定の帯域の入力信号を入力しフレーム毎の信号が有声か無声かを判 別し、 有声部分のフレームでは、 前記有声 ·無声の判別で導出された所定の遅延 を、 ピッチ周期として、 前記適応コードブック部を構成する適応コードブック回 路に供給する有声/無声判別回路を備え、
前記適応コードブック回路は、 前記有声/無声判別回路からの遅延を適応コー ドブックの遅延として入力し、 過去の音源信号をもとに、 適応コードプック信号 を発生して出力し、
前記ゲイン部は、
前記有声/無声判別回路から有声/無声判別情報を入力し、 有声か無声かに応じ て、 前記適応コードブック回路の出力信号のゲインと前記雑音発生部の出力信号 のゲインとを調整して出力するゲイン調整回路と、
前記ゲイン調整回路からゲインを入力し、 前記適応コ一ドプック回路の出力信 号と前記雑音発生部の出力信号の少なくとも一方にゲインを乗じて出力するゲイ ン回路と、
前記ゲイン回路から出力される 2つの出力信号を加算し、 加算結果を前記合成 フィル夕と前記適応コードブック回路とに出力する加算器と、
を備えている、 ことを特徴とする請求の範囲第 4項記載の帯域拡張装置。
6 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力しスぺクトル特性 を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するスぺクトルパラメータ計算部と、 少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源 信号にもとづき適応コードブック成分を発生させる適応コードプック部と、 雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフ卜させた上でフィル夕係数を求める 係数計算部と、
前記雑音発生部の出力信号と前記適応コードブック部の出力信号のうち少なく とも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、
前記ピッチ周期を用いて前記ゲイン部からの前記音源信号をフィル夕処理する ピッチプリフィルタと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、 前記ピツチプリフィル夕 の出力信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィル夕部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕部の出力 信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、 ことを特徴とする帯域拡張装置。
7 . 前記所定の帯域の入力信号を入力しフレーム毎の信号が有声か無声かを判 別し、 有声部分のフレームでは、 有声 ·無声の判別で導出された所定の遅延を、 ピッチ周期として、 前記適応コードブック部を構成する適応コードブック回路と 前記ピツチプリフィルタとに供給する有声/無声判別回路を備え、
前記適応コードブック回路は、 前記有声/無声判別回路からの遅延を適応コー ドブックの遅延として入力し過去の音源信号をもとに、 適応コードブック信号を 発生して出力し、
前記ゲイン部は、
前記有声/無声判別回路から有声/無声判別情報を入力し、 有声か無声かに応じ て、 前記適応コードブック回路の出力信号のゲインと前記雑音発生部の出力信号 のゲインとを調整して出力するゲイン調整回路と、
前記ゲイン調整回路からゲインを入力し、 前記適応コードブック回路の出力信 号と前記雑音発生部の出力信号の少なくとも一方にゲインを乗じ、 少なくとも 1 方に前記ゲインが乗じられた 2つの出力信号を加算し、 加算結果を前記ピッチプ リフィル夕に出力するゲイン回路と、
を備え、
前記ピツチプリフィルタの出力信号は、 前記合成フィル夕及び前記適応コード ブック回路に供給される、 ことを特徴とする請求の範囲第 6項記載の帯域拡張装
8 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力しスぺクトル特性 を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するスぺクトルパラメ一夕計算部と、 少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し、 ピッチ周期を用いて周期信 号を発生させるピッチ発生部と、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スぺクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める 係数計算部と、
前記雑音発生部の出力信号と前記ピッチ発生部の出力信号のうち少なくとも一 方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、
前記フィル夕係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記ゲイン部から出力さ れる前記音源信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕部の出力 信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、 ことを特徴とする帯域拡張装置。
9 . 前記所定の帯域の入力信号を入力しフレーム毎の信号が有声か無声かを判 別し、 有声部分のフレームでは、 有声 ·無声の判別で導出された所定の遅延を、 ピッチ周期として、 前記ピッチ発生部に供給する有声/無声判別回路を備え、 前記ゲイン部は、
前記有声/無声判別回路から有声/無声判別情報を入力し、 有声か無声かに応じ て、 前記ピッチ発生部の出力信号のゲインと前記雑音発生部の出力信号のゲイン とを調整して出力するゲイン調整回路と、
前記ゲイン調整回路からゲインを入力し、 前記ピッチ発生部の出力信号と前記 雑音発生部の出力信号の少なくとも一方にゲインを乗じて出力するゲイン回路と 、
前記ゲイン回路から出力される 2つの出力信号を加算し加算結果を前記合成フ ィル夕に出力する加算器と、
を備えている、 ことを特徴とする請求の範囲第 8項記載の帯域拡張装置。
1 0 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力しスペクトル特 性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するスぺクトルパラメ一夕計算部と、 少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し、 ピッチ周期を用いて周期信 号を発生させるピッチ発生部と、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める 係数計算部と、
前記雑音発生部の出力信号と前記ピッチ発生部の出力信号のうち少なくとも一 方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、
前記ピッチ周期を用いて、 前記ゲイン部からの前記音源信号をフィルタ処理す るピッチプリフィル夕と、
前記フィル夕係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記ピッチプリフィルタ の出力信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィル夕部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィルタ部の出力 信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、 ことを特徴とする帯域拡張装置。
1 1 . 前記所定の帯域の入力信号を入力しフレーム毎の信号が有声か無声かを 判別し、 有声部分のフレームでは、 有声，無声の判別で導出された所定の遅延を 、 ピッチ周期として、 前記ピッチ発生部と前記ピッチプリフィルタとに供給する 有声/無声判別回路を備え、
前記ゲイン部は、 前記有声/無声判別回路から有声/無声判別情報を入力し、 有声か無声かに応じ て、 前記ピッチ発生部の出力信号のゲインと前記雑音発生部の出力信号のゲイン とを調整して出力するゲイン調整回路と、
前記ゲイン調整回路からゲインを入力し、 前記ピッチ発生'部の出力信号と前記 雑音発生部の出力信号の少なくとも一方にゲインを乗じ、 2つの出力信号を加算 した加算結果を前記合成フィル夕に出力するゲイン回路と、
を備えている、 ことを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の帯域拡張装置。
1 2 . 前記適応コードブック部の出力信号を入力とする低域通過型フィルタを 備えている、 ことを特徴とする請求の範囲第 4項又は第 6項記載の帯域拡張装置
1 3 . 前記係数計算部から出力されるフィル夕係数に重み付けを施した重み付 け係数を用いてポストフィルタを構成し、 前記合成フィル夕部の出力信号を前記 ポストフィル夕に通して帯域拡張信号を再生する、 ことを特徴とする請求の範囲 第 2乃至第 1 2項のいずれか一に記載の帯域拡張装置。
1 4. 4kHz帯域の入力信号に対し、 5 kHz帯域又は 7 kHz帯域の帯域拡張化信 号を出力する、 ことを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 1 3項のいずれか一に 記載の帯域拡張装置。
1 5 . 前記雑音発生部は、 平均振幅が予め定められたレベルに正規化され、 帯 域制限された雑音信号を、 フレーム長相当分発生して出力する、 ことを特徴とす る請求の範囲第 1乃至第 1 4項のいずれか一に記載の帯域拡張装置。
1 6 . 前記有声/無声判別回路は、 前記所定の帯域の入力信号に対して予め定 められた遅れ時間までの正規化自己相関関数を求め、 前記正規化自己相関関数の 最大値と予め定められた閾値との大小により、 有声/無声を判別して前記有声/ 無声判別情報を出力する、 ことを特徴とする請求の範囲第 3項記載の帯域拡張装
1 7 . 前記有声/無声判別回路は、 前記所定の帯域の入力信号に対して予め定 められた遅れ時間までの正規化自己相関関数を求め、 前記正規化自己相関関数の 最大値と予め定められた閾値との大小により、 有声/無声を判別して前記有声/ 無声判別情報を出力し、 有声部分のフレームでは前記正規化自己相関関数の最大 とする遅延をピッチ周期として出力する、 ことを特徴とする請求の範囲第 5、 7 、 9、 1 1項のいずれか一に記載の帯域拡張装置。
1 8 . 前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕部 の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段が、
前記入力信号を予め定められた標本化周波数でァップサンプリングし、 ァップ アンプリングされた信号を出力する標本化周波数変換回路と、
前記標本化周波数変換回路の出力信号と前記合成フィル夕の出力信号とを入力 して加算し該加算した信号を前記帯域拡張化信号として出力する加算 と、 を備えている、 ことを特徴とする請求の範囲第 2、 4、 6、 8、 1 0項のいず れか一に記載の帯域拡張装置。
1 9 . 前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕部 の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段が、
前記入力信号を予め定められた標本化周波数でアップサンプリングし、 アップ アンプリングされた信号を出力する標本化周波数変換回路と、
前記標本化周波数変換回路の出力信号と前記ポストフィルタの出力信号とを入 力して加算し該加算した信号を前記帯域拡張化信号として出力する加算器と、 を備えている、 ことを特徴とする請求の範囲第 1 3項記載の帯域拡張装置。
2 0 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力し、 前記入力信 号の周波数帯域を拡張するにあたり、 入力された前記所定の帯域の入力信号のス ぺクトル特性を表すスぺクトルパラメータを計算するステップと、
前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める 雑音信号を発生するステップと、 を少なくとも含み、
前記ステップで生成された前記雑音信号、 及び前記フィルタ係数と、 前記入力 信号を用いて、 前記帯域拡張化信号の生成が行われる、 ことを特徴とする帯域拡 張方法。
2 1 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力し、 スペクトル 特性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するステップと、
前記スぺクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィル夕係数を求める 雑音発生部で発生された雑音信号にゲインを与えるステップと、
前記ゲインが与えられた信号を、 前記フィル夕係数を用いて構成した合成フィ ル夕に通し帯域拡張信号を再生するステツプと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕の出力信 号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、 ことを特徴とする帯域拡張方法。
2 2 . 前記所定の帯域の入力信号を入力する有声 Z無声判別回路にてフレーム 毎の信号が有声か無声かを判別するステツプと、
有声 Z無声の判別結果に応じて、 前記雑音発生部の出力信号に与えるゲインを 調整するステップと、
前記調整されたゲインを前記雑音発生部の出力信号に乗じた信号を前記合成フ ィル夕に出力するステップと、
を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 1項記載の帯域拡張方法。
2 3 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力し、 スペクトル 特性を表すスぺクトルパラメ一夕を計算するステップと、
少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源 信号にもとづき適応コードブック成分を発生させるステツプと、
前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める 雑音発生部からの雑音信号と前記適応コードブック成分のうち少なくとも一方 にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記音源信号を入力し帯 域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕の出力信 号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、 ことを特徴とする帯域拡張方法。
2 4. 前記所定の帯域の入力信号を入力する有声/無声判別回路にてフレーム 毎の信号が有声か無声かを判別し、 有声部分のフレームでは、 前記有声 ·無声の 判別で導出された所定の遅延を、 ピッチ周期として適応コードプック回路に供給 するステップと、
前記適応コードブック回路では、 前記有声/無声判別回路からの前記遅延を適 応コードブックの遅延として入力し、 過去の音源信号をもとに、 適応コードブッ ク信号を発生して出力するステップと、
前記有声/無声判別回路から有声/無声判別情報,を入力し、 有声か無声かに応じ て、 前記適応コードプック回路の出力信号のゲインと前記雑音発生部の出力信号 のゲインとを調整して出力するステップと、
前記調整されたゲインを、 前記適応コードブック回路の出力信号と前記雑音発 生部の出力信号の少なくとも一方に乗じて出力するステップと、
少なくとも一方に前記ゲインが乗じられた 2つの前記出力信号を加算し、 加算 結果を前記合成フィル夕と前記適応コードブック回路とに出力するステップと、 を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 3項記載の帯域拡張方法。
2 5 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力しスぺクトル特 性を表すスぺクトルパラメータを計算するステップと、
少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源 信号にもとづき適応コードブック成分を発生させるステップと、
前記スぺクトルパラメ一夕の周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める 雑音発生部からの雑音信号と前記適応コードブック成分のうち少なくとも一方 にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記ピッチ周期を用いて前記音源信号をピツチプリフィルタ処理するステツプ と、
前記フィル夕係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記ピッチプリフィルタ 処理結果を入力し、 帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕の出力信 号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、 ことを特徴とする帯域拡張方法。
2 6 . 前記所定の帯域の入力信号を入力する有声/無声判別回路にてフレーム 毎の信号が有声か無声かを判別し、 有声部分のフレームでは、 有声 ·無声の判別 で導出された所定の遅延を、 ピッチ周期として、 適応コードブック回路と前記ピ ツチプリフィルタとに供給するステップと、
前記適応コードブック回路は、 前記有声/無声,判別回路からの遅延を適応コー ドブックの遅延として入力し過去の音源信号をもとに、 適応コードプック信号を 発生して出力するステップと、
前記有声/無声判別回路から有声/無声判別情報を入力し、 有声か無声かに応じ て、 前記適応コードブック回路の出力信号のゲインと前記雑音発生部の出力信号 のゲインとを調整して出力するステップと、
前記調整されたゲインを、 前記適応コードブック回路の出力信号と前記雑音発 生部の出力信号の少なくとも一方に乗じ、 少なくとも 1方に前記ゲインが乗じら れた 2つの前記出力信号を加算し、 加算結果を前記ピッチプリフィル夕に出力す るステップと、
前記ピッチプリフィル夕の出力が、 前記合成フィルタと前記適応コードブック 回路に供給されるステップと、 .
を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 5項記載の帯域拡張方法。
2 7 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力しスぺクトル特 性を表すスぺクトルパラメータを計算するステップと、
少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し、 ピッチ周期を用いて周期信 号を発生させるステップと、
前記スぺクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める 雑音発生部からの雑音信号と前記周期信号のうち少なくとも一方に適切なゲイ ンを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記音源信号を入力し帯 域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕の出力信 号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、 ことを特徴とする帯域拡張方法。
2 8 . 前記所定の帯域の入力信号を入力する有声/無声判別回路にてフレーム 毎の信号が有声か無声かを判別し、 有声部分のフレームでは、 有声，無声の判別 で導出された所定の遅延を、 ピッチ周期として、 前記ピッチ発生部に供給するス 前記有声/無声判別回路から有声/無声判別情報を入力し、 有声か無声かに応じ て、 前記ピッチ発生部の出力信号のゲインと前記雑音発生部の出力信号のゲイン とを調整して出力するステップと、
前記調整されたゲインを前記ピッチ発生部の出力信号と前記雑音発生部の出力 信号の少なくとも一方に乗じて出力するステップと、
前記出力される 2つの出力信号を加算し加算結果を前記合成フィルタに出力す るステップと、
を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 7項記載の帯域拡張方法。
2 9 . 予め定められた所定の帯域の入力信号を少なくとも入力しスペクトル特 性を表すスぺクトルパラメータを計算するステップと、
少なくとも前記入力信号からピッチ周期を計算し、 ピッチ周期を用いて周期信 号を発生させるステップと、 '
前記スぺクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィル夕係数を求める 雑音発生部からの雑音信号と前記周期信号のうち少なくとも一方にゲインを与 えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記ピッチ周期を用いて、 前記音源信号をピッチプリフィルタ処理するステツ プと、
前記フィル夕係数を用いて構成した合成フィル夕に、 前記ピッチプリフィルタ 処理結果信号を入力し、 帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕の出力信 号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、 ことを特徴とする帯域拡張方法。
3 0 . 前記所定の帯域の入力信号を入力する有声/無声判別回路にてフレーム 毎の信号が有声か無声かを判別し、 有声部分のフレームでは、 有声 ·無声の判別 で導出された所定の遅延を、 ピッチ周期として、 前記ピッチ発生部に供給するス 前記有声/無声判別回路から有声/無声判別情報が有声か無声かに応じて、 前記 ピッチ発生部の出力信号のゲインと前記雑音発生部の出力信号のゲインとを調整 するステップと、
前記調整されたゲインを、 前記ピッチ発生部の出力信号と前記雑音発生部の出 力信号の少なくとも一方にゲインを乗じ、 少なくとも 1方に前記ゲインが乗じら れた 2つの前記出力信号を加算し、 加算結果を前記合成フィル夕に出力するステ ップと、
を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 9項記載の帯域拡張方法。
3 1 . 前記適応コードブック成分を低域通過フィルタ処理し、 予め定められた カツトオフ周波数以下の周波数成分を通過させるステップを含む、 ことを特徴と する請求の範囲第 2 3項又は第 2 5項記載の帯域拡張方法。
3 2 . 前記フィル夕係数に重み付けを施した重み付け係数を用いて構成された ポストフィルタに、 前記合成フィルタの出力信号を通して帯域拡張信号を再生す るステップを含む、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 1項乃至第 3 1項のいずれ か一に記載の帯域拡張方法。
3 3 . 4 kHz帯域の入力信号に対し、 5 kHz帯域又は 7 kHz帯域の帯域拡張化信 号を出力する、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 0項乃至第 3 2項のいずれか一 に記載の帯域拡張方法。
3 4 . 前記雑音発生部は、 平均振幅が予め定められたレベルに正規化され、 帯 域制限された雑音信号を、 フレーム長相当分発生して出力する、 ことを特徴とす る請求の範囲第 2 0乃至第 3 3項のいずれか一に記載の帯域拡張方法。
3 5 . 前記有声/無声判別回路が、 前記所定の帯域の入力信号に対して予め定 められた遅れ時間までの正規化自己相関関数を求め、 前記正規化自己相関関数の 最大値と予め定められた閾値との大小により、 有声 Z無声を判別して前記有声/ 無声判別情報を出力するステップを有する、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 2 項記載の帯域拡張方法。
3 6 . 前記有声/無声判別回路が、 前記所定の帯域の入力信号に対して予め定 められた遅れ時間までの正規化自己相関関数を求め、 前記正規化自己相関関数の 最大値と予め定められた閾値との大小により、 有声/無声を判別して前記有声/ 無声判別情報を出力し、 有声部分のフレームでは前記正規化自己相関関数の最大 とする遅延をピッチ周期として出力するステップを有する、 ことを特徴とする請 求の範囲第 2 4、 2 6、 2 8、 3 0項のいずれか一に記載の帯域拡張方法。
3 7 . 前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィル夕部 の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップが、
前記入力信号を予め定められた標本化周波数でアップサンプリングし、 アップ アンプリングされた信号を出力するステップと、
前記アップアンプリングされた信号と前記合成フィルタの出力信号とを入力し て加算し該加算した信号を前記帯域拡張化信号として出力するステップと、 を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第 2 1、 2 3、 2 5、 2 7、 2 9項のい ずれか一に記載の帯域拡張方法。
3 8 . 前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、 前記合成フィルタ部 の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステツプが、
前記入力信号を予め定められた標本化周波数でアップサンプリングし、 アップ アンプリングされた信号を出力するステップと、
前記アップアンプリングされた信号と前記ボストフィルタの出力信号とを入力 して加算し該加算した信号を前記帯域拡張化信号として出力するステップと、 を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第 3 2項記載の帯域拡張方法。
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