JP4792613B2 - 情報処理装置および方法、並びに記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理装置および方法、並びに記録媒体に関し、特に、音声信号の帯域拡張における励振源の精度を向上させ、ギャップのない広帯域信号を得られるようにすると共に、その演算を軽減させることを可能にした情報処理装置および方法、並びに記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号の伝送技術が、広く普及しつつある。音声信号の伝送技術は、携帯電話、有線電話、またはボイスレコーダなどに応用されている。従来、この音声信号の送受信には、300Hz乃至3400Hzの狭帯域信号が用られていたが、周波数帯域が狭いため、音質が悪いという問題があった。そこで、この問題を解消するため、送信側または伝送路においては狭帯域信号を用い、受信側が、受信した狭帯域信号を帯域拡張処理し、広帯域信号に変換する技術が開発された。
【０００３】
図１は、狭帯域音声信号を広帯域音声信号に変換する従来の帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
α広帯域化部１は、狭帯域音声信号sndNの狭帯域スペクトル包絡を表す予測係数αNを広帯域化し、広帯域スペクトル包絡を表す予測係数αWとして広帯域LPC(Linear Predictive Code)合成部４に出力する。尚、この予測係数αNから予測係数αWを求める方法の詳細については、例えば、特願平9-291405に開示されている。
【０００５】
加算器２は、狭帯域音声信号sndNに対応する適応信号（ピッチ成分を含む信号）excPNと雑音信号excNNを加算し、狭帯域音声信号の励振源excNとしてexc広帯域化部３に出力する。適応信号excPNおよび雑音信号excNNは、それぞれCELP(Code Excited Linear Prediction)方式の符号化装置を使用した場合、それぞれ、適応符合帳および雑音符合帳からの出力に対応するものである。
【０００６】
exc広帯域化部３は、入力された狭帯域音声信号の励振源excNを、広帯域化し、広帯域音声信号の励振源excWに変換し、広帯域LPC合成部４に出力する。具体的には、励振源は白色雑音に近いという特性から、各サンプル間にゼロ値を挿入することにより、エイリアシングを発生させ、広帯域音声信号の励振源excWが生成されている。尚、この狭帯域音声信号の励振源excNから広帯域音声信号の励振源excWを求める方法の詳細についても、例えば、上記した特願平9-291405に開示されている。
【０００７】
広帯域LPC合成部４は、α広帯域化部１から入力された予測係数αWをフィルタ係数として、exc広帯域化部３から入力された励振源excWをフィルタ合成し、第１の広帯域音声信号に変換し、帯域抑圧部５に出力する。
【０００８】
帯域抑圧部５は、入力された第1の広帯域音声信号のうち狭帯域音声信号に含まれている周波数帯域だけを抑圧し、第2の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。すなわち、第1の広帯域音声信号には、歪が含まれているので、狭帯域音声信号の持つ周波数帯域は、オーバーサンプリング装置６から入力される狭帯域音声信号により置き換えられる。これにより、第1の広帯域音声信号に含まれる、元々の狭帯域音声信号に含まれている周波数帯域分についての歪は減少することになる。
【０００９】
オーバーサンプリング装置６は、入力される狭帯域音声信号sndNを狭帯域音声信号のサンプリング周波数に対して、オーバーサンプルし、広帯域音声信号のサンプリング周波数に合わせ、加算器７に出力する。
【００１０】
加算器７は、帯域抑圧部５から入力された第2の広帯域音声信号とオーバーサンプリング装置６から入力された信号とを加算することにより、最終的な広帯域音声信号sndWを生成し、出力する。
【００１１】
予測係数αN、適応信号excPN、雑音信号excNN、および狭帯域音声信号sndNは、全てが独立ではない。予測係数αNは、狭帯域音声信号sndNを線形予測分析により求めることができ、適応信号excPNおよび雑音信号excNNは、ピッチ分析をすることにより求めることができる。雑音信号excNNは、長期予測残差であり、適応信号excPNと雑音信号excNNの和は、線形予測残差となる。また、狭帯域音声信号sndNは、予測係数αN、および適応信号excPNと雑音信号excNNの和から、フィルタ合成することにより求めることができる。さらに、予測係数αN、適応信号excPN、および雑音信号excNNは、狭帯域音声信号sndNを前処理することにより求めることもでき、量子化されたものから求めることもできる。
【００１２】
次に、従来の帯域拡張装置が、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号sndWに変換する時の動作について説明する。
【００１３】
α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを、広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αWとして広帯域LPC合成部４に出力する。
【００１４】
加算器２は、入力された適応信号excPNおよび雑音信号excNNを加算して、狭帯域音声信号の励振源excNをexc広帯域化部３に出力する。exc広帯域化部３は、入力された狭帯域音声信号の励振源excNを広帯域化し、広帯域音声信号の励振源excWとして、広帯域LPC合成部４に出力する。
【００１５】
広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWに基づいて広帯域音声信号の励振源excWをフィルタ処理し、第1の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。帯域抑圧部５は、入力された第1の広帯域音声信号のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯について抑圧し、第2の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。
【００１６】
オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを、広帯域音声信号のサンプリング周波数で、オーバーサンプリングし、加算器７に出力する。
【００１７】
加算器７は、帯域抑圧部５から入力された第2の広帯域音声信号と、オーバーサンプリング装置６から入力されるオーバーサンプルされた信号とを加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを生成し、出力する。
【００１８】
尚、帯域抑圧部５は、厳密に狭帯域音声信号の持つ周波数帯域だけを抑圧するのではなく、例えば、低周波数帯だけを抑圧するハイパスフィルタでも良く、また、ゲインを乗じたり、フィルタ処理を行うなどするようにしても良い。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、本来、適応信号と雑音信号の線形和で構成されている励振源を、ゼロ値を挿入することで、広帯域化するため、その精度が、高いものではないという課題があった。
【００２０】
また、例えば、サンプリング周波数が8kHz、広帯域信号のサンプリング周波数が16kHz、狭帯域励振源の周波数が、300Hz乃至3400Hzに制限されていた場合、上記の方法では、得られる広帯域励振源の周波数帯域は、300Hz乃至3400Hz、および4600Hz乃至7700Hzとなり、その中間の3400Hz乃至4600Hzの周波数帯域が生成されない（ギャップを生じてしまう）。このため、この広帯域励振源は、広帯域LPC合成を行っても、その中間の3400Hz乃至4600Hzの周波数帯域が生成されず、広帯域音声信号が不自然になるという課題があった。
【００２１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、音声信号の帯域拡張における励振源の精度を向上させ、ギャップのない広帯域信号を得られるようにさせるものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の情報処理装置は、狭帯域信号の第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成手段と、狭帯域信号の第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成手段と、第1の生成手段により生成された第２の適応信号と、第2の生成手段により生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
前記第1の適応信号および前記第2の前記適応信号には、ピッチ成分を含ませるようにすることができる。
【００２６】
前記第1の生成手段には、第2の適応信号を、第1の適応信号を補間し、さらに、第1の適応信号のピーク値となるサンプルデータの前後の１つ、または、複数のサンプルデータを抑圧して生成させるようにすることができる。
【００２７】
前記第1の生成手段には、第2の適応信号を、第1の適応信号を補間し、さらに、第1の適応信号のサンプルデータまたはサンプルデータの絶対値について、所定の値以上のものを抑圧して生成させるようにすることができる。
【００２９】
前記第2の生成手段には、第2の雑音信号を、第1の雑音信号に、そこに含まれない成分を持つ雑音信号を付加して生成させるようにすることができる。
【００３０】
前記第2の生成手段は、第2の雑音信号を、第1の雑音信号を広帯域化した第2の雑音信号に、そこに含まれない周波数帯域の成分を持つ雑音信号を付加して生成させるようにすることができる。
【００３１】
請求項７に記載の情報処理方法は、狭帯域信号の第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成ステップと、狭帯域信号の第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、第1の生成ステップの処理で生成された第2の適応信号と、第2の生成ステップの処理で生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００３２】
請求項８に記載の記録媒体のプログラムは、狭帯域信号の第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成ステップと、狭帯域信号の第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、第1の生成ステップの処理で生成された第2の適応信号と、第2の生成ステップの処理で生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００３８】
請求項９に記載の情報処理装置は、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第1の抽出手段と、第1の抽出手段により抽出された短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第１の雑音信号を抽出する第2の抽出手段と、第2の抽出手段により抽出された第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成手段と、第2の抽出手段により抽出された第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成手段と、第1の生成手段により生成された第2の適応信号と、第2の生成手段により生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成手段とを備えることを特徴とする。
【００４７】
請求項１０に記載の情報処理方法は、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第1の抽出ステップと、第1の抽出ステップの処理で抽出された短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第1の雑音信号を抽出する第2の抽出ステップと、第2の抽出ステップの処理で抽出された第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成ステップと、第2の抽出ステップの処理で抽出された第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、第1の生成ステップの処理で生成された第2の適応信号と、第2の生成ステップの処理で生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００４８】
請求項１１に記載の記録媒体のプログラムは、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第1の抽出ステップと、第1の抽出ステップの処理で抽出された短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第1の雑音信号を抽出する第2の抽出ステップと、第2の抽出ステップの処理で抽出された第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成ステップと、第2の抽出ステップの処理で抽出された第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、第1の生成ステップの処理で生成された第2の適応信号と、第2の生成ステップの処理で生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００５４】
請求項１に記載の情報処理装置、請求項７に記載の情報処理方法、および請求項８に記載の記録媒体においては、狭帯域信号の第1の適応信号が広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間されて第2の適応信号が生成され、狭帯域信号の第1の雑音信号が広帯域化されて第2の雑音信号が生成され、生成された第２の適応信号と、生成された第2の雑音信号とが合成され、広帯域信号の励振源が生成される。
【００５６】
請求項９に記載の情報処理装置、請求項１０に記載の情報処理方法、および請求項１１に記載の記録媒体においては、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号が抽出され、抽出された短期予測残差信号から長期予測が実行され、第1の適応信号および第１の雑音信号が抽出され、抽出された第1の適応信号が広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間されて第2の適応信号が生成され、抽出された第1の雑音信号が広帯域化されて第2の雑音信号が生成され、生成された第2の適応信号と、生成された第2の雑音信号とが合成され、広帯域信号の励振源が生成される。
【００５８】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明を適用した帯域拡張装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。尚、図２以降の図面の説明においては、従来の場合と対応する部分、または、図２以降の図面に対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は、適宜省略する。また、信号の記号は、従来のものと同様である。
【００５９】
図２の帯域拡張装置では、図１の加算器２およびexc広帯域化部３に代えて、補間部１１、ゼロ詰め部１２、雑音付加部１３、および加算器１４が、新たに設けられている。
【００６０】
図２の帯域拡張装置は、入力される狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNNを、各々個別に広帯域化した後、これを加算することにより、広帯域音声信号の励振源excWを生成するようにしたものである。尚、厳密には、狭帯域音声信号の適応信号excPNは、広帯域化するための処理を施しても、帯域が広がらない場合もあるが、以下においては、広帯域化するための処理を施した狭帯域音声信号の適応信号excPNは、広帯域化した信号として扱うものとする。
【００６１】
補間部１１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを、そのサンプリング周波数を上げ、線形補間し、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力する。尚、補間方法は、線形補間以外の方法でも良く、例えば、ゼロ次ホールドやスプライン補間などでもよく、また、後述するゼロ詰め処理の後線形フィルタ処理や、非線型処理などでもよい。
【００６２】
ゼロ詰め部１２は、広帯域化音声信号のサンプリング周波数が、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、各サンプリング値の間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、サンプリング周波数を合わせて、広帯域化し、第1の広帯域音声信号の雑音信号を生成し、雑音付加部１３に出力する。すなわち、このゼロ値の挿入により、エイリアシング成分を狭帯域音声信号の雑音信号excNNに発生させる。すると、狭帯域音声信号の周波数特性は、フラットに近いため、エイリアシングもフラットに近くなり、出力される信号は、広帯域音声信号の雑音信号excNWとして使用することができる。
【００６３】
雑音付加部１３は、入力された第1の広帯域音声信号の雑音信号中でギャップとなっている周波数帯域の雑音信号を付加し、最終的な広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、加算器１４に出力する。すなわち、上記ゼロ詰め部１２では、0Hz乃至ナイキスト周波数までの狭帯域音声信号の雑音信号excNNが、フラットではない場合、エイリアシング成分もフラットではなくなる。例えば、サンプリング周波数が8kHz、広帯域信号のサンプリング周波数が16kHz、狭帯域音声信号の雑音信号が、300Hz乃至3400Hzに制限されていた場合、１サンプルおきにゼロ値を挿入すると、広帯域音声信号の雑音信号の周波数帯域は、300Hz乃至3400Hz、および4600Hz乃至7700Hzとなり、3400Hz乃至4600Hzの周波数帯域の雑音信号の周波数帯域が、ギャップとなる。このため、雑音付加部１３は、このギャップとなっている3400Hz乃至4600Hzの周波数帯域の広帯域音声信号の雑音信号を付加する。
【００６４】
加算器１４は、補間部１１から入力される広帯域音声信号の適応信号excPWと、雑音付加部１３から入力される広帯域音声信号の雑音信号excNWとを加算し、広帯域音声信号の励振源excWとして広帯域LPC合成部４に出力する。
【００６５】
次に、図３のフローチャートを参照して、図２の帯域拡張装置が、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号sndWに変換する動作について説明する。
【００６６】
狭帯域音声信号の予測係数αNが、α広帯域化部１に、狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNNが、補間部１１およびゼロ詰め部１２に、狭帯域音声信号sndNが、オーバーサンプリング装置６に、それぞれ入力されて処理が開始される。
【００６７】
ステップＳ１において、α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、記憶する。
【００６８】
ステップＳ２において、補間部１１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを線形補間し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のサンプリング周波数に合わせ、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力する。また、ゼロ詰め部１２は、広帯域音声信号のサンプリング周波数が、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプル間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、広帯域化し、広帯域音声信号の雑音信号を生成し、雑音付加部１３に出力する。雑音付加部１３は、入力された広帯域音声信号の雑音信号に、入力された広帯域音声信号の雑音信号のギャップとなる周波数帯域の雑音信号を付加して、最終的な広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、加算器１４に出力する。
【００６９】
ステップＳ３において、加算器１４は、入力された広帯域音声信号の適応信号excPWと広帯域音声信号の雑音信号excNWとを加算し、広帯域信号の励振源excWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。
【００７０】
ステップＳ４において、広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWをフィルタ係数として、入力された帯域信号の励振源excWをフィルタ処理し、第１の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。
【００７１】
ステップＳ５において、帯域抑圧部５は、入力された第１の広帯域音声信号の周波数帯域のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯域の成分を抑圧し、第２の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、記憶しているオーバーサンプルされた狭帯域信号を加算器７に出力する。
【００７２】
ステップＳ６において、加算器７は、入力された第２の広帯域音声信号とオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを出力し、処理を終了する。
【００７３】
次に、図４乃至図６を参照して、図２の狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNNの広帯域化手法と異なる広帯域化手法を用いた例について説明する。
【００７４】
図４に示される帯域拡張装置においては、図２における補間部１１、ゼロ詰め部１２、および雑音付加部１３に代えて、ピッチ広帯域化部２１、雑音付加部２２、およびゼロ詰め部２３が、新たに設けられており、それ以外の構成については図２のものと同様である。
【００７５】
ピッチ広帯域化部２１は、狭帯域音声信号の適応信号excPNのピッチ成分を広帯域化し、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成して、加算器１４に出力する。ピッチ広帯域化部２１の構成例としては、図５および図６に示すものがある。
【００７６】
図５のピッチ広帯域化部２１の補間部３１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを補間処理し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のものに合わせ、ピーク急峻化部３２に出力する。
【００７７】
ピーク急峻化部３２は、補間処理された広帯域化音声信号の適応信号excPWのうち、所定のスレッシュホールド値を超えるピーク値を検出して、検出されたピーク値の前後のサンプル値を抑圧することにより、ピーク値を、より急峻な波形とし、後段の加算器１４に出力する。これにより、広帯域化音声信号の適応信号excPWに高域成分が発生する。
【００７８】
この所定のスレッシュホールド値は、固定、または、信号により変化するもののどちらでもよい。また、ピーク値の前後のサンプル値の抑圧量については、固定比率、または、信号により変動する比率でもよく、ピーク値前後の全てのサンプル値をゼロ値に抑圧し、パルス波形を得るようにしても良い。さらにピーク値前後の抑圧すべきサンプル値は、１つ、または、複数のどちらでも良い。
【００７９】
図６のピッチ広帯域化部２１のゲイン調整部４１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNのゲインを所定の倍率で上昇させ、補間部４２に出力する。
【００８０】
補間部４２は、図５の補間部３１と同様に、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを補間処理し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のものに合わせ、クリップ部４３に出力する。
【００８１】
クリップ部４３は、所定のスレッシュホールド値を超えるサンプル値を検出し、検出したサンプル値を、その所定のスレッシュホールド値に置き換えることで、波形をクリップし、後段の加算器１４に出力する。または、スレッシュホールド値を超える量を所定の割合で抑圧し、スレッシュホールド値に加算する方法で波形をクリップさせてもよい。これにより、広帯域化音声信号の適応信号excPWに高調波成分が発生する。
【００８２】
図２の雑音付加部１３は、広帯域化された雑音信号に、ギャップとなる周波数帯を持つ広帯域音声信号の雑音信号を付加するのに対して、図４の雑音付加部２２は、狭帯域音声信号の雑音信号excNNに、広帯域化後にギャップとなる周波数帯域の狭帯域音声信号の雑音信号を付加して、フラットな狭帯域音声信号の雑音信号を生成する。
【００８３】
図２のゼロ詰め部１２は、フラットにされていない狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプルにゼロ値を挿入しているのに対して、図４のゼロ詰め部２３は、フラットにされた狭帯域音声信号の雑音信号にゼロ値を挿入する。
【００８４】
次に、図７のフローチャートを参照して、図４の帯域拡張装置が、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号sndWに変換する動作について説明する。
【００８５】
狭帯域音声信号の予測係数αNが、α広帯域化部１に、狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNNが、ピッチ広帯域化部２１および雑音付加部２２に、狭帯域音声信号sndNが、オーバーサンプリング装置６に、入力されて処理が開始される。
【００８６】
ステップＳ１１において、α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αNを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、記憶する。
【００８７】
ステップＳ１２において、ピッチ広帯域化部２１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを広帯域化し、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力する。尚、ピッチ広帯域化部２１の詳細な動作については、図８および図９のフローチャートを参照して後述する。また、雑音付加部２２は、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNに、広帯域化した後、ギャップとなる周波数帯域成分を持つ、狭帯域音声信号の雑音信号を付加して、フラットな狭帯域音声信号の雑音信号を生成し、ゼロ詰め部２３に出力する。そして、ゼロ詰め部２３は、広帯域音声信号のサンプリング周波数が、入力されたフラットな狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプル間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、広帯域化し、広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、加算器１４に出力する。
【００８８】
ステップＳ１３において、加算器１４は、入力された広帯域音声信号の適応信号excPWと広帯域音声信号の雑音信号excNWとを加算し、広帯域信号の励振源excWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。
【００８９】
ステップＳ１４において、広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWをフィルタ係数として、入力された帯域信号の励振源excWをフィルタ処理し、第１の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。
【００９０】
ステップＳ１５において、帯域抑圧部５は、入力された第１の広帯域音声信号の周波数帯域のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯域の成分を抑圧し、第２の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、記憶しているオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算器７に出力する。
【００９１】
ステップＳ１６において、加算器７は、入力された第２の広帯域音声信号とオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを出力し、処理を終了する。
【００９２】
次に、図８のフローチャートを参照して、図４のピッチ広帯域化部２１が、図５の構成となっていたときの動作について説明する。
【００９３】
ピッチ広帯域化部２１は、狭帯域音声信号の適応信号excPNが入力されると処理を開始し、ステップＳ２１において、ピッチ広帯域化部２１の補間部３１は、補間処理を実行し、狭帯域音声信号の適応信号excPNのサンプリング周波数が、広帯域音声信号のサンプリング周波数と異なる場合、サンプリング周波数を広帯域音声信号のサンプリング周波数に合わせて、ピーク急峻化部３２に出力する。
【００９４】
ステップＳ２２において、ピーク急峻化部３２は、入力された信号のうち、所定のスレッシュホールド値を超えるピーク値を検出し、その前後のサンプル値を抑圧して、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力し、処理を終了する。
【００９５】
次に、図９のフローチャートを参照して、図４のピッチ広帯域化部２１が、図６の構成となっていたときの動作について説明する。
【００９６】
ピッチ広帯域化部２１は、狭帯域音声信号の適応信号excPNが入力されると処理を開始し、ステップＳ３１において、ゲイン調整部４１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNのゲインを所定の倍率で上昇させ、補間部４２に出力する。
【００９７】
ステップＳ３２において、補間部４２は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを補間処理し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のものに合わせ、クリップ部４３に出力する。
【００９８】
ステップＳ３３において、クリップ部４３は、入力された信号から、所定のスレッシュホールド値を超えるサンプル値を検出し、検出されたサンプル値を、その所定のスレッシュホールド値に置き換えることで、波形をクリップし、後段の加算器１４に出力し、処理を終了する。
【００９９】
次に、図１０を参照して、入力信号を狭帯域音声信号sndNのみにした帯域拡張装置の例について説明する。図１０の帯域拡張装置では、LPC分析部５１およびピッチ分析部５２が、新たに設けられている。ピッチ分析部５２より出力された適応信号excPNは補間部１１に供給され、雑音信号excNNは雑音付加部２２に供給されている。補間部１１の出力は、加算器１４に供給され、雑音付加部２２の出力は、ゼロ詰め部２３を介して加算器１４に供給される。それ以外の装置構成は、図２または図４の帯域拡張装置と同様のものであり、また、動作についても同様である。
【０１００】
LPC分析部５１は、入力された狭帯域音声信号sndNを線形予測分析により短期予測分析し、予測係数αNをα広帯域化部１に、予測残差excNをピッチ分析部５２に、それぞれ出力する。尚、この短期予測は、線形予測分析に限らず、PARCOR(Partial auto-Correlation coefficient)分析などでも良い。
【０１０１】
ピッチ分析部５２は、入力された予測残差excNを長期予測分析する。すなわち、ピッチ分析部５２は、入力された予測残差excNのピッチラグ分だけ離れた過去の信号との差をとり、その残差のパワーが小さくなるピッチラグを選ぶ。または、CELP等で良く知られるABS（アナリシスバイシンセシス）法が用いられる。そして、その残差信号を狭帯域音声信号の適応信号excPNとして、長期予測残差信号を狭帯域音声信号の雑音信号excNNとして、それぞれ、補間部１１および雑音付加部２２に出力する。
【０１０２】
次に、図１１のフローチャートを参照して、図１０の帯域拡張装置が、狭帯域音声信号sndNを入力されたときの動作について説明する。
【０１０３】
狭帯域音声信号sndNが入力されると処理が開始され、ステップＳ４１において、LPC分析部５１は、入力された狭帯域音声信号sndNを予測分析し、予測係数αNをα広帯域化部１に、予測残差をピッチ分析部５２に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、記憶する。
【０１０４】
ステップＳ４２において、α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。
【０１０５】
ステップＳ４３において、補間部１１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを線形補間し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のサンプリング周波数に合わせ、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力する。また、雑音付加部２２は、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNに、広帯域化した後、ギャップとなる周波数帯域成分を持つ、狭帯域音声信号の雑音信号を付加して、フラットな狭帯域音声信号の雑音信号を生成し、ゼロ詰め部２３に出力する。そして、ゼロ詰め部２３は、広帯域音声信号のサンプリング周波数が、入力されたフラットな狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプル間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、広帯域化し、広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、加算器１４に出力する。
【０１０６】
ステップＳ４４において、加算器１４は、入力された広帯域音声信号の適応信号excPWと広帯域音声信号の雑音信号excNWとを加算し、広帯域信号の励振源excWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。
【０１０７】
ステップＳ４５において、広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWをフィルタ係数として、入力された帯域信号の励振源excWをフィルタ処理し、第１の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。
【０１０８】
ステップＳ４６において、帯域抑圧部５は、入力された第１の広帯域音声信号の周波数帯域のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯域の成分を抑圧し、第２の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、記憶しているオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算器７に出力する。
【０１０９】
ステップＳ４７において、加算器７は、入力された第２の広帯域音声信号とオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを出力し、処理を終了する。
【０１１０】
次に、図１２を参照して、入力信号として、狭帯域音声信号の適応信号excPNを必要としない帯域拡張装置の例について説明する。
【０１１１】
図２および図４の帯域拡張装置においては、入力信号として狭帯域音声信号の予測係数αN、狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNN、並びに狭帯域音声信号sndNに基づいて、広帯域音声信号sndNが生成されている。
【０１１２】
一般に、音声信号のピッチ成分は、高域になるにしがって、強度が低下するという性質がある。従って、広帯域LPC合成を実施するための励振源についても、高域になるにしたがって、同様に、強度が低下することが望ましいことになる。しかしながら、このピッチ成分の強度の低下の程度を一意的に決めるには、演算が複雑になるなどの困難がある。そこで、ピッチ成分が、入力される狭帯域音声信号の周波数帯域のみに含まれ、これ以外の帯域には、存在しないものと仮定する。
【０１１３】
このとき、帯域抑圧部５は、入力される第１の広帯域音声信号のうち、元の狭帯域音声信号の周波数帯域を抑圧し、第２の広帯域音声信号として加算器７に出力する。すると、元の狭帯域音声信号には、ピッチ成分が含まれていないので、この第２の広帯域音声信号にもピッチ成分が含まれないことになる。
【０１１４】
さらに、第２の広帯域音声信号にピッチ成分が含まれないということは、広帯域LPC合成の励振源も、ピッチ成分を含まなくても良いことになる。すなわち、広帯域音声信号の励振源としては、雑音信号のみで良いことになる。
【０１１５】
そこで、図１２には、狭帯域音声信号の適応信号excPNを処理する部分を削除した帯域拡張装置が示されている。これは、図２の補間部１１および加算器１４を削除し、雑音付加部１３が出力する、広帯域音声信号の雑音信号excNNを、広帯域LPC合成部４に直接供給する（適応信号excPNと加算せずに供給する）。
【０１１６】
次に、図１３のフローチャートを参照して、図１２の帯域拡張装置が、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号sndWに変換する動作について説明する。
【０１１７】
狭帯域音声信号の予測係数αNが、α広帯域化部１に、狭帯域音声信号の雑音信号excNNが、ゼロ詰め部１２に、狭帯域音声信号sndNが、オーバーサンプリング装置６に、入力されると処理が開始される。
【０１１８】
ステップＳ５１において、α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号のサンプリング周波数にオーバーサンプリングし、記憶する。
【０１１９】
ステップＳ５２において、ゼロ詰め部１２は、広帯域音声信号のサンプリング周波数が、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプル間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、広帯域化し、広帯域音声信号の雑音信号を生成し、雑音付加部１３に出力する。雑音付加部１３は、入力された広帯域音声信号の雑音信号に、入力された広帯域音声信号の雑音信号のギャップとなる周波数帯域の成分をもつ雑音信号を付加して、最終的な広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、これを広帯域音声信号の励振源excWとして、広帯域LPC合成部４に出力する。
【０１２０】
ステップＳ５３において、広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWをフィルタ係数として、入力された帯域信号の励振源excWをフィルタ処理し、第１の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。
【０１２１】
ステップＳ５４において、帯域抑圧部５は、入力された第１の広帯域音声信号の周波数帯域のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯域の成分を抑圧し、第２の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、記憶しているオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算器７に出力する。
【０１２２】
ステップＳ５５において、加算器７は、入力された第２の広帯域音声信号とオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを出力し、処理を終了する。
【０１２３】
尚、図１０のLPC分析部５１およびピッチ分析部５２は、図４または図１２の帯域拡張装置に設けるようにしても良い。また、図２，４，１０の例において、図１２の例に示したように、狭帯域音声信号の適応信号excPNを処理する部分を削除した構成としても良い。
【０１２４】
上記の説明においては、適応信号と雑音信号の処理手段は、独立であるため、各実施の形態に記載したそれぞれの処理を、任意に入れ替えて、組み合わせるようにしても良い。
【０１２５】
また、雑音信号のサンプリング周波数を上げて、広帯域化する方法としてゼロ詰めを挙げて説明してきたが、これ以外の方法でも良く、例えば、全波整流や半波整流を行うなどの処理でも良い。
【０１２６】
さらに、上記の説明においては、音声信号を用いた例について説明してきたが、音声信号以外でも良く、例えば、映像信号などでも良く、また、周波数変換以外の処理に応用させるようにしてもよい。
【０１２７】
以上によれば、広帯域音声信号の励振源の精度を向上させ、広帯域音声信号の音声信号の音質を向上させることが可能となる。また、ピッチ成分が、入力される狭帯域音声信号の周波数帯域のみに含まれ、これ以外の帯域には、存在しない場合、狭帯域音声信号を広帯域音声信号に変換するための装置構成および演算処理を簡素化することが可能となる。
【０１２８】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行させることが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに記録媒体からインストールされる。
【０１２９】
図１４は、パーソナルコンピュータの一実施の形態の構成を示している。パーソナルコンピュータのCPU１０１は、パーソナルコンピュータの動作の全体を制御する。また、CPU１０１は、バス１０４および入出力インターフェース１０５を介してユーザからキーボードやマウスなどからなる入力部１０６から指令が入力されると、それに対応してROM(Read Only Memory)１０２に格納されているプログラムを実行する。あるいはまた、CPU１０１は、ドライブ１１０に接続された磁気ディスク１３１、光ディスク１３２、光磁気ディスク１３３、または半導体メモリ１３４から読み出され、記憶部１０８にインストールされたプログラムを、RAM(Random Access Memory)１０３にロードして実行する。さらに、CPU１０１は、通信部１０９を制御して、外部と通信し、データの授受を実行する。
【０１３０】
この記録媒体は、図１４に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク１３１（フロッピーディスクを含む）、光ディスク１３２（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)，DVD（Digital Versatile Disk）を含む）、光磁気ディスク１３３（MD（Mini-Disk）を含む）、もしくは半導体メモリ１３４などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM１０２や、記憶部１０８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０１３１】
尚、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理は、もちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理を含むものである。
【０１３２】
【発明の効果】
請求項１に記載の情報処理装置、請求項７に記載の情報処理方法、および請求項８に記載の記録媒体によれば、狭帯域信号の第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成し、狭帯域信号の第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成し、生成した第２の適応信号と、生成した第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成するようにしたので、広帯域音声信号の励振源のギャップをなくし、広帯域音声信号の音声信号の音質を向上させることが可能となる。
【０１３４】
請求項９に記載の情報処理装置、請求項１０に記載の情報処理方法、および請求項１１に記載の記録媒体によれば、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出し、抽出した短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第１の雑音信号を抽出し、抽出した第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成し、抽出した第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成し、生成した第2の適応信号と、生成した第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成するようにしたので、広帯域音声信号の励振源のギャップをなくし、広帯域音声信号の音声信号の音質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の帯域拡張装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明を適用した帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４のピッチ広帯域化部の構成を示すブロック図である。
【図６】図４のピッチ広帯域化部の構成を示すブロック図である。
【図７】図４の帯域拡張装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図５のピッチ広帯域化部の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図６のピッチ広帯域化部の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明を適用した帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の帯域拡張装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明を適用した帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２の帯域拡張装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１４】媒体を説明する図である。
【符号の説明】
１ α広帯域化部，２ 加算器，３ exc広帯域化部，４ 広帯域LPC合成部，５ 帯域抑圧部，６ オーバーサンプリング装置，７ 加算器，１１ 補間部，１２ ゼロ詰め部，１３ 雑音付加部，２１ ピッチ広帯域化部，２２ 雑音付加部，２３ ゼロ詰め部，３１ 補間部，３２ ピーク急峻化部，４１ ゲイン調整部，４２ 補間部，４３ クリップ部，５１ LPC分析部，５２ ピッチ分析部
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理装置および方法、並びに記録媒体に関し、特に、音声信号の帯域拡張における励振源の精度を向上させ、ギャップのない広帯域信号を得られるようにすると共に、その演算を軽減させることを可能にした情報処理装置および方法、並びに記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号の伝送技術が、広く普及しつつある。音声信号の伝送技術は、携帯電話、有線電話、またはボイスレコーダなどに応用されている。従来、この音声信号の送受信には、300Hz乃至3400Hzの狭帯域信号が用られていたが、周波数帯域が狭いため、音質が悪いという問題があった。そこで、この問題を解消するため、送信側または伝送路においては狭帯域信号を用い、受信側が、受信した狭帯域信号を帯域拡張処理し、広帯域信号に変換する技術が開発された。
【０００３】
図１は、狭帯域音声信号を広帯域音声信号に変換する従来の帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
α広帯域化部１は、狭帯域音声信号sndNの狭帯域スペクトル包絡を表す予測係数αNを広帯域化し、広帯域スペクトル包絡を表す予測係数αWとして広帯域LPC(Linear Predictive Code)合成部４に出力する。尚、この予測係数αNから予測係数αWを求める方法の詳細については、例えば、特願平9-291405に開示されている。
【０００５】
加算器２は、狭帯域音声信号sndNに対応する適応信号（ピッチ成分を含む信号）excPNと雑音信号excNNを加算し、狭帯域音声信号の励振源excNとしてexc広帯域化部３に出力する。適応信号excPNおよび雑音信号excNNは、それぞれCELP(Code Excited Linear Prediction)方式の符号化装置を使用した場合、それぞれ、適応符合帳および雑音符合帳からの出力に対応するものである。
【０００６】
exc広帯域化部３は、入力された狭帯域音声信号の励振源excNを、広帯域化し、広帯域音声信号の励振源excWに変換し、広帯域LPC合成部４に出力する。具体的には、励振源は白色雑音に近いという特性から、各サンプル間にゼロ値を挿入することにより、エイリアシングを発生させ、広帯域音声信号の励振源excWが生成されている。尚、この狭帯域音声信号の励振源excNから広帯域音声信号の励振源excWを求める方法の詳細についても、例えば、上記した特願平9-291405に開示されている。
【０００７】
広帯域LPC合成部４は、α広帯域化部１から入力された予測係数αWをフィルタ係数として、exc広帯域化部３から入力された励振源excWをフィルタ合成し、第１の広帯域音声信号に変換し、帯域抑圧部５に出力する。
【０００８】
帯域抑圧部５は、入力された第1の広帯域音声信号のうち狭帯域音声信号に含まれている周波数帯域だけを抑圧し、第2の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。すなわち、第1の広帯域音声信号には、歪が含まれているので、狭帯域音声信号の持つ周波数帯域は、オーバーサンプリング装置６から入力される狭帯域音声信号により置き換えられる。これにより、第1の広帯域音声信号に含まれる、元々の狭帯域音声信号に含まれている周波数帯域分についての歪は減少することになる。
【０００９】
オーバーサンプリング装置６は、入力される狭帯域音声信号sndNを狭帯域音声信号のサンプリング周波数に対して、オーバーサンプルし、広帯域音声信号のサンプリング周波数に合わせ、加算器７に出力する。
【００１０】
加算器７は、帯域抑圧部５から入力された第2の広帯域音声信号とオーバーサンプリング装置６から入力された信号とを加算することにより、最終的な広帯域音声信号sndWを生成し、出力する。
【００１１】
予測係数αN、適応信号excPN、雑音信号excNN、および狭帯域音声信号sndNは、全てが独立ではない。予測係数αNは、狭帯域音声信号sndNを線形予測分析により求めることができ、適応信号excPNおよび雑音信号excNNは、ピッチ分析をすることにより求めることができる。雑音信号excNNは、長期予測残差であり、適応信号excPNと雑音信号excNNの和は、線形予測残差となる。また、狭帯域音声信号sndNは、予測係数αN、および適応信号excPNと雑音信号excNNの和から、フィルタ合成することにより求めることができる。さらに、予測係数αN、適応信号excPN、および雑音信号excNNは、狭帯域音声信号sndNを前処理することにより求めることもでき、量子化されたものから求めることもできる。
【００１２】
次に、従来の帯域拡張装置が、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号sndWに変換する時の動作について説明する。
【００１３】
α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを、広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αWとして広帯域LPC合成部４に出力する。
【００１４】
加算器２は、入力された適応信号excPNおよび雑音信号excNNを加算して、狭帯域音声信号の励振源excNをexc広帯域化部３に出力する。exc広帯域化部３は、入力された狭帯域音声信号の励振源excNを広帯域化し、広帯域音声信号の励振源excWとして、広帯域LPC合成部４に出力する。
【００１５】
広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWに基づいて広帯域音声信号の励振源excWをフィルタ処理し、第1の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。帯域抑圧部５は、入力された第1の広帯域音声信号のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯について抑圧し、第2の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。
【００１６】
オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを、広帯域音声信号のサンプリング周波数で、オーバーサンプリングし、加算器７に出力する。
【００１７】
加算器７は、帯域抑圧部５から入力された第2の広帯域音声信号と、オーバーサンプリング装置６から入力されるオーバーサンプルされた信号とを加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを生成し、出力する。
【００１８】
尚、帯域抑圧部５は、厳密に狭帯域音声信号の持つ周波数帯域だけを抑圧するのではなく、例えば、低周波数帯だけを抑圧するハイパスフィルタでも良く、また、ゲインを乗じたり、フィルタ処理を行うなどするようにしても良い。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、本来、適応信号と雑音信号の線形和で構成されている励振源を、ゼロ値を挿入することで、広帯域化するため、その精度が、高いものではないという課題があった。
【００２０】
また、例えば、サンプリング周波数が8kHz、広帯域信号のサンプリング周波数が16kHz、狭帯域励振源の周波数が、300Hz乃至3400Hzに制限されていた場合、上記の方法では、得られる広帯域励振源の周波数帯域は、300Hz乃至3400Hz、および4600Hz乃至7700Hzとなり、その中間の3400Hz乃至4600Hzの周波数帯域が生成されない（ギャップを生じてしまう）。このため、この広帯域励振源は、広帯域LPC合成を行っても、その中間の3400Hz乃至4600Hzの周波数帯域が生成されず、広帯域音声信号が不自然になるという課題があった。
【００２１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、音声信号の帯域拡張における励振源の精度を向上させ、ギャップのない広帯域信号を得られるようにさせるものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の情報処理装置は、狭帯域信号の第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成手段と、狭帯域信号の第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成手段と、第1の生成手段により生成された第２の適応信号と、第2の生成手段により生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
前記第1の適応信号および前記第2の前記適応信号には、ピッチ成分を含ませるようにすることができる。
【００２６】
前記第1の生成手段には、第2の適応信号を、第1の適応信号を補間し、さらに、第1の適応信号のピーク値となるサンプルデータの前後の１つ、または、複数のサンプルデータを抑圧して生成させるようにすることができる。
【００２７】
前記第1の生成手段には、第2の適応信号を、第1の適応信号を補間し、さらに、第1の適応信号のサンプルデータまたはサンプルデータの絶対値について、所定の値以上のものを抑圧して生成させるようにすることができる。
【００２９】
前記第2の生成手段には、第2の雑音信号を、第1の雑音信号に、そこに含まれない成分を持つ雑音信号を付加して生成させるようにすることができる。
【００３０】
前記第2の生成手段は、第2の雑音信号を、第1の雑音信号を広帯域化した第2の雑音信号に、そこに含まれない周波数帯域の成分を持つ雑音信号を付加して生成させるようにすることができる。
【００３１】
請求項７に記載の情報処理方法は、狭帯域信号の第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成ステップと、狭帯域信号の第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、第1の生成ステップの処理で生成された第2の適応信号と、第2の生成ステップの処理で生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００３２】
請求項８に記載の記録媒体のプログラムは、狭帯域信号の第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成ステップと、狭帯域信号の第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、第1の生成ステップの処理で生成された第2の適応信号と、第2の生成ステップの処理で生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００３８】
請求項９に記載の情報処理装置は、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第1の抽出手段と、第1の抽出手段により抽出された短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第１の雑音信号を抽出する第2の抽出手段と、第2の抽出手段により抽出された第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成手段と、第2の抽出手段により抽出された第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成手段と、第1の生成手段により生成された第2の適応信号と、第2の生成手段により生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成手段とを備えることを特徴とする。
【００４７】
請求項１０に記載の情報処理方法は、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第1の抽出ステップと、第1の抽出ステップの処理で抽出された短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第1の雑音信号を抽出する第2の抽出ステップと、第2の抽出ステップの処理で抽出された第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成ステップと、第2の抽出ステップの処理で抽出された第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、第1の生成ステップの処理で生成された第2の適応信号と、第2の生成ステップの処理で生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００４８】
請求項１１に記載の記録媒体のプログラムは、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第1の抽出ステップと、第1の抽出ステップの処理で抽出された短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第1の雑音信号を抽出する第2の抽出ステップと、第2の抽出ステップの処理で抽出された第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成する第１の生成ステップと、第2の抽出ステップの処理で抽出された第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、第1の生成ステップの処理で生成された第2の適応信号と、第2の生成ステップの処理で生成された第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００５４】
請求項１に記載の情報処理装置、請求項７に記載の情報処理方法、および請求項８に記載の記録媒体においては、狭帯域信号の第1の適応信号が広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間されて第2の適応信号が生成され、狭帯域信号の第1の雑音信号が広帯域化されて第2の雑音信号が生成され、生成された第２の適応信号と、生成された第2の雑音信号とが合成され、広帯域信号の励振源が生成される。
【００５６】
請求項９に記載の情報処理装置、請求項１０に記載の情報処理方法、および請求項１１に記載の記録媒体においては、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号が抽出され、抽出された短期予測残差信号から長期予測が実行され、第1の適応信号および第１の雑音信号が抽出され、抽出された第1の適応信号が広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間されて第2の適応信号が生成され、抽出された第1の雑音信号が広帯域化されて第2の雑音信号が生成され、生成された第2の適応信号と、生成された第2の雑音信号とが合成され、広帯域信号の励振源が生成される。
【００５８】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明を適用した帯域拡張装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。尚、図２以降の図面の説明においては、従来の場合と対応する部分、または、図２以降の図面に対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は、適宜省略する。また、信号の記号は、従来のものと同様である。
【００５９】
図２の帯域拡張装置では、図１の加算器２およびexc広帯域化部３に代えて、補間部１１、ゼロ詰め部１２、雑音付加部１３、および加算器１４が、新たに設けられている。
【００６０】
図２の帯域拡張装置は、入力される狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNNを、各々個別に広帯域化した後、これを加算することにより、広帯域音声信号の励振源excWを生成するようにしたものである。尚、厳密には、狭帯域音声信号の適応信号excPNは、広帯域化するための処理を施しても、帯域が広がらない場合もあるが、以下においては、広帯域化するための処理を施した狭帯域音声信号の適応信号excPNは、広帯域化した信号として扱うものとする。
【００６１】
補間部１１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを、そのサンプリング周波数を上げ、線形補間し、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力する。尚、補間方法は、線形補間以外の方法でも良く、例えば、ゼロ次ホールドやスプライン補間などでもよく、また、後述するゼロ詰め処理の後線形フィルタ処理や、非線型処理などでもよい。
【００６２】
ゼロ詰め部１２は、広帯域化音声信号のサンプリング周波数が、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、各サンプリング値の間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、サンプリング周波数を合わせて、広帯域化し、第1の広帯域音声信号の雑音信号を生成し、雑音付加部１３に出力する。すなわち、このゼロ値の挿入により、エイリアシング成分を狭帯域音声信号の雑音信号excNNに発生させる。すると、狭帯域音声信号の周波数特性は、フラットに近いため、エイリアシングもフラットに近くなり、出力される信号は、広帯域音声信号の雑音信号excNWとして使用することができる。
【００６３】
雑音付加部１３は、入力された第1の広帯域音声信号の雑音信号中でギャップとなっている周波数帯域の雑音信号を付加し、最終的な広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、加算器１４に出力する。すなわち、上記ゼロ詰め部１２では、0Hz乃至ナイキスト周波数までの狭帯域音声信号の雑音信号excNNが、フラットではない場合、エイリアシング成分もフラットではなくなる。例えば、サンプリング周波数が8kHz、広帯域信号のサンプリング周波数が16kHz、狭帯域音声信号の雑音信号が、300Hz乃至3400Hzに制限されていた場合、１サンプルおきにゼロ値を挿入すると、広帯域音声信号の雑音信号の周波数帯域は、300Hz乃至3400Hz、および4600Hz乃至7700Hzとなり、3400Hz乃至4600Hzの周波数帯域の雑音信号の周波数帯域が、ギャップとなる。このため、雑音付加部１３は、このギャップとなっている3400Hz乃至4600Hzの周波数帯域の広帯域音声信号の雑音信号を付加する。
【００６４】
加算器１４は、補間部１１から入力される広帯域音声信号の適応信号excPWと、雑音付加部１３から入力される広帯域音声信号の雑音信号excNWとを加算し、広帯域音声信号の励振源excWとして広帯域LPC合成部４に出力する。
【００６５】
次に、図３のフローチャートを参照して、図２の帯域拡張装置が、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号sndWに変換する動作について説明する。
【００６６】
狭帯域音声信号の予測係数αNが、α広帯域化部１に、狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNNが、補間部１１およびゼロ詰め部１２に、狭帯域音声信号sndNが、オーバーサンプリング装置６に、それぞれ入力されて処理が開始される。
【００６７】
ステップＳ１において、α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、記憶する。
【００６８】
ステップＳ２において、補間部１１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを線形補間し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のサンプリング周波数に合わせ、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力する。また、ゼロ詰め部１２は、広帯域音声信号のサンプリング周波数が、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプル間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、広帯域化し、広帯域音声信号の雑音信号を生成し、雑音付加部１３に出力する。雑音付加部１３は、入力された広帯域音声信号の雑音信号に、入力された広帯域音声信号の雑音信号のギャップとなる周波数帯域の雑音信号を付加して、最終的な広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、加算器１４に出力する。
【００６９】
ステップＳ３において、加算器１４は、入力された広帯域音声信号の適応信号excPWと広帯域音声信号の雑音信号excNWとを加算し、広帯域信号の励振源excWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。
【００７０】
ステップＳ４において、広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWをフィルタ係数として、入力された帯域信号の励振源excWをフィルタ処理し、第１の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。
【００７１】
ステップＳ５において、帯域抑圧部５は、入力された第１の広帯域音声信号の周波数帯域のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯域の成分を抑圧し、第２の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、記憶しているオーバーサンプルされた狭帯域信号を加算器７に出力する。
【００７２】
ステップＳ６において、加算器７は、入力された第２の広帯域音声信号とオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを出力し、処理を終了する。
【００７３】
次に、図４乃至図６を参照して、図２の狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNNの広帯域化手法と異なる広帯域化手法を用いた例について説明する。
【００７４】
図４に示される帯域拡張装置においては、図２における補間部１１、ゼロ詰め部１２、および雑音付加部１３に代えて、ピッチ広帯域化部２１、雑音付加部２２、およびゼロ詰め部２３が、新たに設けられており、それ以外の構成については図２のものと同様である。
【００７５】
ピッチ広帯域化部２１は、狭帯域音声信号の適応信号excPNのピッチ成分を広帯域化し、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成して、加算器１４に出力する。ピッチ広帯域化部２１の構成例としては、図５および図６に示すものがある。
【００７６】
図５のピッチ広帯域化部２１の補間部３１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを補間処理し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のものに合わせ、ピーク急峻化部３２に出力する。
【００７７】
ピーク急峻化部３２は、補間処理された広帯域化音声信号の適応信号excPWのうち、所定のスレッシュホールド値を超えるピーク値を検出して、検出されたピーク値の前後のサンプル値を抑圧することにより、ピーク値を、より急峻な波形とし、後段の加算器１４に出力する。これにより、広帯域化音声信号の適応信号excPWに高域成分が発生する。
【００７８】
この所定のスレッシュホールド値は、固定、または、信号により変化するもののどちらでもよい。また、ピーク値の前後のサンプル値の抑圧量については、固定比率、または、信号により変動する比率でもよく、ピーク値前後の全てのサンプル値をゼロ値に抑圧し、パルス波形を得るようにしても良い。さらにピーク値前後の抑圧すべきサンプル値は、１つ、または、複数のどちらでも良い。
【００７９】
図６のピッチ広帯域化部２１のゲイン調整部４１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNのゲインを所定の倍率で上昇させ、補間部４２に出力する。
【００８０】
補間部４２は、図５の補間部３１と同様に、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを補間処理し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のものに合わせ、クリップ部４３に出力する。
【００８１】
クリップ部４３は、所定のスレッシュホールド値を超えるサンプル値を検出し、検出したサンプル値を、その所定のスレッシュホールド値に置き換えることで、波形をクリップし、後段の加算器１４に出力する。または、スレッシュホールド値を超える量を所定の割合で抑圧し、スレッシュホールド値に加算する方法で波形をクリップさせてもよい。これにより、広帯域化音声信号の適応信号excPWに高調波成分が発生する。
【００８２】
図２の雑音付加部１３は、広帯域化された雑音信号に、ギャップとなる周波数帯を持つ広帯域音声信号の雑音信号を付加するのに対して、図４の雑音付加部２２は、狭帯域音声信号の雑音信号excNNに、広帯域化後にギャップとなる周波数帯域の狭帯域音声信号の雑音信号を付加して、フラットな狭帯域音声信号の雑音信号を生成する。
【００８３】
図２のゼロ詰め部１２は、フラットにされていない狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプルにゼロ値を挿入しているのに対して、図４のゼロ詰め部２３は、フラットにされた狭帯域音声信号の雑音信号にゼロ値を挿入する。
【００８４】
次に、図７のフローチャートを参照して、図４の帯域拡張装置が、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号sndWに変換する動作について説明する。
【００８５】
狭帯域音声信号の予測係数αNが、α広帯域化部１に、狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNNが、ピッチ広帯域化部２１および雑音付加部２２に、狭帯域音声信号sndNが、オーバーサンプリング装置６に、入力されて処理が開始される。
【００８６】
ステップＳ１１において、α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αNを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、記憶する。
【００８７】
ステップＳ１２において、ピッチ広帯域化部２１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを広帯域化し、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力する。尚、ピッチ広帯域化部２１の詳細な動作については、図８および図９のフローチャートを参照して後述する。また、雑音付加部２２は、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNに、広帯域化した後、ギャップとなる周波数帯域成分を持つ、狭帯域音声信号の雑音信号を付加して、フラットな狭帯域音声信号の雑音信号を生成し、ゼロ詰め部２３に出力する。そして、ゼロ詰め部２３は、広帯域音声信号のサンプリング周波数が、入力されたフラットな狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプル間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、広帯域化し、広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、加算器１４に出力する。
【００８８】
ステップＳ１３において、加算器１４は、入力された広帯域音声信号の適応信号excPWと広帯域音声信号の雑音信号excNWとを加算し、広帯域信号の励振源excWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。
【００８９】
ステップＳ１４において、広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWをフィルタ係数として、入力された帯域信号の励振源excWをフィルタ処理し、第１の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。
【００９０】
ステップＳ１５において、帯域抑圧部５は、入力された第１の広帯域音声信号の周波数帯域のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯域の成分を抑圧し、第２の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、記憶しているオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算器７に出力する。
【００９１】
ステップＳ１６において、加算器７は、入力された第２の広帯域音声信号とオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを出力し、処理を終了する。
【００９２】
次に、図８のフローチャートを参照して、図４のピッチ広帯域化部２１が、図５の構成となっていたときの動作について説明する。
【００９３】
ピッチ広帯域化部２１は、狭帯域音声信号の適応信号excPNが入力されると処理を開始し、ステップＳ２１において、ピッチ広帯域化部２１の補間部３１は、補間処理を実行し、狭帯域音声信号の適応信号excPNのサンプリング周波数が、広帯域音声信号のサンプリング周波数と異なる場合、サンプリング周波数を広帯域音声信号のサンプリング周波数に合わせて、ピーク急峻化部３２に出力する。
【００９４】
ステップＳ２２において、ピーク急峻化部３２は、入力された信号のうち、所定のスレッシュホールド値を超えるピーク値を検出し、その前後のサンプル値を抑圧して、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力し、処理を終了する。
【００９５】
次に、図９のフローチャートを参照して、図４のピッチ広帯域化部２１が、図６の構成となっていたときの動作について説明する。
【００９６】
ピッチ広帯域化部２１は、狭帯域音声信号の適応信号excPNが入力されると処理を開始し、ステップＳ３１において、ゲイン調整部４１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNのゲインを所定の倍率で上昇させ、補間部４２に出力する。
【００９７】
ステップＳ３２において、補間部４２は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを補間処理し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のものに合わせ、クリップ部４３に出力する。
【００９８】
ステップＳ３３において、クリップ部４３は、入力された信号から、所定のスレッシュホールド値を超えるサンプル値を検出し、検出されたサンプル値を、その所定のスレッシュホールド値に置き換えることで、波形をクリップし、後段の加算器１４に出力し、処理を終了する。
【００９９】
次に、図１０を参照して、入力信号を狭帯域音声信号sndNのみにした帯域拡張装置の例について説明する。図１０の帯域拡張装置では、LPC分析部５１およびピッチ分析部５２が、新たに設けられている。ピッチ分析部５２より出力された適応信号excPNは補間部１１に供給され、雑音信号excNNは雑音付加部２２に供給されている。補間部１１の出力は、加算器１４に供給され、雑音付加部２２の出力は、ゼロ詰め部２３を介して加算器１４に供給される。それ以外の装置構成は、図２または図４の帯域拡張装置と同様のものであり、また、動作についても同様である。
【０１００】
LPC分析部５１は、入力された狭帯域音声信号sndNを線形予測分析により短期予測分析し、予測係数αNをα広帯域化部１に、予測残差excNをピッチ分析部５２に、それぞれ出力する。尚、この短期予測は、線形予測分析に限らず、PARCOR(Partial auto-Correlation coefficient)分析などでも良い。
【０１０１】
ピッチ分析部５２は、入力された予測残差excNを長期予測分析する。すなわち、ピッチ分析部５２は、入力された予測残差excNのピッチラグ分だけ離れた過去の信号との差をとり、その残差のパワーが小さくなるピッチラグを選ぶ。または、CELP等で良く知られるABS（アナリシスバイシンセシス）法が用いられる。そして、その残差信号を狭帯域音声信号の適応信号excPNとして、長期予測残差信号を狭帯域音声信号の雑音信号excNNとして、それぞれ、補間部１１および雑音付加部２２に出力する。
【０１０２】
次に、図１１のフローチャートを参照して、図１０の帯域拡張装置が、狭帯域音声信号sndNを入力されたときの動作について説明する。
【０１０３】
狭帯域音声信号sndNが入力されると処理が開始され、ステップＳ４１において、LPC分析部５１は、入力された狭帯域音声信号sndNを予測分析し、予測係数αNをα広帯域化部１に、予測残差をピッチ分析部５２に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号のサンプリング周波数でオーバーサンプリングし、記憶する。
【０１０４】
ステップＳ４２において、α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。
【０１０５】
ステップＳ４３において、補間部１１は、入力された狭帯域音声信号の適応信号excPNを線形補間し、サンプリング周波数を広帯域音声信号のサンプリング周波数に合わせ、広帯域音声信号の適応信号excPWを生成し、加算器１４に出力する。また、雑音付加部２２は、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNに、広帯域化した後、ギャップとなる周波数帯域成分を持つ、狭帯域音声信号の雑音信号を付加して、フラットな狭帯域音声信号の雑音信号を生成し、ゼロ詰め部２３に出力する。そして、ゼロ詰め部２３は、広帯域音声信号のサンプリング周波数が、入力されたフラットな狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプル間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、広帯域化し、広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、加算器１４に出力する。
【０１０６】
ステップＳ４４において、加算器１４は、入力された広帯域音声信号の適応信号excPWと広帯域音声信号の雑音信号excNWとを加算し、広帯域信号の励振源excWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。
【０１０７】
ステップＳ４５において、広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWをフィルタ係数として、入力された帯域信号の励振源excWをフィルタ処理し、第１の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。
【０１０８】
ステップＳ４６において、帯域抑圧部５は、入力された第１の広帯域音声信号の周波数帯域のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯域の成分を抑圧し、第２の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、記憶しているオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算器７に出力する。
【０１０９】
ステップＳ４７において、加算器７は、入力された第２の広帯域音声信号とオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを出力し、処理を終了する。
【０１１０】
次に、図１２を参照して、入力信号として、狭帯域音声信号の適応信号excPNを必要としない帯域拡張装置の例について説明する。
【０１１１】
図２および図４の帯域拡張装置においては、入力信号として狭帯域音声信号の予測係数αN、狭帯域音声信号の適応信号excPNおよび雑音信号excNN、並びに狭帯域音声信号sndNに基づいて、広帯域音声信号sndNが生成されている。
【０１１２】
一般に、音声信号のピッチ成分は、高域になるにしがって、強度が低下するという性質がある。従って、広帯域LPC合成を実施するための励振源についても、高域になるにしたがって、同様に、強度が低下することが望ましいことになる。しかしながら、このピッチ成分の強度の低下の程度を一意的に決めるには、演算が複雑になるなどの困難がある。そこで、ピッチ成分が、入力される狭帯域音声信号の周波数帯域のみに含まれ、これ以外の帯域には、存在しないものと仮定する。
【０１１３】
このとき、帯域抑圧部５は、入力される第１の広帯域音声信号のうち、元の狭帯域音声信号の周波数帯域を抑圧し、第２の広帯域音声信号として加算器７に出力する。すると、元の狭帯域音声信号には、ピッチ成分が含まれていないので、この第２の広帯域音声信号にもピッチ成分が含まれないことになる。
【０１１４】
さらに、第２の広帯域音声信号にピッチ成分が含まれないということは、広帯域LPC合成の励振源も、ピッチ成分を含まなくても良いことになる。すなわち、広帯域音声信号の励振源としては、雑音信号のみで良いことになる。
【０１１５】
そこで、図１２には、狭帯域音声信号の適応信号excPNを処理する部分を削除した帯域拡張装置が示されている。これは、図２の補間部１１および加算器１４を削除し、雑音付加部１３が出力する、広帯域音声信号の雑音信号excNNを、広帯域LPC合成部４に直接供給する（適応信号excPNと加算せずに供給する）。
【０１１６】
次に、図１３のフローチャートを参照して、図１２の帯域拡張装置が、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号sndWに変換する動作について説明する。
【０１１７】
狭帯域音声信号の予測係数αNが、α広帯域化部１に、狭帯域音声信号の雑音信号excNNが、ゼロ詰め部１２に、狭帯域音声信号sndNが、オーバーサンプリング装置６に、入力されると処理が開始される。
【０１１８】
ステップＳ５１において、α広帯域化部１は、入力された狭帯域音声信号の予測係数αNを広帯域化し、広帯域音声信号の予測係数αWを生成し、広帯域LPC合成部４に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、入力された狭帯域音声信号sndNを広帯域音声信号のサンプリング周波数にオーバーサンプリングし、記憶する。
【０１１９】
ステップＳ５２において、ゼロ詰め部１２は、広帯域音声信号のサンプリング周波数が、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNのサンプリング周波数のｎ倍である場合、入力された狭帯域音声信号の雑音信号excNNの各サンプル間にｎ−1個のゼロ値を挿入し、広帯域化し、広帯域音声信号の雑音信号を生成し、雑音付加部１３に出力する。雑音付加部１３は、入力された広帯域音声信号の雑音信号に、入力された広帯域音声信号の雑音信号のギャップとなる周波数帯域の成分をもつ雑音信号を付加して、最終的な広帯域音声信号の雑音信号excNWを生成し、これを広帯域音声信号の励振源excWとして、広帯域LPC合成部４に出力する。
【０１２０】
ステップＳ５３において、広帯域LPC合成部４は、入力された広帯域音声信号の予測係数αWをフィルタ係数として、入力された帯域信号の励振源excWをフィルタ処理し、第１の広帯域音声信号を生成し、帯域抑圧部５に出力する。
【０１２１】
ステップＳ５４において、帯域抑圧部５は、入力された第１の広帯域音声信号の周波数帯域のうち、狭帯域音声信号に含まれる周波数帯域の成分を抑圧し、第２の広帯域音声信号を生成し、加算器７に出力する。また、オーバーサンプリング装置６は、記憶しているオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算器７に出力する。
【０１２２】
ステップＳ５５において、加算器７は、入力された第２の広帯域音声信号とオーバーサンプルされた狭帯域音声信号を加算し、最終的な広帯域音声信号sndWを出力し、処理を終了する。
【０１２３】
尚、図１０のLPC分析部５１およびピッチ分析部５２は、図４または図１２の帯域拡張装置に設けるようにしても良い。また、図２，４，１０の例において、図１２の例に示したように、狭帯域音声信号の適応信号excPNを処理する部分を削除した構成としても良い。
【０１２４】
上記の説明においては、適応信号と雑音信号の処理手段は、独立であるため、各実施の形態に記載したそれぞれの処理を、任意に入れ替えて、組み合わせるようにしても良い。
【０１２５】
また、雑音信号のサンプリング周波数を上げて、広帯域化する方法としてゼロ詰めを挙げて説明してきたが、これ以外の方法でも良く、例えば、全波整流や半波整流を行うなどの処理でも良い。
【０１２６】
さらに、上記の説明においては、音声信号を用いた例について説明してきたが、音声信号以外でも良く、例えば、映像信号などでも良く、また、周波数変換以外の処理に応用させるようにしてもよい。
【０１２７】
以上によれば、広帯域音声信号の励振源の精度を向上させ、広帯域音声信号の音声信号の音質を向上させることが可能となる。また、ピッチ成分が、入力される狭帯域音声信号の周波数帯域のみに含まれ、これ以外の帯域には、存在しない場合、狭帯域音声信号を広帯域音声信号に変換するための装置構成および演算処理を簡素化することが可能となる。
【０１２８】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行させることが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに記録媒体からインストールされる。
【０１２９】
図１４は、パーソナルコンピュータの一実施の形態の構成を示している。パーソナルコンピュータのCPU１０１は、パーソナルコンピュータの動作の全体を制御する。また、CPU１０１は、バス１０４および入出力インターフェース１０５を介してユーザからキーボードやマウスなどからなる入力部１０６から指令が入力されると、それに対応してROM(Read Only Memory)１０２に格納されているプログラムを実行する。あるいはまた、CPU１０１は、ドライブ１１０に接続された磁気ディスク１３１、光ディスク１３２、光磁気ディスク１３３、または半導体メモリ１３４から読み出され、記憶部１０８にインストールされたプログラムを、RAM(Random Access Memory)１０３にロードして実行する。さらに、CPU１０１は、通信部１０９を制御して、外部と通信し、データの授受を実行する。
【０１３０】
この記録媒体は、図１４に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク１３１（フロッピーディスクを含む）、光ディスク１３２（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)，DVD（Digital Versatile Disk）を含む）、光磁気ディスク１３３（MD（Mini-Disk）を含む）、もしくは半導体メモリ１３４などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM１０２や、記憶部１０８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０１３１】
尚、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理は、もちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理を含むものである。
【０１３２】
【発明の効果】
請求項１に記載の情報処理装置、請求項７に記載の情報処理方法、および請求項８に記載の記録媒体によれば、狭帯域信号の第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成し、狭帯域信号の第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成し、生成した第２の適応信号と、生成した第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成するようにしたので、広帯域音声信号の励振源のギャップをなくし、広帯域音声信号の音声信号の音質を向上させることが可能となる。
【０１３４】
請求項９に記載の情報処理装置、請求項１０に記載の情報処理方法、および請求項１１に記載の記録媒体によれば、狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出し、抽出した短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第１の雑音信号を抽出し、抽出した第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第2の適応信号を生成し、抽出した第1の雑音信号を広帯域化して第2の雑音信号を生成し、生成した第2の適応信号と、生成した第2の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成するようにしたので、広帯域音声信号の励振源のギャップをなくし、広帯域音声信号の音声信号の音質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の帯域拡張装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明を適用した帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４のピッチ広帯域化部の構成を示すブロック図である。
【図６】図４のピッチ広帯域化部の構成を示すブロック図である。
【図７】図４の帯域拡張装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図５のピッチ広帯域化部の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図６のピッチ広帯域化部の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明を適用した帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の帯域拡張装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明を適用した帯域拡張装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２の帯域拡張装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１４】媒体を説明する図である。
【符号の説明】
１ α広帯域化部，２ 加算器，３ exc広帯域化部，４ 広帯域LPC合成部，５ 帯域抑圧部，６ オーバーサンプリング装置，７ 加算器，１１ 補間部，１２ ゼロ詰め部，１３ 雑音付加部，２１ ピッチ広帯域化部，２２ 雑音付加部，２３ ゼロ詰め部，３１ 補間部，３２ ピーク急峻化部，４１ ゲイン調整部，４２ 補間部，４３ クリップ部，５１ LPC分析部，５２ ピッチ分析部
Claims (11)
- 狭帯域信号の合成に用いられるパラメータから広帯域信号を生成する情報処理装置において、
前記狭帯域信号の第１の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第２の適応信号を生成する第１の生成手段と、
前記狭帯域信号の第１の雑音信号を広帯域化して第２の雑音信号を生成する第２の生成手段と、
前記第１の生成手段により生成された前記第２の適応信号と、前記第２の生成手段により生成された前記第２の雑音信号とを合成し、前記広帯域信号の励振源を生成する第３の生成手段と
を備えることを特徴とする情報処理装置。 - 前記第１の適応信号および前記第２の前記適応信号は、ピッチ成分を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。 - 前記第1の生成手段は、前記第２の適応信号を、前記第１の適応信号を補間し、さらに、前記第1の適応信号のピーク値となるサンプルデータの前後の１つ、または、複数のサンプルデータを抑圧して生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。 - 前記第１の生成手段は、前記第２の適応信号を、前記第１の適応信号を補間し、さらに、前記第１の適応信号のサンプルデータまたはサンプルデータの絶対値について、所定の値以上のものを抑圧して生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。 - 前記第２の生成手段は、前記第２の雑音信号を、前記第1の雑音信号に、そこに含まれない成分を持つ雑音信号を付加して生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。 - 前記第２の生成手段は、前記第2の雑音信号を、前記第1の雑音信号を広帯域化した前記第２の雑音信号に、そこに含まれない周波数帯域の成分を持つ雑音信号を付加して生成する
ことを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。 - 狭帯域信号の合成に用いられるパラメータから広帯域信号を生成する情報処理装置の情報処理方法において、
前記狭帯域信号の第１の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第２の適応信号を生成する第１の生成ステップと、
前記狭帯域信号の第１の雑音信号を広帯域化して第２の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、
前記第１の生成ステップの処理で生成された第２の適応信号と、前記第２の生成ステップの処理で生成された前記第２の雑音信号とを合成し、前記広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップと
を含むことを特徴とする情報処理方法。 - 狭帯域信号の合成に用いられるパラメータから広帯域信号を生成する場合のプログラムであって、
前記狭帯域信号の第１の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第２の適応信号を生成する第１の生成ステップと、
前記狭帯域信号の第１の雑音信号を広帯域化して第２の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、
前記第１の生成ステップの処理で生成された第２の適応信号と、前記第２の生成ステップの処理で生成された前記第２の雑音信号とを合成し、前記広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップと
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。 - 狭帯域信号を分析し、広帯域信号を生成する情報処理装置において、
前記狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第１の抽出手段と、
前記第１の抽出手段により抽出された前記短期予測残差信号から長期予測を実行し、第１の適応信号および第１の雑音信号を抽出する第２の抽出手段と、
前記第２の抽出手段により抽出された前記第１の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第２の適応信号を生成する第１の生成手段と、
前記第２の抽出手段により抽出された前記第１の雑音信号を広帯域化して第２の雑音信号を生成する第２の生成手段と、
前記第１の生成手段により生成された前記第２の適応信号と、前記第２の生成手段により生成された前記第２の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成手段と
を備えることを特徴とする情報処理装置。 - 狭帯域信号を分析し、広帯域信号を生成する情報処理装置の情報処理方法において、
前記狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第１の抽出ステップと、
前記第１の抽出ステップの処理で抽出された前記短期予測残差信号から長期予測を実行し、第１の適応信号および第１の雑音信号を抽出する第２の抽出ステップと、
前記第２の抽出ステップの処理で抽出された前記第1の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第２の適応信号を生成する第１の生成ステップと、
前記第２の抽出ステップの処理で抽出された前記第1の雑音信号を広帯域化して第２の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、
前記第１の生成ステップの処理で生成された前記第２の適応信号と、前記第２の生成ステップの処理で生成された前記第２の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップと
を含むことを特徴とする情報処理方法。 - 狭帯域信号を分析し、広帯域信号を生成する場合のプログラムであって、
前記狭帯域信号の分析結果から短期予測残差信号を抽出する第１の抽出ステップと、
前記第１の抽出ステップの処理で抽出された前記短期予測残差信号から長期予測を実行し、第1の適応信号および第１の雑音信号を抽出する第２の抽出ステップと、
前記第２の抽出ステップの処理で抽出された前記第１の適応信号を広帯域化、または、線形補間、ゼロ次ホールド補間、若しくはスプライン補間して第２の適応信号を生成する第１の生成ステップと、
前記第２の抽出ステップの処理で抽出された前記第１の雑音信号を広帯域化して第２の雑音信号を生成する第２の生成ステップと、
前記第１の生成ステップの処理で生成された前記第２の適応信号と、前記第２の生成ステップの処理で生成された前記第２の雑音信号とを合成し、広帯域信号の励振源を生成する第３の生成ステップと
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
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