(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力された入力信号の帯域を第１の帯域幅を有する複数の分割帯域に分割し、各分割帯域について信号対雑音比を評価する評価部と、
前記評価部による評価結果に基づいて、前記入力信号から、前記信号対雑音比が閾値を超え且つ前記信号対雑音比が最大となる分割帯域、又は、前記信号対雑音比が前記閾値を超え且つ拡張ターゲット帯域に最も近い分割帯域を選択する帯域選択部と、
前記帯域選択部により選択された分割帯域の信号を用いて、入力信号の帯域を拡張する拡張信号を生成する生成部と、
前記生成部により生成された前記拡張信号を前記入力信号に加算する加算部と
を備えたことを特徴とする音声帯域拡張装置。
【請求項２】
前記生成部は、前記帯域選択部により選択された分割帯域の周波数に応じて変化する適用ゲインを設定し、設定した適用ゲインを前記帯域選択部により選択された分割帯域の信号に適用することで、前記拡張信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の音声帯域拡張装置。
【請求項３】
外部から入力された入力信号の帯域を第１の帯域幅を有する複数の第１分割帯域に分割し、各第１分割帯域について信号対雑音比を評価する評価部と、
前記評価部による評価結果に基づいて、前記入力信号から、前記信号対雑音比が閾値を超える第１分割帯域を選択する帯域選択部と、
前記帯域選択部により選択された第１分割帯域の信号を用いて、入力信号の帯域を拡張する拡張信号を生成する生成部と、
前記生成部により生成された前記拡張信号を前記入力信号に加算する加算部と、
を具備し、
前記評価部は、前記評価した信号対雑音比が前記閾値を超える第１分割帯域が無い場合、前記入力信号の帯域を前記第１の帯域幅よりも狭い第２の帯域幅を有する複数の第２分割帯域に分割し、各第２分割帯域について信号対雑音比を再評価し、
前記帯域選択部は、前記評価部による再評価結果に基づいて、前記入力信号から、前記信号対雑音比が前記閾値を超える第２分割帯域を選択し、
前記生成部は、前記帯域選択部により選択された第２分割帯域の信号を用いて、前記拡張信号を生成することを特徴とする音声帯域拡張装置。
【請求項４】
外部から入力された入力信号の帯域を第１の帯域幅を有する複数の分割帯域に分割し、各分割帯域について信号対雑音比を評価する評価部と、
前記評価部による評価結果に基づいて、前記入力信号から、前記信号対雑音比が閾値を超える分割帯域を選択する帯域選択部と、
前記帯域選択部により選択された分割帯域の信号を用いて、入力信号の帯域を拡張する拡張信号を生成する生成部と、
前記生成部により生成された前記拡張信号を前記入力信号に加算する加算部と
前記入力された入力信号を記憶するメモリを備え、
前記評価部は、第１の前記入力信号に前記信号対雑音比が前記閾値を超える分割帯域が存在しない場合に、前記メモリに記憶された前記第１の入力信号よりも過去の第２の入力信号の分割帯域ごとに信号対雑音比を評価し、
前記帯域選択部は、前記評価部による評価結果に基づいて、前記第２の入力信号から、前記信号対雑音比が前記閾値を超える分割帯域を選択することを特徴とする音声帯域拡張装置。
【請求項５】
コンピュータによって実行される音声帯域拡張方法であって、
外部から入力された入力信号の帯域を第１の帯域幅を有する複数の分割帯域に分割し、各分割帯域について信号対雑音比を評価し、
前記評価する処理による評価結果に基づいて、前記入力信号から、前記信号対雑音比が閾値を超え且つ前記信号対雑音比が最大となる分割帯域、又は、前記信号対雑音比が前記閾値を超え且つ拡張ターゲット帯域に最も近い分割帯域を選択し、
前記帯域を選択する処理により選択された分割帯域の信号を用いて、入力信号の帯域を拡張するための拡張信号を生成し、
前記拡張信号を生成する処理により生成された前記拡張信号を前記入力信号に加算する
ことを特徴とする音声帯域拡張方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声帯域拡張装置および音声帯域拡張方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの通信機器では、通信帯域を効率的に利用するために、音声信号の低域成分や高域成分を取り除き、音声通信を行っている。しかし、音声信号の低域成分や高域成分を取り除くと、音質が劣化してしまうため、劣化した音質を改善する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、消失した高域成分の音声信号を擬似的に生成することで、音質を改善する従来技術１が存在する。図２６〜２８は、従来技術１を説明するための図である。図２６〜２８の横軸は、周波数を示し、縦軸は、音の大きさを示す。
【０００４】
図２６に示すように、音声信号は、例えば、０〜６ｋＨｚの広帯域信号である。この広帯域信号が伝送される際に帯域が０〜４ｋＨｚに制限されていると、４〜６ｋＨｚの高域成分は消失する。つまり、図２７に示すように、伝送された音声信号は、０〜４ｋＨｚの狭帯域信号に劣化してしまう。従来技術１では、この狭帯域信号を入力信号として受信し、消失した帯域に隣接する２〜４ｋＨｚの信号を利用して、消失した信号を補完するための拡張信号を擬似的に生成する。そして、図２８に示すように、この拡張信号を狭帯域信号に加算し、０〜４ｋＨｚの帯域を０〜６ｋＨｚの帯域に拡張することで、音質を改善する。なお、破線で示した信号は、拡張信号を示す。
【０００５】
また、入力信号に含まれる雑音が多い場合には、雑音の影響を抑えつつ音質を改善する従来技術２が存在する。図２９〜３２は、従来技術２を説明するための図である。図２９〜３２では、４〜６ｋＨｚの高域成分が消失しており、２〜４ｋＨｚの隣接帯域の信号を用いて拡張信号を生成する場合を説明する。図２９および図３１の横軸は、周波数を示し、縦軸は、音の大きさを示す。図２９および図３１の網掛け部分は、音声信号に含まれる雑音のレベルを示し、破線で示した信号は、拡張信号を示す。また、図３０は、図２９に対応するＳＮＲ（Signal  Noise  Ratio：信号対雑音比）の高さを示し、図３２は、図３１に対応するＳＮＲの高さを示す。ＳＮＲは、雑音のレベルに対する音声のレベルの比率を示し、音声のレベルが大きいほど高い値を示す。
【０００６】
図２９〜３０に示すように、従来技術２では、隣接帯域のＳＮＲが高く、雑音が少ない場合には、隣接帯域の信号を用いて拡張信号を生成し、音質を改善する。しかし、図３１〜３２に示すように、隣接帯域のＳＮＲが低く、雑音が多い場合には、隣接帯域の信号を用いて拡張信号を生成しても多くの雑音が含まれるので、かえって音質を劣化させてしまう。このため、従来技術２では、拡張信号に含まれる雑音が多い場合に、拡張信号全体のレベルを減衰させることで、雑音の影響を抑えつつ音質を改善する。
【０００７】
ここで、従来技術２にかかる音声帯域拡張装置の構成の一例を説明する。図３３は、従来技術２にかかる音声帯域拡張装置の構成の一例を説明するための図である。図３３に示すように、この音声帯域拡張装置１０は、拡張信号生成部１１と、ＳＮＲ算出部１２と、重み付け加算部１３とを備える。拡張信号生成部１１は、入力された入力信号のうち、隣接帯域の信号を用いて拡張信号を生成する。ＳＮＲ算出部１２は、隣接帯域のＳＮＲを算出する。重み付け加算部１３は、拡張信号と入力信号とを加算し、入力信号の帯域を拡張した出力信号を生成する。また、重み付け加算部１３は、隣接帯域のＳＮＲが低い場合には、拡張信号に含まれる雑音レベルが所定の値を下回るように拡張信号全体のレベルを減衰させた後に、拡張信号と入力信号とを加算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１３０４９４号公報
【特許文献２】特開２００８−１７６３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術では、入力信号に含まれる雑音が多い場合には、帯域を拡張しても、必ずしも音質を改善することができないという問題があった。例えば、従来技術１では、入力信号に含まれる雑音が多い場合には、拡張信号にも多くの雑音が含まれるので、音質を改善することができなかった。また、従来技術２では、雑音の影響を抑えるために拡張信号全体のレベルを減衰させるので、消失した信号のレベルを十分に補えず、音質を改善することができなかった。
【００１０】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、音質を改善することができる音声帯域拡張装置および音声帯域拡張方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の開示する技術は、一つの態様において、評価部と、帯域選択部と、生成部と、加算部とを備える。評価部は、外部から入力された入力信号の帯域ごとに雑音レベルまたは信号対雑音比を評価する。帯域選択部は、評価部による評価結果に基づいて、入力信号から雑音が少ない帯域を選択する。生成部は、帯域選択部により選択された帯域の信号を用いて、入力信号の帯域を拡張する拡張信号を生成する。加算部は、生成部により生成された拡張信号を入力信号に加算する。
【発明の効果】
【００１２】
本願の開示する技術の一つの態様によれば、音質を改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、ＳＮＲ算出処理部の構成を示す図である。
【図３】図３は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（１）である。
【図４】図４は、周波数ＢＩＮと適用ゲインの大きさとの関係を示す図である。
【図５】図５は、拡張信号生成部が実行する拡張信号生成処理について説明するための図（１）である。
【図６】図６は、周波数ＢＩＮと調整ゲインとの関係を示す図である。
【図７】図７は、拡張信号生成部が実行するレベル調整処理について説明するための図である。
【図８】図８は、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の効果を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の効果を説明するための図である。
【図１１】図１１は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（２）である。
【図１２】図１２は、本実施例２にかかる音声帯域拡張装置の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（３）である。
【図１４】図１４は、本実施例２にかかる音声帯域拡張装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本実施例３にかかる音声帯域拡張装置の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（４）である。
【図１７】図１７は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（５）である。
【図１８】図１８は、拡張信号生成部が実行する拡張信号生成処理について説明するための図（２）である。
【図１９】図１９は、本実施例３にかかる音声帯域拡張装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の構成を示す図である。
【図２１】図２１は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（６）である。
【図２２】図２２は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（７）である。
【図２３】図２３は、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の効果を説明するための図である。
【図２５】図２５は、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の効果を説明するための図である。
【図２６】図２６は、従来技術１を説明するための図である。
【図２７】図２７は、従来技術１を説明するための図である。
【図２８】図２８は、従来技術１を説明するための図である。
【図２９】図２９は、従来技術２を説明するための図である。
【図３０】図３０は、従来技術２を説明するための図である。
【図３１】図３１は、従来技術２を説明するための図である。
【図３２】図３２は、従来技術２を説明するための図である。
【図３３】図３３は、従来技術２にかかる音声帯域拡張装置の構成の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本願の開示する音声帯域拡張装置および音声帯域拡張方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００１５】
本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の構成の一例について説明する。図１は、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の構成を示す図である。図１に示すように、音声帯域拡張装置１００は、ＦＦＴ部１１０と、ＳＮＲ算出処理部１２０と、帯域選択部１３０と、拡張信号生成部１４０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０とを有する。
【００１６】
ＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）部１１０は、外部から入力された入力信号をフーリエ変換し、フーリエ変換した入力信号を、ＳＮＲ算出処理部１２０と、帯域選択部１３０と、加算部１５０とに出力する。ＦＦＴ部１１０に入力される入力信号は、例えば、０〜４ｋＨｚの狭帯域信号である。
【００１７】
ＦＦＴ部１１０は、下記の式（１）に基づいて、入力信号のフレームごとにスペクトルＦｉｎ（ｊ）を算出する。式（１）のｎはフレーム番号を示し、ｘｎはｎ番目のフレームにおける入力信号を示し、ＮはＦＦＴ分析長を示し、ｊは周波数ＢＩＮを示す。ここでは、周波数ＢＩＮ０〜１９２は、周波数０［Ｈｚ］〜６ｋ［Ｈｚ］にそれぞれ対応するものとする。
【００１８】
【数１】
0005552988.tif 000002
【００１９】
ＳＮＲ算出処理部１２０は、入力信号の帯域ごとにＳＮＲを算出し、算出した帯域ごとのＳＮＲを帯域選択部１３０に出力する。ここでは、ＳＮＲ算出処理部１２０は、２ｋＨｚの帯域幅ごとに入力信号のＳＮＲを算出するものとする。ＳＮＲ算出処理部１２０は、帯域ごとのＳＮＲを帯域選択部１３０に出力する。なお、ＳＮＲ算出処理部１２０は、評価部の一例である。また、ＳＮＲ算出処理部１２０が算出するＳＮＲは、雑音レベルまたは信号対雑音比の一例である。
【００２０】
以下において、ＳＮＲ算出処理部１２０の構成を説明する。図２は、ＳＮＲ算出処理部の構成を示す図である。図２に示すように、ＳＮＲ算出処理部１２０は、音声判定部１２１と、音声レベル更新部１２２と、雑音レベル更新部１２３と、ＳＮＲ算出部１２４とを有する。
【００２１】
音声判定部１２１は、入力信号のフレームごとに音声／非音声を判定する。例えば、音声判定部１２１は、特許第３８４９１１６号に開示の技術のように、パワースペクトルのピーク周波数やピッチ周期などを用いて特徴量を算出し、算出した特徴量が音声特有のものであるか否か基づいて、音声／非音声を判定する。
【００２２】
すなわち、音声判定部１２１は、入力信号のフレームの特徴量が音声特有のものである場合には、フレームを音声と判定する。これに対して、音声判定部１２１は、入力信号のフレームの特徴量が音声特有のものでない場合には、フレームを非音声と判定する。音声特有の特徴量は、音声判定部１２１が予め保持しているものとする。音声判定部１２１は、音声と判定したフレームを音声レベル更新部１２２に出力し、非音声と判定したフレームを雑音レベル更新部１２３に出力する。
【００２３】
音声レベル更新部１２２は、フレームの帯域ごとに音声レベルを算出し、算出した音声レベルをＳＮＲ算出部１２４に出力する。例えば、音声レベル更新部１２２は、下記の式（２）を用いて、帯域ごとの音声レベルＶ（ｎ，Ｂｉ）を算出する。式（２）において、ｎはフレーム番号を示し、Ｂｉはｉ番目の帯域を示す。また、ｓｐｅｃ＿ｐｏｗ（ｎ，Ｂｉ）はｉ番目の帯域のスペクトルパワーの平均を示し、ＣＯＦ１は平滑化係数を示す。なお、音声レベル更新部１２２は、前回のフレームで算出した音声レベルＶ（ｎ−１，Ｂｉ）を記憶しているものとする。
【００２４】
【数２】
0005552988.tif 000003
【００２５】
雑音レベル更新部１２３は、フレームの帯域ごとに雑音レベルを算出し、算出した雑音レベルをＳＮＲ算出部１２４に出力する。例えば、雑音レベル更新部１２３は、下記の式（３）を用いて、帯域ごとの雑音レベルＮ（ｎ，Ｂｉ）を算出する。式（３）のＣＯＦ２は平滑化係数を示す。なお、雑音レベル更新部１２３は、前回のフレームで算出した雑音レベルＮ（ｎ−１，Ｂｉ）を記憶しているものとする。
【００２６】
【数３】
0005552988.tif 000004
【００２７】
ＳＮＲ算出部１２４は、帯域ごとにＳＮＲを算出し、算出した帯域ごとのＳＮＲを帯域選択部１３０に出力する。例えば、ＳＮＲ算出部１２４は、下記の式（４）を用いて、音声レベルＶ（ｎ，Ｂｉ）および雑音レベルＮ（ｎ，Ｂｉ）からＳＮＲ（ｎ，Ｂｉ）を算出する。
【００２８】
【数４】
0005552988.tif 000005
【００２９】
図１の説明に戻る。帯域選択部１３０は、帯域ごとのＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域を選択する。そして、帯域選択部１３０は、選択した帯域の信号を拡張信号生成部１４０に出力する。なお、閾値は、ＳＮＲが低い帯域が選択されないように設定される任意の値である。また、帯域選択部１３０は、帯域選択部の一例である。
【００３０】
ここで、帯域選択部１３０の処理を具体的に説明する。図３は、帯域ごとのＳＮＲを示す図である。図３に示す例では、帯域１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域２のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域３のＳＮＲは６［ｄＢ］である。ここで、帯域１は、０〜２ｋＨｚ、帯域２は、１〜３ｋＨｚ、帯域３は、２〜４ｋＨｚとする。また、帯域１の周波数ＢＩＮ範囲は、０〜６３、帯域２の周波数ＢＩＮ範囲は、３２〜９５、帯域３の周波数ＢＩＮ範囲は、６４〜１２７とする。
【００３１】
閾値が「５」に設定されていたとすると、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域は、帯域３となる。このため、帯域選択部１３０は、帯域３を選択し、帯域３の信号を拡張信号生成部１４０に出力する。なお、帯域選択部１３０は、ＳＮＲが閾値より高い帯域が入力信号に存在しない場合には、レベル０の信号を拡張信号生成部１４０に出力する。なお、閾値については、この例示に限るものではなく、音声帯域拡張装置１００を利用する者が任意の値に設定してよい。
【００３２】
拡張信号生成部１４０は、帯域選択部１３０から取得した信号を基に拡張信号を生成する。この拡張信号は、入力信号の高域成分を補う信号である。拡張信号生成部１４０は、生成した拡張信号を加算部１５０に出力する。なお、拡張信号生成部１４０は、生成部の一例である。
【００３３】
ここで、拡張信号生成部１４０が、拡張信号を生成する処理について説明する。拡張信号生成部１４０は、帯域選択部１３０から取得した信号にゲインを適用することで減衰信号を生成し、この減衰信号を任意の周波数にシフトすることで拡張信号を生成する。以下の説明において、帯域選択部１３０から取得した信号を選択信号と表記し、この選択信号に適用するゲインを適用ゲインと表記する。
【００３４】
拡張信号生成部１４０は、拡張信号を下記の式（５）によって求める。式（５）において、ｊは周波数ＢＩＮを示し、ｓｈｉｆｔは周波数シフト量を示す。また、Ｆｅｘ（ｊ）は周波数ＢＩＮ「ｊ」に対応する拡張信号のスペクトルを示し、Ｆｉｎ（ｊ）は、周波数ＢＩＮ「ｊ」に対応する選択信号のスペクトルを示す。
【００３５】
【数５】
0005552988.tif 000006
【００３６】
また、式（５）において、ｇａｉｎ（ｊ）は、適用ゲインを示す。図４は、周波数ＢＩＮと適用ゲインの大きさとの関係を示す図である。図４に示すように、周波数ＢＩＮが大きくなるに従い、適用ゲインの大きさは小さくなる。図４に示す例では、周波数ＢＩＮが６４〜１２８まで変化すると、適用ゲインの大きさは０ｄＢ〜−９ｄＢまで変化する。このように、周波数と適用ゲインとの関係が右下がりとなる値を用いることで、音声の特徴をよく表した拡張信号を生成することができる。なぜなら、音声信号には、高域ほど音声レベルが小さくなる性質があるからである。
【００３７】
次に、拡張信号生成部１４０が、選択信号から減衰信号を生成し、拡張信号を生成する処理を図面を用いて説明する。図５は、拡張信号生成部が実行する拡張信号生成処理について説明するための図（１）である。図５の横軸は周波数および周波数ＢＩＮを示し、縦軸は音の大きさを示す。ここでは一例として、帯域選択部１３０により選択された２〜４ｋＨｚの選択信号５ａから、４〜６ｋＨｚの拡張信号５ｃを生成する場合を説明する。
【００３８】
図５に示すように、拡張信号生成部１４０は、選択信号５ａに適用ゲインを適用することで選択信号５ａを減衰させ、減衰信号５ｂを生成する。そして、拡張信号生成部１４０は、減衰信号５ｂを２ｋＨｚ分高域側にシフトさせ、拡張信号５ｃを生成する。
【００３９】
なお、図４に示した例では、帯域選択部１３０により選択された帯域が２〜４ｋＨｚである場合に適用される適用ゲインについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、帯域選択部１３０により選択された帯域に応じて、適用ゲインｇａｉｎ（ｊ）の値を変更しても良い。例えば、帯域選択部１３０により選択された帯域が０〜２ｋＨｚである場合には、より大きく減衰するように適用ゲインｇａｉｎ（ｊ）の値を小さくしても良い。
【００４０】
ところで、入力信号と拡張信号との境界周波数において信号のレベル差が大きい場合には、そのまま拡張信号を利用して入力信号の高域成分を補うと、スペクトルが不連続となり、音質を劣化させてしまう。このため、拡張信号生成部１４０は、入力信号と拡張信号との境界周波数において信号のレベル差が大きい場合には、拡張信号のレベルを増減させ、境界周波数におけるスペクトルの不連続を解消し、音質が劣化することを防止する。
【００４１】
拡張信号生成部１４０が、拡張信号のレベルを調整する処理について具体的に説明する。ここでは一例として、入力信号と拡張信号との境界周波数を４ｋＨｚとする。周波数４ｋＨｚに対応する周波数ＢＩＮを１２８とする。拡張信号生成部１４０は、式（６）によって拡張信号を調整する。式（６）において、Ｆｅｘ´（ｊ）は、周波数ＢＩＮ「ｊ」に対応する調整後の拡張信号のスペクトルを示す。Ｆｅｘ（ｊ）は、周波数ＢＩＮ「ｊ」に対応する調整前の拡張信号のスペクトルを示す。Ｆｉｎ（１２７）は、周波数ＢＩＮ「１２７」に対応する入力信号のスペクトルを示す。Ｆｅｘ（１２８）は、周波数ＢＩＮ「１２８」に対応する調整前の拡張信号のスペクトルを示す。
【００４２】
【数６】
0005552988.tif 000007
【００４３】
また、式（６）において、−｛Ｆｅｘ（１２８）−Ｆｉｎ（１２７）｝×（１２８＋Ｌ−ｊ）／Ｌは、拡張信号を調整するための調整ゲインである。拡張信号生成部１４０は、周波数ＢＩＮ範囲ｊ＝１２８〜１２８＋Ｌの拡張信号に調整ゲインを適用することで、拡張信号を調整する。Ｌは、レベル調整を行う周波数ＢＩＮ範囲に対応する。
【００４４】
図６は、周波数ＢＩＮと調整ゲインとの関係を示す図である。図６の横軸は周波数および周波数ＢＩＮを示し、縦軸は調整ゲインの大きさを示す。図６に示すように、拡張信号生成部１４０は、ｊ＝１２８で加算する調整ゲインを−｛Ｆｅｘ（１２８）−Ｆｉｎ（１２７）｝とし、ｊ＝１２８＋Ｌで加算する調整ゲインが０になるように、調整ゲインを周波数ＢＩＮに応じて変化させる。
【００４５】
次に、拡張信号生成部１４０が、拡張信号を調整する処理を図面を用いて説明する。図７は、拡張信号生成部が実行するレベル調整処理について説明するための図である。図７の横軸は周波数および周波数ＢＩＮを示し、縦軸は音の大きさを示す。図７の信号７ａは、入力信号であり、信号７ｂは、拡張信号であり、信号７ｃは、レベル調整後の拡張信号である。図７に示すように、拡張信号生成部１４０が、調整ゲインを適用し、拡張信号７ｂを拡張信号７ｃに調整することで、入力信号７ａと拡張信号７ｃとのスペクトルが連続し、音声劣化を防止することができる。
【００４６】
図１の説明に戻る。加算部１５０は、入力信号に拡張信号を加算し、帯域拡張信号を生成する。加算部１５０により生成される帯域拡張信号は、例えば、０〜６ｋＨｚの信号である。加算部１５０は、生成した帯域拡張信号をＩＦＦＴ部１６０に出力する。なお、加算部１５０は、加算部の一例である。
【００４７】
例えば、加算部１５０は、下記の式（７）を用いて、入力信号に拡張信号を加算する。式（７）のＦｏｕｔ（ｊ）は帯域拡張信号のスペクトルを示し、Ｆｉｎ（ｊ）は入力信号のスペクトルを示し、Ｆｅｘ（ｊ）は拡張信号のスペクトルを示す。
【００４８】
【数７】
0005552988.tif 000008
【００４９】
ＩＦＦＴ（Inverse  Fast  Fourier  Transform）部１６０は、帯域拡張信号を逆フーリエ変換し、出力信号を生成する。例えば、ＩＦＦＴ部１６０は、下記の式（８）を用いて、出力信号ｘｎを生成する。ＩＦＦＴ部１６０は、生成した出力信号を外部に出力する。
【００５０】
【数８】
0005552988.tif 000009
【００５１】
次に、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の処理手順の一例について説明する。図８は、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の処理手順を示すフローチャートである。図８に示す処理は、例えば、音声帯域拡張装置１００に入力信号が入力されたことを契機として実行される。
【００５２】
図８に示すように、音声帯域拡張装置１００に入力信号が入力されると（ステップＳ１０１）、音声帯域拡張装置１００は、入力信号をフーリエ変換する（ステップＳ１０２）。音声帯域拡張装置１００は、入力信号の帯域ごとのＳＮＲを算出する（ステップＳ１０３）。
【００５３】
音声帯域拡張装置１００は、帯域ごとのＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域を選択する（ステップＳ１０４）。音声帯域拡張装置１００は、選択した帯域の信号を基に拡張信号を生成し（ステップＳ１０５）、生成した拡張信号を入力信号に加算し、帯域拡張信号を生成する（ステップＳ１０６）。
【００５４】
音声帯域拡張装置１００は、帯域拡張信号を逆フーリエ変換し（ステップＳ１０７）、逆フーリエ変換した帯域拡張信号を出力信号として出力する（ステップＳ１０８）。
【００５５】
次に、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の効果について説明する。本実施例１にかかる音声帯域拡張装置１００は、入力された入力信号の帯域ごとにＳＮＲを算出し、帯域ごとのＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域を選択する。音声帯域拡張装置１００は、選択した帯域の信号を用いて拡張信号を生成し、入力信号を拡張する。すなわち、音声帯域拡張装置１００は、入力信号のうち、雑音が少ない帯域の信号を用いて拡張信号を生成することで、拡張信号に含まれる雑音を低レベルに抑えるので、音質を改善することができる。
【００５６】
また、音声帯域拡張装置１００は、入力信号のうち、どの帯域を選択したとしても、選択した帯域の周波数に応じて適用ゲインを変化させるので、音声の特徴をよく表すように適切に減衰させた拡張信号を生成でき、音質を改善することができる。
【００５７】
図９および図１０は、本実施例１にかかる音声帯域拡張装置の効果を説明するための図である。図９の横軸は、周波数を示し、縦軸は、音の大きさを示す。図９の網掛け部分は、音声信号に含まれる雑音のレベルを示す。図１０は、図９に対応するＳＮＲの高さを示す。ここでは一例として、０〜２ｋＨｚの帯域の信号を用いて４〜６ｋＨｚの帯域を拡張する場合を説明する。なお、図１０に示す０〜２ｋＨｚの帯域のＳＮＲは、閾値を超えるものとする。
【００５８】
図９および図１０に示すように、音声帯域拡張装置１００は、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域として、０〜２ｋＨｚの帯域を選択する。音声帯域拡張装置１００は、選択した帯域の信号を用いて４〜６ｋＨｚの拡張信号を生成し、入力信号を拡張するので、雑音の影響を抑えつつ、高い音質向上効果を実現することができる。
【００５９】
また、従来技術では、拡張信号の生成に使用する帯域のＳＮＲが低くても拡張信号を生成し、入力信号に加算していたので、かえって音質を劣化させていた。これに対して、音声帯域拡張装置１００は、ＳＮＲが閾値より高い帯域が入力信号に存在しない場合には、拡張信号に代えてレベル０の信号を入力信号に加算する。このため、音声帯域拡張装置１００は、ＳＮＲが閾値より低い帯域の信号を基に生成した拡張信号を加算することがないので、音質の劣化を防ぐことができる。
【００６０】
ところで、図３に示した例では、ＳＮＲが閾値より高い帯域が１箇所のみ存在する場合を説明したが、ＳＮＲが閾値より高い帯域が複数箇所存在する場合には、帯域選択部１３０は、ＳＮＲが最大の帯域を選択する。図１１は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（２）である。
【００６１】
図１１に示した例では、帯域１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域２のＳＮＲは１０［ｄＢ］、帯域３のＳＮＲは６［ｄＢ］である。ここで、帯域１は、０〜２ｋＨｚ、帯域２は、１〜３ｋＨｚ、帯域３は、２〜４ｋＨｚとする。
【００６２】
閾値が「５」に設定されていたとすると、ＳＮＲが閾値を超える帯域は、帯域２および帯域３となる。このうち、ＳＮＲが最大となる帯域は、帯域２である。このため、帯域選択部１３０は、帯域２を選択する。なお、閾値については、この例示に限るものではなく、音声帯域拡張装置１００を利用する者が任意の値に設定してよい。
【実施例２】
【００６３】
本実施例２にかかる音声帯域拡張装置の構成の一例について説明する。図１２は、本実施例２にかかる音声帯域拡張装置の構成を示す図である。図１２に示すように、音声帯域拡張装置２００は、ＦＦＴ部１１０と、ＳＮＲ算出処理部１２０と、帯域選択部２３０と、拡張信号生成部１４０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０とを有する。このうち、図１０に示すＦＦＴ部１１０と、ＳＮＲ算出処理部１２０の説明は、図１に示したＦＦＴ部１１０と、ＳＮＲ算出処理部１２０の説明と同様である。また、図１２に示す拡張信号生成部１４０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０の説明は、図１に示した拡張信号生成部１４０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０の説明と同様である。
【００６４】
帯域選択部２３０は、帯域ごとのＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、拡張する帯域に最も近接した帯域を選択する。そして、帯域選択部２３０は、選択した帯域の信号を拡張信号生成部１４０に出力する。なお、閾値は、ＳＮＲが低い帯域が選択されないように設定される任意の値である。また、帯域選択部２３０は、帯域選択部の一例である。
【００６５】
ここで、帯域選択部２３０の処理を具体的に説明する。図１３は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（３）である。図１３に示す例では、帯域１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域２のＳＮＲは１０［ｄＢ］、帯域３のＳＮＲは６［ｄＢ］である。ここで、帯域１は、０〜２ｋＨｚ、帯域２は、１〜３ｋＨｚ、帯域３は、２〜４ｋＨｚとする。
【００６６】
閾値が「５」に設定されていたとすると、ＳＮＲが閾値を超える帯域は、帯域２および帯域３となる。また、拡張する帯域を４〜６ｋＨｚとすると、拡張する帯域に最も近接した帯域は、帯域３となる。このため、帯域選択部２３０は、帯域３を選択し、帯域３の信号を拡張信号生成部１４０に出力する。なお、帯域選択部２３０は、ＳＮＲが閾値より高い帯域が入力信号に存在しない場合には、レベル０の信号を拡張信号生成部１４０に出力する。なお、閾値については、この例示に限るものではなく、音声帯域拡張装置２００を利用する者が任意の値に設定してよい。
【００６７】
次に、本実施例２にかかる音声帯域拡張装置の処理手順の一例について説明する。図１４は、本実施例２にかかる音声帯域拡張装置の処理手順を示すフローチャートである。図１４に示す処理は、例えば、音声帯域拡張装置２００に入力信号が入力されたことを契機として実行される。
【００６８】
図１４に示すように、音声帯域拡張装置２００に入力信号が入力されると（ステップＳ２０１）、音声帯域拡張装置２００は、入力信号をフーリエ変換する（ステップＳ２０２）。音声帯域拡張装置２００は、入力信号の帯域ごとのＳＮＲを算出する（ステップＳ２０３）。
【００６９】
音声帯域拡張装置２００は、帯域ごとのＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、拡張する帯域に最も近接した帯域を選択する（ステップＳ２０４）。音声帯域拡張装置２００は、選択した帯域の信号を用いて拡張信号を生成し（ステップＳ２０５）、生成した拡張信号を入力信号に加算し、帯域拡張信号を生成する（ステップＳ２０６）。
【００７０】
音声帯域拡張装置２００は、帯域拡張信号を逆フーリエ変換し（ステップＳ２０７）、逆フーリエ変換した帯域拡張信号を出力信号として出力する（ステップＳ２０８）。
【００７１】
次に、本実施例２にかかる音声帯域拡張装置の効果について説明する。本実施例２にかかる音声帯域拡張装置２００は、入力された入力信号の帯域ごとにＳＮＲを算出し、帯域ごとのＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、拡張する帯域の信号波形に最も類似した帯域を選択する。音声帯域拡張装置２００は、選択した帯域の信号を用いて拡張信号を生成し、入力信号を拡張する。すなわち、音声帯域拡張装置２００は、入力信号のうち、雑音が少なく、拡張する帯域の信号波形に類似の信号を用いて拡張信号を生成するので、高域の信号波形により類似の拡張信号を生成でき、音質を改善することがきる。
【実施例３】
【００７２】
本実施例３にかかる音声帯域拡張装置の構成の一例について説明する。図１５は、本実施例３にかかる音声帯域拡張装置の構成を示す図である。図１５に示すように、音声帯域拡張装置３００は、ＦＦＴ部１１０と、ＳＮＲ算出処理部３２０と、帯域選択部３３０と、拡張信号生成部３４０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０とを有する。このうち、図１５に示すＦＦＴ部１１０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０の説明は、図１に示したＦＦＴ部１１０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０の説明と同様である。
【００７３】
ＳＮＲ算出処理部３２０は、ＳＮＲ算出処理部１２０と同一の機能を有する。さらに、ＳＮＲ算出処理部３２０は、後述する帯域選択部３３０により設定された帯域幅でＳＮＲを再算出する命令を受け付ける。そして、ＳＮＲ算出処理部３２０は、帯域選択部３３０から受け付けた命令に基づいてＳＮＲを再算出し、再算出した帯域ごとのＳＮＲを帯域選択部３３０に出力する。なお、ＳＮＲ算出処理部３２０は、評価部の一例である。
【００７４】
例えば、ＳＮＲ算出処理部３２０は、帯域選択部３３０から１ｋＨｚの帯域幅でＳＮＲを再算出する命令を受け付ける。そして、ＳＮＲ算出処理部３２０は、１ｋＨｚの帯域幅でＳＮＲを再算出し、再算出した帯域ごとのＳＮＲを帯域選択部３３０に出力する。
【００７５】
帯域選択部３３０は、帯域選択部１３０と同一の機能を有する。さらに、帯域選択部３３０は、ＳＮＲが閾値を超える帯域が入力信号に存在しない場合には、ＳＮＲを算出する帯域幅が狭くなるように帯域幅を設定する。帯域選択部３３０は、設定した帯域幅でＳＮＲを再算出する命令をＳＮＲ算出処理部３２０に出力する。そして、帯域選択部３３０は、再算出されたＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域を選択し、選択した帯域の信号を拡張信号生成部３４０に出力する。なお、閾値は、ＳＮＲが低い帯域が選択されないように設定される任意の値である。また、帯域選択部３３０は、帯域選択部の一例である。
【００７６】
ここで、帯域選択部３３０の処理を具体的に説明する。図１６は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（４）である。図１６では、２ｋＨｚの帯域幅でＳＮＲが算出された場合を説明する。図１６に示す例では、帯域１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域２のＳＮＲは３［ｄＢ］、帯域３のＳＮＲは３［ｄＢ］である。ここで、帯域１は、０〜２ｋＨｚ、帯域２は、１〜３ｋＨｚ、帯域３は、２〜４ｋＨｚとする。
【００７７】
閾値が「５」に設定されていたとすると、ＳＮＲが閾値を超える帯域は存在しない。このため、帯域選択部３３０は、ＳＮＲを算出する帯域幅を１ｋＨｚに設定し、１ｋＨｚの帯域幅でＳＮＲを再算出する命令をＳＮＲ算出処理部３２０に出力する。
【００７８】
図１７は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（５）である。図１７では、１ｋＨｚの帯域幅でＳＮＲが算出された場合を説明する。図１７に示す例では、帯域１−１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域２−１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域３−１のＳＮＲは６［ｄＢ］、帯域４−１のＳＮＲは０［ｄＢ］である。ここで、帯域１−１は、０〜１ｋＨｚ、帯域２−１は、１〜２ｋＨｚ、帯域３−１は、２〜３ｋＨｚ、帯域４−１は、３〜４ｋＨｚとする。
【００７９】
１ｋＨｚの帯域幅でＳＮＲを算出すると、ＳＮＲが閾値「５」を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域は、帯域３−１となる。このため、帯域選択部３３０は、帯域３−１を選択し、帯域３−１の信号を拡張信号生成部３４０に出力する。なお、閾値については、この例示に限るものではなく、音声帯域拡張装置３００を利用する者が任意の値に設定してよい。
【００８０】
拡張信号生成部３４０は、拡張信号生成部１４０と同一の機能を有する。さらに、拡張信号生成部３４０は、帯域選択部３３０から取得した帯域が拡張する帯域より狭い場合には、取得した帯域の信号から複数の減衰信号を生成し、これらの減衰信号をそれぞれ異なる周波数にシフトすることで拡張信号を生成する。なお、拡張信号生成部３４０は、生成部の一例である。
【００８１】
図１８は、拡張信号生成部が実行する拡張信号生成処理について説明するための図（２）である。図１８の横軸は周波数を示し、縦軸は音の大きさを示す。ここでは一例として、帯域選択部３３０により選択された２〜３ｋＨｚの選択信号１８ａから、４〜６ｋＨｚの拡張信号１８ｂを生成する場合を説明する。
【００８２】
図１８に示すように、拡張信号生成部３４０は、選択信号１８ａに適用ゲインを適用することで選択信号１８ａを減衰させ、２ｋＨｚ分高域側にシフトさせることで、４〜５ｋＨｚの信号を生成する。また、拡張信号生成部３４０は、選択信号１８ａに適用ゲインを適用することで選択信号１８ａを減衰させ、３ｋＨｚ分高域側にシフトさせることで、５〜６ｋＨｚの信号を生成する。そして、拡張信号生成部３４０は、４〜５ｋＨｚの信号と５〜６ｋＨｚの信号とを加算することで、４〜６ｋＨｚの拡張信号１８ｂを生成する。
【００８３】
次に、本実施例３にかかる音声帯域拡張装置の処理手順の一例について説明する。図１９は、本実施例３にかかる音声帯域拡張装置の処理手順を示すフローチャートである。図１９に示す処理は、例えば、音声帯域拡張装置３００に入力信号が入力されたことを契機として実行される。
【００８４】
図１９に示すように、音声帯域拡張装置３００に入力信号が入力されると（ステップＳ３０１）、音声帯域拡張装置３００は、入力信号をフーリエ変換する（ステップＳ３０２）。音声帯域拡張装置３００は、入力信号の帯域ごとのＳＮＲを算出する（ステップＳ３０３）。
【００８５】
音声帯域拡張装置３００は、ＳＮＲが閾値を超える帯域が存在する場合には（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、ＳＮＲが最大となる帯域を選択する（ステップＳ３０５）。一方、音声帯域拡張装置３００は、ＳＮＲが閾値を超える帯域が存在しない場合には（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、ＳＮＲを算出する帯域幅を狭め、狭めた帯域幅でＳＮＲを再算出し（ステップＳ３０６）、ステップＳ３０５に移行する。
【００８６】
音声帯域拡張装置３００は、選択した帯域の信号から拡張信号を生成し（ステップＳ３０７）、生成した拡張信号を入力信号に加算することで帯域拡張信号を生成する（ステップＳ３０８）。
【００８７】
音声帯域拡張装置３００は、帯域拡張信号を逆フーリエ変換し（ステップＳ３０９）、逆フーリエ変換した帯域拡張信号を出力信号として出力する（ステップＳ３１０）。
【００８８】
次に、本実施例３にかかる音声帯域拡張装置の効果について説明する。本実施例３にかかる音声帯域拡張装置３００は、入力された入力信号の帯域ごとにＳＮＲを算出し、帯域ごとのＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域を選択する。また、音声帯域拡張装置３００は、ＳＮＲが閾値を超える帯域が存在しない場合には、ＳＮＲを算出する帯域幅を狭め、狭めた帯域幅でＳＮＲを再算出し、再算出した帯域ごとのＳＮＲに基づいて帯域を選択する。すなわち、音声帯域拡張装置３００は、特定の帯域幅では雑音が少ない帯域を入力信号から検出できない場合であっても、帯域幅を調整することで雑音が少ない帯域を検出し、拡張信号を生成するので、音質を改善することができる。
【実施例４】
【００８９】
本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の構成の一例について説明する。図２０は、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の構成を示す図である。図２０に示すように、音声帯域拡張装置４００は、ＦＦＴ部１１０と、ＳＮＲ算出処理部４２０と、帯域選択部４３０と、拡張信号生成部１４０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０と、メモリ４７０とを有する。このうち、図２０に示すＦＦＴ部１１０と、拡張信号生成部１４０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０の説明は、図１に示したＦＦＴ部１１０と、拡張信号生成部１４０と、加算部１５０と、ＩＦＦＴ部１６０の説明と同様である。
【００９０】
ＳＮＲ算出処理部４２０は、ＳＮＲ算出処理部１２０と同一の機能を有する。さらに、ＳＮＲ算出処理部４２０は、後述するメモリ４７０から入力信号の過去のフレームを取得し、過去のフレームを用いて帯域ごとのＳＮＲを再算出する。なお、ＳＮＲ算出処理部４２０は、評価部の一例である。
【００９１】
例えば、ＳＮＲ算出処理部４２０は、現在のフレームをｎ番目とした場合に、メモリ４７０からｎ−１番目のフレームを取得し、ｎ−１番目のフレームを用いて帯域ごとのＳＮＲを算出する。そして、ＳＮＲ算出処理部４２０は、ｎ−１番目のフレームにおける帯域ごとのＳＮＲを帯域選択部４３０に出力する。
【００９２】
帯域選択部４３０は、帯域選択部１３０と同一の機能を有する。さらに、帯域選択部４３０は、ＳＮＲが閾値を超える帯域が入力信号に存在しない場合には、入力信号の過去のフレームを用いて帯域ごとのＳＮＲを再算出する命令をＳＮＲ算出処理部４２０に出力する。帯域選択部４３０は、ＳＮＲ算出処理部４２０により再算出されたＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を越え、かつ、現在のフレームに最も近いフレームの帯域を選択する。そして、帯域選択部４３０は、選択した帯域の信号を拡張信号生成部１４０に出力する。なお、閾値は、ＳＮＲが低い帯域が選択されないように設定される任意の値である。また、帯域選択部４３０は、帯域選択部の一例である。
【００９３】
ここで、帯域選択部４３０の処理を具体的に説明する。図２１は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（６）である。図２１に示す例では、ｎ番目のフレームにおける帯域１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域２のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域３のＳＮＲは０［ｄＢ］である。ここで、帯域１は、０〜２ｋＨｚ、帯域２は、１〜３ｋＨｚ、帯域３は、２〜４ｋＨｚとする。また、ｎ番目のフレームは、現在のフレームとする。
【００９４】
閾値が「５」に設定されていたとすると、ＳＮＲが閾値を超える帯域は存在しない。このため、帯域選択部４３０は、入力信号のｎ−１番目のフレームとｎ−２番目のフレームとを用いてＳＮＲを再算出する命令をＳＮＲ算出処理部４２０に出力する。そして、帯域選択部４３０は、ＳＮＲ算出処理部４２０により再算出された帯域ごとのＳＮＲを取得する。
【００９５】
図２２は、帯域ごとのＳＮＲを示す図（７）である。図２２に示す例では、ｎ−１番目のフレームにおける帯域１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域２のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域３のＳＮＲは６［ｄＢ］である。また、ｎ−２番目のフレームにおける帯域１のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域２のＳＮＲは０［ｄＢ］、帯域３のＳＮＲは６［ｄＢ］である。ここで、帯域１は、０〜２ｋＨｚ、帯域２は、１〜３ｋＨｚ、帯域３は、２〜４ｋＨｚとする。また、ｎ−１番目のフレームは、現在のフレームの１つ前のフレーム、ｎ−２番目のフレームは、現在のフレームの２つ前のフレームとする。
【００９６】
ｎ−１番目のフレームとｎ−２番目のフレームとを用いてＳＮＲを再算出すると、ＳＮＲが閾値「５」を超える帯域は、ｎ−１番目のフレームの帯域３およびｎ−２番目のフレームの帯域３となる。このうち、現在のフレームに最も近いフレームの帯域は、ｎ−１番目のフレームの帯域３となる。このため、帯域選択部４３０は、ｎ−１番目のフレームの帯域３を選択し、ｎ−１番目のフレームの帯域３の信号を拡張信号生成部１４０に出力する。なお、閾値については、この例示に限るものではなく、音声帯域拡張装置４００を利用する者が任意の値に設定してよい。
【００９７】
なお、帯域選択部４３０が利用する過去のフレームは、ｎ−１番目のフレームとｎ−２番目のフレームとに限定されるものではなく、音声信号の波形が大きく変化しない範囲内で、さらに前のフレームを利用するようにしても良い。例えば、１フレームを２５６サンプルとした場合には、８フレーム程度は音声信号の波形が大きく変化しないので、帯域選択部４３０は、ｎ−７番目のフレームまで利用しても良い。
【００９８】
メモリ４７０は、ＦＦＴ部１１０から出力された入力信号をフレームごとに記憶する。例えば、メモリ４７０は、入力信号のｎ番目のフレームと、ｎ−１番目のフレームと、ｎ−２番目のフレームとを記憶する。
【００９９】
次に、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の処理手順の一例について説明する。図２３は、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の処理手順を示すフローチャートである。図２３に示す処理は、例えば、音声帯域拡張装置４００に入力信号が入力されたことを契機として実行される。
【０１００】
図２３に示すように、音声帯域拡張装置４００に入力信号が入力されると（ステップＳ４０１）、音声帯域拡張装置４００は、入力信号をフーリエ変換する（ステップＳ４０２）。音声帯域拡張装置４００は、入力信号の帯域ごとのＳＮＲを算出する（ステップＳ４０３）。
【０１０１】
音声帯域拡張装置４００は、ＳＮＲが閾値を超える帯域が存在する場合には（ステップＳ４０４，Ｙｅｓ）、ＳＮＲが最大となる帯域を選択する（ステップＳ４０５）。一方、音声帯域拡張装置４００は、ＳＮＲが閾値を超える帯域が存在しない場合には（ステップＳ４０４，Ｎｏ）、入力信号の過去のフレームを用いて帯域ごとのＳＮＲを再算出し、（ステップＳ４０６）、ステップＳ４０５に移行する。
【０１０２】
音声帯域拡張装置４００は、選択した帯域の信号から拡張信号を生成し（ステップＳ４０７）、生成した拡張信号を入力信号に加算することで帯域拡張信号を生成する（ステップＳ４０８）。
【０１０３】
音声帯域拡張装置４００は、帯域拡張信号を逆フーリエ変換し（ステップＳ４０９）、逆フーリエ変換した帯域拡張信号を出力信号として出力する（ステップＳ４１０）。
【０１０４】
次に、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の効果について説明する。本実施例４にかかる音声帯域拡張装置４００は、入力された入力信号の帯域ごとにＳＮＲを算出し、帯域ごとのＳＮＲに基づいて、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域を選択する。また、音声帯域拡張装置４００は、ＳＮＲが閾値を超える帯域が存在しない場合には、入力信号の過去のフレームを用いて帯域ごとのＳＮＲを再算出し、再算出した帯域ごとのＳＮＲに基づいて帯域を選択する。このため、音声帯域拡張装置４００は、雑音が少ない帯域が入力信号に存在しない場合であっても、過去の入力信号から雑音が少ない帯域を選択して拡張信号を生成することで、拡張信号に含まれる雑音を低レベルに抑えるので、音質を改善することができる。
【０１０５】
図２４および図２５は、本実施例４にかかる音声帯域拡張装置の効果を説明するための図である。図２４および図２５の横軸は、周波数を示し、縦軸は、音の大きさを示す。図２４および図２５の網掛け部分は、音声信号に含まれる雑音のレベルを示す。図２４は、入力信号の現在のフレームを示し、図２５は、入力信号の過去のフレームを示す。ここでは一例として、過去のフレームの２〜４ｋＨｚの帯域の信号を用いて、４〜６ｋＨｚの帯域を拡張する場合を説明する。なお、図２４に示す０〜４ｋＨｚの帯域のＳＮＲは、閾値を超えないものとし、図２５に示す２〜４ｋＨｚの帯域のＳＮＲは、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域であるものとする。
【０１０６】
図２４および図２５に示すように、音声帯域拡張装置４００は、現在のフレームにＳＮＲが閾値を超える帯域が存在しない場合には、ＳＮＲが閾値を超え、かつ、ＳＮＲが最大となる帯域として、過去のフレームの２〜４ｋＨｚの帯域を選択する。音声帯域拡張装置１００は、選択した帯域の信号を用いて４〜６ｋＨｚの拡張信号を生成し、入力信号を拡張するので、雑音の影響を抑えつつ、高い音質向上効果を実現することができる。
【０１０７】
ところで、本実施例１〜４において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上述文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【０１０８】
また、図１，１２，１５，２０に示した音声帯域拡張装置１００，２００，３００，４００の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、音声帯域拡張装置１００，２００，３００，４００の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、ＳＮＲ算出処理部１２０および帯域選択部１３０の機能を単一の処理部に持たせても良い。
【０１０９】
なお、ＦＦＴ部１１０、ＳＮＲ算出処理部１２０，３２０，４２０、帯域選択部１３０，２３０，３３０，４３０、拡張信号生成部１４０，３４０、加算部１５０、ＩＦＦＴ部１６０にて行われる各処理機能は、以下のように実現される。すなわち、これらの各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）および当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【０１１０】
また、メモリ４７０は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ（Flash  Memory）などの半導体メモリ素子、ハードディスクや光ディスクなどの記憶装置に対応する。
【０１１１】
以上の各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１１２】
（付記１）外部から入力された入力信号の帯域ごとに雑音レベルまたは信号対雑音比を評価する評価部と、
前記評価部による評価結果に基づいて、前記入力信号から雑音が少ない帯域を選択する帯域選択部と、
前記帯域選択部により選択された帯域の信号を用いて、入力信号の帯域を拡張する拡張信号を生成する生成部と、
前記生成部により生成された前記拡張信号を前記入力信号に加算する加算部と
を備えたことを特徴とする音声帯域拡張装置。
【０１１３】
（付記２）前記生成部は、
前記帯域選択部により選択された帯域の周波数に応じて変化する適用ゲインを設定し、設定した適用ゲインを前記帯域選択部により選択された帯域の信号に適用することで、前記拡張信号を生成することを特徴とする付記１に記載の音声帯域拡張装置。
【０１１４】
（付記３）前記評価部は、
評価対象とする帯域幅を狭めたサブ帯域ごとの雑音レベルまたは信号対雑音比を評価し、
前記帯域選択部は、
前記評価部による評価結果に基づいて、前記入力信号から雑音が少ないサブ帯域を選択し、
前記生成部は、
前記帯域選択部により選択されたサブ帯域の信号を用いて、前記拡張信号を生成することを特徴とする付記１または２に記載の音声帯域拡張装置。
【０１１５】
（付記４）外部から入力された入力信号を記憶するメモリをさらに備え、
前記評価部は、前記入力信号に雑音が少ない帯域が存在しない場合に、前記メモリに記憶された過去の入力信号の帯域ごとに雑音レベルまたは信号対雑音比を評価し、
前記帯域選択部は、前記評価部による評価結果に基づいて、前記過去の入力信号から雑音が少ない帯域を選択することを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載の音声帯域拡張装置。
【０１１６】
（付記５）コンピュータによって実行される音声帯域拡張方法であって、
外部から入力された入力信号の帯域ごとに雑音レベルまたは信号対雑音比を評価し、
前記雑音レベルを評価する処理による評価結果に基づいて、前記入力信号から雑音が少ない帯域を選択し、
前記帯域を選択する処理により選択された帯域の信号を用いて、入力信号の帯域を拡張するための拡張信号を生成し、
前記拡張信号を生成する処理により生成された前記拡張信号を前記入力信号に加算する
ことを特徴とする音声帯域拡張方法。
【０１１７】
（付記６）前記拡張信号を生成する処理は、前記帯域を選択する処理により選択された帯域の周波数に応じて変化する適用ゲインを設定し、設定した適用ゲインを前記帯域を選択する処理により選択された帯域の信号に適用することで、前記拡張信号を生成することを特徴とする付記５に記載の音声帯域拡張方法。
【０１１８】
（付記７）前記雑音レベルを評価する処理は、
評価対象とする帯域幅を狭めたサブ帯域ごとの雑音レベルまたは信号対雑音比を評価し、
前記帯域を選択する処理は、
前記雑音レベルを評価する処理による評価結果に基づいて、前記入力信号から雑音が少ないサブ帯域を選択し、
前記拡張信号を生成する処理は、
前記帯域を選択する処理により選択されたサブ帯域の信号を用いて、前記拡張信号を生成することを特徴とする付記５または６に記載の音声帯域拡張方法。
【０１１９】
（付記８）前記雑音レベルを評価する処理は、前記入力信号に雑音が少ない帯域が存在しない場合に、メモリに記憶された過去の入力信号の帯域ごとに雑音レベルまたは信号対雑音比を評価し、
前記帯域を選択する処理は、前記雑音レベルを評価する処理による評価結果に基づいて、前記過去の入力信号から雑音が少ない帯域を選択することを特徴とする付記５〜７のいずれか１つに記載の音声帯域拡張方法。
【符号の説明】
【０１２０】
１００，２００，３００，４００      音声帯域拡張装置
１１０      ＦＦＴ部
１２０，３２０，４２０      ＳＮＲ算出処理部
１２１      音声判定部
１２２      音声レベル更新部
１２３      雑音レベル更新部
１２４      ＳＮＲ算出部
１３０，２３０，３３０，４３０      帯域選択部
１４０，３４０      拡張信号生成部
１５０      加算部
１６０      ＩＦＦＴ部
４７０      メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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