(57)【要約】      （修正有）【課題】多種の周波数を含む信号の中から特定の周波数信号を濾過して得ることができる信号増強システム及び信号増強方法を提供する。【解決手段】信号増強方法は、被検出音声信号の周波数ｆ１及び前記被検出音声信号を増強するための増強倍数ｍを受信するステップＳ１０と、アナログ音声信号から変換されてなるデジタル音声信号を受信するステップＳ２０と、デジタル音声信号のサンプリング周波数ｆ２及び被検出音声信号の周波数ｆ１に基づいて、デジタル音声信号のセクションの長さｎを計算するステップＳ３０と、セクションの長さｎに基づいて、デジタル音声信号を複数のデータセグメントに分割し、且つｍグループの長さがｎであるデータセグメントを取って累加させるステップＳ４０と、増強された後のデジタル音声信号を表示装置に出力し、且つ増強されたデジタル音声信号を振幅がｍ倍に増強された被検出音声信号とするステップＳ５０と、を有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出音声信号の周波数ｆ１及びユーザーが設定した前記被検出音声信号を増強するための増強倍数ｍを受信するパラメータ設定モジュールと、
コーダーによってアナログ音声信号から変換されたデジタル音声信号を受信するデータ受信モジュールと、
前記デジタル音声信号のサンプリング周波数ｆ２及び被検出音声信号の周波数ｆ１に基づいて、前記デジタル音声信号のセクションの長さｎを計算するデータ分割モジュールと、
前記セクションの長さｎに基づいて、前記デジタル音声信号を複数のデータセグメントに分割し、且つその中からｍグループの長さがｎであるデータセグメントを取って累加させることにより、前記被検出音声信号を前記デジタル音声信号の中から分離するための信号増強モジュールと、
増強された後のデジタル音声信号を表示装置に出力し、且つ増強された前記デジタル音声信号を、振幅がｍ倍に増強された被検出音声信号とするデータ出力モジュールと、
を備えることを特徴とする信号増強システム。
【請求項２】
前記デジタル音声信号は、周波数が互いに異なり、且つ振幅が同じである音声信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項３】
前記セクションの長さｎの計算式は、ｎ＝ｆ２／ｆ１であることを特徴とする請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項４】
前記アナログ音声信号は、音源が出力したものであり、
前記デジタル音声信号は、オーディオコード方法により変換されるものであることを特徴とする請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項５】
データ処理装置に適用される信号増強方法であって、
被検出音声信号の周波数ｆ１及びユーザーが設定した前記被検出音声信号を増強するための増強倍数ｍを受信するステップと、
コーダーによってアナログ音声信号から変換されてなるデジタル音声信号を受信するステップと、
前記デジタル音声信号のサンプリング周波数ｆ２及び被検出音声信号の周波数ｆ１に基づいて、前記デジタル音声信号のセクションの長さｎを計算するステップと、
前記セクションの長さｎに基づいて、前記デジタル音声信号を複数のデータセグメントに分割し、且つその中からｍグループの長さがｎであるデータセグメントを取って累加させることにより、前記被検出音声信号を前記デジタル音声信号の中から分離するステップと、
増強された後のデジタル音声信号を表示装置に出力し、且つ増強された前記デジタル音声信号を、振幅がｍ倍に増強された被検出音声信号とするステップと、
を有することを特徴とする信号増強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号に対する処理システム及び処理方法に関し、特に信号増強システム（ｓｉｇｎａｌ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）及び信号増強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フーリエ変換（ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）は、音声認識においてよく使用される計算方法である。フーリエ変換は、音声信号に含まれている異なる周波数の信号の強度を識別するために用いられる。しかし、フーリエ変換の計算量はかなり大きいので、大きな記憶空間を必要とする。よって、組み込みシステムにとって、フーリエ変換の実行はかなりの負担である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、多種の周波数を含む信号の中から特定の周波数信号を濾過して得ることができる信号増強システム及び信号増強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】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明に係る信号増強システムは、被検出音声信号の周波数ｆ１及びユーザーが設定した前記被検出音声信号を増強するための増強倍数ｍを受信するパラメータ設定モジュールと、コーダーによってアナログ音声信号から変換されたデジタル音声信号を受信するデータ受信モジュールと、前記デジタル音声信号のサンプリング周波数ｆ２及び被検出音声信号の周波数ｆ１に基づいて、前記デジタル音声信号のセクションの長さｎを計算するデータ分割モジュールと、前記セクションの長さｎに基づいて、前記デジタル音声信号を複数のデータセグメントに分割し、且つその中からｍグループの長さがｎであるデータセグメントを取って累加させることにより、前記被検出音声信号を前記デジタル音声信号の中から分離するための信号増強モジュールと、増強されたデジタル音声信号を表示装置に出力し、且つ前記増強された音声信号を、振幅がｍ倍に増強された被検出音声信号とするデータ出力モジュールと、を備える。
【０００５】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る信号増強方法は、データ処理装置に適用され、被検出音声信号の周波数ｆ１及びユーザーが設定した前記被検出音声信号を増強するための増強倍数ｍを受信するステップと、コーダーによってアナログ音声信号から変換されてなるデジタル音声信号を受信するステップと、前記デジタル音声信号のサンプリング周波数ｆ２及び被検出音声信号の周波数ｆ１に基づいて、前記デジタル音声信号のセクションの長さｎを計算するステップと、前記セクションの長さｎに基づいて、前記デジタル音声信号を複数のデータセグメントに分割し、且つその中からｍグループの長さがｎであるデータセグメントを取って累加させることにより、前記被検出音声信号を前記デジタル音声信号の中から分離するステップと、増強されたデジタル音声信号を表示装置に出力し、且つ前記増強された音声信号を、振幅がｍ倍に増強された被検出音声信号とするステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
従来の技術と異なり、本発明に係る信号増強システム及び信号増強方法は、多種の周波数を含む信号の中から特定の周波数信号を取ることができ、計算量が相対的に小さく、且つ記憶空間をあまり占有しないため、組み込み設備に適用し、音声信号を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る信号増強システムの機能モジュールを示す図である。
【図２】六つの異なる周波数を含む音声信号が、図１に示した仮想共鳴管ユニットにより処理された後の振幅の変化を示している。
【図３】別の六つの異なる周波数を含む音声信号が、図１に示した仮想共鳴管ユニットにより処理された後の振幅の変化を示している。
【図４】異なる周波数を有する１つ以上のデジタル音声信号の原始波形図である。
【図５】圧縮されているデータストリーミングが、本発明の共鳴アルゴリズムにより処理された後の波形図である。
【図６】図５の圧縮されているデータストリーミングから得る展開したデータストリーミングが、本発明の共鳴アルゴリズムにより処理された後の波形図である。
【図７】本発明の実施形態に係る信号増強方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る信号増強システム１００は、仮想共鳴管ユニット（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｕｎｉｔ）１０と、メモリー２０と、プロセッサ３０と、コーダー４０と、表示ユニット５０と、を備える。コーダー４０は、エンコード機能及びデコード機能を有し、且つ音源２００が出力したアナログ音声信号を受信して、オーディオコード方法によって前記アナログ音声信号をデジタル音声信号に変換する。信号増強システム１００は、ネットワークカメラ、パソコン及びデジタルカメラなどのオーディオ処理機能を有する装置である。音源（ａｕｄｉｏ  ｓｏｕｒｃｅ）２００は、アナログ音声信号を生成するための人又は物（例えば、スピーカー）である。
【０００９】
仮想共鳴管ユニット１０は、共鳴管原理（即ち、ある音声信号の周波数が共鳴管の周波数と同じである時に共振する原理）に基づいて、一種の「仮想共鳴管」のアルゴリズムを提供して、変換して得たデジタル音声信号の中の特定周波数の音声信号の強度を強めるとともに、他の周波数の音声信号の強度を弱めることで、前記変換して得たデジタル音声信号の中から所定の音声信号を分離する。メモリー２０は、ＥＰＲＯＭ、ＨＤＤ又はフラッシュディスク等の専用の記憶装置である。メモリー２０には、仮想共鳴管ユニット１０により処理される前又は処理された後のデジタル音声信号のデータと、コンピュータのプログラム化指令と、が格納されている。プロセッサ３０は、前記コンピュータのプログラム化指令を実行することで、仮想共鳴管ユニット１０の上述した機能を実現する。
【００１０】
仮想共鳴管ユニット１０は、パラメータ設定モジュール１１と、データ受信モジュール１２と、データ分割モジュール１３と、信号増強モジュール（ｓｉｇｎａｌ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｍｏｄｕｌｅ）１４と、データ出力モジュール１５と、を備える。上記各種のモジュールは、メモリー２０により格納されたコンピュータ化コードを含む。
【００１１】
パラメータ設定モジュール１１は、検出（ｄｅｔｅｃｔ）しようとする音声信号の周波数ｆ１及びユーザーにより設定された前記検出しようとする音声信号を増強するための増強倍数ｍを受信する。例えば、仮に前記検出しようとする音声信号（被検出音声信号とも称する）が、火災警報器が発した周波数が２５０Ｈｚで、振幅が５８８の警報音であれば、ユーザーが設定した前記警報音の増強倍数ｍは４８０である（即ち、前記警報音の振幅を４８０倍に増強する）。
【００１２】
コーダー４０は、オーディオコード方法によって、音源２００が出力したアナログ音声信号をデジタル音声信号に変換する。データ受信モジュール１２は、コーダー４０により変換されてなるデジタル音声信号（以下、音声データと略称する）を受信する。例えば、本実施形態において、前記オーディオコード方法は、Ｕ−ｌａｗ又はＶ−ｌａｗである。Ｕ−ｌａｗ又はＶ−ｌａｗは、音源２００が出力したアナログ音声信号に対して、毎秒８０００回のサンプリングを行う（即ち、サンプリングの頻度は８０００Ｈｚである）。各サンプル点（ｓａｍｐｌｅ  ｐｏｉｎｔ）の数値は１６ビット（ｂｉｔ）である。換言すれば、前記アナログ音声信号が毎回サンプリングされる時の電圧値／音量は、１６ビットである。また、Ｕ−ｌａｗ又はＶ−ｌａｗは、データストリーミングを転送する際に、各１６ビットのデータを８ビット（１ｂｙｔｅ）にコードする。換言すれば、データストリーミングの転送量は、８０００×１ｂｙｔｅ＝８ｋ  ｂｙｔｅ／ｓである。
【００１３】
データ分割モジュール１３は、前記音声データのサンプリング周波数ｆ２及び被検出音声信号の周波数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ｆ１に基づいて、前記音声データのセクションの長さ（ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）ｎを計算する。ここで、ｎ＝ｆ２／ｆ１である。例えば、ｆ２＝８０００Ｈｚ、ｆ１＝２５０Ｈｚであれば、ｎ＝８０００Ｈｚ／２５０Ｈｚ＝（８０００個のサンプル点／１秒）÷（１秒／４００）＝３２個のサンプル点である。各サンプル点の値は１６ビット（即ち、２ｂｙｔｅ）であるので、ｎ＝３２個のサンプル点×（２ｂｙｔｅ／１サンプル点）＝６４ｂｙｔｅである。本実施形態において、音声データのセクションの長さを計算し、このセクションの長さに基づいて音声データに対して分割して累加する法則は、所謂「共鳴アルゴリズム」と称される。ここで、セクションの長さｎは、仮想共鳴管の長さと見なされる。被検出音声信号の周波数ｆ１は、仮想共鳴管の周波数と見なされる。
【００１４】
信号増強モジュール１４は、前記セクションの長さｎに基づいて、受信した音声データを複数のデータセグメント（ｄａｔａ  ｓｅｇｍｅｎｔ）に分割し、且つその中からｍグループのデータセグメントを累加することによって、強められた後のデジタル音声信号を獲得する。中でも、各データセグメントの長さは、前記セクションの長さｎに等しい。例を挙げると、前記音声データは、同じ振幅５８８を有する六つの音声信号を含む。前記六つの音声信号の周波数は、それぞれ２５０Ｈｚ、２５０．１Ｈｚ、２５０．２Ｈｚ、２５０．３Ｈｚ、２５０．４Ｈｚ及び２５０．５Ｈｚである。その中で、周波数が２５０Ｈｚである音声信号は検出しようとする火災アラームである。上述したように、ｆ２＝８０００Ｈｚ、ｆ１＝２５０Ｈｚであれば、ｎ＝６４ｂｙｔｅである。図２は、ｍが６０、１２０、２４０及び４８０にそれぞれ等しい条件下で、前記六つの音声信号の振幅の変化を示している。
【００１５】
図２に示すように、縦列Ａ１は前記六つの音声信号の周波数を表し、縦列Ｂ１、Ｄ１、Ｆ１及びＨ１は、ｍの異なる数値（例えば、６０、１２０、２４０及び４８０）を表し、縦列Ｃ１、Ｅ１、Ｇ１及びＩ１は、前記周波数が２５０Ｈｚである音声信号の振幅の変化に比べて、前記六つの音声信号の振幅の変化の程度を表す。図２から分かるように、ｍ＝４８０の場合、周波数が２５０Ｈｚである音声信号の振幅は、２８２２４０まで増量され（即ち、振幅が２８２２４０／５８８＝４８０回増大される）、周波数が２５０．５Ｈｚである音声信号の振幅は、１１６４９まで増量される（即ち、振幅が１１６４９／５８８＝１９．８１回増大される）。以上から明らかなように、２５０．５Ｈｚの音声信号と２５０Ｈｚの音声信号との振幅の変化程度の比率は１９．８１／４８０＝４．１％であり、２５０．５Ｈｚの音声信号が増強される幅は２５０Ｈｚの音声信号が増強される幅より遥かに小さい。
【００１６】
図３は、ｍが６０、１２０、２４０及び４８０に、それぞれ等しい条件下における、別の六つの音声信号の振幅の変化を示している。図３に示した例において、前記音声データは、振幅が全て５８８で、周波数がそれぞれ５０Ｈｚ、５０．１Ｈｚ、５０．２Ｈｚ、５０．３Ｈｚ、５０．４Ｈｚ及び５０．５Ｈｚである六つの音声信号のデータを含む。その中で、周波数が５０Ｈｚである音声信号は検出しようとする火災アラームである。また、本実施例において、Ｕ−ｌａｗが施行され、且つｆ２／ｆ１＝（８０００個のサンプル点／１秒）÷（１秒／５０）＝１６０個のサンプル点＝３２０ｂｙｔｅという条件式を介してセクションの長さを計算する。図３から分かるように、前記「共鳴アルゴリズム」を利用して、ｍ＝４８０の場合、周波数が５０Ｈｚである音声信号の変化程度は、他の五つの音声信号の変化程度よりもずっと大きい。
【００１７】
要するに、図２及び図３から分かるように、前記「共鳴アルゴリズム」を使用し、ｍが十分に大きい場合、被検出音声信号が前記音声データに含まれる他の音声信号より大きく増強されるため、増強された音声信号は被検出音声信号に近接（ａｐｐｒｏａｃｈ）している。このような方法によって、被検出音声信号を他の音声信号の中から区別することができる。
【００１８】
データ出力モジュール１５は、増強された音声信号（即ち、音声データ）を表示装置５０に出力し、且つ前記増強された音声信号を、振幅がｍ倍に増強された前記被検出音声信号とする。
【００１９】
図４は、ネットワークカメラから送信されたアナログ信号により変換されたデジタル信号の原始波形図を示している。このアナログ信号は、４００Ｈｚの音声信号及び他の周波数を有する音声信号を含む。図５は、図４における原始波形図に対応した圧縮されたデータストリーミングの処理結果を示す。上述したように、Ｕ−ｌａｗ又はＶ−ｌａｗは、データストリーミングを転送する際に、各１６ビットを８ビット（１ｂｙｔｅ）にコードする。それで、圧縮されたデータストリーミング中の１ｂｙｔｅは、実際には２ｂｙｔｅを表わす。図６は、図５に示した圧縮されたデータストリーミングから得て展開されたデータストリーミングの処理結果を示している。この中で、ネットワークカメラが送信した圧縮されたデータストリーミングは、共鳴アルゴリズムを使用する前に展開される。
【００２０】
図７は、信号増強方法の一実施例の流れを示している。本実施例において、音声データのセクションの長さｎを決定し、前記音声データを複数のデータセグメントに分割し、前記複数のデータセグメントを累加する法則は、所謂「共鳴アルゴリズム」と称される。前記セクションの長さｎを、共鳴アルゴリズムの長さと見なすことができる。また、被検出音声信号の周波数ｆ１を、共鳴アルゴリズムの周波数と見なすことができる。
【００２１】
以下、図７を参照しながら、信号増強システムの信号増強方法について説明する。信号増強方法は以下のステップＳ１０〜Ｓ５０を含む。
【００２２】
ステップＳ１０において、パラメータ設定モジュール１１は、検出しようとする音声信号（以下、被検出音声信号と称する）の周波数ｆ１と、ユーザーが設定した被検出音声信号を増強するための増強倍数ｍを受信する。例を挙げると、仮に被検出音声信号が、火災警報器が発した周波数ｆ１が２５０Ｈｚで、振幅が５８８の警報音であれば、ユーザーが設定した前記警報音の増強倍数ｍは４８０である（即ち、前記警報音の振幅を４８０倍に増強する）。
【００２３】
ステップＳ２０において、データ受信モジュール１２は、コーダー４０がオーディオコード方法によって変換して得たデジタル音声信号を受信する。例えば、本実施形態において、前記オーディオコード方法は、Ｕ−ｌａｗ又はＶ−ｌａｗである。Ｕ−ｌａｗ又はＶ−ｌａｗは、音源２００が出力したアナログ音声信号に対して、毎秒８０００回をサンプリングする（即ち、サンプリングの頻度は８０００Ｈｚである）。各サンプル点（ｓａｍｐｌｅ  ｐｏｉｎｔ）の数値は１６ビット（ｂｉｔ）である。また、Ｕ−ｌａｗ又はＶ−ｌａｗは、データストリーミングを転送する際に、各１６ビットのデータを８ビット（１ｂｙｔｅ）にコードする。換言すれば、Ｕ−ｌａｗ又はＶ−ｌａｗを利用したデジタル音声信号のサンプリング周波数は８０００Ｈｚである。
【００２４】
ステップＳ３０において、データ分割モジュール１３は、音声データのサンプリング周波数ｆ２及び被検出音声信号の周波数ｆ１に基づいて、前記音声データのセクションの長さｎを計算する。ここで、ｎ＝ｆ２／ｆ１である。例えば、ｆ２＝８０００Ｈｚ、ｆ１＝２５０Ｈｚであれば、ｎ＝ｆ２／ｆ１＝８０００Ｈｚ／２５０Ｈｚ＝（８０００個のサンプル点／１秒）÷（１秒／４００）＝３２個のサンプル点である。各サンプル点の値は１６ビット（即ち、２ｂｙｔｅ）であるので、ｎ＝３２個のサンプル点×（２ｂｙｔｅ／１サンプル点）＝６４ｂｙｔｅである。
【００２５】
ステップＳ４０において、信号増強モジュール１４は、前記セクションの長さｎに基づいて、受信した音声データを複数のデータセグメントに分割し、且つその中からｍグループのデータセグメントを取って累加することによって、強められた後のデジタル音声信号を獲得する。中でも、各データセグメントの長さは、前記セクションの長さｎに等しい。例を挙げると、前記音声データは、振幅が全て５８８で、周波数がそれぞれ２５０Ｈｚ、２５０．１Ｈｚ、２５０．２Ｈｚ、２５０．３Ｈｚ、２５０．４Ｈｚ及び２５０．５Ｈｚである六つの音声信号を含む。オーディオコード方法がＵ−ｌａｗであり、且つ２５０Ｈｚの音声信号が検出しようとする火災アラームである場合、音声データのセクションの長さｎは６４ｂｙｔｅに等しい。信号増強モジュール１４は、受信した音声データを、６４ｂｙｔｅを１つの単位として順次に分割することにより、単位長さが６４ｂｙｔｅである複数のデータセグメントを得る。仮に、ｍ＝４８０であれば、信号増強モジュール１４は、４８０のデータセグメントを累加することで、増強されたデジタル音声信号を獲得する。図３は、ｍが６０、１２０、２４０及び４８０にそれぞれ等しい条件下で、六つの音声信号の振幅の変化を示している。
【００２６】
ステップＳ５０において、データ出力モジュール１５は、増強された後のデジタル音声信号を表示装置５０に出力し、且つ前記増強された後のデジタル音声信号を、振幅がｍ倍に増強された前記被検出音声信号にする。
【００２７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正もまた、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【００２８】
１０    仮想共鳴管ユニット
１１    パラメータ設定モジュール
１２    データ受信モジュール
１３    データ分割モジュール
１４    信号増強モジュール
１５    データ出力モジュール
２０    メモリー
３０    プロセッサ
４０    コーダー
５０    表示ユニット
１００  信号増強システム
２００  音源
【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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