(57)【要約】【課題】より簡単に高品質な音声信号を得ることができるようにする。【解決手段】帯域通過フィルタは、入力信号の各帯域成分を通過させ、低域サブバンド信号と高域サブバンド信号を出力する。高域サブバンドパワー推定回路は、入力信号の特徴量に基づいて、高域の各サブバンドの高域サブバンドパワー推定値を算出し、高域サブバンドパワー比較回路は、高域サブバンドパワー推定値と、入力信号の高域サブバンド信号から求められた高域サブバンドパワーとを比較し、より大きいものを擬似高域サブバンドパワーとする。高域信号生成回路は、擬似高域サブバンドパワーと低域サブバンド信号とに基づいて、高域信号を生成する。信号加算器は低域信号と高域信号を加算して出力信号を生成する。本技術は、周波数帯域拡大装置に適用することができる。【選択図】図２
2014026138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を複数のサブバンドのサブバンド信号に分割する信号分割部と、
前記入力信号から抽出された特徴量に基づいて、前記入力信号の高域のサブバンドのパワーを推定し、高域サブバンドパワー推定値とする高域サブバンドパワー推定部と、
前記入力信号の高域のサブバンドの前記サブバンド信号から得られた高域サブバンドパワーと、前記高域サブバンドパワー推定値とを比較する比較部と、
前記比較の結果と、前記サブバンド信号とに基づいて、前記入力信号の高域信号を生成する高域信号生成部と
を備える周波数帯域拡大装置。
【請求項２】
前記入力信号の低域信号と前記高域信号とに基づいて出力信号を生成する生成部をさらに備える
請求項１に記載の周波数帯域拡大装置。
【請求項３】
前記高域信号生成部は、同じサブバンドの前記高域サブバンドパワーおよび前記高域サブバンドパワー推定値のうちのより大きいものと、前記サブバンド信号とに基づいて前記高域信号を生成する
請求項２に記載の周波数帯域拡大装置。
【請求項４】
前記高域信号生成部は、前記比較の結果と、前記入力信号の低域のサブバンドの前記サブバンド信号とに基づいて、前記高域信号を生成する
請求項２に記載の周波数帯域拡大装置。
【請求項５】
前記入力信号の低域のサブバンドの前記サブバンド信号の低域サブバンドパワーを前記特徴量として算出する特徴量算出部をさらに備える
請求項２に記載の周波数帯域拡大装置。
【請求項６】
前記高域サブバンドパワー推定部は、予め用意された係数を用いて前記低域サブバンドパワーを線形結合することにより、前記高域サブバンドパワー推定値を算出する
請求項５に記載の周波数帯域拡大装置。
【請求項７】
入力信号を複数のサブバンドのサブバンド信号に分割し、
前記入力信号から抽出された特徴量に基づいて、前記入力信号の高域のサブバンドのパワーを推定し、高域サブバンドパワー推定値とし、
前記入力信号の高域のサブバンドの前記サブバンド信号から得られた高域サブバンドパワーと、前記高域サブバンドパワー推定値とを比較し、
前記比較の結果と、前記サブバンド信号とに基づいて、前記入力信号の高域信号を生成する
ステップを含む周波数帯域拡大方法。
【請求項８】
入力信号を複数のサブバンドのサブバンド信号に分割し、
前記入力信号から抽出された特徴量に基づいて、前記入力信号の高域のサブバンドのパワーを推定し、高域サブバンドパワー推定値とし、
前記入力信号の高域のサブバンドの前記サブバンド信号から得られた高域サブバンドパワーと、前記高域サブバンドパワー推定値とを比較し、
前記比較の結果と、前記サブバンド信号とに基づいて、前記入力信号の高域信号を生成する
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は周波数帯域拡大装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、より簡単に高品質な音声信号を得ることができるようにした周波数帯域拡大装置および方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネット等を介して音楽データを配信する音楽配信サービスが広まりつつある。このような音楽配信サービスでは、音楽信号を符号化することで得られる符号化データが音楽データとして配信されるが、音楽信号の符号化時には、ダウンロードの際に時間がかからないように音楽データのビットレートが低く抑えられる。
【０００３】
一般的に低ビットレートの音楽データでは、データ量を抑えるために人間の耳には知覚され難い高周波数帯域の信号が削除されていることが多い。そのため、音楽データを復号して再生しても、原信号がもつ臨場感が失われ、音がこもってしまう。つまり、高品質な音声を得ることができなくなってしまう。
【０００４】
そこで、入力信号のサイド情報に応じて拡大開始帯域を決定するとともに、入力信号を複数のサブバンド信号に帯域分割し、拡大開始帯域よりも低域側のサブバンド信号に基づいて周波数帯域を拡大する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、入力信号に対して高周波数帯域の成分を付加することができるので、音声の品質向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３９８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した技術では、より簡単に充分高品質な音声信号を得ることが困難であった。
【０００７】
例えば、サイド情報に応じて拡大開始帯域を決定する方法では、入力信号ごとに拡大開始帯域を決定しなければならず、処理が煩雑になってしまう。また、この方法では実際の入力信号に拡大開始帯域よりも高域側の周波数成分が含まれている場合でも、その高域側の周波数成分は考慮されないため、高域のパワー感が失われて音質が劣化してしまうことがあった。
【０００８】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より簡単に高品質な音声信号を得ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本技術の一側面の周波数帯域拡大装置は、入力信号を複数のサブバンドのサブバンド信号に分割する信号分割部と、前記入力信号から抽出された特徴量に基づいて、前記入力信号の高域のサブバンドのパワーを推定し、高域サブバンドパワー推定値とする高域サブバンドパワー推定部と、前記入力信号の高域のサブバンドの前記サブバンド信号から得られた高域サブバンドパワーと、前記高域サブバンドパワー推定値とを比較する比較部と、前記比較の結果と、前記サブバンド信号とに基づいて、前記入力信号の高域信号を生成する高域信号生成部とを備える。
【００１０】
周波数帯域拡大装置には、前記入力信号の低域信号と前記高域信号とに基づいて出力信号を生成する生成部をさらに設けることができる。
【００１１】
前記高域信号生成部には、同じサブバンドの前記高域サブバンドパワーおよび前記高域サブバンドパワー推定値のうちのより大きいものと、前記サブバンド信号とに基づいて前記高域信号を生成させることができる。
【００１２】
前記高域信号生成部には、前記比較の結果と、前記入力信号の低域のサブバンドの前記サブバンド信号とに基づいて、前記高域信号を生成させることができる。
【００１３】
周波数帯域拡大装置には、前記入力信号の低域のサブバンドの前記サブバンド信号の低域サブバンドパワーを前記特徴量として算出する特徴量算出部をさらに設けることができる。
【００１４】
前記高域サブバンドパワー推定部には、予め用意された係数を用いて前記低域サブバンドパワーを線形結合することにより、前記高域サブバンドパワー推定値を算出させることができる。
【００１５】
本技術の一側面の周波数帯域拡大方法またはプログラムは、入力信号を複数のサブバンドのサブバンド信号に分割し、前記入力信号から抽出された特徴量に基づいて、前記入力信号の高域のサブバンドのパワーを推定し、高域サブバンドパワー推定値とし、前記入力信号の高域のサブバンドの前記サブバンド信号から得られた高域サブバンドパワーと、前記高域サブバンドパワー推定値とを比較し、前記比較の結果と、前記サブバンド信号とに基づいて、前記入力信号の高域信号を生成するステップを含む。
【００１６】
本技術の一側面においては、入力信号が複数のサブバンドのサブバンド信号に分割され、前記入力信号から抽出された特徴量に基づいて、前記入力信号の高域のサブバンドのパワーが推定されて高域サブバンドパワー推定値とされ、前記入力信号の高域のサブバンドの前記サブバンド信号から得られた高域サブバンドパワーと、前記高域サブバンドパワー推定値とが比較され、前記比較の結果と、前記サブバンド信号とに基づいて、前記入力信号の高域信号が生成される。
【発明の効果】
【００１７】
本技術の一側面によれば、より簡単に高品質な音声信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】高域信号の生成と高域のパワー感喪失について説明する図である。
【図２】周波数帯域拡大装置の構成例を示す図である。
【図３】周波数帯域拡大処理を説明するフローチャートである。
【図４】擬似高域サブバンドパワーについて説明する図である。
【図５】コンピュータの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。
【００２０】
〈第１の実施の形態〉
［本技術の概要について］
まず、本技術の概要について説明する。
【００２１】
本技術は、例えば音楽信号等の音声信号のうち、人間の耳に知覚され難い約15kHz以上の高周波数帯域の信号成分を削除し、残った低周波数帯域の信号成分を符号化して得られる音声データの周波数帯域を拡大するものである。より詳細には、符号化により得られた音声データを復号し、これにより得られた低域成分のみからなる音声信号の高域成分を推定により生成することで、音声信号の周波数帯域を拡大する技術である。
【００２２】
例えば、音声データを復号して得られた音声信号として、図１に示す入力信号が入力されたとする。なお、図１において、縦軸は入力信号の各周波数のパワーを示しており、横軸は入力信号の各周波数を示している。また、曲線Ｃ１１は、入力信号の各周波数成分のパワーを示している。
【００２３】
図１の例では、曲線Ｃ１１から分かるように、入力信号には高域側の所定周波数以上の周波数成分が含まれていない。
【００２４】
そこで、周波数ＥＳを拡大開始周波数とし、入力信号の拡大開始周波数以上の周波数成分を推定により生成して、得られた周波数成分（以下、高域成分と称する）を入力信号に付加することで、入力信号の周波数帯域を拡大することを考える。
【００２５】
なお、以下では、拡大開始周波数ＥＳ以上の周波数帯域を高域と称し、拡大開始周波数ＥＳ未満の周波数帯域を低域と称することとする。また、入力信号の低域成分を低域信号とも称することとし、推定により生成される入力信号の高域成分を高域信号とも称することとする。
【００２６】
曲線Ｃ１１に示す周波数波形の入力信号が入力されると、まずこの入力信号が所定の帯域幅の複数の周波数帯域（以下、サブバンドと称する）のサブバンド信号に分割される。図１では、図中、縦方向の点線は各サブバンドの境界位置を示しており、この例では、入力信号の低域成分の高域側の周波数帯域と高域成分とが、サブバンドsb-3乃至サブバンドsb+8の各サブバンドに分割されている。
【００２７】
ここで、連続して並ぶサブバンドsb-3乃至サブバンドsbは、入力信号の低域側のサブバンドであり、最も周波数の高いサブバンドsbの高域側の境界位置が拡大開始周波数ＥＳとなっている。また、連続して並ぶサブバンドsb+1乃至サブバンドsb+8は、入力信号の高域側のサブバンドであり、最も周波数の低いサブバンドsb+1の低域側の境界位置が拡大開始周波数ＥＳとなっている。
【００２８】
入力信号の周波数帯域がサブバンドに分割されると、入力信号から得られる特徴量に基づいて、高域側の各サブバンドのパワーが推定により求められる。ここで、推定により求められる高域の各サブバンドのパワーを高域サブバンドパワー推定値と称することとすると、高域サブバンドパワー推定値は、入力信号のもとの信号、つまり符号化前の音声信号に含まれていた高域成分のパワーの推定値である。
【００２９】
図１の例では、直線EP1乃至EP8は、高域のサブバンドsb+1乃至サブバンドsb+8の高域サブバンドパワー推定値を示している。
【００３０】
これらのサブバンドsb+1乃至サブバンドsb+8の高域サブバンドパワー推定値EP1乃至高域サブバンドパワー推定値EP8を用いれば、推定により入力信号の高域信号を得ることができる。そして、得られた高域信号と、入力信号の低域信号とを合成することで、高域成分が付加された音声信号（以下、出力信号と称する）を得ることができる。
【００３１】
このようにして得られる出力信号には、入力信号にはない高域成分が含まれているので、入力信号と比べてより高品質な音声信号となる。
【００３２】
ところで、図１の例では曲線Ｃ１１に示す入力信号には、拡大開始周波数ＥＳよりも高域側の周波数成分も含まれているが、これらの高域成分は出力信号の生成には用いられず、除去されてしまう。そのため、実際の入力信号の高域側のサブバンドのパワーが、高域サブバンドパワー推定値よりも大きい場合には、出力信号の高域のパワー感が失われ、入力信号よりも音質が劣化してしまうことがある。
【００３３】
図１では、直線CP1乃至CP8は、入力信号の高域側のサブバンドsb+1乃至サブバンドsb+8のパワー（以下、高域サブバンドパワーと称する）を示している。
【００３４】
この例では、高域側のサブバンドsb+1乃至サブバンドsb+4においては、高域サブバンドパワー推定値よりも、高域サブバンドパワーがより大きい値となっている。逆に、サブバンドsb+5乃至サブバンドsb+8においては、高域サブバンドパワー推定値が、高域サブバンドパワーよりも大きい値となっている。
【００３５】
したがって、出力信号を生成するときに、高域サブバンドパワー推定値よりも高域サブバンドパワーが大きいサブバンドについては、高域サブバンドパワーを高域信号の生成に用いるようにすれば、出力信号の高域のパワー感が失われないので、より高品質（高音質）な出力信号が得られるはずである。
【００３６】
そこで、本技術では高域側の各サブバンドについて、高域サブバンドパワー推定値と高域サブバンドパワーとを比較し、それらのサブバンドパワーのうちのより大きいものを用いて出力信号を生成することで、より高品質な音声信号を得ることができるようにする。
【００３７】
［周波数帯域拡大装置の構成例］
次に、本技術を適用した具体的な実施の形態について説明する。
【００３８】
図２は、本技術を適用した周波数帯域拡大装置の一実施の形態の構成例を示す図である。周波数帯域拡大装置１１は、音声信号である入力信号を入力として、入力信号を高域成分が付加された出力信号に変換して出力する。
【００３９】
周波数帯域拡大装置１１は、低域通過フィルタ２１、遅延回路２２、帯域通過フィルタ２３、特徴量算出回路２４、高域サブバンドパワー推定回路２５、高域信号生成回路２６、高域通過フィルタ２７、および信号加算器２８から構成される。
【００４０】
低域通過フィルタ２１は、供給された入力信号を所定の遮断周波数でフィルタリングし、その結果得られた低域の信号成分である低域信号を遅延回路２２に供給する。
【００４１】
遅延回路２２は、低域通過フィルタ２１からの低域信号と、これから生成される高域信号とを加算する際の同期をとるために、低域信号を一定の遅延時間だけ遅延して信号加算器２８に供給する。
【００４２】
帯域通過フィルタ２３は、供給された入力信号に対して、所定の帯域を通過させる帯域通過フィルタによりフィルタ処理を施し、その結果得られた各サブバンドのサブバンド信号を特徴量算出回路２４および高域信号生成回路２６に供給する。すなわち、帯域通過フィルタ２３は、入力信号に対するフィルタ処理により、入力信号を各サブバンドのサブバンド信号に分割する。
【００４３】
帯域通過フィルタ２３は、それぞれ異なる通過帯域を有する帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−（Ｎ＋Ｍ）を備えている。
【００４４】
帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−Ｎは、入力信号の拡大開始周波数よりも低域側のＮ個の各サブバンドの帯域成分を通過させ、得られたサブバンド信号を特徴量算出回路２４および高域信号生成回路２６に供給する。すなわち、帯域通過フィルタ３１−ｉ（但し、１≦ｉ≦Ｎ）は、入力信号のうち、拡大開始周波数から低域側にｉ番目にあるサブバンドの周波数帯域の成分を通過させ、サブバンドsb-(i-1)のサブバンド信号を生成する。
【００４５】
なお、以下、帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−Ｎにより生成される低域側の各サブバンドのサブバンド信号を、低域サブバンド信号とも称することとする。
【００４６】
また、帯域通過フィルタ３１−（Ｎ＋１）乃至帯域通過フィルタ３１−（Ｎ＋Ｍ）は、入力信号の拡大開始周波数よりも高域側のＭ個の各サブバンドの帯域成分を通過させ、得られたサブバンド信号を特徴量算出回路２４および高域信号生成回路２６に供給する。すなわち、帯域通過フィルタ３１−ｉ（但し、Ｎ＋１≦ｉ≦Ｎ＋Ｍ）は、入力信号のうち、拡大開始周波数から高域側に（ｉ−Ｎ）番目にあるサブバンドの周波数帯域の成分を通過させ、サブバンドsb+(i-N)のサブバンド信号を生成する。
【００４７】
なお、以下、帯域通過フィルタ３１−（Ｎ＋１）乃至帯域通過フィルタ３１−（Ｎ＋Ｍ）により生成される高域側の各サブバンドのサブバンド信号を、高域サブバンド信号とも称することとする。また、以下、帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−（Ｎ＋Ｍ）を特に区別する必要のない場合、単に帯域通過フィルタ３１とも称する。
【００４８】
特徴量算出回路２４は、帯域通過フィルタ２３から供給された複数のサブバンド信号と、供給された入力信号との少なくとも何れか一方を用いて、１または複数の特徴量を算出し、高域サブバンドパワー推定回路２５に供給する。ここで、特徴量とは、入力信号の信号としての特徴を表す情報である。
【００４９】
高域サブバンドパワー推定回路２５は、特徴量算出回路２４から供給された１または複数の特徴量に基づいて高域サブバンドパワー推定値を算出し、高域信号生成回路２６に供給する。
【００５０】
高域信号生成回路２６は、帯域通過フィルタ２３から供給された複数のサブバンド信号と、高域サブバンドパワー推定回路２５から供給された複数の高域サブバンドパワー推定値とに基づいて高域信号を生成し、高域通過フィルタ２７に供給する。
【００５１】
高域信号生成回路２６は、高域サブバンドパワー比較回路３２を備えている。
【００５２】
高域サブバンドパワー比較回路３２は、帯域通過フィルタ２３から供給された高域サブバンド信号から、高域側の各サブバンドの高域サブバンドパワーを算出する。また、高域サブバンドパワー比較回路３２は、サブバンドごとに高域サブバンドパワーと、高域サブバンドパワー推定回路２５から供給された高域サブバンドパワー推定値とを比較し、より大きい値のものを、そのサブバンドの擬似高域サブバンドパワーとする。
【００５３】
高域信号生成回路２６は、帯域通過フィルタ２３から供給された複数の低域サブバンド信号と、高域サブバンドパワー比較回路３２による比較で得られた高域側の各サブバンドの擬似高域サブバンドパワーとに基づいて、高域の信号成分である高域信号を生成する。
【００５４】
高域通過フィルタ２７は、高域信号生成回路２６から供給された高域信号を、低域通過フィルタ２１における遮断周波数に対応する遮断周波数でフィルタリングし、信号加算器２８に供給する。すなわち、高域通過フィルタ２７は、高域信号に含まれている低域成分を除去して信号加算器２８に供給する。
【００５５】
信号加算器２８は、遅延回路２２からの低域信号と、高域通過フィルタ２７からの高域信号とを加算し、その結果得られた出力信号を出力する。
【００５６】
なお、周波数帯域拡大装置１１では、帯域通過フィルタ３１が入力信号の所定の帯域成分を通過させてサブバンド信号とする例について説明したが、サブバンド信号を得る方法は、帯域分割フィルタを用いるなど、どのような方法であってもよい。また、周波数帯域拡大装置１１では、高域信号と低域信号とを加算することで出力信号を生成する例について説明したが、高域成分と低域成分を合成して出力信号とする方法は、帯域合成フィルタを用いるなど、どのような方法であってもよい。
【００５７】
［周波数帯域拡大処理の説明］
続いて、周波数帯域拡大装置１１の動作について説明する。
【００５８】
周波数帯域拡大装置１１は、入力信号が供給されて出力信号の生成が指示されると、周波数帯域拡大処理を行なって、高域成分が付加された出力信号を生成し、出力する。以下、図３のフローチャートを参照して、周波数帯域拡大装置１１による周波数帯域拡大処理について説明する。
【００５９】
ステップＳ１１において、低域通過フィルタ２１は、供給された入力信号を所定の遮断周波数の低域通過フィルタでフィルタリングし、その結果得られた低域信号を遅延回路２２に供給する。
【００６０】
低域通過フィルタ２１は、遮断周波数として任意の周波数を設定することが可能であるが、予め定められた所定周波数を拡大開始周波数として、その拡大開始周波数が遮断周波数として設定される。したがって、低域通過フィルタ２１は、拡大開始周波数より低い周波数成分からなる信号を低域信号として遅延回路２２に供給する。
【００６１】
ステップＳ１２において、遅延回路２２は、低域通過フィルタ２１からの低域信号を一定の遅延時間だけ遅延させて信号加算器２８に供給する。
【００６２】
ステップＳ１３において、帯域通過フィルタ２３は、供給された入力信号を複数のサブバンド信号に分割し、特徴量算出回路２４および高域信号生成回路２６に供給する。
【００６３】
すなわち、帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−Ｎは、入力信号のうち、拡大開始周波数よりも低域側にある所定通過帯域の信号成分を通過させ、複数の低域サブバンド信号の１つとして特徴量算出回路２４と高域信号生成回路２６に供給する。
【００６４】
また、帯域通過フィルタ３１−（Ｎ＋１）乃至帯域通過フィルタ３１−（Ｎ＋Ｍ）は、入力信号のうち、拡大開始周波数より高域側にある所定通過帯域の信号成分を通過させ、複数の高域サブバンド信号の１つとして特徴量算出回路２４と高域信号生成回路２６に供給する。
【００６５】
ここで、帯域通過フィルタ２３による処理の詳細について説明する。なお、説明の便宜のため、以下においては、拡大開始周波数より低域側の帯域通過フィルタ３１の個数がＮ＝４であるとし、拡大開始周波数より高域側の帯域通過フィルタ３１の個数がＭ＝８であるものとする。
【００６６】
例えば、入力信号のナイキスト周波数を１６等分に分割することで得られる１６個のサブバンドのうちの１つを拡大開始帯域とし、その拡大開始帯域の下端の周波数を拡大開始周波数とする。
【００６７】
そして、ナイキスト周波数を１６等分することで得られた１６個のサブバンドのうちの拡大開始周波数より低域側の４個のサブバンドのそれぞれを、帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−４の通過帯域のそれぞれとする。また、１６個のサブバンドのうちの拡大開始周波数より高域側の８個のサブバンドのそれぞれを、帯域通過フィルタ３１−５乃至帯域通過フィルタ３１−１２の通過帯域のそれぞれとする。
【００６８】
図１は、帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−１２の各通過帯域のそれぞれの周波数軸上における配置を示している。
【００６９】
図１に示されるように、拡大開始周波数より低域側の周波数帯域（サブバンド）のうちの高域から１番目のサブバンドのインデックスをsb、２番目のサブバンドのインデックスをsb-1、Ｉ番目のサブバンドのインデックスをsb-(I-1)とする。この場合、帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−４のそれぞれには、拡大開始周波数より低域側のサブバンドのうち、インデックスがsb乃至sb-3であるサブバンドのそれぞれが、通過帯域として割り当てられる。
【００７０】
また、帯域通過フィルタ３１−５乃至帯域通過フィルタ３１−１２のそれぞれには、拡大開始周波数より高域側のサブバンドのうち、インデックスがsb+1乃至sb+8であるサブバンドのそれぞれが通過帯域として割り当てられる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、帯域通過フィルタ３１−１乃至帯域通過フィルタ３１−１２の通過帯域のそれぞれが、入力信号のナイキスト周波数を１６等分することで得られる１６個のサブバンドのうちの所定の１２個のそれぞれである例について説明した。しかし、これに限らず、例えば入力信号のナイキスト周波数を２５６等分することで得られる２５６個のサブバンドのうちの所定の１２個のそれぞれが、各帯域通過フィルタ３１の通過帯域とされるようにしてもよい。また、各帯域通過フィルタ３１の通過帯域の帯域幅は、それぞれ異なっていてもよい。
【００７２】
ステップＳ１４において、特徴量算出回路２４は、帯域通過フィルタ２３から供給された複数のサブバンド信号と、供給された入力信号との少なくとも何れか一方を用いて特徴量を算出し、高域サブバンドパワー推定回路２５に供給する。
【００７３】
例えば、特徴量算出回路２４は、帯域通過フィルタ２３からの４個の低域サブバンド信号に基づいて、サブバンドごとにサブバンド信号のパワー（以下、低域サブバンドパワーとも称する）を特徴量として算出し、高域サブバンドパワー推定回路２５に供給する。
【００７４】
具体的には、特徴量算出回路２４は、帯域通過フィルタ２３から供給された４個の低域サブバンド信号x(ib,n)から、所定の時間フレームＪにおける低域サブバンドパワーpower(ib,J)を次式（１）により求める。ここで、ibはサブバンドのインデックスを示しており、ｎは離散時間のインデックスを示している。なお、低域サブバンド信号の１フレームのサンプル数がFSIZEであり、パワーはデシベルで表現されるものとする。
【００７５】
【数１】
2014026138.tif 000003
【００７６】
このようにして特徴量算出回路２４によって求められた低域サブバンドパワーpower(ib,J)は、特徴量として高域サブバンドパワー推定回路２５に供給される。
【００７７】
なお、低域サブバンドパワーを特徴量として算出する場合を例として説明したが、特徴量は低域サブバンドパワーに限らず、どのようなものであってもよい。例えば、一定の時間区間についての周波数形状のへこみ度合いを示す周波数重心や、低域サブバンドパワーの時間変動が特徴量として算出されるようにしてもよい。
【００７８】
ステップＳ１５において、高域サブバンドパワー推定回路２５は、特徴量算出回路２４から供給された特徴量に基づいて高域サブバンドパワー推定値を算出し、高域信号生成回路２６に供給する。
【００７９】
例えば、高域サブバンドパワー推定回路２５は、特徴量算出回路２４から特徴量として供給された４個のサブバンドの各低域サブバンドパワーに基づいて、高域側のサブバンドsb＋1乃至サブバンドsb＋8の高域サブバンドパワー推定値を算出する。
【００８０】
具体的には、高域サブバンドパワー推定回路２５は、低域サブバンドパワーpower(kb,J)（但し、sb-3≦kb≦sb）に基づいて次式（２）を計算することで、インデックスがibであるサブバンドの高域サブバンドパワー推定値powerest(ib,J)を算出する。
【００８１】
【数２】
2014026138.tif 000004
【００８２】
なお、式（２）において係数Aib(kb)および係数Bibは、サブバンドibごとに異なる値を持つ係数であり、これらの係数Aib(kb)および係数Bibは、様々な入力信号に対して好適な値が得られるように、学習などにより予め求められている。
【００８３】
高域サブバンドパワー推定回路２５は、係数を用いて低域の各サブバンドの低域サブバンドパワーを線形結合することで、高域の各サブバンドの高域サブバンドパワー推定値を算出すると、それらの高域サブバンドパワー推定値を高域信号生成回路２６に供給する。
【００８４】
なお、ここでは、低域サブバンドパワーの線形結合により高域サブバンドパワー推定値を算出する例について説明したが、高域サブバンドパワー推定値の算出方法は、この例に限らず、どのような方法で算出してもよい。例えば、高域サブバンドパワー推定値は、時間フレームＪの前後数フレームの複数の低域サブバンドパワーを線形結合することで算出されるようにしてもよいし、非線形な関数を用いて算出されるようにしてもよい。
【００８５】
ステップＳ１６において、高域サブバンドパワー比較回路３２は、帯域通過フィルタ２３から供給された高域サブバンド信号に基づいて、高域側の各サブバンドの高域サブバンドパワーを算出する。
【００８６】
例えば、高域サブバンドパワー比較回路３２は、帯域通過フィルタ２３から供給される８個の高域サブバンド信号x(ib,n)に基づいて次式（３）を計算することで、サブバンドごとに時間フレームＪにおける高域サブバンドパワーpowerhsb(ib,J)を算出する。
【００８７】
【数３】
2014026138.tif 000005
【００８８】
なお、式（３）において、ibはサブバンドのインデックスを示しており、ｎは離散時間のインデックスを示している。また、高域サブバンド信号の１フレームのサンプル数がFSIZEであり、パワーはデシベルで表現されるものとする。
【００８９】
このようにして、高域側の各サブバンドの高域サブバンドパワーが算出されると、処理はステップＳ１６からステップＳ１７へと進む。
【００９０】
ステップＳ１７において、高域サブバンドパワー比較回路３２は、高域サブバンドパワーと、高域サブバンドパワー推定回路２５から供給された高域サブバンドパワー推定値とをサブバンドごとに比較し、より大きい値のものを擬似高域サブバンドパワーとする。
【００９１】
例えば図１に示したように、サブバンドsb+1乃至サブバンドsb+4では、高域サブバンドパワー推定値EP1乃至高域サブバンドパワー推定値EP4よりも、ステップＳ１６の処理で求めた高域サブバンドパワーCP1乃至高域サブバンドパワーCP4が大きいとする。
【００９２】
また、サブバンドsb+5乃至サブバンドsb+8では、高域サブバンドパワー推定値EP5乃至高域サブバンドパワー推定値EP8が、高域サブバンドパワーCP5乃至高域サブバンドパワーCP8よりも大きいとする。
【００９３】
このような場合、高域サブバンドパワー比較回路３２は、サブバンドsb+1乃至サブバンドsb+4については、各サブバンドの高域サブバンドパワーを、それらの各サブバンドの擬似高域サブバンドパワーとする。また、高域サブバンドパワー比較回路３２は、サブバンドsb+5乃至サブバンドsb+8については、各サブバンドの高域サブバンドパワー推定値を、それらの各サブバンドの擬似高域サブバンドパワーとする。
【００９４】
これにより、例えば図４に示す擬似高域サブバンドパワーが得られる。なお、図４において、図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。図４において、縦軸は入力信号の各周波数のパワーを示しており、横軸は入力信号の各周波数を示している。
【００９５】
図４では、実線で表される直線AP1乃至AP8は、入力信号の高域側のサブバンドsb+1乃至サブバンドsb+8の擬似高域サブバンドパワーを示している。
【００９６】
この例では、図１の高域サブバンドパワーCP1乃至高域サブバンドパワーCP4が、そのまま擬似高域サブバンドパワーAP1乃至擬似高域サブバンドパワーAP4とされている。また、図１の高域サブバンドパワー推定値EP5乃至高域サブバンドパワー推定値EP8が、そのまま擬似高域サブバンドパワーAP5乃至擬似高域サブバンドパワーAP8とされている。
【００９７】
このように、高域サブバンドパワーと高域サブバンドパワー推定値を比較し、より値の大きい方を擬似高域サブバンドパワーとすることで、高域の全てのサブバンドにおいて、疑似高域サブバンドパワーが高域サブバンドパワーよりも小さくなることがなくなる。これにより、出力信号の高域のパワー感が失われ、音質が入力信号よりも劣化してしまうことを防ぐことができる。
【００９８】
ステップＳ１８において、高域信号生成回路２６は、帯域通過フィルタ２３からの低域サブバンド信号と、高域サブバンドパワー比較回路３２で得られた疑似高域サブバンドパワーとに基づいて高域信号を生成し、高域通過フィルタ２７に供給する。なお、ここでいう高域信号とは、拡大開始周波数よりも高域側にある周波数成分からなる信号である。
【００９９】
例えば、高域信号生成回路２６は、帯域通過フィルタ２３から供給された複数の低域サブバンド信号に基づいて式（１）を計算し、低域の各サブバンドの低域サブバンドパワーpower(ib,J)を算出する。
【０１００】
また、高域信号生成回路２６は、算出した低域サブバンドパワーと、高域サブバンドパワー比較回路３２で得られた擬似高域サブバンドパワーpowerpar（ib,J）とに基づいて次式（４）を計算し、利得量G(ib,J)を求める。
【０１０１】
【数４】
2014026138.tif 000006
【０１０２】
なお、式（４）においてsbmap(ib)は、サブバンドibを写像先のサブバンドとした場合の写像元のサブバンドのインデックスを示しており、次式（５）で表わされる。
【０１０３】
【数５】
2014026138.tif 000007
【０１０４】
なお、式（５）において、INT(a)は、値ａの小数点以下を切り捨てる関数である。
【０１０５】
次に、高域信号生成回路２６は、次式（６）を用いて式（４）によって求めた利得量G(ib,J)を帯域通過フィルタ２３からの低域サブバンド信号x(sbmap(ib),n)に乗じることで、利得調整後のサブバンド信号x2(ib,n)を算出する。
【０１０６】
【数６】
2014026138.tif 000008
【０１０７】
さらに、高域信号生成回路２６は、次式（７）を計算し、低域のサブバンドsb-3の下端の周波数に対応する周波数から、サブバンドsbの上端の周波数に対応する周波数へコサイン変調を行うことで、利得調整後のサブバンド信号x2(ib,n)から、コサイン変換された利得調整後のサブバンド信号x3(ib,n)を算出する。
【０１０８】
【数７】
2014026138.tif 000009
【０１０９】
なお、式（７）においてΠは円周率を表す。この式（７）は、利得調整後のサブバンド信号x2(ib,n)が、それぞれ４バンド分高域側の周波数にシフトされることを意味している。
【０１１０】
そして、高域信号生成回路２６は、次式（８）を計算し、高域側にシフトした利得調整後のサブバンド信号x3(ib,n)から、高域信号xhigh(n)を算出する。
【０１１１】
【数８】
2014026138.tif 000010
【０１１２】
すなわち、低域サブバンドパワーと擬似高域サブバンドパワーとの比に応じて、低域サブバンド信号x(sbmap(ib),n)が振幅変調され、その結果、得られたサブバンド信号x2(ib,n)が、さらに周波数変調される。これにより、低域側のサブバンドの周波数成分の信号が、高域側のサブバンドの周波数成分の信号に変換され、高域のサブバンド信号x3(ib,n)が得られる。そして、高域の各サブバンド信号の和が高域信号とされる。
【０１１３】
このように高域側の各サブバンドのサブバンド信号を得る処理は、以下のような処理である。
【０１１４】
周波数領域において連続して並ぶ４つのサブバンドを、帯域ブロックと呼ぶこととし、低域側にある４つのサブバンドsb乃至サブバンドsb-3から、１つの帯域ブロック（以下、特に低域ブロックと称する）が構成されるように、周波数帯域を分割したとする。
【０１１５】
このとき、例えば、高域側の４つのサブバンドsb+1乃至サブバンドsb+4からなる帯域が、１つの帯域ブロックとされる。なお、以下、高域側、すなわちインデックスがsb+1以上であるサブバンドからなる帯域ブロックを、特に高域ブロックと呼ぶこととする。
【０１１６】
いま、高域ブロックを構成する１つのサブバンドに注目し、そのサブバンド（以下、注目サブバンドと称する）の高域サブバンド信号を生成するとする。まず、高域信号生成回路２６は、高域ブロックにおける注目サブバンドの位置と、ブロック内において相対的に同じ位置関係にある低域ブロックのサブバンドを特定する。
【０１１７】
例えば、注目サブバンドがサブバンドsb+1であれば、注目サブバンドは、高域ブロックのうちの最も周波数が低い帯域であるので、注目サブバンドと同じ位置関係にある低域ブロックのサブバンドはサブバンドsb-3となる。
【０１１８】
このようにして、注目サブバンドと、ブロック内において相対的に同じ位置関係にある低域ブロックのサブバンドが特定されると、特定されたサブバンドの低域サブバンドパワーおよび低域サブバンド信号と、注目サブバンドの擬似高域サブバンドパワーとが用いられて、注目サブバンドの高域サブバンド信号が生成される。
【０１１９】
すなわち、擬似高域サブバンドパワーと低域サブバンドパワーが式（４）に代入されて、それらのパワーの比に応じた利得量が算出される。そして、算出された利得量が低域サブバンド信号に乗算され、さらに利得量が乗算された低域サブバンド信号が式（７）の演算により周波数変調されて、注目サブバンドの高域サブバンド信号とされる。
【０１２０】
このようにして得られた高域側の各サブバンドの高域サブバンド信号の和を求めることで、高域信号が生成される。高域信号生成回路２６は、高域信号が得られると、得られた高域信号を高域通過フィルタ２７に供給する。
【０１２１】
ステップＳ１９において、高域通過フィルタ２７は、高域信号生成回路２６から供給された高域信号を高域通過フィルタでフィルタリングすることにより、高域信号に含まれる低域への折り返し成分等のノイズを除去する。そして、高域通過フィルタ２７は、フィルタリングで得られた高域信号を信号加算器２８に供給する。
【０１２２】
ステップＳ２０において、信号加算器２８は、遅延回路２２から供給された低域信号と、高域通過フィルタ２７から供給された高域信号とを加算し、出力信号として出力する。出力信号が出力されると、周波数帯域拡大処理は終了する。
【０１２３】
以上のようにして、周波数帯域拡大装置１１は、入力信号に含まれている実際の高域成分の高域サブバンドパワーと、入力信号から抽出された特徴量から推定された高域サブバンドパワー推定値とをサブバンドごとに比較する。そして、周波数帯域拡大装置１１は、比較した高域サブバンドパワーと高域サブバンドパワー推定値のうち、より大きい方を、そのサブバンドのパワーとして用いて高域信号を生成する。
【０１２４】
したがって、周波数帯域拡大装置１１によれば、実際の高域サブバンドパワーと、高域サブバンドパワー推定値とを比較するという簡単な処理で、高域のパワー感の低下を抑制し、より高品質な音声信号を得ることができる。例えば、入力信号に拡大開始周波数よりも高域側の周波数成分が多く含まれている場合には、その高域周波数成分を有効に活用することができるので、効果的に高域のパワー感の低下を抑制することができる。
【０１２５】
本技術は、例えば拡大開始周波数が予め定められており、周波数成分の帯域幅が狭い入力信号から、周波数成分の帯域幅が広い入力信号まで、様々な帯域幅の入力信号が再生対象となり得る場合などに特に有効である。
【０１２６】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０１２７】
図５は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
【０１２８】
コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）２０１，ROM（Read Only Memory）２０２，RAM（Random Access Memory）２０３は、バス２０４により相互に接続されている。
【０１２９】
バス２０４には、さらに、入出力インターフェース２０５が接続されている。入出力インターフェース２０５には、入力部２０６、出力部２０７、記録部２０８、通信部２０９、及びドライブ２１０が接続されている。
【０１３０】
入力部２０６は、キーボード、マウス、マイクロホン、撮像素子などよりなる。出力部２０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記録部２０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部２０９は、ネットワークインターフェースなどよりなる。ドライブ２１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア２１１を駆動する。
【０１３１】
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU２０１が、例えば、記録部２０８に記録されているプログラムを、入出力インターフェース２０５及びバス２０４を介して、RAM２０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【０１３２】
コンピュータ（CPU２０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア２１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
【０１３３】
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア２１１をドライブ２１０に装着することにより、入出力インターフェース２０５を介して、記録部２０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部２０９で受信し、記録部２０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM２０２や記録部２０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【０１３４】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０１３５】
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１３６】
例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
【０１３７】
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０１３８】
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０１３９】
さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
【０１４０】
［１］
入力信号を複数のサブバンドのサブバンド信号に分割する信号分割部と、
前記入力信号から抽出された特徴量に基づいて、前記入力信号の高域のサブバンドのパワーを推定し、高域サブバンドパワー推定値とする高域サブバンドパワー推定部と、
前記入力信号の高域のサブバンドの前記サブバンド信号から得られた高域サブバンドパワーと、前記高域サブバンドパワー推定値とを比較する比較部と、
前記比較の結果と、前記サブバンド信号とに基づいて、前記入力信号の高域信号を生成する高域信号生成部と
を備える周波数帯域拡大装置。
［２］
前記入力信号の低域信号と前記高域信号とに基づいて出力信号を生成する生成部をさらに備える
［１］に記載の周波数帯域拡大装置。
［３］
前記高域信号生成部は、同じサブバンドの前記高域サブバンドパワーおよび前記高域サブバンドパワー推定値のうちのより大きいものと、前記サブバンド信号とに基づいて前記高域信号を生成する
［１］または［２］に記載の周波数帯域拡大装置。
［４］
前記高域信号生成部は、前記比較の結果と、前記入力信号の低域のサブバンドの前記サブバンド信号とに基づいて、前記高域信号を生成する
［１］乃至［３］の何れかに記載の周波数帯域拡大装置。
［５］
前記入力信号の低域のサブバンドの前記サブバンド信号の低域サブバンドパワーを前記特徴量として算出する特徴量算出部をさらに備える
［１］乃至［４］の何れかに記載の周波数帯域拡大装置。
［６］
前記高域サブバンドパワー推定部は、予め用意された係数を用いて前記低域サブバンドパワーを線形結合することにより、前記高域サブバンドパワー推定値を算出する
［５］に記載の周波数帯域拡大装置。
【符号の説明】
【０１４１】
１１  周波数帯域拡大装置，  ２１  低域通過フィルタ，  ２３  帯域通過フィルタ，  ２４  特徴量算出回路，  ２５  高域サブバンドパワー推定回路，  ２６  高域信号生成回路，  ２８  信号加算器，  ３２  高域サブバンドパワー比較回路
【図１】
2014026138.tif 000011
【図２】
2014026138.tif 000012
【図３】
2014026138.tif 000013
【図４】
2014026138.tif 000014
【図５】
2014026138.tif 000015