(57)【要約】音声信号処理装置（１）は、入力された音声信号のための音声入力部（３）と、出て行く音声信号を出力する音声出力部（５）と、前記入力された音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善する変換（２）を実行するプロセッサ（９）とを有する。前記変換（２）は、ロンバード効果の少なくとも１つの特徴をモデル化することによって、ノイズレベル値（７）に基づいて、前記入力された音声信号を、前記出て行く音声信号に変換する。ロンバード効果とは、人間が、ノイズの有る環境で話す際に、自身のスピーチを変化させる固有の方法である。当該音声信号処理は、テレビジョン受信機及びラジオ番組受信機において応用されることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号処理装置であって、入力された音声信号を得る音声入力部と、出て行く音声信号を出力する音声出力部と、前記入力された音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善する変換を実行するプロセッサとを有する音声信号処理装置において、前記プロセッサが、前記出て行く音声信号の再生の前記明瞭度に影響を及ぼすノイズの程度を示すノイズレベル値を得るように構成され、前記入力された音声信号を、音声信号の音量制御ではなく、前記ノイズレベル値に基づいて、ロンバード効果の少なくとも１つの特徴をモデル化する変換によって、前記出て行く信号に変換する機能を有することを特徴とする、音声信号処理装置。
【請求項２】
マイクロホン及びノイズ値抽出器が、環境ノイズからの前記ノイズレベル値を、前記プロセッサに供給するように設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項３】
前記入力された音声信号から前記ノイズレベル値を取得するノイズ値特徴づけ器が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の音声信号処置装置。
【請求項４】
前記ノイズレベル値を、選択された値に設定する選択入力部が、設けられていることを特徴とする、請求項１又は３に記載の音声信号処理装置。
【請求項５】
信号形式特徴づけ値を前記プロセッサに供給し、前記プロセッサが前記信号形式特徴づけ値に依存して前記入力された音声信号の変換を実行することができるようにする信号形式特徴づけ手段が、設けられていることを特徴とする、請求項１又は３に記載の音声信号処理装置。
【請求項６】
前記変換が、前記ノイズレベル値に基づいて、前記入力された音声信号のスペクトル外形を変更することを特徴とする、請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項７】
前記変換が、前記ノイズレベル値に基づいて、前記入力された音声信号の言葉の長さを変更することを特徴とする、請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項８】
入力された音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善することができるテレビジョン受信機において、音声信号処理装置が設けられ、該音声信号処理装置は、前記入力された音声信号を得る音声入力部と、出て行く音声信号を出力する音声出力部と、前記入力された音声信号を、前記出て行く音声信号に変換するプロセッサとを有し、前記プロセッサは、前記プロセッサに利用可能であるノイズレベル値に基づいて、ロンバード効果の特徴から選択された音声信号への少なくとも１つの変更をモデル化する変換によって、前記入力された音声信号を、前記出て行く音声信号に変換することを特徴とする、テレビジョン受信機。
【請求項９】
入力された音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善することができるラジオ番組受信機において、音声信号処理装置が設けられ、該音声信号処理装置は、前記入力された音声信号を得る音声入力部と、出て行く音声信号を出力する音声出力部と、前記入力された音声信号を、前記出て行く音声信号に変換するプロセッサとを有し、前記プロセッサは、前記プロセッサに利用可能であるノイズレベル値に基づいて、ロンバード効果の特徴から選択された音声信号への少なくとも１つの変更をモデル化する変換によって、前記入力された音声信号を、前記出て行く音声信号に変換することを特徴とする、ラジオ番組受信機。
【請求項１０】
音声信号内のスピーチの明瞭度を向上させる方法であって、
―  入力された音声信号を得る第１ステップ、
―  前記入力された音声信号を、出て行く音声信号に変換する第２ステップ、
―  前記出て行く音声信号を出力する第３ステップ、
を有する方法において、前記方法が、前記出て行く音声信号の再生の前記明瞭度に影響を及ぼすノイズの程度を示すノイズレベル値を得て、音声信号の音量制御ではない、前記ノイズレベル値に基づいて、ロンバード効果の少なくとも１つの特徴をモデル化する変換によって、前記入力された音声信号を、前記出て行く音声信号に変換することを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号処理装置に関し、該音声信号処理装置は、入力された音声入力を得る音声入力部と、出て行く音声信号を出力する音声出力部と、前記入力された音声信号内に存在するスピーチの明瞭度（intelligibility）を改善する変換を実行するプロセッサとを有する。
【０００２】
本発明は、前記のような音声信号処理装置を有するテレビジョン受信機にも関する。
【０００３】
本発明は、前記のような音声信号処理装置を有するラジオ番組受信機にも関する。
【０００４】
本発明は、音声信号の明瞭度を上げる方法にも関し、該方法は、
―  入力された音声信号を得る第１ステップ
―  前記入力された音声信号を、出て行く音声信号に変換する第２ステップ、
―  前記出て行く音声信号を出力する第３ステップ、
を有する。
【背景技術】
【０００５】
テレビジョン受信機におけるスピーチの明瞭度を改善する装置は、米国特許第ＵＳ−Ｂ−６，２２６，６０５号明細書から知られている。前記特許明細書は、テレビジョン受信機における補聴器から知られているスピーチ明瞭度アルゴリズムのアプリケーションを記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記アルゴリズムの１つは、話されている言葉の間の無音期間の長さを長くすることによって、遅い速度で、スピーチを再生する。前記アルゴリズムは、特定の人のために、スピーチの明瞭度を改善するように設計されているが、該アルゴリズムは、音声信号内のスピーチの明瞭度に影響を与える、人に関係するいかなる固有の要因も考慮に入れていないということが、既知の装置の欠点である。
【０００７】
本発明の第１目的は、冒頭段落に記載した種類の装置であって、スピーチの明瞭度をより良い方式で改善することができる装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２目的は、冒頭段落に記載した種類のテレビジョン受信機であって、到来するテレビジョン信号内に存在するスピーチの明瞭度を、既知の方式よりも良い方式で向上させる手段を有するテレビジョン受信機を提供することにある。
【０００９】
本発明の第３目的は、冒頭段落に記載した種類のラジオ番組受信機であって、到来するラジオ信号内に存在するスピーチの明瞭度を、既知の方式よりも良い方式で向上させる手段を有するラジオ番組受信機を提供することにある。
【００１０】
本発明の第４目的は、冒頭段落に記載した種類の音声信号を変換する方法であって、該音声信号内に存在するピーチの明瞭度を向上させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記第１目的は、当該プロセッサが、ノイズレベル値を有し、ロンバード効果（Lombard effect）の少なくとも１つの特徴をモデル化する変換によって、前記ノイズレベル値に基づいて、入力された音声信号を、出て行く音声信号に変換する機能を有することによって、達成される。ロンバード効果又はロンバードレフレックス（Lombard reflex）とは、話し手が、ノイズのある環境において話す場合の、人間のスピーチの変化を示す用語である。人間のスピーチは、いつも同様であるとは限らない。スピーチの変化の第１分類は、スピーチの一定モード内の意図された変化を含む。例えば、話し手は、言葉を強調し得る。スピーチの変化の第２分類は、異なるスピーチモードへの意図された又は意図されていない変化を含む。例えば、スピーチの特徴は、話し手が疲れている場合、又は話し手が振動している環境において若しくはノイズのある環境において話す場合に変化する。通常のスピーチからロンバードスピーチに変化する音声信号の特徴のいくつかは、例えば、信号の音量、言葉の長さ及びピッチである。スピーチの改善は、いかなる音声信号にも応用されることができるが、該音声信号が、何らかのスピーチを含む場合にのみ便利である。本発明による変換は、通常のスピーチからロンバードスピーチへの変化を正確にモデル化する、忠実なスピーチ明瞭度の改善を提供することができ、この場合において、ロンバードスピーチモードを生じさせるノイズの正確な特徴づけが必要である。前記忠実な変換は、人間がロンバードスピーチを発音する際と同程度のロンバードスピーチを再生することができるか、又はスピーチの明瞭度を人間よりも改善することさえできるかの、いずれかである。代替的には、前記変換は、ロンバード効果に似たものとなることができ、この場合、該変換は、より正確でないノイズレベル値に基づいて、スピーチの明瞭度を最適下限的に改善する。
【００１２】
ややありふれた変換であって、周囲のノイズに依存して、音声信号音量を、ただ単に大きくする変換は、従来技術に存在する。米国特許第ＵＳ−Ａ−５，９０７，６２２号明細書は、音声信号処理システムを記載しており、該音声信号処理システムは、音声信号音量を、周囲のノイズ測定値に基づいて変化させるが、該音声信号内のスピーチの明瞭度を、高品質の方式で更に改善する進歩した処理は、何も実行していない。本発明による音声信号処理装置は、ロンバード効果の少なくとも１つの特徴を、音声処理において知られている単純な信号音量調整よりも複雑な方式で実施するものである。ロンバード効果の多くの特徴は、音声信号処理の分野よりも、スピーチ処理の分野に属する。本発明による音声信号処理装置は、付加的な信号音量調整を実行することもできるが、これは、本発明の要旨ではない。
【００１３】
本発明の音声信号処理装置の実施例において、マイクロホン及びノイズ値抽出器は、前記ノイズレベル値を、出て行く音声信号が再生される環境におけるノイズから、当該処理装置に供給するために設けられている。この実施例によって、当該装置は、ノイズが当該音声信号処理装置の環境に存在する場合、入力された音声信号の明瞭度を改善することができる。入力された音声信号は、例えば、放送スタジオにおいて、録音中のノイズの存在を考慮に入れて、既に改善されていることがあり得る。放送局は、出て行く音声信号の再生中にどのようなノイズが発生するかを知りようがないので、改良は当該音声信号処理装置において実行されなければならない。当該音声信号処理装置の周囲のノイズを測定するために、マクロホンは、この環境における音を捕捉する。前記マイクロホンに接続されているノイズ値抽出器は、前記マイクロホンから来て、該ノイズ値抽出器に入る入力された電気的な音声信号からノイズレベル値を発生する。一般的に、当該音声処理装置は、出て行く音声信号を再生するスピーカに接続されているので、前記マイクロホンは、出て行く音声信号から発生される音と、該音声信号処理装置の環境に存在する他のノイズ音とを捕捉する。前記変換は、前記出て行く音声信号から発生される音からではなく、前記他のノイズ音だけから得られるノイズレベル値に基づいて、スピーチの明瞭度を改善することが好ましい。これを達成するために、適応エコーキャンセルアルゴリズムが、前記ノイズ値抽出器内に設けられることができ、前記ノイズレベル値が、前記環境における他のノイズ音に主に依存するように、前記出て行く音声信号から発生される音の寄与を減少する。
【００１４】
これは、前記入力された音声信号からノイズレベル値を取得するノイズ値特徴づけ器が設けられる場合、有利である。例えば、街頭における現場でのレポートのような、いくつかの放送においては、背景ノイズが、前記入力された音声信号内に存在する。話し手は、この背景ノイズを補償するために、既にロンバード効果を適用し得るが、該話し手によって知覚されるノイズの迷惑さは、マイクロホンによって捕捉される音声信号における迷惑さと、必ずしも等しいものではない。更に、例えば、圧縮又は他の音声信号変換による放送及び伝送の間に前記信号に付加される他のノイズがある。従って、ノイズ測定は、前記入って来た音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善するために、受信機側において、入力された音声信号内に存在するノイズに関して実行されることができることが、望ましい。受信機側で使用される当該音声信号処理装置の実施例に似た実施例が、全ての受信機に対して同一の方式でスピーチの明瞭度を改善するために、放送局側で使用されることができる。
【００１５】
これは、前記ノイズレベル値を選択された値に設定する選択入力部が設けられる場合、有利である。これは、ユーザが、スピーチの明瞭度を、自分自身の好みに同調することを可能にする。当該変換が、ロンバード効果を完全にモデル化しない場合、前記ノイズが完全に特徴づけられない場合、又はユーザが、部分的な、最適下限のスピーチ明瞭度改善を望むだけの場合、該ユーザは、前記ノイズレベル値を、自分が該明瞭度を好む方式で、スピーチ明瞭度が改善される値に設定することができる。
【００１６】
これは、信号形式特徴づけ手段が設けられる場合にも有利であって、該信号形式特徴づけ手段は、当該プロセッサに、信号形式特徴づけ値を供給し、当該プロセッサが、該信号形式特徴づけ値に依存して、前記入力された信号の変換を実行することができるようにする。例えば、前記変換は、信号形式特徴づけ値が、スピーチが前記入力された音声信号内に存在すると示す場合にのみ、適用される。又は、前記変換は、前記信号形式特徴づけ値が、例えば、クラシック音楽が存在すると示す場合には、スピーチが該クラシック音楽と同時に存在するかどうかに関わらず、適用されない。前記信号形式特徴づけ値は、ラジオデータシステム（ＲＤＳ）における番組形式情報のような受信された信号内に存在する付加的なデータから取り出されることができる。更に、入力された音声信号は、該入力された音声信号が、例えばスピーチ又は音楽を含むかどうかを決定するために分析されることができ、このことは前記信号形式特徴づけ値によって示される。
【００１７】
ロンバード効果の特徴の１つは、入力された音声信号のスペクトル曲線が、前記ノイズレベル値に基づいて、変更されることである。例えば、フォルマントにおけるエネルギ又はフォルマントの急勾配度（steepness）が、変更されることができる。フォルマントの幅、又はフォルマントの周波数も、変更されることができる。代替的には、非線形変換が、スペクトルの周波数軸に適用されることができ、新しいスペクトルを生じる。
【００１８】
ロンバード効果の他の特徴は、言葉の長さが、前記ノイズレベル値に基づいて変更されることである。例えば、入力された音声信号の一部の長さが固定されるように保持する変換は、有声部分の期間を長くするために、言葉の間の無声期間を短くすることができ、このことは、低速での言葉の再生に対応する。
【００１９】
更に、入力された音声信号のピッチ又は音量が、前記ノイズレベル値に基づいて、変更されることができる。
【００２０】
ロンバード効果のこの他の特徴は、例えば、J.C. Junquaによる文献“Lombard reflex and its role on human listeners and automatic speech recognizers. Journal of the Acoustic Society of America, vol. 93, no. 1, Jan. 1993, pp. 510-524”に記載されている。
【００２１】
ノイズの音量を特徴づける単一のノイズレベル値を使用する代わりに、他の値が、該ノイズをより完全に特徴づけることができ、例えば、該他の値は、該ノイズの周波数分布を特徴づけることができる。
【００２２】
本発明の第２目的は、テレビジョン受信機が、上述の音声信号処理装置の実施例の１つを備えることによって達成され、該テレビジョン受信機によってテレビジョン信号から抽出される音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善する。テレビジョン番組におけるピーチの明瞭度は、高齢者のようなあまり鋭くない聴力を有する人が、該テレビジョン番組を、満足のいく方式で聞き取ることができるようにするには、しばしば不十分である。
【００２３】
本発明の第３目的は、ラジオ番組受信機が、上述の音声信号処理装置の実施例の１つを備えることによって達成され、該ラジオ番組受信機によって該ラジオ番組から抽出される音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善する。例えば、電話の会話が、ラジオ番組中に放送される場合、電話回線の他端での人は、しばしば、ほとんど理解できない。
【００２４】
本発明の第４目的は、前記方法が、出て行く音声信号の再生の明瞭度に影響を与える、ノイズの程度を示すノイズレベル値を得て、入力された音声信号を、音声信号の音量制御ではないロンバード効果の少なくとも１つの特徴をモデル化する変換により、前記ノイズレベル値に基づいて、該出て行く音声信号に変換することによって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の音声信号処理装置、テレビジョン受信機、ラジオ番組受信機、及び方法のこれら及び他の特徴は、以下に記載される実施及び実施例を参照し、添付図面を参照することによって、明らかになり、説明され、該添付図面は、本発明による音声信号処理装置、テレビジョン受信機、ラジオ番組受信機、及び方法の実施例のいくつかの特徴の説明に限るだけのものではない。
【００２６】
これらの図において、異なる図において同一の符号を有するエレメントは、同一の機能を果たし、破線で描かれているエレメントは、所望の実施例に依存するオプションである。
【００２７】
図１の音声信号処理装置１は、入力された音声信号を得る音声入力部３と、出て行く音声信号を出力する音声出力部５とを有する。プロセッサ９は、ロンバード効果の少なくとも１つの特徴をモデルとして、入力された音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善する変換２を実行する。変換２は、入力された音声信号の少なくとも１つの特徴を、前記プロセッサ９に利用可能であるノイズレベル値７に基づいて、変更する。特定の実施例において、このノイズレベル値７は、例えば当該音声信号処理装置の環境から、測定されることができ、この場合、プロセッサ９は、聴き手の耳に入る環境ノイズによって低下された前記出て行く音声信号の再生の明瞭度を、改善しようと試みる。前記出て行く音声信号は、スピーカ６０によって再生されることもできる。
【００２８】
図２は、より多くのフィーチャを有する、音声信号処理装置１のより進歩した実施例を示している。第１ノイズレベル値７の発生の可能性においては、前記環境におけるノイズが、マイクロホン１１によって捕捉される。前記環境における真の外部的なノイズは別として、マイクロホン１１は、前記音声信号処理装置１に接続されているスピーカ６０による前記出て行く音声信号の再生によって発生される音声信号成分も捕捉する。好適実施例において、スピーカ６０による前記出て行く音声信号の再生によって発生される前記音声信号成分は、まず、マイクロホン１１から到来する信号から減じられる、又は、さもないと、前記ノイズ値総和器（summarizer）１０２は、前記環境におけるノイズの程度を総和し、間違ったノイズレベル値７を、プロセッサ９に供給する。スピーカ６０による出て行く音声信号の再生によって発生され、部屋じゅうを進行する音声信号成分の近似が、適応エコーキャンセルフィルタ１０１によって、前記マイクロホンから到来する前記信号から減算される。この適応エコーキャンセルフィルタ１０１の係数は、前記部屋を経て、スピーカ６０からマイクロホン１１までの前記出て行く音声信号の再生の伝送をモデル化する。前記フィルタは、前記出て行く音声信号からの出て行く信号フィードバック１０４の入力を有する。前記適応エコーキャンセルフィルタ１０１が、デジタル線形フィルタである場合、スピーカ６０による前記出て行く音声信号の再生によって発生される前記音声信号成分の最良の近似は、以下の式によって得られる。
【数１】
2005530213.tif 000002
【００２９】
この式において、ｋはサンプリング時刻、Ｍ（ｋ）はサンプリング時刻ｋにおいて前記マイクロホンから到来する信号のサンプリングされた値、＾ｒ（ｋ）は、スピーカ６０による前記出て行く音声信号の再生によって発生される音声信号成分のサンプルｒ（ｋ）の適応フィルタによる推定であり、ｎ（ｋ）は、前記マイクロホンによって捕捉される真の環境ノイズのサンプルであって、このｎ（ｋ）は、適切なノイズレベル値７を発生するノイズ値総和器１０２によって望まれているものである。線形適応エコーキャンセルフィルタ１０１は、自身の入力ｏ（ｋ）から、自身の出力信号＾ｒ（ｋ）を発生し、これは、例えば、以下の式による、サンプリングされた出て行く音声信号である。
【数２】
2005530213.tif 000003
【００３０】
前記エラーｅ（ｋ）を最小化することによって、フィルタ係数ｗｐ（ｋ）の推定は、複数の方法において、例えば最小二乗法によって、行われることができる。更なる情報は、Simon S. Haykinによる書籍“Adaptive filter theory. Prentice Hall 1986. ISBN 013004052-5 025. pp. 307-348”から得ることができる。適応エコーキャンセルフィルタ１０１の組み込みの代替として、スピーカ６０による出て行く音声信号の再生は、一定時間スライスの間、遮断されることができる、又は前記出て行く音声は、静かに再生されることができ、真の外部のノイズの測定を改善する。前記ノイズ値総和器は、例えば、サンプルの数Ｌに渡って、以下の線形変換ｆによって、前記ノイズ電力を平均化することにより、ノイズレベル値７を得ることができる。
【数３】
2005530213.tif 000004
この式において、Ｖは、ノイズレベル値７である。
【００３１】
ノイズレベル値７を得る様々な可能性があるので、前記環境から得られる前記ノイズレベル値７は、環境ノイズレベル値２１として、前記プロセッサに供給される。
【００３２】
第２ノイズレベル値７の発生の可能性においては、前記入力された音声信号内に存在するノイズは、特徴づけられる。更に、このノイズは、前記出て行く音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を低下させる。この目的のために、ノイズ値特徴づけ器１３が、音声信号処理装置１の実施例内に含まれている。ノイズ値特徴づけ器１３は、例えば、スピーチに関する周波数範囲の外側の周波数帯域における信号電力を計算することによって、前記入力された信号におけるノイズを推定することができる。他の可能性は、ノイズ値特徴づけ器１３が、入力された音声信号の時間特性を使用することである。例えば、スピーチを含む時間スライスの間の、沈黙時間スライス（quieter time slices）は、ノイズのみを含んでいる。ノイズと、声に出されたスピーチと、他の音声信号形式とを識別するこれらのフィーチャのいくつかは文献において記載されており、例えば、高零点交差率比（High Zero-Crossing Rate ratio）又はスペクトルフラックスであって、これらは、ノイズとスピーチとの間の信頼性のある識別に、様々な組み合わせで使用されることができる。複数のフィーチャが、L.Lu，H.Jiang，HJ.Zhangによる“A robust audio classification and segmentation method. Proc. Int. Conf on Multimedia, 2001, Ottawa (Canada), pp. 203-211”に記載されている。これらのフィーチャの大部分は、入力された音声信号内にスピーチが存在するかどうかを識別するために、ノイズ値特徴づけ器１３においてと、信号形式特徴づけ手段１７においてとの両方で、使用されることができる。このノイズ値特徴づけ器１３は、信号ノイズレベル値２３を、前記プロセッサに供給する。
【００３３】
第３ノイズレベル値７の発生の可能性においては、聴き手が、ノイズレベル値７を手動で入力し、変換２が、出て行く音声信号内のスピーチの明瞭度を、聴き手の好みに従って、最適に改善することを可能にする。これは、例えば、リモート制御ユニット１０５における１つ以上のボタンを押すことによって、現ノイズレベル値７を増加又は減少させることによって実行されることができ、該リモート制御ユニット１０５は、選択入力部１０５に制御入力信号を送り、該制御入力信号から、選択されたノイズレベル値２５が、ノイズ値ストリッパ（stripper）１０３によってプロセッサ９に供給される、ここで、該ノイズ値ストリッパ１０３は、前記制御入力信号から、選択されたノイズレベル値２５を取り出す。
【００３４】
単一のノイズレベル値７は、環境ノイズレベル値２１、信号ノイズレベル値２３及び選択されたノイズレベル値２５から、複数の方式で発生されることができる。例えば、ノイズレベル値７は、環境ノイズレベル値２１と、信号ノイズレベル値２３との和に等しく設定されることができる。他の可能性は、ノイズレベル値７は、選択されたノイズレベル値２５に等しく設定されることである。
【００３５】
図２に更に示されているように、音声信号処理装置１の実施例は、信号形式特徴づけ手段１７を有し、該信号特徴づけ手段１７は、信号形式特徴づけ値１８を、プロセッサ９に供給する。人間は、ノイズのある状況の下で、ロンバード効果を自身のスピーチに適用するので、ロンバード効果の特徴をモデル化する変換２を、入力された音声信号に適用することは、概して、該入力された音声信号が何らかのスピーチを含む場合に興味深い。前記入力された音声信号が、例えば、音楽若しくは他の音、又は、例えば、自然ドキュメンタリにおける動物の音声のみを含む場合、スピーチの明瞭度を改善する変換を適用することは、役に立たず、それどころか、該変換は、該音声信号の品質を劣化させ得る。従って、入力された音声信号内にスピーチが存在する場合を示すことができ、及び必要であれば、どれくらいのスピーチが、又はどのような形式のスピーチが存在するかも示すことができる信号形式特徴づけ手段１７を含むことが、興味深い。前記信号形式特徴づけ値１８を得るために、信号形式特徴づけ手段１７に対する複数の代替案がある。しばしば、テキストサービス情報が、音声と共に、放送局によって供給されている。このサービス情報は、例えば、前記音声が、ジャズソング又はニュース速報に対応するかどうかを示すことができる。付加的には、信号形式特徴づけ手段１７は、入力された音声信号そのものを分析し、スピーチが存在するかどうかを推定するアルゴリズムを使用することができる。例えば、スピーチは、しばしば、音楽よりも明白な変調を有し、このことは、大声で声に出された時間スライスの間に、比較的静かな時間スライスがあることを意味する。スピーチ／音楽の区別の他の例は、米国特許第ＵＳ−Ａ−５，８７８，３９１号明細書に記載されている。入力された音声内に、音楽のみが存在する場合、例えば音楽の形式に依存して、等化器（equalizer）設定を設定する変換が、適用されることができる。
【００３６】
図３は、ロンバード効果のいくつかの特徴をモデル化する変換２の実現化の例を示している。まず、信号は、ピッチ変更器５１によって処置される。ピッチは、人間が音から得る音響心理特性である。しかしながら、ピッチに関連する技術が存在する。発生されたスピーチの生成は、声帯による振動を意味するディラックインパルス（Dirac impulse）の一連（train）としてモデル化されることができ、該一連は、フィルタによって、フィルタリングされ、声道、声門のソーススペクトル、及び放射量スペクトルにおける共鳴を表す。詳細は、例えば、R. W. Shafer，L. R. Rabinerによる“System for automatic formant analysis of voiced speech. Journal of the Acoustical Society of America, vol. 47, no. 2, 1970, pp. 634-648”、及びB.S. Atal，S.L. Hanauerによる“Speech analysis and synthesis by linear prediction of the speech wave. Journal of the Acoustical Society of America, vol. 50, no. 2, 1971, pp. 637-655”に記載されている。スピーチのピッチは、ディラックインパルスの期間によって決定される。実際には、音声信号スペクトルにおける第１ピーク、又は音声信号の自己相関が、音声信号のピッチを決定するのに使用されることができる。
【００３７】
前記自己相関方法によって、例えばピッチＴは、以下の相関関係を最大化するタイムシフトである。
【数４】
2005530213.tif 000005
ここで、この内積は、典型的には、音声信号ｉ（ｋ）の所定のサンプル数Ｓに渡って計算され、ｉ（ｋ）の指数成分の小さいＴは、転置を示している。ノイズレベル値７Ｖに依存して、例えば、以下の区分的線形式によって、新しいピッチＴ´が計算される。
【数５】
2005530213.tif 000006
ここで、定数βiは、曲線が連続になるように選択される。
【００３８】
従って、より多くのノイズが測定されるほど、新しいピッチＴ´はより高くなる。
【００３９】
新しい信号は、ここで、前記新しいピッチによって合成されるべきである。同期波重畳（SOLA: Synchronized Overlap and Add）技術における複数の変形、例えば、ピッチ同期波形重畳（PSOLA: Pitch Synchronous Overlap and Add）又は波形相似に基づく同期波形重畳（WSOLA: Waveform Similarity based Overlap and Add）が使用されることができる。これらの技術は、音声信号内に、類似の振動波形を複数回（例えば、５０回）有する長い周期性の時間スライスがあるという事実を活用している。これらの振動波形は、声帯からのディラックインパルス振動に応答して、声道によって発生される。口を開くことによるような、声道の変化の遅い現象は、例えば、５０個の類似の振動波形の後に、新しい振動波形が、複数回繰り返されるという事実によって、音声信号内に反映される。
【００４０】
例えば、同一のピッチであるが、短い期間によって、新しい音声信号を発生することが望まれている場合、例えば５０個の振動波形のうちの４０個のみが、新しい音声信号にコピーされる。同一の期間であるが、より高いピッチを有する信号が必要とされる場合、多数の振動波形が、新しい音声信号の同一の期間の時間スライス内にコピーされ、該振動波形は、加算されて、重なる。
【００４１】
この原理は、模式的に図６に示されており、該図６は、古い音声信号３０１を示しており、これは、高いピッチの新しい音声信号３０３に変換される。第１合成時点３０７において、新しい音声信号の第１新しい波形３１１は、該第１合成時点３０７の時間環境内に構成される。この第１新しい波形３１１は、古い音声信号３０１の第１古い波形３０９に対応している。第１古い波形３０９の抽出（excitation）を実行する前記第１分析時点３０５は、第１合成時点３０７、及び古いピッチと新しいピッチとの間の関係によって決定される。新しい音声信号３０３の合成は、以下の式に要約されることができる。
【数６】
2005530213.tif 000007
【００４２】
式〔６〕において、新しい音声信号３０３  ｙ（ｋ）は、離散的な数の合成時点（ｉによって数えられており、時間間隔Ｔを隔てて位置づけられている）における、古い音声信号ｘから抽出された波形の重なりによって、離散的な時間ｋの全てにおいて合成される。式〔６〕において、更に、抽出された及び合成された波形の両方が、同一のウィンドウｗによって加重されていると、みなされる。τ−１（ｉＴ）は、合成時点ｉＴに対応する分析時点であり、ここで、古い音声信号からの波形の抽出が、行われるべきである。しかしながら、抽出された波形を、既に合成された新しい音声信号の一部に付加する場合、古い音声信号から抽出された波形は、既に合成された新しい音声信号の該一部に従うことが期待される振動波形に密接に類似することに注意しなくてはならない。従って、小さいオフセットΔｉが導入され、これは、τ−１（ｉＴ）よりもわずかに異なる離散的時間における波形の抽出を可能にする。このことは、第３合成時点３２３及び第４合成時点３２７の両方において、同一の抽出された第３古い波形３２５が、既に合成された新しい音声信号３０３の一部に付加されているという事実によって、図６に模式的に示されている。
【００４３】
様々なＳＯＬＡの更なる詳細は、例えば、W. Verhelst，D. Van Compernolle，P. Wambacqによる“A unified view on synchronized overlap-add methods for prosodic modification of speech. Proceedings of the International Conference on Spoken Language Processing. Beijing October 2002, pp. 63-66”に記載されている。音声信号ピッチ変更の他の例は、米国特許ＵＳ−Ａ−５，４７９，５６４号明細書に与えられている。
【００４４】
第二に、ピッチ変更の後、前記信号は、フォルマントエンハンサ（formant enhancer）５３によって処理される。フォルマントとは、声道内の共鳴であって、これは、声道モデルフィルタの極によって、モデル化されることができる。フォルマントエンハンサ５３は、例えば、自己回帰移動平均（ＡＲＭＡ）フィルタを、ピッチ変更器５１を出る音声信号に適用することによって、自身の目標を達成し、該ＡＲＭＡフィルタは、フォルマントピークの高さを増大させると同時に、フォルマント間のスペクトルの広がりを深くする。これは前記フォルマントの急勾配度を増大させる。前記ＡＭＲＡフィルタの係数は、ノイズレベル値７に基づくものである。多くのノイズが測定されるほど、フォルマントの高さは、より増大される。
【００４５】
第三に、言葉伸長器（word stretcher）５５は、言葉の間の無声時間スライスの期間を短くすることによって、言葉の期間を長くする。例えば、一定の言葉の伸長が、以下の式によって適用されることができる。
【数７】
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ここで、ｗは言葉の継続期間、Ｃは乗算定数、Ｎは、しきい値であって、Ｖ即ちノイズレベル値７が、言葉の伸長が行われるために上回るべきであるしきい値である。従って、式〔７〕の実施において、言葉は、測定されたノイズレベル値７が、十分に高い場合は、所定の割合だけ伸長される。
【００４６】
第四に、信号増幅器５７は、例えば以下の式によって、前記ノイズレベル値に応答して信号電力をブーストする。
【数８】
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ここで、Ａは増幅係数、Ｄは定数である。
【００４７】
これらの変換を適用した後に、出て行く音声は、より明瞭である。
【００４８】
音声信号処理装置１のユーザが、上述した特徴の一部のみを、最も明瞭であるスピーチを再生していると自身が思うものに依存して、作動させることもあり得る。
【００４９】
図４は、テレビジョン受信機３０を示しており、該テレビジョン受信機３０は、受信されたテレビジョン信号の音声信号内に存在するスピーチの明瞭度を改善する音声信号処置装置１を有する。テレビジョン信号は、テレビジョン信号入力部２０３を介して、テレビジョン受信機３０に入る。テレビジョンベースバンド音声抽出ユニット２０９は、必要であれば、テレビジョン信号を、所望のテレビジョンチャネルに同調し、復調し、復元することができ、ビデオ情報から、テレビジョン信号内に存在する音声及びサービス情報を分離することができる。前記テレビジョン信号は、衛星パラボラアンテナ、ＶＣＲ又はインターネットのような複数のソースから到来し得る。音声出力部５は、出て行く音声信号を、テレビジョン受信機３０の第１スピーカ２０５、又はテレビジョン受信機３０に外部的に接続されたスピーカに送る。第２スピーカが設けられている場合、この第２スピーカは、音声出力部５から又は第２音声出力部から、出て行く音声信号を受信することができ、この場合、異なる変換２が、第２出て行く音声信号を得るために、入力された音声信号に適用されることができる。前記出て行く音声信号は、音声信号レコーダに送られることもできる。１つの音声信号経路のみが示されているという事実は、前記変換２が、モノラル音声信号に適用されることができるのみであることを意味するのではなく、むしろ同一の形式の変換２が、例えば、ＤＶＤから到来する、多重チャネル音声内に存在するチャネルの少なくとも一部の選択に適用されることができることを意味する。
【００５０】
図５は、ラジオ番組受信機４０を示しており、該ラジオ番組受信機４０は、受信した音声信号内に存在するスピーチを改善する音声信号処理装置１を有する。ラジオ番組入力部２１３に入った後、ラジオベースバンド音声抽出ユニット２１９は、ベースバンドラジオ信号を、ラジオ番組信号から抽出することができ、必要であれば、同調ステップ、復調ステップ、展開ステップ等を実行することによって抽出することができる。出力音声信号は、スピーカ、例えば、外部的に接続されたスピーカ２１１に送られる。
【００５１】
上述の実施例は、本発明を限定するよりは解説するものであること、及び当業者であれば添付請求項の範囲から逸脱することなしに、代替的な実施例を設計できることに留意されたい。前記請求項において組み合わされている本発明の構成要素の組み合わせの他に、当業者によって理解される本発明の範囲内の構成要素の他の組み合わせは、本発明の範囲である。構成要素のいかなる組み合わせも、単数形の専用の構成要素によって実現されることができる。前記請求項において、括弧内に置かれた如何なる符号も、請求項を限定するようにみなしてはならない。「有する」という語は、請求項に記載されていない構成要素又は特徴の存在を排除するものではない。単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。本発明は、幾つか別個の構成要素を有するハードウェアによって、及び適当にプログラムされたコンピュータによって実施化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、音声信号処理装置の一般的な形態である。
【図２】図２は、より多くのフィーチャを有する具体的な実施例である。
【図３】図３は、ロンバード効果変換の例である。
【図４】図４は、当該音声信号処理装置を有する、テレビジョン受信機である。
【図５】図５は、当該音声信号処理装置を有する、ラジオ番組受信機である。
【図６】図６は、同期波重畳を模式的に示している。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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