(57)【要約】音声信号は、２つのブランチ１０，２０で処理される。第一のブランチ１０では、原信号ＳORは、保持される。第二のブランチ２０では、原信号の少なくとも一部ＢＷ１，６３は、非線形装置２２に供給される。この一部ＢＷ１は、好ましくは、原信号のうちの最も高いオクターブに対応する。非線形装置２２は、その入力で受信された周波数成分に関して高調波周波数ＳHARを生成する。この結果として得られる高調波信号Ｓ２，ＢＷ２の少なくとも一部ＢＷ３，６５は、選択的な増幅又は減衰の後、遅延装置１１により遅延される場合がある第一のブランチ１０からの原信号ＳORと結合される。この結合は、簡単な加算である場合がある。結果として得られる信号Ｓ２，ＢＷ２のかかる一部ＢＷ３，６５は、原信号のスペクトルの高周波部分ＢＷ６２に対応しているか、又はスペクトルＢＷORの上限周波数で原信号のスペクトルＢＷORに隣接する。
2005501278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原信号の少なくとも一部に基づいて高調波信号を発生し、
該高調波信号の少なくとも一部を該原信号と結合する、
音声信号を処理するための方法。
【請求項２】
該高調波信号の該一部と該原信号とが加算される、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
該高調波信号の該一部は、該原信号との結合前に減衰又は増幅される、
請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
該原信号は、該高調波信号の該一部との結合前に遅延される、
請求項１乃至３のいずれか記載の方法。
【請求項５】
該原信号の該一部は、１オクターブの周波数レンジに対応する、
請求項１乃至３のいずれか記載の方法。
【請求項６】
該原信号は、上限周波数をもつスペクトルを有し、
該原信号の該一部は、該上限周波数よりも低い最も高いオクターブに対応する、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
該原信号は、低周波のスペクトル部分及び該部分に隣接する高周波のスペクトル部分をもつスペクトルを有し、
該原信号の該一部は、該低周波スペクトル部分内で最も高いオクターブに対応する、
請求項５記載の方法。
【請求項８】
該原信号は上限周波数をもつスペクトルを有し、
該高調波信号の該一部は、該原信号の上限周波数で、該原信号のスペクトルに隣接する、
請求項１乃至７の何れか記載の方法。
【請求項９】
該高調波信号の該一部は、１オクターブの周波数レンジに対応する、
請求項１乃至８の何れか記載の方法。
【請求項１０】
該原信号は、上限周波数をもつスペクトルを有し、
該高調波信号の該一部は、該上限周波数よりも高い最初のオクターブに対応する、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
該原信号は、低周波スペクトル部分及び該部分に隣接する高周波スペクトル部分をもつスペクトルを有し、
該高調波信号の該一部は、該低周波スペクトル部分よりも高い最初のオクターブに対応する、
請求項９記載の方法。
【請求項１２】
該高調波信号は、非線形装置により発生される、
請求項１乃至１１のいずれか記載の方法。
【請求項１３】
該高調波信号は、半波整流器又は全波整流器、半波積分器又は全波積分器、クリッパ、或いはリミッタにより発生され、該半波整流器又は全波整流器が最も好ましい、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
原信号である音声信号を受信する入力、及び出力信号を供給する出力と、
システムの該出力に接続される出力を有する結合器と、
該原信号を伝送するために、該入力と該結合器の第一の入力との間にある第一の信号伝送経路と、
該原信号である音声信号に基づいて高調波信号を発生するために配置される処理装置を有し、該入力と該結合器の第二の入力との間にある第二の信号伝送経路と、
を有する信号処理システム。
【請求項１５】
該結合器は、加算器を有する、
請求項１４記載の信号処理システム。
【請求項１６】
該第一の信号伝送経路は、遅延装置を有する、
請求項１４又は１５記載の信号処理システム。
【請求項１７】
該第一の信号伝送経路における遅延は、該第二の信号伝送経路における遅延と実質的に一致する、
請求項１６記載の信号処理システム。
【請求項１８】
該処理装置と該結合器の間の該信号経路に、減衰器又は増幅器をさらに有する、
請求項１４乃至１７のいずれか記載の信号処理システム。
【請求項１９】
該入力と該処理装置の間の該第二の信号伝送経路に、第一のフィルタをさらに有する、
請求項１４乃至１８のいずれか記載の信号処理システム。
【請求項２０】
該第一のフィルタは、該原信号のスペクトルの一部であるスペクトルを有する信号を出力するために配置される、
請求項１９記載の信号処理システム。
【請求項２１】
該第一のフィルタの出力信号のスペクトルは、第一の所定の基準周波数よりも低い約１オクターブの帯域幅を有する、
請求項２０記載の信号処理システム。
【請求項２２】
該処理装置と該結合器の間の該第二の信号伝送経路に、第二のフィルタをさらに有する、
請求項１４乃至２１のいずれか記載の信号処理システム。
【請求項２３】
該第二のフィルタは、該処理装置の出力信号のスペクトルの一部であるスペクトルを有する信号を出力するために配置される、
請求項２２記載の信号処理システム。
【請求項２４】
該第二のフィルタの出力信号のスペクトルは、第二の所定の基準周波数よりも高い約１オクターブの帯域幅を有する、
請求項２３記載の信号処理システム。
【請求項２５】
該第二の所定の基準周波数は、該第一の所定の基準周波数と実質的に一致する、
請求項２１乃至２４のいずれか記載の信号処理システム。
【請求項２６】
非線形な該処理装置は、全波整流器又は半波整流器により実現される、
請求項１４乃至２５のいずれか記載の信号処理装置。
【請求項２７】
入力信号をアップサンプリングする手段をさらに有し、該アップサンプルされた入力信号をフィルタリングするための低域通過フィルタ手段をさらに有する、
請求項１４乃至２６のいずれか記載の信号処理装置。
【請求項２８】
適切にプログラムされたプロセッサとして実現される、
請求項１４乃至２７のいずれか記載の信号処理装置。
【請求項２９】
プロセッサが読取り及び実行可能な命令を有し、該命令は、該プロセッサが請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法を実行可能にする、
情報媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号の処理全般に関する。
【背景技術】
【０００２】
原信号としての音声信号は、ある周波数レンジ内に信号成分を含んでおり、このレンジは、以下、「原帯域幅」と呼ばれる。人物により話された音声、楽器により生成された音楽のような自然の発生源から、原信号としての音声信号が生じた場合、原信号としての音声信号は「自然音声」とも呼ばれ、その帯域幅は、「自然帯域幅」と呼ばれる。
【０００３】
通信伝送、記録等のために、自然音声が電子機器により処理されるとき、信号の帯域幅は、通常、自然帯域幅に関して制限される。この理由は、状況に依存する場合がある。信号伝送経路は高周波（たとえば、電話）の伝送用に単に設計されていない場合がある。また、記録又は伝送されるべきデータ量を低減するために、信号が故意に帯域制限されている場合がある。たとえば、朗読本のケースでは、データキャリアは、より長い時間スパンの朗読本を伝えることができる。音楽のケースでは、音声は、たとえばＭＰ３のように圧縮されている場合がある。
【０００４】
多くの場合において、かかる帯域幅の制限により生じる情報の損失は、無視することができるか、又は少なくとも許容することができる。しかし、帯域制限された信号は、一般に、（人間の観察者にとって）自然帯域幅（全帯域幅）を有する対応する原信号よりも自然さが足りないように聞こえることは公知の問題である。
【０００５】
勿論、知覚は、実際の制限された周波数帯域幅に依存する。たとえば、電話のケースでは、「狭帯域」通信は、０．３０〜３．４ｋＨｚの帯域幅を含んでいるが、０．０５〜７．０ｋＨｚの帯域幅を含んだ「広帯域」通信が好ましいことが立証されている。したがって、従来技術は、原信号としての狭帯域信号から広帯域信号を発生するための多くのシステムを有している。これらの公知のシステムは、多くの問題点を有する。公知のシステムの多くは、フーリエ変換及び／又は広範囲なフィルタリングに基づいており、したがって、これらのシステムは、大量の計算上の複雑さを有している。さらに、これらの公知のシステムは、音声信号のみの処理用に設計されており、他のタイプの音のために良好に機能するものではない。多くのケースでは、システムは、自己学習システムである。このシステムは、初期化され、その後に、狭帯域音声から広帯域音声を予測するためにシステムがトレーニングされるトレーニング時間で適応される必要がある幾つかのパラメータを有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の全般的な目的は、原信号としての入力信号からより広帯域の信号を発生可能な、音声信号を処理するための方法及びシステムを提供することにある。これにより、上述した問題点は、解消されるか、少なくとも緩和される。
【０００７】
より詳細には、本発明は、原信号としての入力信号からより広帯域の信号を発生可能であって、トレーニング時間を必要とせず、たとえば、話声同様に音楽といった多くのタイプの音声信号用に使用することができる、音声信号を処理するための方法及びシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明の目的は、デジタルシステムとしての実現同様にアナログシステムとしての実現を可能にしつつ、計算上の複雑さを低減することができるかかる方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的を達成するために、本発明は、原信号の信号成分のうちの少なくとも一部に基づいて高調波信号を発生すること、及び、考えられるフィルタリングの後に、これらの高調波信号を原信号に加算することを提案する。この点に関して、分数調波の周波数を使用することで、バススペクトル（bass  spectrum）を低周波に拡張することは、それ自身知られていることが認められる。しかし、本発明は、あるスペクトルを高周波に拡張することを試み、分数調波の周波数を発生することは、高調波の周波数を発生することとは異なる技術を含んでいる。
【００１０】
本発明のこれらの態様及び他の態様、特徴並びに効果は、添付図面を参照して、本発明に係る信号処理装置の好適な実施の形態に関する以下の説明により、より詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、参照符号１により一般に参照される信号処理システムの機能ブロック図を示している。システム１は、原信号としての音声信号ＳORを受信するための入力２、及び出力信号ＳOUTを供給するための出力３を有している。システム１は、入力２と出力３との間に、２つの信号伝送経路１０及び２０をそれぞれ有している。第一の信号伝送経路１０は、原信号としての音声信号ＳORを伝送する。したがって、この第一の信号伝送経路１０は、原信号伝送経路とも呼ばれる。この原信号伝送経路１０は、原信号を改善するための信号処理要素を含んでいる場合があるが、かかる要素は本発明にとって本質的なものではなく、したがって、図１には示されていない。他方で、原信号伝送経路１０は、通常、遅延素子１１を含んでおり、他方の伝送経路２０における遅延を補償する。当業者であれば明らかなように、遅延素子は、それ自身公知であり、それ自身公知の任意の適切な遅延素子が使用されて、遅延素子１１が実現される場合がある。したがって、本実施の形態では、かかる遅延素子の構成及び機能に関する詳細な説明はなされない。
【００１２】
第二の信号伝送経路２０は、原信号としての音声信号ＳORに基づいて、高調波信号ＳHARを発生する。したがって、この第二の信号伝送経路２０は、高調波信号伝送経路とも呼ばれる。
【００１３】
高調波信号ＳHARは、（選択的に遅延された）原信号ＳORと結合器、すなわち加算器３０において結合され、出力信号ＳOUTを生成する。この出力信号は、ＳOUT＝ＳOR＋ＳHARとして表される場合がある。この出力信号ＳOUTは、帯域幅ＢＷOUTを持つスペクトル５４を有する。この帯域幅ＢＷOUTは、原信号ＳORの帯域幅ＢＷORに関して拡張された帯域幅である。原信号ＳORの帯域幅ＢＷOR内で、出力信号ＳOUTの信号成分は、原信号ＳORの信号成分と実質的に等しい。さらに、出力信号ＳOUTは、原信号ＳORの帯域幅ＢＷORよりも高い周波数レンジにおける信号成分を含んでおり、これら付加的な信号成分は、本質的に、高調波信号伝送経路で発生された高調波信号ＳHARの成分である。
【００１４】
以下では、高調波信号伝送経路２０における信号処理は、図１及び図２Ａ〜図２Ｅを参照して説明される。図２Ａ〜図２Ｅは、信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明するグラフである。水平軸は周波数を表している。
【００１５】
図２Ａは、帯域幅ＢＷORをもつ原信号ＳORのスペクトル５０を示している。
【００１６】
高調波信号伝送経路２０では、原信号ＳORは、はじめに第一のフィルタ２１によりフィルタリングされ、フィルタリングされた原信号Ｓ１が生成される。フィルタリングされた原信号Ｓ１は、原信号ＳORの信号成分の一部のみを含んでいる。図２Ｂでは、これは、帯域幅ＢＷ１を有するフィルタリングされた原信号Ｓ１のスペクトル５１により例示されている。この帯域幅ＢＷ１は、原信号ＳORの帯域幅ＢＷORよりも明らかに狭い。
【００１７】
帯域幅ＢＷ１の上限の周波数は、帯域幅ＢＷORの上限の周波数５９に実質的に等しい場合がある。その場合、第一のフィルタ２１は、帯域幅ＢＷ１の下限の周波数を決定する所定の遮断周波数を有する高域通過フィルタである場合がある。しかし、帯域幅ＢＷ１の上限周波数は、帯域幅ＢＷORの上限周波数５９よりも低い場合がある。その場合、第一のフィルタ２１は、帯域幅ＢＷ１の下限周波数を決定する所定の下側の遮断周波数、及び帯域幅ＢＷ１の上限周波数を決定する所定の上側の遮断周波数を有する帯域通過フィルタである場合がある。
【００１８】
フィルタ装置は、それ自身公知であり、当業者であれば明らかであるように、それ自身公知の任意のフィルタ装置を使用して、フィルタ装置２１を実現する場合がある。したがって、本実施の形態では、かかるフィルタ装置の構成及び機能に関する詳細な説明はなされない。たとえば、第一のフィルタ装置２１は、デジタルシステムの実現では、（線形位相）ＩＩＲフィルタ、又は（線形位相）ＦＩＲフィルタである場合がある。しかし、アナログ回路でのアナログシステムとしての実現にも適している。線形位相ＩＩＲフィルタに関して、S.R.Powell及びP.M.Chauによる文献“A  Technique  for  realizing  linear  phase  IIR  filters”IEEE  Trans.  on  Signal  Processing,39(11),  1991,  pp.2425-2435が参照される。
【００１９】
フィルタリングされた原信号Ｓ１は、非線形なやり方で処理装置２２により処理される。これにより、図２Ｃに例示されるように、高調波歪が制御されるやり方で導入され、帯域幅ＢＷ２をもつスペクトル５２を有する処理装置２２の出力信号Ｓ２は、フィルタリングされた原信号Ｓ１の周波数帯域の上限周波数よりも高い周波数成分を含む。
【００２０】
帯域幅ＢＷ２の正確な帯域幅、及び帯域幅ＢＷ２の境界の位置は、処理装置２２の特性に依存する。一般に、処理装置２２の出力信号Ｓ２の周波数スペクトルは、帯域幅ＢＷ１の下限周波数から最も高い可能性の周波数（すなわち、ナイキスト周波数）まで広がる。
【００２１】
図示される実施の形態では、処理装置２２の出力信号Ｓ２は、第二のフィルタ２３によりフィルタリングされ、帯域幅ＢＷ３をもつスペクトル５３を有するフィルタリングされた高調波信号Ｓ３を生成する。第二のフィルタ２３は、フィルタリングされた高調波信号Ｓ３の帯域幅ＢＷ３がある所定の要件を満たすように設計される。たとえば、原信号ＳORに影響を与えないために、帯域幅ＢＷ３の下限周波数は、帯域幅ＢＷORの上限周波数よりも低くないことが好ましい。他方で、帯域幅ＢＷ３は、帯域幅ＢＷORに接近して隣接することが好ましい。したがって、帯域幅ＢＷ３の下限周波数は、帯域幅ＢＷORの上限周波数に実質的に等しいことが好ましい。
【００２２】
原理において、帯域幅ＢＷ３の上限周波数は、「好み」に依存して、自由に選択される場合がある。第二のフィルタ２３は、使用可能ではない周波数成分を遮断するために、或いは、所定の帯域幅、たとえばＢＷORよりも高い次のオクターブ、ＢＷORの帯域幅と同じ帯域幅を有するように帯域幅ＢＷ３を成形するために設計される場合がある。好ましくは、第二のフィルタ２３は、期待される入力信号の帯域幅ＢＷORの上限周波数に等しい所定の下側の遮断周波数を有するとともに、帯域幅ＢＷ３の上限周波数を決定する所定の上側の遮断周波数を有する帯域通過フィルタである。
【００２３】
原理において、第二のフィルタ２３は、本質的なものではない。これは、原信号ＳORを信号Ｓ２と結合することで、既に原信号ＳORの改善を構成するからである。しかし、第二のフィルタ２３は、特に、改善された信号が聴取者によりに知覚されるようなやり方で、この改善に影響を与える。人間の聴取者であれば、改善された信号を多少とも良いものであることに気付く場合がある。本発明者により行われた実験によれば、ＢＷ３がＢＷORよりも高い最初のオクターブに実質的に対応するように、第二のフィルタ２３が配置された場合、最良の効果が得られる。したがって、好適な実施の形態では、ＢＷ３の下限周波数は、ＢＷ１の下限周波数の２倍に実質的に等しく、ＢＷ３の上限周波数は、ＢＷ１の上限周波数の２倍に実質的に等しい。
【００２４】
なお、ＢＷORの上限周波数がナイキスト周波数よりも低い１オクターブに位置される場合、ＢＷ２は、第二のフィルタ２３がないとしても、ＢＷORよりも高い最初のオクターブに本質的に対応する。
【００２５】
第一のフィルタ２１を参照して先に説明したように、当業者であれば明らかなように、それ自身公知の任意の適切なフィルタ装置を使用して、第二のフィルタ装置２３を実現する場合がある。したがって、本実施の形態では、かかるフィルタ装置の構成及び機能に関する詳細な説明はなされない。たとえば、第二のフィルタ２３は、デジタルシステムとして実現される（線形位相）ＩＩＲフィルタ、又はＦＩＲフィルタである場合がある。しかし、アナログ回路でのアナログシステムとしての実現にも適している。
【００２６】
フィルタリングされた高調波信号Ｓ３は、適切な利得要素Ｇにより、増幅されるか又は減衰され、信号ＳHARが生成される。利得Ｇの正確な値は、状況に依存して決定される必要がある。当業者であれば明らかなように、信号ＳHARがＳORに適切にフィットするように、すなわち、出力信号ＳOUTの全体のスペクトルができるだけ平滑化されるように決定される。
【００２７】
非線形処理装置２２は、それ自身公知な各種装置により実現することができる。原理において、この装置が、その出力信号が高調波周波数を有するタイプの装置である場合に、任意の装置を使用することができる。好ましくは、この装置は、直線性の振幅を有するべきである。適切な装置は、たとえば、全波整流器、半波整流器、半波積分器、全波積分器、レベル依存クリッパ、リミッタである。選択のタイプに依存して、非線形処理装置２２は、（たとえば、整流器の場合には）偶数次の高調波を発生し、（たとえば、クリッパの場合には）奇数次の高調波を発生する。
【００２８】
全波積分器に関しては、R.M.Aarts及びS.P.Straetemansによる米国特許出願6.111.960が参照される。
【００２９】
さらに、この装置により発生される出力信号Ｓ２は、入力信号の周波数の２倍で高い周波数成分を有することが好ましい。この要件は、全波整流器、半波整流器、半波積分器、全波積分器により適合される。整流器により発生される高調波は、２倍の周波数で殆ど独占的であるが、積分器もまた、高調波での周波数成分を発生する。さらに、整流器の計算上の複雑さは、積分器の計算上の複雑さよりも少ない。したがって、非線形処理装置２２は、全波整流器又は半波整流器により実現されることが好ましい。
【００３０】
なお、非線形装置２２は、その入力信号Ｓ１のそれぞれの信号成分について高調波信号を生成する。したがって、ＢＷ１の下限周波数が余りに低く選択された場合、Ｓ１の低周波成分に基づいて発生される高調波信号は、ＢＷOR内にあることとなり、これは望まれない。したがって、第一のフィルタ２１の下側の遮断周波数は、発生された高調波がＢＷORの上限周波数よりも高い周波数を全て有するように選択されることが好ましい。さらに、ＢＷORの上限周波数よりも高い周波数を有する原信号ＳORのそれら信号成分は、それらの振幅が帯域幅の拡張に非常に僅かに寄与するか、又は全然寄与しないような、非常に低い振幅を有し、非常に低い振幅を有する高調波信号となる。特に、第一のフィルタ２１は、ＢＷ１がＢＷOR内で最も高いオクターブに実質に対応するように配置されることが好ましい。
【００３１】
当業者には公知であるように、それぞれのフィルタ特性は、フィルタ次数に対応して、通過帯域から阻止帯域までの遷移レンジを示している。狭い遷移レンジは、高いフィルタ次数に対応する。好ましくは、下側の遮断周波数及び上側の遮断周波数のフィルタ次数は、それぞれ３〜６のレンジにあり、より高いフィルタ次数は必要ではないが、なお計算上の複雑さが増加する。これは、第二のフィルタ２３と同様に第一のフィルタ２１にも当てはまる。
【００３２】
なお、高調波信号伝送経路２０における信号は遅延を受ける。結果として、高調波信号ＳHARは、原信号ＳORよりも幾分遅れて結合器３０に達する。しかし、原信号ＳORを遅延された高調波信号ＳHARと結合することは、既に、原信号ＳORに関して改善された出力信号ＳOUTとなる。更なる改善は、遅延素子１１を組み込むことで達成することができ、この遅延素子は、原信号伝送経路１０における原信号ＳORにより受けた遅延が高調波信号伝送経路２０における信号により受ける遅延と実質的に等しいように配置されることが好ましい。当業者であれば、所望の遅延をどのように計算又は測定するか、及び、それに応じて、遅延素子１１をどのようにセットするかを理解しているであろう。
【実施例】
【００３３】
［例１］
以下は、周波数レンジ０〜６ｋＨｚ（帯域幅ＢＷOR＝６ｋＨｚ）におけるスペクトルを有する入力信号ＳORのケースについての例である。かかる周波数レンジは、インターネットラジオ信号として伝送されるか、ＭＰ３プレーヤで再生されるかのいずれかであるＭＰ３オーディオ用の周波数レンジに対応する場合がある。そのとき、第一のフィルタ２１は、たとえば、３〜６ｋＨｚの通過帯域を有し、第二のフィルタ２３は、たとえば、６〜１２ｋＨｚの通過帯域を有する場合がある。
【００３４】
［例２］
以下は、サンプリング周波数１１．０２５ｋＨｚでサンプリングされたデジタル信号のケースの例である。この信号のスペクトルは、約５ｋＨｚ、すなわち、サンプリング周波数の約半分に達することになる。かかる周波数レンジは、インターネットラジオ信号として伝送されるか、ＭＰ３プレーヤで再生されるかのいずれかであるＭＰ３用の周波数レンジに対応する場合がある。本発明によれば、より高い上限周波数をもつスペクトルを有するデジタル信号を発生することができる。しかし、知られているように、サンプリング周波数は、周波数スペクトルの上限の少なくとも２倍であるべきである。したがって、ブランチ１０，２０に入る前に、原信号ＳORは、はじめにアップサンプルされ、次いで、低域通過フィルタによりフィルタリングされて、エイリアス成分が除かれる。約１１ｋＨｚより高い上限周波数をもつスペクトルを有する信号を発生することが意図される場合、アップサンプリングは、少なくとも要素２を含むべきである。要素２でのアップサンプリングにより、２２．０５ｋＨｚのサンプリング周波数で、新たなバージョンの信号がサンプリングされ、なお最大５ｋＨｚのスペクトルを有する。
【００３５】
先に説明されたような信号処理システム１での処理の後、出力信号ＳOUTは、サンプリング周波数２２．０５ｋＨｚを有し、最大１１ｋＨｚのスペクトルを有することができる。
【００３６】
上記において、信号のスペクトルを広げることが望まれる場合について、本発明が説明されている。しかし、本発明は、図１及び図３Ａ〜図３Ｅを参照して説明されるように、スペクトルを必ずしも広げることなく、スペクトルの内容を改善することに適用することができる。この状況に関する例は、例３において説明される。
【００３７】
図３Ａは、原信号ＳORのスペクトルを例示しており、このスペクトルは、一般に、参照符号６０で示されている。スペクトル６０は、低周波の部分６１と高周波の部分６２を有しており、それぞれ帯域幅ＢＷ６１とＢＷ６２を有している。低周波部分６１と高周波部分６２の間の遷移ポイントは、参照符号６６として示されている。図示される例では、スペクトル部分６１及び６２は、隣接しており、全体のスペクトル６０に関して互いに相補的である。さらに、図示される例では、低周波のスペクトルの部分６１の帯域幅ＢＷ６１は、高周波のスペクトルの部分６２の帯域幅ＢＷ６２よりも広い。図３Ａにおいて波状の傾斜ラインで示されている、高周波スペクトル部分６２の内容が満足されるものではないとする。高周波スペクトル部分６２を改善する公知のやり方は、該高周波スペクトル部分６２内の信号成分を線形増幅することを含んでいる。しかし、この技法の問題点は、該高周波スペクトル部分６２内の雑音成分も同様に増幅されることである。本発明によれば、低周波スペクトル部分６１に関して本発明の処理ステップを実行することで、高周波スペクトル部分６２の内容は、かかる雑音成分を増幅することなしに改善することができる。なお、低周波スペクトル部分６１は、高周波スペクトル部分６２よりも一般に雑音が少ない。したがって、本発明により改善されたスペクトルは、一般に、高周波スペクトル部分６２のイコライゼーションと比べて雑音が少ない。
【００３８】
したがって、図３Ｂに例示されるように、低周波スペクトル部分６１の上側の周波数部分を通過させるために、第一のフィルタ２１が設計される。低周波スペクトル部分６１のかかる上側の周波数部分６３は、遷移ポイント６６よりも低い最も高いオクターブに対応することが好ましい。図３Ｃに例示されるように、非線形装置２２は、高周波スペクトル部分６２を包含する周波数スペクトル６４を有する信号を生成する。図３Ｄに例示されるように、高周波スペクトル部分６２に対応する周波数スペクトル６４のスペクトル部分６５における周波数のみを通過させるために、第二のフィルタ２３が設計される。代替的に、第二のフィルタ２３は、遷移ポイント６６よりも高い最初のオクターブに対応する周波数スペクトル６４のスペクトル部分６５における周波数のみを通過させるために、第二のフィルタ２３が設計される場合がある。
【００３９】
非線形装置２２の信号は、適切な増幅／減衰の後、原信号ＳORと結合され、結果として得られる出力信号は、原信号ＳORの周波数スペクトルに対応する周波数スペクトルをなお有するが、図３Ｅの直線で例示されるように、高周波スペクトル部分６２の内容が改善される。
【００４０】
［例３］
ＣＤオーディオのケースでは、デジタル信号は、０〜２２．０５ｋＨｚのスペクトルを有する。レンジ１１〜２２ｋＨｚにおけるスペクトルを改善することが望まれるとする。これは、たとえば、第一のフィルタ２１をレンジ５．５〜１１ｋＨｚの帯域通過フィルタとして設計し、第二のフィルタ２３をレンジ１１〜２２ｋＨｚの帯域通過フィルタとして設計することで達成することができる。
【００４１】
なお、このケースでは、デジタル信号を含んでいるが、アップサンプリングは必要とされない。
【００４２】
図４Ａは、本発明に係る装置１０１の実施の形態を概念的に例示している。装置１０１は、先に説明したように、信号処理装置１を含んでいる。
【００４３】
この図は、信号源１０２を示しており、この信号源は、ＲＦアンテナ、ＳＡＣＤ、ＤＶＤ、ＣＤ、たとえばＭＰ３ファイル用のＣＤ−ＲＯＭ、テープカセット、ビニールレコード、或いは情報媒体から光又は電気信号に情報を変換するために設けられた装置である場合がある。しかし、この列挙したものは、当業者であれば明らかであるように、限定して解釈されるものではない。また、この図は、ＣＤバーナ、電気信号又はＲＦ信号である場合がある出力手段を示している。しかし、この列挙したものも、当業者あれば明らかであるように、限定して解釈されるものではない。
【００４４】
図４Ｂは、本発明に係る情報媒体１１０の実施の形態を概念的に例示している。この情報媒体１１０は、プロセッサ（図示せず）により読み取り及び実行可能な命令を伝える。この命令により、かかるプロセッサは、先に説明したような本発明の信号処理方法を実行することができる。
【００４５】
図示される本実施の形態では、情報媒体１１０はデイスケットである。しかし、この情報媒体１１０は、異なるタイプである場合がある。たとえば、情報媒体１１０は、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュカード、又はインターネットのようなＷＡＮに接続される大容量記憶装置として実現されるものである場合がある。さらに、当業者であれば明らかであるように、本発明の範囲に包含される他のタイプの情報媒体も可能である。
【００４６】
このように、本発明は、信号スペクトルの高周波部分を強調及び／又は拡張することで、音声信号の知覚を改善することができる。本発明は、信号スペクトルが帯域制限された状況、及び／又は、信号スペクトルが、たとえば、伝送経路又は記録媒体に関する意図的な制限及び／又は自然の制限のために、不十分な内容を有する状況といった全ての状況への応用に適している。本発明が適用される特定の例は、インターネットラジオ、ＭＰ３対応の圧縮音楽、朗読本、固定電話網、移動電話、一般の音声再生装置（テレビ、ラジオ、テープ、ＣＤ等）。
【００４７】
本発明は、上述した例に制限されないが、添付される特許請求の範囲に定義されるような本発明の範囲で、代替、変更、修正及び変形が可能であることは、当業者であれば明らかであろう。
【００４８】
たとえば、本発明は、単一の信号について説明されている。たとえば、ステレオサウンドのようなマルチチャネル信号のケースでは、上述されたような処理は、他のチャネルとは独立にそれぞれのチャネルについて実行される。
【００４９】
さらに、本発明は、説明したようなフィルタ特性に制限されるものではなく、他の設定も可能である。たとえば、第二のフィルタ２３は、説明されたよりも広い帯域幅を有する場合がある。
【００５０】
さらに、本発明のシステムの構成要素は、必要に応じて、アナログ要素又はデジタル要素で実現することができる。この構成要素は、個別の構成要素であるか、１つの構成要素に一体化することができる。また、本発明は、ソフトウェアでの機能モジュールとして実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る信号処理を説明する機能ブロック図である。
【図２Ａ】信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図２Ｂ】信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図２Ｃ】信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図２Ｄ】信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図２Ｅ】信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図３Ａ】別のタイプの入力信号について、信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図３Ｂ】別のタイプの入力信号について、信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図３Ｃ】別のタイプの入力信号について、信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図３Ｄ】別のタイプの入力信号について、信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図３Ｅ】別のタイプの入力信号について、信号処理の各ステージでの信号の帯域幅を説明する図である。
【図４Ａ】本発明に係る装置の実施の形態を説明する図である。
【図４Ｂ】本発明に係る装置の実施の形態を説明する図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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