(57)【要約】【課題】拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための、よりフレキシブルな方法および装置を提供すること。【解決手段】拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための方法であって、受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限とを自動的に決定することと、該受信された音響信号を補足するために、少なくとも１つの補足信号を、所定の広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間および／または該現在の帯域幅の上限と所定の広帯域の帯域幅の上限との間で自動的に決定することであって、該所定の広帯域の帯域幅の下限は、該現在の帯域幅の下限よりも小さく、該所定の広帯域の帯域幅の上限は、該現在の帯域幅の上限よりも大きい、ことと、該少なくとも１つの補足信号と該受信された音響信号とを自動的に組み合わせることにより、拡張された帯域幅を有する音響信号を取得することとを包含する、方法。【選択図】図１
2008052277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための方法であって、
（ａ）  受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限とを自動的に決定することと、
（ｂ）  該受信された音響信号を補足するために、少なくとも１つの補足信号を、所定の広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間および／または該現在の帯域幅の上限と所定の広帯域の帯域幅の上限との間で自動的に決定することであって、該所定の広帯域の帯域幅の下限は、該現在の帯域幅の下限よりも小さく、該所定の広帯域の帯域幅の上限は、該現在の帯域幅の上限よりも大きい、ことと、
（ｃ）  該少なくとも１つの補足信号と該受信された音響信号とを自動的に組み合わせることにより、拡張された帯域幅を有する音響信号を取得することと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）は、広帯域のスペクトル包絡線信号および広帯域の励起信号を、前記広帯域の帯域幅の下限と前記広帯域の帯域幅の上限との間で決定することにより、スペクトル包絡線信号と励起信号との積が、既定の基準に従って、前記受信された音響信号に対応することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ）は、前記決定された広帯域のスペクトル包絡線信号と、前記受信された音響信号の長期のパワースペクトルとを比較することを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記比較するステップは、最小周波数および最大周波数を選択することであって、該周波数に対して、前記長期のパワースペクトルは、前記決定された広帯域のスペクトル包絡線信号のパワースペクトルに既定の定数を足したものより大きいか、または等しい、ことを包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記広帯域のスペクトル包絡線信号を決定することは、既定の基準に従って、コードブックから包絡線信号を選択することを包含する、請求項２〜請求項４のうちの１項に記載の方法。
【請求項６】
前記包絡線信号を選択することは、前記受信された音響信号を等化することと、既定の距離基準に従って該等化された音響信号に対して最小距離を有する、特に最小のケプストラム距離を有する包絡線信号を前記コードブックから選択することとを包含する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記コードブックは、複数の組の対応する包絡線信号を備えており、各組は、前記広帯域の帯域幅の上限と前記広帯域の帯域幅の下限との間に、広帯域の包絡線信号を備え、該広帯域の帯域幅の下限よりも大きい狭帯域の帯域幅の下限と、該広帯域の帯域幅の上限よりも小さい狭帯域の帯域幅の上限との間に、対応する狭帯域の包絡線信号を備えており、
包絡線信号を選択することは、前記既定の距離基準に従って、前記等化された音響信号に対して最小距離を有する狭帯域の包絡線信号を決定することと、この組の前記対応する広帯域の包絡線信号を選択することとを包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記包絡線信号を選択するステップは、前記現在の帯域幅の下限および前記現在の帯域幅の上限に適合されている適合された狭帯域のコードブック包絡線信号を提供することによって先行される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記提供するステップは、前記受信された音響信号の長期のパワースペクトルを用いて、広帯域のコードブック包絡線信号を処理することを包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
広帯域の励起信号を決定することは、予測誤差フィルタリングおよび／または非線形特性に基づく、請求項２〜請求項９のうちの１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの補足信号は、前記決定された広帯域のスペクトル包絡線と、前記決定された広帯域の励起信号との積に基づき、前記ステップ（ｃ）は、前記現在の帯域幅の下限と前記現在の帯域幅の上限との間の前記受信された音響信号と、前記広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間の帯域、および／または該現在の帯域幅の上限と前記広帯域の帯域幅の上限との間の帯域に制限された該少なくとも１つの補足信号とを加算することを包含する、請求項２〜請求項１０のうちの１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップのうちの少なくとも１つがケプストラム領域において行われる、請求項１〜請求項１１のうちの１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ａ）〜（ｃ）は、既定の時間間隔で繰り返される、請求項１〜請求項１２のうちの１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ａ）〜（ｃ）は、所望される信号コンポーネント、特にスピーチ行動が、前記受信された音響信号において検出された場合に限り繰り返される、請求項１〜請求項１３のうちの１項に記載の方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で実行する場合に、請求項１〜請求項１４のうちの１項に記載の前記方法の前記ステップを行うためのコンピュータ実行可能な命令を有する１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体を備えている、コンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための装置であって、
受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限とを自動的に決定するための帯域幅決定手段と、
所定の広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間および／または該現在の帯域幅の上限と所定の広帯域の帯域幅の上限との間で、該受信された音響信号を補足するために、少なくとも１つの補足信号を自動的に決定するための補足信号手段であって、該所定の広帯域の帯域幅の下限は、該現在の帯域幅の下限よりも小さく、該所定の広帯域の帯域幅の上限は、該現在の帯域幅の上限よりも大きい、補足信号手段と、
該少なくとも１つの補足信号と、該受信された信号とを自動的に組み合わせることにより、拡張された帯域幅を有する音響信号を取得するための組み合わせ手段と
を備えている、装置。
【請求項１７】
前記補足信号手段は、前記広帯域の帯域幅の下限と前記広帯域の帯域幅の上限との間で広帯域のスペクトル包絡線信号および広帯域の励起信号を決定することにより、該スペクトル包絡線信号と該励起信号との積が、既定の基準に従って、前記受信された音響信号に対応する手段を備えている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記帯域幅決定手段は、前記決定された広帯域のスペクトル包絡線信号と、前記受信された音響信号の長期のパワースペクトルとを比較するように構成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記帯域幅決定手段は、最小周波数および最大周波数を選択するように構成されており、該周波数に対して、前記長期のパワースペクトルは、前記決定された広帯域のスペクトル包絡線信号のパワースペクトルに既定の定数を足したものよりも大きいか、または等しい、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
広帯域のスペクトル包絡線信号を決定するための前記手段は、既定の基準に従って、コードブックから包絡線信号を選択するための手段を備えている、請求項１７〜請求項１９のうちの１項に記載の装置。
【請求項２１】
包絡線信号を選択するための前記手段は、前記受信された音響信号を等化するように、かつ既定の距離基準に従って、該等化された音響信号に対して最小の距離を有する、特に最小のケプストラム距離を有する包絡線信号を前記コードブックから選択するように構成されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記コードブックは、複数の組の対応する包絡線信号を備えており、各組は、前記広帯域の帯域幅の下限と前記広帯域の帯域幅の上限との間に、広帯域の包絡線信号を備え、該広帯域の帯域幅の下限よりも大きい狭帯域の帯域幅の下限と、該広帯域の帯域幅の上限よりも小さい狭帯域の帯域幅の上限との間に、対応する狭帯域の包絡線信号を備えており、
包絡線信号を選択するための前記手段は、前記既定の距離基準に従って、前記等化された音響信号に対して最小距離を有する狭帯域の包絡線信号を決定するように、かつこの組の前記対応する広帯域の包絡線信号を選択するように構成されている、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記広帯域のスペクトル包絡線信号を決定するための手段は、前記現在の帯域幅の下限および前記現在の帯域幅の上限に適合されている適合された狭帯域のコードブック包絡線信号を提供するための手段を備えている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記提供するための手段は、前記受信された音響信号の長期のパワースペクトルを用いて、前記広帯域のコードブック包絡線信号を処理するように構成されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
広帯域の励起信号を決定するための前記手段は、予測誤差フィルタリングおよび／または非線形特性に基づいて該広帯域の励起信号を決定するように構成されている、請求項１７〜請求項２４のうちの１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの補足信号は、前記決定された広帯域のスペクトル包絡線と、前記決定された広帯域の励起信号との積に基づき、前記組み合わせ手段は、前記現在の帯域幅の下限と前記現在の帯域幅の上限との間の前記受信された音響信号と、前記広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間の帯域、および／または該現在の帯域幅の上限と前記広帯域の帯域幅の上限との間の帯域に制限された該少なくとも１つの補足信号とを加算するように構成されている、請求項１７〜請求項２５のうちの１項に記載の装置。
【請求項２７】
前記手段の少なくとも１つは、該手段の機能の少なくとも一部を、前記ケプストラム領域において行うように構成されている、請求項１６〜請求項２６のうちの１項に記載の装置。
【請求項２８】
前記手段は、該手段のそれぞれの機能を、既定の時間間隔で繰り返し行うように構成されている、請求項１６〜請求項２７のうちの１項に記載の装置。
【請求項２９】
所望される信号検出器、特にスピーチ検出器をさらに備えており、前記手段は、所望される信号コンポーネントが前記受信された音響信号において検出された場合に限り、該手段のそれぞれの機能を行うように構成されている、請求項１６〜請求項２８のうちの１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡張された帯域幅を有する音響信号、特にスピーチ信号を提供するための方法およびシステムに向けられる。
【背景技術】
【０００２】
アナログまたはデジタル信号経路を介して送信される音響信号は、通常、信号経路が制限された帯域幅のみを有することにより、送信された音響信号が元の信号とは非常に異なるという障害に苦しむ。例えば、従来の電話接続の場合には、８ｋＨｚのサンプリングレートが使用され、４ｋＨｚの最大の信号帯域幅という結果を生じる。オーディオＣＤの場合と比較すると、スピーチおよびオーディオの質が非常に減少する。
【０００３】
さらに、多くの種類の送信が、追加の帯域幅制限を示す。アナログ電話接続の場合、３００Ｈｚと３．４ｋＨｚとの間の周波数のみが、送信される。結果として、３．１ｋＨｚの帯域幅のみが利用可能である。
【０００４】
原則として、電話接続の帯域幅が、広帯域またはワイドバンドのデジタルなコーディングおよびデコーディング方法（いわゆる広帯域コーデック）を用いることによって、増加し得る。しかしながら、このような場合、送信者および受信者の双方が、対応するコーディングおよびデコーディング方法をサポートする必要があり、これらは新しい規格のインプリメンテーションを必要とする。
【０００５】
代替案として、帯域幅拡張のためのシステムは、例えば、非特許文献１または非特許文献２に記載されるように使用され得る。これらのシステムは、既存の電話接続が変更される必要がないように、受信者側のみでインプリメントされるべきである。これらのシステムにおいて、小さい帯域幅を有する入力信号のミッシング周波数コンポーネントが推定され、入力信号に追加される。
【０００６】
当該技術の帯域幅拡張システムのこのような状態における構造および対応する信号フローの例が、図６に図示される。通常、下位および上位の周波数範囲の双方が再統合される。
【０００７】
ブロック６０１において、デジタル化された形式で入来するまたは受信される音響信号ｘ（ｎ）は、サブサンプリングおよびブロック抽出によって、処理されることにより、信号ベクトル
【０００８】
【数１】
2008052277.tif 000003
を取得する。ここで、変数ｎは、時間を示す。この図において、入来信号ｘ（ｎ）は、サンプリングレートを増加させることによって、所望される帯域幅に既に変換されていることが仮定される。この変換ステップにおいて、生成されるべき追加の周波数コンポーネントは無く、このことは、例えば、適切なアンチエイリアシングフィルタエレメントまたはアンチイメージングフィルタエレメントを用いることによって、達成され得る。送信された信号を補正しないために、帯域幅拡張は、ミッシング周波数範囲内のみで行われる。送信方法に依存して、拡張は低周波数（例えば、０から３００Ｈｚまで）および／または高周波数（例えば、３４００Ｈｚから所望されるサンプリングレートの半分まで）の範囲に関係する。
【０００９】
ブロック６０２において、狭帯域のスペクトル包絡線が狭帯域の信号から抽出され、狭帯域の信号は、電話チャネルの帯域幅制限によって制限される。非線形写像を介して、対応する広帯域の包絡線信号が、狭帯域の包絡線から推定される。写像は、例えば、コードブックの組（非特許文献３を参照）またはニュートラルネットワーク（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）（非特許文献４を参照）に基づく。これらの方法において、コードブックのエントリまたはニュートラルネットワークの重みが、大きなプロセッサおよびメモリリソースを要求する学習方法を用いて生成される。
【００１０】
さらに、ブロック６０３において、スペクトル的に平坦な包絡線を有する広帯域またはワイドバンドの励起信号が、狭帯域の信号から生成される。この励起信号は、声帯の後ろで直接的に記録された信号に対応する。すなわち、励起信号は、音声およびピッチについての情報を含むが、通常は形式および構造またはスペクトル形状についての情報を含まない。従って、完全な信号（例えば、スピーチ信号）を引き出すために、励起信号は、スペクトル包絡線を用いて重みづけられる必要がある。励起信号の生成に対して、非線形特性（非特許文献５を参照）（例えば、二光線整流またはスクエアリング）が使用され得る。
【００１１】
帯域幅拡張に対して、励起信号
【００１２】
【数２】
2008052277.tif 000004
は、ブロック６０４において、包絡線を用いてスペクトル的に着色される。その後、拡張に対して使用されるスペクトル範囲は、ブロック６０６において帯域消去フィルタを用いて抽出され、信号ベクトル
【００１３】
【数３】
2008052277.tif 000005
を生じる。帯域消去フィルタは、例えば、２００〜３７００Ｈｚまでの範囲において有効であり得る。
【００１４】
受信された信号の信号ベクトル
【００１５】
【数４】
2008052277.tif 000006
は、ブロック６０５において、補足的な帯域通過フィルタを通過する。次いで、信号コンポーネント
【００１６】
【数５】
2008052277.tif 000007
が、追加され、拡張された帯域幅を有する信号ベクトル
【００１７】
【数６】
2008052277.tif 000008
を取得する。ブロック６０７において、異なる信号ベクトルが、再び組み合わされ、オーバーサンプリングが行われ、信号ｙ（ｎ）を生じる。
【００１８】
これらの従来技術のシステムにおいて、エレメントおよびそれらのパラメータは、一旦インプリメントされると、その後、変更されない。従って、全ての入来する音響信号は、同じ方法で扱われる。
【非特許文献１】Ｐ．Ｊａｘ著「Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｂａｎｄｌｉｍｉｔｅｄ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｓｉｇｎａｌｓ」、２００２年、Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ａｎｄ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｂｏｕｎｄｓ、学位論文、ドイツ、Ａａｃｈｅｎ
【非特許文献２】Ｅ．Ｌａｒｓｅｎ、Ｒ．Ｍ．Ａａｒｔｓ著「Ａｕｄｉｏ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ」、２００４年、米国、ニュージャージー州、Ｈｏｂｏｋｅｎ、Ｗｉｌｅｙ
【非特許文献３】Ｊ．Ｅｐｐｓ、Ｗ．Ｈ．Ｈｏｌｍｅｓ著「Ａ  Ｎｅｗ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｄｅｄ  Ｎａｒｒｏｗ−ｂａｎｄ  Ｓｐｅｅｃｈ」、１９９９年６月、ＩＥＥＥ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｃｏｄｉｎｇ、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１７４−１７６ページ
【非特許文献４】Ｊ．Ｍ．Ｖａｌｉｎ、Ｒ．Ｌｅｆｅｂｖｒｅ著「Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ  Ｓｐｅｅｃｈ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ  Ｂｉｔ−Ｒａｔｅ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｃｏｄｉｎｇ」、２０００年９月、ＩＥＥＥ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｃｏｄｉｎｇ、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１３０−１３２ページ
【非特許文献５】Ｕ．Ｋｏｒｎａｇｅｌ「Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｗｉｄｅｎｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  ｆｏｒ  Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ−Ｂａｎｄ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ」、２００１年９月、ＩＷＡＥＮＣ０１、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、２１５−２１８ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って、本発明の根底にある目的は、拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための、よりフレキシブルな方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この問題は、項目１に記載の方法および項目１６に記載の装置によって解決される。
【００２１】
本発明に従って、拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための方法であって、該方法は、
（ａ）  受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限とを自動的に決定することと、
（ｂ）  該受信された音響信号を補足するために、少なくとも１つの補足信号を、所定の広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間および／または該現在の帯域幅の上限と所定の広帯域の帯域幅の上限との間で自動的に決定することであって、該所定の広帯域の帯域幅の下限は、該現在の帯域幅の下限よりも小さく、該所定の広帯域の帯域幅の上限は、該現在の帯域幅の上限よりも大きい、ことと、
（ｃ）  該少なくとも１つの補足信号と該受信された音響信号とを自動的に組み合わせることにより、拡張された帯域幅を有する音響信号を取得することと
を包含する。
【００２２】
受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限とを決定すること、および現在の帯域幅限界とそれぞれの所定の広帯域（またはワイドバンド）の帯域幅の限界との間で補足信号を決定することによって、本発明に従う方法は、実際に受信される音響信号に対する帯域幅拡張の適合を可能にする。例えば、送信者がＩＳＤＮ電話を使用する場合には、ハンズフリーシステムを有する携帯電話の場合と比較すると、より広い周波数範囲が使用される。それゆえ、受信される音響信号の帯域幅は、それが必要な場合には、生じる信号の質が非常に高くなるように、それらの周波数においてのみ拡張される。
【００２３】
このようにすると、一方で、受信される信号が非常に狭い周波数範囲のみをカバーする場合でさえ、スペクトルギャップは発生しない。他方で、相対的に広い周波数範囲をカバーする信号を受信する場合、補足信号を決定する際に、周波数はカットオフされない。
【００２４】
受信された音響信号は、デジタル信号であるか、またはデジタル化され得る。上記の方法において、ステップ（ａ）〜（ｃ）は、受信された音響信号を既定のサンプリングレートに変換するステップに先行され得る。さらに、ステップ（ａ）〜（ｃ）は、該音響信号、特に変換された音響信号から信号ベクトルを抽出するステップに先行され得る。信号ベクトルは、音響信号をサブサンプリングすることによって取得され得、かつ所定の数のエントリを備え得る。次いで、続いて（やがて）信号ベクトルはオーバーラップし得る。信号ベクトルの使用は、信号のさらなる処理を単純化する。
【００２５】
ステップ（ａ）〜（ｃ）は、受信された音響信号のスペクトルベクトルを決定するステップに先行され得る。特に、ウィンドウ関数が、受信された音響信号の信号ベクトルに適用され得る。例えば、ハニングまたはハミングウィンドウが、使用され得る（Ｋ．Ｄ．Ｋａｍｍｅｙｅｒ、Ｋ．Ｋｒｏｓｃｈｅｌ著「Ｄｉｇｉｔａｌｅ  Ｓｉｇｎａｌｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ」、第４版、１９９７年、ドイツ、Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ、Ｔｅｕｂｎｅｒを参照）。信号ベクトル、特に、このようにして重みづけられた信号ベクトルは、離散フーリエ変換を用いて、フーリエ領域に変換され得る。生じるベクトルは、短期のスペクトルベクトルである。これは、フーリエ領域におけるさらなる処理を可能にする。
【００２６】
上記の方法において、ステップ（ｂ）は、広帯域のスペクトル包絡線信号および広帯域の励起信号を、広帯域の帯域幅の下限と広帯域の帯域幅の上限との間で決定することにより、スペクトル包絡線信号と励起信号との積が既定の基準に従って受信された音響信号に対応することを包含し得る。
【００２７】
包絡線信号および励起信号へのこのような分解は、現在の帯域幅の限界を決定することを単純化し、補足信号を決定する際に精度を増加させる。
【００２８】
ステップ（ａ）は、決定された広帯域のスペクトル包絡線信号と受信された音響信号の長期のパワースペクトルとを比較することを包含し得る。長期のパワースペクトルは、音響信号の現在の帯域幅の限界を決定するための適切なベースであることが分かる。
【００２９】
結果として、現在の帯域幅の限界が、このように、受信された音響信号の広帯域のスペクトル包絡線信号を用いてステップ（ａ）において決定された場合、ステップ（ｂ）において補足信号を決定することは、これらの現在の帯域幅の限界に基づいており、包絡線信号の決定を包含することは、再び、（新しく）該決定された包絡線信号と長期のパワースペクトルとを比較することによって、現在の帯域幅の限界を繰り返し適合させることが可能である。換言すれば、ステップ（ａ）において現在の帯域幅の限界を決定することは、ステップ（ｂ）に従って決定されたスペクトル包絡線信号を、特に先行するステップにおいて、または方法の先行する繰り返しにおいて使用し得る。
【００３０】
特に、受信された音響信号がフーリエ領域に変換されている場合には、長期のパワースペクトルを決定することは、音響信号に対応するサブバンド信号の絶対値の二乗の一次の帰納的平滑化を行うことを包含し得る。このことは、特に、所望される信号（例えば、スピーチ信号）が、受信される音響信号において検出される場合に限り、なされ得る。
【００３１】
さらに、長期のパワースペクトルは、特に既定の周波数限界内の長期のパワースペクトルに関して、正規化され得る。
【００３２】
あるいは、長期のパワースペクトルは、時間領域内で決定され得る。このことは、自己相関を決定することおよびＬＰＣ解析を行うことによってなされ得、対応する予測係数を取得する。
【００３３】
比較するステップは、最小周波数および最大周波数を選択することであって、該周波数に対して、長期のパワースペクトルは、決定された広帯域のスペクトル包絡線のパワースペクトルに既定の定数を足したものよりも大きいか、または等しい、ことを包含し得る。
【００３４】
これは、帯域幅の限界を決定するための特に単純で信頼できる方法である。既定の定数は、実験的または理論的なデータに基づいて選択され得る。既定の定数は負の数であり得る。
【００３５】
上記の方法において、広帯域のスペクトル包絡線信号を決定することは、既定の基準に従って、コードブックから包絡線信号を選択することを包含し得る。
【００３６】
コードブックを用いることによって、所望される計算機能力が、包絡線信号を決定するために低減され得る。原則として、異なる種の基準が、コードブックから包絡線信号を選択する場合に使用され得る。特に、既定の距離基準（例えば、ケプストラム距離）を用いることが、特にコードブックエントリがケプストラムベクトルの形式を有する場合に、使用され得る。
【００３７】
特に、包絡線信号を選択することは、受信された音響信号を等化することと、既定の距離基準に従って、等化された音響信号に対して最小の距離を有する、特に最小のケプストラム距離を有する包絡線信号をコードブックから選択することを包含し得る。
【００３８】
音響信号を等化することは、コードブックからの包絡線信号との比較が単純化され得るように音響信号を変更することを可能にする。特に、受信された音響信号は、生じる信号が、コードブックの学習のために使用される信号の長期のパワースペクトルに対応する長期のパワースペクトルを示すような方法で、等化され得る。等化は、受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限との間の周波数に制限され得；これらの限界の外側では、信号は変更されない。特に、受信された音響信号の等化は、コードブックの学習のために使用される信号の正規化された長期のパワースペクトルを用いて（特に受信された音響信号自身の正規化された長期のパワースペクトルによって割られた正規化された長期のパワースペクトルを用いて）、行われ得る。
【００３９】
コードブックは、複数の組の対応する包絡線信号を備え得、各組は、広帯域の帯域幅の上限と広帯域の帯域幅の下限との間に、広帯域の包絡線信号を備え、広帯域の帯域幅の下限よりも大きい狭帯域の帯域幅の下限と、広帯域の帯域幅の上限よりも小さい狭帯域の帯域幅の上限との間に、対応する狭帯域の包絡線信号を備えており、包絡線信号を選択することは、既定の距離規準に従って、等化された音響信号に対して最小距離を有する狭帯域の包絡線信号を決定することと、この組の対応する広帯域の包絡線信号を選択することとを包含し得る。
【００４０】
このようにして、狭帯域信号が通常は狭帯域の帯域幅を有する受信された音響信号に、よりきっちりとマッチするので、受信された音響信号とコードブックの要素との間の単純な比較が行われ得る。
【００４１】
包絡線信号を選択するためにケプストラム距離を用いる場合、受信された音響信号（特にその等化された形式）は、ケプストラム領域に変換される必要がある。結果として、包絡線信号を選択するステップは、受信された音響信号のサブバンド信号の二乗された絶対値を決定するステップと、特に二乗された絶対値のベクトルに逆離散フーリエ変換を行うことによって、時間領域における自己相関を決定するステップと、特にレビンソン−ダーバンアルゴリズムを用いて予測係数を決定するステップと、ケプストラム係数を取得するために帰納を行うステップとをさらに包含し得る。
【００４２】
ケプストラムベクトルからスペクトル包絡線を決定するために、該方法は、ケプストラムベクトルを予測誤差係数に帰納的に変換するステップと、逆スペクトルを取得するために、既定の数の０を追加し、続いて離散フーリエ変換を行うことによって、予測誤差フィルタベクトルを増加させるステップと、スペクトル包絡線ベクトルを取得するために、各サブバンドコンポーネントの逆数を決定するステップとをさらに包含し得る。
【００４３】
上記の方法において、包絡線信号を選択するステップは、現在の帯域幅の下限と現在の帯域幅の上限とに適合されている適合された狭帯域コードブック包絡線信号を提供することによって先行され得る。
【００４４】
コードブックエントリのこのような適合は、コードブックからの対応する包絡線信号の改良した選択を可能にする。特に、受信された音響信号が、コードブックの元の狭帯域の包絡線信号よりも広い帯域幅を示す場合には、適合は拡張された帯域幅を有する包絡線信号をコードブックにおいて生じる。このようにして、特に摩擦音が、より信頼性を持って検出され得る。
【００４５】
提供するステップは、受信された音響信号の長期のパワースペクトルを用いて広帯域のコードブック包絡線信号を処理することを包含し得る。
【００４６】
受信された音響信号のパワースペクトルの使用に起因して、音響信号への適切な適合が取得され得る。長期のパワースペクトルは正規化され得；さらに、受信された音響信号の長期のパワースペクトルが、コードブックの学習のために使用される広帯域の信号の正規化された長期のパワースペクトルによって割られ得る。広帯域のコードブック包絡線信号の処理は、現在の帯域幅限界の外側に対してのみ行われ得；帯域幅限界内では、包絡線信号は変更されない。長期のパワースペクトルを用いる処理は、受信された音響信号の長期のパワースペクトルを用いて、広帯域のコードブック包絡線信号ベクトルに重みづけすることを包含し得る。
【００４７】
上記の方法において、広帯域の励起信号を決定することは、予測誤差フィルタリングおよび／または非線形特性に基づき得る。このようにして、適切な励起信号が生成され得る。可能性のある非線形特性は、例えば、Ｕ．Ｋｏｒｎａｇｅｌ著「Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｗｉｄｅｎｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  ｆｏｒ  Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ−Ｂａｎｄ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ」において開示される。
【００４８】
上記の方法において、少なくとも１つの補足信号は、決定された広帯域のスペクトル包絡線と、決定された広帯域の励起信号との積に基づき得、ステップ（ｃ）は、現在の帯域幅の下限と現在の帯域幅の上限との間の受信された音響信号と、広帯域の帯域幅の下限と現在の帯域幅の下限との間の帯域、および／または現在の帯域幅の上限と広帯域の帯域幅の上限との間の帯域に制限された少なくとも１つの補足信号を加算することを包含し得る。
【００４９】
結果として、補足信号は、包絡線信号を用いて励起信号にスペクトル的に着色することに基づく。受信された音響信号の現在の帯域幅の外側にのみ補足信号を加えることによって、拡張された帯域幅を有する生じる信号におけるアーティファクトが回避される。
【００５０】
ステップ（ｃ）はまた、補足信号および／または受信された音響信号のパワーを適合することを包含し得る。このステップで、受信された音響信号のパワーが維持され得る。
【００５１】
上記の方法において、ステップの少なくとも１つは、ケプストラム領域において行われ得る。特に、コードブックのエントリがケプストラムベクトルである場合には、このことが、該方法をより簡単な方法で行うことを可能にする。
【００５２】
上記の方法のステップ（ａ）〜ステップ（ｃ）は、既定の時間間隔で繰り返され得る。次いで、現在受信される音響信号への繰り返しの適合は、結果生じる広帯域の信号の恒久的に高い質を導く。
【００５３】
上記の方法のステップ（ａ）〜ステップ（ｃ）は、所望される信号コンポーネント（例えば、スピーチ行動）が、受信された音響信号において検出された場合に限り、繰り返され得る。特に、スピーチ信号の場合において、受信された音響信号の帯域幅の拡張が有利である。結果として、検出されたスピーチ行動に該方法を制限することは、所望される計算機能力を低減し、不完全な適合に起因するアーティファクトの存在を回避する。
【００５４】
本発明はまた、コンピュータ上で実行する場合に、上記の方法のステップを行うためのコンピュータ実行可能な命令を有する１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体を備えているコンピュータプログラム製品を提供する。
【００５５】
さらに、拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための装置が提供され、該装置は、
受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限とを自動的に決定するための帯域幅決定手段と、
所定の広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間および／または該現在の帯域幅の上限と所定の広帯域の帯域幅の上限との間で、該受信された音響信号を補足するために、少なくとも１つの補足信号を自動的に決定するための補足信号手段であって、該所定の広帯域の帯域幅の下限は、該現在の帯域幅の下限よりも小さく、該所定の広帯域の帯域幅の上限は、該現在の帯域幅の上限よりも大きい、補足信号手段と、
該少なくとも１つの補足信号と、該受信された信号を自動的に組み合わせることにより、拡張された帯域幅を有する音響信号を取得する組み合わせ手段と
を備えている。
【００５６】
上記の方法に類似して、このような装置は、受信される音響信号の帯域幅を拡張するための有利な方法を提供する。特に、受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限との決定および対応する補足信号の決定に起因して、生じる出力信号の質は、固定されたパラメータを有する帯域幅拡張システムの場合と比較すると増加する。
【００５７】
補足信号手段は、広帯域の帯域幅の上限と広帯域の帯域幅の下限との間で、広帯域のスペクトル包絡線信号および広帯域の励起信号を決定することにより、スペクトル包絡線信号と励起信号との積が、既定の基準に従うと、受信された音響信号に対応するための手段を備え得る。
【００５８】
帯域幅決定手段は、決定された広帯域のスペクトル包絡線信号と、受信された音響信号の長期のパワースペクトルとを比較するように構成され得る。
【００５９】
帯域幅決定手段は、最小周波数および最大周波数を選択するように構成され得、該周波数に対して、長期のパワースペクトルは、決定された広帯域のスペクトル包絡線信号のパワースペクトルに既定の定数を足したものよりも大きいか、または等しい。
【００６０】
上記の装置において、広帯域のスペクトル包絡線信号を決定するための手段は、既定の基準に従って、コードブックから包絡線信号を選択するための手段を備え得る。
【００６１】
包絡線信号を選択するための手段は、受信された音響信号を等化するように、かつ既定の距離基準に従って、等化された音響信号に対して最小の距離を有する、特にケプストラム距離を有する包絡線信号をコードブックから選択するように構成され得る。
【００６２】
上記の装置において、コードブックは、複数の組の対応する包絡線信号を備え得、各組は、広帯域の帯域幅の下限と広帯域の帯域幅の上限との間に、広帯域の包絡線信号を備え、該広帯域の帯域幅の下限よりも大きい狭帯域の帯域幅の下限と、該広帯域の帯域幅の上限よりも小さい狭帯域の帯域幅の上限との間に、対応する狭帯域の包絡線信号を備えており、包絡線信号を選択するための手段は、既定の距離基準に従って、等化された音響信号に対して最小距離を有する狭帯域の包絡線信号を決定するように、かつこの組の対応する広帯域の包絡線信号を選択するように構成され得る。
【００６３】
広帯域のスペクトル包絡線信号を決定するための手段は、現在の帯域幅の下限および現在の帯域幅の上限に適合されている適合された狭帯域のコードブック包絡線信号を提供するための手段を備え得る。
【００６４】
提供するための手段は、受信された音響信号の長期のパワースペクトルを用いて、広帯域のコードブック包絡線信号を処理するように構成され得る。
【００６５】
上記の装置において、広帯域の励起信号を決定するための手段は、予測誤差フィルタリングおよび／または非線形特性に基づいて広帯域の励起信号を決定するように構成され得る。
【００６６】
少なくとも１つの補足信号は、決定された広帯域スペクトル包絡線と、決定された励起信号との積に基づき得、組み合わせ手段は、現在の帯域幅の下限と現在の帯域幅の上限との間の受信された音響信号と、広帯域の帯域幅の下限と現在の帯域幅の下限との間および／または現在の帯域幅の上限と広帯域の帯域幅の上限との間に制限されている少なくとも１つの補足信号とを加算するように構成され得る。
【００６７】
上記の装置において、手段の少なくとも１つは、該手段の機能の少なくとも一部をケプストラム領域において行うように構成され得る。
【００６８】
上記の装置の手段は、該手段のそれぞれの機能を、既定の時間間隔で繰り返し行うように構成され得る。
【００６９】
装置は、所望の信号検出器、特にスピーチ検出器をさらに備え得、手段は、所望される信号コンポーネントが受信された音響信号において検出された場合に限り、該手段のそれぞれの機能を行うように構成され得る。
【００７０】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
【００７１】
（項目１）  
拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための方法であって、
（ａ）  受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限とを自動的に決定することと、
（ｂ）  該受信された音響信号を補足するために、少なくとも１つの補足信号を、所定の広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間および／または該現在の帯域幅の上限と所定の広帯域の帯域幅の上限との間で自動的に決定することであって、該所定の広帯域の帯域幅の下限は、該現在の帯域幅の下限よりも小さく、該所定の広帯域の帯域幅の上限は、該現在の帯域幅の上限よりも大きい、ことと、
（ｃ）  該少なくとも１つの補足信号と該受信された音響信号とを自動的に組み合わせることにより、拡張された帯域幅を有する音響信号を取得することと
を包含する、方法。
【００７２】
（項目２）
上記ステップ（ｂ）は、広帯域のスペクトル包絡線信号および広帯域の励起信号を、上記広帯域の帯域幅の下限と上記広帯域の帯域幅の上限との間で決定することにより、スペクトル包絡線信号と励起信号との積が、既定の基準に従って、上記受信された音響信号に対応することを包含する、項目１に記載の方法。
【００７３】
（項目３）
上記ステップ（ａ）は、上記決定された広帯域のスペクトル包絡線信号と、上記受信された音響信号の長期のパワースペクトルとを比較することを包含する、項目２に記載の方法。
【００７４】
（項目４）
上記比較するステップは、最小周波数および最大周波数を選択することであって、該周波数に対して、上記長期のパワースペクトルは、上記決定された広帯域のスペクトル包絡線信号のパワースペクトルに既定の定数を足したものより大きいか、または等しい、ことを包含する、項目３に記載の方法。
【００７５】
（項目５）
上記広帯域のスペクトル包絡線信号を決定することは、既定の基準に従って、コードブックから包絡線信号を選択することを包含する、項目２〜項目４のうちの１項に記載の方法。
【００７６】
（項目６）
上記包絡線信号を選択することは、上記受信された音響信号を等化することと、既定の距離基準に従って該等化された音響信号に対して最小距離を有する、特に最小のケプストラム距離を有する包絡線信号を上記コードブックから選択することとを包含する、項目５に記載の方法。
【００７７】
（項目７）
上記コードブックは、複数の組の対応する包絡線信号を備えており、各組は、上記広帯域の帯域幅の上限と上記広帯域の帯域幅の下限との間に、広帯域の包絡線信号を備え、該広帯域の帯域幅の下限よりも大きい狭帯域の帯域幅の下限と、該広帯域の帯域幅の上限よりも小さい狭帯域の帯域幅の上限との間に、対応する狭帯域の包絡線信号を備えており、
包絡線信号を選択することは、上記既定の距離基準に従って、上記等化された音響信号に対して最小距離を有する狭帯域の包絡線信号を決定することと、この組の上記対応する広帯域の包絡線信号を選択することとを包含する、項目６に記載の方法。
【００７８】
（項目８）
上記包絡線信号を選択するステップは、上記現在の帯域幅の下限および上記現在の帯域幅の上限に適合されている適合された狭帯域のコードブック包絡線信号を提供することによって先行される、項目７に記載の方法。
【００７９】
（項目９）
上記提供するステップは、上記受信された音響信号の長期のパワースペクトルを用いて、広帯域のコードブック包絡線信号を処理することを包含する、項目８に記載の方法。
【００８０】
（項目１０）
広帯域の励起信号を決定することは、予測誤差フィルタリングおよび／または非線形特性に基づく、項目２〜項目９のうちの１項に記載の方法。
【００８１】
（項目１１）
上記少なくとも１つの補足信号は、上記決定された広帯域のスペクトル包絡線と、上記決定された広帯域の励起信号との積に基づき、上記ステップ（ｃ）は、上記現在の帯域幅の下限と上記現在の帯域幅の上限との間の上記受信された音響信号と、上記広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間の帯域、および／または該現在の帯域幅の上限と上記広帯域の帯域幅の上限との間の帯域に制限された該少なくとも１つの補足信号とを加算することを包含する、項目２〜項目１０のうちの１項に記載の方法。
【００８２】
（項目１２）
上記ステップのうちの少なくとも１つがケプストラム領域において行われる、項目１〜項目１１のうちの１項に記載の方法。
【００８３】
（項目１３）
上記ステップ（ａ）〜（ｃ）は、既定の時間間隔で繰り返される、項目１〜項目１２のうちの１項に記載の方法。
【００８４】
（項目１４）
上記ステップ（ａ）〜（ｃ）は、所望される信号コンポーネント、特にスピーチ行動が、上記受信された音響信号において検出された場合に限り繰り返される、項目１〜項目１３のうちの１項に記載の方法。
【００８５】
（項目１５）
コンピュータ上で実行する場合に、項目１〜項目１４のうちの１項に記載の上記方法の上記ステップを行うためのコンピュータ実行可能な命令を有する１つ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体を備えている、コンピュータプログラム製品。
【００８６】
（項目１６）
拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための装置であって、
受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と現在の帯域幅の下限とを自動的に決定するための帯域幅決定手段と、
所定の広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間および／または該現在の帯域幅の上限と所定の広帯域の帯域幅の上限との間で、該受信された音響信号を補足するために、少なくとも１つの補足信号を自動的に決定するための補足信号手段であって、該所定の広帯域の帯域幅の下限は、該現在の帯域幅の下限よりも小さく、該所定の広帯域の帯域幅の上限は、該現在の帯域幅の上限よりも大きい、補足信号手段と、
該少なくとも１つの補足信号と、該受信された信号とを自動的に組み合わせることにより、拡張された帯域幅を有する音響信号を取得するための組み合わせ手段と
を備えている、装置。
【００８７】
（項目１７）
上記補足信号手段は、上記広帯域の帯域幅の下限と上記広帯域の帯域幅の上限との間で広帯域のスペクトル包絡線信号および広帯域の励起信号を決定することにより、該スペクトル包絡線信号と該励起信号との積が、既定の基準に従って、上記受信された音響信号に対応する手段を備えている、項目１６に記載の装置。
【００８８】
（項目１８）
上記帯域幅決定手段は、上記決定された広帯域のスペクトル包絡線信号と、上記受信された音響信号の長期のパワースペクトルとを比較するように構成されている、項目１７に記載の装置。
【００８９】
（項目１９）
上記帯域幅決定手段は、最小周波数および最大周波数を選択するように構成されており、該周波数に対して、上記長期のパワースペクトルは、上記決定された広帯域のスペクトル包絡線信号のパワースペクトルに既定の定数を足したものよりも大きいか、または等しい、項目１８に記載の装置。
【００９０】
（項目２０）
広帯域のスペクトル包絡線信号を決定するための上記手段は、既定の基準に従って、コードブックから包絡線信号を選択するための手段を備えている、項目１７〜項目１９のうちの１項に記載の装置。
【００９１】
（項目２１）
包絡線信号を選択するための上記手段は、上記受信された音響信号を等化するように、かつ既定の距離基準に従って、該等化された音響信号に対して最小の距離を有する、特に最小のケプストラム距離を有する包絡線信号を上記コードブックから選択するように構成されている、項目２０に記載の装置。
【００９２】
（項目２２）
上記コードブックは、複数の組の対応する包絡線信号を備えており、各組は、上記広帯域の帯域幅の下限と上記広帯域の帯域幅の上限との間に、広帯域の包絡線信号を備え、該広帯域の帯域幅の下限よりも大きい狭帯域の帯域幅の下限と、該広帯域の帯域幅の上限よりも小さい狭帯域の帯域幅の上限との間に、対応する狭帯域の包絡線信号を備えており、
包絡線信号を選択するための上記手段は、上記既定の距離基準に従って、上記等化された音響信号に対して最小距離を有する狭帯域の包絡線信号を決定するように、かつこの組の上記対応する広帯域の包絡線信号を選択するように構成されている、項目２１に記載の装置。
【００９３】
（項目２３）
上記広帯域のスペクトル包絡線信号を決定するための手段は、上記現在の帯域幅の下限および上記現在の帯域幅の上限に適合されている適合された狭帯域のコードブック包絡線信号を提供するための手段を備えている、項目２２に記載の装置。
【００９４】
（項目２４）
上記提供するための手段は、上記受信された音響信号の長期のパワースペクトルを用いて、上記広帯域のコードブック包絡線信号を処理するように構成されている、項目２３に記載の装置。
【００９５】
（項目２５）
広帯域の励起信号を決定するための上記手段は、予測誤差フィルタリングおよび／または非線形特性に基づいて該広帯域の励起信号を決定するように構成されている、項目１７〜項目２４のうちの１項に記載の装置。
【００９６】
（項目２６）
上記少なくとも１つの補足信号は、上記決定された広帯域のスペクトル包絡線と、上記決定された広帯域の励起信号との積に基づき、上記組み合わせ手段は、上記現在の帯域幅の下限と上記現在の帯域幅の上限との間の上記受信された音響信号と、上記広帯域の帯域幅の下限と該現在の帯域幅の下限との間の帯域、および／または該現在の帯域幅の上限と上記広帯域の帯域幅の上限との間の帯域に制限された該少なくとも１つの補足信号とを加算するように構成されている、項目１７〜項目２５のうちの１項に記載の装置。
【００９７】
（項目２７）
上記手段の少なくとも１つは、該手段の機能の少なくとも一部を、上記ケプストラム領域において行うように構成されている、項目１６〜項目２６のうちの１項に記載の装置。
【００９８】
（項目２８）
上記手段は、該手段のそれぞれの機能を、既定の時間間隔で繰り返し行うように構成されている、項目１６〜項目２７のうちの１項に記載の装置。
【００９９】
（項目２９）
所望される信号検出器、特にスピーチ検出器をさらに備えており、上記手段は、所望される信号コンポーネントが上記受信された音響信号において検出された場合に限り、該手段のそれぞれの機能を行うように構成されている、項目１６〜項目２８のうちの１項に記載の装置。
【０１００】
（摘要）
本発明は、拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための方法に向けられ、該方法は、受信された音響信号の現在の帯域幅の上限と、現在の帯域幅の下限とを自動的に決定することと、受信された音響信号を補足するために、少なくとも１つの補足信号を、所定の広帯域の帯域幅の下限と現在の帯域幅の下限との間および／または現在の帯域幅の上限と所定の広帯域の帯域幅の上限との間で自動的に決定することであって、該所定の広帯域の帯域幅の下限は、該現在の帯域幅の下限よりも小さく、該所定の広帯域の帯域幅の上限は、該現在の帯域幅の上限よりも大きい、ことと、該少なくとも１つの補足信号と該受信された音響信号とを自動的に組み合わせることにより、拡張された帯域幅を有する音響信号を取得することとを包含する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０１】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下に、図面を参照して記載される。
【０１０２】
図１は、拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための装置における信号フローの構造を示す。図２は、拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための方法の例を図示するフロー図であり、該方法は、図１に対応する装置によって行われ得る。このことを考慮して、図１および図２は、以下に、同時に記載される。
【０１０３】
ステップ２０１に従って、音響信号（例えば、スピーチ信号）が、電話線を介して受信される。電話線帯域幅は制限されているので、帯域幅の拡張が、信号の質を向上させるために所望される。従って、既定のより広い帯域幅を取得するために、信号が増加されるべきである。以下に記載される方法は、入力信号のタイプに依存せず、かつ送信線のタイプに依存しない（すなわち電話線が存在する必要がない）帯域幅の拡張のために使用され得ることが理解されるべきである。
【０１０４】
ブロック１０１によって受信された音響信号ｘ（ｎ）は、既定の広帯域または狭帯域の帯域幅まで、サンプリングレートを増加させることによって、既に予め処理されている。しかしながら、このようにして、追加の周波数コンポーネントは生成されない。このことは、例えば、適切なアンチエイリアシングフィルタまたはアンチイメージングフィルタを用いて達成され得る。この種の帯域幅の拡張は、好ましくは、「ミッシング」周波数領域に対してのみ行われ；アナログの電話線の場合には、これらの領域は０Ｈｚから３００Ｈｚまでの間であり得、３４００Ｈｚから所望されるサンプリングレートの半分まで（例えば、３７００Ｈｚまで）であり得る。
【０１０５】
結果として生じる信号ｘ（ｎ）（ｎは時間変数を示している）から、信号ベクトル
【０１０６】
【数７】
2008052277.tif 000009
が生成される（ステップ２０２）。このことは、特定の長さになるまでｒごとにサンプリング値をとることによって、達成され得る。従って、Ｎａｎａ個のエレメントを有する信号ベクトルは以下：
【０１０７】
【数８】
2008052277.tif 000010
の形式を有する。
【０１０８】
隣接する信号ベクトル間にオーバーラップが存在し得ることが注意されるべきである。１１．０２５ｋＨｚの所望される、または最終的なサンプリングレートに対して、以下の値：
ｒ＝６４、
Ｎａｎａ＝２５６
がとられ得る。
【０１０９】
その後（ステップ２０３）、ウィンドウイング（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ）手順が、信号ベクトル上で行われることにより、ウィンドウイングされた信号ベクトル
【０１１０】
【数９】
2008052277.tif 000011
【０１１１】
【数１０】
2008052277.tif 000012
が取得される。
【０１１２】
ウィンドウ行列
【０１１３】
【数１１】
2008052277.tif 000013
は、
【０１１４】
【数１２】
2008052277.tif 000014
の形式の対角行列である。
【０１１５】
この行列の要素は、異なる種のウィンドウに対応するように選択され得る。典型的なウィンドウは、ハニングまたはハミングウィンドウである。重みつきの信号ベクトルは、離散フーリエ変換：
【０１１６】
【数１３】
2008052277.tif 000015
を用いて、フーリエ領域に変換される。
【０１１７】
結果として生じる短期のスペクトルベクトルは、形式：
【０１１８】
【数１４】
2008052277.tif 000016
を有し、ここで、Ωμは、周波数変数を示す。
【０１１９】
スペクトルベクトルに基づいて、受信された音響信号の長期のパワースペクトルが、ブロック１０２において決定される（ステップ２０４）。このような長期のパワースペクトルを推定するためには異なる可能性がある。１つの代替案に従って、一次の帰納的平滑化が、サブバンド信号
【０１２０】
【数１５】
2008052277.tif 000017
の絶対値の二乗において行われる。
【０１２１】
【数１６】
2008052277.tif 000018
好ましくは、時間定数βｆｒｅは、１に近い（０≪βｆｒｅ＜１）ように選択されることにより、十分に大きい平均時間が取得される。
【０１２２】
原則として、上式の１行目に従った帰納的平滑化は、連続的に行われ得る。しかしながら、任意のアーティファクトを避けるために、所望される信号コンポーネントが受信された音響信号内に存在する場合（例えば、スピーチ行動が検出された場合）に限り、帰納的平滑化が行われ得る。この目的のために、スピーチ検出器は、例えば、Ｅ．Ｈａｅｎｓｌｅｒ、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄｔ著「Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｃｈｏ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ−Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈ」、米国、ニュージャージー州Ｈｏｂｏｋｅｎ、２００４年、Ｗｉｌｅｙに記載されるように提供され得る。
【０１２３】
さらなる処理を単純化するために、長期のパワースペクトルは、所定の周波数帯域内の長期パワーに正規化され得る。
【０１２４】
【数１７】
2008052277.tif 000019
帯域限界
【０１２５】
【数１８】
2008052277.tif 000020
は、所定の周波数帯域の下限および上限を示す。例えば、この周波数帯域は、本方法が使用されるべきである最小の帯域幅を有する電話帯域に対応し得る（例えば、限界は４００Ｈｚおよび３３００Ｈｚであり得る）。好ましくは、限界は帯域に対応し、帯域は狭い周波数帯域の周波数帯域より小さいかまたはほぼ等しく、該狭い周波数帯域内で、以下に記載されるコードブックが、学習されている。これらの限界はΩｌおよびΩｕによって示されている。
【０１２６】
あるいは、周波数領域における長期のパワースペクトルを決定するために、推定が時間領域において同様に行われ得る。この目的のために、自己相関が、オフセットの約１０〜２０のサンプリングサイクルに対して推定される。その後、予測係数が、ＬＰＣ（線形予測コーディング）解析を用いて決定され得る。長期のパワースペクトルは、離散フーリエ関数および除法を介して取得される。
【０１２７】
ブロック１０３（ステップ２０５）において、音響信号は等化される。等化：
【０１２８】
【数１９】
2008052277.tif 000021
は、上で決定されたスペクトルベクトルに対して行われる。
【０１２９】
等化行列
【０１３０】
【数２０】
2008052277.tif 000022
は形式
【０１３１】
【数２１】
2008052277.tif 000023
の対角行列であり、エントリ
【０１３２】
【数２２】
2008052277.tif 000024
を有する。上記の数式において、
【０１３３】
【数２３】
2008052277.tif 000025
は、受信された音響信号の現在の帯域幅の下限および上限を示す。従って、アップデートされ等化された信号を取得するために、時間（ｎ−１）における帯域幅の限界は、現在の帯域幅の限界をとる。さらに、
【０１３４】
【数２４】
2008052277.tif 000026
は、広帯域の信号の正規化された長期のパワースペクトルを示し、これは、コードブックの学習のために使用されている。このようなパワースペクトルの正規化は、上記の受信された音響信号の長期のパワースペクトルの場合に類似して行われる。コードブックを学習するために使用されるこのような正規化された長期のパワースペクトルに対する例が、図３に示される。
【０１３５】
等化は、最小値および最大値、例えば、
Ｈｅｑ，ｍｉｎ＝−１２ｄＢ
Ｈｅｑ，ｍａｘ＝１２ｄＢ
に制限される。
【０１３６】
上記から見られ得るように、音響信号は、現在の帯域幅の限界内でのみ１つ前の時間ステップで等化される。これらの帯域幅の外側では、等化は行われない。
【０１３７】
以下において、広帯域のスペクトル包絡線を決定することが、より詳細に記載される。受信された音響信号に対応する包絡線信号がコードブックを用いて決定される。使用されるコードブックは、多くのペアの対応する狭帯域および広帯域の包絡線信号を備えている。コードブックは、長期のパワースペクトルの開始に基づいて、大きなデータベースを用いて学習することにより、取得された（Ｙ．Ｌｉｎｄｅ，Ａ．Ｂｕｚｏ，Ｒ．Ｍ．Ｇｒａｙ「Ａｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎ」、１９８０年１月、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍ．、ＣＯＭ−２８巻、Ｎｏ．１、８４−９５ページを参照）。
【０１３８】
図２に示されるように、コードブックエントリは、ステップ２０６（ブロック１０４）において適合される。特に、狭帯域のコードブックエントリ
【０１３９】
【数２５】
2008052277.tif 000027
が適合される。
【０１４０】
このことは、コードブックの広帯域のエントリを開始することによって達成される。広帯域の包絡線信号が、ケプストラムベクトル
【０１４１】
【数２６】
2008052277.tif 000028
として提供される場合には、対応するスペクトル
【０１４２】
【数２７】
2008052277.tif 000029
が決定される。これらの広帯域のスペクトル包絡線に基づいて、適合されたまたは最適化された狭帯域のスペクトルが、重みづけ行列と掛けることによって決定される。
【０１４３】
【数２８】
2008052277.tif 000030
重みづけ行列は、形式：
【０１４４】
【数２９】
2008052277.tif 000031
で、エントリ
【０１４５】
【数３０】
2008052277.tif 000032
を有する対角行列である。
【０１４６】
その後、ケプストラムベクトルは、結果として生じるスペクトル狭帯域包絡線から決定される。
【０１４７】
スペクトルベクトルからケプストラムベクトルへ変換することおよびその逆は、ステップ２０７に関して以下に記載され、ステップ２０７において、広帯域のスペクトル包絡線が決定される（ブロック１０５）。
【０１４８】
音響信号に最良にマッチするコードブックからの広帯域のスペクトル包絡線は、（等化の後に）狭帯域のコードブックエントリと音響信号のスペクトルの包絡線とを比較することによって決定される。狭帯域のコードブックエントリは、音響信号スペクトルに対して小さい距離を有するように選択される。原則として、異なる距離基準が使用され得る。ケプストラム距離は、コードブックエントリがケプストラムベクトルの形式で提供されるので、特に有用である。
【０１４９】
最適な狭帯域のコードブックエントリが選択された際に、対応する広帯域のコードブックエントリは、受信された音響信号に対する最適な広帯域のスペクトル包絡線として決定される。上記したように、広帯域のコードブックエントリの適合に起因して、最適な狭帯域の包絡線は、非常に信頼できる方法で選択され得る。
【０１５０】
特に受信された音響信号のスペクトルベクトルをケプストラムベクトルに変換することは、以下によって達成される。
１．各サブバンド信号
【０１５１】
【数３１】
2008052277.tif 000033
の二乗された絶対値を決定すること。
２．このベクトルに逆離散フーリエ変換を適用することであって、時間領域における自己相関の推定を生じること。
３．レビンソン−ダーバンアルゴリズムを用いて、予測係数（約１０〜２０の次数を有する）を、自己相関から決定すること。
４．次数に関する帰納を行うことによって、予測係数は、ケプストラム係数を決定するために使用される。通常、次数は予測される次数の１．５倍に対応する。
【０１５２】
広帯域のコードブックの最適なケプストラムベクトルは、
【０１５３】
【数３２】
2008052277.tif 000034
によって指定される。結果として生じるスペクトル包絡線は、形式：
【０１５４】
【数３３】
2008052277.tif 000035
を有する。
【０１５５】
ケプストラムベクトルのスペクトルベクトルへの変換は、以下によって達成される。
１．次数に関する帰納を用いて、ケプストラムベクトルを変換する（上記のように）ことにより、予測誤差フィルタ係数を取得すること。
２．既定の数の０によって予測誤差フィルタベクトルを増加させ、続いて離散フーリエ関数を行うことによって、逆スペクトルを取得すること。
３．各サブバンドコンポーネントの逆数を決定することによって、ベクトル
【０１５６】
【数３４】
2008052277.tif 000036
を生成すること。０による除法は、例えば、適切な定数を追加することによって、個別に扱われる必要がある。
【０１５７】
図４は、４組のエントリを有するコードブックの例を図示する。各図において、対応する元の狭帯域の包絡線および対応する適合された狭帯域の包絡線が示される。元の広帯域および狭帯域のコードブックエントリは、ＩＳＤＮ電話接続に対する大きなデータベースに基づいて取得される。この図において見られるように、適合の後に結果として生じる最適化されたエントリは、より高い上限周波数を有する。このことは、改良された摩擦音の検出を可能にする。
【０１５８】
ステップ２０８（ブロック１０３）において、受信された音響信号に対応する励起信号が生成される。この広帯域の励起信号は、スペクトル的に平坦な包絡線を示す。それは、声帯の後ろで直接的に記録された信号に対応する。
【０１５９】
広帯域の励起信号を決定するために、まず、等化された短期のスペクトル
【０１６０】
【数３５】
2008052277.tif 000037
のスペクトル包絡線が、予測誤差フィルタ係数の形式で推定される。逆離散フーリエ変換をこのスペクトルベクトルに適用することは、対応する時間信号を決定することを可能にする。その後、時間領域におけるベクトルは、予測誤差フィルタによってフィルタされる。対応するフィルタ係数は、先に決定されているフィルタ係数である。
【０１６１】
次いで、非線形特性（例えば、双方向整流またはスクエアリング）が、フィルタされた時間領域ベクトルに適用される。このことはミッシング低周波数および高周波数信号コンポーネントを生成する。フーリエ領域における変換は、拡張された励起信号のスペクトル
【０１６２】
【数３６】
2008052277.tif 000038
を提供する。
【０１６３】
あるいは、励起信号を決定することは、時間サブバンドまたはフーリエ領域において同様に行われ得る。この代替案に対する例は、Ｂ．Ｉｓｅｒ、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄｔ「Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ  Ｓｐｅｅｃｈ」、２００５年６月、Ｅｕｒａｓｉｐ  Ｎｅｗｓｌｅｔｔｅｒ、１６巻、Ｎｕｍｂｅｒ２、２〜２４ページに見出され得る。
【０１６４】
以下のステップ２０９（ブロック１０７）において、広帯域のスペクトル包絡線および励起信号は、励起信号にスペクトル的に着色するために使用される。このことはサブバンドまたはフーリエ領域における掛け算によって達成され得る：
【０１６５】
【数３７】
2008052277.tif 000039
対角行列
【０１６６】
【数３８】
2008052277.tif 000040
は、形式：
【０１６７】
【数３９】
2008052277.tif 000041
を有する。
【０１６８】
励起信号を生成するときに、非線形性または予測誤差フィルタリングによって、音響信号のパワーは、維持される必要が無い。それゆえ、パワー適合が行われ得る：
【０１６９】
【数４０】
2008052277.tif 000042
補正率Ｋは、以下のように選択され得、
【０１７０】
【数４１】
2008052277.tif 000043
ここで
【０１７１】
【数４２】
2008052277.tif 000044
は、上記の長期のパワースペクトルの推定における場合と同一の帯域幅の限界を示す。
【０１７２】
現在の帯域幅の限界は、ステップ２１０（ブロック１０８）において適合される。１つの可能性に従って、帯域幅の限界は、受信された音響信号のスペクトルと所定の定数を引かれている広帯域のスペクトル包絡線との比較の開始で決定される：
【０１７３】
【数４３】
2008052277.tif 000045
パラメータＫＣは、値：
ＫＣ＝−１２ｄＢ
を有し得る。
【０１７４】
図５において、帯域幅の限界を決定するための例が図示される。上記の中間の限界値は、下げられた広帯域のスペクトル包絡線と受信された音響信号のスペクトルとの間の交点によって与えられる。
【０１７５】
これらの中間の限界値は、帰納的に平滑化され、時間的な不完全推定を除去し得る。この場合において、好ましくは、平滑化は、現在の信号フレーム中にスピーチ行動が検出される場合に限り行われる。
【０１７６】
【数４４】
2008052277.tif 000046
次いで、受信された音響信号は、適応帯域通過フィルタを通過し、現在の帯域幅の限界内のコンポーネントのみを保持し（ブロック１０９）、スペクトルベクトル
【０１７７】
【数４５】
2008052277.tif 000047
が取得される。同様に、スペクトル的に着色された励起信号は、補足的な適応帯域消去フィルタを通過する（ブロック１１０）ことにより、ベクトル
【０１７８】
【数４６】
2008052277.tif 000048
が取得される。
【０１７９】
これら２つのスペクトルベクトルの加算を開始することによって、標準の帯域幅を有する出力信号が生成される（ステップ２１１）：
【０１８０】
【数４７】
2008052277.tif 000049
これらのベクトルのコンポーネントは：
【０１８１】
【数４８】
2008052277.tif 000050
として生成され、ここで、重みづけ行列
【０１８２】
【数４９】
2008052277.tif 000051
は、対角行列：
【０１８３】
【数５０】
2008052277.tif 000052
【０１８４】
【数５１】
2008052277.tif 000053
である。
【０１８５】
行列
【０１８６】
【数５２】
2008052277.tif 000054
の要素は：
【０１８７】
【数５３】
2008052277.tif 000055
として決定され、補足重みづけ行列の重みは、加算された際に単位行列を生じるように決定される。
【０１８８】
【数５４】
2008052277.tif 000056
あるいは、帯域幅限界における遷移が、より平滑な方法で実現され得る。
【０１８９】
結果生じる出力スペクトル
【０１９０】
【数５５】
2008052277.tif 000057
は、次いで、逆フーリエ変換：
【０１９１】
【数５６】
2008052277.tif 000058
を介して時間領域に変換され、結果のベクトルをウィンドウイングすることが続く。特に、Ｎａｎａおよびｒに対する上記された値およびハニングウィンドウを用いる場合には、このウィンドウ関数が、ウィンドウイングされた時間領域ベクトル：
【０１９２】
【数５７】
2008052277.tif 000059
を取得するために再び使用され得る。
【０１９３】
結果生じる時間領域ベクトルは、次いで、（Ｋ．Ｄ．Ｋａｍｍｅｙｅｒ、Ｋ．Ｋｒｏｓｃｈｅｌ「Ｄｉｇｉｔａｌｅ  Ｓｉｇｎａｌｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ」に記載されるような）オーバーラップ加算法を用いて組み合わされる。
【０１９４】
本方法の上記のステップにおいて、より複雑なフィルタバンクシステムが、従来の離散フーリエ変換および逆離散フーリエ変換の代わりに使用され得る（例えば、Ｐ．Ｐ．Ｖａｉｄｙａｎａｔｈａｎ「Ｍｕｌｔｉｒａｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｂａｎｋｓ」、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ、１９９２年、米国、ニュージャージー州Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ  Ｃｌｉｆｆｓ）。
【０１９５】
上記の変形に対するさらなる代替案も同様に可能である。例えば、フーリエ領域において行われるステップはまた、時間領域においても行われ得る。さらに、音響信号を等化することは、狭帯域のコードブックエントリを適合する際に行われ得る。さらに、上記の等化ステップは、増強させられ得る。例えば、増幅または減衰が、特定の周波数において検出される場合には、それは帯域幅限界内で調節され得る。この場合に、出力ベクトル
【０１９６】
【数５８】
2008052277.tif 000060
は、重みづけ行列
【０１９７】
【数５９】
2008052277.tif 000061
を用いて変更される。
【０１９８】
広帯域のスペクトル包絡線に対する上記のコードブック解析に加えて、いわゆる線形写像（Ｂ．Ｉｓｅｒ、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、「Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｅｌｅｐｈｏｙｎｙ  Ｓｐｅｅｃｈ」を参照）が追加的に使用され得る。
【０１９９】
本発明のさらなる変更および変形は、本記載を見ると、当業者にとって明白である。従って、本記載は、単なる例示として、かつ本発明を実行する一般的な方法を当業者に教示する目的のためであるとして解釈されるべきである。本明細書において示され、記載された本発明の形式は、本好ましい実施形態として捉えられるべきであることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】図１は、拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための装置の例の構造を図示する。
【図２】図２は、拡張された帯域幅を有する音響信号を提供するための方法の例のフロー図である。
【図３】図３は、コードブックを学習するための正規化された長期のパワースペクトルの例を図示する。
【図４】図４は、コードブックエントリの例を図示する。
【図５】図５は、現在の帯域幅の限界の決定を図示する。
【図６】図６は、従来技術のシステムの構造を図示する。
【図１】
2008052277.tif 000062
【図２】
2008052277.tif 000063
【図３】
2008052277.tif 000064
【図４】
2008052277.tif 000065
【図５】
2008052277.tif 000066
【図６】
2008052277.tif 000067