(57)【要約】【課題】オリジナルのアナログ信号のようにシャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得る。【解決手段】遅延回路３が入力データＩＮを遅延させて出力する間に、高周波生成回路４はデジタル音声情報の極大値ＶＭＡＸと極小値ＶＭＩＮを検出し、これらの極値間のサンプル数を計数することによって音声情報の周波数ｆを検出する一方で極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分ΔＤ１、ΔＤ２を演算し、演算された差分と係数選択部８で選択された係数εとを乗算して補正値α１、α２を求め、検出された周波数が周波数帯域選択部７で選択された周波数帯域ｆＢに含まれているとき、デジタル音声情報の極大値に１サンプル前の値との差分に対応する補正値α１を加算し、極小値から１サンプル前の値との差分に対応する補正値α２を減算する。【選択図】　　　　図１
2004021224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給されるデジタル音声情報の時間的に前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を検出するステップと、
検出された前記極大値又は極小値である極値の間のサンプル数を計数することによって音声情報の周波数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分を演算するステップと、
周波数を互いに異ならせて記憶させてある複数の周波数帯域のうちのいずれか１つと、大きさを互いに異らせて記憶させてある複数の係数のうちのいずれか１つとをそれぞれ外部で選択するステップと、
演算された前記差分と選択された前記係数とを乗算して補正値を求めるステップと、
検出された前記周波数が選択された前記周波数帯域に含まれているとき、前記デジタル音声情報の極大値に１サンプル前の値との差分に対応する前記補正値を加算し、最小値から１サンプル前の値との差分に対応する前記補正値を減算するステップとを、
備えたデジタル音声処理方法。
【請求項２】
前記係数は１．０より小さい値である、請求項１に記載のデジタル音声処理方法。
【請求項３】
外部から供給されるデジタル音声情報の時間的に前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を検出する極値検出手段と、
検出された前記極大値又は極小値である極値の間のサンプル数を計数することによって音声情報の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分を演算する差分演算手段と、
周波数が互いに異なる複数の周波数帯域及び大きさが互いに異なる複数の係数をそれぞれ記憶させてあるデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段に記憶された周波数帯域のうちのいずれか１つと、係数のうちのいずれか１つとをそれぞれ外部で選択する選択手段と、
演算された前記差分と選択された前記係数とを乗算して補正値を求める乗算手段と、
検出された前記周波数が選択された前記周波数帯域に含まれることを検出して補正指令を出力する一致検出手段と、
前記補正指令が出力されている間、前記デジタル音声情報の最大値に１サンプル前の値との差分に対応する前記補正値を加算し、最小値から１サンプル前の値との差分に対応する前記補正値を減算する加減算手段とを、
備えたデジタル音声処理装置。
【請求項４】
前記係数は１．０より小さい値である、請求項３に記載のデジタル音声処理装置。
【請求項５】
外部から供給されるデジタル音声情報の時間的に前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を検出するステップと、
検出された前記極大値又は極小値である極値の間のサンプル数を計数することによって音声情報の周波数を検出するステップと、
前記極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分を演算するステップと、
周波数を互いに異ならせて記憶させてある複数の周波数帯域のいずれか１つと、大きさを互いに異らせて記憶させてある複数の係数のいずれか１つとをそれぞれ外部より選択操作させるステップと、
演算された前記差分と選択された前記係数とを乗算して補正値を求めるステップと、
検出された前記周波数が選択された前記周波数帯域に含まれているとき、前記デジタル音声情報の最大値に１サンプル前の値との差分に対応する前記補正値を加算し、最小値から１サンプル前の値との差分に対応する前記補正値を減算するステップとを、
コンピュータに順次実行させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル音声処理方法及び装置、並びにコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＣＤ規格では、アナログ音声信号はサンプリング周波数ｆｓ＝４４．１ｋＨｚ、量子化ビット数＝１６ビットでデジタル音声信号に変換される。このため、２２．０５ｋＨｚ以上の帯域成分は全てカットされてしまい、帯域の狭いデジタル信号をＤ／Ａ変換してスピーカにより再生しても聴感上、豊かな臨場感は得られなかった。そこで、例えばＤＶＤビデオ規格やＤＶＤオーディオ規格では、４４．１ｋＨｚより高いｆｓ＝４８ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１９２ｋＨｚ、量子化ビット数＝２４ビットなどが採用されている。
【０００３】
しかしながら、ＣＤ規格のデジタル音声信号をそのまま１６→２４ビット変換し、ハイサンプリングして４８ｋＨｚなどに変換しても、オリジナルでは２２．０５ｋＨｚ以上の帯域が全てカットされているので、期待したほどの臨場感は得られなかった。そこで、元のデジタル音声信号の波形を成形して高周波成分を付加することにより、聴感上豊かな臨場感を再現する種々の方法が提案されている。
【０００４】
図６はこの種の従来の１つの高周波成分の付加方法を例示したもので、入力信号波形Ａをサンプリングすることによって、サンプリング値Ｂを求め、さらに、４個のサンプリング値Ｂの極大値と極小値との略中間の値を境にして、中間値より大きい範囲のサンプリング値に対してその大きさに対応した補正値を加算する一方、中間値よりも小さい範囲のサンプリング値からその大きさに対応した補正値を減算することにより、明瞭度の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６を用いて説明したように、波形全体のブースト、エルミネートを行う信号処理方法は、あらかじめ定めた周波数帯域のみであったため、広い周波数帯域にわたって、信号のリアリティや、明瞭度を向上させることにはならなかった。
【０００６】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、元の信号波形の周波数特性及び利得（Ｇａｉｎ）を変更せずに、所望の周波数帯域に、所望の大きさの高周波成分を付加することを可能にすることにより、信号のリアリティや、明瞭度を向上させることのできる、デジタル音声処理方法及び装置、並びにコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、例えば、図５に示した如く、入力信号波形Ａをサンプリングすることによって、デジタルのサンプリング値Ｂを求め、さらに、極小値から極大値、あるいは、極大値から極小までの間隔、例えば４ｆｓに基づいて周波数を検出し、検出された周波数が外部設定された周波数帯域に含まれているとき、信号成分の極大値に対して、その１つ前のサンプリング値との差分に所望の係数を乗じた補正値を加算し、信号成分の極小値から、その１つ前のサンプリング値との差分に所望の係数を乗じた補正値を減算することにより、極値のみの振幅を変えて、破線の曲線Ｃに示したように信号波形を整形して、元の信号のリアリティや、明瞭度を向上させるものである。
【０００８】
そこで、請求項１に係る発明は、外部から供給されるデジタル音声情報の時間的に前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を検出するステップと、
検出された極大値又は極小値である極値の間のサンプル数を計数することによって音声情報の周波数を検出するステップと、
極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分を演算するステップと、
周波数を互いに異ならせて記憶させてある複数の周波数帯域のうちのいずれか１つと、大きさを互いに異らせて記憶させてある複数の係数のうちのいずれか１つとをそれぞれ外部で選択するステップと、
演算された差分と選択された係数とを乗算して補正値を求めるステップと、
検出された周波数が選択された周波数帯域に含まれているとき、デジタル音声情報の最大値に１サンプル前の値との差分に対応する補正値を加算し、最小値から１サンプル前の値との差分に対応する補正値を減算するステップとを、
備えたデジタル音声処理方法である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のデジタル音声処理方法において、係数を１．０より小さい値としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、外部から供給されるデジタル音声情報の時間的に前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を検出する極値検出手段と、
検出された極大値又は極小値である極値の間のサンプル数を計数することによって音声情報の周波数を検出する周波数検出手段と、
極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分を演算する差分演算手段と、
周波数が互いに異なる複数の周波数帯域及び大きさが互いに異なる複数の係数をそれぞれ記憶させてあるデータ記憶手段と、
データ記憶手段に記憶された周波数帯域のうちのいずれか１つと、係数のうちのいずれか１つとをそれぞれ外部で選択する選択手段と、
演算された差分と選択された係数とを乗算して補正値を求める乗算手段と、
検出された周波数が選択された周波数帯域に含まれることを検出して補正指令を出力する一致検出手段と、
補正指令が出力されている間、デジタル音声情報の最大値に１サンプル前の値との差分に対応する補正値を加算し、最小値から１サンプル前の値との差分に対応する補正値を減算する加減算手段とを、
備えたデジタル音声処理装置である。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のデジタル音声処理装置において、係数は１．０より小さい値としている。
【００１２】
請求項５に係る発明は、外部から供給されるデジタル音声情報の時間的に前後のサンプルを比較することにより極大値と極小値を検出するステップと、
検出された極大値又は極小値である極値の間のサンプル数を計数することによって音声情報の周波数を検出するステップと、
極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分を演算するステップと、
周波数を互いに異ならせて記憶させてある複数の周波数帯域のいずれか１つと、大きさを互いに異らせて記憶させてある複数の係数のいずれか１つとをそれぞれ外部より選択操作させるステップと、
演算された差分と選択された係数とを乗算して補正値を求めるステップと、
検出された周波数が選択された周波数帯域に含まれているとき、デジタル音声情報の最大値に１サンプル前の値との差分に対応する補正値を加算し、最小値から１サンプル前の値との差分に対応する補正値を減算するステップとを、
コンピュータに順次実行させるためのコンピュータプログラムである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るデジタル音声処理方法を実施する装置を構成する波形整形回路の概略ブロック図である。図１に示した波形整形回路１は、例えば、ｆｓ＝４８ｋＨｚ、９６ｋＨｚ、１９２ｋＨｚ、量子化ビット数＝２４ビットである入力データＩＮを入出力ポート（以下、Ｉ／Ｏと略記する）２に取り込むようになっている。このＩ／Ｏ２には、演算処理に要する所定の時間だけ遅延させる遅延回路３と、入力データＩＮに加算したり、減算したりするための補正値を演算する高周波生成回路４とが接続されている。そして、遅延回路３の出力経路に加算回路５が設けられ、この加算回路５によって補正値が加算され、さらに、補正された値がＩ／Ｏ６から出力データＯＵＴとして出力される。また、高周波生成回路４には波形整形する周波数帯域を外部で設定する周波数帯域選択部７と、補正値の計算に供する係数を外部で設定する係数選択部８とが接続されている。
【００１４】
この波形整形回路１の概略動作を説明する。外部から供給されるデジタル音声情報のサンプルが、遅延回路３によって所定の時間だけ遅延されて出力される。高周波生成回路４においては、極大値と極小値の検出及び音声情報の周波数検出が行われ、検出された周波数が周波数帯域選択部７で選択された周波数帯域に含まれているとき、極大値及び極小値と各１サンプル前の値との差分に係数選択部８で選択された係数を乗算し、得られた値を補正値として加算回路５に入力することによって、極値のみの振幅を変えて、出力データとして出力する。
【００１５】
図２は高周波生成回路４をマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）などの演算処理装置で構成した場合の処理手順に対応する機能ブロック図である。同図において、極値検出手段４１は入力データＩＮを取り込んで極大値及び極小値を検出するものである。この極値検出手段４１には極大値と極小値との間隔、すなわち、サンプル数を計数して周波数を検出する周波数検出手段４２と、極大値に対する１サンプル前の値との差分、及び、極小値に対する１サンプル前の値との差分をそれぞれ検出する差分検出手段４３とが接続されている。データ記憶手段としての周波数帯域テーブル４４は音声信号の帯域を複数に区分したり、あるいは、部分的に重なるように区分したりして、互いに異なる複数の周波数帯域を記憶させたものであり、周波数帯域選択部７がこのうちのいずれか１つを選択し得るようになっている。また、データ記憶手段としての係数テーブル４５は０〜１．０の範囲にあらかじめ設定した複数の係数を記憶させたものであり、係数選択部８がこのうちのいずれか１つを選択し得るようになっている。一致検出手段４６は周波数検出手段４２で検出された周波数が周波数帯域テーブル４４から選択された周波数帯域に含まれるとき補正指令を出力するもので、乗算手段４７は差分検出手段４３で検出された差分に、係数テーブル４５から選択された係数を乗算して補正値を求めるものである。出力制御手段４８は一致検出手段４６から補正指令が出力されているとき乗算手段４７からの補正値を出力して、前述の加算回路５に加えるものである。
【００１６】
次に、高周波生成回路４の動作について図３をも参照して以下に説明する。極値検出手段４１は入力データＩＮの各サンプルを前のサンプルと比較し、大きいか、小さいか、同じかを判別することによって、波形の極大値ＶＭＡＸ、極小値ＶＭＩＮを検出する。周波数検出手段４２は図３（ａ）に示すように、極大値ＶＭＡＸから極小値ＶＭＩＮまでの間隔であるサンプル数と、極小値ＶＭＩＮから極大値ＶＭＡＸまでの間隔であるサンプル数とをそれぞれ計数することによって、入力データＩＮの周波数ｆを検出する。この周波数ｆはサンプリング周波数と極大値から極大値までのサンプル数から容易に換算することができる。差分検出手段４３は図３（ｂ）に示すように、極大値と１サンプル前の値との差分ΔＤ１を検出するとともに、図示を省略した極小値と１サンプル前の値との差分ΔＤ２を検出する。
【００１７】
一方、ユーザが周波数帯域選択部７を操作して周波数帯域テーブル４４に記憶された１つの周波数帯域ｆＢを選択し、さらに、係数選択部８を操作して係数テーブル４５に記憶された１つの係数εを選択すると、一致検出手段４６は周波数検出手段４２で検出された周波数ｆが周波数帯域選択部７で選択された周波数帯域ｆＢに含まれるか否かを検出し、含まれているとき、補正指令を出力して出力制御手段４８に加える。一方、乗算手段４７は差分検出手段４３で検出された差分ΔＤ１、ΔＤ２にそれぞれ係数εを乗算して補正値α１、α２を出力制御手段４８に加える。このとき、係数εは１．０より小さいため補正値α１は差分ΔＤ１より小さく、同様に補正値α２は差分Ｄ２より小さくなる。出力制御手段４８は補正指令が出力されていることを条件に入力データＩＮの極大値が加算回路５（図１参照）に到達するタイミングにて補正値α１を加算回路５に加え、極小値が加算回路５に到達するタイミングにて補正値α２に負符号を付加して加算回路５に加える。これにより、図３（ｃ）に示したように、極大値のみに補正値α１が加算され、図３（ｄ）に示したように、極小値のみから補正値α２が減算される。
【００１８】
したがって、ユーザが周波数帯域選択部７及び係数選択部８を適宜操作することによって、上記の動作が繰り返され、最終的に信号のリアリティや、明瞭度が良好な状態に設定することができる。この場合、周波数帯域テーブル４４に記憶させる周波数帯域、及び、係数テーブル４５に記憶させる係数は実験を通して最適な値を選定すればよい。また、ここでは、高周波生成回路４から極大値に加算すべき補正値α１にプラスの符号を付し、極小値から減算すべき補正値α２にマイナスの符号を付してそれぞれ加算回路５に加えたが、加算回路５の代わりに極大値に補正値を加算し、極小値から補正値を減算する加減算手段を用いるならば、高周波生成回路４からはどちらもプラスの符号を付した補正値α１、α２を出力するだけで済むことになる。
【００１９】
図４は上記の処理を実行する波形整形回路１の一部を演算処理装置で構成した場合の具体的処理手順を示すフローチャートである。ここでは、ステップ１０１にて、入力データＩＮのサンプルを所定時間だけ遅延させて出力し、次のステップ１０２では入力データＩＮの前後のサンプルＤｎ−１とＤｎとを比較し、比較結果に基づいて波形の極大値ＶＭＡＸ及び極小値ＶＭＩＮを検出する。次に、ステップ１０３にて、極値間のサンプル数を計数することによって、音声情報の周波数ｆを検出し、次のステップに進む。ステップ１０４においては極大値ＶＭＡＸ及び極小値ＶＭＩＮとそれぞれ１サンプル前の値との差分ΔＤ１、ΔＤ２を演算する。次のステップ１０５においてはテーブルとして記憶させてある複数の周波数帯域ｆＢのうちのいずれか１つと、複数の係数εのうちのいずれか１つが外部から選択されたことを検出する。次に、ステップ１０６においては検出された周波数ｆが選択された周波数帯域ｆＢに含まれているとき、演算された差分ΔＤ１、ΔＤ２に選択された係数εを乗算して補正値α１、α２を求める。次に、ステップ１０７にて、遅延された音声情報の極大値ＶＭＡＸに、この極大値との差分に対応する補正値α１を加算し、遅延された音声情報の極小値ＶＭＩＮから、この極小値との差分に対応する補正値α２を減算する。
【００２０】
このような処理を実行することにより、入力情報の波形の極大値又は極小値であるピーク部分のみの波形の振幅が変えられるため、周波数特性、音声情報の利得などを変えることなく、リアリティ及び明瞭度を向上させることができる。
ちなみに、デジタルオーディオにおいては、聴こえ難かった音の明瞭度が増して、はっきりと聴き取ることが可能になる。
【００２１】
なお、上記の実施形態では、ハードウェアで構成する場合について説明したが、ソフトウェアでも実現することができる。このため、コンピュータプログラムをパーソナル・コンピュータのみならず、デジタル音声信号の処理が可能な、例えば、携帯電話機にあらかじめ記憶しておいたり、必要によりダウンロードすることにより、世界中の音源ＷＷＷサーバがネットワークを介して供給する音楽・音声コンテンツをシャープで、リアリティ、明瞭度のある音で再生することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、入力信号波形をサンプリングすることによって、デジタルのサンプル値を求めるとともに、極小値から極大値、あるいは、極大値から極小までの間隔に基づいて周波数を検出し、検出された周波数が外部設定された周波数帯域に含まれているとき、信号成分の極大値に対して、その１つ前のサンプリング値との差分に所望の係数を乗じた補正値を加算し、信号成分の極小値から、その１つ前のサンプリング値との差分に所望の係数を乗じた補正値を減算することにより、極値のみの振幅を変えて信号波形を整形するようにしたので、オリジナルのアナログ信号のようにシャープで、リアリティ、明瞭度のある再生音を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るデジタル音声処理方法を実施する装置の一実施形態を構成する要素のうち、波形整形回路の概略構成を示したブロック図である。
【図２】図１に示した波形整形回路を構成する高周波生成回路の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示した高周波生成回路の動作を説明するための説明図である。
【図４】図１に示した波形整形回路の一部を演算処理装置で構成した場合の具体的処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の概要を説明するために、処理波形の一例を示した説明図である。
【図６】従来のデジタル音声処理方法を説明するために、処理波形の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
１　波形整形回路
３　遅延回路
４　高周波生成回路
５　加算回路
７　周波数帯域選択部
４１　極値検出手段
４２　周波数検出手段
４３　差分検出手段
４４　周波数帯域テーブル
４５　係数テーブル
４６　一致検出手段
４７　乗算手段
４８　出力制御手段
【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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