(57)【要約】【課題】狭帯域の入力信号に対し、比較的少ない演算量で信号の周波数帯域を拡張し聴感的な音質を改善する帯域拡張装置の提供。【解決手段】狭帯域の入力信号ｘ（ｎ）に対し、スペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算回路１００と、スペクトルパラメータを入力し帯域拡張された信号の係数に変換する係数計算回路１３０と、帯域制限された雑音信号を発生させ出力する雑音発生回路１２０と、ゲイン調整回路２１０からゲインを入力し雑音発生回路１２０の出力信号にゲインを乗じて合成フィルタ回路１７０に出力するゲイン回路１４０と、係数計算回路１３０から係数を入力してフィルタを構成しゲイン回路１４０の信号を該フィルタに通し帯域拡張用の高域信号ｙ（ｎ）を出力する合成フィルタ回路１７０と、信号ｘ（ｎ）を入力し予め定められた標本化周波数にアップサンプリングした信号ｓ（ｎ）を出力する標本化周波数変換回路１８０と、合成フィルタ回路１７０と標本化周波数変換回路１８０の各出力信号を加算し帯域拡張信号を出力する加算器１９０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力し、スペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算部と、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める係数計算部と、
前記雑音発生部の出力にゲインを与えるゲイン部と、
前記ゲイン部の出力信号を、前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに通し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタ部の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、ことを特徴とする帯域拡張装置。
【請求項２】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力し、スペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算部と、
前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させる適応コードブック部と、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める係数計算部と、
前記雑音発生部の出力信号と前記適応コードブック部の出力信号のうち少なくとも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記ゲイン部からの前記音源信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタ部の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、ことを特徴とする帯域拡張装置。
【請求項３】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算部と、
前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させる適応コードブック部と、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める係数計算部と、
前記雑音発生部の出力信号と前記適応コードブック部の出力信号のうち少なくとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、
前記ピッチ周期を用いて前記ゲイン部からの前記音源信号をフィルタ処理するピッチプリフィルタと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記ピッチプリフィルタの出力信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタ部の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、ことを特徴とする帯域拡張装置。
【請求項４】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算部と、
前記入力信号からピッチ周期を計算し、ピッチ周期を用いて周期信号を発生させるピッチ発生部と、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める係数計算部と、
前記雑音発生部の出力信号と前記ピッチ発生部の出力信号のうち少なくとも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記ゲイン部から出力される前記音源信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタ部の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、ことを特徴とする帯域拡張装置。
【請求項５】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算部と、
前記入力信号からピッチ周期を計算し、ピッチ周期を用いて周期信号を発生させるピッチ発生部と、
雑音信号を発生する雑音発生部と、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める係数計算部と、
前記雑音発生部の出力信号と前記ピッチ発生部の出力信号のうち少なくとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、
前記ピッチ周期を用いて、前記ゲイン部からの前記音源信号をフィルタ処理するピッチプリフィルタと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記ピッチプリフィルタの出力信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタ部の出力信号と加算して帯域拡張化信号を得る手段と、
を備えている、ことを特徴とする帯域拡張装置。
【請求項６】
前記適応コードブック部の出力信号を入力とする低域通過型フィルタを備えていることを特徴とする請求項２又は３記載の帯域拡張装置。
【請求項７】
前記係数計算部から出力されるフィルタ係数に重み付けを施した重み付け係数を用いてポストフィルタを構成し、前記合成フィルタ部の出力信号を前記ポストフィルタに通して帯域拡張信号を再生する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の帯域拡張装置。
【請求項８】
４ｋＨｚ帯域の入力信号に対し、５ｋＨｚ帯域又は７ｋＨｚ帯域の帯域拡張化信号を出力する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の帯域拡張装置。
【請求項９】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力し、スペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部で発生された雑音信号にゲインを与えるステップと、
前記ゲインが与えられた信号を、前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに通し帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、ことを特徴とする帯域拡張方法。
【請求項１０】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力し、スペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させるステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部からの雑音信号と前記適応コードブック成分のうち少なくとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記音源信号を入力し帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、ことを特徴とする帯域拡張方法。
【請求項１１】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させるステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部からの雑音信号と前記適応コードブック成分のうち少なくとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記ピッチ周期を用いて前記音源信号をピッチプリフィルタ処理するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記ピッチプリフィルタ処理結果を入力し、帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、ことを特徴とする帯域拡張方法。
【請求項１２】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記入力信号からピッチ周期を計算し、ピッチ周期を用いて周期信号を発生させるステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部からの雑音信号と前記周期信号のうち少なくとも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記音源信号を入力し帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、ことを特徴とする帯域拡張方法。
【請求項１３】
予め定められた所定の帯域の入力信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記入力信号からピッチ周期を計算し、ピッチ周期を用いて周期信号を発生させるステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部からの雑音信号と前記周期信号のうち少なくとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記ピッチ周期を用いて、前記音源信号をピッチプリフィルタ処理するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記ピッチプリフィルタ処理結果信号を入力し、帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む、ことを特徴とする帯域拡張方法。
【請求項１４】
前記適応コードブック成分を低域通過フィルタ処理し、予め定められたカットオフ周波数以下の周波数成分を通過させるステップを含む、ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の帯域拡張方法。
【請求項１５】
前記フィルタ係数に重み付けを施した重み付け係数を用いて構成されたポストフィルタに、前記合成フィルタの出力信号を通して帯域拡張信号を再生するステップを含む、ことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一に記載の帯域拡張方法。
【請求項１６】
４ｋＨｚ帯域の入力信号に対し、５ｋＨｚ帯域又は７ｋＨｚ帯域の帯域拡張化信号を出力する、ことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一に記載の帯域拡張方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、狭帯域の信号を入力し、入力信号の周波数帯域を拡張した帯域拡張化信号を出力することにより、聴感的な音質を改善する帯域拡張装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低ビットレートで符号化して再生した音声信号の周波数帯域を、帯域拡張のための補助情報を送信側から伝送することなく、受信側で拡張させる方式が知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｐ．Ｊａｘ，  Ｐ．Ｖａｒｙ，”Ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｏｆ  ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ  ｓｐｅｅｃｈ  ｕｓｉｎｇ  ｈｉｄｄｅｎ  ｍａｒｋｏｖ  ｍｏｄｅｌ”，  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｃｏｄｉｎｇ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，  ｐｐ．１３３−１３５，２０００
【０００４】
この従来方式では、受信側でＨＭＭ（Ｈｉｄｄｅｎ  Ｍａｒｋｏｖ  Ｍｏｄｅｌ）を用いて帯域拡張した後のフィルタ係数を探索している。
【０００５】
一方、狭帯域の入力信号に対して、直接的に帯域を拡張化させる処理については前例がない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記文献１の従来法では、広帯域音声のスペクトル包絡やフィルタ係数のＨＭＭによるモデル化が必要であり次のような問題点があった。あらかじめオフラインで多量の音声データベースからＨＭＭモデルのパラメータを決定しておく必要がありこれに多大な計算時間、コストが必要であること、受信側でリアルタイムに帯域拡張処理を行う際に、ＨＭＭモデルによる探索が必要でこれに多くの演算量が必要であった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、上述の問題を解決し、狭帯域の入力信号に対し、直接的に周波数帯域を拡張化させる帯域拡張化装置及び方法を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、従来方式に比べ、比較的少ない演算量で、良好な音質の帯域拡張音声が得られる帯域拡張装置及び方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的の少なくとも１つを達成する本発明の一つのアスペクトに係る帯域拡張装置によれば、信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算部と、雑音信号を発生する雑音発生部と、前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める係数計算部と、前記雑音発生部の出力に適切なゲインを与えるゲイン部と、前記ゲイン部の出力を前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに通し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、前記入力信号の標本化周波数を変換した上で前記合成フィルタ部の出力信号を加算して出力する。
【０００９】
また、本発明の他のアスペクトに係る帯域拡張装置によれば、信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算部と、前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させる適応コードブック部と、雑音信号を発生する雑音発生部と、前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める係数計算部と、前記雑音発生部の出力と前記適応コードブック部の出力の少なくとも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに前記音源信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、前記再生信号の標本化周波数を変換した上で前記合成フィルタ部の出力信号を加算して出力する。
【００１０】
本発明の他のアスペクトに係る帯域拡張装置によれば、信号を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するスペクトルパラメータ計算部と、前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させる適応コードブック部と、雑音信号を発生する雑音発生部と、前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求める係数計算部と、前記雑音発生部の出力と前記適応コードブック部の出力の少なくとも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するゲイン部と、前記ピッチ周期を用いて前記音源信号に対しピッチプリフィルタを通し、前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに前記ピッチプリフィルタ出力信号を入力し帯域拡張信号を再生する合成フィルタ部と、前記再生信号の標本化周波数を変換した上で前記合成フィルタ部の出力信号を加算して出力する。
【００１１】
本発明の帯域拡張装置によれば、適応コードブック部の出力を入力とする低域通過型フィルタを備えた構成としてもよい。
【００１２】
さらに、本発明の帯域拡張装置によれば、前記係数に重み付けを施した重み付け係数を用いてポストフィルタを構成し、前記合成フィルタ部の出力信号を前記ポストフィルタに通して帯域拡張信号を再生する構成としてもよい。
【００１３】
本発明の１つのアスペクトに係る方法は、予め定められた所定の帯域の入力信号（狭帯域入力信号）を入力し、スペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部で発生された雑音信号にゲインを与えるステップと、
前記ゲインが与えられた信号を、前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに通し帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号（狭帯域入力信号）の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む。
【００１４】
本発明の他のアスペクトに係る方法は、予め定められた所定の帯域の入力信号（狭帯域入力信号）を入力し、スペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させるステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部からの雑音信号と前記適応コードブック成分のうち少なくとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記音源信号を入力し帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号（狭帯域入力信号）の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む。
【００１５】
本発明の他のアスペクトに係る方法は、予め定められた所定の帯域の入力信号（狭帯域入力信号）を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記入力信号からピッチ周期を計算し前記ピッチ周期と過去の音源信号にもとづき適応コードブック成分を発生させるステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部からの雑音信号と前記適応コードブック成分のうち少なくとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記ピッチ周期を用いて前記音源信号をピッチプリフィルタ処理するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記ピッチプリフィルタ処理結果を入力し、帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号（狭帯域入力信号）の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む。
【００１６】
本発明のさらに他のアスペクトに係る方法は、予め定められた所定の帯域の入力信号（狭帯域入力信号）を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記入力信号からピッチ周期を計算し、ピッチ周期を用いて周期信号を発生させるステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部からの雑音信号と前記周期信号のうち少なくとも一方に適切なゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記音源信号を入力し帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号（狭帯域入力信号）の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む。
【００１７】
本発明のさらに他のアスペクトに係る方法は、予め定められた所定の帯域の入力信号（狭帯域入力信号）を入力しスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを計算するステップと、
前記入力信号からピッチ周期を計算し、ピッチ周期を用いて周期信号を発生させるステップと、
前記スペクトルパラメータの周波数をシフトさせた上でフィルタ係数を求めるステップと、
雑音発生部からの雑音信号と前記周期信号のうち少なくとも一方にゲインを与えた上で加算し音源信号を出力するステップと、
前記ピッチ周期を用いて、前記音源信号をピッチプリフィルタ処理するステップと、
前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに、前記ピッチプリフィルタ処理結果信号を入力し、帯域拡張信号を再生するステップと、
前記入力信号（狭帯域入力信号）の標本化周波数を変換させた信号を、前記合成フィルタの出力信号と加算して帯域拡張化信号を得るステップと、
を含む。
【００１８】
本発明に係る方法において、前記適応コードブック成分を低域通過フィルタ処理し、予め定められたカットオフ周波数以下の成分を通過させるステップを含むようにしてもよい。
【００１９】
本発明に係る方法において、前記フィルタ係数に重み付けを施した重み付け係数を用いて構成されたポストフィルタに、前記合成フィルタの出力信号を通して帯域拡張信号を再生するステップを含むようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。以下では４ｋＨｚ帯域の狭帯域入力信号を、５ｋＨｚ帯域あるいは７ｋＨｚ帯域の信号に帯域拡張することを想定する。
【００２１】
図１は、本発明による帯域拡張装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。図１を参照すると、第１の実施の形態の帯域拡張装置は、スペクトルパラメータ計算回路１００と、雑音発生回路１２０と、係数計算回路１３０と、ゲイン回路１４０と、合成フィルタ回路１７０と、標本化周波数変換回路１８０と、加算器１９０と、有声／無声判別回路２００と、ゲイン調整回路２１０と、を備えている。
【００２２】
狭帯域入力信号ｘ（ｎ）を入力する帯域拡張装置において、スペクトルパラメータ計算回路１００は、入力信号をフレームに分割（例えば１０ｍｓ）し、フレーム毎にあらかじめ定められた次数Ｐのスペクトルパラメータを計算する。ここでスペクトルパラメータはフレーム毎の音声信号のスペクトル概形を表すパラメータであり、この計算には、周知のＬＰＣ分析等を用いることができる。さらにスペクトルパラメータ計算部では、ＬＰＣ分析により計算された線形予測係数αｉ（ｉ＝１，…Ｐ）を量子化や補間に適したＬＳＰパラメータに変換し出力する。ここで、線形予測係数からＬＳＰへの変換は、例えば次の論文が参照される（非特許文献２）。
【００２３】
【非特許文献２】
菅村、板倉：”線スペクトル対（ＬＳＰ）音声分析合成方式による音声情報圧縮”、電子通信学会論文誌、Ｊ６４−Ａ、ｐｐ．５９９−６０６、１９８１年
【００２４】
係数計算回路１３０は、スペクトルパラメータを入力し、帯域拡張された信号の係数に変換する。この変換には、例えば、ＬＳＰの周波数を単純に高い周波数へシフトさせる手法、非線形変換手法、線形変換手法などの周知の方法を用いることができる。ここでは、ＬＳＰパラメータの全部または一部を使用して、ＬＳＰの存在周波数帯域を高い周波数域にシフトさせた上で、次数Ｐの線形予測係数に変換し、合成フィルタ回路１７０に出力する。
【００２５】
雑音発生回路１２０は、平均振幅があらかじめ定められたレベルに正規化され、帯域制限された雑音信号をフレーム長に等しい時間長だけ発生させ、ゲイン回路１４０に出力する。ここで、雑音信号としては、一例として白色雑音を用いるが、他の雑音信号を用いてもよい。
【００２６】
有声／無声判別回路２００は、狭帯域入力信号ｘ（ｎ）を入力し、フレーム毎の信号が有声か無声かを判別する。有声／無声の判定として、例えば、狭帯域入力信号ｘ（ｎ）に対して、あらかじめ定められた遅れ時間ｍまでの正規化自己相関関数Ｄ（Ｔ）を式（１）に従って計算し、Ｄ（Ｔ）の最大値を求め、Ｄ（Ｔ）の最大値があらかじめ定められたしきい値より大きければ有声、さもなければ無声と判別する。
【００２７】
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【００２８】
そして、有声／無声判別回路２００は、有声／無声判別情報をゲイン調整回路２１０に出力する。なお式（１）において、Ｎは正規化自己相関を計算するためのサンプル数である。
【００２９】
ゲイン調整回路２１０は、有声／無声判別回路２００から有声／無声判別情報を入力し、有声／無声に応じて、雑音信号に与えるゲインを調整し、ゲイン回路１４０に出力する。
【００３０】
ゲイン回路１４０は、ゲイン調整回路２１０からゲインを入力し、雑音発生回路１２０の出力信号にゲインを乗じて合成フィルタ回路１７０に出力する。
【００３１】
合成フィルタ回路１７０は、加算器１６０の出力信号を入力し、さらに係数計算部１３０から、予め定められた次数の係数を入力してフィルタを構成し、帯域拡張化に必要な高周波域信号ｙ（ｎ）を出力する。
【００３２】
標本化周波数変換回路１８０は、狭帯域入力信号ｘ（ｎ）を、あらかじめ定められた標本化周波数にアップサンプリングして、アップサンプリング後の信号ｓ（ｎ）を出力する。
【００３３】
加算器１９０は、合成フィルタ回路１７０の出力信号ｙ（ｎ）と、標本化周波数変換回路１８０の出力信号ｓ（ｎ）を加算し、最終的に帯域拡張された信号を形成して出力する。
【００３４】
以上で第１の実施の形態の説明を終える。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施の形態の構成を示す図である。図２を参照すると、第２の実施の形態の帯域拡張装置は、スペクトルパラメータ計算回路１００と、適応コードブック回路１１０と、雑音発生回路１２０と、係数計算回路１３０と、ゲイン回路３４０と、合成フィルタ回路１７０と、標本化周波数変換回路１８０と、加算器１６０と、加算器１９０と、有声／無声判別回路２００と、ゲイン調整回路３１０と、を備えている。図２において、図１と同一の要素には同一の参照符号が付されている。以下では、前記第１の実施の形態との相違点について説明し、図１と同一の要素の説明は、適宜省略する。本発明の第２の実施の形態は、図１の構成に加え、適応コードブック回路１１０と、加算器１６０を備えている。
【００３６】
有声／無声判別回路２００は、狭帯域入力信号ｘ（ｎ）を入力し、フレーム毎の信号が有声か無声かを判別する。有声／無声の判定として、例えば、狭帯域入力信号ｘ（ｎ）に対して、あらかじめ定められた遅れ時間ｍまでの正規化自己相関関数Ｄ（Ｔ）を式（１）に従って計算し、Ｄ（Ｔ）の最大値を求め、Ｄ（Ｔ）の最大値があらかじめ定められたしきい値より大きければ有声、さもなければ無声と判別する。
【００３７】
また有声／無声判別回路２００は、有声部分のフレームでは、正規化自己相関関数Ｄ（Ｔ）を最大化するＴの値をピッチ周期Ｔとして適応コードブック回路１１０へ供給する。
【００３８】
適応コードブック回路１１０は、適応コードブックの遅延Ｔを、有声／無声判別回路２００から入力し、過去の音源信号ｖ（ｎ）をもとに、次式（２）に従って適応コードベクトルｐ（ｎ）を発生し、ゲイン回路３４０に出力する。
【００３９】
2004151423.tif 000004
【００４０】
ゲイン回路３４０は、ゲイン調整回路３１０からゲインを入力し、適応コードブック回路１１０と雑音発生回路１２０の少なくとも一方の出力信号にゲインを乗じて、加算器１６０に出力する。
【００４１】
加算器１６０は、ゲイン回路３４０から出力される２種類の信号を加算し、加算結果を、合成フィルタ回路１７０と、適応コードブック回路１１０に出力する。
【００４２】
合成フィルタ回路１７０は、加算器１６０の出力信号（音源信号）を入力し、さらに係数計算部１３０から、あらかじめ定められた次数のフィルタ係数を入力して合成フィルタを構成し、帯域拡張に必要な高周波域の信号ｙ（ｎ）を出力する。
【００４３】
ゲイン調整回路３１０は、有声／無声判別回路２００から有声／無声判別情報を入力し、有声か無声かに応じて、適応コードブック信号のゲインと、雑音信号のゲインを調整し、ゲイン回路３４０に供給する。
【００４４】
加算器１９０は、合成フィルタ回路１７０の出力信号ｙ（ｎ）と、標本化周波数変換回路１８０の出力信号ｓ（ｎ）を加算し、最終的に帯域拡張された信号を形成して出力する。
【００４５】
本発明の第２の実施の形態によれば、高い周波数部分の過去の音源信号をもとに、狭帯域入力信号から計算した遅延を用いて適応コードブック信号を発生させ適切なゲインを乗じて雑音信号と加算することにより、母音などのように、高い周波数部分の信号に周期性が必要な場合に音質の良好な帯域拡張信号を発生できる。以上で第２の実施の形態の説明を終える。なお、本発明の第２の実施の形態の変形として、図２の適応コードブック回路１１０のかわりに、図６に示すように、ピッチ発生回路１１５を備えた構成としてもよい。ピッチ発生回路１１５は、入力信号からピッチ周期を計算してピッチ周期にもとづき、周期信号を発生させてゲイン回路３４０に出力する。ピッチ発生回路１１５以外の構成は、前記第２の実施の形態と同様である。
【００４６】
図３は、本発明の第３の実施の形態の構成を示す図である。図３を参照すると、第３の実施の形態の帯域拡張装置は、スペクトルパラメータ計算回路１００と、適応コードブック回路１１０と、雑音発生回路１２０と、係数計算回路１３０と、ゲイン回路３００と、合成フィルタ回路１７０と、標本化周波数変換回路１８０と、加算器１９０と、有声／無声判別回路２００と、ゲイン調整回路３１０と、ピッチプリフィルタ４００と、を備えている。図３において、図１、図２と同一の要素には同一の参照符号が付されている。以下では、主に、前記第２の実施の形態との相違点について説明し、図２と同一の要素の説明は、適宜省略する。
【００４７】
ゲイン回路３００は、ゲイン調整回路３１０からゲインを入力し、適応コードブック回路１１０と雑音発生回路１２０の出力信号にゲインを乗じて２種類の信号を加算し加算結果を、ピッチプリフィルタ４００に出力する。
【００４８】
ピッチプリフィルタ４００は、遅延Ｔを有声／無声判別回路２００から入力し、音源信号ｖ（ｎ）に対し、次式（３）にしたがってに従ってピッチプリフィルタリングを行った上で、合成フィルタ回路１７０に出力する。
【００４９】
2004151423.tif 000005
【００５０】
ピッチプリフィルタ４００の出力は、適応コードブック回路１１０にも供給される。
【００５１】
合成フィルタ回路１７０は、ピッチプリフィルタ４００の出力信号を入力し、さらに係数計算回路１３０から、あらかじめ定められた次数の係数を入力してフィルタを構成し、帯域拡張化に必要な高周波域信号ｙ（ｎ）を出力する。
【００５２】
遅延を利用して音源信号に対しピッチプリフィルタ４００を用いることで、良好な音質の帯域拡張信号を発生することができる。以上で第３の実施の形態の説明を終える。なお、前記第２の実施の形態の変形例と同様、この実施の形態においても、適応コードブック回路１１０のかわりに、ピッチ発生回路を用いてもよいことは勿論である。
【００５３】
図４は、本発明の第４の実施の形態の構成を示す図である。図４を参照すると、第４の実施の形態の帯域拡張装置は、スペクトルパラメータ計算回路１００と、適応コードブック回路１１０と、雑音発生回路１２０と、係数計算回路１３０と、ゲイン回路３４０と、加算器１６０と、合成フィルタ回路１７０と、標本化周波数変換回路１８０と、加算器１９０と、有声／無声判別回路２００と、ゲイン調整回路３１０と、低域通過フィルタ回路５００と、を備えている。図４において、図２と同一の要素には同一の参照符号が付されている。図４に示すように、第４の実施の形態では、図２に示した前記第２の実施の形態の構成に、低域通過フィルタ回路５００が付加されている。以下では、主に、前記第２の実施の形態との相違点について説明し、図２と同一の要素の説明は、適宜省略する。
【００５４】
低域通過フィルタ回路５００は、適応コードブック回路１１０の出力信号に対して、
ｐ’（ｎ）＝ｐ（ｎ）＊ｈ（ｎ）      （４）
により、所定のカットオフ周波数以下の信号を通過させ、ゲイン回路３４０に出力する。低域通過フィルタ回路５００のカットオフ周波数はあらかじめ定めておき、例えば、６ｋＨｚとすることができる。なお、式（４）で、ｈ（ｎ）は低域通過フィルタのインパルス応答を、記号”＊”は畳み込み演算を、それぞれ示す。
【００５５】
以上で本発明の第４の実施の形態の説明を終える。なお、この第４の実施の形態の変形として、前記第２の実施の形態の変形例と同様にして、適応コードブック回路１１０のかわりに、ピッチ発生回路を用いてもよい。
【００５６】
図５は、本発明の第５の実施の形態の構成を示す図である。図３を参照すると、第５の実施の形態の帯域拡張装置は、スペクトルパラメータ計算回路１００と、適応コードブック回路１１０と、雑音発生回路１２０と、係数計算回路１３０と、ゲイン回路１４０と、合成フィルタ回路１７０と、標本化周波数変換回路１８０と、加算器１９０と、有声／無声判別回路２００と、ゲイン調整回路２１０と、ピッチプリフィルタ４００と、ポストフィルタ６００を備えている。図５において、図３と同一の要素には同一の参照符号が付されている。図５に示すように、本発明の第５の実施の形態は、前記第３の実施の形態の構成に加えて、ポストフィルタ６００を備えている。以下では、主に、前記第３の実施の形態との相違点について説明し、図３と同一の要素の説明は、適宜省略する。
【００５７】
ポストフィルタ６００は、係数計算回路１３０から係数（フィルタ係数）を入力し、係数に重み付けを施した上で、式（５）に従い、ポストフィルタリングを行ない、出力を加算器１９０に出力する。
【００５８】
ｙ’（ｎ）＝ｙ（ｎ）  −  Σａｉγ１ｉｙ（ｎ−ｉ）  ＋  Σａｉγ２ｉｙ’（ｎ−ｉ）        （５）
【００５９】
ポストフィルタ６００を用いることにより、良好な音質の帯域拡張信号を発生することができる。以上で第５の実施の形態の説明を終える。なお、この第４の実施の形態の変形として、前記第２の実施の形態の変形例と同様にして、適応コードブック回路１１０のかわりに、ピッチ発生回路を用いてもよい。
【００６０】
そして、上記第５の実施の形態で説明したポストフィルタを前記第１の実施の形態に用いる等、各実施の形態の構成を組み合わせてもよい。以上本発明を上記各実施の形態に即して説明したが、本発明は、上記実施の形態の構成にのみ限定されるものでなく、特許請求の範囲の各請求項の発明の範囲内で、当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、狭帯域（例えば４ｋＨｚ）入力信号に対し、比較的演算量の少ない処理により高い周波数の信号を発生させ、狭帯域入力信号の標本化周波数を変換させた信号と加算させることにより、帯域拡張化信号（例えば７ｋＨｚ帯域）を発生させるという効果がある。
【００６２】
また、本発明によれば、高い周波数部分の過去の音源信号をもとに、狭帯域入力信号から計算した遅延を用いて適応コードブック信号を発生させ適切なゲインを乗じて雑音信号と加算することにより、母音などのように、高い周波数部分の信号に周期性が必要な場合に音質の良好な帯域拡張信号を発生することができるという効果がある。
【００６３】
さらに本発明によれば、遅延を利用して音源信号に対しピッチプリフィルタを用いたり、係数計算回路からの係数に重み付けをしてポストフィルタに使用することにより、さらに良好な音質の帯域拡張信号を発生することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の構成を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態の構成を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１００  スペクトルパラメータ計算回路
１１０  適応コードブック回路
１１５  ピッチ発生回路
１２０  雑音発生回路
１３０  係数計算回路
１４０、３００、３４０  ゲイン回路
１６０、１９０  加算器
１７０  合成フィルタ回路
１８０  標本化周波数変換回路
２００  有声／無声判別回路
２１０、３１０  ゲイン調整回路
４００  ピッチプリフィルタ回路
５００  低域通過フィルタ（ＬＰＦ）回路
６００  ポストフィルタ回路
【図１】
2004151423.tif 000006
【図２】
2004151423.tif 000007
【図３】
2004151423.tif 000008
【図４】
2004151423.tif 000009
【図５】
2004151423.tif 000010
【図６】
2004151423.tif 000011