(57)【要約】      （修正有）【課題】信号の処理にスケールファクタを導入し、特定の「値」の違いに焦点を当てて強調することが可能な、信号処理方法、信号処理装置、プログラム、表示出力装置を提供する。【解決手段】ｌｏｇスケールのデシベルに対して、信号の特定ｄＢ値帯域を強調したｄＶＢスケール変換ｄＶＢｎ−ｍを導入すると共に、この計算を時系列信号、周波数領域のいずれかで行う。2007256384.tif 000018ｎは注目領域−ｎ≦２０ｌｏｇ１０（Ｐ／Ｐ０）≦ｎを表すための範囲定数、ｍは強調係数を表している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号の波高値Ｐ、基準値Ｐ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
【数１】
2007256384.tif 000015
に式変形可能な計算式を用いて、前記Ｐを変換する計算を行い、その計算結果Ｘを出力する第１の計算ステップを行う信号処理方法。
【請求項２】
信号の波高値ＰのｄＢ値Ｇ、基準値Ｐ０のｄＢ値Ｇ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
Ｘ＝ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０≧０のとき）
Ｘ＝−ｎ×（−（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０＜０のとき）
に式変形可能な計算式を用いて前記値Ｇを変換する計算を行い、その計算結果Ｘを出力する第１の計算ステップを行う信号処理方法。
【請求項３】
信号の波高値Ｐ、基準値Ｐ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
【数１】
2007256384.tif 000016
に式変形可能な計算式を用いて、前記Ｐを変換する計算を行い、その計算結果Ｘを出力する第１の計算部を備えた信号処理装置。
【請求項４】
信号の波高値ＰのｄＢ値Ｇ、基準値Ｐ０のｄＢ値Ｇ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いて、
Ｘ＝ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０≧０のとき）
Ｘ＝−ｎ×（−（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０＜０のとき）
に式変形可能な計算式を用いて、前記Ｇを変換する計算を行い、その計算結果Ｘを出力する第１の計算部を備えた信号処理装置。
【請求項５】
入力部に入力された信号の波高値Ｐ、基準値Ｐ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
【数１】
2007256384.tif 000017
に式変形可能な計算式を用いて、前記Ｐを変換する計算を行い、その計算結果を出力する第１の計算ステップをコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
【請求項６】
入力部に入力された信号の波高値ＰのｄＢ値信号Ｇ、基準値Ｐ０のｄＢ値Ｇ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
Ｘ＝ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０≧０のとき）
Ｘ＝−ｎ×（−（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０＜０のとき）
のいずれかに式変形可能な計算式を用いて、前記値Ｇを変換する計算を行い、その計算結果を出力する第１の計算ステップをコンピュータに実行させる信号処理プログラム。
【請求項７】
請求項３、４のいずれかに記載の信号処理装置において、
前記Ｘ、Ｐ０を用いて表されるＰ’＝Ｐ０×１０Ｘ／２０、またはこれに式変形可能な計算式を用いて、時系列出力信号を変換する計算を行い、その計算結果を出力する第２の計算部をさらに備えた信号処理装置。
【請求項８】
請求項３、４のいずれかに記載の信号処理装置において、
前記Ｐを、信号の波高値の代わりに時系列信号を周波数ごとにフーリエ変換した値として、前記Ｘを計算し、
このＸを用いて表されるＰω’＝Ｐ０×１０Ｘ／２０、またはこれに式変形可能な計算式を用いて前記Ｐを変換する計算を行い、その計算結果を出力する第３の計算部と、
前記第３の計算部の出力の逆フーリエ変換を行った計算結果を時系列で出力する第４の計算部と、をさらに備える信号処理装置。
【請求項９】
請求項３、４のいずれかに記載の信号処理装置と、
前記信号処理装置の出力を表示出力する表示出力手段と、を備えた表示出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケールファクタを導入して、信号の注目領域を強調表示するための信号処理方法、信号処理装置、信号処理プログラム、表示出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音声信号の処理方法として、周波数特性を操作するのに、スケールファクタを導入して、ノイズの大きさの減少や、所望周波数帯域の強調感を得る方法が提案されている。（特許文献１〜２参照。）。
【０００３】
特許文献１では、周波数領域を複数の小帯域に分割し、周波数領域で音響信号のスペクトル包絡の強調処理を行い、スペクトル包絡の強弱を強調することにより、スペクトルの谷間にひずみがあるために感じられる雑音感を低減する旨の記載がある。また、その周波数領域を複数の小帯域に分割して、人間の聴覚特性に合わせたバークスケールを導入する旨が開示されている。
【０００４】
特許文献１では、さらに、「ｗ（ｉ）′＝ｗ０（ｗ（ｉ）／ｗ０ ）ｑ（２）
ここで、ｗ（ｉ）′は変形後のスペクトル包絡、ｗ（ｉ）は入力スペクトル包絡、ｗ0 は変形の基準値、ｑは１以上の定数、例えば２〜４、ｉはスペクトル包絡のサンプル番号である。基準値ｗ０は任意に選ぶことができるが、スペクトル包絡の平均値とすると効果的である。」旨の記載がある。
【０００５】
特許文献２では、音声信号を複数の周波数帯域に分割して符号化すると共にスケールファクタを導入した音声帯域分割復号装置で、所定の帯域だけ強調できるように、他の帯域のゲインを下げると共に、全体のゲインを上げて、全体のゲインが相殺される方向に利得を調整する旨の記載がある。また、人間の聴覚には、ゲインが低くても知覚しやすい周波数帯域と、ゲインを高くしないと知覚し難い周波数帯域が存在し、これはいわゆるフレッチャーマンソン曲線等で表され、この聴感特性を利用する旨の記載がある。
【０００６】
また、非特許文献１の２．１（Ｐ１１）では、音声認識の分野で、「人間の聴覚特性は、音の大きさに対してはほぼ対数的な特性を持」っている旨、「周波数分解能は低い周波数では細かく、高い周波数では粗いというバークスケール」を導入する旨の記載がある。
【特許文献１】特開平１０−７８７９７号公報
【特許文献２】特開平１１−１４５８４２号公報
【非特許文献１】「音声対話システムにおける頑健な意味理解と対話システムの移植性に関する研究」  豊橋技術科学大学博士論文  小暮悟  ２００２年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
確かに非特許文献１に示すように、人間の聴覚は、音の大きさに対してはほぼ対数的な特性を持っているとしても、人間は音の大きさの微妙な違いを比較することが可能であると推測される。人間がこのように感覚的に把握しているように、音や信号の大きさの微妙な違いについて可視化して表示する装置としては、従来技術は十分でなかった。
前述の特許文献１はノイズの大きさを減少することが目的であり、前述の計算式では単にゲインをｑ乗で強調しているだけで、表示装置に適用しても特定部分に焦点を当てて重要部分のわずかな違いを強調するための構成としては不十分であった。
【０００８】
また、前述の特許文献２は、周波数の選択については記載があるがゲインの具体的な値、調整方法については、ほとんど記載されていない。
【０００９】
そこで、本発明は、信号処理にスケールファクタを導入し、特定の「値」の違いを強調することが可能な、信号処理装置、表示出力装置、信号処理方法、プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【００１１】
（１）本発明は、
信号の波高値Ｐ、基準値Ｐ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
【００１２】
【数１】
2007256384.tif 000002
【００１３】
に式変形可能な計算式を用いて、前記Ｐを変換する計算を行い、その計算結果Ｘを出力する第１の計算ステップを行う信号処理方法である。
【００１４】
以下の説明のため、値ＰのｄＢ値Ｇ、ｄＢ値Ｇの基準値Ｇ０と定義する。結論から述べると、前記第１の計算ステップは、値Ｐを変換して注目領域−ｎ≦Ｇ−Ｇ０＜ｎであればＧ−Ｇ０の絶対値を大きくし、それ以外の値であればＧ−Ｇ０の絶対値が小さくなるような計算を行う。Ｐ０、Ｇ０はこの注目領域の中心値である。いずれの式を用いても、前記第１の計算ステップで求めた値が注目領域内にあるときは、その注目領域内にあるｄＢ値に焦点を当てて、その値Ｇ０とその周囲との差異を強調するようｄＢスケールを変換することが可能であり、本発明の方法によれば、そのｄＢ値をＰ０、Ｇ０を中心としてあたかも拡大鏡で眺めたような信号処理を行うことができる。
【００１５】
なお、信号の波高値Ｐとは、各時間における信号の値の大きさ、具体的にはこれを図る指標である電圧値、電流値、またはこれらの指標値をディジタル変換した値をいう。
【００１６】
また、本発明の計算式Ｘに「式変形可能」とは、例えば、以下の例が挙げられる。Ｇ−Ｇ０の代わりにＰ、Ｐ０を用いるならば、
（Ｇ−Ｇ０）＝２０ｌｏｇ１０（Ｐ／Ｐ０）
＝２０（ｌｏｇ１０Ｐ−ｌｏｇ１０Ｐ０）
＝１０ｌｏｇ１０（Ｐ／Ｐ０）２
などの計算式を用いることが挙げられる。
【００１７】
また、以下では、ｄＢスケールに対して、第１の計算部での変換をデシ・バーサタイル・ベル（DeciVersatile Bell）スケールと命名し、単位表記として、”ｄＶＢ”を用いることにする。
【００１８】
さらに、本発明で入力する信号は、例えば音声信号が考えられるが、他にも応用できる限り、測定用信号、検波用信号、画像用信号にも利用可能である。以下の構成も同じである。
（２）本発明は、
信号の波高値ＰのｄＢ値Ｇ、基準値Ｐ０のｄＢ値Ｇ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
Ｘ＝ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０≧０のとき）
Ｘ＝−ｎ×（−（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０＜０のとき）
に式変形可能な計算式を用いて前記値Ｇを変換する計算を行い、その計算結果Ｘを出力する第１の計算ステップを行う信号処理方法である。
【００１９】
本発明の方法は、前記（１）の第１の計算ステップに相当する第１の計算ステップ、を行う。このＧ、Ｇ０を用いた式と（１）の〔数１〕は、等価である（後述〔数２〕、〔数３〕参照。）。入力がＰのｄＢ値Ｇであるほかは（１）と同様の作用、効果を奏する。
【００２０】
（３）本発明は、
信号の波高値Ｐ、基準値Ｐ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
【００２１】
【数１】
2007256384.tif 000003
【００２２】
に式変形可能な計算式を用いて、前記Ｐを変換する計算を行い、その計算結果Ｘを出力する第１の計算部を備えた信号処理装置である。
【００２３】
本発明の信号処理装置は、前記（１）の第１の計算ステップに相当する第１の計算部を備えている。この信号処理装置を動作させることにより、（１）で前述したことと同様の作用、効果を奏する。
【００２４】
（４）本発明は、
信号の波高値ＰのｄＢ値Ｇ、基準値Ｐ０のｄＢ値Ｇ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いて、
Ｘ＝ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０≧０のとき）
Ｘ＝−ｎ×（−（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０＜０のとき）
に式変形可能な計算式を用いて、前記Ｇを変換する計算を行い、その計算結果Ｘを出力する第１の計算部を備えた信号処理装置である。
【００２５】
本発明の装置は、前記（２）の第１の計算ステップに相当する第１の計算部を備えている。この装置を動作させることにより、（２）で前述したことと同様の作用、効果を奏する。
【００２６】
（５）本発明は、
入力部に入力された信号の波高値Ｐ、基準値Ｐ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
【００２７】
【数１】
2007256384.tif 000004
【００２８】
に式変形可能な計算式を用いて、前記Ｐを変換する計算を行い、その計算結果を出力する第１の計算ステップをコンピュータに実行させる信号処理プログラムである。
【００２９】
本発明のプログラムは、前記（１）の第１の計算ステップに相当する第１の計算ステップを実行させる。このプログラムを動作させることにより、（１）で前述したことと同様の作用、効果を奏する。
【００３０】
（６）本発明は、
入力部に入力された信号の波高値ＰのｄＢ値信号Ｇ、基準値Ｐ０のｄＢ値Ｇ０、０より大きい範囲定数ｎ、１より大きい強調係数ｍを用いた、
Ｘ＝ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０≧０のとき）
Ｘ＝−ｎ×（−（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍ  （Ｇ−Ｇ０＜０のとき）
のいずれかに式変形可能な計算式を用いて、前記値Ｇを変換する計算を行い、その計算結果を出力する第１の計算ステップをコンピュータに実行させる信号処理プログラムである。
【００３１】
本発明のプログラムは、前記（２）の第１の計算ステップに相当する第１の計算ステップを実行させる。このプログラムを動作させることにより、（２）で前述したことと同様の作用、効果を奏する。
【００３２】
（７）本発明は、
前記（３）、（４）のいずれかに記載の信号処理装置において、
前記Ｘ、Ｐ０を用いて表されるＰ’＝Ｐ０×１０Ｘ／２０、またはこれに式変形可能な計算式を用いて、時系列出力信号を変換する計算を行い、その計算結果を出力する第２の計算部をさらに備えた信号処理装置である。
【００３３】
以下の説明のため、値ＰのｄＢ値Ｇ、ｄＢ値Ｇの基準値Ｇ０と定義する。そうすると、
Ｐ＝Ｐ０×１０（Ｇ−Ｇ０）／２０が成立するが、Ｇ−Ｇ０の代わりに（３）、（４）の装置で得られた値Ｘをこの式に代入すると、以下の式が得られる。
Ｐ’＝Ｐ０×１０Ｘ／２０
本発明の装置では、式Ｐ’を用いて、時系列信号を基準値Ｐ０を基準に変換できる。Ｐ’により、この変換した時系列信号に対して通常のｄＢ変換を施せば、ｄＶＢスケールの値が得られる。したがって、本発明の信号処理装置を動作させることにより、時系列信号を、基準値Ｐ０を基準としてｄＶＢ変換で強調した値を得ることができる。
【００３４】
なお、「これに式変形可能な計算式」とは、例えば、
Ｐ’＝１０（Ｘ＋Ｇ０）／２０
をいう。
また、このＰ’を従前のｄＢスケールに変換すると、Ｇ０を（３）、（４）の装置で得られたＸにバイアスした値が得られる。
【００３５】
（８）本発明は、
請求項３、４のいずれかに記載の信号処理装置において、
前記Ｐを、信号の波高値の代わりに時系列信号を周波数ごとにフーリエ変換した値として、前記Ｘを計算し、
このＸを用いて表されるＰω’＝Ｐ０×１０Ｘ／２０、またはこれに式変形可能な計算式を用いて前記Ｐを変換する計算を行い、その計算結果を出力する第３の計算部と、
前記第３の計算部の出力の逆フーリエ変換を行った計算結果を時系列で出力する第４の計算部と、をさらに備える信号処理装置である。
【００３６】
本発明の装置では、第３の計算部が、Ｐが周波数ごとにフーリエ変換した値であり、これを用いて計算したＸを基に、Ｐ０×１０Ｘ／２０を乗じた式またはこれに式変形可能な計算式を用いて計算した結果を出力するので、周波数領域でスペクトル値の特定のｄＢ値帯域の差異を強調できる。
【００３７】
また本発明の装置では、第４の計算部がこの計算値に対して逆フーリエ変換を行なって出力信号を時系列で出力するので、この信号の波高値をｄＢ変換したスケールで見れば、特定のｄＢ値帯域内にある差異がＸにより強調された変換に相当する変換が、時間領域上でなされ、第４の計算部は、この変換された時系列信号を出力される。
【００３８】
なお、「これに式変形可能な計算式」とは、例えば、Ｇ０＝２０ｌｏｇ１０Ｐ０を用いた次の式をいう。
Ｐω’＝１０（Ｘ＋Ｇ０）／２０
（９）本発明は、
（３）、（４）に記載の信号処理装置と、
前記信号処理装置の出力を表示出力する表示出力手段と、を備えた表示出力装置である。
【００３９】
この構成では、表示出力手段が前記信号処理装置の出力を表示出力するので、（２）で得られた信号処理の効果を視覚的に表すことができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、スケールファクタを導入して、信号のｄＢ値の注目領域の値の微差に焦点を当てて強調することが可能な信号処理、表示出力が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
＜本実施形態のスペクトル表示装置の内部構成＞
図１を用いて、本実施形態のスペクトル表示装置の内部構成について説明する。本実施形態のスペクトル表示装置１は、汎用のコンピュータの構成と同様の構成を備える。スペクトル表示装置１は、ＣＰＵ２０と表示出力部２１と操作部２２と外部記憶装置２３とメモリ２４と音声入力装置２５とを備える。以下、それぞれ説明する。
【００４２】
図１のＣＰＵ２０は、中央演算装置であり、スペクトル表示装置１の各動作を統括制御すると共に、メモリ２４に格納された各種のプログラムを実行し、種々のデータを用いて計算する。
表示出力部２１は、ＣＰＵ２０で計算した結果を表示器１００に出力するための信号を生成、出力する。また、ＧＵＩを構成し、操作部２２の操作を支援する。
【００４３】
操作部２２は、ＣＰＵ２０に指示して、スペクトル表示装置１の各種の動作を実行させる。
外部記憶装置２３は、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスク、光ディスク等で構成でき、大容量のデータを格納する。メモリ２４は、読み書き可能な一時記憶装置であり、外部記憶装置２３から読み取ったデータを一時的に記憶する。これらの内部に格納するデータ等は後述する。
音声入力装置２５は、アンプ２５１とＡ／Ｄ変換器２５２を備え、外部の音声入力をディジタル音声化する。アンプ２５１は、例えばトランジスタ等の増幅段で構成でき、アナログ信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器２５２は、例えばＡ／Ｄ変換器用ＩＣで構成でき、アンプ２５１の出力をＡ／Ｄ変換する。音声入力装置２５は、Ａ／Ｄ変換器２５２の出力をメモリ２４に格納する。
【００４４】
次に、同じく図１を用いて、外部記憶装置２３、メモリ２４に格納するデータ、プログラムについて説明する。外部記憶装置２３は、音声データ３１とｄＶＢ変換プログラム３２と、ＦＦＴ変換プログラム３３と変換結果表示プログラム３４を記憶している。これらのプログラムを起動すると、外部記憶装置２３からプログラムが呼び出される。そして、これらはメモリ２４に記憶される。以下、音声データ３１とプログラムのそれぞれについて説明する。
【００４５】
音声データ３１は、音声入力装置２５から入力するか、インターネット等からダウンロードするか、光ディスクなどの記憶媒体から入力する。
【００４６】
ｄＶＢ変換プログラム３２（デシ・バーサタイル・ベルスケール、Deci VersatileBell Scale）は、音声データ３１を処理するプログラムであり、後述する特定の計算式に基づいて、音声データ３１の波高値に対して、特定のｄＢ値帯域内で、所定の基準値との差異を強調するような変換を行う。
【００４７】
ＦＦＴ変換プログラム３３は、音声データ３１またはｄＶＢ変換プログラム３２で生成したデータについてフーリエ変換を行う。後述の周波数領域での解析に利用する。
変換結果表示プログラム３４は、音声データ３１をｄＶＢ変換プログラム３２、ＦＦＴ変換プログラム３３で変換した結果を表示する。
【００４８】
＜スケール変換Ｘ（ｄＶＢｎ−ｍ）の説明＞
次に、図１のｄＶＢ変換プログラム３２で計算するスケール変換Ｘ（ｄＶＢｎ−ｍ）について説明する。ここで、このスケール変換Ｘを以下「ｄＶＢ変換」（ｄＶＢScale  変換）という。また、このスケール変換Ｘ（ｄＶＢｎ−ｍ）で変換されたスケールを以下「ｄＶＢスケール」という。これらの用語には適宜、後述のとおり引数ｎ，ｍを用いて添え字ｎ−ｍを付す。まず、スケール変換Ｘを説明する前提として、従前のｄＢ変換について説明する。音声データ３１の波高値をＰとして、これをｄＢ変換した値Ｇは、以下のように表せる。
Ｇ＝１０ｌｏｇ１０（Ｐ）２＝２０ｌｏｇ１０Ｐ
基準波高値Ｐ０を定めると、そのｄＢ変換であるＧ０は、以下のように表せる。
Ｇ０＝１０ｌｏｇ１０（Ｐ０）２＝２０ｌｏｇ１０Ｐ０
基準波高値Ｐ０と波高値をＰとのスケール比Ｐ／Ｐ０は、ｄＢ変換すると、以下のように表せる。
Ｇ−Ｇ０＝１０ｌｏｇ１０（Ｐ／Ｐ０）２
＝２０（ｌｏｇ１０Ｐ−ｌｏｇ１０Ｐ０）
図１のｄＶＢ変換プログラム３２で用いるスケール変換Ｘ（ｄＶＢｎ−ｍ）は、以下の〔数１〕で表せる。
【００４９】
【数１】
2007256384.tif 000005
【００５０】
ここで、ｎは、拡張したいｄＢスケールの注目領域−ｎ≦Ｇ−Ｇ０≦ｎ（周波数帯域でなく、波高値のｄＢ値の帯域）を表すための範囲定数であり、正の実数値である。ｍは強調度を表す強調係数で、ｍ＞１の実数、前述のとおり、Ｐは音声データ３１の波高値、Ｐ０は基準波高値である。この式を用いて〔数１〕は、以下の式に変形できる。
【００５１】
【数２】
2007256384.tif 000006
【００５２】
【数３】
2007256384.tif 000007
【００５３】
この式から分かるように、〔数１〕は、上述のｄＢ値の差Ｇ−Ｇ０を変換したものとなっている。ｄＶＢ変換は、ｄＢ値Ｇ０を中心として、ｄＢ値を修正するものである。
【００５４】
図２、図３を用いて、本実施形態の装置のスケール変換の実施例について説明する。図２は前述した〔数１〕の式にそれぞれｍ＝３（図２（Ａ）参照。）、ｍ＝１．５（図２（Ｂ）参照。）を代入した場合に、ｄＢ変換した値、ｄＶＢ変換した値を示している。横軸は（Ｐ／Ｐ０）２の値をログスケール（２０（ｌｏｇ１０Ｐ−ｌｏｇ１０Ｐ０））で表しており、縦軸はｄＶＢ変換した値をリニアスケールで表している。
【００５５】
図２（Ａ）において、直線で表しているのは、従前のｄＢスケールである。
最も湾曲した太い実線で曲線を表しているのがｄＶＢ４０−３であり、ｎ＝４０、ｍ＝３の場合を示している。
ｄＶＢ４０−３に次いで湾曲した細い破線で曲線を表しているのがｄＶＢ３０−３であり、ｎ＝３０、ｍ＝３の場合を示している。
ｄＶＢ３０−３に次いで湾曲した太い破線で曲線を表しているのがｄＶＢ２０−３であり、ｎ＝２０、ｍ＝３の場合を示している。
湾曲度が最も浅い細い点線で曲線を表しているのがｄＶＢ１０−３であり、ｎ＝１０、ｍ＝３の場合を示している。
図２（Ｂ）も同様の指示方法でグラフを表しており、従前のｄＢ、ｄＶＢ４０−１．５、ｄＶＢ３０−１．５、ｄＶＢ２０−１．５、ｄＶＢ１０−１．５を記載している。ただし、ｍ＝１．５である。
【００５６】
図２で示すように、ｄＶＢ変換に共通していることは、従前のｄＢスケールの−ｎ〜ｎｄＢの部分が強調され、その範囲では、従前のｄＢスケールよりもｄＶＢスケールの値の絶対値が大きくなり、各ｎの値で従前のｄＢスケールとクロスし、それ以外の範囲では逆にこのｄＶＢスケールの値の絶対値が小さくなっていることである。さらに、従前のｄＢの値が基準ｄＢ値Ｇ０と一致するとき、Ｘ（ｄＶＢｎ−ｍ）は０になる。例えば、図２（Ａ）、（Ｂ）とも、ｎ＝４０については±４０ｄＢの範囲１０１、ｎ＝１０については±１０ｄＢの範囲１０２の部分の値の絶対値がｄＢスケールに対して大きくなり、それ以外の値ではこの値の絶対値が小さくなっている。
【００５７】
また、図２に示すように０ｄＢの部分では傾きが最大（無限大）となっており、Ｇ−Ｇ０＝０の周辺の差異が最も拡大して表示される。また、図２（Ａ）、図２（Ｂ）を比較すると、強調係数ｍが大きいほど従前のｄＢスケールに対して強調の程度が大きくなっているのが分かる。
【００５８】
次に、図３にスペクトル表示装置のｄＶＢ変換を従前のｄＢ変換で除算したグラフを示す。横軸は基準ｄＢ値Ｇ０とＧとの差である従前のｄＢ値Ｇ−Ｇ０を表し、縦軸はＸ（ｄＶＢｎ−ｍ）／（Ｇ−Ｇ０）を表している。この例では、強調係数ｍ＝３である。グラフの上から順にｄＶＢ４０−３、ｄＶＢ３０−３、ｄＶＢ２０−３、ｄＶＢ１０−３である。いずれのグラフもＧ−Ｇ０＝０に漸近しており、（Ｇ−Ｇ０）に対して、Ｘ（ｄＶＢｎ−ｍ）がＧ−Ｇ０＝０の前後で大きくなっているのが分かる。
【００５９】
なお、Ｘ（ｄＶＢｎ−ｍ）では縦軸がｄＢとＧ０が一致するとき０としているが、スケールを調整するため、ｄＶＢ変換したものにＧ０の値をバイアスして表示しても良い。
【００６０】
また、Ｘ（ｄＶＢｎ−ｍ）の曲線は、１／ｍ乗（ｍ＞１）の計算が含まれるから、Ｇ−Ｇ０＝０の近傍で傾きが無限大となり、この値の部分の差異が最も強調されることになる。
【００６１】
以下、〔数２〕、〔数３〕の計算式について補足説明する。
まず、Ｇ−Ｇ０＝０のときは、前記計算式Ｘは０となる。
次に、０＜Ｇ−Ｇ０＜ｎの範囲では、
（Ｇ−Ｇ０）／ｎ＜１となるから、１／ｍ（ｍ＞１）をべき乗すると、
ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍは、
ｎ×（Ｇ−Ｇ０）／ｎ＝Ｇ−Ｇ０に対して増加する。したがって、（Ｇ−Ｇ０）は、〔数２〕を用いれば、０≦Ｇ−Ｇ０＜ｎの範囲では、Ｇ−Ｇ０は大きくなり、Ｇ０との差異は強調される。
Ｇ−Ｇ０＝ｎのときは、ｍの値にかかわらず、ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍは、Ｇ−Ｇ０と同じくｎとなる。
【００６２】
Ｇ−Ｇ０＞ｎの範囲では、（Ｇ−Ｇ０）／ｎ＞１となるから、（Ｇ−Ｇ０）を１／ｍ（ｍ＞１）でべき乗すると、
ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍは、
ｎ×（（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）＝Ｇ−Ｇ０に対して減少する。したがって、（Ｇ−Ｇ０）は、〔数２〕を用いれば、Ｇ−Ｇ０＞ｎの範囲では、Ｇ−Ｇ０より減少する。Ｇ−Ｇ０がマイナスの場合は、〔数３〕に示すように−ｎ×（−（Ｇ−Ｇ０）／ｎ）１／ｍを使用するが、この場合には、正負が逆になるだけで以上の説明と同様の計算になる。
また、計算式Ｘの曲線は、Ｇ−Ｇ０＝０の部分で傾きが無限大となるからこの値の部分でＧ０との差異が最も強調されることになる。
次に、信号の時間領域表現、周波数領域表現への適用例について説明する。
【００６３】
＜信号の時間領域表現への適用例＞
ｄＢで表された時系列信号をｄＶＢ変換で強調した時系列音声信号に表現しなおす場合、以下の手順で、入力された時系列音声信号を修正する。まず、従前のｄＢの式は、前述のとおり、
Ｇ−Ｇ０＝２０ｌｏｇ１０（Ｐ／Ｐ０）であるから、
従前のｄＢスケールから波高値Ｐへの変換は、基準波高値Ｐ０を用いて、以下の〔数４〕で表せる。
【００６４】
【数４】
2007256384.tif 000008
【００６５】
そこで、Ｇ−Ｇ０の代わりにＸ（ｄＶＢｎ−ｍ）を代入して、〔数４〕に代入すると、以下の式が得られる。
【００６６】
【数５】
2007256384.tif 000009
【００６７】
このＰ’の計算により、時系列音声信号の領域でＰをｄＶＢスケールにより強調できる。ここで、基準ｄＢ値Ｇ０＝２０ｌｏｇ１０Ｐ０を用いてこのＰ’を従前のｄＢスケールに変換すると、ｄＶＢスケールの値を得ることができる。
【００６８】
＜周波数領域でのｄＶＢ変換の適用＞
次に、周波数領域でｄＶＢ変換を行う方法について説明する。まず、時系列音声信号Ｐ（ｔ）を以下の〔数６〕のようにフーリエ変換して、虚数ｊωの関数としてＸ（ｊω）を求める。
【００６９】
【数６】
2007256384.tif 000010
【００７０】
ここでＸ(jω)の実成分、虚数成分をそれぞれＸｒ（ω）、Ｘｉ（ω）とすると、〔数７〕のように合成してスペクトルＲ（ω）を求めることができる。
【００７１】
【数７】
2007256384.tif 000011
【００７２】
図４、図５を用いて、周波数領域でのｄＶＢ変換の適用例１，２を示す。図４、図５では、いずれも破線はスペクトルＲ（ω）を従前のｄＢスケールで表したものであり、実線はスペクトルをｄＶＢスケールで表したものを表している。なお、図４、図５の破線で示すスペクトルＲ（ω）は、同じスペクトル分布である。
【００７３】
まず、図４に示す適用例１について説明する。図４は、従前のｄＢ変換で−２ｄＢにあるピークＰ２に焦点を当てて、その上下１０ｄＢ内でピークＰ２との差異を強調し、それを越える部分は縮小するようなｄＶＢ変換を施したものを表している。図４ではｎ＝１０、ｍ＝２、Ｒ０＝−２ｄＢである。また、図４の周波数特性はｄＶＢ変換を行なった後、ピークＰ２のゲインである−２ｄＢ分のバイアスを与えている。点線が従前のｄＢ変換、実線がｄＶＢ変換である。
【００７４】
図４に示すように、スペクトルＲを従前のｄＢスケールで表したものはピークＰ１〜Ｐ３の値のｄＢ値の差異はわずかであるが、注目領域−ｎ≦Ｒ（ω）−Ｒ０≦ｎの範囲内にあるＰ１〜Ｐ３は、ｄＶＢ変換を行なったことによりピークＰＶ１〜ＰＶ３となり、この差異が強調されている。したがって、ピークＰ１〜Ｐ３の部分を拡大して検討するのに都合の良いようにスケール変換をすることができる。
【００７５】
また、図４ではピークＰＶ２を中心にＰＶ２との差異が強調されているので、前述のｄＶＢ変換の式のとおり、Ｐ２とＰＶ２の値は一致する。また、ピークＰ４〜Ｐ６は、注目領域−ｎ≦Ｒ（ω）−Ｒ０≦ｎの範囲外であるから、それぞれピークＰ４のｄＢ値との差異の絶対値が小さくなり、ｄＶＢ変換を行なったことにより、ピークＰＶ４〜ＰＶ６のゲインの差異の絶対値は小さくなっている。また、ピークに隣接する底の部分のゲインの差異が小さくなっている。
【００７６】
次に、図５に示す適用例２について説明する。従前のｄＢ変換で−１５ｄＢにあるピークＰ４に焦点を当てて、その周囲±１０ｄＢの範囲内でピークＰ４との差異を強調し、それ以外の部分はピークＰ４の値との差異の絶対値が小さくなるようなｄＶＢ変換を施したものを表している。図５ではｎ＝１０、ｍ＝２、Ｒ０＝−１５ｄＢである。なお、図５の周波数特性はｄＶＢ変換を行なった後、ピークＰＶ４のゲインである−１５ｄＢ分のバイアスを与えている。
【００７７】
図５に示すように、従前のｄＢ変換ではピークＰ４〜Ｐ６の値の差はわずかだが、注目領域−ｎ≦Ｒ（ω）−Ｒ０≦ｎの範囲内にあるピークＰ４〜Ｐ６は、ｄＶＢ変換を行なったことにより、ピークＰＶ４〜ＰＶ６となり、Ｐ４（＝ＰＶ４）との差異が強調されている。したがって、ピークＰ４〜Ｐ６の部分を拡大して検討するのに都合の良いようにスケール変換をすることができる。
【００７８】
また、図５ではピークＰＶ４を中心にピークＰ４との差異を強調しているので、前述のｄＶＢ変換の式のとおり、Ｐ４とＰＶ４のゲインの値は一致する。また、ピークＰ１〜Ｐ３は、注目領域−ｎ≦Ｒ（ω）−Ｒ０≦ｎの範囲外であるから、ｄＶＢ変換を行なったことにより、ピークＰＶ１〜ＰＶ３のゲインの差異の絶対値は小さくなっている。なお、ピークに隣接する底の部分のゲインの差異が小さくなっている。
【００７９】
＜周波数領域でｄＶＢ変換したデータからの時系列データの取得＞
次に、周波数領域でｄＶＢ変換して表示したものを時系列信号領域に戻すことを考える。前述のとおり、ｄＶＢ変換は、従前のｄＢ変換を修正したｌｏｇスケールであるが、周波数領域でも〔数４〕、〔数５〕と同様にして、以下の〔数８〕で計算するＲ’（ω）によりスペクトルＲ（ω）を強調できる。リニアスケールで表したスペクトルの基準値をＲ０として、スペクトルＲ（ω）を強調したＲ’（ω）は、以下のように表せる。
【００８０】
【数８】
2007256384.tif 000012
【００８１】
なお、このＲ’（ω）を強調スペクトルということにする。
【００８２】
また、次の〔数９〕により、〔数７〕で用いたＸ(jω)の実成分、虚数成分Ｘｒ（ω）、Ｘｉ（ω）の比率で分解する。
【００８３】
【数９】
2007256384.tif 000013
【００８４】
さらに、次の〔数１０〕により、逆フーリエ変換を行なって、ｄＶＢ変換により強調した時系列信号を取り出すことができる。
【００８５】
【数１０】
2007256384.tif 000014
【００８６】
この式で得られた時系列データを周波数解析するとＲ’（ω）が取り出せる。ここで、基準ｄＢ値Ｇ０＝２０ｌｏｇ１０Ｐ０であるから、強調スペクトルＲ’（ω）を従前のｄＢスケールに変換すると、ｄＶＢ変換したスケールに基準ｄＢ値Ｇ０をバイアスした値を得ることができる。
【００８７】
図１で示したｄＶＢ変換プログラム３２、ＦＦＴ変換プログラム３３は、これらの数式を計算し、表示出力部２１はこの結果を出力する。
【００８８】
＜本実施形態のスペクトル表示装置の応用＞
なお、図１に示す本実施形態の装置では、汎用ＰＣとプログラムで構成したが、スペクトル表示装置１専用の構成として構成してもよい。例えば、ｄＶＢ変換プログラム３２、ＦＦＴ変換プログラム３３は、ＲＯＭに格納して、音声データ３１は、外部記憶装置２３としてフラッシュメモリ等に格納し、操作部２２と表示器１００が一体となったオシロスコープと同様の外観の構成でも良い。またこれらのプログラムの代わりに専用のＤＳＰを設ける構成でも良い。
【００８９】
また、取り扱う信号が、音声信号であれば、ｄＶＢ変換により、音声信号の特徴を捉えて、音声信号を圧縮できる。また、音声信号の特徴を強調することによりメロディ部分を取り出したり、バックの演奏のみを取り出したりすることへ応用ができると考えられる。例えば、メロディ部分の周波数帯域、音圧が分かっている場合には、前述〔数５〕以下を用いて、周波数領域でｄＶＢ変換して強調することにより、そのメロディ部分のみ強調するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本実施形態に係るスペクトル表示装置の内部構成図を示す。
【図２】本実施形態に係るスペクトル表示装置のｄＶＢ変換を示す。
【図３】本実施形態に係るスペクトル表示装置のｄＶＢ変換を従前のｄＢ変換で除算したグラフを示す。
【図４】本実施形態に係るスペクトル表示装置によりスペクトルをｄＶＢ変換した例１を示す。
【図５】本実施形態に係るスペクトル表示装置によりスペクトルをｄＶＢ変換した例２を示す。
【符号の説明】
【００９１】
１−スペクトル表示装置、  ２０−ＣＰＵ、  ２１−表示出力部
２２−操作部、  ２３−外部記憶装置
２４−メモリ、  ２５−音声入力装置、  ２５１−アンプ、  ２５２−Ａ／Ｄ変換器
３１−音声データ、  ３２−ｄＶＢ変換プログラム
３３−ＦＦＴ変換プログラム、  ３４−変換結果表示プログラム
１００−表示器、  １０１、１０２−範囲
【図１】
2007256384.tif 000019
【図２】
2007256384.tif 000020
【図３】
2007256384.tif 000021
【図４】
2007256384.tif 000022
【図５】
2007256384.tif 000023