(57)【要約】【課題】帯域制限高調波信号の高調波を好適に拡張できるシステムを提供する。【解決手段】本発明のシステムにおいて、帯域制限信号の高調波コンテンツは、周波数領域において、帯域制限信号の複素スペクトルに非線形変換を実行することによって、信号の通過帯域外の周波数に拡張される。非線形変換は、複素スペクトルのそれ自体を用いた線形たたみ込みによって、完成され得る。本システムは、時間領域信号を周波数領域に変換するための順変換モジュール（２０８）を有する信号プロセッサと、高調波信号の複素スペクトルに非線形変換を実行するための非線形変換モジュール（２１０）と、高調波信号の拡張された信号を時間領域に変換し直すための逆変換モジュール（２１２）とを含む。【選択図】図１３
2007011341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯域制限高調波信号の高調波を拡張する方法であって、該方法は、
帯域制限高調波信号の複素スペクトルを得るために、該帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換することと、
該帯域制限高調波信号の高調波コンテンツを、該帯域制限高調波信号の制限周波数帯域外の周波数に拡張するために、該周波数領域における該帯域制限高調波信号の複素スペクトルに非線形変換を実行することと、
該帯域制限高調波信号の拡張された複素スペクトルを、該時間領域に逆変換することと
を包含する、方法。
【請求項２】
帯域制限高調波信号を、前記時間領域から前記周波数領域に変換するステップが、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を該帯域制限高調波信号に実行することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルに、それ自体を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記線形たたみ込みが、
Ｙ（ｋ）＝Ｘ（ｋ）＊Ｘ（ｋ）  ｋ＝０．．．Ｎ／２
の式に従って実行され、
ここで、＊は、線形たたみ込み演算を示し、ｋは、周波数インデックスであり、Ｎは、前記帯域制限高調波信号を前記時間領域から前記周波数領域に変換するために使用される前記ＦＦＴの長さである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルに、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの鏡映複素共役を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、第１の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号のスペクトルと第２の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルとの線形たたみ込みを実行することを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルの非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの一部に、該帯域制限該複素スペクトルの一部を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記周波数領域における前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップにおいて、該非線形変換は、高調波エネルギーが該帯域制限高調波信号の周波数上限より高い少なくとも１つの高調波周波数に追加されるように、選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記周波数領域における前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップにおいて、該非線形変換は、高調波エネルギーが該帯域制限高調波信号の周波数下限より低い少なくとも１つの高調波周波数に追加されるように、選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
帯域制限高調波信号を前記時間領域から前記周波数領域に変換するステップが、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、フィルタバンク、またはウェーブレット変換のうちの１つを利用することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
高調波拡張方法であって、該方法は、
通過帯域周波数下限および通過帯域周波数上限によって定義される、制限周波数帯域内にて通常の周波数間隔における、主要な信号エネルギーを有する帯域制限高調波信号を受信することと、
受信された帯域制限高調波信号の複素スペクトルを得るために、該帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換することと、
高調波エネルギーが該受信された帯域制限高調波信号に存在しない、少なくとも１つの高調波周波数における高調波エネルギーを有する拡張されたスペクトルを生成するために、該周波数領域における該受信された帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの非線形変換を実行することと、
該拡張されたスペクトルを該時間領域に変換することと
を包含する、方法。
【請求項１２】
前記帯域制限高調波信号を、前記時間領域から前記周波数領域に変換するステップが、高速フーリエ変換を該帯域制限高調波信号に実行することを包含する、請求項１１に記載の高調波拡張方法。
【請求項１３】
前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルに、それ自体を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記線形たたみ込みが、
Ｙ（ｋ）＝Ｘ（ｋ）＊Ｘ（ｋ）  ｋ＝０．．．Ｎ／２
の式に従って実行され、
ここで、＊は、線形たたみ込み演算を示し、ｋは、周波数インデックスであり、Ｎは、前記帯域制限高調波信号を前記時間領域から前記周波数領域に変換するために使用される前記ＦＦＴの長さである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルに、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの鏡映複素共役を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、第１の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号のスペクトルと第２の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルとの線形たたみ込みを実行することを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルの非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの一部に、該帯域制限該複素スペクトルの一部を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記周波数領域における前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップにおいて、該非線形変換は、高調波エネルギーが該帯域制限高調波信号の周波数上限より高い少なくとも１つの高調波周波数に追加されるように、選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記周波数領域における前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップにおいて、該非線形変換は、高調波エネルギーが該帯域制限高調波信号の周波数下限より低い少なくとも１つの高調波周波数に追加されるように、選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
帯域制限高調波信号を前記時間領域から前記周波数領域に変換するステップが、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、フィルタバンク、またはウェーブレット変換のうちの１つを利用することを包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
帯域制限高調波信号の高調波を拡張するためのシステムであって、該システムは、
帯域制限高調波信号を受信するための手段と、
該帯域制限高調波信号の複素スペクトルを生成するために、受信された帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換するための順変換モジュールを有する信号プロセッサと、
該帯域制限高調波信号の高調波的に拡張されたスペクトルを生成するために、該周波数領域における該帯域制限信号の該複素スペクトルの非線形変換を実行するための高調波生成モジュールと、
該帯域制限高調波信号の高調波的に拡張された信号を該時間領域に変換し直すための逆変換モジュールと
を備える、システム。
【請求項２２】
利用される変換が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、デジタルフィルタバンク、または前記帯域制限高調波信号を前記周波数領域に変換するためのウェーブレット変換のうちの１つである、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
非線形変換モジュールが、前記帯域制限高調波信号の前記高調波的に拡張されたスペクトルを生成するために、前記周波数領域において線形たたみ込みを利用する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記線形たたみ込みが、前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに、それ自体を用いて実行される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記線形たたみ込みが、前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの鏡映複素共役を用いて実行される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記線形たたみ込みが、第１の加重要素によって加重された前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに、第２の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルを用いて実行される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
帯域制限高調波信号の高調波およびスペクトル包絡を拡張し、拡張された信号をオリジナル帯域制限信号と結合するためのシステムであって、該システムは、
帯域制限高調波信号を受信するための手段と、
該帯域制限高調波信号の複素スペクトルを生成するために、受信された帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換するための順変換モジュールを有する信号プロセッサと、
該帯域制限高調波信号の高調波的に拡張されたスペクトルを生成するために、該周波数領域における該帯域制限信号の該複素スペクトルの非線形変換を実行するための高調波生成モジュールと、
拡張された高調波の該スペクトル包絡が、該オリジナル帯域制限信号のそれに対して相補的であることを確実にするためのスペクトル包絡拡張器モジュールと、
前記高調波拡張されたスペクトルを、オリジナル帯域制限スペクトルと結合するための結合器モジュールと、
周波数拡張された最終の高調波スペクトルを、該時間領域に変換し直すための逆変換モジュールと
を備える、システム。
【請求項２８】
利用される変換が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、デジタルフィルタバンク、または前記帯域制限高調波信号を前記周波数領域に変換するためのウェーブレット変換のうちの１つである、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
非線形変換モジュールが、前記帯域制限高調波信号の前記高調波的に拡張されたスペクトルを生成するために、前記周波数領域において線形たたみ込みを利用する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記線形たたみ込みが、前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに、それ自体を用いて実行される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記線形たたみ込みが、前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの鏡映複素共役を用いて実行される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記線形たたみ込みが、第１の加重要素によって加重された前記帯域制限高調波信号の前記複素スペクトルに、第２の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルを用いて実行される、請求項２９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
高調波信号の周波数帯域幅を拡張するためのシステムおよび方法が提供される。
【背景技術】
【０００２】
全ての通信システム、特に無線通信システムは、帯域幅制限を受ける。そのようなシステムに送信されるスピーチ信号の質および明瞭度は、システムに利用可能な制限帯域幅に対してバランスされるべきである。無線電話ネットワークにおいて、例えば、帯域幅は、一般的に、首尾よい通信に対して必要な最小帯域幅に従って設定される。母音を理解するために重要な最も低い周波数は、およそ２００Ｈｚであり、最も高い周波数母音フォルマントは、およそ３，０００Ｈｚである。しかしながら、ほとんどの子音はブロードバンドであり、通常、およそ３，４００Ｈｚ以下の周波数におけるエネルギーを有する。したがって、ほとんどの無線スピーチ通信システムは、３００と３，４００Ｈｚの間をパスするように最適化される。
【０００３】
スピーチ通信システムに対する一般的な通過帯域１０は、図１に示される。一般に、通過帯域１０は、明瞭であり、人間の話す声の適正な模写（ｆａｃｓｉｍｉｌｅ）の両方であるスピーチ信号を配信するために十分である。それにも関わらず、通過帯域１０外に高い周波数において含まれる多量のスピーチ情報は、帯域通過フィルタリングによって失われる。これは、ノイズのかなりの量が存在する環境における明瞭度および質の両方に、有害な影響を与え得る。
【０００４】
多数の場合において、帯域制限信号の質は、システムの通過帯域の外に位置するため、失われた信号の高調波成分を再導入することによって、改善され得る。一部のシステムにおいては、その全ての開示が参考に援用される、同時係属中（ｃｏ−ｐｅｎｄｉｎｇ）の米国特許出願シリアル番号１１／１１０，５５６の「Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｉｂｉｌｉｔｙ」に開示されているもののように、スピーチ信号のより高い周波数成分は、システムの通過帯域内における低周波数範囲に転置（ｔｒａｎｓｐｏｓｅｄ）または圧縮される。この場合において、圧縮されたスピーチ信号は、信号が圧縮されない場合に失われる、通過帯域外にある高周波数範囲からの多数の情報を保持する。このステップだけで、帯域制限スピーチ信号の質および明瞭度を、かなり改善する。それにも関わらず、そのような周波数圧縮信号は、狭帯域通信チャネルを通じて送信された後に再伸長（ｒｅ−ｅｘｐａｎｄｅｄ）され、高調波がより高い周波数において再導入された場合、更なるかなりの質および明瞭度の改善を経験する。
【０００５】
現在、いくつかの技術は、スピーチおよび音楽の両方に対する高調波信号の周波数範囲を拡張するために存在する。多数の場合において、高調波信号コンテンツを拡張することは、「エクサイテーション信号生成」として説明され得る。これらの技術は、周波数シフティング方法および非線形ひずみ方法の二つのカテゴリに広くグループされ得る。
【０００６】
周波数シフティング方法は、低周波数高調波のレプリカをより高い周波数に導入するために、スペクトル複写、転置、またはフォールディングの何かの形を含む。多数のこれらの方法は、高周波数高調波の不適切な配置という結果となり得る、固定の複写スキームを使用する。多数の場合において、再導入された高周波数高調波は、基本ピッチ周波数の各マルチプルにおいて正確に配置されない。一部のスペクトル複写方法は、転置された高調波の適切な配置を保証するためにピッチ推定を使用する。しかしながら、これらの方法の実行は、ピッチ推定が不正確であった場合、激しく価値を低下され得る。これは、低ＳＮＲを有する信号に対してよくある実例である。
【０００７】
高調波拡張方法の第２のカテゴリは、高調波が全体の周波数スペクトルに渡って導入されるように、高調波ひずみを生成することを含む。これらの方法は、高調波ひずみを導入するために、二次関数ｘ２（ｎ）、三次関数ｘ３（ｎ）、または全波整流（ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）｜ｘ（ｎ）｜のような時間領域非線形変換を利用する。これらの方法は、最後の広帯域エクサイテーション信号がスペクトル的に平であることを確実するために使用される、線形予測のようなスペクトル包絡推定技術によって、通常従われる。
【０００８】
スペクトル複写またはフォールディング方法を通じての非線形変換方法の主な利点は、ピッチ推定アルゴリズムの使用を要求せずに、高調波は、基本周波数の倍数において生成されることである。しかしながら、これらの技術の主な不利点は、新しい高調波がより高い周波数においてエイリアシングアーチファクトを含み得ることである。更に、時間領域アプローチであるため、生成された高調波の帯域幅を制御するのは困難である。新しい高調波は、対象の周波数範囲だけの代わりに、全ての周波数に渡って生成される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
システムおよび方法は、帯域制限高調波信号の高調波を拡張するために提供される。帯域制限高調波信号の高調波コンテンツは、周波数領域において、帯域制限信号の複素スペクトルに非線形変換を実行することによって、信号の通過帯域外の周波数に拡張される。この非線形変換は、複素スペクトルのそれ自体を用いた線形たたみ込みによって、完成され得る。高調波信号の周波数帯域幅を拡張するためのシステムは、時間領域信号を周波数領域に変換するための順変換モジュール、高調波信号の複素スペクトルに非線形変換を実行するための非線形変換モジュール、および高調波信号の拡張された信号を時間領域に変換し直すための逆変換モジュールを有する信号プロセッサを含む。多数のアプリケーションにおいて、オリジナル帯域制限信号を、スペクトルに拡張された高調波信号の全体または一部のスペクトル部分と組み合わせることが望まれ得る（例えば、改善された質または明瞭度を有する最後のスピーチまたは音楽信号を得るために）。これは、同時係属中の米国特許出願シリアル番号１１／１１０，５５６の「Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｉｂｉｌｉｔｙ」に説明されるように、様々な技術を用いて完成され得る。
【００１０】
本発明の実施形態に従って、帯域制限高調波信号の高調波を拡張する方法が提供される。方法は、帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換することを要する。変換は、帯域制限高調波信号の複素スペクトルを生成する。複素スペクトルが一度得られると、非線形変換は、複素スペクトルに実行される。非線形変換は、複素スペクトルのそれ自体を用いた線形たたみ込みを含み得る。非線形変換は、複素スペクトルの高調波コンテンツを、オリジナル帯域制限高調波信号の制限周波数帯域外の周波数に拡張する。最終的に、逆変換は、拡張された複素スペクトルに実行され、複素スペクトルを時間領域に変換し直す。
【００１１】
他の実施形態に従って、高調波拡張方法は提供される。この方法は、帯域制限高調波信号を受信することを含む。定義上、帯域制限高調波信号は、帯域制限信号の制限周波数帯域内にて通常の周波数間隔における、主要な信号エネルギーを含む。信号の通過帯域は、通過帯域周波数下限および通過帯域周波数上限によって定義される。帯域制限高調波信号は、時間領域から周波数領域に変換される。時間領域から周波数領域への変換は、受信される信号の周波数コンテンツを表す複素スペクトルを生成する。オリジナル信号の狭周波数帯域外の周波数に高調波コンテンツを追加するために、非線形変換は、受信される帯域制限高調波信号の複素スペクトルに実行される。高調波的に拡張されたスペクトルは、次いで、時間領域に変換し直される。
【００１２】
帯域制限高調波信号の高調波を拡張するためのシステムも、提供される。システムは、マイクロホン、無線電話受話器、オーディオシステム、または高調波信号の受信が可能な任意の他のデバイスまたはシステムのような、帯域制限高調波信号を受信するためのデバイスを含む。システムは、更に、受信デバイスによって受信される信号を処理するための信号プロセッサを含む。信号プロセッサは、受信される帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換するための順変換モジュールを含む。順変換モジュールは、帯域制限信号の周波数コンテンツを表す複素スペクトルを生成する。非線形変換モジュールは、周波数領域において、帯域制限信号の複素スペクトルの非線形変換を実行するために、信号プロセッサによって提供される。非線形変換は、受信される信号のオリジナル周波数帯域外の周波数における高調波を含む、拡張されたスペクトルを生成する。最終的に、信号プロセッサは、帯域制限高調波信号の高調波的に拡張されたスペクトルを、時間領域に変換し直すための逆変換モジュールを含む。
【００１３】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
【００１４】
（項目１）  
帯域制限高調波信号の高調波を拡張する方法であって、該方法は、
帯域制限高調波信号の複素スペクトルを得るために、該帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換することと、
該帯域制限高調波信号の高調波コンテンツを、該帯域制限高調波信号の制限周波数帯域外の周波数に拡張するために、該周波数領域における該帯域制限高調波信号の複素スペクトルに非線形変換を実行することと、
該帯域制限高調波信号の拡張された複素スペクトルを、該時間領域に逆変換することと
を包含する、方法。
【００１５】
（項目２）
帯域制限高調波信号を、上記時間領域から上記周波数領域に変換するステップが、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を該帯域制限高調波信号に実行することを包含する、項目１に記載の方法。
【００１６】
（項目３）
上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルに、それ自体を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、項目２に記載の方法。
【００１７】
（項目４）
上記線形たたみ込みが、
Ｙ（ｋ）＝Ｘ（ｋ）＊Ｘ（ｋ）  ｋ＝０．．．Ｎ／２
の式に従って実行され、
ここで、＊は、線形たたみ込み演算を示し、ｋは、周波数インデックスであり、Ｎは、上記帯域制限高調波信号を上記時間領域から上記周波数領域に変換するために使用される上記ＦＦＴの長さである、項目３に記載の方法。
【００１８】
（項目５）
上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルに、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの鏡映複素共役を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、項目２に記載の方法。
【００１９】
（項目６）
上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、第１の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号のスペクトルと第２の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルとの線形たたみ込みを実行することを包含する、項目２に記載の方法。
【００２０】
（項目７）
上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルの非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの一部に、該帯域制限該複素スペクトルの一部を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、項目２に記載の方法。
【００２１】
（項目８）
上記周波数領域における上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップにおいて、該非線形変換は、高調波エネルギーが該帯域制限高調波信号の周波数上限より高い少なくとも１つの高調波周波数に追加されるように、選択される、項目１に記載の方法。
【００２２】
（項目９）
上記周波数領域における上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップにおいて、該非線形変換は、高調波エネルギーが該帯域制限高調波信号の周波数下限より低い少なくとも１つの高調波周波数に追加されるように、選択される、項目１に記載の方法。
【００２３】
（項目１０）
帯域制限高調波信号を上記時間領域から上記周波数領域に変換するステップが、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、フィルタバンク、またはウェーブレット変換のうちの１つを利用することを包含する、項目１に記載の方法。
【００２４】
（項目１１）
高調波拡張方法であって、該方法は、
通過帯域周波数下限および通過帯域周波数上限によって定義される、制限周波数帯域内にて通常の周波数間隔における、主要な信号エネルギーを有する帯域制限高調波信号を受信することと、
受信された帯域制限高調波信号の複素スペクトルを得るために、該帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換することと、
高調波エネルギーが該受信された帯域制限高調波信号に存在しない、少なくとも１つの高調波周波数における高調波エネルギーを有する拡張されたスペクトルを生成するために、該周波数領域における該受信された帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの非線形変換を実行することと、
該拡張されたスペクトルを該時間領域に変換することと
を包含する、方法。
【００２５】
（項目１２）
上記帯域制限高調波信号を、上記時間領域から上記周波数領域に変換するステップが、高速フーリエ変換を該帯域制限高調波信号に実行することを包含する、項目１１に記載の高調波拡張方法。
【００２６】
（項目１３）
上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルに、それ自体を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、項目１２に記載の方法。
【００２７】
（項目１４）
上記線形たたみ込みが、
Ｙ（ｋ）＝Ｘ（ｋ）＊Ｘ（ｋ）  ｋ＝０．．．Ｎ／２
の式に従って実行され、
ここで、＊は、線形たたみ込み演算を示し、ｋは、周波数インデックスであり、Ｎは、上記帯域制限高調波信号を上記時間領域から上記周波数領域に変換するために使用される上記ＦＦＴの長さである、項目１３に記載の方法。
【００２８】
（項目１５）
上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルに、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの鏡映複素共役を用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、項目１２に記載の方法。
【００２９】
（項目１６）
上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップが、第１の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号のスペクトルと第２の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルとの線形たたみ込みを実行することを包含する、項目１２に記載の方法。
【００３０】
（項目１７）
上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルの非線形変換を実行するステップが、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの一部に、該帯域制限該複素スペクトルの一部とを用いて線形たたみ込みを実行することを包含する、項目１２に記載の方法。
【００３１】
（項目１８）
上記周波数領域における上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップにおいて、該非線形変換は、高調波エネルギーが該帯域制限高調波信号の周波数上限より高い少なくとも１つの高調波周波数に追加されるように、選択される、項目１１に記載の方法。
【００３２】
（項目１９）
上記周波数領域における上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに非線形変換を実行するステップにおいて、該非線形変換は、高調波エネルギーが該帯域制限高調波信号の周波数下限より低い少なくとも１つの高調波周波数に追加されるように、選択される、項目１１に記載の方法。
【００３３】
（項目２０）
帯域制限高調波信号を上記時間領域から上記周波数領域に変換するステップが、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、フィルタバンク、またはウェーブレット変換のうちの１つを利用することを包含する、項目１１に記載の方法。
【００３４】
（項目２１）
帯域制限高調波信号の高調波を拡張するためのシステムであって、該システムは、
帯域制限高調波信号を受信するための手段と、
該帯域制限高調波信号の複素スペクトルを生成するために、受信された帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換するための順変換モジュールを有する信号プロセッサと、
該帯域制限高調波信号の高調波的に拡張されたスペクトルを生成するために、該周波数領域における該帯域制限信号の該複素スペクトルの非線形変換を実行するための高調波生成モジュールと、
該帯域制限高調波信号の高調波的に拡張された信号を該時間領域に変換し直すための逆変換モジュールと
を備える、システム。
【００３５】
（項目２２）
利用される変換が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、デジタルフィルタバンク、または上記帯域制限高調波信号を上記周波数領域に変換するためのウェーブレット変換のうちの１つである、項目２１に記載のシステム。
【００３６】
（項目２３）
非線形変換モジュールが、上記帯域制限高調波信号の上記高調波的に拡張されたスペクトルを生成するために、上記周波数領域において線形たたみ込みを利用する、項目２１に記載のシステム。
【００３７】
（項目２４）
上記線形たたみ込みが、上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに、それ自体を用いて実行される、項目２３に記載のシステム。
【００３８】
（項目２５）
上記線形たたみ込みが、上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの鏡映複素共役を用いて実行される、項目２３に記載のシステム。
【００３９】
（項目２６）
上記線形たたみ込みが、第１の加重要素によって加重された上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに、第２の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルを用いて実行される、項目２３に記載のシステム。
【００４０】
（項目２７）
帯域制限高調波信号の高調波およびスペクトル包絡を拡張し、拡張された信号をオリジナル帯域制限信号と結合するためのシステムであって、該システムは、
帯域制限高調波信号を受信するための手段と、
該帯域制限高調波信号の複素スペクトルを生成するために、受信された帯域制限高調波信号を、時間領域から周波数領域に変換するための順変換モジュールを有する信号プロセッサと、
該帯域制限高調波信号の高調波的に拡張されたスペクトルを生成するために、該周波数領域における該帯域制限信号の該複素スペクトルの非線形変換を実行するための高調波生成モジュールと、
拡張された高調波の該スペクトル包絡が、該オリジナル帯域制限信号のそれに対して相補的であることを確実にするためのスペクトル包絡拡張器モジュールと、
上記高調波拡張されたスペクトルを、オリジナル帯域制限スペクトルと結合するための結合器モジュールと、
周波数拡張された最終の高調波スペクトルを、該時間領域に変換し直すための逆変換モジュールと
を備える、システム。
【００４１】
（項目２８）
利用される変換が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、デジタルフィルタバンク、または上記帯域制限高調波信号を上記周波数領域に変換するためのウェーブレット変換のうちの１つである、項目２７に記載のシステム。
【００４２】
（項目２９）
非線形変換モジュールが、上記帯域制限高調波信号の上記高調波的に拡張されたスペクトルを生成するために、上記周波数領域において線形たたみ込みを利用する、項目２７に記載のシステム。
【００４３】
（項目３０）
上記線形たたみ込みが、上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに、それ自体を用いて実行される、項目２９に記載のシステム。
【００４４】
（項目３１）
上記線形たたみ込みが、上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに、該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルの鏡映複素共役を用いて実行される、項目２９に記載のシステム。
【００４５】
（項目３２）
上記線形たたみ込みが、第１の加重要素によって加重された上記帯域制限高調波信号の上記複素スペクトルに、第２の加重要素によって加重された該帯域制限高調波信号の該複素スペクトルを用いて実行される、項目２９に記載のシステム。
【００４６】
（摘要）
システムおよび方法は、高調波信号の周波数帯域幅を拡張するために提供される。帯域制限信号の高調波コンテンツは、周波数領域において、帯域制限信号の複素スペクトルに非線形変換を実行することによって、信号の通過帯域外の周波数に拡張される。非線形変換は、複素スペクトルのそれ自体を用いた線形たたみ込みによって、完成され得る。高調波信号の周波数帯域幅を拡張するためのシステムは、時間領域信号を周波数領域に変換するための順変換モジュールを有する信号プロセッサ、高調波信号の複素スペクトルに非線形変換を実行するための非線形変換モジュール、および高調波信号の拡張された信号を時間領域に変換し直すための逆変換モジュールを含む。
【００４７】
本発明の他のシステム、方法、特徴、および利点は、添付の図面および詳細な説明の考察によって、当業者に明白になるであろう。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、および利点が、本説明に含まれ、本発明の範囲にあり、および添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明は、高調波信号の周波数帯域幅を拡張するためのシステムおよび方法に関する。そのシステムおよび方法は、背景ノイズによってマスクされ得る中帯域高調波を回復するために利用され得る上に、帯域制限信号の高および低の両方の周波数高調波を再導入するために利用され得る。高調波信号の周波数帯域幅を拡張するためのシステムおよび方法は、スピーチまたは音楽信号等の高調波信号の質または明瞭度を強化するために有利に利用され得る。さらに、システムおよび方法は、当該背景技術において述べられたように、その教示が本開示において援用される、特許出願同時係属中の「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｉｂｉｌｉｔｙ」に従う、圧縮信号の帯域幅の拡張のための最適な機構を提供し得る。
【００４９】
高調波信号の帯域幅を拡張するために本システムおよび方法は、背景部分において説明された、時間領域における高調波ひずみを形成することによる高調波の導入の方法に類似した様式において動作する。しかし、高調波ひずみが介しての高調波の中身を導入または再導入する従来の努力は、時間領域における帯域制限信号の非線形変換に委ねられている一方、本明細書において開示されるシステムおよび方法は、時間領域の代わりに、周波数領域における帯域制限信号の変換に委ねられている。本発明の背景技術において記されたように、時間領域における非線形変換は、以下の等式によって示されるように、オリジナル時間領域信号であるｘ（ｎ）を二乗することによって達成され得る。
【００５０】
ｙ（ｎ）＝ｘ２（ｎ）                                                    （１）
ここにおいて、ｎは時間インデックスを示し、ｙは、より幅の広い帯域幅において高調波を生成する高調波ひずみを含む変換された出力信号である。時間領域の信号をサンプルした時間を二乗することは、周波数領域において、信号の複素スペクトルのそれ自体を用いた円形または周期的なたたみ込みを行うことと同等である。しかし、周波数領域における円形たたみ込みは、時間領域信号を二乗する際と同一の弱点、つまり、図３において示されるようなエイリアシング人工構造に悩まされる。信号の複素スペクトルのそれ自体を用いた、たたみ込みをするために、それ自体との円形たたみ込みよりも、線形たたみ込みを用いることによって、エイリアシング人工構造が排除される。従って、高調波信号の周波数帯域幅を拡張するための本システムおよび方法は、周波数領域複素スペクトルのそれ自体を用いた、たたみ込みをするために、線形たたみ込みを利用する。線形たたみ込み処理は、
Ｙ（ｋ）＝Ｘ（ｋ）＊Ｘ（ｋ）        ｋ＝０…Ｎ／２                  （２）
によって表され得、ここにおいて、＊は線形たたみ込み処理を示し、ｋは周波数インデックスであり、Ｎは時間領域信号を周波数領域に変換するために利用されたＦＦＴの長さである。添付の図面における周波数スペクトルの図が、５０％のオーバーラップを有するウィンドウ化されたハニングの時間セグメントに２５６−ｐｔＦＦＴを用いて変換され、１１ｋＨｚにおいてサンプルされたデジタル信号を用いて生成された。他のサンプルレート、ウィンドウ化機能、またはＦＦＴサイズもまた、本発明において用いられ得る。
【００５１】
図４は、図１において示される帯域制限高調波信号のスペクトル１０のそれ自体との線形たたみ込みの結果のスペクトル２８を示す。追加的な高周波数高調波の生成は、明らかに明確である。帯域制限信号のスペクトル１０は、約３２００Ｈｚにおいて起こる最高周波数高調波ピーク１４を有する、ピーク１２のような１２個の高調波ピークに制限される。しかし、図４の高調波的に拡張するスペクトル２８は、３５００Ｈｚと５５００Ｈｚとの間の周波数域において８つの拡張された高調波ピーク３０を含み、ここにおいて、最高周波数高調波ピーク３２は約５３００Ｈｚにおいて位置する。
【００５２】
非線形変換が時間領域において行われる際、スペクトル１６の高周波数において存在するエイリアシング人工構造２６が、周波数領域における線形たたみ込みに起因して、スペクトル２８において存在しないことは明確である。高調波信号の複素スペクトルのそれ自体との周波数領域においての線形たたみ込みを行うさらなる利点は、生成された高調波の帯域の制御がより容易であることである。例えば、図３において、時間領域の高調波信号に非線形ひずみを加えることは、全周波数に渡り高調波を作り出す。しかしながら、本明細書中において記載されるように、周波数領域において線形たたみ込みを利用し、フィルタされた出力であるＹ（ｋ）（式２）は、信号の高調波拡張が望まれる周波数ポイントｋに対してのみ計算されれば良い。例えば、３４００Ｈｚよりも大きい高調波のみを生成することを望む場合、フィルタ出力であるＹ（ｋ）は、３４００Ｈｚより大きいの周波数に対してのみ計算されれば良い。
【００５３】
前述の実施例において、オリジナル帯域制限信号のスペクトル１０の高調波範囲は、約３５００Ｈｚから５５００Ｈｚに拡張された。周波数領域において非線形変換を行うことはまた、若干異なるアプローチが利用され得るが、高周波数範囲から低周波数範囲へ高調波を拡張するためにも用いられ得る。オリジナル帯域制限信号の調和の周波数よりも下の周波数において高調波を導入するために、帯域制限信号のオリジナル複素スペクトルのミラード複素共役が用いられる。帯域制限信号のオリジナル複素スペクトルは、その鏡映（ｍｉｒｒｏｒｅｄ）複素共役のバージョンとたたみ込まれる。この処理は、
Ｙ’（ｋ）＝Ｘ（ｋ）＊ｃｏｎｊ（Ｘ（Ｎ／２−ｋ））      ｋ＝０…Ｎ／２  （３）
として数学的に表され、ここにおいて、ｃｏｎｊは複素スペクトルの複素共役を示す。低周波数高調波を含むスペクトルである最終的な出力Ｙ（ｋ）は、再び鏡映され、線形たたみ込みの結果であるＹ’（ｋ）の複素共役を求めることによって得られる。これは、
Ｙ（ｋ）＝ｃｏｎｊ（Ｙ’（Ｎ／２−ｋ））      ｋ＝０…Ｎ／２            （４）
によって表され得る。高周波数へ高調波を拡張する際のケースであったように、フィルタされた出力であるＹ（ｋ）は、信号の高調波拡張が望まれるポイントｋに対してのみ計算されれば良い。
【００５４】
図５は、帯域制限高調波信号のスペクトル５０を示す。スペクトル５０は、最低高調波ピーク５４が約５００Ｈｚに位置する、複数の高調波ピーク５２によって特徴付けられる。図６は、上記された、図５のオリジナルスペクトル５０とその鏡映複素共役との線形たたみ込みの結果である周波数スペクトル６０である。追加的な高調波ピーク６２は、約２５０Ｈｚにおいて明確に確認でき、従って、これは、オリジナルスペクトルとその鏡映複素共役との線形たたみ込みが、低周波数範囲へ高調波を拡張するために行われたことを裏付ける。
【００５５】
本明細書中において議論された、帯域制限信号における高調波情報の拡張システムおよび方法を用いて、オリジナル複素スペクトルの一部のみをそれ自体と線形たたみ込みすることが望まれ得る。例えば、電話帯域スピーチ信号において、最も大きい高調波エネルギーは、０と２．５ＫＨｚとの間の周波数範囲内に通常、含まれる。従って、システムの演算負担を低減するために、大部分の高調波エネルギーが存在するたたみ込みに対して、オリジナル複素スペクトルの一部のみを用いることが望まれ得る。上記の線形たたみ込み式（２）は、
Ｙ（ｋ）＝Ｘ（ｋ１）＊Ｘ（ｋ２）      ｋ１＝０…Ｍ１
ｋ２＝０…Ｍ２                    （５）
と変更され得る。ここにおいて、Ｍ１，Ｍ２＜Ｎ／２である。線形たたみ込みを行うのに用いられる複素スペクトルの一部を制限することは、オリジナル高調波信号の一部がノイズによって損なわれた場合においても効果的であり得る。追加的な高調波の生成は、低い信号ツーノイズ比率（ＳＮＲ）を有するスペクトルの部分が線形たたみ込みから除外される場合においてより効果的であり得る。
【００５６】
図７は、２つの実質的に類似するスペクトル７０、７２を示す。スペクトル７０、７２の両方は、式（５）を用いて生成される。実線のスペクトルに対して、Ｍ１およびＭ２の値はＭ１＝Ｍ２＝Ｎ／２になるように選択される。このケースにおいて、式（５）は式（２）に縮小され、実線スペクトル７０は、オリジナルスペクトル５０自体と線形たたみ込まれた全オリジナルスペクトル５０を示す。しかし、点線スペクトル７２に対して、Ｍ１およびＭ２の値はＭ１＝Ｎ／２およびＭ２＝Ｎ／４であるように選択される。これは、オリジナル複素スペクトルがそれ自体のたった１／２と線形たたみ込みされなかったことになる。それにもかかわらず、点線スペクトル７２は、実線スペクトル７０とほんのわずかの量の変化でしかない。従って、記載されたように、複素フィルタ係数を小さくすることは、演算負担を低減し、拡張された高調波スペクトルを生成する。ここにおいて、その生成された高調波の強度は格別に影響されない。
【００５７】
上述されたように、線形たたみ込みかたオリジナル複素スペクトルの一部を除外することは、オリジナル信号の部分がノイズによって損なわれた場合において有益である。スペクトルの低ＳＮＲ部分の除外に対する他の代替法は、加重たたみ込みアプローチを用いることである。一部のケースにおいて、線形たたみ込みを行う以前に、スペクトルの部分を除外し、または抑制することが有用であり得る。これは、たたみ込みを行う前に、スペクトルに１つ以上の加重要素を掛けることによって達成され得る。このケースにおいて、式（４）は、
Ｙ（ｋ）＝［Ｇ１（ｋ１）Ｘ（ｋ１）］＊［Ｇ２（ｋ２）Ｘ（ｋ２）］
ｋ１＝０…Ｍ１
ｋ２＝０…Ｍ２                                          （６）
として書き直され得る。ここにおいて、Ｍ１，Ｍ２＜Ｎ／２であり、Ｇ１およびＧ２は加重要素（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）ベクトルである。Ｇ１およびＧ２の適切な値は、例えば、０と１との間の値であり得る。背景ノイズを抑制し、背景ノイズによって損なわれたスピーチ信号における拡張された高調波の生成の特定の実施形態において、Ｇ１およびＧ２は、入力スピーチ信号のオリジナルスペクトルのＳＮＲ特性から推定されたＷｅｉｎｅｒフィルタ係数に相当し得る。
【００５８】
図８は、白色ノイズによって損なわれた帯域制限高調波信号のスペクトル８０を示す。図９は、式（６）に従い、スペクトル８０のそれ自体とのたたみ込みの結果である２つのスペクトル８２、８４を示す。１つ目の実線スペクトル８２は加重要素Ｇ１、Ｇ２＝１に対応する。つまり、加重はかけられていない。２つ目の点線スペクトル８４は、Ｗｅｉｎｅｒフィルタ係数（最大ノイズ減衰が１２ｄＢ）を用いて加重されたＳＮＲである加重要素のＧ１、Ｇ２に対応する。ＳＮＲ加重たたみ込み手順から生成されたスペクトル８４は、高調波ピークの間においてより深い谷部を含み、より明確に規定されること、およびノイズによる損傷の低減を示す。
【００５９】
式（６）において具体化される加重たたみ込み手順はまた、ノイズによって完全に、または部分的にマスクされたイン帯域（ｉｎ−ｂａｎｄ）高調波を回復するために、または強化するために利用され得もする。例えば、図１０は、ノイズによって損なわれた周波数スペクトル９０を示す。図１０はまた、点線によって損なわれていないそのオリジナルスペクトル９２も示す。ノイズ損傷スペクトル９０と、オリジナル高調波信号スペクトル９２とを比較し、高調波ピーク９４、９６、９８が背景ノイズによって完全にマスクされていること、および高調波ピーク１００、１０２がかろうじて見分けられることが明確である。上記されたＳＮＲ加重たたみ込み処理を適用することは、図１１に示される周波数スペクトル１０４を結果として生じさせる。スペクトル１０４において、マスクされた高調波ピークは回復され、追加的な高調波が３．４ｋＨｚよりも上の周波数において生成される。さらに、同時係属中の米国特許出願シリアル番号第１１／１１０，５５６号の「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｉｂｉｌｉｔｙ」において記載されるように、オリジナルスペクトル９０は、高調波拡張スペクトル１０４と組み合わされ得る。これは、拡張された高周波数高調波（例えば、３．４ｋＨｚよりも上）のみを含むのではなく、背景ノイズによってマスクされた再構成された高調波をも含む最終的な信号を結果として生じさせる。
【００６０】
上の論議に基づき、帯域制限高調波信号の帯域幅を拡張する方法を表すフローチャートが図１２において示される。第１のステップＳ１は、時間ベースの帯域幅制限高調波信号を受信することである。その信号は、例えば、無線ネットワーク上を介して受信されるボイス信号であり得る。第２のステップＳ２は、受信された信号の周波数スペクトルを得るためにその受信された時間領域信号を周波数領域に変換することである。その変換は、ＦＦＴ、Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＤＦＴ）、Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＤＣＴ）、デジタルバンクフィルタ、ウェーブレット変換、または、デジタルにサンプルされた時間領域信号を周波数領域へ変換するための他の方法を介して、行われ得る。ステップＳ３において、非線形変換が複素スペクトルに対して行われる。上記されるように、周波数領域における非線形変換は、変換された信号の複素スペクトルのそれ自体を用いた線形たたみ込み、複素スペクトルのそれ自体の一部を用いた線形たたみ込み、複素スペクトルの一部のそれ自体の一部を用いた線形たたみ込み、複素スペクトルのそれ自体の鏡映複素共役を用いた、たたみ込み、複素スペクトルの第１の加重バージョンの複素スペクトルの第２の加重バージョンを用いた、たたみ込み、または、望まれる高調波を生成する他の非線形周波数領域変換を含み得る。最後のステップＳ４は、新しく生成された高調波を含むスペクトルを時間領域に戻す変換である。これは、逆ＦＦＴ，Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＩＤＦＴ）、Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＩＣＴ）、デジタルフィルタバンク、逆ウェーブレット変換、または周波数領域信号を時間領域に戻す変換の他の方法によって達成され得る。好ましくは、時間領域に戻す反対の変換は、元々、時間領域信号を周波数領域へ変換するために用いられた変換の逆を介して達成される。
【００６１】
図１３は、帯域制限高調波信号の高調波コンテンツを拡張するためのシステム２００のブロック図を示す。システム２００は、信号受信デバイス２０２を含む。信号受信デバイス２０２は、マイクロホン、無線電話、オーディオ録音デバイス、または、オーディオ信号を受信可能または生成可能な任意の他のデバイスであり得る。信号受信デバイス２０２からのオーディオ信号出力は、アナログまたはデジタルのいずれかであり得る。受信された信号がアナログの場合、Ａ／Ｄ変換器２０４は、受信されたアナログオーディオ信号をデジタルオーディオ信号に変換するために提供され得る。そうでない場合、Ａ／Ｄ変換器２０４は省略され得る。デジタルオーディオ信号は、高調波拡張器２０６に入力される。高調波拡張器２０６は、受信されたオーディオ信号を周波数領域に変換するための順（ｆｏｒｗａｒｄ）変換モジュール２０８を含む。順変換モジュール２０８は、ＦＦＴアルゴリズム、Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＤＦＴ）、Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＤＣＴ）、デジタルフィルタバンク、ウェーブレット変換、または、時間領域オーディオ信号の周波数領域への変換の他の機構を利用し得る。
【００６２】
高調波拡張器２０６はさらに非線形変換モジュール２１０を含む。高調波生成モジュール２１０は、順変換モジュール２０８からの出力である受信されたオーディオ信号の複素スペクトルに対して非線形変換を行う。非線形変換は、変換された信号の複素スペクトルのそれ自体との線形たたみ込み、複素スペクトルのそれ自体の一部との線形たたみ込み、複素スペクトルの一部のそれ自体の一部との線形たたみ込み、複素スペクトルのそれ自体の鏡映複素共役とのたたみ込み、複素スペクトルの第１の加重バージョンの複素スペクトルの第２の加重バージョンとのたたみ込み、または、望まれる高調波を生成する他の非線形周波数領域変換を含み得る。
【００６３】
追加的な高調波が一旦、生成されると、逆、または逆変換モジュール２１２は高調波的に拡張されたスペクトルを時間領域へ変換し直す。逆変換モジュール２１２は、逆ＦＦＴ，Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＩＤＦＴ）、Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＩＤＣＴ）、デジタルフィルタバンク、逆ウェーブレット変換、または周波数領域信号を時間領域に戻す変換の他の機構を利用し得る。好ましくは、逆変換モジュール２１２は、順変換モジュール２０８によって利用される変換の逆を用いる。逆変換モジュール２１２は、オリジナル信号の制限周波数の範囲の外にある周波数における高調波を含む時間領域信号２１４を出力する。
【００６４】
図１４は、高調波コンテンツおよび帯域制限高調波のスペクトル包絡の拡張のための、ならびに、拡張された信号のオリジナル帯域制限信号との結合のための、システム３００のブロック図を示す。そのようなシステムは、同時係属中の米国特許出願シリアル番号第１１／１１０，５５６号の「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｑｕａｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｉｂｉｌｉｔｙ」において記載される。結合器モジュール３０６は、オリジナル帯域制限スペクトル３０４と高調波生成モジュール２１０からの出力とを、および、オリジナル帯域制限スペクトル３０４とスペクトル包絡拡張器３０２からの出力とを、組み合わせる。スペクトル包絡拡張器３０２は、高調波生成器の出力２１０のスペクトル包絡が、オリジナル帯域制限スペクトル３０４のスペクトル包絡に対して相補的である。従って、最終的な出力３０８は、帯域制限の受信された入力信号２０２と比較して、改善された帯域幅および、質、明瞭度を有し得る。
【００６５】
本発明の様々な実施形態が記載された一方、さらに多くの実施形態および実施が本発明の範囲内において可能であることは当業者によって明らかになるであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物以外によって限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】電話システムの典型的な通過帯域を示す。
【図２】帯域制限高調波信号のスペクトルである。
【図３】信号が時間領域において二乗された後の、図２の帯域制限高調波信号のスペクトルを示す。
【図４】周波数領域における非線形変換後の、図２の帯域制限高調波信号のスペクトルを示す。
【図５】典型的な電話システムの通過帯域による、低周波数高調波ピークの存在しない帯域制限高調波信号のスペクトルを示す。
【図６】低周波数範囲に拡張される高調波ピークを有する、図５の帯域制限高調波信号のスペクトルを示す。
【図７】図５の帯域制限高調波信号の２つの拡張されたスペクトルを示し、１つ目は全複素スペクトルのそれ自体との完全な線形たたみ込み後であり、２つ目は複素スペクトルのそれ自体の一部のみとの線形たたみ込み後である。
【図８】ノイズによって損なわれた高調波信号の周波数スペクトルを示す。
【図９】２つの周波数スペクトルを示し、１つ目は、図７の損なわれた高調波スペクトルとそれ自体との線形たたみ込みに対応し、２つ目は、加重たたみ込みに対応する。
【図１０】帯域制限高調波信号のスペクトルを示し、高調波のピークの一部は背景ノイズによってマスクされる。
【図１１】ＳＮＲ加重たたみ込み処理の後の図１０のスペクトルを示す。
【図１２】帯域制限高調波信号の高調波を拡張する方法のフロー図である。
【図１３】帯域制限高調波信号の高調波を拡張するシステムのブロック図である。
【図１４】帯域制限高調波信号の高調波およびスペクトル包絡を拡張し、拡張された信号とオリジナル帯域制限信号とを結合するシステムのブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
２００  システム
２０２  信号受信デバイス
２０６  高調波拡張器
２０８  順変換モジュール
２１０  非線形変換（高調波生成）モジュール
２１２  逆変換モジュール
【図１】
2007011341.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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