(57)【要約】【課題】クリップの発生を抑制と、音量低下の抑制とを両立することが可能な信号処理装置及び信号処理方法を提供する。【解決手段】音響信号から音圧を示す振幅を周波数帯域毎に算出する帯域分割手段と、前記振幅を周波数帯域毎に補正し、当該振幅のダイナミックレンジを目標とする所定のダイナミックレンジにシフトさせる第１補正手段と、前記第１補正手段が補正した振幅のうち最大の振幅を示す最大振幅が、所定の閾値以上か否かを判定する判定手段と、前記判定手段が前記閾値以上と判定した場合に、前記最大振幅の補正前の振幅に第１係数を乗じた値と、当該最大振幅に補正した際の補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を前記上限値未満とした第１条件に基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整する調整手段と、前記音響信号に前記第１係数を乗じた値と、前記振幅の補正量に前記第２係数を乗じた値とを加算し、この加算結果を出力信号として出力する第２補正手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響信号から音圧を示す振幅を周波数帯域毎に算出する帯域分割手段と、
前記振幅を周波数帯域毎に補正し、当該振幅のダイナミックレンジを目標とする所定のダイナミックレンジにシフトさせる第１補正手段と、
前記第１補正手段が補正した振幅のうち最大の振幅を示す最大振幅が、所定の閾値以上か否かを判定する判定手段と、
前記判定手段が前記閾値以上と判定した場合に、前記最大振幅の補正前の振幅に第１係数を乗じた値と、当該最大振幅に補正した際の補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を前記上限値未満とした第１条件に基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整する調整手段と、
前記音響信号に前記第１係数を乗じた値と、前記振幅の補正量に前記第２係数を乗じた値とを加算し、この加算結果を出力信号として出力する第２補正手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記調整手段は、前記第１条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の組から、前記第１係数の最大値を選択するとともに、当該第１係数の最大値と組となる前記第２係数を選択することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記第１条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の組から、前記第２係数の最大値を選択するとともに、当該第２係数の最大値と組となる前記第１係数を選択することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記調整手段は、前記第１条件と、前記ダイナミックレンジのシフト量を維持する前記第１係数及び前記第２係数の条件を定めた第２条件とに基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記調整手段は、前記第１係数に１を設定するとともに、当該第１係数の条件の下、前記第２条件を充足する前記第２係数を一つ選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記調整手段は、前記第２条件を充足する前記第２係数の最大値を選択することを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記調整手段は、前記第１条件を充足し、且つ前記第２条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の組から、前記第１係数の最大値を選択するとともに、当該第１係数の最大値と組となる前記第２係数を選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記調整手段は、前記第１条件を充足し、且つ前記第２条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の各組から、前記第２係数の最大値を選択するとともに、当該第２係数の最大値と組となる前記第１係数を選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記調整手段は、前記第２条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の各組から、前記第１条件での前記加算結果が最大となる前記第１係数及び前記第２係数の組を選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記調整手段は、所定の出力条件に応じて前記第１係数及び前記第２係数の調整方法を切り換えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記第２補正手段は、前記出力信号を時間方向に平滑化した後、出力することを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
帯域分割手段が、音響信号から音圧を示す振幅を周波数帯域毎に算出する帯域分割工程と、
第１補正手段が、前記振幅を周波数帯域毎に補正し、当該振幅のダイナミックレンジを目標とする所定のダイナミックレンジにシフトさせる第１補正工程と、
判定手段が、前記第１補正工程で補正された振幅のうち最大の振幅を示す最大振幅が、所定の閾値以上か否かを判定する判定工程と、
調整手段が、前記判定工程で前記閾値以上と判定された場合に、前記最大振幅の補正前の振幅に第１係数を乗じた値と、当該最大振幅に補正した際の補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を前記上限値未満とした第１条件に基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整する調整工程と、
第２補正手段が、前記音響信号に前記第１係数を乗じた値と、前記振幅の補正量に前記第２係数を乗じた値とを加算し、この加算結果を出力信号として出力する第２補正工程と、
を含む信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、信号処理装置及び信号処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等を用いて音響信号の特性を変化させることで、所望の受聴環境を提供する技術が提供されている。係る技術では、例えば、音響信号の音圧レベルを変化させるような場合に、出力信号の波形にクリップ（デジタルクリップ）が生じることがある。このクリップは音響出力の際にノイズ源となる。そのため、従来、クリップの抑制に係る技術が提案されており、例えば、クリップが発生している間、入力ゲインを所定量下げることで、クリップの発生を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２５１７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、クリップが発生している間、入力ゲインが一方的に下げられてしまうため、出力信号の音量が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、クリップの発生を抑制と、音量低下の抑制とを両立することが可能な信号処理装置及び信号処理方法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】
【０００６】
実施の形態の信号処理装置は、帯域分割手段と、第１補正手段と、判定手段と、調整手段と、第２補正手段とを備える。帯域分割手段は、音響信号から音圧を示す振幅を周波数帯域毎に算出する。第１補正手段は、第１補正手段が算出した振幅を周波数帯域毎に補正し、当該振幅のダイナミックレンジを目標とする所定のダイナミックレンジにシフトさせる。判定手段は、第１補正手段が補正した振幅のうち最大の振幅を示す最大振幅が、所定の閾値以上か否かを判定する。調整手段は、判定手段が前記閾値以上と判定した場合に、前記最大振幅の補正前の振幅に第１係数を乗じた値と、当該最大振幅に補正した際の補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を前記上限値未満とした第１条件に基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整する。第２補正手段は、音響信号に第１係数を乗じた値と、振幅の補正量に第２係数を乗じた値とを加算し、この加算結果を出力信号として出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施形態に係る信号処理装置の構成を模式的に示す図。
【図２】図２は、ユーザの年代とＨＴＬとの関係を示す図。
【図３】図３は、補正前後における入力音圧の状態の一例を示す図。
【図４】図４は、フィルタ処理前後の入力音圧の一例を示す図。
【図５】図５は、信号補正処理の手順を示すフローチャート。
【図６】図６は、クリップ抑制優先処理の手順を示すフローチャート。
【図７】図７は、第１補正量優先処理の手順を示すフローチャート。
【図８】図８は、音圧優先処理の手順を示すフローチャート。
【図９】図９は、第２補正量優先処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】図１０は、補正量維持処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本実施形態に係る信号処理装置の構成を模式的に示す図である。同図に示すように、信号処理装置１００は、設定情報記憶部１１と、帯域分割部１２と、補正量算出部１３と、ＦＩＲフィルタ生成部１４と、ＦＩＲフィルタ処理部１５と、信号補正部１６とを備えている。また、信号処理装置１００には、外部装置から送出された音響信号が入力端子ＩＮを通じて入力され、所定の信号処理を施した音響信号を、出力端子ＯＵＴを通じて外部装置に出力するよう構成されている。なお、音響信号は、ＰＣＭ等のフレーム単位で構成されているものとする。
【０００９】
設定情報記憶部１１は、入力端子ＩＮを通じて入力された音響信号（以下、入力信号ｘ（ｎ）という）の音圧（以下、入力音圧という）のダイナミックレンジを、目標とする所定のダイナミックレンジにシフトさせる際に用いるパラメータを、設定情報として予め記憶している。以下、図２を参照して、設定情報記憶部１１に記憶される設定情報について説明する。
【００１０】
聞き取り可能な最小音圧レベル（ＨＴＬ：Hearing  threshold）は、聴者となるユーザの年齢層により異なることが分かっている。例えば、高齢者では聴力の衰えなどから、他の年代のユーザと比較し、小さな音を聞き取れないことが一般的である。図２は、ユーザの年代とＨＴＬとの関係を示す図である。同図において、横軸は周波数を、縦軸は音圧（ＳＰＬ：Sound  Pressure  Level）を表している。また、ＨＴＬoは高齢者のＨＴＬ、ＨＴＬyは他の年代でのＨＴＬを示している。また、高齢者及び他の年代のユーザが騒音と感じる音圧レベルを、ＵＣＬ（Uncomfortable  loudness  level）で表している。
【００１１】
図２に示すように、ＨＴＬoの音圧レベルは、ＨＴＬyの音圧レベルに比べ、全体的に増加傾向にあり、小さな音（音圧レベル）を聞き取ることが困難となっている。また、その傾向は周波数が高域になるほど顕著となり、より高い音を聞き取ることが困難であることが分かる。また、ＵＣＬに関しては、高齢者も他の年代のユーザも同等であることから、高齢者が聞き取り可能な音圧のダイナミックレンジは、他の年代のユーザと比較して狭いことが分かる。そのため、入力音圧を高齢者にとって聞き取りやすい音にするには、高齢者のＨＴＬoの音圧レベルに応じてＨＴＬyをＨＴＬoとする等、入力音圧のダイナミックレンジをシフトさせる必要がある。
【００１２】
そこで、設定情報記憶部１１は、上述したＨＴＬy、ＨＴＬo及びＵＣＬ等を設定情報として予め記憶している。なお、本実施形態では、ユーザの年代に応じたＨＴＬ（ＨＴＬy、ＨＴＬo）を対象としたが、これに限らず、例えば健聴者と聴覚障碍者でのＨＴＬを対象とする形態としてもよい。
【００１３】
図１に戻り、帯域分割部１２は、入力端子ＩＮを通じて入力された音響信号をフレーム単位に切り出し、この切り出した音響信号にハミング窓等の窓関数を適用した結果に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を施すことで、パワースペクトルを算出する。また、帯域分割部１２は、下記式（１）を用いることで、パワースペクトルの各周波数成分について、周波数帯域毎にそのパワーの和を算出し、当該算出結果の対数値を入力音圧Ｐとして導出する。なお、下記式（１）において、“ｉ”は各周波数帯域を識別する次数を意味し、Ｎは周波数帯域の個数の最大値を意味し、Ｈiはｉ番目の周波数成分のパワーを意味する。
【００１４】
【数１】
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【００１５】
補正量算出部１３は、設定情報記憶部１１に記憶された設定情報を用いて、帯域分割部１２が導出した各周波数帯域での入力音圧Ｐの補正量ΔＰを算出し、ＦＩＲフィルタ生成部１４に出力する。ここで、図２及び図３を参照して、補正量ΔＰの算出方法について説明する。
【００１６】
帯域分割部１２の処理により、所定の周波数帯域毎に入力音圧が生成される。ここで、例えば、図２に示した４ｋＨｚの周波数帯域で入力音圧Ｐが算出され、この入力音圧ＰのレンジをＨＴＬoの音圧レベルに応じて補正するような場合、補正前後の入力音圧Ｐは図３に示すようになる。
【００１７】
図３は、補正前後における入力音圧Ｐの状態の一例を示す図である。横軸は入力音圧の音圧レベルを示しており、縦軸は補正後の入力音圧の音圧レベルを示している。また、補正前の入力音圧Ｐを破線で示しており、補正後の入力音圧Ｐ（入力音圧Ｐ’）を実線で示している。
【００１８】
図３では、補正の基準とする音圧レンジをＨＴＬoとしているため、入力音圧ＰにおけるＨＴＬyが、補正後の入力音圧Ｐ’上のＨＴＬoに補正される。また、入力音圧Ｐから補正後の入力音圧Ｐ’への補正量を一般化すると、補正後の入力音圧Ｐ’と入力音圧Ｐとの差（Ｐ’−Ｐ）で表される。
【００１９】
ここで、補正後の入力音圧Ｐ’は、入力音圧Ｐに対するＨＴＬyとＨＴＬoとの比の関係から、下記式（２）で表すことができる。また、補正後の入力音圧Ｐ’は、入力音圧Ｐに対するＵＣＬと、ＨＴＬy及びＨＴＬoとの比の関係から、下記式（３）で表すことができる。なお、下記式（２）は、入力音圧Ｐが“０≦Ｐ＜ＨＴＬy”の場合に用いる式であり、下記式（３）は、入力音圧Ｐが“ＨＴＬy≦Ｐ”の場合に用いる式である。
【００２０】
【数２】
2012216978.tif 000004
【００２１】
次に、補正量ΔＰを＝Ｐ’−Ｐとし、上記式（１）、（２）を用いて補正量ΔＰを表すと、下記式（４）及び（５）となる。なお、下記式（４）は、入力音圧Ｐが“０≦Ｐ＜ＨＴＬy”の場合に用いる式であり、下記式（５）は、入力音圧Ｐが“ＨＴＬy≦Ｐ”の場合に用いる式である。
【００２２】
【数３】
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【００２３】
補正量算出部１３は、設定情報記憶部１１に記憶された設定情報（ＨＴＬy、ＨＴＬo及びＵＣＬ）を用いて、帯域分割部１２により生成された周波数帯域毎の入力音圧Ｐに上記式（２）〜（５）を適用することで、周波数帯域毎に補正量ΔＰを算出する。
【００２４】
ＦＩＲフィルタ生成部１４は、補正量算出部１３で算出された補正量ΔＰを周波数特性として逆ＦＦＴ（逆変換）することで、零位相インパルス応答波形を算出し、これをＦＩＲフィルタ係数ａ（ｍ）として生成する。ここで“ｍ”は、各周波数帯域を識別するための次数（１〜Ｍ：Ｍは最大値）である。
【００２５】
ＦＩＲフィルタ処理部１５は、入力信号ｘ（ｎ）に対し、ＦＩＲフィルタ生成部１４で算出されたＦＩＲフィルタ係数ａ（ｍ）を用いたフィルタ処理を施し、その結果を信号補正部１６に出力する。具体的に、ＦＩＲフィルタ処理部１５は、下記式（６）に基づいて入力信号ｘ（ｎ）にフィルタ処理を施し、その結果となる入力信号ｙ（ｎ）を導出する。
【００２６】
【数４】
2012216978.tif 000006
【００２７】
このように、ＦＩＲフィルタ処理部１５では、入力信号ｘ（ｎ）に対し、上記式（６）によりフィルタ処理を施すことで、入力信号ｙ（ｎ）、つまり、高齢者のＨＴＬoの音圧レベルに応じて入力音圧の音圧レベル（ダイナミックレンジ）を補正した入力信号ｙ（ｎ）を生成する。なお、ＦＩＲフィルタ処理部１５は、ｙ（ｎ）とｘ（ｎ）との差分（ｙ（ｎ）−ｘ（ｎ））を成分ｄ（ｎ）とし、この成分ｄ（ｎ）を信号補正部１６に出力するものとする。
【００２８】
信号補正部１６は、ＦＩＲフィルタ処理部１５から入力された成分ｄ（ｎ）と、入力信号ｘ（ｎ）とに基づいて、フィルタ処理後の入力信号ｙ（ｎ）の音圧レベルにサチレーションが生じているか否かを判定する。ここで、サチレーションが生じていると判定した場合、信号補正部１６は、ＦＩＲフィルタ処理部１５から入力された成分ｄ（ｎ）を用いて入力信号ｘ（ｎ）を補正し、この補正結果となる出力信号ｙ’を、出力端子ＯＵＴを通じて外部装置に出力する。
【００２９】
具体的に、信号補正部１６は、下記式（７）において係数α及びβの値を、所定の出力条件に応じて調整し、この係数αと入力信号ｘ（ｎ）の乗算結果と、係数βと成分ｄ（ｎ）の乗算結果とを足した値を、出力信号ｙ’として算出する。なお、出力条件は、図示しない記憶媒体に記憶されている形態としてもよいし、図示しない入力インターフェースを介して、外部装置から入力される形態としてもよい。
【００３０】
【数５】
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【００３１】
以下、信号補正部１６が行う補正処理について説明する。図４は、入力信号ｘ（ｎ）と、ＦＩＲフィルタ処理部１５でのフィルタ処理後の入力信号ｙ（ｎ）との一例を示す図である。同図において横軸は周波数を、縦軸は音圧（ＳＰＬ：Sound  Pressure  Level）を表している。また、破線が入力信号ｘ（ｎ）を表しており、実線がフィルタ処理後の入力信号ｙ（ｎ）を表している。また、縦軸における“＋ＭＡＸ”、“−ＭＡＸ”は、それぞれ、音圧レベルの上限、下限を表している。例えば、１６ｂｉｔ整数表現では、＋ＭＡＸ＝２15−１、−ＭＡＸ＝−２15である。なお、説明の簡略化のため、以下では｜＋ＭＡＸ｜＝｜−ＭＡＸ｜＝ＭＡＸとして説明する。
【００３２】
上述したＦＩＲフィルタ処理部１５でのフィルタ処理により、入力信号ｘ（ｎ）の音圧のレンジが補正されるが、この補正により音圧がＭＡＸの値を超えるサチレーションが発生すると、デジタルクリップが生じる。例えば、図４の例では、ラインｘの最大値ｘmaxが、ＦＩＲフィルタ処理部１５でのフィルタ処理によりラインｙの最大値ｙmaxに補正されているが、この最大値ｙmaxの周辺では＋ＭＡＸを超えているため、デジタルクリップが発生することになる。
【００３３】
ここで、入力信号ｙ（ｎ）の音圧｜ｙ（ｎ）｜が、最大となるときの周波数“ｎ”の値を“ｋ”とすると、ｘmax及びｙmaxは、下記式（８）及び（９）で表される。なお、｜ｘ（ｋ）｜は、周波数“ｋ”での入力信号ｘ（ｎ）の音圧を意味する。
【００３４】
【数６】
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【００３５】
上記式（８）、（９）において、ｙmaxとｘmaxとの差分、つまりｘmaxからｙmaxへの補正量を、ｙmax−ｘmax＝ｄmaxと定義すると、デジタルクリップを発生させないための条件式として、下記式（１０）を導出することができる。但し、０≦α≦１、０≦β≦１である。
【００３６】
【数７】
2012216978.tif 000009
【００３７】
つまり、上記式（１０）の条件を満たす係数α及び係数βの値を採用することで、デジタルクリップの発生を抑制することが可能となる。ここで、係数αの値を１より小さくすると、入力信号ｘ（ｎ）自体の音圧が小さくなるため、出力信号ｙ’（ｎ）の音圧も小さくなる。また、係数βの値を１より小さくすると、ＦＩＲフィルタ処理部１５での補正効果（補正量）が低下することになる。以下、上記式（１０）を「クリップ抑制条件」という。
【００３８】
また、係数α及びβを操作したときのｘ（ｎ）に対するｙ’（ｎ）の補正量をΔＰ’とすると、｜ｙ’（ｎ）｜と｜ｘ（ｎ）｜との差分から、このΔＰ’は下記式（１１）で表すことができる。
【００３９】
【数８】
2012216978.tif 000010
【００４０】
また、入力信号ｙ（ｎ）は下記式（１２）となるため、上記式（１１）は下記式（１３）のように変形することができる。
【００４１】
【数９】
2012216978.tif 000011
【００４２】
ここで、補正の基準としたＨＴＬo以上の音圧とするための最低限の補正量を最低補正量Ｈとすると、この最低補正量ＨはΔＰ’との関係において、下記式（１４）を満たす必要がある。この下記式（１４）を、係数βについて変形すると、下記式（１５）となる（ただし、ΔＰ＞０）。
【００４３】
【数１０】
2012216978.tif 000012
【００４４】
そのため、或る周波数帯域ｆにおいて、最低補正量Ｈを満たす最小の係数β（ｆ）は、下記式（１６）で表すことができる。
【００４５】
【数１１】
2012216978.tif 000013
【００４６】
つまり、最低補正量Ｈを満たすには、係数βが下記式（１７）の条件を満たせばよいことが分かる。下記式（１７）において。“ｆｍａｘ”は、各周波数帯域ｆのうち、その音圧が最大値となる周波数帯域を意味している。また、β（ｆｍａｘ）の値を、βminと定義している。以下、下記式（１７）を「補正量維持条件」という。
【００４７】
【数１２】
2012216978.tif 000014
【００４８】
信号補正部１６は、上述したクリップ抑制条件及び補正量維持条件を用いて、出力条件に応じた係数α及び係数βの値を決定し、上記式（７）に適用することで、出力条件を充足する出力信号ｙ’を外部に出力する。
【００４９】
ここで、出力条件を大別すると以下の三つに分類される。第１の出力条件としては、係数αの値を“１”とすることで、入力音圧のレベルを維持した状態で出力する「音圧維持モード」が挙げられる。また、音圧維持モードは、さらに、デジタルクリップの抑制を優先する「クリップ抑制優先出力」と、最低補正量Ｈの維持を優先する「第１補正量優先出力」とに分類される。
【００５０】
信号補正部１６は、音圧維持モードにおいて、クリップ抑制優先出力が指示されると、上記式（７）の係数αに“１”を設定するとともに、クリップ抑制条件を充足する何れか一のβの値を、上記式（７）の係数βに設定する。なお、ここで選択するβの値は特に問わないものとするが、補正量維持条件を充足するβが存在するような場合には、その範囲の中で最大の値を選択するものとする。このクリップ抑制優先モードで設定した係数α及び係数βを用いて、入力信号ｘ（ｎ）の補正を行うことで、当該入力信号ｘ（ｎ）の音圧を維持しつつ、デジタルクリップの発生を抑制することが可能となる。また、補正量維持条件を充足するβの最大値を用いることで、ＦＩＲフィルタ処理部１５で補正された補正量の低下を抑制することができる。
【００５１】
また、信号補正部１６は、音圧維持モードにおいて、第１補正量優先出力が指示されると、係数α＝１とするとともに、補正量維持条件を充足する何れか一のβの値を、上記式（７）の係数βに設定する。なお、ここで選択するβの値は特に問わないものとするが、クリップ抑制条件を充足するβが存在するような場合には、そのβの範囲の中で最大の値を選択するものとする。この最適補正優先モードで設定した係数α及び係数βを用いて、入力信号ｘ（ｎ）の補正を行うことで、ＦＩＲフィルタ処理部１５で補正された補正量の低下を抑制することができる。また、クリップ抑制条件を満たすβの最大値を係数βとすることで、デジタルクリップの発生を抑制することが可能となる。
【００５２】
第２の出力条件としては、クリップ抑制条件を充足する係数α及びβを設定することで、デジタルクリップの発生を抑制する「クリップ抑制モード」が挙げられる。また、クリップ抑制モードは、さらに、入力音圧の維持を優先する「音圧優先出力」と、最低補正量Ｈの維持を優先する「第２補正量優先出力」とに分類される。
【００５３】
信号補正部１６は、クリップ抑制モードにおいて、音圧優先出力が指示されると、クリップ抑制条件を充足するα及びβの組のうち、αの最大値を、上記式（７）の係数αに設定し、このαと組となる何れか一のβの値を、上記式（７）の係数βに設定する。この音圧優先出力で設定した係数α及び係数βを用いて、入力信号ｘ（ｎ）の補正を行うことで、デジタルクリップの発生を抑制するとともに、入力音圧の低下を抑制することができる。
【００５４】
また、信号補正部１６は、クリップ抑制モードにおいて、第２補正量優先出力が指示されると、クリップ抑制条件を充足するα及びβの組のうち、補正量維持条件を充足するβの最大値を、上記式（７）の係数βに設定し、このβと組となる何れか一のαの値を、上記式（７）の係数αに設定する。なお、補正量維持条件を充足するβが存在しない場合には、クリップ抑制条件を充足するβの最大値を、係数βに設定するものとする。この第２補正量優先出力で設定した係数α及び係数βを用いて、入力信号ｘ（ｎ）の補正を行うことで、デジタルクリップの発生を抑制するとともに、ＦＩＲフィルタ処理部１５で補正された補正量の低下を抑制することができる。
【００５５】
第３の出力条件としては、ＦＩＲフィルタ処理部１５での補正量を維持する補正量維持モードが挙げられる。信号補正部１６は、この補正量維持モードが指示されると、補正量維持条件に基づき、係数αを１から所定単位（例えば、０．１）ずつ小さくしていくことで、βのレンジ（βmin≦β）を算出する。そして、算出したα及びβの組の中で、クリップ抑制条件を充足するαの最大値とβの最小値とを、上記式（７）の係数α及び係数βにそれぞれ設定する。なお、クリップ抑制条件を充足するα、βが存在しない場合には、このクリップ抑制条件の左辺が最小となるα及びβの組を、上記式（７）の係数α及び係数βに設定するものとする。この補正量維持モードで設定した係数α及び係数βを用いて、入力信号ｘ（ｎ）の補正を行うことで、ＦＩＲフィルタ処理部１５での補正量を維持しつつ、デジタルクリップの発生を抑制することが可能となる。
【００５６】
次に、図５を参照して、信号補正部１６の動作について説明する。ここで、図５は、信号補正部１６が行う信号補正処理の手順を示すフローチャートである。
【００５７】
まず、信号補正部１６は、ＦＩＲフィルタ処理部１５から入力された成分ｄ（ｎ）と、入力信号ｘ（ｎ）とに基づき、フィルタ処理後のｙ（ｎ）の音圧レベルにサチレーションが生じているか否かを判定する（ステップＳ１１）。ここで、サチレーションが生じていないと判定した場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、信号補正部１６は、上記式（７）の係数α及び係数βのそれぞれに“１”を設定し（ステップＳ１２）、ステップＳ２３に移行する。
【００５８】
一方、ステップＳ１１において、サチレーションが生じていると判定した場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、信号補正部１６は、出力条件を判別する（ステップＳ１３）。ここで、出力条件が「音圧維持モード」であった場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、信号補正部１６はさらに、「クリップ抑制優先出力」又は「第１補正量優先出力」の何れが指示されているかを判定する（ステップＳ１５）。
【００５９】
ステップＳ１５で「クリップ抑制優先出力」と判定した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、信号補正部１６は、クリップ抑制優先処理（ステップＳ１６）を実行する。以下、図６を参照して、ステップＳ１６のクリップ抑制優先処理について説明する。
【００６０】
図６は、クリップ抑制優先処理の手順を示すフローチャートである。まず、信号補正部１６は、上記式（７）の係数αに“１”を設定する（ステップＳ１６１）。続いて、信号補正部１６は、クリップ抑制条件のαに“１”を代入し（ステップＳ１６２）、このクリップ抑制条件を充足するβの範囲を算出する（ステップＳ１６３）。
【００６１】
続いて、信号補正部１６は、補正量維持条件のαに“１”を代入することで（ステップＳ１６４）、この補正量維持条件におけるβの範囲（βmin≦β）を算出する（ステップＳ１６５）。信号補正部１６は、ステップＳ１６３及びステップＳ１６５での算出結果を比較し、両範囲に共通する部分が存在するか否かを判定する（ステップＳ１６６）。ここで、存在しないと判定した場合には（ステップＳ１６６；Ｎｏ）、ステップＳ１６３で算出したβの範囲から一の値を選択し、その値を上記式（７）の係数βに設定した後（ステップＳ１６７）、図５のステップＳ２３に移行する。
【００６２】
また、ステップＳ１６６において、両範囲に共通する部分が存在すると判定した場合（ステップＳ１６６；Ｙｅｓ）、信号補正部１６は、この共通部分に含まれるβの最大値を選択し、上記式（７）の係数βに設定した後（ステップＳ１６８）、図５のステップＳ２３に移行する。
【００６３】
図５に戻り、ステップＳ１５において、「第１補正量優先出力」と判定した場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、信号補正部１６は、第１補正量優先処理（ステップＳ１７）を実行する。以下、図７を参照して、ステップＳ１７の第１補正量優先処理について説明する。
【００６４】
図７は、第１補正量優先処理の手順を示すフローチャートである。まず、信号補正部１６は、上記式（７）の係数αに“１”を設定する（ステップＳ１７１）。続いて、信号補正部１６は、補正量維持条件のαに“１”を代入することで（ステップＳ１７２）、この補正量維持条件におけるβの範囲（βmin≦β）を算出する（ステップＳ１７３）。
【００６５】
続いて、信号補正部１６は、クリップ抑制条件のαに“１”を代入し（ステップＳ１７４）、このクリップ抑制条件を充足するβの範囲を算出する（ステップＳ１７５）。信号補正部１６は、ステップＳ１７３及びステップＳ１７５での算出結果を比較し、両範囲に共通する部分が存在するか否かを判定する（ステップＳ１７６）。ここで、存在しないと判定した場合には（ステップＳ１７６；Ｎｏ）、ステップＳ１７３で算出したβの範囲から一の値を選択し、その値を上記式（７）の係数βに設定した後（ステップＳ１７７）、図５のステップＳ２３に移行する。
【００６６】
また、ステップＳ１７６において、両範囲に共通する部分が存在すると判定した場合（ステップＳ１７６；Ｙｅｓ）、信号補正部１６は、この共通部分に含まれるβの最大値を選択し、その値を上記式（７）の係数βに設定した後（ステップＳ１７８）、図５のステップＳ２３に移行する。
【００６７】
図５に戻り、出力条件が「クリップ抑制モード」であった場合（ステップＳ１４；Ｎｏ→ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、信号補正部１６はさらに、「音圧優先出力」又は「第２補正量優先出力」の何れが指示されているかを判定する（ステップＳ１９）。ここで、「音圧優先出力」が指示されていると判定した場合（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、信号補正部１６は、音圧優先処理（ステップＳ２０）を実行する。以下、図８を参照して、ステップＳ２０の音圧優先処理について説明する。
【００６８】
図８は、音圧優先処理の手順を示すフローチャートである。まず、信号補正部１６は、クリップ抑制条件を充足するα及びβの各組を算出する（ステップＳ２０１）。続いて、信号補正部１６は、ステップＳ２０１で算出した各組のうち、αの最大値を選択し、その値を上記式（７）の係数αに設定する（ステップＳ２０２）。次に、信号補正部１６は、ステップＳ２０２で選択したαと組となるβから一の値を選択し、その値を上記式（７）の係数βに設定した後（ステップＳ２０３）、図５のステップＳ２３に移行する。
【００６９】
図５に戻り、ステップＳ１９において、「第２補正量優先出力」と判定した場合（ステップＳ１９；Ｎｏ）、信号補正部１６は、第２補正量優先処理（ステップＳ２１）を実行する。以下、図９を参照して、ステップＳ２１の第２補正量優先について説明する。
【００７０】
図９は、第２補正量優先の手順を示すフローチャートである。まず、信号補正部１６は、クリップ抑制条件を充足するα及びβの各組を算出する（ステップＳ２１１）。続いて、信号補正部１６は、ステップＳ２１１で算出した各組の値を、補正量維持条件のα及びβに代入し（ステップＳ２１２）、この補正量維持条件を満たす組が存在するか否かを判定する（ステップＳ２１３）。ここで、存在しないと判定した場合（ステップＳ２１３；Ｎｏ）、信号補正部１６は、ステップＳ２１１で算出した各組のうち、βの最大値を選択すると、その値を上記式（７）の係数βに設定し（ステップＳ２１４）、ステップＳ２１６に移行する。
【００７１】
また、ステップＳ２１３において、補正量維持条件を満たす組が存在すると判定した場合（ステップＳ２１３；Ｙｅｓ）、信号補正部１６は、この補正量維持条件を満たす組のうち、βの最大値を選択すると、その値を上記式（７）の係数βに設定し（ステップＳ２１５）、ステップＳ２１６に移行する。
【００７２】
続いて、信号補正部１６は、ステップＳ２１４又はステップＳ２１５で設定したβの値と組となるαから一の値を選択すると、その値を上記式（７）の係数αに設定し（ステップＳ２１６）、図５のステップＳ２３に移行する。
【００７３】
図５に戻り、出力条件が「補正量維持モード」であった場合（ステップＳ１４；Ｎｏ→ステップＳ１８；Ｎｏ）、信号補正部１６は、補正量維持処理（ステップＳ２２）を実行する。以下、図１０を参照して、ステップＳ２２の補正量維持処理について説明する。
【００７４】
図１０は、補正量維持処理の手順を示すフローチャートである。まず、信号補正部１６は、補正量維持条件において、αの値を１から所定単位ずつ小さくしていくことで、αの各値におけるβの範囲（βmin≦β）を算出する（ステップＳ２２１）。続いて、信号補正部１６は、ステップＳ２２１で算出したα及びβの各組を、クリップ抑制条件のα、βに代入し（ステップＳ２２２）、このクリップ抑制条件を満たす組が存在するか否かを判定する（ステップＳ２２３）。ここで、存在しないと判定した場合（ステップＳ２２３；Ｎｏ）、信号補正部１６は、クリップ抑制条件の左辺が最小となるα及びβの組を選択し、その値を上記式（７）の係数α、βに設定した後（ステップＳ２２４）、図５のステップＳ２３に移行する。
【００７５】
また、ステップＳ２２３において、クリップ抑制条件を満たす組が存在すると判定した場合（ステップＳ２２３；Ｙｅｓ）、信号補正部１６は、クリップ抑制条件を満たす組のうち、αが最大値を選択し、その値を上記式（７）の係数αに設定する（ステップＳ２２５）。続いて、信号補正部１６は、ステップＳ２２５で選択したαと組となるβから一の値を選択し、その値を上記式（７）の係数βに設定した後（ステップＳ２２６）、図５のステップＳ２３に移行する。
【００７６】
図５に戻り、信号補正部１６は、係数α及び係数βを設定した上記式（７）を用いて、入力信号ｘ（ｎ）を補正し、出力信号ｙ’（ｎ）を生成すると（ステップＳ２３）、この出力信号ｙ’（ｎ）を出力端子ＯＵＴに出力し（ステップＳ２４）、本処理を終了する。
【００７７】
以上のように、本実施形態によれば、上述したクリップ抑制優先処理（ステップＳ１６）、第１補正量優先処理（ステップＳ１７）、音圧優先処理（ステップＳ２０）、第２補正量優先処理（ステップＳ２１）、補正量維持処理（ステップＳ２２）の何れか一つを実行し、当該処理により決定された係数α、βを用いて入力信号ｘ（ｎ）を補正する。これにより、ＦＩＲフィルタ処理部１５でのダイナミックレンジのシフトにより発生したデジタルクリップを抑制しつつ、当該シフトに伴う補正量の低下を抑制することが可能となるため、デジタルクリップの抑制と音量低下の抑制とを両立することが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、所定の出力条件に応じて、上述したクリップ抑制優先処理（ステップＳ１６）、第１補正量優先処理（ステップＳ１７）、音圧優先処理（ステップＳ２０）、第２補正量優先処理（ステップＳ２１）、補正量維持処理（ステップＳ２２）の何れか一つを実行するため、受聴者となるユーザが所望した出力条件で、入力信号ｘ（ｎ）を補正することが可能となる。これにより、ユーザが所望した出力条件に応じた出力信号を出力することができるため、ユーザの利便性を向上させることができる。
【００７９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、追加等を行うことができる。また、上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００８０】
例えば、上記実施形態では、上記式（７）を用いてフレーム単位で出力信号ｙ’（ｎ）を出力する形態としたが、出力信号ｙ’（ｎ）が不連続だと出力音声が不自然になる。そのため、出力信号ｙ’（ｎ）を時間方向に平滑化した後、出力する形態としてもよく、これにより、出力音声の不自然さを解消することができる。
【００８１】
また、上記実施形態では、全ての周波数帯域で入力音圧Ｐを導出し、その補正量ΔＰに応じたフィルタ係数で補正する形態としたが、これに限らず、特定の周波数帯域についてのみ補正する形態としてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態の信号処理装置の適応先は特に問わず、例えば、携帯電話機、携帯型又は据え置き型の音楽プレイヤー、ノートＰＣ、タブレット端末等、各種デバイスに適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１００  信号処理装置
１１  設定情報記憶部
１２  帯域分割部
１３  補正量算出部
１４  ＦＩＲフィルタ生成部
１５  ＦＩＲフィルタ処理部
１６  信号補正部
ＩＮ  入力端子
ＯＵＴ  出力端子
【図１】
2012216978.tif 000015
【図２】
2012216978.tif 000016
【図３】
2012216978.tif 000017
【図４】
2012216978.tif 000018
【図５】
2012216978.tif 000019
【図６】
2012216978.tif 000020
【図７】
2012216978.tif 000021
【図８】
2012216978.tif 000022
【図９】
2012216978.tif 000023
【図１０】
2012216978.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月23日(2012.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響信号から音圧を示す振幅を周波数帯域毎に算出する帯域分割手段と、
前記音響信号の振幅を周波数帯域毎に補正することによって、当該振幅のダイナミックレンジを、目標とするダイナミックレンジにシフトさせる第１補正手段と、
前記第１補正手段が補正した振幅のうち最大の振幅を示す最大振幅が、閾値以上か否かを判定する判定手段と、
前記判定手段が閾値以上と判定した場合に、前記最大振幅の補正前の振幅に第１係数を乗じた値と、当該最大振幅を補正した際の補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を上限値未満とする第１条件に基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整する調整手段と、
前記音響信号に調整後の第１係数を乗じた値と、前記振幅の補正量に調整後の第２係数を乗じた値との加算結果を出力する第２補正手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記調整手段は、前記第１条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の組から、前記第１係数の最大値を選択するとともに、当該第１係数の最大値と組となる前記第２係数を選択することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記第１条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の組から、前記第２係数の最大値を選択するとともに、当該第２係数の最大値と組となる前記第１係数を選択することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記調整手段は、前記第１条件と、前記ダイナミックレンジのシフト量を維持する前記第１係数及び前記第２係数の条件を定めた第２条件とに基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記調整手段は、前記第１係数に１を設定するとともに、当該第１係数の条件の下、前記第２条件を充足する前記第２係数を一つ選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記調整手段は、前記第２条件を充足する前記第２係数の最大値を選択することを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記調整手段は、前記第１条件を充足し、且つ前記第２条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の組から、前記第１係数の最大値を選択するとともに、当該第１係数の最大値と組となる前記第２係数を選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記調整手段は、前記第１条件を充足し、且つ前記第２条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の各組から、前記第２係数の最大値を選択するとともに、当該第２係数の最大値と組となる前記第１係数を選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記調整手段は、前記第２条件を充足する前記第１係数及び前記第２係数の各組から、前記第１条件での前記加算結果が最大となる前記第１係数及び前記第２係数の組を選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記調整手段は、所定の出力条件に応じて前記第１係数及び前記第２係数の調整方法を切り換えることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記第２補正手段は、前記加算結果を時間方向に平滑化した後、出力することを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
帯域分割手段が、音響信号から音圧を示す振幅を周波数帯域毎に算出する帯域分割工程と、
第１補正手段が、前記音響信号の振幅を周波数帯域毎に補正することによって、当該振幅のダイナミックレンジを、目標とするダイナミックレンジにシフトさせる第１補正工程と、
判定手段が、前記第１補正工程で補正された振幅のうち最大の振幅を示す最大振幅が、閾値以上か否かを判定する判定工程と、
調整手段が、前記判定工程で閾値以上と判定された場合に、前記最大振幅の補正前の振幅に第１係数を乗じた値と、当該最大振幅を補正した際の補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を上限値未満とする第１条件に基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整する調整工程と、
第２補正手段が、前記音響信号に調整後の第１係数を乗じた値と、前記振幅の補正量に調整後の第２係数を乗じた値との加算結果を出力する第２補正工程と、
を含む信号処理方法。
【請求項１３】
複数の周波数帯域を有する音響信号を処理する信号処理装置であって、
前記音響信号を補正することによって、前記複数の周波数帯域のうちの第１周波数帯域に係る第１音響信号の振幅のダイナミックレンジを、目標とするダイナミックレンジにシフトさせる第１補正手段と、
前記第１補正手段による補正後の第１音響信号の振幅が閾値以上である場合に、前記第１補正手段による補正前の第１音響信号の振幅に第１係数を乗じた値と、前記第１補正手段による補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を上限値未満とする第１条件に基づいて、第１係数又は第２係数の少なくとも一方の値を調整する調整手段と、
前記第１補正手段による補正前の第１音響信号に第１係数を乗じた値と、前記第１補正手段による補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を出力する第２補正手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項１４】
複数の周波数帯域を有する音響信号を処理する信号処理装置であって、
前記複数の周波数帯域のうちの第１周波数帯域に係る第１音響信号について、ダイナミックレンジに係る補正前の第１音響信号の振幅に第１係数を乗じた値と、ダイナミックレンジに係る補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を上限値未満とする第１条件に基づいて、第１係数及び第２係数の少なくとも一方の値を調整する調整手段と、
ダイナミックレンジに係る補正前の第１音響信号に第１係数を乗じた値と、ダイナミックレンジに係る補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を出力する第２補正手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
実施の形態の信号処理装置は、帯域分割手段と、第１補正手段と、判定手段と、調整手段と、第２補正手段とを備える。帯域分割手段は、音響信号から音圧を示す振幅を周波数帯域毎に算出する。第１補正手段は、前記音響信号の振幅を周波数帯域毎に補正することによって、当該振幅のダイナミックレンジを、目標とするダイナミックレンジにシフトさせる。判定手段は、前記第１補正手段が補正した振幅のうち最大の振幅を示す最大振幅が、閾値以上か否かを判定する。調整手段は、前記判定手段が閾値以上と判定した場合に、前記最大振幅の補正前の振幅に第１係数を乗じた値と、当該最大振幅を補正した際の補正量に第２係数を乗じた値との加算結果を上限値未満とする第１条件に基づいて、前記第１係数及び前記第２係数の値を調整する。第２補正手段は、前記音響信号に調整後の第１係数を乗じた値と、前記振幅の補正量に調整後の第２係数を乗じた値との加算結果を出力する。