(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記受信した音声信号と前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力とを合成する音声合成手段と、を備える電話装置。
【請求項２】
前記第１の周波数は５．５ｋＨｚである請求項１に記載の電話装置。
【請求項３】
前記第２の周波数は７．０ｋＨｚである請求項１に記載の電話装置。
【請求項４】
前記音声合成手段は、前記受信した音声信号と前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力とを夫々の音量差を調整して音声合成する請求項１に記載の電話装置。
【請求項５】
受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記受信した音声信号を整流処理して得た信号に基づいて、前記受信した音声信号の周波数帯域の下限からそれよりも低い第３の周波数までの周波数帯域を有するピッチ相当信号成分を生成する第３の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号と前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力と前記ピッチ相当信号成分とを合成する音声合成手段と、を備える電話装置。
【請求項６】
前記第１の周波数は５．５ｋＨｚである請求項５に記載の電話装置。
【請求項７】
前記第２の周波数は７．０ｋＨｚである請求項５に記載の電話装置。
【請求項８】
前記音声合成手段は、前記受信した音声信号と前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力と前記ピッチ相当信号成分とを夫々の音量差を調整して音声合成する請求項５に記載の電話装置。
【請求項９】
受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記有声高域信号成分のみ、または前記有声高域信号成分と前記無声高域信号成分との組合せのどちらか一方を選択する音声選択手段と、前記受信した音声信号と前記音声選択手段により選択された各音声信号とを合成する音声合成手段と、を備える電話装置。
【請求項１０】
前記第１の周波数は５．５ｋＨｚである請求項９に記載の電話装置。
【請求項１１】
前記第２の周波数は７．０ｋＨｚである請求項９に記載の電話装置。
【請求項１２】
前記音声合成手段は、前記音声選択手段により選択された各音声信号を夫々の音量差を調整して音声合成する請求項９に記載の電話装置。
【請求項１３】
受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記有声高域信号成分のみ、または前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力との組合せのどちらか一方を選択する音声選択手段と、前記受信した音声信号と前記音声選択手段により選択された各音声信号とを合成する音声合成手段と、を備える電話装置。
【請求項１４】
前記第１の周波数は５．５ｋＨｚである請求項１３に記載の電話装置。
【請求項１５】
前記第２の周波数は７．０ｋＨｚである請求項１３に記載の電話装置。
【請求項１６】
前記音声合成手段は、前記音声選択手段により選択された各音声信号を夫々の音量差を調整して音声合成する請求項１３に記載の電話装置。
【請求項１７】
受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を整流処理して得た信号に基づいて、前記受信した音声信号の周波数帯域の下限からそれよりも低い第３の周波数までの周波数帯域を有するピッチ相当信号成分を生成する第３の音声帯域拡張手段と、前記有声高域信号成分のみ、前記有声高域信号成分と前記ピッチ相当信号成分との組合せ、前記有声高域信号成分と前記無声高域信号成分と前記ピッチ相当信号成分との組合せのうち何れか１つを選択する音声選択手段と、前記受信した音声信号と前記音声選択手段により選択された各音声信号とを合成する音声合成手段と、を備える電話装置。
【請求項１８】
前記第１の周波数は５．５ｋＨｚである請求項１７に記載の電話装置。
【請求項１９】
前記第２の周波数は７．０ｋＨｚである請求項１７に記載の電話装置。
【請求項２０】
前記音声合成手段は、前記音声選択手段により選択された各音声信号を夫々の音量差を調整して音声合成する請求項１７に記載の電話装置。
【請求項２１】
受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記受信した音声信号を整流処理して得た信号に基づいて、前記受信した音声信号の周波数帯域の下限からそれよりも低い第３の周波数までの周波数帯域を有するピッチ相当信号成分を生成する第３の音声帯域拡張手段と、前記有声高域信号成分のみ、前記有声高域信号成分と前記ピッチ相当信号成分との組合せ、前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力と前記ピッチ相当信号成分との組合せのうち何れか１つを選択する音声選択手段と、前記受信した音声信号と前記音声選択手段により選択された各音声信号とを合成する音声合成手段と、を備える電話装置。
【請求項２２】
前記第１の周波数は５．５ｋＨｚである請求項２１に記載の電話装置。
【請求項２３】
前記第２の周波数は７．０ｋＨｚである請求項２１に記載の電話装置。
【請求項２４】
前記音声合成手段は、前記音声選択手段により選択された各音声信号を夫々の音量差を調整して音声合成する請求項２１に記載の電話装置。
【請求項２５】
音声信号を受信する受信機と、前記受信機が受信した前記音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信機が受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記有声高域信号成分のみを前記受信した音声信号に加えるモードと、前記有声高域信号成分と前記無声高域信号成分を前記受信した音声信号に加えるモードとを設定するモード設定手段と、前記設定されたモードを記憶するメモリと、オフフック信号を発生するオフフック発生手段と、前記オフフック信号を検出するオフフック信号検出手段と、前記オフフック信号を検出したときに、前記メモリに記憶されている前記モードに基づいて、所定の音声合成を行う音声合成手段と、前記音声合成手段により合成された音声信号を音声として出力する音声出力手段と、を備える電話装置。
【請求項２６】
前記第１の周波数は５．５ｋＨｚである請求項２５に記載の電話装置。
【請求項２７】
前記第２の周波数は７．０ｋＨｚである請求項２５に記載の電話装置。
【請求項２８】
前記音声合成手段は、前記音声合成手段に入力されている信号夫々の音量差を調整して音声合成する請求項２５に記載の電話装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電話通信等における音声信号の帯域を拡張する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バリアフリー化の必要性が高まっている。こうした観点から、音声通信機器において、お年寄り等の聴覚が衰えた人のために、音声信号の帯域を見かけ上広げ、聞きやすい音声信号を生成する技術の開発が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
言葉を中心とした音声通信は、通常、電話回線を通す音声信号が一つの基準になっている。この電話による音声信号は、帯域幅が制限されているので、音質は元の音声と比べて決して良好ではない。
【０００４】
たとえば、比較的良好な音質の地上電話回線でも、本来の音声帯域幅の半分程度（約３００〜３５００Ｈｚ）に制限されている。通常の人間の音域は、日本人の男子は８０Ｈｚ〜３００Ｈｚの基本周波数とその数次の高調波からなり、また、女子は１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚとその数次の高調波からなる。数次の高調波を含め更に無声音まで含めると、音声の音域は８０Ｈｚ〜１６ｋＨｚの広帯域にわたる。話し言葉の了解や言葉の音質にとって、特にこれらの数次の高調波を含む高域成分、および、言葉の基本周波数を含む３００Ｈｚ以下の低域成分が、重要な働きをする。
【０００５】
ところが、電話回線などの狭帯域の伝送路は、これらの重要な有声音の高域・低域成分、および、無声音の高域の大部分が消失させるので、聴覚的には、言葉を中心とした音声信号の音質を劣化させる。また、音声信号の狭帯域化は、聞き取り易さ、すなわち、了解度を大きく阻害する。その結果、音声信号の狭帯域化は、お年寄り等の聴覚が衰えた人の大きな障害になっていることが報告されている。
【０００６】
こうした問題を解決するために、音声信号の帯域拡張を行う方法や装置は従来から試みられてきた。たとえば、代表的な従来方式として、電話帯域音声と広帯域音声をコードブックで対応付けるコードブックマッピング方式がある。
【０００７】
また、音声信号の分析・合成（Synthesis by Analysis）を基本とする他の拡張方式、その他、例外的に、低演算量において、折り返し信号と固定フィルタで仮想的に高域を補償する提案がある。
【０００８】
ところで、従来の音声信号の帯域拡張を行う方法や装置は、多大の演算量・メモリ量等を必要とする反面、それらで処理された信号の音質は必ずしも良くないという問題があった。
【０００９】
すなわち、コードブックマッピング方式は、マッチング演算量とコードブックのメモリ占有領域が大きく、また、回線状況によりマッチング精度が不安定になる問題があった。
【００１０】
また、音声信号の分析・合成を基本とする拡張方式も、分析・合成には詳細かつ多くの演算を行う必要がある。したがって、その実装にはかなりの大きさとコストを伴うにもかかわらず、それに見合う程の効果は得られていない。また、低演算量において、折り返し信号と固定フィルタで仮想的に高域を補償する方式は、無声音の高域を十分に拡張できず、音声の明瞭度や了解度を改善できず、処理された音声は聴覚的にこもった音声になるという問題があった。
【００１１】
本発明は、電話回線を介しての音声通信において、より明瞭な音声を出力する電話装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電話装置は、受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記受信した音声信号と前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力とを合成する音声合成手段と、を備えて構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
第１の発明は、受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記受信した音声信号と前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力とを合成する音声合成手段と、を備える構成となっており、受信した音声信号の高音側にて有声音周波数まで、更に無声音周波数まで拡張され、また、無声音周波数帯域では振幅が調整され音声の信号強度がより正確に再現できる。
【００１４】
第２の発明では、前記音声合成手段は、前記生成された各音声成分をそれぞれの周波数に基づいて合成する際に、各音声成分の音量差を調整して音声合成するため、各音声成分が周波数に基づいて音量差の整合性をもって合成される。
【００１６】
第３の発明は、受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、上記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記受信した音声信号を整流処理して得た信号に基づいて、前記受信した音声信号の周波数帯域の下限からそれよりも低い第３の周波数までの周波数帯域を有するピッチ相当信号成分を生成する第３の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号と前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力と前記ピッチ相当信号成分とを合成する音声合成手段と、を備えることにより、受信した音声信号の高音側にて有声音周波数まで、更に無声音周波数まで拡張され、無声音周波数帯域では振幅が調整され、当該低音側では受信した音声信号のより低い周波数側に拡張され、音声の帯域幅と信号強度をより正確に再現できる。
【００１８】
第４の発明は、受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記有声高域信号成分のみ、または前記有声高域信号成分と前記無声高域信号成分との組合せのどちらか一方を選択する音声選択手段と、前記受信した音声信号と前記音声選択手段により選択された各音声信号とを合成する音声合成手段と、を備えることにより、受信した音声信号より高い有声音周波数までの音声成分信号、又は、更に無声音周波数までの音声成分信号のどちらかを選択して受信した音声信号と合成することができる。
【００１９】
第５の発明は、受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記有声高域信号成分のみ、または前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力との組合せのどちらか一方を選択する音声選択手段と、前記受信した音声信号と前記音声選択手段により選択された各音声信号とを合成する音声合成手段と、を備えることにより、受信した音声信号より高い有声音周波数まで拡張された音声成分信号、又は、更により高い無声音周波数まで拡張された音声成分信号、又は、更に上記無声音周波数まで拡張された音声成分信号の振幅を増加された音声成分信号が追加された音声信号のいずれか１つを選択して受信した音声信号と合成することができる。
【００２０】
第６の発明は、受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を整流処理して得た信号に基づいて、前記受信した音声信号の周波数帯域の下限からそれよりも低い第３の周波数までの周波数帯域を有するピッチ相当信号成分を生成する第３の音声帯域拡張手段と、前記有声高域信号成分のみ、前記有声高域信号成分と前記ピッチ相当信号成分との組合せ、前記有声高域信号成分と前記無声高域信号成分と前記ピッチ相当信号成分との組合せのうち何れか１つを選択する音声選択手段と、前記受信した音声信号と前記音声選択手段により選択された各音声信号とを合成する音声合成手段と、を備えることにより、受信した音声信号より高い有声音周波数まで拡張された音声成分信号、又は、更により高い無声音周波数まで拡張された音声成分信号、又は、更に受信した音声信号からより低い音声信号が追加された音声信号のうち、いずれか１つを選択して受信した音声信号と合成することができる。
【００２１】
第７の発明は、受信した音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、上記受信した音声信号を所定時間周期のフレームに分割して各フレーム内のゼロクロス回数に基づいてそのフレームにおける無声音区間と有声音区間とを判別する判別手段と、前記判別手段の判別結果に基づき、有声音区間の出力を抑制して無声音区間の出力は抑制しないことにより前記無声高域信号成分の振幅調整を行う無声高域強調手段と、前記受信した音声信号を整流処理して得た信号に基づいて、前記受信した音声信号の周波数帯域の下限からそれよりも低い第３の周波数までの周波数帯域を有するピッチ相当信号成分を生成する第３の音声帯域拡張手段と、前記有声高域信号成分のみ、前記有声高域信号成分と前記ピッチ相当信号成分との組合せ、前記有声高域信号成分と前記無声高域強調手段の出力と前記ピッチ相当信号成分との組合せのうち何れか１つを選択する音声選択手段と、前記受信した音声信号と前記音声選択手段により選択された各音声信号とを合成する音声合成手段と、を備えることにより、受信した音声信号より高い有声音周波数まで拡張された音声成分信号、又は、更により高い無声音周波数まで拡張された音声成分信号、又は、更に上記無声音周波数まで拡張された音声信号の振幅が増加された音声成分信号、又は、更に受信した音声信号より低い音声信号が追加された音声成分信号のいずれか１つを選択して受信した音声信号と合成することができる。
【００２３】
また、第８の発明は、音声信号を受信する受信機と、前記受信機が受信した前記音声信号を高周波側に第一の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記音声信号における周波数の上限からそれよりも高い第１の周波数までの周波数帯域を抽出することにより有声高域信号成分を生成する第１の音声帯域拡張手段と、前記受信機が受信した音声信号を高周波側に前記第一の帯域幅より大きい第二の帯域幅だけ帯域シフトした信号から、前記第１の周波数からそれよりも高い第２の周波数までの周波数帯域を抽出することにより無声高域信号成分を生成する第２の音声帯域拡張手段と、前記有声高域信号成分のみを前記受信した音声信号に加えるモードと、前記有声高域信号成分と前記無声高域信号成分を前記受信した音声信号に加えるモードとを設定するモード設定手段と、前記設定されたモードを記憶するメモリと、オフフック信号を発生するオフフック発生手段と、前記オフフック信号を検出するオフフック信号検出手段と、前記オフフック信号を検出したときに、前記メモリに記憶されている前記モードに基づいて、所定の音声合成を行う音声合成手段と、前記音声合成手段により合成された音声信号を音声として出力する音声出力手段と、を備えることにより、オフフック信号を検知した際の設定モードにしたがって音声合成がなされ、通話中にモードの変更ができるという作用を奏する。
【００２４】
（実施の形態）
図１〜図７を参照して、本発明の電話装置における実施例の概要を説明する。
【００２５】
まず図１において、ユーザからの音声（広帯域原音声）が受話器１０１のマイクに入力され、音声送信機１０２はその音声の狭い音声帯域の成分だけを電話回線などの伝送路１０３を介して相手の電話装置１０７に送信する。本発明の電話装置１０７では、音声受信機１０４により受信された狭帯域の成分は、帯域拡張器１０５によりその音声が拡張されて受話器１０６のスピーカから擬似広帯域音声として出力されるように構成されている。
【００２６】
次に、図２を参照して、上述の電話装置１０７の構成例を詳細に説明する。
【００２７】
本発明の電話装置１０７においては、通常の電話機のように、着信要求検出器２１１は電話回線等の伝送路１０３から電話装置１０７に到達した着信要求信号を検出して、ベル音を発生させる。
【００２８】
その後、オフフック信号検出器２１２は、ユーザが受話器１０６を取ることで発生するオフフック信号を検出する。
【００２９】
ユーザは、設定器２２１によって、受信した音声信号の帯域の拡張モード（本実施例では４つのモードを仮定）を設定することができる。設定されたモード情報はメモリ２２２に格納され、設定モード検出器２２３は、その設定モードの検出を行う。この動作の詳細は後述する。尚、メモリ２２２は、半導体メモリや磁気記録などを含めた記憶手段を示している。
【００３０】
音声受信機１０４は、電話回線等の伝送路１０３からのアナログ音声信号を受信し、信号増幅器２３２はその受信したアナログ音声信号を増幅する。モデム２３３は、通信方式に応じて、受信した信号を復調する。また、ＡＤ変換器２６１は、その復調した音声信号をデジタル信号に変換する。
【００３１】
次に、ＡＤ変換器２６１によりデジタル信号に変換された音声信号は、音声帯域拡張ユニット２０１に送信される。音声帯域拡張ユニット２０１は、上記設定されたモードに従って、デジタル信号に変換された音声信号の帯域を拡張する。帯域が拡張された音声信号は、ＤＡ変換器２６２によりアナログ信号に変換され、音声増幅器２４１により増幅され、受話器１０６のスピーカ等の音声出力器２４２により音声として出力される。
【００３２】
以上の基本的構成により、話者から発せられた広域の原音声が受話器１０１のマイクに入力され、一旦、電話回線などの伝送路１０３にて狭帯域音声となるが、再度、受話器１０６のスピーカから擬似広帯域音声として出力される。
【００３３】
一方、受話器１０１のマイク等の音声入力器２５１から入力された音声は、音声増幅器２５２により増幅され、音声送信機１０２により電話回線等の伝送路１０３に送出される。
【００３４】
尚、制御器２０２は、上記各部の総合的な制御を行う。
【００３５】
上述の説明では、音声受信機１０４は電話回線などの伝送路１０３からの音声信号としたが、ビル内に設置されたＰＢＸに連結される電話同士の通話であってもよい。
【００３６】
また、音声信号の変復調を行うモデム２３３を受信側と送信側で用いることにより、本発明をＡＤＳＬ回線によるインターネット電話などに応用することも可能である。
【００３７】
次に、図３を参照して、本実施例の電話装置の音声帯域拡張ユニット２０１について、詳細に説明する。
【００３８】
音声帯域拡張ユニット２０１は、狭帯域音声を擬似広帯域音声に変換するために、第１の音声帯域拡張部３１０と第２の音声帯域拡張部３２０と第３の音声帯域拡張部３３０との３つの音声帯域拡張部を備えている。第１の音声帯域拡張部（第１の生成手段）３１０は、有声高域シフト部（シフト手段）３１１と有声高域フィルタ部３１２とを有している。有声高域シフト部３１１は、電話音声などの狭帯域幅に制限された音声信号を周波数シフトする。即ち、有声高域シフト部３１１は、伝送路１０３を通過した音声信号の周波数上限（３．５ｋＨｚ）の成分が音声の有声音区間の信号帯域上限（約５．５ｋＨｚ）に近くなるように、伝送路１０３を通過した音声信号を高周波側に一定の周波数（約２ｋＨｚ）だけシフトする。また、有声高域フィルタ部３１２は、高域に周波数シフトされた信号を帯域濾波する。有声高域フィルタ部３１２の通過帯域は、伝送路１０３を通過した音声信号の上限周波数（約３．５ｋＨｚ）を下限とし、有声音の帯域上限（約５．５ｋＨｚ）程度までの帯域幅であって、有声高域フィルタ部３１２はこの帯域（以下、有声高域信号成分と記載）の信号成分を抽出する。この有声高域信号成分の帯域上限程度の周波数は第１の周波数と呼ばれ、本実施例では約５．５ｋＨｚである。
【００３９】
次に、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を参照して、周波数シフトについてその概要を説明する。
【００４０】
図４（Ａ）は、本発明の電話装置における実施例の周波数シフトの構成概念を示すブロック図である。図４（Ａ）において、入力端子４１７を介して印加された音声信号をｓｉｎ（ｆ・ｔ）とする。即ち、角周波数はｆ[ラジアン／秒]であり、時間をｔ[秒]として表現される単一周波数の信号を仮定する。この音声信号が位相器４１５と乗算器４１１に供給される。位相器４１５は入力された音声信号を（π／２）ラジアン移相する。
【００４１】
信号原４１２は、単一周波数の信号である。その信号をｃｏｓ（Ｆ・ｔ）とする。即ち、角周波数がＦ[ラジアン／秒]であるコサイン信号を仮定する。この角周波数Ｆ[ラジアン／秒]は、シフトさせようとしている周波数を各周波数で表現したものである。乗算器４１１は、入力端子４１７を介して印加された音声信号と信号原４１２からの信号とを乗算する。
【００４２】
信号原４１４は、単一周波数の信号である。その信号を（−ｓｉｎ（Ｆ・ｔ））とする。即ち、角周波数がＦ[ラジアン／秒]であるサイン信号を極性逆転させたものを仮定する。乗算器４１３は、位相器４１５の出力信号と信号原４１４からの信号とを乗算する。
【００４３】
したがって、乗算器４１１の出力信号は、ｓｉｎ（ｆ・ｔ）・ｃｏｓ（Ｆ・ｔ）で表現でき、乗算器４１３の出力信号は、（−ｓｉｎ（ｆt−π／２）・ｓｉｎ（Ｆ・ｔ））＝ｃｏｓ（ｆ・ｔ）・ｓｉｎ（Ｆ・ｔ）で表現できる。加算器４１６は乗算器４１１の出力と乗算器４１３の出力とを加算するので、その出力信号４１８は、ｓｉｎ（（ｆ＋Ｆ）・ｔ）で表現できる。即ち、出力信号４１８は入力端子４１７が角周波数Ｆに相当する周波数だけ高域側へのシフトされた信号に相当する。
【００４４】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）での入力端子４１７と出力信号４１８を周波数領域で表現した図である。横軸４２１は周波数、縦軸４２２は振幅を示す。スペクトラム４２３は入力端子４１７の周波数スペクトラム、スペクトラム４２４は出力信号４１８の周波数スペクトラムを示している。図４（Ｂ）が示す様に、元の音声信号成分が角周波数Ｆに相当する周波数だけ高域側に移動する。
【００４５】
図４（Ｃ）は、上述の周波数シフトを簡易な方法で実行する場合を示している。乗算器４３１は図４（Ａ）の乗算器４１１に、信号原４３２は図４（Ａ）の信号原４１２に、入力信号４３３は図４（Ａ）の入力端子４１７に相当しており、個々の詳細な説明は省略する。
【００４６】
乗算器４３１の出力信号は、ｓｉｎ（ｆ・ｔ）とｃｏｓ（Ｆ・ｔ）とが乗算されたものであり、ｓｉｎ（（ｆ＋Ｆ）・ｔ）＋ｓｉｎ（（ｆ−Ｆ）・ｔ）となる。この信号のｓｉｎ（（ｆ＋Ｆ）・ｔ）の成分のみを抽出できれば、図４（Ｃ）の方法でも良い。
【００４７】
図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）での入力信号４３３と出力信号４３４を周波数領域で表現した図である。横軸４４１は周波数、縦軸４４２は振幅を示す。スペクトラム４４３は入力信号４３３の周波数スペクトラム、スペクトラム４４４とスペクトラム４４６は出力信号４３４の周波数スペクトラムを示している。図４（Ｃ）の後段に帯域通過フィルタを置いて、スペクトラム４４５のみを抽出すれば、周波数シフトが実現される。
【００４８】
次に、図３に戻って、第２の音声帯域拡張部（第２の生成手段）３２０は、無声高域シフト部３２１、無声高域フィルタ部３２２、有声／無声判定部３２３、無声高域強調部（強調手段）３２４を有している。
【００４９】
無声高域シフト部３２１は、入力されている音声信号の周波数上限（３．５ｋＨｚ）が音声の無声音区間の帯域上限（約７ｋＨｚ）に近くなるように、入力されている狭帯域幅の音声信号を高周波側に一定の周波数（約３．５ｋＨｚ）だけシフトする。
【００５０】
無声高域フィルタ部３２２は、この高域にシフトされた信号を帯域濾波する。即ち、無声高域フィルタ部３２２は、上記有声高域の帯域上限（約５．５ｋＨｚ）を周波数下限とし、無有声音区間の帯域上限（約７ｋＨｚ）を周波数上限とする周波数帯域（以下、無声高域信号成分と記載）の信号成分を抽出する。尚、この無声高域信号成分の周波数上限は第２の周波数と呼ばれ、本実施例では約７ｋＨｚである。
【００５１】
有声／無声判定部（判別手段）３２３は、入力音声信号を解析し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含む有声音区間の何れであるか判定する。
【００５２】
無声高域強調部３２４は、有声／無声判定部３２３の判定結果に基づき、無声高域フィルタ部３２２の出力信号に対して無声音を強調するように振幅を高くする振幅制御を行う。
【００５３】
次に、第３の音声帯域拡張部（第３の生成手段）３３０は、狭帯域の入力音声信号を整流処理することにより調波歪み信号（Harmonic Distortion）を生成する整流処理部３３１と、整流処理により得た信号成分で音声信号のピッチ相当の低域周波数成分を抽出する低域フィルタ部３３２を有する。低域フィルタ部３３２の出力は第３の音声帯域拡張部３３０の出力信号であり、この出力信号はピッチ相当信号成分と呼ばれる。
【００５４】
また、設定モード検出器２２３は、ユーザが操作キー等の設定器２２１により選択したモードを検出し、音声選択部３４０を制御する。
【００５５】
音声選択部（選択手段）３４０は、設定モード検出器２２３に制御され、供給されている音声信号を選択する。即ち、音声選択部３４０は、入力されている狭帯域音声２０３、有声高域フィルタ部３１２の出力、無声高域強調部３２４の出力、低域フィルタ部３３２の出力から取捨選択する。
【００５６】
本実施例では、ユーザは、以下に示すモード１からモード４までの４種類のモードから選択できると仮定する。モード１は電話帯域の狭帯域音声２０３と第１の音声帯域拡張部３１０からの有声高域信号の組合せ、モード２は電話帯域の狭帯域音声２０３と第１の音声帯域拡張部３１０からの有声高域信号と第２の音声帯域拡張部３２０からの無声高域信号との組合せ、モード３は電話帯域の狭帯域音声２０３と第１の音声帯域拡張部３１０からの有声高域信号と第３の音声帯域拡張部３３０からのピッチ相当信号成分との組合せ、モード４は電話帯域の狭帯域音声２０３と第１の音声帯域拡張部３１０からの有声高域信号と第２の音声帯域拡張部３２０からの無声高域信号と第３の音声帯域拡張部３３０からのピッチ相当信号成分との組合せである。
【００５７】
音声合成部３５０は、第１の音声帯域拡張部３１０からの有声高域信号成分と、第２の音声帯域拡張部３２０からの無声高域信号成分と、第３の音声帯域拡張部３３０からのピッチ相当信号成分と電話帯域の狭帯域音声２０３、それぞれの遅延時間と音量比を調節し、それらを合成して擬似広帯域音声２０４を出力する。
【００５８】
次に、図５を参照して、上記のように構成された音声帯域拡張ユニット２０１を各部での周波数スペクトラムを用いてさらに詳細に説明する。
【００５９】
図５において、第１の音声帯域拡張部３１０における有声高域シフト部３１１は、入力される狭帯域幅の音声信号の高域側周波数上限が音声の有声音区間の帯域上限に近い約５．５ｋＨｚ程度となるように、狭帯域幅の音声信号の周波数を高周波側にシフトする（たとえば、入力が電話音声ならば、その帯域上限の約３．５ｋＨｚの信号が音声の有声音区間の帯域上限である約５．５ｋＨｚの信号になるよう、高域側に約２ｋＨｚだけシフトする。）。有声高域シフト部３１１に示された図はスペクトラム図であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。スペクトラム５１１は入力される狭帯域幅の音声信号のスペクトラム、スペクトラム５１２は有声高域シフト部３１１の出力信号のスペクトラムである。
【００６０】
また、有声高域フィルタ部３１２は、有声高域にシフト処理された信号を、入力信号帯域の上限から有声音の帯域上限の約５．５ｋＨｚ程度までの周波数帯域幅の有声高域信号成分を帯域通過フィルタによって抽出する（たとえば、入力信号が前述の電話音声ならば、約３．５ｋＨｚから５．５ｋＨｚまでの周波数帯域幅の信号を抽出する。本実施例では、第１の周波数として５．５ｋＨｚを仮定している。）。この帯域通過フィルタを代表的なホルマントの形状にすると、音声の再現性（復元性）がより向上する。有声高域フィルタ部３１２に示された図はスペクトラム図であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。スペクトラム５１３は有声高域フィルタ部３１２の出力信号のスペクトラムである。
【００６１】
次に、第２の音声帯域拡張部３２０における無声高域シフト部３２１は、入力される狭帯域幅の音声信号の高域側周波数上限が音声の無声音区間の帯域上限に近い７ｋＨｚ程度になるよう、入力される狭帯域幅の音声信号周波数を高周波側にシフトする（たとえば、入力音声信号が電話音声ならば、その帯域上限の約３．５ｋＨｚの信号が約７ｋＨｚの信号になるよう、入力音声信号は高域側に約３．５ｋＨｚの周波数だけシフトされる。本実施例では、第２の周波数として７ｋＨｚを仮定している。）。
【００６２】
無声高域フィルタ部３２２は、周波数シフト処理された信号に対し、有声音をシフトした帯域の上限周波数５．５ｋＨｚから、音声の無声音区間の帯域上限である約７ｋＨｚ程度までの周波数帯域幅の無声高域信号成分を、帯域通過フィルタによって抽出する。無声高域フィルタ部３２２に示された図はスペクトラム図であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。スペクトラム５２３は無声高域フィルタ部３２２の出力信のスペクトラムである。
【００６３】
有声／無声判定部３２３は、入力される音声信号を解析し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含む有声音区間とを識別する。すなわち、有声／無声判定部３２３は、期間長が数十ミリ秒から数百ミリ秒である各フレーム毎に、狭帯域音声信号の特徴を分析する。たとえば、１フレーム内に含まれる狭帯域音声信号のゼロクロス数を用いることにより、そのフレームが有声音区間であるか無声音区間であるかが識別される。
【００６４】
有声音区間では、ゼロクロスの回数は少なく、また周期的に発生しやすい。他方、無声音区間では、ゼロクロスの回数は多くなり、周期を持たない。このことを利用して、有声音区間と無声音区間を識別することができる。このゼロクロスの回数を所定回数に設定して判定の為の閾値とし、この閾値に基づいて無声区間と有声区間が判別される。
【００６５】
無声高域強調部（強調手段）３２４は、有声／無声判定部３２３の判定結果に基づき、有声区間では無声高域フィルタ部３２２の出力信号を抑制し、無声区間では無声高域フィルタ部３２２の出力信号を抑制しないことにより無声高域信号成分の振幅調整を行う。無声高域強調部３２４に示された図はスペクトラム図であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。スペクトラム５２４は無声高域強調部３２４の出力信号のスペクトラムである。
【００６６】
次に、第３の音声帯域拡張部３３０は、整流処理部３３１、低域フィルタ部３３２を有する。
【００６７】
整流処理部３３１は、狭帯域の入力信号を半波整流、あるいは全波整流することにより、調波歪み信号（Harmonic Distortion）を生成する。たとえば、デジタルによる半波整流は、サンプル値の符号が負の部分はゼロ値に置き換え、残りはサンプル値そのままで出力することにより実現される。整流処理部３３１に示された図はスペクトラム図であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。スペクトラム５１１は入力される狭帯域幅の音声信号、スペクトラム５３１は整流処理部３３１の出力信号である。
【００６８】
低域フィルタ部３３２は、整流処理により得た信号成分中で元の音声信号の基本周波数が多く含まれる成分、即ち音声信号のピッチ相当の低域周波数成分を遮断周波数３００Ｈｚの低域通過フィルタで抽出する。この様にして、音声ピッチ相当信号成分が生成される。なお、基本周波数の下限は１００Ｈｚ程度なので、低域通過フィルタの代わりに、通過周波数帯域が１００Ｈｚから３００Ｈｚ程度の帯域通過フィルタを用いれば、整流処理によって生じる直流成分を排除できる。低域フィルタ部３３２に示された図はスペクトラム図であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。スペクトラム５３２は低域フィルタ部３３２の出力信号のスペクトラムである。
【００６９】
音声合成部３５０は、第１の音声帯域拡張部３１０、第２の音声帯域拡張部３２０、第３の音声帯域拡張部３３０からの音声信号と電話帯域の狭帯域音声２０３、それぞれの遅延時間と音量比を調節し、それらを加算（合成）して擬似広帯域音声２０４を出力する。擬似広帯域音声２０４に示された図はスペクトラム図であり、横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。擬似広帯域音声２０４のスペクトラムは、スペクトラム５１１、スペクトラム５１３、スペクトラム５２４、スペクトラム５３２を合成したものである。
【００７０】
次に、図６を参照して、本実施例の電話装置での全体動作の概要を説明する。
【００７１】
ステップＡでは、着信要求検出器２１１は、電話回線などの伝送路１０３からの着信要求信号を検出してベル音を発生させる。
【００７２】
ステップＢでは、その後ベル音がなっている間にユーザが受話器１０６を取るとオフフック信号が発生し、オフフック信号検出器２１２はそのオフフック信号を検出する。
【００７３】
ステップＣでは、設定モード検出器２２３は、上記オフフック信号の検出後、メモリ２２２に設定されたモード情報が有るか否かを検出する。上記モード情報がある場合には、ステップＤにて設定モードに従って上記狭帯域の音声と選択された拡張音声成分とが音声合成される。
【００７４】
次に、ステップＥでは、上記の合成された広帯域の音声が出力される。
【００７５】
また、ステップＣにて、モードの設定がないと判定されると、ステップＦで、通常の狭帯域の音声が出力される。
【００７６】
なお、本電話装置では、通話中であっても、設定器２２１からの入力により設定モードが変更できる。よって、設定器２２１から設定モードの新たな入力があると、新たなモードの設定は、メモリ２２２に格納され、更に、制御器２０２は、上記メモリ２２２に格納された新たなモード情報を検出し、設定モードを変更する。
【００７７】
以下に、受信した狭帯域の音声を最大に拡張するモードを例に挙げて、本実施例での更に具体的な動作を説明する。即ち、図６のステップＣで、モード設定の存在が検出されてそのモードが前述のモード４であることが判明したケースが例に挙げられている。モード４であることが判明した場合でのステップＤとステップＥでの動作を説明する。
【００７８】
図２のＡＤ変換器２６１は、入力される電話音声等の狭帯域アナログ信号をデジタル信号に変換する。そのサンプリング周波数は、本実施例によって拡張される帯域の上限である７ｋＨｚ程度の信号が収まるよう、約１４ｋＨｚ以上に設定される。仮に、サンプリング周波数が１４ｋＨｚ未満のデジタル音声信号を入力する場合は、１４ｋＨｚ以上にアップサンプリング処理して帯域幅が確保される。
【００７９】
まず、第１の音声帯域拡張部３１０の動作について、図２、図３、図５を参照しながら図７と共に説明する。
【００８０】
ステップＳ１で、有声高域シフト部３１１は、入力される狭帯域幅の音声信号の高域側周波数上限が音声の有声音区間の帯域上限に近い約５．５ｋＨｚ程度となるように、狭帯域幅の音声信号の周波数を高周波側にシフトする。たとえば、入力が電話音声ならば、その帯域上限の約３．５ｋＨｚの信号が音声の有声音区間の帯域上限である約５．５ｋＨｚの信号になるよう、高域側に約２ｋＨｚだけシフトする。
【００８１】
ステップＳ２で、有声高域フィルタ部３１２は、有声高域にシフト処理された上述の信号から、入力帯域の上限から有声音の帯域上限の約５．５ｋＨｚ程度までの帯域幅の有声高域信号成分を、帯域通過フィルタによって抽出する。たとえば、入力が前述の電話音声ならば、約３．５ｋＨｚから５．５ｋＨｚまでの帯域幅の信号を抽出する。ここで、帯域通過フィルタを代表的なホルマントの形状にすると、音声の再現性がより向上する。
【００８２】
次に、第２の音声帯域拡張部３２０の動作は以下の通りである。
【００８３】
ステップＳ３で、無声高域シフト部３２１は、入力される狭帯域幅のデジタル音声信号の高域側周波数上限が音声の無声音区間の帯域上限に近い７ｋＨｚ程度になるよう、入力される狭帯域幅のデジタル音声信号周波数を高周波側にシフトする。たとえば、入力音声信号が電話音声ならば、その帯域上限の約３．５ｋＨｚの信号が約７ｋＨｚの信号になるよう、入力音声信号は高域側に約３．５ｋＨｚの周波数だけシフトされる。そのシフト方法は、第１の音声帯域拡張部３１０の有声高域のシフト処理と同様である。
【００８４】
ステップＳ４で、上述の約７ｋＨｚシフト処理された信号に対し、上記有声高域の帯域上限の５．５ｋＨｚから音声の無声音区間の帯域上限である約７ｋＨｚ程度までの帯域幅の無声高域信号成分を無声高域フィルタ部３２２によって抽出する。
【００８５】
ステップＳ５で、有声／無声判定部３２３は入力されているデジタル音声信号を短時間周期のフレームに分割する。尚、このフレームは、数十ミリ秒のフレーム長で半区間ずつ重複して切り出される。
【００８６】
ステップＳ６で、有声／無声判定部３２３は各フレームをを解析し、音声信号中の母音を含まない無声音区間と母音を含む有声音区間とを時間軸上で判定する。
【００８７】
ステップＳ７では、無声高域強調部３２４はステップＳ６の判定結果に基づき、ステップＳ４の出力信号に対して振幅調整を行う。
【００８８】
具体的には、有声区間ではこの周波数帯域の出力を抑制し、無声区間では抑制しないことにより無声高域の振幅調整が行なわれる。広帯域の原音声の観察によると、音声の有声音区間ではこの周波数帯域の成分はほとんど信号が存在せず、無声音区間のみ摩擦音等のノイズ性信号がこの周波数帯域に存在する傾向が存在する。ステップＳ７は、信号の振幅調整により、この傾向を再現している。
【００８９】
なお、上記区間を有声と無声の２種類に分けるのではなく、ステップＳ６において区間の有声らしさと無声らしさとの間を多段階に分けて評価し、減衰率をそれぞれ少しずつ異ならせることにより、音声信号の時間フレーム間の繋ぎ目をスムーズにすることもできる。また、有声と無声のホルマント形状を反映したなだらかな減衰特性を有するフィルタを音声信号のそれぞれの時間フレーム区間に適用すれば、音声の自然さはより一層向上する。
【００９０】
次に、第３の音声帯域拡張部３３０の動作は以下の通りである。
【００９１】
ステップＳ８で、整流処理部３３１は、デジタル音声信号に対し、半波整流あるいは全波整流処理を行うことにより、元の周波数帯域に含まれる有声音信号の高調波成分を生成する。
【００９２】
ステップＳ９で、低域フィルタ部３３２は、ステップＳ８の出力信号にローパスフィルタを施す。すなわち、整流処理によって得られる音声信号の基本周波数に相当するピッチを含む低域周波数成分をローパスフィルタで抽出する。こうして、ピッチ相当信号成分が生成される。これにより、電話回線等の伝送回線を通す際に狭帯域化したことで消失した音声の低周波数成分を擬似的に復元される。
【００９３】
ここで、増幅率を可変にして、低域拡張効果の程度を調節することも可能である。
【００９４】
以上の各音声帯域拡張部の拡張処理は、ほぼ同じに行われる。
【００９５】
次に、音声選択部３４０及び音声合成部３５０の動作は以下の通りである。
【００９６】
ステップＳ１０で、音声選択部３４０は検出されたモードに従って、第１の音声帯域拡張部３１０、第２の音声帯域拡張部３２０及び第３の音声帯域拡張部３３０からの拡張音声を取捨選択する。ここでは、ユーザがモード４を選択しているケースを仮定しているので、音声選択部３４０は、入力されているデジタル音声信号と第１の音声帯域拡張部３１０の出力と第２の音声帯域拡張部３２０の出力と第３の音声帯域拡張部３３０からの出力を全て選択する。
【００９７】
ステップＳ１１で、音声合成部３５０は、音声選択部３４０からの各音声成分の遅延時間を調整する。
【００９８】
ステップＳ１２で、音声合成部３５０は、動作する装置の音声入力側および出力側の周波数特性を参考に、予め設定した帯域間の音量バランスに、各帯域の信号間を調整して出力する。ここで、増幅率を可変にして、帯域拡張効果の程度を調節することも可能である。
【００９９】
ステップＳ１３で、元の周波数帯域の音声信号（３００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚ：図５のスペクトラム５１１で示された成分）とステップＳ２での出力信号である拡張された有声高域の信号（３．５ｋＨｚ〜５ｋＨｚ：図５スペクトラム５１３で示された成分）とステップＳ７の出力信号である拡張された無声高域の信号（５ｋＨｚ〜７ｋＨｚ：図５スペクトラム５２４で示された成分）とステップＳ９の出力信号である低域拡張成分（３００Ｈｚ以下：図５スペクトラム５３２で示された成分）とを音声合成部３５０が加算し、低域高域の双方の帯域が拡張された擬似広帯域音声（図５の擬似広帯域音声２０４に示す周波数分布を持つ擬似的に帯域拡張された音声信号）を生成する。
【０１００】
ステップＳ１４で、合成された音声のデジタル信号はアナログ信号に変換され、擬似的に広帯域化された音声信号が出力される。
【０１０１】
ここで、本実施例では、モデムを介しての通信とした。しかし、本発明は、通信方式としてＡＤＳＬ等のアナログ通信、ＩＳＤＮやＩＰ電話等のデジタル通信にも適用できることは明らかである。
【０１０２】
以上の説明より明らかなように、本実施例による音声信号の帯域拡張ユニットによれば、電話回線等の伝送路を通す際に狭帯域化された音声信号に対して、疑似的に高域あるいは高域低域を補償することができる。それゆえ、本実施例は本来の音声信号帯域幅で表現される音声の特徴を活かしたまま、出力音声信号の帯域拡張を行うことができ、しかも、比較的少ない演算量で実用的な音質の音域補償を行うことが可能になる。
【０１０３】
したがって、本実施例は、たとえば、現在電話の狭帯域音声信号を、ＡＭラジオ並みの広帯域音声信号に実質的に拡張することができる。
【０１０４】
また、本実施例は、低域周波数の音声信号を擬似的に補強して、音声信号の高域・低域の両方を拡張するように補強すると、更に自然な音声信号を作り出すようにもできる。
【０１０５】
本実施例と類似の手法による帯域拡張処理を電話音声に適用した場合の改善効果を、１２人の７０歳〜８１歳の日本人で視聴実験した所、次の様な結果を得た。
【０１０６】
単音節音声の了解度は、無処理で６５％であったものが、本実施例適用で７９％に向上した。また、５段階法（５点満点法）による音質評価は、無処理で３．０であったものが、本実施例適用で３．５に向上した。
【０１０７】
また、日本語に比べ子音や無声音部の多い英語をはじめ他の言語の場合には、これら単音節了解度および音質評価は、日本語の場合以上に改善することが期待できる。
【０１０８】
したがって、本実施例は、お年寄り等の聴覚が衰えた人の大きな障害を軽減し、しかも、比較的簡単な構成や方法で実施できるので、多くの音声機器に適用でき、さらにまた、世界の多くの言語圏でも適用できるなど、実用上の利点は極めて大きい。
【０１０９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の電話装置によれば、電話回線等を通す際等に狭帯域化された音声信号に対して、疑似的に高域あるいは高・低域を補償することができ、本来の音声信号帯域幅で表現される音声の特徴を活かしたまま、出力音声信号の帯域拡張を行うことができ、しかも、比較的少ない演算量で実用的な音質の音域補償を行うことが可能になる。
【０１１０】
したがって、たとえば、電話加入者回線等の狭帯域音声信号を、ＡＭラジオ程度の広帯域音声信号に実質的に拡張することができる。
【０１１１】
また、本発明は、低域周波数の音声信号を擬似的に補強して、音声信号の高域・低域の両方を拡張するように補強すると、更に自然な音声信号を作り出すようにもできる。
【０１１２】
更に、本発明の電話装置では、拡張のレベルを受信した音声信号の周波数域の高低方向に段階的に調整できるので、個々のユーザにあった拡張モードが設定でき、極めて使い勝ってがよい。
【０１１３】
更に、オフフックした際の設定モードにより音声合成がなされ、通話中にモードの変更ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電話装置における実施の形態の概念ブロック図
【図２】本発明の電話装置における実施の形態のブロック構成図
【図３】本発明の電話装置における実施の形態の音声帯域拡張ユニットの処理構成図
【図４】本発明の電話装置における実施の形態の周波数シフトの説明図
【図５】本発明の電話装置における実施の形態の音声帯域拡張ユニットの動作説明のフローチャート
【図６】本発明の電話装置における実施の形態の概略動作のフローチャート
【図７】本発明の電話装置における実施の形態の音声帯域拡張ユニットの動作説明のフローチャート
【符号の説明】
１ａ  着信要求検出手段
１ｂ  オフフック信号検出手段
２ａ  設定手段
２ｃ  設定モード検出手段
７  音声帯域拡張ユニット
【図１】
0004281349.tif 000002
【図２】
0004281349.tif 000003
【図３】
0004281349.tif 000004
【図４】
0004281349.tif 000005
【図５】
0004281349.tif 000006
【図６】
0004281349.tif 000007
【図７】
0004281349.tif 000008