(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号を時間的に互いに重なり合うように逐次ブロックに分割する分割手段、
該分割手段により分割されたブロックごとに、音声信号のピークレベルまたは実効値を検出する検出手段、
前記ブロックごとに、規定のレベルまたは規定の実効値をそれぞれ前記検出手段により検出された音声信号のピークレベルまたは実効値で除算して所定の値を算出する算出手段、
前記ブロックごとに、該ブロックの音声信号に前記算出手段により算出された所定の値を乗算する乗算手段、
前記ブロックごとに、乗算手段により乗算された音声信号を時間的に重みづけする窓関数手段、および
該窓関数手段により重みづけされた音声信号を、時間的に互いに重なり合っている信号について加算する加算手段
を具えてなることを特徴とする音量制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の音量制御装置において、該音量制御装置は、さらに
入力音声信号のピークレベルまたは実効値がそれぞれ規定のレベルまたは規定の実効値を超えるか否かを判断する判断手段を具え、
該判断手段が、入力音声信号のピークレベルまたは実効値がそれぞれ規定のレベルまたは規定の実効値を超えないと判断したときは前記乗算手段で乗算する所定の値を１とし、超えると判断したときは前記所定の値を規定のレベルまたは規定の実効値をそれぞれ当該ブロックの音声信号のピークレベルまたは実効値で除算した値とすることを特徴とする音量制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の音量制御装置において、前記窓関数手段は、各ブロックの前半ではレベルが徐々に増加し、各ブロックの後半ではレベルが徐々に減少し、かつ、時間的に重なり合う部分においてはそれぞれの応答特性の和が一定となる特性を有していることを特徴とする音量制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の音量制御装置において、前記窓関数手段の応答特性は、前記ブロックのブロック長を−π／２≦ｘ≦＋π／２で正規化したとき、ｃｏｓ2 ｘ（−π／２≦ｘ≦＋π／２）であることを特徴とする音量制御装置。
【請求項５】
請求項３記載の音量制御装置において、前記窓関数手段の応答特性は、前記ブロックのブロック長を−１／２≦ｘ≦＋１／２で正規化したとき、１＋２ｘ（−１／２≦ｘ≦０）および１−２ｘ（０≦ｘ≦＋１／２）であることを特徴とする音量制御装置。
【請求項６】
請求項１または２記載の音量制御装置において、前記窓関数手段は、各ブロックの前半では該ブロックの開始点から該ブロックの前半の途中までレベルが徐々に増加し、各ブロックの後半では該ブロックの後半の途中から該ブロックの終了点まで徐々に減少し、かつ、前記徐々に増加および減少する部分においてはそれぞれ時間的に重なり合う部分の応答特性の和が一定となる特性を有していることを特徴とする音量制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の音量制御装置において、前記分割手段、検出手段、算出手段、乗算手段および窓関数手段は、複数の周波数帯域に分割されたそれぞれの音声信号に対して適用されるようにしたことを特徴とする音量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時々刻々変化する入力音声信号のレベルを、時々刻々測定し、規定のレベルを越える区間において規定のレベル以下の値に変更し、あるいは、時々刻々変化する入力音声信号のレベルを一定のレベルに固定する音量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、入力音声信号を規定のレベルを越える区間において規定のレベル以下の値に減衰させる装置としては、音声コンプレッサあるいはリミッタが知られている。これは、例えば、前川清次監修「Audio Visual時代のサウンドミクシング」（平成元年）兼六館出版、第１２９〜１３１頁の３．２．１項に「コンプレッサ・リミッタ」と題して記載されている装置である。
【０００３】
しかし、同文献第１３０頁の図６−５に示されるように、これは、規定のレベルを越えたら制限を開始し、規定のレベル以下になれば元のレベルに徐々に戻す方法であった。そのため、アタックタイム（ＡＴ）とリリースタイム（ＲＴ）（または、リカバリータイム）と呼ばれるそれぞれの区間（時間長）で音量が変化し、音質の劣化が目立つことがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の音声コンプレッサあるいはリミッタでは、アタックタイムとリリースタイムで音量が変化し、音質の劣化が目立つことがあった。そのため、アタックタイムとリリースタイムを、種々に変えて、音質の劣化が最も目立たない時間に試行錯誤によって設定する必要があった。しかしそれでも、番組（プログラム）によっては音質の変化が検知された。
【０００５】
本発明の目的は、音質に不規則な変化を生じるアタックタイムとリリースタイムがなく、従って殆ど劣化を生じないで、時々刻々変化する入力音声信号を、そのピークレベルが規定のレベルを超える区間において規定のレベル以下の値に変更し、あるいは、時々刻々変化する入力音声信号のレベルを一定のレベルに固定する新規な音量制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明音量制御装置は、入力音声信号を時間的に互いに重なり合うように逐次ブロックに分割する分割手段、該分割手段により分割されたブロックごとに、音声信号のピークレベルまたは実効値を検出する検出手段、前記ブロックごとに、規定のレベルまたは規定の実効値をそれぞれ前記検出手段により検出された音声信号のピークレベルまたは実効値で除算して所定の値を算出する算出手段、前記ブロックごとに、該ブロックの音声信号に前記算出手段により算出された所定の値を乗算する乗算手段、  前記ブロックごとに、乗算手段により乗算された音声信号を時間的に重みづけする窓関数手段、および該窓関数手段により重みづけされた音声信号を、時間的に互いに重なり合っている信号について加算する加算手段を具えてなることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明音量制御装置は、該音量制御装置が、さらに入力音声信号のピークレベルまたは実効値がそれぞれ規定のレベルまたは規定の実効値を超えるか否かを判断する判断手段を具え、該判断手段が、入力音声信号のピークレベルまたは実効値がそれぞれ規定のレベルまたは規定の実効値を超えないと判断したときは前記乗算手段で乗算する所定の値を１とし、超えると判断したときは前記所定の値を規定のレベルまたは規定の実効値をそれぞれ当該ブロックの音声信号のピークレベルまたは実効値で除算した値とすることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明音量制御装置は、前記窓関数手段が、各ブロックの前半ではレベルが徐々に増加し、各ブロックの後半ではレベルが徐々に減少し、かつ、時間的に重なり合う部分においてはそれぞれの応答特性の和が一定となる特性を有していることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明音量制御装置は、前記窓関数手段の応答特性が、前記ブロックのブロック長を−π／２≦ｘ≦＋π／２で正規化したとき、ｃｏｓ2 ｘ（−π／２≦ｘ≦＋π／２）であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明音量制御装置は、前記窓関数手段の応答特性が、前記ブロックのブロック長を−１／２≦ｘ≦＋１／２で正規化したとき、１＋２ｘ（−１／２≦ｘ≦０）および１−２ｘ（０≦ｘ≦＋１／２）であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明音量制御装置は、前記窓関数手段が、各ブロックの前半では該ブロックの開始点から該ブロックの前半の途中までレベルが徐々に増加し、各ブロックの後半では該ブロックの後半の途中から該ブロックの終了点まで徐々に減少し、かつ、前記徐々に増加および減少する部分においてはそれぞれ時間的に重なり合う部分の応答特性の和が一定となる特性を有していることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明音量制御装置は、前記分割手段、検出手段、算出手段、乗算手段および窓関数手段分割が、複数の周波数帯域に分割されたそれぞれの音声信号に対して適用されるようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明音量制御装置の原理的構成をブロック図にて示している。
図１において、それぞれ、１はブロック分割部、２はレベル制御部、３は窓関数部および４は合成部である。
【００１５】
以下に、図２および図３にそれぞれ示す、ブロック分割の一例の信号波形および窓関数の一例の特性（応答特性）を参照して動作につき説明する。
まず、図１に示すブロック分割部において、入力音声信号を時間的に互いに重なるように分割する（例えば、１ブロックの長さを４ｍｓｅｃ、互いに重なる区間を２ｍｓｅｃにそれぞれ設定する）。その結果、ブロック分割部１の出力（実際には、出力線は２本ある）からは時間が一部オーバラップした、図２に示すようなブロック単位の信号が得られる。いま、入力音声信号のピークレベルが規定値を超えないなどの理由で、レベル制御部２による音声信号のレベル制御をまったく行なわない場合を仮定すると、合成部４から入力音声信号と同じレベルの信号が出力されるよう、窓関数部３で各ブロックごとに窓関数を掛ける（窓関数の重みづけをする）。
【００１６】
そのような条件を満足する窓関数としては、図３に示すような時間応答特性の関数が考えられる。この窓関数は各ブロックの前半ではレベルが徐々に増加し、後半ではレベルが徐々に減少する関数で、ブロックの重なる区間では、重なっている部分の和は一定の値となる（図３においては、ブロックのブロック長を−π／２〜＋π／２で正規化したときｃｏｓ2 ｘ（−π／２≦ｘ≦＋π／２）で表される波形が示されている。）。
【００１７】
また、各ブロックの前半ではレベルが徐々に増加し、後半ではレベルが徐々に減少する関数（三角波の波形で表される関数）で、ブロックの重なる区間では、重なっている部分の和が一定の値となるような関数の例として、上記のほかに、ブロックのブロック長を−１／２〜＋１／２で正規化したとき、１＋２ｘ（−１／２≦ｘ≦０）および１−２ｘ（０≦ｘ≦＋１／２）などがある。
【００１８】
また、ブロック間の重なりが１／２より小さい場合には、現ブロックの重なる部分のレベルを上記の窓関数の後半を用いて減衰させ、次のブロックの重なる部分のレベルを上記の窓関数の前半を用いて増加させるようにする。この場合には重なる部分のみを上記の（−π／２≦ｘ≦＋π／２、あるいは−１／２≦ｘ≦＋１／２と読み替えて窓関数を構成すればよい。
【００１９】
上記はレベル制御を行なわない場合であるが、次に、入力音声信号が規定のレベルを超える区間で、規定のレベル以下に制御する方法について述べる。例えば、あるブロックで規定のレベル（ピーク値あるいは実効値で規定）を越えた場合には、図１に示すレベル制御部２で規定のレベルになるように、そのブロックのレベル全体を減衰させる。その後、それぞれ窓関数部３、合成部４において窓関数を掛け合成することによってそのブロックのレベルを規定のレベル以下に減衰させることができる。
【００２０】
また、音声信号のレベルを一定のレベル（例えば、規定のレベル）に固定する場合には、各ブロックごとのレベルを図１に示すレベル制御部２において逐次、一定のレベルにした後、窓関数部３で窓関数を掛け合成することによって一定のレベルにすることができる。
以上によって、音声信号の逐次制御をすることができるが、本発明装置の構成上、１ブロック分の遅延を生じることになる。
【００２１】
次に、図４に示され、本発明を実施するのに都合のよい具体的構成例（詳細は図５）について説明する。
図４の構成例においては、入力音声信号を最初にＡ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換する。次いで、ディジタル音声信号を、音声専用のＤＳＰ（Digital Signal Processer）６を用いて信号処理し、最後にＤ／Ａ変換器７でＤ／Ａ変換して出力信号を得る。
【００２２】
上記ＤＳＰは、多目的の信号処理を行う周知の高速マイクロプロセッサであるが（例えば、ＮＨＫ放送技術研究所編「マルチメディア時代のディジタル放送技術辞典」丸善株式会社、平成６年６月１０日発行の第２９６〜２９７参照）、図５にその構成をブロック図にて示す。
図５において、８はブロック分割部、９はピークレベルまたは実効値検出部、１０はレベル制御部、１１は窓関数部、１２は現ブロックの音声データを格納するメモリ、１３は１つ前のブロックの音声データを格納するメモリ、および１４は合成部である。
【００２３】
まず、ブロック分割部８において、図２に示すように、互いに時間的に重なるようにディジタル音声を逐次ブロックに分割する。次いで、ピークまたは実効値検出部９において、１つのブロックごとにピーク値または実効値を検出し、レベル制御部１０で乗算すべき係数ｋを求める。係数ｋを求めるに当たっては、そのブロックのレベルを変化させない場合には
ｋ＝１に、
また、ピーク値（あるいは実効値）を規定のレベル（あるいは実効値）にする場合には
ｋ＝（規定のレベル）／（ピーク値）（あるいは、ｋ＝（規定の実効値）／（実効値））
にする。
これら係数ｋの値は、レベル制御部１０に送られ、ブロック分割部８で分割された各ブロックごとのすべての音声信号に乗算される。
【００２４】
また、上記において、ｋを１でない方の上記値に設定した場合、本構成例は、入力音声信号（Ａ／Ｄ変換器５（図４参照）でディジタル化されている）を規定のレベルに固定する場合であるが、これを、入力音声信号が規定のレベルを超えたときにのみ、入力音声信号を規定のレベルに固定するには、入力音声信号が規定のレベルを超えているか否かを判断する判断手段を具えて、その判断結果に応じてｋ＝１または１でない上記値を選択的にピークレベルまたは実効値検出部９から取り出し、レベル制御部１０において乗算するように構成（図示しない）するものとする。
【００２５】
窓関数部１１においては、レベル制御部１０の出力信号に例えば、窓関数としてｃｏｓ2 ｘを掛ける。ここで、ｘの範囲は１ブロックが−π／２≦ｘ≦＋π／２となるようにする。これを現ブロックの前半（−π／２≦ｘ≦０）でみると、１つ前のブロックの後半（０≦ｘ≦＋π／２）の関数は、その時点ではｓｉｎ2 ｘとなっている。最後に、窓関数ｃｏｓ2 ｘを掛けた現ブロックの音声データの前半のデータと、窓関数ｓｉｎ2 ｘを掛けた１つ前のブロックの音声データの後半のデータとを、それぞれ格納しているメモリ１２，１３から取り出して合成部１４において合成する（和を計算する）。
【００２６】
以上のようにして、合成部１４で半ブロック分のデータの合成が完了した後、現ブロックの音声データを１つ前のブロックの音声データを格納するメモリ１３に移動させる。ただし、このとき、移動した音声データの後半のデータのみを使用するので、メモリは半分で良い。
【００２７】
その後、図５に示すＤＳＰは次のブロックについて上述の処理を行い、現ブロックのデータを得る。この動作を繰り返すことによって、音量の制御された連続した音声信号を得ることができる。なお、ＤＳＰは高速な演算処理を行うことができるので、上記処理を実時間で行うことは容易である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、音声信号のレベル（音量）を規定値以下に設定する場合においても、それぞれアタックタイムおよびリリースタイムと呼ばれる、音声信号のレベル変動する区間を生じない。そのため、音声信号の不規則なレベル変動感を生じないと言う優位性がある。
また、本発明によれば音声信号のレベルを一定値に固定することも可能であるが、この種の技術は従来にはなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明音量制御装置の原理的構成をブロック図にて示している。
【図２】ブロック分割の一例の信号波形を示している。
【図３】図１における窓関数部の一例の特性を示している。
【図４】本発明を実施するのに都合のよい具体的構成例をブロック図にて示している。
【図５】図４におけるＤＳＰの構成をブロック図にて示している。
【符号の説明】
１，８  ブロック分割部
２，１０  レベル制御部
３，１１  窓関数部
４，１４  合成部
５  Ａ／Ｄ変換器
６  ＤＳＰ（Digital Signal Processer）
７  Ｄ／Ａ変換器
９  ピークレベルまたは実効値検出部
１２  現ブロックの音声データを格納するメモリ
１３  １つ前のブロックの音声データを格納するメモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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