JP5055759B2 - 帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置に関し、例えば、狭帯域電話機や交換機からの音声信号を広帯域化する装置に適用し得る。

現在、様々なネットワークを用いて音声通信が盛んに行なわれている。しかしながら、従来の一般公衆網を利用していた時代の慣習から電話音声通信は、一般に電話帯域と呼ばれる３００Ｈｚから３．４ｋＨｚの周波数に制限されて行なわれている。しかし、人間の発声する音声は、３００Ｈｚ以下、３．４ｋＨｚ以上の成分も含まれ、また当該成分は発話の個人性にも係わる重要な成分であり、当該成分の欠如は個人性の欠如だけでなく音声の品質を低下させる一因となるため、当該成分を含んだ音声での通話が望まれている。

しかしながら、一般的な公衆網の交換機では、電話帯域を越える音声を伝送させることができない問題があった。また、一般公衆網以外でも送信側端末が当該慣例に基づいて設計されているため、電話帯域を越える音声の伝送ができない問題もあった。こうした問題点に関し、例えば特許文献１に開示される技術が提案されている。

特許文献１に開示される技術について図２を参照して説明する。図２において、まず、３００Ｈｚから３．４ｋＨｚに周波数を限定した狭帯域信号ＤＣが、帯域拡張器１０に入力する。

帯域拡張器１０において、狭帯域信号ＤＣは、標本化周波数変換器１１に入力し、標本化周波数が変換された変換原信号Ｓに変換される。そして、この変換原信号Ｓは、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、低域信号生成器１２のそれぞれに与えられる。

低域信号生成器１２では、変換原信号Ｓを用いて、低域側（３００Ｈｚ以下）へ拡張した拡張信号（以下、合成低域信号という）ＬＳが生成され、高域信号生成器１３では、変換原信号Ｓを用いて、高域側（３．４〜７ｋＨｚ）へ拡張した拡張信号（以下、合成高域信号という）ＨＳが生成され、無声部信号生成器１４では、変換原信号Ｓを用いて、無声部分（特許文献１では高域の無声部分）を拡張した拡張信号（以下、合成無声信号という）ＵＳが生成される。そして、加算器１５が、変換原信号Ｓに、合成低域信号ＬＳ、合成高域信号ＨＳ及び合成無声信号ＵＳを加算し、帯域拡張信号Ｖを生成している。

この帯域拡張信号Ｖは、帯域制限された狭帯域信号ＤＣから、低域成分の信号や高域成分の信号を伝送された信号と共に同時に提供することにより、これら成分が含まれる広帯域信号と同様の臨場感がある音声として聴取することを可能にしている。

また、合成低域信号ＬＳは、自己相関関数から、当該拡張すべき低域の基本周波数を周期とする基本周期波形を生成することにより実現している。また、合成高域信号ＨＳは、基本周波数と振幅を推定した結果から任意の音源波形を生成し、高域成分のみを抽出することで実現している。なお、特許文献１では、基本周期波形と振幅を低域信号生成器１２から得ているが、高域信号生成器１３で別途推定しても同義であるといえる。さらに、合成無声部信号ＵＳは、半波整流処理による折返し歪みの高域成分を抽出し、調波構造を有さない成分を高域用に取り出す。

特開平９−２５８７８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術は、人工的な波形を印加するため、帯域拡張前の信号との調波構造や波形の位相の不一致のために臨場感が不足する問題があり、広帯域信号と同様の音声を生成する能力としては不十分であった。

そのため、帯域拡張による広帯域信号が当初の信号と同様な信号を実現する帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置が求められている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明の帯域変換信号生成器は、周波数帯域が制限された信号を、その制限された周波数帯域を含む信号に変換する帯域変換信号生成器において、（１）周波数帯域が制限された信号の標本化周波数を当該標本化周波数以上の標本化周波数へ変換する標本化周波数変換手段と、（２）標本化周波数変換手段により変換された周波数帯域が制限された信号から、当該信号の周波数帯域以下の信号成分を強調する成分強調手段とを備え、成分強調手段が、１又は複数の特定の周波数成分の成分強度を推定する成分強度推定部と、成分強度推定部からの強度推定情報に基づいて各特定の周波数成分の強調が可能であると判定したとき、強度推定情報に対応する利得情報に応じて各特定の周波数成分に利得を与える帯域利得部と、取り込む信号の基本周波数成分を推定する周波数推定部とを有し、成分強度推定部が、周波数推定部により推定された周波数成分の成分強度を推定し、帯域利得部が、周波数推定部により推定された周波数にも所定の利得を与えることを特徴とする。

第２の本発明の帯域拡張装置は、（１）周波数帯域が制限された信号の標本化周波数を当該標本化周波数以上の標本化周波数へ変換する標本化周波数変換器と、（２）周波数帯域が制限された信号から当該信号の周波数帯域以下の信号成分を含む低域信号を生成する低域信号生成器と、（３）周波数帯域が制限された信号から当該信号の周波数帯域以上の信号成分を含む高域信号を少なくとも１つ以上生成する高域信号生成器と、（４）低域信号と、少なくとも１以上の高域信号と、標本化周波数変換器により生成される信号とを加算する加算器とを有する帯域拡張装置において、低域信号生成器が、第１の本発明の帯域変換信号生成器であることを特徴とする。
第３の本発明の帯域拡張装置は、（１）周波数帯域が制限された信号の標本化周波数を当該標本化周波数以上の標本化周波数へ変換する標本化周波数変換器と、（２）周波数帯域が制限された信号から当該信号の周波数帯域以上の信号成分を含む高域信号を少なくとも１つ以上生成する高域信号生成器と、（３）少なくとも１以上の高域信号と、標本化周波数変換器により生成される信号とを加算する加算器と、（４）加算器から出力された信号を、周波数帯域が制限された信号の当該周波数帯域以下の信号成分を含む信号に変換する信号生成器とを有する帯域拡張装置において、信号生成器が、第１の本発明の帯域変換信号生成器であることを特徴とする。

本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置によれば、周波数帯域が制限されている信号成分を強調することで、当初の信号と同様な信号を実現することができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第１の実施形態を図面を参照しながら説明する。

以下、本実施形態において、特定の時間（本実施形態では１０ｍｓ）をひとまとまりにした音声フレーム（フレーム）単位に処理を行なうことを想定しているが、フレームの時間長は限定しない。また、固定的なフレームでの処理には限定せず、可変長のフレームでもサンプル毎に処理をしてもかまわない。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態の帯域拡張装置１０００の構成を示す機能ブロック図であり、上述した図２に示す同一・対応の構成要素については、同一符号を付して示している。

図１において、本実施形態の帯域拡張器１０００は、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、加算器１５、低域特性印加器１６、低域通過フィルタ１７、を有して構成される。

ここで、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４及び加算器１５はそれぞれ、特許文献１に記載のものを適用することができる。ただし、帯域拡張信号Ｖを生成するための合成高域信号ＨＳ、合成無声信号ＵＳの生成する方法は、特許文献１に記載のものに限定されず、他の既存の方法を適用したものでも良い。

第１の実施形態の帯域拡張装置１０００は、合成低域信号ＬＳを生成する生成方法に特徴があり、低域特性印加器１６及び低域通過フィルタ１７を設ける点で、図２の従来の構成と異なっている。

また、第１の実施形態の帯域拡張装置１０００は、高域信号生成器１３と無声部信号生成器１４とを設ける構成を示すが、高域信号生成器１３又は無声部信号生成器１４のいずれかのみを設ける構成、又は高域信号生成器１３及び無声部信号生成器１４の両方を設けない構成としてもよい。なお、本実施形態において、高域信号生成器１３及び無声部信号生成器１４は、それぞれ独立に合成高域信号及び合成無声信号を生成するものとして説明する。

図１において、低域特性印加器１６は、標本化周波数変換器１１によって標本化周波数が変換された変換原信号Ｓを受取り、低域特性印加信号ＬＢＳを低域通過フィルタ１７に出力するものである。低域特性印加器１６は、図１には図示しない特性強調印加器を内部に有し、この特性強調印加器の入出力及び処理は、低域特性印加器１６の入出力及び処理と同一であるとしている。

低域通過フィルタ１７は、低域特性印加器１６から低域特性印加信号ＬＢＳを受取り、合成低域信号ＬＳを加算器１５へ出力するものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の帯域拡張装置１０００の動作を説明する。第１の実施形態では、１音声フレームが帯域拡張装置１０００に入力される毎に、以下の動作が実行される。

狭帯域信号（デジタル信号）ＤＣが帯域拡張装置１０００に入力されると、この狭帯域信号ＤＣは、標本化周波数変換器１１により標本化周波数が高められた変換原信号Ｓに変換され（例えば、８ｋＨｚから１６ｋＨｚ）、この変換原信号Ｓが、加算器１５、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、低域特性印加器１６に与えられる。

ここで、本実施形態では、標本化周波数の変換は、８ｋＨｚから１６ｋＨｚに変換した場合を示すが、実際に使用する音声の標本化周波数にあわせればよく、当該標本化周波数の値は特に限定されない。

低域特性印加器１６においては、上述したように、変換原信号Ｓを、１音声フレーム毎に入力し、この入力した変換原信号Ｓについて任意の周波数を増幅させる増幅回路を通過させ、その増幅結果が低域特性印加信号ＬＢＳとして低域通過フィルタ１７に出力される。

狭帯域信号ＤＣは、制限された周波数帯域の外側の周波数帯域の成分が完全に遮断されておらず、実際には弱い成分が残存している場合が多い。そのため、標本化周波数が変換された変換原信号Ｓも、この周波数帯域の成分を有している。そこで、本実施形態では、低域特性印加器１６において、この周波数成分を強調することにより、低域の周波数成分を補強して出力するようにする。これにより、より臨場感のある音声信号を生成することができる。

ここで、低域特性印加器１６における増幅回路は、あらかじめ定めた周波数（本実施形態では１８０Ｈｚとする）の周波数成分を、特定の増幅量だけ増幅させるような増幅回路を適用することができ、例えば１８０Ｈｚから２２０Ｈｚの周波数範囲を６ｄＢ増幅させる増幅回路を適用できる。

なお、特定の周波数の周波数成分を、特定の増幅量だけ増幅することができる機能体であれば、増幅回路に限定されず、他の方法を広く適用することができる、また、増幅させる周波数や増幅量は任意に設定でき限定されない。さらに、増幅させる周波数は１個でなく、複数個の周波数を増幅させるようにしてもよい。なお、以降で説明する実施形態では、特に明言しない限り１個の周波数を増幅させるものとして説明する。

低域通過フィルタ１７においては、低域特性印加信号ＬＢＳが入力すると、電話帯域より周波数の小さい低域の周波数成分が抽出され、その抽出された低域成分が合成低域信号ＬＳとして加算器１５に出力される。

なお、本実施形態では、低域特性印加器１６と低域通過フィルタ１７とを別構成として設けた場合を示すが、低域の周波数成分を増幅する機能と、低域の周波数成分を抽出する機能を同時に実現するフィルタを構成できれば、両者を１個の機能体として構成するものでもよい。

高域信号生成器１３においては、標本化周波数変換器１１から変換原信号Ｓが入力し、帯域制限された周波数より大きい周波数成分の信号が生成され、合成高域信号ＨＳが加算器１５に出力される。なお、高域信号生成器１３における合成高域信号ＨＳの生成手法は、既存技術を用いることができので、詳細な機能説明は省略する。

無声部信号生成器１４においては、標本化周波数変換器１１から変換原信号Ｓが入力し、合成無声部信号ＵＳが加算器１５に出力される。なお、無声信号生成器１４における合成無声部信号ＵＳの生成手法は、既存技術を用いることができので、詳細な機能説明は省略する。

加算器１５においては、合成低域信号ＬＳ、合成高域信号ＨＳ、合成無声部信号ＵＳ、変換原信号Ｓが入力し、これらが加算され、この結果が帯域拡張信号Ｖとして出力される。

なお、加算器１５において、４種類の信号を加算する際、重み付け係数を用いて加算するようにしてもよい。また、各種信号を生成する際、遅延が生じる場合は、加算器１５はその遅延を考慮したタイミングで各種信号の加算を行なう。ここでの重み付け係数は、出力される音声の品質がよくなるように、設計者が任意に設定してよい。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、低域の帯域において、合成された信号を印加せずに低域の帯域成分を補強するため、従来の基本周期波形を印加する手法に比べ、基本周期の不整合による異音感を低減することが可能となる。

また、本実施形態によれば、特定の周波数成分を付加する場合に聴取されていた低帯域の不足感を解消することができる。もちろん、低域全体の広がり感を聴取させることも可能である。その結果として、出力音声信号の音質を向上させることができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第２の実施形態を図１及び図３を参照しながら説明する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態は、低域特性印加器の構成が第１の実施形態の構成と異なり、それ以外の構成要素は第１の実施形態と同一、対応する。従って、以下では、図１において、第２の実施形態の帯域拡張装置を２０００、低域特性印加器を２２と示し、低域特性印加器２２の機能構成について詳細に説明し、これ以外の構成については図１に示す符号番号を示し詳細な説明を省略する。

図３は、第２の実施形態の低域特性印加器２２の内部構成を示す機能ブロック図である。第２の実施形態の帯域拡張装置２０００も、第１の実施形態と同様に、１音声フレームが入力される毎に各機能が実行される。

図３において、第２の実施形態の低域特性印加器２２は、成分抽出器２５と、信号成分判断器２４と、切換器２６と、特性非印加器２７と、特性印加強調器２３とを有して構成される。

成分抽出器２５は、変換原信号Ｓを受取り、成分抽出信号ＬＰＳを信号成分判断器２４に出力するものである。

信号成分判断器２４は、成分抽出器２５から成分抽出信号ＬＰＳを受取り、低域判断情報ＬＰＪを切換器２６に出力するものである。

切換器２６は、変換原信号Ｓと低域判断情報ＬＰＪとを受取り、受取った低域判断情報ＬＰＪに基づいて、低域特性印加器２３若しくは特性非印加器２７に切り換えて、変換原信号Ｓを出力するものである。

低域特性印加器２３は、切換器２６を通じて変換原信号Ｓを受取り、後述する低域特性を印加した信号を低域特性印加信号ＬＢＳとして低域通過フィルタ１７に出力するものである。

特性非印加器２７は、切換器２６を通じて変換原信号Ｓを受取り、後述する低域特性を印加しない信号を低域特性印加信号ＬＢＳとして低域通過フィルタ１７に出力するものである。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態の帯域拡張器２０００の低域特性印加器２２における動作について説明する。

成分抽出器２５においては、変換原信号Ｓが入力されると、信号成分判断器２４で使用する周波数成分が抽出され、その抽出結果が成分抽出信号ＬＰＳとして信号成分判断器２４に出力される。

ここで、本実施形態における、この周波数成分の抽出方法として、例えば、所定の周波数帯域（例えば３００Ｈｚ）を通過させる通過フィルタを用いて抽出する方法が考えられる。この抽出する周波数やフィルタは、信号成分判断器２４における成分判断に応じて変えることができ、例えば、５０Ｈｚから３００Ｈｚを通過域とする帯域通過フィルタ等を用いることができる。また、通過域の周波数範囲もこの値に限定はしない。

なお、成分抽出信号ＬＰＳは、本実施形態では、前述の帯域通過フィルタによる生成された信号として説明するが、この生成された信号から求められる信号レベルとしてもよく、後述の信号成分器２４で判断が可能な情報であれば、当該情報に限定しない。

信号成分判断器２４においては、成分抽出器２５により抽出された成分抽出信号ＬＰＳが入力されると、低域特性印加器２３で低域特性を印加するのに十分な成分があるかどうかを判断し、当該判断結果を低域判断情報ＬＰＪとして切換器２６に出力する。

ここで、信号成分判断器２４における判断方法としては、例えば、入力された成分抽出信号の信号レベルに基づいて判断する方法があり、例えば、成分抽出信号ＬＰＳの信号レベルが、−４０ｄＢｍ０よりも大きいレベルである場合を十分な特性があると判断し、−４０ｄＢｍ０以下のレベルである場合を十分な特性がないと判断するようにする。

ただし、この音声レベルの閾値は、この値に限定せず、静的に決めても動的に決めてもよい。また、判断手法についても成分抽出信号ＬＰＳ全体の信号レベルの大小による手法に限定せず、成分抽出信号ＬＰＳの一部の周波数強度による判断手法でもよく、例えば、成分抽出信号ＬＰＳの２００Ｈｚにおける周波数成分の強度をあらかじめ定めた閾値と比較する手法等があり、当該周波数はこの値には限定しない。

切換器２６は、信号成分判断器２４から低域判断情報ＬＰＪを受取り、この低域判断情報ＬＰＪに基づいて、入力される変換原信号Ｓを、低域特性印加器２３か特性非印加器２７かのいずれかに出力するかを決定し、出力先を切り換えるものである。

本実施形態では、低域判断情報ＬＰＪにより十分な特性があると判断された場合には低域特性印加器２３へ切り換え、そうでない場合は特性非印加器２７へ切り換えるものとする。

切換器２６は、本切換器２６の機能を損なわなければ、別の機能体が当該切換器２６の機能を代行してもよい。

特性強調印加器２３においては、変換原信号Ｓが入力すると、その変換原信号Ｓの任意の周波数を増幅させ、その増幅させた結果が低域特性印加信号ＬＢＳとして出力される。この任意の周波数を増幅させる方法は、例えば、所定の周波数を増幅させる増幅フィルタを適用することができ、第１の実施形態の低域特性印加器１６と同様であってもよい。

特性非印加器２７は、変換原信号Ｓが入力すると、入力されたデータを零に置き換えて低域特性印加信号ＬＢＳとして出力する。この特性非印加器２７における処理は、帯域の強調を実施しても帯域拡張の効果が見込めない場合、若しくは逆に異音や雑音が目立ってしまう状態を回避するために実施する処理である。ただし、当該特性非印加器２７の出力は、後段に配置される加算器１５の動作に合わせて出力信号を変化させてもよい。例えば、あらかじめ記憶しておいた背景ノイズなどを当該特性非印加器２７の出力としてもよい。また、加算器１５で各合成信号を加算する際に乗算する重み係数が当該低域特性印加器２２の動作を判断して変動可能である場合は、当該特性非印加器２７を廃して、そのまま変換原信号Ｓを出力したり若しくは出力しないようにしたりすることができる。さらに、本特性非印加器２７と切換器２６の機能が、加算器１５内部で行なわれるようにしてもかまわない。

第１の実施形態では、帯域制限信号Ｓが、制限帯域の外側周波数の成分が完全に遮断されず弱い成分が残存している場合が多いため、その残存した成分を強調するようにしたが、例えば非有音部分に当たる部分では、成分を強調する必要のない成分が含まれている可能性が高い。そのため、本実施形態では、第１の実施形態の効果がを得られないと判断される場合は、無音を生成し、低域の周波数成分に異音を発生させないようにした。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２に実施形態によれば、低域通過フィルタと信号成分判断器と切換器により、成分強調が有効な時刻でのみ成分強調することによって、成分を強調する必要のない成分が強調されることによる異音感を抑制することができる。出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、第１の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第３の実施形態を図面を参照して説明する。

（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図４は、第３の実施形態の帯域拡張装置の構成を示す機能ブロック図である。第１及び第２の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一、対応の符号番号を付す。

なお、本実施形態の帯域拡張装置も、第１及び第２の実施形態と同様に、１音声フレームが入力される毎に処理が実行される。

図４に示すように、第３の実施形態の帯域拡張装置３０００は、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、加算器３１、特性強調印加器３２、を少なくとも有する。

本実施形態の帯域拡張装置３０００は、第１及び第２の実施形態の構成と異なり、低域特性印加器２２及び低域通過フィルタ１７の代わりに、特性強調印加器３２を配置した点と加算器３１の構成とが異なる。

加算器３１は、変換原信号Ｓと、合成高域信号ＨＳと、合成無声部信号ＵＳとを受取り、加算合成信号ＭＳを特性強調印加器３２に出力するものである。

特性強調印加器３２は、加算器３１から加算合成信号ＭＳを受取り、帯域拡張信号Ｖを出力するものである。

本実施形態では、特性強調印加器３２は、加算器３１の直後に配置してあるが、低域部分の特性を印加することができれば、加算器３１の直後に配置することに限定せず、別の位置に配置することも可能である。例えば、標本化周波数変換器１１の直後又は直前に、特性強調印加器３２を配置してもよい。

さらに、本実施形態では、特性強調印加器３２のみを配置した例を示すが、第２の実施形態で説明した、成分抽出器２５、信号成分判断器２４、切換器２６、特性非印加器２７、及び本実施形態で説明する特性強調印加器３２を、図４の特性強調印加器３２の位置に配置した構成にしてもよい。また、以降の実施形態においても同様に特性強調印加器のみを配置した例で説明する。

（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、本実施形態の帯域拡張装置３０００の動作を説明する。

加算器３１においては、変換原信号Ｓと合成高域信号ＨＳと合成無声部信号ＵＳとが入力すると、これら３種類の信号が加算され、この加算結果が加算合成信号ＭＳとして出力される。

ここで、３種類の信号を加算する際に、重み付け係数を用いて加算するようにしてもよい。ここでの重み付け係数は、出力される音声の品質が最良となるように、設計者が任意に設定してよい。

特性強調印加器３２においては、加算器３１から加算合成信号ＭＳが入力すると、変換原信号Ｓに対して任意の周波数増幅させる増幅回路を通過させ、増幅結果が帯域拡張信号Ｖとして出力される。当該増幅回路は、例えば、第１の実施形態で説明した増幅回路であってよいが、この回路に限定せず、あらかじめ定めた周波数の周波数成分を増幅させるようにできれば別の手法を用いてもよい。本実施形態では、増幅させる周波数を１８０Ｈｚとしているが、この値には限定しない。

本実施形態では、生成される波形全体に対して低域部分の特性を印加できるため、低域通過フィルタの配置を省くことが可能である。また、従来では、加算器で各帯域を合成する際に周波数領域において、合成低域信号ＬＳと変換原信号Ｓ、及び、変換原信号Ｓと合成高域信号ＨＳの２つの部分が隣接していたが、本実施形態では、このうち合成低域信号ＬＳと変換原信号Ｓとの隣接が解消されるため、合成時の位相ずれや構造の不一致などに起因する２信号間に発生する異音を低減させることが可能である。

また、前述のように本実施形態で示される特性強調印加器３２は、低域部分の特性を印加するものであり、最終的に帯域拡張信号Ｖが低域部分を強調した信号となればよい。従って、特性強調印加器３２の配置は、図４のような加算器３１の後段に配置することに限定せず、別の位置に配置しても、本実施例で説明した効能と同等の効果を得ることができる。

（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上のように、第３の実施形態によれば、低域特性印加器を合成低域信号生成に使用せず、波形全体に適用することにより、周波数領域における信号の重複部分を減らすことが可能となり、結果として信号合成時に発生しやすい位相ずれなどの異音を低減することが可能となる。出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、第１及び第２の実施形態で得られる効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第４の実施形態を、図４及び図５を参照して説明する。

（Ｄ）第４の実施形態の構成
第４の実施形態の帯域拡張装置４０００は、第３の実施形態の構成と対応し、特性強調印加器４２の機能構成が第３の実施形態と異なる。従って、特性強調印加器４２の機能について詳細に説明する。

図５は、第４の実施形態の特性強調印加器４２の機能を示す機能ブロック図である。

なお、本実施形態の帯域拡張装置４０００も、第１〜第３の実施形態と同様に１音声フレームが入力される毎に実行する。

なお、本実施形態は、第３の実施形態で前述したように、加算器３１の後に特性強調印加器４２を配置しているが、任意の位置に特性強調印加器４２を配置することが可能である。従って、特性強調印加器４２は、標本化周波数変換器１１の直前や又は高域信号生成器１３と並列に配置することも可能である。

図５に示すように、第４の実施形態の特性強調印加器４２は、成分強度推定器４４、帯域増幅器４３、増幅形状記憶器４５、出力記憶器４６、を有して構成される。

成分強度推定器４４は、加算器３１から加算合成信号ＭＳを受取ると共に、出力記憶器４６から出力成分情報ＭＪを受取り、成分強度情報ＮＪを出力記憶器４６に出力し、強度推定情報ＬＤを帯域増幅器４３に出力するものである。

帯域増幅器４３は、加算器３１から加算合成信号ＭＳを受取ると共に、成分強度推定器４４から強度推定情報ＬＤを受取るものである。また、帯域増幅器４３は、増幅形状記憶器４５に信号成分情報ＡＪを出力すると共に、増幅形状記憶器４５から増幅形状情報ＤＡを受取るものである。さらに、帯域増幅器４３は、処理の結果を帯域拡張信号Ｖとして出力するものである。

出力記憶器４６は、成分強度推定器４４から成分強度情報ＮＪを受取り、出力成分情報ＭＪを成分強度推定器４４へ出力するものである。

増幅形状記憶器４５は、帯域増幅器４３から増幅形状要求情報ＡＪを受取り、増幅形状情報ＤＡを帯域増幅器４３に出力するものである。ここで、増幅形状情報ＤＡとは、帯域増幅器４３で増幅するのに用いられる増幅形状であり、周波数増幅形状記憶器４５内部に記憶されているものである。この増幅形状情報ＤＡは、例えば、増幅フィルタのフィルタ係数である。この係数は、あらかじめ設定した周波数で、任意の種類のフィルタ係数群であり、各フィルタ係数の増幅量は、異なる量の増幅量を設定しておく。

（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
次に、第４の実施形態の帯域拡張装置４０００の特性強調印加器４２における動作を説明する。

出力記憶器４６においては、後述するように、成分強度推定器４４から成分強度情報ＮＪを受取り、この成分強度情報ＮＪを出力記憶器４６内部に記憶しておく。また、出力記憶器４６においては、記憶された成分強度情報ＮＪのうち、後述するように、成分強度推定器４４での処理に使用する情報を出力成分情報ＭＪとして成分強度推定器４４へ出力する。ここで、出力記憶器４６が記憶できる量は、設計者が任意に設定してかまわないが、本実施形態では、３０ｍｓ（３音声フレーム）とする。

成分強度推定器４４においては、加算合成信号ＭＳと出力成分情報ＭＪとが入力されると、加算合成音声ＭＳの原信号範囲の信号成分強度と、低域部分における信号成分強度とが推定される。

ここで、本実施形態及び以降の実施形態において、３００Ｈｚ未満の帯域制限された周波数範囲を低域信号範囲と呼び、３００Ｈｚ以上の狭帯域信号にも含まれる周波数範囲を原信号範囲と呼ぶ。

本実施形態では、低域信号範囲における信号成分強度は、１８０Ｈｚから２２０Ｈｚを通過域とする帯域通過フィルタを通過させた信号の二乗平均パワーとして示し、原信号範囲の信号成分強度は、３００Ｈｚから３４０Ｈｚを通過域とする帯域通過フィルタを通過させた信号の二乗平均パワーとして示す。

ただし、上述の周波数の値には限定しない。例えば、低域信号範囲の信号成分強度を低域全体の二乗平均パワーとしてもよい。また、信号の強さを求める手法であれば別の尺度を用いてもよい。

成分強度推定器４４において、信号成分強度は、出力記憶器４６から出力成分情報ＭＪとして得た過去の信号成分強度と比較され、強調が可能かどうかの判断と必要な増幅量の算出とが行なわれ、判断結果及び増幅量が強度推定情報ＬＤとして帯域増幅器４３に出力される。また、成分強度推定器４４においては、加算合成信号ＭＳでの信号成分の強度が原成分情報ＮＪとして出力記憶器４６に出力される。

ここで、成分強度推定器４４による強調が可能かどうかの判断は、例えば、原フレームにおける原信号範囲の成分強度と低域信号範囲での成分強度との差が２５ｄＢよりも大きく、強調する周波数での周波数成分の成分強度が過去２音声フレーム間で１５ｄＢより小さい減衰量になっている場合を強調可能状態とし、そうでない場合を強調不可能状態として判断する。

ただし、原フレームにおける原信号範囲の成分強度と低域信号範囲での成分強度との差は２５ｄＢに限らず、別の値を適用してもよい。また、低域信号範囲での周波数成分の成分強度の減衰量、減衰量を比較する期間(ここでは、過去2フレーム間)についてもこの値に限定しない。また、強調可能状態、強調不可能状態を判定する手法に関しても別の手法を用いてよいが、低域信号範囲の成分に十分な周波数成分があるかないかを判定できることが必要である。

成分強度推定器４４において、強調可能状態であると判断された場合、前述した原フレームにおける原信号範囲の成分強度と強調する周波数での成分強度との差が強度推定情報ＬＤとして出力される。

一方、強調不可能状態であると判断された場合、強調をしないことを意味するデータ（例えば、成分強度が零であるデータ）が強度推定情報ＬＤとして出力される。本実施形態では、強調不可能状態である場合、低域成分を強調しないようにするが、当該処理を既定増幅量（例えば、６ｄＢ）だけ増幅させるようにしてもよい。以降の実施形態においても同様の処理を行なうことができる。

帯域増幅器４３においては、強度推定情報ＬＤと加算合成信号ＭＳとが入力されると、強度推定情報ＬＤから増幅に必要な利得を抽出し、増幅形状要求情報ＡＪが増幅形状記憶器４５へ出力される。

また、帯域増幅器４３においては、増幅形状記憶器４５から増幅に必要な増幅形状情報ＤＡが取得されると、その増幅形状情報ＤＡに基づいて、加算合成信号ＭＳを増幅させ、帯域拡張信号Ｖが出力される。

ここで、増幅形状要求情報ＡＪとは、信号を強調するのに必要な増幅量をあらわし、強度推定情報ＬＤに含まれる原信号範囲の成分強度と低域信号成分の強度との差に比例する情報である。また、増幅形状情報ＤＡは、例えば、特定周波数を増幅する増幅回路を構築するために必要な情報である。例えば、増幅フィルタのフィルタ係数などである。

増幅形状記憶器４５においては、帯域増幅器４３から増幅形状要求情報ＡＪが入力されると、増幅形状要求情報ＡＪを基に必要な量を増幅できる増幅形状が選択され、増幅形状情報ＤＡが帯域増幅器４３に出力される。

ここで、増幅形状記憶器４５内部に記憶されている増幅形状とは、例えば、増幅量が３ｄＢ、６ｄＢ、１０ｄＢである増幅フィルタのフィルタ係数であり、その場合の増幅形状情報ＤＡは、前述の増幅フィルタのフィルタ係数より選択されたフィルタ係数となる。ただし、当該記憶されている増幅形状は、帯域増幅器４３で加算合成信号ＭＳを増幅するために必要な情報であればよいので、当該フィルタ係数に限定しない。また、記憶されている増幅量の種類は、３種類に限定せず、また、増幅量の各値も、この値に限定はしない。

（Ｄ−２）第４の実施形態の効果
以上のように、第４の実施形態によれば、成分強度推定器と増幅量記憶器により、入力される信号の強度に合わせて増幅させる大きさを変えることが可能となり、低域の音量感を補間することが可能となった。また、同様に出力結果としては、低域成分を付加する機能を損なわないので、第１〜第３の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第５の実施形態を、図６及び図７を参照して説明する。

（Ｅ−１）第５の実施形態の構成
図６は、第５の実施形態の帯域拡張装置５０００の構成を示す機能ブロック図である。また、本実施形態の帯域拡張装置５０００も、第１〜第４の実施形態と同様に、１音声フレームが入力される毎に実行されるものである。

図６に示すように、第５の実施形態の帯域拡張装置５０００は、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、加算器３１、特性強調印加器５２、を少なくとも有する。

なお、図１〜図５で説明した構成要素と同一、対応する構成については対応する符号番号を付している。

第５の実施形態は、成分探索信号ＤＳが追加されている点と、特性強調印加器５２の構成、及び特性強調印加器５２の内部構成が第１〜第４の実施形態と異なる。従って、この点の機能構成を詳細に説明する。

帯域拡張器５０００は、帯域制限信号ＤＣのほかに、成分探索信号ＤＳを受取るものである。

この成分探索信号ＤＳとは、帯域拡張器５０００に入力される狭帯域信号ＤＣに含まれる周波数成分の探索や当該信号が有音か無音かの判断をするために使用される信号である。

本実施形態において、この成分探索信号ＤＳは、後述する特性強調印加器５２内部の周波数推定器５６により、特性強調印加器５２に入力される加算合成信号ＭＳの基本周波数を推定するために使用される。

本実施形態では、成分探索信号ＤＳは変換原信号Ｓと同じ信号としているが、当該成分探索信号ＤＳは、低域特性印加器５２に入力される加算合成信号ＭＳに対応している信号であればよく、例えば、帯域制限信号ＤＣなどを使用してもよい。また、この際に標本化周波数変換器１１や加算器３１などで処理遅延が生じる場合には、成分探索信号ＤＳに当該遅延を考慮することが必要である。

図７は、第５の実施形態の特性強調印加器５２の機能を説明する機能ブロック図である。

図７に示すように、本実施形態の特性強調印加器５２は、出力記憶器４６、帯域増幅器５３、成分強度推定器５４、増幅形状記憶器５５、周波数推定器５６、を少なくとも有して構成される。なお、本実施形態において、出力記憶器４６を配置した構成で説明しているが、他の機能体で当該機能を代用できれば、出力記憶器４６を廃した構成でもかまわない。

周波数推定器５６は、成分探索信号ＤＳを受取り、信号周期情報ＥＦを出力するものである。

成分強度推定器５４は、加算器３１から加算合成信号ＭＳを受取り、出力記憶器４６から出力成分情報ＭＪを受取り、周波数推定器５６から信号周期情報ＥＦを受取り、強度推定情報ＬＤを帯域増幅器５３に出力し、又成分強度情報ＮＪを出力記憶器４６に出力するものである。

帯域増幅器５３は、成分強度推定器５４から強度推定情報ＬＤを受取り、周波数推定器５６から信号周期情報ＥＦを受取り、加算器３１から変換原信号Ｓを受取り、増幅形状記憶器５５から増幅形状情報ＤＡを受取り、増幅形状要求情報ＡＪ及び帯域拡張信号Ｖを出力するものである。

増幅形状記憶器５５は、帯域増幅器５３から増幅形状要求情報ＡＪを受取り、増幅形状情報ＤＡを帯域増幅器５３に出力するものである。

本実施形態において、増幅形状情報ＤＡは、例えば、増幅フィルタの係数である。増幅形状記憶器５５には、１つの周波数に対して、任意数の増幅量を示す増幅フィルタ係数群があり、このフィルタ係数群が任意の周波数の種類だけ記憶されている。

（Ｅ−２）第５の実施形態の動作
次に、第５の実施形態の帯域拡張装置５０００の特性強調印加器５２における動作を説明する。

特性強調印加器５２においては、加算器３１から加算合成信号ＭＳと、成分探索信号ＤＳとが入力すると、後述する処理が行なわれたうえで、帯域拡張信号Ｖが生成され、帯域拡張信号Ｖが出力される。この成分探索信号ＤＳは、前述したように、帯域制限信号ＤＣに対応した信号であり、例えば変換原信号Ｓである。

次に、特性強調印加器５２の内部における動作について説明する。

周波数推定器５６においては、成分探索信号ＤＳが入力すると、この成分探索信号ＤＳから加算合成信号ＭＳの基本周波数を推定し、この基本周波数が信号周期情報ＥＦとして成分強度推定器５４及び帯域増幅器５３に出力される。

周波数推定器５６は、後述の増幅形状記憶器５５に含まれる周波数の種類を選択できるのに十分な分解能で周波数を出力できればよい。本実施形態では、例えば、３００Ｈｚから９００Ｈｚの区間に任意数のフィルタバンクを用意し、フィルタバンクに成分探索信号ＤＳを入力し、フィルタバンクの出力結果のうち極大となる２フィルタを選択し、当該フィルタバンクの周波数差を本フレームでの周波数とみなしている。ただし、前述のフィルタバンク区間は、この値に限定するものではない。また、後述する増幅形状記憶器５５に含まれる周波数の種類を選択できるのに十分な分解能の周波数を出力できればこの手法に限定はしない。

成分強度推定器５４は、第４の実施形態で説明した成分強度推定器４４とほぼ同じ動作をするが、異なるのは、低域信号範囲における成分推定を信号周期情報ＥＦに含まれる基本周波数の値の近傍での成分とする点である。

帯域増幅器５３は、第４の実施形態で説明した帯域増幅器４３とほぼ同様の動作をするが、異なる点は、信号周期情報ＥＦを入力する点と増幅形状要求情報ＡＪの内容が異なる。第４の実施形態における増幅形状要求情報ＡＪでは、増幅に必要な利得のみを表していたが、第５の実施形態における増幅形状要求情報ＡＪは、増幅に必要な利得に加えて、増幅する周波数も含まれている。当該増幅する周波数は、信号周期情報ＥＦから増幅する基本周波数を抽出する。

増幅形状記億部５５においては、入力される増幅形状要求情報ＡＪから、増幅する周波数と増幅量(利得)を抽出し、あらかじめ記憶してある増幅形状のうち最も適合するものを選択し、増幅形状情報ＤＡとして帯域増幅器５３に出力される。

第４の実施形態における増幅形状記憶器４５は、増幅量のみを選択するようにしていたが、第５の実施形態の増幅形状記億部５５は、増幅量に加えて、増幅周波数も選択するようにした。

増幅形状記億部５５に記憶されている増幅形状は、例えば、増幅周波数が８０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、２４０Ｈｚであり、それぞれに増幅量が３ｄＢＢ、６ｄＢ、１０ｄＢである増幅フィルタのフィルタ係数が記憶されている。ただし、増幅周波数の値、増幅量の値は、この値に限定せず、また、幅周波数の種類、増幅量の種類も３種類に限定しない。

（Ｅ−３）第５の実施形態の効果
以上のように、第５の実施形態によれば、増幅するときの増幅量に加えて、周波数についても選択できるようにすることで、入力される信号に適した増幅を実施することが可能となり、低域部分における広がり感を聴取させることが可能となる。また、同様に出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、第１〜第４の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｆ）第６の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第６の実施形態を、図面を参照して説明する。

（Ｆ−１）第６の実施形態の構成
第６の実施形態の帯域拡張装置６０００の構成は、図６に示す第５の実施形態の構成に対応するので、第６の実施形態でも図６を用いて説明する。なお、第６の実施形態の帯域拡張装置６０００も１音声フレームが入力される毎に各機能が実行される。

第６の実施形態は、特性強調印加器６２の内部構成が第５の実施形態と異なっている。そこで、以下では、特性強調印加器６２の構成について詳細に説明する。

図８は、第６の実施形態の特性強調印加器６２の内部機能を示す機能ブロック図である。図８に示すように、第６の実施形態の特性強調印加器６２は、出力記憶器４６、帯域増幅器５３、成分強度推定器５４、増幅形状記憶器６５、周波数推定器６６、を少なくとも有して構成される。

特性強調印加器６２は、第５の実施形態で説明した特性強調印加器５２と内部構成が異なるが、同様な入出力をしている。従って、成分探索信号ＤＳについても同様であり、本実施形態では例えば変換原信号Ｓとする。

図９は、周波数推定器６６の内部構成を示す機能ブロック図であり、周波数推定器６６は、周波数構造推定器６７と周期推定器６８とを有して構成される。

周波数構造推定器６７は、成分探索信号ＤＳを受取り、周波数構造系列ＦＦを周期推定器６８に出力するものである。

周期推定器６８は、周波数構造推定器６７から周波数構造系列ＦＦを受取り、信号周期情報ＥＦを出力するものである。

図８に戻り、周波数推定器６６は、成分探索信号ＤＳを受取り、信号周期情報ＥＦを成分強度推定器５４及び帯域増幅器５３に出力するものである。

増幅形状生成器６５は、帯域増幅器５３から増幅形状要求情報ＡＪを受取り、振幅形状情報ＤＡを帯域増幅器５３に出力するものである。

図１０は、第６の実施形態の増幅形状生成器６５の内部構成を示す機能ブロック図であり、第６の実施形態の増幅形状生成器６５は、情報抽出部１４９と増幅フィルタ生成部１４８とを有して構成される。

（Ｆ−２）第６の実施形態の動作
次に、第６の実施形態の帯域拡張装置６０００の特性強調印加器６２における動作を説明する。なお、以下では、第１〜第５の実施形態の動作との違いを中心に説明する。

周波数推定器６６においては、成分探索信号ＤＳが入力すると、後述する手法により、入力された加算合成信号ＭＳの基本周波数を推定し、その推定された基本周波数が信号周期情報ＥＦとして成分強度推定器５４及び帯域増幅器５３に出力される。

増幅形状生成器６５においては、成分強度推定器５４により生成された強度推定情報ＬＤと、周波数推定器６６により生成された信号周期情報ＥＦとを含む増幅形状要求情報ＡＪが入力される。

その後、増幅形状生成器６５の情報抽出部１４９において、増幅形状要求情報ＡＪから増幅すべき周波数である増幅周波数ＮＦと成分強度差ＮＡとが抽出される。そして、増幅周波数ＮＦと成分強度差ＮＡとが増幅フィルタ生成部１４８に入力されると、増幅フィルタ生成部１４８において、信号強度差ＮＡに比例した増幅周波数ＮＦを最大の増幅量とする増幅フィルタが生成され、この増幅フィルタが増幅形状情報ＤＡとして帯域増幅器５３に出力される。

このとき、増幅形状の増幅量は、増幅形状生成器６５内部に増幅量の大きさを任意の数の種類だけ用意しておき、信号強度差ＮＡに基づいて最も近いものが選択されて使用される。

本実施形態では、増幅形状生成器６５において有限個の増幅量を用意したが、任意の増幅量を指定できるようにしてもよい。本実施形態での増幅形状情報ＤＡは、例えば、当該増幅フィルタのフィルタ係数であってよく、増幅形状が一意に決定できれば情報の種類は限定しない。

また、増幅フィルタは、例えば、信号周期情報ＥＦより抽出した基本周波数を中心として、前後１０Ｈｚの通過域をもつ帯域通過フィルタと増幅器(共に図示しない)の組み合わせで作られる。この帯域通過フィルタは、例えば、文献：三谷政昭著 「ディジタルフィルタデザイン」、昭晃堂、１９８７年、ｐ.１３９〜ｐ.１４２に記載される手法により遮断周波数１０Ｈｚの低域通過フィルタを前述の帯域通過フィルタに変換すればよい。ただし、低域通過フィルタの遮断周波数と帯域通過フィルタの通過域は、この値には限定しない。また、増幅器の増幅量は、入力される増幅量に基づき決定すればよい。ただし、増幅フィルタは、前述の帯域通過フィルタと増幅器の組み合わせ手法には限定せず、指定した周波数を増幅できれば、別のフィルタを組み合わせる手法や特定の周波数を増幅させる増幅フィルタなどを用いてもかまわない。

次に、周波数推定器６６の動作について説明する。周波数推定器６６に成分探索信号ＤＳが入力すると、成分探索信号ＤＳは、周波数構造推定器６７により信号の周波数構造が推定される。

ここで、周波数構造の推定は、本実施形態では公知のフーリエ変換を用いて入力された信号を周波数系列に変換し、当該音声フレームにおける周波数構造を取得する。ただし、この周波数構造の推定手法は、入力信号の周波数の構造がわかる手法であれば、フーリエ変換を利用した方法に限定されない。

その後、推定された周波数構造は周波数構造系列ＦＦとして周期推定器６８に出力される。

周期推定器６８は、周波数構造推定器６７から周波数構造系列ＦＦが入力されると、この周波数構造系列ＦＦから基本周波数を推定し、この基本周波数が信号周期情報ＥＦとして出力される。

ここで、基本周波数の推定方法は、例えば、周波数構造系列ＦＦでの自己相関関数を計算し、この自己相関関数が極大となる遅延量を基本周波数と推定する。ただし、基本周波数の推定方法は、これに限定されず、その他の公知の推定方法を用いてよい。例えば、周波数構造系列ＦＦの極大を周波数構造系列ＦＦの傾きなどから判定し、周波数構造系列ＦＦが極大となる最小の値や任意の２個の極大間の長さを基本周波数としてもよい。

（Ｆ−３）第６の実施形態の効果
以上のように、第６の本実施形態によれば、増幅する際の周波数に関して、任意の周波数を随時設定でき、また、増幅量に関しても任意数を選択できるようにすることで、入力される信号により適した増幅を実施することが可能となり、低域部分における広がり感を聴取させることが可能となる。また、同様に出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、第１〜第５の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｇ）第７の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第７の実施形態を図面を参照して説明する。

（Ｇ−１）第７の実施形態の構成
図１１は、第７の実施形態の帯域拡張装置７０００の構成を示す機能ブロック図である。図１１において、第１〜第６の実施形態で説明した構成要素と同様の動作を受け持つ機能体については、図１〜図９で示した符号番号を付して示す。また、第７の実施形態の帯域拡張装置７０００も１音声フレームが入力される毎に各機能が実行される。

図１１に示すように、第７の実施形態の帯域拡張装置７０００は、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、低域特性印加器７２、低域通過フィルタ１７、加算器１５、有音無音判定器７０、切換器７３、を少なくとも有して構成される。

第７の実施形態の帯域拡張装置７０００は、有音無音判定器７０が配置された点と切換器７３の構成とが、第１〜第６の実施形態と異なる。

有音無音判定器７０は、成分探索信号ＤＳを受取り、有音無音判定情報ＶＪを切換器７３に出力するものである。本実施形態では、有音無音判定器７０は、１音声フレーム単位で有音無音判定を行なうものとして説明するが、その判定間隔は特に限定されず、例えば、サンプル毎や任意の時間毎に有音無音を判定してもよい。

また、有音無音判定器７０は、帯域拡張器７０００内部の独立した機能体としているが、有音無音判定情報ＶＪを受取る機能体（本実施例では、切換器７３)の内部に当該機能をもたせてもよい。以降の実施形態では、有音無音判定器７０を独立した機能体として扱う。

切換器７３は、変換原信号Ｓと有音無音判定情報ＶＪを受取り、有音無音判定情報ＶＪを基に変換原信号Ｓを低域特性印加器７２に出力するか、又はそのまま加算器１５に出力するかを切り換えるものである。

また、切換器７３の配置については、図１１のように独立した機能体として構成しているが、本実施形態と同様の効果が出せれば、図１１の構成に限定せず、他の機能体(例えば、加算器１５)の内部で当該切換器７３の機能を実現するようにしてもよい。

（Ｇ−２）第７の実施形態の動作
次に、第７の実施形態の帯域拡張装置７０００の動作を説明する。なお、以下では、第１〜第６の実施形態との違いを中心に説明する。

有音無音判定器７０においては、成分探索信号ＤＳが入力すると、成分探索信号ＤＳが有音であるか又は無音であるかが判定され、その判定結果が有音無音判定情報ＶＪとして切換器７３に出力される。

ここで、有音無音の判定手法は、例えば、入力される音声フレーム区間における公知の平均二乗パワーがあらかじめ定めた閾値を越える場合を有音とし、閾値以下である場合を無音として判断する。なお、有音無音判断手法は、この手法に以外でも公知の手法を用いてよく、有音無音を判定できればこの手法には限定しない。さらに、上述したように、本実施形態では１音声フレーム単位で有音無音判定を実施しているが、この判定間隔には限定せず、サンプル毎でも、任意の固定的若しくは可変の時間毎に実行してもよい。

また、有音無音判定器７０が出力する有音無音判定情報ＶＪは、有効か又は無効かを示すフラグを用いてもよいし、又は有音無音判定器７０で判定に使用する指標(本実施形態では、平均二乗パワー)の値を用いてもよい。

切換器７３においては、有音無音判定器７０からの有音無音情報ＶＪが有音と判定されれば、変換原信号Ｓを低域特性印加器７２に切り換え、有音無音情報ＶＪがそうでなければ変換原信号Ｓを加算器１５に切り換え、加算器１５に出力する。この切換器７３の動作により、無音時に低域特性の印加を実施しないようにしている。

（Ｇ−３）第７の実施形態の効果
以上のように、第７の実施形態によれば、有音無音を判定することで、低域特性印加器を必要なときだけ動作させるようにしたので、装置の処理量を抑えることが可能となり、また、増幅が必要でない無音部分での増幅を停止できることができるので、出力信号の音声品質を向上させることが可能となる。また、同様に出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、他の実施例の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｈ）第８の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第８の実施形態を図面を参照して説明する。

（Ｈ−１）第８の実施形態の構成
図１２は、第８の実施形態の帯域拡張装置８０００の構成を示す機能ブロック図である。図１２において、第１〜第７の実施形態で説明した構成要素と同様の動作を受け持つ機能体については、図１〜図１１で示した符号番号を付して示す。また、第８の実施形態の帯域拡張装置８０００も１音声フレームが入力される毎に各機能が実行される。

図１２に示すように、第８の実施形態の帯域拡張装置８０００は、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、低域特性印加器８２、低域通過フィルタ１７、加算器１５、有音無音判定器７０、を少なくとも有して構成される。

第８の実施形態の帯域拡張装置８０００は、低域特性印加器８２の機能構成が第１〜第７の実施形態と異なる。

低域特性印加器８２は、標本化周波数変換器１１から変換原信号Ｓを受取り、有音無音判定器７０から有音無音判定情報ＶＪとを受取り、低域特性印加信号ＬＢＳを低域通過フィルタ１７に出力するものである。

図１３は、第８の実施形態の低域特性印加器８２の内部機能を示す機能ブロック図である。図１３に示すように、第８の実施形態の低域特性印加器８２は、成分抽出器２５、信号成分判断器８８、切換器２６、特性非印加器２７、特性強調印加器２３、を有して構成される。

信号成分判断器８８は、成分抽出器２５により抽出された成分抽出信号ＬＰＳを受取ると共に、有音無音判定器７０から有音無音判定情報ＶＪを受取り、低域判断情報ＬＰＪを切換器２６に出力するものである。

（Ｈ−２）第８の実施形態の動作
次に、第８の実施形態の帯域拡張装置８０００の低域特性印加器８２における動作を説明する。本実施形態の動作について、第１〜第７の実施形態との違いを中心に説明する。

低域特性印加器８２においては、変換原信号Ｓと有音無音判定情報ＶＪとを入力し、後述する低域特性を印加した信号を生成し、この信号を低域特性印加信号ＬＢＳとして出力する。

次に、低域特性印加器８２内部の動作について説明する。

信号成分判断器８８においては、成分抽出器２５からの成分抽出信号ＬＰＳと、有音無音判定器７０からの有音無音判定情報ＶＪとが入力される。

このとき、有音無音判定情報ＶＪが有音である場合には、信号成分判断器８８は、第２の実施形態で説明した処理と同様の処理を行ない、低域判断情報ＬＰＪを切換器２６へ出力する。

一方、有音無音判定情報ＶＪが無音である場合には、低域成分に有効な成分がないと判断し、切換器を特性非印加器２７へ切り換えるような情報を低域判断情報ＬＰＪとして切換器２６へ出力する。

第８の実施形態では、信号成分判断器８８は、低域成分に有効な成分がある場合かつ有音無音判定情報ＶＪが有音である場合、切換器２６を特性強調印加器２３へ切り換えるようにしたが、設計者の判断により、低域成分に有効な成分がある場合又は有音無音判定情報ＶＪが有音である場合には、切換器２６を特性強調印加器２３へ切り換えるように設計してもよい。

（Ｈ−３）第８の実施形態の効果
以上のように、第８の実施形態によれば、低域特性印加器に対して、有音無音を判定の結果を適用することで、無音部分での処理量を抑えることが可能となった。また、低域成分の有効性の判断と共に当該有音無音の判断を実施することで、増幅することができるのでより精度の高い、低域特性の印加を実施することができる。結果として、出力信号の音声品質を向上させることが可能となる。また、同様に出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、他の実施例の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｉ）第９の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第９の実施形態を、図面を参照して説明する。

（Ｉ−１）第９の実施形態の構成
図１４は、第９の実施形態の帯域拡張装置９０００の構成を示す機能ブロック図である。図１４において、第１〜第８の実施形態と同様の機能を有する構成要素については図１〜１３に示す符号番号を付与する。また、第９の実施形態も１音声フレームが入力される毎に各機能が実行される。

図１４に示すように、第９の実施形態の帯域拡張装置９０００は、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、加算器２１、有音無音判定器７０、特性強調印加器９２、を有して構成される。

第９の実施形態は、帯域拡張装置９０００の特性強調印加器９２の機能が、第１〜第８の実施形態と異なる。

特性強調印加器９２は、加算器２１から加算合成信号ＭＳを受取ると共に、有音無音判定器７０から有音無音判定情報ＶＪを受取り、帯域拡張信号Ｖを出力するものである。

特性強調印加器９２は、第３の実施形態で説明した特性強調印加器３２と同様に、任意の位置に配置することが可能であり、本実施形態のような加算器２１の直後に配置することに限定しない。例えば、標本化周波数変換器11の直後や直前に配置してもよい。本実施形態では、加算器２１の直後に配置した例で説明する。

図１５は、第９の実施形態の特性強調印加器９２の内部構成を示す機能ブロック図である。

図１５に示すように、特性強調印加器９２は、出力記憶器４６、成分強度推定器９４、帯域増幅器４３、増幅形状記憶器４５、を有して構成される。

成分強度推定器９４は、加算合成信号ＭＳと出力成分情報ＭＪと有音無音判定情報ＶＪとを受取り、成分強度情報ＮＪを出力記憶器４６へ出力し、又強度推定情報ＬＤを帯域増幅器４３へ出力するものである。

本実施形態の特性強調印加器９２では、前述した構成に限定せず、例えば、第７の実施形態で説明した低域特性印加器７２と切換器７３の組み合わせや、第８の実施形態で説明した低域特性印加器８２のような構成をしていてもよい。

（Ｉ−２）第９の実施形態の動作
次に、第９の実施形態の帯域拡張装置９０００の動作を説明する。なお、第９の実施形態の動作について、他の実施例との違いを中心に説明する。

特性強調印加器９２においては、加算器２１から加算合成信号ＭＳが入力されると共に、有音無音判定器７０から有音無音判定情報ＶＪが入力される。

ここで、有音無音判定情報ＶＪが有音である場合は、特性強調印加器９２の内部の処理により、低域特性を印加する処理が実行され、この実行結果が帯域拡張信号Ｖとして出力される。

低域特性印加器９２は、前述したように、加算器２１の直後に配置することに限定しないが、低域特性を印加する信号と有音無音判定情報ＶＪが入力されることが必要である。特性強調印加器９２の内部処理は、低域特性を印加できれば任意の構成にできるが、例えば図１４のように構成され、処理が実行される。

図１５において、特性強調印加器９２は、第４の実施形態の特性強調印加器４２とほぼ同様の動作をするが、成分強度推定器９４の動作が異なっている。

成分強度推定器９４においては、加算合成信号ＭＳと有音無音判定情報ＶＪと出力成分情報ＭＪとが入力される。

このとき、成分強度推定器９４において、有音無音判定情報ＶＪが有音であれば、第４の実施形態の成分強度推定器４４と同様に加算合成信号ＭＳと出力成分情報ＭＪとから低域成分に強調すべき成分があるかを判定する処理と増幅量を推定する処理とが行なわれ、強度推定情報ＬＤが出力される。

一方、成分強度推定器９４において、有音無音判定情報ＶＪが無音であれば、低域成分に有効な成分がないと判断し、強調をしないことを意味するデータ若しくは既定の増幅量が強度推定情報ＬＤとして、帯域増幅器４３へ出力される。

（Ｉ−３）第９の実施形態の効果
以上のように、第９の実施形態によれば、有音無音を判定の結果を適用することで、無音部分での処理量を抑えることと有効でない部分の増幅を抑えることが可能となった。また、増幅が必要でない無音部分での増幅を停止できることができるので、出力信号の音声品質を向上させることが可能となる。また、同様に、出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、他の実施例の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｊ）第１０の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第１０の実施形態を図面を参照して説明する。

（Ｊ−１）第１０の実施形態の構成
図１６は、第１０の実施形態の帯域拡張装置１００００の構成を示す機能ブロック図である。図１６において、第１〜第９の実施形態と同様の機能を有する構成について図１〜図１５に示す符号番号を付与する。また、第１０の実施形態の帯域拡張装置１００００も１音声フレームが入力される毎に各機能が実行される。

図１６に示すように、第１０の実施形態の帯域拡張装置１００００は、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、加算器２１、有音無音判定器７０、特性強調印加器１０２、を有して構成される。

第１０の実施形態の帯域拡張装置１００００は、特性強調印加器１０２の機能と、特性強調印加器１０２の内部構成である周波数推定器１０６の機能とが第１〜第９の実施形態と異なる。

特性強調印加器１０２は、加算合成信号ＭＳと成分探索信号ＤＳとを受取ると共に、有音無音判定器７０から有音無音判定情報ＶＪを受取り、帯域拡張信号Ｖを出力するものである。

図１７は、特性強調印加器１０２の内部構成を示す機能ブロック図であり、出力記憶器４６、周波数推定器１０６、成分強度推定器５４、帯域増幅器４３、増幅形状記憶器５５、を有して構成される。

周波数推定器１０６は、加算合成信号ＭＳと有音無音判定信号ＶＪとを受取り、信号周期情報ＥＦを成分強度推定機器５４と帯域増幅器４３に出力するものである。

（Ｊ−２）第１０の実施形態の動作
次に、第１０の実施形態の帯域拡張装置１００００の特性強調印加器１０２における動作について、第１〜第９の実施形態との違いを中心に説明する。

特性強調印加器１０２においては、加算合成信号ＭＳと成分探索信号ＤＳと有音無音判定信号ＶＪとが入力される。

ここで、特性強調印加器１０２において、有音無音判定情報ＶＪが有音である場合は、第５の実施形態で説明した特性強調印加器１０２の内部の処理により低域特性を印加する処理を実行し、この実行結果が帯域拡張信号Ｖとして出力される。

一方、特性強調印加器１０２において、有音無音判定情報ＶＪが無音である場合は、入力される加算合成信号ＭＳに低域特性を印加するのに十分な特性がないと判断し、低域特性の印加を行なわない。

次に、特性印加器１０２の内部動作について説明する。本実施形態が第１〜第９の実施形態と異なるのは周波数選択器１０６の動作である。

周波数推定器１０６においては、成分探索信号ＤＳと有音無音判断信号ＶＪとが入力される。

このとき、周波数推定器１０６においては、有音無音判断信号ＶＪが有音である場合、第５の実施形態と同様に、基本周波数が求められ、その処理結果が信号周期情報ＥＦとして、成分強度推定器５４及び帯域増幅器４３へ出力される。

また、周波数推定器１０６において、有音無音判断信号ＶＪが無音である場合、強調する成分がないと判断されると、強調が無効である情報が信号周期情報ＥＦとして、成分強度推定器５４及び帯域増幅器４３へ出力する。

この強調が無効である情報として、例えば、基本周波数が零、若しくは３００Ｈｚよりも大きい値を設定すればよい。その際、成分強度推定器５４においては、当該値の信号周期情報ＥＦを受取ったときに、増幅不可能状態と判定するようにする。ただし、無効である情報の出力方法は、この方法には限定せず、単に無効である意味のフラグを出力してもよい。

（Ｊ−３）第１０の実施形態の効果
以上のように、第１０の実施形態によれば、信号の有音無音を判断することにより、増幅すべきでない無音成分を増幅しないようにできるために、無音成分を帯域拡張してしまう際に生じる異音を防ぐことが可能となる。

また、第１０の実施形態によれば、増幅するときの増幅量、周波数を選択し、入力される信号に適した増幅を実施することにより低域部分における広がり感を聴取させる機能を損なわないので、第１〜第９の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｋ）第１１の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第１１の実施形態を図面を参照して説明する。

（Ｋ−１）第１１の実施形態の構成
第１１の実施形態の帯域拡張装置１１０００は、図１６に示す第１０の実施形態の構成と同一、対応するので、図１６を用いて説明する。

第１１の実施形態は、特性強調印加器１１２の機能と、周波数推定器１１６の機能及び内部構成が第１０の実施形態と異なる。以下では、第１〜第１０の実施形態の構成と異なる機能を中心に説明する。

図１８は、第１１の実施形態の特性強調印加器１１２の構成を示す機能ブロック図である。また、図１９は、周波数推定器１１６の内部構成を示す機能ブロック図である。

周波数推定器１１６の内部の周期推定器１１８は、周波数構造推定器６７から周波数構造系列ＦＦを受けると共に、有音無音判定情報ＶＪを受取り、信号周期情報ＥＦを出力するものである。

（Ｋ−２）第１１の実施形態の動作
次に、第１１の実施形態の帯域拡張装置１１０００の特性強調印加器１１２における動作について、第１〜第１０の実施形態との違いを中心に説明する。

本実施形態の動作は、第６の実施形態とほぼ同様であるが、周波数推定器１１２内部の周期推定器１１８の動作が第１〜第１０の実施形態の動作と異なる。

周期推定器１１８においては、周波数構造推定器６７から周波数構造系列ＦＦが入力すると共に、有音無音判定器７０から有音無音判断信号ＶＪとが入力する。

ここで、第６の実施形態の周波数構造推定器６７と同様に、有音無音判断信号ＶＪが有音である場合は、第６の実施形態の周期推定器５８と同様に、周波数構造系列ＦＦから基本周波数を推定し、信号周期情報ＥＦを出力する。

一方、有音無音判断信号ＶＪが無音である場合は、低域成分が無効であることを示す（例えば基本周波数の値が零である）情報、若しくは、既定の基本周波数（例えば、１８０Ｈｚ）を信号周期情報ＥＦとして出力する。

本実施形態では、有音無音判定情報ＶＪを周期推定器１１８で受取り、有音無音別の処理を実行しているが、周波数構造推定器で受取って当該処理を実施するようにしてもよい。

信号周期情報ＥＦとして零を出力させる場合、成分強度推定器５４で当該情報を受取った場合に、強調不可能状態と判定させるとよい。

（Ｋ−３）第１１の実施形態の効果
以上のように、第１１の実施形態によれば、有音無音判定の結果を適用することにより、増幅に適した時刻で増幅を実施することができるため、低域部分における広がり感を聴取させることが可能となる。

また、第１１の実施形態によれば、同様に出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、第１〜第１０の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｌ）第１２の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第１２の実施形態を図面を参照して説明する。

（Ｌ−１）第１２の実施形態の構成
第１２の実施形態の帯域拡張装置１２０００は、図４に示す構成と同一、対応するので、図４を用いて説明する。

図２０は、第１２の実施形態の特性強調印加器１２２の内部構成を示す機能ブロック図である。

図２１は、特性強調印加器１２２内部の周波数推定器１２６の機能を示す機能ブロック図である。

第１〜第１１の実施形態と同様の機能を有する構成については図１〜図１９と同様の符号番号を付与する。また、第１２の実施形態の帯域拡張装置１２０００も１音声フレームが入力される毎に各機能体が動作する場合で説明する。

次に、第１２の実施形態の帯域拡張装置１２０００の特性強調印加器１２２における構成について、第１〜第１１の実施形態との違いを中心に説明する。

本実施形態では、特性強調印加器１２２の周波数推定器１２６の構成及び周波数推定器１２６内部に周波数平滑化器１２９が追加されている点が、第１〜第１１の実施形態と異なっている。

本実施形態では、特性強調印加器１２２内部に増幅形状生成器６５を配置する例で説明しているが、当該増幅形状生成器６５は、第５の実施形態の増幅形状記憶器５５を用いてもよい。

周波数推定器１２６は、成分探索信号ＤＳを受取り、平滑化信号周期情報ＳＥＦを帯域増幅器５３に出力するものである。

次に、周波数推定器１２６の内部構成について説明する。周波数推定器１２６は、周波数構造推定器６７、周期推定器６８、周波数平滑化器１２９、を有して構成される。

周波数平滑化器１２９は、信号周期情報ＥＦを受取り、平滑化信号周期情報ＳＥＦを帯域増幅器５３に出力するものである。

（Ｌ−２）第１２の実施形態の動作
次に、第１２の実施形態の帯域拡張装置１２０００の特性強調印加器１２２における動作について、第１〜第１１の実施形態との違いを中心に説明する。

本実施形態は、周波数推定器１２６内部の周波数平滑化器１２９の処理が他の実施例と異なっている。以下、周波数平滑化器１２９の処理を説明する。

周波数平滑化器１２９においては、周期推定気６８から信号周期情報ＥＦが入力される。周波数平滑化器１２９において、信号周期情報ＥＦから、周期推定器６８により推定された基本周波数が抽出され、抽出された基本周波数の平滑化処理を行なわれる。

ここで、本実施形態における平滑化処理とは、１音声フレーム毎に出力される基本周波数の連続性を高めるために行なわれる処理である。本実施形態では、現フレーム内部に存在するサンプル毎に当該基本周波数を変化させるように動作させる。

例えば、現音声フレームでの基本周波数ｆｂとしたときのｎサンプル目の基本周波数f（ｎ）は、f（ｎ）＝α・f（ｎ−１）＋β・ｆｂ、としている。

ｆ（０）は、直前のフレームの最後のサンプルにおける平滑化基本周波数である。またα＝０．９、β＝０．１としているが、この値には限定しない。

また、本実施形態では、サンプル毎に平滑化した基本周波数を出力しているが、この平滑化の間隔は、例えば、１／４フレーム毎など任意の間隔や、可変の間隔で平滑化した基本周波数が出力されるようにしてもよい。ただし、この平滑化処理は、前述の処理に限定せず、例えば、線形的に周波数を変化させる手法であってもよい。

（Ｌ−３）第１２の実施形態の効果
以上のように、第１２の実施形態によれば、基本周波数に平滑化処理を適用することにより、基本周波数が瞬時に変動することを抑えることが可能となり、突発的な異音を抑えることが可能となる。また、同様に出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、第１〜第１１の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｍ）第１３の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第１３の実施形態を図面を参照して説明する。

（Ｍ−１）第１３の実施形態の構成
第１３の実施形態の帯域拡張装置１２２００の構成は、図４に示す構成と同一、対応するので、図４を用いて説明する。また、第１３の実施形態の特性強調印加器１４２は、図８に示す構成と同一、対応するので、図８を用いて説明する。

なお、第１〜第１２の実施形態と同様の機能を有する構成については図１〜図２１に示した符号番号を付与して示す。また、第１３の実施形態の帯域拡張装置１２２００も１音声フレームが入力される毎に各機能体が動作する場合で説明する。

第１３の実施形態は、帯域拡張器１２２００の増幅形状生成器１４５の動作が他の実施例と異なっている。

図２２は、第１３の実施形態の増幅形状生成器１４５の内部構成を示す機能ブロック図である。

図２２に示すように、第１３の実施形態の特性強調印加器１４２は、情報抽出器部１４９、周波数平滑化器１２９、増幅フィルタ生成部１４８、を有して構成される。

本実施形態では、増幅形状生成器１４５に適用した例で示すが、第５及び第９の実施形態に示される増幅形状記憶器５５に適用することも可能である。本実施形態では、第６の実施形態の増幅形状生成器６５に周波数平滑化器１２９を適用した増幅形状生成器１４５を例に説明する。

増幅形状生成器１４５には、新たに周波数平滑化器１２９が追加されている。

この周波数平滑化器１２９は、第１２の実施形態で説明された周波数平滑化器と同一の機能体であり、本実施形態では、増幅周波数ＮＦを受取り、平滑化増幅周波数ＳＦを出力するものである。

（Ｍ−２）第１３の実施形態の動作
次に、第１３の実施形態の帯域拡張装置１２２００の特性強調印加器１４２における動作について、第１〜第１２の実施形態との違いを中心に説明する。

情報抽出部１４９で抽出された増幅周波数ＮＦは、周波数平滑化器１２９に入力される。

周波数平滑化器１２９においては、第１２の実施形態と同様に、入力された増幅周波数ＮＦに前述と同様の平滑化処理を実施し、処理増幅フィルタ生成部１４８へ出力する。

この周波数の平滑化処理は、サンプル毎に増幅周波数を変化させ、平滑化増幅周波数ＳＦを生成する。従って、増幅フィルタ生成部１４８へは、毎サンプルごとに平滑化増幅周波数ＳＦが出力される。ただし、本平滑化処理の間隔はサンプル毎ではなく、１／４音声フレーム毎や可変な間隔などにしてもよく、当該間隔は限定しない。

増幅フィルタ生成部１４８においては、平滑化増幅周波数ＳＦが入力される毎に増幅フィルタが生成され、振幅形状情報ＤＡが出力される。従って、本実施形態では、サンプル毎に増幅形状情報ＤＡが出力される。

（Ｍ−３）第１３の実施形態の効果
以上のように、第１３の実施形態によれば、増幅周波数に平滑化処理を適用することにより、増幅フィルタの特性に連続性を与えることが可能となり、より自然な特性印加を行なうことができる。また、基本周波数が瞬時に変動することを抑える機能、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、第１〜第１２の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｎ）第１４の実施形態
次に、本発明の帯域変換信号生成器及び帯域拡張装置の第１４の実施形態を図面を参照して説明する。

（Ｎ−１）第１４の実施形態の構成
図２３は、第１４の実施形態の帯域拡張装置１３０００の構成を示す機能ブロック図である。図２３に示すように、第１４の実施形態の帯域拡張装置１３０００は、標本化周波数変換器１１、高域信号生成器１３、無声部信号生成器１４、加算器２１、有音無音判定器７０、特性強調印加器１３２、を有して構成される。

また、図２４は、第１４の実施形態の特性強調印加器１３２の内部構成を示す機能ブロック図である。図２４に示すように、第１４の実施形態の特性強調印加器１３２は、出力記憶器４６、成分強度推定器４４、帯域増幅器５３、増幅形状生成器６５、周波数推定器１３６、を有して構成される。

さらに、図２５は、第１４の実施形態の周波数推定器１３６の内部構成を示す機能ブロック図である。図２５に示すように、第１４の実施形態の周波数推定器１３６は、周波数構造推定器６７、周波数平滑化器１２９、周期推定器１１８、を有して構成される。

第１〜第１３の実施形態で説明した同様の機能を有する構成については、図１〜図２３で示した符号番号を付与する。また、第１４の実施形態の帯域拡張装置１３０００も１音声フレームが入力される毎に各機能体が動作する場合で説明する。

なお、本実施形態では、周波数平滑化器１２９が第１２の実施形態のように周期推定器１１６内部に配置された例で説明するが、第１３の実施形態のように増幅形状生成器６５内部に配置しても、両方に配置してもよい。

（Ｎ−２）第１４の実施形態の動作
次に、第１４の実施形態の帯域拡張装置１３０００の特性強調印加器１３２における動作について、第１〜第１３の実施形態との違いを中心に説明する。

本実施形態は、特性強調印加器１３２内部の周波数推定器１３６の内部動作が他の実施例と異なる。

第１１の実施形態で説明したように周波数構造推定器５７と周期推定器１１８とから有音無音を考慮した基本周波数の情報が信号周期情報ＥＦとして出力される。

この基本周波数情報を周波数平滑化器１２９により周波数の平滑化を実施し、平滑化した基本周波数の情報が生成される。

このとき、周期推定器１１８から無音時に無効周波数の情報が出力された場合には、例えば、直前の基本周波数と同様の周波数が出力されたとみなして平滑化を実施すればよい。ただし、当該無音時の処理は、これに限定せず、例えば、既定の周波数をあらかじめ設定しておき、当該既定の周波数に出力される周波数を近づける処理を行なってもよく、この手法に限定しない。

（Ｎ−３）第１４の実施形態の効果
以上のように、第１４の実施形態によれば、基本周波数に平滑化処理と有音無音判定を同時に適用することにより、基本周波数が瞬時に変動することを抑えると同時に無音成分を強調することによる雑音や異音を抑えることが可能となる。

また、第１４の実施形態によれば、同様に出力結果としては、低帯域成分を付加する機能を損なわないので、第１〜第１３の実施形態の効果も保持しており、結果として、出力信号の音質をさらに向上させることができる。

（Ｏ）他の実施形態
第１〜第１４の実施形態において、第３〜第６の実施形態及び第９〜第１４の実施形態で示される特性強調印加器は、第２の実施形態で説明した、成分抽出器と信号成分判断器と切換器と特性非印加器と、当該特性強調印加器によって構成されてもよい。

第１〜第１４の実施形態において、帯域拡張の手法において、合成高域信号ＨＳと合成無声信号ＵＳの２つの合成信号を生成して、変換原信号Ｓと加算する例を説明したが、加算するために生成される他の帯域の合成信号数は２つに限らず、これよりも多くても少なくてもよい。

第１〜第１４の実施形態において、低域の特性を印加する場合で説明したが、任意の周波数帯域を指定してもよい。さらに、第１〜第１４の実施形態では、処理の結果として電話帯域よりも小さい周波数の成分が生成される例を示したが、当該出力結果の周波数の成分は電話帯域よりも大きくても、電話帯域の範囲内にあってもよい。

本発明での信号は、音声信号を前提として説明しているが、他の周期性信号、例えば画像信号などにも適応が可能である。

第１〜第１４の実施形態では、ハードウェア的に各機能の説明を行なったが、ソフトウェア的に実現することも可能である。また、第１〜第１４の実施形態の説明では一般的な公衆網の問題点として取り扱ったが、他のネットワークにおいて使用する際でも適用が可能である。

第１の実施形態の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 従来の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態の低域特性印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第３の実施形態の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 第４の実施形態の特性強調印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第５の実施形態の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 第５の実施形態の特性強調印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第６の実施形態の特性強調印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第６の実施形態の周波数推定器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第６の実施形態の増幅形状生成器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第７の実施形態の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 第８の実施形態の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 第８の実施形態の低域特性印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第９の実施形態の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 第９の実施形態の特性強調印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１０の実施形態の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１０の実施形態の特性強調印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１１の実施形態の特性強調印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１１の実施形態の周波数推定器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１２の実施形態の特性強調印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１２の実施形態の周波数推定器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１３の実施形態の増幅形状生成器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１４の実施形態の帯域拡張装置の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１４の実施形態の特性強調印加器の内部構成を示す機能ブロック図である。 第１４の実施形態の周波数推定器の内部構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１２２００、１３０００…帯域拡張装置、
１６、２２、７２、８２…低域特性印加器、１７…低域フィルタ、３２、４２、５２、６２、９２、１０２、１１２、１２２、１３２、１４２…特性強調印加器、
１１…標本化周波数変換器、１３…高域信号生成器、１４…無声部信号生成器、１５、３１…加算器、７０…有音無音判定器、
２３…特性強調印加器、２４、８８…信号成分判断器、２５…成分抽出器、２６…切換器、２７…特性非印加器、
４３、５３…帯域増幅器、４４、５４、９４…成分強度推定器、４５、５５…増幅形状記憶器、４６…出力記憶器、５６、６６、１０６、１１６、１２６…周波数推定器、６５、１２５、１４５…増幅形状生成器。

Claims (8)

1. 周波数帯域が制限された信号を、その制限された周波数帯域を含む信号に変換する帯域変換信号生成器において、
   上記周波数帯域が制限された信号の標本化周波数を当該標本化周波数以上の標本化周波数へ変換する標本化周波数変換手段と、
   上記標本化周波数変換手段により変換された上記周波数帯域が制限された信号から、当該信号の周波数帯域以下の信号成分を強調する成分強調手段と
   を備え、
   上記成分強調手段が、
   １又は複数の特定の周波数成分の成分強度を推定する成分強度推定部と、
   上記成分強度推定部からの強度推定情報に基づいて各特定の周波数成分の強調が可能であると判定したとき、上記強度推定情報に対応する利得情報に応じて各特定の周波数成分に利得を与える帯域利得部と、
   取り込む信号の基本周波数成分を推定する周波数推定部と
   を有し、
   上記成分強度推定部が、上記周波数推定部により推定された周波数成分の成分強度を推定し、
   上記帯域利得部が、上記周波数推定部により推定された周波数にも所定の利得を与える ことを特徴とする帯域変換信号生成器。
2. 上記周波数推定部が、推定対象信号の周波数構造を推定し、その推定した周波数構造に基づいて基本周波数成分を推定することを特徴とする請求項１に記載の帯域変換信号生成器。
3. 上記成分強調手段が、推定された基本周波数を時間領域で連続的に遷移させる周波数平滑化部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の帯域変換信号生成器。
4. 入力される信号の有音無音を判定する有音無音判定手段を備え、
   上記成分強調手段は、入力される信号が有音である場合に、特定の周波数成分を強調し、入力される信号が無音である場合には、特定の周波数成分の強調をしないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の帯域変換信号生成器。
5. 上記成分強調手段が、
   各特定の周波数成分を抽出し、各特定の周波数成分の大きさに基づいて、各特性の周波数の強調適性を判断する強調適正判断部と、
   上記強調適正判断部により、強調が適正と判断されたときに各特定の周波数成分の強調を行ない、強調が不適正と判断されたときに各特定の周波数部分を無効にする強調実行部と
   を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の帯域変換信号生成器。
6. 上記成分強調手段は、周波数帯域が制限された入力信号と、その制限された帯域において形成された少なくとも１以上の所定の信号成分を含む合成信号を取り込むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の帯域変換信号生成器。
7. 周波数帯域が制限された信号の標本化周波数を当該標本化周波数以上の標本化周波数へ変換する標本化周波数変換器と、
   周波数帯域が制限された信号から当該信号の周波数帯域以下の信号成分を含む低域信号を生成する低域信号生成器と、
   周波数帯域が制限された信号から当該信号の周波数帯域以上の信号成分を含む高域信号を少なくとも１つ以上生成する高域信号生成器と、
   上記低域信号と、少なくとも１以上の上記高域信号と、上記標本化周波数変換器により生成される信号とを加算する加算器と
   を有する帯域拡張装置において、
   上記低域信号生成器が、請求項１〜６のいずれかに記載の帯域変換信号生成器であることを特徴とする帯域拡張装置。
8. 周波数帯域が制限された信号の標本化周波数を当該標本化周波数以上の標本化周波数へ変換する標本化周波数変換器と、
   周波数帯域が制限された信号から当該信号の周波数帯域以上の信号成分を含む高域信号を少なくとも１つ以上生成する高域信号生成器と、
   少なくとも１以上の上記高域信号と、上記標本化周波数変換器により生成される信号とを加算する加算器と、
   上記加算器から出力された信号を、上記周波数帯域が制限された信号の当該周波数帯域以下の信号成分を含む信号に変換する信号生成器と
   を有する帯域拡張装置において、
   上記信号生成器が、請求項１〜６のいずれかに記載の帯域変換信号生成器であることを特徴とする帯域拡張装置。

Images