JP6163785B2 - 音声帯域拡張装置及びプログラム - Google Patents
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Description
第2の本発明は、周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、(1)上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、(2)上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、(3)上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段とを備え、(4)上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの算出方法における上記拡張ゲインの値の大きくなりやすさを制御することを特徴とする。
第3の本発明は、周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、(1)上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、(2)上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、(3)上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段とを備え、(4)上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの算出方法の非線形式のパラメータ(2乗項の指数)を制御することを特徴とする。
第4の本発明は、周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、(1)上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、(2)上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、(3)上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段とを備え、(4)上記拡張ゲイン形成手段は、上記拡張ゲインの算出方法として、一次関数と二次関数の式に対応でき、上記パワー情報の大小に応じて、適用する上記拡張ゲインの算出方法を一次関数と二次関数のいずれかに選択することを特徴とする音声帯域拡張装置。
第5の本発明は、周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、(1)上記狭帯域音声信号を周波数解析して、所定の周波数より低い帯域を含む狭帯域内低域パワーと、当該所定の周波数より高い帯域を含む狭帯域内高域パワーと、グラディエントインデックスとを含むスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、(2)上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、(3)上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを、上記パワー情報の大小に応じて、狭帯域内高域パワーを狭帯域内低域パワーで除した値と、グラディエントインデックスとのいずれの特徴量を用いるかを選択して得る拡張ゲイン形成手段とを備えることを特徴とする。
第7の本発明の音声帯域拡張プログラムは、周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、(1)上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、(2)上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、(3)上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段として機能させ、(4)上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの算出方法における上記拡張ゲインの値の大きくなりやすさを制御することを特徴とする。
第8の本発明の音声帯域拡張プログラムは、周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、(1)上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、(2)上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、(3)上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段として機能させ、(4)上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの算出方法の非線形式のパラメータ(2乗項の指数)を制御することを特徴とする。
第9の本発明の音声帯域拡張プログラムは、周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、(1)上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、(2)上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、(3)上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段として機能させ、(4)上記拡張ゲイン形成手段は、上記拡張ゲインの算出方法として、一次関数と二次関数の式に対応でき、上記パワー情報の大小に応じて、適用する上記拡張ゲインの算出方法を一次関数と二次関数のいずれかに選択することを特徴とする。
第10の本発明の音声帯域拡張プログラムは、周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、(1)上記狭帯域音声信号を周波数解析して、所定の周波数より低い帯域を含む狭帯域内低域パワーと、当該所定の周波数より高い帯域を含む狭帯域内高域パワーと、グラディエントインデックスとを含むスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、(2)上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、(3)上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを、上記パワー情報の大小に応じて、狭帯域内高域パワーを狭帯域内低域パワーで除した値と、グラディエントインデックスとのいずれの特徴量を用いるかを選択して得る拡張ゲイン形成手段として機能させることを特徴とする。
まず、各実施形態の音声帯域拡張装置を説明する前に、これら実施形態に共通する技術思想を説明する。
次に、本発明による音声帯域拡張装置及びプログラムの第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施形態の音声帯域拡張装置の機能的構成を示すブロック図であり、上述した図6との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。第1の実施形態の音声帯域拡張装置は、その各部をハードウェアによって構成しても良く、また、CPUと、CPUが実行するプログラム(音声帯域拡張プログラム)として構成しても良いが(例えば、図1に示す各ブロックの機能をプログラムのサブルーチンとして構成しても良い)、機能的には、図1で表すことができる。
次に、第1の実施形態の音声帯域拡張方装置200の動作を説明する。
A=Amax−(Amax−Amin)・SP/SPmax …(12)
(11)式及び式(12)によれば、狭帯域音声パワーSPが大きいとき(有声音に相当)には、小さな変換係数AがスペクトルパラメータSFに乗じられることで拡張ゲインEGが比較的小さな値となり、狭帯域音声パワーSPが小さいとき(無声音に相当)には、大きな変換係数AがスペクトルパラメータSFに乗じられることで拡張ゲインEGが比較的大きな値となり、結果として、横軸を狭帯域音声パワーSP、縦軸を拡張信号XHのパワーとした散布図(図示は省略している)を描いた場合に、上述した図1に近い特性とすることができる。
第1の実施形態によれば、電話帯域に制限されていない広帯域音声信号における低域成分のパワーと高域成分のパワーとの関係を、拡張された擬似広帯域音声信号での実現できるように、生成された拡張信号EHに乗算される拡張ゲインEGを、狭帯域音声パワーSPに応じて動的に定めるようにしたので、無声音の高域を十分に拡張することができ、音声の明瞭度や了解度が改善され、かつ、有声音が過剰に拡張されずに新たに雑音が重畳されず、聴覚的にクリアな伸びのある擬似広帯域音声を得ることができる。
次に、本発明による音声帯域拡張装置及びプログラムの第2の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図3は、第2の実施形態の音声帯域拡張装置の構成を示すブロック図であり、上述した図1の同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
次に、第2の実施形態の音声帯域拡張装置300の動作を説明する。
…(13)
パワー正規化部312は、狭帯域音声パワーSPを長期平均値longSPで除することで、狭帯域音声の正規化パワーNSPを算出する。狭帯域音声の正規化パワーNSPは、入力である狭帯域音声のパワーの長期平均値によって正規化されているため、話者の声量やマイク感度の大小に関わらず、有声音では大きな値となり、無声音では小さな値となる。すなわち、この正規化処理によって、例えば、話者の声が小さい場合において有声音期間の拡張ゲインEGが過大になったり、話者の声が大きい場合において無声音期間の拡張ゲインEGが過小になったりすることを回避することができる。
第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果に加え、以下の効果を奏することができる。
次に、本発明による音声帯域拡張装置及びプログラムの第3の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
次に、本発明による音声帯域拡張装置及びプログラムの第4の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、例示するような変形実施形態を挙げることができる。
Claims (16)
- 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、
上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段とを備え、
上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの最大値を制限する
ことを特徴とする音声帯域拡張装置。 - 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、
上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段とを備え、
上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの算出方法における上記拡張ゲインの値の大きくなりやすさを制御する
ことを特徴とする音声帯域拡張装置。 - 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、
上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段とを備え、
上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの算出方法の非線形式のパラメータ(2乗項の指数)を制御する
ことを特徴とする音声帯域拡張装置。 - 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、
上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段とを備え、
上記拡張ゲイン形成手段は、上記拡張ゲインの算出方法として、一次関数と二次関数の式に対応でき、上記パワー情報の大小に応じて、適用する上記拡張ゲインの算出方法を一次関数と二次関数のいずれかに選択することを特徴とする音声帯域拡張装置。 - 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置において、
上記狭帯域音声信号を周波数解析して、所定の周波数より低い帯域を含む狭帯域内低域パワーと、当該所定の周波数より高い帯域を含む狭帯域内高域パワーと、グラディエントインデックスとを含むスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを、上記パワー情報の大小に応じて、狭帯域内高域パワーを狭帯域内低域パワーで除した値と、グラディエントインデックスとのいずれの特徴量を用いるかを選択して得る拡張ゲイン形成手段と
を備えることを特徴とする音声帯域拡張装置。 - 上記パワー情報取得手段は、
上記狭帯域音声信号のパワーを算出するパワー算出部と、
上記狭帯域音声信号のパワーの長期平均値を得る長期平均部と、
上記狭帯域音声信号のパワーを上記狭帯域音声信号のパワーの長期平均値で除することで正規化パワーを得るパワー正規化部とを備え、
上記正規化パワーを上記パワー情報として出力する
ことを特徴とする請求項1〜5に記載の音声帯域拡張装置。 - 上記パワー情報取得手段は、上記狭帯域音声信号に基づいて音声区間か無音区間かを判定する音声区間検出部をさらに備え、上記長期平均部は、上記音声区間検出部が音声区間と判定した場合には長期平均値を更新し、上記音声区間検出部が無音区間と判定した場合には上記長期平均値を保持することを特徴とする請求項6に記載の音声帯域拡張装置。
- 上記狭帯域音声信号に所定の信号処理を施して処理後狭帯域音声信号を得る信号処理手段をさらに備え、上記周波数解析手段及び上記パワー情報取得手段へは、処理後狭帯域音声信号を入力することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の音声帯域拡張装置。
- 上記信号処理手段は、少なくとも1種類以上の信号処理を施すものであり、信号処理の中に、高帯域強調フィルタリングが含まれていることを特徴とする請求項8に記載の音声帯域拡張装置。
- 上記信号処理手段は、少なくとも1種類以上の信号処理を施すものであり、信号処理の中に、雑音抑圧が含まれていることを特徴とする請求項8に記載の音声帯域拡張装置。
- 上記信号処理手段は、少なくとも1種類以上の信号処理を施すものであり、信号処理の中に、フォルマント強調が含まれていることを特徴とする請求項8に記載の音声帯域拡張装置。
- 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、
上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段として機能させ、
上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの最大値を制限する
ことを特徴とする音声帯域拡張プログラム。 - 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、
上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段として機能させ、
上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの算出方法における上記拡張ゲインの値の大きくなりやすさを制御する
ことを特徴とする音声帯域拡張プログラム。 - 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、
上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段として機能させ、
上記拡張ゲイン形成手段は、上記パワー情報の大小に応じて、上記拡張ゲインの算出方法の非線形式のパラメータ(2乗項の指数)を制御する
ことを特徴とする音声帯域拡張プログラム。 - 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、
上記狭帯域音声信号を周波数解析してスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを得るものであって、上記パワー情報に応じて、拡張ゲインの取得方法を動的に制御する拡張ゲイン形成手段として機能させ、
上記拡張ゲイン形成手段は、上記拡張ゲインの算出方法として、一次関数と二次関数の式に対応でき、上記パワー情報の大小に応じて、適用する上記拡張ゲインの算出方法を一次関数と二次関数のいずれかに選択することを特徴とする音声帯域拡張プログラム。 - 周波数帯域が制限された狭帯域音声信号を、制限帯域外の拡張帯域の信号成分を含むように拡張する音声帯域拡張装置に搭載されるコンピュータを、
上記狭帯域音声信号を周波数解析して、所定の周波数より低い帯域を含む狭帯域内低域パワーと、当該所定の周波数より高い帯域を含む狭帯域内高域パワーと、グラディエントインデックスとを含むスペクトルパラメータを得る周波数解析手段と、
上記狭帯域音声信号に関するパワー情報を得るパワー情報取得手段と、
上記スペクトルパラメータに基づいて、上記拡張帯域信号における拡張成分の大きさを調整するための拡張ゲインを、上記パワー情報の大小に応じて、狭帯域内高域パワーを狭帯域内低域パワーで除した値と、グラディエントインデックスとのいずれの特徴量を用いるかを選択して得る拡張ゲイン形成手段と
して機能させることを特徴とする音声帯域拡張プログラム。
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