JPH02214323A - 適応型ハイパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、一般に適応型ハイパスフィルタに関し、特
に、音声入力信号に含まれる低域信号成分に応答してそ
の遮断周波数を制御することが可能な適応型ハイパスフ
ィルタに関する。

［従来の技術］ 第５図は、従来の音声信号処理装置の構成を示すブロッ
ク図である。第５図を参照して、この音声信号処理装置
は、音声を音声信号に変換するマイク１と、音声信号を
増幅する増幅器２と、増幅された音声信号の低域成分を
除去するためのハイパスフィルタ（以下ＨＰＦという）
３ｃと、さらに高域成分を除去するためのローパフィル
タ（以下ＬＰＦという）４と、Ａ／Ｄ変換器５と、Ａ／
Ｄ変換された音声信号をストアするためのメモリ部１１
と、制御部６とを含む。これに加えて、この音声信号処
理装置は、音声を再生するための回路として、さらにメ
モリ部１１にストアされた信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ
変換器７と、Ｄ／Ａ変換された信号の高域成分を除去す
るＬＰＦ８と、増幅器９と、スピーカ１０とを含む。

一般に、音声信号をメモリ装置に記憶するために、その
音声信号がＡ／Ｄ変換器により量子化される。量子化の
ために使用されるサンプリング周波数ｆｓは、入力信号
に含まれる信号成分の最大周波数をｆｉｍａｘとすると
、サンプリングの定理により次の式を満足する必要があ
る。

ｆｓ≧２・ｆ　ｉｍａｘ　　　　　　　−＝　（１）Ａ
／Ｄ変換器においてサンプリング周波数ｆｓが設定され
ると、入力信号に含まれる信号成分のうち周波数ｆｓを
越える信号成分は不要となる。

したがって、第５図に示すように、Ａ／Ｄ変換器５の前
段にＬＰＦ４が設けられ、ＬＰＦ４が入力信号の周波数
ｆｓを越える信号成分を除去する。

仮に、ＬＰＦ４により入力信号の高域成分のみがカット
された音声信号をＡ／Ｄ変換すると、Ｄ／Ａ変換により
再び得られる音声信号は、その低域信号成分が強調され
てしまう。すなわち、その音声信号から得られる音声が
不明瞭となる。したがって、明瞭な音声を得るためＡ／
Ｄ変換器５の前段にさらにＨＰＦ３ｃが設けられ、ＨＰ
Ｆ３ｃにより音声信号の低域信号成分もカットされる。

次に、第５図に示す音声信号処理装置の動作について簡
単に説明する。

マイク１により得られた音声信号は増幅器２により増幅
される。ＨＦＰ３ｃは増幅された音声信号のその遮断周
波数以下の信号成分を除去する。

ＬＰＦ４は、ＨＰＦ３ｃの出力信号からその遮断周波数
以上の信号成分を除去する。Ａ／Ｄ変換器５はＬＰＦ４
の出力信号をＡ／Ｄ変換する。制御部６は、Ａ／Ｄ変換
器５によって量子化された信号の情報量の圧縮を行ない
、圧縮されたデータがメモリ部１１にストアされる。

音声信号の再生処理おいて、メモリ部１１にストアされ
ているデータが制御部６によりＤ／Ａ変換器７に与えら
れる。Ｄ／Ａ変換器７は、そのデータをＤ／Ａ変換し、
ＬＰＦ８に与える。ＬＰＦ８に与えられた信号は、それ
により高域成分が除去された後増幅器９に与えられる。

増幅器９により増幅された音声信号は、スピーカ１０を
介して音声として出力される。

第６図は、従来の音声信号処理システムの構成を示すブ
ロック図である。第６図に示すように、この音声信号処
理システムではデジタル信号回線などの伝送路１２を介
して２つの音声信号処理装置が接続される。各音声信号
処理装置は第５図に示す装置からメモリ部１１が除かれ
たものと同一であり、この図は、音声データをメモリに
ストアするだけでなく伝送路１２を介して取扱われる例
を示す。

［発明が解決しようとする課題］ 第５図および第６図に示すように、従来の音声信号処理
装置ではＡ／Ｄ変換器５の前段にＨＰＦ３ｃおよびＬＰ
Ｆ４が設けられている。ＬＰＦ４のフィルタ特性は、Ａ
／Ｄ変換器５のサンプリング周波数ｆｓによって決めら
れる折返し雑音を防ぐため予め固定されている。一方、
従来のＨＰＦ３Ｃについても、そのフィルタ特性が予め
固定されている。ＨＰＦ３ｃのフィルタ特性が固定され
ているので、話者および音場などによって音声信号に含
まれる信号の周波数成分が変化した場合に音声信号の低
域信号成分をＨＰＦ３ｃによって適応的に除去できない
ことが引き起こされる。たとえば、発声者が男性である
かまたは女性であるかによって音声信号に含まれる信号
の周波数成分が変化する。また、残響が生じやすい環境
では、音声の低域成分の吸収が生じやすい。このような
場合に、固定されたフィルタ特性を有するＨＰＦ３Ｃに
よって音声信号の低域成分の除去を固定的に行なうと、
Ａ／Ｄ変換後に得られる音声のデジタル信号が正確でな
い。このことは、再生処理によって得られる音声の音質
の劣化を引き起こす。

この発明にとって特に興味のある先行技術の例は、特開
昭６２−５１８２７に見られる。この例では、量子化さ
れた音声信号を伝送する際における伝送量を低減するた
めの帯域圧縮に関する音声符号化方式が開示されている
。すなわち、高域成分と低域成分とに分けられた音声入
力信号は、各々Ａ／Ｄ変換された後、ともに多重化され
て伝送される。この先行技術は、音声入力信号がアナロ
グ領域で適応制御されるものでなく、シたがって本願発
明と本質的に異なる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、入力信号に含まれる低域信号成分に応答して
その遮断周波数を適応的に制御することが可能な適用型
ハイパスフィルタを得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る適用型ハイパスフィルタは、音声入力信
号を受けるように接続され、その遮断周波数を制御する
ことが可能なハイパスフィルタ手段と、入力信号に含ま
れる低い周波数の信号成分のパワーを検出する検出手段
と、検出手段に応答してハイパスフィルタ手段の遮断周
波数を制御する制御手段とを含む。

［作用］ この発明における適用型ハイパスフィルタでは、ハイパ
スフィルタ手段の遮断周波数が入力信号に含まれる低い
周波数の信号成分に応答して適応的に制御される。した
がって、人力信号に含まれる低域信号成分のパワーに応
じて人力信号の低域成分が除去される。

［発明の実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す適応型ハイパスフ
ィルタのブロック図である。第１図を参照して、この適
応型ハイパスフィルタ３ａは、音声入力信号Ｖｉを受け
るように接続されたスイッチトキャパシタフィルタ（以
下ＳＣＦという）１１と、入力信号Ｖｉを積分するため
の積分器１４と、５ＣＦＩＩの出力信号ｖＯを積分する
ための積分器１５と、積分器１４および１５からの出力
信号の減算を行なう減算器１６と、減算器１６からの出
力信号を平滑化するための積分器１７と、積分器１７の
出力信号に応答して動作する電圧制御型発振器（以下■
ＣＯという）１８と、ｖＣＯ１８の出力信号を分周する
分周器１９とを含む。

分周器１９から出力されるクロック信号φがＳＣＦ゛１
１に与えられ、５ＣＦ１１はそのクロック信号φに応答
して動作する。

第２図は、第１図に示す５ＣＦＩＩの例を示す回路図で
ある。第２図を参照して、このＳＣＦ　１１は、３つの
スイッチング素子３１，３２．３３と、３つのキャパシ
タ３４，３５．３６と、差動増幅器３７とを含む。スイ
ッチング素子３１，３２．３３は分周器１９から与えら
れるクロック信号φに応答して動作する。スイッチング
素子３１゜３２とそれらの間に接続されたキャパシタ３
４とスイッチング素子３３とによって高抵抗回路が構成
される。この高抵抗回路とキャパシタ３６とによってス
イッチトキャパシタ回路が構成される。

差動増幅器３７およびそれの反転入力端子と出力端子と
の間に接続されたキャパシタ３５が積分回路を構成する
。

第２図に示す５ＣＦＩＩが第１図に示す適応型ハイパス
フィルタ３ａにおいてハイパスフィルタとして使用され
る。キャパシタ３５の容量値をＣ１１キヤパシタ３４お
よび３６の容量値をともにＣ２とすると、第２図に示す
５ＣＦ１１をハイパスフィルタとして動作させるために
は、次の式（２）および（３）が満足される。

Ｃ２−（１−ｂ）ＸＣＩ　　　　　　　・・・（２）ｂ
＜０．かつ、Ｏ＜Ｉｂ１くｌ　　　　・・・（３）式（
２）および（３）を満たすキャパシタ３４゜３５．３６
を５ＣＦ１１中に設けることにより、クロック信号φの
周波数に依存してその遮断周波数が制御されるハイパス
フィルタが得られる。

次に、再び第１図を参照して、適応型ハイパスフィルタ
３ａの動作について説明する。

音声入力信号Ｖｔが積分器１４に与えられる。

したがって、積分器１４から人力信号Ｖｉの電力を示す
信号が出力され、減算器１６の一方人力与えられる。一
方、５ＣＦ１１の出力信号Ｖｏが積分器１５に与えられ
る。信号Ｖｏは５ＣＦ１１によってその低域成分が除去
されているので、積分器１５から入力信号Ｖｉの高域の
電力を示す信号が出力され、減算器１６の他方入力に与
えられる。

したがりて、減算器１６は音声入力信号Ｖｉの低域の電
力を示す信号を出力し、積分器１７に与える。

積分器１７は、与えられた信号をその積分動作によって
平滑化し、平滑化された信号をｖＣ０１８に与える。Ｖ
Ｃ０１８は積分Ｗ１７から与えられる信号に応答してク
ロック信号を発生する。発信されたクロック信号は、分
周器１９によって分周された後、５ＣＦ１１の遮断周波
数を制御するためのクロック信号φとして５ＣＦＩＩに
与えられる。

減算器１６の出力信号は音声入力信号に含まれる低い周
波数の信号成分の電力に比例する。また、ＶＣ０１８は
与えられる入力電圧に比例した発信周波数を有するクロ
ック信号を出力する。５ＣＦ１１のハイパスフィルタと
しての遮断周波数は、分周器１９から与えられるクロッ
ク信号φの周波数に比例して変化する。したがって、入
力信号に含まれる低域周波数信号成分の電力が高いとき
には、５ＣＦＩＩの遮断周波数が高くなり、入力信号Ｖ
ｉの低域信号成分が抑圧される。また、入力音声信号Ｖ
ｉに含まれる低域周波数信号成分の電力が小さいときに
は遮断周波数が低くなり、この５ＣＦ１１を通過する低
域周波数信号成分が増加される。

第３図は、第１図に示すＶＣＯ１８の入出力特性を示す
特性図である。第３図を参照して、横軸はこのＶＣ０１
８に与えられる入力電圧を示し、縦軸は出力されるクロ
ック信号の発振周波数を示す。第３図に示すように、Ｖ
Ｃ０１８の入出力特性は、５ＣＦ１１の遮断周波数の上
限および下限を制限するために、制御される。

第４図は、この発明のもう１つの実施例を示す適応型ハ
イパスフィルタ３ｂのブロック図である。

第４図を参照して、この適応型ハイパスフィルタ３ｂは
、入力音声信号Ｖｉを受けるように接続された、ハイパ
スフィルタとしての５ＣＦ２１およびローパスフィルタ
としての５ＣＦ２７と、５ＣＦ２７の出力信号を積分す
る積分器２４と、積分器２４の出力に接続されたＶＣＯ
２５と、ｖＣＯ２５から出力されたクロック信号を分周
する分周器２６とを含む。分周器２６から出力されたク
ロック信号φは各５ＣＦ２１および２７に与えられる。

５ＣＦ２１は、ハイパスフィルタとして動作するので、
前述の式（２）および（３）を満足するキャパシタ３４
，３５．３６　（第２図参照）が用いられる。一方、５
ＣＦ２７は、ローパスフィルタとして動作するので、式
（３）の代わりに次の式（４）を満足するキャパシタ３
４．３５．３６が用いられる。

０＜ｂ＜１　　　　　　　　　　　　　・・・（４）こ
のように、第４図に示すような適応型ハイパスフィルタ
を用いた場合でも、入力信号Ｖｉに含まれる低い周波数
の信号成分のパワーが検出されるので、５ＣＦ２１のハ
イパスフィルタとしての遮断周波数を制御することがで
きる。

こうして、第１図または第４図に示す適応型ハイパスフ
ィルタを第５図に示す音声信号処理装置または第６図に
示す音声信号処理システムにおいてハイパスフィルタと
して適用することにより、処理すべき音声の質や周囲の
環境などに依存しないデジタル音声信号を得るための新
しいハイパスフィルタが得られた。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、入力音声信号に含ま
れる低い周波数の信号成分のパワーに応答してその遮断
周波数を制御する制御手段を設けたので、入力音声信号
に含まれる低い周波数の信号成分に応答してその遮断周
波数を適応的に制御可能な適応型ハイパスフィルタが得
られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す適応型ハイパスフ
ィルタのブロック図である。第２図は、第１図に示すス
イッチトキャパシタフィルタの例を示す回路図である。 第３図は、第１図に示す電圧制御型発振器の入出力特性
を示す特性図である。 第４図は、この発明の別の実施例を示す適応型ハイパス
フィルタのブロック図である。第５図は、従来の音声信
号処理装置の構成を示すブロック図である。第６図は、
従来の音声信号処理システムの構成を示すブロック図で
ある。 図において、３ａ、３ｂは適応型ハイパスフィルタ、３
ｃはハイパスフィルタ、４はローパスフィルタ、５はＡ
／Ｄ変換器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 その遮断周波数を制御することが可能なハイパスフィル
   タ手段を備え、前記ハイパスフィルタ手段は音声入力信
   号に含まれる信号成分のうち前記遮断周波数以上の信号
   成分を選択的に出力する、そのような適応型ハイパスフ
   ィルタであって、音声入力信号を受けるように接続され
   、前記入力信号に含まれる低い周波数の信号成分のパワ
   ーを検出する検出手段と、 前記検出手段に応答して、前記ハイパスフィルタ手段の
   前記遮断周波数を制御する制御手段とを含む、適応型ハ
   イパスフィルタ。