周期信号増強システム
【課題】信号成分を強化し、信号のＳＮＲを改善できる信号増強システムを提供する。
【解決手段】信号増強システム（１００）は、会話とその他のオーディオ信号の理解可能性を向上させる。このシステムは信号の選択した部位を強化し、信号の選択した部位を減衰させて、ＳＮＲを増加させることができる。このシステムは、遅延ロジック（２０４）、適応フィルタ（２０６）、および信号強化ロジック（２１８）を備えている。適応フィルタは、入力信号（２０２）の基本周波数と調和成分を追跡して増強する。適応フィルタの出力信号は、入力信号の基本周波数周期の整数倍だけ遅延された入力信号をほぼ再生できる。強化ロジックは、入力信号とフィルタ処理された信号を組み合わせて、増強された出力信号を生成する。
【解決手段】信号増強システム（１００）は、会話とその他のオーディオ信号の理解可能性を向上させる。このシステムは信号の選択した部位を強化し、信号の選択した部位を減衰させて、ＳＮＲを増加させることができる。このシステムは、遅延ロジック（２０４）、適応フィルタ（２０６）、および信号強化ロジック（２１８）を備えている。適応フィルタは、入力信号（２０２）の基本周波数と調和成分を追跡して増強する。適応フィルタの出力信号は、入力信号の基本周波数周期の整数倍だけ遅延された入力信号をほぼ再生できる。強化ロジックは、入力信号とフィルタ処理された信号を組み合わせて、増強された出力信号を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
本出願は、周期信号エンハスメントシステムと題する２００４年１０月２６日に出願された、米国特許出願第１０／９７３，５７５号の一部継続出願である。本出願は周期信号増強システムと題する（ ）に出願された、米国特許出願第（ ）号に関する。
【０００２】
本発明は信号処理システムに関し、より詳しくは周期信号成分を増強できるシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
信号処理システムは多くの役割を担っている。オーディオ信号処理システムは、非常に明確に音声を捕捉（ｃａｐｔｕｒｅ）し、音声を再生し、他の装置に音声を伝達する。ところが、オーディオシステムは、信号成分を破損するか、マスクするか、さもなければ信号成分に悪影響を与える可能性があるノイズ源の影響を受けやすい。
【０００４】
多くのノイズ源が存在する。風、雨、エンジンノイズや電磁干渉等の背景ノイズ、およびその他のノイズ源が、捕捉、再生、または他のシステムへ伝達した信号のノイズに寄与し得る。音声のノイズレベルが増加したとき、明瞭性が低下する。
【０００５】
一部の従来のシステムは、複数のマイクロフォンによりノイズの多い信号を最小化しようとする試みている。各マイクロフォンからの信号は、スマートに組み合わされてノイズを制限する。しかしながら、一部の応用においては、複数のマイクロフォンを使用することができない。
【０００６】
その他のシステムは、ノイズフィルタを使用して音声信号を選択的に減衰させている。フィルタも所望の信号成分を無差別に除去または最小化する場合がある。
【０００７】
信号を向上させるシステムへの需要が存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（要約）
本発明は、信号成分を強化（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ）し、信号のＳＮＲを改善できる信号増強（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）システムを提供する。このシステムは、信号の非定常周期信号成分を検出、追跡（ｔｒａｃｋ）、および強化する。周期信号成分は、母音音声または他の発生音声を表すことができる。また、このシステムは、信号の準定常信号成分も検出、追跡、および減衰させることができる。
【０００９】
増強システムは、信号入力、遅延ロジック、区分適応フィルタ（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｅｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ）、および信号強化ロジックを備えている。区分適応フィルタは、入力信号の遅延非定常基本周波数成分に基づいて入力信号の非定常基本周波数成分を追跡することができる。区分適応フィルタは、複数のフィルタ処理された信号を出力する。フィルタ処理された信号は信号の周波数成分をほぼ追跡し増加させる。強化ロジックは、入力信号とフィルタ処理された信号を組み合わせて増強された信号を生成する。第２の適応フィルタを使用して、入力信号の準定常信号成分を追跡して抑制することができる。
【００１０】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
（項目１）
信号入力と、
該信号入力に結合された区分（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｅｄ）遅延ロジックと、
該区分遅延ロジックに結合され、複数の適応フィルタ出力を有する区分適応フィルタと、
該適応フィルタ出力に結合されたフィルタ強化（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）ロジックと、
該フィルタ強化ロジックに結合されたゲインロジックと、
該信号入力とゲインロジックに結合され、増強された信号出力を有する信号強化ロジックと、
を備える、信号増強システム。
（項目２）
上記複数のフィルタ出力が、第１のフィルタ出力と第２のフィルタ出力を有し、上記区分適応フィルタが、
第１の適応フィルタであって、
第１のフィルタ係数と、
該第１のフィルタ出力と、
第１のエラー出力とを備えた、第１の適応フィルタと、
第２の適応フィルタであって、
第２のフィルタ係数と、
該第２のフィルタ出力と、
第２のエラー出力とを備えた、第２の適応フィルタとを備え、
該第１のエラー出力に基づき該第１のフィルタ係数が調整され、該第２のエラー出力に基づいて該第２のフィルタ係数が調整される、
項目１に記載の信号増強システム。
（項目３）
上記第１のエラー出力が、上記信号入力と上記第１のフィルタ出力の間の第１の差を有し、上記第２のエラー出力が、該信号入力と上記第２のフィルタ出力の間の第２の差を有する、項目２に記載の信号増強システム。
（項目４）
遅延ロジックが上記第１の適応フィルタに結合されたＭ１サンプル遅延と、上記第２の適応フィルタに結合されたＭ２サンプル遅延を有する、
項目２に記載の信号増強システム。
（項目５）
上記Ｍ２サンプル遅延が、上記Ｍ１サンプル遅延に対し直列である、項目４に記載の信号増強システム。
（項目６）
上記第１の適応フィルタが長さＭ１適応フィルタであり、上記第２の適応フィルタが長さＭ２適応フィルタである、項目４に記載の信号増強メントシステム。
（項目７）
Ｍ１＝Ｍ２またはＭ１＝Ｍ２＝１である、項目６に記載の信号増強システム。
（項目８）
上記遅延ロジックが最大適応ピッチを設定するために選択したＤサンプル遅延を備える、項目１に記載の信号増強システム。
（項目９）
上記遅延ロジックが適応ピッチ範囲を設定するために選択したＬサンプル遅延を備える、項目１に記載の信号増強システム。
（項目１０）
上記遅延ロジックが人間の音声ピッチを含む適応ピッチ範囲を実現する、項目１に記載の信号増強システム。
（項目１１）
上記遅延ロジックが約７０Ｈｚと約４００Ｈｚの間の適応ピッチ範囲を実現する、項目１に記載の信号増強システム。
（項目１２）
信号を増強する方法であって、
基本周波数を含む入力信号を受信することと、
複数の異なって遅延された入力信号を得るために、複数の異なるサンプル遅延により入力信号を遅延させることと、
複数の個々の適応フィルタを備える区分適応フィルタを該複数の異なって遅延された入力信号に適用することと、
該区分適応フィルタによりフィルタ処理された出力を生成することであって、該フィルタ処理された出力が該基本周波数の整数倍だけほぼ遅延される、ことと、
該複数の個々の適応フィルタの各々に対しエラー信号を生成することと、
該個々の適応フィルタのエラー信号に基づき、該個々の適応フィルタの各々を適応することと、
該フィルタ処理された出力によって該入力信号を強化することと、
を包含する、方法。
（項目１３）
上記複数の適応フィルタの出力合計を生成することと、
ゲインパラメータにより該合計を偏たせることと、
をさらに包含する、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
追跡する最大ピッチを決定することをさらに包含し、
上記入力信号を遅延させることは、Ｄが該最大ピッチに応じて選択されるＤサンプルだけ入力信号を遅延させることを包含する、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
ピッチ追跡範囲を選択することをさらに包含し、
上記入力信号を遅延させることは、Ｌが該ピッチ追跡範囲を設定するために選択されるＤ＋Ｌサンプルだけ該入力信号を遅延させることを包含する、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
上記ピッチ範囲が人間の音声ピッチを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
上記ピッチ範囲が約７０Ｈｚから約４００Ｈｚの間に広がる、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
機械読み取り可能な記録媒体と、
該機械読み取り可能な記録媒体において具体化された、項目１２〜１７のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータ読み取り可能な命令と、
を備える、製品。
【００１１】
（摘要）
信号増強システムは、会話とその他のオーディオ信号の理解可能性を向上させる。このシステムは信号の選択した部位を強化し、信号の選択した部位を減衰させて、ＳＮＲを増加させることができる。このシステムは、遅延ロジック、区分適応フィルタ、および信号強化ロジックを備えている。区分適応フィルタは、入力信号の基本周波数と調和成分を追跡して増強する。区分適応フィルタの出力信号は、入力信号の基本周波数周期の整数倍だけ遅延された入力信号をほぼ再生できる。強化ロジックは、入力信号とフィルタ処理された信号を組み合わせて、増強された出力信号を生成する。
【００１２】
本発明のその他のシステム、方法、特徴、および利点は、下記の図面と詳細な説明を詳しく読めば当業者に明らかまたは明らかになるであろう。上記の全ての追加システム、方法、および特徴と利点は。本明細書、本発明の範囲に入っており、以下の請求項により保護されなければならない。
【００１３】
下記の図面と詳細な説明を参照して本発明をより良く理解できる。図面中の構成要件は、本発明の原理を示すかわりに、必ずしもスケールを変更したり、強調したりする必要はない。また、図面において、異なる図面全体を通して、同一の参照符号は対応する同一の構成要件を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
増強システムは信号の中の１つ以上の基本周波数成分を検出し、追跡する。信号増強システムは追跡された周波数成分を強める。増強システムは会話（ｓｐｅｅｃｈ）信号またはほかのオーディオ信号の中の情報の明瞭さを改善し得る。強められた信号は改善された信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を有し得る。
【００１５】
図１において、信号増強システム１００は前処理ロジック１０２および後処理ロジック１０４とともに動作し得る。増強システム１００はハードウェアおよび/またはソフトウェアにおいて実行され得る。増強システム１００はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含み得る。ＤＳＰは指示を実行することによって、入力信号を遅延させ、信号の周波数成分を追跡し、信号をフィルタし、および/または信号中のスペクトル成分を強めることが出来る。代替案として、増強システム１００は、個別のロジックまたは回路、個別のロジックおよびプロセッサの混合（ｍｉｘ）を含み得、あるいは複数のプロセッサまたはプログラムに分散され得る。
【００１６】
増強システム１００は入力ソース１０６から入力を受け取り得る。入力ソース１０６はデジタル信号ソースまたはマイクロフォン１０８のようなアナログ信号ソースを含み得る。マイクロフォン１０８はサンプリングシステム１１０を経由して増強システム１００と結合され得る。サンプリングシステム１１０はマイクロフォン１０８によって感知されたアナログ信号を、選択されたサンプリングレートでデジタル形式に変換し得る。
【００１７】
サンプリングレートはいかなる所望の周波数成分をも捉えるように選択され得る。会話に対してはサンプリングレートは概ね８ｋＨｚから約２２ｋＨｚであり得る。音楽に対しては、サンプリングレートは概ね２２ｋＨｚから約４４ｋＨｚであり得る。会話および/または音楽に対して、他のサンプリングレートが使用され得る。
【００１８】
デジタル信号ソースは、通信インターフェイス１１２、増強システム１００が実行される（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ）システム中の他の回路またはロジック、または他の信号ソースを含み得る。入力ソースがデジタル信号ソースであるときには、増強システム１００は付加的前処理をするか、またはすることなくデジタル信号サンプルを受け取り得る。
【００１９】
信号増強システム１００はまた、後処理ロジック１０４と結合し得る。後処理ロジック１０４はオーディオ再生システム１１４、デジタルおよび/またはアナログデータ伝送システム１１６、またはビデオ処理ロジック１１８を含み得る。他の後処理ロジックもまた使用され得る。
【００２０】
オーディオ再生システム１１４はデジタル・アナログ変換器、フィルタ、増幅器、およびその他の回路またはロジックを含み得る。オーディオ再生システム１１４は会話および/または音楽再生システムであり得る。オーディオ再生システム１１４はセルラー電話機、自動車電話機、デジタル媒体プレーヤ/レコーダ、ラジオ、ステレオ、携帯ゲーム装置、または音響再生を採用するその他の装置、に実用され得る。
【００２１】
ビデオ処理システム１１８は視覚的出力を提供する回路および/またはロジックを含み得る。視覚的出力を準備するために使用される信号は、増強システム１００によって実行される処理によって増強され得る。ビデオ処理システム１１８はテレビジョンまたは他のエンタテイメント装置を制御し得る。代替案としては、ビデオ処理システム１１８はコンピュータのモニターまたは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を制御し得る。
【００２２】
伝送システム１１６はネットワーク接続、デシタルまたはアナログトランスミッタ、あるいは他の伝送回路および/またはロジックを備え得る。伝送システム１１６は増強システム１００によって生成された増強された信号を他の装置に通信し得る。例えば自動車電話においては、伝送システム１１６は増強された信号を自動車電話から基準局または他の受信者に、ＺｉｇＢｅｅ、Ｍｏｂｉｌｅ−Ｆｉ、Ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ、Ｗｉ−ｆｉ、またはＷｉＭａｘネットワークなどの無線接続を経由して通信し得る。
【００２３】
図２は増強システム１００を示す。増強システム１００は信号入力２０２を含む。信号入力２０２は増強システム１００によって処理される入力信号を伝える。図２において、入力信号は「ｘ」の記号で示される。入力信号は会話の時間領域サンプルであり得る。説明を容易にするために、以下では会話信号について議論する。しかしながら、増強システム１００は、可聴域または非可聴域の他のあらゆる範囲の周波数内容を有する信号を増強し得る。
【００２４】
増強システム１００は準定常（ｑｕａｓｉ−ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）または非定常な信号を処理し得る。非定常信号はその周波数および/または振幅の内容が、時間と共に比較的速く変化し得る。音声は非定常信号の１例である。
【００２５】
ほとんどの例外なく、会話者の音声の中の基本周波数の内容さえも、会話の間を通じて変化する。基本周波数の変化は概ね１００ｍｓあたり５０パーセントまたはそれ以上であり得る。しかしながら人間の耳に対しては、会話者の音声は比較的一定のピッチを有し得る。
【００２６】
準定常信号はその周波数および/または振幅の内容が、非定常信号よりも少ない頻度で変化し得る。非定常信号は機械の雑音、抑制された人間の音声、または他の音源から発生し得る。ゆっくり変化するエンジン雑音または交流発電機の発生音は準定常信号の例である。
【００２７】
図２に示されるように、入力信号は遅延ロジック２０４と結合される。遅延ロジック２０４は入力信号に遅れを与える。遅れは増強システム１００の個別の実行形態に従って大幅に変わり得る。遅れは選択された最高（ｍａｘｉｍｕｍ）ピッチの周期に対応し得る。最高ピッチは、増強システム１００が増強する入力信号中の最大（ｇｒｅａｔｅｓｔ）ピッチと等しくあり得る。最高ピッチは入力信号の形および性質に従って大幅に変わり得る。
【００２８】
会話信号は概ね７０Ｈｚから約４００Ｈｚまでの基本周波数成分を含み得る。男性の会話はしばしば、概ね７０Ｈｚと約２００Ｈｚとの間の基本周波数成分を含む。女性の会話はしばしば、概ね２００Ｈｚと約４００Ｈｚとの間の基本周波数成分を含む。子供の会話はしばしば、概ね２５０Ｈｚと約４００Ｈｚとの間の基本周波数成分を含む。
【００２９】
増強システム１００は男性および女性の両方の音声による会話を含む入力信号を、分離してまたは同時に重複して処理し得る。これらのシステムにおいては、最高ピッチの周期は女性の音声の基本周波数の周期と概ね一致し得る。最高ピッチの周期は概略１/３００Ｈｚ（概ね３．３ｍｓ）であり得、または女性の音声と関連付けられた別のピッチの周期であり得る。
【００３０】
代替案としては、増強システム１００は男性のみの会話を処理し得る。これらの実行形態においては、最高ピッチの周期は男性の音声の基本周波数の周期と一致し得る。最高ピッチの周期は概略１/１５０Ｈｚ（概ね６．６ｍｓ）であり得、または別のピッチの周期であり得る。
【００３１】
遅延ロジック２０４は入力信号を、最高ピッチの周期に対応する信号サンプルの数だけ遅らせ得る。信号サンプルの数はつぎのように与えられる。
【００３２】
ＮＳＳ＝ＭＰＰ＊ｆｓ
ここに「ＮＳＳ」は信号サンプルの数、「ＭＰＰ」は最高ピッチの周期、「ｆｓ」はサンプリングレートである。約３．３ｍｓのＭＰＰおよび約８ｋＨｚのサンプリングレートを仮定すれば、ＮＳＳ＝概ね２７サンプル、となる。図２において、ＮＳＳはΔＦ０ＭＡＸに対応する。
【００３３】
遅延された入力信号はフィルタ２０６によって受信される。フィルタ２０６は、図２において「ｙ」の記号で示されたフィルタされた出力信号を伝える、フィルタ出力２０８を含む。フィルタ２０６は遅延された入力信号に基づいて、入力信号中の１つ以上の周波数成分を追跡し得る。音声による会話の間にピッチが変化するときにも、フィルタ２０６は入力信号中の基本周波数を追跡し得る。
【００３４】
フィルタ２０６は、フィルタされた出力信号中の追跡された周波数の内容を、再生し、複写し、近似し、またはさもなくば含み得る。フィルタ２０６は有限時間インパルス応答フィルタ（ＦＩＲ）、または他の形のデジタルフィルタであり得る。フィルタ２０６の係数は適応され得る。フィルタ２０６は正規化最小二乗平均（ＮＬＭＳ）法または、再帰形最小二乗（ＲＬＳ）または比例ＬＭＳなどの他の適応フィルタ手法によって適応され得る。他のフィルタを含む他の追跡ロジックもまた使用され得る。
【００３５】
フィルタ２０６は入力信号中の基本周波数に収束（ｃｏｎｖｅｒｇｅ）し得る。フィルタ２０６が収束する基本周波数ｆ０の範囲は、つぎのように与えられる。
【００３６】
【数１】
ここにΔＦ０ＭＡＸは最高ピッチの周期（サンプル数で表す）、ｆｓはサンプリング周波数、（Ｈｚの単位で表す）、およびＬはフィルタ２０６の長さ（サンプル数で表す）を示す。フィルタ２０６が周波数成分を追跡する周波数範囲を増加または減少させるために、フィルタの長さＬは増加または減少され得る。
【００３７】
前述の例においては、最高ピッチは概ね３００Ｈｚであり、遅延ロジック２０４は２７サンプルの遅れを実行した。フィルタ長さＬが６４サンプルであるときは、フィルタ２０６は概ね８８Ｈｚから約２９６Ｈｚまでの周波数範囲の基本周波数の内容を追跡する
【００３８】
【数２】
フィルタ２０６は時間と共に適応し得る。フィルタ２０６は１つのサンプル毎を根拠にエラー信号「ｅ」を評価することによって迅速に適応し得る。代替案としては、フィルタ２０６はサンプルの塊り（ｂｌｏｃｋ）またはその他の根拠に基づいて適応し得る。
【００３９】
適応するにあたって、フィルタ２０６はその１つ以上のフィルタ係数を変更し得る。フィルタ係数はフィルタ２０６の応答を変更し得る。フィルタ係数はフィルタ２０６がエラー信号「ｅ」を最小化しようとするように、フィルタ２０６を適応させる。
【００４０】
エラー推定器２１０はエラー信号「ｅ」を生成し得る。エラー推定器２１０は加算器、比較器、または他の回路またはロジックであり得る。エラー推定器２１０は入力信号「ｘ」をフィルタされた出力信号「ｙ」と比較し得る。
【００４１】
フィルタ２０６が入力シグナル中の基本周波数に収束するにつれて、エラー信号は減少する。エラー信号が減少するにつれて、フィルタされた出力信号「ｙ」は、信号の基本周波数の整数倍だけ遅らされた入力信号「ｘ」とより一層類似する。ゲイン制御ロジック２１２はエラー信号に応答する。
【００４２】
選択的なゲイン制御ロジック２１２は乗算器２１４およびゲインパラメータ２１６を含み得る。ゲイン制御ロジック２１２はフィルタされた出力信号を減衰させる、増幅する、又はその他の変換を行い得る。図２はゲイン制御ロジック２１２がフィルタされた出力信号にゲイン「Ａ」を適用して、ゲイン制御された信号「Ａｙ」を生成することを示す。
【００４３】
強化ロジック２１８は入力信号「ｘ」中の周波数の内容を、ゲイン制御信号「Ａｙ」によって強化し得る。強化ロジック２１８は加算器または他の回路および/またはロジックであり得る。強化ロジック２１８は増強された出力信号を生成し得る。
【００４４】
ｓ＝ｘ＋Ａｙ
エラー信号が増加するときには、ゲイン制御ロジック２１２はゲイン「Ａ」を減少させ得る。ゲインが減少するときには、フィルタされた出力信号の、増強された出力信号への寄与は減少し得る。エラー信号とゲインとの間の関係は連続的、ステップ状、直線的、または非線形であり得る。
【００４５】
一実行形態（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｉｏｎ）においては、増強システム１００は１つ以上のエラー閾値を設定する。エラー信号が上方の閾値を超える場合には、ゲイン制御ロジック２１２はゲイン「Ａ」を０（零）に減少させ得る。上方の閾値が入力信号に設定され得る場合には、ｅ＞ｘならばゲイン「Ａ」は零に設定され得る。エラー信号が下方の閾値よりも小さくなる場合には、ゲイン制御ロジック２１２はゲイン「Ａ」を１（いち）に増加し得る。
【００４６】
エラー信号が上方の閾値を超える場合には、フィルタ制御ロジック２２０はフィルタ２０６をリセットし得る。フィルタ２０６がリセットされるときには、制御ロジック２２０はフィルタ係数を零に戻す（ｚｅｒｏ−ｏｕｔ）、フィルタ係数を再初期化する、または他の処置をとり得る。制御ロジック２２０はまたフィルタの長さを動的に変更する、遅延ロジック２０４によって実行された遅れを変更する、または増強システム１００の他の特性を変更し得る。制御ロジック２２０はまた、増強システム１００が使用されている環境の変化に適応するように、増強システムを変更し得、増強システム１００を新しい会話者、または他の目的に対して適応させ得る。
【００４７】
フィルタ制御ロジック２２０はまた、いかに迅速にフィルタ２０６が適応されるか、フィルタが適応されるか、を制御し得、または他のフィルタ特性を監視または制御し得る。非定常な信号を増強するシステムの場面において、制御ロジック２２０は入力信号中の周波数および振幅成分を迅速に変更することを期待し得る。制御ロジック２２０はまた、入力信号中の特定の周波数成分が支配的であることを、時の経過とともに（ｏｖｅｒ ｔｉｍｅ）予測しまたは決定し得る。
【００４８】
制御ロジック２２０はまた、入力信号はその周波数の内容、振幅、または他の特性が予測されたものまたは決定されたものから変化していることを、決定し得る。これに応答して、制御ロジック２２０はフィルタ２０６が新しい信号の内容に適応しようとすることを停止させ得、適応の速度を遅くし得、または他の処置をとり得る。制御ロジック２２０は、入力信号の特性が予測されたものに戻るまで、所定の時間が経過するまで、制御を解除する指令がなされるまで、または別の時間または条件が満たされるまで、フィルタ２０６に対する制御を実行し得る。
【００４９】
遅延ロジック２０４は、フィルタされた出力信号が現時点の入力信号「ｘ」の正確な複製であることを防止する。従ってフィルタされた出力信号は入力信号「ｘ」の中の選択された周期性を近接して追跡し得る。現時点の入力信号「ｘ」がフィルタされた出力信号「ｙ」で強化され、出力信号「ｓ」が生成されたとき、周期的な信号成分は増加する方向に結合されることを得、不規則なノイズ成分は減少する方向に結合され得る。従って、周期的な信号成分はノイズよりも増強され得る。
【００５０】
遅延ロジック２０４およびフィルタ２０６によって導入される遅れは、概ねフィルタ２０６によって追跡された基本周波数成分の１サイクルであり得る。遅れは、母音などの音声に対する声門パルスの遅れに対応し得る。入力信号にフィルタされた出力信号が加えられたとき、遅れは基本周波数成分を同相で、またはほぼ同相で加え得る。
【００５１】
同相で加えられたとき、増強された出力信号の中の基本周波数の内容に対して得られるゲインは概ね６ｄＢまたはそれ以上であり得る。入力信号およびフィルタされた出力信号中のノイズは相の不一致を生じる。入力信号およびフィルタされた出力信号が加えられたとき、ノイズの増加は増強された周波数の内容の増加よりも少なく、例えば３ｄＢまたはそれ以下であり得る。増強された出力信号は増加したＳＮＲを有し得る。
【００５２】
増強システム１００が処理する入力信号は、複数の基本周波数を含み得る。例えば、２人の会話者が同時に話しているとき、入力信号は２つの非定常な基本周波数を含み得る。複数の基本周波数が存在するとき、フィルタ２０６は、入力信号の遅延されたバージョンであるフィルタされた信号「ｙ」を提供するように、適応し収束を続ける。強化ロジック２１８は入力信号中に存在する１つ以上の基本周波数を強化し得る。
【００５３】
図３において、グラフはフィルタ２０６に対する係数３００を示す。係数は、係数の番号を水平軸上に、および大きさを垂直軸上にプロットされている。係数３００は、女性の会話に対して適応されたフィルタ２０６を示す。
【００５４】
任意の時において、係数３００は分析され、入力信号における基本周波数の迅速な概算値を、優れた一時的な分解能において決定し得る。係数３００は、係数３０４（第５フィルタ係数）、係数３０６（第６フィルタ係数）、係数３０８（第７フィルタ係数）のあたりでピークに達し始める。係数のピークまたは概ねの係数のピークを検索、および、それに対応する係数インデックス「ｃ」を決定することによって、基本周波数ｆａの速い概算は、以下のようになり得る。
【００５５】
【数３】
図３において、係数のピークは、第６フィルタ係数３０６である。８ｋＨｚのサンプリングレートおよび２７サンプル遅延を以下のように想定する。
【００５６】
【数４】
図４において、プロットは、男性の声に適応するように、フィルタ２０６のために係数４００を示す。係数のピークは、係数４０２（第３４フィルタ係数）、係数４０４（第３５フィルタ係数）、および係数４０６（第３６フィルタ係数）の近くに現れる。基本周波数の概算は、以下のようである。
【００５７】
【数５】
制御ロジック２２０は、時の経過によって変化するような、入力信号の基本周波数を含みつつ、入力信号の多くの特徴における履歴データを記憶し得る。制御ロジック２２０は、入力信号の特徴が予期せずに変化するかどうかを決定する目的として、履歴データを検査し得る。制御ロジック２２０は、フィルタ２０６を制御する適応を行使することによって、または他の行動を取ることによって、応答し得る。
【００５８】
図５は、周期信号を増強するためにとられ得るアクトのフロー図を示している。最大ピッチは増強システム１００（Ａｃｔ５０２）によって、処理のために選択される。遅延ロジック２０４は、最大ピッチ（Ａｃｔ５０４）の期間を実行するためにセットされ得る。
【００５９】
増強システム１００が動作する周波数の範囲はまた、選択され得る（Ａｃｔ５０６）。フィルタ２０５の長さは、周波数の範囲（Ａｃｔ５０８）を収容するためにセットされ得る。フィルタの長さは、フィルタ２０６動作の間においてダイナミックに変化され得る。
【００６０】
入力信号は遅延され、フィルタ（Ａｃｔ５１０）され得る。増強システム１００は、エラー信号を生成し得、個々にフィルタ２０６（Ａｃｔ５１２）に適応し得る。増強システム１００は、フィルタされた出力信号（Ａｃｔ５１４）のゲインを制御し得る。
【００６１】
増強システム１００は、入力信号およびゲイン制御信号（Ａｃｔ５１６）を追加し得る。増強された出力信号が結果となり得る。増強システム１００はまた、基本周波数の概算値を決定し得る（Ａｃｔ５１８）。増強システム１００は、フィルタ２０６（Ａｃｔ５２０）を制御し、適応を行使するために周波数の概算値を利用し得る。
【００６２】
図６は、複数ステージの増強システム６００を示している。増強システム６００は、第１フィルタステージ６０２および第２フィルタステージ６０４を含む。フィルタステージ６０２および６０４は、異なるレートにて、応答または適応し得る。
【００６３】
第１フィルタステージ６０２は、ゆっくりと適応し得、準定常信号成分を制御し得る。準定常信号成分は、エンジンの騒音または環境の影響のような、相対的に一貫した背景の騒音、または他の理由のために、入力信号において存在し得る。
【００６４】
信号入力６０６は、第１ステージ６０２に接続する。信号入力６０６は、遅延ロジック６０８に接続し得る。遅延ロジックは、第１ステージ６０２によって制御され得る最大の準定常周波数の期間に対応した遅延を遂行し得る。
【００６５】
最大の準定常周波数は、増強システム６００が利用される環境の、既知または予見される特徴にしたがって選択され得る。フィルタ制御ロジック６１０は、第１ステージ６０２をその環境へ適応するために、ダイナミックに遅延を修正し得る。フィルタ制御ロジック６１０はまた、準定常フィルタ６１２を制御し得る。
【００６６】
第１ステージにおけるフィルタ６１２は、ＦＩＲフィルタを適応されたＮＬＭＳまたはＦＩＲフィルタを適応されたＲＬＳのようなロジックを追跡する信号成分を含み得る。第１ステージにおけるフィルタ６１２は、ゆっくり適応し得、例えば、８ｋＨｚのサンプリングレートおよび６４のフィルタの長さで、０よりも大きく、概ね０．０１よりも小さいＮＬＭＳステップサイズは、通常の音声信号の劣化を最小限に食い止める一方で、準定常周期信号を減衰させ得る。第１ステージのフィルタされた出力６１４は、入力信号における準定常信号成分を概ね再生産するフィルタされた出力信号を提供し得る。
【００６７】
抑制ロジック６１６およびスローフィルタの適応は、非定常信号成分を、第１ステージ６０２を介して、第２ステージ６０４に通過させ得る。他方では、抑制ロジック６１６は、入力信号における準定常信号成分を抑制し得る。抑制ロジック６１６は、入力信号からフィルタされた出力信号を減じる数値ロジックとして実行され得る。
【００６８】
フィルタされた出力信号において複製された準定常信号コンテンツは、入力信号から取り除かれる。第１ステージ６０２によって生成される出力信号は、以下のようであり得る。
【００６９】
ｘ２＝ｅ１＝ｘ−ｙ１
「ｅ１」が第１ステージの出力信号である場合、「ｘ」は入力信号であり、「ｙ１」が第１ステージのフィルタされた出力である。
【００７０】
第１ステージ出力６１８は、第２ステージ６０４へ接続され得る。第２ステージ６０４は、適応フィルタ２０６を用いて信号「ｘ２」を処理し得る。フィルタ２０６は迅速に適応し得、例えば、８ｋＨｚのサンプリングレートおよび６４のフィルタの長さで、概ね０．６より大きく、１．０よりも小さいＮＬＭＳステップサイズが、適応フィルタ２０６に、通常の会話信号における基本周波数を追跡させ得る。
【００７１】
第２ステージ６０４は、第１ステージ出力信号における、非定常信号成分を増強し得る。非定常信号成分は、音声、音楽または他の信号ソースの結果として入力信号において存在し得る。第２ステージ６０４は、上記で説明されたように、第１ステージ出力信号を処理し得る。
【００７２】
増強システム６００は、第２増強ステージ６０４が後に続く第１の抑制ステージ６０２を利用する。増強システム６００は、音声コンテンツのような、非定常信号コンテンツを強めるために利用され得る。ゆっくりと変化する信号成分を導く環境において、増強システム６００は、ゆっくりと変化する信号成分を取り除き、または抑制し得る。例えば自動車電話において、第１ステージ６０２は、エンジンの騒音、道路の騒音、または他の騒音を取り除き、または抑制し得、その一方で、第２ステージ６０４は、男性または女性の声の成分のような、非定常信号成分を増強する。
【００７３】
信号増強システム１００は、周期信号コンテンツを増強し得、ＳＮＲを増加させ得、入力信号における騒音を減少させ得る。音声信号に応用された場合、増強システム１００は、基本音声周波数を強め、母音または他の音を強め得る。増強システム１００は、それらが聞き取れても、聞き取れなくても、他の信号を増強し得る。
【００７４】
遅延ロジック２０４または６０８およびフィルタ２０６または６１２によって導かれた全ての遅延はまた、概ね、追跡されたピッチ期間のサイクルの整数（１またはそれ以上）であり得る。追加のサイクルによっての遅延は、入力信号を、１サイクルを待つよりも、より大きい程度に、変化させ得る。現在の入力信号により長い遅延フィルタ信号を追加することは、反響音のような出力信号に特別な効果を生み出し得、一方で、基本周波数成分を増強し得る。
【００７５】
図７において、信号増強システム７００は、区分された遅延ロジック７０４だけでなく、区分された適応フィルタ７０２を含む。区分された適応フィルタ７０２は、多数の適応フィルタを含み、「ｉ」を介した適応フィルタ１として、図７において示されている。適応フィルタ１、２、３および「ｉ」は、個々に、７０６、７０８、７１０、７１２とラベルされる。それぞれの適応フィルタの出力は、フィルタ出力に、固定された、または可変のゲインパラメータを適用する乗算器を含んだゲインロジック７４４に接続し得る。図７は、個々に、フィルタ７０６〜７１２の出力へ適用されるゲインパラメータ７１４，７１６，７１８、および７２０を示している。ゲインおよびフィルタ制御ロジック７２２は、ゲインパラメータ７１４〜７２０の制御を実行し得、それぞれ個々のフィルタ７０６〜７１２もためにフィルタ適応を実行し得る。
【００７６】
フィルタ出力を荷重された一つ以上のゲインは、フィルタ出力「ｙＳＵＭ」の荷重された量を得るために強化ロジック７２４によって、ともに追加され得る。強化ロジック７２６は、出力信号「ｓ」を創るために、荷重された量のフィルタ出力「ｙＳＵＭ」を、入力信号「ｘ」に追加する。強化ロジックは、加算器であり得、または他の信号加算器（ｓｕｍｍｅｒ）であり得る。区分された遅延ロジック７０４は、多数の直列接続された遅延ブロックを含み、そのうちの５つは、遅延ブロック７２８，７３０，７３２，７３４および７３６とラベルされる。
【００７７】
７０６〜７１２のそれぞれのフィルタは、区分された遅延ロジック７０４によって遅延され、「ｘ」に基づくそのフィルタおよびフィルタの出力信号「ｙ」のための単一のエラー信号「ｅ」を決定した後、入力信号「ｘ」を受信する。例えば、第１の適応フィルタ７０２のためのエラー信号「ｅ１」は、「ｅ」＝「ｘ」−「ｙ１」である。それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２は、その単一のエラー信号「ｅ１」を最小限にしようとするために適応する。
【００７８】
区分されたフィルタ７０２は、多数適応フィルタ７０６〜７１２を横切ってタスクを追跡する全体の信号を分割する。それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２は、区分されたフィルタ７０２の全てのインパルス応答の一部を処理および適応し得る。結果として、７０６〜７１２のそれぞれの適応フィルタは、図２で示された、より長い適応フィルタよりも短い長さ（例えば、タップよりも小さい数で）を有し得る。
【００７９】
１２０のタップおよび６つの適応フィルタを有して遂行されるインパルス応答を与えられ、それぞれの適応フィルタは、全てのインパルス応答の２０（または任意の数）のタップを処理しえる。他の遂行において、フィルタ７０２における適応フィルタ区分の数は、全てのインパルス応答の長さと等しく、それゆえ、それぞれの適応フィルタは１の長さを有する。区分されたフィルタ７０２の全ての長さは、上記で説明されたように、区分されたフィルタ７０２を追跡する周波数の範囲に関して、選ばれ得る。
【００８０】
適応フィルタ７０６〜７１２は、入力信号における予期された基本周波数に依存した長さにおいて変化し得る。予期された基本周波数において、または予期された基本周波数の近くで、インパルス応答の一部を処理するために、適応フィルタ７０６〜７１２は、より短く区分され、さらに迅速な適応フィルタであり得る。予期された基本周波数から遠くでは、適応フィルタ７０６〜７１２は、より長く、さらにゆっくりとした適応フィルタであり得る。このように、適応フィルタ７０６〜７１２の長さは、入力信号における当該の周波数において、または当該周波数の近くで、迅速な適応が供給されるために選択され得る。
【００８１】
それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２は、個々に、フィルタ係数アップデートをほぼ利用しない。適応フィルタ７０６〜７１２は、より長い適応フィルタを利用する実行におけるフィルタよりも、さらに迅速にアップデートし得る。より迅速なフィルタアップデートは、特に高周波数で、増強された全ての追跡実行をもたらす。全ての追跡実行における増加は、それらの周波数が音声であれ、人工的に作られたものであれ、それ自体を、迅速に変化する追跡の基本周波数に与える。最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズム、再帰形最小二乗（ＲＬＳ）アルゴリズム、ＬＭＳ、ＲＬＳの別形、または他の技術は、単一のエラー信号「ｅｉ」をアップデートするために利用され得る。
【００８２】
遅延ロジック７０４は、１つ以上のフィルタ７０６〜７１２への入力信号「ｘ」の到達を遅延する。図７は、それぞれのフィルタ７０６〜７１２がそれぞれの遅延に関係していることを示す。それぞれの遅延ブロック７２８〜７３６は任意数の信号サンプルの遅延を実行し得る。
【００８３】
一つの実行は第１の遅延ブロック７２８におけるＤサンプルの初期遅延を用いる。それぞれのその後の遅延ロジック７３０〜７３６は各々の構成可能な遅延を有し、図７において、遅延のＭ１、Ｍ２，Ｍ３，Ｍｉサンプルとして示される。遅延ブロック７３０は第１の適応フィルタ７０６をフィードし、遅延ブロック７３２は第２の適応フィルタ７０８をフィードし、第３の遅延ブロック７３４は第３の適応フィルタ７１０をフィードし、このように第ｉ番目遅延ブロック７３６は第ｉ番目フィルタ７１２をフィードする。
【００８４】
遅延Ｄ、Ｍ１、．．．、Ｍｉは、遅延ブロックがフィードする適応フィルタの長さ（たとえば、タップ数）に対応し得るかまたは、遅延ブロックがフィードする適応フィルタの長さとは異なることがあり得る。たとえば、適応フィルタ７１０の長さはＭ３タップであり得て、適応フィルタ７０６をフィードする遅延ブロック７３４は信号サンプルをＭ３サンプル分、遅延し得る。
【００８５】
適応フィルタ「ｉ」の長さがその関連する遅延Ｍｉより小さい場合、適応フィルタは初期により速く収束し得る。適応フィルタ「ｉ」の長さがその関連する遅延Ｍｉより大きい場合、収束すると、適応フィルタはより小さい平均二乗誤差を経験し得る。フィルタ長さおよび／または遅延ロジック７３０〜７３６は、システム７００が用いられる実行の実行指針にしたがって設定され得る。
【００８６】
遅延Ｄが選択され得て、システム７００が適応する基本周波数の範囲を設定する。フィルタ７００が収束するまたは適応する基本周波数ｆ０またはピッチの範囲は以下によって与えられる。
【００８７】
【数６】
この場合、Ｌは区分された適応フィルタ７０２の全体の長さであって、たとえば、Ｌ＝Ｍ１＋Ｍ２＋．．．＋Ｍｉであり、ｆＳは、サンプリングレートである。
【００８８】
ゲインおよびフィルタ制御ロジック７２２は、ゲイン７１４〜７２０および、各々におけるつまり各々のフィルタ７０６〜７１２に対するフィルタ適応を制御し得る。フィルタ制御２２０に関する上記の制御技術はまた信号増強システム７００において用いられ得る。ゲイン７１４〜７２０は、入力信号「ｘ」の信号対ノイズ比に比例し得るか、さもなければ、信号に基づいて設定され得る。ＳＮＲが低減するにつれ、１つ以上のゲイン７１４〜７２０はノイズを抑制しようとして増加し得る。ＳＮＲが増加するにつれ、１つ以上のゲイン７１４〜７２０は低減し得るかまたはゼロに設定され得る。
【００８９】
ゲイン７１４〜７２０は、その対応する適応フィルタのフィルタ係数関数として決定され得る。ゲイン７１４〜７２０の一つの式は、随意的に正規化定数「ｋ」を含み、Ａｉ＝ｆ（ｈｉ）／ｋ である。
【００９０】
関数ｆ（ｈｉ）は適応フィルタ係数関数であり、所望される増強次第で多くの方法に定義され得る。ｆ（ｈｉ）の例は以下に与えられる。
【００９１】
【数７】
一つの実行において、式（５）は、ｍ＝２およびフィルタ長さ１で用いられる。増加する「ｍ」によって、高調波がより大きく増大され得る。ゲイン７１４〜７２０は、フィルタ係数に加えてまたは代替として、他の情報に基づいて選択され得るかまたは決定され得る。正規化定数「ｋ」は、
ｋ＝ｍａｘｉ（ｆ（ｈｉ））
にしたがって設定され得る。
【００９２】
ゲイン７１４〜７２０は選択され得て、または修正され（たとえば、増加され）得て、入力信号の周期的成分を増加するかまたは強化する係数を備える適応フィルタの効果を増幅する。ゲイン７１４〜７２０はまた選択され得て、または修正され（たとえば、減少されるかゼロに設定され）得て、入力信号の周期的成分を低下させるかまたは弱める係数（一般的にマイナスの係数）を備える適応フィルタの効果を減少させるかまたは取り除く。しかしながら、ゲイン７１４〜７２０は、フィルタ係数の大きさに依存する他の方法に設定され得る。したがって、増強システム７００はゲイン７１４〜７２０を各々に設定し得て、システム７００において増強のみが起こる。
【００９３】
強化ロジック７２６は増強した出力信号「ｓ」を生成する：
ｓ＝ｘ＋Ａ１ｙ１＋Ａ２ｙ２＋Ａ３ｙ３＋．．．＋Ａｉｙｉ
図８は、増強システム７００に代わるものを提供する増強システム８００を示す。増強システム８００は各々制御されたゲイン７１４〜７２０をゲインロジック８０２（たとえば、倍率器およびゲインパラメータ）に置き換える。ゲインロジック８０２は、ゲインパラメータ「Ａ」８０４によって、適応フィルタ出力の合計をバイアスする。強化ロジック８０６はそれぞれの適応フィルタ出力の合計を提供し得る。
【００９４】
増強システム７００および８００によって生成される信号「ｓ」は、強化された基本周波数および基本周波数の高調波を含み、その結果、よりわかりやすいオーディオ信号になる。増強システムにおけるそれぞれの適応フィルタ７０６〜７１２はそのエラー信号によって、独立的にアップデートされ得て、フィルタと全体に対してより速く適応することになる。複数の適応フィルタへの区分によって、隣接高調波間のスミアリングの低下、より小さい高調波（たとえば、ノイズレベルに近い高調波）のよりよい保存、入力信号の非周期的成分のより小さな歪みにつながる。さらに、増強システム７００は、ノイズに組み込まれた高調波でさえもノイズより上のレベルに増強し得て、小さな高調波をより良く保存し得る。実行間での選択の際、増強システム８００は、複雑性の減少および計算要求の減少という利点を有する一方、増強システム７００は、それぞれの適応フィルタ７０２〜７０８のゲインおよび出力信号へのその影響を独立的に制御するために柔軟性を提供する利点を有する。
【００９５】
図９は、信号増強システム２００および８００の周波数パフォーマンスの比較である。プロット９０２は、入力信号９０４および出力信号９０６を含む信号増強システム２００のパフォーマンスを示す。プロット９０８は、同一の入力信号９０４および増強した出力信号９１０を含む信号増強システム８００のパフォーマンスを示す。プロット９０８は、信号増強システム２００と比べて、信号増強システム８００の改善された高周波数応答を含む改善された全体のトラッキング応答を示す。出力信号９１０は出力信号９０４の高周波数含量をより一層厳密にトラックする。
【００９６】
プロット９０２および９０８はまた、増強システム８００によって達成された高調波間の改善された分離を示す。プロット９０２は、入力信号９０４と増強した信号９０６との間の周波数応答ギャップ９１２を示す。増強システム８００のパフォーマンスのプロット９０８は、参照数９１４で示されているようにギャップはずっと小さいことを示している。出力信号９１０は高調波間の分離を改善し、それによって出力信号９１０における高調波間のスミアリングが小さくなる。
【００９７】
図１０は、信号増強システム７００および８００の周波数パフォーマンスの比較である。プロット１００２は、増強システム８００によって生成される入力信号１００４および出力信号１００６を含む信号増強システム８００のパフォーマンスを示す。プロット１００８は、同一の入力信号１００４および出力信号１００６を含む信号増強システム７００のパフォーマンスを示す。プロット１００８は、より小さな高周波の改善された増強を含む増強システム７００（各々制御されたゲイン７１４〜７２０を備える）の改善された全体のトラッキングを示す。
【００９８】
増強されたより小さな高調波１０１２、１０１４、１０１６、１０１８の例は図１０にラベルづけされる。増強された高調波１０１２および１０１４は、プロット１０１２において約３０００〜３２００Ｈｚに位置し、これらは増強システム８００によって強化されたものである。増強システム７００は、プロット１００８における増強された高調波１０１６および１０１８に示されているように、より小さな高調波の一層大きな増強を提供する。
【００９９】
図１１は、周期信号を増強するために用いられ得るアクト（ａｃｔ）のフローチャート１１００を示す。増強システム７００および８００がトラックする最大ピッチが選択される（Ａｃｔ１１０２）。ピッチは、遭遇すると予期される信号タイプおよびそれらの特徴（男性、女性、または子供の声の特徴など）にしたがって選択され得る。遅延ブロック７２８〜７３６によって実行される全体の遅延は、最大ピッチの周期に設定され得る（Ａｃｔ１１０４）。
【０１００】
増強システム７００，８００が動作する周波数範囲もまた選択され得る（Ａｃｔ１１０６）。適合フィルタ７０２〜７０８の全体のフィルタ長さは、周波数範囲を適応するために設定され得る（Ａｃｔ１１０８）。フィルタ長さおよび、周波数範囲および、最大ピッチは、増強システムの動作中、動的に変えられ得る。
【０１０１】
増強システムは、複数の適応フィルタ７０２〜７０８に渡る全体のインパルス応答を区分する（Ａｃｔ１１１０）。適応フィルタは、関係する基本周波数のインパルス応答の規模が大きい部分で、より小さなブロックに区分され得る。任意の適応フィルタ７０６〜７１２は、インパルス応答の１つ以上のポイントを処理し得る。それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２は、インパルス応答の同じ数のポイントまたは異なる数のポイントを処理し得る。
【０１０２】
増強システム７００および８００は入力信号を受け取る（Ａｃｔ１１１２）。増強システム７００および８００は区分された適応フィルタを用いて入力信号をフィルタリングする（Ａｃｔ１１１４）。各々に選択されたゲインは、それぞれの適応フィルタのフィルタ処理された出力信号に適応される（Ａｃｔ１１１６）。制御された出力信号ゲインはそれから加算される。代替に、ゲインは、１つ以上のフィルタ処理された出力信号の合計に適応され得る。増強システム７００、８００は入力信号および制御された出力信号ゲインを加える（Ａｃｔ１１１８）。増強された出力信号の結果、基本周波数および高調波含量が強化される。
【０１０３】
増強システム７００および８００は、ピッチ推定出力「ｐ」７４０を含むピッチ検出ロジック７３８を組み込み得る。ピッチ検出ロジック７３８は上記のように、入力信号の信号成分の推定の基本周波数を決定し得る（Ａｃｔ１１２０）。推定は、それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２へのフィルタ係数の分析に基づき得て、迅速に基本周波数を推定する。周波数推定または他の情報は増強システム７００および８００に原理を提供し、適応率の増加および減少、フィルタ長さの変更、フィルタの付加または除去、他の適応などのような適応制御を、フィルタ７０２〜７０８およびゲインに渡って行う（Ａｃｔ１１２２）。
【０１０４】
増強システム７００および８００はまた、音声検出出力「ｖ」７４４を含む音声検出ロジック７４２を含み得る。音声検出ロジック７４２は、事前に選択されたしきい値（たとえば、バックグラウンドノイズレベル）より上のフィルタ係数にピークを設置し得る。そのような係数は、入力信号における周期的周波数成分の存在を示し得る。母音サウンドは、特に強いピークであり得るバックグラウンドノイズレベルより上に係数ピークを引き上げ得る。しきい値より上のピークが示される場合、音声検出ロジック７４２が音声検出出力「ｖ」をアサートし得て、入力信号は発声成分を含むことを示す。
【０１０５】
音声検出ロジック７４２が検出測定を決定し得る。検出測定は、音声が入力信号に示されているか否かの表示を提供する。検出測定はプラスのフィルタ係数の大きさの合計であり得る。合計がしきい値を超える場合、音声検出ロジックは音声検出出力「ｖ」７４４をアサートし得る。
【０１０６】
それぞれの適応フィルタ７０２〜７０８はそのエラー信号を生成する（Ａｃｔ１１２４）。それによって、それぞれの適応フィルタ７０２〜７０８はそのエラー信号に基づいて適応する（Ａｃｔ１１２６）。増強システム７００および８００は入力信号の時間中、増強された出力信号を提供し続け得る（Ａｃｔ１１２８）。
【０１０７】
図１２は、複数のステージ増強システム１２０２および複数のステージ増強システム１２０４を示す。システム１２０２は、信号増強システム７００に結合するフィルタステージ（たとえば、ステージ６０２）をゆっくり適応することを含む。入力信号「ｘ」１２０６はゆっくりと適応するフィルタステージ６０２に結合し、信号増強システム７００は増強した出力信号「ｓ」１２０８を生成する。複数のステージ増強システム１２０４は、信号増強システム８００に結合しているゆっくり適応するフィルタステージ６０２を用いて、増強された出力信号「ｓ」１２１０を生成する。
【０１０８】
ゆっくりと適応するフィルタステージ６０２は準定常信号成分を抑制し得る。準定常信号成分は、ゆっくり変化する周波数含量を備えるバックグラウンドノイズのために入力信号に示され得る。ゆっくりと適応するフィルタステージ６０２は、比較的ゆっくり変化する周波数特性を備えるエンジンノイズまたは環境効果または他のノイズソースを抑制し得る。音声信号に存在し、ゆっくりと適応するフィルタステージ６０２をパスするような周期的周波数含量を増加するために信号増強システム７００および８００が続く。
【０１０９】
信号増強システム２００、６００、７００、８００は、ハードウェアまたはソフトウェアまたはハードウェアとソフトウェアの組み合わせに実行され得る。増強システムは、ディスク、ＥＰＲＯＭ、フラッシュカード、他のメモリのような機械読み出し可能な媒体に格納される命令の形をとり得る。増強システム２００、６００、７００、８００は、通信装置または、サウンドシステムまたは、ゲーム機器または、信号処理ソフトウェアまたは、他の装置およびプログラムに組み込まれ得る。増強システム２００、６００、７００、８００はマイクロフォン入力信号を前処理し得て、後に続く処理のために母音サウンドのＳＮＲを増加する。
【０１１０】
本発明のさまざまな実施形態が記載されてきたが、より多くの実施形態および実行が本発明の範囲内で可能であることが当業者に明らかとなるであろう。したがって、添付の請求項とそれに対応するものを考慮に入れずに、本発明が限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】図１は前処理および後処理ロジックを有する信号増強システムを示す。
【図２】図２は単ステージの信号増強システムを示す。
【図３】図３は女性の声に適応されたフィルタのフィルタ係数のプロットを示す。
【図４】図４は男性の声に適応されたフィルタのフィルタ係数のプロットを示す。
【図５】図５は信号増強の流れ図である。
【図６】図６は複ステージの信号増強システムを示す。
【図７】図７は区分された適応フィルタを含む信号増強システムを示す。
【図８】図８は区分された適応フィルタを含む信号増強システムの代替の実行形態を示す。
【図９】図９は図２および図８に示された信号増強システムの周波数特性の比較を示す。
【図１０】図１０は図７および図８に示された信号増強システムの周波数特性の比較を示す
【図１１】図１１は信号増強の流れ図である。
【図１２】図１２は複ステージの信号増強システムを示す。
【符号の説明】
【０１１２】
１００、６００、７００、８００ 信号増強システム
２０２ 信号入力
２０４ 遅延ロジック
２０６ フィルタ
２１０ エラー推定器
２１２ ゲイン制御ロジック
２１８ 信号強化ロジック
２２０ 制御ロジック
７０２ 区分適応フィルタ
７０４ 区分遅延ロジック
７４４ ゲインロジック
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
本出願は、周期信号エンハスメントシステムと題する２００４年１０月２６日に出願された、米国特許出願第１０／９７３，５７５号の一部継続出願である。本出願は周期信号増強システムと題する（ ）に出願された、米国特許出願第（ ）号に関する。
【０００２】
本発明は信号処理システムに関し、より詳しくは周期信号成分を増強できるシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
信号処理システムは多くの役割を担っている。オーディオ信号処理システムは、非常に明確に音声を捕捉（ｃａｐｔｕｒｅ）し、音声を再生し、他の装置に音声を伝達する。ところが、オーディオシステムは、信号成分を破損するか、マスクするか、さもなければ信号成分に悪影響を与える可能性があるノイズ源の影響を受けやすい。
【０００４】
多くのノイズ源が存在する。風、雨、エンジンノイズや電磁干渉等の背景ノイズ、およびその他のノイズ源が、捕捉、再生、または他のシステムへ伝達した信号のノイズに寄与し得る。音声のノイズレベルが増加したとき、明瞭性が低下する。
【０００５】
一部の従来のシステムは、複数のマイクロフォンによりノイズの多い信号を最小化しようとする試みている。各マイクロフォンからの信号は、スマートに組み合わされてノイズを制限する。しかしながら、一部の応用においては、複数のマイクロフォンを使用することができない。
【０００６】
その他のシステムは、ノイズフィルタを使用して音声信号を選択的に減衰させている。フィルタも所望の信号成分を無差別に除去または最小化する場合がある。
【０００７】
信号を向上させるシステムへの需要が存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（要約）
本発明は、信号成分を強化（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ）し、信号のＳＮＲを改善できる信号増強（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）システムを提供する。このシステムは、信号の非定常周期信号成分を検出、追跡（ｔｒａｃｋ）、および強化する。周期信号成分は、母音音声または他の発生音声を表すことができる。また、このシステムは、信号の準定常信号成分も検出、追跡、および減衰させることができる。
【０００９】
増強システムは、信号入力、遅延ロジック、区分適応フィルタ（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｅｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ）、および信号強化ロジックを備えている。区分適応フィルタは、入力信号の遅延非定常基本周波数成分に基づいて入力信号の非定常基本周波数成分を追跡することができる。区分適応フィルタは、複数のフィルタ処理された信号を出力する。フィルタ処理された信号は信号の周波数成分をほぼ追跡し増加させる。強化ロジックは、入力信号とフィルタ処理された信号を組み合わせて増強された信号を生成する。第２の適応フィルタを使用して、入力信号の準定常信号成分を追跡して抑制することができる。
【００１０】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
（項目１）
信号入力と、
該信号入力に結合された区分（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｅｄ）遅延ロジックと、
該区分遅延ロジックに結合され、複数の適応フィルタ出力を有する区分適応フィルタと、
該適応フィルタ出力に結合されたフィルタ強化（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）ロジックと、
該フィルタ強化ロジックに結合されたゲインロジックと、
該信号入力とゲインロジックに結合され、増強された信号出力を有する信号強化ロジックと、
を備える、信号増強システム。
（項目２）
上記複数のフィルタ出力が、第１のフィルタ出力と第２のフィルタ出力を有し、上記区分適応フィルタが、
第１の適応フィルタであって、
第１のフィルタ係数と、
該第１のフィルタ出力と、
第１のエラー出力とを備えた、第１の適応フィルタと、
第２の適応フィルタであって、
第２のフィルタ係数と、
該第２のフィルタ出力と、
第２のエラー出力とを備えた、第２の適応フィルタとを備え、
該第１のエラー出力に基づき該第１のフィルタ係数が調整され、該第２のエラー出力に基づいて該第２のフィルタ係数が調整される、
項目１に記載の信号増強システム。
（項目３）
上記第１のエラー出力が、上記信号入力と上記第１のフィルタ出力の間の第１の差を有し、上記第２のエラー出力が、該信号入力と上記第２のフィルタ出力の間の第２の差を有する、項目２に記載の信号増強システム。
（項目４）
遅延ロジックが上記第１の適応フィルタに結合されたＭ１サンプル遅延と、上記第２の適応フィルタに結合されたＭ２サンプル遅延を有する、
項目２に記載の信号増強システム。
（項目５）
上記Ｍ２サンプル遅延が、上記Ｍ１サンプル遅延に対し直列である、項目４に記載の信号増強システム。
（項目６）
上記第１の適応フィルタが長さＭ１適応フィルタであり、上記第２の適応フィルタが長さＭ２適応フィルタである、項目４に記載の信号増強メントシステム。
（項目７）
Ｍ１＝Ｍ２またはＭ１＝Ｍ２＝１である、項目６に記載の信号増強システム。
（項目８）
上記遅延ロジックが最大適応ピッチを設定するために選択したＤサンプル遅延を備える、項目１に記載の信号増強システム。
（項目９）
上記遅延ロジックが適応ピッチ範囲を設定するために選択したＬサンプル遅延を備える、項目１に記載の信号増強システム。
（項目１０）
上記遅延ロジックが人間の音声ピッチを含む適応ピッチ範囲を実現する、項目１に記載の信号増強システム。
（項目１１）
上記遅延ロジックが約７０Ｈｚと約４００Ｈｚの間の適応ピッチ範囲を実現する、項目１に記載の信号増強システム。
（項目１２）
信号を増強する方法であって、
基本周波数を含む入力信号を受信することと、
複数の異なって遅延された入力信号を得るために、複数の異なるサンプル遅延により入力信号を遅延させることと、
複数の個々の適応フィルタを備える区分適応フィルタを該複数の異なって遅延された入力信号に適用することと、
該区分適応フィルタによりフィルタ処理された出力を生成することであって、該フィルタ処理された出力が該基本周波数の整数倍だけほぼ遅延される、ことと、
該複数の個々の適応フィルタの各々に対しエラー信号を生成することと、
該個々の適応フィルタのエラー信号に基づき、該個々の適応フィルタの各々を適応することと、
該フィルタ処理された出力によって該入力信号を強化することと、
を包含する、方法。
（項目１３）
上記複数の適応フィルタの出力合計を生成することと、
ゲインパラメータにより該合計を偏たせることと、
をさらに包含する、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
追跡する最大ピッチを決定することをさらに包含し、
上記入力信号を遅延させることは、Ｄが該最大ピッチに応じて選択されるＤサンプルだけ入力信号を遅延させることを包含する、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
ピッチ追跡範囲を選択することをさらに包含し、
上記入力信号を遅延させることは、Ｌが該ピッチ追跡範囲を設定するために選択されるＤ＋Ｌサンプルだけ該入力信号を遅延させることを包含する、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
上記ピッチ範囲が人間の音声ピッチを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
上記ピッチ範囲が約７０Ｈｚから約４００Ｈｚの間に広がる、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
機械読み取り可能な記録媒体と、
該機械読み取り可能な記録媒体において具体化された、項目１２〜１７のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータ読み取り可能な命令と、
を備える、製品。
【００１１】
（摘要）
信号増強システムは、会話とその他のオーディオ信号の理解可能性を向上させる。このシステムは信号の選択した部位を強化し、信号の選択した部位を減衰させて、ＳＮＲを増加させることができる。このシステムは、遅延ロジック、区分適応フィルタ、および信号強化ロジックを備えている。区分適応フィルタは、入力信号の基本周波数と調和成分を追跡して増強する。区分適応フィルタの出力信号は、入力信号の基本周波数周期の整数倍だけ遅延された入力信号をほぼ再生できる。強化ロジックは、入力信号とフィルタ処理された信号を組み合わせて、増強された出力信号を生成する。
【００１２】
本発明のその他のシステム、方法、特徴、および利点は、下記の図面と詳細な説明を詳しく読めば当業者に明らかまたは明らかになるであろう。上記の全ての追加システム、方法、および特徴と利点は。本明細書、本発明の範囲に入っており、以下の請求項により保護されなければならない。
【００１３】
下記の図面と詳細な説明を参照して本発明をより良く理解できる。図面中の構成要件は、本発明の原理を示すかわりに、必ずしもスケールを変更したり、強調したりする必要はない。また、図面において、異なる図面全体を通して、同一の参照符号は対応する同一の構成要件を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
増強システムは信号の中の１つ以上の基本周波数成分を検出し、追跡する。信号増強システムは追跡された周波数成分を強める。増強システムは会話（ｓｐｅｅｃｈ）信号またはほかのオーディオ信号の中の情報の明瞭さを改善し得る。強められた信号は改善された信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を有し得る。
【００１５】
図１において、信号増強システム１００は前処理ロジック１０２および後処理ロジック１０４とともに動作し得る。増強システム１００はハードウェアおよび/またはソフトウェアにおいて実行され得る。増強システム１００はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含み得る。ＤＳＰは指示を実行することによって、入力信号を遅延させ、信号の周波数成分を追跡し、信号をフィルタし、および/または信号中のスペクトル成分を強めることが出来る。代替案として、増強システム１００は、個別のロジックまたは回路、個別のロジックおよびプロセッサの混合（ｍｉｘ）を含み得、あるいは複数のプロセッサまたはプログラムに分散され得る。
【００１６】
増強システム１００は入力ソース１０６から入力を受け取り得る。入力ソース１０６はデジタル信号ソースまたはマイクロフォン１０８のようなアナログ信号ソースを含み得る。マイクロフォン１０８はサンプリングシステム１１０を経由して増強システム１００と結合され得る。サンプリングシステム１１０はマイクロフォン１０８によって感知されたアナログ信号を、選択されたサンプリングレートでデジタル形式に変換し得る。
【００１７】
サンプリングレートはいかなる所望の周波数成分をも捉えるように選択され得る。会話に対してはサンプリングレートは概ね８ｋＨｚから約２２ｋＨｚであり得る。音楽に対しては、サンプリングレートは概ね２２ｋＨｚから約４４ｋＨｚであり得る。会話および/または音楽に対して、他のサンプリングレートが使用され得る。
【００１８】
デジタル信号ソースは、通信インターフェイス１１２、増強システム１００が実行される（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ）システム中の他の回路またはロジック、または他の信号ソースを含み得る。入力ソースがデジタル信号ソースであるときには、増強システム１００は付加的前処理をするか、またはすることなくデジタル信号サンプルを受け取り得る。
【００１９】
信号増強システム１００はまた、後処理ロジック１０４と結合し得る。後処理ロジック１０４はオーディオ再生システム１１４、デジタルおよび/またはアナログデータ伝送システム１１６、またはビデオ処理ロジック１１８を含み得る。他の後処理ロジックもまた使用され得る。
【００２０】
オーディオ再生システム１１４はデジタル・アナログ変換器、フィルタ、増幅器、およびその他の回路またはロジックを含み得る。オーディオ再生システム１１４は会話および/または音楽再生システムであり得る。オーディオ再生システム１１４はセルラー電話機、自動車電話機、デジタル媒体プレーヤ/レコーダ、ラジオ、ステレオ、携帯ゲーム装置、または音響再生を採用するその他の装置、に実用され得る。
【００２１】
ビデオ処理システム１１８は視覚的出力を提供する回路および/またはロジックを含み得る。視覚的出力を準備するために使用される信号は、増強システム１００によって実行される処理によって増強され得る。ビデオ処理システム１１８はテレビジョンまたは他のエンタテイメント装置を制御し得る。代替案としては、ビデオ処理システム１１８はコンピュータのモニターまたは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を制御し得る。
【００２２】
伝送システム１１６はネットワーク接続、デシタルまたはアナログトランスミッタ、あるいは他の伝送回路および/またはロジックを備え得る。伝送システム１１６は増強システム１００によって生成された増強された信号を他の装置に通信し得る。例えば自動車電話においては、伝送システム１１６は増強された信号を自動車電話から基準局または他の受信者に、ＺｉｇＢｅｅ、Ｍｏｂｉｌｅ−Ｆｉ、Ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ、Ｗｉ−ｆｉ、またはＷｉＭａｘネットワークなどの無線接続を経由して通信し得る。
【００２３】
図２は増強システム１００を示す。増強システム１００は信号入力２０２を含む。信号入力２０２は増強システム１００によって処理される入力信号を伝える。図２において、入力信号は「ｘ」の記号で示される。入力信号は会話の時間領域サンプルであり得る。説明を容易にするために、以下では会話信号について議論する。しかしながら、増強システム１００は、可聴域または非可聴域の他のあらゆる範囲の周波数内容を有する信号を増強し得る。
【００２４】
増強システム１００は準定常（ｑｕａｓｉ−ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）または非定常な信号を処理し得る。非定常信号はその周波数および/または振幅の内容が、時間と共に比較的速く変化し得る。音声は非定常信号の１例である。
【００２５】
ほとんどの例外なく、会話者の音声の中の基本周波数の内容さえも、会話の間を通じて変化する。基本周波数の変化は概ね１００ｍｓあたり５０パーセントまたはそれ以上であり得る。しかしながら人間の耳に対しては、会話者の音声は比較的一定のピッチを有し得る。
【００２６】
準定常信号はその周波数および/または振幅の内容が、非定常信号よりも少ない頻度で変化し得る。非定常信号は機械の雑音、抑制された人間の音声、または他の音源から発生し得る。ゆっくり変化するエンジン雑音または交流発電機の発生音は準定常信号の例である。
【００２７】
図２に示されるように、入力信号は遅延ロジック２０４と結合される。遅延ロジック２０４は入力信号に遅れを与える。遅れは増強システム１００の個別の実行形態に従って大幅に変わり得る。遅れは選択された最高（ｍａｘｉｍｕｍ）ピッチの周期に対応し得る。最高ピッチは、増強システム１００が増強する入力信号中の最大（ｇｒｅａｔｅｓｔ）ピッチと等しくあり得る。最高ピッチは入力信号の形および性質に従って大幅に変わり得る。
【００２８】
会話信号は概ね７０Ｈｚから約４００Ｈｚまでの基本周波数成分を含み得る。男性の会話はしばしば、概ね７０Ｈｚと約２００Ｈｚとの間の基本周波数成分を含む。女性の会話はしばしば、概ね２００Ｈｚと約４００Ｈｚとの間の基本周波数成分を含む。子供の会話はしばしば、概ね２５０Ｈｚと約４００Ｈｚとの間の基本周波数成分を含む。
【００２９】
増強システム１００は男性および女性の両方の音声による会話を含む入力信号を、分離してまたは同時に重複して処理し得る。これらのシステムにおいては、最高ピッチの周期は女性の音声の基本周波数の周期と概ね一致し得る。最高ピッチの周期は概略１/３００Ｈｚ（概ね３．３ｍｓ）であり得、または女性の音声と関連付けられた別のピッチの周期であり得る。
【００３０】
代替案としては、増強システム１００は男性のみの会話を処理し得る。これらの実行形態においては、最高ピッチの周期は男性の音声の基本周波数の周期と一致し得る。最高ピッチの周期は概略１/１５０Ｈｚ（概ね６．６ｍｓ）であり得、または別のピッチの周期であり得る。
【００３１】
遅延ロジック２０４は入力信号を、最高ピッチの周期に対応する信号サンプルの数だけ遅らせ得る。信号サンプルの数はつぎのように与えられる。
【００３２】
ＮＳＳ＝ＭＰＰ＊ｆｓ
ここに「ＮＳＳ」は信号サンプルの数、「ＭＰＰ」は最高ピッチの周期、「ｆｓ」はサンプリングレートである。約３．３ｍｓのＭＰＰおよび約８ｋＨｚのサンプリングレートを仮定すれば、ＮＳＳ＝概ね２７サンプル、となる。図２において、ＮＳＳはΔＦ０ＭＡＸに対応する。
【００３３】
遅延された入力信号はフィルタ２０６によって受信される。フィルタ２０６は、図２において「ｙ」の記号で示されたフィルタされた出力信号を伝える、フィルタ出力２０８を含む。フィルタ２０６は遅延された入力信号に基づいて、入力信号中の１つ以上の周波数成分を追跡し得る。音声による会話の間にピッチが変化するときにも、フィルタ２０６は入力信号中の基本周波数を追跡し得る。
【００３４】
フィルタ２０６は、フィルタされた出力信号中の追跡された周波数の内容を、再生し、複写し、近似し、またはさもなくば含み得る。フィルタ２０６は有限時間インパルス応答フィルタ（ＦＩＲ）、または他の形のデジタルフィルタであり得る。フィルタ２０６の係数は適応され得る。フィルタ２０６は正規化最小二乗平均（ＮＬＭＳ）法または、再帰形最小二乗（ＲＬＳ）または比例ＬＭＳなどの他の適応フィルタ手法によって適応され得る。他のフィルタを含む他の追跡ロジックもまた使用され得る。
【００３５】
フィルタ２０６は入力信号中の基本周波数に収束（ｃｏｎｖｅｒｇｅ）し得る。フィルタ２０６が収束する基本周波数ｆ０の範囲は、つぎのように与えられる。
【００３６】
【数１】
ここにΔＦ０ＭＡＸは最高ピッチの周期（サンプル数で表す）、ｆｓはサンプリング周波数、（Ｈｚの単位で表す）、およびＬはフィルタ２０６の長さ（サンプル数で表す）を示す。フィルタ２０６が周波数成分を追跡する周波数範囲を増加または減少させるために、フィルタの長さＬは増加または減少され得る。
【００３７】
前述の例においては、最高ピッチは概ね３００Ｈｚであり、遅延ロジック２０４は２７サンプルの遅れを実行した。フィルタ長さＬが６４サンプルであるときは、フィルタ２０６は概ね８８Ｈｚから約２９６Ｈｚまでの周波数範囲の基本周波数の内容を追跡する
【００３８】
【数２】
フィルタ２０６は時間と共に適応し得る。フィルタ２０６は１つのサンプル毎を根拠にエラー信号「ｅ」を評価することによって迅速に適応し得る。代替案としては、フィルタ２０６はサンプルの塊り（ｂｌｏｃｋ）またはその他の根拠に基づいて適応し得る。
【００３９】
適応するにあたって、フィルタ２０６はその１つ以上のフィルタ係数を変更し得る。フィルタ係数はフィルタ２０６の応答を変更し得る。フィルタ係数はフィルタ２０６がエラー信号「ｅ」を最小化しようとするように、フィルタ２０６を適応させる。
【００４０】
エラー推定器２１０はエラー信号「ｅ」を生成し得る。エラー推定器２１０は加算器、比較器、または他の回路またはロジックであり得る。エラー推定器２１０は入力信号「ｘ」をフィルタされた出力信号「ｙ」と比較し得る。
【００４１】
フィルタ２０６が入力シグナル中の基本周波数に収束するにつれて、エラー信号は減少する。エラー信号が減少するにつれて、フィルタされた出力信号「ｙ」は、信号の基本周波数の整数倍だけ遅らされた入力信号「ｘ」とより一層類似する。ゲイン制御ロジック２１２はエラー信号に応答する。
【００４２】
選択的なゲイン制御ロジック２１２は乗算器２１４およびゲインパラメータ２１６を含み得る。ゲイン制御ロジック２１２はフィルタされた出力信号を減衰させる、増幅する、又はその他の変換を行い得る。図２はゲイン制御ロジック２１２がフィルタされた出力信号にゲイン「Ａ」を適用して、ゲイン制御された信号「Ａｙ」を生成することを示す。
【００４３】
強化ロジック２１８は入力信号「ｘ」中の周波数の内容を、ゲイン制御信号「Ａｙ」によって強化し得る。強化ロジック２１８は加算器または他の回路および/またはロジックであり得る。強化ロジック２１８は増強された出力信号を生成し得る。
【００４４】
ｓ＝ｘ＋Ａｙ
エラー信号が増加するときには、ゲイン制御ロジック２１２はゲイン「Ａ」を減少させ得る。ゲインが減少するときには、フィルタされた出力信号の、増強された出力信号への寄与は減少し得る。エラー信号とゲインとの間の関係は連続的、ステップ状、直線的、または非線形であり得る。
【００４５】
一実行形態（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｉｏｎ）においては、増強システム１００は１つ以上のエラー閾値を設定する。エラー信号が上方の閾値を超える場合には、ゲイン制御ロジック２１２はゲイン「Ａ」を０（零）に減少させ得る。上方の閾値が入力信号に設定され得る場合には、ｅ＞ｘならばゲイン「Ａ」は零に設定され得る。エラー信号が下方の閾値よりも小さくなる場合には、ゲイン制御ロジック２１２はゲイン「Ａ」を１（いち）に増加し得る。
【００４６】
エラー信号が上方の閾値を超える場合には、フィルタ制御ロジック２２０はフィルタ２０６をリセットし得る。フィルタ２０６がリセットされるときには、制御ロジック２２０はフィルタ係数を零に戻す（ｚｅｒｏ−ｏｕｔ）、フィルタ係数を再初期化する、または他の処置をとり得る。制御ロジック２２０はまたフィルタの長さを動的に変更する、遅延ロジック２０４によって実行された遅れを変更する、または増強システム１００の他の特性を変更し得る。制御ロジック２２０はまた、増強システム１００が使用されている環境の変化に適応するように、増強システムを変更し得、増強システム１００を新しい会話者、または他の目的に対して適応させ得る。
【００４７】
フィルタ制御ロジック２２０はまた、いかに迅速にフィルタ２０６が適応されるか、フィルタが適応されるか、を制御し得、または他のフィルタ特性を監視または制御し得る。非定常な信号を増強するシステムの場面において、制御ロジック２２０は入力信号中の周波数および振幅成分を迅速に変更することを期待し得る。制御ロジック２２０はまた、入力信号中の特定の周波数成分が支配的であることを、時の経過とともに（ｏｖｅｒ ｔｉｍｅ）予測しまたは決定し得る。
【００４８】
制御ロジック２２０はまた、入力信号はその周波数の内容、振幅、または他の特性が予測されたものまたは決定されたものから変化していることを、決定し得る。これに応答して、制御ロジック２２０はフィルタ２０６が新しい信号の内容に適応しようとすることを停止させ得、適応の速度を遅くし得、または他の処置をとり得る。制御ロジック２２０は、入力信号の特性が予測されたものに戻るまで、所定の時間が経過するまで、制御を解除する指令がなされるまで、または別の時間または条件が満たされるまで、フィルタ２０６に対する制御を実行し得る。
【００４９】
遅延ロジック２０４は、フィルタされた出力信号が現時点の入力信号「ｘ」の正確な複製であることを防止する。従ってフィルタされた出力信号は入力信号「ｘ」の中の選択された周期性を近接して追跡し得る。現時点の入力信号「ｘ」がフィルタされた出力信号「ｙ」で強化され、出力信号「ｓ」が生成されたとき、周期的な信号成分は増加する方向に結合されることを得、不規則なノイズ成分は減少する方向に結合され得る。従って、周期的な信号成分はノイズよりも増強され得る。
【００５０】
遅延ロジック２０４およびフィルタ２０６によって導入される遅れは、概ねフィルタ２０６によって追跡された基本周波数成分の１サイクルであり得る。遅れは、母音などの音声に対する声門パルスの遅れに対応し得る。入力信号にフィルタされた出力信号が加えられたとき、遅れは基本周波数成分を同相で、またはほぼ同相で加え得る。
【００５１】
同相で加えられたとき、増強された出力信号の中の基本周波数の内容に対して得られるゲインは概ね６ｄＢまたはそれ以上であり得る。入力信号およびフィルタされた出力信号中のノイズは相の不一致を生じる。入力信号およびフィルタされた出力信号が加えられたとき、ノイズの増加は増強された周波数の内容の増加よりも少なく、例えば３ｄＢまたはそれ以下であり得る。増強された出力信号は増加したＳＮＲを有し得る。
【００５２】
増強システム１００が処理する入力信号は、複数の基本周波数を含み得る。例えば、２人の会話者が同時に話しているとき、入力信号は２つの非定常な基本周波数を含み得る。複数の基本周波数が存在するとき、フィルタ２０６は、入力信号の遅延されたバージョンであるフィルタされた信号「ｙ」を提供するように、適応し収束を続ける。強化ロジック２１８は入力信号中に存在する１つ以上の基本周波数を強化し得る。
【００５３】
図３において、グラフはフィルタ２０６に対する係数３００を示す。係数は、係数の番号を水平軸上に、および大きさを垂直軸上にプロットされている。係数３００は、女性の会話に対して適応されたフィルタ２０６を示す。
【００５４】
任意の時において、係数３００は分析され、入力信号における基本周波数の迅速な概算値を、優れた一時的な分解能において決定し得る。係数３００は、係数３０４（第５フィルタ係数）、係数３０６（第６フィルタ係数）、係数３０８（第７フィルタ係数）のあたりでピークに達し始める。係数のピークまたは概ねの係数のピークを検索、および、それに対応する係数インデックス「ｃ」を決定することによって、基本周波数ｆａの速い概算は、以下のようになり得る。
【００５５】
【数３】
図３において、係数のピークは、第６フィルタ係数３０６である。８ｋＨｚのサンプリングレートおよび２７サンプル遅延を以下のように想定する。
【００５６】
【数４】
図４において、プロットは、男性の声に適応するように、フィルタ２０６のために係数４００を示す。係数のピークは、係数４０２（第３４フィルタ係数）、係数４０４（第３５フィルタ係数）、および係数４０６（第３６フィルタ係数）の近くに現れる。基本周波数の概算は、以下のようである。
【００５７】
【数５】
制御ロジック２２０は、時の経過によって変化するような、入力信号の基本周波数を含みつつ、入力信号の多くの特徴における履歴データを記憶し得る。制御ロジック２２０は、入力信号の特徴が予期せずに変化するかどうかを決定する目的として、履歴データを検査し得る。制御ロジック２２０は、フィルタ２０６を制御する適応を行使することによって、または他の行動を取ることによって、応答し得る。
【００５８】
図５は、周期信号を増強するためにとられ得るアクトのフロー図を示している。最大ピッチは増強システム１００（Ａｃｔ５０２）によって、処理のために選択される。遅延ロジック２０４は、最大ピッチ（Ａｃｔ５０４）の期間を実行するためにセットされ得る。
【００５９】
増強システム１００が動作する周波数の範囲はまた、選択され得る（Ａｃｔ５０６）。フィルタ２０５の長さは、周波数の範囲（Ａｃｔ５０８）を収容するためにセットされ得る。フィルタの長さは、フィルタ２０６動作の間においてダイナミックに変化され得る。
【００６０】
入力信号は遅延され、フィルタ（Ａｃｔ５１０）され得る。増強システム１００は、エラー信号を生成し得、個々にフィルタ２０６（Ａｃｔ５１２）に適応し得る。増強システム１００は、フィルタされた出力信号（Ａｃｔ５１４）のゲインを制御し得る。
【００６１】
増強システム１００は、入力信号およびゲイン制御信号（Ａｃｔ５１６）を追加し得る。増強された出力信号が結果となり得る。増強システム１００はまた、基本周波数の概算値を決定し得る（Ａｃｔ５１８）。増強システム１００は、フィルタ２０６（Ａｃｔ５２０）を制御し、適応を行使するために周波数の概算値を利用し得る。
【００６２】
図６は、複数ステージの増強システム６００を示している。増強システム６００は、第１フィルタステージ６０２および第２フィルタステージ６０４を含む。フィルタステージ６０２および６０４は、異なるレートにて、応答または適応し得る。
【００６３】
第１フィルタステージ６０２は、ゆっくりと適応し得、準定常信号成分を制御し得る。準定常信号成分は、エンジンの騒音または環境の影響のような、相対的に一貫した背景の騒音、または他の理由のために、入力信号において存在し得る。
【００６４】
信号入力６０６は、第１ステージ６０２に接続する。信号入力６０６は、遅延ロジック６０８に接続し得る。遅延ロジックは、第１ステージ６０２によって制御され得る最大の準定常周波数の期間に対応した遅延を遂行し得る。
【００６５】
最大の準定常周波数は、増強システム６００が利用される環境の、既知または予見される特徴にしたがって選択され得る。フィルタ制御ロジック６１０は、第１ステージ６０２をその環境へ適応するために、ダイナミックに遅延を修正し得る。フィルタ制御ロジック６１０はまた、準定常フィルタ６１２を制御し得る。
【００６６】
第１ステージにおけるフィルタ６１２は、ＦＩＲフィルタを適応されたＮＬＭＳまたはＦＩＲフィルタを適応されたＲＬＳのようなロジックを追跡する信号成分を含み得る。第１ステージにおけるフィルタ６１２は、ゆっくり適応し得、例えば、８ｋＨｚのサンプリングレートおよび６４のフィルタの長さで、０よりも大きく、概ね０．０１よりも小さいＮＬＭＳステップサイズは、通常の音声信号の劣化を最小限に食い止める一方で、準定常周期信号を減衰させ得る。第１ステージのフィルタされた出力６１４は、入力信号における準定常信号成分を概ね再生産するフィルタされた出力信号を提供し得る。
【００６７】
抑制ロジック６１６およびスローフィルタの適応は、非定常信号成分を、第１ステージ６０２を介して、第２ステージ６０４に通過させ得る。他方では、抑制ロジック６１６は、入力信号における準定常信号成分を抑制し得る。抑制ロジック６１６は、入力信号からフィルタされた出力信号を減じる数値ロジックとして実行され得る。
【００６８】
フィルタされた出力信号において複製された準定常信号コンテンツは、入力信号から取り除かれる。第１ステージ６０２によって生成される出力信号は、以下のようであり得る。
【００６９】
ｘ２＝ｅ１＝ｘ−ｙ１
「ｅ１」が第１ステージの出力信号である場合、「ｘ」は入力信号であり、「ｙ１」が第１ステージのフィルタされた出力である。
【００７０】
第１ステージ出力６１８は、第２ステージ６０４へ接続され得る。第２ステージ６０４は、適応フィルタ２０６を用いて信号「ｘ２」を処理し得る。フィルタ２０６は迅速に適応し得、例えば、８ｋＨｚのサンプリングレートおよび６４のフィルタの長さで、概ね０．６より大きく、１．０よりも小さいＮＬＭＳステップサイズが、適応フィルタ２０６に、通常の会話信号における基本周波数を追跡させ得る。
【００７１】
第２ステージ６０４は、第１ステージ出力信号における、非定常信号成分を増強し得る。非定常信号成分は、音声、音楽または他の信号ソースの結果として入力信号において存在し得る。第２ステージ６０４は、上記で説明されたように、第１ステージ出力信号を処理し得る。
【００７２】
増強システム６００は、第２増強ステージ６０４が後に続く第１の抑制ステージ６０２を利用する。増強システム６００は、音声コンテンツのような、非定常信号コンテンツを強めるために利用され得る。ゆっくりと変化する信号成分を導く環境において、増強システム６００は、ゆっくりと変化する信号成分を取り除き、または抑制し得る。例えば自動車電話において、第１ステージ６０２は、エンジンの騒音、道路の騒音、または他の騒音を取り除き、または抑制し得、その一方で、第２ステージ６０４は、男性または女性の声の成分のような、非定常信号成分を増強する。
【００７３】
信号増強システム１００は、周期信号コンテンツを増強し得、ＳＮＲを増加させ得、入力信号における騒音を減少させ得る。音声信号に応用された場合、増強システム１００は、基本音声周波数を強め、母音または他の音を強め得る。増強システム１００は、それらが聞き取れても、聞き取れなくても、他の信号を増強し得る。
【００７４】
遅延ロジック２０４または６０８およびフィルタ２０６または６１２によって導かれた全ての遅延はまた、概ね、追跡されたピッチ期間のサイクルの整数（１またはそれ以上）であり得る。追加のサイクルによっての遅延は、入力信号を、１サイクルを待つよりも、より大きい程度に、変化させ得る。現在の入力信号により長い遅延フィルタ信号を追加することは、反響音のような出力信号に特別な効果を生み出し得、一方で、基本周波数成分を増強し得る。
【００７５】
図７において、信号増強システム７００は、区分された遅延ロジック７０４だけでなく、区分された適応フィルタ７０２を含む。区分された適応フィルタ７０２は、多数の適応フィルタを含み、「ｉ」を介した適応フィルタ１として、図７において示されている。適応フィルタ１、２、３および「ｉ」は、個々に、７０６、７０８、７１０、７１２とラベルされる。それぞれの適応フィルタの出力は、フィルタ出力に、固定された、または可変のゲインパラメータを適用する乗算器を含んだゲインロジック７４４に接続し得る。図７は、個々に、フィルタ７０６〜７１２の出力へ適用されるゲインパラメータ７１４，７１６，７１８、および７２０を示している。ゲインおよびフィルタ制御ロジック７２２は、ゲインパラメータ７１４〜７２０の制御を実行し得、それぞれ個々のフィルタ７０６〜７１２もためにフィルタ適応を実行し得る。
【００７６】
フィルタ出力を荷重された一つ以上のゲインは、フィルタ出力「ｙＳＵＭ」の荷重された量を得るために強化ロジック７２４によって、ともに追加され得る。強化ロジック７２６は、出力信号「ｓ」を創るために、荷重された量のフィルタ出力「ｙＳＵＭ」を、入力信号「ｘ」に追加する。強化ロジックは、加算器であり得、または他の信号加算器（ｓｕｍｍｅｒ）であり得る。区分された遅延ロジック７０４は、多数の直列接続された遅延ブロックを含み、そのうちの５つは、遅延ブロック７２８，７３０，７３２，７３４および７３６とラベルされる。
【００７７】
７０６〜７１２のそれぞれのフィルタは、区分された遅延ロジック７０４によって遅延され、「ｘ」に基づくそのフィルタおよびフィルタの出力信号「ｙ」のための単一のエラー信号「ｅ」を決定した後、入力信号「ｘ」を受信する。例えば、第１の適応フィルタ７０２のためのエラー信号「ｅ１」は、「ｅ」＝「ｘ」−「ｙ１」である。それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２は、その単一のエラー信号「ｅ１」を最小限にしようとするために適応する。
【００７８】
区分されたフィルタ７０２は、多数適応フィルタ７０６〜７１２を横切ってタスクを追跡する全体の信号を分割する。それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２は、区分されたフィルタ７０２の全てのインパルス応答の一部を処理および適応し得る。結果として、７０６〜７１２のそれぞれの適応フィルタは、図２で示された、より長い適応フィルタよりも短い長さ（例えば、タップよりも小さい数で）を有し得る。
【００７９】
１２０のタップおよび６つの適応フィルタを有して遂行されるインパルス応答を与えられ、それぞれの適応フィルタは、全てのインパルス応答の２０（または任意の数）のタップを処理しえる。他の遂行において、フィルタ７０２における適応フィルタ区分の数は、全てのインパルス応答の長さと等しく、それゆえ、それぞれの適応フィルタは１の長さを有する。区分されたフィルタ７０２の全ての長さは、上記で説明されたように、区分されたフィルタ７０２を追跡する周波数の範囲に関して、選ばれ得る。
【００８０】
適応フィルタ７０６〜７１２は、入力信号における予期された基本周波数に依存した長さにおいて変化し得る。予期された基本周波数において、または予期された基本周波数の近くで、インパルス応答の一部を処理するために、適応フィルタ７０６〜７１２は、より短く区分され、さらに迅速な適応フィルタであり得る。予期された基本周波数から遠くでは、適応フィルタ７０６〜７１２は、より長く、さらにゆっくりとした適応フィルタであり得る。このように、適応フィルタ７０６〜７１２の長さは、入力信号における当該の周波数において、または当該周波数の近くで、迅速な適応が供給されるために選択され得る。
【００８１】
それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２は、個々に、フィルタ係数アップデートをほぼ利用しない。適応フィルタ７０６〜７１２は、より長い適応フィルタを利用する実行におけるフィルタよりも、さらに迅速にアップデートし得る。より迅速なフィルタアップデートは、特に高周波数で、増強された全ての追跡実行をもたらす。全ての追跡実行における増加は、それらの周波数が音声であれ、人工的に作られたものであれ、それ自体を、迅速に変化する追跡の基本周波数に与える。最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズム、再帰形最小二乗（ＲＬＳ）アルゴリズム、ＬＭＳ、ＲＬＳの別形、または他の技術は、単一のエラー信号「ｅｉ」をアップデートするために利用され得る。
【００８２】
遅延ロジック７０４は、１つ以上のフィルタ７０６〜７１２への入力信号「ｘ」の到達を遅延する。図７は、それぞれのフィルタ７０６〜７１２がそれぞれの遅延に関係していることを示す。それぞれの遅延ブロック７２８〜７３６は任意数の信号サンプルの遅延を実行し得る。
【００８３】
一つの実行は第１の遅延ブロック７２８におけるＤサンプルの初期遅延を用いる。それぞれのその後の遅延ロジック７３０〜７３６は各々の構成可能な遅延を有し、図７において、遅延のＭ１、Ｍ２，Ｍ３，Ｍｉサンプルとして示される。遅延ブロック７３０は第１の適応フィルタ７０６をフィードし、遅延ブロック７３２は第２の適応フィルタ７０８をフィードし、第３の遅延ブロック７３４は第３の適応フィルタ７１０をフィードし、このように第ｉ番目遅延ブロック７３６は第ｉ番目フィルタ７１２をフィードする。
【００８４】
遅延Ｄ、Ｍ１、．．．、Ｍｉは、遅延ブロックがフィードする適応フィルタの長さ（たとえば、タップ数）に対応し得るかまたは、遅延ブロックがフィードする適応フィルタの長さとは異なることがあり得る。たとえば、適応フィルタ７１０の長さはＭ３タップであり得て、適応フィルタ７０６をフィードする遅延ブロック７３４は信号サンプルをＭ３サンプル分、遅延し得る。
【００８５】
適応フィルタ「ｉ」の長さがその関連する遅延Ｍｉより小さい場合、適応フィルタは初期により速く収束し得る。適応フィルタ「ｉ」の長さがその関連する遅延Ｍｉより大きい場合、収束すると、適応フィルタはより小さい平均二乗誤差を経験し得る。フィルタ長さおよび／または遅延ロジック７３０〜７３６は、システム７００が用いられる実行の実行指針にしたがって設定され得る。
【００８６】
遅延Ｄが選択され得て、システム７００が適応する基本周波数の範囲を設定する。フィルタ７００が収束するまたは適応する基本周波数ｆ０またはピッチの範囲は以下によって与えられる。
【００８７】
【数６】
この場合、Ｌは区分された適応フィルタ７０２の全体の長さであって、たとえば、Ｌ＝Ｍ１＋Ｍ２＋．．．＋Ｍｉであり、ｆＳは、サンプリングレートである。
【００８８】
ゲインおよびフィルタ制御ロジック７２２は、ゲイン７１４〜７２０および、各々におけるつまり各々のフィルタ７０６〜７１２に対するフィルタ適応を制御し得る。フィルタ制御２２０に関する上記の制御技術はまた信号増強システム７００において用いられ得る。ゲイン７１４〜７２０は、入力信号「ｘ」の信号対ノイズ比に比例し得るか、さもなければ、信号に基づいて設定され得る。ＳＮＲが低減するにつれ、１つ以上のゲイン７１４〜７２０はノイズを抑制しようとして増加し得る。ＳＮＲが増加するにつれ、１つ以上のゲイン７１４〜７２０は低減し得るかまたはゼロに設定され得る。
【００８９】
ゲイン７１４〜７２０は、その対応する適応フィルタのフィルタ係数関数として決定され得る。ゲイン７１４〜７２０の一つの式は、随意的に正規化定数「ｋ」を含み、Ａｉ＝ｆ（ｈｉ）／ｋ である。
【００９０】
関数ｆ（ｈｉ）は適応フィルタ係数関数であり、所望される増強次第で多くの方法に定義され得る。ｆ（ｈｉ）の例は以下に与えられる。
【００９１】
【数７】
一つの実行において、式（５）は、ｍ＝２およびフィルタ長さ１で用いられる。増加する「ｍ」によって、高調波がより大きく増大され得る。ゲイン７１４〜７２０は、フィルタ係数に加えてまたは代替として、他の情報に基づいて選択され得るかまたは決定され得る。正規化定数「ｋ」は、
ｋ＝ｍａｘｉ（ｆ（ｈｉ））
にしたがって設定され得る。
【００９２】
ゲイン７１４〜７２０は選択され得て、または修正され（たとえば、増加され）得て、入力信号の周期的成分を増加するかまたは強化する係数を備える適応フィルタの効果を増幅する。ゲイン７１４〜７２０はまた選択され得て、または修正され（たとえば、減少されるかゼロに設定され）得て、入力信号の周期的成分を低下させるかまたは弱める係数（一般的にマイナスの係数）を備える適応フィルタの効果を減少させるかまたは取り除く。しかしながら、ゲイン７１４〜７２０は、フィルタ係数の大きさに依存する他の方法に設定され得る。したがって、増強システム７００はゲイン７１４〜７２０を各々に設定し得て、システム７００において増強のみが起こる。
【００９３】
強化ロジック７２６は増強した出力信号「ｓ」を生成する：
ｓ＝ｘ＋Ａ１ｙ１＋Ａ２ｙ２＋Ａ３ｙ３＋．．．＋Ａｉｙｉ
図８は、増強システム７００に代わるものを提供する増強システム８００を示す。増強システム８００は各々制御されたゲイン７１４〜７２０をゲインロジック８０２（たとえば、倍率器およびゲインパラメータ）に置き換える。ゲインロジック８０２は、ゲインパラメータ「Ａ」８０４によって、適応フィルタ出力の合計をバイアスする。強化ロジック８０６はそれぞれの適応フィルタ出力の合計を提供し得る。
【００９４】
増強システム７００および８００によって生成される信号「ｓ」は、強化された基本周波数および基本周波数の高調波を含み、その結果、よりわかりやすいオーディオ信号になる。増強システムにおけるそれぞれの適応フィルタ７０６〜７１２はそのエラー信号によって、独立的にアップデートされ得て、フィルタと全体に対してより速く適応することになる。複数の適応フィルタへの区分によって、隣接高調波間のスミアリングの低下、より小さい高調波（たとえば、ノイズレベルに近い高調波）のよりよい保存、入力信号の非周期的成分のより小さな歪みにつながる。さらに、増強システム７００は、ノイズに組み込まれた高調波でさえもノイズより上のレベルに増強し得て、小さな高調波をより良く保存し得る。実行間での選択の際、増強システム８００は、複雑性の減少および計算要求の減少という利点を有する一方、増強システム７００は、それぞれの適応フィルタ７０２〜７０８のゲインおよび出力信号へのその影響を独立的に制御するために柔軟性を提供する利点を有する。
【００９５】
図９は、信号増強システム２００および８００の周波数パフォーマンスの比較である。プロット９０２は、入力信号９０４および出力信号９０６を含む信号増強システム２００のパフォーマンスを示す。プロット９０８は、同一の入力信号９０４および増強した出力信号９１０を含む信号増強システム８００のパフォーマンスを示す。プロット９０８は、信号増強システム２００と比べて、信号増強システム８００の改善された高周波数応答を含む改善された全体のトラッキング応答を示す。出力信号９１０は出力信号９０４の高周波数含量をより一層厳密にトラックする。
【００９６】
プロット９０２および９０８はまた、増強システム８００によって達成された高調波間の改善された分離を示す。プロット９０２は、入力信号９０４と増強した信号９０６との間の周波数応答ギャップ９１２を示す。増強システム８００のパフォーマンスのプロット９０８は、参照数９１４で示されているようにギャップはずっと小さいことを示している。出力信号９１０は高調波間の分離を改善し、それによって出力信号９１０における高調波間のスミアリングが小さくなる。
【００９７】
図１０は、信号増強システム７００および８００の周波数パフォーマンスの比較である。プロット１００２は、増強システム８００によって生成される入力信号１００４および出力信号１００６を含む信号増強システム８００のパフォーマンスを示す。プロット１００８は、同一の入力信号１００４および出力信号１００６を含む信号増強システム７００のパフォーマンスを示す。プロット１００８は、より小さな高周波の改善された増強を含む増強システム７００（各々制御されたゲイン７１４〜７２０を備える）の改善された全体のトラッキングを示す。
【００９８】
増強されたより小さな高調波１０１２、１０１４、１０１６、１０１８の例は図１０にラベルづけされる。増強された高調波１０１２および１０１４は、プロット１０１２において約３０００〜３２００Ｈｚに位置し、これらは増強システム８００によって強化されたものである。増強システム７００は、プロット１００８における増強された高調波１０１６および１０１８に示されているように、より小さな高調波の一層大きな増強を提供する。
【００９９】
図１１は、周期信号を増強するために用いられ得るアクト（ａｃｔ）のフローチャート１１００を示す。増強システム７００および８００がトラックする最大ピッチが選択される（Ａｃｔ１１０２）。ピッチは、遭遇すると予期される信号タイプおよびそれらの特徴（男性、女性、または子供の声の特徴など）にしたがって選択され得る。遅延ブロック７２８〜７３６によって実行される全体の遅延は、最大ピッチの周期に設定され得る（Ａｃｔ１１０４）。
【０１００】
増強システム７００，８００が動作する周波数範囲もまた選択され得る（Ａｃｔ１１０６）。適合フィルタ７０２〜７０８の全体のフィルタ長さは、周波数範囲を適応するために設定され得る（Ａｃｔ１１０８）。フィルタ長さおよび、周波数範囲および、最大ピッチは、増強システムの動作中、動的に変えられ得る。
【０１０１】
増強システムは、複数の適応フィルタ７０２〜７０８に渡る全体のインパルス応答を区分する（Ａｃｔ１１１０）。適応フィルタは、関係する基本周波数のインパルス応答の規模が大きい部分で、より小さなブロックに区分され得る。任意の適応フィルタ７０６〜７１２は、インパルス応答の１つ以上のポイントを処理し得る。それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２は、インパルス応答の同じ数のポイントまたは異なる数のポイントを処理し得る。
【０１０２】
増強システム７００および８００は入力信号を受け取る（Ａｃｔ１１１２）。増強システム７００および８００は区分された適応フィルタを用いて入力信号をフィルタリングする（Ａｃｔ１１１４）。各々に選択されたゲインは、それぞれの適応フィルタのフィルタ処理された出力信号に適応される（Ａｃｔ１１１６）。制御された出力信号ゲインはそれから加算される。代替に、ゲインは、１つ以上のフィルタ処理された出力信号の合計に適応され得る。増強システム７００、８００は入力信号および制御された出力信号ゲインを加える（Ａｃｔ１１１８）。増強された出力信号の結果、基本周波数および高調波含量が強化される。
【０１０３】
増強システム７００および８００は、ピッチ推定出力「ｐ」７４０を含むピッチ検出ロジック７３８を組み込み得る。ピッチ検出ロジック７３８は上記のように、入力信号の信号成分の推定の基本周波数を決定し得る（Ａｃｔ１１２０）。推定は、それぞれの適応フィルタ７０６〜７１２へのフィルタ係数の分析に基づき得て、迅速に基本周波数を推定する。周波数推定または他の情報は増強システム７００および８００に原理を提供し、適応率の増加および減少、フィルタ長さの変更、フィルタの付加または除去、他の適応などのような適応制御を、フィルタ７０２〜７０８およびゲインに渡って行う（Ａｃｔ１１２２）。
【０１０４】
増強システム７００および８００はまた、音声検出出力「ｖ」７４４を含む音声検出ロジック７４２を含み得る。音声検出ロジック７４２は、事前に選択されたしきい値（たとえば、バックグラウンドノイズレベル）より上のフィルタ係数にピークを設置し得る。そのような係数は、入力信号における周期的周波数成分の存在を示し得る。母音サウンドは、特に強いピークであり得るバックグラウンドノイズレベルより上に係数ピークを引き上げ得る。しきい値より上のピークが示される場合、音声検出ロジック７４２が音声検出出力「ｖ」をアサートし得て、入力信号は発声成分を含むことを示す。
【０１０５】
音声検出ロジック７４２が検出測定を決定し得る。検出測定は、音声が入力信号に示されているか否かの表示を提供する。検出測定はプラスのフィルタ係数の大きさの合計であり得る。合計がしきい値を超える場合、音声検出ロジックは音声検出出力「ｖ」７４４をアサートし得る。
【０１０６】
それぞれの適応フィルタ７０２〜７０８はそのエラー信号を生成する（Ａｃｔ１１２４）。それによって、それぞれの適応フィルタ７０２〜７０８はそのエラー信号に基づいて適応する（Ａｃｔ１１２６）。増強システム７００および８００は入力信号の時間中、増強された出力信号を提供し続け得る（Ａｃｔ１１２８）。
【０１０７】
図１２は、複数のステージ増強システム１２０２および複数のステージ増強システム１２０４を示す。システム１２０２は、信号増強システム７００に結合するフィルタステージ（たとえば、ステージ６０２）をゆっくり適応することを含む。入力信号「ｘ」１２０６はゆっくりと適応するフィルタステージ６０２に結合し、信号増強システム７００は増強した出力信号「ｓ」１２０８を生成する。複数のステージ増強システム１２０４は、信号増強システム８００に結合しているゆっくり適応するフィルタステージ６０２を用いて、増強された出力信号「ｓ」１２１０を生成する。
【０１０８】
ゆっくりと適応するフィルタステージ６０２は準定常信号成分を抑制し得る。準定常信号成分は、ゆっくり変化する周波数含量を備えるバックグラウンドノイズのために入力信号に示され得る。ゆっくりと適応するフィルタステージ６０２は、比較的ゆっくり変化する周波数特性を備えるエンジンノイズまたは環境効果または他のノイズソースを抑制し得る。音声信号に存在し、ゆっくりと適応するフィルタステージ６０２をパスするような周期的周波数含量を増加するために信号増強システム７００および８００が続く。
【０１０９】
信号増強システム２００、６００、７００、８００は、ハードウェアまたはソフトウェアまたはハードウェアとソフトウェアの組み合わせに実行され得る。増強システムは、ディスク、ＥＰＲＯＭ、フラッシュカード、他のメモリのような機械読み出し可能な媒体に格納される命令の形をとり得る。増強システム２００、６００、７００、８００は、通信装置または、サウンドシステムまたは、ゲーム機器または、信号処理ソフトウェアまたは、他の装置およびプログラムに組み込まれ得る。増強システム２００、６００、７００、８００はマイクロフォン入力信号を前処理し得て、後に続く処理のために母音サウンドのＳＮＲを増加する。
【０１１０】
本発明のさまざまな実施形態が記載されてきたが、より多くの実施形態および実行が本発明の範囲内で可能であることが当業者に明らかとなるであろう。したがって、添付の請求項とそれに対応するものを考慮に入れずに、本発明が限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】図１は前処理および後処理ロジックを有する信号増強システムを示す。
【図２】図２は単ステージの信号増強システムを示す。
【図３】図３は女性の声に適応されたフィルタのフィルタ係数のプロットを示す。
【図４】図４は男性の声に適応されたフィルタのフィルタ係数のプロットを示す。
【図５】図５は信号増強の流れ図である。
【図６】図６は複ステージの信号増強システムを示す。
【図７】図７は区分された適応フィルタを含む信号増強システムを示す。
【図８】図８は区分された適応フィルタを含む信号増強システムの代替の実行形態を示す。
【図９】図９は図２および図８に示された信号増強システムの周波数特性の比較を示す。
【図１０】図１０は図７および図８に示された信号増強システムの周波数特性の比較を示す
【図１１】図１１は信号増強の流れ図である。
【図１２】図１２は複ステージの信号増強システムを示す。
【符号の説明】
【０１１２】
１００、６００、７００、８００ 信号増強システム
２０２ 信号入力
２０４ 遅延ロジック
２０６ フィルタ
２１０ エラー推定器
２１２ ゲイン制御ロジック
２１８ 信号強化ロジック
２２０ 制御ロジック
７０２ 区分適応フィルタ
７０４ 区分遅延ロジック
７４４ ゲインロジック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号入力と、
該信号入力に結合された区分遅延ロジックと、
該区分遅延ロジックに結合され、複数の適応フィルタ出力を有する区分適応フィルタと、
該適応フィルタ出力に結合されたフィルタ強化ロジックと、
該フィルタ強化ロジックに結合されたゲインロジックと、
該信号入力とゲインロジックに結合され、増強された信号出力を有する信号強化ロジックと、
を備える、信号増強システム。
【請求項２】
前記複数のフィルタ出力が、第１のフィルタ出力と第２のフィルタ出力を有し、前記区分適応フィルタが、
第１の適応フィルタであって、
第１のフィルタ係数と、
該第１のフィルタ出力と、
第１のエラー出力とを備えた、第１の適応フィルタと、
第２の適応フィルタであって、
第２のフィルタ係数と、
該第２のフィルタ出力と、
第２のエラー出力とを備えた、第２の適応フィルタとを備え、
該第１のエラー出力に基づき該第１のフィルタ係数が調整され、該第２のエラー出力に基づいて該第２のフィルタ係数が調整される、
請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項３】
前記第１のエラー出力が、前記信号入力と前記第１のフィルタ出力の間の第１の差を有し、前記第２のエラー出力が、該信号入力と前記第２のフィルタ出力の間の第２の差を有する、請求項２に記載の信号増強システム。
【請求項４】
遅延ロジックが前記第１の適応フィルタに結合されたＭ１サンプル遅延と、前記第２の適応フィルタに結合されたＭ２サンプル遅延を有する、
請求項２に記載の信号増強システム。
【請求項５】
前記Ｍ２サンプル遅延が、前記Ｍ１サンプル遅延に対し直列である、請求項４に記載の信号増強システム。
【請求項６】
前記第１の適応フィルタが長さＭ１適応フィルタであり、前記第２の適応フィルタが長さＭ２適応フィルタである、請求項４に記載の信号増強ントシステム。
【請求項７】
Ｍ１＝Ｍ２またはＭ１＝Ｍ２＝１である、請求項６に記載の信号増強システム。
【請求項８】
前記遅延ロジックが最大適応ピッチを設定するために選択したＤサンプル遅延を備える、請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項９】
前記遅延ロジックが適応ピッチ範囲を設定するために選択したＬサンプル遅延を備える、請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項１０】
前記遅延ロジックが人間の音声ピッチを含む適応ピッチ範囲を実現する、請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項１１】
前記遅延ロジックが約７０Ｈｚと約４００Ｈｚの間の適応ピッチ範囲を実現する、請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項１２】
信号を増強する方法であって、
基本周波数を含む入力信号を受信することと、
複数の異なって遅延された入力信号を得るために、複数の異なるサンプル遅延により入力信号を遅延させることと、
複数の個々の適応フィルタを備える区分適応フィルタを該複数の異なって遅延された入力信号に適用することと、
該区分適応フィルタによりフィルタ処理された出力を生成することであって、該フィルタ処理された出力が該基本周波数の整数倍だけほぼ遅延される、ことと、
該複数の個々の適応フィルタの各々に対しエラー信号を生成することと、
該個々の適応フィルタのエラー信号に基づき、該個々の適応フィルタの各々を適応することと、
該フィルタ処理された出力によって該入力信号を強化することと、
を包含する、方法。
【請求項１３】
前記複数の適応フィルタの出力合計を生成することと、
ゲインパラメータにより該合計を偏たせることと、
をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
追跡する最大ピッチを決定することをさらに包含し、
前記入力信号を遅延させることは、Ｄが該最大ピッチに応じて選択されるＤサンプルだけ入力信号を遅延させることを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
ピッチ追跡範囲を選択することをさらに包含し、
前記入力信号を遅延させることは、Ｌが該ピッチ追跡範囲を設定するために選択されるＤ＋Ｌサンプルだけ該入力信号を遅延させることを包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ピッチ範囲が人間の音声ピッチを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ピッチ範囲が約７０Ｈｚから約４００Ｈｚの間に広がる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
機械読み取り可能な記録媒体と、
該機械読み取り可能な記録媒体において具体化された、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータ読み取り可能な命令と、
を備える、製品。
【請求項１】
信号入力と、
該信号入力に結合された区分遅延ロジックと、
該区分遅延ロジックに結合され、複数の適応フィルタ出力を有する区分適応フィルタと、
該適応フィルタ出力に結合されたフィルタ強化ロジックと、
該フィルタ強化ロジックに結合されたゲインロジックと、
該信号入力とゲインロジックに結合され、増強された信号出力を有する信号強化ロジックと、
を備える、信号増強システム。
【請求項２】
前記複数のフィルタ出力が、第１のフィルタ出力と第２のフィルタ出力を有し、前記区分適応フィルタが、
第１の適応フィルタであって、
第１のフィルタ係数と、
該第１のフィルタ出力と、
第１のエラー出力とを備えた、第１の適応フィルタと、
第２の適応フィルタであって、
第２のフィルタ係数と、
該第２のフィルタ出力と、
第２のエラー出力とを備えた、第２の適応フィルタとを備え、
該第１のエラー出力に基づき該第１のフィルタ係数が調整され、該第２のエラー出力に基づいて該第２のフィルタ係数が調整される、
請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項３】
前記第１のエラー出力が、前記信号入力と前記第１のフィルタ出力の間の第１の差を有し、前記第２のエラー出力が、該信号入力と前記第２のフィルタ出力の間の第２の差を有する、請求項２に記載の信号増強システム。
【請求項４】
遅延ロジックが前記第１の適応フィルタに結合されたＭ１サンプル遅延と、前記第２の適応フィルタに結合されたＭ２サンプル遅延を有する、
請求項２に記載の信号増強システム。
【請求項５】
前記Ｍ２サンプル遅延が、前記Ｍ１サンプル遅延に対し直列である、請求項４に記載の信号増強システム。
【請求項６】
前記第１の適応フィルタが長さＭ１適応フィルタであり、前記第２の適応フィルタが長さＭ２適応フィルタである、請求項４に記載の信号増強ントシステム。
【請求項７】
Ｍ１＝Ｍ２またはＭ１＝Ｍ２＝１である、請求項６に記載の信号増強システム。
【請求項８】
前記遅延ロジックが最大適応ピッチを設定するために選択したＤサンプル遅延を備える、請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項９】
前記遅延ロジックが適応ピッチ範囲を設定するために選択したＬサンプル遅延を備える、請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項１０】
前記遅延ロジックが人間の音声ピッチを含む適応ピッチ範囲を実現する、請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項１１】
前記遅延ロジックが約７０Ｈｚと約４００Ｈｚの間の適応ピッチ範囲を実現する、請求項１に記載の信号増強システム。
【請求項１２】
信号を増強する方法であって、
基本周波数を含む入力信号を受信することと、
複数の異なって遅延された入力信号を得るために、複数の異なるサンプル遅延により入力信号を遅延させることと、
複数の個々の適応フィルタを備える区分適応フィルタを該複数の異なって遅延された入力信号に適用することと、
該区分適応フィルタによりフィルタ処理された出力を生成することであって、該フィルタ処理された出力が該基本周波数の整数倍だけほぼ遅延される、ことと、
該複数の個々の適応フィルタの各々に対しエラー信号を生成することと、
該個々の適応フィルタのエラー信号に基づき、該個々の適応フィルタの各々を適応することと、
該フィルタ処理された出力によって該入力信号を強化することと、
を包含する、方法。
【請求項１３】
前記複数の適応フィルタの出力合計を生成することと、
ゲインパラメータにより該合計を偏たせることと、
をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
追跡する最大ピッチを決定することをさらに包含し、
前記入力信号を遅延させることは、Ｄが該最大ピッチに応じて選択されるＤサンプルだけ入力信号を遅延させることを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
ピッチ追跡範囲を選択することをさらに包含し、
前記入力信号を遅延させることは、Ｌが該ピッチ追跡範囲を設定するために選択されるＤ＋Ｌサンプルだけ該入力信号を遅延させることを包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ピッチ範囲が人間の音声ピッチを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ピッチ範囲が約７０Ｈｚから約４００Ｈｚの間に広がる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
機械読み取り可能な記録媒体と、
該機械読み取り可能な記録媒体において具体化された、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータ読み取り可能な命令と、
を備える、製品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１２６８４１（Ｐ２００６−１２６８４１Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１１１２２（Ｐ２００５−３１１１２２）
【出願日】平成１７年１０月２６日（２００５．１０．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（５０４０６４３１９）ハーマン ベッカー オートモーティブ システムズ−ウェイブメーカーズ， インコーポレイテッド (6)
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２６日（２００５．１０．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（５０４０６４３１９）ハーマン ベッカー オートモーティブ システムズ−ウェイブメーカーズ， インコーポレイテッド (6)
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