音声信号処理装置及び音声出力装置
【課題】安価な構成で無音時の出力雑音を低減できる音声信号処理装置を提供する。
【解決手段】音声信号処理装置は、Ａ／Ｄコンバータと、比較部と、演算部と、記憶部と、を備える。前記音声信号処理装置は、入力されたアナログ音声信号を信号処理してデジタル音声信号を出力する。前記Ａ／Ｄコンバータは、前記アナログ音声信号をデジタル値に変換する。前記比較部は、前記Ａ／Ｄコンバータから出力された前記デジタル値の最新値と、前記デジタル音声信号の前回値と、を比較する。前記演算部は、前記比較部の比較結果に応じて、前記デジタル値の最新値に所定の定数を加算した結果又は前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する。前記記憶部は、前記演算部から出力された前記デジタル音声信号の最新値を、次回の比較で用いられる前記デジタル音声信号の前回値として記憶する。
【解決手段】音声信号処理装置は、Ａ／Ｄコンバータと、比較部と、演算部と、記憶部と、を備える。前記音声信号処理装置は、入力されたアナログ音声信号を信号処理してデジタル音声信号を出力する。前記Ａ／Ｄコンバータは、前記アナログ音声信号をデジタル値に変換する。前記比較部は、前記Ａ／Ｄコンバータから出力された前記デジタル値の最新値と、前記デジタル音声信号の前回値と、を比較する。前記演算部は、前記比較部の比較結果に応じて、前記デジタル値の最新値に所定の定数を加算した結果又は前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する。前記記憶部は、前記演算部から出力された前記デジタル音声信号の最新値を、次回の比較で用いられる前記デジタル音声信号の前回値として記憶する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、音声信号処理装置及び音声出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターホン等の音声出力装置は、例えば、マイクロフォンに入力された音声に基づく電気信号を増幅器で増幅し、増幅器からのアナログ音声信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタル音声信号に変換し、このデジタル音声信号に基づいてスピーカから音声を出力する。
【０００３】
この音声出力装置では、マイクロフォンに音声が入力されていない無音時であっても、マイクロフォンに入力される環境ノイズ、又は、増幅器のフリッカノイズ若しくは熱雑音等によって、微小な振幅のアナログ音声信号がＡ／Ｄコンバータに入力される。これにより、Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル音声信号は変動するので、スピーカから出力雑音が出力される。
【０００４】
このような出力雑音は、低雑音の増幅器を用いても無くすことはできない。また、より高精度（高分解能）なＡ／Ｄコンバータを用いても、出力雑音を低減することはできるものの無くすことはできない。さらに、低雑音の増幅器や高精度なＡ／Ｄコンバータを用いると、コストが増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４１５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、安価な構成で無音時の出力雑音を低減できる音声信号処理装置及び音声出力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、Ａ／Ｄコンバータと、比較部と、演算部と、記憶部と、を備える音声信号処理装置が提供される。前記音声信号処理装置は、入力されたアナログ音声信号を信号処理してデジタル音声信号を出力する。前記Ａ／Ｄコンバータは、前記アナログ音声信号をデジタル値に変換する。前記比較部は、前記Ａ／Ｄコンバータから出力された前記デジタル値の最新値と、前記デジタル音声信号の前回値と、を比較する。前記演算部は、前記比較部の比較結果に応じて、前記デジタル値の最新値に所定の定数を加算した結果又は前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する。前記記憶部は、前記演算部から出力された前記デジタル音声信号の最新値を、次回の比較で用いられる前記デジタル音声信号の前回値として記憶する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る音声出力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置の信号処理パターンの一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置の音声処理フローを示すフローチャートである。
【図５】図４の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る音声信号処理装置の音声処理フローを示すフローチャートである。
【図７】図６の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る音声信号処理装置の音声処理フローを示すフローチャートである。
【図９】図８の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。
【図１０】比較例に係るアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態についての説明に先立ち、発明者らが知得する比較例のＡ／Ｄコンバータによる信号変換結果について説明する。
【００１０】
図１０は、比較例に係るアナログ音声信号の信号変換結果の一例を示す波形図である。図１０は、マイクロフォンと増幅器を介してＡ／Ｄコンバータに入力されたアナログ音声信号１０１が、デジタル音声信号１０２にＡ／Ｄ変換された様子を表している。また、図１０は、横軸に時間を示し、縦軸にデジタル値を示す。図１０（ａ）は音声信号がある状態の例を示し、図１０（ｂ）は無音時の状態の例を示す。
【００１１】
通常、図１０（ｂ）に示すように、無音時であっても、微小な振幅を有するアナログ音声信号１０１がＡ／Ｄコンバータに入力される。この微小な振幅がたとえＡ／Ｄコンバータの１ＬＳＢ幅以下であっても、Ａ／Ｄ変換のしきい値（この例では時間軸）を跨ぐと、図１０（ｂ）に示すようにデジタル音声信号１０２に１ＬＳＢの変動を生じる（時刻ｔ２，ｔ３，ｔ４等）。このような１ＬＳＢの変動を有するデジタル音声信号１０２を音声に変換すると、使用者に聞こえる出力雑音が生じる。
【００１２】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１３】
（第１の実施形態）
まず、音声信号処理装置を用いた音声出力装置について説明し、次に、音声信号処理装置について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る音声出力装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、音声出力装置は、マイクロフォン１と、増幅器２と、音声信号処理装置３と、Ｄ／Ａコンバータ４と、フィルタ５と、増幅器６と、スピーカ７と、を備える。本明細書では、Ｄ／Ａコンバータ４とフィルタ５と増幅器６とスピーカ７とを合わせたものを音声出力部８と称す。この音声出力装置を用いて、例えば、インターホンや電話機を構成できる。
【００１５】
マイクロフォン１は、入力された音声を電気信号である音声信号に変換する。増幅器２は、マイクロフォン１からの音声信号を増幅する。
【００１６】
音声信号処理装置３は、増幅器２の出力信号がアナログ音声信号として入力され、このアナログ音声信号を信号処理してデジタル音声信号を出力する。
【００１７】
Ｄ／Ａコンバータ４は、音声信号処理装置３から出力されたデジタル音声信号をＤ／Ａ変換する。フィルタ５は、Ｄ／Ａコンバータ４の出力信号の所定の周波数成分を通過させる。増幅器６は、フィルタ５の出力信号を増幅する。スピーカ７は、増幅器６の出力信号に基づいて音声を出力する。つまり、音声出力部８は、音声信号処理装置３から出力されたデジタル音声信号に基づいて音声を出力する。
【００１８】
増幅器２は、ライン入力端子（図示せず）から入力された音声信号を増幅しても良い。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置３の構成を示すブロック図である。図２に示すように、音声信号処理装置３は、Ａ／Ｄコンバータ１１と、記憶部１２と、比較部１３と、演算部１４と、定数記憶部１５と、を備える。
【００２０】
Ａ／Ｄコンバータ１１は、入力されたアナログ音声信号をデジタル値にＡ／Ｄ変換する。例えば、Ａ／Ｄコンバータ１１は、１０ビットのＡ／Ｄコンバータである。
【００２１】
比較部１３は、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）と、記憶部１２に記憶されているデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）と、を比較する。ここで、ｎは、Ａ／Ｄ変換のタイミングを表す正の整数である。
【００２２】
演算部１４は、比較部１３の比較結果に応じて、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に所定の定数ｍを加算した結果又はデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）を、デジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。ここでは、定数ｍは正の定数である。
【００２３】
具体的には、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より大きい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に正の定数ｍを加算した結果“Ｄ（ｎ）＋ｍ”をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。また、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）以下である場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。
【００２４】
記憶部１２は、演算部１４から出力されたデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）を、次回の比較で用いられるデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）として記憶する。
【００２５】
定数記憶部１５は定数ｍを記憶している。定数ｍは、例えば、外部からの設定によって変更可能となっている。
【００２６】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置３の信号処理パターンの一例を示す図である。図３は、横軸に時間を示し、縦軸にデジタル値を示す。
【００２７】
図２を参照して説明したように、演算部１４における信号処理パターンは、前回（ｎ−１回目）に演算部１４から出力された“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）”と、最新（ｎ回目）のＡ／Ｄ変換結果である“デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”との比較結果に応じて決まる。
【００２８】
図３（ａ）は、Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）、図３（ｂ）は、Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）、図３（ｃ）は、Ｄ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）のそれぞれの場合の、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値（各図中、矢印の左側）と演算部１４から出力されたデジタル音声信号（各図中、矢印の右側）とを示す。
【００２９】
図３（ａ）に示すＤ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）の場合、演算部１４は、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（右図中の白丸）に定数ｍを加算した結果“Ｄ（ｎ）＋ｍ”を、デジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（右図中の黒丸）として出力する。
【００３０】
図３（ｂ）に示すＤ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）の場合、又は、図３（ｃ）に示すＤ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）の場合、演算部１４は、加算を行わず、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をそのままデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。
【００３１】
前述のように、デジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）は、記憶部１２に記憶され、次回の比較でデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）として用いられる。
【００３２】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置３の音声処理フローを示すフローチャートである。図４及び次に説明する図５では、定数ｍを１としている。
【００３３】
記憶部１２により、演算部１４から出力されたデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）を、次回の比較で用いられるデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）として記憶する（ステップＳ１１）。
【００３４】
次に、Ａ／Ｄコンバータ１１により、アナログ音声信号をデジタル値にＡ／Ｄ変換してデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）を得る（ステップＳ１２）。
【００３５】
次に、比較部１３により、ステップＳ１２で得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）と、ステップＳ１１で記憶部１２に記憶されたデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）と、を比較する（ステップＳ１３）。“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＞デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”の場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、演算部１４により、“Ｄ（ｎ）＋１”をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００３６】
一方、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＞デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”ではない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、演算部１４により、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００３７】
連続したＡ／Ｄ変換結果に対して、以上の処理を繰り返し行なう。
【００３８】
図５は、図４の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。図５は、横軸に時間を示し、縦軸にデジタル値を示す。図５（ａ）は、マイクロフォンに音声が入力されている状態（音声信号がある状態）、即ちアナログ音声信号５１の振幅が大きい状態を示す。図５（ｂ）は、無音時の状態、即ちアナログ音声信号５１の振幅が微小な状態を示す。図５（ａ），（ｂ）のアナログ音声信号５１の波形は、図１０（ａ），（ｂ）の比較例のアナログ音声信号１０１の波形と同一である。
【００３９】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、“Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図５（ａ）の時刻ｔ６〜ｔ９等、図５（ｂ）の時刻ｔ５〜ｔ７，ｔ９等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（白丸５３）は、１が加算されてデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）へ変換されている。
【００４０】
また、“Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）”又は“Ｄ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図５（ａ）の時刻ｔ１〜ｔ５等、図５（ｂ）の時刻ｔ１〜ｔ４，ｔ８等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）は、そのままデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）として出力されている。このようにして、アナログ音声信号５１はデジタル音声信号に変換されている。
【００４１】
図５（ｂ）に示すように、無音時の場合、マイクロフォン１から入力される環境ノイズ、又は、増幅器２のフリッカノイズ若しくは熱雑音といった成分により発生した微小な振幅のアナログ音声信号によるデジタル音声信号の１ＬＳＢの変動は、本実施形態の信号処理により解消される。即ち、図１０（ｂ）の比較例と異なり、時刻ｔ２以降でデジタル音声信号は一定値となる。このような一定値のデジタル音声信号を音声出力装置の音声出力部８で音声に変換しても、デジタル音声信号に起因する出力雑音は生じない。
【００４２】
また、図５（ａ）に示す様に音声信号がある場合、Ａ／Ｄ変換されたデジタル値の一部に１が加算されるだけなので、原音に与える歪みは最小限である。このように、簡易な手法により絶大な効果を発揮できる。
【００４３】
図４，５では、定数ｍを１として説明したが、定数ｍは、無音時にＡ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の変動幅に応じて設定してもよい。例えば、無音時にＡ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値が２ＬＳＢ変動する場合、定数ｍを２としても良い。この無音時のデジタル値の変動幅は、例えば、マイクロフォン１や増幅器２の特性に応じて決まり得る。
【００４４】
以上で説明したように、本実施形態によれば、記憶部１２に記憶されたデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がＡ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より大きい場合、この最新値Ｄ（ｎ）に正の定数ｍを加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力するようにしている。これにより、無音時に微小なアナログ音声信号が入力されている時に、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）がデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）からｍＬＳＢ低下した場合であっても、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）にｍＬＳＢ加算した結果（つまり、Ｄ’（ｎ−１）と等しい値）がデジタル音声信号として出力される。従って、無音時のデジタル音声信号の変動を低減することができる。よって、高価な高精度（高分解能）のＡ／Ｄコンバータを用いずに、且つ、複雑な信号処理を行わずに、安価且つ簡単な構成で無音時の出力雑音を低減できる。
【００４５】
また、定数ｍを１に設定すれば、音声信号がある場合に原音に与える影響を最小限にできる。
【００４６】
なお、図４の音声処理フローをソフトウェアで実行することも可能である。この場合、既存のマイコン等を用いてソフトウェアを実行することで、セットコストや回路規模を増加させずに出力雑音を低減できる。
【００４７】
（第２の実施形態）
本実施形態では、音声信号処理装置３の音声処理フローの一部（演算部１４の動作）が第１の実施形態と異なる。その他の構成及び動作は、図１，２の第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００４８】
本実施形態では、定数ｍは負の定数である。演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より小さい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に負の定数ｍを加算した結果（つまり、Ｄ（ｎ）から負の定数ｍの絶対値｜ｍ｜を減算した結果）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。また、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）以上である場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。
【００４９】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る音声信号処理装置３の音声処理フローを示すフローチャートである。図６及び次に説明する図７では、負の定数ｍを−１とする。
【００５０】
図６に示すように、本実施形態の音声処理フローでは、図４に示した第１の実施形態の処理フローにおける比較条件（ステップＳ１３）と演算処理（ステップＳ１４）を変更している。具体的には、図４のステップＳ１３の比較条件を“Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）”から“Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）”に変更している（ステップＳ２３）。また、ステップＳ１４の演算処理を、“Ｄ’（ｎ）＝Ｄ（ｎ）＋１”から“Ｄ’（ｎ）＝Ｄ（ｎ）−１”に変更している（ステップＳ２４）。ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１５の処理は、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
具体的には、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理後、ステップＳ２３において、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＜デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”の場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、演算部１４により、“Ｄ（ｎ）−１”をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００５２】
一方、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＜デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”ではない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、第１の実施形態と同様に、演算部１４により、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００５３】
図７は、図６の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。図７（ａ），（ｂ）では、アナログ音声信号５１及び座標軸は図５（ａ），（ｂ）の第１の実施形態と同一であり、デジタル音声信号が図５（ａ），（ｂ）と異なる。
【００５４】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、“Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図７（ａ）の時刻ｔ２〜ｔ５等、図７（ｂ）の時刻ｔ２〜ｔ４，ｔ８等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（白丸５３）は、１が減算されてデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）へ変換されている。
【００５５】
また、“Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）”又は“Ｄ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図７（ａ）の時刻ｔ６〜ｔ９等、図７（ｂ）の時刻ｔ５〜ｔ７，ｔ９等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）は、そのままデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）として出力されている。このようにして、アナログ音声信号５１はデジタル音声信号に変換されている。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、本実施形態の音声処理フローによっても、図５（ｂ）の第１の実施形態と同様に、無音時の場合におけるデジタル音声信号の１ＬＳＢの変動は解消される。即ち、デジタル音声信号は一定値となる。
【００５７】
以上で説明したように、本実施形態によれば、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より小さい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に負の定数ｍを加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力するようにしている。これにより、無音時に微小なアナログ音声信号が入力されている時、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）がデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）から｜ｍ｜ＬＳＢ増加した場合であっても、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）から｜ｍ｜ＬＳＢ減算された結果（つまり、Ｄ’（ｎ−１）と等しい値）がデジタル音声信号として出力される。従って、無音時のデジタル音声信号の変動を低減することができる。つまり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
（第３の実施形態）
本実施形態では、音声信号処理装置３の音声処理フローとして、第１の実施形態と第２の実施形態の音声処理フローを組み合わせたものを用いている。つまり、本実施形態の音声信号処理装置３は、演算部１４の動作が第１の実施形態と異なる。その他の構成及び動作は、図１，２の第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００５９】
本実施形態では、定数ｍは正の定数ｍ１又は負の定数ｍ２である。正の定数ｍ１と負の定数ｍ２は絶対値が異なってもよい。演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より大きい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に正の定数ｍ１を加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。また、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より小さい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に負の定数ｍ２を加算した結果（つまり、Ｄ（ｎ）から負の定数ｍ２の絶対値｜ｍ２｜を減算した結果）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。さらに、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）と等しい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。
【００６０】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る音声信号処理装置の音声処理フローを示すフローチャートである。図８及び次に説明する図９では、正の定数ｍ１を１とし、負の定数ｍ２を−１とする。
【００６１】
ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４の処理は、第１の実施形態と同様である。つまり、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理後、ステップＳ１３において、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＞デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に移行する。そして、ステップＳ１４の処理後、ステップＳ１１に戻る。
【００６２】
一方、ステップＳ１３において“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＞デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”ではない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ２３に移行する。
【００６３】
ステップＳ２３において“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＜デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”の場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、演算部１４により、“Ｄ（ｎ）−１”をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００６４】
一方、ステップＳ２３において“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＜デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”ではない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、演算部１４により、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ１５）。即ち、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＝デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”である場合、ステップＳ１５の処理を行う。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００６５】
図９は、図８の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。図９は、横軸に時間を示し、縦軸にデジタル値を示す。図９（ａ）は、マイクロフォンに音声が入力されている状態、即ちアナログ音声信号５１の振幅が大きい状態を示す。図９（ｂ）は、無音時の状態、即ちアナログ音声信号５１の振幅が微小な状態を示す。図９（ａ）のアナログ音声信号５１の波形は、図１０（ａ）の比較例のアナログ音声信号１０１の波形と同一である。図９（ｂ）のアナログ音声信号５１の波形は、図１０（ｂ）の比較例のアナログ音声信号１０１の波形と異なる。
【００６６】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、“Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図９（ａ）の時刻ｔ７〜ｔ９等、図９（ｂ）の時刻ｔ６等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（白丸５３）は、１が加算されてデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）へ変換されている。
【００６７】
また、“Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図９（ａ）の時刻ｔ２〜ｔ５等、図９（ｂ）の時刻ｔ２〜ｔ４，ｔ８等）では、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（白丸５３）は、１が減算されてデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）へ変換されている。
【００６８】
また、“Ｄ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図９（ａ）の時刻ｔ６等、図９（ｂ）の時刻ｔ５，ｔ７，ｔ９等）では、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）は、そのままデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）として出力されている。このようにして、アナログ音声信号５１はデジタル音声信号に変換されている。
【００６９】
図９（ｂ）に示すように、無音時の場合におけるデジタル音声信号の２ＬＳＢの変動は、本実施形態の信号処理により解消される。即ち、デジタル音声信号は一定値となる。
【００７０】
以上で説明したように、本実施形態によれば、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より大きい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に正の定数ｍ１を加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力するようにしている。また、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より小さい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に負の定数ｍ２を加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力するようにしている。これにより、無音時に微小なアナログ音声信号が入力されている時、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）がデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）からｍ１ＬＳＢ低下した場合であっても、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）にｍ１ＬＳＢ加算した結果（つまり、Ｄ’（ｎ−１）と等しい値）がデジタル音声信号として出力される。また、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）がデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）から｜ｍ２｜ＬＳＢ増加した場合であっても、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）から｜ｍ２｜ＬＳＢ減算した結果（つまり、Ｄ’（ｎ−１）と等しい値）がデジタル音声信号として出力される。従って、無音時のデジタル音声信号の変動を低減することができる。つまり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
なお、前述したように、各実施形態で説明した音声信号処理装置３の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、音声信号処理装置３の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００７２】
また、音声信号処理装置３の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００７３】
以上で説明した各実施形態の音声信号処理装置及び音声出力装置によれば、安価な構成で無音時の出力雑音を低減できる。
【００７４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７５】
１ マイクロフォン
２ 増幅器
３ 音声信号処理装置
４ Ｄ／Ａコンバータ
５ フィルタ
６ 増幅器
７ スピーカ
８ 音声出力部
１１ Ａ／Ｄコンバータ
１２ 記憶部
１３ 比較部
１４ 演算部
１５ 定数記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、音声信号処理装置及び音声出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターホン等の音声出力装置は、例えば、マイクロフォンに入力された音声に基づく電気信号を増幅器で増幅し、増幅器からのアナログ音声信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタル音声信号に変換し、このデジタル音声信号に基づいてスピーカから音声を出力する。
【０００３】
この音声出力装置では、マイクロフォンに音声が入力されていない無音時であっても、マイクロフォンに入力される環境ノイズ、又は、増幅器のフリッカノイズ若しくは熱雑音等によって、微小な振幅のアナログ音声信号がＡ／Ｄコンバータに入力される。これにより、Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル音声信号は変動するので、スピーカから出力雑音が出力される。
【０００４】
このような出力雑音は、低雑音の増幅器を用いても無くすことはできない。また、より高精度（高分解能）なＡ／Ｄコンバータを用いても、出力雑音を低減することはできるものの無くすことはできない。さらに、低雑音の増幅器や高精度なＡ／Ｄコンバータを用いると、コストが増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４１５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、安価な構成で無音時の出力雑音を低減できる音声信号処理装置及び音声出力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、Ａ／Ｄコンバータと、比較部と、演算部と、記憶部と、を備える音声信号処理装置が提供される。前記音声信号処理装置は、入力されたアナログ音声信号を信号処理してデジタル音声信号を出力する。前記Ａ／Ｄコンバータは、前記アナログ音声信号をデジタル値に変換する。前記比較部は、前記Ａ／Ｄコンバータから出力された前記デジタル値の最新値と、前記デジタル音声信号の前回値と、を比較する。前記演算部は、前記比較部の比較結果に応じて、前記デジタル値の最新値に所定の定数を加算した結果又は前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する。前記記憶部は、前記演算部から出力された前記デジタル音声信号の最新値を、次回の比較で用いられる前記デジタル音声信号の前回値として記憶する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る音声出力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置の信号処理パターンの一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置の音声処理フローを示すフローチャートである。
【図５】図４の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る音声信号処理装置の音声処理フローを示すフローチャートである。
【図７】図６の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る音声信号処理装置の音声処理フローを示すフローチャートである。
【図９】図８の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。
【図１０】比較例に係るアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態についての説明に先立ち、発明者らが知得する比較例のＡ／Ｄコンバータによる信号変換結果について説明する。
【００１０】
図１０は、比較例に係るアナログ音声信号の信号変換結果の一例を示す波形図である。図１０は、マイクロフォンと増幅器を介してＡ／Ｄコンバータに入力されたアナログ音声信号１０１が、デジタル音声信号１０２にＡ／Ｄ変換された様子を表している。また、図１０は、横軸に時間を示し、縦軸にデジタル値を示す。図１０（ａ）は音声信号がある状態の例を示し、図１０（ｂ）は無音時の状態の例を示す。
【００１１】
通常、図１０（ｂ）に示すように、無音時であっても、微小な振幅を有するアナログ音声信号１０１がＡ／Ｄコンバータに入力される。この微小な振幅がたとえＡ／Ｄコンバータの１ＬＳＢ幅以下であっても、Ａ／Ｄ変換のしきい値（この例では時間軸）を跨ぐと、図１０（ｂ）に示すようにデジタル音声信号１０２に１ＬＳＢの変動を生じる（時刻ｔ２，ｔ３，ｔ４等）。このような１ＬＳＢの変動を有するデジタル音声信号１０２を音声に変換すると、使用者に聞こえる出力雑音が生じる。
【００１２】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１３】
（第１の実施形態）
まず、音声信号処理装置を用いた音声出力装置について説明し、次に、音声信号処理装置について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る音声出力装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、音声出力装置は、マイクロフォン１と、増幅器２と、音声信号処理装置３と、Ｄ／Ａコンバータ４と、フィルタ５と、増幅器６と、スピーカ７と、を備える。本明細書では、Ｄ／Ａコンバータ４とフィルタ５と増幅器６とスピーカ７とを合わせたものを音声出力部８と称す。この音声出力装置を用いて、例えば、インターホンや電話機を構成できる。
【００１５】
マイクロフォン１は、入力された音声を電気信号である音声信号に変換する。増幅器２は、マイクロフォン１からの音声信号を増幅する。
【００１６】
音声信号処理装置３は、増幅器２の出力信号がアナログ音声信号として入力され、このアナログ音声信号を信号処理してデジタル音声信号を出力する。
【００１７】
Ｄ／Ａコンバータ４は、音声信号処理装置３から出力されたデジタル音声信号をＤ／Ａ変換する。フィルタ５は、Ｄ／Ａコンバータ４の出力信号の所定の周波数成分を通過させる。増幅器６は、フィルタ５の出力信号を増幅する。スピーカ７は、増幅器６の出力信号に基づいて音声を出力する。つまり、音声出力部８は、音声信号処理装置３から出力されたデジタル音声信号に基づいて音声を出力する。
【００１８】
増幅器２は、ライン入力端子（図示せず）から入力された音声信号を増幅しても良い。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置３の構成を示すブロック図である。図２に示すように、音声信号処理装置３は、Ａ／Ｄコンバータ１１と、記憶部１２と、比較部１３と、演算部１４と、定数記憶部１５と、を備える。
【００２０】
Ａ／Ｄコンバータ１１は、入力されたアナログ音声信号をデジタル値にＡ／Ｄ変換する。例えば、Ａ／Ｄコンバータ１１は、１０ビットのＡ／Ｄコンバータである。
【００２１】
比較部１３は、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）と、記憶部１２に記憶されているデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）と、を比較する。ここで、ｎは、Ａ／Ｄ変換のタイミングを表す正の整数である。
【００２２】
演算部１４は、比較部１３の比較結果に応じて、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に所定の定数ｍを加算した結果又はデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）を、デジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。ここでは、定数ｍは正の定数である。
【００２３】
具体的には、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より大きい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に正の定数ｍを加算した結果“Ｄ（ｎ）＋ｍ”をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。また、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）以下である場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。
【００２４】
記憶部１２は、演算部１４から出力されたデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）を、次回の比較で用いられるデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）として記憶する。
【００２５】
定数記憶部１５は定数ｍを記憶している。定数ｍは、例えば、外部からの設定によって変更可能となっている。
【００２６】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置３の信号処理パターンの一例を示す図である。図３は、横軸に時間を示し、縦軸にデジタル値を示す。
【００２７】
図２を参照して説明したように、演算部１４における信号処理パターンは、前回（ｎ−１回目）に演算部１４から出力された“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）”と、最新（ｎ回目）のＡ／Ｄ変換結果である“デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”との比較結果に応じて決まる。
【００２８】
図３（ａ）は、Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）、図３（ｂ）は、Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）、図３（ｃ）は、Ｄ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）のそれぞれの場合の、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値（各図中、矢印の左側）と演算部１４から出力されたデジタル音声信号（各図中、矢印の右側）とを示す。
【００２９】
図３（ａ）に示すＤ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）の場合、演算部１４は、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（右図中の白丸）に定数ｍを加算した結果“Ｄ（ｎ）＋ｍ”を、デジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（右図中の黒丸）として出力する。
【００３０】
図３（ｂ）に示すＤ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）の場合、又は、図３（ｃ）に示すＤ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）の場合、演算部１４は、加算を行わず、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をそのままデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。
【００３１】
前述のように、デジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）は、記憶部１２に記憶され、次回の比較でデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）として用いられる。
【００３２】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る音声信号処理装置３の音声処理フローを示すフローチャートである。図４及び次に説明する図５では、定数ｍを１としている。
【００３３】
記憶部１２により、演算部１４から出力されたデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）を、次回の比較で用いられるデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）として記憶する（ステップＳ１１）。
【００３４】
次に、Ａ／Ｄコンバータ１１により、アナログ音声信号をデジタル値にＡ／Ｄ変換してデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）を得る（ステップＳ１２）。
【００３５】
次に、比較部１３により、ステップＳ１２で得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）と、ステップＳ１１で記憶部１２に記憶されたデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）と、を比較する（ステップＳ１３）。“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＞デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”の場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、演算部１４により、“Ｄ（ｎ）＋１”をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００３６】
一方、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＞デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”ではない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、演算部１４により、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００３７】
連続したＡ／Ｄ変換結果に対して、以上の処理を繰り返し行なう。
【００３８】
図５は、図４の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。図５は、横軸に時間を示し、縦軸にデジタル値を示す。図５（ａ）は、マイクロフォンに音声が入力されている状態（音声信号がある状態）、即ちアナログ音声信号５１の振幅が大きい状態を示す。図５（ｂ）は、無音時の状態、即ちアナログ音声信号５１の振幅が微小な状態を示す。図５（ａ），（ｂ）のアナログ音声信号５１の波形は、図１０（ａ），（ｂ）の比較例のアナログ音声信号１０１の波形と同一である。
【００３９】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、“Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図５（ａ）の時刻ｔ６〜ｔ９等、図５（ｂ）の時刻ｔ５〜ｔ７，ｔ９等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（白丸５３）は、１が加算されてデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）へ変換されている。
【００４０】
また、“Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）”又は“Ｄ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図５（ａ）の時刻ｔ１〜ｔ５等、図５（ｂ）の時刻ｔ１〜ｔ４，ｔ８等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）は、そのままデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）として出力されている。このようにして、アナログ音声信号５１はデジタル音声信号に変換されている。
【００４１】
図５（ｂ）に示すように、無音時の場合、マイクロフォン１から入力される環境ノイズ、又は、増幅器２のフリッカノイズ若しくは熱雑音といった成分により発生した微小な振幅のアナログ音声信号によるデジタル音声信号の１ＬＳＢの変動は、本実施形態の信号処理により解消される。即ち、図１０（ｂ）の比較例と異なり、時刻ｔ２以降でデジタル音声信号は一定値となる。このような一定値のデジタル音声信号を音声出力装置の音声出力部８で音声に変換しても、デジタル音声信号に起因する出力雑音は生じない。
【００４２】
また、図５（ａ）に示す様に音声信号がある場合、Ａ／Ｄ変換されたデジタル値の一部に１が加算されるだけなので、原音に与える歪みは最小限である。このように、簡易な手法により絶大な効果を発揮できる。
【００４３】
図４，５では、定数ｍを１として説明したが、定数ｍは、無音時にＡ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の変動幅に応じて設定してもよい。例えば、無音時にＡ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値が２ＬＳＢ変動する場合、定数ｍを２としても良い。この無音時のデジタル値の変動幅は、例えば、マイクロフォン１や増幅器２の特性に応じて決まり得る。
【００４４】
以上で説明したように、本実施形態によれば、記憶部１２に記憶されたデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がＡ／Ｄコンバータ１１から出力されたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より大きい場合、この最新値Ｄ（ｎ）に正の定数ｍを加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力するようにしている。これにより、無音時に微小なアナログ音声信号が入力されている時に、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）がデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）からｍＬＳＢ低下した場合であっても、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）にｍＬＳＢ加算した結果（つまり、Ｄ’（ｎ−１）と等しい値）がデジタル音声信号として出力される。従って、無音時のデジタル音声信号の変動を低減することができる。よって、高価な高精度（高分解能）のＡ／Ｄコンバータを用いずに、且つ、複雑な信号処理を行わずに、安価且つ簡単な構成で無音時の出力雑音を低減できる。
【００４５】
また、定数ｍを１に設定すれば、音声信号がある場合に原音に与える影響を最小限にできる。
【００４６】
なお、図４の音声処理フローをソフトウェアで実行することも可能である。この場合、既存のマイコン等を用いてソフトウェアを実行することで、セットコストや回路規模を増加させずに出力雑音を低減できる。
【００４７】
（第２の実施形態）
本実施形態では、音声信号処理装置３の音声処理フローの一部（演算部１４の動作）が第１の実施形態と異なる。その他の構成及び動作は、図１，２の第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００４８】
本実施形態では、定数ｍは負の定数である。演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より小さい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に負の定数ｍを加算した結果（つまり、Ｄ（ｎ）から負の定数ｍの絶対値｜ｍ｜を減算した結果）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。また、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）以上である場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。
【００４９】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る音声信号処理装置３の音声処理フローを示すフローチャートである。図６及び次に説明する図７では、負の定数ｍを−１とする。
【００５０】
図６に示すように、本実施形態の音声処理フローでは、図４に示した第１の実施形態の処理フローにおける比較条件（ステップＳ１３）と演算処理（ステップＳ１４）を変更している。具体的には、図４のステップＳ１３の比較条件を“Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）”から“Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）”に変更している（ステップＳ２３）。また、ステップＳ１４の演算処理を、“Ｄ’（ｎ）＝Ｄ（ｎ）＋１”から“Ｄ’（ｎ）＝Ｄ（ｎ）−１”に変更している（ステップＳ２４）。ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１５の処理は、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
具体的には、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理後、ステップＳ２３において、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＜デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”の場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、演算部１４により、“Ｄ（ｎ）−１”をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００５２】
一方、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＜デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”ではない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、第１の実施形態と同様に、演算部１４により、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００５３】
図７は、図６の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。図７（ａ），（ｂ）では、アナログ音声信号５１及び座標軸は図５（ａ），（ｂ）の第１の実施形態と同一であり、デジタル音声信号が図５（ａ），（ｂ）と異なる。
【００５４】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、“Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図７（ａ）の時刻ｔ２〜ｔ５等、図７（ｂ）の時刻ｔ２〜ｔ４，ｔ８等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（白丸５３）は、１が減算されてデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）へ変換されている。
【００５５】
また、“Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）”又は“Ｄ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図７（ａ）の時刻ｔ６〜ｔ９等、図７（ｂ）の時刻ｔ５〜ｔ７，ｔ９等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）は、そのままデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）として出力されている。このようにして、アナログ音声信号５１はデジタル音声信号に変換されている。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、本実施形態の音声処理フローによっても、図５（ｂ）の第１の実施形態と同様に、無音時の場合におけるデジタル音声信号の１ＬＳＢの変動は解消される。即ち、デジタル音声信号は一定値となる。
【００５７】
以上で説明したように、本実施形態によれば、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より小さい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に負の定数ｍを加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力するようにしている。これにより、無音時に微小なアナログ音声信号が入力されている時、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）がデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）から｜ｍ｜ＬＳＢ増加した場合であっても、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）から｜ｍ｜ＬＳＢ減算された結果（つまり、Ｄ’（ｎ−１）と等しい値）がデジタル音声信号として出力される。従って、無音時のデジタル音声信号の変動を低減することができる。つまり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
（第３の実施形態）
本実施形態では、音声信号処理装置３の音声処理フローとして、第１の実施形態と第２の実施形態の音声処理フローを組み合わせたものを用いている。つまり、本実施形態の音声信号処理装置３は、演算部１４の動作が第１の実施形態と異なる。その他の構成及び動作は、図１，２の第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。
【００５９】
本実施形態では、定数ｍは正の定数ｍ１又は負の定数ｍ２である。正の定数ｍ１と負の定数ｍ２は絶対値が異なってもよい。演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より大きい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に正の定数ｍ１を加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。また、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より小さい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に負の定数ｍ２を加算した結果（つまり、Ｄ（ｎ）から負の定数ｍ２の絶対値｜ｍ２｜を減算した結果）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。さらに、演算部１４は、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）と等しい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する。
【００６０】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る音声信号処理装置の音声処理フローを示すフローチャートである。図８及び次に説明する図９では、正の定数ｍ１を１とし、負の定数ｍ２を−１とする。
【００６１】
ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４の処理は、第１の実施形態と同様である。つまり、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理後、ステップＳ１３において、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＞デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に移行する。そして、ステップＳ１４の処理後、ステップＳ１１に戻る。
【００６２】
一方、ステップＳ１３において“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＞デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”ではない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ２３に移行する。
【００６３】
ステップＳ２３において“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＜デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”の場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、演算部１４により、“Ｄ（ｎ）−１”をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００６４】
一方、ステップＳ２３において“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＜デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”ではない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、演算部１４により、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力する（ステップＳ１５）。即ち、“デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）＝デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）”である場合、ステップＳ１５の処理を行う。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００６５】
図９は、図８の音声処理フローによるアナログ音声信号の信号変換結果を示す波形図である。図９は、横軸に時間を示し、縦軸にデジタル値を示す。図９（ａ）は、マイクロフォンに音声が入力されている状態、即ちアナログ音声信号５１の振幅が大きい状態を示す。図９（ｂ）は、無音時の状態、即ちアナログ音声信号５１の振幅が微小な状態を示す。図９（ａ）のアナログ音声信号５１の波形は、図１０（ａ）の比較例のアナログ音声信号１０１の波形と同一である。図９（ｂ）のアナログ音声信号５１の波形は、図１０（ｂ）の比較例のアナログ音声信号１０１の波形と異なる。
【００６６】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、“Ｄ’（ｎ−１）＞Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図９（ａ）の時刻ｔ７〜ｔ９等、図９（ｂ）の時刻ｔ６等）では、入力されたアナログ音声信号５１がＡ／Ｄ変換されて得られたデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（白丸５３）は、１が加算されてデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）へ変換されている。
【００６７】
また、“Ｄ’（ｎ−１）＜Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図９（ａ）の時刻ｔ２〜ｔ５等、図９（ｂ）の時刻ｔ２〜ｔ４，ｔ８等）では、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）（白丸５３）は、１が減算されてデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）へ変換されている。
【００６８】
また、“Ｄ’（ｎ−１）＝Ｄ（ｎ）”の場合の各タイミング（図９（ａ）の時刻ｔ６等、図９（ｂ）の時刻ｔ５，ｔ７，ｔ９等）では、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）は、そのままデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）（黒丸５２）として出力されている。このようにして、アナログ音声信号５１はデジタル音声信号に変換されている。
【００６９】
図９（ｂ）に示すように、無音時の場合におけるデジタル音声信号の２ＬＳＢの変動は、本実施形態の信号処理により解消される。即ち、デジタル音声信号は一定値となる。
【００７０】
以上で説明したように、本実施形態によれば、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より大きい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に正の定数ｍ１を加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力するようにしている。また、デジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）がデジタル値の最新値Ｄ（ｎ）より小さい場合、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）に負の定数ｍ２を加算した結果をデジタル音声信号の最新値Ｄ’（ｎ）として出力するようにしている。これにより、無音時に微小なアナログ音声信号が入力されている時、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）がデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）からｍ１ＬＳＢ低下した場合であっても、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）にｍ１ＬＳＢ加算した結果（つまり、Ｄ’（ｎ−１）と等しい値）がデジタル音声信号として出力される。また、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）がデジタル音声信号の前回値Ｄ’（ｎ−１）から｜ｍ２｜ＬＳＢ増加した場合であっても、デジタル値の最新値Ｄ（ｎ）から｜ｍ２｜ＬＳＢ減算した結果（つまり、Ｄ’（ｎ−１）と等しい値）がデジタル音声信号として出力される。従って、無音時のデジタル音声信号の変動を低減することができる。つまり、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
なお、前述したように、各実施形態で説明した音声信号処理装置３の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、音声信号処理装置３の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００７２】
また、音声信号処理装置３の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００７３】
以上で説明した各実施形態の音声信号処理装置及び音声出力装置によれば、安価な構成で無音時の出力雑音を低減できる。
【００７４】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７５】
１ マイクロフォン
２ 増幅器
３ 音声信号処理装置
４ Ｄ／Ａコンバータ
５ フィルタ
６ 増幅器
７ スピーカ
８ 音声出力部
１１ Ａ／Ｄコンバータ
１２ 記憶部
１３ 比較部
１４ 演算部
１５ 定数記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたアナログ音声信号を信号処理してデジタル音声信号を出力する音声信号処理装置であって、
前記アナログ音声信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータから出力された前記デジタル値の最新値と、前記デジタル音声信号の前回値と、を比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に応じて、前記デジタル値の最新値に所定の定数を加算した結果又は前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する演算部と、
前記演算部から出力された前記デジタル音声信号の最新値を、次回の比較で用いられる前記デジタル音声信号の前回値として記憶する記憶部と、を備える
ことを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項２】
前記定数は正の定数であり、
前記演算部は、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値より大きい場合、前記デジタル値の最新値に前記正の定数を加算した結果を前記デジタル音声信号の最新値として出力し、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値以下である場合、前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項３】
前記定数は負の定数であり、
前記演算部は、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値より小さい場合、前記デジタル値の最新値に前記負の定数を加算した結果を前記デジタル音声信号の最新値として出力し、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値以上である場合、前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項４】
前記定数は正の定数又は負の定数であり、
前記演算部は、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値より大きい場合、前記デジタル値の最新値に前記正の定数を加算した結果を前記デジタル音声信号の最新値として出力し、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値より小さい場合、前記デジタル値の最新値に前記負の定数を加算した結果を前記デジタル音声信号の最新値として出力し、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値と等しい場合、前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項５】
前記定数の絶対値は１であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の音声信号処理装置。
【請求項６】
入力された音声を音声信号に変換するマイクロフォンと、
前記音声信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号が前記アナログ音声信号として入力される請求項１から請求項５の何れかに記載の音声信号処理装置と、
前記音声信号処理装置から出力された前記デジタル音声信号に基づいて音声を出力する音声出力部と、を備える
ことを特徴とする音声出力装置。
【請求項１】
入力されたアナログ音声信号を信号処理してデジタル音声信号を出力する音声信号処理装置であって、
前記アナログ音声信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータから出力された前記デジタル値の最新値と、前記デジタル音声信号の前回値と、を比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に応じて、前記デジタル値の最新値に所定の定数を加算した結果又は前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する演算部と、
前記演算部から出力された前記デジタル音声信号の最新値を、次回の比較で用いられる前記デジタル音声信号の前回値として記憶する記憶部と、を備える
ことを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項２】
前記定数は正の定数であり、
前記演算部は、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値より大きい場合、前記デジタル値の最新値に前記正の定数を加算した結果を前記デジタル音声信号の最新値として出力し、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値以下である場合、前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項３】
前記定数は負の定数であり、
前記演算部は、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値より小さい場合、前記デジタル値の最新値に前記負の定数を加算した結果を前記デジタル音声信号の最新値として出力し、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値以上である場合、前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項４】
前記定数は正の定数又は負の定数であり、
前記演算部は、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値より大きい場合、前記デジタル値の最新値に前記正の定数を加算した結果を前記デジタル音声信号の最新値として出力し、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値より小さい場合、前記デジタル値の最新値に前記負の定数を加算した結果を前記デジタル音声信号の最新値として出力し、前記デジタル音声信号の前回値が前記デジタル値の最新値と等しい場合、前記デジタル値の最新値を前記デジタル音声信号の最新値として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項５】
前記定数の絶対値は１であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の音声信号処理装置。
【請求項６】
入力された音声を音声信号に変換するマイクロフォンと、
前記音声信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号が前記アナログ音声信号として入力される請求項１から請求項５の何れかに記載の音声信号処理装置と、
前記音声信号処理装置から出力された前記デジタル音声信号に基づいて音声を出力する音声出力部と、を備える
ことを特徴とする音声出力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２５７１７９（Ｐ２０１２−２５７１７９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０３８０（Ｐ２０１１−１３０３８０）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]