JP2013102327A - Deflection angle calculating device and sound processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複素数の偏角を算定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for calculating an argument of a complex number.
複素数の偏角を算定するには逆正接(アークタンジェント)の演算が必要である。逆正接の直接的な演算は困難であるから、逆正接の数値を事前に記憶したROM等の記憶回路(テーブル)が一般的には利用される。しかし、記憶回路の肥大化等の問題が発生し得る。そこで、特許文献1には、逆正接を近似的に演算する技術が開示されている。
In order to calculate the argument of a complex number, an arc tangent calculation is required. Since direct calculation of arc tangent is difficult, a storage circuit (table) such as a ROM that stores arc tangent values in advance is generally used. However, problems such as enlargement of the memory circuit may occur. Therefore,
特許文献1の技術では、I信号とQ信号との間で除算を実行する必要がある。しかし、信号間の除算はゼロ除算となる可能性があるから、ゼロ除算の場合に対処するための特別な措置が必要である。以上の事情を考慮して、本発明は、複素数の偏角を簡便に算定することを目的とする。
In the technique of
本発明の偏角算定装置は、複素数の偏角を算定する装置であって、複素数の実部および虚部を符号反転により非負値に変換する第1変換手段と、第1変換手段による処理後の実部と虚部との和および差を算定する和差算定手段と、和に対する差の比を算定する比算定手段と、算定手段が算定した比から複素数の暫定偏角を算定する偏角暫定手段と、符号反転前の複素数が属する象限に対応する偏角に暫定偏角を変換する第2変換手段とを具備する。以上の構成では、複素数の実部と虚部との和に対する差の比に応じて複素数の偏角が算定される。実部および虚部は符号反転により非負値に変換されるから、比の分母(除数)に位置する和がゼロとなることはない(すなわちゼロ除算は発生しない)。したがって、ゼロ除算に対処するための特別な措置が必要な構成と比較して複素数の偏角を簡便に算定できるという利点がある。 The declination calculating apparatus of the present invention is an apparatus for calculating the declination of a complex number, and includes a first conversion unit that converts a real part and an imaginary part of a complex number to a non-negative value by sign inversion, and after processing by the first conversion unit. Sum-difference calculating means for calculating the sum and difference between the real part and imaginary part, ratio calculating means for calculating the ratio of the difference to the sum, and declination for calculating the provisional argument of the complex number from the ratio calculated by the calculating means Provisional means, and second conversion means for converting the provisional deviation angle into a deviation angle corresponding to the quadrant to which the complex number before sign inversion belongs. In the above configuration, the argument of the complex number is calculated according to the ratio of the difference between the real part and the imaginary part of the complex number. Since the real part and the imaginary part are converted into non-negative values by sign inversion, the sum located in the denominator (divisor) of the ratio never becomes zero (that is, division by zero does not occur). Therefore, there is an advantage that the complex argument can be easily calculated as compared with a configuration that requires special measures to deal with division by zero.
本発明の好適な態様において、偏角暫定手段は、比Rから以下の近似式(A)で暫定偏角φを算定する。
φ=(π/4)・(−R+1) ……(A)
以上の態様では、近似式(A)の演算で暫定偏角を簡便に算定できるという利点がある。ただし、本発明において比Rから暫定偏角φを特定する方法は任意である。
In a preferred aspect of the present invention, the declination provisional means calculates the provisional declination φ from the ratio R by the following approximate expression (A).
φ = (π / 4) ・ (−R + 1) (A)
The above aspect has an advantage that the provisional declination can be easily calculated by the calculation of the approximate expression (A). However, in the present invention, a method for specifying the provisional deviation angle φ from the ratio R is arbitrary.
本発明の好適な態様に係る音響処理装置は、以上に例示した各形態の偏角算定装置を適用した構成である。本発明の第1態様の音響処理装置は、左右チャネルの各々について音響信号の複素スペクトルを生成する周波数分析手段と、左右チャネルの各々について複素スペクトルの周波数毎の偏角を算定する偏角算定手段と、偏角算定手段が算定した左右チャネルの周波数毎の偏角の差異を低減する位相調整手段と、位相調整手段による処理後の各チャネルの複素スペクトルから左右チャネルの音響信号を生成する信号生成手段とを具備し、偏角算定手段は、複素スペクトルの実部および虚部を符号反転により非負値に変換する第1変換手段と、第1変換手段による処理後の実部と虚部との和および差を算定する和差算定手段と、和に対する差の比を算定する比算定手段と、比算定手段が算定した比から複素数の暫定偏角を算定する偏角暫定手段と、符号反転前の複素数が属する象限に対応する偏角に暫定偏角を変換する第2変換手段とを含む。以上の態様では、偏角算定手段が算定した左右チャネルの周波数毎の偏角の差異が低減されたうえで各チャネルの複素スペクトルから左右チャネルの音響信号が生成される。したがって、残響成分を低減した左右チャネルの音響信号を生成できるという利点がある。なお、以上の態様の具体例は例えば第2実施形態として後述される。 The sound processing apparatus according to a preferred aspect of the present invention has a configuration to which the deflection angle calculating apparatus of each form exemplified above is applied. The acoustic processing apparatus according to the first aspect of the present invention includes a frequency analysis unit that generates a complex spectrum of an acoustic signal for each of the left and right channels, and a declination calculation unit that calculates a declination for each frequency of the complex spectrum for each of the left and right channels. And a phase adjustment means for reducing the difference in the deflection angle for each frequency of the left and right channels calculated by the deviation angle calculation means, and signal generation for generating left and right channel acoustic signals from the complex spectrum of each channel processed by the phase adjustment means Means for converting the real part and the imaginary part of the complex spectrum into non-negative values by sign inversion, and the real part and the imaginary part after processing by the first conversion means. A sum difference calculating means for calculating a sum and a difference; a ratio calculating means for calculating a ratio of the difference to the sum; a declination provisional means for calculating a temporary declination of a complex number from the ratio calculated by the ratio calculating means; The deflection angle complex number No. inversion before correspond to quadrants belonging and a second converting means for converting the provisional declination. In the above aspect, the left and right channel acoustic signals are generated from the complex spectrum of each channel after the difference in the deflection angle for each frequency of the left and right channels calculated by the deflection angle calculating means is reduced. Therefore, there is an advantage that the left and right channel acoustic signals with reduced reverberation components can be generated. In addition, the specific example of the above aspect is later mentioned as 2nd Embodiment, for example.
本発明の第2態様に係る音響処理装置は、音響信号の複素スペクトルを単位期間毎に生成する周波数分析手段と、各単位期間の複素スペクトルの周波数毎の偏角を算定する偏角算定手段と、相前後する各単位期間での偏角の変化量を周波数毎に算定する偏角解析手段と、音響信号に含まれる正弦波成分の周波数を変化量の時間変動に応じて特定する音響評価手段とを具備し、偏角算定手段は、複素スペクトルの実部および虚部を符号反転により非負値に変換する第1変換手段と、第1変換手段による処理後の実部と虚部との和および差を算定する和差算定手段と、和に対する差の比を算定する比算定手段と、比算定手段が算定した比から複素数の暫定偏角を算定する偏角暫定手段と、符号反転前の複素数が属する象限に対応する偏角に暫定偏角を変換する第2変換手段とを含む。以上の態様では、相前後する単位期間での偏角の変化量の時間変動に応じて正弦波成分の周波数を簡便に特定することが可能である。なお、以上の態様の具体例は例えば第3実施形態として後述される。 The sound processing apparatus according to the second aspect of the present invention includes a frequency analysis unit that generates a complex spectrum of an acoustic signal for each unit period, and a declination calculation unit that calculates a declination for each frequency of the complex spectrum of each unit period. , A declination analysis means for calculating the change amount of the declination in each unit period before and after each frequency, and an acoustic evaluation means for specifying the frequency of the sine wave component included in the acoustic signal according to the time variation of the change amount The declination calculating means includes a first conversion means for converting the real part and the imaginary part of the complex spectrum into a non-negative value by sign inversion, and the sum of the real part and the imaginary part after processing by the first conversion means. And a difference calculating means for calculating the difference, a ratio calculating means for calculating the ratio of the difference to the sum, a declining provisional means for calculating a temporary declination of a complex number from the ratio calculated by the ratio calculating means, and before sign inversion Temporary deviation in the deviation corresponding to the quadrant to which the complex number belongs And a second converting means for converting the. In the above aspect, it is possible to easily specify the frequency of the sine wave component in accordance with the temporal variation of the variation amount of the declination in the unit periods that follow each other. In addition, the specific example of the above aspect is later mentioned as 3rd Embodiment, for example.
以上の各態様に係る定位解析装置は、複素数の偏角の算定に専用されるDSP(Digital Signal Processor)などのハードウェア(電子回路)によって実現されるほか、CPU(Central Processing Unit)などの汎用の演算処理装置とプログラムとの協働によっても実現される。本発明に係るプログラムは、複素数の実部および虚部を符号反転により非負値に変換する第1変換処理(SA1)と、第1変換処理後の実部と虚部との和および差を算定する和差算定処理(SA1)と、和に対する差の比を算定する比算定処理(SA2)と、比算定処理で算定した比から複素数の暫定偏角を算定する偏角暫定処理(SA3)と、符号反転前の複素数が属する象限に対応する偏角に暫定偏角を変換する第2変換処理(SA4)とをコンピュータに実行させる。以上のプログラムによれば、本発明に係る偏角算定装置と同様の作用および効果が奏される。本発明のプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に格納された形態で提供されてコンピュータにインストールされるほか、通信網を介した配信の形態で提供されてコンピュータにインストールされる。 The localization analysis apparatus according to each of the above aspects is realized by hardware (electronic circuit) such as DSP (Digital Signal Processor) dedicated to calculation of complex argument, and also by general-purpose such as CPU (Central Processing Unit). This is also realized by cooperation between the arithmetic processing unit and the program. The program according to the present invention calculates a first conversion process (SA1) for converting a real part and an imaginary part of a complex number into a non-negative value by sign inversion, and a sum and a difference between the real part and the imaginary part after the first conversion process. Sum difference calculation processing (SA1), ratio calculation processing (SA2) for calculating the ratio of the difference to the sum, declination provisional processing (SA3) for calculating the temporary declination of the complex number from the ratio calculated in the ratio calculation processing, And causing the computer to execute a second conversion process (SA4) for converting the provisional argument to the argument corresponding to the quadrant to which the complex number before sign inversion belongs. According to the above program, the same operation and effect as the declination calculation apparatus according to the present invention are exhibited. The program of the present invention is provided in a form stored in a computer-readable recording medium and installed in the computer, or is provided in a form distributed via a communication network and installed in the computer.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る偏角算定装置100のブロック図である。偏角算定装置100は、複素数Xの偏角θを算定する装置であり、演算処理装置12と記憶装置14とを具備するコンピュータシステムで実現される。演算処理装置12は、記憶装置14に格納されたプログラムPGMを実行することで、複素数Xの偏角θを算定する偏角算定部20として機能する。記憶装置14は、演算処理装置12が実行するプログラムPGMや演算処理装置12が使用する各種のデータ(例えば複素数X)を記憶する。半導体記録媒体や磁気記録媒体等の公知の記録媒体または複数種の記録媒体の組合せが記憶装置14として任意に利用される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram of a
図2は、偏角算定部20が偏角θを算定する処理のフローチャートである。例えば利用者からの指示を契機として図2の処理が開始される。処理を開始すると、偏角算定部20は、複素数Xの実部Re[X]および虚部Im[X]を符号反転により非負値(ゼロまたは正数)に変換したうえで、実部Re[X]と虚部Im[X]との和Mおよび差Sを算定する(SA1)。実部Re[X]および虚部Im[X]を符号反転により非負値に変換する処理は、図3に示すように、複素平面の第2象限から第4象限の各々に属する複素数Xを第1象限内の数値に変換する処理(写像)に相当する。
FIG. 2 is a flowchart of processing in which the deflection
第1に、実部Re[X]および虚部Im[X]の双方が非負値である場合(すなわち複素数Xが複素平面の第1象限内の数値である場合)、偏角算定部20は、以下の数式(A1)および数式(B1)で表現されるように、実部Re[X]および虚部Im[X]の符号反転(すなわち象限間の移動)を実行せずに和Mおよび差Sを算定する。
M=Re[X]+Im[X] ……(A1)
S=Re[X]−Im[X] ……(B1)
First, when both the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] are non-negative values (that is, when the complex number X is a numerical value in the first quadrant of the complex plane), the
M = Re [X] + Im [X] (A1)
S = Re [X] -Im [X] (B1)
第2に、実部Re[X]が負数で虚部Im[X]が非負値である場合(すなわち複素数Xが複素平面の第2象限内の数値である場合)、偏角算定部20は、以下の数式(A2)および数式(B2)で表現されるように、実部Re[X]の符号を反転したうえで和Mおよび差Sを算定する。
M=(−Re[X])+Im[X] ……(A2)
S=(−Re[X])−Im[X] ……(B2)
Second, when the real part Re [X] is a negative number and the imaginary part Im [X] is a non-negative value (that is, when the complex number X is a numerical value in the second quadrant of the complex plane), the
M = (-Re [X]) + Im [X] (A2)
S = (-Re [X])-Im [X] (B2)
第3に、実部Re[X]および虚部Im[X]の双方が負数である場合(すなわち複素数Xが複素平面の第3象限内の数値である場合)、偏角算定部20は、以下の数式(A3)および数式(B3)で表現されるように、実部Re[X]および虚部Im[X]の双方の符号を反転したうえで和Mおよび差Sを算定する。
M=(−Re[X])+(−Im[X]) ……(A3)
S=(−Re[X])−(−Im[X]) ……(B3)
Third, when both the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] are negative numbers (that is, when the complex number X is a numerical value in the third quadrant of the complex plane), the
M = (-Re [X]) + (-Im [X]) (A3)
S = (-Re [X])-(-Im [X]) (B3)
第4に、実部Re[X]が非負値で虚部Im[X]が負数である場合(すなわち複素数Xが複素平面の第4象限内の数値である場合)、偏角算定部20は、以下の数式(A4)および数式(B4)で表現されるように、虚部Im[X]の符号を反転したうえで和Mおよび差Sを算定する。
M=Re[X]+(−Im[X]) ……(A4)
S=Re[X]−(−Im[X]) ……(B4)
Fourth, when the real part Re [X] is a non-negative value and the imaginary part Im [X] is a negative number (that is, when the complex number X is a numerical value in the fourth quadrant of the complex plane), the
M = Re [X] + (-Im [X]) (A4)
S = Re [X] − (− Im [X]) (B4)
以上の説明から理解されるように、演算処理装置12は、複素数Xの実部Re[X]および虚部Im[X]を符号反転により非負値に変換する要素(第1変換手段)、および、変換後の実部Re[X]と虚部Im[X]との和Mおよび差Sを算定する要素(和差算定手段)として機能する。
As can be understood from the above description, the
実部Re[X]と虚部Im[X]との和Mおよび差Sを算定すると、偏角算定部20は、和Mに対する差Sの比R(R=S/M)を算定する(SA2)。そして、偏角算定部20は、ステップSA2で算定した比Rに応じて暫定的な偏角(以下「暫定偏角」という)φを算定する(SA3)。暫定偏角φは、ステップSA1での符号反転が加味された状態の仮想的な偏角であり、複素数Xが第2象限から第4象限に属する場合には実際の偏角θとは相違するという事情を考慮して偏角θとは表記を区別している。比Rと暫定偏角φとの関係について以下に詳述する。
When the sum M and the difference S of the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] are calculated, the
複素数Xの偏角θは、以下の数式(1)で表現されるように、実部Re[X]に対する虚部Im[X]の比(Im[X]/Re[X])の逆正接(アークタンジェント)として定義される。
θ=arctan(Im[X]/Re[X]) ……(1)
また、実部Re[X]および虚部Im[X]は以下の数式(2a)および数式(2b)で表現される。記号rは複素数Xの絶対値である。
Re[X]=r・cosθ ……(2a)
Im[X]=r・sinθ ……(2b)
The argument θ of the complex number X is the arctangent of the ratio of the imaginary part Im [X] to the real part Re [X] (Im [X] / Re [X]), as expressed by the following equation (1). (Arc tangent).
θ = arctan (Im [X] / Re [X]) (1)
The real part Re [X] and the imaginary part Im [X] are expressed by the following formulas (2a) and (2b). The symbol r is the absolute value of the complex number X.
Re [X] = r · cosθ (2a)
Im [X] = r · sinθ (2b)
したがって、複素数Xが第1象限に属する場合の実部Re[X]と虚部Im[X]との和Mおよび差Sは以下の数式(3a)および数式(3b)で表現される。
M=Re[X]+Im[X]=r(cosθ+sinθ)
=(√2)r・cos(θ−π/4) ……(3a)
S=Re[X]−Im[X]=r(cosθ−sinθ)
=(√2)r・cos(θ−3π/4)
=−(√2)r・sin(θ−π/4) ……(3b)
Therefore, the sum M and the difference S of the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] when the complex number X belongs to the first quadrant are expressed by the following formulas (3a) and (3b).
M = Re [X] + Im [X] = r (cos θ + sin θ)
= (√2) r · cos (θ−π / 4) (3a)
S = Re [X] −Im [X] = r (cos θ−sin θ)
= (√2) r · cos (θ-3π / 4)
=-(√2) r · sin (θ-π / 4) (3b)
数式(3a)および数式(3b)から、和Mに対する差Sの比Rを表現する以下の数式(4)が導出される。
R=S/M=−tan(θ−π/4) ……(4)
数式(4)を変形することで、偏角θと比Rとの関係を表現する以下の数式(5)が導出される。
θ=−arctan(R)+π/4 ……(5)
第1実施形態ではステップSA1にて符号変換を実行する(暫定偏角φと実際の偏角θとは相違し得る)ことを考慮すると、数式(5)の偏角θを暫定偏角φに置換した以下の数式(6)が成立する。
φ=−arctan(R)+π/4 ……(6)
From the equations (3a) and (3b), the following equation (4) expressing the ratio R of the difference S to the sum M is derived.
R = S / M = −tan (θ−π / 4) (4)
By transforming Equation (4), the following Equation (5) expressing the relationship between the deflection angle θ and the ratio R is derived.
θ = -arctan (R) + π / 4 (5)
In the first embodiment, considering that code conversion is performed in step SA1 (the provisional deviation angle φ may be different from the actual deviation angle θ), the deviation angle θ in the equation (5) is changed to the provisional deviation angle φ. The following mathematical formula (6) is established.
φ = −arctan (R) + π / 4 (6)
また、比Rが、例えば−1以上かつ1以下の範囲内の数値である場合、以下の近似が成立する。
arctan(R)=(π/4)・R
したがって、数式(6)を近似(1次近似)する以下の数式(7)が導出される。
φ=(π/4)(−R+1) ……(7)
図4には、比Rと数式(6)の暫定偏角φとの関係が破線で図示され、比Rと数式(7)の暫定偏角φとの関係が実線で図示されている。数式(7)による近似が妥当であることが図4から理解される。
Further, when the ratio R is a numerical value within a range of, for example, −1 or more and 1 or less, the following approximation is established.
arctan (R) = (π / 4) · R
Therefore, the following formula (7) that approximates (first-order approximation) the formula (6) is derived.
φ = (π / 4) (− R + 1) (7)
In FIG. 4, the relationship between the ratio R and the provisional deflection angle φ in Expression (6) is illustrated by a broken line, and the relationship between the ratio R and the provisional deviation angle φ in Expression (7) is illustrated by a solid line. It can be understood from FIG. 4 that the approximation by the equation (7) is appropriate.
図1の偏角算定部20は、前述のステップSA3において、ステップSA2で算定した比Rについて数式(7)の演算を実行することで暫定偏角φを算定する。以上の説明から理解されるように、演算処理装置12は、和Mに対する差Sの比Rを算定する要素(比算定手段)、および、比Rから複素数Xの暫定偏角φを算定する要素(偏角暫定手段)として機能する。
The
以上の手順で暫定偏角φを算定すると、偏角算定部20は、暫定偏角φを、ステップSA1での符号反転前の複素数Xが属する象限に対応する実際の偏角θに変換する(SA4)。第1に、複素数Xの実部Re[X]および虚部Im[X]の双方が非負値である場合、偏角算定部20は、以下の数式(C1)で示すように、ステップSA3で算定した暫定偏角φを偏角θとして確定する。
θ=φ ……(C1)
When the provisional argument φ is calculated by the above procedure, the
θ = φ ...... (C1)
第2に、複素数Xの実部Re[X]が負数で虚部Im[X]が非負値である場合(すなわちステップSA1で複素数Xを第2象限から第1象限に変換した場合)、偏角算定部20は、以下の数式(C2)の演算で、第2象限内の複素数Xに対応する偏角θを算定する。
θ=π−φ ……(C2)
Second, when the real part Re [X] of the complex number X is negative and the imaginary part Im [X] is non-negative (that is, when the complex number X is converted from the second quadrant to the first quadrant in step SA1), The
θ = π−φ (C2)
第3に、複素数Xの実部Re[X]および虚部Im[X]の双方が負数である場合(複素数Xを第3象限から第1象限に変換した場合)、偏角算定部20は、以下の数式(C3)の演算で、第3象限内の複素数Xに対応する偏角θを算定する。
θ=φ+π ……(C3)
Third, when both the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] of the complex number X are negative numbers (when the complex number X is converted from the third quadrant to the first quadrant), the
θ = φ + π (C3)
第4に、複素数Xの実部Re[X]が非負値で虚部Im[X]が負数である場合(複素数Xを第3象限から第1象限に変換した場合)、偏角算定部20は、以下の数式(C4)の演算で、第3象限内の複素数Xに対応する偏角θを算定する。
θ=2π−φ ……(C4)
Fourth, when the real part Re [X] of the complex number X is a non-negative value and the imaginary part Im [X] is a negative number (when the complex number X is converted from the third quadrant to the first quadrant), the
θ = 2π−φ (C4)
すなわち、演算処理装置12は、暫定偏角φを実際の偏角θに変換する要素(第2変換手段)として機能する。以上が複素数Xの偏角θを算定する処理の具体例である。図5は、複素数Xの実際の偏角θR(横軸)と、第1実施形態の偏角算定部20が算定した偏角θの2乗誤差(θR−θ)2との関係を示すグラフである。数式(6)の近似等に起因した誤差は発生するものの、第1実施形態によれば、複素数Xの偏角θを充分に高い精度で算定できることが図5から理解される。
That is, the
以上に説明したように、第1実施形態では、実部Re[X]と虚部Im[X]との和Mに対する差Sの比Rに応じて複素数Xの偏角θが算定される。実部Re[X]および虚部Im[X]は符号反転により非負値に変換されるから、比Rの分母(除数)に位置する和Mがゼロとなることはない。すなわち、ステップSA3の比Rの演算でゼロ除算は発生しない。したがって、ゼロ除算に対処するための特別な措置が必要な構成と比較して、複素数Xの偏角θを簡便に算定できるという利点がある。 As described above, in the first embodiment, the deflection angle θ of the complex number X is calculated according to the ratio R of the difference S to the sum M of the real part Re [X] and the imaginary part Im [X]. Since the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] are converted to non-negative values by sign inversion, the sum M located in the denominator (divisor) of the ratio R never becomes zero. That is, no division by zero occurs in the calculation of the ratio R in step SA3. Therefore, there is an advantage that the declination angle θ of the complex number X can be easily calculated as compared with a configuration that requires special measures for dealing with division by zero.
なお、以上の説明では、複素数Xの実部Re[X]および虚部Im[X]の双方が負数である場合に実部Re[X]および虚部Im[X]の双方の符号を反転して和Mおよび差Sを算定したが(数式(A3),数式(B3))、和Mに対する差Sの比Rを算定する段階で符号の反転は結果的に相殺されるから、実部Re[X]および虚部Im[X]の双方が負数である場合には符号反転を省略する(すなわち、数式(A1)および数式(B1)で和Mおよび差Sを算定する)ことも可能である。 In the above description, when both the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] of the complex number X are negative numbers, the signs of both the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] are inverted. Therefore, the sum M and the difference S are calculated (formula (A3), formula (B3)), but the sign inversion is canceled out at the stage of calculating the ratio R of the difference S to the sum M. If both Re [X] and imaginary part Im [X] are negative numbers, the sign inversion can be omitted (that is, the sum M and the difference S are calculated by the formulas (A1) and (B1)). It is.
また、以上の説明では、数式(6)を数式(7)で近似したが、暫定偏角φの算定に近似は必須ではない。例えば、数式(6)の関係を満たすように比Rの各数値と暫定偏角φの各数値とを対応させたテーブルを記憶装置14に格納し、偏角算定部20が、ステップSA2で算定した比Rに対応する暫定偏角φをステップSA3にてテーブルから検索する構成も採用され得る。
In the above description, Equation (6) is approximated by Equation (7), but approximation is not essential for calculating the provisional deviation angle φ. For example, a table that associates each numerical value of the ratio R with each numerical value of the provisional deflection angle φ so as to satisfy the relationship of Equation (6) is stored in the
なお、実部Re[X]および虚部Im[X]の双方がゼロである場合には偏角θが不定(偏角θを定義できない状態)となる。そこで、実部Re[X]および虚部Im[X]の双方がゼロである場合、偏角算定部20は、暫定偏角φを、不定を意味する符号(NaN:Not a Number)に設定し(SA3)、暫定偏角φに対応する偏角θについても同様に不定の符号に設定する(SA4)。また、実部Re[X]および虚部Im[X]の双方がゼロである場合に、偏角算定部20が、偏角θを算定できないことを例えば画像または音声で利用者に通知(エラー通知)することも可能である。
When both the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] are zero, the declination angle θ is indefinite (the declination angle θ cannot be defined). Therefore, when both the real part Re [X] and the imaginary part Im [X] are zero, the
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態を以下に説明する。なお、以下に例示する各形態において作用や機能が第1実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described below. In addition, about the element which an effect | action and a function are equivalent to 1st Embodiment in each form illustrated below, each reference detailed in the above description is diverted and each detailed description is abbreviate | omitted suitably.
図6は、第2実施形態の音響処理装置110Aのブロック図である。音響処理装置110Aにはステレオ形式の音響信号xL(t)および音響信号xR(t)が信号供給装置200から供給される。左チャネルの音響信号xL(t)および右チャネルの音響信号xR(t)は、残響音が付加された音響(例えば音声や楽音)の時間領域信号である。可搬型または内蔵型の記録媒体から音響信号xL(t)および音響信号xR(t)を取得して音響処理装置110Aに供給する再生装置や、音響信号xL(t)および音響信号xR(t)を通信網から受信して音響処理装置110Aに供給する通信装置が信号供給装置200として採用され得る。
FIG. 6 is a block diagram of the
音響処理装置110Aは、音響信号xL(t)および音響信号xR(t)の残響音を低減した時間領域の音響信号yL(t)および音響信号yR(t)を生成する信号処理装置であり、第1実施形態の偏角算定装置100と同様に、演算処理装置12と記憶装置14とを具備するコンピュータシステムで実現される。演算処理装置12は、記憶装置14に格納されたプログラムPGMを実行することで複数の機能(周波数分析部32,偏角算定部20,位相調整部34、信号生成部36)を実現する。なお、演算処理装置12の各機能を複数の集積回路に分散した構成や、専用の電子回路(DSP)が各機能を実現する構成も採用され得る。なお、音響信号xL(t)および音響信号xR(t)を記憶装置14に記憶することも可能である。
The
周波数分析部32は、音響信号xL(t)の周波数スペクトルXL(k,m)と音響信号xR(t)の周波数スペクトルXR(k,m)とを時間軸上の単位期間(フレーム)毎に順次に生成する。周波数スペクトルXL(k,m)および周波数スペクトルXR(k,m)の各々は、複素数で表現された複素スペクトルである。記号kは周波数軸上の任意の1個の周波数(帯域)を指示する変数であり、記号mは時間軸上の任意の1個の単位期間を指示する変数である。周波数分析部32の処理には例えば短時間フーリエ変換等の公知の周波数分析が任意に採用され得る。
The
偏角算定部20は、左チャネルの周波数スペクトルXL(k,m)の各周波数の偏角θL(k,m)と右チャネルの周波数スペクトルXR(k,m)の各周波数の偏角θR(k,m)とを単位期間毎に順次に算定する。以下の数式(8a)および数式(8b)から理解されるように、偏角θL(k,m)および偏角θR(k,m)は、各チャネルの周波数毎の位相(位相スペクトル)を意味する。偏角算定部20が偏角θL(k,m)および偏角θR(k,m)を算定する方法は、第1実施形態にて複素数Xの偏角θを算定した方法と同様である。したがって、第2実施形態でも第1実施形態と同様の効果が実現される。
XL(k,m)=|XL(k,m)|e-jθL(k,m) ……(8a)
XR(k,m)=|XR(k,m)|e-jθR(k,m) ……(8b)
The
XL (k, m) = | XL (k, m) | e- jθL (k, m) (8a)
XR (k, m) = | XR (k, m) | e- jθR (k, m) (8b)
位相調整部34は、偏角算定部20が算定した偏角θL(k,m)および偏角θR(k,m)を調整する。具体的には、位相調整部34は、周波数および単位期間が相互に共通する偏角θL(k,m)と偏角θR(k,m)との差異が低減される(理想的には同相化される)ように偏角θL(k,m)および偏角θR(k,m)の片方または双方を調整する。例えば、位相調整部34は、偏角θL(k,m)と偏角θR(k,m)との差分(絶対値)Δθ(Δθ=|θL(k,m)−θR(k,m)|)を算定し、差分Δθが所定の閾値THを上回る場合(偏角θL(k,m)と偏角θR(k,m)とが相違する場合)には、以下の数式(9a)および数式(9b)で表現されるように、右チャネルの周波数スペクトルXR(k,m)の偏角(位相)θR(k,m)を左チャネルの偏角θL(k,m)に置換する。
XL(k,m)=|XL(k,m)|e-jθL(k,m) ……(9a)
XR(k,m)=|XR(k,m)|e-jθL(k,m) ……(9b)
左チャネルの周波数スペクトルXL(k,m)の振幅|XL(k,m)|および偏角θL(k,m)と右チャネルの周波数スペクトルXR(k,m)の振幅|XR(k,m)|とは変更されない。他方、左右チャネル間の差分Δθが閾値THを下回る場合、(偏角θL(k,m)と偏角θR(k,m)とが略同等である場合)、周波数スペクトルXL(k,m)および周波数スペクトルXR(k,m)は変更されない。
The
XL (k, m) = | XL (k, m) | e- jθL (k, m) (9a)
XR (k, m) = | XR (k, m) | e- jθL (k, m) (9b)
The amplitude | XL (k, m) | and the angle θL (k, m) of the left channel frequency spectrum XL (k, m) and the amplitude | XR (k, m) of the right channel frequency spectrum XR (k, m) ) | Is not changed. On the other hand, when the difference Δθ between the left and right channels is less than the threshold value TH (when the deflection angle θL (k, m) and the deflection angle θR (k, m) are substantially equal), the frequency spectrum XL (k, m) And the frequency spectrum XR (k, m) is not changed.
信号生成部36は、位相調整部34による処理後の周波数スペクトルXL(k,m)および周波数スペクトルXR(k,m)から時間領域の音響信号yL(t)および音響信号yR(t)を生成する。具体的には、信号生成部36は、各単位期間の周波数スペクトルXL(k,m)を例えば短時間逆フーリエ変換で時間領域信号に変換するとともに前後の単位期間について相互に連結することで左チャネルの音響信号yL(t)を生成する。右チャネルの音響信号yR(t)も同様の方法で各単位期間の周波数スペクトルXR(k,m)から生成される。音響信号yL(t)および音響信号yR(t)はスピーカ等の放音機器(図示略)に供給されて音波として再生される。
The
残響空間内での左右チャネルの収録音には相異なる伝達特性(振幅特性および位相特性)の残響音が付与される。したがって、左右チャネル間の偏角(θL(k,m),θR(k,m))の差分Δθが大きいほど残響音が優勢(高強度)に知覚されるという傾向がある。第2実施形態では、左右チャネルの振幅(|XL(k,m)|,|XR(k,m)|)を維持したまま偏角θL(k,m)と偏角θR(k,m)との差異が低減される(すなわち位相差が低減または解消される)から、残響音が低減されたステレオの音響信号yL(t)および音響信号yR(t)を生成することが可能である。 The reverberant sound having different transfer characteristics (amplitude characteristics and phase characteristics) is added to the recorded sounds of the left and right channels in the reverberation space. Therefore, the reverberant sound tends to be perceived as dominant (high intensity) as the difference Δθ between the declination angles (θL (k, m), θR (k, m)) between the left and right channels increases. In the second embodiment, the deflection angle θL (k, m) and the deflection angle θR (k, m) are maintained while maintaining the left and right channel amplitudes (| XL (k, m) |, | XR (k, m) |). Is reduced (that is, the phase difference is reduced or eliminated), it is possible to generate the stereo acoustic signal yL (t) and the acoustic signal yR (t) with reduced reverberation.
なお、以上の説明では右チャネルの偏角θR(k,m)を左チャネルの偏角θL(k,m)に置換したが、左チャネルの偏角θL(k,m)を右チャネルの偏角θR(k,m)に置換する構成も採用され得る。また、以下の数式(10a)および数式(10b)で表現されるように、右チャネルの偏角θR(k,m)および左チャネルの偏角θL(k,m)の双方を両者の平均値θave(k,m)に置換する(したがって偏角の差異は低減される)ことも可能である。
XL(k,m)=|XL(k,m)|e-jθave(k,m) ……(10a)
XR(k,m)=|XR(k,m)|e-jθave(k,m) ……(10b)
In the above description, the right channel argument θR (k, m) is replaced with the left channel argument θL (k, m), but the left channel argument θL (k, m) is replaced with the right channel argument θL (k, m). A configuration in which the angle θR (k, m) is substituted can also be adopted. Further, as expressed by the following equations (10a) and (10b), both the right channel deviation angle θR (k, m) and the left channel deviation angle θL (k, m) are average values of both. It is also possible to substitute θave (k, m) (thus reducing the difference in declination).
XL (k, m) = | XL (k, m) | e- jθave (k, m) (10a)
XR (k, m) = | XR (k, m) | e- jθave (k, m) (10b)
<第3実施形態>
図7は、第3実施形態の音響処理装置110Bのブロック図である。音響処理装置110Bにはモノラル形式の音響信号x(t)が信号供給装置200から供給される。音響信号x(t)は、正弦波成分および雑音成分を含む複数の音響成分の混合音の音響信号である。第3実施形態の音響処理装置110Bは、音響信号x(t)内の正弦波成分が存在する周波数FSを特定する音響解析装置として機能し、第2実施形態の音響処理装置110Aと同様に、演算処理装置12と記憶装置14とを具備するコンピュータシステムで実現される。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a block diagram of the
演算処理装置12は、記憶装置14に格納されたプログラムPGMを実行することで複数の機能(周波数分析部42,偏角算定部20,偏角解析部44,音響評価部46)を実現する。なお、演算処理装置12の各機能を複数の集積回路に分散した構成や、専用の電子回路(DSP)が各機能を実現する構成も採用され得る。なお、音響信号x(t)を記憶装置14に記憶することも可能である。
The
周波数分析部42は、第2実施形態の周波数分析部32と同様に、音響信号x(t)の周波数スペクトル(複素スペクトル)X(k,m)を単位期間毎に生成する。偏角算定部20は、周波数スペクトルX(k,m)の各周波数の偏角θ(k,m)を単位期間毎に算定する。偏角算定部20が偏角θ(k,m)を算定する方法は第1実施形態と同様である。したがって、第3実施形態でも第1実施形態と同様の効果が実現される。
Similar to the
偏角解析部44は、偏角算定部20が算定した各単位期間の偏角θ(k,m)と直前の単位期間の偏角θ(k,m-1)との差異(以下「変化量」という)δ(k,m)を周波数毎に算定する。すなわち、変化量δ(k,m)は、相前後する単位期間の間で偏角θ(k,m)が変動した度合を意味する。なお、変化量δ(k,m)の算定対象となる単位期間は、音響信号x(t)の全部の単位期間または特定の一部(例えば5個程度)の単位期間である。
The
正弦波成分の偏角θ(k,m)の時間的な変化量δ(k,m)は一定に維持される。他方、例えば収音機器の回路雑音等に起因した雑音成分(例えば白色雑音)の偏角θ(k,m)の時間的な変化量δ(k,m)は刻々と変化して一定には維持されない。以上の特性の相違を考慮して、第3実施形態の音響評価部46は、偏角解析部44が周波数毎に算定した変化量δ(k,m)の時間変動に応じて音響信号x(t)内の正弦波成分の周波数FSを特定する。
The temporal variation δ (k, m) of the deviation angle θ (k, m) of the sine wave component is kept constant. On the other hand, for example, the temporal variation δ (k, m) of the deviation angle θ (k, m) of the noise component (for example, white noise) due to the circuit noise of the sound collecting device, etc. changes every moment and remains constant. Not maintained. In consideration of the difference in characteristics described above, the
具体的には、音響評価部46は、各単位期間の偏角θ(k,m)の変化量δ(k,m)の分散値V(k)および平均値M(k)を周波数毎に算定し、周波数軸上の複数の周波数のうち変化量δ(k,m)の分散値V(k)が所定の閾値を下回る周波数(すなわち変化量δ(k,m)の変動が小さい周波数)を正弦波成分が存在する周波数FSとして選択するとともに変化量δ(k,m)の平均値M(k)を正弦波成分の瞬時周波数として確定する。音響評価部46による評価結果(正弦波成分が検出された周波数FSおよび瞬時周波数)は例えば画像や音声で利用者に報知される。
Specifically, the
100……偏角算定装置、110A,110B……音響処理装置、12……演算処理装置、14……記憶装置、20……偏角算定部、32,42……周波数分析部、34……位相調整部、36……信号生成部、44……偏角解析部、46……音響評価部、200……信号供給装置。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複素数の実部および虚部を符号反転により非負値に変換する第1変換手段と、
前記第1変換手段による処理後の実部と虚部との和および差を算定する和差算定手段と、
前記和に対する前記差の比を算定する比算定手段と、
前記比算定手段が算定した比から前記複素数の暫定偏角を算定する偏角暫定手段と、
前記符号反転前の複素数が属する象限に対応する偏角に前記暫定偏角を変換する第2変換手段と
を具備する偏角算定装置。 A device for calculating the argument of a complex number,
First conversion means for converting a real part and an imaginary part of the complex number to a non-negative value by sign inversion;
Sum-difference calculating means for calculating the sum and difference of the real part and the imaginary part after processing by the first conversion means;
A ratio calculating means for calculating a ratio of the difference to the sum;
Declination provisional means for calculating a provisional declination of the complex number from the ratio calculated by the ratio calculation means;
A declination calculating apparatus comprising: second conversion means for converting the temporary declination into a declination corresponding to a quadrant to which the complex number before sign inversion belongs.
φ=(π/4)・(−R+1) ……(A)
請求項1の偏角算定装置。 The temporary declination means calculates the temporary declination φ from the ratio R by the following approximate expression (A): φ = (π / 4) · (−R + 1) (A)
The deflection angle calculating apparatus according to claim 1.
左右チャネルの各々について前記複素スペクトルの周波数毎の偏角を算定する偏角算定手段と、
前記偏角算定手段が算定した左右チャネルの周波数毎の偏角の差異を低減する位相調整手段と、
前記位相調整手段による処理後の各チャネルの複素スペクトルから左右チャネルの音響信号を生成する信号生成手段とを具備し、
前記偏角算定手段は、
前記複素スペクトルの実部および虚部を符号反転により非負値に変換する第1変換手段と、
前記第1変換手段による処理後の実部と虚部との和および差を算定する和差算定手段と、
前記和に対する前記差の比を算定する比算定手段と、
前記比算定手段が算定した比から前記複素数の暫定偏角を算定する偏角暫定手段と、
前記符号反転前の複素数が属する象限に対応する偏角に前記暫定偏角を変換する第2変換手段と
を含む音響処理装置。 Frequency analysis means for generating a complex spectrum of the acoustic signal for each of the left and right channels;
Declination calculating means for calculating the declination for each frequency of the complex spectrum for each of the left and right channels;
Phase adjustment means for reducing the difference in deflection angle for each frequency of the left and right channels calculated by the deflection angle calculation means;
Signal generating means for generating left and right channel acoustic signals from the complex spectrum of each channel after processing by the phase adjusting means;
The declination calculating means includes
First conversion means for converting a real part and an imaginary part of the complex spectrum to a non-negative value by sign inversion;
Sum-difference calculating means for calculating the sum and difference of the real part and the imaginary part after processing by the first conversion means;
A ratio calculating means for calculating a ratio of the difference to the sum;
Declination provisional means for calculating a provisional declination of the complex number from the ratio calculated by the ratio calculation means;
And a second conversion means for converting the provisional deflection angle into a deflection angle corresponding to a quadrant to which the complex number before sign inversion belongs.
前記各単位期間の複素スペクトルの周波数毎の偏角を算定する偏角算定手段と、
相前後する各単位期間での前記偏角の変化量を周波数毎に算定する偏角解析手段と、
前記音響信号に含まれる正弦波成分の周波数を前記変化量の時間変動に応じて特定する音響評価手段とを具備し、
前記偏角算定手段は、
前記複素スペクトルの実部および虚部を符号反転により非負値に変換する第1変換手段と、
前記第1変換手段による処理後の実部と虚部との和および差を算定する和差算定手段と、
前記和に対する前記差の比を算定する比算定手段と、
前記比算定手段が算定した比から前記複素数の暫定偏角を算定する偏角暫定手段と、
前記符号反転前の複素数が属する象限に対応する偏角に前記暫定偏角を変換する第2変換手段と
を含む音響処理装置。
Frequency analysis means for generating a complex spectrum of an acoustic signal for each unit period;
Declination calculating means for calculating the declination for each frequency of the complex spectrum of each unit period;
Declination analysis means for calculating, for each frequency, the amount of change of the declination in each unit period before and after,
Acoustic evaluation means for specifying the frequency of the sine wave component included in the acoustic signal according to the temporal variation of the amount of change,
The declination calculating means includes
First conversion means for converting a real part and an imaginary part of the complex spectrum to a non-negative value by sign inversion;
Sum-difference calculating means for calculating the sum and difference of the real part and the imaginary part after processing by the first conversion means;
A ratio calculating means for calculating a ratio of the difference to the sum;
Declination provisional means for calculating a provisional declination of the complex number from the ratio calculated by the ratio calculation means;
And a second conversion means for converting the provisional deflection angle into a deflection angle corresponding to a quadrant to which the complex number before sign inversion belongs.
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