JP2010513940A - ノイズ合成 - Google Patents

Abstract

スペクトル整形ノイズを生成するデバイス（１）は、スペクトルエンベロープを表すフィルタ係数を用いて入力ノイズサンプルをフィルタリングするためのフィルタユニット（１３）を備える。第１サンプリング周波数に用いるためにフィルタ係数を決定するとともに、この同一のフィルタ係数を用いて第２の異なるサンプリング周波数でスペクトル整形ノイズを複製する。ノイズスペクトルは、アップサンプリングユニット（１４）によって、さらに変更することができる。

Description

本発明は、ノイズ合成に関する。さらにとくに、本発明は、事実上、サンプリングレートの影響を受けないノイズ合成用のデバイスおよび方法に関する。

音声シンセサイザーおよび（パラメトリック）デコーダにおいて、ノイズを合成しなくてはならない。このノイズ合成は、一組のパラメータのセットを使用してランダムなノイズを生成しまたノイズを整形することによって達成することができ、これらパラメータのセットとしては、これに限定するものではないが、１個またはそれ以上のゲインパラメータ、一時的エンベロープ（包絡線）パラメータおよびスペクトルエンベロープ（包絡線）パラメータがある。ランダムノイズ生成器が生成するノイズサンプルは、一時的整形ユニットおよび／またはスペクトル整形ユニットにより処理して、ノイズ信号の一時的エンベロープおよびスペクトルエンベロープを、それぞれ整形する。

一般的に、スペクトル整形ユニットは、整形フィルタを備え、この整形フィルタのフィルタ係数を、所定のサンプリング周波数、例えば４４．１ｋＨｚ（ＣＤサンプリング周波数）のために決定する。しかし、実際には様々なデータ格納フォーマットが使用され、多くは固有のサンプリング周波数、例えば１６．０ｋＨｚまたは４８．０ｋＨｚ、を使用したフォーマットがあるため、音声信号を１つのサンプリング周波数から他のサンプリング周波数に変換する必要がある。この目的を達成するには、サンプリングレートコンバータが有効である。しかし、サンプリングレートコンバータは、比較的高価であり、これらを用いるデバイスのコストに大きく添加される。代案として、新たなサンプリング周波数に適合するよう、フィルタ係数を再計算することができる。しかし、フィルタ係数を再計算することは、複雑であり、大量の処理を必要とする。

本発明の目的は、従来技術におけるこれらおよび他の問題を解決し、またノイズ、とくに、サンプリングレートコンバータを使用したり、またはフィルタ係数を再演算したりすることなく、様々なサンプリング周波数でノイズ、とくにスペクトル整形ノイズを生成することができるデバイスおよび方法を得ることにある。

したがって、本発明は、スペクトル整形ノイズを生成するデバイスを提供し、このデバイスは、スペクトルエンベロープを表すフィルタ係数を用いて入力ノイズサンプルをフィルタ処理するフィルタユニットを備え、第１サンプリング周波数で使用するようフィルタ係数を決定し、この同一のフィルタ係数を用いて第２の異なるサンプリング周波数でスペクトル整形ノイズを複製する。

スペクトルエンベロープフィルタを異なるサンプリング周波数で使用することで、サンプリング周波数コンバータを必要とすることなく、異なるサンプリング周波数でノイズを生成することができる。本発明者は、第１および第２サンプリング周波数間における差がそれほど大きくない、例えば第１サンプリング周波数の５０％未満の差であるならば、音質に著しく影響を及ぼすことなく、異なる周波数においてスペクトルエンベロープフィルタを動作することが十分に可能であるということを見出した。したがって、本発明によれば、１６．０ｋＨｚにおいて動作するよう設計したフィルタを２２．０ｋＨｚ（＋３７．５％）で使用することができる。

オリジナルまたは第１サンプリング周波数からのより大きな偏差を望む場合、アップサンプリングにより、サンプリング周波数を効果的に２倍または４倍にすることができるため、ノイズサンプル数は増加する。それ自体既知である、ノイズサンプル間にゼロを挿入し、つぎにフィルタ処理をすることでアップサンプリングを実行することができる。したがって、アップサンプリング処理に続いて、整形フィルタ係数を使用して他のスペクトル整形を行い、エイリアシング効果を低減する。

上述のように、本発明においては、オリジナルサンプリング周波数からの所望の偏差が比較的小さいとき、アップサンプリング処理を用いない。

本発明における他の重要な態様によれば、上述の２つの技術を組み合わせて、他のサンプリング周波数調整をすることができる。例えば、１６．０ｋＨｚで用いるよう設計したフィルタを、４４．１ｋＨｚで用いる場合、本発明は、（１）アップサンプリングにより、３２．０ｋＨｚに達するまでサンプリングレートを倍化し、（２）３２．０ｋＨｚノイズサンプルを４４．１ｋＨｚで用いる、ことを教示する。

本発明におけるデバイスは、さらに、一時的エンベロープ整形ユニットおよびオーバーラップ−加算ユニットを備えることができる。好適には、フィルタユニットは、ラゲールフィルタのような周波数ワーピングフィルタを備えるものとする。

また、本発明は、携帯電話デバイスまたは携帯用オーディオデバイスといった上述のデバイスを備える民生用デバイス、および上述のデバイスを備えるオーディオデバイスも提供する。

本発明は、さらに、スペクトル整形ノイズを生成する方法を提供し、この方法は、
ノイズサンプルを受信するステップと、
スペクトルエンベロープを表すフィルタ係数を用いて受信ノイズサンプルをフィルタ処理するステップと、および
フィルタ処理済みノイズサンプルを出力するステップと
を有し、第１サンプリング周波数で使用するようフィルタ係数を決定し、またこの同一のフィルタ係数を用いて第２の異なるサンプリング周波数でスペクトル整形ノイズを複製する。

ノイズサンプル数は、アップサンプリング処理により増加し、このアップサンプリング処理に続いて、整形フィルタ係数、好適にはローパスフィルタ処理を使用して他のスペクトル整形を行う。しかし、サンプル数は、一定のままにすることもできる。

本発明は、さらに、上述の方法を実行するためのコンピュータプログラム製品を提供する。コンピュータプログラム製品は、ＣＤまたはＤＶＤといったデータキャリア上に格納した一連のコンピュータ実行可能命令を備えるものとすることができる。プログラマブルコンピュータが上述の方法を実行することを可能にする一連のコンピュータ実行可能命令は、リモートサーバー、例えばインターネットを介して、からダウンロードすることでも入手可能である。
さらに、本発明を以下に、添付図面につき例示的実施形態を説明する。

本発明におけるデバイスの第１実施形態を概略的に示す。 本発明におけるデバイスの第２実施形態を概略的に示す。 図２の実施形態において用いた第１の例示的アップサンプリングフィルタの特性を概略的に示す。 図２の実施形態において用いた第２の例示的アップサンプリングフィルタの特性を概略的に示す。 本発明におけるサンプリング周波数の増加していくステップを概略的に示す。

図１に、本発明を限定しない単なる例示として示したノイズ生成デバイス１は、一時的エンベロープフィルタ（ＴＥＦ）ユニット１１、オーバーラップ−加算（ＯＬＡ）ユニット１２、およびスペクトルエンベロープフィルタ（ＳＥＦ）ユニット１３を備える。入力端子１０は、ランダムノイズ生成器２が生成したランダムノイズ信号ｘ（ｎ）を受信する。ランダムノイズ生成器２を外部ユニットとして示したが、デバイス１に組み込むこともできる。

一時的エンベロープフィルタユニット１１は、さらに、１個またはそれ以上の一時的エンベロープを定める、第１または一時的エンベロープパラメータｃ１を受信する。第１パラメータｃ１に基づいて、フィルタユニット１１は、効果的にランダムノイズｘ（ｎ）の一時的エンベロープを整形する。

ランダムノイズ信号ｘ（ｎ）は、フレーム内に配置したサンプルにより構成する。オーバーラップ−加算（ＯＬＡ）ユニット１２は、オーバーラップするフレームの（一時的整形）サンプルを加算して、スペクトルエンベロープフィルタ（ＳＥＦ）ユニット１３に送る信号を生成し、このスペクトルエンベロープフィルタ（ＳＥＦ）ユニット１３は、第２またはスペクトルエンベロープパラメータｃ２も受信する。出力端子１９において、一時的およびスペクトル的に整形したノイズ信号ｚ（ｎ）を出力する。

一般的に、スペクトルエンベロープユニット１３は、ノイズ信号に所望のスペクトルエンベロープを付与するフィルタ、例えばラゲールフィルタ、を備える。フィルタパラメータは、第２パラメータｃ２により定義される、または第２パラメータｃ２に等しい。デジタルフィルタは、所定サンプリング周波数で動作するよう設計し、この所定サンプリング周波数は、設計サンプリング周波数（ＤＳＦ）または設計サンプリングレートと称する。すなわち、フィルタパラメータは、この設計サンプリング周波数で所定のフィルタ特性を生ずるように、計算する。他のサンプリング周波数を用いるとき、結果として得られるエンベロープは、周波数軸に沿ってシフトする。

本発明によれば、スペクトルエンベロープフィルタを、他のサンプリング周波数、つまりフィルタが動作するよう設計した設計サンプリング周波数とは別の他の動作サンプリング周波数で使用する。本発明者は、所定限界内で、このようにしても依然良好な結果をもたらすことを見出した。とくに、実際のサンプリング周波数または動作サンプリング周波数は、設計サンプリング周波数よりも多くて５０％高いまたは低いものとすることができが、好適には、この差は多くて４０％とする。

本発明を用いると、スペクトルエンベロープフィルタは、例えば、１６．０ｋＨｚで使用するように設計することができ、実際には、１６．０および２２．０５ｋＨｚｍｐ双方で使用することができる。

設計サンプリング周波数と動作サンプリング周波数との差が５０％を上回る場合、アップサンプリングを利用する図２の実施形態を用いることが望ましい。図２の実施形態は、図１の実施形態とほぼ同一であるが、アップサンプリング（ＵＳ）ユニット１４および整形フィルタ（ＳＦ）ユニット１５が加わっている点で異なる。アップサンプリングユニット１４は、サンプル間にゼロを挿入することで、ノイズをアップサンプリングする。隣接するサンプル間に１個のゼロを挿入することは、サンプリング周波数の倍化を生ずるとともに、各サンプル対間に２個のゼロを挿入することは、効果的にサンプリング周波数を３倍化する。アップサンプリングは、望ましくないスペクトル成分を誘発し、この望ましくないスペクトル成分を整形フィルタ１５によって除去する。

図３において、（アップサンプリング）整形フィルタ１５の適切な整形フィルタ特性を示す。振幅Ａ（ｄＢ表示で）を正規化周波数ｆの関数として示す。ここで値ｆ＝１は、オリジナル（つまり、設計）サンプリング周波数の半分と一致し、これは、オリジナルナイキスト周波数と一致する。この例において、ローパスフィルタ特性Ｓの振幅が、ｆ＝０．８において値−３ｄＢに達することが分かる。この結果、エイリアシング成分がオリジナルナイキスト周波数以上に拡大するにつれて、あらゆるエイリアシング成分を抑制する。

図４において、（アップサンプリング）整形フィルタ１５の他の適切な整形フィルタ特性を示す。やはり、振幅Ａ（ｄＢ表示で）を正規化周波数ｆの関数として示す。ここで値ｆ＝１は、オリジナル（つまり、設計）サンプリング周波数の半分と一致し、これは、オリジナルナイキスト周波数と一致する。この実施例において、使用するサンプリング周波数は、倍化する。この結果、新たなナイキスト周波数は、値ｆ＝２．０と一致し、この値は、（この実施例の場合）オリジナルサンプリング周波数とも一致する。

図４の実施例において、ローパスフィルタ特性Ｓの振幅は、ｆ＝０〜ｆ＝１．０の間においてほとんど一定であり、ｆ＝２．０において約−４０ｄＢに至るまで徐々に低下する。結果的に、エイリアシング成分を部分的にのみ抑制する。図４において、ゼロの挿入によるエイリアシングが起因となる付加スペクトルＴ´と共に、オリジナルノイズスペクトルＴを示す。図４のフィルタ特性Ｓは、これらのエイリアシングコンポーネントＴ´を部分的にのみ抑制し、高周波数スペクトル部分Ｖを生ずる。グラフから分かるように、ゼロの挿入により、オリジナルスペクトルＴのエイリアシング成分Ｔ´を用いることで、スペクトルは、ｆ＝１．０〜ｆ＝２．０まで効果的に拡大する。このようにして、拡張周波数スペクトルを生成することができる。

本発明における方法を図５に示し、この場合、１６．０ｋＨｚのサンプリング周波数用に設計したフィルタを４４．１ｋＨｚで使用する。

Ｉ期の１６．０ｋＨｚのサンプリング周波数から始まり、２２．０５ｋＨｚのサンプリング周波数を適応することで（ステップＡ）、周波数スペクトルを効果的にII期にシフトする。そして、サンプリング周波数を倍化することで（ステップＢ）、III期における４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数に達する。上述のアップサンプリングおよびこれに続くフィルタリングにより、サンプリング周波数の倍化を達成する。

本発明は、設計サンプリング周波数と異なるサンプリング周波数で、フィルタ、とくにスペクトルエンベロープフィルタを動作することができる、という洞察に基づく。本発明は、フィルタが動作するよう設計した設計サンプリング周波数とフィルタが実際に動作する動作サンプリング周波数との間における差を効果的に低減するのに、アップサンプリングを有利に使用できる、という他の洞察からの恩恵を享受する。

本明細書で使用するいかなる用語も、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではないことに留意されたい。とくに、用語「備える／有する（comprise(s))」および「備えている／有している（comprising）」は、具体的に定まっていないあらゆる要素を除外することを意図するものではない。単独の（回路）素子は、複数の（回路）素子およびこれらの等価物に代替することができる。

当業者は、本発明が上述の実施形態に限定されないこと、および添付の特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更および付加を加えることができることは理解できるであろう。

Claims (16)

1. スペクトル整形ノイズを生成するデバイスにおいて、前記デバイスは、スペクトルエンベロープを表すフィルタ係数を用いて入力ノイズサンプルをフィルタ処理するフィルタユニットを備え、このフィルタユニットにより、第１サンプリング周波数で使用するよう前記フィルタ係数を決定し、またこの同一のフィルタ係数を用いて第２の異なるサンプリング周波数で前記スペクトル整形ノイズを複製するものとしたことを特徴とするデバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記ノイズサンプルをアップサンプリング処理するためのアップサンプリングユニットを備えたことを特徴とするデバイス。
3. 請求項２に記載のデバイスにおいて、前記アップサンプリング処理に続き、整形フィルタ係数を用いる他のスペクトル整形処理を行うものとしたことを特徴とするデバイス。
4. 請求項１に記載のデバイスにおいて、さらに、一時的エンベロープ整形ユニットおよびオーバーラップ−加算ユニットを備えたことを特徴とするデバイス。
5. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記フィルタユニットは、周波数ワーピングフィルタを有するものとしたことを特徴とするデバイス。
6. 請求項５に記載のデバイスにおいて、前記周波数ワーピングフィルタは、ラゲールフィルタとしたことを特徴とするデバイス。
7. 民生用デバイスにおいて、請求項１に記載のデバイスを備えたことを特徴とする民生用デバイス。
8. 請求項７に記載の民生用デバイスにおいて、前記民生用デバイスは、携帯電話デバイスまたは携帯用オーディオデバイスとしたことを特徴とする民生用デバイス。
9. オーディオシステムにおいて、請求項１に記載のデバイスを備えたことを特徴とするオーディオシステム。
10. スペクトル整形ノイズを生成する方法を提供し、この方法は、
    ノイズサンプルの受信するステップと、
    スペクトルエンベロープを表すフィルタ係数を用いて前記受信ノイズサンプルをフィルタ処理するステップと、および
    フィルタ処理済みノイズサンプルを出力するステップと
    を有し、第１サンプリング周波数で使用するよう前記フィルタ係数を決定し、またこの同一のフィルタ係数を用いて第２の異なるサンプリング周波数で前記スペクトル整形ノイズを複製することを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、ノイズサンプル数は、アップサンプリングにより増加するものとしたことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記アップサンプリング処理に続いて、整形フィルタ係数を用いる他のスペクトル整形処理を行うものとしたことを特徴とする方法。
13. 請求項１０に記載の方法において、前記フィルタ係数は、周波数ワーピングフィルタ係数としたことを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記フィルタ係数は、ラゲールフィルタ係数としたことを特徴とする方法。
15. 請求項１０に記載の方法において、前記フィルタ処理に先立って前記受信ノイズサンプルを一時的に整形することを特徴とする方法。
16. 請求項１０に記載の方法を実行するためのコンピュータプログラム製品。

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