JP2012068660A - 音声信号のタイムワープ処理改良変換符号化 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】後のブロック変換においてワープ情報を追加して使用できるように、隣接する任意の2つのフレームに対して共通のタイムワープを推定すれば、連続する音声フレームを有する音声信号のスペクトル表現をもっと効率的に導き出すことができる。このように、再生過程でオーバーラップして加える手順をうまく適用するために必要な窓関数を導き出して適用することができ、その窓関数は、タイムワープ処理による信号の再サンプリングを既に予測している。その結果、可聴な不連続性を持ち込むことなく高い効率のタイムワープ処理信号のブロック・ベースの変換を用いることができる。
【選択図】図8
Description
によって定義される。
が構築され、ここで、dk=sk+1−skであり、シーケンスdkは、Ψ(t)が連続微分可能となるように調整される。これにより、正規化ワープ・マップΨkのシーケンスから、タイプAΨ(t)+Bのスケールのアフィン変換に至るまでのΨ(t)が定義される。
は、間隔Iにおける有限エネルギーの信号に対するタイムワープ処理正規直交基底であり、この式は、式(2)のパラメータ・シーケンスskおよびdkの初期設定とは関係なく、区分化点tkおよび正規化ワープ・マップΨkのシーケンスから明確に定義される。これは、t<tkまたはt>tk+Kにおいてuk,n(t)=0であるということを条件として、任意の区分化に適合し、さらに、これは、uk,n(t)が、l<k−pまたはl>k+K+pにおいてtlに依存せず、l<k−pまたはl≧k+K+pにおいて正規化ワープ・マップΨlにも依存しないということを条件として、局所的に定義される。
のような定数0<C1<C2があると想定する。その結果、
は、間隔Iにおける有限エネルギーの信号の空間に対するリース基底の双直交のペアを定義する。
により構成することができる。これは、ヴィッカーハウザー(Wickerhauser)の中間点構造に相当する。
から得られ、ここで周波数指数はn=0,1,2,…。この構成がρ=0の局所性条件と上述したアフィン不変とに従うことの検証は容易である。t軸上に得られるワープ処理基底(3)は、この場合、k≦t≦k+2に対して、
の形に書き換えることができ、ここで、φkは、間隔[0,2]の連続微分可能なマップをそれ自体の上に形成するために、ΨkおよびΨk+1を一緒に併せることにより定義される。
が得られ、ここで、
である。
が得られることになる。(mkに応じて追加のオフセットを導入する)式15によって表されているようなブロック変換の前に、
をマップする再サンプリングが必要となる。
ここで
であり、さらに、
である。
が導き出され、上式は、次のステップで容易に計算される:まず、IV型のDCTを行い、次に、0≦rν<2の条件の下で、オフセット・パラメータmkによって決まるサンプルを2Lに拡大する。次に、窓bk(rν)による窓処理を行う。zk(rν)が求まれば、再サンプリング
により、式(19)に表されたオーバーラップして加える操作に対する等距離サンプル点(p+1/2)/Lにおける信号セグメントykが得られる。
・逆変換
・窓処理
・再サンプリング
・オーバーラップおよび加算
・スペクトル重み付け
・逆変換
・再サンプリング
・窓処理
・オーバーラップおよび加算
が含まれ、ここで、aはワープ・パラメータである。h”/h’によってマップh(t)のワープを定義すれば、3つのマップ全てがt=1/2においてaに等しくなる。指数関数マップは、0≦t≦1の全区間において一定のワープを有し、aの小さな値に対しては、他の2つのマップは、この一定の値から非常に小さな偏差を示す。再サンプリング(23)のためのデコーダの中で適用される所定のワープ・マップに対して、エンコーダでは、再サンプリング(式18)に対してその逆が必要となる。反転作業の主要部分は、正規化ワープ・マップの反転から生じる。二次マップの反転には、平方根操作が必要であり、指数関数マップの反転には、対数が必要であり、有理メビウス・マップの反転は、否定ワープ・パラメータを用いたメビウス・マップである。指数関数および分割は同等に高価なので、デコーダにおける計算を最大に軽減することを重視すれば、区分的な二次ワープ・マップ・シーケンスΨkが好ましい選択となる。
・正規化ワープ・マップである。
・円滑なプロトタイプ・ワープ・マップ(25)の1つの再スケールされたコピーによって一緒に結合されている。
・連続微分可能である。
・次式を満たす。
が、一定のステップ・サイズ、通常0.005で量子化される。この場合、得られた整数値は、逐次的にまたは階層的な仕方で、さらに差分符号化される。双方の場合において、得られたサイド情報のビットレートは、通常、1秒あたり数百ビットであり、これは、スピーチ・コーデックにおけるピッチ・データを表すために必要なレートのわずかな部分でしかない。
によって与えられる。これら間隔の外側において、ワープはゼロに設定される。なお、ピッチ周期重複のようなピッチ推定中の系統誤差は、ワープ推定にほとんど影響を与えない。
Claims (37)
- 第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームと、前記第2フレームに続く第3フレームとを有する音声信号の表現を導き出すためのエンコーダであって、前記エンコーダは、
前記第1および前記第2フレームに対する第1結合ワープ情報を推定し、さらに前記第2フレームおよび前記第3フレームに対する第2結合ワープ情報を推定するためのワープ推定器であって、前記結合ワープ情報は前記音声信号のピッチ情報を表している、ワープ推定器と、
前記第1結合ワープ情報を用いて前記第1および前記第2フレームに対する第1スペクトル係数を導き出し、さらに前記第2結合ワープ情報を用いて前記第2および前記第3フレームに対する第2スペクトル係数を導き出すためのスペクトル・アナライザと、
前記第1および前記第2スペクトル係数を含む前記音声信号の前記表現を出力するための出力インタフェースとを含む、エンコーダ。 - 前記ワープ推定器は、フレームのワープ処理表現内のピッチが前記フレーム内のピッチよりも定常的になるように、前記結合ワープ情報を推定するように作動し、前記ワープ処理表現は、前記フレーム内の前記音声信号の時間軸を前記結合ワープ情報で示されているように変換することによって前記フレームから導き出される、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、前記フレーム内の前記ピッチの変動に関する情報を用いて前記結合ワープ情報を推定するように作動する、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、前記ピッチの前記変動に関する前記情報が、前記ピッチ変動が所定の最大ピッチ変動より低い場合にだけ用いられるように、前記結合ワープ情報を推定するように作動する、請求項3に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、フレームのワープ処理表現のスペクトル表現が前記フレームのスペクトル表現よりもまばらに存在するように、前記結合ワープ情報を推定するように作動し、前記ワープ処理表現は、前記フレーム内の前記音声信号の時間軸を前記結合ワープ情報で示されているように変換することによって前記フレームから導き出される、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、フレームのワープ処理表現のスペクトル係数の符号化表現によって消費されるビット数が、双方の表現が同一の符号化ルールを用いて導き出された場合に前記フレームのスペクトル係数の符号化表現よりも低くなるように、前記結合ワープ情報を推定するように作動し、前記ワープ処理表現は、前記フレーム内の前記音声信号の時間軸を前記結合ワープ情報で示されているように変換することによって前記フレームから導き出される、請求項1に記載のエンコーダ。
- 離散サンプル値のシーケンスによって与えられる音声信号の表現を導き出すように構成される、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、フレームのワープ処理表現が対応するフレームと同じ長さの前記音声信号を表現するように、前記結合ワープ情報を推定するように作動し、前記ワープ処理表現は、前記フレーム内の前記音声信号の時間軸を前記結合ワープ情報で示されているように変換することによって前記フレームから導き出される、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、第1対応フレームの第1中間ワープ情報と第2対応フレームの第2中間ワープ情報とが結合ルールを用いて結合されるように、前記結合ワープ情報を推定するように作動する、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記結合ルールは、前記第1中間ワープ情報の再スケール・ワープ・パラメータ・シーケンスが前記第2中間ワープ情報の再スケール・ワープ・パラメータ・シーケンスに連結されるものとする、請求項9に記載のエンコーダ。
- 前記結合ルールは、前記得られた結合ワープ情報が連続微分可能なワープ・パラメータ・シーケンスを含むものとする、請求項10に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、前記結合ワープ情報がワープ・パラメータの増加シーケンスを含むように、前記結合ワープ情報を推定するように作動する、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、前記結合ワープ情報がそれ自体の上に間隔[0,2]をマップする連続微分可能な再サンプリング・ルールを表すように、前記結合ワープ情報を推定するように作動する、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記スペクトル・アナライザは、前記結合ワープ情報に応じてコサイン基底を用いて前記スペクトル係数を導き出すように構成される、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記スペクトル・アナライザは、2つのフレームの重み付け表現を用いて前記スペクトル係数を導き出すように構成される、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記スペクトル・アナライザは、前記2つフレームの重み付け表現が窓関数を前記2つのフレームに適用することによって得られるように、前記スペクトル係数を導き出すように作動し、前記窓関数は前記結合ワープ情報に依存する、請求項15に記載のエンコーダ。
- 前記スペクトル・アナライザは、前記フレームの再サンプル表現を用いて前記スペクトル係数を導き出すように構成される、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記スペクトル・アナライザは、前記フレームの時間軸を前記結合ワープ情報で示されているように変換することによって前記再サンプル表現を導き出すようにさらに構成される、請求項17に記載のエンコーダ。
- 前記導き出された結合ワープ情報は、前記音声信号の前記ピッチに対して正規化された前記音声信号のピッチ変動を表す、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記ワープ推定器は、前記結合ワープ情報がワープ・パラメータのシーケンスを含むように、前記結合ワープ情報を推定するように作動し、各ワープ・パラメータは前記音声信号の有限長の間隔を表す、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記出力インタフェースは、前記結合ワープ情報をさらに含むように作動する、請求項1に記載のエンコーダ。
- 前記出力インタフェースは、前記結合ワープ情報の量子化表現をさらに含むように作動する、請求項1に記載のエンコーダ。
- 第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームと、前記第2フレームに続く第3フレームとを有する音声信号を、第1結合ワープ情報と、第2結合ワープ情報と、前記第1および前記第2フレームに対する第1スペクトル係数と、前記第2および前記第3フレームに対する第2スペクトル係数とを用いて再生するためのデコーダであって、前記第1結合ワープ情報は前記第1および前記第2フレームに対する前記音声信号のピッチ情報を表し、前記第2結合ワープ情報は前記第2および前記第3フレームに対する前記音声信号のピッチ情報を表し、前記デコーダは、
前記第1スペクトル係数および前記第1結合ワープ情報を用いて第1結合フレームを導き出し、さらに前記第2スペクトル係数および前記第2結合ワープ情報を用いて第2結合フレームを導き出すためのスペクトル値プロセッサであって、前記第1結合フレームは前記第1および前記第2フレームに関する情報を有し、前記第2結合フレームは前記第2および前記第3フレームに関する情報を有する、スペクトル値プロセッサと、
前記第1結合フレームおよび前記第2結合フレームを用いて前記第2フレームを再生するためのシンセサイザとを含む、デコーダ。 - 前記スペクトル値プロセッサは、前記結合フレームを導き出すためのコサイン基底関数を用いるように作動し、前記コサイン基底関数は前記結合ワープ情報に依存する、請求項23に記載のデコーダ。
- 前記スペクトル値プロセッサは、前記スペクトル係数にコサイン基底関数を用いることによって結合フレームのタイムワープ処理されているが重み付けされていない表現が得られるような前記コサイン基底関数を用いるように作動する、請求項24に記載のデコーダ。
- 前記スペクトル値プロセッサは、前記結合フレームのサンプル値に重み付けを適用するための窓関数を用いるように作動し、前記窓関数は前記結合ワープ情報に依存する、請求項23に記載のデコーダ。
- 前記スペクトル値プロセッサは、結合フレームの前記タイムワープ処理されているが重み付けされていない表現に適用された場合に、結合フレームのタイムワープ処理表現を生成するような窓関数を用いるように作動する、請求項25に記載のデコーダ。
- 前記スペクトル値プロセッサは、結合フレームの表現の時間軸を前記結合ワープ情報で示されているように変換することによって結合フレームを導き出すための結合ワープ情報を用いるように作動する、請求項23に記載のデコーダ。
- 前記シンセサイザは、前記第1結合フレームおよび前記第2結合フレームを加えて前記第2フレームを再生するように作動する、請求項23に記載のデコーダ。
- 離散サンプル値のシーケンスによって表される音声信号を再生するように構成される、請求項23に記載のデコーダ。
- 前記第1および前記第2スペクトル係数から前記第1および前記第2結合ワープ情報を導き出すためのワープ推定器をさらに含む、請求項23に記載のデコーダ。
- 前記スペクトル値プロセッサは、前記スペクトル係数に所定の重み付け係数を適用して、前記スペクトル係数の重み付けを実行するように作動する、請求項23に記載のデコーダ。
- 第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームと、前記第2フレームに続く第3フレームとを有する音声信号の表現を導き出す方法であって、前記方法は、
前記第1および前記第2フレームに対する第1結合ワープ情報を推定し、さらに前記第2フレームおよび前記第3フレームに対する第2結合ワープ情報を推定する工程であって、前記結合ワープ情報は前記音声信号のピッチ情報を表す、工程と、
前記第1結合ワープ情報を用いて前記第1および前記第2フレームに対する第1スペクトル係数を導き出し、さらに前記第2結合ワープ情報を用いて前記第2および前記第3フレームに対する第2スペクトル係数を導き出す工程と、
前記第1および前記第2スペクトル係数を含む前記音声信号の前記表現を出力する工程とを含む、方法。 - 第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームと、前記第2フレームに続く第3フレームとを有する音声信号を、第1結合ワープ情報と、第2結合ワープ情報と、前記第1および前記第2フレームに対する第1スペクトル係数と、前記第2および前記第3フレームに対する第2スペクトル係数とを用いて再生する方法であって、前記第1結合ワープ情報は前記第1および前記第2フレームに対する前記音声信号のピッチ情報を表し、前記第2結合ワープ情報は前記第2および前記第3フレームに対する前記音声信号のピッチ情報を表し、前記方法は、
前記第1スペクトル係数および前記第1結合ワープ情報を用いて第1結合フレームを導き出す工程であって、前記第1結合フレームは前記第1および前記第2フレームに関する情報を有する、工程と、
前記第2スペクトル係数および前記第2結合ワープ情報を用いて第2結合フレームを導き出す工程であって、前記第2結合フレームは前記第2および前記第3フレームに関する情報を有する、工程と、
前記第1結合フレームおよび前記第2結合フレームを用いて前記第2フレームを再生する工程とを含む、方法。 - コンピュータ上で実行されるときに、第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームと、前記第2フレームに続く第3フレームとを有する音声信号の表現を導き出すための方法を実行するために適合されるプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラムであって、前記方法は、
前記第1および前記第2フレームに対する第1結合ワープ情報を推定し、さらに前記第2フレームおよび前記第3フレームに対する第2結合ワープ情報を推定する工程であって、前記結合ワープ情報は前記音声信号のピッチ情報を表す、工程と、
前記第1結合ワープ情報を用いて前記第1および前記第2フレームに対する第1スペクトル係数を導き出し、さらに前記第2結合ワープ情報を用いて前記第2および前記第3フレームに対する第2スペクトル係数を導き出す工程と、
前記第1および前記第2スペクトル係数を含む前記音声信号の前記表現を出力する工程とを含む、コンピュータ・プログラム。 - コンピュータ上で実行されたときに、第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームと、前記第2フレームに続く第3フレームとを有する音声信号を、第1結合ワープ情報と、第2結合ワープ情報と、前記第1および前記第2フレームに対する第1スペクトル係数と、前記第2および前記第3フレームに対する第2スペクトル係数とを用いて再生するための方法を実行するために適合されるプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラムであって、前記第1結合ワープ情報は前記第1および前記第2フレームに対する前記音声信号のピッチ情報を表し、前記第2結合ワープ情報は前記第2および前記第3フレームに対する前記音声信号のピッチ情報を表し、前記方法は、
前記第1スペクトル係数および前記第1結合ワープ情報を用いて第1結合フレームを導き出す工程であって、前記第1結合フレームは前記第1および前記第2フレームに関する情報を有する、工程と、
前記第2スペクトル係数および前記第2結合ワープ情報を用いて第2結合フレームを導き出す工程であって、前記第2結合フレームは前記第2および前記第3フレームに関する情報を有する、工程と、
前記第1結合フレームおよび前記第2結合フレームを用いて前記第2フレームを再生する工程とを含む、コンピュータ・プログラム。 - 第1フレームと、前記第1フレームに続く第2フレームと、前記第2フレームに続く第3フレームとを有する音声信号の表現であって、前記表現は、前記第1および前記第2フレームに対する第1スペクトル係数であって、前記第1および前記第2フレームの前記オーディオ信号のピッチ情報を表す結合ワープ処理表現のスペクトル組成を表す第1スペクトル係数と、前記第2および前記第3フレームの前記オーディオ信号のピッチ情報を表す結合ワープ処理表現のスペクトル組成を表す第2スペクトル係数とを含む、表現。
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