JP3465628B2 - オーディオ信号の時間軸圧伸方法及び装置 - Google Patents

オーディオ信号の時間軸圧伸方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、原オーディオ信
号のピッチ及び音質を変えずに原オーディオ信号を所望
とする圧伸率で時間軸圧伸するディジタル信号の時間軸
圧伸装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタル・オーディオ信号のピッチを
変えずにその時間軸を圧縮又は伸長する時間軸圧伸技術
は、例えば、収録されたディジタルオーディオ信号の全
体的な収録時間を所定の時間に合わせ込む、いわゆる
「尺合わせ」や、カラオケ装置等のテンポ変換等に利用
される。この種の時間軸圧伸技術として、原オーディオ
信号の波形相関の最も高い隣接した同じ長さの2つの区
間を抽出し、これら区間の信号を重複加算し、この重複
加算された信号を元の2つの区間と入れ換えたり、元の
2つの区間の間に挿入することで全体的な時間を短くし
たり長くする手法が知られている(“ポインター移動量
制御による重複加算法を用いた音声の時間積での伸長圧
縮とその評価”;森田、板倉、昭和61年10月;日本音響
学会秋期大会講演論文集1-4-14,PP149)。
【0003】図5及び図6は、この時間軸圧伸手法を説
明するための図であり、図5は圧縮処理、図6は伸長処
理をそれぞれ示している。まず、同図(a)に示すよう
に、原オーディオデータの時間軸方向の隣接波形区間の
類似性判定処理を行って基本周期Lpを抽出する。具体
的には、区間長の初期値を最小値Lminに設定して隣接
する区間長Lminの波形の類似度を判定する。これを区
間長が最大値Lmaxとなるまで繰り返し、最も類似して
いると判定された区間長を、同図(b)のように基本周
期Lpと決定する。次に、決定された基本周期Lpの隣
接する2つの波形に、同図(c)に示すような窓関数を
掛けて、これらを同図(d),(e),(f)に示すよ
うに重ね合わせる。図5(f)のように、重ね合わせた
波形を2つの基本周期の波形と置き換えれば時間軸圧縮
となり、図6(f)のように、重ね合わせた波形を2つ
の基本周期の波形の間に挿入すれば時間軸伸長となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上述した時間軸圧伸方式では、原オーディオ信号から基
本周期を抽出するための類似性判定の処理量が多いとい
う問題がある。即ち、従来の類似性判定処理において
は、LminからLmaxまで繰り返される各区間の類似性判
定に際して、その区間に含まれる全てのサンプル値をそ
の評価対象として計算しているので、サンプリング周波
数が高くなるにつれ、その判定処理に費やされる処理量
は増大する。
【0005】
【表1】
【0006】表1は、類似性判定区間の最大値及び最小
値として50Hzから200Hzを想定したときの類似
性判定に要する積及び和演算の総数を示したものであ
る。この表1から明らかなように、サンプリング周波数
の上昇に伴う処理量の増加が著しいことが分かる。
【0007】この発明は、このような問題点に鑑みなさ
れたもので、最終出力の品質を殆ど低下させずに、全体
的な処理量を削減することができるオーディオ信号の時
間軸圧伸方法及び装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係るオーディ
オ信号の時間軸圧伸方法は、原オーディオ信号の処理す
べき現在点から所定長さの区間長とされた第1の区間
と、これに隣接する同一の所定長さの区間長とされた第
2の区間について前記区間長を変化させて前記第1及び
第2の区間の時間軸方向の波形の類似性を判定して原オ
ーディオ信号の基本周期を抽出し、原オーディオ信号か
ら基本周期分の波形を削除又は挿入することにより、指
定された圧伸率で時間軸圧伸された、ピッチ変動のない
出力信号を生成するオーディオ信号の時間軸圧伸方法に
おいて、前記波形の類似性を判定するに際し、比較する
2つの区間の波形のデータの時間軸方向のサンプル数を
所定の間引き数で間引きしてデータ量を削減した状態で
波形の類似性を判定するようにしたことを特徴とする。
【0009】また、この発明に係るオーディオ信号の時
間軸圧伸装置は、時間軸圧伸すべき原ディジタル信号の
波形を記憶する波形記憶手段と、この波形記憶手段に記
憶された原オーディオ信号の処理すべき現在点から所定
長さの区間長とされた第1の区間と、これに時間軸方向
に隣接する同一の所定長さの区間長とされた第2の区間
の波形をその区間長を順次変えながら読み出す隣接波形
読出制御手段と、この隣接波形読出制御手段の制御に基
づいて前記波形記憶手段から読み出された隣接する前記
第1及び第2の区間の波形の類似性を判定する類似性判
定手段と、この類似性判定手段で最も類似性が高いと判
定された区間長を前記原オーディオ信号の基本周期とし
て抽出し、この基本周期分だけずれた波形のデータを前
記波形記憶手段からそれぞれ読み出す波形読出制御手段
と、この波形読出制御手段の制御に基づいて前記波形記
憶手段から読み出された基本周期分の波形のデータを削
除又は挿入することにより、指定された圧伸率で時間軸
圧伸された、ピッチ変動のない出力信号を生成する時間
軸圧伸手段とを備えたオーディオ信号の時間軸圧伸装置
において、前記隣接波形読出制御手段は、比較する2つ
の区間の波形のデータの時間軸方向のサンプル数を所定
の間引き数で間引きして前記波形記憶手段から読み出す
ものであることを特徴とする。
【0010】この発明によれば、原オーディオ信号の
接する区間について区間長を変化させて該区間の時間軸
方向の波形の類似性判定するに際し、比較する隣接波
形を時間軸方向に間引きして、評価対象のサンプル数を
削減するようにしているので、類似性判定に費やされる
処理量を削減することが可能になる。また、類似性判定
処理は、基本波周期の判定処理と等価であることから、
間引き処理を行って評価対象のサンプル数を削減したと
しても、基本波の概形は保持されるため、結果に与える
影響は殆どない。このため、出力信号の品質を何ら低下
させることなく、処理速度を向上させることができる。
【0011】なお、時間軸方向にデータを間引く間隔
は、隣接する2つの区間の波形の時間軸方向の参照長さ
(区間長)に応じて変動させるようにすることもできる
し、前回決定された区間長に基づいて決定するようにし
ても良い。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の好ましい実施の形態について説明する。図1は、この
発明の一実施例に係るオーディオ信号の時間軸圧伸装置
の構成を示すブロック図である。時間軸圧伸すべき原デ
ィジタル・オーディオ信号は、遅延バッファ1に順次格
納される。遅延バッファ1は、少なくとも波形の時間軸
伸長処理及びピッチ抽出処理等に必要なデータ量が格納
されるリングバッファである。遅延バッファ1に格納さ
れたオーディオ信号は、隣接波形読出制御部2の制御に
基づき、種々の区間長で切り出され、隣接波形のデータ
として順次読み出される。隣接波形読出制御部2は、こ
のとき時間軸方向のサンプル数を間引いて読み出す。類
似度計算部3は、隣接波形読出制御部2の制御のもとで
読み出された隣接波形のデータの類似度を計算する。制
御部4は、求められた類似度から隣接波形が最も類似す
る区間長を求め、これを基本周期Lpとして波形読出部
5に与える。波形読出部5は、与えられた基本周期Lp
だけ離れた2つのデータを遅延バッファ1から読み出
す。遅延バッファ1から読み出された2つのデータD
1,D2は、波形窓掛け・加算部6,圧伸率制御部7及
び出力バッファ8からなる圧伸処理制御手段に供給され
る。波形窓掛け・加算部6に供給されたデータD1,D
2は、ここで所定の時間窓関数を乗算されて加算され
る。また、一方のデータD2は、圧伸率制御部7にも供
給されている。圧伸率制御部7は、制御部4から与えら
れる圧伸処理の対象長さLの情報に基づいて原オーディ
オデータから波形を切り出す。圧伸処理の対象長さL
は、予め設定された圧伸率Rと抽出された基本周期Lp
とに基づき制御部4で算出される。そして、波形窓掛け
・加算部6で加算された波形と、圧伸率制御部7で切り
出された原波形とが出力バッファ8において合成されて
時間軸圧伸された出力信号が生成される。
【0013】次に、このように構成されたこの実施例の
装置の動作を説明する。図2は、この装置の時間軸圧伸
処理の手順を示すフローチャートである。原ディジタル
・オーディオ信号からなる入力信号は、必要な量がまず
遅延バッファ1に格納される(S1)。このバッファ1
は、最低でも2×Lmaxサンプルの容量が必要である。
次に、類似性判定のための区間長Lpの初期値として最
小値Lminが与えられ、類似度Sとして最大値Smaxが与
えられる(S2)。そして類似度Sが計算されると共に
(S3)、区間長Lpを1つずつ増やして(S4)、L
pが最大値Lmaxに達するまで、類似度Sを計算して
(S5,S3)、最も類似性の高かった区間長(=基本
周期)Lpを求める(S3)。ここで図5及び図6を参
照して明らかなように、類似性判定は、現在点T0から
T0+Lp−1間での区間の波形Wave Aと、T0+Lpか
らT0+2Lpまでの区間の波形Wave Bとの類似度演算
となる。いま、これら区間の対応する各時間軸方向の位
置をtx,tx+Lpとすると、類似度Sは、下記数1の
ように二乗誤差によって求めることができる。
【0014】
【数1】
【0015】この場合、類似度Sが小さいほど類似性が
高いことを示すことになる。勿論、これは一例であっ
て、このような二乗誤差の他に、誤差の絶対値和や自己
相関関数を用いることもできる。この装置で特徴的な点
は、この類似度判定に際して、全てのデータを評価対象
とするのではなく、時間軸方向に間引きして評価対象と
なるデータ数を削減している点にある。
【0016】図3は、この類似性判定処理(S3)の詳
細を示すフローチャートである。まず、時間パラメータ
txをT0に初期化すると共に、二乗誤差累積値dを0に
リセットする(S11)。次に、d=d+[D(tx)−D
(tx+Lp)]2の計算を行って、時間パラメータtxをt
x+Δtに更新する(S13)。ここで、Δtは、時間
軸方向の間引き数+1で与えられる。txがT0+Lpを
超えるまで値dに二乗誤差が累積され(S12〜S1
4)、txがT0+Lpを超えたら、累積値dと類似度S
とを比較する(S15)。そして、S>dであったら、
Sにdを代入して更新し、かつその区間長Lpを保存す
る(S16)。
【0017】この処理を、図2に示すように、区間長L
pがLmaxを超えるまで継続することにより(S3〜S
5)、最終的に類似度Sの最小値及びそのときの区間長
Lp(=基本周期)がそれぞれ求まることになる。そし
て、求められた基本周期Lpに基づいて波形読出制御部
5での波形読出が開始され(S6)、図5及び図6に示
したような、時間軸圧伸処理が実行される(S7)。具
体的には、波形窓掛け・加算部6で基本周期Lpの隣接
区間に窓掛け処理が実行されて同図(d),(e)に示
す波形が得られると共に、これらが加算されて同図
(f)に“Wave A+Wave B”で示した波形が得られ、圧
伸率制御部7で波形の一部をこの合成波形に置き換えた
り、隣接波形の間に合成波形を挿入することにより、時
間軸圧伸された出力を得る。また、圧伸処理の対象波形
の長さをL、圧伸率をRとすると、
【0018】
【数2】 (1)圧縮の場合(R<1.0,Lp≦L/2) R=(L−Lp)/L (2)伸長の場合(R>1.0) R=(L+Lp)/L
【0019】で表されるので、対象長さLは、
【0020】
【数3】(1)圧縮の場合 L=Lp/(1−R) (2)伸長の場合 L=Lp/(R−1)
【0021】と表すことができるので、制御部4は、圧
伸率Rと基本周期Lpとから、対象長さLを求めて、圧
伸率制御部7に送る。圧伸率制御部7では、基本周期L
pと対象長さLとから必要な原波形部分を切り出して出
力バッファ8に送る。これにより出力バッファ8で波形
が合成されて所望とする圧伸率の出力信号が得られるこ
とになる。この処理は、全データがなくなるまで続行さ
れる(S8)。
【0022】この実施例によれば、各区間長Lpでの類
似度Sを求めるのに、時間軸方向のサンプル数を間引く
ようにしているので、類似度Sの計算が高速になる。図
4(a)は間引きなし、同図(b)は間引き数1(Δt
=2)、同図(c)は間引き数2(Δt=3)の例を示
している。波形の相関演算の場合、このように間引き処
理を行っても結果に大きな差は現れない。このため、最
終出力の精度は間引かない場合と殆ど変わらない。
【0023】ちなみに、表2は、間引き処理を行った場
合と行わない場合の処理量比較を示したものである。こ
の表から明らかなように、間引き処理を行うことによ
り、演算処理数が大幅に減少することが分かる。
【0024】
【表2】
【0025】なお、間引き数は、固定的に与える方法の
他、例えば演算時点毎の区間長Lpの長さに応じて増
加させていく方法、前回求められた基本周期の区間長
Lpの長さに対応した間引き数とする方法、等が考えら
れる。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
原オーディオ信号の隣接する区間について区間長を変化
させて該区間の時間軸方向の波形の類似性判定するに
際し、比較する隣接波形を時間軸方向に間引きして、評
価対象のサンプル数を削減するようにしているので、類
似性判定に費やされる処理量を削減することが可能にな
る。また、類似性判定処理は、基本波周期の判定処理と
等価であることから、間引き処理を行って評価対象のサ
ンプル数を削減したとしても、基本波の概形は保持され
るため、結果に与える影響は殆どない。このため、出力
信号の品質を何ら低下させることなく、処理速度を向上
させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に係るオーディオ信号の
時間軸圧伸装置のブロック図である。
【図2】 同装置を使用した時間軸圧伸処理を示すフロ
ーチャートである。
【図3】 同処理における類似度判定処理を示すフロー
チャートである。
【図4】 同類似度判定処理における間引き処理を説明
するための図である。
【図5】 ポインター移動量制御による重畳加算法の圧
縮処理を説明するための波形図である。
【図6】 ポインター移動量制御による重畳加算法の伸
長処理を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1…遅延バッファ、2…隣接波形読出制御部、3…類似
度計算部、4…制御部、5…波形読出制御部、6…波形
窓掛け・加算部、7…圧伸率制御部、8…出力バッフ
ァ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10L 21/04

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原オーディオ信号の処理すべき現在点か
    ら所定長さの区間長とされた第1の区間と、これに隣接
    する同一の所定長さの区間長とされた第2の区間につい
    前記区間長を変化させて前記第1及び第2の区間の時
    間軸方向の波形の類似性を判定して原オーディオ信号の
    基本周期を抽出し、原オーディオ信号から基本周期分の
    波形を削除又は挿入することにより、指定された圧伸率
    で時間軸圧伸された、ピッチ変動のない出力信号を生成
    するオーディオ信号の時間軸圧伸方法において、 前記波形の類似性を判定するに際し、比較する2つの区
    間の波形のデータの時間軸方向のサンプル数を所定の間
    引き数で間引きしてデータ量を削減した状態で波形の類
    似性を判定するようにしたことを特徴とするオーディオ
    信号の時間軸圧伸方法。
  2. 【請求項2】 前記類似性を判定する際に、前記比較す
    る2つの区間の波形の前記区間長に応じて前記間引き数
    を変動させるようにしたことを特徴とする請求項1記載
    のオーディオ信号の時間軸圧伸方法。
  3. 【請求項3】 前記類似性を判定する際に、前回決定さ
    れた前記区間長に基づいて前記間引き数を決定するよう
    にしたことを特徴とする請求項1記載のオーディオ信号
    の時間軸圧伸方法。
  4. 【請求項4】 時間軸圧伸すべき原ディジタル信号の
    波形を記憶する波形記憶手段と、 この波形記憶手段に記憶された原オーディオ信号の処理
    すべき現在点から所定長さの区間長とされた第1の区間
    と、これに時間軸方向に隣接する同一の所定長さの区間
    長とされた第2の区間の波形をその区間長を順次変えな
    がら読み出す隣接波形読出制御手段と、 この隣接波形読出制御手段の制御に基づいて前記波形記
    憶手段から読み出された隣接する前記第1及び第2の
    間の波形の類似性を判定する類似性判定手段と、 この類似性判定手段で最も類似性が高いと判定された区
    間長を前記原オーディオ信号の基本周期として抽出し、
    この基本周期分だけずれた波形のデータを前記波形記憶
    手段からそれぞれ読み出す波形読出制御手段と、 この波形読出制御手段の制御に基づいて前記波形記憶手
    段から読み出された基本周期分の波形のデータを削除又
    は挿入することにより、指定された圧伸率で時間軸圧伸
    された、ピッチ変動のない出力信号を生成する時間軸圧
    伸手段とを備えたオーディオ信号の時間軸圧伸装置にお
    いて、 前記隣接波形読出制御手段は、比較する2つの区間の波
    形のデータの時間軸方向のサンプル数を所定の間引き数
    で間引きして前記波形記憶手段から読み出すものである
    ことを特徴とするオーディオ信号の時間軸圧伸装置。
  5. 【請求項5】 前記隣接波形読出制御手段は、前記比較
    する2つの波形の前記区間長に応じて前記間引き数を変
    動させるものであることを特徴とする請求項4記載のオ
    ーディオ信号の時間軸圧伸装置。
  6. 【請求項6】 前記隣接波形読出制御手段は、前回決定
    された前記区間長に基づいて前記間引き数を決定するよ
    うにしたものであることを特徴とする請求項4記載のオ
    ーディオ信号の時間軸圧伸装置。
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