JP6423446B2 - 周波数領域で信号を処理する装置および方法 - Google Patents
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Description
式(28)において、縦2本線で示す記号は誤差ノルムであり、最小二乗法に従う最小化のために例えばp=2に最小化され、チェビシェフ(ミニマックス)最適化のためにはp=∞として使用される。
cvx_begin
variable W(Ncoeffs)
minimize(norm((G*W−w^),p));
subject to <optional constraints>
cvx_end
・異なる値w[n]に対する同等制限または上限、下限、例えば、時間領域窓の開始または終了における滑らかさ要求を確実にする。
・w[n]の傾斜制限、例えば時間領域窓の発振挙動の回避、これは、連続する値w[n]の差に制限を加えことにより達成される。
(フィルタ済)信号yi[n]の緩やかなフェードインまたはフェードアウトは、一般に、時間領域窓関数wi[n]による信号の乗算として内挿される。
2つのフィルタ済信号(y1[n]およびy2[n])の間のクロスフェーディングは、したがって、信号への窓関数w1[n]およびw2[n]の乗算と、それに続く合算
対称共役構造を実用的に使用することができる。したがって、実用的には、W[k]の実部と虚部とを分離して考える。
Claims (31)
- 離散時間信号を処理して処理済信号を得る装置であって、
前記離散時間信号を離散周波数領域で表現した信号に対して、フィルタ(122)により、このフィルタ(122)のフィルタ特性としての伝達関数を前記離散周波数領域で表現した信号に乗算するフィルタリングを行って、フィルタ済信号(123)を取得し、取得したフィルタ済信号(123)に、窓処理済信号を得るための零および非零の周波数領域窓係数を有する周波数領域窓関数(124,124a,124b,124c,620,621,622,623)を提供して、それぞれがある周波数領域窓係数とフィルタ済信号(123)のあるスペクトル値とに関連する複数の乗算結果を求めるため、前記周波数領域窓関数の各周波数領域窓係数に、前記フィルタ済信号(123)の対応するスペクトル値を乗算し、得られた複数の乗算結果を合算するプロセッサ段(120)と、
前記処理済信号を得るために、前記窓処理済信号(125)または前記窓処理済信号を用いて定義される信号を時間領域に変換する変換器(130)と
を備える離散時間信号処理装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記プロセッサ段はさらに、前記離散周波数領域で表現した信号を、追加的フィルタ特性を有する追加的フィルタ(122b)によりフィルタリングして、追加的フィルタ済信号を取得し、、前記追加的フィルタ済信号に、追加的窓処理済信号を得るために追加的周波数領域窓関数を提供し、前記窓処理済信号と前記追加的窓処理済信号とを組み合わせる(200)構成である
装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記プロセッサ段(120)は、
前記離散周波数領域で表現した信号を、追加的フィルタ特性を有する追加的フィルタ(122b)によりフィルタリングして、追加的フィルタ済信号を取得し、
前記フィルタ済信号および前記追加的フィルタ済信号から組み合わせ信号(302)を形成(300)し、
この組み合わせ信号に、窓処理済組み合わせ信号を得るために前記周波数領域窓関数(124c)を提供し、
前記窓処理済組み合わせ信号に前記フィルタ済信号または前記追加的フィルタ済信号を組み合わせる(200)
構成である
装置。 - 請求項1から3のいずか1項に記載の装置において、
前記離散時間信号は、オーディオ信号であり、前記離散周波数領域で表現した信号は、周波数領域に変換されたオーディオ信号である
装置。 - 請求項2または3に記載の装置において、
前記フィルタ(122)は、第1の時点で要求フィルタ特性を有し、前記追加的フィルタ(122b)は、時間的に後の第2の時点で要求フィルタ特性を有し、
前記周波数領域窓関数(124c)は、時間領域におけるフェードアウト関数に近似しており、前記追加的周波数窓関数(124b)は、時間領域におけるフェードイン関数に近似している
装置。 - 請求項2または3に記載の装置において、前記周波数領域窓関数または前記追加的周波数領域窓関数は、高々15または高々8個の非零係数を有する装置。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の装置において、
前記プロセッサ段(120)は、非零周波数領域窓関数係数の最大の数を使用する構成であり、
最小周波数に対する周波数領域窓係数は実数であり、
偶数指標の周波数領域窓関数係数は純粋に虚数であり、
奇数指標の周波数領域窓関数係数は純粋に実数である
装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の装置において、前記プロセッサ段(120)は
ここで、Y(l)[k]は、
ここで、kは周波数指標、lは整数指標、Cは指標の集合であり、指標lは、Iが非零のときには集合Cに含まれ、前記周波数領域窓関数W[l]の係数は非零であり、Wr[l]は前記周波数領域窓関数の係数の実部であり、Wi[l]は前記周波数領域窓関数の係数の虚部であり、X+[k,l]およびX−[k,l]は、
ここで、((k))LはK mod Lであり、LはFFTブロックの長さであり、X[k]は前記離散周波数領域で表現した信号のスペクトル係数である
装置。 - 請求項2または3に記載の装置において、
前記フィルタ特性または前記追加的フィルタ特性は異なる位置に対するHRTFフィルタであり、前記離散周波数領域で表現した信号は、異なる位置の音源に対するオーディオ信号である
装置。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の装置において、
前記離散時間信号を周波数領域表現に変換して前記離散周波数領域で表現した信号を得る変換器(110)さらに備え、
この変換器(110)は、オーバーラップ加算、オーバーラップ保存または区分け畳み込みアルゴリズムでの使用に適した構成であり、
前記窓処理済信号または前記窓処理済信号を用いて決定された信号を周波数領域に変換する前記変換器(130)は、前記オーバーラップ加算アルゴリズム、前記オーバーラップ保存アルゴリズム、または前記区分け畳み込みアルゴリズムを用いて演算する構成である
装置。 - 請求項1に記載の装置において、
前記離散時間信号は第1の音源を表現し、
第2の音源が追加的時間領域信号により表現され、
前記第1の音源用の前記フィルタ(612)は第1の特性を実現し、前記第1の音源用の追加的フィルタ(613)が第2の特性を実現し、
前記プロセッサ段(120)は、前記第2の音源に対して第3のフィルタ(614)および第4のフィルタ(615)を用いて演算するように付加的に構成され、前記第3のフィルタは第2の音源の第1の時点における第1の特性を表現する第3のフィルタ特性を有し、前記第4のフィルタ(615)は第2の音源の第2の時点における第2の特性に相当する第4のフィルタ特性を有し、
前記プロセッサ段はさらに、
前記窓処理済信号を前記周波数領域窓関数(620)を用いて計算し、
追加的周波数領域窓関数(621)を用いて前記追加的フィルタ(613)による信号出力を処理することにより第2の窓処理済信号を決定し、
第3の周波数領域窓関数(622)を用いて前記第3のフィルタ(614)による信号出力を処理することにより第3の窓処理済信号を決定し、
第4の周波数領域窓関数(623)を用いて前記第4のフィルタ(615)による出力信号を処理することにより第4の窓処理済信号を決定し、
組み合わせ信号を得るため前記窓処理済信号、前記第2の窓処理済信号、前記第3の窓処理済信号および前記第4の窓処理済信号を組み合わせる(626,627,629)
構成であり、
前記変換器(630)は、前記組み合わせ信号を時間領域に変換する構成である
装置。 - 請求項12に記載の装置において、前記第1の音源の前記第1の時点における前記第1の特性は第1の位置であり、前記第1の音源の前記第2の時点における前記第2の特性は異なる第2の位置であり、前記第2の音源の前記第1の時点における前記第1の特性は第1の位置であり、前記第2の音源の前記第2の時点における前記第2の特性は異なる第2の位置である装置。
- 請求項2または3に記載の装置において、前記プロセッサ段(120)は、前記周波数領域窓関数として、時間領域でフェードアウト関数(w(1))となる関数を使用し、前記追加的周波数領域窓関数として、時間領域でフェードイン関数(w(2))となる関数を使用する構成である装置。
- 請求項14に記載の装置において、前記プロセッサ段(120)は、前記周波数領域窓関数および前記追加的周波数領域窓関数を使用して、少なくとも定利得特性を近似し、各離散時間点における前記周波数領域窓関数および前記追加的周波数領域窓関数の和が1または少なくとも1の近似となる構成である装置。
- 請求項3に記載の装置において、
前記プロセッサ段(120)は、前記フィルタ済信号と前記追加的フィルタ済信号との差(300)を前記組み合わせ信号(302)として形成し、前記窓処理済組み合わせ信号を前記フィルタ済信号に組み合わせる(200)構成であり、
前記変換器(130)は、前記組み合わせ信号または前記組み合わせ信号に加えて追加的信号を含む信号を時間領域に変換する構成である
装置。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の装置において、前記プロセッサ段(120)は、前記フィルタ(122)のフィルタ特性として、時間領域のフェードイン関数、フェードアウト関数またはクロスフェーディング関数、あるいは利得変更関数を表現する特性を用いる構成である装置。
- 請求項2または3に記載の装置において、前記プロセッサ段(120)は、前記追加的フィルタ(122b)のフィルタ特性として、時間領域のフェードイン関数、フェードアウト関数またはクロスフェーディング関数、あるいは利得変更関数を表現する特性を用いる構成である装置。
- 請求項12に記載の装置において、前記プロセッサ段(120)は、前記第3のフィルタ(614)および前記第4のフィルタ(615)のそれぞれのフィルタ特性として、時間領域のフェードイン関数、フェードアウト関数またはクロスフェーディング関数、あるいは利得変更関数を表現する特性を用いる構成である装置。
- 請求項1から17のいずれか1項に記載の装置において、前記変換器(130)は、離散した値の一部のみを使用し、他の部分を廃棄する構成であり、廃棄される部分はL−Bの離散した値を含み、Lは離散フーリエ変換の離散した値の全体数であり、Bはブロックサイズまたは区分け畳み込みアルゴリズムのブロックフィードであり、前記フィルタ(122)のフィルタ特性の時間長は、ブロックサイズまたはブロックサイズの倍数に等しい、装置。
- 請求項2、3または18に記載の装置において、前記変換器(130)は、離散した値の一部のみを使用し、他の部分を廃棄する構成であり、廃棄される部分はL−Bの離散した値を含み、Lは離散フーリエ変換の離散した値の全体数であり、Bはブロックサイズまたは区分け畳み込みアルゴリズムのブロックフィードであり、前記追加的フィルタ(122b)のフィルタ特性の時間長は、ブロックサイズまたはブロックサイズの倍数に等しい、装置。
- 請求項12または19に記載の装置において、前記変換器(130)は、離散した値の一部のみを使用し、他の部分を廃棄する構成であり、廃棄される部分はL−Bの離散した値を含み、Lは離散フーリエ変換の離散した値の全体数であり、Bはブロックサイズまたは区分け畳み込みアルゴリズムのブロックフィードであり、前記第3のフィルタ(614)および前記第4のフィルタ(615)のそれぞれのフィルタ特性の時間長は、ブロックサイズまたはブロックサイズの倍数に等しい、装置。
- 請求項1から22のいずれか1項に記載の装置において、
前記離散周波数領域で表現した信号は、第1の時点において第1の位置にあり、第2の時点において第2の位置(500)にある音源のオーディオ信号であり、
追加的周波数領域信号が、第1の時点において第1の位置にあり、第2の時点において第2の位置にある追加的音源(602)のオーディオ信号であり、
前記プロセッサ段(120)は、各オーディ信号に対して第1のフィルタ特性および第2のフィルタ特性を使用する構成であって、前記第1のフィルタ特性は前記第1の位置に対するHRTF関数であり、前記第2のフィルタ特性は前記第2の位置に対するHRTF関数であり、
前記プロセッサ段(120)は、各オーディオ信号に対して、2つの周波数領域窓関数(620,621または622,623)または単一の周波数領域窓関数(124c)を使用する構成であり、
前記プロセッサ段(120)は、付加的に、信号を周波数領域で組み合わせる(626,627,628,629)構成であり、
前記変換器(130,630)は、イヤホン信号(713)を得るため、組み合わせられた信号を時間領域に変換する構成である
装置。 - 請求項2または3に記載の装置において、前記周波数領域信号はオーディオ信号であり、前記フィルタ(122)のフィルタ特性は、音響変換配列内の、前記音響変換器配列内の他の音響変換器との組み合わせにより第1の時点における所望の第1の方向性パターンを実現するのに適したひとつの音響変換器(マイクロホンまたはラウドスピーカ)のためのフィルタの特性であり、前記追加的フィルタ(122b)のフィルタ特性は、音響変換配列内の、前記音響変換器配列内の他の音響変換器との組み合わせにより第1の時点における所望の第2の方向性パターンを、その方向性パターンが、周波数領域窓関数、前記追加的周波数領域窓関数を用いるクロスフェーディングにより、時間的に変化するように実現するのに適したひとつの音響変換器(マイクロホンまたはラウドスピーカ)のためのフィルタの特性である、装置。
- 請求項1から24のいずれか1項に記載の装置において、
前記周波数領域窓は時間的に増加または時間的に減少する利得関数を含み、
前記プロセッサ段は、前記窓処理された信号と前記フィルタ済信号とを結合器により結合する構成であり、
前記結合器は、
前記窓処理済信号に第1の値(e−s)を乗算する第1の乗算器(503)と、
前記フィルタ済信号に第2の値(s)を乗算する第2の乗算器(504)と、
前記乗算器の出力信号を加算する加算器(500)と
を有する、
装置。 - 請求項25に記載の装置において、前記第1の値は、信号ブロックの開始時における前記周波数領域窓関数の利得値と、前記信号ブロックの終了時における前記周波数領域窓関数の利得値との差であり、前記第2の値は、前記信号ブロックの前記開始時における前記周波数領域窓関数の前記利得値である、装置。
- 離散時間信号を処理して処理済信号を得る方法であって、
前記離散時間信号を離散周波数領域で表現した信号に対して、フィルタ(122)により、このフィルタ(122)のフィルタ特性としての伝達関数を前記離散周波数領域で表現した信号に乗算するフィルタリングを行って、フィルタ済信号(123)を取得し、
取得したフィルタ済信号(123)に、窓処理済信号を得るための零および非零の周波数領域窓係数を有する周波数領域窓関数(124,124a,124b,124c,620,621,622,623)を提供して、それぞれがある周波数領域窓係数とフィルタ済信号(123)のあるスペクトル値とに関連する複数の乗算結果を求めるため、前記周波数領域窓関数の各周波数領域窓係数に、前記フィルタ済信号(123)の対応するスペクトル値を乗算し、得られた複数の乗算結果を合算し、
前記処理済信号を得るために、前記窓処理済信号(125)または前記窓処理済信号を用いて定義される信号を時間領域に変換する(130)
離散時間信号処理方法。 - 離散時間信号を処理して処理済信号を得る装置であって、
前記離散時間信号を離散周波数領域で表示した信号に対して、フィルタ(122)により、このフィルタ(122)のフィルタ特性としての伝達関数を前記離散周波数領域で表現した信号に乗算するフィルタリングを行って、フィルタ済信号(123)を取得し、取得したフィルタ済信号(123)またはそのフィルタ済信号から導出された信号(302)に、窓処理済信号を得るための零および非零の周波数領域窓係数を有する周波数領域窓関数(124,124a,124b,124c,620,621,622,623)を提供して、それぞれがある周波数領域窓係数とフィルタ済信号(123)のあるスペクトル値とに関連する複数の乗算結果を求めるため、前記周波数領域窓関数の周波数領域窓係数に、前記フィルタ済信号(123)またはそのフィルタ済信号から導出された信号(302)の対応するスペクトル値を乗算し、得られた複数の乗算結果を合算するプロセッサ段(120)と、
前記処理済信号を得るために、前記窓処理済信号(125)または前記窓処理済信号を用いて定義される信号を時間領域に変換する変換器(130)と
を備え、
前記プロセッサ段はさらに、前記離散周波数領域で表示した信号を、追加的フィルタ特性を有する追加的フィルタ(122b)によりフィルタリングして追加的フィルタ済信号を求め、この追加的フィルタ済信号に、窓処理済信号を得るために追加的周波数領域窓関数(124c)を提供し、前記窓処理済信号と前記追加的窓処理済信号とを組み合わせる(200)構成であり、あるいは、
前記プロセッサ段はさらに、前記離散周波数領域で表示した信号を、追加的フィルタ特性を有する追加的フィルタ(122b)によりフィルタリングして追加的フィルタ済信号を求め、前記フィルタ済信号と前記追加的フィルタ済信号との組み合わせ信号(302)を成形し、この追加的フィルタ済信号に、窓処理済組み合わせ信号を得るために前記周波数領域窓関数(124b)を提供し、前記窓処理済組み合わせ信号に前記フィルタ済信号および前記追加的フィルタ済信号とを組み合わせる(200)構成であり、あるいは、
前記周波数領域窓関数は、時間的に増加または時間的に減少する利得特性を有し、前記プロセッサ段はさらに、前記窓処理済信号と前記フィルタ済信号とを結合器により組み合わせる構成であり、前記結合器は、前記窓処理済信号に第1の値(e−s)を乗算する第1の乗算器(503)と、前記フィルタ済信号に第2の値(s)を乗算する第2の乗算器(504)と、前記乗算器の出力信号を加算する加算器(500)とを有する
離散時間信号処理装置。 - 離散時間信号を処理して処理済信号を得る方法であって、
前記離散時間信号を離散周波数領域で表現した信号に対して、フィルタ(122)により、このフィルタ(122)のフィルタ特性としての伝達関数を前記離散周波数領域で表現した信号に乗算するフィルタリングを行って、フィルタ済信号(123)を取得し、取得したフィルタ済信号(123)またはそのフィルタ済信号から導出された信号(302)に、窓処理済信号を得るための零および非零の周波数領域窓係数を有する周波数領域窓関数(124,124a,124b,124c,620,621,622,623)を提供して、前記周波数領域窓関数の各周波数領域窓係数に、前記フィルタ済信号(123)またはそのフィルタ済信号から導出された信号(302)の対応するスペクトル値を乗算し、得られた複数の乗算結果を合算し、
前記処理済信号を得るために、前記窓処理済信号(125)または前記窓処理済信号を用いて定義される信号を時間領域に変換(130)し、
ここでさらに、
前記離散周波数領域で表現した信号を、追加的フィルタ特性を有する追加的フィルタ(122b)によりフィルタリングして追加的フィルタ済信号を求め、この追加的フィルタ済信号に、窓処理済信号を得るために追加的周波数領域窓関数(124c)を提供し、前記窓処理済信号と前記追加的窓処理済信号とを組み合わせ(200)、あるいは、
前記離散周波数領域で表現した信号を、追加的フィルタ特性を有する追加的フィルタ(122b)によりフィルタリングして追加的フィルタ済信号を求め、前記フィルタ済信号と前記追加的フィルタ済信号との組み合わせ信号(302)を成形し、この追加的フィルタ済信号に、窓処理済組み合わせ信号を得るために前記周波数領域窓関数(124b)を提供し、前記窓処理済組み合わせ信号に前記フィルタ済信号および前記追加的フィルタ済信号とを組み合わせ(200)、あるいは、
前記周波数領域窓関数は、時間的に増加または時間的に減少する利得特性を有し、前記窓処理済信号と前記フィルタ済信号とを結合器により組み合わせ、前記結合器は、前記窓処理済信号に第1の値(e−s)を乗算する第1の乗算器(503)と、前記フィルタ済信号に第2の値(s)を乗算する第2の乗算器(504)と、前記乗算器の出力信号を加算する加算器(500)とを有する
離散時間信号処理方法。 - コンピュータまたはプロセッサ上で実行させたときに請求項27に記載の方法を実行するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
- コンピュータまたはプロセッサ上で実行させたときに請求項29に記載の方法を実行するためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
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