JPH10503908A - オーディオ信号の調性を決定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 オーディオ信号の調性が以下の工程を含む方法で決定される。すなわち、デジタル入力信号 x(n)をブロック状周波数変換してその入力信号の実正数値表示 X(k)を作りだす工程であって、このｋは周波数ラインの指数を表すという工程と、周波数ラインｋに対応する信号成分の調性Ｔを以下の方程式により決定する工程と、を含み、 この中で、Ｆ₁は第１の微分特性を持つ第１デジタルフィルタのフィルタ関数を示し、Ｆ₂は第２のフラットまたは積分特性を持つか、あるいは第１特性よりも弱い微分特性を持つ第２デジタルフィルタのフィルタ関数を示し、さらに、ｄ₁とｄ₂とは、フィルタパラメータに依存し、それぞれの場合においてフィルタの遅延が補償されるように選択された整定数を示す。

Description

【発明の詳細な説明】 オーディオ信号の調性を決定するための方法および装置 本発明は、オーディオ信号の調性（tonality）を決定するための方法および装 置に関する。 オーディオ信号の聴覚特性を利用した（hearing-adjusted）符号化とデータ削 減（data reduction）の基本は、符号化の過程において発生する符号化エラーを スペクトル的に処理(spectrally shaped)し、それらがいわゆるマスクされた聴 覚しきい値（maskedhearing threshold）以下に収まり、不可聴音となるように することである。その結果、オーディオ信号符号化の過程や符号器内において、 瞬間的なマスクされた聴覚しきい値を決定することは、重要な役割を果たすこと になる。 マスクされた聴覚しきい値の評価は、通常、「知覚モデル」(perceptual mode l)と呼ばれる、聴覚モデルを用いて実行される。オーディオ入力信号は、一方で はこのいわゆる「知覚モデル」または聴覚モデルに適用され、他方では、フィル タバンク(filter banK)による変換またはブロックベース(block basis)により実 行された周波数変換を経て、量子化／符号化の段階に適用され、これは聴覚モデ ルまたは知覚モデルの出力信号によってアクセスされる。 このような情況においては、信号のマスキング能力は、その信号が調的な信号 すなわち調性信号であるのか、あるいはむしろ雑音信号すなわち非調性信号であ るのかという点に依存する。なぜなら、雑音信号は、調性信号成分よりも、符号 化エラーに対してずっと大 きなマスキング効果を持つからである。この点に関しては、「知覚と心理物理学 （Perception and Psychophysics）」Vol.11，241〜246頁，1972年，のR．P．He llmann著、「雑音と音調との間のマスキングの不均衡」（“Asymmetry of Maski ng between Noise and Tone”）を参照されたい。 上記の理由により、ISO/MPEG 規格に示されたモデル等（ISO/IEC 11172-3，A nnex Dを参照）の通例の聴覚心理(psychoacoustic)モデルは、既に調性信号成分 を検知するメカニズムを含んでいる。例えば、そこに示された「聴覚心理モデル １」においては、ある信号成分のレベルがもし周囲の周波数ラインのレベルより もある係数（７dB）以上高ければ、その信号成分は「調的」として分類されるこ とになる。「聴覚心理モデル２」においては、調性の決定は、理想的な場合には 調性信号に関する予測エラーが小さい複合高速フーリエ変換指数（complex FFT indices）の予測に基づいて実行される。これにより、信号成分の調性が推論さ れるのである。 しかしながら、これらの２つの公知の方法では、調性の検知は信頼性が低いも のでしかない。 以上の先行技術を基にして、本発明の目的は、信号の調性の検出においてより 高い信頼性を示すような、オーディオ信号の調性を決定する方法と装置を提供す ることである。 この目的は、独立請求項に記載の、オーディオ信号の調性を決定する方法また は装置によって達成される。 第１の特徴によれば、本発明はオーディオ信号の調性を決定する方法を提供し 、その方法は以下の工程を含む。すなわち、デジタル入力信号 x(n)をブロック 状周波数変換（blockwise frequency transformation）してその入力信号の実正 数値表示（real posi-tive value representation）X(k)を作り出す工程であっ て、このｋは周波数ラインの指数(index)を表すという工程と、周波数ラインｋ に対応する信号成分の調性Ｔを以下の方程式により決定する工程と、を含む。 この中で、Ｆ₁は、第１の微分特性（differentiating charac-teristic）を持 つ第１デジタルフィルタのフィルタ関数を示し、Ｆ₂は、第２のフラットまたは 積分特性（flat or integrating characteristic）を持つか、あるいは第１特性 よりも弱い微分特性を持つ第２デジタルフィルタのフィルタ関数を示し、さらに 、ｄ₁とｄ₂とは、フィルタパラメータに依存し、それぞれの場合においてフィル タの遅延が補償されるように選択された整定数を示す。 第２の特徴に従えば、本発明はオーディオ信号の調性を決定する方法を提供し 、その方法は、入力信号 x(n)をブロック状周波数変換してその入力信号の実正 数値表示 X(k)を作りだす工程であって、このｋは周波数ラインの指数を表すと いう工程と、周波数ラインｋに対応する信号成分の調性Ｔを以下の方程式により 決定する工程と、を含む。 T(k)= F[log[X]](k＋d) この中で、Ｆは微分特性を持つデジタルフィルタのフィルタ関数を示し、さら に、ｄはフィルタの遅延が補償されるように選択された整定数を示す。 第３の特徴に従えば、本発明はオーディオ信号の調性を決定する装置を提供し 、その装置は、デジタル入力信号 x(n)をブロック状周波数変換してその入力信 号の実正数値表示 X(k)を作りだす変換ユニットであって、このｋは周波数ライ ンの指数を表すという変換ユニットと、フィルタ関数Ｆ₁,Ｆ₂を持つ２つのデジ タルフィルタであって、Ｆ₁は第１の微分特性を持つ第１デジタルフィルタのフ ィルタ関数を示し、Ｆ₂はフラットまたは積分特性を持つか、あるいは第１特性 よりも弱い微分特性を持つ第２デジタルフィルタのフィルタ関数を示すという２ つのデジタルフィルタと、さらに、周波数ラインｋに対応する信号成分の調性Ｔ を以下の方程式により決定するためのユニットと、を含む。 この中で、ｄ₁とｄ₂とは、それぞれの場合においてフィルタの遅延が補償され るように選択された整定数である。 第４の特徴によれば、本発明はオーディオ信号の調性を決定する装置を提供し 、その装置は、デジタル入力信号 x(n)をブロック状周波数変換してその入力信 号の実正数値表示 X(k)を作りだす変換ユニットであって、このｋは周波数ライ ンの指数を表すという変換ユニットと、微分特性であるフィルタ関数Ｆを持つデ ジタルフィルタと、さらに、周波数ラインｋに対応する信号成分の調性Ｔを以下 の方程式により決定するためのユニットと、を含む。 T(k)= F[log[X]](k＋d) この中で、ｄは、フィルタＦのフィルタパラメータに依存し、フィルタＦの遅 延が補償されるように選択された整定数を示す。 本発明にかかる方法の望ましい実施例を、図を参照しながらさらに詳細に説明 する。 図１はオーディオ信号の調性を決定するための、本発明にかかる装置の第１実 施例におけるブロック図を示し、 図２はオーディオ信号の調性を決定するための装置の、第２実施例におけるブ ロック図を示す。 図１に示すように、デジタル入力信号 x(n)は最初にブロックベースで実正数 のスペクトル絶対値表示 X(k)に変換され、このｋは周波数ラインの指数を表す 。この変換は周波数変換により実行されるが、これは例えば離散型（discrete） の周波数変換とそれに続く絶対値形成を実行するための計算装置１により実行さ れる。 ＤＦＴ（離散型フーリエ変換）スペクトルの振幅の絶対値形成のほかに、上記 の絶対値表示は、絶対値の２乗または他のエネルギー保存の変換を用いても適切 に達成することが可能である。 このように、離散型入力信号をその周波数領域内で絶対値表示またはエネルギ ー表示することから始まり、本発明は、指数ｋを用い、周波数ラインに対応する 信号成分の調性Ｔ(k)を決定するための２つの計算概念を提案する。 ここで図１を参照しながら説明する第１実施例においては、絶対値表示 X(k) は２つのデジタルフィルタ２，３に適応されるが、この第１フィルタ２は微分特 性を持つフィルタ関数Ｆ₁を持つ。第２フィルタ３は、望ましく簡素な場合にお いては、単純なフィルタ関数、つまり、入力値と同等の出力値を持つ。 整定数ｄ₁，ｄ₂によって、両方のフィルタの遅延は補償される。デジタルフィ ルタの設計分野ではそれ自身知られているように、これらの定数は選択されたフ ィルタパラメータに依存する。 商演算回路（quotient formation circuit）４は、商の演算を通じて２つのデ ジタルフィルタ２，３の出力値を結合させ、その結果、総合的な計算装置が、ス ペクトル絶対値表示 X(k)から始まり、ｋ番目の信号ラインの調性Ｔ(k)を以下の ように計算する。 上記の望ましい実施例においては、使用されるフィルタはいわゆるＦＩＲフィ ルタである。すなわち、対称的なパルス応答を持ついわゆる「有限インパルス応 答」（finite impulse response）フィルタである。第１フィルタは、既に述べ たように、微分フィルタ関数Ｆ₁を持つ。すなわち、第１フィルタは、高周波数 成分を優先的に伝達する。 第２フィルタ３の特性は、望ましいと考えられている単純特性（F₂[X]=１）に 加えて、加算または積分特性を持つことができる。重要なことは、第１フィルタ ２の特性の方が、第２フィルタ３の特性よりも、微分性が強いということである 。 図１を参照しながら説明した実施例の中だけではなく、調性の値Ｔ(k)はまた 、図２に示されたオーディオ信号の調性を決定する装置の別の実施例を用いても 決定することができる。 この装置のブロック１は図１の装置のブロック１と同じであり、 入力信号 x(n)のブロック状離散型フーリエ変換を通じて、スペクトル絶対値表 示 X(k)を形成する。 ｋ番目の信号成分の調性Ｔ(k)を決定するための計算装置５は、以下のような 関係をもとにして調性を決定する。 T(k)= F[log[X]](k＋d) この中で、定数ｄはフィルタの遅延を補償するための整数値を示し、ここでも 、選択されたフィルタパラメータに依存している。デジタルフィルタの望ましい 実施例は、この場合も対称的なパルス応答を持つＦＩＲフィルタである。フィル タＦは微分特性を示す。すなわち、それは高周波数成分を優先的に伝達する。 当業者にとっては明らかなことであるが、本発明にかかる方法と装置によって 達成された調性値Ｔ(k)は生の値(raw value)であり、どのような聴覚心理的モデ ルが使われていようとも、それに対して適切な非線形適応関数(non-Iinear adap tation function)により適応可能である。しかし、これは必須条件とは見なされ ていない。これらの調性値を、入力信号のマスキング効果を決定するために直接 的に使用することもまた、可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グリル ベルンハルト ドイツ国，91207 ラウフ，アム シュバ ーベンバイハー 24番 (72)発明者 ブランデンブルグ カールハインツ ドイツ国，91054 エルランゲン，ハーク ストラーセ 32番 (72)発明者 ゲルホイザー ハインツ ドイツ国，91344 バイシェンフェルト, ザウゲンドルフ 17番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．オーディオ信号の調性を決定する方法であって、 デジタル入力信号 x(n)をブロック状周波数変換してその入力信号の実正数値 表示X(k)を作り出す工程であって、このｋは周波数ラインの指数を表すという工 程と、 周波数ラインｋに対応する信号成分の調性Ｔを以下の方程式により決定する工 程と、を含み、 この中で、Ｆ₁は、第１の微分特性を持つ第１デジタルフィルタのフィルタ関 数を示し、 Ｆ₂は、第２のフラットまたは積分特性を持つか、あるいは第１特性よりも弱 い微分特性を持つ第２デジタルフィルタのフィルタ関数を示し、さらに、 ｄ₁とｄ₂とは、フィルタパラメータに依存し、それぞれの場合においてフィル タの遅延が補償されるように選択された整定数を示すことを特徴とする方法。 ２．オーディオ信号の調性を決定する方法であって、 デジタル入力信号 x(n)をブロック状周波数変換してその入力信号の実正数値 表示 X(k)を作り出す工程であって、このｋは周波数ラインの指数を表すという 工程と、 周波数ラインｋに対応する信号成分の調性Ｔを以下の方程式により決定する工 程とを含み、 T(k)= F[log[X]](k＋d) この中で、Ｆは微分特性を持つデジタルフィルタのフィルタ関数を示し、ｄは フィルタの遅延が補償されるように選択された整定数 を示すことを特徴とする方法。 ３．オーディオ信号の調性を決定する装置であって、 デジタル入力信号 x(n)をブロック状周波数変換してその入力信号の実正数値 表示 X(k)を作り出す変換ユニット（１）であって、このｋは周波数ラインの指 数を表すという変換ユニット（１）と、 フィルタ関数Ｆ₁,Ｆ₂を持つ２つのデジタルフィルタ（２，３）であって、Ｆ₁ は第１の微分特性を持つ第１デジタルフィルタのフィルタ関数を示し、Ｆ₂はフ ラットまたは積分特性を持つか、あるいは第１特性よりも弱い微分特性を持つ第 ２デジタルフィルタのフィルタ関数を示すというデジタルフィルタ（２，３）と 、 周波数ラインｋに対応する信号成分の調性Ｔを以下の方程式により決定するた めのユニットと、を含み、 この中で、ｄ₁とｄ₂とは、それぞれの場合においてフィルタの遅延が補償され るように選択された整定数であることを特徴とする装置。 ４．オーディオ信号の調性を決定する装置であって、 デジタル入力信号 x(n)をブロック状周波数変換してその入力信号の実正数値 表示 X(k)を作り出す変換ユニット（１）であって、このｋは周波数ラインの指 数を表すという変換ユニット（１）と、 微分特性を持つフィルタ関数Ｆを持つデジタルフィルタと、 周波数ラインｋに対応する信号成分の調性Ｔを以下の方程式により決定するた めのユニット（５）と、を含み、 T(k)= F[log[X]](k＋d) この中で、ｄは、フィルタＦのパラメータに依存し、フィルタＦ の遅延が補償されるように選択された整定数を示すことを特徴とする装置。 ５．請求項１または２に記載の方法であって、 上記ブロック状周波数変換の工程において、入力信号の実正数の絶対値表示 X (k)が作りだされることを特徴とする方法。 ６．請求項３または４に記載の装置であって、 上記変換ユニットがデジタル入力信号の周波数変換された値の実正数の絶対値 表示 X(k)を作りだすことを特徴とする方法。 ７．請求項３に記載の装置であって、 上記第１と第２のデジタルフィルタ（２，３）はＦＩＲフィルタとして構成さ れていることを特徴とする方法。 ８．請求項４に記載の装置であって、 上記フィルタＦはＦＩＲフィルタとして構成されていることを特徴とする方法 。