TWI246056B - Method of setting a transfer function of an adaptive filter - Google Patents

Description

1246056 __案號92129823 〜_年 月 日 j正 ___一 五、發明說明（1) 【技術領域】 本發明提供一種控制適應性濾波器的方法，尤指一種設 定適應性濾波器之訊號轉換函式的方法。 【先前技術】 隨著資訊、電子技術的進步與普及，在現代社會中，娛 ，的型態也越趨多樣化。舉例來說，有卡拉〇1(之稱的伴 曰系統，就能夠播放歌曲的背景配樂，讓使用者不需樂 f的伴奏，就能隨背景配樂歌唱，享受專業級的娛樂環 境。因應伴唱系統的需要，現代的娛樂業者在推出有專 業歌者配唱的歌曲時，也會一併推出該首歌曲不含歌者 配唱人聲（vocal )的背景配樂，讓使用者在聆聽專業歌者 配唱的歌曲之後，也能利用伴唱系統播放背景配樂，自 已享受歌唱的樂趣。 由於每個人的聲調不同，所以習知伴唱系統皆提供有一 ^降調（key shifting)機制以使背景配樂可經由調整 复配合不同使用者的聲調，請參閱圖〆、圖二與圖三， 又係為習知升降調操作的簡單示意圖。假設背景配樂包 含有一音調，其於時域（time domain)上係由三種不同 頻率的連續訊號所重疊合成，於圖一中，該音調於頻域 (frequency domain)上則分別對應 Π、f2、f3。若一 第一使用者係為女性，一般而言，該第一使用者的聲調 H 虎 92129823 修正 曰 1246056 五、發明說明（2) ^較為高亢，因此當背景配樂之音調所對應的頻# ^該第一使用者必須壓低其聲調以依據該背薄 =i I曰，另外，該第一使用者亦可控制上述升降調 =便提昇該背景配樂之音調的頻率趨近其聲調，如 I =本該为景配樂之音調均經由一係數a ( a>l)調 人乂率以、f2、f3而使升調後的頻率a*n、a*f2、 ΐίΐίί率n、f2、f3,因此該第一使用者便不 ，年调即可依據升調後之背景配樂來歌唱，或者 之ίΐϊί3控制上述升降調機制以便提昇該背景 辅二5第」ΐ ϊ ί i ϊ調*，因此升調後之背景配樂 “弟使用者提而其聲調來歌唱。 偏低 配樂 機制 圖二 整原 a*f 3 須壓 該第 配樂 便可 另一方面，若一第二使用 一使用者的聲調會較為低 對應的頻率範圍偏高時， 調以依據該背景配樂來歌 控制上述升降調機制以便 趨近其聲調，如圖三所示 係數b ( b<l)調整原先頻 率 b*n、b*f2、b*f3低於 第一使用者便不須提高其 樂來歌唱，或者該第一 j吏 以便調降該背景配樂之音 調後之背景配樂便可辅助 唱。 者係為男性，一般而言， 沈，因此當背景配樂之音 則該第一使用者必須提高 Ρ曰，另外，該第一使用者 調降該背景配樂之音調的 ’該背景配樂之音調均經 率f 1、f 2、f 3而使降調後 f先頻率Π、f2、f3，因 聲調即可依據降調後之背 用者亦可控制上述升降調 調的頻率低於其聲調，因 該第一使用者降低其聲調 該第 調所 其聲 亦可 頻率 由一 的頻 此該 景配 機制 此降 來歌 1246056 — 案號92129!23 年月日 修正 五、發明說明（7 ~ ~ 乞 ~— ^ ί 2習知，升降調的作法很多’舉例來說’可利用 ^Γ配樂中各訊號的週期’然後延長各訊號的週期 /升I周„或縮減各訊號的週期（降調），最後再將調整 後的=號重疊而完成背景配樂的升降調操作。如上所 述’ t ^用者啟動升調的操作時，調整後的背景配樂會 ，有車^夕的高頻訊號，對於使用者而言，頻率過高的訊 5虎會&成調整後的背景配樂十分不悅耳，此外，伴唱系 統所產生的高頻雜訊（例如由訊源本身或升降調操作所 產生）亦會干擾調整後的背景配樂，所以習知伴唱系統 均會^用一濾波器（f丨丨ter)來改善升調後之背景配樂 的音，’由於使用者可依據其聲調來隨意地控制背景配 樂的聲，與降調，因此，習知伴唱系統係應用習知適應 性濾波器（adaptive fi Iter)來隨著不同的輸入資料調 整其濾、波特性，換句話說，上述適應性濾波器必須耗費 大量時間進行運算以自動校正其頻率響應，所以習知適 應性滤波器的運算十分繁複。 【内容】 因此本發明之主要目的在於、提供一種設定適應性濾波器 之訊號轉換函式的方法，以解決上述問題。 根據本發明之申请專利範圍，係揭露一種設定適應性滤 波器（adaptive filter)之訊號轉換函式（transfer

第8頁 1246056 案藏一 年 月 曰 修正 五、發明說明（4)

f u n c ΐ i ο η)的方法’該適應性濾波器係用來處理一音頻 訊號，該方法包含有··設定一第一極點、一第二極點以 及一第三極點，·以不依據該音頻訊號之方式設定一第〆 零點，該第一零點之實數部（K e a 1 P a r t)係為一負數，該 第一零點之虚數部（Imaginary Part)係為一正數；設定 一第二零點，其實數部係為一負數以及其虛數部係為一 負數；以及依據該音頻訊號之升降調（key shi f ting) 來設定一第三零點。

本發明適應性濾波器係具有兩固定零點對稱於實數軸， 而另一可調整零點係位於貫數軸上，由於該可調整零點 可依據使用者於操作升5周或降调時所輪入之控制數值來 決定其於實數轴的位置，因此便可迅速地決定適應性渡 波器的相對應訊號轉換函式以控制高頻訊號的衰減。 實施方法】 請參閱圖四，圖四為本發明適應性濾 式於2^所f應的極點-零點示意圖。本實施:Ϊ 發明適應性濾波器係為一三階有限脈衝響應（finit i m 示 II、

FIR)之適應性渡波器，由圖四 ，本發明適應性濾波器包含有二 口

、Z3,其分別對應於cos0 點（Zero) Z a 7 # 丄 ’ cos0 - isin/9 一〇.8祕△此&中ί點Z卜22係為一共軛複數對而對稻 實數軸。此夕卜’本發明適應性遽'波器另包含有三個極

1246056 案號 92129823 月 曰 修正 五、發明說明（5) (pole) P卜P2、P3，其均對應於z平面上的原點。如上 所述，本發明適應性濾波器的訊號轉換函式H ( z)即為： H ( z ) z — Zl z —Z2 z — Z3 -x-x-— z z z + Jsm0) - jsm0) z-(-0.8-AZ) z 本實施例中，兩零點Z：l、Z2係分別為一固定值，而非如 習知適應性濾波器一般地由輸入資料計算產生，亦即本 發明適應性濾波器於操作時，其零點z卜z 2不會隨著輸 彳 入資料的變動（例如受升降調操作的影響）而改變，而 另一零點Z 3係為可調整的，其係依據使用者執行升降調 操作所輸入的控制數值KEYSHI FT而變動。舉例來說，本 發明適應性濾波器設定兩零點Z卜Z2於Z平面上分別對應 ± (37Γ /4)，如前所述，伴唱系統皆提供有一升降調機制以 使背景配樂配合使用者的聲調，因此該使用者便可將一 ，制數值KEYSHI FT輸入該伴唱系統來決定啟動升調或降 5周的操作’因此若該使用者所輸入的KEYSH I FT為正值， 則表示其欲啟動升調的操作；相反地，若該使用者所輸 入的KEYSHI FT為負值，則表示其欲啟動降調的操作。另 外’控制數值KEYSH I FT的絕對值則表示升調或降調的幅 _ 度，所以當控制數值KEYSHI FT的絕對值越大時，則表示 升調或降調的幅度越大。對於零點Z3來說，其調整值△ z 係為該控制數值KEYSHI FT經由向右位元位移/( bit一

第10頁 1246056 ---年月日__ 五、發明說明（6) shift) 6個位元而產生，亦即將控制數值KEYSHI FT除以 26即，所要的調整值△ z，換句話說，（一〇· 8—△ z)係為一 升降調參數，用來於實數軸上調整本發明適應性濾波器 之零點Z3，明顯地’當零點Z3於Z平面上的位置調整後， ，本發明適應性渡波器的訊號轉換函式Η ( z)亦隨之改 變]因此對應該訊號轉換函式Η ( ζ)的頻率響應亦會產 生變化’而零點Ζ3的移動與訊號轉換函式η ( ζ)之頻率 響應之間的關係則敘述如下。 :參閱圖五、圖六與圖七，圖五、圖六與圖七係為訊號 ，函式Η ( ζ)之頻率響應的示意圖。若使用者未啟動 f或降调的操作’亦即零點ζ 3此時於實數軸上係對應_ • ’已知零點Ζ1於Ζ平面之單位圓丨〇上所對應的頻率0 j 率π/ίζ /ί及/另一零點22於Z平面之單位圓1 0上所對應的參 進日士為摘i技4,因此’當頻率由0開始沿著單位圓10朝疋 =根據極點Pi、Ρ2、ρ3與零點2卜Ζ2、23於ζ平面上 枓刀* I^本發明適應性滤波器會逐漸地衰減輸入資

It幅地衰減頻率為士 3冗/4的輸人資料（如圖五 芈而^ 1根據極點？卜P2、P3與零點Z卜Z2、Z3於j Λ 7Γ沾W 7刀Ϊ ’可知本發明適應性濾、波器亦會衰減頻率 為疋的輸入貧料（如圖五所示）。 手 當使用者啟動降調 為負值，換句話說 △ ζ ( △ ζ係為負值 的操作時，此時控制數值KEYSH IF丁係 ’零點Z3此時於實數軸上係對應 )’亦即零點Z 3此時於實數轴上會偏 1246056 案號 92129823 年 月 曰 修正 五、發明說明（7) 離原先-0 · 8的位置而趨近原點。如上所述，已知定愛 於Z平面之單位圓ίο上所對應的頻率gi為/4，$點Z1 零點Ζ2於Ζ平面之單位圓1 〇上所對應的頻率θ為〜3；r及另一 此’當頻率由0開始沿者單位圓1 〇朝苽前進時了根 口 Ρ卜Ρ 2、Ρ 3與零點Ζ卜Ζ 2、ζ 3於Ζ平面上的分佈可在虽點 .丨J知太 明適應性濾、波器會逐漸地衰減輸入資料，並會大幅地> χ 減頻率為± 3ττ /4的輸入資料（如圖六所示）。同理，$ 極點Ρ卜Ρ2、Ρ3與零點Ζ卜Ζ2、Ζ3於Ζ平面上的分佈:爆 知本發明適應性濾波器亦會衰減頻率為7Γ的輸入資料^ (1如 圖六所示）。請注意，由於調整後的零點Z 3係遠離實數 轴上之-1的位置’因此比較圖五與圖六可知，本發日^、商 應性濾波器係為一低通濾、波器，且其於調整零點Z 3後對 於頻率為7Γ之輸入資料的衰減幅度較小。由於頻率π係對 應高頻，換句話說，當使用者啟動降調的操作後，降調 處理後的背景配樂此時即會包含較多的低頻成分，而^ 發明適應性濾波器仍可部分保留高頻訊號而使調整後的 背景配樂具有較佳的音質。明顯地，若降調的幅度越 大，則本發明適應性滤波器對於頻率為7Γ之輸入資料的衰 減幅度越小而可保留更多的高頻訊號。 另一方面，當使用者啟動升調的操作時，此時控制數值 0¥3111?1'係為正值，換句話說，零點23此時於實數軸上 係對應-0 · 8-Λ Ζ ( △ Ζ係為正值）’亦即零點23此時於實 數軸上會偏離原先-〇· 8的位置而趨近―1。如上所述，已 知零點Ζ1於Ζ平面之單位圓10上所對應的頻率0為3τγ /4，

第12頁 1246056 _案號92129823_年月日 修正 五、發明說明（8) 以及另一零點Z 2於Z平面之單位圓1 0上所對應的頻率0為-3ττ /4，因此，當頻率由0開始沿著單位圓1 0朝7Γ前進時， 根據極點Ρ卜Ρ2、Ρ3與零點Ζ卜Ζ2、Ζ3於Ζ平面上的分佈 可知本發明適應性濾波器會逐漸地衰減輸入資料，並會 大幅地衰減頻率為± 3ττ /4的輸入資料（如圖七所示）。同 理，根據極點Ρ卜Ρ2、Ρ3與零點Ζ卜Ζ2、Ζ3於Ζ平面上的 分佈，可知本發明適應性濾波器亦會衰減頻率為7Γ的輸入 資料（如圖七所示）。請注意，由於調整後的零點Ζ 3係 趨近實數軸上之-1的位置，因此比較圖五與圖七可知，

本發明適應性濾波器於調整零點Ζ3後對於頻率為7Γ之輸入 資料的衰減幅度較大。由於頻率7Γ係對應高頻，而高頻訊 號的干擾以及過量的高頻訊號會造成調整後之背景配樂 的音質不佳，換句話說，當使用者啟動升調的操作後， 升調處理後的背景配樂此時即會包含較多的高頻成分， 所以本發明適應性濾波器可濾除較多的高頻訊號（包含 高頻雜訊）而使調整後的背景配樂具有較佳的音質。明 顯地，若升調的幅度越大，則本發明適應性濾波器對於 頻率為7Γ之輸入資料的衰減幅度越大而可衰減更多的高頻 訊號。 相較於習知技術，本發明適應性濾波器係係為一三階濾 波器，其兩固定零點於Ζ平面上係對稱於實數軸，而另一 可調整零點係位於實數軸上，該可調整零點可依據使用 者於操作升調或降調時所輸入之控制數值來決定其於實 數軸的位置，因此可迅速地決定適應性渡波器的相對應

第13頁 1246056 案號 92129823 年月曰 修正 五、發明說明（9) 訊號轉換函式以控制高頻訊號的衰減。當使用者執行升 調操作時，本發明適應性濾波器可經由可調整零點的設 定來衰減更多的高頻訊號，此外，當使用者執行降調操 作時，本發明適應性濾波器可經由可調整零點的設定來 保留更多的高頻訊號，綜合上述，本發明適應性濾波器 可使升降調處理後的背景配樂具有較佳的音質，此外， 本發明適應性濾波器可快速地對輸入資料進行運算而具 有較佳的處理效率。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專 利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利之涵 蓋範圍。

第14頁 1246056 案號 92129823 年月日 修正 圖式簡單說明 圖式之簡單說明 圖一、圖二與圖三為習知升降調操作的示意圖。 圖四為本發明適應性濾波器的訊號轉換函式於Z平面所對 應之極點-零點示意圖。 圖五、圖六與圖七係為本發明適應性濾波器之訊號轉換 函式的頻率響應示意圖。 圖式之符號說明 1 0單位圓

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Claims (1)

1246056案號92129823_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 1 · 一種設定適應性濾波器（a d a p t i v e f i 11 e r)之訊號轉 換函式（ΐ r a n s f e r f u n c ΐ i ο n)之方法，該適應性濾波器 係用來處理一音頻訊號，該方法包含有： (a )設定一第一極點、一第二極點以及一第三極點； (b )以不依據該音頻訊號之方式設定一第一零點，該第 一零點之實數部（Rear Part)係為一負數，該第一零點之 虛數部（Imaginary Part)係為一正數； (c )設定一第二零點，其實數部係為一負數以及其虛數部 係為一負數；以及 (d )依據該音頻訊號之升降調（k e y s h i f t i n g)來設定一 第三零點。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中一第一極. 點、一第二極點以及一第三極點均對應一零值。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第三零點 係對應於一負實數。 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中當該音頻訊 號升調時，調整該第三零點以增加該第三零點之絕對 5.如申請專利範圍第3項所述之方法，其中當該音頻訊 號降調時，調整該第三零點以減少該第三零點之絕對

第16頁 1246056 案號 92129823 年月日 修正 六、申請專利範圍 值0 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一零點 及該第二零點係為複數共軛對。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該適應性濾 波器係為一低通渡波器。 8 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟（c )係以 不依據該音頻訊號之方式設定該第二零點。 9. 一種適應性濾波器，用來實施如申請專利範圍第1項 所述之方法。