JP2004356894A - 音質調整装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ケプストラムのケフレンシー長を固定したまま、リプルを抑制する手段を備えた音質調整装置を得る。
【解決手段】音質調整装置は所望のフィルタ応答を音質調整装置に入力する所望フィルタ応答入力部１１と、所望フィルタ応答入力部１１で入力され、設定されたフィルタ応答に対してそのフーリエスペクトルを算出するスペクトル算出部１２と、スペクトル算出部１２で算出したフーリエスペクトルに対し平滑化処理を施すスペクトル平滑化処理部１３と、スペクトル平滑化処理部１３で平滑化されたフーリエスペクトルをケプストラムに変換するケプストラム算出部１４と、ケプストラム算出部１４で算出したケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ１５で構成される。また、ＬＭＡフィルタ１５に音声信号を入力する入力端子１６と、音声信号を出力する出力端子１７とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】音質調整装置は所望のフィルタ応答を音質調整装置に入力する所望フィルタ応答入力部１１と、所望フィルタ応答入力部１１で入力され、設定されたフィルタ応答に対してそのフーリエスペクトルを算出するスペクトル算出部１２と、スペクトル算出部１２で算出したフーリエスペクトルに対し平滑化処理を施すスペクトル平滑化処理部１３と、スペクトル平滑化処理部１３で平滑化されたフーリエスペクトルをケプストラムに変換するケプストラム算出部１４と、ケプストラム算出部１４で算出したケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ１５で構成される。また、ＬＭＡフィルタ１５に音声信号を入力する入力端子１６と、音声信号を出力する出力端子１７とを備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタルフィルタによって構成した音質調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号の音質を調整する方法として、デジタルフィルタを用いる方法がある。このような音質調整フィルタを構成するデジタルフィルタには、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、ＩＩＲ（Ｉｎｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタがある。
【０００３】
音質調整フィルタを設計する場合、所望するフィルタ応答を何らかの方法によって設計する必要があるが、例えば所望のフィルタ応答をフーリエスペクトルとして表し、それに基づいてフィルタ係数を算出する方法がある。その一例はフーリエスペクトルを逆フーリエ変換することによってインパルス応答を求め、そのインパルス応答をフィルタ係数とする方法である。この方法によるとフィルタ係数を容易に算出することができ、このようにして求められたフィルタ係数を備えるフィルタとして、例えばＦＩＲフィルタがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし一般的に、ＦＩＲフィルタはＩＩＲフィルタに比べて演算量、遅延時間が大きい。一方、ＩＩＲフィルタは比較的装置規模の小さいフィルタとして構成することが可能であるが、一般的なＩＩＲフィルタは自由度が低く、必ずしも所望するフィルタ特性が実現できるものではない課題がある。ところで、フーリエスペクトルからＩＩＲフィルタを設計する場合、フーリエスペクトルをケプストラムに変換し、そのケプストラムからフィルタ係数を求める方法があり、これには以下の二種類が存在する。
【０００５】
その一つは、フーリエスペクトルを変換して求めたケプストラムを、さらに線形予測（以下、「ＬＰＣ」と記す）係数に変換し、その係数をＩＩＲフィルタのフィルタ係数として使用する方法である（例えば、特許文献２参照）。他の一つは、フーリエスペクトルから求めたケプストラムを、そのまま係数として用いるフィルタであり、これは対数振幅近似（以下、「ＬＭＡ」と記す）フィルタとして知られている（例えば、今井 聖著「対数振幅近似（ＬＭＡ）フィルタ」電子通信学会論文誌、ｖｏｌ．Ｊ６３−Ａ，Ｎｏ１２，１９８０年，ｐｐ８８６−８９３参照）。
【０００６】
前記論文に記載されているＬＭＡフィルタは、フィルタの設計自由度が高く、実現可能なフィルタ応答の幅が広い。また、フィルタ係数の算出、およびフィルタリング処理に要する演算量は比較的小規模なものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２０５１０６号公報（第１図）
【特許文献２】
特開平７−３６４８４号公報（第５８−６５項、第３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したケプストラムから変換したＬＰＣ係数をフィルタ係数としたＩＩＲフィルタやＬＭＡフィルタでは、実際に構成したフィルタの応答特性に所望のフィルタ応答に反するリプルが生じる場合がある。特に所望のフィルタ応答において鋭いピークやディップのような急峻な特性の変化点が存在する場合、このようなリプルは顕著にあらわれ、音質調整装置の精度を落とす要因となるものである。
【０００９】
また、ケプストラムのケフレンシー長を十分大きくとればこのようなリプルを抑制することができるが、音質調整フィルタの装置規模が大きくなる。これはフィルタの装置規模や演算量に制限がある場合、ケプストラムのケフレンシー長を大きくとることは困難である。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ケプストラムのケフレンシー長を固定したまま、リプルを抑制する手段を備えた音質調整装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る音質調整装置は、音質調整フィルタにフィルタ係数を入力して所望の特性のフィルタを構成し、音質調整フィルタに音声信号を通すことによって音声信号を調整する音質調整装置において、所望するフィルタ応答のフーリエスペクトルを平滑化する平滑化手段と、平滑化手段により平滑化されたフーリエスペクトルからケプストラムを算出するケプストラム算出手段と、ケプストラム算出手段によって算出されたケプストラムに基づいて、フィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段とを備えるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明に係る音質調整装置の実施の一形態について説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る音質調整装置について、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は実施の形態１に係る音質調整装置の構成を示すブロック図であり、図２はこの音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図であり、図３は音質調整装置におけるフーリエスペクトルの平滑化方法の効果の一例を説明するための図である。
【００１３】
この実施の形態１は、予め音質調整装置に対する所望のフィルタ応答が明らかであり、その音質調整フィルタのフィルタ係数を算出する場合の例である。ここで音質調整フィルタにはＬＭＡフィルタを用いることとする。
【００１４】
実施の形態１の音質調整装置は図１に示すように、所望のフィルタ応答を音質調整装置に入力する所望フィルタ応答入力部１１と、所望フィルタ応答入力部１１で入力され、設定されたフィルタ応答に対してそのフーリエスペクトルを算出するスペクトル算出部１２と、スペクトル算出部１２で算出したフーリエスペクトルに対し平滑化処理を施すスペクトル平滑化処理部１３と、スペクトル平滑化処理部１３で平滑化されたフーリエスペクトルをケプストラムに変換するケプストラム算出部１４と、ケプストラム算出部１４で算出したケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ１５で構成される。また、ＬＭＡフィルタ１５に音声信号を入力する入力端子１６と、音声信号を出力する出力端子１７とを備える。
【００１５】
つぎに、音質調整装置の動作について説明する。
所望のフィルタ応答は、所望フィルタ応答入力部１１に入力される。所望フィルタ応答入力部１１に入力されるフィルタ応答は、例えばフィルタのインパルス応答や伝達関数、あるいは周波数を横軸としたゲイン関数のような形で与えられる。所望フィルタ応答入力部１１に入力されたフィルタ応答はスペクトル算出部１２で式（１）に示すフーリエスペクトルに変換される。
【数１】
このときのフーリエスペクトルの長さＮは、後段で説明するケプストラムのケフレンシー長に等しい。
【００１６】
ここで算出されたフーリエスペクトルはスペクトル平滑化処理部１３において平滑化される。フーリエスペクトルの平滑化はフーリエスペクトルのサンプル値系列に対し、低域通過特性を持ったメジアンフィルタによる濾波により行う。この方法による平滑化を式（２）に示す。
【数２】
【００１７】
上述の式（２）において、Ｓ（ｋ）は平滑化前のフーリエスペクトル〔式（１）〕のサンプル値系列であり、また、Ｗ（ｎ）は平滑化に用いるメジアンフィルタの係数列である。また、Ｓ′（ｎ）は平滑化後のフーリエスペクトルのサンプル値系列である。図２はこの平滑化方法をあらわしていて、図２（ａ）は平滑化前の対数振幅値を示し、図２（ｂ）は平滑化後の対数振幅値を示す。
【００１８】
音質調整フィルタのフィルタ応答にリプルが生じる原因は、所望のフィルタ応答のフーリエスペクトルの急峻な変化がケプストラムの打ち切りによって追従できなくなることによるものであり、スペクトルのサンプル値系列を低域通過フィルタによって濾波することでその影響を押さえている。なお、この平滑化は単なるフーリエスペクトルに限らず、パワースペクトルや対数２乗振幅スペクトルに対して行うものであってもよい。
【００１９】
図３（ａ）は所望のフィルタ応答が、ある周波数で急激に利得が増大するシェルビング特性であった場合に、フーリエスペクトルの平滑化を行わずにＬＭＡフィルタを構成した場合の、音質調整フィルタの応答の対数２乗振幅スペクトルを示している。また、図３（ｂ）はフーリエスペクトルを式（２）の平滑化方法によって平滑化した場合の音質調整フィルタの応答の対数２乗振幅スペクトルを示している。
【００２０】
平滑化されたフーリエスペクトルは、ケプストラム算出部１４において、次の式（３）によってケプストラムに変換される。
【数３】
上述の式（３）において、ｃ（ｍ）はケプストラムであり、ｍはケフレンシーである。
【００２１】
ケプストラム算出部１４において算出されたケプストラムはＬＭＡフィルタ１５においてフィルタ係数として使用される。ＬＭＡフィルタの伝達関数は、次の式（４）によって定義される。
【数４】
【００２２】
式（３）に示すような指数関数型の伝達関数はそのままフィルタ回路として実現することは不可能であるが、所定の方法に基づき修正Ｐａｄｅ近似による有理多項式近似によって、実現可能な形に展開し、フィルタ回路を構成する。所定の方法とは、例えば今井 聖著「音声信号処理」 森北出版、 １９９６年、ｐｐ１４４−１４８に記述されているものがある。
【００２３】
以上の処理は音声信号が入力端子１６に入力される以前の段階で予め行われているものとする。なお、上記ケプストラムは複数の所望フィルタ応答に対してそれぞれ算出され、音質調整装置の使用時に任意に選択するようにしてもよい。
【００２４】
ケプストラム算出部１４で算出されたケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ１５に対し、音声信号は入力端子１６で入力され、ＬＭＡフィルタ１５で濾波した音声信号は出力端子１７から出力される。
【００２５】
この実施の形態１の音質調整装置によれば、所望のフィルタ応答のフーリエスペクトルに対して平滑化処理を施すことによって、音質調整フィルタのリプルを抑制して所望のフィルタ応答に忠実な音質調整フィルタを構成することができ、高精度の音質調整が可能となる。
また、この時の平滑化処理に低域通過特性をもったメジアンフィルタを用いていることにより、小さい演算量で平滑化処理を行うことが可能となる。
【００２６】
また、音声信号が入力される前の段階において予めフィルタ係数を算出する形態をとることにより、フィルタ係数を算出する手段と音質調整フィルタをそれぞれ独立して構成することができるので、音質調整装置の装置規模を小さくすることが可能となる。
さらに、音質調整フィルタとしてＬＭＡフィルタを用いることにより、演算量が小規模で、かつ設計自由度の高い音質調整装置を構成することが可能となる。
【００２７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る音質調整装置について、図４を参照して説明する。なお、図４は実施の形態２に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図である。
【００２８】
この実施の形態２は、上述した実施の形態１におけるスペクトルの平滑化方法として低域通過特性をもったメジアンフィルタに換わり、図４に示すスペクトルデータの奇数番目または偶数番目のサンプルの値を隣接するサンプルの平均値で置き換える方法を用いるものである。その他の構成要素と働きは実施の形態１で説明したことと同様であり、省略する。
【００２９】
この実施の形態２の音質調整装置に用いられる平滑化方法を式（５）に示す。
【数５】
式（５）において、Ｓ（ｋ）は平滑化する前のフーリエスペクトルの振幅成分であり、Ｓ′（ｋ）は平滑化後のフーリエスペクトルの振幅成分である。ただし、Ｓ（ｋ）はパワースペクトルや対数２乗振幅スペクトルであってもよい。平滑化されたフーリエスペクトルは図１のケプストラム算出部１４に入力されることになる。尚、図４（ａ）は平滑化前の対数振幅値を示し、図４（ｂ）は奇数番目または偶数番目のサンプルの値を隣接するサンプルの平均値で置き換えた平滑化後の対数振幅値を示している。
【００３０】
この実施の形態２の音質調整装置によれば、所望のフィルタ応答のピークやディップにおける利得を保ったまま平滑化を行うことができるため、所望のフィルタ応答のピークやディップを損なうことなく、リプルを抑制させたフィルタ応答を実現することが可能となり、音質調整装置の効果を高めることが可能となる。
【００３１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る音質調整装置について、図５および図６を参照して説明する。なお、図５はこの発明の実施の形態３に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図であり、図６は実施の形態３に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するためのフローチャートである。
【００３２】
上述の実施の形態１および実施の形態２によれば、所望のフィルタ応答のフーリエスペクトルに対し、全帯域で平滑化処理を施しているが、音質調整フィルタに生じるリプルはフーリエスペクトルにおけるピークやディップなどの急峻な特性の変化によるところが大きい。従ってこの実施の形態３では、音質調整フィルタがサポートする全ての帯域において対フーリエスペクトルの平滑化を行うのではなく、リプルを生む原因となるフーリエスペクトルが急峻に変化している帯域に対して平滑化を行うものである。その他の構成要素と働きは実施の形態１で説明したことと同様であり、省略する。
【００３３】
スペクトルの平滑化方法で実施するために図５に示すように、スペクトル入力端子２１から入力されたフーリエスペクトルに対して特性が急峻に変化する変化点を検出する特性変化点検出部２２と、特性変化点検出部２２で検出された変化点に基づいてスペクトル入力端子２１で入力されたフーリエスペクトルを平滑化するスペクトル平滑化処理部２３があり、平滑化したフーリエスペクトルはスペクトル出力端子２４から出力される。平滑化したフーリエスペクトルは図１に示すケプストラム算出部１４に入力されることになる。
【００３４】
つぎに与えられたフーリエスペクトルに対し急峻に特性が変化する点を検出する方法について、図６のフローチャートを参照して説明する。
まず、入力されたフーリエスペクトルＳ（ｎ），ｎ＝０，・・・，Ｎにおいて、ｋ＝１とした後（ステップＳＴ１０１）、ｎ＝ｋであるＳ（ｋ）に対して、隣接するＳ（ｋ＋１）との差分Ｄ（ｋ）を、式（６）に基づいて計算する（ステップＳＴ１０２）。ただし、Ｓ（ｎ）はパワースペクトルや対数２乗振幅スペクトルであってもよい。
【数６】
【００３５】
つぎに予め与えられた閾値ε１に対して、Ｄ（ｋ）＞ε１であるか否かを判別する（ステップＳＴ１０３）。ステップＳＴ１０３においてＤ（ｋ）が閾値を超えていた場合（ＹＥＳ）、Ｓ（ｎ），ｎ＝０，・・・，Ｎの平均値をＥ〔Ｓ（ｎ）〕として、式（７）の条件に合致しているか否かを判別する（ステップＳＴ１０４）。
【数７】
【００３６】
式（７）が成り立っていれば（ＹＥＳ）、現在の周波数点ｋを特性変化点として出力する（ステップＳＴ１０５）。一方、式（７）が成り立っていなければ（ＮＯ）、周波数点ｋ＋１を特性変化点として検出し（ステップＳＴ１０６）、ｋに１を加算して（ステップＳＴ１０７）、ｋがＮになったか否かを判別する（ステップＳＴ１０８）。ステップＳＴ１０８においてｋ＝Ｎであれば（ＹＥＳ）、フーリエスペクトルに対し急峻に特性が変化する点の検出を終了する。一方、ステップＳＴ１０８においてｋ＝Ｎでなければ（ＮＯ）、ステップＳＴ１０２に戻って、動作を繰り返すことになる。
【００３７】
また、ステップＳＴ１０３において、Ｄ（ｋ）が閾値を超えていない場合（ＮＯ）、ステップＳＴ１０８へ進んでｋがＮになったか否かを判別する。ステップＳＴ１０８においてｋ＝Ｎであれば（ＹＥＳ）、フーリエスペクトルに対し急峻に特性が変化する点の検出を終了する。一方、ｋ＝Ｎでなければ（ＮＯ）、ステップＳＴ１０２に戻って、動作を繰り返すことになる。
【００３８】
以上説明したようにして検出した変化点に対し、スペクトル平滑化処理部２３は変化点を中心とする一定の帯域に限定して、実施の形態１または実施の形態２で説明した平滑化処理を行うことになる。
【００３９】
この実施の形態３の音質調整装置によれば、リプルの生じる原因となるスペクトルの急峻な変化点を検出し、その変化点を中心とする所定の帯域幅をもった帯域に限定して平滑化を行うことで、平滑化によるフーリエスペクトルの変化を最小限に抑え、所望のフィルタ応答に対して忠実な音質調整フィルタを構成することができ、従って高精度の音質調整装置を実現することが可能となる。
【００４０】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る音質調整装置について、図７を参照して説明する。なお、図７は実施の形態４に係る音質調整装置の構成を示すブロック図である。
【００４１】
上述した実施の形態１によれば、音声信号が音質調整装置に入力される以前の段階でフィルタ係数を算出し、音質調整フィルタにおいてこれを固定的に使用しているが、この実施の形態４では音声信号が入力されている状態においても所望のフィルタ応答の入力を可能とし、所望のフィルタ応答の変更に応じて逐次的にフィルタ係数を更新するようにしたものである。その他の構成要素と働きは実施の形態１で説明したことと同様であり、省略する。
【００４２】
実施の形態４の音質調整装置は図７に示すように、所望のフィルタ応答を音質調整装置に入力する所望フィルタ応答入力部３１と、所望フィルタ応答入力部３１で入力された所望のフィルタ応答に対してそのフーリエスペクトルを算出するスペクトル算出部３２と、スペクトル算出部３２で算出したフーリエスペクトルに対し平滑化処理を施すスペクトル平滑化処理部３３と、スペクトル平滑化処理部３３で平滑化されたフーリエスペクトルをケプストラムに変換するケプストラム算出部３４と、ケプストラム算出部３４で算出したケプストラムに基づき、音質調整フィルタに与えるべき別のケプストラムを漸近的に更新するケプストラム平滑化処理部３５と、ケプストラム平滑化処理部３５で更新されたケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ３６で構成される。また、ＬＭＡフィルタ３６に音声信号を入力する入力端子３７と、音声信号を出力する出力端子３８とを備える。
【００４３】
つぎに、動作を説明する。
所望の音質調整フィルタのフィルタ応答は所望フィルタ応答入力部３１で入力される。スペクトル算出部３２は所望フィルタ応答入力部３１で入力された応答のスペクトルを算出する。ここで算出されるスペクトルはフーリエスペクトルの他、パワースペクトル、対数２乗振幅スペクトルであってもよい。スペクトル平滑化処理部３３はスペクトル算出部３２で算出されたフーリエスペクトルを、実施の形態１〜実施の形態３において説明したいずれかの平滑化方法により平滑化する。平滑化されたスペクトルはケプストラム算出部３４においてケプストラムに変換される。ケプストラム算出部３４で算出したケプストラムはケプストラム平滑化処理部３５に入力され、ケプストラム平滑化処理部３５はＬＭＡフィルタ３６のフィルタ係数を、つぎの式（８）に基づいて漸近的に更新する。
【００４４】
【数８】
式（８）において、ｍはケフレンシー、ｔは時刻、ｃ（ｍ，ｔ）はケプストラム算出部３４が算出したケプストラム、Ｃ（ｍ，ｔ）はＬＭＡフィルタ３６に与えるフィルタ係数である。
【００４５】
この実施の形態４の音質調整装置によれば、音質調整装置に音声が入力されている状態でも所望のフィルタ応答の入力を可能としていることで、ユーザーが音声を視聴しながら任意に音質を変化、調整することが可能になる。
また、所望のフィルタ応答のスペクトルを平滑化する手段を備えていることにより、所望のフィルタ応答が時々刻々変化しても、常に音質調整フィルタのリプルを抑制することが可能であり、安定した音質調整効果が得られる。
さらに、漸近的にフィルタ係数を更新する手段を有することにより、音質調整装置に対して所望のフィルタ応答を任意に変更しても出力音声に違和感を生じさせること無く、音質をスムーズに変化させることができる。
【００４６】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る音質調整装置について、図８および図９を参照して説明する。なお、図８は実施の形態５に係る音質調整装置の構成を示すブロック図であり、図９は音質調整装置のスペクトル包絡の分析方法を説明するためのブロック図である。
【００４７】
上述した実施の形態４の音質調整装置は、所望のフィルタ応答を音質調整装置の外部から入力することになっているが、この実施の形態５の音質調整装置は、音質調整装置に入力された音声信号を分析し、その結果に基づいて音質調整装置の内部で所望のフィルタ応答を目的に応じて決定するものである。例えば、入力されている音声信号のスペクトルを算出し、そのスペクトルから音声信号のスペクトル包絡を分析し、これを強調するようにフィルタ応答を決定するという音質調整装置が考えられる。
【００４８】
実施の形態５の音質調整装置は音声信号のスペクトル包絡を強調する場合の例であって、図８に示すように、所望のフィルタ応答を音質調整装置に入力する所望フィルタ応答入力部４１と、入力された音声信号のスペクトル包絡を分析するスペクトル包絡分析部４２と、所望フィルタ応答入力部４１に入力された所望フィルタ応答とスペクトル包絡分析部４２で分析した結果とに基づいて音質調整フィルタのフィルタ応答のフーリエスペクトルを算出するスペクトル算出部４３と、スペクトル算出部４３で算出したフーリエスペクトルに対し平滑化処理を施すスペクトル平滑化処理部４４と、スペクトル平滑化処理部４４で平滑化されたフーリエスペクトルをケプストラムに変換するケプストラム算出部４５と、ケプストラム算出部４５で算出したケプストラムに基づき、音質調整フィルタに与えるケプストラムを漸近的に更新するケプストラム平滑化処理部４６と、ケプストラム平滑化処理部４６で更新されたケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ４７で構成される。また、ＬＭＡフィルタ４７に音声信号を入力する入力端子４８と、音声信号を出力する出力端子４９とを備える。
【００４９】
つぎに動作を説明する。
所望の音質調整フィルタのフィルタ応答は所望フィルタ応答入力部４１に入力される。また、スペクトル包絡分析部４２は入力端子４８に入力された音声のスペクトル包絡を分析する。所望フィルタ応答入力部４１で入力された所望のフィルタ応答と、スペクトル包絡分析部４２で求められたスペクトル包絡に基づいて、スペクトル算出部４３において音質調整フィルタのフィルタ応答が算出される。
【００５０】
音質調整フィルタのフィルタ応答は式（９）に基づいて計算される。なお、式（９）における式（１０）は所望フィルタ応答入力部４１に入力された所望フィルタ応答のフーリエスペクトルであり、式（１１）はスペクトル包絡分析部４２で求められたスペクトル包絡であり、式（１２）はスペクトル算出部４３より出力されるフーリエスペクトルである。また、αは定数であり、スペクトル包絡の強調度を制御するためのパラメータである。なお、ここで算出されるスペクトルはフーリエスペクトルの他、パワースペクトル、対数２乗振幅スペクトルであってもよい。
【００５１】
【数９】
【００５２】
スペクトル平滑化処理部４４はスペクトル算出部４３で算出されたフーリエスペクトルを、上述した実施の形態１〜実施の形態３において説明したいずれかの平滑化方法により平滑化する。平滑化されたスペクトルはケプストラム算出部４５においてケプストラムに変換される。ケプストラム算出部４５で算出したケプストラムはケプストラム平滑化処理部４６に入力され、ケプストラム平滑化処理部４６はＬＭＡフィルタ４７のフィルタ係数を、上述した実施の形態４において説明した方法により漸近的に更新する。
【００５３】
つぎに、スペクトル包絡分析部４２による分析処理について説明する。図８のスペクトル包絡分析部４２にフレーム単位で入力端子４８から入力された音声信号は、ＦＦＴケプストラム算出手段５２においてＦＦＴケプストラムに変換される。ＦＦＴケプストラムは式（１３）に基づいて計算される。なお、入力端子４８は図９の入力端子５１に相当する。
【数１０】
式（１３）において、Ｃｆｆｔ（ｎ）は入力信号のＦＦＴケプストラムであり、Ｘ（ｋ）は入力信号のフーリエスペクトルである。
【００５４】
ＦＦＴケプストラムはリフタリング手段５３においてリフタリングされ、高ケフレンシー側のケプストラムが打ち消され、低ケフレンシー側のケプストラムが残される。リフタリングされたＦＦＴケプストラムをスペクトル包絡算出手段５４において再度ＦＦＴすることによりスペクトル包絡が求められる。以上のようにして求められたスペクトル包絡は出力端子５５から出力され、図８のスペクトル算出部４３に入力される。
【００５５】
この実施の形態５の音質調整装置によれば、音声信号のスペクトル包絡をフレーム単位で分析し、これを強調する手段を備えていることにより音声信号を明瞭にすることができる。
また、フィルタ応答のスペクトルを平滑化する手段を備えていることにより、音声信号の時間的な変化に従って目標とするフィルタ応答が時々刻々と変化した場合でも、音質調整フィルタのリプルは常に抑制することができるため、安定した音質調整効果が得られる。
【００５６】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る音質調整装置について説明する。上述した実施の形態１および実施の形態４の音質調整装置は、音質調整フィルタにＬＭＡフィルタを用いているが、この実施の形態６はこの音質調整フィルタにケプストラムから算出したＬＰＣ係数をフィルタ係数としたＩＩＲフィルタを用いたものである。その他の構成要素と働きは実施の形態１で説明したことと同様であり、省略する。
【００５７】
この場合、フィルタ係数はつぎの式（１４）によって求められる。
【数１１】
上述の式（１４）において、ａ（ｎ）はＬＰＣ係数であり、ｐはＩＩＲフィルタの次数である。
【００５８】
音質調整フィルタであるＩＩＲフィルタの伝達関数Ｆ（ｚ）はつぎの式（１５）であらわされる。
【数１２】
【００５９】
この実施の形態６の音質調整装置によれば、音質調整フィルタを一般的なＩＩＲフィルタとすることで、演算量の小規模な音質調整装置を実現することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、音質調整装置において所望のフィルタ応答のスペクトルを平滑化する手段を備えることによって音質調整フィルタのリプルを抑制し、精度の高い音質調整を可能にする音質調整装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る音質調整装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図である。
【図３】この発明の音質調整装置におけるフーリエスペクトルの平滑化方法の効果の一例を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態４に係る音質調整装置の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る音質調整装置の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る音質調整装置のスペクトル包絡の分析方法を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１１，３１，４１ 所望フィルタ応答入力部、１２，３２，４３ スペクトル算出部、１３，２３，３３，４４ スペクトル平滑化処理部（平滑化手段）、１４，３４，４５ ケプストラム算出部（ケプストラム算出手段）、１５，３６，４７ ＬＭＡフィルタ、１６，３７，４８，５１ 入力端子、１７，３８，４９出力端子、２１ スペクトル入力端子、２２ 特性変化点検出部、２４ スペクトル出力端子、３５，４６ ケプストラム平滑化処理部、４２ スペクトル包絡分析部、５２ ＦＦＴケプストラム算出手段、５３ リフタリング手段、５４スペクトル包絡算出手段、５５ スペクトル包絡出力端子。
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタルフィルタによって構成した音質調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号の音質を調整する方法として、デジタルフィルタを用いる方法がある。このような音質調整フィルタを構成するデジタルフィルタには、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、ＩＩＲ（Ｉｎｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタがある。
【０００３】
音質調整フィルタを設計する場合、所望するフィルタ応答を何らかの方法によって設計する必要があるが、例えば所望のフィルタ応答をフーリエスペクトルとして表し、それに基づいてフィルタ係数を算出する方法がある。その一例はフーリエスペクトルを逆フーリエ変換することによってインパルス応答を求め、そのインパルス応答をフィルタ係数とする方法である。この方法によるとフィルタ係数を容易に算出することができ、このようにして求められたフィルタ係数を備えるフィルタとして、例えばＦＩＲフィルタがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし一般的に、ＦＩＲフィルタはＩＩＲフィルタに比べて演算量、遅延時間が大きい。一方、ＩＩＲフィルタは比較的装置規模の小さいフィルタとして構成することが可能であるが、一般的なＩＩＲフィルタは自由度が低く、必ずしも所望するフィルタ特性が実現できるものではない課題がある。ところで、フーリエスペクトルからＩＩＲフィルタを設計する場合、フーリエスペクトルをケプストラムに変換し、そのケプストラムからフィルタ係数を求める方法があり、これには以下の二種類が存在する。
【０００５】
その一つは、フーリエスペクトルを変換して求めたケプストラムを、さらに線形予測（以下、「ＬＰＣ」と記す）係数に変換し、その係数をＩＩＲフィルタのフィルタ係数として使用する方法である（例えば、特許文献２参照）。他の一つは、フーリエスペクトルから求めたケプストラムを、そのまま係数として用いるフィルタであり、これは対数振幅近似（以下、「ＬＭＡ」と記す）フィルタとして知られている（例えば、今井 聖著「対数振幅近似（ＬＭＡ）フィルタ」電子通信学会論文誌、ｖｏｌ．Ｊ６３−Ａ，Ｎｏ１２，１９８０年，ｐｐ８８６−８９３参照）。
【０００６】
前記論文に記載されているＬＭＡフィルタは、フィルタの設計自由度が高く、実現可能なフィルタ応答の幅が広い。また、フィルタ係数の算出、およびフィルタリング処理に要する演算量は比較的小規模なものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２０５１０６号公報（第１図）
【特許文献２】
特開平７−３６４８４号公報（第５８−６５項、第３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したケプストラムから変換したＬＰＣ係数をフィルタ係数としたＩＩＲフィルタやＬＭＡフィルタでは、実際に構成したフィルタの応答特性に所望のフィルタ応答に反するリプルが生じる場合がある。特に所望のフィルタ応答において鋭いピークやディップのような急峻な特性の変化点が存在する場合、このようなリプルは顕著にあらわれ、音質調整装置の精度を落とす要因となるものである。
【０００９】
また、ケプストラムのケフレンシー長を十分大きくとればこのようなリプルを抑制することができるが、音質調整フィルタの装置規模が大きくなる。これはフィルタの装置規模や演算量に制限がある場合、ケプストラムのケフレンシー長を大きくとることは困難である。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ケプストラムのケフレンシー長を固定したまま、リプルを抑制する手段を備えた音質調整装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る音質調整装置は、音質調整フィルタにフィルタ係数を入力して所望の特性のフィルタを構成し、音質調整フィルタに音声信号を通すことによって音声信号を調整する音質調整装置において、所望するフィルタ応答のフーリエスペクトルを平滑化する平滑化手段と、平滑化手段により平滑化されたフーリエスペクトルからケプストラムを算出するケプストラム算出手段と、ケプストラム算出手段によって算出されたケプストラムに基づいて、フィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段とを備えるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明に係る音質調整装置の実施の一形態について説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る音質調整装置について、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は実施の形態１に係る音質調整装置の構成を示すブロック図であり、図２はこの音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図であり、図３は音質調整装置におけるフーリエスペクトルの平滑化方法の効果の一例を説明するための図である。
【００１３】
この実施の形態１は、予め音質調整装置に対する所望のフィルタ応答が明らかであり、その音質調整フィルタのフィルタ係数を算出する場合の例である。ここで音質調整フィルタにはＬＭＡフィルタを用いることとする。
【００１４】
実施の形態１の音質調整装置は図１に示すように、所望のフィルタ応答を音質調整装置に入力する所望フィルタ応答入力部１１と、所望フィルタ応答入力部１１で入力され、設定されたフィルタ応答に対してそのフーリエスペクトルを算出するスペクトル算出部１２と、スペクトル算出部１２で算出したフーリエスペクトルに対し平滑化処理を施すスペクトル平滑化処理部１３と、スペクトル平滑化処理部１３で平滑化されたフーリエスペクトルをケプストラムに変換するケプストラム算出部１４と、ケプストラム算出部１４で算出したケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ１５で構成される。また、ＬＭＡフィルタ１５に音声信号を入力する入力端子１６と、音声信号を出力する出力端子１７とを備える。
【００１５】
つぎに、音質調整装置の動作について説明する。
所望のフィルタ応答は、所望フィルタ応答入力部１１に入力される。所望フィルタ応答入力部１１に入力されるフィルタ応答は、例えばフィルタのインパルス応答や伝達関数、あるいは周波数を横軸としたゲイン関数のような形で与えられる。所望フィルタ応答入力部１１に入力されたフィルタ応答はスペクトル算出部１２で式（１）に示すフーリエスペクトルに変換される。
【数１】
【００１６】
ここで算出されたフーリエスペクトルはスペクトル平滑化処理部１３において平滑化される。フーリエスペクトルの平滑化はフーリエスペクトルのサンプル値系列に対し、低域通過特性を持ったメジアンフィルタによる濾波により行う。この方法による平滑化を式（２）に示す。
【数２】
上述の式（２）において、Ｓ（ｋ）は平滑化前のフーリエスペクトル〔式（１）〕のサンプル値系列であり、また、Ｗ（ｎ）は平滑化に用いるメジアンフィルタの係数列である。また、Ｓ′（ｎ）は平滑化後のフーリエスペクトルのサンプル値系列である。図２はこの平滑化方法をあらわしていて、図２（ａ）は平滑化前の対数振幅値を示し、図２（ｂ）は平滑化後の対数振幅値を示す。
【００１８】
音質調整フィルタのフィルタ応答にリプルが生じる原因は、所望のフィルタ応答のフーリエスペクトルの急峻な変化がケプストラムの打ち切りによって追従できなくなることによるものであり、スペクトルのサンプル値系列を低域通過フィルタによって濾波することでその影響を押さえている。なお、この平滑化は単なるフーリエスペクトルに限らず、パワースペクトルや対数２乗振幅スペクトルに対して行うものであってもよい。
【００１９】
図３（ａ）は所望のフィルタ応答が、ある周波数で急激に利得が増大するシェルビング特性であった場合に、フーリエスペクトルの平滑化を行わずにＬＭＡフィルタを構成した場合の、音質調整フィルタの応答の対数２乗振幅スペクトルを示している。また、図３（ｂ）はフーリエスペクトルを式（２）の平滑化方法によって平滑化した場合の音質調整フィルタの応答の対数２乗振幅スペクトルを示している。
【００２０】
平滑化されたフーリエスペクトルは、ケプストラム算出部１４において、次の式（３）によってケプストラムに変換される。
【数３】
【００２１】
ケプストラム算出部１４において算出されたケプストラムはＬＭＡフィルタ１５においてフィルタ係数として使用される。ＬＭＡフィルタの伝達関数は、次の式（４）によって定義される。
【数４】
式（３）に示すような指数関数型の伝達関数はそのままフィルタ回路として実現することは不可能であるが、所定の方法に基づき修正Ｐａｄｅ近似による有理多項式近似によって、実現可能な形に展開し、フィルタ回路を構成する。所定の方法とは、例えば今井 聖著「音声信号処理」 森北出版、 １９９６年、ｐｐ１４４−１４８に記述されているものがある。
【００２３】
以上の処理は音声信号が入力端子１６に入力される以前の段階で予め行われているものとする。なお、上記ケプストラムは複数の所望フィルタ応答に対してそれぞれ算出され、音質調整装置の使用時に任意に選択するようにしてもよい。
【００２４】
ケプストラム算出部１４で算出されたケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ１５に対し、音声信号は入力端子１６で入力され、ＬＭＡフィルタ１５で濾波した音声信号は出力端子１７から出力される。
【００２５】
この実施の形態１の音質調整装置によれば、所望のフィルタ応答のフーリエスペクトルに対して平滑化処理を施すことによって、音質調整フィルタのリプルを抑制して所望のフィルタ応答に忠実な音質調整フィルタを構成することができ、高精度の音質調整が可能となる。
また、この時の平滑化処理に低域通過特性をもったメジアンフィルタを用いていることにより、小さい演算量で平滑化処理を行うことが可能となる。
【００２６】
また、音声信号が入力される前の段階において予めフィルタ係数を算出する形態をとることにより、フィルタ係数を算出する手段と音質調整フィルタをそれぞれ独立して構成することができるので、音質調整装置の装置規模を小さくすることが可能となる。
さらに、音質調整フィルタとしてＬＭＡフィルタを用いることにより、演算量が小規模で、かつ設計自由度の高い音質調整装置を構成することが可能となる。
【００２７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る音質調整装置について、図４を参照して説明する。なお、図４は実施の形態２に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図である。
【００２８】
この実施の形態２は、上述した実施の形態１におけるスペクトルの平滑化方法として低域通過特性をもったメジアンフィルタに換わり、図４に示すスペクトルデータの奇数番目または偶数番目のサンプルの値を隣接するサンプルの平均値で置き換える方法を用いるものである。その他の構成要素と働きは実施の形態１で説明したことと同様であり、省略する。
【００２９】
この実施の形態２の音質調整装置に用いられる平滑化方法を式（５）に示す。
【数５】
【００３０】
この実施の形態２の音質調整装置によれば、所望のフィルタ応答のピークやディップにおける利得を保ったまま平滑化を行うことができるため、所望のフィルタ応答のピークやディップを損なうことなく、リプルを抑制させたフィルタ応答を実現することが可能となり、音質調整装置の効果を高めることが可能となる。
【００３１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る音質調整装置について、図５および図６を参照して説明する。なお、図５はこの発明の実施の形態３に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図であり、図６は実施の形態３に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するためのフローチャートである。
【００３２】
上述の実施の形態１および実施の形態２によれば、所望のフィルタ応答のフーリエスペクトルに対し、全帯域で平滑化処理を施しているが、音質調整フィルタに生じるリプルはフーリエスペクトルにおけるピークやディップなどの急峻な特性の変化によるところが大きい。従ってこの実施の形態３では、音質調整フィルタがサポートする全ての帯域において対フーリエスペクトルの平滑化を行うのではなく、リプルを生む原因となるフーリエスペクトルが急峻に変化している帯域に対して平滑化を行うものである。その他の構成要素と働きは実施の形態１で説明したことと同様であり、省略する。
【００３３】
スペクトルの平滑化方法で実施するために図５に示すように、スペクトル入力端子２１から入力されたフーリエスペクトルに対して特性が急峻に変化する変化点を検出する特性変化点検出部２２と、特性変化点検出部２２で検出された変化点に基づいてスペクトル入力端子２１で入力されたフーリエスペクトルを平滑化するスペクトル平滑化処理部２３があり、平滑化したフーリエスペクトルはスペクトル出力端子２４から出力される。平滑化したフーリエスペクトルは図１に示すケプストラム算出部１４に入力されることになる。
【００３４】
つぎに与えられたフーリエスペクトルに対し急峻に特性が変化する点を検出する方法について、図６のフローチャートを参照して説明する。
まず、入力されたフーリエスペクトルＳ（ｎ），ｎ＝０，・・・，Ｎにおいて、ｋ＝１とした後（ステップＳＴ１０１）、ｎ＝ｋであるＳ（ｋ）に対して、隣接するＳ（ｋ＋１）との差分Ｄ（ｋ）を、式（６）に基づいて計算する（ステップＳＴ１０２）。ただし、Ｓ（ｎ）はパワースペクトルや対数２乗振幅スペクトルであってもよい。
【数６】
つぎに予め与えられた閾値ε１に対して、Ｄ（ｋ）＞ε１であるか否かを判別する（ステップＳＴ１０３）。ステップＳＴ１０３においてＤ（ｋ）が閾値を超えていた場合（ＹＥＳ）、Ｓ（ｎ），ｎ＝０，・・・，Ｎの平均値をＥ〔Ｓ（ｎ）〕として、式（７）の条件に合致しているか否かを判別する（ステップＳＴ１０４）。
【数７】
式（７）が成り立っていれば（ＹＥＳ）、現在の周波数点ｋを特性変化点として出力する（ステップＳＴ１０５）。一方、式（７）が成り立っていなければ（ＮＯ）、周波数点ｋ＋１を特性変化点として検出し（ステップＳＴ１０６）、ｋに１を加算して（ステップＳＴ１０７）、ｋがＮになったか否かを判別する（ステップＳＴ１０８）。ステップＳＴ１０８においてｋ＝Ｎであれば（ＹＥＳ）、フーリエスペクトルに対し急峻に特性が変化する点の検出を終了する。一方、ステップＳＴ１０８においてｋ＝Ｎでなければ（ＮＯ）、ステップＳＴ１０２に戻って、動作を繰り返すことになる。
【００３７】
また、ステップＳＴ１０３において、Ｄ（ｋ）が閾値を超えていない場合（ＮＯ）、ステップＳＴ１０８へ進んでｋがＮになったか否かを判別する。ステップＳＴ１０８においてｋ＝Ｎであれば（ＹＥＳ）、フーリエスペクトルに対し急峻に特性が変化する点の検出を終了する。一方、ｋ＝Ｎでなければ（ＮＯ）、ステップＳＴ１０２に戻って、動作を繰り返すことになる。
【００３８】
以上説明したようにして検出した変化点に対し、スペクトル平滑化処理部２３は変化点を中心とする一定の帯域に限定して、実施の形態１または実施の形態２で説明した平滑化処理を行うことになる。
【００３９】
この実施の形態３の音質調整装置によれば、リプルの生じる原因となるスペクトルの急峻な変化点を検出し、その変化点を中心とする所定の帯域幅をもった帯域に限定して平滑化を行うことで、平滑化によるフーリエスペクトルの変化を最小限に抑え、所望のフィルタ応答に対して忠実な音質調整フィルタを構成することができ、従って高精度の音質調整装置を実現することが可能となる。
【００４０】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る音質調整装置について、図７を参照して説明する。なお、図７は実施の形態４に係る音質調整装置の構成を示すブロック図である。
【００４１】
上述した実施の形態１によれば、音声信号が音質調整装置に入力される以前の段階でフィルタ係数を算出し、音質調整フィルタにおいてこれを固定的に使用しているが、この実施の形態４では音声信号が入力されている状態においても所望のフィルタ応答の入力を可能とし、所望のフィルタ応答の変更に応じて逐次的にフィルタ係数を更新するようにしたものである。その他の構成要素と働きは実施の形態１で説明したことと同様であり、省略する。
【００４２】
実施の形態４の音質調整装置は図７に示すように、所望のフィルタ応答を音質調整装置に入力する所望フィルタ応答入力部３１と、所望フィルタ応答入力部３１で入力された所望のフィルタ応答に対してそのフーリエスペクトルを算出するスペクトル算出部３２と、スペクトル算出部３２で算出したフーリエスペクトルに対し平滑化処理を施すスペクトル平滑化処理部３３と、スペクトル平滑化処理部３３で平滑化されたフーリエスペクトルをケプストラムに変換するケプストラム算出部３４と、ケプストラム算出部３４で算出したケプストラムに基づき、音質調整フィルタに与えるべき別のケプストラムを漸近的に更新するケプストラム平滑化処理部３５と、ケプストラム平滑化処理部３５で更新されたケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ３６で構成される。また、ＬＭＡフィルタ３６に音声信号を入力する入力端子３７と、音声信号を出力する出力端子３８とを備える。
【００４３】
つぎに、動作を説明する。
所望の音質調整フィルタのフィルタ応答は所望フィルタ応答入力部３１で入力される。スペクトル算出部３２は所望フィルタ応答入力部３１で入力された応答のスペクトルを算出する。ここで算出されるスペクトルはフーリエスペクトルの他、パワースペクトル、対数２乗振幅スペクトルであってもよい。スペクトル平滑化処理部３３はスペクトル算出部３２で算出されたフーリエスペクトルを、実施の形態１〜実施の形態３において説明したいずれかの平滑化方法により平滑化する。平滑化されたスペクトルはケプストラム算出部３４においてケプストラムに変換される。ケプストラム算出部３４で算出したケプストラムはケプストラム平滑化処理部３５に入力され、ケプストラム平滑化処理部３５はＬＭＡフィルタ３６のフィルタ係数を、つぎの式（８）に基づいて漸近的に更新する。
【００４４】
【数８】
【００４５】
この実施の形態４の音質調整装置によれば、音質調整装置に音声が入力されている状態でも所望のフィルタ応答の入力を可能としていることで、ユーザーが音声を視聴しながら任意に音質を変化、調整することが可能になる。
また、所望のフィルタ応答のスペクトルを平滑化する手段を備えていることにより、所望のフィルタ応答が時々刻々変化しても、常に音質調整フィルタのリプルを抑制することが可能であり、安定した音質調整効果が得られる。
さらに、漸近的にフィルタ係数を更新する手段を有することにより、音質調整装置に対して所望のフィルタ応答を任意に変更しても出力音声に違和感を生じさせること無く、音質をスムーズに変化させることができる。
【００４６】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る音質調整装置について、図８および図９を参照して説明する。なお、図８は実施の形態５に係る音質調整装置の構成を示すブロック図であり、図９は音質調整装置のスペクトル包絡の分析方法を説明するためのブロック図である。
【００４７】
上述した実施の形態４の音質調整装置は、所望のフィルタ応答を音質調整装置の外部から入力することになっているが、この実施の形態５の音質調整装置は、音質調整装置に入力された音声信号を分析し、その結果に基づいて音質調整装置の内部で所望のフィルタ応答を目的に応じて決定するものである。例えば、入力されている音声信号のスペクトルを算出し、そのスペクトルから音声信号のスペクトル包絡を分析し、これを強調するようにフィルタ応答を決定するという音質調整装置が考えられる。
【００４８】
実施の形態５の音質調整装置は音声信号のスペクトル包絡を強調する場合の例であって、図８に示すように、所望のフィルタ応答を音質調整装置に入力する所望フィルタ応答入力部４１と、入力された音声信号のスペクトル包絡を分析するスペクトル包絡分析部４２と、所望フィルタ応答入力部４１に入力された所望フィルタ応答とスペクトル包絡分析部４２で分析した結果とに基づいて音質調整フィルタのフィルタ応答のフーリエスペクトルを算出するスペクトル算出部４３と、スペクトル算出部４３で算出したフーリエスペクトルに対し平滑化処理を施すスペクトル平滑化処理部４４と、スペクトル平滑化処理部４４で平滑化されたフーリエスペクトルをケプストラムに変換するケプストラム算出部４５と、ケプストラム算出部４５で算出したケプストラムに基づき、音質調整フィルタに与えるケプストラムを漸近的に更新するケプストラム平滑化処理部４６と、ケプストラム平滑化処理部４６で更新されたケプストラムをフィルタ係数とするＬＭＡフィルタ４７で構成される。また、ＬＭＡフィルタ４７に音声信号を入力する入力端子４８と、音声信号を出力する出力端子４９とを備える。
【００４９】
つぎに動作を説明する。
所望の音質調整フィルタのフィルタ応答は所望フィルタ応答入力部４１に入力される。また、スペクトル包絡分析部４２は入力端子４８に入力された音声のスペクトル包絡を分析する。所望フィルタ応答入力部４１で入力された所望のフィルタ応答と、スペクトル包絡分析部４２で求められたスペクトル包絡に基づいて、スペクトル算出部４３において音質調整フィルタのフィルタ応答が算出される。
【００５０】
音質調整フィルタのフィルタ応答は式（９）に基づいて計算される。なお、式（９）における式（１０）は所望フィルタ応答入力部４１に入力された所望フィルタ応答のフーリエスペクトルであり、式（１１）はスペクトル包絡分析部４２で求められたスペクトル包絡であり、式（１２）はスペクトル算出部４３より出力されるフーリエスペクトルである。また、αは定数であり、スペクトル包絡の強調度を制御するためのパラメータである。なお、ここで算出されるスペクトルはフーリエスペクトルの他、パワースペクトル、対数２乗振幅スペクトルであってもよい。
【００５１】
【数９】
スペクトル平滑化処理部４４はスペクトル算出部４３で算出されたフーリエスペクトルを、上述した実施の形態１〜実施の形態３において説明したいずれかの平滑化方法により平滑化する。平滑化されたスペクトルはケプストラム算出部４５においてケプストラムに変換される。ケプストラム算出部４５で算出したケプストラムはケプストラム平滑化処理部４６に入力され、ケプストラム平滑化処理部４６はＬＭＡフィルタ４７のフィルタ係数を、上述した実施の形態４において説明した方法により漸近的に更新する。
【００５３】
つぎに、スペクトル包絡分析部４２による分析処理について説明する。図８のスペクトル包絡分析部４２にフレーム単位で入力端子４８から入力された音声信号は、ＦＦＴケプストラム算出手段５２においてＦＦＴケプストラムに変換される。ＦＦＴケプストラムは式（１３）に基づいて計算される。なお、入力端子４８は図９の入力端子５１に相当する。
【数１０】
【００５４】
ＦＦＴケプストラムはリフタリング手段５３においてリフタリングされ、高ケフレンシー側のケプストラムが打ち消され、低ケフレンシー側のケプストラムが残される。リフタリングされたＦＦＴケプストラムをスペクトル包絡算出手段５４において再度ＦＦＴすることによりスペクトル包絡が求められる。以上のようにして求められたスペクトル包絡は出力端子５５から出力され、図８のスペクトル算出部４３に入力される。
【００５５】
この実施の形態５の音質調整装置によれば、音声信号のスペクトル包絡をフレーム単位で分析し、これを強調する手段を備えていることにより音声信号を明瞭にすることができる。
また、フィルタ応答のスペクトルを平滑化する手段を備えていることにより、音声信号の時間的な変化に従って目標とするフィルタ応答が時々刻々と変化した場合でも、音質調整フィルタのリプルは常に抑制することができるため、安定した音質調整効果が得られる。
【００５６】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る音質調整装置について説明する。上述した実施の形態１および実施の形態４の音質調整装置は、音質調整フィルタにＬＭＡフィルタを用いているが、この実施の形態６はこの音質調整フィルタにケプストラムから算出したＬＰＣ係数をフィルタ係数としたＩＩＲフィルタを用いたものである。その他の構成要素と働きは実施の形態１で説明したことと同様であり、省略する。
【００５７】
この場合、フィルタ係数はつぎの式（１４）によって求められる。
【数１１】
【００５８】
音質調整フィルタであるＩＩＲフィルタの伝達関数Ｆ（ｚ）はつぎの式（１５）であらわされる。
【数１２】
この実施の形態６の音質調整装置によれば、音質調整フィルタを一般的なＩＩＲフィルタとすることで、演算量の小規模な音質調整装置を実現することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、音質調整装置において所望のフィルタ応答のスペクトルを平滑化する手段を備えることによって音質調整フィルタのリプルを抑制し、精度の高い音質調整を可能にする音質調整装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る音質調整装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図である。
【図３】この発明の音質調整装置におけるフーリエスペクトルの平滑化方法の効果の一例を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る音質調整装置のスペクトルの平滑化方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態４に係る音質調整装置の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る音質調整装置の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る音質調整装置のスペクトル包絡の分析方法を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１１，３１，４１ 所望フィルタ応答入力部、１２，３２，４３ スペクトル算出部、１３，２３，３３，４４ スペクトル平滑化処理部（平滑化手段）、１４，３４，４５ ケプストラム算出部（ケプストラム算出手段）、１５，３６，４７ ＬＭＡフィルタ、１６，３７，４８，５１ 入力端子、１７，３８，４９出力端子、２１ スペクトル入力端子、２２ 特性変化点検出部、２４ スペクトル出力端子、３５，４６ ケプストラム平滑化処理部、４２ スペクトル包絡分析部、５２ ＦＦＴケプストラム算出手段、５３ リフタリング手段、５４スペクトル包絡算出手段、５５ スペクトル包絡出力端子。
Claims (9)
- 音質調整フィルタにフィルタ係数を入力して所望の特性のフィルタを構成し、当該音質調整フィルタに音声信号を通すことによって当該音声信号を調整する音質調整装置において、
所望するフィルタ応答のフーリエスペクトルを平滑化する平滑化手段と、
前記平滑化手段により平滑化されたフーリエスペクトルからケプストラムを算出するケプストラム算出手段と、
前記ケプストラム算出手段によって算出されたケプストラムに基づいて、前記フィルタ係数を算出するフィルタ係数算出手段と
を備えたことを特徴とする音質調整装置。 - 音質調整フィルタのフィルタ係数は、予め算出されたフィルタ係数を用い、固定していることを特徴とする請求項１記載の音質調整装置。
- 音声信号が入力されている状態において、所望するフィルタ応答の変更を可能とし、且つ前記フィルタ応答の変更に応じて、前記フィルタ係数を逐次、更新する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の音質調整装置。
- 音声信号が入力されている状態において、当該音声信号を分析した結果に基き、所望のフィルタ応答を決定する手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項３記載の音質調整装置。
- フーリエスペクトルのサンプル値系列を低域通過フィルタで濾波することによって平滑化を行う手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の音質調整装置。
- フーリエスペクトルの奇数または偶数番目のサンプルの値を隣接するサンプルの平均値で置き換えることにより平滑化を行う手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の音質調整装置。
- 所望のフィルタ応答のフーリエスペクトルが急峻に変化する変化点を検出し、当該変化点を中心とした所定範囲の帯域において平滑化を行う手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の音質調整装置。
- 音質調整フィルタは対数振幅近似フィルタであり、ケプストラムをフィルタ係数とすることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の音質調整装置。
- 音質調整フィルタはＩＩＲフィルタであり、ケプストラムを変換して求めた線形予測係数をフィルタ係数とすることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の音質調整装置。
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