JPH05297880A - ソース音処理方法および装置 - Google Patents

ソース音処理方法および装置

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JPH05297880A
JPH05297880A JP5006697A JP669793A JPH05297880A JP H05297880 A JPH05297880 A JP H05297880A JP 5006697 A JP5006697 A JP 5006697A JP 669793 A JP669793 A JP 669793A JP H05297880 A JPH05297880 A JP H05297880A
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JP
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sound
source sound
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JP5006697A
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English (en)
Inventor
Dirk J Hermes
ヤン ヘルメス ディルク
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G10L21/0208—Noise filtering

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実際の要求に容易に適応し得、適用分野を広
くし得るようにした不所望な音に対し所望の音を増強し
てソース音を処理するソース音処理方法および装置を提
供せんとするものである。 【構成】 音を処理して不所望な音に対し所望な音を増
強する。この音を複数の並列通過帯域に分配する。各チ
ャネルでは可能には最低の周波数チャネルを除いて、こ
の周波数帯域の各信号の包絡線を検出する。次いで、こ
の包絡線または最低の周波数チャネルでは信号自体をフ
ィルタ処理して所望な音の基本周波数で信号を増強する
のが好適である。さらに適用可能な限りフィルタ処理さ
れた信号を当該チャネルに対して見いだした包絡線で変
調してすべてのチャネルの出力を加算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は不所望な音に対し所望の
音を増強してソース音を処理するに当たり、 ・ 多くの並列チャネルにおいて多数の帯域通過フィル
タを経て前記ソース音を分配し； ・ 各チャネルではそのチャネルの周波数帯域の不所望
な音に対し所望の音を優先的にフィルタ処理する各フィ
ルタ手段を供給し； ・ このチャネルの出力信号を増強された出力音に集合
する手段を具えるソース音処理方法および装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】まず最初、所望の音は音声とするか、ま
たは一般に特定のピッチに属し得る音とする。かかるピ
ッチを有さない音は増強する目的の対象外とする。音の
増強は信号対雑音比の改善にあり、ここで雑音は他の音
または増強すべき音以外の音声、音楽、機械のような識
別し得る物体により発生する雑音、または音源（ソー
ス）が未知または識別し得ない物理的な雑音とすること
ができる。かかる音の増強によって所望の音を一層明瞭
とし、一層快適とし、さらには一層好適とする。従っ
て、他の楽器に対して特定の楽器の音を増強しやすくす
る。この増強の結果を特に用いる。他の用途はソース信
号から増強信号を相殺し、次いでこの相殺の結果を用い
るかまたはこれに他の処理を施す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した容易な方法は
当該信号のピッチに結合された低い周波数に対しては所
望であるか不所望であるかを見極めることができる。し
かし、高い高調波により種々の特性の問題が生じてく
る。まず最初、高次の高調波の位相が基本ピッチ周期に
正確に結合されなくなる；極端な場合には位相自体が雑
音現象にさらされるようになる。従ってかかる方法はこ
れらの後者の雑音現象に対しある高調波に帰属するよう
になる。これは次いで所望の信号の高い周波数範囲で妨
害を生じ、且つ、その高い周波数成分を有効に減衰する
ようになる。
【０００４】本発明の目的は実際の要求に容易に適応し
得、適用分野を広くし得るようにした上述した種類のソ
ース音処理方法および装置を提供せんとするにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は不所望な音に対
し所望の音を増強してソース音を処理するに当たり、 ・ 多くの並列チャネルにおいて多数の帯域通過フィル
タを経て前記ソース音を分配し； ・ 各チャネルではそのチャネルの周波数帯域の不所望
な音に対し所望の音を優先的にフィルタ処理する各フィ
ルタ手段を供給し； ・ このチャネルの出力信号を増強された出力音に集合
する手段を具えるソース音処理方法において： ・ 各帯域通過フィルタの出力を包絡線検波手段に供給
してこのチャネルのフィルタ手段を給電し； ・ 各帯域通過フィルタの出力を包絡線変調手段に供給
してこのチャネルの出力信号を発生するようにしたこと
を特徴とする。
【０００６】本発明は高い周波数で信号自体の位相より
もむしろ包絡線の位相をピッチ周波数に結合すると云う
事実を基としてなしたものである。従って、不所望な信
号は信号自体よりも各周波数帯域の包絡線を適応フィル
タ処理することによりフィルタ除去することができる。
【０００７】フィルタ手段はコム形フィルタ手段を具え
るのが好適である。信号自体をフィルタ処理する単一チ
ャネルコム形フィルタはJ.S.Lim等がIEEEトランザクシ
ョンオン アコースティック スピーチ アンド シグ
ナル プロセッシング、第ＡＳＳＰ２６巻（１９７８
年）、第３５４〜３５８頁に発表した論文“白色雑音の
追加により劣化したスピーチを増強する適応クシ形フィ
ルタ処理方法の評価”に記載されている。この解決は信
号の包絡線で実行されるように、複数の並列チャネルに
フィルタ処理（特にクシ形フィルタに限定されるもので
はない）を適用する必要があることである。僅かに異な
る他の解決はコム形フィルタを高調波の選択に置換する
することである。所望の信号が静止信号である場合には
上記２つの方法は数学的に等価であり、請求の範囲に用
いられる技術用語は後者の技術をカバーするものであ
る。特に、後者の技術は時間領域からスペクトル周波数
領域への変化に関連するものである。しかし、所望の信
号が静止していない場合には高調波選択に対するトラン
スレーションはもはや正しくない。しかし、適宜のコム
形フィルタのアプローチの正しさに対し、所望の信号は
静止する必要はない。上述した方法を適用する理由は種
々の周波数帯域の包絡線により信号を符号化するととも
にその再構成を行うことにより可聴歪のない所望の信号
を実際上発生する。それ自体によるサブバンド符号化／
復号化の多重レートのフィルタ処理はIEEEトランザクシ
ョン オン アコースティック スピーチ アンド シ
グナル プロセッシング、第ＡＳＳＰ３５巻（１９８７
年 ３月）、第３５６〜３７２頁にマーチン ベトリが
発表した論文“マルチレート フィルタ バンクの理
論”に記載されている。
【０００８】また、本発明ソース音処理装置はソース音
における不所望な音に対し所望の音を増強するソース音
処理装置において、各連続周波数帯域に割当てられた第
１の複数のチャネルと、これらチャネルを経て前記ソー
ス音を分配する分配手段とを具え、各チャネルは： ・ 関連するチャネルの周波数での帯域通過フィルタ手
段と； ・ これらチャネルの帯域通過フィルタ手段により給電
される包絡線検波手段と； ・ これらチャネルの包絡線検波手段により給電される
クシ形フィルタ手段と； ・ これらチャネルのクシ形フィルタ手段により給電さ
れる包絡線変調手段を具え； さらに、並列チャネル全部の出力により給電される出力
手段を具えることを特徴とする。
【０００９】かかる装置はスピーチおよび音楽処理に対
して、例えばリアルタイムおよび記録時の再生の目的に
対して、および情報の広め、教育、エンターテインメン
ト、心理学、音楽、言語学、歴史学および法廷調査等に
有効に用いることができる。
【００１０】本発明の実施に当たり、前記フィルタ手段
はクシ形フィルタ手段を具えるようにする。また、前記
所望の音を人声音とする。さらに、特定の楽器を増強し
これを他の楽器に対し分離または減算し得るようにす
る。本発明ソース音処理装置は第１の複数の合成チャネ
ルの周波数帯域よりも低くこの周波数帯域に連続する周
波数の追加のチャネル手段を有し、この追加のチャネル
手段の任意の追加のチャネルは前記分配手段により給電
するとともに関連する追加のチャネルの周波数の帯域通
過フィルタ手段およびチャネルの帯域通過フィルタ手段
により給電され且つ前記出力手段をも有するクシ形フィ
ルタ手段を具えるようにする。さらに、前記包絡線検波
手段はダウンサンプリング手段を具え且つ前記包絡線変
調手段はアップサンプリング手段を具えるようにする。
また、前記クシ形フィルタ手段は所望の音の瞬時基本周
波数にほぼ等しい歯間スペースで互いに均一な特性を有
するようにする。この場合のすべてにおいて、常時増強
は所望の信号自体の増幅または減衰と組合せ得る相対的
なものである。
【００１１】
【実施例】図面につき本発明の実施例を説明する。図１
は例示的に示すスピーチサンプルの振幅対時間信号であ
る。スピーチが重要な使用分野であるものの発明が種々
の種類の信号源に向けられている限り、時間および振幅
は相対量とみなす。しかし、全ての音源は、純粋な高調
波を発生する場合よりも一層複雑な物理音源を有するも
のに適用される。
【００１２】図２は周波数領域に置換された図１と同様
の信号を示す。周波数領域は直線目盛りで０〜５０００
Ｈｚである。振幅は相対的であり、これに対し図を示す
が較正しない。曲線１ｂ１は周波数ｆの関数としてのス
ペクトル振幅の対数である。最低周波数では振幅は著し
く低い。中間の周波数では振幅は時々高くなったり低く
なったりする。しかし、充分な変化が存在する。高い周
波数では振幅は徐々に下降するが、さらには変化しな
い。曲線１ｂ２はこれも周波数の関数として発生した曲
線１ｂ１を有する信号のスペクトル包絡線である。明確
とするために、曲線１ｂ２は曲線１ｂ１に対し幾分上方
にずらせている。図から明らかなように曲線１ｂ２の変
化は曲線１ｂ１の変化よりも充分に円滑である。一般に
包絡線のピークはスピーチのいわゆるフォルマント周波
数に相当する。フォルマント現象の説明はスピーチ解析
の標準テキストブックを参照されたい。曲線１ｂ３は５
つの各フォルマント周波数の各々に対する帯域通過フィ
ルタを表わす。帯域幅はほぼ５００Ｈｚである。伝送曲
線の平坦部分は本質的に１００％の伝送を示す。本発明
の実際の最適例では、多数の帯域通過フィルタを設けて
充分な音響エネルギーが伝送されるようにする。また、
通過帯域は狭く互いに密接している（２つの最高フォル
マント周波数に連結された２つの通過帯域）。実際上オ
クターブの１／３の幅は知覚的な理由で最も論理的であ
る。いずれにしても、合成された全ての通過帯域フィル
タ全部の総合伝達曲線は孔を有さないが、周波数に対し
てはほぼ平坦である。
【００１３】図３は各対が曲線１ｂ２の５つのフォルマ
ント周波数の特定の１つに関連する５つの曲線対を示
す。各曲線対のうちの低い曲線は信号自体の伝送された
振幅を示す。垂直方向に幾分上側にずらせた曲線は伝送
された信号の振幅包絡線を示す。上側の曲線対は適宜の
帯域通過フィルタによって通過される当該スピーチ音の
基本ピッチに関連する。低い声は共通であるが大人の男
性の声の共通ピッチ周波数は５０〜２００Ｈｚである。
女性および年少者の声は充分に高いピッチ、即ち、女性
は１５０〜３００Ｈｚ、子供は４００Ｈｚまでの周波数
であるが、ソプラノのピッチは１２００Ｈｚまで上昇す
ることが確かめられている。図示のように、信号自体は
殆ど周期的な変化で変調される。包絡線はピッチ周波数
で周期的となる。現在のかかるピッチ変化はピッチ周期
に対し緩慢となる。曲線の次の対はピッチに対し次の高
いフォルマント周波数（概略的にはこの例では２（１／
２）番目の高調波）のスピーチ信号をシンボル化したも
のである。また、このピッチに対する位相は時間ととも
にある変動を示すとともに信号の形状は第１フォルマン
トの形状よりも幾分正弦波的ではなくなる。この現象は
最高の周波数フォルマントＦ３，Ｆ４，Ｆ５に関連する
曲線対に対して一層明瞭となる：総体的な形状（＝包絡
線に関連する）が一層周期的であるにもかかわらず、こ
れは極めて非周期的な信号自体には適用できない。最高
の周波数フォルマントでは、包絡線も著しく非周期的と
なる。これは大きな位相変化が生じることを意味する。
結果的には本発明は他の処理に対し高い周波数帯域の包
絡線を用いる。一般に、非スピーチ信号は同様の信号ダ
イアグラムに導かれる。
【００１４】図４ａはクシ形フィルタのインパルス応答
を例示する。各ピークの高さには１を加える。フィルタ
の出力は各クシ形フィルタの歯の透過率を有する入力信
号のコンボリューションである。連続する歯間の間隔は
入力信号の既知のまたは測定されたピーク周期である。
これがため、この要求は完全に厳密のものではないが一
定のピッチでクシ形フィルタのクシの歯は一般に対称的
である。一般に、応答係数は中心から遠くの距離になる
につれて低くなる。この係数の数は奇数値の７に選定さ
れるが、偶数値を含む他の値を適用することもできる。
一般に図４ａのレイアウトは任意である。またコム形フ
ィルタの適用の繰返し頻度は任意であるが、通常ピッチ
周波数自体よりも迅速である。
【００１５】図４ｂの左側には横軸に時間をとった無限
パルス列を示す。また図４ｂの右側にはそのフーリエ変
換を示す：これは周波数軸の右側にのみ示される無限数
の同一のパルスである。
【００１６】図４ｃの左側には時間とともに変化する窓
関数の例を示す。図４ｃの右側には図４ｂのフーリエ変
換とほぼ同一スケールのフーリエ変換を示す。その結果
は周波数軸の零点を対称的に囲む比較的狭いピークであ
る。
【００１７】図４ｄの左側には図４ｃの窓関数が図４ｂ
のパルス列で作動する際に転送される信号を示す。同様
に、図４ｄの右側には図４ｂのパルス列のフーリエ変換
および図４ｃの窓のフーリエ変換をコンボリューション
した結果を示す。図４ｄの右側は図４ｄの左側のフーリ
エ変換である。
【００１８】図５は本発明装置のブロック図を示す。図
５において、入力手段２０は不所望な音が抑圧された増
強すべき所望の音を含むソース音を受信する。この入力
はマイクロフォンその他のトランスジューサ、デジタル
またはアナログオーディオ伝送チャネル、または他の慣
例の装置を表わすことができる。複数の帯域通過フィル
タ２２〜３０は連続通過帯域を有し、従って集合的にこ
れら帯域通過フィルタは所望の周波数範囲内で音響エネ
ルギーの全てを通過させる。かかる範囲は入力手段２０
の全てのエネルギーを具える必要はなく、総合伝送係数
の平坦性は所望の精度またはその他の有効な規準に従っ
て選定することができる。フィルタの数は任意であり、
例えば３２または６４とすることができる。この場合に
は応答曲線の半分の高さの幅を例えばオクターブの１／
１０〜１／３とすることができる。これらフィルタはデ
ジタルまたはアナログ方法に従って作動する。
【００１９】アレイ３２は例えばダウンサンプリング手
段として構成し得る包絡線検出手段を具える。実際上、
これは復調器として作動する。ダウンサンプリングはベ
トリ（Vetterli）基準演算回路で与えられる。他の容易
な手順は平滑手順が追従する全波整流である。平滑の時
定数は当該帯域の帯域幅と比較し得るものである。次
に、平滑された信号は幾分低い繰返し比でサンプリング
することができる。かように検討された５つのチャネル
に加えて、帯域通過フィルタ６０，６２を有するもアレ
イ３２に包絡線検波器は有さない図示の２つの追加のチ
ャネルを例示的に示す。この後者のチャネルは信号の位
相が不変であるスペクトル部分に対し適用する。実際
上、これは処理される音の種類に依存し、毎回１２５０
Ｈｚ以下のスピーチに対する低周波部分である。実際
上、帯域通過フィルタの幅はオクターブで測定される際
に等しい。
【００２０】アレイ４２は図４につき説明した各クシ形
フィルタである。全てのチャネルはクシ形フィルタ処理
を行い、これらは包絡線検波手段を有さない。さらに、
全てのクシ形フィルタは、歯間距離が実際のピッチ周期
に等しく、且つ歯の高さが同一のパターンを有すると云
う点で均一な構成とするのが好適である。アレイ３２に
対応するアレイ５２はアレイ３２で早期に検出された各
包絡線によってフィルタ処理された信号を変調する。ア
レイ３２からアレイ５２に変調−制御信号を供給する相
互接続は簡潔のために省略する。包絡線検波を行わない
チャネルも包絡線による変調は行わない。それぞれのチ
ャネルの全て出力は出力端子６４で合成する。
【００２１】上述した所は図５の基本レベルのものであ
る。同期化、信号規定、電子的な達成、等の電子回路レ
ベルの実際の回路は図示しない。かかる回路の詳細は当
業者に取っては既知であるため省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に関連する種々の信号波形図、即ち、ス
ピーチサンプルの振幅対時間信号を示す信号波形図であ
り、
【図２】実施例に関連する種々の信号波形図、周波数領
域に置換されたスピーチサンプルの振幅対時間信号を示
す信号波形図であり、
【図３】実施例に関連する種々の信号波形図、即ち、各
対が５つのフォルマント周波数の特定の１つに関連する
５つの曲線対を示す信号波形図である。
【図４】（ａ）は実施例に関連する種々のレスポンス信
号波形図、即ち、クシ形フィルタのインパルス応答を示
す信号波形図であり、（ｂ）は実施例に関連する種々の
レスポンス信号波形図、即ち、無限パルス列およびその
フーリエ変換を示す信号波形図であり、（ｃ）は実施例
に関連する種々のレスポンス信号波形図、即ち、窓関数
およびそのフーリエ変換を示す信号波形図であり、
（ｄ）は実施例に関連する種々のレスポンス信号波形
図、即ち、転送信号およびそのフーリエ変換並びにこの
フーリエ変換をコンボリューションした結果を示す信号
波形図である。
【図５】本発明装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２０ 入力手段 ２２，２４，２６，２８，３０ 帯域通過フィルタ ３２ アレイ ４２ アレイ ５２ アレイ ６０，６２ 帯域通過フィルタ ６４ 出力手段

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 不所望な音に対し所望の音を増強してソ
    ース音を処理するに当たり、 ・ 多くの並列チャネルにおいて多数の帯域通過フィル
    タを経て前記ソース音を分配し； ・ 各チャネルではそのチャネルの周波数帯域の不所望
    な音に対し所望の音を優先的にフィルタ処理する各フィ
    ルタ手段を供給し； ・ このチャネルの出力信号を増強された出力音に集合
    する手段を具えるソース音処理方法において： ・ 各帯域通過フィルタの出力を包絡線検波手段に供給
    してこのチャネルのフィルタ手段を給電し； ・ 各帯域通過フィルタの出力を包絡線変調手段に供給
    してこのチャネルの出力信号を発生するようにしたこと
    を特徴とするソース音処理方法。
  2. 【請求項２】 前記フィルタ手段はクシ形フィルタ手段
    を具えることを特徴とする請求項１に記載のソース音処
    理方法。
  3. 【請求項３】 前記所望の音を人声音とすることを特徴
    とする請求項１または２に記載のソース音処理方法。
  4. 【請求項４】 特定の楽器を増強しこれを他の楽器に対
    し分離または減算することを特徴とする請求項１、２ま
    たは３に記載のソース音処理方法。
  5. 【請求項５】 請求項１〜３の何れかの項に記載のソー
    ス音処理方法に従ってソース音における不所望な音に対
    し所望の音を増強するソース音処理装置において、各連
    続周波数帯域に割当てられた第１の複数のチャネルと、
    これらチャネルを経て前記ソース音を分配する分配手段
    とを具え、各チャネルは： ・ 関連するチャネルの周波数での帯域通過フィルタ手
    段と； ・ これらチャネルの帯域通過フィルタ手段により給電
    される包絡線検波手段と； ・ これらチャネルの包絡線検波手段により給電される
    クシ形フィルタ手段と； ・ これらチャネルのクシ形フィルタ手段により給電さ
    れる包絡線変調手段を具え； さらに、並列チャネル全
    部の出力により給電される出力手段を具えることを特徴
    とするソース音処理装置。
  6. 【請求項６】 第１の複数の合成チャネルの周波数帯域
    よりも低くこの周波数帯域に連続する周波数の追加のチ
    ャネル手段を有し、この追加のチャネル手段の任意の追
    加のチャネルは前記分配手段により給電するとともに関
    連する追加のチャネルの周波数の帯域通過フィルタ手段
    およびチャネルの帯域通過フィルタ手段により給電され
    且つ前記出力手段をも有するクシ形フィルタ手段を具え
    ることを特徴とする請求項５に記載のソース音処理装
    置。
  7. 【請求項７】 前記包絡線検波手段はダウンサンプリン
    グ手段を具え且つ前記包絡線変調手段はアップサンプリ
    ング手段を具えることを特徴とする請求項６に記載のソ
    ース音処理装置。
  8. 【請求項８】 前記クシ形フィルタ手段は所望の音の瞬
    時基本周波数にほぼ等しい歯間スペースで互いに均一な
    特性を有することを特徴とする請求項５，６または７に
    記載のソース音処理装置。
JP5006697A 1992-01-21 1993-01-19 ソース音処理方法および装置 Pending JPH05297880A (ja)

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EP (1) EP0553906B1 (ja)
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