Brevet FR2793589A1 — publié le 20001117

La présente invention concerne un dispositif pour traiter l'information de phase d'un signal acoustique et un procédé correspondant. et, plus particulièrement, un dispositif pour traiter l'information de phase d'un signal acoustique, grâce auquel des composantes - de phase importantes sont discriminées en considérant les caractéristiques de reconnaissance auditive humaine, et un procédé correspondant. La recherche dans le domaine de la psychophysique auditive concernant un changement de la phase d'un signal acoustique progresse, mais on n'a pas encore obtenu de résultats utiles en grand nombre. Les résultats de recherche dans le domaine de la psychophysique auditive concernant un changement de la phase de signaux acoustiques sont décrits par E. Zwicker et H. Fastl, ["Psychoacoustics- Facts and Models", Springer-Verlag, 2ème édition, 1999], et B.C.J. Moore, ["Introduction to the Psychology of Hearing", Academic Press, 4ème édition, 1997]. Selon ces documents, la cochlée de l'oreille interne, parmi les organes de l'audition, peut être modélisée sous la forme d'un banc de filtrage. Le banc de filtrage comprend des filtres passe- bande, et la bande passante de chaque filtre peut être estimée lorsque la fréquence centrale du filtre est donnée. On savait que le traitement du signal à l'intérieur d'une oreille humaine était un traitement de signal multi-canaux préformé par unités de chaque bande critique du filtre. Lorsqu'un changement de phase dans un signal est considéré de ce point de vue, un changement de phase local désigne un changement de la relation de phase relative entre les composantes du signal qui existent à l'intérieur de la même bande critique (à savoir à l'intérieur du même canal). Un changement de phase global indique que la relation de phase entre les canaux varie lorsque la relation de phase relative entre les composantes du signal à l'intérieur de la même bande critique est maintenue. L'oreille humaine est peu sensible aux changements de phase globaux, et relativement sensible aux changements de phase locaux, ceci n'étant pas complètement théorisé, mais connu en relation avec la psychophysique auditive par rapport à la phase. Ceci est décrit par R. D. Patterson, ["A Pulse Ribbon Model of Monaural Phase Perception", J. Acoust. Soc. Am., Vol. 82, N 5, pages 1560 à 1586, 1987] ; et M.R. Schroeder, ["New Results Concerning Monaural Phase Sensitivity", J. Acoust. Soc. Am., Vol. 31, pages 1579, 19591. Egalement, le traitement d'information de phase dans un système de parole harmonique est décrit par R.J. MacAulary et T.F. Quatieri, "Sinusoidal Coding in Speech Coding and Synthesis", W.B. Kleijn et K.K. Palivwal, Editions Elsevier, pages 121 à 173, 1998 ; J.S. Marques et L.B. Almeida, "Sinusoidal Modeling of Voiced and Unvoiced Speech", dans Proc. ICASSP, pages 203 à 206, 1983 ; et J.S. Marques, L.B. Almeida, et J.M. Tribolet, "Harmonic coding at 4,8 kb/s", dans Proc. ICASSP, pages 17 à 20, 1990. Selon ces documents, un système de codage de parole harmonique peut être utilisé pour exprimer le signal d'excitation de la parole à l'aide de l'Equation 1 qui suit dans laquelle (oo désigne une fréquence fondamentale, Ak désigne la grandeur spectrale des harmoniques, et Ok désigne la phase des harmoniques. Le signal d'excitation est utilisé comme entrée d'un filtre qui a été modélisé par l'enveloppe spectrale de la parole, de façon à obtenir finalement un signal acoustique. Par conséquent, dans un système de codage de la parole, les coefficients de filtrage de l'enveloppe du spectre, la grandeur spectrale Ak, la fréquence fondamentale Co, et la phase des harmoniques 6k sont quantifiés et transmis, et des signaux acoustiques sont synthétisés à l'aide des paramètres reçus. Dans les systèmes de codage de parole harmoniques actuels, l'information de phase de spectre 6k est relativement négligée par rapport à l'information de grandeur spectrale Ak d'un signal, et un procédé dans lequel un système de transmission n'envoie pas l'information de phase d'un signal acoustique, mais un système de réception applique une phase arbitraire en utilisant la condition qui est que la phase d'un signal acoustique change de façon continue, est généralement utilisé. Toutefois, un signal acoustique synthétisé par le procédé classique ne procure pas une qualité de son satisfaisante. Egalement, lorsqu'une information de phase est complètement codée pour résoudre ce problème, la quantité d'information s'accroît de façon trop importante. Un objectif de la présente invention est de procurer un dispositif de traitement d'information de phase de signal acoustique, dans lequel des composantes de phase importantes sont discriminées en considérant les caractéristiques auditives humaines afin de coder ou de synthétiser sélectivement les composantes de phase d'un signal acoustique. Un autre objectif de la présente invention est de procurer un procédé de traitement d'information de phase de signal acoustique exécuté par le dispositif ci-dessus. Pour atteindre le premier objectif, on propose un dispositif pour traiter l'information de phase d'un signal de parole numérique qui est exprimé sous la forme d'une somme discrète de signaux périodiques ayant des composantes de fréquence différentes, selon un aspect de la présente invention. Ce dispositif comprend : un calculateur de largeur de bande critique pour calculer la largeur de bande critique de chaque fréquence en fonction des caractéristiques de largeur de bande d'un filtre auditif humain ; une unité de détermination de plage de fréquences pour déterminer les plages de fréquences de changements de phase locaux à l'aide de largeurs de bande critiques corrigées en multipliant les largeurs de bande critiques par un coefficient d'échelle prédéterminé ; et un discriminateur de signification de phase pour vérifier si les composantes de fréquence adjacentes à chaque fréquence rentrent à l'intérieur de la plage de fréquences correspondant à la fréquence, et discriminer si la phase d'un signal comportant la composante de fréquence est significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives. De préférence, le dispositif comprend un transformateur de signal acoustique pour transformer un signal acoustique en la somme discrète de signaux périodiques ayant des composantes de fréquence différentes. Egalement, il est préférable que le coefficient d'échelle soit inférieur à 1. De préférence, le discriminateur de signification de phase obtient un ensemble de fréquences ayant des phases qui sont significatives en ce qui concerne les caractéristiques auditives. Pour atteindre le premier objectif, un dispositif pour traiter les composantes de phase d'un signal acoustique, selon un autre aspect de la présente invention, comprend un transformateur de signal acoustique pour transformer un signal acoustique en où L est un entier supérieur à 1, A1, col et 81 désignent la grandeur spectrale, la fréquence et la phase d'un le' signal périodique, respectivement, et tel Pour atteindre le deuxième objectif, un procédé de traitement des composantes de phase d'un signal acoustique, selon un aspect de la présente invention, comprend (a) l'expression d'un signal acoustique sous la forme d'une somme discrète de signaux périodiques ayant des composantes de fréquence différentes ; (b) le calcul de la largeur de bande critique de chaque fréquence en fonction des caractéristiques de largeur de bande d'un filtre auditif humain ; (c) l'obtention de largeurs de bande critiques corrigées en multipliant les largeurs de bande critiques par un coefficient d'échelle prédéterminé ; (d) l'établissement des plages de fréquences de changements de phase locaux à l'aide des largeurs de bande critiques corrigées dans l'étape (c) ; et (e) la vérification du fait que les composantes de fréquence adjacentes à chaque fréquence rentrent à l'intérieur de la plage de fréquences correspondant à la fréquence, et la discrimination du fait que la phase d'un signal ayant la composante de fréquence est significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives. Pour atteindre le deuxième objectif, un procédé de traitement des composantes de phase d'un signal acoustique, selon un autre aspect de la présente invention, comprend : (a) l'expression d'un signal acoustique par où L est un entier supérieur à 1, Al, w1 et 61 désignent la grandeur spectrale, la fréquence et la phase d'un le" signal périodique, respectivement, et ml Les objectifs et les avantages ci-dessus de la présente invention apparaîtront de façon plus évidente en décrivant en détail des formes de réalisation préférées de celle-ci en se référant aux dessins joints, dans lesquels la figure 1 est un schéma illustrant la structure générale d'un dispositif pour traiter l'information de phase d'un signal acoustique, selon une forme de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est un organigramme illustrant un procédé de traitement de l'information de phase d'un signal acoustique selon une forme de réalisation de la présente invention ; les figures 3A et 3B sont des vues destinées à illustrer un processus pour discriminer l'importance de phase dans le dispositif selon la présente invention ; la figure 4 est un graphique montrant un processus pour discriminer l'importance de phase par rapport à un signal d'harmoniques dans le dispositif selon la présente invention ; la figure 5 est un graphique de formes d'ondes illustrant les formes d'ondes acoustiques de la parole d'une femme dans une base de données NTT Advanced Technology Corporation (NATC : marque déposée) ; et les figures 6 et 7 sont des graphiques pour expliquer une réduction de la quantité de transmission de phase en relation avec la parole de la figure 5. Si l'on se réfère aux figures 1 et 2, un dispositif pour traiter l'information de phase d'un signal acoustique selon la présente invention comprend un calculateur de largeur de bande critique 100, une unité d'établissement de plage de fréquences 102, et une unité de discrimination de signification de phase 104. Dans le fonctionnement du dispositif, on suppose tout d'abord qu'un signal numérique devant être synthétisé peut être exprimé sous la forme de l'Equation 2 qui suit dans laquelle L est un entier supérieur à 1, A1 désigne l'amplitude d'un lème signal périodique, col_ désigne la fréquence de celui-ci, 01 désigne la phase de celui-ci, et w1 COL, dans l'étape 200. Le signal numérique est exprimé sous la forme d'un spectre de raies dans chaque w1 dans le domaine des fréquences. Un transformateur (non représenté) pour transformer un signal acoustique en la somme discrète de signaux périodiques ayant des fréquences différentes peut de plus être inclus si nécessaire. Le calculateur de largeurs de bande critiques 100 calcule les largeurs de bande critiques de canaux correspondant à un filtre auditif humain en fonction des caractéristiques de largeurs de bande du filtre auditif humain au cours de l'étape 202. Par exemple, une largeur de bande rectangulaire équivalente (équivalent rectangular bandwidth ou ERB) ou une échelle de cadrage peut être appliquée pour les caractéristiques de largeurs de bande du filtre auditif humain. L'unité d'établissement de plage de fréquences 102 obtient des largeurs de bande critiques corrigées en multipliant les largeurs de bande critiques par un coefficient d'échelle prédéterminé (a) au cours de l'étape 204. L'unité d'établissement de plage de fréquences 102 établit également les plages de fréquences w1, UB et Ùwl, LB d'un changement de phase local à l'aide des largeurs de bande critiques corrigées, au cours de l'étape 206. Dans la présente forme de réalisation, on suppose que le coefficient d'échelle (a) est de 1, et que les plages de fréquences w1, UB et (0l, LB sont identiques aux largeurs de bande critiques corrigées. Il est préférable que le coefficient d'échelle (a) puisse être contrôlé par des expériences auditives, et soit inférieur à 1. Egalement, les plages de fréquences col, UB et col, LB, peuvent également être contrôlées dans une certaine mesure par les expériences auditives. L'unité d'établissement de plage de fréquences 102 établit également un jeu de fréquences d'un canal satisfaisant à la condition w1, LB c)1-1 C (w1, 1) et ù)1+1 e- C (w1, 2) ... (3) Autrement dit, l'unité de discrimination de signification de phase 104 détermine la phase 01 de la fréquence col comme étant une phase qui n'est pas significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives, si les conditions montrées dans l'inégalité 3 sont satisfaites, au cours de l'étape 222. Sinon, l'unité de discrimination de signification de phase 104 détermine la phase 01 de la fréquence c)1 comme une phase qui est significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives, au cours de l'étape 224. Autrement dit, la phase 01 de la fréquence c)1 satisfaisant aux conditions montrées dans l'inégalité 3 est déterminée comme étant une phase qui n'est pas significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives. Par conséquent, l'unité de discrimination de signification de phase 104 discrimine si les conditions (01_1 e C (c)1, 1) et c)1+1 e C (tel, 2) sont satisfaites pour col. Si les conditions montrées dans l'inégalité 3 sont satisfaites, l'unité de discrimination de signification de phase 104 délivre en sortie des données de signification de phase représentant le fait que la phase 01 de la fréquence col n'est pas significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives, et, sinon, elle délivre en sortie des données de signification de phase représentant le fait que la phase 01 de la fréquence fll est significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives. Egalement, l'unité de discrimination de signification de phase 104 vérifie si un paramètre 1 a atteint N, au cours de l'étape 226. Si le paramètre 1 a atteint N, le processus de discrimination est achevé. Sinon, le paramètre 1 est accru de 1, après quoi les étapes 220, 222 et 224 sont répétées. Par conséquent, la discrimination en ce qui concerne la phase de chaque composante de fréquence est effectuée. Les figures 3A et 3B sont des vues destinées à expliquer un processus pour discriminer la signification de phase, la figure 3A faisant référence au .moment où l'inégalité 3 est satisfaite et la figure 3B faisant référence au moment où l'inégalité 3 n'est pas satisfaite. Si l'on se réfère à la figure 3A, w1 satisfait aux conditions cDl-l e C (col, 1) et col+l e C (û),, 2). Comme décrit ci-dessus, lorsque ù)1 satisfait aux conditions montrées dans l'inégalité 3, seule la composante de fréquence de la fréquence col se trouve à l'intérieur d'un canal. Par conséquent, même si la phase 81 est synthétisée ou codée avec une valeur de phase arbitraire, la relation de phase relative à l'intérieur d'un canal est maintenue, et n'affecte pas les autres canaux. Par conséquent, même si un signal ayant une phase différente de la phase du signal original est appliqué, il est très difficile de percevoir de façon audible la différence. Si l'on se réfère à la figure 3B, col satisfait aux conditions f1-1 e C (col, 1) et col+l e C (ù),, 2), ce qui fait que les conditions montrées dans l'inégalité 3 ne sont pas satisfaites. Comme décrit ci-dessus, lorsque col ne satisfait pas aux conditions montrées dans l'inégalité 3, d'autres composantes de fréquence se mélangent à l'intérieur d'un canal. Un changement de phase dans cette fréquence provoque un changement de la relation de phase relative. Par conséquent, un changement de phase supérieur ou égal à une certaine quantité peut être perçu de façon audible. Par conséquent, si une fréquence correspondante est synthétisée avec une fréquence arbitraire, une différence peut être perçue de façon audible. La figure 4 est un graphique montrant un processus pour discriminer la signification de phase par rapport à un signal d'harmoniques dans le dispositif selon la présente invention. En figure 4, l'axe horizontal représente la fréquence d'un signal d'harmoniques en Hz, et l'axe vertical représente l'amplitude du signal d'harmoniques. En général, en ce qui concerne les caractéristiques auditives humaines, la largeur de bande critique devient plus large lorsque la fréquence augmente. Par conséquent, une composante de fréquence correspondant à une fréquence comprise entre 100 Hz et 600 Hz n'est pas incluse à l'intérieur de deux largeurs de bande critiques différentes. Par conséquent, la phase de cette fréquence n'est pas importante en ce qui concerne les caractéristiques auditives humaines, comme décrit ci-dessus en se référant à la figure 3A. Par ailleurs, une composante de fréquence correspondant à une fréquence comprise entre 700 Hz et 1000 Hz peut être incluse à l'intérieur de deux largeurs de bande critiques différentes. Par conséquent, un changement de phase dans cette fréquence peut être perçu par l'oreille humaine comme décrit ci-dessus en se référant à la figure 3B. Ce dispositif et ce procédé pour traiter l'information de phase d'un signal acoustique peuvent être appliqués au codage de la parole. Autrement dit, lors du codage, seules des composantes de phase qui sont significatives en ce qui concerne les caractéristiques auditives sont codées ou synthétisées. Lors du décodage, même si des composantes de phase décodées, à savoir des composantes de phase qui ne sont pas significatives en ce qui concerne les caractéristiques auditives, sont synthétisées en appliquant une valeur arbitraire, la différence peut à peine être perçue de façon audible, du fait des caractéristiques auditives humaines. Par conséquent, les composantes de phase sont transmises ou synthétisées en appliquant le dispositif et le procédé pour traiter l'information de phase d'un signal acoustique selon la présente invention, ce qui fait que la qualité du son peut être améliorée. Egalement, la quantité d'information de phase requise peut être réduite. La figure 5 est un graphique de forme d'onde illustrant la forme d'onde acoustique de la parole d'une femme dans une base de données NTT Advanced Technology Corporation (NATC : marque déposée). La figure 6 montre une comparaison du nombre de composantes de phase devant être-transmises lorsqu'un procédé selon la présente invention est appliqué à la parole de la figure 5 et lorsqu'un procédé classique est appliqué à la parole de la figure 5, en fonction de l'écoulement du temps. Si l'on se réfère à la figure 6, lorsque le procédé classique est appliqué, le nombre de composantes de phase devant être transmises en fonction de l'écoulement du temps est indiqué par une ligne de traits pleins. Lorsque le procédé selon la présente invention est appliqué, des composantes de fréquence, qui sont incluses une à une dans un canal auditif, existent dans une plage prédéterminée d'une basse fréquence, et ne peuvent pas être transmises. Par conséquent, le nombre de composantes de phase devant être transmises est réduit. Le nombre de composantes de phase devant être transmises selon la présente invention est indiqué par une ligne de pointillés. Les composantes de phase non transmises sont synthétisées arbitrairement en fonction des conditions de changement de phase consécutives. Ici, en ce qui concerne les résultats d'une expérience de largeur de bande rectangulaire équivalente, il n'y a pas de différence de perception auditive entre la parole synthétisée à l'aide des composantes de phase indiquées par la ligne de traits pleins qui sont transmises par l'intermédiaire d'un canal auditif et la parole synthétisée uniquement à l'aide des composantes de phase indiquées par une ligne de pointillés qui sont transmises par l'intermédiaire de celui-ci. La figure 7 montre le pourcentage de diminution du nombre de composantes de phase du fait de l'application de la présente invention. Comme décrit ci-dessus, dans le dispositif et le procédé de traitement de l'information de phase d'un signal acoustique selon la présente invention, les composantes de phase significatives en ce qui concerne la perception auditive peuvent être discriminées parmi les composantes d'un signal acoustique. Egalement, lorsque le dispositif et le procédé de traitement de l'information de phase d'un signal acoustique selon la présente invention sont appliqués au codage de la parole, seules les composantes de phase significatives en ce qui concerne la perception auditive sont codées de façon sélective parmi les composantes d'un signal acoustique. Par conséquent, une bonne qualité de son peut être obtenue par rapport à un procédé dans lequel l'information de phase d'un signal acoustique n'est pas codée, et la quantité d'information peut être réduite par rapport à un procédé de codage de toute l'information de phase. Egalement, une personne ayant une connaissance ordinaire de la technique comprendra que ces effets peuvent être également obtenus à partir des domaines de la synthèse de la parole et de la transmission de la parole. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour traiter l'information de phase d'un signal de parole numérique qui est exprimé sous la forme d'une somme discrète de signaux périodiques ayant des composantes de fréquence différentes, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur de largeur de bande critique (100) pour calculer la largeur de bande critique de chaque fréquence en fonction des caractéristiques de largeur de bande d'un filtre auditif humain ; une unité d'établissement de plages de fréquences (102) pour établir les plages de fréquences de changements de phase locaux à l'aide de largeurs de bande critiques corrigées en multipliant les largeurs de bande critiques par un coefficient d'échelle prédéterminé ; et un discriminateur de signification de phase (104) pour déterminer si des composantes de fréquence adjacentes à chaque fréquence rentrent à l'intérieur de la plage de fréquences correspondant à la fréquence, et discriminer si la phase d'un signal comportant la composante de fréquence est significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un transformateur de signal acoustique pour transformer un signal acoustique en la somme discrète de signaux périodiques ayant des composantes de fréquence différentes. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient d'échelle est inférieur à 1. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le discriminateur de signification de phase (104) obtient un ensemble de fréquences ayant des phases qui sont significatives en ce qui concerne les caractéristiques auditives. 5. Dispositif pour traiter les composantes de phase d'un signal acoustique, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur de signal acoustique pour transformer un signal acoustique en où L est un entier supérieur à 1, Al, col et 01 désignent la grandeur spectrale, la fréquence et la phase d'un lè` signal périodique, respectivement, et û)1 où L est un entier supérieur à 1, Al, col et 61 désignent la grandeur spectrale, la fréquence et la phase d'un l e ` signal périodique, respectivement, et CJ1 COI à C (col, l) ; (e) l'établissement de la fréquence col comme limite inférieure et l'établissement de l'ensemble de fréquences d'un canal satisfaisant à la condition col S co S col, UB à C (col, 2) ; et (e-1) la détermination de la phase 91 de la fréquence û)1 comme étant une phase qui n'est pas significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives, si les conditions sont satisfaites dans l'étape (e) ; et (e-2) la détermination de la phase 91 de la fréquence col comme étant une phase qui est significative en ce qui concerne les caractéristiques auditives, si les conditions ne sont pas satisfaites dans l'étape (e) ; (f) la détermination du fait que 1 est L, et la conclusion du processus si 1 est L, et, sinon, l'augmentation de 1 de un et le retour à l'étape (e).