(57)【要約】オーディオ信号の修正方法であって、フィルタパラメータのセット（ｐ）と残余信号（ｒ）とを生成するために入力オーディオ信号（ｘ）を分析する段階と、修正フィルタパラメータのセット（ｐ′）を生成するためにフィルタパラメータのセット（ｐ）を修正する段階と、修正フィルタパラメータのセット（ｐ′）と残余信号（ｒ）とを用いて出力オーディオ信号（ｙ）を合成する段階とを有する。フィルタパラメータのセット（ｐ）は極（λＡ）と係数（ａ；ｃ）とを有する。フィルタパラメータを修正する段階は、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをスケーリングするために格子フィルタ反射係数を補間する段階を含む。図１
2009501958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号の修正方法であって、
−  極と係数とを含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する段階とを有し、
１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、オーディオ信号のエンベロープをスケーリングするために格子フィルタ反射係数を補間する段階を含む方法。
【請求項２】
オーディオ信号を分析する段階は格子フィルタ反射係数を生成する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
修正オーディオ信号を合成する段階は修正格子フィルタ反射係数を使用する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをワーピングするために極を修正する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
オーディオ信号の修正方法であって、
−  極と係数とを含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する段階とを有し、
１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをワーピングするために極を修正する段階を含む方法。
【請求項６】
１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、少なくとも極の一部を修正極で置き換える段階を含み、修正極は
【数１】
2009501958.tif 000011
で与えられ、μはワーピングパラメータである、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
残余信号の周波数及び／または位相を修正する段階をさらに有する、請求項１または５に記載の方法。
【請求項８】
請求項１または５に記載の方法で修正されたパラメータのセット。
【請求項９】
請求項１または５に記載の方法で修正されたオーディオ信号。
【請求項１０】
オーディオ信号の修正装置であって、
−  極と係数とを含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する分析ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する修正ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する合成ユニットとを有し、
修正ユニットは、オーディオ信号のエンベロープをスケーリングするために格子フィルタ反射係数を補間するよう構成された装置。
【請求項１１】
分析ユニットは格子フィルタ反射係数を生成するよう構成された、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
合成ユニットは修正格子フィルタ反射係数を使用する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
分析ユニットと合成ユニットは両方とも格子フィルタを有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
修正ユニットは、オーディオ信号のエンベロープをワーピングするために極を修正するよう構成された、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
オーディオ信号の修正装置であって、
−  極と係数とを含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する分析ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する修正ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する合成ユニットとを有し、
修正ユニットは、オーディオ信号のエンベロープをワーピングするために極を修正するよう構成された装置。
【請求項１６】
前記修正ユニットは、少なくとも極の一部を修正極で置き換えるよう構成され、修正極は
【数２】
2009501958.tif 000012
で与えられ、μはワーピングパラメータである、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
残余信号の周波数及び／または位相を適応させる信号適応ユニットをさらに有する、請求項１０または１５に記載の装置。
【請求項１８】
請求項１０または１５に記載の装置を有するコンシューマ装置またはオーディオシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号の修正（modification）に関する。本発明は、より具体的には、スピーチ信号等のオーディオ信号のスペクトルエンベロープ（spectral  envelope）の周波数軸の修正のための方法と装置に関する。
【０００２】
オーディオ信号の周波数分布の修正は既知である。アプリケーションによっては、例えば、ボイス修正システムにおいては、信号の周波数スケールを変更することが望ましい。周波数軸をスケーリングすることにより、スピーチ信号の知覚を変更するためにスピーチ信号のフォルマント（formants）をシフトすることができる。しかし、従来のスケーリング方法は、所望の結果を得るために多数のパラメータを正しく設定しなければならず、面倒である。また、これらのスケーリング方法は一般的に計算量が大きくなる。
【０００３】
スケーリングに加えて、周波数軸に非線形変換をかけることもできる。すなわち非線形スケーリングである。周波数軸の非線形スケーリングは（周波数）ワーピング（warping）と呼ばれることが多い。従来のワーピング方法は計算が複雑である。
【０００４】
先行技術の周波数軸の修正方法の一例が米国特許第５，９３０，７５３号公報（ＡＴ＆Ｔ、ポタミアノス）に開示されている。この先行技術の方法は隠れマルコフモデルに基づくスピーチ認識において周波数ワーピングとスペクトル再形成（spectral  shaping）を組み合わせたものである。周波数軸のスケーリングとスペクトルエネルギーの輪郭線（spectral  energy  contour）の再形成とを同時に行って、スピーチ発話（speech  utterances）を補正する。ワーピング係数（warping  factors）を最適化するために、計算負荷が大きい最大尤度法を使用する。
【０００５】
本発明の目的は、先行技術の上記問題その他を解消し、オーディオ信号の修正、特にスピーチ信号等のオーディオ信号のスペクトルエンベロープの周波数軸修正をするための、比較的簡単で制御パラメータが少ない方法と装置とを提供することである。
【０００６】
よって、本発明は、オーディオ信号を修正する方法を提供する。該方法は、
−  極と係数とを含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する段階とを有し、
１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをスケーリングするために格子フィルタ反射係数を補間する段階を含む。
【０００７】
補間により格子フィルタ係数を修正することにより、場合によっては、オーディオ信号のスペクトルエンベロープを非常に効率的にスケーリングすることができる。すなわち、フィルタ係数が一般的には反射係数と呼ばれる格子フィルタの係数である場合、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをスケーリングするためのフィルタ係数のスケーリング（補間）を、最小限の計算負荷で実行することができる。格子フィルタ係数の補間はパラメータのインデックス番号に対して行われる。インデックス番号はフィルタにおける係数の順序を示している。
【０００８】
格子フィルタはそれ自体既知であるが、オーディオ信号をスケーリングする時の非常に有利な特性は本発明がされるまで認識されていなかった。格子フィルタにより簡単な変換でスペクトルエンベロープのスケーリングをすることができる。それにひきかえ、先行技術の方法は複雑な計算を必要とする。例えば、フィルタの自己相関関数の決定、自己相関関数の時間軸のスケーリング、スケーリングした自己相関関数からの修正フィルタパラメータの導出などである。かかる先行技術による方法は計算が複雑であるが、一方、フィルタが不安定であるという問題がある。
【０００９】
本発明の方法では、分析する段階により正規フィルタ係数（例えば、いわゆる直接形式フィルタの係数）のセットを生成し、これを格子フィルタ反射係数に変換する。しかし、本発明の好ましい一実施形態では、オーディオ信号を分析する段階は、格子フィルタ反射係数を生成する段階を含む。すなわち、反射係数は直接生成され、正規フィルタ係数を生成するステップは事前に必要ない。オーディオ信号を分析し、フィルタパラメータのセットと残余信号とを生成する段階は、好ましくは格子フィルタを使用する。格子フィルタは直接生成された反射係数を使って残余信号を生成できるからである。
【００１０】
同様に、好ましくは、修正オーディオ信号を合成する段階は、修正格子フィルタ反射係数を使用する段階を含む。すなわち、合成フィルタは好ましくは格子フィルタである。これにより、格子フィルタ反射係数を正規フィルタ係数に変換する中間段階を回避する。
【００１１】
本発明の方法では、１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、有利にも、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをワーピングするために極を修正する段階を含み得る。このように、スケーリングとワーピングを両方とも実行でき、オーディオ信号のスペクトルエンベロープの周波数軸方向におけるスペクトルエンベロープの線形及び非線形の変換を行うことができる。
【００１２】
オーディオ信号のスペクトルエンベロープをワーピングするために極を修正する段階は、スペクトルエンベロープをスケーリングする段階なしに、独立に実行してもよい。よって、本発明は、オーディオ信号を修正する方法も提供する。該方法は、
−  極と係数とを含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する段階とを有し、
１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをワーピングするために極を修正する段階を含む。
【００１３】
本発明の方法はワーピングを含む。好ましくは、１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、少なくとも極の一部を修正極で置き換える段階を含み、修正極は
【００１４】
【数３】
2009501958.tif 000003
で与えられ、μはワーピングパラメータである。
【００１５】
オーディオ信号の（スペクトル）エンベロープを修正するのに加えて、残余信号を修正してさらにオーディオ信号を修正してもよい。より具体的には、本発明の方法は、残余信号の周波数及び／または位相を修正する段階をさらに有してもよい。
【００１６】
本発明は、上記の方法を実行するコンピュータプログラム製品をさらに提供する。コンピュータプログラム製品は、ＣＤやＤＶＤ等のデータ担体に記憶された一組のコンピュータ実行可能な命令を含む。その一組のコンピュータ実行可能な命令は、プログラマブルコンピュータに上記の方法を実行させるが、インターネット等を介して遠隔地のサーバからダウンロードすることもできる。
【００１７】
本発明は上記の通りソフトウェアで実施してもよいし、ハードウェアで実施してもよい。好ましいハードウェアの実施形態には、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）やプログラマブル論理回路（フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等）を含む。
【００１８】
また、本発明は、オーディオ信号の修正装置も提供する。該装置は、
−  極と係数とを含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する分析ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する修正ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する合成ユニットとを有し、
修正ユニットは、オーディオ信号のエンベロープをスケーリングするために格子フィルタ反射係数を補間するよう構成されている。
【００１９】
本発明の装置において、好ましくは、分析ユニットは格子フィルタ反射係数を生成するよう構成されている。従って、分析フィルタは格子フィルタを有し、または正規（例えば、タップライン（tapped  line））フィルタと正規フィルタ係数を格子フィルタ反射係数に変換する変換ユニットとを有してもよい。しかし、別の実施形態では、かかる変換ユニットは修正ユニットに含まれていてもよい。
【００２０】
有利にも、合成ユニットは修正格子フィルタ反射係数を使用できる。好ましい一実施形態では、分析ユニットと合成ユニットは両方とも格子フィルタを有する。この実施形態では、正規係数（regular  coefficients）から反射係数への変換は不要であり、格子フィルタの有利な特性をフルに利用できる。
【００２１】
本発明の別の有利な一実施形態によると、修正ユニットは、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをワーピングするために極を修正するよう構成されている。ワーピングはスペクトルエンベロープのその周波数軸に沿った非線形変換を含む。この変換により、（線形）スケーリングだけでは実現できない周波数スペクトルの修正をすることができる。
【００２２】
修正ユニットは、極を修正するように構成され、格子フィルタ反射係数を補間するように構成されていなくてもよい。従って、本発明はオーディオ信号の修正装置も提供する。該装置は、−  極と係数とを含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する分析ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する修正ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する合成ユニットとを有し、
修正ユニットは、オーディオ信号のエンベロープをワーピングするために極を修正するよう構成されている。
【００２３】
本発明の装置がワーピングを提供するとき、前記修正ユニットは、好ましくは、少なくとも極の一部を修正極で置き換えるよう構成され、修正極は
【００２４】
【数４】
2009501958.tif 000004
で与えられ、μはワーピングパラメータである。このワーピング手順（warping  procedure）はスケーリングをしない装置で実行することもでき、ワーピングとスケーリングを独立に実行することもできる。
【００２５】
さらに別の有利な一実施形態では、本発明の装置は、残余信号の周波数及び／または位相を適応させる信号適応ユニットをさらに有する。このように、オーディオ信号のピッチ（pitch）を変更してもよい。
【００２６】
本発明は、上記の装置を有するコンシューマ装置及びオーディオシステムをさらに提供する。本発明のコンシューマ装置は、移動電話装置、補聴器、電子ゲーム及び／またはゲームコンソール、パーソナルコンピュータ、カラオケ装置、その他のタイプの、オーディオ信号、特にスピーチ信号及び／またはボイス信号を処理するコンシューマ装置などである。また、本発明は、上記の方法または装置で修正したフィルタパラメータのセットと、上記の方法または装置で修正したオーディオ信号も提供する。
【００２７】
添付した図面に示した実施形態例を参照して、本発明をさらに説明する。
【００２８】
図１に示したパラメトリックオーディオ信号修正システム１は、非限定的な単なる実施例である。このパラメトリックオーディオ信号修正システム１は、線形予測分析（ＬＰＡ）ユニット１０と、信号適応（ＰＡ）ユニット２０と、線形予測合成（ＬＰＳ）ユニット３０と、修正（Ｍｏｄ）ユニット４０とを有する。信号適応ユニット２０は任意的であり、オーディオ信号と対応する残余信号の適応を望まなければ、削除してもよい。
【００２９】
パラメトリックオーディオ信号修正システム１の構成はそれ自体既知のものであるが、図１に示したシステム１において、修正ユニット４０が新規な機能を有する。これについては後で詳しく説明する。また、線形予測分析（ＬＰＡ）ユニット１０と線形予測合成（ＬＰＳ）ユニット３０とは、図４と図５を参照して後で詳細に説明するように設計されていることが好ましい。
【００３０】
図１のシステム１は、オーディオ信号ｘを受け取り、修正オーディオ信号ｙを出力する。オーディオ信号ｘは、例えばボイス（スピーチ）信号や音楽信号である。信号ｘは、線形予測分析ユニット（ＬＰＡ）１０に入力され、（時間的に変化する）予測パラメータｐと残余信号ｒとのシーケンスに変換される。このために、線形予測分析ユニット１０は好適な線形予測分析フィルタ（linear  prediction  analysis  filter）またはその等価物を有している。線形予測分析ユニット１０が生成する予測パラメータｐはフィルタパラメータであり、このフィルタパラメータにより、好適なフィルタ（図示した実施例では、線形予測合成ユニット３０に含まれる線形予測合成（ＬＰＳ）フィルタ）が、好適な起動信号（excitation  signal）に応答して、信号ｘを実質的に再生することができる。残余信号ｒ（または、ピッチ適応またはその他の適応をした後の修正残余信号ｒ′）がここではその起動信号として機能する。
【００３１】
任意的な信号適応（ＳＡ）ユニット２０は、例えば、残余信号ｒを修正して修正残余信号ｒ′を生成することにより、オーディオ信号ｘのピッチ（主要振動数）を修正する。信号ｘの他のパラメータをさらに別の修正ユニット４０を用いて修正する。この修正ユニット４０は予測パラメータｐを修正して修正予測パラメータｐ′を生成するように構成されている。本発明では、信号適応（ＳＡ）ユニット２０は必須ではなく無くてもよい。その場合、修正（または適応）残余信号ｒ′は（元の）残余信号ｒと同一である。
【００３２】
線形予測分析フィルタ１０の一例を図２に示した。図２のフィルタ１０は、フィルタユニット１１と、重み付けユニット１２と、制御ユニット１３と、結合ユニット１４とを有する。入力信号ｘは制御ユニット１３と第１の重み付けユニット１２との両方に入力される。各重み付けユニット１２は信号にそれぞれの重み（weight）ａ０，ａ１，．．．，ａｋを事実上かけて、重み付け信号（weighted  signal）を出力する。この出力信号は結合ユニット１４に入力される。図示した実施形態では、結合ユニット１４はその入力信号を加算して結合出力信号ｒを生成する。重みａｉ（ｉ＝０，．．．，ｋ）は制御ユニット１３が決定する。
【００３３】
スピーチ（ボイス）アプリケーションの場合、フィルタ１０は、好ましくは声道をモデル化し、声励起信号（vocal  excitation  signal）に似た出力信号ｒが、声道に入力されると、フィルタ入力信号ｘに対応するスピーチ信号を生成するように設計される。
【００３４】
図２に示した実施例において、各フィルタユニット１１は全通過伝達関数Ａ（ｚ−１，λＡ）を有する：
【数５】
2009501958.tif 000005
ここで、ｚ−１は単位遅延を表し、λＡはフィルタの極を決定する伝達関数パラメータである。極λＡは制御ユニット１３が決定するか、事前に決定してあってもよい。
【００３５】
制御ユニット１３は、係数ａｉと極λＡを決定するにあたり、これらのパラメータが信号ｘのスペクトルエンベロープを決定し、残余信号ｒが実質的に「フラットな」（すなわち、一定の）エンベロープ（envelope）を有するように決定する。係数ａｉと極λＡとはパラメータのセットをなし、図１ではｐで示されている。留意すべき点として、各信号時間セグメント、例えば各フレームに対して、相異なるパラメータセットを生成してもよい。
【００３６】
フィルタ１０のパラメータａｉ（ｉ＝０，．．．，ｋ）とλＡとは（図１の）修正ユニット４０に入力され、そこで修正される。修正パラメータ（modified  parameters）はパラメータｂｉ（ｉ＝０，．．．，ｋ）とλＢとして出力される。重み付けユニット１２と修正ユニット４０の間の接続は、図を見やすくするために、図２には示していない。
【００３７】
留意すべき点として、すべての信号は離散時間信号であり、ｎをサンプル番号として、ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）、ｒ（ｎ）と書くことができる。しかし、表現を簡潔にするため、これらの信号はそれぞれｘ、ｙ、ｒと示す。
【００３８】
図３の線形予測合成（ＬＰＳ）フィルタ３０のパラメータｂｉ（ｉ＝０，．．．，ｋ）も重み付け係数として使用される。フィルタ３０はフィルタユニット３１と、重み付けユニット３２及び３２′と、結合ユニット３４とを有する。各重み付けユニット３２はパラメータｂｉ（ｉ＝１，．．．，ｋ）を有し、重み付けユニット３２′はパラメータｂ０−１を有する。当業者には分かることであるが、ｂ０＝ａ０、ｂｉ＝−ａｉ／ｂ０（ｉ＝１，．．．，ｋ）、及びλＢ＝λＡであるとき、合成フィルタ３０は分析フィルタ１０のちょうど逆である。ｍはｋと異なってもよい。言い換えると、合成フィルタ３０にある重み付けユニット３２と３２′の数は分析フィルタ１０にある重み付けユニット１２の数と必ずしも同じである必要はない。
【００３９】
フィルタ３０は修正ユニット４０（図１参照）からパラメータセットｐ′を受け取る。フィルタ３０の要素３１、３２、３２′と修正ユニット４０との間の接続は、図を分かりやすくするために示していない。パラメータセットｐ′は係数ｂｉと極λＢとを含む。
【００４０】
結合ユニット３４は、その入力信号を加算するように構成されており、図２のフィルタ１０が生成する信号ｒ（信号ｒは図１に示したピッチ適応ユニット２０により修正されていてもよく、その場合結合ユニット３４が受け取るのは信号ｒ′である）と、重み付けユニット３２が生成する重み付けフィルタ信号（weighted  filter  signals）とを受け取る。ユニット３４の結合出力信号（combined  output  signal）は、重み（係数）がｂ０−１である重み付けユニット３２′に入力される。重み付けユニット３２′の出力信号はフィルタ出力信号ｙである。
【００４１】
図３に示した実施例において、各フィルタユニット３１は伝達関数Ｂ（ｚ−１，λＢ）を有する：
【数６】
2009501958.tif 000006
ここで、ｚ−１は単位遅延を表し、λＢは伝達関数パラメータまたは極である。パラメータλＢは図２のフィルタ１０の対応パラメータλＡを修正したものである。この修正により信号ｙのスペクトルエンベロープが入力信号ｘに対して非線形スケーリング（すなわち、ワーピング）される。
【００４２】
信号パラメータの修正は次のように行われる。３２／２４の周波数軸のスケーリングが必要であると仮定する。スケーリング係数（factor）βは３２／２４＝１．３３である（言うまでもなく、スケーリング係数が１のときはスケーリングがされない）。
【００４３】
合成フィルタのインパルス応答から自己相関関数を決定できる。この自己相関関数をリサンプリング（re-sampled）する。リサンプリングした自己相関関数から、当業者には周知の方法を用いて、合成フィルタの新しい係数を決定する。一般的には、この決定は線形予測子（linear  predictor）を含む正規方程式を解けばできる。しかし、この方程式を解くには大量の計算が必要になる。よって、その代わりに、本発明では、フィルタ係数を修正すること、特に、フィルタ係数に関連する反射係数を修正することを提案する。
【００４４】
発明者が見いだしたところによると、格子フィルタが本発明の実施には特に好適である。格子フィルタの場合、反射係数が直接得られるからである。このため、正規フィルタ係数（regular  filter  coefficients）を反射係数（reflection  coefficients）に変換する必要がなくなり、修正反射係数を修正正規フィルタ係数ｂｉに変換する必要がなくなる。
【００４５】
（図２の参照数字１０で示した）線形予測分析（ＬＰＡ）フィルタの格子フィルタによる実施形態を図４ａに概略的に示した。
【００４６】
フィルタ１０′はフィルタユニット１１と、重み付けユニット１２及び１２′と、制御ユニット１３と、結合ユニット１４及び１５とを有する。各フィルタユニット１１はフィルタ伝達関数Ａ（ｚ−１，λＡ）を有しており、これは図２に示した従来のフィルタ１０と同じである。各重み付けユニット１２には重み（重み付けパラメータ）ｃｉ（ｉ＝１，．．．，Ｎ）が付随している。各重み（weight）はｉ番目の反射係数に等しい。重み付けユニット１２は重みｃｉも有している。制御ユニット１３は入力信号ｘからパラメータλＡとｃｉを求める。これは図２の実施形態と同様である。
【００４７】
重み付けユニット１２はフィルタユニット１１の出力信号を結合ユニット１４に入力して、結合出力信号（combined  output  signal）ｒを生成する。フィルタ１０′は格子フィルタなのでいわゆる反射係数を有している。この反射係数は重み付けユニット１２′の重みｃｉにより構成されている。これらのユニット１２′は、（第１段階において）入力信号ｘを、また（その後の段階において）中間信号を、結合ユニット１５に入力する。結合ユニット１５は、これらの重み付け信号をそれぞれのフィルタユニット１１の出力信号と結合してから、その出力信号を次のフィルタユニット１１に入力する。
【００４８】
フィルタ１０′のフィルタユニット１１をより詳細に図４ｂに示した。図示したフィルタユニット１１は、（図４ａに示したユニット１５と同じであるか、別のユニットで構成された）第１の結合ユニット１５′と、第２の結合ユニット１６と、遅延ユニット１７と、重み付けユニット１８及び１９とを有する。重み付けユニット１８及び１９は、それぞれ重み付けパラメータλＡと−λＡとを有する。
【００４９】
格子フィルタ１０′が有する利点は、入力オーディオ信号のスペクトルエンベロープのスケーリングに特に好適であるということであり、それはフィルタの（反射）係数を直接得られるからである。
【００５０】
（図３の参照数字３０で示した）線形予測合成（ＬＰＳ）フィルタの格子フィルタによる実施形態を図５ａに概略的に示した。格子フィルタ３０′はフィルタユニット３１と、重み付けユニット３２及び３２′と、結合ユニット３４、３４′、３５とを有する。各重み付けユニット３２、３２′、３２′′には重み付けパラメータｄｉ（ｉ＝１，．．．，Ｎ）が付随している。結合ユニット３４は、その入力信号を加算するように構成されており、図２のフィルタ１０が生成した信号ｒ（または対応するピッチ修正信号ｒ′）と、重み付けユニット３２が生成した重み付けフィルタ信号とを受け取る。ユニット３４の結合出力信号（combined  output  signal）はフィルタ出力信号ｙである。
【００５１】
各フィルタユニット３１は伝達関数Ｂ（ｚ−１，λＢ）を有する。ここで、ｚ−１は単位遅延を表し、λＢは伝達関数パラメータである。パラメータ（または極）λＢは図２のフィルタ１０の対応パラメータλＡを修正したものである。この修正により信号ｙのスペクトルエンベロープが信号ｘのスペクトルエンベロープに対して非線形周波数スケーリング（ワーピング）される。
【００５２】
フィルタ３０′のフィルタユニット３１をより詳細に図５ｂに示した。図示したフィルタユニット３１は、（図５ａに示したユニット３５と同じであるか、別のユニットで構成された）第１の結合ユニット３５′と、第２の結合ユニット３６と、遅延ユニット３７と、重み付けユニット３８及び３９とを有する。重み付けユニット３８及び３９は、それぞれ重み付けパラメータλＢと−λＢとを有する。
【００５３】
スペクトルエンベロープの（線形または比例）スケーリングはパラメータの適当な変換により行うことができる。より具体的には、周波数マッピングは次の式により行える：
【数７】
2009501958.tif 000007
ここでｆ′は修正周波数（modified  frequency）であり、βはスケーリング係数であり、ｆは元の周波数である。修正周波数の値は、フィルタの（反射）係数をその軸に沿って同じスケーリング係数βを用いてスケーリングすることにより決定する。
【００５４】
例えば、周波数軸をスケーリング係数０．５（すなわち、β＝０．５）でスケーリングする場合、このスケーリング係数０．５を用いてフィルタ係数をスケーリングする。例えば、新しい１番目の係数は元の２番目の係数の値となり、新しい２番目の係数は元の４番目の係数の値となる。この例では、係数の数も半分になる。
【００５５】
βが別の値である場合、例えば、β＝０．３やβ＝２．０である場合、係数は中間位置の値を取る。例えば、β＝０．３の場合、新しい係数Ｎｏ．３は古い係数Ｎｏ．１０の値を取る（１０×０．３＝３）が、新しい係数Ｎｏ．２は（存在しない）元の係数Ｎｏ．６．６６７に対応する値となる。これらの中間値は、ラグランジュ補間等の既知の補間法を用いて決定できる。これは、後で図６と図７を参照して説明する。
【００５６】
スペクトルエンベロープの非線形スケーリングまたはワーピングは、パラメータの適当な変換により行うことができる。より具体的には、周波数マッピングは次の式により行える：
【数８】
2009501958.tif 000008
ここで、θは周波数であり、サンプリング周波数ｆｓに対して規格化されている：
【数９】
2009501958.tif 000009
この周波数マッピング（すなわち、周波数軸の非線形スケーリング）は、フィルタパラメータλＡを次式により変換すると得られる：
【数１０】
2009501958.tif 000010
ここで、μはワーピングパラメータであり、−１＜μ＜１である。μ＝０の場合は、λＢ＝λＡであり、ワーピングが行われないことが分かる。式（３）、（４）、（５）を用いて、周波数軸の所望の線形及び／または非線形のスケーリングを、βとμの値を与えて、行うことができる。
【００５７】
式（６）から、明らかなことは、フィルタ３０や３０′等の全通過部分（all-pass  sections）に基づく線形予測合成フィルタは、ワーピング係数の選択によらずフィルタの構成がいつも同じになるので有利である。全通過部分のパラメータλＢのみがワーピングパラメータμの関数として変化する。
【００５８】
スケーリングの効果を図６乃至図９に示した。図６は、反射係数値（ＲＣＶ）の例を図４ａと図５ａにｃｉで示した係数インデックス（ＣＩ）の関数として示している。図６の反射係数値は、スケーリングがされていない場合の、図５ａに示したフィルタ３０′の係数ｄｉを表し、スケーリング係数（scaling  factor）βは１であり、すべてのｉについてｄｉ＝ｃｉである。図７は、同じ係数を示しているが、スケーリング係数βが３２／２４＝１．３３３である場合である。図からわかることは、元の係数値が再分布しており、新しい係数のセット（set  of  coefficients）となっている。例えば、元の係数Ｎｏ．１２の値は新しい係数Ｎｏ．１６（１６＝１２×３２／２４）に割り当てられており、一方、新しい係数Ｎｏ．１５は存在しない元の係数Ｎｏ．１１．２５（１５＝１１．２５×３２／２４）に対応する補間値となっている。また、係数の数が２４から３２に増えている。
【００５９】
図８には、合成フィルタの振幅スペクトルの大きさ（Ｍ）を、デシベル（ｄＢ）単位で、周波数（ｆ）の関数として示した。これはスケーリングをしない場合であり、β＝１である。スケーリング係数β＝３２／２４でスケーリングすると、周波数スペクトルが圧縮され、図８及び図９に示したように、スケーリング前には２．５ｋＨｚ付近にあったピーク（Ｐ）が１．９ｋＨｚ（Ｐ′）付近になり、スケーリング前には約６．５ｋＨｚであったピーク（Ｑ）が５．０ｋＨｚ（Ｑ′）付近になっている。本発明によりオーディオ信号のスペクトルエンベロープ（spectral  envelope）の効果的なスケーリングが可能であることが分かる。
【００６０】
単なる一例であるが、図８のスペクトルエンベロープが外挿（extrapolated）され、図９のスペクトルエンベロープとなっている。このスペクトルエンベロープの外挿は、スケーリング係数βが１より大きい結果であり、係数を外挿することなしに実現されている（図６及び図７）。一部の係数値は、外挿ではなく、補間の結果である。
【００６１】
本発明は、スピーチ信号等のオーディオ信号の線形及び非線形のスケーリング演算を、２つの制御パラメータを修正するだけで行えるとの洞察に基づく。本発明には、オーディオ信号のスケーリングには格子フィルタの反射係数が特に好適であり、全通過部分（all-pass  sections）に基づき合成フィルタを用いてワーピングを効果的に行うことができるとの洞察も利用している。
【００６２】
留意すべきことは、本明細書で使用した用語は、本発明の範囲を限定するものとして解釈してはならないことである。特に、「有する」という用語は、記載されていない何らかの要素を排除することを意味するものではない。単一の（回路）要素を複数の（回路）要素またはその等価物で置き換えることもできる。
【００６３】
当業者には当然のことながら、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、添付した請求項に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、多くの修正や追加をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明によるパラメトリックオーディオ信号修正システムを示す概略図である。
【図２】本発明で使用する線形予測分析フィルタの第１の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明で使用する線形予測合成フィルタの第１の実施形態を示す概略図である。
【図４ａ】本発明で使用する線形予測分析フィルタの第２の実施形態を示す概略図である。
【図４ｂ】本発明で使用する線形予測分析フィルタの第２の実施形態を示す概略図である。
【図５ａ】本発明で使用する線形予測合成フィルタの第２の実施形態を示す概略図である。
【図５ｂ】本発明で使用する線形予測合成フィルタの第２の実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明による格子フィルタ反射係数のスケーリングを示す図である。
【図７】本発明による格子フィルタ反射係数のスケーリングを示す図である。
【図８】本発明による信号周波数スペクトルのスケーリングを示す図である。
【図９】本発明による信号周波数スペクトルのスケーリングを示す図である。
【図１】
2009501958.tif 000013
【図２】
2009501958.tif 000014
【図３】
2009501958.tif 000015
【図４ａ】
2009501958.tif 000016
【図４ｂ】
2009501958.tif 000017
【図５ａ】
2009501958.tif 000018
【図５ｂ】
2009501958.tif 000019
【図６】
2009501958.tif 000020
【図７】
2009501958.tif 000021
【図８】
2009501958.tif 000022
【図９】
2009501958.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月23日(2008.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号の修正方法であって、
−  係数を含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する段階とを有し、
１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、オーディオ信号のエンベロープをスケーリングするために格子フィルタ反射係数を補間する段階を含む方法。
【請求項２】
オーディオ信号を分析する段階は格子フィルタ反射係数を生成する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
修正オーディオ信号を合成する段階は修正格子フィルタ反射係数を使用する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
オーディオ信号の修正方法であって、
−  係数を含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階と、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する段階とを有し、
１つ以上のフィルタパラメータを修正する段階は、オーディオ信号のスペクトルエンベロープをワーピングするために極を修正する段階を含む方法。
【請求項５】
残余信号の周波数及び／または位相を修正する段階をさらに有する、請求項１または４に記載の方法。
【請求項６】
請求項１または４に記載の方法で修正されたパラメータのセット。
【請求項７】
請求項１または４に記載の方法で修正されたオーディオ信号。
【請求項８】
オーディオ信号の修正装置であって、
−  係数を含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する分析ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する修正ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する合成ユニットとを有し、
修正ユニットは、オーディオ信号のエンベロープをスケーリングするために格子フィルタ反射係数を補間するよう構成された装置。
【請求項９】
分析ユニットは格子フィルタ反射係数を生成するよう構成された、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
合成ユニットは修正格子フィルタ反射係数を使用する、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
分析ユニットと合成ユニットは両方とも格子フィルタを有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
オーディオ信号の修正装置であって、
−  係数を含むフィルタパラメータのセットと残余信号とを生成するためにオーディオ信号を分析する分析ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットを生成するために１つ以上のフィルタパラメータを修正する修正ユニットと、
−  修正フィルタパラメータのセットと残余信号とを用いて修正オーディオ信号を合成する合成ユニットとを有し、
修正ユニットは、オーディオ信号のエンベロープをワーピングするために極を修正するよう構成された装置。
【請求項１３】
残余信号の周波数及び／または位相を適応させる信号適応ユニットをさらに有する、請求項８または１２に記載の装置。
【請求項１４】
請求項８または１２に記載の装置を有するコンシューマ装置またはオーディオシステム。
【国際調査報告】
2009501958.tif 000024
2009501958.tif 000025
2009501958.tif 000026