(57)【要約】【課題】  最小二乗アルゴリズムを利用する信号分離装置及びその方法を提供する。【解決手段】  前記信号分離装置は、相異なるチャンネル伝播特性を有するミュージック信号とボイス信号とが混合されたステレオ音響信号のような第１混合信号及び第２混合信号に対して、最小二乗アルゴリズム解析結果によって動作する適応ＦＩＲフィルタを利用して時間的な相関度が大きいボイス信号のような除去目標信号を短い収束時間の間に抽出できる。したがって、ユーザは、自分の所蔵しているＣＤ、ＤＶＤ、オーディオカセットテープやＦＭオーディオ放送から容易にカラオケ曲を選択してリアルタイムで向上した音質のミュージックを聞け、これにより、そのミュージック自体を楽しむか、または拍子に合わせて歌を歌う演習を行える。また、このようなミュージック／ボイス分離装置での最小二乗アルゴリズムは簡単であり、アルゴリズムの遂行時間が長くなくてＤＳＰチップやマイクロプロセッサで容易に具現されうる。【選択図】            図１
2005006317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合信号と関連した多数の入力信号を利用して多数の乗算係数を生成する解析部と、
前記乗算係数を利用して除去目標信号を出力するＦＩＲフィルタと、
第２信号で前記除去目標信号を減算して前記混合信号の信号成分のうち一つの出力信号を生成する減算部と、を備えることを特徴とする信号分離装置。
【請求項２】
前記多数の入力信号は、
第１信号、前記第１信号から計算される多数の遅延信号、及び以前の出力信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の信号分離装置。
【請求項３】
前記ＦＩＲフィルタは、
前記第１信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号を生成し、前記第１信号及び前記多数の遅延信号各々とそれらに対応している前記乗算係数各々とを乗算し、前記乗算された信号を合算して前記除去目標信号を生成して出力することを特徴とする請求項２に記載の信号分離装置。
【請求項４】
前記信号分離装置は、
所定の入力信号をローパスフィルタリング処理して前記第１信号を出力するローパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の信号分離装置。
【請求項５】
前記ＦＩＲフィルタは、
前記第１信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号を生成して出力するディレイ部と、
前記第１信号及び前記多数の遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の乗算係数各々を乗算した信号を生成して出力する乗算部と、
前記乗算された信号を合算して前記除去目標信号を生成して出力する合算部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の信号分離装置。
【請求項６】
前記解析部は、
行列を計算する数式
【数１】
2005006317.tif 000007
（ここで、Ｗｋは現在の乗算係数で構成されたカラム行列、Ｗｋ−１は以前の乗算係数で構成されたカラム行列、μは可変ステップサイズ定数、ｅｋ−１は以前の出力信号のデジタル値、Ｘｋ−１は入力信号及び互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号で構成されたカラム行列）
から前記多数の乗算係数を計算することを特徴とする請求項２に記載の信号分離装置。
【請求項７】
前記第１信号及び前記第２信号は、
混合された信号であることを特徴とする請求項２に記載の信号分離装置。
【請求項８】
前記第１信号及び前記第２信号は、
ＣＤ再生器、ＤＶＤ再生器、オーディオカセットテープ再生器、またはＦＭオーディオ放送受信機のうち何れか一つのオーディオシステムから出力されるステレオ２チャンネルデジタル信号であることを特徴とする請求項２に記載の信号分離装置。
【請求項９】
混合信号と関連した第１信号を含む多数の第１入力信号を利用して多数の第１乗算係数を生成し、前記第１乗算係数を利用して第１除去目標信号を出力し、第２信号及び前記第１除去目標信号を利用して前記混合信号の信号成分のうち一つである第１出力信号を生成する第１分離部と、
混合信号と関連した前記第２信号を含む多数の第２入力信号を利用して多数の第２乗算係数を生成し、前記第２乗算係数を利用して第２除去目標信号を出力し、前記第１信号及び前記第２除去目標信号を利用して前記混合信号の信号成分のうち一つである第２出力信号を生成する第２分離部と、を備えることを特徴とする信号分離装置。
【請求項１０】
前記第１分離部は、
前記多数の第１多数入力信号を利用して前記多数の第１乗算係数を生成する第１解析部と、
前記第１乗算係数を利用して前記第１除去目標信号を生成する第１ＦＩＲフィルタと、
前記第２信号で前記第１除去目標信号を減算して前記第１出力信号を生成する第１減算部と、を備え、
前記第２分離部は、
前記多数の第２多数入力信号を利用して前記多数の第２乗算係数を生成する第２解析部と、
前記第２乗算係数を利用して前記第２除去目標信号を生成する第２ＦＩＲフィルタと、
前記第１信号で前記第２除去目標信号を減算して前記第２出力信号を生成する第２減算部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載の信号分離装置。
【請求項１１】
前記多数の第１入力信号は、
前記第１信号以外に、前記第１信号から計算される多数の第１遅延信号、及び以前第１出力信号を含み、前記多数の第２入力信号は前記第２信号以外に、前記第２信号から計算される多数の第２遅延信号、及び以前の第２出力信号を含むことを特徴とする請求項９に記載の信号分離装置。
【請求項１２】
前記第１ＦＩＲフィルタは、
前記第１信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第１遅延信号を生成して出力し、前記第１信号及び前記多数の第１遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第１乗算係数各々とを第１乗算し、前記第１乗算された信号を合算して第１除去目標信号を生成し、
前記第２ＦＩＲフィルタは、
前記第２信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第２遅延信号を生成して出力し、前記第２信号及び前記多数の第２遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第２乗算係数各々とを第２乗算し、前記第２乗算された信号を合算して第２除去目標信号と、を生成することを特徴とする請求項１１に記載の信号分離装置。
【請求項１３】
前記信号分離装置は、
所定の第１入力信号をローパスフィルタリング処理して前記第１信号を出力する第１ローパスフィルタと、
所定の第２入力信号をローパスフィルタリング処理して前記第２信号を出力する第２ローパスフィルタと、をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の信号分離装置。
【請求項１４】
前記第１ＦＩＲフィルタは、
前記第１信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第１遅延信号を生成して出力する第１ディレイ部と、
前記第１信号及び前記多数の第１遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第１乗算係数各々とを第１乗算した信号を生成して出力する第１乗算部と、
前記第１乗算された信号を合算した前記第１除去目標信号を生成して出力する第１合算部と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載の信号分離装置。
【請求項１５】
前記第２ＦＩＲフィルタは、
前記第２信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第２遅延信号を生成して出力する第２ディレイ部と、
前記第２信号及び前記多数の第２遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第２乗算係数各々とを第２乗算した信号を生成して出力する第２乗算部と、
前記第２乗算された信号を合算した前記第２除去目標信号を生成して出力する第２合算部と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載の信号分離装置。
【請求項１６】
前記第１解析部または前記第２解析部各々は、
行列を計算する数式
【数２】
2005006317.tif 000008
（ここで、Ｗｋは現在の乗算係数で構成されたカラム行列、Ｗｋ−１は以前の乗算係数で構成されたカラム行列、μは可変ステップサイズ定数、ｅｋ−１は以前の出力信号のデジタル値、Ｘｋ−１は入力信号及び互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号で構成されたカラム行列）
から前記多数の第１乗算係数または前記多数の第２乗算係数を計算することを特徴とする請求項１０に記載の信号分離装置。
【請求項１７】
前記第１信号及び前記第２信号は、
混合された信号であることを特徴とする請求項９に記載の信号分離装置。
【請求項１８】
前記第１信号及び前記第２信号は、
ＣＤ再生器、ＤＶＤ再生器、オーディオカセットテープ再生器、またはＦＭオーディオ放送受信機のうち何れか一つのオーディオシステムから出力されるステレオ２チャンネルデジタル信号であることを特徴とする請求項９に記載の信号分離装置。
【請求項１９】
混合信号と関連した多数の入力信号を利用して多数の乗算係数を生成する段階と、
前記乗算係数を利用して除去目標信号を出力する段階と、
第２信号で前記除去目標信号を減算して前記混合信号の信号成分のうち一つの出力信号を生成する段階と、を備えることを特徴とする信号分離方法。
【請求項２０】
前記多数の入力信号は、
第１信号、前記第１信号から計算される多数の遅延信号、及び以前出力信号を含むことを特徴とする請求項１９に記載の信号分離方法。
【請求項２１】
前記信号分離方法は、
所定入力信号をローパスフィルタリング処理して前記第１信号を出力する段階をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の信号分離方法。
【請求項２２】
前記除去目標信号を出力段階は、
前記第１信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号を生成して出力する段階と、
前記第１信号及び前記多数の遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の乗算係数各々とを乗算した信号を生成して出力する段階と、
前記乗算された信号を合算して前記除去目標信号を生成して出力する段階と、を備えることを特徴とする請求項２０に記載の信号分離方法。
【請求項２３】
前記多数の乗算係数は、
行列を計算する数式
【数３】
2005006317.tif 000009
（ここで、Ｗｋは現在の乗算係数で構成されたカラム行列、Ｗｋ−１は以前の乗算係数で構成されたカラム行列、μは可変ステップサイズ定数、ｅｋ−１は以前の出力信号のデジタル値、Ｘｋ−１は入力信号及び互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号で構成されたカラム行列）
から計算されることを特徴とする請求項１９に記載の信号分離方法。
【請求項２４】
前記第１信号及び前記第２信号は、
区分なしに互いに交替されうることを特徴とする請求項２０に記載の信号分離方法。
【請求項２５】
第１音響信号をローパスフィルタリング処理して第１信号を出力する第１ローパスフィルタリング段階と、
第１信号、多数の第１遅延信号、及び第１出力信号を利用して多数の第１乗算係数を計算する第１解析段階と、
前記第１信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第１遅延信号を生成して出力し、前記第１信号及び前記多数の第１遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第１乗算係数各々とを乗算した信号を合算して生成した第１除去目標信号を出力する第１フィルタリング段階と、
第２信号で前記第１除去目標信号を減算し、前記第１音響信号のミュージック信号と推定された前記第１出力信号を生成する第１減算段階と、
第２音響信号をローパスフィルタリング処理して前記第２信号を出力する段階と、
前記第２信号、多数の第２遅延信号、及び第２出力信号を利用して多数の第２乗算係数を計算する第２解析段階と、
前記第２信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第２遅延信号を生成して出力し、前記第２信号及び前記多数の第２遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第２乗算係数各々とを乗算した信号を合算して生成した第２除去目標信号を出力する第２フィルタリング段階と、
前記第１信号で前記第２除去目標信号を減算して、前記第２音響信号のミュージック信号と推定された前記第２出力信号を生成する第２減算段階と、を備えることを特徴とするミュージック／ボイス分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は信号分離装置に係り、特に音響再生器から出力される信号でボイス信号を除去するカラオケ機用信号分離装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にカラオケ機は、歌の演習や余興のための手段として多く使われている。カラオケ機から出力されるミュージックに合わせて歌を歌う人は、それ自体を楽しむか、または拍子に合わせて歌を歌う演習をする。このようなカラオケ機は、一般的に一定したカラオケ曲を保存するメモリを使用して、ユーザが保存されたカラオケ曲のうち一曲を選択して再生させる。したがって、カラオケ機が再生できるカラオケ曲の数は、メモリの保存容量によって制限され、カラオケ機の購入コストも非常に高い。
【０００３】
ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）再生器、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｃ）再生器、カセットテープ再生器がＣＤ、ＤＶＤ、オーディオカセットテープを再生させる時、ボイスを除去し、ミュージックだけを出力させれば、容易にカラオケ機能が具現される。また、ＦＭオーディオ放送出力でボイスを除去し、ミュージックだけを出力させる時にも同様である。これにより、ユーザは自身が所蔵したＣＤ、ＤＶＤ、オーディオカセットテープの再生やＦＭオーディオ放送から容易にカラオケ曲を選択できる。
【０００４】
ＣＤ再生器、ＤＶＤ再生器、カセットテープ再生器から出力される音響信号やＦＭオーディオ放送から出力される音響信号にはミュージック信号とボイス信号とが混合されている。このような混合された信号でボイス信号だけを除去する技術はまだ十分ではない状態である。ミュージック信号とボイス信号とが混合されている音響信号でボイス信号だけを除去する一般的な方法では、音響信号を周波数領域に変換した後、ボイス信号が存在する特定帯域を除去する。この時、周波数領域への変換方法にはＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）あるいは副帯域フィルタリングのような方法がある。このような周波数変換方法でボイス信号だけを除去する一例が、特許文献１に開示されている。
【０００５】
しかし、数ｋＨｚまでの周波数を有するボイス信号の帯域にはミュージック信号成分も含まれているため、このようなボイス信号帯域を除去する場合にミュージック信号の一定部分も損失されるので、出力されるミュージックの音質が悪いという問題点がある。このような損失を減らすために、ボイス信号のピッチ周波数を検出して、ピッチが存在する周波数部分を除去する方法がある。しかし、このような方法においても、ミュージック信号の影響によってボイス信号のピッチを検出し難く、検出されたピッチに対する信頼性も低下するという問題点がある。
【特許文献１】米国特許ＵＳ５,３７５,１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、相異なるチャンネル伝播特性を有するミュージック信号とボイス信号とが混合されたステレオ音響信号のような第１混合信号及び第２混合信号に対して、最小二乗アルゴリズムの解析結果によって動作する適応ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを利用して時間的な相関度が大きいボイス信号のような除去目標信号を短い収束時間（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｔｉｍｅ）の間に抽出できる信号分離装置を提供することである。
【０００７】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、相異なるチャンネル伝播特性を有するミュージック信号とボイス信号とが混合されたステレオ音響信号のような第１混合信号及び第２混合信号に対して、最小二乗アルゴリズムの解析結果によって動作する適応ＦＩＲフィルタを利用して時間的な相関度が大きいボイス信号のような除去目標信号を短い収束時間の間に抽出できる信号分離方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を達成するための本発明の一面による信号分離装置は、解析部、ＦＩＲフィルタ、減算部を備えることを特徴とする。前記解析部は、混合信号と関連した多数の入力信号を利用して多数の乗算係数を生成する。前記ＦＩＲフィルタは、前記乗算係数を利用して除去目標信号を出力する。前記減算部は、第２信号で前記除去目標信号を減算して前記混合信号の信号成分のうち一つの出力信号を生成する。
【０００９】
前記課題を達成するための本発明の他の一面による信号分離装置は、第１分離部、及び第２分離部を備えることを特徴とする。前記第１分離部は、混合信号と関連した第１信号を含む多数の第１入力信号を利用して多数の第１乗算係数を生成し、前記第１乗算係数を利用して第１除去目標信号を出力し、第２信号及び前記第１除去目標信号を利用して前記混合信号の信号成分のうち一つの第１出力信号を生成する。前記第２分離部は、混合信号と関連した前記第２信号を含む多数の第２入力信号を利用して多数の第２乗算係数を生成し、前記第２乗算係数を利用して第２除去目標信号を出力し、前記第１信号及び前記第２除去目標信号を利用して前記混合信号の信号成分のうち一つの第２出力信号を生成する。
【００１０】
前記第１分離部は、前記多数の第１多数入力信号を利用して前記多数の第１乗算係数を生成する第１解析部と、前記第１乗算係数を利用して前記第１除去目標信号を生成する第１ＦＩＲフィルタと、前記第２信号で前記第１除去目標信号を減算して前記第１出力信号を生成する第１減算部と、を備え、前記第２分離部は、前記多数の第２多数入力信号を利用して前記多数の第２乗算係数を生成する第２解析部と、前記第２乗算係数を利用して前記第２除去目標信号を生成する第２ＦＩＲフィルタと、前記第１信号で前記第２除去目標信号を減算して前記第２出力信号を生成する第２減算部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
前記第１ＦＩＲフィルタは、前記第１信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第１遅延信号を生成して出力し、前記第１信号及び前記多数の第１遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第１乗算係数各々とを第１乗算し、前記第１乗算された信号を合算して第１除去目標信号を生成し、前記第２ＦＩＲフィルタは、前記第２信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第２遅延信号を生成して出力し、前記第２信号及び前記多数の第２遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第２乗算係数各々とを第２乗算し、前記第２乗算された信号を合算して第２除去目標信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
前記他の課題を達成するための本発明の一面による信号分離方法は、混合信号と関連した多数の入力信号を利用して多数の乗算係数を生成する段階と、前記乗算係数を利用して除去目標信号を出力する段階と、第２信号で前記除去目標信号を減算して前記混合信号の信号成分のうち一つの出力信号を生成する段階と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記他の課題を達成するための本発明の他の一面による信号分離方法は、第１音響信号をローパスフィルタリング処理して第１信号を出力する第１ローパスフィルタリング段階と、第１信号、多数の第１遅延信号、及び第１出力信号を利用して多数の第１乗算係数を計算する第１解析段階と、前記第１信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第１遅延信号を生成して出力し、前記第１信号及び前記多数の第１遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第１乗算係数各々とを乗算した信号を合算して生成した第１除去目標信号を出力する第１フィルタリング段階と、第２信号で前記第１除去目標信号を減算し、前記第１音響信号のミュージック信号と推定された前記第１出力信号を生成する第１減算段階と、第２音響信号をローパスフィルタリング処理して前記第２信号を出力する段階と、前記第２信号、多数の第２遅延信号、及び第２出力信号を利用して多数の第２乗算係数を計算する第２解析段階と、前記第２信号を入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第２遅延信号を生成して出力し、前記第２信号及び前記多数の第２遅延信号各々とそれらに対応している前記多数の第２乗算係数各々とを乗算した信号を合算して生成した第２除去目標信号を出力する第２フィルタリング段階と、前記第１信号で前記第２除去目標信号を減算し、前記第２音響信号のミュージック信号と推定された前記第２出力信号を生成する第２減算段階と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による信号分離装置は、相異なるチャンネル伝播特性を有するミュージック信号とボイス信号とが混合されたステレオ音響信号のような第１混合信号と第２混合信号とに対して、最小二乗アルゴリズムの解析結果によって動作する適応ＦＩＲフィルタを利用して時間的な相関度が大きいボイス信号のような除去目標信号を短い収束時間の間に抽出できる。したがって、ユーザは自身が所蔵したＣＤ、ＤＶＤ、オーディオカセットテープがやＦＭオーディオ放送から容易にカラオケ曲を選択してリアルタイムで向上した音質のミュージックを聞け、これにより、そのミュージック自体を楽しむか、または拍子に合せて歌を歌う演習を行える。また、このようなミュージック／ボイス分離装置での最小二乗アルゴリズムは簡単であり、アルゴリズムの遂行時間が短くてＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）チップやマイクロプロセッサに容易に具現されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施の形態を例示する添付図面及び添付図面に記載された内容を参照しなければならない。
【００１６】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を表す。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態による信号分離装置１００のブロック図である。
【００１８】
図１を参照すれば、本発明の一実施の形態による信号分離装置１００は、オプションであるローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１１０、適応アルゴリズム解析部１２０、適応デジタルＦＩＲフィルタ１３０、及び減算部１４０を備える。前記ＬＰＦ １１０は、オプションであって、入力信号ＲＡＳ，ＬＡＳのうち何れか一つの信号ＬＡＳをローパスフィルタリング処理して第１信号ｘｋを出力する。前記ＬＰＦ １１０がない場合には、前記入力信号ＬＡＳが第１信号ｘｋである。入力信号ＲＡＳ，ＬＡＳは、音響信号を構成するステレオ信号であるＲチャンネル信号ＲＡＳとＬチャンネル信号ＬＡＳとでありうる。この時、前記ＬＰＦ １１０は、前記Ｌチャンネル信号ＬＡＳでミュージック信号のような高周波数帯域の信号を遮断し、約４ｋＨｚ以下の音声帯域の信号、すなわち、低周波数帯域に存在するミュージック信号を含むラフなボイス信号だけ通過するようにローパスフィルタリング処理する。前記Ｒチャンネル信号ＲＡＳ及び前記Ｌチャンネル信号ＬＡＳ各々は、ＣＤ再生器、ＤＶＤ再生器、オーディオカセットテープ再生器、またはＦＭオーディオ放送受信機を含むオーディオシステムから出力されるステレオ型の２チャンネルデジタル信号であって、これらは区分なく互いに変わっても良い。
【００１９】
前記適応アルゴリズム解析部１２０は、第１信号ｘｋ、多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌ、及び出力信号ｅを入力し適応アルゴリズムを利用し計算した多数の乗算係数ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋを出力する。
【００２０】
前記適応アルゴリズムの最小二乗アルゴリズムは、いくつかのセンサーから取得して混合した音響信号ＬＡＳ／ＲＡＳから本来のミュージック信号及びボイス信号に分離する一つの方法であって、ミュージック信号とボイス信号とが相異なるチャンネル伝播特性を有することを利用する。すなわち、前記適応アルゴリズムは、本来のボイス信号を再び復元させるために、混合音響信号を解析して時間的な相関度の大きいボイス信号のような除去目標信号ＡＦＩＲＳを短い収束時間の間に抽出する。一般的に、ミュージック信号は、ボイス信号に比べて過去信号と現在信号間に時間的な相関度が少なく、互いに独立的な関係を有しつつ出力される。このような適応アルゴリズムについての具体的な説明は後述する。
【００２１】
前記適応デジタルＦＩＲフィルタ１３０は、前記第１信号ｘｋを入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌを生成して出力し、前記第１信号ｘｋ及び前記多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌ各々とそれらに対応している前記多数の乗算係数ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋ各々とを乗算した信号を合算して生成した除去目標信号ＡＦＩＲＳを出力する。
【００２２】
前記減算部１４０は、第２信号ＲＡＳで前記除去目標信号ＡＦＩＲＳを減算した前記出力信号ｅを生成する。前記減算部１４０から出力される信号ｅは、ボイス信号が除去されてミュージック信号と推定された信号であるので、スピーカーに出力される場合に、ユーザはミュージックだけ聞ける。
【００２３】
一方、前記適応デジタルＦＩＲフィルタ１３０の具体的なブロック図が図２に示されている。
【００２４】
図２を参照すれば、前記適応デジタルＦＩＲフィルタ１３０は、ディレイ部１３１、乗算部１３３、及び合算部１３５を備える。
【００２５】
前記ディレイ部１３１は、前記第１信号ｘｋを入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌを生成して出力する。ここで、前記第１信号ｘｋは、サンプル時間ごとに連続して入力されるサンプルデータである。この時、前記一つのサンプル時間差は、アナログ音響信号をデジタル化する時のサンプリング時間間隔である。このような過去サンプルデータを順次に移動することによって、前記多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌが発生され、所定のクロックサイクルごとにデータを移動させるＦ／Ｆ（Ｆｌｉｐ−Ｆｌｏｐ）型の簡単なロジックが具現されうる。
【００２６】
前記乗算部１３３は、前記第１信号ｘｋ及び前記多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌ各々とそれらに対応している前記多数の乗算係数ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋ各々とを乗算した信号を生成して出力する。前記適応デジタルＦＩＲフィルタ１３０は、“Ｌ＋１”タップフィルタであると仮定し、この時、前記乗算部１３３は、図２に示されたように、前記第１信号ｘｋ及び前記多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌ各々と前記多数の乗算係数ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋ各々とを乗算するためのＬ＋１個の乗算器を備える。
【００２７】
前記合算部１３５は、前記乗算された信号を合算した前記除去目標信号ＡＦＩＲＳを生成して出力する。
【００２８】
以下、図１の適応アルゴリズム解析部１２０で行われる最小二乗アルゴリズム計算についてさらに詳細に説明する。
【００２９】
図３は、最小二乗アルゴリズム計算動作の説明のためのフローチャートである。
【００３０】
図３を参照すれば、図１の適応デジタルＦＩＲフィルタ１３０に供給する多数の乗算係数ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋを調節する最小二乗アルゴリズムの計算フローチャートが示されている。この時、最小二乗アルゴリズムは、数式１のように、ミュージック信号と推定された出力信号ｅと、入力信号ｘｋ及び多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌで構成されたカラム行列Ｘを変数にする線形関数関係式で整理される。
【００３１】
【数１】
2005006317.tif 000003
【００３２】
（ここで、Ｗｋは現在の乗算係数で構成されたカラム行列、Ｗｋ−１は以前の乗算係数で構成されたカラム行列、μは可変ステップサイズ定数、ｅｋ−１は以前の出力信号のデジタル値、Ｘｋ−１は入力信号及び互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号で構成されたカラム行列）
数式１で、Ｗｋが現在の乗算係数ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋを有するカラム行列と表示される時、数式２の通りである。同様に、数式１で、Ｗｋ−１が以前の乗算係数ｗ０（ｋ−１）、ｗ１（ｋ−１），．．．，ｗＬ（ｋ−１）を有するカラム行列と表示される時、数式３の通りである。また、Ｘｋ−１が入力信号ｘｋ及び互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌで構成されたカラム行列と表示される時、数式４の通りである。数式１で、可変ステップサイズ定数μはアルゴリズムの収束速度と収束後の安定度とに影響を及ぼす定数である。すなわち、μが大きければ、収束時間は速くなるが、出力信号ｅの安定度は悪くなる関係を有する。この値は収束時間と収束後の安定度とに適切な値で適応アルゴリズム解析部１２０内に設定されている。
【００３３】
【数２】
2005006317.tif 000004
【００３４】
【数３】
2005006317.tif 000005
【００３５】
【数４】
2005006317.tif 000006
【００３６】
一方、図１の適応アルゴリズム解析部１２０が前記最小二乗アルゴリズム、すなわち、適応アルゴリズムを行う過程は、まず、信号分離装置がパワーオンになれば、装置をリセットし（Ｓ３１１）、リセット時に初期状態を認識して（例えば、ｋ＝１）（Ｓ３１３）、初期値に設定されている多数の乗算係数ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋを受信する（Ｓ３１５）。また、適応アルゴリズム解析部１２０は、数式１に含まれたμとｅｋ−１とを受信する（Ｓ３１７）。ｅｋ−１は、以前に出力された出力信号ｅであり、適応アルゴリズム解析部１２０が現在の新しい多数の乗算係数ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋを出力すれば、これにより現在の新しい出力信号ｅｋが減算部１４０から出力される。
【００３７】
次いで、適応アルゴリズム解析部１２０は、数式１を計算して（Ｓ３１９）、ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋを出力する（Ｓ３２１）。適応アルゴリズム解析部１２０は、パワーオフにならない限り、続けて（Ｓ３２３〜Ｓ３２５）、直前の乗算係数、ｗ０（ｋ−１），ｗ１（ｋ−１），．．，ｗＬ（ｋ−１）から数式１を計算して（Ｓ３１９）、現在の乗算係数、ｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋを出力する（Ｓ３２１）。
【００３８】
このような適応アルゴリズムは、短い収束時間に行われる。したがって、多様なオーディオシステムに図１のようなミュージック／ボイス分離装置を装着し、前記のように適応アルゴリズムを通じて推定されたミュージック信号である、出力信号ｅをスピーカーに出力させる場合に、ユーザはリアルタイムで向上した音質のミュージックを聞ける。
【００３９】
図４は、本発明の他の実施の形態による信号分離装置４００のブロック図である。
【００４０】
図４を参照すれば、本発明の他の実施の形態による信号分離装置４００は、第１分離部４０５、及び第２分離部４４５を備える。前記第１分離部４０５は、オプションである第１ＬＰＦ ４１０、第１適応アルゴリズム解析部４２０、第１適応デジタルＦＩＲフィルタ４３０、及び第１減算部４８０で構成され、第２分離部４４５はオプションである第２ＬＰＦ ４５０、第２適応アルゴリズム解析部４６０、第２適応デジタルＦＩＲフィルタ４７０、及び第２減算部４４０で構成される。
【００４１】
オプションである前記第１ＬＰＦ ４１０及び第２ＬＰＦ ４５０各々は、入力信号ＲＡＳ，ＬＡＳのうち何れか一つの信号をローパスフィルタリング処理して第１信号ｘ１ｋ及び第２信号ｘ２ｋを出力する。前記第１ＬＰＦ ４１０がない場合には、ＬＡＳが第１信号ｘ１ｋであり、前記第２ＬＰＦ ４５０がない場合には、ＲＡＳが第２信号ｘ２ｋである。入力信号ＲＡＳ，ＬＡＳは、音響信号を構成するステレオ信号である、Ｒチャンネル信号ＲＡＳとＬチャンネル信号ＬＡＳとでありうる。この時、前記第１ＬＰＦ ４１０及び第２ＬＰＦ ４５０各々は、前記Ｌチャンネル信号ＬＡＳ及び前記Ｒチャンネル信号ＲＡＳ各々でミュージック信号のような高周波数帯域の信号を遮断し、約４ｋＨｚ以下の音声帯域の信号、すなわち、低周波数帯域に存在するミュージック信号を含むラフなボイス信号だけ通過するようにローパスフィルタリング処理する。前記Ｒチャンネル信号ＲＡＳ及び前記Ｌチャンネル信号ＬＡＳ各々は、ＣＤ再生器、ＤＶＤ再生器、オーディオカセットテープ再生器、またはＦＭオーディオ放送受信機を含むオーディオシステムから出力されるステレオ型の２チャンネルデジタル信号であって、これらは区分なく互いに変わっても良い。
【００４２】
前記第１分離部４０５で、前記第１適応アルゴリズム解析部４２０は、第１信号ｘ１ｋ、多数の第１遅延信号ｘ１ｋ−１，ｘ１ｋ−２，．．．，ｘ１ｋ−Ｌ、及び第１出力信号ｅ１を入力して、図１の説明で記述したような適応アルゴリズムを利用して計算した多数の第１乗算係数ｗ１０ｋ，ｗ１１ｋ，．．．，ｗ１Ｌｋを出力する。前記適応アルゴリズム、すなわち、最小二乗アルゴリズム計算動作は、数式１を計算することであり、その計算過程は図３で説明した通りである。すなわち、ここで、ｘ１ｋ、ｘ１ｋ−１，ｘ１ｋ−２，．．．，ｘ１ｋ−Ｌ、ｅ１及びｗ１０ｋ，ｗ１１ｋ，．．．，ｗ１Ｌｋ各々は、図３の説明で記述されたｘｋ、ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌ、ｅ、及びｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋに対応する。
【００４３】
前記第１適応デジタルＦＩＲフィルタ４３０は、前記第１信号ｘ１ｋを入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第１遅延信号ｘ１ｋ−１，ｘ１ｋ−２，．．．，ｘ１ｋ−Ｌを生成して出力し、前記第１信号ｘ１ｋ及び前記多数の第１遅延信号ｘ１ｋ−１，ｘ１ｋ−２，．．．，ｘ１ｋ−Ｌ各々とそれらに対応している前記多数の第１乗算係数ｗ１０ｋ，ｗ１１ｋ，．．．，ｗ１Ｌｋ各々とを乗算した信号を合算して生成した第１除去目標信号ＡＦＩＲＳ１を出力する。
【００４４】
前記第１減算部４８０は、第２信号ｘ２ｋで前記第１除去目標信号ＡＦＩＲＳ１を減算した前記第１出力信号ｅ１を生成する。
【００４５】
前記第２分離部４４０で、前記第２適応アルゴリズム解析部４６０は、前記第２信号ｘ２ｋ、多数の第２遅延信号ｘ２ｋ−１，ｘ２ｋ−２，．．．，ｘ２ｋ−Ｌ、及び第２出力信号ｅ２を入力して、図１の説明で記述したような、前記適応アルゴリズムを利用して計算した多数の第２乗算係数ｗ２０ｋ，ｗ２１ｋ，．．．，ｗ２Ｌｋを出力する。前記適応アルゴリズム、すなわち、最小二乗アルゴリズム計算動作は、数式１を計算することであり、その計算過程は、図３で説明した通りである。すなわち、ここで、ｘ２ｋ、ｘ２ｋ−１，ｘ２ｋ−２，．．．，ｘ２ｋ−Ｌ、ｅ２及びｗ２０ｋ，ｗ２１ｋ，．．．，ｗ２Ｌｋ各々は、図３の説明で記述されたｘｋ、ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌ、ｅ、及びｗ０ｋ，ｗ１ｋ，．．．，ｗＬｋに対応する。
【００４６】
前記第２適応デジタルＦＩＲフィルタ４７０は、前記第２信号ｘ２ｋを入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第２遅延信号ｘ２ｋ−１，ｘ２ｋ−２，．．．，ｘ２ｋ−Ｌを生成して出力し、前記第２信号ｘ２ｋ及び前記多数の第２遅延信号ｘ２ｋ−１，ｘ２ｋ−２，．．．，ｘ２ｋ−Ｌ各々とそれらに対応している前記多数の第２乗算係数ｗ２０ｋ，ｗ２１ｋ，．．．，ｗ２Ｌｋ各々とを乗算した信号を合算して生成した第２除去目標信号ＡＦＩＲＳ２を出力する。
【００４７】
前記第２減算部４４０は、前記第１信号ｘ１ｋで前記第２除去目標信号ＡＦＩＲＳ２を減算した前記第２出力信号ｅ２を生成する。
【００４８】
前記第１減算部４８０及び前記第２減算部４４０から出力される信号ｅ１，ｅ２は、ボイス信号が除去されてミュージック信号と推定された信号であるので、スピーカーに出力される場合に、ユーザはミュージックだけを聞ける。
【００４９】
前記第１適応デジタルＦＩＲフィルタ４３０の具体的なブロック図は、図５の通りである。
【００５０】
図５を参照すれば、前記第１適応デジタルＦＩＲフィルタ４３０は、第１ディレイ部４３１、第１乗算部４３３、及び第１合算部４３５を備える。
【００５１】
前記第１ディレイ部４３１は、前記第１信号ｘ１ｋを入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第１遅延信号ｘ１ｋ−１，ｘ１ｋ−２，．．．，ｘ１ｋ−Ｌを生成して出力する。ここで、前記第１信号ｘ１ｋは、サンプル時間ごとに連続して入力されるサンプルデータである。この時、前記一つのサンプル時間差は、アナログ音響信号をデジタル化する時のサンプリング時間間隔である。このような過去サンプルデータを順次に移動することによって、前記多数の第１遅延信号ｘ１ｋ−１，ｘ１ｋ−２，．．．，ｘ１ｋ−Ｌが発生され、所定のクロックサイクルごとにデータを移動させるＦ／Ｆ型の簡単なロジックが具現されうる。
【００５２】
前記第１乗算部４３３は、前記第１信号ｘ１ｋ及び前記多数の第１遅延信号ｘ１ｋ−１，ｘ１ｋ−２，．．．，ｘ１ｋ−Ｌ各々とそれらに対応している前記多数の第１乗算係数ｗ１０ｋ，ｗ１１ｋ，．．．，ｗ１Ｌｋ各々とを乗算した信号を生成して出力する。前記第１適応デジタルＦＩＲフィルタ４３０は、“Ｌ＋１”タップフィルタであると仮定し、この時、前記第１乗算部４３３は、図５に示されたように、前記第１信号ｘ１ｋ及び前記多数の第１遅延信号ｘ１ｋ−１，ｘ１ｋ−２，．．．，ｘ１ｋ−Ｌ各々と前記多数の乗算係数各々とを乗算するためのＬ＋１個の乗算器を備える。
【００５３】
前記第１合算部４３５は、前記乗算された信号を合算した前記第１除去目標信号ＡＦＩＲＳ１を生成して出力する。
【００５４】
前記第２適応デジタルＦＩＲフィルタ４７０の具体的なブロック図は、図６の通りである。
【００５５】
図６を参照すれば、前記第２適応デジタルＦＩＲフィルタ４７０は、第２ディレイ部４７１、第２乗算部４７３、及び第２合算部４７５を備える。
【００５６】
前記第２ディレイ部４７１は、前記第２信号ｘ２ｋを入力して遅延させ互いに一つのサンプル時間差を有する前記多数の第２遅延信号ｘ２ｋ−１，ｘ２ｋ−２，．．．，ｘ２ｋ−Ｌを生成して出力する。ここで、前記第２信号ｘ２ｋは、サンプル時間ごとに連続して入力されるサンプルデータである。この時、前記一つのサンプル時間差は、アナログ音響信号をデジタル化する時のサンプリング時間間隔である。このような過去サンプルデータを順次に移動することによって、前記多数の第２遅延信号ｘ２ｋ−１，ｘ２ｋ−２，．．．，ｘ２ｋ−Ｌが発生され、所定のクロックサイクルごとにデータを移動させるＦ／Ｆ型の簡単なロジックが具現されうる。
【００５７】
前記第２乗算部４７３は、前記第２信号ｘ２ｋ及び前記多数の第２遅延信号ｘ２ｋ−１，ｘ２ｋ−２，．．．，ｘ２ｋ−Ｌ各々とそれらに対応している前記多数の第２乗算係数ｗ２０ｋ，ｗ２１ｋ，．．．，ｗ２Ｌｋ各々とを乗算した信号を生成して出力する。前記第１適応デジタルＦＩＲフィルタ４３０は、“Ｌ＋１”タップフィルタであると仮定し、この時、前記第２乗算部４７３は、図６に示されたように、前記第２信号ｘ２ｋ及び前記多数の第２遅延信号ｘ２ｋ−１，ｘ２ｋ−２，．．．，ｘ２ｋ−Ｌ各々と前記多数の乗算係数各々とを乗算するためのＬ＋１個の乗算器を備える。
【００５８】
前記第２合算部４７５は、前記乗算された信号を合算した前記第２除去目標信号ＡＦＩＲＳ２を生成して出力する。
【００５９】
一方、図４で、オプションである第１ＬＰＦ ４１０及び第２ＬＰＦ ４５０がない場合に、図４の信号分離装置は、適応デジタルＦＩＲフィルタ４３０，４６０が入力された第１信号ｘ１ｋ及び第２信号ｘ２ｋ各々をそのまま減算部４４０，４８０に出力するときにも同じ処理を行う。このような場合が図７に示されている。図７の場合は、図４で第１適応デジタルＦＩＲフィルタ４３０が第１信号ｘ１ｋを第１除去目標信号として出力し、第２適応ＦＩＲデジタルフィルタ４７０が第２信号ｘ２ｋを第２除去目標信号として出力する場合と同じである。すなわち、入力信号ＬＡＳ，ＲＡＳ各々を位相反転させる位相反転器５１０，５３０を利用して、第２入力信号ＲＡＳと第１位相反転器５１０の出力信号を第１合算部５４０で合算した信号は第１出力信号ｅ１になり、第１入力信号ＬＡＳと第２位相反転器５３０の出力信号とを第２合算部５２０で合算した信号は第２出力信号ｅ２になる。この時の第１出力信号ｅ１及び第２出力信号ｅ２は、ボイス信号が除去されてミュージック信号と推定された信号であるので、スピーカーに出力される場合に、ユーザはミュージックだけを聞ける。
【００６０】
前述したように、本発明の実施の形態による信号分離装置は、第１信号ｘｋ、多数の遅延信号ｘｋ−１，ｘｋ−２，．．．，ｘｋ−Ｌ、及び出力信号ｅを入力して適応アルゴリズムを利用して計算した多数の乗算係数を出力する適応アルゴリズム解析部１２０，４２０，４６０を備え、前記多数の乗算係数によって、目標除去信号ＡＦＩＲＳを抽出することによって、第２信号ｘ２ｋで目標除去信号ＡＦＩＲＳを除去した出力信号ｅが得られる。この時、入力される第１信号ｘ１ｋが音響信号ＲＡＳ／ＬＡＳである場合に、目標除去信号ＡＦＩＲＳはボイス信号であり、出力される最終出力信号ｅはミュージック信号である。
【００６１】
以上のように、図面と明細書とで最適の実施の形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、当業者なら、これから多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能であることが理解できる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明による信号分離装置はカラオケ機に利用され、このようなカラオケ機は、ＣＤ再生器、ＤＶＤ再生器、オーディオカセットテープ再生器、またはＦＭオーディオ放送受信機のようなオーディオシステムの一部として構成されることもある
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施の形態による信号分離装置のブロック図である。
【図２】図１の適応デジタルＦＩＲフィルタの具体的なブロック図である。
【図３】最小二乗アルゴリズム計算動作の説明のためのフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施の形態による信号分離装置のブロック図である。
【図５】図４の第１適応デジタルＦＩＲフィルタの具体的なブロック図である。
【図６】図４の第２適応デジタルＦＩＲフィルタの具体的なブロック図である。
【図７】図４の信号分離装置が入力信号それぞれの位相反転信号を生成して出力信号を発生させる場合を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００６４】
１１０    ＬＰＦ
１２０    適応アルゴリズム解析部
１３０    適応デジタルＦＩＲフィルタ
１４０    減算部
ＬＡＳ，ＲＡＳ    入力信号
ｅ    出力信号
【図１】
2005006317.tif 000010
【図２】
2005006317.tif 000011
【図３】
2005006317.tif 000012
【図４】
2005006317.tif 000013
【図５】
2005006317.tif 000014
【図６】
2005006317.tif 000015
【図７】
2005006317.tif 000016