(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の周波数が高くなるほどゲインが大きくなる第１のディジタルハイパスフィルタと、
この第１のディジタルハイパスフィルタの出力信号を遅延させる第１の遅延手段とを、具備し、この第１の遅延手段の出力信号が第１のディジタルハイパスフィルタの入力側及び出力側に帰還されているくし型ディジタルフィルタ。
【請求項２】
請求項１記載のくし型ディジタルフィルタにおいて、前記ディジタルハイパスフィルタに複数種類の信号が混合した波形信号が供給され、前記複数種類の信号のうち１つの信号のピッチ情報を模して作成した情報を入力するピッチ情報入力手段が設けられ、第１の遅延手段の遅延時間を前記ピッチ情報を模して作成した情報に従って制御する制御手段が設けられた信号抽出装置。
【請求項３】
請求項１記載のくし型ディジタルフィルタにおいて、
第１の遅延手段の出力信号が供給される第１のディジタルハイパスフィルタと同一構成の第２のディジタルハイパスフィルタと、
第２のディジタルハイパスフィルタの出力信号を遅延させる第２の遅延手段とを、
具備し、第２の遅延手段の出力信号が第１のディジタルハイパスフィルタの入力側と第２のディジタルハイパスフィルタの出力側とにそれぞれ帰還されているディジタルフィルタ。
【請求項４】
請求項３記載のくし型ディジタルフィルタに複数種類の信号が混合した波形信号が供給され、前記複数種類の信号のうち１つの信号のピッチ情報を模して作成した情報を入力するピッチ情報入力手段が設けられ、第１及び第２の遅延手段の遅延時間を前記ピッチ情報を模して作成した情報に従って制御する制御手段が設けられた信号抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の信号が混合された信号から特定の信号を抽出する信号抽出装置と、例えばこの信号抽出装置に使用するのに適したディジタルフィルタとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
歌声と伴奏音とが混合された信号から、例えば歌声のみを抽出することが望まれることがある。この場合、歌声の基音と、その倍音にピークをそれぞれ併せたくし型フィルタを使用して、歌声のみを抽出することが考えられる。
【０００３】
上記のくし型フィルタとしては、例えば特開平６−４０７６号公報の図９に従来技術として示されているものや、同公報の図１に実施例として示されているものを使用することが考えられる。
【０００４】
同公報の図１に示されているくし型フィルタの基本となる構成を、図４（ａ）に示す。このくし型フィルタは、２次のディジタルローパスフィルタであって、加算器２、４、６、乗算器８、１０、１２及び遅延回路１４、１６から構成されている。特に、遅延回路１４、１６が、複数サンプリング期間にわたって入力された信号を遅延させるものとされている。
【０００５】
乗算器８、１０に供給されている係数Ｂが、このローパスフィルタのカットオフ周波数を決定するパラメータに相当し、くし型フィルタの場合には、通過帯域幅（くし状特性の幅）Ｗ、言い換えれば上限及び下限の遮断周波数を決定する（図５参照）。乗算器１２に供給されている係数Ｐは、ローパスフィルタにおいてＱを設定するパラメータに相当するもので、くし型フィルタの場合、特開平６−４０７６号公報に記載されているように、この値を変化させることによって通過帯域の形状を変化させることができる。但し、本件発明には、直接関係しないので、所定の値に設定されているとして、説明を省略する。また、遅延回路１４、１６の遅延段数を変更する（即ち、遅延時間を変更する）ことによって、図５に示すくし状特性のピークの位置Ｆｐ、２Ｆｐ・・・が変化する。
【０００６】
この他、図４（ｂ）に示すように、加算器１８、２０、乗算器２２、遅延回路２４によって構成される１次のディジタルローパスフィルタにおいて、遅延回路２４が複数サンプリング時間にわたって入力された信号を遅延させるように遅延段数を選択することによって、図４（ａ）に示したローパスフィルタと同様な周波数特性をもつディジタルローパスフィルタとすることもできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらのようなディジタルフィルタを使用して、歌声と伴奏音とが混合された信号から、歌声だけを抽出しようとしても、良好に抽出することができなかった。その原因は、図５に示すように、従来のくし型フィルタのくし状特性の幅Ｗが、常に同じであることにある。即ち、歌声等の音声は、ビブラート等の周波数変調がかかっていると、高次倍音ほどスペクトルの広がりが大きくなる。また、音声のピッチは、常に一定ではなく、ゆらいでおり、そのゆらぎも高次倍音ほどスペクトルのひろがりが大きくなる。従って、各くし状特性の幅が、どのくしにおいても一定である従来のくし型フィルタでは、高次倍音を捉えきれなくなってしまう。
【０００８】
本発明は、混合信号、例えば歌声と伴奏音とが混合されたような信号から、特定の信号、例えば歌声だけを良好に抽出することができる信号抽出装置を提供することを目的とする。また、このような信号抽出装置に使用するのに適した、高域ほどくし状特性の幅が広がった特性のくし型フィルタを構成することができるディジタルフィルタを提供することを目的とする。そのため、周波数特性を持った係数演算を行う係数乗算手段を備えたディジタルフィルタを提供することも目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明によるくし型ディジタルフィルタは、入力信号の周波数が高くなるほどゲインが大きくなる第１のディジタルハイパスフィルタと、この第１のディジタルハイパスフィルタの出力信号を遅延させる第１の遅延手段とを、具備し、この第１の遅延手段の出力信号が第１のディジタルハイパスフィルタの入力側及び出力側に帰還されているものである。
【００１１】
請求項２記載の発明による信号抽出装置は、上述したくし型ディジタルフィルタにおいて、前記ディジタルハイパスフィルタに複数種類の信号が混合した波形信号が供給され、前記複数種類の信号のうち１つの信号のピッチ情報を模して作成した情報を入力するピッチ情報入力手段が設けられ、第１の遅延手段の遅延時間を前記ピッチ情報を模して作成した情報に従って制御する制御手段が設けられたものである。
【００１３】
請求項３記載の発明によるくし型ディジタルフィルタは、請求項１記載のディジタルフィルタにおいて、第１の遅延手段の出力信号が供給される第１のディジタルハイパスフィルタと同一の第２のディジタルハイパスフィルタと、第２のディジタルハイパスフィルタの出力信号を遅延させる第２の遅延手段とを、具備し、第２の遅延手段の出力信号が第１のディジタルハイパスフィルタの入力側と第２のディジタルハイパスフィルタの出力側とにそれぞれ帰還されているものである。
【００１５】
請求項４記載の発明による信号抽出装置は、請求項３記載のくし型ディジタルフィルタに複数種類の信号が混合した波形信号が供給され、全起伏種類の信号のうち１つの信号のピッチ情報を模して作成した情報を入力するピッチ情報入力手段が設けられ、第１及び第２の遅延手段の遅延時間を前記ピッチ情報を模して作成した情報に従って制御する制御手段が設けられたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本実施の形態の信号抽出装置は、図１（ａ）に示すように、フィルタ演算手段、例えばディジタルフィルタ２を有している。このディジタルフィルタ２は、基本的には図４（ｂ）に示したディジタルフィルタの乗算器２２を係数乗算手段４に置換したものである。
【００１８】
即ち、このディジタルフィルタ２は、加算器６を有し、この加算器６の第１の加算入力側には、入力信号が供給されている。この加算器６の出力側が係数乗算手段４に接続されている。この係数乗算手段４の出力側は加算器８の加算入力側に接続されている。この加算器８の出力側が、出力端子１０に接続されていると共に、遅延回路１２に接続されている。この遅延回路１２は、複数の遅延段を有し、後述するように、その遅延段数が可変可能なものである。この遅延回路１２の出力は、加算器６の第２の加算入力側と、加算器８の減算入力側とに帰還されている。
【００１９】
このディジタルフィルタ２は、係数乗算手段４を通常の乗算器と見なすと、図４（ｂ）に示したくし型ディジタルフィルタと同様に機能する。従って、係数乗算手段４に供給される係数Ｂによって各くし状特性の幅（通過帯域の幅）が決まり、遅延回路１２の遅延段数、即ち遅延時間を調整することによって、各くし状特性の周波数軸上のピーク位置が決定されている。
【００２０】
この係数乗算手段４は、図１（ｂ）に示すように構成されている。即ち、係数乗算手段４には、加算器６の出力が入力され、該出力には、乗算器１４によって係数１／２Ｂが乗算される。加算器６の出力は、遅延回路１６によって１サンプリング期間遅延され、乗算器１８によって係数−１／２Ｂが乗算される。これら乗算器１４、１８の出力は加算器２０によって加算され、加算器８に供給される。係数１／２Ｂ、−１／２Ｂは、後述するフィルタ係数供給手段２８から供給される係数Ｂに、乗算器２２によって係数１／２を、乗算器２４によって係数−１／２を乗算することによって得ている。
【００２１】
この係数乗算手段４自体も、ディジタルハイパスフィルタとして構成されており、その周波数特性は、例えば図２（ｂ）に示すように周波数が高くなる程ゲインが大きくなる。従って、この係数乗算手段は、入力信号の周波数が増加するに従って係数が増加する乗算器として機能する。図４（ｂ）に関連して説明したように、乗算器２２に供給される係数によって各くし状特性の幅が決定されているので、入力信号の周波数の増加に従って増加する乗算器として機能する係数乗算手段４を使用することによって、ディジタルフィルタ２のくし状周波数特性の幅は、図２（ａ）に示すように入力信号の周波数が高くなるに従って広くなる。
【００２２】
遅延回路１２は、その遅延時間を任意に設定可能なもので、その遅延時間は、制御手段、例えば遅延時間設定手段２６によって設定される。この遅延時間設定手段２６には、例えばディジタルフィルタ２に供給される信号のピッチ情報が入力され、このピッチ情報に応じて、遅延時間設定手段２６は、遅延時間を遅延回路１２に設定する。
【００２３】
遅延回路１２は、基本的には、サンプリング周期で順次シフトするシフトレジスタのような、サンプリング周期の整数倍の遅延時間だけ、この遅延回路１２に供給された信号を遅延させるものである。さらに、第ｎ番目のサンプリングデータと第ｎ＋１番目のサンプリングデータとによって、その間のサンプリングデータを補間演算により算出する補間演算手段を備えており、ピッチ情報に応じてサンプリング周期よりも細かい分解能で遅延時間を設定することができる。
【００２４】
係数乗算手段４の係数Ｂは、制御手段、例えばフィルタ係数供給手段２８によって係数乗算手段４に供給される。フィルタ係数供給手段２８は、例えば操作子３０の操作に応じて、フィルタ係数Ｂの値を変更できる。
【００２５】
このディジタルフィルタ２の前段には、ノッチフィルタ３２が設けられている。このノッチフィルタ３２では、乗算器３４によって入力信号に所定の係数が乗算される。入力信号は、複数サンプリング時間遅延させる遅延回路３６によって遅延させられる。この遅延回路３６の出力には、乗算器３８によって所定の係数が乗算される。乗算器３４、３８の出力が、加算器４０によって加算される。このノッチフィルタ３２は、図２（ａ）に示すディジタルフィルタ２の周波数特性の谷間を充分に減衰させるために設けられている。
【００２６】
この信号抽出装置では、操作子３０を操作して、適切なフィルタ係数Ｂを設定し、例えば入力信号として歌声と伴奏音との混合信号を入力し、遅延時間設定手段２６に歌声のピッチ情報を入力すると、歌声が周波数変調のかかったものであって、その高次倍音程スペクトルの広がりが大きくなっても、ディジタルフィルタ２のくし状特性の幅が、高域になるほど広がり、かつ歌声のピッチが揺らいでも、それにつれて各くし状特性のピーク周波数が、変更されるので、歌声のみを良好に抽出することができる。
【００２７】
なお、例えばＣＤのようにピッチ情報を有していない信号から、ピッチ情報を得る場合には、例えば次のようにすればよい。歌声と伴奏音とが混合されているＣＤの出力を、この信号抽出装置の使用者が聞きながら、ピッチが変化するごとに、ピッチ情報を手動で遅延時間設定手段２６に供給する。この場合、リアルタイムに歌声のピッチ変動に対応して、ピッチ情報を変化させることは困難である。
【００２８】
そこで、ＣＤの出力を、パーソナルコンピュータのようなコンピュータのメモリに一旦記憶させ、これを再生したものを聞きながら、ピッチ情報を手動で変化させ、このピッチ情報の変化を演奏の再生と同期して記憶する。このようにして記憶したピッチ情報の変化を演奏と同期して再生し、これに基づいてピッチ情報を遅延時間設定手段２６に供給して、このように遅延時間が設定された状態で行われた信号抽出の結果を、再びメモリに記憶する。記憶された信号抽出結果を再び再生し、ピッチ情報が適切に設定されているか否かを確認する。ピッチ情報が適切に設定されていない箇所に関しては、記憶したピッチ情報を手動で変更する。このような作業を何度も繰り返す。
【００２９】
或いは、歌声と伴奏音の演奏を聞きながら、使用者が歌い、使用者の歌声をピッチ検出装置によって検出し、その検出結果を遅延時間設定手段２６に供給する。最初は、このようにしてピッチ情報を得て、これを演奏の再生と同期して記憶し、さらに、この記憶ピッチ情報による遅延時間の制御と上述したのと同様な手動処理とを併用して、記憶ピッチ情報を補正するようにすれば、より正確なピッチ情報を得ることができる。
【００３０】
図３（ａ）、（ｂ）に第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、ディジタルフィルタが、２次のディジタルローパスフィルタに構成されている。即ち、加算器６ａの加算入力には、ノッチフィルタ３２から信号が供給され、この加算器６ａの出力は、係数乗算手段４ａに供給されている。この係数乗算手段４ａの出力は、加算器８ａの第１の加算入力に供給されている。この加算器８ａの出力は、遅延回路１２ａに供給されている。この遅延回路１２ａの出力は、加算器８ａの第２の加算入力に供給されている。遅延回路１２ａの出力は、さらに乗算器５０によって係数Ｐが乗算され、この乗算器５０の出力が加算器６ａの第１の減算入力に供給されている。
【００３１】
遅延回路１２ａの出力は、さらに係数乗算手段４ｂに入力され、この係数乗算手段４ｂの出力は、加算器８ｂの第１の加算入力に供給されている。この加算器８ｂの出力は、このディジタルフィルタ２ａの出力とされると共に、遅延回路１２ｂによって遅延され、加算器８ｂの第２の加算入力に供給され、さらに加算器６ａの第２の減算入力にも供給されている。
【００３２】
遅延回路１２ａ、１２ｂは、第１の実施の形態におけるディジタルフィルタ２の遅延回路１２と同様に、複数サンプリング時間に遅延時間が設定可能であり、その遅延時間は、遅延時間設定手段２６によって設定される。遅延時間設定手段２６は、これに入力されたピッチ情報に基づいて遅延時間を決定する。また、遅延回路１２ａ、１２ｂは、遅延回路１２と同様にピッチ情報に応じてサンプリング周期よりも細かい分解能で遅延時間を設定することもできる。また、この遅延時間によって各くし状特性のピークの周波数が設定される。
【００３３】
係数乗算手段４ａ、４ｂは、図３（ｂ）に示すように、第１の実施の形態における係数乗算手段４と同一の構成で、ディジタルハイパスフィルタとして機能する。但し、乗算器２２、２４に供給されている係数が、１／３と−１／３であって、この点のみが異なる。この値は、第１の実施の形態と同様に１／２と−１／２とすることも可能であるが、実験的にこの値に定めている。
【００３４】
係数乗算手段４ａ、４ｂに供給されている係数Ｂが、第１の実施の形態と同様に、各くし状特性の幅を決定する。また、乗算器５０に供給されている係数Ｐは、図４に関連して説明したように、ローパスフィルタにおいてＱを設定するパラメータに相当するもので、くし型フィルタの場合、特開平６−４０７６号公報に記載されているように、この値を変化させることによって通過帯域の形状を変化させることができる。
【００３５】
これら係数Ｂ、Ｐは、操作子３０の操作に対応して、フィルタ係数供給手段２８ａが、それぞれ係数乗算手段４ａ、４ｂに係数Ｂを、乗算器５０に係数Ｐを、それぞれ供給する。
【００３６】
この第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に各くし状特性の幅が、周波数が高くなる程に広くなり、かつピッチ情報の揺らぎに応じて各くし状特性のピークの周波数が変化する。従って、第１の実施の形態と同様に、歌声と伴奏音との混合信号から、歌声のみを正確に抽出することができる。
【００３７】
上記の実施の形態では、ディジタルフィルタとしてくし型フィルタを使用したが、他のフィルタ、例えばローパスフィルタやハイパスフィルタを使用することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１または３記載の発明によれば、くし型ディジタルフィルタのくし状特性の幅が、このディジタルフィルタへ入力される信号の周波数変化に従って変化するので、入力される信号が、その高次倍音になるに従ってスペクトルが変化するものであっても、入力される信号を良好に抽出することができる。
【００４０】
請求項２または４記載の発明によれば、ピッチ情報入力手段により入力されるピッチ情報を模して作成した情報を混合信号中の所望に信号に従って変化させるので、そのときのピッチ情報を模して作成した情報に従ってくし状特性のピーク位置が変化する。また、所望の信号の周波数が高い周波数に移動すると、くし状特性の幅も変化する。従って、複数の波形信号の混合波形から、高次倍音になるほどスペクトルが広がり、かつピッチがゆらいでいる波形を良好に抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による信号抽出装置のブロック図及び同装置に使用する係数乗算手段のブロック図である。
【図２】同信号抽出装置の周波数特性図及び係数乗算手段の周波数特性図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による信号抽出装置のブロック図及び同装置に使用する係数乗算手段のブロック図である。
【図４】従来のディジタルフィルタのブロック図である。
【図５】従来のディジタルフィルタの周波数特性図である。
【符号の説明】
２  ディジタルフィルタ
４  係数乗算手段
１２  遅延回路
【図１】
0003877833.tif 000002
【図２】
0003877833.tif 000003
【図３】
0003877833.tif 000004
【図４】
0003877833.tif 000005
【図５】
0003877833.tif 000006