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JP3046566B2 - Signal analysis method and signal analyzer - Google Patents

Signal analysis method and signal analyzer

Info

Publication number
JP3046566B2
JP3046566B2 JP9175405A JP17540597A JP3046566B2 JP 3046566 B2 JP3046566 B2 JP 3046566B2 JP 9175405 A JP9175405 A JP 9175405A JP 17540597 A JP17540597 A JP 17540597A JP 3046566 B2 JP3046566 B2 JP 3046566B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter
frequency
signal
time
amplitude
Prior art date
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Application number
JP9175405A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH1124696A (en
Inventor
俊夫 入野
Original Assignee
株式会社エイ・ティ・アール人間情報通信研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社エイ・ティ・アール人間情報通信研究所 filed Critical 株式会社エイ・ティ・アール人間情報通信研究所
Priority to JP9175405A priority Critical patent/JP3046566B2/en
Publication of JPH1124696A publication Critical patent/JPH1124696A/en
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Publication of JP3046566B2 publication Critical patent/JP3046566B2/en
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は信号分析方法およ
び信号分析装置に関し、特に、補聴器信号処理や音声や
音楽の符号化や信号強調や信号分離などの信号処理の前
段階処理として広範囲に応用可能な信号分析装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal analyzing method and a signal analyzing apparatus, and more particularly, to a wide range of applications as a pre-stage processing for a hearing aid signal processing, a speech or music encoding, a signal enhancement, a signal separation, etc. The present invention relates to a simple signal analyzer.

【0002】[0002]

【従来の技術】人間の聴覚末梢系の特性を模擬するモデ
ルには、大きく分けて以下の4つの方式があり、以下に
それぞれの特徴について説明する。
2. Description of the Related Art Models for simulating the characteristics of the human auditory peripheral system are roughly classified into the following four types, and the respective features will be described below.

【0003】(A) ガンマトーンフィルタ このフィルタは線形時不変のフィルタであり、有限長イ
ンパルス応答(FIR)形でも無限長インパルス応答
(IIR)形でも実現されている。このガンマトーンフ
ィルタは簡便でパブリックドメインソフトウェアとして
公開されているため、現在広く使われている(Patterso
n, R. D., Allerhand, M. and Giguere, C. (199
5))。このガンマトーンフィルタの関数は、ネコの基
底膜振動の生理学的な測定データをよく近似できること
から提案された(Johannesma, 1972; de Boer and de J
ongh, 1978; Carney and Yin, 1988)。
(A) Gamma tone filter This filter is a linear time-invariant filter, and is realized in either a finite-length impulse response (FIR) type or an infinite-length impulse response (IIR) type. This gamma tone filter is now widely used because it is simple and released as public domain software (Patterso
n, RD, Allerhand, M. and Giguere, C. (199
Five)). The function of this gamma-tone filter was proposed because it can well approximate physiological measurement data of cat basilar membrane oscillations (Johannesma, 1972; de Boer and de J
ongh, 1978; Carney and Yin, 1988).

【0004】さらに、このフーリエパワースペクトル
は、中程度の音圧レベルの場合の心理物理学的に測定さ
れた周波数領域での人間の聴覚フィルタの周波数特性に
近いこともわかっている。このことから生理学的・心理
物理学的にある程度の背景を持つフィルタとして広く認
められている。
Furthermore, it has been found that this Fourier power spectrum is close to the frequency characteristics of a human auditory filter in the frequency domain measured psychophysically at moderate sound pressure levels. For this reason, it is widely accepted as a filter having a certain background in physiological and psychophysical terms.

【0005】しかしながら、ガンマトーンフィルタは、
本質的に時不変の線形フィルタであり、パワースペクト
ルは中心周波数に対してほぼ対称であるため、音圧レベ
ルの上昇とともに中心周波数に低周波側のフィルタ形状
の傾きがなだらかになるという生理学的・心理物理学的
な実験結果(Glasberg and Moore, 1990)や、音圧レベ
ルが変化した場合の動特性からこのままでは模擬できな
い。
However, the gamma tone filter is
It is essentially a time-invariant linear filter, and its power spectrum is almost symmetrical with respect to the center frequency. Therefore, as the sound pressure level increases, the slope of the filter shape on the low frequency side becomes gentler at the center frequency. Psychophysical experimental results (Glasberg and Moore, 1990) and dynamic characteristics when the sound pressure level is changed cannot be simulated as it is.

【0006】(B) roexフィルタ 上述のガンマトーンフィルタでは模擬できない音圧レベ
ル依存性を説明するために、周波数領域でのみ定義され
るroexフィルタ(Patterson, R. D., et al (198
2))が用いられてきた。roexフィルタは、さまざ
まな心理物理実験結果によく適合させることができる
が、時間領域とのインパルス応答が定義されないので、
聴覚末梢系の信号処理モデルとして使うことができな
い。
(B) roex filter In order to explain the sound pressure level dependence that cannot be simulated by the above-described gamma tone filter, a roex filter (Patterson, RD, et al (198) defined only in the frequency domain.
2)) has been used. The roex filter can be well fitted to various psychophysical experiment results, but since the impulse response with time domain is not defined,
It cannot be used as a signal processing model of the auditory peripheral system.

【0007】(C) 基底膜振動を数値解析的に解くモ
デル 聴覚末梢系のフィルタ機能は機械的な基底膜振動の結果
生じるものである。この機械振動の微分方程式を差分方
程式に落とすことにより、数値解析的にフィルタの応答
を解くことができる。さらに、生理学的知見も取り入れ
ることにより、精密化したモデルが数多く提案されてい
る(たとえばAllen et al (1985)やGiguere, C. and
Woodland, P. C(1994))。しかし、これらは一般にパ
ラメータ数が多く応答が複雑なため、心理物理学的なマ
スキングデータによく適合されていない。また、伝搬路
前後でのフィルタの従属性のために特性を制御するのが
難しい。さらに、複雑な数値解析をする必要があるた
め、一般に計算時間がかかることが多い。
(C) A model for numerically solving the basilar membrane vibration The filter function of the auditory peripheral system is generated as a result of the mechanical basilar membrane vibration. By converting the differential equation of the mechanical vibration into a difference equation, the response of the filter can be solved numerically. In addition, a number of refined models have been proposed by incorporating physiological knowledge (eg, Allen et al (1985), Giguere, C. and
Woodland, PC (1994)). However, they are not well adapted to psychophysical masking data due to their generally large number of parameters and complex responses. Also, it is difficult to control the characteristics due to the dependence of the filter before and after the propagation path. Furthermore, since it is necessary to perform a complicated numerical analysis, it generally takes a long time to calculate.

【0008】(D) ガンマチャープフィルタ 上述の(A)から(C)の欠点を克服するものとして、
時間領域でインパルス応答が定義でき、周波数領域での
非対称性があり、パラメータ数が少なくて心理物理デー
タに容易に適合させられるような、「ガンマチャープ関
数」が提案された(Irino, 1995, 1996 )。この関数は
時間−スケール表現における最小不確定性の意味で最適
な関数として理論的に導出されたものである。式の上で
ガンマトーン関数に周波数変調項を1つだけ付け加えた
形で、非対称性を導入したインパルス応答を定義でき
る。さらに、このガンマチャープフィルタの非対称性の
度合いを信号レベル依存にすることにより、3つの異な
る研究機関の12組のノッチ雑音法によるマスキングデ
ータによく適合できるといった心理物理学的な背景も兼
ねられることがわかった(入野・パターソン(1996),
Irino and Patterson1997 ))。
(D) Gamma chirp filter In order to overcome the disadvantages of (A) to (C),
A "gamma-chirp function" has been proposed that defines the impulse response in the time domain, has asymmetry in the frequency domain, has a small number of parameters, and can be easily adapted to psychophysical data (Irino, 1995, 1996). ). This function has been theoretically derived as an optimal function in the sense of minimum uncertainty in the time-scale representation. By adding only one frequency modulation term to the gamma tone function on the equation, an impulse response with asymmetry can be defined. Further, by making the degree of asymmetry of the gamma chirp filter signal level dependent, it can also serve as a psychophysical background such that it can well match masking data by 12 sets of notch noise methods of three different research institutions. (Irino-Patterson (1996),
Irino and Patterson1997)).

【0009】このように、ガンマチャープフィルタは優
れた特性を持っているが、時間波形で与えられてその周
波数応答が簡単な形ではないので、従来、有限長インパ
ルス応答(FIR)形でしか実現されていなかった。つ
まり、実際の周波数分析装置として時変形フィルタ群を
構成しようとすると、各サンプル点が十分に少ないサン
プル点間隔ごとに音圧レベルにあった非対称性を持つイ
ンパルス応答を求め、これをさらに入力波形と畳み込み
積分するという時間のかかる方法でしか実現することが
できなかった。これをさらに各フィルタのチャネル分だ
け行なうと非常に時間がかかり、計算機の速さ・サンプ
リングレート・チャネル数・間引き間隔にもよって異な
るが、1秒の音声データの分析に数十分から数時間必要
で実時間とはほど遠いことがわかった。音の分析だけな
らばこれでもいつかは結果が出てくるが、さまざまな応
用分野を視野に入れると、実時間に限りなく近い処理が
必要になる。また、実際の聴覚末梢系の動特性は時々刻
々変化していて、明らかに上述のようなFIR形の処理
はなされてないので、FIR形のままでは本来の動特性
を完全には反映しきれないおそれが生ずる。
As described above, although the gamma chirp filter has excellent characteristics, the frequency response of the gamma chirp filter is not a simple form given by a time waveform, and therefore, conventionally, only a finite length impulse response (FIR) type is realized. Had not been. In other words, when trying to construct a time-varying filter group as an actual frequency analysis device, an impulse response having the asymmetry that was at the sound pressure level at each sample point interval where each sample point was sufficiently small was obtained, and this was further input waveform. And convolution integration can be realized only by a time-consuming method. If this is further performed for each filter channel, it takes a very long time, and although it depends on the speed of the computer, the sampling rate, the number of channels, and the decimation interval, it takes several tens minutes to several hours to analyze one second of audio data. It turned out to be necessary and far from real time. Although sound analysis alone will eventually yield results, taking into account various fields of application, processing that is infinitely close to real time is required. Also, the actual dynamic characteristics of the auditory peripheral system are constantly changing, and the FIR processing as described above has not been performed. Therefore, the original dynamic characteristics can be completely reflected in the FIR processing as it is. May not occur.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】そこで、これらの問題
を解消するガンマチャープフィルタ群の構成法が望まれ
ている。もし、ガンマチャープフィルタが無限インパル
ス応答(IIR)形のフィルタ群として少ない係数で構
成されていれば、時変形にもかかわらず実時間に近い速
度で処理できる。このため、従来、高速フーリエ変換や
線形のフィルタ群で行なわれていた周波数分析を容易に
置き換えることができる。そのため、前段階処理として
人間の聴覚特性を考慮した周波数分析が必要となる広範
囲な信号処理に利用できるという利点も生じる。
Therefore, there is a need for a method of constructing a group of gamma chirp filters that solves these problems. If the gamma chirp filter is composed of a small number of coefficients as an infinite impulse response (IIR) filter group, it can be processed at a speed close to real time despite time deformation. For this reason, the frequency analysis conventionally performed by the fast Fourier transform or the linear filter group can be easily replaced. For this reason, there is an advantage that it can be used for a wide range of signal processing that requires frequency analysis taking human auditory characteristics into consideration as pre-stage processing.

【0011】それゆえに、この発明の主たる目的は、上
述の要求を満たし得る信号分析方法および信号分析装置
を提供することである。
Therefore, a main object of the present invention is to provide a signal analyzing method and a signal analyzing apparatus which can satisfy the above-mentioned requirements.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
人間の基底膜振動を模擬した周波数分析が可能な信号分
析方法であって、音声信号の各周波数帯域成分を周波数
特性がその中心周波数に対してほぼ対称な特性を有する
時不変の線形フィルタで分析し、分析した各周波数帯域
成分の出力の大きさに応じて、時変補償フィルタの
波数特性の非対称性を制御する係数と振幅の係数を決定
する。
The invention according to claim 1 is
Frequency analysis simulating the basement membrane vibration of the human a possible signal analysis method, the frequency of each frequency band component of the audio signal
Characteristics have almost symmetric characteristics with respect to its center frequency
When analyzed by linear filter unchanged, depending on the magnitude of the output of each frequency band component of the analysis, when the periphery of varying based compensation filter
A coefficient for controlling the asymmetry of the wave number characteristic and a coefficient for the amplitude are determined.

【0013】請求項2に係る発明は、人間の基底膜振動
を模擬した周波数分析が可能な信号分析装置であって、
周波数特性がその中心周波数に対してほぼ対称な特性を
有し、音声信号が入力される時不変の線形フィルタと、
その周波数領域で非対称性を有し、線形フィルタの出力
信号の振幅によって時間,周波数特性を変化させること
ができる時変の補償フィルタとを備えて構成される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a human basement membrane vibration.
A signal analyzer capable of frequency analysis simulating
A linear filter whose frequency characteristic has a substantially symmetric characteristic with respect to its center frequency, and is invariant when an audio signal is input;
As it has asymmetric in the frequency domain, the time the amplitude of the output signal of the linear filter, constituted by a variable system compensation filter when it is possible to change the frequency characteristics.

【0014】請求項に係る発明では、さらに、線形フ
ィルタの出力信号の振幅に応じて、時変の補償フィル
タの周波数特性の非対称性を制御する係数と振幅の係数
を決定するための係数決定回路が設けられる。
[0014] In the invention according to claim 3, further according to the amplitude of the output signal of the linear filter, coefficients for determining the coefficients and the coefficient of the amplitude controlling the asymmetry of the frequency characteristic of the compensation filter of varying based upon A decision circuit is provided.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】まず、この発明の実施形態を説明
する前に、この発明の原理について説明する。ガンマト
ーンフィルタのインパルス応答は次の第(1)式で与え
られる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing the embodiments of the present invention, the principle of the present invention will be described. The impulse response of the gamma tone filter is given by the following equation (1).

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】ここで時間t>0,aは振幅,bとnはガ
ンマ分布関数のパラメータであり、f c は搬送周波数で
あり、φは位相,ERB(fc )は等価矩形帯域幅で、
ERB(fc )=24.7+0.108fc (Hz)で
表わされる(Glasberg and Moore, 1990)。
Here, time t> 0, a is amplitude, and b and n are
Parameter of the comma distribution function, f cIs the carrier frequency
And φ is the phase, ERB (fc) Is the equivalent rectangular bandwidth,
ERB (fc) = 24.7 + 0.108fc(Hz)
(Glasberg and Moore, 1990).

【0018】これに対して、ガンマチャープフィルタの
インパルス応答は次の第(2)式で表わされる。
On the other hand, the impulse response of the gamma chirp filter is expressed by the following equation (2).

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】ここで時間t>0,fr は最終的に収束す
る周波数,cは周波数変調項の係数で非対称性の度合い
を決めるパラメータでlntは自然対数を表わす。ガン
マトーン関数との違いはjclntだけであり、明らか
にc=0のときはガンマトーンと一致する。このフィル
タは周波数の分数の変化率を持つFM搬送波(チャープ
信号)とガンマ分布関数の包絡線を持つことからガンマ
チャープと名付けられた。等価矩形帯域幅は信号レベル
によって変化するが、簡単のためにガンマトーンのとき
と同様にして、周波数fr だけの関数とした。
[0020] lnt where time t> 0, f r is finally converged to the frequency, c is a parameter for determining the degree of asymmetry by a factor of the frequency modulation term represents the natural logarithm. The difference from the gamma tone function is only jclnt, and when c = 0, it clearly matches the gamma tone. This filter was named gamma chirp because it has an FM carrier (chirp signal) with a fractional change in frequency and an envelope of the gamma distribution function. Equivalent rectangular bandwidth varies the signal level, easy in the same manner as in the gamma tone for, as a function of only the frequency f r.

【0021】ガンマチャープ関数(複素表示)のフーリ
エスペクトルの振幅は次の第(3)式および第(4)式
のように求められる。
The amplitude of the Fourier spectrum of the gamma chirp function (complex representation) is obtained as in the following equations (3) and (4).

【0022】[0022]

【数3】 (Equation 3)

【0023】c=0のときはガンマトーンと一致する。
第(3)式の分数で表わされている部分がガンマトーン
の特性であり、残りの右端の項がピーク周波数に対する
非対称性を決定している。第(3)式は振幅を正規化す
るとして、第(5)式および第(6)式の形に書換える
ことができる。
When c = 0, it matches the gamma tone.
The part expressed by the fraction of the equation (3) is the characteristic of the gamma tone, and the remaining rightmost term determines the asymmetry with respect to the peak frequency. Expression (3) can be rewritten as expressions (5) and (6), assuming that the amplitude is normalized.

【0024】[0024]

【数4】 (Equation 4)

【0025】ここで、|GT (f)|はガンマトーンの
周波数振幅特性である。すなわち、ガンマトーンフィル
タとその特性をガンマチャープに変換するフィルタHA
(f)を縦列接続にした形である。ガンマトーンフィル
タのIIR形での実現方法は既に確立しているので、こ
のHA (f)の特性を同程度に少ないフィルタ係数で近
似的に実現できれば、ガンマチャープフィルタを実現で
きることになる。
[0025] Here, | G T (f) | is the frequency amplitude characteristic of the gamma tone. That is, a gamma tone filter and a filter H A for converting its characteristics into a gamma chirp
(F) is a tandem connection. Since a method of realizing the gamma tone filter in the IIR type has already been established, a gamma chirp filter can be realized if the characteristics of H A (f) can be approximately realized with the same number of filter coefficients.

【0026】Remezのアルゴリズムを用いれば、F
IR形で直線位相でこの特性を割合精度高く実現するこ
とができるが、係数の数が多くなり、またb・c・fr
の値ごとに係数を計算するか、あるいはテーブルとして
持つ必要が出てきて現実的ではない。そこで、特性をも
っと詳しく見てIIR形での実現を考える必要がある。
Using the Remez algorithm, F
This characteristic can be realized with a linear phase in the IR type with a high degree of precision, but the number of coefficients increases, and b · c · f r
It is not practical because it is necessary to calculate a coefficient for each value of or to have a table. Therefore, it is necessary to consider the characteristics in more detail and consider the realization of the IIR type.

【0027】図1は前述の第(6)式の周波数特性を示
した図である。この特性は実線で表わされており、以下
のことが言える。
FIG. 1 is a diagram showing the frequency characteristic of the above-mentioned equation (6). This characteristic is represented by a solid line, and the following can be said.

【0028】(a) c=0のとき、振幅が全周波数で
1となるのに対し、cが正の場合高域通過型,cが負の
場合低域通過型で、cの絶対値が大きくなるほどfr
の傾きが大きくなり、振幅の範囲も広がる。
(A) When c = 0, the amplitude is 1 at all frequencies, whereas when c is positive, it is a high-pass type, and when c is negative, it is a low-pass type, and the absolute value of c is larger the slope at f r increases, also spread the range of amplitudes.

【0029】(b) 周波数とともに単調に変化し、極
大値,極小値を生じない。 (c) ある適当な周波数Δfに対して以下の関係が成
立する。
(B) It changes monotonically with frequency and does not produce a local maximum value or a local minimum value. (C) The following relationship is established for an appropriate frequency Δf.

【0030】[0030]

【数5】 (Equation 5)

【0031】比較的よく使われるバターワース形やチェ
ビシェフ形など低域通過フィルタやそれを帯域通過・高
域通過フィルタに変換したものなどの特性とはこれは異
なり、近似的実現には使用できない。これに対してこの
発明で用いる2次のIIR形のデジタルフィルタは次式
で表わされる。
This is different from the characteristics of a relatively commonly used low-pass filter such as a Butterworth type or Chebyshev type, or a characteristic obtained by converting the same into a band-pass / high-pass filter, and cannot be used for an approximate realization. On the other hand, the secondary IIR digital filter used in the present invention is expressed by the following equation.

【0032】[0032]

【数6】 (Equation 6)

【0033】(p1 とp2 は正の定数,fx はサンプリ
ング周波数) 特性(a)と(c)をすべての周波数範囲で満足させる
ことができる。しかし、一般に極大値や極小値が生じて
しまうため、特徴(b)を満足させることができない。
そこで、極と零点をずらしたものを何段か縦続接続する
ことによって、なるべくなだらかになるように設定す
る。ここでは、補償フィルタの伝達関数H C (z)を次
式で実現する。
(P1And pTwoIs a positive constant, fxIs sampler
Frequency) satisfying the characteristics (a) and (c) in all frequency ranges
be able to. However, in general, local maxima and minima occur.
Therefore, the feature (b) cannot be satisfied.
Therefore, cascade several poles and poles shifted from each other.
To make it as smooth as possible
You. Here, the transfer function H of the compensation filter C(Z) next
It is realized by the formula.

【0034】[0034]

【数7】 (Equation 7)

【0035】この4段で作ったHC (z)の周波数振幅
特性は、f=fr での値で正規化した場合を図1の点線
で示す。図1において、中心周波数fr の上下2ERB
(=480Hz)以内は近似すべきHA (f)の特性と
非常によく一致している。これに対して、中心周波数か
ら離れるに従ってずれの生じていることがわかる。しか
し、基本的に、実際にはこの補償フィルタは第(5)式
のガンマトーンフィルタによって帯域制御されている。
そこで、評価は第(5)式のHA (f)をHA(z)で
置換える前後でのガンマチャープフィルタ|GC (f)
|の違いによって行なう。
The frequency amplitude characteristic of the H C (z) made with this four-stage shows when normalized by the value at f = f r by a dotted line in FIG. 1. In Figure 1, the upper and lower center frequency f r 2ERB
(= 480 Hz) is in good agreement with the characteristic of H A (f) to be approximated. On the other hand, it can be seen that a deviation occurs as the distance from the center frequency increases. However, basically, this compensation filter is band-controlled by the gamma tone filter of the formula (5).
Therefore, the evaluation is performed by the gamma chirp filter | G C (f) before and after replacing H A (f) in Expression (5) with H A (z).
|

【0036】図2は解析的に求めたガンマチャープフィ
ルタ(実線)およびガンマトーンフィルタの周波数振幅
特性(点線)とそれに補償フィルタをかけて作ったガン
マチャープフィルタの周波数振幅特性(破線)を示す。
図2において、c=−1で特性がよりよく一致するよう
にするため、補償フィルタの振幅特性は第k番目で周波
数f=fr +k・p3 ・c・bERB(fr )で正規化
している。p1 =1.35−0.19・|c|,p2
0.292−0.004・|c|,p3 =0.058+
0.0018・|c|とした場合、図2での2曲線の実
効誤差はぼ1dB程度に抑えることができる。bが1.
0,1.35,1.7,cを1,0,−1,−2,−
3,周波数を200,400,800,1600,32
00,6400Hzとして組合せた90通りの場合、平
均実効誤差は0.6dBであり、2dBを超えるのは5
例のみであった。このように特性を非常によく一致させ
ることができる。さらに、最適化を行なったり、第(1
4)式から第(16)式の係数のとり方を変えればさら
に改善できる可能性がある。
FIG. 2 shows the frequency amplitude characteristics (dotted line) of the gamma chirp filter (solid line) and the gamma tone filter obtained analytically and the frequency amplitude characteristics (dashed line) of the gamma chirp filter produced by applying a compensation filter to the gamma chirp filter.
2, so that characteristics c = -1 are matched better, the amplitude characteristic of the compensation filter is normalized with the frequency f = f r + k · p 3 · c · bERB (f r) at the k-th ing. p 1 = 1.35−0.19 · | c |, p 2 =
0.292−0.004 · | c |, p 3 = 0.058 +
When 0.0018 · | c | is set, the effective error of the two curves in FIG. 2 can be suppressed to about 1 dB. b is 1.
0, 1.35, 1.7, and c are 1, 0, -1, -2,-
3, frequency 200, 400, 800, 1600, 32
In the case of 90 combinations of 00 and 6400 Hz, the average effective error is 0.6 dB, and the
There were only examples. In this way, the characteristics can be matched very well. Furthermore, optimization is performed, and
There is a possibility that it can be further improved by changing the way of taking the coefficient of the expression (16) from the expression (4).

【0037】上述のごとく、線形時不変のガンマトーン
フィルタと補償フィルタを組合せることにより、ガンマ
チャープの特性を精度よく実現できることがわかった。
この補償フィルタは、IIR形のフィルタで構成されて
いるのでよく知られているIIR形のガンマトーンフィ
ルタを組合せれば、全体での演算時間が極めて短くて済
む。このような構成のガンマチャープフィルタをIIR
形ガンマチャープフィルタと呼ぶことにする。ここで、
補償フィルタの特性は固定する必要がなく、時変形にす
ることができる。
As described above, it has been found that by combining a linear time-invariant gamma tone filter and a compensation filter, the characteristics of gamma chirp can be accurately realized.
Since this compensation filter is composed of an IIR type filter, the overall operation time can be extremely short if a well-known IIR type gamma tone filter is combined. A gamma chirp filter having such a configuration is provided by IIR
We call it the shape gamma chirp filter. here,
The characteristics of the compensating filter need not be fixed, and can be changed over time.

【0038】以下、上述の原理に基づく実施形態につい
て説明する。図3はこの発明の一実施形態を示すブロッ
ク図である。図3において、入力部1を介して時不変線
形周波数分析フィルタ群2に音声信号などが入力され
る。時不変線形周波数分析フィルタ群2は、それぞれが
特徴周波数を有する複数の帯域分析フィルタで構成され
ており、入力された音声信号が各周波数帯域成分に分析
される。この帯域フィルタは前述のガンマトーンフィル
タに相当する。時不変線形周波数分析フィルタ群2の出
力信号3は時変補償フィルタ群4と係数決定回路群7
とに与えられる。係数決定回路群7は時変補償フィル
タ群4の各チャネルごとの非対称性のパラメータcや振
幅パラメータaを決定するものであり、決定したパラメ
ータを時変補償フィルタ群4に出力する。
Hereinafter, an embodiment based on the above principle will be described. FIG. 3 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. In FIG. 3, an audio signal or the like is input to a time-invariant linear frequency analysis filter group 2 via an input unit 1. The time-invariant linear frequency analysis filter group 2 is composed of a plurality of band analysis filters each having a characteristic frequency, and an input audio signal is analyzed into each frequency band component. This bandpass filter corresponds to the aforementioned gamma tone filter. Time-invariant linear frequency analysis filter group 2 of the output signal 3 is time-varying system compensation filter group 4 and a coefficient determining circuit group 7
And given to. Is intended the coefficient determining circuit group 7 which determines the asymmetry parameter c and the amplitude parameter a for each channel of varying based compensation filter group 4 when, and outputs the determined parameter time to varying system compensation filter group 4.

【0039】図4は図3に示した係数決定回路群7のブ
ロック図である。図4において、係数決定回路群7は各
チャネルごとに対応して整流回路9と漏洩積分器10と
係数決定回路11とを有しており、ガンマトーンフィル
タ群である時不変線形周波数分析フィルタ群2の出力6
を各チャネルごとに整流回路9で整流した後、漏洩積分
器10で積分して出力の平均化を行なう。これを隣接す
るチャネル同士から重み付け加算して係数決定回路11
に入力される。この係数決定回路11は与えられた活性
度からパラメータcやaを決定するものであり、心理物
理実験の結果から合理的に決定することができる。この
係数決定回路群7の出力8は上述のごとく、時変補償
フィルタ群4に与えられて、最終的な出力5には入力に
時変のガンマチャープフィルタ群をかけたのと等価な
出力が得られる。
FIG. 4 is a block diagram of the coefficient determining circuit group 7 shown in FIG. In FIG. 4, a coefficient determining circuit group 7 includes a rectifier circuit 9, a leaky integrator 10, and a coefficient determining circuit 11 corresponding to each channel, and is a time-invariant linear frequency analysis filter group which is a gamma tone filter group. Output 6 of 2
Is rectified by the rectifier circuit 9 for each channel, and then integrated by the leaky integrator 10 to average the output. This is weighted and added from adjacent channels to obtain a coefficient determining circuit 11.
Is input to The coefficient determination circuit 11 determines the parameters c and a from the given activity, and can reasonably determine the parameters c and a from the result of the psychophysical experiment. The output 8 of the coefficient determining circuit group 7 as described above, when given to the variable system compensation filter group 4, the final output 5 equivalent to that over gammachirp filter group of variable system time to the input The output is obtained.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、パワ
ースペクトラムがその中心周波数に対してほぼ対称な特
性を有し、音声信号が入力される時不変の線形フィルタ
の出力を補償フィルタに与えて時間,周波数特性を変化
させるようにしたので、聴覚末梢系の基底膜の動特性に
ついての生理学的な知見を、より明確な形で与えて模擬
することが可能になる。このことは、人間の処理系を考
慮に入れた信号処理に重要となる。しかも、時変形の聴
覚フィルタ群で実時間処理に近い処理が可能となる。す
なわち、聴覚フィルタ群を入力段とする信号処理におい
て、その入力段を置換えることにより、処理速度を向上
できる。
As described above, according to the present invention, the power spectrum has a characteristic substantially symmetrical with respect to the center frequency thereof, and the output of the linear filter which is invariable when the audio signal is input is used as the compensation filter. Since the time and frequency characteristics are given to change the dynamic characteristics of the basilar membrane of the auditory peripheral system, physiological knowledge about the dynamic characteristics of the basement membrane of the auditory peripheral system can be given and simulated more clearly. This is important for signal processing taking human processing systems into account. In addition, processing that is close to real-time processing can be performed with the temporally deformed auditory filter group. That is, in the signal processing in which the auditory filter group is used as an input stage, the processing speed can be improved by replacing the input stage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 ガンマトーンフィルタの振幅周波数特性と補
償フィルタの振幅周波数特性を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an amplitude frequency characteristic of a gamma tone filter and an amplitude frequency characteristic of a compensation filter.

【図2】 この発明のフィルタの振幅周波数特性を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing amplitude frequency characteristics of a filter according to the present invention.

【図3】 この発明の一実施形態を示すブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図4】 図3に示した係数決定回路の一例を示すブロ
ック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a coefficient determination circuit illustrated in FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力、2 時不変線形周波数分析フィルタ群、4
時変補償フィルタ群、7 係数決定回路群、9 整流
回路、10 漏洩積分器、11 係数決定回路。
1 input, 2 time invariant linear frequency analysis filter group, 4
Time-varying system compensation filter group, 7 coefficient determining circuit group, 9 rectifier circuit, 10 leaky integrator, 11 coefficient determining circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G10L 9/10 (56)参考文献 特開 平1−191510(JP,A) 特開 平11−119797(JP,A) 特許2588004(JP,B2) 特公 平7−27398(JP,B2) The Journal of th e Acoustical Socie ty of America,Vol. 101,No.1,January 1997,”A time−domain, level−dependent au ditory filter:The gammachirp”,p.412−419 The Journal of th e Acoustical Socie ty of America,Vol. 99,No.4,Pt.1,April 1996,”Temporal asymm etry in the audito ry system ”,p.2316− 2331 The Journal of th e Acoustical Socie ty of America,Vol. 104,No.5,November 1998,”Modeling tempo ral asymmetry in t he auditory system ”,p.2967−2979 Proceedings of 1988 IEEE Internationa l Conference on Ac oustics,Speech and Signal Processin g,Vol.6,”A time−va rying,analysis/syn thesis auditory fi lterbank using the gammachirp”p.3653− 3656 Proceedings of 1996 IEEE Internationa l Conference on Ac oustics,Speech and Signal Processin g,Vol.2,”A gammach irp’function as an optimal auditory filter with the me llin transform”p. 981−984 日本音響学会聴覚研究会資料 H−98 −98「時変分析合成ガンマチャープ聴覚 フィルタバンクと雑音抑圧」(1998年9 月18日発表) 日本音響学会聴覚研究会資料 H−97 −69「ガンマチャープフィルタとフィル タバンクの効率的な構成」(1997年10月 24日発表) 日本音響学会聴覚研究会資料 H−96 −73「レベル依存聴覚フィルタとしての ガンマチャープ」(1996年10月18日発 表) 日本音響学会平成9年度秋季研究発表 会講演論文集▲I▼ 1−3−16「II Rフィルタによるガンマチャープフィル タの実現」p.421−422(平成9年9月 17日発行) 日本音響学会平成10年度春季研究発表 会講演論文集▲I▼ 1−8−2「ガン マチャープフィルタバンクによる時変系 分析合成聴覚モデル」p.413−414(平 成10年3月17日発行) 日本音響学会平成10年度春季研究発表 会講演論文集▲I▼ 1−8−3「ガン マチャープフィルタバンクにおける非対 称性の制御方法」p.415−416(平成10 年3月17日発行) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10L 11/00 H03H 17/02 601 H03H 17/04 615 H03H 17/04 633 H03M 7/30 INSPEC(DIALOG) JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FIG10L 9/10 (56) References JP-A-1-191510 (JP, A) JP-A-11-119797 (JP, A) Patent 2588004 (JP, B2) JP 7-27398 (JP, B2) The Journal of the Acoustic Society of America, Vol. 1, January 1997, "A time-domain, level-dependant au directory filter: The gammachirp", p. 412-419, The Journal of the Acoustic Society of America, Vol. 4, Pt. 1, April 1996, "Temporal asymmetry in the audiory system", p. 2316-2331 The Journal of the Acoustic Society of America, Vol. 5, November 1998, "Modeling temporal assembly in the auditory system", p. 2967-2979 Processes of 1988, IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. 6, "A time-varying, analysis / synthesis audition filter bank using the gammachirp" p. 3653-3656 Proceedings of 1996 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. 2, "A gammach irp'function as an optimal audition filter with the mellin transform", p. 981-984, Materials of the Acoustical Society of Japan, H-98-98, "Time-Varying Analysis Synthetic Gamma Chirp Auditory Filter Bank" (Announced on September 18, 1998) Material of the Acoustical Society of Japan H-97-69 "Efficient Configuration of Gamma Chirp Filter and Filter Bank" (announced on October 24, 1997) Material of the Acoustical Society of Japan H-96-73, "Gamma chirp as a level-dependent auditory filter" (published October 18, 1996) Proceedings of the Acoustical Society of Japan Fall Meeting 1997-I ▼ 1-3-16 “IIR Filter” Realization of a gamma chirp filter by ”p. 421-422 (published September 17, 1997) Proceedings of the Acoustical Society of Japan 1998 Spring Meeting, ▲ I ▼ 1-8-2 “Time-Varying System Analysis-Synthesis Auditory Model Using Gunma Chirp Filter Bank” p . 413-414 (published March 17, 1998) Proceedings of the Acoustical Society of Japan, Spring Meeting, 1998 [I] 1-8-3 “Asymmetric control method in Gunma chirp filter bank” p. 415-416 (issued on March 17, 1998) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G10L 11/00 H03H 17/02 601 H03H 17/04 615 H03H 17/04 633 H03M 7 / 30 INSPEC (DIALOG) JICST file (JOIS) WPI (DIALOG)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 人間の基底膜振動を模擬した周波数分析
が可能な信号分析方法であって、 音声信号の各周波数帯域成分を周波数特性がその中心周
波数に対してほぼ対称な特性を有する時不変の線形フィ
ルタで分析し、分析した各周波数帯域成分の出力の大き
さに応じて、時変補償フィルタの周波数特性の非対称
を制御する係数と振幅の係数を決定することを特徴と
する、信号分析方法。
1. A signal analysis method capable of performing frequency analysis simulating human basilar membrane vibration, wherein a frequency characteristic of each frequency band component of an audio signal
Time-invariant linear filter with nearly symmetrical characteristics
Analyzed by filter, according to the magnitude of the output of each frequency band component analyzed, and determines the coefficients and the amplitude coefficient of controlling the asymmetry of the frequency characteristics of the variable based compensation filter, the signal analysis Method.
【請求項2】 人間の基底膜振動を模擬した周波数分析
が可能な信号分析装置であって、周波数特性 がその中心周波数に対してほぼ対称な特性を
有し、音声信号が入力される時不変の線形フィルタと、 その周波数領域で非対称性を有し、前記線形フィルタの
出力信号の振幅によって時間,周波数特性を変化させる
ことができる時変の補償フィルタとを備えた、信号分
析装置。
2. A signal analyzer capable of frequency analysis simulating human basilar membrane vibration , wherein the frequency characteristic has a substantially symmetrical characteristic with respect to a center frequency thereof, and is invariable when an audio signal is input. and linear filter, that has an asymmetry in the frequency domain, the time the amplitude of the output signal of the linear filter, and a varying system compensation filter when it is possible to change the frequency characteristic, the signal analyzer.
【請求項3】 さらに、前記線形フィルタの出力信号の
振幅に応じて、前記時変の補償フィルタの周波数特性
非対称性を制御する係数と振幅の係数を決定するため
の係数決定回路を備えた、請求項2の信号分析装置。
3. Further, according to the amplitude of the output signal of the linear filter, the frequency characteristic of the compensation filter of the time-varying system
3. The signal analyzer according to claim 2, further comprising a coefficient determination circuit for determining a coefficient for controlling the asymmetry of the signal and a coefficient for the amplitude.
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日本音響学会聴覚研究会資料 H−96−73「レベル依存聴覚フィルタとしてのガンマチャープ」(1996年10月18日発表)
日本音響学会聴覚研究会資料 H−97−69「ガンマチャープフィルタとフィルタバンクの効率的な構成」(1997年10月24日発表)
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