JP4274418B2 - 音響信号除去装置、音響信号除去方法及び音響信号除去プログラム - Google Patents
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Description
「混合音響」=「消去後の音声出力」+「既知音響」
と表される。そして、上記の各音響は、それぞれ
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る既知音響除去システムの全体構成を示すブロック図である。
以上説明した構成を有する既知音響除去システムは、以下のように動作する。図2は、既知音響除去システムの動作を示すフロー図である。なお、本実施形態では、映像と音声がステレオで記録された映像ファイル(DV)を混合音響(MIX音声)とし、オリジナル曲が記録された音声ファイルを既知音響とし、映像ファイル中にBGMとして包含されている当該オリジナル曲を除去する場合を例に説明する。本実施形態おける処理は、(1)前処理、(2)音楽消去処理、(3)後処理に大別される。以下、各処理について詳述する。
前処理では、DVから消去対象用のMIX音声を取り出すとともに、BGM用音声(オリジナル曲)を用意する。具体的には、DVキャプチャー2からDV用のビデオ編集ソフトを使用して動画をキャプチャーし(S101)、このキャプチャーしたファイルを、タイプ1のAVIファイル(出力ファイル名:MIX.AVI)として、記憶装置5に蓄積する。
音楽消去処理では、除去エンジンプログラム(GEQ)100により、MIX音声からBGM音声を消去する(S106)。この消去後出力される音声ファイルは、左右チャンネルともにモノラル48kHzのWAVファイル(出力ファイル名:左チャンネルがERASE-L.WAV、右チャンネルがERASE-R.WAV)として、メモリ7又は記憶装置5に蓄積される。
後処理では、除去エンジンプログラムで消去した音声を、DV用の音声に変換し、DV(AVIファイル)に復元する。先ず、音声変換部(PostWav)3により、周波数変換、及びモノラルからステレオへの変換を行う(S107)。すなわち、音響除去エンジンプログラム100から出力された左右2チャンネルのWAVファイルをステレオに合成し、必要ならば元のDVの音声と同じサンプリングレートに変換し、WAVファイル(ファイル名:ERASE.WAV)として、記憶装置5に蓄積する。次いで、音声データ抽出部(DVReMix)4において、キャプチャーしたAVIファイル(BGM.AVI)の音声を、消去後の音声(ERASE.WAV)と入れ替え、除去後音響ファイル(ファイル名:ERASE.AVI)として、記憶装置5に蓄積する。
次いで、上述した音響除去エンジンプログラム100について詳述する。先ず、この音響除去エンジンプログラム100による音響除去処理の理論について説明する。
ここでは、b(t)の元となる音源の音響信号b’(t)が既知という条件下で、m(t)が与えられたときに、未知のs(t)を求める。例えば、人間の声や物音と共にBGMが鳴っているテレビ番組等の音響信号m(t)を入力とし、そのBGMの楽曲が既知でその音響信号b’(t)が別途用意できるときに、そのBGMの音楽音響信号を用いて番組中のBGMを除去し、人間の声や物音だけの音響信号s(t)を得る処理を実現する。
の減算に相当する処理では、b’(t)からb(t)に相当する成分を推定して、s(t)を求める必要がある。具体的には、既知の音響信号b’(t)は、混合音m(t)中では、以下のような変形に対する補正を行うことでb(t)に相当する成分を推定する。
混合音m(t)中で既知の音響信号b’(t)が鳴っている位置は先頭からとは限らない。そこで、既知の音響信号b’(t)を時間軸方向にずらし、両者の相対位置を合わせて、混合音から既知音響信号を減算する。
混合音m(t)中で既知の音響信号b’(t)が鳴る際には、グラフィックイコライザ等の影響で周波数特性が変化することが多い。例えば、低域や高域が強調・減衰されることがある。そこで、b’(t)の周波数特性を同様に変化させて補正し、混合音から既知音響信号を減算する。
混合音m(t)中で既知の音響信号b’(t)が鳴る際には、混合音作成時におけるミキサーのフェーダー等の操作で混合比率が変更され、音量が時間変化することが多い。そこで、b’(t)の音量を同様に時間変化させて補正し、混合音から既知音響信号を減算する。
上記の処理を実行する際に、上記数5及び数6の各種パラメータ関数a(t),g(ω,t)(gω(ω,t),gt(t),gr(t)),r(t) ,c(ω,t)の形状は、ユーザーが手作業で設定してもよいし、可能なものは自動推定してもよい。あるいは、自動推定後にユーザーが修正してもよい。本プログラムでは式(11)、式(12)、式(13)の各種パラメータ関数g(ω,t)(gω(ω,t),gt(t)),r(t)の一部の形状の自動推定にのみ対応しているため、実装されている具体的な自動推定方法を以下に述べる。
最後に、gt(t)を時間軸方向に平滑化する。なお、平滑化幅は任意に設定でき、平滑化をしなくてもよい。
本実施形態では、上記数5及び6の枠組みを拡張することにより、以下の変形に対応することができる。
1.(推定途中の) p(ω)とq(t)を仮に固定した上で、g(ω,t)とr(t)を推定
2.(推定途中の) g(ω,t)とr(t)を仮に固定した上で、p(ω)とq(t)を推定
の二つを反復的に繰り返して、適切なp(ω),q(t)を推定する。これは、音響信号の全区間に対して一度に実行せず、時間軸を分割して、区分的に行うとよい。初期値は前後の区間の連続性を考慮して定める。また、BGM区間ψの集合Ψを用いて、それらの複数の区間におけるM(ω,t)とB(ω,t)との対応関係の時間軸を合わせるように、p(ω),q(t)を推定するとよい。なお、既知の音響信号b’ (t)の一部区間が使われずに、飛び飛びで混ざっていたとき等には、その区間を飛ばすようにr(t)が不連続関数となるようにする。
本プログラムでは、混合音響信号m(t)の中に、既知音響信号b’ (t)が一種類含まれている場合に対応している。b’1 (t),b’2 (t)…b’N (t)のように複数含まれている場合には、それらの振幅スペクトルB’1(ω,t),B’2(ω,t)…B’N (ω,t) から、上記数5第2式で求めたB1(ω,t),B2(ω,t)…BN (ω,t)を用いて、
このような本実施形態に係る音響除去エンジンプログラムの実験結果を以下に示す。ここでは、音声や物音等の音響信号s(t)にBGM等の音響信号b(t)が加えられている混合において、音響信号m(t)が観測されたときに、b(t)の元となる音源の音響信号b’(t)が既知という条件下で、未知のs(t)を求めた。m(t)とb’(t)が収録されたオーディオファイルを与えると、s(t)のオーディオファイルを得ることができる。
以上説明した理論に基づく音響除去エンジンプログラム100の構成について説明する。図5は、音響除去エンジンプログラム100の機能を示すブロック図である。
上述した構成を有する音響除去エンジンプログラム100は、以下のように動作する。図6は、かかる動作を示すフロー図である。
(エディタの構成)
次いで、既知音響除去システムのGUIであるエディタ400について説明する。図7は、エディタ400の画面構成を示す説明図である。
上述したGUIであるエディタ400は、以下のような形態とすることができる。図11は、エディタ400の変更例を示す構成図である。
gω(ω,t)を表示・操作するためのパネルで、カーソル位置の時刻tでのgω(ω,t)が描かれている(横軸が大きさ、縦軸が周波数軸)。設定操作結果は、g(ω,t)の表示パネルE7に即座に反映される。E7には、濃淡でg(ω,t)の値の大きさが描かれている(横軸が時間軸、縦軸が周波数軸)。
gt(t)を表示・操作するためのパネルで、設定操作結果は、g(ω,t)の表示パネルE7に即座に反映される。
gr(t)を表示・操作するためのパネルで、設定操作結果は、g(ω,t)の表示パネルE7に即座に反映される。
a(t)を表示・操作するためのパネルである。
p(ω)を表示・操作するためのパネルである。
q(t)を表示・操作するためのパネルである。
r(t)を表示・操作するためのパネルである。
c(ω,t)のω方向の形状を表示操作するためのパネルで、カーソル位置の時刻tでのc(ω,t)が描かれている(横軸が大きさ、縦軸が周波数軸)。設定操作結果は、c(ω,t)の表示パネルE8に即座に反映される。E8には、濃淡でc(ω,t)の値の大きさが描かれている(横軸が時間軸、縦軸が周波数軸)。
c(ω,t)のt方向の形状を表示・操作するためのパネルで、設定操作結果は、c(ω,t)の表示パネルE8に即座に反映される。
なお、上述した実施形態及びその変更例に係る既知音響除去プログラムでは、ユーザー端末やWebサーバ等のコンピュータやICチップにインストールすることにより、上述した各機能を有する装置やシステムを容易に構築することができる。このプログラムは、例えば、通信回線を通じて配布することが可能であり、またスタンドアローンの計算機上で動作するパッケージアプリケーションとして譲渡することができる。
以上説明した本実施形態によれば、振幅データは位相が変化してもかわらないので、位相に依存しない処理が可能となる。従って、例えば、音声と音楽が混じった番組の音声信号から、番組作成時に使用した音楽CD等の音のデータを使って、音楽だけを消去することができる。
Claims (6)
- 除去しようとする既知音響信号から既知音響振幅スペクトルを抽出する既知音響振幅抽出部と、
前記既知音響信号と他の音響信号とが混合してなる混合音響信号から混合音響振幅スペクトルを抽出する混合音響振幅抽出部と、
前記混合音響信号と既知音響信号との位相のずれが、0〜360度の範囲で一様な確率で分布しているとして、前記既知信号の除去強度を設定する除去強度設定部と、
前記除去強度設定部における設定に基づいて、該既知音響振幅スペクトルを変換し、前記混合音響振幅スペクトルから前記既知音響振幅スペクトルを除去する除去処理部と、
を備えたことを特徴とする音響信号除去装置。 - 前記除去強度設定部は、前記他の音響信号の振幅を所定値とし、これに対する前記既知音響信号の振幅の位相差を0〜360度の範囲で変化させて合成して得られた混合音響信号の振幅の平均値を算出し、
この平均値に対する前記既知音響信号の振幅の割合から、該平均値に対する前記他の音響信号の振幅の割合の近似値を算出し、
この近似値に前記平均値を積算することによって得られた前記他の音響信号の振幅に基づいて、前記既知信号の除去強度を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の音響信号除去装置。 - 除去しようとする既知音響信号から既知音響振幅スペクトルを抽出するとともに、前記既知音響信号と他の音響信号とが混合してなる混合音響信号から混合音響振幅スペクトルを抽出するステップ(1)と、
前記混合音響信号と既知音響信号との位相のずれが、0〜360度の範囲で一様な確率で分布しているとして、前記既知信号の除去強度を設定するステップ(2)と、
前記ステップ(2)における設定に基づいて、該既知音響振幅スペクトルを変換し、前記混合音響振幅スペクトルから前記既知音響振幅スペクトルを除去するステップ(3)と、
を備えたことを特徴とする音響信号除去方法。 - 前記ステップ(2)では、前記他の音響信号の振幅を所定値とし、これに対する前記既知音響信号の振幅の位相差を0〜360度の範囲で変化させて合成して得られた混合音響信号の振幅の平均値を算出し、
この平均値に対する前記既知音響信号の振幅の割合から、該平均値に対する前記他の音響信号の振幅の割合の近似値を算出し、
この近似値に前記平均値を積算することによって得られた前記他の音響信号の振幅に基づいて、前記既知信号の除去強度を設定する
ことを特徴とする請求項3に記載の音響信号除去方法。 - コンピュータに、
除去しようとする既知音響信号から既知音響振幅スペクトルを抽出するとともに、前記既知音響信号と他の音響信号とが混合してなる混合音響信号から混合音響振幅スペクトルを抽出するステップ(1)と、
前記混合音響信号と既知音響信号との位相のずれが、0〜360度の範囲で一様な確率で分布しているとして、前記既知信号の除去強度を設定するステップ(2)と、
前記ステップ(2)における設定に基づいて、該既知音響振幅スペクトルを変換し、前記混合音響振幅スペクトルから前記既知音響振幅スペクトルを除去するステップ(3)と、
を備えた処理を実行させることを特徴とする音響信号除去プログラム。 - 前記ステップ(2)では、前記他の音響信号の振幅を所定値とし、これに対する前記既知音響信号の振幅の位相差を0〜360度の範囲で変化させて合成して得られた混合音響信号の振幅の平均値を算出し、
この平均値に対する前記既知音響信号の振幅の割合から、該平均値に対する前記他の音響信号の振幅の割合の近似値を算出し、
この近似値に前記平均値を積算することによって得られた前記他の音響信号の振幅に基づいて、前記既知信号の除去強度を設定する
ことを特徴とする請求項5に記載の音響信号除去プログラム。
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