JP4505899B2 - 再生速度変換装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響信号の再生速度を少ない演算量で変換する再生速度変換装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
任意の記録媒体に記録されたデジタルＰＣＭ音響信号に対する、再生速度変換技術として、ポインタ移動制御による重複加算法(PICOLA)などの方式がよく用いられている。
【０００３】
以下に従来のポインタ移動制御による重複加算法(PICOLA方式)に基づいて、元の音響信号からＲ倍の再生音響信号を得る再生速度変換装置について説明する。Ｒを再生速度変換率を表す定数とすると、高速再生の場合はＲ＞1、低速再生の場合は０＜Ｒ＜１となる。図２１は再生速度変換装置のブロック図である。
【０００４】
この再生速度変換装置において、データ記録部１は音響信号を記録し、保持している。入力バッファ部２はデータ記録部１から、処理開始位置Ｐより（最大ピッチ周期×2）サンプルの入力音響信号s1を読み込み、ピッチ算出部３にピッチ算出用音響信号s2を転送する。ピッチ算出部３はピッチ周期s3を算出し、処理制御部４に送る。処理制御部４の制御により、入力バッファ部２は、演算処理用信号s4をデータ演算部５に転送する。データ演算部５は演算処理信号s4に対して高速再生時と低速再生時にそれぞれ所定の演算を施し、演算処理信号s5を入力バッファ部２経由でデータ蓄積部６に送る。処理制御部４は入力バッファ部２に処理制御信号s6を供給する。また処理制御部４はデータ記録部１にデータ読み出し制御信号s7を送る。
【０００５】
次に、この従来のPICOLA方式による再生速度変換装置の高速再生動作と、低速再生動作を説明する。
初めに、高速再生動作について図２２〜図２４を用いて説明する。先ず、データ記録部１に記録保持された音響信号のうち、図２２中の処理開始位置Ｐより（最大ピッチ周期×2）サンプルの入力音響信号s1が、入力バッファ部２に読み込まれ、ピッチ算出部３に転送される。
【０００６】
ピッチ算出部３はピッチ周期s3を算出する。例えば、以下の（１）式に定義される平均歪みｄ(Ｔ)を最小にするようなＴをピッチ周期s3(Ｔ0)として算出する。
【０００７】
【数１】
【０００８】
上記（１）式に基づいてピッチ算出部３で算出されたピッチ周期s3(Ｔ0)をもとに、入力バッファ部２から処理開始位置Ｐより２ピッチ周期分の音響信号が演算処理用信号s4としてデータ演算部５に転送される。
【０００９】
データ演算部５に読み込まれた２ピッチ周期（２×Ｔ0）分の音響信号S4には、図２３に示す重み窓データに基づいた重み付加算が施され、１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号(演算処理信号s5)が重み付加算信号として算出される。
【００１０】
次に処理制御部４は再生速度変換率Ｒ(Ｒ＞1)に応じて、再生信号長Ｌ[サンプル]を（２）式により計算する。
【００１１】
【数２】
【００１２】
この（２）式により計算された再生信号長Ｌがピッチ周期Ｔ0より大きい(1＜Ｒ＜2)場合、データ演算部５で算出された１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号（演算処理信号s5）が、データ蓄積部６に転送される。さらに入力バッファ部２中の残りの入力音響信号を転送合計サンプル数が再生信号長Ｌサンプル分となるように、データ蓄積部６に転送する。
【００１３】
入力バッファ部２にすでに読み込まれている入力音響信号の長さが、再生信号長Ｌに満たない場合には、不足分の音響信号が処理制御部４の指示(データ読み出し制御信号s７)で、新たにデータ記録部１から入力バッファ部２に読み込まれ、そのままデータ蓄積部６に転送される。
【００１４】
一方、図２４に示すように、再生信号長Ｌがピッチ周期Ｔ0より小さい場合(Ｒ＞2)には、データ演算部５で算出された１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号中のＬサンプルの音響信号が、データ蓄積部６に転送される。
【００１５】
なお、データ記録部１における次回処理開始位置Ｐ'は以下の（３）式のように更新される。
【００１６】
【数３】
【００１７】
次に、低速再生動作について図２５〜図２７を用いて説明する。先ず、データ記録部１に記録保持された音響信号のうち、図２５中の処理開始位置Ｐより（最大ピッチ周期×2）サンプルの入力音響信号s1が、入力バッファ部２に読み込まれ、ピッチ算出部３に転送される。そして、ピッチ算出部３において、ピッチ周期s3が算出される。
【００１８】
ピッチ算出部３で算出されたピッチ周期s3(Ｔ0)をもとに、入力バッファ部２から、処理開始位置Ｐより２ピッチ周期分の音響信号が演算処理用信号s4としてデータ演算部５に転送される。
【００１９】
データ演算部５に読み込まれた２ピッチ周期分の音響信号は、図２６に示す重み窓データによる重み付加算され、１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号(演算処理音声s5)が算出される。
【００２０】
次に再生速度変換率Ｒ(0＜Ｒ＜1)に応じて、再生信号長Ｌ[サンプル]が（４）式で計算される。
【００２１】
【数４】
【００２２】
ここで、再生信号長Ｌが２ピッチ周期(2×Ｔ0)より大きい場合(0．5＜Ｒ＜1)には、図２５に示すように、入力バッファ部２の先頭より１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号と、データ演算部５で算出された１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号(演算処理音声s5)が、データ蓄積部６に転送される。さらに入力バッファ部２中の残りの入力音響信号を転送合計サンプル数が再生信号長Ｌサンプル分となるように、データ蓄積部６に転送する。
【００２３】
入力バッファ部２にすでに読み込まれている入力音響信号の長さが、再生信号長Ｌに満たない場合には、不足分の音響信号が処理制御部４の指示(データ読み出し制御信号s7)で、新たにデータ記録部１から入力バッファ部２に読み込まれ、そのままデータ蓄積部６に転送される。
【００２４】
一方、再生信号長Ｌが２ピッチ周期(2×Ｔ0)より小さい場合(Ｒ＜0.5）には、図２７に示すように、入力バッファ部２の先頭より１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号、データ演算部５で算出された１周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号(演算処理音声s5)中のＬ−Ｔ0サンプル分が、データ蓄積部６に転送される。
【００２５】
なお、データ記録部１における次回処理開始位置Ｐ'は以下の（５）式のように更新される。
【００２６】
【数５】
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した、従来のPICOLA方式の演算量の大半を占めるのが、ピッチ算出部６でのピッチ算出計算である。ピッチ算出部６において、上記式(1)のような平均歪みを最小にするようなピッチ周期をサーチするので、処理音響信号のサンプリング周波数が高くなるほど、時間あたりの信号サンプル数は増え、サーチすべきピッチ周期も増える。
【００２８】
図２８に、処理音響信号のサンプリング周波数と平均演算量(再生音声時間に占める処理時間の割合)の例を示す。従来のPICOLA方式におけるピッチ算出に要する演算量は、概略サンプル周波数の２乗のオーダーになっている。。
【００２９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、48000，44100[Hz］といった高サンプリング周波数の音響信号を再生速度変換する場合に演算量の増大を抑えることのできる再生速度変換装置及び方法の提供を目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る再生速度変換装置は、上記課題を解決するために、音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置において、音響信号を記録し、保持している記録手段と、上記記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理手段と、上記間引き処理手段によりダウンサンプリングされた音響信号を蓄積する第１の蓄積手段と、上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出手段と、上記記録手段に記録された音響信号を蓄積する第２の蓄積手段と、上記ピッチ算出手段が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算手段と、上記演算手段が演算した類似波形に関するデータを蓄積する第３の蓄積手段と、上記第２の蓄積手段でのデータ読込み処理、上記演算手段での演算処理、及び上記第３の蓄積手段へのデータ転送処理を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、再生速度変換率と、上記間引き処理手段における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される。
【００３１】
本発明に係る再生速度変換方法は、上記課題を解決するために、音響信号の再生速度を変換するための再生速度変換方法において、記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理工程と、上記間引き処理工程によりダウンサンプリングされた音響信号を第１の蓄積手段に入出力する第１の入出力工程と、上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出工程と、上記記録手段に記録された音響信号を第２の蓄積手段に入出力する第２の入出力工程と、上記ピッチ算出工程で算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算工程と、上記演算工程で演算した類似波形に関するデータを第３の蓄積手段に入出力する第３の入出力工程と、上記第２の蓄積手段にデータを入出力する処理、上記演算工程での演算処理、及び上記第３の蓄積手段にデータを入出力する処理を制御する制御工程とを備え、上記制御工程では、再生速度変換率と、上記間引き処理工程における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される。
【００３２】
本発明に係る再生速度変換装置は、上記課題を解決するために、音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置において、音響信号を記録し、保持している記録手段と、上記記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理手段と、上記間引き処理手段によりダウンサンプリングされた音響信号をフレーム単位で蓄積する第１の蓄積手段と、上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出手段と、上記記録手段に記録された音響信号をフレーム単位で蓄積する第２の蓄積手段と、上記ピッチ算出手段が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算手段と、上記演算手段が演算した類似波形に関するデータをフレーム単位で蓄積する第３の蓄積手段と、上記第２の蓄積手段へ音響信号を読み込むときのデータ入力位置、上記第２の蓄積手段におけるピッチ算出の処理開始位置、上記第３の蓄積手段へのデータ転送位置、上記第３の蓄積手段におけるデータ記録位置を管理し、各手段での処理を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、再生速度変換率と、上記間引き処理手段における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される。
【００３３】
本発明に係る再生速度変換方法は、上記課題を解決するために、音響信号の再生速度を変換するための再生速度変換方法において、記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理工程と、上記間引き処理工程によりダウンサンプリングされた音響信号をフレーム単位で第１の蓄積手段に入出力する第１の入出力工程と、上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出工程と、上記記録手段に記録された音響信号をフレーム単位で第２の蓄積手段に入出力する第２の入出力工程と、上記ピッチ算出工程で算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算工程と、上記演算工程で演算した類似波形に関するデータをフレーム単位で第３の蓄積手段に入出力する第３の入出力工程と、上記第２の蓄積手段へ音響信号を読み込むときのデータ入力位置、上記第２の蓄積手段におけるピッチ算出の処理開始位置、上記第３の蓄積手段へのデータ転送位置、上記第３の蓄積手段におけるデータ記録位置を管理し、各手段での処理を制御する制御工程とを備え、上記制御工程では、再生速度変換率と、上記間引き処理工程における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
第１の実施の形態は、デジタルＰＣＭ音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置であり、図１に示すように構成されている。すなわち、音響信号を記録し、保持しているデータ記録部１と、データ記録部１に記録された音響信号の高域成分を抑圧するローパスフィルタ７と、ローパスフィルタ７の出力信号に対して適当な間引き処理を施す間引き処理部８と、間引き処理部８によりダウンサンプリングされた音響信号を蓄積する信号バッファ部９と、信号バッファ部９中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出部３とを備えている。
【００３６】
また、この再生速度変換装置は、データ記録部１に記録された音響信号に対してローパスフィルタ７が施す処理で生じる遅延を補償する遅延部１０と、この遅延部１０を介したのちの音響信号を蓄積する入力バッファ部２と、ピッチ算出部３が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形の算出を行うデータ演算部５と、データ演算部５が算出したデータを入力バッファ部２を介して蓄積するデータ蓄積部６と、データ記録部１から入力バッファ部２へのデータ読込み、データ演算部５での演算処理、及びデータ演算部５からデータ蓄積部６への類似波形に関するデータの転送、を制御する処理制御部４とを備えている。
【００３７】
この第１の実施の形態の再生速度変換装置の動作の概略を説明する。
先ず、データ記録部１に記録保持された音響信号のうち、処理開始位置Ｐより（最大ピッチ周期×2）サンプルの入力音響信号s1が読み出され、ローパスフィルタ７において高域成分が抑圧された後、間引き処理部８により適当にダウンサンプリングされ、信号バッファ部９に読み込まれる。
【００３８】
この信号バッファ部９より、ダウンサンプリング入力音響信号s2が、ピッチ算出部３に転送され、ピッチ算出部３においてピッチ周期s3が算出される。このピッチ周期s3は処理制御部４に供給される。
【００３９】
ピッチ算出部３から供給されたピッチ周期s3をもとに、処理制御部４はデータ読出制御信号s7を生成し、データ記録部１に記録保持された音響信号のうち、処理開始位置Ｐより２ピッチ周期分の音響信号を、ローパスフィルタ７で生じる遅延量を補償する遅延部１０を介して入力バッファ部２に読み込ませる。
【００４０】
ピッチ算出部３において算出されたピッチ周期s3をもとにした処理制御部４の制御により、入力バッファ部２は遅延部１０で遅延された入力音響信号s1（演算処理用信号s4）をデータ演算部５に転送する。
【００４１】
データ演算部５は上記演算処理用信号s4のピッチ波形から類似波形の算出を行い、演算処理信号s5を入力バッファ部２に転送する。
【００４２】
処理制御部４は、再生速度変換率に応じて、間引き処理部８の間引きの割合を考慮した次回処理開始位置Ｐ'、及び再生信号長を算出する。そして、この算出結果に基づいて、上記入力バッファ部２を介した演算処理信号s5、あるいは、新たにデータ記録部１から入力バッファ部２に読み込まれた不足分の音響信号がデータ蓄積部６に転送される。
【００４３】
上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の詳細な動作を、図２、図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
先ず、ステップS101において装置の初期設定を、
処理開始位置＝0
とする。データ記録部１における「処理開始位置」の値は処理制御部４において逐次更新され、この値をもとにデータ記録部１ヘデータ読出し制御信号s7が送られ、入力音響信号s1の読出し制御が行われる。
【００４５】
次に、ステップS102において、処理制御部４は入力音響信号s1にローパスフィルタ７によりローパスフィルタ処理を施させ、間引き処理部８により間引き処理を施させてダウンサンプリングされた入力音響信号の(最大ピッチ周期Ｔ'max×2)分を信号バッファ部９に読み込ませる。
【００４６】
例えば、入力音響信号のサンプリング周波数が44．1[kHz]であり、ローパスフィルタ７の特性が図５に示すものであり、間引き処理部８における間引きファクタ定数deciが４である場合について図６に示すタイミングチャートを用いて説明する。
【００４７】
図６の(a)に示すサンプリング周波数44．1[kHz]の入力音響信号は、上記図５に示す特性のローパスフィルタ７により高域成分が抑制され、図６の（b）に示すローパスフィルタ処理信号が生成される。このローパスフィルタ処理信号はローパスフィルタ処理によってＤだけ遅延される。このＤだけ遅延されたローパスフィルタ処理信号は間引き処理部８により、1/4の割合で間引き処理されて、サンプリング周波数11.025[kHz]のダウンサンプリングされた入力音響信号ｘdeci(i)が以下の（６）式にて得られる（図６の(c)）。
【００４８】
【数６】
【００４９】
ローパスフィルタ７がFIR(Finite Impule Response)型である場合には、ローパスフィルタ処理は、間引き位置のサンプルに対してのみ行えばよい。
【００５０】
次に、ステップS103において、処理制御部４はピッチ算出部３に、ダウンサンプリング入力音響信号s2から、ピッチ周期s3を算出させる。
【００５１】
例えば、以下の(7)式のように定義される平均歪みｄ'(Ｔ)を最小にするようなＴがダウンサンプリング入力音響信号のピッチ周期Ｔ'[サンプル]であり、もとの入力音響信号のピッチ周期Ｔ0は、（8）式として算出される。
【００５２】
【数７】
【００５３】
【数８】
【００５４】
入力音響信号のサンプリング周波数が44．1[kHz]、ダウンサンプリング入力音響信号のサンプリング周波数が11．025[kHz]の場合、50[Hz]から200[Hz]のピッチ周波数をサーチするならば、Ｔmax＝882，Ｔmin＝176，Ｔ'max＝221，Ｔ'min＝44となる。従来方式の式(1)によるピッチ算出に比べ、ダウンサンプルされた入力音響信号を用いて相関計算を行うので、この部分の演算量が大幅に削減できる。
【００５５】
次に、ステップS104において、処理制御部４は処理開始位置Ｐから(最大ピッチ周期Ｔmax×2)分の入力音響信号s1を、ローパスフィルタ７で生じる遅延量Ｄを補償するような遅延部１０を介して、入力バッファ部２に読み込ませ、さらに演算処理用信号s4として、データ演算部５に転送させる(図６中(d))。
【００５６】
そして、ステップS105において、処理制御部４は再生速度変換率Ｒが１より大きい場合には高速再生時であるので、Ａを介して図３のステップS106の処理に進む。そうでないならば低速再生時であるのでＢを介して図４のステップS114の処理に進む。
【００５７】
高速再生時に処理制御部４はステップS106において、データ演算部５に図２のような窓掛け重み付加算処理を行わせ、１ピッチ周期波形信号(演算処理音声s5)を算出させる。（図６中(e))。
【００５８】
この後、ステップS107において、処理制御部４は再生信号長Ｌを次の（9)式にて算出する。
【００５９】
【数９】
【００６０】
但し、右辺においてdeciが乗算される、特殊括弧内はxを越えない最大の整数の算出を意味する。ダウンサンプル位置を考慮し、再生信号長Ｌは間引きファクタ定数deciの倍数になつている。
【００６１】
次に、ステップS108において、処理制御部４は（再生信号長）＞（ピッチ周期）であるか否かを判定し、再生信号長がピッチ周期より大であれば（ＹＥＳ）、ステップS109の処理に進む。そうでない（ＮＯ）ならば、ステップS113の処理に進む。
【００６２】
ステップS109において、処理制御部４はデータ演算部５で算出された１ピッチ周期波形を入力バッファ部２を介してデータ蓄積部６に転送する。
【００６３】
そして、ステップS110において、処理制御部４は転送合計サンプル数が再生信号長Ｌとなるように、入力バッファ部２中のデータ演算部５に転送されなかつた残りの入力音響信号を、データ蓄積部６に転送する。
【００６４】
次に、ステップS111において、処理制御部４は（転送合計サンプル数）＜（再生信号長）であるならば処理ステップS112に進む。そうでないならば、ステップS124の処理に進む。
【００６５】
ステップS112において、処理制御部４は不足分の音響信号を、新たにデータ記録部１より入力バッファ部２に読み込ませ、データ蓄積部６に転送させて、ステップS124の処理に進む。
【００６６】
一方、ステップS108にてＮＯであった場合、処理制御部４はステップS113において、データ演算部５で算出された１ピッチ周期波形中の（サンプルをデータ蓄積部６に転送し、ステップS124の処理に進む。このステップS124の処理については後述する。
【００６７】
上記図２のステップS105で処理制御部４が再生速度変換率Ｒが１より大きくないと判定した低速再生時のときに、Ｂを介して進んだ図４のステップS114において、データ演算部５に図６に示したような窓掛け重み付加算処理を行わせ、１ピッチ周期波形信号（演算処理音声s5）を算出させる。
【００６８】
次に、ステップS115において、再生信号長Ｌを（10）式にて算出する。
【００６９】
【数１０】
【００７０】
但し、右辺においてdeciが乗算される、特殊括弧内はxを越えない最大の整数の算出を意味する。ダウンサンプル位置を考慮し、再生信号長Ｌは間引きファクタ定数deciの倍数になっている。
【００７１】
次に、ステップS116において、処理制御部４は（再生信号長）＞（ピッチ周期）×２であるならば、ステップS117の処理に進む。そうでないならばS122の処理に進む。
【００７２】
ステップS117において、処理制御部４は入力バッファ部２中の先頭１ピッチ周期波形をデータ蓄積部６に転送する。
【００７３】
ステップS118において、処理制御部４はデータ演算部５で算出された１ピッチ周期波形をデータ蓄積部６に転送する。
【００７４】
ステップS119において、処理制御部４は転送合計サンプル数が再生信号長Ｌとなるように、入力バッファ部２中のステップS117の処理でデータ蓄積部６に転送されなかった残りの入力音響信号を、データ蓄積部６に転送する。
【００７５】
ステップS120において、処理制御部４は(転送合計サンプル数)＜(再生信号長)であるならば処理ステップS121に進む。そうでないならば、ステップS124の処理に進む。
【００７６】
ステップS121において、処理制御部４は不足分の音響信号を、新たにデータ記録部１より入力バッファ部２に読み込み、データ蓄積部６に転送し、ステップS124の処理に進む。
【００７７】
ステップS122において、処理制御部４は入力バッファ部２中の先頭１ピッチ周期波形をデータ蓄積部６に転送する。
【００７８】
ステップS123 において、処理制御部４はデータ演算部５で算出された１ピッチ周期波形中の(再生信号長Ｌ−ピッチ周期Ｔ0)サンプルをデータ蓄積部６に転送し、ステップS124の処理に進む。
【００７９】
ステップS124において、処理制御部４は次回処理開始位置Ｐ'の更新を以下の（11）式のように行う。
【００８０】
【数１１】
【００８１】
但し、△Ｐは処理開始位置移動量であり（12)式に示すとおりである。
【００８２】
【数１２】
【００８３】
次回処理開始位置Ｐ'はちょうどダウンサンプル位置になるように更新される。
【００８４】
そして、ステップS125において「処理終了」でないならば、S102の処理に進む。「処理終了」であるなら終了する。
【００８５】
以上、第１の実施の形態について説明した。
【００８６】
次に、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態もデジタルPCM音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置であるが、上記図１に示した第１の実施の形態の再生速度変換装置で行われている処理をフレーム処理で行うものである。ここでフレーム処理とは、一定量単位の入出力音響信号を扱うことをいう。
【００８７】
この第２の実施の形態の再生速度変換装置を図７に示す。すなわち、音響信号を記録し保持しているデータ記録部１と、データ記録部１に記録された音響信号の高域成分を抑圧するローパスフィルタ７と、ローパスフィルタ７の出力信号に対して連当な間引き処理を施す間引き処理部８と、間引き処理部８によりダウンサンプリングされた音響信号をフレーム単位で蓄積する信号バッファ部９と、信号バッファ部９中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出部３とを備えている。
【００８８】
また、この再生速度変換装置は、データ記録部１に記録された音響信号のローパスフィルタ７が施すフィルタ処理で生じる遅延を補償する遅延部１０と、この遅延部１０を介したのちの音響信号をフレーム単位で蓄積する入力バッファ部２と、ピッチ算出部２が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形の算出を行うデータ演算部５と、データ演算部５が算出したデータをフレーム単位で蓄積するフレームデータ蓄積部（出力フレームバッブァ部）１２と、入力バッファ部２が音響信号を読み込む際のデータ入力位置、入力バッファ部２においてピッチ算出を開始する処理開始位置、フレームデータ蓄積部１２へのデータ転送位置、フレームデータ蓄積部１２におけるデータ記録位置、を管理するデータ位置指示部１１とを備えている。
【００８９】
この第２の実施の形態の再生速度変換装置の概略的な動作を説明する。
【００９０】
先ず、データ記録部１中の入力フレーム長分の入力音響信号s1が、ローパスフィルタ７により高域成分を抑圧された後、間引き処理手段８により適当にダウンサンプリングされ、信号バッファ部９に読み込まれる。
【００９１】
また、データ記録部１から入力フレーム長分の入力音響信号s1が、ローパスフィルタ７で生じる遅延量を補償するような遅延部１０を介して、入力バッファ部２に読み込まれる。
【００９２】
データ位置指示部１１より指示される処理開始位置より最大ピッチ２周期分のダウンサンプリング入力音響信号s2が、信号バッファ部９からピッチ算出部３に転送され、ピッチ算出部３においてピッチ周期s3が算出される。
【００９３】
ピッチ算出部３において算出されたピッチ周期s3をもとに、データ位置指示部１１が入力バッファ部２より演算処理用信号s4をデータ演算部５に転送させる。
【００９４】
データ演算部５においてピッチ波形から類似波形の算出が行われ、演算処理信号s5を得る。演算処理信号s5は入力バッファ部２に適切に上書きされる。
【００９５】
データ位置指示部１１より指示される転送位置より出力フレーム長分の出力音響信号が入力バッファ部２からフレームデータ蓄積部１２に転送される。
【００９６】
データ位置指示部１１において、入力バッファ部２における次回処理開始位置Ｐ'が適当に更新される。
【００９７】
上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の実施例として実施例２の詳細な動作を、図８、図９及び図１０と、図１１及び図１２のフローチャートを参照して説明する。
【００９８】
先ず、ステップS201において装置の初期設定を、
出力フラグ＝0
入力フラグ＝1
入力位置s8＝0
転送位置s9＝0
処理開始位置s10＝0
記録位置s11＝0
として行う。ここで入力位置、処理開始位置、転送位置、記録位置の各値は図７中のデータ位置指示部１１によつて制御される。
【００９９】
次に、ステップS202において、データ位置指示部１１が「出力フラグ＝1」と判定すればステップS203の処理へ、そうでなければステップS2O6の処理に進む。
【０１００】
ステップS203において、データ位置指示部１１の制御により図７中のフレームデータ蓄積部（出力フレームバッファ部）１２は、蓄積したフレーム単位の音響信号を出力する。その後、データ位置指示部１１はステップS204において「出力フラグ＝0」と更新する。
【０１０１】
そしてステップS205においてデータ位置指示部１１は「処理終了」を判定したなら処理終了とする。そうでければステップS202の処理に進む。
【０１０２】
一方、ステップS202において、データ位置指示部１１が「出力フラグ＝1」でないと判定したときに進んできた、ステップS206において「入力フラグ＝1」ならステップS207の処理に進む。そうでなければ図９のステップS210の処理に進む。
【０１０３】
ステップS207において、データ位置指示部１１の制御により、データ記録部１中の入力フレーム長の入力音響信号s1を遅延部10を介して、入力バッファ部２中の「入力位置s8」の指示する位置に読み込む。
【０１０４】
次に、ステップS208において、データ位置指示部１１の制御により、データ記録部１から入力フレーム長の入力音響信号s1を読み出し、ローパスフィルタ７でローパスフィルタ処理を施し、間引き処理部８で間引き処理によりダウンサンプリングし、信号バッファ部９に読み込ませる。
【０１０５】
そして、ステップS209において、データ位置指示部１１は入力位置s8を、(入力位置s8)=(入力位置s8)＋(入力フレーム長)と更新する。
【０１０６】
次に、図９のステップS210において、データ位置指示部１１が(入力位置s8)＞(処理開始位置s10)と判定したなら、ステップS211の処理へ進む。そうでないならステップS215の処理に進む。
【０１０７】
ステップS211において、データ位置指示部１１は、
（出力フレーム長）−（記録位置s11）≦（処理開始位置s10）−（転送位置s9）
と判定したなら、ステップS212の処理へ進む。そうでないなら後述する図１１のステップS226の処理に進む。
【０１０８】
図８のステップS212において、図１３に示すように、入力バッファ部２中の「転送位置s9」に指示される位置の音響信号を、フレームデータ蓄積部（出力フレームバッファ部）１２中の「記録位置s11」の指示する位置から、出力フレームバッファ部１２が一杯になるまで転送する。
【０１０９】
そして、ステップS213において、入力バッファ部２、信号バッファ部９内の音響信号に対して、予め定めるところの「バッファシフト量」分の「バッファシフト処理」を図１４に示すように行う。「バッファシフト量」は「入力フレーム長」の値の近傍で間引きファクタ定数で割りきれる値を選ぶ。
【０１１０】
上記バッファシフト処理について図１０及び図１４を用いて詳細に説明する。
【０１１１】
先ず、図１０のステップS222において、データ位置指示部１１が(転送位置s9)≧(バッファシフト量)を判定したならステップS223の処理へ、そうでないなら「バッファシフト処理」を終了する。
【０１１２】
ステップS223において、データ位置指示部１１が(処理開始位置s10)＞(最大ピッチ周期)＋(バッファシフト量)を判定したならステップS224の処理へ、そうでないなら「バッファシフト処理」を終了する。
【０１１３】
ステップS224において、図１４に示すように、データ位置指示部１１は入力バッファ部２において「バッファシフト量」分の音響信号と、信号バッファ部９において「バッファシフト量／間引きファタタ」分の音響信号の移動を行う。
【０１１４】
ステップS225において、データ位置指示部１１は以下のデータ位置の値の更新を行う。
【０１１５】
入力位置s8=入力位置s8−バッファシフト量
転送位置s9=転送位置s9−バッファシフト量
処理開始位置s10=処理開始位置s10−バッファシフト量
以上にてバッファシフト処理の説明を終了する。
【０１１６】
図９に戻り、データ位置指示部１１は、ステップS214において、記録位置s11を0、「出力フラグ＝1」「入力フラグ＝0」としてS202の処理に進む。
【０１１７】
ステップS215において、データ位置指示部１１が(出力フレーム長)−記録位置s11＜(入力位置s8)−(転送位置s9)を判定したならばS216の処理に進む。そうでないならばS129の処理に進む。
【０１１８】
ステップS216において、図１５に示すように、入力バッファ部２中の「転送位置s9」に指示される位置の音響信号を、出力フレームバッファ部１２中の「記録位置s11」の指示する位置から、出力フレームバッファ部が一杯になるまで転送する。そして、ステップS217において前述の「バッファシフト処理」を行う。
【０１１９】
次に、ステップS218において、記録位置s11を0、「出力フラグ＝1」「入力フラグ＝0」として図８のステップS202の処理に進む。
【０１２０】
上記ステップS215での判定の結果ＮＯであったときに進んできたステップS219において、図１６に示すように、入力バッファ部２中の「転送位置s9」に指示される位置から「入力位置s8」に指示される位置の音響信号を、出力フレームバッファ部１２中の「記録位置s11」の指示する位置に転送する。そして、ステップS220において前述の「バッファシフト処理」を行う。
【０１２１】
ステップS221において、「出力フラグ=0」「入力フラグ＝1」として図８のステップS202の処理に進む。
【０１２２】
次に、データ位置指示部１１は、図１１のステップS226において、図１７に示すように、入力バッファ部２中の「転送位置s9」に指示される位置から「処理開始位置s10」に指示される位置の音響信号を、出力フレームバッファ部12中の「記録位置s11」の指示する位置に転送する。
【０１２３】
次にステップS227において前述の「バッファシフト処理」を行ってから、ステップS228に進み、再生速度変換率Ｒが１より大きい場合には高速再生時処理（ステップS229以降）に進む。そうでないならば図１２のステップS236の処理に進む。ステップS229以降の高速再生時の処理について図１８を参照して説明する。
【０１２４】
ステップS229において、データ位置指示部１１は、
（入力位置s8）−（処理開始位置s10）＞2×（最大ピッチ周期）
を判定したならば、ステップS230の処理に進む。そうでなければ、ステップS243において、「出力フラグ=0」「入力フラグ＝1」としてステップS202の処理に進む。
【０１２５】
次に、ステップS230において、データ位置指示部１１の制御により信号バッファ部９に格納された間引き処理された音響信号により「処理開始位置s10」の指示する位置の「ピッチ周期」をピッチ算出部３で求める。例えば、「処理開始位置s10」の指示する位置を始点とする信号バッファ部９の音響信号ｘdeci(i)（0≦i≦2×Ｔ'max）に対して、以下の（１３）式のように定義される平均歪みｄ'（Ｔ）を最小にするようなＴ＝Ｔ'0を算出し、（１４）式にてピッチ周期Ｔ0を求める。なお、（１４）式において、deciは間引きファクタ定数である。
【０１２６】
【数１３】
【０１２７】
【数１４】
【０１２８】
次に、データ位置指示部１１がステップS231において、S230で算出されたピッチ周期が「有効」であると判断して場合には、ステップS232の処理に進む。そうでないならば、図１２のステップS245の処理へ進む。
【０１２９】
ステップS232において、データ位置指示部１１は、入力バッファ部２内の２ピッチ周期分の音響信号を、演算処理用信号s4として、データ演算部５に転送する。
【０１３０】
次に、ステップS233において、データ位置指示部１１の制御によりデータ演算部５において窓掛け重み付加算処理を行い、得られた１ピッチ周期分の波形を、入力バッファ部２の「（処理開始位置s10）＋（ピッチ周期）」の指示する位置に転送する。
【０１３１】
次に、ステップS234において、「転送位置s9」を、
（転送位置s9）＝（処理開始位置s10）＋（ピッチ周期）
のように更新し、ステップS235の処理に進む。
【０１３２】
上記ステップS228において再生速度変換率Ｒが１より大きく、かつ図１２のステップS236 において再生速度変換率Ｒが１より小さい場合には低速再生時の処理（ステップS237以降）に進む。そうでないならばS245の処理に進む。
【０１３３】
ステップS237において、データ位置指示部１１は、
（入力位置s8）−（処理開始位置s10）＞（最大ピッチ周期）
と判定したならば、ステップS238の処理に進む。そうでなければ、図１１のステップS243に進む、「出力フラグ=0」「入力フラグ＝1」としてステップS202以降の処理に進む。
【０１３４】
ステップS238において、信号バッファ部９の間引き処理された音響信号により「処理開始位置s10」の指示する位置の「ピッチ周期」を求める。例えば、「処理開始位置s10」の指示する位置を始点とする信号バッファ部９の音響信号ｘdeci(i）（0≦i≦2×Ｔ'max）に対して、以下の（１５）式のように定義される平均歪みｄ'（Ｔ）を最小にするようなＴ＝Ｔ'0を算出し、（１６）式にてピッチ周期Ｔ0を求める。なお、（１６）式において、deciは間引きファクタ定数である。
【０１３５】
【数１５】
【０１３６】
【数１６】
【０１３７】
次に、ステップS239において、ステップS238で算出されたピッチ周期が「有効」であると判断された場合には、S240の処理に進む。そうでないならば、S245の処理へ進む。
【０１３８】
ステップS240において、入力バッファ部２内の２ピッチ周期分の音響信号を、演算処理用信号s4として、データ演算部５に転送する。
【０１３９】
ステップS241において、データ演算部５において窓掛け重み付加算処理を行い、得られた１ピッチ周期分の波形を、入力バッファ部２の「（処理開始位置s10）−（ピッチ周期）」の指示する位置に転送する（図１９）。
【０１４０】
そして、ステップS242において、「転送位置s9」を以下のように更新する。
【０１４１】
（転送位置s9）＝処理開始位置s10−（ピッチ周期）
次に、図１１に戻り、ステップS235において、「処理開始位置s10」を以下の（１７）式のように更新して、ステップS210の処理に進む。
【０１４２】
【数１７】
【０１４３】
但し、右辺において第２項目のdeciが乗算される特殊括弧内のxはx（＝ΔＰ／deci＋0.5）を越えない最大の整数、△Ｐは（１８）式で示す処理開始位置移動量である。
【０１４４】
【数１８】
【０１４５】
そして、ステップS245において、「転送位置s9」「処理開始位置s10」を、
（転送位置s9）＝（処理開始位置s10）
（処理開始位置s10）＝（処理開始位置s10）＋（入力フレーム長）
のように更新して、ステップS210の処理に進む。
【０１４６】
上記本発明の実施の形態の効果について図２０を用いて説明する。図２０には従来方式による処理音響信号のサンプリング周波数と演算量の関係に加え、サンプリング周波数が44100[Hz]の場合に、本発明で実現される再生速度変換装置に要する演算量を示した（図中の斜線部、proposedとして示した）。図２０より、サンプリング周波数44100[Hz]の場合、本発明で提案した方式によれば演算量は平均で従来方式の約25％である。この効果は、本発明の特徴であるところのピッチ算出にローパスフィルタ処理、間引き処理を施した音響信号を使用していることによる。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明によれば、48000，44100[Hz］といった高サンプリング周波数の音響信号に対して再生速度変換する場合にも演算量を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる再生速度変換装置のブロック図である。
【図２】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第１のフローチャートである。
【図３】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第２のフローチャートである。
【図４】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第３のフローチャートである。
【図５】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置を構成しているローパスフィルタの特性図である。
【図６】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態となる再生速度変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第１のフローチャートである。
【図９】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第２のフローチャートである。
【図１０】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第３のフローチャートである。
【図１１】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第４のフローチャートである。
【図１２】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第５のフローチャートである。
【図１３】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の第１の具体例を説明するための図である。
【図１４】バッファシフト処理を説明するための図である。
【図１５】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の第２の具体例を説明するための図である。
【図１６】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の第３の具体例を説明するための図である。
【図１７】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の第４の具体例を説明するための図である。
【図１８】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の高速再生時を説明するための図である。
【図１９】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の低速再生時を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の形態の効果を説明するための、サンプリング周波数と演算量との関係を示す図である。
【図２１】従来のPICOLA方式による再生速度変換装置のブロック図である。
【図２２】 PICOLA方式における波形重ね合わせ処理（高速再生時：１＜Ｒ＜２）を説明するための図である。
【図２３】 PICOLA方式における重み付加算処理（高速再生時）を説明するための図である。
【図２４】 PICOLA方式における波形重ね合わせ処理（高速再生時：Ｒ＞２）を説明するための図である。
【図２５】 PICOLA方式における波形重ね合わせ処理（低速再生時：0.5＜Ｒ＜１）を説明するための図である。
【図２６】 PICOLA方式における重み付加算処理（低速再生時）を説明するための図である。
【図２７】 PICOLA方式における波形重ね合わせ処理（低速再生時：Ｒ＜0.5）を説明するための図である。
【図２８】従来のPICOLA方式による再生速度変換処理におけるサンプリング周波数と演算量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ データ記録部、２ 入力バッファ部、３ ピッチ算出部、４ 処理制御部、５ データ演算部、６ データ蓄積部、７ ローパスフィルタ、８ 間引き処理部、９ 信号バッファ部、１０ 遅延部
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響信号の再生速度を少ない演算量で変換する再生速度変換装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
任意の記録媒体に記録されたデジタルＰＣＭ音響信号に対する、再生速度変換技術として、ポインタ移動制御による重複加算法(PICOLA)などの方式がよく用いられている。
【０００３】
以下に従来のポインタ移動制御による重複加算法(PICOLA方式)に基づいて、元の音響信号からＲ倍の再生音響信号を得る再生速度変換装置について説明する。Ｒを再生速度変換率を表す定数とすると、高速再生の場合はＲ＞1、低速再生の場合は０＜Ｒ＜１となる。図２１は再生速度変換装置のブロック図である。
【０００４】
この再生速度変換装置において、データ記録部１は音響信号を記録し、保持している。入力バッファ部２はデータ記録部１から、処理開始位置Ｐより（最大ピッチ周期×2）サンプルの入力音響信号s1を読み込み、ピッチ算出部３にピッチ算出用音響信号s2を転送する。ピッチ算出部３はピッチ周期s3を算出し、処理制御部４に送る。処理制御部４の制御により、入力バッファ部２は、演算処理用信号s4をデータ演算部５に転送する。データ演算部５は演算処理信号s4に対して高速再生時と低速再生時にそれぞれ所定の演算を施し、演算処理信号s5を入力バッファ部２経由でデータ蓄積部６に送る。処理制御部４は入力バッファ部２に処理制御信号s6を供給する。また処理制御部４はデータ記録部１にデータ読み出し制御信号s7を送る。
【０００５】
次に、この従来のPICOLA方式による再生速度変換装置の高速再生動作と、低速再生動作を説明する。
初めに、高速再生動作について図２２〜図２４を用いて説明する。先ず、データ記録部１に記録保持された音響信号のうち、図２２中の処理開始位置Ｐより（最大ピッチ周期×2）サンプルの入力音響信号s1が、入力バッファ部２に読み込まれ、ピッチ算出部３に転送される。
【０００６】
ピッチ算出部３はピッチ周期s3を算出する。例えば、以下の（１）式に定義される平均歪みｄ(Ｔ)を最小にするようなＴをピッチ周期s3(Ｔ0)として算出する。
【０００７】
【数１】
上記（１）式に基づいてピッチ算出部３で算出されたピッチ周期s3(Ｔ0)をもとに、入力バッファ部２から処理開始位置Ｐより２ピッチ周期分の音響信号が演算処理用信号s4としてデータ演算部５に転送される。
【０００９】
データ演算部５に読み込まれた２ピッチ周期（２×Ｔ0）分の音響信号S4には、図２３に示す重み窓データに基づいた重み付加算が施され、１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号(演算処理信号s5)が重み付加算信号として算出される。
【００１０】
次に処理制御部４は再生速度変換率Ｒ(Ｒ＞1)に応じて、再生信号長Ｌ[サンプル]を（２）式により計算する。
【００１１】
【数２】
この（２）式により計算された再生信号長Ｌがピッチ周期Ｔ0より大きい(1＜Ｒ＜2)場合、データ演算部５で算出された１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号（演算処理信号s5）が、データ蓄積部６に転送される。さらに入力バッファ部２中の残りの入力音響信号を転送合計サンプル数が再生信号長Ｌサンプル分となるように、データ蓄積部６に転送する。
【００１３】
入力バッファ部２にすでに読み込まれている入力音響信号の長さが、再生信号長Ｌに満たない場合には、不足分の音響信号が処理制御部４の指示(データ読み出し制御信号s７)で、新たにデータ記録部１から入力バッファ部２に読み込まれ、そのままデータ蓄積部６に転送される。
【００１４】
一方、図２４に示すように、再生信号長Ｌがピッチ周期Ｔ0より小さい場合(Ｒ＞2)には、データ演算部５で算出された１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号中のＬサンプルの音響信号が、データ蓄積部６に転送される。
【００１５】
なお、データ記録部１における次回処理開始位置Ｐ'は以下の（３）式のように更新される。
【００１６】
【数３】
次に、低速再生動作について図２５〜図２７を用いて説明する。先ず、データ記録部１に記録保持された音響信号のうち、図２５中の処理開始位置Ｐより（最大ピッチ周期×2）サンプルの入力音響信号s1が、入力バッファ部２に読み込まれ、ピッチ算出部３に転送される。そして、ピッチ算出部３において、ピッチ周期s3が算出される。
【００１８】
ピッチ算出部３で算出されたピッチ周期s3(Ｔ0)をもとに、入力バッファ部２から、処理開始位置Ｐより２ピッチ周期分の音響信号が演算処理用信号s4としてデータ演算部５に転送される。
【００１９】
データ演算部５に読み込まれた２ピッチ周期分の音響信号は、図２６に示す重み窓データによる重み付加算され、１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号(演算処理音声s5)が算出される。
【００２０】
次に再生速度変換率Ｒ(0＜Ｒ＜1)に応じて、再生信号長Ｌ[サンプル]が（４）式で計算される。
【００２１】
【数４】
ここで、再生信号長Ｌが２ピッチ周期(2×Ｔ0)より大きい場合(0．5＜Ｒ＜1)には、図２５に示すように、入力バッファ部２の先頭より１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号と、データ演算部５で算出された１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号(演算処理音声s5)が、データ蓄積部６に転送される。さらに入力バッファ部２中の残りの入力音響信号を転送合計サンプル数が再生信号長Ｌサンプル分となるように、データ蓄積部６に転送する。
【００２３】
入力バッファ部２にすでに読み込まれている入力音響信号の長さが、再生信号長Ｌに満たない場合には、不足分の音響信号が処理制御部４の指示(データ読み出し制御信号s7)で、新たにデータ記録部１から入力バッファ部２に読み込まれ、そのままデータ蓄積部６に転送される。
【００２４】
一方、再生信号長Ｌが２ピッチ周期(2×Ｔ0)より小さい場合(Ｒ＜0.5）には、図２７に示すように、入力バッファ部２の先頭より１ピッチ周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号、データ演算部５で算出された１周期分(Ｔ0サンプル)の音響信号(演算処理音声s5)中のＬ−Ｔ0サンプル分が、データ蓄積部６に転送される。
【００２５】
なお、データ記録部１における次回処理開始位置Ｐ'は以下の（５）式のように更新される。
【００２６】
【数５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した、従来のPICOLA方式の演算量の大半を占めるのが、ピッチ算出部６でのピッチ算出計算である。ピッチ算出部６において、上記式(1)のような平均歪みを最小にするようなピッチ周期をサーチするので、処理音響信号のサンプリング周波数が高くなるほど、時間あたりの信号サンプル数は増え、サーチすべきピッチ周期も増える。
【００２８】
図２８に、処理音響信号のサンプリング周波数と平均演算量(再生音声時間に占める処理時間の割合)の例を示す。従来のPICOLA方式におけるピッチ算出に要する演算量は、概略サンプル周波数の２乗のオーダーになっている。。
【００２９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、48000，44100[Hz］といった高サンプリング周波数の音響信号を再生速度変換する場合に演算量の増大を抑えることのできる再生速度変換装置及び方法の提供を目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る再生速度変換装置は、上記課題を解決するために、音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置において、音響信号を記録し、保持している記録手段と、上記記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理手段と、上記間引き処理手段によりダウンサンプリングされた音響信号を蓄積する第１の蓄積手段と、上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出手段と、上記記録手段に記録された音響信号を蓄積する第２の蓄積手段と、上記ピッチ算出手段が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算手段と、上記演算手段が演算した類似波形に関するデータを蓄積する第３の蓄積手段と、上記第２の蓄積手段でのデータ読込み処理、上記演算手段での演算処理、及び上記第３の蓄積手段へのデータ転送処理を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、再生速度変換率と、上記間引き処理手段における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される。
【００３１】
本発明に係る再生速度変換方法は、上記課題を解決するために、音響信号の再生速度を変換するための再生速度変換方法において、記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理工程と、上記間引き処理工程によりダウンサンプリングされた音響信号を第１の蓄積手段に入出力する第１の入出力工程と、上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出工程と、上記記録手段に記録された音響信号を第２の蓄積手段に入出力する第２の入出力工程と、上記ピッチ算出工程で算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算工程と、上記演算工程で演算した類似波形に関するデータを第３の蓄積手段に入出力する第３の入出力工程と、上記第２の蓄積手段にデータを入出力する処理、上記演算工程での演算処理、及び上記第３の蓄積手段にデータを入出力する処理を制御する制御工程とを備え、上記制御工程では、再生速度変換率と、上記間引き処理工程における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される。
【００３２】
本発明に係る再生速度変換装置は、上記課題を解決するために、音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置において、音響信号を記録し、保持している記録手段と、上記記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理手段と、上記間引き処理手段によりダウンサンプリングされた音響信号をフレーム単位で蓄積する第１の蓄積手段と、上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出手段と、上記記録手段に記録された音響信号をフレーム単位で蓄積する第２の蓄積手段と、上記ピッチ算出手段が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算手段と、上記演算手段が演算した類似波形に関するデータをフレーム単位で蓄積する第３の蓄積手段と、上記第２の蓄積手段へ音響信号を読み込むときのデータ入力位置、上記第２の蓄積手段におけるピッチ算出の処理開始位置、上記第３の蓄積手段へのデータ転送位置、上記第３の蓄積手段におけるデータ記録位置を管理し、各手段での処理を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、再生速度変換率と、上記間引き処理手段における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される。
【００３３】
本発明に係る再生速度変換方法は、上記課題を解決するために、音響信号の再生速度を変換するための再生速度変換方法において、記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理工程と、上記間引き処理工程によりダウンサンプリングされた音響信号をフレーム単位で第１の蓄積手段に入出力する第１の入出力工程と、上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出工程と、上記記録手段に記録された音響信号をフレーム単位で第２の蓄積手段に入出力する第２の入出力工程と、上記ピッチ算出工程で算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算工程と、上記演算工程で演算した類似波形に関するデータをフレーム単位で第３の蓄積手段に入出力する第３の入出力工程と、上記第２の蓄積手段へ音響信号を読み込むときのデータ入力位置、上記第２の蓄積手段におけるピッチ算出の処理開始位置、上記第３の蓄積手段へのデータ転送位置、上記第３の蓄積手段におけるデータ記録位置を管理し、各手段での処理を制御する制御工程とを備え、上記制御工程では、再生速度変換率と、上記間引き処理工程における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
第１の実施の形態は、デジタルＰＣＭ音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置であり、図１に示すように構成されている。すなわち、音響信号を記録し、保持しているデータ記録部１と、データ記録部１に記録された音響信号の高域成分を抑圧するローパスフィルタ７と、ローパスフィルタ７の出力信号に対して適当な間引き処理を施す間引き処理部８と、間引き処理部８によりダウンサンプリングされた音響信号を蓄積する信号バッファ部９と、信号バッファ部９中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出部３とを備えている。
【００３６】
また、この再生速度変換装置は、データ記録部１に記録された音響信号に対してローパスフィルタ７が施す処理で生じる遅延を補償する遅延部１０と、この遅延部１０を介したのちの音響信号を蓄積する入力バッファ部２と、ピッチ算出部３が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形の算出を行うデータ演算部５と、データ演算部５が算出したデータを入力バッファ部２を介して蓄積するデータ蓄積部６と、データ記録部１から入力バッファ部２へのデータ読込み、データ演算部５での演算処理、及びデータ演算部５からデータ蓄積部６への類似波形に関するデータの転送、を制御する処理制御部４とを備えている。
【００３７】
この第１の実施の形態の再生速度変換装置の動作の概略を説明する。
先ず、データ記録部１に記録保持された音響信号のうち、処理開始位置Ｐより（最大ピッチ周期×2）サンプルの入力音響信号s1が読み出され、ローパスフィルタ７において高域成分が抑圧された後、間引き処理部８により適当にダウンサンプリングされ、信号バッファ部９に読み込まれる。
【００３８】
この信号バッファ部９より、ダウンサンプリング入力音響信号s2が、ピッチ算出部３に転送され、ピッチ算出部３においてピッチ周期s3が算出される。このピッチ周期s3は処理制御部４に供給される。
【００３９】
ピッチ算出部３から供給されたピッチ周期s3をもとに、処理制御部４はデータ読出制御信号s7を生成し、データ記録部１に記録保持された音響信号のうち、処理開始位置Ｐより２ピッチ周期分の音響信号を、ローパスフィルタ７で生じる遅延量を補償する遅延部１０を介して入力バッファ部２に読み込ませる。
【００４０】
ピッチ算出部３において算出されたピッチ周期s3をもとにした処理制御部４の制御により、入力バッファ部２は遅延部１０で遅延された入力音響信号s1（演算処理用信号s4）をデータ演算部５に転送する。
【００４１】
データ演算部５は上記演算処理用信号s4のピッチ波形から類似波形の算出を行い、演算処理信号s5を入力バッファ部２に転送する。
【００４２】
処理制御部４は、再生速度変換率に応じて、間引き処理部８の間引きの割合を考慮した次回処理開始位置Ｐ'、及び再生信号長を算出する。そして、この算出結果に基づいて、上記入力バッファ部２を介した演算処理信号s5、あるいは、新たにデータ記録部１から入力バッファ部２に読み込まれた不足分の音響信号がデータ蓄積部６に転送される。
【００４３】
上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の詳細な動作を、図２、図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
先ず、ステップS101において装置の初期設定を、
処理開始位置＝0
とする。データ記録部１における「処理開始位置」の値は処理制御部４において逐次更新され、この値をもとにデータ記録部１ヘデータ読出し制御信号s7が送られ、入力音響信号s1の読出し制御が行われる。
【００４５】
次に、ステップS102において、処理制御部４は入力音響信号s1にローパスフィルタ７によりローパスフィルタ処理を施させ、間引き処理部８により間引き処理を施させてダウンサンプリングされた入力音響信号の(最大ピッチ周期Ｔ'max×2)分を信号バッファ部９に読み込ませる。
【００４６】
例えば、入力音響信号のサンプリング周波数が44．1[kHz]であり、ローパスフィルタ７の特性が図５に示すものであり、間引き処理部８における間引きファクタ定数deciが４である場合について図６に示すタイミングチャートを用いて説明する。
【００４７】
図６の(a)に示すサンプリング周波数44．1[kHz]の入力音響信号は、上記図５に示す特性のローパスフィルタ７により高域成分が抑制され、図６の（b）に示すローパスフィルタ処理信号が生成される。このローパスフィルタ処理信号はローパスフィルタ処理によってＤだけ遅延される。このＤだけ遅延されたローパスフィルタ処理信号は間引き処理部８により、1/4の割合で間引き処理されて、サンプリング周波数11.025[kHz]のダウンサンプリングされた入力音響信号ｘdeci(i)が以下の（６）式にて得られる（図６の(c)）。
【００４８】
【数６】
ローパスフィルタ７がFIR(Finite Impule Response)型である場合には、ローパスフィルタ処理は、間引き位置のサンプルに対してのみ行えばよい。
【００５０】
次に、ステップS103において、処理制御部４はピッチ算出部３に、ダウンサンプリング入力音響信号s2から、ピッチ周期s3を算出させる。
【００５１】
例えば、以下の(7)式のように定義される平均歪みｄ'(Ｔ)を最小にするようなＴがダウンサンプリング入力音響信号のピッチ周期Ｔ'[サンプル]であり、もとの入力音響信号のピッチ周期Ｔ0は、（8）式として算出される。
【００５２】
【数７】
【数８】
入力音響信号のサンプリング周波数が44．1[kHz]、ダウンサンプリング入力音響信号のサンプリング周波数が11．025[kHz]の場合、50[Hz]から200[Hz]のピッチ周波数をサーチするならば、Ｔmax＝882，Ｔmin＝176，Ｔ'max＝221，Ｔ'min＝44となる。従来方式の式(1)によるピッチ算出に比べ、ダウンサンプルされた入力音響信号を用いて相関計算を行うので、この部分の演算量が大幅に削減できる。
【００５５】
次に、ステップS104において、処理制御部４は処理開始位置Ｐから(最大ピッチ周期Ｔmax×2)分の入力音響信号s1を、ローパスフィルタ７で生じる遅延量Ｄを補償するような遅延部１０を介して、入力バッファ部２に読み込ませ、さらに演算処理用信号s4として、データ演算部５に転送させる(図６中(d))。
【００５６】
そして、ステップS105において、処理制御部４は再生速度変換率Ｒが１より大きい場合には高速再生時であるので、Ａを介して図３のステップS106の処理に進む。そうでないならば低速再生時であるのでＢを介して図４のステップS114の処理に進む。
【００５７】
高速再生時に処理制御部４はステップS106において、データ演算部５に図２のような窓掛け重み付加算処理を行わせ、１ピッチ周期波形信号(演算処理音声s5)を算出させる。（図６中(e))。
【００５８】
この後、ステップS107において、処理制御部４は再生信号長Ｌを次の（9)式にて算出する。
【００５９】
【数９】
但し、右辺においてdeciが乗算される、特殊括弧内はxを越えない最大の整数の算出を意味する。ダウンサンプル位置を考慮し、再生信号長Ｌは間引きファクタ定数deciの倍数になつている。
【００６１】
次に、ステップS108において、処理制御部４は（再生信号長）＞（ピッチ周期）であるか否かを判定し、再生信号長がピッチ周期より大であれば（ＹＥＳ）、ステップS109の処理に進む。そうでない（ＮＯ）ならば、ステップS113の処理に進む。
【００６２】
ステップS109において、処理制御部４はデータ演算部５で算出された１ピッチ周期波形を入力バッファ部２を介してデータ蓄積部６に転送する。
【００６３】
そして、ステップS110において、処理制御部４は転送合計サンプル数が再生信号長Ｌとなるように、入力バッファ部２中のデータ演算部５に転送されなかつた残りの入力音響信号を、データ蓄積部６に転送する。
【００６４】
次に、ステップS111において、処理制御部４は（転送合計サンプル数）＜（再生信号長）であるならば処理ステップS112に進む。そうでないならば、ステップS124の処理に進む。
【００６５】
ステップS112において、処理制御部４は不足分の音響信号を、新たにデータ記録部１より入力バッファ部２に読み込ませ、データ蓄積部６に転送させて、ステップS124の処理に進む。
【００６６】
一方、ステップS108にてＮＯであった場合、処理制御部４はステップS113において、データ演算部５で算出された１ピッチ周期波形中の（サンプルをデータ蓄積部６に転送し、ステップS124の処理に進む。このステップS124の処理については後述する。
【００６７】
上記図２のステップS105で処理制御部４が再生速度変換率Ｒが１より大きくないと判定した低速再生時のときに、Ｂを介して進んだ図４のステップS114において、データ演算部５に図６に示したような窓掛け重み付加算処理を行わせ、１ピッチ周期波形信号（演算処理音声s5）を算出させる。
【００６８】
次に、ステップS115において、再生信号長Ｌを（10）式にて算出する。
【００６９】
【数１０】
但し、右辺においてdeciが乗算される、特殊括弧内はxを越えない最大の整数の算出を意味する。ダウンサンプル位置を考慮し、再生信号長Ｌは間引きファクタ定数deciの倍数になっている。
【００７１】
次に、ステップS116において、処理制御部４は（再生信号長）＞（ピッチ周期）×２であるならば、ステップS117の処理に進む。そうでないならばS122の処理に進む。
【００７２】
ステップS117において、処理制御部４は入力バッファ部２中の先頭１ピッチ周期波形をデータ蓄積部６に転送する。
【００７３】
ステップS118において、処理制御部４はデータ演算部５で算出された１ピッチ周期波形をデータ蓄積部６に転送する。
【００７４】
ステップS119において、処理制御部４は転送合計サンプル数が再生信号長Ｌとなるように、入力バッファ部２中のステップS117の処理でデータ蓄積部６に転送されなかった残りの入力音響信号を、データ蓄積部６に転送する。
【００７５】
ステップS120において、処理制御部４は(転送合計サンプル数)＜(再生信号長)であるならば処理ステップS121に進む。そうでないならば、ステップS124の処理に進む。
【００７６】
ステップS121において、処理制御部４は不足分の音響信号を、新たにデータ記録部１より入力バッファ部２に読み込み、データ蓄積部６に転送し、ステップS124の処理に進む。
【００７７】
ステップS122において、処理制御部４は入力バッファ部２中の先頭１ピッチ周期波形をデータ蓄積部６に転送する。
【００７８】
ステップS123 において、処理制御部４はデータ演算部５で算出された１ピッチ周期波形中の(再生信号長Ｌ−ピッチ周期Ｔ0)サンプルをデータ蓄積部６に転送し、ステップS124の処理に進む。
【００７９】
ステップS124において、処理制御部４は次回処理開始位置Ｐ'の更新を以下の（11）式のように行う。
【００８０】
【数１１】
但し、△Ｐは処理開始位置移動量であり（12)式に示すとおりである。
【００８２】
【数１２】
次回処理開始位置Ｐ'はちょうどダウンサンプル位置になるように更新される。
【００８４】
そして、ステップS125において「処理終了」でないならば、S102の処理に進む。「処理終了」であるなら終了する。
【００８５】
以上、第１の実施の形態について説明した。
【００８６】
次に、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態もデジタルPCM音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置であるが、上記図１に示した第１の実施の形態の再生速度変換装置で行われている処理をフレーム処理で行うものである。ここでフレーム処理とは、一定量単位の入出力音響信号を扱うことをいう。
【００８７】
この第２の実施の形態の再生速度変換装置を図７に示す。すなわち、音響信号を記録し保持しているデータ記録部１と、データ記録部１に記録された音響信号の高域成分を抑圧するローパスフィルタ７と、ローパスフィルタ７の出力信号に対して連当な間引き処理を施す間引き処理部８と、間引き処理部８によりダウンサンプリングされた音響信号をフレーム単位で蓄積する信号バッファ部９と、信号バッファ部９中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出部３とを備えている。
【００８８】
また、この再生速度変換装置は、データ記録部１に記録された音響信号のローパスフィルタ７が施すフィルタ処理で生じる遅延を補償する遅延部１０と、この遅延部１０を介したのちの音響信号をフレーム単位で蓄積する入力バッファ部２と、ピッチ算出部２が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形の算出を行うデータ演算部５と、データ演算部５が算出したデータをフレーム単位で蓄積するフレームデータ蓄積部（出力フレームバッブァ部）１２と、入力バッファ部２が音響信号を読み込む際のデータ入力位置、入力バッファ部２においてピッチ算出を開始する処理開始位置、フレームデータ蓄積部１２へのデータ転送位置、フレームデータ蓄積部１２におけるデータ記録位置、を管理するデータ位置指示部１１とを備えている。
【００８９】
この第２の実施の形態の再生速度変換装置の概略的な動作を説明する。
【００９０】
先ず、データ記録部１中の入力フレーム長分の入力音響信号s1が、ローパスフィルタ７により高域成分を抑圧された後、間引き処理手段８により適当にダウンサンプリングされ、信号バッファ部９に読み込まれる。
【００９１】
また、データ記録部１から入力フレーム長分の入力音響信号s1が、ローパスフィルタ７で生じる遅延量を補償するような遅延部１０を介して、入力バッファ部２に読み込まれる。
【００９２】
データ位置指示部１１より指示される処理開始位置より最大ピッチ２周期分のダウンサンプリング入力音響信号s2が、信号バッファ部９からピッチ算出部３に転送され、ピッチ算出部３においてピッチ周期s3が算出される。
【００９３】
ピッチ算出部３において算出されたピッチ周期s3をもとに、データ位置指示部１１が入力バッファ部２より演算処理用信号s4をデータ演算部５に転送させる。
【００９４】
データ演算部５においてピッチ波形から類似波形の算出が行われ、演算処理信号s5を得る。演算処理信号s5は入力バッファ部２に適切に上書きされる。
【００９５】
データ位置指示部１１より指示される転送位置より出力フレーム長分の出力音響信号が入力バッファ部２からフレームデータ蓄積部１２に転送される。
【００９６】
データ位置指示部１１において、入力バッファ部２における次回処理開始位置Ｐ'が適当に更新される。
【００９７】
上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の実施例として実施例２の詳細な動作を、図８、図９及び図１０と、図１１及び図１２のフローチャートを参照して説明する。
【００９８】
先ず、ステップS201において装置の初期設定を、
出力フラグ＝0
入力フラグ＝1
入力位置s8＝0
転送位置s9＝0
処理開始位置s10＝0
記録位置s11＝0
として行う。ここで入力位置、処理開始位置、転送位置、記録位置の各値は図７中のデータ位置指示部１１によつて制御される。
【００９９】
次に、ステップS202において、データ位置指示部１１が「出力フラグ＝1」と判定すればステップS203の処理へ、そうでなければステップS2O6の処理に進む。
【０１００】
ステップS203において、データ位置指示部１１の制御により図７中のフレームデータ蓄積部（出力フレームバッファ部）１２は、蓄積したフレーム単位の音響信号を出力する。その後、データ位置指示部１１はステップS204において「出力フラグ＝0」と更新する。
【０１０１】
そしてステップS205においてデータ位置指示部１１は「処理終了」を判定したなら処理終了とする。そうでければステップS202の処理に進む。
【０１０２】
一方、ステップS202において、データ位置指示部１１が「出力フラグ＝1」でないと判定したときに進んできた、ステップS206において「入力フラグ＝1」ならステップS207の処理に進む。そうでなければ図９のステップS210の処理に進む。
【０１０３】
ステップS207において、データ位置指示部１１の制御により、データ記録部１中の入力フレーム長の入力音響信号s1を遅延部10を介して、入力バッファ部２中の「入力位置s8」の指示する位置に読み込む。
【０１０４】
次に、ステップS208において、データ位置指示部１１の制御により、データ記録部１から入力フレーム長の入力音響信号s1を読み出し、ローパスフィルタ７でローパスフィルタ処理を施し、間引き処理部８で間引き処理によりダウンサンプリングし、信号バッファ部９に読み込ませる。
【０１０５】
そして、ステップS209において、データ位置指示部１１は入力位置s8を、(入力位置s8)=(入力位置s8)＋(入力フレーム長)と更新する。
【０１０６】
次に、図９のステップS210において、データ位置指示部１１が(入力位置s8)＞(処理開始位置s10)と判定したなら、ステップS211の処理へ進む。そうでないならステップS215の処理に進む。
【０１０７】
ステップS211において、データ位置指示部１１は、
（出力フレーム長）−（記録位置s11）≦（処理開始位置s10）−（転送位置s9）
と判定したなら、ステップS212の処理へ進む。そうでないなら後述する図１１のステップS226の処理に進む。
【０１０８】
図８のステップS212において、図１３に示すように、入力バッファ部２中の「転送位置s9」に指示される位置の音響信号を、フレームデータ蓄積部（出力フレームバッファ部）１２中の「記録位置s11」の指示する位置から、出力フレームバッファ部１２が一杯になるまで転送する。
【０１０９】
そして、ステップS213において、入力バッファ部２、信号バッファ部９内の音響信号に対して、予め定めるところの「バッファシフト量」分の「バッファシフト処理」を図１４に示すように行う。「バッファシフト量」は「入力フレーム長」の値の近傍で間引きファクタ定数で割りきれる値を選ぶ。
【０１１０】
上記バッファシフト処理について図１０及び図１４を用いて詳細に説明する。
【０１１１】
先ず、図１０のステップS222において、データ位置指示部１１が(転送位置s9)≧(バッファシフト量)を判定したならステップS223の処理へ、そうでないなら「バッファシフト処理」を終了する。
【０１１２】
ステップS223において、データ位置指示部１１が(処理開始位置s10)＞(最大ピッチ周期)＋(バッファシフト量)を判定したならステップS224の処理へ、そうでないなら「バッファシフト処理」を終了する。
【０１１３】
ステップS224において、図１４に示すように、データ位置指示部１１は入力バッファ部２において「バッファシフト量」分の音響信号と、信号バッファ部９において「バッファシフト量／間引きファタタ」分の音響信号の移動を行う。
【０１１４】
ステップS225において、データ位置指示部１１は以下のデータ位置の値の更新を行う。
【０１１５】
入力位置s8=入力位置s8−バッファシフト量
転送位置s9=転送位置s9−バッファシフト量
処理開始位置s10=処理開始位置s10−バッファシフト量
以上にてバッファシフト処理の説明を終了する。
【０１１６】
図９に戻り、データ位置指示部１１は、ステップS214において、記録位置s11を0、「出力フラグ＝1」「入力フラグ＝0」としてS202の処理に進む。
【０１１７】
ステップS215において、データ位置指示部１１が(出力フレーム長)−記録位置s11＜(入力位置s8)−(転送位置s9)を判定したならばS216の処理に進む。そうでないならばS129の処理に進む。
【０１１８】
ステップS216において、図１５に示すように、入力バッファ部２中の「転送位置s9」に指示される位置の音響信号を、出力フレームバッファ部１２中の「記録位置s11」の指示する位置から、出力フレームバッファ部が一杯になるまで転送する。そして、ステップS217において前述の「バッファシフト処理」を行う。
【０１１９】
次に、ステップS218において、記録位置s11を0、「出力フラグ＝1」「入力フラグ＝0」として図８のステップS202の処理に進む。
【０１２０】
上記ステップS215での判定の結果ＮＯであったときに進んできたステップS219において、図１６に示すように、入力バッファ部２中の「転送位置s9」に指示される位置から「入力位置s8」に指示される位置の音響信号を、出力フレームバッファ部１２中の「記録位置s11」の指示する位置に転送する。そして、ステップS220において前述の「バッファシフト処理」を行う。
【０１２１】
ステップS221において、「出力フラグ=0」「入力フラグ＝1」として図８のステップS202の処理に進む。
【０１２２】
次に、データ位置指示部１１は、図１１のステップS226において、図１７に示すように、入力バッファ部２中の「転送位置s9」に指示される位置から「処理開始位置s10」に指示される位置の音響信号を、出力フレームバッファ部12中の「記録位置s11」の指示する位置に転送する。
【０１２３】
次にステップS227において前述の「バッファシフト処理」を行ってから、ステップS228に進み、再生速度変換率Ｒが１より大きい場合には高速再生時処理（ステップS229以降）に進む。そうでないならば図１２のステップS236の処理に進む。ステップS229以降の高速再生時の処理について図１８を参照して説明する。
【０１２４】
ステップS229において、データ位置指示部１１は、
（入力位置s8）−（処理開始位置s10）＞2×（最大ピッチ周期）
を判定したならば、ステップS230の処理に進む。そうでなければ、ステップS243において、「出力フラグ=0」「入力フラグ＝1」としてステップS202の処理に進む。
【０１２５】
次に、ステップS230において、データ位置指示部１１の制御により信号バッファ部９に格納された間引き処理された音響信号により「処理開始位置s10」の指示する位置の「ピッチ周期」をピッチ算出部３で求める。例えば、「処理開始位置s10」の指示する位置を始点とする信号バッファ部９の音響信号ｘdeci(i)（0≦i≦2×Ｔ'max）に対して、以下の（１３）式のように定義される平均歪みｄ'（Ｔ）を最小にするようなＴ＝Ｔ'0を算出し、（１４）式にてピッチ周期Ｔ0を求める。なお、（１４）式において、deciは間引きファクタ定数である。
【０１２６】
【数１３】
【数１４】
次に、データ位置指示部１１がステップS231において、S230で算出されたピッチ周期が「有効」であると判断して場合には、ステップS232の処理に進む。そうでないならば、図１２のステップS245の処理へ進む。
【０１２９】
ステップS232において、データ位置指示部１１は、入力バッファ部２内の２ピッチ周期分の音響信号を、演算処理用信号s4として、データ演算部５に転送する。
【０１３０】
次に、ステップS233において、データ位置指示部１１の制御によりデータ演算部５において窓掛け重み付加算処理を行い、得られた１ピッチ周期分の波形を、入力バッファ部２の「（処理開始位置s10）＋（ピッチ周期）」の指示する位置に転送する。
【０１３１】
次に、ステップS234において、「転送位置s9」を、
（転送位置s9）＝（処理開始位置s10）＋（ピッチ周期）
のように更新し、ステップS235の処理に進む。
【０１３２】
上記ステップS228において再生速度変換率Ｒが１より大きく、かつ図１２のステップS236 において再生速度変換率Ｒが１より小さい場合には低速再生時の処理（ステップS237以降）に進む。そうでないならばS245の処理に進む。
【０１３３】
ステップS237において、データ位置指示部１１は、
（入力位置s8）−（処理開始位置s10）＞（最大ピッチ周期）
と判定したならば、ステップS238の処理に進む。そうでなければ、図１１のステップS243に進む、「出力フラグ=0」「入力フラグ＝1」としてステップS202以降の処理に進む。
【０１３４】
ステップS238において、信号バッファ部９の間引き処理された音響信号により「処理開始位置s10」の指示する位置の「ピッチ周期」を求める。例えば、「処理開始位置s10」の指示する位置を始点とする信号バッファ部９の音響信号ｘdeci(i）（0≦i≦2×Ｔ'max）に対して、以下の（１５）式のように定義される平均歪みｄ'（Ｔ）を最小にするようなＴ＝Ｔ'0を算出し、（１６）式にてピッチ周期Ｔ0を求める。なお、（１６）式において、deciは間引きファクタ定数である。
【０１３５】
【数１５】
【数１６】
次に、ステップS239において、ステップS238で算出されたピッチ周期が「有効」であると判断された場合には、S240の処理に進む。そうでないならば、S245の処理へ進む。
【０１３８】
ステップS240において、入力バッファ部２内の２ピッチ周期分の音響信号を、演算処理用信号s4として、データ演算部５に転送する。
【０１３９】
ステップS241において、データ演算部５において窓掛け重み付加算処理を行い、得られた１ピッチ周期分の波形を、入力バッファ部２の「（処理開始位置s10）−（ピッチ周期）」の指示する位置に転送する（図１９）。
【０１４０】
そして、ステップS242において、「転送位置s9」を以下のように更新する。
【０１４１】
（転送位置s9）＝処理開始位置s10−（ピッチ周期）
次に、図１１に戻り、ステップS235において、「処理開始位置s10」を以下の（１７）式のように更新して、ステップS210の処理に進む。
【０１４２】
【数１７】
但し、右辺において第２項目のdeciが乗算される特殊括弧内のxはx（＝ΔＰ／deci＋0.5）を越えない最大の整数、△Ｐは（１８）式で示す処理開始位置移動量である。
【０１４４】
【数１８】
そして、ステップS245において、「転送位置s9」「処理開始位置s10」を、
（転送位置s9）＝（処理開始位置s10）
（処理開始位置s10）＝（処理開始位置s10）＋（入力フレーム長）
のように更新して、ステップS210の処理に進む。
【０１４６】
上記本発明の実施の形態の効果について図２０を用いて説明する。図２０には従来方式による処理音響信号のサンプリング周波数と演算量の関係に加え、サンプリング周波数が44100[Hz]の場合に、本発明で実現される再生速度変換装置に要する演算量を示した（図中の斜線部、proposedとして示した）。図２０より、サンプリング周波数44100[Hz]の場合、本発明で提案した方式によれば演算量は平均で従来方式の約25％である。この効果は、本発明の特徴であるところのピッチ算出にローパスフィルタ処理、間引き処理を施した音響信号を使用していることによる。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明によれば、48000，44100[Hz］といった高サンプリング周波数の音響信号に対して再生速度変換する場合にも演算量を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる再生速度変換装置のブロック図である。
【図２】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第１のフローチャートである。
【図３】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第２のフローチャートである。
【図４】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第３のフローチャートである。
【図５】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置を構成しているローパスフィルタの特性図である。
【図６】上記第１の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態となる再生速度変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第１のフローチャートである。
【図９】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第２のフローチャートである。
【図１０】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第３のフローチャートである。
【図１１】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第４のフローチャートである。
【図１２】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置の動作を説明するための第５のフローチャートである。
【図１３】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の第１の具体例を説明するための図である。
【図１４】バッファシフト処理を説明するための図である。
【図１５】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の第２の具体例を説明するための図である。
【図１６】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の第３の具体例を説明するための図である。
【図１７】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の第４の具体例を説明するための図である。
【図１８】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の高速再生時を説明するための図である。
【図１９】上記第２の実施の形態となる再生速度変換装置のフレーム処理による再生速度変換処理の低速再生時を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の形態の効果を説明するための、サンプリング周波数と演算量との関係を示す図である。
【図２１】従来のPICOLA方式による再生速度変換装置のブロック図である。
【図２２】 PICOLA方式における波形重ね合わせ処理（高速再生時：１＜Ｒ＜２）を説明するための図である。
【図２３】 PICOLA方式における重み付加算処理（高速再生時）を説明するための図である。
【図２４】 PICOLA方式における波形重ね合わせ処理（高速再生時：Ｒ＞２）を説明するための図である。
【図２５】 PICOLA方式における波形重ね合わせ処理（低速再生時：0.5＜Ｒ＜１）を説明するための図である。
【図２６】 PICOLA方式における重み付加算処理（低速再生時）を説明するための図である。
【図２７】 PICOLA方式における波形重ね合わせ処理（低速再生時：Ｒ＜0.5）を説明するための図である。
【図２８】従来のPICOLA方式による再生速度変換処理におけるサンプリング周波数と演算量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ データ記録部、２ 入力バッファ部、３ ピッチ算出部、４ 処理制御部、５ データ演算部、６ データ蓄積部、７ ローパスフィルタ、８ 間引き処理部、９ 信号バッファ部、１０ 遅延部
Claims (13)
- 音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置において、
音響信号を記録し、保持している記録手段と、
上記記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理手段と、
上記間引き処理手段によりダウンサンプリングされた音響信号を蓄積する第１の蓄積手段と、
上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出手段と、
上記記録手段に記録された音響信号を蓄積する第２の蓄積手段と、
上記ピッチ算出手段が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算手段と、
上記演算手段が演算した類似波形に関するデータを蓄積する第３の蓄積手段と、
上記第２の蓄積手段でのデータ読込み処理、上記演算手段での演算処理、及び上記第３の蓄積手段へのデータ転送処理を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、再生速度変換率と、上記間引き処理手段における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される
再生速度変換装置。 - 上記記録手段に記録された音響信号の高域成分を抑圧するローパスフィルタ手段を上記間引き処理手段の前に設け、上記間引き処理手段は上記ローパスフィルタ手段の出力信号に対して間引き処理を施す請求項１記載の再生速度変換装置。
- 上記ローパスフィルタ手段で生じる遅延量を補償する遅延手段を上記第２の蓄積手段の前に設け、上記制御手段は上記ピッチ算出手段で算出されたピッチ周期を基に、上記記録手段の処理開始位置より所定の周期分の音響信号を上記遅延手段を介して上記第２の蓄積手段に蓄積させる請求項２記載の再生速度変換装置。
- 上記演算手段は、重み窓データを用いた重み付き加算処理により上記類似波形を算出する請求項１記載の再生速度変換装置。
- 上記制御手段は、再生速度変換率に応じて上記演算手段における重み窓データを用いた重み付き加算処理を異ならせる請求項４記載の再生速度変換装置。
- 上記制御手段は、上記再生信号長と、上記演算手段が算出した類似波形のピッチ周期との長さを比較し、その比較結果に応じて上記第３の蓄積手段に転送する類似波形に関するデータを異ならせる請求項１記載の再生速度変換装置。
- 音響信号の再生速度を変換するための再生速度変換方法において、
記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理工程と、
上記間引き処理工程によりダウンサンプリングされた音響信号を第１の蓄積手段に入出力する第１の入出力工程と、
上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出工程と、
上記記録手段に記録された音響信号を第２の蓄積手段に入出力する第２の入出力工程と、
上記ピッチ算出工程で算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算工程と、
上記演算工程で演算した類似波形に関するデータを第３の蓄積手段に入出力する第３の入出力工程と、
上記第２の蓄積手段にデータを入出力する処理、上記演算工程での演算処理、及び上記第３の蓄積手段にデータを入出力する処理を制御する制御工程とを備え、
上記制御工程では、再生速度変換率と、上記間引き処理工程における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される
再生速度変換方法。 - 音響信号の再生速度を変換する再生速度変換装置において、
音響信号を記録し、保持している記録手段と、
上記記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理手段と、
上記間引き処理手段によりダウンサンプリングされた音響信号をフレーム単位で蓄積する第１の蓄積手段と、
上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出手段と、
上記記録手段に記録された音響信号をフレーム単位で蓄積する第２の蓄積手段と、
上記ピッチ算出手段が算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算手段と、
上記演算手段が演算した類似波形に関するデータをフレーム単位で蓄積する第３の蓄積手段と、
上記第２の蓄積手段へ音響信号を読み込むときのデータ入力位置、上記第２の蓄積手段におけるピッチ算出の処理開始位置、上記第３の蓄積手段へのデータ転送位置、上記第３の蓄積手段におけるデータ記録位置を管理し、各手段での処理を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、再生速度変換率と、上記間引き処理手段における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される
再生速度変換装置。 - 上記記録手段に記録された音響信号の高域成分を抑圧するローパスフィルタ手段を上記間引き処理手段の前に設け、上記間引き処理手段は上記ローパスフィルタ手段の出力信号に対して間引き処理を施す請求項８記載の再生速度変換装置。
- 上記ローパスフィルタ手段で生じる遅延量を補償する遅延手段を上記第２の蓄積手段の前に設け、上記制御手段は上記ピッチ算出手段で算出されたピッチ周期を基に、上記記録手段の処理開始位置より所定の周期分の音響信号を上記遅延手段を介して上記第２の蓄積手段に蓄積させる請求項９記載の再生速度変換装置。
- 上記演算手段は、重み窓データを用いた重み付き加算処理により上記類似波形を算出する請求項８記載の再生速度変換装置。
- 上記データ位置指示手段は、再生速度変換率に応じて上記演算手段における重み窓データを用いた重み付き加算処理を異ならせる請求項１１記載の再生速度変換装置。
- 音響信号の再生速度を変換するための再生速度変換方法において、
記録手段に記録された音響信号に対して間引き処理を施す間引き処理工程と、
上記間引き処理工程によりダウンサンプリングされた音響信号をフレーム単位で第１の蓄積手段に入出力する第１の入出力工程と、
上記第１の蓄積手段中の信号のピッチ周期を算出するピッチ算出工程と、
上記記録手段に記録された音響信号をフレーム単位で第２の蓄積手段に入出力する第２の入出力工程と、
上記ピッチ算出工程で算出したピッチ周期のピッチ波形から類似波形を算出する演算工程と、
上記演算工程で演算した類似波形に関するデータをフレーム単位で第３の蓄積手段に入出力する第３の入出力工程と、
上記第２の蓄積手段へ音響信号を読み込むときのデータ入力位置、上記第２の蓄積手段におけるピッチ算出の処理開始位置、上記第３の蓄積手段へのデータ転送位置、上記第３の蓄積手段におけるデータ記録位置を管理し、各手段での処理を制御する制御工程とを備え、
上記制御工程では、再生速度変換率と、上記間引き処理工程における間引きの割合と、上記ピッチ周期とを用いて再生信号長を算出し、上記再生速度変換率と、上記ピッチ周期とを用いて処理開始位置移動量を算出し、処理開始位置と、上記処理開始位置移動量と、上記ピッチ周期とを用いて、次回処理開始位置を算出し、上記次回処理開始位置はダウンサンプル位置になるように更新される
再生速度変換方法。
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