專(zhuān)利名稱(chēng)：設(shè)定自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制自適應(yīng)濾波器的方法，特別是涉及一種設(shè)定自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
隨著信息、電子技術(shù)的進(jìn)步與普及，在現(xiàn)代社會(huì)中，娛樂(lè)的型態(tài)也越趨多樣化。舉例來(lái)說(shuō)，有卡拉OK之稱(chēng)的伴唱系統(tǒng)，就能夠播放歌曲的背景配樂(lè)，讓使用者不需樂(lè)團(tuán)的伴奏，就能隨背景配樂(lè)歌唱，享受專(zhuān)業(yè)級(jí)的娛樂(lè)環(huán)境。適應(yīng)伴唱系統(tǒng)的需要，現(xiàn)代的娛樂(lè)業(yè)者在推出有專(zhuān)業(yè)歌者配唱的歌曲時(shí)，也會(huì)一并推出該首歌曲不含歌者配唱人聲(vocal)的背景配樂(lè)，讓使用者在聆聽(tīng)專(zhuān)業(yè)歌者配唱的歌曲之后，也能利用伴唱系統(tǒng)播放背景配樂(lè)，自己享受歌唱的樂(lè)趣。
由于每個(gè)人的聲調(diào)不同，所以已知的伴唱系統(tǒng)均提供有一升降調(diào)(keyshifting)機(jī)制以使背景配樂(lè)可經(jīng)由調(diào)整來(lái)配合不同使用者的聲調(diào)，請(qǐng)參閱圖1、圖2與圖3，其為已知的升降調(diào)操作的簡(jiǎn)單示意圖。假設(shè)背景配樂(lè)包含有一音調(diào)，其在時(shí)域(time domain)上是由三種不同頻率的連續(xù)訊號(hào)所重迭合成，在圖1中，該音調(diào)在頻域(frequency domain)上則分別對(duì)應(yīng)f1、f2、f3。若一第一使用者為女性，一般而言，該第一使用者的聲調(diào)會(huì)較為高亢，因此當(dāng)背景配樂(lè)的音調(diào)所對(duì)應(yīng)的頻率偏低時(shí)，則該第一使用者必須壓低其聲調(diào)以依據(jù)該背景配樂(lè)來(lái)歌唱，另外，該第一使用者亦可控制上述升降調(diào)機(jī)制以便提升該背景配樂(lè)的音調(diào)的頻率趨近其聲調(diào)，如圖2所示，該背景配樂(lè)的音調(diào)均經(jīng)由一系數(shù)a(a＞1)調(diào)整原先頻率f1、f2、f3而使升調(diào)后的頻率a*f1、a*f2、a*f3高于原先頻率f1、f2、f3，因此該第一使用者便不須壓低其聲調(diào)即可依據(jù)升調(diào)后的背景配樂(lè)來(lái)歌唱，或者該第一使用者亦可控制上述升降調(diào)機(jī)制以便提升該背景配樂(lè)的音調(diào)的頻率超過(guò)其聲調(diào)，因此升調(diào)后的背景配樂(lè)便可輔助該第一使用者提高其聲調(diào)來(lái)歌唱。
另一方面，若一第二使用者為男性，一般而言，該第二使用者的聲調(diào)會(huì)較為低沉，因此當(dāng)背景配樂(lè)的音調(diào)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍偏高時(shí)，則該第一使用者必須提高其聲調(diào)以依據(jù)該背景配樂(lè)來(lái)歌唱，另外，該第一使用者亦可控制上述升降調(diào)機(jī)制以便調(diào)降該背景配樂(lè)的音調(diào)的頻率趨近其聲調(diào)，如圖3所示，該背景配樂(lè)的音調(diào)均經(jīng)由一系數(shù)b(b＜1)調(diào)整原先頻率f1、f2、f3而使降調(diào)后的頻率b*f1、b*f2、b*f3低于原先頻率f1、f2、f3，因此該第一使用者便不須提高其聲調(diào)即可依據(jù)降調(diào)后的背景配樂(lè)來(lái)歌唱，或者該第一使用者亦可控制上述升降調(diào)機(jī)制以便調(diào)降該背景配樂(lè)的音調(diào)的頻率低于其聲調(diào)，因此降調(diào)后的背景配樂(lè)便可輔助該第一使用者降低其聲調(diào)來(lái)歌唱。
如業(yè)界所已知的，升降調(diào)的作法很多，舉例來(lái)說(shuō)，可利用計(jì)算背景配樂(lè)中各訊號(hào)的周期，然后延長(zhǎng)各訊號(hào)的周期(升調(diào))或縮減各訊號(hào)的周期(降調(diào))，最后再將調(diào)整后的訊號(hào)重迭而完成背景配樂(lè)的升降調(diào)操作。如上所述，當(dāng)使用者啟動(dòng)升調(diào)的操作時(shí)，調(diào)整后的背景配樂(lè)會(huì)具有較多的高頻訊號(hào)，對(duì)于使用者而言，頻率過(guò)高的訊號(hào)會(huì)造成調(diào)整后的背景配樂(lè)十分不悅耳，此外，伴唱系統(tǒng)所產(chǎn)生的高頻噪聲(例如由訊源本身或升降調(diào)操作所產(chǎn)生)亦會(huì)干擾調(diào)整后的背景配樂(lè)，所以已知的伴唱系統(tǒng)均會(huì)應(yīng)用一濾波器(filter)來(lái)改善升調(diào)后的背景配樂(lè)的音質(zhì)，由于使用者可依據(jù)其聲調(diào)來(lái)隨意地控制背景配樂(lè)的聲調(diào)與降調(diào)，因此，已知的伴唱系統(tǒng)系應(yīng)用已知的自適應(yīng)濾波器(adaptive filter)來(lái)隨著不同的輸入數(shù)據(jù)調(diào)整其濾波特性，換句話說(shuō)，上述自適應(yīng)濾波器必須耗費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算以自動(dòng)校正其頻率響應(yīng)，所以已知的自適應(yīng)濾波器的運(yùn)算十分繁復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的主要目的在于提供一種設(shè)定自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)的方法，以解決上述問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明，披露了一種設(shè)定自適應(yīng)濾波器(adaptive filter)的訊號(hào)傳遞函數(shù)(transfer function)的方法，該自適應(yīng)濾波器用來(lái)處理一音頻訊號(hào)，該方法包含有設(shè)定一第一極點(diǎn)、一第二極點(diǎn)以及一第三極點(diǎn)；以不依據(jù)該音頻訊號(hào)的方式設(shè)定一第一零點(diǎn)，該第一零點(diǎn)的實(shí)數(shù)部(Real Part)為一負(fù)數(shù)，該第一零點(diǎn)的虛數(shù)部(Imaginary Part)為一正數(shù)；設(shè)定一第二零點(diǎn)，其實(shí)數(shù)部為一負(fù)數(shù)以及其虛數(shù)部為一負(fù)數(shù)；以及依據(jù)該音頻訊號(hào)的升降調(diào)(key shifting)來(lái)設(shè)定一第三零點(diǎn)。
本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器具有兩固定零點(diǎn)對(duì)稱(chēng)于實(shí)數(shù)軸，而另一可調(diào)整零點(diǎn)位于實(shí)數(shù)軸上，由于該可調(diào)整零點(diǎn)可依據(jù)使用者在操作升調(diào)或降調(diào)時(shí)所輸入的控制數(shù)值來(lái)決定其在實(shí)數(shù)軸的位置，因此便可迅速地決定自適應(yīng)濾波器的相對(duì)應(yīng)訊號(hào)傳遞函數(shù)以控制高頻訊號(hào)的衰減。


圖1、圖2與圖3為已知的升降調(diào)操作的示意圖。
圖4為本發(fā)明自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)在Z平面所對(duì)應(yīng)的極點(diǎn)-零點(diǎn)示意圖。
圖5、圖6與圖7為本發(fā)明自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖4，圖4為本發(fā)明自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)在Z平面所對(duì)應(yīng)的極點(diǎn)-零點(diǎn)示意圖。本實(shí)施例中，本發(fā)明自適應(yīng)濾波器為一三階有限脈沖響應(yīng)(finite impulse response，F(xiàn)IR)的自適應(yīng)濾波器，由圖4所示，本發(fā)明自適應(yīng)濾波器包含有三個(gè)零點(diǎn)(zero)Z1、Z2、Z3，其分別對(duì)應(yīng)于cosθ+jsinθ，cosθ-jsinθ，-0.8-ΔZ，其中零點(diǎn)Z1、Z2為一共軛復(fù)數(shù)對(duì)而對(duì)稱(chēng)于實(shí)數(shù)軸。此外，本發(fā)明自適應(yīng)濾波器還包含有三個(gè)極點(diǎn)(pole)P1、P2、P3，其均對(duì)應(yīng)于Z平面上的原點(diǎn)。如上所述，本發(fā)明自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)H(z)即為H(z)=z-Z1z×z-Z2z×z-Z3z]]>=z-(cosθ+jsinθ)z×z-(cosθ-jsinθ)z×z-(-0.8-ΔZ)z]]>本實(shí)施例中，兩零點(diǎn)Z1、Z2分別為一固定值，而非如已知的自適應(yīng)濾波器一般地由輸入數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)生，亦即本發(fā)明自適應(yīng)濾波器于操作時(shí)，其零點(diǎn)Z1、Z2不會(huì)隨著輸入數(shù)據(jù)的變動(dòng)(例如受升降調(diào)操作的影響)而改變，而另一零點(diǎn)Z3為可調(diào)整的，其是依據(jù)使用者執(zhí)行升降調(diào)操作所輸入的控制數(shù)值KEYSHIFT而變動(dòng)。舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明自適應(yīng)濾波器設(shè)定兩零點(diǎn)Z1、Z2在Z平面上分別對(duì)應(yīng)±(3π/4)，如前所述，伴唱系統(tǒng)均提供有一升降調(diào)機(jī)制以使背景配樂(lè)配合使用者的聲調(diào)，因此該使用者便可將一控制數(shù)值KEYSHIFT輸入該伴唱系統(tǒng)來(lái)決定啟動(dòng)升調(diào)或降調(diào)的操作，因此若該使用者所輸入的KEYSHIFT為正值，則表示其欲啟動(dòng)升調(diào)的操作；相反地，若該使用者所輸入的KEYSHIFT為負(fù)值，則表示其欲啟動(dòng)降調(diào)的操作。另外，控制數(shù)值KEYSHIFT的絕對(duì)值則表示升調(diào)或降調(diào)的幅度，所以當(dāng)控制數(shù)值KEYSHIFT的絕對(duì)值越大時(shí)，則表示升調(diào)或降調(diào)的幅度越大。對(duì)于零點(diǎn)Z3來(lái)說(shuō)，其調(diào)整值ΔZ為該控制數(shù)值KEYSHIFT經(jīng)由向右位位移(bit-shift)6個(gè)位而產(chǎn)生，亦即將控制數(shù)值KEYSHIFT除以26即為所要的調(diào)整值ΔZ，換句話說(shuō)，(-0.8-ΔZ)為一升降調(diào)參數(shù)，用來(lái)在實(shí)數(shù)軸上調(diào)整本發(fā)明自適應(yīng)濾波器的零點(diǎn)Z3，明顯地，當(dāng)零點(diǎn)Z3在Z平面上的位置調(diào)整后，則本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)H(z)亦隨之改變，因此對(duì)應(yīng)該訊號(hào)傳遞函數(shù)H(z)的頻率響應(yīng)亦會(huì)產(chǎn)生變化，而零點(diǎn)Z3的移動(dòng)與訊號(hào)傳遞函數(shù)H(z)的頻率響應(yīng)之間的關(guān)系則敘述如下。
請(qǐng)參閱圖5、圖6與圖7，圖5、圖6與圖7為訊號(hào)傳遞函數(shù)H(z)的頻率響應(yīng)的示意圖。若使用者未啟動(dòng)升調(diào)或降調(diào)的操作，亦即零點(diǎn)Z3此時(shí)在實(shí)數(shù)軸上是對(duì)應(yīng)-0.8，已知零點(diǎn)Z1在Z平面的單位圓10上所對(duì)應(yīng)的頻率θ為3π/4，以及另一零點(diǎn)Z2在Z平面的單位圓10上所對(duì)應(yīng)的頻率θ為-3π/4，因此，當(dāng)頻率由0開(kāi)始沿著單位圓10朝π前進(jìn)時(shí)，根據(jù)極點(diǎn)P1、P2、P3與零點(diǎn)Z1、Z2、Z3在Z平面上的分布可知本發(fā)明自適應(yīng)濾波器會(huì)逐漸地衰減輸入數(shù)據(jù)，并會(huì)大幅地衰減頻率為±3π/4的輸入數(shù)據(jù)(如圖5所示)。同理，根據(jù)極點(diǎn)P1、P2、P3與零點(diǎn)Z1、Z2、Z3在Z平面上的分布，可知本發(fā)明自適應(yīng)濾波器亦會(huì)衰減頻率為π的輸入數(shù)據(jù)(如圖5所示)。
當(dāng)使用者啟動(dòng)降調(diào)的操作時(shí)，此時(shí)控制數(shù)值KEYSHIFT為負(fù)值，換句話說(shuō)，零點(diǎn)Z3此時(shí)在實(shí)數(shù)軸上是對(duì)應(yīng)-0.8-ΔZ(ΔZ為負(fù)值)，亦即零點(diǎn)Z3此時(shí)在實(shí)數(shù)軸上會(huì)偏離原先-0.8的位置而趨近原點(diǎn)。如上所述，已知零點(diǎn)Z1在Z平面的單位圓10上所對(duì)應(yīng)的頻率θ為3π/4，以及另一零點(diǎn)Z2在Z平面的單位圓10上所對(duì)應(yīng)的頻率θ為-3π/4，因此，當(dāng)頻率由0開(kāi)始沿著單位圓10朝π前進(jìn)時(shí)，根據(jù)極點(diǎn)P1、P2、P3與零點(diǎn)Z1、Z2、Z3在Z平面上的分布可知本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器會(huì)逐漸地衰減輸入數(shù)據(jù)，并會(huì)大幅地衰減頻率為±3π/4的輸入數(shù)據(jù)(如圖6所示)。同理，根據(jù)極點(diǎn)P1、P2、P3與零點(diǎn)Z1、Z2、Z3在Z平面上的分布，可知本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器亦會(huì)衰減頻率為π的輸入數(shù)據(jù)(如圖6所示)。請(qǐng)注意，由于調(diào)整后的零點(diǎn)Z3遠(yuǎn)離實(shí)數(shù)軸上的-1的位置，因此比較圖5與圖6可知，本發(fā)明自適應(yīng)濾波器為一低通濾波器，且其于調(diào)整零點(diǎn)Z3后對(duì)于頻率為π的輸入數(shù)據(jù)的衰減幅度較小。由于頻率π對(duì)應(yīng)高頻，換句話說(shuō)，當(dāng)使用者啟動(dòng)降調(diào)的操作后，降調(diào)處理后的背景配樂(lè)此時(shí)即會(huì)包含較多的低頻成分，而本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器仍可部分保留高頻訊號(hào)而使調(diào)整后的背景配樂(lè)具有較佳的音質(zhì)。明顯地，若降調(diào)的幅度越大，則本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器對(duì)于頻率為π的輸入數(shù)據(jù)的衰減幅度越小而可保留更多的高頻訊號(hào)。
另一方面，當(dāng)使用者啟動(dòng)升調(diào)的操作時(shí)，此時(shí)控制數(shù)值KEYSHIFT為正值，換句話說(shuō)，零點(diǎn)Z3此時(shí)在實(shí)數(shù)軸上對(duì)應(yīng)-0.8-ΔZ(ΔZ為正值)，亦即零點(diǎn)Z3此時(shí)在實(shí)數(shù)軸上會(huì)偏離原先-0.8的位置而趨近-1。如上所述，已知零點(diǎn)Z1在Z平面的單位圓10上所對(duì)應(yīng)的頻率θ為3π/4，以及另一零點(diǎn)Z2于Z平面的單位圓10上所對(duì)應(yīng)的頻率θ為-3π/4，因此，當(dāng)頻率由0開(kāi)始沿著單位圓10朝π前進(jìn)時(shí)，根據(jù)極點(diǎn)P1、P2、P3與零點(diǎn)Z1、Z2、Z3在Z平面上的分布可知本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器會(huì)逐漸地衰減輸入數(shù)據(jù)，并會(huì)大幅地衰減頻率為±3π/4的輸入數(shù)據(jù)(如圖7所示)。同理，根據(jù)極點(diǎn)P1、P2、P3與零點(diǎn)Z1、Z2、Z3在Z平面上的分布，可知本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器亦會(huì)衰減頻率為π的輸入數(shù)據(jù)(如圖6所示)。請(qǐng)注意，由于調(diào)整后的零點(diǎn)Z3趨近實(shí)數(shù)軸上的-1的位置，因此比較圖5與圖7可知，本發(fā)明自適應(yīng)濾波器在調(diào)整零點(diǎn)Z3后對(duì)于頻率為π的輸入數(shù)據(jù)的衰減幅度較大。由于頻率π是對(duì)應(yīng)高頻，而高頻訊號(hào)的干擾以及過(guò)量的高頻訊號(hào)會(huì)造成調(diào)整后的背景配樂(lè)的音質(zhì)不佳，換句話說(shuō)，當(dāng)使用者啟動(dòng)升調(diào)的操作后，升調(diào)處理后的背景配樂(lè)此時(shí)即會(huì)包含較多的高頻成分，所以本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器可濾除較多的高頻訊號(hào)(包含高頻噪聲)而使調(diào)整后的背景配樂(lè)具有較佳的音質(zhì)。明顯地，若升調(diào)的幅度越大，則本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器對(duì)于頻率為π的輸入數(shù)據(jù)的衰減幅度越大而可衰減更多的高頻訊號(hào)。
相較于已知技術(shù)，本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器為一三階濾波器，其兩固定零點(diǎn)在Z平面上是對(duì)稱(chēng)于實(shí)數(shù)軸，而另一可調(diào)整零點(diǎn)是位于實(shí)數(shù)軸上，該可調(diào)整零點(diǎn)可依據(jù)使用者在操作升調(diào)或降調(diào)時(shí)所輸入的控制數(shù)值來(lái)決定其在實(shí)數(shù)軸的位置，因此可迅速地決定自適應(yīng)濾波器的相對(duì)應(yīng)訊號(hào)傳遞函數(shù)以控制高頻訊號(hào)的衰減。當(dāng)使用者執(zhí)行升調(diào)操作時(shí)，本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器可經(jīng)由可調(diào)整零點(diǎn)的設(shè)定來(lái)衰減更多的高頻訊號(hào)，此外，當(dāng)使用者執(zhí)行降調(diào)操作時(shí)，本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器可經(jīng)由可調(diào)整零點(diǎn)的設(shè)定來(lái)保留更多的高頻訊號(hào)，綜上所述，本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器可使升降調(diào)處理后的背景配樂(lè)具有較佳的音質(zhì)，此外，本發(fā)明的自適應(yīng)濾波器可快速地對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算而具有較佳的處理效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專(zhuān)利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)定自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)的方法，該自適應(yīng)濾波器用來(lái)處理一音頻訊號(hào)，該方法包含有(a)設(shè)定一第一極點(diǎn)、一第二極點(diǎn)以及一第三極點(diǎn)；(b)以不依據(jù)該音頻訊號(hào)的方式設(shè)定一第一零點(diǎn)，該第一零點(diǎn)的實(shí)數(shù)部為一負(fù)數(shù)，該第一零點(diǎn)的虛數(shù)部為一正數(shù)；(c)設(shè)定一第二零點(diǎn)，其實(shí)數(shù)部為一負(fù)數(shù)以及其虛數(shù)部為一負(fù)數(shù)；以及(d)依據(jù)該音頻訊號(hào)的升降調(diào)來(lái)設(shè)定一第三零點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中一第一極點(diǎn)、一第二極點(diǎn)以及一第三極點(diǎn)均對(duì)應(yīng)一零值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第三零點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一負(fù)實(shí)數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中當(dāng)該音頻訊號(hào)升調(diào)時(shí)，調(diào)整該第三零點(diǎn)以增加該第三零點(diǎn)的絕對(duì)值。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中當(dāng)該音頻訊號(hào)降調(diào)時(shí)，調(diào)整該第三零點(diǎn)以減少該第三零點(diǎn)的絕對(duì)值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一零點(diǎn)及該第二零點(diǎn)為復(fù)數(shù)共軛對(duì)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該自適應(yīng)濾波器為一低通濾波器。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)以不依據(jù)該音頻訊號(hào)的方式設(shè)定該第二零點(diǎn)。
9.一種裝置，用來(lái)實(shí)施如權(quán)利要求1所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種設(shè)定自適應(yīng)濾波器的訊號(hào)傳遞函數(shù)的方法，該自適應(yīng)濾波器用來(lái)處理一音頻訊號(hào)，該方法包含有設(shè)定一第一極點(diǎn)、一第二極點(diǎn)以及一第三極點(diǎn)；以不依據(jù)該音頻訊號(hào)的方式設(shè)定一第一零點(diǎn)，該第一零點(diǎn)的實(shí)數(shù)部為一負(fù)數(shù)，該第一零點(diǎn)的虛數(shù)部為一正數(shù)；設(shè)定一第二零點(diǎn)，其實(shí)數(shù)部為一負(fù)數(shù)以及其虛數(shù)部為一負(fù)數(shù)；以及依據(jù)該音頻訊號(hào)的升降調(diào)來(lái)設(shè)定一第三零點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03H21/00GK1614887SQ20031011415
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2003年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月5日
發(fā)明者吳俊德 申請(qǐng)人:揚(yáng)智科技股份有限公司