Aparato y procedimiento para modificar una señal de audio usando bloqueo de armónicos.
Aparato (100, 200) para modificar una señal de audio (102), que comprende:
un procesador de banco de filtros (110) configurado para generar una pluralidad de señales de paso de banda (112) basándose en una señal de audio (102);
un determinador de tono fundamental (120) configurado para seleccionar una señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda para obtener una señal de paso de banda de tono fundamental (122);
un determinador de sobretono (130) configurado para identificar una señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda que cumpla un criterio de sobretono respecto a la señal de paso de banda de tono fundamental (122) para obtener una señal de paso de banda de sobretono (132) asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122);
un procesador de señal (140) configurado para modificar la señal de paso de banda de tono fundamental (122) basándose en un objetivo de modificación predefinido y configurado para modificar una señal de paso de banda de sobretono identificada (132) asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) dependiendo de la modificación de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122),
en el que el procesador de señal (140) está configurado para generar una señal modulada en amplitud (AM) y una señal modulada en frecuencia (FM) para cada señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda, en el que el procesador de señal (140) está configurado para modificar la señal modulada en frecuencia (FM) de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) basándose en el objetivo de modificación predefinido, y en el que el procesador de señal (140) está configurado para modificar la señal modulada en frecuencia (FM) de la señal de paso de banda de sobretono identificada (132) asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) dependiendo de la modificación de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122); y
un combinador (150) configurado para combinar la señal de paso de banda de tono fundamental modificada (122), la señal de paso de banda de sobretono modificada (132) y las señales de paso de banda no seleccionadas de la pluralidad de señales de paso de banda para obtener una señal de audio modificada (152).
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/052834.
Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: HANSASTRASSE 27 C 80686 MUNCHEN ALEMANIA.
Inventor/es: DISCH,SASCHA.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G10H1/08 FISICA. › G10 INSTRUMENTOS MUSICALES; ACUSTICA. › G10H INSTRUMENTOS DE MUSICA ELECTROFONICOS; INSTRUMENTOS EN LOS QUE LOS TONOS SON GENERADOS POR MEDIOS ELECTROMECANICOS O POR GENERADORES ELECTRONICOS, O EN LOS QUE LOS SONIDOS SON SINTETIZADOS A PARTIR DE UNA MEMORIA DE DATOS. › G10H 1/00 Elementos de instrumentos de música electrofónicos (teclados que se adaptan también a otros instrumentos de música G10B, G10C; disposiciones para producir una reverberación sonora o un eco G10K 15/08). › combinando sonidos (G10H 1/14, G10H 1/16 tienen prioridad; acorde G10H 1/38; análisis o síntesis de la voz G10L).
- G10H1/20 G10H 1/00 […] › para la transposición.
- G10H3/12 G10H […] › G10H 3/00 Instrumentos en los que los sonidos son producidos por medios electromecánicos. › que utilizan generadores resonantes mecánicos, p. ej. cuerdas o instrumentos de percusión, cuyos sonidos son captados por transductores electromecánicos, las señales eléctricas son entonces tratadas o amplificadas y después convertidas en ondas sonoras por medio de un altavoz o dispositivo equivalente.
PDF original: ES-2484718_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Aparato y procedimiento para modificar una señal de audio usando bloqueo de armónicos [0001] Las realizaciones según la invención se refieren al procesamiento de audio y particularmente a un aparato y un procedimiento para modificar una señal de audio.
Existe una demanda creciente de técnicas de procesamiento de señales digitales que se ocupen de la necesidad de manipulaciones de señales extremas con el fin de adecuar señales de audio pregrabadas, por ejemplo 10 tomadas de una base de datos, a un nuevo contexto musical. Con el fin de hacer eso, es necesario que se adapten las propiedades semánticas de alto nivel de la señal como la altura tonal, la clave musical y el modo de escala. Todas estas manipulaciones tienen en común que están dirigidas a alterar sustancialmente las propiedades musicales del material de audio original en tanto que preservando la calidad de sonido subjetiva tan buena como sea posible. En otras palabras, estas ediciones cambian totalmente el contenido musical del material de audio pero, no obstante, se requiere que preserven la naturalidad de la muestra de audio procesada y mantengan así la verosimilitud. Esto requiere idealmente procedimientos de procesamiento de señales que sean ampliamente aplicables a diferentes clases de señales incluyendo contenido musical mezclado polifónico.
Hoy en día, se conocen muchos conceptos para modificar señales de audio. Algunos de estos 20 conceptos están basados en vocodificadores.
Por ejemplo, en el documento de S. Disch y B. Edler, “An amplitude-and frequency modulation vocoder for audio signal processing”, Proc. of the Int. Conf. on Digital Audio Effects (DAFx) , 2008, el documento de S. Disch y
B. Edler, “Multiband perceptual modulation analysis, processing and Synthesis of audio signals”, Proc. of the IEEE
ICASSP, 2009, o el documento de S. Disch y B. Edler, “An iterative segmentation alrgorithm for audio signal spectra depending on estimated local centers of gravity”, 12h International Conference on Digital Audio Effects (DAFx-09) , 2009, se ha introducido el concepto de vocodificador de modulación (MODVOC) y se ha señalado su capacidad general para realizar una transposición selectiva significativa sobre el contenido musical polifónico. Esto hace que resulten posibles aplicaciones que están dirigidas a cambiar el modo de clave de muestras de música PCM
pregrabadas (véase, por ejemplo, el documento de S. Disch y B. Edler, “Multiband perceptual modulation analysis, processing and Synthesis of audio signals”, Proc. of the IEEE-ICASSP, 2009. También se dispone de un primer software disponible comercialmente que puede ocuparse de tal tarea de manipulación polifónica (el editor Melodyne de Celemony) . El software implementa una tecnología que ha sido catalogado y comercializado por el término Direct Note Access (acceso directo a notas) (DNA) . Recientemente se ha publicado una solicitud de patente (EP2099024,
P. NeubÃcker, “Method for acoustic object-oriented analysis and note object-oriented processing of polyphonic sound recordings”, septiembre de 2009) , que cubre presumiblemente y por tanto desvela la funcionalidad esencial de DNA. Independientemente del procedimiento usado para modificar una señal de audio, se desea obtener una señal de audio con elevada calidad perceptiva.
El objeto de la presente invención es proporcionar un concepto mejorado para modificar una señal de audio, el cual permite aumentar la calidad perceptiva de la señal de audio modificada.
Este objeto se resuelve mediante un aparato según la reivindicación 1, un procedimiento según la reivindicación 12 o un programa informático según la reivindicación 13.
Una realización de la invención proporciona un aparato para modificar una señal de audio que comprende un procesador de banco de filtros, un determinador de tono fundamental, un determinador de sobretono, un procesador de señal y un combinador. El procesador de banco de filtros está configurado para generar una pluralidad de señales de paso de banda basándose en una señal de audio. Además, el determinador de tono 50 fundamental está configurado para seleccionar una señal de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de banda para obtener una señal de paso de banda de tono fundamental. El determinador de sobretono está configurado para identificar una señal de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de banda que cumpla un criterio de sobretono respecto a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada para obtener una señal de paso de banda de sobretono asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada.
Además, el procesador de señal está configurado para modificar la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada basándose en un objetivo de modificación predefinido. Además, el procesador de señal está configurado para modificar una señal de paso de banda de sobretono identificada asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada dependiendo de la modificación de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada. Además, el combinador está configurado para combinar la pluralidad de señales de paso
de banda para obtener una señal de audio modificada.
Modificando los sobretonos de las frecuencias fundamentales y modificando los sobretonos del mismo modo que los tonos fundamentales correspondientes, puede evitarse una modificación diferente de los tonos 5 fundamentales y sus sobretonos, de manera que el timbre de una señal de audio modificada puede preservarse con más exactitud en comparación con la señal de audio original. De este modo, la calidad perceptiva de la señal de audio modificada puede mejorarse significativamente. Por ejemplo, si se desea una transposición selectiva de altura tonal (por ejemplo, alterar el modo de clave de do mayor a do menor de una señal musical dada) , la modificación de una señal de paso de banda de sobretono identificada está correlacionada con la modificación de la señal de paso de banda de tono fundamental. En comparación, los procedimientos conocidos modifican la zona de frecuencia de la señal de paso de banda que representa los sobretonos de manera diferente de la señal de paso de banda de tono fundamental. En otras palabras, una señal de paso de banda de sobretono identificada es bloqueada a la señal de paso de banda de tono fundamental usando el concepto descrito.
En algunas realizaciones de la invención, una señal de paso de banda de sobretono puede ser identificada comparando frecuencias de la señal de paso de banda de tono fundamental y señales de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de banda, comparando un contenido de energía de la señal de paso de banda de tono fundamental y una señal de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de banda y/o evaluando una correlación de una envolvente temporal de la señal de paso de banda de tono fundamental y la envolvente temporal
de una señal de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de banda. De este modo, pueden definirse uno o más criterios de sobretono para minimizar la identificación de sobretonos incorrectos.
Algunas realizaciones según la invención relacionadas con una determinación iterativa de señales de paso de banda de tono fundamental e identificación de señales de paso de banda de sobretono de la pluralidad de 25 señales de paso de banda. Las señales de paso de banda de tono fundamental ya seleccionadas y las señales de paso de banda de sobretono ya identificadas pueden eliminarse del espacio de búsqueda o, en otras palabras, pueden no considerarse para la determinación de una señal de paso de banda de tono fundamental adicional o una señal de paso de banda de sobretono adicional. De este modo, cada señal de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de banda puede seleccionarse como una señal de paso de banda de tono fundamental (y, por lo tanto, puede modificarse independientemente de las otras señales de paso de banda de tono fundamental) o una señal de paso de banda de sobretono (y, por lo tanto, puede modificarse dependiendo de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada asociada) .
Otra realización de la invención proporciona un aparato para modificar una señal de audio que comprende un determinador de forma de envolvente, un procesador de banco de filtros, un procesador de señal, un combinador y un conformador de envolvente. El determinador de forma de envolvente está configurado para determinar coeficientes de forma de envolvente basándose en una señal de audio en el dominio de la frecuencia que representa una señal de audio de entrada en el dominio... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Aparato (100, 200) para modificar una señal de audio (102) , que comprende:
un procesador de banco de filtros (110) configurado para generar una pluralidad de señales de paso de banda (112) basándose en una señal de audio (102) ;
un determinador de tono fundamental (120) configurado para seleccionar una señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda para obtener una señal de paso de banda de tono fundamental (122) ;
un determinador de sobretono (130) configurado para identificar una señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda que cumpla un criterio de sobretono respecto a la señal de paso de banda de tono fundamental (122) para obtener una señal de paso de banda de sobretono (132) asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) ;
un procesador de señal (140) configurado para modificar la señal de paso de banda de tono fundamental (122) basándose en un objetivo de modificación predefinido y configurado para modificar una señal de paso de banda de sobretono identificada (132) asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) dependiendo de la modificación de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) ,
en el que el procesador de señal (140) está configurado para generar una señal modulada en amplitud (AM) y una señal modulada en frecuencia (FM) para cada señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda, en el que el procesador de señal (140) está configurado para modificar la señal modulada en frecuencia (FM) de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) basándose en el objetivo de modificación predefinido, y en el que el procesador de señal (140) está configurado para modificar la señal modulada en frecuencia (FM) de la señal de paso de banda de sobretono identificada (132) asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) dependiendo de la modificación de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) ; y
un combinador (150) configurado para combinar la señal de paso de banda de tono fundamental modificada (122) , la señal de paso de banda de sobretono modificada (132) y las señales de paso de banda no seleccionadas de la pluralidad de señales de paso de banda para obtener una señal de audio modificada (152) .
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que cada señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda comprende una frecuencia portadora, en el que el determinador de sobretono (130) está configurado para comparar la frecuencia portadora de una señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda con la frecuencia portadora de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) , en el que se cumple un criterio de sobretono si la frecuencia portadora del paso de banda (112) es un múltiplo de la frecuencia portadora de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) con una tolerancia de frecuencia portadora predefinida.
3. Aparato según la reivindicación 1 o 2, en el que el determinador de sobretono (130) está configurado para comparar un contenido de energía de una señal de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de band con un contenido de energía de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) , en el que se 45 cumple un criterio de sobretono si una relación del contenido de energía de la señal de paso de banda (112) y el contenido de energía de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) está dentro de un intervalo de tolerancia de energía predefinido.
4. Aparato según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el determinador de sobretono (130) está
configurado para calcular un valor de correlación que indica una correlación de una envolvente temporal de una señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda con una envolvente temporal de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) , en el que se cumple un criterio de sobretono si el valor de correlación es superior a un umbral de correlación predefinido.
5. Aparato según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el determinador de tono fundamental (120) está configurado para seleccionar una señal de paso de banda adicional (112) de la pluralidad de señales de paso de banda sin considerar todas las señales de paso de banda de tono fundamental ya seleccionadas (122) y todas las señales de paso de banda de sobretono ya identificadas (132) para obtener una señal de paso de banda de tono fundamental adicional (122) .
6. Aparato según la reivindicación 5, en el que el determinador de sobretono (130) está configurado para identificar una señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda que cumple un criterio de sobretono respecto a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada adicional (122) sin considerar
todas las señales de paso de banda de sobretono ya identificadas (132) para obtener una señal de paso de banda de sobretono (132) asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada adicional (122) .
7. Aparato según la reivindicación 5 o 6, en el que el procesador de señal (140) está configurado para modificar la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada adicional (122) basándose en un objetivo de 10 modificación predefinido adicional.
8. Aparato según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el determinador de tono fundamental (120) está configurado para seleccionar la señal de paso de banda (112) basándose en un criterio de energía.
9. Aparato según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el determinador de tono fundamental (120) está configurado para determinar un contenido de energía con ponderación A de cada señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda y configurado para seleccionar una señal de paso de banda (112) que comprende el contenido de energía con ponderación A más elevado para obtener la señal de paso de banda de tono fundamental (122) .
10. Aparato según una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende un determinador de frecuencia portadora (260) , en el que el procesador de banco de filtros (110) comprende un banco de filtros (212) y un convertidor de señal (214) , en el que el banco de filtros (212) está configurado para generar señales de paso de banda basándose en la señal de audio (102) , en el que el convertidor de señal (214) está configurado para convertir 25 las señales de paso de banda generadas a un dominio de sub-banda para obtener la pluralidad de señales de paso de banda, en el que el determinador de frecuencia portadora (260) está configurado para determinar una pluralidad de frecuencias portadoras basándose en la señal de audio (102) , en el que el banco de filtros (212) del procesador de banco de filtros (110) está configurado para generar las señales de paso de banda, de manera que cada señal de paso de banda comprende un intervalo de frecuencia que contiene una frecuencia portadora diferente de la
pluralidad de frecuencias portadoras para obtener una señal de paso de banda asociada a cada frecuencia portadora de la pluralidad de frecuencias portadoras.
11. Aparato según una de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende un determinador de forma de envolvente y un conformador de envolvente, en el que el determinador de forma de envolvente está configurado 35 para determinar coeficientes de forma de envolvente basándose en la señal de audio (102) , en el que la señal de audio (102) es una señal de audio en el dominio de la frecuencia que representa una señal de audio de entrada en el dominio del tiempo, en el que el procesador de banco de filtros (110) está configurado para generar la pluralidad de señales de paso de banda en un dominio de sub-banda basándose en la señal de audio en el dominio de la frecuencia, en el que el combinador está configurado para combinar al menos un subconjunto de la pluralidad de 40 señales de paso de banda para obtener la señal de audio modificada que representa una señal de audio en el dominio del tiempo, en el que el conformador de envolvente está configurado para conformar una envolvente de la señal de audio en el dominio del tiempo basándose en los coeficientes de forma de envolvente, para conformar una envolvente de la pluralidad de señales de paso de banda en el dominio de sub-banda que contiene la señal de paso de band en el dominio de sub-banda modificada basándose en los coeficientes de forma de envolvente o para
conformar una envolvente de la pluralidad de señales de paso de banda en el dominio de sub-banda basándose en los coeficientes de forma de envolvente antes de que una señal de paso de banda en el dominio de sub-banda sea modificada por el procesador de señal para obtener una señal de audio conformada.
12. Procedimiento (300) para modificar una señal de audio, que comprende:
generar (310) una pluralidad de señales de paso de banda basándose en una señal de audio;
seleccionar (320) una señal de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de banda para obtener una señal de paso de banda de tono fundamental;
identificar (330) una señal de paso de banda de la pluralidad de señales de paso de banda que cumpla un criterio de sobretono respecto a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada para obtener una señal de paso de banda de sobretono asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada;
modificar (340) la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada basándose en un objetivo de modificación predefinido generando una señal modulada en amplitud (AM) y un señal modulada en frecuencia (FM) para cada señal de paso de banda (112) de la pluralidad de señales de paso de banda y modificando la señal modulada en frecuencia (FM) de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) basándose en el objetivo de modificación predefinido,
modificar (350) una señal de paso de banda de sobretono identificada asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada dependiendo de la modificación de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada modificando la señal modulada en frecuencia (FM) de la señal de paso de banda de sobretono identificada (132) asociada a la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) dependiendo de la modificación de la señal de paso de banda de tono fundamental seleccionada (122) ; y
combinar (360) la señal de paso de banda de tono fundamental modificada (122) , la señal de paso de banda de sobretono modificada (132) y las señales de paso de banda no seleccionadas de la pluralidad de señales de paso de banda para obtener una señal de audio modificada.
13. Programa informático con un código de programa para realizar el procedimiento según la reivindicación 12, en el que el programa informático se ejecuta en un procesador de señal digital, un ordenador o un microcontrolador.
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