Фазовый вокодер - Phase vocoder

А фазовый вокодер это тип вокодер которые могут шкала как частота и временные области аудиосигналов с помощью фаза Информация. Компьютер алгоритм позволяет частотная область модификации цифрового звукового файла (обычно расширение / сжатие по времени и сдвиг высоты тона ).

В основе фазового вокодера лежит кратковременное преобразование Фурье (STFT), обычно кодируется с использованием быстрые преобразования Фурье. STFT преобразует область времени представление звука в частотно-временное представление (фаза «анализа»), позволяющая изменять амплитуды или фазы определенных частотных компонентов звука перед повторным синтезом представления частотно-временной области во временной области с помощью обратного STFT. Временная эволюция повторно синтезированного звука может быть изменена посредством изменения временного положения кадров STFT перед операционным замедлением ресинтеза для модификации шкалы времени исходного звукового файла.

Проблема фазовой когерентности

Основная проблема, которая должна быть решена для всех случаев манипулирования STFT, заключается в том, что отдельные компоненты сигнала (синусоиды, импульсы) будут распределены по нескольким кадрам и нескольким частотным местоположениям (элементам) STFT. Это связано с тем, что анализ STFT выполняется с использованием перекрытия окна анализа. Окно приводит к спектральная утечка таким образом, что информация об отдельных синусоидальных компонентах распределяется по соседним бинам STFT. Чтобы избежать граничных эффектов сужения окон анализа, окна анализа STFT перекрываются во времени. Это временное перекрытие приводит к тому, что смежные анализы STFT сильно коррелированы (синусоида, присутствующая в кадре анализа в момент времени «t», будет присутствовать и в последующих кадрах). Проблема преобразования сигнала с помощью фазового вокодера связана с проблемой, заключающейся в том, что все модификации, которые выполняются в представлении STFT, должны сохранять соответствующую корреляцию между соседними частотными элементами (вертикальная когерентность) и временными кадрами (горизонтальная когерентность). За исключением случая чрезвычайно простых синтетических звуков, эти соответствующие корреляции могут быть сохранены только приблизительно, и поскольку изобретение фазового вокодера было в основном связано с поиском алгоритмов, которые сохраняли бы вертикальную и горизонтальную когерентность представления STFT после модификации . Проблема фазовой когерентности исследовалась довольно долго, прежде чем были найдены подходящие решения.

История

Фазовый вокодер был представлен в 1966 году Фланаганом как алгоритм, который сохранял бы горизонтальную когерентность между фазами бинов, которые представляют синусоидальные компоненты.[1] Этот исходный фазовый вокодер не принимал во внимание вертикальную когерентность между соседними частотными элементами, и, следовательно, временное растяжение с помощью этой системы действительно производило звуковые сигналы, которым не хватало четкости.

Оптимальное восстановление звукового сигнала от STFT после изменения амплитуды было предложено Гриффином и Лимом в 1984 году.[2] Этот алгоритм не рассматривает проблему создания когерентного STFT, но он позволяет найти звуковой сигнал, который имеет STFT, который максимально приближен к модифицированному STFT, даже если модифицированный STFT не является когерентным (не представляет никакого сигнала) .

Проблема вертикальной согласованности оставалась главной проблемой для качества операций масштабирования времени до 1999 года, когда Ларош и Долсон[3] предложил средство для сохранения согласованности фазы по спектральным элементам. Предложение Лароша и Долсона следует рассматривать как поворотный момент в истории фазового вокодера. Было показано, что посредством обеспечения вертикальной фазовой согласованности могут быть получены преобразования масштабирования по времени очень высокого качества.

Алгоритм, предложенный Ларошем, не позволял сохранять вертикальную фазовую когерентность для начала звука (обратите внимание). Решение этой проблемы было предложено Робелем.[4]

Пример программной реализации преобразования сигнала на основе фазового вокодера с использованием средств, аналогичных описанным здесь, для достижения высококачественного преобразования сигнала: Ircam SuperVP.[5][требуется проверка ]

Использование в музыке

Британский композитор Тревор Уишарт использовал фазовый вокодер, анализируя и преобразовывая человеческий голос как основу своей композиции Vox 5 (часть его большего Vox цикл ).[6] Преображенный ветер американского композитора Роджер Рейнольдс использует фазовый вокодер для растягивания звуков флейты во времени.[7] Музыка Иоанн Кучера-Морин делает некоторые из первых и наиболее широко используемых преобразований фазового вокодера, например, в Дримпаты (1989).[8]

Собственный Автонастройка Программное обеспечение коррекции высоты тона, широко используемое в коммерческом производстве музыки, основано на принципе фазового вокодера.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фланаган Дж. Л. и Голден Р. М. (1966). «Фазовый вокодер». Технический журнал Bell System. 45 (9): 1493–1509. Дои:10.1002 / j.1538-7305.1966.tb01706.x.
  2. ^ Гриффин Д. и Лим Дж. (1984). «Оценка сигнала из модифицированного кратковременного преобразования Фурье». Транзакции IEEE по акустике, речи и обработке сигналов. 32 (2): 236–243. CiteSeerX  10.1.1.306.7858. Дои:10.1109 / ТАССП.1984.1164317.
  3. ^ Дж. Ларош и М. Долсон (1999). «Улучшенная модификация аудио во временной шкале фазового вокодера». Транзакции IEEE по обработке речи и звука. 7 (3): 323–332. Дои:10.1109/89.759041.
  4. ^ Робель А., «Новый подход к обработке переходных процессов в фазовом вокодере», DAFx, 2003. pdf В архиве 2004-06-17 на Wayback Machine
  5. ^ "SuperVP ", Ircam.fr.
  6. ^ Уишарт, Т. "Состав Vox 5". Computer Music Journal 12/4, 1988 г.
  7. ^ Серра, X. 'Система звукового анализа / преобразования / синтеза на основе детерминированного и стохастического разложения ', стр.12 (кандидатская диссертация 1989 г.)
  8. ^ Дороги, Кертис (2004). Микрозвук, стр.318. MIT Press. ISBN  9780262681544.

внешняя ссылка