DE2323108A1

DE2323108A1 - Grundfrequenzermittlung mit verringerung der grundfrequenzspruenge

Info

Publication number: DE2323108A1
Application number: DE19732323108
Authority: DE
Inventors: Claus Balzereit
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-18
Filing date: 1973-05-08
Publication date: 1974-11-28
Also published as: DE2323108C2

Description

Grundfrequenzermittlung mit Verringerung der Grundfrequenzsprünge.
Zusatz zum Patent . ... ... (Akt.Z.: P 20 62 589.2) Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise periodischen Signales, insbesondere eines Sprachsignales und ein Verfahren zu Unterscheidung eines stimmhaften von einem stimmlosen Laut sowie Schaltungsanordnungen zur Durchführung dieser Verfahren. I)ie Schaltungsanordnung nach dem Tiaupt patent besteht aus einer laufzeitkette mit mehreren Stufen, aus DifferenzYerstärkern, Gleichrichteranorinungen, Summiergliedern, einem Abtastschalter, einer Vergleichsspannungs quelle, einem Taktgenerator und einem Zähler, der bestimmte Takte des Taktgenerators zählt.
Das Verfahren zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise periodischen Signales nach dem Hauptpatent beruht auf dem Prinzip, den zeitlichen Abstand der einzelnen periodischen "Echwingungspakete" zu messen. Zu diesem Zweck werden den Signal zu vorzugsweise äquidistanten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Proben entnommen und für eine vorbestimmte Zeit beispielsweise in einzelnen Stufen einer Laufzeitkette gespeichert. Nach der Speicherung werden die Proben mit dem Eingangssignal unter Differenzbildung verglichen und dabei die kürzeste Zeitspanne zwischen der Entnahme der ersten Probe und dem Auftreten eines Minimalwertes bei der Differenzbildung festgestellt und diese Zeitspanne als Periode der Grundfrequenz t1 angenommen.
Die Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise periodischen Signales, insbesondere eines Sprachsignales, bei dem dem Signal zu vorzugsweise äquidistanten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Proben entnommen und für eine vorbestimmte Zeit gespeichert werden, bei dem jede der Proben mit dem Eingangssignal unter Differenzbildung verglichen wird und die kürzeste Zeitspanne zwischen der Entnahme der ersten Probe und dem Auftreten eines Minimalwertes bei der Differenzbildung die Periode der Grundfrequenz des Signales ist, nach Patent . ... ... (Akt.Z.: P 20 62 589.2).
Die Fig. 1 zeigt den typischen Spannungsverlauf eines stimmhaften Lautes, wobei erkennbar ist, daß sich die einzelnen Sehwingungspakete mit der Periode der Grundfrequenz ti wiederholen. Um die Periode der Grundfrequenz ti zu bestimmen, wird das Sprachsignal verzögert und das verzögerte Sprachsignal mit dem unverzögerten Sprachsignal verglichen.
Dieser Vergleich wird für eine Reihe von verzögerten Sprachsignalen durchgeführt und nimmt deshalb eine gewisse Zeit, beispielsweise 20 Millisekunden in Anspruch. Während dieser Zeit kann es in bestimmten Fällen zu einer Änderung der Grundfrequenz kommen, so daß gelegentlich Meßfehler auftreten, die auf Fehlentscheidungen beruhen. Zu allerdings sehr seltenen Pehlentscheidungen bei hohen Sprachfrequenzen kann es auch dadurch kommen, daß der Vergleich zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Sprachsignal nur für bestimmte diskrete Verzögerungszeiten durchgeführt wird und, falls man von einer ungleichmäßigen Aufteilung der Verzögerungszeiten absieht, sich dadurch eine geringere Auflösung bei hohen Frequenzen ergibt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, bei dem die Auswirkungen der vorerwähnten Fehlentscheidungen eingeschränkt sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zum Abtastzeitpunkt p festgestellte Frequenz mit der letzten, zum Abtastzeitpunkt p-l erkannten Frequenz verglichen und das Vorzeichen sowie der Absolutwert der Differenzfrequenz festgestellt wird, daß der Absolutwert der Differenzfrequenz mit einer voreingestellten maximal zulässigen Differenzfrequenz verglichen wird, daß im Falle, daß der Absolutwert der festgestellten Differenzfrequenz gleich oder kleiner der vorgewählten zulässigen Differenzfrequenz ist, die festgestellte Frequenz als Grundfrequenz ausgegeben wird, daß im Falle, daß der Absolutwert der Differenzfrequenz größer als die voreingestellte zulässige Differenzfrequenz ist, die zum Abtastzeitpunkt p-1 erkannte Frequenz um die zulässige Differenzfrequenz entsprechend dem festgestellten Vorzeichen erhöht oder erniedrigt als Grundfrequenz ausgegeben wird.
Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also darin, daß die möglichen Sprünge der Grundfrequenz auf ein bestimmtes Maß beschränkt sind und sich so eine "Grundfrequenzglättung" ergibt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß eine mit diesem Verfahren betriebene Anordnung zur Ermittlung der Grundfrequenz wesentlich unempfindlicher gegen Störungen ist.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand des in der Fig. 2 dargestellten Flußdiagramms noch näher erläutert werden.
Die zum Abtastzeitpunkt p festgestellte Grundfrequenz fp wird mit der zum Abtastzeitpunktp p-1 festgestellten Grundfrequenz f (p-1) verglichen und die Differenzfrequenz Af nach Betrag und Vorzeichen festgestellt. Wie weiter dargestellt ist, wird anschließend die Differenz zwischen dem Betrag der festgestpllten Differenzfrequenz Af und der zulässigen Differenzfrequenz A fl gebildet. Ist die festgestellte Differenzfrequenz ihrem Betrage nach kleiner oder gleich der zulässigen Differenzfrequenz, dann wird die zum Zeitpunkt p festgestellte Grundfrequenz als neue Grundfrequenz f abgegeben. ImvoSiegenden Falle wurde bei einem Grundfrequenzbereich von 70...200 Hz eine zulässige Differenzfrequenz A fl von 10 Hz gewählt. Erprobungen haben ergeben, daß dies ein optimaler Wert hinsichtlich Natürlichkeit der Sprache einerseits und Fehlerfreiheit andererseits ist; bei einer zulässigen Differenzfrequenz von 3 Hz ergab sich beispielsweise eine außerordentlich monotone und damit unnatürliche Sprache nach der Sprachsynthese.
Ist der Betrag der festgestellten Differenzfrequenz A f größer als die zulässige Differenzfrequenz A f1, dann wird für die weitere Entscheidung auch das Vorzeichen der Differenzfrequenz A f berücksichtigt. In diesen Fällen wird bei einer positiven Differenzfrequenz A f eine Grundfrequenz f abgegeben, die sich aus der Grundfrequènz f (p-1) zum Zeitpunkt p-1, erhöht um die zulässige Differenzfrequenz b fl zusammensetzt, während bei einer negativen Differenzfrequenz A f die zum Zeitpunkt p-l ermittelte Grundfrequenz f (p-1) um die zulässige Differenzfrequenz A fi verringert als neue Grundfrequenz abgegeben wird.
Die ermittelte Grundfrequenz f dient anschließena zum Abtastzeitpunkt p+1 als neue Bezugsfrequenz.
1 Patentanspruch 1 2 Figuren

Claims

P a t e n t a n s p r u c h Verfahren zur Ermittlung der Grundfrequenz eines wenigstens zeitweise periodischen Signales, insbesondere eines Sprachsignales, bei dem dem Signal zu vorzugsweise äquidistanten, aufeinanderfolgenden Zeitpunkten Proben entnommen und für eine vorbestimmte Zeit gespeichert werden, bei dem jede der Proben mit dem Eingangssignal unter Differenzbildung verglichen wird und die kürzeste Zeitspanne zwischen der Entnahme der ersten Probe und dem Auftreten eines Minimalwertes bei der Differenzbildung die Periode der Grundfrequenz des Signals ist, nach Patent . ... ... (Akt.Z.: P 20 62 589.2), d a d u r c h gekennzeichnet, daß die zum Abtastzeitpunkt p festgestelle Grundfrequenz (fp) mit der letzten, zum Abtastzeitpunkt p-1 erkannten Grundfrequenz (f (p-1) ) verglichen und das Vorzeichen sowie der Absolutwert der Differenzfrequenz (E f) festgestellt wird, daß der Absolutwert der Differenzfrequenz mit einer voreingestellten maximal zulässigen Differenzfrequenz (A fl) verglichen wird, daß im Falle, daß der Absolutwert der festgestellten Differenzfrequenz ( a f) gleich oder kleiner der vorgewählten zulässigen Differenzfrequenz (E fi) ist, die festgestellte Frequenz (fp) als Grundfrequenz (f) ausgegeben wird und daß im Falle, daß der Absolutwert der Differenzfrequenz größer als die voreingestellte zulässige Differenzfrequenz (E f1) ist, die zum Abtastzeitpunkt p-1 erkannte Frequenz (f (p-1) ) um die zulässige Differenzfrequenz (# fl) entsprechend dem Vorzeichen erhöht oder erniedrigt als Grundfrequenz (f) ausgegeben wird.

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