DE2715411B2

DE2715411B2 - Elektrisches Verfahren zum Bestimmen der Grundperiode eines Sprachsignals

Info

Publication number: DE2715411B2
Application number: DE2715411A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. 7900 Ulm Katterfeldt; Helmut Dipl.-Ing. 7913 Aufheim Mangold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1979-02-01
Also published as: NL7803622A; US4161625A; GB1596818A; DE2715411A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verfahren zum Bestimmen der Grundperiode eines Sprachsignals, aus dem mit Hilfe von Prädiktoren gebildeten Differenzsignal zwischen dem ursprünglichen Sprachsignal und dem vom Prädiktor geschätzten SprachsignaL Es sind Verfahren bekannt, bei denen eine Analyse der Stimmbandgrundfrequenz durch Autokorrelation am Originalsprachsignal vorgenommen wird. Diese Verfahren sind aber durch Formanteinflüsse so stark störbar, daß bei tiefliegenden ersten Formanten eine brauchbare Analyse durch Maximumbildung in der Autokorrelationsfunktion nicht möglich ist In gleicher Weise kann am Originalsprachsignal auch eine reine Polaritätskorrelation nicht praktiziert werden. Bekannte Lösungen zur Analyse der Stimmbandfrequenz aus dem Differenzsignal eines LPC-Vocoders bedienen sich bisher ausschließlich einfacher Maximum-Suchmethoden. Solehe Verfahren arbeiten aber nur bei sehr gutmütigen Differenzsignalen einwandfrei. Korrelationsanalysen am Differenzsignal mit voller Rechengenauigkeit arbeiten zwar technisch einwandfrei, sind aber mit hohem technischen Aufwand verknüpft

So sind aus der Zeitschrift IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, Vol. Au-16, No. 2, Juni 1968 von Man, Mohan, Sondhi, »New Methods of Pitch Extraction« und in Vol. Au-20, No. 5, Dezember 1972 von J. D. Markel »THE SIFT Algorithm for fundamental Frequency Estimation«, Verfahren bekannt, die nur die mittlere Grundperiode bestimmen, nicht den speziellen Einsatzzeitpunkt jedes Pitchimpulses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das den speziellen Einsatzzeitpunkt jedes Pitchimpulses feststellt und mit geringem technischen Aufwand realisierbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst wie im Anspruch 1 beschrieben. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann. An Hand des dargestellten Ausführungsbeispiels sei im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert

Bei LPC-Vocodern wird in einem Prädiktor 1 eine Schätzung über den mutmaßlichen weiteren Signalverlauf eines Sprachsignals aus dessen vergangenen Werten vorgenommen. Diese Schätzung Xk wird in einem Differenzbildungsnetzwerk 2 von dem wirklichen Sprachsignal X_K subtrahiert Das entstehende Differenzsignal d_k weist während stimmhafter Abschnitte starke impulsförmige Periodizitäten auf.

In einem Rechenwerk 3 wird das Differenzsigna] auf seine wesentlichen Eigenschaften reduziert Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören das Vorzeichen und eine Aussage, ob der Betrag des Differenzsignals einen Schwellwert überschreitet Der Schwellwert bestimmt sich als fester Bruchteil des maximalen Differenzsignalwertes in dem zu korrelierenden Signalabschnitt Diese Eigenschaften lassen sich durch zwei Binärzeichen (Bit) darstellen. Ein drittes Bit kann für die Information verwendet werden, wieweit dsr Schwellwert überschritten wird. Der Vorgang kann als gesteuerte Quantisierung mit zwei oder drei Bit bezeicnnet werden. Die Figur zeigt eine 2-Bit-Ausführung.

Am Ausgang der beiden Schieberegister 4 und 5, die beide mit gleicher Taktgeschwindigkeit umlaufen, stehen die jeweils für die Autokorrelation nach der Formel

benötigten Zahlenwerte di, und A₊►

Bei einer Abtastfrequenz von 8 kHz für das Sprachsignal bzw. das daraus berechnete Differenzsignal kanr. ein solches Schieberegister beispielsweise 256 Worte mit zwei oder drei Bits enthalten. Damit sind mindestens drei Perioden im Schieberegister, so daß eine hinreichende Korrelation möglich ist In der Koinzidenzschaltung 6 wird geprüft ob die Eigenschaften positiv oder negativ korreliert sind. Die Korrelationen werden in einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 7 aufsummiert.

Nach Durchlauf wird das Zählergebnis in einem Register 8 gespeichert und nach Bestimmung aller Korrelationswerte qi, die für die menschliche Stimmlage möglich sind, wird das Maximum der Korrelationswerte ermittelt. Der Index des Maximums ist der Zahlenwert der angibt wieviel Abtastperioden die Grundperiode ergeben.

Die Zeitverzögerung in der Rückführung des Registers 4 bewirkt, daß beim nächsten Umlauf der Register die Eigenschaften dt und </*+/ um einen Abtastwert gegeneinander verschoben erscheinen, der Index /des Korrelationskoeffizienten ρ/hat sich um eins vergrößert

In der 3-Bit-Ausführung wird die Koinzidenzschaltung und der Zähler durch einen Akkumulatorbaustein (Addierer und Register) ersetzt. Hierbei kann auf die Berücksichtigung der negativen Korrelation verzichtet werden.

3 4

Die Vorteile der genannten Erfindung — nämlich die Korrelation nur eine minimale Leistungsverminderung

Anwendung der Polaritätskorrelation auf das Differenz- aber gleichzeitig eine enorme Vereinfachung des

signal des LPC-Vocoders — verbindet die Vorteile der Verfahrens möglich ist. Die Vereinfachung >st so extrem,

Autokorrelationsanalyse und diejenigen einer einfachen daß eine Realisierung sogar mit hochintegrierbaren

technischen Realisierung, da durch die vereinfachte ■> MOS-Schaltkreisen möglich ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Verfahren zum Bestimmen der Grundperiode eines Sprachsignals aus dem mit Hilfe von Prädiktoren gebildeten Differenzsignal zwischen dem ursprünglichen Sprachsignal und dem vom Prädiktor geschätzten Sprachsignal, dadurch gekennzeichnet, daß nur die wesentlichen Eigenschaften des Differenzsignals autokor- ι ο reliert werden und daß die Maxima der Korrelationskoeffizienten die Grundperiode festlegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal oberhalb einer vorbestimmten positiven Schwelle auf +1, unterhalb einer vorbestimmten negativen Schwelle auf — 1 und für Werte zwischen den beiden Schwellen mit 0 codiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge, um die die Differenzsignalwerte die vorgegebene Schwelle über- bzw. unterschreiten, mit mehr als 1 Bit codiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte signalabhängig nachgesteuert werden.