JP2004538525A - 周波数分析によるピッチ判断方法および装置 - Google Patents

周波数分析によるピッチ判断方法および装置 Download PDF

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ソ，ハンソック
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Abstract

本発明は、周波数分析によるピッチ判断方法および装置に関するものであって、特に、外部から入力されるデジタル信号を所定の単位時間当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値により当該信号のピーク位置を検出し、該ピーク位置のうち最大ピーク位置の周波数がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別してピッチを決定し、検出されたピッチのハーモニック周波数の周波数範囲に基づいて前記ピッチの範囲を決定することを特徴とする。従って、本発明は、周波数分析方法で導出されたピッチの誤差範囲を最小化することによって、周波数分析方法によるピッチ判断において、より正確なピッチ判断結果が期待できるという効果を奏する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピッチ判断方法および装置に関し、特に、周波数分析で得られた最大ピークの周波数によってピッチを検出し、該ピッチのハーモニック周波数のうちのいずれかのハーモニック周波数範囲に基づいて当該ピッチの周波数範囲を決定することを特徴とするピッチ判断方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアルタイムで演奏される楽器の演奏音または人の声に対するピッチ（ピッチ周波数）を判断する技術は、その楽器の演奏音または人の声に対する演奏情報データの抽出やリアルタイム音楽との合奏などのために開発が続けられている。
【０００３】
ピッチを判断するために一般的に使用されるピッチ判断方法としては、デジタル信号に変換された演奏音または声に対する周波数を分析してピッチを判断する周波数分析方法、繰り返されるウェーブ波形のピーク（ｐｅａｋ）またはゼロ交差（ｚｅｒｏ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ）周期を計算してウェーブの周期を計算し、その結果を分析してピッチを判断する周期計算方法、ウェーブ波形の自己相関関係を分析してピッチを判断する自己相関方法などが挙げられる。
【０００４】
かかるピッチ判断方法のうちの一つである周波数分析方法では、デジタル信号を所定の単位時間間隔で分析するが、かかる単位時間間隔の大きさによって一定の誤差範囲をもってピッチが決定される。
【０００５】
例えば、周波数分析方法において主に使用される高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の場合、所定の単位時間（以下、「ｉｎｄｅｘ」という）毎に入力されたデジタル信号を周波数に変換するが、サンプリングレート（Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｒａｔｅ）とＦＦＴ変換のためのウインドーサイズ（Ｗｉｎｄｏｗ Ｓｉｚｅ）が固定される場合、前記ｉｎｄｅｘの範囲によって周波数の誤差範囲が決定される。これを、数式を参照して説明すると、次の通りである。
【０００６】
先ず、ＦＦＴ変換のためのサンプリングレートが２２，０５０Ｈｚであり、ＦＦＴ変換のためのウインドーサイズが１０２４である場合、ＦＦＴ変換により導出される周波数は、〔数式１〕の通りである。
【０００７】
【数１】
Figure 2004538525
【０００８】
また、この際、実際周波数の範囲（ＦＲ）は、〔数式２〕により決定される。
【０００９】
【数２】
Figure 2004538525
【００１０】
従って、ピアノのＣ３ノートをＦＦＴ分析した結果、基本周波数に対するピークのｉｎｄｅｘが７である場合、該値と前記条件（サンプリングレート、ウインドーサイズ）を〔数式１〕および〔数式２〕に代入してｉｎｄｅｘが７である場合、即ち、７番目周波数に対する周波数変換結果および実際周波数の範囲を求めると〔数式３〕および〔数式４〕となる。
【００１１】
〔数式３〕は、周波数変換結果に対する計算結果を示し、〔数式４〕は、その誤差範囲に対する計算結果を示す。
【００１２】
【数３】
Figure 2004538525
【００１３】
【数４】
Figure 2004538525
【００１４】
即ち、前記条件によりピアノのＣ３ノートの音をＦＦＴ変換した結果、導出された周波数は、１３９．９６Ｈｚであり、該周波数の実際周波数範囲は、（１２９．１９〜１５０．７３）Ｈｚであって、およそ２１．５３Ｈｚ（１５０．７３−１２９．１９＝２１．５３）の誤差範囲を有することとなる。
【００１５】
従って、楽器のピッチを導出するためにＦＦＴ変換を用いる場合、音間の周波数間隔が２１．５３Ｈｚ以上である高周波帯域では、ピッチ判断の誤りが少なくなるが、音間の周波数間隔が相対的に近い低周波帯域では、かかる誤差範囲によるピッチ判断の誤り確率が大きくなるという短所がある。
【発明の開示】
【００１６】
本発明は、前述のような従来の問題点を解決するために創案されたものであって、本発明の第１の目的は、周波数分析で得られた最大ピークの周波数がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判断し、その判断結果によってピッチを決定することにより、ピッチ判断の誤りを最小化することを特徴とするピッチ判断方法および装置を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の第２の目的は、ピッチのハーモニック周波数のうちピッチと所定間隔を維持するハーモニック周波数の周波数範囲に基づいてピッチの周波数範囲を決定することにより、ピッチの誤差範囲を減らすことを特徴とするピッチ判断方法および装置を提供することにある。
【００１８】
上記第１の目的を達成するための本発明のピッチ判断方法は、外部から入力されるデジタル信号を所定の単位時間当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値により当該信号のピーク位置を検出する第１のステップと、前記第１のステップで検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置を選択し、該最大ピーク位置の周波数がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別し、これによってピッチを決定する第２のステップとを含むことを特徴とする。ここで、前記第２のステップは、前記第１のステップで検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置の周波数をピッチ候補と決定する第２−１のステップと、周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置までの距離であるピッチ候補距離（ｄ）をｎで割ってピーク検出間隔（ｄ／ｎ）を算出した後、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークがあるか否かを確認する第２−２のステップと、前記第２−２のステップにおける確認結果、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在すると、前記ピッチ候補が前記ピーチ候補距離（ｄ）をｎで割った位置（Ｐ）にあるピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）のｎ倍数ハーモニック周波数であるものと判断する第２−３のステップと、前記位置（Ｐ）にあるピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）をピッチ候補に変更した後、前記第２−２のステップ乃至第２−３のステップを繰り返して行う第２−４のステップと、前記第２−２のステップにおける確認結果、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在しないと、前記ピッチ候補をピッチと決定する第２−５のステップとを含むことが好ましい。
【００１９】
また、上記第１の目的を達成するための本発明のピッチ判断装置は、外部から入力されるデジタル信号を所定の単位時間当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値により当該信号のピーク位置を検出する周波数分析部と、前記周波数分析部で検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置を選択してピッチ候補に設定し、該ピッチ候補がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別し、前記最大ピーク位置の周波数がｎ倍数ハーモニック周波数である場合、周波数分析開始点から前記最大ピーク位置までの距離をｎで割った位置の周波数をピッチと決定するピッチ決定部と、前記ピッチ決定部で決定されたピッチを出力する結果出力部とを備えることを特徴とする。
【００２０】
なお、上記第２の目的を達成するための本発明のピッチ判断方法は、外部から入力されるデジタル信号を所定の時間単位当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値に基づいてピッチを決定する第１のステップと、前記第１のステップで決定されたピッチのハーモニック周波数位置を検出し、該ハーモニック周波数の範囲に基づいて前記ピッチの範囲を決定する第２のステップとを含むことを特徴とする。ここで、前記第２のステップは、前記第１のステップで決定されたピッチの周波数範囲（Ｆ1）を算出した後、前記ピッチの検出可能なハーモニック周波数のうちピッチからｈ番目に位置するハーモニック周波数の周波数範囲をｈで割った値（Ｆ2）と前記ピッチの周波数範囲（Ｆ1）との交差部分を前記ピッチの範囲に決定することが好ましい。
【００２１】
また、上記第２の目的を達成するための本発明のピッチ判断装置は、外部から入力されるデジタル信号を所定の単位時間当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値により当該信号のピーク位置を検出する周波数分析部と、前記周波数分析部で検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置を選択し、該最大ピーク位置の周波数がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別し、これによってピッチを決定するピッチ決定部と、前記ピッチ決定部で決定されたピッチのハーモニック周波数位置を検出し、該ハーモニック周波数の範囲に基づいて当該ピッチ範囲を決定するピッチ範囲決定部と、前記ピッチ決定部で決定されたピッチを出力する結果出力部とを備えることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係るピッチ判断方法およびピッチ判断装置の好適な実施例を添付の図面に基づいて詳述する。
【００２３】
図１は、本発明の実施例に係るピッチ判断装置を示す概略的なブロック図である。同図に示されたように、本発明の実施例に係るピッチ判断装置は、音楽情報入力部（１００）、音有無判別部（２００）、周波数分析部（３００）、ピッチ決定部（４００）、ピッチ範囲決定部（５００）、結果出力部（６００）を備えてなる。
【００２４】
音楽情報入力部（１００）は、マイクを介して入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、または、変換過程を経て生成されたデジタル信号を受け取る。
【００２５】
音有無判別部（２００）は、音楽情報入力部（１００）を介して受け取られた信号の強さを感知して音の有無を判断する。例えば、音楽情報入力部（１００）を介して受け取られた信号の強さが、周辺環境などを考慮して既に設定された雑音（ｎｏｉｓｅ）の強さより大きな場合は、音楽音の信号が入力されたものと判断する。
【００２６】
周波数分析部（３００）は、音有無判別部（２００）を介して入力されるデジタル音響を所定の時間単位当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値に基づいて当該信号のピーク位置を検出する。この時、ピーク位置とは、ピーク周波数の位置をいう。なお、デジタル音響を周波数成分に分解する方法としては、一般に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いるが、ウェーブレット（ｗａｖｅｌｅｔ）変換のような他の方法を用いることも可能である。
【００２７】
ピッチ決定部（４００）は、周波数分析部（３００）で検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置を選択してピッチ候補として設定する。なお、最大ピーク位置とは、最大ピーク周波数の位置をいう。次に、ピッチ決定部（４００）は、該ピッチ候補の周波数がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別し、最大ピーク位置の周波数がｎ倍数ハーモニック周波数である場合、周波数分析開始点から最大ピーク位置までの距離をｎで割った位置の周波数をピッチと決定する。
【００２８】
ピッチ候補がｎ倍数ハーモニックであるか否かを判別するため、ピッチ決定部（４００）では、先ず、周波数分析開始点からピッチ候補までの距離（ｄ）をｎで割ってピーク検出間隔（ｄ／ｎ）を算出した後、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークがあるか否かを確認し、ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在すると、ピーチ候補までの距離（ｄ）をｎで割った位置（Ｐ）にあるピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）をピッチ候補に変更するステップ（ｓｔｅｐ１）を行う。
【００２９】
また、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピックが存在する間、前記ステップ（ｓｔｅｐ１）を繰り返して行う。もし、周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在しない場合は、現ピッチ候補をピッチに決定する。この際、ｎは、ピッチ候補をｎ倍数ハーモニック周波数に判別するための「ピッチ候補性質係数」であって、所定範囲内の素数（２、３、５、７、１１、１３、・・・）を順次適用することが好ましい。選択的に、ｎは、所定範囲内の素数に限定せず、「２」以上の自然数を適用することが可能である。
【００３０】
ピッチ範囲決定部（５００）は、ピッチ決定部（４００）で決定されたピッチのハーモニック周波数位置を検出し、該ハーモニック周波数の範囲に基づいて当該ピッチの範囲を決定する。即ち、ピッチ範囲決定部（５００）は、ピッチ決定部（４００）で決定されたピッチの周波数範囲（Ｆ1）を算出した後、前記ピッチの検出可能なハーモニック周波数のうちピッチからｈ番目に位置するハーモニック周波数の周波数範囲をｈで割った値（Ｆ2）と前記ピッチの周波数範囲（Ｆ1）との交差部分を前記ピッチ範囲と決定する。この時、ｈは、ピッチ範囲を決定するためのピッチのハーモニック周波数選択を行うためのハーモニック周波数検出係数であって、「２」以上の自然数となる。
【００３１】
結果出力部（６００）は、最終決定されたピッチを出力する。
【００３２】
図２は、本発明の実施例によってピッチを判断する方法を示す処理フローチャートである。同図に示されたように、本発明の実施例によってピッチを判断する方法は、次の通りである。
【００３３】
先ず、外部からデジタル信号が入力されると（Ｓ１００）、周波数分析を行って当該デジタル信号のピーク位置を検出する（Ｓ２００）。図４Ａは、外部から入力されるデジタル信号に対するウェーブ波形を示し、図４Ｂおよび図４Ｃは、かかるデジタル信号の周波数分析結果を示すもので、図４Ｂは、ピークと該ピークの周波数位置を示す図、図４Ｃは、ピークと該ピークのＦＦＴインデックスの位置を示す図である。従って、かかる波形図によってピークの位置を検出することが可能となる。
【００３４】
また、前記ピークを示す波形図を参照してピッチを決定する（Ｓ３００）。即ち、最大ピーク位置を検出した後、当該ピークがピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別してピッチを決定する。
【００３５】
また、前述のステップを経てピッチが決定されると、該ピッチの周波数範囲を決定する（Ｓ４００）。この時、ピッチのハーモニック周波数によりピッチの周波数範囲を縮小するステップを行ってピッチの周波数範囲を決定し、最終決定されたピッチを示す（Ｓ５００）。
【００３６】
図２Ａは、前記ピッチ決定ステップ（Ｓ３００）を示す図である。同図に示されたように、本発明によってピッチを決定するためには、先ず、前記ステップ（Ｓ１００）で検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置の周波数をピッチ候補として決定する（Ｓ３１０）。
【００３７】
次いで、周波数分析開始点から当該ピッチ候補位置までの距離（以下、「ピッチ候補距離（ｄ）」という）をｎで割ってピーク検出間隔（ｄ／ｎ）を算出した後、周波数分析開始点からピッチ候補位置までピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークがあるか否かを確認する。確認の結果、ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在すれば、即ち、ピッチ候補距離（ｄ）をｎで割った位置（Ｐ）にピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）が存在する場合は、現ピッチ候補を当該ピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）のｎ倍数ハーモニック周波数と判別する。ここで、ｎは、ピッチ候補をｎ倍数ハーモニック周波数に判別するための「ピッチ候補性質決定係数」であって、所定範囲内の素数または自然数を順次適用することが好ましい。
【００３８】
以下の例では、ｎを所定範囲内の素数として適用した場合について説明する。
【００３９】
前述のようにピッチ候補をｎ倍数ハーモニック周波数と判別するには、先ず、ピッチ候補性質決定係数（以下、「ｎ」という）を「２」に設定した後、周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置までの距離であるピッチ候補距離（ｄ）を２で割ってピーク検出間隔（ｄ／２）を算出する。次に、周波数分析開始点からピッチ候補位置までピーク検出間隔（ｄ／２）でピークがあるか否かを確認する（Ｓ３３０）。即ち、周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置までの距離の１／２位置（Ｐ）にピークがあるか否かを確認する。
【００４０】
次いで、当該位置（Ｐ）にピークがある場合は、前記ピッチ候補を前記位置（Ｐ）にあるピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）の二倍数ハーモニック周波数に判別し、前記位置（Ｐ）にあるピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）をピッチ候補に変更した後（Ｓ３４０）、前記ステップ（Ｓ３２０乃至Ｓ３３０）を繰り返す。
【００４１】
また、ピッチ候補距離（ｄ）を２で割った位置（Ｐ）にピークが存在しない場合は、ｎを２の次の素数である「３」に変更（Ｓ３６０）した後、上記のステップ（Ｓ３３０、Ｓ３４０）を繰り返して行う。即ち、周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置までの距離であるピッチ候補距離（ｄ）を３で割ってピーク検出間隔（ｄ／３）を算出した後、周波数分析開始点からピッチ候補位置までピーク検出間隔（ｄ／３）でピークがあるか否かを確認する（Ｓ３３０）。換言すれば、周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置までの距離の１／３位置（Ｐ1）と、周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置までの距離の２／３位置（Ｐ2）にピークがあるか否かを確認する。
【００４２】
かかるステップを既に設定された素数の範囲内で繰り返して行う。即ち、素数の範囲が｛２、３、５｝のように設定されていると、ｎを２→３→５の順に変更しながら前述のステップ（Ｓ３３０、Ｓ３４０）を繰り返して行う。
【００４３】
既に設定された範囲内の全ての素数について、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで、ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在しないと、当該ピッチ候補をピッチと決定する（Ｓ３５０、Ｓ３７０）。
【００４４】
選択的に、上記の一連のステップを所定範囲の自然数、即ち、｛２、３、４、５｝の範囲内で２→３→４→５の順に変更しながら繰り返して行うことも可能である。
【００４５】
なお、図２Ｂは、本発明によってピッチ範囲を決定するステップ（Ｓ４００）を示す処理フローチャートである。本発明によってピッチ範囲を決定するためには、ピッチとして決定された周波数の周波数範囲（Ｆ1）を算出した後、当該ピッチの検出可能なハーモニック周波数のうちピッチからｈ番目に位置するハーモニック周波数の周波数範囲をｈで割った値（Ｆ2）と現ピッチの周波数範囲（Ｆ1）との交差部分をピッチの範囲に決定する。図２Ｂに示されたように、先ず、現在ピッチとして決定されたピークの周波数範囲をピッチ範囲（Ｆ1）に設定した後（Ｓ４１０）、ピッチ範囲を決定するためのピッチのハーモニック周波数選択を行うためのハーモニック周波数検出係数（以下、「ｈ」という）を「２」に設定する（Ｓ４２０）。
【００４６】
次いで、ピッチの２番目ハーモニック周波数が存在する場合（Ｓ４３０）、２番目ハーモニック周波数範囲を２で割った値をピッチ範囲候補（Ｆ2）に決定した後（Ｓ４４０）、該ピッチ範囲候補（Ｆ2）と既に設定されたピッチ範囲（Ｆ1）との交差部分を再びピッチ候補（Ｆ1）に設定する（Ｓ４５０、Ｓ４６０）。
【００４７】
また、前記ｈ値を「１」増加させた後（Ｓ４７０）、前記ステップ（Ｓ４３０乃至Ｓ４６０）を繰り返して行う。
【００４８】
即ち、ｈを「３」に設定した後、ピッチの３番目ハーモニック周波数がある場合（Ｓ４３０）、３番目ハーモニック周波数範囲を３で割った値をピッチ範囲候補（Ｆ2）に決定した後（Ｓ４４０）、該ピッチ範囲候補（Ｆ2）と既に設定されたピッチ範囲（Ｆ1）との交差部分を再びピッチ候補（Ｆ1）に設定する（Ｓ４５０、Ｓ４６０）。
【００４９】
この際、ピッチ範囲候補（Ｆ2）と既に設定されたピッチ範囲（Ｆ1）との交差部分が存在しない場合は、現ピッチ範囲（Ｆ1）をピッチの周波数範囲に決定し、その結果を出力する（Ｓ４８０）。
【００５０】
なお、上記のステップ（Ｓ４３０）でｈ番目ハーモニック周波数が検出されないか、その周波数の大きさが既に設定された値の以下である場合、現ピッチ範囲（Ｆ1）をピッチの周波数範囲に決定し、その結果を出力する（Ｓ４８０）。
【００５１】
かかる一連のステップをより具体的に説明するため、以下、ＦＦＴ変換のためのウインドーサイズ（Ｗｉｎｄｏｗ Ｓｉｚｅ）が「２０４８」であり、サンプリングレート（Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｒａｔｅ）が「２２，０５０（Ｈｚ）」であり、図４Ｃのような変換結果となる時におけるピッチを判断する方法を説明する。
【００５２】
図４Ｃから、ＦＦＴ変換の結果、多数のピークが発生し、それらのＦＦＴインデックスの位置は、左側から「１３、２５、３７、４９、６２、７４、８６、９８、１１０、１２３、１３５、１４７、１６０、１７３、・・・」であることがわかる。
【００５３】
また、これらのうちピーク値が最も大きな最大ピークは、ＦＦＴインデックスが「３７」である位置に存在する。
【００５４】
なお、〔数式５〕は、ＦＦＴインデックスにより周波数の範囲を決定する方法を示す計算式であって、ＦＦＴインデックス「３７」を〔数式５〕に代入して周波数範囲を算出すると、〔数式６〕の結果となる。
【００５５】
ＦＦＴ Ｉｎｄｅｘ周波数の範囲
【００５６】
【数５】
Figure 2004538525
【００５７】
ＦＦＴ Ｉｎｄｅｘ周波数の範囲
【００５８】
【数６】
Figure 2004538525
【００５９】
即ち、ＦＦＴインデックスが３７である時、周波数の範囲は、（３８７．５９〜３９８．３６）Ｈｚであり、これがピッチ候補となる。
【００６０】
前述のようにピッチ候補が決定されると、これがピッチのｎ倍数ハーモニックであるか否かを判別する。このためには、該ピッチ候補をｎ値で割って当該位置にピークが存在するかを確認する必要がある。なお、ｎ値としては、２→３→５→・・・を順次選択して決定することが好ましい。即ち、ｎを所定範囲の素数のうちから選択して決定することが好ましい。しかし、ｎは、所定範囲の素数に限定されるのではなく、ｎを所定範囲の自然数から選択して決定可能であることはいうまでもない。
【００６１】
〔数式７〕は、ｎによるＦＦＴインデックス計算式であり、〔数式８〕は、ｎが２である時におけるＦＦＴインデックス計算式である。
【００６２】
【数７】
Figure 2004538525
【００６３】
【数８】
Figure 2004538525
【００６４】
〔数式８〕のように、ｎが２である場合、ｎでピッチ候補を割ると、ＦＦＴインデックスは、１８〜１８．５となり、前記ピーク発生位置リスト（１３、２５、３７、４９、６２、７４、８６、９８、１１０、１２３、１３５、１４７、１６０、１７３、・・・）を参照すると、前記〔数式８〕で計算された位置にはピークが存在しないことがわかる。
【００６５】
なお、〔数式９〕は、ｎが「３」である場合、ＦＦＴインデックスを計算した計算式である。
【００６６】
【数９】
Figure 2004538525
【００６７】
〔数式９〕のように、ｎが３である場合、ＦＦＴインデックスは、「１２〜１２．３３」と「２４〜２４．６６６」となり、前記ピーク発生位置リスト（１３、２５、３７、４９、６２、７４、８６、９８、１１０、１２３、１３５、１４７、１６０、１７３、・・・）を参照すると、１２．３３を切り上げた「１３」と、２４．６６６を切り上げた「２５」にピークが発生し、ｎ＝３の場合、即ち、周波数分析開始点からピーク位置までの距離（３７）の１／３位置である「１３」と、周波数分析開始点からピーク位置までの距離（３７）の２／３である「２５」にピークが存在することがわかる。
【００６８】
従って、ＦＦＴインデックスが３７である周波数は、ＦＦＴインデックスが１３である位置の周波数の３倍数ハーモニック周波数であることがわかる。即ち、本発明によって図４ＣのようなＦＦＴ変換の結果において、ピッチは、前記〔数式９〕で求められたＦＦＴインデックス値（１２〜１２．３３）を〔数式５〕に代入して計算した値（１２９．１９〜１３２．７８）Ｈｚとなり、その計算式を〔数式１０〕および〔数式１１〕に示した。
【００６９】
ＦＦＴ Ｉｎｄｅｘ周波数の範囲
【００７０】
【数１０】
Figure 2004538525
【００７１】
この時、導出されたピッチは、約３．５９Ｈｚの誤差範囲を有する。
【００７２】
なお、かかる誤差範囲をさらに縮小させるため、本発明のピッチ範囲決定の過程を適用させると、先ず、現在決定されたピッチ（ＦＦＴ ｉｎｄｅｘが１３である位置の周波数）から検出可能なハーモニック周波数情報は、前記ピーク発生位置リスト（１３、２５、３７、４９、６２、７４、８６、９８、１１０、１２３、１３５、１４７、１６０、１７３、・・・）から得られ、ハーモニック周波数検出係数が１２に決定された場合、１２番目ハーモニック周波数は、ＦＦＴ ｉｎｄｅｘが１４７である時の周波数である。
【００７３】
従って、この時の周波数範囲を〔数式５〕によって計算すると、その結果は、〔数式１１〕となる。
ＦＦＴ Ｉｎｄｅｘ周波数の範囲
【００７４】
【数１１】
Figure 2004538525
【００７５】
即ち、ピッチの１２番目ハーモニック周波数の範囲は、（１５７１．９２３８〜１５８２．６９０４）Ｈｚであり、従って、ピッチの周波数範囲は、〔数式１２〕のように、これを１２で割った値となる。
【００７６】
ハーモニックを用いた基本周波数
【００７７】
【数１２】
Figure 2004538525
【００７８】
これは、前記〔数式１０〕で得られた最初ピッチ範囲（１２９．１８〜１３２．７８）Ｈｚ内に存在する周波数範囲であって、この時の誤差範囲は、０．８９７２Ｈｚである。これは、〔数式１０〕で得られた最初ピッチ範囲の誤差範囲（約３．５Ｈｚ）に比べて遥かに小さな値である。従って、本発明のピッチ判断方法によれば、前述のように、より正確な周波数範囲を導出することが可能となる。
【００７９】
ここで、〔数式１２〕で得られたピッチの周波数範囲が（１３０．９９３７〜１３３．０）Ｈｚであれば、最終ピッチの範囲は、該値と最初ピッチ範囲（１２９．１８〜１３２．７８）Ｈｚとの交差部分である（１３０．９９３７〜１３２．７８）Ｈｚとなる。
【００８０】
図３は、本発明によってピッチ範囲を決定するステップを説明するための周波数範囲の計算結果を示す図である。同図には、図４Ｃに示された各ピークのＦＦＴインデックス位置（３１）と、該ＦＦＴインデックス位置による周波数範囲（３２）と、該周波数のｈ番目ハーモニック周波数により再計算された周波数範囲（３３）と、該再計算された周波数範囲（３３）と前ハーモニックにより決定されたピッチとの交差部分に最終決定されたピッチ範囲（３４）とが示されている。この時、２番目ハーモニックに対して最終決定されたピッチ範囲（１２９．１９９２〜１３４．５８２５）（斜線で示す）は、１番目ハーモニックに対して最終決定されたピッチ範囲（１２９．１９９２〜１３９．９６５８）と２番目ハーモニックのハーモニック範囲により決定されたピッチの範囲（１２９．１９９２〜１３４．５８２５）との交差部分に決定される。３番目以後のハーモニックに対するピッチ範囲も、上記と同様な方式で決定される。ところで、最初ピッチの１３番目ハーモニック周波数の場合（３３）、前ハーモニックである１２番目ハーモニックに対して最終決定されたピッチ範囲（１３１．３５２５〜１３１．５９１８）と、１３番目ハーモニックのハーモニック範囲により決定されたピッチ範囲（１３１．６８３８〜１３２．５１２０）との間に交差部分がないため、以後のハーモニックに対しては計算しない。従って、１２番目ハーモニックとの交差部分により決定されたピッチ範囲（１３１．３５２５〜１３１．５９１８）を結果として出力する。
【００８１】
以上は、本発明の一実施例を説明したものにすぎず、本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々に変更して実施することが可能である。例えば、本発明の実施例に具体的に示した各構成要素の形状および構造は、変更して実施することができる。例えば、前述の例では、ピッチ候補性質決定係数を素数を例にして説明したが、当業者であれば、ピッチ候補性質決定係数を任意の自然数として適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明のピッチ判断方法およびその装置は、周波数分析により得られた最大ピークの周波数がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判断し、その判断結果によってピッチを決定することにより、最大ピークの周波数を無条件的にピッチと判断することによるピッチ判断の誤りを最小化することができる。
また、本発明によれば、検出されたピッチのハーモニック周波数のうちピッチと所定間隔を維持するハーモニック周波数の周波数範囲に基づいてピッチの周波数範囲を決定することにより、ピッチの誤差範囲を減らしてピッチ判断結果の信頼度を向上させることができる。
【００８３】
従って、本発明によれば、周波数分析によるピッチ判断に比べてより正確な判断結果が期待できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１は、本発明の実施例に係るピッチ判断装置を示す概略的なブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例によってピッチを判断する方法を示す処理フローチャートである。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施例によってピッチを決定する方法を示す処理フローチャートである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施例によってピッチ範囲を決定する方法を示す処理フローチャートである。
【図３】図３は、本発明によってピッチ範囲を決定するステップを説明するための周波数範囲の計算結果を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施例によってピッチを判断するステップを説明するための例示的な波形図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施例によってピッチを判断するステップを説明するための例示的な波形図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の実施例によってピッチを判断するステップを説明するための例示的な波形図である。

Claims (20)

  1. 外部から入力されるデジタル信号を所定の単位時間当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値により前記デジタル信号のピーク位置を検出する第１のステップと、
    前記第１のステップで検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置を選択し、該最大ピーク位置の周波数がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別し、これによってピッチを決定する第２のステップと、を含むことを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  2. 第１項において、前記第２のステップは、
    前記第１のステップで検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置の周波数をピッチ候補と決定する第２−１のステップと、
    周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置までの距離であるピッチ候補距離（ｄ）をｎで割ってピーク検出間隔（ｄ／ｎ）を算出した後、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークがあるか否かを確認する第２−２のステップと、
    前記第２−２のステップの確認結果、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在すると、前記ピッチ候補が前記ピーチ候補距離（ｄ）をｎで割った位置（Ｐ）にあるピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）のｎ倍数ハーモニック周波数であるものと判断する第２−３のステップと、
    前記位置（Ｐ）にあるピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）をピッチ候補に変更した後、前記第２−２のステップ乃至第２−３のステップを繰り返して行う第２−４のステップと、
    前記第２−２のステップの確認結果、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在しないと、前記ピッチ候補をピッチと決定する第２−５のステップと、
    を含むことを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  3. 第１項または第２項において、前記ｎは、
    前記ピッチ候補をｎ倍数ハーモニック周波数に判別するためのピッチ候補性質決定係数であって、所定範囲内の素数を順次適用することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  4. 第１項または第２項において、前記ｎは、
    前記ピッチ候補をｎ倍数ハーモニック周波数に判別するためのピッチ候補性質決定係数であって、所定範囲内の自然数を順次適用することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  5. 第１項において、
    前記第２のステップで決定されたピッチのハーモニック周波数位置を検出し、該ハーモニック周波数の範囲に基づいて当該ピッチ範囲を決定する第３のステップをさらに含むことを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  6. 第５項において、前記第３のステップは、
    前記第２のステップで決定されたピッチの周波数範囲（Ｆ1）を算出した後、前記ピッチの検出可能なハーモニック周波数のうちピッチからｈ番目に位置するハーモニック周波数の周波数範囲をｈで割った値（Ｆ2）と前記ピッチの周波数範囲（Ｆ1）との交差部分を前記ピッチの範囲に決定することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  7. 第６項において、前記ｈは、
    ピッチ範囲を決定するためのピッチのハーモニック周波数選択を行うためのハーモニック周波数検出係数であって、２以上の自然数であることを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  8. 外部から入力されるデジタル信号を所定の時間単位当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値に基づいてピッチを決定する第１のステップと、
    前記第１のステップで決定されたピッチのハーモニック周波数位置を検出し、該ハーモニック周波数の範囲に基づいて前記ピッチの範囲を決定する第２のステップと、
    を含むことを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  9. 第８項において、前記第２のステップは、
    前記第１のステップで決定されたピッチの周波数範囲（Ｆ1）を算出した後、前記ピッチの検出可能なハーモニック周波数のうちピッチからｈ番目に位置するハーモニック周波数の周波数範囲をｈで割った値（Ｆ2）と前記ピッチの周波数範囲（Ｆ1）との交差部分を前記ピッチの範囲に決定することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  10. 第９項において、前記ｈは、
    ピッチ範囲を決定するためのピッチのハーモニック周波数選択を行うためのハーモニック周波数検出係数であって、２以上の自然数であることを特徴とする周波数分析によるピッチ判断方法。
  11. 外部から入力されるデジタル信号を所定の単位時間当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値により当該信号のピーク位置を検出する周波数分析部と、
    前記周波数分析部で検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置を選択してピッチ候補に設定し、該ピッチ候補がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別し、前記最大ピーク位置の周波数がｎ倍数ハーモニック周波数である場合、周波数分析開始点から前記最大ピーク位置までの距離をｎで割った位置の周波数をピッチと決定するピッチ決定部と、
    前記ピッチ決定部で決定されたピッチを出力する結果出力部と、
    を備えることを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  12. 第１１項において、前記ピッチ決定部は、周波数分析開始点から前記ピッチ候補までの距離（ｄ）をｎで割ってピーク検出間隔（ｄ／ｎ）を算出した後、周波数分析開始点からピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークがあるか否かを確認し、前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在すると、前記ピッチ候補までの距離（ｄ）をｎで割った位置（Ｐ）にあるピーク（Ｐ＿Ｐｅａｋ）をピッチ候補に変更するステップ（ｓｔｅｐ１）を行った後、
    前記周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在する間、前記ステップ（ｓｔｅｐ１）を繰り返して行い、
    前記周波数分析開始点から前記ピッチ候補位置まで前記ピーク検出間隔（ｄ／ｎ）でピークが存在しないと、前記ピッチ候補をピッチと決定することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  13. 第１２項において、前記ｎは、
    前記ピッチ候補をｎ倍数ハーモニック周波数に判別するためのピッチ候補性質決定係数であって、所定範囲内の素数を順次適用することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  14. 第１２項において、前記ｎは、
    前記ピッチ候補をｎ倍数ハーモニック周波数に判別するためのピッチ候補性質決定係数であって、所定範囲内の自然数を順次適用することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  15. 第１１項において、
    前記ピッチ決定部で決定されたピッチのハーモニック周波数位置を検出し、該ハーモニック周波数の範囲に基づいて当該ピッチ範囲を決定するピッチ範囲決定部をさらに備えることを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  16. 第１５項において、前記ピッチ範囲決定部は、
    前記ピッチ決定部で決定されたピッチの周波数範囲（Ｆ1）を算出した後、前記ピッチの検出可能なハーモニック周波数のうちピッチからｈ番目に位置するハーモニック周波数の周波数範囲をｈで割った値（Ｆ2）と前記ピッチの周波数範囲（Ｆ1）との交差部分を前記ピッチの範囲に決定することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  17. 第１６項において、前記ｈは、
    ピッチ範囲を決定するためのピッチのハーモニック周波数選択を行うためのハーモニック周波数検出係数であって、２以上の自然数であることを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  18. 外部から入力されるデジタル信号を所定の時間単位当りの周波数成分値に分解した後、該周波数成分値に基づいて当該信号のピーク位置を検出する周波数分析部と、
    前記周波数分析部で検出されたピーク位置のうちから最大ピーク位置を選択し、該最大ピーク位置の周波数がピッチであるか、ピッチのｎ倍数ハーモニック周波数であるかを判別し、これによってピッチを決定するピッチ決定部と、
    前記ピッチ決定部で決定されたピッチのハーモニック周波数位置を検出し、該ハーモニック周波数の範囲に基づいて当該ピッチの範囲を決定するピッチ範囲決定部と、
    前記ピッチ決定部で決定されたピッチを出力する結果出力部と、
    を備えることを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  19. 第１８項において、前記第ピッチ範囲決定部は、
    前記ピッチ決定部で決定されたピッチの周波数範囲（Ｆ1）を算出した後、前記ピッチの検出可能なハーモニック周波数のうちピッチからｈ番目に位置するハーモニック周波数の周波数範囲をｈで割った値（Ｆ2）と前記ピッチの周波数範囲（Ｆ1）との交差部分を前記ピッチの範囲に決定することを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
  20. 第１９項において、前記ｈは、
    ピッチ範囲を決定するためのピッチのハーモニック周波数選択を行うためのハーモニック周波数検出係数であって、２以上の自然数であることを特徴とする周波数分析によるピッチ判断装置。
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