JP2010002937A - 音声分析合成装置、音声分析装置、音声合成装置、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 元の音声波形を分析して抽出されるパラメータを用いて常に適切な音声波形を合成できるようにする技術を提供する。
【解決手段】 分析フェーズでは、A/D変換器8から出力された音声データをフレーム単位で分析する。パラメータとしては、PARCOR係数、その音声データが表す音声が有声音である度合いを示す有声音比率、などを抽出する。合成フェーズでは、指定されたピッチで生成したRosenberg 波、ピッチを持たないホワイトノイズ波を有声音比率に応じて混合する形で駆動音源波形を生成する。合成フィルタ部45は、その駆動音源波形、及びPARCOR係数を用いて1フレーム分の音声データを合成する。
【選択図】 図3
Description
その声質の変化は、例えば音声(例えば人声)のフォルマントを操作したり、或いは音声をバンドパスフィルタ(BPF)に通してバンド別に振幅値を特定し、特定した振幅値から構成したフィルタに音声を通すことで行われる。後者の方式は、鍵盤等により指定されたピッチ(音高)で人声を発音させるボコーダー(音声分析合成装置)に主に採用されている。その後者の方式を採用した音声分析合成装置としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。
上記パラメータの抽出は音声符号化等のために行われる場合がある。その符号化では、元の情報をより再現することが望まれる。このことから、元の情報をより再現できるようにする意味からも、合成後の音声が常に自然と感じられるようにすることは非常に重要なことであると考えられる。
第1の態様の音声分析合成装置は、第1の音声波形を分析してパラメータを抽出する第1の分析手段と、第1の音声波形を分析して該第1の音声波形が表す音声が有声音である度合いを示す有声音比率を抽出する第2の分析手段と、音高を指定する音高指定手段と、声帯音源波形を模擬した音源波形を音高指定手段により指定された音高で生成する音源波形生成手段と、音高を持たない他の音源波形を生成する他の音源波形生成手段と、有声音比率を基に音源波形を他の音源波形と混合して駆動音源波形を生成し、該駆動音源波形、及びパラメータを用いて第2の音声波形を合成する音声波形合成手段と、を具備する。
第1の態様の音声分析装置は、音声波形を取得する音声波形取得手段と、音声波形取得手段が取得した音声波形を分析して、該音声波形の合成用の合成フィルタに用いられるフィルタ係数をパラメータとして抽出する第1の分析手段と、音声波形取得手段が取得した音声波形を分析して、該音声波形が表す音声が有声音である度合いを示す有声音比率を、合成フィルタに入力される音源波形生成用のパラメータとして抽出する第2の分析手段と、を具備する。
第1の態様の音声合成装置は、第1の音声波形からパラメータとして抽出されたフィルタ係数、及び有声音比率を少なくとも取得するパラメータ取得手段と、有声音比率を基に、音高を有する音源波形、及び該音高を有さない他の音源波形から駆動音源波形を生成する駆動音源波形生成手段と、フィルタ係数、及び駆動音源波形を用いて第2の音声波形を合成する音声波形合成手段と、を具備する。
有声音、無声音は明確に区別されるわけではなく、音声が両者の中間的な状態となっている場合も存在する。このため、有声音比率を基に、有声音用の音源波形を無声音用の音源波形と混合することにより、中間的な状態を再現するうえでより適切な駆動音源波形を生成することができる。それにより、その駆動音源波形を用いてより適切な音声データを合成できるようになって、その音声データにより発音される音声もより自然なものとすることができる。
<第1の実施例>
図1は、本実施例による音声分析合成装置を搭載した電子楽器の構成図である。
その電子楽器は、図1に示すように、楽器全体の制御を行うCPU1と、複数の鍵を備えた鍵盤2と、各種スイッチを備えたスイッチ部3と、CPU1が実行するプログラムや各種制御用データ等を格納したROM4と、CPU1のワーク用のRAM5と、例えば液晶表示装置(LCD)や複数のLEDなどを備えた表示部6と、特には図示しない端子に接続されたマイク7から入力されるアナログの音声信号のA/D変換を行いその音声データを出力するA/D変換器8と、CPU1の指示に従い楽音発音用の波形データを生成する楽音生成部9と、その生成部9が生成した波形データのD/A変換を行い、アナログのオーディオ信号を出力するD/A変換器10と、そのオーディオ信号の増幅を行うアンプ11と、そのアンプ11が増幅を行った後のオーディオ信号を音声に変換するスピーカ12と、例えば着脱自在な記憶媒体にアクセスする外部記憶装置13と、を備えて構成されている。それらの構成において、CPU1、鍵盤2、スイッチ部3、ROM4、RAM5、表示部6、A/D変換器8、楽音生成部9、及び外部記憶装置13の間はバスによって接続されている。なお、上記外部記憶装置13とは、例えばフレキシブルディスク装置、CD−ROM装置、或いは光磁気ディスク装置である。スイッチ部3は、例えばユーザが操作の対象とする各種スイッチの他に、各種スイッチの状態変化を検出するための検出回路を備えたものである。
音響効果を付加した音声波形は、元の音声波形を分析してパラメータを抽出し、抽出したパラメータ、及び生成した音源波形を用いて生成するようになっている。このことから、図3に示すように、音声分析合成装置の機能構成は、分析を行う段階(分析フェーズ)用のものと、その分析結果を用いて音声波形を合成する段階(合成フェーズ)用のものと、に区別される。分析フェーズ用のものは、音声符号化等を行うためのもの、つまり音声分析装置を構成するものに相当し、合成フェーズ用のものは、音声復号化を行うためのもの、つまり音声合成装置を構成するものに相当する。
図3に示すA/D変換器(ADC)8は、マイク7から出力されたアナログの音声信号をデジタルの音声データに変換するものである。例えばサンプリング周波数22,052Hz、16bitでAD変換を行う。以降、それがAD変換して得られる音声データについては便宜的に「元音声データ」、或いは「元波形データ」と呼び、マイク7に入力された音声については「元音声」と呼ぶことにする。
線形予測分析部33は、送られたフレームを対象に線形予測分析を行い、パーコール(PARCOR)係数を算出する。線形予測分析(LPC:Linear Predictive Coding)の次数は、サンプリング周波数が22,050Hzの音声データでは26次もしくは28次が適当である。本実施例では26次としている。それにより、送られたフレームからLevinson-Durbin アルゴリズムを使って26個のPARCOR係数を算出している。
図4は、上記算出部34の機能構成図である。図4を参照して、その算出部34の機能構成、及び各部の動作について詳細に説明する。
音声波形の合成では、パラメータバッファ35にはユーザが選択したパラメータファイル36が読み出されて格納される。
切り替えスイッチ41は、パラメータバッファ35にパラメータとして格納されているピッチ周波数、及び鍵盤2をユーザが操作することで指定するピッチ周波数のうちの一方をRosenberg 波生成部42に出力する。そのスイッチ41は、ピッチ選択スイッチへの操作に応じて、それらのうちの一方を選択して出力する。
先ず、ステップ901では、電源がオンされたことに伴い、初期化処理を実行する。続くステップ902では、スイッチ部3を構成するスイッチへのユーザの操作に対応するためのスイッチ処理を実行する。そのスイッチ処理は、例えばスイッチ部3を構成する検出回路に各種スイッチの状態を検出させてその検出結果を受け取り、その検出結果を解析して状態が変化したスイッチの種類、及びその変化を特定して行われる。
ステップ904では、表示部6を構成するLCD、或いはLEDを駆動してユーザに提供すべき情報を提供するための表示処理を実行する。その実行後は上記ステップ902に戻る。それにより、電源がオンされている間、ステップ902〜904で形成される処理ループを繰り返し実行する。
図10は、上記ステップ902として実行されるスイッチ処理のフローチャートである。スイッチ部3を構成する検出回路から受け取った検出結果を解析した後に行われる処理の流れを表したものである。全体処理内で実行されるサブルーチン処理では、始めに図10を参照して、そのスイッチ処理について詳細に説明する。
先ず、ステップ1101では、例えば鍵盤2からそれに対してユーザが行った操作内容を表すイベントデータ(例えばMIDIデータ)を受け取り、その操作内容を判定する。操作内容を表すイベントデータを受け取らなかった場合、鍵盤2は状態の変化がなかったと判定し、ここで一連の処理を終了する。そのイベントデータが鍵への押鍵を示していた場合には、その旨が判定されてステップ1102に移行し、そのイベントデータが鍵の離鍵を示していた場合には、その旨が判定されたステップ1107に移行する。
先ず、ステップ1201では、変数pitch_selの値が0か否か判定する。ユーザがピッチ選択スイッチを操作して、合成する音声の音高(ピッチ)を指定するうえでの鍵盤2への操作を有効とさせていた場合、その変数には0が代入されていることから、判定はYESとなり、ステップ1202で駆動音源波形のピッチとして押鍵された鍵に割り当てられているピッチを設定した後、ステップ1204に移行する。そうでない場合には、判定はNOとなり、ステップ1203でそのピッチとしてパラメータバッファ35にパラメータの形で格納されたピッチを設定した後、そのステップ1204に移行する。
図13は、楽音タイマインタラプト処理のフローチャートである。これは、元音声データの分析、或いは音声データの合成を行うために、例えばサンプリング周期で発生する割り込み信号により実行される処理である。例えば図10に示すスイッチ処理において、変数ana_flg、及びsyn_flgのうちの少なくとも一方に1を新たに代入したときに割り込み(実行)禁止が解除され(割り込みが有効とされ)、それらの値がともに0となったときに割り込みが禁止される(割り込みが無効とされる)ようになっている。次に図13を参照して、そのタイマインタラプト処理について詳細に説明する。
このようにして、音声データの合成を行っている場合、その合成を開始してからの時間の経過に応じてパラメータバッファ35からパラメータを読み出す対象となるフレームを変更するようにしている。それにより、元音声の音質の変化を音声データの合成に反映させるようにしている。
先ず、ステップ1401では、変数ana_flgの値が1か否か判定する。それに1が代入されていなかった場合、判定はNOとなり、ここで一連の処理を終了する。そうでない場合には、判定はYESとなり、A/D変換器8が出力する、A/D変換されてデジタル化された元音声データを取り込んで例えばRAM5に確保した領域(以降「入力バッファ」と呼ぶ)に格納してから(ステップ1402)、ステップ1403に移行する。
先ず、ステップ1501では、1フレーム分の音声データから短時間自己相関関数を計算する。その計算は、短時間自己相関関数をR、音声データをyで表すと、以下の式により計算して算出する。図中、シンボル「R」に添字として付したシンボル「P」、つまり次数Pの値は前述したように26である。
図16は、ピッチ周波数算出処理のフローチャートである。次に図16を参照して、その算出処理について詳細に説明する。
先ず、ステップ1801では、自己相関値rの標準偏差deviationを計算し、その値が定数CROSS_MIN以下か否か判定する。その定数CROSS_MINは完全な有声音と見なす基準として設定した定数であり、標準偏差deviationの値がそれ以下であった場合、判定はYESとなり、ステップ1802で混合比(有声音比率)mixとして1を設定した後、一連の処理を終了する。そうでない場合には、判定はNOとなってステップ1803に移行する。
<第2の実施例>
上記第1の実施例では、マイク7から入力した元音声の分析結果を基にした音声データの合成を、鍵盤2への操作に応じて行わせることができるようになっている。これに対し、第2の実施例は、音声データの合成を、シーケンスデータ(ここではSMF)の再生と同期させて行わせるようにしたものである。
図20は、第2の実施例による音声分析合成装置の合成フェーズ用の機能構成図である。次に図20を参照して、合成フェーズ用の構成、及び各部の動作について具体的に説明する。
出力制御部2008は、出力バッファを備え、合成フィルタ部45が合成した1フレーム分の音声データにハニング窓を乗算し、それによって得られた音声データを、オーバーラップファクタで他のフレームと重畳するように出力バッファに格納する。
シーケンサー2002が出力する波形データは楽音生成部9によって生成される。出力バッファは、RAM5内に確保された領域である。このことから、楽音生成部9には、自身が生成したデータを他から入力したデータとミックスする機能を搭載させている。それにより、加算器2009は楽音生成部9により実現される。
第2の実施例による音声変換装置を実現させるための電子楽器の動作については、分析処理(図14参照)では、分析時にテンポ値を取得してパラメータとして保存するようになっている部分、フレーム合成処理(図12参照)では、決定されたサイズで1フレーム分の音声データを合成するようになっている部分、が第1の実施例から主に異なっている。それ以外の処理では、図9に示す全体処理内でステップ902として実行されるスイッチ処理、及び楽音タイマインタラプト処理(図13参照)が第1の実施例が比較的に大きく異なっている。このことから、第2の実施例では、そのスイッチ処理、及びそのタイマインタラプト処理についてのみ説明することとする。
先ず、ステップ2301では、パラメータファイル36から読み出した分析時のテンポ値tempo_orgを変数tempo_userの値で除算し、その除算結果を分析時のホップサイズhop_sizeに乗算して得られる値の四捨五入した整数値(=INT(hop_size×tempo_org/tempo_user))を変数new_hop_sizeに代入する。続くステップ2302では、変数new_frame_sizeに、変数new_hop_sizeの値にオーバーラップファクタOLFの値(ここでは「8」を表記)を乗算した値を代入する。その次のステップ2303では、テンポ値tempo_orgに分析時のフレームサイズframe_sizeの値を乗算し、その乗算結果を変数new_frame_sizeの値で除算して得られる値の四捨五入した整数値(=INT(tempo_org×frame_size/new_frame_size))を変数tempoに代入する。一連の処理はその後に終了する。
3 スイッチ部
4 ROM
5 RAM
7 マイク
8 A/D変換器
9 楽音生成部
10 D/A変換器
11 アンプ
12 スピーカ
13 外部記憶装置
Claims (18)
- 第1の音声波形を分析し、該分析結果を用いて第2の音声波形の合成を行う音声分析合成装置において、
前記第1の音声波形を分析してパラメータを抽出する第1の分析手段と、
前記第1の音声波形を分析して該第1の音声波形が表す音声が有声音である度合いを示す有声音比率を抽出する第2の分析手段と、
音高を指定する音高指定手段と、
声帯音源波形を模擬した音源波形を前記音高指定手段により指定された音高で生成する音源波形生成手段と、
前記音高を持たない他の音源波形を生成する他の音源波形生成手段と、
前記有声音比率を基に前記音源波形を前記他の音源波形と混合して駆動音源波形を生成し、該駆動音源波形、及び前記パラメータを用いて前記第2の音声波形を合成する音声波形合成手段と、
を具備することを特徴とする音声分析合成装置。 - 前記第1の音声波形から得られる前記パラメータ、及び有声音比率は、該パラメータ、及び有声音比率からなるデータ群を複数、格納できる記憶手段に格納し、
前記音声波形合成手段は、前記記憶手段に格納されたデータ群のうちの一つを用いて前記第2の音声波形を合成する、
ことを特徴とする請求項1記載の音声分析合成装置。 - 前記第1及び第2の分析手段は、前記第1の音声波形の分析をフレーム単位で行い、
前記第1の分析手段は、前記パラメータの一つとして前記第1の音声波形の音高を抽出する場合、該第1の音声波形の周波数振幅値、及び位相情報を抽出し、該周波数振幅値の自己相関値を算出し、該自己相関値が最大となった周波数振幅値、及び該位相情報から該第1の音声波形の音高を抽出する、
ことを特徴とする請求項1記載の音声分析合成装置。 - 前記第1の分析手段は、前記フレーム間の音高変化、及び該音高変化の継続を基に、前記第1の音声波形から抽出した音高を採用すべきか否か判定し採用する、
ことを特徴とする請求項3記載の音声分析合成装置。 - 前記第2の分析手段は、前記第1の音声波形の周波数振幅値の自己相関値が分散している度合いを基に前記有声音比率を抽出する、
ことを特徴とする請求項1、または3記載の音声分析合成装置。 - 第1の音声波形を分析し、該分析結果を用いて第2の音声波形の合成を行う音声分析合成装置において、
前記第1の音声波形をフレーム単位で分析して抽出されたパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
声帯音源波形を模擬した音源波形を生成する音源波形生成手段と、
テンポ値を指示するためのテンポ指示手段と、
前記テンポ指示手段により指示されたテンポ値を基に合成時におけるフレームのサイズを決定し、該決定したサイズに従って、前記音源波形、及び前記パラメータから前記第2の音声波形をフレーム単位で合成する音声合成手段と、
を具備することを特徴とする音声分析合成装置。 - 前記音声合成手段は、前記パラメータ取得手段が取得したパラメータのなかにテンポ値が存在する場合、該テンポ値、及び前記テンポ指示手段により指示されたテンポ値を基に、前記サイズを決定する、
ことを特徴とする請求項6記載の音声分析合成装置。 - 前記音源波形生成手段は、入力された音声から抽出された音高で前記音源波形を生成する、
ことを特徴とする請求項6、または7記載の音声分析合成装置。 - 音声波形からパラメータを抽出する音声分析装置において、
前記音声波形を取得する音声波形取得手段と、
前記音声波形取得手段が取得した音声波形を分析して、該音声波形の合成用の合成フィルタに用いられるフィルタ係数をパラメータとして抽出する第1の分析手段と、
前記音声波形取得手段が取得した音声波形を分析して、該音声波形が表す音声が有声音である度合いを示す有声音比率を、前記合成フィルタに入力される音源波形生成用のパラメータとして抽出する第2の分析手段と、
を具備することを特徴とする音声分析装置。 - 音声波形を合成する音声合成装置において、
第1の音声波形からパラメータとして抽出されたフィルタ係数、及び有声音比率を少なくとも取得するパラメータ取得手段と、
前記有声音比率を基に、音高を有する音源波形、及び該音高を有さない他の音源波形から駆動音源波形を生成する駆動音源波形生成手段と、
前記フィルタ係数、及び前記駆動音源波形を用いて第2の音声波形を合成する音声波形合成手段と、
を具備することを特徴とする音声合成装置。 - 音声波形からパラメータを抽出する音声分析装置において、
前記音声波形を取得する音声波形取得手段と、
前記音声波形取得手段が取得した音声波形を分析してパラメータをフレーム単位で抽出する分析手段と、
前記音声波形取得手段が音声波形を取得した際に指定されていたテンポ値を取得するテンポ値取得手段と、
前記分析手段が抽出したパラメータと併せて、前記テンポ値取得手段が取得したテンポ値をパラメータとして前記フレーム単位で保存するパラメータ保存手段と、
を具備することを特徴とする音声分析装置。 - 音声波形を合成する音声合成装置において、
第1の音声波形から抽出されたパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
テンポ値を指示するためのテンポ指示手段と、
声帯音源波形を模擬した音源波形を生成する音源波形生成手段と、
前記パラメータ取得手段が取得したパラメータにテンポ値が存在したとき、該テンポ値を前記テンポ指示手段により指示されたテンポ値と併せて考慮する形でフレームのサイズを決定し、該決定したサイズに従って、前記音源波形、及び該テンポ値以外のパラメータから第2の音声波形をフレーム単位で合成する音声合成手段と、
を具備することを特徴とする音声合成装置。 - 第1の音声波形を分析し、該分析結果を用いて第2の音声波形の合成を行う音声分析合成装置に実行させるプログラムであって、
前記第1の音声波形を分析してパラメータを抽出する第1の分析機能と、
前記第1の音声波形を分析して該第1の音声波形が表す音声が有声音である度合いを示す有声音比率を抽出する第2の分析機能と、
音高を指定する音高指定機能と、
声帯音源波形を模擬した音源波形を前記音高指定機能により指定された音高で生成する音源波形生成機能と、
前記音高を持たない他の音源波形を生成する他の音源波形生成機能と、
前記有声音比率を基に前記音源波形を前記他の音源波形と混合して駆動音源波形を生成し、該駆動音源波形、及び前記パラメータを用いて前記第2の音声波形を合成する音声波形合成機能と、
を実現させるためのプログラム。 - 第1の音声波形を分析し、該分析結果を用いて第2の音声波形の合成を行う音声分析合成装置に実行させるプログラムであって、
前記第1の音声波形をフレーム単位で分析して抽出されたパラメータを取得するパラメータ取得機能と、
声帯音源波形を模擬した音源波形を生成する音源波形生成機能と、
テンポ値を指示するためのテンポ指示機能と、
前記テンポ指示機能により指示されたテンポ値を基に合成時におけるフレームのサイズを決定し、該決定したサイズに従って、前記音源波形、及び前記パラメータから前記第2の音声波形をフレーム単位で合成する音声合成機能と、
を実現させるためのプログラム。 - 音声波形からパラメータを抽出する音声分析装置に実行させるプログラムであって、
前記音声波形を取得する音声波形取得機能と、
前記音声波形取得機能により取得した音声波形を分析して、該音声波形の合成用の合成フィルタに用いられるフィルタ係数をパラメータとして抽出する第1の分析機能と、
前記音声波形取得機能により取得した音声波形を分析して、該音声波形が表す音声が有声音である度合いを示す有声音比率を、前記合成フィルタに入力される音源波形生成用のパラメータとして抽出する第2の分析機能と、
を実現させるためのプログラム。 - 音声波形を合成する音声合成装置に実行させるプログラムであって、
第1の音声波形からパラメータとして抽出されたフィルタ係数、及び有声音比率を少なくとも取得するパラメータ取得機能と、
前記有声音比率を基に、音高を有する音源波形、及び該音高を有さない他の音源波形から駆動音源波形を生成する駆動音源波形生成機能と、
前記フィルタ係数、及び前記駆動音源波形を用いて第2の音声波形を合成する音声波形合成機能と、
を実現させるためのプログラム。 - 音声波形からパラメータを抽出する音声分析装置に実行させるプログラムであって、
前記音声波形を取得する音声波形取得機能と、
前記音声波形取得機能により取得した音声波形を分析してパラメータをフレーム単位で抽出する分析機能と、
前記音声波形取得機能により音声波形を取得した際に指定されていたテンポ値を取得するテンポ値取得機能と、
前記分析機能により抽出したパラメータと併せて、前記テンポ値取得機能により取得したテンポ値をパラメータとしてフレーム単位で保存するパラメータ保存機能と、
を実現させるためのプログラム。 - 音声波形を合成する音声合成装置に実行させるプログラムであって、
第1の音声波形から抽出されたパラメータを取得するパラメータ取得機能と、
テンポ値を指示するためのテンポ指示機能と、
声帯音源波形を模擬した音源波形を生成する音源波形生成機能と、
前記パラメータ取得機能により取得したパラメータにテンポ値が存在したとき、該テンポ値を前記テンポ指示機能により指示されたテンポ値と併せて考慮する形でフレームのサイズを決定し、該決定したサイズに従って、前記音源波形、及び該テンポ値以外のパラメータから第2の音声波形をフレーム単位で合成する音声合成機能と、
を実現させるためのプログラム。
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