JP2932996B2 - 高調波ピッチ検出装置 - Google Patents

高調波ピッチ検出装置

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JP2932996B2
JP2932996B2 JP2081996A JP2081996A JP2932996B2 JP 2932996 B2 JP2932996 B2 JP 2932996B2 JP 2081996 A JP2081996 A JP 2081996A JP 2081996 A JP2081996 A JP 2081996A JP 2932996 B2 JP2932996 B2 JP 2932996B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、周期信号の高調波
の間隔(高調波ピッチ)を検出する高調波ピッチ検出装
置、特に音源の特徴を特定するのに好適な高調波ピッチ
検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の高調波ピッチ検出装置
は、例えば特開平3−226629号公報に示されるよ
うに、エンジン音やその他発音体の発する音を解析し、
エンジン又は発音体の構造を判定するために用いられ
る。図4は従来の高調波ピッチ検出装置の一例を示すブ
ロック図である。マイクロホン401に入射した音響信
号は電気信号に変換され、増幅回路402で増幅され
る。ケプストラム処理部400は入力信号のケプストラ
ムを計算し、後段のピッチ判定部407において、計算
されたケプストラムとデータベースとして保有する特定
音源の高調波ピッチとを照合して、発音体の種類を判定
する。ここでケプストラムとは、パワースペクトルの周
波数軸上での周期性をみるための手法で、次元として周
波数の逆数を有する。
【0003】ケプストラム処理部400において、フー
リエ変換部403はフーリエ変換を用いて入力信号のパ
ワースペクトルを求める。対数変換部404は得られた
パワースペクトルに対して常用対数をとり、出力する。
フーリエ変換部405は対数変換部404の出力を再び
フーリエ変換し、2乗検波部406によって検波を行
う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のピッチ検出装置ではケプストラム処理が、パワースペ
クトルの対数をフーリエ変換して求めるケプストラム演
算の原理を用いているだけで、瞬時のノイズに敏感に反
応してしまうため、S/Nが低い場合においては目的と
する信号が検出できなくなるだけではなく、誤検出をし
やすくなる。
【0005】従って、本発明の目的はS/Nが低い場合
においても少ない誤検出率で、自動的に高調波ピッチを
検出することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の高調波ピッチ検
出装置ではケプストラム演算過程に雑音低減処理を組み
入れたケプストラム処理部を有している。即ち、本発明
の高調波ピッチ検出装置は、入力信号を周波数領域の信
号に変換したのち周波数平均処理及び時間平均処理を行
い、再度時間領域の信号に変換することによりケプスト
ラム信号を求めて、周期信号の高調波の間隔を検出する
ことを特徴とする。
【0007】周波数平均処理によりパワースペクトルの
突発的雑音レベルが低減し、時間平均処理により信号対
雑音比(S/N)が向上し、ケプストラム雑音が低減さ
れる。
【0008】また、本発明の高調波ピッチ検出装置は、
前記ケプストラム信号に対しケフレンシー平均処理及び
時間平均処理を行うことを特徴とする。
【0009】そして、本発明の高調波ピッチ検出装置
は、入力音響信号をフーリエ変換したのち検波してパワ
ースペクトル信号とし、周波数軸上の移動平均処理と時
間軸上の平均処理を行ったのち対数変換を行い逆フーリ
エ変換してケプストラム信号とし、ケフレンシー平均処
理と時間平均処理を行い、周期音信号の高調波の間隔を
検出することを特徴とする。
【0010】ケプストラム信号を求める前の周波数軸上
の移動平均処理及び時間軸上の平均処理と、ケプストラ
ム信号を求めた後のケフレンシー平均処理及び時間平均
処理とを実施することにより、各処理の組合せにより一
層のS/Nが向上し、雑音によるケプストラムが大きく
低減される。
【0011】更に、本発明の高調波ピッチ検出装置の前
記周波数軸上の平均処理及びケフレンシー平均処理は、
それぞれ入力信号の区間平均を求めその係数倍値を閾値
とし前記閾値以下の入力信号を減衰又は除去することに
より行うことを特徴とする。
【0012】このことにより、周波数領域の信号のパワ
ースペクトルを求めた後に、周波数平均処理を行うこと
によってパワースペクトル上に現れるノイズの区間平均
レベルを求め、閾値処理によりその平均値のK(係数)
倍以下の信号を小さい値(例えば−100dB)に置換
し又は除去する。またその後の時間平均処理によって、
瞬時的に現れるパワースペクトル上の強いレベルノイズ
の影響を押さえることによりS/Nを向上させ、後段で
ケプストラム信号を求める際にノイズのケプストラム成
分が現れるのを防ぐ。
【0013】更に、ケプストラムを求めた後のケフレン
シー平均処理は、ケフレンシー軸上に平均を行うことに
より、ケフレンシー信号上に現れるケプストラム信号間
の区間平均値を求めてK倍して閾値とし、閾値より小さ
い値のものをノイズとして除去又は減衰する。またその
後の時間平均処理によって、連続音を残し、瞬時に現れ
るノイズを除去する。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0015】図1を参照すると、本発明の実施の形態
は、マイクロホン1と、ローパスフィルタ2とA/D変
換器3を有する前処理部20と、FFT処理器4、検波
処理器5、周波数平均処理器6、時間平均処理器7、対
数処理器8、FFT処理器9、ケフレンシー平均処理部
10及び時間平均処理器11を有するケプストラム処理
部30と、後処理器12とで構成される。
【0016】マイクロホン1は目標とする音源が発生し
た音を電気信号に変換して前処理部20に出力する。前
処理部20のローパスフィルタ2は必要とする周波数帯
を選択し、エリアシング誤差を防ぐ。A/D変換器3は
アナログ信号を量子化して、デジタルデータに変換す
る。ケプストラム処理部30においてFFT処理器4
は、時間領域のデータを高速フーリエ変換して周波数領
域データに変換する。検波処理器5は周波数領域データ
を検波してパワースペクトルを求める。周波数平均処理
器6は、周波数軸上で各周波数のパワースペクトルを移
動平均し、平均レベルをもとめてK(係数)倍してそれ
を閾値とし、それ以下のものを小さな値に置き換えて出
力する。時間平均処理器7は周波数平均処理器6の出力
を時間積分して平均し、S/Nを向上させる。対数変換
処理器8は、時間平均処理の結果のパワースペクトルの
対数をとる。FFT処理器9は対数変換処理結果を高速
フーリエ変換した後に検波し、ケプストラム信号を求め
る。ケフレンシー平均処理器10は、ケプストラム信号
の各ケフレンシー成分を平均して、ケプストラムノイズ
の平均値を求めてK倍し、それを閾値として、閾値以下
のものを除去する。時間平均処理器11は、ケフレンシ
ー平均処理出力を時間積分して平均し、S/Nの向上を
図る。後処理器12は、得られたケプストラムをもと
に、ピーク値検出により高調波ピッチ検出を行い、あら
かじめデータベースとして保有しているピッチデータと
照合して目標の判定を行い、結果を出力する。
【0017】次に図1及び図2を参照して、本発明の実
施の形態の動作について説明する。マイクロホン1、前
処理部20を経たデジタル信号はケプストラム処理部2
0に入力する。ケプストラム処理部20は、図2に示さ
れるように、その機能として、パワースペクトル計算2
01、スペクトルノイズ低減処理202、ケプストラム
計算203、ケプストラムノイズ低減処理204に分類
される。パワースペクトル計算201は図1のFFT処
理器4と、検波処理器5の機能を有する。スペクトルノ
イズ低減処理202は、周波数平均処理器6と時間平均
処理器7の、ケプストラム計算203は対数変換処理器
8とFFT処理器9の、ケプストラムノイズ低減204
は、ケフレンシー平均処理器10と時間平均処理器11
の機能をそれぞれ有する。
【0018】パワースペクトル計算201にて、FFT
と検波によって得られたパワースペクトルはスペクトル
ノイズ低減処理202に入力される。スペクトルノイズ
低減処理202を構成する周波数平均処理器6と時間平
均処理器7は以下に示す演算を行う。
【0019】周波数平均処理器6は次式による。
【0020】 ここでX(f,t)は時刻t、周波数fにおけるパワー
スペクトルを表し、M1(f,t)は周波数平均処理後
のスペクトル、Σは積分を、dfは積分範囲の周波数帯
域を表している。
【0021】又、時間平均処理器7は次式によって計算
される。
【0022】
【0023】又、ケプストラム計算203によって、対
数変換とFFTによって求められたケプストラム信号は
ケプストラムノイズ低減処理204に入力される。ケプ
ストラムノイズ低減処理204を構成するケフレンシー
平均処理器10と、時間平均処理器11は以下に示す演
算を行う。
【0024】ケフレンシー平均処理器10は次式によ
る。
【0025】 ここでQ(q,t)は時刻t、周波数qにおけるケフレ
ンシーを表し、M3(q,t)はケフレンシー平均処理
後のケプストラム、dqは積分範囲のケフレンシー帯域
を表している。
【0026】時間平均処理器11は時間平均処理器7と
同等で、スペクトルに対して平均をする代わりにケプス
トラムに対して平均処理を行う。
【0027】
【0028】次に、本発明の実施の形態の一実施例の信
号処理動作を詳細に説明する。
【0029】図3AにS/Nがよくないエンジン音を入
力信号としたときのスペクトル計算201のパワースペ
クトル出力例を示す。
【0030】エンジン音のパワースペクトルは、単位時
間内でのエンジン内の爆発の回数(以後、ファイアリン
グレートと称する)と、シリンダーの単位時間内でのシ
リンダーの運動回数(以後、シリンダーレートと称す
る)のスペクトルが顕著に現れ、シリンダーレートとフ
ァイアリングレートとの比は整数倍になり、その比が一
般に気筒数を表す。図3AではS/Nがよくないためノ
イズにシリンダーレートのスペクトルが埋もれてしまっ
ている。
【0031】図3Bにスペクトルノイズ低減処理202
の時間平均処理器後のパワースペクトルの例を示す。
周波数平均処理及び時間平均処理により、S/Nが向上
し、シリンダーレートが現れている状態を示している。
【0032】図3Cにケプストラム計算203における
FFT処理器9の出力ケプストラム信号の例を示す。こ
の出力でもケプストラム雑音が充分に低減されており、
この出力に直接後処理を施すようにしても、低い誤検出
率で信号の高調波ピッチの検出が可能である。
【0033】図3Dにケプストラムにノイズ低減処理2
04における時間平均処理11の出力を示す。ケプスト
ラム雑音が図3Dでは大きく低減されていることが確認
できる。
【0034】図3Eに、周波数平均処理器6、時間平均
処理器7、ケフレンシー平均処理器10、時間平均処理
器11を通さない場合の、即ちスペクトルノイズ低減処
理202とケプストラムノイズ低減処理204を実施し
なかった場合のケプストラム信号出力例を示す。この結
果では雑音によるケプストラムが多数現れ、目標信号を
明確に分離することが困難となっている。
【0035】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
音源からの音響信号をパワースペクトルに変換した後、
周波数平均処理と時間平均処理によりS/Nを向上させ
てケプストラムを求め、さらにケプストラム信号上で、
ケフレンシー平均処理と時間平均処理を行うことにより
S/Nを向上させているので、マイクロホンに入力した
ときの信号のS/Nが悪い状態でも、自動的に、低誤検
出率で、信号の高調波ピッチを検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の高調波ピッチ検出装置
の構成を示した説明図である。
【図2】本発明の一実施の形態のケプストラム処理部の
処理の流れを示した説明図である。
【図3】(A)は検波処理器5の出力例を示した説明
図、(B)は時間平均処理8後の出力例を示す説明図、
(C)はFFT処理器9の出力のケプストラム信号例を
示す説明図、(D)は時間平均処理11の出力例を示す
説明図、(E)は周波数平均処理、時間平均処理、ケフ
レンシー平均処理を行わなかった場合の出力例を示す説
明図である。
【図4】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 マイクロホン 2 ローパスフィルタ 3 A/D変換器 4 FFT処理器 5 検波処理器 6 周波数平均処理器 7 時間平均処理器 8 対数処理器 9 FFT処理器 10 ケフレンシー平均処理器 11 時間平均処理器 12 後処理器 20 前処理部 30 ケプストラム処理部 201 パワースペクトル計算処理 202 スペクトルノイズ低減処理 203 ケプストラム計算処理 204 ケプストラムノイズ低減処理 400 ケプストラム処理部 401 マイクロホン 402 増幅回路 403 フーリエ変換部 404 対数変換部 405 フーリエ変換部 406 2乗検波部 407 ピッチ判定部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01H 3/08 G10L 3/00 G10L 9/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号を周波数領域の信号に変換した
    のち周波数軸上で各周波数のスペクトルを移動平均する
    周波数平均処理と、時間軸上で平均処理を行ったものに
    ついて、対数変換を行ったのち再度時間領域の信号に変
    換することによりケプストラム信号を求めて、周期信号
    の高調波の間隔を検出することを特徴とする高調波ピッ
    チ検出装置。
  2. 【請求項2】 前記ケプストラム信号に対しケフレンシ
    ー軸上で各ケフレンシーのケプストラムを移動平均する
    ケフレンシー平均処理と、時間軸上で平均処理を行う
    とを特徴とする請求項1記載の高調波ピッチ検出装置。
  3. 【請求項3】 入力音響信号をフーリエ変換したのち検
    波してパワースペクトル信号とし、周波数軸上の移動平
    均処理と時間軸上の平均処理を行ったのち対数変換を行
    い、逆フーリエ変換してケプストラム信号とし、ケフレ
    ンシー平均処理と時間平均処理を行い、周期音信号の高
    調波の間隔を検出することを特徴とする高調波ピッチ検
    出装置。
  4. 【請求項4】 前記周波数軸上の移動平均処理及びケフ
    レンシー平均処理は、それぞれ入力信号の区間平均の係
    数倍値を閾値とし前記閾値以下の入力信号を減衰又は除
    去することにより行うことを特徴とする請求項3記載の
    高調波ピッチ検出装置。
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