JP3092197B2 - ピッチ抽出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力された音声信号か
ら、その波形のピッチ（音高）を抽出するピッチ抽出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば人が歌う歌声やマイク
ロフォンから採取した楽音などの繰り返し波形からなる
音声信号から、そのピッチ周波数又はピッチ周期（以
下、単に「ピッチ」と呼ぶ）を抽出したいという要請が
強い。ピッチを抽出できれば、例えば、そのピッチの音
高に対応する楽音を電子楽器等から発音させることがで
きるようになるなど、抽出されたピッチ情報を様々な処
理に用いることが可能となる。

【０００３】従来から、音声信号からピッチを抽出する
技術として種々の手法が提案されているが、その中でも
時間域の音声信号から直接ピッチを抽出する方式は、演
算量が少なく、リアルタイム処理が容易に実現可能であ
る。

【０００４】時間域のピッチ抽出方式の第１の従来例と
しては、例えば、入力波形の隣接するゼロクロス点（振
幅が０となる時間位置）の間の時間を、その波形のピッ
チ周期として求める方式がある。

【０００５】また、第２の従来例として、入力波形をロ
ーパスフルタに通して倍音成分を除去してから、ゼロク
ロス間隔を抽出するようにした方式もある。更に、第３
の従来例として、入力波形の自己相関値を演算して、そ
の値がピークとなる自己相関のずれ量からピッチ周期を
抽出する方式も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、人の声などは
倍音をかなり含み、入力波形の１ピッチ周期中にゼロク
ロス点が何回か出現するため、第１の従来例のように単
純にゼロクロス間隔を抽出する方式では、正しい周期が
求められずピッチ抽出誤りが大きいという問題点を有し
ている。

【０００７】また、第２の従来例では、ローパスフィル
タのカットオフ周波数を下げると、ピッチを抽出できる
音域が低い音域に限られてしまい、逆に、カットオフ周
波数を上げると倍音成分が残ってピッチ抽出誤りが増加
してしまうという、相反する問題点を有している。

【０００８】更に、第３の従来例は、時間域の処理であ
るにもかかわらず、非常に多くの演算量を必要とし、リ
アルタイムで入力波形のピッチを抽出する目的には適さ
ないという問題点を有している。

【０００９】本発明の課題は、上述のような倍音成分に
よるゼロクロスの影響をなくし、一ピッチ周期に相当す
る入力波形のゼロクロス間隔の正しい計測を可能とする
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、まず、入力波
形が負又は正の第１の極性から他方の第２の極性へゼロ
クロスするゼロクロス点からつぎに前記第２の極性から
前記第１の極性へゼロクロスするゼロクロス点までの間
隔を第１の間隔として計測する第１の間隔計測手段を有
する。

【００１１】つぎに、第１の間隔計測手段が第１の間隔
の計測を行っている間の入力波形の各振幅の絶対値の最
大値を第１の振幅最大値として計測する第１の振幅最大
値計測手段を有する。

【００１２】つぎに、第１の間隔計測手段による計測の
終了後、入力波形が第１の極性から第２の極性へゼロク
ロスするゼロクロス点からつぎに第２の極性から第１の
極性へゼロクロスするゼロクロス点までのそれぞれの区
間の間隔を第２の間隔として順次計測する第２の間隔計
測手段を有する。

【００１３】つぎに、第２の間隔計測手段が各第２の間
隔の計測を順次行っているそれぞれの区間において入力
波形の各振幅の絶対値の最大値を第２の振幅最大値とし
て順次計測する第２の振幅最大値計測手段を有する。

【００１４】さらに、第１の間隔計測手段による計測が
開始されたゼロクロス点からの間隔を逐次計測する第３
の間隔計測手段を有する。上述の第１、第２、第３の各
間隔計測手段は、例えばカウンタによって構成される。

【００１５】また、第２の計測手段が各第２の間隔の計
測を開始した各時点において第３の間隔計測手段が計測
している間隔を周期情報として順次更新しながら記憶す
る間隔記憶手段を有する。

【００１６】加えて、第１の間隔計測手段が計測した第
１の間隔と第２の間隔計測手段が順次計測した各第２の
間隔が所定の許容誤差範囲内で一致し、かつ第１の振幅
最大値計測手段が計測した第１の振幅最大値と第２の振
幅最大値計測手段が順次計測した各第２の振幅最大値が
所定の許容誤差範囲内で一致したか否かを順次判定する
判定手段を有する。

【００１７】そして、判定手段が一致を検出した時点で
時間記憶手段に記憶されている周期情報を入力波形のピ
ッチ情報として出力し、その後、第１の間隔計測手段に
よる計測処理から順に各処理を繰り返させることにより
入力波形からピッチ情報を順次抽出する繰り返し制御手
段を有する。

【００１８】上述の発明の構成において、判定手段が一
致を検出しなかった時点において、第３の間隔計測手段
が計測している間隔が予め設定された最低音のピッチ周
期に対応する間隔を越えたか否かを判定し、越えたと判
定した場合に、第１の間隔計測手段による計測処理から
各処理をやり直させる制限手段を有するように構成でき
る。

【００１９】

【作用】音声信号は、ピッチ周期毎に１つ以上の波形の
山が繰り返す波形として構成され、各ピッチ周期内の各
波形の山は連続するピッチ周期間で相似形を呈する。そ
して、隣接するピッチ周期のほぼ相似の波形の山のそれ
ぞれの両端のゼロクロス点間の間隔及び山の高さは、互
いにほぼ等しいという特徴を有する。

【００２０】本発明は、この点に着目して、まず、第１
の間隔計測手段が１つの波形の山の両端のゼロクロス点
の間隔を計測し、第１の振幅最大値計測手段がその山の
高さに対応する第１の振幅最大値を計測する。また、第
２の間隔計測手段がそれ以後順次現れる山の両端のゼロ
クロス点の間隔を順次計測し、第２の振幅最大値計測手
段が各山の高さに対応する第２の振幅最大値を計測す
る。

【００２１】そして、判定手段が、上述の第１の間隔と
それぞれの第２の間隔が所定の許容誤差範囲内で一致
し、かつ第１の振幅最大値とそれぞれの第２の振幅最大
値が所定の許容誤差範囲内で一致したか否かを順次判定
し、一致した時点における第１の間隔に対応する山から
当該第２の間隔に対応する山の先頭までの間隔をピッチ
情報として抽出する。このピッチ情報は、間隔記憶手段
に記憶された第３の計測手段の各計測間隔である周期情
報として得ることができる。

【００２２】このようにして、倍音成分による影響に関
わらず、入力波形のピッチを安定して抽出することがで
きる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
つき説明する。 ＜実施例の構成＞図１は、本発明の実施例の全体構成図
である。

【００２４】同図において、例えば特には図示しないマ
イクロフォンによって採取された１人の人が歌う歌声や
アナログ楽器の単音の演奏音などのアナログ信号は、直
流成分を除くためのキャパシタ１を介してＡ／Ｄ変換器
２に入力され、デジタル信号に変換される。

【００２５】ＣＰＵ（中央演算制御装置）３は、ＲＡＭ
(Random Access Memory)４をワークメモリとして、ＲＯ
Ｍ(Read Only Memory)９に記憶されたプログラムを実行
することにより、入力音声信号の音高（ピッチ）に関す
る情報を抽出する。

【００２６】つぎに、音源５はＣＰＵ３の制御により、
上記音高に関する情報に基づくノートナンバーと、演奏
者が音色選択スイッチ（図示はしていない）などで選択
した音色（例えば、上記歌声とはまったく異なるトラン
ペットなどの管楽器の音色）を有する楽音信号を生成す
る。そのあと、生成された楽音信号はＤ／Ａ変換器６で
アナログの楽音信号に変換され、増幅器７を介してスピ
ーカ８から楽音として放音される。

【００２７】なお、ＲＯＭ９には、上述のプログラムの
他に、後述するように、ピッチ抽出時に用いられる種々
のデータや、得られた入力信号の周期とノートナンバー
との対応を示すテーブル等を有する。

【００２８】上述の回路構成により、以下に説明する基
本動作原理に従って、入力される音声信号からピッチデ
ータ（以後、略称する場合は、単にピッチと呼ぶ）の抽
出が行われる。＜実施例の基本動作原理＞通常、例えば
人の歌声などのように、ピッチ感が明瞭でかつ単音で演
奏される音声は、図２に示すように、ピッチ周期（例え
ば）毎に繰り返される、ほぼ相似の波形要素（例えば
同図のａとｄ、ｂとｅ、ｃとｆ）で構成されている。

【００２９】このような音声は、その音声に含まれる倍
音成分のために、その波形が振幅０の基準レベルを横切
るゼロクロス点を１ピッチ周期内に数多く有している。
そのため、このような周期性を有する波形からそのピッ
チ周期を求めるには、いずれのゼロクロス点の間をピッ
チ周期とするかを決定しなければならないが、上述のよ
うな周期性を有する波形にはつぎのような特徴がある。

【００３０】すなわち、隣接するピッチ周期のほぼ同形
の波形（例えば上記ａとｄ）のそれぞれのゼロクロス点
（例えばZ1〜Z2とZ7〜Z8）で定まる区間（例えばと
）の時間と、Ａ／Ｄ変換された振幅値の最大値（例え
ばPaとPd）はほぼ等しい。

【００３１】本発明は、この点に着目して、隣接するゼ
ロクロス点間の時間と振幅の最大値の両方の両方がほぼ
等しい２つの区間（例えばと）を見出すことによ
り、その２つの区間のそれぞれの開始点（例えばZ1とZ
7）の間の時間間隔を抽出して、ピッチ周期を抽出す
る。

【００３２】上述のような基本動作原理に従って動作す
る本実施例の動作について、以下に説明する。 ＜実施例の概要＞図２において、例えば、波形ａのゼロ
クロス点Z1〜Z2の区間の時間がカウントされ、そのカ
ウント値COUNT 1 が第１のカウンタに保持される。つぎ
に、波形ａと同じ極性を有する波形ｂ、ｃ、ｄ・・・の
それぞれの区間、、の時間が順次カウントされ、
そのカウント値COUNT 2 は、COUNT 1 とほぼ等しい値が
得られるまで順次更新されながら、第２のカウンタに保
持される。

【００３３】この場合に、ゼロクロス点Z1から、波形
ｂ、ｃ、ｄのそれぞれのゼロクロス点Z3、Z5、Z7までの
時間、、およびが第３のカウンタによってカウン
トされる。そのカウント値COUNT 3は、この入力音声信
号のピッチ周期となる可能性を有するので、ピッチ周期
となるカウント値が得られるまで、順次更新されながら
ＲＡＭ４内の変数PITCOUNTER に保存される。また、波
形ａの振幅の最大値ＰaがＲＡＭ４内の変数MAX 1 に、
波形ｂ、ｃ、ｄのそれぞれの最大値Ｐb 、Ｐc 、Ｐd
が、順次更新されながらＲＡＭ４内の変数MAX2 に書き
込まれてゆく。

【００３４】そして、区間の時間とほぼ等しい時間を
有する区間が見出され、また両区間、のそれぞれ
の振幅の最大値に相当する各変数Ｐa とＰd に書き込ま
れた値が、ほぼ等しいことが確認されると、両区間、
のそれぞれのゼロクロス点Z1、Z7の間の時間に相当
するカウンタ値が上記メモリ変数PIT COUNTER から読み
出され、ピッチ周期として確定される。そして、そのピ
ッチ周期に対応するノートナンバーがＲＯＭ９内のテー
ブルから求められる。 ＜本実施例の動作＞つぎに、上述の動作原理に従い、入
力波形のピッチを求める動作を、図３〜図７の動作フロ
ーチャートを用いて説明する。これらの動作フローチャ
ートは、図１のＣＰＵ３が、ＲＯＭ９内に記憶されてい
る制御プログラムを実行する動作として実現される。

【００３５】図３において、まず、ＲＡＭ４のイニシャ
ル・セットが行われる。すなわち、音声信号を読み出す
時点がその信号波形のいかなる状態（status）に対応す
るかを示すステータス・フラグ（STATUS FLAG 、図２参
照）、入力音声信号の波形エンベロープの大きさを示す
変数ENV、ピッチ抽出の結果得られたピッチに対応する
ノートナンバーを保持する変数PIT 、現在発音中のノー
トナンバーを保持する変数ON NOW、第１、第２、第３の
３個のカウンタのそれぞれのカウント値を保持する変数
COUNT 1,COUNT 2,COUNT 3 、および１つ前のＡ／Ｄ変換
値を保持する変数ADMEM などの各内容がすべてクリアさ
れる（ステップS301）。なお、PIT やONNOW の値が０と
いうことは、それぞれピッチ抽出された音が無い、また
は現在発音中の音が無いことを示す。

【００３６】つづいて、入力音声信号の１サンプリング
分のＡ／Ｄ変換の終了を待って(S302)、つぎのステップ
S303に進み、ＣＰＵ３内のレジスタreg1にＡ／Ｄ変換し
たデータがセットされる。

【００３７】そのあと、ステータス・フラグによって処
理が３つに分岐される（ステップS304）。最初は、図２
のステータス・フラグ＝０の状態であるので、ステップ
S305に進む。ステータス・フラグ＝０の状態では、入力
波形の負側から正側へのゼロクロスの点Z1を検出するた
めに、１つ前のＡ／Ｄ変換値ADMEM が負で、かつ現在の
Ａ／Ｄ変換値が格納されているreg1が、正であるか否か
が判定される。

【００３８】今の場合、ステップS305の判定はＮＯであ
り、ステップS307に進む。そして、今回Ａ／Ｄ変換値が
セットされたreg1の値が変数ADMEM に移され（ステップ
S307）、エンベロープ抽出（ステップS308）、楽音のノ
ートオン／ノートオフ処理（発音／消音処理、ステップ
S309）と進み、再びＡ／Ｄ変換終了待ちとなる（ステッ
プS302）。

【００３９】上記エンベロープ抽出（ステップS308）と
楽音のノートオン／ノートオフ（ステップS309）に関す
る処理は、図５、図６のそれぞれの動作フローチャート
に示されている。

【００４０】図５において、まず、現在のＡ／Ｄ変換値
（reg1の内容）の絶対値が演算され（ステップS501）、
そのあとローパスフィルタを通されて（デジタルフィル
タリング演算の実行による）、入力波形が整形される
（ステップS502）。そしてその結果得られた値が変数EN
V に格納される（ステップS503）。

【００４１】図６のノートオン／ノートオフ処理では、
まず変数ENV の大きさが所定の閾値（THRESHOLD)を超
え、かつノートナンバーを保持する変数PIT の値が０よ
り大きいか否かが判定される（ステップS601）。

【００４２】その判定がＮＯならば、第１図の音源５の
すべて発音中の音の消音が指示され、かつ発音中の音が
無いことを示すために、変数ON NOWがクリアされて（ス
テップS606）、メインルーチン（図３）に戻る。

【００４３】また、ステップS601の判定がＹＥＳなら
ば、ステップS602で現在発音中の音がないか否かが判定
され、その判定がＹＥＳならば、ステップS605に進む。
ステップS602の判定がＮＯならば、発音中のノートナン
バーを示す変数ON NOWと抽出されたノートナンバーを示
す変数PIT の各値が比較される（ステップS603）。比較
の結果、両者が一致すれば、再発音する必要がないので
メインルーチン（図３）に戻り、一致しなければ、発音
すべきノートナンバーが変化したことになり、現在発音
中の音の消音を音源５に指示し（ステップS604）、その
あとステップS605に進む。

【００４４】ステップS605において、ノートナンバーを
示す変数PIT に応じた発音指示が行われるとともに、変
数ON NOWに変数PIT の値が代入されて、現在、変数PIT
に対応するピッチを有する楽音を発音中であることが示
される。そのあとメインルーチン（図３）に戻る。

【００４５】以上の処理は、負側から正側へのゼロクロ
ス点（図２のZ1）に到達するまで繰り返され、やがて、
図３のステップS305の判定がＹＥＳとなり、ステータス
・フラグSTATUS FLAG が１にされる（ステップS306）。
ここで図２に示す区間の時間のカウント値COUNT 1 、
および時間、または、のカウント値COUNT 3 に初
期値の１がセットされ、さらにCOUNT 1 のカウントアッ
プ中の入力波形の最大振幅値を得るために、変数MAX 1
に現在のＡ／Ｄ変換値であるレジスタreg 1 の値が書き
込まれる。

【００４６】このあと前述と同様な動作が行われて、ふ
たたびステップS304に戻る。ここで、STATUS FLAG ＝1
の状態となったため、ステップS310に移る。この状態で
は、図２の区分に例示される時間をカウントするため
に、第１のカウンタとしての変数COUNT 1 （以下、第１
のカウンタCOUNT 1 と呼ぶ）のインクリメントが、ま
た、区分に例示される時間をカウントするために第３
のカウンタとしての変数COUNT 3 （以下、第３のカウン
タCOUNT 3 と呼ぶ）のインクリメントがそれぞれ開始さ
れる。

【００４７】まず、ステップS310において、入力波形の
正側から負側へのゼロクロス点、すなわち図２の区間
の終了点であるゼロクロス点Z2を検出するために、１つ
前のＡ／Ｄ変換値が書き込まれた変数ADMEM の値が正
で、かつ現在のＡ／Ｄ変換値が書き込まれたレジスタre
g 1 の値が負であるか否かが判定される。

【００４８】その判定がＮＯなら、第１のカウンタCOUN
T 1 の値が１増加させられ（ステップS311）、図７の最
大値検出ルーチンに進む（ステップS312）。図７では、
現在の入力値が変数MAX 1 の値以上であるか否かが判定
され（ステップS701）、MAX 1 以上であればMAX 1 に現
在の入力値が代入される（ステップS702）。一方、MAX
1 より小さければなにもしないで、図３の処理に戻る。
このようにして、変数MAX 1 の値として、Ａ／Ｄ変換値
の最大値が求められる。

【００４９】上述のステップS312の処理の後、ステップ
S314に進み、第３のカウンタCOUNT3 の値が１増加させ
られる。以後、ステップS310→S311→S312→S314→S307
→S308→S309→S302〜S304→S310・・・のループ処理が
繰り返され、繰り返し処理毎に第１のカウンタCOUNT 1
および第３のカウンタCOUNT 3 の値が１づつ増加され
る。

【００５０】そして、ステップS310の判定がＹＥＳにな
り、正側から負側へのゼロクロス点Z2に到達すると、ス
テータス・フラグが２にされる（ステップS312）。その
後、ステップS314に進み、COUNT 3 の値が１増加された
あと、ステップS307→S308→S309と進み、ステップS302
に戻る。

【００５１】以上のようなループ処理が行われて、図２
の区間の時間に相当するカウンタ値が第１のカウンタ
COUNT 1 に保持され、また、波形ａの振幅値の最大値が
変数MAX 1 にそれぞれ保持される。

【００５２】つぎに、ステップS312でステータス・フラ
グは２にされているので、今回はステップS302〜S304か
ら、図４のステップS401→S402と進む。ステップS402で
は、負側から正側へのゼロクロス点（図４のZ3）を検出
するために、図３のステップS305と同じ処理、すなわ
ち、変数ADMEM の値（１つ前のＡ／Ｄ変換値）が負で、
かつレジスタreg1の値（現在のＡ／Ｄ変換値）が正であ
るか否かが判定される。

【００５３】その判定がＮＯである間は、S402→S314
（図３）→S307〜S309→S302〜S304→S401（図４）→S4
02・・・のループ処理が繰り返され、各繰り返し毎に第
３のカウンタCOUNT 3 のカウント値が１づつ増加させら
れる（S314）。

【００５４】そして、ステップS402の判定がＹＥＳにな
って、負側から正側へのゼロクロス点Z3に到達すると、
ステータス・フラグが３にされ、このときのCOUNT 3 の
値（図２の時間に相当）が変数PIT COUNTER に保存さ
れる（ステップS403）。このPIT COUNTER の値は、抽出
すべきピッチに対応する周期の候補、すなわち、図２の
区間のカウント値になる可能性を有するものとして、
保持される。そして、第２カウンタとしての変数COUNT2
を１ずつ増加することが開始される。

【００５５】その後、ステップS403→S314（図３）〜S3
09→S302〜S304→S401（図４）と進む。今回はSTATUS F
LAG ＝3 の状態となったため、ステップS401からステッ
プS404に進む。この状態ではSTATUS FLAG ＝1 の状態と
同様な処理により、COUNT 2 のカウントを増加させ、MA
X 2 に入力波形の最大値が求められる。

【００５６】まず、ステップS404において、入力波形の
正側から負側へのゼロクロス点、すなわち図２の区間
の終了点に相当するゼロクロス点Z4を検出するために、
変数ADEMの値（１つ前のA/D 変換値）が正で、かつレジ
スタreg1の値（現在のA/D 変換値）が負であるか否かが
判定される（ステップS404）。

【００５７】この判定がＮＯの間は、ステップS404→S4
05〜S406→S314（図３）〜S309→S302〜S304→S401（図
４）→S404のループ処理が繰り返され、各繰り返しにお
いてステップS405の処理が行われる毎に、第２のカウン
タCOUNT 2 に値１が加えられるとともに、ステップS406
で変数MAX 2 にＡ／Ｄ変換値の最大値が求められる。

【００５８】MAX 2 に最大値を求めるルーチンは、STAT
US FLAG ＝1 の状態と同様な処理であり、図７のステッ
プS703以降に示されている。ここでは、現在の入力値が
変数MAX 2 の値以上であるか否かが判定され（ステップ
S703）、MAX 2 以上であればMAX 2 に現在の入力値が代
入される（ステップS704）。一方、MAX 2 より小さけれ
ばなにもしないで、図４の処理に戻る。このようにし
て、変数MAX 2 の値として、Ａ／Ｄ変換値の最大値が求
められる。

【００５９】上述の処理によって今回は、図２の入力波
形の区間の時間と波形ｂの最大値Ｐb が求められるこ
とになる。なお、上述の各繰り返し毎に第３のカウンタ
COUNT 3 の値も１づつ増加される（S314）。

【００６０】ステップS404の判定がＹＥＳになると、ゼ
ロクロス点Z4が検出されたことになり、ここでステータ
ス・フラグが４に変えられる（ステップS407）。その
後、図３のステップS314に進み、COUNT 3 が値１増加さ
れたあと、ステップS307→S308→S309〜S401（図４）と
進む。

【００６１】今回はSTATUS FLAG ＝4 の状態となったた
め、ステップS401からステップS408に進む。この状態で
は、図２の区分に対して区分、、が順次比較さ
れ、区分とほぼ等しい時間を有する区分が見出され
たとき、さらに、区間、のそれぞれの波形ａとｄの
Ａ／Ｄ変換値の最大値である変数MAX 1 とMAX 2 の値が
比較され、これらがほぼ等しくなることを判別すること
によって、図２の区分の時間を入力波形のピッチ周期
と定める処理動作が行われる。

【００６２】まず、いままでに得られた第１のカウンタ
COUNT 1 と第２のカウンタCOUNT 2のそれぞれの値がほ
ぼ等しいか否か、すなわち、COUNT 1 とCOUNT 2 のそれ
ぞれの値の差の絶対値が、許容誤差範囲内にあるか否か
が判定される（ステップS408）。この許容誤差範囲は、
入力信号のサンプリング周波数とピッチ周波数に依存す
るが、経験的に決定される。

【００６３】今の場合は、COUNT 1 とCOUNT 2 は、それ
ぞれ図２の区間とのカウント値を保持しているた
め、ステップS408の判定はＮＯとなりステップS409に進
む。ここで、入力音声信号に雑音などが混入すると、そ
れが原因となって、ステップS408の判定がＮＯの状態が
異常に長く続き、楽音の発音指示が行われない場合があ
る。

【００６４】このような異常状態の発生を防ぐために、
音声信号のピッチ周期とされるべき時間をカウントする
第３のカウンタCOUNT 3 の値が常に監視され、その値が
音声信号の最低音のピッチ周期に比べてはるかに大きい
値を有する所定の制限値LIMIT を超えているか否かが判
定される（ステップS409）。

【００６５】この制限値も前述の許容誤差範囲と同様、
経験的に決定される。例えばサンプリング周波数を20KH
z 、最低抽出音高（ピッチ）を110.5Hz （音名：A1に相
当）とすると、20000 ÷110.5 ＝180.995 ・・・ となるため、制限値は１８０前後とすればよい。

【００６６】ステップS409の判定がＹＥＳの場合、すな
わち異常状態の場合は、図３のステップS315に進み、図
２の音源５に対して、すべての発音中の音を消音する指
示がなされるとともに、変数ON NOWがクリアされる。そ
のあと、ステップS301に戻って、ふたたび上述のピッチ
抽出の処理動作が実行し直される。

【００６７】ステップS409の判定がＮＯの場合は、ステ
ップS410に進んで、変数MAX2の値は現在値reg1に書きか
えられ、更に第２のカウンタCOUNT 2 の値がクリアさ
れ、ステータス・フラグは２に戻される。そして、ふた
たび、つぎのゼロクロスを求めるための処理に入る。こ
のとき変数PIT COUNTER に保持された値は無効となる
が、第３のカウンタCOUNT 3 は依然カウントアップをつ
づけており、また、第１のカウンタCOUNT 1 も図２の区
間のカウント値を保持している。

【００６８】上述のようにしてステータス・フラグの２
の状態に戻された後は、前回と同様にステータス・フラ
グの３の状態、４の状態と進み、第２のカウンタCOUNT
2 には図２の区間のカウント値、変数PIT COUNTER に
は同図の区間の始まりから区間のゼロクロス点Z5ま
でのカウント値（図２の）が保持される。また、変数
MAX 2 に書き込まれたＡ／Ｄ変換値の最大値はクリアさ
れ、あらたに波形ｃの最大値が求め直される。

【００６９】しかし、今回もCOUNT 1 の値（区分の時
間に対応）とCOUNT 2 の値（区分の時間に対応）が一
致しないため、ステップS408の判定がＮＯとなる。その
ためステップS409を介してステップS410に進み、ふたた
びステータス・フラグが２の状態から実行し直されるこ
とになる。

【００７０】そして、このつぎにステータス・フラグ
が、ふたたび４の状態になったとき、COUNT 2 は図２の
区間のカウント値を保持し、一方、PIT COUNTER は同
図の時間のカウント値を保持している。そして、ステ
ップS408において、初めてＹＥＳと判定され、ステップ
S411に進む。

【００７１】ステップS411では、さらに、変数MAX 1 に
保持されている波形ａのＡ／Ｄ変換値の最大値と、変数
MAX 2 に保持されている波形ｄのＡ／Ｄ変換値の最大値
がほぼ一致するか否かが判定される。

【００７２】この判定がＮＯとされたときには、正しい
ピッチ周期に対応する波形ではないと判定されて、ステ
ップS409に進み、STATUS FLAG ＝2 の状態から処理が実
行し直されて新たな波形が検索される。

【００７３】一方、ステップS411の判定がＹＥＳとされ
た場合には、正しいピッチ周期に対応する波形が求まっ
たと判定されて、ステップS412に進む。このときの入力
波形のピッチ周期の正しい値は、PIT COUNTER に保持さ
れている第３のカウンタCOUNT 3 の値（図２の）とな
る。そして、この値に対応するノートナンバーが図１の
ＲＯＭ９内のテーブルから読み出され、変数PIT に移さ
れる（ステップS412）。

【００７４】つぎに、ステータス・フラグと、すべての
カウンタと、変数MAX 1 及びMAX 2の各内容がクリアさ
れ、初期状態にリセットされる（ステップS413）。その
あと、図３のステップS307〜S309のノートオン／オフ処
理に進み、この処理において、上述の入力音声信号のピ
ッチ（音高）に対応するノートナンバーを有する楽音の
新たな発音指示がなされる。

【００７５】すなわち、ステップS309に対応する図６の
フローで、ステップS601の判定がＹＥＳとなった後、ス
テップS602で現在発音中の音がない（ＹＥＳ）と判定さ
れたら、前述したように、ステップS605で、ノートナン
バーを示す変数PIT に応じた発音指示が行われる。ま
た、ステップS602で現在発音中の音がある（ＮＯ）と判
定されたら、前述したように、ステップS603で、発音中
のノートナンバーを示す変数ON NOWと抽出されたノート
ナンバーを示す変数PIT の各値が比較される。その比較
の結果、両者が一致すれば、再発音する必要がないので
メインルーチン（図３）に戻り、一致しなければ、発音
すべきノートナンバーが変化したことになり、現在発音
中の音の消音が音源５に指示され（ステップS604）、そ
のあとステップS605で、新たなノートナンバーが格納さ
れた変数PIT に応じた新たな発音指示が行われる。

【００７６】以上の発音指示の後、図３のステップS309
→S302〜S304へ進み、STATUS FLAG＝0 の状態から、い
ままでと同様な動作が繰り返される。以上説明した実施
例では、波形の振幅値０の基準レベルに対して、正側の
波形部分（例えば、図２の波形ａ、ｂ、ｃ、d・・・）
について、それぞれの区分の時間とＡ／Ｄ変換値の最大
値を比較してピッチを抽出したが、本発明はこれに限ら
れることなく、負側の波形部分を用いてもまったく同様
ピッチ抽出動作を行うことができる。

【００７７】さらに、基準レベルに対して正側と負側の
それぞれの波形について、並行して上述のピッチ抽出動
作を行い、それぞれの第３のカウンタCOUNT 3 の値が所
定の誤差を許容して一致した場合に、例えば２つのCOUN
T 3 の値の平均値を入力波形のピッチ周期として求めれ
ば、より精度の高いピッチ抽出が可能である。

【００７８】また、図６のノートオン／オフの処理で
は、発音中の楽音のピッチが変化した場合には、一度、
消音してから発音し直すような処理を行っているが、こ
の場合に、例えばエンベロープがそれほど変化してなけ
れば消音はせずに音高のみを変化させるように、図２の
音源５に対して指示を行うことも可能である。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、ゼロクロス点間の間隔
がほぼ等しく波形の山が相似であると判別される時点を
抽出することによって、倍音成分による影響に関わら
ず、入力波形のピッチを安定して抽出することが可能と
なる。この場合、特に、ゼロクロス点間の間隔だけでな
く、波形の山の高さに相当する振幅最大値も判定要素と
することで、より正確なピッチ抽出が可能となる。

【００８０】これにより、例えば倍音を含む歌声や楽音
などの音声波形から、その音高を示すピッチを確実に抽
出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。

【図２】入力音声信号の波形図である。

【図３】本実施例の動作フローチャート（その１）であ
る。

【図４】本実施例の動作フローチャート（その２）であ
る。

【図５】本実施例のエンベロープ検出に関する動作フロ
ーチャートである。

【図６】本実施例のノートオン／オフに関する動作フロ
ーチャートである。

【図７】本実施例の入力波形の最大値検出に関する動作
フローチャートである。

【符号の説明】

１ キャパシタ ２ Ａ／Ｄ変換器 ３ ＣＰＵ ４ ＲＡＭ ５ 音源 ６ Ｄ／Ａ変換器 ７ 増幅器 ８ スピーカ ９ ＲＯＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10L 11/00 - 21/06 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力波形が負又は正の第１の極性から他方
   の第２の極性へゼロクロスするゼロクロス点からつぎに
   前記第２の極性から前記第１の極性へゼロクロスするゼ
   ロクロス点までの間隔を第１の間隔として計測する第１
   の間隔計測手段と、該第１の間隔計測手段が前記第１の
   間隔の計測を行っている間の前記入力波形の各振幅の最
   大値を第１の振幅最大値として計測する第１の振幅最大
   値計測手段と、前記第１の間隔計測手段による計測の終
   了後、前記入力波形が前記第１の極性から前記第２の極
   性へゼロクロスするゼロクロス点からつぎに前記第２の
   極性から前記第１の極性へゼロクロスするゼロクロス点
   までのそれぞれの区間の間隔を第２の間隔として順次計
   測する第２の間隔計測手段と、該第２の間隔計測手段が
   前記各第２の間隔の計測を順次行っているそれぞれの区
   間において前記入力波形の各振幅の絶対値の最大値を第
   ２の振幅最大値値として順次計測する第２の振幅最大値
   計測手段と、前記第１の間隔計測手段による計測が開始
   されたゼロクロス点からの間隔を逐次計測する第３の間
   隔計測手段と、前記第２の計測手段が前記各第２の間隔
   の計測を開始した各時点において前記第３の間隔計測手
   段が計測している間隔を周期情報として順次更新しなが
   ら記憶する間隔記憶手段と、前記第１の間隔計測手段が
   計測した前記第１の間隔と前記第２の間隔計測手段が順
   次計測した前記各第２の間隔が所定の許容誤差範囲内で
   一致し、かつ前記第１の振幅最大値計測手段が計測した
   前記第１の振幅最大値と前記第２の振幅最大値計測手段
   が順次計測した前記各第２の振幅最大値が所定の許容誤
   差範囲内で一致したか否かを順次判定する判定手段と、
   該判定手段が前記一致を検出した時点で前記時間記憶手
   段に記憶されている前記周期情報を前記入力波形のピッ
   チ情報として出力し、その後、前記第１の間隔計測手段
   による計測処理から順に前記各処理を繰り返させること
   により前記入力波形からピッチ情報を順次抽出する繰り
   返し制御手段と、を有することを特徴とするピッチ抽出
   装置。
2. 【請求項２】前記判定手段が前記一致を検出しなかった
   時点において、前記第３の間隔計測手段が計測している
   間隔が予め設定された最低音のピッチ周期に対応する間
   隔を越えたか否かを判定し、越えたと判定した場合に、
   前記第１の間隔計測手段による計測処理から前記各処理
   をやり直させる制限手段を、更に有することを特徴とす
   る請求項１に記載のピッチ抽出装置。