JP3379348B2 - ピッチ変換器 - Google Patents

ピッチ変換器

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、音声信号のピッ
チ変換に用いられるピッチ変換器に関する。 【0002】 【従来の技術】音声信号を取り扱う分野では、音声信号
のピッチを上下させるピッチ変換器がよく用いられる。
例えば近年のカラオケ装置には、このようなピッチ変換
器を利用することにより、マイクロホンを介して入力さ
れる歌唱音声のピッチを変更し、当該歌唱音声とともに
協和音を構成するハーモニー音を生成する機能を備えた
ものが多い。 【0003】従来、このようなピッチ変換器として、処
理対象たる音声波形を時間軸方向に伸縮してピッチ変換
を行うものと、音声波形から音素波形を切り出して再合
成することによりピッチ変換を行うものの2種類があっ
た。以下、これらのピッチ変換器の概要を説明する。 【0004】A.音声波形を時間軸方向に伸縮してピッ
チ変換を行うピッチ変換器 図2はこのピッチ変換器の一構成例を示すものである。
このピッチ変換器は、図示のように、メモリ1と、乗算
器2および3と、加算器4により構成されている。 【0005】このピッチ変換器には、処理対象である音
声波形の時系列サンプルデータが一定のサンプルレート
で供給され、このようにして供給されるサンプルデータ
がメモリ1に順次書き込まれてゆく。そして、このサン
プルデータの書込みと並行し、既に書き込まれたサンプ
ルデータの読み出しが行われる。ここで、サンプルデー
タの読み出しは、書込み速度に対し、所望のピッチ変換
比(変換前の音声波形のピッチに対する変換後の音声波
形のピッチの比)を乗じた速度で行われる。従って、元
の音声波形を上記ピッチ変換比に従って時間軸方向に圧
縮あるいは伸張した音声波形を表すサンプルデータがメ
モリ1から読み出されることとなる。このピッチ変換器
は、基本的にはこのような原理に基づいて音声波形のピ
ッチ変換を行うものである。 【0006】ところで、処理対象である音声波形の持続
時間は比較的長時間に及び、その時系列サンプルデータ
は一般的に膨大なデータ長を有している。このため、メ
モリ1をリングバッファとして使用する方法、すなわ
ち、メモリ1内の記憶エリアに対しサンプルデータを巡
回的に繰り返し書込み、この書込み動作を追いかける形
でサンプルデータを順次取り出す方法を採るのが一般的
である。 【0007】ところが、ピッチ変換の動作においては、
書込み速度と異なった読み出し速度でサンプルデータの
読み出しが行われるため、書込みアドレスと読み出しア
ドレスのずれが次第に大きくなってゆく。そして、サン
プルデータの書込みおよび読み出しを行う期間が一定限
度を越えて長引くと、あるサンプルデータをメモリ1か
ら読み出そうとしても、その時点では当該サンプルデー
タが別のサンプルデータによって既に書き換えられてし
まっており、読み出すことができないという状態が生じ
てしまうこととなる。 【0008】このような不都合を回避するため、図2に
示すピッチ変換器においては、一定周期毎に読み出しア
ドレスを書込みアドレスに一致させるアドレス制御を行
い、このアドレス制御の下でメモリ1内のサンプルデー
タの読み出しを行っている。ここで、図3を参照し、こ
の動作について説明する。 【0009】まず、図3(a)はメモリ1に書き込まれ
たサンプルデータに対応した入力音声波形を示してい
る。そして、図3(b)に示す波形W1は、上記アドレ
ス制御の下でメモリ1から読み出されるサンプルデータ
に対応した音声波形を示している。この例では、元の音
声波形のサンプルデータ(図3(a)参照)が書込み時
よりも遅い速度でメモリ1から読み出され、元の音声波
形を時間軸方向に引き延ばしたもののサンプルデータ
(図3(b)参照)がメモリ1から読み出される様子が
示されている。そして、図3(a)における区間A1
各サンプルデータは図3(b)における区間A1’の各
サンプルデータに対応している。この例では、区間A1
に対応したサンプルデータの読み出しが行われた時点で
読み出しアドレスを書込みアドレスに一致させる制御が
行われ(※印)、次の区間A2に対応したサンプルデー
タの書込みおよび読み出しが行われている。 【0010】ところで、このように読み出しアドレスを
書込みアドレスに一致させる制御が周期的に行われる
と、この制御が行われた時点でメモリ1から読み出され
る音声波形に不連続点が発生してしまう。そこで、図2
に示すピッチ変換器では、以下説明する方法により、不
連続点の目立たない滑らかな音声波形のサンプルデータ
を生成している。 【0011】まず、図2に示すピッチ変換器において
は、上記サンプルデータの読み出しと並行し、さらにサ
ンプルデータの読み出しが行われる。このサンプルデー
タの読み出しにおいては、上記のアドレス制御の場合よ
りも半周期相当ずれたタイミングで読み出しアドレスを
書込みアドレスに一致させる制御が繰り返される(※
印)。図3(c)に示す波形W2は、このようにしてメ
モリ1から読み出されるサンプルデータに対応した音声
波形を示すものである。 【0012】このようにして相互に半周期ずれたタイミ
ングで不連続点が現れる音声波形W1およびW2の各サン
プルデータがメモリ1から並行して読み出され、乗算器
2および3に供給される。そして、各乗算器2および3
よって各サンプルデータに乗算係数が各々乗じられ、各
乗算結果が加算器4によって加算され、最終的なサンプ
ルデータとして出力される。この際、不連続点の近傍の
サンプルデータに対しては0が乗算されるように、乗算
器2および3の各乗算係数を連続的かつ滑らかに変化さ
せる制御が行われる。いわゆるクロスフェードである。
この動作により所望のピッチを有し、かつ、不連続点の
目立たない音声波形のサンプルデータが得られる。 【0013】B.音声波形から音素波形を切り出して再
合成するピッチ変換器 図4はこのピッチ変換器の構成例を示すものである。こ
のピッチ変換器は、波形切り出し部11と再合成部12
により構成されている。 【0014】処理対象たる音声波形の時系列サンプルデ
ータは、波形切り出し部11に取り込まれ、音素波形の
サンプルデータが切り出される。この音素波形のサンプ
ルデータの切り出しは、例えば音声波形のピッチを検出
し、その2ピッチ周期分の長さのハニングウィンドウを
音声波形をサンプルデータ列に乗じるという処理により
行うことができる。 【0015】このようにして得られた音素波形のサンプ
ルデータ列が、再合成部12により繰り返し出力され
る。この音素波形のサンプルデータ列の出力は、元の音
声波形のピッチに対し、要求されるピッチ変換比の逆数
を乗じたピッチ周期で行われる。これにより、ピッチ変
換のなされた音声波形のサンプルデータが得られる。 【0016】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した2
種類のピッチ変換器のうち音声波形を時間軸方向に伸縮
してピッチ変換を行うピッチ変換器によれば、音声波形
のフォルマント周波数がピッチと同じ比率で増減されて
しまうため、音声波形の声質まで変更されることとな
る。一方、音声波形から音素波形を切り出して再合成す
るピッチ変換器は、音声波形のフォルマントは変化せ
ず、ピッチのみが変更される。 【0017】この発明は、以上説明したピッチ変換器の
特徴を活かし、音声波形に対し、フォルマントの変更お
よびピッチの変更を独立に加えることができるピッチ変
換器を提供することを目的としている。 【0018】 【課題を解決するための手段】この発明は、音声波形か
ら音素波形を切り出し、この音素波形を第1の制御信号
に対応した周期で繰り返し出力する第1のピッチ変換手
段と、前記第1のピッチ変換手段の入力側または出力側
に接続される手段であって、音声波形を第2の制御信号
に対応した比率で時間軸方向に伸縮して出力する第2の
ピッチ変換手段と、所望のピッチ変換比S0、所望のフ
ォルマント周波数の変換比F0が入力された場合に、前
記第2の制御信号として前記変換比F0を前記第2のピ
ッチ変換手段に与え、前記第1の制御信号としてS0/
F0に対応した周期での出力を指示する信号を前記第1
のピッチ変換手段に与える制御手段とを具備することを
特徴とするピッチ変換器を要旨とする。 【0019】 【発明の実施の形態】以下、本発明を更に理解しやすく
するため、実施の形態について説明する。かかる実施の
形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を
限定するものではなく、本発明の範囲で任意に変更可能
である。 【0020】図1はこの発明の一実施形態であるピッチ
変換器の構成を示すブロック図である。このピッチ変換
器は、図示のように、カスケード接続された第1のピッ
チ変換部10および第2のピッチ変換部20と、これら
のピッチ変換部を制御するコントローラ30とにより構
成されている。 【0021】ここで、第1のピッチ変換部10は、音声
波形から音素波形を切り出して再合成することによりピ
ッチ変換を行う手段であり、既に図4を参照して説明し
たものと同じ構成を有している。また、第2のピッチ変
換部20は、音声波形を時間軸方向に伸縮してピッチ変
換を行う手段であり、既に図2を参照して説明したもの
と同じ構成を有している。入力端子31から入力される
音声波形のサンプルデータは、これらの第1のピッチ変
換部10および第2のピッチ変換部20により、2段階
に分けてピッチ変換が施され、出力端子32から出力さ
れる。 【0022】コントローラ30には、図示しない操作手
段の操作により、ピッチ変換比S0とフォルマント周波
数の変換比(変換前の音声波形のフォルマント周波数に
対する変換後の音声波形のフォルマント周波数の比)F
0が与えられる。コントローラ30は、これらの情報に
基づいてピッチ変換比S1およびS2を演算し、各々を第
1のピッチ変換部10および第2のピッチ変換部20に
供給する。さらに詳述すると次の通りである。 【0023】まず、第2のピッチ変換部20によるピッ
チ変換においては、ピッチ変換比と同じ比率でフォルマ
ント周波数の変換が行われる。従って、コントローラ3
0は、操作手段から与えられたフォルマント周波数の変
換比F0と同じ値のピッチ変換比S2を第2のピッチ変換
部20に供給する。 【0024】次にこのピッチ変換器全体としてのピッチ
変換比をS0とするため、このピッチ変換比S0を第2の
ピッチ変換部20へ供給したピッチ変換比S2で除算
し、その除算結果S0/S2と同じ値のピッチ変換比S1
を第1のピッチ変換器10へ送る。 【0025】この結果、入力端子31から入力される音
声波形のサンプルデータは、第1のピッチ変換器10に
より、現状のフォルマントを維持したままS1倍のピッ
チに変換される。そして、この第1のピッチ変換器10
から得られる音声波形のサンプルデータに対し、第2の
ピッチ変換器20によるピッチ変換が行われ、ピッチお
よびフォルマント周波数の両方がS2倍に変更される。
これにより元の音声波形のS0倍のピッチを有し、か
つ、フォルマント周波数が元のF0倍に変更された音声
波形のサンプルデータが出力端子32へ出力される。 【0026】このように本実施形態においては、フォル
マントを維持したままピッチの変換のみを行う第1のピ
ッチ変換部10と、フォルマントとピッチの両方を変更
する第2のピッチ変換部20とにより、2段階に分けて
ピッチ変換を行うので、入力音声波形に対し、ピッチの
変更とフォルマントの変更を独立に加えることができ
る。 【0027】なお、以上説明した実施形態では、第1の
ピッチ変換部10を前段に、第2のピッチ変換部20を
後段に配置したが、これとは逆に、第2のピッチ変換部
20を前段に、第1のピッチ変換部10を後段に配置し
てもよい。 【0028】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によるピ
ッチ変換器によれば、音声波形に対し、フォルマントの
変更およびピッチの変更を独立に加えることができると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】 【図1】 この発明の一実施形態であるピッチ変換器の
構成を示すブロック図である。 【図2】 従来のピッチ変換器の構成例を示すブロック
図である。 【図3】 同ピッチ変換器の動作を示す波形図である。 【図4】 従来のピッチ変換器の他の構成例を示すブロ
ック図である。 【符号の説明】 10……第1のピッチ変換部、20……第2のピッチ変
換部、30……コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−305392(JP,A) 特開 平7−160256(JP,A) 特開 昭59−201099(JP,A) 特開 平9−258777(JP,A) 特開 平10−74096(JP,A) 特表 平3−501896(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10L 21/04 G10H 1/043

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 音声波形から音素波形を切り出し、この
    音素波形を第1の制御信号に対応した周期で繰り返し出
    力する第1のピッチ変換手段と、 前記第1のピッチ変換手段の入力側または出力側に接続
    される手段であって、音声波形を第2の制御信号に対応
    した比率で時間軸方向に伸縮して出力する第2のピッチ
    変換手段と、所望のピッチ変換比S0、所望のフォルマント周波数の
    変換比F0が入力された場合に、前記第2の制御信号と
    して前記変換比F0を前記第2のピッチ変換手段に与
    え、前記第1の制御信号としてS0/F0に対応した周
    期での出力を指示する信号を前記第1のピッチ変換手段
    に与える 制御手段とを具備することを特徴とするピッチ
    変換器。
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