JPH02114300A - ピッチ抽出用フィルタおよびピッチ抽出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、各種楽音及び音声等の音響信号のピッチを抽
出するピッチ抽出用フィルタおよびピッチ抽出装置に関
するものである。

従来の技術 近年、デジタル技術の進歩にともない、各種ピッチ抽出
技術が開発されており、時間波形の自己相関を求める技
術やケプストラム技術等があるが演算量の軽減、或は高
速処理を目的とした技術として極性反転検出によるピッ
チ抽出技術が考えられている。

以下、図面を参照しながら上述のピッチ抽出装置につい
て説明する。

第７図は従来のピッチ抽出装置の構成を示すものである
。

第７図において、３３は音響信号入力端子、３４はバイ
パスフィルタ、３５はローパスフィルタ、３θはアナロ
グの音響信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバ
ータ、３７はＡ／Ｄコンバータ３６から出力されるデジ
タルデータの極性反転を検出して極性反転検出信号を出
力する極性反転検出部、３８は極性反転検出部３７から
出力された極性反転検出信号に従ってピッチ周期の計時
の開始、或は終了を指示する計時指示信号を出力する制
御部、３９は計時指示信号に従ってデジタルデータのピ
ッチ周期を計時する計時部、４０は出力端子である。

以上のように構成されたピッチ抽出装置について、以下
その動作について説明する。

マイクロホン等から音響信号入力端子３３に入力される
音響信号はバイパスフィルタ３４によって直流分を除去
された後に、ローパスフィルタ３５を通過することによ
ってサンプリング定理を溝足するアンチエイリアジング
フィルタリングが為され、Ａ／Ｄコンバータ３Ｂによっ
て順次アナログデジタル変換されてデジタルデータとな
る。

次に、極性反転検出部３７はＡ／Ｄコンバータ３６から
順次出力されるデジタルデータの極性反転を検出した後
極性反転検出信号を制御部３８へ出力する。制御部３８
は、極性反転検出信号に従ってピッチ周期の計時の開始
、或は終了を指示する計時指示信号を計時部３９に出力
する。ここで制御部３８から計時開始を指示する計時指
示信号が出力されると計時部３９はデジタルデータのサ
ンプル個数のカウント、即ちピッチ周期の計時を開始す
る。更に計時終了を指示する計時指示信号が制御部３８
から出力されると計時部３９はそれまでのサンプル個数
、即ち計時結果をピッチ周期として制御部３８に出力し
た後、計時結果をリセットする。以上の操作を極性反転
検出部３７の極性反転検出信号に従って繰り返すことに
よりＡ／Ｄコンバータ３８から順次出力されるデジタル
データのピッチ周期を得ることとなる。

尚、ピッチ周期Ｎｉ個をいわゆるピッチＦｉ［Ｈｚｌに
変換するにはサンプリング周波数Ｆｓ［■２］を用いて
、 Ｆｉ［Ｈｚｌ　　＝　　Ｆｓ／Ｎｉ　　　　　　・・・
（１）として求めることができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では、音響入力信号の
高調波成分の大きさにより音響信号の基本周期以外の周
期を誤ってピッチとして検出するばかりか、（１）式か
ら明らかなようにサンプリング周波数によって得られる
ピッチ周期の精度が変わってしまう。また、精度を上げ
・るためにはサンプリング周波数を高くしなければなら
ず、従って高速な演算処理が必要となり高価な装置にな
るという問題があった。

本発明は上記ｔｊＪ題点に鑑みて、高速演算処理を必要
とせず、かつ簡単な構成で音響入力信号の含有する高調
波成分の影響を受けにくいピッチ抽出を行うことによっ
て精度の高いピッチ抽出装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明のピッチ抽出装置は
、ローパスフィルタとＡＧＣ回路により音響入力信号の
高調波を減衰させると共に、信号のレベルを一定にする
ことにより音響入力信号の高調波成分を減衰させ基本波
を強調するピッチ抽出用フィルタと、上記ピッチ抽出用
フィルタの出力信号のゼロクロス点を検出するゼロクロ
ス検出回路と、上記ゼロクロス点の各々の時間間隔を検
出し、過去に検出した時間間隔との比較において、略等
しい結果を得たとき、最新のゼロクロス点から略等しい
時間間隔を得た過去のセロクロス点までの時間間隔をピ
ッチ周期とするものである。

作用 上記構成によれば、音響入力信号はローパスフィルタに
より高調波が減衰すると共に、ＡＧＣ回路により高調波
が減衰し基本波が強調された信号の振幅はほぼ一定とな
る。この信号が上記と同様にローパスフィルタ、ＡＧＣ
回路を順次通過することにより更に高調波が減衰する。

高調波が減衰しほぼ基本波のみとなったほぼ一定振幅の
信号はゼロクロス検出回路によりゼロクロス点が検出さ
れる。このゼロクロス点間の時間間隔はピッチ周期に対
応しているが、過去のゼロクロス点間の時間間隔と比較
し、略等しいときのみ最新のゼロクロス点から略等しい
時間間隔を得た過去のゼロクロス点までの時間間隔をピ
ッチ周期とすることにより、音響入力信号の高調波成分
によるピッチ抽出誤差がなく精度のよいピッチ抽出が出
来る。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例におけるローパスフィルタ
とＡＧＣ回路を接続したフィルタブロックの構成を示し
、第２図は第１図に示すフィルタブロックの各部動作波
形である。

第１図において、ローパスフィルタ２は音響入力信号の
周波数帯域内においてローパス特性を持つものであり、
第２図（ａ）に示す音響入力信号が音響入力端子１に加
えられローパスフィルタ２を通過すると第２図（ｂ）に
示すような高調波成分が減衰した波形となる。

第１図のピーク検出回路３に第２図（ｂ）に示す波形が
入力されると第２図（Ｃ）に示す波形が得られる。第１
図のＶＣＡ４は電圧制御増幅器であり制御電圧により増
幅度が変わり入力信号が第２図（ｂ）、制御電圧が第２
図（ｃ）に示す信号であれば第２図（ｄ）に示す信号が
得られ、ピーク検出回路３とＶＣＡ４はＡＧＣを構成し
ていることがわかる。

第１図のフィルタブロックにおいてピーク検出回路３と
ＶＣＡ４はＡＧＣ６を構成しており、音響入力信号の広
箱なレベルの変化に対して出力はほぼ一定の信号振幅を
得ることが出来る。このＡＧＣ８の入力にローパスフィ
ルタ２の出力を加えるならば音響入力信号の高調波成分
が減衰したほぼ一定振幅の信号が得られる。

第３図は、本発明の一実施例におけるピッチ抽出用フィ
ルタの構成図を示し、第１図に示すフィルタブロックを
従続接続することにより更に音響入力信号の高調波を減
衰させ音響入力信号の基本波すなわちピッチを抽出する
ことが出来るものである。第３図においてフィルタ８及
び１０は第１図のフィルタ２と同様のものであり、ＡＧ
Ｃ９及び１１は第１図のＡＧＣ６と同様のものである。

第４図は本発明のピッチ抽出装置の一実施例を示す構成
図であり、フィルタ１４は第３図に示すピッチ抽出用フ
ィルタであり、音響入力信号から基本波すなわちピッチ
を抽出する。ゼロクロス検出回路１５はフィルタ１４で
抽出された基本波を入力とし、入力された基本波の＋か
ら−あるいは−から十へのゼロクロス点でパルスを出力
しＣＰＵ１８に割り込みをかける。レベル検出回路１６
は音響入力信号のピーク値あるいは実効値を検出する。

Ａ／Ｄコンバータ１７はレベル検出回路１６により検出
された音響入力信号のレベル検出結果をディジタルデー
タに変換し、ＣＰＵ１８に変換結果を送出する。

ＣＰＵ１８は第５図メインフロー及び第６図割り込み処
理に示すフローチャートに基づいた動作をする。すなわ
ちＣＰＵ１８は第５図メインフローの動作開始直後、ス
テップ２１においてカウンタ１９及びメモリ（図示せず
）を初期化する。続いて、ステップ２２においてＡ／Ｄ
コンバータによりディジタルデータに変換された音響入
力信号のレベルデータを読み込む。音響入力信号のレベ
ルが任意の値を越え、サウンドシステム２０において発
音させるべきか否かをステップ２３において判断する。

Ａ／Ｄフンバータ１７から読み込んだ音響入力信号のレ
ベルデータが任意の値を越えず、サウンドシステム２０
が発音中である場合はステップ２４において、消音の命
令をサウンドシステム２０に送出する。また、Ａ／Ｄコ
ンバータ１７から読み込んだ音響入力信号のレベルデー
タが任意の値を越えた場合は、ステップ２５においてピ
ッチが検出されたか否か（後述の割り込み処理において
ピッチが検出されたならばピッチ検出フラグが１となる
）を判断し、ピッチが検出されていなければステップ２
２に処理を戻し、ピッチが検出されていればステップ２
６においてピッチを周波数データに変換し、サウンドシ
ステム２０が発音中であれば上記周波数データをサウン
ドシステム２０に送出し、サウンドシステム２０が消音
中であれば上記周波数データと共に発音の命令をサウン
ドシステム２０に送出する。その後ＣＰＵ１８は処理を
ステップ２２に戻す。

一方、ゼロクロス検出回路１５からゼロクロス検出パル
スが出力された場合、ＣＰＵ１８は第５図に示すメイン
フローから第６図に示す割り込み処理に処理を移しステ
ップ２７においてカウンタ１９からカウント値を読み込
み、過去のカウント値との減算によりゼロクロス検出回
路１５により検出されたゼロクロス間の時間間隔値を算
出しメモリ（図示せず）に格納した後、ステップ２８に
おいてピッチ検出フラグをリセット（ピッチ検出フラグ
二〇）する。上記ステップ２７において算出されたゼロ
クロス間の時間間隔値はステップ２９においてメモリ（
図示せず）から順次読み出した過去の時間間隔値と比較
される。比較結果が略等しいか否かがステップ３０にお
いて判断され任意の数の過去の時間間隔値に略等しい時
間間隔値が無い場合は割り込み処理を終了し処理をメイ
ンフローに戻す。略等しい時間間隔値がある場合は、ス
テップ３１において比較の対象となった過去の時間間隔
値の累積加算を行いこれを音響入力信号のピッチ周期と
し、ステップ３２でピッチ検出フラグを１にセットした
後処理をメインフローに戻す。

つまり、割り込み処理においてはピッチ周期を求めると
共に、ゼロクロス検出回路１５においてピッチ周期とは
異なるゼロクロス点が検出された場合も過去のゼロクロ
ス間の時間間隔値との比較によりピッチの誤抽出を防ぐ
ことが出来る。

発明の効果 本発明によれば、音響入力信号はフィルタとＡＧＣによ
り高調波が除去され基本波が強調されると共に、信号レ
ベルが一定に保たれることからゼロクロス検出により音
響入力信号の基本波の周期（ピッチ）が誤りなく検出で
きるのみならず、過去のゼロクロス間の時間間隔との比
較により更に精度のよいピッチの検出が簡単な構成で実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例におけるピッチ抽出用フィ
ルタ９のブロック図、第２図は第１図に示すフィルタブ
ロックの各部の動作波形図、第３図は本発明の一実施例
におけるピッチ抽出用フィルタのブロック図、第４図は
本発明の一実施例におけるピッチ抽出装置のブロック図
、第５図はＣＰＵのメインフローチャート図、第６図は
ゼロクロス検出時の割り込み処理フローチャート図、第
７図は従来技術におけるピッチ抽出装置のブロック図で
ある。 １、　７．　１３・・・音響入力端子、　　２．　８．
　１０・・・ローパスフィルタ、　　３・・・ピーク検
出回路、４・・・ＶＣＡ　（電圧制御増幅器）、　　５
．１２・・・出力端子、　　６．９．１１・・・ＡＧＣ
ｌ　　１４・・・ピッチ検出用フィルタ、　　１５・・
・ゼロクロス検出回路、１６・・・レベル検出回路、　
　１７・・・Ａ／Ｄコンバータ、　　１８・・・ＣＰＵ
、　　　１９・・・カウンタ、２０・・・サウンドシス
テム、　　３３・・・音響入力端子、３４・・・バイパ
スフィルタ、　　３５・・・ローパスフィルタ、　　３
６・・・Ａ／Ｄコンバータ、　　３７・・・極性反転検
出部、　　３８・・・制御部、　　３９・・・計時部、
４０・・・出力端子。 代理人の氏名　弁理士　粟野　重孝　はか１名第 図 フＡ７１／タブロヅク 乙 第 図 ｒ！ノ 第 図 第 図 第 図 １λ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号の高域周波数成分を減衰させるローパス
   フィルタと、上記ローパスフィルタの出力波形の最大値
   を検出する最大値検出手段と、上記ローパスフィルタの
   出力波形を入力とし上記最大値検出手段の出力により増
   幅度を制御する電圧制御増幅手段を具備したことを特徴
   とするピッチ抽出用フィルタ。
2. （２）入力信号の高域周波数成分を減衰させるローパス
   フィルタと上記ローパスフィルタの出力信号を入力とし
   出力信号の振幅を一定にするＡＧＣ回路を複数具備しロ
   ーパスフィルタとＡＧＣ回路を交互に従続接続したこと
   を特徴とするピッチ抽出用フィルタ。
3. （３）入力信号の高域周波数成分を減衰させる複数のロ
   ーパスフィルタと上記ローパスフィルタの出力信号を入
   力とし出力信号の振幅を一定にする複数のＡＧＣ回路が
   交互に従続接続されたピッチ抽出用フィルタと、上記ピ
   ッチ抽出用フィルタの出力信号のゼロクロス点を検出す
   るゼロクロス検出制御と、上記ゼロクロス点の各々の時
   間間隔を検出することにより入力信号のピッチを検出す
   るピッチ検出手段とを具備したことを特徴とするピッチ
   抽出装置。