JPH05241597A - ピッチ周期抽出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、例えば楽音や音声等からピッチ周期
を抽出するピッチ周期抽出方法に関し、低い周波数帯域
でのピッチ周期の精度を低下させることなく、全周波数
帯域において同じ精度でピッチ周期を抽出することので
きるピッチ周期抽出方法を提供することを目的とする。 【構成】デジタル化された楽音信号を第１の所定区間で
区切り、該第１の所定区間内において時間差を変数とし
て自己相関関数を演算し、該自己相関関数が最大となる
時間差をピッチ周期として抽出するピッチ周期抽出方法
において、前記第１の所定区間に引き続く第２の所定区
間のデジタル化された楽音信号を用意しておき、１つの
時間差に対応する自己相関関数の演算は、前記第１及び
第２の所定区間中の一定区間を対象とし、前記変数たる
時間差の変動に伴い、演算対象たるべき前記一定区間
を、前記第１及び第２の所定区間内で移動させながら自
己相関関数の演算を行うように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば楽音や音声等か
らピッチ周期を抽出するピッチ周期抽出方法に関する。

【０００２】近年、生の楽音又は振動からピッチ周期を
抽出し、デジタル音源に送ったりＭＩＤＩ信号として外
部装置に出力する機能を有する、例えばシンセサイザー
ギター等の電子楽器が知られている。

【０００３】かかる楽音や振動のピッチ周期抽出手法と
しては、自己相関関数を用いた自己相関法が知られてい
るが、該方法により得られたピッチ周期は精度が悪いの
で改善が望まれている。

【０００４】

【従来の技術】従来の自己相関法においては、入力され
た楽音波形をデジタル化し、所定の前処理を施したもの
を適当な区間で区切り、該区間内で時間差を変数として
各時間差に対する自己相関関数を計算する。そして、計
算された自己相関関数が最大となるときの時間差を求
め、この時間差をピッチ周期とするとともに、このピッ
チ周期の逆数をピッチ周波数として検出する。

【０００５】なお、自己相関法を用いたピッチ周波数検
出方法の一例については、例えば特開昭６２−２７００
００号公報に詳述してある。

【０００６】ここで、自己相関関数φ（ｄ）は、次式で
与えられる。 上式において、ｄは時間差、ｎは分析区間内のサンプル
番号、Ｘ（ｎ）、Ｘ（ｎ＋ｄ）は入力波形のサンプル値
（楽音信号）である。

【０００７】自己相関関数φ（ｄ）は、所定区間内のＮ
個のサンプリングされた楽音信号Ｘ（ｎ）（ｎ＝１、
…、Ｎ）において、楽音信号Ｘ（ｎ）と、当該楽音信号
Ｘ（ｎ）に対してサンプル番号をｄだけずらした楽音信
号、換言すれば時間差ｄの楽音信号Ｘ（ｎ＋ｄ）との累
積積和で求められる。

【０００８】しかしながら、上記（１）式からも明らか
なように、各時間差ｄについて自己相関関数を順次演算
する場合、時間差ｄが大きくなるに従って積和演算で加
算する加算個数（Ｎ−ｄ）が少なくなる。

【０００９】このことは、時間差ｄが大きくなる程、つ
まり、ピッチ周期を検出すべき楽音信号が低い周波数に
なる程、誤差が大きくなり、正確なピッチ周期を算出で
きないということを意味する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、かかる事
情に鑑みてなされたもので、低い周波数帯域でのピッチ
周期の精度を低下させることなく、全周波数帯域におい
て同じ精度でピッチ周期を抽出することのできるピッチ
周期抽出方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明のピッチ周期抽
出方法は、上記目的を達成するために、デジタル化され
た楽音信号を第１の所定区間で区切り、該第１の所定区
間内において時間差を変数として自己相関関数を演算
し、該自己相関関数が最大となる時間差をピッチ周期と
して抽出するピッチ周期抽出方法において、前記第１の
所定区間に引き続く第２の所定区間のデジタル化された
楽音信号を用意しておき、１つの時間差に対応する自己
相関関数の演算は、前記第１及び第２の所定区間中の一
定区間を対象とし、前記変数たる時間差の変動に伴い、
演算対象たるべき前記一定区間を、前記第１及び第２の
所定区間内で移動させながら自己相関関数の演算を行う
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明は、図１に原理的に示すように、予めデ
ジタル化された楽音信号のデータを第１、第２の所定区
間分だけ用意する。また、自己相関関数の演算におい
て、演算対象とする楽音信号データの区間は常に一定区
間とする。したがって、上記第１、第２の所定区間で規
定される楽音信号データは、上記一定区間の少なくとも
２倍を用意する。そして、自己相関関数の演算において
は、時間差を変動する度に、上記一定区間を上記第１及
び第２の所定区間内で移動させながら各時間差における
自己相関関数を演算する。

【００１３】これにより、各時間差にもとづいて行われ
る自己相関関数の演算回数は、全て同一回数となり、し
たがって、求められた自己相関関数の値は同一精度の値
となる。これにより、全周波数帯域において同じ精度で
ピッチ周期を抽出することができ、低い周波数でのピッ
チ周期の精度低下を防止できるものとなっている。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照しな
がら説明する。

【００１５】図２は、本発明に係るピッチ周期抽出方法
を適用するピッチ周期検出装置の要部の構成を概略的に
示すブロック図である。

【００１６】図において、１０は入力端子であり、種々
の楽器で発生された楽音や振動が電気信号に変換されて
供給されるものである。この入力端子１０に供給される
楽音信号はアナログ楽音信号である。この入力端子１０
から入力されたアナログ楽音信号はＡ／Ｄ変換器１１に
供給される。

【００１７】Ａ／Ｄ変換器１１は、入力されたアナログ
楽音信号を所定のサンプリングレートでサンプリング
し、デジタル楽音信号に変換するものである。このＡ／
Ｄ変換器１１の出力は前処理回路１２に供給される。

【００１８】前処理回路１２は、入力されたデジタル楽
音信号に所定の前処理を施すものである。この前処理回
路１２で所定の前処理が施されたデジタル楽音信号は、
メモリ１３及び１４に供給される。

【００１９】メモリ１３及び１４は、前処理回路１２か
ら供給されるデジタル楽音信号を、所定区間分（第１及
び第２の所定区間分）だけ記憶するものである。このメ
モリ１３及び１４には、それぞれ、後述するカウンタ１
８及びアドレス制御回路１９で生成されたアドレスが供
給され、読出／書込みの制御がなされるようになってい
る。このメモリ１３及び１４から読み出されたデジタル
楽音信号のデータは乗算累積回路１５に供給される。

【００２０】乗算累積回路１５は、上記メモリ１３の出
力とメモリ１４の出力とを乗算し、この乗算結果を内部
に備えたアキュムレータ（図示しない）に累積加算する
ものである。この乗算累積回路１５のアキュムレータに
記憶された内容は、１つの時間差ｄに対する積和演算が
終了した時点で最大値検出回路１６に送出される。

【００２１】最大値検出回路１６は、乗算累積回路１５
から送られてきた各時間差ｄに対応する自己相関関数値
を記憶するとともに、これら自己相関関数値の中から最
大値を検出する。この最大値検出回路１６で検出された
最大値は、出力端子１７に出力される。この出力端子１
７から出力される最大値がピッチ周期となる。

【００２２】また、１８はカウンタであり、メモリ１３
に与えるアドレス、及びアドレス制御回路１９を介して
メモリ１４に与える各アドレスを生成するものである。
このカウンタ１８のリセットパルス及びカウントクロッ
クは、後述する制御回路２０から与えられる。

【００２３】アドレス制御回路１９は、該装置が、メモ
リ１３、１４の書込みモードにあるときは、カウンタ１
８の出力をそのまま通過させてメモリ１４に供給する。
一方、読出モードにあるときは、カウンタ１８が出力す
るデータに制御回路２０が出力する制御信号ＳＩＧ１を
加算してメモリ１４に供給するものである。ここで、制
御信号ＳＩＧ１は、時間差ｄを表す信号である。

【００２４】制御回路２０は、上述したように、カウン
タ１８にリセットパルスやカウントクロックを供給し、
また、アドレス制御回路１９に制御信号ＳＩＧ１を供給
する。上記カウントクロックは、Ａ／Ｄ変換器１１の変
換速度に同期して出力されるものである。さらに、制御
回路２０は、乗算累積回路１５に対し累算を実行するタ
イミングを与えるパルスを供給し、また、最大値検出回
路１６に対し最大値を検出するタイミングを与えるパル
スを供給する。

【００２５】次いで、以上の構成において、本実施例の
動作を説明する。

【００２６】本発明は、基本的には、自己相関関数φ
（ｄ）を、下記式（２）に従って求めるものである。

【００２７】上式において、Ｐは定数であり、一定の演
算対象区間、つまり一定の積和演算の回数を規定するも
のである。

【００２８】自己相関関数φ（ｄ）は、一定区間内のＰ
個の楽音信号Ｘ（ｎ）（ｎ＝１、…、Ｐ）と、当該楽音
信号Ｘ（ｎ）に対してサンプル番号をｄだけずらした楽
音信号、換言すれば時間差ｄの楽音信号Ｘ（ｎ＋ｄ）
（ｎ＝１、…、Ｐ）との累積積和で求められる。

【００２９】この際、メモリ１４には、サンプル番号ｎ
をｄだけずらしてもＰ個の楽音信号が得られるだけの楽
音信号データが記憶される。

【００３０】次に、図３のフローチャートを参照しなが
ら、本実施例の動作につき説明する。

【００３１】先ず、自己相関関数の演算に先立って、メ
モリ１３、１４に楽音信号データを記憶する処理が行わ
れる。

【００３２】即ち、入力端子１０からアナログ楽音信号
が入力されると、該アナログ楽音信号は、Ａ／Ｄ変換器
１１において所定のサンプリングレートでサンプリング
され、デジタル楽音信号に変換される。

【００３３】このＡ／Ｄ変換器１１で変換されたデジタ
ル楽音信号は、前処理回路１２で所定の前処理が施さ
れ、メモリ１３及び１４に供給される。この際、制御回
路２０は、カウンタ１８にリセットパルスを供給して該
カウンタ１８の内容をクリアした後、カウントクロック
の供給を開始する。このカウンタ１８の出力は、書込み
アドレスとしてメモリ１３に供給される。

【００３４】一方、制御回路２０は、アドレス制御回路
１９に対し、カウンタ１８の出力をそのまま通過させる
べき制御信号を与える。これにより、カウンタ１８の出
力は、アドレス制御回路１９を通過し、書込みアドレス
としてメモリ１４に供給される。

【００３５】即ち、メモリ１３、１４にデータを書き込
む際は、同じアドレスがメモリ１３及び１４に供給され
る。したがって、メモリ１３とメモリ１４には同じ楽音
信号データが記憶されることになる。

【００３６】かかる書込み動作は、Ａ／Ｄ変換器１１の
変換速度に同期してインクリメントされる、カウンタ１
８の出力（アドレス）毎に行われる。また、カウンタ１
８がカウントする最大値は、少なくとも上記（２）式に
示す「ｄ＋Ｐ」の値で規定される。ここで、「ｄ≧Ｐ」
であることが必要であることから、メモリ１３及び１４
には、ゼロ番地から少なくとも「２Ｐ」番地までに、順
次同じ楽音信号データが記憶される。

【００３７】このようにして、メモリ１３、１４に所定
量の楽音信号データが記憶されると、制御回路２０、先
ず、時間差ｄをゼロに初期化する（ステップＳ１０）。
この時間差ｄの初期化は、制御回路２０からアドレス制
御回路１９に与える制御信号ＳＩＧ１をゼロに初期化す
ることに反映される。

【００３８】次いで、上記（２）式に示した自己相関関
数の演算が実行される（ステップＳ１１）。したがっ
て、最初は、メモリ１３とメモリ１４の同一番地から２
つの楽音信号データが読み出されて乗算累積回路１５に
与えられることにより、該乗算累積回路１５において乗
算され、制御回路２０からのタイミングパルスに応じて
内部に設けられたアキュムレータに累積加算される。

【００３９】この乗算及び累積加算は、サンプル値ｎ＝
１、２、…、ＰのＰ個について行われる。そして、Ｐ個
のデータに対する演算が終了すると、その演算結果を自
己相関関数値として最大値検出回路１６に送出する。最
大値検出回路１６では、送られてきた自己相関関数値を
一時記憶する。

【００４０】次いで、時間差ｄが時間差最大値ｄ_max よ
り大きくなったか否かが調べられる（ステップＳ１
２）。ここで、時間差最大値ｄ_max は、自己相関関数の
演算を行う範囲を規定する値であり、検出すべき周波数
帯域に応じて任意に定められるものである。

【００４１】このステップＳ１２で、時間差ｄが時間差
最大値ｄ_max より大きくないことが判断されると、時間
差ｄをインクリメントし（ステップＳ１３）、その後、
ステップＳ１１に戻る。これにより、制御回路２０から
アドレス制御回路１９に与える制御信号ＳＩＧ１が
「１」にされる。

【００４２】したがって、２回目のステップＳ１１の自
己相関関数の演算においては、メモリ１３は「０」番地
から、メモリ１４は「１」番地から楽音信号データの読
出が開始され、時間差ｄ＝１の自己相関関数値が算出さ
れることになる。

【００４３】以下、同様にして、ステップＳ１１〜Ｓ１
３の繰り返し実行により、各時間差ｄに対する自己相関
関数値が算出され、最大値検出回路１６内部に記憶され
る。そして、上記繰り返し実行の過程において、ステッ
プＳ１２で、時間差ｄが時間差最大値ｄ_max より大きく
なったことが判断されると、最大値検出処理が行われる
（ステップＳ１４）。

【００４４】即ち、制御回路２０が最大値検出回路１６
に対し、最大値検出を行うべきことを指示するタイミン
グパルスを与えることにより、最大値検出回路１６は、
記憶されている各時間差ｄに対する自己関数値を調べ、
その中から最大値を検出する。そして、該検出された最
大値に対応する時間差ｄを、抽出したピッチ周期として
出力端子１７から出力する。

【００４５】以上のように、上記実施例によれば、予め
デジタル化された楽音信号のデータを所定区間分（少な
くとも「２Ｐ」以上）だけ用意しておき、また、自己相
関関数の演算において、演算対象とする楽音信号データ
の区間は常に一定区間（ｎ＝１、２、…、Ｐ）とし、時
間差ｄを変動する度に、上記一定区間を上記所定区間内
で移動させながら各時間差における自己相関関数を演算
するようにしたので、各時間差ｄにつて行われる自己相
関関数の演算回数は、全て同一回数Ｐとなり、したがっ
て、求められた自己相関関数の値は同一精度の値とな
る。

【００４６】これにより、全周波数帯域において同じ精
度でピッチ周期を抽出することができ、低い周波数での
ピッチ周期の精度低下を防止できるものとなっている。

【００４７】なお、上記実施例では、自己相関関数とし
て、上記（２）式に示すものを用いたが、これに所定の
窓関数Ｗ（ｎ）を付加した下記（３）式に示す関数を用
いても良い。 これにより、さらに正確な自己相関関数値を得ることが
できる。

【００４８】また、図２において、楽音信号データを記
憶するメモリとして、２つのメモリ１３及び１４を用い
たが、２ポートメモリを使用することにより１つのメモ
リで構成することも可能である。この場合、ハードウエ
アを節減したピッチ周期検出回路を構成できるという利
点がある。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
低い周波数帯域でのピッチ周期の精度を低下させること
なく、全周波数帯域において同じ精度でピッチ周期を抽
出することのできるピッチ周期抽出方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピッチ周期抽出方法の原理を説明する
ための図である。

【図２】本発明に係るピッチ周期抽出方法を適用するピ
ッチ周期検出装置の実施例の構成を概略的に示すブロッ
ク図である。

【図３】本発明の実施例の動作を説明するためのフロー
チャートである。

【符号の説明】

１０ 入力端子 １１ Ａ／Ｄ変換器 １２ 前処理回路 １３、１４ メモリ １５ 乗算累積回路 １６ 最大値検出回路 １７ 出力端子 １８ カウンタ １９ アドレス制御回路 ２０ 制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタル化された楽音信号を第１の所定
   区間で区切り、該第１の所定区間内において時間差を変
   数として自己相関関数を演算し、該自己相関関数が最大
   となる時間差をピッチ周期として抽出するピッチ周期抽
   出方法において、 前記第１の所定区間に引き続く第２の所定区間のデジタ
   ル化された楽音信号を用意しておき、 １つの時間差に対応する自己相関関数の演算は、前記第
   １及び第２の所定区間中の一定区間を対象とし、前記変
   数たる時間差の変動に伴い、演算対象たるべき前記一定
   区間を、前記第１及び第２の所定区間内で移動させなが
   ら自己相関関数の演算を行うことを特徴とするピッチ周
   期抽出方法。