JPH0656319B2 - ピッチ抽出装置 - Google Patents

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
技術が提案されており、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４図は従来のピッチ抽出装置の構成を示すものであ
る。

第４図において、１はハイパスフィルタ(HPF)、２はロ
ーパスフィルタ(LPF)、３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変換部、４はＡ／Ｄ変換部
３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、５は極性
反転検出部４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、６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である。

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

マイクロホン等から入力される音響信号はハイパスフィ
ルタ１によって直流分を除去された後に、ローパスフィ
ルタ２を通過することによってサンプリング定理を満足
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変換部３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４はＡ／Ｄ変換部３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５へ出力する。制御部５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６に出力する。ここで制
御部５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６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５から出
力されると計時部６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５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４の
極性反転検出信号に従って繰り返すことによりＡ／Ｄ変
換部３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［Ｈｚ］に
変換するにはサンプリング周波数Ｆｓ［Ｈｚ］を用い
て、 Ｆｉ［Ｈｚ］＝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、(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ばかりか、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。更に、デジタルデータの極性反転のみ
を用いるため２次倍音等の高次高調波成分をピッチ周期
として誤抽出する場合があった。

本発明は上記問題点に鑑みて、高速演算処理を必要とせ
ず簡単な構成で、かつ高次高調波成分の影響の少ない精
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、
帯域制限された音響信号をデジタルデータに変換するＡ
／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部から出力されるデジタルデ
ータのうち少なくとも２つ以上のデータを一時記憶する
メモリ部と、Ａ／Ｄ変換部から出力されるデジタルデー
タの極大値或は極小値を検出して極値検出信号を出力す
る極値検出部と、極値検出信号に従ってデジタルデータ
の極性反転を検出し制御部にピッチ周期の計時を指示す
る計時指示信号を出力する極性反転検出部と、計時指示
信号に従ってピッチ周期の計時を開始、或は終了し、か
つメモリ部から極性反転したデジタルデータを読み出し
て補間する制御部とから構成される。

作用 この構成によって、帯域制限された音響信号はＡ／Ｄ変
換部によってデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換
部から出力されるデジタルデータは順次メモリ部、極値
検出部、及び極性反転検出部に送出される。

この時極値検出部は順次送出されるデジタルデータの極
大値或は極小値を検出する毎に極値検出信号を極性反転
検出部に出力する。極性反転検出部は、極値検出信号に
基づいて順次送出されるデジタルデータの極性反転を検
出してピッチ周期の計時を指示する計時指示信号を制御
部に出力し、その後デジタルデータは制御部によってサ
ンプル個数のカウント、即ちピッチ周期が計時されると
共に制御部は送出された計時指示信号に従ってメモリ部
から極性反転した少なくとも２つ以上のデジタルデータ
を読み出し、零交差点を補間演算によって算出し、この
結果と計時結果の加算値をピッチ周期として出力する。
以上の動作を繰り返すことによって、順次検出されたピ
ッチ周期が制御部から出力されることとなる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照とながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例におけるピッチ抽出装置のブ
ロック図を示すものである。

第１図において、７はメモリ部、８は極値検出部、１０
は制御部である。尚、１はハイパスフィルタ、２はロー
パスフィルタ、３はＡ／Ｄ変換部でこれらは従来の構成
と同じものである。

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。

まず、ハイパスフィルタ(HPF)１に入力された音響信号
はピッチ周波数よりもかなり低域周波数成分（たとえば
５０［Ｈｚ］以下）を除去する高域通過フィルタリング
を実施された後に、ローパスフィルタ(LPF)２へ出力さ
れる。ローパスフィルタ２に入力された高域通過フィル
タリング後の音響信号は、いわゆるサンプリング定理を
満足するようにサンプリング周波数Ｆｓ［Ｈｚ］に対し
てＦｓ／２［Ｈｚ］以下しか通過させないように低域フ
ィルタリングをする。尚、本実施例においては、Ｆｃ＜
＜Ｆｓ／２なるカットオフ周波数を持つ低域通過フィル
タリングを実施することにより高域周波数成分の影響を
除去する方が望ましい。

ハイパスフィルタ１及びローパスフィルタ２を通過した
音響信号は、帯域制限された音響信号として、Ａ／Ｄ変
換部３によりＦｓ［Ｈｚ］のサンプリング周波数によっ
てＡ／Ｄ変換されたデジタルデータとなる。Ａ／Ｄ変換
部３から出力されるデジタルデータは例えば第３図に示
すようなものであり、メモリ部７、極値検出部８、及び
極性反転検出部９に順次出力される。

ここで第３図ｄに示す区間が概ピッチであり、第３図ｆ
の区間はホルマントの影響を受け易いことが一般に知ら
れている。従って第３図ｆの区間は音韻によって様々に
変化するため非常に不安定でありピッチ誤抽出の大きな
原因と考えられる。このため極値検出部８は第３図ｅの
区間のみを検出するために、予め定められた閾値以上の
データについて、或は直前に検出した極値の例えば７０
％以上の値のデータについて順次入力されるデジタルデ
ータの極第値或は極小値を検出した後、極性反転検出部
９に極値検出信号を出力する。

次に、極値検出信号が出力されると極性反転検出部９は
順次入力されるデジタルデータの極性の反転を検出し制
御部１０にピッチ周期の計時を指示する計時指示信号を
出力する。

この時制御部１０は、仮に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既に開始してい
なければ順次入力されるデジタルデータのサンプル個数
のカウントを開始すると共に、メモリ部７から極性反転
した例えば第２図（ａ）のような２つのデジタルデータ
Ｙ０１，Ｙ１１を読みだし、（２）式に示すような補間
式によって零交差点Ｎ０１を算出する。

Ｎ０１＝Ｙ１１／（Ｙ１１＋｜Ｙ０１｜）………（２） 或はピッチ周期の計時を既に開始していればデジタルデ
ータのカウントを終了し、かつメモリ部７から極性反転
した例えば第２図（ｂ）の様な２つのデジタルデータＹ
０２，Ｙ１２を読みだし、（３）式に示すような補間式
によって零交差点Ｎ０２を算出する。

Ｎ０２＝｜Ｙ０２｜／（Ｙ１２＋｜Ｙ０２｜）………
（３） 更に、制御部１０はカウントを終了するとそのカウント
値即ち第２図（ｃ）に示すようなサンプル個数Ｎ，Ｎ０
１，及びＮ０２をそれぞれ加算した後、カウント値を零
にリセットすると共に加算結果をピッチ周期として出力
する。

尚、ピッチ周期を時間値とした時には、検出値に対して
１／Ｆｓを乗ずれば良く、又、ピッチ周波数としたい時
には、Ｆｓを検出値で割れば良い。

又、以上において、制御部１０における補間式に関し
て、（２）式、即ちデジタルデータが正の値から負の値
に極性反転するときを計時開始として、述べてきたが、
デジタルデータが正から負への極性反転する時を計時開
始としても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。更に、本実施例では極性反転する２つのデジタルデ
ータの零交差点を直線補間によって得たが、曲線補間等
の関数近似でも構わない。

以上のように本実施例によれば、極値検出部８によって
検出したデジタルデータの極値の直後の極性反転を極性
反転検出部９によって検出し、制御部１０によって極性
反転する２つのデジタルデータを用いて零交差点を算出
するようにしたのでサンプリング周波数によって抽出精
度にばらつきを生じさせることなく精度の高いピッチを
抽出することができる。

発明の効果 本発明は、帯域制限された音響信号をＡ／Ｄ変換部によ
り変換したデジタルデータの極大値或は極小値を極値検
出部によって検出し、極値を検出した直後の極性反転を
極性反転検出部によって検出し出力する計時指示信号に
同期して順次入力されるデジタルデータのサンプル個数
を制御部によってカウントしてピッチの概周期を求める
と共に、概周期の両端における極性反転した少なくとも
２つ以上のデジタルデータをメモリから読みだし、零交
差点を補間演算によってそれぞれ算出し、それらの結果
と概周期とを加算した結果をピッチ同期として出力する
ようにしたので高次高調波成分の影響が少なく且つ、サ
ンプリング周波数によって抽出精度にばらつきを生じさ
せることなくピッチを得ることができる。

又、サンプル点間の零交差点を求めるため、ピッチ抽出
精度を上げるために従来のような高いサンプリング周波
数を必要としないので高速に演算処理をする必要がなく
安価なハードウェアでの実現が可能となる。

【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装置の
ブロック図、第２図及び第３図は本発明の一実施例に係
る各データの例示的波形図、第４図は従来のピッチ抽出
装置のブロック図である。 １……ハイパスフィルタ、２……ローパスフィルタ、３
……Ａ／Ｄ変換部、４，９……極性反転検出部、５，１
０……制御部、７……メモリ部、８……極値検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 雅浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 品田 裕子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯域制限された音響信号をデジタルデータ
   に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から出力
   される前記デジタルデータのうち少なくとも２つ以上の
   データを一時記憶するメモリ部と、前記Ａ／Ｄ変換部か
   ら出力される前記デジタルデータの極大値或は極小値を
   検出して極値検出信号を出力する極値検出部と、前記極
   値検出信号に従って前記デジタルデータの極性反転を検
   出し、ピッチ周期の計時を指示する計時指示信号を出力
   する極性反転検出部と、前記計時指示信号に従ってピッ
   チ周期の計時を開始、或は終了し、かつ前記メモリ部か
   らデジタルデータを読み出して補間する制御部とから成
   り、前記制御部は前記極値検出信号が出力された後、前
   記デジタルデータのサンブル個数を計数して求めたピッ
   チの概周期と前記メモリ部から読み出した少なくとも２
   つ以上のデータを補問して求めた端数ピッチとを加算す
   ることを特徴とするピッチ抽出装置。