JPH0690078B2 - 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伴い、各種ピッチ抽出技術
が提案されている。この中には、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３図は従来のピッチ抽出装置の構成を示すものであ
る。

第３図において、１はハイパスフィルタ、２はローパス
フィルタ、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コンバータ、４はA/Dコンバータ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コンバータ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コンバータ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コン
バータ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。

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、かつ簡単な構成で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コンバータと、A/Dコンバータ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コンバータから出力されるデ
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値検出部と、
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値を含む前記デジタルデータ
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コン
バータによってデジタルデータに変換される。A/Dコン
バータから出力されるデジタルデータは順次メモリ部、
制御部、及び極値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値を含む少なくとも
２つ以上のデジタルデータを読みだし、極値点を補間演
算によって算出し、この結果と計時結果との加算値をピ
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しながら説
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コンバータ、９は極値検出部で、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通過フィル
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コンバ
ータ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コンバータ３か
ら出力されるデジタルデータは極値検出部９、メモリ部
７及び制御部８に順次出力される。

次に、極値検出部９は順次入力されるデジタルデータの
極大値或は極小値を検出すると制御部８にピッチ周波数
の計時を指示する計時指示信号を送出する。この時制御
部８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から極値を含む例えば第
２図（ａ）のような３つのデジタルデータY01,Y11,Y21
を読みだし、３点を通る２次曲線のあてはめによりその
頂点、即ち極値点N01を算出する。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から極値を含む例えば第２図
（ｂ）の様な３つのデジタルデータY02,Y12,Y22を読み
だし、３点を通る２次曲線のあてはめによりその頂点、
即ち極値点N02を算出する。

皿に、制御部８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、N01、
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て時には、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８における曲線補間に関し
て、デジタルデータが正の値、即ち極大値の時を計時開
始として述べてきたが、デジタルデータが負の値、即ち
極小値の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、本実施例では極値を含む３
つのデジタルデータの極値点を曲線補間によって得た
が、曲線補間に用いるデジタルデータの個数は何ら制限
されるものではない。又、補間に関して直線補間を用い
ても構わない。この場合、極値を含む２つのディジタル
データを読み出し、その間を直線補間すればよい。

以上のように本実施例によれば、制御部８によって極値
を含む３つのデジタルデータを用いて曲線補間によって
極値点を算出するようにしたので、直線補間を用いる場
合よりも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コンバータに
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、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値を含む少なくとも２つ以上の
デジタルデータをメモリから読みだし、極値点を補間演
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周期として出力するようにしたの
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
じさせることなくピッチを得ることができる。

又、サンプル点間の極値点を求めるため、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
を必要としないため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図は本実施例に係る各データの例示的波
形図、第３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……極性反転検出部、5,8……制御
部、６……計時部、７……メモリ部、９……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コンバータと、前記A/Dコンバータから出
   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コンバー
   タ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、ピッチ周期の計時を指示する計時指示信号
   を出力する極値検出部と、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を備
   え、前記制御部は前記デジタルデータのサンプル個数を
   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間して求めた端
   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。