JPH0758436B2 - ホルマント抽出装置 - Google Patents
ホルマント抽出装置Info
- Publication number
- JPH0758436B2 JPH0758436B2 JP61252224A JP25222486A JPH0758436B2 JP H0758436 B2 JPH0758436 B2 JP H0758436B2 JP 61252224 A JP61252224 A JP 61252224A JP 25222486 A JP25222486 A JP 25222486A JP H0758436 B2 JPH0758436 B2 JP H0758436B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- root
- formant
- linear prediction
- frequency
- formant frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
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- Electrophonic Musical Instruments (AREA)
- Medicines Containing Plant Substances (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は母音のホルマント周波数を抽出する装置に関す
るものである。
るものである。
従来の技術 近年、外国語の母音発音練習機が注目されはじめてい
る。発声された母音がどの母音であるかを識別するは、
通常第１ホルマント周波数（以下F1と略記）、第２ホル
マント周波数（以下F2と略記）の２ヶのホルマント周波
数がわかれば良いことが知られている。ホルマント周波
数の求め方としては本練習機が８ビットパソコン等の安
価なシステム上で実現できる為に、８ビットCPUを用い
ても処理時間が短いことが必要である。以下図面を参照
しながら従来のホルマント抽出装置について説明する。
第２図は従来のホルマント抽出装置の処理ブロック図で
ある。１は線形予測係数算出部、４は根算出部、５は後
処理部である。線形予測係数算出部１は１フレーム長、
例えば20msについて12次の線形予測係数を算出する。す
ると線形予測係数を用いた逆フィルタは、 （但しa1,a2…,a12は線形予測係数） で与えられる。根算出部４はこの全零形フィルタの全て
の根をニュートンラフソン法を用いて解くものである。
そして根Ziについて、それに相当する周波数Ｆ、バンド
巾Ｂを、 Ｆ＝（fs/2π）tan-1〔Im（Zi）/Re（Zi）〕（Hz）……
……式 Ｂ＝（fs/π）In（Zi）（Hz） ………式 より求める。但しfsはサンプリング周波数である。後処
理部５は根算出部４で得られた全ての根より、バンド巾
Ｂがしきい値以下のものを選択し、あるいは前後のフレ
ームの結果との周波数的な連続性を考慮し、周波数の低
い方から第１ホルマント、第２ホルマント周波数として
決定して行く。〔例えば、斎藤収三、中田和男共著、音
声情報処理の基礎、オーム社、P90〜91〕 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の様な構成では根の算出に時間がかか
る。これについて第４図を用いて説明する。第４図は根
算出部４の動作のフローチャートである。８は定数Zoを
根候補Ziに代入する。９はＡ（Zi）及びＡ′（Zi）の算
出を行う。10はZiの更新後と更新前との差であるＡ
（Zi）/A′（Zi）の絶対値がしきい値より小さいか否か
を判定する。もし小さくなければ11においてZiが更新さ
れ再び９へ戻る。もし小さけれは12においてZiは正しい
根の値に収束したと判断し、根と決定する。その後13に
おいてＡ（ｚ）をZiとその共役複示数Zi ＊による２次式
（Ｚ−Zi）（Ｚ−Zi ＊）で除し、Ａ（ｚ）を更新する。
14はＡ（ｚ）が０次になっているかを調べ、なっていな
いならば再びZiにZoを代入して計算する。０次であれば
15において全ての根に対して前記及び式を用いてホ
ルマント周波数、バンド巾を求め計算を終了させる。こ
の方法では根がどの付近にあるかもわからない為、初期
値を常に同じ値にしておき全ての根を解くようにしてい
る。それ故14から８へのループは６回通る。又、その為
に求める根がループの最後に出てきても精度が保持でき
るように、各々の根は精度良く求めねばならず、その結
果しきい値を小さくする必要が生じ、10→11→９のルー
プを多数回通る必要かある。従って、これだけの量の計
算を８ビットパソコンで計算させると処理時間が非常に
大きいという問題点を有している。
る。発声された母音がどの母音であるかを識別するは、
通常第１ホルマント周波数（以下F1と略記）、第２ホル
マント周波数（以下F2と略記）の２ヶのホルマント周波
数がわかれば良いことが知られている。ホルマント周波
数の求め方としては本練習機が８ビットパソコン等の安
価なシステム上で実現できる為に、８ビットCPUを用い
ても処理時間が短いことが必要である。以下図面を参照
しながら従来のホルマント抽出装置について説明する。
第２図は従来のホルマント抽出装置の処理ブロック図で
ある。１は線形予測係数算出部、４は根算出部、５は後
処理部である。線形予測係数算出部１は１フレーム長、
例えば20msについて12次の線形予測係数を算出する。す
ると線形予測係数を用いた逆フィルタは、 （但しa1,a2…,a12は線形予測係数） で与えられる。根算出部４はこの全零形フィルタの全て
の根をニュートンラフソン法を用いて解くものである。
そして根Ziについて、それに相当する周波数Ｆ、バンド
巾Ｂを、 Ｆ＝（fs/2π）tan-1〔Im（Zi）/Re（Zi）〕（Hz）……
……式 Ｂ＝（fs/π）In（Zi）（Hz） ………式 より求める。但しfsはサンプリング周波数である。後処
理部５は根算出部４で得られた全ての根より、バンド巾
Ｂがしきい値以下のものを選択し、あるいは前後のフレ
ームの結果との周波数的な連続性を考慮し、周波数の低
い方から第１ホルマント、第２ホルマント周波数として
決定して行く。〔例えば、斎藤収三、中田和男共著、音
声情報処理の基礎、オーム社、P90〜91〕 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の様な構成では根の算出に時間がかか
る。これについて第４図を用いて説明する。第４図は根
算出部４の動作のフローチャートである。８は定数Zoを
根候補Ziに代入する。９はＡ（Zi）及びＡ′（Zi）の算
出を行う。10はZiの更新後と更新前との差であるＡ
（Zi）/A′（Zi）の絶対値がしきい値より小さいか否か
を判定する。もし小さくなければ11においてZiが更新さ
れ再び９へ戻る。もし小さけれは12においてZiは正しい
根の値に収束したと判断し、根と決定する。その後13に
おいてＡ（ｚ）をZiとその共役複示数Zi ＊による２次式
（Ｚ−Zi）（Ｚ−Zi ＊）で除し、Ａ（ｚ）を更新する。
14はＡ（ｚ）が０次になっているかを調べ、なっていな
いならば再びZiにZoを代入して計算する。０次であれば
15において全ての根に対して前記及び式を用いてホ
ルマント周波数、バンド巾を求め計算を終了させる。こ
の方法では根がどの付近にあるかもわからない為、初期
値を常に同じ値にしておき全ての根を解くようにしてい
る。それ故14から８へのループは６回通る。又、その為
に求める根がループの最後に出てきても精度が保持でき
るように、各々の根は精度良く求めねばならず、その結
果しきい値を小さくする必要が生じ、10→11→９のルー
プを多数回通る必要かある。従って、これだけの量の計
算を８ビットパソコンで計算させると処理時間が非常に
大きいという問題点を有している。
本発明は上記問題点に鑑み処理時間の短いホルマント抽
出装置を提供するものである。
出装置を提供するものである。
問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、音声信号を線形予測
分析して線形予測係数を求める線形予測係数算出部と、
上記線形予測係数を説明変数としホルマント周波数を目
的変数とする重回帰係数を求めておき、入力される線形
予測係数より上記重回帰係数の線形一次結合を用いて粗
いホルマント周波数Ｆを抽出する粗ホルマント周波数抽
出部と、上記線形予測係数で構成する逆フィルタＡ
（ｚ）の根の初期値として前記粗いホルマント周波数Ｆ
を組み入れ、ニュートン・ラプソン法で解いた根より得
る周波数をホルマント周波数とする根算出部とを有する
構成である。
分析して線形予測係数を求める線形予測係数算出部と、
上記線形予測係数を説明変数としホルマント周波数を目
的変数とする重回帰係数を求めておき、入力される線形
予測係数より上記重回帰係数の線形一次結合を用いて粗
いホルマント周波数Ｆを抽出する粗ホルマント周波数抽
出部と、上記線形予測係数で構成する逆フィルタＡ
（ｚ）の根の初期値として前記粗いホルマント周波数Ｆ
を組み入れ、ニュートン・ラプソン法で解いた根より得
る周波数をホルマント周波数とする根算出部とを有する
構成である。
作用 本発明は上記した構成によって粗いホルマント周波数を
算出し、それを初期値としてニュートンラフソン法を用
いて正しいホルマント周波数を求めることにより処理時
間を短くすることができる。
算出し、それを初期値としてニュートンラフソン法を用
いて正しいホルマント周波数を求めることにより処理時
間を短くすることができる。
実施例 以下本発明の一実施例のホルマント抽出装置について図
面を参照しながら説明する。
面を参照しながら説明する。
第１図は本発明の一実施例、第３図は第１図を構成する
粗ホルマント周波数抽出部の一実施例、第５図は第１図
を構成する根算出部の一実施例である。
粗ホルマント周波数抽出部の一実施例、第５図は第１図
を構成する根算出部の一実施例である。
第１図において１は線形予測係数算出部、２は粗ホルマ
ント周波数抽出部、３は根算出部である。
ント周波数抽出部、３は根算出部である。
線形予測係数算出部１では音声信号入力にプリエンファ
シスをかけ、その後でDurbin法を用いて線形予測係数
（a1,a2…,a12）を求める。
シスをかけ、その後でDurbin法を用いて線形予測係数
（a1,a2…,a12）を求める。
粗ホルマント周波数の求め方を第３図において説明す
る。６は重回帰係数メモリー、７は線形一次結合部であ
る。既知の線形予測係数と、それから得られる既知の
F1、F2の組み合わせを多く用意しておく。線形予測係数
を説明変数、ホルマント周波数を目的変数として重回帰
分析を行い、重回帰係数を求めこれをメモリーにストア
したものが重回帰係数メモリー６である。線形一次結合
部７では新たに入力された線形予測係数に対し重回帰係
数メモリー６より得られる係数を線形一次結合し、これ
によりこの時のホルマント周波数を推定する。この周波
数を粗ホルマント周波数Ｆと呼ぶことにする。計算は次
式の通り行う。
る。６は重回帰係数メモリー、７は線形一次結合部であ
る。既知の線形予測係数と、それから得られる既知の
F1、F2の組み合わせを多く用意しておく。線形予測係数
を説明変数、ホルマント周波数を目的変数として重回帰
分析を行い、重回帰係数を求めこれをメモリーにストア
したものが重回帰係数メモリー６である。線形一次結合
部７では新たに入力された線形予測係数に対し重回帰係
数メモリー６より得られる係数を線形一次結合し、これ
によりこの時のホルマント周波数を推定する。この周波
数を粗ホルマント周波数Ｆと呼ぶことにする。計算は次
式の通り行う。
Ｆ＝C0＋C1・a1＋C2・a2…＋C12・a12 但しa1〜a12は線形予測係数算出部１の出力である線形
予測係数、C0〜C12は重回帰係数である。
予測係数、C0〜C12は重回帰係数である。
根算出部３について第５図のフローチャートを用いて説
明する。
明する。
16においてZiの初期値としてexp｛（−πＢ＋j2πＦ）/
fs｝を与える。但しＦは粗ホルマント周波数、Ｂは適当
な定数、fsはサンプリング周波数である。９はＡ（Zi）
及びＡ′（Zi）の算出を行う。17はZiの更新後と更新前
との差である。Ａ（Zi）/A′（Zi）の絶対値がしきい値
より小さいか否かを判定する。もし小さくなければ11に
おいてZiが更新され再び９へ戻る。もし小さければ18に
おいてZiは正しい根の値に収束したと判断し、根と決定
する。19においてこの根より前記式を用いてホルマン
ト周波数を求める。この場合は１ヶ所の根だけを求めれ
ば良い。しかも他の根を求める必要がない為、精度はそ
れ程高くなくてよい。この為収束するループ（17→11→
９）を通る回数は少なくて良い。
fs｝を与える。但しＦは粗ホルマント周波数、Ｂは適当
な定数、fsはサンプリング周波数である。９はＡ（Zi）
及びＡ′（Zi）の算出を行う。17はZiの更新後と更新前
との差である。Ａ（Zi）/A′（Zi）の絶対値がしきい値
より小さいか否かを判定する。もし小さくなければ11に
おいてZiが更新され再び９へ戻る。もし小さければ18に
おいてZiは正しい根の値に収束したと判断し、根と決定
する。19においてこの根より前記式を用いてホルマン
ト周波数を求める。この場合は１ヶ所の根だけを求めれ
ば良い。しかも他の根を求める必要がない為、精度はそ
れ程高くなくてよい。この為収束するループ（17→11→
９）を通る回数は少なくて良い。
発明の効果 以上の様に本発明は粗ホルマント周波数抽出部と根算出
部を設けることにより、逆フィルタの全部の根を解いて
後はじめてホルマント周波数を求める従来の方法に比べ
て計算時間を短くすることができる。
部を設けることにより、逆フィルタの全部の根を解いて
後はじめてホルマント周波数を求める従来の方法に比べ
て計算時間を短くすることができる。
第１図は本発明の一実施例におけるホルマント抽出装置
のブロック図、第２図は従来のホルマント抽出装置のブ
ロック図、第３図は第１図の粗ホルマント周波数抽出部
におけるブロック図、第４図は第２図における根算出部
のフローチャート、第５図は第１図における根算出部の
フローチャートである。 １……線形予測係数算出部、２……粗ホルマント周波数
抽出部、３……根算出部、６……重回帰係数メモリー、
７……線形一次結合部。
のブロック図、第２図は従来のホルマント抽出装置のブ
ロック図、第３図は第１図の粗ホルマント周波数抽出部
におけるブロック図、第４図は第２図における根算出部
のフローチャート、第５図は第１図における根算出部の
フローチャートである。 １……線形予測係数算出部、２……粗ホルマント周波数
抽出部、３……根算出部、６……重回帰係数メモリー、
７……線形一次結合部。
Claims (1)
- 【請求項１】音声信号を線形予測分析して線形予測係数
を求める線形予測係数算出部と、上記線形予測係数を説
明変数としホルマント周波数を目的変数とする重回帰係
数を求めておき、入力される線形予測係数より上記重回
帰係数の線形一次結合を用いて粗いホルマント周波数Ｆ
を抽出する粗ホルマント周波数抽出部と、上記線形予測
係数で構成する逆フィルタＡ（ｚ）の根の初期値として
前記粗いホルマント周波数Ｆを組み入れ、ニュートン・
ラプソン法で解いた根より得る周波数をホルマント周波
数とする根算出部とで構成するホルマント抽出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61252224A JPH0758436B2 (ja) | 1986-10-23 | 1986-10-23 | ホルマント抽出装置 |
| US07/111,346 US4882758A (en) | 1986-10-23 | 1987-10-22 | Method for extracting formant frequencies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61252224A JPH0758436B2 (ja) | 1986-10-23 | 1986-10-23 | ホルマント抽出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63106700A JPS63106700A (ja) | 1988-05-11 |
| JPH0758436B2 true JPH0758436B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=17234241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61252224A Expired - Fee Related JPH0758436B2 (ja) | 1986-10-23 | 1986-10-23 | ホルマント抽出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758436B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01319797A (ja) * | 1988-06-22 | 1989-12-26 | Oki Electric Ind Co Ltd | 音声のホルマント分析方式 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS595296A (ja) * | 1982-07-01 | 1984-01-12 | 日本電気株式会社 | 線スペクトル型音声分析合成装置 |
| JPS607369A (ja) * | 1983-06-27 | 1985-01-16 | Nec Corp | Ｌｓｐ周波数分析器 |
| JPS60168198A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-08-31 | 松下電器産業株式会社 | ホルマント抽出装置 |
-
1986
- 1986-10-23 JP JP61252224A patent/JPH0758436B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS595296A (ja) * | 1982-07-01 | 1984-01-12 | 日本電気株式会社 | 線スペクトル型音声分析合成装置 |
| JPS607369A (ja) * | 1983-06-27 | 1985-01-16 | Nec Corp | Ｌｓｐ周波数分析器 |
| JPS60168198A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-08-31 | 松下電器産業株式会社 | ホルマント抽出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63106700A (ja) | 1988-05-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |