JPH081214U - ディジタル化信号から有効サンプルを決定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディジタル化音声信号内の有効サンプルを決
定してピッチ検出を行なうことが可能な装置を提供す
る。 【構成】 逆順序探索器１２が、セグメントの１つのサ
ンプルを逆方向の順序で探索して１組の候補サンプルを
決定し、正順序探索器１４が、候補サンプルの組を正方
向の順序で探索して前記セグメントの前記１つに対する
１組の有効サンプルを決定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は一般に人の音声信号をディジタル符号化して、コンパクトに格納、或 いは伝送し、更に合成することに関し、特にディジタル化音声信号内の有効サン プルを決定してピッチ検出を行うことに関する。

【０００２】

【考案が解決しようとする問題】

符号化した人の音声を格納或いは伝送するのに必要な秒当りのビット数を、従 来のパルスコード変調法による音声の格納或いは伝送に必要なビット数以下に低 減させる人の音声符号化手法が知られている。このようにビット数を最小にする 符号化手法を用いるために、アナログ音声サンプルは、最終的に符号化する前に 時間幅が２０ミリ秒程度の時間フレーム或いはセグメントに分割されるのが普通 である。通常音声信号のサンプリングは８キロヘルツ（ＫＨｚ）の速度で行われ 、また各々のサンプルは多重ビットディジタル数に符号化される。更に、逐次符 号化サンプルは線形予測符号化器（ＬＰＣ）で処理されるが、この符号化器は声 道伝達関数のフォルマント構造を模擬する適切なフィルタパラメータを決定する ものである。これ等のフィルタパラメータを用いて、予め選択された数の以前の サンプル値の重みづけに基づいて各信号サンプルの現在値を有効に評価すること ができる。

【０００３】 上記音声信号は、解析の結果、励起信号とフォルマント伝達関数からなるもの と見做される。この励起成分は喉頭部（ｌａｒｙｎｘ ｏｒ ｖｏｉｃｅ ｂｏ ｘ）に発生し、またフォルマント伝達関数は声道の残部の励起成分に対する動作 から生じる。後者の成分は更に、声帯により気流に伝えられた基本周波数が存在 するか否かに従って有声或いは無声と分類される。その励起が無声の場合は励起 成分は単にホワイトノイズを与えるにすぎない。一方、声帯により気流に伝えら れた基本周波数が存在する時は、この励起成分は有声と分類される。ピッチ検出 、即ちキーパラメータである有声励起成分の基本周波数を決定する問題は最小量 の計算では実施が困難である。

【０００４】 米国特許第４，５６１，１０２号にはこのピッチを定める１つの方法が示して ある。この特許で用いられている方法は音声フレーム内に有効サンプルの組を配 置するもので、初めに、最大サンプルが見出されるまで全てのサンプルを走査し 、次に２番目に大きなサンプルが見出されるまでサンプルの探索を反復するよう に構成されている。このプロセスは、予め定められた数のサンプルが音声フレー ム内に見出されるまで続行される。この手法は、実施されなければならない走査 数が見出されるべきサンプル数の二乗に比例するということを必要とするもので ある。

【０００５】 しかしながら、この方法は、極度に特に多くのサンプルを見出そうとする場合 は時間がかかるという欠点がある。この方法は、或る種の複雑でない符号化方式 に対してはディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で実施できるが、符号化方 式が更に複雑になると、この種のシグナルプロセッサでは上記のような特定の探 索法をフレーム毎に適用すると計算能力が不足するという問題がある。

【０００６】 本考案は、かかる従来の技術の欠点を解決することを目的とする。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】

このため本考案による装置は、音声信号に応じてこの信号内の有効サンプルを 決定する逆順序探索検出器および正順序探索検出器を利用する如く構成される。

【０００８】 上記逆順序探索検出器はディジタル化音声信号のセグメントに応答して、候補 サンプルの組を決定するもので、これは、先ずディジタル化サンプルの１つを現 在の候補サンプルとして選択し、次に、振幅が現在の候補サンプルのものより大 きくなるようなディジタル化サンプルを見出すまでディジタル化サンプルの各々 を現在の候補サンプルと逆の順序で比較することにより、或いはこの比較された サンプルが現在の候補サンプルから所定のサンプル数より大きくなるまで上記の 比較を行うことによりなされる。以前の状態のいずれかが生じると、比較された サンプルは新しい現在の候補サンプルになり、そして逆の探索が続行される。こ の逆探索中に、現在の候補サンプルになっていない比較サンプルの各々はゼロに 等しくセットされる。

【０００９】 このように逆順序探索が実施され、１組の候補サンプルが決定されると、次に 正順序探索検出器がこれ等の候補サンプルから現在の有効サンプルを先ず決定す る。この後者の検出器は、振幅が現在の有効サンプルより大きい候補サンプルが 見出されるまで、現在の有効サンプルを候補サンプルの各々と比較し、或いはこ の比較は、比較された候補サンプルが現在の有効サンプルから予め決定されたサ ンプル数より大きくなるまで実施される。これ等の状態のいずれかが生じると、 正順序探索検出器は候補サンプルの振幅と位置の値を移動し、そして現在の有効 サンプルを上記候補サンプルに代替し、探索を継続する。

【００１０】

【実施例】

図１は本考案の特徴をなす最大ロケータを例示したものである。この最大ロケ ータは、経路１１を介して受けたアナログ音声信号を代表するディジタルサンプ ルのフレームに応答して、有効サンプルを決定するものである。これ等の音声フ レームは次のように前処理される。雑音を減らすために、上記音声は初めに低減 漏波され、すなわちローパスフィルタをかけられ、次にディジタル化され、量子 化される。このディジタル化音声が次に、２０ミリ秒フレームに分割され、各フ レームは、例えば、１６０サンプルから構成されている。更に、当業者には明ら かなように、最大ロケータは、ピッチの決定に利用できるアナログ音声信号から 得られる他の形の信号に応答することができる。このような１つの信号は、ＬＰ Ｃ係数の計算時に得られる正順序予測誤差或いは残留信号である。

【００１１】 ここで、図１の最大ロケータ１０の動作を詳細に説明する。このロケータは、 図２に示した音声フレームのサンプルに応答して、図４に示した経路１７に出力 信号を与える。逆順序探索検出器１２は図２に示したサンプルを検出する。図に は１６０サンプルのサブセットだけが示してある。検出器１２はサンプル１５９ から始めて、次の動作を行いながら右から左に探索する。検出器１２はサンプル １５９を現在の候補サンプルと想定してその値を格納する。次にこの検出器１２ は、現在の候補サンプルより大きな振幅を持つ他のサンプル或いは調査される現 在の候補サンプルから１９番目のサンプルである他のサンプルに出会うまで、各 サンプルを左に調べて行く。もし振幅の大きなサンプルに遭遇すると、或いは調 査されたサンプルの数が現在の候補サンプルから１９サンプルに等しくなると、 検出器１２はそのサンプルを新しい候補サンプルとして格納し、そして前回の探 索手順を反復する。１９サンプルを得た後探索を終了し、新しい探索を開始する 基礎は、人の音声で得られる最高のピッチが、８ＫＨｚのサンプル速度で１９サ ンプルをもたらす約４２０Ｈｚであるという仮定による。検出器１２が各サンプ ルを調査する時、もしそのサンプルが現在の候補サンプル以下で、現在の候補サ ンプルの１８サンプル内にある場合は調査中のサンプルはゼロにセットされる。

【００１２】 ここで検出器１２が図２に示したサンプルを処理して図３に示したサンプルを 生成する方法について説明する。検出器１２はサンプル１５９から始めて、各々 の引き続くサンプルを調べながら左に進行する。例えば、サンプル１５８は１５ ９より小さく、そこでサンプル１５８はゼロに等しくセットされる。検出器１２ はがサンプル１５２に遭遇すると、検出器１２は、このサンプルの振幅がサンプ ル１５９のものより大きいと判断する。次にこの検出器は、現在の候補サンプル としてサンプル１５２を用いて探索手順を再初期化する。次にこの探索は、サン プル１３３に到るまでサンプル１５２から進行する。サンプル１３３はサンプル １５２から１９サンプル先なので、サンプル１３３が現在の候補サンプルとして 利用され、探索は左に進行する。図３には、左に探索を進め、上記探索手順を満 足しないサンプルをゼロにする検出器１２の結果が示してある。

【００１３】 正順序探索検出器１４は逆順序探索検出器１２の出力を検出して、左から右に 次の探索手順を実施する。検出器１４は、サンプル０から始めて、現在の有効サ ンプルとしてサンプル０を使用し、現在の有効サンプルより大きなサンプルが得 られるまで、或いは現在の有効サンプルから数において１８より大きいサンプル が調査されるまで逆順序探索検出器１２から受けたサンプルの各々を探索する。 もし調査したサンプルが既に言及した基準の１つを満足しない時は、これはゼロ にセットされる。サンプルがこの基準を満足する時は、サンプルの振幅と位置が 格納され、このサンプルは新しい現在の有効サンプルになる。

【００１４】 ここで図３に示したサンプルに対する検出器１４の応答について説明する。検 出器１４はサンプル０から始めて、サンプル１８である１８サンプルを越えるま で探索する。サンプル１９は現在の有効サンプルとして記録される。検出器１４ がサンプル１０４から探索する時は、サンプル１０４より大きなサンプルは得ら れず、サンプル１２３が現在の有効サンプルとされ、探索はサンプル１２３から 進められる。図４には、正順序探索検出器１４の結果が示してある。ここでゼロ 値を持った若干のサンプルはそれにもかかわらず有効サンプルとして示されるが 、図４には示してない点に注目されたい。これ等のゼロサンプルは後にしきい値 検出器１６により排除される。

【００１５】 即ち、検出器１６は図４に示したサンプルを検知して、最大サンプルの振幅の ２５パーセントより大きくない全てのサンプルを排除する。このしきい値検出器 １６は先ず最大サンプル振幅を決定し、次に振幅がこの最大振幅の２５パーセン トを越えない全てのサンプルを排除する。

【００１６】 図５には、ディジタルシグナルプロセッサを制御して、検出器１２、１４、１ ６の機能を果たすのに用いられるプログラムのフローチャートが示してある。図 ６にはこのようなディジタルシグナルプロセッサシステムが示してある。図６に 示したシステムは更に、ローパスフィルタ並びにＤ／Ａ変換の必要なタスクを実 行する。更に、このシステムは、変換器６１２から受けたディジタルサンプルの フレームへのセグメント化を実行する公知のプログラムを与える。ディジタルシ グナルプロセッサ６０１ ＰＲＯＭ６０２とＲＡＭ６０３を使用して上記各種の 機能を実施する。ＰＲＯＭ６０２に格納されたプログラムは図５に示したフロー チャートを実行する。

【００１７】 ここで、図５に示したプログラムを詳細に説明する。ブロック５０１〜５０７ は逆順序探索検出器１２を実行する。ブロック５０１とは５０２は２つのインデ ックスｊとｉのセットアップのために用いられる。定数Ｌは、本実施例では１６ ０サンプルであるサンプルの数に等しくセットされる。次に、プログラムは、サ ンプル全ての調査が終了するまでブロック５０３〜５０７を巡回するように進行 する。これ等のサンプルはγで示したアレイ内に含まれる。判定ブロック５０４ は、調査中の現在のサンプルの振幅が現在の候補サンプルの振幅より小さく、１ ８サンプルの領域を越えているかどうかの判定を行う。これ等の条件が共に満足 されると、調査中の現在のサンプルをゼロにセットするブロック５０３が実行さ れる。調査中の現在のサンプルが現在の候補サンプル以上か、或いは１８サンプ ルの範囲を越えた時は、現在のサンプルが新しい現在のサンプルになる。ブロッ ク５０６は全てのサンプルを通して巡回するために用いられるインデックスを単 に減分し、また判定ブロック５０７は、全てのサンプルが調査されたか否かを判 定する。

【００１８】 ブロック５０８〜５１５は正順序探索検出器１４を実行する。この検出器は有 効サンプルを決定し、アレイａ内のサンプルの振幅とアレイｄ内のサンプルの位 置を格納し、これ等の両アレイはｎによりインデックスされる。ブロック５０８ 、５０９、５１０はインデックスの初期値をセットアップする。判定ブロック５ １１は、現在調査しているサンプルが現在の有効サンプルより大きいか、或いは 現在の有効サンプルからのサンプルの範囲が１８サンプルより大きいかどうかを 決定する。もしこれ等の条件のいずれかが真の場合は、ブロック５１２が実行さ れ、現在調査中のサンプルに等しくなされた新しい現在の有効サンプルをもたら し、そしてこのサンプルをアレイａとｄ内に配置する。最後に、ブロック５１２ はインデックスｎを増分する。これ等の条件が満足されない時は、調査中のサン プルをゼロにするブロック５１３が実行される。ブロック５１４はインデックス ｉを増分する。判定ブロック５１５は、サンプルの全てが調査されたか否かを決 定する。

【００１９】 以上に説明した実施例は本考案の原理を単に例示するものであり、本考案の精 神と範囲から逸脱せずにその他の構成が可能なことは当業者には明らかであろう 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による最大ロケータの概略図

【図２】入力ディジタル化音声信号の図式

【図３】図１の逆探索検出器により処理された後の音声
信号の図式

【図４】図３の順方向探索検出器により処理された後の
図３のサンプルの図式

【図５】図１の最大ロケータを実行するプログラムのフ
ローチャート

【図６】図１のディジタル信号プロセッサの概略図であ
る。

【符号の説明】

１２ 逆順序探索検出器 １４ 正順序探索検出器 １６ しきい値検出器 ６０１ ディジタルシグナルプロセッサ ６１２ Ａ−Ｄ変換器

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【手続補正書】

【提出日】平成７年６月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (12)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれが複数のサンプルを持つ複数の
   セグメントからなるディジタル化信号に応答してこのデ
   ィジタル信号から１組の有効サンプルを決定する装置で
   あって、 前記セグメントの１つの前記サンプルを逆方向の順序で
   探索して１組の候補サンプルを決定する逆順序検出器
   （例えば(12)）と、 前記候補サンプルの組を正方向の順序で探索して前記セ
   グメントの前記１つに対する１組の有効サンプルを決定
   する正順序検出器（例えば(14)）とを具備することを特
   徴とした有効サンプル検出装置。
2. 【請求項２】 前記逆順序検出器は、現在の候補サンプ
   ルを初めに得る手段（例えば501 502 ）と、 前記セグメントの前記１つの前記サンプルの各々を逆の
   順序で逐次アクセスする手段（例えば506 ）と、 前記現在の候補サンプルと上記アクセスされたサンプル
   の各々を比較する手段（例えば504 ）と、 前記比較されたサンプルが前記現在の候補サンプルより
   大きい時、前記比較されたサンプルを前記現在の候補サ
   ンプルとして識別する手段（例えば505 ）とを具備し、 更にこの識別手段は前記現在の候補サンプルから所定サ
   ンプル数より大きい前記比較サンプルに応答してこの比
   較サンプルを前記現在の候補サンプルとして識別してな
   る請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記識別手段は、前記比較信号サンプル
   が前記現在の候補サンプル以下、或いはこの現在の候補
   サンプルから前記所定サンプル数より小さい時、前記比
   較サンプルの各々の振幅をゼロに等しいと割り当てる手
   段（例えば503 ）を具備してなる請求項２に記載の装
   置。
4. 【請求項４】 前記正順序検出器は、現在の有効サンプ
   ルを初めに得る手段（例えば508 509 510 ）と、 前記候補サンプルの各々を逐次アクセスする手段（例え
   ば514 ）と、 前記アクセスされた候補サンプルの各々を前記現在の有
   効サンプルと比較する手段（例えば511 ）と、 前記比較サンプルが前記現在の有効サンプルより大きな
   振幅を持つ時、前記比較されたサンプルを前記現在の有
   効サンプルとして識別する識別手段（例えば512 ）とを
   具備し、 この識別手段は更に前記現在の有効サンプルから所定サ
   ンプル数より大きい比較サンプルに応答して、この比較
   サンプルを前記現在の有効サンプルとして識別してなる
   請求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記識別手段は更に、比較サンプルが前
   記現在の有効サンプルになった時、比較サンプルの振幅
   と位置の各々を格納してなる請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記識別手段は更に、前記候補サンプル
   の各々が前記現在の有効サンプルにならない時、前記候
   補サンプルの各々をゼロに割り当てる手段（例えば513
   ）を具備してなる請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 ディジタル化信号のセグメントに応じて
   このディジタル化信号から１組の有効サンプルを決定す
   る方法であって、 前記セグメントの前記サンプルを通して逆の順序で探索
   して前記有効サンプルの組を決定するステップ（例えば
   14）と、 前記候補サンプルを通して正方向の順序で探索して前記
   有効サンプルの組を決定するステップ（例えば14）とか
   ら構成されたことを特徴とする有効サンプル検出方法。
8. 【請求項８】 前記逆順序で探索するステップは、 現在の候補サンプルを初めに得るステップ（例えば 501
   502）と、 前記セグメントの前記サンプルの各々を逆の順序でアク
   セスするステップ（例えば506)と、 アクセスされたサンプルの各々を前記現在の候補サンプ
   ルと比較するステップ（例えば504)と、 前記比較サンプルが前記現在の候補サンプル以上の時、
   この比較サンプルを前記現在の候補サンプルとして識別
   するステップ（例えば504 ）とから構成され、 この識別ステップは更に前記現在の候補サンプルから所
   定サンプル数より大きな前記比較サンプルに応答して、
   この比較サンプルを前記現在の候補サンプルとして識別
   してなる請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記識別ステップは、前記比較サンプル
   が前記現在の候補サンプルから前記所定サンプル数より
   小さいか、或いは前記現在の候補サンプルより小さい
   時、この比較サンプルの各々の振幅をゼロに等しく割り
   当てるステップから構成される請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記正方向順序探索ステップは、 現在の有効サンプルを初めに得るステップ例えば508 50
    9 510 ）と、 前記現在の有効サンプルから前記候補サンプルの各々を
    逐次アクセスするステップ（例えば514 ）と、 これ等のアクセスされた候補サンプルの各々を前記現在
    の有効サンプルと比較するステップ（例えば511 ）と、 前記比較されたサンプルが前記現在の有効サンプルより
    大きな振幅を有する時、この比較サンプルを前記現在の
    有効サンプルとして識別するステップ（例えば512 ）と
    から構成され、 前記識別ステップが更に、前記現在の有効サンプルから
    所定サンプル数より大きい比較サンプルを検出して、こ
    の比較サンプルを前記現在の有効サンプルと識別してな
    る請求項７に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記識別ステップが更に、比較サンプ
    ルが前記現在の有効サンプルになった時、この比較サン
    プルの振幅と位置の各々を格納してなる請求項１０に記
    載の方法。
12. 【請求項１２】 前記識別ステップは更に、前記候補サ
    ンプルの各々が前記現在の有効サンプルを代替しない
    時、前記候補サンプルの各々をゼロに割り当てるステッ
    プ（例えば513 ）から構成される請求項１１に記載の方
    法。