JPH0950297A - Device and method for extracting pitch period of voiced sound signal - Google Patents
Device and method for extracting pitch period of voiced sound signalInfo
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- JPH0950297A JPH0950297A JP20470195A JP20470195A JPH0950297A JP H0950297 A JPH0950297 A JP H0950297A JP 20470195 A JP20470195 A JP 20470195A JP 20470195 A JP20470195 A JP 20470195A JP H0950297 A JPH0950297 A JP H0950297A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、音声信号のピッチ
周期抽出装置およびピッチ周期方法に係わり、特に時間
領域で処理することの可能な有声音信号のピッチ周期抽
出装置およびピッチ周期方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pitch period extracting device and a pitch period method for a voice signal, and more particularly to a pitch period extracting device and a pitch period method for a voiced sound signal which can be processed in the time domain.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年音声認識装置あるいは音声合成装置
の実用化が進められているが、音声または楽音からいわ
ゆるピッチ周期の抽出は基本技術の１つとして重要であ
る。ピッチ周期の抽出方法は従来から各種の手法が提案
されているが、波形処理法、スペクトル処理法および相
関処理法に大別される。2. Description of the Related Art In recent years, a voice recognition device or a voice synthesis device has been put into practical use, and so-called pitch period extraction from voice or musical sound is important as one of the basic techniques. Various methods have been proposed for extracting pitch periods, but they are roughly classified into a waveform processing method, a spectrum processing method, and a correlation processing method.
【０００３】波形処理法としては並列処理法、データ減
少法および零交差法があり、スペクトル処理法としては
ケプストラム分析法があり、相関処理法としては自己相
関法あるいは線形予測残信号法が周知である。The waveform processing method includes a parallel processing method, a data reduction method and a zero-crossing method, the spectrum processing method includes a cepstrum analysis method, and the correlation processing method includes an autocorrelation method or a linear prediction residual signal method. is there.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記提案
にかかるピッチ周期の抽出方法は、ほとんどが周波数領
域での抽出方法であり、ＦＦＴ等により音声信号を周波
数領域に変換するために高速かつ多量の演算が必要とな
る。従ってピッチ周期抽出装置としては、大規模かつ高
価なものとなることを避けることができない。However, most of the pitch period extraction methods according to the above-mentioned proposals are extraction methods in the frequency domain, and a high-speed and large amount of computation is required to convert an audio signal into the frequency domain by FFT or the like. Is required. Therefore, it is inevitable that the pitch period extraction device becomes large-scale and expensive.
【０００５】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、時間領域の処理でほぼ実時間でかつ簡易にピッチ
周期を抽出することの可能なピッチ周期抽出装置および
ピッチ周期方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and provides a pitch period extraction device and a pitch period method capable of extracting a pitch period in real time in a time domain process easily. With the goal.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１にかかるピッチ
周期抽出装置は、有声音信号を時系列データとして取り
込む有声音取り込み手段と、有声音取り込み手段によっ
て取り込まれた有声音信号の所定のしきい値の一方の領
域に存在するピークを検出するピーク検出手段と、有声
音取り込み手段によって取り込まれた有声音信号の所定
のしきい値の他方の領域に存在する極値を検出する極値
検出手段と、ピーク検出手段で検出されたピーク値の極
性を反転し極値検出手段で検出された極値に加算してク
ランプ処理を実行するクランプ処理手段と、クランプ処
理手段においてクランプ処理された有声音信号に基づい
てピッチ周期を抽出するピッチ周期抽出手段と、を具備
する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a pitch period extracting device for a voiced sound capturing means for capturing a voiced sound signal as time series data, and a predetermined pattern for the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing means. Peak detecting means for detecting a peak existing in one area of the threshold value and extreme value detection for detecting an extreme value existing in the other area of the predetermined threshold of the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing means. Means, clamp processing means for inverting the polarity of the peak value detected by the peak detection means and adding it to the extreme value detected by the extreme value detection means to perform clamp processing, and clamp processing performed by the clamp processing means. Pitch period extraction means for extracting a pitch period based on a voice signal.
【０００７】請求項２にかかるピッチ周期抽出装置は、
ピッチ周期抽出手段が、クランプ処理手段においてクラ
ンプ処理された有声音信号を検波処理する検波手段と、
検波手段によって検波された波形を微分処理する微分処
理手段と、からなる。請求項３にかかるピッチ周期抽出
装置は、ピーク検出手段の前段に一般人の音声のピッチ
周期より短い周期を有する有声音信号の通過を遮断する
遮断手段をさらに具備する。A pitch period extracting device according to claim 2 is
Pitch period extraction means, a detection means for detecting the voiced sound signal clamped by the clamp processing means,
Differential processing means for performing differential processing on the waveform detected by the detection means. The pitch period extraction device according to a third aspect further comprises, before the peak detection unit, a blocking unit that blocks passage of a voiced sound signal having a period shorter than the pitch period of the voice of a general person.
【０００８】請求項４にかかるピッチ周期抽出装置は、
ピーク検出手段の前段に、有声音取り込み手段によって
取り込まれた有声音信号の立ち上がりの振幅が小かつ立
ち下がりの振幅が小であるときに有声音信号にＡＧＣ処
理を施すＡＧＣ処理手段をさらに具備する。請求項５に
かかるピッチ周期抽出装置は、ピーク検出手段の前段
に、遮断手段およびＡＧＣ処理手段の両方を具備する。A pitch period extracting device according to a fourth aspect is
An AGC processing unit that performs AGC processing on the voiced sound signal when the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing unit has a small rising amplitude and a small falling amplitude is further provided in front of the peak detecting unit. . A pitch period extraction device according to a fifth aspect includes both the cutoff unit and the AGC processing unit before the peak detection unit.
【０００９】請求項６にかかるピッチ周期抽出装置は、
ピーク検出手段が所定のしきい値からさらに一方の領域
の所定幅外側の一方の領域に存在するピークを検出する
ものであり、極値検出手段が所定のしきい値からさらに
他方の領域の所定幅外側の他方の領域に存在する極値を
検出するものである。請求項７にかかる周期抽出方法
は、有声音信号を時系列データとして取り込む有声音取
り込み段階と、有声音取り込み段階によって取り込まれ
た有声音信号の所定のしきい値の一方の領域に存在する
ピークを検出するピーク検出段階と、有声音取り込み段
階によって取り込まれた有声音信号の所定のしきい値の
他方の領域に存在する極値を検出する極値検出段階と、
ピーク検出段階で検出されたピーク値の極性を反転し極
値検出段階で検出された極値に加算してクランプ処理を
実行するクランプ処理段階と、クランプ処理段階におい
てクランプ処理された有声音信号に基づいてピッチ周期
を抽出するピッチ周期抽出段階と、を具備する。According to a sixth aspect of the pitch period extracting device,
The peak detection means detects a peak existing in one area outside the predetermined threshold of one area from the predetermined threshold, and the extreme value detection means determines the peak of the other area from the predetermined threshold. This is to detect the extremum existing in the other region outside the width. The period extraction method according to claim 7, wherein a peak existing in one region of a voiced sound capturing step for capturing the voiced sound signal as time-series data and a predetermined threshold of the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing step. A peak detecting step for detecting, and an extreme value detecting step for detecting an extreme value existing in the other region of the predetermined threshold of the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing step,
A clamp processing step that inverts the polarity of the peak value detected in the peak detection step and adds it to the extreme values detected in the extreme value detection step to perform clamp processing, and a voiced signal that has been clamped in the clamp processing step. A pitch period extracting step for extracting a pitch period based on the pitch period.
【００１０】請求項８にかかる周期抽出方法は、ピッチ
周期抽出段階が、クランプ処理段階においてクランプ処
理された有声音信号を検波処理する検波段階と、検波段
階によって検波された波形を微分処理する微分処理段階
と、からなる。請求項９にかかる周期抽出方法は、ピー
ク検出段階の実行に先立ち一般人の音声のピッチ周期よ
り短い周期を有する有声音信号の通過を遮断する遮断段
階をさらに実行する。In the cycle extraction method according to claim 8, the pitch cycle extraction step includes a detection step of detecting the voiced sound signal clamped in the clamp processing step, and a differentiation step of differentiating the waveform detected by the detection step. And a processing stage. According to a ninth aspect of the present invention, the period extracting method further includes a blocking step of blocking the passage of a voiced sound signal having a period shorter than the pitch period of the voice of a general person before performing the peak detection stage.
【００１１】請求項１０にかかる周期抽出方法は、ピー
ク検出段階の実行に先立ち有声音取り込み段階によって
取り込まれた有声音信号の立ち上がりの振幅が小かつ振
幅が小であるときに有声音信号にＡＧＣ処理を施すＡＧ
Ｃ処理段階をさらに実行する。請求項１１にかかる周期
抽出方法は、ピーク検出段階の実行に先立ち遮断段階お
よびＡＧＣ処理段階の両方を実行する。According to a tenth aspect of the present invention, in the period extracting method, the AGC is applied to the voiced sound signal when the amplitude of the rising edge of the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing step is small and the amplitude is small prior to the execution of the peak detecting step. AG to be processed
Perform the C processing step further. According to the eleventh aspect, the cycle extracting method executes both the shutoff step and the AGC processing step prior to the peak detection step.
【００１２】請求項１２にかかる周期抽出方法は、ピー
ク検出段階が、所定のしきい値からさらに一方の領域の
所定幅外側の一方の領域に存在するピークを検出するも
のであり、極値検出段階が、所定のしきい値からさらに
他方の領域の所定幅外側の他方の領域に存在する極値を
検出するものである。According to a twelfth aspect of the present invention, in the period extracting method, the peak detecting step detects a peak existing in one region outside the predetermined threshold by a predetermined width from the predetermined threshold value. The step is to detect an extremum existing in the other region outside the predetermined threshold by the predetermined threshold value.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】図１は本発明にかかるピッチ周期
抽出装置の構成図であって、マイクロフォン１１によっ
て電気信号に変換された有声音はラインアンプ１２を介
してマイクロコンピュータ１３に取り込まれる。マイク
ロコンピュータ１３はデータバス１３１を中心として、
ＣＰＵ１３２、メモリ１３３、Ａ／Ｄ変換器１３４およ
び出力インターフェイス１３５から構成されている。1 is a block diagram of a pitch period extracting apparatus according to the present invention, in which a voiced sound converted into an electric signal by a microphone 11 is taken into a microcomputer 13 via a line amplifier 12. The microcomputer 13 is centered on the data bus 131,
It is composed of a CPU 132, a memory 133, an A / D converter 134 and an output interface 135.
【００１４】抽出されたピッチ周期は、出力インターフ
ェイス１３５を介して例えばプリンタである出力装置１
４に出力される。図２はマイクロコンピュータ１３１で
実行される第１のピッチ周期抽出ルーチンのフローチャ
ートであって、ステップ２１においてマイクロフォン１
１で集音した有声音信号Ｓを読み込む。なお有声音信号
Ｓは、ラインアンプ１２によって０ボルトを中心として
正負に振動する信号として読み込まれるようにバイアス
されているものとする。The extracted pitch period is output through the output interface 135 to the output device 1 which is, for example, a printer.
4 is output. FIG. 2 is a flowchart of a first pitch period extraction routine executed by the microcomputer 131.
The voiced sound signal S collected in 1 is read. It is assumed that the voiced sound signal S is biased by the line amplifier 12 so as to be read as a signal that vibrates positively and negatively around 0 volt.
【００１５】ステップ２２においてピーク検出処理を実
行し、ステップ２３において極値検出・クランプ処理を
実行する。さらにステップ２４においてピッチ周期検出
処理を行った後、ステップ２５でピッチ周期を出力して
このルーチンを終了する。図３はステップ２２で実行さ
れるピーク検出処理の詳細フローチャートであって、ス
テップ２２１において有声音信号Ｓに正領域でピークが
検出されたか否かを判定する。In step 22, peak detection processing is executed, and in step 23, extreme value detection / clamp processing is executed. Further, after the pitch cycle detection processing is performed in step 24, the pitch cycle is output in step 25 and this routine is ended. FIG. 3 is a detailed flowchart of the peak detection processing executed in step 22. In step 221, it is determined whether or not a peak is detected in the voiced sound signal S in the positive region.
【００１６】ステップ２２１で肯定判定された場合、即
ちピークが検出された場合はステップ２２２に進み正方
向のピーク値をＰとして記憶してこのルーチンを終了す
る。ステップ２２１で否定判定された場合、即ちピーク
が検出されない場合は直接このルーチンを終了する。図
４はステップ２３において実行される極値検出・クラン
プ処理ルーチンの詳細フローチャートであって、ステッ
プ２３１において有声音信号Ｓに負領域で極値が検出さ
れたか否かを判定する。If an affirmative decision is made in step 221, that is, if a peak is detected, the routine proceeds to step 222, where the positive peak value is stored as P and this routine is ended. When a negative determination is made in step 221, that is, when no peak is detected, this routine is directly ended. FIG. 4 is a detailed flowchart of the extreme value detection / clamp processing routine executed in step 23. In step 231, it is determined whether the extreme value of the voiced sound signal S is detected in the negative region.
【００１７】ステップ２３１で肯定判定された場合、即
ち極値が検出された場合はステップ２３２に進み、有声
音信号Ｓからピーク値Ｐを減算した値を処理値Ｘに設定
してこのルーチンを終了する。ステップ２３１で否定判
定された場合、即ち極値が検出されない場合はステップ
２３３に進み、有声音信号Ｓを処理値Ｘとしてこのルー
チンを終了する。If an affirmative decision is made in step 231, that is, if an extreme value is detected, the routine proceeds to step 232, where a value obtained by subtracting the peak value P from the voiced sound signal S is set as the processing value X, and this routine is ended. To do. When a negative determination is made in step 231, that is, when the extreme value is not detected, the process proceeds to step 233, the voiced sound signal S is set as the processing value X, and this routine is ended.
【００１８】図５はステップ２４において実行されるピ
ッチ周期検出処理の詳細フローチャートであって、ステ
ップ２４１において検波出力Ｙ’を次式により更新す
る。 Ｙ’＝Ｅ・ｅｘｐ（−Δｔ／τ） ここでΔｔはサンプリング時間、τは予め定められた時
定数である。なおＥについては後述する。FIG. 5 is a detailed flowchart of the pitch cycle detection process executed in step 24. In step 241, the detection output Y'is updated by the following equation. Y ′ = E · exp (−Δt / τ) where Δt is a sampling time and τ is a predetermined time constant. Note that E will be described later.
【００１９】ステップ２４２において処理値Ｘの絶対値
が検波出力Ｙ’の絶対値より大であるか否かを判定す
る。ステップ２４２で否定判定された場合、即ち処理値
Ｘにピークが検出されない場合はステップ２４３に進
み、検波出力Ｙ’をＥに設定してステップ２４６に進
む。In step 242, it is determined whether the absolute value of the processed value X is larger than the absolute value of the detection output Y '. When a negative determination is made in step 242, that is, when a peak is not detected in the processed value X, the process proceeds to step 243, the detection output Y ′ is set to E, and the process proceeds to step 246.
【００２０】ステップ２４２で肯定判定された場合はス
テップ２４４に進み、有声音信号Ｓに負領域で極値が検
出されたか否かを判定する。ステップ２４４で肯定判定
された場合はステップ２４５で処理値ＸをＥに設定し、
ステップ２４６に進む。なおステップ２４４で否定判定
された場合はステップ２４３に進む。If an affirmative decision is made in step 242, the routine proceeds to step 244, where it is decided whether or not an extreme value has been detected in the voiced sound signal S in the negative region. If an affirmative decision is made in step 244, the processing value X is set to E in step 245,
Go to step 246. If a negative determination is made in step 244, the process proceeds to step 243.
【００２１】ステップ２４６においてＥとして記憶され
ていた値を検波出力Ｙに設定し、ステップ２４７で次式
により検波出力Ｙを微分する。 Ｑ＝（Ｙ−ＹＢ）／Δｔ ステップ２４８において次回の演算に備え、検波出力Ｙ
を前回検波出力ＹＢに置き換えてこの処理を終了する。At step 246, the value stored as E is set as the detection output Y, and at step 247, the detection output Y is differentiated by the following equation. Q = (Y−YB) / Δt In step 248, the detection output Y is prepared for the next calculation.
Is replaced with the previous detection output YB, and this processing ends.
【００２２】即ちその絶対値が予め定めた所定値より大
きい微分値Ｑの周期を計測することによりピッチ周期を
検出することが可能となる。図６はステップ２２の前段
で実行される一般人の音声ピッチ周期より短い周期を有
する有声音信号に対してフィルタリング処理を行う理由
の説明図であって、（イ）および（ロ）に示すように正
領域にあるピークａあるいは負領域にあるピークｂを確
実に検出するためには中間にある極値ｃを確実に除去す
ることが必要となる。That is, the pitch cycle can be detected by measuring the cycle of the differential value Q whose absolute value is larger than a predetermined value. FIG. 6 is an explanatory diagram of the reason why the filtering process is performed on a voiced sound signal having a period shorter than the voice pitch period of a general person, which is executed before step 22. As shown in (a) and (b), FIG. In order to reliably detect the peak a in the positive region or the peak b in the negative region, it is necessary to reliably remove the extreme value c in the middle.
【００２３】そこで本発明においては正領域にあるピー
クａおよび正領域にあるピークａ以後にある負領域の極
小値、即ち（ロ）におけるｃを検出し、ピークａの極性
を反転して負領域の極小値に加算される。この処理によ
れば、図６（ハ）に示すような正負振幅が同一である場
合にも確実にフィルタリング処理を行うことが可能とな
る。Therefore, in the present invention, the minimum value of the peak a in the positive region and the negative region after the peak a in the positive region, that is, c in (b) is detected, and the polarity of the peak a is inverted to detect the negative region. Is added to the minimum value of. According to this processing, even when the positive and negative amplitudes are the same as shown in FIG. 6C, the filtering processing can be surely performed.
【００２４】図７から図１０は第１のピッチ周期抽出ル
ーチンによる有声音処理の波形図であって、図７はマイ
クロフォン１１で集音した有声音の波形図である。図８
はクランプ処理後の波形図であって、時刻ｔ1 、ｔ3 お
よびｔ5 でピーク値Ｐが検出され、時刻ｔ2 、ｔ4 およ
びｔ6 で検出された極値に極性が反転されたピーク値Ｐ
が加算されてフィルタリング処理がなされる。7 to 10 are waveform diagrams of voiced sound processing by the first pitch period extraction routine, and FIG. 7 is a waveform diagram of voiced sound collected by the microphone 11. FIG.
3 is a waveform diagram after the clamp processing, in which the peak value P is detected at times t 1 , t 3 and t 5 and the polarity is inverted to the extreme value detected at times t 2 , t 4 and t 6. Value P
Is added and filtering processing is performed.
【００２５】図９は検波処理後の波形図、図１０は微分
処理後の波形図であって、微分処理後のパルスの周期を
計測することによってピッチ周期を計測することができ
る。第１のピッチ周期抽出ルーチンによっても、図６
（ロ）に示すように負領域の極小値の絶対値が小さい時
にはフィルタリング処理によって十分に極値を強調する
ことができない。FIG. 9 is a waveform diagram after the detection process, and FIG. 10 is a waveform diagram after the differential process. The pitch period can be measured by measuring the pulse period after the differential process. Also according to the first pitch period extraction routine, FIG.
As shown in (b), when the absolute value of the minimum value in the negative region is small, the extreme value cannot be sufficiently emphasized by the filtering process.
【００２６】この課題を解決するためには有声音をフィ
ルタリング処理して短周期の有声音を除去することが有
効である。図１１は第２のピッチ周期抽出ルーチンのフ
ローチャートであって、第１のピッチ周期抽出ルーチン
のステップ２１とステップ２２の間にフィルタリング処
理１１１が挿入される。In order to solve this problem, it is effective to filter voiced sounds to remove short-cycle voiced sounds. FIG. 11 is a flowchart of the second pitch period extraction routine, and the filtering process 111 is inserted between steps 21 and 22 of the first pitch period extraction routine.
【００２７】なおこのフィルタリング処理には、周知の
ローパス特性を有するディジタルフィルタを使用するこ
とが可能である。なお遮断周波数は一般人のピッチ周波
数である３００〜４００Ｈｚ以上の信号を遮断するよう
に設定することが好ましい。図１２はフィルタリング処
理の効果の説明図であって、（イ）は処理前の波形を、
（ロ）は処理後の波形を示している。A known digital filter having a low-pass characteristic can be used for this filtering process. The cutoff frequency is preferably set so as to cut off a signal having a pitch frequency of 300 to 400 Hz or more, which is the pitch frequency of the general public. FIG. 12 is an explanatory diagram of the effect of the filtering process, in which (a) shows the waveform before processing
(B) shows the waveform after processing.
【００２８】第１および第２のピッチ周期抽出ルーチン
によれば所定値以上の振幅の有声音であればピッチ周期
を抽出することが可能であるが、振幅が小さい場合には
抽出されたピッチ周期の精度が劣化する場合がある。図
１３はこの課題を解決するためのＡＧＣ処理を追加した
第３のピッチ周期抽出ルーチンのフローチャートであっ
て、第１のピッチ周期抽出ルーチンのステップ２１とス
テップ２２の間にＡＧＣ処理１３１が挿入される。According to the first and second pitch cycle extraction routines, it is possible to extract the pitch cycle if the voiced sound has an amplitude of a predetermined value or more. However, if the amplitude is small, the extracted pitch cycle is extracted. The accuracy of may deteriorate. FIG. 13 is a flow chart of a third pitch period extraction routine to which AGC processing for solving this problem is added. An AGC process 131 is inserted between steps 21 and 22 of the first pitch period extraction routine. It
【００２９】図１４はＡＧＣ処理の詳細フローチャート
であって、ステップ１３１Ａにおいて有声音信号Ｓに極
大値であるか否かが判定され、肯定判定されればステッ
プ１３１Ｂにおいて極大値をＳmax として記憶する。さ
らにステップ１３１Ｃにおいて極大値検出後の時間を表
すパラメータｈ設定し、極大値が検出された時間を表す
サンプリング番号ｉをｉmax （ｈ）としてステップ１３
１Ｆに進む。FIG. 14 is a detailed flowchart of the AGC process. In step 131A, it is determined whether or not the voiced sound signal S has a maximum value, and if a positive determination is made, the maximum value is stored as S max in step 131B. . Further, in step 131C, a parameter h representing the time after the maximum value is detected is set, and the sampling number i representing the time at which the maximum value is detected is set to i max (h), and step 13
Go to 1F.
【００３０】ステップ１３１Ａにおいて否定判定された
場合は、ステップ１３１Ｄに進み有声音信号Ｓに極小値
であるか否かが判定する。ステップ１２１Ｄで肯定判定
されればステップ１３１Ｅにおいて極小値をＳmin とし
て記憶してステップ１３１Ｆに進む。ステップ１３１Ｆ
で次式により有声音信号Ｓの振幅ΔＳを算出する。When a negative determination is made in step 131A, the process proceeds to step 131D, and it is determined whether or not the voiced sound signal S has a minimum value. If an affirmative decision is made in step 121D, the minimum value is stored as S min in step 131E, and the operation proceeds to step 131F. Step 131F
Then, the amplitude ΔS of the voiced sound signal S is calculated by the following equation.
【００３１】ΔＳ＝｜Ｓmax −Ｓmin ｜ ステップ１３１Ｇで次式により振幅ΔＳの関数として振
幅の移動平均値ΔＳavを算出してステップ１３１Ｈに進
む。 ΔＳav＝｛（ｎ−１）・ΔＳav＋ΔＳ｝／ｎ なおステップ１３１Ｄにおいて否定判定されたときは直
接ステップ１３１Ｈに進む。ΔS = | S max −S min | In step 131G, the moving average value ΔS av of the amplitude is calculated as a function of the amplitude ΔS by the following equation, and the process proceeds to step 131H. ΔS av = {(n−1) · ΔS av + ΔS} / n When a negative determination is made in step 131D, the process directly proceeds to step 131H.
【００３２】ステップ１３１Ｈで次式において振幅の移
動平均値ΔＳavの関数としてＡＧＣゲインＡＧ（ｈ）を
定める。 ＡＧ（ｈ）＝ＡＧ（ΔＳav） 具体的には次式の関数を使用することが可能である。 ＡＧ（ｈ）＝Ａ・ｅｘｐ（−ΔＳav／Ｖ）＋Ｂ ここでＡ、ＶおよびＢは予め定めた定数である。At step 131H, the AGC gain AG (h) is determined as a function of the moving average value ΔS av of the amplitude in the following equation. AG (h) = AG (ΔS av ) Specifically, it is possible to use the function of the following equation. AG (h) = A · exp (−ΔS av / V) + B Here, A, V, and B are predetermined constants.
【００３３】図１５はＡＧＣゲインの関数の一例を示す
グラフであって、横軸に振幅の移動平均値ΔＳavを、縦
軸にＡＧＣゲインをとる。このグラフに示すように振幅
の移動平均値ΔＳavの増加に伴ってＡＧＣゲインを急減
する理由は、有声音の飽和特性を補償して均一の振幅と
するためである。ステップ１３１Ｉにおいて極大値検出
後の時間を表すパラメータｈをインクリメントし、ステ
ップ１３１Ｊにおいて現在の時刻を表すサンプリング番
号ｉからＡＧＣゲインの算出時間Δｉだけ遡ったサンプ
リング番号（ｉ−Δｉ）がｉmax（０）に等しいか否か
を判定する。FIG. 15 is a graph showing an example of the function of the AGC gain, in which the horizontal axis represents the moving average value ΔS av of the amplitude and the vertical axis represents the AGC gain. As shown in this graph, the reason why the AGC gain is sharply decreased with the increase of the moving average value ΔS av of the amplitude is to compensate the saturation characteristic of the voiced sound to make the amplitude uniform. In step 131I, the parameter h representing the time after the maximum value is detected is incremented, and in step 131J, the sampling number (i-Δi) obtained by going back from the sampling number i representing the current time by the AGC gain calculation time Δi is i max (0 ) Is determined.
【００３４】ステップ１３１Ｊで肯定判定されたときは
ステップ１３１Ｋに進み、補償ゲインＧをＡＧ（０）に
設定する。その後ステップ１３１ＬでＡＧＣゲインＡＧ
（ｊ）および極大値が検出された時間を表すサンプリン
グ番号ｉmax （ｊ）を次式により一つ前にシフトして、
ステップ１３１Ｍに進む。When an affirmative decision is made in step 131J, the routine proceeds to step 131K, where the compensation gain G is set to AG (0). After that, in step 131L, AGC gain AG
(J) and the sampling number i max (j) representing the time when the maximum value is detected are shifted to the previous by the following equation,
Go to step 131M.
【００３５】ＡＧ（ｊ−１）＝ＡＧ（ｊ） ｉmax （ｊ−１）＝ｉmax （ｊ） ただしｊ＝１、２・・・ｈ なおステップ１３１Ｊで否定判定されたときは直接ステ
ップ１３１Ｍに進む。ステップ１３１Ｍにおいて次式に
基づきＡＧＣ処理を実行してこのルーチンを終了する。AG (j-1) = AG (j) i max (j-1) = i max (j) where j = 1, 2, ... H When a negative determination is made in step 131J, a direct step 131M is executed. Proceed to. In step 131M, the AGC process is executed based on the following equation, and this routine ends.
【００３６】Ｓ（ｉ）＝Ｇ・Ｓ（ｉ−Δｉ） なお第２のピッチ周期抽出ルーチンで使用したフィルタ
リング処理をステップ１３１のＡＧＣ処理の前段に追加
することも可能である。図１６は第３のピッチ周期抽出
ルーチンによるピッチ周期抽出結果を示すグラフであっ
て、約１５０Ｈｚ近傍にピッチ周期が抽出されている。S (i) = G · S (i-Δi) The filtering process used in the second pitch period extraction routine can be added before the AGC process of step 131. FIG. 16 is a graph showing the pitch cycle extraction result by the third pitch cycle extraction routine, in which the pitch cycle is extracted in the vicinity of about 150 Hz.
【００３７】しかし２から２．５秒にかけては、有声音
がないにもかかわらずピッチ周期が広い周波数帶域にわ
たって分布している。これはいわゆる暗騒音の影響であ
ることが判明したため、有声音信号が０ボルトを中心と
する所定幅以内にある場合には有声音信号を強制的に０
ボルトに置き代える処理（以下不感帯処理）を追加する
こととした。However, from 2 to 2.5 seconds, the pitch period is distributed over a wide frequency band despite no voiced sound. Since this was found to be the effect of so-called background noise, if the voiced sound signal is within a predetermined width centered on 0 volt, the voiced sound signal is forced to 0.
It was decided to add a process to replace the bolt (hereinafter referred to as dead band process).
【００３８】図１７は第４のピッチ周期抽出ルーチンの
フローチャートであって、第３のピッチ周期抽出ルーチ
ンのステップ２１とステップ１３１の間にステップ１７
１として不感帯処理が挿入される。図１８は不感帯処理
の詳細フローチャートであって、ステップ１７１Ａにお
いて有声音信号Ｓ（ｉ）が所定値ＤＢ以下であるか否か
を判定する。FIG. 17 is a flow chart of the fourth pitch cycle extraction routine, which is a step 17 between steps 21 and 131 of the third pitch cycle extraction routine.
A dead zone process is inserted as 1. FIG. 18 is a detailed flowchart of the dead zone process. In step 171A, it is determined whether the voiced sound signal S (i) is less than or equal to a predetermined value DB.
【００３９】ステップ１７１Ａにおいて肯定判定された
ときはステップ１７１Ｂに進み、有声音信号Ｓ（ｉ）を
"０" に設定してこの処理を終了する。ステップ１７１
Ａにおいて否定判定されたときはステップ１７１Ｃに進
み、有声音信号Ｓ（ｉ）が所定値−ＤＢ以上であるか否
かを判定する。ステップ１７１Ｃにおいて肯定判定され
たときはステップ１７１Ｄに進み、有声音信号Ｓ（ｉ）
を "０" に設定してこの処理を終了する。If an affirmative decision is made in step 171A, the operation proceeds to step 171B, in which the voiced sound signal S (i) is outputted.
This process is set to "0" and the process ends. Step 171
When a negative determination is made at A, the routine proceeds to step 171C, where it is determined whether or not the voiced sound signal S (i) is equal to or greater than a predetermined value -DB. If an affirmative decision is made in step 171C, the operation proceeds to step 171D, where the voiced sound signal S (i)
Is set to "0" and this process ends.
【００４０】なおステップ１７１Ｃにおいて否定判定さ
れたときは直接この処理を終了する。図１９は第４のピ
ッチ周期抽出ルーチンによるピッチ周期抽出結果を示す
グラフであって、約１５０Ｈｚ近傍にピッチ周期が抽出
されている。さらに２から２．５秒の有声音がない部分
では、ピッチ周期は検出されていない。When a negative determination is made in step 171C, this process is ended directly. FIG. 19 is a graph showing the result of pitch period extraction by the fourth pitch period extraction routine, in which the pitch period is extracted in the vicinity of about 150 Hz. Furthermore, in the part where there is no voiced sound for 2 to 2.5 seconds, the pitch period is not detected.
【００４１】[0041]
【発明の効果】請求項１にかかるピッチ周期抽出装置お
よび請求項７にかかるピッチ周期抽出方法によれば、一
方の領域にあるピーク値を極性を反転して他方の領域に
ある極値に加算するクランプ処理を施すことによりピッ
チ周期を時間領域でほぼ実時間で検出することが可能と
なる。According to the pitch period extraction device and the pitch period extraction method of the present invention, the peak value in one region is inverted in polarity and added to the extreme value in the other region. It is possible to detect the pitch period in the time domain in almost real time by performing the clamping process.
【００４２】請求項２にかかるピッチ周期抽出装置およ
び請求項８にかかるピッチ周期抽出方法によれば、クラ
ンプ処理後の有声音を検波、微分処理してピッチ周期を
抽出することによりピッチ周期を確実に検出することが
可能となる。請求項３にかかるピッチ周期抽出装置およ
び請求項９にかかるピッチ周期抽出方法によれば、一般
人のピッチ周期以上の周期を有する有声音を遮断する遮
断処理を行った後にクランプ処理を実行することにより
極値を確実に検出し、ピッチ周期の検出精度を向上する
ことが可能となる。According to the pitch period extraction device of the second aspect and the pitch period extraction method of the eighth aspect, the pitch period is assured by detecting and differentiating the voiced sound after the clamp process to extract the pitch period. Can be detected. According to the pitch cycle extraction device and the pitch cycle extraction method according to claim 9, the clamp processing is performed after the blocking processing for blocking the voiced sound having a pitch equal to or longer than the pitch cycle of the general public is performed. It becomes possible to reliably detect the extreme value and improve the pitch period detection accuracy.
【００４３】請求項４にかかるピッチ周期抽出装置およ
び請求項１０にかかるピッチ周期抽出方法によれば、有
声音の振幅が小さい場合にはＡＧＣ処理により振幅を増
幅することによりピッチ周期の検出精度を向上すること
が可能となる。請求項５にかかるピッチ周期抽出装置お
よび請求項１１にかかるピッチ周期抽出方法によれば、
ローパスフィルタ処理およびＡＧＣ処理の両方を行うこ
とによりピッチ周期の検出精度を一層向上することが可
能となる。According to the pitch period extraction device of the fourth aspect and the pitch period extraction method of the tenth aspect, when the amplitude of the voiced sound is small, the amplitude is amplified by the AGC process to improve the pitch period detection accuracy. It is possible to improve. According to the pitch period extraction device and the pitch period extraction method according to claim 11,
By performing both the low-pass filter process and the AGC process, it becomes possible to further improve the accuracy of detecting the pitch period.
【００４４】請求項６にかかるピッチ周期抽出装置およ
び請求項１２にかかるピッチ周期抽出方法によれば、所
定の不感帯幅以下の振幅を有する有声音を除去すること
によりピッチ周期の検出精度を向上することが可能とな
る。According to the pitch period extracting device and the pitch period extracting method according to the twelfth aspect, the voiced sound having the amplitude equal to or less than the predetermined dead band width is removed to improve the pitch period detection accuracy. It becomes possible.
【図１】ピッチ周期抽出装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a pitch period extraction device.
【図２】第１のピッチ周期抽出ルーチンのフローチャー
トである。FIG. 2 is a flowchart of a first pitch period extraction routine.
【図３】ピーク検出処理の詳細フローチャートである。FIG. 3 is a detailed flowchart of peak detection processing.
【図４】極値検出・クランプ処理の詳細フローチャート
である。FIG. 4 is a detailed flowchart of extreme value detection / clamp processing.
【図５】ピッチ周期検出処理の詳細フローチャートであ
る。FIG. 5 is a detailed flowchart of pitch period detection processing.
【図６】フィルタリング処理を行う理由の説明図であ
る。FIG. 6 is an explanatory diagram of a reason for performing filtering processing.
【図７】有声音の波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram of voiced sound.
【図８】クランプ処理後の波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram after clamp processing.
【図９】検波処理後の波形図である。FIG. 9 is a waveform diagram after detection processing.
【図１０】微分処理後の波形図である。FIG. 10 is a waveform diagram after differentiation processing.
【図１１】第２のピッチ周期抽出ルーチンのフローチャ
ートである。FIG. 11 is a flowchart of a second pitch period extraction routine.
【図１２】フィルタリング処理の効果の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of an effect of filtering processing.
【図１３】第３のピッチ周期抽出ルーチンのフローチャ
ートである。FIG. 13 is a flowchart of a third pitch period extraction routine.
【図１４】ＡＧＣ処理の詳細フローチャートである。FIG. 14 is a detailed flowchart of AGC processing.
【図１５】ＡＧＣゲインの関数の一例を示すグラフであ
る。FIG. 15 is a graph showing an example of a function of AGC gain.
【図１６】第３のピッチ周期抽出ルーチンによる抽出結
果を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing an extraction result by a third pitch period extraction routine.
【図１７】第４のピッチ周期抽出ルーチンのフローチャ
ートである。FIG. 17 is a flowchart of a fourth pitch period extraction routine.
【図１８】不感帯処理の詳細フローチャートである。FIG. 18 is a detailed flowchart of dead zone processing.
【図１９】第４のピッチ周期抽出ルーチンによる抽出結
果を示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing an extraction result by a fourth pitch period extraction routine.
１１…マイクロフォン １２…ラインアンプ １３…マイクロコンピュータ １３１…データバス １３２…ＣＰＵ １３３…メモリ １３４…Ａ／Ｄ変換器 １３５…出力インターフェイス １４…プリンタ 11 ... Microphone 12 ... Line amplifier 13 ... Microcomputer 131 ... Data bus 132 ... CPU 133 ... Memory 134 ... A / D converter 135 ... Output interface 14 ... Printer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高山 一男 兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28号 富士通テン株式会社内 (72)発明者 高島 淳行 兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28号 富士通テン株式会社内 (72)発明者 大和 俊孝 兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28号 富士通テン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Takayama 1-2-2 Gosho-dori, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Fujitsu Ten Limited (72) Inventor Atsushi Takashima 1 Gosho-dori, Hyogo-ku, Hyogo Prefecture 2-28, Fujitsu Ten Limited (72) Inventor Toshitaka Yamato 1-2-28, Goshodori, Hyogo-ku, Kobe, Hyogo Prefecture
Claims (12)
む有声音取り込み手段と、 前記有声音取り込み手段によって取り込まれた有声音信
号の所定のしきい値の一方の領域に存在するピークを検
出するピーク検出手段と、 前記有声音取り込み手段によって取り込まれた有声音信
号の所定のしきい値の他方の領域に存在する極値を検出
する極値検出手段と、 前記ピーク検出手段で検出されたピーク値の極性を反転
し、前記極値検出手段で検出された極値に加算してクラ
ンプ処理を実行するクランプ処理手段と、 前記クランプ処理手段においてクランプ処理された有声
音信号に基づいてピッチ周期を抽出するピッチ周期抽出
手段と、を具備する有声音信号のピッチ周期抽出装置。1. A voiced sound capturing means for capturing a voiced sound signal as time-series data, and a peak for detecting a peak existing in one region of a predetermined threshold of the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing means. Detecting means, an extreme value detecting means for detecting an extreme value existing in the other region of the predetermined threshold value of the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing means, and a peak value detected by the peak detecting means Clamp processing means for reversing the polarity of, and adding to the extreme value detected by the extreme value detection means to perform clamp processing; and a pitch period extracted based on the voiced sound signal clamped by the clamp processing means. A pitch period extracting device for a voiced sound signal, comprising:
音信号を検波処理する検波手段と、 前記検波手段によって検波された波形を微分処理する微
分処理手段と、からなる請求項１に記載の有声音信号の
ピッチ周期抽出装置。2. The pitch period extraction means comprises: detection means for detecting the voiced sound signal clamped by the clamp processing means; and differentiation processing means for differentiating the waveform detected by the detection means. The pitch period extraction device for a voiced sound signal according to claim 1.
音声のピッチ周期より短い周期を有する有声音信号の通
過を遮断する遮断手段をさらに具備する請求項１に記載
の有声音信号のピッチ周期抽出装置。3. The pitch cycle of the voiced sound signal according to claim 1, further comprising a blocking means for blocking the passage of a voiced sound signal having a cycle shorter than the pitch cycle of the voice of a general person before the peak detection means. Extractor.
音取り込み手段によって取り込まれた有声音信号の立ち
上がりの振幅が小かつ立ち下りの振幅が小であるときに
有声音信号にＡＧＣ処理を施すＡＧＣ処理手段をさらに
具備する請求項１に記載の有声音信号のピッチ周期抽出
装置。4. The AGC process is performed on the voiced sound signal before the peak detection means when the voiced sound signal captured by the voiced sound capture means has a small rising amplitude and a small falling amplitude. The pitch period extraction device for a voiced sound signal according to claim 1, further comprising an AGC processing means.
手段および前記ＡＧＣ処理手段の両方を具備する請求項
１に記載の有声音信号のピッチ周期抽出装置。5. The pitch period extraction device for a voiced sound signal according to claim 1, further comprising both said cutoff means and said AGC processing means before said peak detection means.
からさらに一方の領域の所定幅外側の一方の領域に存在
するピークを検出するものであり、 前記極値検出手段が、所定のしきい値からさらに他方の
領域の所定幅外側の他方の領域に存在する極値を検出す
るものである請求項１に記載の有声音信号のピッチ周期
抽出装置。6. The peak detecting means detects a peak existing in one region outside a predetermined width of one region from a predetermined threshold value, and the extreme value detecting means has a predetermined threshold. The pitch period extraction device for a voiced sound signal according to claim 1, wherein an extreme value existing in the other region outside the predetermined region by a predetermined width is detected from the threshold value.
む有声音取り込み段階と、 前記有声音取り込み段階によって取り込まれた有声音信
号の所定のしきい値の一方の領域に存在するピークを検
出するピーク検出段階と、 前記有声音取り込み段階によって取り込まれた有声音信
号の所定のしきい値の他方の領域に存在する極値を検出
する極値検出段階と、 前記ピーク検出段階で検出されたピーク値の極性を反転
し、前記極値検出段階で検出された極値に加算してクラ
ンプ処理を実行するクランプ処理段階と、 前記クランプ処理段階においてクランプ処理された有声
音信号に基づいてピッチ周期を抽出するピッチ周期抽出
段階と、を具備する有声音信号のピッチ周期抽出方法。7. A voiced sound capturing step for capturing a voiced sound signal as time series data, and a peak for detecting a peak existing in one region of a predetermined threshold of the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing step. A detecting step, an extreme value detecting step of detecting an extreme value existing in the other region of the predetermined threshold of the voiced sound signal captured by the voiced sound capturing step, and a peak value detected in the peak detecting step. The polarity of the signal is inverted and added to the extreme value detected in the extreme value detection step to perform clamp processing, and a pitch period is extracted based on the voiced sound signal clamped in the clamp processing step. And a pitch period extracting step for a voiced sound signal.
音信号を検波処理する検波段階と、 前記検波段階によって検波された波形を微分処理する微
分処理段階と、からなる請求項７に記載の有声音信号の
ピッチ周期抽出方法。8. The pitch period extracting step includes: a detection step of detecting a voiced sound signal clamped in the clamp processing step; and a differentiation processing step of differentiating a waveform detected by the detection step. The method for extracting a pitch period of a voiced sound signal according to claim 7.
般人の音声のピッチ周期より短い周期を有する有声音信
号の通過を遮断する遮断段階をさらに実行する請求項７
に記載の有声音信号のピッチ周期抽出方法。9. The step of blocking the passage of a voiced sound signal having a period shorter than the pitch period of the voice of a general person is further executed before the step of detecting the peak.
A method for extracting a pitch period of a voiced sound signal according to.
前記有声音取り込み段階によって取り込まれた有声音信
号の立ち上がりの振幅が小かつ振幅が小であるときに有
声音信号にＡＧＣ処理を施すＡＧＣ処理段階をさらに実
行する請求項７に記載の有声音信号のピッチ周期抽出方
法。10. Prior to performing the peak detection step,
The voiced sound signal according to claim 7, further comprising an AGC processing step of performing AGC processing on the voiced sound signal when the amplitude of the rising edge of the voiced sound signal captured by the voiced sound acquisition step is small and the amplitude is small. Pitch Period Extraction Method.
前記遮断段階および前記ＡＧＣ処理段階の両方を実行す
る請求項７に記載の有声音信号のピッチ周期抽出方法。11. Prior to performing the peak detection step
The method for extracting a pitch period of a voiced sound signal according to claim 7, wherein both the cutoff step and the AGC processing step are executed.
値からさらに一方の領域の所定幅外側の一方の領域に存
在するピークを検出するものであり、 前記極値検出段階が、所定のしきい値からさらに他方の
領域の所定幅外側の他方の領域に存在する極値を検出す
るものである請求項７に記載の有声音信号のピッチ周期
抽出方法。12. The peak detecting step detects a peak existing in one region outside a predetermined width of one region from a predetermined threshold value, and the extreme value detecting step has a predetermined threshold. 8. The method for extracting the pitch period of a voiced sound signal according to claim 7, wherein an extreme value existing in the other area outside the predetermined area by a predetermined width is detected from the threshold value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20470195A JP3190231B2 (en) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | Apparatus and method for extracting pitch period of voiced sound signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20470195A JP3190231B2 (en) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | Apparatus and method for extracting pitch period of voiced sound signal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0950297A true JPH0950297A (en) | 1997-02-18 |
| JP3190231B2 JP3190231B2 (en) | 2001-07-23 |
Family
ID=16494887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20470195A Expired - Lifetime JP3190231B2 (en) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | Apparatus and method for extracting pitch period of voiced sound signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3190231B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002091470A (en) * | 2000-09-20 | 2002-03-27 | Fujitsu Ten Ltd | Voice section detecting device |
| US7231346B2 (en) | 2003-03-26 | 2007-06-12 | Fujitsu Ten Limited | Speech section detection apparatus |
-
1995
- 1995-08-10 JP JP20470195A patent/JP3190231B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002091470A (en) * | 2000-09-20 | 2002-03-27 | Fujitsu Ten Ltd | Voice section detecting device |
| US7231346B2 (en) | 2003-03-26 | 2007-06-12 | Fujitsu Ten Limited | Speech section detection apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3190231B2 (en) | 2001-07-23 |
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