JPH10197575A - 信号分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音声などのようにほぼ周期的な信号の基本周
波数を正確に安定に求める。 【解決手段】 マイクロホン１から入力された音声信号
が分配増幅器２で分配され、低周波側の遮断特性がなだ
らかであり高周波側の遮断特性が急峻であるようなフィ
ルタであるｃｏｓ位相のフィルタ群３と同様のｓｉｎ位
相のフィルタ群４の出力信号を用いて安定度指標計算部
および基本周波数抽出部５によって信号の振幅変調の大
きさと周波数変調の大きさから安定度指標が計算され、
その計算結果に基づいて最大の安定度を示すチャネルの
出力から基本周波数のおおよその値が計算され、瞬時周
波数抽出部６によってそのおおよその基本周波数の値に
基づいて隣接する周波数チャネルからの瞬時周波数の値
を補間して精密な瞬時周波数が基本周波数として抽出さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は信号分析方法に関
し、特に、音声分析合成のための基本周波数の抽出など
の音声関連分野のみならず、生体信号の周期性の抽出や
機械の振動音の診断などの分野に用いられ、周期信号や
ほぼ周期的な信号の基本周波数を抽出するような信号分
析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声分析の分野などにおいて、周期的な
信号の基本周波数を正確に求めることが要求されている
が、未だに決定的な方法は見出されていない。従来の方
法では、周期信号の定義に基づいて、以下で定義される
周期Ｔを求め、その逆数を基本周波数としていた。分析
の対象とする周期信号をｐ（ｔ）とし、ｎ∈Ｚを任意の
整数とする。

【０００３】ｐ（ｔ）＝ｐ（ｔ＋ｎＴ） …（１） このような信号の周期を求めようとする場合の従来の方
法には、時間領域の方法、周波数領域の方法、自
己相関領域の方法、波形の特異性を調べる方法があっ
た。これらのいずれの方法も実際の音声信号に適用した
場合には、さまざまな問題が生ずることから、すべてに
適用される万能の方法はないものと考えられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】の時間領域の方法で
は、たとえば波形を非線形回路に通した後に低域通過フ
ィルタを通してその後に零交差点を抽出したり、ピーク
の位置を抽出することにより、周期を検出する方法があ
った。このような方法では、予め周期がおおよそわかっ
ていても、非線形回路や低域通過の周波数の設定，ピー
クの検出方法など、多くの調整が必要であり、信号のレ
ベルやスペクトルの形状の違いによる誤りを避けること
ができなかった。

【０００５】の周波数領域の方法の代表的なものは、
パワースペクトラムの対数のフーリエ変換として定義さ
れるケプストラムのピークを抽出する方法である。この
方法は、周期性が完全であれば原理的に正しい周期を与
えるが、音声信号のようにほぼ周期的で各周期ごとに変
動のあるような信号の場合には、ピークが低くなった
り、音声のホルマントなどの共振によるピークを拾った
り、２周期を１つのものとするなど、さまざまな誤りを
防ぐためにノウハウが必要であるという問題点があっ
た。

【０００６】また、これは、次の自己相関による方法と
共通する問題であるが、周期を精密に求めようとする
と、分析のために用いる信号の時間長を大きくする必要
があり、音声のように早い時変化のある場合にはその変
化に追従できず、しかもその変化に追従しようとして十
分に時間窓を短くすると、周期的であることが正しく抽
出できないなどの問題があった。

【０００７】の自己相関に基づく方法の１つには、異
なった長さの時間窓を用いて大局的なパワースペクトル
形状により詳細なパワースペクトル形状を正規化し、そ
れを逆フーリエ変換することにより変形自己相関関数を
求めて、そのピークの位置として信号の周期を求める方
法があった。しかし、この方法もケプストラムで指摘し
たように、大局的な形状と詳細な形状をどこで分ける
か、速い速度で変化する周期があるときにはどう対応す
るかに同様な問題を抱えていた。

【０００８】線形予測分析の結果として得られる残差信
号には大局的なスペクトル形状の影響が取除かれている
ことに注目して、残差信号の自己相関から基本周波数を
求めようとする方法もあるが、これも変化の早い信号に
対しては、同様の問題を有していた。

【０００９】の波形の特異性を調べる方法のように、
このような周期信号は何らかの原因により周期的に駆動
され、それが周期性の原因になっていると考えて、その
駆動位置を求めることにより、基本周期を抽出し、基本
周波数を求めることを狙った方法もある。そのための手
段として比較的新しい信号解析の方法であるｗａｖｅｌ
ｅｔ変換の位相に注目した方法もある。しかし、この方
法においても、どのようなｗａｖｅｌｅｔを用いるべき
かは明らかではなく、また検出された信号のうちのどれ
を主要なイベントとして基本周期の抽出に用いてよいか
が明らかではないという問題点があった。

【００１０】このような原理的な困難を抱えているた
め、目標とする周波数が予め明らかでない場合には、基
本周波数の推定値の整数分の１や整数倍の値を誤って基
本周波数として推定してしまうという問題点があった。

【００１１】それゆえに、この発明の主たる目的は、基
本周波数の瞬時周波数が基本周波数と一致する点に鑑み
て、正確に周期的な信号の基本周波数を抽出できるよう
な信号分析方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
入力された信号の基本周波数を抽出するための信号分析
方法であって、低周波側が緩やかで高周波側が急峻な遮
断特性を有する一群のフィルタを用いることによって、
入力された信号の基本周波数成分の基本波らしさを表わ
す数学的指標である安定度指標を各フィルタ出力に対し
て計算する第１のステップと、その安定度指標を用いて
計算される量が最大となるフィルタの出力を用いて瞬時
周波数としての基本周波数を抽出する第２のステップを
含む。

【００１３】請求項２に係る発明では、請求項１の第２
のステップは、低周波側が緩やかで高周波側が急峻な遮
断特性を有するフィルタの出力を用いてフィルタ出力信
号の振幅変調の大きさと周波数変調の大きさを求めるス
テップとを含む。

【００１４】請求項３に係る発明では、請求項２の第２
のステップは、振幅変調の大きさと周波数変調の大きさ
とから安定度指標を計算し、その安定度指標の計算結果
に基づいて最大の安定度を示すチャネルの出力から瞬時
周波数として基本周波数のおおよその値を計算するステ
ップを含む。

【００１５】請求項４に係る発明では、請求項３の第２
のステップは、おおよその基本周波数の値に基づいて隣
接する周波数チャネルからの瞬時周波数の値を補間して
精密な瞬時周波数を抽出する。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず、この発明の実施形態を説明
する前に、この発明の原理について説明する。これまで
のピッチ抽出方法が失敗していたのは、問題の定義を周
期信号の定義から直接求めようとしていたところにあ
る。この発明では、ほぼ周期的な信号ｓ（ｔ）の基本発
生部について、次式で定義される瞬時角周波数ω（ｔ）
を求める。

【００１７】

【数１】 ここで、Ｈ［］は、信号のＨｉｌｂｅｒｔ変換を表わ
す。Ｈｉｌｂｅｒｔ変換は、信号の成分調波の位相を９
０°回転させた信号である。瞬時周波数ｆ（ｔ）は、ｆ
（ｔ）＝ω（ｔ）／２πにより求められる。

【００１８】音声などのようにほぼ周期的な複合音ｃ
（ｔ）は、次の第（４）式のようにして瞬時周波数を用
いて表わされる。

【００１９】

【数２】 ここで、α_k （ｔ）とψ_k （ｔ）は、それぞれ調波成分
の振幅変調（ＡＭ）成分と微小な位相変調（ＰＭ）成分
を表わす。主要な周波数変調（ＦＭ）はω（ｔ）の変化
により与えられる。ここで、時間の原点を適当にとれ
ば、ψ₁ （ｔ）＝０としても一般性は失われない。ま
た、Ｎは自然数の集合を表わす。したがって、基本波成
分だけが捉えられていれば、第（２）式より求められる
瞬時周波数は信号の周波数に等しくなる。

【００２０】このようにして定義される瞬時周波数と、
これまでの方法で求められる基本周波数との関係を簡単
に説明する。ここで、α_k （ｔ）とψ_k （ｔ）がランダ
ムに分布し、平均値が０であると仮定すれば、相関など
の方法によって求められる基本周波数の推定値は、長時
間の瞬時周波数の平均値と等しくなる。周期信号の場合
には、これらはすべて一致する。ほぼ周期的な信号の場
合には、余分な平均化の過程を含まない瞬時周波数によ
る方法のみが正しい値を与える。

【００２１】このように、基本波の瞬時周波数は優れた
性質を持っているが、これまでに利用されなかったの
は、瞬時周波数を求めるべき基本波成分をどのようにし
て取出すかにあった。瞬時周波数を求めるためには、基
本波を取出すことが必要であるが、そのことは基本周波
数を求めることに他ならない。他の工夫がなければ循環
ループに陥ってしまい、基本波の瞬時周波数が多くの良
い性質を持っていながら、これまで用いられてこなかっ
た主要な理由である。

【００２２】そこで、この発明では、基本波成分を選択
するために周波数以外の手掛かりを用いることにより、
この循環を断ち切る。そのための手掛かりとしては、低
周波側が緩やかで高周波側が急峻な遮断特性を有するフ
ィルタを用いて信号を処理すると、フィルタの中心周波
数が信号の基本波と異なる場合にはフィルタ出力の瞬時
周波数の周波数変調およびフィルタ出力の包絡成分の振
幅変調が大きくなるという性質を利用する。これは、フ
ィルタの中心周波数と信号の基本成分の周波数が一致す
るときに、基本波とそれ以外の成分の信号対雑音比が最
大となるためである。

【００２３】また、フィルタの中心周波数と信号の高次
の調波成分の周波数が一致する場合には信号対雑音比は
大きくなるものの、フィルタの低遮断特性は緩やかなの
で、複数の調波成分が１つのフィルタ出力の中で混在す
ることにより、フィルタ出力の瞬時周波数の変動および
包絡成分の振幅変調が増加するためである。このような
条件を満たすフィルタは多数存在する。実用的には、周
波数分解能が時間分解能の１．３ないし１．４倍である
ような複素Ｇａｂｏｒ関数を利用するのが便利である。

【００２４】次に、時間分解能と周波数分解能が次のよ
うにバランスした信号について考える。まず、最初に時
間分解能と周波数分解能の積が最小でかつ各々の分解能
と信号の基本周期および基本周波数とのそれぞれの比が
等しくなるような時間窓を選択する。この要請を満たす
時間窓ω（ｔ）は次のようなガウス関数となり、そのフ
ーリエ変換Ｗ（ν）は次式で与えられる。

【００２５】

【数３】 ここで、ν₀ ＝２πｆ₀ である。この窓関数を用い、実
数部と虚数部が９０°異なった位相を有し、周期がτ₀
であるような信号と掛け合わせて、検査用の信号ｇ
_r0（ｔ）を次のように定義する。このようにして定義さ
れたｇ_r0は、周期がτ₀ の信号を検出するための検査用
の信号となる。

【００２６】

【数４】 この信号はまた

【００２７】

【数５】 として定義されるＧａｂｏｒ関数で、α＝τ² ₀ ／４π
と置いた場合に相当する。

【００２８】この検査用の信号を用いて、分析対象の信
号との畳み込みを行なったものの位相と絶対値が信号の
周期性によってどのような影響を受けるかを調べる。基
本波らしさを表わす指標のものとなる関数Ｄ（ｔ，τ）
を以下のように定義する。

【００２９】

【数６】 ここで、Ｔはｇ_r0（ｔ）の振幅を実質的に０であるとみ
なすことのできる範囲を表わす。この関数に基づいて、
基本波らしさを表わす指標Ｍ（ｔ，τ）を以下のように
定義する。

【００３０】

【数７】 上述の第（１０）の式における最後の２つの項は、窓の
幅に依存する部分の正規化と、微分の値が対象とする信
号の周波数によって変化する部分の正規化のための補正
項である。これらの補正を入れると、τ₀ をさまざまに
変えてＭを計算し、それらの中で最大のＭを与えること
になるτ₀ を選ぶと、それが基本波成分の周波数に対応
することになる。この原理に基づいて基本周波数の抽出
を実現する実施形態について以下に詳細に説明する。

【００３１】図１はこの発明の一実施形態における基本
周波数抽出装置を示す概略ブロック図である。図１にお
いて、たとえばマイクロホン１のような入力装置から音
声信号が入力される。入力された音声信号は分配増幅器
２で入力レベルが調整された後分配され、ｃｏｓ Ｇａ
ｂｏｒフィルタ群３とｓｉｎ Ｇａｂｏｒフィルタ群４
と瞬時周波数補間抽出部６とに与えられる。音声信号の
基本周波数の抽出を目的とする場合、Ｇａｂｏｒフィル
タ群の各々のフィルタの中心周波数は４０Ｈｚから８０
０Ｈｚまでの範囲に１オクターブに１２個のフィルタが
置けるように、２^-12 倍ごとに配置する。その結果、こ
の実施形態では、ｃｏｓ位相とｓｉｎ位相それぞれに５
２個のフィルタを対数周波数軸上で等間隔に配置するこ
ととなる。

【００３２】ｃｏｓ Ｇａｂｏｒフィルタ群３はｃｏｓ
位相で時間分解能と周波数分解能がバランスした式で示
されるフィルタ群であり、このフィルタ群により式のＧ
ａｂｏｒ関数を適用した検査用の信号の実部に対応する
信号がそれぞれのチャネルに出力される。ｓｉｎ Ｇａ
ｂｏｒフィルタ群４はｓｉｎ位相で時間分解能と周波数
分解能がバランスした式で示されるフィルタ群であり、
このフィルタ群により式のＧａｂｏｒ関数を適用した検
査用の信号の虚部に対応する信号がそれぞれのチャネル
に出力される。

【００３３】ｃｏｓ Ｇａｂｏｒフィルタ群３とｓｉｎ
Ｇａｂｏｒフィルタ群４のそれぞれのチャネルの出力
信号は安定度指標計算部および基本周波数抽出部５に与
えられる。安定度指標計算部および基本周波数抽出部５
は各チャネルに対して、実部の信号と虚部の信号から安
定度指標を計算し、その計算結果に基づいて、最大の安
定度を示すチャネルのデータから瞬時周波数として基本
周波数のおおよその値を計算して瞬時周波数補間抽出部
６に与える。瞬時周波数補間抽出部６はおおよその基本
周波数の値に基づいて、隣接する周波数チャネルから瞬
時周波数の値を補間して精密な瞬時周波数を抽出する。

【００３４】図２は図１に示した安定度指標計算部およ
び基本周波数抽出部５の具体的なブロック図である。図
１に示したｃｏｓ Ｇａｂｏｒフィルタ群３とｓｉｎ
Ｇａｂｏｒフィルタ群４の各チャネルのそれぞれの出力
に対応して図２に示すチャネル対応部２１が設けられ、
各チャネルについての安定度指標が計算される。この計
算は、前述の第（１０）式に基づくものである。チャネ
ル対応部２１の実数部８はｃｏｓ Ｇａｂｏｒフィルタ
群３の１つのフィルタの出力であり、虚数部１２はｓｉ
ｎ Ｇａｂｏｒフィルタ群４の１つのフィルタの出力で
ある。

【００３５】実数部８と虚数部１２は絶対値計算部９に
与えられ、実数部と虚数部の自乗平均値が計算されて絶
対値が計算される。その絶対値は絶対値相対変動計算準
備部１０に与えられ、絶対値の時間微分が計算され、各
チャネルの時間長に応じた積分時間を用いて自乗平均値
が計算され、絶対値そのものも同じ積分時間を用いて自
乗平均値が計算される。絶対値相対変動計算部１１は絶
対値相対変動計算準備部１０で求められた時間微分の自
乗平均値を絶対値そのものの自乗平均値で正規化するこ
とにより、絶対値相対変動を求める。

【００３６】一方、位相角計算部１３にも実数部８と虚
数部１２が与えられ、位相角計算部１３は実数部と虚数
部の比を計算することによって位相角を算出する。この
計算された位相角は連続位相変換部１４に与えられ、連
続位相変換部１４は位相の２πの飛躍を０となるように
位相を接続することにより、アンラップされた連続な位
相角を計算する。そして、瞬時周波数計算部１５におい
ては、連続位相変換部１４において位相角をアンラップ
したものを時間微分することにより瞬時周波数を求め
る。求められた瞬時周波数は周波数変動計算部１６に与
えられ、周波数の時間微分が計算され、各チャネルの時
間長に応じた積分時間を用いて自乗平均値を計算するこ
とによって周波数変動が求められる。

【００３７】いき値設定部１８は各チャネルの情報に基
づいて、安定とみなし得る最低限の指標値のいき値を設
定する。設定されたいき値と絶対値相対変動計算部１１
で計算された絶対値相対変動と周波数変動計算部１６で
計算された周波数変動は安定度指標計算部１９に与えら
れる。この安定度指標計算部１９においては、絶対値相
対変動と周波数変動ならびにいき値とチャネルの番号に
基づいて安定度指標が計算され、この安定度指標と瞬時
周波数が対２０となって最大値選択部２３に与えられ
る。この最大値選択部２３には他のチャネルの同様な安
定度指標と瞬時周波数の対２２が与えられる。最大値選
択部２３はこれらの安定度指標に基づいて最大値を選択
し、同時に対となる基本周波数を選択する。その結果、
おおよその基本周波数の情報と安定度指標が抽出され
る。

【００３８】図３〜図６はフィルタの構成の改良につい
ての一実施形態を説明するための図である。図３は周波
数分解能と時間分解能がバランスしたＧａｂｏｒフィル
タのｃｏｓ位相成分の波形とｓｉｎ成分の波形を示し、
それらの自乗和として計算される包絡信号波形を示す。
この波形は、前述の第（５）式において、それぞれ実
部，虚部，絶対値を示している。このフィルタの周波数
応答は、図４に示すように横軸を対数周波数とした表現
では低周波側では緩やかで高周波側では急峻な特性を示
しており、前述の説明で述べた条件を満足していること
がわかる。

【００３９】しかし、図４の高域側が急峻ではあって
も、フィルタの中心周波数が基本波に一致した場合の第
二調波成分の位置での減衰量は２７ｄＢにすぎず、基板
波が第二調波成分に比べて弱い場合には、安定度指標が
最大のフィルタが基本波成分に対応しない場合も生ず
る。

【００４０】図５はこの問題を解決した実施形態を示す
ものであり、フィルタの応答波形として、次の第（１
１）式で定義されるものを用いる。

【００４１】 ω_d （ｔ）＝ω（ｔ−τ₀ ／４）−ω（ｔ＋τ₀ ／４）…（１１） 図５における実線２９は実部を示し、破線３０は虚部を
示し、点線３１は絶対値を示す。このようにして作成さ
れる応答波形を用いることにより、フィルタの特性は図
６の３２に示すように第二調波成分の部分で大きく減衰
することとなり、第二調波成分が基本波成分に対して大
きな場合であっても安定度指標が基本波成分に対応する
フィルタにおいて最大になるようにすることはできる。

【００４２】図７は計算された安定度指標の３次元プロ
ットを示す図であり、中央の高い山の部分が基本波に対
応している。これに対応するチャネルにおいて瞬時周波
数を求めることで基本波の基本周波数が計算される。図
８は安定度指標の改良についての一実施形態を説明する
ための図である。実際の音声では、基本波が微弱であっ
たり、不安定であったり、声門の開閉に伴う声道の共鳴
が非常に強いなどの理由により、第二調波成分に対応す
るフィルタの安定度指標が最大になる場合や、第五次以
上の調波成分に対応するフィルタの安定度指標が最大に
なる場合が数パーセントの割合で発生し、抽出誤りの原
因となることがある。図８は、これらの原因により誤り
を減少させるために、調波構造の知識と声帯振動による
共鳴についての知識を入れるための加重の設定を示す。
３５は半分の周波数に対する正の影響を表わす加重であ
り、３６は２倍の周波数に対する負の影響を表わす加重
である。３７は声門の開閉の影響を補正するための５倍
以上の周波数に対する負の影響を表わす加重である。こ
のように定義される加重を対数周波数λ＝ｌｏｇｆの関
数としてβ（λ）と表わすことにする。同様に安定度指
標Ｍもフィルタの中心周波数の対数周波数の関数として
Ｍ（λ）と表わすことができる。これらを用いて、知識
によって修正された安定度指標Ｍ_m（λ）は、第（１
２）式のように計算される。

【００４３】 Ｍ_m （λ）＝∫β（η−λ）Ｍ（η）ｄη…（１２） この知識によって修正された安定度指標を安定度指標の
代わりに用いることにより、基本波が微弱であったり、
不安定であったり、声門の開閉に伴う声道の共鳴が非常
に強いなどの理由による誤りを軽減することができる。
この実施形態では、図２の１９の安定度指標計算部の演
算方法を変更するだけのものであり、ブロック図には変
更はない。

【００４４】次に、安定度指標の計算法の改良について
１つの実施形態について説明する。音声では、基本周波
数が一定であることは珍しく、上昇や下降などの動きが
伴っていることが多い。このような場合、安定度指標は
変化の自乗和を用いて定義されているため、基本波成分
であっても上昇や下降の動きがバイアスとなるために、
見かけの安定度が低下したように見える。この問題を回
避するために、安定度指標の計算において積分範囲Ωに
おける変動の平均値を除去した量についての自乗和を用
いることができる。このようにして修正した安定度指標
をＭ_c と書き、次の第（１３）〜第（１５）式のように
計算する。

【００４５】

【数８】 図９は実際の音声波形の分析結果を示す図であり、「爆
音が銀世界の高原に広がる。」という文章を発音した場
合の音声波形である。この文章は破裂音や摩擦音を含む
ため、ピッチの抽出が困難な例として知られている。図
９（ａ）は音声波形であり、（ｂ）は音声のパワーであ
り、（ｃ）は基本周波数であり、（ｄ）は安定指標であ
り、（ｅ）はＦ０パワーであり、（ｆ）は安定度指標の
濃淡表示である。図９（ｆ）に示す濃淡表示は濃いほう
が安定度の高いことを示しており、（ｃ）の基本周波数
は実線の部分が声帯振動によるものであると判定された
ものである。

【００４６】図１０は基本波成分を有しないが包絡には
ほぼ周期的な性質を有する信号の分析に適用するための
一実施形態を説明するためのブロック図である。この図
１０に示した実施形態では、信号をそのまま用いるので
はなく、信号を半波整流などの方法によって非線形変換
することにより、基本波成分が存在しない信号であって
も、包絡にほぼ周期的な性質があれば、ほぼ周期的な基
本波成分を有する信号に変換することができる。具体的
には、図１０のマイクロホン１と分配増幅器２との間に
非線形変換器３９を設けることにより、この実施形態を
実現できる。非線形変換としては、半波整流処理やＨｉ
ｌｂｅｒｔ変換を用いた包絡抽出処理や、フィルタ群を
用いた帯域ごとの半波整流処理の加重和や、フィルタ群
を用いた帯域ごとの包絡抽出処理の加重和などを用いる
ことができる。

【００４７】図１１はこの発明のさらに他の実施形態を
示す図である。この図１１に示した実施形態では、前述
の図１に示したｃｏｓ Ｇａｂｏｒフィルタ群３やｓｉ
ｎＧａｂｏｒフィルタ群４の２組のフィルタ群を用いる
代わりに、１組のフィルタ群を用いて振幅変調と周波数
変調の大きさを求めるものである。フィルタ出力を時間
微分したものは、出力信号がｓｉｎであればｃｏｓとな
ることを利用すれば、図２の虚数部の信号の代わりに実
数部の信号を時間微分して利得を調整し、符号を反転し
たものを用いることができる。この方法により、図１の
ｓｉｎ Ｇａｂｏｒフィルタ群４を省き、その代わりに
微分回路４０と符号反転回路４１を設け、実数部への入
力を微分回路４０と符号反転回路４１を通してそれを虚
数部への入力として用いるように構成される。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、入力
された信号の基本波成分の基本波らしさを表わす数学的
指標を見つけ出し、見つけ出した数学的指標を用いて時
間分解能と周波数分解能とがバランスする最小の時間−
周波数の不確定性を有する信号を用いて瞬時周波数とし
ての基本周波数を抽出することができ、この方法を用い
て任意の信号の中に含まれる基本的な成分を探索するこ
とによって、機械装置の音による異常診断や声帯信号の
中の周期性の解析などをはじめとして、多くの分野に応
用できる。また、娯楽の領域においても、過少のピッチ
を正確に抽出することができるので、自動的な採譜装置
や放送やＣＤ作成などでの歌手の歌唱の調整などに広範
に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態における基本周波数抽出
装置を示すブロック図である。

【図２】図１の安定度指標計算部および基本周波数抽出
部の具体的なブロック図である。

【図３】Ｇａｂｏｒフィルタのｃｏｓとｓｉｎと√ｃｏ
ｓ² ＋ｓｉｎ² の時間波形を示す図である。

【図４】Ｇａｂｏｒフィルタの周波数応答特性を示す図
である。

【図５】第２調波からの影響を除いた食い違いＧａｂｏ
ｒフィルタのｃｏｓとｓｉｎと√ｃｏｓ² ＋ｓｉｎ² の
時間波形を示す図である。

【図６】図５に示したＧａｂｏｒフィルタの周波数応答
特性を示す図である。

【図７】安定度指標の３次元プロットを示す図である。

【図８】安定度指標にさらに調波構造の知識と声帯振動
の知識を入れるための加重の設定を示す図である。

【図９】実際の音声波形の分析結果を示すオシロ波形図
である。

【図１０】この発明の他の実施形態を示すブロック図で
ある。

【図１１】この発明のさらに他の実施形態を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ マイクロホン ２ 分配増幅器 ３ ｃｏｓ Ｇａｂｏｒフィルタ群 ４ ｓｉｎ Ｇａｂｏｒフィルタ群 ５ 安定度指標計算部および基本周波数抽出部 ６ 瞬時周波数補間抽出部 ７ 音源情報 ８ 実数部 ９ 絶対値計算部 １０ 絶対値相対変動計算準備部 １１ 絶対値相対変動計算部 １２ 虚数部 １３ 位相角計算部 １４ 連続位相変換部 １５ 瞬時周波数計算部 １６ 周波数変動計算部 １８ いき値設定部 １９ 安定度指標計算部 ２０ 安定度指標瞬時周波数対 ２３ 最大値選択部 ３９ 非線形変換器 ４０ 微分回路 ４１ 符号反転回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された信号の基本周波数を抽出する
   ための信号分析方法であって、 低周波側の遮断特性がなだらかであり、高周波側の遮断
   特性が急峻であるようなフィルタを用いることにより、
   前記入力された信号の基本波らしさを表わす数学的指標
   である安定度指標を計算する第１のステップ、および前
   記見つけ出した安定度指標を用いてフィルタを選択し、
   そのフィルタ出力から瞬時周波数を求めることにより、
   基本周波数を抽出する第２のステップを含む、信号分析
   方法。
2. 【請求項２】 前記第１のステップは、前記フィルタの
   出力を用いてフィルタ出力信号の振幅変調の大きさと周
   波数変調の大きさを求めることにより、前記安定度指標
   を計算するためのステップを含む、請求項１の信号分析
   方法。
3. 【請求項３】 前記第２のステップは、前記安定度指標
   の計算結果に基づいて最大の安定度を示すチャネルの出
   力から瞬時周波数として基本周波数のおおよその値を計
   算するステップを含む、請求項２の信号分析方法。
4. 【請求項４】 前記第２のステップは、前記おおよその
   基本周波数の値に基づいて隣接する周波数チャネルから
   の瞬時周波数の値を補間して精密な瞬時周波数を抽出す
   るステップを含む、請求項３の信号分析方法。