JPS59182498A - 音声検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はディジグル化された音声信号中の有音部分と無
音部分とを識別し、その結果を出力する音声検出回路に
関するものであるＯ 半導体技術、ディジタル信号処理技術、ゲイジＩル通信
技術の進展番こともない、音声信号もディジタル化され
た形で伝送、交換が行なわれるのが一般的になっている
。しかし音声信号をディジタル化するには、通常６４ｋ
ｂ／の速度あるいは情報量が必要であり、音声メツセー
ジの長さく数十秒〜数分程度）を考えれば、データ通信
等に比べ、音声通信には全体としてかなり大縁の情報量
が必要となる。一方音声メッセージ中には、何も音声の
存在しない無音区間が相当量含まれている。そこでディ
ジタル伝送路の効率化をねらったＤＳＩ（Ｄｉｇｉｔａ
ｌ　５ｐｅｅｃｈ　Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）　　
システムあるいは音声ｆこよるメツセージを蓄積し、配
達する音声メール・システムにおいては、音声を伝送す
る伝送路の帯域あるいは音声を蓄積するディスク・ファ
イルの容量を節約するため、音声信号中の有音区間を検
出し、有音区間のみを伝送あるいは蓄積することが行な
われる。そのために必要となるのが音声検出回路である
。また上に述べたＤＳＩあるいは音声メール・システム
の他にも、音声認識等音声を取扱う諸々の装置において
は、音声検出回路は必須のものである。

従来このような音声検出回路は、主に音声信号のパワー
（あるいはエネルギー）ｌこよる検出を行なっていた。

すなわち人間の音声の信号パワーと、音声力５ないとき
の背景雑音の信号パワーとの差ζこ着目し、有音区間と
無音区間の識別を行なう方法である。

第１図は従来方式（こよる音声検出回路を示すブロック
図である。第１図において、入力端子１゜Ｉこ〃口えら
れた非線形ＰＣＭ方式によるディジタル音声符号は、非
線形／線形符号変換回路１１ｉこよってまず線形ＰＣＭ
符号に変換されたのち、乗算回路１２の乗数、被乗数端
子に入力されて自乗値すなわちパワーが計算される。計
算されたパワーは加算回路１３によって所定の時間の間
累積加算される。累積刀口算された結果は、比較回路１
４ｉこよって、記憶回路１ｇに予め設定された有音／無
音を判定するためのしきい値と比較される・累積加算結
果がこのしきい値を越えると比較回路１４から論理「１
」が出力され、音声検出が表示される。　　゛なお、所
定時間中のパワーを計算するために、加算回路１３は、
入力端子１６に加えられるリセット・クロックにより、
一定時間ごとにリセットされる。

このような従来方式による音声検出回路番こおいては、
パワーの計算を行なうための乗算回路が必須である。乗
算回路は、２進法の場合、桁シフトと加算を繰返すか、
あるいは等価な操作を並列に展開して処理する必要があ
り、回路規模が増大する。これ（こ対して専用ＬＳＩあ
るいは乗算器を含むマイクロプロセッサも開発されてい
るが、その分だけ高価番こなることは避けられない。ま
た乗算を行なうためｆこは、扱う符号が線形ＰＣＭ符号
でなければならず、通常の非線形ＰＣＭ符号が入力され
る場合ｆこは、第１図Ｉこ示したように非線形／線形符
号変換回路が必要となる。また加算回路１３も、所望の
背戸検出精度を満たすだけの演算語長を有する回路とし
なければならない。

なお人間の音声は母音と子音に大別され、母音および大
部分の子音は第１図の方法で検出可能であるが、検出が
比較的困難な一部の子音（／Ｓ／、／Ｊ／等の無声子音
）に対して、次（こ述べるようＩこ、別の方法を併用し
て検出を補強する場合があるＯ すなわち無声子音は信号レベルが低く、背景雑音レベル
と差のないことも多いので、パワーのみで音声検出をす
るのが困難な場合力５ある。一方、背景雑音の周波数ス
ペクトルはほぼ平担か、あるいは低域が強いのに対し、
無声子音は高域にパワーが集まっている。この性質を利
用し、大まかな周波数分析法として信号が零レベルを横
切る頻度を観測することにより、無声子音の検出を補な
う方法が併用される。すなわち一定時間中Ｉこ音声信号
が零レベルを横切る回数がある値以上のときに有音と判
定する方法であり、この方法を１−零交差頻゛度による
検出」と呼ぶ。

第２図は、＠１肉で述べた回路構成に、零交差頻度によ
る検出のための回路を付加したものである。第２図にお
いて非線形／線形符号変換回路１１の出力は、直流オフ
セット検出回路１７１こ加えられ、その出力レベルとさ
らに比較回路１８によって大小が比較される。計数回路
１９は、比較回路１８の出力が変化するたびζこカウン
ト・アクブするものである。直流オフセット検出回路１
７は、一般Ｉこ符号化回路の不整’３　ｉこより生ずる
微小な直Ｒ、ｔ　７　セントを検出するための一種のフ
ィルタ回路である。直流オフセットが存在すると、零交
差頻度番こよる検出が著しく妨害されるために、このよ
うな検出回路が必要となる。したがって計数回路１９は
、直流オフセントを除去した後の音声信号に対して、零
交差頻度を計数することになる。

なお、直流オフセント・レベルは微小なものであり、パ
ワー計算ｌこ対する影響は少ないので、パワー検出に関
しては、直流オフセットの除去は必ずしも必要でない。

計慰回路１９の出力は、比較回路２０（こよって、記憶
回路２１ｉこ予め設定された有音／無音を判定するため
のしきい値と比較される。計数回路１９の出力がこのし
きい値を越えると、比較回路２０１こよって論理「１」
が出力され、音声検出が表示される。比較回路１４と比
較回路２０の出力は、ゲート２２によって論理和カ５と
られ、保持回路２３に加えられて、最終的な音声検出表
示が出力端子２４ζこ出力される。計数回路１９および
保持回路２３も一定時間ごとに動作する必要があり、リ
セット・クロンク１６１こよって一定時間ととにリセソ
トサレル。

一方子音の後にはほとんどの場合に母音が続くことから
、音声検出に遅延が許されるシステム（例えば音声メー
ル・システム。対話膨面ＩＫではないためｆこ遅延（こ
対する要求条件が緩い。）の場合には、音声信号そのも
のｆこ遅延を与えておき、有音区間が検出されたとき、
さかのぼってその直前の無音区間も有音区間の一部とみ
なすことによって、無声子音の検出の誰しさを補うこ々
も可能である。その場合には、音声検出回路としては第
１図の回路構成のみでよい。

第１図、第２図いずれの回路構成ｌこよる番こしろ、乗
算器、非線形／線形符号変換回路、加算回路等ｆこよる
回路構成の複数化、高コスト化という欠点は同様である
。

本発明は従来方式のかかる欠点を除去し、乗算回路、非
線形／線形符号変換回路、加算回路を一切不要とし、極
めて単純なレベル比較及び計数のみにより検出精度のよ
い音声検出回路を得んとするものである。

すなわぢ本発明−こよれは、ディジタル音声符号系列中
の有音部分と無音部分とを識別する音声検出回路（こお
いて、入力されるディジタル音声符号力Ｓ表わす音声信
号レベルと所定のレベルとの大小を比較する比較回路と
、所定の時間内（こ前記比較回路の出力が変化する回数
を計数する計数回路と前記計数回路の計数値力５所定の
計数値を越えたことを検出する演出回路とから構成され
ることを特徴とする音声検出回路が得られる。

さらｌこ本発明（こよればディジタル音声符号系列中の
有音部分と無音部分とを識別する音声検出回路において
、入力されるディジタル音声符号が表わす背戸信号レベ
ルと所定のレベルとの大小を比較する第一の比較回路と
、所定の時間内に前記第一の比較回路の出力が変化する
回数を計数する第一の計数回路と、前記第一の計数回路
の計数値が所定の計数値を越えたことを検出する第一の
検出回路と、前記ディジタル音声符号系列中の直流オフ
セットΦレベルヲ検出するオフセット検出回路と、検出
された直流オフセント・レベルト前記ディジタル音声符
号７’１５表わす音声信号レベルとの大小を比較する第
二の比較回路と、所定の時間内に前記λち二の比較回路
の出力が変化する回数を計数する第二の計数回路と、前
記第二の計数回路の唱数値７）１所足の計数値を越えた
ことを検出する第二の検出回路と、前記第一の検出回路
の出力と第二の検出回路の出力の論理和をとる回路とか
ら構成されることを特徴とする音声検出回路か得られる
。

以下本発明を、図面を参照して詳細ｌこ祝明する。

第３図は本発明の第一の実施例を示すブロック図である
。第３１メ１において入力端子１０ｉこ〃口えられた非
線形ＰＣＭディジタル音声符号は、比較回路３０によっ
て、記憶回路３１１こ予め設定されたしきい値とレベル
の大小力５比較される。刀ＯＷ１乗算と異なり、レベル
の大小比＠は非線形符号のままで行なうこ々ができる。

計ム回路３２は、比較回路３０の出力が変化するたびｆ
こカウント・アップするものである。計数回１！’８３
２の出力は比較回路３３１こよっで、記憶回路３４ζこ
予め設定された有音／無音を！−１」定１「るためのし
きい［直と比較される。計数回路３２の出力がこのしき
いイ直を越えると比較回路３３ｆこよって論理「１」が
出力され、音声検出が表示される。一定時間ご、ｉここ
の検出を行１ｆうた＾すに、計数回路３２は入力端子１
６（こ加エラれるリセット・クロックにより一定１％　
ｌ’１−ｉ５　（：　トにリセノ　トさイする〇 以上述べた回；烙の１ｖＩ作は、第４図に示すように、
音声信号波形に対して、一定時間内に、あるしきい値レ
ベルを越える山の数カＳいくつあるかを計数し、その数
が所定の数以上である場合に有音と判定することに相当
する。音声は１００　Ｈ２〜２００　Ｈｚを基本周波数
とする高調波成分の和で表イつされるので、しきい値が
零レベルからある適当なレベルまでの間は、一定時間内
にしきい値を越える回数が必ずある回数以上となるよう
（こすることができる。一方背景雑音は周波数スペクト
ルが平和に近くランダム性が強い。したがって仮に音声
と同程度のパワーを持っていても、そのパＴ７−カＳ多
くの周波数成分に分散されるため、一定時間１７．１１
ご所定のしきい値レベルを所定回数越えるきいう周期性
の強い条件をクリアすることは極めＣ困）７ｆ、ｐであ
ろりあるいは、そのようなしきい１直レベルを容易（こ
丞定すること力５できる・しだ力５つて本方式（こより
４．りめて精度よく音声検出を行なうこと力５６］能で
ある。

なお以上の説明１こおいて、八を数回路３２は比１ツ回
路３０の出力が変化すること（こカウント・アップする
さしていた。これは第４図（こおいて、しきＧ）値を越
える山の数の２倍をｊ１数することに相当するが、山の
数そのものを計数することと何ら本質的に変わる所はな
い。比較回路３０の出力力ｊある一万同ｌこ変化すると
き（このみ計数回路３２ｍカウント・アンプ［るように
Ｔれは、山の数そのものを計数することになる。また比
較回路３０が、入力された非線形ディジタル音声符号と
しきい値とを絶対値で比較する場合も本′Ａ的（こは同
様Ｃある０ また音声符号中ｆこ含まれる直流オフセット・レベルは
微小なものであり、本音声検出回路に対する影響はあ才
り大きくない。直流オフセットを除去した方がより正確
な検出が可能であるが、それは必ずしも必要ではない。

以上の説明から明らかなように、本発明によれは、音声
検出回路（こおいて、乗ｐ−回路が不要となる。したが
って非線形／線形符号変換回路も不要であり、亘た累積
〃０算を行なうための回路も不要となる。それらの代わ
りに簡単な比較回路と計数回路ζこよって、精度Ｃ１’
）よい音声検出回路を９：現することが可能となる。

ただし不方式ζこおいても、無声子音も含めて音声検出
するため（こは、記１．砥１ｄ路３１【こ設だするしき
い値レベルをかなり下げる必要力Ｓある。しかし１その
場合は逆にＲ景維音に対して誤って有音区間とみなす可
能注力５生じる。したがって無声子音を保ａするために
は、従来例の場合と同様に、有音区間に先立つ無音区間
の一部もきめて有音区間とみなすか、あるいは音声検出
才での許容遅延が小さい場合【こは、零交差頻度（こよ
る検出を併用する方法力Ｓ有効である。

第５図は本発明の第二の実施例を示すブロック図であり
、第３図のＩう１路に零交差頻度による検出のための回
路を付加したものである。第５図に」６いて、比較回路
１８、計数回路１９、比較回路２０、配憶回路２１は、
第２図におけるものと同様である。直流オフセット検出
回路３５は、非線形符号のままで１訂流オフセツト・レ
ベルを検出ｄ−ろ回路である。すなわち比較回路１８の
出力をフィード・バンクして、入力ディジタル音声符号
のレベルと直流オフセット・レベルとの大小１７１係力
Ｓ侵時間にわム：って等確率で現われろようにオフセン
ト・レベルを側副する［ｒ、ｉｌ路である。第２］ソ１
にオｊける直流オフセット検出回路１７は線形符号につ
いて検出するものとして記述したが、非線形符＋５１こ
ついて検出する方法をとることも可能である。すなわち
非線形符−号からの直流オフセット・レベルの検出は公
知の技術で４ある。ゲート２２、保持回路２３の機能も
第２図の１烏合と同様である。

なお、無声子廿の検出精度を同上させるため、零交差頻
度による検出の代わりに、直流オフセント検出回路の出
力レベルにさらに傾く微小な１ノベルを刀り算しグこレ
ベル１こ対し、父差頻度を測定する方法も有効である。

その原理は、やはり無声子音のパワー・スペクトルが筒
周を皮頌吠（こ偏っていることを、（１」用し、喀レベ
ルＩこ極く微小なレベルを上乗セスることζ仁より、ス
ペクトルカＳ　′ＳＶ’−ｆＥＪな１歇雑音との識別を
より容易にしようとするものである。

但し非線形符号の引合ｆこは、１線形群号Ｊこ変換して
から加算するか、あるい；は等価な演算を行なう必要７
ンＳある。

以上実施例１こついて説明したように、不発明ｌこよれ
は、乗算回路、非線形／線形符号変換回路等を用いるこ
となく、簡羊な比較回路と計数回路（こよって、容易に
、かつ精度良く音声演出を行ｊｆうことができ、その効
果は著しいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来方式による音声検出回路を示
アブロック図、第３１ズおよび第５図は不発明（こよる
音声検出回路４示ずブロック図、第４図は電発明による
廿声検出Ｉ！４］路の動作原ｋ（１を示す説明図である
。 図ｆこおいて、１１は非線形／勿形符号褒１９回路、１
２は乗算回路、１７．３５は直流オフセント検出回路、
１３は累積ｌｏｇ回路、１４．１８．２０゜３０．３３
は比収回路、１９．３２（はｂ１数回路、１５．２１、
：３１．３４は記憶回路、２３は保持回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ディジタル音声符号系列中の有音部分と無音部分と
   を識別する音声検出回路ｌこおいて、入力されるディジ
   タル音声符号が表わす音声信号レベルと所定のレベルと
   の大小を比較する比較回路と、所定の時間内Ｉこ前記比
   較回路の出力が変化する回数を計数する計数回路と、前
   記計数回路の計数値が所定の計数値を越えたことを検出
   する検出回路とから構成されることを特徴とする音声検
   出回路。 ２、ディジタル音声符号系列中の有音部分と無音部分と
   を識別する音声検出回路において、入力されるディジタ
   ル音声符号が表わす音声信号レベルと所定のレベルとの
   大小を比較する第一の比較回路と、所定の時間内に前記
   第一の比較回路の出力力Ｓ変化する回数を計数する第一
   の計数回路と、前記第一の計数回路の計数値が所定の計
   数値を越えたことを検出する第一の検出回路と、前記デ
   ィジタル音声符号系列中の直流オフセット・レベルを検
   出するオフセント検出回路と、検出された直流オフセッ
   ト・レベルと前記ディジタル音声符号が表わす音声信号
   レベルとの大小を比較する第二の比較回路と、所定の時
   間内憂こ前記第二の比較回路の出力が変化する回数を計
   数する第二の計数回路と、前記第二の計数回路の計数値
   が所定の計数値を越えたことを検出する第二の検出回路
   と、前記第一の検出回路の出力と第二の検出回路の出力
   との論理和をとるゲート回路とから構成されることを特
   徴とする音声検出回路。