JPS59195286A - 音声分析装置 - 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】 本発明は簡易形音声分析装置の改良に関する。

通常、音声認識装置では、音声波形を分析し、その分析
出力である特徴パラメータの時系列とあらかじめ記憶さ
れているパターンとの間で識別計算を行い、認識結果を
求めている。従来、この音声認識装置に使用されている
音声分析として／くンドバスフィルタ分析やケプヌトラ
ム分析や変形ケダストラム分析があった。

音声波は声帯の振動によって励振された声道力＼らの放
射出力であると考えることができ、音声信Ｇ　（ｔ＋　
”　Ｒ（１１来５（ｔｌ・・・・・・・・・−・・・・
・・・・・・・・・・・−（１）体は畳み込み操作 （１）式をフーリエ変換すると Ｏｆ（匈＝　Ｒｆ　（ｗ）　Ｘ　Ｓ　ｆ　（ｗｌ・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）となる。音
源特性Ｓｆ（ｗ）は周期的な線スペクトラムであシ、声
道特性Ｒ，ｆｔｗ）は、音声スペクトルＧｆＭ　　のエ
ンベロープである。このエンベローフ。

を得る方法として一定値以上の帯域幅を持ったーくを持
つことによシ音源特性であるスペクトルの影響を弱くし
複数個並べることによりエンベロープの全体の特性すな
わち声道特性を得ることができていた。

ところで、よシ精密な声道特性を得るためには、バンド
パスフィルタの帯域幅を細くする必要があるが、細りす
ると音源スペクトルである線スペクトルの影響が大きく
表われてくる。このためバンドパスフィルタの帯域幅は
ある程度以上細くすることはできず、バンドパスフィル
タ分析ではよシ稍密な声道特性を得ることはできなかっ
た。−万、声道特性と温源特性を分離し、よυ精密な声
道特性を求める方法としてケプストラム分析がある。

クズストラム分析では、（２）式をきらに線変換し、ｋ
）ｇｌ　Ｇｆ（ｖｉｉ　Ｉ　＝　ｋ）ｇ　ｌ　ＲｆＣｗ
）　Ｉ　＋　ｌｏｇ　ｌ　８ｆ　ＩＷ）−・−・・（３
）次に逆フーリエ変換によってケプストラムを得る。

（Ｊｃ（ｑ）　＝　凡ｃ（ｑ）　−１−５ｃ（ｑ）・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・−・
・・・・＋４１この（４）式のようＶこ、スペクトラム
領域での積がクズストラム分析では和となる。音源スペ
クトルＳｆ←）である周期的な線スペクトルのケプスト
ラム８　ｃ　（ｑｌは音源の周期Ｔｐの近傍にのみ表わ
れる。

一方、声道スペクトルＲｆ←）はＧｆ（ｗｌのエンベロ
ープとして表われ　そのケプストラムＲｃ（ｑｌ　は低
ケフレン７部へ表われる。すなわち、音声信号をり一ブ
ストラム分析し、ケフレンシの低い成分に音源特性より
分離された声道特性を得ることができる。

さらに特願昭５６−０６９０３１号明細書（特開昭５７
−１８５０９８号公報）に記載されているように音声の
スペクトルの中よυ帯域内の周波数成分のみを切出しゼ
ロ周波数までソワトする切出し部を用けることによシ、
伝送路の帯域外の特性の影響を除去することができる。

１だ、周波数の高域部を圧縮する写像関数による周波数
軸のスケール変換例えｔｉ′噸スケスクール変換ｅｌス
ケール変換などを行うスケール変換部を８２けることに
よジ、高域よシ低域へ重みが置かれたすなわち人間の聴
冗特性に近い特性を持った変形ケプストラムが得られる
。前記スケール変換は第１図に７ドすような写像関数Ｓ
ｍ＝Ｍ（ＳＪ）　　によシ、伝送路の帯域内のみのデー
タを一スケールまたはＭｅｌスクールへ並ひ換えること
である。すなわちＳｐ番目のスペクトルをＳｍ番目の変
形スペクトルとすることである。

しＩＪ・シながら、前記のバンドパスフィルタ分析やク
ズストラム分析や変形ケグストラム分析は、フーリエ変
換を基本としておｐ二角関数糸との乗算を必要とし装置
が大型となる欠点があった。

−万、フーリエ変換の近似的な変換であるウオルシュ変
換は±１の２値の直交関数系による変換であるため、ウ
オルシュスペクトルは加減算のみで求めることができる
。このウオルシュ変換を用いることによシ特開昭５７−
７ＣＩＱ号公報に記載されているように小型の疑似バン
ドパスフィルタを実現することが知られている。しかし
疑似バンドパスフィルタではより糸ｕかで精密な声道特
性を得られない欠点があった。

本発明の目的は、クズストラム分析における。

フーリエ変換と逆フーリエ変換を多値ウォルシ。

変換にｇｔき換えることにょシ、ケプストラムの近似値
を得る小型の装置、すなわち、よ′シ細小で精密な声道
特性が得ら１ｔかり小型の廿声分析装置を提供すること
にある。

本発明による音声分析装置は、入方信号の多値ウオルシ
ュ変換を行う第１多匝ウオル７−変換部と、前記第１多
値ウオルシー変換部の出力よりウオルシュパワースペク
トルを求めその線変換を行うｌｏｇ変保変色部ウォルン
ー父奇数軸のスケール変換を行う写像関数８ｍ＝Ｍ（Ｓ
、ｆｆ１Ｊ　ｉ／こよｐ前記７ｊｏｇ変換部の出力を変
形製４数軸へ写像するスケール変換部と、前記スケール
変換部の出力の多値ウオルシュ変換を行９第２多値ウォ
ルンー変侠部を有してＩ／）る。

次に本発明で使用する多値ウオルシュ変換につい゛Ｃ説
明する。ウオルシュ変換はフーリエ変換における直交関
数系である三周ＩＡ数γ±１の２値の関数であるクオル
／ユ関数パ装置き侠え７こもし）であり、加減算の６で
フーリエ変換の近似値が得らルる。しρ）し二角関数を
±１の２１匿関数へ近似させているため、近似度合が悪
かつ罠。−万、ウオルシュ変換を多値化し複素数１′ヒ
させることにより闇単な演算でフーリエ変換のよりよい
近似＋＝が得つれる多値ウオルシュ変換が同−出岬人力
１り出ｋＡされた（整理番号３３５２６３６７　（多値
ウオルシュ」に記載きれている。ここで多値ウオルシュ
変換の原理について述べる。

入力時系列を逆２進順に並べた列ベクトルをＸ１多値ウ
オルシユスペクトルをＷ１変換行列をＣとすれは、 Ｗ＝Ｃ−Ｘ ”　Ｇｎ　”Ｇｎ　−１・・・Ｇ１・Ｘ・・・・・・・
・・・・・（６）ｎ回の行列の積として表現できる。こ
こで各０１は（７）、（８）、（９）式によシ決定され
る。

Ｇｉ＝Ｅｉ■Ｉ、、。

ただし■はクロネノカー積である ＬＨ＝ｄｉａｇ（１，（＝ｉ）　、　Ｃａｒ）　、　−
、Ｃａｉ”　）　）　−（９）である。

ここで〔ａｌ〕　は多値化の数によって決定され、８値
の場合は ａＩ＝ｅｘｐ（ｊπ／２Ｉ）、ａ７−ｅＸｐ（ｊθ）と
しくｅＸｐ（ｊθ）〕＝１１０≦θ〈−のとき３π ：ｉ＋ｊ、−＜θくπ　のとき − とする。まだ、１６値の場合は （ｅＸｐ（ｊθ）〕＝１　．０≦θくＬ−のとき＝１−
１−！−ｉ　、二〈θく−のとき２　　　８−　　　４ 一１＋Ｊ　　、二くθ〈ひのとき −８ １３π ニー＋３　　％百≦θくｉのとき ５π ””Ｊ　　　　Ｘ２≦θくｉのとき １　　　　５π　　　　　　３π ＝−ｉ＋」、百≦０く１のとき ７π ’＝　　’　＋　Ｊ　ｓ　ａ≦θく百のとき＝＝１−１
−７Ｊ％百≦υ〈τのとき とする。

また、逆２進順とは自然数を２進表現し、その桁桁を逆
転させた数を考え、その数の順序に並べることであり、
ｎ　＝　３の場合 Ｘ　＝（Ｘ、、　Ｘ４　Ｘ２　Ｘ６　ＸＩ　Ｘ５　Ｘ３
　Ｘ？　）となる。さらに８値ウオルシー変換の場合各
Ｇ、は となる。これらＧ１　の各行ともゼロでない要素は２つ
のみであり高速フーリエ変換で胴込られるバタフライ演
算と同形の演算にて求められることを示している。この
ゼロでない要素は（±１．±Ｊ）であるため複素数の加
減算のみで実行できる。さらに１６値ウオルシー変換の
場合ゼロでない要素は（±１／±−１±」／±Σ」）で
あるためシフト演算と複素数の加減算のみで実行できる
。また、この時得られる多イ直つォル／ニスベクトルの
Ｗｌ　とＷＮ％　。

（Ｎ＝２ｎ）　は共役複素数となる。

本発明の音声分析装置は、ケブヌトラム分析におけるノ
ー　リエ変換と逆フーリエ変換を多値ウメルシー変換へ
置き換えることにより、加減算器等による簡単な演算器
で構成できる利点を持っている。さらにウォルンー変換
を用すた疑似バッドバスフィルタ分析装置に比較し、よ
シ細かで精密な声道特性が得られる利点を持っている。

次に本発明の装置の具体的な構成を図面を診照しながら
説明する。

本発明の実施例は第２図に７３Ｑずように、第１バノフ
ブノモリ部】、第１多値つＡルン、演算部２、第１多値
ウオルシー変換制御部３、ＩＯｇ鋭俟部４、スケール変
換部５、第２バツフアメモリ６、第２多値ウオルシー演
９部７、Ｍ　２多（Ｊｌ！Ｊ、’；’ａ）しノー変換制
御部８よシ檜成きれる。始めに人力時詐；列データが第
１バノンアメモリ部１へ入力され一時記憶される。記憶
された後、第４図に示したｎ−４の場合の計算の流れ図
に従った第１多値ウオルンー変換制御部３の制御信号に
よシ、第１段よシ第ｎ段まで計算が進められる。第１段
の処理は、第４図にボした第１段の２　　個のバタ、７
ンイ演算を実行することでりジ、（７）式の０１　の行
列を乗することを意味している。

バタフライ演７！け Ｙａ−Ｘａ＋Ｘｂ−ａｋ Ｙｂ−Ｘａ−Ｘｂ−ａｋ　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・ａ〔であシ、第３図に示す第１多値ウオル
シュ演算部２にて求められる。バタフライ演算では始め
にＸ３゜Ｘｂが第１バッファメモリ部１より読み出され
、Ｘａの実数部表虚数部がレジスタ２０１，２０２　　
へ、Ｘｂの実数部と虚数部がレジスタ２０３．２０４　
　へそれぞれ一時格納さルる。Ｘａ−ａｋの複素数乗算
は８値ウオルンユ変換の揚付は仄の４通シの刀ｌ減算に
て実行きれる。

（ｚｎ−１−ｊｚ、ン＝（ＸｂＲ＋ｊＸｂｘ：Ｌａｋ　
（！：Ｌ％ａ　　＝＝１のとき　　　ＺＲ＝ＸｈＲｚ　
ｒ＝Ｘ　ｂＩ ａ２＝ｊ＋ｊのと＊　　　ｚ　＋ｔ＝Ｘｂ　１１−Ｘ　
ｈ　１ｚ　）＝ＸｂＨ十Ｘ１）１ ａ４−」のとｐ　　　　ＺＲ”ｘｌ）１ｚ■＝ＸｂＨ ａ、　＝−］＋ｊのとき　ｚＨ＝　ＸｂＨＸｂＩ２　Ｔ
　”Ｘｂ　ＲＸ’ｈ　＋　−＝　Ｑｌ）第４図の計算の
流れ図中のａｔ　、ａ、、ａ、、ａ７　　はそれぞれａ
。、ａ２．ａ４．ａ６　と同じ値である。（１１）式の
演ｎは第１多値つＡルシュ変換制御部３０制御１汀号の
もとてスイッチ２１１と力［Ｉｌｋ：；ｎ’？ａ２２１
と２２２により求められる。すなわちスイッチ２］＋＋
−１−ｌ：＋＃Ｊ）、ｇ：：２２］と２２２の入力をＸ
ｂｌｌ、ＸＩ）■、ゼロのどれか奮選択シフ、加減ｐ、
器２２】と２２？は加９又ｉづ減算又は加尊符号反転を
行い前記０１式の演算を行う。っつ（八て（１１式の加
算および減ｐが実数部、虚Ｖ部ｉ＋＝分けて加算器２３
］と２３２および減算器２３３と２３４にて行われる。

得られた結果Ｙａ１ＹｂけＮ＜　Ｊバノノ７メモリ部１
のＸ８、Ｘｂが記憶さｉ］てぃた埴１ツｉへ誓かれる。

最終段である第ｎｖ、までＭｌ＋記夕↓理が終了すると
、第１バツフアメモリ１に多値ウオルシュスペクトラム
が得られる１、 多値ウォルンー変換が終了した後、第５図に示す噸変換
部４とスケール変換部５によって、廟ノぐワー多”ａｈ
ウォルシースペクトルが求められ、スケール変換を行う
写像関数Ｓｍ二Ｍ（Ｓｅ）により変形交番数軸へ写像を
行う。すなわち、スケール変換制御部５１は第６１に示
すタイムチャートに従った制御信号を発し、始めに第１
バノノアメモリ部１より信号ａ、に＋ｔって多値ウオル
シュスペクトルの偶数項Ｗ２１　と奇数項ＷＺｉ＋１を
順次読み出し、翔変換部４の乗：Ｆｌ、器４１で２乗さ
れ加算器４２とアキュムレータ４３を用いてパワー多値
ウオルシュスペクトル（Ｐ　ｉ　：ｗ　２　′？＋Ｗ　
２　＋十子）７５；求められ、つづいて−変換１ｉｔ（
こて−変換され、信号ａ２をアドレスとして指示された
写像関数値Ｍ（ｉ）を写像関数テーブルメモリ部５２よ
り耽み出し、その出力Ｍ（ｉ）を第２バツフアメモリ都
６のアドレス１８号ａ３として廟パワー多１直ウオルシ
ュスペクトル（廟Ｐｉ）　　を第２バックアメモリ部６
０Ｍｆｉ１ｗ地へ格納する。第２の多値ウオルシュ変換
は第１の多値ウォル・／ユ変換と同様に動作し第２ノく
ノン丁メモリ都６、第２多値ウオルシー変換部７、第２
多値ウオルシユ変挾制モ１４１部８１１・こて実行され
る。

ところで、通常音声認識ではクズストラムの低次の項の
み１すＪ用するため、第２のり値ワメルノユ変換は四次
の項のみに１算すればよバ。ぞＱ）ため第２°の多値ウ
ォル／−変換（５）式の変換行列の低次の項のみすなわ
ち の小さいｋについての−＞　＃ｔ　：ＦＪずれｌｊ」：
い。ここでさらにＸＡは偶関数である（′）で１４１７
．　６．）実１２：　’ｊ８１ｓであるＨｋｌ　　を使
用すれσ」、（ハ、。

本発明の第２の丈施例は、第２のウオ、Ｉレジ、変換を
９９式にて求める装置である、ゐ１の実施例における第
２多値ウオルシュ変換制御部８、第２多値ウオル／・演
算部７を餓７図に示す構Ａ’−・変史したものである。

第２多値ウオルシー変換制御部７は第８図に示すタイム
チャートに従った制御信号を発し、信号ｃｌ　７によっ
てアキ−ムレ−タフ２をクリヤし、信号に１に従って・
−第２ノくソファメモ９部６より変形線パワー多値つオ
ルシースベクトルＸ　ｌ＝に’ｇ　Ｐ　Ｍ（ｉ）を読み
出し、多値ウオルシュ変換行列の実数部Ｈ′に１に従っ
た＋１または−１，の信号ｂ２によシ加減算器７１はア
キュムレータ７２との間で加算または減算を行う。すな
わち信号ｂ２が＋１の場合はＡＣＣ＋Ｘｊ→Ａ、ＣＣを
行い、信号ｂ２が−１の場合はＡＣＣ−Ｘｊ−ＡＣＣを
行う。信号ｂ１がＮ−１となった時アキュムレータ７２
ヘウオルシユ変換値Ｗｋすなわち疑似ケプストラムが得
られる。

次に本発明の第３の実施例は多値ウオルシュ変換として
１６値ウオルシユ変換を採用した場合の装置であり、第
１の実施例における第１多値ウオルシー演算部を第９図
に示す構成へ変更したものでちる。計算は第１の実施例
と同様に進められる。

第１の実施例と異なる点はバタフライ演算における乗算
要素ａｌ（の値が８種類あることである。

（１（１式における複素数乗算は次の８通りの演３！に
て実行される。

（ｚｎ＋ｊｚｒ）＝（Ｘｂｕ＋１Ｘｂｔ：ｂａｉｔとし
ａ　二１　のとき　　ｚＲ−ＸｂＲ Ｉ−Ｘｂｌ ｚ　１　＝−ＸｂＲ−ｔ−Ｘｂ　Ｘ ａ　　＝１＋ｊのとき　　ｚ　Ｒ＝Ｘｂ　Ｂ　　Ｘｂ　
１ｚ　１　＝Ｘ　１）　ｎ＋Ｘ　ｂ　ｉ ａ　　＝　＋ｊのとき　　ＺＲ＝−ＸｂＲｘｂＩ３２　
　　　　　　　２ ｚ　１３Ｘ　ｌ）　Ｒ＋　２　Ｘｂ　１ａ＝ｊのとき　
　　Ｚｕ＝Ｘｂｌ Ｚｌ”ＸｂＲ ａ　　−＋ｊのとき　ｚ　Ｒニー、＝ＸｂＲＸ　ｂ　１
５　２　　　　　　　　２ ｚ　１　＝Ｘ　ｂｎ　　２　Ｘｂ　’ ａ　　＝　　１＋ｊのとき　ｚｎ＝　Ｘｂｌｔ　Ｘｂｉ
ｚ　１　＝Ｘｂ　ＲＸｂ　Ｉ ンフタ２４１と２４２は１ビツト右シフトすることによ
’）　　Ｘｂｕ　　および−Ｘｂｌ　を求め、スイッチ
２ ２］２は加減算器２２１と２２２の入力をＸｂＲ，Ｘｂ
ｌ。

ＸｂＲＸｂｌ、ゼロのどれかを選択し、加減算器２　　
　　°２ ２２１と２２２にて７Ｊｌ］　：１１−又は減算と符号
反転を行い１式の複素数乗算を実行する。

以上本発明を実施例に基づき説明したが、これらの記載
は本発明の範囲を限定するものではない。

特に本発明の実施例ではＦＷＴ　　のアルゴリズムとし
て（６）式に示すように入力時系を逆２進順に並べＧ１
よ５Ｇ。ｔで順次積を取９求めていたが　０式に示すよ
うな正順序の時系列Ｘ′をＧｎ、よりＧｌＴまで順次積
を取り、その゛結果として逆２進順のウォルシースベク
トルＣを得る方法も採用できることは明白である。

ｗ’＝ｏ、”・Ｇ２１−・・　Ｇ♂・Ｘ′　・・・・・
・・・・・・・・・・・０国また、パワースペクトルを
Ｐ　ｌ　＝Ｗ２１　＋Ｗ２　ｉ十□　として求めるが、
乗算器を必要としているためＰｉ＝ｌＷｚ＋Ｉ＋ｌ’Ｗ
２１−１−１１のように絶対値の和としてパワースペク
トルを近似的に求める方法も採用できることは明白であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はスケール変換を示す図であり、第２図は本発明
の第１の実施例のブロック図であシ、第３図は第１多値
ウオルシュ演算部２のブロック図であり、第４図は第１
多値ウオル７ユ変換の計算の流れの図であｐＸ第５図は
廟変換部４とスクール変換部５のブロック図であシ、第
６図はスケール変換のタイムチャートであシ、第７図は
本発明の第２の実施例Ｖこおける第２多値ウオルシュ演
算部２のブロック図であυ、第８図は第２多値つ）ルシ
ー変換のタイムチャートであり、第９図は本発明の第３
の実施例における第１多値ウオルシー演算部２のブロッ
ク図である。 図において、工は第１バクフアメ七り部、２は第１多値
クオル７＝演算部、３にタル１多値ウオルシ一変換制御
部、４は廟変換部、６は第２バッファメモリ部、７は第
２多値ウオルシー演算部、８は第２多値ウオルシュ変換
制御部２０１．２０２，２０３、２０４はレジスタ、２
１１，２１２　　はスイッチ、２２１゜２２２は加減算
器、２３１，２３２　　は加算器、２３３，２３４は減
算器、２４１，２４２　　はノックである。第５図にお
いて４１は乗算器、４２は加算器、４３はアキムレータ
、４４はｂｇ変換器、５１はスケール変換制御部、５２
は写像関数テーブルメモリ、７１は加算器、７２＆′ｉ
アキームレータである。 亭　１　間 ３　　　　　　　５　　　　　　　８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号の多値ウオルシュ変換を行う第１多値クオルシ
   ユ変換部と、前記第１多値ウオルシー変換部の出力より
   ウォルシーバワースベクトルを求めその線変換を行う線
   変換部と、ウオルシュ交番数軸のスケール変換を行う写
   像関数８ｍ＝Ｍ（Ｓｌ）によシ前記橡変換部の出力変形
   交番数軸へ写像するスケール変換部と、前記スケール変
   換部の出力の多値ウオルシュ変換を行う第２多値ウオル
   シー変換部とを持つことを特徴とする音声分析装置。