JPS60158493A - エラ−除去装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は音声入力に対応して楽音を発生ずる電子楽器に
係り、特に音声入力のテジタル処理におりる抽出データ
のエラー除去装置に関する。

〔従来技術〕

電子技術の進歩により、電子的に楽音波形を発生し、ス
ピーカにより楽音を発生ずることが可？ｉヒとなった。

この前述した装置は一般的に電子楽器と呼ばれている。

この電子楽器は鍵によって発生ずべき楽音を選択する方
法が一般的であり、さらにレバースイソチ等によってピ
アノの音や他の楽器の音を指定して発生ずることができ
る。

〔従来技術の問題点〕

前記したようにこの電子楽器は鍵によって楽音を選択す
るので、演奏するためにはピアノの技術やその鍵の操作
の練習を必要としていた。換言−Ｊるならば簡単に例え
ば人の歌に対応して伴奏するようなことはできず、電子
楽器を操作する技術を有する者にのめそのようなことが
可能であった。

即ら従来の鍵によって操作する電子楽器は簡単に誰にで
も演奏することができないという問題を右し−ζ　い　
ノこ　。

（発明の目的〕 本発明は前記問題点を解決す？〕ものであり、電子楽器
の操作技術を有さなくても節１１１に瞭作して演奏や伴
奏することができる電子楽器を供給するために、特に抽
出したテークを１ラ−削正するためのエラー除去装置を
提供する、ことを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は過去の入力データを記憶する記憶手段と、該記
憶手段に記憶された過去の入力データと現在の人力デー
タとを比較する比較１段と、前記過去の入力データ又は
現在の入力データを選択的に出力する選択手段とを有し
、前記現在の入力データが過去の入力データを基ｆ１ｔ
′−とじて一定範囲に入っているかとうかを前記比較手
段によって比較し、該比較結果に基すいて前記過去の入
力データまたは現在の入力データの一力を前記選択手段
によって選択的に出力することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明は従来のように鍵によ５って楽音の音階とタイミ
ングを選択するのではな（１人間か音声によって楽音の
音階とタイミングを与えるよ・）にしたものである。

第１図は本発明の実施例の回路構成図であり。

音声入力に対応して楽音を発生ずる電１７−楽器の構成
を示している。音声を電気信司に変換するマイクｌコボ
ン１の出力は前処理部２に加わる。ｒｉｉ＋処理部２の
出力はピンチ抽出部３に接続される。ビ。

チ抽出部３の出力はラッチ４を介してプト１１！７ザ（
ＣＰＵ）５に加わる。プＩコセノジ′５の出力はピンチ
抽出面３．記憶部６．エラ　除去部７．移動平均演算部
８．フラグ作成部９に接続されている。

記憶部６の出力はエラー除去部７とピッチデータ制御部
１０に、エラー除去部７の出力４Ｊ移動平均演算部８と
ピッチデータ制御部１０にそれぞれ加わる。移動平均ｊ
ｉ！ｉ算部８の出力はピッチデータ制御部１０とヨー１
−ジＬネレータ】１に接続される。

又ピッチデータ制御部１０の出力ｂ−＋　ｌジｌネレー
タｊ１に接続される。コーｌジエネし・−タ１１の出力
し、Ｊ楽音全生部１２に接続され、その楽音発生部１２
の出力は電気信冒を音に変換り−るスピーカ１３に接続
される。

マイク１：Ｉボンｌで電気信号に変換された音声信附は
前処理部２に加わり、前処理がなされる。この前処理口
笛１には例えば１１−パスフィルタ（１゜ＰＦ）等によ
って帯域外の信℃の除去を行なう。

この’ＮＦ域外の除去は次段によってなされるピンチ抽
出の誤動作を防止するためになされるのである。

さらに前処理は第２にはオー１−マチノクケ・インコン
トロール回路によって帯域外が除去された入力音声信号
を特定の振幅値になるように増幅する。

第３には前述の特定の振幅値となった入力音声信号をア
ナロ変換子ジタル変換回ｌ？ｈによ−、てデジタルデー
タに変換′する。前述の１ｔ（ｊ定の振幅値になるよう
な増幅は、このアナ１コグ７／デジタル変換回路の出力
ヒノト数を有効にず・ｒ〕ためになされるものである。

前処理部２で処理された音声信ｌ；シ即らデジタル音声
信号はピンチ抽出部３に加わる。ピンチ抽出部３はプ１
コセ、す（ＣＰＵ）５の制御によ、て入力音声信号の基
本周波数のピッチを抽出する。ピンチ抽出部３は例えば
特願昭５８−３１２８４　℃、特特願昭５８−３１２８
房 細か記載されているが，音声データ量子化回路。

音階抽出回路，３値相関処理回路を有し，これらの回路
によってピッチ抽出を行な・う。データ量子化回路は音
声デジタルデータの最大値と最小値を特定時間に亘って
順次求め，その最大値，最小値を用いて例えば３値化す
るためのそれぞれのスレッシボール１ルベルを決定する
。そしてそのスレッシボールドで入力借りを３値化する
。音階抽出回路は前述の音声デジタルデータを用いて３
値化した音声３埴化データを抽出する音階に対応させて
遅延させ、その遅延データと人力データとを乗算する回
路である。この回路に、）、って時間に関する相関が取
られる。ごのテークはず１λに遅延データと人力テーク
との単なる時間に関する相関を表わすものであり、この
テークを更に処理してピンチの抽出を行なう。この抽出
を行なうのが前述した３値相関処理回路である。３埴相
関処理回路はピッチ抽出を行なうためのウィン１−゛処
理等を行なう回路である。即ら、抽出する音階に対応し
て前述の音階抽出回路より複数のテークが出力されるの
で、この３値相関処理回路でその複数のデータをウィン
ド処理、換言するならば音階に関係して重み旬りを行な
い２さらにそれを特定時間（１フレーム）累算する。そ
して、その累算値（遅延時間に対応した累算値）の中か
ら最大値をめ、その最大値に対応し７だ遅延時間よりピ
ッチをめ出力する。この出力は入力した音声（高調波を
含む）の基本波のピッチに関係したデータである。

前述のピッチ抽出部３より出力されたピンチデーりはう
、チ４．プロセソジ・５を介して記１９部６に格納され
る。その後このピッチデータはピッチデータ制御部１０
に転送されると共に、エラー圀、央部７−・転送される
。コニラー除去ｑ＋＋　７は記１．Ｏ部６に格納された
データを用いて特定なピッチデータの変化特に１フレー
ｊ１においての、７．７例えばＩオクターブ以−ヒの変
化を検出し、その変１ヒが検出された時はそのデータを
変化する前のデータにもどすための回路である。尚、急
激な音階の変化もありうるが、エラー除去部７ｔこおい
ては２フレーＪ１１夕上連続してピッチデータが急激に
変化した場合は。

上記動作は行なわないようにして才、′す、この時ｔこ
は１フレーム遅れでデータが変化Ｊる、ｌ、うになされ
ている。エラー除去部７においてＩフレームエラー除去
されたデータはピッチデータ制御部１０へ転送されると
共に移動平均演算部８に４・几）で平均がなされる。そ
してその出力としては複数の平均化処理を行なったもの
が出力される。即ち第１の出力としてエラー除去部７か
ら人力した各ピッチデータに対して現在を含む過去４フ
レームにわノζる加算平均を１：ｉ−なったものが出力
される。また第２の出力として各ピンチテークに対して
現在を含む過去６フし・−ｊ・と、（つ前の加算平均出
力とに対して適当に重み伺げを行なって加算平均し７だ
ものが出力される。例えば過去６フレー１１と、１つ１
１１１の加算平均出力値を２倍した（１ηとを累算し平
均したものであり、これは見かｖｔ　、ｔヒステリシス
を持〕こ一已ノこ８フレーム移動平均出力となっている
。

そしてこれらの処理はフし一−ｊ、イσに入力するビ。

チテークを順次格納するシフルジスタと甲算器なとによ
って行なわれる。

このよ・うにして平均化されたデータは移動平均演算部
８より出力され、ピッチデータ制ｉ：ｆｌｌｔ’ｆｌ！
　Ｉ　Ｏに加わり楽音を発生ずるた崎の処理がなされる
。

換瓢するならば前述したエラー除去部７は外部’ｊｌｔ
：音等によゲこピッチ抽出のＩアレーン＼の力の誤動作
を検出し、除去する回路であり、ピッチ抽出の誤動作の
結果によるステップ的な大きなデータの変化を除去する
ものもある。そして移動平均演算部８は入力音声等の微
妙なピッチ変化によるピッチの誤抽出のデータの微妙変
化にり１し、て複数の平均化処理によって適切にピッチ
データの変化を安定化させる回路である。特に−１−記
ヒスう−リシス伺８フレーム移動平均によ−、て定席的
に抽出されろ特定の音階付近で各アレーン、毎の抽出テ
ークが１音階程度の幅で細かく振れイ〕のを防いでいる
。

人間の声は歌に限らず子音、１す：召を有している。

母音の基本波のピッチは多く含まれ一ζいるが、子音に
おいては非常に少ないものがある。この為。

Ｔ−音のめを発生している間（例えは“Ｓ△゛′を発生
ずる場合には”　ｓ　”を発生してぃろ間）は基４−波
のピンチは誤って抽出されることがある。これらの誤抽
出による楽音の誤動作をなくＵ７．入力した音声の音階
になるようにするのがピッチデータ制御ＩＯである。そ
しどこの制ｆｉｌ１１部は音声パワーや音声人力検出等
のデータを用いて、記憶部６に格納されているデータや
コーラ　閘、央部７の出カテークあるいＩＪ、移動平均
演算部８の出力テークを選択して出力する。

ヨー１−ジェネレータ■１は前述のピッチ制御部１０の
出力を楽音発生部１２において発生すべき楽音のコーＦ
’即ぢ楽音データに変換する回路である。

前述したレノチ抽出部３．記憶部６．エラー除去部７．
移動平均演算部８はプロセッサ５の制御によってなされ
る。またピッチデータ制御部１０゜コードジェネレータ
１１はフラグ作成部９を介してプロセッサ５によって制
御される。換言するならば、プロセッサ５によってフラ
グ作成部９にフラグ等がセントされ、そのフラグによっ
て前述のピッチデータ制御部１０．コートジェネレータ
１１が動作する。

コードジェネレータ１１の出力即ち変換データは楽音発
生部１２に加わり、スピーカ１３により出力されるべく
楽音の指定を行なう。換言するならば、楽音発生部１２
ではコードジェネレータ１１の変換データによって指定
される楽音電気信号（アナログ）を発生し、スピーカ１
３にそれを加える。その結果、スピーカ１３より入力音
声に対応した楽音が発生するのである。

第１図に示した回路は音声入力に対応して楽音を発生す
る電子楽器の構成を表したものであり。

以下にさらに本発明のエラー除去装置を詳述する。

第２図は第１図のエラー除去部７の詳細な回路構成図で
ある。

記憶部６の出力はラッチ１４を介してラッチ１５、ゲー
ト１６．比較器１７のＢ入カフ比較器１８の八人力に加
わる。ラッチ１５の出力は加減算回路１９．ケート２０
に接続される。加減算回路１９の出力はランチ２１．２
２をそれぞれ介して比較器１７の八人力、比較器１８の
Ｂ入力にそれぞれ加わる。比較器１７．１８の比較出力
はオアゲート２３に加わる。オアゲート２３の出力はア
ンドゲート２４の第１の入力に加わる。そして。

そのアンドゲート２４の出力ばラッチ２５に接続される
。ラッチ２５の出力はラッチ２６．ゲート２０に接続さ
れると共にインバータ２７を介してゲート１６に接続さ
れる。ラッチ２６の出力はインバータ２８を介してアン
ドゲート２４の第２の入力に加わる。プロセッサ５　（
第１図）の定数データＣは加減算回路１９の一方の入力
に加わる。

さらに制御信号ＳＵＢは加減算回路１９．アンドゲート
２９の第１のゲートとインバータ３ｏを介してアンドゲ
ート３１の第１のゲートに加わる。

アンドゲート２９，３１の第２のゲートにはクロックφ
Ｌ２＋　φＬ１がそれぞれ加わり、その出方はランチ２
２．２１に接続される。ゲー１−２０゜１６の出力は共
通接続されてう・ノチ３２を介して次段の回路即ち移動
平均演算部８　（第１図）に加わる。一方、う、チ１４
，２５．２６にはクロックφ１１１．φＬ３＋　φＬ４
が加わる。またラッチ１５にはクロックφＬＪが加わる
。

以上のような構成のエラー除去部７ｃこおいて。

その具体的な動作を第３図のタイミングチャートに従っ
て説明する。

まず、今フレームがｎ−１フレーム目であるとする。始
めにクロックφ、Ｎの立ち上がりで記憶部６（第１図）
からのｎ−１フレーム目のピンチデータＰ１−１がラッ
チ１４に格納され、同クロックφ、Ｎの立ち下がりでそ
のデータが出力され、比較器１７のＢ人カと比較１８の
八人力に入力する。

一方、比較器１７及び１８の八人力及びＢ入力には、１
つ前のフレームのピンチデータＰ％−２に対して定数Ｃ
を加減した値Ｐ６−２→−Ｃ及びＰｎ−ｚ　−Ｃが既に
入力している。そして比較器１７において、Ｐ　−ｒ、
−ｚ　＋　Ｃ＜　Ｐ％−１であるがどうがが比較され、
比較器１８において、Ｐｘ−２Ｃ＞Ｐｙ−１Ｔ：あるか
どうがが比較される。尚、比較器１７゜Ｉ８は条件が満
足した時ローレベルを出力する。

そしてどちらが一方が成り立った時、即ちＰｚｎ−Ｉが
Ｐｍ−２＋ｃの範囲外にある時、比較器１７゜１８の一
方がハイレベルとなる。その結果オア回路２３の出力は
ハイレベルとなる。そしてアンド回路２４を介してハイ
レベル信号が出力される。

（初期状態ではラッチ２６ばリセットされているのでそ
の出力はローレベルであるから、インバータ２８にはロ
ーレベルが加わり、インバータ２８の出力はハイレベル
となる。即ちアンドゲートの第２の入力にはハイレベル
が加わるのでオンとなり、オアの出力がラッチ２５に加
わる。）もし。

ＰＬ−１がＰ　Ｗ−２±Ｃの範囲内であれば、ローレベ
ルとなる。次にクロックφＬ３の立ち上がりでその信号
がラッチ２５に入力し、立ち下がりで出力が現われる。

ここでもし１　Ｐｈ−１がＰ酢−１：ｌ！：Ｃの範囲内
であれば、ラッチ２５の出力はローレベルとなりゲート
２０が閉じる。またインバータ２７にはローレベルが加
わるのでその出力はハイレベルとなり。

ゲート１６が開く。そして次のクロックφ。、の立ち上
がりによって、ｎ−１フレーム目の入力ピッチデータが
そのままゲート１６を介してラッチ３２に入力し、φ。

ＩＪＴの立ち下がりで次段の回路に出力される。この場
合はｎ−１フレーム目のピッチデータＰ１−１が１つ前
のピンチデータＰ％−Ｚに刻して特定の範囲内（±Ｃ）
にあり、Ｐ＋−＋ば正しいピッチデータと判断された場
合である。

次にもしＰ％−１がＰｚ−ｚ±Ｃの範囲外であれば。

ラッチ２５の出力は、ハイレベルとなり、ゲート１６は
閉じ１ゲート２０が開く。そして、クロックφ。ｕＴの
立ち上がりによって、予め、う、チ１５から出力してい
る１つ前のフレームのピッチデータＰ’％−２がゲート
２０を介してラッチ３２に入力し、φ。ＬＩＴの立ち下
がりで次段の回路に出力される。

この場合はｎ−１フレーム目のピッチデータＰｙ−＋が
１つ前のピッチデータＰ％−２と大きく異なり。

Ｐ％−１は異常なピッチデータとして、無視され。

１つ前のフレームのピッチデータＰ　％−２が代わりに
出力される。

次にクロックφＬ、Ｉの立ち上がりでラッチ２５からの
出力がラッチ２６に入力され、立ち下がりでラッチ２６
の出力がインバータ２８を介してアンド回路２４の入力
に加わる。このランチ２６はｎ−１フレーム目のピッチ
データＰ　）ｌ−１が正富な値であったかどうかを記憶
するためのラッチで。

その内容がローレベルなら正當、ハイレベルなら異常で
あったことを示す。また、同じクロックφし４の立ち上
がりでラッチ１４からの出力Ｐｈ−（がラッチ１５に人
力し、立ち下がりでその出力が加減算回路１９に入力さ
れる。加減算回路１９の他方の１人力には定数値Ｃが人
力しているので。

まず加算が行なわれる（制御信号ＳＯＢはローレベルで
ある）。

次にクロックφＬ１の立ち上がりでその加算結果Ｐ　ｅ
ｘ　−１→−Ｃがラッチ２１に入力し、立ち下がりでラ
ッチ２１にその出力が現われる。

続いて加減算回路１９の制御信号ＳＵＢがハイレベルと
なり、ラッチ１５の出力Ｐ＋ｚ−＋　から定数値Ｃが減
算される。そしてクロックφＬ２の立ち上がりでその減
算結果ＰＷ−Ｉ　Ｃがラッチ２２に入力し、立ち下がり
でラッチ２２にその出力が現われる。

以上で１フレームに対する動作を終了し１次のｎフレー
ム目に移る。ｎフレーム目ではクロ・ツクφ１Ｎでｎフ
レーム目のピッチデータＰｎが入力され、ｎ−１フレー
ム目で予め計算されている値ＰＱ％−１：！：Ｃとその
大小がｎ−１フレーム目の場合と同様に比較され、それ
に基づいたピッチデータＰ１−１又はＰｎが選択的に出
力される。

以上のようにして前のフレームのピッチデータに対して
、大きく異なるピンチデータは異常なデータとして除去
され、前のフレームのピッチデータが代わりに出力され
る。

ところで音階が急激に連続して変化するような場合は、
エラー除去してしまってはかえって都合が悪い。その為
に前のフレームでエラー除去した場合は、現在のフレー
ムではエラー除去は行なわないようにする。今、前のフ
レームでエラー除去した場合には、ランチ２６の出力が
ハイレベルとなっているために、インバータ２８を介し
たアンド回路２４への片方の入力はローレベルになる。

これによってラッチ２５の出力ば必ずローレベルとなり
、ゲート１６のみが選択されエラー除去は行なわれない
。即ちピッチデータが２フレ一ム以上急激に変化する場
合は、エラーではないとしてエラー除去は行なわない。

第４図はピッチデータの入力例と、それに対するエラー
除去部７の出力（ラッチ３２の出力）例とラッチ２６の
内容を示した図である。４フレーム目のピッチデータＰ
４は、３フレーム目の出力ピッチデータＰ３゛に対し、
Ｐ３’＋Ｃ３±Ｃ値となっており、かつ３フレーム目で
エラー除去が行なわれていない（３フレーム目のう・７
チ２６の値が“′０”である）ので、界雷と判断され４
フレーム目の出力Ｐ６’は３フレーム目の値Ｐ３’と同
じ値が出力される。

一方、８フレーム目のピッチデータＰθも界雷と判断さ
れ、その出力Ｐ１１′は７フレーム目の値Ｐ７′と同じ
値が出力されるが、９フレー１８目のピッチデータＰ９
も８フレーム目の出力Ｐθ′＋Ｃより大きい値となって
いる。しかし、この場合。

８アレーン・目でエラー除去が行なわれており、ランチ
２６の値が“１パとなっているので、Ｐ９は異常とは判
断されず、そのままＰ９’として出力される。さらに１
０フレーム目の入力値Ｐ１ｏは。

その前の９フレーム目の値Ｐ９′に対してＰ９’−Ｃ以
下となるため、再び異寓と判断され。

Ｐｒｏ′はＰ９’と同じ値となる。そして１１フレーム
目の入力値Ｐ＋＋は、その前の１０フレーム目の値Ｐｒ
ｏ’に対してＰ１ｏ′−Ｃ以下となっているが、ランチ
２Ｇの値が１”であるため。

エラー除去は行なわれず、そのままＰ１１′として出力
される。このように本発明によるエラー除去回路によれ
ば、１フレームのみのエラーは適切に除去し、また２フ
レ一ム以上変化が続いた場合は、エラーではないとしそ
の応答が第４図に示すように１フレーム遅れるだけで追
従できる。

第５図はピッチデータが低い値から高い値に急激に変化
する場合の例である。その動作は第４図の例の場合と全
く同しに考えることができ、出力を見ると２フレーム毎
に階段状の部分を生じるがその応答は１フレーム遅れる
だけで十分追従している。

以上のように本発明によれば、ピッチ抽出時の誤りによ
る１フレームのエラーを適切に除去することができ、適
切な音階を与えることができる。

なお１本実施例においてはピッチデータは音階に対して
順次割当てた数値であるが、これに限らずピンチに対応
した直接のデータであっても良い。

さらに前のフレームのピッチデータと比較する範囲を定
数Ｃの範囲に固定したが２実際には人間の声による発音
時のピッチ変化や、ピ・ノチ抽出部３（第１図）による
エラーは、低音と高温でかなり異なる場合が多いので、
それに従って定数Ｃの値を適宜可変するように構成する
ことも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば簡単なランチと加減算回路、及び比較器
により１フレームのピ・ノチ抽出のエラーを適切に除去
することができ、２フレ一ム以上のピッチデータの急激
な変化に対しても１フレーム遅れるだけで追従すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の全体的な回路構成図、第
２図は第１図のエラー除去部の詳細な回路構成図、第３
図は本発明によるエラー除去部の動作タイミングチャー
ト、第４図及び第５図は本発明によるエラー除去部によ
る除去例を示した図である。 ７・・・エラー除去部　１４．１５，２１２２．２５，
２６．３２・・・ランチ １７．１８・・・比較器　１９・・・ 加減算回路　１６．２０・・・ゲー ト 特許出願人　カシオ計算機株式会社 代理人弁理士　大　菅　義　之 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）過去の入力データを記憶する記憶手段と。 該記１．ａ手段に記憶された過去の入力データと現在の
   入力データとを比較する比較手段と、前記過去の入力デ
   ータ又は現在の入力データを選択的に出力する選択手段
   とを有し、前記現在の入力データが過去の入力データを
   基ｖ％として一定範囲に入っているかどうかを前記比較
   手段によって比較し。 該比較結果に基づいて前記過去の入力データまたＬ；（
   現在の入力データの一方を前記選択手段によって選択的
   に出力することを特徴とするエラー除去装置。
2. （２）前記比較手段は加減算回路と比較器を有し。 前記加減算回路によって前記過去の入力データにり・１
   して設定値を加算又は減算し、該加算結果又は減算結果
   と前記現在の入力データとを前記比較器によって比較す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエラー
   除去装置。
3. （３）前記選択手段は記憶回路を何し、該記１．１回路
   の内容に基づいて前記過去の入力データ又は現在の入力
   データの一方を前記選択−Ｊるごとを’ＩＨ救とする特
   許請求の範囲第１項記載のエラー除去装置。