JPS61156300A - 音声特徴抽出方式 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、ディジタル化された音声データから自己相
関係数、線形予測係数を抽出する音声特徴抽出方式に関
するものである。

「従来の技術」 従来のこの種の方式は、専用のハードウェアによって構
成されてるため、音声の特徴の追加、修正が容易でない
欠点がある。また、単一プロセ・７すとしてのマイクロ
プロセッサ、ディジタルシグナルプロセッサは、多種類
の処理および特徴抽出をすると、実時間処理と特徴算出
精度とを同時に向上させることが難しい欠点があり、更
にディジタル処理に必要である乗算器の性能条件が厳し
くな°す、素子、回路構成や方式に大きく影響を及ぼす
欠点がある。

一方、従来のこの種の方式では、単一プロセッサにより
行われ、並列化したプロセッサでは行われていなかった
。

この発明の目的は、音声の特徴を抽出するために、複数
の命令、データ等をシストリック（Ｓｙｓｔｏｌｉｃ）
的に転送できるように単位処理部（プロセッシングエレ
メント）を一次元アレー状に構成することにより、命令
のシーケンスを変化することにより機能の融通性および
単位処理部の並列処理化により処理の高速化・実時間性
一単位処理部の構成の簡素化を確保する音声特徴抽出方
式を提供することに、ある。

ディジタル化された音声データ、窓関数用定数データ、
ディジタルフィルタ用定数、データ演算へ中間結果デー
タと命令を書き込み読出しするメモリと、単位処理部を
一次元アレー状に複数配置し上記メモリとインタフェー
スをもつ単位処理部群と、メモリへの書き込み、読出し
、単位処理部群への命令付与、構成制御、状態識別を行
う制御部とを備え、 上記単位処理部はデータの受信、演算、遅延、送信、命
令の受信、解読、遅延、送信の機能をもっており、 上記制御部はメモリから音声データと窓関数用データを
単位処理部群に規則的に入力し、音声データ、窓関数用
定数および命令を単位処理部間で転送させながら窓関数
処理と自己相関処理とを同時に行うことにより自己相関
係数（ΦＬ　ｉ＝　０〜“　ｍ）を並列を算出させる手
段と、 その算出された自己相関係数Φｉ、ディジタルフィルタ
用定数データと命令を規則的に単位処理部間で転送させ
ながらディジタルフィルタを通した自己相関係数（Φ”
ｉ、　ｉ・０〜麟）を並列に算出させる手段と、 その算出された自己相関係数Φ’Ｉｓ中間結果データお
よび命令を規則的に単位処理部間に転送させながら、線
形予測係数（ａｊ＋ｊ・１〜ｎ）を並列に算出させる手
段とを有する。

「実施例」 及主五支友宏 この発明によって求まる音声の特徴である、ｍ次の自己
相関係数（Φｉ、　ｉ・０〜幅）、ｎ次の線形予測係数
（αｊ、　ｊ飄１〜ｎ１但しｎ　＜　ｍ　）の算出する
方式の基本的な考え方を第１図及び第２図を用いて説明
する。

この発明の特徴抽出方式の処理手順の大きな流れは、自
己相関処理、ディジタルフィルタ処理、そして線形予測
分析で代表され、それぞれは第１図に示すように、理、
論式をもとに、この発明に適合する計算式に変換される
。更に各処理は第２図に示すように、細かい処理に分解
される。

ｌ−一嵐 第３図にこの発明の実施例の構成を示す、音声データは
ｌ窓関数幅（サンプリング数：Ｎ）が４フレームで構成
され、ｌ窓関数の周期は１フレームとする。

メモリ１は命令メモリ１−１、入力メモリ１−２〜１−
５、係数メモリ１−６よりなり、命令メモリ１−１は、
命令を書き込み・読出しでき、入力メモリ１−２〜１−
５は、それぞれ１フレ一ム分の記憶容量（Ｎ／４　）を
持ち、命令メモＩＪＩ−１と同一速度で入力信号を書き
込み・読出しでき、係数メモリ１−６は抽出された特徴
、窓関数係数、ディジタルフィルタ係数等を命令メモリ
１−１　と同一速度で読出し・書き込みできる。単位処
理部群２は（１１）個の単位処理部２−１〜２−　ＣＩ
Ｉ＋＋　１）よりなり、各準位処理部はデータの受信、
演算、遅延、送信、命令の受信、解読、遅延、送信の機
能をもつシステム全体は制御部３により管理される。マ
ルチプレクサ４は入力メモリ１−２〜１−５　と係数メ
モリ１−６のそれぞれの出力を選択して単位処理部２−
１　へ入力し、マルチプレクサ５は単位処理部２−１お
よび、音声データや諸係数である入力信号を選択して係
数メモリ１−６へ入力する。入力信号は入力端子１０よ
り入力される。

入力端子１０を介してサンプリング周期で直列（シリア
ル）に入力される音声データは、入力メモリ１−２．１
−３．１−４．１−５の順でフレーム単位に書込まれ、
継続する音声データは再び周期的に入力メモリ１−２　
、１−３．１−４　、！−５の順でフレーム単位に書き
込まれ、この動作を音声入力が終了まで繰り返す。

この書き込みと並列に、サンプリング周期より１桁程度
速い周期で、入力メモリ１−２〜１−５から結ｋｌＡ１
１、マルチプレクサ４を介して単位処理部２−１へ音声
データが読みだされる。この結果、ｌフレーム書き込み
時間内に、４フレ一ム分の音声データが続みだされ、か
つ、この４フレ一ム分のデータに対して、自己相関処理
、ディジタルフィルタ処理、及び線形予測分析を直列（
シリアル）に実行する０次の１フレーム書き込み時間内
では、ｌフレーム分進んだ時点からの連続した４フレー
ムに対して、同じ動作が行われ、この動作をデータが無
くなるまで繰返す。ただし、１フレ一ム分の書き込みと
４フレ一ム分の読出しは同期がとれていて、データの読
出しは、必ず、既に書かれであるデータをアクセスでき
るものとする。

命令メモＩＪＩ−１には前もって命令が入力端子１゜を
介して格納され、係数メモリ１−６には窓関数係数：　
Ｗ　ｉ　、窓関数幅：Ｎ、ディジタルフィルタ用係数等
が入力端子１０、マルチプレクサ５を介して格納されて
いる。さらに、単位処理部２−１〜２−（ｍ＋１）は、
ｔ＄動小数点での乗算と加算とが並列処理できる積和エ
ンジンを主体とし、浮動小数点の仮数部・指数部の処理
機能、複数のアキュムレータ（累積器＾ｃｃｕ）　、単
位処理部間との送受信機能、および命令とデータとのス
タック機能を持ち、】処理サイクル（１命令が実行され
る時間として定義）に、１積和と１送信・１受信（又は
２送信、又は２受信）が可能であるとする。制御部３は
、命令メモリ１−１　、人力メモリ１−２〜１−５、係
数メモリ　１−６の読出し・書き込み制御、マルチプレ
クサにより結線の接続制御、結線１５を介して単位処理
部２−１　またはＰＥ　２−（＋ｎ＋１）への命令付与
、結線１６を介して単位処理部群の構成制御・状態識別
、を行う、なお、命令メモＩＪＩ−１から結線１３を介
゛して制御部３によって読出され゛る命令はデータの処
理サイクルより早めに単位処理部群へ結線１５を介して
渡され、解読される。さらに、命令のシーケンスは、単
位処理部間で遅れがあるが、全ての単位処理部で同一動
作する。

ｌ−皇 第２図の処理手順に沿って雄位処理部群の処理を中心に
説明する。

ｍ次の自己相関係数を求める自己相関処理は、第１図よ
り、処理１−■：　　Σｆ（ｔ）ｘ騨（ｔ）　Ｘ　ｆ（
ｔ−ｉ）　ｘｗ（ｔ−Ｈ１処理１−　ｎ　：１／（Ｎ−
ｉ）、処理１−１１ｒ　：Ｉ／Ｐｋ４の３つから成る。

且旦王１五至 第４図に、自己相関処理の処理１−Ｔの手順を示す、水
平方向（横方向）に１個の自己相関係数を割当てた単位
処理部（以下ＰＨと記す）を（１１）個装置し、ＰＥの
番号を２−１を始めとし、右方向へ昇順に並べ、自己相
関係数ΦｉはＰＥ　２−（ｉ＋１）で処理され、縦方向
にデータの処理サイクルの時間経過を表す、ここで、ｘ
ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は音声データ、ｗｉ（ｉ＝ｌ〜Ｎ）は
窓関数の係数、ｗ’　１−ｘｉ　ｘ　ｗｔ　、Φｉは積
和の中間結果および最終結果を、それぞれ意味し、−は
ＰＥ間の転送方向を示し、矢印の下の記号は転送される
べきデータを表わし、ＰＥ間のインタフェース線は便宜
上１本の線で示す。

処理１−１におけるｒ’Ｅ　２−１の場合の動作を説明
する。

処理サイクルｌで入力メモリから結線＋１、マルチプレ
クサ４を介してデータｘ１を受信し、処理サイクル２で
係数メモリ１−６から結線１２、マルチプレクサ４　（
以下、同一な処理の説明時においては省く）を介してデ
ーターｌを受信し、処理サイクルｌで受信したデータｘ
１を右隣のＰＨ２−２へ送信する。

処理サイクル３で入力メモリからデータｘ１を受信し、
演算はＸ’　１−ｘｉ　Ｘ　ｗｌ処理を行い、かつ、処
理サイクル２で受信したデーター１をＰＨ２−２へ送信
する。

処理サイクル４では係数メモリからデーター１を受信す
る。処理サイクル５では入力メモリからデータ×２を受
信し°、ｘ゛１＝×ｌＸ５１１を処理する。処理サイク
ル６では係数メモリからデータ賀２を受信し、５Ｉ＝ｘ
’ｌ　Ｘｘ’ｌ処理を行い、かつ、処理サイクル５で受
信したデータｘ２をＰＨ２−２へ送信する。処理サイク
ル７では入力メモリからデータ×２を受信し、Ｘ’２−
Ｘ２　Ｘ　ｗ２を行い、かつ、処理サイクル６で受信し
たデータ御２をＰＨ２−２へ送信する。処理サイクル８
では係数メモリから−２を受信し、演算はΦ０＝Φｏ　
＋Ｓ処理を行い、処理サイクル３で受信したデータ×１
をＰＨ２，２へ送信する。処理サイクル９では人力メモ
リからデータＸ３を受信し、ｍ＋２・Ｘ２　Ｘ　ｗ’１
処理を行い、かつ、処理サイクル４で受信したデータｗ
ｌをｒ’Ｅ　２−２へ送信する。処理サイクル１０では
、係数メモリからデーター３を受信し、ｓ＝ｘ’２　Ｘ
ｘ’１処理を行い、かつ、処理サイクル９で受信したデ
ータ×３をＰＨ２−２へ送信する。処理サイクル１１で
は、入力メモリからデータｘ３を受信し、Ｘ’３・ｘ３
　Ｘ　ｗ３処理を行い、かつ、処理サイクル１０で受信
したデータｗ３をＰＥ　２−２へ送信する。処理サイク
ル１２では係数メモリからデータｗ３を受信し、φ０・
φｏ　＋Ｓ処理を行い、かつ、処理サイクルマで受信し
たデータｘ２をＰＨ２−２へ送信する。以下、処理サイ
クル９から処理サイクル】２までの４つの処理サイクル
を単位としてデータＸＮおよびその窓関数の係数％４Ｎ
が入力されるまで繰り返して処理し、最終的に、φ。

に積和の演算結果が入る。但し、処理サイクルｌから処
理サイクル４までの単位と処理サイクル５から処理サイ
クル８までの単位では、他と同一の命令シーケンスであ
るが、演算すべきデータや転送すべきデータはダミーと
して処理される。

処理ｔ−ｒにおけるＰＨ２−１以外のＰＥの動作につい
て説明する。

ＰＨ２−Ｋ　（Ｋ−２・・・ｍ＋１）では、命令はＰＨ
２−１より（Ｋ−１）処理サイクル遅れ、データの送信
元がメモリでなくて、左隣のＰＥ　２−（Ｋ−１）とな
り、送信先は右隣のＰＥ　２−（Ｋ÷１）になる以外は
ＰＥ　２−１の動作と同一である。但し、ＰＨ２−（ｍ
＋１）の右隣接は出力端子１７である。

以上を整理すると、制御部３は、入力メモリから音声デ
ータを、係数メモリから窓関数の係数を交互に同一デー
タについて２回ずつ読出し、ＰＥ　２−１へ入力させる
。各ＰＥは４つのモード、すなわち、■　左隣のＰＥと
は受信、演算は１処理サイクル前に受信したデータと２
処理サイクル前に受信したデータとの乗算、右隣のＰＥ
へは５処理サイクル前に受信したデータの送信、■　左
隣のＰＥとは受信、演算はｌ処理サイクル前の乗算の演
算結果と３処理サイクル前の乗算の演算結果との乗算、
右隣のＰＥへは１処理サイクル前に受信したデータの送
信、■　左隣のＰＨとは受信、演算は１処理サイクル前
に受信したデータと２処理サイクル前に受信したデータ
との乗算、右隣のＰＨへはｌ処理サイクル前に受信した
データの送信、■　左隣のＰＨとは受信、演算は自己相
関係数Φと２処理サイクル前の演算結果との加算、自己
相関係数Φｉの修正、右隣のＰＥへは５処理サイクル前
に受信したデータの送信があり、この４つのモードを単
位として、各ＰＥはＮ単位繰り返す。

各データのＰＥ間の転送方向に関して、命令は１処理サ
イクルずつ遅れて右方向、音声データは１、又は５処理
サイクルずつ遅れて右方向、窓関数の係数は１、又は５
処理サイクルずつ遅れて右方向となり、一次元シストリ
ック（Ｓｙｓｔｏｌｉｃ）的な動作を実現する。

さらに、処理１−１１．１−１１１は各ＰＥ毎に除算を
実行し、自己相関係数φが求まる。この除算の説明は後
述する。

ディジタルフィルタ几１ 次は、処理１−１１、処理１−１１１が処理されたとし
て、自己相関係数φｉ（ｉ・０〜Ｔｌ１）に対して、線
形予測分折のためのスペクトル平坦化のディジタルフィ
ルタ処理を施すが、これをコンボリューションによって
実現する。このコンボリューションは、第２図に示すよ
うに処理２−１：ａＸΦｉ　　＋ｌ）　Ｘφ（ｉ＋１）
４Ｃ×φ（ｉ　＋　２）　　と、処理２−１１：ｂＸΦ
（ｉ−１）ＩＸφ（ト２）と、処理２−　ＩＩＴ　：０
．５／（１−φｌ）との３つから成る・ディジタルフィ
ルタ処理される自己相関係数φｉ　は、自己相関処理と
同一のＰＥ　２−（ｉ＋１）に配置され・結果の自己相
関係数Φ゛ｉもＰＥ　２−（ｉ＋１）で抽出される。

第５図を用いて、ディジタルフィルタ処理にお４ｔルＰ
Ｅ２−１での処理２−゛Ｉ動作を説明する。

処理サイクル１では、係数メモリから係数ａを受信する
。処理サイクル２で１よ、係数メモリへ自分自身の自己
相関係数Φ０を送信し、処理サイクル１で受信した係数
ａとＰＥ内に保存していたφ０と乗算し、右隣のＰＨ２
−２へ処理サイクル１で受信した係数ａを送信する。処
理サイクル３では、係数メモリから係数すを受信する。

演算は自己相関係数Φ“０に処理サイクル２の演算結果
を加算して自己相関係数Φ゛０を修正する。右隣のＰＨ
２−２から自己相関係数φ１を受信する。処理サイクル
４では、ＭＥＭＯＲＹ　ＩＩＩへ処理サイクル３で受信
した自己相関係数ΦＩを送信し、演算は処理サイクル３
で受信した係数すと自己相関係数Φ１と乗算し、ｒ’Ｅ
　２−２へ処理サイクル３で受信した係数すを送信する
。処理サイクル５では、係数メモリから係数Ｃを受信し
、演算は自己相関係数Φ°０に処理サイクル４の演算結
果を加算して自己相関係数φ”０を修正する。右隣のｆ
’Ｅ　２−２から自己相関係数Φ２を受信する。処理サ
イクル６では、係数メモリへ処理サイクル５で受信した
自己相関係数φ２を送信し、演算は処理サイクル５で受
信した係数Ｃと自己相関係数φ２とを乗算し、ＰＥ　２
−２へ処理サイクル５で受信した係数Ｃを送信する。処
理サイクル７では、演算は自己相関係数Φ゛０に処理サ
イクル６の演算結果を加算して自己相関係数φ″０を修
正する。以上で、ＰＨ２−１での処理２−１は終了する
。

処理２−１におけるＰＥ　２−１以外のＰＨの動作につ
いて説明する。

ＰＨ２−Ｋ（Ｋ＝２・・・饋＋１）では、命令はＰＲ２
−１より（Ｋ−１）処理サイクル遅れ、データの送信元
が係数メモリではなくて左隣のＰＨ２−（Ｋ−１＞とな
り、データの送信先は右隣のＰＥ　２−（Ｋ＋１）にな
る以外はＰＨ２−１の動作とほぼ同一である。但し、Ｐ
Ｉ！　２−（ｓ＋＋１）の右隣は出力端子１７である。

ここでのＰＨのモードは、■　左隣のＰＥとの受信、■
　左隣のＰＨへの自分自身の自己相関係数を送信、演算
は１処理サイクル前に受信した係数と自分自身の自己相
関係数との乗算、右隣のＰＨへ１処理サイクル前に受信
した係数を送信、■　左隣のＰＥとの受信、演算は自分
自身の自己相関係数に１処理サイクル前での演算結果と
から引き、自分自身の自己相関係数を修正、右隣のＰＥ
から他の自己相関係数を受信、■　左隣のＰＥへ１処理
サイクル前に受信した他の自己相関係数を送信、演算は
ｌ処理サイクル前に受信した係数と１処理サイクル前に
受信した他の自己相関係数との乗算、右隣のＰＥへ１処
理サイクル前に受信した係数を送信、から成る。

各データのＰＥ間の転送方向に関して、命令は１処理サ
イクルずつ遅れて右方向、自己相関係数はｌ処理サイク
ルずつ遅れて左方向、ディジタルフィルタ用係数はｌ処
理サイクルずつ遅れて右方向となり、一次元シストリッ
ク的な動作を実現する。

ディジタルフィルタ処理の処理２−１１の動作について
第５図の下半分を用いて説明する。

この動作は、係数ａの積項の処理がなく、データ転送が
逆以外は処理２−１とほぼ同じ動きをする。

、すなわち、ＰＨ２−（ｍ＋１）から命令がスタートし
、左方向ヘシフトし、係数メモリからのデータはＰＥ　
２−（ｍ＋１）へ入力、左方向ヘシフトされる。一方、
自己相関係数は右方向ヘシフトされる０例えば、ＰＥ　
２−５の一部の命令シーケンスが処理サイクルｌから示
しているが、演算のモードは全く同一で、係数と自己相
関係数との送受信が逆だけである。

処理２−１１１は、各ＰＥ毎に除算を実行し、ディジタ
ルフィルタ処理された自己相関係数Φ°ｉが求まる。

除算の説明は後述する。

棗髭ヱ皇立亙 次に、線形予測分析の動作に入る。

自己相関係数Φ°　から成る係数行列を持つ正規方程式
に対して、従来にない反復法で求解する。

前処理として、係数行列の要素Φ’ｋ（ｋ・０〜ｎ−１
）は全ＰＲに共通なデータのため係数メモリへ格納する
処理、反復法のため線形予測係数αｊの初期値φ’Ｎｊ
＝１〜ｎ）をＰＥ　２−ｊに格納する処理、線形予測係
数αｊ（ｊ・１〜ｎ）をＰＨ３で抽出するため、ＰＲ構
成を翔千１個からより少ないｎ個にする処理、が必要で
あるが、その前処理は便宜上、除算機能の説明後、記述
する。以下、この前処理が終了したとして説明を進める
。

線形予測係数αｊの近似解を求めるこの反復法は、第１
図に示すように、ステージｌとステージ■からなり、こ
の対（１反復動作）を所定の打ち切り相対誤差以内にな
るまで繰返すことで求められる。ステージＩは、処理３
−１−（イ）：■は、処理３−１１−（イ）： 処理３−ｎ−（ロ）＝１７φ゛０の２つから成り、方程
式のの変数αの肩の添え字は反復の順序数を表し、１反
復動作を１とし、ステージ■とステージ■はそれぞれ１
／２とする。ステージ■は変数αに１は１つ前のステー
ジ■の値を、変数αに２は直前のステージＨの値から変
数αｊを求め、次に、ステージ■では、変数αｋｌは直
前のステージ■での値、変数αｊ２は１つ前のステージ
■での値を用いて変数αｊを求める。

ここで、ｎ＝１　として、αｊ（ｊ＝　１〜７）はＰＨ
２−ｊで求め、収束判定は、予め所定の反復回数を与え
ておく方法、で処理を進める。

第６図を用いて、処理３−１−（イ）におけるＰＨ２−
１動作について説明する。

処理サイクル１では、係数メモリへαｌの初期値を送信
する。処理サイクル２では、係数メモリから自己相関係
数Φ°１を受信し、右隣のＰＥ２−２からα２の初期値
を受信する。処理サイクル３では、係数メモリへ処理サ
イクル２で受信したα２を送信し、演算は処理サイクル
２で受信した自己相関係数Φ゛１とα２とを乗算し、Ｐ
Ｈ２−２へ処理サイクル２で係数メモリから受信した自
己相関係数Φ”１を送信する。処理サイクル４では、係
数メモリからΦ゛２を受信し、線形予測係数α１の値か
ら処理サイクル３でもとめた演算結果を減算し、線形予
測係数α１を修正し、ＰＨ２−２からα３を受信する。

以下の命令シーケンスは、処理サイクル３と処理サイク
ル４とを単位として所定の反復回数（ここでは５回とし
ている）繰返す、この結果、処理３−　Ｉ−’（ロ）を
施すことにより、１回目のステージＩＣよるα１が求ま
る。ただし、処理３−１−（ロ）は除算であるので、説
明は後述する。

処理３−１におけるＰＥ　２−１以外の動作について説
明する。

ＰＥ　２−Ｋ（Ｋ＝２−ｎ）では命令はＰＥ２−１より
（ｋ−１）処理サイクル遅れ、係数メモリが左隣のＰＨ
２−（ｋ−１）となり、右隣のＰＨがＰｇ　２−（Ｋ＋
１）になる以外はＰＥ　２−１のｉ作と同一である。た
だし、ＰＥ　２−ｎの右隣はパスモード（後述）のＰＥ
群（ｒ’Ｅ　２−（ｎ＋１）　〜ＰＥ　２−（ｍ＋１）
）であるため、実質的には出力端子１７である。また、
全ＰＥへは、ＰＨ２−１と同一命令シーケンスが供給さ
れるが、ＰＥの番号が増すごとに積和の回数が１ずつ減
少する。このため、ＰＨ２−（ｎ＋１）では左隣のＰＥ
　２−ｎへ１処理サイクル置きにダミーとしての０を供
給すればよい、この結果、１回目のステージＩによるα
ｊ（ｊ’＝　１＝ｎ）が求まる。

ステージＩの処理３−１−（イ）の動作を整理すると、
■　左隣のＰＥへ自分自身のαを送信、■　左隣のＰＨ
から受信、右隣のＰＥから受信、■　左隣のＰＥへ１処
理サイクル前で右隣のＰＥから受信したデータを送信、
演算はｌ処理サイクル前に受信した双方のデータの乗算
、右隣のＰ［！へは１処理サイクル前に左隣のＰＥから
受信したデータを送信、■　左隣のＰＲから受信、演算
は線形予測係数αｊにｌ処理サイクル前の乗算結果から
減算し、線形予測係数αｊを修正、右隣のＰＨからの受
信、から成り、この■と■のモードを１単位として、所
定の反復回数だけ繰返す。

各データのＰＥ間の転送方向に関しては、命令は１処理
サイクルずつ遅れて右方向、線形予測係数αｊの初！Ｉ
ＪＩ値はｌ処理サイクルずつ遅れて左方向、自己相関係
数φ’　ｉ　（ｎ＝１〜ｎ−１）は１処理サイクルずつ
遅れて右方向となる。

更に、第７図を用いて、ステージＨの処理３−１１−（
イ）の動作を説明する。

この動作は処理３−１−（イ）と演算は同一であるが、
直前のステージＩの結果を初期値として、結線】５を介
しての命令と係数メモリ・結線１８を介し−この自己相
関係数のスタート地点がＰＨ２−ｎ（ここではｎ＝７）
となり、左方向へ１処理サイクルずつ遅れてシフトされ
て、線形予測係数αｊは１処理サイクルずつ遅れて右方
向にシフトされる。この結果、処理３−ｎ−（ロ）を施
すことにより、１回目のステージ■によるαｊ（ｊ・１
〜ｎ）が求まる。ただし、処理３−１１−（ロ）は、除
算であるので、説明を後述する。

このようにステージ■とステージ■とを交互に、かつス
テージ■の結果をステージＨの初期値として、ステージ
■の結果をステージ１の初期値として所定の反復回数繰
返すことにより、各ＰＨ２−ｊで線形予測係数αｊが抽
出できる。

最終的に、各ＰＥにある線形予測係数αｊを、出力端子
１７よりシーケンシャルに外部に出力する。

この動作は、自己相関処理での平均値処理での演算結果
を係数メモリへ格納する際のデータのＰＥ間転送と類似
するため、説明を後述する。

以上の処理で、自己相関係数、線形予測係数が求まる。

共通的・付頒的几Ｐ 次に、これらの処理中での共通的あるいは付随的な処理
（除算機能、各Ｉ’Ｅでの中間結果の係数メモリへの書
込み、線形予測係数の前処理）の説明に入る。

除算は、各種方法で実現できるが、この発明では、除数
に対して逆数を求め、被除数と乗算することで求める。

逆数処理は、除数の浮動小数点の仮数部（０，５＜　Ｙ
　＜　１．０）の値）に対して２項定理（Ｓ　−（１＋
Ｘ）　　＝　１−Ｘ−’＋Ｘ−”−Ｘ−３＋Ｘ−４，、
）を適用（Ｘ＝Ｙ−１）　　Ｌ、所定の精度が得られる
まで反＆　処ｆｌ　（Ｓ（Ｑ”’＝　１−　Ｘ　ｘ　５
ｃａ）、ｅ’：反復ｃｏ順序数＞を行い、更に、その結
果Ｓの指数部から除数の指数部の値を引くことで、求ま
る。ただし、収束判定の方法は、線形予測分析での場合
と同一とし、所定の反復回数を前もって与えて置く方法
である。

自己相関処理での平均値処理である処理１−１１を説明
する。

この処理は、自己相関係数の次数量とすれば、その積和
計算での積和の回数はＮ−ｉ　の逆数計算であり、ＰＥ
−（＋＋１）で実行される。全ｐＨｉが同じ命令シーケ
ンスで動作するため、ここでは、ＰＨ２−ｉ（＋＝０〜
和÷１）が逆数演算として必要とするＮ−（ｉ−１）の
値は左隣のＰＨ２−（ｉ−１）で演算され、送信される
。さらに、ＰＨ２−４はＮ−（ｉ−１）　　と定数１と
で加算処理して、Ｎ−（ｉ−２）を生成して右隣のＰＥ
２−（＋＋１）へ送信する手順をとる。ただし、差とな
る定数１は演算すべき価と同様に係数メモリからＰＥ群
へ入力される。

第８図を用いて、処理１−Ｉｔの動作における第８図を
用いて、処理１−Ｉｔの動作におけるＰＥ　２−１の動
作を説明する。

処理サイクル１では係数メモリから窓関数幅Ｎを受信す
る。処理サイクル２は係数メモリから定数１を受信し、
処理サイクル１で受信したデータＮをレジスタＲ１に格
納する。処理サイクル３では、レジスタＲ１の内容から
処理サイクル２で受信した定数１を引く、処理サイクル
４では、処理サイクルｌで受信したデータＮの指数部を
レジスタＲ２へ格納し、処理サイクル３の演算結果Ｎ−
１を右隣のＰＥ　２−２へ送信する。処理サイクル５で
は、係数メモリから定数１を受信し、処理サイクルｌで
受信したデータＮの仮数部をレジスタＲ３へ格納し、か
つ、処理サイクル２で受信した定数１をＰＥ　２−２へ
送信する。処理サイクル６では、処理サイクル５で受信
した定数１をレジスタＲ１へ格納する。処理サイクルマ
で、レジスタ間処理、つまり、Ｒ１−Ｒ３処理し、その
結果をアキュムレータへ格納する。

処理サイクル８は、演算はアキュムレータの内容とレジ
スタＲ３の内容との積（Ａｃ　ｘＲ３と記す）を処理し
、その結果をアキュムレータへ格納し、処理サイクル５
で受信した定数１をＰＥ　２−２へ送信する。

処理サイクル９では、演算はＲ１−Ａｃ処理をし、その
結果をアキュムレータへ格納する。以下、処理サイクル
８から処理サイクル９までの２つの処理サイクルを単位
として所要精度が得られるまで繰返す、そして、処理サ
イクルにでアキュムレータの指数部からレジスタＲ２の
値を減算処理し、最終的、に逆数がアキュムレータに出
来、処理１−１で得られたΦｉ（ｉ・１〜１１）に乗算
すれば、平均値化まで処理した自己相関係数Φｉが求ま
る。

処理１−ＩｔにおけるＰＥ　２−１以外の動作について
説明する。

ＰＥ　２−Ｋ（Ｋ＝２−＋ｎ＋１）では命令はＰＨ２−
１より（Ｋ＋１）処理サイクル遅れ、データの送信元が
係数メモリではなくて左隣のＰＥ　２−（Ｋ＋１）とな
り、データの送信先は右隣のＰＥ　２−（Ｋ＋１）にな
る以外はＰＨ２−１の動作と同一である。ただし、ＰＨ
２−（ｍ＋１）の右隣は出力端子１７である。

以上を整理すると、ＰＥは■　左隣のＰＥと受信のみ、
■　左隣のＰＥと受信、演算はｌ処理サイクル前に受信
したデータをレジスタＲ１に格納、■　レジスタＲ１と
１処理サイクル前に受信したデータとの減算、■　レジ
スタＲ１の指数部をレジスタＲ２へ格納、右隣のＰＲへ
は１処理サイクル前の演算結果を送信、■　左隣のＰＥ
と受信、レジスタＩｌｌの仮数部をレジスタＩ１３へ格
納、右ＰＥへは３処理サイクル前に受信したデータを送
信、■　演算は１処理サイクル前に受信したデータをレ
ジスタＲ１に格納、■　演算はＲ１−Ｒ３処理し、結果
をアキュムレータへ格納、■　演算はＡｃＡＲ３とで乗
算し、結果をアキュムレータへ格納、右隣のＰＲへは３
処理サイクル前に受信したデータを送信、■　演算はレ
ジスタＲ１とＡｃとを減算し、その結果をアキュムレー
タに格納、［相］　演算はＡｃとＲ３とで乗算し、結果
をアキュムレータへ格納、■　演算はアキエムレータの
指数部とレジスタＲ２とを減算し、アキュムレータの指
数部へ格納、の１１個のモードを持ち、モード■、［相
］を１単位として、所定の反復回数繰返す。

各データのＰＥ間の転送方向に関してミ命令は３処理サ
イクルずつ遅れて右方向、逆数にすべきデータや定数も
３処理サイクルずつ遅れ・て右方向となり、一次元シス
トリック的な動作を実現する。

次に、自己相関での正規化処理である処理１−Ｉｌｌの
動作について説明する。

この処理は、処理１−ＩｔにおけるＰＥ！２−１で求め
た値Ｐ１１（平均値化した自己相関係数Φ０で、音声デ
ータのパワーを表す）で、処理１−１１で得られた各Ｐ
Ｅ　２−　ｉ　（ｉ・１〜顕＋１）での平均値処理した
自己相関係数φ°（ｉ・２〜ｍ＋１）を除算することで
あり、つまり、全ＰＥにおいて同一の値で除算すること
であり、処理１−ｎでの定数１を定数０に置き換えるこ
とにより、処理ｔ−ｎと同一のシーケンスとなる。この
ため、処理１−Ｉｌｌの説明は省略する。

次に、ディジタルフィルタ処理での除算機能を持つ処理
２−Ｉ［１を説明する。

この処理は、１／２（１−Φ１）で除算処理で代表でき
、平均値処理を施した自己相関係数Φ１を係数メモリか
ら読出し、全Ｐ［！へ供給し、そこで逆数処理を行うが
、自己相関処理での正規化である処理１−１１１にｌ！
！似しているため、省略する。

線形予測分析での除算機能である処理３−■−（ロ）お
よび処理３−１１−（ロ）は処理１−ｒ［Ｉと類似する
ため、省略する。

次に、処理］−１１１のためにＰｗを係数メモリへの書
き込み、ＰＥ内の線形予測係数αをシステム外への供給
等の処理が必要になるが、これらは、基本的には、特定
ＰＨのパスモード、ＰＥ上のデータの収集、の２つの処
理から成る。

特定ＰＥのパスモードは、ＰＥの構成形態の変化時のよ
うに、動作させるＰＥと動作させないＰＥとに分ける際
、必要で、機能として、命令・データ等を通過させるの
みで、処理されず、そのＳＥＴ・ＲＥＳＥＴの条件は、
制御部３からの結線１６−　ｉ　（ｉ＝１〜＠４１）に
より行われる。　ＰＥ上のデータの収集は、各ＰＥ上で
抽出されたα、φ゛　を出力端子１７を介してシステム
、係数メモリへ書込む動作であるが、以下に詳細に説明
する。

第９図は、各ＰＥで求まった自己相関係数Φ°を出力端
子１７に出力する例（ｍ・４）であり、命令は結線＋６
−　（＋ｕ　ｌ）を介してｌ’ｌＥ２−（ｍ＋１）から
入力され、左方向に転送される。ＰＥ　２−５の動作を
用いて説明する。

処理サイクル１では、前の処理で生成されたデータを右
隣のＰＥ　（ここでは出力端子１７又は、パスモードに
ＳＥＴ　されたＰＨ２−６）へ送信する。処理サイクル
２では、左隣のＰ［！２−４からΦ°３を受信する。

処理サイクル３では、処理サイクル２で受信したデータ
Φ゛３を右隣のＰＥへ送信する。処理サイクル４では、
左隣のＰＨ２−４からデータφ゛２を受信する。

処理サイクル５では、処理サイクル４で受信したデータ
φ′２を右隣のＰＥへ送信する。以下、同じように、左
隣のＰＥから受信する命令、右隣のＰＥへ送信する命令
、の２命令の対を繰り返す。

ここでのＰＨのモードは、３つ持ち、■　既にＰＩ！内
にＳＥＴ　されであるデータを右隣のＰＥへ転送、■　
左隣のＰＥとの受信、■　ｌ処理サイクル前に受信した
データを右隣のＰＲへ送信、である。

各データの１１２間の転送方向に関して、命令は１処理
サイクルずつ遅れて左方向、収集ずべきデー夕も１処理
サイクルずつ遅れて右方向となり、一次元シストリンク
的な動作を実現する。

ＰＥ上のデータの収集におけるＰＥ　２−５以外のＰＥ
の動作について説明する。

ＰＥ　２−１が左隣は係数メモリになる以外はどのＰＥ
も同し命令のシーケンスであり、同一動作をする。

ただし、ＰＥの番号が若番になるほど、通過するデータ
が少なくなるので、ダミーとしてのデータを多く扱うこ
とになる。

次に、線形予測分析での前処理を説明する。

係数行列の要素であるΦ゛を係数メモリへの書き込みは
、平均値処理を施した自己相関係数φ゛の係数メモリへ
の書き込みと同じ動作であり、各ＰＥが保持しているφ
′ｉを左方向の隣接ＰＲへシフトさせながら、結線１４
、マルチプレクサ５を介して自己相関係数Φ’　ｉ　（
ｉ−０〜ｍ）を係数メモリへ格納する０反復法の初期値
設定の処理は、処理３−０−　（イ）中、最初のシフト
で受信したデータをＰＥ内に保持しておくことで実現で
きる。１１１！構成の変化は、ＰＨ２−（ｎ＋１）から
Ｐｔ！　２−（ｍ＋１）までをパスモードにセソトする
ことで実現できる。これらの手順は前述しであるので、
省略する。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明は、 （ａ）処理を複数のＰＥに負荷分散し、並列化させるた
め、処理の高速化および並列化が図られ、実時間処理が
容品に可能となり、さらに、命令のシーケンスを変える
ことにより、多くの特徴を抽出可能となる、 （ｂ）　ＰＨの並列化により、ＰＥの性能条件がゆるま
り、演算器周りが簡素化する、かつ、ＰＥ群の外部゛　
にメモリを一括して設けるため、ＰＥ内はメモリ管理が
不要で、より単純なアキュムレータ・レジスタの管理で
済む、更に、ＰＥ用の命令およびデータ等がシストリッ
ク的に動作するため、制御系が簡素化し、全体としてＰ
Ｅの構成が簡素化される、（ｃ）　ＰＥは、演算を行な
わず、命令・データのみ、を通過させるスルーモードに
もなるため、論理的に一次元アレー構造は可変となり、
システム構成に融通性がある、 （ｄ）　（ａ）〜（ｃ）より、ＰＥの簡素化および高い
繰返し性のためＬＳＩ化に適する、 （ｅ）　ＬＰＧ　　（線形予測）分析での正規方程式に
対する反復法は、１反復動作を２つのステージに分解し
、そのステージ毎に新しいデータと旧いデー゛りを用い
、かつ、各ステージを交互に繰返すため、Ｇａｕｓ−５
ｅｉｄｅｌ法並みに収束速度が速（、ｐｏｉｒ、ｔ−Ｊ
ａｃｏｂｉ法並みに並列度が高く、かつ一次元アレープ
ロセッサに適する。

等の利点を持つ。

【図面の簡単な説明】

゛第１図は音声の特徴に関する理論式と計算式を示す図
、第２図はこの発明における処理手順の概略フローを示
す図、第３図はこの発明の方式の構成例を示すブロック
図、第４図は自己相関での処理図、第５図はディジタル
フィルタの処理図、第６図は線形予測分析でのステージ
■の処理図、第７図は線形予測分析でのステージＨの処
理図、第８図は除算の処理図、第９図はＰＥ上のデータ
収集の処理図である。 １・”゛ 會 、−ＮＮ’ｌ？−口） ０　　ψ　　ト　　の　　■　−−−・−、＋Ｊ　巳　
、Ｌ　　、巳　　、巳　”°゛□駅興都Ｙ発≧ ＰＣＩＪｆｆ）？Ｖ１（Ｏト　　　の　　■　　９１−
ド ＮｒＱ ＋＋十 −へ　　ｒＬｌ　　？　　−−−ｘ　　ｘ　　ｘ　　ｘ
夕ｑＰ（もミ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディジタル化された音声データ、窓関数用定数デ
   ータ、ディジタルフィルタ用定数、データ演算の中間結
   果データと命令を書き込み・読出しするメモリと、 データの受信・演算・遅延・送信、命令の受信・解読・
   遅延・送信、の機能を持つ単位処理部（プロセッシング
   エレメント）を一次元アレー状に複数配置し、メモリと
   のインタフェースを持つ単位処理部群と、 メモリへの書き込み・読出し、単位処理部群への命令付
   与・構成制御・状態識別を行う制御部とから構成され、 上記制御部は音声データ、各定数データ、中間結果デー
   タおよび命令をそれぞれ一定の周期で単位処理部間で左
   右に転送させながら、すべての単位処理部が同一の命令
   シーケンスで動作することにより、音声の特徴を並列に
   抽出する処理手段をもつことを特徴とする音声特徴抽出
   方式。
2. （２）上記処理手段は、 上記メモリから音声データと窓関数用定数データを単位
   処理部群に規則的に入力し、音声データ、窓関数用定数
   および命令を単位処理部間で転送させながら、窓関数処
   理と自己相関処理とを同時に行うことにより、自己相関
   係数（Φ＿ｉ、ｉ＝０〜ｍ）を並列に算出する自己相関
   処理手段と、 その算出された自己相関係数Φｉ、ディジタルフィルタ
   用定数データと命令を規則的に単位処理部間で転送させ
   ながら、ディジタルフィルタを通した自己相関係数（Φ
   ′＿ｉ、ｉ＝０〜ｍ）を並列に算出するディジタルフィ
   ルタ処理手段と、 その算出された自己相関係数Φ′＿ｉ、中間結果データ
   および命令を規則的に単位処理部間で転送させながら、
   線形予測係数（α＿ｊ、ｊ＝１〜ｎ）を並列に算出する
   線形予測処理手段とよりなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の音声特徴抽出方式。