JPS63169525A - Pitch extracting device - Google Patents

Pitch extracting device

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JPS63169525A
JPS63169525A JP62002351A JP235187A JPS63169525A JP S63169525 A JPS63169525 A JP S63169525A JP 62002351 A JP62002351 A JP 62002351A JP 235187 A JP235187 A JP 235187A JP S63169525 A JPS63169525 A JP S63169525A
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JP
Japan
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integrator
digital data
cumulative addition
polarity
converter
Prior art date
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JP62002351A
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JPH0656318B2 (en
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Masahiko Hatanaka
正彦 畠中
Katsuyoshi Fujii
藤井 克芳
Daisuke Mori
大輔 森
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a pitch period without varying an accumulation result with the starting point of processing by detecting the polarity inversion of digital data by a polarity monitoring part and sending a polarity inversion signal an integrator. CONSTITUTION:A band-limited acoustic signal is converted by an A/D converter 103 into digital data and the output data of a comparator 103 is sent out to the polarity monitoring part 12 and integrator 10 in order. The polarity monitoring part 12 detects the polarity inversion of the digital data and outputs a signal indicating the start of cumulative addition to the integrator 10, then the digital data are integrated by the integrator 10, and the result is outputted successively. Then a control decision part 11 detects the time interval from the starting point of the integration to the point where the integration result from the integrator 10 decreases below a threshold value theta again after exceeding the threshold value theta once, and outputs it as a pitch period. Said operation is repeated and the detected pitch period is outputted from the control decision part 11 in order.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、各種楽音及び音声等の音響信号のピッチ抽出
装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a pitch extraction device for acoustic signals such as various musical tones and voices.

従来の技術 近年、デジタル技術の進歩にともない、各種ピッチ抽出
技術が提案されておシ、時間波形の自己相関を求める技
術やケプヌトラム技術等があるが、乗算器を必要としな
い技術として積分型ピッチ抽出技術がある(日本音響学
会・音声研究会資料・資料番号882−06(1982
−4)p、p、33〜40)。
Conventional technology In recent years, with the advancement of digital technology, various pitch extraction techniques have been proposed, including a technique for calculating autocorrelation of time waveforms and a cepnutrum technique, but integral pitch is a technique that does not require a multiplier. There is an extraction technique (Acoustical Society of Japan/Speech Research Group material/material number 882-06 (1982)
-4) p, p, 33-40).

以下、図面を参照しながら上述のピッチ抽出装置につい
て説明する。
The above-mentioned pitch extraction device will be described below with reference to the drawings.

第3図は従来のピッチ抽出装置の構成を示すものである
FIG. 3 shows the configuration of a conventional pitch extraction device.

第3図において、1o1はバイパスフィルタ、102は
ローパスフィルタ、103はA/D (アナログ会デジ
タル)コンバータ、104は積分器、106は判定部で
ある。
In FIG. 3, 1o1 is a bypass filter, 102 is a low-pass filter, 103 is an A/D (analog to digital) converter, 104 is an integrator, and 106 is a determination section.

以上のように構成されたピンチ抽出装置について、以下
その動作について説明する。
The operation of the pinch extraction device configured as described above will be described below.

マイクロホン等から入力される音声信号はハイパスフィ
ルタ101によって直流分を除去された後に、ローパス
フィルタ102を通過することによってサンプリング定
理を満足するアンチエイリアジングフィルタリングがな
される。
An audio signal input from a microphone or the like has its direct current component removed by a high-pass filter 101, and then passes through a low-pass filter 102 to undergo anti-aliasing filtering that satisfies the sampling theorem.

次に、A/Dコンバータ103によってアナログデジタ
ル変換されてデジタルデータとなる。
Next, the data is analog-to-digital converted by the A/D converter 103 to become digital data.

A/Dコンバータ103から出力されるデジタルデータ
は積分器104によって積分された後に積分結果を判定
部105へ出力する。判定部106は、積分結果に関し
て極小値を検出し、極小値間のサンプル個数をカウント
することによってピッチを算出することとなる。即ち、
第4図(、)に示すような音声信号のデジタルデータつ
まりA/Dコンバータ103の出力は、積分器104に
よって第4図(c) K示すような積分結果に変換され
る。判定部105は第4図(C)の積分結果に対してA
、B。
The digital data output from the A/D converter 103 is integrated by an integrator 104, and then the integration result is output to the determination section 105. The determination unit 106 calculates the pitch by detecting the minimum value of the integration result and counting the number of samples between the minimum values. That is,
The digital data of the audio signal as shown in FIG. 4(,), that is, the output of the A/D converter 103, is converted by the integrator 104 into an integration result as shown in FIG. 4(c)K. The determination unit 105 determines A for the integration result in FIG. 4(C).
,B.

Cで示すような絶対値としての極小値を検出し、甑小値
間のサンプル数Na、Nb、NC個をピッチ周期として
得ることとなる。尚、ピッチ周期Ni側をいわゆるピッ
チf1に変換するにはサンプリング周波数F、CH2)
を用いて、 f i (Hz ’J =Fs / Niとして求める
ことができる。
A minimum value as an absolute value as shown by C is detected, and the number of samples Na, Nb, NC between the minimum values is obtained as a pitch period. In addition, in order to convert the pitch period Ni side to the so-called pitch f1, the sampling frequency F, CH2)
can be obtained as f i (Hz 'J = Fs / Ni.

尚、極小値の検出を容易にする為に、積分器104の積
分結果を移動平均(スムージング)処理した結果を第4
図(b)に示すが、この移動平均処理、結果を判定部1
05へ入力するようにすれば高調波成分のピッチ周期検
出への影響を除去することができる。
In addition, in order to facilitate the detection of local minimum values, the results of moving average (smoothing) the integration results of the integrator 104 are
As shown in Figure (b), the results of this moving average processing are
05, it is possible to eliminate the influence of harmonic components on pitch period detection.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では、第6図に示すよ
うに処理(ピッチ抽出)を開始する点に起因して得られ
る累積結果が変動してしまい(同図(、) 、 (b)
 ) 、従って極小値の検出が困濾になるという問題が
あった。
Problems to be Solved by the Invention However, with the above configuration, the cumulative result obtained fluctuates due to the starting point of the process (pitch extraction) as shown in FIG. , ) , (b)
), therefore, there was a problem in that it was difficult to detect the minimum value.

本発明は、上記問題点に鑑みて、処理の開始点によって
累積結果を変動させることなく、かつ、簡単な構成でピ
ッチ周期を得ることのできるピッチ抽出装置を提供する
ものである。
In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a pitch extraction device that can obtain a pitch period with a simple configuration and without changing the cumulative result depending on the starting point of processing.

問題点を解決するだめの手段 この目的を達成するために、本発明のピンチ抽出装置は
、帯域制限された音響信号をデジタルデータに変換する
A/Dコンバータと、A/Dコンバータから出力される
デジタルデータを累積加算する積分器と、前記A/Dコ
/バータから出力されるデジタルデータのj性の反転に
よって累積加算開始の指示を示す信号を積分器に出力す
る極性モニタ部と、前記累積加算開始後から累積加算結
果が予め定めた閾値に対してこれを2回通過するまでの
間隔をピッチ周期として検知する制御判定部とから構成
される。
Means for Solving the Problem In order to achieve this object, the pinch extraction device of the present invention includes an A/D converter that converts a band-limited acoustic signal into digital data, and an A/D converter that converts a band-limited acoustic signal into digital data. an integrator that cumulatively adds digital data; a polarity monitor unit that outputs a signal indicating an instruction to start cumulative addition to the integrator by inverting the j-character of the digital data output from the A/D converter; It is comprised of a control determination unit that detects the interval from the start of addition until the cumulative addition result passes a predetermined threshold twice as a pitch period.

作  用 この構成によって、帯域制限された音響信号はA/Dコ
ンバータによってデジタルデータに変換される。A/D
コンバータから出力されるデジタルデータは順次極性モ
ニタ部及び積分器に送出される。この時榎性モニタ部は
デジタルデータの極性反転を検知して累積加算開始を指
示する信号を積分器に出力し、その後デジタルデータは
積分器によって累積加算されると共にその結果は順次出
力される。制御判定部は、予め定められた閾値θに対し
て、累積加算結果が累積加算を開始した時点から、積分
器から出力される累積加算結果が一旦閾値θを越えた後
に再度閾値θ以下になる時点までの時間間隔を検出し、
これをピッチ周期として出力する。以上の動作を繰り返
すことによって、順次検出されたピッチ周期が制御判定
部から出力されることとなる。
Operation: With this configuration, the band-limited acoustic signal is converted into digital data by the A/D converter. A/D
Digital data output from the converter is sequentially sent to a polarity monitor section and an integrator. At this time, the readability monitor section detects the polarity reversal of the digital data and outputs a signal instructing the start of cumulative addition to the integrator.Then, the digital data is cumulatively added by the integrator and the results are sequentially output. The control determination unit determines, with respect to a predetermined threshold θ, that the cumulative addition result outputted from the integrator once exceeds the threshold θ and then becomes less than or equal to the threshold θ from the time when the cumulative addition starts. Find the time interval up to the point in time,
This is output as a pitch period. By repeating the above operations, the sequentially detected pitch periods are output from the control determining section.

実施例 以下、本発明の一実施例てついて図面を参照しながら説
明する。
EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例におけるピッチ抽出装置の
ブロック図を示すものである。
FIG. 1 shows a block diagram of a pitch extraction device in one embodiment of the present invention.

第1図において、1oは積分器、11は制御判定部、1
2は極性モニタ部である。尚、101はハイハスフィル
タ、1o2はローパスフィルタ、103はA/Dコンバ
ータで、これらは従来の構成と同じものである。
In FIG. 1, 1o is an integrator, 11 is a control determination section, 1
2 is a polarity monitor section. Note that 101 is a high-pass filter, 1o2 is a low-pass filter, and 103 is an A/D converter, which are the same as the conventional configuration.

以上のように構成されたピッチ抽出装置について、以下
その動作について説明する。
The operation of the pitch extraction device configured as described above will be described below.

まず、バイパスフィルター01に入力された音響信号は
ピッチ周波数よりもかなり低い周波数成分(例えば6o
cHz〕以下)を除去する高域通過フィルタリングを実
施された後に、ローパスフィルター02へ出力される。
First, the acoustic signal input to the bypass filter 01 contains frequency components considerably lower than the pitch frequency (for example, 6o
After being subjected to high-pass filtering that removes the frequency (below [cHz]), the signal is output to the low-pass filter 02.

ローパスフィルター02に入力された高域通過フィルタ
リングされた音響信号は、いわゆるサンプリング定理を
満足するように、サンプリング周波数f  (:H2)
に対してf8/2〔H2〕以下しか通遇させないように
低域通過フィルタリングをする。
The high-pass filtered acoustic signal input to the low-pass filter 02 has a sampling frequency f (:H2) so as to satisfy the so-called sampling theorem.
Low-pass filtering is performed so that only frequencies below f8/2 [H2] are allowed to pass.

尚、本実施例においては、fo<f、/2なるカットオ
フ周波数を持つ低域通過フィルタリングを実施すること
により高域成分の影響を除去する方が望ましい。
In this embodiment, it is preferable to remove the influence of high-frequency components by performing low-pass filtering with a cutoff frequency of fo<f, /2.

バイパスフィルター01及びローパスフィルター02を
通過した音響信号は、帯域制限された音響信号として、
A/Dコンバーター03によりfsCHz)のサンプリ
ング周波数によってA/D変換されたデジタルデータと
なる。A/Dフンバ−タ103から出力されるデジタル
データは極性モニタ部12及び積分器10に送出される
The acoustic signal that has passed through the bypass filter 01 and the low-pass filter 02 is a band-limited acoustic signal.
The digital data is A/D converted by the A/D converter 03 at a sampling frequency of fsCHZ. Digital data output from the A/D humbator 103 is sent to the polarity monitor section 12 and the integrator 10.

次に、極性モニタ部12はデジタルデータの極性の反転
、即ち、帯域制限された音響信号の零交差点を検知する
と、制御判定部11から送られる累積加算中を示す情報
に従って、仮に累積加算中でなければ積分器10へ累積
加算開始を指示する信号を出力し、累積加算中であれば
累積加算が終了するまで累積開始の信号は出力しない。
Next, when the polarity monitor section 12 detects the reversal of the polarity of the digital data, that is, the zero crossing point of the band-limited acoustic signal, the polarity monitor section 12 detects the inversion of the polarity of the digital data, in other words, the zero crossing point of the band-limited acoustic signal. If not, a signal instructing the integrator 10 to start cumulative addition is output, and if cumulative addition is not in progress, a signal to start cumulative addition is not output until the cumulative addition is completed.

ここで、積分器1oは累積加算開始指示の信号を受は取
ると累積加算を開始する前に一旦その時点の累積値を0
にリセットした後に累積加算を開始する。制御判定部1
1は、予め定められた閾値θを判定基準値として保持し
ておき、累積加算が開始されると共に積分器1oから出
力される累積加算結果と比較する。比較した結果、累積
加算結果が初めて閾値θを越えたことを検知した後に、
累積加算結果が閾値θ以下になると同時に累積加算を開
始した時点から累積加算結果が閾値θ以下になった時点
のデジタルデータ数を計数し、その計数端をもってピッ
チ周期検出値として出力する。その後制御判定部11は
極性モニタ部12に対して累積加算結果が終了したこと
を示す信号を出力する。以上の各データの関係図を第2
図に示す。
Here, when the integrator 1o receives a signal instructing the start of cumulative addition, it temporarily sets the cumulative value at that point to 0 before starting cumulative addition.
Cumulative addition starts after being reset to . Control determination unit 1
1 holds a predetermined threshold value θ as a determination reference value, and compares it with the cumulative addition result output from the integrator 1o when cumulative addition is started. As a result of the comparison, after detecting that the cumulative addition result exceeds the threshold θ for the first time,
The number of digital data from the time when the cumulative addition result becomes equal to or less than the threshold value θ and the cumulative addition is started at the same time as the time when the cumulative addition result becomes equal to or less than the threshold value θ is counted, and the counted end is outputted as a pitch period detection value. Thereafter, the control determination section 11 outputs a signal to the polarity monitor section 12 indicating that the cumulative addition result has been completed. The relationship diagram of each data above is shown in the second
As shown in the figure.

尚、ピッチ周期を時間値とした時には、検出値に対して
1/f8を乗ずれば良く、又、ピッチ周波数としたい時
にはf8を検知値で割れば良い。
Note that when the pitch period is expressed as a time value, the detected value may be multiplied by 1/f8, and when the pitch frequency is expressed as a pitch frequency, f8 may be divided by the detected value.

又、以上において、制御判定部11における閾値θとの
比較に関して、累積加算結果が正の値の時について述べ
てきたが、累積加算結果が負の値のときには絶対値によ
る判定或は閾値θとの大小判定を適宜変更するようにす
ればよい。更に、累積加算結果が負の値を取らないよう
、デジタルデータが正の値になる時の極性反転信号を用
いて累積加算を開始することも可能である。
Furthermore, in the above, regarding the comparison with the threshold value θ in the control determination unit 11, we have described the case where the cumulative addition result is a positive value, but when the cumulative addition result is a negative value, the determination based on the absolute value or the threshold value θ is performed. The size determination may be changed as appropriate. Furthermore, in order to prevent the cumulative addition result from taking a negative value, it is also possible to start the cumulative addition using a polarity inversion signal when the digital data takes a positive value.

以上のように本実施例によれば、極性モニタ部12が極
性反転を示す信号によって累積加算を開始する前に積分
器1oをリセットするので累積加算結果が正あるいは負
の方向に発散することを防ぐことができる。更に、従来
のように極小値あるいは極大値を判定するための複雑な
判定部を必要とせずに、閾値θとの比較によって判定を
実施することができる。
As described above, according to this embodiment, the polarity monitor section 12 resets the integrator 1o before starting cumulative addition using a signal indicating polarity inversion, so that the cumulative addition result does not diverge in the positive or negative direction. It can be prevented. Furthermore, the determination can be made by comparison with the threshold value θ, without requiring a complicated determination unit for determining the local minimum value or maximum value as in the conventional case.

また、ローパスフィルタ102のカットオフ周波数fC
をfo(fC/2とすることにより、滑らかな累積結果
を得ることができる。
Also, the cutoff frequency fC of the low-pass filter 102
By setting fo(fC/2), smooth accumulation results can be obtained.

発明の効果 本発明は、帯域制限された音響信号をA/Dコンバータ
により変換したデジタルデータの極性反転を検知した極
性モニタ部が極性反転信号を積分器に送出することによ
り、累積加算の開始を音響信号の零交差に同期させるこ
とができるため処理開始点によって累積加算結果が変動
することがなく、従って閾値θの設定を都度変えること
なく、ピッチを抽出することができる。
Effects of the Invention In the present invention, the polarity monitor section detects polarity reversal of digital data obtained by converting a band-limited acoustic signal by an A/D converter, and sends a polarity reversal signal to an integrator, thereby starting cumulative addition. Since it can be synchronized with the zero crossing of the acoustic signal, the cumulative addition result does not vary depending on the processing start point, and therefore, the pitch can be extracted without changing the setting of the threshold value θ each time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例におけるピッチ抽出装置のブ
ロック図、第2図は本発明の一実施例に号波形図である
。 10・・−・・積分器、11・・・・・・制御判定部、
12・・・・・・極性モニタ部、101・・・・バイパ
スフィルタ、102・・・・・・ローパスフィルタ、1
03・・・・・A/Dコンバータ、104・・・・積分
器、105・・・・・・判定部。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 碍n1η霞々、 ・シトト両t≧ 8 15°2 第4図 □詩画 第5図
FIG. 1 is a block diagram of a pitch extraction device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a signal waveform diagram according to an embodiment of the present invention. 10... Integrator, 11... Control judgment section,
12...Polarity monitor section, 101...Bypass filter, 102...Low pass filter, 1
03... A/D converter, 104... Integrator, 105... Judgment section. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person 2nd
Figure n1η hazy, ・Sitoto both t≧ 8 15°2 Figure 4 □Poetry Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 帯域制限された音響信号をデジタルデータに変換するA
/Dコンバータと、前記A/Dコンバータから出力され
る前記デジタルデータを順次累積加算する積分器と、前
記A/Dコンバータから出力される前記デジタルデータ
を入力とし、このデジタルデータの極性の反転によって
累積加算開始の指示を行うためのリセット信号を前記積
分器に出力する極性モニタ部と、前記積分器から出力さ
れる累積加算結果と予め定めた閾値とを比較する制御判
定部とから成り、前記制御判定部は前記累積加算開始し
た時点から、前記累積加算結果が前記閾値を2回通過し
た時点までの間隔をピッチ周期として検知することを特
徴とするピッチ抽出装置。
A converting band-limited acoustic signals into digital data
a /D converter, an integrator that sequentially cumulatively adds the digital data output from the A/D converter, and an integrator that receives the digital data output from the A/D converter, and by reversing the polarity of the digital data. A polarity monitor section that outputs a reset signal to the integrator for instructing the start of cumulative addition, and a control determination section that compares the cumulative addition result output from the integrator with a predetermined threshold, A pitch extraction device characterized in that a control determination unit detects an interval from a time when the cumulative addition is started to a time when the cumulative addition result passes the threshold twice as a pitch period.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015175787A (en) * 2014-03-17 2015-10-05 サクサ株式会社 Oscillation detection device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015175787A (en) * 2014-03-17 2015-10-05 サクサ株式会社 Oscillation detection device

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