JP2008241772A - 音声画像処理装置、音声画像処理方法、ならびに、プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】ユーザが発した声に同期して画面に表示される口の形状を変化させる処理を簡易な計算で行う音声画像処理装置等を提供する。
【解決手段】音声画像処理装置201において、記憶部202は、音節の波形を近似する照合三角形列と、その音節を発声する口の形状の音節画像とを対応付けて記憶し、入力部203は、音声信号の入力を受け付け、近似部204は、受け付けられた音声信号の波形を近似三角形列で近似し、判定部205は、近似三角形列と照合三角形列がマッチするか判定し、出力部206は、受け付けられた音声信号を出力し、表示部205は、現在出力されている音声信号の区間に対応する近似三角形にマッチする照合三角形列があればこれに対応付けられる音節画像を表示する。
【選択図】図2
Description
s0,s1,s2,…
のような数列として並べたもので表現される。数値snは、サンプリングを開始してからの経過時間t = nTにおける音声信号の変位を意味する。
|s0|,|s1|,|s2|,…
もしくは変位の自乗値
s0 2,s1 2,s2 2,…
を用いることにより、時間軸に対して正の領域にまとめられたグラフを波形として処理する。
a0,a1,a2,…
のように表記することとする。
a0,a1,a2,…
に対して高速フーリエ変換等の計算負荷の大きい処理は適用せず、時間軸に底辺が重なる三角形を並べ、その上辺を辿ると波形が近似されるようにして、当該近似三角形と照合をとることにより、その底辺に相当する区間に相当する音節、モーラ、母音、子音等を高速かつ簡易に推定する。
at-1<atかつat>at+1
が成立するようなatを意味する。そこで、このように、波形の中から隣り合うものより大きい点だけを選び、この点を順に辿ることで、波形の第1の包絡線が得られる。
Σi=t-P/2 t+P/2 at/(P+1)
のような平均、あるいは、適当な重み付き平均によって、曲線の形状を求めることもできる。
am[0],am[1],am[2],… (m[0]<m[1]<m[2]<…)
のように得られたとすると、極大点の時間軸方向の間隔は、
(m[1]-m[0])T,(m[2]-m[1])T,(m[3]-m[2])T,…
のように取得することができる。
P = M/(FT)
のように考えることができる。
m[1]-m[0],m[2]-m[1],m[3]-m[2],…
の平均、もしくは、重み付き平均のM倍であるとして、計算しても良い。
図2は、本実施形態に係る音声画像処理装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
s0,s1,s2,…
のような数列として並べたもので表現される。数値snは、サンプリングを開始してからの経過時間t = nTにおける音声信号の変位を意味する。
(0,s0),(T,s1),(2T,s2),…,(iT,si),…
をプロットした形状である。
(1)変位の絶対値。
(2)変位の自乗値。
(3)変位のうち正の部分。
(0,|s0|),(T,|s1|),(2T,|s2|),…,(iT,|si|),…
をプロットしたものとなっている。
(0,s0 2),(T,s1 2),(2T,s2 2),…,(iT,si 2),…
をプロットしたものとなっている。自乗をすることにより、本図(a)における値の大小の差異が、より極立つこととなっている。
fn(x) = x (x≧0);
= 0 (x<0);
なる関数fn(・)を用いたときに、座標列
(0,fn(s0)),(T,fn(s1)),(2T,fn(s2)),…,(iT,fn(si)),…
をプロットしたものとなっており、図3におけるグラフの変位が負となる部分をすべて除去した形状となっている。
(0,a0),(T,a1),(2T,a2),…,(iT,ai),…
をプロットしたものとして扱う。
(1)母音「あ」「い」「う」「え」「お」のそれぞれについて、当該母音に対する照合三角形501の上記内分比、および、底辺の長さ。内分比や底辺の長さは、それぞれ、実験により、あらかじめ上限や下限を設定することとしても良い。
(2)母音「あ」「い」「う」「え」「お」のそれぞれについての、キャラクターの口の形状を表す音節画像。各音節画像は、上記(1)における照合三角形501の情報と対応付けられている。
(3)キャラクターの基本的な表情(典型的には、キャラクターが口を閉じたとき)の口の形状を表す基本画像。
(0,a0),(T,a1),(2T,a2),…,(iT,ai),…
をプロットしたものである。
(1)極大点間隔を求める手法
(2)包絡線を用いる手法
(3)平滑化を用いる手法
について、順に説明することとする。
極大点とは、
ai-1<aiかつai>ai+1
を満たす点(i,ai)のことであり、グラフで見たときに、山の頂上に相当する点のことをいう。また、極大点間隔とは、波形の座標列の極大点の間隔のことである。極大点間隔は、声の高さ、あるいは、波形の変化の激しさに対応する数値であり、声、あるいは、その倍音の基本周期に比例するものと考えられるため、簡易な平滑化の指標として適切と考えられる。
v←T; p←0
のように表記する。
v←Kv + (1-K)(i-p)T
を実行する(ステップS704)。これは、ステップS704における計算は、検出された間隔の減衰平均をとっていることに相当する。
n←1
とした後、ステップS703において
v←v + (i-p)T; n←n+1
を実行し、ステップS707において、
v←v/n
を実行すれば、変数vに、波形全体における極大点間隔の平均が求められる。
本手法は、波形の包絡線により波形の概形を得て、近似三角形を求めるものである。
(0,a0),(T,a1),(2T,a2),…,(iT,ai),…
をプロットしたものである。
Q←C/v
により計算する(ステップS902)。正定数Cは、Tよりも大きい値で、Tの数倍から数十倍程度が典型的な値である。なお、小数点以下は適宜四捨五入、切捨て、切上げ等をして丸める。
b[i].t←i; b[i].a←ai
を実行した後に、
#b←L
を実行するものとなる。
c[0]←b[0]; #c←1
を実行して、配列変数cの先頭に、配列変数bの先頭の要素を格納し、その有効長を1とする(ステップS906)。
b[j-1].a<b[j].aかつb[j].a>b[j+1].a
であるか否かを調べる。極大である場合(ステップS908;Yes)には、
c[#c]←b[j]; #c←#c+1
を実行して、b[j]を配列変数cに追加し(ステップS909)、jについての処理を繰り返す(ステップS910)。
b[j-1].a>b[j].aかつb[j].a<b[j+1].a
であるか否かを判定する(ステップS915)。極小点でなければ(ステップS915;No)、
j←j+1
を実行して(ステップS916)、ステップS914に戻る。
X←b[j]
を実行し(ステップS917)、
j←j+1
を実行してループを抜け(ステップS918)、j<#b-1の間(ステップS919;Yes)、以下の処理を繰り返す。すなわち、b[j]が極大点であるか否か、すなわち、
b[j-1].a<b[j].aかつb[j].a>b[j+1].a
であるか否かを判定する(ステップS920)。極大点でなければ(ステップS920;No)、
j←j+1
を実行して(ステップS921)、ステップS919に戻る。
Y←b[j]
を実行し(ステップS922)、
j←j+1
を実行してループを抜け(ステップS923)、j<#b-1の間(ステップS924;Yes)、以下の処理を繰り返す。すなわち、b[j]が極小点であるか否か、すなわち、
b[j-1].a>b[j].aかつb[j].a<b[j+1].a
であるか否かを判定する(ステップS925)。極小点でなければ(ステップS925;No)、
j←j+1
を実行して(ステップS926)、ステップS924に戻る。
Z←b[j]
を実行し(ステップS927)、
j←j+1
を実行する(ステップS928)。
変数Xには近似三角形1100の左側斜辺の途中の点1101の座標が、
変数Yには近似三角形1100の底辺に対向する頂点1102の座標が、
変数Zには近似三角形1100の右側斜辺の途中の点1103の座標が、
それぞれ得られることになる。
(Y.t-X.t)×(Y.a-X.a)/Y.a
により求めることができる。一方、垂線の足1104と右側頂点1106との距離は、
(Z.t-Y.t)×(Y.a-Z.a)/Y.a
により求めることができる。
〔(Y.t-X.t)×(Y.a-X.a)〕/〔(Z.t-Y.t)×(Y.a-Z.a)〕
となる。
(Y.t-X.t)×(Y.a-X.a)/Y.a + (Z.t-Y.t)×(Y.a-Z.a)/Y.a
により求めることができる。
(1)近似三角形1100の高さが低い場合。すなわち、Y.aの波形の平均高さΣi=0L-1ai/Lに対する比が、所定の下限値よりも小さい場合である。
(2)近似三角形1100の底辺の長さが、所定の上限よりも長かったり所定の下限よりも短かったりする場合。音声信号から照合三角形を取得する場合には、人間が照合三角形として適切かチェックすることとなるが、ボイスチャット等に応用する場合にマイク111から入力された音声信号について近似三角形1100を求める場合には、あらかじめ用意された照合三角形の底辺の平均的な長さや最長長さ、最短長さと同じオーダー(数分の1〜数倍程度)の長さでなければならないとするものである。
X←Z
を実行して、座標をコピーした後に(ステップS931)、ステップS919に戻る。
j←〔Z.t + Y.t + (Z.t-Y.t)×(Y.a-Z.a)/Y.a〕/2
を実行して、ステップS914に戻るのである。
上記手法では、包絡線の極大点と極小点から近似三角形を得ていたが、本手法では、波形を平滑化した曲線を考えて、この曲線の極大点と極小点から近似三角形を得る。
P←Dv/T
により計算する(ステップS1202)。正定数Dは、Tよりも大きい値で、Tの数倍から数十倍程度が典型的な値である。すなわち、M=D/Tは1より大きい。なお、小数点以下は適宜四捨五入、切捨て、切上げ等をして丸める。
b[k]←Σi=k-P k+P ai/(2P+1)
のように窓k-P〜k+Pの平均値を計算して、b[k]に代入する(ステップS1205)。
i<0の場合は、ai = a0;
i≧Lの場合は、ai = aL-1
のように、入力信号の時間範囲を超えた場合の値を適当に決めておく。
#b←k+1
を実行し(ステップS1206)、配列変数bのうち有効な値が格納されている個数を#bに代入して、処理を繰り返す(ステップS1207)。
上記のように、記憶部202には母音の照合三角形の形状情報と母音の口の形を表す音節画像とが対応付けられて記憶され、このほか、基本的な口の形を表す基本画像が記憶されている。
(1)照合三角形の内分比と、近似三角形の内分比が、所定の誤差範囲内にあるか否か。
(2)照合三角形の底辺の長さに割り当てられた下限〜上限の間に、近似三角形の底辺の長さが含まれるか。
(1)各近似三角形1402の底辺の長さ
(2)各近似三角形1402の垂線の足による内分比
(3)各近似三角形1402の高さの比率
(4)隣り合う近似三角形1402が時間軸方向に重なる長さ
のような数値群により表現される。
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 インターフェイス
105 コントローラ
106 外部メモリ
107 画像処理部
108 DVD−ROMドライブ
109 NIC
110 音声処理部
111 マイク
201 音声画像処理装置
202 記憶部
203 入力部
204 近似部
205 判定部
206 出力部
207 表示部
501 照合三角形
801 波形
1100 近似三角形
1101 近似三角形の左側斜辺の途中の点
1102 近似三角形の底辺に対向する頂点
1103 近似三角形の右側斜辺の途中の点
1104 近似三角形の底辺に垂らした垂線の足
1105 近似三角形の左側頂点
1106 近似三角形の右側頂点
1401 近似三角形列
1402 近似三角形
Claims (10)
- 時間の経過を第1軸に、音声信号の変位の絶対値、自乗値、もしくは、変位のうち負でないものを第2軸にとった波形を近似する三角形であって、その底辺が当該第1軸に重なる三角形(以下「近似三角形」という。)を用いる音声画像処理装置であって、
音節を発声する口の形状を表す音節画像を、当該音節を発声する音声信号の波形に対する最大N個の近似三角形からなる照合三角形列に対応付けて記憶する記憶部、
音声信号の入力を受け付ける入力部、
前記入力を受け付けられた音声信号の波形に対する近似三角形列を取得する近似部、
当該音声信号の区間と前記記憶される音節画像とがマッチするか否かを、当該区間に対する近似三角形列と、当該音節画像に対応付けられる照合三角形列とがマッチするか否かにより判定する判定部、
前記入力を受け付けられた音声信号を出力する出力部、
前記出力部により出力される音声信号のうち、前記判定部により当該音節画像にマッチすると判定された区間が出力される間、当該マッチする音節画像を表示する表示部
を備えることを特徴とする音声画像処理装置。 - 請求項1に記載の音声画像処理装置であって、
N≦3であり、
前記記憶部は、口の基本形状を表す基本画像をさらに記憶し、
前記表示部は、前記出力部により出力される音声信号のうち、前記判定部により当該音節画像のいずれともマッチしないと判定された区間が出力される間、当該基本画像を表示する
ことを特徴とする音声画像処理装置。 - 請求項1に記載の音声画像処理装置であって、
当該音節は母音のいずれかであり、N=1であり、当該照合三角形列は1つの照合三角形からなり、
前記判定部は、当該音声信号の区間と前記記憶される音節画像とがマッチするか否かを、当該区間に対する1つの近似三角形と、当該音節画像に対応付けられる照合三角形とがマッチするか否かにより判定する
ことを特徴とする音声画像処理装置。 - 請求項3に記載の音声画像処理装置であって、
前記判定部は、近似三角形および照合三角形の底辺に対向する頂点から当該底辺に垂らした垂線の足が当該底辺を内分する内分比により、当該近似三角形と当該照合三角形とがマッチするか否かを判定する
ことを特徴とする音声画像処理装置。 - 請求項4に記載の音声画像処理装置であって、
前記近似部は、当該音声信号の波形の極大点を連結した第1の包絡線を求め、所定の整数Q (Q≧1)に対し、整数i (1≦i≦Q-1)のそれぞれについて、第iの包絡線の極大点を連結した第i+1の包絡線を求め、第Qの包絡線において、隣り合う極大点と極小点を結ぶ直線から当該近似三角形の辺を取得する
ことを特徴とする音声画像処理装置。 - 請求項5に記載の音声画像処理装置であって、
前記近似部は、当該Qを当該音声信号の波形の極大点の当該第1軸方向における間隔の平均もしくは重み付き平均に略反比例する正整数とする
ことを特徴とする音声画像処理装置。 - 請求項4に記載の音声画像処理装置であって、
前記近似部は、当該音声信号の波形を平滑化した曲線において、隣り合う極大点と極小点を結ぶ直線から当該近似三角形の辺を取得する
ことを特徴とする音声画像処理装置。 - 請求項7に記載の音声画像処理装置であって、
前記近似部は、当該音声信号の波形の極大点の当該第1軸方向における間隔の平均もしくは重み付き平均により当該音声信号の基本周期を推定し、当該推定された基本周期のM (M>1)倍の幅の窓に含まれる波形の平均もしくは重み付き平均をとることで、当該波形を平滑化する
ことを特徴とする音声画像処理装置。 - 時間の経過を第1軸に、音声信号の変位の絶対値、自乗値、もしくは、変位のうち負でないものを第2軸にとった波形を近似する三角形であって、その底辺が当該第1軸に重なる三角形(以下「近似三角形」という。)を用いる音声画像処理方法であって、当該音声画像処理方法は、音節を発声する口の形状を表す音節画像を、当該音節を発声する音声信号の波形に対する最大N個の近似三角形からなる照合三角形列に対応付けて記憶する記憶部、入力部、近似部、判定部、出力部、表示部を有する音声画像処理装置にて実行され、
前記入力部が、音声信号の入力を受け付ける入力工程、
前記近似部が、前記入力を受け付けられた音声信号の波形に対する近似三角形列を取得する近似工程、
前記判定部が、当該音声信号の区間と前記記憶される音節画像とがマッチするか否かを、当該区間に対する近似三角形列と、当該音節画像に対応付けられる照合三角形列とがマッチするか否かにより判定する判定工程、
前記出力部が、前記入力を受け付けられた音声信号を出力する出力工程、
前記表示部が、前記出力部により出力される音声信号のうち、前記判定部により当該音節画像にマッチすると判定された区間が出力される間、当該マッチする音節画像を表示する表示工程
を備えることを特徴とする音声画像処理方法。 - 時間の経過を第1軸に、音声信号の変位の絶対値、自乗値、もしくは、変位のうち負でないものを第2軸にとった波形を近似する三角形であって、その底辺が当該第1軸に重なる三角形(以下「近似三角形」という。)を用いるプログラムであって、当該プログラムは、コンピュータを、
音節を発声する口の形状を表す音節画像を、当該音節を発声する音声信号の波形に対する最大N個の近似三角形からなる照合三角形列に対応付けて記憶する記憶部、
音声信号の入力を受け付ける入力部、
前記入力を受け付けられた音声信号の波形に対する近似三角形列を取得する近似部、
当該音声信号の区間と前記記憶される音節画像とがマッチするか否かを、当該区間に対する近似三角形列と、当該音節画像に対応付けられる照合三角形列とがマッチするか否かにより判定する判定部、
前記入力を受け付けられた音声信号を出力する出力部、
前記出力部により出力される音声信号のうち、前記判定部により当該音節画像にマッチすると判定された区間が出力される間、当該マッチする音節画像を表示する表示部
として機能させることを特徴とするプログラム。
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