JP2011027972A - 信号処理装置、信号処理方法、及び信号処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】音の信号波形をフレームに分割するフレーム分割部202と、分割されたフレームごとに信号波形を周波数分析する周波数分析部203と、周波数分析結果に基づいて、分割されたフレームごとに、ピッチ周波数を検出するピッチ周波数検出部204と、ピッチ周波数が、予め設定された周波数の範囲内で複数フレーム以上連続しているか否かを解析する連続性解析部205と、連続性の解析結果に基づいて、音に電気的に生成された電子音が含まれているか否かを判定する電子音有無判定部206とを備える。
【選択図】図2
Description
実施形態の信号処理装置は、フレーム分割手段と周波数分析手段とピッチ周波数検出手段と連続性解析手段と音成有無判定手段を備える。フレーム分割手段は、音の信号波形をフレームに分割する。周波数分析手段は、フレーム分割手段が分割したフレームごとに信号波形を周波数分析する。ピッチ周波数検出手段は、周波数分析手段の処理結果に基づいて、分割されたフレームごとに、成分の大きさが最大となる周波数を検出する。連続性解析手段は、ピッチ周波数検出手段が検出したピッチ周波数の値が、複数フレーム以上連続しているか否かを解析する。音成分有無判定手段は、連続性解析手段が解析した結果に基づいて、音に、電気的に生成された音成分が含まれているか否かを判定する。
図1は、本実施形態に係る信号処理装置としての携帯電話機のハードウェア構成図である。携帯電話機100は、CPU101とROM102とRAM103とHD(ハードディスク)104とディスプレイ105とI/F(インターフェース)106と操作パネル107とマイク108とスピーカ109とを備え、各要素はバスによって接続されている。
HD104は、携帯電話機100内で記憶する様々データ(例えば、アドレス情報やメール情報等)を保存する。
電子音の有無の判定結果は処理結果210として出力され、入力音に電子音が含まれる場合には、その電子音を除去する等の調整を行うことが可能となる。
ピッチ周波数の算出式を式(1)に示す。
なお、ピッチ周波数の算出は、この方法以外に例えば、ケプストラム法、自己相関法等を用いてもよい。
ここで、ステップS305の連続性の解析について詳細に説明する。図5は、本実施形態に係る信号処理装置において、ピッチ列の連続性を解析する処理を示す図である。図5(A)は、蓄積されたピッチ列を示している。図5(B)は、任意の時刻tでピッチ列が連続しているか否かを判定する条件を示している。ここでは、2つの条件が設定されており、「所定の時間以上に亘って(条件A:ThA)、ピッチ列の変動が所定の範囲内である(条件B:ThB)」と設定されている。例えば、5フレーム(1フレームが20msであれば100msに相当)に亘って、1/12オクターブの範囲内であるかどうかが判定される。
場合1:(t−ThA+1)〜t
場合2:(t−ThA+2)〜(t+1)
・・・
場合ThA−1:(t−1)〜(t+ThA−2)
場合ThA:t〜(t+ThA−1)となる。
また、条件Bについては、ThAフレーム中の1フレーム、場合によっては2フレームが条件Bの範囲外であっても検出されたと判定してもよい。つまり、ThAフレームにおけるピッチ周波数の最大値、又は最小値を除いたThA−1(場合によってはThA−2)フレームについて、検出を行ってもよい。図5(C)の例では、4個のピッチ列が条件Bを満たす(1)、(3)がこれに該当する。
本実施形態に係る信号処理装置について、図8ないし図14を用いて説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、電子音が含まれていると判定した場合に、ピッチ周波数の値が複数フレーム以上連続している軌跡に基づいて、周期性を解析する。周波数を解析した結果に基づいて、電子の種類を識別する。
なお、本実施形態において、前記第1の実施形態と重複する説明については省略する。
電子音識別部208は、ピッチ周波数解析部207が解析した結果に基づいて、電子音の種類を識別し、処理結果210として出力する。
ここで、ステップS907の連続したピッチ列の周期性の検出について詳細に説明する。一般的に、ベル音やメロディ音は、一定の周期でピッチ周波数が変化していることが多いため、周期性を検出することで、電子音がベル音やメロディ音であることを確認することができる。
ここで、電子音の種類を識別する処理について詳細に説明する。電子音の種類ごとの、ステップS907で算出した周期T、及びステップS909で行ったグループ化のグループ数を下記の表1に示す。
このように、電子音の種類に応じた固有の特徴(例えば、周期やピッチグループ数等)に基づいて、ピッチ周波数の特徴を解析することで、電子音の種類を正確に識別することができるという効果を奏する。
さらにまた、電子音は種類ごとに特定の場所で出力されることが多いため、電子音の種類が正確に識別されることで、入力音を検出した場所や環境を特定することが可能になり、さらに特定された環境に応じたサービスを提供することが可能となるという効果を奏する。
本実施形態に係る信号処理装置について、図15ないし図18を用いて説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、前記第1、又は第2の実施形態に係る信号処理装置の機能を拡張したものであり、入力音の特徴、及び入力音に含まれる電子音の種類から、環境を認識するものである。
なお、本実施形態において、前記第1、又は第2の実施形態と重複する説明については省略する。
ここで、確率を算出する処理について詳細に説明する。図18は、本実施形態に係る信号処理装置において、入力音が各環境である確率を算出する処理を示す図である。
なお、ここでは、特徴量を算出する例示としてパワーの変動量、及びスペクトルの傾きを示したが、パワーの値、周波数ごとのパワーの値等、他の特徴量を抽出してもよい。
なお、ステップS1408の判定において、電子音がないと判定された場合は、ステップS1401に戻ってもよいし、ステップS1405で算出した確率を出力結果210として出力してもよい。
また、入力音の特徴に基づいて算出された各環境の確率を、電子音の種類に応じて調整することで、より正確に環境を認識することができるという効果を奏する。
本実施形態に係る信号処理装置について、図19ないし図21を用いて説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、前記第1、第2、又は第3の実施形態に係る信号処理装置の機能を拡張したものである。具体的には、連続性があるピッチ列の周波数の範囲を予め設定し、その範囲外にあるピッチ周波数はゼロとすることで、ピッチ周波数を選別するものである。
なお、本実施形態において、前記第1、第2、又は第3の実施形態と重複する説明については省略する。
このように、電子音で使用される音階が固定的であることを利用して、電子音で使用される可能性が低いピッチ周波数を解析の対象外とすることで、無駄な処理を省き処理効率を向上させることができるという効果を奏する。
(付記1)音の信号波形をフレームに分割するフレーム分割手段と、当該フレーム分割手段が分割したフレームごとに前記信号波形を周波数分析する周波数分析手段と、当該周波数分析手段の処理結果に基づいて、前記分割されたフレームごとに、成分の大きさが最大となる周波数を検出するピッチ周波数検出手段と、当該ピッチ周波数検出手段が検出したピッチ周波数の値が、複数フレーム以上連続しているか否かを解析する連続性解析手段と、当該連続性解析手段が解析した結果に基づいて、前記音に、電気的に生成された音成分が含まれているか否かを判定する音成分有無判定手段とを備える信号処理装置。
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 HD
105 ディスプレイ
106 I/F
107 操作パネル
108 マイク
109 スピーカ
200 信号処理装置
201 A/D変換部
202 フレーム分割部
203 周波数分析部
204 ピッチ周波数検出部
205 連続性解析部
206 電子音有無判定部
207 ピッチ周波数解析部
208 電子音識別部
210 処理結果
211 特徴抽出部
212 特徴比較部
213 環境認識部
214 環境別特徴量情報
215 確率調整係数情報
220 ピッチ周波数選別部
Claims (6)
- 音の信号波形をフレームに分割するフレーム分割手段と、
当該フレーム分割手段が分割したフレームごとに前記信号波形を周波数分析する周波数分析手段と、
当該周波数分析手段の処理結果に基づいて、前記分割されたフレームごとに、成分の大きさが最大となる周波数を検出するピッチ周波数検出手段と、
当該ピッチ周波数検出手段が検出したピッチ周波数の値が、複数フレーム以上連続しているか否かを解析する連続性解析手段と、
当該連続性解析手段が解析した結果に基づいて、前記音に、電気的に生成された音成分が含まれているか否かを判定する音成分有無判定手段とを備える信号処理装置。 - 請求項1に記載の信号処理装置において、
前記音成分有無判定手段が前記音に電気的に生成された音成分が含まれていると判定した場合に、前記ピッチ周波数の値が複数フレーム以上連続している軌跡に基づいて、周期性を解析するピッチ周波数解析手段と、
当該ピッチ周波数解析手段が解析した結果に基づいて、前記電気的に生成された音成分の種類を識別する音識別手段とを備える信号処理装置。 - 請求項2に記載の信号処理装置において、
音階の周波数に基づいて、前記ピッチ周波数解析手段により解析される対象となるピッチ周波数を選別するピッチ周波数選別手段を備える信号処理装置。 - 請求項2又は3に記載の信号処理装置において、
環境ごとに環境音の特徴量を記憶する環境音特徴記憶手段と、
前記周波数分析手段が行った周波数分析結果に基づいて、前記音の特徴を抽出する音特徴抽出手段と、
当該音特徴抽出手段が抽出した前記音の特徴、及び前記環境音特徴記憶手段が記憶する環境音の特徴量を比較する特徴比較手段と、
当該特徴比較手段が比較した結果、及び前記音識別手段が識別した結果に基づいて、前記音の発生場所における環境を認識する環境認識手段とを備える信号処理装置。 - 音の信号波形をフレームに分割するフレーム分割ステップと、
当該フレーム分割ステップが分割したフレームごとに前記信号波形を周波数分析する周波数分析ステップと、
当該周波数分析ステップの処理結果に基づいて、成分の大きさが最大となる周波数を前記分割されたフレームごとに検出するピッチ周波数検出ステップと、
当該ピッチ周波数検出ステップが検出したピッチ周波数の値が、複数フレーム以上連続しているか否かを解析する連続性解析ステップと、
当該連続性解析ステップが解析した結果に基づいて、前記音に、電気的に生成された音成分が含まれているか否かを判定する音成分有無判定ステップとを含む信号処理方法。 - 音の信号波形をフレームに分割するフレーム分割手段、
当該フレーム分割手段が分割したフレームごとに前記信号波形を周波数分析する周波数分析手段、
当該周波数分析手段の処理結果に基づいて、成分の大きさが最大となる周波数を前記分割されたフレームごとに検出するピッチ周波数検出手段、
当該ピッチ周波数検出手段が検出したピッチ周波数の値が、複数フレーム以上連続しているか否かを解析する連続性解析手段、
当該連続性解析手段が解析した結果に基づいて、前記音に、電気的に生成された音成分が含まれているか否かを判定する音成分有無判定手段としてコンピュータを機能させる信号処理プログラム。
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JP2009173113A JP2011027972A (ja) | 2009-07-24 | 2009-07-24 | 信号処理装置、信号処理方法、及び信号処理プログラム |
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2009
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