JP4675692B2 - 話速変換装置 - Google Patents
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Description
図1では、デジタル回線等を介して電話機の受信部10で受信された音声符号が復号部11で音声波形信号に復元され、その音声波形信号は話速変換装置を含む話速変換部12で例えば遅い速度に変換されて受話器等の出力部13から外部に音声出力される。なお、本例では復号部11により音声符号を一旦音声波形に復元しているが、受信部10で受信した音声符号をそのまま話速変換部12で速度変換し、その速度変換された音声符号を復号してから出力部13へ入力するようにしてもよい。
本例において、入力音声波形は音声分類部20によって「有声」と「無声」とに分類され、ピッチ周期算出部21は入力音声波形が「有声」の場合にそのピッチ周期を算出し、発生速度変換部22は算出されたピッチ周期に基づいて入力される「有声」波形を繰り返したり間引いたりすることによって速度調節を行う。
本例では、入力音声の線形予測分析によって既にその残差信号と線形予測係数が求められている。ピッチ周期算出部30は、その残差信号を用いて入力信号のピッチ周期を算出し、発声速度変換部31は算出されたピッチ周期に基づいて繰り返し/間引きされた残差信号を出力することで速度変換を実行すると伴にその速度変換情報を線形予測係数修正部32に与える。
(1)音声波形を用いて速度変換を行う場合の問題点
特許文献1では、「無声子音」のうち「流音」、「破裂性・破察性」、「破裂」と判別された区間以外は波形の繰り返しや間引きを行うため、その波形の繰り返しや間引きによって本来存在しない周期性が現れて音質が劣化するという問題があった。
特許文献4では、特にピッチ周期自体が存在しない無声区間等において、不定のピッチ(ピッチ値が極端に大きな又は小さな値の間で変動)により極端に長い区間や短い区間で繰り返しや間引きが行われるという問題があった。それにより、LPC係数が変化する区間においてLPC係数と予測残差のミスマッチが発生し、音質が劣化するという問題もあった。
図4において、速度変換手段40には、音声波形と音声符号が入力され、音声の性質に応じてそれらのいずれか一方又は両方を使った速度調節を行い、速度調節後の音声が出力される。
図5において、音声分類手段41は入力音声をその音声特性により分類し、そして速度調節手段42はその音声分類結果に応じて音声波形と音声符号のいずれか一方又は両方を使った速度調節方法を適宜選択し、その選択した方法で速度調節を行った音声を出力する。音声分類手段41は、CPUやDSPを搭載し、ROM、RAMやI/Oペリフェラルデバイス等を含む通常のCPU回路で構成される。速度調節手段42も同様に構成されるが、以下に示すブロック構成を有する。
本例では、音声波形データとその線形予測演算によって得られる音声符号のうちいずれか一方だけを使って速度調節を行う。入力選択部43は、音声分類手段41からの音声分類に基づいて、入力されたい1フレーム分の音声波形又は音声符号のいずれか一方を選択して出力する(S101及び102)。
本例では、音声波形データとその線形予測演算によって得られる音声符号の両方を同時に使用して速度調節を行う。そのため、図7の入力選択部43は必要なく、入力された音声波形及び音声符号は各々の速度調節部45及び速度調節部46に直接与えられる。音声波形を速度変換処理した速度調節部45からの音声波形と、音声符号を速度変換処理した速度調節部46からの音声波形は、共に次段の出力生成部49へ入力される(S201〜204)。
本例において、音声分類手段41は、先ず現フレームに音声が含まれるかどうかによって音声・非音声に大きく分類する(S401〜403)。例えば、入力信号の短時間パワーが所定時間以上継続したときに音声と判断する。次に、音声と判定された区間をさらに細かく分類する。本例では、一例として有声音を「周期的」、周囲ノイズ等の無声音を「非周期的」に分類し(S404)、有声音についてはさらにレベル変動を考慮して「周期的かつ定常的」、「周期的かつ非定常的」に分類する(S405)。
「非音声」区間(S408)において、速度調節手段42は、速度を速める場合と遅くする場合のいずれも非音声区間の両端部が相互に不連続なしに滑らかにつながる音声波形の部分を探索し、それらに挟まれる区間を全て削除する。従って、この場合の速度調節の度合いは「大」きくなる。
本発明によれば、上述した音声分類手段41による入力音声の分類と、速度変換手段42による速度変換方法の使い分けによって、音声劣化を伴わない音声の伸縮区間の割合を増やすことも可能となる。
図12は、図11の基本的な処理の流れを示した図である。
図12において、先ず図4の速度変換手段40(図5の音声分類手段41及び速度調節手段42)に入力信号(音声波形とそれを線形予測変換した音声符号)を1フレーム分入力する(S501)。音声分類手段41は、図11に例示する入力信号の分類を行い(S502)、そして速度調節手段42はその分類に従って同図に例示する速度変換処理を実行する(S503)。速度変換手段40は、上記の処理を一連の入力フレームが終了するまで続行する(S504)。
本例では、音性・非音声判定、周期性の有無・定常性の有無・類似性の有無の判定によって入力信号を分類する。先ず「音性」と「非音声」の区間に大きく分類し、「音声」と判定された区間は、さらに「周期的」、「非周期的かつ定常的」、「非周期的かつ非定常的」に細分類する(図11参照)。
本例では、一般的な自己相関係数の算出手法を音声波形に適用する。ここでは、入力フレームをサンプルして自己相関係数が最大値をとる周波数を算出する(S701〜703)。そして、その直前フレームの自己相関係数が最大値をとる周波数との差分から周期性を判定する(S704)。例えば、所定の閾値と差分値とを比較して、差分値が閾値以下であれば「周期的」と判定する(S705)。それ以外は「非周期的」と判定する。
本例ではパワーの算出に音声符号を用いる。先ず音声符号を1フレーム分入力し、線形予測係数の変化量(SD)を算出する(S801及び802)。このため、直前の線形予測係数との間で下記式(1)の値を算出する。
次に下記式(2)によりパワー(POW)を算出する(S803)。
次に下記式(3)によりパワー変化量(DP)を算出する(S804)。
DP=POWt−POWt−1 (3)
ここで、POWt:現フレームのパワー、そしてPOWt−1:前フレームのパワー、である。
本例では類似性の判定に図14と同じ自己相関係数を用いる。先ず入力信号の音声波形を1フレーム分入力する(S901)。次に、その自己相関係数を算出して自己相関係数の最大値を算出する(S902及び903)。そして、自己相関係数の最大値と所定の閾値とを比較して、閾値以上の場合には「類似的」と判定し、それ以外は「非類似的」と判定する。
本例において、速度調節手段42は、先ず音声符号を1フレーム分入力する(S1001)。次に、過去1フレームと現フレームのうち、過去1フレームの残差信号を間引くことで、2フレームの残差信号から1フレーム分の残差信号を生成する(S1002)。併せて、過去1フレームと現フレームのうち、直前フレームの線形予測係数を間引くことで、2フレームの線形予測係数から1フレーム分の線形予測係数を生成する(S1003)。そして、生成した1フレーム分の残差信号と1フレーム分の線形予測係数を線形予測フィルタに入力することで、圧縮されて速度を速めた音声波形を合成する(S1004)。
本例において、速度調節手段42は、先ず音声符号を1フレーム分入力する(S1101)。ここでは、過去1フレームと現フレームの残差信号を用いて1フレーム分の新たな残差信号を生成する。そのため、過去1フレームと現フレームの残差信号に合わせると1となるような重み係数をかけて足し合わせることで新たな残差信号を生成する。そして、生成した残差信号を過去1フレームと現フレームの残差信号との間に挿入することで3フレーム分の残差信号を生成する(S1102)。他にも、コードブックを持つ符号化方式の場合には、コードブックのインデックスをランダムに生成させる方法で、1フレーム分の残差信号を新たに生成することができる。
41 音声分類手段
42 速度調節手段
43 入力選択部
45、46 速度調節部
48 出力部
49 出力生成部
Claims (1)
- 音声波形データと線形予測に基づく音声符号が入力され、該入力された信号の区間を信号の周期性および定常性を含む性質によって分類する音声分類手段と、
音声波形データと線形予測に基づく音声符号が入力され、該分類に基づいて音声波形を用いた速度変換処理と音声符号を用いた速度変換処理のいずれか一方を選択し、該選択した方法によって該区間の信号の話速度を変更して出力する速度調節手段と、を有し、
該音声分類手段は、
該信号の区間を、音声区間と非音声区間とに分類する手段と、
該音声区間を、周期的音声区間と非周期的音声区間とに分類する手段と、
該周期的音声区間を、周期的かつ定常的音声区間と、周期的かつ非定常的音声区間とに分類する手段と、
該非周期的音声区間を、非周期的かつ定常的音声区間と、非周期的かつ非定常的音声区間とに分類する手段と、
該非周期的かつ定常的音声区間を、該区間の音声波形データから算出された自己相関係数の最大値が所定の閾値以上である場合類似的と判定され、該所定の閾値より小である場合非類似的と判定される類似性によって、非周期的かつ定常的かつ類似的音声区間と、非周期的かつ定常的かつ非類似的音声区間とに分類する手段と、を備え、
該速度調節手段は、
該非音声区間では、音声波形による速度調節を行い、
該周期的かつ定常的音声区間では、該非音声区間について行われた速度調節より調節度合いが小さな音声波形による速度調節を行い、
該周期的かつ非定常的音声区間では、該周期的かつ定常的音声区間について行われた速度調節より調節度合いが小さな音声波形による速度調節を行い、
該非周期的かつ定常的かつ非類似的音声区間では、音声符号により速度調節を行い、
該非周期的かつ非定常的音声区間および非周期的かつ定常的かつ類似的音声区間では、速度調節を行わない、
ことを特徴とする話速度変換装置。
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