JP4805121B2 - 音声合成装置、音声合成方法及び音声合成プログラム - Google Patents
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Description
従来の音声合成装置は、任意の文章が記述されているテキストを入力すると、そのテキストに対する形態素解析や構文解析などの言語処理を実施する。
次に、音声合成装置は、テキストの解析結果に対する音韻処理を実施することにより、例えば、音韻記号、ピッチ長、継続時間長などを含む韻律情報を生成する。
ここで、音声素片は、母音をV、子音をCで表すと、CV、VC、VCV等の音声合成単位、複数の音声合成単位からなる音素列単位、あるいは、単語単位や短文章単位で、音声信号中から切り出される素片であり、切り出された音声波形又はその波形から何らかの方法で抽出されたパラメータ系列を表している。
また、音声素片は、例えば、当該音声素片の音素名、先行する音素、後続する音素、ピッチ周期、ピッチパターン、継続時間長、CとVの音素境界位置、パワー、モーラ数、アクセント位置などの要素を備えている。
即ち、ピッチ周期を短くする場合(ピッチ周波数を高くする場合)には、韻律情報のピッチ周期の2倍程度の窓長を有する窓関数を用いて、その音声素片から2ピッチ長波形を切り出し、ピッチ周期を長くする場合(ピッチ周波数を低くする場合)には、元の音声素片のピッチ周期の2倍程度の窓長を有する窓関数を用いて、その音声素片から2ピッチ長波形の切り出しを行う。
これにより、任意の文章から人工的な合成音声を生成することができるが、ピッチ周期を短くする場合(ピッチ周波数を高くする場合)には、音声素片の波形が持つ周期よりも短い周期で2ピッチ長波形を切り出すことになるため、2ピッチ長波形の始終端付近の波形情報(以下、「サイドローブ波形情報」と称する)が欠落して音質が劣化することがある。
ただし、この音声合成装置は、音声素片の特徴に応じて窓関数の長さや形状を変更することはできるが、ピッチ周期やピッチ周波数に応じて窓長や窓形状を変更することはできない。
そのため、合成音のピッチ周波数を高くする場合には、同様に、サイドローブ波形情報が欠落して音質が劣化することがある。
図1はこの発明の実施の形態1による音声合成装置を示す構成図であり、図において、テキスト入力端子1は任意の文章が記述されているテキストを入力する端子である。
言語辞書格納部2は各種の言語の読み方や品詞などの情報が登録されている言語辞書を格納しているメモリである。
言語処理部3は言語辞書格納部2に格納されている言語辞書を参照して、テキスト入力端子1から入力されたテキストに対する形態素解析や構文解析などの言語処理を実施することにより、そのテキストの読み方や品詞などを示すテキスト解析結果を出力する。
韻律設定部4は言語処理部3から出力されたテキスト解析結果に対する音韻処理を実施することにより、韻律(例えば、音韻記号、アクセント、イントネーション(ピッチ周期列)、継続時間長など)を設定し、その韻律を示す韻律情報を出力する。
なお、言語処理部3及び韻律設定部4から韻律設定手段が構成されている。
音声素片選択部6は音響辞書格納部5に格納されている音響辞書から韻律設定部4により設定された韻律に対応する音声素片を選択する処理を実施する。なお、音声素片選択部6は音声素片選択手段を構成している。
即ち、波形切り出し部7は韻律設定部4から出力された韻律情報が示すピッチ周期と音声素片選択部6により選択された音声素片の波形のピッチ周期を比較し、その韻律情報が示すピッチ周期が音声素片の波形のピッチ周期以上であれば、窓関数の窓長を音声素片の波形のピッチ周期の2倍に設定し、その韻律情報が示すピッチ周期が音声素片の波形のピッチ周期より短ければ、窓関数の窓長を韻律情報が示すピッチ周期より長いピッチ周期の2倍に設定し、その窓関数を用いて、音声素片選択部6により選択された音声素片からインパルス駆動点を中心として、2ピッチ分の長さを持つ波形(以下、「2ピッチ長波形」と称する)の切り出しを行う。
なお、波形切り出し部7は波形切り出し手段を構成している。
合成音声出力端子9は音声合成部8により生成された合成音声を出力する端子である。
また、例えば、CD−ROM、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)、MOディスク、磁気ディスク(ハードディスク、リムーバブルディスクなど)、不揮発性の半導体メモリ、磁気テープなどの記憶媒体や、バーコード等が印刷されたカード等の印刷媒体から配布・提供されるものであってもよい。
図2はこの発明の実施の形態1による音声合成方法を示すフローチャートである。
言語処理部3は、テキスト入力端子1から任意の文章が記述されているテキストが入力されると、言語辞書格納部2に格納されている言語辞書を参照して、そのテキストに対する形態素解析や構文解析などの言語処理を実施することにより、そのテキストの読み方や品詞などを示すテキスト解析結果を出力する(ステップST1)。
なお、言語処理部3における言語処理は、公知の処理であるため、詳細な説明は省略する。
なお、韻律設定部4における音韻処理は、公知の処理であるため、詳細な説明は省略する。
なお、音声素片選択部6における音声素片の選択処理は、公知の処理であるため、詳細な説明は省略する。
以下、波形切り出し部7におけるピッチ波形の切り出し処理を具体的に説明する。
波形切り出し部7は、韻律情報が示すピッチ周期Pproが音声素片の波形のピッチ周期Pwavより長い場合、あるいは、韻律情報が示すピッチ周期Pproが音声素片の波形のピッチ周期Pwavと等しい場合(Ppro≧Pwavが成立する場合)、下記に示すように、窓関数の窓長Pwを音声素片の波形のピッチ周期Pwavの2倍に設定する(ステップST5)。
Pw=2×Pwav (1)
Pw=2×w×Ppro (2)
ただし、wは所定の修正係数である。
この実施の形態1では、修正係数wは、w≧1.0の範囲で設定され、さらに、具体的には、w=1.25〜1.1の範囲で設定される。
修正係数wが“1”より大きな正数であることは、韻律情報が示すピッチ周期Pproよりも大きめの窓長Pwを設定して、2ピッチ長波形を切り出すことを意味している。
なお、2ピッチ長波形を切り出す方法は、例えば、特開平8−234794号公報に開示されている手法を用いることができる他、同種の公知の手法を用いてもよい。
図において、上段は音声素片の波形の一部分を拡大しており、中段は韻律情報が示すピッチ周期Pproの2倍の窓長Pwを有する窓関数などを用いて、2ピッチ長波形を切り出した場合の一例を示している。
また、下段は韻律情報が示すピッチ周期Pproによる合成音声波の一例を示している。
点線の窓関数では、2ピッチ長波形のサイドローブ波形情報が欠落しているのに対して、実線の窓関数では、2ピッチ長波形のサイドローブ波形情報が欠落せずに保存されることが分かる。
これにより、合成音声出力端子9から音声合成部8により生成された合成音声が出力される。
ここでは、PSOLA法を実行することにより、所望のピッチ周期の合成音声を生成するものについて示したが、これに限るものではなく、例えば、音韻情報と音源情報を分離し、音源情報である残差信号波形をピッチ周期間隔に重畳合成する残差波形重畳法を実行することにより、所望のピッチ周期の合成音声を生成するようにしてもよい。
上記実施の形態1では、修正係数wが、w=1.25〜1.1の範囲で設定されるものについて示したが、修正係数wは一様に設定する必要はなく、話者、音素種類、音素名、あるいは、元の音声素片の波形のピッチ周期Pwavの大小に応じて設定するようにしてもよい。
下記の式(3)は、個々に設定された修正係数w1,w2を用いて、窓関数の窓長Pw1,w2を設定する例を示している。なお、修正係数w1,w2は、例えば、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの記憶媒体に配列テーブルとして記憶しておくことができる。
Pw1=w1×Ppro
(2)母音部音素名が/i/,/u/,/o/であり、かつ、Ppro<Pwavである場合
Pw2=w2×Ppro (3)
ここで、w1は音声素片が持つ母音部の音素が/a/、/e/である場合の修正係数であり、例えば、w1=1.2〜1.1の範囲に設定される。
w2は音声素片が持つ母音部の音素が/i/,/u/,/o/である場合の修正係数であり、例えば、w1=1.1〜1.05の範囲に設定される。
この実施の形態2では、説明の簡単化のため、式(3)のように、2つの条件で窓関数の窓長を設定するものを示しているが、例えば、5母音独立して設定するなど、分類条件を更に細分化することが可能であることは言うまでもない。
例えば、韻律情報が示すピッチ周期Pproが、音声素片の波形のピッチ周期Pwavの1/2オクターブ以上高く変化する場合には、w1=1.1に設定し、韻律情報が示すピッチ周期Pproが、音声素片の波形のピッチ周期Pwavの1/2オクターブ未満で変化する場合には、w1=1.2に設定するようにすれば、ピッチ周期が短くなることに伴う2ピッチ長波形のオーバラップの影響を考慮しつつ、合成音の音質を高めることができる。
例えば、式(3)において、母音部音素名が/a/,/e/である場合には、ハミング窓を使用し、母音部音素名が/i/,/u/,/o/である場合には、ブラックマン窓を使用するなどが該当する。
しかし、図5に示すような波形のように、2ピッチ長波形のパルス成分がピッチ周期内で収束しきらず、次のピッチ波形に大きく影響を及ぼすと推測される場合には、窓長を大きく修正すると、合成音声に反響感が出現することがあるので、その場合には、窓長の修正量を小さくするようにする。あるいは、窓長の変更処理を行なわないようにすることも可能である。
修正量を小さくしたり、あるいは、修正を行なわない判断基準として、例えば、2ピッチ長波形の群遅延の分散や、ホルマントのQ値などの音声信号処理に基づく分析パラメータを用いたりすることができる。例えば、2ピッチ長波形の群遅延の分散を判断基準とする場合、2ピッチ長波形を公知の手法により分析を行った後、群遅延の分散が所定の閾値(音響辞書を構成する話者によって好適な値がまちまちであるので、話者別にヒューリスティックに決定する)より大きな値を取るときには、修正量を小さくするようにする。
また、上記のパラメータ以外には、2ピッチ長波形の振幅概形状(振幅包絡パタン)や、2ピッチ長波形を波形長よりも短い区間で区切り、その区切られた区間のパワー(小区間パワー)の分布状況などのパラメータ等も用いることができる。
上記実施の形態1では、韻律情報が示すピッチ周期Pproが音声素片の波形のピッチ周期Pwavより短い場合(Ppro<Pwavが成立する場合)、波形切り出し部7が、窓関数の窓長Pwを韻律情報が示すピッチ周期Pproより、少し長いピッチ周期w×Pproの2倍に設定するものについて示したが、韻律情報が示すピッチ周期Pproが音声素片の波形のピッチ周期Pwavより短い場合(Ppro<Pwavが成立する場合)でも、韻律情報が示すピッチ周期Pproと、音声素片の波形のピッチ周期Pwavとの差分が所定の閾値(例えば、22kHzサンプリングの場合、10サンプル)より小さければ、窓関数の窓長Pwを音声素片の波形のピッチ周期Pwavの2倍に設定するようにしてもよい。
図6中の上段は、切り出された2ピッチ長波形を示しており、実線は音声素片の波形のピッチ周期Pwavから導出される窓関数の波形であり、点線は韻律情報が示すピッチ周期Pproから導出される窓関数の波形である。
韻律情報が示すピッチ周期Pproと、音声素片の波形のピッチ周期Pwavとの差分が所定の閾値より小さい場合、音声素片の波形のピッチ周期Pwavから導出される窓関数で切り出された2ピッチ長波形の方が、2ピッチ長波形のサイドローブ波形情報の欠落が少なくなることが分かる。
このように、2ピッチ長波形のサイドローブ波形情報の欠落が少なくなれば、品質が高い合成音声を生成することができる。
上記実施の形態1〜3では、波形切り出し部7がピッチマークを中心とする形状が対称な窓長を有する窓関数を設定するものについて示したが、図7に示すように、ピッチマークを中心とする形状が非対称な窓長を有する窓関数を設定するようにしてもよい。
このとき、窓関数の右半面の窓長Pwは、韻律情報が示すピッチ周期Pproに修正係数wを乗算し、その乗算結果の2倍に設定する。
一方、左半面の窓長Pwは、韻律情報が示すピッチ周期Pproの2倍に設定する。
この実施の形態4では、上記のように、窓長Pwが左右非対称な窓関数を用いて、2ピッチ長波形の切り出しを行うようにする。
これにより、2ピッチ長波形のサイドローブ波形情報が欠落することが無くなる上、韻律のピッチ変動に追従することができる2ピッチ長波形が得られる相乗効果を奏するため、更に品質が高い合成音声を生成することができる。この効果は音韻過渡部において顕著である。
また、窓関数の左右半面の窓長を設定する際、左右で異なる修正係数wをピッチ周期Pproに乗算して設定するようにしてもよい。
上記実施の形態1〜4では、音響辞書の音声素片をCV,VCなどの音素で表現する単位素片接続方法について示したが、この単位素片接続方法に限らず、音素列単位や単語・文章単位などの信号波形を接続合成する波形編集方法や、コーパスベース方法などの手法を使用するようにしてもよい。
この場合には、言語辞書及び音響辞書は、各言語の構文規則と発音規則に従って構成されることになる。
また、例えば、LAN(Local Area Network)、インターネット、赤外線通信、携帯電話パケット通信などの無線・優先通信手段やネットワーク手段経由で、サーバコンピュータ等の処理手段で解析された解析結果や韻律情報、あるいはサーバコンピュータ上のハードディスク等の記憶手段に記憶されている解析結果や韻律情報を読み出すことでも省略可能である。
これはカーナビゲーションシステム、携帯電話、PDA、ビデオレコーダ、ゲーム機器、オーディオ機器などにおいて決まった文章、例えば、カーナビやカーオーディオ、あるいは携帯オーディオ機器などで、再生している音楽の曲名や操作案内(ガイダンス)文を読み上げたり、ゲームのキャラクタ合成音を再生したりする場合に有効である。
さらに、例えば、LAN、インターネット、Buletooth(登録商標)、赤外線通信、携帯電話パケット通信などの無線・有線通信手段やネットワーク手段経由で、サーバコンピュータ上のハードディスク等の記憶手段に記憶されているパラメータテーブルをダウンロードしたり、例えば、CD−ROM、CD−R、DVD、MOディスク、磁気ディスク、不揮発性の半導体メモリ、磁気テープ等の記憶媒体や、バーコード等が印刷されたカード等の印刷媒体から、当該媒体を読み込む機器、例えばカードリーダなどを用いて読み込むことにより、追加・更新することができる。
また、1つ以上の複数の機器から構成されるシステムに適用してもよい。サーバコンピュータが音声合成プログラムをネットワーク等の通信手段を用いて配信し、複数のクライアントコンピュータ、携帯電話、PDAなどの携帯端末機器が配信された音声合成プログラムを実行することができる。
Claims (5)
- 言語辞書を参照してテキストを解析し、上記テキストの解析結果に応じて韻律を設定する韻律設定手段と、複数の音声素片を記憶している音響辞書と、上記音響辞書から上記韻律設定手段により設定された韻律に対応する音声素片を選択する音声素片選択手段と、上記韻律設定手段により設定された韻律のピッチ周期と上記音声素片選択手段により選択された音声素片の波形のピッチ周期を比較し、上記韻律のピッチ周期が上記音声素片の波形のピッチ周期以上であれば、窓関数の窓長を上記音声素片の波形のピッチ周期の2倍に設定し、上記韻律のピッチ周期が上記音声素片の波形のピッチ周期より短ければ、窓関数の窓長を上記韻律のピッチ周期より長いピッチ周期の2倍に設定し、上記窓関数を用いて上記音声素片選択手段により選択された音声素片の波形からピッチ波形の切り出しを行う波形切り出し手段と、上記韻律設定手段により設定された韻律のピッチ周期と上記波形切り出し手段により切り出されたピッチ波形にしたがって上記テキストの合成音声を生成する音声合成手段とを備えた音声合成装置。
- 波形切り出し手段は、韻律のピッチ周期が音声素片の波形のピッチ周期より短い場合でも、上記韻律のピッチ周期と上記音声素片の波形のピッチ周期の差分が所定の閾値より小さければ、窓関数の窓長を上記音声素片の波形のピッチ周期の2倍に設定することを特徴とする請求項1記載の音声合成装置。
- 波形切り出し手段は、ピッチ波形の基準位置を中心とする形状が非対称な窓長を有する窓関数を設定することを特徴とする請求項1または請求項2記載の音声合成装置。
- 韻律設定手段が言語辞書を参照してテキストを解析し、上記テキストの解析結果に応じて韻律を設定する韻律設定ステップと、音声素片選択手段が複数の音声素片を記憶している音響辞書から上記韻律設定手段により設定された韻律に対応する音声素片を選択する音声素片選択ステップと、波形切り出し手段が上記韻律設定手段により設定された韻律のピッチ周期と上記音声素片選択手段により選択された音声素片の波形のピッチ周期を比較し、上記韻律のピッチ周期が上記音声素片の波形のピッチ周期以上であれば、窓関数の窓長を上記音声素片の波形のピッチ周期の2倍に設定し、上記韻律のピッチ周期が上記音声素片の波形のピッチ周期より短ければ、窓関数の窓長を上記韻律のピッチ周期より長いピッチ周期の2倍に設定し、上記窓関数を用いて上記音声素片選択手段により選択された音声素片の波形からピッチ波形の切り出しを行う波形切り出しステップと、音声合成手段が上記韻律設定手段により設定された韻律のピッチ周期と上記波形切り出し手段により切り出されたピッチ波形にしたがって上記テキストの合成音声を生成する音声合成ステップとを備えた音声合成方法。
- 言語辞書を参照してテキストを解析し、上記テキストの解析結果に応じて韻律を設定する韻律設定処理手順と、複数の音声素片を記憶している音響辞書から上記韻律設定処理手順により設定された韻律に対応する音声素片を選択する音声素片選択処理手順と、上記韻律設定処理手順により設定された韻律のピッチ周期と上記音声素片選択処理手順により選択された音声素片の波形のピッチ周期を比較し、上記韻律のピッチ周期が上記音声素片の波形のピッチ周期以上であれば、窓関数の窓長を上記音声素片の波形のピッチ周期の2倍に設定し、上記韻律のピッチ周期が上記音声素片の波形のピッチ周期より短ければ、窓関数の窓長を上記韻律のピッチ周期より長いピッチ周期の2倍に設定し、上記窓関数を用いて上記音声素片選択処理手順により選択された音声素片の波形からピッチ波形の切り出しを行う波形切り出し処理手順と、上記韻律設定処理手順により設定された韻律のピッチ周期と上記波形切り出し処理手順により切り出されたピッチ波形にしたがって上記テキストの合成音声を生成する音声合成処理手順とをコンピュータに実行させるための音声合成プログラム。
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