JPH09198098A - 音声信号のピッチ検出方法および装置 - Google Patents
音声信号のピッチ検出方法および装置Info
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- JPH09198098A JPH09198098A JP2624296A JP2624296A JPH09198098A JP H09198098 A JPH09198098 A JP H09198098A JP 2624296 A JP2624296 A JP 2624296A JP 2624296 A JP2624296 A JP 2624296A JP H09198098 A JPH09198098 A JP H09198098A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】分析合成系音声符号化方式における有声音のピ
ッチ周期が長いとき、分析フレーム内にピッチ波形が１
しか現れないとき、分析フレーム内で電力包絡変動があ
るときでも確実にピッチを検出できるようにする。 【解決手段】ＬＰＣ分析器１と逆フィルタ２によって得
られた現フレームの予測残差信号と予測残差バッファ
４，５に格納されている直前フレームの予測残差信号と
の相互相関ｒ（ｉ）を求め、次に、０次の相互相関値ｒ
（０）で正規化した後重み付けを施し、次にｉ＝０以外
の最大値を検出して判定閾値θと比較し、ｒ（τ）≦θ
なら無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とし、ｒ（τ）
≧θなら有声音と判定してＴ＝τを出力するようにし
た。
ッチ周期が長いとき、分析フレーム内にピッチ波形が１
しか現れないとき、分析フレーム内で電力包絡変動があ
るときでも確実にピッチを検出できるようにする。 【解決手段】ＬＰＣ分析器１と逆フィルタ２によって得
られた現フレームの予測残差信号と予測残差バッファ
４，５に格納されている直前フレームの予測残差信号と
の相互相関ｒ（ｉ）を求め、次に、０次の相互相関値ｒ
（０）で正規化した後重み付けを施し、次にｉ＝０以外
の最大値を検出して判定閾値θと比較し、ｒ（τ）≦θ
なら無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とし、ｒ（τ）
≧θなら有声音と判定してＴ＝τを出力するようにし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音声信号をディジ
タル信号の形式に変換して伝送する音声符号化方式に関
し、特に、情報量を削減することによって伝送速度を低
速化して狭帯域化を図り伝送帯域の有効利用を図る音声
符号化通信の一つである分析合成音声符号化方式におけ
る音声信号の基本周波数（ピッチ周期）を検出する方法
及び装置に関するものである。
タル信号の形式に変換して伝送する音声符号化方式に関
し、特に、情報量を削減することによって伝送速度を低
速化して狭帯域化を図り伝送帯域の有効利用を図る音声
符号化通信の一つである分析合成音声符号化方式におけ
る音声信号の基本周波数（ピッチ周期）を検出する方法
及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】分析合成系の音声符号化方式において
は、スペクトル包絡パラメータの抽出と並行して、音源
パラメータ、すなわち声帯振動の有無（有声／無声）、
有声音のときの基本周波数（ピッチ周期）及び音源振幅
の推定が必要である。具体的なピッチ周期の推定方法を
ＬＰＣ（線形予測符号化）方式で説明する。
は、スペクトル包絡パラメータの抽出と並行して、音源
パラメータ、すなわち声帯振動の有無（有声／無声）、
有声音のときの基本周波数（ピッチ周期）及び音源振幅
の推定が必要である。具体的なピッチ周期の推定方法を
ＬＰＣ（線形予測符号化）方式で説明する。
【０００３】ＬＰＣ方式の送受信回路のブロック図を図
３に示す。図３から分かるように、入力音声信号を線形
予測分析して得られたＬＰＣ係数と、有声音のピッチ分
析によって得られたピッチ周期，有声／無声（Ｖ／Ｕ
Ｖ）フラグ，パワーとを符号化した後、多重化して伝送
し、受信側でその逆処理によって再生音声を出力する。
すなわち、線形予測分析によってスペクトル包絡パラメ
ータを推定し、逆フィルタによってスペクトル包絡を取
り除いた予測残差信号を算出する。予測が完全に行われ
れば、残差波形は全くランダムな誤差を表す波形のみと
なり、平坦なパワースペクトルを持つ。
３に示す。図３から分かるように、入力音声信号を線形
予測分析して得られたＬＰＣ係数と、有声音のピッチ分
析によって得られたピッチ周期，有声／無声（Ｖ／Ｕ
Ｖ）フラグ，パワーとを符号化した後、多重化して伝送
し、受信側でその逆処理によって再生音声を出力する。
すなわち、線形予測分析によってスペクトル包絡パラメ
ータを推定し、逆フィルタによってスペクトル包絡を取
り除いた予測残差信号を算出する。予測が完全に行われ
れば、残差波形は全くランダムな誤差を表す波形のみと
なり、平坦なパワースペクトルを持つ。
【０００４】音声波形において、有声音部では、音源は
声帯の振動によるほぼ周期的なパルス列と考えられる。
音声波形の線形予測分析では、外から観測することので
きない入力（音源）を１個のインパルスまたは白色ラン
ダム雑音と仮定してシステムを同定している。従って、
１個のインパルス入力による出力の範囲では残差波形は
小さなランダムな予測誤差と考えられるが、入力として
新しいインパルスが入力されると予測は大幅に狂い、振
幅の大きな残差波形を生ずる。しかし、いったん入力が
印加され、系の出力がそのインパルス入力に対する応答
とみられる区間にはいると、また残差波形は本来の予測
誤差となり、振幅の小さなランダムな波形となる。入力
として新しいインパルス（声帯の振動によるピッチパル
ス）が加わる毎にこの変化を繰り返す。、その結果、残
差波形にピッチパルスと同じ周期でパルス的波形が現れ
ることになる。
声帯の振動によるほぼ周期的なパルス列と考えられる。
音声波形の線形予測分析では、外から観測することので
きない入力（音源）を１個のインパルスまたは白色ラン
ダム雑音と仮定してシステムを同定している。従って、
１個のインパルス入力による出力の範囲では残差波形は
小さなランダムな予測誤差と考えられるが、入力として
新しいインパルスが入力されると予測は大幅に狂い、振
幅の大きな残差波形を生ずる。しかし、いったん入力が
印加され、系の出力がそのインパルス入力に対する応答
とみられる区間にはいると、また残差波形は本来の予測
誤差となり、振幅の小さなランダムな波形となる。入力
として新しいインパルス（声帯の振動によるピッチパル
ス）が加わる毎にこの変化を繰り返す。、その結果、残
差波形にピッチパルスと同じ周期でパルス的波形が現れ
ることになる。
【０００５】その入力信号波形と予測残差信号波形の例
を図４に示す。（Ａ）は入力音声波形（有声音）を示
し、（Ｂ）は予測残差波形を示す。一方、入力音源が白
色ランダム雑音で近似できる無声子音部の区間では、残
差波形はほぼ白色ランダム雑音となる。このように残差
波形は励振音源波形の近似となっている。
を図４に示す。（Ａ）は入力音声波形（有声音）を示
し、（Ｂ）は予測残差波形を示す。一方、入力音源が白
色ランダム雑音で近似できる無声子音部の区間では、残
差波形はほぼ白色ランダム雑音となる。このように残差
波形は励振音源波形の近似となっている。
【０００６】有声音／無声音の判定、有声音の場合のピ
ッチ周期の検出は、残差信号の自己相関関数によって求
められる。自己相関ｒ（τ）を次の（１）式に表す。
ッチ周期の検出は、残差信号の自己相関関数によって求
められる。自己相関ｒ（τ）を次の（１）式に表す。
【０００７】
【数１】 但し、ｉ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１、Ｎ＝フレーム
長
長
【０００８】自己相関関数の例を図５に示す。次に、０
次の自己相関値ｒ（０）で自己相関ｒ（ｉ）を正規化す
る。正規化された自己相関の中からｉ＝０以外の正の最
大値を探し、その時のｉの値をτとする。そこで有声／
無声の判定閾値θとｒ（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θな
らば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とする。逆にｒ
（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τと
する。通常の判定閾値θは０．２〜０．２５程度に設定
される。
次の自己相関値ｒ（０）で自己相関ｒ（ｉ）を正規化す
る。正規化された自己相関の中からｉ＝０以外の正の最
大値を探し、その時のｉの値をτとする。そこで有声／
無声の判定閾値θとｒ（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θな
らば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とする。逆にｒ
（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τと
する。通常の判定閾値θは０．２〜０．２５程度に設定
される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの方法の場
合、自己相関関数は高次になるに従って積和算の回数が
減ることから、ピッチ周期が長い場合、有声音であるに
も関わらず自己相関関数が判定閾値θを下回り無声音と
判定される場合や、ピッチ周期が長く分析フレーム内に
ピッチ波形が一つしか現れない場合や、フレーム内で電
力包絡変動がある場合などには有声音であっても自己相
関のピークが立たず無声音と判定され、誤判定が発生し
ていた。
合、自己相関関数は高次になるに従って積和算の回数が
減ることから、ピッチ周期が長い場合、有声音であるに
も関わらず自己相関関数が判定閾値θを下回り無声音と
判定される場合や、ピッチ周期が長く分析フレーム内に
ピッチ波形が一つしか現れない場合や、フレーム内で電
力包絡変動がある場合などには有声音であっても自己相
関のピークが立たず無声音と判定され、誤判定が発生し
ていた。
【００１０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、ピッチ周期が長い場合や、分析フレーム内にピッチ
波形が一つしか現れない場合、分析フレーム内で電力包
絡変動がある場合であっても正確にピッチを検出するこ
とのできるピッチ検出方法及び装置を提供することを目
的とする。
で、ピッチ周期が長い場合や、分析フレーム内にピッチ
波形が一つしか現れない場合、分析フレーム内で電力包
絡変動がある場合であっても正確にピッチを検出するこ
とのできるピッチ検出方法及び装置を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、従来は予測残差信号の自己相関関数値からピッチを
推定していたものを、本発明では、予測残差信号の相互
相関関数から推定することにより正確に検出できるよう
にしたことを要旨とする。
に、従来は予測残差信号の自己相関関数値からピッチを
推定していたものを、本発明では、予測残差信号の相互
相関関数から推定することにより正確に検出できるよう
にしたことを要旨とする。
【００１２】すなわち、本発明のピッチ検出方法は、ま
ず、離散化されフレーム化された音声信号を入力とし一
連の線形予測分析によって予測残差信号すなわち音源信
号を算出し、次に、この予測残差信号と時間軸上で連接
している直前のフレームの予測残差信号との相互相関関
数ｒ（ｉ）を求め、次に、０次の相互相関値ｒ（０）で
ｒ（ｉ）を正規化し、ｉ＝０以外の正の最大値を探して
その時のｉの値をτとし、音声／無声の判定閾値θとｒ
（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定して
ピッチ周期Ｔ＝０とし、逆にｒ（τ）≧θならば有声音
と判定してピッチ周期Ｔ＝τとすることで正確にピッチ
検出を行うことができるようにしたことを特徴とするも
のである。
ず、離散化されフレーム化された音声信号を入力とし一
連の線形予測分析によって予測残差信号すなわち音源信
号を算出し、次に、この予測残差信号と時間軸上で連接
している直前のフレームの予測残差信号との相互相関関
数ｒ（ｉ）を求め、次に、０次の相互相関値ｒ（０）で
ｒ（ｉ）を正規化し、ｉ＝０以外の正の最大値を探して
その時のｉの値をτとし、音声／無声の判定閾値θとｒ
（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定して
ピッチ周期Ｔ＝０とし、逆にｒ（τ）≧θならば有声音
と判定してピッチ周期Ｔ＝τとすることで正確にピッチ
検出を行うことができるようにしたことを特徴とするも
のである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示すブロ
ック図である。図において、１はＬＰＣパラメータ分析
器、２は逆フィルタ、３，４，５は予測残差バッファ、
６は相互相関器、７は相関値バッファ、８は正規化器、
９は重み付け器、１０は最大値検出器、１１は判定器で
ある。図１に従って本発明を説明する。まず本実施例で
は、スペクトルパラメータ分析にＬＰＣ分析を用いるこ
ととした。まず、離散化しフレーム化された音声信号を
入力し、ＬＰＣ分析器１によって、音声信号からＬＰＣ
パラメータを取り出す。次に、逆フィルタ２によって、
音声信号からＬＰＣパラメータ分析器１により求めたＬ
ＰＣパラメータを取り除いた予測残差信号を算出し予測
誤差バッファ３及び４に格納する。
ック図である。図において、１はＬＰＣパラメータ分析
器、２は逆フィルタ、３，４，５は予測残差バッファ、
６は相互相関器、７は相関値バッファ、８は正規化器、
９は重み付け器、１０は最大値検出器、１１は判定器で
ある。図１に従って本発明を説明する。まず本実施例で
は、スペクトルパラメータ分析にＬＰＣ分析を用いるこ
ととした。まず、離散化しフレーム化された音声信号を
入力し、ＬＰＣ分析器１によって、音声信号からＬＰＣ
パラメータを取り出す。次に、逆フィルタ２によって、
音声信号からＬＰＣパラメータ分析器１により求めたＬ
ＰＣパラメータを取り除いた予測残差信号を算出し予測
誤差バッファ３及び４に格納する。
【００１４】次に、予測残差信号を分析し有声／無声判
定，ピッチ周期検出を行う。そこで相互相関器６によっ
て図２に示すように、予測残差信号バッファ３を時間軸
を後ろ向きにずらし予測残差信号バッファ４から直前の
フレームの予測残差信号バッファ５に向かって相互相関
関数を求め相関バッファ７に格納する。
定，ピッチ周期検出を行う。そこで相互相関器６によっ
て図２に示すように、予測残差信号バッファ３を時間軸
を後ろ向きにずらし予測残差信号バッファ４から直前の
フレームの予測残差信号バッファ５に向かって相互相関
関数を求め相関バッファ７に格納する。
【００１５】次に、正規化器８によって相関バッファ７
に格納されている最初のデータ、即ち０次の相互相関値
ｒ（０）で相関バッファ７内のすべての相関値ｒ（ｉ）
を正規化する。自己相関の場合は０次の相関値が最も高
く、高次になるに従って積和算の回数が減少するため相
関値も小さくなるが、相互相関の場合は、常に積和算の
回数は一定のため、振幅変動によっては高次の方が０次
よりも高くなる場合がある。そこで重み付け器９で正規
化された相関値ｒ（ｉ）を（２）式によって重み付けす
る。
に格納されている最初のデータ、即ち０次の相互相関値
ｒ（０）で相関バッファ７内のすべての相関値ｒ（ｉ）
を正規化する。自己相関の場合は０次の相関値が最も高
く、高次になるに従って積和算の回数が減少するため相
関値も小さくなるが、相互相関の場合は、常に積和算の
回数は一定のため、振幅変動によっては高次の方が０次
よりも高くなる場合がある。そこで重み付け器９で正規
化された相関値ｒ（ｉ）を（２）式によって重み付けす
る。
【００１６】
【数２】 但し、ｉ＝０，１，２，３…，Ｎ−１、Ｎ＝分析フレー
ム
ム
【００１７】次に、最大検出器１０でｒ（ｉ）のｉ＝０
以外の正の最大値を検出し、さらにその時のｉの値を検
出する。次に、判定器１１によって、予め設定した有声
／無声の判定閾値θとｒ（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θ
ならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とし、逆にｒ
（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τと
して出力する。以上の手順によってピッチ周期の推定お
よび有声音／無声音の判定を行う。最後に現フレームの
予測残差信号を直前フレームの予測残差信号バッファ５
に移動する。
以外の正の最大値を検出し、さらにその時のｉの値を検
出する。次に、判定器１１によって、予め設定した有声
／無声の判定閾値θとｒ（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θ
ならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とし、逆にｒ
（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τと
して出力する。以上の手順によってピッチ周期の推定お
よび有声音／無声音の判定を行う。最後に現フレームの
予測残差信号を直前フレームの予測残差信号バッファ５
に移動する。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、音声
信号をディジタル信号の形式に変換して伝送する場合に
おいて、分析合成型の音声符号化方式の音源分析におい
て、ピッチ周期が長い場合や、分析フレーム内にピッチ
波形が一つしか現れない場合、分析フレーム内で電力包
絡変動がある場合であっても正確にピッチを検出できる
ので実用上の効果は大きい。
信号をディジタル信号の形式に変換して伝送する場合に
おいて、分析合成型の音声符号化方式の音源分析におい
て、ピッチ周期が長い場合や、分析フレーム内にピッチ
波形が一つしか現れない場合、分析フレーム内で電力包
絡変動がある場合であっても正確にピッチを検出できる
ので実用上の効果は大きい。
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の相互相関値算出法の説明図である。
【図３】ＬＰＣ方式の送受信回路のブロック図である。
【図４】入力音声波形（有声音）と予測残差波形例図で
ある。
ある。
【図５】自己相関関数の説明図である。
１ ＬＳＰパラメータ分析器 ２ 逆フィルタ ３ 予測残差バッファ ４ 予測残差バッファ ５ 前フレームの予測残差バッファ ６ 相互相関器 ７ 相関値バッファ ８ 正規化器 ９ 重み付け器 １０ 最大値検出器 １１ 判定器
Claims (2)
- 【請求項１】 離散化されフレーム化された音声信号を
入力とし一連の線形予測分析によって予測残差信号すな
わち音源信号を算出し、現フレームの予測残差信号と直
前のフレームの予測残差信号との自己相関関数ｒ（ｉ）
（但し、ｉ＝０，１，２，…，Ｎ−１、Ｎ＝フレーム
長）を求め、次に０次の相互相関値ｒ（０）で前記自己
相関関数ｒ（ｉ）を正規化し、次に正規化された相互相
関値に重み付けを施し、次に相互相関値のｉ＝０以外の
正の最大値を探してその時のｉの値をτとし、該最大値
ｒ（τ）と有声／無声の判定閾値θとを比較し、ｒ
（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０と
し、逆にｒ（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周
期Ｔ＝τとして出力することを特徴とする音声信号のピ
ッチ検出方法。 - 【請求項２】 Ａ／Ｄ変換されフレーム化された音声信
号の予測残差信号を算出する線形予測分析手段と、 該線形予測分析手段によって得られた現フレームの予測
残差信号と直前のフレームの予測残差信号との相互相関
関数ｒ（ｉ）（但し、ｉ＝０，１，２，…，Ｎ−１、Ｎ
＝フレーム長）を求める相互相関器と、 ０次の相互相関値ｒ（０）で前記相互相関関数ｒ（ｉ）
を正規化する正規化器と、 該正規化器の出力に重み付けをする重み付け器と、 該重み付け器の出力の中からｉ＝０以外の正の最大値を
探してその時のｉの値をτとして最大値ｒ（τ）を出力
する最大値検出器と、 前記最大値ｒ（τ）と有声／無声の判定閾値θとを比較
し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ
＝０の情報を出力し、逆にｒ（τ）≧θならば有声音と
判定してピッチ周期Ｔ＝τの情報を出力する判定器とを
備えたことを特徴とする音声信号のピッチ検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2624296A JP3571448B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 音声信号のピッチ検出方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2624296A JP3571448B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 音声信号のピッチ検出方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09198098A true JPH09198098A (ja) | 1997-07-31 |
| JP3571448B2 JP3571448B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=12187842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2624296A Expired - Fee Related JP3571448B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 音声信号のピッチ検出方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3571448B2 (ja) |
-
1996
- 1996-01-22 JP JP2624296A patent/JP3571448B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3571448B2 (ja) | 2004-09-29 |
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