JPS5918718B2 - 音声分析・合成システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は音声分析・合成システムに関する。

近年、音声信号の線形予測符号化法などの音声分析装置
の進歩により、音声信号を低ビットレートで符号化して
送信し、受信側で送信側からの情報に基いて原音声信号
を合成して可成する音声分析・合成システムが実現して
いる。しかしながら、従来のこの種のシステムでは、受
信側にて合成により復元された音声は明瞭度はあるもの
の自然性が極めて悪く、いわゆる機械的な音声となり、
発声者の個性が失われたものとなる欠点があつた。

すなわち、従来においては音声分析装置で第１図ａに実
線で示される音声信号のうち、破線で示されるスペクト
ル包絡情報とピッチ周波数情報を抽出し、これらを平均
電力情報や有声無声判別情報といつた他の必要な情報と
共に送信し、受信側の音声合成装置ではこれらの情報に
基き第１図をに示す如く音声信号を合成していた。

さらに具体的にいえば、上記スペクトル包絡情報はいわ
ゆる分析フィルタによりＬＰＣパラメータとして抽出送
信され、受信側ではこのＬＰＣパラメータにより第１図
ｂの破線で示されるような周波数特性が決定される合成
フィルタを用いて合成を行なつていた。この場合、ＬＰ
Ｃパラメータの数を増加させていけば、第１図ｂに破線
で示される再生音声信号のスペクトル包絡は第１図ａに
破線で示される原音声信号のスペクトル包絡に漸近する
。″ しかしながら、この従来の方式では音声信号のピ
ッチ周波数成分に関する情報としては、ピッチ周波数情
報のみを抽出送信していたため、原音声信号のスペクト
ルの微細構造が第１図ａに実線で示されるようにピッチ
周波数間隔で極大値を持ち、、その極大値の前後に若干
の周波数スペクトルの拡がりを持つのに対し、再生音声
信号は第１図をに実線で示されるように完全な線スペク
トルとなつ【−ており、これが自然性の欠如の大きな原
因となつていた。

この発明は、音声信号のスペクトルの微細構造に関する
情報を抽出する手段を備えることにより、音声信号をよ
り正確に分析でき、自然性にすぐれた合成音声を再声で
きる音声分析・合成システムを提供することを目的とす
る。

第１図ｂに示した再生音声信号宮（ｔ）はピツチ周波数
Ｆｐの整数倍のところに成分を持つ線スペクトルの集合
であるから、の如く、フーリエ級数に展開できる。

一方、第１図ａに示した原音声信号Ｓ（ｔ）はと表わさ
れる。

ここで６ｋは定数であるがＣｎ（ｔ）は時間ｔの関数で
あり、低周波成分からなる。この低周波成分はピツチ周
波数の微細振動によつて生じ、１ｃｎ（ｔ川がスペクト
ルの微細構造を決定する。この１Ｃｎ（ｔ川に関する情
報を抽出するのがこの発明の主旨である。以下、この発
明を実施例により詳細に説明する。

第２図はこの発明の一実施例に係る音声分析・合成シス
テムを示す図である。送信側に設けられた音声分析装置
１０において、入力端子１に導入される音声信号はＤ／
Ａ変換器１１でデイジタル信号に変換された後、分析フ
イルタ１２、平均電力算出回路１３およびスペクトル微
細情報抽出回路１４に加えられる。分析フイルタ１２は
音声信号のスペクトル包絡情報としてＬＰＣ（線形予測
符号化）パラメータを抽出するもので、既に公知である
（例えば昭４４．１０発行、日本音響学会発表会講演論
文集２−２−５）。分析フイルタ１２はＬＰＣパラメー
タＣのほかに残差信号も出力し、この残差信号をピツチ
情報抽出回路１５に供給する。ピツチ情報抽出回路１５
は残差信号から有声音か無声音かを判別し、例えば有声
音の場合は“１―無声音の場合ば０゛となる判別情報Ｂ
を出力すると共に、有声音の場合はさらにピ弓フ ツチ周波数情報Ａを出力する。

平均電力算出回路１３は例えばＲＡＭ（ランダムアクセ
スメモリ）と加算器から構成され、一定時間分の入力信
号をＲＡＭに記憶し、その絶対値の総和を算出して平均
電力に比例した情報Ｄを出力する。スペクトル微細情報
抽出回路１４はこの発明によつて新たに付加されたもの
で、この例では音声信号のスペクトルを低周波帯域に重
畳させるための非線形回路としての絶対値回路１４１と
、低域フイルタ１４２とから構成されている。

絶対値回路１４１はＡ／Ｄ変換器１１から入力された音
声のデイジタル信号の絶対値をとる回路であり、例えば
入カデイジタル信号が極性振幅表示であれば最上位ビツ
トを”０゛とし、この補数表示であれば最土位ビツトが
゛１”のとき最上位ビツトを反転すると共に、最上位ビ
ツトを反転した信号に゛１”を加えるものである。この
絶対値回路１４１の出力側に設けられた低域フイルタ１
４２は、前記音声信号のピツチ周波数より低く、音節変
化周波数よりは高いしや断周波数を有するフイルタで、
この例ではデイジタルフイルタである。この低域フイル
タ１４２の出力には、音声信号のスペクトルの微細構造
に対応する情報Ｅが得られる。以上のようにしてデイジ
タル信号形態として得られたピツチ周波数情報Ａ、有声
無声音判別情報Ｂ．ＬＰＣパラメータＣ、平均電力情報
Ｄ、スペクトル微細情報Ｅは符号化回路１６に入力され
、ここで適当なビツトレイトで符号化され、かつ必要に
応じ同期信号が付加されて出力端子２より伝送路３に送
出される。

この場合、新たに追加されたスペクトル微細情報Ｅは低
周波帯域の信号であるため、他の情報と同様に低ビツト
レートでの伝送が可能である。一方、受信側に設けられ
た音声合成装置２０において、伝送路３を経て入力端子
４に伝送されてきた信号は、復号化回路２１で復号され
、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各情報が分離されて各部に供給
される。

インパルス系列発生器２２はピツチ周波数情報Ａに基い
てピツチに等しい間隔でインパルス系列を発生する回路
、また白色雑音発生器２３はピツチ周波数より高いビツ
トレイトでランダムなパターン系列を発生する回路で、
これらの系列信号はスイツチ回路２４に入力される。ス
イツチ回路２４は有声無声音判別情報Ｂにより切換制御
され、この情報Ｂが″１−つまり無声音の場合はインパ
ルス系列発生器２２の出力信号を、また情報Ｂが゛０−
つまり無声音の場合は白色雑音発生器２３の出力信号を
それぞれ通過させて、第１の乗算器２５に供給する。第
１の乗算器２５はスイツチ回路２４より入力される信号
にスペクトル微細情報Ｅを乗じるもので、前記スペクト
ル微細情報抽出回路１４を設けたことに伴つて新たに設
けられたものである。この第１の乗算器２５の乗算結果
は第２の乗算器２６に入力され、ここでさらに平均電力
情報Ｄと乗ぜられた後、合成フイルタ２７に入力される
。合成フイルタ２７はＬＰＣパラメータＣによつてその
周波数特性が決定されるデイジタルフイルタであり、そ
の出力信号はＤ／Ａ変換器２８でアナログ信号に戻され
た後、低域フイルタ２９を介して出力端子５に再生音声
信号として取出される。以上のようにして、音声信号の
分析、伝送、合成が行なわれる。

さて、上記実施例において有声音の場合にスベクトル微
細情報抽出回路１４の出力の情報Ｅは、前記の Ｃｎ（
ｔ川そのものではないが、Ｍ Σ １ｃｎ（ｔ川と極めて相関の大きい情報であｎ＝盲
る。

この情報を音声合成装置２０内の第１の乗算器２５にお
いてインパルス系列発生器２２からスイツチ回路２４を
介して供給されるインパルス系列に乗じて得られた信号
のスペクトルは第３図ａのようになり、さらに第３図ｂ
に破線で示される周波数特性を持つ合成フイルタ２７を
介すると第３図ｂに実線で示されるようなスペクトルを
持つ再生音声信号となる。このスペクトルは第１図ａに
実線で示される原音声信号のスペクトルと極めてよく似
ており、従つて自然性のすぐれた音声が再生される。な
お、無声音の場合には音声合成装置２０において白色雑
音発生器２３の出力信号がスイツチ回路２４を介して第
１の乗算器２５に入力されることにより、乗算器２５の
出力信号はスペクトル微細情報Ｅの状態に関係なくラン
ダムなパターン系列となるので、この乗算器２５による
動作上の影響はない。

以上詳述したように、この発明に係る音声分析装置は音
声信号に関する情報の一要素として、音声のスペクトル
の微細構造に関する情報を抽出することができるため、
合成時に極めて自然性のよい音声を再生できる。

また、この発明の音声分析装置を音声識別装置の入力段
に適用すれば、スペクトル微細情報の比較により、話者
認識を従来より一層容易かつ正確に行なえるという利点
もある。第４図はこの発明の他の実施例を示す図で、第
２図と異なるところは入力端子１に導入された音声信号
をアナログ信号のままの形態でスペクトル微細情報抽出
回路１４″に入力し、その出力をＡ／Ｄ変換器１７を介
して符号化回路１６へスペクトル微細情報Ｅとして供給
した点にある。この実施例によれば絶対値回路１４１″
および低域フイルタ１４７をアナログ回路で簡単に構成
できる利点がある。この場合、Ａ／Ｄ変換器１７はＡ／
Ｄ変換器１１を時分割的に利用することによつて省略す
ることもできる。なお、この発明は種々変形して実施が
可能であり、例えばスペクトル微細情報抽出回路の入力
信号は音声信号そのものに限らず、ピツチ周波数成分を
含んだものであればよく、例えば分析フイルタ１２で得
られる残差信号であつてもよい。

また、絶対値回路の前に適当なしや断周波数を持つ低域
フイルタを挿入してもよい。また、上記絶対値回路は２
乗回路あるいは半波整流回路等、他の適当な非線形回路
に置換えてもよく、要するに入力された信号のスペクト
ルを低周波帯域に重畳（集中）させる作用を有し、その
Ｍ出力を低域フイルタに通した場合 Σ （Ｃｎ（ｔ）
１略構成図である。

１０・・・・・・音声分析装置、 １４・・・・・・スペクトル微 細情報抽出回路、 ２０・・・・・・音声合成装着。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力された音声信号からピッチ周波数情報と有声音
   ・無声音判別情報とスペクトル包絡情報および平均電力
   情報を抽出して送信する音声分析装置と、この音声分析
   装置から送信された前記各情報を受信し、ピッチ周波数
   情報に基いて発生されるインパルス系列と白色雑音系列
   とを有声音・無声音判別情報に基いて取出した後、平均
   電力情報を乗じさらにスペクトル包絡情報を付与するこ
   とにより元の音声信号を合成する音声合成装置とからな
   る音声分析・合成システムにおいて、前記音声分析装置
   に前記入力された音声信号または音声信号中のピッチ周
   波数成分を含む信号を受入しその信号をスペクトルを低
   周波帯域に重量させる非線形回路と、この非線形回路の
   出力側に設けられ前記入力された音声信号のピッチ周波
   数より低く音節変化周波数より高いしや断周波数を有す
   る低域フィルタとからなるスペクトル微細情報抽出回路
   を設けるとともに、前記音声合成装置に前記スペクトル
   微細情報抽出回路からの情報を前記有声音・無声音判別
   情報に基いて取出される前記インパルス系列および白色
   雑音系列に乗じる手段を設けたことを特徴とする音声分
   析・合成システム。