(57)【要約】【課題】より自然で高音質な合成音声を生成することができる音声合成装置を提供する。【解決手段】ピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を選択するホルマントパラメータ選択部４２と、ホルマント周波数及びホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成部４３，４４，４５と、ピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントのピークのパワーと、前記各ホルマントのそれぞれと隣接するホルマントとのホルマント境界におけるパワーとの比を求めるスペクトル情報算出部４９とを有し、前記比が大きいときは、窓関数の帯域を広げ、正弦波にこの広げた帯域の窓関数を掛けることによりホルマント波形を生成し、これらホルマント波形の和によってピッチ波形を生成する。【選択図】      図３
2010008853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成装置において、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を複数記憶する記憶部と、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成部と、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成部と、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントのピークのパワーと、前記各ホルマントのそれぞれと隣接するホルマントとのホルマント境界におけるパワーとの比を求める情報算出部と、
前記比が第１の閾値より大きいときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記広げた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成部と、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成部とを有することを特徴とする音声合成装置。
【請求項２】
前記伸縮部は、前記比が第２の閾値より小さいときは前記窓関数の帯域を狭め、前記第２のホルマント波形生成部は、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記狭めた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成することを特徴とする請求項１記載の音声合成装置。
【請求項３】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成装置において、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を複数記憶する記憶部と、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成部と、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成部と、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントの帯域幅を求める情報算出部と、
前記各ホルマントの帯域幅が狭いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記広げた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成部と、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成部とを有することを特徴とする音声合成装置。
【請求項４】
前記伸縮部は、前記各ホルマントの帯域幅が広いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を狭め、前記第２のホルマント波形生成部は、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記狭めた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成することを特徴とする請求項３記載の音声合成装置。
【請求項５】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成装置において、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を複数記憶する記憶部と、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記生成した正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成部と、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成部と、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマント間の周波数距離求める情報算出部と、
前記周波数距離が長いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮部と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記伸縮した帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成部と、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成部とを有することを特徴とする音声合成装置。
【請求項６】
前記伸縮部は、前記周波数距離が短いときは前記帯域を狭め、
前記第２のホルマント波形生成部は、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記狭めた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成することを特徴とする請求項５記載の音声合成装置。
【請求項７】
前記第２のホルマント波形生成部は、前記第２のホルマント波形を出力することを特徴とする請求項１〜６の少なくとも一項に記載の音声合成装置。
【請求項８】
前記記憶部は、基底関数展開された前記窓関数の重み係数を、前記窓関数として記憶していることを特徴とする請求項１〜６の少なくとも一項に記載の音声合成装置。
【請求項９】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成方法において、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を記憶部に複数記憶する記憶ステップと、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成ステップと、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成ステップと、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントのピークのパワーと、前記各ホルマントのそれぞれと隣接するホルマントとのホルマント境界におけるパワーとの比を求める情報算出ステップと、
前記比が第１の閾値より大きいときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記広げた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成ステップと、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成ステップとを有することを特徴とする音声合成方法。
【請求項１０】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成方法において、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を記憶部に複数記憶する記憶ステップと、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成ステップと、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成ステップと、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントの帯域幅を求める情報算出ステップと、
前記各ホルマントの帯域幅が狭いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記広げた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成ステップと、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成ステップとを有することを特徴とする音声合成方法。
【請求項１１】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成方法において、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を記憶部に複数記憶する記憶ステップと、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記生成した正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成ステップと、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成ステップと、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマント間の周波数距離求める情報算出ステップと、
前記周波数距離が長いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮ステップと、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記伸縮した帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成ステップと、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成ステップとを有することを特徴とする音声合成方法。
【請求項１２】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成プログラムにおいて、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を記憶部に複数記憶する記憶機能と、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成機能と、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成機能と、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントのピークのパワーと、前記各ホルマントのそれぞれと隣接するホルマントとのホルマント境界におけるパワーとの比を求める情報算出機能と、
前記比が第１の閾値より大きいときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記広げた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成機能と、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成機能とをコンピュータによって実現することを特徴とする音声合成プログラム。
【請求項１３】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成プログラムにおいて、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を記憶部に複数記憶する記憶機能と、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成機能と、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成機能と、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントの帯域幅を求める情報算出機能と、
前記各ホルマントの帯域幅が狭いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記広げた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成機能と、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成機能とをコンピュータによって実現することを特徴とする音声合成プログラム。
【請求項１４】
ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成プログラムにおいて、
少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を記憶部に複数記憶する記憶機能と、
前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記生成した正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成機能と、
前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成機能と、
前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマント間の周波数距離求める情報算出機能と、
前記周波数距離が長いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮機能と、
前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記伸縮した帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成機能と、
前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成機能とをコンピュータによって実現することを特徴とする音声合成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テキスト音声合成に関し、特に音韻記号列、ピッチ、音韻継続時間長などの情報から音声信号を生成する音声合成装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
任意の文章から人工的に音声信号を作り出すことを「テキスト音声合成」という。テキスト音声合成は、一般的に言語処理部、韻律処理部及び音声信号合成部の３つの段階から構成される。
【０００３】
入力されたテキストは、第１段階として言語処理部において形態素解析や構文解析などが行われ、次に、第２段階として韻律処理部においてアクセントやイントネーションの処理が行われ、音韻系列・韻律情報（基本周波数、音韻継続時間長、パワーなど）が出力される。その後、最終段階として音声信号合成部で音韻系列・韻律情報から音声信号を合成することによりテキスト音声合成を実現している。
【０００４】
このような任意の音韻記号列を合成することができる音声合成装置の原理は、母音をＶ、子音をＣで表すと、ＣＶ、ＣＶＣ、ＶＣＶなどの基本となる小さな音声単位の特徴パラメータ（音声素片）を記憶し、ピッチや継続時間長を制御して接続することにより音声を合成する。この方法では、記憶されている音声素片が合成音声の品質を大きく左右することになる。
【０００５】
このような音声合成装置において、より品質の良い音声素片の生成法として、記憶する音声素片をホルマント周波数などを用いて表現する方法（例えば、特許文献１参照）が存在している。この方法は、１つのホルマントを表す波形（以下、「ホルマント波形」と呼ぶ）について、ホルマント周波数を周波数とする正弦波に窓関数を掛けることにより表現し、各ホルマント波形を各々加算することによって波形を表現する。
【０００６】
また、このような方法を用いて音声素片を生成することにより音韻や声質と直接関係するパラメータを制御することができるため、声質を変化させるなど柔軟な制御が可能であるという利点がある。
【特許文献１】特許第３７３２７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のような音声合成方法において、各ホルマントのホルマント周波数や窓関数などのパラメータを用いて生成されたピッチ波形のスペクトルでは、ホルマント間のスペクトルの谷が深くなってしまい、結果として合成された音声の音質が劣化してしまうという問題点がある。
【０００８】
そこで、上記問題点に鑑み、より自然で高音質な合成音声を生成することができる音声合成装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成装置において、少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を複数記憶する記憶部と、前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成部と、前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成部と、前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントのピークのパワーと、前記各ホルマントのそれぞれと隣接するホルマントとのホルマント境界におけるパワーとの比を求める情報算出部と、前記比が第１の閾値より大きいときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記広げた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成部と、前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成部と、を有することを特徴とする音声合成装置である。
【００１０】
また、本発明は、ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成装置において、少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を複数記憶する記憶部と、前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成部と、前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成部と、前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマントの帯域幅を求める情報算出部と、前記各ホルマントの帯域幅が狭いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記広げた帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成部と、前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成部と、を有することを特徴とする音声合成装置である。
【００１１】
本発明は、ピッチ周期に従ってピッチ波形を重畳することにより音声信号を生成する音声合成装置において、少なくともホルマント周波数と、ホルマント位相と、スペクトルがホルマントの形を表す窓関数とを含むホルマントパラメータ群を複数記憶する記憶部と、前記ピッチ波形を生成するためのピッチ波形生成情報に基づいて、ピッチマークに対応する１フレーム分のホルマントパラメータ群を前記記憶部より選択する選択部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記ホルマント周波数及び前記ホルマント位相にしたがって正弦波を生成する正弦波生成部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記生成した正弦波に、前記ホルマントパラメータ群に含まれる前記窓関数を掛けることにより第１のホルマント波形を生成する第１のホルマント波形生成部と、前記各第１のホルマント波形の和によって、第１のピッチ波形を生成する第１のピッチ波形生成部と、前記第１のピッチ波形のスペクトルにおける各ホルマント間の周波数距離求める情報算出部と、前記周波数距離が長いときは、前記各ホルマントのそれぞれの前記ホルマントに対応する前記窓関数の帯域を広げる伸縮部と、前記ホルマントパラメータ群のそれぞれについて、前記正弦波に、前記伸縮した帯域の前記窓関数を掛けることにより第２のホルマント波形を生成する第２のホルマント波形生成部と、前記各第２のホルマント波形の和によって第２のピッチ波形を生成する第２のピッチ波形生成部と、を有することを特徴とする音声合成装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、生成するピッチ波形のスペクトルの起伏を柔軟に制御することができるため、より自然で高音質な合成音声を生成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態におけるテキスト音声合成方法を実現する音声合成装置を説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の音声合成装置について図１〜図９に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る音声合成装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
音声合成装置には、ピッチパターン００６、音韻継続時間長００７、音韻記号列００８が入力され、合成音声信号００５が出力される。
【００１７】
音声合成装置は、無声音生成部０２と有声音生成部０１より構成され、それぞれが出力する無声音声信号００４と有声音信号００３とを加算することによって合成音声信号００５を生成する。
【００１８】
無声音生成部０２と有声音生成部０１の各機能は、コンピュータに伝達または格納されたプログラムによっても実現できる。
【００１９】
無声音生成部０２は、音韻継続時間長００７と音韻記号列００８を参照して、主に当該音素が無声子音や有声摩擦音である場合に無声音声信号００４を生成する。無声音生成部０２は、ＬＰＣ合成フィルタを白色雑音で駆動する方法など、公知の技術で実現することが可能である。
【００２０】
有声音生成部０１は、ピッチマーク生成部０３、ピッチ波形生成部０４、波形重畳部０５から構成される。
【００２１】
ピッチマーク生成部０３は、ピッチ波形生成情報であるピッチパターン００６と音韻継続時間長００７を参照して、図２に示されるようなピッチマーク００２を生成する。ピッチマーク００２はピッチ波形００１を重畳する位置を表すものであり、ピッチマークの間隔がピッチ周期に対応する。
【００２２】
ピッチ波形生成部０４は、ピッチパターン００６、音韻継続時間長００７、音韻記号列００８を参照して、図２に示されるようにピッチマーク００２のそれぞれに対応するピッチ波形００１を生成する。
【００２３】
波形重畳部０５は、ピッチマーク００２で示される位置に、対応するピッチ波形００１を重畳することによって有声音声信号００３を生成する。
【００２４】
次に、図１のピッチ波形生成部０４の構成について詳しく説明する。
【００２５】
図３は、ピッチ波形生成部０４の本実施形態における構成を示すブロック図である。
【００２６】
ピッチ波形生成部０４は、ホルマントパラメータ記憶部４１、ホルマントパラメータ選択部４２、正弦波生成部４３、４４、４５、帯域伸縮部４６、４７、４８、スペクトル情報算出部４９により構成される。ホルマントパラメータ記憶部４１には音声素片の単位毎にホルマントパラメータが記憶されている。
【００２７】
図４は、音韻／a／の素片のホルマントパラメータの例を表している。この例では、／a／の素片は３フレームから構成され、各フレームは３つのホルマントから構成されている。各ホルマントの特徴を表すパラメータとしてホルマント周波数、ホルマント位相、窓関数が記憶されている。なお、「窓関数」とは、この窓関数自身のスペクトルが、ホルマントの形を表す関数である。
【００２８】
ホルマントパラメータ選択部４２は、ピッチ波形生成部０４に入力されるピッチ波形生成情報であるピッチパターン００６、音韻継続時間長００７、音韻記号列００８を参照して、ピッチマーク００２に対応する１フレーム分のホルマントパラメータ４０１をホルマントパラメータ記憶部４１より選択して読み出す。
【００２９】
ホルマントパラメータ４０１は、ホルマント番号１に対応するパラメータがホルマント周波数４０２、ホルマント位相４０３、窓関数４１１として出力され、同様に、ホルマント番号２に対応するパラメータがホルマント周波数４０４、ホルマント位相４０５、窓関数４１２として、ホルマント番号３に対応するパラメータが、ホルマント周波数４０６、ホルマント位相４０７、窓関数４１３として出力される。
【００３０】
正弦波生成部４３は、ホルマント周波数４０２とホルマント位相４０３に従って正弦波４２０を出力する。
【００３１】
帯域伸縮部４６は、ホルマントパラメータ記憶部４１から読み出された窓関数４１１を帯域伸縮信号４６１に従って窓関数を伸縮し、帯域伸縮窓関数４１４を出力する。
【００３２】
図５は、帯域伸縮部４６における処理を示すフローチャートである。ホルマント番号ｎのホルマントに対する帯域伸縮信号の値をｓｂｎとする。
【００３３】
ステップＳ６３１において、ｓｂｎ＝１の場合にはホルマントパラメータ記憶部４１から読み出された窓関数を帯域伸縮窓関数として出力する（ステップＳ４３１のＹＥＳ）。
【００３４】
ステップＳ６３１において、ｓｂｎが１でない場合には、ステップＳ４６２において窓関数長をｓｂｎ倍する。窓関数長を変更するにはスプライン補間などを用いて窓関数の時間解像度を高めた後、所望の間隔でサンプリングするなど、公知の技術で実現することが可能である。このようにして帯域伸縮された帯域伸縮窓関数を出力する。
【００３５】
正弦波４２０は、帯域伸縮部４６から出力された帯域伸縮窓関数４１４によって窓掛け処理が行われホルマント波形４１７が生成される。ホルマント周波数４０２をω、ホルマント位相４０３をφ、帯域伸縮部４６から出力された帯域伸縮窓関数４１４をｗ（ｔ）で表すと、ホルマント波形ｙ（ｔ）は次の（１）式で表される。
【００３６】
ｙ（ｔ）＝ｗ（ｔ）・ｃｏｓ（ωｔ＋φ）    ・・・（１）
同様に、正弦波生成部４４は、ホルマント周波数４０４とホルマント位相４０５に従って正弦波４２１を出力し、帯域伸縮部４７から出力された帯域伸縮窓関数４１５による窓掛け処理を経てホルマント波形４１８が生成される。
【００３７】
また、正弦波生成部４５は、ホルマント周波数４０６とホルマント位相４０７に従って正弦波４２２を出力し、帯域伸縮部４８から出力された帯域伸縮窓関数４１６による窓掛け処理を経てホルマント波形４１９が生成される。
【００３８】
ピッチ波形４３０は、ホルマント波形４１７、４１８、４１９をそれぞれ加算することによって生成される。
【００３９】
スペクトル情報算出部４９は、ピッチ波形のスペクトル包絡を算出し、算出したスペクトル包絡から各ホルマントに対する帯域伸縮信号を算出する。
【００４０】
図６は、スペクトル情報算出部４９における処理を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、ステップＳ４９１において、ピッチ波形４３０に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行ない、ピッチ波形の対数スペクトル包絡を算出する。
【００４２】
次に、ステップＳ４９２において、対数スペクトル包絡を一次微分する。対数スペクトル包絡を一次微分することにより対数スペクトル包絡の山（ほぼホルマント周波数位置に存在するものであって、ホルマントのピークである）と谷（隣接するホルマントとのホルマント境界）とが算出され、１つのホルマントに対して山の位置と、低周波数方向の谷の位置と、高周波数方向の谷の位置とが算出される。
【００４３】
あるホルマントに着目した時の山４９２０におけるホルマント周波数ｆｆｏｒとホルマント周波数のパワーｐｆｏｒ、低周波数方向の谷４９２１における周波数ｆｌｏｗとパワーｐｌｏｗ、高周波数方向の谷４９２２における周波数ｆｈｉｇｈとパワーｐｈｉｇｈとし、それぞれの関係を図７に示す。
【００４４】
最後に、ステップＳ４９３において、各ホルマントに対して、算出された対数スペクトル包絡の山のパワーｐｆｏｒと低周波数方向の谷のパワーｐｌｏｗとの第１の比Ｈ１、スペクトル包絡の山のパワーｐｆｏｒと高周波数方向の谷のパワーｐｈｉｇｈとの第２の比Ｈ２より帯域伸縮信号を算出する。この第１の比と第２の比とは、各ホルマントのそれぞれについて求める。
【００４５】
例えば、第１の比Ｈ１と第２の比Ｈ２が、共に閾値Ｓより大きいときは、窓関数の帯域を広げるような第１の帯域伸縮信号ｓｂｎ１（但し、ｓｂｎ１＞１である）を算出する。この第１の帯域伸縮信号ｓｂｎ１により窓関数の帯域を広げると、ホルマント間の谷が浅くなる。
【００４６】
また、第１の比Ｈ１、または、第２の比Ｈ２のどちらか一方が、閾値Ｓ１より大きいときは、窓関数の帯域を広げるような第２の帯域伸縮信号ｓｂｎ２（但し、ｓｂｎ１＞ｓｂｎ２＞１である）を算出する。これにより、帯域伸縮信号ｓｂｎ１の場合より、浅くなる量は小さいが、ホルマント間の谷が浅くできる。
【００４７】
さらに、第１の比Ｈ１と第２の比Ｈ２が、共に閾値Ｓより小さいときは、窓関数の帯域伸縮は行わない。帯域伸縮信号の値をｓｂｎ＝１とする。
【００４８】
ホルマント周波数とホルマント位相から生成された正弦波、伸縮された窓関数、ホルマント波形、ピッチ波形の例を図８に示す。また、これらの波形のパワースペクトルを図９に示す。図８では横軸が時間、縦軸が振幅を、図９では横軸が周波数、縦軸が振幅を表している。
【００４９】
図８に示す正弦波４２０，４２１，４２２は、図９に示す鋭いピークを持つ線スペクトル４２０，４２１，４２２となり、図８に示す伸縮された窓関数４１４，４１５，４１６は、図９に示すように低域に集中したスペクトル４１４，４１５，４１６となっている。
【００５０】
時間領域での窓掛け（掛け算）は、周波数領域では畳み込みに相当する。そのため、図９に示すホルマント波形のスペクトル４１７，４１８，４１９は、伸縮された窓関数のスペクトル４１４，４１５，４１６を、正弦波の周波数の位置４２０，４２１，４２２に平行移動した形状となっている。
【００５１】
そのため、正弦波の周波数や位相を制御することによって、ピッチ波形のホルマントの中心周波数や位相を変化させることができ、窓関数の形状を制御することによってピッチ波形のホルマントのスペクトル形状を変化させることができる。
【００５２】
この窓関数の伸縮方法をさらに説明する。
【００５３】
まず、正弦波生成部４３から一つのピッチ波形に対応する正弦波を出力し、最初は帯域伸縮部４６で伸縮されていない窓関数でホルマント波形を生成する。他の正弦波生成部４４，４５も同様である。そして、合成した最初のピッチ波形００１を作成する。この最初のピッチ波形００１は、外部に出力しない。
【００５４】
次に、この合成した最初のピッチ波形００１に基づいて、スペクトル情報算出部４９は、上記で説明した方法で帯域伸縮信号を算出する。
【００５５】
次に、帯域伸縮部４６は、この帯域伸縮信号に基づいて窓関数を伸縮し、この伸縮した帯域伸縮窓関数によって、対応する正弦波生成部４３から出力されている正弦波を畳み込み、ホルマント波形を算出する。他の帯域伸縮部４６も同様である。そして、もう一度、ピッチ波形００１を合成して、この合成した２回目のピッチ波形００１を出力する。すなわち、窓関数の帯域の伸縮を１回行って、ピッチ波形を出力している。
【００５６】
すなわち、最初の初期状態では、帯域伸縮信号を算出できないため、取りあえず伸縮しない窓関数でホルマント関数を作成し、それに基づいて帯域伸縮信号を算出する構成となっている。ここで、最初に用いられる正弦波と２回目に用いられる正弦波とは同じものであり、一つのホルマント波形に対応するものである。
【００５７】
なお、この窓関数の帯域の伸縮は、上記実施形態では、１回のみ行ったが、これに限らず、２回以上の伸縮を行った窓関数によって求められたピッチ波形を出力してもよい。
【００５８】
本実施形態は、従来の音声合成方法（例えば、特許文献１）に対し下記の効果がある。
【００５９】
本実施形態に係る図１に示したピッチ波形生成部０４では、一旦生成したピッチ波形のスペクトル情報算出部４９において算出し、算出されたスペクトル情報をもとに一部、または全てのホルマントの窓関数の帯域幅を伸縮するという点が、従来の音声合成方法と異なる。
【００６０】
本実施形態では、従来の音声合成方法では実現出来なかったピッチ波形のスペクトルの起伏の柔軟な制御が可能となり、その結果、より自然でより高音質な合成音声を生成することが可能となる。
【００６１】
すなわち、１つのホルマントに対して山のパワーと、低周波数方向の谷のパワー、高周波数方向の谷のパワーとの比を求めて、この比が大きいときは、谷が深いと判断して、ホルマント間のスペクトルの谷の部分を浅くすることにより、合成された音声が劣化しない。
【００６２】
（変更例）
上記実施形態では、１つのホルマントに対して山のパワーと、低周波数方向の谷のパワー、高周波数方向の谷のパワーとの比を求めて、この比が閾値より大きいときは窓関数の帯域を広げて谷を浅くしたが、逆に谷が浅く、起伏に乏しいときも音声の劣化の可能性がある。そのため、この比が閾値より大きいときの判断に加えて、この比が閾値より小さいときは、谷が全くなく、抑揚がないと判断して、ホルマント間のスペクトルの谷の部分を深くすることにより、合成された音声の劣化を防止してもよい。
【００６３】
（第２の実施形態）
第１の実施形態ではスペクトル情報は１つのホルマントに対して山のパワーと、低周波数方向の谷のパワー、高周波数方向の谷のパワーとの比を用いて帯域幅伸縮信号を算出していたが、これに限るものではない。
【００６４】
そこで本発明の第２の実施形態の音声合成装置について図７に基づいて説明する。
【００６５】
本実施形態に係るスペクトル情報算出部４９について説明する。
【００６６】
スペクトル情報算出部４９は、スペクトル包絡の一次微分から得られる谷と谷との周波数距離を「ホルマントの帯域幅」とみなすことにより、ホルマント当たりの帯域幅を算出する。
【００６７】
図７では、低周波数方向の谷４９２１における周波数ｆｌｏｗと、高周波数方向の谷４９２２における周波数ｆｈｉｇｈとの差が帯域幅に相当する。このとき、低周波数のホルマントほど帯域幅が狭くなることが想定されるため、低周波数ほど解像度の高くなるような周波数ワーピング（例えば、メルスケールに変換するなど）を施すことによりホルマント当たりの帯域幅を算出することもできる。
【００６８】
算出されたホルマント当たりの帯域幅を用いて帯域幅伸縮信号を算出する。この場合に、１つのホルマントに対して低周波数方向の谷と高周波数方向の谷とから算出されるホルマントの帯域幅が狭いときは、谷が深いと判断して、帯域幅を広げてホルマント間のスペクトルの谷の部分を浅くするような帯域幅伸縮信号を算出する。
【００６９】
なお、ホルマントの帯域幅の大小は、閾値を設けて判断する。
【００７０】
これにより本実施形態では、第１の実施形態に比べ、所望の帯域幅を持つホルマントを生成することができ、より自由度の高いスペクトル包絡の制御が可能となり、その結果、より自然でより高音質な合成音声を生成することが可能となる。
【００７１】
すなわち、１つのホルマントに対して低周波数方向の谷と高周波数方向の谷とから算出されるホルマントの帯域幅を求めて、この帯域幅が閾値より小さいときは、谷が深いと判断して、帯域幅を広げてホルマント間のスペクトルの谷の部分を浅くすることにより、合成された音声が劣化しない。
【００７２】
（変更例）
上記実施形態では、ホルマントの帯域幅を求めて、この帯域幅が狭いときは窓関数の帯域を広げて谷を浅くしたが、逆に谷が浅く、起伏に乏しいときも音声の劣化の可能性がある。そのため、この帯域幅が閾値より小さいときの判断に加えて、この帯域幅が閾値より大きいときは、谷が全くなく、抑揚がないと判断して、ホルマント間のスペクトルの谷の部分を深くすることにより、合成された音声の劣化を防止してもよい。
【００７３】
（第３の実施形態）
第１の実施形態ではスペクトル情報は１つのホルマントに対して山のパワーと、低周波数方向の谷のパワー、高周波数方向の谷のパワーとの比を用いて、第２の実施形態では１つのホルマントに対して低周波数方向の谷と高周波数方向の谷とから算出されるホルマントの帯域幅を用いて帯域幅伸縮信号を算出していたが、これに限るものではない。
【００７４】
本発明の第３の実施形態の音声合成装置について図１０に基づいて説明する。
【００７５】
本実施形態に係るスペクトル情報算出部４９について説明する。
【００７６】
スペクトル情報算出部４９は、ホルマントパラメータにおいて保持しているホルマント周波数と、隣接するホルマントのホルマントパラメータが保持しているホルマント周波数とを用いて周波数距離を求める。
【００７７】
このとき、低周波数のホルマントほど帯域幅が狭くなることが想定されるため、低周波数ほど解像度の高くなるような周波数ワーピング（例えば、メルスケールに変換するなど）を施すことによりホルマント当たりの帯域幅を算出することもできる。
【００７８】
図１０は、スペクトル情報算出部４９における処理を示すフローチャートである。
【００７９】
まず、ステップＳ４９４において、ホルマントパラメータのホルマント周波数を用いて各ホルマント間の周波数距離を算出する。
【００８０】
次に、ステップＳ４９５において算出した周波数距離に応じて帯域幅伸縮信号を算出する。この場合、ホルマント周波数間の周波数距離が閾値より長いときは、谷が深いと判断して、帯域幅を広げてホルマント間のスペクトルの谷の部分を浅くするような帯域幅伸縮信号を算出する。
【００８１】
なお、周波数距離の大小は、閾値を設けて判断する。
【００８２】
これにより本実施形態は、第１の実施形態、第２の実施形態と比べ、ＦＦＴを実行することによる計算量の増加を抑えることが可能となり、その結果、低計算量でより自由度の高いスペクトル包絡の制御が可能となる。
【００８３】
すなわち、ホルマント周波数間の周波数距離を求め、この周波数距離が閾値より長いときは、谷が深いと判断して、帯域幅を広げてホルマント間のスペクトルの谷の部分を浅くすることにより、合成された音声が劣化しない。
【００８４】
（変更例）
上記実施形態では、ホルマント周波数間の周波数距離を求めて、この周波数距離が狭いときは窓関数の帯域を広げて谷を浅くしたが、逆に谷が浅く、起伏に乏しいときも音声の劣化の可能性がある。そのため、この周波数距離が閾値より小さいときの判断に加えて、この周波数距離が閾値より大きいときは、谷が全くなく、抑揚がないと判断して、ホルマント間のスペクトルの谷の部分を深くすることにより、合成された音声の劣化を防止してもよい。
【００８５】
（第４の実施形態）
第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態では、窓関数がホルマントパラメータとして記憶されているが、これに限るものではない。
【００８６】
そこで本発明の第４の実施形態の音声合成装置について図１１〜図１２に基づいて説明する。
【００８７】
ホルマントパラメータ記憶部５１は、基底関数展開された窓関数の重み係数を窓関数の代わりにホルマントパラメータとして記憶する。
【００８８】
図１１に本実施形態におけるホルマントパラメータ記憶部５１に記憶されているホルマントパラメータの例を示す。
【００８９】
この例では窓関数は３つの基底関数の重み和に展開されており、窓関数の重み係数セットとして３つの係数の組が記憶されている。
【００９０】
本実施形態に係るピッチ波形生成部０４について説明する。
【００９１】
図１２に、ピッチ波形生成部０４のブロック図を示す。
【００９２】
図３と相対応する部分に同一の参照符号を付して相違点を中心に説明する。パラメータ（ホルマント周波数、ホルマント位相、窓関数の重み係数セット）５０１の中で、パラメータ選択部４２で選択されたホルマント周波数４０２、４０４、４０６、ホルマント位相４０３、４０５、４０７が正弦波生成部４３、４４、４５へ出力され、窓関数の重み係数セット５１７、５１８、５１９が窓関数生成部５６へ出力される。
【００９３】
窓関数生成部５６は、重み係数セット５１７、５１８、５１９に従って、窓関数５１１、５１２、５１３を生成する。窓関数の重み係数セットをａ１、ａ２、ａ３とし、基底関数をｂ１（ｔ）、ｂ２（ｔ）、ｂ３（ｔ）とすると、窓関数ｗ（ｔ）は次の（２）式で表される。
【００９４】
ｗ（ｔ）＝ａ１・ｂ１（ｔ）＋ａ２・ｂ２（ｔ）＋ａ３・ｂ３（ｔ）
・・・（２）
窓関数の基底関数展開に用いる基底はＤＣＴ基底や、ＫＬ展開することによって得られる基底を用いてもよい。本実施形態では基底の次数は３であるが、次数は任意に設定できる。窓関数を基底関数展開することにより、ホルマントパラメータの記憶容量が削減できるという利点がある。
【００９５】
（変更例）
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る音声合成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ピッチ波形の重畳による有声音声の生成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るピッチ波形生成部のブロック図である。
【図４】ホルマントパラメータの例を示す図である。
【図５】帯域伸縮部４６における処理を示すフローチャートである。
【図６】スペクトル情報算出部４９における処理を示すフローチャートである。
【図７】抽出したホルマント間の谷の例を示す図である。
【図８】正弦波、窓関数、ホルマント波形、ピッチ波形の例を示す図である。
【図９】正弦波、窓関数、ホルマント波形、ピッチ波形のパワースペクトルの例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るスペクトル情報算出部４９における処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るホルマントパラメータの例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るピッチ波形生成部のブロック図である。
【符号の説明】
【００９７】
０１    有声音生成部
０２    無声音生成部
０３    ピッチマーク生成部
０４    ピッチ波形生成部
０５    波形重畳部
４１    ホルマントパラメータ記憶部
４２    ホルマントパラメータ選択部
４３〜４５    正弦波生成部
４６〜４８    帯域伸縮部
４９    スペクトル情報算出部
【図１】
2010008853.tif 000003
【図２】
2010008853.tif 000004
【図３】
2010008853.tif 000005
【図４】
2010008853.tif 000006
【図５】
2010008853.tif 000007
【図６】
2010008853.tif 000008
【図７】
2010008853.tif 000009
【図８】
2010008853.tif 000010
【図９】
2010008853.tif 000011
【図１０】
2010008853.tif 000012
【図１１】
2010008853.tif 000013
【図１２】
2010008853.tif 000014