(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のフレーム間隔に分割された入力信号のレベルを測定するレベル測定手段と、
このレベル測定手段により測定された上記入力信号のレベルと、該入力信号が音声信号または非音声信号の何れであるかを判別するためのしきい値とを比較して出力する比較手段と、
この比較手段により上記入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも大きいと判断された場合には、そのしきい値を所定の割合で増加させ、該比較手段により入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも小さいと判断された場合には、そのしきい値を減少させるものであって、上記しきい値を増加させる所定の割合を、過去の所定時間内における入力信号のレベルの最小値と、現在のしきい値との差に基づいて設定するしきい値適応化手段と、
を具備したことを特徴とする音声状態判別装置。
【請求項２】
上記比較手段により上記入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも小さいと判断された場合には、上記しきい値適応化手段は、該入力信号のレベルを新たなしきい値として設定するものであることを特徴とする請求項１に記載の音声状態判別装置。
【請求項３】
音声状態判別処理の開始時から所定時間内における入力信号のレベルの最小値と、現在のしきい値とを比較して、現在のしきい値が上記最小値よりも所定値以上小さい場合には、上記しきい値適応化手段は、上記しきい値を増加させる割合を通常時に増加させる割合よりも大きい所定の割合に設定し、該入力信号が非音声信号であると判別された時点で、上記しきい値を増加させる割合を上記通常時に増加させる割合に戻すものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音声状態判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声状態判別装置、より詳しくは、入力信号が音声信号または非音声信号の何れであるかを判別する音声状態判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、音声のデータ圧縮をより高能率化する技術手段として、高能率な音声符号化と非音声圧縮機能とを組み合わせるものが知られている。これらの内の非音声圧縮機能としては、入力信号が音声信号または非音声信号の何れであるかを判定し、非音声信号である場合には、記録媒体へのデータ記録あるいはデータ伝送を停止することによりデータ量を節約する、ＶＡＤ（Ｖｏｉｃｅ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる技術手段がよく知られた一例である。
【０００３】
また、入力された音声信号の状態によってビットレートを変更する可変レート音声符号化技術が知られている。
【０００４】
こうした従来技術としては、例えば、Ａ．ＤｅＪａｃｏ，Ｗ．Ｇａｒｄｎｅｒ，Ｐ．Ｊａｃｏｂｓ，ａｎｄ  Ｃ．Ｌｅｅ，”ＱＣＥＬＰ：Ｔｈｅ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  ＣＤＭＡ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｒａｔｅ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｃｏｄｉｎｇ  Ｓｔａｎｄａｒｄ，”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ＩＥＥＥ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｐｐ．５−６，１９９３に記載されたものが挙げられる。
【０００５】
これによれば、背景雑音のレベルが極めて低い環境から背景雑音がかなり混入する環境までを考慮して、始めは小さな判定しきい値からスタートして徐々にしきい値を増加させて行くことにより、しきい値を背景雑音レベルに適応させて行くようになっており、このような処理を行うことによって、背景雑音環境が混入しても音声状態の判別精度を保つことができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した適応しきい値による音声状態の判別手段によれば、入力信号のレベルや背景雑音のレベルが大きくなるほど、しきい値が適応して音声状態を精度良く判別することができるまでに長い時間を要し、この間は所望の符号化能率を得ることができなかった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、しきい値の適応が速く、短時間で音声状態を精度良く判別することができる音声状態判別装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の音声状態判別装置は、所定のフレーム間隔に分割された入力信号のレベルを測定するレベル測定手段と、このレベル測定手段により測定された上記入力信号のレベルと該入力信号が音声信号または非音声信号の何れであるかを判別するためのしきい値とを比較して出力する比較手段と、この比較手段により上記入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも大きいと判断された場合にはそのしきい値を所定の割合で増加させ該比較手段により入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも小さいと判断された場合にはそのしきい値を減少させるものであって、上記しきい値を増加させる所定の割合を過去の所定時間内における入力信号のレベルの最小値と現在のしきい値との差に基づいて設定するしきい値適応化手段とを備えたものである。
【０００９】
また、本発明の第２の音声状態判別装置は、上記第１の音声状態判別装置において、上記比較手段により上記入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも小さいと判断された場合には、上記しきい値適応化手段は、該入力信号のレベルを新たなしきい値として設定するものである。
【００１０】
さらに、本発明の第３の音声状態判別装置は、上記第１または第２の音声状態判別装置において、音声状態判別処理の開始時から所定時間内における入力信号のレベルの最小値と現在のしきい値とを比較して、現在のしきい値が上記最小値よりも所定値以上小さい場合には、上記しきい値適応化手段は、上記しきい値を増加させる割合を通常時に増加させる割合よりも大きい所定の割合に設定し、該入力信号が非音声信号であると判別された時点で上記しきい値を増加させる割合を上記通常時に増加させる割合に戻すものである。
【００１１】
従って、本発明の第１の音声状態判別装置は、レベル測定手段が所定のフレーム間隔に分割された入力信号のレベルを測定し、比較手段がこのレベル測定手段により測定された上記入力信号のレベルと該入力信号が音声信号または非音声信号の何れであるかを判別するためのしきい値とを比較して出力し、しきい値適応化手段がこの比較手段により上記入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも大きいと判断された場合にはそのしきい値を所定の割合で増加させ、該比較手段により入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも小さいと判断された場合にはそのしきい値を減少させ、このとき、上記しきい値を増加させる所定の割合を過去の所定時間内における入力信号のレベルの最小値と現在のしきい値との差に基づいて設定する。
【００１２】
また、本発明の第２の音声状態判別装置は、上記比較手段により上記入力信号のレベルが現在設定されているしきい値よりも小さいと判断された場合には、上記しきい値適応化手段が該入力信号のレベルを新たなしきい値として設定する。
【００１３】
さらに、本発明の第３の音声状態判別装置は、音声状態判別処理の開始時から所定時間内における入力信号のレベルの最小値と現在のしきい値とを比較して、現在のしきい値が上記最小値よりも所定値以上小さい場合には、上記しきい値適応化手段が、上記しきい値を増加させる割合を通常時に増加させる割合よりも大きい所定の割合に設定し、該入力信号が非音声信号であると判別された時点で上記しきい値を増加させる割合を上記通常時に増加させる割合に戻す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１から図４は本発明の一実施形態を示したものであり、図１は音声状態判別装置の構成を示すブロック図である。
【００１５】
この音声状態判別装置１は、図１に示すように、入力信号が入力されてフレーム毎のレベルであるエネルギーを算出するフレームエネルギー計算部２と、このフレームエネルギー計算部２の出力と後述するしきい値計算部３の出力とに基づいてしきい値の計算を行うしきい値計算部３と、上記フレームエネルギー計算部２の出力を上記しきい値計算部３の出力と比較して出力する比較部４と、この比較部４の出力に基づき上記入力信号のエネルギーがしきい値よりも小さいフレームである非音声フレームの連続数をカウントし、そのカウント結果が所定数以上連続している場合には非音声であると判別してその判別結果を出力する非音声フレームカウンタ５とを有してなる。
【００１６】
図２は音声状態判別装置１の動作の一部を示すフローチャート、図３は音声状態判別装置１の動作の他の一部を示すフローチャートである。
【００１７】
動作が開始されると（ステップＳ１）、まず、各種の定数の設定を行う（ステップＳ２）。ここでは例えば、しきい値増加率を設定するための観測フレーム数ｏｂｓ＿ｌｉｍ  を５０にし、しきい値の下限値ｔｒｓ＿ｍｉｎ  を１２８にし、しきい値の上限値ｔｒｓ＿ｍａｘ  を２６２１４４にそれぞれ設定する。
【００１８】
続いて、各種変数の初期化を行う（ステップＳ３）。つまり、処理フレームナンバーｆｒｍ  としきい値ｔｒｓ  と増加率設定の状態ｓｔａｔｕｓとハングオーバーフレーム数のカウントＮｏｉｓｅＣｎｔとをそれぞれ０にセットする。
【００１９】
次に、フレームエネルギーｅｎｇ  を、例えば次に示すような数式１により計算する（ステップＳ４）。
【００２０】
【数１】
0003607775.tif 000002
ここにｓ（ｎ）はサンプルｎにおける入力信号、Ｎはフレーム長をそれぞれ示している。
【００２１】
続いて、しきい値ｔｒｓ  がしきい値の下限値ｔｒｓ＿ｍｉｎ  よりも小さいか否かを判断して（ステップＳ５）、小さい場合にはしきい値ｔｒｓ  をしきい値の下限値ｔｒｓ＿ｍｉｎ  に設定する（ステップＳ６）。
【００２２】
上記ステップＳ５において、しきい値ｔｒｓ  がしきい値の下限値ｔｒｓ＿ｍｉｎ  以上である場合、または上記ステップＳ６が終了した場合には、フレームエネルギーｅｎｇ  がしきい値ｔｒｓ  よりも小さいか否かを判断して（ステップＳ７）、小さい場合にはしきい値ｔｒｓ  をフレームエネルギーｅｎｇ  に更新する（ステップＳ８）。
【００２３】
また、上記ステップＳ７において、フレームエネルギーｅｎｇ  がしきい値ｔｒｓ  以上である場合には、処理フレームナンバーｆｒｍ  が観測フレーム数ｏｂｓ＿ｌｉｍ  よりも小さいか否か、すなわち上記ステップＳ２に示したように定数を設定した場合には、現在の処理フレームが処理開始から５０未満であるか否かを判断する（ステップＳ９）。
【００２４】
そして、小さい場合には、さらに処理フレームナンバーｆｒｍ  が０であるかを判断し（ステップＳ１０）、０である場合にはＭｉｎＬｅｖとしてフレームエネルギーｅｎｇ  を設定し（ステップＳ１１）、０でない場合にはフレームエネルギーｅｎｇ  がＭｉｎＬｅｖよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００２５】
ここで小さい場合には、ＭｉｎＬｅｖとしてフレームエネルギーｅｎｇ  を設定する（ステップＳ１３）。上述したようなステップＳ１０〜Ｓ１３において、処理開始から５０フレームまでのフレームエネルギーの最小値をＭｉｎＬｅｖに設定している。
【００２６】
上記ステップＳ８，Ｓ１１，Ｓ１３の何れかが終了するか、あるいは上記ステップＳ９で処理フレームナンバーｆｒｍ  が観測フレーム数ｏｂｓ＿ｌｉｍ  以上である場合、または上記ステップＳ１２でフレームエネルギーｅｎｇ  がＭｉｎＬｅｖ以上である場合には、処理フレームナンバーｆｒｍ  が観測フレーム数ｏｂｓ＿ｌｉｍ  以上でありかつ増加率設定の状態ｓｔａｔｕｓが０であるか、つまり、フレーム数が５０以上でありかつまだ１度も非音声状態であると判定されたことがないか、を判断する（ここに、図中の符号”＆＆”は「且つ」を表す。）（ステップＳ１４）。
【００２７】
このステップＳ１４においてＹＥＳである場合には、しきい値ｔｒｓ  がＭｉｎＬｅｖよりも小さいか否かを判断し（ステップＳ１５）、小さい場合にはしきい値ｔｒｓ  を該しきい値ｔｒｓ  の３２分の１（つまり、ｔｒｓ  ／３２）だけ増加させる（後述する数式６参照）（ここに、図中の符号”＋＝”は既に入っている値にさらに右辺の値だけ加算することを表す。以下同様。）（ステップＳ１６）。
【００２８】
このステップＳ１６が終了するか、上記ステップＳ１４またはステップＳ１５においてＮＯである場合には、しきい値ｔｒｓ  を該しきい値ｔｒｓ  の６４分の１（つまり、ｔｒｓ  ／６４）だけ増加させる（後述する数式２，数式６参照）（ステップＳ１７）。
【００２９】
ここで、このステップＳ１７におけるしきい値の増加量は通常のものであり、これに比して上記ステップＳ１６においては通常よりも高い増加率となるようにしている。
【００３０】
そして、しきい値ｔｒｓ  がしきい値の上限値ｔｒｓ＿ｍａｘ  より大きいかを判断し（ステップＳ１８）、大きい場合にはしきい値ｔｒｓ  をしきい値の上限値ｔｒｓ＿ｍａｘ  に設定する（ステップＳ１９）。
【００３１】
上記ステップＳ１９が終了するかまたはステップＳ１８においてＮＯである場合には、フレームエネルギーｅｎｇ  がしきい値ｔｒｓ  よりも大きいか否かを判断し（ステップＳ２０）、大きくない場合には、ハングオーバーフレーム数のカウントＮｏｉｓｅＣｎｔをインクリメント（図中、符号”＋＋”で示す。以下同様。）し（ステップＳ２１）、大きい場合には、このハングオーバーフレーム数のカウントＮｏｉｓｅＣｎｔを０に設定する（ステップＳ２２）。
【００３２】
上記ステップＳ２１またはステップＳ２２が終了したら、ハングオーバーフレーム数のカウントＮｏｉｓｅＣｎｔが４よりも大きいか否かを判断し（ステップＳ２３）、大きくない場合には、音声であると判断し（ステップＳ２４）、大きい場合には非音声であると判断して（ステップＳ２５）から、増加率設定の状態ｓｔａｔｕｓに１を設定する（ステップＳ２６）。このｓｔａｔｕｓが１になった状態では、上記ステップＳ１４でＮＯに分岐するために、ステップＳ１６における高い増加率の処理は行わず、ステップＳ１７の通常の増加率の処理のみを行うことになる。
【００３３】
上記ステップＳ２４またはステップＳ２６が終了したら、処理フレームナンバーｆｒｍ  をインクリメントして（ステップＳ２７）、次のフレーム処理に移行するために上記ステップＳ４に戻る。
【００３４】
こうして、この実施形態においては、符号化開始から５０フレーム（すなわち２４ｍｓ×５０＝１．２ｓ）内のフレームエネルギーｅｎｇ  の最小値ＭｉｎＬｅｖを算出し、その時点でしきい値ｔｒｓ  が最小値ＭｉｎＬｅｖよりも小さければ該しきい値ｔｒｓ  の増加率を上げ、一旦、非音声であると判定されたら通常の増加率に戻すことにより、しきい値ｔｒｓ  の追従が速くなるように構成されている。
【００３５】
この追従速度がどの程度速くなるかを数式を用いて具体的に説明すると、次のようになる。
【００３６】
しきい値ｔｒｓ  の増加率が上記ステップＳ１７に示すように通常の増加率であるときには、次のフレームのしきい値ｔｒｓ’は、
【数２】
0003607775.tif 000003
【００３７】
これにより、フレームエネルギーｅｎｇ  がそのときのしきい値よりも小さい限り、ｎフレーム後のしきい値ｔｒｓ＿ｎ  は、
【数３】
0003607775.tif 000004
ここに、ｔｒｓ＿０  はしきい値の初期値である。
【００３８】
これは例えば、しきい値が２倍になるためには、
【数４】
0003607775.tif 000005
つまり、
【数５】
0003607775.tif 000006
となって、４５フレームを必要とすることがわかる。
【００３９】
一方、しきい値の増加率が、上記ステップＳ１７に加えてステップＳ１６に示すように上げられたときには、次のフレームのしきい値ｔｒｓ’は、
【数６】
0003607775.tif 000007
【００４０】
これにより、フレームエネルギーｅｎｇ  がそのときのしきい値よりも小さい限り、ｎフレーム後のしきい値ｔｒｓ＿ｎは、
【数７】
0003607775.tif 000008
【００４１】
これはしきい値が２倍になるまでに、
【数８】
0003607775.tif 000009
つまり、
【数９】
0003607775.tif 000010
となって、１５フレームで済むということである。
【００４２】
次に、このようなアルゴリズムを用いた音声状態判別装置１による音声／非音声の判別例を、図４に示す。
【００４３】
すなわち、図４（Ａ）は原音を示したものであり、最初の音声区間の後の非音声区間は、図中点線で示す位置から始まる。このような原音に対して、従来においては図４（Ｂ）に示すようなしきい値を用いていたために、図４（Ｃ）に示すように、非音声区間の開始後もしばらくの間は音声区間であると判断してしまっていた。
【００４４】
これに対して、本実施形態によれば、図４（Ｄ）に示すようなしきい値を用いるために、図４（Ｅ）に示すように、点線で示す非音声区間の開始とほぼ同時に、音声区間から非音声区間に移行したことを判定することができて、音声状態を精度良く判別することができるようになっている。
【００４５】
なお上述では、しきい値ｔｒｓ  と、処理開始から５０フレームまでのフレームエネルギーｅｎｇ  の最小値ＭｉｎＬｅｖとの大小関係のみを判断して、該しきい値ｔｒｓ  の増加率を増加させるか否かを決定していたが、本発明はこれに限るものではなく、しきい値ｔｒｓ  とＭｉｎＬｅｖの差の大きさに応じてしきい値ｔｒｓ  の増加率を増加させる割合を変更するようにしても良い。
【００４６】
こうしてこのような実施形態によれば、適応しきい値による音声状態判別を用いたときに、入力信号のレベルや背景雑音のレベルが大きくなっても、しきい値の適応スピードが従来例よりも高速になり、音声状態を精度良く判別することができるまでの時間が遅延することのない音声状態判別装置となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、しきい値の適応が速く、短時間で音声状態を精度良く判別することができる。
【００４８】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、入力信号が非音声信号である場合のしきい値を適切なものに維持することができる。
【００４９】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、音声状態判別処理を開始して最初に入力信号が音声信号から非音声信号に移行したときに、しきい値を機敏に対応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の音声状態判別装置の構成を示すブロック図。
【図２】上記実施形態の音声状態判別装置の動作の一部を示すフローチャート。
【図３】上記実施形態の音声状態判別装置の動作の他の一部を示すフローチャート。
【図４】上記実施形態の音声状態判別装置による音声／非音声の判別例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…音声状態判別装置
２…フレームエネルギー計算部（レベル測定手段）
３…しきい値計算部（しきい値適応化手段）
４…比較部（比較手段）
５…非音声フレームカウンタ
【図１】
0003607775.tif 000011
【図２】
0003607775.tif 000012
【図３】
0003607775.tif 000013
【図４】
0003607775.tif 000014