(57)【要約】【課題】ピッチラグ算出に伴う演算量を低減しつつ、ピッチラグの誤検出を防止すること。【解決手段】このピッチ探索装置１は、ディジタル音声信号の繰り返し周期であるピッチラグを算出する音声信号処理装置であって、ピッチラグ算出の対象となるピッチラグ算出対象区間においてディジタル音声信号の複数の特徴点を特定する特徴点位置特定部１０１と、特徴点位置特定部１０１によって特定された複数の特徴点の時間的位置を示すインデクスを基に、ピッチラグを決定するピッチラグ決定部１０４と、を備える。【選択図】図１
2014228599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル音声信号の繰り返し周期であるピッチラグを算出する音声信号処理装置であって、
ピッチラグ算出の対象となる対象区間において前記ディジタル音声信号の複数の特徴点を特定する特徴点位置特定部と、
前記特徴点位置特定部によって特定された前記複数の特徴点の時間的位置を示すインデクスを基に、前記ピッチラグを決定するピッチラグ決定部と、
を備えることを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項２】
前記複数の特徴点のインデクスのうち２つのインデクスから決まる特徴点間隔をピッチラグの候補として特定するピッチラグ候補決定部と、
ピッチラグ候補決定部で特定されたピッチラグの候補について自己相関関数を計算する自己相関関数算出部とをさらに備え、
前記ピッチラグ決定部は、前記自己相関関数算出部により算出された自己相関関数から前記ピッチラグを特定する、
ことを特徴とする請求項１記載の音声信号処理装置。
【請求項３】
前記特徴点位置特定部は、前記対象区間において細分化された複数の小区間のそれぞれにおいて最大振幅を持つ複数のサンプルを前記複数の特徴点として特定する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の音声信号処理装置。
【請求項４】
前記特徴点位置特定部は、前記対象区間の直前区間における特徴点のインデクスを特定し、該インデクスに対して前記直前区間を対象に算出されたピッチラグの整数倍を加算することにより前記複数の特徴点のインデクスを算出する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の音声信号処理装置。
【請求項５】
前記特徴点位置特定部は、前記対象区間の直前区間の複数の特徴点のインデクスを記憶し、
前記ピッチラグ決定部は、前記直前区間の複数の特徴点と前記対象区間の複数の特徴点との距離が最小となるようなシフト量を用いてピッチラグを特定する、
ことを特徴とする請求項１記載の音声信号処理装置。
【請求項６】
ディジタル音声信号の繰り返し周期であるピッチラグを算出する音声信号処理方法であって、
音声信号処理装置が、ピッチラグ算出の対象となる対象区間において前記ディジタル音声信号の複数の特徴点を特定する特徴点位置特定ステップと、
音声信号処理装置が、前記特徴点位置特定部によって特定された前記複数の特徴点の時間的位置を示すインデクスを基に、前記ピッチラグを決定するピッチラグ決定ステップと、
を備えることを特徴とする音声信号処理方法。
【請求項７】
コンピュータをディジタル音声信号の繰り返し周期であるピッチラグを算出する音声信号処理装置として機能させる音声信号処理プログラムであって、
コンピュータを、
ピッチラグ算出の対象となる対象区間において前記ディジタル音声信号の複数の特徴点を特定する特徴点位置特定部、及び
前記特徴点位置特定部によって特定された前記複数の特徴点の時間的位置を示すインデクスを基に、前記ピッチラグを決定するピッチラグ決定部、
として機能させることを特徴とする音声信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号を処理する音声信号処理装置、音声信号処理方法、及び音声信号処理プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音声信号（いわゆる音響信号も含む。以下、同じ。）は、類似の波形が周期的に繰り返す特徴（以下、「音声信号の周期性」と言う。）を持っており、音声符号化、音声復号、及び音声パケットロス隠蔽に関する技術の多くは、この特徴を利用する。
【０００３】
例えば、音声信号の周期性を利用する音声符号化の技術として、CELP符号化がある。CELP符号化では、音声信号を線形予測分析することにより線形予測係数を算出し、この線形予測係数を用いて聴覚重み付けフィルタを算出し、音声信号をこの聴覚重み付けフィルタに通すことにより残差信号を算出する。図９に残差信号の一部を示す。図９からも明らかなように、残差信号にも音声信号と同様に周期性があるため、過去の残差信号の１周期分を取り出してゲインを乗じた信号が、残差信号の良い近似となる。従って、上記音声信号の１周期の長さを符号化することで効率よく残差信号や音声信号を圧縮することができる。上記残差信号あるいは音声信号の１周期の長さを「ピッチラグ」と呼ぶ。
【０００４】
また、音声信号の周期性を利用する別の技術の例として、音声パケットロス隠蔽技術がある。ＩＰ（Internet Protocol）電話のように、音声信号を符号化及びパケット化してインターネット網で伝送する際には、ネットワークの輻輳等が原因でパケットが失われることがある（以下、この現象を「パケットロス」と言う。）。パケットロスが発生すると、必要な音声符号が失われるため音声復号ができず音切れが発生する。パケットロスが原因で生じる音切れを防止する技術が音声パケットロス隠蔽技術である。
【０００５】
この音声パケットロス隠蔽技術の典型的な例として、下記非特許文献１に開示の技術がある。この技術では、音声復号装置においてパケットロスの発生を監視し、正常にパケットを受信した場合には音声符号を復号し、得られる復号音声をバッファに蓄積する。パケットロスが発生した場合には、バッファに蓄積された復号音声からピッチラグを算出し、バッファに蓄積された復号音声をピッチラグ周期で繰り返すことにより、復号音声の代替となる信号（以下、隠蔽信号）を生成する。この音声復号装置では、失われた復号信号の代わりに隠蔽信号を用いることにより音切れを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１５６９７５号公報
【特許文献２】特開２００９−３３８８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ITU-T Recommendation G.711  −  Appendix I、１９９９年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のピッチラグは、音声信号の周期性を利用する音声符号化、音声復号、および音声パケットロス隠蔽の処理において重要なパラメータである。このピッチラグの算出に関しては、従来技術においては、（１）ピッチラグ算出に必要な演算量が膨大であること、（２）ピッチラグ探索方法に起因する誤りの発生、の２つの課題が存在する。
【０００９】
最初に、（１）の課題について述べる。ピッチラグの算出は、一般的に次の方法で行う。
＜ピッチラグ算出ステップＳ００１＞音声信号あるいは残差信号の自己相関関数を算出する。この算出ステップでは、演算量削減のために、音声信号あるいは残差信号をダウンサンプリングした上で、自己相関関数の算出を行う場合もある。
＜ピッチラグ算出ステップＳ００２＞自己相関関数のうち、最大の値を探索し、自己相関関数の最大値に対応する値をピッチラグの値とする。
【００１０】
ピッチラグ算出ステップＳ００１の自己相関関数は、以下の式（１）に従って算出される。
【数１】
2014228599.tif 000003
上記式中、Ｌは１フレームを構成するサンプル数であり、例えばサンプリング周波数を１６ｋＨｚ、フレーム長を２０ｍｓとすると、Ｌは３２０サンプルである（ここで、Ｋｍｉｎ≦ｋ＜Ｋｍａｘ）。
ピッチラグ算出ステップＳ００２では、下記式（２）に従い、自己相関関数の最大値に対応するピッチラグの値を特定する。
【数２】
2014228599.tif 000004
上記、ピッチラグ算出ステップＳ００１からも明らかなようにピッチラグの算出には多大な積和演算を必要とする。具体的には、Ｌ×（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ＋１）回の積算と、（Ｌ−１）×（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ＋１）回の加算演算が必要となる。
【００１１】
上記（１）の課題を解決する方法として、特許文献１のピッチ検索方法が知られている。このピッチ検索方法では、以下の処理ステップを用いることにより積和演算を削減する。
＜ステップＳ１０１＞１フレームのうち、振幅最大のサンプルを特定し、そのインデクスをｐ０とする。
＜ステップＳ１０２＞上記ステップＳ１０１で特定した振幅最大サンプル周辺のサンプルのみを用いて、残差信号を算出する。具体的には下記式（３）を用いる。
【数３】
2014228599.tif 000005
ここで、Ｋｍｉｎ≦ｋ＜Ｋｍａｘ、ｐ０−ｄ≦ｎ≦ｐ０＋ｄとする。
＜ステップＳ１０３＞下記式（４）により残差信号のパワーを計算する。
【数４】
2014228599.tif 000006
＜ステップＳ１０４＞残差信号のパワーを最小にするｋをピッチラグＴとする。すなわち、下記式（５）によりピッチラグＴを求める。
【数５】
2014228599.tif 000007
【００１２】
上記特許文献１に記載のピッチ検索方法によれば、積和演算の数を大幅に削減することができるが、ピッチラグ算出に用いる範囲を限定しすぎることにより、ピッチの誤検出が起こる。
【００１３】
このピッチの誤検出について、具体例を挙げて説明する。同一振幅を持つ２つのパルスをインデクス０とインデクス５０に持つ、ピッチラグが７０サンプルの信号があるとする（「インデクス」とは信号のサンプルの時間的位置を示す。）。簡単のため、パルスが存在しないサンプルの値は０とする。１フレームを１６０サンプルとした場合、このフレーム中には、インデクス０、５０、７０、１２０、１４０にパルスが出現する。この場合、上記方法に従ってピッチラグを算出すると、ステップＳ１０２，Ｓ１０３におけるｄの値を９としたとき、ピッチラグの候補として２０、５０、７０、９０、１４０が候補として得られる。実際の信号では、パルスの振幅値は正確に同一にはならないため、パルスの振幅値の変動によりピッチラグとして７０サンプル以外の値が選択されることがある。この具体例のように、特許文献１に記載のピッチ検索方法においては、ピッチラグ算出に用いる音声信号の範囲を限定し過ぎると、積和演算の量を削減することはできる一方で、ピッチラグ誤検出の可能性が高まる。
【００１４】
次に、上記（２）の課題について述べる。上記（２）の課題のうち典型的なピッチ誤検出の例は、倍ピッチ誤りと呼ばれるものである。具体例として、ピッチラグがＬサンプルのｓｉｎ波を考える。この時、上記ピッチラグ算出ステップＳ００１で算出される自己相関関数の値は、ｒ（Ｌ）＝ｒ（２×Ｌ）となるため、ピッチラグの値として、Ｌだけでなく２×Ｌも候補になりうる。実際の音声信号は、完全な周期信号ではなく、時間的に緩やかに変動するため、瞬時的にｒ（Ｌ）＜ｒ（２×Ｌ）となる場合も少なくない。この場合、ピッチラグとして２×Ｌが選択されるため、音声符号化、音声復号、及び音声パケットロス隠蔽の処理において音質を高めることができない。
【００１５】
このような課題を解決する方法として、上記特許文献２に記載のピッチ探索範囲決定方法がある。このピッチ探索範囲決定方法では、ピッチラグを算出しようとする区間の信号を、母音とそれ以外の２つのクラスに分類し、各クラスに応じてピッチラグ探索の範囲を変化させることにより倍ピッチ誤りを防ぐことができる。より具体的には、このピッチ探索範囲決定方法は、以下のステップからなる。
＜ステップＳ２０１＞自己相関関数を算出する。自己相関関数はピッチラグ算出ステップＳ００１と同様である。
＜ステップＳ２０２＞ステップＳ２０１で算出した自己相関関数のうち、最大のものを選択し、閾値と比較する。閾値を越えるものを母音クラス、越えないものを非母音クラスとする。
＜ステップＳ２０３＞ステップＳ２０２で選択されたクラスを元に、ピッチラグ算出ステップＳ００２で用いるＫｍｉｎ、Ｋｍａｘを決定する。
＜ステップＳ２０４＞ステップＳ２０３で決定したＫｍｉｎ、Ｋｍａｘの値を用いて、ピッチラグ算出ステップＳ００２と同様の手順を実行し、ピッチラグＴを算出する。
【００１６】
上記特許文献２のピッチ探索範囲決定方法によれば、倍ピッチ検出の可能性を低減し、音質を向上させることができる。その一方で、このピッチ探索範囲決定方法では、倍ピッチに対応するために広い範囲で自己相関関数を算出するため、必要な積和演算の量が多くなる傾向にある。
【００１７】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、ピッチラグ算出に伴う演算量を低減しつつ、ピッチラグの誤検出を防止することが可能な音声信号処理装置及び音声信号処理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】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明の音声信号処理置は、ディジタル音声信号の繰り返し周期であるピッチラグを算出する音声信号処理装置であって、ピッチラグ算出の対象となる対象区間においてディジタル音声信号の複数の特徴点を特定する特徴点位置特定部と、特徴点位置特定部によって特定された複数の特徴点の時間的位置を示すインデクスを基に、ピッチラグを決定するピッチラグ決定部と、を備える。
【００１９】
或いは、本発明の音声信号処理方法は、ディジタル音声信号の繰り返し周期であるピッチラグを算出する音声信号処理方法であって、音声信号処理装置が、ピッチラグ算出の対象となる対象区間においてディジタル音声信号の複数の特徴点を特定する特徴点位置特定ステップと、音声信号処理装置が、特徴点位置特定部によって特定された複数の特徴点の時間的位置を示すインデクスを基に、ピッチラグを決定するピッチラグ決定ステップと、を備える。
【００２０】
或いは、本発明の音声信号処理プログラムは、コンピュータをディジタル音声信号の繰り返し周期であるピッチラグを算出する音声信号処理装置として機能させる音声信号処理プログラムであって、コンピュータを、ピッチラグ算出の対象となる対象区間においてディジタル音声信号の複数の特徴点を特定する特徴点位置特定部、及び特徴点位置特定部によって特定された複数の特徴点の時間的位置を示すインデクスを基に、ピッチラグを決定するピッチラグ決定部、として機能させる。
【００２１】
このような音声信号処理装置、音声信号処理方法、或いは音声信号処理プログラムによれば、ディジタル音声信号の対象区間において複数の特徴点が特定され、複数の特徴点のインデクスを基にピッチラグが決定されるので、ピッチラグの決定のための演算の演算量を削減できる。また、対象区間における複数の特徴点の時間的位置を基にピッチラグを検出することにより、ピッチラグの誤検出も防止することができる。
【００２２】
上記音声信号処理装置は、複数の特徴点のインデクスのうち２つのインデクスから決まる特徴点間隔をピッチラグの候補として特定するピッチラグ候補決定部と、ピッチラグ候補決定部で特定されたピッチラグの候補について自己相関関数を計算する自己相関関数算出部とをさらに備え、ピッチラグ決定部は、自己相関関数算出部により算出された自己相関関数からピッチラグを特定する、ことが好ましい。こうすれば、複数の特徴点の時間的位置からピッチラグの候補を効率的に設定でき、そのピッチラグの候補について自己相関関数を計算することで、演算量を効果的に削減しつつ、精度の高いピッチラグを特定することができる。
【００２３】
また、特徴点位置特定部は、対象区間において細分化された複数の小区間のそれぞれにおいて最大振幅を持つ複数のサンプルを複数の特徴点として特定する、ことも好ましい。かかる構成を採れば、ディジタル音声信号の特徴点を効率的に特定することができる。
【００２４】
さらに、特徴点位置特定部は、対象区間の直前区間における特徴点のインデクスを特定し、該インデクスに対して直前区間を対象に算出されたピッチラグの整数倍を加算することにより複数の特徴点のインデクスを算出する、ことも好ましい。この場合でも、直前区間の特定結果を基に対象区間の特徴点を効率的に特定することができる。
【００２５】
またさらに、特徴点位置特定部は、対象区間の直前区間の複数の特徴点のインデクスを記憶し、ピッチラグ決定部は、直前区間の複数の特徴点と対象区間の複数の特徴点との距離が最小となるようなシフト量を用いてピッチラグを特定する、ことも好ましい。かかる構成を採れば、直前の特徴点の特定結果を基に対象区間のピッチラグを特定することにより、ピッチラグ特定のための演算量を削減でき、特定されたピッチラグの精度も向上できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ピッチラグ算出に伴う演算量を低減しつつ、ピッチラグの誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるピッチ探索装置１の概略構成図である。
【図２】図１の特徴点位置特定部１０１のバッファ内におけるピッチラグ算出対象区間と過去の区間との関係を示す図である。
【図３】図１のピッチ探索装置１による開ループピッチ探索処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図１のピッチ探索装置１による開ループピッチ探索処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態にかかるピッチ探索装置１Ａの概略構成図である。
【図６】図５のピッチ探索装置１Ａによる開ループピッチ探索処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】図５のピッチ探索装置１Ａによる開ループピッチ探索処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態にかかるピッチ探索装置１Ｂの概略構成図である。
【図９】CELP符号化によって算出された残差信号の時間波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面とともに本発明による音声信号処理装置、音声信号処理方法、及び音声信号処理プログラムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２９】
［第１実施形態］
本発明は、周期性を含むディジタル音声信号について、繰り返し周期であるピッチラグを算出する装置に適用できる。例えば、本発明の適用できる装置の入力信号として、音声信号そのもの、音声信号にバンドパスフィルタ等何らかの重みをつけて得られる信号、CELPにおける聴覚重み付けフィルタを通した後の残差信号などを用いることができる。また、その他の入力信号として、上記信号を符号化あるいは復号する過程で得られる復号信号又は復号残差信号（以下、これらを「ローカルデコード信号」と呼ぶ。）を用いることもできる。さらに、その他の入力信号として、上記信号をダウンサンプリングした信号を用いることもできる。以下では、これらを総称して「入力信号」と呼ぶものとする。
【００３０】
図１は、本発明の第１実施形態に係るピッチ探索装置１の構成を示す図であり、図３及び図４は、ピッチ探索装置１によって実現される音声信号処理方法の手順を示すフローチャートである。ピッチ探索装置１は、音声符号化、あるいは音声パケットロス隠蔽において用いる開ループピッチ探索処理を実行する装置である。その他、本実施形態の音声信号処理装置は、開ループピッチ探索処理を実行する音声符号化装置、音声復号装置、或いは音声パケットロス隠蔽装置に適用することができる。本実施形態のピッチ探索装置１は、説明の便宜上、サンプリング周波数１６ｋHz, フレーム長Ｌを２０ｍｓ(Ｌ=３２０サンプル)とし、開ループピッチ探索を１０ｍｓ（１６０サンプル）毎に実施する例について述べるが、この値には限定されない。
【００３１】
ピッチ探索装置１は、物理的には図示しないCPU、ROM、RAM及び通信装置等を備える情報処理装置（コンピュータ）上で実現される装置であり、このCPUは、ROM等のピッチ探索装置１の内蔵メモリに格納された所定のコンピュータプログラム（例えば、図３及び図４のフローチャートに示す処理を行うためのコンピュータプログラム）をRAMにロードして実行することによってピッチ探索装置１を統括的に制御する。ピッチ探索装置１の通信装置は、処理の対象となる入力信号を外部から受信し、更に、特定したピッチラグに関する情報を外部に出力する。なお、ピッチ探索装置１は、音声符号化装置、音声復号装置、或いは音声パケットロス隠蔽装置の一部の構成要素として情報処理装置上に実現されていてもよい。
【００３２】
図１に示すように、ピッチ探索装置１は、機能的には、特徴点位置特定部１０１、ピッチラグ候補決定部１０２、自己相関関数算出部１０３、及びピッチラグ決定部１０４を備える。図１に示すピッチ探索装置１の各機能部は、ピッチ探索装置１のＣＰＵがピッチ探索装置１の内蔵メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することによって実現される機能である。ピッチ探索装置１のＣＰＵは、このコンピュータプログラムを実行することによって（図１に示す各機能部を用いて）、図３及び図４のフローチャートに示す処理（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ２０１〜Ｓ２０７の各処理）を順次実行する。このコンピュータプログラムの実行に必要な各種データ、及び、このコンピュータプログラムの実行によって生成された各種データは、全て、ピッチ探索装置１のＲＯＭやＲＡＭ等の内蔵メモリに格納されるものとする。
【００３３】
以下、ピッチ探索装置１の各機能部によって実現される機能について説明する。
【００３４】
特徴点位置特定部１０１は、外部から入力された入力信号を蓄積するバッファを有し、ピッチラグ算出対象となるピッチラグ算出対象区間のサンプルの入力信号ｓ（ｎ）に加えて、特定区間のサンプル数の過去の入力信号ｓ（ｎ）を蓄積して記憶する。このバッファのデータ長としては、例えば、ピッチラグ算出対象区間の分であるＭ×Ｌ’に加えて、過去の区間の分として２×Ｍ×Ｌ’が設定されている。Ｌ’は小区間の長さであるサンプル数、Ｍはピッチラグ算出対象区間に含まれる小区間の数を示し、Ｌ’は、ピッチラグ探索範囲を考慮して事前に定めた値である。ただし、バッファのデータ長は、設計により別の値としてもよい。図２には、バッファ内におけるピッチラグ算出対象区間と過去の区間との関係を示す。
【００３５】
さらに、特徴点位置特定部１０１は、ピッチラグ算出対象区間とその区間の直前の２つの小区間を含むＭ＋２個の小区間それぞれについて、すなわち、−２≦ｍ＜Ｍの範囲の第ｍ小区間のそれぞれについて特徴点を特定する。そして、特徴点位置特定部１０１は、特定した特徴点の時間的位置を示す特徴点インデクスＩ（ｍ）（−２≦ｍ＜Ｍ）を出力する。なお、特徴点位置特定部１０１が特定する特徴点の数は設計方針によりＭ＋２個とは別の値としてもよい。
【００３６】
例えば、特徴点位置特定部１０１は、下記式（６）；
【数６】
2014228599.tif 000008
により、複数の小区間ｍそれぞれにおいて最大振幅を持つサンプルｓ（ｎ）である特徴点のインデクスＩ（ｍ）を決定する。
【００３７】
なお、特徴点位置特定部１０１の処理する入力信号ｓ（ｎ）の代わりにｓ（ｎ）にローパスフィルタを適用したものを用いてもよい。ここで、Ｌ’ピッチラグ探索範囲を考慮して事前に定めた１０ｍｓを越えない値であり、例えば、Ｌ’＝４０、Ｍ＝１２と設定されるが、設計方針に応じて別の値としても良い。
【００３８】
ピッチラグ候補決定部１０２は、特徴点位置特定部１０１によって特定された複数の特徴点のインデクスＩ（ｍ）のうちの２つのインデクスから決まる特徴点間隔をピッチラグの候補として特定する。詳細には、ピッチラグ候補決定部１０２は、−２≦ｍ’＜ｍ＜Ｍを満たす２つの小区間ｍ’、ｍを選択し、２つの小区間のインデクスの差Ｉ（ｍ）−Ｉ（ｍ’）を特徴点間隔として計算する。そして、ピッチラグ候補決定部１０２は、複数の２つの小区間ｍ’、ｍの組み合わせに関して、特徴点間隔Ｐｍ’ｍ＝Ｉ（ｍ）−Ｉ（ｍ’）を算出し、特徴点間隔Ｐｍ’ｍを重複が起こらないようにピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）（ｋ＝１，…，ｋｍａｘ）に追加する。ｋｍａｘは最終的に得られたピッチラグ候補Ｋの数である。ここで、ピッチラグ算出の候補として、従来のピッチラグ探索方法と同様にして、ピッチラグ候補をＫ（ｋ）＝Ｋｍｉｎ＋ｋとすることにより、全ての値が設定されてもよい。
【００３９】
自己相関関数算出部１０３は、ピッチラグ候補決定部１０２で特定された複数のピッチラグの候補を利用して入力信号の自己相関値を示す自己相関関数を計算する。詳細には、自己相関関数算出部１０３は、下記式（７）に従い自己相関関数を算出する。
【数７】
2014228599.tif 000009
また、自己相関関数算出部１０３は、自己相関関数の算出にあたって、下記式（８）のように特徴点周辺のサンプルのみを用いることで演算量を削減してもよい。ここで、定数ｄは実験的に定められる定数であり、０を含む正の数である。
【数８】
2014228599.tif 000010
【００４０】
ピッチラグ決定部１０４は、自己相関関数算出部１０３により算出された複数のピッチラグ候補に対応する自己相関関数値を基に、ピッチラグ候補の中からピッチラグ算出対象区間に最適なピッチラグを特定する。すなわち、ピッチラグ決定部１０４は、下記式（９）に従いピッチラグを特定する。
【数９】
2014228599.tif 000011
【００４１】
また、ピッチラグ決定部１０４は、下記式（１０）のような計算を加えてもよい。このような計算を加える場合には、入力信号ｓ（ｎ）がピッチラグ決定部１０４にも入力される。
【数１０】
2014228599.tif 000012
【００４２】
さらに、ピッチラグ決定部１０４は、自己相関関数算出部１０３から得られる自己相関関数値に加えて、特徴点位置特定部１０１から複数の特徴点の振幅を取得し、自己相関関数の値と特徴点の振幅の両方、あるいは特徴点の振幅のみを、ピッチラグ決定部１０４におけるピッチラグの選択に用いてもよい。
【００４３】
次に、図３及び図４を参照して、ピッチ探索装置１によって実行される開ループピッチ探索処理の手順を説明すると共に、本実施形態の音声信号処理方法について詳述する。
【００４４】
まず、図３を参照して、開ループピッチ探索処理が開始されると、特徴点位置特定部１０１において外部から入力された入力信号ｓ（ｎ）が蓄積された後、特徴点位置特定部１０１により、ピッチラグ算出対象区間とその区間の直前の２つの小区間を含むＭ＋２個の小区間それぞれについて、特徴点のインデクスＩ（ｍ）が算出される（ステップＳ１０１）。次に、ピッチラグ候補決定部１０２により、特徴点位置特定部１０１によって特定された複数の特徴点のインデクスＩ（ｍ）のうちの２つのインデクスから決まる特徴点間隔Ｐｍ’ｍ＝Ｉ（ｍ）−Ｉ（ｍ’）が算出され、特徴点間隔Ｐｍ’ｍが重複が起こらないようにピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）（ｋ＝１，…，ｋｍａｘ）に追加される（ステップＳ１０２）。その後、自己相関関数算出部１０３により、ピッチラグ候補決定部１０２で特定された複数のピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）（ｋ＝１，…，ｋｍａｘ）を利用して入力信号ｓ（ｎ）の自己相関値を示す自己相関関数ｒ（Ｋ（ｋ））が計算される（ステップＳ１０４）。さらに、ピッチラグ決定部１０４により、算出された複数のピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）に対応する自己相関関数値ｒ（Ｋ（ｋ））を基に、ピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）の中からピッチラグ算出対象区間に最適なピッチラグＴが特定されて出力される（ステップＳ１０４）。
【００４５】
ここで、ステップＳ１０２のピッチラグ候補の算出においては、図４に示すように、まず、２つの小区間の位置を示すパラメータｍ，ｍ’が共に“０”に設定され、ピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）内のピッチラグ候補数を特定するパラメータｋが“０”に設定される。次に、小区間ｍと小区間ｍ’との間の特徴点間隔Ｐｍ’ｍが算出される（ステップＳ２０１）。そして、既に加えられたピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）の中に特徴点間隔隔Ｐｍ’ｍが存在するか否かが判定される（ステップＳ２０２）。その結果、特徴点間隔隔Ｐｍ’ｍが存在すると判断された場合には（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、特徴点間隔隔Ｐｍ’ｍはピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）には追加されず、特徴点間隔隔Ｐｍ’ｍが存在しないと判断された場合には（ステップＳ２０２；ＮＯ）、特徴点間隔隔Ｐｍ’ｍがピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）に追加され、ピッチラグ候補列の数ｋに１が加算される（ステップＳ２０３）。
【００４６】
さらに、パラメータｍ’がパラメータｍより小さいか否かが判定され（ステップＳ２０４）、パラメータｍ’がパラメータｍより小さいと判定された場合には（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）、パラメータｍ’に１が加算されて（ステップＳ２０５）、処理がステップＳ２０１に戻されてピッチラグ候補の算出が繰り返される。一方、パラメータｍ’がパラメータｍ以上と判定された場合には（ステップＳ２０４；ＮＯ）、パラメータｍがピッチラグ算出対象区間の小区間の数を示すパラメータＭより小さいか否かが判定される（ステップＳ２０６）。判定の結果、パラメータｍがパラメータＭより小さいと判定された場合には（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、パラメータｍに１が加算されて(ステップＳ２０７)、処理がステップＳ２０１に戻されてピッチラグ候補の算出が繰り返される。一方、パラメータｍがパラメータＭ以上と判定された場合には（ステップＳ２０６；ＮＯ）、ピッチラグ候補列Ｋ（ｋ）が確定されてピッチラグ候補の算出を終了する。
【００４７】
以上説明したピッチ探索装置１、及びそれを用いたピッチ探索処理によれば、入力信号ｓ（ｎ）のピッチラグ算出対象区間において複数の特徴点が特定され、複数の特徴点のインデクスＩ（ｍ）を基にピッチラグＴが決定されるので、ピッチラグの決定のための演算の演算量を削減できる。また、ピッチラグ算出対象区間における複数の特徴点の時間的位置を基にピッチラグを検出することにより、ピッチラグの誤検出も防止することができる。
【００４８】
特に、上記ピッチ探索装置１は、複数の特徴点のインデクスＩ（ｍ）のうち２つのインデクスから決まる特徴点間隔Ｐｍ’ｍをピッチラグの候補列Ｋ（ｋ）として特定するピッチラグ候補決定部１０２と、ピッチラグ候補決定部１０２で特定されたピッチラグの候補列Ｋ（ｋ）について自己相関関数ｒ（Ｋ（ｋ））を計算する自己相関関数算出部１０３とをさらに備え、ピッチラグ決定部１０４は、自己相関関数算出部１０３により算出された自己相関関数からピッチラグを特定する。このような構成により、複数の特徴点の時間的位置からピッチラグの候補を効率的に設定でき、そのピッチラグの候補について自己相関関数を計算することで、演算量を効果的に削減しつつ、精度の高いピッチラグを特定することができる。ここで、特許文献（特開２０１０−１５６９７５号公報）に記載のピッチ検索方法では自己相関関数算出に用いる入力信号の範囲をパルス周辺に限定するのに対して、本実施形態では自己相関関数算出に用いる入力信号の範囲をパルス周辺に限定しないことによりピッチの誤検出を低減することができる。
【００４９】
また、特徴点位置特定部１０１は、ピッチラグ算出対象区間において細分化された複数の小区間のそれぞれにおいて最大振幅を持つ複数のサンプルを複数の特徴点として特定するので、入力信号の特徴点を効率的に特定することができる。
【００５０】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るピッチ探索装置１Ａの構成を示す図であり、図６及び図７は、ピッチ探索装置１Ａによって実現される音声信号処理方法の手順を示すフローチャートである。
【００５１】
ピッチ探索装置１Ａは、特徴点位置特定部１０１Ａ、ピッチラグ候補決定部１０２、自己相関関数算出部１０３、及びピッチラグ決定部１０４を備える。ピッチラグ候補決定部１０２、自己相関関数算出部１０３、及びピッチラグ決定部１０４のそれぞれの機能は、第１実施形態のピッチ探索装置１の機能と同様である。
【００５２】
ピッチ探索装置１Ａの特徴点位置特定部１０１Ａは、ピッチラグ算出対象区間の直前の区間のローカルデコード信号について複数の特徴点のインデクスを特定し、それらの複数の特徴点のインデクスに対して直前区間を対象に算出されたピッチラグＴの整数倍を加算することにより、ピッチラグ算出対象区間のピッチラグ算出のための特徴点のインデクスＩ（ｍ）を算出する。詳細には、特徴点位置特定部１０１Ａは、直前区間のローカルデコード信号ｓ（ｎ）について、直前区間を対象に算出されたピッチラグＴを参照しながら、−Ｔ≦ｎ＜０の範囲で特徴点のインデクスｐｐを求める。この特徴点のインデクスの算出には上記式（６）を用いる。そして、特徴点位置特定部１０１Ａは、整数値ｔを用いて複数の特徴点のインデクスＩ（ｍ）を、下記式（１１）；
Ｉ（ｍ）＝ｐｐ＋ｔ×Ｔ      …（１１）
により算出する。
【００５３】
また、特徴点位置特定部１０１Ａは、より高い精度で特徴点を算出するために、下記式（１２）；
【数１１】
2014228599.tif 000013
を用いて、特徴点のインデクスＩ（ｍ）を更新してもよい。ここで、パラメータｌ、ｄは実験的に定まる定数である。
【００５４】
また、特徴点位置特定部１０１Ａは、図２における過去の区間について、音声符号化過程で得られたローカルデコード信号；
【数１２】
2014228599.tif 000014
が得られる場合は、下記式（１３）；
【数１３】
2014228599.tif 000015
に従って特徴点のインデクスＩ（ｍ）を決定してもよい。
【００５５】
ピッチ探索装置１Ａによって実行される開ループピッチ探索処理の手順に関しては、図６のステップＳ３０２〜Ｓ３０４に示す手順は、図３のステップＳ１０２〜Ｓ１０４の手順と同様であり、図６のステップＳ３０１及び図７に示す特徴点インデクスの特定処理のみが第１実施形態と異なる。
【００５６】
すなわち、ピッチ探索装置１Ａにおいてピッチ探索処理が開始されると、小区間の位置を示すパラメータｍ，整数値パラメータｔが共に“０”に設定され、特徴点インデクスＩ（ｍ）の初期値が“−１”に設定される。そして、直前区間の複数の特徴点（パルス）のインデクスｐｐが特定される（ステップＳ４０１）。その後、インデクスｐｐに直前区間を対象に算出されたピッチラグＴの整数倍を加算した値がピッチラグ算出対象区間の終端に達しているか否かが判定される（ステップＳ４０２）。判定の結果、ピッチラグ算出対象区間の終端に達している場合には（ステップＳ４０２；ＮＯ）、特徴点インデクスの特定処理が終了される。
【００５７】
一方、ピッチラグ算出対象区間の終端に達していない場合には（ステップＳ４０２；ＹＥＳ）、ピッチラグ算出対象区間の小区間ｍの特徴点インデクスＩ（ｍ）が上記式（１１）によって計算される（ステップＳ４０３）。次に、計算されたインデクスＩ（ｍ）が上記式（１２）によって補正される（ステップＳ４０４）。その後、パラメータｍ，ｔのそれぞれに１が加算されて（ステップＳ４０５、Ｓ４０６）、処理がステップＳ４０２に戻される。
【００５８】
以上説明したピッチ探索装置１Ａ、及びそれを用いた音声信号処理方法によれば、直前に算出されたピッチラグを用いることによりパルス探索の演算量を大幅に削減することができるため、全体の演算量をさらに削減することができる。
【００５９】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係るピッチ探索装置１Ｂの構成を示す図である。このピッチ探索装置１Ｂは、パルスインデクスの間隔を用いて、ピッチラグ算出対象区間における各小区間のピッチラグを求める点が特徴であり、特徴点位置特定部１０１Ｂとピッチラグ決定部１０４とを含んで構成されている。
【００６０】
詳細には、特徴点位置特定部１０１Ｂは，対象区間の直前の区間について求められた複数の特徴点インデクスＩ（ｍ）（ｍ＝−Ｍ，…，−１）、及びピッチラグＴを内部のバッファに記憶している。そして、特徴点位置特定部１０１Ｂは、図７に示した手順と同様の手順を用いて、ピッチラグ算出対象区間の特徴点インデクスＩ（ｍ）（ｍ＝０，…Ｍ−１）を算出する。
【００６１】
ピッチラグ決定部１０４Ｂは、直前区間の複数の特徴点とピッチラグ算出対象区間の複数の特徴点との距離が最小になるようなシフト量を計算し、そのシフト量をピッチラグ算出対象区間のピッチラグとして決定する。すなわち、ピッチラグ決定部１０４Ｂは、下記式（１４）；
【数１４】
2014228599.tif 000016
によりピッチラグ算出対象区間のピッチラグＴを特定する。
【００６２】
また、ピッチラグ決定部１０４Ｂは、上記ピッチラグの計算において、下記式（１５）；
【数１５】
2014228599.tif 000017
により、特徴点毎に定まる重みｗ（ｉ）を掛けてもよい。この重みｗ（ｉ）は、特徴点Ｉ（ｍ）に対応するサンプルｓ（ｎ）の振幅値に応じて定められてもよいし、実験的に定められる値が用いられてもよい。
【００６３】
また、ピッチラグ決定部１０４Ｂは、下記式（１６）の評価関数に基づいてピッチラグＴを決定してもよい。
【数１６】
2014228599.tif 000018
【００６４】
また、ピッチラグ決定部１０４Ｂは、下記式（１７）の評価関数に基づいてピッチラグＴを決定してもよい。
【数１７】
2014228599.tif 000019
【００６５】
さらに、特徴点位置特定部１０１Ｂは、バッファ中の特徴点インデクスをその都度更新する。また、特徴点位置特定部１０１Ｂが計算過程で得られる特徴点の振幅値等の特徴量をピッチラグ決定部１０４Ｂに入力し、ピッチラグ決定部１０４Ｂがその特徴量をピッチラグの算出に用いてもよい。
【００６６】
上記のようなピッチ探索装置１Ｂによれば、ピッチラグ算出の演算量をさらに削減することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ，１Ｂ…ピッチ探索装置、１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ…特徴点位置特定部、１０２…ピッチラグ候補決定部、１０３…自己相関関数算出部、１０４，１０４Ｂ…ピッチラグ決定部。
【図１】
2014228599.tif 000020
【図２】
2014228599.tif 000021
【図３】
2014228599.tif 000022
【図４】
2014228599.tif 000023
【図５】
2014228599.tif 000024
【図６】
2014228599.tif 000025
【図７】
2014228599.tif 000026
【図８】
2014228599.tif 000027
【図９】
2014228599.tif 000028