(57)【要約】【課題】音声データ再生装置単体であっても音声データの再生速度の変換処理を可能にする。【解決手段】任意のゼロクロス点から基準ゼロクロス点を設定する工程、基準ゼロクロス点から第１所定時間範囲内で時間的に後のゼロクロス点を選択する工程、基準ゼロクロス点から第２所定時間までの波形における基準相関関数を算出する工程、先に選択された複数のゼロクロス点から第２所定時間までの波形における相関関数を算出する工程、基準相関関数と相関関数との相関値の一致率が最高値である相関関数を有する波形のゼロクロス点を第２基準ゼロクロス点とし、基準ゼロクロス点と第２基準ゼロクロス点との時間差を基本周期として算出し、基本周期単位で音声データの伸縮を実行することで、音声データの再生速度を変更する処理を行うことを特徴とする音声データ再生速度変換方法および音声データ再生速度変換装置である。【選択図】図８
2014145863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声データの再生速度を変換して再生する音声データ再生速度変換方法において、
再生対象となる原音声データのＤＣ成分を除去するＤＣ成分除去工程と、
ＤＣ成分が除去された原音声データの基本周波数を抽出するために、カットオフ周波数を前記基本周波数の中間値に設定して低域ろ波して、前記基本周波数で構成される基本音声信号を抽出する基本音声信号抽出工程と、
前記基本音声信号の立ち上がりゼロクロス点を抽出するゼロクロス点抽出工程と、
前記立ち上がりゼロクロス点のうちの任意のゼロクロス点を基準ゼロクロス点として設定する基準ゼロクロス点設定工程と、
前記基準ゼロクロス点から、予め設定された第１所定時間範囲内で、前記基準ゼロクロス点から時間的に後の立ち上がりゼロクロス点を複数選択する、ゼロクロス点選択工程と、
前記基準ゼロクロス点から、予め設定された第２所定時間までの基準波形を選定する基準波形選定工程と、
前記ゼロクロス点選択工程により選択された複数のゼロクロス点のそれぞれから前記第２所定時間までの比較対象波形を選定する比較対象波形選定工程と、
前記基準波形と前記基準波形との相関値を相関関数を用いて算出する自己相関値算出工程と、
前記基準波形と前記比較対象波形との相関値を相関関数を用いて算出する相関値算出工程と、
前記自己相関値と前記各々の相関値とを比較し、前記自己相関値に対する前記相関値の一致率が最高値である相関値を算出する際に用いた前記比較対象波形のゼロクロス点を第２基準ゼロクロス点とし、前記音声データにおいて前記基準ゼロクロス点に該当する点を始点、前記音声データにおいて前記第２基準ゼロクロス点に該当する点を終点とし、前記音声データを始点と終点とによって区切られた領域を音声ブロックとするように算出する音声ブロック算出工程と、
前記音声ブロック単位で前記音声データの伸縮を実行することにより、前記音声データの再生速度を変更する再生速度変更工程と、
を有することを特徴とする音声データ再生速度変換方法。
【請求項２】
音声データの再生速度を変換して再生する音声データ再生速度変換装置において、
再生対象となる原音声データのＤＣ成分を除去するＤＣ成分除去手段と、
ＤＣ成分が除去された原音声データの基本周波数を抽出するために、カットオフ周波数を前記基本周波数の中間値に設定して低域ろ波して、前記基本周波数で構成される基本音声信号を抽出する基本音声信号抽出手段と、
前記基本音声信号の立ち上がりゼロクロス点を抽出するゼロクロス点抽出手段と、
前記立ち上がりゼロクロス点のうちの任意のゼロクロス点を基準ゼロクロス点として設定する基準ゼロクロス点設定手段と、
前記基準ゼロクロス点から、予め設定された第１所定時間範囲内で、前記基準ゼロクロス点から時間的に後の立ち上がりゼロクロス点を複数選択する、ゼロクロス点選択手段と、
前記基準ゼロクロス点から、予め設定された第２所定時間までの基準波形を選定する基準波形選定手段と、
前記ゼロクロス点選択手段により選択された複数のゼロクロス点のそれぞれから前記第２所定時間までの比較対象波形を選定する比較対象波形選定手段と、
前記基準波形と前記基準波形との相関値を相関関数を用いて算出する自己相関値算出手段と、
前記基準波形と前記比較対象波形との相関値を相関関数を用いて算出する相関値算出手段と、
前記自己相関値と前記各々の相関値とを比較し、前記自己相関値に対する前記相関値の一致率が最高値である相関値を算出する際に用いた前記比較対象波形のゼロクロス点を第２基準ゼロクロス点とし、前記音声データにおいて前記基準ゼロクロス点に該当する点を始点、前記音声データにおいて前記第２基準ゼロクロス点に該当する点を終点とし、前記音声データを始点と終点とによって区切られた領域を音声ブロックとするように算出する音声ブロック算出手段と、
前記音声ブロック単位で前記音声データの伸縮を実行することにより、前記音声データの再生速度を変更する再生速度変更手段と、
を有することを特徴とする音声データ再生速度変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音声データ再生速度変換方法および音声データ再生速度変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやカセットテープ、ビデオテープ等の記録媒体に記録された音声信号を再生する際において、標準の再生速度に対して再生速度を変えて再生する場合がある。例えば、短時間で所定量の内容を聞きたい場合には再生速度を上げ、また早口などの理由で聞き取りにくい場合には再生速度を下げてゆっくり再生するのである。このように再生速度を変えるには、ＣＤの回転速度やテープの走行速度を上げたり、また下げたりすることで実現される。ところが、この音声再生方法ではＣＤ等の記録媒体から読み出される音声信号自体の周波数も再生速度の変化に合わせて変化するため、音程も変化して聞きにくいという課題があった。
【０００３】
そこで、音程はそのままにして再生速度のみを変換する方法として、原音声信号をある時間長の複数の音声ブロックＡｎ（ｎは自然数）に分割し、それらの組み合わせを変更して再生速度を変化させる方法がある。例えば２倍速で再生する場合には、音声ブロックＡｎを一つおきに間引いて再生（一例としてＡ１・Ａ３・Ａ５・…と再生）することによって、再生音声信号の全体の再生時間を半分にすることが可能となり、しかも原音声信号の周波数はある程度元のままであるから音声の音程を殆ど変えることなく再生することが可能になっている。
なお、ここでいう音声ブロックは、原音声信号の当該区間に含まれる周波数成分のうち最も低いものである基本周波数の逆数である基本周期によって分割される。音声信号は常に変化しているので基本周波数も当然に変化し、隣り合う音声ブロックの時間長は異なっていることが多い。
【０００４】
しかしながら、原音声信号を複数の音声ブロックＡｎに分割する時に不適切な時間長で分割してしまうと、音声ブロックの組み合わせを変更して再生速度を変化させる際に、当該不適切な時間長の音声ブロックとの繋ぎ目部分において信号が不連続になるため、耳障りなノイズが発生する原因となる。
そこで、原音声信号を複数の音声ブロックＡｎ分割する時に原音声信号のゼロクロス点に着目して音声ブロックの適切な分割点を決定しようとする方法があり、これによって音声ブロックの繋ぎ目部分はゼロクロス点となるため信号レベルが不連続とならず、ノイズの低減が可能になっている。このようなゼロクロス点に着目して適切な音声ブロックの分割を行う技術としては、たとえば、特許文献１〜３に開示されているような機能を有するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】公開特許公報  特開２００２−３１３０１５号
【特許文献２】公開特許公報  特開２００７−９４００４号
【特許文献３】公開特許公報  特開２００８−２０８７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３に開示されている音声データの再生速度変換機能を実現するにあたっては、オリジナルの音声データから音声ブロックを適切な時間長で抽出する際における演算量が膨大になってしまう。このため再生速度変換の処理は演算処理能力の高いパーソナルコンピュータ等により行われることが前提になっている。しかしながら、音声データの再生装置はパーソナルコンピュータ以外にも持ち運び可能な専用再生機として実現する要望もあるが、持ち運び可能とするためにはバッテリーの容量や熱設計の観点からパーソナルコンピュータ等に用いられるような演算処理能力の高いＣＰＵを選択できない事情がある。そこで演算処理能力の低いＣＰＵを選択すると再生速度変換の処理に時間がかかりリアルタイム処理が実現できないという課題がある。
【０００７】
加えて、音声すなわち人間の声の基本周波数は、老若男女で７０〜３５０Ｈｚと大きく異なり、原音声信号を単純一律に処理しただけでは音声ブロックの時間長の根拠となる基本周波数を算出することができないため複雑な演算を必要とし、音声データ処理をより困難なものにしている。
【０００８】
そこで本発明は、演算処理能力が高く無い音声データ再生装置であっても音声データの再生速度の変換処理を可能にした音声データ再生速度変換方法および音声データ再生速度変換装置の提供を第１の目的としている。
また、音声データの基本周期を適切に算出することにより、音声データの再生速度を変換しても音声データの再生品質の低下を大幅に軽減することを可能とした音声データ再生速度変換方法および音声データ再生速度変換装置の提供を第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明者は鋭意研究を行った結果、以下の構成に想到した。
すなわち、音声データの再生速度を変換して再生する音声データ再生速度変換方法において、再生対象となる原音声データのＤＣ成分を除去するＤＣ成分除去工程と、ＤＣ成分が除去された原音声データの基本周波数を抽出するために、カットオフ周波数を前記基本周波数の中間値に設定して低域ろ波して、前記基本周波数で構成される基本音声信号を抽出する基本音声信号抽出工程と、前記基本音声信号の立ち上がりゼロクロス点を抽出するゼロクロス点抽出工程と、前記立ち上がりゼロクロス点のうちの任意のゼロクロス点を基準ゼロクロス点として設定する基準ゼロクロス点設定工程と、前記基準ゼロクロス点から、予め設定された第１所定時間範囲内で、前記基準ゼロクロス点から時間的に後の立ち上がりゼロクロス点を複数選択する、ゼロクロス点選択工程と、前記基準ゼロクロス点から、予め設定された第２所定時間までの基準波形を選定する基準波形選定工程と、前記ゼロクロス点選択工程により選択された複数のゼロクロス点のそれぞれから前記第２所定時間までの比較対象波形を選定する比較対象波形選定工程と、前記基準波形と前記基準波形との相関値を相関関数を用いて算出する自己相関値算出工程と、前記基準波形と前記比較対象波形との相関値を相関関数を用いて算出する相関値算出工程と、前記自己相関値と前記各々の相関値とを比較し、前記自己相関値に対する前記相関値の一致率が最高値である相関値を算出する際に用いた前記比較対象波形のゼロクロス点を第２基準ゼロクロス点とし、前記音声データにおいて前記基準ゼロクロス点に該当する点を始点、前記音声データにおいて前記第２基準ゼロクロス点に該当する点を終点とし、前記音声データを始点と終点とによって区切られた領域を音声ブロックとするように算出する音声ブロック算出工程と、前記音声ブロック単位で前記音声データの伸縮を実行することにより、前記音声データの再生速度を変更する再生速度変更工程と、を有することを特徴とする音声データ再生速度変換方法である。
これにより音声データの再生速度を変換する際の演算量が大幅に減少し、音声データの再生装置単体であっても音声データの再生速度の変換処理を行うことができる。また、音声データの再生速度変換処理を行うにあたっては、常に音声データの基本単位である音声ブロックを正確に抽出することが可能になるため、再生速度変換後における音声データの再生品質を従来に比較して大幅に向上させることが可能である。
【００１０】
また、他の発明として、音声データの再生速度を変換して再生する音声データ再生速度変換装置において、再生対象となる原音声データのＤＣ成分を除去するＤＣ成分除去手段と、ＤＣ成分が除去された原音声データの基本周波数を抽出するために、カットオフ周波数を前記基本周波数の中間値に設定して低域ろ波して、前記基本周波数で構成される基本音声信号を抽出する基本音声信号抽出手段と、前記基本音声信号の立ち上がりゼロクロス点を抽出するゼロクロス点抽出手段と、前記立ち上がりゼロクロス点のうちの任意のゼロクロス点を基準ゼロクロス点として設定する基準ゼロクロス点設定手段と、前記基準ゼロクロス点から、予め設定された第１所定時間範囲内で、前記基準ゼロクロス点から時間的に後の立ち上がりゼロクロス点を複数選択する、ゼロクロス点選択手段と、前記基準ゼロクロス点から、予め設定された第２所定時間までの基準波形を選定する基準波形選定手段と、前記ゼロクロス点選択手段により選択された複数のゼロクロス点のそれぞれから前記第２所定時間までの比較対象波形を選定する比較対象波形選定手段と、前記基準波形と前記基準波形との相関値を相関関数を用いて算出する自己相関値算出手段と、前記基準波形と前記比較対象波形との相関値を相関関数を用いて算出する相関値算出手段と、前記自己相関値と前記各々の相関値とを比較し、前記自己相関値に対する前記相関値の一致率が最高値である相関値を算出する際に用いた前記比較対象波形のゼロクロス点を第２基準ゼロクロス点とし、前記音声データにおいて前記基準ゼロクロス点に該当する点を始点、前記音声データにおいて前記第２基準ゼロクロス点に該当する点を終点とし、前記音声データを始点と終点とによって区切られた領域を音声ブロックとするように算出する音声ブロック算出手段と、前記音声ブロック単位で前記音声データの伸縮を実行することにより、前記音声データの再生速度を変更する再生速度変更手段と、を有することを特徴とする音声データ再生速度変換装置もある。
これにより音声データの再生速度を変換する際の演算量が大幅に減少し、音声データ再生装置単体であっても音声データの再生速度の変換処理を行うことができる。また、音声データの再生速度変換処理を行うにあたって、音声データの基本単位である音声ブロックを正確に抽出することが可能になるため、再生速度変換後における音声データの再生品質を従来技術に比較して大幅に向上させることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる構成によれば、音声データの再生速度を変換する際の演算量が大幅に減少し、演算処理能力が高く無い音声データ再生装置であっても音声データの再生速度の変換処理を行うことができる。また、音声データの再生速度変換処理を行うにあたっての基本単位である音声ブロックを常に正確に抽出することが可能になるため、従来技術に比較して処理能力が遥かに低い音声再生装置であっても再生品質を損なうこと無く音声データの再生速度変換が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態にかかる音声データ再生装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態にかかる音声データ再生速度変換方法における処理フロー図である。
【図３】オリジナルの音声データの波形を示すグラフである。
【図４】図３に示す音声データからＤＣ成分を除去した後の波形を示すグラフである。
【図５】図４に示す音声データをカットオフ周波数により低域ろ波した後の音声データの波形を示すグラフである。
【図６】図５に示す音声データのグラフを用いて立ち上がりゼロクロス点を抽出し、抽出した立ち上がりゼロクロス点を矢印で示した音声データの波形を示すグラフである。
【図７】基準波形および比較対象波形の始点位置点を示す音声データの波形を示すグラフである。
【図８】基準波形と比較対象波形との相関度の算出結果の一覧である。
【図９】基準波形との相関度が最も高い比較対象波形の始点側の立ち上がりゼロクロス点の位置を示す音声データの波形を示すグラフである。
【図１０】音声データの基本音声ブロックを抽出した状態を示す音声データの波形を示すグラフである。
【図１１】音声ブロックの合成方法の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる音声データ再生装置と音声データ再生速度変換方法の実施形態について図面に基づいて説明する。
本実施形態にかかる音声データ再生装置１０は、図１に示すように、各種の音声データの入出力を行うデータ入出力部２０と、データ入出力部２０からのデータを記憶するデータ記憶部３０と、データ記憶部３０に記憶されたデータをフィルタリング処理するフィルタ部４０と、フィルタ部４０によりフィルタリングされた音声データに対する各種の演算処理を行う演算部５０と、を有している。
【００１４】
以下に、図１と図２を用いて、音声データ再生装置１０の各部の構成と、データ入出力部２０により収集された音声データの再生速度の変換方法の処理フローについて、並行して説明を行う。本実施形態においては、音声データの一例として、視覚に障がいがある人たちが読書を楽しむことができるように、本に記載されている文章情報を音声でデジタル録音したＤＡＩＳＹ（Digital Accessible Information SYstem）規格による音声データを用いているが、本願発明における音声データはＤＡＩＳＹ規格による音声データに限定されるものではなく、一般的な電子書籍などにも適用可能である。
【００１５】
まず、音声データ再生装置１０は、１００ｍｓｅｃ分の音声データをデータ入出力部２０の音声データ収集手段２２により収集し、データ記憶部３０に記憶させる（音声データ収集工程）。これは１００ｍｓｅｃ単位でのバッファリング入力を行うということである。その際、２回目以降の音声データ収集工程においてその前の回に収集した音声データの一部が次回繰越データ記憶手段３９に処理されずに残っている場合は、その音声データを今回収集した音声データの先頭に挿入して、一緒に記憶させる。このような音声データは、光ディスクや半導体メモリーなどに代表される記録媒体やネットワーク等を介して入手することができる。
【００１６】
音声データは音声データの冒頭部からの経過時間と関連付けされた状態で、データ記憶部３０に設けられた音声データ記憶手段３１にオリジナルの音声データ（原音声データ）として記憶される。
音声データ記憶手段３１に記憶されたオリジナルの音声データを波形データとしてあらわすと、図３に示すような波形グラフになる。先述にあるように、図３のグラフの横軸は始端から終端までの間が概ね１００ｍｓｅｃになっている。図４以降の図に示すグラフにおける横軸も図３と同様である。
【００１７】
図３に示したオリジナルの音声データＤ００にはＤＣ成分（直流成分）が含まれていることがあるため、ＤＣ成分を除去するために、フィルタ部４０に設けられたＤＣ成分除去手段４２によりＤＣ成分を除去する処理を行う（ＤＣ成分除去工程）。このようなＤＣ成分除去手段４２としては、例えば１０Ｈｚをカットオフ周波数としたハイパスフィルタを用いることができる。このようにしてオリジナルの音声データＤ００からＤＣ成分を除去して得られた一次処理音声データＤ０１のグラフを図４に示す。
以上の方法により得られた一次処理音声データＤ０１は、音声データの収集開始時間からの経過時間と関連付けられた状態で、データ記憶部３０に設けられた一次処理音声データ記憶手段３２に記憶される。
【００１８】
図４に示す一次処理音声データＤ０１には、抽出対象外の高周波成分が含まれているため、一次処理音声データＤ０１から音声データにおける基本データ単位となる音声ブロックが抽出しにくくなっている。そこで、図４に示す一次処理音声データＤ０１を用いて、オリジナルの音声データＤ００から音声ブロックを抽出しやすくすることが必要になる。具体的には、フィルタ部４０に設けられた基本音声信号抽出手段４４により、高周波成分の除去が行われる（基本音声信号抽出工程）。このような基本音声信号抽出手段４４として、本実施形態においては、カットオフ周波数を２００Ｈｚに設定したローパスフィルタを用いている。このカットオフ周波数であるが、音声データの主成分である人間の声の基本周波数は一般的に男性が７０Ｈｚ〜２００Ｈｚ・女性や子供が１５０Ｈｚ〜３５０Ｈｚであり、フィルタの高周波側の減衰特性を考慮して大凡の中間値である２００Ｈｚを選択した。このようなローパスフィルタにより一次処理音声データＤ０１に対して低域ろ波処理が行われ、二次処理音声データＤ０２を得ることができる。
【００１９】
このようにしてＤＣ成分の除去と低域ろ波処理が施された二次処理音声データＤ０２の波形は、図５に示すような波形（グラフ）になる。
ローパスフィルタによって低域ろ波処理が施されたことにより、抽出対象外の周波数成分が除去された状態に成形（フィルタリング）された二次処理音声データＤ０２は、それぞれ音声データの冒頭部からの経過時間と関連付けられた状態でデータ記憶部３０に設けられた二次処理音声データ記憶手段３３に記憶される。この時、ハイパスフィルタを適用した後に一次処理音声データ記憶手段３２に記憶させていた一次処理音声データＤ０１は消去してもよい。
【００２０】
次に、演算部５０に設けられたゼロクロス点抽出手段５１により図５に示すグラフの値が負の値から正の値に切り替わる、いわゆる立ち上がりゼロクロス点を抽出させる処理を行う（ゼロクロス点抽出工程）。本実施形態における、ゼロクロス点抽出工程においては、以下のルールに基づいてゼロクロス点を抽出している。
【００２１】
まず、二次処理音声データＤ０２の波形を示すグラフにおいては、必ずゼロクロス点からグラフがはじまっているので、先頭位置を一つ目のゼロクロス点として抽出することを基本とする。
また、二次処理音声データＤ０２の波形を示す図５のグラフにおいて、１つ前のゼロクロス点を起点とし、縦軸の値が−４２ｄＢ以下の振幅の波形ではゼロクロス点が見つかったとしてもゼロクロス点とみなさず、縦軸の値が−４２ｄＢを超えている振幅の波形でゼロクロス点が見つかった場合に有音ブロックとしてゼロクロス点を抽出する。これは、グラフにおいて無音といわれる部分であってもわずかに波形を描いているためであり、そのようなわずかな波形部分でゼロクロス点を誤抽出しないようにグラフの縦軸の振幅の値に−４２ｄＢという閾値を設定している。これとは反対に、１サンプルでもグラフの縦軸の振幅の値が−４２ｄＢを超えている場合は、それ以降に見つかった最初のゼロクロス点を抽出し、ひとつ前のゼロクロス点から今回見つかったゼロクロス点までの範囲が有音ブロックであるものとして扱う。
【００２２】
さらに、グラフの縦軸の振幅の値が−４２ｄＢ以下のまま１０ｍｓｅｃ（４４１サンプル）続いた場合は無音ブロックであるものとみなし、その終点がゼロクロス点でなくても無音ブロックとして区切る。このように、無音区間であっても１０ｍｓｅｃ毎に区切ることで、有音ブロックも無音ブロックも同程度の長さとなり、音声データのブロック合成処理等を容易に行うことができる。
さらにまた、グラフの縦軸の値が−４２ｄＢより大きい振幅が存在するが、２０ｍｓｅｃ（８８２サンプル）以内にゼロクロス点が来ない場合は、無音ブロックであるものとみなし、その終点がゼロクロス点でなくても無音ブロックとして区切る。これは、たとえ有音であっても２０ｍｓｅｃ以上の周期を有するグラフの波形は、フィルタ処理で取りきることができなかったバックノイズと考えられるためである。
【００２３】
本実施形態においては、有音ブロックも無音ブロックも同程度の長さのブロックにすることを基本としているため、先述のような例外的な波形の音声データも２０ｍｓｅｃで区切り便宜的に無音ブロックと扱う。そして、この無音ブロック以降で初めて見つかったゼロクロス点についても、データ取扱い上の便宜を図るために分割したブロックの残り部分という扱いで無音ブロックのゼロクスロス点として抽出している。すなわち、この場合においては例外的に、グラフの縦軸の値が−４２ｄＢ以下の振幅であってもゼロクロス点として抽出している。
【００２４】
さらに、無音ブロックの直後にグラフの縦軸の振幅が−４２ｄＢを超える振幅の波形でゼロクロス点が見つかった場合、無音ブロックと有音ブロックに分割して抽出する。これは、無音ブロックとして区切られたゼロクロス点の後に縦軸の値が−４２ｄＢを超える振幅を有する新たなゼロクロス点が見つかった場合、さらにその２つのゼロクロス点の間に縦軸の振幅の値が−４２ｄＢを超えないために抽出されなかったゼロクロス点が一つでも存在する場合の２条件を満たした場合である。より詳細には、その直前のゼロクロス点までを無音ブロックとしてゼロクロス点として抽出したうえで、本来見つかったゼロクロス点を有音ブロックとして抽出している。つまり、２つのゼロクロス点を抽出することになる。このような取り扱いは、有音ブロックの先頭が必ずゼロクロス点から始まるようにするためのものである。
【００２５】
本実施形態においては、いわゆる無音部分と呼ばれる無音ブロックにおけるわずかな波形部分でゼロクロス点を誤抽出しないように、グラフの縦軸の振幅の値に−４２ｄＢという閾値を設定しているが、この閾値は−４２ｄＢに限定されるものではない。音声データの特性に合わせて本実施形態で用いた閾値とは異なる閾値を適宜用いることができる。
【００２６】
このようにして立ち上がりゼロクロス点を抽出した状態は図６に示す状態になる。図６中の矢印位置が、ゼロクロス点抽出手段５１により以上の処理方法に則って抽出された立ち上がりゼロクロス点である。ゼロクロス点抽出手段５１は、図６中の矢印位置における時間情報も抽出する。
【００２７】
ＤＣ成分が除去され、低域ろ波処理が施され、立ち上がりゼロクロス点が抽出された三次処理音声データＤ０３は、音声データの冒頭部からの経過時間と関連付けられた状態でデータ記憶部３０に設けられた三次処理音声データ記憶手段３４に記憶される。三次処理音声データ記憶手段３４には、図６中の矢印位置における時間情報も音声データの冒頭部からの経過時間と関連付けられた状態で記憶されることになる。
このとき、一次処理音声データ記憶手段３２および／または二次処理音声データ記憶手段３３に記憶させていた音声データ（一次処理および／または二次処理音声データ）は消去してもよい。
【００２８】
続いて、演算部５０に設けられた基準ゼロクロス点設定手段５２によって、図６に示す立ち上がりゼロクロス点のうち、先頭位置にある立ち上がりゼロクロス点を基準位置として設定する処理が行われる（基準ゼロクロス点設定工程）。基準位置として設定された基準ゼロクロス点ＫＺは、データ記憶部３０に設けられたゼロクロス点記憶手段３５に時間情報と共に記憶される。
【００２９】
基準ゼロクロス点ＫＺが設定された後、演算部５０に設けられたゼロクロス点選択手段５３により、基準ゼロクロス点ＫＺから予め設定された第１所定時間範囲内で、基準ゼロクロス点ＫＺから時間的に後に存在する立ち上がりゼロクロス点を複数選択する処理が行われる（ゼロクロス点選択工程）。第１所定時間としては、取り扱いデータの演算処理に要する演算量と演算結果の信頼性の両立を考慮して２〜２０ｍｓｅｃを採用した。前述の通り、人間の声の基本周波数は一般的に７０〜３５０Ｈｚであるため、これに相当する１周期は約２．８６〜１４．２９ｍｓｅｃとなり、最低でも１周期分の範囲内にあるゼロクロス点を調査する必要があるため、安全マージンを含めて第１所定時間を２〜２０ｍｓｅｃとした。
【００３０】
本実施形態においては、先の条件に該当する立ち上がりゼロクロス点として、３つの立ち上がりゼロクロス点が検出された。このようにして検出されたそれぞれの立ち上がりゼロクロス点は、第２の基準ゼロクロス点の始点候補位置である比較ゼロクロス点ＭＺ１，ＭＺ２，ＭＺ３として、記憶部３０に設けられたゼロクロス点記憶手段３５に、基準ゼロクロス点ＫＺと同様に時間情報と共に記憶される。
【００３１】
つづいて、演算部５０に設けられた基準波形選定手段５４により基準ゼロクロス点ＫＺを始点として基準ゼロクロス点ＫＺから予め定められた第２所定時間範囲内の波形データを音声データの基準波形として選定する処理が行われる（基準波形選定工程）。本実施形態においては第２所定時間として１０ｍｓｅｃを採用した。後述する波形の比較に用いるデータとして波形の特徴が十分に現れる時間としては最低でも半周期分が必要であり、前述の通り人間の声の基本周波数の特性に基づいて第１所定時間を２〜２０ｍｓｅｃと定めたことと同様の理由により、最大値２０ｍｓｅｃの半分として第２所定時間を１０ｍｓｅｃとした。
このようにして選定された基準波形は、データ記憶部３０に設けられた基準波形記憶手段３６に記憶されることになる。
【００３２】
次に、演算部５０に設けられた比較対象波形選定手段５５は、比較ゼロクロス点ＭＺ１〜ＭＺ３のそれぞれから予め定められた第２所定時間範囲内の波形データを選定する処理を行う（比較対象波形選定工程）。比較対象波形選定手段５５により選定された比較対象波形は、比較対象波形選定手段５５により選定された順番に記憶部３０に設けられた比較対象波形記憶手段３７に記憶される。
【００３３】
続いて演算部５０に設けられた自己相関値算出手段５６と相関値算出手段５７は、基準波形記憶手段３６および比較対象波形記憶手段３７のそれぞれに記憶されている基準波形と比較対象波形とにおいて、時間を変数にした関数の値の一致度（相関値の一致度）を演算し、一致度が最も高い比較対象波形を求める処理を行う。本実施形態における具体例な相関値の一致度を確認する方法を以下に説明する。
【００３４】
自己相関値算出手段５６は、基準波形（時間を変数にした関数である）どうしを用いて基準波形の時間軸を所定時間毎に区切ると共に、区切られた時間に対応するグラフの振幅の数値どうしを時間軸の全域にわたって積和演算する。積和演算した結果は自己相関値としてデータ記憶部３０に設けられた自己相関値記憶手段３８に記憶させる処理を行う（自己相関値算出工程および自己相関値記憶工程）。
【００３５】
次に、相関値算出手段５７は、基準波形と比較対象波形（いずれも時間を変数にした関数である）どうしを用いて基準波形および比較対象波形の時間軸を所定時間毎に区切ると共に、区切られた時間に対応するグラフの振幅の数値どうしを時間軸の全域にわたって積和演算する。積和演算した結果は相関値としてデータ記憶部３０に設けられた相関値記憶手段３９に記憶させる処理を行う（相関値算出工程および相関値記憶工程）。
【００３６】
演算部５０に設けられた図示しない第２ゼロクロス点選択手段は、相関値記憶手段３９に記憶されている相関値と自己相関値記憶手段３８に記憶されている自己相関値とを用いて相関値の一致率を百分率で算出すると共に、最も一致率が高い相関値を算出した比較対象波形を比較対象波形記憶手段３７から選択する。本実施形態においては、図８および図９に示すように、比較対象波形１の相関値における相関値の一致率が最高値であるため、比較対象波形１における始点位置である比較ゼロクロス点ＭＺ１を第２の基準ゼロクロス点ＫＺ１として選択している（第２ゼロクロス点選択工程）。
このように、基準波形の始点がゼロクロス点となるように限定することで本来第１所定時間範囲内の全てのサンプルの位置から始まる波形を対象として相関値を求める必要があったところを、ゼロクロス点から始まる波形のみを対象として相関値を算出すればよいため、相関関数の実行回数を劇的に抑えることができ、演算処理量を著しく低減させることができる。また、相関値を求める対象となる波形データは低域ろ波処理されているので波形の変化はなだらかである。よって、相関値を求めるために波形データを区切る所定時間を１サンプルあたりの時間と比較して長めに設定し、積和演算を行うポイントを間引いてても、波形どうしの相関値にはほとんど影響しない。従って、本実施例では１０サンプルにつき１回の割合で演算を行うべく所定時間を０．２ｍｓｅｃ程度としており、更なる演算処理量の低減が可能である。
【００３７】
つづいて音声ブロック算出手段５８は、図９に示すように、基準ゼロクロス点ＫＺと第２基準ゼロクロス点ＫＺ１との時間差を音声データの基本データ単位となる音声ブロックとして算出する処理を行う（音声ブロック算出工程）。これ以降の音声ブロックについては、第２基準ゼロクロス点ＫＺ１を次に続く新たな音声ブロックの先頭として基準ゼロクロス点ＫＺとし、この基準ゼロクロス点ＫＺから次の第２基準ゼロクロス点ＫＺ１を同様に求めることにより次々と音声ブロックを算出することができる。
なお、音声データを順に音声ブロックとして区切っていくと最後の方で音声ブロックを構成し得ない半端なデータが残る。このデータの扱いについては後述の終端側データ繰越工程で説明する。
このようにして算出した音声ブロックを、立ち上がりゼロクロス点を抽出した図６のグラフに適用し、図６のグラフにおける最初の立ち上がりゼロクロス点を基準位置として、音声データを音声ブロックごとに区切ったデータのグラフを図１０に示す。
【００３８】
このように音声データの音声ブロックが算出された後は、演算部５０に設けられた再生速度変更手段５９によりデータ記憶部３０に記憶されているオリジナルの音声データを用いて再生速度を変更する処理が行われる（再生速度変更工程）。
【００３９】
音声データの再生速度を変更するための具体的な手法について説明する。図１１は音声データブロックの合成方法の一例を示す概念図である。図１１（Ａ）は原音の音声データブロックのデータのつながりを示す概念図である。図１１（Ｂ）は（Ａ）の音声データブロックの再生速度を０．５倍にした場合の音声ブロックのデータのつながりを示す概念図である。図１１（Ｃ）は、（Ａ）の音声データブロックの再生速度を２倍にした場合の音声ブロックのデータのつながりを示す概念図である。
【００４０】
以下に、図１１を参照しながら具体的な再生速度の変更方法について説明するが、音声データの再生速度の変更方法はこの方法に限定されるものではなく、他の公知の変更方法を採用することもできる。
音声データの再生速度を０．５倍速に変更する場合は、図１１（Ｂ）に示すように、１つの音声ブロックを２つの音声ブロックにすればよい。図１１（Ｂ）においては、一つの音声ブロックを単純に２回繰り返すことによって再生速度を半分にしている。
【００４１】
音声データの再生速度を２倍速にする場合には、図１１（Ｃ）に示すような音声ブロックの並びになる。連続する２つの音声ブロックを単純に片方の１つだけとしてもう片方の音声ブロックは再生しないというものである。このように音声ブロックを半分に間引くことにより音声データの再生速度を２倍速にすることができる。
【００４２】
無音区間については、再生速度を早める際には、話速に応じた長さのデータを無音区間のデータの先頭側および最後尾側からそれぞれ取り出し、音声ブロックとすればよい。これとは逆に、再生速度を遅くする際には、音声データを一定の微小時間単位に区切った複数の微小音声ブロックとした上で、この複数の微小音声ブロックを組み合わせて無音区間を伸長させればよい。
【００４３】
ところで、本実施形態においては、音声データ再生装置１０の記憶部３０の音声データ記憶手段３１に記憶されている音声データは、１００ｍｓｅｃ毎に区切られた状態であるが、音声データは、１００ｍｓｅｃ毎に音声データの音声ブロックが丁度よく収まっているとは限らない。このため、それぞれの音声データの区間内においては、音声データの終端部分に１つの音声ブロックを構成するには不十分な長さの音声データが存在することになる。
【００４４】
そこで本実施形態においては、演算部５０に設けられた終端部側データ繰越手段５００によって各音声データ内の終端部分において、１つの音声ブロックを構成するには不十分な長さの音声データである終端側データＴＤを取り出し、終端側データ繰越手段５００に記憶させる処理を行う（終端側データ繰越工程）。
【００４５】
このようにして繰り越された終端側データＴＤは、次回入力される１００ｍｓｅｃの音声データの先頭部分に挿入される。この音声データの先頭部分が音声ブロックの始点（ゼロクロス点）になっていることが明らかであるから、基準ゼロクロス点設定手段５２は、音声データの先頭部分を新たな基準ゼロクロス点として無条件に選択することができる。
以上に説明した基準ゼロクロス点設定工程から音声ブロック算出工程を、次の音声ブロックを算出する音声データがデータ記憶部３０内に存在しなくなるまで繰り返し実行することによって、データ記憶部３０に記憶された音声データに含まれる音声ブロックの算出を連続的に行うことができる。
【００４６】
また、終端側データＴＤの繰越先である次回１００ｍｓｅｃ分の音声データが入力されない場合には、終端側データ繰越手段５００により抽出された終端側データＴＤを破棄し、音声データ再生装置１０による音声データの再生速度変更処理を終了する。
【００４７】
上記の処理形態を採用した場合であっても、終端側データＴＤに含まれている音声データは、ほとんどの場合が無音部分であることが多いこと、および、終端側データＴＤが有音区間であったとしても、音声データの基本周期未満のごくわずかな音声データであるため、終端側データＴＤを破棄したとしても、再生速度変換処理後における再生品質にはほとんど影響を与えることはないのである。
【００４８】
本実施形態に基づいて音声データの再生速度変更処理を行ない、再生速度変更処理後の音声データを再生したところ、朗読者の声のピッチに変化が生じさせることなく、音声データの再生速度を適切に変更することができた。また、再生速度変更処理を行った音声データには不自然な雑音の混入もなく、快適に音声データを聴くことができた。
【００４９】
以上に説明した音声データ再生装置１０の構成および音声データ再生速度変換方法を採用することにより、演算処理能力が低いＣＰＵ（演算手段）が搭載されている音声データ再生装置１０であっても、音声データの再生速度の変更処理を適切に実行することができる。
すなわち本願発明は、従来技術のように音声データの再生速度を変更処理する際において、パーソナルコンピュータ並みの演算処理能力を持つＣＰＵを音声データ再生装置に搭載する必要がないのである。このため、音声データ再生装置を安価に製造する点においてきわめて有用な技術である。
【００５０】
本実施形態においては、再生速度を変更処理する対象となる音声データを特に人の声としていることにより、音声データ再生装置１０のみで音声データの再生速度変更処理を実現することが可能になっている。例えば、バックグラウンドミュージックが流れている中で朗読を収録したような複雑な基本周期を有するような音声データについては取り扱いの対象範囲外としているが、本実施形態で扱ったＤＡＩＳＹ図書データにおいては、このような音声データがほとんど含まれていないため、実用上不具合を生じることはない。
【００５１】
また、本実施形態においては音声データを１００ｍｓｅｃごとに区切って記憶させる形態や、基準相関関数や比較対象となる相関関数を１０ｍｓｅｃごとに設定した実施形態について説明しているが、音声データを収集する際の単位時間や基準波形および比較対象波形を設定する際に用いられる予め設定された第１所定時間範囲および第２所定時間範囲は、本実施形態で示した各時間範囲の数値に限定されるものではない。
【００５２】
音声データを収集する際の時間範囲や基準波形および比較対象波形を設定する際の第１所定時間範囲および第２所定時間範囲については、データ入出力部２０に設けることが可能な図示しない入力手段によりユーザが必要時に適宜入力した値を採用するようにしてもよい。このとき、入力値の上限値および／または下限値を予め設定しておけば、音声データの基本単位である音声ブロックの正確な算出が可能であると共に、演算に用いるデータ容量が大きくなることを防止することができ、音声データ再生装置１０のみによる処理が不可能になることがないため好適である。
【符号の説明】
【００５３】
１０音声データ再生装置，
２０データ入出力部，２２音声データ収集手段，
３０データ記憶部，３１音声データ記憶手段，３２一次処理音声データ記憶手段，３３二次処理音声データ記憶手段，３４三次処理音声データ記憶手段，３５ゼロクロス点記憶手段，３６基準波形記憶手段，３７比較対象波形記憶手段，３８自己相関値記憶手段，３９相関値記憶手段，
４０フィルタ部，４２ＤＣ成分除去手段，４４基本音声信号抽出手段，
５０演算部，５１ゼロクロス点抽出手段，５２基準ゼロクロス点設定手段，５３ゼロクロス点選択手段，５４基準波形選定手段，５５比較対象波形選定手段，５６自己相関値算出手段，５７相関値算出手段，５８音声ブロック算出手段，５９再生速度変更手段，
５００終端部側データ繰越手段，
Ｄ０オリジナルの音声データ，Ｄ０１一次処理音声データ，Ｄ０２二次処理音声データ，Ｄ０３三次処理音声データ，
ＫＺ基準ゼロクロス点，ＭＺ１〜ＭＺ３比較ゼロクロス点，
Ｔ音声データ，ＴＤ終端側データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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