(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
離散化されフレーム化された音声信号を入力とし一連の線形予測分析によって予測残差信号すなわち音源信号を算出し、現フレームの予測残差信号と直前のフレームの予測残差信号との相互相関関数ｒ（ｉ）（但し、ｉ＝０，１，２，…，Ｎ−１、Ｎ＝フレーム長）を求め、次に０次の相互相関値ｒ（０）で前記相互相関関数ｒ（ｉ）を正規化し、次に正規化された相互相関値に重み付けを施し、次に相互相関値のｉ＝０以外の正の最大値を探してその時のｉの値をτとし、該最大値ｒ（τ）と有声／無声の判定閾値θとを比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とし、逆にｒ（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τとして出力することを特徴とする音声信号のピッチ検出方法。
【請求項２】
Ａ／Ｄ変換されフレーム化された音声信号の予測残差信号を算出する線形予測分析手段と、
該線形予測分析手段によって得られた現フレームの予測残差信号と直前のフレームの予測残差信号との相互相関関数ｒ（ｉ）（但し、ｉ＝０，１，２，…，Ｎ−１、Ｎ＝フレーム長）を求める相互相関器と、
０次の相互相関値ｒ（０）で前記相互相関関数ｒ（ｉ）を正規化する正規化器と、
該正規化器の出力に重み付けをする重み付け器と、
該重み付け器の出力の中からｉ＝０以外の正の最大値を探してその時のｉの値をτとして最大値ｒ（τ）を出力する最大値検出器と、
前記最大値ｒ（τ）と有声／無声の判定閾値θとを比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０の情報を出力し、逆にｒ（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τの情報を出力する判定器とを備えたことを特徴とする音声信号のピッチ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声信号をディジタル信号の形式に変換して伝送する音声符号化方式に関し、特に、情報量を削減することによって伝送速度を低速化して狭帯域化を図り伝送帯域の有効利用を図る音声符号化通信の一つである分析合成音声符号化方式における音声信号の基本周波数（ピッチ周期）を検出する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分析合成系の音声符号化方式においては、スペクトル包絡パラメータの抽出と並行して、音源パラメータ、すなわち声帯振動の有無（有声／無声）、有声音のときの基本周波数（ピッチ周期）及び音源振幅の推定が必要である。具体的なピッチ周期の推定方法をＬＰＣ（線形予測符号化）方式で説明する。
【０００３】
ＬＰＣ方式の送受信回路のブロック図を図３に示す。図３から分かるように、入力音声信号を線形予測分析して得られたＬＰＣ係数と、有声音のピッチ分析によって得られたピッチ周期，有声／無声（Ｖ／ＵＶ）フラグ，パワーとを符号化した後、多重化して伝送し、受信側でその逆処理によって再生音声を出力する。すなわち、線形予測分析によってスペクトル包絡パラメータを推定し、逆フィルタによってスペクトル包絡を取り除いた予測残差信号を算出する。予測が完全に行われれば、残差波形は全くランダムな誤差を表す波形のみとなり、平坦なパワースペクトルを持つ。
【０００４】
音声波形において、有声音部では、音源は声帯の振動によるほぼ周期的なパルス列と考えられる。音声波形の線形予測分析では、外から観測することのできない入力（音源）を１個のインパルスまたは白色ランダム雑音と仮定してシステムを同定している。従って、１個のインパルス入力による出力の範囲では残差波形は小さなランダムな予測誤差と考えられるが、入力として新しいインパルスが入力されると予測は大幅に狂い、振幅の大きな残差波形を生ずる。しかし、いったん入力が印加され、系の出力がそのインパルス入力に対する応答とみられる区間にはいると、また残差波形は本来の予測誤差となり、振幅の小さなランダムな波形となる。入力として新しいインパルス（声帯の振動によるピッチパルス）が加わる毎にこの変化を繰り返す。、その結果、残差波形にピッチパルスと同じ周期でパルス的波形が現れることになる。
【０００５】
その入力信号波形と予測残差信号波形の例を図４に示す。（Ａ）は入力音声波形（有声音）を示し、（Ｂ）は予測残差波形を示す。一方、入力音源が白色ランダム雑音で近似できる無声子音部の区間では、残差波形はほぼ白色ランダム雑音となる。このように残差波形は励振音源波形の近似となっている。
【０００６】
有声音／無声音の判定、有声音の場合のピッチ周期の検出は、残差信号の自己相関関数によって求められる。自己相関ｒ（τ）を次の（１）式に表す。
【０００７】
【数１】
0003571448.tif 000002
但し、ｉ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１、Ｎ＝フレーム長
【０００８】
自己相関関数の例を図５に示す。
次に、０次の自己相関値ｒ（０）で自己相関ｒ（ｉ）を正規化する。正規化された自己相関の中からｉ＝０以外の正の最大値を探し、その時のｉの値をτとする。そこで有声／無声の判定閾値θとｒ（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とする。逆にｒ（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τとする。通常の判定閾値θは０．２〜０．２５程度に設定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの方法の場合、自己相関関数は高次になるに従って積和算の回数が減ることから、ピッチ周期が長い場合、有声音であるにも関わらず自己相関関数が判定閾値θを下回り無声音と判定される場合や、ピッチ周期が長く分析フレーム内にピッチ波形が一つしか現れない場合や、フレーム内で電力包絡変動がある場合などには有声音であっても自己相関のピークが立たず無声音と判定され、誤判定が発生していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による音声信号のピッチ検出方法は、離散化されフレーム化された音声信号を入力とし一連の線形予測分析によって予測残差信号すなわち音源信号を算出し、現フレームの予測残差信号と直前のフレームの予測残差信号との相互相関関数ｒ（ｉ）（但し、ｉ＝０，１，２，…，Ｎ−１、Ｎ＝フレーム長）を求め、次に０次の相互相関値ｒ（０）で前記相互相関関数ｒ（ｉ）を正規化し、次に正規化された相互相関値に重み付けを施し、次に相互相関値のｉ＝０以外の正の最大値を探してその時のｉの値をτとし、該最大値ｒ（τ）と有声／無声の判定閾値θとを比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とし、逆にｒ（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τとして出力することを特徴とする構成を有している。
【００１１】
また、本発明による音声信号のピッチ検出装置は、Ａ／Ｄ変換されフレーム化された音声信号の予測残差信号を算出する線形予測分析手段と、
該線形予測分析手段によって得られた現フレームの予測残差信号と直前のフレームの予測残差信号との相互相関関数ｒ（ｉ）（但し、ｉ＝０，１，２，…，Ｎ−１、Ｎ＝フレーム長）を求める相互相関器と、
０次の相互相関値ｒ（０）で前記相互相関関数ｒ（ｉ）を正規化する正規化器と、
該正規化器の出力に重み付けをする重み付け器と、
該重み付け器の出力の中からｉ＝０以外の正の最大値を探してその時のｉの値をτとして最大値ｒ（τ）を出力する最大値検出器と、
前記最大値ｒ（τ）と有声／無声の判定閾値θとを比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０の情報を出力し、逆にｒ（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τの情報を出力する判定器とを備えたことを特徴とする構成を有している。
【００１２】
すなわち、本発明のピッチ検出方法は、まず、離散化されフレーム化された音声信号を入力とし一連の線形予測分析によって予測残差信号すなわち音源信号を算出し、次に、この予測残差信号と時間軸上で連接している直前のフレームの予測残差信号との相互相関関数ｒ（ｉ）を求め、次に、０次の相互相関値ｒ（０）でｒ（ｉ）を正規化し、ｉ＝０以外の正の最大値を探してその時のｉの値をτとし、音声／無声の判定閾値θとｒ（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とし、逆にｒ（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τとすることで正確にピッチ検出を行うことができるようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例を示すブロック図である。図において、１はＬＰＣパラメータ分析器、２は逆フィルタ、３，４，５は予測残差バッファ、６は相互相関器、７は相関値バッファ、８は正規化器、９は重み付け器、１０は最大値検出器、１１は判定器である。図１に従って本発明を説明する。まず本実施例では、スペクトルパラメータ分析にＬＰＣ分析を用いることとした。
まず、離散化しフレーム化された音声信号を入力し、ＬＰＣ分析器１によって、音声信号からＬＰＣパラメータを取り出す。次に、逆フィルタ２によって、音声信号からＬＰＣパラメータ分析器１により求めたＬＰＣパラメータを取り除いた予測残差信号を算出し予測誤差バッファ３及び４に格納する。
【００１４】
次に、予測残差信号を分析し有声／無声判定，ピッチ周期検出を行う。そこで相互相関器６によって図２に示すように、予測残差信号バッファ３を時間軸を後ろ向きにずらし予測残差信号バッファ４から直前のフレームの予測残差信号バッファ５に向かって相互相関関数を求め相関バッファ７に格納する。
【００１５】
次に、正規化器８によって相関バッファ７に格納されている最初のデータ、即ち０次の相互相関値ｒ（０）で相関バッファ７内のすべての相関値ｒ（ｉ）を正規化する。自己相関の場合は０次の相関値が最も高く、高次になるに従って積和算の回数が減少するため相関値も小さくなるが、相互相関の場合は、常に積和算の回数は一定のため、振幅変動によっては高次の方が０次よりも高くなる場合がある。そこで重み付け器９で正規化された相関値ｒ（ｉ）を（２）式によって重み付けする。
【００１６】
【数２】
0003571448.tif 000003
但し、ｉ＝０，１，２，３…，Ｎ−１、Ｎ＝分析フレーム
【００１７】
次に、最大検出器１０でｒ（ｉ）のｉ＝０以外の正の最大値を検出し、さらにその時のｉの値を検出する。次に、判定器１１によって、予め設定した有声／無声の判定閾値θとｒ（τ）を比較し、ｒ（τ）≦θならば無声音と判定してピッチ周期Ｔ＝０とし、逆にｒ（τ）≧θならば有声音と判定してピッチ周期Ｔ＝τとして出力する。以上の手順によってピッチ周期の推定および有声音／無声音の判定を行う。最後に現フレームの予測残差信号を直前フレームの予測残差信号バッファ５に移動する。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、音声信号をディジタル信号の形式に変換して伝送する場合において、分析合成型の音声符号化方式の音源分析において、ピッチ周期が長い場合や、分析フレーム内にピッチ波形が一つしか現れない場合、分析フレーム内で電力包絡変動がある場合であっても正確にピッチを検出できるので実用上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の相互相関値算出法の説明図である。
【図３】ＬＰＣ方式の送受信回路のブロック図である。
【図４】入力音声波形（有声音）と予測残差波形例図である。
【図５】自己相関関数の説明図である。
【符号の説明】
１  ＬＳＰパラメータ分析器
２  逆フィルタ
３  予測残差バッファ
４  予測残差バッファ
５  前フレームの予測残差バッファ
６  相互相関器
７  相関値バッファ
８  正規化器
９  重み付け器
１０  最大値検出器
１１  判定器
【図１】
0003571448.tif 000004
【図２】
0003571448.tif 000005
【図３】
0003571448.tif 000006
【図４】
0003571448.tif 000007
【図５】
0003571448.tif 000008