(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号の基本周波数を追跡する装置の作動方法であって、前記装置は、サンプリングデバイス及び計算デバイスを含み、当該作動方法は、
（ａ）前記サンプリングデバイスで、所定期間の時間の間、音声信号をサンプリングし、これにより前記音声信号のサンプリングデータを取得するステップであって、前記所定期間の時間は、前記音声信号の指定された数の振動を含み、指定された数のサンプリング値が前記所定期間の時間の間に前記音声信号のサンプリングによって捕捉されたとき、ステップ（ｂ）をトリガする、ステップと、
（ｂ）前記サンプリングデバイスで、前記サンプリングデータからデータパケットを形成するステップであって、前記データパケットは、前記音声信号の前記指定された数のサンプリング値を含む、ステップと、
（ｃ）前記データパケットを前記サンプリングデバイスから前記計算デバイスに送信するステップと、
（ｄ）前記データパケットに含まれる前記サンプリングデータによって、前記計算デバイスで前記音声信号の基本周波数を計算し、前記の計算された基本周波数を前記サンプリングデバイスに送信するステップと、
（ｅ）前記計算デバイスにより送信された前記基本周波数に基づいてタイマを設定するステップと、
（ｆ）前記タイマの満了においてトリガ信号をストロボスコープに対して出力するステップと、
を含み、
ステップ（ａ）乃至（ｄ）は、指定された回数繰り返され、ステップ（ｅ）は、前記タイマの満了の後、実行され、ステップ（ｄ）は、ステップ（ａ）乃至（ｃ）、（ｅ）及び（ｆ）に対して非同期的に実行される、
作動方法。
【請求項２】
前記ストロボスコープは、内視鏡に取り付けられる、請求項１に記載の作動方法。
【請求項３】
ステップ（ａ）は、
前記音声信号を、内視鏡に取り付けられたマイクロフォンによって記録すること、
を含む、請求項１又は２に記載の作動方法。
【請求項４】
前記計算デバイスにより送信された前記基本周波数に基づいてタイマを設定するステップは、前記サンプリングデバイスで実行され、前記タイマの満了においてトリガ信号を出力するステップは、前記サンプリングデバイスにより実行される、請求項１に記載の作動方法。
【請求項５】
前記音声信号は発声フローである、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の作動方法。
【請求項６】
音声信号の基本周波数を追跡する装置であって、
計算デバイスと、
（ａ）所定期間の時間の間、被検者の音声信号をサンプリングし、これにより前記音声信号のサンプリングデータを取得することであって、前記所定期間の時間は前記音声信号の指定された数の振動を含み、指定された数のサンプリング値が前記所定期間の時間の間に前記音声信号のサンプリングによって捕捉されたときに前記サンプリングデータからのデータパケットの形成をトリガし、前記データパケットを前記計算デバイスに送信するように適合された、サンプリングデバイスであって、前記データパケットは前記音声信号の前記指定された数のサンプリング値を含む、サンプリングデバイスと、
を含み、
前記計算デバイスは、前記データパケットを受信し、前記データパケットに含まれる前記サンプリングデータによって前記音声信号の基本周波数を計算し、前記の計算された基本周波数を前記サンプリングデバイスに送信するように適合され、
前記サンプリングデバイスは、（ｂ）前記計算デバイスにより送信された前記基本周波数に基づいてタイマを設定し、前記タイマの満了においてトリガ信号をストロボスコープに対して出力するように適合され、
前記計算デバイスは、前記基本周波数を計算し、前記サンプリングデバイスの処理動作（ａ）及び（ｂ）に対して非同期的に、前記の計算された基本周波数を前記サンプリングデバイスに送信するように適合される、
装置。
【請求項７】
前記ストロボスコープは、前記被検者の声門の近くに配置される、請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアルタイムでの音声信号の追跡に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検者の音声信号の基本周波数解析が、例えば、ストロボスコピーの分野において必要とされる。ストロボスコピーを用いて、声帯の可動性が判断されることができる。声帯の画像捕捉をトリガすることが、例えば、人体又は空気伝導マイクロフォンを介して被検者の発声を用いて行われる。
【０００３】
発声を始めるために、声帯は発声位置に至り、このことは、声帯が互いにゆるく接触し、これにより声門を閉じることを意味する。その気流に起因して、声帯は振動させられ、したがって、各開閉において、空気は調音空間（articulation  space）へと断続的に解放され、このことは、複数の部分からなる複雑な周期的振動を結果としてもたらす。その周波数、例えば、７０〜１０００Ｈｚは、声帯の長さに依存する。
【０００４】
ストロボスコピーの分野において、ストロボスコープが、上記の（基本）周波数に基づいて駆動される。内視鏡に取り付けられたストロボスコープは、音声信号の基本周波数を用いて決定される適切な時点において声帯の画像を捕捉する役割を果たす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一目的は、例えば分光法において、音声信号の基本周波数を追跡する構造を簡素化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、別記の請求項による方法及び装置によって達成される。
【０００７】
本発明に従い、サンプリングデバイスが、所定期間の時間の間、被検者の音声信号をサンプリングし、ゆえに音声信号のサンプリングデータを取得し、サンプリングデータからデータパケットを形成し、データパケットを計算デバイスに送信する。計算デバイスは、データパケットを受信し、データパケットに含まれるサンプリングデータを用いて、音声信号の基本周波数を計算する。サンプリングデバイスは、計算デバイスにより計算された基本周波数に基づいてタイマを設定し、タイマの満了においてトリガ信号を出力する。
【０００８】
本発明の利点は、音声信号の記録と音声信号の解析とが異なる場所において実行できることにあり、したがって、記録装置の構造がサイズにおいて低減されることができる。さらに、ストロボスコープの駆動に対して非同期的に音声信号の基本周波数を決定することが可能であり、こうして、リアルタイムにおいて基本周波数を決定するための複雑な構造が回避されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
下記において、本発明は、添付図面を参照しながら実施形態を用いてより詳細に説明される。
【図１】本発明の一実施形態に従う、音声信号の基本周波数を追跡する処理１、処理２、及び処理３のフローチャートを示す。
【図２】本発明の一実施形態に従う、音声信号の基本周波数を追跡する装置の略ブロック図を示す。
【図３】本発明の一実施形態に従う、音声信号の基本周波数の追跡の概略表現を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、３つの処理、すなわち、処理１、処理２、及び処理３を例示しており、処理１と２、又は処理３と２は、それぞれ、異なる場所において実施されてもよく、処理１及び３は、同じ場所において実施されてもよい。
【００１１】
処理１は、下記のステップを含む：所定期間の時間の間、被検者（test  person）の音声信号、例えば、発声フロー（phonation  flow）をサンプリングし、これにより音声信号のサンプリングデータを取得するステップ（Ｓ１）と、サンプリングデータからデータパケットを形成するステップ（Ｓ２）と、データパケットを計算デバイスに送信するステップ（Ｓ３）と、これらステップを、処理１が終了されない限り（Ｓ４においてＮｏ）繰り返すステップ。
【００１２】
処理２は、下記のステップを含む：サンプリングデバイスからデータパケットを受信するステップ（Ｓ５）と、データパケットに含まれるサンプリングデータを用いて、計算デバイスにおいて音声信号の基本周波数ｆ０を計算し、Ｔ０＝１／ｆ０を計算するステップ（Ｓ６）と、Ｔ０をサンプリングデバイスに送信するステップ（Ｓ７）と、これらステップを、処理２が終了されない限り（Ｓ８においてＮｏ）繰り返すステップ。
【００１３】
処理３は、下記のステップを含む：サンプリングデバイスにおいてＴ０を受信するステップ（Ｓ９）と、タイマが満了したかどうかをチェックするステップ（Ｓ１０）と、タイマが満了したとき（Ｓ１０においてＹｅｓ）、トリガ信号を出力し、タイマをＴ０に設定するステップ（Ｓ１１）と、これらステップを、処理３が終了されない限り（Ｓ１１においてＮｏ）、繰り返すステップ。
【００１４】
処理３の始めにおいて、Ｔ０が処理２からまだ受信されていないとき、タイマは、Ｔ０の所定値に設定されることが可能である。Ｔ０の受信された値が、Ｔ０の所定値と、又はＴ０の事前に設定された値と異なる場合、タイマは、該タイマが満了した後、Ｔ０の受信された値に設定される。換言すると、タイマは常に、Ｔ０の現在の値に設定される。
【００１５】
タイマは、好ましくは、サンプリングデータを収集するサンプリングデバイスの側に位置する。タイマの満了に対して、トリガ信号がフラッシュランプ又はストロボスコープに対して出力されて、例えば、カメラを用いて声帯（vocal  folds）の画像を捕捉するためのフラッシュ信号が生成される。
【００１６】
タイマに事前に設定されたＴ０の値とタイマに新たに設定されることになるＴ０の値とにおける急変を回避するために、Ｔ０の古い値と新しい値との間の移行は、本発明の一実施形態に従い、例えば、既知のループ制御器を使用することによって円滑に実施される。
【００１７】
タイマの満了において出力されるトリガ信号は、ストロボスコープを駆動することができ、ストロボスコープは、例えば、被検者の声門の近くに、カメラと一緒に配置されて、声門の画像を捕捉する役割を果たす。
【００１８】
ステップＳ１において、音声信号は、例えば、被検者の声門の近くに配置されたマイクロフォンを用いて記録される。
【００１９】
ステップＳ２において形成されるデータパケットは、指定された数の、音声信号のサンプリング値を含み、サンプリング値は、所定期間の時間の間、音声信号のサンプリングによって捕捉される。例えば、ステップＳ１からステップＳ２への移行は、指定された数のサンプリング値が捕捉されたとき、トリガされることができる。換言すると、データパケットの形成は、指定された数のサンプリング値が捕捉されたとき、トリガされる。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態に従う、音声信号の基本周波数を追跡する装置１００の略ブロック図を示す。
【００２１】
装置１００は、サンプリングデバイス１０及び計算デバイス２０を含む。上記で説明された処理１及び３は、サンプリングデバイス１０において実施されることができ、サンプリングデバイス１０は、例えば、内視鏡に取り付けられる。処理２は、別個に提供される計算デバイス２０において実施されることができる。
【００２２】
サンプリングデバイス１０は、記録ユニット１１、処理ユニット１２、及びタイマ１３を含む。記録ユニット１１は、マイクロフォンにより記録される音声信号を受信する。マイクロフォンは、記録ユニット１１によって含まれることが可能である。
【００２３】
処理ユニット１２は、記録ユニット１１からの記録された音声信号を受信し、音声信号のサンプリングを指定されたサンプリング周波数において実行する。そのようにすることにおいて、ビットにおける指定された分解能を有するサンプリング値が取得される。処理ユニット１２は、サンプリング値を、指定されたビット長を有するデータパケットへ一緒に結合する。換言すると、データパケットが、指定された数のデータ値を含む。指定された数のデータ値がサンプリングによって取得されたとき、処理ユニット１２は、データパケットを生成し、それを計算デバイス２０に送信する。処理ユニット１２の機能は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、又は同様のものによって実施されることができる。処理ユニット１２は、プロセッサと、プログラムを記憶するメモリとをさらに含むことができ、プログラムは、プロセッサにより実行されるときに、上記で説明された処理ユニット１２の機能を実現する。
【００２４】
データパケットは、シリアルインターフェース１０２を介して計算デバイス２０に送信されることができる。サンプリングデバイス１０と計算デバイス２０との間の接続は、有線又は無線とすることができる。
【００２５】
計算デバイス２０は、サンプリングデバイス１０からデータパケットを受信し、その中に含まれるサンプリング値を用いて、音声信号の基本周波数ｆ０を計算する。換言すると、計算デバイス２０は、データパケットに含まれるサンプリング値を用いて、音声信号の周波数解析を実行する。計算デバイス２０は、さらに、時間Ｔ０＝１／ｆ０を計算する。計算デバイス２０は、例えば、シリアルインターフェース１０２を介して、Ｔ０をサンプリングデバイス１０に送信する。
【００２６】
計算デバイス２０の機能は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、又は同様のものによって実施されることができる。計算デバイス２０は、プロセッサと、プログラムを記憶するメモリとをさらに含むことができ、プログラムは、プロセッサにより実行されるときに、上記で説明された計算デバイス２０の機能を実現する。
【００２７】
計算デバイス２０により送信される時間Ｔ０は、例えば、処理ユニット１２を介して、タイマ１３に供給される。タイマ１３はＴ０に設定され、タイマＴ０の満了に対して、トリガ信号が出力されて、例えば、フラッシュランプ又はストロボスコープが駆動される。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態に従う、音声信号の基本周波数Ｆ０の検出及び追跡を例示する表現を示す。
【００２９】
ｙ（ｔ）は、被検者の音声信号の信号曲線を表す。図３は、信号曲線を、１００Ｈｚの周波数を有する正弦波として示す。例えば、記録ユニット１１が、処理ユニット１２に信号曲線ｙ（ｔ）を提供することができる。
【００３０】
信号曲線がサンプリングされるサンプリング周波数は、４４．１ｋＨｚになり、これは、約２２．７μｓの継続時間に対応する。サンプリング値の分解能は１６ビットになり、パケット長は１０２３バイトを含み、これは、約２３．２２ｍｓの継続時間に対応する。本発明は、これらの値に制限されないことが留意される。データパケットは、例えば、音声信号の１０回の振動（oscillations）を含むことができる。
【００３１】
１０２４バイトのサンプリング値が取得された場合、トリガ信号Ｐ（ｔ）は、データパケットの生成又は完成、及び送信をトリガする。図３は、データパケット、すなわち、パケット１、パケット２、パケット３、及びパケット４を示し、その生成及び送信は、Ｐ（ｔ）によってトリガされる。
【００３２】
上記で説明された信号曲線ｙ（ｔ）のサンプリング、並びにデータパケットの生成及び送信は、図１に示された処理１において、及び図２におけるサンプリングデバイス１０によって、それぞれ実行されることができる。
【００３３】
データパケットに含まれるサンプリング値を用いて、信号曲線ｙ（ｔ）の基本周波数ｆ０が計算される。ｆ０は、最初、データパケット（パケット１）を用いて計算される。図３は、信号曲線サンプリングと、パケット生成と、パケットを送信することと、ｆ０及びＴ０を計算することと、タイマをＴ０に設定することとにおける、遅延を例示する。
【００３４】
最初、ｆ０を計算するとき、タイマは、Ｔ０＝１／ｆ０に設定される。ｆ０がデータパケット（パケット２）の処理の後、変わった場合、タイマは、事前に設定された時間が満了した後、新たに計算された時間に設定され、あるいは、Ｔ０の古い値とＴ０の新しい値とが平均されてもよい。さらに、一定の位相、又はＴ０に対して時間と共に増加する位相を追加して、Ｔ０の古い値と新しい値とにおける円滑な移行を可能にすることができる。
【００３５】
上記で説明された構成を用いて、基本周波数ｆ０が、ある時間にわたり追跡されることができる。具体的に、音声信号に対して非同期であるデータパケットの処理の動作に基づいて、再び、音声信号に対して同期するリアルタイムのトリガ信号が、フラッシュランプ又はストロボスコープのために生成される。
【００３６】
例えば、ストロボスコープは、被検者の声門に対して近くに提供される内視鏡に取り付けられる。トリガ信号を用いて、ストロボスコープが光フラッシュを生成し、内視鏡に取り付けられたカメラが声帯の画像を捕捉する。図３は、捕捉された画像を、非同期画像データパケットのフレーム１、フレーム２、フレーム３として例示する。
【００３７】
上記で説明された基本周波数ｆ０の計算は、図１に示される処理２において、又は図２における計算デバイス２０によって実行されることができる。トリガ信号の生成は、処理３によって、又はサンプリングデバイス１０によって、具体的にタイマ１３を設定することによって実行されることができる。
【００３８】
データパケットの第１のサンプリングと、（新たに）計算された基本周波数ｆ０における駆動との間の遅延は、図３に示される例において、約６１．６４ｍｓになる。しかしながら、このことは、声帯の適切な画像の捕捉に対して無視できるほどである。
【００３９】
本発明に従い、音声信号をサンプリングすることにより取得されるサンプリングデータがデータパケットにおいてデバイスに送信され、該デバイスにおいてデータパケットが処理されて、音声信号の基本周波数が検出される。こうして、サンプリングデバイスにおける構造がサイズにおいて低減されることができる。さらに、ストロボスコープの作動に対して非同期的に音声信号の基本周波数を決定することが可能であり、これにより、リアルタイムで基本周波数を決定するための複雑な構造が回避されることができる。
【図１】
0006412145.tif 000002
【図２】
0006412145.tif 000003
【図３】
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