(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号から音声信号と非音声信号とを識別検出するために、
前記入力信号を該入力信号の最高周波数の周期の半分（ナイキスト間隔）以下の標本化周期で標本化した標本化値を所定分析長の２倍以上順次記憶して出力する波形メモリと、
該波形メモリの出力値の遅延（ｋ）の自己相関関数Ｒ（ｋ）を音声ピッチより長くなるように定められた所定分析長毎に、計算し出力する相関計算部と、
該相関計算部から得られる自己相関関数Ｒ（ｋ）の極大値の中の最大値Ｒmax を検索し出力する最大値検索部と、
該最大値検索部からの前記最大値が予め定められ値を越えたときに当該分析長の入力信号について相関有を示す判定出力を出す相関判定部と、
前記入力信号の電力値が所定の基準電力値を超えたときに雑音とは異なる信号有りの判定信号を前記所定分析長毎に出力する入力信号電力判定部と、
今回の前記所定分析長の前記入力信号の電力値が、前回の前記所定分析長の前記入力信号の電力値に比較して急激な変化がないときに誤判定の可能性が無いとの変化判定出力を送出する入力信号電力変化判定部と、
前記相関判定部，前記入力信号電力判定部及び前記入力信号電力変化判定部の各出力を入力とし、前記相関判定部の判定が相関有り、前記入力信号電力判定部の判定が信号有り及び前記入力信号電力変化判定部の判定が誤判定の可能性無しのときに、前記入力信号の持続期間に基づいて予め定めた検出論理に合致する合致状態を示す２値出力〔ｕ（ｍ）〕を送出する検出論理部と、
該検出論理部からの２値出力〔ｕ（ｍ）〕の前記合致状態を示している期間（τ1 ）が音声の平均的な音節の長さ（Ｔ1 ）とパルス性雑音の持続する期間（Ｔ2 ）とにより予め定められた持続期間の範囲内（Ｔ1 ＞τ1 ＞Ｔ2 ）にあるか否かにより当該分析長の入力信号について音声であるか非音声であるかを判定する判定出力〔ｙ（ｍ）〕を出力する音声／非音声判定部と、
を備えた音声検出装置。
【請求項２】
前記音声／非音声判定部は、前記検出論理部からの２値出力〔ｕ（ｍ）〕が前記合致状態を示している持続期間（τ1 ）の前後の無音部分の長さのいずれもが、予め定められた期間（Ｔ3 ）よりも長い場合にのみ音声、それ以外は非音声であると判定する判定出力〔ｙ（ｍ）〕を出力するよう構成された請求項１に記載の音声検出装置。
【請求項３】
前記音声／非音声判定部における前記判定の動作を開始したときから、音節の長さに相当する保護期間経過した後に前記音声／非音声判定部の前記判定出力〔ｙ（ｍ）〕を有効とする非検出保護部を前記音声／非音声判定部の出力に備えた請求項１又は２に記載の音声検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号から音声信号と非音声信号を識別する音声検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音声検出の用途としては、電話における相手応答によるループ転極と呼出音の両方とも得られない場合での相手応答の検出手段として用いる場合や、音声と非音声の識別検出により音声情報のみを抽出しこれを音声圧縮するための補助手段として利用する場合等多岐にわたる用途がある。前記相手応答検出で音声信号中の音声を検出する場合に特に問題となるのは、回線雑音による誤検出と通信サービスを行う上で用いられる呼出音、話中音、トーン信号、モデム信号等の各種信号による誤検出である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、音声検出方法として測定された信号電力が予め定められるか又は適応的に定めた値を越えるか否かにより音声の有無を検出する方法や、母音の持つ自己相関性を用いて背景雑音と区別して音声を識別することにより誤検出を防ぐ方法が考えられる。しかし、上記信号電力による検出法は、上記通信サービス用の各種信号のような電力の大きい信号を音声として誤認識してしまうことがあるため実用的ではない。また、自己相関による検出法も上記通信サービス用の各種信号のように相関性の高い単周波又は複数の周波から構成される信号やパルス性雑音信号を音声として誤認識することも多く、これも実用的ではない。
【０００４】
本発明は、通信サービスを行う上で用いられる呼出音、話中音、トーン信号、モデム信号等の各種信号や、パルス性雑音等の各種雑音を音声と誤認識することを防ぐことができる音声検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の音声検出装置は、入力信号から音声信号と非音声信号とを識別検出するために、前記入力信号を該入力信号の最高周波数の周期の半分（ナイキスト間隔）以下の標本化周期で標本化した標本化値を所定分析長の２倍以上順次記憶して出力する波形メモリと、該波形メモリの出力値の遅延（ｋ）の自己相関関数Ｒ（ｋ）を音声ピッチより長くなるように定められた所定分析長毎に、計算し出力する相関計算部と、該相関計算部から得られる自己相関関数Ｒ（ｋ）の極大値の中の最大値Ｒmax を検索し出力する最大値検索部と、該最大値検索部からの前記最大値が予め定められ値を越えたときに当該分析長の入力信号について相関有を示す判定出力を出す相関判定部と、前記入力信号の電力値が所定の基準電力値を超えたときに雑音とは異なる信号有りの判定信号を前記所定分析長毎に出力する入力信号電力判定部と、今回の前記所定分析長の前記入力信号の電力値が、前回の前記所定分析長の前記入力信号の電力値に比較して急激な変化がないときに誤判定の可能性が無いとの変化判定出力を送出する入力信号電力変化判定部と、前記相関判定部，前記入力信号電力判定部及び前記入力信号電力変化判定部の各出力を入力とし、前記相関判定部の判定が相関有り、前記入力信号電力判定部の判定が信号有り及び前記入力信号電力変化判定部の判定が誤判定の可能性無しのときに、前記入力信号の持続期間に基づいて予め定めた検出論理に合致する合致状態を示す２値出力〔ｕ（ｍ）〕を送出する検出論理部と、該検出論理部からの２値出力〔ｕ（ｍ）〕の前記合致状態を示している期間（τ1 ）が音声の平均的な音節の長さ（Ｔ1 ）とパルス性雑音の持続する期間（Ｔ2 ）とにより予め定められた持続期間の範囲内（Ｔ1 ＞τ1 ＞Ｔ2 ）にあるか否かにより当該分析長の入力信号について音声であるか非音声であるかを判定する判定出力〔ｙ（ｍ）〕を出力する音声／非音声判定部とを備えたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
すなわち、本願発明による音声検出装置は、
(1) 入力信号から音声信号と非音声信号とを識別検出するために、
前記入力信号を該入力信号の最高周波数の周期の半分（ナイキスト間隔）以下の標本化周期で標本化した標本化値を所定分析長の２倍以上順次記憶して出力する波形メモリと、
該波形メモリの出力値の遅延（ｋ）の自己相関関数Ｒ（ｋ）を音声ピッチより長くなるように定められた所定分析長毎に計算し出力する相関計算部と、
該相関計算部から得られる自己相関関数Ｒ（ｋ）の極大値の中の最大値Ｒmax を検索し出力する最大値検索部と、
該最大値検索部からの前記最大値が予め定められ値を越えたときに当該分析長の入力信号について相関有を示す判定出力を出す相関判定部と、
該相関判定部からの前記判定出力が音声信号の持続期間に基づいて予め定めた検出論理に合致する合致状態か否かを示す２値出力〔ｕ（ｍ）〕を送出する検出論理部と、
該検出論理部からの２値出力〔ｕ（ｍ）〕が前記合致状態を示している期間（τ1 ）と予め定めた相関判定期間（Ｔｉ）との比較結果が所定の基準条件に適合しているか否かにより当該分析長の入力信号について音声であるか非音声であるかを判定する判定出力〔ｙ（ｍ）〕を出力する音声／非音声判定部と、
を備えた構成を有している。
【０００７】
さらに、本発明による音声検出装置は、次のように構成することができる。
(2) 前記入力信号の電力値が所定の基準電力値を超えたときに雑音とは異なる信号有りの判定信号を前記所定分析長毎に出力する入力信号電力判定部をさらに備え、
前記検出論理部は、該入力信号電力判定部からの判定信号が前記信号有りの状態であるときに、前記相関判定部からの判定出力に従って前記２値出力〔ｕ（ｍ）〕を送出するように構成されていることを特徴とする(1) に記載の音声検出装置。
(3) 今回の前記所定分析長の前記入力信号の電力値が、前回の前記所定分析長の前記入力信号の電力値に比較して急激な変化がないときに誤判定の可能性が無いとの変化判定出力を送出する入力信号電力変化判定部をさらに備え、
前記検出論理部は、該入力信号電力変化判定部が前記誤判定の可能性が無いとの変化判定出力を送出したときに、前記相関判定部からの判定出力に従って前記２値出力〔ｕ（ｍ）〕を送出するように構成されていることを特徴とする(1) または(2) に記載の音声検出装置。
(4) 前記相関判定期間（Ｔｉ）は音声の平均的な音節の長さに対応するように定められ、前記２値出力〔ｕ（ｍ）〕の前記合致状態である時間が該相関判定期間（Ｔｉ）より短い場合に、前記所定の基準条件に適合するとの判定動作をするように前記音声／非音声判定部が構成されていることを特徴とする(1) 乃至(3) のいずれかに記載の音声検出装置。
(5) 前記相関判定期間（Ｔｉ）はパルス性雑音の持続期間より大なるように定められ、前記２値出力〔ｕ（ｍ）〕の前記合致状態である時間が該相関判定期間（Ｔｉ）より長い場合に、前記所定の基準条件に適合するとの判定動作をするように前記音声／非音声判定部が構成されていることを特徴とする(1) 乃至(3) のいずれかに記載の音声検出装置。
(6) 前記相関判定期間（Ｔｉ）は音節間の無音部分の長さより小なるように定められ、前記２値出力〔ｕ（ｍ）〕の前記合致状態でない非合致状態から前記合致状態への転換時点の直前の該非合致状態である時間が該相関判定期間（Ｔｉ）より長く、かつ、該合致状態から前記非合致状態への転換時点の直後の該非合致状態である時間が該相関判定期間（Ｔｉ）より長い場合に、前記所定の基準条件に適合するとの判定動作をするように前記音声／非音声判定部が構成されていることを特徴とする(1) 乃至(3) のいずれかに記載の音声検出装置。
(7) 前記相関判定期間（Ｔｉ）は音節間の無音部分の長さより小なるように定められ、前記２値出力〔ｕ（ｍ）〕の前記合致状態でない非合致状態から前記合致状態への転換時点の直前の該相関判定期間（Ｔｉ）が全て該非合致状態であり、かつ、該合致状態から前記非合致状態への転換時点の直後の該相関判定期間（Ｔｉ）が全て該非合致状態である場合に、前記所定の基準条件に適合するとの判定動作をするように前記音声／非音声判定部が構成されていることを特徴とする(1) 乃至(3) のいずれかに記載の音声検出装置。
(8) 前記相関判定期間（Ｔｉ）は音節間の無音部分の長さより小なるように定められ、前記２値出力〔ｕ（ｍ）〕の前記合致状態でない非合致状態から前記合致状態への立ち上がり転換時点の直前の該相関判定期間（Ｔｉ）が全て該非合致状態であり、該合致状態から前記非合致状態への立ち下がり転換時点の直後の該相関判定期間（Ｔｉ）が全て該非合致状態であり、かつ、前記立ち上がり転換時点から前記立ち下がり転換時点までの間の予め定めた時間以上前記合致状態が存在する場合に、前記所定の基準条件に適合するとの判定動作をするように前記音声／非音声判定部が構成されていることを特徴とする(1) 乃至(3) のいずれかに記載の音声検出装置。
(9) 前記音声／非音声判定部における前記判定の動作を開始したときから、音節の長さに相当する保護期間経過した後の前記判定出力〔ｙ（ｍ）〕を有効とする非検出保護部をさらに備えたことを特徴とする(1) 乃至(8) のいずれかに記載の音声検出装置。
【０００８】
【実施例】
以下図面に基づき本発明の一実施例を説明する。図１は音声検出装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す音声検出装置の動作を示すフローチャートである。図１において、１はサンプリングタイムスロットｎでの入力信号データｘ（ｎ）を所定分析長の２倍以上順次記憶し、相関計算開始時刻ｉ0 から所定分析長Ｎ分の記憶データｘ（ｉ0 ＋Ｎ：ｉ0 ）とｋサンプル前に記憶したデータｘ（ｉ0 ＋Ｎ−ｋ：ｉ0 −ｋ）をｋ＝０からｋ＝Ｎまで順次出力する（Ｓ1 ）波形メモリ部、２は波形メモリ部１の出力〔ｘ（ｉ0 ＋Ｎ：ｉ0 ），ｘ（ｉ0 ＋Ｎ−ｋ：ｉ0 −ｋ）〕から入力信号の遅延ｋの自己相関関数Ｒ（ｋ）を順次算出する（Ｓ2 ）相関計算部であり、例えば次の式（１）を用いて算出する。
【０００９】
【数１】
0003901425.tif 000002
ただし、ｘ（ｉ）は時刻ｉにおける入力信号のレベル値、ｉ0 は相関計算開始時刻、Ｎは所定分析長のサンプル数を表す。所定分析長は音声のピッチ周期（５ｍｓ〜１０ｍｓ）より長い値を用い、値は実験的に決定する（実施例では分析長１０ｍｓ）。例えば、右高周波数が４ＫＨｚの音声信号を８ＫＨｚのサンプリング周波数（周期＝１２３μｓ）でサンプリングしたときのサンプル数Ｎは８０となる。
【００１０】
極大値の中の最大値検索部３は、２タイムスロット前の出力Ｒ（ｋ−２）、１タイムスロット前の出力Ｒ（ｋ−１）、及び現在の相関計算部２の出力Ｒ（ｋ）を比較して、Ｒ（ｋ−１）が最も大きい時にはＲ（ｋ−１）を極大値とする（Ｓ3 ）。このようにして極大値の中の最大値検索部３で得られた極大値を新たな極大値が得られた時点で比較して（Ｓ4 ）、従来の値より大きければこれを極大値の中の最大値とする（Ｓ5 ）。
相関判定部４は極大値の中の最大値検索部３で得られたＲ（０）からＲ（Ｎ）までの極大値の中の最大値が式（２）を満たしたとき相関有りと判定する（Ｓ6 ，Ｓ7 ，Ｓ8 ）。
【数２】
Ｒmax ＞α・Ｒ（０）  ，    ０＜α＜１        （２）
ただし、Ｒmax は極大値の中の最大値、αの値は相関判定しきい値で音声の自己相関関数から実験的に決定する（実施例では０．６８）。
【００１１】
入力信号電力判定部５は、背景雑音やパルス性雑音が式（２）を満足する場合に生じる誤検出を防止するため、Ｒ（０）からＲ（Ｎ）までの区間における入力信号の電力測定を式（３）に従って雑音とは異なる信号の有無を判定する（Ｓ9 ）。式（１）により入力信号の電力は相関計算部２の出力Ｒ（０）に等しい。
【数３】
Ｒ（０）＞β・γi02                         （３）
ただし、γi0は下限受信レベルであり、用途により異なった値を用いる。βは有音判定係数を表し、その値は想定する入力信号の平均電力から決定する（実施例では０．５）。
さらに、例えば無音期間中にパルス性雑音を受信した場合、次の分析区間でＲ（ｋ）＞Ｒ（０）となる場合があり、このとき自己相関有りと誤判定することになる。この誤認を防止するために、入力信号電力変化判定部６は前回の入力信号の電力Ｒ（０）をＲ’（０）として記憶しておき、現在の入力信号の電力Ｒ（０）と比較することにより、式（４）に示す入力信号電力の急激な減少の有無の判定を行い（Ｓ10）、次のように誤判定を防止又は抑制するものである。
【数４】
Ｒ’（０）＞γ・Ｒ（０）  急激な減少有りなので誤判定の可能性有り
Ｒ’（０）≦γ・Ｒ（０）  急激な減少無しなので誤判定の可能性無し
（４）
ただし、γは入力信号電力変化判定係数を示し、無音時のパルス性雑音から実験的に決定して無音区間が続く場合に生じる誤判定を生じないように工夫している（実施例では２０）。
【００１２】
検出論理部７は、相関判定部４で相関有りと判定し、入力信号電力判定部５で信号有りと判定し、さらに入力信号電力変化判定部６が誤判定の可能性無しと判定した時に、ｕ（ｍ）＝１を出力し（Ｓ11）、それ以外の時にｕ（ｍ）＝０を出力する（Ｓ12）。
【００１３】
音声／非音声判定部８では、検出論理部７の出力ｕ（ｍ）と以下に説明する相関判定期間（Ｔｉ）とを比較した結果に基づいて（Ｓ13，Ｓ14）音声と非音声を判別し（Ｓ15）、音声の時ｙ（ｍ）＝１を（Ｓ16）、非音声の時ｙ（ｍ）＝０を出力する（Ｓ17）。相関判定期間（Ｔｉ）は、判定の対象とする信号の特徴により例えば以下のように決定する。
【００１４】
本実施例では、ａ，ｂ，ｃを組み合わせて使用したが、対象とする信号に応じてこれを単独又は組み変えて使用することができる。
【００１５】
ａ）通信サービスに用いる信号（機械音）のように、音節の長さより相関性の高い期間が長い非音声信号を対象とする場合には、検出論理部７の出力ｕ（ｍ）が１となる持続期間τ１を測定し、この測定結果τ1 が音声の平均的な音節の長さに対応するように決定した機械音相関判定期間Ｔ１より短い場合〔図３−（１）〕には音声とし、長い場合〔図３−（２）〕には非音声として判定する。
【００１６】
ｂ）パルス性雑音のように、信号レベルとしては大きいが、短時間のパルス的な信号であるため、相関性の高い期間が非常に短い非音声信号の場合には以下の判定方法を用いる。すわなち検出論理部７の出力ｕ（ｍ）が１となる持続期間τ1 を測定し、この測定結果である持続期間τ1 がパルス性雑音の持続する期間τ1 より大なるように決定したパルス相関判定期間Ｔ２より長い場合〔図３−（１）〕には音声とし、短い場合〔図３−（３）〕には非音声として判定する。
【００１７】
ｃ）音声を対象とする場合には、音節間の無音部分により音節の前後に無相関の期間があることに着目して、検出論理部７の出力ｕ（ｍ）が０となる持続期間τ０を測定し、ｕ（ｍ）が０から１に変化する時にこの測定結果τ0 が音声の音節間の無音部分の長さより小なるように決定した有声相関判定期間Ｔ３より長く、かつｕ（ｍ）が１から０に戻った後の測定結果が上記有声相関判定期間Ｔ３より長くなった場合〔図４−（１）〕に音声とし、それ以外の場合〔図４−（２）〜（４）〕に非音声として判定する。
【００１８】
ｄ）また上記ｃの別の実施形態として、検出論理部７の出力ｕ（ｍ）を上記有声相関判定期間Ｔ３に相当する期間だけ記憶し、ｕ（ｍ）が０から１に変化した時点で記憶しているｕ（ｍ）が全て０であり、かつｕ（ｍ）が１から０に戻り有声相関判定期間Ｔ３を経過した後の時点で記憶しているｕ（ｍ）が全て０となる場合〔図４−（１）〕に音声とし、それ以外の場合〔図４−（２）〜（４）〕に非音声として判定する判定方法もある。
【００１９】
ｅ）さらに上記ａとｃを組み合わせた別の実施形態として、検出論理部７の出力ｕ（ｍ）を音節の長さと音節間の無音部分とを加算した長さに相当する期間Ｔ４だけ記憶し、先頭から上記有声相関判定期間Ｔ３はｕ（ｍ）＝０となり、かつ末尾から上記有声相関判定期間Ｔ３はｕ（ｍ）＝０であり、さらに記憶期間Ｔ４内にｕ（ｍ）＝１が例えば２サンプル以上存在すれば〔図５−（１）〕音声とし、それ以外であれば〔図５−（２）〜（５）〕非音声として判定する判定方法もある。
【００２０】
非検出保護部９は音声の音節程度の長さの非音声信号が入力された場合に音声と誤検出することを防止するため、音節の長さに相当する期間を基準とする保護期間Ｔ５を設け検出動作開始後に音声／非音声判定部８からの出力ｙ（ｍ）＝１を検出した後にこの保護期間Ｔ５が経過した時点ｔ0 から（Ｓ18，Ｓ19）、音声検出装置を出力を有効とする（図６）。
【００２１】
図７〜図１０は、男性音声“はい、○○です”，話中音，呼出音及びパルス性雑音の本発明装置による検出シミュレーション結果である。図７では、音声を正確に検出したことを示し、図８〜図１０では非音声を誤認識しないことを示している。
【００２２】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によれば、自己相関判定結果と自己相関判定期間を比較することによって音声と非音声を誤認識することなく音声検出器を動作させることができる。
【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】図１の実施例の動作を示すフローチャートである。
【図３】判定方法ａ）及びｂ）の場合の音声／非音声判定部の時間特性である。
【図４】判定方法ｃ）及びｄ）の場合の音声／非音声判定部の時間特性である。
【図５】判定方法ｅ）の場合の音声／非音声判定部の時間特性である。
【図６】非検出保護部の時間特性である。
【図７】本発明の実施例による男性音声“はい、○○です”の検出シミュレーション結果である。
【図８】本発明の実施例による「話中音」の検出シミュレーション結果である。
【図９】本発明の実施例による「呼出音」の検出シミュレーション結果である。
【図１０】本発明の実施例による「パルス性雑音」の検出シミュレーション結果である。
【符号の説明】
１  波形メモリ
２  相関計算部
３  極大値の中の最大値検索部
４  相関判定部
５  入力信号電力判定部
６  入力信号電力変化判定部
７  検出論理部
８  音声／非音声判定部
９  非検出保護部
【図１】
0003901425.tif 000003
【図２】
0003901425.tif 000004
【図３】
0003901425.tif 000005
【図４】
0003901425.tif 000006
【図５】
0003901425.tif 000007
【図６】
0003901425.tif 000008
【図７】
0003901425.tif 000009
【図８】
0003901425.tif 000010
【図９】
0003901425.tif 000011
【図１０】
0003901425.tif 000012