(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号の波形から隣接していて長さが等しく波形間誤差が最も小さい２つの波形を選択する波形選択手段と、
選択された２つの波形を重ね合わせる波形重合手段と、
重ね合わせ後の波形を前記入力音声信号の波形の一部と置き換え又は一部に挿入して出力音声信号を生成する波形合成手段と、
を具備する音声再生速度変換装置。
【請求項２】
前記入力音声信号を格納するバッファメモリ、をさらに具備し、
前記波形選択手段は、前記バッファメモリから隣接し且つ長さが等しい２つの波形を波形の長さを各組毎に異ならせて複数組切り出し、切り出した波形の各組から波形間誤差が最も小さい波形の組を前記２つの波形として選択する、
請求項１記載の音声再生速度変換装置。
【請求項３】
入力音声信号の予測残差信号の波形から隣接していて長さが等しく波形間誤差が最も小さい２つの波形を選択する波形選択手段と、
選択された２つの波形を重ね合わせる波形重合手段と、
重ね合わせ後の波形を前記予測残差信号の波形の一部と置き換え又は一部に挿入して合成残差信号を生成する波形合成手段と、
線形予測係数を用いて前記合成残差信号から出力音声信号を生成する合成フィルタと、
を具備する音声再生速度変換装置。
【請求項４】
前記予測残差信号を格納するバッファメモリ、をさらに具備し、
前記波形選択手段は、前記バッファメモリから隣接し且つ長さが等しい２つの波形を波形の長さを各組毎に異ならせて複数組切り出し、切り出した波形の各組から波形間誤差が最も小さい波形の組を前記２つの波形として選択する、
請求項３記載の音声再生速度変換装置。
【請求項５】
前記入力音声信号から前記予測残差信号を算出する逆フィルタ、をさらに具備する、
請求項３記載の音声再生速度変換装置。
【請求項６】
前記選択手段は、切り出し範囲を前記入力音声信号のピッチ周期情報に基づいて設定する、
請求項４記載の音声再生速度変換装置。
【請求項７】
前記予測残差信号は、前記音声再生速度変換装置に接続された音声符号化装置のデコーダから入力されるものである、
請求項３記載の音声再生速度変換装置。
【請求項８】
前記線形予測係数は、前記音声再生速度変換装置に接続された音声符号化装置のデコーダから入力されるものである、
請求項３記載の音声再生速度変換装置。
【請求項９】
前記ピッチ周期情報は、前記音声再生速度変換装置に接続された音声符号化装置のデコーダから入力されるものである、
請求項６記載の音声再生速度変換装置。
【請求項１０】
前記線形予測係数を前記合成残差信号に対して最適になるように補間する線形予測係数補間手段、をさらに具備し、
前記合成フィルタは、補間された線形予測係数を用いて前記合成残差信号から前記出力音声信号を生成する、
請求項３記載の音声再生速度変換装置。
【請求項１１】
線形予測係数を用いて入力音声信号の予測残差信号から復号音声信号を生成する合成フィルタと、
前記復号音声信号の波形から隣接していて長さが等しく波形間誤差が最も小さい２つの波形を選択する波形選択手段と、
選択された２つの波形を重ね合わせる波形重合手段と、
重ね合わせ後の波形を前記復号音声信号の波形の一部と置き換え又は一部に挿入して出力音声信号を生成する波形合成手段と、
を具備する音声再生速度変換装置。
【請求項１２】
前記復号音声信号を格納するバッファメモリ、をさらに具備し、
前記波形選択手段は、前記バッファメモリから隣接し且つ長さが等しい２つの波形を波形の長さを各組毎に異ならせて複数組切り出し、切り出した波形の各組から波形間誤差が最も小さい波形の組を前記２つの波形として選択する、
請求項１１記載の音声再生速度変換装置。
【請求項１３】
前記選択手段は、切り出し範囲を前記入力音声信号のピッチ周期情報に基づいて設定する、
請求項１２記載の音声再生速度変換装置。
【請求項１４】
前記予測残差信号は、前記音声再生速度変換装置に接続された音声符号化装置のデコーダから入力されるものである、
請求項１１記載の音声再生速度変換装置。
【請求項１５】
前記線形予測係数は、前記音声再生速度変換装置に接続された音声符号化装置のデコーダから入力されるものである、
請求項１１記載の音声再生速度変換装置。
【請求項１６】
前記ピッチ周期情報は、前記音声再生速度変換装置に接続された音声符号化装置のデコーダから入力されるものである、
請求項１３記載の音声再生速度変換装置。
【請求項１７】
入力音声信号の波形から隣接していて長さが等しく波形間誤差が最も小さい２つの波形を選択するステップと、
選択された２つの波形を重ね合わせるステップと、
重ね合わせ後の波形を前記入力音声信号の波形の一部と置き換え又は一部に挿入して出力音声信号を生成するステップと、
を具備する音声再生速度変換方法。
【請求項１８】
入力音声信号の予測残差信号の波形から隣接していて長さが等しく波形間誤差が最も小さい２つの波形を選択するステップと、
選択された２つの波形を重ね合わせるステップと、
重ね合わせ後の波形を前記予測残差信号の波形の一部と置き換え又は一部に挿入して合成残差信号を生成するステップと、
線形予測係数を用いて前記合成残差信号から出力音声信号を生成するステップと、
を具備する音声再生速度変換方法。
【請求項１９】
線形予測係数を用いて入力音声信号の予測残差信号から復号音声信号を生成するステップと、
前記復号音声信号の波形から隣接していて長さが等しく波形間誤差が最も小さい２つの波形を選択するステップと、
選択された２つの波形を重ね合わせるステップと、
重ね合わせ後の波形を前記復号音声信号の波形の一部と置き換え又は一部に挿入して出力音声信号を生成するステップと、
を具備する音声再生速度変換方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ディジタル化された音声信号を音声のピッチ（音程）を変化させずに任意の速度で再生する音声再生速度変換装置に関するものである。
本明細書では「音声」及び「音声信号」を、人間の発する音声だけではなく、楽器等から発せられるすべての音響信号を表すものとして使用する。
背景技術
音声のピッチを変化させずにその再生速度を任意の速度に変換する方法の１つとして、ＰＩＣＯＬＡ（Pointer Interval Control OverLapand Add）方式がある。ＰＩＣＯＬＡ方式の原理は、森田直孝、板倉文忠、「ポインタ移動量制御による重複加算法（ＰＩＣＯＬＡ）を用いた音声の時間軸上での伸長圧縮とその評価」、日本音響学会講演論文集1-4-14（1988年３月）に紹介されている。また、ＰＩＣＯＬＡ方式を、フレーム単位に分割された音声信号に対して適用し、少ないバッファメモリで再生速度変換を実現する方法が、特開平８−１３７４９１号に開示されている。
図９に従来のＰＩＣＯＬＡ方式による音声再生速度変換装置のブロック図を示す。同図に示された音声再生速度変換装置では、ディジタル化された音声信号が記録媒体１に記録されており、フレーミング部２が記録媒体１から音声信号をあらかじめ決められた長さＬＦサンプルのフレーム単位で取り出す。フレーミング部２によって取り出された音声信号は、バッファメモリ３に一時的に保持される一方で、ピッチ周期算出部６へ与えられる。ピッチ周期算出部６は、音声信号のピッチ周期Ｔｐをし算出して波形重ね合わせ部４へ与えると共に処理開始位置ポインタをバッファメモリ３へ保存する。波形重ね合わせ部４は、入力音声のピッチ周期を用いてバッファメモリ３に保持されている音声信号の波形を重ね合わせ、重ね合わせ波形を波形合成部５へ出力する。波形合成部５は、バッファメモリ３に保持されている音声信号波形と波形重ね合わせ部４によって算出された重ね合わせ波形とから出力音声信号波形を合成して出力音声を出力する。
この音声再生速度変換装置は、次のような処理により音程を変えずに再生速度を変換する。
まず、高速再生を行なう時の処理方法を図１０及び図１１を用いて説明する。図において、Ｐ０は、波形の重ね合わせ処理が行なわれるフレームの先頭を表わすポインタである。波形重ね合わせ処理は、音声のピッチ周期Ｔｐの２周期分の長さＬＷサンプルを処理フレームとする。また、Ｌは、入力音声の速度を１として、所望再生速度がｒで与えられたとき、
Ｌ＝Ｔｐ｛１／（ｒ−１）｝  （１）
で与えられるサンプル数である。このＬは出力波形（ｃ）の長さに対応するサンプルであり、後述するように、Ｔｐ＋Ｌサンプルの入力音声がＬサンプルの出力音声として再生される。従って、ｒ＝（Ｔｐ＋Ｌ）／Ｌとなり、（１）の関係が導出される。
記録媒体１からフレーミング部２によって切り出された入力音声は、バッファメモリ３に蓄えられる。同時に、ピッチ周期算出部６は、入力音声のピッチ周期Ｔｐを算出し、波形重ね合わせ部４に入力する。また、ピッチ周期算出部６は、ピッチ周期Ｔｐから（１）式を用いてＬを算出し、次の処理開始位置Ｐ０'を決定し、バッファメモリ上のポインタとして、バッファメモリ３に引き渡す。
波形重ね合わせ部４は、バッファメモリ３から、ポインタＰ０が示す処理開始位置から波形重ね合わせ処理フレームＬＷ（＝２Ｔｐ）サンプルの波形を切り出し、処理フレームの前半部分（波形Ａ）に対しては、時間軸方向に減少する三角窓、後半部分（波形Ｂ）に対しては、時間軸方向に増加する三角窓を掛けたのち、波形Ａと波形Ｂを加算し、重ね合わせ波形Ｃを算出する。
波形合成部５は、図１０に示す入力信号波形（ａ）から、波形重ね合わせ処理フレームの波形（波形Ａ＋波形Ｂ）を切り取り、代わりに図１０に示す重ね合わせ波形（波形ｃ）を挿入する。その後、入力波形上で（Ｐ０＋Ｔｐ＋Ｌ）点の位置を示すＰ０'（合成波形上でば波形Ｃの先頭＋Ｌ点の位置を示すＰ１）まで、入力音声波形Ｄを継ぎ足す。なお、ｒ＞２のときは、Ｐ１は波形Ｃ上に存在することになるが、この場合は、波形ＣをＰ１の示す位置まで出力する。
この結果、合成された出力波形（ｃ）の長さはＬサンプルとなり、Ｔｐ＋Ｌサンプルの入力音声がＬサンプルの出力音声として再生されることになる。次の波形重ね合わせ処理は、入力波形上のＰ０'点から行なう。
図１１は、図１０を用いて説明した上記の処理について、バッファメモリ３に保持された音声信号と、フレーミング部２によるフレーミングとの関係を示した図である。
本来、バッファメモリ３上において、波形重ね合わせ処理に必要なバッファ長は、入力音声の最大ピッチ周期ＴＰmaxの２周期分である。しかし、入力音声が、あらかじめ定められたフレーム長ＬＦサンプル毎に区切られて入力されるため、処理開始位置Ｐ０は入力音声の先頭フレーム内の、任意の位置を取ることとなり、また、バッファ長は入力フレーム長の整数倍でなければならないことから、バッファ長は（ＬＦ＋２Ｔｐmax）以上でＬＦの倍数のうち最小のものということになる。例えば、入力フレーム長ＬＦが１６０サンプル、ピッチ周期の最大値ＴＰmaxが１４５ならば、バッファ長は３ＬＦ＝４８０サンプル必要となる。
バッファメモリ上での処理は、ＬＦサンプルの入力がある毎にバッファメモリの内容をシフトして行き、処理開始位置Ｐ０が先頭フレーム内に入ったときのみ、波形重ね合わせの処理を行なえばよい。それ以外のときは、入力信号がそのまま出力信号となる。
次に、低速再生を行なう方法について、図１２を用いて説明する。
高速再生の場合と同様に、Ｐ０は波形重ね合わせ処理フレームの先頭を表わすポインタである。波形重ね合わせ処理は、音声のピッチ周期Ｔｐの２周期分の長さＬＷサンプルを処理フレームとする。また、Ｌは、入力音声の速度を１として、所望再生速度がｒで与えられたとき、
Ｌ＝Ｔｐ｛ｒ／（１−ｒ）｝  （２）
で与えられるサンプル数である。低速再生の場合は、後述するように、Ｌサンプルの入力音声がＴｐ＋Ｌサンプルの出力音声として再生されることになる。従って、ｒ＝Ｌ／（Ｔｐ＋Ｌ）となり、（２）の関係が導出される。
波形重ね合わせ部４は、処理フレームの前半部分（波形Ａ）に対しては、時間軸方向に増加する三角窓、後半部分（波形Ｂ）に対しては、時間軸方向に減少する三角窓を掛けたのち、波形Ａと波形Ｂとを加算し、重ね合わせ波形Ｃを算出する。
波形合成部５は、図１２に示す入力信号波形（ａ）の波形Ａと波形Ｂとの間に、重ね合わせ波形（背景Ｃ）を挿入する。その後、入力波形上でＰ０＋Ｌ点の位置を示すＰ０'（合成波形上でば波形Ｃの先頭＋Ｌ点の位置を示すＰ１）まで、入力音声波形Ｂを継ぎ足す。ｒ＞０．５のときは、Ｐ１は波形Ｂ上ではなく、重ね合わせ処理フレームに続く波形Ｄ上に存在ことになるが、この場合は、波形ＤをＰ０'の示す位置まで出力する。
この結果、合成された出力波形（ｃ）の長さはＴｐ＋Ｌサンプルとなり、Ｌサンプルの入力音声がＴｐ＋Ｌサンプルの出力音声として再生されることになる。また、次の波形重ね合わせ処理は、入力波形上のＰ０'点から行なう。
バッファメモリ３に保持された音声信号と、フレーミング部２によるフレーミングとの関係は、高速再生の場合と同じである。
ところで、前述した音声再生速度変換装置は、入力音声のピッチ周期を求め、そのピッチ周期に基づいて波形の重ね合わせを行なっている。ピッチ周期で区切られた入力音声はピッチ波形と呼ばれ、一般にピッチ波形同士は非常に類似度が高いため、波形重ね合わせ処理に用いるのに適している。
しかしながら、ピッチ周期に算出誤りが含まれると、隣接するピッチ波形間の誤差が増大し、結果として波形重ね合わせ後の出力音声の品質が低下する問題が生じる。ピッチ周期の算出誤りが発生する主な原因として次のようなことが考えられる。一般に、算出されたピッチ周期は、入力音声のある一部区間（ピッチ周期分析区間という）を代表するピッチ周期であり、ピッチ周期分析区間内でピッチ周期が急激に変化している場合には、算出されたピッチ周期と、実際のピッチ周期との誤差が大きくなるためである。従って、出力音声の品質が低下するのを抑えるためには、波形重ね合わせ処理位置における最適なピッチ波形を求める必要がある。
発明の開示
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたものであり、音声再生速度変換時の波形重ね合わせによって生じる歪みを低減し、出力音声の品質を向上することができる音声再生速度変換装置を提供することを目的としている。
本発明の第１の態様は、入力音声信号または入力残差信号において、隣接する長さの等しい２つの波形の誤差が、最も小さくなるような波形を選択し、その２つの波形を重ね合わせることによって、重ね合わせ波形を算出し、その重ね合わせ波形を入力音声信号または入力残差信号の一部と置き換え、あるいは、挿入することにより、音声の再生速度変換を実現している。
これにより、重ね合わせる波形を的確に選択することができるため、速度変換した音声の品質が向上する。
また、本発明の第２の態様は、音声信号を、スペクトル情報を表わす線形予測係数、ピッチ周期情報、及び予測残差を表わす音源情報に分離して符号化する音声符号化装置のデコーダと組み合わせて、音声符号化装置からの出力情報を利用する。
これにより、音声符号化装置からの出力情報を利用することにより、符号化された音声信号の再生速度変換の計算コストを大幅の下げることができる。
本発明の第３の態様は、ディジタル化された入力音声信号を一時的に保持するバッファメモリと、バッファメモリに保持された音声信号の波形を重ね合わせる波形重ね合わせ部と、バッファメモリ内の入力音声波形と重ね合わせ音声波形とから出力音声波形を合成する波形合成部とを具備する音声再生速度変換装置において、バッファメモリから隣接する等しい長さの２つの音声波形を切り出す波形切り出し部と、波形切り出し部によって切り出された２つの音声波形の間の誤差を算出する誤差算出部とを設け、波形重ね合わせ部が、誤差算出部によって算出された誤差が最小になる２つの音声波形を選択して重ね合わせる。
また、本発明の第４の態様は、入力音声信号のスペクトル情報を表わす線形予測係数を算出する線形予測分析部と、算出された線形予測係数を利用して入力音声信号から予測残差信号を算出する逆フィルタと、線形予測係数を利用して予測残差信号から音声信号を合成する合成フィルタとを備え、逆フィルタの算出した予測残差信号をバッファメモリに保持し、波形合成部が合成した予測残差信号を合成フィルタに出力する。
これにより、ピッチ波形の見極めが容易な予測残差信号を用いて再生速度変換処理を行なうことができ、ピッチ波形を正確に切り出すことができ、再生音声の品質が向上する。
また、本発明の第５の態様は、音声信号を、スペクトル情報を表わす線形予測係数とピッチ周期情報と予測残差を表わす音源情報とに分離して符号化する音声符号化装置と組み合せた構成であり、バッファメモリが予測残差を表わす音源情報を一時的に保持し、波形切り出し部がピッチ周期情報を基にバッファメモリから切り出す音声波形の長さの範囲を設定する。
また、本発明の第６の態様は、音声信号を、スペクトル情報を表わす線形予測係数とピッチ周期情報と予測残差を表わす音源情報とに分離して符号化する音声符号化装置と組み合わせた構成であり、バッファメモリが復号音声信号を一時的に保持し、波形切り出し部がピッチ周期情報を基にバッファメモリから切り出す音声波形の長さの範囲を設定する。
また、本発明の第７の態様は、入力音声信号のスペクトル情報を表わす線形予測係数を算出する線形予測分析部と、算出された線形予測係数を利用して入力音声信号から予測残差信号を算出する逆フィルタと、線形予測係数を補間する線形予測係数補間部と、線形予測係数を利用して予測残差信号から音声信号を合成する合成フィルタとを備え、バッファメモリが逆フィルタによって算出された予測残差信号を一時的に保持し、波形合成部は合成した予測残差信号を前記合成フィルタに出力し、線形予測係数補間部は合成された予測残差信号に対して最適になるように線形予測係数を補間し、合成フィルタは補間された線形予測係数を利用して出力音声信号を合成する。
これにより、合成された予測残差信号に対して最適になるように補間された線形予測係数を用いて出力音声信号が合成されるため、音声品質が向上することになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施の形態にかかる音声再生速度変換装置のブロック図、
図２は、第１の実施の形態で再生速度変換対象となる音声信号の波形図、
図３は、第２の実施の形態にかかる音声再生速度変換装置のブロック図、
図４は、第３の実施の形態にかかる音声再生速度変換装置のブロック図、
図５は、第４の実施の形態にかかる音声再生速度変換装置のブロック図、
図６は、第５の実施の形態にかかる音声再生速度変換装置のブロック図、
図７は、処理フレーム位置、窓形状と重み及び重ね合わせ処理の関係図、
図８は、第６の実施の形態にかかる音声再生速度変換装置のブロック図、
図９は、従来の音声再生速度変換装置のブロック図、
図１０は、高速再生の場合の入力波形、重ね合わせ波形、出力波形の関係図、
図１１は、フレーミングされた入力信号、バッファメモリ内の入力信号、シフト後のバッファメモリ内の入力信号の関係図、及び
図１２は、低速再生の場合の入力波形、重ね合わせ波形、出力波形の関係図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態にかかる音声再生速度変換装置の機能ブロックが示されている。なお、前述した図９に示された装置の各部と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
この音声再生速度変換装置では、波形切り出し部７がバッファメモリ３に波形を切り出す開始位置と切り出す波形の長さとを与えて、隣接する同じ長さの２つの音声波形をバッファメモリ３から切り出し、誤差算出部８が波形切り出し部７によって切り出された２つの音声波形間の誤差を算出し、且つ誤差が最小となる長さの波形を選択し、重ね合わせ処理フレームを決定する。そして、波形重ね合わせ部９が誤差算出部８で決定した２つの波形を重ね合わせる。
なお、前述の図９に示された装置と同様に、記録媒体１にディジタル化された音声信号を記録され、レーミング部２が音声信号をあらかじめ決められた長さＬＦサンプルのフレーム単位で記録媒体１から取り出し、フレーミング部２によって取り出された音声信号を一時的にバッファメモリ３に保持する。また、波形合成部５がバッファメモリ３に保持されている音声信号波形と波形重ね合わせ部９によって算出された重ね合わせ波形とから出力音声信号波形を合成する。
この装置の記憶媒体１、フレーミング部２、バッファメモリ３、波形重ね合わせ部９、波形合成部５の機能及び再生速度変換の処理は、従来の装置と同じであるので説明を省略し、波形切り出し部７、誤差算出部８の機能と、重ね合わせ処理フレームの決定プロセスについて主に説明する。
波形切り出し部７は、図２に示すように、重ね合わせ処理フレーム候補波形19として、バッファメモリ３から、処理開始位置ポインタＰ０から隣接する同じ長さＴｃの２つの音声波形（波形Ａと波形Ｂ）を切り出す。
誤差算出部８は、波形Ａと波形Ｂとの２つの波形間の誤差を算出する。２つの波形間の誤差Ｅｒｒは、波形Ａをｘ（ｎ）、波形Ｂをｙ（ｎ）、ｎをサンプル点として、次式のように表わされる。
Ｅｒｒ＝Σ｛ｘ（ｎ）−ｙ（ｎ）｝2  （３）
（Σはｎ＝０からＴｃ−１まで加算）
誤差算出部８は、処理開始位置ポインタＰ０を固定したまま、ポインタＰ０より切り出す連続する２つの波形Ａ，Ｂの長さ（サンプル数）を異ならせて別の２つの波形Ａ，Ｂをバッファメモリ３から読み出して波形間の誤差Ｅｒｒを計算する。処理開始位置ポインタＰ０を固定したまま、２つの波形Ａ，Ｂの長さ（サンプル数）を順次異ならせて誤差Ｅｒｒを計算する。そして、誤差Ｅｒｒが最小になる波形Ａ，Ｂの組み合せを選択する。
ここで、Ｅｒｒは波形の長さＴｃサンプルにおける積算誤差であるため、長さＴｃの異なる波形に対する誤差同士を直接比較することはできない。そこで、例えば、誤差Ｅｒｒをサンプル数でＴｃで割り算した値、つまり、１サンプル点に対する平均誤差Ｅｒｒ／Ｔｃを用いることにより、誤差の比較が可能となる。波形の長さＴｃは、あらかじめ、取る値の範囲が定められており、例えば、８ｋＨｚサンプリングの音声信号に対しては１６から１６０サンプル程度でよい。波形の長さＴｃを定められた範囲内で変化させ、それぞれのＴｃに対して、平均誤差Ｅｒｒ／Ｔｃを算出し、それらを比較して、平均誤差を最小にするＴｃが求める波形の長さとなる。
波形重ね合わせ部９では、誤差算出部８から選択した２つの波形Ａ，Ｂを重ね合わせ処理フレーム１４として取込み、処理フレーム（波形Ａ）と処理フレーム（波形Ｂ）とに別々の三角窓を掛けた上で、両者を重ね合わして重ね合わせ波形１５を生成する。
波形合成部５では、バッファメモリ３から入力音声波形１６を取込むと共に、再生速度ｒに基づいて重ね合わせ波形１５を入力音声波形１６の一部と交換又は挿入して速度変換された出力音声１７を発生させる。
このように本実施の形態によれば、波形切り出し部７がバッファメモリ３から波形合成候補となる隣接する一対の波形Ａ，Ｂを切り出し、切り出し対象となる波形の長さを徐々に変化させて、各波形対における波形間の誤差Ｅｒｒ／Ｔｃを計算し、誤差Ｅｒｒ／Ｔｃが最も小さくなる波形Ａ，Ｂの組を合成対象とするので、波形Ａ，Ｂの重ね合わせによって生じる歪みを低減し、出力音声の品質を向上させることができる。
（第２の実施の形態）
第２の実施形態は、ピッチ波形が顕著に現れる残差信号によって再生速度変換処理を行なう例である。
図３に、第２の実施形態にかかる音声再生速度変換装置の機能ブロックを示す。なお、前述した図１及び図９に示された装置の各部と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
この音声再生速度変換装置は、入力音声信号のスペクトル情報を表わす線形予測係数を算出する線形予測分析部３０と、算出された線形予測係数を利用して入力音声信号から予測残差信号を算出する逆フィルタ３１と、線形予測係数を利用して予測残差信号から音声信号を合成する合成フィルタ３２とを備えている。本実施の形態にかかる音声再生速度変換装置のその他の構成は第１の実施の形態と同じである。
以上の様に構成された音声再生速度変換装置では、フレーミング部２によって切り出されたフレーム単位の入力音声１２が線形予測分析部３０と逆フィルタ３１へ入力される。線形予測分析部３０ではフレーム単位の入力音声１２から線形予測係数３３が算出され、逆フィルタ３１では線形予測係数３３を用いて、入力音声１２から残差信号３４が算出される。
逆フィルタ３１にて算出される残差信号３４は、バッファメモリ３、波形切り出し部７、誤差算出部８、及び波形重ね合わせ部９にて、第１の実施の形態で説明した再生速度変換処理により波形合成され、波形合成部５より合成残差信号３５として出力される。
合成フィルタ３２は、線形予測分析部３０から与えられる線形予測係数３３を用いて、合成残差信号３５から出力合成音声３６を算出して出力する。
このように本実施の形態は、入力音声信号から線形予測係数によって表わされるスペクトル包絡情報を取り除いた信号である予測残差信号から２つの波形Ａ，Ｂを切り出して波形合成する。予測残差信号は元の入力信号よりもピッチ波形が顕著に現れる特性があるので、本実施の形態のように残差信号上で再生速度変換処理を行なうことによって、ピッチ波形を正確に切り出すことができ、再生音声の品質を向上することができる。
（第３の実施の形態）
第３の実施形態は、音声再生速度変換装置を音声符号化装置と組み合わせ、前記音声符号化装置から出力される音声符号化情報を速度変換処理で利用することにより、演算量の削減を行なっている。
図４に、本実施の形態にかかる音声再生速度変換装置の機能ブロックが示されている。なお、前述した図１、図３及び図９に示された装置の各部と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
この音声再生速度変換装置は、第２の実施の形態における記憶媒体１、フレーミング部２、線形予測分析部３０及び逆フィルタ３１の各部を、それら各機能を備えた音声符号化装置のデコーダ４０で置き換えたものである。音声符号化装置のデコーダ４０は、音声信号を、スペクトル情報を表わす線形予測係数とピッチ周期情報と予測残差を表わす音源情報とに分離して符号化する機能を有する。このような音声符号化装置の代表としてはＣＥＬＰ（Code Excited Linear Predictioncoding）がある。また一般に、ＣＥＬＰに代表される高能率音声符号化装置では、各符号化情報はフレーム単位で符号化されている。従って、デコーダ４０から出力される音源信号４１は、音声符号化装置で定められた長さのフレーム単位の信号であり、本発明の音声再生速度変換装置の入力として、直接使用することができる。
本実施の形態にかかる音声再生速度変換装置では、デコーダ４０から出力されるフレーム単位の音源信号４１をバッファメモリ３へ格納し、ピッチ周期情報４２を波形切り出し部４３に入力し、さらに線形予測係数３３を合成フィルタ３２へ入力する。
波形切り出し部４３では、第１の実施の形態と同様にしてバッファメモリ３から長さＴｃの隣接する波形Ａ，Ｂを切り出し、長さＴｃを順次異ならせて複数組の波形Ａ，Ｂを誤差算出部８へ供給する。しかも、波形切り出し部４３は切り出す波形の長さＴｃのとる値の範囲を、ピッチ周期情報４２に応じて変えることにより、誤差算出に要する演算量を大幅に削減することができる。また、デコーダから出力された線形予測係数３３は合成フィルタ３２の入力として用いる。
このように、音声信号をスペクトル情報を表わす線形予測係数と、ピッチ周期情報と、予測残差を表わす音源情報とに分離して符号化する音声符号化装置のデコーダと、本発明の音声再生速度変換装置とを組み合わせることにより、音声符号化装置から出力される情報を利用して、音声符号化装置が符号化した音声信号の再生速度変換を少ない演算量で実現することができる。
（第４の実施の形態）
第４の実施形態の音声再生速度変換装置は、音声符号化装置と組み合わせ、前記音声符号化装置から出力される音声符号化情報を利用することにより、演算量の削減を行なっている。
図５に、本実施の形態にかかる音声再生速度変換装置の機能ブロックを示している。なお、前述した第３の実施の形態の各部と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
この音声再生速度変換装置は、第３の実施の形態に備えた合成フィルタ３２と同一機能を有する合成フィルタ３２'を、音声符号化装置のデコーダ４０とバッファメモリ３との間に配置している。合成フィルタ３２'がフレーム単位の音源信号４１と線形予測係数３３とから復号音声信号を生成して合成音声信号４４としてバッファメモリ３に保存する。デコーダ４０から音源信号４１がフレーム単位で入力されるため、合成音声信号４４もフレーム単位の信号となり、従って、本発明の音声再生速度変換装置の入力として直接使用することができるものである。
このように、音声信号を、スペクトル情報を表わす線形予測係数と、ピッチ周期情報と、予測残差を表わす音源情報に分離して符号化する音声符号化装置と、本発明の音声再生速度変換装置とを組み合わせることにより、音声符号化装置から出力される情報を利用して、音声符号化装置が符号化した音声信号の再生速度変換を、少ない演算量で実現することができる。
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態は、線形予測係数を合成された予測残差信号に対して最適になるように補間することにより、音声品質を向上させる音声再生速度変換装置である。
図６に、本実施の形態にかかる音声再生速度変換装置の機能ブロックを示す。なお、前述した各実施の形態の各部と同一機能を有する部分には同一機能を付している。
この音声再生速度変換装置は、入力音声信号のスペクトル情報を表わす線形予測係数を算出する線形予測分析部３０と、算出された線形予測係数３３を利用して入力音声信号から予測残差信号３４を算出する逆フィルタ３１と、線形予測係数を利用して入力音声信号から音声信号を合成する合成フィルタ３２と、線形予測係数３３を合成された予測残差信号に対して最適になるように補間する線形予測係数補間部６０とを備えている。その他の構成については、第１の実施の形態（図１）と同じである。
この音声再生速度変換装置では、フレーミング部２によって記録媒体１から切り出されたフレーム単位の入力音声１２が線形予測分析部３０へ与えられる。線形予測分析部３０は、フレーム単位の入力音声１２から線形予測係数３３を算出して逆フィルタ３１及び線形予測係数補間部６０へ出力する。逆フィルタ２１は、線形予測係数３３を用いて入力音声１２から残差信号３４を算出する。この残差信号３４は、第１の実施の形態で説明した再生速度変換処理により波形合成され、波形合成部５より合成残差信号３５として出力される。
線形予測係数補間部６０は、波形合成部４から処理フレーム位置情報６１を受け取り、線形予測係数３３を合成残差信号３５に対して最適になるように補間する。補間された線形予測係数６２は、合成フィルタ３２に入力され、合成残差信号３５から、出力音声信号３６が合成される。
ここで、線形予測係数３３を合成残差信号３５に対して最適になるように補間する方法の一例について図７を参照しながら説明する。
図７（ａ）に示すように、合成残差信号３５を算出するための処理フレームが、入力フレーム１、２、３にまたがっているのもとする。このとき波形重ね合わせに用いる窓の形状は図７（ｂ）に示すような窓形状と重みであるとする。したがって、図７（ｃ）に示すように重ね合わせ処理によって生成される重ね合わせ波形に含まれるデータ量は、区間Ｆ１，Ｆ２、Ｆ３に含まれるデータ量を窓形状を考慮した重みｗ1、ｗ2、ｗ3によって重み付けしたものとなる。この重ね合わせ波形に含まれる元のデータ量を基準にすれば、補間された線形予測係数６２は次のように求められる。
（補間線形予測係数）＝（フレーム１の線形予測係数）×（重みｗ1）
＋（フレーム２の線形予測係数）×（重みｗ2）
＋（フレーム３の線形予測係数）×（重みｗ3）
ただし、ｗ1＋ｗ2＋ｗ3＝1
なお、重みｗ1，ｗ2、ｗ3については、窓形状を考慮するだけではなく、フレーム１、２、３それぞれの線形予測係数の類似度等を考慮に入れても良い。また、算出する補間線形予測係数は１つである必要はなく、重ね合わせ波形を複数の部分に分割し、それぞれの部分の対して最適な補間線形予測係数を求めても良い。また、線形予測係数を補間する処理においては、各線形予測係数を補間処理に適するＬＳＰパラメータ等に変換し、変換したＬＳＰパラメータ等に対して補間処理を行い、算出後に線形予測係数に再変換することにより性能を向上させる事が出来る。
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態にかかる音声再生速度変換装置は、音声符号化装置と組み合わせて使用され、音声符号化装置から出力される音声符号化情報を利用することにより、演算量の削減を行っている。
図８に、本実施の形態にかかる音声再生速度変換装置の機能ブロックを示す。
この音声再生速度変換装置は、第５の実施の形態の記憶媒体１およびフレーミング部２に替えて、第３の実施の形態で用いた、音声信号をスペクトル情報を表わす線形予測係数と、ピッチ周期情報と、予測残差を表わす音源情報とに分離して符号化する音声符号化装置（デコード４０）が配置されている。
デコーダ４０から出力されるフレーム単位の音源信号４１はバッファメモリ３に入力し、線形予測係数３３は線形予測係数補間部６０に入力される。また、ピッチ周期情報４２は波形切り出し部４３に入力され、波形切り出し部４３が切り出す波形の長さＴｃの取る値の範囲が、ピッチ周期情報４２に応じて切り換えられる。これにより、切り出す波形の長さＴｃの値の範囲が制限されるため、誤差算出に要する演算量を大幅に削減することができる。
このように本実施の形態によれば、音声信号をスペクトル情報を表わす線形予測係数と、ピッチ周期情報と、予測残差を表わす音源情報とに分離して符号化する音声符号化装置と、本発明の音声再生速度変換装置とを組み合わせることによって、音声符号化装置から出力される情報を利用して、音声符号化装置が符号化した音声信号の再生速度変換を少ない演算量で実現することができる。
（第７の実施の形態）
本発明の音声再生速度変換装置は、その処理のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、ソフトウェアとして実現することができる。プログラムをフロッピディスク等の記憶媒体に記録しておき、パーソナルコンピュータ等の汎用信号処理装置に記憶媒体を接続して、プログラムを実行させることにより、本発明の音声符号化装置の機能を実現することができる。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形実施可能である。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる音声再生速度変換装置は、記録媒体に記録された音声信号を音声のピッチ（音程）を変化させずに任意の速度で再生するのに有用であり、出力音声の品質の向上を図るのに適している。
【図１】
0003891309.tif 000002
【図２】
0003891309.tif 000003
【図３】
0003891309.tif 000004
【図４】
0003891309.tif 000005
【図５】
0003891309.tif 000006
【図６】
0003891309.tif 000007
【図７】
0003891309.tif 000008
【図８】
0003891309.tif 000009
【図９】
0003891309.tif 000010
【図１０】
0003891309.tif 000011
【図１１】
0003891309.tif 000012
【図１２】
0003891309.tif 000013