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JP3071476B2 - Voice pitch extraction device - Google Patents
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JP3071476B2 - Voice pitch extraction device - Google Patents

Voice pitch extraction device

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JP3071476B2
JP3071476B2 JP3032447A JP3244791A JP3071476B2 JP 3071476 B2 JP3071476 B2 JP 3071476B2 JP 3032447 A JP3032447 A JP 3032447A JP 3244791 A JP3244791 A JP 3244791A JP 3071476 B2 JP3071476 B2 JP 3071476B2
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digital
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square wave
phase
audio
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真司 大崎
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日本電気アイシーマイコンシステム株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は音声ピッチ抽出装置に関
し、特に音声認識装置で音声のピッチを抽出するのに好
適な音声ピッチ抽出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voice pitch extracting device, and more particularly to a voice pitch extracting device suitable for extracting a voice pitch by a voice recognition device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は従来の音声ピッチ抽出装置の構成
を示すブロック図である。音声信号1は、A/D変換部
2でデジタルデータ3に変換される。デジタルデータ3
の一例として音声波形を図7に示す。音声は声帯振動が
声道を通って発せられた信号で、ピッチ周期、即ち声帯
振動周期に最も強い振幅を持っている。そこで、デジタ
ルデータ3からピッチ周期を求めるのにデジタルデータ
3を自己相関部21へ入力し、図8及び図9に示す 1次
〜80次(共立出版株式会社発行 新美康永著、「音声認
識」第53乃至59頁参照)の自己相関を取り、この自己相
関の中で最も相関の高い次数を下記数式1に当てはめて
ピッチ周期信号12を得ている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional voice pitch extracting device. The audio signal 1 is converted into digital data 3 by the A / D converter 2. Digital data 3
FIG. 7 shows a speech waveform as an example. Speech is a signal in which vocal cord vibrations are emitted through the vocal tract, and has a pitch period, that is, the strongest amplitude in a vocal cord vibration period. Therefore, in order to obtain a pitch period from the digital data 3, the digital data 3 is input to the autocorrelation unit 21, and the first to 80th orders shown in FIGS. 8 and 9 (Kyoritsu Shuppan Co., Ltd. (See pages 53 to 59), and the order having the highest correlation among the autocorrelations is applied to the following equation 1 to obtain the pitch period signal 12.

【0003】[0003]

【数1】ピッチ周期=最も相関の高い次数×( 1/サン
プリング周波数)
## EQU1 ## Pitch period = order of highest correlation × (1 / sampling frequency)

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の音声ピッチ抽出装置においては、自己相関部2
1が必要であるという欠点がある。このため、男性の最
大ピッチ周期10mS(100Hz )(前記文献参照)を自己相
関で抽出しようとすると、サンプリング周波数8KHzの環
境下では少なくとも 1次から10×10-3( 1/8000)=80
次までの自己相関計算が必要となる。そして、自己相関
を計算する区間を20mSとすると、1回の自己相関に必要
な積和の回数は20×10-3/( 1/8000)= 160回とな
り、1次から80次までの自己相関を求めると 160×80=1
2800 回の積和計算が必要となる。つまり、従来の音声
ピッチ抽出装置では、自己相関部21は一定時間内に多
くの計算を行う必要があり、ハードウェアとして信号処
理専用のプロセッサ等の高速な演算装置を内蔵する必要
があるため、装置コストが極めて高くなるという問題点
がある。
However, in the above-described conventional voice pitch extracting apparatus, the autocorrelation unit 2
1 is required. Therefore, when trying to extract the maximum pitch period of 10 ms (100 Hz) (see the above-mentioned document) of a male by the autocorrelation, in an environment of a sampling frequency of 8 KHz, at least the first order is 10 × 10 −3 (1/8000) = 80.
The following autocorrelation calculation is required. If the section for calculating the autocorrelation is 20 mS, the number of multiply-accumulations required for one autocorrelation is 20 × 10 −3 / (1/8000) = 160 times, and the autonomous from the first to the 80th order is calculated. When the correlation is found, 160 × 80 = 1
2800 sum-of-products calculations are required. That is, in the conventional voice pitch extraction device, the autocorrelation unit 21 needs to perform many calculations within a fixed time, and it is necessary to incorporate a high-speed operation device such as a processor dedicated to signal processing as hardware. There is a problem that the device cost becomes extremely high.

【0005】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、多くの積和演算を必要とする相関部を使用
することなく音声ピッチの抽出を行うことができ、演算
回数を低減できる音声ピッチ抽出装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to extract a voice pitch without using a correlator that requires many product-sum operations, thereby reducing the number of operations. An object of the present invention is to provide a voice pitch extraction device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る音声ピッチ
抽出装置は、音声信号をデジタル音声信号に変換するA
/D変換部と、このデジタル音声信号の符号の変化を検
出するゼロクロス検出部と、この符号の変化から音声方
形波信号を発生する方形波発生部と、デジタル電圧を入
力してその電圧値に対応する周波数の方形波信号を出力
するデジタルVCO部と、前記方形波信号前記音声方
形波信号の位相を比較し、位相遅れ信号及び位相進み
信号を出力するデジタル位相比較部と、前記位相遅れ信
前記位相進み信号を積分した値を前記デジタルVC
O部へ出力する積分部と、前記積分部の出力を測定する
端子とを有することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an audio pitch extracting apparatus for converting an audio signal into a digital audio signal.
/ D converter, a zero-cross detector that detects a change in the sign of the digital audio signal, a square wave generator that generates an audio square wave signal from the change in the sign, a digital VCO unit which outputs a square wave signal of corresponding frequency, compares the phases of the square wave signal and the audio square wave signal, and a digital phase comparator for outputting a phase lag signal and the phase advance signal, the phase The value obtained by integrating the delay signal and the phase advance signal is referred to as the digital VC.
An integrating section for outputting to the O section, and measuring an output of the integrating section;
Characterized in that it closed the terminal.

【0007】[0007]

【作用】本発明においては、デジタル位相比較部、積分
部及びデジタルVCO部によりPLL(フェーズロック
ループ)を構成することができ、積分部から出力される
デジタル電圧値は方形波発生部からの音声方形波信号に
追従して変化する。そして、このときの音声方形波信号
の周波数は、デジタルVCO部におけるデジタル電圧値
と方形波信号の周波数との関係から逆算することができ
る。これにより、音声ピッチ周波数が求められる。
In the present invention, a digital phase comparator, an integrator, and a digital VCO can form a PLL (Phase Locked Loop), and the digital voltage output from the integrator is an audio signal from the square wave generator. It changes following a square wave signal. Then, the frequency of the audio square wave signal at this time can be inversely calculated from the relationship between the digital voltage value in the digital VCO unit and the frequency of the square wave signal. Thereby, a voice pitch frequency is obtained.

【0008】[0008]

【実施例】 次に、本発明の実施例について添付の図面
を参照して説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0009】図1は本発明の実施例に係る音声ピッチ抽
出装置の構成を示すブロック図である。音声信号1はA
/D変換部2でデジタルデータ3に変換され、このデジ
タルデータ3はゼロクロス検出部4に送られる。ゼロク
ロス検出部4はデジタルデータ3が−から+及び+から
−に変化するところを検出し、−から+に変化したとき
に1を、+から−に変化したときに−1を、変化しない
ときに0を、ゼロクロスデータ5として方形波発生部6
へ送る。方形波発生部6はゼロクロス検出部4から出力
されるゼロクロスデータ5が1のときに1を、−1のと
きに0を、0のときに前の状態を夫々保持する音声方形
波信号7を出力する。デジタル位相比較部8は音声方形
波信号7と、デジタルVCO部(ボルテージ コントロ
ール オシレーター)13が出力する方形波信号14と
を入力して図2及び図3に示すようにその位相比較を行
う。図2に示すように、音声方形波信号7に比してデジ
タルVCO部13から出力される方形波信号14の位相
が遅れているときは、デジタル位相比較部8は位相遅れ
信号9を出力する。図3に示すように、音声方形波信号
7に比してデジタルVCO部13から出力される方形波
信号14の位相が進んでいるときは、デジタル位相比較
部8は位相進み信号10を出力する。積分部11はデジ
タル位相比較部8が出力する位相遅れ信号9と位相進み
信号10を下記数式2に従って積分し、デジタル電圧値
12を出力する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a voice pitch extracting apparatus according to an embodiment of the present invention. Audio signal 1 is A
The digital data 3 is converted by the / D converter 2 into digital data 3, and the digital data 3 is sent to the zero-cross detector 4. The zero-cross detecting unit 4 detects a point where the digital data 3 changes from-to + and + to-. When the digital data 3 changes from-to +, 1 is set. To the square wave generator 6 as zero-cross data 5
Send to The square wave generator 6 generates an audio square wave signal 7 which holds 1 when the zero-cross data 5 output from the zero-cross detector 4 is 1, 0 when -1 and 0 when 0. Output. The digital phase comparator 8 receives the audio square wave signal 7 and the square wave signal 14 output from the digital VCO (voltage control oscillator) 13 and compares the phases as shown in FIGS. As shown in FIG. 2, when the phase of the square wave signal 14 output from the digital VCO unit 13 is behind the phase of the audio square wave signal 7, the digital phase comparison unit 8 outputs a phase delay signal 9. . As shown in FIG. 3, when the phase of the square wave signal 14 output from the digital VCO unit 13 is advanced compared to the audio square wave signal 7, the digital phase comparison unit 8 outputs the phase advance signal 10. . The integrator 11 integrates the phase lag signal 9 and the phase advance signal 10 output from the digital phase comparator 8 according to the following equation 2, and outputs a digital voltage value 12.

【0010】[0010]

【数2】A l =A l-1+B l-1+C l-1 ここで、100Hzの音声ピッチをサンプリング周波数
8kHzで、lポイント(lは1〜80)サンプリング
する。 但し、 A l は、l番目のポイントにおけるデジタル電圧値12 B l-1 は、l−1番目のポイントにおける位相遅れに対
応したデジタル位相比較器の電圧値 l-1 は、l−1番目のポイントにおける位相進みに対
応したデジタル位相比較器の電圧値である。
## EQU2 ## where A l = A l -1 + B l -1 + C l -1 where the voice pitch of 100 Hz is the sampling frequency.
8 kHz, 1 point sampling (1 is 1 to 80)
I do. Where A l is the digital voltage value at the l-th point and 12 B l−1 is the phase voltage at the l−1-th point.
The corresponding digital phase comparator voltage value C l-1 corresponds to the phase advance at the 1-1 point.
The voltage value of the corresponding digital phase comparator .

【0011】デジタルVCO部13は、デジタル電圧値
12を入力して、図4に示す特性を持った電圧−周波数
変換を行い、方形波信号14を出力する。
The digital VCO unit 13 receives the digital voltage value 12, performs a voltage-frequency conversion having the characteristics shown in FIG. 4, and outputs a square wave signal 14.

【0012】上述の如く構成された音声ピッチ抽出装置
においては、デジタル位相比較部8、積分部11及びデ
ジタルVCO部13は、PLL(フェーズロックルー
プ)を形成しているため、デジタル電圧値12は音声方
形波信号7に追従して変化する。そして、そのときの音
声方形波信号7の周波数は図4に示すデジタル電圧値1
2と方形波信号14の周波数との関係から逆算でき、
80 の値に対応したデジタル電圧値12から、音声ピッチ
周波数が求められる。
In the voice pitch extracting device configured as described above, since the digital phase comparing unit 8, the integrating unit 11, and the digital VCO unit 13 form a PLL (phase locked loop), the digital voltage value 12 is It changes following the audio square wave signal 7. The frequency of the audio square wave signal 7 at that time is the digital voltage value 1 shown in FIG.
2 and can be calculated back from the relationship between the frequency of the square wave signal 14, A
From the digital voltage value 12 corresponding to the value of 80 , the voice pitch frequency is determined.

【0013】本実施例においては、従来の相関器を使用
したピッチ抽出装置に比して、積和計算が数式2の加減
算とデジタル位相比較計算だけであり、このような簡単
な計算により、音声のピッチ抽出が可能となる。例え
ば、従来技術の説明における場合と同じ条件、即ちサン
プリング周波数8HKzの環境下で100Hz の音声ピッチを抽
出する場合で比較すると、積和演算が必要なのは数式2
の計算を行う場合だけである。ところで、PLLがロッ
クするのに必要なデータ数は、図5に示すように、少な
くとも1周期必要なので、80ポイントである。このた
め、積和演算の所要回数は、 80×1 =80回 となり、このような少ない計算回数で、音声ピッチ周期
が求められる。従って、従来の相関器を用いたピッチ抽
出器に比して積和演算の回数は80/12600 = 1/150 に
減少し、音声ピッチ抽出精度も相関器を使用したピッチ
抽出装置と同等のものが得られる。
In the present embodiment, the product-sum calculation is only addition and subtraction of the equation (2) and the digital phase comparison calculation as compared with the pitch extracting apparatus using a conventional correlator. Can be extracted. For example, when comparison is made under the same conditions as in the description of the prior art, that is, when extracting a voice pitch of 100 Hz under an environment of a sampling frequency of 8 Hz, the product-sum operation is required by the following equation (2).
Only when calculating By the way, as shown in FIG. 5, the number of data required for the PLL to lock is at least one cycle, and is therefore 80 points. Therefore, the required number of product-sum operations is 80 × 1 = 80, and the voice pitch period can be obtained with such a small number of calculations. Therefore, the number of product-sum operations is reduced to 80/12600 = 1/150 compared to the conventional pitch extractor using a correlator, and the voice pitch extraction accuracy is equivalent to that of a pitch extractor using a correlator. Is obtained.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明によれば極めて少ない積和演算回
数で、従来と同等以上の抽出精度で音声ピッチを抽出す
ることができる。
According to the present invention, a voice pitch can be extracted with an extremely small number of product-sum operations and with an extraction accuracy equal to or higher than the conventional one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係る音声ピッチ抽出装置を示
すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a voice pitch extraction device according to an embodiment of the present invention.

【図2】デジタル位相比較部8の動作を示す波形図であ
る。
FIG. 2 is a waveform chart showing an operation of the digital phase comparator 8;

【図3】同じくデジタル位相比較部8の動作を示す波形
図である。
FIG. 3 is a waveform chart showing an operation of the digital phase comparator 8;

【図4】デジタルVCO部13の動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of a digital VCO unit 13;

【図5】PLLがロックするのに必要な周期を示す波形
図である。
FIG. 5 is a waveform diagram showing a period required for a PLL to lock.

【図6】従来の音声ピッチ抽出装置を示すブロック図で
ある。
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional voice pitch extraction device.

【図7】音声信号の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an audio signal.

【図8】1次の自己相関の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of first-order autocorrelation.

【図9】80次の自己相関の例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an 80th-order autocorrelation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;音声信号、2;A/D変換部、3;デジタルデー
タ、4;ゼロクロス検出部、5;ゼロクロス検出デー
タ、6;方形波発生部、7;音声方形波信号、8;デジ
タル位相比較部、9;位相遅れ信号、10;位相進み信
号、11;積分部、12;デジタル電圧値、13;デジ
タルVCO部、14;方形波信号、21;自己相関部
1; audio signal, 2; A / D converter, 3; digital data, 4; zero-cross detector, 5; zero-cross detection data, 6; square wave generator, 7; audio square wave signal, 8; digital phase comparator 9; phase lag signal; 10; phase advance signal; 11; integrating section; 12; digital voltage value; 13; digital VCO section; 14; square wave signal;

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10L 11/00 - 21/06 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G10L 11/00-21/06 JICST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 音声信号をデジタル音声信号に変換する
A/D変換部と、このデジタル音声信号の符号の変化を
検出するゼロクロス検出部と、この符号の変化から音声
方形波信号を発生する方形波発生部と、デジタル電圧を
入力してその電圧値に対応する周波数の方形波信号を出
力するデジタルVCO部と、前記方形波信号前記音声
方形波信号の位相を比較し、位相遅れ信号及び位相進
み信号を出力するデジタル位相比較部と、前記位相遅れ
信号前記位相進み信号を積分した値を前記デジタルV
CO部へ出力する積分部と、前記積分部の出力を測定す
る端子とを有することを特徴とする音声ピッチ抽出装
置。
An A / D converter for converting an audio signal into a digital audio signal, a zero-cross detector for detecting a change in the sign of the digital audio signal, and a square for generating an audio square wave signal from the change in the sign comparing the wave generator, and a digital VCO unit which receives the digital voltage and outputs a square wave signal having a frequency corresponding to the voltage value, the square wave signal and a phase of the audio square wave signal, the phase delay signal And a digital phase comparator for outputting a phase advance signal, and a value obtained by integrating the phase delay signal and the phase advance signal with the digital V
Measuring the output of the integrating section to be output to the CO section ;
Speech pitch extraction device, characterized by chromatic and terminals that.
【請求項2】 前記デジタル位相比較部、積分部及びデ
ジタルVCO部によりフェーズロックループが構成さ
れ、これにより前記音声方形波信号の周波数に追従した
デジタル電圧値が得られることを特徴とする請求項1に
記載の音声ピッチ抽出装置。
2. The digital phase comparator, the integrator and the digital VCO form a phase-locked loop, whereby a digital voltage value following the frequency of the audio square wave signal is obtained. 2. The voice pitch extraction device according to 1.
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JP2679042B2 (en) * 1987-03-31 1997-11-19 カシオ計算機株式会社 Input waveform signal controller

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