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JP3074046B2 - 音声・楽音識別回路 - Google Patents
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JP3074046B2 - 音声・楽音識別回路 - Google Patents

音声・楽音識別回路

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JP3074046B2
JP3074046B2 JP03272814A JP27281491A JP3074046B2 JP 3074046 B2 JP3074046 B2 JP 3074046B2 JP 03272814 A JP03272814 A JP 03272814A JP 27281491 A JP27281491 A JP 27281491A JP 3074046 B2 JP3074046 B2 JP 3074046B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人間がしゃべる音声信
号と楽器による楽音信号とを識別する音声・楽音識別回
路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献;昭和62年電子情報通信学会情報・システム部門
全国大会講演論文集380 細田等「DCME過負荷保
護用データ識別方式の一検討」P.2−111従来、前
記文献に記載されているように、衛星等を利用した国際
通信の分野で、DSI(Digital Speach Intepolation
)技術とADPCM(adaptive differential pulse-c
ode modulation )技術を融合したディジタル回線多重
化装置(以下、DCMEという)が注目されている。こ
のDCMEにおいて、伝送路チャネルが過負荷状態にな
ったとき、伝送路の割り当てビット(通常、4ビット)
を1ビット削減し、通話の締め出しを解消する手法が用
いられているが、ボイスバンドデータ(voicebanddata)
からなるモデム信号を伝送しているチャネルを1ビット
削減すると、伝送特性が劣化する。そのため、ADPC
Mの入力信号がボイスバンドデータかどうかを識別する
必要がある。そこで、前記文献の技術では、DCME過
負荷保護用データ識別アルゴリズムを用い、入力信号が
音声信号か、ボイスバンドデータであるかを識別するよ
うにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
音声信号とモデム信号(voicebanddata)を識別する方法
を用いて、音声と楽音を識別するための音声・楽音識別
回路を構成すると、次のような課題があった。
【0004】ここで、楽音(musical tone)とは人間が
しゃべる音声信号と分離できる音をいう。音声信号は、
会話を実現するための意志伝達の手段であって、ある程
度の品質を確保できればよい音である。音声は人間の声
道から発生され、主にホルマントによってスペクトル特
性が与えられる。又、楽音は音楽的に豊かな感じを与え
るものをいい、該楽音は振動が周期的であり、かつ高調
波の振動数が正数比を形成している特徴を有する。これ
らの一例として、図2に音声信号の時系列波形図、図3
に楽音信号の時系列波形図をそれぞれ示す。図3の楽音
信号はオーケストラによる波形図である。図2及び図3
の各波形図の下に描かれた波形図は、上の図の部分拡大
図である。
【0005】このような音声信号と楽音信号とを識別す
る場合、両者の信号の性質が違い過ぎるため、音声信号
と楽音信号とを区別し、音声信号は該音声信号に応じた
帯域の品質を確保して明瞭度及び了解度を向上させ、さ
らに楽音信号は該楽音信号に応じた広い帯域で扱うこと
によって品質の高い効率的な音声・楽音識別回路を提供
することが困難であった。
【0006】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
して、音声信号と楽音信号とを区別し、該音声信号の明
瞭度及び了解度を向上させると共に、品質の高い効率的
な楽音信号を識別することが困難な点について解決した
音声・楽音識別回路を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】記課題を解決するため
に、本発明のうちの第1の発明は、ディジタル化された
入力信号から音声信号と楽音信号とを識別する音声・楽
音識別回路において、前記入力信号の自己相関係数を求
める自己相関係数演算手段と、前記自己相関係数が正の
閾値より大きい値の発生する回数を積算する第1の閾値
判定積算手段と、前記自己相関係数が負の閾値より小さ
い値の発生する回数を積算する第2の閾値判定積算手段
と、前記第1の閾値判定積算手段の積算値及び前記第2
の閾値判定積算手段の積算値がそれぞれ所定の閾値を越
えているか否かを判定する積算回数判定手段と、前記積
算回数判定手段の判定結果が、一定区間同じ判定結果で
あるか否かを検出して音声信号又は楽音信号を識別する
計数識別手段と、を備えている。第2の発明は、第1の
発明の音声・楽音識別回路において、前記積算回数判定
手段は、前記第1の閾値判定積算手段の積算値と前記第
2の閾値判定積算手段の積算値との和が所定の閾値を越
えているか否かを判定する構成にしている。
【0008】
【作用】第1及び第2の発明によれば、以上のように音
声・楽音識別回路を構成したので、ディジタル化された
信号が入力されると、自己相関係数演算手段では、自己
相関係数を求めて第1,第2の閾値判定積算手段へ送
る。第1の閾値判定積算手段では、自己相関係数が正の
閾値より大きいか否かを判定し、該正の閾値より大きい
値の発生する回数をカウントする。同様に、第2の閾値
判定積算手段は、自己相関係数が負の閾値よりも小さい
か否かを判定し、その小さい値の発生する回数をカウン
トする。
【0009】積算回数判定手段は、第1,第2の閾値判
定積算手段の2つの積算値がそれぞれ所定の閾値を越え
ているか否か、あるいはその2つの積算値の和が所定の
閾値を越えているか否かを判定し、その判定結果を計数
識別手段へ送る。計数識別手段は、積算回数判定手段
判定結果が、一定区間同じ判定結果であるか否かを検出
し、音声信号と楽音信号の識別を行う。従って、前記課
題を解決できるのである。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例を示す音声・
楽音識別回路の機能ブロック図である。この音声・楽音
識別回路は、ディジタル化された入力信号Xiのパワー
を計算して有音か無音かを判定するパワー計算手段1
と、該パワー計算手段1の有音判定に基づき該入力信号
Xiから自己相関係数R(t)を演算する自己相関係数
演算手段2とを備えている。自己相関係数演算手段2の
出力側には、第1及び第2の閾値判定積算手段10,2
0が接続されている。
【0011】第1の閾値判定積算手段10は、自己相関
係数R(t)が正の閾値PK1より大きい値の発生する
回数を積算する機能を有し、自己相関係数R(t)を正
の閾値PK1と比較して該自己相関係数R(t)が大き
いときに出力する閾値判定手段11と、該閾値判定手段
11の出力の回数を積算(カウント)して積算値M1を
出力する判定回数積算手段12とで、構成されている。
同様に、第2の閾値判定積算手段20は、自己相関係数
R(t)が負の閾値PK2より小さい値の発生する回数
を積算する機能を有し、該自己相関係数R(t)を負の
閾値PK2と比較して該自己相関係数R(t)が小さい
ときに出力する閾値判定手段21と、該閾値判定手段2
1の出力の回数を積算して積算値M2を出力する判定回
数積算手段22とで、構成されている。
【0012】第1,第2の閾値判定積算手段10,20
の出力側には積算回数判定手段30が接続され、その出
力側に計数識別手段40が接続されている。積算回数判
定手段30は、積算値M1,M2が閾値K1,K2を越
えているか否かを判定し、M1>K1かつM2>K2の
条件が成り立ったときにその回数の判定結果を出力する
機能を有している。
【0013】計数識別手段40は、積算回数判定手段3
0で発生した回数の連続性をカウントする機能を有し、
お互いのカウントアップ条件(CNT1,CNT2)が
他のリセットR1,R2に入力するように接続された2
つのカウンター41,42と、積算回数判定手段30の
出力を反転するインバータ43と、カウンタ41のキャ
リヤCR1でリセットされ、カウンタ42のキャリヤC
R2でリセットされて正相出力端子及び逆相出力端子か
ら楽音信号Y1又は音声信号Y2を出力するフリップフ
ロップ(以下、FFという)44とで、構成されてい
る。
【0014】次に、図4及び図5を参照しつつ、図1の
動作を説明する。図4は図1の動作フローチャートであ
り、S1〜S17は各処理ステップを表わす。又、図5
は図1の自己相関係数R(t)を示す図であり、この図
では出力が最大1に正規化されている。
【0015】図4において、図1の音声・楽音識別回路
の動作が開始すると、ディジタル化された入力信号Xi
は、ステップS1において図示しないメモリにブロック
単位(フレーム単位)で格納される。メモリに格納され
たブロック単位の入力信号Xiは、パワー計算手段1及
び自己相関係数演算手段2に入力される。パワー計算手
段1では、ステップS2において入力信号Xiのパワー
の計算を行い、ステップS3で、信号パワーが閾値Pt
hより大きいか否かを判定し、信号パワーが閾値Pth
より大きいときには有音と見なし、自己相関係数演算手
段2に計算の指示を出す。それ以外は無音と見なし、こ
のブロック区間では音声信号と楽音信号の識別を行わな
いで動作を終了する。
【0016】自己相関係数演算手段2では、ステップS
4において次式の演算式により、自己相関係数R(t)
を算出する。
【0017】
【数1】
【0018】算出された自己相関係数R(t)は、図5
に示すような波形となり、第1,第2の閾値判定積算手
段10,20へ送られる。
【0019】図4のステップS5において、判定回数積
算手段12,22の積算値M1,M2を0に初期化す
る。ステップS6を介してステップS7で、閾値判定手
段11によって自己相関係数R(t)が正の閾値PK1
と比較され、該正の閾値PK1よりも自己相関係数R
(t)が大きいときに、判定回数積算手段12へ出力さ
れる。判定回数積算手段12では、ステップS8でカウ
ントアップしていく。一方、閾値判定手段21では、ス
テップS9において自己相関係数R(t)と負の閾値P
K2とを比較し、該自己相関係数R(t)が負の閾値P
K2より小さいときに、判定回数積算手段22へ出力す
る。判定回数積算手段22は、ステップS10でカウン
トアップする。これらの判定回数の積算は、ステップS
6を介してブロック内の信号数Nだけ繰り返される。
【0020】判定回数積算手段12,22の積算値M
1,M2は、積算回数判定手段30へ送られる。積算回
数判定手段30では、1ブロック終了時にステップS1
1で、M1>K1かつM2>K2の条件が成立するか否
かを判定し、その判定結果を計数識別手段40内のカウ
ンタ41に与えると共に、インバータ43で反転してカ
ウンタ42へ与える。ステップS11でM1>K1かつ
M2>K2の条件が成立したときには、ステップS12
でカウンタ41がカウントアップし、そのリセットR1
によってカウンタ42が0にリセットされる。逆に、ス
テップS11でM1>K1かつM2>K2の条件が成立
しないときには、ステップS13で、カウンタ42がカ
ウントアップし、そのリセットR2によってカウンタ4
1が0にリセットされる。
【0021】カウンタ41,42は、それぞれ決められ
た回数だけカウントすると、オーバフローとしてキャリ
ヤCR1,CR2を出力する。このカウンタ41,42
では、通常2〜4程度の積算回数判定手段30で発生し
た回数の連続性をカウントする。即ち、カウンタ41
は、積算回数判定手段30での判定が真のときカウント
アップし、カウントオーバーフローでキャリヤCR1を
出力してFF44をセットし、ステップS14において
該FF44の正相出力で楽音信号Y1と判定する。同様
に、カウンタ42は、積算回数判定手段30での判定が
偽のときにカウントアップし、カウントオーバーフロー
でFF44をリセットし、ステップS16,S17にお
いて該FF44の逆相出力で音声信号Y2と判定する。
【0022】このようにして1ブロック内の識別処理が
終了すると、次のブロックの識別処理が行われる。以上
のように、本実施例では、自己相関係数R(t)が正の
閾値PK1より大きい値の発生する回数をカウントする
と共に、負の閾値PK2より小さい値の発生する回数を
カウントし、その正と負のカウント値が閾値を越えてい
るか否かを積算回数判定手段30で判定するようにした
ので、楽音信号Y1と音声信号Y2を明確に検出でき
る。しかも、楽音信号Y1と音声信号Y2の識別も、例
えば3〜4ブロック時間と短時間で識別することができ
る。さらに、演算量も少なくてよいため、回路規模を小
さくできる。
【0023】図6は、本発明の第2の実施例を示す音声
・楽音識別回路の機能ブロック図であり、図1中の要素
と共通の要素には共通の符号が付されている。
【0024】この音声・楽音識別回路では、図1の積算
回数判定手段30に代えて、構成の異なる積算回数判定
手段30Aを設けている。積算回数判定手段30Aで
は、正と負の2つの判定回数積算手段12,22の積算
値M1,M2の和が閾値Kを越えているか否かを判定
し、M1+M2>Kのときに出力が真となるように機能
し、それによって第1の実施例と同様の作用、効果が得
られる。
【0025】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 (a) 図1及び図6の計数識別手段40は、他の回路
構成を用いて構成してもよい。 (b) 図1及び図6の回路は、集積回路等を用いた個
別回路で構成したり、あるいはディジタル・シグナル・
プロセッサ(DSP)等を用いたプログラム制御により
実行してもよい。プログラム制御で実行する場合、個別
回路に比べて回路規模を縮小できる。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1及び第
2の発明によれば、入力信号の自己相関係数を求め、該
自己相関係数が正の閾値よりも大きい値の発生する回数
を積算すると共に、負の閾値より小さい値の発生する回
数を積算し、その2つの積算値がそれぞれ所定の閾値を
越えているか否か、あるいはその2つの積算値の和が所
定の閾値を越えているか否かを判定し、該判定結果が一
定区間同じ判定結果であるか否かを検出することによ
り、音声又は楽音を識別するようにしている。そのた
め、音声信号と楽音信号とを明確に区別し、該音声信号
はその音声信号に応じた帯域の品質を確保することによ
って明瞭度及び了解度が向上し、さらに楽音信号はその
楽音信号に応じた広い帯域で扱うことによって品質の高
い効率的な識別処理が可能となる。
【0027】さらに、識別処理を短時間で行うことがで
きると共に、演算量も少なくてよいため、回路規模の小
型化が可能となる。従って、ディジタル信号で音声信号
及び楽音信号を処理する種々の信号処理装置等に適用で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す音声・楽音識別回
路の機能ブロック図である。
【図2】音声信号の時系列波形図である。
【図3】楽音信号の時系列波形図である。
【図4】図1の動作フローチャートである。
【図5】図1の自己相関係数を示す波形図である。
【図6】本発明の第2の実施例を示す音声・楽音識別回
路の機能ブロックである。
【符号の説明】
1 パワー計算手段 2 自己相関係数演算手段 10,20 第1,第2の閾値判定積算手段 11,21 閾値判定手段 12,22 判定回数積算手段 30,30A 積算回数判定手段 40 計数識別手段
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)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディジタル化された入力信号の自己相関
    係数を求める自己相関係数演算手段と、 前記自己相関係数が正の閾値より大きい値の発生する回
    数を積算する第1の閾値判定積算手段と、 前記自己相関係数が負の閾値より小さい値の発生する回
    数を積算する第2の閾値判定積算手段と、 前記第1の閾値判定積算手段の積算値及び前記第2の閾
    値判定積算手段の積算値がそれぞれ所定の閾値を越えて
    いるか否かを判定する積算回数判定手段と、 前記積算回数判定手段の判定結果が、一定区間同じ判定
    結果であるか否かを検出して音声信号又は楽音信号を識
    別する計数識別手段と 備えたことを特徴とする音声・楽音識別回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の音声・楽音識別回路にお
    いて、 前記積算回数判定手段は、前記第1の閾値判定積算手段
    の積算値と前記第2の閾値判定積算手段の積算値との和
    が所定の閾値を越えているか否かを判定する構成にした
    ことを特徴とする音声・楽音識別回路。
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