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JP7368779B2 - Audio signal conversion model learning device, audio signal conversion device, audio signal conversion model learning method and program - Google Patents
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Audio signal conversion model learning device, audio signal conversion device, audio signal conversion model learning method and program Download PDF

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Description

特許法第30条第2項適用 2019年4月5日、”WaveCycleGAN2:Time-domain Neural Post-filter for Speech Waveform Generation”のウェブアドレスhttps://arxiv.org/abs/1904.02892及びhttps://arxiv.org/pdf/1904.02892v1.pdfに掲載。Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act On April 5, 2019, the web address of “WaveCycleGAN2: Time-domain Neural Post-filter for Speech Waveform Generation” is https://arxiv. org/abs/1904.02892 and https://arxiv. org/pdf/1904.02892v1. Published in pdf.

本発明は、音声信号変換モデル学習装置、音声信号変換装置、音声信号変換モデル学習方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an audio signal conversion model learning device, an audio signal conversion device, an audio signal conversion model learning method, and a program.

人間のコミュニケーション能力や身体機能を拡張する可能性を秘めているとして、パラメトリックなボコーダ方式による音声生成(非特許文献1参照)や統計的声質変換(非特許文献2参照)等の入力された情報から所望の音声を生成する技術が研究されている。例えば、パラメトリックなボコーダ方式による音声生成の技術は、システム構築の容易さ及びその汎用性の高さから,身体障碍者の補助(非特許文献3及び4参照)や、言語教育支援(非特許文献5及び6参照)や、アミューズメント(非特許文献7参照)への応用が広く研究されている。 Input information, such as voice generation using a parametric vocoder method (see Non-Patent Document 1) and statistical voice quality conversion (see Non-Patent Document 2), is said to have the potential to expand human communication abilities and physical functions. Research is being conducted on technology to generate desired audio from. For example, voice generation technology using a parametric vocoder method is useful for assisting people with physical disabilities (see Non-Patent Documents 3 and 4) and language education support (see Non-Patent Documents 3 and 4) because of its ease of system construction and high versatility. 5 and 6), and applications to amusement (see Non-Patent Document 7) have been widely studied.

H. Zen, A. Senior, and M. Schuster, “Statistical parametric speech synthesis using deep neural networks,” 2013 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp.7962-7966, 2013.H. Zen, A. Senior, and M. Schuster, “Statistical parametric speech synthesis using deep neural networks,” 2013 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp.7962-7966, 2013. T. Toda, A.W. Black, and K. Tokuda, “Voice conversion based on maximum-likelihood estimation of spectral parameter trajectory,” IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing (TASLP), vol.15, no.8, pp.2222-2235, 2007.T. Toda, A.W. Black, and K. Tokuda, “Voice conversion based on maximum-likelihood estimation of spectral parameter trajectory,” IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing (TASLP), vol.15, no.8, pp. 2222-2235, 2007. J. Yamagishi, C. Veaux, S. King, and S. Renals, “Speech synthesis technologies for individuals with vocal disabilities: Voice banking and reconstruction,” Acoustical Science and Technology, vol.33, no.1, pp.1-5, 2012.J. Yamagishi, C. Veaux, S. King, and S. Renals, “Speech synthesis techniques for individuals with vocal disabilities: Voice banking and reconstruction,” Acoustical Science and Technology, vol.33, no.1, pp.1- 5, 2012. K. Tanaka, T. Toda, G. Neubig, S. Sakti, and S. Nakamura, “A hybrid approach to electrolaryngeal speech enhancement based on noise reduction and statistical excitation generation,” IEICE Transactions on Information and Systems, vol.97, no.6, pp.1429-1437, 2014.K. Tanaka, T. Toda, G. Neubig, S. Sakti, and S. Nakamura, “A hybrid approach to electrolaryngeal speech enhancement based on noise reduction and statistical excitation generation,” IEICE Transactions on Information and Systems, vol.97, no.6, pp.1429-1437, 2014. D. Felps, H. Bortfeld, and R. Gutierrez-Osuna, “Foreign accent conversion in computer assisted pronunciation training,” Speech Communication, vol.51, no.10, pp.920-932, 2009.D. Felps, H. Bortfeld, and R. Gutierrez-Osuna, “Foreign accent conversion in computer assisted pronunciation training,” Speech Communication, vol.51, no.10, pp.920-932, 2009. S. Aryal and R. Gutierrez-Osuna, “Can voice conversion be used to reduce non-native accents?,” 2014 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp.7879-7883, 2014.S. Aryal and R. Gutierrez-Osuna, “Can voice conversion be used to reduce non-native accents?,” 2014 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp.7879-7883, 2014. K. Kobayashi, T. Toda, and S. Nakamura, “Intra-gender statistical singing voice conversion with direct waveform modication using log-spectral differential,” Speech Communication,vol.99, pp.211-220, 2018.K. Kobayashi, T. Toda, and S. Nakamura, “Intra-gender statistical singing voice conversion with direct waveform modulation using log-spectral differential,” Speech Communication, vol.99, pp.211-220, 2018. J. Zhu, T. Park, P. Isola, and A.A. Efros, “Unpaired image-to-image translation using cycle-consistent adversarial networks,” 2017 IEEE International Conference on Computer Vision(ICCV), pp.2242-2251, 2017.J. Zhu, T. Park, P. Isola, and A.A. Efros, “Unpaired image-to-image translation using cycle-consistent adversarial networks,” 2017 IEEE International Conference on Computer Vision(ICCV), pp.2242-2251, 2017 .

しかしながら、上述の従来技術等を用いて生成された音声は、実際に人間が発する声音との違いが大きいという問題があった。人間が発する声音との違いを引き起こす原因の1つは生成された特徴量を過剰に平滑化してしまうことであった。このような過剰な平滑化を抑制する方法として、機械学習の方法の1つであるGAN(Generative Adversarial Networks)が提案されている。GANを用いた方法としては、例えばSEGAN(Speech Enhancement Generative Adversarial Network)が提案されている(非特許文献8参照)。しかしながら、これまで提案されているSEGANを用いた手法では、学習データの中に振幅スペクトルが同一だが位相スペクトルが異なる目標音声波形が存在した場合は学習が成立しないという課題もあり、制限の少ない学習データを使い実際に人間が発する声音との違いを小さくすることは難しかった。また、このような問題は人間に限らず動物が発する音声の音声生成においても同様の課題であった。 However, there has been a problem in that the voices generated using the above-mentioned conventional techniques and the like have a large difference from the voices actually uttered by humans. One of the causes of the difference from human voices is excessive smoothing of the generated features. As a method for suppressing such excessive smoothing, GAN (Generative Adversarial Networks), which is one of the machine learning methods, has been proposed. As a method using GAN, for example, SEGAN (Speech Enhancement Generative Adversarial Network) has been proposed (see Non-Patent Document 8). However, with the methods using SEGAN that have been proposed so far, there is a problem that learning cannot be achieved if there is a target speech waveform with the same amplitude spectrum but a different phase spectrum in the training data. It was difficult to use data to reduce the difference between vocal sounds actually uttered by humans. Further, such problems are not limited to humans, but also occur in the generation of sounds emitted by animals.

上記事情に鑑み、本発明は、より動物が発する音声に近い音声を生成する技術を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique for generating sounds that are closer to sounds emitted by animals.

本発明の一態様は、入力された音声信号である入力信号を実際に動物が発する音声である自然信号との類似の度合を示す自然信号度が前記入力信号よりも高い音声信号に変換する学習済みモデルを機械学習の方法で得る学習部、を備え、前記機械学習の方法は、入力された音声信号に対して自然信号度を高める変換である順変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の高い信号である順変換信号を出力する第1生成部と、入力された信号が順変換信号と自然信号とのいずれであるかを識別する第1識別部と、入力された音声信号に対して自然信号度を低める変換である逆変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の低い逆変換信号を出力する第2生成部と、入力された信号が予め用意された信号であって合成された信号である事前合成信号と逆変換信号とのいずれであるかを識別する第2識別部とが、前記第1識別部及び前記第2識別部の識別結果に基づいて学習する方法である、音声信号変換モデル学習装置である。 One aspect of the present invention is learning to convert an input signal, which is an input audio signal, into an audio signal with a natural signal degree that indicates the degree of similarity to a natural signal, which is the sound actually emitted by an animal, than the input signal. a learning unit that obtains a model using a machine learning method; a first generating section that outputs a forward-transformed signal which is a signal with a high degree of natural signal; a first identification section that identifies whether the input signal is a forward-transformed signal or a natural signal; a second generation unit that outputs an inversely transformed signal having a lower natural signal level than the audio signal by executing an inverse transform process that lowers the natural signal level of the audio signal; and an input signal is prepared in advance. a second identification unit that identifies whether the signal is a pre-synthesized signal that is a synthesized signal or an inversely transformed signal, based on the identification results of the first identification unit and the second identification unit. This is an audio signal conversion model learning device, which is a learning method based on the following.

本発明により、より動物が発する音声に近い音声を生成することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to generate sounds that are closer to sounds emitted by animals.

実施形態の音声信号生成システム100の概要を説明する説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an overview of an audio signal generation system 100 according to an embodiment. 実施形態における音声信号変換モデル学習装置1の概要を説明する説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an overview of an audio signal conversion model learning device 1 in an embodiment. 実施形態における順変換信号識別処理の流れの一例を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating an example of the flow of forward conversion signal identification processing in the embodiment. 実施形態における順変換学習処理の流れの一例を示す第1のフローチャート。The 1st flowchart which shows an example of the flow of forward transformation learning processing in an embodiment. 実施形態における順変換学習処理の流れの一例を示す第2のフローチャート。The 2nd flowchart which shows an example of the flow of forward transformation learning processing in an embodiment. 実施形態における順変換信号識別学習処理の流れの一例を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating an example of the flow of forward conversion signal identification learning processing in the embodiment. 実施形態における逆変換信号識別処理の流れの一例を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating an example of the flow of inversely transformed signal identification processing in the embodiment. 実施形態における逆変換学習処理の流れの一例を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating an example of the flow of inverse transformation learning processing in the embodiment. 実施形態における逆変換信号識別学習処理の流れの一例を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating an example of the flow of inversely transformed signal identification learning processing in the embodiment. 実施形態における音声信号変換モデル学習装置1が実行する処理の流れの一例を示すフローチャート。1 is a flowchart illustrating an example of the flow of processing executed by the audio signal conversion model learning device 1 in the embodiment. 実施形態における音声信号変換モデル学習装置1のハードウェア構成の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an audio signal conversion model learning device 1 in an embodiment. 実施形態における制御部10の機能構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the functional structure of the control part 10 in embodiment. 実施形態における音声信号変換装置2のハードウェア構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a hardware configuration of an audio signal conversion device 2 in an embodiment. 実施形態における制御部20の機能構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the functional structure of the control part 20 in embodiment. 実施形態における音声信号変換装置2が実行する処理の流れの一例を示すフローチャート。5 is a flowchart showing an example of the flow of processing executed by the audio signal conversion device 2 in the embodiment. 第1実験の実験結果の一例を示す第1の図。The first diagram showing an example of the experimental results of the first experiment. 第1実験の実験結果の一例を示す第2の図。The second diagram showing an example of the experimental results of the first experiment. 第2実験の実験結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the experimental result of a 2nd experiment. 第3実験の実験結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the experimental result of a 3rd experiment.

(実施形態)
図1及び図2を用いて、実施形態の音声信号生成システム100の概要を説明する。図1は、実施形態の音声信号生成システム100の概要を説明する説明図である。音声信号生成システム100は、合成された音声信号(以下「合成信号」という。)であって自然信号との類似の度合(以下「自然信号度」という。)が低い音声信号(以下「不自然合成信号」という。)の自然信号度を向上させる。自然信号は、実際に人間が発する音声である。すなわち音声信号生成システム100は、入力された不自然合成信号を入力された不自然合成信号よりも自然信号度が高い合成信号である自然合成信号に変換する。なお、不自然合成信号を自然合成信号に変換するとは、不自然合成信号に基づき自然合成信号を生成することと同値である。
(Embodiment)
An outline of the audio signal generation system 100 according to the embodiment will be described using FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an overview of an audio signal generation system 100 according to an embodiment. The audio signal generation system 100 generates a synthesized audio signal (hereinafter referred to as "synthesized signal") that has a low degree of similarity (hereinafter referred to as "natural signal degree") to a natural signal (hereinafter referred to as "unnatural signal"). (referred to as "synthetic signal"). Natural signals are sounds actually made by humans. That is, the audio signal generation system 100 converts the input unnatural composite signal into a natural composite signal that is a composite signal having a higher degree of natural signal than the input unnatural composite signal. Note that converting an unnatural composite signal to a natural composite signal is equivalent to generating a natural composite signal based on the unnatural composite signal.

音声信号生成システム100は、音声信号変換モデル学習装置1及び音声信号変換装置2を備える。音声信号変換モデル学習装置1は、不自然合成信号に基づき自然合成信号を生成する学習済みのモデル(以下「音声信号変換モデル」という。)を機械学習によって得る。以下説明の簡単のため、機械学習を行うことを学習という。なお、機械学習を行うとは、機械学習モデルにおけるパラメータの値を好適に調整することを意味する。以下の説明において、Aであるように学習するとは、機械学習モデルにおけるパラメータの値がAを満たすように調整されることを意味する。Aは予め定められた条件を表す。 The audio signal generation system 100 includes an audio signal conversion model learning device 1 and an audio signal conversion device 2. The audio signal conversion model learning device 1 uses machine learning to obtain a trained model (hereinafter referred to as "audio signal conversion model") that generates a natural composite signal based on an unnatural composite signal. To simplify the explanation below, performing machine learning will be referred to as learning. Note that performing machine learning means suitably adjusting the values of parameters in a machine learning model. In the following description, learning to satisfy A means that the values of parameters in the machine learning model are adjusted so as to satisfy A. A represents a predetermined condition.

音声信号変換モデル学習装置1は、自然信号と合成信号とを入力とし、音声波形識別器及び音声特徴量識別器を識別器の学習において用いる循環型敵対的学習(CycleGAN:Cycle Generative Adversarial Networks)によって音声信号変換モデルを学習する。音声波形識別器は、学習に用いる音声信号の波形(以下「音声波形」という。)に基づいて音声信号が自然信号か否かを識別する識別器である。音声特徴量識別器は学習に用いる音声信号から所定の条件を満たす情報を音声特徴量として取得し、取得した音声特徴量に基づいて音声信号が自然信号か否かを識別する識別器である。以下、音声波形識別器と音声特徴量識別器とを用いるCycleGANを畳み込みCycleGANという。なお、音声特徴量は、例えば、音声信号の位相スペクトルである。なお、後述するように、音声信号変換モデル学習装置1に入力される自然信号と合成信号とは、予め音声信号変換モデル学習装置1が備える記憶部に記憶済みであってもよい。 The audio signal conversion model learning device 1 uses a natural signal and a synthesized signal as input, and performs cyclic adversarial learning (Cycle GAN) using an audio waveform discriminator and an audio feature discriminator in learning the discriminator. Learn an audio signal conversion model. The audio waveform discriminator is a classifier that identifies whether or not an audio signal is a natural signal based on the waveform of the audio signal used for learning (hereinafter referred to as "audio waveform"). The audio feature discriminator is a classifier that acquires information that satisfies a predetermined condition from an audio signal used for learning as an audio feature, and identifies whether the audio signal is a natural signal based on the acquired audio feature. Hereinafter, CycleGAN using a voice waveform classifier and a voice feature classifier will be referred to as convolution CycleGAN. Note that the audio feature amount is, for example, a phase spectrum of an audio signal. Note that, as described later, the natural signal and the composite signal input to the audio signal conversion model learning device 1 may be stored in advance in a storage unit included in the audio signal conversion model learning device 1.

畳み込みCycleGANは、学習に用いる音声信号の音声波形と音声特徴量とをそれぞれ異なる識別器で学習するニューラルネットワークである。一般に、学習に用いるデータの特徴量を特徴量ごとに異なる識別器で学習するニューラルネットワークを畳み込みニューラルネットワークという。そのため畳み込みCycleGANは、CycleGANを変形させたニューラルネットワークでもあり畳み込みニューラルネットワークを変形させたニューラルネットワークでもある。 Convolution CycleGAN is a neural network that uses different discriminators to learn the audio waveform and audio feature of the audio signal used for learning. In general, a neural network that learns features of data used for learning using different classifiers for each feature is called a convolutional neural network. Therefore, convolutional CycleGAN is both a neural network that is a modification of CycleGAN, and a neural network that is a modification of a convolutional neural network.

図2は、実施形態における音声信号変換モデル学習装置1の概要を説明する説明図である。音声信号変換モデル学習装置1は、第1生成部110、第1識別部120、第1入力決定部130、第2生成部150、第2識別部160及び第2入力決定部170を備える。第1生成部110、第1識別部120、第2生成部150及び第2識別部160は、学習する機能部である。音声信号変換モデル学習装置1においては、第1生成部110、第1識別部120、第1入力決定部130、第2生成部150、第2識別部160及び第2入力決定部170が協働してCycleGANを実行する。 FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an overview of the audio signal conversion model learning device 1 in the embodiment. The audio signal conversion model learning device 1 includes a first generation section 110, a first identification section 120, a first input determination section 130, a second generation section 150, a second identification section 160, and a second input determination section 170. The first generation unit 110, the first identification unit 120, the second generation unit 150, and the second identification unit 160 are functional units that perform learning. In the audio signal conversion model learning device 1, the first generation unit 110, the first identification unit 120, the first input determination unit 130, the second generation unit 150, the second identification unit 160, and the second input determination unit 170 cooperate. and execute CycleGAN.

第1生成部110は、入力された音声信号に対して順変換処理を実行する。順変換処理は、入力された音声信号の自然信号度を向上させる処理である。第1生成部110は順変換処理後の音声信号を順変換信号として出力する。第1生成部110は、詳細を後述する第1識別部120の識別結果に基づいて学習する。第1生成部110は、学習により、順変換処理によって自然信号度をより向上させるように学習する。 The first generation unit 110 performs forward conversion processing on the input audio signal. The forward conversion process is a process that improves the natural signal level of the input audio signal. The first generation unit 110 outputs the audio signal after the forward conversion process as a forward conversion signal. The first generation unit 110 learns based on the identification result of the first identification unit 120, the details of which will be described later. Through learning, the first generation unit 110 learns to further improve the natural signal level through forward transformation processing.

順変換処理によって自然信号度をより向上させるような学習の具体例は、第1識別部120の識別結果が誤りである確率が低いほど大きな値を示す関数である損失関数の値を小さくするようにパラメータの値を好適に調整する処理である。 A specific example of learning that further improves the natural signal degree by forward transformation processing is to reduce the value of a loss function, which is a function that shows a larger value as the probability that the identification result of the first identification unit 120 is incorrect is lower. This is a process of suitably adjusting parameter values.

第1識別部120は、入力された音声信号が自然信号と順変換信号とのいずれであるかを識別する。第1識別部120は、この識別結果に基づいて学習する。第1識別部120は、音声波形識別部121、音声特徴量識別部122、統合識別部123及び第1判定部140を備える。 The first identification unit 120 identifies whether the input audio signal is a natural signal or a forward-transformed signal. The first identification unit 120 learns based on this identification result. The first identification unit 120 includes an audio waveform identification unit 121 , an audio feature identification unit 122 , an integrated identification unit 123 , and a first determination unit 140 .

音声波形識別部121には第1識別部120に入力された音声信号が入力される。音声波形識別部121に入力される音声信号は、詳細を後述する第1入力決定部130によって決定された音声信号であって、自然信号又は順変換信号である。音声波形識別部121は、入力された音声信号の音声波形に基づいて第1識別部120に入力された音声信号が自然信号と順変換信号とのいずれであるかを識別する。音声波形識別部121は、音声波形識別器の一例である。 The audio signal input to the first identification unit 120 is input to the audio waveform identification unit 121 . The audio signal input to the audio waveform identification unit 121 is an audio signal determined by a first input determining unit 130, which will be described in detail later, and is a natural signal or a forward conversion signal. The audio waveform identification unit 121 identifies whether the audio signal input to the first identification unit 120 is a natural signal or a forward-converted signal based on the audio waveform of the input audio signal. The audio waveform identifier 121 is an example of an audio waveform identifier.

音声特徴量識別部122には第1識別部120に入力された音声信号が入力される。すなわち、音声特徴量識別部122に入力される音声信号は音声波形識別部121に入力される音声信号と同一である。音声特徴量識別部122は、入力された音声信号に基づき音声特徴量を取得する。音声特徴量識別部122は、取得した音声特徴量に基づいて第1識別部120に入力された音声信号が自然信号と順変換信号とのいずれであるかを識別する。音声特徴量識別部122は、音声特徴量識別器の一例である。 The audio signal input to the first identification unit 120 is input to the audio feature identification unit 122 . That is, the audio signal input to the audio feature amount identifying section 122 is the same as the audio signal input to the audio waveform identifying section 121. The audio feature identification unit 122 acquires audio features based on the input audio signal. The audio feature identifying unit 122 identifies whether the audio signal input to the first identifying unit 120 is a natural signal or a forward-converted signal based on the acquired audio feature. The audio feature identification unit 122 is an example of an audio feature identifier.

統合識別部123は、音声波形識別部121の識別結果と音声特徴量識別部122の識別結果とに基づいて、第1識別部120に入力された音声信号が自然信号と順変換信号とのいずれであるかを識別する。統合識別部123の識別結果が、第1識別部120による識別結果である。統合識別部123の識別結果が、第1判定部140に出力される。 The integrated identification unit 123 determines whether the audio signal input to the first identification unit 120 is a natural signal or a forward-converted signal based on the identification result of the audio waveform identification unit 121 and the identification result of the audio feature amount identification unit 122. identify whether The identification result of the integrated identification unit 123 is the identification result of the first identification unit 120. The identification result of the integrated identification unit 123 is output to the first determination unit 140.

第1判定部140は、第1入力決定部130の決定結果に基づき統合識別部123の識別結果が正しか否かを判定する。 The first determination unit 140 determines whether the identification result of the integrated identification unit 123 is correct based on the determination result of the first input determination unit 130.

音声波形識別部121、音声特徴量識別部122及び統合識別部123は、第1判定部140の判定結果に基づき学習する。音声波形識別部121、音声特徴量識別部122及び統合識別部123は、学習により、識別の精度をより向上させるように学習する。識別の精度をより向上させるような学習の具体例は、統合識別部123の識別結果が誤りである確率が低いほど大きな値を示す関数である損失関数の値を大きくするようにパラメータの値を好適に調整する処理である。 The speech waveform identification section 121, the speech feature amount identification section 122, and the integrated identification section 123 learn based on the determination result of the first determination section 140. The speech waveform identification section 121, the speech feature amount identification section 122, and the integrated identification section 123 learn to further improve the accuracy of identification through learning. A specific example of learning that further improves the accuracy of identification is to increase the value of a loss function, which is a function that takes a larger value as the probability that the identification result of the integrated identification unit 123 is incorrect is lower. This is a suitable adjustment process.

第1入力決定部130は、第1識別部120に入力する音声信号を順変換信号と自然信号とのいずれにするかを決定する。 The first input determining unit 130 determines whether the audio signal input to the first identifying unit 120 is a forward-transformed signal or a natural signal.

第1入力決定部130が第1識別部120に入力する音声信号として自然信号を決定した場合には、図2の中央列に記載の自然信号群に属する1つの自然信号が第1識別部120に入力される。前記自然信号群は学習のために予め用意された自然信号の集合である。なお、図2の中央列に記載の合成信号群は学習のために予め用意された合成信号の集合である。以下、合成信号群に属する合成信号を事前合成信号という。 When the first input determination unit 130 determines a natural signal as the audio signal input to the first identification unit 120, one natural signal belonging to the natural signal group described in the center column of FIG. is input. The natural signal group is a set of natural signals prepared in advance for learning. Note that the composite signal group shown in the center column of FIG. 2 is a set of composite signals prepared in advance for learning. Hereinafter, the combined signal belonging to the combined signal group will be referred to as a pre-combined signal.

第1入力決定部130が第1識別部120に入力する合成信号として合成信号を決定した場合には、順変換信号が第1識別部120に入力される。 When the first input determining unit 130 determines a composite signal as the composite signal to be input to the first identifying unit 120 , the forward transformed signal is input to the first identifying unit 120 .

第2生成部150は、入力された音声信号に対して逆変換処理を実行する。音声信号として順変換信号が入力された場合、取得した順変換信号に対して逆変換処理を実行する。音声信号として自然信号が入力された場合、取得した自然信号に対して逆変換処理を実施する。逆変換処理は入力された音声信号の自然信号度を低下させる処理である。第2生成部150は、逆変換処理後の音声信号を逆変換信号として出力する。第2生成部150は、詳細を後述する第2識別部160の識別結果に基づいて学習する。第2生成部150は、学習により、逆変換処理によって自然信号度をより低下させるように学習する。 The second generation unit 150 performs inverse transformation processing on the input audio signal. When a forward conversion signal is input as an audio signal, an inverse conversion process is performed on the acquired forward conversion signal. When a natural signal is input as an audio signal, an inverse transformation process is performed on the acquired natural signal. The inverse conversion process is a process that reduces the natural signal intensity of the input audio signal. The second generation unit 150 outputs the audio signal after the inverse transformation process as an inverse transformation signal. The second generation unit 150 learns based on the identification result of the second identification unit 160, the details of which will be described later. Through learning, the second generation unit 150 learns to further reduce the natural signal intensity through inverse transformation processing.

逆変換処理によって自然信号度をより低下させるような学習の具体例は、第2識別部160の識別結果が誤りである確率が低いほど大きな値を示す関数である損失関数の値を小さくするようにパラメータの値を好適に調整する処理である。 A specific example of learning in which the natural signal degree is further reduced by inverse transformation processing is to reduce the value of a loss function, which is a function that shows a larger value as the probability that the identification result of the second identification unit 160 is incorrect is lower. This is a process of suitably adjusting parameter values.

第2識別部160は、入力された音声信号が逆変換信号と事前合成信号とのいずれであるかを識別する。第2識別部160は、第2識別部160の識別結果に基づいて学習する。第2識別部160は、音声波形識別部161、音声特徴量識別部162、統合識別部163及び第2判定部180を備える。 The second identification unit 160 identifies whether the input audio signal is an inversely transformed signal or a pre-synthesized signal. The second identification unit 160 learns based on the identification result of the second identification unit 160. The second identification unit 160 includes an audio waveform identification unit 161 , an audio feature identification unit 162 , an integrated identification unit 163 , and a second determination unit 180 .

音声波形識別部161は、第2識別部160に入力された音声信号の音声波形に基づいて第2識別部160に入力された音声信号が逆変換信号と事前合成信号とのいずれであるかを識別する。音声波形識別部161は、音声波形識別器の一例である。 The audio waveform identification unit 161 determines whether the audio signal input to the second identification unit 160 is an inversely converted signal or a pre-synthesized signal based on the audio waveform of the audio signal input to the second identification unit 160. identify The audio waveform identifier 161 is an example of an audio waveform identifier.

音声特徴量識別部162は、第2識別部160に入力された音声信号の音声特徴量に基づいて第2識別部160に入力された音声信号が逆変換信号と事前合成信号とのいずれであるかを識別する。音声特徴量識別部162は、音声特徴量識別器の一例である。 The audio feature identifying unit 162 determines whether the audio signal input to the second identifying unit 160 is an inversely converted signal or a pre-synthesized signal based on the audio feature of the audio signal input to the second identifying unit 160. identify. The audio feature identification unit 162 is an example of an audio feature identifier.

統合識別部163は、音声波形識別部161の識別結果と音声特徴量識別部162の識別結果とに基づいて、第2識別部160に入力された音声信号が逆変換信号と事前合成信号とのいずれであるかを識別する。統合識別部163の識別結果が、第2識別部160による識別結果である。統合識別部163の識別結果が、第2判定部180に出力される。 The integrated identification unit 163 determines whether the audio signal input to the second identification unit 160 is a combination of an inversely converted signal and a pre-synthesized signal, based on the identification result of the audio waveform identification unit 161 and the identification result of the audio feature amount identification unit 162. Identify which one. The identification result of the integrated identification unit 163 is the identification result of the second identification unit 160. The identification result of the integrated identification unit 163 is output to the second determination unit 180.

第2判定部180は、第2入力決定部170の決定結果に基づき第2識別部160の識別結果が正しか否かを判定する。 The second determination unit 180 determines whether the identification result of the second identification unit 160 is correct based on the determination result of the second input determination unit 170.

音声波形識別部161、音声特徴量識別部162及び統合識別部163は、第2判定部180の判定結果に基づき学習する。音声波形識別部161、音声特徴量識別部162及び統合識別部163は、学習により、識別の精度をより向上させるように学習する。識別の精度をより向上させるような学習の具体例は、統合識別部163の識別結果が誤りである確率が低いほど大きな値を示す関数である損失関数の値を大きくするようにパラメータの値を好適に調整する処理である。 The speech waveform identification section 161, the speech feature amount identification section 162, and the integrated identification section 163 learn based on the determination result of the second determination section 180. The speech waveform identification section 161, the speech feature amount identification section 162, and the integrated identification section 163 learn to further improve the accuracy of identification through learning. A specific example of learning that further improves the accuracy of identification is to increase the value of a loss function, which is a function that takes a larger value as the probability that the identification result of the integrated identification unit 163 is incorrect is lower. This is a suitable adjustment process.

第2入力決定部170は、第2生成部150に入力する音声信号を順変換信号と自然信号とのいずれにするかを決定する。また、第2入力決定部170は、第2識別部160に入力する音声信号を逆変換信号と事前合成信号とのいずれにするかも決定する。
The second input determining unit 170 determines whether the audio signal to be input to the second generating unit 150 is a forward-transformed signal or a natural signal. The second input determining unit 170 also determines whether the audio signal to be input to the second identifying unit 160 is an inversely transformed signal or a pre-synthesized signal.

第1生成部110、第1識別部120、第2生成部150及び第2識別部160は協働して動作することで、以下の式で表される目的関数Lを小さくするように学習する。すなわち目的関数Lは、第1生成部110、第1識別部120、第2生成部150及び第2識別部160が学習する際の損失関数である。 The first generation unit 110, first identification unit 120, second generation unit 150, and second identification unit 160 work together to learn to reduce the objective function L expressed by the following formula. . That is, the objective function L is a loss function used when the first generation unit 110, first identification unit 120, second generation unit 150, and second identification unit 160 learn.

Figure 0007368779000001
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H1は自己同一損失を表す。より具体的には、H1は以下の式(18)で表される。 H1 represents self-identical loss. More specifically, H1 is expressed by the following formula (18).

Figure 0007368779000018
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H2からH9の和は敵対的損失を表す。なお、Dxwaveは、音声信号xの波形に基づいて音声信号xがどのような信号であるかを識別する識別器を表す。なお、Dywaveは、音声信号yの波形に基づいて音声信号yがどのような信号であるかを識別する識別器を表す。なお、Dxmspは、音声信号xの音声特徴量に基づいて音声信号xがどのような信号であるかを識別する識別器を表す。なお、Dymspは、音声信号yの音声特徴量に基づいて音声信号yがどのような信号であるかを識別する識別器を表す。以下、説明の簡単のため、識別器を記号Dで表す。なお、Dmsp(A)はAが目的となっている音声特徴量であるかどうかの確率を出力する関数である。また、log(1-Dmsp(A))は、Aが目的の音声特徴量ではない確率を出力する関数である。The sum of H2 to H9 represents the adversarial loss. Note that D xwave represents a discriminator that identifies what kind of signal the audio signal x is based on the waveform of the audio signal x. Note that D ywave represents a discriminator that identifies what kind of signal the audio signal y is based on the waveform of the audio signal y. Note that D xmsp represents a discriminator that identifies what kind of signal the audio signal x is based on the audio feature amount of the audio signal x. Note that D ymsp represents a classifier that identifies what kind of signal the audio signal y is based on the audio feature amount of the audio signal y. Hereinafter, for ease of explanation, the discriminator will be represented by the symbol D. Note that Dmsp(A) is a function that outputs the probability of whether or not A is the target audio feature. Furthermore, log(1-Dmsp(A)) is a function that outputs the probability that A is not the target audio feature.

F(A)は、ハニング窓で窓掛けされた高速フーリエ変換行列をAに畳み込んだ後に畳み込み後のAの絶対値に対してメルフィルターを畳み込む処理を意味する。 F(A) means a process in which a fast Fourier transform matrix windowed using a Hanning window is convolved with A, and then a Mel filter is convolved with the absolute value of A after the convolution.

目的関数におけるLcycの項のλcycは重みを表す。Lcycは学習においてハイパーパラメータである。Gx→yは写像であって音声信号xを音声信号yに変換する写像を表す。音声信号yは音声信号xよりも自然信号度が高い音声信号である。Dは、入力された音声信号yについて自然信号か合成信号かを見分ける識別関数を表す。Gy→xは写像であって音声信号yを音声信号xに変換する写像を表す。Dは、入力された音声信号xについて自然信号か合成信号かを見分ける識別関数を表す。The term λ cyc of L cyc in the objective function represents the weight. Lcyc is a hyperparameter in learning. G x→y is a mapping that converts the audio signal x into the audio signal y. The audio signal y has a higher degree of natural signal than the audio signal x. D y represents a discrimination function for determining whether the input audio signal y is a natural signal or a synthetic signal. G y→x is a mapping that converts the audio signal y into the audio signal x. D x represents a discriminant function for determining whether the input audio signal x is a natural signal or a synthetic signal.

advは、敵対的学習における目的関数を表す。すなわちLadvは、敵対的損失を表す。敵対的損失とは敵対的学習における損失関数が表す値である。Lidは、恒等写像を表す。恒等写像は、写像Gx→yへの入力が音声信号xではなくて音声信号yであった場合に、目的関数Lを変化させないために目的関数Lに存在する。恒等写像Lidの値は恒等写像損失を表す。L adv represents an objective function in adversarial learning. That is, L adv represents an adversarial loss. An adversarial loss is a value expressed by a loss function in adversarial learning. L id represents an identity mapping. The identity mapping exists in the objective function L so that the objective function L does not change when the input to the mapping G x→y is not the audio signal x but the audio signal y. The value of the identity mapping L id represents the identity mapping loss.

L1は第1生成部110及び第1識別部120が協働して実行する敵対的学習における損失関数を表す。L2は第2生成部150及び第2識別部160が協働して実行する敵対的学習における損失関数を表す。L3は、CycleGANにおける循環無矛盾損失を表す関数である。すなわち、L3は、第1生成部110、第1識別部120、第2生成部150及び第2識別部160が協働して実行するCycleGANにおいて写像Gx→yと写像Gy→xとが1対1対応であるか否かを表す関数である。L1 represents a loss function in adversarial learning performed by the first generation unit 110 and the first identification unit 120 in cooperation. L2 represents a loss function in adversarial learning performed by the second generation unit 150 and the second identification unit 160 in cooperation. L3 is a function representing a cyclic consistent loss in CycleGAN. That is, in L3, mapping G x → y and mapping G y → This is a function that indicates whether there is a one-to-one correspondence.

このように、目的関数Lは、敵対的損失を表す関数と、無矛盾損失を表す関数と、恒等写像損失を表す関数とによって表される関数である。 In this way, the objective function L is a function represented by a function representing an adversarial loss, a function representing a consistent loss, and a function representing an identity mapping loss.

ここで、順変換信号識別処理、順変換学習処理、順変換信号識別学習処理、逆変換信号識別処理、逆変換学習処理及び逆変換信号識別学習処理それぞれの処理の流れの一例を説明する。順変換信号識別処理は、第1識別部120が入力された音声信号が自然信号か順変換信号かを識別する処理である。順変換学習処理は第1生成部110が学習する処理である。順変換信号識別学習処理は第1識別部120が学習する処理である。逆変換信号識別処理は、第2識別部160が入力された音声信号が逆変換信号か事前合成信号かを識別する処理である。逆変換学習処理は第2生成部150が学習する処理である。逆変換信号識別学習処理は、第2識別部160が学習する処理である。 Here, an example of the flow of each of the forward transform signal identification process, forward transform learning process, forward transform signal identification learning process, inverse transform signal identification process, inverse transform learning process, and inverse transform signal identification learning process will be described. The forward conversion signal identification process is a process in which the first identification unit 120 identifies whether the input audio signal is a natural signal or a forward conversion signal. The forward transformation learning process is a process learned by the first generation unit 110. The forward conversion signal identification learning process is a process that the first identification unit 120 learns. The inversely transformed signal identification process is a process in which the second identification unit 160 identifies whether the input audio signal is an inversely transformed signal or a pre-synthesized signal. The inverse transformation learning process is a process learned by the second generation unit 150. The inverse transformation signal identification learning process is a process that the second identification unit 160 learns.

図3は、実施形態における順変換信号識別処理の流れの一例を示すフローチャートである。音声波形識別部121が第1識別部120に入力された音声信号を取得し、取得した音声波形に基づいて第1識別部120に入力された音声信号が自然信号と順変換信号とのいずれであるかを識別する(ステップS101)。次に音声特徴量識別部122が第1識別部120に入力された音声信号の音声特徴量を取得し、取得した音声特徴量に基づいて第1識別部120に入力された音声信号が自然信号と順変換信号とのいずれであるかを識別する(ステップS102)。次に統合識別部123が音声波形識別部121の識別結果と音声特徴量識別部122の識別結果とに基づき予め定められた所定の規則にしたがい、第1識別部120に入力された音声信号が自然信号と順変換信号とのいずれであるかを識別する(ステップS103)。ステップS103における統合識別部123の識別結果が、第1判定部140に出力される。 FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the flow of forward conversion signal identification processing in the embodiment. The audio waveform identification unit 121 acquires the audio signal input to the first identification unit 120, and determines whether the audio signal input to the first identification unit 120 is a natural signal or a forward conversion signal based on the acquired audio waveform. It is determined whether there is one (step S101). Next, the audio feature identifying unit 122 acquires the audio feature of the audio signal input to the first identifying unit 120, and based on the acquired audio feature, the audio signal input to the first identifying unit 120 is determined to be a natural signal. and a forward conversion signal (step S102). Next, the integrated identification unit 123 analyzes the audio signal input to the first identification unit 120 according to a predetermined rule determined in advance based on the identification result of the audio waveform identification unit 121 and the identification result of the audio feature amount identification unit 122. It is determined whether the signal is a natural signal or a forward-transformed signal (step S103). The identification result of the integrated identification unit 123 in step S103 is output to the first determination unit 140.

図4は、実施形態における順変換学習処理の流れの一例を示す第1のフローチャートである。第1入力決定部130が第1識別部120に入力する音声信号を順変換信号に決定する(ステップS201)。次に第1生成部110が、合成信号群から合成信号を1つ取得し、取得した合成信号に対して順変換処理を実行することで順変換信号を生成する(ステップS202)。次に第1生成部110は生成した順変換信号を第1識別部120に出力する(ステップS203)。次に第1識別部120は取得した音声信号について、順変換信号識別処理を実行する(ステップS204)。すなわち、ステップS101~ステップS103の処理が実行される。次に第1判定部140が、第1入力決定部130の決定結果と比較して第1識別部120の識別結果が正しか否かを判定する(ステップS205)。次に第1生成部110が第1判定部140の判定結果に基づき順変換処理によって自然信号度をより向上させるように学習する(ステップS206)。具体的には、第1生成部110は目的関数Lをより小さくするように学習する。 FIG. 4 is a first flowchart showing an example of the flow of forward transformation learning processing in the embodiment. The first input determining unit 130 determines the audio signal input to the first identifying unit 120 as a forward conversion signal (step S201). Next, the first generation unit 110 acquires one composite signal from the composite signal group, and generates a forward transformation signal by performing a forward transformation process on the acquired composite signal (step S202). Next, the first generation unit 110 outputs the generated forward conversion signal to the first identification unit 120 (step S203). Next, the first identification unit 120 performs forward conversion signal identification processing on the acquired audio signal (step S204). That is, the processes from step S101 to step S103 are executed. Next, the first determination unit 140 determines whether the identification result of the first identification unit 120 is correct by comparing it with the determination result of the first input determination unit 130 (step S205). Next, the first generation unit 110 learns to further improve the natural signal level through forward transformation processing based on the determination result of the first determination unit 140 (step S206). Specifically, the first generation unit 110 learns to make the objective function L smaller.

図5は、実施形態における順変換学習処理の流れの一例を示す第2のフローチャートである。以下、図3又は図4に記載の処理と同様の処理については図3又は図4と同じ符号を付すことで説明を省略する。 FIG. 5 is a second flowchart showing an example of the flow of forward transformation learning processing in the embodiment. Hereinafter, processes similar to those shown in FIG. 3 or 4 will be designated by the same reference numerals as those in FIG. 3 or 4, and a description thereof will be omitted.

第2生成部150が逆変換信号を出力する(ステップS301)。次に第1生成部110が、第2生成部150が出力した逆変換信号を取得し、取得した逆変換信号に対して順変換処理を実行することで順変換信号を生成する(ステップS302)。次にステップS203~ステップS206の処理が実行される。 The second generation unit 150 outputs an inversely transformed signal (step S301). Next, the first generation unit 110 acquires the inversely transformed signal outputted by the second generating unit 150, and generates a forwardly transformed signal by performing a forward transformation process on the acquired inversely transformed signal (step S302). . Next, the processes from step S203 to step S206 are executed.

図6は、実施形態における順変換信号識別学習処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下、図3~図5に記載の処理と同様の処理については図3~図5と同じ符号を付すことで説明を省略する。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of the flow of forward conversion signal identification learning processing in the embodiment. Hereinafter, processes similar to those shown in FIGS. 3 to 5 will be designated by the same reference numerals as in FIGS. 3 to 5, and a description thereof will be omitted.

第1入力決定部130が第1識別部120に入力する音声信号を、自然信号と順変換信号とのいずれにするかを決定する(ステップS401)。次に、ステップS204及びステップS205の処理が実行される。次に第1識別部120が、識別の精度をより向上させるように学習する(ステップS402)。具体的には、第1識別部120が目的関数Lをより大きくするように学習する。より具体的には、目的関数Lをより大きくするように音声波形識別部121及び音声特徴量識別部122が学習する。 The first input determining unit 130 determines whether the audio signal input to the first identifying unit 120 is a natural signal or a forward-converted signal (step S401). Next, the processes of step S204 and step S205 are executed. Next, the first identification unit 120 learns to further improve the accuracy of identification (step S402). Specifically, the first identification unit 120 learns to make the objective function L larger. More specifically, the speech waveform identification section 121 and the speech feature amount identification section 122 learn to make the objective function L larger.

図7は、実施形態における逆変換信号識別処理の流れの一例を示すフローチャートである。音声波形識別部161が第2識別部160に入力された音声信号の音声波形を取得し、取得した音声波形に基づいて第2識別部160に入力された音声信号が逆変換信号と事前合成信号とのいずれであるかを識別する(ステップS501)。次に音声特徴量識別部162が第2識別部160に入力された音声信号を取得し、取得した音声特徴量に基づいて第2識別部160に入力された音声信号が逆変換信号と事前合成信号とのいずれであるかを識別する(ステップS502)。次に統合識別部163が音声波形識別部161の識別結果と音声特徴量識別部162の識別結果とに基づき予め定められた所定の規則にしたがい、第2識別部160に入力された音声信号が逆変換信号と事前合成信号とのいずれであるかを識別する(ステップS503)。ステップS503における統合識別部163の識別結果が、第2判定部180に出力される。 FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the flow of inversely transformed signal identification processing in the embodiment. The audio waveform identification unit 161 acquires the audio waveform of the audio signal input to the second identification unit 160, and based on the acquired audio waveform, the audio signal input to the second identification unit 160 is divided into an inversely converted signal and a pre-synthesized signal. (Step S501). Next, the audio feature identification unit 162 acquires the audio signal input to the second identification unit 160, and based on the acquired audio feature, the audio signal input to the second identification unit 160 is pre-synthesized with the inversely transformed signal. It is determined which one is the signal (step S502). Next, the integrated identification unit 163 analyzes the audio signal input to the second identification unit 160 according to a predetermined rule determined in advance based on the identification result of the audio waveform identification unit 161 and the identification result of the audio feature amount identification unit 162. It is determined whether the signal is an inversely transformed signal or a pre-synthesized signal (step S503). The identification result of the integrated identification unit 163 in step S503 is output to the second determination unit 180.

図8は、実施形態における逆変換学習処理の流れの一例を示すフローチャートである。第2入力決定部170が第2識別部160に入力する音声信号を逆変換信号に決定する(ステップS601)。次に第2生成部150が、順変換信号を取得し、取得した順変換信号に対して逆変換処理を実行することで逆変換信号を生成する(ステップS602)。次に第2生成部150は生成した逆変換信号を第2識別部160に出力する(ステップS603)。次に第2識別部160は取得した音声信号について、逆変換信号識別処理を実行する(ステップS604)。すなわち、ステップS401~ステップS403の処理が実行される。次に第2判定部180が、第2入力決定部170の決定結果と比較して第2識別部160の識別結果が正しか否かを判定する(ステップS605)。次に第2生成部150が第2判定部180の判定結果に基づき逆変換処理によって自然信号度をより向上させるように学習する(ステップS606)。具体的には、第2生成部150は目的関数Lをより小さくするように学習する。なお、第2生成部150が、自然信号を取得し、逆変換信号を生成した場合についても、同様にステップS602からステップS606の処理を行う。 FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of the flow of inverse transformation learning processing in the embodiment. The second input determining unit 170 determines the audio signal input to the second identifying unit 160 as an inversely transformed signal (step S601). Next, the second generation unit 150 generates an inversely transformed signal by acquiring the forwardly transformed signal and performing an inversely transforming process on the acquired forwardly transformed signal (step S602). Next, the second generation unit 150 outputs the generated inversely transformed signal to the second identification unit 160 (step S603). Next, the second identification unit 160 performs inversely transformed signal identification processing on the acquired audio signal (step S604). That is, the processes from step S401 to step S403 are executed. Next, the second determination unit 180 determines whether the identification result of the second identification unit 160 is correct by comparing it with the determination result of the second input determination unit 170 (step S605). Next, the second generation unit 150 learns to further improve the natural signal level through inverse transformation processing based on the determination result of the second determination unit 180 (step S606). Specifically, the second generation unit 150 learns to make the objective function L smaller. Note that even when the second generation unit 150 acquires a natural signal and generates an inversely transformed signal, the processes from step S602 to step S606 are similarly performed.

図9は、実施形態における逆変換信号識別学習処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下、図7又は図8に記載の処理と同様の処理については図7又は図8と同じ符号を付すことで説明を省略する。 FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the flow of inversely transformed signal identification learning processing in the embodiment. Hereinafter, processes similar to those shown in FIG. 7 or 8 will be given the same reference numerals as those in FIG. 7 or 8, and a description thereof will be omitted.

第2入力決定部170が第2識別部160に入力する音声信号を、自然信号と逆変換信号とのいずれにするかを決定する(ステップS701)。次に、ステップS604及びステップS605の処理が実行される。次に第2識別部160が、識別の精度をより向上させるように学習する(ステップS702)。具体的には、第2識別部160が目的関数Lをより大きくするように学習する。より具体的には、目的関数Lをより大きくするように音声波形識別部161及び音声特徴量識別部162が学習する。 The second input determining unit 170 determines whether the audio signal input to the second identifying unit 160 is a natural signal or an inversely transformed signal (step S701). Next, the processes of step S604 and step S605 are executed. Next, the second identification unit 160 learns to further improve the accuracy of identification (step S702). Specifically, the second identification unit 160 learns to make the objective function L larger. More specifically, the speech waveform identification section 161 and the speech feature amount identification section 162 learn to make the objective function L larger.

図10は、実施形態における音声信号変換モデル学習装置1が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図10では、ステップS201が行われた場合を例にその後の処理の流れの一例を説明する。また、図10では、ステップS601の処理が行われる場合を例に処理の流れの一例を説明する。以下、図3~図9に記載の処理と同様の処理については、図3~図9に記載の符号と同じ符号を付することで説明を省略する。 FIG. 10 is a flowchart showing an example of the flow of processing executed by the audio signal conversion model learning device 1 in the embodiment. In FIG. 10, an example of the flow of subsequent processing will be described using an example in which step S201 is performed. Further, in FIG. 10, an example of the flow of processing will be described using as an example the case where the processing in step S601 is performed. Hereinafter, processes similar to those shown in FIGS. 3 to 9 will be designated by the same reference numerals as those shown in FIGS. 3 to 9, and a description thereof will be omitted.

ステップS201から始まって、ステップS202、ステップS203、ステップS204、ステップS205、ステップS206、ステップS402、ステップS601、ステップS602、ステップS604、ステップS605、ステップS606、ステップS702の順番に処理が実行される。ステップS702の次に、終了条件が満たされたか否かが判定される(ステップS801)。終了条件は、例えば学習の回数が所定の回数を超えたという条件である。終了条件が満たされたか否かは、例えば後述する管理部102によって判定される。 Starting from step S201, processing is executed in the order of step S202, step S203, step S204, step S205, step S206, step S402, step S601, step S602, step S604, step S605, step S606, and step S702. After step S702, it is determined whether the termination condition is satisfied (step S801). The termination condition is, for example, that the number of times of learning exceeds a predetermined number of times. Whether or not the termination condition is satisfied is determined, for example, by the management unit 102, which will be described later.

終了条件が満たされる場合(ステップS801:YES)、処理が終了する。一方、終了条件が満たされない場合(ステップS801:NO)、ステップS301の処理が実行される。次にステップS302の処理が実行される。ステップS302の次にステップS203の処理に戻る。 If the termination condition is satisfied (step S801: YES), the process ends. On the other hand, if the end condition is not satisfied (step S801: NO), the process of step S301 is executed. Next, the process of step S302 is executed. After step S302, the process returns to step S203.

なお、ステップS206の処理とステップS402の処理とは実行される順番が逆でもよい。なお、ステップS606の処理とステップS702の処理とは実行される順番が逆でもよい。 Note that the processing in step S206 and the processing in step S402 may be executed in reverse order. Note that the processing in step S606 and the processing in step S702 may be executed in reverse order.

なお、ステップS201の処理に代えて、第1入力決定部130が第1識別部120に入力する音声信号を自然信号に決定する処理が実行された場合、ステップS602からステップS302の処理は実行されない。このような場合、図6の処理が実行された後、処理が終了する。 Note that if the first input determining unit 130 executes a process of determining the audio signal input to the first identifying unit 120 as a natural signal instead of the process of step S201, the processes of steps S602 to S302 are not executed. . In such a case, the process ends after the process in FIG. 6 is executed.

なお、ステップS601の処理に代えて、第2入力決定部170が第2識別部160に入力する音声信号を自然信号に決定する処理が実行された場合、ステップS602からステップS604の処理とステップS606の処理とが実行されない。 Note that if the second input determining unit 170 determines the audio signal input to the second identifying unit 160 to be a natural signal instead of the process in step S601, the processes in steps S602 to S604 and step S606 processing is not executed.

このように音声信号変換モデル学習装置1は、順変換信号識別処理、順変換学習処理、順変換信号識別学習処理、逆変換信号識別処理、逆変換学習処理及び逆変換信号識別学習処理の実行により学習のたびに自然信号度がより高い音声信号変換モデルを得る。 In this way, the audio signal conversion model learning device 1 performs the forward conversion signal identification process, the forward conversion learning process, the forward conversion signal identification learning process, the inverse conversion signal identification process, the inverse conversion learning process, and the inverse conversion signal identification learning process. Obtain an audio signal conversion model with a higher degree of natural signal each time it is trained.

図11は、実施形態における音声信号変換モデル学習装置1のハードウェア構成の一例を示す図である。
音声信号変換モデル学習装置1は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ91とメモリ92とを備える制御部10を備え、プログラムを実行する。音声信号変換モデル学習装置1は、プログラムの実行によって制御部10、入力部11、インタフェース部12、記憶部13及び出力部14を備える装置として機能する。より具体的には、プロセッサ91が記憶部13に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリ92に記憶させる。プロセッサ91が、メモリ92に記憶させたプログラムを実行することによって、音声信号変換モデル学習装置1は、制御部10、入力部11、インタフェース部12、記憶部13及び出力部14を備える装置として機能する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the audio signal conversion model learning device 1 in the embodiment.
The audio signal conversion model learning device 1 includes a control unit 10 including a processor 91 such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory 92 connected via a bus, and executes a program. The audio signal conversion model learning device 1 functions as a device including a control section 10, an input section 11, an interface section 12, a storage section 13, and an output section 14 by executing a program. More specifically, processor 91 reads a program stored in storage unit 13 and stores the read program in memory 92 . When the processor 91 executes the program stored in the memory 92, the audio signal conversion model learning device 1 functions as a device including a control section 10, an input section 11, an interface section 12, a storage section 13, and an output section 14. do.

制御部10は、音声信号変換モデル学習装置1が備える各種機能部の動作を制御する。制御部10は、例えば順変換信号識別処理、順変換学習処理、順変換信号識別学習処理、逆変換信号識別処理、逆変換学習処理及び逆変換信号識別学習処理を実行する。 The control unit 10 controls the operations of various functional units included in the audio signal conversion model learning device 1. The control unit 10 executes, for example, a forward transformation signal identification process, a forward transformation learning process, a forward transformation signal identification learning process, an inverse transformation signal identification process, an inverse transformation learning process, and an inverse transformation signal identification learning process.

入力部11は、マウスやキーボード、タッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部11は、これらの入力装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。入力部11は、自装置に対する各種情報の入力を受け付ける。入力部11は、例えば学習の開始を指示する入力を受け付ける。入力部11は、例えば合成信号群に追加する合成信号の入力を受け付ける。入力部11は、例えば自然信号群に追加する自然信号の入力を受け付ける。 The input unit 11 includes input devices such as a mouse, a keyboard, and a touch panel. The input unit 11 may be configured as an interface that connects these input devices to its own device. The input unit 11 receives input of various information regarding the own device. The input unit 11 receives, for example, an input instructing to start learning. The input unit 11 receives, for example, input of a composite signal to be added to the composite signal group. The input unit 11 receives, for example, an input of a natural signal to be added to the natural signal group.

インタフェース部12は、自装置を外部装置に接続するための通信インタフェースを含んで構成される。インタフェース部12は、有線又は無線を介して外部装置と通信する。外部装置は、例えばUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の記憶装置であってもよい。外部装置が例えば合成信号を出力する場合、インタフェース部12は外部装置との通信によって外部装置が出力する合成信号を取得する。外部装置が例えば自然信号を出力する場合、インタフェース部12は外部装置との通信によって外部装置が出力する自然信号を取得する。 The interface unit 12 includes a communication interface for connecting the own device to an external device. The interface unit 12 communicates with an external device via wire or wireless. The external device may be, for example, a storage device such as a USB (Universal Serial Bus) memory. For example, when the external device outputs a composite signal, the interface unit 12 acquires the composite signal output by the external device through communication with the external device. When the external device outputs a natural signal, for example, the interface unit 12 acquires the natural signal output by the external device through communication with the external device.

インタフェース部12は、自装置を音声信号変換装置2に接続するための通信インタフェースを含んで構成される。インタフェース部12は、有線又は無線を介して音声信号変換装置2と通信する。インタフェース部12は、音声信号変換装置2との通信により、音声信号変換装置2に音声信号変換モデルを出力する。 The interface unit 12 is configured to include a communication interface for connecting the own device to the audio signal conversion device 2 . The interface unit 12 communicates with the audio signal conversion device 2 via wire or wireless. The interface unit 12 outputs the audio signal conversion model to the audio signal conversion device 2 through communication with the audio signal conversion device 2 .

記憶部13は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの非一時的コンピュータ読み出し可能な記憶媒体装置を用いて構成される。記憶部13は音声信号変換モデル学習装置1に関する各種情報を記憶する。記憶部13は、例えば予め自然信号群を記憶する。記憶部13は、例えば予め合成信号群を記憶する。記憶部13は、例えば入力部11又はインタフェース部12を介して入力された合成信号及び自然信号を記憶する。記憶部13は、例えば第1識別部120の識別結果を記憶する。 The storage unit 13 is configured using a non-temporary computer-readable storage medium device such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. The storage unit 13 stores various information regarding the audio signal conversion model learning device 1. The storage unit 13 stores, for example, a group of natural signals in advance. The storage unit 13 stores a composite signal group in advance, for example. The storage unit 13 stores, for example, a composite signal and a natural signal input via the input unit 11 or the interface unit 12. The storage unit 13 stores, for example, the identification result of the first identification unit 120.

記憶部13は、例えば第2識別部160の識別結果を記憶する。記憶部13は、例えば第1判定部140の判定結果を記憶する。記憶部13は、例えば第2判定部180の判定結果を記憶する。記憶部13は、例えば第1入力決定部130の決定結果を記憶する。記憶部13は、例えば第2入力決定部170の決定結果を記憶する。記憶部13は、例えば音声信号変換モデルを記憶する。 The storage unit 13 stores, for example, the identification result of the second identification unit 160. The storage unit 13 stores, for example, the determination result of the first determination unit 140. The storage unit 13 stores, for example, the determination result of the second determination unit 180. The storage unit 13 stores, for example, the determination result of the first input determination unit 130. The storage unit 13 stores, for example, the determination result of the second input determination unit 170. The storage unit 13 stores, for example, an audio signal conversion model.

出力部14は、各種情報を出力する。出力部14は、例えばCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイや液晶ディスプレイ、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ等の表示装置を含んで構成される。出力部14は、これらの表示装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。出力部14は、例えば入力部11に入力された情報を出力する。 The output unit 14 outputs various information. The output unit 14 includes a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) display, a liquid crystal display, and an organic EL (Electro-Luminescence) display. The output unit 14 may be configured as an interface that connects these display devices to its own device. The output unit 14 outputs, for example, information input to the input unit 11.

図12は、実施形態における制御部10の機能構成の一例を示す図である。制御部10は、被管理部101及び管理部102を備える。被管理部101は、第1生成部110、第1識別部120、第1入力決定部130、第1判定部140、第2生成部150、第2識別部160、第2入力決定部170及び第2判定部180を備える。被管理部101は、自然信号群及び合成信号群が含む各音声信号を用いた順変換信号識別処理、順変換学習処理、順変換信号識別学習処理、逆変換信号識別処理、逆変換学習処理及び逆変換信号識別学習処理の実行により音声信号変換モデルを得る。音声信号変換モデルは具体的には、第1生成部110による順変換処理を表す学習済みのモデルである。 FIG. 12 is a diagram showing an example of the functional configuration of the control unit 10 in the embodiment. The control unit 10 includes a managed unit 101 and a management unit 102. The managed unit 101 includes a first generation unit 110, a first identification unit 120, a first input determination unit 130, a first determination unit 140, a second generation unit 150, a second identification unit 160, a second input determination unit 170, and A second determination unit 180 is provided. The managed unit 101 performs forward transformation signal identification processing, forward transformation learning processing, forward transformation signal identification learning processing, inverse transformation signal identification processing, inverse transformation learning processing, and An audio signal conversion model is obtained by executing the inverse conversion signal identification learning process. Specifically, the audio signal conversion model is a trained model representing forward conversion processing by the first generation unit 110.

管理部102は、被管理部101の動作を制御する。管理部102は、例えば被管理部101による順変換信号識別処理、順変換学習処理、順変換信号識別学習処理、逆変換信号識別処理、逆変換学習処理及び逆変換信号識別学習処理それぞれの実行のタイミングを制御する。 The management unit 102 controls the operation of the managed unit 101. For example, the management unit 102 controls the execution of each of forward transformation signal identification processing, forward transformation learning processing, forward transformation signal identification learning processing, inverse transformation signal identification processing, inverse transformation learning processing, and inverse transformation signal identification learning processing by the managed unit 101. Control timing.

管理部102は、例えば入力部11、インタフェース部12、記憶部13及び出力部14の動作を制御する。管理部102は、例えば記憶部13から各種情報を読み出し被管理部101に出力する。管理部102は、例えば入力部11に入力された情報を取得し被管理部101に出力する。管理部102は、例えば入力部11に入力された情報を取得し記憶部13に記録する。管理部102、例えばインタフェース部12に入力された情報を取得し被管理部101に出力する。管理部102、例えばインタフェース部12に入力された情報を取得し記憶部13に記録する。管理部102は、例えば入力部11に入力された情報を出力部14に出力させる。 The management unit 102 controls, for example, the operations of the input unit 11, the interface unit 12, the storage unit 13, and the output unit 14. The management unit 102 reads out various information from the storage unit 13, for example, and outputs it to the managed unit 101. The management unit 102 acquires information input to the input unit 11, for example, and outputs it to the managed unit 101. For example, the management unit 102 acquires information input to the input unit 11 and records it in the storage unit 13. The management unit 102 acquires information input to the interface unit 12, for example, and outputs it to the managed unit 101. Information input to the management unit 102, for example, the interface unit 12, is acquired and recorded in the storage unit 13. The management unit 102 causes the output unit 14 to output information input to the input unit 11, for example.

管理部102は、例えば第1識別部120の識別結果を記憶部13に記録する。管理部102は、例えば第2識別部160の識別結果を記憶部13に記録する。記憶部13は、例えば第1判定部140の判定結果を記憶部13に記録する。記憶部13は、例えば第2判定部180の判定結果を記憶部13に記録する。記憶部13は、例えば第1入力決定部130の決定結果を記憶部13に記録する。記憶部13は、例えば第2入力決定部170の決定結果を記憶部13に記録する。 The management unit 102 records the identification result of the first identification unit 120 in the storage unit 13, for example. The management unit 102 records the identification result of the second identification unit 160 in the storage unit 13, for example. The storage unit 13 records the determination result of the first determination unit 140 in the storage unit 13, for example. The storage unit 13 records the determination result of the second determination unit 180 in the storage unit 13, for example. The storage unit 13 records the determination result of the first input determination unit 130 in the storage unit 13, for example. The storage unit 13 records, for example, the determination result of the second input determination unit 170 in the storage unit 13.

図13は、実施形態における音声信号変換装置2のハードウェア構成の一例を示す図である。
音声信号変換装置2は、バスで接続されたCPU等のプロセッサ93とメモリ94とを備える制御部20を備え、プログラムを実行する。音声信号変換装置2は、プログラムの実行によって制御部20、入力部21、インタフェース部22、記憶部23及び出力部24を備える装置として機能する。より具体的には、プロセッサ93が記憶部23に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリ94に記憶させる。プロセッサ93が、メモリ94に記憶させたプログラムを実行することによって、音声信号変換装置2は、制御部20、入力部21、インタフェース部22、記憶部23及び出力部24を備える装置として機能する。
FIG. 13 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the audio signal conversion device 2 in the embodiment.
The audio signal conversion device 2 includes a control unit 20 including a processor 93 such as a CPU and a memory 94 connected via a bus, and executes a program. The audio signal conversion device 2 functions as a device including a control section 20, an input section 21, an interface section 22, a storage section 23, and an output section 24 by executing a program. More specifically, the processor 93 reads the program stored in the storage unit 23 and stores the read program in the memory 94. When the processor 93 executes the program stored in the memory 94, the audio signal conversion device 2 functions as a device including a control section 20, an input section 21, an interface section 22, a storage section 23, and an output section 24.

制御部20は、音声信号変換装置2が備える各種機能部の動作を制御する。制御部20は、例えば音声信号変換モデル学習装置1が得た音声信号変換モデルを用いて、不自然合成信号を自然合成信号に変換する。 The control unit 20 controls the operations of various functional units included in the audio signal conversion device 2. The control unit 20 converts the unnatural composite signal into a natural composite signal using, for example, the audio signal conversion model obtained by the audio signal conversion model learning device 1.

入力部21は、マウスやキーボード、タッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部21は、これらの入力装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。入力部21は、自装置に対する各種情報の入力を受け付ける。入力部21は、例えば不自然合成信号を自然合成信号に変換する処理の開始を指示する入力を受け付ける。入力部21は、例えば変換対象の不自然合成信号の入力を受け付ける。 The input unit 21 includes input devices such as a mouse, a keyboard, and a touch panel. The input unit 21 may be configured as an interface that connects these input devices to its own device. The input unit 21 receives input of various information regarding the own device. The input unit 21 receives, for example, an input instructing the start of processing for converting an unnatural composite signal into a natural composite signal. The input unit 21 receives, for example, an input of an unnatural composite signal to be converted.

インタフェース部22は、自装置を外部装置に接続するための通信インタフェースを含んで構成される。インタフェース部22は、有線又は無線を介して外部装置と通信する。外部装置は、例えば自然合成信号の出力先である。このような場合、インタフェース部22は、外部装置との通信によって外部装置に自然合成信号を出力する。自然合成信号の出力際の外部装置は、例えばスピーカー等の音声出力装置である。 The interface unit 22 includes a communication interface for connecting the own device to an external device. The interface unit 22 communicates with an external device via wire or wireless. The external device is, for example, an output destination of the natural composite signal. In such a case, the interface unit 22 outputs the natural composite signal to the external device through communication with the external device. The external device used to output the natural synthetic signal is, for example, an audio output device such as a speaker.

外部装置は、例えば音声信号変換モデルを記憶したUSBメモリ等の記憶装置であってもよい。外部装置が例えば音声信号変換モデルを記憶しており音声信号変換モデルを出力する場合、インタフェース部22は外部装置との通信によって音声信号変換モデルを取得する。 The external device may be, for example, a storage device such as a USB memory that stores an audio signal conversion model. For example, when the external device stores an audio signal conversion model and outputs the audio signal conversion model, the interface unit 22 acquires the audio signal conversion model through communication with the external device.

外部装置は、例えば不自然合成信号の出力元である。このような場合、インタフェース部22は、外部装置との通信によって外部装置から不自然合成信号を取得する。 The external device is, for example, an output source of the unnatural composite signal. In such a case, the interface unit 22 obtains the unnatural composite signal from the external device through communication with the external device.

インタフェース部22は、自装置を音声信号変換モデル学習装置1に接続するための通信インタフェースを含んで構成される。インタフェース部22は、有線又は無線を介して音声信号変換モデル学習装置1と通信する。インタフェース部22は、音声信号変換モデル学習装置1との通信により、音声信号変換モデル学習装置1から音声信号変換モデルを取得する。 The interface unit 22 includes a communication interface for connecting the own device to the audio signal conversion model learning device 1 . The interface unit 22 communicates with the audio signal conversion model learning device 1 via wire or wireless. The interface unit 22 acquires the audio signal conversion model from the audio signal conversion model learning device 1 through communication with the audio signal conversion model learning device 1 .

記憶部23は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの非一時的コンピュータ読み出し可能な記憶媒体装置を用いて構成される。記憶部23は音声信号変換装置2に関する各種情報を記憶する。記憶部13は、例えばインタフェース部22を介して取得した音声信号変換モデルを記憶する。 The storage unit 23 is configured using a non-temporary computer-readable storage medium device such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device. The storage unit 23 stores various information regarding the audio signal conversion device 2. The storage unit 13 stores, for example, an audio signal conversion model acquired via the interface unit 22.

出力部24は、各種情報を出力する。出力部24は、例えばCRTディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等の表示装置を含んで構成される。出力部24は、これらの表示装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。出力部24は、例えば入力部21に入力された情報を出力する。 The output unit 24 outputs various information. The output unit 24 is configured to include a display device such as a CRT display, a liquid crystal display, an organic EL display, or the like. The output unit 24 may be configured as an interface that connects these display devices to its own device. The output unit 24 outputs the information input to the input unit 21, for example.

図14は、実施形態における制御部20の機能構成の一例を示す図である。制御部20は、変換対象取得部201、変換部202及び音声信号出力制御部203を備える。 FIG. 14 is a diagram showing an example of the functional configuration of the control unit 20 in the embodiment. The control unit 20 includes a conversion target acquisition unit 201, a conversion unit 202, and an audio signal output control unit 203.

変換対象取得部201は、変換対象となる不自然合成信号を取得する。変換対象取得部201は、例えば入力部21に入力された不自然合成信号を取得する。変換対象取得部201は、例えばインタフェース部22に入力された不自然合成信号を取得する。 The conversion target acquisition unit 201 acquires an unnatural composite signal to be converted. The conversion target acquisition unit 201 acquires, for example, an unnatural composite signal input to the input unit 21. The conversion target acquisition unit 201 acquires, for example, an unnatural composite signal input to the interface unit 22.

変換部202は、変換対象取得部201が取得した変換対象を、音声信号変換モデルを用いて自然合成信号に変換する。自然合成信号は音声信号出力制御部203に出力される。 The conversion unit 202 converts the conversion target acquired by the conversion target acquisition unit 201 into a natural synthetic signal using an audio signal conversion model. The natural synthesized signal is output to the audio signal output control section 203.

音声信号出力制御部203は、インタフェース部22の動作を制御する。音声信号出力制御部203は、インタフェース部22の動作を制御することでインタフェース部22に自然合成信号を出力させる。 The audio signal output control section 203 controls the operation of the interface section 22. The audio signal output control section 203 controls the operation of the interface section 22 to cause the interface section 22 to output a natural composite signal.

図15は、実施形態における音声信号変換装置2が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。制御部20が、インタフェース部22に入力された不自然合成信号を取得する(ステップS901)。次に制御部20が、記憶部23に記憶された音声信号変換モデルを用いて不自然合成信号を自然合成信号に変換する(ステップS902)。次に制御部20がインタフェース部22の動作を制御して自然合成信号を出力先に出力させる(ステップS903)。出力先は、例えばスピーカー等の外部装置である。 FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of the flow of processing executed by the audio signal conversion device 2 in the embodiment. The control unit 20 acquires the unnatural composite signal input to the interface unit 22 (step S901). Next, the control unit 20 converts the unnatural composite signal into a natural composite signal using the audio signal conversion model stored in the storage unit 23 (step S902). Next, the control unit 20 controls the operation of the interface unit 22 to output the natural composite signal to the output destination (step S903). The output destination is, for example, an external device such as a speaker.

(実験結果)
音声信号生成システム100が得た音声信号変換モデルと、他の学習方法で得られた音声信号変換モデルとの比較実験(以下「第1実験」という。)の実験結果を図16及び図17によって示す。
(Experimental result)
The experimental results of a comparison experiment (hereinafter referred to as "first experiment") between the audio signal conversion model obtained by the audio signal generation system 100 and the audio signal conversion model obtained by other learning methods are shown in FIGS. 16 and 17. show.

第1実験は、女性ナレーターの日本語音声のデータセットに含まれる437文を用いて行われた。日本語音声のデータセットの437文のうち407文(約1時間)が音声信号変換モデルを得るために使用された。日本語音声のデータセットの437文のうち30文(4分)が、音質の自然さに関する5段階MOS(Mean Opinion Score)評価を得るために使用された。音声のサンプリングレートは22.05kHzであった。被験者は10名であった。各被験者は学習方法ごとにランダムに選択された30文及び20文について評価した。 The first experiment was conducted using 437 sentences included in a dataset of Japanese voices uttered by female narrators. Out of 437 sentences in the Japanese speech dataset, 407 sentences (approximately 1 hour) were used to obtain the speech signal conversion model. Thirty sentences (four minutes) out of 437 sentences in the Japanese speech dataset were used to obtain a five-level MOS (Mean Opinion Score) evaluation of the naturalness of the sound quality. The audio sampling rate was 22.05kHz. There were 10 subjects. Each subject evaluated 30 and 20 randomly selected sentences for each learning method.

図16は第1実験の実験結果の一例を示す第1の図である。図17は第1実験の実験結果の一例を示す第2の図である。図16及び図17の横軸は、音声信号変換モデルを得る手法を示す。図16及び図17の縦軸は、音質の自然さに関する5段階MOS評価を示す。図16及び図17における点線の横軸は、自然音声の評価結果を表す。 FIG. 16 is a first diagram showing an example of the experimental results of the first experiment. FIG. 17 is a second diagram showing an example of the experimental results of the first experiment. The horizontal axes in FIGS. 16 and 17 indicate a method for obtaining an audio signal conversion model. The vertical axes in FIGS. 16 and 17 indicate a five-level MOS evaluation regarding naturalness of sound quality. The dotted horizontal axis in FIGS. 16 and 17 represents the evaluation results of natural speech.

“SPSS”はDNN(Deep Neural Network)テキスト音声合成(SPSS:Statistical Parametric Speech Synthesis)の方法を示す。“GANv”は音声特徴量上での補正手法を示す。“V1”は、畳み込みニューラルネットワークに対してダウンサンプリングモジュールを用いる手法を示す。 “SPSS” refers to a DNN (Deep Neural Network) text-to-speech synthesis (SPSS) method. “GANv” indicates a correction method on audio feature amounts. “V1” shows a method using a downsampling module for a convolutional neural network.

“V2”は、第1識別部120に代えて第1簡易識別部を備え第2識別部160に代えて第2簡易識別部を備える音声信号生成システム100によって音声信号変換モデルを得る手法を示す。第1簡易識別部は、音声波形識別部121を備え、音声特徴量識別部122及び統合識別部123を備えず入力された音声信号の波形によって入力された音声信号が自然信号か順変換信号かを識別する識別器である。第2簡易識別部は、音声波形識別部161を備え、音声特徴量識別部162及び統合識別部163を備えず入力された音声信号の波形によって入力された音声信号が逆変換信号か事前合成信号かを識別する識別器である。 “V2” indicates a method of obtaining an audio signal conversion model by the audio signal generation system 100 including a first simple identification unit in place of the first identification unit 120 and a second simple identification unit in place of the second identification unit 160. . The first simple identification unit includes an audio waveform identification unit 121, and does not include an audio feature identification unit 122 and an integrated identification unit 123, and determines whether the input audio signal is a natural signal or a forward conversion signal based on the waveform of the input audio signal. It is a discriminator that identifies The second simple identification unit includes an audio waveform identification unit 161, and does not include an audio feature identification unit 162 and an integrated identification unit 163. This is a discriminator that identifies the

“V2msp”は、第1識別部120に代えて第3簡易識別部を備え第2識別部160に代えて第4簡易識別部を備える音声信号生成システム100によって音声信号変換モデルを得る手法を示す。第3簡易識別部は、音声波形識別部121、音声特徴量識別部122及び統合識別部123を備える。第3簡易識別部が備える音声特徴量識別部122は、識別に用いる特徴量として識別対象の音声信号のメルスペクトログラムを用いる。第4簡易識別部は、音声波形識別部161、音声特徴量識別部162及び統合識別部163を備える。第4簡易識別部が備える音声特徴量識別部162は、識別に用いる特徴量として識別対象の音声信号のメルスペクトログラムを用いる。 “V2msp” indicates a method for obtaining an audio signal conversion model by the audio signal generation system 100 including a third simple identification unit in place of the first identification unit 120 and a fourth simple identification unit in place of the second identification unit 160. . The third simple identification section includes an audio waveform identification section 121, an audio feature amount identification section 122, and an integrated identification section 123. The audio feature identification unit 122 included in the third simple identification unit uses the mel spectrogram of the audio signal to be identified as the feature used for identification. The fourth simple identification section includes an audio waveform identification section 161, an audio feature amount identification section 162, and an integrated identification section 163. The audio feature identification unit 162 included in the fourth simple identification unit uses the mel spectrogram of the audio signal to be identified as the feature used for identification.

“V2ph”は、第1識別部120に代えて第5簡易識別部を備え第2識別部160に代えて第6簡易識別部を備える音声信号生成システム100によって音声信号変換モデルを得る手法を示す。第5簡易識別部は、音声波形識別部121、音声特徴量識別部122及び統合識別部123を備える。第5簡易識別部が備える音声特徴量識別部122は、識別に用いる特徴量として識別対象の音声信号の位相スペクトルを用いる。第6簡易識別部は、音声波形識別部161、音声特徴量識別部162及び統合識別部163を備える。第6簡易識別部が備える音声特徴量識別部162は、識別に用いる特徴量として識別対象の音声信号の位相スペクトルを用いる。 “V2ph” indicates a method for obtaining an audio signal conversion model by the audio signal generation system 100 including a fifth simple identification unit in place of the first identification unit 120 and a sixth simple identification unit in place of the second identification unit 160. . The fifth simple identification section includes an audio waveform identification section 121, an audio feature amount identification section 122, and an integrated identification section 123. The audio feature identification unit 122 included in the fifth simple identification unit uses the phase spectrum of the audio signal to be identified as the feature used for identification. The sixth simple identification unit includes an audio waveform identification unit 161, an audio feature identification unit 162, and an integrated identification unit 163. The audio feature identification unit 162 included in the sixth simple identification unit uses the phase spectrum of the audio signal to be identified as the feature used for identification.

“V2mfcc”は、第1識別部120に代えて第7簡易識別部を備え第2識別部160に代えて第8簡易識別部を備える音声信号生成システム100によって音声信号変換モデルを得る手法を示す。第7簡易識別部は、音声波形識別部121、音声特徴量識別部122及び統合識別部123を備える。第7簡易識別部が備える音声特徴量識別部122は、識別に用いる特徴量として識別対象の音声信号のメル周波数ケプストラム係数を用いる。第8簡易識別部は、音声波形識別部161、音声特徴量識別部162及び統合識別部163を備える。第8簡易識別部が備える音声特徴量識別部162は、識別に用いる特徴量として識別対象の音声信号のメル周波数ケプストラム係数を用いる。 “V2mfcc” indicates a method of obtaining an audio signal conversion model by the audio signal generation system 100 including a seventh simple identification unit in place of the first identification unit 120 and an eighth simple identification unit in place of the second identification unit 160. . The seventh simple identification section includes an audio waveform identification section 121, an audio feature amount identification section 122, and an integrated identification section 123. The audio feature identification unit 122 included in the seventh simple identification unit uses the Mel frequency cepstral coefficient of the audio signal to be identified as the feature used for identification. The eighth simple identification section includes an audio waveform identification section 161 , an audio feature amount identification section 162 , and an integrated identification section 163 . The audio feature identification unit 162 included in the eighth simple identification unit uses the Mel frequency cepstral coefficient of the audio signal to be identified as the feature used for identification.

図16及び図17は、V1がSPSSと比較して大幅に音質改善していることを示す。なお、音質の改善とは、自然信号度が高くなることを意味する。図16及び図17は、V1がGANvよりも音質を改善していることを示す。図16及び図17は、V2がSPSSよりも音質を改善していることを示す。図16及び図17は、V2がV1よりも音質を改善していないことを示す。これは、V2の方がV1よりも雑音の多い音声を生成するためである。図16及び図17は、V2msp及びV2mfccがV1、V2、V2ph、SPSS及びGANvよりも高いMOS評価であることを示す。 16 and 17 show that V1 significantly improves the sound quality compared to SPSS. Note that improving sound quality means increasing the natural signal level. 16 and 17 show that V1 improves the sound quality over GANv. Figures 16 and 17 show that V2 improves the sound quality over SPSS. Figures 16 and 17 show that V2 does not improve the sound quality over V1. This is because V2 generates a voice with more noise than V1. Figures 16 and 17 show that V2msp and V2mfcc have higher MOS ratings than V1, V2, V2ph, SPSS and GANv.

また、図16及び図17は、V2msp及びV2mfccについて、両側Mann-Whitney検定のp値が0.05以上であることを示す。このことは、V2msp及びV2mfccによって変換された音声信号は自然信号との統計的な差異が無いことを示す。図16及び図17は、V2phは雑音を含む音声でありV2よりもMOS評価が低いことを示す。図16及び図17の結果より、音声波形の識別器(すなわち音声波形識別部121及び161)と音声特徴量識別部122及び162とを用いることが有効であることを示唆している。なお、図16及び図17において、“V2msp”、“V2ph”及び“V2mfcc”は音声信号生成システム100が得た音声信号変換モデルを用いて音声を変換する処理の一例である。 Furthermore, FIGS. 16 and 17 show that the p value of the two-sided Mann-Whitney test is 0.05 or more for V2msp and V2mfcc. This shows that the audio signal converted by V2msp and V2mfcc has no statistical difference from the natural signal. FIGS. 16 and 17 show that V2ph is a voice containing noise and has a lower MOS evaluation than V2. The results shown in FIGS. 16 and 17 suggest that it is effective to use a speech waveform discriminator (that is, speech waveform discriminators 121 and 161) and speech feature quantity discriminators 122 and 162. Note that in FIGS. 16 and 17, "V2msp", "V2ph", and "V2mfcc" are examples of processing for converting audio using the audio signal conversion model obtained by the audio signal generation system 100.

音声信号生成システム100が得た音声信号変換モデルと、他の学習方法で得られた音声信号変換モデルとの比較実験(以下「第2実験」という。)の実験結果を図18によって示す。 FIG. 18 shows the experimental results of a comparison experiment (hereinafter referred to as "second experiment") between the audio signal conversion model obtained by the audio signal generation system 100 and the audio signal conversion model obtained by another learning method.

第2実験は、英語音声のデータセットLJSpeech(参考文献1参照)に含まれる13100文を用いて行われた。英語音声のデータセットの13100文のうち40文が、音質の自然さに関する5段階MOS評価を得るために使用された。音声のサンプリングレートは22.05kHzであった。被験者は14名であった。各被験者は学習方法ごとに15文について評価した。第2実験では、スペクトル歪みも算出された。 The second experiment was conducted using 13,100 sentences included in the English speech dataset LJSpeech (see Reference 1). Forty sentences out of 13,100 sentences in the English speech dataset were used to obtain a five-point MOS rating for naturalness of sound quality. The audio sampling rate was 22.05kHz. There were 14 subjects. Each subject evaluated 15 sentences for each learning method. In the second experiment, spectral distortion was also calculated.

図18は第2実験の実験結果の一例を示す図である。図18は、学習方法ごとに、最小有意差(LSD:Least squared distance)とMOSの評価結果とを示す。WORLDは参考文献2に記載の方法である。Griffin-Limは参考文献3に記載の方法である。Open WaveNetは参考文献4に記載の方法である。WaveGlowは参考文献5に記載の方法である。 FIG. 18 is a diagram showing an example of the experimental results of the second experiment. FIG. 18 shows the least significant difference (LSD: Least squared distance) and MOS evaluation results for each learning method. WORLD is the method described in Reference 2. Griffin-Lim is a method described in Reference 3. Open WaveNet is a method described in Reference 4. WaveGlow is a method described in Reference 5.

参考文献1:“The LJ Speech Dataset” [online][令和2年3月30日検索]、インターネット〈URL:https://keithito.com/LJ-Speech-Dataset/>
参考文献2:M. Morise, F. Yokomori, and K. Ozawa, “WORLD: a vocoder-based high-quality speech synthesis system for real-time applications,” IEICE Transactions on Information and Systems, vol.99, no.7, pp.1877-1884, 2016.
参考文献3:D. Griffin and J. Lim, “Signal estimation from modified short-time Fourier transform,” IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing (TASLP), vol.32, no.2,pp. 236-243, 1984.
参考文献4:Ryuichi Yamamoto et al. “WaveNet vocoder”[online][令和2年3月30日検索]、インターネット〈URL:https://doi.org/10.5281/zenodo.1472609>
参考文献5:R. Prenger, R. Valle, and B. Catanzaro, “WaveGlow: A flow-based generative network for speech synthesis,” 2019 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp.3617-3621, 2019.
Reference 1: “The LJ Speech Dataset” [online] [searched on March 30, 2020], Internet <URL: https://keithito.com/LJ-Speech-Dataset/>
Reference 2: M. Morise, F. Yokomori, and K. Ozawa, “WORLD: a vocoder-based high-quality speech synthesis system for real-time applications,” IEICE Transactions on Information and Systems, vol.99, no. 7, pp.1877-1884, 2016.
Reference 3: D. Griffin and J. Lim, “Signal estimation from modified short-time Fourier transform,” IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing (TASLP), vol.32, no.2, pp. 236-243 , 1984.
Reference 4: Ryuichi Yamamoto et al. “WaveNet vocoder” [online] [searched on March 30, 2020], Internet <URL: https://doi.org/10.5281/zenodo.1472609>
Reference 5: R. Prenger, R. Valle, and B. Catanzaro, “WaveGlow: A flow-based generative network for speech synthesis,” 2019 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp.3617- 3621, 2019.

図18は、Griffin-LimのLSDが最も低いことを示す。図18は、WORLDのLSDは、パラメトリックボコーダであるため大きく歪んでいることを示す。一方で、図18は、Griffin-LimとWORLDとの間にMOS評価の差異は無いことを示す。 Figure 18 shows that Griffin-Lim has the lowest LSD. FIG. 18 shows that WORLD's LSD is highly distorted because it is a parametric vocoder. On the other hand, FIG. 18 shows that there is no difference in MOS evaluation between Griffin-Lim and WORLD.

図18は、WaveGlowとopen WaveNetとを比較した場合に、open WaveNetの方がLSDが大きいことを示す。一方、図18は、WaveGlowとopen WaveNetとを比較した場合に、WaveGlowの方がMOS評価が高いことを示す。これらの結果は、4前後のLSDは、MOS評価に影響を与えない可能性が高いことを示す。図18は、V2mspが最も高いLSDとMOS評価とを得ていることを示す。 FIG. 18 shows that when WaveGlow and open WaveNet are compared, open WaveNet has a larger LSD. On the other hand, FIG. 18 shows that when WaveGlow and open WaveNet are compared, WaveGlow has a higher MOS evaluation. These results indicate that LSD around 4 is likely not to affect MOS evaluation. Figure 18 shows that V2msp has the highest LSD and MOS ratings.

なお、図18において“Recorded”は収録音声そのもの示す。“Recorded”は、変換後の音声として目標とする音声そのものである。そのため、”Recorded”に対応するLSDの値は無い。 Note that in FIG. 18, "Recorded" indicates the recorded audio itself. “Recorded” is the target audio itself as the converted audio. Therefore, there is no LSD value corresponding to "Recorded".

音声信号生成システム100は、入力された波形を自然信号度の高い波形へ変換する。そのため、音声信号生成システム100は、例えば元の音声よりも帯域が削減された音声(劣化音声)が入力された場合であっても、入力された音声を帯域が復元された音声に変換することができる。このことは、音声信号生成システム100が、帯域を拡大したことを意味する。 The audio signal generation system 100 converts an input waveform into a waveform with high natural signal strength. Therefore, the audio signal generation system 100 is capable of converting the input audio into audio whose bandwidth has been restored, even if, for example, audio whose bandwidth has been reduced compared to the original audio (degraded audio) is input. I can do it. This means that the audio signal generation system 100 has expanded the band.

音声信号生成システム100が得た音声信号変換モデルと、他の学習方法で得られた音声信号変換モデルとの比較実験(以下「第3実験」という。)の実験結果を図19によって示す。 FIG. 19 shows the experimental results of a comparison experiment (hereinafter referred to as "third experiment") between the audio signal conversion model obtained by the audio signal generation system 100 and the audio signal conversion model obtained by another learning method.

第3実験では、英語音声のデータセットVCTK(参考文献6参照)に含まれる109話者中ランダムに選ばれた60話者ごとのランダム50文(合計3000文)が音声信号変換モデルを得るために使用された。第3実験では、残りの話者からランダムに男女2名ずつが選ばれた後、選ばれた話者ごとに発話文をランダムに2文(合計8文)が選ばれ、音質に関するMUSHRAテストが行われた。 In the third experiment, 50 sentences (3000 sentences in total) from each of 60 randomly selected speakers out of 109 speakers included in the English speech dataset VCTK (see Reference 6) were used to obtain a speech signal conversion model. was used for. In the third experiment, two men and two women were randomly selected from the remaining speakers, and then two sentences (total of 8 sentences) were randomly selected for each selected speaker, and the MUSHRA test regarding sound quality was conducted. It was conducted.

参考文献6:Ryuichi Yamamoto et al. “WaveNet vocoder”[online][令和2年3月30日検索]、インターネット〈URL:https://doi.org/10.5281/zenodo.1472609> Reference 6: Ryuichi Yamamoto et al. “WaveNet vocoder” [online] [searched on March 30, 2020], Internet <URL: https://doi.org/10.5281/zenodo.1472609>

図19は第3実験の実験結果の一例を示す図である。図19の縦軸はMUSHRAテストのテスト結果を示す。図19の横軸は評価対象の方法を示す。図19の横軸の“48”は48kHzでサンプリングされた自然音声を示す。図19の横軸の“16to48”は音声信号生成システム100により帯域が拡張された音声を示す。 FIG. 19 is a diagram showing an example of the experimental results of the third experiment. The vertical axis in FIG. 19 shows the test results of the MUSHRA test. The horizontal axis in FIG. 19 indicates the method to be evaluated. "48" on the horizontal axis of FIG. 19 indicates natural speech sampled at 48 kHz. “16to48” on the horizontal axis in FIG. 19 indicates audio whose band has been expanded by the audio signal generation system 100.

図19の横軸の“8to48”は音声信号生成システム100により帯域が拡張された音声を示す。図19の横軸の“8to16to48”は音声信号生成システム100により帯域が拡張された音声を示す。“16to48”と“8to48”と“8to16to48”との違いは以下の通りである。 “8to48” on the horizontal axis in FIG. 19 indicates audio whose band has been expanded by the audio signal generation system 100. “8to16to48” on the horizontal axis in FIG. 19 indicates audio whose band has been expanded by the audio signal generation system 100. The differences between "16to48", "8to48" and "8to16to48" are as follows.

“16to48”は、“16”が劣化音声として音声信号変換装置2に入力され、“16”に音声信号生成システム100が得た音声信号変換モデルが適用され、“16”の帯域が48kHzまで拡張された結果の音声を示す。“16”は、48kHzでサンプリングされた音声を16kHzまでダウンサンプリングした音声を示す。 In "16to48", "16" is input to the audio signal conversion device 2 as degraded audio, the audio signal conversion model obtained by the audio signal generation system 100 is applied to "16", and the band of "16" is expanded to 48kHz. shows the resulting audio. “16” indicates audio obtained by downsampling audio sampled at 48 kHz to 16 kHz.

“8to16to48”は、“8”が劣化音声として音声信号変換装置2に入力され、“8”に音声信号生成システム100が得た音声信号変換モデルが適用され、“8”の帯域が48kHzまで拡張された結果の音声を示す。“16”の帯域が48kHzまで拡張された結果の音声を示す。“8”は、48kHzでサンプリングされた音声を16kHzまでダウンサンプリングした音声を示す。 In "8to16to48", "8" is input to the audio signal conversion device 2 as degraded audio, the audio signal conversion model obtained by the audio signal generation system 100 is applied to "8", and the band of "8" is expanded to 48kHz. shows the resulting audio. This shows the audio resulting from the band “16” being extended to 48 kHz. "8" indicates audio obtained by downsampling audio sampled at 48 kHz to 16 kHz.

“8to16to48”は、“8”が劣化音声として音声信号変換装置2に入力され“16”に変換され、次に“16”が劣化音声として音声信号変換装置2に入力され“48”に変換された音声を示す。“48”は、48kHzでサンプリングされた音声を示す。 In "8to16to48", "8" is input to the audio signal converter 2 as degraded audio and converted to "16", and then "16" is input as degraded audio to the audio signal converter 2 and converted to "48". This shows the voice. "48" indicates audio sampled at 48 kHz.

図19の横軸の“16”は16kHzにダウンサンプリングされた自然音声を示す。図19の横軸の“4”は4kHzにダウンサンプリングされた自然音声を示す。 "16" on the horizontal axis of FIG. 19 indicates natural speech downsampled to 16 kHz. "4" on the horizontal axis of FIG. 19 indicates natural speech downsampled to 4 kHz.

図19は、“16to48”は原音との違いが小さいことを示す。図19は、“8to48”は原音より大きく劣化していることを示す。劣化の理由は、音声では16kHz以下に情報が集約されるため8kHzにダウンサンプリングすることで大きく情報量が落ち、学習が上手くいかなかったためである。図19は、“8to16to48”が“8to48”よりも高音質であることを示す。 FIG. 19 shows that "16to48" has a small difference from the original sound. FIG. 19 shows that "8to48" is significantly degraded compared to the original sound. The reason for the deterioration is that in audio, information is aggregated below 16 kHz, so downsampling to 8 kHz significantly reduced the amount of information, and learning did not go well. FIG. 19 shows that "8to16to48" has higher sound quality than "8to48".

このように構成された実施形態の音声信号生成システム100は、音声信号の音声波形又は音声特徴量の一方だけでなく両方を用い、順変換信号識別処理、順変換学習処理、順変換信号識別学習処理、逆変換信号識別処理、逆変換学習処理及び逆変換信号識別学習処理の実行により音声信号変換モデルを得る。そのため、このように構成された音声信号生成システム100は、音声波形だけを用いて音声信号変換モデルを得る場合よりも自然信号度の高い音声信号を生成することができる。すなわち、このように構成された音声信号生成システム100は、より人間が発する音声に近い音声を生成することができる。なお、音声波形だけを用いて音声信号変換モデルを得る方法は、例えばSEGAN(Speech Enhancement Generative Adversarial Network)である。 The audio signal generation system 100 of the embodiment configured as described above uses not only one but both of the audio waveform and the audio feature of the audio signal, and performs forward conversion signal identification processing, forward conversion learning processing, and forward conversion signal identification learning. An audio signal conversion model is obtained by performing processing, inverse conversion signal identification processing, inverse conversion learning processing, and inverse conversion signal identification learning processing. Therefore, the audio signal generation system 100 configured in this manner can generate an audio signal with a higher degree of naturalness than when an audio signal conversion model is obtained using only audio waveforms. That is, the audio signal generation system 100 configured in this manner can generate sounds that are closer to the sounds produced by humans. Note that a method for obtaining an audio signal conversion model using only audio waveforms is, for example, SEGAN (Speech Enhancement Generative Adversarial Network).

また、このように構成された実施形態の音声信号生成システム100は、順変換信号識別処理、順変換学習処理、順変換信号識別学習処理、逆変換信号識別処理、逆変換学習処理及び逆変換信号識別学習処理の実行により音声信号変換モデルを得る。そのため、音声信号生成システム100は、音声波形及び音声特徴量を用いて畳み込みニューラルネットワークのみにより音声信号変換モデルを取得する場合よりも、より人間が発する音声に近い音声を生成することができる。 Furthermore, the audio signal generation system 100 of the embodiment configured as described above includes a forward transform signal identification process, a forward transform learning process, a forward transform signal identification learning process, an inverse transform signal identification process, an inverse transform learning process, and an inverse transform signal An audio signal conversion model is obtained by executing the discrimination learning process. Therefore, the audio signal generation system 100 can generate a sound that is closer to human speech than when an audio signal conversion model is obtained only by a convolutional neural network using audio waveforms and audio features.

このように構成された実施形態の音声信号生成システム100は、順変換信号識別処理、順変換学習処理、順変換信号識別学習処理、逆変換信号識別処理、逆変換学習処理及び逆変換信号識別学習処理を用いる。そのため、学習用に用いる音声信号のアライメントが低い場合であっても人間が発する音声に近い音声を生成することができる。そのため、音声信号生成システム100は、アライメントが高い場合にのみ有効なSEGAN(Speech Enhancement Generative Adversarial Networks)(参考文献7参照)よりも、適用場面が限定されないという効果を奏する。なお、アライメントが高いとは、学習用の音声信号と音声信号生成システム100によって出力したいユーザの理想とする音声信号との違いが小さいことを意味する。アライメントが高い学習用の音声信号は、例えば理想環境で収録された音声に対して計算機上で雑音を重畳し雑音環境下音声を模擬したのちに雑音除去が行われた音声信号である。アライメントが低い学習用の音声信号は、テキスト音声合成や音声変換において生成された合成音声である。このような音声信号は音声信号の長さも信号ごとに異なるため、この点でもアライメントが低い。 The audio signal generation system 100 according to the embodiment configured as described above includes forward transformation signal identification processing, forward transformation learning processing, forward transformation signal identification learning processing, inverse transformation signal identification processing, inverse transformation learning processing, and inverse transformation signal identification learning. Use processing. Therefore, even if the alignment of the audio signal used for learning is low, it is possible to generate a voice close to the voice uttered by a human. Therefore, the audio signal generation system 100 has the effect that the application situations are not limited more than SEGAN (Speech Enhancement Generative Adversarial Networks) (see Reference 7), which is effective only when alignment is high. Note that high alignment means that the difference between the learning audio signal and the user's ideal audio signal that the audio signal generation system 100 wants to output is small. A highly aligned learning audio signal is, for example, an audio signal obtained by superimposing noise on a computer on audio recorded in an ideal environment to simulate audio in a noisy environment, and then removing noise. A learning audio signal with low alignment is a synthesized speech generated by text-to-speech synthesis or speech conversion. Since the length of such audio signals also differs from signal to signal, alignment is also poor in this respect.

参考文献7:S. Pascual et al., “SEGAN: Speech enhancement generative adversarial network,” 2017 Annual Conference of the International Speech Communication Association (INTERSPEECH), pp.3642-3646, 2017. Reference 7: S. Pascual et al., “SEGAN: Speech enhancement generative adversarial network,” 2017 Annual Conference of the International Speech Communication Association (INTERSPEECH), pp.3642-3646, 2017.

(変形例)
なお、音声信号生成システム100が音声信号変換モデルを生成する方法は、必ずしも畳み込みCycleGANである必要は無い。音声信号生成システム100が音声信号変換モデルを生成する方法(以下「モデル生成方法」という。)は、以下の学習方法条件を満たす方法であればどのようなものであってもよい。
(Modified example)
Note that the method by which the audio signal generation system 100 generates the audio signal conversion model does not necessarily need to be convolution CycleGAN. The method by which the audio signal generation system 100 generates the audio signal conversion model (hereinafter referred to as "model generation method") may be any method as long as it satisfies the following learning method conditions.

学習方法条件は第1条件を含む。第1条件は、モデル生成方法は入力された音声信号に対して自然信号度を高める変換である順変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の高い信号である順変換信号を出力する第1の生成器を用いる方法である、という条件である。 The learning method conditions include a first condition. The first condition is that the model generation method generates a forward transformed signal, which is a signal with a higher natural signal level than the audio signal, by executing a forward transform process, which is a transformation that increases the natural signal level, on the input audio signal. The condition is that the method uses the first generator that outputs the output.

学習方法条件は第2条件を含む。第2条件は、モデル生成方法は入力された信号が順変換信号と自然信号とのいずれであるかを識別する第1の識別器を用いる方法である、という条件である。 The learning method condition includes a second condition. The second condition is that the model generation method is a method using a first discriminator that identifies whether the input signal is a forward-transformed signal or a natural signal.

学習方法条件は第3条件を含む。第3条件は、モデル生成方法は入力された信号に対して自然信号度を低める変換である逆変換処理を実行することで順変換信号よりも自然信号度の低い逆変換信号を出力する第2の生成器を用いる方法である、という条件である。 The learning method condition includes a third condition. The third condition is that the model generation method outputs an inversely transformed signal with a lower natural signal intensity than the forward transformed signal by executing inverse transformation processing, which is a transformation that lowers the natural signal intensity, on the input signal. The condition is that the method uses a generator of

学習方法条件は第4条件を含む。第4条件は、モデル生成方法は入力された信号が予め用意された信号であって合成された信号である事前合成信号と逆変換信号とのいずれであるかを識別する第2の識別器を用いる方法である、という条件である。なお、第2識別部160が合成信号群から読み出す合成信号は、事前合成信号の一例である。 The learning method condition includes a fourth condition. The fourth condition is that the model generation method uses a second discriminator to identify whether the input signal is a pre-synthesized signal, which is a signal prepared in advance and a synthesized signal, or an inversely transformed signal. The condition is that the method is used. Note that the composite signal read out from the composite signal group by the second identification unit 160 is an example of a pre-composed signal.

学習方法条件は第5条件を含む。第5条件は、モデル生成方法は第1生成器と、第1の識別器と、第2生成器と、第2の識別器とが第1の識別器の識別結果と第2の識別器との識別結果に基づいて学習する、という条件である。 The learning method conditions include a fifth condition. The fifth condition is that the model generation method includes a first generator, a first discriminator, a second generator, and a second discriminator. The condition is that learning is performed based on the identification results.

学習方法条件はさらに、以下の弱識別器条件を含んでもよい。弱識別器条件は、第1の識別器と第2の識別器との少なくとも1つは音声波形識別器と音声特徴量識別器とを用いて学習する、という条件を含む。そのため、モデル生成方法は、例えば第1生成器及び第2生成器と異なる第3生成器と、第1の識別器と第2の識別器と異なる第3の識別器と、を用いる方法であってもよい。 The learning method conditions may further include the following weak classifier conditions. The weak classifier condition includes a condition that at least one of the first classifier and the second classifier is trained using a voice waveform classifier and a voice feature classifier. Therefore, the model generation method is a method using, for example, a third generator different from the first generator and the second generator, and a third discriminator different from the first discriminator and the second discriminator. You can.

第1生成部110の第1生成器の一例である。第1識別部120は第1の識別器の一例である。第2生成部150は第2生成器の一例である。第2識別部160は第2の識別器の一例である。 This is an example of a first generator of the first generation unit 110. The first identification unit 120 is an example of a first identifier. The second generation unit 150 is an example of a second generator. The second identification unit 160 is an example of a second identifier.

なお、音声信号変換モデルを生成する方法が少なくとも第1条件~第5条件を満たしていれば、音声信号生成システム100は学習用に用いる音声信号のアライメントが低い場合であっても人間が発する音声に近い音声を生成することができる。 Note that as long as the method for generating the audio signal conversion model satisfies at least the first to fifth conditions, the audio signal generation system 100 will be able to recognize human voices even if the alignment of the audio signal used for learning is low. It is possible to generate sounds close to .

なお、音声波形識別部121及び音声波形識別部161は、音高の知覚的尺度に基づいて変換された周波数スペクトルに基づいて音声信号を識別してもよい。音高の知覚的尺度は例えばメル尺度である。音高の知覚的尺度に基づいて変換された周波数スペクトルは、例えばメル周波数ケプストラム係数で表されるスペクトルである。周波数スペクトルは、例えば位相スペクトルであってもよい。周波数スペクトルは、振幅スペクトルであってもよい。音高の知覚的尺度に基づいて変換された周波数スペクトルは、例えばメルスペクトログラムであってもよい。このように、音高の知覚的尺度に基づくことで人の知覚の情報も音声の生成に用いることができるため、音声信号生成システム100より人間が発する音声に近い音声を生成することができる。 Note that the audio waveform identification unit 121 and the audio waveform identification unit 161 may identify the audio signal based on a frequency spectrum converted based on a perceptual measure of pitch. A perceptual measure of pitch is, for example, the Mel scale. The frequency spectrum transformed based on the perceptual measure of pitch is, for example, a spectrum expressed by Mel frequency cepstral coefficients. The frequency spectrum may be, for example, a phase spectrum. The frequency spectrum may be an amplitude spectrum. The frequency spectrum transformed based on a perceptual measure of pitch may be, for example, a mel spectrogram. In this way, information on human perception can also be used to generate speech based on the perceptual scale of pitch, so that the audio signal generation system 100 can generate speech that is closer to the speech produced by humans.

なお、音声信号変換モデル学習装置1は必ずしも入力された音声信号を人間の発する音声に近い音声の音声信号に変換する学習モデルを学習する必要は無い。音声信号変換モデル学習装置1は入力された音声信号を犬や猫等の人間以外の動物の音声に近い音声の音声信号に変換する学習モデルを学習してもよい。このような場合、音声信号変換装置2は入力された音声を人間以外の動物の音声に近い音声信号に変換する。上述の通り、本実施形態における動物は人間を含む。 Note that the audio signal conversion model learning device 1 does not necessarily need to learn a learning model that converts an input audio signal into an audio signal with a sound similar to the human voice. The audio signal conversion model learning device 1 may learn a learning model that converts an input audio signal into an audio signal that is similar to the audio of an animal other than a human, such as a dog or a cat. In such a case, the audio signal conversion device 2 converts the input voice into an audio signal similar to the voice of an animal other than a human. As mentioned above, animals in this embodiment include humans.

なお、不自然信号と自然合成信号とは、同じ種別の動物の音声信号であることが望ましいが必ずしも同じでなくてもよい。 Note that the unnatural signal and the natural synthetic signal are preferably audio signals of the same type of animal, but do not necessarily have to be the same.

なお、被管理部101は学習部の一例である。なお、不自然信号は入力信号の一例である。 Note that the managed section 101 is an example of a learning section. Note that the unnatural signal is an example of an input signal.

音声信号変換モデル学習装置1は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、音声信号変換モデル学習装置1が備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。例えば、第1生成部110と、第1識別部120と、第2生成部150と、第2識別部160とはそれぞれ異なる情報処理装置に実装されてもよい。 The audio signal conversion model learning device 1 may be implemented using a plurality of information processing devices communicably connected via a network. In this case, each functional unit included in the audio signal conversion model learning device 1 may be distributed and implemented in a plurality of information processing devices. For example, the first generation unit 110, the first identification unit 120, the second generation unit 150, and the second identification unit 160 may be implemented in different information processing devices.

音声信号変換装置2は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、音声信号変換装置2が備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。 The audio signal conversion device 2 may be implemented using a plurality of information processing devices communicatively connected via a network. In this case, each functional unit included in the audio signal conversion device 2 may be distributed and implemented in a plurality of information processing devices.

なお、音声信号生成システム100の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。 Note that all or part of each function of the audio signal generation system 100 may be realized using hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a PLD (Programmable Logic Device), or an FPGA (Field Programmable Gate Array). good. The program may be recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium is, for example, a portable medium such as a flexible disk, magneto-optical disk, ROM, or CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built into a computer system. The program may be transmitted via a telecommunications line.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and includes designs within the scope of the gist of the present invention.

100…音声信号生成システム、 1…音声信号変換モデル学習装置、 2…音声信号変換装置、 10…制御部、 11…入力部、 12…インタフェース部、 13…記憶部、 14…出力部、 101…被管理部、 102…管理部、 110…第1生成部、 120…第1識別部、 121…音声波形識別部、 122…音声特徴量識別部、 123…統合識別部、 130…第1入力決定部、 140…第1判定部、 150…第2生成部、 160…第2識別部、 161…音声波形識別部、 162…音声特徴量識別部、 163…統合識別部、 170…第2入力決定部、 180…第2判定部、 20…制御部、 21…入力部、 22…インタフェース部、 23…記憶部、 24…出力部、 201…変換対象取得部、 202…変換部、 203…音声信号出力制御部、 91…プロセッサ、 92…メモリ、 93…プロセッサ、 94…メモリ 100...Audio signal generation system, 1...Audio signal conversion model learning device, 2...Audio signal conversion device, 10...Control unit, 11...Input unit, 12...Interface unit, 13...Storage unit, 14...Output unit, 101... Managed section, 102... Management section, 110... First generation section, 120... First identification section, 121... Audio waveform identification section, 122... Audio feature amount identification section, 123... Integrated identification section, 130... First input determination 140...First determination unit, 150...Second generation unit, 160...Second identification unit, 161...Speech waveform identification unit, 162...Speech feature identification unit, 163...Integrated identification unit, 170...Second input determination 180... Second determination unit, 20... Control unit, 21... Input unit, 22... Interface unit, 23... Storage unit, 24... Output unit, 201... Conversion target acquisition unit, 202... Conversion unit, 203... Audio signal Output control unit, 91...Processor, 92...Memory, 93...Processor, 94...Memory

Claims (8)

入力された音声信号である入力信号を、実際に動物が発する音声である自然信号との類似の度合を示す自然信号度が前記入力信号よりも高い音声信号に変換する学習済みモデルを機械学習の方法で得る学習部、
を備え、
前記機械学習の方法は、入力された音声信号に対して自然信号度を高める変換である順変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の高い信号である順変換信号を出力する第1生成部と、入力された信号が順変換信号と自然信号とのいずれであるかを識別する第1識別部と、入力された音声信号に対して自然信号度を低める変換である逆変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の低い逆変換信号を出力する第2生成部と、入力された信号が予め用意された信号であって合成された信号である事前合成信号と逆変換信号とのいずれであるかを識別する第2識別部とが、前記第1識別部及び前記第2識別部の識別結果に基づいて学習する方法である、
音声信号変換モデル学習装置。
A trained model that converts an input signal, which is an input audio signal, into an audio signal with a higher natural signal degree, which indicates the degree of similarity to a natural signal, which is the sound actually emitted by an animal, than the input signal is used in machine learning. Learn how to get it,
Equipped with
The machine learning method outputs a forward conversion signal, which is a signal with a higher natural signal level than the audio signal, by performing a forward conversion process on the input audio signal, which is a conversion that increases the natural signal level. a first generation unit; a first identification unit that identifies whether the input signal is a forward conversion signal or a natural signal; and an inverse conversion that lowers the natural signal level of the input audio signal. a second generation unit that outputs an inversely transformed signal having a lower natural signal intensity than the audio signal by performing processing; and a pre-synthesized signal in which the input signal is a previously prepared signal and is a synthesized signal. and a second identification unit that identifies which one is the inversely transformed signal, and the second identification unit learns based on the identification results of the first identification unit and the second identification unit,
Audio signal conversion model learning device.
前記機械学習の方法は、循環型敵対的学習(CycleGAN:Cycle Generative Adversarial Networks)の方法である、
請求項1に記載の音声信号変換モデル学習装置。
The machine learning method is a cyclic adversarial learning (CycleGAN: Cycle Generative Adversarial Networks) method,
The audio signal conversion model learning device according to claim 1.
前記第1識別部及び前記第2識別部の少なくとも1つは学習に用いる音声信号の波形に基づいて前記音声信号が自然信号か否かを識別する音声波形識別器と、前記音声信号から所定の条件を満たす情報である音声特徴量を取得し、取得した音声特徴量に基づいて前記音声信号が自然信号か否かを識別する音声特徴量識別器と、を用いて学習する、
請求項1又は2に記載の音声信号変換モデル学習装置。
At least one of the first identification unit and the second identification unit includes an audio waveform discriminator that identifies whether or not the audio signal is a natural signal based on the waveform of the audio signal used for learning; learning using a voice feature discriminator that acquires a voice feature amount that is information that satisfies a condition, and identifies whether or not the voice signal is a natural signal based on the acquired voice feature amount;
The audio signal conversion model learning device according to claim 1 or 2.
前記音声波形識別器は、音高の知覚的尺度に基づいて変換された前記音声信号の周波数スペクトルである、
請求項3に記載の音声信号変換モデル学習装置。
the audio waveform discriminator is a frequency spectrum of the audio signal transformed based on a perceptual measure of pitch;
The audio signal conversion model learning device according to claim 3.
入力された音声信号である入力信号を、実際に動物が発する音声である自然信号との類似の度合を示す自然信号度が前記入力信号よりも高い音声信号に変換する学習済みモデルを機械学習の方法で得る学習部、を備え、前記機械学習の方法は、入力された音声信号に対して自然信号度を高める変換である順変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の高い信号である順変換信号を出力する第1生成部と、入力された信号が順変換信号と自然信号とのいずれであるかを識別する第1識別部と、入力された音声信号に対して自然信号度を低める変換である逆変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の低い逆変換信号を出力する第2生成部と、入力された信号が予め用意された信号であって合成された信号である事前合成信号と逆変換信号とのいずれであるかを識別する第2識別部とが、前記第1識別部及び前記第2識別部の識別結果に基づいて学習する方法である音声信号変換モデル学習装置が得た前記学習済みモデルを用いて、入力された音声信号を変換する変換部、
を備える音声信号変換装置。
A trained model that converts an input signal, which is an input audio signal, into an audio signal with a higher natural signal degree, which indicates the degree of similarity to a natural signal, which is the sound actually emitted by an animal, than the input signal is used in machine learning. The machine learning method includes a learning unit that obtains a signal having a higher natural signal level than the input audio signal by performing forward conversion processing, which is a conversion that increases the natural signal level, on the input audio signal. a first generation unit that outputs a forward conversion signal, which is a signal; a first identification unit that identifies whether the input signal is a forward conversion signal or a natural signal; a second generation unit that outputs an inversely transformed signal having a lower natural signal strength than the audio signal by executing an inverse transform process that is a transformation that lowers the signal strength, and the input signal is a previously prepared signal; A second identification unit that identifies whether the synthesized signal is a pre-synthesized signal or an inversely transformed signal, the method is such that the second identification unit learns based on the identification results of the first identification unit and the second identification unit. a conversion unit that converts the input audio signal using the learned model obtained by a certain audio signal conversion model learning device;
An audio signal conversion device comprising:
入力された音声信号である入力信号を、実際に動物が発する音声である自然信号との類似の度合を示す自然信号度が前記入力信号よりも高い音声信号に変換する学習済みモデルを機械学習の方法で得る学習ステップ、
を有し、
前記機械学習の方法は、入力された音声信号に対して自然信号度を高める変換である順変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の高い信号である順変換信号を出力する第1生成部と、入力された信号が順変換信号と自然信号とのいずれであるかを識別する第1識別部と、入力された音声信号に対して自然信号度を低める変換である逆変換処理を実行することで前記音声信号よりも自然信号度の低い逆変換信号を出力する第2生成部と、入力された信号が予め用意された信号であって合成された信号である事前合成信号と逆変換信号とのいずれであるかを識別する第2識別部とが、前記第1識別部及び前記第2識別部の識別結果に基づいて学習する方法である、
音声信号変換モデル学習方法。
A trained model that converts an input signal, which is an input audio signal, into an audio signal with a higher natural signal degree, which indicates the degree of similarity to a natural signal, which is the sound actually emitted by an animal, than the input signal is used in machine learning. learning steps, how to get
has
The machine learning method outputs a forward conversion signal, which is a signal with a higher natural signal level than the audio signal, by performing a forward conversion process on the input audio signal, which is a conversion that increases the natural signal level. a first generation unit; a first identification unit that identifies whether the input signal is a forward conversion signal or a natural signal; and an inverse conversion that lowers the natural signal level of the input audio signal. a second generation unit that outputs an inversely transformed signal having a lower natural signal intensity than the audio signal by performing processing; and a pre-synthesized signal in which the input signal is a previously prepared signal and is a synthesized signal. and a second identification unit that identifies which one is the inversely transformed signal, and the second identification unit learns based on the identification results of the first identification unit and the second identification unit,
Audio signal conversion model learning method.
請求項1から4のいずれか一項に記載の音声信号変換モデル学習装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the audio signal conversion model learning device according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の音声信号変換装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the audio signal conversion device according to claim 5.
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