JPS6242280B2 - - Google Patents
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- JPS6242280B2 JPS6242280B2 JP58157237A JP15723783A JPS6242280B2 JP S6242280 B2 JPS6242280 B2 JP S6242280B2 JP 58157237 A JP58157237 A JP 58157237A JP 15723783 A JP15723783 A JP 15723783A JP S6242280 B2 JPS6242280 B2 JP S6242280B2
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- waveform
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、音声信号の時間長はそのままで周波
数スペクトルを圧縮又は拡大して任意の帯域に変
換する方式に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for converting an audio signal into an arbitrary band by compressing or expanding the frequency spectrum while maintaining the time length of the audio signal.
音声の時間長を変えないで、その周波数スペク
トルを圧縮・拡大することは、音声情報処理の課
題の一つとして古くから取り上げられてきた。例
えば、一度テープに録音した音声をテープ速度を
変えて再生し、低速再生のときにスペクトルを拡
大して元の帯域の音声としてききながら記録して
文書として残すとき、また、高速再生した音声の
スペクトルを圧縮してききやすくし、短時間でそ
の内容を理解するときに必要な技術である。ま
た、圧縮と拡大を組み合わせた狭帯域伝送方式
や、ヘリウム音声の了解性改善でも必要な技術で
ある。 Compressing and expanding the frequency spectrum of speech without changing its duration has long been considered as one of the challenges in speech information processing. For example, when audio that has been recorded on a tape is played back by changing the tape speed, the spectrum is expanded during low-speed playback, and the audio is recorded in the original band while still being heard as a document. This technology is necessary to compress the spectrum to make it easier to understand and understand its contents in a short time. It is also a necessary technology for narrowband transmission systems that combine compression and expansion, and for improving the intelligibility of helium speech.
ところで、一般的な音声の周波数スペクトルの
圧縮・拡大には、音声波形を間引いたり、同じ波
形を繰り返して再生する方法が使用される。その
ため、回転再生ヘツドを備えたテープレコーダや
同じ原理を半導体のメモリを使つて実現する装置
が製作されている。しかし、この方法によると、
音声の基本周期とは無関係に波形信号の切出しと
接続が行われるため、雑音とひずみが大きく品質
のよい音声を得ることはできない。また、波形の
周期を検出し、1周期の波形を単位とし、これを
伸縮することにより雑音やひずみを軽減すること
が考えられている。この方式では、入出力の波形
の位相が狂つたり、入力音声のSN比が低いとシ
ステムの動作が不安定になつたりするため、普及
するには至つていない。 By the way, methods of thinning out the audio waveform or repeatedly reproducing the same waveform are used to compress and expand the frequency spectrum of audio. For this reason, tape recorders with rotating playback heads and devices that implement the same principle using semiconductor memory have been manufactured. However, according to this method,
Since the waveform signals are cut out and connected regardless of the fundamental period of the voice, there is a lot of noise and distortion, making it impossible to obtain high-quality voice. It has also been considered to reduce noise and distortion by detecting the period of a waveform, using one period of the waveform as a unit, and expanding and contracting the waveform. This method has not become widespread because the input and output waveforms may be out of phase or the system may become unstable if the input audio signal-to-noise ratio is low.
一方、LPCボコーダやPARCORなどの分析合
成系によつても、周波数スペクトルの圧縮・拡大
は可能であるが、分析合成系の音質が悪いこと、
入力音声のS/Nが低いときにその劣化が著しい
ことなどのため、実用化には遠い。 On the other hand, analysis and synthesis systems such as LPC vocoders and PARCOR can compress and expand the frequency spectrum, but the sound quality of analysis and synthesis systems is poor.
This method is far from practical use because the deterioration is significant when the S/N of the input audio is low.
上記のような問題点を克服する方式として、短
時間自己相関関数を利用する周波数スペクトルの
圧縮・拡大方式が発明され、(発明の名称:音声
変換方式、特許番号:1045103、登録日:昭和56
年5月28日、出願日:昭和50年7月8日)、
SPACと名付けられている(鈴木誠史、自己相関
関数を利用した音声処理方式SPAC、電子通信学
会、技術研究報告EA75−25、昭和50年7月発
表)。SPACは、S/Nが0dBと低い音声でも処理
することができ、比較的にひずみも少なく実用性
が高い。しかし、SPACで処理した音声と原音声
を比較すると、やや品質の劣化がみられること、
また、高い周波数帯の音が不足することなどが感
じられる。これらの原因は、自己相関関数を利用
したことによる無音声レベルの低下、周波数スペ
クトルの強弱が強調されるスペクトルひずみがあ
ることと、周波数帯域を広くとると相関関数の計
算量が増加するために帯域を広くとり難いなどに
よるものである。SPACの欠点を除く一つの方法
として、周波数帯を高低2チヤネルに分割し、低
い周波数帯のチヤネルにSPACを適用し、高い周
波数帯のチヤネルは音声の周期に関係ない非同期
式の波形の伸縮を行う方式を発明した(発明の名
称:音声情報変換方式、特許番号:1063230、登
録日:昭和56年9月22日、出願日:昭和51年3月
12日)。ただ、この方式によつても波形の断続に
よるひずみが残り、品質的に不満がある。 As a method to overcome the above problems, a frequency spectrum compression/expansion method using a short-time autocorrelation function was invented.
May 28, 1975; filing date: July 8, 1975);
It is named SPAC (Masashi Suzuki, SPAC for audio processing using autocorrelation function, Institute of Electronics and Communication Engineers, technical research report EA75-25, published in July 1975). SPAC can process even audio with a low S/N ratio of 0 dB, and has relatively little distortion and is highly practical. However, when comparing the audio processed with SPAC and the original audio, there is a slight deterioration in quality.
I also feel that there is a lack of high frequency sounds. These causes include a decrease in the unspeech level due to the use of the autocorrelation function, spectral distortion that emphasizes the strength and weakness of the frequency spectrum, and the fact that the amount of calculation for the correlation function increases when the frequency band is widened. This is because it is difficult to obtain a wide band. One way to eliminate the drawbacks of SPAC is to divide the frequency band into two channels, high and low, apply SPAC to the lower frequency channel, and apply asynchronous waveform expansion and contraction to the higher frequency channel, which is unrelated to the audio period. (Name of invention: Audio information conversion method, Patent number: 1063230, Registration date: September 22, 1980, Application date: March 1978)
12th). However, even with this method, distortion due to waveform discontinuity remains, resulting in unsatisfactory quality.
本発明は、音声信号の低い周波数帯の波形信号
についてはSPAC(その短時間自己相関関数から
1周期を決定し、相関関数を計算する音声波形の
時刻の原点をその1周期に比例した時間間隔で移
動して次の処理を行い、相関関数の1周期の波形
を順次接続して出力信号とする。)により処理
し、高い周波数帯の波形信号については、その波
形信号の1周期の波形を逐次切出し接続し、両者
を合成した出力波形信号を得ることが特徴であ
り、その目的は音声信号の周波数スペクトルの圧
縮・拡大をひずみなく行うことである。 The present invention uses SPAC (one period is determined from the short-time autocorrelation function of the waveform signal in the low frequency band of the audio signal, and the time origin of the audio waveform for which the correlation function is calculated is set at a time interval proportional to the one period). The waveforms of one period of the correlation function are connected sequentially to produce the output signal.), and the waveform of one period of the correlation function is It is characterized by sequentially cutting out and connecting them to obtain an output waveform signal by combining both, and its purpose is to compress and expand the frequency spectrum of the audio signal without distortion.
以下、図に従い本発明を説明する。第1図は本
発明の実施例のブロツク図で、20は入力端、2
1と31はBPF(帯域フイルタ)−AとB、22
と32は標本化回路−AとB、23と33はメモ
リ−AとB、24は最大振幅位置検出回路、25
と35は窓回路−AとB、26と36はDA変換
器−AとB、、27と37はIPF(低域フイルタ
ー)−AとB、、34はピツチ周期決定回路、38
は相関器、39はメモリ−C、40は制御回路、
49は和回路、50は出力端である。 The present invention will be explained below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, in which 20 is an input terminal;
1 and 31 are BPF (bandwidth filter) - A and B, 22
and 32 are sampling circuits A and B, 23 and 33 are memories A and B, 24 is a maximum amplitude position detection circuit, and 25
and 35 are window circuits - A and B, 26 and 36 are DA converters - A and B, 27 and 37 are IPF (low pass filters) - A and B, 34 are pitch cycle determining circuits, 38
is a correlator, 39 is a memory-C, 40 is a control circuit,
49 is a sum circuit, and 50 is an output terminal.
第2図は、第1図の各部の波形を示した図で、
各波形の番号は第1図中に示されている。1は入
力音声波形、2は標本化されたBPF−Bの出力波
形、3は時刻t1に関する短時間自己相関関数S1の
波形、4は時刻t2に関する短時間自己相関関数S2
の波形、5は3と4から編集された波形、6は標
本化されたBPF−Aの出力波形、7は6から切出
し編集された波形、8は5と7の和の出力波形で
ある。 Figure 2 is a diagram showing the waveforms of each part in Figure 1.
The number of each waveform is shown in FIG. 1 is the input speech waveform, 2 is the sampled output waveform of BPF-B, 3 is the waveform of the short-time autocorrelation function S 1 regarding time t 1 , and 4 is the short-time autocorrelation function S 2 regarding time t 2 .
5 is the waveform edited from 3 and 4, 6 is the sampled output waveform of BPF-A, 7 is the waveform cut out and edited from 6, and 8 is the output waveform of the sum of 5 and 7.
入力端20に加えられた入力音声波形1を、
BPF−A21と、BPF−B31により、高・低の
2つの周波数帯域の信号に分割する。21は31
より高い周波数帯域のBPFであり、21と31で
所要の1の周波数帯域をカバーするものである。
31の出力信号は低い周波数成分の波形で、これ
は標本化回路−B32において、標本化周期Iの
標本化信号となる。これを第2図の2で示す。2
はメモリ−B33に、一時記憶する。33から信
号t1を原点とした標本(aiとする。)を読み出
し、相関器38に送り、(1)式によつて短時間自己
相関関数Sを計算する。 The input audio waveform 1 applied to the input end 20 is
BPF-A21 and BPF-B31 divide the signal into two frequency bands, high and low. 21 is 31
This is a higher frequency band BPF, and 21 and 31 cover one required frequency band.
The output signal of 31 is a waveform of low frequency components, and this becomes a sampling signal of sampling period I in sampling circuit-B32. This is shown by 2 in FIG. 2
is temporarily stored in memory-B33. A sample (referred to as ai) with the signal t 1 as the origin is read out from 33 and sent to a correlator 38, where a short-time autocorrelation function S is calculated using equation (1).
ここで、NIが積和(積分)時間、LIが遅延時
間に相当する。t1のSをS1とし、これを第2図の
3で示す。3をメモリーC39に記憶する。ピツ
チ周期決定回路34は、39から読み出した3か
ら、周期T1を決定する。このように、短時間自
己相関関数から音声のピツチ周期(基本周期)を
決定するのは公知の技術である。T1と3は窓回
路−B35に加えられ、35では一定の論理に従
つて3からT1に相当する標本を切り出す。この
標本をDA変換器−B36は、標本化周期kIでア
ナログ量に変換し5の波形(R1)がその出力信号
として得られる。なお、k>0である。35にお
ける波形切出し論理(窓関数)は、ひずみや雑音
を生じなければ何でもよいが、入力信号に含まれ
るランダム雑音が、Sではj=0の付近に集まる
ことを考慮し、Sのj=0付近の波形を含まない
ようにすればよい。第2図3の場合には、Sの振
幅が負から正に変わる最初の時点を基準に、矩形
窓で波形を切り出している。 Here, NI corresponds to product-sum (integration) time and LI corresponds to delay time. Let S at t 1 be S 1 , which is shown by 3 in FIG. 3 is stored in memory C39. The pitch cycle determination circuit 34 determines the cycle T 1 from 3 read from the pitch cycle 39 . It is a known technique to determine the pitch period (fundamental period) of speech from the short-time autocorrelation function in this way. T 1 and 3 are applied to a window circuit-B 35, which cuts out a sample corresponding to T 1 from 3 according to a certain logic. The DA converter-B36 converts this sample into an analog quantity at a sampling period kI, and a waveform (R 1 ) of 5 is obtained as an output signal. Note that k>0. The waveform extraction logic (window function) in 35 may be of any type as long as it does not cause distortion or noise, but considering that random noise included in the input signal gathers around j = 0 in S, It is sufficient to avoid including nearby waveforms. In the case of FIG. 2 and 3, the waveform is cut out using a rectangular window based on the first point in time when the amplitude of S changes from negative to positive.
次に、34で決定したT1の情報により、33
の内容から時刻t2(t2=t1+kT1)を原点として標
本を読み出し、38で(1)式によりSを計算する。
このSを39に記憶するが、これを第2図4に示
す。39から読み出した4から、34で周期T2
を決定する。T2と4は35に加えられ、一定の
論理に従つて4からT2に相当する標本を切り出
す。36はこの標本を標本化周期kIでアナログ量
に変換し、第2図5の波形(R2)がその出力信号
として得られる。なお、R2はR1に連続して出力
する。 Next, based on the information of T 1 determined in 34, 33
A sample is read out from the contents of , with time t 2 (t 2 =t 1 +kT 1 ) as the origin, and S is calculated in step 38 using equation (1).
This S is stored in 39, which is shown in FIG. From 4 read from 39, period T 2 at 34
Determine. T 2 and 4 are added to 35, and a sample corresponding to T 2 is cut out from 4 according to a certain logic. 36 converts this sample into an analog quantity at a sampling period kI, and the waveform (R 2 ) shown in FIG. 25 is obtained as the output signal. Note that R 2 is output continuously to R 1 .
次に、時刻t3(t3=t2+kT2)に関してS3を計算
し、同じ処理を繰り返す。結果としては、5に
は、S1,S2,S3……から切り出した波形R1,
R2,R3……が得られる。 Next, S 3 is calculated for time t 3 (t 3 =t 2 +kT 2 ), and the same process is repeated. As a result, waveforms R 1 , cut out from S 1 , S 2 , S 3 . . .
R 2 , R 3 ... are obtained.
一方、21の出力波形を標本化回路−A22に
おいて標本化周期Jで標本化する。これを第1図
6で示す。6をメモリ−A23に一時記憶する。
23から時刻t1を原点として、ある時間窓Uに、
相当する標本を読み出し、最大値検出回路24に
送る。24では、振幅の最大値を検出し、そのと
きの時刻u1を求める。窓回路−A25では、23
から読み出した6について、u1を基準にして一定
の論理に従いT1に相当する標本を切り出して、
DA変換器−A26に送る。ここで、T1は34で
定めた周期である。なお、25の波形切出しの窓
関数は何でもよいが、第2図では、6のu1のより
前で、振幅が0の時点から矩形窓で切り出してい
る。26では、これを標本化周期kJでアナログ
量に変換し、第2図7の波形W1が26の出力信
号として得られる。 On the other hand, the output waveform of 21 is sampled at a sampling period J in a sampling circuit-A22. This is shown in FIG. 16. 6 is temporarily stored in memory-A23.
From 23 to a certain time window U with time t 1 as the origin,
The corresponding sample is read out and sent to the maximum value detection circuit 24. In step 24, the maximum value of the amplitude is detected and the time u 1 at that time is determined. For window circuit-A25, 23
Regarding 6 read from , cut out a sample corresponding to T 1 according to a certain logic based on u 1 ,
Send to DA converter-A26. Here, T 1 is the period determined in 34. Note that any window function may be used for cutting out the waveform in 25, but in FIG. 2, the waveform is cut out using a rectangular window from the point in time when the amplitude is 0, which is before u 1 in 6. At 26, this is converted into an analog quantity at a sampling period kJ, and the waveform W1 shown in FIG. 27 is obtained as the output signal at 26.
次に、23から時刻t2を原点として、ある時間
窓Uに相当する標本を24に送り、振幅が最大値
の時刻u2を求める。25では23から読み出した
6について、T2に相当する標本を切り出し、標
本化周期kJで26でアナログ量に変換し、第2
図7の波形W2が26の出力信号として得られ
る。なお、W2はW1に接続して出力する。次に時
刻t3に関してu3を求め同じ処理を繰り返す。その
結果、26の出力7には、6から切り出した
W1,W2,W3…の波形がkT1,kT2,kT3……の
時間に連続した波形が得られる。 Next, from 23, a sample corresponding to a certain time window U is sent to 24 with time t 2 as the origin, and time u 2 at which the amplitude is the maximum value is determined. In 25, for 6 read from 23, a sample corresponding to T 2 is cut out, converted to an analog quantity in 26 with a sampling period of kJ, and the second
Waveform W 2 in FIG. 7 is obtained as 26 output signals. Note that W 2 is connected to W 1 and output. Next, obtain u 3 with respect to time t 3 and repeat the same process. As a result, output 7 of 26 contains
A continuous waveform of W 1 , W 2 , W 3 . . . is obtained during the time kT 1 , kT 2 , kT 3 .
波形信号7と5は、LPF−A27とLPF−B3
7で平滑された後、和回路49で加算されて出力
波形8となる。その結果、8は入力音声信号の周
波数スペクトルを、1/kに変換した波形信号で
ある。 Waveform signals 7 and 5 are LPF-A27 and LPF-B3
After being smoothed in step 7, the signals are added in summation circuit 49 to obtain output waveform 8. As a result, 8 is a waveform signal obtained by converting the frequency spectrum of the input audio signal to 1/k.
本発明の方式で、高い周波数帯の信号に関して
は、波形の記憶、切出し編集等の処理を行うのみ
で、特別な計算は行わない。したがつて、周波数
帯域を広くとることが容易であり、また、原波形
をそのまま使用するため、高品質を得ることがで
きる。 In the method of the present invention, for signals in high frequency bands, only processing such as waveform storage and cutting/editing is performed, and no special calculations are performed. Therefore, it is easy to widen the frequency band, and since the original waveform is used as it is, high quality can be obtained.
IとJは、標本化定理を満足していれば任意で
よいが、IをJの整数倍にすると、RとWの関係
を常に一定に保つことができる。また、第1図の
ブロツク図では、2組のDA変換器とLPFを使用
しているが、35の出力信号を内挿補間して標本
化周期がJの信号系列に変換し、25の出力信号
とデイジタル的に加算してDA変換、平滑を行つ
て8を得ることも容易である。 I and J may be arbitrary as long as they satisfy the sampling theorem, but if I is made an integral multiple of J, the relationship between R and W can always be kept constant. In addition, in the block diagram shown in Figure 1, two sets of DA converters and LPF are used, but 35 output signals are interpolated to convert them into a signal sequence with a sampling period of J, and 25 output signals are used. It is also easy to obtain 8 by digitally adding the signal, performing DA conversion, and smoothing.
時間窓Uは、考えられる最大のピツチ周期より
長い任意の時間に設定するか、34で決定した周
期Tに定める。後者の方が、二つのチヤネルの信
号の位相の差が少ない。 The time window U is set to an arbitrary time longer than the maximum possible pitch period, or is set to the period T determined in step 34. In the latter case, the difference in phase between the signals of the two channels is smaller.
ところで、k=2,3,4……のときには、2
4を省略することが可能であり、この方式の原理
を第3図の波形で説明する。51は6と同じ波形
であり、52は7に相当する変換された波形で、
ここではk=2の場合を示している。本発明で
は、t1を基準に51の1周期T1の波形をk倍に伸
長して26の出力波形52,W1とする。t2=t1+
kT1であり、51の波形に対するt1とt2の位相的
位置関係は等しい。したがつて、t2を基準にして
伸長されたW2はW1と円滑に接続され、51から
波形のピークを決定し、その時刻uを基準に波形
の切出し編集を行う必要はない。 By the way, when k=2, 3, 4..., 2
4 can be omitted, and the principle of this system will be explained using the waveforms in FIG. 51 is the same waveform as 6, 52 is the converted waveform corresponding to 7,
Here, the case where k=2 is shown. In the present invention, 51 waveforms of one period T 1 are expanded by k times with t 1 as a reference, resulting in 26 output waveforms 52, W 1 . t 2 = t 1 +
kT 1 , and the phase positional relationship of t 1 and t 2 with respect to the waveform 51 is equal. Therefore, W 2 expanded based on t 2 is smoothly connected to W 1 , and there is no need to determine the peak of the waveform from 51 and cut out and edit the waveform based on that time u.
次に、1/k=m=2,3,4,……のとき、
24を省略できる第3の発明を第4図の波形で説
明する。ここで、53は2と同じ波形であり、5
4は3に相当する相関波形、55は5に対応する
変換された波形、56は51,6と同じ波形であ
り、57は7に相当する変換された波形で、これ
らm=2として示されている。 Next, when 1/k=m=2, 3, 4,...
A third invention in which 24 can be omitted will be explained with reference to the waveforms in FIG. Here, 53 is the same waveform as 2, and 53 is the same waveform as 2.
4 is the correlated waveform corresponding to 3, 55 is the converted waveform corresponding to 5, 56 is the same waveform as 51 and 6, and 57 is the converted waveform corresponding to 7, these are shown as m=2. ing.
本発明では、t1について計算されたS1,54か
ら周期T1を検出するとともに、1周期の波形を
切り出し、標本化周期kIでm回繰り返して出力信
号55(これをmR1とする。)とする。次に、時
刻t2=t1+T1について、S2を計算し、mR2をmR1
に接続するように出力する。次の処理はt3=t2+
T2について行い、55には、mR1,mR2,mR3,
……が得られる。一方、23から読み出した波形
55について、時刻t1を基準に1周期の波形を切
り出し、標本化周期kJで変換して26の出力波
形57とするが、これをm回繰り返す。これを
mW1とする。次にt2を基準にして1周期の波形を
切り出し、mW1に接続してm回繰り返して出力
する。次にt3に関して同様の処理を行う。その結
果、26の出力波形信号57は、mW1,mW2,
mW3……と同じ波形がm回ずつ繰り返された波
形であり、また、各波形は位相的に同じ位置で接
続している。56から波形のピークを決定し、そ
の時刻uを基準に波形の切出し編集を行う必要は
ない。なお、本方式においても、周波数スペクト
ルは1/kに変換される。 In the present invention, the period T 1 is detected from S 1 , 54 calculated for t 1 , and one period of the waveform is cut out and repeated m times at the sampling period kI to produce an output signal 55 (this is referred to as mR 1) . ). Next, for time t 2 = t 1 + T 1 , calculate S 2 and convert mR 2 to mR 1
Output to connect to. The next process is t 3 = t 2 +
It is performed for T 2 , and in 55, mR 1 , mR 2 , mR 3 ,
...is obtained. On the other hand, regarding the waveform 55 read from 23, one period of the waveform is cut out based on time t1 , and converted at the sampling period kJ to form the output waveform 57 of 26, which is repeated m times. this
Let mW be 1 . Next, one cycle of the waveform is cut out based on t2 , connected to mW1 , and output repeatedly m times. Next, similar processing is performed for t3 . As a result, the 26 output waveform signals 57 are mW 1 , mW 2 ,
This is a waveform in which the same waveform as mW 3 is repeated m times, and each waveform is connected at the same position in terms of phase. There is no need to determine the peak of the waveform from 56 and perform cutting and editing of the waveform based on that time u. Note that in this method as well, the frequency spectrum is converted to 1/k.
周期信号を自己相関関数に変換すると、各周波
数成分の振幅が自乗される性質がある。SPACで
は周波数スペクトルの振幅を圧縮するイコライザ
を前処理に用い、この性質に起因する品質の低下
を軽減している。本発明の各方式では、SPACで
処理する帯域幅が狭いので、ひずみも少ないが、
標本化回路−B32を平方根特性のAD変換器に
するか、標本化した振幅値をその平方根で置き換
えることによつてイコライザとすることができ
る。 When a periodic signal is converted into an autocorrelation function, the amplitude of each frequency component has the property of being squared. SPAC uses an equalizer for preprocessing that compresses the amplitude of the frequency spectrum to reduce the quality loss caused by this property. In each method of the present invention, the bandwidth processed by SPAC is narrow, so distortion is small, but
The sampling circuit-B32 can be made into an AD converter with square root characteristics, or can be made into an equalizer by replacing the sampled amplitude value with its square root.
なお、本発明では、(1)式により短時間自己相関
関数を計算するが、aiとaiの零交差波の信号をb1
とするとき、aiとbiの短時間相互相関関数を短時
間自己相関関数の代わりに使用する(発明の名
称:波形信号変換方式、特許番号:1059232、登
録日:昭和56年8月25日、発明者:鈴木誠史)こ
とができる。この場合は、相関計算が簡単にな
り、また、イコライザも不要である。 In addition, in the present invention, the short-time autocorrelation function is calculated using equation (1), but the signals of the zero crossing waves of ai and ai are
When, the short-time cross-correlation function of ai and bi is used instead of the short-time autocorrelation function (title of invention: waveform signal conversion method, patent number: 1059232, registration date: August 25, 1982, Inventor: Makoto Suzuki). In this case, correlation calculation becomes simple and an equalizer is not required.
以上、準周期的信号について本方式の動作を説
明した。無声音のような非周期的信号のSや波形
からは顕著な周期性やピークは観測されない。し
かし、Sや波形の極大値を求め、周期信号と同様
にTを定めたり、波形を切り出す処理を行えばよ
い。 The operation of this method has been described above for quasi-periodic signals. No significant periodicity or peaks are observed from the S or waveform of an aperiodic signal such as unvoiced sound. However, it is sufficient to obtain the local maximum value of S or the waveform, determine T in the same way as for periodic signals, or perform processing to cut out the waveform.
次に本発明の実施例を示す。第1図の方式で、
21を1000〜3400Hz、31を100〜1000Hz、I=
J=100マイクロ秒で標本化して処理を行つた。
なお、(1)式でN=200,L=170とした。24の波
形のピーク位置は、t1−T1/2とt1+T1/2の間
で探索した。k=1で処理したとき、ほとんど原
音と変わらないような音声が得られた。また、録
音した音声を、1/3〜3倍の速度で再生し、2
1,31,I及びJをこれに比例して変更し、k
を1/3〜3で処理したところ、音声の周波数帯域
はそのままで、時間長を1/3〜3倍に変換した音
声を得ることができた。その音声の品質は、従来
のどの方式で変換した音声よりも、自然性がよく
雑音も少ないのであつた。なお、入力音声のS/
Nを0dB程度にしても、安定した動作を示し、品
質の劣化は感じられなかつた。 Next, examples of the present invention will be shown. In the method shown in Figure 1,
21 from 1000 to 3400Hz, 31 from 100 to 1000Hz, I=
Sampling and processing were performed in J=100 microseconds.
Note that in equation (1), N=200 and L=170. The peak positions of the 24 waveforms were searched between t 1 −T 1 /2 and t 1 +T 1 /2. When processed with k=1, a sound that was almost the same as the original sound was obtained. Also, play the recorded audio at 1/3 to 3 times the speed, and
1, 31, I and J are changed proportionally, k
When processed at 1/3 to 3, it was possible to obtain audio whose duration was increased by 1/3 to 3 times while keeping the audio frequency band unchanged. The quality of the voice was more natural and less noisy than the voice converted using any conventional method. Note that the input audio S/
Even when N was set to about 0 dB, stable operation was observed, and no deterioration in quality was noticed.
以上のように本発明によれば、信号の不連続や
ひずみ無しに、また、雑音があつても安定に準周
期的信号の周波数スペクトルの圧縮・拡大が可能
であり、記録・再生方式の再生速度の変更と組み
合わせて信号の時間長の短縮や伸長が可能である
から、講演や会話の筆記や早聞き、情報サービ
ス、音声の放送プログラム時間長の調整、特殊効
果音の生成、ヘリウム音声の了解性改善、難聴者
の通話補助、狭帯域伝送方式など、音声情報処理
一般に広く応用できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to compress and expand the frequency spectrum of a quasi-periodic signal stably without signal discontinuity or distortion, even in the presence of noise, and to reproduce the recording/reproducing method. In combination with changing the speed, it is possible to shorten or extend the signal time length, so it can be used for recording and fast listening of lectures and conversations, information services, adjusting the length of audio broadcast programs, generating special sound effects, and producing helium audio. It can be widely applied to voice information processing in general, such as improving intelligibility, assisting people with hearing loss in communication, and narrowband transmission systems.
第1図は本発明の実施例のブロツク図、第2図
〜第4図は本発明の方式の動作を説明する波形で
ある。
20……入力端、50……出力端、T……波形
の周期、IとJ……波形の標本化周期、k……定
数、である。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are waveforms illustrating the operation of the system of the present invention. 20...Input end, 50...Output end, T...Waveform period, I and J...Waveform sampling period, k...Constant.
Claims (1)
域に分割し、低い周波数帯域の信号を標本化周
期で標本化し、時刻t1について短時間自己相関
関数S1を求め、S1からその周期T1を決定しT1に
相当する標本を切り出して標本化周期kIで配列し
た信号R1を得、次に時刻t2(t2=t1+kT1につい
て短時間自己相関関数S2を求め、S2の周期T2を
決定しT2に相当する標本を切り出して標本化周
期kIで配列した信号R2を得、R2をR1の次に接続
し、次の時刻t3(T3=t2+kT2)についても同様の
処理を行いR3を得、R2の次に接続する過程を反
復し、R1,R2,R3……と連続した波形信号
(甲)を得、一方、高い周波数帯域の信号を標
本化周期Jで標本化し、時刻t1を基準に音声の基
本同期の範囲内(以下「t1の近傍」とする)の近
傍で波形の最大値を検出してその時刻u1を求め、
u1を基準にT1に相当する標本を切り出して標本
化周期kJで配列した信号W1を得、次に時刻t2の
近傍で波形の最大値を検出してその時刻u2を求
め、u2を基準にT2に相当する標本を切り出して
標本化周期kJで配列した信号W2を得、W2をW1
の次に接続し、時刻t3についても同様の処理を行
いW3を得、W2の次に接続する過程を反復し、
W1,W2,W3,……と連続した波形信号(乙)を
得、甲と乙を加え合わせた波形信号を得ることに
より、0<k<1のとき音声の周波数スペクトル
の拡大をひずみなく行うことを特徴とする音声信
号変換方式。 2 音声波形信号を高・低2チヤネルの周波数帯
域に分割し、低い周波数帯域の信号を標本化周
期Iで標本化し、時刻t1について短時間自己相関
関数S1を求め、S1からその周期T1を決定しT1に
相当する標本を切り出して標本化周期kIで配列し
た信号R1を得、次に時刻t2(t2=t1+kT1)につい
て短時間自己相関関数S2を求め、S2の周期T2を
決定しT2に相当する標本を切り出して標本化周
期kIで配列した信号R2を得、R2をR1の次に接続
し、次の時刻t3(t3=t2+kT2)についても同様の
処理を行いR3を得、R2の次に接続する過程を反
復し、R1,R2,R3,……と連続した波形信号
(甲)を得、一方、高い周波数帯域の信号を標
本化周期Jで標本化し、時刻t1の近傍で波形の最
大値を検出してその時刻u1を求め、u1を基準にT1
に相当する標本を切り出して標本化周期kJで配
列した信号W1を得、次に時刻t2の近傍で波形の
最大値を検出してその時刻u2を求め、u2を基準に
T2に相当する標本を切り出して標本化周期kJで
配列した信号W2を得、W2をW1の次に接続し、時
刻t3についても同様の処理を行いW3を得、W2の
次に接続する過程を反復し、W1,W2,W3,……
と連続した波形信号(乙)を得、甲と乙を加え合
わせた波形信号を得ることにより、k>1のとき
音声の周波数スペクトルの圧縮をひずみなく行う
ことを特徴とする音声信号変換方式。 3 音声波形信号を高・低2チヤネルの周波数帯
域に分割し、低い周波数帯域の信号を標本化周
期Iで標本化し、時刻t1について短時間自己相関
関数S1を求め、S1からその周期T1を決定しT1に
相当する標本を切り出して標本化周期kI(k=
2,3,4……)で配列した信号R1を得、次に
時刻t2(t2=t1+kT1)について短時間自己相関関
数S2を求め、S2の周期T2を決定しT2に相当する
標本を切り出して標本化周期kIで配列した信号
R2を得、R2をR1の次に接続し、次の時刻t3(t3=
t2+kT2)についても同様の処理を行いR3を得、
R2の次に接続する過程を反復し、R1,R2,R3,
……と連続した波形信号(甲)を得、一方、高
い周波数帯域の信号を標本化周期Jで標本化し、
時刻t1を基準にしてT1に相当する標本を切り出し
て標本化周期kJで配列した信号W1を得、次に時
刻t2を基準にしてT2に相当する標本を切り出し
て標本化周期kJで配列した信号W2を得、W2を
W1の次に接続し、時刻t3についても同様の処理
を行いW3を得、W2の次に接続する過程を反復
し、W1,W2,W3,……と連続した波形信号
(乙)を得、甲と乙を加え合わせた波形信号を得
ることにより、音声の周波数スペクトルをひずみ
なく1/kに圧縮することを特徴とする音声信号
変換方式。 4 音声波形信号を高・低2チヤネルの周波数帯
域に分割し、低い周波数帯域の信号を標本化周
期Iで標本化し、時刻t1について短時間自己相関
関数S1を求め、S1からその周期T1を決定しT1に
相当する標本を切り出して標本化周期kI(k=
1/m,m=2,3,4,……)で配列し、これ
をm回繰り返した信号mR1を得、次に時刻t2(t2
=t1+T1)について短時間自己相関関数S2を求
め、S2の周期T2に相当する標本を切り出して標
本化周期kIで配列し、これをm回繰り返した信号
mR2を得、mR2をmR1の次に接続し、次の時刻t3
(t3=t2+T2)についても同様の処理を行いmR3を
得、mR2の次に接続する過程を反復し、mR1,
mR2,mR3,……と連続した波形信号(甲)を
得、一方、高い周波数帯域の信号を標本化周期
Jで標本化し、時刻t1を基準にしてT1に相当する
標本を切り出して標本化周期kJで配列し、これ
をm回繰り返した信号mW1を得、次に時刻t2を基
準にしてT2に相当する標本を切り出して標本化
周期kJで配列し、これをm回繰り返した信号
mW2を得、mW2をmW1の次に接続し、時刻t3に
ついても同様の処理を行いmW3を得、mW2の次
に接続する過程を反復し、mW1,mW2,mW3…
…と連続した波形信号(乙)を得、甲と乙を加え
合わせた信号を得ることにより、音声の周波数ス
ペクトルをひずみなくm倍に拡大することを特徴
とする音声信号変換方式。[Claims] 1. Divide the audio waveform signal into frequency bands of two high and low channels, sample the signal in the low frequency band at a sampling period, and obtain a short-time autocorrelation function S 1 at time t 1 . Determine the period T 1 from S 1 , cut out the samples corresponding to T 1 , obtain the signal R 1 arranged at the sampling period kI, and then calculate the short-time autocorrelation at time t 2 (t 2 = t 1 + kT 1) . Find the function S 2 , determine the period T 2 of S 2 , cut out the sample corresponding to T 2 , obtain the signal R 2 arranged at the sampling period kI, connect R 2 next to R 1 , and then Similar processing is performed for time t 3 (T 3 = t 2 + kT 2 ) to obtain R 3 , and the process of connecting to the next one after R 2 is repeated, resulting in a continuous waveform of R 1 , R 2 , R 3 , etc. The signal (A) is obtained, and on the other hand, the signal in the high frequency band is sampled at the sampling period J, and the signal is sampled in the vicinity of the basic synchronization range of the audio (hereinafter referred to as "the vicinity of t 1 ") based on time t 1 . Detect the maximum value of the waveform and find the time u 1 ,
Samples corresponding to T 1 are cut out based on u 1 to obtain a signal W 1 arranged at a sampling period of kJ, and then the maximum value of the waveform is detected near time t 2 to obtain that time u 2 . Samples corresponding to T 2 are cut out based on u 2 and arranged at a sampling period of kJ to obtain a signal W 2 , and W 2 is converted into W 1
Then, perform the same process for time t 3 to obtain W 3 , repeat the process of connecting after W 2 ,
By obtaining a continuous waveform signal (B) of W 1 , W 2 , W 3 , ..., and obtaining a waveform signal that combines A and B, we can expand the frequency spectrum of the voice when 0<k<1. An audio signal conversion method that is characterized by being distortion-free. 2 Divide the audio waveform signal into frequency bands of two high and low channels, sample the signal in the low frequency band at sampling period I, find the short-time autocorrelation function S 1 at time t 1 , and calculate the period from S 1 . Determine T 1 , cut out the samples corresponding to T 1 , obtain the signal R 1 arranged at the sampling period kI, and then calculate the short-time autocorrelation function S 2 at time t 2 (t 2 = t 1 + kT 1 ). , determine the period T 2 of S 2 , cut out the samples corresponding to T 2 , obtain the signal R 2 arranged at the sampling period kI, connect R 2 next to R 1 , and then select the signal R 2 at the next time t 3 ( t 3 = t 2 + kT 2 ), the same process is performed to obtain R 3 , and the process of connecting next to R 2 is repeated to obtain a continuous waveform signal (R 1 , R 2 , R 3 , etc.) ), and on the other hand, the signal in the high frequency band is sampled at the sampling period J, the maximum value of the waveform is detected near time t 1 , the time u 1 is obtained, and T 1 is obtained based on u 1 .
Cut out samples corresponding to , and obtain the signal W 1 arranged at a sampling period of kJ. Next, detect the maximum value of the waveform near time t 2 to find the time u 2 , and use u 2 as a reference.
A sample corresponding to T 2 is cut out to obtain a signal W 2 arranged at a sampling period kJ, W 2 is connected next to W 1 , and the same process is performed for time t 3 to obtain W 3 , W 2 Repeat the process of connecting next, W 1 , W 2 , W 3 ,...
An audio signal conversion method is characterized in that when k>1, the frequency spectrum of audio is compressed without distortion by obtaining a continuous waveform signal (B) and a waveform signal that is the sum of A and B. 3 Divide the audio waveform signal into two frequency bands, high and low, sample the signal in the low frequency band at sampling period I, find the short-time autocorrelation function S 1 at time t 1 , and calculate the period from S 1 . Determine T 1 , cut out a sample corresponding to T 1 , and cut out the sampling period kI (k=
2, 3, 4 ... ) is obtained, then the short-time autocorrelation function S 2 is obtained for time t 2 (t 2 = t 1 + kT 1 ), and the period T 2 of S 2 is determined. A signal obtained by cutting out samples corresponding to T 2 and arranging them at a sampling period kI.
Obtain R 2 , connect R 2 next to R 1 , and at the next time t 3 (t 3 =
Perform the same process for t 2 + kT 2 ) to obtain R 3 ,
Repeat the process of connecting R 2 next, R 1 , R 2 , R 3 ,
A continuous waveform signal (A) is obtained, and on the other hand, the signal in the high frequency band is sampled at the sampling period J,
Using time t 1 as a reference, samples corresponding to T 1 are cut out to obtain a signal W 1 arranged at a sampling period kJ, and then samples corresponding to T 2 are cut out using time t 2 as a reference, and a sampling period kJ is obtained. We get the signal W 2 arranged by , W 2 is
Connect after W 1 , perform the same process for time t 3 to obtain W 3 , repeat the process of connecting after W 2 , and create a continuous waveform of W 1 , W 2 , W 3 , etc. An audio signal conversion method characterized by compressing the audio frequency spectrum to 1/k without distortion by obtaining a signal (B) and obtaining a waveform signal that is a combination of A and B. 4 Divide the audio waveform signal into two frequency bands, high and low, sample the signal in the low frequency band at sampling period I, find the short-time autocorrelation function S 1 at time t 1 , and calculate the period from S 1 . Determine T 1 , cut out a sample corresponding to T 1 , and cut out the sampling period kI (k=
1/m, m = 2, 3, 4, ...), this is repeated m times to obtain a signal mR 1 , and then at time t 2 (t 2
= t 1 + T 1 ), find the short-time autocorrelation function S 2 , cut out samples corresponding to the period T 2 of S 2 and arrange them at the sampling period kI, and repeat this process m times.
Get mR 2 , connect mR 2 next to mR 1 , next time t 3
Perform the same process for (t 3 = t 2 + T 2 ) to obtain mR 3 , repeat the process of connecting to the next mR 2 , and mR 1 ,
A continuous waveform signal (A) of mR 2 , mR 3 , ... is obtained, and on the other hand, the signal in the high frequency band is sampled at a sampling period J, and a sample corresponding to T 1 is cut out with time t 1 as the reference. This is repeated m times to obtain a signal mW 1. Next, samples corresponding to T 2 are cut out based on time t 2 and arranged with a sampling period kJ, and this is m signal repeated times
Obtain mW 2 , connect mW 2 next to mW 1 , perform the same process for time t 3 to obtain mW 3 , repeat the process of connecting next to mW 2, mW 1 , mW 2 , mW 3 ...
An audio signal conversion method characterized by obtaining a continuous waveform signal (B) and obtaining a signal that is the sum of A and B, thereby expanding the audio frequency spectrum by m times without distortion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157237A JPS6049400A (en) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | Voice signal conversion system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58157237A JPS6049400A (en) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | Voice signal conversion system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6049400A JPS6049400A (en) | 1985-03-18 |
| JPS6242280B2 true JPS6242280B2 (en) | 1987-09-07 |
Family
ID=15645241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58157237A Granted JPS6049400A (en) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | Voice signal conversion system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6049400A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6365299U (en) * | 1986-10-20 | 1988-04-30 |
-
1983
- 1983-08-30 JP JP58157237A patent/JPS6049400A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6365299U (en) * | 1986-10-20 | 1988-04-30 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6049400A (en) | 1985-03-18 |
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