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JPH0465398B2 - - Google Patents
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JPH0465398B2 - - Google Patents

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JPH0465398B2
JPH0465398B2 JP60298296A JP29829685A JPH0465398B2 JP H0465398 B2 JPH0465398 B2 JP H0465398B2 JP 60298296 A JP60298296 A JP 60298296A JP 29829685 A JP29829685 A JP 29829685A JP H0465398 B2 JPH0465398 B2 JP H0465398B2
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JP
Japan
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signal
change
audio
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Keiji Hiramatsu
Chisato Yoshida
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KYODO DENSHI SHISUTEMU KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、録音された音声の再生速度をq倍に
早め(時間軸の長さは1/qに圧縮)または1/
qに遅く(時間軸の長さはq倍に伸長)した際
に、q倍または1/q倍になる波形の瞬間値の変
化(その結果、生じる音声スペクトルの拡りも、
もとのスペクトルのq倍または1/q倍になる)
を解析音声信号の位相項から導かれる瞬時周波数
信号情報の1/q倍またはq倍にすることによ
り、聴感上の個人性、自然性情報を損なうことな
く再生速度を変え得る時間軸圧縮伸長装置に関す
る。
〔従来技術とその問題点〕 一般に、録音された音声を再生する再生装置の
再生速度を速めた場合、録音音声全体の再生は速
く終了する。また、音声時間波形の振幅の包絡線
信号も変化が遅くなつてしまう。さらに、音声時
間信号の波形の瞬時値の変化、すなわち時間に対
する周波数の変化も速くなる。この音声時間信号
の振幅包絡線信号は言語判断に冗長な情報である
ために、聴覚上言語判断への悪影響は少ない。し
かし、音声時間信号の波形の瞬間値の変化が早く
なると、聴覚上、音程が高くなり、声の質が変化
し、話者の個人性も失なわれる。反対に、再生速
度を遅めた場合にも、波形の瞬時値の変化が原因
となり、同様に音声の質的変化が生じる。
第5図はこれを説明したものである。すなわ
ち、図A原信号S(t)に対して、時間軸を圧縮
して再生された実時間信号(時間軸圧縮信号)の
基本的波形図を図Bに示す。これらは振幅包絡線
信号α(t),α1(t)と零交互波FM(t)(すな
わち、波形の位相変化分)とから構成される。こ
の振幅包絡線信号α(t)は、原信号s(t)の波
形周波数成分に対して、比較的ゆつくりした変化
である。換言すれば、それぞれの周波数成分が別
の帯域に集中していると近似することができるか
ら、原信号s(t)を次式(1)で近似することがで
きる。
S(t)=α(t)・FM(t) ……(1) このように、定性的に考えることにより、零交
互波FM(t)は振幅が一定で、位相のみ変化す
る信号、すなわち位相変調波あるいはFM波とみ
なすことができる。このように考えると、q倍の
再生速度の条件に伴なう再生波形の瞬時値の変化
は、位相変化がq倍に変化したものである。従つ
て、この位相変化分のみを1/q倍にすれば、原
波形の瞬時値の変化に、戻ることになる。これを
第5図Cに示す。
以上に説明するように、例えば再生テープをq
倍に早廻しするとき、再生された信号の波形が時
間的に1/q倍の長さになる。このために、瞬時
の位相変化がq倍の変化、すなわち瞬時周波数も
q倍の早さで変化することになる。従つて、上述
のように位相あるいは周波数レベルで、原信号の
それに戻るように操作ができれば、早廻しした早
口言葉でも、音声のもとの性質を保持したまま
で、波形を校正することが可能である。
上述の方法を、音声あるいはその他の準定常的
時間信号に対して実現するには、解析信号を利用
すれば可能である。解析信号とは、音声実時間信
号S(t)と、この時間信号S(t)をヒルベルト
変換した信号、すなわち各周波数成分を90度移相
した信号s^(t)により次式(2)で定義される信号
Sa(t)として周知である。
Sa(t)=S(t)+jS^(t) ……(2) ここに、jは虚数単位である。この第(2)式は次
式(3)のように複素指数関数で表わすことができ
る。
Sa(t)=α(t)exp〔jφ(t)〕=α(t){Cos
〔φ(t)〕+jsin〔φ(t)〕}……(3) ただし、 α(t)=√S2(t)+S^2(t) ……(4) φ(t)=tan-1S^2(t)/S(t) ……(5) 従つて、第(4)式は解析音声信号の包絡線情報及
び、第(5)式は解析音声信号の位相情報である。
音声の実時間信号は、第(3)式よりα(t)Cos
〔φ(t)〕に相当する。
このことから、音声実時間信号の情報は、解析
音声信号の包絡線情報α(t)および位相情報φ
(t)にすべて含まれることが分る。
このような解析信号法を利用した提案が既に公
表されている。例えばその提案のうちの1つ(提
案1)は、Proceeding of the IEEE,Vol 55,
No.3,March,1967,p396−401のM.R.
Schroeder,J.L.Flamagan,senior member,
IEEE,and E.A.Lundryによる“Bandwidth
Compression of Speech by Analytic−Signal
Rooting”である。この提案1には、解析信号法
およびヒルベルト変換を用いて、特に1/2倍の再
生速度の校正に限る処理系が開示されている。他
の提案(提案2)は、NHK技術研究、昭46、第
23巻、第6号、通巻第127号、P461−471、戸塚
良則氏による「解析信号法を用いた音声の継続時
間の圧縮伸長」である。この提案には、提案1を
利用して1/2倍の外に、2倍の再生速度の校正に
限る処理系が開示されている。また、位相変化φ
(t)を1/q倍することにより、q倍の再生速
度変代に対する校正操作の可能ということのみが
言及されている。従つて、提案1は提案2に含ま
れるから、提案2について説明すれば、1/2倍お
よび2倍の校正操作において、位相変化φ(t)
が1/2φ(t)、2φ(t)となることから、音声信
号のFM波部分であるFM(t)がCos〔1/2φ
(t)〕、Cos〔2φ(t)〕となることに主として着眼
し、余弦関数の半角、倍角の公式に対応する装置
構成を提案している。またq倍の校正操作も同様
に位相変化φ(t)を対象として開示している。
しかしながら、校正操作を位相変化φ(t)を対
象として考慮するなどの理由により、実現化には
次のような問題があつた。
(a) 位相変化を処理するため符号が不定である。
従つて、スイツチヤと称する符号判別処理を施
す必要が生じる。
(b) ヒルベルト変換と1組の伝達関数で求めてい
る。従つて、遅延処理による調整操作が必要で
ある。
(c) 1/2倍および2倍の校正操作のみが実現され、
一般的なq倍の校正操作の実現が困難である。
〔発明の目的〕
本発明は、上述の点に鑑み、従来技術の問題点
を有効に解決し、任意の再生速度変化に対して何
らの差異なく対応可能な時間軸圧縮伸長装置を提
供することを目的とする。
〔発明の要点〕
このような目的を達成するために、本発明の発
明者達は、数多くの研究と実験とを繰返した結
果、例えばq倍に伸長する再生速度変化に伴う音
程変化の校正操作と、解析信号理論より瞬時周波
数信号S(t)が位相情報の時間的変化であるか
ら、第(5)式より第(6)式を導く。
fs(t)=1/2π・dφ(t)/dt=1/2
π(dS^(t)/dtS(t)−s^(t)dS(t)/dt)
/(s2(t)+s^2(t))
……(6) この第(6)式に着目すれば、再生速度をq倍にし
た音声信号に対して、この瞬時周波数信号S
(t)を、再生音声信号とその再生音声信号をヒ
ルベルト変換処理した両者より求め、さらに信号
処理して1/q倍の瞬時周波数信号情報を得、解
析信号の式(6)から原実時間音声信号の瞬時周波数
信号情報に戻す。包絡線情報はq倍の再生速度変
化のままで合成し、原音声(録音時の音声)のq
倍の早口の音声として、しかも個人性、音韻性を
損うことなく再生できるとの結論に到達し、コン
ピユータ・シミユレーシヨンによつても正確にこ
れを確認した。
すなわち、録音された音声の再生速度を正常速
度のq倍に伸長または1/q倍に圧縮する際に、
このq倍または1/q倍に変化する再生波形の瞬
時値の変化を、音声時間信号S(t)とこの音声
時間信号をヒルベルト変換した信号S^(t)とか
ら定義される解析音声信号Sa(t)の位相情報φ
(t)=tan-1S^(t)/S(t)の時間的変化として
瞬時周波数信号S(t)を第(6)式のように導き、
この瞬時周波数信号S(t)を1/q倍またはq
倍する信号処理をして解析信号の式(6)により波形
を処理合成し、再生速度変化による音程変化を校
正し出力することを特徴とする。
〔発明の実施例〕
次に、本発明の実施例を図面に基づき、詳細に
説明する。
第1図は本発明の一実施例の基本的構成図、第
2図は第1図における1チヤンネル分のブロツク
図を示す。第1図および第2図において本時間軸
圧縮伸長装置1は、主としてヒルベルト変換回路
Cと、フイルタバンクFBと、本実施例では4チ
ヤンネルからなる瞬時周波数信号抽出回路D、再
生速度変化乗算回路E、FM波出力回路F、包絡
線信号出力回路G、ローパスフイルタLPF、な
らびに包絡線FM波乗算回路Hと、再生信号出力
部M等とから構成される。
ところで、第2図に示す2は時間軸圧縮伸長装
置1に、抽出信号を出力する例えばテープ録音再
生装置または円板録音再生装置あるいはメモリ読
取装置等である。また、Aは上述の再生装置2内
に装備され、録音速度V(第1図)に対して何倍
の速度で再生されるか逐次、再生速度変化qまた
は1/qを出力する再生速度変化出力装置であ
る。Bは速度変化された録音情報、主として音
声、を出力する録音情報出力装置である。ヒルベ
ルト変換回路Cは、例えば音声のヒルベルト変換
対S(t)およびS^(t)を瞬時周波数信号抽出回
路Dおよび包絡線出力回路Gに出力する。再生速
度変化乗算回路Eは、再生速度変化出力装置Aに
よる再生速度変化qまたは1/qにより、瞬時周波
数信号S(t)を1/q倍またはq倍に乗算す
る。なお、FM波出力回路Fは、第(3)式の振幅包
絡線信号α(t)を一定とした式を計算して出力
する。さらに、包絡線信号出力回路Gは、包絡線
信号α(t)を第(4)式により計算し出力する。包
絡線FM波乗算回路Hは、FM波出力回路Fの出
力に包絡線信号α(t)の情報が乗算され、音程
変化が校正された信号を出力する。
なおこの際の再生速度変化qは、整数倍と限る
ものではなく、任意の値を選定することが可能で
ある。
次に、第3図は第1図における解析信号法によ
り抽出される諸量の波形図を示す。図においてA
は原実時間音声信号S(t)で、Bは包絡線信号
α(t)で、Cは位相項Cos〔φ(t)〕で、Dは
FM成分FM(t)、Eは瞬時周波数S(t)で、
この縦の周波数変動が再生速度に応じてq倍また
は1/q倍される。
次に、第4図は第1図による再生速度変化の変
更に対する校正波形図を示す。図において図Aは
原実時間音声信号S(t)で、図Bは再生時間軸
圧縮率が60%のときの再生実時間音声信号S1(t)
で、Cは同じく80%、Dは同じく100%、Eは同
じく120%のものである。いづれも原実時間音声
信号S(t)の再生速度を変えて得られる時間波
形である。従つて、再生時間は変化するも、ピツ
チ周期はいづれも変らず一定に校正されているか
ら、原音声の音韻が保持されている。
すなわち、音声信号は、例えばバンドパスフイ
ルタによつて帯域分割されるが、各帯域ごとに瞬
間周波数を抽出する(ピーク周波数を見付ける)
ためで、このための操作としてヒルベルト変換が
行われるものであつて、区間ごとの処理ではな
く、波形の逐次処理を連続的に行い、原音声では
なく、速度変換された波形と周波数成分とが処理
されるもので、全くの再生速度の任意の倍率によ
る連続変化が可能である。
〔発明の効果〕
以上に説明するように本発明によれば、再生速
度を原音声の正常速度のq倍に早めまたは1/q
倍に遅くする際に、q倍または1/q倍に変化す
る再生波形の瞬時値の変化を解析信号法により解
析音声信号の位相情報により瞬時周波数信号を位
相変化の時間的変化として導かれた計算式によ
り、1/q倍またはq倍する信号処理を行うこと
により、再生速度変化による音韻の変化が校正さ
れ、聴感上の悪影響が解消され、従来技術の問題
点が有効に解決され、任意の再生速度変化に対応
し得るという効果を有する。
なお、本発明の一実施例は、主として録音され
た音声につき説明するも、これに限るものではな
く、ビデオカセツトからの再生音、任意の振動音
等と任意の時間信号に対しても適用し得るもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の基本的構成図、第
2図は第1図における1チヤンネル分のブロツク
図、第3図は第1図の解析信号法により抽出され
た諸量の波形図、第4図は第1図による再生速度
変化の変更に対する校正波形図、第5図は原信号
と再生された信号の基本的波形、および、再生速
度の変化に対して校正された波形図である。 1:時間軸圧縮伸長装置、2:再生装置、C:
ヒルベルト変換回路、D:瞬時周波数信号抽出回
路、E:再生速度変化乗算回路、F:FM波出力
回路、G:包絡線信号出力回路、H:包絡線・
FM波乗算回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 録音またはメモリ上に記録された音声の再生
    速度を正常速度のq倍に早めまたは1/q倍に遅
    くする際に、このq倍または1/q倍に変化する
    波形の瞬間値の変化を、音声時間信号s(t)と
    この音声時間信号をヒルベルト変換した信号s^
    (t)とから定義される解析音声信号sa(t)の位
    相情報φ(t)=tan-1s^(t)/s(t)より、前記
    解析音声信号の瞬時周波数信号fs(t)を前記位
    相情報の時間的変化として、次式 fs(t)=1/2π・dφ(t)/dt=1/2π(d
    s^(t)/dts(t)−s^(t)ds(t)/dt)/(s2
    (t)+s^2(t)) にて導き、前記瞬間周波数信号fs(t)を1/
    q倍またはq倍する信号処理をして再生速度の変
    化による音程変化を校正し出力することを特徴と
    する時間軸圧縮伸長装置。
JP60298296A 1985-12-31 1985-12-31 時間軸圧縮伸長装置 Granted JPS62159196A (ja)

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