JP2955247B2 - 話速変換方法およびその装置 - Google Patents

話速変換方法およびその装置

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JP2955247B2
JP2955247B2 JP9061015A JP6101597A JP2955247B2 JP 2955247 B2 JP2955247 B2 JP 2955247B2 JP 9061015 A JP9061015 A JP 9061015A JP 6101597 A JP6101597 A JP 6101597A JP 2955247 B2 JP2955247 B2 JP 2955247B2
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
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  • Electrically Operated Instructional Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、テレビジョン、ラ
ジオ、テープレコーダ、ビデオテープレコーダ、あるい
はビデオディスクプレーヤなど、各種の映像機器、音響
機器、医療機器などで使用される話速変換方法およびそ
の装置に関し、特に発話者の音声を加工して、受聴者の
受聴能力に音声スピードをフィットさせた話速変換音声
を得る話速変換方法およびその装置に関する。
【0002】[発明の概要]本発明は、人が発声した音
声を加工して、リアルタイムで受聴者の受聴能力に音声
スピードをフィットさせて補聴を行なう話速制御型の補
聴装置において、入力音声の話速を受聴者が所望するス
ピードに合わせて遅くさせる場合、入力音声データを所
定の時間幅を有するブロック単位に分割して蓄積すると
ともに、音声データの時間的な伸長を実現するために、
隣り合うブロック間に挿入するブロックデータを前後の
ブロックと連続に接続するための音声データを各ブロッ
ク毎に生成して蓄積しておき、受聴者が設定した話速の
値に応じて、これらブロック単位の音声データと、接続
用データとを適宜、接続して直ちに出力することによ
り、時間的に伸長した音声を出力バッファに大量に蓄積
することなく、受聴者の操作に瞬時に追従して出力音声
の話速を変化させる話速変換方法およびその装置に関す
るものである。
【0003】
【従来の技術】一般に、例えば一方の者(発話者)の話
を、他方の者(受聴者)が聞く場合において、加齢や何
らかの障害などによって、受聴者の音声識別臨界速度
(音声を正確に識別できる最大の話速)などの受聴能力
が低下すると、当該受聴者は通常の速さの音声や早口で
話される音声を識別することが困難になることが多い。
このような場合、通常いわゆる補聴器によって上記受聴
者の受聴能力を補うようにしている。
【0004】ところが、このような受聴能力の低下もし
くは聴力障害を持つ人のための従来の補聴器は、単に周
波数特性の改善、利得制御などによって聴覚系の外耳、
中耳の伝達特性のみを補償するものであるため、主とし
て、聴覚中枢の劣化が関与する音声の識別能力の低下を
補償することができないという問題があった。
【0005】このようなことから、最近は、発話者の音
声を加工して、ほぼリアルタイムで受聴者の受聴能力に
音声スピードをフィットさせて補聴を行なう話速制御型
の補聴装置が考えられている。
【0006】この話速制御型の補聴装置では、発話者の
音声を時間的に伸長する処理を行ない、この伸長処理で
得られた音声を出力バッファメモリに逐次、蓄積して出
力することにより、発話者の話速を変化(遅く)させ、
受聴者の受聴能力の低下を補償する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の話速制御型の補聴器においては、次に述べるよ
うな問題があった。
【0008】まず、従来の話速制御型の補聴器は、上述
したように入力された音声データを伸長処理した後、こ
の伸長処理で得られた音声データを出力バッファメモリ
に逐次、蓄積してから出力するため、例えば受聴途中で
話速を、より遅くしたい場合や元に戻したい場合でも、
出力バッファメモリに蓄積されている音声データを全て
出力してしまうまで、話速を元に戻すことができない。
【0009】このため、受聴途中で話速を戻す際、現在
の話速が元に戻るまで、かなり長いタイムディレーが発
生してしまうという問題があった。
【0010】また、このような従来の話速制御型の補聴
器は、上述したような受聴能力が低下した受聴者のみな
らず、通常の受聴能力を有する受聴者、例えば外国語を
聴取するような場合においても、その受聴能力を補うた
めに、話速を変化(遅く)させる用途にも使用できる。
しかし、この場合にも上記同様に、受聴途中で話速を変
更する際、タイムディレーが発生してしまうという問題
があった。
【0011】本発明は上記の事情に鑑み、受聴者の操作
に応じて、出力音声の話速を瞬時に追従させることがで
き、これによって受聴者側の使い勝手を大幅に向上させ
ることができる話速変換方法およびその装置を提供する
ことを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による話速変換方法は、入力された音声デー
タに対して、属性に基づく分析処理を施し、この分析処
理で得られた情報に基づいて前記音声データを所定の時
間幅を有するブロック単位に分割し、これをブロック音
声データとして蓄積するとともに、前記音声データの時
間的な伸長を実現するために、隣り合うブロック音声デ
ータ間において置換または挿入すべき接続データを各ブ
ロック毎に生成して蓄積しながら、受聴者の操作に応じ
た任意の音声スピードに対応する出力音声データを生成
するためのブロック接続順序を生成し、この接続順序に
したがって、既にブロック単位に分割されて蓄積されて
いるブロック音声データおよび接続データを順次、接続
して出力音声データを生成することを特徴としている。
【0013】また、上記の目的を達成するために本発明
による話速変換装置は、入力された音声データに対し
て、属性に基づく分析処理を行なう分析処理部と、この
分析処理部の分析結果に応じて音声データを所定の時間
幅を有するブロック単位に分割するブロックデータ分割
部と、このブロックデータ分割部で分割されたデータを
ブロック音声データとして蓄積するブロックデータ蓄積
部と、前記ブロックデータ分割部で得られた各ブロック
音声データを使用して隣り合うブロック音声データ間に
おいて置換または挿入可能な接続データを生成する接続
データ生成部と、この接続データ生成部で生成された接
続データを蓄積する接続データ蓄積部と、設定された音
声スピードに対応する条件に基づき、前記各ブロック音
声データと前記各接続データとの接続順序を生成する接
続順序生成部と、この接続順序生成部で得られた接続順
序に基づき、前記ブロックデータ蓄積部に蓄積されてい
るブロック音声データと前記接続データ蓄積部に蓄積さ
れている接続データとを順次、接続して一連の音声デー
タを生成する音声データ接続部とを備えたことを特徴と
している。
【0014】上記の構成において、本発明による話速変
換方法では、入力された音声データに対して、属性に基
づく分析処理を施し、この分析処理で得られた情報に基
づいて前記音声データを所定の時間幅を有するブロック
単位に分割し、これをブロック音声データとして蓄積す
るとともに、前記音声データの時間的な伸長を実現する
ために、隣り合うブロック音声データ間において置換、
または挿入すべき接続データを各ブロック毎に生成して
蓄積しながら、受聴者の操作に応じた任意の音声スピー
ドに対応する出力音声データを生成するためのブロック
接続順序を生成し、この接続順序にしたがって、既にブ
ロック単位に分割されて蓄積されているブロック音声デ
ータおよび接続データを順次、接続して出力音声データ
を生成することにより、受聴者の操作に応じて、出力音
声の話速を瞬時に追従させ、これによって受聴者側の使
い勝手を大幅に向上させる。
【0015】また、本発明による話速変換装置では、入
力された音声データに対し、分析処理部は属性に基づく
分析処理を行なう。ブロックデータ分割部は分析処理部
の分析結果に応じて、音声データを所定の時間幅を有す
るブロック単位に分割してブロック音声データを生成し
てブロックデータ蓄積部に蓄積する。接続データ生成部
は各ブロック音声データを使用して隣り合うブロック音
声データ間において置換または挿入可能な接続データを
生成し、これを接続データ蓄積部に蓄積する。一方、設
定された音声スピードに対応する条件に基づき、接続順
序生成部は各ブロック音声データと、各接続データとの
接続順序を生成する。この接続順序に基づき、音声デー
タ接続部はブロックデータ蓄積部に蓄積されているブロ
ック音声データと、接続データ蓄積部に蓄積されている
接続データとを順次、接続して一連の音声データを生成
する。これにより、受聴者の操作に応じて、出力音声の
話速を瞬時に追従させ、受聴者側の使い勝手を大幅に向
上させる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明による話速変換装置
の実施の形態を示すブロック図である。
【0017】この図に示す話速変換装置1は、入力され
た音声信号をデジタルの音声データに変換するA/D変
換部2と、音声データの属性を分析する分析処理部3
と、音声データをブロック単位に分割してブロック音声
データを生成するブロックデータ分割部4と、ブロック
音声データを蓄積するブロックデータ蓄積部5と、ブロ
ック音声データを接続する際に必要な接続データを生成
する接続データ生成部6と、接続データを蓄積する接続
データ蓄積部7と、ブロック音声データと接続データと
の接続順序を生成する接続順序生成部8と、接続順序に
基づき、各ブロック音声データと各接続データとを接続
して一連の音声データを生成する音声データ接続部9
と、一連の音声データを音声信号に変換するD/A変換
部10とを備えている。
【0018】そして、この話速変換装置1は、発話者に
よって入力された音声データに対して、属性に基づく分
析処理を施し、この分析処理で得られた分析情報に応じ
て、音声データを所定の時間幅を有するブロック単位に
分割して蓄積するとともに、音声データの時間的な伸長
を実現するために、隣り合うブロック音声データ間にお
いて置換または挿入すべき音声データを各ブロック毎に
生成して蓄積する。また、受聴者の操作に応じた任意の
音声スピードに対応する出力音声データを生成するため
のブロック接続順序を生成し、この接続順序にしたがっ
て、既にブロック単位に分割されて蓄積されている音声
データ(ブロック音声データ)および既に蓄積されてい
る接続部の置換・挿入音声データ(接続データ)を順
次、接続して出力音声データを生成することにより、受
聴者の操作に応じて、出力音声の話速を瞬時に追従させ
る。
【0019】A/D変換部2は、入力された音声信号を
所定のサンプリングレート(例えば、32kHz)でサ
ンプリングして、A/D変換するA/D変換回路と、こ
のA/D変換回路から出力されるデジタルの音声データ
を取り込んで記憶するとともに、FIFO形式で出力す
るFIFOメモリとを備えており、入力端子に入力され
た発話者側の音声信号、例えばマイクロホン、テレビジ
ョン、ラジオあるはその他の映像機器、音響機器などの
アナログ音声出力端子から出力される音声信号などの音
声信号を取り込んで、A/D変換し、これによって得ら
れた音声データをバッファリングしながら、分析処理部
3と、ブロックデータ分割部4とに供給する。
【0020】分析処理部3は、A/D変換部2から出力
される音声データを取り込む入力処理、この入力処理で
得られた音声データのサンプリングレートを4kHzま
で落として、以後の処理量を低減させるデシメーション
処理、A/D変換部2から出力される音声データおよび
前記デシメーション処理で得られた音声データを分析し
て、有声音、無声音、無音に区分する属性分析処理、こ
の属性分析処理で得られた有声音、無声音、無音毎に、
自己相関分析を行なって周期性を検出し、この検出結果
に基づき、音声データを分割するのに必要なブロック長
(ブロック単位の繰り返しに起因する声の高さの変化、
例えば低い声になるなどの不都合を防止するのに必要な
ブロック長)を決定するブロック長決定処理を順次、行
ない、これによって得られた分割情報(有声音、無声
音、無音毎のブロック長)をブロックデータ分割部4に
供給する。
【0021】この場合、前記属性分析処理では、A/D
変換部2から出力される音声データについて、30ms
前後の窓幅を使用して、データの自乗和を計算し、5m
s前後の間隔で、音声データのパワー値Pを算出すると
ともに、このパワー値Pと、予め設定されているしきい
値Pminとを比較し、“P<Pmin”を満たす部分を無音
区間と判定し、“Pmin≦P”を満たす部分を有声音区
間、無声音区間と判定する。この後、A/D変換部2か
R>ら出力される音声データに対し、ゼロ交差分析、前記
デシメーション処理で得られた音声データに対する自己
相関分析などを行ない、これらの各分析結果と、パワー
値Pとに基づき、音声データのうち、“Pmin≦P”を
満たす部分が声帯の振動を伴う音声区間(有声音区間)
であるか、声帯の振動を伴わない音声区間(無声音区
間)であるかを判定する。なお、A/D変換部2から出
力される音声データの各属性として、雑音や音楽などの
背景音という属性も考えられるが、一般的には、雑音や
背景音の信号と音声信号とを正確に自動判別することが
難しいことから、雑音、背景音も有声音、無声音、無音
のいずれかに分類する。
【0022】また、前記ブロック長決定処理では、前記
属性分析処理で有声音区間と判定された音声データにつ
いては、有声音のピッチ周期が分布している1.25m
s〜28.0ms程度の広い範囲にわたり、長短異なる
窓幅の自己相関分析を行なって、できるだけ正確なピッ
チ周期(声帯の振動周期であるピッチ周期)を検出し、
この検出結果に基づき、各ピッチ周期が各々のブロック
長となるようにブロック長を決定し、また前記属性分析
処理で無声音区間、無音区間については、10ms以内
の周期性を検出し、この検出結果に基づきブロック長を
決定し、これら有声音区間、無声音区間、無音区間の各
ブロック長を分割情報としてブロックデータ分割部4に
供給する。
【0023】ブロックデータ分割部4は、分析処理部3
から出力される分割情報で示される有声音区間のブロッ
ク長、無声音区間ののブロック長、無音区間のブロック
長に基づき、A/D変換部2から出力される音声データ
を分割し、この分割処理によって得られたブロック単位
の音声データ(ブロック音声データ)と、この音声デー
タのブロック長とをブロックデータ蓄積部5および接続
データ生成部6に供給する。
【0024】ブロックデータ蓄積部5は、リングバッフ
ァを備えており、ブロックデータ分割部4から出力され
るブロック音声データ(ブロック単位の音声データ)
と、この音声データのブロック長とを取り込み、これら
を前記リングバッファに一時記憶しながら、一時記憶し
ている各ブロック長を適宜、読み出し、これを接続順序
生成部8に供給するとともに、一時記憶しているブロッ
ク音声データを適宜、読み出し、これを音声データ接続
部9に供給する。
【0025】また、接続データ生成部6は、ブロックデ
ータ分割部4から出力されるブロック音声データを取り
込み、各ブロック毎に、図2に示す如く、当該ブロック
の開始部分にある音声データ、直後ブロックの開始部分
にある音声データに対し、時間長d(ms)の間に直線
的に変化するA窓、B窓を使用して窓掛けを行なった
後、直後ブロックの開始部分と、当該ブロックの開始部
分とを重複加算し、時間長d(ms)の接続データを生
成し、これを接続データ蓄積部7に供給する。時間長d
としては、[0.5(ms)]〜[当該または直後のブ
ロックのブロック長のうち短い方]の値が選択できる
が、短い方が接続データ蓄積部7のバッファの容量が少
なくてすむ。
【0026】また、接続データ蓄積部7は、リングバッ
ファを備えており、接続データ生成部6から出力される
接続データを取り込み、これを前記リングバッファに一
時記憶しながら、一時記憶している各接続データを適宜
読み出し、これを音声データ接続部9に供給する。
【0027】また、接続順序生成部8は、受聴者によっ
てデジタルボリュームなどのデジタル設定器が操作され
て入力された、各属性毎の時間的な伸長倍率を記憶する
書き換え可能なメモリと、予め設定されている所定の時
間間隔、例えば100ms前後の時間間隔で、前記書き
換え可能なメモリに記憶されている各属性毎の時間的な
伸長倍率を読み出すとともに、これらの各伸長倍率、ブ
ロックデータ蓄積部5から出力される各ブロック長およ
び音声データ接続部9から出力される既接続情報に基づ
き、各ブロック単位の音声データと、各ブロック単位の
接続データとの接続順序(受聴者が設定した所望の話速
を実現するのに必要な接続順序)を時々刻々、生成する
接続順序決定処理部とを備えている。
【0028】そして、有声音区間、無声音区間、無音区
間が順次、入れ替わって出現する音声信号が入力されて
いる状態で、図3に示す如く音声データ接続部9から出
力される既接続情報で、ブロック音声データの属性が切
り替わったことが検知されたり、同じ属性のブロック音
声データが接続され続けていても、前記書き換え可能な
メモリから読み出した前記ブロック音声データの伸長倍
率が変更されていることが検知されたとき、接続順序の
生成工程の開始条件が整ったと判定され、このときの時
刻が時刻T0に決定される。
【0029】この後、この時刻T0を開始時刻として、
ブロックデータ蓄積部5から音声データ接続部9に対し
て既に出力された話速変更前のブロック音声データのブ
ロック長を全て加算した総和を“Si”、既に接続され
たブロック音声データのブロック長を全て加算した総和
を“So”とし、目的の伸長倍率を“r”(但し、r≧
1.0)とし、最後に接続されたブロック音声データの
ブロック長を“L”とし、次式に示す条件が成り立つタ
イミングで、 L/2<r・Si−So …(1) 接続データ蓄積部7から出力される接続データのうち、
最後に接続されたブロックに対応する接続データを置
換、挿入した後、最後に接続されたブロックのうち接続
データ生成に用いた部分より後ろの部分を再度、繰り返
して接続し、このブロックの後に、残りのブロックを順
次、接続することを示す接続順序を生成し、これを音声
データ接続部9に供給する。
【0030】これにより、図3に示す例では、ブロック
(1)からブロック(8)までを順次、接続した時点
で、(1)式に示す条件が満たされることから、ブロッ
ク(8)の後に、このブロック(8)に対応する接続デ
ータが置換、挿入されて、ブロック(8)のうち接続デ
ータ生成に用いた部分より後ろの部分が繰り返し接続さ
れる。なお、この図3に示す例では、ブロック(4)が
既に一度、繰り返し接続されている。
【0031】音声データ接続部9は、既に接続したブロ
ック音声データなどの接続内容を既接続情報として、接
続順序生成部8に供給しながら、接続順序生成部8から
出力される接続順序に基づき、ブロックデータ蓄積部5
から出力されるブロック音声データと、接続データ蓄積
部7から出力される接続データとを接続して、一連の音
声データを生成し、これによって得られた一連の音声デ
ータをバッファリングしながら、D/A変換部10に供
給する。
【0032】D/A変換部10は、音声データを記憶し
てFIFO形式で出力するメモリと、所定のサンプリン
グレート(例えば、32kHz)で前記メモリから音声
データを読み出して、これをD/A変換して音声信号に
するD/A変換回路とを備えており、音声データ接続部
9から出力される一連の音声データを取り込んで、これ
をバッファリングしながら、D/A変換し、これによっ
て得られた音声信号を出力端子から出力する。
【0033】このように、この実施の形態では、受聴者
の操作に応じた任意の話速を示す話速変換制御情報に基
づき、予め蓄積されているブロック音声データと、接続
データとの順序を制御しながら、出力音声を形成するよ
うにしているので、受聴者が手動操作によって話速を変
化させたときにも、即座に所望話速の音声を出力するこ
とができ、これによって話速を途中で変えられたとき、
受聴者側に時間遅れを感じさせないようにすることがで
きる。
【0034】この結果、本発明による話速変換装置1
を、テレビジョン、ラジオ、テープレコーダ、ビデオテ
ープレコーダ、ビデオディスクプレーヤなどの映像機
器、音響機器、医療機器などに適用するだけで、発話者
の音声を加工して、受聴者の受聴能力に音声スピードを
フィットさせる際、受聴者の操作に応じて、出力音声の
話速を即座に変化させることができる。
【0035】また、上述した実施の形態では、接続デー
タ生成部6において、図2に示す如く直線的に変化する
A窓、B窓を使用し、各ブロック音声データの開始部分
に窓掛けを行なうようにしているが、余弦曲線などの窓
を使用して、各ブロック音声データの開始部分に窓掛け
を行なうようにしても良い。また、接続データ蓄積部7
のバッファ容量が十分大きければ、窓掛けは各ブロック
音声データの開始部分だけでなく、ブロック長全体に対
して行うことができる。
【0036】また、上述した実施の形態では、接続順序
生成部8において、図3に示す如くブロック音声データ
(4)、(8)の接続データと同ブロック音声データの
後半部分を1回だけ、繰り返すようにしているが、伸長
倍率“r”が“r>2”であるときには、同一のブロッ
ク音声データを2回以上、繰り返すようにしても良い。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、受
聴者の操作に応じて、出力音声の話速を瞬時に追従させ
ることができ、これによって受聴者側の使い勝手を大幅
に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による話速変換方法およびその装置の実
施の形態となる話速変換装置の一例を示すブロック図で
ある。
【図2】図1に示す接続データ生成部で行われる接続デ
ータの生成過程例を示す模式図である。
【図3】図1に示す接続順序生成部で行われる接続順序
の生成過程例を示す模式図である。
【符号の説明】
1 話速変換装置 2 A/D変換部 3 分析処理部 4 ブロックデータ分割部 5 ブロックデータ蓄積部 6 接続データ生成部 7 接続データ蓄積部 8 接続順序生成部 9 音声データ接続部 10 D/A変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 篤 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 平6−266381(JP,A) 米国特許4051331(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04R 25/00 G10L 3/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力された音声データに対して、属性に
    基づく分析処理を施し、この分析処理で得られた情報に
    基づいて前記音声データを所定の時間幅を有するブロッ
    ク単位に分割し、これをブロック音声データとして蓄積
    するとともに、前記音声データの時間的な伸長を実現す
    るために、隣り合うブロック音声データ間において置換
    または挿入すべき接続データを各ブロック毎に生成して
    蓄積しながら、 受聴者の操作に応じた任意の音声スピードに対応する出
    力音声データを生成するためのブロック接続順序を生成
    し、この接続順序にしたがって、既にブロック単位に分
    割されて蓄積されているブロック音声データおよび接続
    データを順次、接続して出力音声データを生成すること
    を特徴とする話速変換方法。
  2. 【請求項2】 入力された音声データに対して、属性に
    基づく分析処理を行なう分析処理部と、 この分析処理部の分析結果に応じて音声データを所定の
    時間幅を有するブロック単位に分割するブロックデータ
    分割部と、 このブロックデータ分割部で分割されたデータをブロッ
    ク音声データとして蓄積するブロックデータ蓄積部と、 前記ブロックデータ分割部で得られた各ブロック音声デ
    ータを使用して隣り合うブロック音声データ間において
    置換または挿入可能な接続データを生成する接続データ
    生成部と、 この接続データ生成部で生成された接続データを蓄積す
    る接続データ蓄積部と、 設定された音声スピードに対応する条件に基づき、前記
    各ブロック音声データと前記各接続データとの接続順序
    を生成する接続順序生成部と、 この接続順序生成部で得られた接続順序に基づき、前記
    ブロックデータ蓄積部に蓄積されているブロック音声デ
    ータと前記接続データ蓄積部に蓄積されている接続デー
    タとを順次、接続して一連の音声データを生成する音声
    データ接続部と、 を備えたことを特徴とする話速変換装置。
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