JP3201865B2 - 音声信号の音程変換方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声信号の音声テンポ
の変化を極力抑えてその音程（ピッチ）を高くする音程
変換方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】音程を高くする従来の方法を図４を参照
して説明する。この図４の時刻ｔ₁ 、ｔ₂ 、ｔ₃ はデー
タ位置（時間的に等ピッチ）を示す。

【０００３】ここでは、まず（ａ）に示すように入力す
る音声信号を順次記録媒体（半導体メモリ等）に書き込
み可能な信号にエンコード（Ａ／Ｄ変換等）をリアルタ
イムで行う。

【０００４】次に、この記録媒体に書き込んだデータを
読み出して、これを一定時間Ｔａづつ分離して２個のデ
コーダ（Ｄ／Ａ変換器等）に交互に送り込む。このと
き、時間Ｔａは時刻ｔ₁ からｔ₂ に至る時間よりも長く
設定され、一方のデータの先端と他方のデータの後端の
一部が重複して分離される（ｂ）。

【０００５】次に、この復調器での再生速度を高くし
て、音声信号をデコードする（ｃ）。これにより、時間
Ｔａのデータは時間Ｔｂ（＜Ｔａ）に圧縮される。以上
の（ｂ）と（ｃ）は、実際には記録媒体からの読み出し
速度を高速にすることで同時に実現される。

【０００６】次に、（ｄ）に示すように、交互にデコー
ドした両音声信号の先端部分にフェード・イン処理を後
端部分にフェード・アウト処理を施す。そして最後に、
（ｅ）に示すように、両信号を合成して出力とする。

【０００７】この従来方法によれば、再生速度に応じて
音程を決定することができ、通常は半導体メモリからデ
ータを読み出す際の読み出しクロックの周波数を高くす
ることで実現できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来方
法では、フェード処理を施して合成する合成部分の一方
のデータと他方のデータが、もはや同一のデータではな
くなっている。

【０００９】このため、同一データ部分に関して、後者
の再生タイミングが前者のそれよりも速くなっており、
そこにタイミング的なズレ（位相ズレ）が発生するよう
になる。

【００１０】従って、この合成部分の再生音に違和感が
生じて、これが聴覚上めだっていた。また、この合成部
分にアタック音が含まれている場合には、これが２度連
続して鳴ったように聴こえることがある。

【００１１】本発明の目的は、上記したような聴覚上の
違和感が発生せず、全体に亙って自然な感じに聴こえる
ようにした音程変換方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このために本発明は、音
声信号を通常再生速度よりも高い所望の速度で時間軸に
沿った順方向に再生し、該順方向高速再生の途中におけ
る前回のゼロクロス点検出から所定時間経過後のゼロク
ロス点検出により上記再生を時間軸と逆方向で且つ極性
を逆にした逆方向高速逆相再生に切り替え、該逆方向高
速逆相再生の途中におけるゼロクロス点検出により上記
順方向高速再生に切り替え、該切替点から上記所定時間
経過後にゼロクロス点が検出されると逆方向高速逆相再
生を行い、以後上記動作を繰り返すように構成した。

【００１３】

【作用】本発明では、音声信号を高速再生することで音
程が上昇する。この高速再生で短縮した時間は、逆方向
高速逆相再生とその同一音声部分の順方向高速再生で時
間稼ぎされ、テンポがほぼ一定に保持される。次のデー
タへの接続は、ゼロクロス点で行われ、その接続が連続
的となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。ま
ず、図１において、本発明の原理を説明する。本発明で
は、図１の（ａ）に示すような波形の原音声信号をＡ／
Ｄ変換してからリアルタイムで記録媒体に一旦記録して
おいて、これを（ｂ）に示すように、上昇させるべき音
程に応じた高速で読み出す（順方向高速再生）ものであ
る。

【００１５】そして、この高速読み出しの際に、一定期
間Ｔｃ（図４の時刻ｔ₁ からｔ₂ に至る時間にほぼ相
当）の経過後の１つ目のゼロクロス点Ａ（原信号のゼロ
クロス点Ａ’に相当）を検出すると、この時点から時間
軸で逆方向の記録データ（過去の記録データ）を正負逆
相で上記読出速度と同一高速度で読み出す（逆方向高速
逆相再生）。

【００１６】（ｃ）に示すように、この逆相高速読出し
で、１つ目のゼロクロス点Ｂ（原信号のゼロクロス点
Ｂ’に相当）が検出されると、そこから原信号のゼロク
ロス点Ａ’に向けて時間軸の正方向に上記読出速度と同
一速度で読み出す（順方向高速再生）。なお、ゼロクロ
ス点Ｃは原信号のゼロクロス点Ａ’に相当するデータ位
置である。

【００１７】そして、上記ゼロクロス点Ｂから一定時間
Ｔｃが経過した後に別のゼロクロス点が検出されると、
上記動作（順方向高速再生）を繰り返す。

【００１８】このように、本発明では、原信号を高速読
み出しすることで音程を上昇させている。このとき、原
信号のゼロクロス点のＢ’〜Ａ’部分において、順方向
で２回、逆相逆方向で１回高速読み出しされ、これによ
って、音程を高くした際のデータの時間圧縮分が補償さ
れ、テンポがほぼ一定に保持される。更に、次のデータ
への接続は、ゼロクロス点Ｃ（Ａ’）で行われるので、
その接続が連続的に行われ、違和感が伴うことはなくな
る。

【００１９】なお、逆相再生から正相再生に切り替わる
ゼロクロス点Ｂは、正相再生から逆相再生に切り替わる
ゼロクロス点Ａから１つ目のゼロクロス点に限られるも
のではなく、２個目以上のゼロクロス点の検出タイミン
グであっても良い。また、この逆相高速再生の速度は、
正相再生の速度と同一である必要はない。

【００２０】図２は本発明の音程変換方法を実施するた
めの具体的回路図である。１は入力音声信号をデジタル
信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器、２はこのＡ／Ｄ変
換器１から出力する音声データが固定周波数のクロック
で書き込まれるシフトメモリである。

【００２１】このシフトメモリ２は、書き込みの１クロ
ック毎に、アドレスを減少させ、最も古いデータが新し
いデータに書き換えられるように使用されるリングバッ
ファ的なメモリである。このシフトメモリ２のデータ読
出しは、書き込みアドレスからずれた任意アドレスをア
クセスすることで実行できる。なお、読出しクロックは
書込みクロックと同一周波数である。

【００２２】３はこのシフトメモリ２から読み出された
新データ（現在データ）と旧データ（１サンプリグ期間
だけ古いデータ）を保持するバッファ、４はこのバッフ
ァ３に保持されている２個のデータの符号（＋、−）が
異なる時にこの時点をゼロクロス点として検出するゼロ
クロス検出器、５はバッファ３から順次出力するデータ
の極性を必要に応じて逆相に反転する位相制御器、６は
デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器で
ある。

【００２３】７はシフトメモリ２からデータを読み出す
際の読み出しアドレスを与える読出アドレスレジスタあ
る。８は読出アドレスレジスタ７の読出アドレスを増大
させるインクリメンタ、９は逆に減少させるデクリメン
タである。１０はゼロクロス検出器４の出力や「ピッチ
アップ値」等を入力して全体を制御する制御部で、読出
アドレスレジスタ７へのベースアドレスの付与、セレク
タ１１の切り替え、位相制御器５の制御、バッファ３の
旧データの破棄等を行う。１２は常時「２」が加算して
いる加算点である。

【００２４】さて、この実施例では、読出アドレスレジ
スタ７は、制御部１０によって制御されるベースアドレ
ス（１づつ減少するアドレス）にインクリメンタ８又は
デクリメンタ９によって制御されるオフセットアドレス
（増大又は減少）を加えたアドレス値をシフトメモリ２
に対して出力する。

【００２５】まず、音程を変換しないときは、図２にお
けるピッチアップ（音程上昇値）値を「０」にセットす
る。これにより、制御部１０によってセレクタ１１はイ
ンクリメンタ８、デクリメンタ９のいずれからも中立と
なる。よって、このときは読出アドレスレジスタ７は制
御部１０のみに制御され、１つづ減少するアドレス値
（ベースアドレス値）を出力する。

【００２６】従って、シフトメモリ２では、図３の
（ａ）に模式的に示すように、時刻ｔ_nにおいてアドレ
ス「２」にデータ「サ」が書込まれると共にアドレス
「８」のデータ「オ」が読み出され、次の時刻ｔ_n+1 で
は前回より１つ減少したアドレス「１」に次のデータ
「シ」が書込まれると共に前回より１つ減少したアドレ
ス「７」のデータ「カ」が読み出され、以後この動作が
継続する。よって、シフトメモリ２に書込まれたデータ
が書込みアドレスと読出しアドレスのアドレス差分の時
間遅れを伴って、その書込みの順で読み出される。

【００２７】このように音程を変換しないときは、シフ
トメモリ２の書込みアドレスの減少指定に応じて読出し
アドレスの減少指定が続けられ、入力データの順序でデ
ータがそのまま読み出されてバッファ３に送られる。こ
のバッファ３から出力するデータは位相制御器５をその
まま通過して、Ｄ／Ａ変換器６でアナログ信号に変換さ
れて出力する。

【００２８】次に、音程を上昇させる（２倍にする）と
きは、ピッチアップ値を「１」にセットする。このとき
は、制御部１０によって、前回のゼロクロス点検出タイ
ミングから時間Ｔｃを経過した後に最初のゼロクロス点
が検出されると、セレクタ１１をインクリメンタ８側に
切り替え、次にゼロクロス点が検出されると、デクリメ
ンタ９側に切り替え、この後に時間Ｔｃが経過した後に
ゼロクロス点が検出されると、インクリメンタ８側に切
り替え、これを繰り返す。

【００２９】ここでは、読出アドレスレジスタ７がイン
クリメンタ８で制御されるときは、その読出アドレスレ
ジスタ７から出力するアドレス値が、「０」→「２」→
「４」→「６」→のように２つづつ増大してリング状に
変化する。つまり、読出アドレスレジスタ７には、制御
部１０からのベースアドレス指令「−１」にインクリメ
ンタ８からのオフセットアドレス指令「＋３」が加わ
り、２つづづアドレス値が増大するようになる。

【００３０】一方、読出アドレスレジスタ７がデクリメ
ンタ９で制御されるときは、「１２」→「１０」→
「８」→のようにその出力アドレス値が２つづつ減少し
てリング状に変化する。つまり、読出アドレスレジスタ
７は、制御部１０からのベースアドレス指令「−１」に
デクリメンタ８からのオフセットアドレス指令「−１」
が加わり、２つづづアドレス値が減少するようになる。

【００３１】以上より、前回のゼロクロス点検出から時
間Ｔｃの経過後に１つめのゼロクロス点が検出される
と、セレクタ１１がインクリメンタ８側に切り替わる。
この結果、図３の（ｂ）に模式的に示すように、時刻ｔ
_n においてシフトメモリ２にアドレス「２」にデータ
「サ」が書込まれると共にアドレス「８」のデータ
「オ」が読み出され、次の時刻ｔ_n+1 において前回より
１つ減少したアドレス「１」にデータ「シ」が書込まれ
ると共に前回より２つ進んだアドレス「１０」からデー
タ「ウ」が読み出され、これが繰り返される。よって、
読出しデータは、過去に遡って１つおきに間引き読出し
されるようになる。

【００３２】このときの読出しクロックは書込みクロッ
クと同一周波数であるので、２倍の速度での時間軸と反
対方向の逆再生と等価となる。つまり２倍速逆再生とな
る。そして、この２倍速逆再生時は、制御部１０によっ
て位相制御器５がそこに入力するデータの極性を反転さ
せるので、得られるデータは２倍速逆相逆再生のデータ
となる。

【００３３】この２倍速逆相逆再生が行われ、その後に
ゼロクロス検出器４がゼロクロスを検出すると、制御部
１０によってセレクタ１１がインクリメンタ８側からデ
クリメンタ９側に切り替わる。この結果、図３の（ｃ）
に模式的に示すように、ある時刻ｔ_n ではシフトメモリ
２においてアドレス「２」にデータ「サ」（実際はデー
タは異なっているがここでは簡単のために同一データで
説明する。）が書き込まれると共にアドレス「８」から
データ「オ」が読み出され、次の時刻ｔ_n+1 では、前回
より１つ少ないアドレス「１」にデータ「シ」が書込ま
れると共に前回より２つ少ないアドレス「６」からデー
タ「キ」が読み出され、この動作が繰り返される。よっ
て、読出しデータは、未来に向かって１つおきに間引き
読出しされるようになる。

【００３４】このときの読出しクロックも書込みクロッ
クと同一周波数であるので、２倍の速度での再生と等価
となる。つまり２倍速再生となる。そして、この２倍速
再生時は、位相制御器５は動作せず、入力データをその
まま出力させる。

【００３５】以上のようにして、図３の（ａ）では、ピ
ッチアップなしの通常の再生が行われる。（ｂ）では２
倍速逆相逆再生が行われ、図１のＡ点→Ｂ点の再生がこ
れで実行される。図３の（ｃ）では２倍速再生が行わ
れ、図１のＢ点→Ｃ点の間、及び他の間がこれで実行さ
れる。

【００３６】なお、上記の実施例では、順方向或いは逆
方向に１個だけデータを間引いて読み出すことより、２
倍速再生を行っているが、ピッチアップ値を「２」にセ
ットすれば、データが３個から１個取り出されるので、
３倍速となってピッチを３倍にすることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上から本発明によれば、音声信号を高
速再生するので音程が上昇し、このとき短縮した時間は
逆方向逆相再生とその同一音声部分の順方向高速再生で
時間稼ぎされるので、テンポがほぼ一定に保持され、更
に、その後の音声への接続がゼロクロス点で行われるの
でその接続が連続的となり、聴覚上の違和感が無くなる
という大きな利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理の説明図である。

【図２】 本発明の方法を実施するための回路の機能ブ
ロック図である。

【図３】 同回路の動作説明図である。

【図４】 従来の音程上昇処理の説明図である。

【符号の説明】

１：Ａ／Ｄ変換器、２：シフトメモリ、３：バッファ、
４：ゼロクロス検出器、５：位相制御器、６：Ｄ／Ａ変
換器、７：読出アドレスレジスタ、８：インクリメン
タ、９：デクリメンタ、１０：制御部、１１：セレク
タ、１２：加算点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10L 21/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声信号を通常再生速度よりも高い所望
   の速度で時間軸に沿った順方向に再生し、該順方向高速
   再生の途中における前回のゼロクロス点検出から所定時
   間経過後のゼロクロス点検出により上記再生を時間軸と
   逆方向で且つ極性を逆にした逆方向高速逆相再生に切り
   替え、該逆方向高速逆相再生の途中におけるゼロクロス
   点検出により上記順方向高速再生に切り替え、該切替点
   から上記所定時間経過後にゼロクロス点が検出されると
   逆方向高速逆相再生を行い、以後上記動作を繰り返すこ
   とを特徴とする音声信号の音程変換方法。
2. 【請求項２】 上記順方向高速再生を、予め記録媒体に
   記録した音声信号データの順方向間引き読出しにより行
   い、上記逆方向高速逆相再生を該記録媒体に記録した音
   声信号データの逆方向間引き読出しと該読出しデータの
   位相反転により行うことを特徴とする請求項１に記載の
   音程変換方法。