JPH02108100A - ピッチ抽出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、各種楽音及び音声等の音響信号のピッチ抽出
装置に関するものである。

従来の技術 近年、デジタル技術の進歩にともな、い、音響信号から
ピッチを抽出するための各種のピッチ抽出技術が提案さ
れており、時間波形の自己相関を求める技術やケプスト
ラム技術等が知られている。

そして演算量の軽減、或は高速処理を目的としたピッチ
抽出の技術として極性反転検出によるピッチ抽出技術が
考えられている。

以下、図面を参照しながら上述のピッチ抽出装置につい
て説明する。

第３図は従来のピッチ抽出装置の構成を示すものである
。

第３図において、１１は音響信号入力端子、１２はバイ
パスフィルタ、１３はローパスフィルタ、１４はアナロ
グの音響信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバ
ータ、１５はＡ／Ｄコンバータ１４から出力されるデジ
タルデータの極性反転を検出して極性反転検出信号を出
力する極性反転検出部、１６は極性反転検出部１５から
出力された極性反転検出信号に従ってピッチ周期の計時
の開始、或は終了を指示する計時指示信号を出力する制
御部、１７は計時指示信号に従ってデジタルデータのピ
ッチ周期を計時する計時部、１８は出力端子である。

以上のように構成されたピッチ抽出装置について、以下
その動作について説明する。

マイクロホン等から音響信号入力端子１１に入力される
音響信号はバイパスフィルタ１２によって直流分を除去
された後に、ローパスフィルタ１３を通過することによ
ってサンプリング定理を満足するアンチエイリアジング
フィルタリングが為され、Ａ／Ｄコンバータ１４によっ
て順次アナログデジタル変換されてデジタルデータとな
る。

次に、極性反転検出部１５はＡ／Ｄコンバータ１４から
順次出力されるデジタルデータの極性反転を検出した後
極性反転検出信号を制御部１６へ出力する。制御部１６
は、極性反転検出信号に従ってピッチ周期の計時の開始
、或は終了を指示する計時指示信号を計時部１７に出力
する。ここで制御部１６から計時開始を指示する計時指
示信号が出力されると計時部１７はデジタルデータのサ
ンプル個数のカウント、即ちピッチ周期の計時を開始す
る。

更に計時終了を指示する計時指示信号が制御部１６から
出力されると計時部１７はそれまでのサンプル個数、即
ち計時結果をピッチ周期として制御部１６に出力した後
、計時結果をリセットする。

以上の操作を極性反転検出部１５の極性反転検出信号に
従って繰り返すことによりＡ／Ｄコンバータ１４から順
次出力されるデジタルデータのピッチ周期を得ることと
なる。

なお、ピッチ周期Ｎｉ側をいわゆるピッチＦｉ［Ｈｚｌ
に変換するにはサンプリング周波数Ｆ　ｓ　［Ｈｚｌを
用いて、 Ｆｉ［Ｈｚｌ　　＝　　Ｆｓ／Ｎｉ　　　　　　−（１
）として求めることができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では（１）式から明ら
かなようにサンプリング周波数によって得られるピッチ
周期の精度が変わってしまうばかりか、精度を上げるた
めにはサンプリング周波数を高くしなければならず、従
って高速な演算処理が必要となり高価な装置になるとい
う問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて、高速演算処理を必要とせ
ず、かつ簡単な構成で精度の高いピッチ抽出装置を提供
するものである。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本願の請求項１の発明によ
るピッチ抽出装置は、音響信号を２値化する２値化手段
と、前記２値化手段で２値化された音響信号の周期を計
時する計時手段と、前記計時手段により計時された計時
値を順次記憶する手段であり少なくとも２つ以上の計時
値を記憶することができる記憶手段と、前記計時手段に
より計時された計時値と前記記憶手段に記憶した過去の
計時値を順次比較し２つの計時値の比が定められた値の
範囲内にある場合一致信号を出力する第１の比較手段と
、前記第１の比較手段により一致信号が出力されるまで
に前記記憶手段に記憶された計時値を累積加算する加算
手段と、前記加算手段からの計数値の累積加算結果を保
持するラッチと、前記加算手段の出力である累積加算結
果と前記ラッチに保持されている過去の累積加算結果を
比較し、２つの累積加算結果の比が定められた値に範囲
内にある場合一致信号を出力する第２の比較手段とを具
備し、前記第２の比較手段から一致信号が得られた場合
前記加算手段の出力である累積加算結果を音響信号のピ
ッチ周期として出力するものである。また本願の請求項
２の発明によるピッチ抽出装置は、このような構成に加
えて第２の比較手段より一致出力が得られた場合に前記
加算手段の出力である累積加算結果と前記ラッチに保持
されている過去の累積加算結果の平均値を演算する平均
化手段を有し、２値化手段により得られた２値化された
音響信号の高レベル及び低レベル双方につき、それぞれ
最新の計時結果とほぼ同等の過去の計時結果までの計時
結果の累積加算値を求め、２つの累積加算結果の平均値
をピッチ周期として出力するようにしたものである。

作用 上記構成によれば、入力の音響信号は２値化手段により
ディジタル信号に変換され、計時手段により周期を計時
される。計時結果である計時値は記憶手段に記憶される
と共に、高レベル及び低レベルの計時値を各々過去の高
レベル及び低レベルに対応した計時値同士と順次箱１の
比較手段により比較し、その比が所定範囲内にあるかど
うかを比較している。そして第１の比較手段により一致
信号が出力されるまで記憶手段から順次読み出された信
号を加算手段によって累積加算し、累積加算値と過去の
累積加算値が保持されたラッチとを比較し、はぼ同等の
結果が得られる場合には加算手段の累積加算値をピッチ
周期として出力するようにしている。

また、本願の請求項２の発明では、こうして得られた累
積加算値とラッチに保持されている累積加算値との平均
をピッチ周期として出力するようにしている。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例におけるピッチ抽出装置の
ブロック図を示すものであり、第２図は第１図に示すブ
ロック図の動作波形である。

第１図において１は音響信号入力端子、２は音響信号を
２値化する２値化手段、３は計時手段であり２値化手段
２の出力により制御され出力に出力ラッチを持つ（図示
せず）。４は記憶手段であり計時手段３の出力である計
時値を記憶する。５は第１の比較手段であり計時手段３
の出力及び記憶手段４から読み出された計時値を比較し
両計時値の比が定められた範囲内であるとき一致信号を
出力する。６は出力ラッチ付き（図示せず）加算手段で
あり記憶手段４から読み出される計時値を累積加算する
。７は、ラッチであり加算器θの出力を一時保持する。

８は平均化手段でありラッチ７に保持されているデータ
と加算手段６の出力データすなわち高レベルと低レベル
にそれぞれ対応した累積加算結果の平均を取る。９は第
２の比較手段であってラッチ７の入力と出力すなわち高
レベルと低レベルにそれぞれ対応した累積加算結果の比
較を行う。１０は出力端子である。

次に本実施例の動作について説明する。音響信号入力端
子１に第２図（ａ）に示す音響信号が入力されると、２
値化手段２の出力信号は第２図（ｂ）に示す波形になる
。計時手段３はクロック信号（図示せず）により計時を
行い、２値化手段２の出力信号の波形の高レベル及び低
レベルの時間Ｔ　ｕ−ａｌＴ’Ｌ−４、Ｔｕ−ａ、ＴＬ
−３１Ｔｕ−ｐ＋　　ＴＬ−２・・・Ｔｕｇ、ＴＬ［＋
を順次計時し出力ラッチ（図示せず）にラッチする。第
２図（Ｃ）に計時手段３の出力ラッチの信号の内容を示
す。記憶手段４は２値化手段２の出力信号の波形の立ち
上がり及び立ち下がりで計時値Ｔ　ｕ　ｎあるいはＨＴ
Ｌｎを記憶した後第２図（ｄ）に示すように計時値Ｔ　
Ｌ　−１から順次過去の計時値を読み出す。金高レベル
の計時値ＴＵ９を記憶手段４に記憶したとするならばこ
の過去の計時値ＴＬｎ−Ｉ、Ｔｕｎ−＋、ＴＬＩ＋−２
、ＴＬＩｌｌ−２、φ・・は記憶手段４から順次比較手
段５に送られ、記憶手段４から読み出された計時値は最
新の計時値Ｔｕ９と比較され、両計時値の比が定められ
た範囲内であるとき第２図（ｅ）に示す一致信号を出力
すると共に記憶手段４は計時値読み出しを停止する。

この時最新の計時値が高レベルまたは低レベルのもので
あれば比較手段５による比較は各々過去の高レベルまた
は低レベルの計時値とのみ比較される。また記憶手段４
から順次読み出される過去の計時値は加算手段６により
累積加算される。累積加算結果を第２図（ｆ）に示す。

この累積加算結果（ＴＬ−１）　＋　（Ｔｕ−＋）　＋
　（ＴＬ−２）　＋　（ＴＵ−２）はラッチ７に保存さ
れている過去の計時結果により得られた累積加算結果（
Ｔｕ−＋）　＋　（ＴＬ−２）　＋（Ｔｕ−２）　＋　
（ＴＬ−２）と比較手段９により比較され、両累積加算
結果が定められた範囲内である場合比較手段９は第２図
（ｇ）に示す一致信号を出力する。比較手段９から一致
信号が得られたならば平均化手段８により加算手段６の
出力である最新の累積加算結果（ＴＬ−１）　＋　（Ｔ
Ｕ−１）　＋　（ＴＬ−２）　＋　（Ｔｕ−２）とラッ
チ７に保存されている過去の累積加算結果（Ｔｕ−＋）
　＋　（ＴＬ−２）　＋　（Ｔｕ−２）＋（ＴＬ−ａ）
の平均すなわち Ｐａ　”　（（Ｔｔ−＋）　＋　２　（Ｔｕ−＋）　＋
　２　（ＴＬ−２）＋　２　（Ｔｕ−２）　＋（ＴＬ−
３）　）　／　２が平均化手段８により演算され出力端
子１０から第２図（ｈ）に示すように音響信号のピッチ
周期Ｐａとして出力される。また出力端子１０からピッ
チ周期Ｐａが出力されたならばラッチ７は、加算器６の
出力である最新の累積加算結果を保存する。

ピッチ周期Ｐ０は音響信号のピッチ周期に対応した信号
であり計時手段３に入力されるクロック信号ＣＫとの関
係は であり、ピッチ周期Ｐ０を高精度で求めようとするなら
ばクロック信号ＧＫの周波数を高くすればよいことがわ
かる。また、第２図（ａ＋ｂ）から、ピッチ周期Ｐ０は （ＴＬ−１）　＋　（ＴＵ−１）　＋　（ＴＬ−２）　
＋（Ｔｕ−２）、（Ｔｕ−＋）　＋　（ＴＬ−２）　＋
　（Ｔｕ−２）　＋　（Ｔｔ−ａ）、（ＴＬ−２）　＋
　（Ｔｕ−２）　＋　（Ｔｔ−ａ）　＋　（Ｔｕ−４）
　・・・であることから、音響信号の高調波によるピッ
チの誤抽出を防止することが出来る。

発明の効果 本願請求項１及び２の発明によれば、入力の音響信号は
２値化手段によりディジタル信号に変換され、計時手段
により周期を計時される。計時結果である計時値は記憶
手段に記憶されると共に過去の計時結果と比較手段によ
り比較される。ここで過去の計時結果とほぼ同等の結果
が有れば比較の対象となった過去の計時値の累積加算値
は入力の音響信号のピッチ周期に対応した値となってい
るが、上記の方法を２値化した音響信号の高レベル、低
レベル双方について行うことによりピッチ周期の誤抽出
を防いでいる。このように本発明によれば簡単な構成で
精度の高いピッチ抽出が行えると共に音響信号の高調波
あるいは雑音によるピッチ周期の抽出誤りを防止するこ
とが出来る。

また、ピッチ周期抽出精度を上げるため高速に演算処理
をする必要がなく安価なハードウェアでの実現が可能と
なるという効果が得られる。

また、本願の請求項２の発明ではこの効果に加えて、得
られた加算手段の累積加算値とラッチにより保持されて
いるピッチ周期の平均をとっているため、より正確なピ
ッチ周期を得ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例におけるピッチ抽出装置の
ブロック図、第２図は本発明の一実施例に係る各データ
の例示的波形図、第３図は従来技術におけるピッチ抽出
装置のブロック図である。 １・・・音響信号入力端子、　　２・・・２値化手段、
３・・・計時手段、　　４・・・記憶手段、　　５・・
・比較手段、６・・・加算手段、　　７・・・ラッチ、
　　８・・・平均化手段、９・・・比較手段、　　１０
・・・出力端子、　　１１・・・音響信号入力端子、　
　１２・・・バイパスフィルタ、　　１３・・・ローパ
スフィルタ、１４・・・Ａ／Ｄコンバータ、１５・・・
極性反転検出部、　　１６・・・制御部、　　１７・・
・計時部、　　１８・・・出力端子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）音響信号を２値化する２値化手段と、前記２値化
   手段で２値化された音響信号の高レベル及び低レベルの
   時間をそれぞれ計時する計時手段と、前記計時手段によ
   り計時された計時値を順次記憶する手段であり少なくと
   も２つの計時値を記憶することができる記憶手段と、前
   記計時手段により計時された計時値と前記記憶手段に記
   憶した計時値を順次読みだし前記高レベルに対応した計
   時値同士及び前記低レベルに対応した計時値同士を順次
   比較し計時値比が定められた値の範囲内にある場合一致
   信号を出力する第１の比較手段と、前記第１の比較手段
   により一致信号が出力されるまでに前記記憶手段から順
   次読みだされた計時値を累積加算する加算手段と、前記
   加算手段の出力を一時保持するラッチと、前記加算手段
   の出力である累積加算結果と前記ラッチに保持されてい
   る累積加算結果とを比較する第２の比較手段とを具備し
   、前記第２の比較手段からの一致信号があるとき前記加
   算手段の出力である累積加算結果を音響信号のピッチ周
   期として出力することを特徴とするピッチ抽出装置。
2. （２）音響信号を２値化する２値化手段と、前記２値化
   手段で２値化された音響信号の高レベル及び低レベルの
   時間をそれぞれ計時する計時手段と、前記計時手段によ
   り計時された計時値を順次記憶する手段であり少なくと
   も２つの計時値を記憶することができる記憶手段と、前
   記計時手段により計時された計時値と前記記憶手段に記
   憶した計時値を順次読みだし前記高レベルに対応した計
   時値同士及び前記低レベルに対応した計時値同士を順次
   比較し計時値比が定められた値の範囲内にある場合一致
   信号を出力する第１の比較手段と、前記第１の比較手段
   により一致信号が出力されるまでに前記記憶手段から順
   次読みだされた計時値を累積加算する加算手段と、前記
   加算手段の出力を一時保持するラッチと、前記加算手段
   の出力である累積加算結果と前記ラッチに保持されてい
   る累積加算結果とを比較する第２の比較手段と、前記２
   つの累積加算結果の平均値を出力する平均化手段とを具
   備し、前記第２の比較手段からの一致信号があるときに
   前記ラッチと加算手段に保持される前記高レベルと前記
   低レベルに対応した累積加算結果の平均値を音響信号の
   ピッチ周期として出力することを特徴とするピッチ抽出
   装置。