JPH0219478B2 - - Google Patents

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JPH0219478B2
JPH0219478B2 JP58069475A JP6947583A JPH0219478B2 JP H0219478 B2 JPH0219478 B2 JP H0219478B2 JP 58069475 A JP58069475 A JP 58069475A JP 6947583 A JP6947583 A JP 6947583A JP H0219478 B2 JPH0219478 B2 JP H0219478B2
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JP
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walsh
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spectrum
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JP58069475A
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JPS59195287A (ja
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Masao Watari
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は簡易形音声分析装置の改良に関する。
通常、音声認識装置では、音声波形を分析し、
その分析出力である特徴パラメータの時系列とあ
らかじめ記憶されているパターンとの間で識別計
算を行い、認識結果を求めている。
従来、この音声認識装置に使用されている音声
分析としてバンドパスフイム分析やケプストラム
分析や変形ケプストラム分析があつた。
音声波は声帯の振動によつて励振された声道か
らの放射出力であると考えることができ、音声信
号G(t)は(1)式のように声道のインパルス応答
R(t)と音源波形S(t)の畳み込みで表わされ
る。
G(t)=R(t)*S(t) ……(1) *は畳み込み操作 (1) 式をフーリエ変換すると Gf(w)=Rf(w)×Sf(w) ……(2) となる。音源特性Sf(w)は周期的な線スペクト
ラムであり、声道特性Rf(w)は、音声スペクト
ルGf(w)のエンベロープである。このエンベロ
ープを得る方法として一定値以上の帯域幅を持つ
たバンドパスフイルタを音声帯域内に複数個並べ
るバンドパスフイルタ分析がある。一定値以上の
帯域幅を持つことにより音源特性である線スペク
トルの影響を弱くし複数個並べることにより、エ
ンベロープの全体の特性すなわち声道特性を得る
ことができていた。
ところで、より精密な声道特性を得るために
は、バンドパスフイルタの帯域幅を細くする必要
があるが、細くすると音源スペクトルである線ス
ペクトルの影響が大きく表われてくる。このため
バンドパスフイルタの帯域幅はある程度以上細く
することはできず、バンドパスフイルタ分析では
より精密な声道特性を得ることはできなかつた。
一方、声道特性と音源特性を分離し、より精密な
声道特性を求める方法としてケプストラム分析が
ある。ケプストラム分析では、(2)式をさらにlog
変換し、 log|Gf(w)|=log|Rf(w)| +log|Sf(w)| ……(3) 次に逆フーリエ変換によつてケプストラムを得
る。
Gc(q)=Rc(q)+Sc(q) ……(4) この(4)式のように、スペクトラム領域での積が
ケプストラム領域では和となる。音源スペクトル
Sf(w)である周期的な線スペクトルのケプスト
ラムSc(q)は音源の周期Tpの近傍にのみ表われ
る。一方、声道スペクトルRf(w)はGf(w)の
エンベロープとして表われ、そのケプストラム
Rc(q)は低ケフレンシ部へ表われる。すなわ
ち、音声信号をケプストラム分析し、ケフレンシ
の低い成分に音源特性より分離された声道特性を
得ることができる。
さらに特願昭56−069031号明細書(特開昭57―
185098号公報に記載されているように音声のスペ
クトルの中より帯域内の周波数成分のみを切出し
ゼロ周波数までシフトする切出し部を用けること
により、伝送路の帯域外の特性の影響を除去する
ことができる。また、周波数の高域部を圧縮する
写像関数による周波数軸のスケール変換例えば
logスケール変換、Melスケール変換などを行う
スケール変換部を用けることにより、高域より低
域へ重みが置かれたすなわち人間の聴覚特性に近
い特性を持つた変形ケプストラムが得られる。前
記スケール変換は第1図に示すような写像関数
Sn=M(Se)により、伝送路の帯域内のみのデー
タをlogスケールまたはMelスケールへ並び換え
ることである。すなわちSe番目のスペクトルを
Sn番目の変形スペクトルとすることである。
しかしながら、前記のバンドパスフイルタ分析
やケプストラム分析や変形ケプストラム分析は、
フーリエ変換を基本としており三角関数系との乗
算を必要とし装置が大型となる欠点があつた。
一方、フーリエ変換の近似的な変換であるウオ
ルシユ変換は±1の2値の直交関数系による変換
であるため、ウオルシユスペクトルは加減算のみ
で求めることができる。このウオルシユ変換を用
いることにより特開昭57−700号公報に記載され
ているように小型の疑似バンドパスフイルタを実
現することが知られている。しかし疑似バンドパ
スフイルタではより細かで精密な声道特性を得ら
れない欠点があつた。
本発明の目的は、ケプストラム分析におけるフ
ーリエ変換と逆フーリエ変換を共にウオルシユ変
換へ置き換えることにより、ケプストラムの近似
を得る小型の装置、すなわち、より細かで精密な
声道特性が得られかつ小型の音声分析装置を提供
することにある。
本発明による音声分析装置は、入力信号のウオ
ルシユ変換を行う第1のウオルシユ変換部と、前
記ウオルシユ変換部の出力よりウオルシユパワー
スペクトルを求めそのlog変換を行うlog変換部
と、ウオルシユ交番数軸のスケール変換を行う写
像関数Sn=M(Se)により前記log変換部の出力
を変形交番数軸へ写像するスケール変換部と、前
記スケール変換部の出力のウオルシユ変換を行う
第2のウオルシユ変換部を有している。
次に本発明で使用するウオルシユ変換について
説明する。ウオルシユ変換は(5)式で定義される
が、 W=Hi・X ……(5) ただし WはウオルシユスペクトルXは入
力列ベクトル Hiはウオルシユ変換行列であり Hi=Hi−1○×H1 H1=(1 1 1-1) にて求められる。
(○×はクロネツカ積) 前記(5)式を高速に計算する方法である高速ウオ
ルシユ変換(FWTと略称する)が、昭和51年12
月電子通信学会論文誌Vol59−A.No.12の第1134頁
より第1135頁までの「フーリエ変換とウオルシユ
変換に関する−検討」に記載されている。
入力時系列を逆2進順に並べたベクトルをX.
ウオルシユスペクトルをW、変換行列をCとすれ
ば、 FWTは、 W=C・X =Go・G2-1…G1・X ……(6) とn回の行列の積として表現できる。ここで各Gi
は(7),(8),(9)式より決定される。
ただしIiは2i行2i列の単位行列であり、diag( )
は括弧内を対角要素とする対角行列でである。こ
こで逆2進順とは自然数を2進表現し、その桁を
逆転させた数を考え、その数の順序に並べること
であり、n=3の場合X=
(X0X4X2X6X1X5X3X7)となる。さらに各Giは、 となる。
前記の行列Giの各行ともゼロでない要素は2つ
のみであり高速フーリエ変換で用いられるバタフ
ライ演算と同形の演算を表現している。ただし、
その要素は±1のみであるため加減算のみで実行
できる。またウオルシユスペクトルはW=
(W0W2W4W6W7W5W3W1)として求められる。
本発明の音声分析装置は、ケプストラム分析に
おけるフーリエ変換および逆フーリエ変換へ置き
換えることにより、加減算器による簡単な演算器
で構成できる利点を持つている。さらにウオルシ
ユ変換を用いた疑似バンドパスフイルタ分析装置
に比較し、より細かで精密な声道特性が得られる
利点を持つている。
次に本発明の装置の具体的な構成を図面を参照
しながら説明する。
本発明の第1の実施例は第2図に示すように、
第1バツフアメモリ部第1ウオルシユ演算部2、
第1ウオルシユ変換制御部3、log変換部4、ス
ケール変換部5、第2バツフアメモリ部6、第2
ウオルシユ演算部7、第2ウオルシユ変換制御部
8より構成される。始めに入力時系列データが第
1バツフアメモリ部1へ入力され一時記憶され
る。記憶された後、第4図に示したn=4の場合
の計算の流れ図に従つた第1ウオルシユ変換制御
部3の制御信号により、第1段より第n段まで計
算が進められる。第i段の処理は、第4図に示し
た第i段の2n-1個のバタフライ演算を実行するこ
とであり、(7)式のGiの行列を乗ずることを意味し
ている。
バタフライ演算は Ya=Xa+Xb Yb=Xa−Xb ……(10) または Ya=Xa−Xb Yb=Xa+Xb ……(11) であり、第3図に示す第1ウオルシユ演算部2に
て求められる。バタフライ演算では始めにXa
Xbが第1バツフアメモリ部1より読み出され、
レジスタ201,202へそれぞれ格納される。
加算器211と減算器212にて(10)または(11)式の
加減算が求められ、その結果であるYa,Ybは第
1バツフアメモリ部1のXa,Xbが記憶されてい
た場所へ書かれる。すなわち(10)式を選択した場
合、加算器211の出力は第1バツフアメモリ部
1のXaが記憶されていた場所へ書かれ、減算器
212の出力はXbの場所へ書かれる。また(11)式
を選択した場合は、加算器211の出力はXb
場所へ書かれ、減算器212の出力はXaの場所
へ書かれる。この(10)または(11)の選択は第1ウオル
シユ変換制御部3によつて行われる。最終段であ
る第n段まで前記処理が終了すると、第1バツフ
アメモリ1にウオルシユスペクトラムが得られ
る。
ウオルシユ変換が終了した後、第5図に示す
log変換部4とスケール変換部5によつて、logパ
ワーウオルシユスペクトルが求められ、スケール
変換を行う写像関数Sn=M(Sl)により変形交番
数軸へ写像を行う。すなわち、スケール変換制御
部51は第6図に示すタイムチヤートに従つた制
御信号を発し、始めに第1バツフアメモリ部1よ
り信号a1に従つてウオルシユスペクトルの偶数
項W2iと奇数項W2i+1を順次読み出し、log変換部
4の乗算器41で2乗され加算器42とアキユム
レータ43を用いてパワーウオルシユスペクトル
(Pi=W2 2i+W2i+ 2 1)が求められ、づついてlog変換
部4にてlog変換され、信号a2をアドレスとし
て指示された写像関数値M(i)を写像関数テーブル
メモリ部52より読み出し、その出力MM(i)
を第2バツフアメモリ部6のアドレス信号a3と
してlogパワーウオルシユスペクトル(logPi)を
第2バツフアメモリ部6のM(i)番地へ格納す
る。
第2のウオルシユ変換は第1ウオルシユ変換と
同様に動作し第2バツフアメモリ部6、第2ウオ
ルシユ変換部7、第2ウオルシユ変換制御部8に
て実行される。なお、ウオルシユ変換において
は、正変換行列Cと逆変換行列C-1とは、同一の
形(定数倍の違いを無視して)をしているので、
第2ウオルシユ変換部7に逆ウオルシユ変換を行
なわせても、最終結果は同一となる。ところで、
通常音声認識ではケプストラムの低次の項のみ使
用するため、第2のウオルシユ変換は低次の項の
み計算すればよい。そのため第2のウオルシユ変
換は(5)式の変換行列の低次の項のみ、すなわち(12)
式の交番数の小さいkについて WkN-1l=0 HklXl ……(12) ただし、 N=2n のみ計算すればよい。
本発明の第2の実施例は、第2のウオルシユ変
換を(12)式にて求める装置であり、第1の実施例に
おける第2ウオルシユ変換制御部8、第2ウオル
シユ演算部7を第7図に示す構成へ変更したもの
である。第2ウオルシユ変換制御部7は第8図に
示すタイムチヤートに従つた制御信号を発し、信
号Cl7によつてアキユムレータ72をクリヤし、
信号b1に従つて第2バツフアメモリ部6より変
形logパワーウオルシユスペクトルXl=logPM(i)
読み出し、ウオルシユ変換行列Hklに従つた+1
または−1の信号b2により加減算器71はアキユ
ムレータ72との間で加算または減算を行う。す
なわち信号b2が+1の場合はACC+Xl→ACC
を行い、信号b2が−1の場合はACC→Xl
ACCを行う。信号b1がN−1となつた時アキ
ユムレータ72へウオルシユ変換値Wkすなわち
疑似ケプストラムが得られる。
以上本発明を実施例に基づき説明したが、これ
らの記載は本発明の範囲を限定するものではな
い。特に本発明の実施例ではFWTのアルゴリズ
ムとして(6)式に示すように入力時系を逆2進順に
並べG1よりGoまで順次積を取り求めていたが、
(13)式に示すような正順序の時系列X′をGo T
よりG1 Tまで順次積を取りその結果として逆2進
順のウオルシユスペクトルW′を得る方法も採用
できることは明白である。
W′=G1 T・G2 T…Go T・X′ ……(13) また、パワースペクトルをPi=W2 2i,W2 2i+1とし
て求めているが、乗算器を必要としているためPi
=|W2i|+|W2i+1|のように絶対値の和として
パワースペクトルを近似的に求める方法も採用で
きることは明白である。
【図面の簡単な説明】
第1図はスケール変換を示す図であり、第2図
は本発明の第1の実施例のブロツク図であり、第
3図は第1ウオルシユ演算部2のブロツク図であ
り、第4図は第1ウオルシユ変換の計算の流れ図
であり、第5図はlog変換部4とスケール変換部
5のブロツク図であり、第6図はスケール変換の
タイムチヤートであり、第7図は第2の実施例に
おける第2ウオルシユ演算部7のブロツク図であ
り、第8図は第2ウオルシユ変換のタイムチヤー
トである。 図において、1は第1バツフアメモリ部、2は
第1ウオルシユ演算部、3は第1ウオルシユ変換
制御部、4はlog変換部、5はスケール変換部、
6は第2バツフアメモリ部、7は第2ウオルシユ
演算部、8は第2ウオルシユ変換制御部201,
202はレジスタ、211は加算器、212は減
算器である。第5図において41は乗算器、42
は加算器、43はアキユムレータ、44はlog変
換器、51はスケール変換制御部、52は写像関
数テーブルメモリ、71は加減算器、72はアキ
ユムレータである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 入力信号のウオルシユ変換を行う第1ウオル
    シユ変換部と、前記ウオルシユ変換部の出力より
    ウオルシユパワースペクトルを求めそのlog変換
    を行うlog変換部と、ウオルシユ交番数軸のスケ
    ール変換を行う写像関数Sn=M(Se)により前記
    log変換部の出力を変形交番数軸へ写像するスケ
    ール変換部と、前記スケール変換部の出力のウオ
    ルシユ変換を行う第2ウオルシユ変換部とを持つ
    ことを特徴とする音声分析装置。
JP58069475A 1983-04-20 1983-04-20 音声分析装置 Granted JPS59195287A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58069475A JPS59195287A (ja) 1983-04-20 1983-04-20 音声分析装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP58069475A JPS59195287A (ja) 1983-04-20 1983-04-20 音声分析装置

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Publication Number Publication Date
JPS59195287A JPS59195287A (ja) 1984-11-06
JPH0219478B2 true JPH0219478B2 (ja) 1990-05-01

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