JPH0473698A - 音声信号に基づく形状制御方法 - Google Patents

音声信号に基づく形状制御方法

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JPH0473698A
JPH0473698A JP2185557A JP18555790A JPH0473698A JP H0473698 A JPH0473698 A JP H0473698A JP 2185557 A JP2185557 A JP 2185557A JP 18555790 A JP18555790 A JP 18555790A JP H0473698 A JPH0473698 A JP H0473698A
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(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、音声信号に基づいて映像或いは人形等の顔の
顎と口唇の形状を制御する音声信号に基づく形状制御方
法に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、入力音声信号のホルマント中心周波数を線形
変換と非線形変換して下顎と口唇の開大度を得るように
したことにより、顎と口唇の形状をよりリアルに制御す
ることができる音声信号に基づく形状制御方法を提供す
るものである。
〔従来の技術] 従来の例えばいわゆるアニメーションにおいて、そのア
ニメーション中の人物が会話等を行う際の口唇及び顎等
の動きは、当該アニメーション画像作成者が、該会話に
合わせた口唇等の動きを例えば従来の経験に照らし合わ
せて推測することで決めるようにしている。また、例え
ば大型のいわゆるロボット或いは人形等の口唇及び顎等
を会話に合わせて動かす場合も同様であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、近年、上記アニメーション或いはロボット、
人形等においては、会話に合わせて、よりリアルに口唇
及び顎等を動かすことができるようになることが求めら
れている。
しかし、上述したように、従来は会話に合わせた口唇等
の動きを経験等に基づいて推測するようにしているため
、到底リアルな動きとは言い難いものとなっている。ま
た、例えばコンピュータ等を用いて口唇等の動き演算す
るものも考えられているが、膨大な演算量が必要で、簡
単に、よりリアルな口唇等の動きを得ることはできない
のが実情である。更に、従来は、リアルタイムで口唇等
を動かすこともできない。
そこで、本発明は、上述のような実情に鑑みて提案され
たものであり、映像、或いは、人形等の顔の顎と口唇の
形状を、よりリアルに制御することができ、更にリアル
タイムでの制御も可能な音声信号に基づく形状制御方法
を提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の音声信号に基づく形状制御方法は、上述の目的
を達成するために提案されたものであって、入力音声信
号から、当該人力音声信号のスペクトルエンベロープの
ピークを示すホルマント間波数の中心周波数を求め、こ
のホルマント中心周波数を線形変換及び非線形変換する
ことにより、例えば映像3人形(ロボノ日等の顔の形状
の下顎の開大度と口唇の横方向の開大度を得るようにし
たものである。すなわち、ホルマント中心周波数を線形
変換することで顎の動きと舌の動きを求め、この舌の動
きを非線形変換するこ出で下請の開大度と口唇の横方向
の開大度を得るよう二ニしでいる。
〔作用〕
本発明によ7′1.ば、実際の音声に基づく入力音声信
号のホルマント中心周波数に、簡単な線形変換演算を施
し、更に、簡単な非線形変換演算を行って、下顎と口唇
の開大度を求めるようにしているため、簡単にリアルタ
イムで口唇と下麗の動きを再現できるようになる。
:実施例] 以下、本発明を適用した実施例について図面を参暉しな
がら説明する。
第1図に本発明実施例の音声信号に基づく形状制御方法
が適用される例えばアニメーションの顔画像を示す。
この第1図に示す本実施例の顔画像においては、入力音
声信号から、例えば第2図〜第4図に示すような入力音
声信号のスペクトルエンベロープのピークを示すホルマ
ント(例えば第1.第2ホルマントH,、Hl)周波数
の中心周波数を求め、このホルマント中心周波数を線形
変換及び非線形変換することにより、顔の下顎の開大度
D (cm)と口唇の横方向の開大度L (cm)を得
るようにしたものである。すなわち、本実施例では、上
記ホルマント中心周波数を、後述する(1)弐を用いて
線形変換することで、顎の動きすなわち上記下顎の開大
度りと、第8図に示す舌の各動作位買P1〜P、での動
き(第6図)及び/又は第7図に示す舌の先端形状の動
きとを求め、この舌の動きを後述する(2)式を用いて
非線形変換することで上記口唇の横方向の開大度りを得
るようにしている。
ここで、第2図には例えば「ア2の音を発音した場合の
音声信号のスペクトルエンヘローブを示し、第3図には
例えば1゛イ」の音声信号のスペクトルエンベロープを
、第4図には例えば「つ・のスペクトルエンベロープを
示している。これら第2図〜第4図に示すスペクトルエ
ンヘローブのピーク部分を通常ホルマントと呼び、この
音声信号のホルマントは、−船ムこ、声道の音響的イン
パルス応答の減衰正弦波成分と定義されるものである。
このホルマントは、長さが約17cmの平均的声道に対
しては、一般に3kHz以内に3〜4個のホルマントが
あり、5kHz以内では4〜5個のホルマントがある。
有声音では最初の3個のホルマントが最も重要であり、
一般に、周波数の最も低い所に現れるピークを第1ホル
マント(Hl)と呼び、この第1ホルマントの次に現れ
るピークを第2ホルマント(Hl)と、以後、第3ホル
マント、第4ホルマント、・・・と続いている。これら
ホルマントは、例えばいわゆるケプストル分析或いは線
形予測分析に基づいて求めることができるものであり、
例えば、該線形予測分析を用いることによって、少ない
演算量で求めることができる。
上述のようにして例えば各母音「ア2.′イ。
「つ」、′工1.・−オ、のホルマント周波数を求める
。第5圀に咳各母音のホルマント周波数の例えば第1ホ
ルマントH1と第2ホルマントH2の中心周波数の位置
を平面にプロットした時の位置関係を示す。この第5図
において、各母音の位置関係は、175と1つ、の間に
「オづが位置し、「イ」と「ア」の間に1ニーが位置す
るような位置関係となっていることが確認できる。
ところで、音声と舌の動きとは、例えば、第6図、第7
図のような関係を有していることが知られている。該第
6図には各母音「ア4.1イ」1つJ+  r工、・、
[オ」に対応する第8図に示す舌の各動作位置P1〜P
、での曲率関数(舌形状曲率) C(crrr’)を示
し、第7図には各母音に対応する舌の先端形状を示して
いる。ここで、第8図において、各動作位置P1〜P、
は、舌の表側の中心線上の位置であって、上記動作位置
Pは舌の先端から例えば10mmの位置であり、動作位
置P2は上記動作位置P、から更に51奥の位置で、以
下動作位置P x、 P 4. P sの順に5mmず
つ奥の位置を示している。すなわち、該第8圀に基づき
、第6図には、上記各動作位置P1〜P、における各母
音の発声時の、これら各動作位置P〜P、上の5mmの
範囲における舌形状の曲率関数(舌形状曲率)Cを示し
、第7図には、各母音に対してこの第6図のような舌形
状曲率Cを、舌の先端の形状に変換したものを示してい
る。
また、各母音における各動作位置P、−P、での舌形状
曲率Cと、顔の下顎の開大度りとは、第9図〜第13図
に示すような関係となっている。
すなわち、第9図は各母音発声時の顔の下顎の開大度り
と上記動作位置P1での各母音発声時の舌形状曲率Cと
の関係を示し、第10図は各母音発声時の顔の下顎の開
大度りと上記動作位置P2での各母音発声時の舌形状曲
率Cとの関係を、以下同様に、第11図は下顎開大度り
と動作位置P3、第12図は下顎開犬度りと動作位置P
4、第13図は下顎開大度りと動作位置P5の舌形状曲
率Cとの関係を示している。これら第9回〜第13図か
ら、下顎開大度りと舌形状曲率Cとの関係は、「オヨは
1ア:、と:ウーとの間↓こ位置し、工は「ア」とコイ
」の間に位置していることがわかる。これらの各母音に
おける位置関係は、上記第9図〜第13図で全て共通し
ていることが確認できる。
上述の第9回〜第13図と前述の第5図とから、上記下
顎開大度り及び舌形状曲率Cと、上記第1第2ホルマン
)H,、H2における各母音の位置関係が、上述同様に
、−オーが−アーと−ウ、との間に位置し、−工、がニ
ア−とコイ の間に位置するような関係を存しでいるこ
とが確認できる。
すなわち、ホルマント周波数と、舌形状曲率C及び下顎
開大度りの位置関係とは、略一致していると確認できる
このようなことから、上記第5図に示したような第1.
第2ホルマントH1,Hzのホルマント周波数から、第
9図〜第13図に示したような上記舌形状曲率C及び下
顎開大度りを近似的に写像する様な関数を比較的容易に
導くことができるようになる。
本実施例では、当該近似的に写像する関数を線形として
いる。この場合、その線形変換は、で表すことができる
。ただし、咳(1)式中、F。
は第1ホルマントH4のホルマント周波数(Hz)であ
り、F2は第2ホルマントH2のホルマント周波数(H
z)である。また、 である。
この時、(1)式中、A及びBは、例えば第14図のよ
うなホルマント周波数の「ア」、「イ」「つ」のそれぞ
れの位置を示す点rx、P工、qえを、第16図に示す
ような舌形状曲率C及び下顎開大度りでの「アシ、「イ
ー1.「つ」のそれぞれの点rll+  Py+  Q
yに線形変換するようにして求められる。
なお、上記ホルマント周波数は、発声する人によって個
人差があるため、この個人差を正規化によって取り除く
。この正規化としては、例えば、この第14図の「ア」
、「イコ、「つ」を頂点とする三角形を、第15図のよ
うな正三角形に変換することにより行う、これにより、
各母音の正規化が可能となる。この正三角形への変換に
ついては後述する。
更に、本発明実施例では、上記舌形状曲率Cから口唇の
横方向の開大度りへの変換を行うようにしている。この
時の変換は、非線形変換を用いることでなされる。当該
非線形変換としては、例えば、 L = (C+d +)”” = d t      
 (2)を用いる。ただし、(2)式中、d 、、 d
 2は定数である。この非線形変換により口の動きの自
然性を高めることができる。
本実施例においては、上述したようなホルマント周波数
の線形変換による舌形状曲率C8下顎開大度りへの変換
、及び、該舌形状曲率Cの非線形変換による口唇の横方
向の開大度りへの変換の操作を行うことで、音声信号か
ら下顎の開大度り及び口唇の横方向の開大度りを推定す
ることができるようになる。したがって、本実施例の形
状制御方法を用いれば、アニメーション等の映像に限ら
ず、人形等の顔の顎と口唇の形状をよりリアルに制御す
ることができるようになる。更に、発声の個人差を正規
化することで取り除いているため、より正確な形状制御
が可能となる。
ここで、上記正規化に用いられる任意の三角形を正三角
形に変換或いは逆変換する手法について説明する。すな
わち、第17図に示すように、χY平面内の三角形pq
rを考え、以下の手順によって、第23図に示すような
一辺の長さが1の正三角形p(“)  qi61  r
(61、、変換する。先ず、第17図の三角形pqrに
おいて点p(χ+、 )’ 1)が原点に移るように平
行移動する(第18図)。
第18図の三角形p(1)q(1)r(1)の点q(1
)のX座標(xi (1))、及び、点r(1)のX座
標(y3(1))が1となるように、X、X座標をスケ
ール変換する(第19図)、当該第19図の点q′tl
のX座標(y、 (Z))がOとなるように角度θだけ
三角形pftl  q121  rItT を回転させ
る(第20図)。当該20図の三角形pf31 9fi
lr(3) の点q(3) のX座標(x2(ff+ 
)及び、点r′3〉 のX座標(y、(ff+)が1と
なるように、x、X座標をスケール変換する(第21圀
)。該21図の三角形p(419(41r(41の点r
(4) のX座標(x、 +41 )とX = 0.5
との差をaとし、直線Y = X / aを利用して点
rf41のX座標をスケール変換する(第22図)。該
第22図の三角形pf5)  q(51rTS)のX座
標が3””/2となるようにX座標のスケール変換を行
う(第23図)。
・以上の手順tこより任意の三角形pqrは正三角形に
変換できる。また、この千1117!を逆にたどること
により逆変換も可能である。
〔発明の効果〕
本発明の音声信号に基づく形状制御方法においては、入
力音声信号のホルマント中心周波数を線形変換と非線形
変換して下顎と口唇の開大度を得るようにしたことによ
り、例えばアニメーション等の映像、或いは、人形、ロ
ボット等の顔の顎と口唇の形状を簡単で、よりリアルに
制御可能とし、更に、リアルタイムでも制御することが
可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の顔画像を示す図、第2図〜第4
図は音声信号のスペクトルエンベロープを示す特性図、
第5図は音声信号のホルマント周波数を説明するための
図、第6図は舌形状曲率を示す図、第7図は舌の先端の
形状を示す図、第8図は動作位置を示す図、第9図〜第
13図は舌の各動作位置での舌形状曲率と下7量大度を
説明するための図、第14図〜第16区はホルマント周
波数から舌形状曲率、下顎開大度への変換を説明するた
めの図、第17図〜第23圓は任意の三角形から正三角
形への変換方法を説明するためのメである。 D・・・・・・・下顎の開大度

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 入力音声信号から、当該入力音声信号のスペクトルエン
    ベロープのピークを示すホルマント周波数の中心周波数
    を求め、このホルマント中心周波数を線形変換及び非線
    形変換することにより、顔の形状の下顎の開大度と口唇
    の横方向の開大度を得るようにしたことを特徴とする音
    声信号に基づく形状制御方法。
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