JPS6152479B2

JPS6152479B2 -

Info

Publication number: JPS6152479B2
Application number: JP53053625A
Authority: JP
Inventors: Bunge Erunsuto
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-05-07
Filing date: 1978-05-04
Publication date: 1986-11-13
Also published as: DE2720666A1; JPS6356560B2; FR2389963A1; GB1586944A; US4490839A; DE2720666C2; JPS6297000A; JPS53139403A; FR2389963B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は音分析装置に関するもので、更に詳し
く云えば、一定の制限された時間内に口で話され
たテキスト（spoken text）を電気信号に変換し
て記憶した音を分析して話者を識別するための音
分析装置に関するものである。前記の信号から、
連続した短期間（例えば10ms−20ms）の部分信
号を有する短期間スペクトルを発生させる。これ
らの部分信号は、隣接スペクトル範囲内のエネル
ギの内容を示す。すべての短期間スペクトルは加
算されて１つの長期間スペクトルを形成し、少な
くともこの長期間スペクトルが音分析装置に供給
される。

話者識別の背景となる情報としては、1976年４
月発行「プロシーデイングズオブジアイイ
ーイーイー」（「Proceedings of the IEEE」）の
64巻第４号のA.E.Rosenberg（475−487頁）およ
びB.S.Atal（460−475頁）の論文ならびにこれら
論文に引用された参考文献が参考になる。

このような長期間会話スペクトルは、今日まで
音分析方法例えば音声および話者識別にも用いら
れてきた。特に話者の識別は、以下のような状況
に対して銀行業務に用いることができる。すなわ
ち、顧客が口頭で指示を与え、顧各の音声によつ
て顧客の確認を行なう。すなわち記録された音声
サンプルを分析装置において顧客の以前の音声サ
ンプルと比較する。

顧客が電話によつて口頭指示を与えることによ
り確認できることも望ましい。しかし電話線を通
しての音声の伝送においては、音声信号は伝送路
の種々の伝達関数によつて影響を受ける。音声信
号は、自動システムによる連続識別が著しく妨害
されあるいは不可能となる程に変化することがあ
る。このことはまた、たとえば、監視のためにモ
ニタ中央局に伝送されてそこで標準音と比較され
る他の音にも当て嵌る。

本発明の目的は、音源と分析器装置との間の伝
送路の伝達関数の妨害影響が大巾に排除された、
音分析装置あるいは音声および話者の識別装置を
提供することにある。

本発明は、各短期間スペクトルに対して、前の
短期間スペクトルあるいは長期間スペクトルに対
する差を形成し、全部の差から中間値を取り出し
てこの中間値を前記長期間スペクトルにより除算
し、その商を音分析装置に供給することによつて
前記目的を達成している。除算される２つの入力
項の夫々は電話線伝達関数の周波数重み付け係数
（weighting factos）を有し、この係数は除算に
よつて消去され、これにより未知の電話線伝達関
数の影響が除去される。したがつて、長期間スペ
クトルの変化は、長期間スペクトル自身の代り
に、分析のための特性として用いられる。これら
変化は長期間スペクトルに関係しているので、
個々のスペクトル範囲の係数のベクトルとして表
わすことのできる直線伝達関数の影響は、数学的
に容易に推定できるように、理想的な場合に完全
に排除される。前の平均値に対する差が形成され
ると、これら差は音声信号と並列して即座に処理
することができ、他方、長期間スペクトルに対す
る差は期間の終りに実行することができるのみで
あり、したがつて長期間スペクトルは中間記憶装
置に記憶されなければならない。

中間値の取り出しは種々の方法で行なうことが
できる。取り出された中間値は、差の２乗の和の
平方根を差の数で除算したものとするのが好適で
ある。このようにして、いわゆる標準偏差が決定
される。他の方法は、中間値を、差の値の和を差
の数で除算したものとすることである。この方法
は幾分容易であり且つ幾分安価である。

本発明によれば、次の２つの別の商Q₁，Q₂が
得られる。

Q₁＝Ｆ（ST₁−ST₂）／LT Q₂＝Ｆ（ST₁−ST₂）／LT この場合Ｆ（・・）は括弧内の数量の関数を示
し、この関数は前述の「中間値」を表わす。また
LTとSTは夫々長期間および短時間を表わす。前
記の関数はQ₁およびQ₂に対して次のように表す
ことができる、即ちQ₁に対してはこの場合Ｎは差の数を表わす。

前記差を、所定数の連続短期間スペクトルの平
均値を示す平均期間スペクトルから形成するのが
好適である。この場合には少数の信号のみを記憶
するのが必要であり、全体の装置の必要な処理速
度は小さくなる。組み合わされる連続短期間スペ
クトルの数の適切な選択によつて、すなわち各平
均値スペクトルに対する期間の適切な選択によつ
て、識別の可能性はさらに改良される。

前述の処理を行なうために用いられる公知の装
置は、分析すべき音を受け取り連続短期間スペク
トルに対応する少なくとも１つの出力端子信号を
連続して発生するフイルタバンクと、このフイル
タバンクの出力端子に接続された長期間スペクト
ルに対応する信号を発生する第１累算器装置と、
分析器装置とを具えている。本発明装置は、分析
すべき音を受け取り、夫々が隣接スペクトル範囲
の音声信号のエネルギ内容を示す連続した短期間
スペクトルに対応する信号をその出力端子に連続
して発生するフイルタバンクと、このフイルタバ
ンクの出力端子に接続され長期間スペクトルに対
応する信号を発生する第１累算器と、分析器装置
と、記憶装置と、この記憶装置の入力端子を前記
のフイルタバンクの出力端子に接続する第１接続
装置と、前記のフイルタバンクに接続された１つ
の入力端子と記憶装置の出力端子に接続された別
の入力端子とを有し、これら２つの入力端子に供
給された信号の差を表わす出力信号を発生する減
算器と、この減算器の出力端子に接続され、供給
された差の値を加算する第２累算器と、前記の第
１累算器の出力端子と第２累算器の出力端子を、
２つの入力端子の信号に対応する値の商に相当す
る信号を形成する出力端子を有する除算器の第１
および第２の入力端子に接続する第２接続装置
と、前記除算器の出力端子を前記分析器装置の入
力端子に接続する装置を有することを特徴とす
る。このようにして、本発明装置は公知の装置に
必要とされる要素に僅かな要素を付加することに
よつて達成できる。

連続短期間スペクトルから差を形成するために
は、記憶装置の入力端子をフイルタバンクの出力
端子に先続し、記憶装置は、同一スペクトル範囲
の次の値が入力端子に現われる瞬時に受信信号を
その出力端子に供給するので十分である。したが
つてこの記憶装置は、１つの短期間スペクトルの
値を記憶することのみが必要である。

これに対し、長期間スペクトルに対する差を形
成するためには、記憶装置の入力端子を第１累算
器の出力端子に接続し、減算器の１つの入力端子
を前記フイルタバンクの出力端子に接続された第
２記憶装置に接続し、この第２記憶装置は、制限
期間内に発生したすべての信号を記憶してこの制
限期間の終りにこれらすべての信号を減算器に連
続的に供給するので十分である。音が記録される
期間の終りまでに長期間スペクトルが得られない
ので、その瞬時の後まで差を計算することができ
ず、したがつてすべての短期間スペクトルは第２
記憶装置に中間記憶されなければならない。第１
累算器が各出力値に対する記憶装置をすでに具え
ている場合には、第１記憶装置を省略することが
できる。標準偏差を決定する他の実施例では、第
２累算器の前段に２乗装置を設け、後段に開平装
置を設けるのが好適である。

数個の連続短期間スペクトルをその都度組合わ
せるためには、フイルタバンクの出力端子と減算
装置あるいは第１記憶装置あるいは第２記憶装置
との間にそれぞれ第３累算器を接続するのが効果
的である。この第３累算器は、一般原則として、
第１および第２累算器と同様に構成することがで
きる。第１累算器は、フイルタバンクの出力端子
あるいは第３累算器の出力端子に接続することが
できる。

長期間スペクトルと同様に短期間スペクトルお
よび平均期間スペクトルはそれぞれ各スペクトル
範囲に対し１つの値より成ると考えることもでき
る。これらの個々の値は、処理ステツプの間別々
に処理されなければならない。処理ステツプは各
スペクトル値に対し同じであるから、各スペクト
ル範囲の値は１つの処理ステツプで連続的に処理
することができ、その結果対応数の中間記憶装置
を除いて１つの装置のみがその都度必要とされ
る。処理速度を増大させるためには、累算器およ
びまたは減算器の少なくともいくつかを多数の並
列要素で構成する。これら並列要素の数は隣接す
るスペクトル範囲の数を越えず、これら並列要素
はすべてのスペクトル範囲にその都度信号を別個
に且つ同時に発生する。しかし、この実施には余
分なコストや手数を必要とし、したがつて処理速
度に特に要求が課される場合にのみ必要とされ
る。

個々の処理ステツプを実行するための装置を組
み合わせ、対応的にプログラムした多用途コンピ
ユータたとえばマイクロプロセツサによつて実現
することもできる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は、本発明音分析装置のブロツク線図で
ある。分析すべき音をフイルタバンク１に供給す
る。このフイルタバンクは、隣接する通過帯域を
有する複数個のフイルタを具えている。これらフ
イルタの出力端子、例えば前述のR.E.Rosenberg
の論文に記載されているように各整流器および低
域フイルタを経て、直接に引き出すことができ
る。しかしながら、フイルタの出力端子は、これ
ら出力値を循環的に連続して走査してこれら出力
値をフイルタバンクの出力端子に通過させる多重
装置に接続されることが屡々ある。この場合一般
に、マルチプレクサの循環時間は、１〜20msの
範囲にある。このことは、連続短期間スペクトル
の個々の値が連続的に供給され、２個の連続した
短期間スペクトルの間隔がマルチプレクサの循環
時間に等しいことを意味している。第１図の実施
例は、唯一個のマルチプレクサ出力端子を有する
フイルタバンクを示している。

フイルタバンクの出力端子を、累算器８に接続
する。この累算器は、多数の連続した短期間スペ
クトルすなわち各スペクトル成分を別々に且つ連
続的にその都度加算する。このためには累算器８
は、加算器、およびこの加算器に接続されスペク
トル範囲の数に等しい多数の段を有するシフトレ
ジスタを具えるのが好適である。このシフトレジ
スタの各段は、平均期間スペクトル中のスペクト
ル成分を示す２進数に生じうる最大数のビツトに
等しい複数個の並列記憶位置を具えている。フイ
ルタバンクは、その都度、スペクトル成分に対し
て新しい信号を供給し、加算によつてこれまでに
得られた関連値はシフトレジスタの出力端子に達
しており、２つの値が加算されてシフトレジスタ
の第１段に書込まれ、もはや必要とされない最も
古いシフトレジスタより取り除かれる。所定数の
短期間スペクトルの後、シフトレジスタの出力端
子が累算器８の出力端子に切換えられ、スペクト
ル成分の次の加算が零値で再び開始する。平均値
を形成するために、加算された短期間スペクトル
の数による除算は、この数が２の整数累乗である
場合に特に簡単である。他の場合には、除算器を
シフトレジスタの出力端子と累算器８の出力端子
との間に設けなければならない。累算器８のこの
基本的な実施形は特に知れており、本発明の目的
ではない。

累算器８の出力端子を、他の累算器２の入力端
子に接続する。この累算器は、個々のスペクトル
値に基づいてすべての平均期間スペクトルを別個
に加算するもので、相応的に多数の位置を有する
という点以外は累算器８と同様に構成することが
できる。

さらに、累算器８の出力端子を、減算器４の入
力端子と記憶装置５とに接続し、この記憶装置の
出力端子を減算器４の他方の減算入力端子に接続
する。記憶装置５がスペクトル範囲の数に等しい
多数のステツプだけ受信信号を遅延させる場合に
は、記憶装置５の出力端子に得られるスペクトル
の値はこの値が前のスペクトルのスペクトル値で
あるということ以外は減算器４の入力端子におけ
るスペクトル値と同じである。これを達成するた
めには、記憶装置５をスペクトル値の数に等しい
多数の段を有するシフトレジスタとして実行する
ことができる。各段が、１つのスペクトル値に対
する最大可能なビツト数に相当する多数の記憶位
置を具えている。

減算器４は、２つのマルチビツト２進数を処理
するように構成され、基本的に知られた構造、た
とえば補数値の加算による減算構造を有してい
る。

減算器４の出力端子を、やはり累算器８と同様
に形成することのできる累算器６の入力端子に接
続する。しかし、この累算器６は減算器４により
供給された数の絶対数のみを、すなわち符号を考
慮することなく処理し、その出力端子に所謂中間
値を与える。

累算器２および６の出力端子を、除算器７の入
力端子に接続する。この除算器は、累算器６の出
力端子の値を累算器２の出力端子の値によつて除
算する。これは、たとえば、連続的減算によつて
公知のように行なうことができ、このためには除
算器７は公知のように構成される。

上述した実施例では、累算器２および６は、総
和を加算値の数で除算して供給する必要はなく、
総和を除算器７に直接に供給することができる。
その理由は、２つの和に対してほぼ同一である除
数がこれら２つの値が除算されるときに消去され
るからである。減算器４における２つの連続値の
その都度の差形成のために累算器６が累算器２よ
りも小さい１つの値を加算するという事実によつ
て生じるわずかな偏差は、たいていの場合無視す
ることができる。累算器２および６は、出力値を
除算器７に連続して供給し、スペクトル値に基づ
いて分離される。したがつて、連続スペクル範囲
に対する値が、この除算器の出力端子に連続して
発生する。これらの値を分析器装置３に供給し
て、同じ方法で得られた複数個の値とここで比較
する。分析器装置３は、同じようにプログラムさ
れた多目的コンピユータとすることができるが、
本発明の一部を形成するものではない。

第２図は別の実施例を示し、第１図の要素に対
応する要素には同一の番号を付して示す。ここで
はフイルタバンク１の出力端子を、累算器８およ
び２に並列に接続する。このフイルタバンクは、
第１図で説明したと同様に構成される。累算器８
の出力端子を記憶装置９に接続する。この記憶装
置は、録音あるいは音声伝送の制限期間中に累算
器８によつて発生されるすべての信号を記憶す
る。これと並列して、長期間スペクトルが累算器
２においてやはり形成され、スペクトル範囲に基
づいて分離され、期間の終りに記憶装置５に入力
される。

記憶装置５の出力端子をやはり減算器４の減算
入力端子に接続し、減算器４の一方の入力端子を
記憶装置９の出力端子に接続する。音が完全に記
憶されると、その結果記憶装置５は長期間スペク
トルを有し、これらのスペクトル部分は連続的且
つ循環的に減算器４に供給される。同時に、記憶
装置９に記憶された平均期間スペクトルの対応ス
ペクトル成分が減算記憶装置４に供給される。減
算記憶装置４の出力端子は２乗装置１１の入力端
子に接続されている。２乗することによつて、２
乗装置１１の出力端子に発生する数は正符号を有
し、累算器６において加算される。この実施例で
は、累算器６および累算器２も、出力端子の前に
設けた除算器を具えなければならない。この除算
器はこれらの和を個々の値を数によつてその都度
除算する。累算器６の出力信号をさらに開平装置
１２に供給する。この開平装置は、処理動作の終
りに累算器６によつて供給される値すなわち前述
の中間値の平方根を形成する。

記憶装置５および開平器１２の出力端子を、除
算器７の入力端子に接続する。この除算器は、標
準偏差の個々のスペクトル値を出力端子に供給
し、これらのスペクトル値を分析器装置３に供給
する。この分析器装置は、正確に言えば、実際に
は実時間内で動作しない。その理由は、制限時間
の終りに音が完全に記憶されるまで差の形成およ
びそれらの処理を開始することができないからで
ある。したがつて、その瞬時まですべての短期間
スペクトルのすべてのスペクトル値を連続的に処
理することは不可能である。

フイルタバンク１のマルチプレクタの長い循環
時間のために、累算器８での平均期間スペクトル
の形成は、達成しうる精度を著しく減少させる。
この場合には、累算器８を省略することができ、
フイルタバンク１の出力端子を累算器２および記
憶装置９の入力端子に、あるいは減算器４および
記憶装置５にそれぞれ直接に接続することができ
る。これは、マルチプレクサの循環時間および処
理スペクトルの最大発振周波数によつてきまる。
他方では、一定数の短期間スペクトルを発生さ
せ、累算器８によつてこれらスペクトルをさらに
処理して最適の識別結果を得ることが、特に音声
あるいは話者の識別において有益である。

高い処理速度が必要とされる場合には、すなわ
ち記憶された音の期間が終了した後に即座に識別
結果が得られなければならない場合には、フイル
タバンク１の出力端子と分析器装置３の入力端子
との間に複数個の要素を設け、各要素が全てスペ
クトル値の一部だけを連続的に処理し、同一スペ
クトルの数個の値が並行して処理できるようにす
ることが特に第２図に示す装置であろう。このこ
とは同一係数で処理速度を上昇させる。制限され
た場合には、各１つのスペクトルのための１つの
別個の装置に対し、実際には実時間状態が再び得
られる。

フイルタバンク１の出力端子と分析器装置３の
入力端子との間に設けた要素を、対応的にプログ
ラムした論理演算ユニツトたとえばマイクロプロ
セツサ内で組み合わせることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例のブロツク線
図、第２図は本発明装置の他の実施例のブロツク
線図である。１…フイルタバンク、２，８，６…累算器、３
…分析器装置、４…減算器、５．９…記憶装置、
７…除算器、１１…２乗装置、１２…開平装置。

Claims

【特許請求の範囲】１制限期間内に発生された音を表わす電気信号
の分析装置において、分析すべき音を受け取り、
夫々が隣接スペクトル範囲の音声信号のエネルギ
内容を示す連続した短期間スペクトルに対応する
信号をその出力端子に連続して発生するフイルタ
バンクと、このフイルタバンクの出力端子に接続
され長期間スペクトルに対応する信号を発生する
第１累算器と、分析器装置と、記憶装置と、この記憶装置の入
力端子を前記のフイルタバンクの出力端子に接続
する第１接続装置と、前記のフイルタバンクに接
続された１つの入力端子と記憶装置の出力端子に
接続された別の入力端子とを有し、これら２つの
入力端子に供給された信号の差を表わす出力信号
を発生する減算器と、この減算器の出力端子に接
続され、供給された差の値を加算する第２累算器
と、前記の第１累算器の出力端子と第２累算器の
出力端子を、２つの入力端子の信号に対応する値
の商に相当する信号を形成する出力端子を有する
除算器の第１および第２の入力端子に接続する第
２接続装置と、前記除算器の出力端子を前記分析
器装置の入力端子に接続する装置を有することを
特徴とする音分析装置。２特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、前記記憶装置は、同一スペクトル範囲の次の
値が記憶装置の入力端子に現われる時点に受信信
号をその出力端子に供給する装置を有することを
特徴とする音分析装置。３特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、第１と第２の接続装置は、第１累算器と記憶
装置を、フイルタバンクの出力端子と除算器の第
１入力との間に接続するように配設され、減算器
の１つの入力端子は、この入力端子を、フイルタ
バンクの出力端子に接続された入力端子を有する
第２記憶装置の出力端子に接続することによつ
て、フイルタバンクの出力端子に接続され、これ
により、制限期間内に発生したすべての信号が記
憶され、この制限期間の終りに減算器装置に連続
的に供給されることを特徴とする音分析装置。４特許請求の範囲第３項に記載の装置におい
て、第２接続装置は、２乗装置と、開平装置と、
前記の２乗装置、第２累算器および開平装置をこ
の順に減算器の出力端子と除算器の第２入力端子
との間の縦続に接続する装置とを有することを特
徴とする音分析装置。５特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、第１接続装置は更に、前記フイルタバンクの
出力端子と減算器の１つの入力端子との間または
記憶装置と第１累算器の入力端子との間に持続さ
れた第３累算器を有することを特徴とする音分析
装置。６特許請求の範囲第１項に記載の音分析装置に
おいて、少なくとも１つの累算器およびまたは減
算器およびまたは除算器装置は隣接スペクトル範
囲の数にせいぜい等しい多数の並列要素を有し、
これら並列要素はすべてのスペクトル範囲に信号
を別々に且つ同時に供給することを特徴とする音
分析装置。