JPS616698A - 疑似バンドパスフイルタ分析装置 - 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〉 本発明は簡易形音声分析装置の改良に関する。

〈従来技術とその問題点〉 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
れているバタンとの間で、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
音声分析方式としてフーリエ変換を用いたバンドパスフ
ィルタ分析があった。この分析では、波形をフーリエ変
換しフーリエスペクトラムを求め、そのパワースペクト
ルのある帯域内をまとめバンドパスフィルタの出力とし
ている。ここでフーリエ変換ハ で求められ、よく知られているＦＦＴアルゴリズムによ
り高速に求めることができる。しかしｅｘｐ　（ｊ　２
πｋｉ／Ｎ）を乗算する必要があり、乗算器を備える必
要があった。

一方、このフーリエ変換を簡略化した変換方式としてウ
ォルシュ変換があり、このウォルシュ変換を用いた分析
方式が特開昭５７−７００号明細書「音声認識装置」に
記載されている。このウォルシュ変換は、フーリエ変換
における要素ｅｘｐ（ｊ２πｋ　ｉ　／Ｎ　）を±１へ
量子化したものと考えることができ、フーリエ変換の近
似が得られる。

ウォルシュ変換における要素は±１であるため加減算器
のみで計算することができ、乗算器が必要でないため小
形の分析装置を実現することができる。

しかし、ウオルシュ変換方式によるバンドパスフィルタ
分析はフーリエ変換に対する量子化が荒く、近似が悪べ
〒弦波を方形波で近似していることによる。）ため分析
の精度が悪いという欠点があった。

〈発明の目的〉 本発明の目的は、バンドパスフィルタ分析に用いるフー
リエ変換を多値ウオルシュ変換に置き換えることによシ
、フーリエ変換によるバンドパス・フィルタ分析のより
よい近似を得る小型の音声分析装置、すなわち、よυ精
密なスペクトラム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。

〈発明の構成〉 本発明による疑似バンドパスフィルタ分析装置は、入力
信号を多値ウォルシュ変換する多値ウォルシュ変換部と
、前記多値ウォルシュ変換部の出力よシ疑似パワースペ
クトルを求めるパワー計算部と、前記パワー計算部の出
力よりｎ個の帯域内パワーを求める帯域内パワー計算部
を有している。

〈本発明の原理〉 次に本発明で使用する多値ウオルシュ変換について説明
する。すでに述べた通シ、ウオルシュ変換はフーリエ変
換における直交関数系である三角関数を±１の２値の関
数であるウォルシュ関数装置１換えたものであり、加減
算のみでツー１）工変換の近似値が得られる。しかし三
角関数を±１の２値関数へ近似させているため、近似度
合が悪かった。一方、ウォルシュ関数を多値化し複素数
化させることにより簡単な演算でフーリエ変換のよりよ
い近似値が得られる多値ウォルシュ変換装置が同一出願
人から出願されたＣ特願昭５８−０６３１８６号明細書
）「多値ウォルシュ変換装置」に記載されている。ここ
で多値ウォルシュ変換の原理について述べる。

入力時系列を逆２進順に並べた列ベクトルをＸ１多値ウ
オルシースペクトルをＷ１変換行列をＣとすねば、 Ｗ＝Ｃ，Ｘ ＝Ｇ　　−Ｇ　　　・・・・・・Ｇ１・Ｘ（６）ｎ　　
　　　Ｉ〕−１ ｎ回の行列の積として表現できる。ここで各Ｇｉは（７
）、（８）、（９）式により決定される。

Ｇ、＝−＝］ＪｉＸＩ、１ｉ　　　　　　　　　　　（
７）た／こし■はクロネッカー積である ＬＨ−ｄｌａｇ（１，Ｃａ１Ｌ（ａｉＬ”’＋（ａｌ　
　　：］　　　（”）ただし■１は２１行２１列の単位
行列であり、ｄｉａｇ（）は括弧内を対角要素とする対
角行列である。

ここで［：ａｉ］は多値化の数によって決定され、８値
の場合は ａ　ｉ　＝ｅｘｐ　（ｊπ／２１）、ａｋ＝ｅｘｐ（ｊ
θ）としくｅｘｐ（ｊθ））＝１　　、Ｏ≦θ〈三のと
き一＝ｔ＋Ｊ、−≦θ〈暑のとき ＝ｊ　　　、−≦θ〈〒のとき ＝−１＋ｊ１−≦θ〈πのとき とする。また、１６値の場合は θ （ｅｘｐ（Ｊ）］−１ｏ≦θ〈晋のとき＝１−Ｆ−Ｔ１
、百≦θく７のとき ＝１＋」　−≦θ〈■のとき 二 ＝針ｊ　１百≦θ〈■のとき ＝ｊ　　−≦θ〈Ｉのとき 唱 一−７＋ｊ　　、、≦θ〈７のとき 一−ｘ＋Ｊ　−≦θ〈■のとき ％４ ニー１＋−７Ｊ、、■≦θ〈πのとき とする。

また、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＝（Ｘ（、、Ｘ４　、Ｘ２　、Ｘ６　、ｘｌ、Ｘ５　
、Ｘ３　、　Ｘ７　）となる。さらに８値ウオルシー変
換の場合各０１　はとなる。これらＧ１の各行ともゼロ
でない敬素は２つのみでラシ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にて求められることを
示している。このセロでない要素はＣ±１．　±ｊ）で
あるため複素数の加減算のみで実行できる。さらに１６
値ウオルシユ変換の場合ゼロでない要素１　　　　　　
　　　　　　　　　　　１　。

は（±１．　±ｊ）、（±−２±Ｊ）、（±１．　±−
Ｊ）であるためシフト演算と複素数の加減算のみで実行
でき、乗算回路を必要としない。また、この特待られる
多値ウオルシュベクトルのＷｉとＷＮ　１（Ｎ＝２ｎ）
は共役複素数となる。

本発明による疑似バンドパスフィルタ分析装置では、以
上説明した多値ウォルシュ変換によシ入力信号の疑似ス
ペクトルを求め、この疑似スペクトルをまとめることに
より、あらかじめ定められた帯域内パワーを求めている
。

〈実施例１〉 不発りＨについて実施例に基づきさらに詳細に説明する
。

本発明の第１の実施例は第１図に示すように、多値ウオ
ルシュ変換部１、パワー計算部２．帯域内パワー計算部
３より構成される。

多値ウォルシュ変換部１は、例えば特願昭５８−０．６
３１８６号明細書に記載されている第５図または第１０
図の構成を取ることができる。入力信号が多値ウォルシ
ュ変換部１へ入力され、多値ウォルシュ変換され疑似ス
ペクトラムＷ１が出力される。

パワー計算部２は、疑似スペクトラムＷ１のパワーを計
算する部分であり、第２図に示すように構成される。パ
ワー計算部２では、始めにアキームレータ２３がクリア
され、その後多値ウォルシュ変換部１にて求められた疑
似スペクトラムＷ１の実数部Ｗ１Ｒと虚数部Ｗ、■が順
次入力され乗算器２１で２乗され、加算器２２とレジス
タ２３により構成されるアキームレータにてその和が求
められる。すなわち、疑似パワースペクトラムＰ、＝Ｗ
、Ｒ＋Ｗ、ｌ　　　　　　　　・・・（１０）が計算さ
れる。

帯域内パワー計算部３は、Ｋ個に分割された帯域内の疑
似パワースペクトラムの和を求める部分であり、第３図
に示すように構成される。パワー計算部２にて求められ
た疑似パワースペクトラムＰ、がバッファメモリ部３１
へ一時記憶烙れる。

制御部３６から第５図に示すタイムチャートに従って発
せられる信号ｌと信号ｋにより、バッファメモリ部３１
からＰｌが、重み係数メモリ部３２から＼Ｖ、がそれぞ
れ読み出され、乗算器３３へ入力される。乗算器３３の
出力は加算器３４とレジスタ３５によって構成されるア
キュムレータにより順次和が求められる。す々わち、第
ｋＩｐ目の帯域内パワー か割算される。ここでＷｋはバンドパスフィルタの特性
を表わす係数で一般に第４図に示すような値を取る。続
いて制御部３６はｋを一つづつ増加させ、Ｋ個の帯域内
パワー丁なわちに個の疑似バンドパスフィルタの出力が
得られる。

〈実施例２〉 本発明の第２の実施例はパワースペクトルの計算におい
て乗算器を使用せず絶対値の和として近似的に求める場
合であり、第１の実施例におけるパワー計算部２を第６
図に示す構成へ変更し７たものである。始めにアキュム
レータ２４がクリアされ、その後疑似スペクトラムＷＩ
の実数部Ｗ１Ｒと虚数部Ｗ、□が順次入力され、絶対値
回路２４にてその絶対値が求められ、加算器２３とレジ
ヌク２３にてその和が求められる。すなわち、疑似ノ；
ワースペクトラム Ｐ　　＝＜ｗ、　　）＋（ＶＶ’、１）　　　　　　・
・・（１２）＋Ｒ が割算てれる。

〈実施例３〉 本発明の第３の実施例は、帯域内パワー計初−において
バンドパスフィルタの物性を表わす重み係数を１すたは
０とすることにより乗算器を使用せず求める場合であり
、第１の実施例における帯域内パワー計算部３今第７図
に示す構成へ変更したものである。制御部３６から第８
図に示すタイムチャートに従って発せられる。信号ｉに
より第Ｓ［有］）番目よシ第ｅ［有］〕番目までの疑イ
以パワースペクトラムが読み出づれ、その和が加算器３
４とアキュムレータ３５にて求められる。゛すなわち、
第に有口の帯域内パワー が計算される。

以上本発明の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帯域内パワーＢｋの計ｙγを（
１１）式または（１３）式で求めているが、（１４）式
に示すＩノ０　（、ｘ変換を行う方法、（１５）式に示
す平方根を取る方法も採用できることは明白である。

〈本発明の効果〉 本発明の疑似パンドパスフ４ルタ分析装ｆｆｔ、Ｂ、バ
ンドパスフィルタ分析におけるフーＩＪ工変換を多値ウ
オルシュ変換へ置き換えることによシ、加減算器等によ
る簡単な演算器で構成できる利点を持っている。さらに
ウオルシュ変換を用いた疑似バンドパスフィルタ分析装
置に比較し、よシ正確なスペクトラムが得られる利点を
持っている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図は
パワー計算部２のブロック図、第３図は帯域内パワー計
算部３のブロック図、第４図はバンドパスフィルタの特
性を表す重み係数を示す図、第５図は帯域内パワー計算
部３のタイムチャート、第６図は第２の実施例のパワー
計算部２のブロック図、第７図は第３の実施例の帯域内
パワー計算部３のブロック図、第８図は第３の実施例の
帯域内パワー計算部３のタイムチャートである。 図において、 １・・・・・・多値ウオルシュ変換部、２・・・・・・
パワー計算部、 ３・・・・・・帯域内パワー計算部、 ２１・・・乗算器、　　　２２・・・加算器、２３・・
・レジスタ、　　２４・・・絶対値回路、３１・・・バ
ッファメモリ部、 ３２・・・重み係数メモリ部、 ３３・・・乗算器、　　　　３４・・・加算器、３５・
・・レジスタ、　　　３６・・・制御部、である。 ７１′１　　図 ７１−２　　図 オ　３　図 オ　４　図 Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　％ｉ；＋　５　図 ７６　図 ７１−７　　図 ７１−８　　図 ＋　　２　−　・ｅ（＋１　　８（２）　・・ｅ（２）
　　　　　　５（Ｋ）−−＜１（Ｋ）Ｒ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号を多値ウォルシュ変換する多値ウォルシュ変換
   部と、前記多値ウォルシュ変換部の出力より疑似パワー
   スペクトルを求めるパワー計算部と、前記パワー計算部
   の出力よりｎ個の帯域内パワーを求める帯域内パワー計
   算部を持つことを特徴とする疑似バンドパスフィルタ分
   析装置。