JPS62180400A - 極零分析装置 - 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〕 本発明は極零分析装置、特に音声等の信号のスペクトル
を近似する極零パラメータの値を抽出する極零分析装置
に関するものである。

ｒ従来の技術〕 音声＆成や音声認識の分野では、音声のスペクトルを近
似するパラメータの値を抽出することが重要である。ま
た、一般の信号についても、そのスペクトルを近似する
パラメータの値を抽出することが必要になる場合がある
。

音声等の信号（以下、単に音声等と表す）のスペクトル
を近似するパラメータとしては、極あるいは極零がしば
しば用いられる。これは、極や零はその物理的意味が明
確である等の特徴があり、応用上有利であるためである
。

従来、音声等のスペクトルを近似する極パラメータの値
を抽出するものとして、音声等から抽出された線形予測
係数を係数とする高次代数方程式を例えばニュー１〜ン
・ラプソン法等の逐次近似法を用いて解く方法が知られ
ている。この第１の従来例は、例えばジエイ・ディー・
マーケルとエイ・エイチ・グレイ（Ｊ、Ｄ、Ｍａｒｋｅ
ｌ、＾、１１．Ｇｒａｙ）の著書［音声の線形予測（鈴
木訳）　Ｊ　　（Ｌｉｎｅａｒ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
　ｏｆ　５ｐｅｐｒｂ）７第７章に示されている。

極パラメータの値を抽出する第２の例として。

自己相関領域において逆フィルタリングするものが、伏
木田による論文「自己相関領域で逆フィルタリングを用
いたホルマンＩ・の多段推定方式」（日本音響学会音声
研究会資料５８１−４１＞に示されている。この第２の
従来例では、第１（段の２次の極回路の係数をαに、Ｉ
とα８．２とし、その入力の自己相関値をｒ−に−１，
１としたとき、出力の自己相関値ｒ　ｋ、　Ｉを次式に
よって求める。

ｒｋ　　　ｉ　　　”　　　（Ｉｆ　　　α　２．　　
鳳ｆ　　α　２に、　　２）　　　ｒｈ−ｔ、＋−（α
に、１−αに、１　　°αｈ、　２）ｒｋ−１，１４１
−（Ｉ　　ｈ、ｚ（ｒｂ−ｔ、ｌ−２↑ｒｋ−１，１＋
２＞　　　　−−−（１）第１段の入力には音声等の自
己相関を用いて。

その出力を次段の入力とし、式（１）によって出力の自
己相関値を逐次求め、最終段（これを第に段とする）の
出力の自己相関値ｒｋ、０を求める。これが自己相関領
域における逆フィルタリングと呼ばれる方法である。な
お、ｒｋ、０は予測残差のパワーあるいはエラーパワー
と呼ばれ、これを算出するには入力音声の自己相関値ｒ
　ｏ、　ｔは０次から２に次のものが必要である。

あらかじめ、極パラメータ値のテーブルを用意しておき
、それから各段の係数α３．１　・α１．２を求めて上
記のｒｋ、０を算出する。種々の極パラメータ値の候補
に対してｒ１４．。の最小値を与えたものを最適な近似
を与える極パラメータの値として出力する。

一方、極零パラメータの値を抽出するものの一例（第３
の例）として、シー・ティー・マリスとアール・エイ・
ロバーツ（Ｃ，Ｔ、Ｍｕｌｌｉｓ、Ｒ，Ａ、Ｒｏｂｅｒ
Ｌｓ）によるアイイーイーイートラン′ザクジョン（１
１ＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　）エイニスニスと−
２４（＾Ｓ　Ｓ　＋’−２４＞、Ｎ代３のページ２２６
から２３８に掲載の論文、［ザ　ユース　オブ　セカン
ドオーダ　イン・フォメーショ〉　イン　ザ　アブ口り
シ、メイショ〉　オブ　ディスク−１−トタイム　リニ
アー　ジステムズ（Ｔｈｅ　ｌ１ｓｅ　ｏｆ　５ｅｃｏ
ｎｄ−Ｏｒ＋ｌｅｒ　１ｎｒｏｒｎ＋ａｔｉ。

ｎ　　ｉｎ　　ｔｌ＋ｅ　　Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏ
ｎ　　ｏｆ　　０ｉｓｃｒｅ！、ｅ−Ｔｉｎ＋ｅ　　ｌ
、１ｎｅａｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）」に示されたものがあ
る。

これは、音声のスペクトル包絡Ｈ（ｅｊ６Ｊ）を、伝達
関数が次式で表される極零システムによって近似するも
のである。

ただしａＯ＝１ ここにｎは分母多項式の次数即ち極回路の次数で、１ｎ
は分子多項式の次数即ち零回路の次数である。

この方法は次式の値を最小にするａｌおよびｑｋが最適
な近似を与えるとうい原理に基づいている。

ここに、ｒｈ−１１は音声等の入力信号の自己相関値、
１１−はそれに関連したインパルス応答である。

このとき、最適なａｔは次の連立方程式を解いて得られ
る。

ここに、 である。

また、最適なＱｂは、式（４）の解のａ、を用いて、次
式によって与えられる。

ｍよりも高い次数の線形予測法、即ち第１の従来例の方
法によって容易に求めることができる。そのときには、
高次代数方程式の根を求める必要はなく、単にｈｌさえ
求めればよい。

本従来例では、伝達関数の分母多項式と分子多項式の係
数ａｔとｈが得られる。これから極零パラメータの値を
得るためには第１の従来例と同様に高次（０次もしくは
ｍ次）代数方程式の根を求める必要がある６ 〔発明が解決しようとする問題点〕 前記従来例のうち、第１の例即ち線形予測係数を係数と
する高次代数方程式を解くものは、高次代数方程式を解
く際に多くの演算を必要とすることや、極の周波数やバ
ンド幅を安定に求めることが困難であるといった問題点
があった。

また第２の例では、あらかじめ音声等のスペクトルを表
す極パラメータとして妥当と思われる候補の中から最適
な値を抽出するので安定に求められるが、多くの演算を
必要とするといった間１題点があった。

更にこれら２つの従来例では極パラメータの値しか得ら
れないので、音声等のスペクトルの形状によっては比較
的低い次数では最適な近似を与えるパラメータ値とはな
らず、逆にそのような場合には高い次数のパラメータを
求めなければならず、いっそう多くの演算が必要になる
といった問題点があった。

第３の従来例、即ちマリスとロバーツによるものは、極
パラメータと零パラメータの値が得ら五るので、比較的
低い次数で最適な近似を与えるパラメータ値となるが、
第１の例と同様に高次代数方程式を解かねばならず第１
の例と同様の問題点があった。この点は、音声の場合に
は零の数は少ないので問題とならないが、極の次数は少
なくとも１０次程度必要であり問題となる。

本発明の目的は、音声等の信号のスペクトルを近似する
極零パラメータの値を比較的少ない演算量で抽出できる
極零分析装置を提供することにある。

Ｌ問題点を解決するための手段〕 本発明の極零分析装置は、入力信号から時間窓内の自己
相関値とインパルス応答を算出し一時記憶ｒる手段と、
極パラメータの値を記憶し入力コードに対する極パラメ
ータの値を出力する極パラメータ値テーブルと、その極
パラメータ値から自己相関領域における逆フィルタリ〉
′グを行なうための係数を算出する手段と、その係数を
用いて前記一時記憶された自己相関値を自己相関領域に
おいて逆フィルタリングする手段と、極パラメータ値か
ら時間領域における逆フィルタリングを行なうための係
数を算出する手段と、その係数を用いて前記一時記憶さ
れたインパルス応答を時間領域において逆フィルタリン
グする手段と、前記自己相関領域において逆フィルタリ
ングする手段の出力と前記時間領域において逆フィルタ
リングする手段の出力とから４次以下の極パラメータ値
とエラーパワーを算出する手段と、そのエラーパワーの
最小値を検出する手段と、前記時間領域において逆フィ
ルタリングする手段の出力と４次以下の極パラメータ値
とから零パラメータ値を算出する手段を有し、そのエラ
ーパワーの最小値を与えた時の前記極パラメータ値テー
ブルの出力と前記４次以下の極パラメータ値と前記零パ
ラメータ値を算出する手段の出力とを抽出された横倒パ
ラメータの値として出力するように制御する手段から構
成される。

［作用〕 本発明では、スペクＩ・ル含近似する極零システムを４
次以下（これをＩく次とする）の部分と残り（Ｌ次とす
る）の部分に分けに次の部分に第３の従来例の方法を利
用するものである。４次以下の場合には、有限回の演算
で多項式の根を求められることが知られており、第３の
従来例のような問題はない。Ｌ次の部分に相当するのは
自己相関領域および時間領域における逆フィルタリング
を行なう部分である。零を求めるために時間領域におけ
る逆フィルタリングを行なう点が第２の従来例と異なる
。

極パラメータ値テーブルから候補を選び自己相関領域お
よび時間領域での逆フィルタリングを行なう手段の係数
を算出しそれにより逆フィルタリングを行なう。その出
力に対し第３の従来例の方法で■く次の極零パラメータ
の最適値とエラーパワーを算出する。このときの最適値
はに次の部分のみに対する最適値であり、全体の最適値
とは限らないので、極パラメータのさまざまな候補に対
してエラーパワーを算出してその最小値を検出し、その
ときの極パラメータの候補の値とＫの部分から得られる
極パラメータを最適な極パラメータの値とする。零パラ
メータの値は１時間領域で逆フィルタリングしたしのを
さらにに次の部分から得られた極パラ、メータを用いて
さらに逆フィルタリングすれば、式（６）と等価なもの
が求まる７本発明において必要な時間領域での逆フィル
タリ〉′グの結果のサンプル数はｍであり、このために
必要な逆フィルタリングの演算量はわずかでよい、。

〔実施例］ 次に、本発明について図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図である
。

あらかじめ定められた分析フレームの時間ごとに制御回
路１０１から信号線１２３，１２４，１２５．１２６，
１２７，１２８，１２９，１３０および１３１を介して
それぞれ自己相関インパルス応答算出回路１０２．バッ
ファ１０３．バッファ１０４．自己相関逆フィルタ１０
７．波形逆フィルタ１０８．Ｍ寄算出回路１０９．バ・
ソファ１１０および比較回路１１１に吋して初期化を指
示する情報が送られて、初期化が行なわれる。

自己相関インパルス応答算出回路１０２では制御回路１
０１から送られる指示に従い、信号線１２１から入力さ
れる信号の自己相関係数値とインパルス応答の始めの部
分が算出されそれぞれ信号線１３５および１３６を介し
てバッファ１０３およびバ・ソファ１０４へ送られる。

このとき必要なインパルス応答のサンプル数は、分析し
ようとする零の次駿に等しい。

バッファ１０３では、制御回路１０１からの初期化の指
示に従って内部がクリアされた後、自己相関インパルス
応答算出回路１０２から送られる自己相関係数値が蓄え
られ、それが信号線１３７を介して自己相関逆フィルタ
１０７に送られる。

ここに蓄えられた自己相関係数値は、以後、制御回路１
０１から送出のｔ旨示があるごとにくり返し自己相関逆
フィルタ１０７に送られる。

一方バッファ１０４でも同様に、制御回路１０１からの
初期１ヒの指示に従って内部がクリアされた後、自己相
関インパルス応答算出回路１０２から送られるインパル
ス応答値が蓄えられ、信号線１３８を介して波形逆フィ
ルタ１０８にくり返し送られる。

制御回路１０１からは極値テーブル１０５に対して信号
線１２６を介して極パラメータ値の候補のコードが送ら
れる。それに対する極パラメータ値が極値テーブル１０
５から信号線１３９を介して係数算出回路１０６に送ら
れ、そこで自己相関領域での逆フィルタリングのための
係数、即ち前記式（１）のかっこ内の係数が算出され信
号線１４０を介して自己相関逆フィルタ１０７に送られ
、同時に時間領域での逆フィルタリングのための係数、
即ち式（１）のα工、１とαに、ｊが算出され信号線１
４１を介して波形逆フィルタｌＯ８に送られる。この過
程は制御回路１０１から極パラメータの候補が送られる
たびにくり返される。

自己相関逆フィルタ１０７では、制御回路１０１からの
指示に従って、係数算出回路１０６から送られる係数値
を用いてバッファ１０３か１５送られる自己相関係数値
が自己相関領域において逆フィルタリングされる。即ち
式（１）を逐次用いることによって出力の４次までの自
己相関係数値が算出される。この値は信号線１４２を介
して極零算出回路１０９に送られる。この処理も制御回
路１０１からの指示があるごとにくり返される。

同様に、波形逆フィルタ１０８では、制御回路１０１か
らの指示に従って、係数算出回路１０６から送られる係
数値を用いてバッファ１０４から送られるインパルス応
答の波形が時間領域において逆フィルタリングされ、信
号線１４３を介して極零算出回路１０９に送られる。こ
の処理も制御回路１０１からの指示があるごとにくり返
し行なわれる。

極零算出回路１０９では、自己相関逆フィルタ１０７か
ら送られた４次までの自己相関係数値と波形逆フィルタ
１０８から送られた逆フィルタリングされたインパルス
応答値に対する最適な４次の極零パラメータ値とそのと
きのエラーパワーが直達の第３の従来例の方法によって
算出され、エラーパワーは信号数１４５を介して比較回
路１１１に送られる。このあと、制御回路１０１からの
指示があれば、極零パラメータ値は信号線１　ｌｌ　４
を介してバッファ１１（〕に送られる。

比較回路１１１では、制御回路１０１から初期（ヒの指
示が送られたときには、エラーパワーの最小値を検出す
る際の初期値が信号線１３３を介してメモリ１１２に送
られる。次に、比較回路１１１では制御回路１０１から
の指示に従って、極零算出回路１０９から送られるエラ
ーパワーの値とメモリ１１２から信号線１３４を介して
読み出された値とが比較され１．比較結果が信号線１３
２を介して制御回路１０１に送られるとともに、極零算
出回路１０９から送られたエラーパワーの値の方が小さ
いときは、極零算出回路１０９から送られたエラーパワ
ーの値がメモリ１１２に送られてその内容が書き換えら
れる。この処理も制御回路１０１からの指示があるごと
にくり返される。

制御回路１０１はＳ比較回路１１１から送られた比較結
果が極零算出回路１０９から送ら・れなエラーパワーの
値の方が小さいことを示している場合は、極値テーブル
１０５に対してそのときの極パラメータ値を信号線１４
６を介してバッファ１１０に送らせ、極零算出回路１０
９に対してそのときの４次の極零パラメータ値を信号線
１４４を介してバッファ１１０に送らせる。バッファ１
１０では制御回路１０１からの指示があるごとに、極値
テーブル１０５から送られる極パラメータ値と極零算出
回路１０９から送られる極零パラメータの値に書き換え
られ記憶される。

このようにして、極パラメータの種々の候補について逆
フィルタリングが行なわれた時点では、バッファ１１０
には最適な極零パラメータの値が記憶されている。各分
析フレームの処理の最後に制御回路１０１からバッファ
１１０に出力の指示が送られ、最適な極零パラメータの
値が信号線１２２から出力される。

以上の処理が分析フレームごとにくり返される。

なお、本実施例では極零算出回路１０９において抽出さ
れる極零パラメータの次数は４次としたが、４次以下の
ものでも良い。

第２図は本発明の第２の実施例を示すブロック図である
。

本実施例では、音声合成のための極零分析などにおいて
、音声合成モデルに合ったものを抽出できるように、極
パラメータ値に制限を加えられるようにしたものである
。そのために、第１の実施例に対し比較回路２１３とメ
モリ２１４が追加されている。

本実施例における自己相関インパルス応答算出回路２０
２．バッファ２０３．バッファ２０４゜極値テーブル２
０５．係数算出回路２０６．自己相関逆フィルタ２０７
．波形逆フィルタ２０８゜極零算出回路２０９．バッフ
ァ２１０．比較回路２１１およびメモリ２１２は、それ
ぞれ第１の実施例における自己相関インパルス応答算出
回路１０２、バッファ１０３．バッファ１０４．極値テ
ーブル１０５．係数算出回路１０６．自己相関逆フィル
タ１０７．波形逆フィルタ１０８．極零算出回路１０９
．バッファ１１０．比較回路１１１およびメモリ１１２
に対応し同様の動作をする。

制御回路２０１の行なう制御で第１の実施例と異なる点
について以下に説明する。

まず初期化の際には、極パラメータの値に対する制限の
値を信号線２４７を止して比較回路２１３に送り、比較
回路２１３はさらにその値を信号線２５０を介してメモ
リ２１４に送る。

極値テーブル２０５に対してモデルの制限に合った極パ
ラメータの候補のコードを送るごとに、極零算出回路２
０９に対しても、そのつと４次の極零パラメータの値を
比較回路２１３に送らせる。

比較回路２１３では、その値がメモリ２１４から信号線
２４９を介して読み出された制限の値に適合するか否か
を判定し、その結果を信号線２４８を庁して制御回路２
０１に送る。

制御回路２０１では比較回路２１３からの判定結果が、
制限に適合していることを示しているときだけ比較回路
２１１からのエラーパワーの比較結果を参照し、最適な
極パラメータ値の抽出を行なう、。

本実施例では、制限に合った極パラメータの値のみを抽
出できるので、音声のボルマン１−分析なとではより安
定したホルマント抽出が行なえるという効果がある。

〔発明の効果１ 以上説明したように本発明は、第２の従来例より少ない
演算量で、より精度良くスペクトルを近似できる術零パ
ラメータ値を、高次の代数方程式を解く必要がないため
第３の従来例より安定に求められるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の第１および第２
の実施例を示すブロック図である。 １０１．２０１・・・制御回路、１０２，２０２・・・
自己相関インパルス応答算出回路、１０３，１０４．１
１０，２０３，２０４．２１０・・・バッファ、１０５
．２０５・・・極値テーブル、１０６，２０６・・・係
数算出回路、１０７．２０７・・・自己相関逆フィルタ
、１０８，２０８・・・波形逆フィルタ、１０９．２０
９・・・極零算出回路、１１１，２１１．２１３・・・
比較回路、１１２，２１２．２１４・・・メモリ。 １−１゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 音声等の信号から抽出された自己相関値とインパルス応
   答に基づいて極零パラメータの値を抽出する型の極零分
   析装置において、入力信号から時間窓内の自己相関値と
   インパルス応答を算出し一時記憶する手段と、極パラメ
   ータの値を記憶し入力コードに対する極パラメータの値
   を出力する極パラメータ値テーブルと、その極パラメー
   タ値から自己相関領域における逆フィルタリングを行な
   うための係数を算出する手段と、その係数を用いて前記
   一時記憶された自己相関値を自己相関領域において逆フ
   ィルタリングする手段と、極パラメータ値から時間領域
   における逆フィルタリングを行なうための係数を算出す
   る手段と、その係数を用いて前記一時記憶されたインパ
   ルス応答を時間領域において逆フィルタリングする手段
   と、前記自己相関領域において逆フィルタリングする手
   段の出力と前記時間領域において逆フィルタリングする
   手段の出力とから４次以下の極パラメータ値とエラーパ
   ワーを算出する手段と、そのエラーパワーの最小値を検
   出する手段と、前記時間領域において逆フィルタリング
   する手段の出力と４次以下の極パラメータ値とから零パ
   ラメータ値を算出する手段を有し、そのエラーパワーの
   最小値を与えた時の前記極パラメータ値テーブルの出力
   と前記４次以下の極パラメータ値と前記零パラメータ値
   を算出する手段の出力とを抽出された極零パラメータの
   値として出力するように制御する手段を備えることを特
   徴とする極零分析装置。