JP3840876B2 - 周期的信号検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号から対象とする特定の周期的信号をその他の信号から識別検知する周期的信号検出装置に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
周期的信号検出の用途は、通信サービスで用いる呼出音，話中音やトーン信号およびモデム信号等の各種機械信号の検出のほか、電話通信系における上記各種信号と音声検出による相手側応答との識別手段等多岐にわたる。従来、音声検出による相手側応答では、上記通信サービス用の各種機械信号を音声と識別するために、周波数弁別器により各種機械信号に使用される周波数を検出する方法や、各種機械信号の電力が連続的信号であることを利用してバースト的信号である音声と識別する方法が提案されている。しかし、上記周波数弁別器による識別方法は構成が複雑であるため、実用的ではない。一方、入力信号電力の連続性を用いる方法も、呼出音のような振幅変調信号の場合には変調度が１００％に近づくと電力が変調信号の周期で変動するバースト的信号となって観測されるため、音声と誤認識するという欠点を持っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、音声信号のバースト的特性を用いて対象とする特定の周期信号と音声を識別することが行われていた。しかし、呼出音のような振幅変調信号の場合には変調度が１００％に近づくと変調による振幅の山と谷の部分が生じていると観測されるため、前述の方法ではこのような場合には信号は連続しているが変調信号の周期でバースト的に途切れる信号として観測され、その周期が音声の持つバースト的間隔と類似していると、音声と区別して識別することができず、誤って音声として認識してしまうことになり、実用上問題があった。
【０００４】
本発明は、音声における自己相関特性が一定の周期を持たないのに対し、機械信号では必ず周期性を持つことを利用して、上記１００％変調に近い呼出音のように音声の持つバースト的間隔と類似した周期で定期的に振幅が極端に変化するような機械信号でも音声と区別して識別することが可能な周期的信号検出方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願の第１の発明による周期的信号検出装置は、入力信号の最大周波数の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングされた時刻ｎでの入力信号データを順次記憶し自己相関係数計算の分析サンプル数Ｎ毎に２Ｎ個の記憶データ（ｙ（ｉ））を出力する波形メモリ部と、該波形メモリ部の前記出力（ｙ（ｉ））から自己相関係数を算出しＮ個の計算結果（Ｒ（ｋ））と先頭値（Ｒ（０））を出力する相関計算部と、該相関計算部の前記出力（Ｒ（ｋ））の極大を検索し、結果として得られる前記自己相関係数の前記極大の中の最大値（Ｒ max ）を出力する極大の最大値検索部と、前記入力信号の前記自己相関係数（Ｒ（ｋ））の先頭値（Ｒ（０））よりバーストの有無を検出してバースト状態（ bst ＿ st ）とバーストの開始情報（ bst ＿ start ）を出力するバースト検出部と、前記相関計算部の先頭値（Ｒ（０））と前記最大値検索部の最大値（Ｒ max ）及び前記バースト検出部のバースト状態とバーストの開始情報を入力し、前記最大値検索部の最大値（Ｒ max ）が極大となる間隔を自己相関計算の分析サンプル数単位でカウンとすることにより入力信号の周期を求めて得られた信号周期測定値（ pcnt ）と信号周期出力情報（ p ＿ out ）を出力する信号周期測定部と、前記バースト検出部の前記出力（ bst ＿ st ）と前記信号周期測定部の前記信号周期測定値（ pcnt ）及び前記信号周期出力情報（ p ＿ out ）とを入力し、対象とする特定の周期的信号の有無を判定する周期信号判定部とから構成されたものである。
【０００６】
本願の前記した第１の発明に従属する第２の発明に係る周期的信号検出装置は、前記周期信号判定部は、前記バースト検出部の出力と前記信号周期測定部の信号周期測定値（ pcnt ）及び前記検出情報（ p ＿ out ）とを入力し、対象とする特定の周期的信号候補の有無を判定して周期的信号候補情報（ｖ（ｍ）），保護動作許可情報（ pro ＿ enb ）および所定周期分（ｎ s ）の前記信号周期測定値（ pcnt ）の総和（ｓ）を出力する周期信号候補判定部とし、更に該周期的信号候補判定部の出力の前記保護動作許可情報（ pro ＿ enb ），前記周期的信号候補情報（ｖ（ｍ））及び前記信号周期測定値（ pcnt ）の総和（ｓ）に従って周期的信号候補から偽りの候補を破棄する周期的信号検出保護を行い周期的信号検出結果情報（ｗ（ｍ））を出力する周期信号検出保護部とを備えた構成としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づき本発明の一実施例を説明する。
図１は、周期的信号検出装置の構成を示すブロック図である。図１において、１は入力信号ｘ（ｔ）の最大周波数の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングされた時刻ｎでの入力信号データｘ（ｎ）を順次記憶し自己相関係数計算の分析サンプル数Ｎ毎の時刻ｍＮ−１に２Ｎ個の記憶データｙ（ｉ）（ｉ＝０，…，２Ｎ−１）として出力する波形メモリ部、２は波形メモリ部１の出力ｙ（ｉ）（ｉ＝０，…，２Ｎ−１）から自己相関係数を算出しＮ個の計算結果をＲ（ｋ）（ｋ＝０，…，Ｎ−１）として出力する相関計算部、３は相関計算部２の出力Ｒ（ｋ）（ｋ＝０，…Ｎ−１）の最大値を検索し、結果として得られる自己相関係数を極大の最大値Ｒmax として出力する極大の最大値検索部、４は入力信号電力であるＲ（ｋ）の先頭値Ｒ（０）よりバーストの有無を検出してバースト状態を２bit で表現した bst st（１：０）とバーストの先頭フラグ bst start を出力するバースト検出部、５は相関計算部２の出力Ｒ（０）と、極大の最大値検索部３の出力Ｒmax 、及びバースト検出部４の出力 bst st（１：０）及び bst start を入力し、Ｒmax が極大となる間隔を自己相関計算の分析サンプル数単位でカウンとすることにより入力信号の周期を求めて得られた信号周期測定値pcntと信号周期出力フラグ p out を出力する信号周期測定部、６はバースト検出部４の出力 bst st（１：０）と信号周期測定部５の出力pcntと p out とを入力し、対象とする特定の周期的信号候補の有無を判定して周期的信号候補フラグｖ（ｍ），保護動作許可フラグ pro enb および所定周期分ｎs の信号周期測定値pcntの総和ｓを出力する周期信号候補判定部、７は周期的信号候補判定部６の出力 pro enb と総和ｓに従って周期的信号候補から偽りの候補を破棄する周期的信号検出保護を行い周期的信号検出結果フラグｗ（ｍ）を出力する周期信号検出保護部である。
【０００８】
以下、サンプリング周波数８ｋＨｚでサンプリングした入力信号を例として説明する。
本発明の詳細について、図１とその動作を示す図２〜図７のフローチャートに基づき、説明する。
波形メモリ部１は、図２のＦ１に示すように、入力信号データｘ（ｔ）を時刻ｎでの入力信号データｘ（ｎ）として順次記憶して（Ｆ１−１）、自己相関計算の分析サンプル数Ｎの２倍以上のデータを蓄積した後、２Ｎ個の記憶データｙ（ｉ）（ｉ＝０，…，２Ｎ−１）を出力する回路であり（Ｆ１−３）、時刻ｍＮ−１毎（Ｆ１−２）に図８のように動作する。
自己相関計算の分析サンプル数Ｎは、信号周期測定部５で周期を測定する単位として用いるため、対象とする特定の周期的信号の周期の１／２以下の値を用いる。本実施例では、変調周波数１５〜２０Ｈｚ（５０〜７０ｍｓ）の呼出音を対象とするのでＮ＝１０ｍｓ×８ｋＨｚ＝８０とした。
【０００９】
相関計算部２（Ｆ２）は波形メモリ部１（Ｆ１）の出力ｙ（ｉ）（ｉ＝０，…，２Ｎ−１）から入力信号の自己相関係数を算出し、自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎にＮ個の計算結果Ｒ（ｋ）（ｋ＝０，…，Ｎ−１）を出力する回路であり、例えば（１）式を用いて算出する（Ｆ２）。
【数１】
【００１０】
極大の最大値検索部３（Ｆ３）は相関計算部２（Ｆ２）のＮ個の出力Ｒ（ｋ）（ｋ＝０，…，Ｎ−１）より次式（２）に従って極大値を検索し、このうち最大のものを極大の最大値Ｒmax として自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎に出力する。次式（２）を満たすとき、図３のように、Ｒ（ｋ−１）を極大値とし（Ｆ３−１）、Ｒ（ｋ）（ｋ＝０，…Ｎ−１）の極大値でこれまでに得られたものと比較して（Ｆ３−２）、大きければ極大の最大値Ｒmax を更新し（Ｆ３−３）、Ｎ個のＲ（ｋ）を比較した最終的な結果を自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎に出力する。
【数２】
【００１１】
バースト検出部４（Ｆ４）は、図４に示すように、自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎に入力信号電力Ｒ（０）をしきい値と比較して（Ｆ４−１）、大きければ bst flg （ｍ）＝１（Ｆ４−２）とし、小さければ bst flg （ｍ）＝０（Ｆ４−３）とする。しきい値は対象とする特定の周期信号の最小電力より小さな値を用い、値は実験的に決定する（本実施例では−５０ｄＢｍ）。分析サンプル数Ｎ毎の３回分の値 bst flg （ｍ−１）、 bst flg （ｍ−２）、 bst flg （ｍ−３）を記憶しておき、現在の bst flg （ｍ）と併せて条件として、表１に従って、バーストの状態判定に用い（Ｆ４−４〜Ｆ４−６）、結果として bst st（１：０）を出力する（Ｆ４−７〜Ｆ４−１１）。
【００１２】
【表１】
【００１３】
呼出音などのような振幅変調信号では、変調度が１００％に近くなると、変調による振幅の山と谷の部分が生じる。このような谷の部分では振幅の大きさと変調度によっては分析サンプル数Ｎの１〜２倍の期間だけ急激に電力が低下してバースト判定に用いるしきい値を下回るような場合が生じるため、本来の信号は連続しているが“バースト終了”または“バースト無し”と誤認する場合がある。しかし、表１のような連続性の有無を含む検出論理に従えば、分析サンプル数Ｎ毎に３回連続して bst flg （ｍ）＝０とならなければ、“バースト終了”と判定しないので、このような誤認はない。この場合の連続不変化の回数３は、測定対象信号の種別又は分析サンプル数Ｎに対応して他の連続不変化の回数を選択することができる。
さらに、バースト検出部４（Ｆ４）では、バースト開始の時に bst start ＝１としてバーストの先頭か否かを信号周期測定部５に通知する（Ｆ４−１２）。
【００１４】
信号周期測定部５（Ｆ５）は自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎に相関計算部２（Ｆ２）の出力Ｒ（０）と、極大の最大値検索部３（Ｆ３）の出力Ｒmax 、及びバースト検出部４（Ｆ４）の出力 bst st（１：０）、 bst start が入力され、Ｒmax が極大となる間隔を自己相関計算の分析サンプル数単位でカウントすることにより、入力信号の周期を求める。具体的には以下図５に示すように動作する。
bst st（１：０）＝０または１のとき（Ｆ５−１＝ｙｅｓ）、以下のようにして極大の最大値検索部３（Ｆ３）の出力Ｒmax の極大を検出し、極大の出現する間隔をpcntにより自己相関計算の分析サンプル数単位でカウントし（Ｆ５−２）、信号周期を測定する。すなわち、Ｒmax を入力信号電力Ｒ（０）で規格化した３回分の値Ｒ" max ／Ｒ" （０）、Ｒ' max ／Ｒ' （０）、Ｒmax ／Ｒ（０）を記憶しておき、次式（３）を満たす時に極大と判定する（Ｆ５−３−ｙｅｓ）。
【数３】
【００１５】
バーストの開始から最初のＲmax の極大までの間隔は、バースト開始点での信号の位相が不明であるため極大同士の間隔より短い可能性があり、１周期に満たない。このためにバースト先頭フラグ bst start ＝１の場合（Ｆ５−４＝ｎｏ）には、信号周期測定結果pcntを初期化し（Ｆ５−６）、 bst start ＝０（Ｆ５−７）、信号周期出力フラグ p out ＝０（Ｆ５−８）として、バーストの開始後最初の周期測定結果を破棄する。この後 bst start ＝０の場合（Ｆ５−４＝ｙｅｓ）には、pcntと p out ＝１を出力する（Ｆ５−５）。
一方、（３）式を満たさないとき（Ｆ５−３＝ｎｏ）には、pcntと p out ＝０を出力する（Ｆ５−８）。
bst st（１：０）＝２または３のとき（Ｆ５−１＝ｎｏ）には、周期の測定を行わず、pcnt＝０（Ｆ５−９）、 p out ＝０（Ｆ５−１０）を出力する。
【００１６】
本実施例では、Ｒmax の極大により周期を求めたが、Ｒmax の極小やＲ（０）を用いてもよい。
【００１７】
周期的信号候補判定部６（Ｆ６）は自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎にバースト検出部４（Ｆ４）の出力 bst st（１：０）、信号周期測定部５（Ｆ５）の出力pcnt， p out を受とり、以下の方法で対象とする特定の周期的信号候補の有無を判定して周期的信号候補フラグｖ（ｍ）、保護動作許可フラグ pro enb およびｎs 周期分のpcntの総和ｓを出力する。具体的には以下図６に示すように動作する。
【００１８】
（１）バースト開始である bst st（１：０）＝０の場合（Ｆ６−１の判定結果がバースト開始：０）には、対象とする特定の周期的信号の可能性有りとしてｖ（ｍ）＝１を出力する（Ｆ６−２）。
【００１９】
（２）バースト中である bst st（１：０）＝１の場合（Ｆ６−１の判定結果がバースト途中：１）には、次式（４）により対象とする特定の周期的信号候補を判定した回数pj cnt と信号周期測定部５の出力 p out により以下のように動作する。
【数４】
p min ：対象とする特定の周期的信号の既知の最小周期×ｎs
p max ：対象とする特定の周期的信号の既知の最大周期×ｎs
【００２０】
（２-1）pj cnt ＜ｎj （Ｆ６−４＝ｙｅｓ）、 p out ＝１（Ｆ６−５＝ｙｅｓ）のとき、バースト開始から今回までの信号周期測定結果pcntの累計ｓを求め（Ｆ６−６）、pcntを初期化し（Ｆ６−７）、累計回数scntをカウントする（Ｆ６−８）。ｎs 周期分累計したとき（Ｆ６−９＝ｙｅｓ）、scntを初期化し（Ｆ６−１０）、周期的信号候補判定回数pj cnt をカウントした（Ｆ６−１１）後、ｎs 周期分の総和ｓにより（４）式に従って対象とする特定の周期的信号の候補判定を行う。
ｓが式（４）を満足するとき（Ｆ６−１２の判定結果がｙｅｓのとき）には、対象とする特定の周期的信号の入力可能性有りと判定してｖ（ｍ）＝１を出力し（Ｆ６−１３）、式（４）を満たさないとき（Ｆ６−１２の判定結果がｎｏのとき）には、ｖ（ｍ）＝０を出力する（Ｆ６−１４）。
【００２１】
この候補判定をｎj 回繰り返し、ｎs ×ｎj 周期分の周期判定とｎj 回分の候補判定により対象とする特定の周期的信号候補を検出する（図９）。周期の総和回数ｎs と判定回数ｎj は対象とする特定の周期信号と比較する信号の長さにより決定する。本実施例では変調周波数１５〜２０Ｈｚ（５０〜７０ｍｓ）で１秒間発生後２秒間停止する呼出音に対して、バースト時間が１４０ｍｓ程度の“ハイ”、“モシモシ”等の音声と区別する。このため呼出音が音声よりバースト時間が長いことに着目して、音声の場合ｎj 回の総和判定途中でバーストが終了し、また呼出音の場合バースト時間内にｎj 回の総和判定が終了するようにｎs ＝ｎj ＝３とした（１４０ｍｓ＜（３回×３周期×５０〜７０ｍｓ）＝４５０〜６３０ｍｓ＜１０００ｍｓ）。
【００２２】
p＿min ， p＿max の値は対象とする特定の周期的信号の周期に従って予め決定する。本実施例では、変調周波数１５〜２０Ｈｚ（５０〜７０ｍｓ）の呼出音に対して自己相関計算の分析サンプル数単位（本実施例では１０ｍｓ×８ｋＨｚ＝８０サンプル）で周期測定を行い、周期の総和回数ｎs ＝３であるから、 p＿min ＝５０ｍｓ／１０ｍｓ×３＝１５、 p＿max ＝７０ｍｓ／１０ｍｓ×３＝２１とした。
【００２３】
（２-2）pj cnt ＜ｎj （Ｆ６−４の判定結果がｙｅｓ）で、 p out ＝０（Ｆ６−５の判定結果が＝ｎｏ）のときには、前回の値ｖ（ｍ−１）を保持する（Ｆ６−１７）。
（２-3）pj cnt ≧ｎj （Ｆ６−４の判定結果がｎｏ）のときには、前回の値ｖ（ｍ−１）を保持する（Ｆ６−１７）。
【００２４】
（３）バースト終了である bst＿st（１：０）＝２（Ｆ６−１の判定結果がバースト終了：２）の場合には、（４）式による周期的信号候補判定回数pj＿cnt により、以下のように動作する。
（３-1）pj＿cnt ＜ｎj （Ｆ６−１９の判定結果がｙｅｓ）のときには、周期的信号候補判定中でバーストが終了したので、対象とする特定の周期的信号以外の信号であると判定して、ｖ（ｍ）＝０とし（Ｆ６−２０）、さらにpj＿cnt ＝０とする（Ｆ６−２３）。
（３-2）pj＿cnt ≧ｎj （Ｆ６−１９の判定結果がｎｏ）のときには、前回の値ｖ（ｍ−１）を保持し（Ｆ６−２１）、さらにpj＿cnt ＝０とする（Ｆ６−２３）。
【００２５】
（４）バースト無しである bst st（１：０）＝３の場合（Ｆ６−１の判定結果がバースト無し：３）の場合には、前回の値ｖ（ｍ−１）を保持する（Ｆ６−２２）。
【００２６】
さらに周期的信号候補判定部６（Ｆ６）では周期的信号候補フラグｖ（ｍ）を出力すると共に、（４）式による候補判定回数pj cnt に従って保護動作許可フラグ pro enb を出力し、周期的信号検出保護部７（Ｆ７）に通知する。具体的には、（４）式による候補判定を行った場合に、pj cnt ≧２であれば（Ｆ６−１５＝ｎｏ）保護動作許可フラグ pro enb ＝１とし（Ｆ６−１６）、それ以外の場合には pro enb ＝０とする（Ｆ６−３、Ｆ６−１８）。
【００２７】
周期的信号検出保護部７（Ｆ７）は、周期的信号候補判定部６（Ｆ６）の出力 pro enb に従って以下の方法で周期的信号検出保護を行い、周期的信号検出結果フラグｗ（ｍ）を出力する。すなわち、図７に示すように、 pro enb ＝１のとき（Ｆ７−１の判定結果がｙｅｓ）、前回に周期的信号候補判定部６（Ｆ６）から出力されたｎs 回分の信号周期の総和ｓをｓ’として記憶しておき、現在の総和ｓと比較して次式（５）を満たす場合（Ｆ７−２の判定結果がｙｅｓ）に、周期的信号候補判定部６（Ｆ６）の出力ｖ（ｍ）を転送してｗ（ｍ）＝ｖ（ｍ）とし（Ｆ７−４）、満たさない場合（Ｆ７−２の判定結果がｎｏのとき）に、ｗ（ｍ）＝０とする（Ｆ７−３）。
【数５】
一方、 pro enb ＝０の場合（Ｆ７−１の判定結果がｎｏのとき）には、周期的信号候補判定部６（Ｆ６）の出力ｖ（ｍ）を転送してｗ（ｍ）＝ｖ（ｍ）とする（Ｆ７−４）。
【００２８】
図１０および図１１は本発明による呼出音の検出シミュレーション結果と男性音“はい○○です”の検出シミュレーション結果である。図１０では呼出音を検出してｗ（ｍ）＝１を保持している。一方、図１１ではバーストの先頭で呼出音の可能性が有るのでｗ（ｍ）＝１となるが、呼出音以外の信号と判定した後はｗ（ｍ）＝０となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によれば入力信号の電力測定によるバーストの連続性判定と自己相関係数を用いて測定した信号周期による入力信号の周期性判定によって対象とする特定の周期的信号と音声を誤認識することなく周期的信号検出器を動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図３】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図４】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図５】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図６】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図７】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図８】波形メモリ部の動作概要である。
【図９】周期的信号候補判定の時間特性である。
【図１０】本発明の実施例による呼出音の検出シミュレーション結果である。
【図１１】本発明の実施例による男性音“はい○○です”の検出シミュレーション結果である。
【符号の説明】
１ 波形メモリ部
２ 相関計算部
３ 極大の最大値検索部
４ バースト検出部
５ 信号周期測定部
６ 周期的信号候補判定部
７ 周期的信号検出保護部
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号から対象とする特定の周期的信号をその他の信号から識別検知する周期的信号検出装置に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
周期的信号検出の用途は、通信サービスで用いる呼出音，話中音やトーン信号およびモデム信号等の各種機械信号の検出のほか、電話通信系における上記各種信号と音声検出による相手側応答との識別手段等多岐にわたる。従来、音声検出による相手側応答では、上記通信サービス用の各種機械信号を音声と識別するために、周波数弁別器により各種機械信号に使用される周波数を検出する方法や、各種機械信号の電力が連続的信号であることを利用してバースト的信号である音声と識別する方法が提案されている。しかし、上記周波数弁別器による識別方法は構成が複雑であるため、実用的ではない。一方、入力信号電力の連続性を用いる方法も、呼出音のような振幅変調信号の場合には変調度が１００％に近づくと電力が変調信号の周期で変動するバースト的信号となって観測されるため、音声と誤認識するという欠点を持っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、音声信号のバースト的特性を用いて対象とする特定の周期信号と音声を識別することが行われていた。しかし、呼出音のような振幅変調信号の場合には変調度が１００％に近づくと変調による振幅の山と谷の部分が生じていると観測されるため、前述の方法ではこのような場合には信号は連続しているが変調信号の周期でバースト的に途切れる信号として観測され、その周期が音声の持つバースト的間隔と類似していると、音声と区別して識別することができず、誤って音声として認識してしまうことになり、実用上問題があった。
【０００４】
本発明は、音声における自己相関特性が一定の周期を持たないのに対し、機械信号では必ず周期性を持つことを利用して、上記１００％変調に近い呼出音のように音声の持つバースト的間隔と類似した周期で定期的に振幅が極端に変化するような機械信号でも音声と区別して識別することが可能な周期的信号検出方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願の第１の発明による周期的信号検出装置は、入力信号の最大周波数の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングされた時刻ｎでの入力信号データを順次記憶し自己相関係数計算の分析サンプル数Ｎ毎に２Ｎ個の記憶データ（ｙ（ｉ））を出力する波形メモリ部と、該波形メモリ部の前記出力（ｙ（ｉ））から自己相関係数を算出しＮ個の計算結果（Ｒ（ｋ））と先頭値（Ｒ（０））を出力する相関計算部と、該相関計算部の前記出力（Ｒ（ｋ））の極大を検索し、結果として得られる前記自己相関係数の前記極大の中の最大値（Ｒ max ）を出力する極大の最大値検索部と、前記入力信号の前記自己相関係数（Ｒ（ｋ））の先頭値（Ｒ（０））よりバーストの有無を検出してバースト状態（ bst ＿ st ）とバーストの開始情報（ bst ＿ start ）を出力するバースト検出部と、前記相関計算部の先頭値（Ｒ（０））と前記最大値検索部の最大値（Ｒ max ）及び前記バースト検出部のバースト状態とバーストの開始情報を入力し、前記最大値検索部の最大値（Ｒ max ）が極大となる間隔を自己相関計算の分析サンプル数単位でカウンとすることにより入力信号の周期を求めて得られた信号周期測定値（ pcnt ）と信号周期出力情報（ p ＿ out ）を出力する信号周期測定部と、前記バースト検出部の前記出力（ bst ＿ st ）と前記信号周期測定部の前記信号周期測定値（ pcnt ）及び前記信号周期出力情報（ p ＿ out ）とを入力し、対象とする特定の周期的信号の有無を判定する周期信号判定部とから構成されたものである。
【０００６】
本願の前記した第１の発明に従属する第２の発明に係る周期的信号検出装置は、前記周期信号判定部は、前記バースト検出部の出力と前記信号周期測定部の信号周期測定値（ pcnt ）及び前記検出情報（ p ＿ out ）とを入力し、対象とする特定の周期的信号候補の有無を判定して周期的信号候補情報（ｖ（ｍ）），保護動作許可情報（ pro ＿ enb ）および所定周期分（ｎ s ）の前記信号周期測定値（ pcnt ）の総和（ｓ）を出力する周期信号候補判定部とし、更に該周期的信号候補判定部の出力の前記保護動作許可情報（ pro ＿ enb ），前記周期的信号候補情報（ｖ（ｍ））及び前記信号周期測定値（ pcnt ）の総和（ｓ）に従って周期的信号候補から偽りの候補を破棄する周期的信号検出保護を行い周期的信号検出結果情報（ｗ（ｍ））を出力する周期信号検出保護部とを備えた構成としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づき本発明の一実施例を説明する。
図１は、周期的信号検出装置の構成を示すブロック図である。図１において、１は入力信号ｘ（ｔ）の最大周波数の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングされた時刻ｎでの入力信号データｘ（ｎ）を順次記憶し自己相関係数計算の分析サンプル数Ｎ毎の時刻ｍＮ−１に２Ｎ個の記憶データｙ（ｉ）（ｉ＝０，…，２Ｎ−１）として出力する波形メモリ部、２は波形メモリ部１の出力ｙ（ｉ）（ｉ＝０，…，２Ｎ−１）から自己相関係数を算出しＮ個の計算結果をＲ（ｋ）（ｋ＝０，…，Ｎ−１）として出力する相関計算部、３は相関計算部２の出力Ｒ（ｋ）（ｋ＝０，…Ｎ−１）の最大値を検索し、結果として得られる自己相関係数を極大の最大値Ｒmax として出力する極大の最大値検索部、４は入力信号電力であるＲ（ｋ）の先頭値Ｒ（０）よりバーストの有無を検出してバースト状態を２bit で表現した bst st（１：０）とバーストの先頭フラグ bst start を出力するバースト検出部、５は相関計算部２の出力Ｒ（０）と、極大の最大値検索部３の出力Ｒmax 、及びバースト検出部４の出力 bst st（１：０）及び bst start を入力し、Ｒmax が極大となる間隔を自己相関計算の分析サンプル数単位でカウンとすることにより入力信号の周期を求めて得られた信号周期測定値pcntと信号周期出力フラグ p out を出力する信号周期測定部、６はバースト検出部４の出力 bst st（１：０）と信号周期測定部５の出力pcntと p out とを入力し、対象とする特定の周期的信号候補の有無を判定して周期的信号候補フラグｖ（ｍ），保護動作許可フラグ pro enb および所定周期分ｎs の信号周期測定値pcntの総和ｓを出力する周期信号候補判定部、７は周期的信号候補判定部６の出力 pro enb と総和ｓに従って周期的信号候補から偽りの候補を破棄する周期的信号検出保護を行い周期的信号検出結果フラグｗ（ｍ）を出力する周期信号検出保護部である。
【０００８】
以下、サンプリング周波数８ｋＨｚでサンプリングした入力信号を例として説明する。
本発明の詳細について、図１とその動作を示す図２〜図７のフローチャートに基づき、説明する。
波形メモリ部１は、図２のＦ１に示すように、入力信号データｘ（ｔ）を時刻ｎでの入力信号データｘ（ｎ）として順次記憶して（Ｆ１−１）、自己相関計算の分析サンプル数Ｎの２倍以上のデータを蓄積した後、２Ｎ個の記憶データｙ（ｉ）（ｉ＝０，…，２Ｎ−１）を出力する回路であり（Ｆ１−３）、時刻ｍＮ−１毎（Ｆ１−２）に図８のように動作する。
自己相関計算の分析サンプル数Ｎは、信号周期測定部５で周期を測定する単位として用いるため、対象とする特定の周期的信号の周期の１／２以下の値を用いる。本実施例では、変調周波数１５〜２０Ｈｚ（５０〜７０ｍｓ）の呼出音を対象とするのでＮ＝１０ｍｓ×８ｋＨｚ＝８０とした。
【０００９】
相関計算部２（Ｆ２）は波形メモリ部１（Ｆ１）の出力ｙ（ｉ）（ｉ＝０，…，２Ｎ−１）から入力信号の自己相関係数を算出し、自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎にＮ個の計算結果Ｒ（ｋ）（ｋ＝０，…，Ｎ−１）を出力する回路であり、例えば（１）式を用いて算出する（Ｆ２）。
【数１】
極大の最大値検索部３（Ｆ３）は相関計算部２（Ｆ２）のＮ個の出力Ｒ（ｋ）（ｋ＝０，…，Ｎ−１）より次式（２）に従って極大値を検索し、このうち最大のものを極大の最大値Ｒmax として自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎に出力する。次式（２）を満たすとき、図３のように、Ｒ（ｋ−１）を極大値とし（Ｆ３−１）、Ｒ（ｋ）（ｋ＝０，…Ｎ−１）の極大値でこれまでに得られたものと比較して（Ｆ３−２）、大きければ極大の最大値Ｒmax を更新し（Ｆ３−３）、Ｎ個のＲ（ｋ）を比較した最終的な結果を自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎に出力する。
【数２】
バースト検出部４（Ｆ４）は、図４に示すように、自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎に入力信号電力Ｒ（０）をしきい値と比較して（Ｆ４−１）、大きければ bst flg （ｍ）＝１（Ｆ４−２）とし、小さければ bst flg （ｍ）＝０（Ｆ４−３）とする。しきい値は対象とする特定の周期信号の最小電力より小さな値を用い、値は実験的に決定する（本実施例では−５０ｄＢｍ）。分析サンプル数Ｎ毎の３回分の値 bst flg （ｍ−１）、 bst flg （ｍ−２）、 bst flg （ｍ−３）を記憶しておき、現在の bst flg （ｍ）と併せて条件として、表１に従って、バーストの状態判定に用い（Ｆ４−４〜Ｆ４−６）、結果として bst st（１：０）を出力する（Ｆ４−７〜Ｆ４−１１）。
【００１２】
【表１】
呼出音などのような振幅変調信号では、変調度が１００％に近くなると、変調による振幅の山と谷の部分が生じる。このような谷の部分では振幅の大きさと変調度によっては分析サンプル数Ｎの１〜２倍の期間だけ急激に電力が低下してバースト判定に用いるしきい値を下回るような場合が生じるため、本来の信号は連続しているが“バースト終了”または“バースト無し”と誤認する場合がある。しかし、表１のような連続性の有無を含む検出論理に従えば、分析サンプル数Ｎ毎に３回連続して bst flg （ｍ）＝０とならなければ、“バースト終了”と判定しないので、このような誤認はない。この場合の連続不変化の回数３は、測定対象信号の種別又は分析サンプル数Ｎに対応して他の連続不変化の回数を選択することができる。
さらに、バースト検出部４（Ｆ４）では、バースト開始の時に bst start ＝１としてバーストの先頭か否かを信号周期測定部５に通知する（Ｆ４−１２）。
【００１４】
信号周期測定部５（Ｆ５）は自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎に相関計算部２（Ｆ２）の出力Ｒ（０）と、極大の最大値検索部３（Ｆ３）の出力Ｒmax 、及びバースト検出部４（Ｆ４）の出力 bst st（１：０）、 bst start が入力され、Ｒmax が極大となる間隔を自己相関計算の分析サンプル数単位でカウントすることにより、入力信号の周期を求める。具体的には以下図５に示すように動作する。
bst st（１：０）＝０または１のとき（Ｆ５−１＝ｙｅｓ）、以下のようにして極大の最大値検索部３（Ｆ３）の出力Ｒmax の極大を検出し、極大の出現する間隔をpcntにより自己相関計算の分析サンプル数単位でカウントし（Ｆ５−２）、信号周期を測定する。すなわち、Ｒmax を入力信号電力Ｒ（０）で規格化した３回分の値Ｒ" max ／Ｒ" （０）、Ｒ' max ／Ｒ' （０）、Ｒmax ／Ｒ（０）を記憶しておき、次式（３）を満たす時に極大と判定する（Ｆ５−３−ｙｅｓ）。
【数３】
バーストの開始から最初のＲmax の極大までの間隔は、バースト開始点での信号の位相が不明であるため極大同士の間隔より短い可能性があり、１周期に満たない。このためにバースト先頭フラグ bst start ＝１の場合（Ｆ５−４＝ｎｏ）には、信号周期測定結果pcntを初期化し（Ｆ５−６）、 bst start ＝０（Ｆ５−７）、信号周期出力フラグ p out ＝０（Ｆ５−８）として、バーストの開始後最初の周期測定結果を破棄する。この後 bst start ＝０の場合（Ｆ５−４＝ｙｅｓ）には、pcntと p out ＝１を出力する（Ｆ５−５）。
一方、（３）式を満たさないとき（Ｆ５−３＝ｎｏ）には、pcntと p out ＝０を出力する（Ｆ５−８）。
bst st（１：０）＝２または３のとき（Ｆ５−１＝ｎｏ）には、周期の測定を行わず、pcnt＝０（Ｆ５−９）、 p out ＝０（Ｆ５−１０）を出力する。
【００１６】
本実施例では、Ｒmax の極大により周期を求めたが、Ｒmax の極小やＲ（０）を用いてもよい。
【００１７】
周期的信号候補判定部６（Ｆ６）は自己相関計算の分析サンプル数Ｎ毎にバースト検出部４（Ｆ４）の出力 bst st（１：０）、信号周期測定部５（Ｆ５）の出力pcnt， p out を受とり、以下の方法で対象とする特定の周期的信号候補の有無を判定して周期的信号候補フラグｖ（ｍ）、保護動作許可フラグ pro enb およびｎs 周期分のpcntの総和ｓを出力する。具体的には以下図６に示すように動作する。
【００１８】
（１）バースト開始である bst st（１：０）＝０の場合（Ｆ６−１の判定結果がバースト開始：０）には、対象とする特定の周期的信号の可能性有りとしてｖ（ｍ）＝１を出力する（Ｆ６−２）。
【００１９】
（２）バースト中である bst st（１：０）＝１の場合（Ｆ６−１の判定結果がバースト途中：１）には、次式（４）により対象とする特定の周期的信号候補を判定した回数pj cnt と信号周期測定部５の出力 p out により以下のように動作する。
【数４】
p max ：対象とする特定の周期的信号の既知の最大周期×ｎs
【００２０】
（２-1）pj cnt ＜ｎj （Ｆ６−４＝ｙｅｓ）、 p out ＝１（Ｆ６−５＝ｙｅｓ）のとき、バースト開始から今回までの信号周期測定結果pcntの累計ｓを求め（Ｆ６−６）、pcntを初期化し（Ｆ６−７）、累計回数scntをカウントする（Ｆ６−８）。ｎs 周期分累計したとき（Ｆ６−９＝ｙｅｓ）、scntを初期化し（Ｆ６−１０）、周期的信号候補判定回数pj cnt をカウントした（Ｆ６−１１）後、ｎs 周期分の総和ｓにより（４）式に従って対象とする特定の周期的信号の候補判定を行う。
ｓが式（４）を満足するとき（Ｆ６−１２の判定結果がｙｅｓのとき）には、対象とする特定の周期的信号の入力可能性有りと判定してｖ（ｍ）＝１を出力し（Ｆ６−１３）、式（４）を満たさないとき（Ｆ６−１２の判定結果がｎｏのとき）には、ｖ（ｍ）＝０を出力する（Ｆ６−１４）。
【００２１】
この候補判定をｎj 回繰り返し、ｎs ×ｎj 周期分の周期判定とｎj 回分の候補判定により対象とする特定の周期的信号候補を検出する（図９）。周期の総和回数ｎs と判定回数ｎj は対象とする特定の周期信号と比較する信号の長さにより決定する。本実施例では変調周波数１５〜２０Ｈｚ（５０〜７０ｍｓ）で１秒間発生後２秒間停止する呼出音に対して、バースト時間が１４０ｍｓ程度の“ハイ”、“モシモシ”等の音声と区別する。このため呼出音が音声よりバースト時間が長いことに着目して、音声の場合ｎj 回の総和判定途中でバーストが終了し、また呼出音の場合バースト時間内にｎj 回の総和判定が終了するようにｎs ＝ｎj ＝３とした（１４０ｍｓ＜（３回×３周期×５０〜７０ｍｓ）＝４５０〜６３０ｍｓ＜１０００ｍｓ）。
【００２２】
p＿min ， p＿max の値は対象とする特定の周期的信号の周期に従って予め決定する。本実施例では、変調周波数１５〜２０Ｈｚ（５０〜７０ｍｓ）の呼出音に対して自己相関計算の分析サンプル数単位（本実施例では１０ｍｓ×８ｋＨｚ＝８０サンプル）で周期測定を行い、周期の総和回数ｎs ＝３であるから、 p＿min ＝５０ｍｓ／１０ｍｓ×３＝１５、 p＿max ＝７０ｍｓ／１０ｍｓ×３＝２１とした。
【００２３】
（２-2）pj cnt ＜ｎj （Ｆ６−４の判定結果がｙｅｓ）で、 p out ＝０（Ｆ６−５の判定結果が＝ｎｏ）のときには、前回の値ｖ（ｍ−１）を保持する（Ｆ６−１７）。
（２-3）pj cnt ≧ｎj （Ｆ６−４の判定結果がｎｏ）のときには、前回の値ｖ（ｍ−１）を保持する（Ｆ６−１７）。
【００２４】
（３）バースト終了である bst＿st（１：０）＝２（Ｆ６−１の判定結果がバースト終了：２）の場合には、（４）式による周期的信号候補判定回数pj＿cnt により、以下のように動作する。
（３-1）pj＿cnt ＜ｎj （Ｆ６−１９の判定結果がｙｅｓ）のときには、周期的信号候補判定中でバーストが終了したので、対象とする特定の周期的信号以外の信号であると判定して、ｖ（ｍ）＝０とし（Ｆ６−２０）、さらにpj＿cnt ＝０とする（Ｆ６−２３）。
（３-2）pj＿cnt ≧ｎj （Ｆ６−１９の判定結果がｎｏ）のときには、前回の値ｖ（ｍ−１）を保持し（Ｆ６−２１）、さらにpj＿cnt ＝０とする（Ｆ６−２３）。
【００２５】
（４）バースト無しである bst st（１：０）＝３の場合（Ｆ６−１の判定結果がバースト無し：３）の場合には、前回の値ｖ（ｍ−１）を保持する（Ｆ６−２２）。
【００２６】
さらに周期的信号候補判定部６（Ｆ６）では周期的信号候補フラグｖ（ｍ）を出力すると共に、（４）式による候補判定回数pj cnt に従って保護動作許可フラグ pro enb を出力し、周期的信号検出保護部７（Ｆ７）に通知する。具体的には、（４）式による候補判定を行った場合に、pj cnt ≧２であれば（Ｆ６−１５＝ｎｏ）保護動作許可フラグ pro enb ＝１とし（Ｆ６−１６）、それ以外の場合には pro enb ＝０とする（Ｆ６−３、Ｆ６−１８）。
【００２７】
周期的信号検出保護部７（Ｆ７）は、周期的信号候補判定部６（Ｆ６）の出力 pro enb に従って以下の方法で周期的信号検出保護を行い、周期的信号検出結果フラグｗ（ｍ）を出力する。すなわち、図７に示すように、 pro enb ＝１のとき（Ｆ７−１の判定結果がｙｅｓ）、前回に周期的信号候補判定部６（Ｆ６）から出力されたｎs 回分の信号周期の総和ｓをｓ’として記憶しておき、現在の総和ｓと比較して次式（５）を満たす場合（Ｆ７−２の判定結果がｙｅｓ）に、周期的信号候補判定部６（Ｆ６）の出力ｖ（ｍ）を転送してｗ（ｍ）＝ｖ（ｍ）とし（Ｆ７−４）、満たさない場合（Ｆ７−２の判定結果がｎｏのとき）に、ｗ（ｍ）＝０とする（Ｆ７−３）。
【数５】
【００２８】
図１０および図１１は本発明による呼出音の検出シミュレーション結果と男性音“はい○○です”の検出シミュレーション結果である。図１０では呼出音を検出してｗ（ｍ）＝１を保持している。一方、図１１ではバーストの先頭で呼出音の可能性が有るのでｗ（ｍ）＝１となるが、呼出音以外の信号と判定した後はｗ（ｍ）＝０となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によれば入力信号の電力測定によるバーストの連続性判定と自己相関係数を用いて測定した信号周期による入力信号の周期性判定によって対象とする特定の周期的信号と音声を誤認識することなく周期的信号検出器を動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図３】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図４】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図５】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図６】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図７】本発明の実施例の動作を説明するための動作フロー図である。
【図８】波形メモリ部の動作概要である。
【図９】周期的信号候補判定の時間特性である。
【図１０】本発明の実施例による呼出音の検出シミュレーション結果である。
【図１１】本発明の実施例による男性音“はい○○です”の検出シミュレーション結果である。
【符号の説明】
１ 波形メモリ部
２ 相関計算部
３ 極大の最大値検索部
４ バースト検出部
５ 信号周期測定部
６ 周期的信号候補判定部
７ 周期的信号検出保護部
Claims (2)
- 入力信号の最大周波数の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングされた時刻ｎでの入力信号データを順次記憶し自己相関係数計算の分析サンプル数Ｎ毎に２Ｎ個の記憶データ（ｙ（ｉ））を出力する波形メモリ部と、
該波形メモリ部の前記出力（ｙ（ｉ））から自己相関係数を算出しＮ個の計算結果（Ｒ（ｋ））と該（Ｒ（ｋ））の先頭値（Ｒ（０））とを出力する相関計算部と、
該相関計算部の前記出力（Ｒ（ｋ））の極大を検索し、結果として得られる前記自己相関係数の前記極大の中の最大値（Ｒ max ）を出力する極大の最大値検索部と、
前記入力信号の前記自己相関係数（Ｒ（ｋ））の先頭値（Ｒ（０））よりバーストの有無を検出してバースト状態（ bst ＿ st ）とバーストの開始情報（ bst ＿ start ）を出力するバースト検出部と、
前記相関計算部の先頭値（Ｒ（０））と前記最大値検索部の最大値（Ｒ max ）及び前記バースト検出部のバースト状態とバーストの開始情報を入力し、前記最大値検索部の最大値（Ｒ max ）が極大となる間隔を自己相関計算の分析サンプル数単位でカウンとすることにより入力信号の周期を求めて得られた信号周期測定値（ pcnt ）と信号周期出力情報（ p ＿ out ）を出力する信号周期測定部と、
前記バースト検出部の前記出力（ bst ＿ st ）と前記信号周期測定部の前記信号周期測定値（ pcnt ）及び前記信号周期出力情報（ p ＿ out ）とを入力し、対象とする特定の周期的信号の有無を判定する周期信号判定部とから構成された周期的信号検出装置。 - 前記周期信号判定部は、前記バースト検出部の出力と前記信号周期測定部の信号周期測定値（ pcnt ）及び前記検出情報（ p ＿ out ）とを入力し、対象とする特定の周期的信号候補の有無を判定して周期的信号候補情報（ｖ（ｍ）），保護動作許可情報（ pro ＿ enb ）および所定周期分（ｎ s ）の前記信号周期測定値（ pcnt ）の総和（ｓ）を出力する周期信号候補判定部とし、
更に該周期的信号候補判定部の出力の前記保護動作許可情報（ pro ＿ enb ），前記周期的信号候補情報（ｖ（ｍ））及び前記信号周期測定値（ pcnt ）の総和（ｓ）に従って周期的信号候補から偽りの候補を破棄する周期的信号検出保護を行い周期的信号検出結果情報（ｗ（ｍ））を出力する周期信号検出保護部とを備えた構成とした請求項１に記載の周期的信号検出装置。
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