專(zhuān)利名稱(chēng)：跟蹤音調(diào)信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平滑音調(diào)信號(hào)的音調(diào)跟蹤。
背景技術(shù)：
音調(diào)檢測(cè)器用于各種各樣的應(yīng)用中，這些應(yīng)用包括例如語(yǔ)音壓縮(編碼)、像基于語(yǔ)音識(shí)別特征的語(yǔ)音重構(gòu)那樣的語(yǔ)音合成等。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知各種各樣的、有關(guān)音調(diào)檢測(cè)器的技術(shù)，例如Y.Medan、E.Yair和D.Chazan發(fā)表的“語(yǔ)音信號(hào)的超分辨率音調(diào)確定”(Y.Medan，E.Yair，D.Chazan，Super Resolution Pitch Determination forSpeech Signals，IEEE ASSP vol 39pp 40-48，1991)。
在某些場(chǎng)合音調(diào)檢測(cè)器往往找出音調(diào)的整數(shù)倍或整數(shù)分之一。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因多數(shù)是由于音調(diào)的迅速變化或兩種聲音之間的變調(diào)，以及刺耳或嘶啞聲的存在，所有這些都損壞聲譜的規(guī)則結(jié)構(gòu)。這種損壞的結(jié)果造成附加譜線(xiàn)，這些附加譜線(xiàn)常常處在半音調(diào)頻率的倍數(shù)上，但也可以出現(xiàn)三分之一和四分之一頻率。當(dāng)這樣的附加譜線(xiàn)被遺漏時(shí)，只能找到音調(diào)頻率的倍數(shù)。當(dāng)它們被不正確計(jì)數(shù)時(shí)，只能檢測(cè)到音調(diào)頻率的一小部分。
諸如語(yǔ)音壓縮之類(lèi)的、使用特定損壞音調(diào)信號(hào)的應(yīng)用將表現(xiàn)出變差的性能。
因此，在技術(shù)上需要提供平滑檢測(cè)音調(diào)信號(hào)中的損壞音調(diào)值的技術(shù)。
相關(guān)技術(shù)包括利用基于事件自適應(yīng)高斯微分濾波器的健壯音調(diào)估計(jì)(Robust pitchestimation using an event based adaptive Gaussian derivative filter，Shah，A.；Ramachandran，R.P.；Lewis，M.A.，Circuits and Systems，2002.ISCAS 2002.IEEE International Symposium on，2002.Page(s)II-843-II-846 vol.2)，這篇文獻(xiàn)的目的在于找出雜亂語(yǔ)音中的音調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了跟蹤音調(diào)信號(hào)的方法，該方法包括(i)接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)，和對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值，至少執(zhí)行如下(ii)到(iv)(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇相容子序列當(dāng)中重要度最高的一個(gè)子序列或一個(gè)集合；和(iv)如果當(dāng)前音調(diào)值與重要度最高的所述子序列不相容，通過(guò)將它除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的所述子序列相容。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了跟蹤音調(diào)信號(hào)的方法，該方法包括(i)接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)，并對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值以及它的任何整數(shù)倍和倒整數(shù)倍，至少執(zhí)行如下(ii)到(iii)，其中，所述整數(shù)＜預(yù)定值(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；如果檢測(cè)到的音調(diào)值與所述子序列不相容，將它除以或乘以大于1的整數(shù)值，以便使它與所述子序列相容；和(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇重要度最高的子序列，從而使當(dāng)前音調(diào)值變平滑。
并且，本發(fā)明提供了跟蹤音調(diào)信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)的接收器，和對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值，由處理器至少執(zhí)行如下(ii)到(iv)(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇相容子序列當(dāng)中重要度最高的一個(gè)子序列或一個(gè)集合；和(iv)如果當(dāng)前音調(diào)值與重要度最高的所述子序列不相容，通過(guò)將它除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的所述子序列相容。
此外，本發(fā)明進(jìn)一步提供了跟蹤音調(diào)信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)的接收器，并對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值以及它的任何整數(shù)倍和倒整數(shù)倍，其中，所述整數(shù)＜預(yù)定值，由處理器至少執(zhí)行如下(ii)到(iii)(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；如果檢測(cè)到的音調(diào)值與所述子序列不相容，將它除以或乘以大于1的整數(shù)值，以便使它與所述子序列相容；和(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇重要度最高的子序列，從而使當(dāng)前音調(diào)值變平滑。
本發(fā)明提供了包含執(zhí)行跟蹤音調(diào)信號(hào)步驟的計(jì)算機(jī)代碼的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)產(chǎn)品包括接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)的接收器，和對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值，至少執(zhí)行如下(i)到(iii)(i)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；(ii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇相容子序列當(dāng)中重要度最高的一個(gè)子序列或一個(gè)集合；和(iii)如果當(dāng)前音調(diào)值與重要度最高的所述子序列不相容，通過(guò)將它除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的所述子序列相容。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了包含執(zhí)行跟蹤音調(diào)信號(hào)步驟的計(jì)算機(jī)代碼的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)產(chǎn)品包括(i)接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)，并對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值以及它的任何整數(shù)倍和倒整數(shù)倍，至少執(zhí)行如下(ii)到(iii)，其中，所述整數(shù)＜預(yù)定值(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；如果檢測(cè)到的音調(diào)值與所述子序列不相容，將它除以或乘以大于1的整數(shù)值，以便使它與所述子序列相容；和(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇重要度最高的子序列，從而使當(dāng)前音調(diào)值變平滑。


為了理解本發(fā)明和了解它實(shí)際上是如何實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在參照附圖，只舉非限制性例子來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例應(yīng)用音調(diào)平滑算法的系統(tǒng)的方塊圖；
圖2例示了一系列幀的取樣音調(diào)值的圖形；圖3例示了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的音調(diào)跟蹤的流程圖；圖4例示了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、識(shí)別音調(diào)的子序列、一系列幀的取樣音調(diào)值的圖形；和圖5例示了按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的音調(diào)跟蹤的流程圖。
具體實(shí)施例方式
首先轉(zhuǎn)到圖1，圖1示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、應(yīng)用音調(diào)跟蹤的系統(tǒng)的概括性方塊圖。如圖所示，原始語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)輸入裝置(比方說(shuō)，麥克風(fēng)12)接收，被饋送到(在轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后)處理器(在用戶(hù)PC 14和相關(guān)存儲(chǔ)器16中)，其中，為了檢測(cè)音調(diào)(在圖1中未明確示出)，處理器運(yùn)行(比方說(shuō)，軟件實(shí)現(xiàn)的)本身已知的適當(dāng)工具。
除了音調(diào)信號(hào)之外，音調(diào)檢測(cè)器可以生成幀能量，幀能量是計(jì)算音調(diào)的幀中信號(hào)強(qiáng)度的某種量度和音調(diào)質(zhì)量的某種量度，音調(diào)質(zhì)量是可以將信號(hào)描述成具有檢測(cè)音調(diào)頻率的周期信號(hào)的程度。然后，如此檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)、可能還有能量和匹配度被饋送到平滑音調(diào)信號(hào)的音調(diào)跟蹤模塊(在圖1中未明確示出)，所有這些都將在下面得到更詳細(xì)描述。在比方說(shuō)語(yǔ)音壓縮的情況下，接著將本身已知的編碼算法(例如，譜編碼)應(yīng)用于語(yǔ)音信號(hào)，和通過(guò)比方說(shuō)網(wǎng)絡(luò)18遠(yuǎn)程傳送編碼信號(hào)。
當(dāng)然，本發(fā)明不受圖1的特定結(jié)構(gòu)和/或?qū)崿F(xiàn)和/或應(yīng)用(語(yǔ)音編碼)限制，因此，在需要的時(shí)候和在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，其它變種也是可應(yīng)用的。舉非限制性的例子來(lái)說(shuō)，不僅可以在獨(dú)立PC(個(gè)人計(jì)算機(jī))環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，而且可以在分布式環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在簡(jiǎn)要回顧一下音調(diào)信號(hào)的特性，這有助于理解按照本發(fā)明各種各樣的實(shí)施例的音調(diào)跟蹤的結(jié)構(gòu)和操作。因此，假設(shè)聲帶產(chǎn)生頻率隨時(shí)間連續(xù)變化的激發(fā)，那么，相繼正確(真)音調(diào)值的序列總是連續(xù)的，即，相繼值在數(shù)值上相互接近?？紤]通常包含正確和損壞音調(diào)值的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)。設(shè)p1和p2是兩個(gè)音調(diào)值(例如，圖2的音調(diào)信號(hào)20中的21和22)。如果p1(例如，21)是正確音調(diào)值，和p2是損壞音調(diào)值(例如，22)，那么，后者是真音調(diào)(即，與損壞音調(diào)值22相對(duì)應(yīng)的“平滑”音調(diào)值，例如，23)的m倍。正確的m可以從使序列{p1，p2/m}變得最平滑的條件中找到。盡管未必如此，但平滑度通常用兩個(gè)音調(diào)之間的如下距離度量來(lái)量度D(p1，p2)＝|(p1-p2)/(p1+p2)|這意味著，p2/m(代表平滑音調(diào)值，例如，23)盡可能地與p1接近，其接近度用上面的距離度量來(lái)量度。類(lèi)似地，如果p2(即，損壞音調(diào)值)是真音調(diào)(即，與平滑音調(diào)值相對(duì)應(yīng))的整數(shù)(m)分之一，那么，在序列中可以使{p1，p2*m}盡可能平滑地求出m。在圖2中未例示出p2(即，損壞音調(diào)值)是真音調(diào)的整數(shù)分之一的后一種情形。
基于本發(fā)明的音調(diào)跟蹤算法的目的在于決定檢測(cè)音調(diào)信號(hào)的那些值是真值和哪些值被損壞(即，它們是真[平滑]音調(diào)值的整數(shù)倍或整數(shù)分之一)。該算法進(jìn)一步平滑損壞音調(diào)值，以便每當(dāng)有可能時(shí)就獲取平滑音調(diào)信號(hào)。
在所有實(shí)施例中，該算法動(dòng)態(tài)地進(jìn)行，并且，通常，在給定延遲之后完成。由于這個(gè)原因，在每個(gè)瞬間音調(diào)的值的倍數(shù)(或分?jǐn)?shù))的計(jì)算必須基于以前音調(diào)和至少Tfuture未來(lái)音調(diào)的值，其中，Tfuture是允許的延遲。因此，按照一個(gè)實(shí)施例，可以用公式將問(wèn)題表示如下給定音調(diào)的Tpast過(guò)去值和Tfuture未來(lái)值，求出使當(dāng)前值與音調(diào)的過(guò)去和未來(lái)值最相容的整數(shù)。注意，在所有實(shí)施例中都對(duì)過(guò)去和未來(lái)值加以考慮(引起延遲)?？梢詫⒀舆t(Tfuture)設(shè)置成零，這實(shí)際上意味著只考慮過(guò)去值。
為了決定那些是正確值(即，真音調(diào)值)，存在音調(diào)檢測(cè)器比音調(diào)的倍數(shù)或分?jǐn)?shù)更有可能找出正確值的基本假設(shè)。如果所有值都在彼此的某個(gè)小因子內(nèi)，音調(diào)值的序列是自相容的。因此，相容序列中的兩個(gè)相繼真音調(diào)值p1，p2被定義成具有如下特性(下文稱(chēng)為因子特性)因子＞p1/p2＞1/因子。因子的值應(yīng)該反映兩個(gè)真音調(diào)值之間的最大允許變化。按一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于大多數(shù)測(cè)試它被選為1.28。注意，它的范圍通常在1.0到1.5之間。
按照一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)某種算法在上面定義的意義上(即，符合因子特性地)將原始(即，檢測(cè)到的)音調(diào)值的序列劃分成相容音調(diào)值的子序列。根據(jù)上面音調(diào)檢測(cè)器比音調(diào)的倍數(shù)或分?jǐn)?shù)更有可能找出真音調(diào)的假設(shè)，在與每個(gè)音調(diào)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的間隔中存在比不正確的那些音調(diào)值(倍數(shù)或整數(shù)分之一)更正確的音調(diào)值。該間隔包含d個(gè)未來(lái)點(diǎn)和相關(guān)過(guò)去點(diǎn)。由于這個(gè)原因，具有真音調(diào)值的子序列通常比其它子序列具有更大的重要度(比方說(shuō)，更高的能量)。
因此，按照這個(gè)實(shí)施例，選擇真音調(diào)值的準(zhǔn)則是利用從最重要子序列中推出的真音調(diào)值，可以找出使當(dāng)前音調(diào)值與子序列的真音調(diào)值最相容(最接近)的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍。正如下面通過(guò)一個(gè)實(shí)施例更詳細(xì)描述的那樣，嘗試將當(dāng)前音調(diào)值“調(diào)整”成與允許時(shí)間間隔內(nèi)的最重要自相容子序列組相容(通常遍及Tpast歷史音調(diào)值和Tfuture未來(lái)音調(diào)值，其中，后者根據(jù)允許的延遲確定)。為了成為自相容的，所有子序列的端點(diǎn)必須相隔在一個(gè)因子內(nèi)。重要度分?jǐn)?shù)最高(例如，能量最高)的子序列組被用作當(dāng)前音調(diào)將匹配的那一個(gè)。注意，子序列中的音調(diào)值構(gòu)成一條路徑(偶爾也稱(chēng)為軌跡)。眾所周知，每個(gè)音調(diào)與一個(gè)能量相關(guān)聯(lián)，因此，按一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)將與每個(gè)音調(diào)值相對(duì)應(yīng)的幀能量加在一起，計(jì)算出路徑的能量，并且，選擇能量最高的自相容子序列組。注意，術(shù)語(yǔ)能量在這里寬泛地用于表示那個(gè)幀的重要度的任何度量。能量極低的幀也許包含大量噪聲，因此，在這些幀上計(jì)算的音調(diào)也許更有可能是錯(cuò)誤的。但是，還應(yīng)該注意到，這只對(duì)極低能量成立。由于這個(gè)原因，按一個(gè)實(shí)施例，幀的計(jì)算能量的某種低冪是比能量本身更好的重要度量度。
通過(guò)這個(gè)實(shí)施例，在選擇了能量最大的子序列(或幾個(gè)子序列)之后，將它(它們)用于根據(jù)過(guò)去音調(diào)值和根據(jù)未來(lái)音調(diào)值平滑當(dāng)前音調(diào)值，或找出其值最接近的當(dāng)前音調(diào)的整數(shù)倍或整數(shù)分之一以維持相容的子序列。
記住這一點(diǎn)，將注意力吸引到例示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例確定音調(diào)序列的流程圖的圖3，和例示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例、識(shí)別音調(diào)的子序列、一系列幀的音調(diào)值的圖形的圖4。
在圖3的實(shí)施例中，這樣計(jì)算相容音調(diào)子序列，使每一個(gè)都包括在彼此的一個(gè)因子內(nèi)，即，因子＞p1/p2＞1/因子的一系列音調(diào)值。對(duì)于不是相繼的，而是由一個(gè)時(shí)間單位隔開(kāi)的音調(diào)p1和p2，存在指定為L(zhǎng)因子的某個(gè)因子，L因子大于因子，以便L因子＞p1/p2＞sub-1/L因子。所有音調(diào)值都彼此相容的子序列是相容子序列。按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，相容子序列可能包括符合特定L因子特性的非相繼音調(diào)。音調(diào)值的每個(gè)相容子序列含有與子序列中與尋找真音調(diào)的當(dāng)前時(shí)刻最接近的時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的一個(gè)值(稱(chēng)為尾部音調(diào)值)。
該過(guò)程從原始音調(diào)值開(kāi)始，它的輸出是一組平滑音調(diào)值。任何時(shí)間點(diǎn)Tcur的平滑音調(diào)值依賴(lài)于在它之前的Tpast音調(diào)值和在它之后的Tfuture音調(diào)值。因此，參照?qǐng)D4，假設(shè)幀1到6中的所有音調(diào)值都以下面更詳細(xì)描述的方式處理過(guò)。如圖4所示，從如此處理過(guò)的音調(diào)值當(dāng)中，通過(guò)音調(diào)跟蹤算法發(fā)現(xiàn)1、2、5和6是真音調(diào)值(即，音調(diào)檢測(cè)器檢測(cè)到真值)，因此，不需要平滑它們。相反，幀3和4中的值(分別是42和43)通過(guò)音調(diào)跟蹤被分類(lèi)成損壞的，通過(guò)將它們除以整數(shù)倍平滑成相應(yīng)平滑值(42′和43′)。注意，直觀(guān)地看，在每個(gè)音調(diào)值與它的相鄰音調(diào)值“接近”和沒(méi)有遇到突變(在真音調(diào)(44)和損壞音調(diào)(42)之間的變調(diào)中可以注意到這樣的突變)的意義上平滑值(42′)和(43′)與它們的相鄰值一起構(gòu)成相容序列。
因此，在處理了前6個(gè)音調(diào)值之后，處理幀7(41)的當(dāng)前音調(diào)值(Tcur)，以便確定它是真的還是損壞的，在后一種情況下，平滑它。假設(shè)至多允許2個(gè)未來(lái)點(diǎn)，即，Tfuture＝2(dealy＝2)和6個(gè)過(guò)去點(diǎn)，即，Tpast＝6。這意味著在Frame＝1(45)到Frame＝9(46)的間隔上搜索子序列。按這個(gè)例子，Tmax等于5，表示過(guò)去子序列的最遠(yuǎn)尾部音調(diào)值不應(yīng)該在Frame＝2之前。注意，選擇本例的Tpast、Tfuture和Tmax只是為了例示的目的，決不是限制性的。
因此，在步驟31(圖3)中，算法搜索相鄰音調(diào)值p[j]的最長(zhǎng)子序列的集合，以便(A)j屬于[Tcurrent-Tpast，Tcurrent+Tfuture]和(B)對(duì)于每個(gè)子序列的所有音調(diào)值，因子＞p[j+1]/p[j]＞1/因子。
注意，搜索是對(duì)檢測(cè)到的和非平滑的值進(jìn)行的(即，考慮音調(diào)值42和43，而不是考慮42′和43′)。如圖4所示，揭示出三個(gè)相容子序列，即，由音調(diào)值(50和51)組成的子序列(47)、由音調(diào)值(42和43)組成的子序列(48)和由音調(diào)值(45和44)組成的子序列(49)。注意，為了看得清楚，將子序列(47)-(49)下移了一點(diǎn)。
關(guān)注子序列(47)，可以看出，50和51的音調(diào)值在一個(gè)因子值內(nèi)(假設(shè)，例如，因子＝1.28)，幀4的音調(diào)值(43)不是47子序列中的成員，因此，容易看出，幀4的音調(diào)值(43)比幀5的音調(diào)值(50)大得多，無(wú)論如何，比值P(Frame＝4)/P(Frame＝5)都超過(guò)允許因子值。子序列48和49以相同的方式確定。注意，對(duì)于所有的子序列，時(shí)間點(diǎn)與當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)最接近的尾部音調(diào)值(即，對(duì)于子序列49，44；對(duì)于子序列48，43；和對(duì)于子序列47，51)都在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的Tmax(回憶一下，按本例是5)內(nèi)。
注意，由于幀8和9的音調(diào)值(46和52)不遵從上面討論的因子準(zhǔn)則，所以沒(méi)有揭示未來(lái)子序列，因此，它們不能位于同一子序列中。在有效子序列也包括一個(gè)成員的情況下，應(yīng)該考慮另外兩個(gè)子序列，第一個(gè)由幀8上的音調(diào)值(52)組成，而第二個(gè)由幀9上的音調(diào)值(46)組成。
在確定了子序列之后，選擇重要度最高的那一個(gè)(圖3中的步驟34)。注意，順便提一下，下面將描述利用步驟(32和33)的改進(jìn)實(shí)施例。
現(xiàn)在回到上面的例子，按一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)確定每個(gè)子序列的累積能量值計(jì)算每個(gè)子序列的重要度，即，對(duì)于每個(gè)子序列，求和組成它的音調(diào)值的能量，得出每個(gè)子序列的能量分?jǐn)?shù)。例如，在圖4的例子中，假設(shè)子序列47具有最高分?jǐn)?shù)，那么，使當(dāng)前音調(diào)值與它匹配。為此，對(duì)當(dāng)前音調(diào)(幀7)計(jì)算整數(shù)值(步驟35)，以便使它與所選子序列(47)的尾部音調(diào)值(51)最接近。很顯然，這導(dǎo)致相對(duì)于它相鄰的音調(diào)值(52和51)遵從因子約束的平滑音調(diào)值(53)。注意，如果幀7的原始音調(diào)值是53(即，音調(diào)檢測(cè)器檢測(cè)到真音調(diào)值，而不是損壞音調(diào)值)直接測(cè)試揭示這個(gè)音調(diào)值遵從因子特性，因此，省略計(jì)算整數(shù)倍的步驟。
在已經(jīng)完成對(duì)幀＝7的計(jì)算之后，停下來(lái)的計(jì)算又繼續(xù)關(guān)于下一音調(diào)值的(52或幀＝7)計(jì)算，如此反復(fù)進(jìn)行。
現(xiàn)在回到圖3的步驟32和33，按改進(jìn)的實(shí)施例，在“接近”子序列的情況下，按組收集它們，使當(dāng)前音調(diào)值與該組的代表性子序列匹配。更具體地說(shuō)，子序列按尾部音調(diào)值分類(lèi)，并被劃分成與它們的鄰居相隔在一個(gè)因子內(nèi)的元素的組(步驟(32))。每個(gè)組的能量通過(guò)求和構(gòu)成該組的各自子序列的能量獲得(步驟33)，得出代表性子序列。選擇總能量最大的尾部組。組代表性尾部音調(diào)值通過(guò)比方說(shuō)該組中子序列的不同尾部音調(diào)值的平均尾部音調(diào)值計(jì)算(步驟34)。注意，求平均只是一個(gè)例子，諸如挑選與Tcur最接近的時(shí)間間隔相對(duì)應(yīng)的音調(diào)值的其它不同形式也是可應(yīng)用的。最后，將當(dāng)前音調(diào)值乘以或除以一個(gè)整數(shù)，以便使它與計(jì)算的平均音調(diào)值最接近(步驟35)。例如，回到圖4時(shí)，如果分類(lèi)尾部音調(diào)值(步驟32)，結(jié)果是子序列49的尾部音調(diào)值44、子序列47的尾部音調(diào)值51和(只由音調(diào)52組成的未來(lái)子序列的)尾部音調(diào)值52都非常接近，被分類(lèi)成dame組。其它組由子序列48組成。
注意，附帶提一下，對(duì)于未來(lái)子序列來(lái)說(shuō)，“尾部”音調(diào)事實(shí)上就是“頭部”音調(diào)，即，子序列中與當(dāng)前音調(diào)值最接近的第一個(gè)值。為了方便起見(jiàn)，術(shù)語(yǔ)“尾部音調(diào)值”表示過(guò)去子序列的“尾部”音調(diào)值而未來(lái)子序列的“頭部”音調(diào)值。
現(xiàn)在回到圖4的例子，通過(guò)確定重要度(按這個(gè)實(shí)施例，是總能量)，計(jì)算每個(gè)組的代表性子序列(步驟33)。自然，由三個(gè)子序列47、49和52組成的組獲勝(因?yàn)槿齻€(gè)子序列的累加能量大于其它組的子序列(48)的累加能量)。接著，比方說(shuō)，通過(guò)對(duì)不同尾部音調(diào)值44、51和52求平均，得出平均尾部音調(diào)值來(lái)計(jì)算代表性尾部音調(diào)值(步驟34)，并且，以如上所述的方式相對(duì)于代表性音調(diào)值進(jìn)行當(dāng)前音調(diào)值的平滑(如有必要的話(huà))(步驟35)。
于是，正如上面說(shuō)明的那樣，提供了生成相容的音調(diào)的子序列，并從它們當(dāng)中選擇最重要的機(jī)制。重要度可以用例如能量和音調(diào)值質(zhì)量度量或它們的組合來(lái)量度，其中音調(diào)值質(zhì)量度量用來(lái)量度信號(hào)可以被描述成具有檢測(cè)音調(diào)頻率的周期信號(hào)的程度。在需要的時(shí)候和在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，除了上面因子之外或代替上面因子，可以使用其它有關(guān)重要度的因子。按一個(gè)實(shí)施例，如果一些音調(diào)值比其它音調(diào)值更不可能是正確的，則在重要度因子計(jì)算中考慮能量(或單獨(dú)或與其它參數(shù)組合)。例如，能量非常低的幀有可能比能量高的幀更不相關(guān)。類(lèi)似地，還應(yīng)該對(duì)音調(diào)檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)音調(diào)模型是不適合那個(gè)幀譜的模型的幀打折扣。為此，除了能量之外，可以使用信號(hào)與具有指定音調(diào)的周期信號(hào)匹配的程度的度量。每幀通常產(chǎn)生其值在0和1之間的一個(gè)附加數(shù)，并且，對(duì)能量存在倍增效應(yīng)。
按另一個(gè)實(shí)施例，相容序列由間隔中彼此相容的所有音調(diào)值組成，其中，通過(guò)乘以或除以某個(gè)整數(shù)因子歸一化一些音調(diào)值。這個(gè)實(shí)施例將參照?qǐng)D4，以及圖5加以描述。
因此，在步驟(61)中，選擇當(dāng)前音調(diào)的整數(shù)或倒整數(shù)倍。在圖4的例子中，再次假設(shè)當(dāng)前評(píng)估幀7的音調(diào)值(在已經(jīng)處理了音調(diào)值1到6之后)，然后，首先取出取樣值41(即，整數(shù)值是1)。
接著(步驟62)，從當(dāng)前音調(diào)值(整數(shù)倍為1)開(kāi)始找出子序列，和通過(guò)將整數(shù)分之一或整數(shù)倍應(yīng)用于相鄰音調(diào)值，將它歸一化到子序列上，以便最終音調(diào)值在當(dāng)前音調(diào)值的“因子”內(nèi)。在圖4的例子中，自然，相鄰音調(diào)值51不在一個(gè)因子內(nèi)(由于它相對(duì)于41表現(xiàn)出突變)，因此，將一個(gè)整數(shù)倍比方說(shuō)2應(yīng)用于它，得出相對(duì)于當(dāng)前音調(diào)值41在“因子”內(nèi)的計(jì)算音調(diào)值55。將倍數(shù)因子(按本例，2)與如此計(jì)算的音調(diào)值55相關(guān)聯(lián)。同樣，在允許的[Tcurrent-Tpast，Tcurrent+Tfuture]間隔內(nèi)使序列向前向后延伸，以便每個(gè)計(jì)算的音調(diào)值與它的鄰居(計(jì)算的音調(diào)值)都相隔在一個(gè)因子內(nèi)。在已經(jīng)完成了子序列的計(jì)算之后，將它的重要度確定為例如與倍數(shù)因子為1相關(guān)聯(lián)的音調(diào)值的個(gè)數(shù)(即，子序列中保持完好的和未經(jīng)過(guò)歸一化的音調(diào)值的個(gè)數(shù))。在步驟63中，與到目前為止獲得的最佳重要度作比較，如果從當(dāng)前幀中得出更好的重要度，那么取代它。這樣，到目前為止獲得的最佳重要度的記錄得到保持。
現(xiàn)在，重復(fù)步驟61到63，再次從幀7的音調(diào)值開(kāi)始構(gòu)造另一個(gè)子序列，但這次倒整數(shù)是2(可以回憶一下，在第一子序列中，幀7的音調(diào)值具有倍數(shù)因子1)。因此，當(dāng)應(yīng)用倒整數(shù)2(即，除以2)時(shí)，幀7的所得計(jì)算音調(diào)值是53(圖4中)?，F(xiàn)在，相鄰音調(diào)值(幀6)應(yīng)該落在與幀7的音調(diào)值相隔一個(gè)因子內(nèi)，和容易看出，幀6的音調(diào)值(51)確實(shí)相隔在一個(gè)因子內(nèi)，于是，它的相關(guān)倍數(shù)因子是1。同樣，在[Tcurrent-Tpast，Tcurrent+Tfuture]間隔內(nèi)使第二子序列向前向后延伸。以相同的方式，即，像相關(guān)倍數(shù)因子是1的音調(diào)成員的個(gè)數(shù)那樣，計(jì)算第二子序列的重要度。
注意，與子序列不重疊(49、48和47)的前實(shí)施例不同，按照本實(shí)施例，子序列在所有子序列遍布在Tpast到Tfuture的范圍內(nèi)的意義上是重疊。
同樣，對(duì)比方說(shuō)倒倍數(shù)3(針對(duì)幀7的音調(diào)值)構(gòu)造另一個(gè)子序列，然后，對(duì)倍數(shù)2構(gòu)造另一個(gè)子序列而對(duì)倍數(shù)3構(gòu)造另一個(gè)子序列，直到窮盡所有允許整數(shù)倍和倒倍數(shù)為止(步驟64的“是”)。注意，為每個(gè)子序列計(jì)算重要度和在每個(gè)步驟中保持重要度的當(dāng)前優(yōu)勝者。剩下要做的是識(shí)別“取勝”子序列(步驟65)，即，重要度分?jǐn)?shù)最高的那一個(gè)。按照它的相關(guān)倍數(shù)因子已經(jīng)平滑了“取勝”子序列中的當(dāng)前音調(diào)值(frame＝7)。顯然，如果“取勝”子序列中frame＝7的當(dāng)前音調(diào)值與倍數(shù)因子1相關(guān)聯(lián)，那么，意味著音調(diào)檢測(cè)器檢測(cè)到真音調(diào)值，而不是損壞音調(diào)值。
現(xiàn)在，針對(duì)下一個(gè)音調(diào)值(frame＝8)和后續(xù)音調(diào)值重復(fù)上面的過(guò)程。此外，關(guān)于這個(gè)實(shí)施例，可以應(yīng)用各種各樣的變型，例如，可以將重要度確定為能量重要度因子的加權(quán)值和音調(diào)重要度因子的質(zhì)量。
注意，按另一個(gè)實(shí)施例，子序列也可以“漏掉”單個(gè)零音調(diào)點(diǎn)和在決定連續(xù)性的過(guò)程中允許較大的因子。例如，過(guò)去使用的常規(guī)因子是1.28，現(xiàn)在使用較大的因子，例如，1.4。使用后者是因?yàn)樗_地代表最壞情況的兩步跳段。1.28的兩個(gè)相繼跳段不可能屬于一個(gè)合適音調(diào)。
注意，可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的變更和修改。例如，可以將上面第一實(shí)施例修改成包括如下額外步驟在音調(diào)軌跡的確包括大于因子的跳段的情況下，如果出現(xiàn)在間隔[Tcurrent-Tpast，Tcurrent+Tfuture]內(nèi)的所有音調(diào)值的集合被分類(lèi)和劃分成子集，以便在每個(gè)子集內(nèi)，相繼點(diǎn)之間的距離不超過(guò)因子，但這些子集被大于因子的跳段隔開(kāi)，那么，上面找到的每條音調(diào)軌跡必須位于一個(gè)子集內(nèi)。和按定義，不能在任何其它子集中。由于這個(gè)原因，可以將附加步驟加入上面的算法中。這涉及到將音調(diào)值的分類(lèi)集合劃分成由大于因子的跳段隔開(kāi)的子集。選擇能量最大的子集。在如上所述的算法中考慮的唯一軌跡是具有所選子集中的值的那些。
還應(yīng)該明白，基于本發(fā)明的系統(tǒng)可以是適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)。同樣，本發(fā)明設(shè)想用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的可被計(jì)算機(jī)讀取的計(jì)算機(jī)程序。本發(fā)明還設(shè)想有形地體現(xiàn)用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的可被機(jī)器執(zhí)行的指令程序的機(jī)器可讀存儲(chǔ)器。
權(quán)利要求
1.一種跟蹤音調(diào)信號(hào)的方法，該方法包括(i)接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)，和對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值，至少執(zhí)行如下(ii)到(iv)(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇相容子序列當(dāng)中重要度最高的一個(gè)子序列或一個(gè)集合；和(iv)如果當(dāng)前音調(diào)值與重要度最高的所述子序列不相容，通過(guò)將它除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的所述子序列相容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述(ii)包括來(lái)自所述子序列的至少一個(gè)子序列由落在[Tcurrent-Tpast，Tcurrent]的時(shí)間范圍內(nèi)的計(jì)算得出的音調(diào)值組成，其中，Tcurrent是與當(dāng)前音調(diào)值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，而Tpast是H個(gè)以前音調(diào)值；以及子序列中每?jī)蓚€(gè)相繼音調(diào)值相隔一個(gè)因子，其中，1.5＞因子＞1，并且范圍[Tcurrent-Tpast，Tcurrent]中的每個(gè)音調(diào)值屬于一個(gè)子序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述(ii)包括來(lái)自所述子序列的至少一個(gè)子序列由落在[Tcurrent，Tfuture+Tcurrent]的范圍內(nèi)的音調(diào)值組成，其中，Tcurrent是當(dāng)前音調(diào)值，和Tfuture是D個(gè)未來(lái)音調(diào)值；以及子序列中每?jī)蓚€(gè)相繼音調(diào)值相隔一個(gè)因子，其中，1.5＞因子＞1，并且范圍[Tcurrent，Tfuture+Tcurrent]中的每個(gè)音調(diào)值屬于一個(gè)子序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述(ii)包括來(lái)自所述子序列的至少一個(gè)子序列由落在[Tcurrent，Tfuture+Tcurrent]的范圍內(nèi)的音調(diào)值組成，其中，Tcurrent是當(dāng)前音調(diào)值，和Tfuture是D個(gè)未來(lái)音調(diào)值；以及子序列中每?jī)蓚€(gè)相繼音調(diào)值相隔一個(gè)因子，其中，1.5＞因子＞1，并且范圍[Tcurrent，Tfuture+Tcurrent]中的每個(gè)音調(diào)值屬于一個(gè)子序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述因子＝1.28。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述因子＝1.28。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述因子＝1.28。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，子序列中的每個(gè)音調(diào)值與能量值相關(guān)聯(lián)，并且在(iii)中規(guī)定的所述重要度依賴(lài)于子序列的能量，后者是子序列的音調(diào)值的能量值的函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，子序列的所述能量是子序列的音調(diào)值的能量值之和。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，每個(gè)子序列含有尾部音調(diào)值，并且所述(iv)包括通過(guò)將當(dāng)前音調(diào)值除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的所述子序列的尾部音調(diào)值相容。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述(iii)包括分類(lèi)所述子序列的尾部音調(diào)值，并根據(jù)所述分類(lèi)尾部音調(diào)值分組所述子序列，以便尾部音調(diào)值接近的子序列位于同一組中，并且重要度的所述計(jì)算包括計(jì)算每個(gè)組中所有子序列的重要度，并選擇重要度最高的組；以及所述(iv)包括如果當(dāng)前音調(diào)值與重要度最高的組中的所述子序列不相容，通過(guò)將當(dāng)前音調(diào)值除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的所述組相容。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，對(duì)重要度最高的組中子序列的尾部音調(diào)值求平均，得出平均尾部音調(diào)值，并且所述(iv)包括如果當(dāng)前音調(diào)值與所述平均尾部音調(diào)值不相容，通過(guò)將當(dāng)前音調(diào)值除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與所述平均尾部音調(diào)值相容。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，子序列中的每個(gè)音調(diào)值與能量值相關(guān)聯(lián)，并且在(iii)中規(guī)定的所述重要度依賴(lài)于子序列的能量，后者是子序列的音調(diào)值的能量值的函數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，子序列的所述能量是所述子序列的音調(diào)值的能量值之和。
15.一種跟蹤音調(diào)信號(hào)的方法，該方法包括(i)接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)，并對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值以及它的任何整數(shù)倍和倒整數(shù)倍，至少執(zhí)行如下(ii)到(iii)，其中，所述整數(shù)＜預(yù)定值(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；如果檢測(cè)到的音調(diào)值與所述子序列不相容，將它除以或乘以大于1的整數(shù)值，以便使它與所述子序列相容；和(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇重要度最高的子序列，從而使當(dāng)前音調(diào)值變平滑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述(ii)包括來(lái)自所述子序列的至少一個(gè)子序列由落在[Tcurrent-Tpast，Tcurrent]的時(shí)間范圍內(nèi)的計(jì)算得出的音調(diào)值組成，其中，Tcurrent是與當(dāng)前音調(diào)值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，而Tpast是H個(gè)以前音調(diào)值；以及子序列中每?jī)蓚€(gè)相繼音調(diào)值相隔一個(gè)因子，其中，1.5＞因子＞1，并且范圍[Tcurrent-Tpast，Tcurrent]中的每個(gè)音調(diào)值屬于一個(gè)子序列。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述(ii)包括來(lái)自所述子序列的至少一個(gè)子序列由落在[Tcurrent，Tfuture+Tcurrent]的范圍內(nèi)的音調(diào)值組成，其中，Tcurrent是當(dāng)前音調(diào)值，和Tfuture是D個(gè)未來(lái)音調(diào)值；以及子序列中每?jī)蓚€(gè)相繼音調(diào)值相隔一個(gè)因子，其中，1.5＞因子＞1，并且范圍[Tcurrent，Tfuture+Tcurrent]中的每個(gè)音調(diào)值屬于一個(gè)子序列。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述(ii)包括來(lái)自所述子序列的至少一個(gè)子序列由落在[Tcurrent，Tfuture+Tcurrent]的范圍內(nèi)的音調(diào)值組成，其中，Tcurrent是當(dāng)前音調(diào)值，和Tfuture是D個(gè)未來(lái)音調(diào)值；以及子序列中每?jī)蓚€(gè)相繼音調(diào)值相隔一個(gè)因子，其中，1.5＞因子＞1，并且范圍[Tcurrent，Tfuture+Tcurrent]中的每個(gè)音調(diào)值屬于一個(gè)子序列。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述因子＝1.28。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述因子＝1.28。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述因子＝1.28。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述重要度依賴(lài)于子序列中沒(méi)有經(jīng)過(guò)所述相除或相乘的音調(diào)值的個(gè)數(shù)。
23.一種跟蹤音調(diào)信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)的接收器，和對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值，由處理器至少執(zhí)行如下(ii)到(iv)(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇相容子序列當(dāng)中重要度最高的一個(gè)子序列或一個(gè)集合；和(iv)如果當(dāng)前音調(diào)值與重要度最高的所述子序列不相容，通過(guò)將它除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的所述子序列相容。
24.一種跟蹤音調(diào)信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)的接收器，并對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值以及它的任何整數(shù)倍和倒整數(shù)倍，其中，所述整數(shù)＜預(yù)定值，由處理器至少執(zhí)行如下(ii)到(iii)(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；如果檢測(cè)到的音調(diào)值與所述子序列不相容，將它除以或乘以大于1的整數(shù)值，以便使它與所述子序列相容；和(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇重要度最高的子序列，從而使當(dāng)前音調(diào)值變平滑。
25.一種包含執(zhí)行跟蹤音調(diào)信號(hào)步驟的計(jì)算機(jī)代碼的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)產(chǎn)品包括接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)的接收器，和對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值，至少執(zhí)行如下(i)到(iii)(i)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；(ii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇相容子序列當(dāng)中重要度最高的一個(gè)子序列或一個(gè)集合；和(iii)如果當(dāng)前音調(diào)值與重要度最高的所述子序列不相容，通過(guò)將它除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的所述子序列相容。
26.一種包含執(zhí)行跟蹤音調(diào)信號(hào)步驟的計(jì)算機(jī)代碼的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)產(chǎn)品包括(i)接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)到的音調(diào)信號(hào)，并對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值以及它的任何整數(shù)倍和倒整數(shù)倍，至少執(zhí)行如下(ii)到(iii)，其中，所述整數(shù)＜預(yù)定值(ii)從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的至少一個(gè)子序列；如果檢測(cè)到的音調(diào)值與所述子序列不相容，將它除以或乘以大于1的整數(shù)值，以便使它與所述子序列相容；和(iii)計(jì)算所述至少一個(gè)子序列的重要度，并選擇重要度最高的子序列，從而使當(dāng)前音調(diào)值變平滑。
全文摘要
一種跟蹤音調(diào)信號(hào)的方法，包括接收由一系列音調(diào)值組成的檢測(cè)音調(diào)信號(hào)，和對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)中的每個(gè)當(dāng)前音調(diào)值，執(zhí)行如下步驟從相鄰音調(diào)值中構(gòu)造相容音調(diào)值的子序列。接著，計(jì)算子序列的重要度，并選擇相容子序列當(dāng)中重要度最高的一個(gè)子序列或一個(gè)集合。如果當(dāng)前音調(diào)值與重要度最高的子序列不相容，通過(guò)將它除以或乘以大于1的整數(shù)值來(lái)平滑它，以便使它與重要度最高的子序列相容。
文檔編號(hào)G10L11/04GK1729508SQ200380107202
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
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