JP2003015699A - 固定音源符号帳並びにそれを用いた音声符号化装置及び音声復号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に４ｋｂｉｔ／ｓs以下のような低ビ
ットレートにおいて、固定符号帳のピッチ周期化処理を
有効に機能させること。 【解決手段】 線形補間ピッチ算出部４０３１で、前
（サブ）フレームのピッチ情報及び現（サブ）フレーム
のピッチ情報とに基づいて線形補間ピッチを算出し、パ
ルス符号帳４０１からのパルス位置情報に対応する線形
補間ピッチを抽出する。この線形補間ピッチ情報は、周
期化処理部４０３２に出力される。周期化処理部４０３
２では、パルス符号帳から出力されたパルスに対応して
抽出された線形補間ピッチでパルス形状ベクトルを周期
化する。これにより、時間経過と共にピッチが大きくな
るようにピッチ周期化されたパルス形状ベクトル４０４
が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル移動通
信システムにおいて使用される低ビットレート用の音声
符号化装置に用いる固定音源符号帳、並びにそれを用い
た音声符号化装置及び音声復号化装置、特にＣＥＬＰ
（Code Excited Linear Prediction）型音声符号化装置
及び音声復号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル移動通信や、インターネット
通信に代表されるパケット通信、あるいは音声蓄積など
の分野においては、無線信号などの伝送路容量や記憶媒
体の有効利用のために、音声情報を圧縮し、高能率で符
号化するための音声符号化装置が用いられている。中で
もＣＥＬＰ方式をベースにした方式が中・低ビットレー
トの音声符号化装置において広く実用化されている。Ｃ
ＥＬＰの技術については、M.R.Schroeder and b.s.Ata
l:"Code-ExcitedLinearPrediction(CELP): High-qualit
y Speech at Very Low Bit Rates", Proc. ICASSP-85,
25.1.1, pp.937-940, 1985" に示されている。

【０００３】ＣＥＬＰ型音声符号化方式は、ディジタル
化された音声信号を一定のフレーム長（５ｍｓ〜５０ｍ
ｓ程度）に区切り、フレーム毎に音声の線形予測を行
い、フレーム毎の線形予測による予測残差（励振信号）
を、既知の波形からなる適応符号帳と雑音（固定）符号
帳とを用いて符号化する方式である。

【０００４】一般には、フレームをさらに複数のサブフ
レームに分割し、サブフレーム毎に励振信号の符号化を
行う。適応符号帳は、過去に生成した駆動音源信号を格
納しており、音声信号の周期成分を表現するために用い
られる。固定音源符号帳は、予め用意された定められた
数の定められた形状を有するベクトルを格納しており、
適応符号帳では表現できない非周期的成分を主として表
現するために用いられる。

【０００５】固定音源符号帳に格納されるベクトルに
は、ランダムな雑音系列から成るベクトルや、何本かの
パルスの組み合わせによって表現されるベクトルなどが
用いられる。また、有声定常部など周期性が強く、その
周期が（サブ）フレーム長より短い信号の場合、固定音
源符号帳の出力にも周期性を持たせることが必要とな
る。このため、何らかの周期化処理を固定音源符号帳の
出力ベクトルに対して行うのが一般的である。

【０００６】数本のパルスの組み合わせによって前記ベ
クトルを表現し、ピッチフィルタにより固定音源符号帳
の出力にピッチ周期性を持たせているものの例として、
ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９（ＣＳ−ＡＣＥＬＰ）の固定
音源符号帳が挙げられる。

【０００７】固定音源符号帳の従来例を、図９を参照し
て以下に具体的に説明する。図９は、Ｇ．７２９と同様
の構成を有する代数的固定音源符号帳から固定音源ベク
トルが生成される様子を示した図である。図９では、３
本の単位パルス（振幅値が１）が異なるトラックから生
成され、極性付与器９０１で各パルスに適切な極性を付
した後、加算器９０２で３本のパルスを足し合わせて固
定音源ベクトルを生成する。

【０００８】各トラックは、パルスを配置できる位置が
異なっており、図９においては、第１トラックは｛0,3,
6,9,12,15,18,21｝の８箇所のうちのいずれかに配置
し、第２トラックは｛1,4,7,10,13,16,19,22｝の８箇所
のうちのいずれかに配置し、第３トラックは｛2,5,8,1
1,14,17,20,23｝の８箇所のうちのいずれかに配置し、
それぞれ単位パルスを１本ずつ立てることができる構成
となっている。

【０００９】この例では、各パルスに対して位置が８通
り、極性が正負の２通り、であるので、位置情報３ビッ
ト、極性情報１ビット、が各音源パルスを表現するため
に用いられる。したがって、合計１２ビットの固定音源
符号帳となる。３本のパルスから成る固定音源ベクトル
は、ピッチフィルタＰＦ(z)によって周期性が強調され
る。図９において、Ｔはピッチ周期、βは周期化ゲイン
を示しており、Ｔは現サブフレームにおけるピッチ周期
（整数）、βは直前のサブフレームにおけるピッチゲイ
ン（適応符号帳利得）が用いられる。ただし、βには上
限値と下限値が予め決められている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のピッチ周期化の構造を有する固定音源符号帳では、
ピッチ周期が（サブ）フレーム内で固定であるため、
（サブ）フレーム内でのピッチ周期の変化が無視できな
い場合に周期化が有効に機能しないという問題がある。
すなわち、２周期以上のピッチ波形が（サブ）フレーム
内に含まれる場合、全てのピッチ周期を１つの値で表す
ことができなくなることがあり、このような場合は特定
のピッチ周期に特化して周期化を行うこととなり、ピッ
チ周期化が固定音源符号帳の性能改善に寄与できなくな
る。特に、（サブ）フレーム長を長くして３ｋｂｉｔ／
ｓ以下のような低ビットレート化を行うと、（サブ）フ
レーム内のピッチ周期の変化が無視できなくなり、ピッ
チ周期化が有効に機能しなくなるケースが多くなる。

【００１１】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、特に４ｋｂｉｔ／ｓ以下のような低ビットレート
において、固定音源符号帳のピッチ周期化処理を有効に
機能させる固定音源符号帳並びにそれを用いた音声符号
化装置及び音声復号化装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の固定音源符号帳
は、パルス符号帳から出力されたパルスのパルス位置情
報に基づいて線形補間ピッチを決定する線形補間ピッチ
算出手段と、前記線形補間ピッチを用いて音源ベクトル
に対して周期化処理を行うことによりピッチ周期が時間
的に変化する固定音源ベクトルを出力する周期化手段
と、を具備する構成を採る。

【００１３】この構成によれば、（サブ）フレーム内で
のピッチ周期の変化が無視できない場合でも、周期化の
ピッチ周期がそれに対応して変化するため、ピッチ周期
化が有効に機能しなくなるということを防止することが
できる。

【００１４】本発明の固定音源符号帳は、上記構成にお
いて、固定音源ベクトルが、ピッチ周期で並べたパルス
列を組み合わせてなる構成を採る。

【００１５】この構成によれば、（サブ）フレーム内で
のピッチ周期の変化が無視できない場合でも、その変化
するピッチに対応して並べたパルス列を音源ベクトルと
して用いるため、効果的に励振音源を表現することがで
きる。

【００１６】本発明の固定音源符号帳は、上記構成にお
いて、パルス列のパルスが、単位パルスでなく予め定め
られた形状を有する構成を採る。

【００１７】この構成によれば、単位パルスの代わりに
効果的な形状を有するパルスを用いて音源ベクトルを生
成するため、より複雑な形状を有する励振音源ベクトル
を表現することが可能となる。

【００１８】本発明の固定音源符号帳は、上記構成にお
いて、線形補間ピッチは、現フレームのピッチ周期と前
フレームのピッチ周期とを用いた補間処理によって求め
られる構成を採る。

【００１９】この構成によれば、時間的に変化するピッ
チは現（サブ）フレームと前（サブ）フレームとの補間
処理によって求められるため、変化するピッチ周期を表
すための情報量を増やさずに、効果的なピッチ周期化が
可能である。

【００２０】本発明の固定音源ベクトル生成装置は、現
フレームのピッチと前フレームのピッチとを用いて現フ
レームの各サンプルにおける補間ピッチを算出する線形
補間ピッチ算出手段と、予め定められたパルス形状を生
成するパルス形状生成手段と、前記パルス形状を前記補
間ピッチを用いて周期化する周期化手段と、音源パルス
を生成するパルス符号帳と、前記音源パルスに前記周期
化されたパルス形状を畳み込む畳み込み演算手段と、を
具備する構成を採る。

【００２１】この構成によれば、情報量の増加なしに
（サブ）フレーム内でピッチ周期が変化する音源ベクト
ルを生成でき、特に（サブ）フレームが長く２ピッチ以
上を含む有声（サブ）フレームの場合に、効果的な固定
音源ベクトルを生成することが可能となる。

【００２２】本発明の固定音源ベクトル生成方法は、現
フレームのピッチと前フレームのピッチとを用いて現フ
レームの各サンプルにおける補間ピッチを算出する工程
と、予め定められたパルス形状を生成する工程と、前記
パルス形状を前記補間ピッチを用いて周期化する工程
と、音源パルスを生成する工程と、前記音源パルスに対
して前記周期化されたパルス形状を畳み込む工程と、を
具備する。

【００２３】この方法によれば、情報量の増加なしに
（サブ）フレーム内でピッチ周期が変化する音源ベクト
ルを生成でき、特に（サブ）フレームが長く２ピッチ以
上を含む有声（サブ）フレームの場合に、効果的な固定
音源ベクトルを生成することが可能となる。

【００２４】本発明の記憶媒体は、音源ベクトル生成プ
ログラムを格納し、コンピュータにより読み取り可能で
ある記録媒体であって、前記音源ベクトル生成プログラ
ムは、現フレームのピッチと前フレームのピッチを用い
て現フレームの各サンプルにおける補間ピッチを算出す
る手順と、前記補間ピッチを用いて周期的波形を生成す
る手順と、パルス音源を生成する手順と、前記パルス音
源に前記周期的波形を畳み込む手順と、を含む構成を採
る。

【００２５】本発明の音源ベクトル生成プログラムは、
コンピュータにより動作可能であり、現フレームのピッ
チと前フレームのピッチを用いて現フレームの各サンプ
ルにおける補間ピッチを算出する手順と、前記補間ピッ
チを用いて周期的波形を生成する手順と、パルス音源を
生成する手順と、前記パルス音源に前記周期的波形を畳
み込む手順と、を含む構成を採る。

【００２６】これらの構成によれば、記憶媒体やプログ
ラムにおいて、上記いずれかの作用効果を得ることがで
きる。

【００２７】本発明の音声符号化装置は、上記固定音源
符号帳と、入力音声信号の周期成分を表し、フレーム間
で補間され時間的に変化するピッチ周期を用いる適応音
源符号帳と、入力音声信号のスペクトル特性を表すパラ
メータを量子化・符号化する手段と、前記固定音源符号
帳と前記適応音源符号帳とから生成される各音源ベクト
ルと前記パラメータとを用いて合成音声信号を合成する
手段と、入力音声信号と前記合成音声信号との歪みが小
さくなるように前記固定音源符号帳と前記適応符号帳か
らの最終的な出力を決定する手段と、を具備する構成を
採る。

【００２８】この構成によれば、上記いずれかの作用効
果を固定音源符号帳で得られるので、低ビットレートで
高品質な音声符号化を実現可能となる。

【００２９】本発明の音声復号化装置は、上記固定音源
符号帳と、合成音声信号の周期成分を表す適応音源符号
帳と、音声符号化装置によって符号化されたスペクトル
特性を表すパラメータを復号化する手段と、前記音声符
号化装置において決定された音源ベクトルを固定音源符
号帳と適応音源符号帳とから復号し、復号された音源ベ
クトルと前記パラメータとから合成音声信号を合成する
手段と、を具備する構成を採る。

【００３０】この構成によれば、上記いずれかの作用効
果を固定音源符号帳で得られるので、低ビットレートで
高品質な音声信号を復号することが可能となる。

【００３１】本発明の音声信号送信装置は、上記構成の
音声符号化装置を備えたことを特徴とする。また、本発
明の音声信号受信装置は、上記構成の音声復号化装置を
備えたことを特徴とする。

【００３２】本発明の基地局装置は、上記構成の音声信
号送信装置及び／又は音声信号受信装置を備えたことを
特徴とする。また、本発明の通信端末装置は、上記構成
の音声信号送信装置及び／又は音声信号受信装置を備え
たことを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明の実施の形態に係る音声符号化装置及び音声復号化装
置を備えた音声信号送信装置及び音声信号受信装置を示
すブロック図である。

【００３４】図１において、音声信号１０１は、入力装
置１０２によって電気的信号に変換されＡ／Ｄ変換装置
１０３に出力される。Ａ／Ｄ変換装置１０３は、入力装
置１０２から出力された（アナログ）信号をディジタル
信号に変換し、ディジタル信号を音声符号化装置１０４
へ出力する。

【００３５】音声符号化装置１０４は、Ａ／Ｄ変換装置
１０３から出力されたディジタル信号を後述する音声符
号化方法を用いて符号化し、符号化した音声符号化情報
をＲＦ変調装置１０５へ出力する。ＲＦ変調装置１０５
は、音声符号化装置１０４から出力された音声符号化情
報を電波などの伝送媒体に載せて送出するための無線信
号に変換し、送信アンテナ１０６へ出力する。送信アン
テナ１０６は、ＲＦ変調装置１０５から出力された出力
信号を無線信号（ＲＦ信号）として送出する。なお、図
中参照符号１０７は、送信アンテナ１０６から送出され
た無線信号（ＲＦ信号）を表す。以上の説明が音声信号
送信装置の構成及び動作である。

【００３６】音声信号送信装置から送信されたＲＦ信号
１０８は、受信アンテナ１０９によって受信され、ＲＦ
復調装置１１０へ出力される。なお、図１中のＲＦ信号
１０８は、音声信号受信装置側から見たＲＦ信号１０７
のことであり、伝播路において信号の減衰や雑音の重畳
がなければＲＦ信号１０７と全く同じ信号となる。

【００３７】ＲＦ復調装置１１０は、受信アンテナ１０
９から出力されたＲＦ信号から音声符号化情報を復調
し、復調後の音声信号を音声復号化装置１１１へ出力す
る。音声復号化装置１１１は、ＲＦ復調装置１１０から
出力された音声符号化情報から後述する音声復号化方法
を用いて音声信号を復号し、復号した音声信号をＤ／Ａ
変換装置１１２へ出力する。

【００３８】Ｄ／Ａ変換装置１１２は、音声復号化装置
１１１から出力されたディジタル音声信号をアナログの
電気的信号に変換し、アナログ信号を出力装置１１３へ
出力する。出力装置１１３は、電気的信号を空気の振動
に変換し、音波として人間の耳に聴こえるように出力す
る。なお、図１中参照符号１１４は、出力された音波を
表す。以上の説明が音声信号受信装置の構成及び動作で
ある。

【００３９】上記のような音声信号送信装置及び音声信
号受信装置の少なくとも一方を備えることにより、移動
通信システムにおける基地局装置及び通信端末装置を構
成することができる。

【００４０】上記音声信号送信装置は、音声符号化装置
１０４にその特徴を有する。図２は、本発明の実施の形
態に係る音声符号化装置の構成を示すブロック図であ
る。

【００４１】図２において、入力音声信号は、図１のＡ
／Ｄ変換装置１０３から出力される信号であり、前処理
部２００に入力される。前処理部２００では、直流（Ｄ
Ｃ）成分を取り除くハイパスフィルタ処理などを行った
後に、直前のフレーム末尾におけるピッチ周期と現在の
フレーム末尾におけるピッチ周期との間で、ピッチ周期
が滑らかに変化するように、例えば現フレーム内の各サ
ンプルにおけるピッチ周期が前記２種類のピッチ周期を
線形補間して得られるピッチ周期となるように、前処理
を行い、この前処理後の信号（Ｘin）をＬＰＣ分析部２
０１及び加算器２０４に出力する。

【００４２】なお、前記のようなピッチ周期がフレーム
内で滑らかに変化するような前処理はＬＰＣ分析後に行
う構成としても良く、前記位置に限定するものではな
い。このような前処理を用いるＣＥＬＰ方式は、例えば
特開平６−２１４６００号公報などに開示されている。

【００４３】ＬＰＣ分析部２０１は、Ｘinを用いて線形
予測分析を行い、分析結果（線形予測係数）をＬＰＣ量
子化部２０２へ出力する。ＬＰＣ量子化部２０２は、Ｌ
ＰＣ分析部２０１から出力された線形予測係数（ＬＰ
Ｃ）の量子化処理を行い、量子化ＬＰＣを合成フィルタ
２０３へ出力すると共に前記量子化ＬＰＣを表す符号Ｌ
を多重化部２１３へ出力する。

【００４４】合成フィルタ２０３は、フィルタ係数と加
算器２１０から出力される駆動音源とを用いて前記量子
化ＬＰＣに対してフィルタ合成を行い、得られた合成信
号を加算器２０４へ出力する。加算器２０４は、前記Ｘ
inと前記合成信号との誤差信号を算出し、誤差信号を聴
覚重み付け部２１１へ出力する。聴覚重み付け部２１１
は、加算器２０４から出力された誤差信号に対して聴覚
的な重み付けを行い、聴覚重み付け領域での前記Ｘinと
前記合成信号との歪みを算出し、歪み情報をパラメータ
決定部２１２へ出力する。

【００４５】パラメータ決定部２１２は、聴覚重み付け
部２１１から出力された前記符号化歪みが最小となるよ
うに、適応音源符号帳２０５と固定音源符号帳２０７と
量子化利得生成手段２０６とから生成される信号を決定
する。

【００４６】適応音源符号帳２０５は、過去に加算器２
１０によって出力された音源信号をバッファリングして
おり、パラメータ決定部２１２から出力された信号
（Ａ）によって特定される位置から適応音源ベクトルを
切り出して乗算器２０８へ出力する。

【００４７】固定音源符号帳２０７は、パラメータ決定
部２１２から出力された信号（Ｆ）によって特定される
形状を有するベクトルを乗算器２０９へ出力する。量子
化利得生成部２０６は、パラメータ決定部２１２から出
力された信号（Ｇ）によって特定される適応音源利得と
固定音源利得とをそれぞれ乗算器２０８，２０９へ出力
する。

【００４８】乗算器２０８は、量子化利得生成部２０６
から出力された量子化適応音源利得を、適応音源符号帳
２０５から出力された適応音源ベクトルに乗じて、加算
器２１０へ出力する。乗算器２０９は、量子化利得生成
部２０６から出力された量子化固定音源利得を、固定音
源符号帳２０７から出力された固定音源ベクトルに乗じ
て、加算器２１０へ出力する。

【００４９】加算器２１０は、利得乗算後の適応音源ベ
クトルと固定音源ベクトルとをそれぞれ乗算器２０８，
２０９から入力し、ベクトル加算をして合成フィルタ２
０３及び適応音源符号帳２０５へ出力する。最後に、多
重化部２１３は、ＬＰＣ量子化部２０２から量子化ＬＰ
Ｃを表す符号Ｌを入力し、パラメータ決定部２１２から
適応音源ベクトルを表す符号Ａ及び固定音源ベクトルを
表す符号Ｆ及び量子化利得を表す符号Ｇを入力し、これ
らの情報を多重化して符号化情報として伝送路へ出力す
る。

【００５０】本発明の音声符号化装置は、固定音源符号
帳２０７の具体的構成にその特徴を有する。図３及び図
４は、固定音源符号帳２０７の構成を示す図である。な
お、適応符号帳においても、前記前処理によって行われ
た補間ピッチを用いた適応符号ベクトルの生成、あるい
は後述するような固定音源符号帳における補間したピッ
チを用いた周期化処理、が適用されていることを前提と
する。そのような処理は、例えば特開平６−２１４６０
０号公報に開示されている。

【００５１】図３において、参照符号３０１は、前（サ
ブ）フレームのピッチＰ（Ｎ−１）と現（サブ）フレー
ムのピッチＰ（Ｎ）とを補間して得られる現（サブ）フ
レーム内におけるピッチＰ（Ｔ）（縦軸）と時刻（サン
プル）Ｔ（横軸）との関係を示すグラフである。ここで
は、補間方法の最も簡単な例として線形補間を用いてい
るが、この補間方法に限定されない。また、ピッチ周期
の精度に限定を加えて前記グラフを階段状にしたり、予
め定められた区間毎に同じピッチ周期を用いるようにし
て前記グラフを階段状にしたりするなどして後述の補間
処理や符号帳探索処理に必要な演算量を削減することも
可能である。

【００５２】第１のパルス列（パルス列１）３０２及び
第２のパルス列（パルス列２）３０３は、それぞれ４本
のパルスから構成されており、それぞれのパルス間隔は
各パルスの位置によって図示されたように定められる。
これらのパルス列を特定するには、先頭パルスの位置の
みを特定すればよく、先頭パルスの位置情報が伝送され
る。先頭パルスの位置は、例えば従来の代数符号帳のよ
うに、予め位置の候補が決められているようにすれば良
い。なお、本実施の形態においては、２種類のパルス列
のみで固定音源ベクトルを生成しているが、３種類以上
のパルス列を組み合わせる構成でも良い。また、前記音
源パルス数は音源ベクトル長とピッチ周期及び先頭パル
スの位置によって定まるもので、４本に限定されるもの
ではない。

【００５３】乗算器３０４，３０５は、各パルス列に極
性を与えるものであり、図３の例ではパルス列１に対し
て＋、パルス列２に対して−の極性をそれぞれ与えてい
る。極性（符号）が乗ぜられた各パルス列は、加算器３
０６によってベクトル加算され、固定音源符号帳音源ベ
クトル３０７が生成される。そして、パルス列の位置情
報は、ピッチ周期化に用いる線形補間ピッチの情報とし
て用いられる。

【００５４】図４は、固定音源符号帳２０７の構成を示
す図であり、図３におけるパルス列に形状を持たせる構
成例を示している。

【００５５】図４において、パルス符号帳４０１は、
（サブ）フレーム内の点にパルスを立てたベクトルを生
成する。パルスを立てる位置は従来の代数符号帳のよう
に予め定められた位置候補の中から選ぶようにすれば良
い。パルス形状ベクトル４０２は、予め学習などによっ
て得られた形状を有するベクトルである。ベクトル長
は、最短ピッチ周期にあわせて２０サンプル程度に制限
しても良く、制限しなくても良い。最短ピッチ長は、音
声符号化装置の設計によって決まるものであり、音声信
号にあり得る最も短いピッチ周期を考慮して定められ
る。一般的には、８ｋＨｚサンプリングで１５サンプル
〜２０サンプル程度の値が用いられる。

【００５６】パルス形状ベクトル４０２は、ピッチ周期
化部４０３によって周期化され、周期化されたパルス形
状ベクトル４０４が畳み込み演算部４０５へ出力され
る。周期化に用いられる周期には、参照符号３０１に示
したように（サブ）フレーム内で補間された周期が用い
られ、（サブ）フレーム内の位置によってピッチ周期は
変化する。なお、具体的な周期化方法については図５を
用いて後述する。

【００５７】ピッチ周期化部４０３は、図５に示すよう
に、パルス符号帳４０１からのパルス位置情報と、前
（サブ）フレームのピッチ情報及び現（サブ）フレーム
のピッチ情報とに基づいて線形補間ピッチを算出する線
形補間ピッチ算出部４０３１と、算出された線形補間ピ
ッチを周期化処理部４０３２とを備えている。

【００５８】すなわち、図５に示す構成のピッチ周期化
部４０３においては、線形補間ピッチ算出部４０３１
で、前（サブ）フレームのピッチ情報及び現（サブ）フ
レームのピッチ情報とに基づいて線形補間ピッチを算出
し、パルス符号帳４０１からのパルス位置情報に対応す
る線形補間ピッチを抽出する。この線形補間ピッチ情報
は、周期化処理部４０３２に出力される。

【００５９】周期化処理部４０３２では、パルス符号帳
から出力されたパルスに対応して抽出された線形補間ピ
ッチでパルス形状ベクトルを周期化する。これにより、
時間経過と共にピッチが大きくなるようにピッチ周期化
されたパルス形状ベクトル４０４が生成される。

【００６０】これにより、パルス符号帳に格納されたパ
ルスに対応し、時間経過と共にピッチが大きくなるよう
にピッチ周期化されたパルス形状ベクトルを生成するこ
とができる。このパルス形状ベクトル４０４は、畳み込
み演算部４０５に出力される。

【００６１】また、前（サブ）フレームのピッチ情報及
び現（サブ）フレームのピッチ情報とに基づいて線形補
間ピッチを算出するので、時間的に変化するピッチは現
（サブ）フレームと前（サブ）フレームとの補間処理に
よって求めることができ、変化するピッチ周期を表すた
めの情報量を増やさずに、効果的なピッチ周期化が可能
となる。

【００６２】畳み込み演算部４０５では、パルス符号帳
４０１から出力されたパルスベクトルに対して、周期化
されたパルス形状ベクトル４０４が畳み込まれて固定音
源符号帳音源ベクトル４０６が生成される。

【００６３】この固定音源符号帳音源ベクトル４０６を
図３における一つのパルス列として、図３に示すように
タイミングをシフトさせて組み合わせることにより、複
数種類の固定音源符号帳音源ベクトル４０６を組み合わ
せた固定音源符号帳音源を生成することができる。この
場合も、音源ベクトルを表すにはパルス符号帳が出力し
たパルスの位置と極性を指定すれば良く、従来の代数符
号帳と同様にして探索及び符号化を行うことが可能であ
る。

【００６４】また、本実施の形態においては、現フレー
ムのピッチと前フレームのピッチとを用いて現フレーム
の各サンプルにおける補間ピッチを算出する線形補間ピ
ッチ算出部と、予め定められたパルス形状を生成するパ
ルス形状生成部と、パルス形状を補間ピッチを用いて周
期化する周期化部と、音源パルスを生成するパルス符号
帳と、音源パルスに周期化されたパルス形状を畳み込む
畳み込み演算部と、により固定音源ベクトル生成装置を
構成することができる。

【００６５】この構成によれば、情報量の増加なしに
（サブ）フレーム内でピッチ周期が変化する音源ベクト
ルを生成でき、特に（サブ）フレームが長く２ピッチ以
上を含む有声（サブ）フレームの場合に、効果的な固定
音源ベクトルを生成することが可能となる。

【００６６】図６は、本発明の実施の形態に係る音声符
号化装置におけるパルス形状波形の周期化方法を説明す
るための図である。

【００６７】図６において、周期化法Ａは、最初の１ピ
ッチのみがオリジナルのパルス形状であり、その後の各
点においては補間ピッチＰ(ｔ)を用いてオリジナルのパ
ルス形状を時間軸方向に伸縮した波形に相当するものを
並べる方法である。

【００６８】具体的には、０から始まりｔ≦Ｐ（ｔ）を
満たす最初の区間が１ピッチ目となり、ｔ＞Ｐ（ｔ)の
区間については、１ピッチ周期さかのぼった点を、例え
ば式１を用いて補間して新たな１ピッチ波形を生成する
ことにより周期化を行う。

【００６９】

【数１】

【００７０】周期化方法Ｂは、パルス形状ベクトルが伸
縮されることはなく、パルス形状ベクトルを配置する位
置（パルス形状ベクトルの振幅ピークの位置）のみが補
間ピッチＰ(ｔ)にしたがって決定される方法である。周
期化方法Ｂでは、パルス形状ベクトルを時間軸方向に伸
縮しないので、予め十分なサンプリング周波数でアップ
サンプルしたパルス形状ベクトルをメモリに用意してお
けば、上記式１のように各サンプルの値を計算せずに、
２周期目以降のパルス形状ベクトルを配置される位置に
したがって必要な補間点を前記アップサンプルしたパル
ス形状ベクトルからコピーするだけで良い。したがっ
て、周期化方法Ａに比べると周期化処理に必要な演算量
を低減することも可能となる。

【００７１】図７は、本発明の実施の形態に係る本発明
の実施の形態に係る音声符号化装置における固定音源符
号帳を探索する動作を示すフロー図である。

【００７２】探索は、波形歪み最小化に基づいて行わ
れ、よく知られているように、下記式２の最大化によっ
て行なわれる。式２において、ｘは固定音源符号帳の音
源ベクトルによって（合成フィルタから）合成されるべ
きベクトル（ターゲットベクトル）を示し、Ｈは合成フ
ィルタのインパルス応答を畳み込むための下三角行列を
示し、ｆは固定音源符号帳から出力される音源ベクトル
を示す。なお、「’」は転置を表し、Ｈに用いられるイ
ンパルス応答は聴覚重みを考慮したもの（一般的には聴
覚重み付けフィルタと合成フィルタを従属接続した聴覚
重みつき合成フィルタのインパルス応答）が用いられ
る。

【００７３】

【数２】

【００７４】ｆはさらにパルス音源に前記周期化された
パルス形状を畳み込んだものとして表現できるので、下
記式３のように表すことができる。式３において、ｃ及
びＳはそれぞれパルス音源ベクトルとパルス形状畳み込
み下三角行列を示し、両者ともパルス位置によって異な
るベクトルおよび行列となる。

【００７５】

【数３】

【００７６】図７において、まず、ステップ（以下、Ｓ
Ｔと省略する）７０１で式３の分子項を求めるためのベ
クトルｘ’ＨＳが算出される。ｘ’ＨＳはＬｖ次元のベ
クトルである。ただし、Ｓはパルス音源ベクトルのパル
ス位置ごとに異なる行列であるため、Ｌｖ種類のベクト
ルｘ’ＨＳが存在する。ところが、ｘ’ＨＳｃはベクト
ルｘ’ＨＳとベクトルｃの内積であるので、音源ベクト
ルｃのｉ番目の要素（ｃ[i]）に関係するのはベクトル
ｘ’ＨＳのｉ番目の要素ｘ’ＨＳ[i]のみであり、他の
ｘ’ＨＳの要素は必要ない。

【００７７】したがって、パルス位置ｉに立てられたパ
ルスに対して乗ぜられる行列をＳｉとすれば、ｘ’ＨＳ
[i]＝ｘ’ＨＳｉ[i]とすることにより、１種類のベクト
ルｘ’ＨＳを用意すれば良いこととなる。したがって、
予めこのようなｘ’ＨＳを算出しておけば、固定音源符
号帳の音源ベクトルＣとの内積を求めるだけで分子項
ｘ’ＨＳＣを求めることが可能である。固定音源符号帳
が代数符号帳である場合は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９
や特表平１０−５１３５７１号公報に開示されているよ
うに、音源パルス数分だけベクトルｘ’ＨＳから要素を
抜き出して総和を取ればよい。なお、音源パルスの極性
は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９などに示されているよう
に、ｘ’ＨＳに事前に乗算しておくことができる。

【００７８】次に、ＳＴ７０２において、式３の分母項
を求めるための行列Ｓ’Ｈ’ＨＳが算出される。Ｓ’
Ｈ’ＨＳはＬｖ×Ｌｖ行列である。ただし、上述のよう
に、行列Ｓ（Ｌｖ×Ｌｖの行列）は音源ベクトルｃの位
置によって異なる種類のものが用いられる。したがっ
て、行列ＨＳはＬｖ種類あり、行列Ｓ’Ｈ’もＬｖ種類
あり、行列Ｓ’Ｈ’ＨＳはＬｖ×Ｌｖ種類存在すること
になる（実際は、(Ｓｉ)’Ｈ’ＨＳｊ＝Ｓｊ’Ｈ’ｉな
ので、((Ｌｖ＋１)×Ｌｖ)／２通りである）。

【００７９】しかしながら、音源ベクトルｃのパルス位
置によって行列Ｓが決まるようになっているので、Ｓ’
Ｈ’ＨＳ[i][j]＝Ｓ’Ｈ’ＨＳ[j][i]＝(Ｓｉ)’Ｈ’Ｈ
Ｓｊ[i][j]＝(Ｓｉ)’Ｈ’ＨＳｊ[j][i]＝(Ｓｊ)’Ｈ’
ＨＳｉ[i][j]＝(Ｓｊ)’Ｈ’ＨＳｉ[j][i]、ここで、Ｓ
ｉはパルス位置ｉにおけるパルス形状ベクトル畳み込み
行列を示し、Ｓｊはパルス位置ｊにおけるパルス形状畳
み込み行列を示し、[i][j]はｉ行ｊ列の行列要素を示
す、というようにすれば、一つの行列Ｓ’Ｈ’ＨＳとし
てまとめることができる。

【００８０】このようなＳ’Ｈ’ＨＳを前処理によって
求めておけば、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９や特表平１０
−５１３５７１号公報に開示されているように、音源パ
ルスに関連する要素を行列Ｓ’Ｈ’ＨＳから抜き出して
和を取ることにより、ｃ’Ｓ’Ｈ’ＨＳｃを求めること
ができる。

【００８１】なお、各音源パルスの極性は、ＩＴＵ−Ｔ
勧告Ｇ．７２９などに示されているように、Ｓ’Ｈ’Ｈ
Ｓに事前に乗算しておくことができる。また、音源パル
ス毎に異なるパルス形状を畳み込む固定音源符号帳の構
成は、例えば特開平１０-２３２６９６号公報などに開
示されている。

【００８２】次に、ＳＴ７０３において、(ｘ’ＨＳｃ
＊ｘ’ＨＳｃ)／ｃ’Ｓ’Ｈ’ＨＳｃを最大にする固定
音源符号帳音源ベクトルの探索が行われる。固定音源符
号帳が代数符号帳の場合、パルス数に応じたネスト構造
の探索ループによって、各パルスの位置を予め定められ
た位置候補の中で順次変えながら全てのパルス位置の組
み合わせを調べることによって探索を行う。また、良く
行われるように、外側の探索ループから順番にパルス位
置を決定していく構成としたり（この場合、各パルスを
何番目のループで探索するかを探索ループに入る前に事
前に決めたりする）、外側の探索ループで（ｘ’ＨＳｃ
＊ｘ’ＨＳｃ)／ｃ’Ｓ’Ｈ’ＨＳｃの値が大きくなり
そうかどうかを閾値処理などによって判定して、より内
側の探索ループに進む構成としたりする、いわゆるfocu
sed searchを導入することによって、演算量を大きく削
減することも可能である。ＳＴ７０３にて，(ｘ’ＨＳ
ｃ＊ｘ’ＨＳｃ)／ｃ’Ｓ’Ｈ’ＨＳｃを最大とする音
源ベクトルＣが固定音源符号帳の出力音源ベクトルとし
て選ばれる。

【００８３】なお、適応符号帳の音源ベクトルに対して
直交化して探索する場合も、同様の前処理によって行列
やベクトルを求めることによって、従来の代数符号帳の
探索と同様にして固定音源符号帳の探索が可能である。
直交化した場合の行列及びベクトルについては、例え
ば、特開平１１−１２６０９６号公報などに開示されて
いる。

【００８４】図８は、本発明の実施の形態に係る音声復
号化装置の構成を示すブロック図である。

【００８５】図８において、図１のＲＦ復調装置１１０
から出力された符号化情報は、多重化分離部８０１にお
いて、多重化されている符号化情報を個々の符号情報に
分離される。分離されたＬＰＣ符号Ｌは、ＬＰＣ復号化
部８０２に出力され、分離された適応音源ベクトル符号
Ａは、適応音源符号帳８０５に出力され、分離された音
源利得符号Ｇは、量子化利得生成部８０６に出力され、
分離された固定音源ベクトル符号Ｆは、固定音源符号帳
８０７へ出力される。

【００８６】ＬＰＣ復号化部８０２は、多重化分離部８
０１から出力された符号ＬからＬＰＣを復号し、合成フ
ィルタ８０３に出力する。適応音源符号帳８０５は、多
重化分離部８０１から出力された符号Ａからピッチラグ
が復号され、復号されたピッチラグと直前フレームの復
号ピッチラグとを用いて現フレームの各サンプルにおけ
るピッチラグが補間により算出される。補間されたピッ
チラグを用いて適応音源ベクトルを生成し、その適応音
源ベクトルを乗算器８０８へ出力する。

【００８７】固定音源符号帳８０７は、多重化分離部８
０１から出力された符号Ｆで指定される固定音源ベクト
ルを生成し、その固定音源ベクトルを乗算器８０９へ出
力する。固定音源ベクトルには、前記補間されたピッチ
を用いたピッチ周期化が適用されている。

【００８８】量子化利得生成部８０６は、多重化分離部
８０１から出力された音源利得符号Ｇで指定される適応
音源ベクトル利得と固定音源ベクトル利得を復号して、
この適応音源ベクトル利得と固定音源ベクトル利得を乗
算器８０８，８０９へそれぞれ出力する。

【００８９】乗算器８０８は、前記適応符号ベクトルに
前記適応符号ベクトル利得を乗算して、その乗算結果を
加算器８１０へ出力する。乗算器８０９は、前記固定符
号ベクトルに前記固定符号ベクトル利得を乗算して、そ
の乗算結果を加算器８１０へ出力する。加算器８１０
は、乗算器８０８及び乗算器８０９から出力された利得
乗算後の適応音源ベクトルと固定音源ベクトルの加算を
行い、その加算結果を合成フィルタ８０３へ出力する。

【００９０】合成フィルタ８０３は、加算器８１０から
出力された音源ベクトルを駆動信号として、ＬＰＣ復号
化部８０２によって復号されたフィルタ係数を用いて、
フィルタ合成を行い、合成した信号を後処理部８０４へ
出力する。後処理部８０４は、ホルマント強調やピッチ
強調といったような音声の主観的な品質を改善する処理
や、定常雑音の主観的品質を改善する処理などを合成し
た信号に対して施した上で、最終的な復号音声信号とし
て出力する。なお、固定音源符号帳８０７の構成は前述
の固定音源符号帳２０７と同じで、図３及び図４で示し
たものである。

【００９１】なお、上述のような符号化・復号化処理
は、入力音声信号における有声定常部などの周期的信号
区間にのみ適用し、その他の区間に対しては従来のＣＥ
ＬＰ符号化・復号化処理を適用する構成とすることも可
能である。

【００９２】本実施の形態によれば、（サブ）フレーム
内でのピッチ周期の変化が無視できない場合でも、周期
化のピッチ周期がそれに対応して変化するため、ピッチ
周期化が有効に機能しなくなるということを防止するこ
とができる。また、（サブ）フレーム内でのピッチ周期
の変化が無視できない場合でも、その変化するピッチに
対応して並べたパルス列を音源ベクトルとして用いるた
め、効果的に励振音源を表現することができる。

【００９３】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々変更して実施することが可能である。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ルス符号帳から出力されたパルスのパルス位置情報に基
づいて線形補間ピッチを決定し、この線形補間ピッチを
用いて音源ベクトルに対して周期化処理を行うことによ
りピッチ周期が時間的に変化する固定音源ベクトルを出
力するので、（サブ）フレーム内でのピッチ周期の変化
が無視できない場合でも、その変化するピッチに対応し
て並べたパルス列を音源ベクトルとして用いるため、効
果的に励振音源を表現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る音声符号化装置及び
音声復号化装置を備えた音声信号送信装置及び音声信号
受信装置を示すブロック図

【図２】本発明の実施の形態に係る音声符号化装置の構
成を示すブロック図

【図３】本発明の実施の形態に係る音声符号化装置に用
いられる固定音源符号帳を示す図

【図４】本発明の実施の形態に係る音声符号化装置に用
いられる固定音源符号帳を示す図

【図５】図４に示す固定音源符号帳の内部構成を示すブ
ロック図

【図６】本発明の実施の形態に係る音声符号化装置にお
けるパルス形状波形の周期化方法を説明するための図

【図７】本発明の実施の形態に係る音声符号化装置にお
ける固定音源符号帳を探索する動作を示すフロー図

【図８】本発明の実施の形態に係る音声復号化装置の構
成を示すブロック図

【図９】従来の音源符号帳を説明するための図

【符号の説明】

２００ 前処理部 ２０１ ＬＰＣ分析部 ２０２ ＬＰＣ量子化部 ２０３，８０３ 合成フィルタ ２０４，２１０，８１０ 加算器 ２０５，８０５ 適応音源符号帳 ２０６，８０６ 量子化利得生成部 ２０７，８０７ 固定音源符号帳 ２０８，２０９，８０８，８０９ 乗算器 ２１１ 聴覚重み付け部 ２１２ パラメータ決定部 ２１３ 多重化部 ４０１ パルス符号帳 ４０３ ピッチ周期化部 ４０５ 畳み込み演算部 ８０１ 多重化分離部 ８０２ ＬＰＣ復号化部 ８０４ 後処理部 ４０３１ 線形補間ピッチ算出部 ４０３２ 周期化処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安永 和敏 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 間野 一則 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 日和▲崎▼ 祐介 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5D045 CC01 CC04 DA02 DA11 5J064 AA02 BA13 BB04 BC02 BC06 BC07 BD02 BD04

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス符号帳から出力されたパルスのパ
   ルス位置情報に基づいて線形補間ピッチを決定する線形
   補間ピッチ算出手段と、前記線形補間ピッチを用いて音
   源ベクトルに対して周期化処理を行うことによりピッチ
   周期が時間的に変化する固定音源ベクトルを出力する周
   期化手段と、を具備することを特徴とする固定音源符号
   帳。
2. 【請求項２】 固定音源ベクトルは、ピッチ周期で並べ
   たパルス列を組み合わせてなることを特徴とする請求項
   １記載の固定音源符号帳。
3. 【請求項３】 パルス列のパルスが、単位パルスでなく
   予め定められた形状を有することを特徴とする請求項２
   記載の固定音源符号帳。
4. 【請求項４】 線形補間ピッチは、現フレームのピッチ
   周期と前フレームのピッチ周期とを用いた補間処理によ
   って求められることを特徴とする請求項１から請求項３
   のいずれかに記載の固定音源符号帳。
5. 【請求項５】 現フレームのピッチと前フレームのピッ
   チとを用いて現フレームの各サンプルにおける補間ピッ
   チを算出する線形補間ピッチ算出手段と、予め定められ
   たパルス形状を生成するパルス形状生成手段と、前記パ
   ルス形状を前記補間ピッチを用いて周期化する周期化手
   段と、音源パルスを生成するパルス符号帳と、前記音源
   パルスに前記周期化されたパルス形状を畳み込む畳み込
   み演算手段と、を具備することを特徴とする固定音源ベ
   クトル生成装置。
6. 【請求項６】 現フレームのピッチと前フレームのピッ
   チとを用いて現フレームの各サンプルにおける補間ピッ
   チを算出する工程と、予め定められたパルス形状を生成
   する工程と、前記パルス形状を前記補間ピッチを用いて
   周期化する工程と、音源パルスを生成する工程と、前記
   音源パルスに対して前記周期化されたパルス形状を畳み
   込む工程と、を具備することを特徴とする固定音源ベク
   トル生成方法。
7. 【請求項７】 音源ベクトル生成プログラムを格納し、
   コンピュータにより読み取り可能である記録媒体であっ
   て、前記音源ベクトル生成プログラムは、現フレームの
   ピッチと前フレームのピッチを用いて現フレームの各サ
   ンプルにおける補間ピッチを算出する手順と、前記補間
   ピッチを用いて周期的波形を生成する手順と、パルス音
   源を生成する手順と、前記パルス音源に前記周期的波形
   を畳み込む手順と、を含むことを特徴とする可能な記憶
   媒体。
8. 【請求項８】 コンピュータにより動作可能であり、現
   フレームのピッチと前フレームのピッチを用いて現フレ
   ームの各サンプルにおける補間ピッチを算出する手順
   と、前記補間ピッチを用いて周期的波形を生成する手順
   と、パルス音源を生成する手順と、前記パルス音源に前
   記周期的波形を畳み込む手順と、を含むことを特徴とす
   る音源ベクトル生成プログラム。
9. 【請求項９】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の固定音源符号帳と、入力音声信号の周期成分を表し、
   フレーム間で補間され時間的に変化するピッチ周期を用
   いる適応音源符号帳と、入力音声信号のスペクトル特性
   を表すパラメータを量子化・符号化する手段と、前記固
   定音源符号帳と前記適応音源符号帳とから生成される各
   音源ベクトルと前記パラメータとを用いて合成音声信号
   を合成する手段と、入力音声信号と前記合成音声信号と
   の歪みが小さくなるように前記固定音源符号帳と前記適
   応符号帳からの最終的な出力を決定する手段と、を具備
   することを特徴とする音声符号化装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から請求項４のいずれかに記
    載の固定音源符号帳と、合成音声信号の周期成分を表す
    適応音源符号帳と、音声符号化装置によって符号化され
    たスペクトル特性を表すパラメータを復号化する手段
    と、前記音声符号化装置において決定された音源ベクト
    ルを固定音源符号帳と適応音源符号帳とから復号し、復
    号された音源ベクトルと前記パラメータとから合成音声
    信号を合成する手段と、を具備することを特徴とする音
    声復号化装置。
11. 【請求項１１】 音声信号を電気的信号に変換する音声
    入力装置と、この音声入力信号装置から出力される信号
    をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置と、このＡ
    ／Ｄ変換装置から出力されるディジタル信号を入力音声
    信号として符号化を行う請求項９記載の音声符号化装置
    と、この音声符号化装置から出力される符号化情報に対
    して変調処理等を行うＲＦ変調装置と、このＲＦ変調装
    置から出力された信号を電波に変換して送信する送信ア
    ンテナと、を具備することを特徴とする音声信号送信装
    置。
12. 【請求項１２】 受信電波を受信する受信アンテナと、
    前記受信アンテナで受信した音声信号の復号化処理を行
    う請求項１０記載の音声復号化装置と、前記音声復号化
    装置によって復号化されたディジタル音声信号をＤ／Ａ
    変換するＤ／Ａ変換装置と、前記Ｄ／Ａ変換装置から出
    力される電気的信号を音声信号に変換する音声出力装置
    と、を具備することを特徴とする音声信号受信装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載の音声信号送信装置及
    び請求項１２記載の音声信号受信装置の少なくとも一方
    を備え、基地局装置との間で無線通信を行うことを特徴
    とする通信端末装置。
14. 【請求項１４】 請求項１１記載の音声信号送信装置及
    び請求項１２記載の音声信号受信装置の少なくとも一方
    を備え、通信端末装置との間で無線通信を行うことを特
    徴とする基地局装置。