JP2518766B2 - 音声復号装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声復号装置に関し、特
に、音声符号化方式に適応差分ＰＣＭ（ＡＤＰＣＭ：ad
aptive differrential pulse code modulation）方式を
適用した送信信号を受信復号する音声復号装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】音声による通信が行われている場合、ど
ちらか一方が発声している時間率は約３５％であるとい
われている。近年、個人主体の通信であるパーソナルコ
ミュニケーションがその範囲を拡大してきている。そこ
では携帯に便利な端末を利用した音声通信が主体であ
る。このような携帯端末に要求される事項として、第一
にコードレス化が挙げられる。第二に携帯に便利なよう
に電池が使用され長時間にわたる使用に耐える必要があ
るため回路消費電力の低減化が要求されている。回路消
費電力の従来以上の低減方法として、音声の発声時間率
に着目し発声している時のみ送信回路を動作させ、その
他の送信時間は回路を休止状態にする方法がある。この
ような技術を実現するためには送信側に音声検出機能を
設けて無声区間の送信出力を停止する不連続送信装置を
付加すればよい。その場合に問題となるのは受信側であ
る。即ち、受信側では再生音声が断続するために非常に
不愉快な音声になる。この原因は音声を伝送していると
きは音声に背景雑音が重畳されているが、無声のときは
送信が停止されるため背景雑音も伝送されず、背景雑音
は音声信号の持続（有声）のときのみ変調されて伝送さ
れるためであることが知られている。

【０００３】このような問題点を解決する方法として、
受信側で音声信号が伝送されてこない無声の間は送信側
の背景雑音に類似した擬似雑音を発生させて再生出力と
する方法が知られている。このような技術は、音声信号
を分析して送信し受信側で合成する分析合成技術による
高能率音声符号化方式を使用したディジタル通信でまず
検討され、一部には標準化アルゴリズムが制定されて良
く知られるようになってきている。この分析合成形式の
高能率音声符号化方式は、入力音声信号を短時間（約２
０msec）のスペクトル包絡パラメータと有無音の区別，
ピッチ周期などのパラメータに分析して送出する方法で
ある。この方法は変化速度が比較的緩やかな背景雑音の
場合に有効であり、ディジタル自動車電話で実現される
予定である。

【０００４】一方、今日パーソナル通信の標準的な方法
として採用される波形符号化技術の１つにＡＤＰＣＭ符
号化方式がある。このＡＤＰＣＭ符号化方式は従来のＰ
ＣＭに代わる方式として有線伝送路（公衆通信網）で使
用されている。これはＰＣＭが６４ｋｂｉｔ／ｓである
のに対しＡＤＰＣＭは３２ｋｂｉｔ／ｓでＰＣＭと同等
の音声品質を得られることから回線を２倍に利用できる
ことによる。パーソナル通信にＡＤＰＣＭ方式を利用す
る理由は、今日のパーソナル通信がディジタル自動車電
話とは異なり、一般家庭に現在使われているコードレス
電話のように公衆通信網の延長として位置づけられ、公
衆通信網の一部として考えられていることによる。しか
しながら、ＡＤＰＣＭ方式に関しては、前述のように符
号化時における音声検出とか、受信復号側で擬似背景雑
音を発生させる技術については検討されていない。これ
は従来の適用が有線伝送であるから消費電力の制約が無
かったためである。そこで本発明者は、ＡＤＰＣＭ音声
符号化方式における再生音声信号に効果的な擬似背景雑
音を挿入して再生音声の不快感を軽減した音声符号化通
信方式及びその装置について先に提案した（特願平３−
１５５９７２号を先の出願として国内優先権を主張した
平成４年２月１９日出願の明細書参照）。

【０００５】図３はその提案による実施例を示すブロッ
ク図である。図の送信側符号化装置において、１は入力
音声信号をＡＤＰＣＭ符号化する符号化器であり、２は
入力音声信号の有声区間か無声区間かを検出する音声検
出器である。制御回路４は、音声検出器２から無声を示
す信号を受けたとき、切替器５を側に切替えてＣＮフ
ラグ発生器３から、音声が休止（無声）し次に送るデー
タがＣＮデータ（comfort noise データ＝背景雑音）で
あることを示すＣＮフラグを例えば１ｍｓｅｃ出力させ
た後再び切替器５を側に切替えてＡＤＰＣＭ符号器１
から符号化された背景雑音を所定の時間例えば２０ｍｓ
ｅｃ送出させる。不連続送信装置１２はＣＮデータを送
出後送信を停止する。なお、ＣＮフラグは音声信号のＡ
ＤＰＣＭ符号化データと容易に区別することのできるデ
ータパターンであり、１ｍｓｅｃで３２ビット送出でき
るので音声データと区別できるパターンが生成される。
このＣＮフラグとＣＮデータの送出タイミングは、有声
区間から無声区間に変わった直後とその後無声区間中所
定の間隔で送出される。すなわち背景雑音の時間的な変
動は比較的暖かであることが知られているので、背景雑
音に関する情報（ＣＮデータ）は、音声が中断している
間、ある適当な間隔をおいて送出される。例えば次のＣ
Ｎフラグによって不連続送信装置を起動させて間欠的送
信を行なう。このＣＮフラグとＣＮデータの送出時間と
送出間隔はＣＮフラグ発生器３と切替器５を制御する制
御回路４で所定の値に設定される。このようにして、送
信に関連する回路消費電力は約５０％以下に低減され
る。

【０００６】次に、図３の受信側復号装置において、受
信入力が有声のとき及び送信開始時は切替器８と１１が
図のように，に接続されており、受信入力はＡＤＰ
ＣＭ復号器９によって復号されて再生音声信号が出力さ
れている。７は受信入力のない無声区間に送信側の背景
雑音の代りに再生出力とするための擬似雑音発生器であ
る。この擬似雑音発生器７は、３２ｋｂｐｓの場合は１
サンプル当り４ビットであるから、＋７〜−７値の１５
値の乱数を発生させる乱数発生回路であり、シフトレジ
スタを基本とする回路で容易に実現できる。６は受信入
力のデータ列を常時監視し音声データ，ＣＮフラグ，Ｃ
Ｎデータを識別しており、受信入力からＣＮフラグを検
出したときそれに続くＣＮデータが終了後次のＣＮフラ
グの開始時点までの間切替器８を擬似雑音発生器７側
に切替えるとともに切替器１１をＣＮ利得調整器１０側
に切替える制御回路である。

【０００７】ＡＤＰＣＭ復号器９は、背景雑音（ＣＮデ
ータ）のスペクトル形状を保持するため、ＣＮデータ
（実際の背景雑音）に対する予測係数を固定する機能を
有しており、ＣＮデータ終了後の擬似雑音発生器７から
の出力に対しては、固定された予測係数を用いて復号処
理を行なう。ＣＮ利得調整器１０の機能は、ＡＤＰＣＭ
復号器９からの出力データ系列が擬似雑音発生器の出
力を復号したデータ列のとき、そのデータ列の出力レベ
ルが受信復号した背景雑音レベルと異なることがあるの
で、そのレベル差を補正するための回路である。すなわ
ち、ＡＤＰＣＭ復号器９からのＣＮデータの単位時間当
たりの電力を記憶しておき、その後の擬似雑音のＡＤＰ
ＣＭ復号出力の単位時間当たりの電力を、記憶させたＣ
Ｎデータの電力と等しくなるように補正する。このよう
にして無声区間の擬似雑音を送信側の背景雑音に近似さ
せることにより聴覚上の不快感が軽減される。以上が先
に提案した音声符号化通信方式及びその装置の説明であ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
復号装置において、実際の背景雑音は時間的な変動があ
るため、無声区間に出力された擬似雑音は擬似背景雑音
として聴感上まだ十分とはいえない。図２は背景雑音と
その擬似背景雑音のタイミングチャートである。図にお
いて、（ａ）は送信側の背景雑音の電力の時間的変動を
示す波形、（ｂ）は送信側符号化装置の出力信号、
（ｃ）は受信側復号装置のＡＤＰＣＭ復号器９の入力信
号、（ｄ）は先に提案した復号装置の擬似背景雑音の電
力の時間的変動を示す波形である。波形（ｄ）に示すよ
うに、先に提案した復号装置の擬似雑音の電力は送信側
の背景雑音に比べて滑らかに推移していないことが分か
る。これは利得調整器１０で、ＣＮフラグ・ＣＮデータ
の復号出力の単位時間当たりの電力を保持し、その保持
した電力によってその後の擬似雑音の単位時間当たりの
電力を補正しているため、次のＣＮフラグ・ＣＮデータ
の単位時間当たりの電力との差がはっきりとでてしま
い、ＣＮデータ・ＣＮフラグを境に擬似背景雑音の電力
の段差が聴感的にもはっきり分かってしまう。このため
不自然な雑音になってしまうのである。このため擬似背
景雑音としてはまだ不十分とはいえない。

【０００９】本発明の目的は、従来技術の問題点である
復号装置で無声区間に出力させる擬似背景雑音の電力の
移り変わりを滑らかにして、ＡＤＰＣＭ音声符号化方式
における再生音声信号に、送信側の背景雑音の変化に追
随した効果的な擬似背景雑音を挿入して再生音声の不快
感を軽減した音声復号装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の音声復号装置
は、音声信号が適応差分ＰＣＭ符号化され該音声信号の
音声休止区間中所定の間隔で所定の時間の該音声休止区
間を示すＣＮフラグと適応差分ＰＣＭ符号化された背景
雑音データとが送出された後それぞれ送信が停止される
ような信号を受信入力として、擬似雑音を発生させる擬
似雑音発生器と、前記受信入力または前記擬似雑音発生
器からの擬似雑音を適応差分ＰＣＭ復号する適応差分Ｐ
ＣＭ復号器と、前記受信入力と前記擬似雑音を前記適応
差分ＰＣＭ復号器に切替え入力する第１の切替器と、前
記適応差分ＰＣＭ復号器から入力される復号信号が前記
擬似雑音の復号信号のとき前記背景雑音データの復号信
号レベルに対応して該擬似雑音の復号信号レベルを補正
して出力するＣＮ利得調整器と、前記適応差分ＰＣＭ復
号器の出力と前記ＣＮ利得調整器の出力を切替えて再生
信号出力とする第２の切替器と、前記受信入力から前記
ＣＮフラグを検出し該ＣＮフラグに続く前記背景雑音デ
ータが終了したとき前記第１の切替器を前記擬似雑音発
生器側に切替えるとともに前記第２の切替器を前記ＣＮ
利得調整器側に切替え、次にＣＮフラグを検出したとき
前記第１の切替器を前記受信入力側に切替えるとともに
前記第２の切替器を前記適応差分ＰＣＭ復号器側に切替
えるように制御する制御回路とを備えた音声復号装置に
おいて、前記ＣＮ利得調整器は、前記適応差分ＰＣＭ復
号器から入力される復号信号を第１の出力端子または第
２の出力端子に切替え出力する第３の切替器と、前記第
１の出力端子に接続され前記背景雑音データの電力を算
出して電力情報を出力する電力算出器と、該電力算出器
からの電力情報を記憶するメモリと、該メモリからの電
力情報と前記電力算出器からの次のＣＮフラグに続く背
景雑音データの電力情報の差分を出力する差分器と、該
差分の単位時間当たりの電力の動変化量を算出して出力
する動変化量算出器と、該動変化量に前記メモリからの
電力情報を加算する加算器と、該加算器の出力によって
前記切替器の第２の出力端子からの前記擬似雑音の復号
信号レベルを線形補正して当該ＣＮ利得調整器の出力と
する乗算器とを備え、前記制御回路は、前記第１の切替
器と前記第２の切替器を制御するとともに前記第３の切
替器を、前記適応差分ＰＣＭ復号器から入力される復号
信号が前記背景雑音データのとき前記第１の出力端子に
接続し、該復号信号が前記擬似雑音の復号信号のとき前
記第２の出力端子に接続するような制御を行うように構
成したことを特徴とするものである。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。本発明の音声復号装置は、擬似背景雑音の電力の
推移を送信側の背景雑音の時間的変動に追随させて滑ら
かにするために、擬似背景雑音の電力をその擬似背景雑
音の前後のＣＮデータの電力により線形補間するＣＮ利
得調整器１０を設けたことを特徴とするものである。送
信側の構成及び処理は図３の先に提案した符号化装置で
ある。受信側の構成は図３の先に提案した復号装置のＣ
Ｎ利得調整器１０の機能と制御回路６の機能が異なり、
この点が本発明の特徴であり、その他の構成と処理は同
じである。図１において、制御回路１２は、ＣＮ利得調
整器１３の切替器１４を、ＣＮデータを復号した復号器
９からの信号がＣＮ利得調整器１３に入ったときは側
に、擬似雑音発生器７からのデータを復号した信号がＣ
Ｎ利得調整器１３に入ったときは側に切替制御する機
能を持つ。１５はＣＮデータの電力を算出する電力算出
器である。１６は算出された電力を記憶するメモリであ
る。１７はメモリからの一つ前のＣＮデータの電力情報
Ｐ１と現在のＣＮデータの電力情報Ｐ２の差ΔＰをとる
差分器である。１８は単位時間当たりの電力の動変化量
ΔＰ／Ｎ（Ｎは標本数）を算出する動変化量算出器であ
る。１９は一つ前のＣＮデータの電力情報Ｐ１に単位時
間あたりの動変化量ΔＰ／Ｎを加算していく加算器であ
る。２０は擬似雑音発生器７の擬似雑音を復号したＡＤ
ＰＣＭ復号器９からの信号を加算器１９からの出力によ
って電力補正を施す乗算器である。

【００１２】制御回路１２により、ＣＮデータが復号さ
れた信号が入力されたときは切替器１４が側に接続さ
れ、電力算出器１５によりＣＮデータの電力が算出され
メモリ１６に記憶される。所定の間隔をおいて次のＣＮ
データが入力されるとそのＣＮデータの電力が算出され
る。その電力をＰ２としメモリ１６に記憶されている直
前のＣＮデータの電力をＰ１とすると差分器１７はＰ１
とＰ２の差ΔＰを算出して出力する。ＣＮデータと次の
ＣＮデータとの間の擬似雑音の標本数をＮとし、動変化
算出器１８で一つ前のＣＮデータと現在のＣＮデータの
間の単位時間（標本数）あたりの動変化量ΔＰ／Ｎを算
出して、加算器１９でＰ１に加算していく。次に、擬似
雑音発生器７の擬似雑音を復号したＡＤＰＣＭ復号器９
からの信号が入力されたときは、切替器１４は側に接
続され、擬似雑音発生器７の擬似雑音を復号した信号の
電力は、乗算器２０によって、加算器１９からの出力に
より単位時間毎に補正が施されて出力される。以上の処
理により、ＣＮデータと次のＣＮデータとの間の電力が
線形補間される。図２は上記の動作を説明するタイムチ
ャートである。（ａ），（ｂ），（ｃ）は前述の通りで
ある。（ｅ）が本発明の出力信号の擬似背景雑音の電力
の推移を表わす。波形（ｅ）をみて分かるとおり従来の
波形（ｄ）に比べて擬似背景雑音の電力の推移が送信側
の背景雑音の変化に従って滑らかになっており、聴感的
に自然性のある擬似背景雑音が出力されることが確認で
きた。

【００１３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を実
施することにより、無声区間の送信停止（受信信号な
し）中に再生出力とする擬似背景雑音を送信側の背景雑
音の変動に追随させて聴感上の不具合を解消することが
できるため、実用上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成例図である。

【図２】従来技術と本発明の動作を説明するタイミング
チャートである。

【図３】先に提案した方式の実施例を示す構成例図であ
る。

【符号の説明】

１ ＡＤＰＣＭ符号器 ２ 音声検出器 ３ ＣＮフラグ発生器 ４，６，１２ 制御回路 ５，８，１１ 切替器 １２ 不連続送信装置 ７ 擬似雑音発生器 ９ ＡＤＰＣＭ復号器 １０，１３ ＣＮ利得調整器 １４ 切替器 １５ 電力算出器 １６ メモリ １７ 差分器 １８ 動変化量算出器 １９ 加算器 ２０ 乗算器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声信号が適応差分ＰＣＭ符号化され該
   音声信号の音声休止区間中所定の間隔で所定の時間の該
   音声休止区間を示すＣＮフラグと適応差分ＰＣＭ符号化
   された背景雑音データとが送出された後それぞれ送信が
   停止されるような信号を受信入力として、 擬似雑音を発生させる擬似雑音発生器と、前記受信入力
   または前記擬似雑音発生器からの擬似雑音を適応差分Ｐ
   ＣＭ復号する適応差分ＰＣＭ復号器と、前記受信入力と
   前記擬似雑音を前記適応差分ＰＣＭ復号器に切替え入力
   する第１の切替器と、前記適応差分ＰＣＭ復号器から入
   力される復号信号が前記擬似雑音の復号信号のとき前記
   背景雑音データの復号信号レベルに対応して該擬似雑音
   の復号信号レベルを補正して出力するＣＮ利得調整器
   と、前記適応差分ＰＣＭ復号器の出力と前記ＣＮ利得調
   整器の出力を切替えて再生信号出力とする第２の切替器
   と、前記受信入力から前記ＣＮフラグを検出し該ＣＮフ
   ラグに続く前記背景雑音データが終了したとき前記第１
   の切替器を前記擬似雑音発生器側に切替えるとともに前
   記第２の切替器を前記ＣＮ利得調整器側に切替え、次に
   ＣＮフラグを検出したとき前記第１の切替器を前記受信
   入力側に切替えるとともに前記第２の切替器を前記適応
   差分ＰＣＭ復号器側に切替えるように制御する制御回路
   とを備えた音声復号装置において、 前記ＣＮ利得調整器は、前記適応差分ＰＣＭ復号器から
   入力される復号信号を第１の出力端子または第２の出力
   端子に切替え出力する第３の切替器と、前記第１の出力
   端子に接続され前記背景雑音データの電力を算出して電
   力情報を出力する電力算出器と、該電力算出器からの電
   力情報を記憶するメモリと、該メモリからの電力情報と
   前記電力算出器からの次のＣＮフラグに続く背景雑音デ
   ータの電力情報の差分を出力する差分器と、該差分の単
   位時間当たりの電力の動変化量を算出して出力する動変
   化量算出器と、該動変化量に前記メモリからの電力情報
   を加算する加算器と、該加算器の出力によって前記切替
   器の第２の出力端子からの前記擬似雑音の復号信号レベ
   ルを線形補正して当該ＣＮ利得調整器の出力とする乗算
   器とを備え、 前記制御回路は、前記第１の切替器と前記第２の切替器
   を制御するとともに前記第３の切替器を、前記適応差分
   ＰＣＭ復号器から入力される復号信号が前記背景雑音デ
   ータのとき前記第１の出力端子に接続し、該復号信号が
   前記擬似雑音の復号信号のとき前記第２の出力端子に接
   続するような制御を行うように構成したことを特徴とす
   る音声復号装置。