JP2957588B2 - スピーチコーディング - Google Patents

スピーチコーディング

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JP2957588B2
JP2957588B2 JP63507220A JP50722088A JP2957588B2 JP 2957588 B2 JP2957588 B2 JP 2957588B2 JP 63507220 A JP63507220 A JP 63507220A JP 50722088 A JP50722088 A JP 50722088A JP 2957588 B2 JP2957588 B2 JP 2957588B2
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    • G10L19/08—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters
    • G10L19/10—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters the excitation function being a multipulse excitation
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Description

【発明の詳細な説明】 スピーチコーディングの通常の技術は、いわゆるLPC
コーディングであり、それにおいては入力スピーチ信号
がコーダにおいて時間インターバルに分割される各イン
ターバルはそのインターバル中の信号の周波数スペクト
ルを示す応答を有する合成フィルタのパラメータを決定
するために解析される。これらのパラメータはデコーダ
に送られ、このデコーダは、適切な励起信号を供給され
たときにもとの入力信号に近似した合成スピーチ出力を
発生する合成フィルタのパラメータを周期的に更新す
る。
コーダはまた使用される励起の性質に関する情報をデ
コーダに伝送する。多数の任意選択的な技術がこのため
に提案されており、これは次の２つの主なカテゴリーの
何れかに属するものである。すなわち、 （ｉ）入力信号が、量子化され、励起として使用される
ために（多分フィルタ処理の後で）送られることがで
き、もしくは例えばデコーダ中の励起発生器に伝送する
ために音声およびピッチパラメータを得るように解析さ
れてもよい残留信号を生成するために合成フィルタの逆
であるフィルタを通過される残留励起直線予測コード化
（CELP）または （ii）得られた出力と入力スビーチの間の差が合成フィ
ルタを通過されたときに最小であるように、励起が得ら
れる合成方法による解析である。このカテゴリーには２
つの異なる方法がある。１つは、多数のスビーチサンブ
ルに対応した時間フレームが振幅および位置がコード化
される小さい限定された数の励起パルスを含むマルチパ
ルス励起（MP−LPC）である。別の方法は確率的コード
化またはコード励起線形予測（CELP）である。コーダお
よびデコーダは、それぞれ励起の標準フレームの記憶さ
れたリフトを有する。スピーチの各フレームに対して、
合成フィルタを通過されたときに実際のスピーチに最も
近い合成スピーチを生成するコードブックエントリィの
そのフレームが識別され、それに割当てられたコードワ
ードがその記憶リストから同一のエントリィを検索する
ことができるデコーダに送られる。このようなコードブ
ックはランダムシーケンスの発生を使用して編集されて
もよい。しかしながら、別の態様はフレームが少数のパ
ルス（例えばフレームを有する32個の可能な位置から４
または５個のパルス）だけを含むいわゆる“稀薄ベクト
ル”コードブックである。CELPコーダは典型的に1024エ
ントリィコードブックを有する。
本発明の目的は、構成が比較的簡単で、制御装置で行
う必要な計算量が少なくてよいスピーチコーダを提供す
ることである。
本発明のスピーチコーダは、連続する時間フレーム期
間に入力スピーチ信号を受信して各時間フレーム期間に
対してフィルタパラメータを発生してデコーダに送り、
デコーダにより合成フィルタを設定させる分析装置と、
デコーダが合成フィルタを駆動するために使用すること
のできる励起情報を発生して合成フィルタに前記入力ス
ピーチ信号に似たスピーチ信号を生成させる励起情報発
生手段とを具備し、この励起情報発生手段は、単一パル
スのみについて励起フレームを検査し、合成フィルタに
供給された場合に入力スピーチ信号に最もよく似た出力
を生成するためにこの単一パルスの位置を決定する検索
装置と、それぞれ複数のパルスを含む情報励起フレーム
のリストを含むコードブック記憶装置と、検索装置によ
り発見された位置にしたがって設定された量だけ各標準
励起フレームを回転的にシフトし、これらのシフトされ
た標準励起フレームを検査し、これらのシフトされた標
準励起フレームから合成フィルタに供給された場合に入
力スピーチ信号に最もよく似た出力を生成するものを選
択する解析装置と、フィルタパラメータ、シフト量、お
よび選択された標準励起フレームを識別するコードのた
めの出力部とを具備していることを特徴とする。
本発明の１実施例を添付図面を参照にして例示により
説明する。
第１図は本発明において使用される循環パルスシフト
を示す。
第２図は本発明によるスビーチコーダの１態様のブロ
ック図である。
第３図は適切なコーダのブロック図である。
マルチバルスコーダおよび稀薄ベクトルCELPコーダ
は、共に使用される励起がフレーム内において許容可能
な位置の数よりも非常に少ない数のパルスを含むフレー
ムに存在するという特徴を共に有することが前述の記載
から理解されるであろう。
以下に説明されるコーダは、それが稀薄ベクトルコー
ドブックを使用することにおいてCELPに類似している
が、しかしながら、この稀薄ベクトルコードブックは通
常使用されるものよりも非常に少なく、ほぼ32または64
のエントリィである。各エントリィはある励起とは異な
る、周期シフトだけが互いに異なる１つのセットの励起
の別の要素が得られる励起を表す。第１図a,第１図ｂお
よび第１図ｃにおいてセットのこのような３個の要素の
セットが５つのパルスを有する32の位置フレームに対し
て示されており、第１図ｂはエントリィを左に循環的に
シフトすることによって第１図ａから形成され、第１図
ｃは同様に第１図ａから形成されることができることが
分かる。シフト量は二重の矢印で図面に示されている。
循環的シフトは左端からシフトされたパルスが一周して
右から再度現れることを意味する。セットを表すエント
リィは最大のパルスと共に位置１に、すなわち第１図ｄ
に示されるように記憶される。最大のパルスの大きさ
は、別のものがそれによって標準化されるならば記憶さ
れる必要はない。
コードブックエントリィの数が32である場合、選択さ
れる励起はエントリィを識別する５ビットコードワード
によって表されることができ、別の５ビットが（32個の
可能なシフトが全て許容されるならば）記憶された位置
からシフトの番号を提供する。
第２図はスピーチコーダのブロック図である。入力１
で受信されるスピーチ信号はサンプラ２によってサンプ
ルに変換され、その後アナログデジタル変換器３におい
てデジタル形態に変換される。分析装置４は、それぞれ
連続するグループのサンブルに対してスビーチのスペク
トル内容に対応した応答を有する合成フィルタの係数を
計算するLPC係数の導出は良く知られており、したがっ
てここでは説明は省略する。それらの係数は出力マルチ
ブレクサ５および局部合成フィルタ６に供給される。フ
ィルタ更新速度は典型的に20ミリ秒に１度であってもよ
い。
このスピーチコーダはまた、上述した32個のコードブ
ックエントリィを含むコードブック記憶装置７を有す
る。エントリィが記憶される方法は本発明にとって重要
ではないが、例示として各エントリィがフレーム内の位
置および振幅を有し、第１のものの後に続く４つのパル
スを有するものについて検討する（32のサンプル期間フ
レームにおける５個のパルス励起に対する）。この情報
は、記憶装置から読出されたときに実際の励起フレー
ム、すなわち32個の値（もちろんその27個はゼロであ
る）を生成する励起発生器８に供給される。この励起発
生器８の出力は制御可能なシフト装置９を介して局部合
成フィルタ６の入力に供給される。局部合成フィルタ６
の出力は、（32サンプルスピーチフレームとフィルタさ
れた異なる励起間で多数の比較が行われることができる
ように）バッファ11を介して供給された入力スピーチサ
ンプルを減算器10によって減算することによって比較さ
れる。
適切なシフト値を確認するために、いくつかの技術が
マルチパルスコーディングから得られる。マルチバルス
コーディングにおいて、パルス位置および振幅を得る一
般的な方法は反復方法によるものであり、それにおいて
は合成スピーチと実際のスピーチとの間のエラーを最小
にする１つのバルスが計算され、第１のバルスと結合し
てエラー等を最小にする次のパルスが発見され、以下同
様に続けられる。MP−LPCパルスの統計の解析は、通常
得られる第１のパルスが最大の振幅を有することを示
す。
本発明のこの実施例は、この第１のパルスの位置だけ
を発見するようにマルチパルス検索を実行することによ
ってこれを利用する。例えば、B.S.AtalおよびJ.R.Remd
eによる文献（“A New Model of LPC Excitation for p
roducing Natural Sounding Speech at Low Bit rate
s",Proc。IEEE Inc.Conf.ASSP,Parls,1982,614頁）に
記載されているような任意の既知の方法が使用されても
よい。
第２図において、このような単一パルスのみを有する
励起フレームを検査する検索装置12が設けられている。
この検索装置12は合成フィルタに供給された場合に入力
スピーチ信号に最もよく似た出力を生成するためにこの
単一パルスの位置を決定する。検索装置12の出力は、発
生器８によって発生された励起に与えられる循環シフト
値を決定するためにシフト装置９に供給される。これが
コードブックによって許容された1024の励起から効果的
に励起の特定のクラス、すなわち検索装置12によって決
定された特定の位置を占有する最大のパルスを有するも
のを選択する。
減算器10の出力は制御装置13に供給され、この制御装
置13は記憶装置７にアドレスを供給し、また、シフト装
置９にシフト値を供給する。制御装置の目的は、選択さ
れたクラスによって表される32個の可能な励起の中の最
小の減算器出力（通常はフレームにわたる差の２乗平均
値）を確実に生じさせることである。最終的に決定され
たエントリィおよびシフトはコードワードＣおよびシフ
ト値Ｓの形態で出力マルチブレクサ５に出力される。
バッファ11の出力で利用できるスビーチの所定のフレ
ームに対する制御装置によりエントリィ決定は以下のよ
うに行われる。
（ｉ）コードブック記憶装置７に連続するコードワード
（コードブックアドレス）を供給し、 （ii）各コードブックエントリィに対して“マルチパル
ス”検索によって示された位置に最大パルスを移動する
ようなシフトを与え、 （iii）どれが最低の２乗平均差を生成するかを確認す
るために32個のエントリィ全てに対して減算器10の出力
を監視し、 （iv）マルチブレクサにコードワードおよびシフト値を
出力する。
1024のエントリィコードブックを使用する通常のCELP
コーダーと比較すると、本発明では、励起に課せられた
制限のために得られる信号対雑音比における減少は少な
い（すなわち、それらは32個の互いにシフト可能なクラ
スに分かれる）。しかしながら、コードブックの大きさ
が減少し、したがってコードブック記憶装置７に対する
記憶要求が減少する。さらに、実行される必要がある試
験は1024ではなく、ただの32だけであるため、制御装置
13によって実行される計算量が著しく減少させることが
できる。
“マルチパルス検索”に固有の準最適な選択を可能に
するために、上記の処理はまた検索によって発見された
位置の前後のいくつかの位置をシフトされた励起を含
む。
これは、破線による接続で示されるようにシフト装置
９に供給されたシフト値から適切な値を加算／減算する
制御装置によって行われることができる。しかしなが
ら、所定の励起の時間シフト形態のフィルタされた出力
は所定の励起に対するフィルタの応答の時間シフト形態
であるため、これらのシフトは代りに合成フィルタ６の
後に位置された第２のシフタ14によって実行されること
ができる。しかしながら、一度ラッブアラウンドが発生
すると結果は正しくなくなる。この問題は、（ａ）ラッ
ブアラウンドを生じるすシフトを実行しない、（ｂ）シ
フトを実行するが、パルスをラッブアラウンドではなく
喪失させる（およびデコーダに通知する）、もしくは
（ｃ）ラップアラウンドを許容するが、エラーを計算す
るために訂正を実行することによって調整されてもよ
い。
コードブックの生成については詳しい説明はまだされ
ていないが、これはガウス（Gaussian）雑音技術によっ
て、すでにB.S.AtalおよびM.R.Schroederによる文献
（“Scholastic Coding of Speech Signals at very lo
w Bit Rate",Proc.IEEE Int.Conf.Communications,198
4年,1610乃至1613頁）において記載されている方法で生
成されることができる。しかしながら、別の利点はマル
チパルスコーダによって生成された結果の統計的解析に
よりコードブックを生成することによって得られる。コ
ードブックエントリィが第１の得られたパルスを標準位
置に記憶され、装置によって得られた位置にこのような
パルスを移動しシフトすることができるため、これは
“マルチパルス検索”によって得られた第１のパルスが
最大であるという仮定に含まれる近似性を取除くことが
できる。
第２図に示されている種々の機能素子は別々に表され
ているが、実際にはそれらのいくつかまたは全てが同一
のハードウェアによって実行されてもよい。例えば、適
切にプログラムされた市販の利用可能なデジタル信号処
理（DSP）集積回路の１つが使用されてもよい。
“マルチパルス検索”の選択はシフトされたコードブ
ックエントリィの内容に示されているが、それはまた許
容された励起がフレーム内の特定の位置に最大のまたは
非常に目立ったパルスを有する全励起内のクラスに分割
されることができる別の状態に適用されることができ
る。その場合、得られたパルスの位置は適切なクラスお
よびクラスが試験される必要のあるコードブックエント
リィだけを選択するために使用される。
第３図は、第２図の装置によってコード化された信号
を再生するためのデコーダを示す。
入力端子30に供給された入力信号は、デマルチブレク
サ31に供給され、 （ａ）合成フィルタ32にフィルタ係数を提供し、 （ｂ）コードブック記憶装置33のアドレス入力にコード
ワードを供給し、 （ｃ）合成フィルタ32の入力に記憶装置33に接続された
励起発生器35の出力を送信するシフト装置34にシフト値
を供給する。フィルタ32からのスビーチ出力はデジタル
アナログ変換器36を介して出力37に供給される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボイド，イバン イギリス国 アイ・ピー９，２エツク ス・イー，サフオーク，アイプスウイツ チ，カペル・エス・テイ・マリー，ホー ムフイールド ５ (56)参考文献 特開 昭60−7500（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−168494（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−55425（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G10L 9/14 G10L 9/18 H03M 7/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】連続する時間フレーム期間に入力スピーチ
    信号を受信して各時間フレーム期間に対してフィルタパ
    ラメータを発生してデコーダに送り、デコーダにより合
    成フィルタを設定させる分析装置（４）と、 デコーダが合成フィルタを駆動するために使用すること
    のできる励起情報を発生して合成フィルタに前記入力ス
    ピーチ信号に似たスピーチ信号を生成させる励起情報発
    生手段（６〜12）とを具備し、 前記励起情報発生手段（６〜12）は、 単一パルスのみについて励起フレームを検査し、合成フ
    ィルタに供給された場合に入力スピーチ信号に最もよく
    似た出力を生成するためにこの単一パルスの位置を決定
    する検索装置（12）と、 それぞれ複数のパルスを含む標準励起フレームのリスト
    を含むコードブック記憶装置（７）と、 検索装置（12）により発見された位置にしたがって設定
    された量だけ各標準励起フレームを回転的にシフトし、
    これらのシフトされた標準励起フレームを検査し、これ
    らのシフトされた標準励起フレームから合成フィルタに
    供給された場合に入力スピーチ信号に最もよく似た出力
    を生成するものを選択する解析装置（6,8,9,10,13）
    と、 フィルタパラメータ、シフト量、および選択された標準
    励起フレームを識別するコードのための出力部（５）と
    を具備していることを特徴とするスピーチコーダ。
  2. 【請求項２】決定された位置に対応するシフト量は、決
    定された単一パルスと同じフレーム内の位置に励起フレ
    ームの最大のパルスを位置させるシフトである請求項１
    記載のスピーチコーダ。
  3. 【請求項３】選択された励起フレームが小さい付加的な
    シフトを与えることによって改善する手段（14）を備え
    ている請求項１または２記載のスピーチコーダ。
JP63507220A 1987-08-28 1988-08-26 スピーチコーディング Expired - Lifetime JP2957588B2 (ja)

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GB878720389A GB8720389D0 (en) 1987-08-28 1987-08-28 Speech coding
GB878721667A GB8721667D0 (en) 1987-09-15 1987-09-15 Speech coding
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JPH02501166A JPH02501166A (ja) 1990-04-19
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