JP2964344B2 - 符号化／復号化装置 - Google Patents

符号化／復号化装置

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JP2964344B2
JP2964344B2 JP1506723A JP50672389A JP2964344B2 JP 2964344 B2 JP2964344 B2 JP 2964344B2 JP 1506723 A JP1506723 A JP 1506723A JP 50672389 A JP50672389 A JP 50672389A JP 2964344 B2 JP2964344 B2 JP 2964344B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、音声信号について情報圧縮処理を施してか
ら伝送を行うための音声符号化方式に関する。
近年、企業内通信システムやディジタル移動無線シス
テムあるいは音声蓄積システムなどにおいては、音声情
報に対して４〜16Kbps程度の情報量で高能率な圧縮を行
う音声符号化方式が要求されている。
〔背景技術〕
音声の予測符号化方式の第１の従来例として、予測器
の予測パラメータ（声道情報）と残差信号（音源情報）
を多重化して送信側へ伝送する適応予測符号化方式があ
る。
第１図は第１の従来例に係る音声符号化方式を示すブ
ロック図であるが、かかる符号化方式に使用される符号
化器100は、線形予測分析部101、予測器102、量子化器1
03、多重化部104、加算器105及び106を有している。
ここで、線形予測分析部101は入力音声信号について
分析を行うことにより予測パラメータを出力するもの
で、予測器102は後述する加算器106の出力と線形予測分
析部101からの予測パラメータを用いて入力信号を予測
するもので、加算器105は入力音声信号と予測信号との
差を演算して誤差情報を出力し、量子化器103はその誤
差情報について量子化を施して誤差情報を得るもので、
加算器106は予測器102と量子化器103の出力を加算した
局部復号化信号を予測器102にフィードバックするもの
で、多重化部104は線形予測分析部101からの予測パラメ
ータと量子化器103からの残差信号とを多重化して受信
側へ伝送するものである。
このような構成により、入力信号は線形予測分析部10
1で一定のフレーム周期毎に線形予測分析されることに
より、予測パラメータが適当なビットが（図示しない）
符号器で割り当てられた声道情報として抽出される。そ
して、この予測パラメータは、このようにして符号化さ
れた後、予測器102及び多重化部104に出力される。予測
器102では上記予測パラメータ及び加算器106の出力に基
づいて入力信号が予測される。続いて、この予測された
情報と入力信号との差である誤差情報が加算器105で演
算され、この誤差情報に対して量子化器103で量子化処
理が施され、適当なビットが割り当てられて符号化され
て残差信号が得られ、この信号が音源情報として多重化
部104に出力される。
その後は、上記符号化された予測パラメータ及び残差
信号が、多重化部104で多重化されて受信側へ伝送され
る。
一方、加算器106では、予測器102が予測した入力信号
と量子化器103で量子化された残差信号が加算され、こ
の加算出力が再び予測器102に入力して、前記予測パラ
メータと共に前記入力信号の予測に用いられる。
この場合、１フレーム当たりの予測パラメータに対す
る割当てビット数をβビット／フレームに固定し、残差
信号に対する割当てビット数をαビット／フレームに固
定している。従って、送信側に伝送されるのは（α＋
β）ビット／フレームで、この場合、伝送速度は例えば
8Kbpsとなる。
次に、第２図は、第２の従来例に係る音声符号化方式
を示すブロック図である。この従来例は、低ビットレー
ト音声符号器の１つとして知られるCELP（Code Excited
Linear Prediction）符号器である。
CELP符号器は、基本的には、第１図に示した前記第１
の従来例と同様、LPC方式に基づいて得られるLPCパラメ
ータ（予測パラメータ）と残差信号を符号化、伝送する
方式である。ただし、この方式では、残差信号はコード
ブック内の残差パターンによって高能率符号化されるこ
とが特徴である。
CELP符号器の詳細はAtal,B.S.and Schroeder,M.R,“s
tochastic coding of speach at very low bit rate",P
roc.ICASSP 84,1610〜1613,1984.にあるが、第２図で概
略を説明すると次の如くである。
入力信号はLPC分析部201でLPC分析され、分析されたL
PCパラメータ（予測パラメータ）は量子化部202でベク
トル量子化されて予測器203に与えられる。また図示し
ないが入力信号からピッチ周期ｍおよびピッチ係数Cp及
びゲインＧも抽出される。
また、白色雑音コードブック204から残差波形パター
ン（コードベクトル）が逐次読み出され、各パターンは
まず乗算器205に入力し、ここでゲインＧが乗算され
る。その出力は、ディレイ回路206、乗算器207、加算器
208からなるフィードバックループ、すなわち長期予測
部に入力し、ここで残差信号が合成される。なお、ディ
レイ回路206のディレイ量は前記ピッチ周期と同じ値に
設定され、乗算器207はディレイ206の出力値に前記ピッ
チ係数Cpが乗算される。
続いて、加算器208から出力される合成された残差信
号は、予測器203、加算器209からなるフィードバックル
ープ、すなわち短期予測部に入力し、ここで予測された
入力信号が合成される。このときの予測パラメータは前
記量子化部202からのLPCパラメータである。局部復号化
信号である上記予測入力信号は減算器210において入力
信号から差し引かれ、誤差信号が得られる。その誤差信
号に対し、重み関数器211で、人間の聴覚特性を考慮し
た重み付けがされる。これは、人間の耳に対する誤差の
影響の仕方が、周波数帯域によって異なるため、その影
響の仕方を均一にするための補正処理である。
そして、重み関数器211の出力は、エラー電力評価部2
12に入力し、ここで各フレーム内でのエラー電力が評価
される。
今、白色雑音コードブック204は、複数の残差波形パ
ターン（コードベクトル）のサンプルを持っている。そ
して、上記一連の処理は、それらのサンプルの全てにつ
いて繰り返され、前記エラー電力が最小となる残差波形
パターンがそのフレームの残差波形パターンとして選択
される。
以上のようにして、各フレーム毎に求まる残差波形パ
ターンは、前記量子化器202からのLPCパラメータ及び前
記ピッチ周期ｍ、ピッチ係数Cp及びゲインＧと共に、受
信側に伝送される。一方、受信側については特には図示
していないが、受信側では伝送されてきたピッチ周期ｍ
とピッチ係数Cpにより、前述したのと同様の長期予測部
が構成され、それに伝送されてきたインデックスに対応
する残差波形パターンが入力されることにより、残差信
号が再生される。更に、伝送されてきたLPCパラメータ
により前述したのと同様の短期予測部が構成され、それ
に上記再生された残差信号が入力されることにより、入
力信号が再生される。
ところで、人間の発生機構における音源部と声道部と
の各動特性はそれぞれ異なるため、各時点においてそれ
ぞれが伝送すべき情報量は異なるという性質を有する。
しかし、上述のような第１図又は第２図の従来の音声
符号化方式では、音源情報と声道情報とを固定した比率
の情報量で伝送しているため、音声についての上記のよ
うな性質を利用していないことになる。これにより、伝
送速度を低くすると、量子化が粗くなって、雑音が増
え、良好な音声品質を維持することが困難になるという
問題点がある。
上記問題点を第１図又は第２図の従来例について説明
すると次のようになる。
すなわち、音声信号には、その性質が急激に変化する
期間と準定常的な区間が存在し、後者では予測パラメー
タの値は余り変わらない。即ち予測パラメータ（LPCパ
ラメータ）もフレーム間の相関が余りない場合と相関が
強い場合があるが、従来では各フレーム毎に一定の情報
量で予測パラメータ（LPCパラメータ）を伝送してお
り、上記の音声信号の性質で余り利用していない。この
ため伝送情報に冗長性が生じ、伝送情報量の割には、受
信側復号器での再生音声の品質が十分でない。
〔発明の開示〕
本発明は、音源情報と声道情報との間の伝送すべき情
報量の比率について複数種類のモードを用意し、音声符
号化時に、最良な再生音声品質が得られるモードに切り
替えられるようにした、モード切替型音声符号化復号化
方式を提供することを目的とする。
特に、本発明では伝送情報の冗長性を抑えて、即ち余
り変化しない声道情報なら送らないようにし、代わって
他の音質向上に役立つ音源情報等に多くのビット数を割
り当てて受信側再生音声の品質向上を図ることを目的と
する。上記目的を達成するために、本発明は、以下に示
す構成を開示する。
まず、本発明は、音声信号について、該音声信号の特
性を前記音声信号の調音特性を表す調音情報（一般的
に、声道情報）と音声信号の音源特性を表す音源情報に
分離することにより、符号化を行う音声符号化装置を前
提とする。ここで、調音特性は、人間の声道及び鼻等に
よって形成される音声の周波数特性であり、近似的には
声道特性のみを指す場合が多い。そして、その声道特性
を表す声道情報は例えば音声信号を線形予測分析して得
られるLPCパラメータである。また、音源情報は、例え
ば残差信号である。
上記本発明による音声符号化装置は、それより送出さ
る信号を復号化する音声復号化装置と組となるので、こ
のような音声符号化／復号化装置を前提として、本発明
は第３図に示す構成を有する。
複数の符号化手段301−１〜301−ｍは、各々、音声信
号303の局部復号化を行いながら、音声信号303から調音
情報（声道情報）304及び音源情報305を抽出して符号化
する。これらは、一般的にはパラメータ化される場合が
多い。そして各符号化手段において伝送すべき音源情報
の情報量（ビット／フレーム）と声道情報の情報量（ビ
ット／フレーム）との比を第３図の306−１〜306−ｍで
概念的に示すように各々異ならせている。
即ち各符号化手段からの音源情報と調音情報の合計ビ
ット数／フレームは同一であっても各符号化手段におけ
る音源情報を出力するビット数／フレームと調音情報を
出力するビット数／フレームとをそれぞれ異ならすこと
によってそれぞれ異なる比を有するようにしている。
次に、評価・決定手段302−１、302−２は、各符号化
手段301−１〜301−ｍで局部復号化が行われた各復号化
信号307−１〜307−ｍの品質を評価し、該評価結果に基
づいて複数の符号化手段301−１〜301−ｍのうち最適な
符号化手段を決定し、選択すると共に、該選択結果を選
択情報310として出力する。
上記構成の音声符号化装置は、評価・決定手段302−
１、選択手段302−２で選択された符号化手段で符号化
された調音情報304と音源情報305、並びに評価・決定手
段302−１からの選択情報310を例えば回線308に出力す
るものである。
復号化手段309は、上述の音声符号化装置から伝送さ
れてきた選択情報310、調音情報304及び音源情報305か
ら音声信号311を復号化する。
上述の構成により、評価・決定手段302−１、選択手
段302−２は、局部復号化された復号化信号307−１〜30
7−ｍによって品質が良いと評価された符号化手段の符
号化出力304及び305を選択する。
従って、音声信号の調音特性にあまり変化のない部分
では、LPCパラメータを出力せず、これにより生じた情
報量の余裕分を残差信号の方に、より多く割り当てるこ
とができる。これにより、音声復号化装置において復号
化される復号化音声311の品質を改善することが可能と
なる。
第３図に示す原理ブロック図では、音声符号化装置と
音声復号化装置が回線308を介して組で構成されている
が、音声符号化装置のみ、又は音声復号化装置のみで構
成することも可能である。この場合、音声符号化装置の
出力は例えばメモリに蓄積され、音声復号化装置への入
力は例えばメモリからの出力である。
声道情報は、線形予測分析に基づくLPCパラメータに
限られるものではなく、例えばケプストラム分析に基づ
くケプストラムパラメータ等であってもよい。また、残
差信号の符号化方式としては、残差信号をピッチ情報と
雑音情報とに分離して符号化する方式、CELP符号化方式
のほか、RELP（Residual Excited Linear Prediction）
符号化方式等が適用できる。
〔図面の簡単な説明〕 第１図は、第１の従来例を示すブロック図、 第２図は、第２の従来例を示すブロック図、 第３図は、本発明の原理ブロック図、 第４図は、第１の実施例を示すブロック図、 第５図は、第２の実施例を示すブロック図、 第６図は、第２の実施例の動作フローチャート、 第7A図は、第２の従来例の伝送ビット割り当を示した
図、 第7B図は、第２の実施例の伝送ビット割り当を示した
図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第４図は本発明の第１の実施例の構成図であり、本実
施例は第１図に示す第１の従来例に対応する。
第４図の上段の量子化器403−１、予測器404−１、加
算器405−1,406−１は第１予測量子化手段に対応し、LP
C分析部402は予測分析手段に対応し、第１図の103,102,
105,106,101と同様であり、適応予測音声符号器を構成
する。本実施例ではこれに更に第２予測量子化手段を構
成する第２の量子化器403−２、予測器404−２、加算器
405−2,406−２を設ける。予測器404−２に与えるLPCパ
ラメータは、LPC分析部402で得たものをスイッチ410の
端子Ａを介してフレーム遅延回路411で遅延させたもの
とする。第４図上段の第１図と同じ部分が出力端408,40
9から送出するのは、LPCパラメータと残差信号であり、
これをＡモードとし、この場合上段の符号化手段では音
源情報としての残差信号の割り当ビット数は６ビット／
フレームとする。第４図下段の本発明によって設けられ
た符号化手段では出力端412から送出するのは残差信号
のみであり、割当ビット数は８ビット／フレームであ
り、一方調音情報としてのLPCパラメータへの割当ビッ
ト数は０ビット／フレームとしており、これをＢモード
とする。
なおこの場合下段の符号化手段からのLPCパラメータ
の割当ビット数を０としているが、これを１ビット／フ
レームとすれば残差信号には７ビット／フレームが割り
当てられることになる。即ち複数の符号化手段におい
て、音源情報と調音情報の情報量を総出力情報量（例え
ば８ビット／フレーム）内でそれぞれ割り当て、その比
を異ならせるようにする。
評価部407−1,407−２はA,Bモードの符号器S/Nを評価
し、モード決定部413は、その評価結果により相手側
（受信側）へ送出するためのA,Bモードいづれにするか
を決定する信号A/Bを生じる。なお評価部407−1,407−
２、モード決定部413は第３図における評価・決定手段3
02−１に対応する。スイッチ（SW）部410は、前フレー
ムでＡモードが選ばれた場合Ａ側を選択し、現フレーム
のＢモードのLPCパラメータとして１フレーム前のＡモ
ードの値を使用する。また、前フレームでＢモードが選
ばれた場合にはＢ側を選択し、１フレーム前のＢモード
の値、即ち数フレーム前のＡモードの値を使用するよう
に働く。
この回路構成では、毎フレーム、A,B両モードの符号
器が並列に動作する。Ａモード符号器では、声道情報等
として現在のフレームの予測パラメータ（LPCパラメー
タ）を出力端409から出力し、音源情報として残差信号
を出力端408から出力する。この場合伝送情報量（伝送
速度）はLPCパラメータがβビット／フレーム、残差信
号がαビット／フレームとする。Ｂモード符号器では１
フレーム又は数フレーム前のLPCパラメータを用いて得
た残差信号を出力端412から出力する。この場合の残差
信号の伝送情報量は（α＋β）ビット／フレームとす
る。つまり、余り変わらないので送らないLPCパラメー
タのビット数だけ残差信号のビット数を多くする。予測
器404−1,404−２への入力信号は加算器406−1,406−２
の出力端からの局部復号出力であって、受信側で復号さ
れる信号に等しい。そして、評価部407−1,407−２はこ
の局部復号出力と入力端401の入力信号とを比較して復
号音声の品質を評価する。この評価には、例えばフレー
ム内での信号対量子化雑音比（SNR）が用いられ、評価
部407−1,407−２からSN（Ａ）、SN（Ｂ）として出力さ
れる。モード決定部413はこれらを比較してSN（Ａ）＞S
N（Ｂ）ならＡモードを指示する信号を、SN（Ａ）＜
（Ｂ）ならＢモードを指示する信号を出力する。
上記モード決定部413からのＡモード又はＢモードを
指示する信号は、特に図示しないセレクタに入力する。
セレクタには、出力端408,409,412の各出力が入力して
いる。そして、このセレクタは、Ａモードが指示された
ら、出力端408からの残差信号と出力端409からのLPCパ
ラメータを選択して相手側に出力し、Ｂモードが指示さ
れたら、出力端412からの残差信号を選択して相手側に
出力する。
A,Bモードの選択は、フレーム毎に行う。そしていづ
れのモードであっても伝送情報量は前述のように（α＋
β）ビット／フレームであって、変わらない。この（α
＋β）ビット／フレームのデータに、当該データはA,B
いづれのモードかを示す信号A/Bをあらわす１ビット／
フレームを（α＋β）ビット／フレームに付加して受信
側へ送出する。
本発明の構成では、Ｂモードの方が品質良好ならＢモ
ードを送るのであるから、再生音声品質は第１図の第１
の従来方式に比べて良くなることはあっても悪くなるこ
とはないという利点が得られる。
次に、第５図は本発明の第２の実施例の構成図であ
る。
この実施例は、第２図の第２の従来例に対応するもの
である。同図において、501−1,501−２は第1,第２予測
量子化手段に対応する符号器で、これらの符号器として
は第２図に示したCELP符号器が使用される。そして、か
かる符号器501−１及び予測分析手段としての線形予測
分析部506からは、音声を例えば10〜30msec毎に区切っ
たフレーム毎に線形予測分析等を行い、その分析結果と
して予測パラメータと、残差波形パターン、ピッチ周波
数、ピッチ係数及びゲインとを出力する。また他方の符
号器501−２としての第２予測量子化手段は、線形予測
分析は行わず、残差波形パターン等のみを出力するもの
である。従って、後述するように第２予測量子化手段と
しての符号器501−２の方が残差波形パターンに対して
量子化ビット数を第１予測量子化手段である符号器501
−１よりも多く割り当てることができる。
以下、第１予測量子化手段である符号器501−１によ
る動作モードをＡモードと呼び、符号器501−２による
動作モードをＢモードと呼ぶ。
なお線形予測分析部506は、第２図におけるLP分析部2
01と量子化部202を合わせた機能を有する。白色雑音コ
ードブック507−１、ゲイン調整器508−１及び誤差演算
部511−１は、各々、第２図の204,205及び210に対応す
る。また、長期予測部509−１は、第２図の206〜208に
対応し、第２の従来例で前述したようにピッチ情報を入
力してここで残差信号が合成される。更に、短期予測部
510−１は、第２図の203及び209に対応し、第２の従来
例で前述したように予測パラメータを入力してここで予
測された入力信号が合成される。加えて、誤差評価部51
2−１は、第２図の211及び212に対応し、第２の従来例
で前述したようにエラー電力の評価を行う。この場合、
誤差評価部512−１は、白色雑音コードブック507−１の
各アドレス（位相）を順次指定しながら、第２の従来例
で前述したようにすべてのコードベクトル（残差パター
ン）についてエラー電力の評価を行い、それが最小とな
るコードベクトルを選択し、その番号すなわち白色雑音
コードブック507−１中の残差波形パターンの番号が残
差信号情報として出力される。
また第２図で前述したように、この符号器501−１及
び線形予測分析部506からは予測パラメータ（LPCパラメ
ータ）のほか、特には図示しない分析部からのピッチ周
期、ピッチ係数及びゲインも符号化されて出力される。
次に、符号器501−２において、、507−２〜512−２
で示した各部は、符号器501−１の507−１〜512−１で
示した各部と全く同様である。そして、符号器501−２
は、線形予測分析部506を持たず、代わりに係数メモリ5
13を有する。係数メモリ513は、線形予測分析部506から
の予測係数（予測パラメータ）を記憶するもので、この
係数メモリ513からの情報が短期予測部510−２へ線形予
測パラメータ情報として供給される。
なお、この係数メモリ513は、Ａモードが発生するた
びに（即ち符号器501−１からの出力が選択されるたび
に）、更新され、Ｂモードのとき（即ち符号器5012から
の出力が選択されるとき）は、更新されずにその値を保
持するようになっている。これにより、係数メモリ513
の中には復号器側（受信側）へ伝送された最新の予測係
数が保持されるようになっている。
上記構成により、符号器501−２は、予測パラメータ
は出力せず、残差信号情報、ピッチ周期、ピッチ係数及
びゲインを出力することになる。従って、後述するよう
に予測パラメータを出力しない分、残差信号情報に多く
のビットを割り当てることが可能となる。
評価・決定手段に対応する品質評価・符号器選択部50
2は、フレームごとに各符号器501−1,501−２で局部復
号化された結果に基づいて、局部復号化信号の品質の最
良な符号器501−１又は501−２を選択するものである。
この品質評価・符号器選択部502においては、各符号器5
01−１又は501−２における局部復号化信号の品質評価
のために、局部復号化信号A,Bの波形歪及びスペクトル
歪が併用される。即い局部復号化信号品質評価のため
に、各フレーム内のセグメンタルS/NとLPCケプストラム
距離（CD）とが併用される。
このために、この品質評価・符号器選択部502は、ケ
プストラム計算部515、動作モード判定部516、スイッチ
514を備えて構成されている。
ここで、ケプストラム計算部515は、線形予測分析部5
06からの現在のフレームに対応するLPCパラメータから
第１のLPCケプストラム係数を求め、また、係数メモリ5
13からの、Ｂモードで現在使用されているLPCパラメー
タから第２のLPCケプストラム係数を求める。そして、
上記第１及び第２のLPCケプストラム係数から現在のフ
レームにおけるLPCケプストラム距離CDを計算する。こ
のようにして求まるLPCケプストラム距離は、上記２組
のLPCパラメータによって定まる各声道ケプストラム特
性間の差すなわちスペクトル歪を良く表現することが、
一般に知られている。
動作モード判定部516は各符号器501−1,501−２の各
出力である局部復号化信号と入力信号とを受けて局部復
号化信号の評価をするのであり、この場合それぞれの信
号対量子化雑音比S/NA,S/NBが計算されて使用される
が、動作モード判定部ではさらにケプストラム計算部51
5からのLPCケプストラム距離（CD）をも加えて第６図の
動作フローチャートで示される処理を行う。
なお、この動作については後述する。
動作モード判定部516によってＡモード（符号器501−
１）が選択された場合は、スイッチ514は、Ａモード端
子側に切り替わり、動作モード判定部516によってＢモ
ード（符号器501−２）が選択された場合は、Ｂモード
端子側に切り替わる。そして、このスイッチ514の切替
動作によって、係数メモリ513は、Ａモードが発生する
たびに（即ち符号器501−１からの出力が選択されるた
びに）、更新され、Ｂモードのとき（即ち符号器501−
２からの出力が選択されるとき）は、更新されずにその
値を保持する。多重化部504（MUX）は、線形予測分析部
及び符号器501−１からの残差信号情報と予測パラメー
タとを多重化するものである。なお、選択手段としての
セレクタ517は、多重化部504からの符号化部501−１及
び線形予測分析部506についての多重化出力（残差信号
情報と予測パラメータとの多重化出力）と、符号器501
−２からの残差信号情報出力とを、動作モード判定部51
6からの選択情報としての符号器番号情報ｉに基づいて
選択して出力するものである。
518は復号器で、この復号器518は、伝送路を介して伝
送されてくる符号器501−１及び線形予測分析部506から
の残差信号情報と予測パラメータ、あるいは符号器501
−２からの残差信号情報に基づき、再生音声信号を出力
するもので、このために復号器518は、符号器501−1,50
1−２における白色雑音コードブック507−1,507−２、
長期予測部509−1,509−２、短期予測部510−1,510−２
等と同等のものを有している。
分離部505（DMUX）は、符号器501−１及び線形予測分
析部506から送られてくる残差信号情報と予測パラメー
タとを多重化した信号を残差信号情報と予測パラメータ
とに分離するものである。
なお、第５図において、伝送路503を挟んで、左側に
位置するものが送信側に設けられ、右側に位置するもの
が受信側に設けられる。
上述の構成により、音声入力信号が、符号器501−１
側では、予測パラメータと残差信号とについて符号化さ
れ、一方、符号器501−２では、残差信号についてだけ
符号化される。そしてこのとき動作モード判定部516で
は局部復号化信号と入力信号との比較評価のため、フレ
ームごとのセグメンタルS/N情報とLPCケプストラム距離
情報とに基づき、再生音声品質の最良な符号器501−１
または501−２の番号ｉが選択される。すなわち、品質
評価・符号器選択部502内の動作モード判定部516は、第
６図で示される動作フローチャートに基づいて、以下に
示す処理を実行する。
符号器501−１または501−２は、符号器番号ｉを入力
することによって選択され、Ａモードではｉ＝１であ
り、Ｂモードではｉ＝２である。
まず、S/NA＞S/NB、すなわち符号器501−１における
セグメンタルS/Nの方が良ければ、Ａモードを選択し、
符号器501−１を示す符号器番号ｉ（＝１）をセレクタ5
17に出力する（第６図、S1→S2）。
逆に、S/NA＜S/NB、すなわち符号器501−２における
セグメンタルS/Nの方が良ければ、更に、次の判別を行
う。すなわち、ケプストラム計算部515からのLPCケプス
トラム距離CDと所定の閾値CDTHを比較し（S3）、CDがこ
の閾値CDTHよりも小さい場合、すなわちスペクトル歪が
小さい場合は、Ｂモードを選択し、符号器501−２を示
す符号器番号ｉ（＝２）をセレクタ517に出力する（S
4）。CDが上記閾値CETHよりも大きい場合、すなわちス
ペクトル歪が大きい場合は、Ａモードを選択し、符号器
501−１を示す符号器番号ｉ（＝１）をセレクタ516に出
力する（S3→S2）。
以上の動作により、最適な符号器が選択される。
このように、２つの評価関数を併用するのは、以下の
理由による。すなわち、Ａモードが選択される場合は、
線形予測分析部506で常に現在のフレームに対応する予
測パラメータが計算される。従って、最良のスペクトル
特性が得られるため、時間域での歪を示すセグメンタル
S/NAが良いという条件のみで足りる。これに対して、Ｂ
モードが選択される場合は、たとえ時間域での歪を示す
セグメンタルS/NBが良かったとしても、それはたまたま
Ｂモードでの再生信号量子化利得が良かっただけによる
場合があり、その場合、係数メモリ513からの予測パラ
メータで定まる現フレームのスペクトル特性が線形予測
分析部506からの予測パラメータで定まる現フレームの
真のスペクトル特性から大きくはずれている場合があり
得る。すなわち、Ｂモードの時間域での歪は、Ａモード
の時間域での歪より少なくなっているにもかかわらず、
係数メモリ513から得られる予測パラメータは前のフレ
ームに対応しているものであるから、現在のフレームの
予測パラメータは前のフレームのものとは全く異なるこ
とになる。このような場合には、復号側で再生される再
生信号は、聴感上大きなスペクトル歪を有してしまう。
従って、Ｂモードが選択される場合には、時間域での歪
だけでなく、周波数域での歪、すなわちLPCケプストラ
ム距離CDに基づくスペクトル歪についても評価するので
ある。
符号器501−２のセグメンタルS/Nが符号器501−１の
セグメンタルS/Nより良ければ、現在のフレームのスペ
クトル特性は前のフレームのスペクトル特性とあまり違
っておらず、現在のフレームの予測スペクトルも前のフ
レームのスペクトルとあまり違ってはいない。そこで、
残差信号情報のみが符号器501−２から伝送されること
になる。この場合より多くの量子化ビットが残差信号に
割り当てられ、残差信号の量子化の品質はより良くな
り、予測パラメータと残差信号の両方が反対側のステー
ションに伝送される場合よりも、比較的多数のビットが
伝送できる。例えば、同じ「あー〕という音が一連のフ
レーム以上で発音され続けると、Ｂモード（符号器501
−２）が有効に使用される。
なお、前述のように符号器501−２の係数メモリ513
は、Ａモードが発生するたびに（即ち符号器501−１か
らの出力が選択されるたびに）、更新され、Ｂモードの
とき（即ち符号器501−２からの出力が選択されると
き）は、更新されずにその値を保持するうよになってい
る。
その後は、この品質評価・符号器選択部502による選
択結果に基づき、セレクタ517が再生音声品質の最良な
符号器501−ｉ（ｉ＝１又は２）の出力を選択して、こ
の出力を伝送路503へ伝送する。
そして、復号器518では、伝送路503を介して送られて
きた符号化出力（符号器501−１からの残差信号情報と
予測パラメータあるいは符号器501−２からの残差信号
情報）と符号器番号情報ｉとに基づき再生信号を出力す
るのである。
以上の動作において、受信側に送出する情報として
は、Ａモードでは残差信号情報であるコード番号とベク
トル量子化した予測パラメータ（LPCパラメータ）等で
あり、Ｂモードではコード番号等でLPCパラメータは送
らない。但しトータルのビット数は同じとする。ここ
で、コード番号とは、白色雑音コードブック507−１又
は507−２において、どの残差波形パターンすなわちコ
ードベクトルを選択したかを示す情報である。そして、
符号器501−１内の白色雑音コードブック507−１は収容
している残差波形パターン（コードベクトル）の数が少
数で、コード番号のビット数は少なく、これに対して符
号器501−２内の白色雑音コードブック507−２の収容コ
ード数は多数でコード番号のビット数も多数とする。従
って、Ｂモードの方が入力信号と近似度が高い信号サン
プルがある確率が高い。
全体の伝送ビットレートが4.8Kbpsの場合を例にし
て、前述の第２図の第２の従来例と第５図の第２の実施
例において、１フレームあたりの伝送ビット割り当の例
を示すと第7A図及び第7B図となる。
第7A図及び第7B図から分かるように、第7B図の本実施
例でもＡモードでは各情報に割当てられるビットレート
は第7A図の第２の従来例と殆ど同じであるが、Ｂモード
ではLPCパラメータを伝送しないのでその分をコード番
号やゲイン番号に廻すことができ、これにより再生音声
の品質の改善が期待できる。
以上説明したように本実施例では、音声の予測パラメ
ータに余り変化がないフレームでは該パラメータを伝送
せず、これにより生じた余裕分を音質改善のためのデー
タ送出（残差信号を多ビットにする、駆動源コード表を
大容量にしてコード番号のビット数を大にする等）に振
り分けるので、受信側再生音声信号の品質改善が図れ
る。
換言すれば、この実施例では、人間の発生機構におけ
る音源部と声道部との動特性に応じて、符号器の音源情
報と声道情報との伝送比率を制御することができるた
め、低い伝送速度においてもS/Nが劣化することがな
く、これにより良好な音声品質を維持できるものであ
る。
なお、符号器501−1,501−２については、共に残差信
号情報と予測パラメータとを出力するものでもよく、こ
の場合は両符号器での残差信号情報と予測パラメータと
の各割当ビット比を異なったものにする。
もちろん、符号器を３個以上設け、これらの符号器に
ついて、残差信号情報と予測パラメータ情報とを共に出
力するもの（但し両情報の割当ビット比は符号器ごとに
異なったものにする）や残差信号情報のみを出力するも
のを混在させるようにしてもよい。また、符号器におけ
る再生音声品質評価のために、再生音声信号の波形歪及
びスペクトル歪を併用する場合のほか、再生音声信号の
波形歪だけを用いたり、再生音声信号のスペクトル歪だ
けを用いたりしてもよい。
〔産業上の利用可能性〕
以上詳細に説明したように、本発明のモード切替型音
声符号化装置によれば、音源情報と声道情報との間の伝
送比率について複数種類のモードを用意し、これらの間
で最良な再生音声品質が得られるモードに切り替えるこ
とが行われるので、人間の発音機構における音源部と声
道部との動特性に応じて、符号器の音源情報と声道情報
との伝送比率を制御することができ、これにより低い伝
送速度においても良好な音声品質を維持できる利点があ
る。
フロントページの続き (72)発明者 天野 文雄 東京都世田谷千歳台１―17―１ (72)発明者 海上 重之 神奈川県厚木市森の里２―34―10 (72)発明者 田中 良紀 神奈川県横浜市戸塚区汲沢８―28―10 (72)発明者 大田 恭士 神奈川県川崎市中原区下小田中1674番地 第八中原寮 (56)参考文献 特開 昭60−67999（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−3535（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−172690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−205700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−101581（ＪＰ，Ａ) 特表 昭59−500077（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G10L 9/14 G10L 9/18 G10L 9/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の符号化手段（301）、評価・決定手
    段（302−１）、選択手段（302−２）からなる音声符号
    化装置であって、 各符号化手段（301）は、予測分析手段（402）、予測量
    子化手段（403〜406）からなり、 予測分析手段（402）は、入力音声信号からβビット／
    フレームの予測パラメータを抽出し、 予測量子化手段（403〜406）は、入力音声信号と予測パ
    ラメータから局部復号化信号を算出する過程を経てαビ
    ット／フレームの残差信号を出力し、 評価・決定手段（302−１）は、入力音声信号とそれぞ
    れの符号化手段（301）の局部復号化信号を評価して最
    適な符号化手段（301）を選択し、選択情報を回線（30
    8）に出力し、 選択手段（302−２）は、評価・決定手段（302−１）が
    選択した符号化手段（301）の出力を回線（308）に出力
    させ、 かつα＋β＝一定とされることを特徴とする音声符号化
    装置。
  2. 【請求項２】予測分析手段（402）、第１予測量子化手
    段（403〜406）、第２予測量子化手段（403〜406）、遅
    延手段（410,411）、評価・決定手段（407,413）、選択
    手段（504,517）からなる音声符号化装置であって、 予測分析手段（402）は、入力音声信号から予測パラメ
    ータを出力し、 第１予測量子化手段（403〜406）は、入力音声信号と予
    測パラメータから局部復号化信号を算出する過程を経て
    第１残差信号を出力し、 第２予測量子化手段（403〜406）は、入力音声信号と遅
    延手段（411）の予測パラメータから局部復号化信号を
    算出する過程を経て第２残差信号を出力し、 遅延手段（410,411）は、評価・決定手段（407,413）が
    第１予測量子化手段（403〜406）を選択した際、予測分
    析手段（402）の予測パラメータに更新して記憶し、 評価・決定手段（407,413）は、入力音声信号と第１、
    第２予測量子化手段（403〜406）の局部復号化信号を評
    価して最適な予測量子化手段を選択し、選択情報を回線
    （302）に出力し、 選択手段（504,517）は、予測分析手段（402）の出力、
    選択した予測量子化手段（403〜406）の出力を回線（30
    8）に出力することを特徴とする音声符号化装置。
  3. 【請求項３】予測分析手段（402）の出力する予測パラ
    メータはLPCパラメータである請求項１、２に記載の音
    声符号化装置。
  4. 【請求項４】評価・決定手段（302−１、407、413）
    は、局部復号信号の波形歪を計算することにより評価を
    行う請求項１、２に記載の音声符号化装置。
  5. 【請求項５】評価・決定手段（302−１、407、413）
    は、局部復号信号のスペクトル歪を計算することにより
    評価を行う請求項１、２記載の音声符号化装置。
  6. 【請求項６】評価・決定手段（302−１、407、413）
    は、局部復号信号の波形歪とスペクトル歪を計算するこ
    とにより評価を行う請求項１、２に記載の音声符号化装
    置。
  7. 【請求項７】請求項１に記載の音声符号化装置からの信
    号を受信し復号化を行う音声符号化装置を備えた音声信
    号符号化／復号化装置。
  8. 【請求項８】請求項２に記載の音声符号化装置からの信
    号を受信し復号化を行う音声復号化装置であって、 選択情報が第１予測量子化手段（403〜406）を選択して
    いる場合には、現在の予測パラメータを用いて復号化を
    行い、 選択情報が第２予測量子化手段（403〜406）を選択して
    いる場合には、直前に第１予測量子化手段（403〜406）
    を選択した時の予測パラメータを用いて復号化を行う音
    声復号化装置。
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