JP3167787B2

JP3167787B2 - ディジタル音声コーダ

Info

Publication number: JP3167787B2
Application number: JP12643192A
Authority: JP
Inventors: ハグクヴィストヤリ; イェルヴィネンカリ; エストラカリ−ペッカ; ランタユッカ
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 2001-05-21
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: DE69227650D1; EP0515138A2; FI98104C; JPH05210399A; US5327519A; FI912438A0; EP0515138B1; FI912438A; DE69227650T2; EP0515138A3; FI98104B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声コーディング方法に
関する。より詳しくは、請求項１によって励起された音
声の線形予想コーディングに関する。本発明はまた該方
法を実現するコーダにも関係する。

【０００２】

【従来の技術】効率的な音声コーディングの手順は、絶
えず発展している。従来技術において、たとえば、エム
・アール・シュレーデル（M.R.Schroeder)およびビー・
エス・アタル（B.S.Atal) による論文「ハイクオーリテ
ィースピーチアットベリーロービットレイ
ツ（High Quality Speach at Very Low Bit Rates ）」
（IEEE 国際音響会議議事録、音声および信号処理（Pr
oceedings of IEEE International Conference of Acou
stics, Speech and Signal Processings）ICASS第３
巻、937 〜940 頁、1985年３月）において詳細に説明さ
れたCELPコーディングが知られている。

【０００３】CELP式のアルゴリズムによるコーディング
は、従来技術において有効な手順と考えれるが、不利な
点は必要とする計算の電力が高いことである。CELPコー
ダは音声の発生をモデル化する複数のフィルタからな
り、該フィルタに対し適切な励起信号が１組の励起ベク
トルを有するコードブック（codebook) から選択され
る。CELPコーダは通常は、もとの音声信号の合成音声信
号が発生されるショートターム（short term）およびロ
ングターム（long term ）のフィルタからなる。完全な
探索用のCELPコーダにおいて個々の音声ブロックに対し
てコードブックに記憶された各励起ベクトルが合成に適
用される。合成された音声信号はエラー信号を発生する
ためにもとの信号と比較される。つぎにエラー信号は人
間の聴覚応答に応じてエラー信号を形成する重みづけフ
ィルタ(weighting filter)をかけられ、聴覚によりよく
対応するコーディングエラー（coding error) に対する
ものさしとなる。処理される個々の音声ブロックに対す
る最適励起ベクトルすなわち、該当する音声ブロックに
対して最小の加重エラー信号を生成する励起ベクトル
は、コードブックから選択されることによりえられる。
たとえば、サンプリング周波数（sampling rate)が８kH
z であれば５msの長さを有するブロックは４０個のサン
プルからなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】励起に対する所望の変
換率が１サンプルについて0.25ビットであるとき、1024
個のランダムベクトルからなるランダムコードブックが
要求される。これらのベクトルの完全な探索は１秒あた
り120,000,000MAC（Mutiply and Accumulate) もの演算
量となる。そのような計算量は今日の信号処理技術にお
いて明らかに非現実的なタスクである。加えて、640kビ
ットのROM が1024個のベクトル（1024個のベクトルは、
１個のベクトルあたり40個のサンプルを有し各サンプル
が１６ビットのワードにより表される）からなるコード
ブックを記憶することが必要とされるので記憶装置の消
費が実用的でない。

【０００５】叙上の計算上の問題はよく知られており、
簡略化するために異なった提案が出されている。それに
よると計算負荷および記憶装置の消費が実質的に低減さ
れ、その結果リアルタイムで信号処理装置に関するCELP
アルゴリズムを実現できる。以下に２つの異なったアプ
ローチについて述べる。

【０００６】（１）たとえば、離散的フーリエ変換を用
いて変換領域において探索手順を実行する。アイ・エム
・トランコソ（I.M.Trancoso) およびビー・エス・アタ
ル著「エフィーシエントプロシージュアフォアフ
ァインディングザオプティマムイノベーション
インストカスティックコーダー（Efficient Proced
ures for Finding the Optimum Innovation in Stochas
tic Coders）」（ICASSP議事録、第４巻2375〜2378頁、
1986年4 月）参照。

【０００７】（２）ベクトル和の技術の利用；アイ・エ
ー・ゲルスホン（I.A.Gershon ）およびエム・エー・ヤ
シウク（M.A.Jasiuk）著「ベクトルサムエキサイテ
ッドリニアプレディクションスピーチコーディン
グアット８ k bit/s（Vector Sum Excited Linear
Prediction Speech Coding at 8 k bit/s ）」（ICASSP
議事録、 461〜464 頁、1990年）本発明の目的はCELP式
のコーディング手順および実際的な適用に公知の方法よ
り適している方法を実現する装置を提供することであ
る。とくに本発明は容易に操作されるコードブックを開
発すると共により小さい計算機負荷およびより小さい容
量の記憶装置ですむ計算機能を生成する探索またはルッ
クアップ手順を開発することを目的とする。この目的は
高品質の音声が伝送速度10kbit/s以下で伝送されること
ができ、計算機負荷および記憶装置の消費に面倒な要求
を課すことなく今日の信号処理装置で容易に実行され
る、有効な音声コーディングに帰着する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】叙上の目的は請求項１の
特徴を有する本発明によるコーディング方法、すなわち（ａ）各ブロックにおける音声信号のショートタームス
ペクトルを特徴づける１組の予測パラメータａ（ｉ）が
ショートタームアナライザーにより発生される工程、（ｂ）パルスパターン励起ｖ（ｉ）が励起発生器により
発生される工程、（ｃ）ショートタームおよびロングターム合成フィルタ
がもとの音声信号ｓ（ｎ）から合成された音声信号ｓｓ
（ｎ）を生成するために適切に励起される工程、および（ｄ）減算手段においてエラー信号ｅ（ｎ）が、各励起
間隔において前記もとの音声信号ｓ（ｎ）と合成された
音声信号ｓｓ（ｎ）の相違を表すように形成され、該励
起発生器が人間の聴覚特性にしたがってフィルタにより
重みづけられたエラー信号の所定の関数を最小にするよ
うに制御される工程、によりＣＥＬＰ式の線形予想コー
ダにおいてブロックごとにディジタル音声信号を処理す
る方法であって、（b-1)パルスパターン励起が励起間隔
に分割された励起発生器により発生され、それにより励
起が所定の数Ｋのパルスパターンからなる励起ベクトル
ｖ_ｉ（ｎ）であり、該励起ベクトルにより結合された適
切に遅延したパルスパターンがある数Ｐのパルスパター
ンを含むパルスパターンのコードブックから選択され、
（b-2)各励起間隔のあいだ、前記励起ベクトルによって
パルスパターンの位置を定義した励起パルスパターンの
遅延が選択され、かつ（b-3)パルスパターンの向きが選
択されることを特徴とするディジタル音声信号を処理す
る方法によって達成される。

【０００９】本発明による方法をパルスパターン法と呼
んでおり、単純化された方法により有効な励起信号を発
生する手順と言ってよく、音声コーダ用に開発された最
適励起の探索手順と言ってもよい。該方法により励起が
適切に遅延されたパルスパターンの使用に基づき発生さ
れ励起ベクトルの始点に関し一定方向に向けられる。パ
ルスパターン法によるコーダをPPELP 音声コーダ(Pulse
Pattern Excited Linear Prediction) と呼んでいる。
励起ベクトルを有するコードブックは、個々の励起ベク
トルが励起ブロックの始点に関し適切に遅延したパルス
パターンの組み合わせとして形成されるとき有効に扱わ
れうる。ある限定した数（Ｐ個）のパルスパターンを有
するコードブックから当該コーダは、所定の数（Ｌ個）
のサンプルを有する励起ベクトルを形成するために結合
される所定の数（Ｋ個）のパルスパターンを選択する。
すべての励起を評価する代わりに合成フィルタは限られ
た数（Ｐ個）のパルスパターンのみを処理するが、該パ
ルスパターンによって形成されたすべての励起ベクトル
の組は処理しない、それにより最適の励起ベクトルを探
索する計算機負荷は低く保持される。本発明は、すべて
の励起ベクトルの代わりに限られた数Ｐ個のパルスパタ
ーンのみが記憶装置に記憶されることを要するという利
点を達成する。

【００１０】本発明による方法は、３つの工程で実現さ
れる。すなわち、第１工程においてパルスパターン応答
を形成するためにパルスパターンがショートタームおよ
びロングターム合成フィルタによって処理され、第２工
程において固有の相関ベクトルがパルスパターン応答に
対して計算され、第３工程において励起ベクトルの組が
該相関ベクトルの組を用いて評価される。

【００１１】本発明はまた、前記方法を実現するコーダ
を提供する。PPELP コーダはショートターム用線形予想
コーディングアナリシス(LPC analysis)、ショートター
ムおよびロングターム合成フィルタ、もとの音声信号と
合成音声信号との相違を表すエラー信号を形成する手
段、人間の聴覚によりエラー信号に重みづけをするフィ
ルタおよびパルスパターンを発生し、重みづけされた異
なる信号を最小にすべく励起発生器を制御する手段から
なる。完全な探索用のCELPコーダにおいて、すべての変
換された励起ベクトルはショートタームおよびロングタ
ーム合成フィルタにおいて処理されなくてはならない
が、本発明によるPPELP コーダにおいては少ないパルス
パターンだけがフィルタをかけられる。本発明により、
最適な結果を探索するあいだ、最小のエラーを生成する
励起ベクトルに対応する励起発生器のパルスパターンの
パラメータが選択される。

【００１２】

【作用】本発明によって励起された線形予想のパルスパ
ターンは信号処理装置を用いてCELP式のコーダのリアル
タイムの実行を容易に実行することを可能にする。前述
のばあい（1024個の励起ベクトル）において、本発明に
よるPPELP コーダは全体の探索処理にたいしては１秒あ
たり2,000,000MACの演算量となるので、１信号処理につ
いて容易に実行される。すべての励起ベクトルの代わり
にパルスパターンのみが記憶されるので、コードブック
の必要性が実質的に取り除かれたと言ってよい。こうし
てリアルタイムの操作が通常の電力消費で達成される。

【００１３】つぎに、添付図面を参照しながら実施例に
より本発明を詳細に説明する。

【００１４】

【実施例】図１は本発明によるパルスパターン法を用い
るCELP式エンコーダの一般的なブロック線図、図２は図
１のエンコーダに対応するデコーダを示しており、図３
はPPELP エンコーダのブロック線図、図４は本発明によ
るパルスパターン発生器を示しており、そして図５はPP
ELP コーダのブロック線図の要部である。

【００１５】本発明によるPPELP コーディングを示すた
めに、図１はPPELP 法が実行されるCELP式コーダのブロ
ック線図を示している。該コーダは１組の線形予想パラ
メータａ（ｉ）を形成するショートタームアナライザ１
からなる。ここに、ｉ=1,2,...,mであり mはアナリシス
のオーダーである。パラメータの組ａ（ｉ）は音声信号
のスペクトル量を表し、Ｎ個のサンプル（Ｎの長さは通
常20msの間隔に相当する）について個々の音声ブロック
に対して計算される。図によるコーダはショートターム
合成フィルタ４（フォルマント）以外にロングターム合
成フィルタ５（ピッチ）も利用する。ロングターム合成
フィルタに対するパラメータはアナライザ９において計
算される。フィルタ２は、人間の聴覚の特徴にもとづき
減算手段８により形成されるエラーｅ（ｎ）が聴覚によ
り重要でない周波数を減じ、そして聴覚によるエラーが
重要である周波数を増幅するために用いられる。Ｌ個の
サンプルの個々の励起ブロックに対する励起は励起発生
器３において励起ベクトルの始点に関して適切に遅延し
たパルスパターンを共に結合することにより形成され
る。パルスパターンはコードブック１０に記憶される。
CELP式コーダでの完全な探索において、すべての計数化
された（scaled) 励起ベクトルｖ_ｉ（ｎ）はショートタ
ームおよびロングターム合成フィルタ４および５で処理
されなくてはならないが、おのおのPPELP コーダにおい
て、フィルタはパルスパターンのみ処理する。コードブ
ック探索制御装置６は励起発生器３を制御し、もとの音
声信号ｓ（ｎ）と合成された音声信号ｓｓ（ｎ）との重
みづけられた差違に依存する制御パラメータｕ_ｉ（パル
スパターンコードブックにおけるパルスパターンの位
置）、ｄ_ｉ（励起ベクトルにおけるパルスパターンの位
置、すなわち、ブロックの始点に関する遅延）、ｏ
_ｉ（パルスパターンの向き（orientation ））を形成す
るために用いられる。評価工程のあいだ重みづけられた
最小エラーｅ_ｗ（ｎ）へと導くパルスパターンコードは
最適状態として選択される。乗算手段７にスケールファ
クターｇ_ｃが供給されるが、その最適状態はパルスパタ
ーンパラメータの探索との関連で以下に詳細に述べる。
コードパラメータはブロック１１において多重化され
る。エンコード部において用いられるすべてのパラメー
タは合成フィルタにおいて用いられるまえに量子化され
ることは注目されなくてはならない。デコーダの機能は
図２に示されている。復号（decoding）中、デマルチプ
レクサ(demutiplexer)１７は量子化されたコーディング
パラメータを供給する。パルスパターンコードブック１
３およびパルスパターン励起発生器１２は乗算器１４に
おいて計数化されロングターム合成フィルタ１５および
出力として復号化された音声信号ｓｓ（ｎ）を供給する
ショートターム合成フィルタに供給されるパルスパター
ン励起信号ｖ_ｉ（ｎ）を形成するために用いられる。PP
ELP エンコーダの基本的なブロック線図が図３に示さ
れ、さまざまな計算を示している。分析されるべき音声
信号はマイクロフォン１９に通され、それから代表的に
は帯域型のフィルタ２０に通される。帯域のフィルタが
かけられたアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２４を用いて連
続したディジタル信号に変換される。本実施例において
サンプリング周波数として8kHzが用いられている。もと
の音声信号のディジタル表現はLPC 係数アナライザ２１
へと進められ、そこでＮ個のサンプルを有する各音声ブ
ロックに対して１組のLPC パラメータ（本実施例におい
てＮ＝160)はそれ自体が公知の手順を用いて生成され
る。その結果はショートターム予想パラメータａ（ｉ）
である。ここにi=1,2,..,m( 本実施例においてm=10) が
マルチプレクサに通され、チャネルに送られる。パラメ
ータはデコーダのみならずエンコーダにおいて合成手順
に用いられる。

【００１６】ショートターム合成フィルタは１／Ａ
（ｚ）の式で表せる。ここにＡ（ｚ）は式１すなわち

【００１７】

【数１】

【００１８】で表わされる。

【００１９】ＬＰＣパラメータを生成する方法は、たと
えばベー．エス．スタル著の論文「低ビット伝送速度で
の音声の予想コーディング」（IEEE 委員会議事録、Vo
l COM-30,600〜614 頁,1982 年４月）において述べられ
ている。

【００２０】PPELP コーダにおいてパルスパターンコー
ドブック２７に記憶されたパルスパターンは、パルスパ
ターンに対する応答をえるために、ロングターム合成フ
ィルタ２８およびショートターム合成フィルタ２９にお
いて処理されなければならない。乗算ブロック３６にお
いて用いられているスケールファクターｇ_ｃは最適の励
起ベクトルの探索と関連して計算される。更新された音
声信号ｓｓ_ｃ（ｎ）は零入力予想分岐(zero input pred
iction branch)およびロングターム予想分岐ｅ
_1tp（ｎ）により修正された音声信号と比較されその結
果、差信号(differencesignal) ｅ_ｃ（ｎ）が減算手段
３８において形成される。該差信号は、アナライザ２１
において生成されたロングターム予想係数を利用して重
みづけフィルタブロック３０により重みづけられる。式
２すなわち

【００２１】

【数２】

【００２２】で表される。Ｌ個のサンプルを有し、最小
のエラーを与える励起ベクトルｖ_ｉ（ｎ）のパルスパタ
ーンパラメータ（ｕ_j, ｄ_j, ｏ_j）は、パルスパター
ンコードブックの制御装置３４を用いて探索されると共
に、デコーダ（本実施例のばあいＬ＝40）への最適な励
起パラメータとしてチャネルに伝達される。乗算ブロッ
ク３７において用いられる最適スケールファクターｇ
_c,optも伝達されなければならない。重みづけ係数ｙは
典型的な例として1.0 よりわずかに小さい値をとる。本
実施例においてｙは0.83が選択される。探索手順は励起
コードブック制御装置３４により制御される。

【００２３】コーダは１／Ｐ（ｚ）の式で表される合成
フィルタを有する１タップのロングターム合成フィルタ
をショートターム合成フィルタと別々に用いる。ここに
Ｐ（ｚ）は、式３すなわち、Ｐ（ｚ）＝１−ｂｚ^-M （３）で表せる。

【００２４】好ましい実施例においてロングターム予想
パラメータｂおよびＭはＢ個のサンプル（本実施例にお
いてＢ＝40）の各LTP ブロックに対して解析−合成手順
（閉ループLTP ）を用いて評価される。ロングターム合
成フィルタのパラメータはコードブックの検索と似た方
法で計算される。ロングターム合成パラメータ用の閉ル
ープ探索は適合するコードブックを用いると解釈されて
よく、該コードブックにおいて時間遅れＭがコードブッ
ク４２から選択された励起ベクトルのコードブックにお
ける位置を規定し、ｂはスケールファクターｇ_1tpに対
応する。ロングターム予想パラメータは実際のパルスパ
ターン励起と同時に計算されるべきであるが、このアプ
ローチは複雑である。したがって、以下に述べる２段階
の手順が本実施例においては好ましい。

【００２５】第１工程においてLTP パラメータは重みづ
けられたエラーｅ_1tp（ｎ）を最小にすることによって
計算され、第２工程において最適励起ベクトルｅ
_ｃ（ｎ）を最小にすることによって探索される。このこ
とは第２のショートタームおよびロングターム合成フィ
ルタ２３および３９の組を有する第２の合成分岐、減算
手段４０、第２の重みづけフィルタ２５およびコードブ
ック探索制御装置２６の使用へと導く。乗算器３５にお
いて用いられたロングタームスケールファクターｇ_1tp
は最適パラメータとの関係で計算される。合成フィルタ
２２から先の励起ベクトルまたは零入力応答ｎｏ（ｎ）
の効果は、探索処理において減算手段４１により入力音
声信号ｓ（ｎ）から減じられうるような効果がないこと
に注意されなければならない。状態変数（ショートター
ム合成フィルタのLTP コードブックおよび状態変数ｔ
（ｉ）、ここにｉ＝１，２，．．．ｍ）が、励起発生器
３１からの最適パルスパターンを乗算器３７において適
切に増幅され、ロングタームおよびショートターム合成
フィルタ３２および３３へ供給することにより更新され
る。

【００２６】比較的小規模のLTP コードブックの評価
は、通常のかなり大規模の固定コードブックの評価ほど
複雑なタスクではない。再帰技術およびインパルス応答
の切り捨てを用いれば、ロングターム予想パラメータが
最適化されるとき閉ループ最適化手順における計算上の
要件が合理的にされうる。以下に実際の励起ベクトルを
有するコードブックからの最適励起ベクトルの探索につ
いて述べる。

【００２７】図３は主として、エンコーダの機能を示し
ており、簡略化のため以下に述べるパルスパターンにも
とづく励起信号の最適化方法の完全な記述を含んでいな
い。以下に述べる図５は、パルスパターン技術がどのよ
うに用いられるかについてさらに詳細な記述を与えてい
る。

【００２８】図４は本発明による励起発生器５１を示し
ており、図１における発生器３、図２における発生器１
２および図３の励起発生器３１に対応している。PPELP
コーダにおいて各励起ベクトルは、１組のＰパルスパタ
ーンｐ_ｊ（ｎ）を含むコードブック５０からＫパルスパ
ターン全体を選択することにより形成される。ここにｊ
は１≦ｊ≦ｐである。パルスパターンの選択ブロック５
２により選択されたパルスパターンは加算器５５におい
て励起ベクトルｖ_ｉ（ｎ）を生成するために遅延ブロッ
ク５３および方向化（orientation)ブロック５４におい
て採用されている。ここにｉは励起ベクトルの連続した
数である。

【００２９】（２Ｐ）^K（^L _K）励起ベクトルの総計は
励起発生器においてパルスパターン方法により発生され
うる。ここに（２Ｐ）^K（^L _K）は

【００３０】

【数３】

【００３１】であり、

【００３２】

【数４】

【００３３】である。すべての励起ベクトルの半分は他
の半分と符号が逆であり、最適励起ベクトルが合成フィ
ルタによって探索されるとき、該励起ベクトルを処理す
る必要はないがスケールファクターｇ_ｃが負の値を有す
るときにえられる。評価された励起ベクトルｖ_ｉ（ｎ）
（ここに、ｉ＝１，２，．．．，（２Ｐ）^K（^L _K）／
２およびｎ＝０，１，２，．．．，Ｌ−１）が式４すな
わち

【００３４】

【数５】

【００３５】で表される。ここに、ｕ_ｊ（１≦ｊ≦Ｋ）
はパルスパターンコードブック（１≦ｕ_ｊ≦Ｐ）におけ
るｊ番めのパルスパターンの位置を定義し、ｄ_jは励起
ベクトル（０≦ｄ_ｊ≦Ｌ−１）におけるパルスパターン
の位置を定義し、そしてｏ_ｊは向き（＋１または−１）
を定義する。パルスパターン技術にもとづくパルスパタ
ーンの励起効果は、合成フィルタにおいて所定の数Ｐ個
のパルスパターン（ｐ₁（ｎ），ｐ₂（ｎ），．．．，
ｐ_P（ｎ））のみを処理することによって評価されう
る。こうして励起ベクトルの評価は、きわめて能率的に
実行されうる。パルスパターン方法のさらに有利な点
は、限られた数のパルスパターンのみが（２Ｐ）^K（^L
_K）個のベクトルの組全体の代わりに記憶される必要が
あることである。高品質の音声が２種類のパルスパター
ンだけを用いることによって提供されうる。このことに
より探索処理において全体として小規模の計算機負荷を
必要とするにすぎず、２種類のパルスパターンのみが記
憶装置に記憶されなくてはならないことに帰着する。し
たがって、本発明によるコーディングのアルゴリズム
は、全体として小規模の計算機負荷および少ない記憶装
置を必要とするにすぎない。PPELP コーディング方法の
より詳しい記載を与えることが図５の目的である。図５
は、図３のエンコーダの一部を示しておりパルスパター
ン励起の最適化を詳細に示している。式２による重みづ
けフィルタ（図３におけるフィルタ３０および２５）
は、減算手段（図３における３８および４０）の出力か
ら離されていることが注意されなければならない。その
結果、対応する機能は、減算手段の前のフィルタ５０、
５１および５７に置かれている。ショートターム予想因
子は、 LPCアナライザ６５において計算される。この組
み合わせにおいて、 LTP遅延Ｍは、パルスパターン励起
ベクトルの長さより大きい値に限られる。ロングターム
予想は先のパルスパターン励起ベクトルにもとづいてい
る。この結果は、ロングターム合成はパルスパターン励
起の探索処理に含まれてはならないことになる。このア
プローチは実質的にコーディングシステムを簡易化す
る。先の音声ブロックの効果は減算手段５２により重み
づけられた音声信号ｓ_w（ｎ）から減じられる。ロング
ターム合成フィルタの影響は、パルスパターンの最適化
の前の減算手段５３において減じられる。パルスパター
ン励起パラメータを最適化するために、コードブック５
４に含まれるパルスパターンの応答は合成フィルタ５７
により形成され、パルスパターン励起の品質の実際の評
価は、相関器(correlator)５５および５８によって実行
される。最適パラメータは、探索制御装置５６により供
給され、パルスパターン選択ブロック５９、遅延発生器
６３および方向化ブロック６４により最適励起を生成す
る。合成フィルタの状態変数は、生成された励起が乗算
ブロック６０により計数化され合成フィルタ６１および
６２に通されることにより更新される。パルスパターン
励起パラメータの最適化については以下に述べる。

【００３６】パルスパターンコードブックの探索処理
は、式５すなわち

【００３７】

【数６】

【００３８】を最小にするパルスパターン励起パラメー
タを見出ださなければならない。ここにｅ_1tp（ｎ）は
モデル化される信号である、すなわち重みづけられた音
声信号から零入力応答およびロングターム合成の影響を
減じたあとに重みづけられたもとの音声信号；ｓｓ_c,i
（ｎ）はｉ番めの励起ベクトルｖ_ｉ（ｎ）を用いて合成
される音声信号である。このことは、式６すなわちＲ_i ²／Ａ_i （６）の最大値を探索することへと導く。ここにＲ_iは、式７
すなわち

【００３９】

【数７】

【００４０】で表され、Ａ_iは、式８すなわち

【００４１】

【数８】

【００４２】で表される。

【００４３】式４を最小にする最適コードベクトルｖ
_iopt（ｎ）は最適励起として選択され、添字ioptは連続
的な数である。最適パルスパターン探索との関係でスケ
ールファクターｇ_ｃが最適化され、最適スケールファク
ターｇ_c,optをえる。該最適スケールファクターｇ
_c,optは、式９すなわちｗ_iopt＝ｇ_c,optｖ_iopt（ｎ）（９）で表される最適励起ｗ_ioptを生成しデコーダにおける合
成フィルタおよびエンコーダにおける最適分岐に供給さ
れるために用いられる。

【００４４】最適スケールファクターｇ_c,optは、Ｒ
_iopt／Ａ_ioptによりえられる。各励起ベクトルに対して
重みづけられた合成フィルタ応答ｈ_ｉ（ｎ）は、式１０
すなわち

【００４５】

【数９】

【００４６】によってえられる。ここにｎは、０≦ｎ≦
Ｌ−１であり、^ｈu _j（ｎ）はパルスパターン^ｐu
_j（ｎ）に対する重みづけ合成フィルタ５７の応答であ
る。

【００４７】コードブック探索はパルスパターンの相関
ベクトルを用いて効率的に実行される。各励起ベクトル
ｖ_ｉ（ｎ）に対する相関項は、式１１すなわち

【００４８】

【数１０】

【００４９】によって表されるパルスパターン相関ベク
トルｒ_ｋ（ｎ）を用いて計算されうる。ここにｎは、０
≦ｎ≦Ｌ−１である。

【００５０】パルスパターン相関ベクトルは、各パルス
パターン（ｋ＝１，２，．．．，Ｐ）に対して計算され
る。モデル化される信号ベクトルに関し個々の励起ベク
トルｉに対応して生成される相互相関Ｒ_ｉは、単に式１
２すなわち

【００５１】

【数１１】

【００５２】の形で計算されうる。該相互相関Ｒ_ｉは、
Ｋ個のパルスパターンの組み合わせとして形成され、パ
ルスパターンコードブックにおけるパルスパターンの位
置ｕ_ｉ、パルスパターンの遅延ｄ_ｉおよび向きｏ_ｉによ
り定義される。

【００５３】これに対応して、合成された音声信号に対
する自己相関Ａ_ｉは式１３すなわち

【００５４】

【数１２】

【００５５】により計算されうる。ここに、パルスパタ
ーンに対する相互相関項は式１１すなわち

【００５６】

【数１３】

【００５７】によってえられる。

【００５８】パルスパターン励起のテストが、相互相関
項ｒｒ_k1k2（ｎ₁, ｎ₂）の計算について知覚できる方
法で処理されるとき、前に計算されたパルスパターン相
互相関項が当該計算において利用されることができ、計
算の負荷および記憶装置の消費を低レベルに保つ。励起
パルスパターン技術は励起フレームの終りから始まるパ
ルスパターンの位置決めおよび該パルスパターンに対す
る相関を順に数えることによりパルスパターン励起の最
適化を開始するために利用される。当該最適化において
パルスパターン間の距離を変えることなく１個のサンプ
ルにより励起フレームの始点へと動かされる。そこでパ
ルスパターンの相互相関が、前の値に対する新しい乗算
された項の加えることにより動かされたパルスパターン
の組み合わせに対して計算されうる。

【００５９】実施例におけるパルスパターン方法が以下
の３工程からなることは叙上の記載から理解されうる。

【００６０】第１工程において、すべてのパルスパター
ンが合成フィルタにかけられ、Ｐ個のパルスパターン応
答ｈ_k（ｎ）が生じる。ここにｋ＝１，２，．．．Ｐ。

【００６１】第２工程おいて、Ｌ個のパルスパターン遅
延に対し、ロングターム合成結果が音声信号から減じら
れる信号ｅ_1tpと各パルスパターン応答が計算され、そ
の手順により相関ベクトルｒ_k（ｎ）が生じる。該ベク
トルの長さはＬ個のサンプルであり、Ｐ個のパルスパタ
ーンに対して計算される。

【００６２】第３工程において、各パルスパターンの効
果はＡ_ｉおよびＲ_ｉを計算し、これにもとづき最適励起
を選択することにより評価される。励起ベクトルとの関
連において、相互相関項ｒｒ_k1k2（ｎ₁，ｎ₂）が、各
パルスパターンの組み合わせに対して反復して計算され
る。

【００６３】本発明によれば、２工程で最適化またはパ
ルスパターンの位置決めを実行することにより叙上のパ
ルスパターンの最適化の計算機負荷をさらに低減でき
る。第１工程において、励起ブロックの始点に関するパ
ルスパターン遅延（パルスパターン励起における位置決
め）は、各パルスパターンｐ_ｊ（ｎ）に対して遅延値を
用いて探索される。

【００６４】該遅延値の差異（格子の間隔）はＤ_ｊ個の
サンプルまたはＤ_ｊの倍数である。第１工程において、
式１５すなわち

【００６５】

【数１４】

【００６６】で表される組み合わせが評価される。ここ
にｒ＝０，１，．．．，［（Ｌ−１）／Ｄ_j］であり、
［］内の関数（Ｌ−１）／Ｄ_jは、ここでは整数値に
切り捨てる手段である。

【００６７】叙上の探索は、励起に含められるべき各パ
ルスパターンｊに対して、間隔Ｄ_jを有する格子の最適
遅延値ｄｄ_j（１≦ｊ≦Ｋ）に帰着する。

【００６８】第２工程は、工程１において見出だされた
最適遅延値の近傍に位置する遅延値ｄｄ_j−（Ｄ_j−
１）、ｄｄ_j−（Ｄ_j−２），．．．，ｄｄ_j−２，ｄ
ｄ_j−１，ｄｄ_j＋１，ｄｄ_j＋２，ｄｄ_j＋（Ｄ_j−
２），ｄｄ_j＋（Ｄ_j−１）のテストからなる。この第
２工程において新しい最適化サイクルは、すべてのパル
スパターンの励起パラメータに対して、第１工程にした
がって実行されるが、該ｄｄ_jの近傍における前記遅延
値に限られる。その結果最終的なパルスパターンのパラ
メータｕ_ｊｄ、_ｊおよびｏ_ｊがえられる。

【００６９】

【発明の効果】励起ベクトルにおけるパルスパターンの
位置決めに対する該２工程の探索は、もし格子間隔Ｄ_ｊ
が合理的に小規模に保たれておれば、該方法により提供
される本主題の品質を低下することなく、叙上の値から
PPELP コーダの計算機負荷をさらに低減できる。たとえ
ば、Ｋ＝２に対しＤ_１＝１およびＤ_２＝３の格子の間隔
の使用は良好なコーディング結果を生じる。

【００７０】当業者にとっては、前記実施例を変更する
ことによる異なった方法で特許請求の範囲およびその範
囲から逸脱することなく本発明の概念を採用できること
は叙上の記載から自明であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の一実施例を示す斜視図。

【図２】本発明によるパルスパターン法を用いるCELPエ
ンコーダの一般的なブロック線図。

【図３】図１のエンコーダに対応するデコーダ。

【図４】PPELP エンコーダのブロック線図。

【図５】PPELP コーダのブロック線図の要部のブロック
線図。

【符号の説明】

２重みづけフィルタ３、１２、５１パルスパターン励起発生器４、１６ショートターム合成フィルタ５、１５ロングターム合成フィルタ１０、２７、５４、７０パルスパターンコードブック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者カリ−ペッカエストラフィンランド共和国、エスエフ−90140 オウル、リーヒカツ 23 アス３ (72)発明者ユッカランタフィンランド共和国、エスエフ−24130 サロ、ラシンプハルタヤンカツ５アス１ (56)参考文献特開平１−293400（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−40899（ＪＰ，Ａ) 特表平２−502135（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）各ブロックにおける音声信号のシ
ョートタームスペクトルを特徴づける１組の予測パラメ
ータａ（ｉ）がショートタームアナライザーにより発生
される工程、（ｂ）パルスパターン励起ｖ（ｉ）が励起発生器により
発生される工程、（ｃ）ショートタームおよびロングターム合成フィルタ
がもとの音声信号ｓ（ｎ）から合成された音声信号ｓｓ
（ｎ）を生成するために適切に励起される工程、および（ｄ）減算手段においてエラー信号ｅ（ｎ）が、各励起
間隔において前記もとの音声信号ｓ（ｎ）と合成された
音声信号ｓｓ（ｎ）の相違を表すように形成され、該励
起発生器が人間の聴覚特性にしたがってフィルタにより
重みづけられたエラー信号の所定の関数を最小にするよ
うに制御される工程、によりＣＥＬＰ式の線形予想コー
ダにおいてブロックごとにディジタル音声信号を処理す
る方法であって、（b-1)パルスパターン励起が励起間隔
に分割された励起発生器により発生され、それにより励
起が所定の数Ｋのパルスパターンからなる励起ベクトル
ｖ_ｉ（ｎ）であり、該励起ベクトルにより結合された適
切に遅延したパルスパターンがある数Ｐのパルスパター
ンを含むパルスパターンのコードブックから選択され、
（b-2)各励起間隔のあいだ、前記励起ベクトルによって
パルスパターンの位置を定義した励起パルスパターンの
遅延が選択され、かつ（b-3)パルスパターンの向きが選
択されることを特徴とするディジタル音声信号を処理す
る方法。
【請求項２】該パルスの位置の最適化がＰパルスパタ
ーンの合成フィルタ応答を使用する複合技術により実行
されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】各励起ブロックにおけるパルスパターン
が、(b-2a)該パルスパターンのパラメータが該格子点に
おいてパルスパターンの最適位置ｄｄ_ｊがえられる等距
離格子を用いて探索される工程、および(b-2b)該パルス
パターンの第２最適化が前記工程でえられる位置ｄｄ_ｊ
付近に限定して実行される工程により最適化される請求
項１または２記載の方法。
【請求項４】請求項１、２または３記載のパルスパタ
ーン励起コーディングを用いることを特徴とする線形予
想コーダ。