JP3270146B2

JP3270146B2 - 音声符号化装置

Info

Publication number: JP3270146B2
Application number: JP28300192A
Authority: JP
Inventors: 正浩押切; 政巳赤嶺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: JPH06130997A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声符号化装置に係
り、特に音声信号を８ｋbps 程度以下の低ビットレート
で符号化するのに適した音声符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声信号を低ビットレートで高能率に符
号化する技術は、自動車電話などの移動体通信や、企業
内通信において、電波の有効利用や通信コスト削減のた
めの重要な技術である。８ｋbps 以下のビットレートで
品質の優れた音声合成が可能な音声符号化方式として、
ＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction）方式が知
られている。

【０００３】このＣＥＬＰ方式は、ＡＴ＆Ｔベル研のM.
R.Schroeder 氏とB.S.Atal氏によりCode-Excited Linea
r Prediction(CELP)"High-Quality Speech at Very Low
BitRates"Proc,ICASSP;1985,pp.937-939（文献１）で
発表されて以来、高品質の音声が合成できる方式として
注目され、品質の改善や計算量の削減などについて、種
々の検討がなされて来た。ＣＥＬＰ方式の特徴は、ＬＰ
Ｃ（Liner PredictiveCoding:線形予測符号化）合成フ
ィルタの駆動信号を駆動信号ベクトルとしてコードブッ
クに格納し、入力音声信号に対する合成音声信号の誤差
を評価しながら最適な駆動信号ベクトルをコードブック
から探索する点にある。

【０００４】図８は、従来のＣＥＬＰ方式による音声符
号化装置のブロック図である。同図において、入力信号
であるサンプリングされた音声信号系列は入力端子６０
０からフレーム単位で入力される。フレームはＬ個の信
号サンプルからなり、サンプリング周波数が８ｋＨｚの
場合、一般にＬ＝１６０が用いられる。図８には示され
ていないが、駆動信号ベクトルの探索に先立ち、入力さ
れたＬサンプルの音声信号系列に対してＬＰＣ分析が行
われ、ＬＰＣ予測パラメータ｛α_i，ｉ＝１，２，…
ｐ｝が抽出される。このＬＰＣ予測パラメータα_iは、
ＬＰＣ合成フィルム６３０に供給される。なお、ｐは予
測次数であり、一般にｐ＝１０が用いられる。ＬＰＣ合
成フィルタ６３０の伝達関数Ｈ(z) は、［数１］で与え
られる。

【０００５】

【数１】

【０００６】次に、音声信号を合成しながら最適な駆動
信号ベクトルを探索する過程について説明する。まず、
入力端子６００に入力された１フレームの音声信号か
ら、減算器６１０で前フレームでの合成フィルタ６３０
の内部状態が現フレームに与える影響が減算される。減
算器６１０から得られた信号系列は４個のサブフレーム
に分割され、各サブフレームの目標信号ベクトルとな
る。

【０００７】ＬＰＣ合成フィルタ６３０の入力信号であ
る駆動信号ベクトルは、適応コードブック６４０から選
択された駆動信号ベクトルに乗算器６５０で所定のゲイ
ンを乗算したものと、白色雑音コードブック７１０から
選択された雑音ベクトルに乗算器７２０で所定のゲイン
を乗算したものとを加算器６６０で加算することで得ら
れる。

【０００８】ここで、適応コードブック６４０は文献１
に記載されているピッチ予測分析を閉ループ動作または
合成による分析（Ahalysis by Synthesis)によって行う
ものであり、詳細はW.B.Kleijin D.J.Krasinski and R.
H.Ketchum,"Improved SpeechQuality and Efficient Ve
ctor Quantization in CELP",Proc.ICASSP,1988,pp.155
-158 （文献２）に述べられている。この文献２による
と、ＬＰＣ合成フィルタ６３０の駆動信号をピッチ探索
範囲ａ〜ｂ（ａ，ｂは駆動信号のサンプル番号であり、
通常、ａ＝２０，ｂ＝１４７）にわたって遅延回路６７
０で１サンプルずつ遅延させることにより、ａ〜ｂサン
プルのピッチ周期に対する駆動信号ベクトルが作成さ
れ、これがコードワードとして適応コードブックに格納
される。

【０００９】最適な駆動信号ベクトルの探索を行う場
合、適応コードブック６４０から各ピッチ周期に対応す
る駆動信号ベクトルのコードワードが１個ずつ読み出さ
れ、乗算器６５０で所定のゲインと乗算される。そし
て、ＬＰＣ合成フィルタ６３０によりフィルタ演算が行
われ、合成音声信号ベクトルが生成される。生成された
合成音声信号ベクトルは、減算器６２０で目標信号ベク
トルと減算される。この減算器６２０の出力は聴感重み
付けフィルタ６８０を経て誤差計算回路６９０に入力さ
れ、平均２乗誤差が求められる。平均２乗誤差の情報は
更に最小歪探索回路７００に入力され、その最小値が検
出される。

【００１０】以上の過程は、適応コードブック６４０中
の全ての駆動信号ベクトルのコードワードについて行わ
れ、最小歪探索回路７００において平均２乗誤差の最小
値を与えるコードワードの番号が求められる。また、乗
算器６５０で乗じられるゲインも平均２乗誤差が最小に
なるよう決定される。

【００１１】次に、同様な方法で最適な白色雑音ベクト
ルの探索が行われる。すなわち、白色雑音コードブック
７１０から雑音ベクトルのコードワードが１個ずつ読み
出され、乗算器７２０でのゲインとの乗算、ＬＰＣ合成
フィルタ６３０でのフィルタ演算を経て、合成音声信号
ベクトルの生成、目標ベクトルとの平均２乗誤差の計算
が全ての雑音ベクトルについて行われる。そして、平均
２乗誤差の最小値を与える雑音ベクトルの番号及びゲイ
ンが求められる。なお、聴感重み付けフィルタ６８０は
減算器６２０から出力される誤差信号のスペクトルを整
形して、人間の耳に知覚される歪を低減するために用い
られる。

【００１２】このようにＣＥＬＰ方式は、入力音声信号
に対する合成音声信号の誤差が最小になるような最適の
駆動信号ベクトルを求めているので、符号化ビットレー
トが８ｋbps 程度の低レートでも高品質の音声を合成す
ることができる。しかし、８ｋbps 以下のさらに低い符
号化ビットレートになると合成音声の品質劣化が知覚さ
れ、まだ不十分である。

【００１３】すなわち、符号化ビットレートを下げるた
めには、最も簡単には入力音声信号のフレーム長を長く
すればよいが、フレーム長を長くするほど合成音声の品
質は低下する。具体的には、符号化ビットレートが８ｋ
bps の場合、入力音声信号のフレーム長を２０msec、入
力音声信号の１フレームに対応する駆動信号の符号化に
使用するビット数を１６０ビットにしたとすれば、符号
化ビットレートを１／２の４ｋbps に下げるためには、
フレーム長を２倍の４０msecにすればよい。しかし、こ
のようにフレーム長を長くすると１フレーム区間で入力
音声信号の特徴が変化してしまう場合が多くなる。具体
的には、入力音声信号の１フレーム区間に特徴の全く異
なる有声区間と無声区間が両方含まれる可能性が高くな
る。この結果、適応コードブックが入力音声信号の特徴
を的確に表現できる状態になっていることが少なくな
り、適応コードブックしての能力が低下してしまう。

【００１４】さらに、符号化ビットレートを下げるため
には雑音コードブックに使用されるビット数も少なくす
る必要があるため、適応コードブックが入力音声信号の
変化に対して入力音声信号の特徴を的確に表現できる状
態となるまでに要する時間が長くなってしまう。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、適応
コードブックを用いる従来のＣＥＬＰ方式においては、
符号化ビットレートをより下げるためには入力音声信号
のフレーム長を長くし、また雑音コードブックに使用さ
れるビット数を少なくする必要があるため、適応コード
ブックの能力が低下し、かつ適応コードブックが入力音
声信号の変化した特徴を的確に表現できるようになるま
で時間がかかり、応答性が悪くなるという問題があっ
た。本発明は、従来のより低ビットレート化を達成しつ
つ、高品質の音声を合成できる音声符号化装置を提供す
ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため、適応コードブック、すなわち駆動信号を複
数の駆動信号ベクトルのコードワードとしてそれぞれ格
納したコードブックを複数個備え、この適応コードブッ
ク群の全てまたは所定の基準で選択した一つの適応コー
ドブックから入力音声信号を参照して最適な駆動信号ベ
クトルを探索し、その駆動信号ベクトルに所定のゲイン
を乗じたものを音声合成手段である合成手段に入力して
合成音声信号を生成するとともに、この合成フィルタに
入力される駆動信号ベクトルを上記最適な駆動信号ベク
トルが探索された適応コードブックに新たな駆動信号ベ
クトルとして格納するようにしたことを基本的な特徴と
する。

【００１７】第１の態様においては、入力音声信号を参
照して適応コードブック群から最適な駆動信号ベクトル
を探索し、その駆動信号ベクトルに所定のゲインを乗じ
た駆動信号ベクトルを合成フィルタの入力として合成音
声信号を生成すると共に、該合成フィルタに入力された
駆動信号ベクトルを適応コードブック群のうち最適な駆
動信号ベクトルが探索されたコードブックに新たな駆動
信号ベクトルとして格納する。

【００１８】第２の態様においては、入力音声信号の特
徴に応じて適応コードブック群の中から所定の一つのコ
ードブックを選択して、この選択されたコードブックか
ら入力音声信号を参照して最適な駆動信号ベクトルを探
索し、探索された最適な駆動信号ベクトルに所定のゲイ
ンを乗じた駆動信号ベクトルを合成フィルタの入力とし
て合成音声信号を生成すると共に、該合成フィルタに入
力された駆動信号ベクトルを適応コードブック群のうち
先に選択されたコードブックに新たな駆動信号ベクトル
として格納する。

【００１９】第３の態様においては、フレーム単位で入
力される入力音声信号を参照して、第１の探索手段で適
応コードブック群のうち該入力音声信号の前フレームで
選択された駆動信号ベクトルが格納されたコードブック
から最適な駆動信号ベクトルを探索すると共に、第２の
選択手段で前フレームで選択された駆動信号ベクトルが
格納されたコードブック以外のコードブックから最適な
駆動信号ベクトルを探索する。

【００２０】そして、これら二つの探索された駆動信号
ベクトルの間に、所定の閾値以上の最適度の差があるか
否かを判定し、所定の閾値以上の最適度の差がない場合
は第１の探索手段により探索された駆動信号ベクトルを
選択し、所定の閾値以上の最適度の差があると判定され
た場合は第２の探索手段により探索された駆動信号ベク
トルを選択して、その選択された駆動信号ベクトルに所
定のゲインを乗じた駆動信号ベクトルを合成フィルタの
入力として合成音声信号を生成すると共に、該合成フィ
ルタに入力された駆動信号ベクトルを選択された駆動信
号ベクトルが格納されているコードブックに新たな駆動
信号ベクトルとして格納する。

【００２１】第４の態様においては、入力音声信号を参
照して適応コードブック群から最適な駆動信号ベクトル
を探索する第１の探索モードと、第１の探索モードに続
く所定の複数のフレームにわたり入力音声信号を参照し
て適応コードブック群のうち第１の探索モードで最適な
駆動信号ベクトルが探索された一つのコードブックから
最適な駆動信号ベクトルを探索する第２の探索モードが
用意され、これらが選択的に実行される。

【００２２】そして、選択された探索モードで探索され
た最適な駆動信号ベクトルに所定のゲインを乗じた駆動
信号ベクトルを合成フィルタの入力として合成音声信号
を生成すると共に、該合成フィルタに入力された駆動信
号ベクトルを適応コードブック群のうち先に選択された
探索モードで最適な駆動信号ベクトルが探索されたコー
ドブックに新たな駆動信号ベクトルとして格納する。

【００２３】

【作用】このように本発明では適応コードブック群また
は選択された一つの適応コードブックから、入力音声信
号を参照して最適な駆動信号ベクトル、すなわち入力音
声信号に対する合成音声信号の誤差が最小となる駆動信
号ベクトルが探索され、その駆動信号ベクトルが合成音
声信号の生成に使用されると共に、新たな駆動信号ベク
トルとして、その駆動信号ベクトルが選択された適応コ
ードブックに格納される。

【００２４】従って、適応コードブック群は入力音声信
号の１フレーム区間の各部の特徴をそれぞれ良く反映し
たものとなるため、符号化ビットレートを下げるために
入力音声信号のフレーム長を長くした場合でも、適応コ
ードブック全体の能力が向上する。入力音声信号が例え
ば無声区間から有声区間、有声区間から無声区間へとそ
の特徴が変化する部分においても、符号化に際してその
各部の特徴に応じた適応コードブックが駆動信号ベクト
ルの探索対象として選択されるようになるので、符号化
品質が向上する。

【００２５】また、前フレームで選択された駆動信号ベ
クトルを格納した適応コードブックと、それ以外の全て
の適応コードブックからそれぞれ最適な駆動信号ベクト
ルを探索し、最適度つまりその駆動信号ベクトルを用い
て生成された合成音声信号の入力音声信号に対する誤差
の差が閾値以下であれば前フレームで選択された駆動信
号ベクトルを格納した適応コードブックから探索された
駆動信号ベクトルを選択し、そうでなければそれ以外の
適応コードブックから得られる駆動信号ベクトルを選択
することによって、使用される適応コードブックが短時
間内に頻繁に変わるということとがなくなる。これによ
り、同じような入力音声信号の特徴を反映した適応コー
ドブックが複数個存在するという無駄を避けることがで
きる。

【００２６】さらに、適応コードブック群の全てから最
適な駆動信号ベクトルを探索する第１の探索モードと、
第１の探索モードに続く所定の複数のフレームにわたっ
て、第１の探索モードで駆動信号ベクトルが探索された
一つのコードブックから最適な駆動信号ベクトルを探索
する第２の探索モードを持つようにすれば、駆動信号ベ
クトルがどの適応コードブックから選択されたかを示す
適応コードブック選択情報は第１の探索モードでのみ復
号化装置へ送ればよいため、適応コードブック選択情報
による符号量の増加が避けられ、かつ駆動信号ベクトル
探索に要する総計算量が減少する。

【００２７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００２８】図１は、本発明の第１の実施例に係る音声
符号化装置のブロック図である。図１において、入力音
声信号は入力端子１００からフレームバッファ１０１に
入力される。フレームバッファ１０１は、入力音声信号
系列をＬ個のサンプル単位で切出し、１フレームの信号
として記憶する。Ｌは、通常１６０である。フレームバ
ッファ１０１から読み出される１フレームの入力音声信
号系列は、ＬＰＣ分析回路１０２および重み付けフィル
タ１０６へ供給される。

【００２９】ＬＰＣ分析回路１０２は、例えば自己相関
法を用いて入力音声信号に対してＬＰＣ（Linear Predi
ctive Coding：線形予測符号化）分析を行い、Ｐ個のＬ
ＰＣ予測係数｛α_i、ｉ＝１，２，…，ｐ｝、または反
射係数｛ｋ_i、ｉ＝１，２，…，ｐ｝を抽出する。抽出
された予測係数または反射係数は、符号化回路１０３に
おいて所定のビット数で符号化された後、重み付けフィ
ルタ１０６および重み付け合成フィルタ１０７，１１
２，１２２，１５２で利用される。

【００３０】重み付けフィルタ１０６は、複数個（この
実施例では２個）の適応コードブック１１０，１５０お
よび雑音コードブック１２０から合成フィルタの駆動信
号ベクトルを探索する際に、入力音声信号系列に重み付
けを行うものである。合成フィルタ１０７，１１２，１
５２，１２２の伝達関数Ｈ(z) は、［数１］で記述され
る。このとき、重み付けフィルタ１０６の伝達関数Ｗ
(z) は［数２］で表される。

【００３１】

【数２】但し、γは重み付けの強さを制御するパラメータである
（０≦γ≦１）。

【００３２】重み付け合成フィルタ１１２，１５２，１
２２は、Ｈ(z) なる伝達関数の合成フィルタと、Ｗ(z)
なる伝達関数の重み付けフィルタを継続接続したフィル
タであり、その伝達関数Ｈ_W(z) は［数３］で記述され
る。

【００３３】

【数３】

【００３４】重み付けフィルタ１０６を用いると、聴感
上の符号化歪を低減することが可能になる。また、本実
施例では重み付けフィルタ１０６を駆動信号ベクトルの
探索ループの外に設けた構成になっており、この結果、
探索に要する計算量が大幅に削減される。

【００３５】さらに、重み付け合成フィルタ１１２，１
５２，１２２が駆動信号ベクトルの探索に影響を与えな
いように、初期メモリを備えた重み付け合成フィルタ１
０７が設けられている。この重み付け合成フィルタ１０
７は、前フレームの最後に重み付け合成フィルタ１１
２，１５２，１２２が保持していた内部状態を初期状態
として持つ。

【００３６】そして、重み付け合成フィルタ１０７の零
入力応答ベクトルを作成し、減算器１０８において重み
付けフィルタ１０６の出力から上記零入力応答ベクトル
を減算する。これにより、重み付け合成フィルタ１１
２，１５２，１２２の初期状態を零とすることができ、
前フレームの影響を考慮せずに駆動信号ベクトルの探索
を行うことができる。以上の処理は、全てフレーム単位
で行われる。次に、フレームをＭ個（通常、Ｍ＝４）の
サブフレームに分割し、サブフレーム単位で駆動信号ベ
クトルを探索する処理について説明する。

【００３７】駆動信号ベクトルの探索に際しては、まず
適応コードブックに対して探索を行い、次に雑音コード
ブック１２０について探索を行う。ここで、適応コード
ブック１１０に対する探索について説明するが、適応コ
ードブック１５０および雑音コードブック１２０に対す
る探索も全く同様である。

【００３８】適応コードブック１１０からピッチ周期ｊ
に対応する駆動信号ベクトルＸ_j（ベクトルの次元
は、Ｌ／Ｍ＝Ｋ）を順次読み出し、乗算器１１１でＸ
_jに所定のゲインβを乗じた後、重み付け合成フィルタ
１１２に供給する。重み付け合成フィルタ１１２では、
フィルタリング演算を行って合成音声信号ベクトルを作
成する。

【００３９】一方、フレームバッファ１０１から読み出
された入力音声信号は、重み付けフィルタ１０６によっ
て重み付けがなされた後、減算器１０８で前フレームの
影響が差し引かれる。この減算器１０８から出力される
音声信号ベクトルＹを目標ベクトルとして、重み付け
合成フィルタ１１２から出力される合成音声信号ベクト
ルの目標ベクトルＹに対する誤差ベクトルＥ_jが減
算器１１３で計算される。そして、２乗誤差計算回路１
１４において誤差の２乗和‖Ｅ_j‖が計算され、この
‖Ｅ_j‖の最小値および最小値を与えるインデックス
ｊが最小歪探索回路１１５で検出される。このインデッ
クスｊがｊ_Aとしてコードブック切替回路１６１に与え
られる。

【００４０】具体的には、誤差ベクトルＥ_jは例えば
［数４］で表わされる。この誤差ベクトル‖Ｅ_j‖を
βで偏微分して零と置くことによって、βを最適化した
場合の‖Ｅ_j‖の最小値が［数５］で表わされる。但
し、βは乗算器１１１で与えられるゲインである。この
ゲインをβ_Aと表し、このβ_Aの情報をコードブック切
替回路１６１に入力する。

【００４１】

【数４】

【００４２】

【数５】

【００４３】ここで‖Ｘ‖は２乗ノルム、（Ｘ，
Ｙ）は内積をそれぞれ表し、Ｈは［数６］で与えら
れる重み付け合成フィルタ（伝達関数：Ｈ_W(z) ）のイ
ンパルス応答行列である。

【００４４】

【数６】

【００４５】［数５］から明らかなように、適応コード
ブック１１０からの駆動信号ベクトルの探索は全てのコ
ードワードＸ_jに対して［数５］の右辺第２項を計算
し、それが最大になるインデックスｊを検出することに
よって行う。

【００４６】上述した方法と同様に、適応コードブック
１５０の目標信号Ｙに対する最適なインデックスｊ_Bお
よびゲインβ_Bが求められ、これらの情報がコードブッ
ク切替回路１６１に入力される。

【００４７】誤差比較回路１６０は、適応コードブック
１１０から探索された駆動信号ベクトルに乗算器１１１
でゲインβ_Aを乗じた駆動信号ベクトルを入力として重
み付け合成フィルタ１１２で生成した合成音声信号ベク
トルの目標ベクトルＹに対する最小２乗誤差値Ｅ
_Aと、適応コードブック１５０から探索された駆動信号
ベクトルに乗算器１５１でゲインβ_Bを乗じた駆動信号
ベクトルを入力として重み付け合成フィルタ１１２で生
成した合成音声信号ベクトルの目標ベクトルＹに対す
る最小２乗誤差値Ｅ_Bとを比較し、Ｅ_A＜Ｅ_BならばＳ
＝０、またＥ_A≧Ｅ_BならばＳ＝１なる適応コードブッ
ク選択信号Ｓをコードブック切替回路１６１に与える。

【００４８】コードブック切替回路１６１では、誤差比
較回路１６０より出力される適応コードブック選択信号
がＳ＝０であれば、適応コードブック選択信号Ｓととも
にインデックスｊ_Aをマルチプレクサ１４２へ与え、さ
らにゲインβ_Aの情報をゲイン符号化回路１４０に与え
る。ゲインβ_Aの情報は、ゲイン符号化回路１４０で符
号化された後、マルチプレクサ１４２へ与えられる。さ
らに、適応コードブック１１０から最適な駆動信号ベク
トルＸ_Aoptが探索されると、減算器１１３において目
標ベクトルＹからＸ_Aoptに対応する重み付け合成フ
ィルタ１１２から出力される合成音声信号ベクトルが差
し引かれ、この減算器１１３の出力が雑音コードブック
１２０の目標ベクトルとなる。

【００４９】一方、誤差比較回路１６０より得られる適
応コードブック選択信号がＳ＝１であれば、コードブッ
ク切替回路１６１は適応コードブック選択信号Ｓととも
にインデックスｊ_Bをマルチプレクサ１４２へ与え、さ
らにゲインβ_Bの情報をゲイン符号化回路１４０に与え
る。ゲインβ_Bの情報は、ゲイン符号化回路１４０で符
号化された後、マルチプレクサ１４２へ与えられる。さ
らに、適応コードブック１５０から最適な駆動信号ベク
トルＸ_Boptが探索されると、減算器１５３において目
標ベクトルＹからＸ_Boptに対応する重み付け合成フ
ィルタ１１２から出力される合成音声信号ベクトルが差
し引かれ、この減算器１５３の出力が雑音コードブック
１２０の目標ベクトルとなる。

【００５０】雑音コードブック１２０からの雑音ベクト
ルの探索についても、適応コードブック１１０，１５０
からの最適な駆動信号ベクトルの探索と全く同様に行う
ことができる。この雑音コードブック１２０から探索さ
れた雑音ベクトルをＮ_optとする。

【００５１】こうして適応コードブック１１０または１
５０からの最適な駆動信号ベクトルＸ_AoptまたはＸ
_Boptが探索され、さらに雑音コードブック１２０から最
適な雑音ベクトルＮ_optが探索されると、加算器１１６
または１５６において探索された駆動信号ベクトルと雑
音ベクトルが加算され、合成フィルタの駆動信号ベクト
ルＸが得られる。この合成フィルタの駆動信号ベクト
ルＸは、Ｘ＝β_A・Ｘ_Aopt＋ｇ・Ｎ_opt （Ｓ＝０のとき）Ｘ＝β_B・Ｘ_Bopt＋ｇ・Ｎ_opt （Ｓ＝１のとき）

【００５２】と表される。但し、β_A，β_Bおよびｇ
は、乗算器１１１，１５１および１２１において適応コ
ードブック１１０，１５０および雑音コードブック１２
０から探索された駆動信号ベクトルおよび雑音ベクトル
にそれぞれ乗じられるゲインである。

【００５３】こうして求められた最適な駆動信号ベクト
ルＸは、適応コードブック選択信号ＳがＳ＝０ならば
適応コードブック１１０に、Ｓ＝１ならば適応コードブ
ック１５０にそれぞれ格納される。

【００５４】以上の処理の過程で求められた符号化パラ
メータは、マルチプレクサ１４２で多重化され、出力端
子１４３から伝送路へ符号化出力として送出される。す
なわち、マルチプレクサ１４２では(a) ＬＰＣ分析回路
１０２で求められたＬＰＣ予測係数の情報を符号化回路
１０３で符号化したコードと、(b) 誤差比較回路１６０
で得られる適応コードブック選択信号Ｓと、(c) 最小歪
探索回路１１５または１５５で求められた適応コードブ
ック１１０または１５０のインデックスｊ_Aまたはｊ_B
と、(d) 乗算器１１１または１５１で乗じられるゲイン
β_Aまたはβ_Bの情報をゲイン符号化回路１４０で符号
化したコードと、(f) 最小歪探索回路１２５で求められ
た雑音コードブック１２０のインデックスｊ_N、および
(f) 乗算器１２１で乗じられるゲインｇの情報をゲイン
符号化回路１４１で符号化したコードが多重化される。
次に、図１の音声符号化装置に対応した音声復号化装置
の構成を図２により説明する。

【００５５】図２において、入力端子２００より入力さ
れた符号化パラメータは、まずデマルチプレクサ２０１
において前記(a) 〜(f) で説明した個々のパラメータに
分解され、復号化器２０２でＬＰＣ予測係数のコード、
復号化器２０３で適応コードブックのゲインβ_Aまたは
β_Bのコード、復号化器２０４で雑音コードブックのゲ
インｇのコードがそれぞれ復号化される。適応コードブ
ック選択信号Ｓはコードブック切替回路２２１へ渡さ
れ、この選択信号Ｓに基づいて二つの適応コードブック
２１０，２２０のいずれかが選択される。そして、選択
された適応コードブックからインデックスｊ_Aまたはｊ
_Bで指定される駆動信号ベクトル、雑音コードブック２
１２からインデックスｊ_Nで指定される雑音ベクトルが
それぞれ読み出され、乗算器２１１，２１３においてゲ
インβ_Aまたはβ_B、ゲインｇがそれぞれ乗じられた
後、加算器２１４でそれらの乗算結果が加算されること
により、駆動信号が作成される。この駆動信号が合成フ
ィルタ２１５でフィルタリングされることによって、合
成音声信号が作成される。この合成音声信号は、ポスト
フィルタ２１６でスペクトルの整形が行われ、聴感的な
歪が抑圧された後、出力端子２１７より出力される。

【００５６】次に、適応コードブック選択信号Ｓに基づ
いてコードブック切替回路２２１が制御され、加算器２
１４から出力された駆動信号が適応コードブック２１
０，２２０のいずれかに格納される。

【００５７】次に、具体的な例を用いて本実施例と従来
例による効果の相違を説明する。図３の（ａ）は無声区
間から有声区間へ変化する入力音声信号波形の典型的な
例であり、また（ｂ）は図８に示した従来例における適
応コードブックの内部状態、（ｃ）は本実施例における
二つの適応コードブックの内部状態をそれぞれ模式的に
示したものである。

【００５８】図３（ｂ）に示されるように、従来例では
適応コードブックは入力音声信号の無声区間においては
無声区間の特徴を反映した状態になっており、この状態
では有声区間に対してはほとんど効果が期待できない。
入力音声信号が有声区間になると、適応コードブックは
雑音コードブックの助けによって除々に有声区間の特徴
を反映した状態に変化してゆくが、適応コードブックの
能力が落ちた状況で符号化が長い時間続いてしまうの
で、得られる合成音声の品質は低下している。

【００５９】これに対し、本実施例では図３（ｃ）に示
されるように、二つの適応コードブックが既に過去の入
力音声信号の特徴を反映して有声区間、無声区間にそれ
ぞれ対応した状態になっている。このため入力音声信号
が無声区間から有声区間に変化した場合は、有声区間の
特徴を反映した適応コードブックが選択されることによ
り、適応コードブック全体として高い能力が期待でき
る。また、入力音声信号が有声区間から無声区間へ変化
する場合も、同様の効果が得られることは容易に類推で
きる。次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以
下の実施例においては図１と同一部分に同一の参照符号
を付して、相違点についてのみ述べる。図４は、本発明
の第２の実施例に係る音声符号化装置のブロック図であ
る。本実施例と第１の実施例の違いは、適応コードブッ
クの選択方法にある。

【００６０】第１の実施例では目標信号Ｙに対し、２
乗誤差が最小となる駆動信号ベクトルを適応コードブッ
ク１１０，１５０からそれぞれ探索し、両適応コードブ
ック１１０，１５０から得られる駆動信号ベクトルの中
で２乗誤差が最小となるものを最適な駆動信号ベクトル
として求めていた。これに対し、本実施例では入力音声
信号の特徴を分析し、その分析結果（特徴量）に応じて
使用する適応コードブックを開ループ的に求める。ま
た、この実施例では特徴分析として有声／無声判定を用
いる。

【００６１】図４において、有声／無声判定回路１６２
は入力音声信号を分析して有声区間か無声区間かの判定
を行い、その判定結果に従って適応コードブック選択信
号Ｓを出力する。すなわち、有声／無声判定回路１６２
は有声区間と判定した場合、適応コードブック選択信号
ＳをＳ＝０とし、無声区間と判定した場合、Ｓ＝１とし
て、この適応コードブック選択信号Ｓを適応コードブッ
ク切替回路１６１に送ると共に、切替スイッチ１６４，
１６５にも切替信号として供給する。

【００６２】適応コードブック選択信号ＳがＳ＝０のと
きは、適応コードブック切替回路１６１は適応コードブ
ック１１０を選択し、切替スイッチ１６４は重み付け合
成フィルタ１１２から出力される合成音声信号ベクトル
を選択して減算器１６３へ与え、切替スイッチ１６５は
減算器１６３から出力される音声信号ベクトルを２乗誤
差計算回路１１４へ与える。

【００６３】また、Ｓ＝１のときは、適応コードブック
切替回路１６１は適応コードブック１５０を選択し、切
替スイッチ１６４は重み付け合成フィルタ１５２から出
力される合成音声信号ベクトルを選択して減算器１６３
へ与え、切替スイッチ１６５は減算器１６３から出力さ
れる音声信号ベクトルを２乗誤差計算回路１５４へ与え
る。

【００６４】このようにして、Ｓ＝０のときは適応コー
ドブック１１０について、目標ベクトルＹ（減算器１
０８から出力される音声信号ベクトル）に対して合成音
声信号ベクトルの２乗誤差が最小となる駆動信号ベクト
ルを探索し、またＳ＝１のときは適応コードブック１５
０について同様に探索を行う。こうして探索された駆動
信号ベクトルは、選択された適応コードブックに格納さ
れる。

【００６５】この実施例によれば、入力音声信号の特徴
から駆動信号ベクトルを探索すべき適応コードブックを
選択するため、一つの適応コードブックについてのみ探
索を行えばよく、第１の実施例に比較して駆動信号ベク
トルの探索に必要な計算量を削減できる。なお、本実施
例における音声復号化装置は図２と同一の構成でよいの
で、説明は省略する。

【００６６】図５は、本発明の第３の実施例に係る音声
符号化装置のブロック図である。本実施例では、前フレ
ームにおける適応コードブック選択信号Ｓをメモリ１６
６に記憶しておき、現フレームでの駆動信号ベクトルの
探索の際、このメモリ１６６に記憶されている適応コー
ドブック選択信号Ｓで示される適応コードブックから探
索された駆動信号ベクトルを用いて重み付け合成フィル
タで生成した合成音声ベクトルの目標ベクトルに対する
最小２乗誤差の値と、それ以外の適応コードブックから
探索された駆動信号ベクトルを用いて重み付け合成フィ
ルタで生成した合成音声ベクトルの目標ベクトルに対す
る最小２乗誤差の値とを誤差比較回路１６０で比較す
る。

【００６７】ここで、誤差比較回路１６０は本実施例で
は比較する二つの最小２乗誤差の差に対して閾値処理を
行う機能を持っており、適応コードブック切替回路１６
１はこの差が閾値以下の場合はメモリ１６６に記憶され
ている適応コードブック選択信号Ｓで示される適応コー
ドブックを選択し、そうでない場合はそれ以外の適応コ
ードブックを選択する。

【００６８】例えば、メモリ１６６に記憶されている適
応コードブック選択信号Ｓが適応コードブック１１０を
示しており、適応コードブック１１０，１５０から探索
された駆動信号ベクトルにゲインを乗じた駆動信号ベク
トルを用いて重み付け合成フィルタで生成した合成音声
ベクトルの目標ベクトルに対する最小２乗誤差値をそれ
ぞれＥ_A，Ｅ_Bとし、誤差比較回路１６０での上記の閾
値をεとしたとき、適応コードブック１１０，１５０の
選択状態は次の通りとなる。Ｅ_A−Ｅ_B≦ε→適応コードブック１１０を選択Ｅ_A−Ｅ_B＞ε→適応コードブック１５０を選択

【００６９】こうして選択された適応コードブックにつ
いて駆動信号ベクトルの探索が行われ、また探索された
駆動信号ベクトルにゲインを乗じた駆動信号ベクトルが
選択された適応コードブックに新たな駆動信号ベクトル
として格納される。

【００７０】本実施例によれば、誤差比較回路１６０に
おいて閾値処理を行うことで、前フレームで使用した適
応コードブックが選択されやすくなるため、短時間内に
全ての適応コードブックが選択されることが少なくな
る。短時間内に全ての適応コードブックが選択される
と、各適応コードブックが入力音声信号の同じような特
徴を反映した状態となって、適応コードブック全体の能
力が低下する可能性があるが、本実施例によればこのよ
うな現象を回避することができる。なお、本実施例にお
ける音声復号化装置も図２と同一の構成でよいので、説
明は省略する。

【００７１】図６は、本発明の第４の実施例に係る音声
符号化装置のブロック図である。本実施例では、第１〜
第３の実施例のようにサブフレーム毎に適応コードブッ
クを選択し、かつその都度適応コードブック選択信号Ｓ
を復号化装置側へ伝送することを行わず、入力音声信号
の特徴の時間的変動が小さいことに着目して、あるサブ
フレームで最適な適応コードブックが選択されたなら、
その適応コードブックを複数のサブフレームにわたって
強制的に使用するようにしたものである。これによって
伝送すべき符号量および適応コードブック探索に必要な
計算量を最小限に止めることができる。

【００７２】図６において、カウンタ１６７は“０”を
初期値とし、入力音声信号の新たなサブフレーム毎にそ
の出力値Ｃが“１”ずつインクリメントされ、カウント
値Ｃが任意定数Ｎになると、“０”に戻る動作を行う。
従って、カウンタ１６７の出力値Ｃのとりうる範囲はＣ＝０〜Ｎ−１（Ｎ：任意の定数）となる。カウンタ１６７には、メモリ１６８が接続され
ている。

【００７３】本実施例では適応コードブックに対する駆
動信号ベクトルの探索のモードとして、全コードブック
探索モード（第１の探索モード）と、特定コードブック
選択モード（第２の探索モード）を持ち、これらのモー
ドはカウンタ１６７によって選択される。

【００７４】すなわち、カウンタ１６７の出力値が
“０”のときは全コードブック探索モードとして、第１
の実施例と同様に適応コードブック１１０，１５０の両
方について最適な駆動信号ベクトルの探索を行い、その
最適な駆動信号ベクトルを探索した適応コードブックを
示す適応コードブック選択信号Ｓをメモリ１６８に記憶
する。

【００７５】一方、カウンタ１６７の出力値Ｃが“０”
以外の値を示すＮサブフレームの期間では特定コードブ
ック探索モードとして、このメモリ１６８に記憶されて
いる適応コードブック選択信号Ｓで示される適応コード
ブックのみについて最適な駆動信号ベクトルの探索を行
う。この特定コードブック探索モードでは、一つの適応
コードブックに対してのみ駆動信号ベクトルの探索を行
えばよく、また復号器に対して適応コードブック選択信
号Ｓを伝送する必要はない。

【００７６】従って、本実施例によると常時全コードブ
ック選択モードとした場合に比較して、駆動信号ベクト
ルの探索に要する計算量と、復号化装置側へ伝送する符
号量を減らすことができ、より効率の高い符号化が可能
となる。

【００７７】なお、本実施例ではカウンタ１６７の出力
値Ｃが“０”の場合の全探索モードでの適応コードブッ
クに対する駆動信号ベクトルの探索法として、第１の実
施例の探索法を例にとって説明したが、第２または第３
の実施例における探索法を用いることも可能である。

【００７８】次に、図６の音声符号化装置に対応した音
声復号化装置の構成を図７により説明する。図７におい
て、図２と同一部分には同一の参照符号を付して詳細な
説明を省略する。また、図７におけるカウンタ２３０お
よびメモリ２３１は、図６におけるカウンタ１６７およ
びメモリ１６８と同じ動作を行うものである。

【００７９】図７に示す音声復号化装置においては、カ
ウンタ２３０の出力値Ｃが“０”のときに、図６の音声
符号化装置から送られる適応コードブック選択信号Ｓを
適応コードブック切替回路２２１に与え、かつメモリ２
３１は適応コードブック選択信号Ｓを記憶する。カウン
タ２３０の出力値Ｃが“０”以外の値をとりうるとき
は、適応コードブック選択信号Ｓが送られてこないの
で、メモリ２３１に記憶されている適応コードブック選
択信号Ｓを読み出して、適応コードブック切替回路２２
１に与えるようにする。このようにして駆動信号を生成
し、合成音声信号を生成することができる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば適
応コードブックを複数個備え、入力音声信号に応じて符
号化に使用する適応コードブックを選択して駆動信号ベ
クトルを求め、適応コードブック更新の際はその駆動信
号ベクトルを選択された適応コードブックに新たな駆動
信号ベクトルとして格納することで、入力音声信号の特
徴を正しく反映した適応コードブックを得ることができ
る。

【００８１】従って、符号化出力を低ビットレート化す
るために入力音声信号のフレーム長を長くしても、入力
音声信号の１フレーム区間内での特徴変化に対して、そ
の特徴を的確に表現している適応コードブックが選択さ
れるようになる。この結果、適応コードブック全体の能
力が向上し、単一の適応コードブックを用いる従来の方
式に比較して、より低ビットレート化を達成しつつ合成
音声の品質向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る音声符号化装置の
ブロック図

【図２】同実施例に係る音声復号化装置のブロック図

【図３】無声区間から有声区間へ変化する入力音声信号
に対する第１の実施例と従来例における適応コードブッ
クの状態変化を模式的に示す図

【図４】本発明の第２の実施例に係る音声符号化装置の
ブロック図

【図５】本発明の第３の実施例に係る音声符号化装置の
ブロック図

【図６】本発明の第４の実施例に係る音声符号化装置の
ブロック図

【図７】同実施例に係る音声復号化装置のブロック図

【図８】従来の音声符号化装置における駆動信号ベクト
ル探索に係る部分の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１００…音声信号入力端子１０２…ＬＰＣ分
析回路１０３…符号化回路１０６…重み付け
フィルタ１０７…重み付け合成フィルタ１１０…適応コー
ドブック１１２…重み付け合成フィルタ１１４…２乗誤差
計算回路１１５…最小歪探索回路１２０…雑音コー
ドブック１２２…重み付け合成フィルタ１２４…２乗誤差
計算回路１２５…最小歪探索回路１４０…ゲイン符
号化回路１４１…ゲイン符号化回路１４２…マルチプ
レクサ１４３…出力端子１５０…適応コー
ドブック１５２…重み付け合成フィルタ１５４…２乗誤差
計算回路１５５…最小歪探索回路１６０…誤差比較
回路１６１…適応コードブック切替回路１６２…有声／無
声判定回路１６４…切替スイッチ１６５…切替スイ
ッチ１６６…メモリ１６７…カウンタ１６８…メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−258000（ＪＰ，Ａ) 特開平２−287400（ＪＰ，Ａ) 特開平３−75700（ＪＰ，Ａ) 特開平４−51100（ＪＰ，Ａ) 特開平４−75100（ＪＰ，Ａ) 特開平５−249999（ＪＰ，Ａ) 特開平５−265496（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10L 19/00 - 19/14 H03M 7/30 H04B 14/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動信号を複数の駆動信号ベクトルのコー
ドワードとしてそれぞれ格納したコードブック群と、入力音声信号を参照して前記コードブック群から最適な
駆動信号ベクトルを探索する探索手段と、この探索手段により前記コードブック群から探索された
駆動信号ベクトルに所定のゲインを乗じた駆動信号ベク
トルを入力として合成音声信号を生成する音声合成手段
と、前記音声合成手段に入力された駆動信号ベクトルを前記
コードブック群のうち前記最適な駆動信号ベクトルが探
索されたコードブックに新たな駆動信号ベクトルとして
格納する格納手段とを具備することを特徴とする音声符
号化装置。
【請求項２】駆動信号を複数の駆動信号ベクトルのコー
ドワードとしてそれぞれ格納したコードブック群と、入力音声信号の特徴に応じて前記コードブック群の中か
ら所定の一つのコードブックを選択する選択手段と、前記入力音声信号を参照して前記選択手段により選択さ
れたコードブックから最適な駆動信号ベクトルを探索す
る探索手段と、この探索手段により探索された駆動信号ベクトルに所定
のゲインを乗じた駆動信号ベクトルを入力として合成音
声信号を生成する音声合成手段と、前記音声合成手段に入力された駆動信号ベクトルを前記
コードブック群のうち前記選択手段により選択されたコ
ードブックに新たな駆動信号ベクトルとして格納する格
納手段とを具備することを特徴とする音声符号化装置。
【請求項３】駆動信号を複数の駆動信号ベクトルのコー
ドワードとしてそれぞれ格納したコードブック群と、フレーム単位で入力される入力音声信号を参照して、前
記コードブック群のうち該入力音声信号の前フレームで
選択された駆動信号ベクトルが格納されたコードブック
から最適な駆動信号ベクトルを探索する第１の探索手段
と、前記入力音声信号を参照して、前記コードブック群のう
ち前記前フレームで選択された駆動信号ベクトルが格納
されたコードブック以外のコードブックから最適な駆動
信号ベクトルを探索する第２の探索手段と、前記第１の探索手段により探索された駆動信号ベクトル
と前記第２の探索手段により探索された駆動信号ベクト
ルとの間に、所定の閾値以上の最適度の差があるか否か
を判定する判定手段と、前記判定手段により前記所定の閾値以上の最適度の差が
ないと判定された場合は前記第１の探索手段により探索
された駆動信号ベクトルを選択し、前記所定の閾値以上
の最適度の差があると判定された場合は前記第２の探索
手段により探索された駆動信号ベクトルを選択する選択
手段と、前記選択手段により選択された駆動信号ベクトルに所定
のゲインを乗じた駆動信号ベクトルを入力として合成音
声信号を生成する音声合成手段と、前記音声合成手段に入力された駆動信号ベクトルを前記
コードブック群のうち前記選択手段により選択された駆
動信号ベクトルが格納されたコードブックに新たな駆動
信号ベクトルとして格納する格納手段とを具備すること
を特徴とする音声符号化装置。
【請求項４】駆動信号を複数の駆動信号ベクトルのコー
ドワードとしてそれぞれ格納したコードブック群と、第１の探索モードにおいてフレーム単位で入力される入
力音声信号を参照して前記コードブック群から最適な駆
動信号ベクトルを探索する第１の探索手段と、前記第１の探索モードに続く所定の複数のフレームにわ
たる第２の探索モードにおいて前記入力音声信号を参照
して前記コードブック群のうち前記第１の探索モードで
最適な駆動信号ベクトルが探索された一つのコードブッ
クから最適な駆動信号ベクトルを探索する第２の探索手
段と、これら前記第１および第２の探索モードを選択する選択
手段と、前記選択手段により選択された探索モードで探索された
駆動信号ベクトルに所定のゲインを乗じた駆動信号ベク
トルを入力として合成音声信号を生成する音声合成手段
と、前記音声合成手段に入力された駆動信号ベクトルを前記
コードブック群コードのうち前記選択手段により選択さ
れた探索モードで駆動信号ベクトルが探索されたコード
ブックに新たな駆動信号ベクトルとして格納する格納手
段とを具備することを特徴とする音声符号化装置。