JP3293654B2 - 音声伝送方式 - Google Patents

音声伝送方式

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JP3293654B2 JP11269792A JP11269792A JP3293654B2 JP 3293654 B2 JP3293654 B2 JP 3293654B2 JP 11269792 A JP11269792 A JP 11269792A JP 11269792 A JP11269792 A JP 11269792A JP 3293654 B2 JP3293654 B2 JP 3293654B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は音声伝送方式に関し、特
に音声信号の情報量の削減と音質向上を目的として4 〜
16kbpsの伝送速度で符号化・復号化を行うCELP型の
音声伝送方式に関するものである。
【0002】CELP型の音声伝送方式は、企業内通信
システム・ディジタル移動無線システムなどにおいて、
音声品質を保ちつつ情報量削減を実現するベクトル量子
化方式として期待されている。
【0003】
【従来の技術】図5は、CELP型音声伝送方式におけ
る符号器の一般的な構成について示したものである。こ
のCELP型の音声符号器は、適応符号帳(アダプティ
ブ符号帳)1及び固定符号帳(白色雑音によるストカス
ティック符号帳)2の二つの符号帳を有しており、適応
符号帳1に格納されているピッチベクトル(P:ベクト
ルを表す。以下、同様)及び固定符号帳2に格納されて
いるコ−ドベクトル(C)に対してそれぞれピッチゲイ
ン(b)及びコ−ドゲイン(g)を乗じて加算すること
により駆動音源信号(bP+gC)が生成される。
【0004】ここで、適応符号帳1に格納されるピッチ
ベクトル(P)は音声信号のピッチ周期性に依存する成
分を発生させるものであり、他方、固定符号帳2に格納
されるコードベクトル(C)はそれ以外の非周期的な成
分を発生させるためのものである。
【0005】このようなCELP型音声符号器における
符号化の過程は、この駆動音源信号として最適なものを
フレーム毎(ベクトル次元毎)に二つの符号帳の中から
選び出す処理であり、符号帳の探索は、駆動音源信号に
重み付け合成フィルタ6を介して得られる再生信号(b
AP+gAC)と重み付けされた入力信号(AX)との
間の誤差信号(E)の電力を評価関数として誤差電力評
価部7が評価を行い、この誤差電力を最小とする駆動音
源信号が最適駆動音源信号(b0 0 +g0 0 )とし
て決定される。
【0006】ここで、固定符号帳2はその内容が時間的
に変動せず固定であるのに対し、適応符号帳1の方はそ
の内容が適応的に変化する符号帳である。図示のように
適応符号帳1の各ピッチベクトル(P)は、フレーム遅
延器5を介して与えられる1フレーム前の最適駆動音源
信号(これは、復号器側における駆動音源信号に相当す
る)(b0 0 +g0 0 )を用いて生成され次のフレ
ームで誤差電力評価に供される。即ち、ベクトル量子化
の処理単位であるフレーム毎にその内容が更新されて行
く。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このようにCELP型
音声符号器の音声生成モデルは、音声信号の駆動音源信
号(X)のうち周期的な成分を適応符号帳のピッチベク
トル(P)、残りの非周期成分を固定符号帳のコードベ
クトル(C)を使って発生させ、これらの合成ベクトル
に線形予測合成フィルタを施すことで再生音声を得るも
のである。
【0008】そのため、適応符号帳の成分であるピッチ
ベクトル(P)は、入力音声の過去のフレームの最適駆
動音源信号がそのまま帰還されて更新されたものとなっ
ている。
【0009】従って、音声の話頭等においては前フレー
ムまでの履歴の残った適応符号帳から選択するため、音
声の立ち上がり等において品質が劣化するという問題が
あった。また、移動無線システム等においては、回線上
の誤りにより符号器と復号器で適応符号帳の不一致が生
じたとき、符号器で選択された最適な符号が復号器では
再現されず音質劣化するという問題があった。
【0010】そこで本発明は、適応符号帳及び固定符号
帳の二つの符号帳を用い、ピッチ探索・符号帳探索を行
って最適な駆動音源信号を求めることで符号化を行うC
ELP型の音声符号化方式において、音声の立ち上がり
等における品質劣化を無くすことを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る音声伝送方式では、図1に示すよう
に、符号器側においては、最適駆動音源信号から合成フ
ィルタ3で再生信号を生成し、該再生信号のパワーが閾
値を越えているときには最適駆動音源信号を選択し、閾
値を越えていないときには零を選択してフレーム遅延器
5を介して適応符号帳1に与える零置換判定回路4を設
けたことを特徴としている。
【0012】この場合、零置換判定回路4は、該再生信
号のパワーを閾値と比較する代わりに、ピッチベクトル
成分とコードベクトル成分とのパワー比率が閾値以下の
ときに該適応符号帳1の成分を零にするようにしてもよ
い。
【0013】また本発明に係る音声伝送方式の復号器側
では、図2に示すように、符号化側と同一の適応符号帳
10と固定符号帳20と合成フィルタ30と零置換判定
回路40とフレーム遅延器50とを有し、該適応符号帳
10の内の最適選択されたピッチベクトルに最適ゲイン
を乗じることにより得た最適コード・ベクトルと、該固
定符号帳20の最適選択されたコード・ベクトルに最適
ゲインを乗じることにより得た最適コード・ベクトルと
を加算した最適駆動音源信号を該合成フィルタ30を介
して再生信号を得ると共に該零置換判定回路40が該再
生信号のパワーが閾値を越えているときには該最適駆動
音源信号を選択し、閾値を越えていないときには零を選
択して該フレーム遅延器50を介して該適応符号帳10
に与えることを特徴としている。
【0014】この場合にも、零置換判定回路40は、該
再生信号のパワーを閾値と比較する代わりに、ピッチベ
クトル成分とコードベクトル成分とのパワー比率が閾値
以下のときに該適応符号帳10の成分を零にするように
してもよい。
【0015】
【作用】本発明に係る音声伝送方式では、図1及び図2
に示した零置換判定回路4,40において、再生信号の
信号電力を算出し、これに基づいて決定された閾値と比
較して閾値より振幅の大きい場合についてはそのままの
成分を維持し、閾値以下の場合は、適応符号帳の成分を
零に置き換えることにより、話頭での音質向上を図って
いる。
【0016】或いは、最適駆動音源中に占めるピッチベ
クトル成分の寄与がコードベクトル成分より小さく、適
応符号帳1が入力信号のピッチ周期性に追従できていな
いと考えられる時には信号成分を零に置き換えて適応符
号帳1を更新しても同様にして話頭での音質向上を図る
ことができる。
【0017】
【実施例】図3は、図1及び図2に示した零置換判定回
路4(又は40)の実施例を示したもので、この実施例
では、合成フィルタ3(又は30)からの再生信号(b
00 0 +g0 0 0 )のパワーをフレーム毎に出
力する積和器41と、この積和器41からの出力信号と
パワー閾値Sとを比較する比較器42と、この比較器4
2の比較結果に基づき出力信号として最適駆動音源信号
(b0 0 +g0 0 )または“0”を選択する切替器
43と、この切替器43の動作時間を規定するタイマ4
4とで構成されている。
【0018】このような零置換判定回路においては、積
和器41で再生信号(b0 0 0+g0 0 0 )の
パワーを内積演算により次式のように求める。 K={(b0 0 0 +g0 0 0 )}2 (1)
【0019】そして、この再生信号の電力Kを閾値Sと
比較器42で比較し、その結果、K>Sの場合は、切替
器43を制御して最適駆動音源信号(b0 0 +g0
0 )をそのまま出力するか、反対にK<Sの場合には音
声の立ち上がり等の状態と判定することができるので、
最適駆動音源信号(b0 0 +g0 0 )を零に置き換
えてフレーム遅延器5より適応符号帳1を更新する。こ
れにより、適応符号帳1の更新する信号を零に置換する
こととなり、音声の立ち上がり時の音質を改善する。
【0020】尚、音声が定常状態に落ち着いた後は上記
のような零置換動作は不要となるので、タイマ44はこ
の定常状態に至る経験的な時間を規定し、その後は常に
最適駆動音源信号(b0 0 +g0 0 )を選択するよ
うに切替器43の動作を制御するものとして用いること
が好ましい。
【0021】また別の置換判定回路の実施例が図4に示
されており、この実施例では、図3に示した実施例にお
ける積和器41の代わりに、コードベクトル成分g0
0 の1フレーム分のパワーを求める積和器41aと、ピ
ッチベクトル成分b0 0 の1フレーム分のパワーを求
める積和器41bと、両積和器41aと41bの出力パ
ワーを加える加算器41cと、積和器41aの出力パワ
ーを加算器41cの出力パワーで割る割算器41dとを
用いている点が異なっている。
【0022】このような実施例においては、積和器41
a及び積和器41bで内積演算される出力パワーはそれ
ぞれ、|b0 0 2 及び|g0 0 2 となり、これ
らを加算器41c及び割算器41dで演算するとコード
ベクトルの成分の全体に対する割合KC が次式のように
求められる。 KC =(|g0 0 2 /(|b0 0 2 +|g0 0 2 ))1/2 0≦KC ≦1 (2) そして、この割合Kc の値を比較器42が閾値REFと
比較し、その結果により切替器43で零置換をするか否
かを判定する。
【0023】上記のKC はコードベクトル成分の占める
割合を示しているが、ここで、ピッチベクトルの成分の
占める割合KP は次式のようになる。 KP =(|b0 0 2 /(|b0 0 2 +|g0 0 2 ))1/2 (3)
【0024】そして、これらのKC とKP との関係は、 KC 2 +KP 2 =1 (4) となり、これらの値は相補的な関係にある。
【0025】即ち、駆動音源中に占めるピッチベクトル
成分の寄与が大きく(KP が大)、適応符号帳1が入力
信号のピッチ周期性十分追従出来ている時にはKC の値
は小さくなり、そのままの信号で適応符号帳1を更新
し、逆に、ピッチベクトル成分の寄与が小さく(KP
小)、適応符号帳1が入力信号のピッチ周期性に追従で
きていないと考えられる時にはコードベクトル成分によ
るKC の値が大きくなり、ピッチベクトル成分が小さく
なった場合には信号成分を零に置き換えて適応符号帳1
を更新すればよいことになる。
【0026】従って、KP /KC が閾値REF=1より
大きいか小さいかによりそれぞれ適応符号帳1の成分を
そのまま更新するか、零更新するかの制御が行われる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る音声
伝送方式によれば、最適駆動音源信号から合成フィルタ
で再生信号を生成し、該再生信号のパワー又はピッチベ
クトル成分とコードベクトル成分とのパワー比率が閾値
を越えているときには最適駆動音源信号を選択し、閾値
を越えていないときには零を選択して適応符号帳を更新
する零置換判定回路を符号器又は復号器に設けたので、
ピッチ周期的な駆動音源の生成に用いられる適応符号帳
を、その更新に用いられる最適駆動音源信号が実質的に
無音の時に成分を零に更新することとなり、従来のもの
に比べて話頭での音質が改善され、また、回線誤りに対
する耐力が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る音声伝送方式におけるCELP型
音声符号器の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明に係る音声伝送方式におけるCELP型
音声復号器の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明に係る音声伝送方式に用いる置換判定回
路の一実施例の構成について示したブロック図である。
【図4】本発明に係る音声伝送方式に用いる置換判定回
路の別の実施例の構成について示したブロック図であ
る。
【図5】従来技術としてのCELP型音声符号器の構成
を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,10 適応符号帳 2,20 固定符号帳 3,30 合成フィルタ 4,40 零置換判定回路 5,30 フレーム遅延器 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−13200(JP,A) 特開 平4−107599(JP,A) 特開 平5−158496(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 (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 適応符号帳(1) 及び固定符号帳(2) の二
    つの符号帳を用い、ピッチ探索・符号帳探索を行って最
    適な駆動音源信号を求めることで符号化を行うCELP
    型の音声符号化方式において、 該最適駆動音源信号から合成フィルタ(3) で再生信号を
    生成し、該再生信号のパワーが閾値を越えているときに
    は最適駆動音源信号を選択し、閾値を越えていないとき
    には零を選択してフレーム遅延器(5) を介して該適応符
    号帳(1) に与える零置換判定回路(4) を設けたことを特
    徴とする音声符号化方式。
  2. 【請求項2】 該零置換判定回路(4) が、該再生信号の
    パワーを閾値と比較する代わりに、ピッチベクトル成分
    とコードベクトル成分とのパワー比率が閾値以下のとき
    に該適応符号帳(1) の成分を零にすることを特徴とした
    請求項1に記載の音声符号化方式。
  3. 【請求項3】 符号化側と同一の適応符号帳(10)と固定
    符号帳(20)と合成フィルタ(30)と零置換判定回路(40)と
    フレーム遅延器(50)とを有し、該適応符号帳(10)の内の
    最適選択されたピッチベクトルに最適ゲインを乗じるこ
    とにより得た最適コード・ベクトルと、該固定符号帳(2
    0)の最適選択されたコード・ベクトルに最適ゲインを乗
    じることにより得た最適コード・ベクトルとを加算した
    最適駆動音源信号を該合成フィルタ(30)を介して再生信
    号を得ると共に該零置換判定回路(40)が該再生信号のパ
    ワーが閾値を越えているときには該最適駆動音源信号を
    選択し、閾値を越えていないときには零を選択して該フ
    レーム遅延器(50)を介して該適応符号帳(10)に与えるこ
    とを特徴とした請求項1に記載の音声復号化方式。
  4. 【請求項4】 該零置換判定回路(40)が、該再生信号の
    パワーを閾値と比較する代わりに、ピッチベクトル成分
    とコードベクトル成分とのパワー比率が閾値以下のとき
    に該適応符号帳(10)の成分を零にすることを特徴とした
    請求項3に記載の音声復号化方式。
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