JP3806453B2 - 音声信号時間軸圧縮装置及び音声信号時間軸伸長装置並びに該装置を用いた音声符号・復号化装置 - Google Patents
音声信号時間軸圧縮装置及び音声信号時間軸伸長装置並びに該装置を用いた音声符号・復号化装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声の固体録音等に利用する音声信号時間軸圧縮装置及び音声信号時間軸伸長装置並びに該装置を用いた音声符号・復号化装置に係わり、特に音声信号のピッチ周期における繰り返しを利用して時間軸方向に圧縮、伸長を行う高能率音声符号化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音声の固体録音、音声応答システム等において音声情報の蓄積を行う場合には、蓄積用メモリ容量の削減が重要であるが、音声符号・復号化装置はこの要求を可能にするものである。
【０００３】
図８は、従来の音声符号・復号化装置の構成を示したものであって、１は自己相関算出部、２はピッチ周期抽出部、３は時間軸圧縮部、４は符号化部、５はメモリ、６は復号化部、７は時間軸伸長部である。
【０００４】
図８において、音声信号入力ｓ(ｎ)の自己相関値を自己相関算出部１で数１に従って求め、ピッチ周期抽出部２によってピッチ周期探索範囲内で最も相関が大きくなる周期をピッチ周期として抽出する。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、ピッチ周期の探索範囲としては、ピッチ周波数の上限、下限を想定し、例えば20≦k≦100（サンプリング周波数が8kHz時）程度の範囲で探索を行う。時間軸圧縮部３は、抽出されたピッチ周期に応じて入力ｓ(ｎ)を時間軸方向に圧縮し、圧縮信号ｓc(ｎ)を生じる。圧縮信号ｓc(ｎ)は、符号化部４に加えられて任意の符号化方式、例えばＡＤＰＣＭ方式やＣＥＬＰ方式で符号化される。
【０００７】
符号化された信号及びピッチ周期情報はメモリ５に記憶される。
【０００８】
再生側においては、復号化部６で符号化された信号を復号して圧縮再生信号ｓ’c(ｎ)を求める。この信号を時間軸伸長部７に加え、ピッチ周期の信号を用いて時間軸方向に伸長し、再生出力ｓ’(ｎ)を生じる。
【０００９】
図９は図８の音声符号化及び復号化装置における時間軸圧縮と時間軸伸長の処理の例を説明するものであって、図９(ａ)は時間軸圧縮、図９(ｂ)は時間軸伸長の模式図で、横軸は時間であり、縦軸は振幅を示している。
【００１０】
すなわち時間軸圧縮を行う場合は、図９(ａ)のように抽出されたピッチ周期Ｐごとに入力ｓ(ｎ)を切り出し、２周期を１組として前の周期の信号には重み窓ｗ(m)を掛け、後の周期の信号には逆特性の重み窓１−ｗ(m)を掛け、それぞれを加算することによって１周期の信号を合成し、１／２に圧縮された圧縮信号ｓc(n)を得る。
【００１１】
一方時間軸伸長を行う場合は、図９(ｂ)のように圧縮再生信号ｓc’(ｎ)を３周期分とり、前の２周期に重み窓１−ｗ’(ｍ)を掛け、後の２周期に重み窓ｗ’(ｍ)を掛け、それぞれを加算することによって２周期の信号を合成し、次に１周期進んだ時点で同様の操作を繰り返すことにより、２倍に伸長された伸長信号ｓ’(ｎ)を得る。
【００１２】
次に、音声信号波形に時間軸圧縮を施した例を図１０（ａ）に示す。図１０( ａ)のような音声信号において、自己相関値を算出する際の積和範囲Ｎで数１に よりピッチ周期Ｐ1を抽出し、上述した通り、図１０（ａ）のａ１からａ２の位 置までの最初の２周期を１周期の信号に圧縮する。そして図１０（ａ）のａ２の位置から再び積和範囲Ｎでピッチ周期を抽出し圧縮する。これを繰り返すことによって、音声信号波形は半分に圧縮することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、従来の音声符号・復号化装置において、ピッチ周期を抽出する際に、上述のような抽出手法では、音声信号が周期性のない無声音の部分では、ピッチ周期を抽出することができない。また、図１０(ｂ)の音声信号のように積和範囲Ｎの中でピッチ周期が変動している場合は、正確なピッチ周期を抽出することができない。
【００１４】
従ってこのような場合には、ランダムな値に設定されたピッチ周期に応じて、圧縮及び伸長が行われるため、波形の性質が保存されず、再生音声の明瞭度が悪くなる等の品質劣化を生じるという問題がある。
【００１５】
さらに、図１０(ａ)のような音声信号においては、最初に抽出したピッチ周期と次に抽出したピッチ周期が同じ値になり、ピッチ周期抽出の効率が悪く、ピッチ周期が短い場合は特に処理負荷が増大するという問題がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するために、入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値と閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記判定部の比較判定結果に応じて前記音声信号の時間軸圧縮処理を行う時間軸圧縮部とを有する音声符号化手段と、
前記判定部の比較判定結果に応じて時間軸伸長処理を行う時間軸伸長部を有する音声復号化手段を備える。
【００１７】
そして、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は、前記音声符号化手段で時間軸圧縮処理を行うと共に前記音声復号化手段で時間軸伸長処理を行い、一方前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は、前記音声符号化手段で時間軸圧縮処理を行わないと共に前記復号化手段で時間軸伸長処理を行わないことが望ましい。
【００１８】
また、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことが望ましい。
【００１９】
さらに、前記ピッチ周期抽出部が抽出したピッチ周期が前記自己相関係数を算出する際の積和範囲のなかに含まれる個数rc（但し、rcは整数）を求め、前記時間軸圧縮部が前記rc個のピッチ周期波形を１ピッチ周期波形に時間軸圧縮し、前記時間軸伸長部が１ピッチ周期波形を前記rc個のピッチ周期波形に時間軸伸長することが望ましい。
【００２０】
あるいは、本発明は上記問題点を解決するために、入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値が閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記判定部の比較判定結果に応じて前記音声信号の時間軸圧縮処理を行う時間軸圧縮部を備える。
【００２１】
そして、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は、時間軸圧縮処理を行い、一方前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は時間軸圧縮処理を行わないことが望ましい。
【００２２】
また、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で前記自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことが望ましい。
【００２３】
さらに、前記ピッチ周期抽出部が抽出したピッチ周期が前記自己相関係数を算出する際の積和範囲のなかに含まれる個数rc（但し、rcは整数）を求め、前記時間軸圧縮部が前記rc個のピッチ周期波形を１ピッチ周期波形に時間軸圧縮することが望ましい。
【００２４】
あるいは、本発明は上記問題点を解決するために、入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値が閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記判定部の比較判定結果に応じて前記音声信号の時間軸伸長処理を行う時間軸伸長部を備える。
【００２５】
そして、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は、時間軸伸長処理を行い、一方前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は時間軸伸長処理を行わないことが望ましい。
【００２６】
また、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことが望ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜音声符号・復号化装置＞
以下、本発明の音声符号・復号化装置を図１から図５に従って説明する。尚、本発明に係るそれぞれの構成要素が従来の音声符号・復号化装置のそれと同一である場合には、同一番号を付すものとする。
【００２８】
図１(ａ)は本発明の実施の一形態を説明するための符号化側概略ブロック図であって、１１は入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部、１２は自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部、１３はその最大値が閾値ｔより大きいか小さいかを判定する判定部であり、この判定部の判定結果を示す判定信号はメモリ５に送出される。閾値ｔの値は0≦ｔ≦1であり、圧縮率を高める場合には0付近の値を用い、一方再生音声の歪みを小さくする場合は1付近の値を用いる。
【００２９】
１４は自己相関係数を算出する際の積和範囲Ｎを短くして自己相関係数算出部１１に戻す積和範囲縮小部、１５は判定部１３の結果によって切り替えるスイッチ、１６はピッチ周期抽出部、１７は時間軸圧縮を行う際の圧縮率（＝入力音声波形長／出力音声波形長）を決定する圧縮率決定部、１８は入力音声の時間軸圧縮を行う時間軸圧縮部である。
【００３０】
図１(ｂ)は本発明の実施の一形態を説明するための復号化側概略ブロック図であって、１９はメモリ５に格納された判定信号によって切り替えるスイッチ、２０は時間軸伸長を行う際の伸長率（＝出力音声波形長／入力音声波形長）を決定する伸長率決定部、２１は時間軸伸長を行う時間軸伸長部、２２は１９のスイッチと連動するスイッチである。
【００３１】
次に、上述の構成における機能を説明する。
【００３２】
図１(ａ)において、自己相関係数算出部１１は入力音声信号の自己相関係数を数２によって求める。
【００３３】
【数２】
【００３４】
次に、第一のピッチ周期探索範囲20≦k≦100(サンプリング周波数が8kHz時)内でその自己相関係数の最大値を最大値検出部１２で検出し、その最大値が閾値ｔよりも大きいか小さいかを判定部１３で判定する。図２のように音声信号が周期性を持つ場合は、その自己相関係数の最大値は閾値ｔよりも大きく、一方音声信号が周期性を持たない場合は、閾値ｔよりも小さくなる。
【００３５】
但し、図３のように音声信号が周期性をもっていても積和範囲Ｎ内でピッチ周期が変動している場合は、自己相関係数の最大値は閾値ｔよりも小さくなる。このため、閾値ｔよりも小さい場合は積和範囲縮小部１４で積和範囲Ｎを減少させ、再度自己相関係数を算出し、第二のピッチ周期探索範囲内でその自己相関係数の最大値を最大値検出部１２で検出すれば、その最大値は閾値ｔよりも大きくなる。ここで、第二のピッチ周期探索範囲は、通常は第一のピッチ周期探索範囲と同一であるが積和範囲Ｎの値が小さくなればそれに応じて探索範囲を狭くする。例えば、Ｎ≧150の場合は20≦k≦100、150＞Ｎ≧120の場合は20≦k≦80、120＞ Ｎ≧90の場合は20≦k≦50にする。
【００３６】
上述のように再度自己相関係数を算出しても、判定部１３で自己相関係数が閾値ｔよりも小さいと判定された場合は、スイッチ１５を端子ａの方に接続すると共に判定信号h=0を出力し、一方判定部１３で閾値ｔよりも大きいと判定された 場合は、スイッチ１５を端子ｂの方に接続すると共に判定信号h=1を出力する。
【００３７】
スイッチ１５を端子ａに接続した場合、即ち入力音声信号が周期性を持たない場合は、音声信号を直接符号化部４に入力する。
【００３８】
スイッチ１５を端子ｂに接続した場合、即ち入力音声信号が周期性を持つ場合は、以下の手順で音声信号の時間軸圧縮を行う。
【００３９】
まずピッチ周期抽出部１６で自己相関係数が最大になる遅延量ｋをピッチ周期として抽出する。次に、圧縮率決定部１７で積和範囲Ｎ1とピッチ周期Ｐ1に基づいて数３により圧縮率rcを決定する。
【００４０】
【数３】
【００４１】
そして、時間軸圧縮部１８が、ピッチ周期及び圧縮率の値に基づいて時間軸圧縮を行う。
【００４２】
図２は、積和範囲Ｎ1の中に周期Ｐ1の周期波形が４つ含まれ、圧縮率rc=4で時間軸圧縮した場合を示す。図３は、積和範囲Ｎ1内でピッチ周期が変動しており 自己相関係数の最大値が閾値ｔよりも小さいため、積和範囲をＮ2に縮小し再度 自己相関係数を算出して閾値ｔよりも大きくなった場合で、圧縮率rc=2で圧縮した様子を示す。
【００４３】
符号化部４では、スイッチ１５が端子ａに接続している場合は，入力音声信号を符号化し、スイッチ１５が端子ｂに接続している場合は時間軸圧縮した信号を符号化し符号を出力する。
【００４４】
メモリ５には、符号、圧縮率、ピッチ周期及び判定信号を記録する。
【００４５】
図１(ｂ)において、まず符号を復号化部６で復号化する。次に、判定信号がh=0の場合はスイッチ１９を端子ｃに接続し、h=1の場合は端子ｄに接続する。
【００４６】
スイッチ１９を端子ｃに接続した場合は、復号化音声が直接出力される。
【００４７】
スイッチ１９を端子ｄに接続した場合は、伸長率決定部２０で圧縮率をもとに伸長率を決定する。伸長率は圧縮率と一致させることが多い。時間軸伸長部２１では、伸長率及びピッチ周期の値に基づいて時間軸伸長を行う。
【００４８】
スイッチ２２はスイッチ１９と連動し、再生音声を出力する。即ち、スイッチ１９が端子ｃに接続している場合はスイッチ２２は端子ｅに接続し、スイッチ１９が端子ｄに接続している場合はスイッチ２２は端子ｆに接続する。
【００４９】
次に、全体の処理フローを図４及び図５を用いて説明する。
【００５０】
図４は符号化側の処理フローである。ステップＳ１１で自己相関係数を算出する際の積和範囲Ｎ1（例えばＮ1＝200）を設定する。ステップＳ１２では変数ｉ を0に設定する。ステップＳ１３では入力音声信号の自己相関係数を算出する。 ステップＳ１４ではステップＳ１３で求めた自己相関係数の中から最大値を検出する。ステップＳ１５ではその最大値が閾値ｔより小さいか大きいかを判断する。閾値ｔより小さい場合はステップＳ１６へ、大きい場合はステップＳ２０へ進む。
【００５１】
ステップＳ１６では変数ｉが2よりも小さいか大きいかを判断し、小さい場合 はステップＳ１７へ、大きい場合はステップＳ１９へ進む。ステップＳ１７では変数ｉをインクリメントする。ステップＳ１８では積和範囲Ｎ1を例えば50減少 させ(Ｎ2＝Ｎ1−50)、ステップＳ１３へ戻す。ステップＳ１９ではスイッチ１５を端子ａに接続し、ステップＳ２０へ進んだ場合はスイッチ１５を端子ｂに接続する。ステップＳ２１では自己相関係数が最大となるときの遅れkをピッチ周期 とし、ステップＳ２２では圧縮率を決定し、ステップＳ２３で時間軸圧縮を行う。ステップＳ２４では符号化を行い、最後にステップＳ２５で符号，圧縮率、ピッチ周期及び判定結果をメモリに格納する。
【００５２】
図５は復号化側の処理フローである。ステップＳ３１でメモリから符号，圧縮率、ピッチ周期及び判定結果を読み出す。ステップＳ３２では復号化を行う。ステップＳ３３では判定信号hが0か1かを判断する。h=1の場合はステップＳ３４に進みスイッチ１９を端子ｄに接続し、h=0の場合はステップＳ３８に進み端子ｃ に接続する。ステップＳ３４でスイッチ１９を端子ｄに接続した場合はステップＳ３５で伸長率を決定する。伸長率は圧縮率と一致させることが多い。
【００５３】
次に、ステップＳ３６で時間軸伸長を行い、ステップＳ３７でスイッチ２２を端子ｆに接続する。スイッチ１９を端子ｃに接続した場合はステップＳ３９でスイッチ２２を端子ｅに接続する。最後に、ステップＳ４０で再生音声が出力される。
＜音声信号時間軸圧縮装置＞
以下、本発明の音声信号時間軸圧縮装置を図６に従って説明する。尚、本音声信号時間軸圧縮装置に係わるそれぞれの構成要素が音声符号・復号化装置のそれと同一である場合には、同一番号を付すものとする。
【００５４】
図６において、自己相関係数算出部１１、最大値検出部１２、判定部１３、積和範囲縮小部１４、スイッチ１５、ピッチ周期抽出部１６、時間軸圧縮部１８は図１の音声符号・復号化装置のそれと同一であるため説明は割愛する。
【００５５】
２３は圧縮率決定部で、自己相関係数を算出する際の積和範囲Ｎ1とピッチ周 期Ｐ1により、圧縮率rcは、1＜rc≦［Ｎ1／Ｐ1］の範囲で決定する（但し、［］はガウス記号でその記号内の数を越えない最大の整数を表す。）。２４はス イッチでスイッチ１５と連動し、音声を出力する。即ち、スイッチ１５が端子ａに接続している場合はスイッチ２４は端子ｇに接続し、スイッチ１５が端子ｂに接続している場合はスイッチ２４は端子ｈに接続する。
＜音声信号時間軸伸長装置＞
以下、本発明の音声信号時間軸伸長装置を図７に従って説明する。尚、本音声信号時間軸伸長装置に係わるそれぞれの構成要素が音声符号・復号化装置あるいは音声信号時間軸圧縮装置のそれと同一である場合には、同一番号を付すものとする。
【００５６】
図７において、自己相関係数算出部１１、最大値検出部１２、判定部１３、積和範囲縮小部１４、スイッチ１５、ピッチ周期抽出部１６、スイッチ２４は図６の音声信号時間軸圧縮装置のそれと同一であり、２１は図１の音声符号・復号化装置のそれと同一であるため説明は割愛する。
【００５７】
２５は伸長率決定部で、伸長率reを決定する。ここで、伸長率reは任意であるが一般的には、1＜re≦3の範囲で決定することが多い。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、音声信号が周期性のない無声音の場合は、時間軸圧縮及び伸長を行わないため、波形の性質が保存でき、再生音声の明瞭度が悪くなる等の品質劣化を防ぐことができるという効果を奏する。
【００５９】
また、音声信号のピッチ周期が変動している場合でも、自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小することにより、正確なピッチ周期を求めることができるため、時間軸圧縮及び伸長を行っても、波形の性質が保存でき、再生音声の明瞭度が悪くなる等の品質劣化を防ぐことができるという効果を奏する。
【００６０】
さらに、音声信号が周期性をもち同じピッチ周期が連続する場合、時間軸圧縮及び伸長を行う際の圧縮率及び伸長率を高めることによって、ピッチ周期抽出の処理負荷を軽減し、再生音声の品質を劣化させずに音声符号・復号化装置の圧縮率を高めることができるいう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音声符号・復号化装置の概略ブロック図である。
【図２】本発明による音声信号の時間軸圧縮例である。
【図３】本発明による音声信号の時間軸圧縮例である。
【図４】本発明の音声符号・復号化装置の符号化側処理フローである。
【図５】本発明の音声符号・復号化装置の復号化側処理フローである。
【図６】本発明の音声信号時間軸圧縮装置の概略ブロック図である。
【図７】本発明の音声信号時間軸伸長装置の概略ブロック図である。
【図８】従来の音声符号・復号化装置の概略ブロック図である。
【図９】音声信号の時間軸圧縮及び伸長方法の説明図である。
【図１０】従来技術による音声信号の時間軸圧縮例である。
【符号の説明】
１ … 自己相関算出部
２ … ピッチ周期抽出部
３ … 時間軸圧縮部
４ … 符号化部
５ … メモリ
６ … 復号化部
７ … 時間軸伸長部
１１ … 自己相関係数算出部
１２ … 最大値検出部
１３ … 判定部
１４ … 積和範囲縮小部
１５ … スイッチ
１６ … ピッチ周期抽出部
１７ … 圧縮率決定部
１８ … 時間軸圧縮部
１９ … スイッチ
２０ … 伸長率決定部
２１ … 時間軸伸長部
２２ … スイッチ
２３ … 圧縮率決定部
２４ … スイッチ
２５ … 伸長率決定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声の固体録音等に利用する音声信号時間軸圧縮装置及び音声信号時間軸伸長装置並びに該装置を用いた音声符号・復号化装置に係わり、特に音声信号のピッチ周期における繰り返しを利用して時間軸方向に圧縮、伸長を行う高能率音声符号化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音声の固体録音、音声応答システム等において音声情報の蓄積を行う場合には、蓄積用メモリ容量の削減が重要であるが、音声符号・復号化装置はこの要求を可能にするものである。
【０００３】
図８は、従来の音声符号・復号化装置の構成を示したものであって、１は自己相関算出部、２はピッチ周期抽出部、３は時間軸圧縮部、４は符号化部、５はメモリ、６は復号化部、７は時間軸伸長部である。
【０００４】
図８において、音声信号入力ｓ(ｎ)の自己相関値を自己相関算出部１で数１に従って求め、ピッチ周期抽出部２によってピッチ周期探索範囲内で最も相関が大きくなる周期をピッチ周期として抽出する。
【０００５】
【数１】
ここで、ピッチ周期の探索範囲としては、ピッチ周波数の上限、下限を想定し、例えば20≦k≦100（サンプリング周波数が8kHz時）程度の範囲で探索を行う。時間軸圧縮部３は、抽出されたピッチ周期に応じて入力ｓ(ｎ)を時間軸方向に圧縮し、圧縮信号ｓc(ｎ)を生じる。圧縮信号ｓc(ｎ)は、符号化部４に加えられて任意の符号化方式、例えばＡＤＰＣＭ方式やＣＥＬＰ方式で符号化される。
【０００７】
符号化された信号及びピッチ周期情報はメモリ５に記憶される。
【０００８】
再生側においては、復号化部６で符号化された信号を復号して圧縮再生信号ｓ’c(ｎ)を求める。この信号を時間軸伸長部７に加え、ピッチ周期の信号を用いて時間軸方向に伸長し、再生出力ｓ’(ｎ)を生じる。
【０００９】
図９は図８の音声符号化及び復号化装置における時間軸圧縮と時間軸伸長の処理の例を説明するものであって、図９(ａ)は時間軸圧縮、図９(ｂ)は時間軸伸長の模式図で、横軸は時間であり、縦軸は振幅を示している。
【００１０】
すなわち時間軸圧縮を行う場合は、図９(ａ)のように抽出されたピッチ周期Ｐごとに入力ｓ(ｎ)を切り出し、２周期を１組として前の周期の信号には重み窓ｗ(m)を掛け、後の周期の信号には逆特性の重み窓１−ｗ(m)を掛け、それぞれを加算することによって１周期の信号を合成し、１／２に圧縮された圧縮信号ｓc(n)を得る。
【００１１】
一方時間軸伸長を行う場合は、図９(ｂ)のように圧縮再生信号ｓc’(ｎ)を３周期分とり、前の２周期に重み窓１−ｗ’(ｍ)を掛け、後の２周期に重み窓ｗ’(ｍ)を掛け、それぞれを加算することによって２周期の信号を合成し、次に１周期進んだ時点で同様の操作を繰り返すことにより、２倍に伸長された伸長信号ｓ’(ｎ)を得る。
【００１２】
次に、音声信号波形に時間軸圧縮を施した例を図１０（ａ）に示す。図１０( ａ)のような音声信号において、自己相関値を算出する際の積和範囲Ｎで数１に よりピッチ周期Ｐ1を抽出し、上述した通り、図１０（ａ）のａ１からａ２の位 置までの最初の２周期を１周期の信号に圧縮する。そして図１０（ａ）のａ２の位置から再び積和範囲Ｎでピッチ周期を抽出し圧縮する。これを繰り返すことによって、音声信号波形は半分に圧縮することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、従来の音声符号・復号化装置において、ピッチ周期を抽出する際に、上述のような抽出手法では、音声信号が周期性のない無声音の部分では、ピッチ周期を抽出することができない。また、図１０(ｂ)の音声信号のように積和範囲Ｎの中でピッチ周期が変動している場合は、正確なピッチ周期を抽出することができない。
【００１４】
従ってこのような場合には、ランダムな値に設定されたピッチ周期に応じて、圧縮及び伸長が行われるため、波形の性質が保存されず、再生音声の明瞭度が悪くなる等の品質劣化を生じるという問題がある。
【００１５】
さらに、図１０(ａ)のような音声信号においては、最初に抽出したピッチ周期と次に抽出したピッチ周期が同じ値になり、ピッチ周期抽出の効率が悪く、ピッチ周期が短い場合は特に処理負荷が増大するという問題がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するために、入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値と閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記判定部の比較判定結果に応じて前記音声信号の時間軸圧縮処理を行う時間軸圧縮部とを有する音声符号化手段と、
前記判定部の比較判定結果に応じて時間軸伸長処理を行う時間軸伸長部を有する音声復号化手段を備える。
【００１７】
そして、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は、前記音声符号化手段で時間軸圧縮処理を行うと共に前記音声復号化手段で時間軸伸長処理を行い、一方前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は、前記音声符号化手段で時間軸圧縮処理を行わないと共に前記復号化手段で時間軸伸長処理を行わないことが望ましい。
【００１８】
また、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことが望ましい。
【００１９】
さらに、前記ピッチ周期抽出部が抽出したピッチ周期が前記自己相関係数を算出する際の積和範囲のなかに含まれる個数rc（但し、rcは整数）を求め、前記時間軸圧縮部が前記rc個のピッチ周期波形を１ピッチ周期波形に時間軸圧縮し、前記時間軸伸長部が１ピッチ周期波形を前記rc個のピッチ周期波形に時間軸伸長することが望ましい。
【００２０】
あるいは、本発明は上記問題点を解決するために、入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値が閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記判定部の比較判定結果に応じて前記音声信号の時間軸圧縮処理を行う時間軸圧縮部を備える。
【００２１】
そして、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は、時間軸圧縮処理を行い、一方前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は時間軸圧縮処理を行わないことが望ましい。
【００２２】
また、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で前記自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことが望ましい。
【００２３】
さらに、前記ピッチ周期抽出部が抽出したピッチ周期が前記自己相関係数を算出する際の積和範囲のなかに含まれる個数rc（但し、rcは整数）を求め、前記時間軸圧縮部が前記rc個のピッチ周期波形を１ピッチ周期波形に時間軸圧縮することが望ましい。
【００２４】
あるいは、本発明は上記問題点を解決するために、入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値が閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記判定部の比較判定結果に応じて前記音声信号の時間軸伸長処理を行う時間軸伸長部を備える。
【００２５】
そして、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は、時間軸伸長処理を行い、一方前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は時間軸伸長処理を行わないことが望ましい。
【００２６】
また、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことが望ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜音声符号・復号化装置＞
以下、本発明の音声符号・復号化装置を図１から図５に従って説明する。尚、本発明に係るそれぞれの構成要素が従来の音声符号・復号化装置のそれと同一である場合には、同一番号を付すものとする。
【００２８】
図１(ａ)は本発明の実施の一形態を説明するための符号化側概略ブロック図であって、１１は入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部、１２は自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部、１３はその最大値が閾値ｔより大きいか小さいかを判定する判定部であり、この判定部の判定結果を示す判定信号はメモリ５に送出される。閾値ｔの値は0≦ｔ≦1であり、圧縮率を高める場合には0付近の値を用い、一方再生音声の歪みを小さくする場合は1付近の値を用いる。
【００２９】
１４は自己相関係数を算出する際の積和範囲Ｎを短くして自己相関係数算出部１１に戻す積和範囲縮小部、１５は判定部１３の結果によって切り替えるスイッチ、１６はピッチ周期抽出部、１７は時間軸圧縮を行う際の圧縮率（＝入力音声波形長／出力音声波形長）を決定する圧縮率決定部、１８は入力音声の時間軸圧縮を行う時間軸圧縮部である。
【００３０】
図１(ｂ)は本発明の実施の一形態を説明するための復号化側概略ブロック図であって、１９はメモリ５に格納された判定信号によって切り替えるスイッチ、２０は時間軸伸長を行う際の伸長率（＝出力音声波形長／入力音声波形長）を決定する伸長率決定部、２１は時間軸伸長を行う時間軸伸長部、２２は１９のスイッチと連動するスイッチである。
【００３１】
次に、上述の構成における機能を説明する。
【００３２】
図１(ａ)において、自己相関係数算出部１１は入力音声信号の自己相関係数を数２によって求める。
【００３３】
【数２】
次に、第一のピッチ周期探索範囲20≦k≦100(サンプリング周波数が8kHz時)内でその自己相関係数の最大値を最大値検出部１２で検出し、その最大値が閾値ｔよりも大きいか小さいかを判定部１３で判定する。図２のように音声信号が周期性を持つ場合は、その自己相関係数の最大値は閾値ｔよりも大きく、一方音声信号が周期性を持たない場合は、閾値ｔよりも小さくなる。
【００３５】
但し、図３のように音声信号が周期性をもっていても積和範囲Ｎ内でピッチ周期が変動している場合は、自己相関係数の最大値は閾値ｔよりも小さくなる。このため、閾値ｔよりも小さい場合は積和範囲縮小部１４で積和範囲Ｎを減少させ、再度自己相関係数を算出し、第二のピッチ周期探索範囲内でその自己相関係数の最大値を最大値検出部１２で検出すれば、その最大値は閾値ｔよりも大きくなる。ここで、第二のピッチ周期探索範囲は、通常は第一のピッチ周期探索範囲と同一であるが積和範囲Ｎの値が小さくなればそれに応じて探索範囲を狭くする。例えば、Ｎ≧150の場合は20≦k≦100、150＞Ｎ≧120の場合は20≦k≦80、120＞ Ｎ≧90の場合は20≦k≦50にする。
【００３６】
上述のように再度自己相関係数を算出しても、判定部１３で自己相関係数が閾値ｔよりも小さいと判定された場合は、スイッチ１５を端子ａの方に接続すると共に判定信号h=0を出力し、一方判定部１３で閾値ｔよりも大きいと判定された 場合は、スイッチ１５を端子ｂの方に接続すると共に判定信号h=1を出力する。
【００３７】
スイッチ１５を端子ａに接続した場合、即ち入力音声信号が周期性を持たない場合は、音声信号を直接符号化部４に入力する。
【００３８】
スイッチ１５を端子ｂに接続した場合、即ち入力音声信号が周期性を持つ場合は、以下の手順で音声信号の時間軸圧縮を行う。
【００３９】
まずピッチ周期抽出部１６で自己相関係数が最大になる遅延量ｋをピッチ周期として抽出する。次に、圧縮率決定部１７で積和範囲Ｎ1とピッチ周期Ｐ1に基づいて数３により圧縮率rcを決定する。
【００４０】
【数３】
そして、時間軸圧縮部１８が、ピッチ周期及び圧縮率の値に基づいて時間軸圧縮を行う。
【００４２】
図２は、積和範囲Ｎ1の中に周期Ｐ1の周期波形が４つ含まれ、圧縮率rc=4で時間軸圧縮した場合を示す。図３は、積和範囲Ｎ1内でピッチ周期が変動しており 自己相関係数の最大値が閾値ｔよりも小さいため、積和範囲をＮ2に縮小し再度 自己相関係数を算出して閾値ｔよりも大きくなった場合で、圧縮率rc=2で圧縮した様子を示す。
【００４３】
符号化部４では、スイッチ１５が端子ａに接続している場合は，入力音声信号を符号化し、スイッチ１５が端子ｂに接続している場合は時間軸圧縮した信号を符号化し符号を出力する。
【００４４】
メモリ５には、符号、圧縮率、ピッチ周期及び判定信号を記録する。
【００４５】
図１(ｂ)において、まず符号を復号化部６で復号化する。次に、判定信号がh=0の場合はスイッチ１９を端子ｃに接続し、h=1の場合は端子ｄに接続する。
【００４６】
スイッチ１９を端子ｃに接続した場合は、復号化音声が直接出力される。
【００４７】
スイッチ１９を端子ｄに接続した場合は、伸長率決定部２０で圧縮率をもとに伸長率を決定する。伸長率は圧縮率と一致させることが多い。時間軸伸長部２１では、伸長率及びピッチ周期の値に基づいて時間軸伸長を行う。
【００４８】
スイッチ２２はスイッチ１９と連動し、再生音声を出力する。即ち、スイッチ１９が端子ｃに接続している場合はスイッチ２２は端子ｅに接続し、スイッチ１９が端子ｄに接続している場合はスイッチ２２は端子ｆに接続する。
【００４９】
次に、全体の処理フローを図４及び図５を用いて説明する。
【００５０】
図４は符号化側の処理フローである。ステップＳ１１で自己相関係数を算出する際の積和範囲Ｎ1（例えばＮ1＝200）を設定する。ステップＳ１２では変数ｉ を0に設定する。ステップＳ１３では入力音声信号の自己相関係数を算出する。 ステップＳ１４ではステップＳ１３で求めた自己相関係数の中から最大値を検出する。ステップＳ１５ではその最大値が閾値ｔより小さいか大きいかを判断する。閾値ｔより小さい場合はステップＳ１６へ、大きい場合はステップＳ２０へ進む。
【００５１】
ステップＳ１６では変数ｉが2よりも小さいか大きいかを判断し、小さい場合 はステップＳ１７へ、大きい場合はステップＳ１９へ進む。ステップＳ１７では変数ｉをインクリメントする。ステップＳ１８では積和範囲Ｎ1を例えば50減少 させ(Ｎ2＝Ｎ1−50)、ステップＳ１３へ戻す。ステップＳ１９ではスイッチ１５を端子ａに接続し、ステップＳ２０へ進んだ場合はスイッチ１５を端子ｂに接続する。ステップＳ２１では自己相関係数が最大となるときの遅れkをピッチ周期 とし、ステップＳ２２では圧縮率を決定し、ステップＳ２３で時間軸圧縮を行う。ステップＳ２４では符号化を行い、最後にステップＳ２５で符号，圧縮率、ピッチ周期及び判定結果をメモリに格納する。
【００５２】
図５は復号化側の処理フローである。ステップＳ３１でメモリから符号，圧縮率、ピッチ周期及び判定結果を読み出す。ステップＳ３２では復号化を行う。ステップＳ３３では判定信号hが0か1かを判断する。h=1の場合はステップＳ３４に進みスイッチ１９を端子ｄに接続し、h=0の場合はステップＳ３８に進み端子ｃ に接続する。ステップＳ３４でスイッチ１９を端子ｄに接続した場合はステップＳ３５で伸長率を決定する。伸長率は圧縮率と一致させることが多い。
【００５３】
次に、ステップＳ３６で時間軸伸長を行い、ステップＳ３７でスイッチ２２を端子ｆに接続する。スイッチ１９を端子ｃに接続した場合はステップＳ３９でスイッチ２２を端子ｅに接続する。最後に、ステップＳ４０で再生音声が出力される。
＜音声信号時間軸圧縮装置＞
以下、本発明の音声信号時間軸圧縮装置を図６に従って説明する。尚、本音声信号時間軸圧縮装置に係わるそれぞれの構成要素が音声符号・復号化装置のそれと同一である場合には、同一番号を付すものとする。
【００５４】
図６において、自己相関係数算出部１１、最大値検出部１２、判定部１３、積和範囲縮小部１４、スイッチ１５、ピッチ周期抽出部１６、時間軸圧縮部１８は図１の音声符号・復号化装置のそれと同一であるため説明は割愛する。
【００５５】
２３は圧縮率決定部で、自己相関係数を算出する際の積和範囲Ｎ1とピッチ周 期Ｐ1により、圧縮率rcは、1＜rc≦［Ｎ1／Ｐ1］の範囲で決定する（但し、［］はガウス記号でその記号内の数を越えない最大の整数を表す。）。２４はス イッチでスイッチ１５と連動し、音声を出力する。即ち、スイッチ１５が端子ａに接続している場合はスイッチ２４は端子ｇに接続し、スイッチ１５が端子ｂに接続している場合はスイッチ２４は端子ｈに接続する。
＜音声信号時間軸伸長装置＞
以下、本発明の音声信号時間軸伸長装置を図７に従って説明する。尚、本音声信号時間軸伸長装置に係わるそれぞれの構成要素が音声符号・復号化装置あるいは音声信号時間軸圧縮装置のそれと同一である場合には、同一番号を付すものとする。
【００５６】
図７において、自己相関係数算出部１１、最大値検出部１２、判定部１３、積和範囲縮小部１４、スイッチ１５、ピッチ周期抽出部１６、スイッチ２４は図６の音声信号時間軸圧縮装置のそれと同一であり、２１は図１の音声符号・復号化装置のそれと同一であるため説明は割愛する。
【００５７】
２５は伸長率決定部で、伸長率reを決定する。ここで、伸長率reは任意であるが一般的には、1＜re≦3の範囲で決定することが多い。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、音声信号が周期性のない無声音の場合は、時間軸圧縮及び伸長を行わないため、波形の性質が保存でき、再生音声の明瞭度が悪くなる等の品質劣化を防ぐことができるという効果を奏する。
【００５９】
また、音声信号のピッチ周期が変動している場合でも、自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小することにより、正確なピッチ周期を求めることができるため、時間軸圧縮及び伸長を行っても、波形の性質が保存でき、再生音声の明瞭度が悪くなる等の品質劣化を防ぐことができるという効果を奏する。
【００６０】
さらに、音声信号が周期性をもち同じピッチ周期が連続する場合、時間軸圧縮及び伸長を行う際の圧縮率及び伸長率を高めることによって、ピッチ周期抽出の処理負荷を軽減し、再生音声の品質を劣化させずに音声符号・復号化装置の圧縮率を高めることができるいう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音声符号・復号化装置の概略ブロック図である。
【図２】本発明による音声信号の時間軸圧縮例である。
【図３】本発明による音声信号の時間軸圧縮例である。
【図４】本発明の音声符号・復号化装置の符号化側処理フローである。
【図５】本発明の音声符号・復号化装置の復号化側処理フローである。
【図６】本発明の音声信号時間軸圧縮装置の概略ブロック図である。
【図７】本発明の音声信号時間軸伸長装置の概略ブロック図である。
【図８】従来の音声符号・復号化装置の概略ブロック図である。
【図９】音声信号の時間軸圧縮及び伸長方法の説明図である。
【図１０】従来技術による音声信号の時間軸圧縮例である。
【符号の説明】
１ … 自己相関算出部
２ … ピッチ周期抽出部
３ … 時間軸圧縮部
４ … 符号化部
５ … メモリ
６ … 復号化部
７ … 時間軸伸長部
１１ … 自己相関係数算出部
１２ … 最大値検出部
１３ … 判定部
１４ … 積和範囲縮小部
１５ … スイッチ
１６ … ピッチ周期抽出部
１７ … 圧縮率決定部
１８ … 時間軸圧縮部
１９ … スイッチ
２０ … 伸長率決定部
２１ … 時間軸伸長部
２２ … スイッチ
２３ … 圧縮率決定部
２４ … スイッチ
２５ … 伸長率決定部
Claims (3)
- 入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値と閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記音声信号の時間軸圧縮処理を行う時間軸圧縮部とを有する音声符号化手段と、
前記時間軸圧縮部により時間軸圧縮処理された前記音声信号の時間軸伸長処理を行う時間軸伸長部を有する音声復号化手段とを備え、
前記判定部による大小比較の結果、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は、前記時間軸圧縮部で時間軸圧縮処理を行うと共に前記時間軸伸長部で時間軸伸長処理を行い、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は、前記時間軸圧縮部で時間軸圧縮処理を行わないと共に前記時間軸伸長部で時間軸伸長処理を行わないことに加え、
前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことを特徴とする音声符号・復号化装置。 - 入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値が閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記音声信号の時間軸圧縮処理を行う時間軸圧縮部を備え、
該時間軸圧縮部は、前記判定部による大小比較の結果、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は時間軸圧縮処理を行い、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は時間軸圧縮処理を行わないことに加え、
前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことを特徴とする音声信号時間軸圧縮装置。 - 入力音声信号の自己相関係数を算出する自己相関係数算出部と、第一のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出する最大値検出部と、該自己相関係数の最大値が閾値ｔとの大小比較を行う判定部と、前記自己相関係数が最大となる遅延量ｋを前記音声信号のピッチ周期とするピッチ周期抽出部と、前記音声信号の時間軸伸長処理を行う時間軸伸長部を備え、
該時間軸伸長部は、前記判定部による大小比較の結果、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより大きい場合は時間軸伸長処理を行い、前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合は時間軸伸長処理を行わないことに加え、
前記自己相関係数の最大値が前記閾値ｔより小さい場合に、前記自己相関係数を算出する際の積和範囲を縮小して、前記自己相関係数算出部で再度自己相関係数を算出し直し、前記最大値検出部によって第二のピッチ周期探索範囲内で該自己相関係数の最大値を検出し、前記判定部で再度該自己相関係数の最大値と前記閾値ｔとの大小比較を行うことを特徴とする音声信号時間軸伸長装置。
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