JP3887598B2 - 確率的符号帳の音源の符号化方法及び復号化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置／音声復号装置における確率的符号帳の音源の符号化方法／復号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット通信に代表されるパケット通信システムや、移動通信システムなどで音声信号を伝送する場合、音声信号の伝送効率を高めるため、圧縮・符号化技術がよく使われる。これまでに多くの音声符号化方式が開発されており、ＣＥＬＰ方式等、近年開発された低ビットレート音声符号化方式の多くは、音声信号をスペクトル包絡情報とスペクトルの微細構造情報とに分離し、分離した情報をそれぞれ圧縮・符号化する方式である（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置では、適応符号帳が格納している適応コードベクトルと、確率的符号帳が格納している固定コードベクトルの全組み合わせについて合成音声ベクトルを計算し、各合成音声と入力音声信号との距離計算を行い、距離が最小となる適応コードベクトルのインデクスと固定コードベクトルのインデクス求める。
【０００４】
ここで、確率的符号帳の１つとして、代数的符号帳（Algebraic Codebook）が知られている。この符号帳は、比較的少ない計算量で確率的符号帳の探索を行うことができることから、近年のＣＥＬＰで多く用いられている符号帳である。
【０００５】
代数的符号帳の音源は、少数の振幅１で極性（＋、−）のあるパルスで構成され、パルス位置（この場合の音源波形候補）は互いに重ならないような配置となる。
【０００６】
例えば、サブフレーム３２、パルス本数（＝チャネル数）４の場合、各チャネルのパルスの数は３２／４＝８で、第０チャネルのパルス位置ｉｃｉ０［ｉ０］、第１チャネルのパルス位置ｉｃｉ１［ｉ１］、第２チャネルのパルス位置ｉｃｉ２［ｉ２］、第３チャネルのパルス位置ｉｃｉ３［ｉ３］は以下のようになる。なお、ｉ０、ｉ１、ｉ２、ｉ３は各チャネルのインデクスを示す。
ｉｃｉ０［ｉ０］＝｛０， ４， ８，１２，１６，２０，２４，２８｝
ｉｃｉ１［ｉ１］＝｛１， ５， ９，１３，１７，２１，２５，２９｝
ｉｃｉ２［ｉ２］＝｛２， ６，１０，１４，１８，２２，２６，３０｝
ｉｃｉ３［ｉ３］＝｛３， ７，１１，１５，１９，２３，２７，３１｝
【０００７】
従来の確率的符号帳は、各チャネルのパルス位置を独立に符号化し、これと極性の符号を合わせた符号を確率的音源の符号としている。
【０００８】
例えば、上記のサブフレーム３２、チャネル数４の場合、従来の確率的符号帳１０３は、各チャネルのパルス位置を３ビットで表現し、極性の符号と合わせて、（３＋１）×４＝１６ビットの符号により符号化する。
【０００９】
【非特許文献１】
M.R.Schroeder, B.S.Atal, "Code Excited Linear Prediction: High Quality Speech at Low Bit Rate", IEEE proc., ICASSP'85 pp.937-940
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の確率的符号帳の符号化方法では、ビットレートが低くなると、各チャネルに割り当てられるビットも限られ、パルスが全く立たない位置が存在するようになり、符号（位置情報）に対応する音源波形のヴァリエーションが激減するため、音質劣化が起こるという問題を有している。
【００１１】
例えば、上記サブフレーム３２、チャネル数４の場合、１６ビット未満で符号化するとパルスが全く立たない位置が存在するようになる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、確率的符号帳のパルスを符号化する際のビット数の削減を図りながら、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる確率的符号帳の音源の符号化方法及び復号化方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のチャネルに分かれている確率的符号帳の音源の符号化方法及び復号化方法であって、符号化方法においては、所定のチャネルの音源波形候補を他のチャネルの音源波形候補と関連付けし、関連付けられた前記所定のチャネルの音源波形候補と前記他のチャネルの音源波形候補とを用いて符号化歪を最小化する音源波形を探索する探索ステップと、探索により求められた前記音源波形の符号を用いて確率的符号帳の音源の符号を決定する符号化ステップと、を具備し、前記探索ステップでは、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号の変化に対応して前記所定のチャネルの音源波形候補が変化する関連付けを行い、変化後の前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号と、前記関連付けに基づいて変化した前記所定のチャネルの音源波形候補とを、予め設定された関数に用いて関数値を算出し、前記関数値を用いて、前記符号化歪を最小化する各チャネルの音源波形候補を探索により求め、前記符号化ステップでは、前記符号化歪を最小化する前記各チャネルの音源波形候補を前記音源波形として符号化することにより前記音源波形の符号を求め、前記音源波形の符号を用いて確率的符号帳の音源の符号を決定する。また、復号化方法においては、得られた音源波形の符号に基づいて各チャネルの音源波形候補を生成する音源波形候補生成ステップと、所定のチャネルの音源波形候補と他のチャネルの音源波形候補との関連付けを実行することで音源波形を復号化する復号化ステップと、を具備し、前記復号化ステップでは、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる関連付けの処理を実行することで音源波形を復号化する、方法を採る。
【００１４】
本発明の符号化方法は、前記探索ステップでは、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる関連付けの処理を予め設定された回数について繰り返し行うループ計算を、チャネルの数ｎだけ多重化したｎ重ループとして行うことで前記音源波形を探索し、前記ループ計算は、所定のループにて前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで、前記所定のループよりも内側のループの前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる、方法を採る。
【００１５】
本発明の符号化方法及び復号化方法は、確率的符号帳が代数的符号帳であり、音源波形候補がパルス位置である方法を採る。
【００１６】
本発明の符号化方法及び復号化方法は、前記関連付けは、前記所定のチャネルの音源波形候補を、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を用いた剰余演算結果にて関連付ける方法を採る。
【００１７】
これらの方法により、確率的音源を従来よりも少ないビット数で表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【００１８】
本発明の音声符号化装置は、上記いずれかの符号化方法により確率的符号帳の音源を符号化する構成を採る。また、本発明の音声復号装置は、上記いずれかの復号化方法に対応した確率的符号帳の音源の復号を行う構成を採る。
【００１９】
これらの構成により、確率的音源を従来よりも少ないビット数で表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、所定のチャネルのパルス位置を他のチャネルのパルス位置と関連付け、所定のアルゴリズムによりパルス位置を探索し、探索されたパルス位置の符号と極性の符号とを確率的音源の符号とすることである。
【００２１】
図１は、ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図である。なお、入力音声信号は、２０ｍｓ程度の時間間隔で区切られた処理フレームごとに、音声符号化装置に逐次入力されるものとする。
【００２２】
処理フレームごとに音声符号化装置に入力された入力音声信号は、まず、ＬＰＣ分析部１０１に供給される。ＬＰＣ分析部１０１は、入力音声信号をＬＰＣ（Linear Predictive Coding）分析してＬＰＣ係数を取得し、ＬＰＣ係数をベクトル量子化してＬＰＣ符号とし、このＬＰＣ符号を復号して復号化ＬＰＣ係数を得る。
【００２３】
音源作成部１０４は、適応符号帳１０２及び確率的符号帳１０３から、それぞれ適応コードベクトル及び固定コードベクトルを読み出して、ＬＰＣ合成部１０５へ送る。ＬＰＣ合成部１０５は、音源作成部１０４から供給される適応コードベクトル及び固定コードベクトルを、ＬＰＣ分析部１０１より与えられる復号化ＬＰＣ係数をフィルタ係数にもつ全極型の合成フィルタでそれぞれ合成フィルタリングし、合成適応コードベクトル及び合成固定コードベクトルを得る。
【００２４】
比較部１０６は、ＬＰＣ合成部１０５から出力される合成適応コードベクトルと合成固定コードベクトルと入力音声信号との関係を分析して、合成適応コードベクトルに乗じる適応符号帳最適ゲインと合成固定コードベクトルに乗じる確率的符号帳最適ゲインをそれぞれ求める。
【００２５】
また、比較部１０６は、合成適応コードベクトルに適応符号帳最適ゲインを乗じて得られるベクトルと、合成固定コードベクトルに確率的符号帳最適ゲインを乗じて得られるベクトルとを加算して合成音声ベクトルを取得し、合成音声と入力音声信号との距離計算を行う。そして、比較部１０６は、適応符号帳１０２が格納している適応コードベクトルと、確率的符号帳１０３が格納している固定コードベクトルの全組み合わせについて合成音声ベクトルを取得し、合成音声と入力音声信号との距離が最小となる適応コードベクトルのインデクスと固定コードベクトルのインデクス求める。そして、比較部１０６は、各符号帳から出力されるコードベクトルのインデクス、インデクスに対応するそれぞれのコードベクトル、並びにインデクスに対応する適応符号帳最適ゲイン及び確率的符号帳最適ゲインをパラメータ符号化部１０７へ送る。
【００２６】
パラメータ符号化部１０７は、適応符号帳最適ゲインと確率的符号帳最適ゲインを符号化してゲイン符号を取得し、ゲイン符号と、ＬＰＣ分析部１０１から与えられたＬＰＣ符号と、各符号帳のインデクスとを処理フレームごとにまとめて出力する。
【００２７】
また、パラメータ符号化部１０７は、適応符号帳のインデクスに対応する適応コードベクトルにゲイン符号に対応する適応符号帳ゲインを乗じて得られるベクトルと、確率的符号帳のインデクスに対応する固定コードベクトルにゲイン符号に対応する確率的符号帳ゲインを乗じたベクトルとの２つベクトルを加算して駆動音源ベクトルを取得し、駆動音源ベクトルで適応符号帳１０２内の古い適応コードベクトルを更新する。
【００２８】
なお、ＬＰＣ合成部１０５における合成フィルタリングは、線形予測係数や、高域強調フィルタや、入力音声を長期予測分析して得られる長期予測係数を用いた聴感重み付けフィルタを併用するのが一般的である。
【００２９】
また、適応符号帳と確率的符号帳の最適インデクスの探索、最適ゲインの算出、最適ゲインの符号化処理は、フレームを更に分割したサブフレーム単位で行われるのが一般的である。
【００３０】
なお、音声復号装置（デコーダ）では、図１に示したＬＰＣ分析部１０１、適応符号帳１０２、確率的符号帳１０３、音源作成部１０４、ＬＰＣ合成部１０５と同一の構成を備え、音声符号化装置から伝送されてきた各符号を復号して音源波形を得る。
【００３１】
ここで、計算量を削減するために、比較部１０６では、通常、適応符号帳１０２の音源と確率的符号帳１０３の音源をオープンループにより探索する。以下、このオープンループによる探索手順を述べる。
（１）まず、音源作成部１０４が適応符号帳１０２のみから音源候補（適応音源）を次々に選び、ＬＰＣ合成部１０５が合成音を生成し、比較部１０６が入力音声と合成音との比較を行って最適な適応符号帳１０２の符号を選択する。なお、この時のゲインは符号化歪が最も少なくなる値（最適ゲイン）であると仮定して選択を行う。
（２）次に、上記適応符号帳の符号を固定し、音源作成部１０４が適応符号帳１０２からは同じ音源を、確率的符号帳１０３が比較部１０６の符号に対応した音源（確率的音源）を次々に選択し、ＬＰＣ合成部１０５が合成音を生成し、比較部１０６が両合成音の和と入力音声の比較を行って最適な確率的符号帳１０３の符号を決定する。なお、上記（１）と同様に、この時のゲインは符号化歪が最も少なくなる値（最適ゲイン）であることを仮定して選択を行う。
【００３２】
以上の手順にて最適な音源を探索することにより、両符号帳の全ての音源の組み合わせを比較して最適な音源を探索する方法より、符号化性能は若干劣化するが、計算量は大幅に削減される。
【００３３】
次に、確率的符号帳１０３の音源の探索方法の詳細について説明する。
音源の符号の導出は、以下の式（１）の符号化歪Ｅを最小化する音源を探索することにより行われる。なお、式（１）において、ｘ：符号化ターゲット、ｐ：適応音源のゲイン、Ｈ：聴感重み付け合成フィルタ、ａ：適応音源、ｑ：確率的音源のゲイン、ｓ：確率的音源である。
【００３４】
【数１】
適応音源はオープンループで探索されるので、確率的符号帳１０３の符号の導出は以下の式（２）の符号化歪Ｅを最小化する確率的音源を探索することにより行われる。なお、式（２）において、ｙ：確率的音源探索のターゲットベクトルである。
【００３５】
【数２】
ここで、ゲインｐ、ｑは音源を探索した後で決定するものとし、ゲインｐ、ｑ＝１とすることにより、上記式（２）は以下の式（３）と書くことができる。
【００３６】
【数３】
そして、この歪の式を最小化することは以下の式（４）の関数Ｃを最大化することと等価である。
【００３７】
【数４】
従って、代数符号帳の音源のような少数パルスからなる音源の探索の場合は、ｙＨとＨＨを予め計算しておけば、少ない計算量で上記関数Ｃを算出することができる。
【００３８】
ｙＨはベクトルｙを逆順にしてマトリクスＨを畳み込み、更にその結果を逆順にすることにより求めることができ、ＨＨはマトリクス同士の掛け算により求めることができる。
【００３９】
確率的符号帳１０３は、以下の（１）から（４）の手順により、確率的音源を探索して符号化する。
（１）まず、前処理として、ベクトルｙＨとマトリクスＨＨを算出する。
（２）次に、ベクトルｙＨの要素の極性（＋−）から、事前にパルスの極性を決める。具体的には、各位置に立つパルスの極性をｙＨのその位置の値に合わせることとし、ｙＨの値の極性を別の配列に格納しておく。各位置の極性を別の配列に格納した後、ｙＨの値は全て絶対値をとり正の値に変換しておく。また、その極性にあわせてＨＨの値も極性を乗ずることによって変換しておく。
（３）次に、ｎ重ループ（ｎはチャネル数）の探索アルゴリズムを用いて、ｙＨとＨＨの値を加算することにより上記式（４）に示した関数Ｃを求め、この値が最大となる各チャネルのパルス位置を探索する。
（４）探索された各チャネルのパルス位置を符号化し、これと極性の符号を合わせた符号を確率的音源の符号とする。
【００４０】
以下、本発明の各実施の形態に係る確率的音源の符号化方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施の形態では、サブフレーム３２、パルス本数（＝チャネル数）４の代数的符号帳を用いて説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
実施の形態１では、所定のチャネルのインデクスを他のチャネルによって変化させる場合について説明する。
【００４２】
本実施の形態では、第０チャネルのパルス位置ｉｃｉ０［ｉ０］、第１チャネルのパルス位置ｉｃｉ１［ｊ１］、第２チャネルのパルス位置ｉｃｉ２［ｊ２］、第３チャネルのパルス位置ｉｃｉ３［ｊ３］を以下のものとする。
ｉｃｉ０［ｉ０］＝｛０， ４， ８，１２，１６，２０，２４，２８｝
ｉｃｉ１［ｊ１］＝｛１， ５， ９，１３，１７，２１，２５，２９｝
ｉｃｉ２［ｊ２］＝｛２， ６，１０，１４，１８，２２，２６，３０｝
ｉｃｉ３［ｊ３］＝｛３， ７，１１，１５，１９，２３，２７，３１｝
【００４３】
なお、ｉ０（０≦ｉ０≦７）は第０チャネルのインデクス、ｊ１（０≦ｊ１≦７）は第１チャネルのインデクス、ｊ２（０≦ｊ２≦７）は第２チャネルのインデクス、ｊ３（０≦ｊ３≦７）は第３チャネルのインデクスである。
【００４４】
例えば、ｉ０＝０のパルス位置は｛０｝、ｉ０＝１のパルス位置は｛４｝・・・、ｊ１＝０のパルス位置は｛１｝、ｊ１＝１のパルス位置は｛５｝・・・となる。
【００４５】
また、第１チャネル、第２チャネル、第３チャネルのパルスは、２個１組にグループ化される。例えば、第１チャネルは、第０グループ｛１，５｝、第１グループ｛９，１３｝、第２グループ｛１７，２１｝、第３グループ｛２５，２９｝の４つにグループ化される。
【００４６】
そして、ｉ１（０≦ｉ１≦３）を第１チャネルのグループインデクス、ｉ２（０≦ｉ２≦３）を第２チャネルのグループインデクス、ｉ３（０≦ｉ３≦３）を第３チャネルのグループインデクスとすると、インデクスｊ１、ｊ２、ｊ３とグループインデクスｉ１、ｉ２、ｉ３とは以下の式（５）の関係を有する。
ｊ１＝ｉ１×２＋（ｉ０％２）
ｊ２＝ｉ２×２＋（（ｉ０＋ｉ１）％２）
ｊ３＝ｉ３×２＋（（ｉ１＋ｉ２）％２）・・・式（５）
【００４７】
ただし、式（５）において、「％」はその左の数値（インデクス）を右の数値で除した際の剰余を求める演算である。なお、インデクスｉ０〜ｉ３を２進数で表現すれば、「％」の演算は、その左のインデクスの最下位１ビットの符号を調べるだけで実現することができる。
【００４８】
本実施の形態では、上記式（５）に示すように、第１から第３のチャネルのインデクスを他のチャネルのインデクスによって変化させる。例えば、第１チャネルのインデクスｊ１は第０チャネルのインデクスｉ０によって変化し、ｉ０＝０のときｉｃｉ１［ｊ１］＝｛１， ９，１７，２５｝であり、ｉ０＝１のときｉｃｉ１［ｊ１］＝｛５，１３，２１，２９｝である。
【００４９】
図２、図３は、本実施の形態に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図である。
【００５０】
図２、図３において、第０ループはｉ０を０から７まで変化させるループであり、第１ループはｉ１を０から３まで変化させるループであり、第２ループはｉ２を０から３まで変化させるループであり、第３ループはｉ３を０から３まで変化させるループである。
【００５１】
図２、図３では、まず、ｉ０＝０、ｉ１＝０、ｉ２＝０を固定し、第１段階として第３ループにて各ｉ３におけるｙ、Ｈを算出し、その中の最大値ｙmax、Ｈmax、及び、そのときのｉ０、ｉ１、ｉ２、ｉ３をそれぞれｉｉ０、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３として保存する。この場合、探索される第３チャネルのパルス位置は、ｉｃｉ３［ｊ３］＝｛３，１１，１９，２７｝である。
【００５２】
次に、第２段階として、第２ループにてｉ２をインクリメントさせ、各ｉ２において上記第１段階の演算を行う。なお、ｉ０＝０、ｉ１＝０、ｉ２＝１の場合、第１段階で探索される第３チャネルのパルス位置は、ｉｃｉ３［ｊ３］＝｛７，１５，２３，３１｝である。このように、ｉ０、ｉ１、ｉ２の値によって第１段階で探索される第３チャネルのパルス位置が変化する。
【００５３】
次に、第３段階として、第１ループにてｉ１をインクリメントさせ、各ｉ１において上記第１段階、第２段階の演算を行う。この場合、ｉ０、ｉ１の値によって第２段階で探索される第２チャネルのパルス位置が変化する。
【００５４】
最後に、第４段階として、第０ループにてｉ０をインクリメントさせ、ｉ０において上記第１段階、第２段階、第３段階の演算を行う。この場合、ｉ０の値によって第３段階で探索される第１チャネルのパルス位置が変化する。
【００５５】
このように、本実施の形態では、ｎ重ループ（ｎはチャネル数）の探索アルゴリズムにおいて、ループの外側の符号に応じて内側のループの候補位置を変化させる。
【００５６】
そして、探索した全てのパルス位置においてｙ、Ｈが最大となるｉｉ０、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３を求める。
【００５７】
この結果、ｉｉ０は３ビット、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３は各２ビットなので、パルス位置は９ビットで符号化することができ、各チャネルの極性の符号（１ビット×４チャネル）と合わせて１３ビットの符号により符号化することができる。従って、従来よりも符号化に必要なビット数を削減することができ、低ビットレート化を図ることができる。
【００５８】
一方、第１から第３チャネルのインデクスｊ１、ｊ２、ｊ３はそれぞれ８箇所とることができるので、サブフレームにおいてパルスが全く立たない位置が存在せず、符号（位置情報）に対応する音源波形のヴァリエーションを確保することができ、音質劣化を防ぐことができる。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、所定のチャネルのインデクスを他のチャネルによって変化させることにより、所定のチャネルのパルス位置を他のチャネルのパルス位置と関連付ける。これにより、確率的音源を従来よりも少ないビット数で表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
実施の形態２は、所定のチャネルのパルス位置そのものを他のチャネルによって変化させる場合について説明する。
【００６１】
本実施の形態では、第０チャネルのパルス位置ｉｃｉ０［ｉ０］、第１チャネルのパルス位置ｉｃｉ１［ｉ１］、第２チャネルのパルス位置ｉｃｉ２［ｉ２］、第３チャネルのパルス位置ｉｃｉ３［ｉ３］を以下のものとする。ここで、第１から第３チャネルのパルス位置の１つ多い位置が存在しないことに注意されたい。
ｉｃｉ０［ｉ０］＝｛４， ７，１２，１５，２０，２３，２８，３１｝
ｉｃｉ１［ｉ１］＝｛０， ８，１６，２４｝
ｉｃｉ２［ｉ２］＝｛２，１０，１８，２６｝
ｉｃｉ３［ｉ３］＝｛５，１３，２１，２９｝
【００６２】
なお、ｉ０（０≦ｉ０≦７）は第０チャネルのインデクス、ｉ１（０≦ｉ１≦３）は第１チャネルのインデクス、ｉ２（０≦ｉ２≦３）は第２チャネルのインデクス、ｉ３（０≦ｉ３≦３）は第３チャネルのインデクスである。
【００６３】
例えば、ｉ０＝０のパルス位置は｛４｝、ｉ０＝１のパルス位置は｛７｝・・・、ｉ１＝０のパルス位置は｛０｝、ｉ１＝１のパルス位置は｛８｝・・・となる。
【００６４】
そして、各チャネルのパルス位置ｉｃｉ０［ｉ０］、ｉｃｉ１［ｉ１］、ｉｃｉ２［ｉ２］、ｉｃｉ３［ｉ３］は、以下の式（６）によりインデクスｉ０、ｉ１、ｉ２、ｉ３にてｋ０、ｋ１、ｋ２、ｋ３に調整される。
ｋ０＝ｉｃｉ０［ｉ０］
ｋ１＝ｉｃｉ１［ｉ１］×２＋（ｉ０％２）
ｋ２＝ｉｃｉ０［ｉ２］×２＋（（ｉ０＋ｉ１）％２）
ｋ３＝ｉｃｉ０［ｉ３］×２＋（（ｉ１＋ｉ２）％２）・・・式（６）
【００６５】
ただし、式（６）において、「％」はその左の数値（インデクス）を右の数値で除した際の剰余を求める演算である。
【００６６】
上記式（６）に示すように、本実施の形態では、第１から第３のチャネルのパルスの位置そのものを他のチャネルによって変化させる。この結果、第０から第３チャネルの調整されたパルス位置ｋ０、ｋ１、ｋ２、ｋ３は以下のようになる。
ｋ０＝｛４， ７，１２，１５，２０，２３，２８，３１｝
ｋ１＝｛０， １， ８， ９，１６，１７，２４，２５｝
ｋ２＝｛２， ３，１０，１１，１８，１９，２６，２７｝
ｋ３＝｛５， ６，１３，１４，２１，２２，２９，３０｝
【００６７】
図４、図５は、本実施の形態に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図である。
【００６８】
図４、図５において、第０ループはｉ０を０から７まで変化させるループであり、第１ループはｉ１を０から３まで変化させるループであり、第２ループはｉ２を０から３まで変化させるループであり、第３ループはｉ３を０から３まで変化させるループである。
【００６９】
図４、図５では、まず、ｉ０＝０、ｉ１＝０、ｉ２＝０を固定し、第１段階として第３ループにて各ｉ３におけるｙ、Ｈを算出し、その中の最大値ｙmax、Ｈmax、及び、そのときのｉ０、ｉ１、ｉ２、ｉ３をそれぞれｉｉ０、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３として保存する。
【００７０】
次に、第２段階として、第２ループにてｉ２をインクリメントさせ、各ｉ２において上記第１段階の演算を行う。
【００７１】
次に、第３段階として、第１ループにてｉ１をインクリメントさせ、各ｉ１において上記第１段階、第２段階の演算を行う。
【００７２】
最後に、第４段階として、第０ループにてｉ０をインクリメントさせ、ｉ０において上記第１段階、第２段階、第３段階の演算を行い、探索した全てのパルス位置においてｙ、Ｈが最大となるｉｉ０、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３を求める。
【００７３】
この結果、ｉｉ０は３ビット、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３は各２ビットなので、パルス位置は９ビットで符号化することができ、各チャネルの極性の符号（１ビット×４チャネル）と合わせて１３ビットの符号により符号化することができる。従って、従来よりも符号化に必要なビット数を削減することができ、低ビットレート化を図ることができる。
【００７４】
一方、第１から第３チャネルの調整されたパルス位置（ｋ１、ｋ２、ｋ３）はそれぞれ８箇所とることができるので、サブフレームにおいてパルスが全く立たない位置が存在せず、符号（位置情報）に対応する音源波形のヴァリエーションを確保することができ、音質劣化を防ぐことができる。
【００７５】
このように、本実施の形態によれば、所定のチャネルのパルス位置そのものを他のチャネルによって変化させることにより、従来よりも少ないビット数で確率的音源を表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【００７６】
なお、音声復号装置に用意された確率的符号帳では、上記各実施の形態で符号化され、伝送された各チャネルの符号に対して上記探索アルゴリズムによる演算を行うことにより、音声符号化装置にて探索された確率的音源を求めることができる。
【００７７】
なお、上記各実施の形態では、ヴァリエーションを２倍にするため２の剰余をとったが、本発明はこれに限られず、更なる低ビットレート化やサブフレーム長拡張のため剰余を取る数値を３以上に大きくする場合にも有効である。
【００７８】
また、上記各実施の形態では、複数チャネルの情報を加算によって統合したが、本発明はこれに限られず、重み付き加算（定数を乗じて加算）や乱数発生器等より高度な関数を用いる場合にも有効である。
【００７９】
また、上記各実施の形態では、剰余によって他のチャネルの情報を反映する値の抽出を行ったが、本発明はこれに限られず、乱数発生器や変換テーブルを用いる等、より高度な関数を用いる場合にも有効である。
【００８０】
また、上記各実施の形態では、代数的符号帳を用いた場合でありインパルスの位置が符号に対応していたが、本発明はこれに限られず、確率的符号帳が部分波形の和で構成されておりその始端位置が符号に対応している場合にも有効である。
【００８１】
また、上記各実施の形態では、代数的符号帳を用いた場合でありインパルスの位置が符号に対応していたが、本発明はこれに限られず、確率的符号帳がＲＯＭに格納された多数の固定波形で構成されており、その中の複数の和で音源波形が作成されており、その波形番号が符号に対応している場合にも有効である。この場合、「位置」を「波形番号」に置き換えれば本発明を容易に応用することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定のチャネルのパルス位置を他のチャネルのパルス位置と関連付けて符号化し、これと極性の符号を合わせた符号を確率的符号帳の音源の符号とすることにより、確率的音源を従来よりも少ないビット数で表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図
【図３】本発明の実施の形態１に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図
【図４】本発明の実施の形態２に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図
【図５】本発明の実施の形態２に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図
【符号の説明】
１０１ ＬＰＣ分析部
１０２ 適応符号帳
１０３ 確率的符号帳
１０４ 音源作成部
１０５ ＬＰＣ合成部
１０６ 比較部
１０７ パラメータ符号化部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置／音声復号装置における確率的符号帳の音源の符号化方法／復号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット通信に代表されるパケット通信システムや、移動通信システムなどで音声信号を伝送する場合、音声信号の伝送効率を高めるため、圧縮・符号化技術がよく使われる。これまでに多くの音声符号化方式が開発されており、ＣＥＬＰ方式等、近年開発された低ビットレート音声符号化方式の多くは、音声信号をスペクトル包絡情報とスペクトルの微細構造情報とに分離し、分離した情報をそれぞれ圧縮・符号化する方式である（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置では、適応符号帳が格納している適応コードベクトルと、確率的符号帳が格納している固定コードベクトルの全組み合わせについて合成音声ベクトルを計算し、各合成音声と入力音声信号との距離計算を行い、距離が最小となる適応コードベクトルのインデクスと固定コードベクトルのインデクス求める。
【０００４】
ここで、確率的符号帳の１つとして、代数的符号帳（Algebraic Codebook）が知られている。この符号帳は、比較的少ない計算量で確率的符号帳の探索を行うことができることから、近年のＣＥＬＰで多く用いられている符号帳である。
【０００５】
代数的符号帳の音源は、少数の振幅１で極性（＋、−）のあるパルスで構成され、パルス位置（この場合の音源波形候補）は互いに重ならないような配置となる。
【０００６】
例えば、サブフレーム３２、パルス本数（＝チャネル数）４の場合、各チャネルのパルスの数は３２／４＝８で、第０チャネルのパルス位置ｉｃｉ０［ｉ０］、第１チャネルのパルス位置ｉｃｉ１［ｉ１］、第２チャネルのパルス位置ｉｃｉ２［ｉ２］、第３チャネルのパルス位置ｉｃｉ３［ｉ３］は以下のようになる。なお、ｉ０、ｉ１、ｉ２、ｉ３は各チャネルのインデクスを示す。
ｉｃｉ０［ｉ０］＝｛０， ４， ８，１２，１６，２０，２４，２８｝
ｉｃｉ１［ｉ１］＝｛１， ５， ９，１３，１７，２１，２５，２９｝
ｉｃｉ２［ｉ２］＝｛２， ６，１０，１４，１８，２２，２６，３０｝
ｉｃｉ３［ｉ３］＝｛３， ７，１１，１５，１９，２３，２７，３１｝
【０００７】
従来の確率的符号帳は、各チャネルのパルス位置を独立に符号化し、これと極性の符号を合わせた符号を確率的音源の符号としている。
【０００８】
例えば、上記のサブフレーム３２、チャネル数４の場合、従来の確率的符号帳１０３は、各チャネルのパルス位置を３ビットで表現し、極性の符号と合わせて、（３＋１）×４＝１６ビットの符号により符号化する。
【０００９】
【非特許文献１】
M.R.Schroeder, B.S.Atal, "Code Excited Linear Prediction: High Quality Speech at Low Bit Rate", IEEE proc., ICASSP'85 pp.937-940
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の確率的符号帳の符号化方法では、ビットレートが低くなると、各チャネルに割り当てられるビットも限られ、パルスが全く立たない位置が存在するようになり、符号（位置情報）に対応する音源波形のヴァリエーションが激減するため、音質劣化が起こるという問題を有している。
【００１１】
例えば、上記サブフレーム３２、チャネル数４の場合、１６ビット未満で符号化するとパルスが全く立たない位置が存在するようになる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、確率的符号帳のパルスを符号化する際のビット数の削減を図りながら、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる確率的符号帳の音源の符号化方法及び復号化方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のチャネルに分かれている確率的符号帳の音源の符号化方法及び復号化方法であって、符号化方法においては、所定のチャネルの音源波形候補を他のチャネルの音源波形候補と関連付けし、関連付けられた前記所定のチャネルの音源波形候補と前記他のチャネルの音源波形候補とを用いて符号化歪を最小化する音源波形を探索する探索ステップと、探索により求められた前記音源波形の符号を用いて確率的符号帳の音源の符号を決定する符号化ステップと、を具備し、前記探索ステップでは、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号の変化に対応して前記所定のチャネルの音源波形候補が変化する関連付けを行い、変化後の前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号と、前記関連付けに基づいて変化した前記所定のチャネルの音源波形候補とを、予め設定された関数に用いて関数値を算出し、前記関数値を用いて、前記符号化歪を最小化する各チャネルの音源波形候補を探索により求め、前記符号化ステップでは、前記符号化歪を最小化する前記各チャネルの音源波形候補を前記音源波形として符号化することにより前記音源波形の符号を求め、前記音源波形の符号を用いて確率的符号帳の音源の符号を決定する。また、復号化方法においては、得られた音源波形の符号に基づいて各チャネルの音源波形候補を生成する音源波形候補生成ステップと、所定のチャネルの音源波形候補と他のチャネルの音源波形候補との関連付けを実行することで音源波形を復号化する復号化ステップと、を具備し、前記復号化ステップでは、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる関連付けの処理を実行することで音源波形を復号化する、方法を採る。
【００１４】
本発明の符号化方法は、前記探索ステップでは、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる関連付けの処理を予め設定された回数について繰り返し行うループ計算を、チャネルの数ｎだけ多重化したｎ重ループとして行うことで前記音源波形を探索し、前記ループ計算は、所定のループにて前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで、前記所定のループよりも内側のループの前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる、方法を採る。
【００１５】
本発明の符号化方法及び復号化方法は、確率的符号帳が代数的符号帳であり、音源波形候補がパルス位置である方法を採る。
【００１６】
本発明の符号化方法及び復号化方法は、前記関連付けは、前記所定のチャネルの音源波形候補を、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を用いた剰余演算結果にて関連付ける方法を採る。
【００１７】
これらの方法により、確率的音源を従来よりも少ないビット数で表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【００１８】
本発明の音声符号化装置は、上記いずれかの符号化方法により確率的符号帳の音源を符号化する構成を採る。また、本発明の音声復号装置は、上記いずれかの復号化方法に対応した確率的符号帳の音源の復号を行う構成を採る。
【００１９】
これらの構成により、確率的音源を従来よりも少ないビット数で表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、所定のチャネルのパルス位置を他のチャネルのパルス位置と関連付け、所定のアルゴリズムによりパルス位置を探索し、探索されたパルス位置の符号と極性の符号とを確率的音源の符号とすることである。
【００２１】
図１は、ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図である。なお、入力音声信号は、２０ｍｓ程度の時間間隔で区切られた処理フレームごとに、音声符号化装置に逐次入力されるものとする。
【００２２】
処理フレームごとに音声符号化装置に入力された入力音声信号は、まず、ＬＰＣ分析部１０１に供給される。ＬＰＣ分析部１０１は、入力音声信号をＬＰＣ（Linear Predictive Coding）分析してＬＰＣ係数を取得し、ＬＰＣ係数をベクトル量子化してＬＰＣ符号とし、このＬＰＣ符号を復号して復号化ＬＰＣ係数を得る。
【００２３】
音源作成部１０４は、適応符号帳１０２及び確率的符号帳１０３から、それぞれ適応コードベクトル及び固定コードベクトルを読み出して、ＬＰＣ合成部１０５へ送る。ＬＰＣ合成部１０５は、音源作成部１０４から供給される適応コードベクトル及び固定コードベクトルを、ＬＰＣ分析部１０１より与えられる復号化ＬＰＣ係数をフィルタ係数にもつ全極型の合成フィルタでそれぞれ合成フィルタリングし、合成適応コードベクトル及び合成固定コードベクトルを得る。
【００２４】
比較部１０６は、ＬＰＣ合成部１０５から出力される合成適応コードベクトルと合成固定コードベクトルと入力音声信号との関係を分析して、合成適応コードベクトルに乗じる適応符号帳最適ゲインと合成固定コードベクトルに乗じる確率的符号帳最適ゲインをそれぞれ求める。
【００２５】
また、比較部１０６は、合成適応コードベクトルに適応符号帳最適ゲインを乗じて得られるベクトルと、合成固定コードベクトルに確率的符号帳最適ゲインを乗じて得られるベクトルとを加算して合成音声ベクトルを取得し、合成音声と入力音声信号との距離計算を行う。そして、比較部１０６は、適応符号帳１０２が格納している適応コードベクトルと、確率的符号帳１０３が格納している固定コードベクトルの全組み合わせについて合成音声ベクトルを取得し、合成音声と入力音声信号との距離が最小となる適応コードベクトルのインデクスと固定コードベクトルのインデクス求める。そして、比較部１０６は、各符号帳から出力されるコードベクトルのインデクス、インデクスに対応するそれぞれのコードベクトル、並びにインデクスに対応する適応符号帳最適ゲイン及び確率的符号帳最適ゲインをパラメータ符号化部１０７へ送る。
【００２６】
パラメータ符号化部１０７は、適応符号帳最適ゲインと確率的符号帳最適ゲインを符号化してゲイン符号を取得し、ゲイン符号と、ＬＰＣ分析部１０１から与えられたＬＰＣ符号と、各符号帳のインデクスとを処理フレームごとにまとめて出力する。
【００２７】
また、パラメータ符号化部１０７は、適応符号帳のインデクスに対応する適応コードベクトルにゲイン符号に対応する適応符号帳ゲインを乗じて得られるベクトルと、確率的符号帳のインデクスに対応する固定コードベクトルにゲイン符号に対応する確率的符号帳ゲインを乗じたベクトルとの２つベクトルを加算して駆動音源ベクトルを取得し、駆動音源ベクトルで適応符号帳１０２内の古い適応コードベクトルを更新する。
【００２８】
なお、ＬＰＣ合成部１０５における合成フィルタリングは、線形予測係数や、高域強調フィルタや、入力音声を長期予測分析して得られる長期予測係数を用いた聴感重み付けフィルタを併用するのが一般的である。
【００２９】
また、適応符号帳と確率的符号帳の最適インデクスの探索、最適ゲインの算出、最適ゲインの符号化処理は、フレームを更に分割したサブフレーム単位で行われるのが一般的である。
【００３０】
なお、音声復号装置（デコーダ）では、図１に示したＬＰＣ分析部１０１、適応符号帳１０２、確率的符号帳１０３、音源作成部１０４、ＬＰＣ合成部１０５と同一の構成を備え、音声符号化装置から伝送されてきた各符号を復号して音源波形を得る。
【００３１】
ここで、計算量を削減するために、比較部１０６では、通常、適応符号帳１０２の音源と確率的符号帳１０３の音源をオープンループにより探索する。以下、このオープンループによる探索手順を述べる。
（１）まず、音源作成部１０４が適応符号帳１０２のみから音源候補（適応音源）を次々に選び、ＬＰＣ合成部１０５が合成音を生成し、比較部１０６が入力音声と合成音との比較を行って最適な適応符号帳１０２の符号を選択する。なお、この時のゲインは符号化歪が最も少なくなる値（最適ゲイン）であると仮定して選択を行う。
（２）次に、上記適応符号帳の符号を固定し、音源作成部１０４が適応符号帳１０２からは同じ音源を、確率的符号帳１０３が比較部１０６の符号に対応した音源（確率的音源）を次々に選択し、ＬＰＣ合成部１０５が合成音を生成し、比較部１０６が両合成音の和と入力音声の比較を行って最適な確率的符号帳１０３の符号を決定する。なお、上記（１）と同様に、この時のゲインは符号化歪が最も少なくなる値（最適ゲイン）であることを仮定して選択を行う。
【００３２】
以上の手順にて最適な音源を探索することにより、両符号帳の全ての音源の組み合わせを比較して最適な音源を探索する方法より、符号化性能は若干劣化するが、計算量は大幅に削減される。
【００３３】
次に、確率的符号帳１０３の音源の探索方法の詳細について説明する。
音源の符号の導出は、以下の式（１）の符号化歪Ｅを最小化する音源を探索することにより行われる。なお、式（１）において、ｘ：符号化ターゲット、ｐ：適応音源のゲイン、Ｈ：聴感重み付け合成フィルタ、ａ：適応音源、ｑ：確率的音源のゲイン、ｓ：確率的音源である。
【００３４】
【数１】
【００３５】
【数２】
【００３６】
【数３】
【００３７】
【数４】
【００３８】
ｙＨはベクトルｙを逆順にしてマトリクスＨを畳み込み、更にその結果を逆順にすることにより求めることができ、ＨＨはマトリクス同士の掛け算により求めることができる。
【００３９】
確率的符号帳１０３は、以下の（１）から（４）の手順により、確率的音源を探索して符号化する。
（１）まず、前処理として、ベクトルｙＨとマトリクスＨＨを算出する。
（２）次に、ベクトルｙＨの要素の極性（＋−）から、事前にパルスの極性を決める。具体的には、各位置に立つパルスの極性をｙＨのその位置の値に合わせることとし、ｙＨの値の極性を別の配列に格納しておく。各位置の極性を別の配列に格納した後、ｙＨの値は全て絶対値をとり正の値に変換しておく。また、その極性にあわせてＨＨの値も極性を乗ずることによって変換しておく。
（３）次に、ｎ重ループ（ｎはチャネル数）の探索アルゴリズムを用いて、ｙＨとＨＨの値を加算することにより上記式（４）に示した関数Ｃを求め、この値が最大となる各チャネルのパルス位置を探索する。
（４）探索された各チャネルのパルス位置を符号化し、これと極性の符号を合わせた符号を確率的音源の符号とする。
【００４０】
以下、本発明の各実施の形態に係る確率的音源の符号化方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施の形態では、サブフレーム３２、パルス本数（＝チャネル数）４の代数的符号帳を用いて説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
実施の形態１では、所定のチャネルのインデクスを他のチャネルによって変化させる場合について説明する。
【００４２】
本実施の形態では、第０チャネルのパルス位置ｉｃｉ０［ｉ０］、第１チャネルのパルス位置ｉｃｉ１［ｊ１］、第２チャネルのパルス位置ｉｃｉ２［ｊ２］、第３チャネルのパルス位置ｉｃｉ３［ｊ３］を以下のものとする。
ｉｃｉ０［ｉ０］＝｛０， ４， ８，１２，１６，２０，２４，２８｝
ｉｃｉ１［ｊ１］＝｛１， ５， ９，１３，１７，２１，２５，２９｝
ｉｃｉ２［ｊ２］＝｛２， ６，１０，１４，１８，２２，２６，３０｝
ｉｃｉ３［ｊ３］＝｛３， ７，１１，１５，１９，２３，２７，３１｝
【００４３】
なお、ｉ０（０≦ｉ０≦７）は第０チャネルのインデクス、ｊ１（０≦ｊ１≦７）は第１チャネルのインデクス、ｊ２（０≦ｊ２≦７）は第２チャネルのインデクス、ｊ３（０≦ｊ３≦７）は第３チャネルのインデクスである。
【００４４】
例えば、ｉ０＝０のパルス位置は｛０｝、ｉ０＝１のパルス位置は｛４｝・・・、ｊ１＝０のパルス位置は｛１｝、ｊ１＝１のパルス位置は｛５｝・・・となる。
【００４５】
また、第１チャネル、第２チャネル、第３チャネルのパルスは、２個１組にグループ化される。例えば、第１チャネルは、第０グループ｛１，５｝、第１グループ｛９，１３｝、第２グループ｛１７，２１｝、第３グループ｛２５，２９｝の４つにグループ化される。
【００４６】
そして、ｉ１（０≦ｉ１≦３）を第１チャネルのグループインデクス、ｉ２（０≦ｉ２≦３）を第２チャネルのグループインデクス、ｉ３（０≦ｉ３≦３）を第３チャネルのグループインデクスとすると、インデクスｊ１、ｊ２、ｊ３とグループインデクスｉ１、ｉ２、ｉ３とは以下の式（５）の関係を有する。
ｊ１＝ｉ１×２＋（ｉ０％２）
ｊ２＝ｉ２×２＋（（ｉ０＋ｉ１）％２）
ｊ３＝ｉ３×２＋（（ｉ１＋ｉ２）％２）・・・式（５）
【００４７】
ただし、式（５）において、「％」はその左の数値（インデクス）を右の数値で除した際の剰余を求める演算である。なお、インデクスｉ０〜ｉ３を２進数で表現すれば、「％」の演算は、その左のインデクスの最下位１ビットの符号を調べるだけで実現することができる。
【００４８】
本実施の形態では、上記式（５）に示すように、第１から第３のチャネルのインデクスを他のチャネルのインデクスによって変化させる。例えば、第１チャネルのインデクスｊ１は第０チャネルのインデクスｉ０によって変化し、ｉ０＝０のときｉｃｉ１［ｊ１］＝｛１， ９，１７，２５｝であり、ｉ０＝１のときｉｃｉ１［ｊ１］＝｛５，１３，２１，２９｝である。
【００４９】
図２、図３は、本実施の形態に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図である。
【００５０】
図２、図３において、第０ループはｉ０を０から７まで変化させるループであり、第１ループはｉ１を０から３まで変化させるループであり、第２ループはｉ２を０から３まで変化させるループであり、第３ループはｉ３を０から３まで変化させるループである。
【００５１】
図２、図３では、まず、ｉ０＝０、ｉ１＝０、ｉ２＝０を固定し、第１段階として第３ループにて各ｉ３におけるｙ、Ｈを算出し、その中の最大値ｙmax、Ｈmax、及び、そのときのｉ０、ｉ１、ｉ２、ｉ３をそれぞれｉｉ０、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３として保存する。この場合、探索される第３チャネルのパルス位置は、ｉｃｉ３［ｊ３］＝｛３，１１，１９，２７｝である。
【００５２】
次に、第２段階として、第２ループにてｉ２をインクリメントさせ、各ｉ２において上記第１段階の演算を行う。なお、ｉ０＝０、ｉ１＝０、ｉ２＝１の場合、第１段階で探索される第３チャネルのパルス位置は、ｉｃｉ３［ｊ３］＝｛７，１５，２３，３１｝である。このように、ｉ０、ｉ１、ｉ２の値によって第１段階で探索される第３チャネルのパルス位置が変化する。
【００５３】
次に、第３段階として、第１ループにてｉ１をインクリメントさせ、各ｉ１において上記第１段階、第２段階の演算を行う。この場合、ｉ０、ｉ１の値によって第２段階で探索される第２チャネルのパルス位置が変化する。
【００５４】
最後に、第４段階として、第０ループにてｉ０をインクリメントさせ、ｉ０において上記第１段階、第２段階、第３段階の演算を行う。この場合、ｉ０の値によって第３段階で探索される第１チャネルのパルス位置が変化する。
【００５５】
このように、本実施の形態では、ｎ重ループ（ｎはチャネル数）の探索アルゴリズムにおいて、ループの外側の符号に応じて内側のループの候補位置を変化させる。
【００５６】
そして、探索した全てのパルス位置においてｙ、Ｈが最大となるｉｉ０、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３を求める。
【００５７】
この結果、ｉｉ０は３ビット、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３は各２ビットなので、パルス位置は９ビットで符号化することができ、各チャネルの極性の符号（１ビット×４チャネル）と合わせて１３ビットの符号により符号化することができる。従って、従来よりも符号化に必要なビット数を削減することができ、低ビットレート化を図ることができる。
【００５８】
一方、第１から第３チャネルのインデクスｊ１、ｊ２、ｊ３はそれぞれ８箇所とることができるので、サブフレームにおいてパルスが全く立たない位置が存在せず、符号（位置情報）に対応する音源波形のヴァリエーションを確保することができ、音質劣化を防ぐことができる。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、所定のチャネルのインデクスを他のチャネルによって変化させることにより、所定のチャネルのパルス位置を他のチャネルのパルス位置と関連付ける。これにより、確率的音源を従来よりも少ないビット数で表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
実施の形態２は、所定のチャネルのパルス位置そのものを他のチャネルによって変化させる場合について説明する。
【００６１】
本実施の形態では、第０チャネルのパルス位置ｉｃｉ０［ｉ０］、第１チャネルのパルス位置ｉｃｉ１［ｉ１］、第２チャネルのパルス位置ｉｃｉ２［ｉ２］、第３チャネルのパルス位置ｉｃｉ３［ｉ３］を以下のものとする。ここで、第１から第３チャネルのパルス位置の１つ多い位置が存在しないことに注意されたい。
ｉｃｉ０［ｉ０］＝｛４， ７，１２，１５，２０，２３，２８，３１｝
ｉｃｉ１［ｉ１］＝｛０， ８，１６，２４｝
ｉｃｉ２［ｉ２］＝｛２，１０，１８，２６｝
ｉｃｉ３［ｉ３］＝｛５，１３，２１，２９｝
【００６２】
なお、ｉ０（０≦ｉ０≦７）は第０チャネルのインデクス、ｉ１（０≦ｉ１≦３）は第１チャネルのインデクス、ｉ２（０≦ｉ２≦３）は第２チャネルのインデクス、ｉ３（０≦ｉ３≦３）は第３チャネルのインデクスである。
【００６３】
例えば、ｉ０＝０のパルス位置は｛４｝、ｉ０＝１のパルス位置は｛７｝・・・、ｉ１＝０のパルス位置は｛０｝、ｉ１＝１のパルス位置は｛８｝・・・となる。
【００６４】
そして、各チャネルのパルス位置ｉｃｉ０［ｉ０］、ｉｃｉ１［ｉ１］、ｉｃｉ２［ｉ２］、ｉｃｉ３［ｉ３］は、以下の式（６）によりインデクスｉ０、ｉ１、ｉ２、ｉ３にてｋ０、ｋ１、ｋ２、ｋ３に調整される。
ｋ０＝ｉｃｉ０［ｉ０］
ｋ１＝ｉｃｉ１［ｉ１］×２＋（ｉ０％２）
ｋ２＝ｉｃｉ０［ｉ２］×２＋（（ｉ０＋ｉ１）％２）
ｋ３＝ｉｃｉ０［ｉ３］×２＋（（ｉ１＋ｉ２）％２）・・・式（６）
【００６５】
ただし、式（６）において、「％」はその左の数値（インデクス）を右の数値で除した際の剰余を求める演算である。
【００６６】
上記式（６）に示すように、本実施の形態では、第１から第３のチャネルのパルスの位置そのものを他のチャネルによって変化させる。この結果、第０から第３チャネルの調整されたパルス位置ｋ０、ｋ１、ｋ２、ｋ３は以下のようになる。
ｋ０＝｛４， ７，１２，１５，２０，２３，２８，３１｝
ｋ１＝｛０， １， ８， ９，１６，１７，２４，２５｝
ｋ２＝｛２， ３，１０，１１，１８，１９，２６，２７｝
ｋ３＝｛５， ６，１３，１４，２１，２２，２９，３０｝
【００６７】
図４、図５は、本実施の形態に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図である。
【００６８】
図４、図５において、第０ループはｉ０を０から７まで変化させるループであり、第１ループはｉ１を０から３まで変化させるループであり、第２ループはｉ２を０から３まで変化させるループであり、第３ループはｉ３を０から３まで変化させるループである。
【００６９】
図４、図５では、まず、ｉ０＝０、ｉ１＝０、ｉ２＝０を固定し、第１段階として第３ループにて各ｉ３におけるｙ、Ｈを算出し、その中の最大値ｙmax、Ｈmax、及び、そのときのｉ０、ｉ１、ｉ２、ｉ３をそれぞれｉｉ０、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３として保存する。
【００７０】
次に、第２段階として、第２ループにてｉ２をインクリメントさせ、各ｉ２において上記第１段階の演算を行う。
【００７１】
次に、第３段階として、第１ループにてｉ１をインクリメントさせ、各ｉ１において上記第１段階、第２段階の演算を行う。
【００７２】
最後に、第４段階として、第０ループにてｉ０をインクリメントさせ、ｉ０において上記第１段階、第２段階、第３段階の演算を行い、探索した全てのパルス位置においてｙ、Ｈが最大となるｉｉ０、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３を求める。
【００７３】
この結果、ｉｉ０は３ビット、ｉｉ１、ｉｉ２、ｉｉ３は各２ビットなので、パルス位置は９ビットで符号化することができ、各チャネルの極性の符号（１ビット×４チャネル）と合わせて１３ビットの符号により符号化することができる。従って、従来よりも符号化に必要なビット数を削減することができ、低ビットレート化を図ることができる。
【００７４】
一方、第１から第３チャネルの調整されたパルス位置（ｋ１、ｋ２、ｋ３）はそれぞれ８箇所とることができるので、サブフレームにおいてパルスが全く立たない位置が存在せず、符号（位置情報）に対応する音源波形のヴァリエーションを確保することができ、音質劣化を防ぐことができる。
【００７５】
このように、本実施の形態によれば、所定のチャネルのパルス位置そのものを他のチャネルによって変化させることにより、従来よりも少ないビット数で確率的音源を表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【００７６】
なお、音声復号装置に用意された確率的符号帳では、上記各実施の形態で符号化され、伝送された各チャネルの符号に対して上記探索アルゴリズムによる演算を行うことにより、音声符号化装置にて探索された確率的音源を求めることができる。
【００７７】
なお、上記各実施の形態では、ヴァリエーションを２倍にするため２の剰余をとったが、本発明はこれに限られず、更なる低ビットレート化やサブフレーム長拡張のため剰余を取る数値を３以上に大きくする場合にも有効である。
【００７８】
また、上記各実施の形態では、複数チャネルの情報を加算によって統合したが、本発明はこれに限られず、重み付き加算（定数を乗じて加算）や乱数発生器等より高度な関数を用いる場合にも有効である。
【００７９】
また、上記各実施の形態では、剰余によって他のチャネルの情報を反映する値の抽出を行ったが、本発明はこれに限られず、乱数発生器や変換テーブルを用いる等、より高度な関数を用いる場合にも有効である。
【００８０】
また、上記各実施の形態では、代数的符号帳を用いた場合でありインパルスの位置が符号に対応していたが、本発明はこれに限られず、確率的符号帳が部分波形の和で構成されておりその始端位置が符号に対応している場合にも有効である。
【００８１】
また、上記各実施の形態では、代数的符号帳を用いた場合でありインパルスの位置が符号に対応していたが、本発明はこれに限られず、確率的符号帳がＲＯＭに格納された多数の固定波形で構成されており、その中の複数の和で音源波形が作成されており、その波形番号が符号に対応している場合にも有効である。この場合、「位置」を「波形番号」に置き換えれば本発明を容易に応用することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定のチャネルのパルス位置を他のチャネルのパルス位置と関連付けて符号化し、これと極性の符号を合わせた符号を確率的符号帳の音源の符号とすることにより、確率的音源を従来よりも少ないビット数で表現することができ、かつ、パルスが全く立たない位置が存在しないようにヴァリエーションを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図
【図３】本発明の実施の形態１に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図
【図４】本発明の実施の形態２に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図
【図５】本発明の実施の形態２に係る符号化方法における各チャネルのパルス探索アルゴリズムの一例を示すフロー図
【符号の説明】
１０１ ＬＰＣ分析部
１０２ 適応符号帳
１０３ 確率的符号帳
１０４ 音源作成部
１０５ ＬＰＣ合成部
１０６ 比較部
１０７ パラメータ符号化部
Claims (9)
- 複数のチャネルに分かれている確率的符号帳の音源の符号化方法であって、
所定のチャネルの音源波形候補を他のチャネルの音源波形候補と関連付けし、関連付けられた前記所定のチャネルの音源波形候補と前記他のチャネルの音源波形候補とを用いて符号化歪を最小化する音源波形を探索する探索ステップと、
探索により求められた前記音源波形の符号を用いて確率的符号帳の音源の符号を決定する符号化ステップと、を具備し、
前記探索ステップでは、
前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号の変化に対応して前記所定のチャネルの音源波形候補が変化する関連付けを行い、
変化後の前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号と、前記関連付けに基づいて変化した前記所定のチャネルの音源波形候補とを、予め設定された関数に用いて関数値を算出し、
前記関数値を用いて、前記符号化歪を最小化する各チャネルの音源波形候補を探索により求め、
前記符号化ステップでは、
前記符号化歪を最小化する前記各チャネルの音源波形候補を前記音源波形として符号化することにより前記音源波形の符号を求め、
前記音源波形の符号を用いて確率的符号帳の音源の符号を決定する、
ことを特徴とする確率的符号帳の音源の符号化方法。 - 前記探索ステップでは、
前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる関連付けの処理を予め設定された回数について繰り返し行うループ計算を、チャネルの数ｎだけ多重化したｎ重ループとして行うことで前記音源波形を探索し、
前記ループ計算は、
所定のループにて前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで、前記所定のループよりも内側のループの前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載の符号化方法。 - 前記確率的符号帳は代数的符号帳であり、前記音源波形候補はパルス位置であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の符号化方法。
- 前記関連付けは、前記所定のチャネルの音源波形候補を、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を用いた剰余演算結果にて関連付けることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の符号化方法。
- 請求項１から請求項４のいずれかに記載の符号化方法により確率的符号帳の音源を符号化することを特徴とする音声符号化装置。
- 複数のチャネルに分かれている確率的符号帳の音源の復号化方法であって、
得られた音源波形の符号に基づいて各チャネルの音源波形候補を生成する音源波形候補生成ステップと、
所定のチャネルの音源波形候補と他のチャネルの音源波形候補との関連付けを実行することで音源波形を復号化する復号化ステップと、を具備し、
前記復号化ステップでは、
前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を変化させることで前記所定のチャネルの音源波形候補を変化させる関連付けの処理を実行することで音源波形を復号化する
ことを特徴とする確率的符号帳の音源の復号化方法。 - 前記確率的符号帳は代数的符号帳であり、前記音源波形候補はパルス位置であることを特徴とする請求項６記載の復号化方法。
- 前記関連付けは、前記所定のチャネルの音源波形候補を、前記他のチャネルの音源波形候補を特定する番号を用いた剰余演算結果にて関連付けることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の復号化方法。
- 請求項６から請求項８のいずれかに記載の復号化方法により確率的符号帳の音源を復号化することを特徴とする音声復号化装置。
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