JP4842538B2 - 合成発話の周波数選択的ピッチ強調方法およびデバイス - Google Patents
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Description
発話符号器は、発話信号を効率よく送信、および/または、格納するために、デジタル通信システムにおいて広く使用されている。デジタルシステムにおいて、アナログ入力発話信号は、まず、適正なサンプリングレートでサンプリングされ、連続した発話サンプルは、デジタル領域でさらに処理される。特に、発話符号器は、発話サンプルを入力として受信し、チャネルを介して送信される、または適切な格納手段に格納されることになる圧縮された出力ビットストリームを生成する。受信機では、発話復号器が、ビットストリームを入力として受信し、再構成された出力発話信号を生成する。
−線スペクトル周波数(LSF)またはイミッタンススペクトル周波数(ISF)などの、変換された領域内で送信される線形予測係数(LP係数)
−ピッチ遅延(またはラグ)およびピッチ利得を含むピッチパラメータ
−革新的励振パラメータ(固定されたコードブックの指数および利得)
ピッチパラメータおよび革新的励振パラメータは、共に励振信号とは何かを説明する。この励振信号は、LP係数によって説明される線形予測(LP)フィルタへ、入力として供給される。LPフィルタは声道のモデルとみなすことができ、一方、励振信号は声門の出力とみなすことができる。LPまたはLSF係数は、通常、フレーム毎に算出および送信され、一方、ピッチパラメータおよび革新的励振パラメータは、1フレームにつき数回算出および送信される。より具体的には、各フレームは、サブフレームと呼ばれるいくつかの信号ブロックに分割され、ピッチパラメータおよび革新的励振パラメータは、サブフレーム毎に算出および送信される。フレームは、通常、10〜30ミリセカンドの期間を有し、一方、サブフレームは、通常、5ミリセカンドの期間を有する。
−20ミリセカンドの各フレーム用ISF係数
−整数ピッチ遅延T0、T0近傍の分数ピッチ値T0_frac、および5ミリセカンドの各サブフレーム用ピッチ利得
−5ミリセカンドの各サブフレーム用代数符合帳の形状(パルス位置および標識)および利得
発話復号器702は、パラメータ710から、6.4kHz以下の周波数の発話信号の所与のフレームを合成し、それによって、12.8kHzのサンプリング周波数における低帯域合成発話信号712を生成するように意図されている。16kHzのサンプリング周波数に対応する全帯域を回復するために、AMR-WB復号器は、パラメータ復号器701からの復号されたパラメータ710に応答して、サンプリング周波数16kHzにおける高帯域信号711を再合成する高帯域再合成処理器707を含む。高帯域信号再合成処理器707の詳細は、参照により本明細書に組み込まれた以下の出版物に開示されている。
−ITU-T勧告G.722.2 "Wideband coding of speech at around 16 kbit/s using Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB)", Geneva, 2002年
−3GPP TS 26.190, "AMR Wideband Speech Codec: Transcoding Functions," 3GPP Technical Specification
発話符号器が通信システム中で使用されるときはいつも、合成または復号された信号は、伝送誤りが無い場合ですら、決して元の発話信号と同一ではない。圧縮比が高くなればなるほど、符号器によって引き起こされる歪は、大きくなる。この歪は、異なった手法を使用して、主観的に小さくすることができる。第一の手法は、符号器においてより良く記述するために信号を条件付ける、または発話信号中の主観的に相関のある情報を符号化することである。しばしばW(z)として表現される、フォルマント重み付けフィルタ(formant weighting filter)の使用は、広く使用されたこの第一の手法の例である[B. KleijnおよびK. Paliwal編, <<Speech Coding and Synthesis,>> Elsevier, 1995年]。このフィルタW(z)は、一般的に、適応可能に構成され、フォルマントスペクトル近傍の信号エネルギーを減じて、低エネルギー帯域の相関エネルギーを増大させるように演算される。符号器は、低エネルギー帯域をより良く量子化する。この低エネルギー帯域は、さもなければ、符号化雑音によってマスキングされ、知覚される歪を増大させる。符号器における信号条件付けの別の例は、符号器において励振信号の高調波構造を強調する、いわゆるピッチ先鋭化フィルタ(pitch sharpening filter)である。ピッチ先鋭化の目的は、次数間高調波雑音レベルが、知覚感覚内で十分低く維持されることを確保することである。
R. SALAMIらの記事, "Design and description of CS-ACELP. a toll quality 8kb/s speech coder", IEEE Trans. on Speech and Audio Proc., Vol. 6, No. 2, pp. 916-130, 1998年3月 ITU-T勧告G.722.2 "Wideband coding of speech at around 16 kbit/s using Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB)", Geneva, 2002年 3GPP TS 26.190, "AMR Wideband Speech Codec: Transcoding Functions," 3GPP Technical Specification B. KleijnおよびK. Paliwal編, <<Speech Coding and Synthesis,>> Elsevier, 1995年
本発明は、発話復号器によって合成されるあらゆる発話信号、または、除去する必要のある次数間高調波によって悪化したあらゆる発話信号にも適用可能である。この節では、AMR-WB 復号発話信号に本発明を応用した具体的な実施例について示す。後処理は、図7の低帯域合成発話信号712、即ち、12.8kHzのサンプリング周波数における合成発話を生成する発話復号器702の出力に適用される。
まず、最後の合成サブフレームと最後の合成サブフレームの前にT0/2のサンプルにおいて始まる合成信号との間の相互相関C2(相互積)を算出する(半復号ピッチ値における相関を見る)。
比Tn = [T_temp/n]の可能なあらゆる値を算出する。ここで、[x]は、xの整数部分を意味し、n=1,2,3などは整数である。
図5は、本発明の例示的な実施形態による二帯域ピッチ強調器の代替実施を示す。図5の上側ブランチは、入力信号を全然処理しないことに留意されたい。このことは、この特定のケースの場合、図2の上側ブランチ中のフィルタ(適応型フィルタ201aおよび201b)は、平凡な入出力特性(出力は入力に等しい)を有する。下側ブランチにおいて、入力信号(強調されるべき信号)はまず、任意選択の低域通過フィルタ501を用いて処理され、次に、以下の式によって定義される次数間高調波フィルタ503と呼ばれる線形フィルタを用いて処理される。
低周波数における合成信号強調用サブ帯域後処理を実施するための最後の1つの代替実施例は、カットオフ周波数が入力信号のピッチ値に応じて変化する適応型高域通過フィルタを使用することである。具体的には、図面を参照にしないが、この例示的な実施形態を使用した低周波数強調は、以下のステップに従って、各入力信号フレームおいて実行される。
102 音源符号器
103 パラメータ符号器
104 通信チャネル
105 発話復号器
106 パラメータ復号器
107 音源復号器
108 後処理器
109 発話符号化パラメータ
110 符号化発話信号
111 受信ビットストリーム
112 合成発話信号
113 後処理された復号発話信号
114 復号パラメータ
201a〜201N 適応型フィルタ
202a〜202N サブ帯域フィルタ
203 処理器
204a〜204N 適応型フィルタの出力
205a〜205N サブ帯域フィルタの出力
301 高域通過フィルタ
302 任意選択の低域通過フィルタ
303 ピッチトラッキングモジュール
304 ピッチ強調器
305 低域通過フィルタ
306 加算器
307 適応型フィルタ
308 サブブランチ
309 サブブランチ
310 高帯域信号
311 低帯域の後処理された信号
401 ピッチトラッキングモジュール
402 ピッチフィルタ
403 処理器
404 低域通過フィルタ
405 処理器
406 処理器
407 帯域通過フィルタ
408 処理器
409 加算器
410 上側ブランチ信号
501 任意選択の低域通過フィルタ
502 ピッチトラッキングモジュール
503 次数間高調波フィルタ
504 処理器
505 低域通過フィルタ
506 加算器
507 次数間高調波フィルタの出力
509 後処理された復号発話信号
701 パラメータ復号器
702 発話復号器
703 アップサンプリングユニット
704 処理器
705 補間フィルタ
706 処理器
707 高帯域再合成処理器
708 処理器
709 受信されたビットストリーム
710 パラメータ
711 高帯域信号
712 低帯域合成発話信号
713 アップサンプリングされた低帯域発話信号
714 AMR-WB復号器の復号発話信号
Claims (58)
- 復号音声信号の知覚音質向上に鑑みて、前記復号音声信号を後処理する方法であって、
前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割するステップと、
前記周波数サブ帯域信号の一部のみに対して後処理を施すステップとを備えていて、
前記周波数サブ帯域信号の一部のみに対して後処理を施すステップは、前記復号音声信号の低周波数帯域のみの周波数サブ帯域信号をピッチ強調するステップを含む
ことを特徴とする方法。 - 前記周波数サブ帯域信号の一部の後処理の後、前記周波数サブ帯域信号同士を加算し、後処理された復号音声信号出力を生成するステップをさらに含む請求項1に記載の後処理の方法。
- 前記ピッチ強調するステップは、前記周波数サブ帯域信号の一部を適応可能に濾波するステップを含む請求項1に記載の後処理の方法。
- 前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割するステップは、前記復号音声信号をサブ帯域濾波して前記複数の周波数サブ帯域信号を生成するステップを含む請求項1に記載の後処理の方法。
- 前記周波数サブ帯域信号の一部に対して、
ピッチ強調するステップは、前記復号音声信号を適応可能に濾波するステップを含み、
前記復号音声信号を分割するステップは、前記適応可能に濾波された復号音声信号をサブ帯域濾波するステップを含む請求項1に記載の後処理の方法。 - 前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割するステップは、
前記復号音声信号を高域通過濾波して周波数高帯域信号を生成するステップと、
前記復号音声信号を第1低域通過濾波して周波数低帯域信号を生成するステップとを含み、
前記ピッチ強調するステップは、
前記復号音声信号を第1低域通過濾波して周波数低帯域信号を生成するステップの前に前記復号音声信号をピッチ強調するステップを含む請求項1に記載の後処理の方法。 - 前記復号音声信号をピッチ強調する前に前記復号音声信号を第2低域通過濾波するステップをさらに含む請求項6に記載の後処理の方法。
- 前記周波数高帯域信号と前記周波数低帯域信号とを加算し、後処理された復号音声信号出力を生成するステップをさらに含む請求項6に記載の後処理の方法。
- 前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割するステップは、
前記復号音声信号を帯域通過濾波して周波数高帯域信号を生成するステップと、
前記復号音声信号を低域通過濾波して周波数低帯域信号を生成するステップとを含み、
前記ピッチ強調するステップは、
前記復号音声信号を低域通過濾波して周波数低帯域信号を生成するステップの前に前記復号音声信号をピッチ強調するステップを含む請求項1に記載の後処理の方法。 - 前記周波数高帯域信号と前記周波数低帯域信号とを加算し、後処理された復号音声信号出力を生成するステップをさらに含む請求項9に記載の後処理の方法。
- 前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割するステップは、
前記復号音声信号を低域通過濾波して周波数低帯域信号を生成するステップを含み、
前記ピッチ強調するステップは、
前記周波数低帯域信号をピッチ強調するステップを含む請求項1に記載の後処理の方法。 - 前記ピッチ強調するステップは、前記復号音声信号の次数間高調波を減少させるために、次数間高調波フィルタを用いて前記復号音声信号を処理するステップを含む請求項11に記載の後処理の方法。
- 前記ピッチ強調するステップは、前記次数間高調波濾波された復号音声信号に適応型ピッチ強調利得を乗算するステップを含む請求項12に記載の後処理の方法。
- 前記復号音声信号を次数間高調波フィルタを用いて処理する前に前記復号音声信号を低域通過濾波するステップをさらに含む請求項12に記載の後処理の方法。
- 前記復号音声信号と前記周波数低帯域信号とを加算し、後処理された復号音声信号出力を生成するステップをさらに含む請求項11に記載の後処理の方法。
- 未処理の前記復号音声信号と前記次数間高調波濾波された周波数低帯域信号とを加算し、後処理された復号音声信号出力を生成するステップをさらに含む請求項16に記載の後処理の方法。
- ビットストリームから前記ピッチ遅延Tを受け取るステップを含む請求項18に記載の後処理の方法。
- 受け取られた、符合化されたビットストリームから前記ピッチ遅延Tを復号するステップを含む請求項18に記載の後処理の方法。
- ピッチトラッキングの改善のために、前記復号音声信号に応答して前記ピッチ遅延Tを算出するステップを含む請求項18に記載の後処理の方法。
- 符号化の際、前記音声信号は、より高いサンプリング周波数からより低いサンプリング周波数にダウンサンプリングされ、かつ、前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割するステップは、前記復号音声信号を前記より低いサンプリング周波数から前記より高いサンプリング周波数にアップサンプリングするステップを含む請求項1に記載の後処理の方法。
- 前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割するステップは、前記復号音声信号をサブ帯域濾波するステップを含み、
前記復号音声信号を前記より低いサンプリング周波数から前記より高いサンプリング周波数にアップサンプリングする前記アップサンプリングステップは、前記サブ帯域濾波ステップと組み合わされる請求項22に記載の後処理の方法。 - 前記復号音声信号を帯域通過濾波して周波数高帯域信号を生成するステップを含み、前記復号音声信号を帯域通過濾波するステップは、前記復号音声信号を前記より低いサンプリング周波数から前記より高いサンプリング周波数にアップサンプリングするステップと組み合わされ、
前記復号音声信号をピッチ強調し、前記ピッチ強調された復号音声信号を低域通過濾波して周波数低帯域信号を生成するステップを含み、前記後処理されピッチ強調された復号音声信号を低域通過濾波する前記低域通過濾波ステップは、前記復号音声信号を前記より低いサンプリング周波数から前記より高いサンプリング周波数にアップサンプリングするステップと組み合わされる請求項22に記載の後処理の方法。 - 前記周波数高帯域信号と前記周波数低帯域信号とを加算し、後処理され、アップサンプリングされた復号音声信号出力を形成するステップをさらに含む請求項24に記載の後処理の方法。
- 前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割するステップは、前記復号音声信号を周波数高帯域信号および周波数低帯域信号に分割するステップを含み、
前記ピッチ強調するステップは、前記周波数低帯域信号をピッチ強調するステップを含む請求項1に記載の後処理の方法。 - 前記ピッチ強調するステップは、
前記復号音声信号のピッチ値を決定するステップと、
前記決定されたピッチ値に関して、前記復号音声信号の基本周波数よりも低いカットオフ周波数を有する高域通過フィルタを算出するステップと、
前記算出された高域通過フィルタを用いて前記復号音声信号を処理するステップとを含む請求項1に記載の後処理の方法。 - 復号音声信号の知覚音質向上の観点に立った、前記復号音声信号を後処理するデバイスであって、
前記復号音声信号を複数の周波数サブ帯域信号に分割する分割器と、
前記周波数サブ帯域信号の一部のみに対して後処理をする後処理器とを備えていて、
前記後処理器は、前記復号音声信号の低周波数帯域のみの周波数サブ帯域信号をピッチ強調するピッチ強調器を含む
ことを特徴とするデバイス。 - 前記周波数サブ帯域信号の一部の後処理の後、前記周波数サブ帯域信号同士を加算し、後処理された復号音声信号出力を生成するための加算器をさらに含む請求項29に記載の後処理用デバイス。
- 前記後処理器は、前記復号音声信号が供給される適応型フィルタを含む請求項29に記載の後処理用デバイス。
- 前記分割器は、前記復号音声信号が供給されるサブ帯域フィルタを含む請求項29に記載の後処理用デバイス。
- 前記周波数サブ帯域信号の一部に対して、
前記後処理器は、前記復号音声信号が供給され適応可能に濾波された復号音声信号を生成する適応型フィルタを含み、
前記分割器は、前記適応可能に濾波された復号音声信号が供給されるサブ帯域フィルタを含む請求項29に記載の後処理用デバイス。 - 前記分割器は、
前記復号音声信号が供給され周波数高帯域信号を生成する高域通過フィルタと、
前記復号音声信号が供給され周波数低帯域信号を生成する第1低域通過フィルタと、
前記第1低域通過フィルタを用いて前記復号音声信号を低域通過濾波する前に前記復号音声信号を強調するピッチ強調器とを含む請求項29に記載の後処理用デバイス。 - 前記後処理器は、前記復号音声信号が供給され前記ピッチ強調器に供給される低域通過濾波された復号音声信号を生成する第2低域通過フィルタをさらに含む請求項34に記載の後処理用デバイス。
- 前記周波数高帯域信号と前記周波数低帯域信号とを加算し、後処理された復号音声信号出力を生成するための加算器をさらに含む請求項34に記載の後処理用デバイス。
- 前記分割器は、
前記復号音声信号が供給され周波数高帯域信号を生成する帯域通過フィルタと、
前記復号音声信号が供給され周波数低帯域信号を生成する低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタを用いて前記復号音声信号を低域通過濾波して周波数低帯域信号を生成する前に前記復号音声信号を強調するピッチ強調器と
を含む請求項29に記載の後処理用デバイス。 - 前記ピッチ強調器は、前記復号音声信号が供給され前記低域通過フィルタに供給されるピッチ強調された復号音声信号を生成するピッチフィルタを含む請求項37に記載の後処理用デバイス。
- 前記周波数高帯域信号と前記周波数低帯域信号とを加算し、後処理された復号音声信号出力を生成するための加算器をさらに含む請求項37に記載の後処理用デバイス。
- 前記分割器は、
前記復号音声信号が供給され周波数低帯域信号を生成する低域通過フィルタと、
前記復号音声信号を強調して前記低域通過フィルタに供給される後処理されピッチ強調された復号音声信号を生成するピッチ強調器とを含む請求項29に記載の後処理用デバイス。 - 前記ピッチ強調器は、前記復号音声信号が供給され次数間高調波が減衰された復号音声信号を生成する次数間高調波フィルタを含む請求項40に記載の後処理用デバイス。
- 前記ピッチ強調器は、前記次数間高調波が減衰された復号音声信号に適応型ピッチ強調利得を乗算する乗算器を含む請求項41に記載の後処理用デバイス。
- 前記復号音声信号が供給され前記次数間高調波フィルタに供給される低域通過濾波された復号音声信号を生成する低域通過フィルタをさらに含む請求項41に記載の後処理用デバイス。
- 前記復号音声信号と前記周波数低帯域信号とを加算し、後処理された復号音声信号出力を生成する加算器をさらに含む請求項40に記載の後処理用デバイス。
- 未処理の前記復号音声信号と前記次数間高調波濾波された周波数低帯域信号とを加算し、後処理された復号音声信号出力を生成する加算器をさらに含む請求項45に記載の後処理用デバイス。
- ビットストリームから前記ピッチ遅延Tを受け取る受信器を含む請求項47に記載の後処理用デバイス。
- 受け取られた、符合化されたビットストリームから前記ピッチ遅延Tを復号する復号器を含む請求項47に記載の後処理用デバイス。
- ピッチトラッキングの改善のために、前記復号音声信号に応答して前記ピッチ遅延Tを算出する算出器を含む請求項47に記載の後処理用デバイス。
- 符号化の際、前記音声信号は、より高いサンプリング周波数からより低いサンプリング周波数にダウンサンプリングされ、かつ、前記分割器は、前記復号音声信号を前記より低いサンプリング周波数から前記より高いサンプリング周波数にアップサンプリングするアップサンプラを含む請求項29に記載の後処理用デバイス。
- 前記分割器は、前記復号音声信号が供給されるサブ帯域フィルタを含み、かつ、前記アップサンプラは、前記サブ帯域フィルタと組み合わされる請求項51に記載の後処理用デバイス。
- 前記ピッチ強調器は、
前記復号音声信号を強調し、
前記分割器は、
前記復号音声信号が供給され周波数高帯域信号を生成し、かつ、前記アップサンプラと組み合わされる帯域通過フィルタと、
前記ピッチ強調された復号音声信号が供給され周波数低帯域信号を生成し、かつ、前記アップサンプラと組み合わされる低域通過フィルタとを含む請求項51に記載の後処理用デバイス。 - 前記周波数高帯域信号と前記周波数低帯域信号とを加算し、ピッチ強調され、アップサンプリングされた復号音声信号出力を形成するための加算器をさらに含む請求項53に記載の後処理用デバイス。
- 前記分割器は、前記復号音声信号を周波数高帯域信号および周波数低帯域信号に分割し、
前記ピッチ強調器は、前記周波数低帯域信号を強調する請求項29に記載の後処理用デバイス。 - 前記ピッチ強調器は、
前記復号音声信号のピッチ値を決定し、
前記決定されたピッチ値に関して、前記復号音声信号の基本周波数よりも低いカットオフ周波数を有する高域通過フィルタを算出し、
前記算出された高域通過フィルタを用いて前記復号音声信号を処理する請求項29に記載の後処理用デバイス。 - 符号化音声信号を受信するための入力と、
音声信号符号化パラメータを復号するために前記符号化音声信号が供給されるパラメータ復号器と、
復号音声信号生成用の前記復号音声信号符号化パラメータが供給される音声信号復号器と、
前記復号音声信号の知覚音質向上の観点に立った、前記復号音声信号を後処理するための請求項29から57のいずれかに記載の後処理デバイスとを含む音声信号復号器。
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