JPH01101741A - 音声符号送受方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、送信側ではマイク等から入力された音声信
号を量子化、符号化し、この符号化されたデータを送信
し、受信側では送信されたデータを復号化することによ
り元の音声信号に再生する音声符号送受方式に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第４図は例えば東海大学出版会より出版されている「デ
ィジタル音声処理ｊ古井貞煕著のＰ２Ｏ３に記載されて
いる予測量子化方法による音声符号送受方式の原理を示
すブロック図であり、図において、４１は入力音声デー
タをなくわえるバッファ、４２は予測パラメータを算出
する予測パラメータ算出ブロック、４３Ａは線形予測を
行う線形予測ブロック、４４はレベル適正量子化ブロッ
ク、４５は入力音声をある離散的な有限値に割り付ける
際の有限値の幅を定めるステップ幅算出ブロック、４６
は符号化ブロック、４７はマルチプレクサ、４８はデマ
ルチプレクサ、４９は復号化ブロック、４３Ｂは線形予
測ブロックである。ここで、バッファ４１、予測パラメ
ータ算出ブロック４２、線形予測ブロック４３Ａ、レベ
ル適正量子化ブロック４４、ステップ幅算出ブロック４
５、符号化ブロック４６、マルチプレクサ４７は送信側
の構成要素である。また、デマルチプレクサ４８、復号
化ブロック４つ、線形予測ブロック４３Ｂは受信側の構
成要素である。

第５図は第４図中の予測パラメータ算出ブロック４２の
内部構成を示すブロック図であり、図において、６１は
窓関数ブロック、６２は自己相関算出ブロック、６３は
線形予測係数算出ブロック、６４は短時間予測ブロック
、６５はピッチ係数算出ブロックである。

次に、動作について説明する。まず、予測量子化の原理
について説明する。一般に、人の話し声には時間に対し
て相関性があることが知られている。音声波形を一定時
間間隔Δｔでサンプリングした時間離散的信号の集合を
（Ｘｔ）（ｔ：整数）とすると、現時点の音声波形Ｘｔ
は、これに隣接する過去の２個の音声波形との間に、次
のような線形−次結合が成り立つことを仮定する。

Ｘ、＋α、　Ｘｔ、＋α２Ｘｔ−ｘ＋・・・・・＋αｐ
　Ｘｔ−９”ε、・・・（式１）ここで、α＋（ｉ＝１
〜ｐ）は線形予測係数と呼ばれる係数であり、（ε、）
は平均値０１分散σ２の互いに無相関な確立変数であり
、ε、は短時間予測残差とも呼ばれる。

この仮定に基づいて、任意の時刻の音声波形は、過去の
いくつかの音声波形から線形予測することである。

更に、音声波形は隣接した波形間のみならず、離れた点
の間でも相関があり、このため隣接音声波形間の差信号
（差分）、あるいはその相関を利用して予測した値と実
際の音声波形の差信号（予測残差）を符号化することに
より、情報圧縮をはかることができる。すなわち、差分
あるいは予測残差は元の音声波形の分布に比べて変化エ
ネルギーが小さく、量子化に使用するビット数が少なく
てすむことになる。この原理に基いて、音声波形そのも
のを伝送するのではなく、前記予測残差を量子化及び符
号化して伝送することになる。

ここで、量子化とは波形の値を有限個の値の中の一つで
近似的に表現することであり、符号化というのは具体的
にどのように表現するかということである。

第６図に音声波形の振幅値と量子化値と符号化値の関係
を示す。図において、例えばある時刻のに量子化され、
このとき（ａ）は（ｉ）に符号化される。

次に、第４図及び第５図により従来の音声符号送受方式
について説明する。まず、バッファ４１に入力された入
力音声波形に対して、予測パラメータ算出ブロック４２
で線形予測で用いる線形予測パラメータを求める。該予
測パラメータ算出ブロック４２では、連続的な音声波形
を切り出す際に区間の両端に急激な変化が起こらないよ
うに徐々に零にするという要因と、周波数分解能を高く
し、スペクトルの洩れを少くするという要因との２つの
要因を満たすなめに、まず、第５図の窓関数ブロック６
で入力音声波形に対して窓関数をかける。窓関数の一例
としてハミング窓関数を（式３）で紹介する。

・・・（弐３） Ｗ□（ｎ）：ハミング窓関数 Ｎ　　　：サンプル数 ｎ　　　：１≦ｎくＮ−１を満たすある時刻に対応する
サンプル番号 このようにして窓関数を乗じた音声波形に対して、隣接
する信号間の相関を求めるために、自己相関算出ブロッ
ク６２で音声波形の自己相関値Ａ　（ｎ）を算出する。

自己相関値は、Ｊ＝Ｏ〜ｐ（ｐは整数）に対して（式４
）を実行する。

Ａ（ｊ＋１）＝ΣｓｗｔｘＳＷｔ、　　　　　・・・（
式４）ここで、Ａ　（ｎ）はｎ次の自己相関値、Ｎはサ
ンプル数、ＳＷ、は時刻ｔに対する前記窓関数を乗じた
後の音声波形である。

次に、自己相関値Ａ　（ｎ）をもとに線形予測係数算出
ブロック６３は、第７図に示すフローチャー、ト図のス
テップＳＴＩ〜ＳＴ６に基いて線形予測係数α、（ｍ：
次数、　ｌ　＜ｍ＜　ｐ　）を求める。図において、α
　ｌ＋″）は状態Ｉｎにおけるｉ次の線形予測係数、Ａ
（０）は０次の自己相関係数、Ａ（１）は１次の自己相
関値を示し、線形予測係数α１は繰り返しごとに値が変
わり、最終的な線形予測係数α、の値は、 α１＝α　ｔｅｌ　　　（１≦ｍ≦ｐ）である、このよ
うにして求めた線形予測係数α１を使用し、短時間予測
ブロック６４で短時間予測を行い、短時間予測残差ε、
を算出する。時刻ｔにおける短時間予測残差ε、はく式
１）、（式２）より、 １刊 である。更に、周期り離れた点の音声波形の間にも相関
があることが知られていることを利用して、短時間予測
残差ε、も予測可能であり、短時間予測残差の予測値ε
、は、 舎ｔ＝−βＸεｔ−Ｌ　　　　　・・・（式６）と表現
でき、周期りはピッチと呼ばれ、βはピッチ振幅の変化
を示し、ピッチ係数と呼ばれる。ピッチし、ピッチ係数
βはピッチ係数算出ブロック６５で求める。

線形予測方法では、以上のようにして求めたパラメータ
α２．Ｌ、βを使用して、（式５）。

（式６）より時刻ｔの音声波形と過去の音声波形の関係
は（式７）で示され、従って、時刻ｔの予△ 側波形Ｘｔは過去の予測波形でもって（式８）に示すよ
うに第４図の線形予測ブロック４３Ａで近似表現できる
。

Ｘｔ＝−Σαｌ　Ｘｔ−１ε、 −Ｏ ＝−Σα（Ｘｔ−＋−βε、−１ １＝Ｏ ＝−βＩ　Ｘｔ−Ｌ−Σα、　　（Ｘｔ−、十βＸｔ−
１−ｔ、）　　　・・・（式７）線形予測パラメータが
線形予測ブロック４３Ａで求められると、予測波形と実
際の音声との残差が別途ステップ幅算出ブロック４５で
求められた量子化ステップ幅の値ｑをらとにレベル適正
量子化ブロック４４で量子化され、更に符号化ブロック
４６で符号化され、マルチプレクサ４７で送信される。

一方、受信側ではデマルチプレクサ４８によって受信し
たデータから量子化ステップ幅を求め、符号化されたデ
ータを量子化値に戻し、復号化ブロック４９で量子化値
を復号化し、線形予測ブロック４３Ｂで線形予測処理に
より元の音声波形に再生し、音としてスピーカ等より出
力する。

尚、線形予測パラメータを求めた後の処理については、
本発明とは関係ないため説明は省略する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の音声符号送受方式は以上のように行われているの
で、入力レベルが高い音声が入力されると、数値演算用
めレンジがあまり大きくない計算機の場合、線形予測処
理内の自己相関値を算出する部分でオーバーフローを起
こしてしまい、正しく予測処理が行われなくなるという
問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、計算機の演算許容量を越えた入力レベルの高
い音声が入力されても、正しく予測処理が行える音声符
号送受方式を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る音声符号送受方式は、送信側で線形予測
処理の演算を行っている際にハードウェアがオーバーフ
ローを起こすと、それまでに演算した結果および、演算
対象となっていて未だ演算されていないデータに対し、
ある定数を乗じて演算を中断点から再開するとともに、
受信時には、信号処理で再生された再生音声に対して、
上記定数の逆数を乗じた結果を出力するようにしたもの
である。

〔作用〕

この発明における予測パラメータ算出手段は、ハードウ
ェアがオーバーフローを起した時点で、それまで行って
いた演算を中断し、それまで演算した結果および演算対
象のデータで演算を行っていないものに対して定数を乗
じて値を小さくした上でａＩ算を再開することにより、
ハードウェアにオーバーフローを起こさせないようにす
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明の音声符号送受方式を実施する送受信装置の
全体構成を示すブロック図であり、図に置いて、４１〜
４９は第４図のものと同一の構成品であり、５０は音声
信号に対し、後述する定数の逆数を掛は合せる乗算器で
ある。

第２図は第１図の予測パラメータ算出ブロック４２の内
部構成を示すブロック図であり、図において、６１〜６
５は第５図のものと同一の構成品であり、６６は窓関数
ブロック６１が出力するデータＳＷｔを一時保存し、常
時該データＳＷｔの最大値を検索する機能を持つバッフ
ァ、６７は自己相関算出ブロック６２の演算でのオーバ
ーフロー発生時に、それまで計算された演算結果および
バッファ６６中のデータで未だ演算されていないものに
定数を掛は合せる乗算器である。

次に、本発明の音声符号送受方式の動作の一例について
説明する。バッファ４１に入力信号がバッファリングさ
れると、先入れ先出しくＦＩＦＱ）方式でデータが予測
パラメータ算出ブロック４２に渡される６渡されたデー
タは、第２図に示すように、まず音声データＸｔは窓関
数ブロック６１で処理され、その結果がバッファ６６に
バッファリングされるとともに、自己相関算出ブロック
６２により自己相関値が求められる。

このとき、自己相関算出ブロック６２は、自己相関値を
求める処理中でオーバーフローを起こす場合があっても
対処できるように、第３図のフローチャート図に従って
処理を行う。

以下、自己相関算出時の処理を第３図を基に説明する。

まず、窓関数ブロック６１より出力されたデータをバッ
ファ６６にバッファリングする際、自己相関算出ブロッ
ク６２で入力値の大きさを調べ（ステップ５Ｔ７）、そ
の値が現在のデータ中の最大値を越える場合はその値を
更新する（ステップ５Ｔ８）ことによりバッファリング
されているデータの最大値が常時取り出せるような状態
でバッファリングを行う、バッファリングが終了すると
（ステップ５Ｔ９）、バッファリングされているデータ
を使用して自己相関値を求める（ステップ５ＴＩＯ）、
自己相関値を求める際に、演算時のオーバーフローを監
視しくステップ５ＴＩＩ）、オーバーフローが生じない
場合は、従来の処理と同様である。

オーバーフローが生じた場合、演算を一時中断し、前記
バッファリング時に求めておいたデータの最大値を基準
にして、データおよびそれまでの演算結果に乗する定数
を求める（ステップ５Ｔ１３）。

データに乗する定数の求め方として、例えば、最大値に
その数を掛ければデータの平均値になる数という求め方
等が考えられる。

また、それまで演算した結果に掛ける乗数については、
上記のようにして求めたデータに乗する定数をＣとする
と、０〜２次の自己相関値に対してはＣ２，３次の自己
相関値についてはサンプルき となる。

以上のようにして定数が求まった後、それぞれ演算され
ていないデータおよび途中までの演算で求められた演算
結果に対してステップ５Ｔ１３で求めた定数を掛は合せ
る〈ステップ５Ｔ１４゜１５）。

値の修正が終了したら、中断していた演算を開始し、最
終的に自己相関値を求める。

このようにして求めた自己相関値をもとに従来例と同様
に符号化して送信されるわけであるが、このとき上記手
順で求めたデータに掛けあわせた定数値もデータとして
送信することにより、受信側でこの定数の逆数を入力デ
ータに掛は合せる処理をすることで、送信側の入力デー
タと同じレベルの信号として復号化することが可能であ
る。

なお、上記実施例では、入力データの最大値から定数を
計算する方法をとったが、入力前にあらかじめ適当な値
を設定しておいてもよい。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば演算中にオーバーフロ
ーを起こしても、途中までの演算結果および未だ演算さ
れていないデータを修正して演算を再開するようにした
ので、入力レベルの高い音声が入力されても、正しく線
形予測処理を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による音声符号送受方式を
実施する送受信装置の全体構成を示すブロック図、第２
図は本実施例の線形予測パラメータ算出ブロックの構成
を示すブロック図、第３図は本実施例のバッファリング
及び自己相関値を求める処理フローを示すフローチャー
ト図、第４図は従来の音声符号送受方式を実施する送受
信装置の全体構成を示すブロック図、第５図は、従来例
における線形予測パラメータ算出ブロックの構成を示す
ブロック図、第６図は量子化値と符号化値との関係を示
す線図、第７図は従来例による線形予測係数を求めるフ
ローチャート図である。 ４１はバッファ、４２は予測パラメータ算出ブロック、
４３Ａは線形予測ブロック、４４はレベル適正量子化ブ
ロック、４５はステップ幅算出ブロック、４６は符号化
ブロック、４７はマルチプレクサ、４８はデマルチプレ
クサ、４９は復号化ブロック、４３Ｂは線形予測ブロッ
ク、５０は乗算器、６１は窓関数ブロック、６２は自己
相関算出ブロック、６３は線形予測係数算出ブロック、
６４は短時間予測ブロック、６５はピッチ係数算出ブロ
ック、６６はバッファ、６７は乗算器。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 （外２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自己相関値を用いて線形予測パラメータを求め、該パラ
   メータをもとに入力音声信号を量子化、符号化し、前記
   符号化されたデータを送信し、送信された前記データを
   受信し、受信したデータを前記線形予測パラメータを用
   いて復号化することによって受信した前記データを元の
   音声信号に再生する音声符号送受方式において、入力さ
   れた前記音声信号の前記自己相関値の演算中にオーバー
   フローが検出された場合、前記演算を中断して定数を設
   定し、前記オーバーフローまでに計算した演算結果及び
   前記演算中に一時的に保存していた前記音声信号でまだ
   演算に使用していないものに対し、前記定数を乗じて修
   正を施した後、前記演算を再開することによつて符号化
   処理を行い、前記符号化されたデータを送信し、受信側
   では受信した前記データから元の前記音声信号を再生す
   るに際し、再生された前記音声符号に送信側で乗じた前
   記定数の逆数を用いて修正を施すことを特徴とする音声
   符号送受方式。