JPH01180000A - 音声符号化速度変換装置 - 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〕 本発明は音声符号化速度変装置に関し、特にマルチパル
ス列の如く分析フレームごとの波形情報を保持するパル
ス列を利用するディジタル音声通信における符号化速度
の変換を行なう音声符号化速度変換装置に関する。

〔従来の技術〕

ディジタル音声通信にあっては、回線の有効利用等の目
的から音声の符号化速度を変換する要求がしばしば発生
する。マルチパルスの如く、音声の波形情報を含むパル
ス列を利用して行なわれるディジタル音声通信にあって
も、たとえば１６Ｋｂ／Ｓ（キロビット２秒）の中速程
度の符号化速度を４、８　Ｋ　ｂ　／　ｓ程度の低速の
符号化速度に変換したい動機がしばしば発生する。

従来、このような符号化速度の変換は、ディジタル形式
で入力した音声信号を一部アナログ波形に変換してから
符号化速度の変換処理を行うのが一般的手法となってい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の符号化速度変換装置は、−旦合成波形と
して再生した波形を再びディジタル化する形式で処理し
ているので、ハードウェアの構成がディジタル−アナロ
グ−ディジタルの変換手順に対応して複雑化し、また伝
送速度の遅延をもたらすうえ、さらに不要なＳ（Ｓｉｇ
ｎａｌ）／Ｎ（Ｎｏｉｓｅ）の劣化を招くという欠点が
ある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、マルチパルスの
如き音声の波形情報を含むパルス列を利用する符号化に
おいて、合成波形を介さずかつピッチ用ビットに割当て
るＵＶ区間の有効利用とピッチ予測つきのパルス列への
変換手段を利用することにより、ハードウェアの構成を
簡素化し、伝送速度の遅延を避け、不要なＳ／Ｎの劣化
を抑止しうる音声の符号化速度変換装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の音声符号速度変装置は、分析フレームごとの音
声信号の最大振幅情報とともに前記分析フレームごとの
波形情報を含む特性を有するように形成したパルス列を
入力して前記パルス列の保持する波形情報にもとづいて
ピッチを抽出するとともに前記最大振幅情報にもとづい
てＶ（有声）／ＵＶ（無声）を判別してピッチ・Ｖ／Ｕ
Ｖデータとして出力するピッチ抽出・Ｖ／ＵＶ判別器と
、前記パルス列とピッチ・Ｖ／ｌｌＶデータを受けＵＶ
区間にあっては前記パルス列に含まれるパルス数を振幅
の絶対値順に上位から選定する特定数に限定するととも
にＶ区間にあっては前記ピッチデータの周期性にもとづ
いて前記パルス列をピッチ予測形式のパルス列に変換し
つつパルス数を所望の符号化変換速度に対応させて削減
して出力するパルス列符号化器と、前記変換パルス列に
含まれるパルスの振幅ならびに間隔をＵＶならびにＶ区
間ごとにそれぞれ所定の限定ビット数に圧縮し符号化パ
ルスとして出力するとともにパルス位置データならびに
ＵＶおよびＶ区間ごとの振幅圧縮係数を出力するパルス
列符号化器と、前記ピッチ・Ｖ／ＵＶデータとパルス位
置データを入力しＶ区間のピッチ周期はピッチ周期に割
当てられるタイムスロットの一部を使用しかつ残りのタ
イムスロットを前記パルスが存在しないタイムスロット
情報の指定に割当てるようにして組立てた組立ピッチデ
ータを出力するピッチデータ組立器と、前記最大振幅を
前記振幅圧縮係数で補正する最大振幅補正器とを備えて
構成される。

〔実施例〕

次に、図面面を参照して本発明の詳細な説明する。第１
図は本発明の一実施例のブロック図であり、分析フレー
ムごとの波形情報を保持するように形成されたパルス列
としての符号化マルチパルス列と、分析フレームごとの
最大振幅情報を７ビツト構成のμ２５５形式の非直線圧
縮パラメータを利用して構成するμ２５５（７ビツト）
符号化最大振幅と、分析フレームごとの量子化ＬＰＣ係
数とを入力として利用する場合を例としている。

これら入力のうち、量子化ＬＰＣ係数は本発明に直接か
かわるものではないが、符号化速度変換処理に関連して
運用されるものであり併記して示す。

第１図に示す実施例の構成は、符号化マルチパルス列の
復号化を行って復号化マルチパルス列を出力するパルス
列復号化器１、この復号化マルチパルス列とμ２５５（
７ビツト）符号化最大振幅を受けて分析フレームごとの
ピッチとＶ／ＵＶに関するデータを出力するピッチ抽出
・Ｖ／ＵＶ判別器２、復号化マルチパルス列を入力しピ
ッチ・Ｖ／ＵＶデータにもとづいて復号化マルチパルス
列をＶおよびＵＶ区間別にそれぞれ所望の符号化変換速
度に対応させて削減したパルス数に変換した変換パルス
列として出力するパルス列変換器３、変換パルス列に含
まれるパルスの振幅ならびに間隔なＶ、ＵＶ区間別にそ
れぞれ所定の限定ビット数で圧縮し符号化マルチパルス
列として出力するパルス列符号化器４、ピッチ・Ｖ／Ｕ
Ｖデータとパルス列符号化器から受けるパルス位置デー
タにもとづいてピッチデータなＶおよびＵＶ区間別に組
立て直すピッチデータ組立器５、パルス列符号化器４か
らＶ、ＵＶ区間ごとのビット圧縮情報を受けてμ２５５
（７ビツト）符号化最大振幅を圧縮補正する最大振幅補
正器６を備えて構成され、このほか量子化ＬＰＣ係数を
所望の符号化変換速度に対応させて削減する量子化ビッ
ト削減器７を併記して示す。

次に、第１図の実施例の動作について説明する。

パルス列復号化器１は、符号化マルチパルス列を復号化
し、復号化マルチパルス列としてピッチ抽出・Ｖ／ＵＶ
判別器２とパルス列変換器３に供給する。

ピッチ抽出・Ｖ／ＵＶ判別器２は、復号化マルチパルス
列とμ２５５（７ビツト）符号化最大振幅を入力し、μ
２５５（７ビツト）符号化最大振幅を利用し公知の手法
によって分析フレーム領域ごとにその■区間とＵＶ区間
の判別を行い、また復号化マルチパルス列を波形に代替
え利用して公知の手法にもとづいてピッチ抽出を行い、
ピッチ・Ｖ／ＵＶデータを出力、これをパルス列変換器
３とピッチデータ組立器５に供給する。

パルス列変換器３は、次の処理によってＶ、　ＵＶ区間
ごとマルチパルスを所望の符号化変換速度に対応して削
減する。

先ずＵＶ区間のパルス削減について説明する。

ＵＶ区間に対しては、振幅の絶対値の大きい順に、所望
の符号化変換速度に対応して決定する特定数、本実施例
では７バルスを選別し他のパルスを除去する。

一方、■区間にあっては、ピッチ周期の繰返し性を利用
するピッチ予測つきのマルチパルスを所定数の６個設定
する。この６個は合成側でピッチ予測フィルタにかけて
もとのパルス列に最もよく合致するものを再生しうる振
幅大なる６個を分析フレームごとに設定する手法によっ
て行われる。

第２図は有声区間のマルチパルスの一例を示す参考図で
あり、ピッチ周期ごとに類似したパルス列が繰返し発生
する状況を示している。ただしピッチ周期ごとに繰返さ
れる波形は時間変動性を有し、従ってこの時間変動性を
勘案しどのように６個のパルスを選定するかが問題とな
る。

第３図は有声区間のピッチ予測につきマルチパルス列設
定の第１の方法を示すブロック図である。

基本的にはピッチ予測フィルタの逆フイルタ的構成であ
り、ピッチ予測フィルタを利用して形成するマルチパル
スが時間変動性を加味した最適なものとなる６個のパル
スを分析フレームごとに設定することを目的とし、ピッ
チ周期に関する情報を受けつつ常に１ピツチの遅延量を
付与されるように機能するピッチ遅延回路８〜１３と、
加算器１４〜１９で構成される。この構成は、合成側に
提供すべきマルチパルスの設定精度や実用上の許容値等
を勘案してその規模が決定される。

次に６個のマルチパルスの設定について述へる。

第４図は第３図のマルチパルス設定動作を説明するため
の波形図である。第４図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）お
よび（ｄ）はそれぞれ第３図の入力Ｐ、比出力、　Ｒお
よびＳの波形を示す。すなわち入力として第４図（ａ）
に示す入力Ｐが供給されたとする。この場合の入力Ｐは
、時間とともに振幅と位置が少しずつ変動する４ピツチ
の周期分のＶ区間の分析フレームを例としている。

出力Ｑは入力Ｐをピッチ遅延回路で１周期遅延させたも
のを入力Ｐから加算器１４で減算したもので、時間的に
最も早い１周期分と、時間変動性によって完全には減算
し切れずに残る残差分の時系列として第４図（ｂ）に示
すものが得られる。

次に、出力Ｒは、加算器１５の出力、すなわち入力Ｐか
ら入力Ｐを２ピッチ周期分シフトしたピッチ遅延回路９
の出力を減算したものからさらにピッチ遅延回路１１の
出力を加算器１７で減算して得られる。ピッチ遅延回路
１１の出力は加算器１４を出力を１ピッチ周期分シフト
したものであり、また加算器１４の出力は入力Ｐから入
力Ｐを２ピッチ周期分シフトしたものを減算したもので
あり、従って出力Ｒは入力Ｐから２ピッチ周期分シフト
したパルス列を差引いたものから、入力Ｐから入力Ｐを
１ピッチ周期分シフトしたものをさらにｌピッチ周期分
シフトしたものを減するものとして得られる。こうして
得られるパルス列が第４図（ｃ）に示すものであり、さ
らに同様な手法で加算器１６〜１９によるピッチ遅延回
路１０〜１３の出力との減算を介して得られる出力Ｓを
第４図（ｄ）に示す。このような一連の操作は合成側に
おけるピッチパルスの予測設定処理におけるピッチ予測
のいわば逆処理を施すことによって、ピッチ予測に最も
適したパルス設定を行わんとするものである。

第４図（ｄ）に点線円で示す６個の設定パルスは、これ
らのピッチ予測逆設定を介して得られた、振幅の大なる
順に選択された６個のパルスである。

第５図は有声区間のピッチ予測につきマルチパルス列設
定の第２の方法を示すブロック図、第６図は第５図のマ
ルチパルス設定動作を説明するための波形図である。

第５図において、加算器２３の出力Ｔは入力Ｐから１ピ
ッチ周期分シフトしたものを減じたパルス列、加算器２
４の出力Ｕはピッチ遅延回路２０の出力からピッチ遅延
回路２１の出力を減じたもの、また加算器２５の出力Ｖ
はピッチ遅延回路２１の出力からピッチ遅延回路２２の
出力Ｗを減じたものとして得られるパルス列である。こ
のように、入力Ｐから１ピ、チ周期差の２つのパルス列
を時間的に新しい方向にシフトしつつ差分として残るパ
ルス列から振幅の大なる順に６個のパルスを選んでも第
３図の場合と類似のパルス選択が行なえる。第６図（ｂ
）はこうして選ばれる６個のパルスを示す。なお、通常
のピッチ予測なしのマルチパルス列は分析フレームあた
りの４パルス程度の数を利用している。

パルス列変換器３によって出力される変換マルチパルス
列はこのようにして分析フレームごとに設定さｈる。

次にパルス列符号化器４による変換マルチパルス列の符
号化について述べる。

先ずＵＶ区間のパルス列符号化について説明する。

ＵＶ区間のマルチパルスは振幅量なる順の７パルスとす
ることは既述のとおりである。この７パルスの量子化の
うち、パルス間隔の量子化には５ビツトを割当てている
。この割当て５ビツトで７パルスのパルス間隔がすべて
量子化しうる場合には振幅量子化が次の内容で１ピツ）
［子化される。

すなわち、この場合、振’ｌ’？Ｈｆｔ子化のための割
当てビットは極性表現のみの１ビツトとしている。

従って、振幅としてはすべて同一の標準振幅ａとするが
、かかる措置もＵＶ区間の再生音声に対する影ム度がさ
ほど大きくないことを勘案して行われるものである。

標準振幅ａの決定は次のようにして行われる。

第７図は標準振幅の設定説明図である。次に第７図を参
照しつつ最小自乗法を利用する標準振幅の設定について
説明する。

いま７パルスがそれぞれ６１〜δ７実振幅を有するもの
とし、設定すべき標準振幅の絶対値をａとする。また、
漂準振＠ａと実振幅δ１〜δ、との偏差をそれぞれ０１
〜ｅ７で表わすものとすると次の（１）式が成立する。

１瑠１　　　　　　　１＝１ Ｚ２（δ、−ａ）　（−１）　＝Ｏ−（２）ｗｌ すなわちａは次の（３）式で示される。

こうして、７パルス間隔量子化がすべて可能な場合は、
（３）式によって決定される標準振幅ａを共通の振幅と
し、極性のみを指定する１ビツトでパルス符号化が行わ
れる。

さて、７パルスのパルス間隔が５ビツトだけでは表現で
きず、量子化不可能な部分が存在する場合は、パルス表
現が可能となるまで、パルスを１個削減し、ダミーパル
スを５ビツト表現可能かつ、最良の位置に設定するとい
う操作を繰返す。ただし、この場合、振幅０のダミーパ
ルスは設定できないため、６１〜δ、以外の実際にパル
スの存在する位置に設定するという方法で行われる。

次に、■区間のマルチパルス列の符号化について述べる
。

■区間は、パルス列変換器３で振幅類に分析フレームご
とに設定した６パルスを受けて、これら６パルスのパル
ス間隔は５ビツトで、振幅は２ビツトで量子化する。た
だし、間隔量子化は５ビツトで示されるうちのＯ〜３０
対応分はそのまま間隔を表現するものとし、３１は間隔
３０を超えるものを指定するビットとして利用される。

なお、■区間の振幅情報は、上述した如く２ビツトの量
子化が行われるが、この場合、エビ、トは極性の指定用
に、また残る１ビツトは（３）式で示す標帖振幅を６パ
ルスについて算出し、これより実振幅の絶対値が大か小
かの指定用に利用し、許容変動幅を超えるものに対して
は所定の設定値の固定レベルの増減を付与することに利
用している。

このようにしてＵＶおよびＶ区間のパルス列符号化が行
われ、符号化マルチパルス列として出力される。また、
この符号化処理において設定されるパルス位置データは
ピッチデータ組立器５に提供され、ＵＶ区間とＶ区間で
それぞれ１ビツト。

２ビツト表現で振幅圧縮を行なった場合の圧縮程度を示
すデータを振幅圧縮係数として最大振幅補正器６に供給
する。

最大振幅補正器６は、パルス列符号化器４における振幅
圧縮の程度、すなわち次の（４）式で示される振幅圧縮
係数Ａを受けつつ、ピッチ抽出・Ｖ／ＵＶ判別器２から
提供されるＶ／ＵＶデータに対応して、μ２５５（７ビ
ツト）最大振幅とＡとの乗算による補正を行ない圧縮最
大振幅データとして出力する。

Ａ＝ｍａｘ　（ｌδ−）　／　ａ　　＝　（４）次に、
ピッチデータ組立器５によるピッチデータの処理につい
て述べる。

ピッチデータ組立器５は、ピッチ抽出・Ｖ／Ｕ■判別器
２からはピッチ・ＵＶデータを、またパルス列符号化器
４からはパルス位置データを受けつつ次のようにしてピ
ッチデータの組立てを行なう。

本実施例の場合、ピッチデータに対してはＴビットが割
当てられている。この割当てビット数はピッチ伝送の場
合のほぼ基準的なものである。

いま、この７ビツトのＯ〜１２７の量子化ステップのう
ち０〜１５と１２１〜１２７をＵＶ区間に、１６〜１２
０をＶ区間にそれぞれ割当てる。これら割当てた量子化
ステップのうち、１６〜１２０はＶ区間のピッチデータ
を表現するために利用する。一方、０〜１６と１２１〜
１２７の量子化ステップ分は、ＵＶ区間におけるマルチ
パルス不在のタイムスロットに関する情報を表現するた
めに利用し、ＵＶ区間のマルチパルス間隔に関する情報
ニ必要なタイムスロットの冗長度圧縮を行なっている。

第８図は無声区間のパルス不在タイムスロット指定の内
容を示す説明図である。

第８図に示す指定ステップは、７ビツト０〜１２７のう
ちの０〜１６および１２１〜１２７の量子化ステップに
対応し、またパルス不在タイムスロットの欄に示す１〜
３２．３３〜６４．・・・・・・１２９〜１６０の総数
１６０のタイムスロットは、本実施例における分析フレ
ーム長２０ｍ５ｅｃ、サンプリング°周波数８ＫＨｚか
ら設定される。また、記号Ｏはパルスの不在タイムスロ
ットを示し、記号−はパルス存在タイムスロット、記号
Ｘはパルス存在の有無の対象としないタイムスロットを
示す。なお、１２９〜１６０および１４５〜１６０のタ
イムスロットをパルス存在の有無の対象から除外してい
る理由は、ＵＶ区間のパルスは分析フレームの初めから
振幅順に次次と７パルスを選択して量子化処理をしてい
くので、タイムスロットの冗長性の排除という観点から
見てもさほど有意の区間ではないことによる。

さて、第８図において、たとえば指定ステップとして０
を利用すると、この指定によって１〜３２．３３〜６４
．６５〜９６．９７〜１２８の各タイムスロット区間に
はそれぞれマルチパルスが存在する情報として送出され
る。

また、指定ステップとして１５を利用すると、４つのタ
イムスロット区間のいずれにもマルチパルスが存在しな
いことを意味する情報として送出される。さらに、指定
ステップとして５を利用すると、この場合はタイムスロ
ット区間１〜３２と６５〜９６にはそれぞれ、マルチパ
ルスが存在しない情報を提供することになる。

なお、指定ステップ１２１〜１２７に対するタイムスロ
ット区間はそれぞれ、指定ステップ０〜１５に対するタ
イムスロットの補間的なもので、たとえばタイムスロッ
ト１７〜４８は、タイムスロット１〜３２と３３〜６４
のそれぞれのほぼ中心のタイムスロット間の区間であり
、このようにしてきめの細かいタイムスロット指定を考
慮している。

このようにして、ＵＶ区間はマルチパルスの存在しない
区間の指定のみ行う形式でタイムスロットすべてを利用
する冗長度を避はピッチ用ビットによるマルチパルス間
隔の表現を確立している。

このようにして、マルチパルス不在区間の指定という形
式を介してマルチパルス存在区間としてのタイムスロッ
トを知り得えてこれをＵＶ区間のピッチ情報とし、これ
に１６〜１２００指定ステツプで表現されるＶ区間ピッ
チ情報を加えたものを組立ピッチデータとして出力する
。

量子化ビット削減器７は、量子化ＬＰＣ係数を受けてこ
れを符号化変換速度に対応して量子化ビットの削減を行
って出力する。ただし、この量子化ビットの削減は、本
実施例の運用目的にもとづいて実施されるものであり、
−船釣には必らずしも無条件に必要とするものではない
。

こうして、所望の符号化速度変換、本実施例の場合は１
６Ｋｂ／ｓから４．８Ｋｂ／ｓへの符号化速度変換が行
われる。

このようにして行われる符号化速度の変換は、アナログ
波形への変換を介することなく、直接ディジタル処理で
行なわれるのでハードウェアの規模の拡大もなく、また
伝送遅延も少なくてすみ、当然Ｓ／Ｈの劣化も抑止しう
るものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、アナログ波形への変換を
介することなくディジタル処理で音声の符号化速度を所
望の変換速度に対応させてパルス選別ならびにビット圧
縮するとともに、ピッチ用ビットを利用してＵＶ区間の
パルス間隔表現を図るという手段を備えることにより、
ハードウェアの構成規模を著しく簡素化し、伝送遅延と
Ｓ／Ｎの劣化を大幅に改善しうるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は有声
区間のマルチパルスの一例を示す参考図、第３図は有声
区間のピッチ予測つきマルチパルス列設定の第１の方法
を示すブロック図、第４図は第３図のマルチパルス設定
動作を説明するための波形図、第５図は有声区間のピッ
チ予測つきマルチパルス設定の第２の方法を示すブロッ
ク図、第６図は第５図のマルチパルス設定動作を説明す
るための波形図、第７図は標準振幅の設定説明図、第８
図は無声区間のパルス不在タイムスロット指定の内容を
示す説明図である。 １・・・・・・パルス列復号化器、２・・・・・・ピッ
チ抽出・Ｖ／ＵＶ判別器、３・・・・・・パルス列変換
器、４・・・・・・パルス列符号化器、５・・・・・・
ピッチデータ組立器、６・・・・・・最大振幅補正器、
７・・・・・・量子化ビット削減器、８〜１３・・・・
・・ピッチ遅延回路、１４〜１９・・・・・・加算器、
２０〜２２・・・・・・ピッチ遅延回路、２３〜２５・
・・・・・加算回路。 代理人　弁理士　　内　原　　　音 第４図 ２０〜２２−−−−５’−ＪｉＵ−ｆ、−０Ｂ−、２３
−２５−−−−１ｔｏ算Ｏ，Ｓ第５図 第６図 ６し　−−−−　標準４斤ミ中晶 工〜ざ７−−−−実諷幅 ｅ、〜ｅ７−傭差 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分析フレームごとの音声信号の最大振幅情報とともに前
   記分析フレームごとの波形情報を含む特性を有するよう
   に形成したパルス列を入力して前記パルス列の保持する
   波形情報にもとづいてピッチを抽出するとともに前記最
   大振幅情報にもとづいてＶ（音声）／ＵＶ（無声）を判
   別してピッチ・Ｖ／ＵＶデータとして出力するピッチ抽
   出・Ｖ／ＵＶ判別器と、前記パルス列とピッチ・Ｖ／Ｕ
   Ｖデータを受けＵＶ区間にあっては前記パルス列に含ま
   れるパルス数を振幅の絶対値順に上位から選定する特定
   数に限定するとともにＵＶ区間にあっては前記ピッチデ
   ータの周期性にもとづいて前記パルス列をピッチ予測形
   式のパルス列に変換しつつパルス数を所望の符号化変換
   速度に対応させて削減して出力するパルス列符号化器と
   、前記変換パルス列に含まれるパルスの振幅ならびに間
   隔をＵＶならびにＶ区間ごとにそれぞれ所定の限定ビッ
   ト数に圧縮し符号化パルスとして出力するとともにパル
   ス位置データならびにＵＶおよびＶ区間ごとの振幅圧縮
   係数を出力するパルス列符号化器と、前記ピッチ・Ｖ／
   ＵＶデータとパルス位置データを入力しＶ区間のピッチ
   周期はピッチ周期に割当てられるタイムスロットの一部
   を使用しかつ残りのタイムスロットを前記パルスが存在
   しないタイムスロット情報の指定に割当てるようにして
   組立てた組立ピッチデータを出力するピッチデータ組立
   器と、前記最大振幅を前記振幅圧縮係数で補正する最大
   振幅補正器とを備えて符号化速度を変換することを特徴
   とする音声符号化速度変装置。