JPH01306900A - 信号の符号化方法及び装置 - 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】 技術分野 本発明は、音声のパラメータ、例えばピッチ（音の高度
）のようなものを第１信号とし、これを時間の関数とし
て符号化して第２信号とし、この第２信号は連続する情
報ブロックの列を存し、個々の情報ブロックはある特定
の時点に対応する時刻情報と咳時点に対応して第１信号
から得られた振幅情報とを含有して成る信号の符号化方
法に関するものである。本発明はまた、この方法を実行
するための装置にも関する。

従来の技術 音声信号中の、例えばピッチのような音声のパラメータ
である信号を、この信号中の極値即ち相対的及び絶対的
最小値と最大値とを測定することにより、符号化するこ
とは既知である。信号は順次情報ブロックの列として符
号化され、各情報ブロックは信号中の極値が出現する時
点及びこの時点における該極値を示す。

情報ブロックの列で構成された符号化信号は、原信号の
ままで伝送径路を経て送信するよりもかなり低いビット
・レートで、伝送径路を経て順次送信することができる
。その理由は、符号化によってデータははっきり減少す
るので、帯域幅の限定された伝送径路を経て送信するこ
とが可能にな　　′るからである。符号化された信号を
受信後、原信号は内挿補間により再現できる。最も単純
な内挿補間のやり方は、２つの連続する情報ブロックの
表す時点の中間に位置する時点の信号を、この２つの連
続する情報ブロック中の情報により定まる２点を直線で
結んで得るというものである。

原信号を再現するもう１つのやり方として、情報ブロッ
ク中の第１信号の大きさに関する情報を高次の曲線で近
似するというものがある。

時間の関数としてのピッチのような再現された信号は、
引続き、例えば音声チップ（ｓｐｅｅｃｈ　ｃｈｉｐ）
を用いて、音声信号を再合成するのに用いることができ
る。このような音声チップの１例として出願人の商品「
音声チップＰＣＦ　８２００　Ｊがあり、これはｒＥｌ
ｃｏｍａ　ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｌ（１，２１７Ｊと
いう刊行物所載のｒＳｐｅｅｃｈ　５ｙｎｔｈｅｓｉｓ
：ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ａｐｐｒｏａｃｈｗｉｔ
ｈ　ｔｈｅ　ＰＣＦ　８２００　Ｊという文献に記載さ
れている。

既知の方法の欠点として、例えばピッチに関して、符号
化が必ずしも十分正確になされないことや、時には全く
符号化できないことがある。信号をもっと正確に符号化
することを可能にする方法としてＩ”Ｓｙｓｔｅｍｓ　
ａｎｄ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　ｉｎ　Ｊａｐａｎ」誌１
９８５年Ｎｏ、３．５月−６月号、第８５−９５頁所載
の１（１ｍａｉ他著ｒＡｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｅｎ
ｃｏｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｃ
ａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ　ｕｓｉｎｇ　５ｐｌｉｎｅ　
ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ」という文献に記載の方法が知られ
ている。この方法というのは、第３信号が第１信号から
得られ、この第３信号は時間の関数である第１信号の曲
率の測度であり、該第３信号中の極値が測定され、さら
に第１信号は情報ブロックの列の形で符号化され、その
個々の情報ブロックは第３信号中に極値が出現する時点
に対応する時刻情報を含有して成る信号の符号化方法で
ある。信号の曲率中の極値を測定し、それに基いてこの
やり方で信号を符号化することは、第１信号へのより良
い近似をもたらす。

解決しようとする課題 上記のやり方の１例として、（相対的）最大値と（相対
的）最小値との間を傾斜の異なる２つの直線に沿って連
続的に減少し、この両直線は（相対的）最大値が起る時
点と（相対的）最小値が起る時点の中間にある屈折点で
交っている、という形をとる第１信号の符号化を考える
。最初に述べた符号化方法によると、最大値が起る時点
と最小値が起る時点及び例えばそれに伴う最大値と最小
値に対応する２つの情報ブロックがもたらされる。

これを復号化すると再現する信号は最大値と最小値を直
線で結んだものとなり、屈折点は最早でてこない。

二番目に述べた既知の符号化方法では、この屈折点も再
現される。というのは、屈折点は曲率を表す曲線の最大
値又は最小値になっているから、この屈折点で情報ブロ
ックが１つ生成されるからである。この情報ブロックは
屈折点が生じる時点を示し、また例えば、原信号がこの
時点でとる値を示す。情報ブロックが復号化されると、
この屈折点も再現された信号中に再び生じる。

それにも拘らず、Ｉｍａｉ他による改良された方法によ
っても、やはり再現できない場合又はなおあまりに不正
確な場合もある。それ故、本発明の目的は、更に正確度
の高い、そして再現に失敗することの殆どない信号の符
号化方法及びそれを実行する装置を提供しようとするも
のである。

課題の解決手段 この目的を達成するため、本発明による方法では、第３
信号を得るために、第１信号の標本が採られる多数の時
点の各々に対して、該時点において相互に交差する２つ
の直線が、該時点もその内部に位置するある時間間隔内
の多数の時点における第１信号の標本値を通る線を近似
するものとして定められ、さらに各時点に対して該時点
で交差する２直線のなす角の大きさをその時点の第３信
号とすることを特徴とする。本発明は、第１信号中の雑
音によって、Ｉｍａｉ他により提案された方法では信号
の符号化が正確に機能しない、という事実を認識するこ
とに基いている。本発明に依るならば、毎回２つの直線
が定められ、雑音の影響は大幅に減り、より良い符号化
が達成されることを可能にする。

各情報ブロックには、時刻情報ばかりではなく、両直線
の交点における共通値も含まれている。今や再現はこの
共通値にもとづいて可能となる。そうすれば、再現はこ
れらの交点間の内挿補間により達成される。この方法は
更に、各時点に対して定められる２直線は、上記時間間
隔内に位置する標本から最小自乗法を用いて得られるこ
とを特徴とすることができる。

上述の方法を実行する装置は、例えばピッチ（音の高度
）のような音声のパラメータである第１信号を時間の関
数として受信するための入力端子と、 該入力端子に結合する人力点を持ち更に出力点を持つ符
号化ユニットとを有して成り、該符号化ユニットは第１
信号を符号化して、連続する情報ブロックの列を有する
第２信号を形成するように構築され、個々の情報ブロッ
クはある特定の時点に対応する時刻情報と該時点に対応
する第１信号から得られた振幅情報とを含有し、また上
記符号化ユニットは、第２信号を出力するための出力端
子に結合する出力点に第２信号を供給するように構築さ
れて成り、 更に上記符号化ユニットは、 （１）時間の数である第１信号の曲率の測度である第３
信号を第１信号から得るのに適し、（２）該第３信号中
の極値を測定するのに適し、（３）その個々の情報ブロ
ックは第３信号中に極値が出現する時点に対応する時刻
情報を含有する情報ブロックの列を生成するのに適する ようにして成る装置であって、 第３信号を得るために、符号化ユニットは、第１信号の
標本が採られる多数の時点の各々に対して、該時点にお
いて相互に交差し、また該時点もその内部に位置するあ
る時間間隔内の多数の時点における第１信号の標本値を
通るような２つの直線を定め、かつその２直線間の角度
を定めるのに適するものであることを特徴とする。後者
の場合には、該装置は更に、符号化ユニットは、上記時
間間隔の内部に位置する第１信号の標本から、最小自乗
法を用いて直線を得るのに適するものであることを特徴
とする。

情報ブロック中の振幅情報は、該時点における第１信号
の大きさに対応する。

併し、情報ブロックの振幅情報を定めるまた別のやり方
もある。例えば情報ブロック中の振幅情報は、該時点で
相互に交差する２直線の交点の値に対応する、というの
もその１つである。

実施例 本発明の実施例を、以下実例により図面を引用して詳細
に説明する。

第１図では、まず第１ａ図においてこの実例の場合の音
声信号のピッチｒ。を時間の関数として図式的に示し、
これを第１信号とする。この信号は連続的な曲線で表さ
れている。−船釣には、この信号は（例えば２０ｍ５ご
との）等間隔離散時点・・・・・・　ｔｉ−１＋　ｔｉ
　＋　Ｆｉｌ　　・・・・・・における標本の形で与え
られる。第１ｂ図は、第１ａ図の第１信号ｆ。の曲率ｋ
を時間の関数として表す第３信号を図式的に示すもので
ある。信号ｆ。

が等間隔時点の標本の形をとっている場合は、曲率もま
たその等間隔時点 ・・・・・・　Ｆ　Ｉｎ　ｔＩ＋　ｔｌ＋１　　・・・
・・・に対して定まるのである。第１ｂ図は現実の曲率
を示すものではなく、曲率の一種の絶対値を示している
。ということは、第１ｂ図の曲線では（相対的）最大値
のみが考察されなければならないということを意味する
。もし現実の曲率がプロットされていたとすると、その
場合には例えば凸の曲率は正の値を取り、凹の曲率は負
の値をとることになり、曲線中の（相対的）最大値とく
相対的）最小値は共に、極値を決定するために許容され
なければならないことになろう。第１ｂ図から明らかな
ように、曲線には時点 １、．１２．　　・・・＋ｔｌｌ において極値が出現している。これらの極値は、第１ａ
図の曲線［。の曲率が最大の点に対応している。次に第
１ａ図の信号ｆｏ　は、第２図に見られるような情報ブ
ロック列を生成することにより符号化される。ここで、
（例えば第２図中のブロックＢ１のような）情報ブロッ
クとは、曲線にで極値が生起する時点（ｔｌ）と、この
時点におけるピッチ（ｆＯ（ｔｌ））　の値とを示すも
のである。

ピッチを再現した信号ｆ。８を得るために、情報ブロッ
ク列は復号化されて第３図中の実線で示す形となる。

第２図中の８個の情報ブロック内の情報に対応する点Ｐ
１から点Ｐ８までを順次直線で結ぶことにより、時点ｔ
１からｔ８までの間の各時点・・・・・・　ｊｉ−ｌ、
　ｊｉ　、　ｊｉや、　・・・・・・におけるピッチが
得られる。実際にはこれは内挿補間によって得られる。

時点１．．１３間及び時点１３．１５間をそれぞれ結ん
でいる破線は、もしも信号の極値のみが信号の符号化に
用いられたとしたならば、再現される信号はどうなった
であろうかを示している。第３図の点線が、第３図の破
線に比べて、第１ａ図の初めの曲線に対しずっとよく一
致していることは一目瞭然である。

第４図は信号を符号化するための装置の概略図である。

この装置には第１信号を受信するための入力端子１があ
り、この入力端子１は符号化器３の人力点２と結合して
いる。符号化器３は第１図、第２図で説明したような信
号の処理を行い、その出力点４で情報ブロック列を生成
する。この出力点４は出力端子５と結合しており、そこ
から例えば伝送路を経由して情報ブロック列を送信する
というようなことができる。

符号化器３には第１ユニツト６があり、その人力点７が
符号化器３の人力点２となっている。第１ユニツト６は
、各時点における信号ｆｏの曲率ｋを測定し、この曲率
を表す曲線ｋを出力点８に生成するように造っである。

この出力点８は極値検出器１０の人力点９と結合してい
る。この極値検出器１０は曲線にの極値を決定し、該極
値が生じる時点（１＋からｔ８まで）に関する情報を出
力点１１に供給する。この出力点１１は組合せ回路１３
の第１人力点１２と結合している。極値検出器１０は一
般的に、絶対的極値と相対的極値、即ち曲率が正の値で
プロットされたとき（凸形曲率のとき）には最大値を、
負の値でプロットされたとき（凹形曲率のとき）には最
小値を、それぞれ検出する。曲率に対する絶対値のみが
プロットされるときは、極値検出器１０は絶対的及び相
対的最大値のみを検出する。

符号化器３の入力点２は組合せ回路１３の第２人力点１
４とも結合している。人力点１２経由で与えられる各時
点ごとに、組合せ回路１３は、人力点１４経由で与えら
れるこの時点の信号ｆ。の値を測定し、第２図に示すよ
うな情報ブロック列（Ｂ、からＢ８まで）を出力点１５
上に生成する。出力点１５は符号化器３の出力端子４と
結合している。

曲率には種々のやり方で測定することができる。

よく知られているのは、信号ｆ。の時間に関する第２次
導関数から出発する方法である。

曲率には、例えば次の数式によって計算できる；但し韮
でｆｌｏ及び［′ｏは、信号ｆｏの第１次及び第２次導
関数とする。

第２次導関数を計算することは、実際には信号ｆｏ　に
強し１高域通過濾波をかけることを意味する。

このことは、短い急速なピッチの変動は高周波成分をも
っているのだから、これが増幅される結果になる。これ
らの変動は微小抑揚（ｍｉｃｒｏ−ｉｎｔｏｎａｔｉ、
ｏｎ）と呼ばれる領域に属し、即ち知覚的には明瞭では
なし）。微小抑揚は信号中の雑音で、導関数の計算を乱
すものと見做されることもある。それ故、導関数の計算
に先立って（ピッチの輪郭線の）実質的な平滑化をしな
ければならず、事実上はゆるやかな知覚的には適切なピ
ッチの変動のみが残されることになる。併しながら、こ
れでもなお、符号化は満足できる正確さには達しない。

このような曲率測定のもう１つの結果として、比較的ピ
ッチの安定した時間間隔に続いて、急速にピッチが変動
する時間間隔がくると、曲率を表す曲線は、最大値が安
定した間隔の側に幾分移動して現れるようになる。

この不都合を防止するた必、本発明による曲率の測定は
、第５図により説明するやり方で行うのである。

ある特定の時点ｔ１　における曲率 に、　＝ｋ（ｔ、　） を測定するために、まず初めに２つの直線し１及びＬ２
をこの時点に対して定める。第５ａ図ではこの２つの直
線Ｌ１及びＬ２は破線で示されている。この両直線は時
点ｔ１　において交差する。直線り、及びＬ２は近似的
に点ｆ。（ｔｌ−７）及び［。（ｔｉ、−ｆｆｉ）を通
るように定められる。この両直線とも最小自乗法を用い
て決めることができる。これにより、第５ｂ図に示す加
重関数（ｗｅｉｇｈｔ、ｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を
用いて、ｔｌから更に離れた時点に７．１する時間標本
の影響を減じることが可能になる。もしそうしたければ
、ピンチの振幅を加重関数に含めてもよい。ｎの値とｍ
の値とは相互に等しくすることができる。

最小自乗法を用いる近似は、次の式 ％式％） で与えられるｆｉＭが最小となることを意味する。

この式中のＩＩ）＋　は時点ｔ１　における両直線の交
点の両直線に共通の値である。

これによって両直線を決定することが可能になる。そし
て２つの直線Ｌ１とし２がなす角α（１）が、時点ｔ１
　におけるピッチｆ。の曲率の測度となる。

各時点ｔ、に対して上述の過程が実行されて、すべての
時点ｔ１　におけるα（ｉ）の値が得られる。

曲率が最大となる時点を決定するということは、今や関
数α（りの最小値及び最大値を決定することを意味する
ようになった。

情報ブロック中の振幅情報を得るために、１．からｔ８
までの各時点における共通値ρ１を用いることができる
。これは第６図中の第２信号で表されている。第４図に
示す装置は少し改めて、第７図に示されるようなものに
する。ここでは第１ユニツト６′が少し変更されて第２
出力点（２０）をもち、それへ値ｐ、が与えられ、それ
らは順次組合せ回路１３の人力点１４へ転送される。こ
の組合せ回路１３は、ｔｌからｔ８までの各時点に対応
する値ｐ１を正確に選び出す。そこで、第６図に示す信
号が出力点１５に出てくる。

本発明は在に記述した実施例のみに限定されるものでは
ない。例えば本発明の方法及び装置は、ピッチを表す信
号以外の信号を符号化するのにも用いることができる。

その１例は、時間の関数としてのフォルマント周波数の
曲線を符号化することである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１ａ図において第１信号、例えば時間の関
数であるピッチｆ。を示し、第１ｂ図において時間の関
数としての第１ａ図の信号の曲率を示し、第２図は、情
報ブロックの列をもつ符号化された信号を示し、 第３図は、復号化機再現された信号を示し、第４図は、
信号を符号化するための装置を示し、第５図は、第５ａ
図においである時点の曲率をどのように測定するかを図
式的に示し、第５ｂ図はその目的に用いるための加重関
数を示し、第６図は情報ブロック中にまた別の振幅情報
を用いて符号化された信号を示し、 第７図は、第６図のように符号化された信号を与える装
置を示す。 １・・・入力端子　　　　　２．７．９・・・人力点３
・・・符号化器　　　　　４．８．１１．１５・・・出
力点５・・・出力端子　　　　　６，６′・・・第１ユ
ニツト１０・・・極値検出器　　　　１２・・・第１人
力点１３・・・組合せ回路　　　　１４・・・第２人力
点ｆＯ１ｆＨ２） Ｆｌｙ）、２ ＦＩ　Ｇ、　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、音声のパラメータ、例えばピッチ（音の高度）のよ
   うなものを第１信号とし、これを時間の関数として符号
   化して第２信号とし、この第２信号は連続する情報ブロ
   ックの列を有し、個々の情報ブロックはある特定の時点
   に対応する時刻情報と該時点に対応して第１信号から得
   られた振幅情報とを含有して成り、また、第３信号が第
   １信号から得られ、この第３信号は時間の関数である第
   １信号の曲率の測度であり、該第３信号中の極値が測定
   され、さらに第１信号は情報ブロックの列の形で符号化
   され、その個々の情報ブロックは第３信号中に極値が出
   現する時点に対応する時刻情報を含有して成る信号の符
   号化方法において、 第３信号を得るために、第１信号の標本が採られる多数
   の時点の各々に対して、該時点において相互に交差する
   ２つの直線が、該時点もその内部に位置するある時間間
   隔内の多数の時点における第１信号の標本値を通る線を
   近似するものとして定められ、さらに各時点に対して該
   時点で交差する２直線のなす角の大きさをその時点の第
   ３信号とすることを特徴とする信号の符号化方法。 ２、各時点に対して定められる２直線は、上記時間間隔
   内に位置する標本から最小自乗法を用いて得られること
   を特徴とする請求項１に記載の符号化方法。 ３、例えばピッチ（音の高度）のような音声のパラメー
   タである第１信号を時間の関数として受信するための入
   力端子と、 該入力端子に結合する入力点を持ち更に出力点を持つ符
   号化ユニットとを有して成り、該符号化ユニットは第１
   信号を符号化して、連続する情報ブロックの列を有する
   第２信号を形成するように構築され、個々の情報ブロッ
   クはある特定の時点に対応する時刻情報と該時点に対応
   して第１信号から得られた振幅情報とを含有し、 また上記符号化ユニットは、第２信号を出力するための
   出力端子に結合する出力点に第２信号を供給するように
   構築されて成り、 更に上記符号化ユニットは、 （１）時間の関数である第１信号の曲率の測度である第
   ３信号を第１信号から得るのに適し、 （２）該第３信号中の極値を測定するのに適し、 （３）その個々の情報ブロックは第３信号中に極値が出
   現する時点に対応する時刻情報を含有する情報ブロック
   の列を生成するのに適するようにして成る装置において
   、 第３信号を得るために、符号化ユニットは、第１信号の
   標本が採られる多数の時点の各々に対して、該各時点に
   おいて相互に交差し、また該各時点もその内部に位置す
   るある時間間隔内の多数の時点における第１信号の標本
   値を通るような２つの直線を定め、かつその２直線間の
   角度を定めるのに適するものであることを特徴とする請
   求項１または２に記載の方法を実行するための信号の符
   号化装置。 ４、符号化ユニットは、上記時間間隔の内部に位置する
   第１信号の標本から、最小自乗法を用いて直線を得るの
   に適するものであることを特徴とする請求項３に記載の
   信号の符号化装置。 ５、情報ブロック内の振幅情報は、上記時点における第
   １信号の大きさに対応することを特徴とする請求項３ま
   たは４に記載の信号の符号化装置。 ６、情報ブロック内の振幅情報は、上記時点における相
   互に交差する２つの直線の交点の値に対応することを特
   徴とする請求項３または４に記載の信号の符号化装置。