JPH02113300A - 音声符号伝送方法 - 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】 〔概要　〕 音声の高能率符号化方法に関し、特に伝送データの圧縮
法の１つである、ピッチ周期長の音声波形から１ピッチ
周期長の波形を切り出し、それを数回繰り返す符号化方
法（以下波形繰り返し伝送方法という）、に関し、 従来のマルチステージ方式に比べ伝送量を増加させるこ
となく、しかも良好なＳ／Ｎで符号化できる音声符号化
方法の提供を目的とし、受信側では、入力音声のしピッ
チ周期長（Ｌは自然数）からなる元信号から、ピッチ周
期及び近似波形を抽出し、 ピッチ周期ごとに元信号と、近似波形からなる主信号と
の差分信号を抽出し、 該差分信号をＬピッチ周期ごとに、かつ全差分信号を並
列にして出力し、アダマール（Ｈａｄａｍａｒｄ）行列
を使用して直交変換し、 変換された信号を量子化し、誤差を多く含む符号語に、
他の並列関係にある符号語より多いビットを割り当てて
伝送するとともに、 受信側では、受信された信号を逆量子化し、逆量子化さ
れた信号を、アダマール行列を使用して逆直交変換し、 逆変換された信号と、伝送された近似波形からなる主信
号をそれぞれ順に合成し、これらを連結して再生信号を
出力する。

〔産業上の利用分野　〕

本発明は、音声の高能率符号化方法に関し、特に伝送デ
ータの圧縮法の１つである、ピッチ周期長の音声波形か
ら１ピッチ周期長の波形を切り出し、それを数回繰り返
す符号化方法に関する。

〔従来の技術　〕

音声符号化は、音声信号が周期性が強いことから波形繰
り返し伝送方法を適用するのが、データ圧縮に有効であ
る。

波形繰り返し伝送方法とは第３図に示すように、まずし
ピッチ周期長（Ｌは自然数）の音声波形の元信号ｘｌ、
ｘＺ、・・・Ｘｔからこれらを近似する波形Ｘ　ａｐｐ
をつくる。例えばｘｌ、ｘ２．・・・Ｘ、の平均である
１ピッチ周期長の波形Ｘ、、、＝　（Ｘ、＋Ｘ、＋・・
・＋ＸＬ）／Ｌの量子化した値をＸ□いとし、■ピッチ
周期長の代表として伝送し、伝送されたＸ□９をＬ回繰
り返して再生信号とするものである。この方法は少ない
伝送容量で済むと言う利点をもっていると同時に、元信
号と再生信号に多少の誤差がでる欠点をも持ち合わせて
いる。

以下に繰り返し方法を基礎としたマルチステージ方法に
ついて述べる。

第４図にマルチステージ方法の原理図を示す。

マルチステージ方法は送信側ＴＸにおいて、元信号から
Ｔ　Ｄ　ＨＳ　（ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎｈａｒｍｏｎ
ｉｃ　ｓｃａｌｉｎｇ）方式による時間圧縮部４１１に
おいて、波形切り出し部４１２が１／Ｌに時間圧縮して
得られたＸ　ｍｌ）ｐを主信号とし、主量子化部４１３
で量子化する。そして波形繰り返し部４１４で近似波形
からなる主信号を抽出し、減算器４１６で元信号との差
分信号を抽出する。このとき近似波形に平均のＸを使用
しないのは、Ｘがフレームの切れ目で不連続なため、Ｘ
を符号化する予測符号化方法が適用できないためである
。そして差分信号を副電子化部４１５で量子化して伝送
するものである。

受信側では、受信した近似波形と差分信号とを加算し、
逆量子化して再生信号を得るとこになる。

この方法は、一般に差分信号の振幅は主信号に比べ小さ
いので、より少ないビットで量子化でき、符号化ビット
数も繰り返し方法に比べて僅かのビット増加ですむ。

〔発明が解決しようとする課題　〕

従来のマルチステージ方式では、元信号と主信号の差分
信号を量子化するわけであるが、近似波形Ｘ□３は量子
化誤差やＴＤＨ３処理のため、前記平均をとる近似波形
Ｘとは異なり誤差Ｘ−ｘ、。

２をも一緒に量子化している。そのため再生信号のＳ／
Ｎ　（信号対雑音比）の効率があまりよくないという問
題を生じていた。

そこで本発明は、従来のマルチステージ方式に比べ伝送
量を増加させることなく、しかも良好なＳ／Ｎで再生信
号を得ることのできる音声符号化伝送方法の提供を目的
とする。

〔課題を解決するための手段　〕

本発明の原理図を第１図に示す。

このような音声符号化伝送方法では、平均をとる近似波
形Ｘとは異なるＴＤＨ３等による近似波形ｘ　ｉｐｐを
用いざるを得ないためＳ／Ｎ効率が悪くなっている。し
かし、近似波形と元の波形の差分は、 ＸＩＸｍｐｐ　＝（ＸＩ　　Ｘ）　＋（Ｘ　　Ｘａｌ１
９　）（ｉ＝１．２．　　・・・、Ｌ） であり近似波形ｘａｐｐと平均をとった場合の近似波形
Ｘとの誤差Ｘ　　Ｘａｏｐの加わり方はどのＸ。

でも同じである。そこでビット割当をする前に誤差を１
つの信号に集中させるため変換部１０４で直交変換を行
う。しかも直交変換行列として、最も演算の簡単なアダ
マール行列を使用する。そして、量子化部１０５で量子
化し、ビット割当部１１４で誤差を多く含む符号語に、
他の並列関係にある符号語より多いビットを割り当てて
伝送する。受信側では、送信側と逆の量子化及び変換が
行われる。

〔作用　〕

アダマール行列を使用して直交変換過程を導入すること
により、差分信号に一定に載っていた誤差Ｘ　　Ｘａｔ
ｓｐがある決まった信号に集中する。よって、伝送する
際にこの誤差の集中した信号に他より多くのビットを割
り当てて伝送することで、誤差をを含むところを細かい
情報で伝えることができ、再生する際、元信号により近
い信号を再生できる。つまりは、Ｓ／Ｎのよい再生信号
を出力できるようになる。

〔実施例　〕

第２図に本発明の実施例を示す。図中２０１はピッチ周
期抽出器、２０２は近似波形抽出器、２０３は差分信号
抽出器、２０４はアダマール変換器、２０５は量子化器
、２０６は多重化装置、２０７は分離装置、２０８は逆
量子化、２０９は逆アダマール変換器、２１０は差分信
号抽出器、２１１は近似波形再生器である。本実施例で
はピッチＬ＝４の場合を示す。以下図面に従って実施例
を詳しく説明していく。

送信側上ではまずピッチ周期抽出器２０１でＡ−Ｍ−Ｄ
方式により人力音声の元信号からピッチ周期Ｔを抽出す
る。次に近似波形抽出器２０２でＴＤＨ３方式により４
ピッチ周期分の波形Ｘ＋。

Ｘｚ、Ｘｌ、Ｘ４を切り出し、近似波形Ｘ　ａｐｐを抽
出する。　次に差分信号抽出器２０３により、前記抽出
されたピッチ周期Ｔごとに差分信号　Ｙ、＝ＸＩ　　Ｘ
ａｏｐ　　（１＝１．２，３．４）を求める。

そしてＬピッチ周期ごとの全差分信号を並列にして出力
し、アダマール行列Ｈ（ｉ、ｊ）を使用したアダマール
変換器２０４により次式に基づいて差信号Ｙｉを変換す
る。

Ｌ　＝Ｈ（ｉ、１）　Ｘｌ　＋Ｈ（ｉ、１）Ｘｚ・・・
＋Ｈ（ｉ、　ｔ、）　ＸＬ・・（１）式但し、ｉ、Ｌは
自然数、Ｈ（ｉ、ｊ）＝±１　、　ＨＨｔ＝　Ｌ、特に
Ｈ（１，１）＝Ｈ（１，２）−・・＝Ｈ（ｉ、Ｌ）＝１
である。

このときＶ＋、Ｖｚ、Ｖｚ、Ｖ４のうち直行変換により
誤差が集中するのは■、とする。得られた■１は量子化
器Ｑ１で、量子化Ｖ２．Ｖ、、Ｖ４はそれぞれ量子化器
Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４で量子化されるとともに、量子化され
た符号語はビット割当部２１４でビット割当され、多重
化装置２０６にて多重化されて伝送される。ビット割当
をするときは、誤差の集中している■、を量子化するＱ
、にＱ　２．　Ｑ　ｚ、　Ｑ　ａよりも多いビットを割
り当てる。また、誤差がどの信号に集中するかが一定し
ない場合は、例えば変換後の信号Ｖ、、Ｖ２．Ｖ□、ｖ
４のパワーの比を見て毎回割当ビット数を換える適応的
ビット割当手法や信号Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ３　、Ｖ４のパワ
ーの比の統計的平均を求めておき、その比に応じて固定
的に割り当てる方法がある。このとき、ビットの割当情
報も受信側のビット切換部２１５に送信することになる
。こうすることにより誤差の情報を詳細に送信すること
になり、より正確に信号を再生できる。よって、本発明
の方法によりＳ／Ｎは良好となり効果的である。

受信側Ｉでは、伝送された符号語を分離装置２０７で分
離し、逆量子化器Ｑ　＋　−’　、Ｑ　２−　’　Ｉ　
　Ｑ　ｘ　−’Ｑａ−ＩＴ：　Ｖ　＋、　Ｖ　ｚ、　Ｖ
　３、■４の再生信号”ＩＩＶ２＋ｖ３、ｖ４を得る。

次にＶ＋、Ｖｚ、Ｖｔ、Ｖ４に基づいて逆アダマール変
換器２０９において、逆変換を行い）’＋、　ｙｚ＋　
）’３１３’４を得る。

ｙ＋　＝　（Ｈ（ｉ、１）Ｖ、＋Ｈ（ｉ、１）Ｖｚ・・
・十Ｈ（ｉ、　Ｌ）　ｖｔ、　〕／Ｌ（ｉ、Ｌは自然数
〕　・・（２）式 最後に差分信号合成器２１０でＶ　ＩＩ　’／　２１　
＞’□、ｙ４と伝送されたｘ　ａｐｐでＸ１＝ｙｉ　＋
Ｘａｐｐ　　（１＝１．２，３．４）を求め、これらを
連結して再生信号ｘ　ＩＩ　Ｘ２．　Ｘ３．　Ｘａを得
る。

次に、実際の計算上のＳ／Ｎについて従来例と実施例を
比較してみる。一般にＳ／Ｎの効率が悪い場合、それに
比例して信号のもつ量子化誤差電力も大きくなる。そこ
でこの値について以下比較を行う。

まず本発明で用いるアダマール行列Ｈは、Ｈ＝　（Ｈ（
ｉ、ｊ））　　　（ｉ、ｊ＝１．２．　　・・、Ｌ）１
（（ｉ、ｊ）＝±ｌ　、　Ｈ）Ｉｔ＝　Ｌ特にＨ（１，
１）＝Ｈ（１，２）・　・・□Ｈ（ｉ、Ｌ）＝１である
。

一般に量子化が発生する量子化雑音は、入力信号のパワ
ーをｘ２．１サンプル当たりの量子化雑音は、×２・　
４−１に比例する。以下では、Ｘ＝　（Ｘｔ　十Ｘｚ　
十Ｘ３　＋Ｘ４）　／　Ｌとし、粘−ｘ　、　ｘ、−ｘ
、　　・・・、　ｘ、　−ｘは無相関と仮定する。また
、それらのパワーは等しく。

（Ｘ、　−Ｘ）”＝　（Ｘ、−Ｘ）”＝　・・＝（ＸＩ
−Ｘ）２とし、また、 （Ｘａｐｐ−Ｘ）”＝Ｎａｐｐ とする。量子化はマルチステージ方法及び本方法にＣビ
ット／サンプルで量子化するものとする。

まず、従来方法による量子化誤差電力Ｅ。ＬＤは、＝Ｌ
ＣＮｔ＋Ｎ、、、　”）４−” となる。上式の第２項はｘ　ａｐｐがＸからずれている
ため発生するＳ／Ｎの劣化である。

これに対し、本発明では、この項がアダマール変換によ
っである成分に集中するので、その成分を量子化し送信
する際に多くのビットを割り当て、他については、その
分少ないビットを割り当てることでＳ／Ｎを改善できる
。そこで■、をｂビット／サンプル、他をＣビット／サ
ンプルで量子化する。ここで （１）＋　（Ｌ−１）ｃ）　／Ｌ　＝　ａを満たすよう
にす、ｃを選ぶ。このとき本発明に従い量子化したとき
の量子化誤差電力Ｅｎａｗは次のようになる。

（ｉ　）　Ｖ、の量子化誤差Ｅｌ　は、＝　　（Ｌ’Ｘ
−Ｌｘａｐｐ　）　”４−’＝　　Ｌ”Ｎａｐｐ”４−
’ （１１）第ｉ成分（＋　”　Ｌ２＋・・Ｌ）の量子化誤
差Ｅ１　　は、 ＝ＬＮ、ｐ、”４−’　＋（Ｌ−１）　　・ＬＮ”４−
’≧Ｌ（ＬＮ□、２Ｎｌ　（Ｌ−１１）　Ｉ／Ｌ　４−
ｍとなる。ｂ、ｃを適当に選び。

Ｅｆｉ、、　　　＝　　ｌ　　（ｌＮ、、ｐ２Ｎ！（Ｌ
−１１）　　Ｉ／Ｌ　　４−１とする。従って従来方法
と本発明による方法の符号化誤差電力比は、 ココテＩＨ（ｉ、ｊ）　＝　Ｏを使った。Ｘ　Ｊ　−Ｘ
　（ｉ＝１゜２、・・、Ｌ）は互いに独立と仮定したか
ら、Ｅｌ　＝　ＬＮ２・４−’ （ｉｉｉ　）　Ｈａｄａｍａｒｄ逆変換の結果の第ｉ成
分（ｉ４゜２、・・、Ｌ）の量子化誤差Ｅ−１１、量子
化誤差はランダムと見なせるので、 ＝　Ｌ”Ｎ、、、　”４−’　＋（Ｌ−１）・ＬＮ”４
ぺＥＯＬＩＩ　／　Ｅ、−、＝　（Ｎ”Ｎ５ｐｐ　”）
／（ＩＮ、、、ｚＮｚ　（Ｌ−１）　Ｉ／Ｌ＝　（１＋
ｔ）／　（Ｌｔ）　”Ｌ＞　　１（ｔ　＝　Ｎ、、−／
Ｎ”　　とする〕以上の計算式からもわかるように、本
発明により従来に比べＳ／Ｎが効率よく音声が伝送され
ていることがわかる。

以上本発明を実施例に基づいて説明してきたが、前記ピ
ッチ周期抽出方法としては他に、正規化自己相関関数を
用いた自己相関法があり、また、近似波形抽出方法も他
に、ピッチ予測法により既に符号化し再生した信号から
Ｘ　＋、　Ｘ　ｚ、　Ｘ　Ｌ　Ｘ　４を最も良く近似す
る波形を用いる方法等があり、本発明はどの方法によっ
ても効果は変わらず、実施例に限られるものではない。

〔発明の効果　］ 以上本発明のように、アダマール行列を使用して直交変
換を行い、誤差を多く含んだ信号に、より多くのピント
を割り当てて伝送することにより、Ｓ／Ｎが非常によく
伝送され、再生信号がより元信号に近いものとしてえる
こができる。

図中 ピッチ周期抽出部 差分信号抽出部 変換部 量子化部 逆量子化部 逆変換部 再生部 近似波形抽出部

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図 第２図は本発明の実施例 第３図は波形繰り返し法の原理図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 送信側では、入力音声のＬピッチ周期長（Ｌは自然数）
   からなる元信号（１１２）から、ピッチ周期及び近似波
   形を抽出し（１０１、１０７）、ピッチ周期ごとに元信
   号と、近似波形からなる主信号との差分信号（Ｙ＿１〜
   Ｙ＿Ｌ）を抽出し（１０３）、 該差分信号（Ｙ＿１〜Ｙ＿Ｌ）をＬピッチ周期ごとに、
   かつ該差分信号を並列にて出力し、アダマール（Ｈａｄ
   ａｍａｒｄ）行列を使用して直交変換し（１０４）、 変換された信号（Ｖ＿１〜Ｖ＿Ｌ）を量子化し（１０５
   ）、誤差を多く含む符号語に、他の並列関係にある符号
   語より多いビットを割り当てて伝送するとともに、 受信側では、受信された信号を逆量子化し（１０６）、 逆量子化された信号（Ｖ＿１〜Ｖ＿Ｌ）を、アダマール
   行列を使用して逆直交変換し（１０９）、逆変換された
   信号（ｙ＿１〜ｙ＿Ｌ）と、伝送された近似波形からな
   る主信号をそれぞれ順に合成し、これらを連結して再生
   信号を出力する（１１０）、 音声符号化伝送方法。