JPH0235993B2

JPH0235993B2 -

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Publication number: JPH0235993B2
Application number: JP58131439A
Authority: JP
Inventors: Satoru Taguchi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1983-07-19
Filing date: 1983-07-19
Publication date: 1990-08-14
Also published as: JPS6023900A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はLSP型パタンマツチングボコーダに関
する。

入力音声信号のスペクトル包絡に最近似するス
ペクトル包絡を、予め音声資料を分析して得られ
た標準パタンと照合して選択し、これを入力音声
信号に関する有声および無声ならびに無音に関す
る情報のほか、ピツチ周期および音の強さ等の音
源情報とともに分析側から合成側に伝送して入力
音声信号の波形を再生するパタンマツチングボコ
ーダは近時よく知られており、またこのようなパ
タンマツチングボコーダの分析側と合成側とにお
ける分析および合成パラメータとしてLSP係数を
利用するLSP型パタンマツチングボコーダもまた
よく知られている。

このLSP係数は線形予測係数、PARCOR（偏自
己相関）係数等とともに声道の共振特性を表わす
パラメータとして利用されるものであり、声門を
仮想的に完全開放および完全閉塞した場合の声道
伝達関数の線スペクトル周波数によるパラメータ
であることはよく知られている。

このようなLSP係数は周波数領域で表わされる
パラメータであり、αパラメータ等が時間領域で
表わされるパラメータであるのに対してより直観
的に扱い得る量であるうえ、少ない情報量でしか
も合成すべき入力音声信号の音質も高い精度のも
のが得られるといつたさまざまな特徴を有し、従
つてこのLSP係数を声道フイルタの伝達関数を決
定する分析および合成パラメータとして利用し入
力音声信号の分析、合成を行なうLSP型ボコーダ
も上述したような特徴を有するものとして構成さ
れる。

このLSP型ボコーダを利用するLSP型パターン
マツチングボコーダは、LSP分析器で分析された
LSP係数と、予め音声資料をLSP分析して得られ
る音声の標準的なLSP係数の分布内容に関する標
準パタンとを照合することによつて両者の類似度
が最大となる最近似標準パタンを選択し、これを
合成側に音源情報とともに伝送して入力音声信号
の合成を図るものであり、スペクトル包絡を10ビ
ツト前後の低情報量で分析、合成しうる方法とし
て近時よく知られつつあり、LSPボコーダにパタ
ン照合、復号を行なう機能を付加することによつ
て容易に構成しうるものである。

このようなLSP型パタンマツチングボコーダに
おけるLSPボコーダは、通常LPC（Linear
Prediction Coefficient、線形予測係数）分析器
によつて得られたLPC係数からLSP係数を誘導
するという手段によつてLSP係数を得ている。

さて、パタンマツチングの単位としては入力音
声のスペクトル包絡の如く音声の物理的特徴に着
目した物理単位と、音声の言語的特徴に着目した
言語単位とがあり、いずれを利用するかはパタン
マツチングボコーダの構成内容等に対応して効率
のいいものが選択され、またこれらの単位をマツ
チングの尺度として行なうパタン照合による標準
パタンの選択にはパラメータの空間距離による方
法と言語的な要素との対応による方法とがある。
従つて、たとえばLSP型パタンマツチングボコー
ダの如く、LSPボコーダの機能を内蔵するものに
あつては、LSPボコーダの機能との親和性を考慮
し、マツチング単位には物理単位、選択方法には
パラメータ空間距離を利用することが望ましいと
言える。

LSP型パタンマツチングボコーダにおけるパタ
ンマツチング尺度として利用されるパラメータ空
間距離は、LSP係数もLPC，PARCOR係数と同
様に空間ベクトルと見做すことができ、この空間
ベクトル間の距離を尺度としてその大小比較によ
つて入力音声信号のLSP係数に最も近い標準パタ
ンを選択するために利用される。このような空間
ベクトルであるLSP係数間の距離は次の(1)式に示
すスペクトル距離Dijによつて示される。

Dij＝１／π〓₀｛Si（ω）−Sj（ω）｝²dω………
(1) (1)式はまた次の(2)式の如く近似等式に変換しう
る。

Dij_N 〓^K=1 Wk｛Pk⁽ⁱ⁾−Pk^(j)｝² ………(2) (1)および(2)式においてｉ，ｊはLSP分析および
合成における処理単位区間であるフレーム（ブロ
ツク）の番号、Si（ω），Sj（ω）は周波数ωの関
数としてのフレームｉおよびｊの対数スペクト
ル、Pk⁽ⁱ⁾，Pk^(j)はフレームｉおよびｊにおけるＮ
次のLSP係数、WkはＮ次のLSPスペクトル感度
である。

LSP係数の次数は、LSP係数によつて実現すべ
き声道フイルタを構成するための全極型デジタル
フイルタの次数と対応し、Ｎ次の全極型デジタル
フイルタにあつては、通常LSP周波数と呼ばれる
Ｎ個の線スペクトルω₁，ω₂，ω₃……ω_Nを示す。
またＮ次のLSPスペクトル感度WkはＮ次のLSP
係数の微少変化によつて起るスペクトル変化の程
度を示すものであつて、通常LSP周波数に対応し
て決定されるLSP周波数スペクトル感度が用いら
れる。

さて、入力音声信号のスペクトル包絡に最も近
似した標準パタンを、予め登録された標準パタン
群から選択するには(1)式によるスペクトル距離の
計算を入力音声信号の全フレームにわたつて全標
準パタンとの間で実行すればよいことになるが、
この演算量は極めて膨大なものとなるため、一般
的には(2)式の近似等式を利用していわゆる簡易ス
ペクトル距離を計測する。これは、分析された入
力音声信号の空間特徴ベクトルであるＮ次のLSP
係数Pk⁽ⁱ⁾と、標準パタンに登録されている空間特
微ペクトルPk^(j)との内積を各次数のLSP係数ごと
に求めたうえ、LSP係数の次数に対応するLSP周
波数ごとに予め設定する重みづけ係数としての
Wkを乗じた簡易スペクトル距離計測を行なうも
のである。

従来のこの種のLSP型パタンマツチングボコー
ダは、(2)式に示す重みづけ係数WkにLSP周波数
に対応するLSP周波数スペクトル感度を利用して
いるが、このLSP周波数スペクトル感度はLSP周
波数間隔によつて異なるため、単純にこのような
スペクトル感度を用いて計測したスペクトル距離
をパタンマツチングの尺度として標準パタンを選
択した場合には合成すべき音声を大きく劣化する
ことが多いという欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、LSP周
波数間隔に対応するLSP周波数間隔スペクトル感
度またはLSP周波数間隔を重みづけとしてLSP周
波数スペクトル感度とともに利用してスペクトル
距離を求め、これをマツチング尺度としてパタン
マツチングを行なうという手段を備えることによ
り、音質の劣化を大幅に改善しうるLSP型パタン
マツチングボコーダを提供することにある。

本発明のボコーダは、音声資料のLSP（Line
Spectrum Pair）係数の分布に関する標準パタン
と入力音声信号をLSP分析して得られるLSP係数
に関するパタンとを照合して入力音声信号の合成
を行なうLSP型パタンマツチングボコーダにおい
て、前記標準パタンのLSP係数と前記入力音声信
号のLSP係数との重みづけ内積によるスペクトル
距離を計測して前記照合のマツチング尺度を決定
する場合に前記重みづけを前記標準パタンにおけ
るLSP係数としてのLSP周波数に関する周波数ス
ペクトル感度とともにLSP周波数の周波数間隔に
対応する周波数間隔スペクトル感度またはLSP周
波数の周波数間隔によつて行なうマツチング尺度
決定手段を備えて構成される。

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図Ａ，Ｂは本発明の第一の実施例を示すブロ
ツク図であり第１図Ａは分析側、第１図Ｂは合成
側の構成を示すブロツク図である。

第１図Ａに示す分析側１は、LPF（Low Pass
Filter）１１、A/Dコンバータ１２、窓関数処理
器１３、自己相関係数計測器１４、LPC分析器
１５、有声／無声／無音判別器１６、ピツチ抽出
器１７、LSP分析器１８、スペクトル距離計測器
１９、標準パタンメモリ２０、周波数間隔スペク
トル感度メモリ２１、周波数スペクトル感度メモ
リ２２および符号化器２３を備えて構成され、ま
た第１図Ｂに示す合成側２は、復号器２４、パタ
ン復号器２５、標準パタンメモリ２６、LSP合成
器２７、可変利得増幅器２８、切替器２９、パル
ス発生器３０、雑音発生器３１、D/Aコンバー
タ３２およびLPF３３を備えて構成される。

第１図Ａにおいて、入力ライン１１１を介して
入力する入力音声信号はLPF１１によつて所定
の分析帯域の周波数成分がフイルタリングされ、
出力ライン１１２を介してA/Dコンバータ１２
に送出されて所定のビツト数でデジタル化された
のち量子化音声信号として出力ライン１２１を介
して窓関数処理器１３に送出される。

窓関数処理器１３は、入力した音声信号の
30mSECずつにハミング関数を乗算する窓関数処
理を行なうがこの窓関数処理は10mSEC周期で繰
返されこれを基本フレーム周期としている。

こうして窓関数処理された入力音声信号の音声
波形データは基本フレームごとに出力ライン１３
１を介して自己相関係数計測器１４に送出され
る。

自己相関係数計測器１４は、入力した音声波形
データを乗算回路等を利用して各遅れ時間におけ
る自己相関係数を必要な遅れ時間内で計測し、こ
の自己相関係数データを出力ライン１５１を介し
てLPS分析器１５に、また出力ライン１５２を介
して有声／無声／無音判別器１６およびピツチ抽
出器１７に送出するとともに、遅れ時間零におけ
る自己相関係数をとりこれを基本フレームあたり
の短時間音声電力データとして出力ライン１５３
を介して符号化器２３に送出する。

有声／無声／無音判別器１６は入力した自己相
関係数データを利用し、各基本フレームごとに含
まれる音声信号の有声あるいは無声、もしくは無
音状態を判別しこれを有声／無声／無音判別デー
タとして出力ライン１６１を介して符号化器２３
に送出、またピツチ抽出器１７は入力した自己相
関係数データを利用して各基本フレームごとに含
まれる音声信号のピツチデータを抽出、これを出
力ライン１７１を介して符号化器２３に送出す
る。

LPC分析器１５は、後述するLSP分析器１８
とともに可変長フレームLSP分析回路を構成する
ものであり、本実施例においてはLSP分析器１８
において、有声／無声／無音判別器１６から出力
ライン１６２を介して受ける有声／無声／無音判
別データにもとづきフレームを、有声および無声
に対応する有音区間と、それ以外の無音区間とに
分けこれら２つの区間にそれぞれ予め設定する可
変長伝送フレームを設定している。この場合、
LPC分析器１５はよく知られたレビンソン法に
よつて、入力したフレームごとの自己相関係数を
利用して線形予測係数を予め定める次数、本実施
例の場合は10次まで算出し、これを出力ライン１
５４を介してLSP分析器１８に送出し、LSP分析
器１８はこの線形予測係数をNewtonの反復法を
利用する高次方程式法によつて10次のLSP係数に
変換し、さらに基本フレームごとの一定周期をも
つたこのLSP係数列を、出力ライン１６２を介し
て入力する有声／無声／無音判別データによる情
報を利用しながら予め設定する近似関数による最
適近似法によつて可変長周期化した可変フレーム
長に変換する。

また、このようなLSP分析の前処理として、入
力音声データの高域強調を行なうために波形の１
次差分を利用し波形領域における高域成分の事前
強調を行なうプリエンフアシス（Pre−
Emphasis）処理、および自己相関係数領域にお
けるLag関数によるLagウインド処理が行なわれ
るが、これらの前処理はLSP係数間の最小間隔を
広げ、後述する合成側２におけるLSP合成器２７
の全極形デジタルフイルタの安定性を増大させる
ためLSP量子化感度の低減を図つて行なわれるも
のである。

さて、このように得られた10次のLSP係数は出
力ライン１８１を介してスペクトル距離計測器１
９に送出される。またLSP分析器１８からは可変
長フレームを形成する際に基本フレーム長を伸縮
したフレーム変化率情報、いわゆるレピートビツ
トデータを出力ライン１８２を介して符号化器２
３に送出する。

LSP分析器１８から出力ライン１８１を介して
スペクトル距離計測器１９に送出された10次LSP
係数は、スペクトル距離計測器１９において(2)式
の近似等式により、いわゆる簡易スペクトル距離
を演算する。

この場合、(2)式における重みづけ係数Wkは原
則として周波数間隔スペクトル感度メモリ２１に
ストアされた周波数間隔スペクトル感度を出力ラ
イン２１１を介して入力し、周波数スペクトル感
度メモリ２２にストアされた周波数スペクトル感
度は分析、合成すべき入力音声信号の内容が周波
数間隔スペクトル感度を利用しなくてもすむよう
な場合のみ必要に応じて出力ライン２２１を介し
て読出して利用するようにしている。

(2)式による簡易スペクトル演算における入力音
声信号の特徴ベクトル、すなわちPk⁽ⁱ⁾に相当する
10次LSP係数と、標準パタンメモリ２０に登録さ
れた標準パタンの特徴ベクトル、すなわちPk^(j)に
相当する標準10次LSP係数との内積が(2)式の如く
まず演算され、この内積に対して通常は周波数間
隔スペクトル感度Wkが重みづけ係数として乗算
されたものが１次のLSP係数から10次のLSP係数
まで、入力音声信号の可変長フレームのおのおの
について標準パタンメモリ２０に登録されたLSP
係数の各パタンとの間で実行され、スペクトル距
離Dijが決定し、可変長フレームのおのおのにつ
いてこのスペクトル距離Dijが最も小さいものが
それぞれ標準パタンとして選択される。このよう
な標準パタンは、標準パタンメモリ２０における
標準パタン登録アドレスコードを指定する標準パ
タン指定コードデータとして次次に出力ライン１
９１を介して符号化器２３に送出される。

標準パタンメモリ２０に登録され、ストアされ
ている標準パタンは、本実施例の場合、次のよう
にして予め別なコンピユータによるオフライン処
理で作成されるが、これを本実施例によるボコー
ダを利用して予め作成しておいても一向に差支え
ない。

まず、予め設定した音声資料を利用しLPC分
析等の手法によつて無音区間の除去、不要な近接
フレームの除去、有声、無声、無音による分類等
の前処理を実施する。

この場合、フレーム周期は10mSECとし、この
各フレームごとに有声、無声、無音および有声と
無声との境界音いずれに属するかのタグコードを
与える。次に無音フレームを除去し残りのフレー
ムを有声と無声とに分離し、このとき境界音は有
声と無声とのいずれかに含ませるものとする。

さらに、時間的に接近しスペクトル距離の小さ
いフレームを除去し、このようにして必要とする
サンプル数の削減を図つたうえこれらを従来から
知られている標準パタン選択手法によつて、予め
設定する各スペクトル距離ごとに分類して標準パ
タンとして登録、ストアしておくものである。

上述した標準パタン手法は、本実施例の場合10
次元LSP係数の空間ＵがＮ個のパタンから成るも
のとし、このＮ個のパタンのおのおのについて(2)
式によつてスペクトル距離を計測し、これが予め
設定するスペクトル距離域値θdB²をもつものを
Ｎ個のパタンすべてについて求め、このパタン数
Mi（ｉ＝１，２，……Ｎ）のうち最大のMiをも
つパタンP_Lを決定したうえ、パタンP_Lにおける
スペクトル距離が、予め設定する値θdB²以下の
パタンを10次元LSP係数の空間Ｕから除去したの
ちP_Lを標準パタンとして登録し、このような操
作を空間Ｕに含まれるパタンがなくなるまで繰返
して実施して標準パタンとして登録するものであ
る。

また、周波数間隔スペクトル感度メモリ２１お
よび周波数スペクトル感度メモリ２２にそれぞれ
ストアされている内容は次のようにして決定され
る。

音声資料を(1)式によつて実測して得られるLSP
のＫ番目（Ｋ次）の要素Pkのスペクトル感度は、
次の(3)式によつて求められる。

Wk＝１／π〓₀｛Si（ω）−Sj（ω）｝²dω ／（ΔPk）²dB²／ラジアン ……(3) (3)式においてΔPkはPkの微少変化であり、Si
（ω）はこの場合P₁，P₂，……Pk……P_L等から求
めたスペクトル包絡、Sj（ω）はP₁，P₂，……Pk
＋ΔPk……P_Lから求めたスペクトル包絡を用い
ている。

従つて(3)式によつて、ΔPkを予め設定する値
θラジアンとした場合、10次のLSP係数の各周波
数に関するLSP周波数スペクトル感度が得られ
る。

また、LSP周波数間隔スペクトル感度Wktにつ
いては(3)式におけるω_tとω_t+1とのLSP周波数間隔
比に対するスペクトル感度比として次の(4)式によ
つて求められる。

Wkt＝１／π〓₀｛Si（ω）−Sj（ω）｝² dω／r²dB²／ratio ……(4) ただし(4)式においてｒは｜（（ω_t+1）−（ω_t）の
間
隔比）−1.0｜であり、Si（ω）はP₁，P₂，……
Pk，……P_Iから求められるスペクトル包絡、Sj
（ω）はP₁，P₂，……，P_t−（P_t+1−P_t）・ｒ，
P_t+1＋（P_t+1−P_t）・ｒ，……P₁から求めるスペク
トル包絡である。

パタン照合においては、こうして得られた周波
数間隔スペクトル感度を重みづけ係数として入力
音声信号のLSP分析データと標準パタンとのスペ
クトル距離を(2)式によつて演算し、スペクトル距
離が最小となる標準パタンを可変長フレームごと
に検索し、この標準パタン指定コードデータを出
力ライン１９１を介して符号化器２３に送出す
る。

周波数スペクトル感度メモリ２２にストアされ
た周波数スペクトル感度を重みづけ係数として利
用する場合には、(3)式によつて設定された重みづ
け係数Wkを利用し、上述した内容とほぼ同様に
パタン照合を実施する。

符号化器２３は、このようにして供給された各
データを予め設定する符号形式によつて符号化し
これを伝送路２３１を介して合成側２に伝送す
る。

合成側２では伝送路２３１を介して入力した各
種符号化情報の復号化を行ない、標準パタン指定
コードデータは入力ライン２５１を介してパタン
復号器２５、レピートビツトデータは入力ライン
２７１を介してLSP合成器２７、短時間音声電力
データは入力ライン２８１を介して可変利得増幅
器２８、有声／無声／無音判別データおよびピツ
チデータはそれぞれ入力ライン２９１および３０
１を介して切替器２９およびパルス発生器３０に
供給する。

パタン復号器２５は、入力した標準パタン指定
コードデータによつて指定される標準パタンを標
準パタンメモリ２６から出力ライン２６１を介し
て読出し、これを出力ライン２５２を介してLSP
合成器２７に送出する。標準パタンメモリ２６は
分析側１における標準パタンメモリ２０とほぼ同
一のものであり、パタン復号器２５によつてLSP
合成器２７に供給されるデータは分析側のパタン
照合の結果入力音声信号の内容に対応して可変長
フレームごとに選択された標準パタンによるLSP
係数列、すなわちLSP周波数列である。

LSP合成器２７は、こうして入力したLSP係数
列を含む可変長フレームを、入力ライン２７１を
介して受けるレピートビツトデータによつてもと
の基本フレームごとに復元し、これを予め設定す
る近似関数を利用して入力音声信号の標本化間
隔、すなわち合成側１の窓関数処理器１４におけ
る標本化周期でLSP係数を補間する。こうして補
間処理を受けた基本フレームごとのLSP係数は全
極形モデルによる10次のLSP音声合成デジタルフ
イルタのフイルタ係数として供給される。

LSP音成合成デジタルフイルタはこのようにし
て入力するフイルタ係数と、可変利得増幅器２８
から出力ライン２８２を介して入力する音源励振
電力とによつて音声合成デジタルフイルタとして
の演算を行ない、デジタル形式の合成音声出力を
得てこれを出力ライン２７１を介してD/Aコン
バータ３２に送信する。

上述した音源励振電力は、入力音声信号からス
ペクトル包絡成分を除いたいわゆる残差電力に対
応するものであり、入力音声信号に再現する場合
にスペクトル包絡成分としてのLSP係数とともに
必要な音源情報を付与するものでこれは次のよう
にして発生する。

入力ライン２８１を介して入力した各基本フレ
ームごとの短時間音声電力データは可変利得増幅
器２８に供給される。

一方、パルス発生器３０は入力ライン３０１を
介してピツチデータを受け、このピツチデータに
対応し予め設定された周波数のパルスをピツチパ
ルスとして発生しこれを出力ライン３０２を介し
て切替器２９に送出する。

切替器２９は、入力ライン２９１を介して受け
る有声／無声／無音判別データが有声を指定する
ときは上述したピツチパルスを選択し、また無声
もしくは無音を指定するときには雑音発生器３１
の出力する白色雑音を出力ライン３１１を介して
入力するように切替える動作を行なう。切替器２
９によつて選択出力されるパルス発生器３０もし
くは雑音発生器３１の出力は、出力ライン２９２
を介して可変利得増幅器２８に供給され、入力ラ
イン２８１を介して入力した短時間音声電力デー
タの大きさに対応する重みづけを受けるように可
変増幅されて音源励振電力として出力ライン２８
２に送出される。

こうしてLSP合成器２７から出力したデジタル
形式の合成音声信号は次にD/Aコンバータ３２
によつてアナログ化され、LPF３３によつて所
要の帯域をフイルタリングして合成音声信号とし
て出力ライン３３１に送出される。

このようにしてLSP周波数間隔スペクトル感度
を重みづけ係数として計測したスペクトル距離に
よるパタン照合を介して行なう入力音声信号の分
析、合成が容易に実施できる。

第２図は本発明の第二の実施例によるLSP型パ
タンマツチングボコーダにおける分析側の構成を
示すブロツク図である。第２図に示す第二の実施
例による分析側の構成は第１図Ａに示す第一の実
施例におけるスペクトル距離計測器１９を、スペ
クトル距離計測器(1)４０およびスペクトル距離計
測器(2)４１によつて構成した点のみが異なり、他
の同一記号による構成内容はすべて同一でありこ
れらに関する詳細な説明は省略する。

第２図に示す本発明第二の実施例による分析側
の構成は、LSP周波数スペクトル感度を重みづけ
係数として計測したスペクトル距離をマツチング
尺度として、予め複数の標準パタン候補を予備的
に選択したのち、この標準パタン候補からLSP周
波数間隔スペクトル感度によるスペクトル距離に
基づき標準パタンを決定する手段を備えることを
特徴とするものであり、次のようにして実施され
る。

LSP分析器１８から出力ライン１８１を介して
出力する可変長フレームごとのLSP係数はスペク
トル距離計測器(1)４０およびスペクトル距離計測
器(2)４１に供給される。

第３図は第二の実施例における標準パタン選択
における動作のフローを示す標準パタン選択動作
フローチヤートである。以下第３図を参照しなが
ら第２図の実施例について説明する。

分析側１の動作開始のスタート５０１によつて
LSP分析器１８によつて10次LSP分析５０２を行
ない、得られたLSP係数列についてパタン照合お
よび標準パタン候補選択５０３を実施する。

スペクトル距離計測器(1)４０は、入力音声信号
のLSP係数と標準パタンメモリ２０にストアされ
ている標準パタンのLSP係数とのスペクトル距離
を周波数スペクトル感度メモリ２２にストアされ
ている周波数スペクトル感度を重みづけ係数とし
て(2)式によつて実施し、最もスペクトル距離の小
さい標準パタンから順に予め設定する個数ｉ個選
択しこれらの標準パタン候補S₁，S₂……S_iおよび
これらの標準パタン候補とのスペクトル距離D₁，
D₂，……D_iを得る。

スペクトル計測器(1)４０は引続いて分析フレー
ム間隔算出５０４を実施するが、これはパタン照
合および標準パタン候補選択５０３によつて求め
た各標準パタン候補の10次のLSP周波数間隔ω〓
を分析フレーム間隔として算出するものであり、
通常は10次のLSP周波数ω₁，ω₂，……ω₁₀のうち
ω₁とω₂の差がほぼ入力音声の特徴を代表する分
析フレームと考えてよいので、本実施例にあつて
もω〓＝ω₂−ω₁として分析フレームを代表させて
いる。

この分析フレーム間隔ω〓は次に判定(1)５０５
によつて、予め設定する分析フレーム間隔判定域
値ω_sと比較しω_sよりも小さいか否かを判定し、
もしNOならば、すなわちω〓＞ω_sのときは標準パ
タン選択(1)５１０によつて、前述したパタン照合
および標準パタン候補選択５０３によつて選択し
た最も小さいスペクトル距離D₁を有する標準パ
タン候補S₁を入力音声信号に最近似した標準パタ
ンとして選択したうえパタン照合を終了５１２と
して、この標準パタンを指定する標準パタン指定
コードデータを出力ライン４０１を介して符号化
器２３に送出する。

一方、判定(1)５０５によつてω〓＜ω_sが成立し
てYESのときはスペクトル距離比算出５０６を
スペクトル距離計測器(1)４０において実施する。

このスペクトル距離比はRjはDj/D₁で示され、
ここでｊは２，３，……ｉを表わす。

スペクトル距離比Rjは次にスペクトル距離比
判定域値Rsと比較し、LSP周波数ω₂に対応する
RjすなわちR₂がRsより小さいか否かの判定を行
なつて得られる。R₂＜Rsの判定を行なう理由は
前述した如く、LSP周波数ω₂とLSP周波数ω₁と
の差がほぼ入力音声信号のスペクトル包絡の特徴
を一義的に決定する特徴と有するからである。

判定(2)５０７によつてR₂＜Rsの判定がNOであ
る場合、すなわちR₂＞Rsである場合には標準パ
タン選択(1)５１０によつて標準パタン候補S₁を標
準パタンに選定し出力ライン４０１に送出する。

判定(2)５０７によつてR₂＜Rsの判定の判定が
YESである場合、すなわちR₂＜Rsのときにはス
ペクトル距離比域値を越える標準パタン候補除外
５０８を実施する。これによりスペクトル距離比
域値Rsを越える標準パタン候補を除外した残り
S₁，S₂，……Skを選択し、これら選択された標
準パタン候補の第１のスペクトル距離D₁，D₂，
……Dkを出力ライン４０２を介してスペクトル
距離計測器(2)４１に送出する。標準パタン選択(1)
５１０を含み上述した処理がスペクトル距離計測
器(1)４０と標準パタンメモリ２０および周波数ス
ペクトル感度メモリ２２とによつて実施される。

スペクトル距離計測器(2)４１は、出力ライン１
８１を介して入力した入力音声信号のLSP係数
と、周波数間隔スペクトル感度メモリ２１にスト
アされた周波数間隔スペクトル感度データを利用
しつつ、入力した標準パタン候補S₁，S₂，……
Skの各スペクトル距離D₁，D₂，……Dkについて
次の(5)式に示すように分析フレーム間隔の比を加
味した第２のスペクトル距離D_Njを計測する、分
析フレーム間隔を加味したスペクトル距離算出５
０９を実施する。

このことはLSP周波数で表わされる特徴ベクト
ルをほぼ一義的に決定する分析フレーム間隔の比
をスペクトル距離計測によつて得られる近似度を
さらに照合するひとつの尺度として、前述したス
ペクトル距離D₁，D₂，……Dkのスペクトル距離
を再度計測した第２のスペクトル距離を求めるも
のである。

D_Nj＝D_j＋W_N・W〓・ABS（ω〓／ω₂ ^(j)−ω₁ ^(j)）−1.0） ……(5) (5)式においてD_NjはD₁，D₂……Dkのうちの任
意のD_jを対称とする第２のスペクトル距離、ω₂ ^(j)
−ω₁ ^(j)はスペクトル距離D_jを有する標準パタン候
補の分析フレーム間隔、ω〓_/〓₂ ^(j)−ω₁ ^(j)は分析フ
レ
ーム間隔比、ABSは絶対値記号、W〓は分析フレ
ームω₂−ω₁に対応する周波数間隔スペクトル感
度、W_Nは右辺第２項の演算における重みづけ係
数である。

右辺第２項の演算は、分析フレーム間隔比がた
とえば１となるときは零となりDjがそのまま第
２のスペクトル距離となり、分析フレーム間隔比
が１以外のときはDjに対し分析フレーム間隔比
に対応する値が加味されたD_Njを得る。このよう
にして分析フレーム間隔比を加味した第２のスペ
クトル距離D_Njは次に、標準パタン選択(2)５１１
を行なつて最小の値をもつD_Njを選択し、この最
小のD_Njに対応する標準パタン候補Sjを標準パタ
ンとして決定し、この標準パタンを指定する標準
パタン指定コードデータを出力ライン４１１を介
して符号化器２３に送出する。

第１図Ｂとほぼ同じ構成内容を有する合成側
（図示せず）ではスペクトル距離計測器(1)４０、
およびスペクトル距離計測器(2)４１いずれかによ
つて送出される標準パタン指定コードデータをパ
タン復号器の制御のもとに標準パタンメモリから
読出し、第１図Ｂにおける内容と同一の合成処理
を実施する。第４図は本発明の第三の実施例にお
けるLSP型パタンマツチングボコーダの分析側の
構成を示すブロツク図である。

第４図に示す第三の実施例における分析側の構
成は、第１図Ａに示す第一の実施例の分析側にお
ける標準パタンメモリを、音声資料のLSP周波数
間隔にもとづいて分類された複数個の標準パタン
フアイルによつて構成し、人力音声信号をLSP分
析して得られるLSP周波数の周波数間隔を尺度と
してまず標準パタンフアイルを選択したのち、こ
の標準パタンフアイルにストアされているLSP周
波数と入力音声信号を分析したLSP周波数との間
でスペクトル距離を計測して標準パタンを決定
し、こうして得られた標準パタンフアイルの指定
コードデータおよび標準パタンの指定コードデー
タを分析側から合成側に伝送する手段を備えて標
準パタンの決定を効果的に実施することを図つた
ものである。

第４図において、Ｉ個の標準パタンフアイル１
〜（），５０−１，５０−２，５０−３，……
５０−はそれぞれ音声資料にもとずいて予め設
定された複数のLSP係数の周波数間隔を有する
個の標準パタンフアイルである。

出力ライン１８１を介して供給されるLSP係数
は、LSP間隔計測器５１によつて予め設定する
LSP周波数間隔、本実施例においては10次のLSP
周波数ω₁，ω₂，……ω₁₀のうちω₁とω₂との周波
数間隔を計測し出力ライン５１１を介してこれを
標準パタン選択器５２に送出する。

標準パタン選択器５２は、各標準パタンフアイ
ル５０−１〜５０−にストアされているフアイ
ル内容を出力ライン５００−１〜５００−を介
して読出し、最も近似したLSP周波数間隔を有す
る標準パタンフアイルを決定しこの標準パタンフ
アイルの番号を指定する標準パタンフアイル番号
指定コードデータを出力ライン５２１を介して符
号化器２３に送出する。

標準パタン選択器５２はまた、決定された標準
パタンフアイルにストアされている内容を出力ラ
イン５２２を介してスペクトル距離計測器１９に
送出し、LSP分析器１８から供給される入力音声
信号の分析LSP係数とのスペクトル距離計測を式
(2)によつて実施してパタン照合を実施し、決定し
た標準パタンフアイルに含まれる最近似標準パタ
ン番号を選択し、この標準パタンを指定する標準
パタン番号指定コードデータを出力ライン１９１
を介して符号化器２３に送出する。

なお、スペクトル距離計測器１９におけるスペ
クトル距離演算においては、周波数スペクトル感
度メモリ２２にストアされている周波数スペクト
ル感度を(2)式における演算の際の重みづけ係数と
して利用している。

こうして分析側１から符号化器２３、伝送路２
３１を介して合成側に伝送される標準パタンフア
イル番号指定コードおよび標準パタン番号指定コ
ードの両データは、分析側１において分析された
音源情報ならびにレピートビツトデータとともに
合成側で利用され入力音声信号が再生されること
となるが、合成側（図示せず）は第１図Ｂに示す
合成側２の構成内容中、標準パタンメモリ２６を
第４図に示す標準パタンフアイル５０−１〜５０
−によつて置換したものとして構成し、かつパ
タン復号器２５には前述した標準パタンフアイル
番号指定コードおよび標準パタン番号指定コード
に関する両データを供給するものとして標準パタ
ンを再生復号し、他は全く第１図Ｂによつて説明
した内容で合成処理を実施することができる。

以上説明した第一、第二および第三の実施例に
より、従来のLSP周波数スペクトル感度を重みづ
けとするスペクトル距離計測に対して、LSP周波
数間隔スペクトル感度またはLSP周波数間隔を重
みづけとして得られるスペクトル距離を併用して
標準パタンとの照合におけるマツチング尺度とし
忠実な入力音声信号の分析および合成を図つた
LSP型パタンマツチングボコーダが容易に実現し
うる。

本発明は、LSP型パタンマツチングボコーダに
おいて、標準パタンのLSP係数と入力音声信号を
分析して得られるLSP係数とのスペクトル距離を
計測しこれをマツチング尺度とする場合、スペク
トル距離計測における重みづけとして従来利用さ
れているLSP周波数スペクトル感度のほかにLSP
周波数間隔スペクトル感度またはLSP周波数間隔
を利用して忠実な入力音声信号の合成を図つた点
に基本的な特徴を有するものであり、第１図Ａ，
Ｂ、第２図および第４図に示す本発明第一、第二
および第三の実施例の変形も種種考えられる。

たとえば、上述した各実施例における分析側
で、LSP分析器１８によつて得られるLSP係数は
高次方程式法によつて演算しているが、これは高
次方程式法とともによく知られた零点探索法によ
つて実施してもよく、またこのLSP係数は可変長
フレームごとに分析抽出しているが、この可変長
フレームは所望に応じ固定長フレームとしても差
支えない。

また、LSP係数分析の前処理として行なわれる
プリエンフアシス処理およびLag関数処理は分析
および合成すべき入力音声信号の特徴、音声合成
デジタルフイルタの内容、データビツト数の配分
等を勘案し所望に応じて実施の有無を選択しうる
ことは明らかである。

さらに、上述した各実施例においては10次の
LSP係数を利用して分析および合成を実施してい
るが、LSP係数の次数を他の次数としても同様に
実施しうることは明らかであり、以上はすべて本
発明の主旨を損なうことなく、いずれも容易に実
施しうるものである。

以上説明したように本発明によれば、LSP型パ
タンマツチングボコーダにおいて、パタンマツチ
ングの尺度とするスペクトル距離の計測において
使用する重みづけとして従来のLSP周波数スペク
トル感度のほかにLSP周波数間隔スペクトル感度
またはLSP周波数間隔も利用してスペクトル距離
を計測することにより、入力音声信号の合成品質
の劣化を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明の第一の実施例による
LSP型パタンマツチングボコーダの分析側Ａおよ
び合成側Ｂの構成を示すブロツク図、第２図は本
発明の第二の実施例によるLSP型パタンマツチン
グボコーダの分析側の構成を示すブロツク図、第
３図は第２図に示す第二の実施例による分析側の
標準パタン選択における動作のフローを示す標準
パタン選択動作フローチヤート、第４図は本発明
の第三の実施例によるLSP型パタンマツチングボ
コーダの分析側の構成を示すブロツク図である。１……分析側、２……合成側、１１……LPF、
１２……A/Dコンバータ、１３……窓関数処理
器、１４……自己相関係数計測器、１５……
LPC分析器、１６……有声／無声／無音判別器、
１７……ピツチ抽出器、１８……LSP分析器、１
９……スペクトル距離計測器、２０……標準パタ
ンメモリ、２１……周波数間隔スペクトル感度メ
モリ、２２……周波数スペクトル感度メモリ、２
３……符号化器、２４……復号器、２５……パタ
ン復号器、２６……標準パタンメモリ、２７……
LSP合成器、２８……可変利得増幅器、２９……
切替器、３０……パルス発生器、３１……雑音発
生器、３２……D/Aコンバータ、３３……LPF、
４０……スペクトル距離計測器(1)、４１……スペ
クトル距離計測器(2)、５０−１，５０−２，５０
−３，…５０−……標準パタンフアイル(1)，
(2)，(3)…（），５１……LSP間隔計測器、５２
……標準パタン選択器。

Claims

【特許請求の範囲】１音声資料のLSP係数の分布に関する標準パタ
ンと入力音声信号をLSP分析して得られるLSP係
数に関するパタンとを照合して入力音声信号の合
成を行なうLSP型パタンマツチングボコーダにお
いて、前記標準パタンのLSP係数と前記入力音声
信号のLSP係数との重みづけ内積によるスペクト
ル距離を計測して前記照合のマツチング尺度を決
定する場合に前記重みづけを前記標準パタンにお
けるLSP係数としてのLSP周波数に関する周波数
スペクトル感度とともに、LSP周波数の周波数間
隔に対応する周波数間隔スペクトル感度または
LSP周波数の周波数間隔によつて行なうマツチン
ク尺度決定手段を備えることを特徴とするLSP型
パタンマツチングボコーダ。２前記周波数スペクトル感度を前記重みづけと
して予め設定した複数の標準パタンの候補を備
え、前記周波数間隔スペクトル感度を前記重みづ
けとする前記マツチング尺度に基づいて前記複数
の標準パタンの候補から前記入力音声信号に対す
る最近似パタンを選択することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のLSP型パタンマツチング
ボコーダ。３前記LSP周波数の周波数間隔に対応して分類
した複数の標準パタンを備え、前記入力音声信号
の前記LSP周波数の周波数間隔に対して最近似す
る標準パタンを前記複数の標準パタンから選択す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
LSP型パタンマツチングボコーダ。