JPH0283600A - 音声符号化・復号化方式 - Google Patents

音声符号化・復号化方式

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JPH0283600A
JPH0283600A JP63237063A JP23706388A JPH0283600A JP H0283600 A JPH0283600 A JP H0283600A JP 63237063 A JP63237063 A JP 63237063A JP 23706388 A JP23706388 A JP 23706388A JP H0283600 A JPH0283600 A JP H0283600A
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JP
Japan
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sound source
pitch
parameter
linear prediction
prediction parameter
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Application number
JP63237063A
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English (en)
Inventor
Shigeru Ono
茂 小野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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、離散音声信号を線形予測パラメータとピッチ
予測パラメータと特性区間の音源パラメータと音源信号
のピッチ周期毎の振幅特性とで表す音声符号化・復号化
方式に関する。
(従来の技術) 音声信号をそのスペクトル包絡を表すパラメータと音源
信号を表すパラメータとで符号化する方式は、適応予測
符号化方式やマルチパルス音声符号化方式などが良くし
られている。これらの音声符号化方式をより低ビツトレ
ートで適用するためには、音源パラメータの符号化に要
するビット数を削減する必要がある。この音源パラメー
タ情報を圧縮するための基本的な発想は、音源パラメー
タを特定の区間のみ定め、残りの区間は予め定めた適当
な方法で合成させるというものである。特に、前記残り
の区間の合成法としては、特定区間の音源パラメータを
ピッチ周期毎に繰り返す、或は、特定区に囲まれた区間
の音源パラメータは該当する音源パラメータ同士の(線
形)補間によって合成させるという方法がとられている
(発明が解決しようとする問題点) 前述の従来方法は情報の圧縮には確かにつながるが、音
声信号の局所的時間特性に追随できず、高い品質の再生
音声信号を生成できないという欠点がある。この欠点は
、特定区間の位置を音声信号の特性に適応的に変えても
本質的には回避できない欠点である。また、前記従来法
では、特定区間の音源パラメータを求める際に、フレー
ム全体に渡る誤差を評価しておらず、特定区間外におけ
る音源パラメータの適合性は保証されてない。
本発明の目的は、音源パラメータを求める区間を音声信
号の性質に適応して定め、符号化する区間は前記定めた
音源パラメータから生成されるフレーム全体の音源信号
の予め定めた開始点から予め定めた区間とする構成と、
更に、音声信号のフレーム全体に渡る局所的時間構造に
適応できるようなピッチ周期毎或は予め定めた周期など
の適当な周期毎に音源信号の振幅特性を補正する構成を
導入することにより、比較的低ビットレートで高い品質
を持つ音声符号化・復号化方式を提供することにある。
(問題を解決するための手段) 本発明の音声符号化復号化方式は、符号化側では一定間
隔のフレームに分割された音声信号を入力し、前記入力
した音声信号から線形予測パラメータとピッチ予測パラ
メータとを抽出し、前記入力音声信号と前記抽出した線
形予測パラメータとピッチ予測パラメータとを基に前記
入力音声信号の特性によって定まる特定区間の音源パラ
メータを抽出し、前記入力音声信号と前記線形予測パラ
メータとを基に前記抽出された音源パラメータと前記ピ
ッチ予測パラメータとで定まるフレーム全体に渡る音源
信号の適当な周期毎の振幅特性を求め、前記抽出された
音源パラメータと前記ピッチ予測パラメータとで定まる
フレーム全体に渡る音源信号を予め定められた開始区間
から予め定められた区間を符号化し、前記線形予測パラ
メータと前記ピッチ予測パラメータと前記適当な周期毎
の振幅特性を符号化し、復号化側では前記線形予測パラ
メータと前記ピッチ予測予測パラメータと前記予め定め
られた区間の音源信号と前記適当な周期毎の音源信号の
振幅特性を復号し、前記復号化されたピッチ予測パラメ
ータと前記復号化された予め定められた区間の音源信号
と前記復号化された適当な周期毎の振幅特性とから音源
信号を再生し、前記再生された音源信号と前記復号化さ
れた線形予測パラメータとで再生音声信号を生成する構
成とを備えている。
(作用) 本発明の作用を示すブロック図を第1図に示す。
以下本図を用いて説明する。
入力端子10から入力された音声信号5(n)は大力バ
ッファ−1に1フレームNサンプル分蓄えられる。
線形予測分析部2は大力バッファ1から入力される音声
信号の自己相関関数を計算しそれを基に線形予測係数或
はPARCOR係数などの線形予測パラメータを決定す
る。決定された線形予測パラメータは音源パラメータ抽
出部4と振幅補正部5と線形予測符号器8とに送られる
。ピッチ予測分析部3は大カバッファエから入力される
入力音声信号の自己相関関数から基本周期(ピッチ周期
)を、またピッチ周期の遅延に対応する自己相関係数の
値からピッチ予測係数を求める。求めたピッチ周期とピ
ッチ予測係数は音源パラメータ抽出部4と振幅補正部5
とピッチ予測符号器9とに送られる。音源パラメータ抽
出部4では、線形予測分析部2とピッチ予測分析部3か
ら入力される線形予測係数並びにピッチ予測係数とピッ
チ周期と大力バッファ1から入力される入力音声信号か
ら特定区間の音源パラメータを求める。いま、線形予測
係数(ak)k=1.・・・、にとピッチ周期Tとピッ
チ予測係数すとで作られるインパルス応答をh(n)と
すると、 と与えられる。このインパルス応答を基底信号として、
特定区間[LOlLllに位置する音源パラメータを求
める。そのときの評価関数は である。ここで、e(n)は線形予測とピッチ予測をお
こなった後の予測誤差信号で、v(n)はn≦LO。
L1≦nで0となる音源パラメータから生成される音源
信号である。尚、率は畳み込みを表す記号である。上記
第(2)式と第(3)式の評価関数は、音源パラメータ
が位置する区間[LO,L月の関数であり、0≦LO<
 LL≦N−1なるLOとL1ニ対しテE[LO,LL
]を計算し、それを最も小さくする区間[L opto
、 Loptllで定まった音源パラメータが所望のも
のとなる。
音源信号のパラメータと表現としては、ベクトル量子化
やマルチパルス音源、或はその組合せなどが考えられる
。ベクトル量子化のときは、評価関数は となる。ここでコードブックに蓄えられたインデクスi
を持つ標準バタンで、最適な標準パタンのインデクスは
、 と決定される。一方、マルチパルス音源を採用するとそ
の評価関数は、 となる。第6式を小さくするパルスパラメータ(g、。
m、)i=1.・・・9Mを求めるアルゴリズムは、数
々提案されており、例えば文献1 r S、 Ono、
 et al、”ImprovedPulse 5ea
rch Algorithm for multi−P
ulse ExcitedSpeech Coder、
” Proc、GLOBECOM84,9.8,198
4. Jに詳しい。さらに、ベクトル量子化とマルチパ
ルス組合せであればそのときの評価関数は、となる。抽
出された音源パラメータは振幅補正部5に出力される。
振幅補正部5は、音源パラメータ抽出部4から供給され
る[LoptO,Lopt月にある音源信号v(n)と
ピッチ予測分析器3から供給されるピッチ周期Tとピッ
チ予測係数すとから1フレームに渡す音源信号q(n)
を生成し、その振幅を特定周期り毎に補正する。1フレ
ームの音源信号は q(n)= bq(n−T)+ v(n)      
   (8)と生成できる。このq(n)に対して、t
j(n)= q(n −(j −1)L)      
    (9)なる信号セットを考えると、求める補正
振幅(zj)j=1.・、・、Jは次の評価関数がら定
まる。
ここで、y(n)は線形予測係数(a、)がらさだまる
インパルス応答で、 y(n) =Σaky(n−k)+δ(n)     
  (11)k露! と計算される。(シ)は、まず、第(1o)式の両辺を
zkで偏微分して零と置いた、 なる連立方程式から決定される。これは、対称行列であ
るので高速なアルゴリズムを適用して解くことができる
。決定された振幅補正項(シ) J = 11・・・。
Jは振幅補正符号器7へ出力される。また、上記第(8
)式で表される1フレームの音源信号q(n)の内、予
め定めた開始点からの区間[L3.L4]をvb(n)
として音源パラメータ符号部6へ出力する。音源パラメ
ータ符号部6では、振幅補正部5がら供給される区間[
L3゜L、4]の音源信号を符号化する。音源パラメー
タ符号部6で符号化された音源パラメータは音源パラメ
ータ復号部11で、振幅補正符号部7で符号化された振
幅補正項は振幅補正復号部12で、ピッチ予測符号部8
で符号化されたピッチ予測パラメータはピッチ予測復号
部13で、線形予測符号部9で符号化された線形予測パ
ラメータは線形予測復号部14で、それぞれ復号される
。音源再生部15では、先ず、音源パラメータ復号部1
1から供給される音源パラメータで再生される音源信号
(1(n)とピッチ予測復号部13とから供給されるピ
ッチ周期Tとピッチ予測係数すとから、 q(n)=bq(n−T)+vb(n)       
  (13)と1フレ一ム分の音源信号を生成する。次
に、なる信号セットを考え、それと振幅補正復号部12
から供給される補正項(z;)j=1.Jとq(n)と
を用い、所望の音源信号p(n)を次式のように定める
p(n) =Σziw、(n)q(n)       
 (15)J、al 再生された音源信号p(n)は、再生音声生成部16へ
出力される。再生音声生成部16では、音源再生部15
から供給される再生音源信号p(n)と、線形予測復号
部14から供給される線形予測係数(ak) k = 
1. 、=−にとを用いて、再生音声信号5(n)を次
の漸化式に従って計算する。
再生された音声信号は出力バッファ17へ出力される。
出力バッファ17は1フレ一ム分の再生音声信号を蓄え
るもので、過去に再生されたサンプルから順に出力端子
18を介して外部に出力される。
(実施例) 第2図は、本発明の音声符号化・復号化方式の一実施例
を示す音声符号化・復号化装置のブロック図である。
図において、音声信号は入力端子100を介して入力バ
ッファ110に1フレーム分Nサンプル蓄えられる。1
フレ一ム分の音声信号(s(n)) n = 0.・・
・、N−1は線形予測分析器120とピッチ予測分析器
130と相互相関関数計算器150とへ出力される。線
形予測分析器120は、入力音声信号の自己相関関数を
基に線形予測係数或はPARCOR係数を求め、それを
予め定めたビット数で量子化したあと、自己相関関数計
算器140と相互相関関数計算器150と線形予測符号
器84とへ出力する。ピッチ予測分析器130は、入力
音声信号の自己相関関数から基本周期(ピッチ周期)T
を求める。自己相関関数計算器140は、線形予測分析
器120から入力される線形予測係数(ak)k = 
1.−、 K或はPARCOR係数を基に、インパルス
応答 y(n) =Σahy(n  k)+δ(n)    
   (17)k!1 の自己相関関数r(n)を と計算して、振幅補正器170とパルス探索部160と
へ出力される。相互相関関数計算計算器150は大力バ
ッファ110から供給される線形予測係数或はPARC
OR係数から、 を計算して、それをパルス探索部160へ出力する。
パルス探索部160は、自己相関関数計算器140から
供給される自己相関関数φ(1)と相互相関量数計°算
器150から供給さ、れる相互相関関数、(m)とピッ
チ予測分析130から供給されるピッチ周期Tとから、
Φp(n)=4+(n)+bφ(n−T)      
  (20)WP(n)=IP(n)+blP(n−T
)        (21)なる関数を計算し、 mk==(mlmax(+pp(m)−Eg沖p(m−
mi))2)   (23)gk = (yp(mk)
−Σgiφp(mkmi))/φp(0)   (24
)なる評価式をkに関して逐次計算することにより、区
間[LO,L月に対するマルチパルス音源のパラメータ
(gi9mi)i=1.・・・1Mを求める。但し、(
mi)の存在する区間は特性区間LO≦mi≦L1に限
られている。上記第(23)式と第(24)式の漸化式
を0≦LO,LL≦N−1に渡る区間に対して網羅的に
計算する。そして各区間に対する(gi+ mi)に対
して、なる評価関数を計算する。その評価関数を最も大
きくさせる区間が所望の区間[L optO,L op
tllであり、その区間とそこで定められた音源パラメ
ータ(g、、 m、)とを振幅補正器170へ出力する
。振幅補正器170は、パラメータ探索器160から供
給される音源パラメータ(g、、 m;)とそれが位置
する区間[L opto、 Lopt月とピッチ予測分
析器130から供給されるピッチ周期Tとから、1フレ
ームに渡る音源信号q(n)を再生する。即ち、 tj(n)= q (n−θ−1)L)       
 (27)なる信号セットを考え、補正振幅(zj)j
=1.・・・、Jを定メルことを考える。いま評価関数
として、Ez=Σ(s(n)−Σ”J”−r(n)”y
(n))2(28)n菖0      」冨1 なるものを考える。ここで、y(n)は線形予測係数(
ak)から定まるインパルス応答 y(n)=Σaky(n−k)+δ(n)      
 (29)k寓1 であるので、評価関数Ezを最小にする(Zj)j=1
. =、、Jは、第(10)式の両辺をzkで偏微分し
て零と置いた式、 である。この音源信号に対して固定周期り毎に振幅を補
正する。ここで、Lはピッチ周期に取ってもよいが、ピ
ッチ周期にすると補正項の数Jがフレーム毎、話者の性
質によって変化するため、固定の情報量で符号化するこ
とが難しくなる。従って、本実施例では、Lは予め定め
られた長さとする。このq(n)とLに対して、 ΣZjΣΣgsgtφ(ms −mt −(j −1)
L)J冨1自雪IL雪l =Σgsy(ms−(k−1)L)      (31
)S露1 なる連立方程式を解くことで決定される。ここで、φ(
n)は自己相関関数計算器140から入力される前記第
(18)式で示す自己相関関数である。ψ(n)は相互
相関関数計算器150から入力される前記19式で示す
相互相関関数である。前記第(30)式の連立方程式の
左辺は行列表示すると対称行列であるので高速なアルゴ
リズムを適用して解くことができる。これは例えばチョ
レスキ−(Cholesky)分解などが有効である。
決定された振幅補正項(”7) j= ’ +・・・、
Jは量子化された後、振幅補正符号器82へ出力される
。また、前記第(26)式で再生されたフレーム全体に
渡る音源信号q(n)の予めさだめな区間[L3.L4
]に位置する音源パラメータ(g、、 m、)(但し、
L3≦mi≦L4)をパルス符号器83へ出力する。線
形符号器84は線形予測分析器120で抽出された線形
予測係数或はPARCOR係数などの線形予測パラメー
タを符号に変換して、マルチプレクサ180へ出力する
。ピッチ予測符号器8工は、ピッチ予測分析器130か
ら供給されるピッチ周期を符号に変換して、マルチプレ
クサ180へ出力する。パルス符号器83は、振幅補正
器170から供給されるマルチパルスパラメータ(g、
m、)(L3≦mさL4)を符号に変換して、マルチプ
レクサ180へ出力する。補正値符号器82は、振幅補
正器170から供給される補正項(シ)を符号に変換し
てマルチプレクサ180へ出力する。マルチプレクサ1
80は、線形予測符号器84とピッチ周期符号器81と
補正値符号器82とパルス符号器83とから供給される
符号を多重化して、符号出力端子190を介して符号列
を復号側に伝送する。符号入力端子200は、符号化側
から多重化された符号列を入力する符号入力端子である
。多重化された符号列はデマルチプレクサ210で分解
され、線形予測係数或はPARCOR係数を表す符号は
線形予測復号器94ヘピッチピッチ周期を表す符号はピ
ッチ周期復号器93へ、マルチパルスパラメータを表す
符号はパルス復号器92へ、補正項を表す符号は補正値
復号器91へそれぞれ出力される。線形予測復号器94
は、デマルチプレクサ210より入力する線形予測係数
或はPARCOR係数を表す符号列を復号して、線形予
測係数(ah)k=1.・・・、Kを再生し、それを再
生音声信号生成器240へ出力する。ピッチ周期復号器
93はピッチ周期Tを表す符号を復号して音源信号再生
部220へ出力する。パルス符号器92は、マルチパル
スパラメータ(g=、 mi)を表す符号を復号して、
音源信号再生器220へ出力する。補正値復号器91は
補正項物)を表す符号を復号して、それらを音源信号振
幅補正器230へ出力する。音源信号再生器220は、
パルス復号器92とピッチ周期復号器93から供給され
るピッチ周期Tと特定区間のマルチパルスパラメータ(
g、、 m;)とから1フレームに渡る音源信号q(n
)を次のように再生する。
q(n)=q(n−T)+Σg、8(n−mk) L3
≦rnkS L4  (31)−曽1 再生された音源信号q(n)は音源信号振幅補正器23
0へ出力される。音源信号振幅補正器230は、音源信
号再生器220から供給される1フレ一ム分の音源信号
q(n)の周期り毎の振幅とを補正値復号器91から供
給される補正項(z5)j=1.・・・、Jを用いて補
正する。いま、 なる信号セットを用いると所望の音源信号p(n)は次
のように計算することができる。
p(n) =Σziw、(n)q(n)       
 (15)再生された音源信号p(n)は、再生音声生
成部240へ出力される。再生音声信号生成部240で
は、音源信号振幅補正器230から供給される再生音源
信号p(n)と、音源再生部15から供給される音源信
号p(n)と、線形予測復号器94から供給される線形
予測係数(ak)k=1.・・・、にとを用いて、次の
ように再生音声信号5(n)を計算する。
5(n) =Σa、5(n−k)+p(n)     
  (16)k露1 再生された音声信号は出力バッファ250へ出力される
。出力バッファ250は1フレ一ム分の再生音声信号を
蓄えるもので、過去に再生されたサンプルから順に出力
端子260を介して外部に出力される。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明では、音声信号を線形予測
パラメータと特定区間の音源パラメータとで表す音声符
号化・復号化方式において、特定区間の音源パラメータ
を入力音声信号と再生音声信号とのフレーム全体に渡る
誤差が小さくなるように求め且つその特定区間の位置を
入力音声信号の特性に適応させることと、前記特定区間
の音源パラメータを予め定めた区間に移動させる構成と
を備えている。さらに、音声信号の局所的時間構造に適
応できるように、ピッチ周期毎或は予め定めた周期など
の適当な周期毎に音源信号の振幅特性を補正する構成を
導入している。従って、本発明は、特定区間における音
源パラメータはその値並びに位置とも入力音声信号に適
応でき、前記特定区間の位置に対して新たに情報量を割
り当てる必要がなく、更に、フレーム全体に渡る局所的
な変動に追随できるという前記従来法に無い特徴を持つ
ことにより、同一ビットレートで従来法より高い品質の
再生音声が提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明するためのブロック図、第
2図は本発明の一実施例を表す音声符号化・復号化装置
のブロック図である。 1、110・・・大力バッファ、2.120・・・線形
予測分析部、3・・・ピッチ予測分析部、4・・・音源
パラメータ抽出部、5・・・振幅補正化部、6・・・音
源パラメータ符号部、7・・・振幅補正符号部、8・・
・線形予測符号部、9・・、ピッチ予測符号部、1o・
・・入力端子、11・・・音源パラメータ復号部、12
・・・補正復号部、13・・・ピッチ予測復号部、14
・・・線形予測復号部、15・・・音源再生部、16・
・・再生音声生成部、17・・・出力バッファ、18・
・・出力端子、81・・・ピッチ周期符号器、82・・
・補正値符号器、83・・・パルス符号器、84・・・
線形予測符号器、91・・・補正値復号器、92・・・
パルス復号器、93・・・ピッチ周期復号器、94・・
・線形予測復号器、110・・・大力バッファ、120
・・・線形予測分析器、130・・・ピッチ予測分析器
、140・・・自己相関関数計算器、150・・・相互
相関関数計算器、160・・・パルス探索器、170・
・・振幅補正器、180・・・マルチプレクサ、190
1.・符号出力端子、200・・・符号入力端子、21
0・・・デマルチプレクサ、220・・・音源信号再生
器、230・・・音源信号振幅補正器、240・・・再
生音声信号生成器、250・・・出力バッファ。 味

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  符号化側では一定間隔のフレームに分割された音声信
    号を入力し、前記入力した音声信号から線形予測パラメ
    ータとピッチ予測パラメータとを抽出し、前記入力音声
    信号と前記抽出した線形予測パラメータとピッチ予測パ
    ラメータとを基に前記入力音声信号の特性によって定ま
    る特定区間の音源パラメータを抽出し、前記入力音声信
    号と前記線形予測パラメータとを基に前記抽出された音
    源パラメータと前記ピッチ予測パラメータとで定まるフ
    レーム全体に渡る音源信号の適当な周期毎の振幅特性を
    求め、前記抽出された音源パラメータと前記ピッチ予測
    パラメータとで定まるフレーム全体に渡る音源信号を予
    め定められた開始区間から予め定められた区間を符号化
    し、前記線形予測パラメータと前記ピッチ予測パラメー
    タと前記適当な周期毎の振幅特性を符号化し、復号化側
    では前記線形予測パラメータと前記ピッチ予測パラメー
    タと前記予め定められた区間の音源信号と前記適当な周
    期毎の音源信号の振幅特性を復号し、前記復号化された
    ピッチ予測パラメータと前記復号化された予め定められ
    た区間の音源信号と前記復号化された適当な周期毎の振
    幅特性とから音源信号を再生し、前記再生された音源信
    号と前記復号化された線形予測パラメータとで再生音声
    信号を生成することを特徴とする音声符号化・復号化方
    式。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0468400A (ja) * 1990-07-09 1992-03-04 Nec Corp 音声符号化方式
US9291473B2 (en) 2012-03-07 2016-03-22 Mitsubishi Electric Corporation Navigation device

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JPH0468400A (ja) * 1990-07-09 1992-03-04 Nec Corp 音声符号化方式
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