JPH0294832A

JPH0294832A - 音声符号化および復号化システム

Info

Publication number: JPH0294832A
Application number: JP24454388A
Authority: JP
Inventors: Hidehira Iseda; 衡平伊勢田; Yoshihiro Tomita; 吉弘富田; Shigeyuki Umigami; 重之海上
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-05

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〕電話音声などの音声信号を高能率で符号化して伝送し、
復号する音声符号化および復号化システムに関し、特に、時間領域調波圧縮・伸長方式（ＴＤＩＩＳ）によ
る音声符号化・復号化において、無声音の符号化および
復号化の品質を向上させることを目的とし送信側におい
て、音声入力信号が無声音のときはそのまま音声入力信
号を通過させ、有声音のときは音声入力信号を時間軸圧
縮処理し、受信側において、無声音のときは復号した信
号をそのまま出力し、有声音のときは該複合化信号を時
間軸伸長処理するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、音声符号化および復号化システムに関するも
のであり、特に、時間領域調波圧縮・伸長方式（ＴＤＨ
５）による音声符号化および復号化を行う場合、無声音
の符号化および復号化の品質を向上させることを目的と
した音声符号化および復号化システムに関する。

近年のディジタル回線の普及に伴い、その回線の有効な
利用を図るため、音声信号を高い品質を維持しつつ高能
率に情報量圧縮を行う、音声信号圧縮技術が種々提案さ
れている。そのなかで、音声信号の時間的周期性（ピッ
チ周期）を利用して、送信側では、特性のよく似た数周
器の信号を適切な重みを掛は合わせて１周期の信号に圧
縮して符号化し、再生側では、圧縮されたその信号の前
後の関係を考慮しながら圧縮とは逆の伸長を行う、「時
間領域調波（軸）圧縮および伸長方式（ＴＤＨ３：Ｔｉ
ｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　ｌｌａｒｍｏｎｉｃ　Ｓｃａｌｉ
ｎｇ）が知られている。

一方、将来の多種多様な通信サービスを効率的に実現す
る伝送手段として、情報源のバースト性を利用して、情
報量の時間的変動に応じて符号化ビットレートを変化さ
せる方式が知られている。

〔従来の技術〕

上記ＴＤＯＳを第６図および第７図（Ａ）、　（Ｂ）を
参照して述べる。

第６図において、ピッチ周期抽出部（Ｐ　ＩＴＣＨ）　
５０２が音声入力信号ＳＩＮのピッチ周期を抽出し、時
間軸圧縮部（ＴＤＨＣ：Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｈａ
ｒｍｏｎｉｃ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）５０１がその
抽出されたピッチ周期に応じて音声入力信号ＳＩＮの時
間軸方向を圧縮する。符号化部（ＥＮＣＯＤＥＲ）　５
０３は圧縮された信号を任意の符号化方式、例えば、Ａ
ＤＰＣＭ方式で符号化する。この圧縮され符号化された
信号は、伝送路５０４を介して受信側の復号化部（ＤＥ
ＣＯＤＥＲ）　５０５において復号され、再生信号とな
る。この再生信号は時間軸伸長部（ＴＤＩＩＥ：Ｔｉｍ
ｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｅｘｐａｎｓｉ
ｏｎ）５０６において、上記ピッチ周期抽出部５０２で
抽出されたピッチ周期に基づいて、上記圧縮とは逆の時
間軸伸長が施される。

第７図（Ａ）は、送信側における時間軸圧縮処理を示す
図であり、周期性のある２ピツチの音声信号を１ピツチ
に圧縮した場合を示す。すなわら、前の周期の信号には
重み窓Ｗ（ｍ）を掛け、後の周期の信号には前とは逆の
重み窓（１−Ｗ（ｍ））を掛け、それぞれを加算して、
１つの信号として時間軸を圧縮している。

一方、第７図（Ｂ）は、受信側の時間軸伸長処理を示す
図であり、３周期分の圧縮再生信号のうち、前の２周期
分の信号に重み窓（１−Ｗ　（ｒｎ））を掛け、後の２
周期分の信号に重み窓Ｗ　（ｍ）を掛けたものを加算し
て、もとの２周期分の信号に時間軸を伸長している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ＴＤＨ５では、周期性のない無声音についても、周
期性のある有声音と同様に時間軸の圧縮および時間軸の
伸長を行っている。その結果として、無声音に対して、
正しい符号化および復号、再生処理が行われず、再生音
声の品質が劣化するという問題がある。

また、上記Ｔ　Ｄ　ＩＩ　Ｓにおいては、常に、固定の
ビットレートで信号伝送を行っており、情報源が発生す
る情報量の時間変動に応じた適切な符号化ビットレート
で信号の伝送が行われていないという問題がある。

本発明は、音声信号の特性を利用して符号化ビットレー
トを変化させるとともに、周期性のない無音声信号の再
生音声品質を向上させることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の音声符号化および復号化システムは、第１図に
その原理ブロックを示すように、音声信号符号化手段１
００と、伝送路２００と、音声信号再生手段３００とか
ら構成される。

音声信号符号化手段１００は、音声入力信号ｓｒＮが有
声音であるか無声音であるかを判別し有声・無声判別信
号５ＪＵＤＧＥを出力するとともに、有声音の場合はさ
らにその音声入力信号のピッチ周期を検出してピッチ周
期信号５Ｐ１１’ＣＩ＋を出力する周期抽出および有声
・無声判定手段２と、該有声・無声判別信号に応答して
、該音声入力信号が無声音のときはそのまま該音声入力
信号を通過させ、有声音のときは該周期信号に基づいて
該音声入力信号を時間軸圧縮処理する時間軸圧縮手段１
と、該時間軸圧縮手段の出力信号を符号化する符号化手
段３とを有する。

音声信号再生手段３００は、伝送路２００を介して該ピ
ッチ周期信号、該有声・無声判別信号および該符号化信
号を受信し該符号化信号を再生するものであり、該受信
符号化信号を復号する復号化手段６と、該有声・無声判
別信号に応答し、無声音のときは該復号された信号をそ
のまま出力し、有声音のときは該ピッチ周期信号に基づ
いて該復号化信号を時間軸伸長処理する時間軸伸長手段
７とを有する。

好適には、該時間軸伸長手段は、無声音から有声音への
変化時に該有声音の時間軸伸長処理に該有声音の前の無
声音を含ませないように構成される。

なお、符号化手段３で符号化された信号を多重化する多
重化手段４、および、多重化信号を分離する多重分離手
段５を、伝送路２０００前後に設ける。

〔作　用〕

ピッチ周期抽出および有声・無声判定手段２は、音声入
力信号ＳＩＮを、自己相関法、共分散法などを用いて有
声音か無声音を判別し、有声音の場合、「高」レベルの
有声・無声判別信号５ＪＵＤＧＥを出力し、無声音の場
合「低」レベルの有声・無声判別信号５ＪＩＩＤＧＥを
出力する。ピッチ周期抽出および有声・無声判別手段２
は、有声音と判別した場合、更に、その音声入力信号Ｓ
ＩＮのピッチ周期を抽出し、ピッチ周期信号５ＰＴＴＣ
１１を出力する。

時間軸圧縮手段１は、上記音声判別信号５ＪＬＩＣＤＨ
が「低」レベルの場合、即ち１．音声入力信号ｓｒＮが
無声音の場合は、時間軸圧縮処理を行わず、音声入力信
号ＳＩＮをそのまま出力する。一方、有声・無声判別信
号５ＪＵＤＧＢが「高」レベルの場合、即ち、音声入力
信号ＳＩＮが有声音の場合は、時間軸圧縮手段１は、音
声入力信号ＳＩＮについてピッチ周期信号で示されたピ
ッチ周期で時間軸圧縮（ＴＯＩＩＣ）処理を施す。Ｔ　
Ｄ　ＩＩ　Ｃ処理のアルゴリズムを下記の式で示す。

圧縮された信号：５ｃＳｃ（ｉ）　＝　（１−Ｗｃ（ｉ））ＸＳＩＮ（ｉ）＋
Ｗｃ（ｉ）　　Ｘ５ＩＮ（ｉ＋Ｐｐ）・・・　（１）但、ｉ＝１．２．・・・、ＰＰＰＰ　：ピッチ周期Ｗｃ　：圧縮用重み関数ＳＩＮ：音声入力信号Ｗｃ（ｉ）　　＝（Ｓ　　　（１／　２））／　ＰＰ　
　　・・・　（２）上記Ｔ　Ｏ１１Ｃ処理を、時間軸を
１／２にした場合の例を、第２図に示す。

符号化手段３は、時間軸圧縮手段１からの圧縮されてい
ない無声音、または圧縮された有声音を符号化する。

符号化された音声信号Ｓｃは、伝送路２００を介して復
号化手段６に印加され、復号される。

時間軸伸長手段７は、復号化信号を入力し、周期抽出お
よび有声・無声判定手段２からの有声・無声判別信号５
ＪＵＤＧＥが「低」レベルのときは、復号化信号をその
まま出力する。一方、有声・無声判別信号５ＪＵＤＧＥ
が「高」レベルの場合は、下記のアルゴリズムに基づい
て、Ｔ　０１１　Ｅ処理を行う。

伸長された信号：ＳアＳ　１（ｉ）　＝　（１’＃ｔ（ｊ））　Ｘ　Ｓ　ｃ（
ｊ）＋ＷＥ（Ｊ）　Ｘ　Ｓ　Ｃ（Ｊ　　Ｐｐ）ｊ＝１　
、２　、・・・、２ｘＰｐ・・・　（３）但、ＷＥ　：伸長用重み関数Ｗ、（ｊ）＝　　（ｊ−（１／２））／　（２ＸＰＰ）
ｊ＝１．２．・・・、２ＸＰＰ・・・　（４）Ｔ　Ｄ　ＩＩ　Ｅ処理は第３図に図示したように行われ
る。

以上の処理により、基本的に、無声音の品質は劣化せず
、有声音については、ＴＤＩＩＳに基づく高能率符号化
伝送が行われる。

符号化手段３の信号は、多重化手段４を介して多重化さ
れて伝送路２００に出力される。また、伝送路２００か
らの多重化された符号化信号は、多重分離手段５により
１分離される。

ただし、第３図に示すように、ＴＤＩＩＥ処理では、伸
長時に伸長するフレームの前後のフレームの信号を使用
するため、無声音から有声音に変化したとき、周期性の
ない無声音の信号を用いて伸長処理に使用することにな
る。このため、有声音の再生信号に品質の低下が生じる
ことがある。上記の品質の低下を防止するため、無声音
から有声音に切り替わる遷移時点においては、第４図に
示すように、前のフレームの信号を使用しないようにす
る。

無声音から有声音への遷移時点のＴ　Ｄ　ＩＩ　Ｅ処理
に用いる重み窓関数Ｗ’ｔ（ｊ）および伸長信号Ｓ’ｃ
（ｊ）を次に示す。

Ｗ’ｔ（ｊ）　＝　１ｊ＝１．２．・・・、Ｐ。

ｗ’Ｅ（ｊ）＝　　（ｊ−ｐｐ　　−（１／２））／Ｐ
Ｐｊ＝Ｐｒ　＋１　、・・・、２ＸＰＰＳ′バＤ　　＝Ｓｃ（ｊ）ＸＷ’え（ｊ）ｊ＝１　　、
　２　　、・・・、Ｐｐ・・・　（７）Ｓ’Ｅ（ｊ）　　＝　　（Ｉ　　　Ｗ’Ｅ（ｊ））％５
ｃ（ｊ）”　Ｗ’　Ｅ（Ｊ）　　Ｘ　Ｓ　ｃ（ｊ　　　
Ｐ　ｌ、）ｊ＝Ｐｐ＋１．・・・、２ｘＰ。

・・・　（８）以上の遷移処理を行うことにより、無声音から有声音へ
の遷移時点においても、品質の高い時間軸伸長が可能に
なる。

なお、有声音から無声音に切り替わる遷移時点において
は・無声音はバイパスされＴＤＩＩＩＥ処理されないの
で上記問題は生じない。

〔実施例〕

本発明の実施例の音声符号化および復号化システムのブ
ロック図を第５図に示す。

同図において、音声信号符号化手段１００内の時間軸圧
細手゛段１に対応する時間軸圧縮処理部１０は、第１の
信号切替部１１、無声音信号通過線１２、第２の信号切
替部１３、時間軸圧縮（ＴＤＩＩＣ）処理部１４が図示
のごと（接続されている。Ｔ　ＯＩＩ　Ｃ処理部１４は
上記第（１）−（４）式で表した信号圧縮処理、より具
体的には２ピッチ周期の信号を１ピッチ周期の信号に時
間軸圧縮する処理を行う。周期抽出および有声・無声判
定手段２に対応するピッチ周期抽出有声・無声判定部２
０は音声入力信号ＳＩＮが有声音か無声音かをフレーム
毎に判定し、有声音の場合「高」レベルの有声・無声判
別信号５ＪＵＤＧＢを出力し、無声音の場合「低」レベ
ルの有声・無声判別信号Ｓ、ＩＵＤＧＥを出力する。

更に、有声音の場合、そのピッチ周期を検出して１、ピ
ッチ周期信号５ＰＴＴＣＨを出力する。

音声入力信号ＳＩＮは、電話の会話信号の場合、例えば
、８ＫＩＩｚでサンプリングされている。上記有声・無
声の判別には、自己相関法、共分散法等が用いられる。

ピッチ周期抽出は、例えば、６６ｆｉｚ毎に行われる。

第１および第２の信号切替部１１　、１３は、有声・無
声判別信号５ＪＵＤＧＢが「低」レベルの場合、図示実
線のごとく、音声入力信号ＳＩＮを無声音信号通過線１
２を通過させ、Ｔ　Ｄ　ＩＩ　Ｃ処理をバイパスする。

また、有声・無声判別信号５ＪＵＤＧＢが「高」レベル
の場合、信号切替部１１　、１３は図示破線のごとくな
り、音声入力信号ＳＩＮをＴＤＩＩＣ処理部１４で時間
軸圧縮させるようにする。

時間軸圧縮処理部１０からの圧縮信号Ｓｃが、符号化手
段３に対応する符号化処理部３０において、ＡＤＰＣＭ
、サブバンド符号化法などの符号化処理が施される。

符号化処理された圧縮信号Ｓｃは、多重化手段４に対応
する多重化処理部４０において、多重化されて、伝送路
２００に送出される。

信号再生側の、多重分離手段５に対応する多重分離処理
部５０は、伝送路２００を介して受信された上記符号化
され多重化された信号を分離する。

分離された信号が、符号化手段６に対応する復号化処理
部６０において、上記符号化処理部３０の処理と逆の復
号処理が行われる。復号信号は、時間軸伸長手段７に対
応する時間軸伸長処理部７０に印加される。

時間軸伸長処理部７０は、第３の（δ号切替部７１、無
声音信号通過線７２、第４の信号切替部７３、時間軸伸
長（ＴＤＩＩＢ）処理部７４、有声音切替処理部７５、
無声音切替処理部７６が図示のごとく接続されている。

信号切替部７１　、７３は、有声・無声判別信号５ＪＵ
ＤＧＥが「低」レベルの場合、位置ａが選択されて復号
化信号がそのまま出力されるように制御される。音声判
別信号５ＪＩＩＤＧＥが次の場合、信号切替部７１　、
　Ｔ３はそれぞれ次の位置に選択されるように制御され
る。

イ、５ＪＵＤＧＥがｍ続シテ「高」レベル位置；ｂ口、
５ＪＵＤＧＥが「低」レベルから「高」レベルに変化し
た時位置二Ｃハ、５ＪＵＤＧＥが「高」レベルから「低」レベルに変
化した時位置：ｄ信号切替部７１　、７３の位置がｂの場合、復号化信号
が、ＴＤＨＥ処理部７４において、上記第（３）（４）
式に基づいてＴ　ＯＩＩ　Ｂ処理が行われる。信号切替
部７１゜７３の位置がＣの場合、復号化信号が、無声音
から有声音への遷移処理を行う有声音切替処理部７５に
おいて、上記第（５）〜（８）式に基づいて遷移処理が
行われる。信号切替部７１　、７３の位置がｄの場合は
、有声音から無声音への遷移処理を行う無声音切替処理
部７６において、復号化信号が遷移処理される。上記処
理は、ピッチ周期信号５ＰＩＴＣ）Ｉで示されるピッチ
周期に基づいて行われる。

上記実施例は、コンピュータを用いた信号処理、専用ハ
ードによる信号処理、その他の手段による信号処理で可
能である。

以上、電話の音声信号を例示して実施例を述べたが、本
発明は、周期性がありＴ　ＯＩＩ　Ｓ処理の適用が有効
な信号であるとともに、非周期性を有する信号が混在す
る他の種々の１δ号処理に適用可能であることはいうま
でもない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明によれば、周期性のない無声
音についてはＴＤＩ！Ｓ処理を行わずそのまま通過させ
るので、無声音の品質低下が防止できるという効果を奏
する。

特に、本発明は、無声音から有声音への変化時点におい
て、無声音が有声音へ及ぼす悪影容を回避しているので
、常に、有声音、無声音のいずれの品質を低下させずに
、高能率の符号化および復号化が実現できるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の音声符号化伝送システムの原理ブロッ
ク図、第２図、第３図及び第４図は本発明の音声符号化伝送シ
ステムの動作を説明する図、第５図は本発明の実施例の音声符号化伝送システムの回
路図、第６図は従来の音声符号化伝送システムの構成図、第７図（Ａ）、　（Ｂ）は第６図の音声符号化伝送シス
テムの動作を説明する図、である。（符号の説明）１・・・時間軸圧縮手段、２・・・ピッチ周期抽出および有声・無声判定手段、３
・・・符号化手段、　　　　　４・・・多重化手段、５
・・・多重分離手段、　　　６・・・復号化手段、７・
・・時間軸伸長手段、ＩＯ・・・時間軸圧縮処理部、１１　、１３・・・信号
切替部、１２・・・無声音信号通過線、１４・・・ＴＤ
ＩＩＣ処理部、２０・・・ピッチ周期抽出有声・無声判
別部、３０・・・符号化処理部、　　４０・・・多重化
処理部、５０・・・多重分離処理部−１６０・・・符号
化処理部、・・・Ｔ　ＯＩＩ　Ｅ処理部、・・・無声音信号通過線、・・・時間軸伸長処理部、・・・有声音切替処理部、・・・無声音切替処理部。７１　、７３・・・信号切替部、

Claims

【特許請求の範囲】１、音声入力信号（ＳＩＮ）の無声音部と有声音部とを
判別し有声・無声判別信号（ＳＪＵＤＧＥ）を出力する
とともに、有声音と判別した時そのピッチ周期を検出し
てピッチ周期信号（ＳＰＩＴＣＨ）を出力する周期抽出
および有声・無声判定手段（２）と、該有声・無声判別
信号に応答して、該音声入力信号が無声音のときはその
まま該音声入力信号を通過させ、有声音のときは該周期
信号に基づいて該音声入力信号を時間軸圧縮処理する時
間軸圧縮手段（１）と、該時間軸圧縮手段の出力信号を
符号化する符号化手段（３）とを有する、音声信号符号
化手段（１００）と、伝送路（２００）と、該伝送路を介して該ピッチ周期信号、該有声・無声判別
信号および該符号化信号を受信し該符号化信号を再生す
る音声信号再生手段（３００）であって、該受信符号化
信号を復号する復号化手段（６）と、該有声・無声判別
信号に応答し、無声音のときは該復号された信号をその
まま出力し、有声音のときは該ピッチ周期信号に基づい
て該復号化信号を時間軸伸長処理する時間軸伸長手段（
７）とを有したものと、を具備する、音声符号化および復号化システム。２、該時間軸伸長手段が、無声音から有声音への変化時
に該有声音の時間軸伸長処理に該有声音の前の無声音を
含ませないようにしたことを特徴とする、請求項１記載
の音声符号化および復号化システム。