JPH0332228A - ゲイン―シェイプ・ベクトル量子化方式 - 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〕 音声信号の情報圧縮を行うためのゲインーシェイプ・ベ
クトル量子化方式に関し、 複数個のシェイプヘクトルから構成され複数の選択され
たシェイプヘクトルを出力するコードブック部と、該コ
ードブック部から出力された各シェイプヘクトルに利得
を与える複数の可変ゲイン回路と、該可変ゲイン回路の
各出力から再生信号を発生する複数の予測フィルタと、
該予測フィルタの再生信号を加算する加算部と、該加算
部の出力と音声入力との誤差が最小になるように１つの
インデックスにより該コードブック部の内の複数のシェ
イプベクトルを選択する評価部とで構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ゲイン−シエイプ・ヘクＩ・ル量子化方式に
関し、特に音声信号の情報圧縮を行うためのゲインーシ
ェイプ・ヘクトル量子化方弐に関す近年、企業内通信シ
ステムやディジクル移動無線システムなどにおいて、音
声信号をその品質を保持しつつ情報圧縮するヘクトル量
子化方式が用いられているが、このヘクトル量子化方式
と番よ、コードブック（コードブック）の各信号ヘクト
ルに予測フィルタを施して再生信号を作り、再生信号と
入力音声信号との間の誤差電力を評価して、最も誤差の
少ない信号ヘクトルの番号（インデックス）を決定する
操作として良く知られたものであるが、このヘクトル量
子化方式の内、特に高能率音声符号化方式としてのゲイ
ンーシエイプ（振幅−位相）・ムク１〜ル量子化方式に
対する要求が高まっている。

〔従来の技術〕

第５図は従来のゲインーシェイブ・ヘクトル量子化方式
の構成を示したもので、サイズがＳで次元りの１個のコ
ートブック１１を構成する複数のヘクトルの電力を正規
化したシェイプヘク１〜ルの内の１つのシェイブヘクト
ル（位相）を選択して、可変ゲイン回路１２でゲイン（
振幅）を乗することで振幅成分を位相成分から分離し、
更にピッチ予測フィルタ１３ａとＬＰＧフィルタ１３ｂ
とを含む伝達関数Ｈ（Ｚ）の予測フィルタ１３で再生信
号Ｘを発生し、入力音声Ａとの誤差Ｅを評価部１４で評
価することにより、その誤差′Ｅが下記の式の、■に従
って最小となるようにコートブック１１のシェイプヘク
トルＣ３を新たに選択すると共に誤差電力Ｅを元にシェ
イプベクトル当たり−っのゲインｇが決定され、その値
はシェイプベクトルの次元（Ｌ）毎に更新される。

Ｅ、１”　−（Ａ＝Ｘｋ）２　　・・・・■Ｘ、＝Ｈ・
　（ｇ−Ｃｙ　）　　・・・・■（ｋ・１，２．、、、
、、Ｓ） そして、このようにして求めた、コードブック１１のシ
ェイプヘクトルのインデックス、可変ゲイン回路１２の
ゲイン、予測フィルタ１３のピッチ、及び人力音声をＬ
ＰＧ分析部１５で分析したときのＬＰＧ係数を送信する
ことにより、音声情報の圧縮を行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来のゲインーシエイブ・ヘクトル量子化方
式では、コードブックが１個であり、然も評価部によっ
てコードブックから選択されるシェイプベクトルは１個
であるため、量子化歪（量子化誤差）が大きくなり、再
生音声の品質を維持することが困難になる。

一方、このような量子化歪を小さくするには、コードブ
ックに含まれるコードヘクトル（シェイブヘクトル）の
数を増やしてコードブックのサイズを大きくすればよい
が、コードブックを大きくすると、最適シェイプベクト
ルを探索するのに要する演算量が多くなり、またそれら
のシエイブヘクトルを格納するためのメモリが大きくな
り、ハードウェア実現上の大きな障害となると共にシエ
イブベクトルのインデックスを伝送するために必要な伝
送量も大きくなる。

従って、本発明は、コードブックのサイズを大きくする
ことなく量子化歪を小さくすることができるゲインーシ
ェイプ・ベクトル量子化方式を実現することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するため、本発明に係るゲインーシェ
イプ・ベクトル量子化方式は、第１図に原理的な構成を
示すように、複数個のシェイプベクトルから構成され複
数の選択されたシェイプベクトルを出力するコードブッ
ク部１と、該コ−ドブツクり部１から出力された各シェ
イプベクトルに利得を与える複数の可変ゲイン回路２と
、該可変ゲイン回路２の各出力から再生信号を発生する
複数の予測フィルタ３と、該予測フィルタ３の再生信号
を加算する加算部４と、該加算部４の出力と音声人力と
の誤差が最小になるように１つのインデックスで該コー
ドブック部ｌの内の複数のシェイプベクトルを選択する
評価部５とを備えている。

この場合、本発明では、該コードブック部１がＭ個のコ
ードブックで構成され、各コードブックがＮ（Ｎ＞１）
個のシェイプヘクトルで構成され、音声の再生品質の許
容最小限度を保証するために必要な８個のシエイブベク
トルに対してＳ＞Ｍ×Ｎの関係に在るようにしてもよい
。

更に、本発明では、該コードブック部１が、再生品質の
許容最小限度を保証するために必要な８個のシェイプヘ
ク１−ルから成る１個のコードブックと、該評価部５に
よってＭ（Ｍ＞１）個の異なったシェイプベクトルを同
時に選択するためのマツピングテーブルとで構成される
ようにしてもよい。

〔作　　　用］ 本発明では、従来のように単一のコードブックによる単
一のシェイプヘクトルではなく、複数のシェイプヘクＩ
・ルを合成したヘクトルによるベクトル量子化を用いて
いる。

この原理を第２図に示す２次元の場合について説明する
。

まず同図（ａ）に示す従来の単一ヘクＩ・ルによるべり
トル量子化の場合、有限個のシェイプヘクトルの中から
各シェイプベクトルを可変ゲインに係るスカラー８倍し
たときに被量子化歪声人力Ａとの量子化歪が最小になる
シェイプヘクトルＣ４が選択される。

この場合、コードブックに記憶されているシェイブヘク
トルの数は有限なので、同図（ａ）に示すように被量子
化歪声人力Ａとの誤差が大きくなる。

これに対し、同図（ｂ）に示すように、２次元の２つの
独立したシェイプベクトルＣ，，Ｃ２にゲインｇ＋、ｇ
２を乗して重み付けし且つ合成したベクトルにより音声
人力Ａを量子化する場合、このゲインｇ＋１ｇｚを調整
することにより任意のヘクトルを正確に実現できる。

但し、このように歪無しで量子化できるのは、合成に用
いる独立したシエイブヘクトルの数がシェイブヘクトル
の次元数以上になる場合であるが、この条件を満たさな
い場合でも、単一シエイブヘクトルによるベクトル量子
化よりも複数シェイプベクトルによるベクトル量子化の
方が量子化歪を小さくすることができる。

このような原理に鑑み、本発明では、再生音声と入力音
声との誤差に基づいて評価部５が■つのインデックスを
コードブック部１に与えると、このコ−ドブツク部１か
らは複数のシェイプベクトルが選択されて出力され、各
シエイブヘクトルに対し、対応する可変ゲイン回路２で
重み付けを行って各予測フィルタ３で再生信号を発生ず
ることにより、歪の小さい量子化を行うことができる。

この場合、第３図に示すように、コードブック部１がＭ
個のコードブックに分割されており、その各コートブッ
クがＮ（Ｎ＞１．）個のシエイブベクトルで構成されて
いれば、音声の再生品質の許容最小限度を保証するため
に必要な８個のシェイプヘクトルに対してＳ＞Ｍ×Ｎの
関係においては、量子化歪を減少させることができると
共にコートブックのメモリ容量をも削減することができ
る。

この第３図に示す方式をもう少し詳しく説明すると、評
価部５からの１つのインデックスｋに対し、それぞれが
Ｎ個のシェイプベクトルから成るＭ個のコードブックＣ
１，Ｃ２，・・・、ＣＭを参照することによりＭ個のコ
ードシェイプベクトル（Ｃお＋ｌ　＋　　ＣＭ＋Ｚ　ｒ
　　・・・、Ｃ，、、）がコードブック部ｌから出力さ
れ、各シェイプベクトルに重み係数ｇ、を掛け、更に予
測フィルタ３で予測し且つ加算部４で加算して得られた
合成シエイブベクトルＹｋ Ｙｈ＝ｇ＋　　・Ｈ−Ｃｈ、　ｌ　＋ｇｚ　・Ｈ−Ｃ□
、２＋・　・　・＋ｇｙ’Ｈ’ｃｈ、□　　・・・・■
と被量子化音声人力Ａとの誤差をとり、評価部５におけ
る二乗誤差が最小となるインデックスと、そのときのゲ
インベクトルＧ Ｇ−（ｇ＋　、ｇｚ　、　　・・・＋’ｇ＋４）　　・
・・・■を伝送する。

このようにすれば、各コートブックの大きさが小さく、
Ｓ＞Ｍ×Ｎの関係にあっても、シェイプベクトルの組Ｃ
ｂ、＋　、　ｃｋ、□、・・・＋　Ｃｋ、Ｈの線形結合
で表されるベクトルＹｋは、第２図（ｂ）に示したよう
に、シェイプベクトルＣ＋＋、＋　、　　Ｃ１１＋□・
・・、Ｃｋ、Ｈを含む部分空間内の任意のベクトルを表
すことができるため、実質的にコードブックのサイズが
増大したことと等価である。

従って、従来方式と同等の量子化歪で良い場合には、従
来方式より各コードブックサイズを小さくすることがで
きることになる。

〔実　施　例］ 第４図は第１図に示した本発明のゲインーシエイプ・ベ
クトル量子化方式の一実施例を示したものであり、同図
（ａ）は符号化器を、同図（ｂ）は復号化器をそれぞれ
示している。

この実施例では、第３図の場合のように複数のコードブ
ックに分割するのではなく、コードブック部１は符号器
側、復号器側共に、Ｌ次元、サイズＳの単一のコードブ
ック１１と、１つのインデ・どクスｋ　（ｋ＝１．２．
　　・・Ｓ）のコードベクトルに対応する一つの別のコ
ードベクトルのインデックスｊを発生するマツピングテ
ーブルＴとで構成されている。

Ｊ＝Ｔ（ｋ）　　　　　　　　・・・・・・■１ 従って、このテーブルＴを参照することにより、符号化
器側では評価部５からの、また復号化器側では符号化器
側から伝送されて来た１つのインデックスｋについて別
のインデックスｊ＝Ｔ　（ｋ）が求まり、そのインデッ
クスｋに対応する２つのシェイプベクトルＣ，，Ｃ，□
〉が得られる。

そして、このＣｋ及びＣＴ□〉にそれぞれゲインｇｋ　
＋　　ｇＴ（ｋｌを乗じた後、予測フィルタ３に入力す
ることによりＬ次元の再生信号ベクトルＸｋ。

ＸＴ（ｋ）が得られる。

この時、２つのシヱイプベクトルＣア、　　Ｃｔｎｎに
対応するゲインｇｋ＋　　ｇｒｎ＋は、次式の合成ベク
トルＹ６、 Ｙｋ＝ｇア・Ｈ−Ｃｈ＋ｇｔ。〉・Ｈ−ＣＴＬｋ。

・・・・・・■ と、被量子化ベクトルＡとの歪尺度Ｄｋを最小にするよ
うに第４図（ａ）に示す符号化器側において評価部５が
評価する。

即ち、評価部５においては、歪尺度として次のユークリ
ッド距離を用いることにより、２ Ｄｋ　・　ｌＡ’Ｙｋ　ｌ　　　　・・・・・・■を求
め、この歪Ｄｋをｇｗ及びｇ　Ｔ　ｔｋ＋で偏微分して
零と置くことにより、歪Ｄｋを最小にするゲインベクト
ルｇｈ　＋　　ｇｙｎ−１を求める。

このようにして各インデックスｋ（ｋ＝１〜Ｓ）につい
て歪り、を求め、最小の歪を与えるシェイプベクトルの
組Ｃｋ＋　　Ｃｒ＜ｋｌに対応するインデックスｋをゲ
インベクトル（ｇｂ　＋　　ｇｔ＋ｙ＋）と共に伝送す
る。

一方、第４図（ｂｌに示す復号化器側では受信されたイ
ンデックスにより符号化器側と同一のマツピングテーブ
ルＴを参照してインデックスｊ＝Ｔ（ｋ）を求め、イン
デックスにとｊでコードブック１１を参照することによ
りシェイプベクトルＣ３及びＣＴｌｋｌを得る。

そして更に各シェイプベクトルにゲインｇｋ＋ｇ　Ｔ　
（ｋ〉を掛け、予測フィルタ３を経て加算部４で加算す
ることにより再生音声ベクトルＡ゛を得る。

Ａ’＝ｇｋ−Ｈ−Ｃ１１＋　ｇｔＬｋ、・Ｈ−ＣＴ、ｋ
。

・・・・・・■ 尚、第４図の実施例では、１つのインデックスから２つ
のインデックスを生成する場合を説明したが、マツピン
グテーブルを複数設けることにより２つ以上のインデッ
クスも生成でき、より歪の少ない量子化が実現できるこ
とは言うまでもない。

〔発明の効果］ 以上のように、本発明に係るゲインーシェイプ・ベクト
ル量子化方式では、１つのインデックスに対して複数の
シェイプヘクトルを定義し、これらの重み付は合成ヘク
トルを用いてヘクトル量子化を行うように構成したので
、量子化歪を減少させることがでふる。

また、この場合に再生品質の許容最小限度を保証するた
めに必要なシェイプヘクトルから成るコードブックを分
割してヘクトル量子化を行えば、量子化歪を小さく抑え
たままコードブックサイズを小さくすることができるの
で、メモリ量及び演算量を削減でき、ハードウェア実現
上非常番こ有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るゲイン−シエイプ・ベクＩ・ル量
子化方式の原理構成ブロック図、第２図は複数シェイプ
ベクトルの合成ベクトルによるヘクトル量子化の原理を
説明する図、第３図及び第４図は本発明に係るゲインー
シエイブ・ヘクトル量子化方式の実施例を示すブロック
図、 第５図は従来例を示すブロック図、である。 図中、１ばコードブック部、２は可変ゲイン回路、３は
予測フィルタ、４は加算部、５は評価部、１１ばコード
フ゛ンク、Ｔはマ・ンピングテーフ゛ルである。 図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個のシェイプベクトルから構成され複数の選
   択されたシェイプベクトルを出力するコードブック部（
   １）と、 該コードブック部（１）から出力された各シェイプベク
   トルに利得を与える複数の可変ゲイン回路（２）と、 該可変ゲイン回路（２）の各出力から再生信号を発生す
   る複数の予測フィルタ（３）と、 該予測フィルタ（３）の再生信号を加算する加算部（４
   ）と、 該加算部（４）の出力と音声入力との誤差が最小になる
   ように１つのインデックスにより該コードブック部（１
   ）の内の複数のシェイプベクトルを選択する評価部（５
   ）と、 を備えたことを特徴とするゲイン−シェイプ・ベクトル
   量子化方式。
2. （２）該コードブック部（１）がＭ個のコードブックで
   構成され、各コードブックがＮ（Ｎ＞１）個のシェイプ
   ベクトルで構成され、音声の再生品質の許容最小限度を
   保証するために必要なＳ個のシェイプベクトルに対して
   Ｓ＞Ｍ×Ｎの関係に在ることを特徴とした請求項１記載
   のゲイン−シェイプ・ベクトル量子化方式。
3. （３）該コードブック部（１）が、再生品質の許容最小
   限度を保証するために必要なＳ個のシェイプベクトルか
   ら成る１個のコードブックと、該評価部（５）からの１
   つのインデックスによってＭ（Ｍ＞１）個の異なったシ
   ェイプベクトルを同時に選択するためのマッピングテー
   ブルとで構成されることを特徴とした請求項１記載のゲ
   イン−シェイプ・ベクトル量子化方式。