JPH0333900A - 音声符号化方式 - 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】 〔幽要〕 音声信号の高能率？：Ｉ舅化を行なう音声符号化方式に
関し、 従来なしえなかったパルス的な有声音のｇ　ｇについて
も正確に同定して符号化でき、再生音声の品質を向上さ
せることを目的とし、 符号帳から順次読出した白色雑音の残差信号のベクトル
をピッチ予測及び線型予測により再生して得た再／Ｉ−
信号と入力音声信号との誤差を評価し、最も誤差電力の
小さなベクトルを探索・決定して該入力音声信号を符号
化する音声ｒ：ＩＲ化方式にＪ３いて、該白色雑音の残
差信号のベクトルからインパルスの残差信号のベクトル
を牛成し、該白色雑音の残差信号のベクトルと該インパ
ルスの残差信号のベクトルとをピッチ予測により得られ
る該入大音声信号のピッチ相関の強さに応じた比率で加
綽して合成ベクトルを得、該合成ベクトルを再生して得
られる再生（ｆｆｉ号と該入力音声信号との誤差を評価
するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は音声符号化方式に関し、音声信号の高能率符号
化を行なう音声符号化り式に関する。

近年、自動ＦＤ本電話のディジタル移動無線通信システ
ム、金業内ディジタル通信システム等で、音声信号をそ
の品質を保持しつつ情報圧縮する高能率音声符号化が要
求されている。

〔従来の技術〕

第５図は従来の音声符号化方式の一例のブロック図を示
す。この方式ｕｃＥ　Ｌ、Ｐ　（Ｃｏｄｅ　Ｅｘｃ−ｉ
ｔｅｄ　　Ｌ　Ｐ　Ｃ）と呼ばれる方式である。

第５図において、符号帳１０にはＮサンプルに対応する
Ｎ次元の白色雑音を用いて生成した９５差信号のベクト
ルが２雷パターンだけ予め設定されている。各ベクトル
はＮ（Ｎは例えば４０〉次元の藍素の二乗和が一定値と
なるよう正規化されている。

符ζ帳１０から評価回路１６の指示で読出されたベクト
ルは乗Ｗｉ＋５１１でゲインを乗算され、長期的相関を
付与するピッチ予測器１２及び短ＪｆＪ的相関を付与す
る線型予測器１３を通して再生（ｉ号とされる。この再
生信号は、減算器１４において端子１５より入来する１
フレームつまりＮ＋ｊンブルのディジタル音声信号と比
較され、その誤差が評価回路１６で評価される。

上記乗算器１１のゲイン及びピッチ予測器１２のピッチ
予測係数は評価回路１６における誤差電力が最小となる
よう可変される９、ピッチ予測器１２のビッヂ周期は例
えば４０〜１６γリンプル周期で各ベクトルについてそ
の全てのサンプル周期の評価をｔテなう。また、線型予
測Ｂ１３の伝達関数は入力音声信号の線型予ｉｌｌ　（
ＬＰＧ）分析により決定される。

評価回路１６は入力音声信号と再生信尽との間の誤差電
力を最小とするよう符号ｇｉｏの探索・決定し、決定し
た符号帳１０のインデックス即ち残差ベクトルの位相と
、乗算器１１のゲイン即ち残差ベクトルの振幅と、ピッ
チ予１２Ｗ１２の周期及び係数と、線型予測器１３の係
数とが多重化回路１７で多重化されて伝送される。

伝送された多重化信号は多重分離回路１９で分離されて
夫々符号帳２０．乗算器２１、ピッチ予測器２２、線型
予ａＩＩＩ器２３夫々に供給される。

符号帳２０１ｉ符号帳１０と同一構成で、ここからイン
デックスで指示されたベクトルが読出され、乗粋器２１
、ピッチ予測器２２、線型下１１１１器２３により再生
され、得られた再生音角信号が端子２４より出力される
。

従来のピッチ予測方式による分析手法は第６図（Ａ）に
示す如く表わされる。同図中、端子４０より入来する１
フレームの入力音角信号の入力ベクトルＳＧｉ減Ｗ器４
１で前フレーム履歴４２を減粋されて前フレームの影響
を除いたターゲット・ベクトルＸとされる。符号帳４３
よりの白色Ｍ、音の残差信号のベクトルを線型下１１１
１器４４で予測し乗停器４５でゲイン（ベクトルの振幅
）ｇを乗じたコード・ベク（−ル９Ｃと、先行フレーム
の残差イ８目のベクトルをＮサンプル周１１以上遅延し
たピッチ周期遅延器４６からのＮ次元の残差信号のベク
トルを線型予測器１３で予測し乗ｎ器４８でピッチ予測
係数（ベクトルの振幅〉ｂを与えられたピッチ予測ベク
トル演算とを加粋器４９に供給し、合成ベクトル演算を
得て、これとターゲット・ベクトルＸとを減綽器５０で
減算し、誤差Ｅを評価回路５１で評価している。同図（
Ｂ）Ｌｔ上記のベクトル演算を図形表示したものである
。８コード・ベクトルの僚相Ｃ及びピッチ予測ベクトル
の位相Ｐが与えられたとき、コード・ベクトルの振幅ｑ
及びピッチ予測ベクトルの振１ｆｉｌｔ）の値は（１）
式に示す誤差信舅電力ＩＥ１２が最小となるように（２
１式及び０式を使って決定される。

ＩＥＭ　＝ＩＸ−ｂＰ−ｇｃｔ２　　　　　・・・Ｏ）
ここで、 これより、 ｂ＝（（Ｃ，Ｃ）（Ｘ、Ｐ）−（Ｃ，Ｐ）（Ｘ、Ｃ））
／△・・・■ （１＝（（Ｐ、Ｐ）（Ｘ、Ｃ）−（Ｃ，Ｐ）（Ｘ、　Ｐ
））／△・・・［株］ 但し、Δ＝　（Ｐ、Ｐ）（Ｃ，Ｃ）−（Ｃ，Ｐ）（Ｃ，
Ｐ）であり、（、）はベクトルの内積を表わす。

〔発明が解決しようとする課題〕

ｇ重信８には有声音と無声音が有り、それぞれは駆ｖＪ
ｉｌｉｉｉ信号（ｉｌ）が周期的パルスであるか、周期
性の無い白色雑音であるかで特徴づｔＪられる。

従来方式として述べたＣ　Ｅ　Ｌ、　Ｐ方式では、音源
として白色雑音からなる符号帳のベクトルにピッチ予測
及び線型予測を施して生成しており、有声音におけるピ
ッチ周期性をピッチ予測５１２により発生させていた。

この場合、音源が白色雑音的な無声音部での特例（よ良
いが、ピンチ予３１１Ｉ器１２により発生されるピッチ
周期性は過去の音源系列に遅延を与えて作り出されるも
のであり、過去の音源系列はもともと符号帳ベクトルを
読み出して得られた白色ｍｉであるため、有声音の音源
に相当するパルス系列を作り出すのは困難になる１、特
に、無声音から有声音への過渡部では、その影響が大き
く再生音声に高周波ノイズが含まれ、その品質が劣化す
るという問題があった。

本発明は上記の点に名みなされたちので、従来なしえな
かったパルス的６ｅ声ｇの音源についてｂ「確に同定し
て符号化でき、再生音声の品質を向上させる音声符号化
方式を提供とすることを目的とする。

〔課題を解決するための下段〕

本発明の音声符号化方式は、 符号帳から順次読出した白色雑音の残差信号のベクトル
をピッチ予測及び線型予測により再生して得た再生（ｇ
号と入力音声信号との誤差を評価し、８６Ｍ差電力の小
さなベクトルを探索・決定して入力音声信号を符号化す
る音声符号化方式において、 白色′ｍ音の残差信号のベクトルとインパルスの残差信
号のベクトルとをピッチ予測により得られる入力音声信
号のピッチ相関の強さに応じた比率で加算して合成ベク
トルを得、 合成ベクトルを再生して得られる再生信月と入力音声信
号との誤差を評価する。

（作用） 本発明においては、白色雑音の残差信号のベクトルとイ
ンパルスの残差信号のベク］〜ルとを入力音重信８のピ
ッチ相関の強さに応じた比率で加算した合成ベクトルの
再生を行なうため、白ｃ！１雑音的な無声音の音源だけ
で・なく、馬刺的なパルス系列である有声音の音源も正
確に同定して符号化でき、これによって再生音声の品質
が向上する。。

〔実施例〕

第１図は本発明方式の一実施例のブロック図を示す。同
図中、１５図と同一部分には同−ｎ８を付し、その説明
を省略する。

第１図中、白色雑音の残差信号のＮ次元ベクトルが２司
パターン登録された符号帳１０ｋｍアーブル６０が何段
されている。このテーブル６０にはｎ８帳１０の２ｍパ
ターンのベクトル夫々について最大振幅の要素（リンプ
ル）の仲買が登録されている。

評価回路１６よりの探索のパターン番岑に応じて符弓＠
１０から読出された白色雑音のベクトルはインパルス発
生器６１及び重み付は合成回路６２夫々に供給され、テ
ーブルから読出された１ｉ１大振幅位灯はインパルス発
生器６１に供給される。

インパルス発８器６１は第２図（Ａ）に示す如き白色雑
音のベクトルのうち、最大振幅位置のａ票を取出して残
りのＮ−１要素を全て零とした第２図（８）に示す如き
インパルスのベクトルを発生し、このインパルスのベク
トルを重み句は合成回路６２に供給する。

重み付は合成回路６２は後述のビツヂ相関停出器６３よ
り供給される重みｓｉｎθ、ＣＯＳθ夫々を白色Ｈｇの
ベクトル、インパルスのベクトル夫々に乗算して重み句
けを行なった後、加算合成を行なう。ここで得られた合
成ベクトルは乗ｆ３器１１に供給される。

このコード・ベクトル演算はピッチ相関が最大のとき（
ＣＯＳθ−１）にインパルスのベクトルに等しくなり、
ピッチ相関が最小のとき（ＣＯＳθ＝Ｏ）に白色雑音の
ベクトルに苦しくなる。つまり入力音声信号のピッチ相
関の強さに応じてコード・ベクトルの性質をインパルス
と白色雑音との間で連続的に変化させることができ、こ
れにより入力音声信号に対する８源の同定の粘度が向上
する。

ピッチ相関の出器６３は後述するビッグ子側ベクトルと
入力音声信号のベクトルとの位相差θを求め、ピッチ相
関（重み）ＣａＳＯ３重みｓｉｎθを得ている。

評（西回路１６ｉよ誤差信０電力が最小となるよう？：
ｆ号帳１０の探索・決定を行なう３．決定した符弓帳１
０のインデックス即ち白色雑音の残差ベクトルの位相と
、東の器１１．ゲイン即ち残差ベクｉ−ルの振幅と、従
来通りのピッチ予測器１２の因明及び係数（λ、ＣＯＳ
θ犬々〉と、線型予測器１３の係数とが多Φ化回路１７
で多重化されて伝送される。

伝送された多重化信号は多重分離回路１９で分離される
。符号帳２０及びテーブル７０夫々は符号帳１０及びテ
ーブル６０と夫々同一構成であり、夫々のインデックス
（イウ相〉で支持されたベクｌ〜ル及び最大振幅位四が
符号帳２０及びテーブル７０夫々より読出される。

インパルス発生器７１は符弓器側のインパルス発り−器
６１と同様にインパルスのベクトルを発生して重み付は
回路７２に供給する。重み付は回路７２　Ｇ、を伝送さ
れて分離されたピッチ予ｆｌｌｌｌ器１２よりの係数（
λ及びＣＯＳθ〉のうちピッチ相関〈重み）ＣＯＳθか
ら重みｓｉｎθを生成し、これらで白色雑音のベクトル
及びインパルスのベクトル夫々の重み付けと加算合成を
行なって合成ベクトルを乗粋器２１に供給し、ピッチ予
測器２２及び線型予測器２３で再生が行なわれる。。

上記本発明の音声符号化方式による分析下洗は第３図（
Ａ）に示す如く表わされる。第３図（Ａ＞中、第６図＜
Ａ）と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略す
る。

第３図（Ａ）において、符号帳４３よりの白色雑音の残
差信号のベクトルを線型予測器４４で予測し乗算器８０
で重みｓｉｎθを乗じて白色雑音コード・ベクトルが得
られ、またインパルス発生器８１で白色雑音のベクトル
から発生したインパルスの残差信目のベクトルを線型予
測器８２で予測し乗粋器８３で重みＣＯ８θを乗じてイ
ンパルス・コード・ベクトルが得られ、これらは加算器
８４で加算され、更に乗算器４５でゲイン（コード・ベ
クトルの振幅）Ｑが乗じられてコード・ベクトルｇＣと
される。このコード・ベクトルｇＣは加飾器４９で乗の
器４８の出力するピッチ予測ベクトル演算と加算合成さ
れ、合成ベクトルＸ　ｎトルＸ″が得られる。加惇器５
０の出力する合成ベクトルＸ　ＩＩとターゲーット・ベ
クトルＸとの誤差Ｅは評価回路５１で評価される。同図
（Ｂ）は上記のベクトル演算を図形表示したｂのである
。。

この場合、コード・ベクトルｇＣは重みＣＯＳθ、ｓｉ
ｎθに応じて白色雑音からインパルスまで変化するが、
ピッチ予測ベクトルｂｐとコード・ベクトルｇＣの２つ
のベクトルを使って入力を同定する過程に変わりはなく
、両ベクトルの位相Ｐ、Ｃ及び振幅す２ｇは従来方式と
同様に（１）、■、■により決定される。

ここで、ピッチ相関詩出器８５について第４図（Ａ）、
（Ｂ）と共に説明する。第４図（Ａ）は第３図（Ａ）の
一部を取出したものである。

ピッチ予測ベクトルｂｐの振幅成分すは、ピッチ予測器
の予測係数すに他ならないが、この値は前述の音声信号
分析においてコード・ベクトル演算を「０１として、ピ
ッチ予測ベクトルのみにより入力（ｆｆｉ号を同定する
ことで求められる（（４）式。

０式）。ここで、ピッチ予測係数すは（６）式に表わさ
れるように、ターゲラ１−・ベクトルＸとピッチ予測ベ
クトルＰの振幅比λとピップ相関ＣＯＳθの積になる。

ピッチ相関の値は、ピッチ予測ベクトルの位相がターグ
ツ１−・ベタ１−ルの（ｉ７相と一致する時（θ−〇）
最大（ｃｏｓθ−１）となり、両ベクトルルの伶相差θ
が人きくなるほど小さくなる。

また、この伯は音声信号の周＋！Ｉ］竹の強さを表わし
ている値でもあるため、これを用いて音声信号中の白色
雑音成分とインパルス成分の比率をＬｌｌ　ｌａする事
ができる。第３図（Ｂ）は上記のベクトル演のを図形表
示したものである、。

ＥＭ＝ｌＸ−、ｂＰ１２　　　　　　・・・（４）ここ
で、 θ　１ＥＩ２　＝０ θ　ｂ これより、 ｂ＝　（Ｘ、Ｐ）／（Ｐ、Ｐ）　　　　　　・・・（５
）ｂ−λ・ＣＯＳθ　　　　　　　　　　・・・（６）
但し、λは増幅比、θは位相差であり、λ−ＩＸＩ／Ｉ
Ｐ このように白色溶合のベクトルとインパルスのベクｌ−
ルとを、夫々の成分のＪ５輪を２＋制御して加Ｏ合成し
ているため、白色雑呂的な無声音の音源だ（）でｊＥ　
＜、従来問題となっていた周期的なパルス系９１１であ
るｎ声ｇの８源も正確に同定して符号化することができ
、これによって再１富声の品質が大幅に向上する。

また、白色雑音のベクトルに対して加えられるインパル
スのベクトルの位相を白色雑音の位相に一息に対応づ←
ノており、ビッヂ相関ＣＯＳθの強さもピッチ予測係数
（ｂ−ス・Ｃ０８Ｏ）どして伝送されているものである
から、従来方式に比して伝送する符号化情報噛の増加が
へい。

なお、インパルスのベクトルの位相と白色？１を畠のベ
タ１−ルの（Ｄ相とのヌ・ｊ応づけ（よ上記最人振輪偉
首に限定されない。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の音声符ｇ化方代によれば、無声音
の音源だ１ノでなく、従来なしえなかったパルス的な有
声合の音源についても正確に同定して符号化でき、再生
信号の品質を向上させることができ、また、伝送する情
報量の増大がなく、実用上きわめて有用である。

４、　図面のｅＩＬＪｉな説明 第１図は本発明方式の一実施例のブロック図、第２図（
ま第１図の各部の信号を示す図、第３図【よ本発明方式
による分析手法を示す図、第４図番まピッチ相ｎｏｗ出
を説明するための図、第５図は従来方式の一例のブロッ
ク図、第６図は従来方式による分析手法を丞す図である
。

図において、 １０．２０．ｔよ符弓帳、 １１．２１．Ｇ、１乗ｎ器、 １２．２２はピッチ予測器、 １３．２３４線型予測器、 １４は減粋器、 １６は評価回路、 １７（ま多重化回路、 １９は多重分離回路、 ６０．７０＋よテーブル、 ６１．７１はインパルス発生器、 ６２．７２ｔ、ＬｉＦみ伺は合成回路、６３はピッチ相
関算出器 をホす。

ＶＩ訂出出願人富　士　通 株式会ネ１ 丈　か前 躯 枦 噌 ヘー ＩＲ大櫨暢点 葡１区各邪のイ言すと示寸圀 宍　２　口 ピ°・ソ＋４目関）年出Σ苫先り月→るたのの間第４　
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 符号帳（１０）から順次読出した白色雑音の残差信号の
   ベクトルをピッチ予測（１２）及び線型予測（１３）に
   より再生して得た再生信号と入力音声信号との誤差を評
   価し、最も誤差電力の小さなベクトルを探索・決定して
   該入力音声信号を符号化する音声符号化方式において、 該白色雑音の残差信号のベクトルからインパルスの残差
   信号のベクトルを生成し（６０、６１）、該白色雑音の
   残差信号のベクトルと該インパルスの残差信号のベクト
   ルとをピッチ予測（１２）により得られる該入力音声信
   号のピッチ相関の強さに応じた比率で加算して合成ベク
   トルを得（６２、６３）、 該合成ベクトルを再生して得られる再生信号と該入力音
   声信号との誤差評価することを特徴とする音声符号化方
   式。