JPH04107600A - コード励振線形予測符号化器及び復号化器 - 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】 「産業上の利用分野コ 本発明は、原音声を符号化するコード励振線形予測符号
化器及びこれに対応する復号化器に関するものである。

［従来の技術］ 音声情報はその情報量が多大であるため、伝送する場合
や認識処理する場合に、原音声を符号化して圧縮するよ
うにしている。このような符号化方式の一つとして、コ
ード励振線形予測符号化方式が提案されている。例えば
、下記文献に記載されている。

文献ｆ！　Ｍ、　Ｒ，５ｃｈｒｏｅｄｅｒ（シュＵｌイ
ダー）　、Ｂ、Ｓ、Ａｔａｌ（エイタル）共著、”Ｃｏ
ｄｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｐｒｅｄ　ｉｃ
ｔ　１ｏｎ（ＣＥＬＰ）　：旧ｇｈ　Ｑｕａｌｉｔｙ　
５ｐｅｅｃｈ　ａｔ　Ｖｅｒｙ　ＬＯＷ　Ｂｉｔ　Ｒａ
ｔｅ　　（コート励振線形予測：低ビツトレートでの高
品質音声）　”　、Ｐｒｏｃ、　ＩＣＡＳＳＰ、９ｐ９
３７−９４０　Ｍａｒｃｈ　１９８５゜ 第２図は、このようなコード励振線形予測符号化器の従
来の概念図を示す。

第２図において、このコード励振線形予測符号化器１０
の入力端子１１には原音声ベクトルＳが入力される。こ
の原音声ベクトルＳは、原音声をサンプリングした際に
おける隣接する複数のサンプルよりなるベクトルである
（なお、同一サンプルが複数のベクトルの要素になって
いても良く、また、１サンプルはいずれか一つのベクト
ルだけの要素になるようにしていても良い）。原音声ベ
クトルＳは、短時間分析部１２及び減算器１８に与えら
れる。

短時間分析部１２は、原音声ベクトルＳに対する短時間
予測係数αｊを計算する。−例としては、短時間のＬＰ
Ｃ分析によって短時間予測係数αｊを計算する。短時間
分析部１２は、このようにして得られた短時間予測係数
αｊを短時間合成フィルタ１３及び量子化器１４に送出
する。また、短時間分析部１２は、音声のフォルマント
成分（短時間成分）を除去したベクトルＳ１を長時間分
析部１５に送出する。

長時間分析部１５は、ベクトルＳ１に対して長時間分析
（分析の一例としてはＬＰＧ分析）を行ない、ピッチ予
測係数βと、ラグ（ピッチ周期）Ｌを計算し、長時間合
成フィルタ１６及び量子化器１４に送出する。

量子化器１４は、短時間予測係数αｊ、ピッチ予測係数
β、ラグＬ及び後述する最適励振コードベクトルのイン
デックス■を量子化し、トータルコードＣとして出力端
子１１２より出力する。

量子化器１４に与えられるインデックス■は、励振コー
ドテーブル１７、長時間合成フィルタ１６、短時間合成
フィルタ１３、減算器１８、知覚重み付はフィルタ１９
．２乗計算部１１０及び平均操作部１１１の処理によっ
て、次のように決定される。

励振コードテーブル１７には、各インデックスｉ　（ｉ
＝１〜ｎ〉に対応付けられて励振コードベクトルｅｉが
格納されており、各励振コードベクトルｅｉは、時ｒａ
ｗ次に又は−括的に長時間合成フィルタ１６に与えられ
る。

長時間合成フィルタ１６は、励振コードベクトルｅｉに
対して、ピッチ予測係数β及びラグＬを用いて長時間分
析部１５の逆処理（合成処理）を施し、処理出力ベクト
ルＳＴｉを短時間合成フィルタ１３に送出する。短時間
合成フィルタ１３は、ベクトルＳＴｉに対して、短時間
予測係数αｊを用いて短時間分析部１２の逆処理（合成
処理）を行なって処理出力ベクトル８割を減算器１８に
送出する。

このｎ個の各ベクトルＳ−１は、各励振コードベクトル
ｅｉにより合成した合成音（予測ベクトル）を意味する
ものであり、それぞれ原音声ベクトルＳに対応する。

減算器１８は、各予測ベクトル８割と原音声ベクトルＳ
との成分単位の減算を行ない、得られた誤差ベクトルｅ
ｒｉを知覚重み付はフィルタ１９に送出する。

知覚重み付はフィルタ１９は、人間の知覚特性を考慮し
て設けられたものであり、誤差ベクトルｅｒｉに対して
知覚特性に対応した重み付けを施し、得られたベクトル
εｊを２乗計算部１１０に送出する。

２乗計算部１１０は、知覚重み付けされた誤差ベクトル
εｉの各成分の２乗を計算し、平均操作部１１１は、得
られたベクトルεｉの各成分の２乗の和の平均ｇｉを計
算する。さらに、平均操作部１１１は、ｎ個の平均値ｇ
１〜ｇｎの中から最小の平均値ｇｌ　　（予測誤差が最
小のもの）を検出し、そのインデックスを最適励振コー
ドベクトルのインデックスＩとして励振コードテーブル
１７から量子化器１４に出力させる。

なお、以上のような各部１１〜１１２によってコード励
振線形符号化器１０が構成されているのであるが、短時
間分析部１２、短時間合成フィルタ１３、長時間分析部
１５、長時間合成フィルタ１６、減算器１８、知覚重み
付はフィルタ１９．２乗計算部１１０及び平均操作部１
１１は、その本来的な処理機能を除外してみれば共に演
算処理を実行するものであるということができる。

図示しない復号化器においては、インデックス■からこ
れに対応した励振コードベクトルｅＩを取出し、この励
振コードベクトルｅＩに対して、ピッチ予測係数β及び
ラグＬを用いた長時間分析部１５の逆処理（合成処理）
、及び、短時間予測係数αｊを用いた短時間分析部１２
の逆処理（合成処理）を順次行なって原音声ベクトルＳ
に対応した再生音声ベクトルＳＷＩを得る。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したコード励振線形予測符号化器１０は、主として
デジタル移動体通信における音声の圧縮符号化に適用さ
れると考えられる。移動体通信機器はその可搬性や移動
性のために小形化が求められており、また、バッテリー
電源を用いているために低消費電力が求められてる。従
って、コード励振線形予測符号化器１０も、可能な限り
小型で消費電力が少ないことが求められている。

ところで、コード励振線形予測符号化器１０は、上述し
たように演算処理によって所望の機能を行なう各機能部
を備えている。、符号化器１０を小型、低消費電力化し
ようとすると、演算処理によって所望の機能を行なう各
機能部を小型、低消費電力化することが求められる。演
算処理に供するビット数が少ない場合には、演算処理に
よって所望の機能を行なう各機能部を小型、低消費電力
化することができる。

しかしながら、現状のコード励振線形予測符号化器１０
は音声の大きさによって表現しなければならない内部の
値が大きく変動するなめに、固定小数点で、しかも計算
精度を落とさずに意味Ｑある処理（例えば短時間分析等
）を行なおうとすると、非常に大きなビット数の演算が
必要となって、小形化及び低消費電力化を困難にしてい
た。

なお、浮動小数点の表現を用いて演算を行なう符号化器
でも小形化は困難である。

このような課題は、コード励振線形予測符号化器だけで
なく、この符号化器に対応するコード励振線形予測復号
化器においても生じている。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、入
力音声の大きさが変動しても、計算精度を落とさずに、
なおかつ少ないビット数で所望機能を実現する演算を行
なうことができ、小型化及び低消費電力化を実現できる
コード励振線形予測符号化器及び復号化器を提供しよう
とするものである。

「課題を解決するための手段］ かかる課題を解決するため、第１の本発明においては、
原音声ベクトルを分析して得た分析パラメータと、その
分析パラメータを用いて複数の励振コードベクトルを合
成処理して得た複数の予測ベクトルのうち原音声ベクト
ルからの誤差が最小となる最適な励振コードベクトルの
インデックスとをトータルコードにまとめて出力するコ
ード励振線形予測符号化器を、以下のようにした。

すなわち、演算処理によって所定機能（分析等〉を実現
する複数の機能部のうち、少なくとも一部を固定小数点
表現が変更可能なものとすると共に、原音声ベクトルの
大きさを検出する検出手段、及び、検出された原音声ベ
クトルの大きさに応じて各機能部の固定小数点表現を変
更させる固定小数点表現制御手段とを設けた。

この場合において、固定小数点表現制御手段からの制御
信号をもトータルコードに含めて出力させることが好ま
しい。

第２の本発明は、固定小数点表現制御手段からの制御信
号をもトータルコードに含めて出力させるコード励振線
形予測符号化器に対応するコード励振線形予測復号化器
に関するものである。そして、演算処理によって所定機
能を実現する複数の機能部のうち、少なくとも一部を固
定小数点表現が変更可能なものとすると共に、トータル
コードに含まれている制御信号に応じて各機能部の固定
小数点表現を変更させることを特徴とするものである。

［作用］ 第１の本発明は、演算処理によって所定機能（分析等）
を実現する複数の機能部のうち、少なくとも一部の機能
部の小形化及び低消費電力化を計ったらのであり、その
ため、処理ビット数を少なくできるように各機能部を固
定小数点表現が変更可能なものとした。そして、原音声
ベクトルの大きさを検出手段が検出し、固定小数点表現
制御手段が、検出された原音声ベクトルの大きさに応じ
て各機能部の固定小数点表現を変更させるようにした。

この場合において、復号化器の小形化及び低消費電力化
を期して固定小数点表現制御手段からの制御信号をもト
ータルコードに含めて出力させることが好ましい。

第２の本発明は、固定小数点表現制御手段がらの制御信
号をも含まれているトータルコードを復号化するコード
励振線形予測復号化器に関し、演算処理によって所定機
能を実現する複数の機能部のうち、少なくとも一部を固
定小数点表現が変更可能なものとし、このような機能部
をトータルコードに含まれている制御信号に応じてその
固定小数点表現を変更させるようにしたものである。

し実施例］ 以下、本発明によるコード励振線形予測符号化器の一実
施例を図面を参照しながら詳述する。

第１図はこの実施例の構成を示す機能ブロック図であり
、第２図との同−及び対応部分には同一符号を付して示
している。また、第３図〜第５図はこのような構成を採
用するに至った考え方の説明図である。

実施例の構成及び作用の説明に先立ち、実施例の構成を
採用するに至った考え方を、第３図〜第５図を用いて説
明する。

上述したように、符号化器を小型化、低消費電力化しよ
うとすると、演算処理によって所望の機能（短時間分析
や長時間分析等）を実現する各機能部が演算処理するビ
ット数が可能な限り少ないことが求められる。そこで、
このような各機能部が処理する信号（ベクトル成分）の
固定小数点の表現方法について考えてみる。−例として
、長時間分析部１５が演算処理するベクトルｓ１につい
て表現方法を考えてみる。

このベクトルＳ１は、原音声（ベクトル）Ｓの大きさに
対して第３図に示すように高い相関を有する。すなわち
、原音声ベクトルＳの各成分の２乗平均である平均音声
パワーに対して、ベクトルＳ１の成分の最大値及び各成
分の平均値ともに高い相関を有する。なお、第３図では
ベクトルｓ１の値を、ビット表現を考慮して２を底とす
る対数で表している。

ビット数を考える場合、平均値ではなく最大値が問題と
なる。第４図は、第３図の最大値の回帰線Ｌ１及び平均
値の回帰ＲＬ２の内、最大値の回帰線Ｌ１を取出して示
したものである。

ベクトルＳ１として最低でもｍビットの精度が必要なら
ば、原音声Ｓが小さいときに精度を失わないためには、
ベクトルＳ１の固定小数点表現は、原音声Ｓが最も小さ
いときのベクトルＳ１の最大値（整数化されている）Ａ
からｍビット小さい数までを表現しなければならない。

また、オーバーフローを避けるためには、原音声Ｓが最
も大きいときのベクトルＳ１の最大値（整数化されてい
る）Ｂを表現しなければならない。

このように考えていくと、固定小数点で精度を確保する
ようにベクトルＳ１を表現するためには、（Ｂ−Ａ＞＋
ｍビットが必要となる。これが従来のビット数の決定の
考え方である。

ここで、第５図に示すように、原音声Ｓの大きさ（平均
音声パワー）を幾つかの区間に分けて考えてみる。他の
区間に関係なく、各区間ｘ　（ｘ＝１〜Ｎ）について単
独に必要ビット数を求める場合にも上述と同様な考え方
ができる。すなわち、区間Ｘについては、（Ｂｘ　−Ａ
ｘ　）＋ｍビットが必要である。

第４図及び第５図の比較から明らかなように、原音声Ｓ
の大きさを幾つかの区間に分けて各区間毎に固定小数点
の表現方法を変えるならば、長時間分析部１５が必要と
するビット数は従来より大幅に少なくて済む。勿論、原
音声Ｓがどの区間に属するものであっても適切に処理で
きるように、各区間で必要なビット数（Ｂｘ　−Ａｘ　
＞＋ｍのうちの最大のビット数を処理ビット数とするこ
とを要する。

上述では、長時間分析部１５が取り扱うベクトルＳ１に
ついて検討したが、演算処理を実行する他の各機能部に
ついても同様な考え方をすることができる。

第１図に示す実施例は、このような検討の下になされた
ものである。

この実施例の符号化器１０Ａにおいても、符号化する基
本的な機能構成は従来と同様である。

すなわち、短時間分析部１２が、入力端子１１を介して
与えられた原音声ベクトルＳを短時間分析して得られた
短時間予測係数αｊを量子化器１４及び短時間合成フィ
ルタ１３に与えると共に、長時間分析部１５が、短時間
分析部１２から与えられた音声のフォルマント成分（短
時間成分）が除去されたベクトルＳ１を長時間分析して
得られたピッチ予測係数β及びラグ（ピッチ周期）Ｌを
長時間合成フィルタ１６及び量子化器１４に与え、量子
化器１４が、短時間予測係数αｊ、ピッチ予測係数β、
ラグＬ及び後述するように決定された最適励振コードベ
クトルのインデックス１を量子化し、トータルコードＣ
として出力端子１１２より出力する構成は、従来の符号
化器１−〇と同様である。

また、励振コードテーブル１７から出力された各励振コ
ードベクトルｅｉを長時間合成フィルタ１６及び短時間
合成フィルタ１３が順次処理して予測ベクトルＳＷ；を
形成し、減算器１８が各予測ベクトルＳＷｉの原音声ベ
クトルＳからの誤差ベクトルｅｒｉを得た後、知覚重み
付はフィルタ１９が知覚特性を考慮した重み付けを施し
、２乗計算部１１０が、知覚重み付けされた誤差ベクト
ルεｉの各成分の２乗を計算し、平均操作部１１１が、
誤差ベクトルεｉの各成分の２乗の和の平均ｇｉを計算
して励振コードベクトルｅｉを評価して最適励振コード
ベクトルｅＩのインデックス■を得る構成も、従来の符
号化器１０と同様である。

しかし、この実施例の符号化器１０Ａは、平均音声パワ
ー計算部１１３及び固定小数点制御部１１４を備える点
、演算処理によって所望の機能を実現する各機能部１２
．１３．１５〜１１１が固定小数点表現を可変できる点
等が、従来の符号化器１０とは異なる。

原音声ベクトルＳは、平均音声パワー計算部１１３にも
与えられる。平均音声パワー計算部１１３は、原音声ベ
クトルＳの大きさを表すものを得るために設けられたも
のであり、原音声ベクトルＳの各成分の２乗平均（平均
音声パワー）を得てそのパワー値ＲＯを固定小数点制御
部１１４に与える。

固定小数点制御部１１４は、このパワー値ＲＯが属する
区間（第５図参照）を認識して認識区間Ｘを表す制御信
号Ｃｘを出力する。この制御信号Ｃｘは、短時間分析部
１２、短時間合成フィルタ１３、長時間分析部１５、長
時間合成フィルタ１６、減算器１８、知覚重み付はフィ
ルタ１つ、２乗計算部１１０及び平均操作部１１１に与
えられる。

制御信号Ｃｘが与えられた各機能部は、この制御信号Ｃ
ｘが指示する区間Ｘに応じた固定小数点表現をもって入
力されてきたベクトルや係数等を表現して処理する。

なお、この実施例の符号化器１０Ａでは、後述する復号
化器２０の処理を考慮して、制御信号ＣＸをもトータル
コードＣに含めるようになされている。

また、以上の符号化処理は、原音声ベクトルＳが変化す
る毎に繰り返される。

従って、上述の実施例によれば、原音声（ベクトル）Ｓ
の大きさに応じて演算処理する各機能部の固定小数点表
現を変更するようにしたので、各機能部の処理ビット数
が小さくて済み、原音声の大きさが変動しても、計算精
度を落とさずに、なおかつ少ないビット数で所望機能を
実現する演算を行なうことができ、小型化及び低消費電
力化を実現できる。

次に、本発明によるコード励振線形予測復号化器の一実
施例を第６図に基づいて説明する。

第６図に示す復号化器２０は、上述したコード励振線形
予測符号化器１０Ａに対応したものである。

この復号化器２０は、入力端子２１、逆量子化器２２、
励振コードテーブル２３、長時間合成フィルタ２４、短
時間合成フィルタ２５及び出力端子２６から構成されて
いる。

符号化器１０Ａから出力され、当該復号化器２０の入力
端子２１に与えられたトータルコードＣは、逆量子化器
２２によって逆量子化される。この処理によって分離さ
れたインデックスＩは励振コードテーブル２３に与えら
れ、ピッチ予測係数β及びラグ（ピッチ周期）Ｌは長時
間合成フィルタ２４に与えられ、短時間予測係数αｊは
短時間合成フィルタ２５に与えられ、ｖＩ御倍信号Ｃｘ
長時間合成フィルタ２４及び短時間合成フィルタ２５に
与えられる。

励振コードテーブル２３は、符号化器１０Ａにおける励
振コードテーブル１７と同一構成のものであり、与えら
れたインデックス■に対応した励振コードベクトルｅ１
を長時間合成フィルタ２４に出力する。

長時間合成フィルタ２４も、符号化器１０Ａにおける長
時間合成フィルタ１６と固定小数点表現を変更できる点
を含め同一構成のものである。長時間合成フィルタ２４
は、励振コードベクトルｅＩに対して、ピッチ予測係数
β及びラグＬを用いて長時間分析部１５の逆処理（合成
処理）を施し、処理出力ベクトルＳＴＩを短時間合成フ
ィルタ２５に送出する。この際、処理するベクトル等を
制御信号Ｃｘに応じて固定小数点表現した後処理を実行
する。

短時間合成フィルタ２５は、符号化器１０Ａにおける短
時間合成フィルタ１３と固定小数点表現を変更できる点
を含め同一構成のものである。短時間合成フィルタ２５
は、制御信号Ｃｘに応じてベクトルＳＴＩの固定小数点
表現を変更した後、短時間予測係数αｊを用いて短時間
分析部１３の逆処理（合成処理）を行なって処理出力ベ
クトルＳ旧を得て、これを出力端子２６を介して原音声
ベクトルＳの再生ベクトルとして出力する。

この実施例の復号化器２０によれば、伝送されてきた制
御信号Ｘに応じて長時間合成フィルタ２４及び短時間合
成フィルタ２５が処理する信号の固定小数点表現を変更
するようにしたので、各フィルタの処理ビット数が小さ
くて済み、原音声の大きさが変動しても、計算精度を落
とさずに、なおかつ少ないビット数で所望機能を実現す
る演算を行なうことができ、小型化及び低消費電力化を
実現できる。

なお、上述の実施例の符号化器１０Ａは制御信号Ｃｘを
もトータルコードＣに含めるものであったが、含めない
ようにしても良く、このようにしても上述の実施例の符
号化器１０Ａと同様な効果を奏する。この場合、復号化
器は従来と同一のものを適用することになる。

上述の実施例の符号化器ＬＯＡにおいては、演算処理す
る全ての各機能部に制御信号Ｃｘを与えるものであった
が、演算処理する各機能部の一部にのみ与えるようにし
ても良い。また、原音声の大きさの区分の仕方を各機能
部で異なるようにしても良い。

また、上述の実施例においては、短時間分析部及び長時
間分析部の双方を有する符号化器に適用したものを示し
たが、少なくとも短時間分析部を有する符号化器に適用
することができる。励振コードテーブルが適応形のもの
である符号化器にも適用することができる。

「発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、原信号の大きさによっ
て演算処理する機能部の固定小数点表現を変更するよう
にしたので、入力音声の大きさが変動しても、計算精度
を落とさずに、なおかつ少ないビット数で所望機能を実
現する演算を行なうことができ、小型化及び低消費電力
化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の本発明によるコード励振線形予測符号化
器の一実施例を示すブロック図、第２図は従来の符号化
器を示すブロック図、第３図〜第５図は第１図の構成を
採用するに至った考え方の説明図、第６図は第２の本発
明によるコード励振線形予測復号化器の一実施例の機能
ブロック図である。 １２・・・短時間分析部、１３．２５・・・短時間合成
フィルタ、１４・・・量子化器、１５・・・長時間分析
部、１６．２４・・・長時間合成フィルタ、１７．２３
・・・励振コードテーブル、１８・・・減算器、１９・
・・知覚重み付はフィルタ、１１０・・・２乗計算部、
１１１・・・平均操作部、１１３・・・平均音声パワー
計算部、１１４・・・固定小数点制御部、２２・・・逆
量子化器。 出願人　沖電気工業株式会社　　−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原音声ベクトルを分析して得た分析パラメータと
   、その分析パラメータを用いて複数の励振コードベクト
   ルを合成処理して得た複数の予測ベクトルのうち原音声
   ベクトルからの誤差が最小となる最適な励振コードベク
   トルのインデックスとをトータルコードにまとめて出力
   するコード励振線形予測符号化器において、 演算処理によって所定機能を実現する複数の機能部のう
   ち、少なくとも一部を固定小数点表現が変更可能なもの
   とすると共に、 原音声ベクトルの大きさを検出する検出手段と、検出さ
   れた原音声ベクトルの大きさに応じて表現が変更可能な
   上記各機能部の固定小数点表現を変更させる固定小数点
   表現制御手段とを設けたことを特徴とするコード励振線
   形予測符号化器。
2. （２）固定小数点表現制御手段からの制御信号をもトー
   タルコードに含めて出力させることを特徴とする請求項
   １に記載のコード励振線形予測符号化器。
3. （３）請求項２に記載のコード励振線形予測符号化器か
   ら出力されたトータルコードを受信するコード励振線形
   予測復号化器において、 演算処理によって所定機能を実現する複数の機能部のう
   ち、少なくとも一部を固定小数点表現が変更可能なもの
   とすると共に、トータルコードに含まれている上記制御
   信号に応じて上記各機能部の固定小数点表現を変更させ
   ることを特徴とするコード励振線形予測復号化器。