JPH0438169B2 - - Google Patents

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JPH0438169B2
JPH0438169B2 JP60122967A JP12296785A JPH0438169B2 JP H0438169 B2 JPH0438169 B2 JP H0438169B2 JP 60122967 A JP60122967 A JP 60122967A JP 12296785 A JP12296785 A JP 12296785A JP H0438169 B2 JPH0438169 B2 JP H0438169B2
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Masatoshi Sekine
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボコーダ・ドリブン型適応ビツト割当
変換符号化装置に関し、特に音声の高品質化のた
めの音声信号のフレーム化処理を行う装置に関す
る。
〔従来の技術〕
音声信号の符号化技術は、音声の蓄積、デイジ
タル伝送等に使用される極めて重要な技術であ
る。この音声信号の符号化技術は、波形符号化方
式と呼ばれるものと、パラメータ符号化方式と呼
ばれるものと大きく2つの分けられる。
波形符号化方式は音声波形を波形領域で符号化
するもので、その符号化速度は、例えば64〜
24Kbits/secである。この符号化方式の代表例と
してはlog−PCM,A△M,ADPCM等があり、
一般に公衆電話回線程度の音声品質を求められて
いる。
一方、パラメータ符号化方式は音声波形から音
声波形の特徴パラメータを抽出して符号化するも
のであり、その符号化速度は例えば9.6〜
1.2Kbits/secである。このパラメータ符号化方
式の代表例としては、CH VOCODER,LPC−
VOCODER等があり、一般に業務電話回線程度
の音声品質を求められている。
近年、無線系による移動通信の秘匿化、デイジ
タル化が自動車電話等で要求されており、このた
め音声符号化を行なう必要がある。従来の移動通
信系が有する伝送炉の品質から安定に使用し得る
符号速度は24〜9.6Kbits/secであるが、自動車
電話等の移動通信系は音声品質として公衆電話回
線程度が要求されるため、波形符号化方式、パラ
メータ符号化方式共に符号化速度と音声品質との
関係を満足し得ていない。
ところで、24〜9.6Kbits/sec程度の符号化速
度において、公衆電話回線程度の音声品質を目差
す第3の音声符号化技術が高能率波形符号化と呼
ばれる技術であり、その代表的なものにボコーダ
ドリブン型適応ビツト割当変換符号化装置があ
る。
このボコーダ・ドリブン型適応ビツト割当変換
符号化装置は、あらかじめ決められた固定のフレ
ーム長で切り出された音声信号をフーリエ変換等
の直行変換手段により波形数成分に分解し、さら
に各周波数成分を量子化することにより量子化雑
音の聞え方を周波数領域で制御し、聴覚的な信号
対雑音化を向上させている。この周波数成分を量
子化する際にはスペクトル包絡を求め、更に求め
られたスペクトル包絡と各周波数成分との差を量
子化することにより量子化の高能率化を計つてい
る。また各周波数成分に対するビツト割当をスペ
クトル包絡情報を利用して、スペクトル構造に適
応して制御することにより量子化雑音の聞え方を
周波数領域で制御している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のボコーダ・ドリブン型適応ビツト割当変
換符号化装置では符号化速度を例えば16〜
9.6Kbits/sec程度の比較的低速にした場合に、
割当てられるビツト数が減少し、各周波数成分の
量子化精度が低下し、合成音声が劣化する欠点を
有していた。
この従来のボコーダ・ドリブン型適応ビツト割
当変換符号化装置においては、合成音声がフレー
ム化されているために各フレーム間のつなぎ目に
て音声信号が不連続となり、合成後の音質の劣化
の大きな要因となり、特に音声信号レベルの大き
な部分がフレームのつなが目にかかると、音質の
劣化は著しくなるという問題があつた。
本発明の目的は、このような問題点を解決し、
合成音による音質劣化を改善し、聴覚的な聞えを
良くした符号化装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の構成は、デイジタル化された音声入力
信号を所定のフレーム長で切出し、この切出され
た音声信号をフーリエ変換などの直行変換手段に
より周波数成分に分解し、これら周波数成分を量
子化して符号化する適応ビツト割当変換符号化装
置において、前記デイジタル化音声入力信号レベ
ルの各サンプル値に対する絶対値を算出する絶対
値算出手段と、この絶対値算出手段の出力を平滑
化する平滑化手段と、この平滑化手段の出力から
固定フレーム長NXを中心とした所定サンプル値
nAの範囲NX±nAで最小値を求める最小値検出手
段と、この最小値検出手段の最小値に対応したサ
ンプル値inioにより決まるフレーム長NX+inio
最適フレーム長Nとして算出するフレーム長算出
手段とを含み、前記最適フレーム長Nごとに前記
音声入力信号の符号化を行うことを特徴とする。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を図面により詳細に説明す
る。
第1図は本発明の一実施例のブロツク図で、送
信側の音声の分析、量子化を行なう符号器1と、
受信側の音声の合成を行なう復号器2とから構成
される。
第2図は第1図の符号器1のブロツク図であ
る。符号器1の入力端子3より加えられた音声信
号は、A/D変換器11によりデイジタル信号に
変換された後、バツフアレンジスタ12に入力さ
れる。一方、フレーム長算出器26で決められた
Nサンプルの量子化データを1フレームとしてバ
ツフア・レジスタ12より出力されて、次の窓処
理器13で窓処理が行なわれる。この窓処理は後
段の離散コサイン変換において音声信号のスペク
トル広がりを小さくしてスペクトル包絡の推定を
容易にすることと、合成の際のフレームのつなぎ
目による音質の劣化を軽減するために行なわれ
る。
従来の符号化処理では、フレーム間に重なりを
設けてフレームごとに変換処理を行うことにより
生ずるフレーム間のつなぎ目による不連続性を吸
収している。特に音声信号レベルの大きな部分が
フレームのつなぎ目にかかると、フーリエ変換処
理(フーリエ級数展開のGibbs現象)と同様に、
フレーム端での変換誤差が大きくなり、大きな音
質の劣化を発生するので、フレーム間の重なり処
理が重要となる。
一方、本発明では、このようなフレーム間の重
なり処理を考えずに、信号レベルの最小点でフレ
ームが切れるように処理することを特徴とする。
そのため重なり処理に必要な冗長な量子化ビツト
数が不要となり、それだけ音声の量子化雑音を少
なくできることになる。
この窓処理後、離散コサイン変換器14で直行
変換が行なわれ、N個の直行変換計数が求められ
る。このN個の直交変換係数はスペクトル包絡を
求めるために、各々2乗器16で2乗されてNポ
イントの逆フリーエ変換を逆フリーエ変換器17
により行なう。この逆フーリエ変換器17の出力
からLPC分析器18とスペクトル包絡推定器1
9とによりスペクトル包絡を求める。なお、この
具体的算出方法としては、「電子通信学会論文誌」
1970/1 Vol.53−A No.1に掲載の論文「統計
的手法による音声スペクトル密度とホルマント周
波数の推定」の中に(1)式を用いて行うことができ
る。
適応ビツト割当て制御器20は前記スペクトル
包絡情報により各スペクトル成分の割当てビツト
数と量子化ステツプ幅とを算出する。量子化エン
コーダ15は適応ビツト割当て制御20により求
められた各スペクトル成分の割当てビツト数とス
テツプ幅より量子化とエンコードを行う。サイド
情報エンコーダ21はLPC(線形予測符号化:
Linear Predictive Coding)分析器18により
求められたL個のLPC係数をサイド情報に割当
てられたビツト数に従つてエンコードを行う。量
子化エンコーダ15からのスペクトル微細情報、
サイド情報エンコーダ21からのサイド情報およ
びフレーム情報エンコーダ27からのフレーム情
報は、マルチブレクサ22により送信データ列に
配置されて符号出力端子から出力される。
ここでフレーム長Nの算出過程について説明す
る。M>Nの関係を満たすサンプル数Mのデータ
が蓄積されたバツフア・レジスタ12から取り出
されたデータ群x1,x2,……,xM-1,xMは、絶
対値演算器23に送られて各データの絶対値が算
出され蓄積される。次に、この絶対値演算の行わ
れたデータ群|x1|,|x2|,……|xM-1|,|
xM|は平滑器24により平滑化されたデータ群
y1,y2,……yM-1,yMに変換される。この平滑器
24の演算は、例えば移動平均、低減フイルタに
よる演算などである。これら平滑化されたデータ
群y1,y2,……yM-1,yMの中から最小値検出器2
5により最小値yiminが求められる。この最小値
yminはyi−yi+1の演算結果の極性とyiの値とから
求められ、yi−yi+1の演算結果の極性が正から負
に変化する点の中でyiが最小のものとして算出さ
れる。この演算の対象となるサンプル点の時間範
囲は、サンプル点のサフイツクスをiとすると、
(NX−nA)≦i≦(NX−nA)の範囲のもので、NX
は基本となるフレーム長を表わしており、例えば
256である。nAは音声の特徴抽出、ハードウエア
あるいは伝送タイミングにより決定される値で検
出されるiの値に制限を与えるためのものであ
る。 この最小値検出器25により求められた最
終値yiminのサフイツクスiminをもとにフレーム
長算出器26によつて窓処理器13及び離散コサ
イン変換器14で用いられるフレーム長Nが算出
される。この求められたフレーム長Nは受信側で
も用いるためにフレーム長エンコーダ27に入力
され符号化された後マルチブレクサ22に送られ
る。
これらM,N,NX,nA,iの関係は、第3図
に示すように要約される。すなわち、前回に決定
されたフレーム長NXをもとに、NX±nAの最小点
検出範囲(i)に中から最小値におけるサフイツ
クスiminを決定し、このNX±iminが今回決定す
べきNに相当する。なお、サフイツクスiは、基
本となるフレーム(フレーム長NX)の最初のデ
ータをi=0とした場合のシリアルデータ番号に
対応する。
第4図は第1図の復号器2の機能系統を示すブ
ロツク図である。符号器1からの送信データは、
符号入力端子5に入力され、デマルチブレクサ3
1に加えられ復号処理が容易なデータ型式に再配
置される。サイド情報デコーダ37は受信データ
の中からサイド情報をデコードし、L個のLPC
計数を復号する。符号器1のスペクトル包絡推定
器19、適応ビツト割当て制御器20による処理
とまったく同様の処理を、復号器2のスペクトル
包絡推定器38と適応ビツト割当て制御器39と
により行い、符号器1とまったく同一の割当てビ
ツト数と量子化ステツプ幅が求められる。
デコーダ32は適応ビツト割当て制御器39と
により求められた割当てビツト数とステツプ幅と
によりデコード処理が行なわれる。逆離散コサイ
ン変換器33はデコーダ32の出力信号を逆コサ
イン変換する。逆変換された音声信号は1フレー
ムごとにバツフア・レジスタ34,D/A変換器
35を介して音声出力端子6から出力される。ま
た、窓処理及び逆離散コサイン変換等で用いられ
るフレーム長Nは、符号器1より送られて来たデ
ータをデマルチブレクサ31、フレーム長デコー
ダ36を介してフレーム長として復号され、窓処
理器33及び逆離散コサイン変換器34等に加え
られる。
第5図、第6図、第7図および第8図は第2図
の符号器の絶対値演算器23、平滑器24、最小
値検出器25およびフレーム長算出器26の各具
体例を示すブロツク図である。
第5図の絶対値演算器23は、タイミング信号
発生器230からのクロツクにより駆動され、入
力レジスタ231と、このレジスタ231の出力
xと“0”yとの比較器232と、レジスタ23
1の出力と“−1”との乗算器233と、この乗
算器233の出力とレジスタ231の出力とを比
較器232の出力により切換えるスイツチ回路2
34と、出力レジスタ235とから構成される。
第6図の平滑器24は、シリアルレジスタ24
1と、このレジスタ241の各出力を加算する加
算器242と、出力レジスタ243とから構成さ
れる。
第7図の最小値検出器25は、入力レジスタ2
51と、出力用最小値ストアレジスタ254と、
これらレジスタ251,254の各出力(x,
y)を比較する比較器252と、この比較器25
2の出力(x<y)を微分する微分器253とか
ら構成され、微分器253の出力がラツチ信号と
なつて最少値ストアレジスタ254に最小値を記
憶する。
第8図のフレーム長算出器は、エンドアドレス
iENDおよびスタートアドレスiSTの各バツフアレジ
スタ261,262と、引算器263,264
と、引算器264の出力“1”とを加算してiEND
−iST+1を演算する加算器265と、この加算
器265と、この加算器265の出力をとり出す
フレーム長ストアアドレスレジスタ266とから
構成される。引算器263はアドレスiENDからサ
ンプルフレーム長NXを引算し、引算器264は
エンドアドレスiENDからスタートアドレスiSTを差
引き、この出力をバツフアレジスタ262に入力
する。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように、音声信号のフ
レーム化処理における音質の主な劣化要因として
は、量子化雑音によるものとフレームのつなぎ目
によるものがあるが、信号レベルの大きな部分が
フレームのつなぎ目にかからない様に、信号レベ
ルの最小点を検出して、この点のサンプル値inio
でフレーム長を決めているので、フレームの切れ
目での信号レベルの変動が少なくなり、フレーム
のつなぎ目による合成音声の音質の劣化を軽減
し、特に聴覚的な聞えを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロツク図、第2
図は第1図の符号器のブロツク図、第3図は第1
図の符号器のフレーム長Nを説明する模式図であ
る。第4図は第1図の復号器2のブロツク図、第
5,6,7及び8図は第2図の符号器の詳細ブロ
ツク図である。 図において、1……符号器、2
……復号器、3……符号器音声入力端子、4……
符号器符号出力端子、5……復号器符号入力端
子、6……復号器音声出力端子、11……A/D
変換器、12,34……バツフアレジスタ、13
……窓処理器、14……離散コサイン変換器、1
5……量子化エンコーダ、16……2乗器、17
……逆離散フリーエ変換器、18……LPC分析
器、19,38……スペクトル包絡推定器、2
0,29……適応ビツト割当て制御器、21……
サイド情報エンコーダ、22……マルチブレク
サ、23……絶対値演算器、24……平滑器、2
5……最小値検出器、26……フレーム長算出
器、27……フレーム長エンコーダ、31……デ
マルチブレクサ、32……デコーダ、33……逆
離散コサイン変換器、35……D/A変換器、3
6……フレーム長デコーダ、37……サイド情報
デコーダ、である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 デイジタル化された音声入力信号を所定のフ
    レーム長で切出し、この切出された音声信号をフ
    ーリエ変換などの直行変換手段により周波数成分
    に分解し、これら周波数成分を量子化して符号化
    する適応ビツト割当変換符号化装置において、前
    記デイジタル化音声入力信号レベルの各サンプル
    値に対する絶対値を算出する絶対値算出手段と、
    この絶対値算出手段の出力を平滑化する平滑化手
    段と、この平滑化手段の出力から固定フレーム長
    NXを中心とした所定サンプル値nAの範囲NX±nA
    で最小値を求める最小値検出手段と、この最小値
    検出手段の最小値に対応したサンプル値inioによ
    り決まるフレーム長NX+inioを最適フレーム長N
    として算出するフレーム長算出手段とを含み、前
    記最適フレーム長Nごとに前記音声入力信号の符
    号化を行うことを特徴とする適応ビツト割当変換
    符号化装置。
JP60122967A 1985-06-06 1985-06-06 適応ビツト割当変換符号化装置 Granted JPS61281632A (ja)

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JPS61281632A JPS61281632A (ja) 1986-12-12
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2776775B2 (ja) * 1995-10-25 1998-07-16 日本電気アイシーマイコンシステム株式会社 音声符号化装置及び音声復号化装置

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JPS61281632A (ja) 1986-12-12

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