JPH043878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はマルチパルス型符号化復号化装置に関
し、特にピツチ予測手段を備えたマルチパルス型
符号化復号化装置に関する。

〔従来技術〕

入力音声信号の音源情報を複数のインパルス系
列（マルチパルス）によつてモデル化した擬似声
帯波として他の必要な音声データとともに符号化
して合成側に伝送し、合成側ではこれらを復号し
て入力音声信号を再生するマルチパルス型符号化
復号化装置は近時よく知られつつある。

この擬似声帯波は入力音声信号をLPC（Lin−
ear Prediction Coefficient、線形予測係数）分
析して得られるスペクトル包絡情報としての
LPC係数と音源情報としての残差波形のうちの
残差波形に相当するものであり、マルチパルスの
符号化、復号化においてはこの残差波形を分析フ
レームごとに複数個のインパルス系列、いわゆる
マルチパルスで表現する。このようなマルチパル
ス化音源は音源情報に含まれる波形情報を基本的
に保有するとともにマルチパルス化音源波形は音
声波形よりも簡単な形状をしているためより少な
いメツセージで伝送が可能となるといつた特徴が
ある。

このようなマルチパルス型符号化復号化装置に
対して、さらに入力音声信号のピツチ予測分析手
段をとり入れたものが近時利用されつつある。

これは分析フレームごとに得られるマルチパル
スには一般的に言つてピツチ週期で繰返される繰
返し性を有するので、分析フレームごとにピツチ
検索を実施してピツチ予測分析を行ないこのピツ
チ情報を利用して伝送に必要とするデータビツト
レートの低減を図るものである。

第１図はピツチ予測分析の効果を説明するため
のピツチ予測分析効果説明図である。

第１図は音源パルスの一例を示すものであり分
析フレームＳの中にピツチ周期Ｔで存在する２個
のパルス群P1とP2とを示し、それぞれのパルス
群は時間軸ｔに対し正および負方向にほぼ同様な
時系列で配列する複数のパルスを有する。

通常、ピツチ周期Ｔ後に発生するパルス群P2
はレベルやゆらぎ等の条件を除けばパルス群P1
の各パルスとほぼ同様な時系列で正負方向に配列
されたパルス群として存在する。第１図は分析フ
レームＳ内にこのようなパルス群が２個存在する
場合を例としているが、一般的には同一のピツチ
周期ごとにこのようなパルス群が複数個それぞれ
ほぼ同一の時系列で存在する。従つて第１図の例
では先頭のパルス群P1に関する情報と、分析フ
レームごとに符号化側で入力音声信号のピツチ予
測分析を介して得られるピツチ周期Ｔならびにピ
ツチゲインに関するピツチ予測分析情報とを符号
化側から複号化側に伝送すれば音源波形情報の伝
送は可能であり、このことは音源パルスに対しマ
ルチパルス化を実施した場合でもピツチ周期がほ
ぼ同様に保存されているため同じように利用され
ている。上述したピツチゲインは同一分析フレー
ムにおいて繰返し生起すべきピツチ周期と分析フ
レームとの時間比に対応するものでありピツチ予
測はピツチ周期とピツチゲインとによつて分析フ
レームごとに実施することができ、かくしてピツ
チ予測分析を含むマルチパルス符号化複号化装置
は伝送データビツトレートの大幅な低減が図れる
こととなる。

しかしながら、ピツチ予測分析を実施する従来
のこの種のマルチパルス型符号化復号化装置にお
いては、次のような種種の理由によつて復号化側
で再生すべき入力音声信号の再生品質が劣化し易
いという欠点がある。

すなわち、ピツチ予測分析によつて抽出された
ピツチ周期は一般的には分析フレームの整数分の
１となることは少なく、そのうえこれにピツチ周
期のゆらぎや、スペクトルの時間的変化の影響も
重畳することもしばしば発生するといつた諸条件
に妨げられ再生音質の劣化が避けられない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上述した欠点を除去し、ピツチ
予測手段を有するマルチパルス符号化復号化装置
において、マルチパルスの決定処理過程にピツチ
予測分析を利用する手段を備えて入力音声信号の
符号化ならびに復号化と図ることにより再生音質
の劣化を大幅に改善しうるマルチパルス符号化復
号化装置を提供することにある。

本発明によれば、ピツチ予測手段を有するマル
チパルス型符号化復号化装置であつて、マルチパ
ルス決定処理において分析フレームごとに検索さ
れるべき入力信号波形と合成フイルタのインパル
ス応答との相互相関値の極大値系列からピツチ周
期に対応する系列を除去したあと残つた前記極大
値の中で絶対値最大なものに対応するパルスを音
源代表パルスとして決定する第１のパルス検索手
段を具備するマルチパルス型符号化復号化装置が
得られる。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第２図は本発明の第１の実施例における符号化側
（分析側）の構成を示すブロツク図、第２図Ｂは
本発明の第１の実施例における復号化側（合成
側）の構成を示すブロツク図であり、第１のパル
ス検索手段を利用するものである。

第２図Ａに示す符号化側の構成は、LPC
（Linear Prediction Coefficient，線形予測係数）
分析器１、符号化器２、相互相関関数算出器、自
己相関関数算出器４、ピツチ予測分析器５、符号
化器６、マルチパルス検索器(1)７、符号化器８お
よびマルチプレクサ９等を備えて構成され、また
第２図Ｂに示す復号化側ではデマルチプレクサ１
０、復号化器１１，１２，１３、ピツチ合成器１
４、LPC合成器１５、LPF１６等を備えて構成
される。

第２図Ａに示す符号化側は、後述する第４図Ａ
に示す第２の実施例とともにいずれもマルチパル
ス決定過程にピツチ予測分析によつて得られる分
析フレームごとのピツチ周期、ピツチゲインに関
する情報を利用しつつ最適マルチパルスとすべき
音源パルス列を決めている。

マルチパルスとすべき音源パルス列を求める通
常の方法に関しては、よく知られたB.S.Atal等に
よるＡ−ｂ−Ｓ（Analysis−by−Synthesis）処
理手法や小沢、荒関、小野による相関関数処理手
法等があり、後者は前者がスペクトル領域評価で
あるのに対し入力音声信号と分析段階における合
成フイルタのインパルスレスポンヌとの相互相関
ならびにインパルスレスポンヌの自己相関等を利
用して行なう相関領域評価でありＡ−ｂ−Ｓ処理
に対しより効率的なフオワード（Forward）処
理としてもよく知られている。本実施例もピツチ
予測分析を利用しつつこのフオワード処理を実施
するものである。

第３図はフオワード処理によるマルチパルス決
定の基本的計算アルゴリズムの内容を説明するた
めのマルチパルス決定計算ブロツク図である。

分析フレームごとに入力する入力音声信号波形
Ｓ（Ｚ）は伝達関数Ｗ（Ｚ）のノイズフイルタを通
すことによつて畳み込み積分Ｓ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）を
実施する。伝達関数Ｗ（Ｚ）は入力音声信号の
LPC分析を介して得られるLPC分析ならびにそ
の次数のほか聴感的な重み付け係数を利用して設
定されるものであり、これにより入力音声信号は
聴感重み付けを付与され、次にＨ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）
のインパルスレスポンヌとの相互相関を実施す
る。

Ｈ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）は音道フイルタの伝達関数Ｈ
（Ｚ）に対してノイズフイルタの伝達関数Ｗ（Ｚ）
による畳み込み積分を行なつて聴感的重み付を付
与したものであり、このように聴感的重み付けを
した声道フイルタのインパルス応答と入力音声信
号とを利用し相互相関関数が演算できる。

また、自己相関演算は声道フイルタの重み付け
インパルスレスポンヌの自己相関関数の演算を実
施する。

こうして得られる分析フレームごとの相互相関
関数と自己相関関数を利用し次の(1)式に示す演算
を実行しマルチパルスを決定する。

(1)式における各記号はそれぞれ次の内容を示
す。

miは分析フレーム内におけるｉ番目のパルス
のフレーム端からの時間位置、giはその振幅、
hx（mi）は時間遅れmiにおける相互相関関数、
glは分析フレーム内ｌ番目のパルスの振幅、Rhh
（｜ml−mi｜）は自己相関関数である。(1)式から
も明らかな如く、振幅gi（mi）は相互相関関数の
差を求めることによつて得られ、また時間位置
miにおいてかかるパルスを発生せしめると振幅
gi（mi）が最適なものとして決定しうる。つま
り、ある音源パルスに着目し、種種の時間位置で
(1)式によつてその振幅を計算し絶対値を最大とす
るものが最も音源パルスと近似したパルスとして
得られこの操作を繰返して複数個の音源パルスを
得て、これをマルチパルスとして利用するのが通
常のフオワード的マルチパルス形成手段であり、
ピツチ予測手段をこれに重畳する場合には第１図
によつて説明した如き手段で音源パルスの符号化
が実施され復号化側に伝送されるがこのような符
号化復号化には前述したような欠点を伴なう。

ふたたび第２図Ａに戻つて説明を続ける。入力
端子1001を介して入力した入力音声信号はLPC
分析器１、相互相関関数算出器３およびピツチ分
析器５に供給される。

LPC分析器１は入力音声信号を分析フレーム
ごとに、予め設定するビツト数のデジタル量とし
て量子化しこれをLPC分析して求めたLPC係数
としてｐ次のＫパラメータ（偏自己相関係数）を
出力ライン101を介して符合化器２に送出する。

符号化器２は入力したLPC係数を量子化した
うえこれを符号化して出力ライン201に送出する
とともに量子化したLPC係数を複号化して声道
フイルタの聴感重み付けインパルスレスポンヌを
求めこれを出力ライン202に送出する。

こうして出力ライン201に送出された符号化
LPC係数はマルチプレクサ９に供給され、また
出力ライン202に送出されたインパルスレスポン
ヌは相互相関算出器３および自己相関関数算出器
４に供給される。

相互相関関数算出器３はこうして供給されイン
パルスレスポンスと入力音声信号との畳み込み積
分を行なつて相互相関関数を算出しこれをマルチ
パルス検索器(1)７に送出する。

自己相関関数算出器４は入力したインパルスレ
スポンスの自己相関関数を計算し、これをマルチ
パルス検索器(1)に送出する。

ピツチ予測を含まないマルチパルス検索にあつ
ては、こうして分析フレームごとに供給される相
互相関関数と自己相関関数とを利用し、(1)式によ
る演算にもとづいて所定の数の音源パルス列を得
てこれらのパルスの振幅と位置情報とを出力する
のが基本的マルチパルス発生手段となつている
が、本実施例におけるピツチ予測を含むマルチパ
ルス決定処理では、ピツチ予測分析器５によつて
得られるピツチ予測情報を利用し、マルチパルス
検索器(1)７によりピツチ周期に対応した繰返し性
をもつと予想されるパルスを除去して得られる音
源パルスとピツチ予測情報としてのピツチ周期な
らびにピツチゲインのみを音源情報としてスペク
トル包絡情報としてのLPC係数データとともに
復号化側に伝送し再生音質の劣化を大幅に抑止し
た符号化、復号化の実施を行なつている。

すなわち、ピツチ予測分析器５は自己相関関数
演算回路等を利用し、分析フレームごとに算出し
た自己相関関数がピツチ周期に等しい遅れ時間で
最大値をとるという原理にもとづいて音源パルス
系列のピツチ周期を予測分析する。

こうして得られるピツチ周期は分析フレーム周
期との一種の比較量とも言えるピツチゲインとと
もにピツチ周期予測情報として符号化器６に送出
され量子化、符号化を実施したのちマルチプレク
サ９およびマルチパルス検索器(1)７に供給され
る。

マルチパルス検索器(1)７はこうして供給を受け
る分析フレームごとの相互相関関数、自己相関関
数ならびにピツチ周期予測情報を利用し、次のよ
うにしてマルチパルスの代表とすべき音源代表パ
ルスを検索、決定する。

すなわちマルチパルス検索器(1)７は分析フレー
ムごとに相互相関関数と自己相関関数とを用いて
(1)式によつて音源パルス列を計算していくが、こ
の音源パルス列決定処理において分析フレーム内
で検索されるべきものは相互相関関数出器３の出
力、すなわち入力信号波形と符号化器２から受け
る合成フイルタのインパルスレスポンスとの相互
相関値の極大値系列である。本実施例においては
符号化器６を介して受けるピツチ予測分析器５に
よるピツチ周期、ピツチゲインに関する情報を利
用した音源パルス検索を次のようにして実施して
いる。

すなわち、分析フレーム内で検索されるべき上
記極大値系列からピツチ周期に対応する極大値系
列を除去したうえ残つた極大値の中での最大値に
対応する音源パルスを音源を代表する音源代表パ
ルスとして決定る。このようにして決定された音
源代表パルスとピツチ周期ならびにピツチゲイン
を含むピツチ予測分析情報があれば復号化側では
後述する如く容易にマルチパルスの合成が可能で
ある。符号化器８はこのような音源代表パルスの
符号化、復号化を行なつてマルチプレクサ９に送
出、マルチプレクサ９はすべての入力を所定の方
式で多重化し伝送ライン901を介して第２図Ｂに
示す復号化側に伝送する。

第２図Ｂに示す復号化側ではデマルチプレクサ
１０が符号側から伝送されたデータの多重化分離
を行ない、音源代表パルスは出力ライン111を介
して復号化器１１へ、ピツチ予測分析情報は出力
ライン121を介して復号化器１２へ、またLPC係
数は出力ライン131を介して復号化器１３にとそ
れぞれ供給され復号化されたのちそれぞれ出力ラ
イン112，122および132に出力される。

ピツチ合成器１４はメモリ回路１４１、ピツチ
合成器１４２を備え、出力ライン112，122を介し
て入力される音源代表パルス、ピツチ予測分析情
報を分析フレームぶんずつメモリ回路１４１にス
トアしつつこれをピツチ合成器１４２に供給す
る。ピツチ合成器１４２はメモリ回路１４１を介
して入力するピツチ予測分析情報によるピツチ周
期とピツチゲイン、ならびに音源代表パルスにも
とづいてマルチパルスとしての音源パルス列を演
算再生しこれをLPC合成器１５に供給する。

全極型のデイジタルフイルタ構成であるLPC
合成器１５は、出力ライン132を介して復号化器
１３からLPC係数を受け、これをフイルタ係数
とし、ピツチ合成フイルタから受けるマルチパル
スをフイルタ駆動音源として入力音声信号を再
生、これをＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換し
たのちLPF（Low PassFilter）１６に供給し所定
の低域周波数成分を出力ライン161に送出する。

このようにしてピツチ予測分析を音源パルス決
定処理に利用し大幅に再生音質の改善を図つたマ
ルチパルス型符号化復号化装置が実現できる。

第４図ＡおよびＢは本発明の第２の実施例によ
る符号化側Ａおよび復号化側の構成を示すブロツ
ク図であり、第２〜第５のパルス検索手段のいず
れかを利用しうるものである。

第４図Ａはマルチパルス検索器(2)１７以外は第
２図Ａに示す第１の実施例の符号化側における同
一記号のものと同じであり、また第４図Ｂに示す
第１の実施例の復号化側におけるピツチ合成器１
４の代りにピツチ合成フイルタ１８が配置されて
いる点のみが異なり他の同一記号のものは同一内
容であるのでこれら同一内容についての詳細な説
明は省略する。

第４図Ａにおけるマルチパルス検索器(2)１７は
次の如く、第２〜第５の４通りのパルス検索手段
のいずれかを利用してマルチパルスの代表とも云
うべき音源代表パルスを検索、決定するものであ
る。

まず、第２のパルス検索手段にあつては分析フ
レーム内の最も過去のサンプルから１ピツチ周期
分の時間内における絶対値最大のものを検索しこ
れを(1)式に示すgl（mi）として設定するか、もし
くは予め設定する回数繰返して検索した絶対値最
大なものをgl（mi）として設定し、これを音源パ
ルス情報としてピツチ予測分析情報、LPC係数
データとともに第４図Ｂに示す複号化側に送出し
ピツチ合成器１８によつてマルチパルスを合成
し、他は全く第２図Ａ，Ｂにおける同様にして入
力音声信号を再生する。

この場合は分析フレームごとに最も過去の１ピ
ツチ周期分の時間内での１回もしくは数回の絶対
値検索にもとづくマルチパルス検索を前提として
いるので、復号化側も第２図Ｂに示す如く分析フ
レームぶんをストアしてからピツチ合成を図るこ
となく、音源代表パルスとして設定された絶対値
最大パルス入力ごとにピツチ合成すなわちマルチ
パルスの再生を実施することができる。

次に第３のパルス検索手段は上記第２のパルス
検索手段における検索範囲を最も過去のサンプル
から予め設定する数ピツチ周期分に拡大し、この
時間内における絶対値最大のものを検索するかも
しくはこの検索を予め設定する数回繰返し実行し
て得られるパルスを(1)式に示すgl（mi）として設
定これを音源代表パルスとして復号化側に送出す
るものである。このように検索時間範囲を拡大す
ることによつて検索される絶対値最大値の確から
しさを増すことが可能となる。

第４のパルス検索手段は上記第２乃至第３のパ
ルス検索手段における検索時間範囲をさらに拡大
しつつ分析フレーム全体を対象として絶対値最大
のものを検索するものであり、また第５のパルス
検索手段は上記第２乃至第４の検索手段を次次に
実施しつつこれを数回繰返し絶対値最大のパルス
を検索するものである。以上の第２〜第５のいず
れのパルス検索手段によつて所望の絶対値最大パ
ルスが得られるかは分析フレームごとの相互、自
己相関関数の特徴従つて入力音声信号の特徴なら
びに再生音質によつて左右され、第１図に示すよ
うに特徴が比較的明瞭なものについては第２のパ
ルス検索手段によつても比較的良好な再生音質が
確保し易く、一般的には検索時間領域を異にする
第２〜第５のパルス検索手段を再生音声、処理時
間等の条件と対応させつつ所望に応じ任意に利用
することができる。

なお、第第４図Ｂに示す復号化側では第２〜第
５のいずれかのパルス検索手段によるマルチパル
ス情報と、ピツチ周期、ピツチゲインを含むピツ
チ予測分析情報にもとづいてピツチ合成フイルタ
１８によつてマルチパルス系列を再生する。

ピツチ合成フイルタ１８は、ピツチ周期に対応
して遅延量を可変設定しうる遅延回路と、この遅
延回路の出力を受けるトランスバーサルフイル
タ、このトランスバーサルフイルタの出力と遅延
回路への入力とを加算しつつ遅延回路に供給する
加算回路という基本構成で音源代表パルスを入力
してピツチ周期で次次に配列される複数のインパ
ルス系列、すなわちマルチパルスを発生、これを
音源情報としてLPC合成器１５に送出する。な
お、上述したピツチ合成フイルタ１８に含まれる
トランスバーサルフイルタのタツプ係数は復号化
器１２を介して入力するピツチ予測分析情報に対
応して分析フレームごとに設定される。

本発明はピツチ予測分析を実施するマルチパル
ス型符号化復号化装置において、マルチパルス決
定処理過程にピツチ予測分析情報を利用して入力
音声信号の符号化ならびに復号化を実施すること
により再生音質の改善を図つた点に基本的な特徴
を有するものであり、第２図Ａ，Ｂおよび第４図
Ａ，Ｂによつて示す本発明第１および第２の実施
例も種種考えられる。

たとえば、これら第１および第２の実施例にお
いてはLPC係数としてＫパラメータ（偏自己相
関係数）を利用しているが、これは他のLPC係
数たとえばαパラメータ等を利用しても一向に差
支えなく、またLPC合成器は全極型フイルタを
利用しているがこれは他のNon−Pole型フイル
タ等と置換しても同様に実施できることは明らか
であり以上はすべて本発明の主旨を損なうことな
く容易に実施しうるものである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、ピツチ予測
分析を実施するマルチパルス型符号化復号化装置
において、マルチパルス決定処理過程にピツチ予
測分析手段を利用することによりピツチ周期と分
析フレームの不整数比、ピツチ周期のゆらぎ、ス
ペクトルの時間的変化等にもとづく再生音質の劣
化を大幅に改善しうるマルチパルス型符号化復号
化装置が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はピツチ予測分析の効果を説明するため
のピツチ予測分析効果説明図、第２図Ａは本発明
の第１の実施例における符号化側の構成を示すブ
ロツク図、第２図Ｂは復号化側の構成を示すブロ
ツク図、第３図はフオワード処理によるマルチパ
ルス決定の基本的計算アルゴリズムの内容を説明
するためのマルチパルス決定計算ブロツク図第４
図Ａは本発明第２の実施例の符号化側の構成を示
すブロツク図、第４図Ｂは本発明第２の実施例の
復号化側の構成を示すブロツク図である。 １……LPC分析器、２……符号化器、３……
相互相関関数算出器、４……自己相関関数算出
器、５……ピツチ予測分析器、６……符号化器、
７……マルチパルス検索器(1)、８……符号化器、
９……マルチプレクサ、１０……デマルチプレク
サ、１１，１２，１３……復号化器、１４……ピ
ツチ合成器、１５……LPC合成器、１６……
LPF、１７……マルチパルス検索器(2)、ピツチ
合成フイルタ、１４１……メモリ回路、１４２…
…ピツチ合成器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピツチ予測手段を有するマルチパルス型符号
   化復号化装置であつて、マルチパルス決定処理に
   おいて分析フレームごとに検索されるべき入力信
   号波形と合成フイルタのインパルス応答との相互
   相関値の極大値系列からピツチ周期に対応する系
   列を除去したあと残つた前記極大値の中で絶対値
   最大なものに対応するパルスを音源代表パルスと
   して決定するパルス検索手段を具備することを特
   徴とするマルチパルス型符号化復号化装置。