JPH05175916A - 音声伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 線型予測器を用いて音声信号を符号化及び復
号化する方式に関し、直前のフレームとの相関を利用で
き且つ多項式を解く必要のない音声伝送方式を実現する
ことを目的とする。 【構成】 前フレームの入力信号の再生信号から５次以
上の次数の後ろ向き適応予測器を作成して予測値を生成
し現フレームの入力信号との後ろ向き適応予測残差信号
を生成すると共に、この後ろ向き適応予測残差信号を前
向き適応符号化器で線形予測分析して５次以上の次数の
前向き適応予測器を作成しこの前向き適応予測器のパラ
メータを符号化し上記の後ろ向き適応予測残差信号から
得られる前向き適応予測残差信号の符号語と共に伝送し
該前向き適応予測残差信号から再生残差信号を生成して
上記の予測値と合成する事により上記の再生信号を生成
する様に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声を伝送する方式に関
し、特に線型予測器を用いて音声信号を符号化及び復号
化する方式に関するものである。

【０００２】近年、ディジタル信号処理技術の発展に伴
いディジタル通信網の発達及び普及には目覚ましいもの
がある。特に、ディジタル移動無線システム、企業内通
信システムなどにおいては、音声品質を劣化させること
なく情報の高能率な圧縮を行う音声伝送方式が求められ
ている。

【０００３】

【従来の技術】音声のスペクトルを符号化するために線
型予測器を用い、線型予測係数のパラメータを符号化す
る方式が採用されているが、音声の場合には数１０ｍｓ
程度はスペクトルに相関があり、これらパラメータの時
間的相関を利用した符号化・復号化を行うことが望まし
く、このような線型予測器のパラメータとしては、ＬＳ
ＰパラメータやＫパラメータ（偏自己相関係数）があ
り、このようなパラメータを符号化する方式としては差
分ＰＣＭ（ＤＰＣＭ）方式が一般的に良く知られてい
る。

【０００４】この差分ＰＣＭ方式では、直前のフレーム
のパラメータと現在のフレームのパラメータとの差分を
復号化することで符号化効率を向上させているが、これ
には上記のように直前のフレームのパラメータと現在の
フレームのパラメータとが似ていることが必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｋパラ
メータの高次の成分は相関が小さく差分ＰＣＭ符号化方
式は適しておらず、又、ＬＳＰパラメータの場合は線型
予測分析時に多項式を解く必要があり、４次より大きい
予測器の場合には一般には用いられない。

【０００６】一方、直前のフレームから再生した信号を
線型予測分析して線型予測器を作り、これを現在のフレ
ームの予測器として利用する所謂後ろ向き（フィードバ
ック）予測符号化方式も適応差分ＰＣＭ方式（ＡＤＰＣ
Ｍ方式）を一例として知られているが、この方式は予測
器の符号化情報が不要なのでその分を残差の量子化に充
てられるため音声信号が定常であれば効率の良い符号化
が実現出来るという利点がある。

【０００７】しかしながら、この後ろ向き符号化方式は
実用上は直前のフレームと現在のフレームとのスペクト
ルのずれがあり一般に現フレームの線型予測分析結果を
符号化した前向き適応予測符号化方式の方が全体的には
効率が良くなる。

【０００８】従って本発明は、直前のフレームとの相関
を利用でき且つ多項式を解く必要のない音声伝送方式を
実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明では、先
ず上記のＫパラメータやＬＳＰパラメータを使わなけれ
ば前フレームとの相関を充分活用出来且つ多項式を解く
必要もないことに着目した。

【００１０】このため、本発明では前フレームとの相関
に関しては上記のような線型予測器のパラメータを用い
ずに、前フレームの入力信号の再生信号を分析して得ら
れる後ろ向き適応予測器１と、この後ろ向き適応予測器
２による予測値と現フレームの入力信号との予測残差信
号、即ち後ろ向き適応予測残差信号を線型予測分析して
前向き適応予測器を作成し、この前向き適応予測器のパ
ラメータを符号化して上記の後ろ向き適応予測残差信号
から得られる前向き適応予測残差信号と共に伝送する前
向き適応符号化器２とを設けたものである。

【００１１】この場合、後ろ向き適応予測器１では再生
信号から予測器を作っているのでＫパラメータと異なり
高次の成分の相関も利用出来ると共にＬＳＰパラメータ
の様に多項式を解く必要がなくなる。

【００１２】また、前フレームと現フレームとのスペク
トルのずれについては後ろ向き適応予測器１の予測値と
現フレームとの残差を求め、これを前向き適応符号化器
２で分析して前向き適応予測器を作りそのパラメータを
符号化しているので、この適応符号化器２に於ける後ろ
向き適応予測器１との相関は除かれることとなり、パラ
メータの振幅が小さく効率良く符号化することが出来
る。

【００１３】尚、後ろ向き適応予測器１及び前向き適応
符号化器２に於ける前向き適応予測器は５次以上の次数
を持っている為、高次の部分の相関を利用することが出
来る。

【００１４】更に本発明では、所定サンプル毎に上記の
音声符号化器を用いて符号化した場合と上記の音声符号
化器から該後ろ向き適応予測器１を除き該前向き適応符
号化器のみを用いて符号化した場合とで符号化雑音電力
を比較し、雑音電力の小さい方で符号化し且つ該後ろ向
き適応予測器１を用いたか否かの情報と共に伝送するこ
ととすれば、この場合も前フレームと現フレームとのス
ペクトルが大きくずれたときでも前フレームの予測器に
よる現フレームへの悪影響を排除することができる。

【００１５】また、上記のような音声符号化器に対して
受信側の音声復号化器では、上記の前向き適応符号化器
２から伝送されてきた前向き適応予測残差の符号語と該
前向き適応予測器のパラメータの符号語とにより前向き
適応予測器を作って該後ろ向き適応予測残差信号を生成
し、この後ろ向き適応予測残差信号に対して前フレーム
の再生信号から後ろ向き適応予測器により生成された予
測値を合成して該再生信号を生成することができる。

【００１６】また、本発明では上記の音声符号化器又は
復号化器において、予測器のＺ変換をＰ（Ｚ^-1）とする
とき、該後ろ向き適応予測器を伝送路耐力を示す定数α
（０＜α＜１）を用いてＰ（αＺ^-1）で与えられるフィ
ルタで構成することができる。

【００１７】これについて説明すると、入力信号に対
し、最適な予測比をＰ（Ｚ^-1）とする時、これを用いて
符号化した方が性能は良いが、実用上は必ず伝送路誤り
により符号語が間違って伝送され、その為、エンコーダ
内のローカルデコーダの再生信号とデコーダの再生信号
とが異なってしまう。予測符号化ではこの再生信号から
の予測値を新しい残差信号に加えて次の再生信号を作る
為、伝送路誤りの影響が後々迄残ってしまう。

【００１８】この影響の長さは合成フィルタ１／（１−
Ｐ（Ｚ^-1））のインパル応答の長さに依存するので、予
測利得を低下させるもののインパル応答の長さを減らす
為、Ｐ（Ｚ^-1）の代わりに伝送路エラーの影響を小さく
するための定数α（０＜α＜１で伝送路耐力と称する）
を用いてＰ（αＺ^-1）を用いれば良いこととなる。

【００１９】

【実施例】図２は本発明に係る音声伝送方式の送信側に
於ける音声符号化器を示したもので、この実施例では図
１に示した後ろ向き適応予測器１は、前フレームの再生
信号を線型予測分析する線型予測分析部１１と、この線
型予測分析部１１によって抽出されたパラメータにより
生成される線型予測器１２とで構成されており、この線
型予測器１２からの予測値は加算器４で前向き適応符号
化器２からの再生残差信号と合成されて再生信号を生成
するようになっている。

【００２０】また、前向き適応符号化器２は、入力信号
と後ろ向き適応予測器１からの予測値、即ち後ろ向き適
応予測値との残差信号（後ろ向き適応予測残差信号）を
入力して線型予測分析する線型予測分析部２１と、この
線型予測分析部２１で抽出されたパラメータ（線型予測
係数）を受けてこのパラメータを再生し予測器を作る線
型予測器２２と、この前向き適応符号化器２の出力信号
である再生残差信号を線型予測器２２に通して得られる
前向き適応予測値と減算器３からの後ろ向き適応予測残
差信号との残差信号を生成する減算器２３と、この減算
器２３からの前向き適応予測残差信号を量子化・符号化
する量子化部２４と、この量子化部２４の出力信号であ
る量子化・符号化された前向き適応予測残差信号を逆量
子化・復号化する逆量子化部２５と、この逆量子化部２
５からの出力信号と線型予測器２２の前向き適応予測値
とを合成して上記の再生残差信号を生成する加算器２６
とで構成されている。

【００２１】また、この前向き適応符号化器２の線型予
測分析部２１から出力されるパラメータは量子化・符号
化されて伝送路へ送出され、また量子化部２４の出力信
号である量子化・符号化された前向き適応予測残差信号
も同様にして伝送路に送出されるようになっている。

【００２２】この様な送信側に於ける音声符号化器にお
いては、まず時刻ｎ₀ 以前に再生された信号、即ち前フ
レームの再生信号から線型予測分析部１１が線型予測分
析し予測器１２のパラメータを抽出して予測器１２に与
えることにより、予測器１２ではそのパラメータを再生
して予測器を作る。

【００２３】そして、この予測器１２から出力される後
ろ向き適応予測値は加算器４により前向き適応符号化器
２からの再生残差信号と加え合わされる事により次のフ
レームの再生信号を生成する。

【００２４】後ろ向き適応予測器１からの後ろ向き適応
予測値は入力信号との差分が減算器３から減算器２３に
与えられると共に線型予測分析部２１に与えられる。こ
の線型予測分析部２１では減算器３からの残差信号、即
ち後ろ向き適応予測残差信号を線型予測分析してその結
果を符号語の形で伝送路に送出すると共に線型予測器２
２にパラメータを与えることにより線型予測器２２が構
成され、この線型予測器２２により与えられる前向き適
応予測値と減算器３からの後ろ向き適応予測残差信号と
の前向き適応予測残差信号が減算器２３から与えられ、
これが量子化部２４で量子化・符号化されることによ
り、前向き適応予測残差信号の符号語が伝送路に送り出
されると共に、この符号語が逆量子化部２５で逆量子化
・復号化されることにより前向き適応予測残差信号の再
生信号を出力し、これと線型予測器２２からの予測値と
を加算器２６で加算することにより後ろ向き適応予測残
差信号が再生されて加算器４に与えられることとなる。

【００２５】図３は本発明に係る音声伝送方式の受信側
に於ける復号化器の実施例を示したもので、この実施例
では図２に示した後ろ向き適応予測器１と、伝送路を介
して送信側から送られて来る前向き適応予測残差信号の
符号語を逆量子化・復号化する逆量子化部２５と、やは
り伝送路を介して送られてくる予測器２２のパラメータ
の符号語を受けて再生しこのパラメータから作られる前
向き線型予測器２２と、この前向き線型予測器２２の出
力信号と逆量子化部２５の出力信号とを加え合わせる加
算器２６と、この加算器２６からの出力信号と後ろ向き
適応予測器１からの出力信号とを加え合わせて再生信号
を生成する加算器４とを備えている。

【００２６】この様な復号化器は、図２に於ける構成の
一部をそのまま有するものであり、前向き適応予測残差
信号の符号語を逆量子化部２５で逆量子化・復号化する
ことにより前向き適応予測残差信号を生成し、これと前
向き線型予測器２２からの前向き適応予測値とを加算器
２６で加え合わせることにより後ろ向き適応予測残差信
号を再生することが出来、これと後ろ向き適応予測器１
からの後ろ向き適応予測値とを加算器４で加え合わせる
ことにより図２の場合と同様に再生信号が得られること
となる。

【００２７】従って、この意味から図２に於いては図３
と同じ構成部分がローカルデコーダを構成していること
となる。

【００２８】図４は図２に示した音声符号化器の変形例
を示したもので、５１は図２に示した符号化器（以下、
エンコーダと称する）全体を示しており、５２は図２に
示したエンコーダの内、後ろ向き適応予測器１を使用し
無い場合のエンコーダを示したものである。そしてエン
コーダ５１で生成される再生信号と入力信号とを減算
器５３で比較し、その量子化誤差信号を電力計算部５４
に於いて計算し、比較部５７に送る。また、エンコーダ
５２からの再生信号と入力信号との減算器５５による
量子化誤差信号を電力計算部５６に送ることによりその
量子化誤差電力を計算して比較部５７に与える。

【００２９】更に、各エンコーダ５１及び５２の量子化
部２４から出力される符号語及び、即ち前向き適応
予測残差信号の符号語及びが共にセレクタ５８に送
られ、比較部５７に於いてどちらの誤差電力の方が小さ
いかが比較された結果がこのセレクタ５８に選択信号と
して与えられることにより、誤差電力の小さい方の符号
語が伝送路に送り出されるようになっている。

【００３０】この様にする事により符号化誤差電力の小
さい方が選択され、前フレームと現フレームのスペクト
ルが大きくずれたときに前フレームの後ろ向き適応予測
器が現フレームに悪影響を及ぼすかもしれない状態を防
ぐことが出来る。

【００３１】図５は図４に対応した受信側の復号化器を
示したもので、図３に示した後ろ向き適応予測器１を用
いた時のデコーダ６１と、後ろ向き適応予測器１を用い
ない時のデコーダ６２とを用意し、これらのデコーダ６
１，６２からの再生信号をセレクタ６３に送ることによ
り、やはり送信側から送られて来る誤差電力の小さい方
のエンコーダの番号を選択信号としていずれか一方の誤
差電力の小さい方の再生信号が選択される様になってい
る。

【００３２】

【発明の効果】以上述べた様に本発明に係る音声伝送方
式によれば、前フレームの入力信号の再生信号から５次
以上の次数の後ろ向き適応予測器を作成して予測値を生
成し現フレームの入力信号との後ろ向き適応予測残差信
号を生成すると共に、この後ろ向き適応予測残差信号を
前向き適応符号化器で線型予測分析して５次以上の次数
の前向き適応予測器を作成しこの前向き適応予測器のパ
ラメータを符号化し上記の後ろ向き適応予測残差信号か
ら得られる前向き適応予測残差信号の符号語と共に伝送
し該前向き適応予測残差信号から再生残差信号を生成し
て上記の予測値と合成する事により上記の再生信号を生
成する様に構成したので、線型予測器のパラメータを用
いていないので前フレームとの相関を利用することがで
き且つ多項式を解く必要も無いと言う利点がある。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る音声伝送方式における送信側の音
声符号化器の構成を原理的に示したブロックである。

【図２】本発明に係る音声伝送方式における送信側の音
声符号化器の実施例を示したブロック図である。

【図３】本発明に係る音声伝送方式における受信側の音
声復号化器の実施例を示したブロック図である。

【図４】図２に示した音声符号化器の実施例の変形例を
示したブロック図である。

【図５】図３に示した音声復号化器の変形例を示したブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ 後ろ向き適応予測器 ２ 前向き適応符号化器 １１，２１ 線型予測分析部 １２ 後ろ向き線型予測器 ２２ 前向き線型予測器 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前フレームの入力信号の再生信号から５
   次以上の次数の後ろ向き適応予測器(1) を作成して該予
   測器による予測値を生成し現フレームの入力信号との後
   ろ向き適応予測残差信号を生成し、該後ろ向き適応予測
   残差信号を前向き適応符号化器(2) で線型予測分析して
   ５次以上の次数の前向き適応予測器を作成し該前向き適
   応予測器のパラメータを符号化し該後ろ向き適応予測残
   差信号から該前向き適応予測器によって得られる前向き
   適応予測残差信号の符号語と共に伝送し該前向き適応予
   測残差信号から再生残差信号を生成して該予測値と合成
   することにより該再生信号を生成することを特徴とした
   音声符号化器。
2. 【請求項２】 所定サンプル毎に請求項１の音声符号化
   器を用いて符号化した場合と該音声符号化器から該後ろ
   向き適応予測器を除き該前向き適応符号化器のみを用い
   て符号化した場合とで符号化雑音電力を比較し、雑音電
   力の小さい方で符号化し且つ該後ろ向き適応予測器を用
   いたか否かの情報と共に伝送することを特徴とした請求
   項１に記載の音声符号化器。
3. 【請求項３】 予測器のＺ変換をＰ（Ｚ^-1）とすると
   き、該後ろ向き適応予測器を伝送路耐力を示す定数α
   （０＜α＜１）を用いてＰ（αＺ^-1）で与えられるフィ
   ルタで構成することを特徴とした請求項１又は２に記載
   の音声符号化器。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の音声符号化器の前向き
   適応符号化器から伝送されてきた前向き適応予測残差の
   符号語と該前向き適応予測器のパラメータの符号語とに
   より前向き適応予測器を作って該後ろ向き適応予測残差
   信号を生成し、この後ろ向き適応予測残差信号に対して
   前フレームの再生信号から後ろ向き適応予測器により生
   成された予測値を合成して該再生信号を生成することを
   特徴とした音声復号化器。
5. 【請求項５】 予測器のＺ変換をＰ（Ｚ^-1）とすると
   き、該後ろ向き適応予測器を伝送路耐力を示す定数α
   （０＜α＜１）を用いてＰ（αＺ^-1）で与えられるフィ
   ルタで構成することを特徴とした請求項４に記載の音声
   復号化器。