JPH0519794A - 音声の励振周期符号化方法 - Google Patents

音声の励振周期符号化方法

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JPH0519794A
JPH0519794A JP3167078A JP16707891A JPH0519794A JP H0519794 A JPH0519794 A JP H0519794A JP 3167078 A JP3167078 A JP 3167078A JP 16707891 A JP16707891 A JP 16707891A JP H0519794 A JPH0519794 A JP H0519794A
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健弘 守谷
Naka Oomuro
仲 大室
Satoshi Miki
聡 三樹
Kazunori Mano
一則 間野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 雑音符号帳の符号ベクトルを周期化すること
により合成音声の品質を向上させる。 【構成】 符号駆動線形予測符号化において、予め決め
られた複数種類周期の中の1つの周期を設定し、その周
期で適応符号帳から励振ベクトルを得、その周期で雑音
符号帳の各符号ベクトルをそれぞれ周期化し、その各周
期化された符号ベクトルと前記励振ベクトルとの各和で
それぞれ合成フィルタを励振して音声を再生し、その再
生音声の入力音声に対する歪が最小となる雑音符号帳の
符号ベクトル(インデックス)を仮決定し、同様のこと
を予め決められた種類の周期のすべてについて行い、す
べての仮決定されたインデックスから、歪最小の雑音イ
ンデックスとその時の周期とを選択する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は雑音符号帳を用い、符
号駆動線形予測符号化、ベクトル和駆動線形予測符号化
に適用され、音声の信号系列を少ない情報量でデジタル
符号化する高能率音声符号化方法、その復号化方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】ディジタル移動無線通信方式で電波を効
率的に利用し、また音声蓄積サービスで記憶媒体を効率
的に利用するために高能率音声符号化方法が用いられて
いる。現在、音声を高能率に符号化する方法として、原
音声をフレームと呼ばれる5〜50ms程度の一定間隔の
区間に分割し、その1フレームの音声を周波数スペクト
ルの包絡形状と、その包絡形状に対応する線形フィルタ
を駆動するための駆動音源信号という2つの情報に分離
し、それぞれを符号化することが提案されている。その
場合、駆動音源信号を符号化する方法として、駆動音源
信号を音声の基本周波数(ピッチ周期)に対応すると考
えられる周期成分と、それ以外の成分(言い換えれば非
周期成分)とに分離して符号化する方法が知られてい
る。この駆動音源情報の符号化法として符号駆動線形予
測符号化(Code-Excited Linear Prediction Coding:CE
LP)およびベクトル和駆動線形予測符号化(Vector Sum
Excited Linear Prodiction Coding:VSELP)法がある。
それぞれの技術については、M.R.Schroeder and B.S.At
al : "Code-Excited Linear Prediction(CELP) :High-q
uality Speech at Very Low Bit Rates", Proc.ICASSP'
85,25.1.1,pp.937-940,1985 、およびI.A.Gerson and
M.A.Jasiuk :"Vector Sum Excited Linear Prediction
(VSELP) Speech Coding at 8 kbps", Proc. ICASSP'90,
S9.3,pp.461-464,1990、に述べられている。
【0003】これらの符号化方法は、図3に示すよう
に、入力端子11に入力された原音声について音声分析
部12において、その周波数スペクトルの包絡形状を表
すパラメータが計算される。この分析には通常、線形予
測法が用いられる。その線形予測パラメータは線形予測
パラメータ符号化部13で符号化され、その符号化出力
は分岐され、線形予測パラメータ復号化部14で復号化
され、その復号化された線形予測パラメータが線形予測
合成フィルタ15のフィルタ係数として設定される。
【0004】適応符号帳16において直前の過去の駆動
音源ベクトルをある周期(ピッチ周期)に相当する長さ
で切り出し、その切り出したベクトルをフレームの長さ
になるまで繰り返し、音声の周期成分と対応する時系列
符号ベクトルの候補が出力される。また雑音符号帳1
7,18から音声の非周期成分と対応する時系列符号ベ
クトルの候補が出力される。雑音符号帳17,18は図
4に示すように通常白色ガウス性雑音を基調とし、1フ
レーム分の長さの各種の符号ベクトルが入力音声とは独
立にあらかじめ記憶されている。
【0005】適応符号帳16,雑音符号帳17,18か
らの各時系列ベクトルの候補は重みつき加算部19にお
いて、それぞれ乗算部211 ,212 ,213 で重みg
1 ,g2 ,g3 が乗算され、これら乗算出力は加算部2
2で加算される。この加算出力は駆動音源ベクトルとし
て線形予測合成フィルタ15へ供給され、合成フィルタ
15から合成(再生)音声が出力される。この合成音声
の入力端子11からの原音声に対する歪みが距離計算部
23で計算され、その計算結果に応じて符号帳検索部2
4により、適応符号帳16における切り出し長さをかえ
た候補が選択され、かつ雑音符号帳17,18から他の
符号ベクトルが選択され、さらに重みつき加算部19の
重みg1 ,g2 ,g3 が変更され、距離計算部23で計
算された歪みが最小になるようにされる。歪み最小とな
ったときの適応符号帳16の切り出し長を示す周期符号
と、雑音符号帳17,18の各符号ベクトルを示す雑音
符号と、重みg1 ,g2 ,g3 を示す重み符号と、線形
予測パラメータ符号とが符号化出力として出力され、伝
送または蓄積される。
【0006】復号化は図5に示すように入力された線形
予測パラメータ符号が線形予測パラメータ復号化部26
で復号化され、その予測パラメータが線形予測合成フィ
ルタ27にフィルタ係数として設定される。それまでに
得られた直前の過去の駆動音源ベクトルと、入力された
周期符号とを用いて適応符号帳28からその周期で過去
の駆動音源ベクトルを切り出し、これをフレーム分繰り
返した時系列符号ベクトルが出力され、また入力された
雑音符号が示す符号ベクトルが雑音符号帳29,31か
らそれぞれ時系列ベクトルとして読み出される。これら
時系列ベクトルは重みつき加算部32で入力された重み
符号に応じて、それぞれ重み付けがなされた後、加算さ
れ、その加算出力が駆動音源ベクトルとして合成フィル
タ27へ供給され、合成フィルタ27から再生音声が得
られる。
【0007】雑音符号帳29,31は符号化に用いられ
た雑音符号帳17,18と同一のものとされる。雑音符
号帳は1個のみ、あるいはさらに多くのものが用いられ
ることもある。符号駆動線形予測符号化においては、雑
音符号帳には、候補となるべきすべての符号ベクトルが
直接記憶されてある。つまり、候補となるべき符号ベク
トルの数がNならば、雑音符号帳に記憶されている符号
ベクトルの数もNである。
【0008】ベクトル和駆動線形予測符号化では、雑音
符号帳は図6に示すように、記憶されているすべての符
号ベクトル(基本ベクトルと呼ぶ)が同時に読み出さ
れ、乗算部331 〜33M でそれぞれ雑音符号帳用復号
器34により+1または−1が乗算され、その乗算出力
が加算されて出力符号ベクトルとして出力される。従っ
て、各基本ベクトルに乗算する+1,−1の組み合わせ
により、出力符号ベクトルの数は2M となり、歪みが最
小となるようにこの2M の出力符号ベクトルの1つが選
択される。
【0009】ところが、これらの従来の方法では、駆動
音源信号の周期性が前フレームの成分のみに限定される
ため、周期性の表現力が弱く、再生音声がざらざらして
滑らかさに欠けるという欠点を有していた。このような
点から、音声の周期性の表現力を強化するため、従来周
期性をもたなかった雑音符号帳から出力される符号ベク
トルの一部または全部、あるいは出力される符号ベクト
ルの成分の一部、もしくは複数の雑音符号帳の一部に適
応符号帳の出力時系列符号ベクトルの周期性と同一の周
期性をもたせることを提案した。
【0010】つまり図7に示すように、雑音符号帳17
から1つの符号ベクトルを、基本周期検索(適応符号1
6の検索)で得られた基本周期Lの長さ分36を切り出
す。aに示すように、その切り出し部分36をフレーム
長に達するまで何度も繰り返し配列して、周期性符号ベ
クトルを作成して出力符号ベクトルとする。それを雑音
符号帳17中のすべての符号ベクトルについて行い、そ
の中で、合成フィルタに通した再生音声と原音声間の距
離が最小になるものを、最適符号ベクトルとする。その
後の各駆動音源成分の重みの決定は従来の技術と同様に
行う。復号側でもそれまでに得られたピッチ周期で雑音
符号帳の符号ベクトルを周期化する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように雑音符号帳
の符号ベクトルも周期化することにより再生音声の品質
を向上することができる。一方、従来においては最適周
期(ピッチ周期)の決定を図8に示すように適応符号帳
のみを用いて行い、その後、雑音符号帳のインデック
ス、つまり符号ベクトルを決定しているが、必ずしも正
しいピッチ周期を決定することができず、例えば正しい
ピッチ周期の2倍の周期を最適周期と決定することがし
ばしばあることがわかった。このため正しい符号化を行
うことができない場合があり、それだけ符号化歪を小さ
くすることができなかった。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明によれば雑音符
号帳の符号ベクトルをピッチ周期に適応させて周期化処
理を行なうと共に、適応符号帳と雑音符号帳の両方のベ
クトルを考慮して繰り返し周期、つまりピッチ周期を決
定する。このように雑音符号帳の符号ベクトルを周期化
したものを用いることにより適応符号帳からの符号ベク
トルと、雑音符号帳からの符号ベクトルとの依存関係が
強くなり、フレーム内の歪が最小となる最適な繰り返し
周期が求められる。このため適応符号帳のピッチ周期を
求めて、それをそのまま雑音符号帳の繰り返しの周期と
した従来法より、さらに符号化歪を小さくできる。
【0013】
【実施例】図1にこの発明の第1の実施例を示す。この
実施例では、繰り返し周期を設定し、歪を評価して周期
を決めるループの中に、雑音成分の符号ベクトルのイン
デックスの探索するためのループを含める。即ちまず、
予め決められたピッチ周期の範囲(通常のピッチ周期の
存在範囲)で周期を設定し、適応符号帳からの励振(駆
動)信号出力を従来と同様に作成する。この周期とこの
励振信号(励振ベクトル)とを前提に雑音符号帳の各符
号ベクトルを図7に示したように周期化処理し、その周
期化された雑音符号ベクトルを前記励振ベクトルと加算
して合成フィルタを駆動し、歪が最小となる雑音符号ベ
クトルのインデックス探索を行なう。この処理で、最初
に設定された周期での最適なインデックスが求められ、
つまりインデックスが仮決定される。その後、順次設定
する周期を変化させて同様のことを繰り返す。そして最
終的に仮決定されたインデックス中から歪が最小となる
周期とインデックスとの組合せを求める。
【0014】このように適応符号帳と雑音符号帳とを用
い、かつ雑音符号帳の符号ベクトルを周期化しているた
め、適応符号帳の符号ベクトルとの依存性が強くなり、
倍ピッチなど他の周期が最適周期になるようなことがな
くなる。図2にこの発明の第2の実施例を示す。この実
施例では決められた全ての繰り返し周期について雑音符
号帳のインデックスを探索するのではなく、周期の予備
選択を行ない、その予備選択した周期についてのみイン
デックス探索を行う。また雑音符号帳のインデックス探
索にも予備選択を併用している。第1の実施例では、周
期と雑音符号帳のインデックスとの全ての組合せでの最
適値が求められるが、探索のループが2重となるため、
条件によっては処理量が非常に大きくなる。そこで、こ
の第2の実施例では周期もインデックスも少数の候補に
絞って探索を行なう。
【0015】周期の予備選択法としては、従来と同様に
適応符号帳からの励振信号だけを用いて歪を評価して、
歪最小値のみならず、最小値を含め、歪の小さいものか
ら順に予め決めた複数個の周期を用いる。あるいは単に
信号の相関関数が大きくなる遅延量の複数を周期の候補
としてもよい、つまり従来においてピッチ周期を求める
ために自己相関が大きくなる遅延量を求めるが、これを
周期候補とする。自己相関によりピッチ周期を求める場
合、距離計算を行わないため、適応符号帳検索によりピ
ッチ周期を求める場合より計算量が著しく少なくて済
む。
【0016】雑音符号帳の符号ベクトル(インデック
ス)の予備選択の方法としては、適応符号帳だけの出力
で、歪最小となる一つの周期を決定し、その周期で雑音
符号帳の各符号ベクトルを周期化し、その周期化した符
号ベクトルを用いて歪最小となるインデックスを求め、
これを含め小さい歪となる複数のインデックスを候補と
する。この雑音符号帳の複数の候補インデックスについ
て、他の予備選択された周期に対し、歪最小となるもの
を求める。あるいは適応符号帳だけの出力で一つの周期
を決定し、その適用符号帳の符号ベクトルと対応する成
分を除いた誤差成分と、雑音符号帳の各雑音符号ベクト
ルとの相関を求め、その大きいもののいくつかの雑音符
号ベクトルのインデックスを予備選択候補としてもよ
い。
【0017】上述において雑音符号帳の符号ベクトルの
周期化はすべての符号ベクトル(インデックス)につい
て行うことはなく、予め決められたインデックスについ
てのみ行ってもよい。また雑音符号ベクトルの周期化は
適応符号帳の符号ベクトルに対する周期化の周期のみな
らず、その2倍、又は2分の1の周期でも行うようにし
てもよい。更にこの発明はCELPのみならずVSEL
Pにも適用される。
【0018】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、適
応符号帳と雑音符号帳との双方で使われる繰り返し周期
を雑音符号帳のインデックスも含めて最適に決定するこ
とができ、符号化による波形歪を小さくできる。また予
備選択を併用することで、現実的な範囲の処理量でほぼ
最適な周期を求めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例の要部である周期決定
処理法を示す流れ図。
【図2】この発明の第2の実施例の要部である予備選択
を併用した周期決定処理法を示す流れ図。
【図3】線形予測符号化装置の一般的構成を示すブロッ
ク図。
【図4】CELPにおける雑音符号帳を示す図。
【図5】線形予測符号の復号化装置の一般的構成を示す
ブロック図。
【図6】VSELPにおける雑音符号帳を示す図。
【図7】符号ベクトルの周期化を示す図。
【図8】改良前の周期決定処理法を示す流れ図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 間野 一則 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 フレーム単位に、適応符号帳からの、過
    去の駆動音源ベクトルをピッチ周期で繰り返した時系列
    ベクトルと、雑音符号帳からの時系列ベクトルとで合成
    フィルタを駆動して音声信号を再生することを用いて入
    力音声を符号化する音声の励振周期符号化方法におい
    て、 上記雑音符号帳の雑音符号ベクトルを、上記適応符号帳
    からの時系列ベクトルの繰り返し周期と対応した周期ご
    とに繰り返して周期化して、上記雑音符号帳からの時系
    列ベクトルとし、 上記適応符号帳からの時系列ベクトルと上記雑音符号帳
    からの時系列ベクトルとの和のベクトルで上記合成フィ
    ルタを駆動して音声信号を再生し、この再生音声信号の
    入力音声に対する歪が小さくなるように上記ピッチ周期
    を決定することを特徴とする音声の励振周期符号化方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7047184B1 (en) 1999-11-08 2006-05-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Speech coding apparatus and speech decoding apparatus
USRE43190E1 (en) 1999-11-08 2012-02-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Speech coding apparatus and speech decoding apparatus
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