JPH05341800A - 音声符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】倍ピッチや３倍ピッチの遅延抽出による誤差を
低減し、良好な符号化音声を実現する。 【構成】小数遅延による適応コードブック探索を行なう
適応コードブック探索回路７を備える。上記小数遅延の
前後数サンプルに対し整数遅延探索を行なう整数遅延決
定回路８を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声符号化装置に関し、
特に音声信号を低ビットレートで高品質に符号化する音
声符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、無線回線を用いた自動車電話やコ
ードレス電話等のディジタル化が進展している。無線回
線では使用可能な周波数帯域幅が狭いため、音声信号を
低ビットレートで符号化する方式の開発は重要である。

【０００３】従来、音声信号を４〜８Ｋｂ／Ｓ程度の低
ビットレートで符号化する方法としては、例えば、米国
で発行された１９８５年アイキャスプ・プロシーデング
ス（ＩＣＡＳＰ ｐｒｃｃｅｅｄｉｎｇｓ ８５）第９
３７頁〜第９４０頁所載のシュレーダとアタルの論文
「コードエキサイテッド・リニア・プレデイクション：
ハイ・クォリティ・アト・ロウ・ビット・レーツ」
（Ｍ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒａｎｄ Ｂ．Ｓ．Ａｔａ
ｌ，″Ｃｏｄｅ−ｅｘｃｉｔｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｒ
ｅｄｉｃｔｉｏｎ：Ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｐｅ
ｅｃｈ ａｔ ｌｏｗｂｉｔ ｒａｔｅｓ″）（文献
１）等に示されているＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ Ｅｘｃｉｔ
ｅｄ ＬＰＣ Ｃｏｄｅｉｎｇ）が知られている。上記
ＣＥＬＰにおいて、送信側では次の手順で符号可処理が
行なわれる。まず、フレーム毎（例えば２０ｍＳ）に、
音声信号から音声の周波数特性を表すスペクトルパラメ
ータを抽出す次に、フレームをさらに小区間のサブフレ
ーム（例えば５ｍＳ）に分割する。上記サブフレーム毎
に過去の音源信号から長区間相関（ピッチ相関）を表す
ピッチパラメータを抽出し、上記ピッチパラメータによ
りそのサブフレームの音声信号を長期予測する。次に、
予め用意された種類の雑音信号（コードベクトル）から
抽出した上記コードベクトルによる合成信号と、上記長
期予測により求められた残差信号との誤差電力が最小に
なるような最小コードベクトルとゲインとを決定上記最
小コードベクトルの種類を表すインデクスと上記ゲイン
ならびにスペクトルパラメータとピッチパラメータとを
伝送するというものであった。

【０００４】また、上記長期予測の方法としては、例え
ば、スピーチ・コミュニケーション（Ｓｐｅｅｃｈ Ｃ
ｏｍｍｕｎｉｃａｓｉｏｎ）１９８８年第７巻第３０５
頁〜第３１６頁所載のクレインの論文「アン・エフィシ
ェント・ストキャスティカリ・エキサイテッド・リニア
・プレディクティブ・コーデイング・アルゴリズム・フ
ォー・ハイ・クォリティ・ロゥ・ビットレート・トラン
スミッション・オブ・スピーチ」（Ｗ．Ｋｌｅｉｊ
ｎ，″Ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｔｏｃｈａｓｔｉ
ｃａｌｌｙ ｅｘｉｔｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｅｄｉ
ｃｔｅｉｖｅ ｃｏｄｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆ
ｏｒ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｌｏｗｂｉｔ ｒａ
ｔｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｏｎ ｏｆ ｓｐｅｅｃｈ″
（文献２）等に示されている適応コードブック探索がよ
く知られている。これは、過去の音源を考えられるピッ
チ周期の範囲、例えば２．５〜１８．２５ｍＳでサンプ
ル毎に遅延させ、重み付け２乗誤差（評価尺度）を最小
にする遅延値と遅延させた上記過去の音源に対するゲイ
ンとを算出するという方法である。上記遅延が上記サブ
フレーム長より短かく、例えば２．５ｍＳの場合は、仮
想音源として遅延させた上記過去の音源をそのまま繰返
して用いているというものであった。

【０００５】しかし、整数単位で遅延を探索する場合に
は、女性音声のようなピッチ周期の短かい音声では、上
記遅延として倍ピッチや３倍ピッチが最適遅延として探
索される場合が多発し、遅延すなわちピッチ周期が不連
続に変化することにより音質劣化の原因となっている。
この問題の解決のため遅延の単位を整数から小数に拡張
するという方法が知られている。この方法は、例えば、
米国で発行された１９９０年アイキャスプ・プロシーデ
ングス（ＩＣＡＳＰ ｐｒｃｃｅｅｄｉｎｇｓ９０）第
６６１頁〜第６６４頁所載のクルーンの論文「ピッチプ
レディクターズ・ウイズ・ハイテポラル・レゾルーショ
ン」（Ｐ．Ｋｒｏｏｎ，″Ｐｉｔｃｈｐｒｅｄｉｃｔｏ
ｒｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｒｅｓ
ｏｌｕｔｉｏｎ″）（文献３）等に記載されている。上
記遅延の小数化により、よりスムーズにピッチ変化が得
られるため音質は向上するというものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の音声符
号化装置は、過去の音源と予測差信号の振幅は相互に異
なることが多いので、両者のゲインを同一として仮定し
て整数単位で探索する方法では、ピッチ周期に対応する
遅延においても、特に短ピッチ周期の女性音で顕著に、
評価尺度が小さくならずに倍ピッチや３倍ピッチが最適
遅延として推定される場合が多発し、遅延すなわちピッ
チ周期が不連続に変化することにより音質が劣化すると
いう欠点があった。

【０００７】また、上記整数単位で探索する方法の欠点
を除去するための小数単位で探索する方法では、１デー
タ当りのビット数を増加する必要があるので、伝送情報
量が増大するという欠点があった。

【０００８】さらに、上記伝送情報量が整数単位で規定
されている場合には小数単位でのデータ伝送が不可能で
あるという問題点があった。

【０００９】本発明の目的は、上記欠点を解消し上記伝
送情報量を増大することなく適応コードブック探索によ
りなめらかなピッチ変化を実現することにより低ビット
レートでの音質が良好な音声符号化装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の音声符号化装置
は、音声信号を分析しスペクトルパラメータを抽出する
スペクトルパラメータ抽出手段と、前記音声信号を予め
定めたサブフレーム長に分割しサブフレーム信号を生成
するサブフレーム分割手段と、前記サブフレーム長の音
源ベクトルである音源信号を格納した音源コードブック
格納手段と、前記音源コードブックから最適音源を決定
する最適音源決定手段とを備え、過去の音源を予め定め
たピッチ周期の範囲で前記サブフレーム毎に遅延させ評
価尺度である重み付け２乗誤差を最小にする遅延値と遅
延させた前記過去の音源に対するゲインとを算出する適
応コードブック探索を行なう音声符号化装置において、
前記遅延を予め定めた小数単位で行なう小数遅延に対し
前記適応コードブック探索を行なう小数単位適応コード
ブック探索手段と、探索結果の前記小数遅延より予め定
めた整数単位の遅延である整数遅延を決定する整数遅延
決定手段とを備えて構成されている。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１は本発明の音声符号化装置の第一の実
施例を示すブロック図である。

【００１３】本実施例の音声符号化装置は、図１に示す
ように、入力の音声信号を一時記格納るバッフア回路１
と、ブッファ回路１に格納された音声信号を複数のサブ
フレームに分割するサブフレーム分割回路２と、上記音
声信号の聴感重み付けを行なう重み付け回路３と、音声
信号のスペクトルパラメータである線形予測分析（ＬＰ
Ｃ）係数を抽出するＬＰＣ分析回路４と、ＬＰＣ係数を
量子化するＬＰＣ係数量子化回路５と、重み付けされた
合成フィルタの零入力応答信号である影響信号を算出し
重み付け信号から減算する影響信号減算回路６と、小数
遅延による適応コードブック探索を行なう適応コードブ
ック探索回路７と、上記小数遅延の前後数サンプルに対
し整数遅延探索を行なう整数遅延決定回路８と、重み付
け合成を行なう重み付け合成回路９と、音源コードブッ
ク探索を行なう音源コードブック探索回路１０と、音源
信号を表すサブフレーム長の音源ベクトルを格納したコ
ードブックである音源コードブック１１と、上記適応コ
ードブックによる音源と音源コードブック１１による音
源とを加算し音源信号を生成する音源生成回路１２と、
符号系列を組合せて出力するマルチプレクサ１３とを備
えて構成されている。

【００１４】音源コードブック１１は、従来例で説明し
た文献１の雑音コードブックやベクトル量子化アルゴリ
ズムにより学習された学習コードブック等を用いて実現
できる。

【００１５】次に、本実施例の動作について説明する。

【００１６】まず、入力の音声信号Ｓはバッファ回路１
に格納される。バッファ回路１からの読出音声信号ＳＢ
は、ＬＰＣ分析回路４によりＬＰＣ分析され、スペクト
ルパラメータであるＬＰＣ係数Ｌが算出される。算出さ
れたＬＰＣ係数ＬはＬＰＣ係数量子化回路５で量子化さ
れ量子化ＬＰＣ係数ＬＱとしてマルチプレクサ１３に送
られるとともに、再度復号化されサブフレーム単位の処
理に用いられる。

【００１７】また、読出音声信号ＳＢは、サブフレーム
分割回路２により分割され、サブフレーム信号ＳＦが生
成される。各サブフレーム信号ＳＦ毎に次の処理が行な
われる。まず、重み付け回路３により聴感重み付けがな
され重み付け信号ＳＷとして出力される。次に、影響信
号減算回路６で影響信号Ｅが算出され、重み付け信号Ｓ
Ｗから減算され影響減算信号ＳＥとして出力される。影
響減算信号ＳＥは適応コードブック探索回路７で、例え
ば従来例で説明した文献３等による方法により、小数遅
延に対し適応コードブック探索を行ない最適小数遅延Ｄ
Ｓに対応する適応コード小数音源ＳＡＳを求める。次
に、整数遅延決定回路８により最適整数遅延Ｄを決定す
る。

【００１８】ここで、整数遅延決定回路８の最適整数遅
延Ｄの決定方法について説明する。適応コードブック探
索回路７で決定された最適小数遅延ＤＳの前後数サンプ
ルの区間を設定し、上記区間において整数遅延に対する
適応コードブック探索を行なう。この探索の結果得られ
た最適整数遅延Ｄを適応コードブックの遅延と決定し、
対応する適応コード音源ＳＡを生成する。

【００１９】次に、最適整数遅延Ｄが決定された後、重
み付け合成回路９は上記適応コードブックで求めた適応
コード音源ＳＡを重み付け合成し、重み付け適応信号Ｓ
ＡＷを生成する。この重み付け適応信号ＳＡＷから影響
信号減算回路６からの影響減算信号ＳＥを減算した適応
減算信号ＳＡＥが音源コードブック探索回路１０に入力
する。次に、音源コードブック探索回路１０では、適応
減算信号ＳＡＥに対し音源コードブック１１を用いて音
源コードブック探索を行ない音源コード音源ＳＣＳを出
力する。次に、音源生成回路１２は、適応コード音源Ｓ
Ａと音源コード音源ＳＣＳとを加算し、過去の音源ＳＰ
として蓄積する。次に、マルチプレクサ１３は、量子化
ＬＰＣ係数ＬＱと、整数遅延決定回路８からの適応コー
ド音源ＳＡと、音源コード探索回路からの音源コード音
源ＳＣＳとの各出力符号系列を組合せて出力する。

【００２０】次に、本発明の第二の実施例について説明
する。

【００２１】図２は本発明の第二の実施例を示すブロッ
ク図である。前述の第一の実施例に対する本実施例の相
違点は、整数遅延回路８の代りに、サブフレーム長未満
の遅延に対し過去の音源を繰返し遅延させサブフレーム
長分の評価尺度と最適ゲインとを算出する繰返し適応コ
ードブック探索回路２１と、適応コードブック探索回路
７の探索結果と繰返し適応コードブック探索回路２１と
で求めた評価尺度を最適遅延として決定し上記最適遅延
に対する音源信号を生成する最適遅延決定回路２２とを
備えることである。

【００２２】次に、本実施例の動作について前述の第一
の実施例との相違点を重点的に説明する。

【００２３】まず、適応コードブック探索回路７は、サ
ブフレーム長以上の遅延に対し過去の音源を遅延させ評
価尺度とゲインとを算出し、探索範囲内における最適な
遅延である遅延１を求める。繰返し適応コードブック探
索回路２１は、サブフレーム長未満の遅延に対し次のよ
うに繰返し毎のゲインを計算し、サブフレーム長分の評
価尺度とゲインを算出し、この探索範囲内における最適
な遅延である遅延２を求める。最初に第１回目の繰返し
区間でゲインと評価尺度とを計算する。次に、第２回目
の繰返し区間で、上記第１回目の繰返し区間の適応コー
ドブックの影響信号Ｅを重み付け信号ＳＷから減算し適
応減算信号ＳＡＥを出力する。この適応減算信号ＳＡＥ
に対しゲインと評価尺度とを算出する。この処理をサブ
フレーム長の分に達するまで繰返す。ただし、最後の繰
返し区間の長さは、上記サブフレーム長を遅延時間で除
した剰余となる。各繰返しの上記評価尺度の和をその遅
延に対する評価尺度とする。伝送容量を増加させないた
めに、文献２に記載されている従来技術と同様に遅延音
源をサブフレーム長分繰返した仮想音源を用いてゲイン
を算出し、上記遅延に対するゲインとする。上記遅延の
単位は整数あるいは小数のいずれでもよいが、第一の実
施例と同様の方法による小数の方が音質がより向上す
る。

【００２４】次に、最適遅延決定回路２２は、遅延１と
遅延２との内から上記評価尺度を最小とする最適遅延を
決定しそれに対応する音源信号である適応コード音源Ｓ
Ａを生成する。

【００２５】以上以外の動作については、前述の第一の
実施例と同一であり、説明が重複するので冗長とならな
いよう省略する。

【００２６】次に、本発明の第三の実施例について説明
する。

【００２７】図３は本発明の第三の実施例を示すブロッ
ク図である。前述の第二の実施例に対する本実施例の相
違点は、ＬＰＣ係数から音声信号に逆フィルタ処理をす
る予測残差信号を生成する逆フィルタ回路２３を付加し
たことである。

【００２８】これにより、繰返し適応コードブック探索
回路２１は、適応コードブックの音源として遅延サンプ
ル分は第一，第二の実施例と同様に過去の音源を遅延さ
せた遅延音源を用い、上記遅延サンプルより後のサンプ
ル点では、音声信号の逆フイルタにより得られる予測残
差信号を用いる。このようにして生成した音源を用いて
評価尺度を計算する。上記評価尺度の算出後は復号化側
との統一を取るため、第二の実施例と同様に、上記遅延
音源をサブフレーム長分繰返して生成した信号を適応コ
ードブック信号とし、これに対するゲインを算出する。

【００２９】以上以外の動作については、前述の第一，
第二の実施例と同一であり、説明が重複するので冗長と
ならないよう省略する。

【００３０】次に、本発明の第四の実施例について説明
する。

【００３１】図４は本発明の第四の実施例を示すブロッ
ク図である。前述の第一の実施例に対する本実施例の相
違点は、音源生成回路１２の出力を重み付けし影響信号
減算回路６に出力する重み付け合成回路２４が付加され
たことである。

【００３２】次に、本実施例の動作について前述の第一
〜第三の実施例との相違点を重点的に説明する。

【００３３】まず、適応コードブック探索回路７は、第
二の実施例と同様にサブフレーム長以上の遅延に対し過
去の音源を遅延させ評価尺度とゲインとを算出し、この
探索範囲内における最適な遅延である遅延１を求める。
次に、繰返し適応コードブック探索回路２１は、サブフ
レーム長未満の遅延に対し、遅延させた過去の音源と予
測残差信号とを用いて評価尺度とゲインとを算出し、こ
の探索範囲内における最適な遅延である遅延２を求め
る。次に、最適遅延決定回路２２は、遅延１と遅延２と
の内から上記評価尺度を最小とする最適遅延を決定しそ
れに対応する音源信号である適応コード音源ＳＡを生成
する。

【００３４】繰返し適応コードブック探索回路２１は、
適応コード音源ＳＡとして現在処理中のサブフレームで
ある現サブフレームの先頭サンプルから遅延サンプル分
のまでの区間を区間１とし、第一〜第三の実施例と同様
に過去の音源を遅延させた遅延音源を用い、上記遅延サ
ンプルより後の残りの区間、すなわち区間２では音声信
号の逆フイルタにより得られる予測残差信号を用いる。
まず、上記遅延音源を用い区間１のゲインと評価尺度と
を計算する。次に、区間１の適応コードブックの影響信
号を区間２の重み付け信号から減算する。上記減算した
信号に対し、上記予測残差信号を用いて区間２における
ゲインと評価尺度の加算値が最小となる遅延２を決定す
る。上記遅延の単位は整数あるいは小数のいずれでもよ
いが、第一の実施例と同様の方法による小数の方が音質
がより向上する。

【００３５】一方、復号化側では上記予測残差信号を用
いることができない。また規格化された復号器と接続可
能にするために、最適遅延決定回路２２では、第二，第
三の実施例と同様に、上記遅延音源をサブフレーム長分
繰返して生成した信号を適応コード音源ＳＡとし、これ
に対するゲインを算出する。これは、探索時に得たゲイ
ンと適応コード音源ＳＡのゲインとは異なることが想定
されるためである。ただし、上記遅延が上記サブフレー
ム長以上の場合には、ゲインの新たな計算の必要はな
い。

【００３６】以上以外の動作については、前述の第一〜
第三の実施例と同一であり、説明が重複するので冗長と
ならないよう省略する。

【００３７】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限られることなく種々の変形が可能で
ある。

【００３８】例えば、音声のスペクトルパラメータとし
て線形予測分析（ＬＰＣ）を用いる代りに反射係数を算
出するＦＬＡＴ分析を用いることも本発明の主旨を逸脱
しない限り適用できることは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の音声符号
化装置は、短ピッチ周期の女性音でもなめらかな遅延の
変化によりノイズの少ない良好な音質を得ることができ
るという効果がある。

【００４０】また、小数単位で探索する方法を用いても
データ当りのビット数を増加する必要がないので、伝送
情報量の増大が不要であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音声符号化装置の第一の実施例を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の音声符号化装置の第二の実施例を示す
ブロック図である。

【図３】本発明の音声符号化装置の第三の実施例を示す
ブロック図である。

【図４】本発明の音声符号化装置の第四の実施例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１ バッファ回路 ２ サブフレーム分割回路 ３ 重み付け回路 ４ ＬＰＣ分析回路 ５ ＬＰＣ係数量子化回路 ６ 影響信号減算回路 ７ 適応コードブック探索回路 ８ 整数遅延決定回路 ９，２４ 重み付け合成回路 １０ 音源コードブック探索回路 １１ 音源コードブック １２ 音源生成回路 ２１ 繰返し適応コードブック探索回路 ２２ 最適遅延決定回路 ２３ 逆フィルタ回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声信号を分析しスペクトルパラメータ
   を抽出するスペクトルパラメータ抽出手段と、前記音声
   信号を予め定めたサブフレーム長に分割しサブフレーム
   信号を生成するサブフレーム分割手段と、前記サブフレ
   ーム長の音源ベクトルである音源信号を格納した音源コ
   ードブック格納手段と、前記音源コードブックから最適
   音源を決定する最適音源決定手段とを備え、過去の音源
   を予め定めたピッチ周期の範囲で前記サブフレーム毎に
   遅延させ評価尺度である重み付け２乗誤差を最小にする
   遅延値と遅延させた前記過去の音源に対するゲインとを
   算出する適応コードブック探索を行なう音声符号化装置
   において、 前記遅延を予め定めた小数単位で行なう小数遅延に対し
   前記適応コードブック探索を行なう小数単位適応コード
   ブック探索手段と、 探索結果の前記小数遅延より予め定めた整数単位の遅延
   である整数遅延を決定する整数遅延決定手段とを備える
   ことを特徴とする音声符号化装置。
2. 【請求項２】 音声信号を分析しスペクトルパラメータ
   を抽出するスペクトルパラメータ抽出手段と、前記音声
   信号を予め定めたサブフレーム長に分割しサブフレーム
   信号を生成するサブフレーム分割手段と、前記サブフレ
   ーム長の音源ベクトルである音源信号を格納した音源コ
   ードブック格納手段と、前記音源コードブックから最適
   音源を決定する最適音源決定手段とを備え、過去の音源
   を予め定めたピッチ周期の範囲で前記サブフレーム毎に
   遅延させ評価尺度である重み付け２乗誤差を最小にする
   遅延値と遅延させた前記過去の音源に対するゲインとを
   算出する適応コードブック探索を行なう音声符号化装置
   において、 前記サブフレーム長を越える長さの前記遅延値に対し第
   一の前記評価尺度と第一の前記ゲインとを算出する前記
   適応コードブック探索を行なう第一の適応コードブック
   探索手段と、 前記サブフレーム長未満の長さの前記遅延値に対し遅延
   させた前記過去の音源を繰返しながら各繰返し毎のゲイ
   ンを算出し前記サブフレーム長分の第二の前記評価尺度
   と第二の前記ゲインとを算出する前記適応コードブック
   探索を行なう第二の適応コードブック探索手段と、 前記第一および第二の評価尺度から最適の前記遅延値を
   決定する最適遅延決定回路とを備えることを特徴とする
   音声符号化装置。
3. 【請求項３】 前記スペクトルパラメータにより前記サ
   ブフレーム信号を逆フィルタ操作し予測残差信号を生成
   する逆フィルタ回路を備え、 前記第二の適応コードブック探索手段が前記サブフレー
   ム長未満の長さの前記遅延値に対し遅延させた前記過去
   の音源と前記予測残差信号とから第二の前記評価尺度と
   第二の前記ゲインとを算出する前記適応コードブック探
   索を行なうことを特徴とする請求項２記載の音声符号化
   装置。
4. 【請求項４】 前記第二の適応コードブック探索手段が
   前記サブフレーム長未満の長さの前記遅延値に対し遅延
   させた前記過去の音源と前記予測残差信号とから前記サ
   ブフレーム長の音源を生成し、前記過去の音源と前記予
   測残差信号とのそれぞれのゲインを算出し、前記第二の
   評価尺度と前記第二のゲインとを算出する前記適応コー
   ドブック探索を行なうことを特徴とする請求項３記載の
   音声符号化装置。