JPH06259097A

JPH06259097A - コード駆動音源音声符号化装置

Info

Publication number: JPH06259097A
Application number: JP5047920A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Otsuka; 則幸大塚
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】確率コードブックの探索をフレーム内若しくは
複数フレームで、サブフレーム毎の音声の特徴量によっ
て、確率コードブックの内容を適応的に変更し、探索を
複数回行って音質を向上させる。【構成】符号側は、入力音声１を取り込む線形予測分析
器２、重み付け合成フィルタ３及び聴覚重み付けフィル
タ４、エネルギー計算部２２、探索回数セット部２３
と、確率コードブック６、適応コードブック７、ゲイン
器８及び９、加算器１０、差分器５、差分器１１と、評
価器１２、バッファ１３で構成される。また、復号側
は、符号側から送出されたＬＰＣパラメータαを係数と
する合成フィルタ１４、確率コードブック１５、適応コ
ードブック１７、ゲイン器１６及び１８、加算器１９と
バッファ２０で構成されて合成音声２１を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はコード駆動音源音声符
号化装置に関し、特にＣＥＬＰの音質向上を図るのに好
適なコード駆動音源音声符号化装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、音声信号を４．８〜８ｋｂｐｓ程
度の低ビットレートで符号化する方法としては、Ｍ．Ｓ
ｃｈｒｏｅｄｅｒａｎｄＢ．Ａｔａｌ，“Ｃｏｄｅ
−ｅｘｃｉｔｅｄｌｉｎｅａｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏ
ｎ：Ｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｓｐｅｅｃｈａｔｖ
ｅｒｙｌｏｗｂｉｔｒａｔｅｓ”（Ｐｒｏｃ．Ｉ
ＣＡＳＳＰ，ｐｐ．９３７−９４０，１９８５）の論文
に記載されているようなＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ−ｅｘｃｉ
ｔｅｄｌｉｎｅａｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）という手
法が、現在盛んに研究されている。この手法は、音声信
号からピッチ成分を取り除き、コードブック内の白色雑
音から音声を合成して、Ａ−ｂ−Ｓ（Ａｎａｌｙｓｉｓ
−ｂｙ−Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）により最適な音源を求
め、そのコードブックのインデックスとゲインをＬＰＣ
（ＬｉｎｅａｒＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｅｆｆｉ
ｃｉｅｎｔｓ）パラメータまたはＰＡＲＣＯＲ係数の組
と共に送り、復号側では、そのインデックスとゲインと
ＬＰＣパラメータを基に音声を合成するというものであ
る。

【０００３】上記ＣＥＬＰで用いられるコードブック
は、確率コードブックが用いられており、その内容は白
色雑音またはスパースコードブックが通常用いられる。
また、ピッチ成分を取り除く方法としては、適応コード
ブックが用いられることが多い。適応コードブックの１
形態については、“ＦＥＤＥＲＡＬＳＴＡＮＤＡＲＤ
１０１６；ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ：Ａ
ＮＡＬＯＧＴＯＤＩＧＩＴＡＬＣＯＮＶＥＲＳＩＯ
ＮＯＦＲＡＤＩＯＶＯＩＣＥＢＹ４，８００
ＢＩＴ／ＳＥＣＯＮＤＣＯＤＥＥＸＣＩＴＥＤＬ
ＩＮＥＡＲＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮ（ＣＥＬＰ）”，
（ＮａｔｉｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳ
ｙｓｔｅｍＯｆｆｉｃｅＯｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
＆Ｓｔａｎｄａｒｄｓ，Ｆｅｂ．１４，１９９１）
に詳しく述べられているので、ここでは説明を省略す
る。

【０００４】図１５（ａ）は、従来のＣＥＬＰの代表例
として、確率コードブックと共に適応コードブックを使
用する符号側のブロック図を示したものである。入力音
声１は、例えば８ｋＨｚ、フレーム長だけサンプリング
される。いま、例えばフレーム長を３０ｍｓとすると、
２４０サンプルが線形予測分析器２に送られる。線形予
測分析器２では、重み付け合成フィルタ３の係数と聴覚
重み付けフィルタ４の係数とを、例えばＬＰＣパラメー
タαの組として与える。音声信号は、聴覚重み付けフィ
ルタ４で聴覚的な重み付けがなされる。そして、フレー
ム長を、例えば４分割した７．５ｍｓのサブフレーム、
すなわちデータ６０サンプル毎に処理され、重み付け合
成フィルタ３からの零入力応答が、差分器５で差し引か
れる。

【０００５】一方、確率コードブック６と適応コードブ
ック７には、入力音声データと同じ数のデータ６０サン
プルが納められている。音源信号は、それぞれのコード
ブック６及び７の出力にゲイン器８及び９でゲインをか
けた内容の和で表される。加算器１０で加えられた合成
音声信号は、音源信号を重み付け合成フィルタ３に通す
ことによって得られる。

【０００６】最適なコードブックのインデックスとゲイ
ンを得るために、差分器１１で重み付けされた入力音声
から零入力応答が差し引かれた信号と、コードブックか
ら再生した合成音声信号との差をとる。次いで、誤差の
自乗を評価器１２で評価し、その値が最小のインデック
スの組を求めるようにコードブックを探索する。そし
て、コードブックのインデックスが決定されると、確率
コードブック６のインデックスｉｓで指し示された内容
にゲインｇｓをかけ合わせたものと、適応コードブック
７のインデックスｉａで指し示された内容にゲインｇａ
をかけ合わせたものとの和を取ったものが、音源信号と
して決定される。

【０００７】同時に、音源信号は、適応コードブック７
の更新のため、バッファ１３に入力され、その内容を基
に適応コードブック７の内容をサブフレーム毎に書き換
える。復号側には、ＬＰＣパラメータαと確率コードブ
ックのインデックスｉｓと、ゲインｇｓと、適応コード
ブック７のインデックスｉａ及びゲインｇａが送られ
る。

【０００８】図１５（ｂ）は、図１５（ａ）で符号化さ
れた従来例の復号側のブロック図を示している。復号側
では、符号側から送出されたＬＰＣパラメータαを合成
フィルタ１４の係数として用い、同様に送出された確率
コードブック１５のインデックスｉｓ及びゲイン器１６
のゲインｇｓと、適応コードブック１７のインデックス
ｉａ及びゲイン器１８のゲインｇａから、音源信号を作
成する。そして、加算器１９を経て、合成フィルタ１４
に通して音声を合成すると同時に、適応コードブック１
７の更新のため、バッファ２０に入力される。こうし
て、その内容を基に、適応コードブック１７の内容をサ
ブフレーム毎に書き換える。尚、２１は合成音声であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、確率コード
ブックは、１０２４種類や５１２種類という、数多くの
種類から選ばれている。しかしながら、この確率コード
ブック探索に要する時間が、Ａ−ｂ−Ｓを行って処理さ
れるため、処理の約５０％を占めることも多く、これが
ＣＥＬＰの実時間処理の妨げとなっていた。また、確率
コードブックによっても、まだ音声の立ち上がり等で十
分な音質が得られていないという点も問題となってい
た。

【００１０】また、この問題点を解決する方法として、
従来から知られている多段ベクトル量子化と称されてい
る方法がある。これは、ベクトル探索を複数回行うこと
で合成音声の音質を上げるというものであるが、従来の
多段ベクトル量子化は、予め決められた回数だけ探索を
行っている。

【００１１】例えば、特開平３−２４３９９８号公報
は、ピッチ周期を除いた残差に対して、学習コードブッ
クと雑音コードブックの縦続接続により励起信号を形成
している。しかしながら、探索回数は各コードブックに
対し１回ずつに固定されており、励起信号のゲインによ
る適応化や、音声のサブフレーム毎の状態による適応化
は行なわれていないものであった。

【００１２】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、ＣＥＬＰの実時間処理を妨げることなく、音声の立
ち上がり等でも十分な音質を得ることのできるコード駆
動音源音声符号化装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、入
力音声に対してフレームを線形予測分析する線形予測分
析手段と、サブフレーム毎に上記入力音声の特徴量を算
出する算出手段と、この算出手段で求められた上記サブ
フレーム毎の特徴量を検出する検出手段と、音声中の雑
音成分を格納する確率コードブックと、この確率コード
ブックと共に音声中のピッチ成分を検出するピッチ検出
手段と、上記確率コードブックからの音声信号と上記ピ
ッチ検出手段の信号と上記線形予測分析手段から求めら
れた係数とから音源信号を作成し、その音源信号から合
成音声を合成する合成フィルタと、この合成フィルタで
合成された合成音声と上記入力音声とを比較する比較手
段とを具備し、上記確率コードブックは上記検出手段と
上記比較手段の状態によってその内容を適応的に変更し
て探索を適応的に行うことを特徴とする。

【００１４】

【作用】この発明のコード駆動音源音声符号化装置にあ
っては、フレーム内、若しくは複数のフレームからサブ
フレーム毎に音声信号の特徴量、例えば音声信号のサブ
フレーム毎のエネルギーや、残差信号のサブフレーム毎
のエネルギー等を計算する。そして、隣り合うサブフレ
ーム間でその特徴量の差または比が大きいサブフレーム
を選択する。このサブフレームに対して、複数回探索を
行うことで、音質向上を可能にしている。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。

【００１６】図１（ａ）は、ピッチ検出手段として適応
コードブックを使用する、第１の実施例の符号側のブロ
ック図である。尚、上述した従来例と構成が同じ部分
は、同一参照番号を付している。

【００１７】入力音声１は、線形予測分析器２を介して
重み付け合成フィルタ３及び聴覚重み付けフィルタ４に
供給される。この聴覚重み付けフィルタ４の出力は、エ
ネルギー計算部２２、探索回数セット部２３を介して確
率コードブック６に供給される。また、聴覚重み付けフ
ィルタ４の出力は、重み付け合成フィルタ３からの零入
力応答が差分器５にて差し引かれ、更に差分器１１に至
る。

【００１８】一方、確率コードブック６と適応コードブ
ック７の出力は、ゲイン器８及び９、加算器１０、重み
付けフィルタ３を介して上記差分器１１へ供給される。
この差分器１１にて、差分器５からの信号とコードブッ
クから再生した合成音声信号との差がとられ、更に誤差
の自乗が評価器１２で評価される。また、バッファ１３
は、適応コードブック７の更新のために音源信号が入力
され、その内容を基に適応コードブック７の内容をサブ
フレーム毎に書き換えるべく出力が適応コードブック７
に供給される。

【００１９】このような構成に於いて、入力音声１は、
例えば８ｋＨｚ、フレーム長サンプリングされる。３０
ｍｓを１フレームとすると、フレーム長２４０サンプル
分のデータが読み込まれて、保持される。そして、２４
０サンプルが線形予測分析器２に送られる。この線形予
測分析器２では、重み付け合成フィルタ３の係数と聴覚
重み付けフィルタ４の係数を、ＬＰＣパラメータαの組
として与える。そして、音声信号は、フレーム長を、例
えば４分割した７．５ｍｓのサブフレーム、すなわちデ
ータ６０サンプル毎に処理を行う。次いで、聴覚重み付
けフィルタ４で聴覚的な重み付けがなされ、重み付け合
成フィルタ３からの零入力応答が差分器１１で差し引か
れる。

【００２０】また、適応コードブック７には、入力音声
データと同じ数のデータが、サブフレーム分、すなわち
６０サンプル分納められている。音声信号は、先ず適応
コードブック７から探索され、この適応コードブック７
のインデックスｉａとゲインｇａが求められる。次い
で、確率コードブック６の計算のために入力音声データ
から差し引かれ、次に確率コードブックの探索が行われ
る。

【００２１】この際用いられる確率コードブックは、通
常１０２４種類や５１２種類用意されるが、例えば、確
率コードブックを６４種類用意しておき、その代わりに
フレーム内または複数フレームで、予め決めておいた数
だけ複数回探索を行うことで、音質向上を達成すること
ができる。いま、音声信号の特徴量として、音声のサブ
フレーム毎のエネルギーを選択し、複数回探索をフレー
ム毎に行う処理について述べる。

【００２２】例えば、１フレーム内で、６回の確率コー
ドブック探索を行うこととすると、予め１フレームのデ
ータから音声のサブフレーム毎のエネルギーを音声信号
の振幅の自乗和として、エネルギー計算部２２により計
算し、隣り合うサブフレームのエネルギーの差を前処理
として抽出する。探索回数セット部２３では、エネルギ
ー計算部２２の結果により、サブフレーム毎の探索回数
をセットする。具体的には、前サブフレームとのエネル
ギーの差があるスレッシュホールドより大きく、それが
最大となる部分についてはサブフレーム毎の確率コード
ブック探索回数を３回とセットし、それ以外のサブフレ
ームでは確率コードブック探索回数を１回にセットす
る。差がスレッシュホールドを越えるようなフレームの
構造は、音声の無声（無音）から音声への急激な立ち上
がりや、有声から無声（無音）への急激な立ち下がりを
含むと考えられ、複数回の探索が必要である。

【００２３】また、無声（無音）の例を図２（ａ）、音
声の定常部を図２（ｂ）に示すように、その差はスレッ
シュホールドレベル以下である。したがって、フレーム
毎に６回の確率コードブックの探索を行う場合は、フレ
ーム毎のビットレートを一定に保つ目的のために、従来
の１サブフレームにつき１回の確率コードブックの探索
に加えて、複数回の確率コードブックの探索は隣接する
サブフレームのエネルギーの差の大きいサブフレームか
ら２サブフレーム分１回余分に探索が行われ、計６回の
確率コードブック探索が行われる。例えば、図２（ａ）
と図２（ｂ）の場合には、第２サブフレームと第４サブ
フレームでは、サブフレーム毎の確率コードブック探索
回数を２回とセットされ、第１サブフレームと第３サブ
フレームでは、サブフレーム毎の確率コードブック探索
回数を１回とセットされて確率コードブック探索が行わ
れる。

【００２４】例えば、図３に示されるように、第３サブ
フレームに音声の立ち上がりがあった場合、第１、第
２、第４サブフレームでは、従来と同様の確率コードブ
ック探索処理を行うが、第３サブフレームに於いては、
従来の探索に加えて更に２回分探索を行う。図４は、こ
の様子をサブフレーム毎の処理として表したフローチャ
ートである。以下、このフローチャートを参照して説明
する。

【００２５】音声は、先ず、適応コードブックのインデ
ックスｉａで指し示された内容にゲインｇａを掛け合わ
せたものを音源信号として、重み付け合成フィルタ３に
より合成された信号が引かれ、確率コードブック探索を
行う。つまり、サブフレーム単位の音声を入力し（ステ
ップＳ１）、適応コードブックを探索した後（ステップ
Ｓ２）、適応コードブックの影響を取り除く（ステップ
Ｓ３）。確率コードブックは、先ずそのサブフレームを
探索する回数ｎがセットされ（ステップＳ４）、確率コ
ードブック探索が行われる（ステップＳ５）。

【００２６】すなわち、第３サブフレーム以外のサブフ
レームではｎに１が、第３サブフレームではｎに３が探
索回数としてセットされる。確率コードブックの探索
は、この値をデクリメントし（ステップＳ６）、値が０
になったときに終了する（ステップＳ７）。確率コード
ブックの探索は、先ず適応コードブックの合成信号を引
いた信号に対し行われ、上記回数をデクリメントして０
であれば処理を終了するが、そうでなければ処理を続行
する（ステップＳ８）。

【００２７】２回目以降は、確率コードブックのインデ
ックスｉｓで指し示された内容にゲインｇｓをかけ合わ
せたものから合成された信号が引かれた信号に対して探
索が行なわれる。音源信号は、適応コードブックのイン
デックスで指定された内容にゲインを掛けたものと、求
まった確率コードブック群のインデックスで指し示され
た内容にそれぞれのゲインを掛け合わせた信号の１次結
合として表される。以上で、１サブフレームの処理が終
了する。

【００２８】図５は、符号側から復号側に送られるコー
ドの１例を示したものである。フレーム毎に復号側へ送
られるパラメータは、確率コードブックの探索回数が１
回の場合“０”がセットされる。一方、確率コードブッ
クを複数回探索する場合は、継続フラグ“１”がセット
され、継続フラグが“０”となるまで探索が続けられ
る。また探索回数を各サブフレーム毎に記録しておく方
法も考えられる。

【００２９】更に、フレーム内で１つもサブフレーム間
のエネルギー差がスレッシュホールドレベルに達してい
ないときには、１サブフレームにつき確率コードブック
の探索回数を始めから１回にセットする。但し、この場
合は、ビットレートが可変となる。

【００３０】このような探索を行なう理由は、こういっ
たフレームでは複数探索によって得られる音質の向上
は、あまり期待できず、むしろ処理を簡単にして処理ス
ピードを上げた方がよいといった場合である。音質の向
上があまり期待できない理由は、無声（無音）部では、
音質が悪いが、もともと振幅が小さいために主観評価に
はほとんど効いてこないことや、有声の定常部では、逆
にもともと音質が良いため、主観評価には少しぐらい良
くなっても全体としては影響がないということに基いて
いる。

【００３１】また、音声の特徴量として音声信号のサブ
フレーム毎のエネルギーを選択したが、音声信号の他に
音声信号から得られるサブフレーム毎の残差エネルギー
や、音声信号を重み付け合成フィルタの逆フィルタに通
して得られる信号のサブフレーム毎のエネルギー等、音
声信号の状態を表す量であれば何でもよい。尚、この実
施例では、演算として差分を使用しているが、この演算
は差分に限定されておらず、例えば比をとってもよい。

【００３２】図１（ｂ）に示される復号側には、ＬＰＣ
パラメータαと、適応コードブック１７のインデックス
ｉａ及びゲインｇａと、ｎ回サーチした確率コードブッ
ク１５のインデックスｉｓ及びゲインｇｓが探索の度に
送られる。そして、符号側から送出されたＬＰＣパラメ
ータαを合成フィルタ１４の係数として用い、音源信号
として適応コードブック１７のインデックスｉａで指し
示された内容にゲインｇａを掛け合わせたものと、ｎ回
サーチした確率コードブック１５のインデックスｉｓで
指し示された内容にゲインｇｓを掛け合わせたものとの
１次結合を、音源信号として合成フィルタ１４に通すこ
とで音声が合成される（合成音声２１）。

【００３３】また、複数フレームの場合に於いても、同
様な処理を行う。すなわち、複数フレームでのコードブ
ック探索を（総サブフレーム数＋β）回行うことで、無
声（無音）状態から有声への立ち上がり、または有声か
ら無声（無音）への立ち下がりを、複数フレームに渡っ
てどのサブフレームを複数探索するかを、回数β内に適
応的に割り当てることで、より自由度を増すことができ
る。

【００３４】尚、線形予測分析で求められるパラメータ
は、ＬＰＣパラメータとしたが、この係数はＬＳＰ（Ｌ
ｉｎｅＳｐｅｃｔｒｕｍＰａｉｒ）パラメータでも
良い。また、確率コードブックの内容は、スパースコー
ドや白色雑音や予め学習されたコードであっても構わな
いことはもちろんである。加えて、その種類を上述した
実施例より多くしても少なくしてもよい。更に、適応コ
ードブックの合成フィルタの応答と各探索で得られた確
率コードブックの合成フィルタの応答を直交させておく
ことが望ましい。

【００３５】このような処理を行うことによって、確率
コードブックの処理を、音声の立上りや立ち下がり等、
音声が急激に変化する場合でも、音質の低下を最小限に
して実現することができる。次に、この発明の第２の実
施例について説明する。

【００３６】上述した第１の実施例では、確率コードブ
ック探索の打ち切りを回数によって指定したが、この第
２の実施例では、回数と確率コードブックのインデック
スで指し示された内容にかけられるゲインとによって打
ち切りを決定するようにしている。

【００３７】図６は、この第２の実施例に於ける構成の
ブロック図である。上述した第１の実施例と異なってい
る部分は、確率コードブック探索に於けるゲインによ
り、探索を打ち切る働きを加えるという点である。すな
わち、確率コードブック６のゲインが、予め定められた
規定値を下回ったことを探索打切り器２４により検出
し、探索打切り信号によってサブフレームの確率コード
ブック６の探索を停止するというものである。ピッチ検
出手段としては、適応コードブック６を使用し、その適
応コードブックサーチまでは、上述した第１の実施例と
同様なので説明を省略し、確率コードブックの探索のみ
を詳しく説明する。尚、以下に述べる実施例に於いて、
上述した従来例、第１の実施例と同じ部分には同一の参
照番号を付してその説明を省略するものとする。

【００３８】確率コードブック６は、先ずそのサブフレ
ームを探索する回数が、１フレームのデータから音声の
サブフレーム毎のエネルギーを音声信号の振幅の自乗和
としてエネルギー計算部２２により計算される。そし
て、隣り合うサブフレームのエネルギーの差が前処理と
して抽出される。探索回数セット部２３では、エネルギ
ー計算部２２の結果により、サブフレーム毎の探索回数
がセットされる。例えば、そのフレーム毎の回数を第１
の実施例と同様、６回とし、そのときのフレームの状態
が、図３に示されるように、第３サブフレームに音声の
立ち上がりがあったとする。

【００３９】先ず第１、第２サブフレームに於いて、従
来と同様のサブフレームにつき１回の確率コードブック
探索処理を行うが、第３サブフレームに於いては、従来
の探索に加えてあと２回分探索、すなわち探索回数を３
とセットする。確率コードブック６の探索は、この値を
デクリメントし、値が０になったときに終了すると同時
に、探索を行ったときのゲインｇｓが、ある値より小さ
くなったときに探索打切り器２４が探索打切り信号を発
生し、探索回数セット部２３が探索回数ｎを現時点での
回数にセットし直すことで、確率コードブック６のサブ
フレームの探索を停止する。ここで、このような処理を
行う理由について述べる。

【００４０】コードブックのインデックスｉは、音声信
号と合成音声信号の歪みエネルギーを最小にするインデ
ックスが選択される。しかしながら、実際の探索で用い
られる評価式は、コードブック内のインデックスｉのコ
ードワードをＣｉとし、そのコードワードのｎ番目の成
分の合成フィルタ応答をｑｉ（ｎ）、ｎ番目の音声信号
をｐ（ｎ）とすると、下記（１）式を最大にするインデ
ックスｉのコードワードＣｉが選択される。

【００４１】

【数１】このときのゲインｇｓは、（２）式で求められる。

【００４２】

【数２】

【００４３】この式をみてみると、ゲインｇｓの成分
は、インデックスｉのコードワードの合成フィルタ応答
をｑｉ（ｎ）と音声信号ｐ（ｎ）との相互相関をとった
ものであるので、音声信号とコードブックの内容が無相
関に近くなれば、ゼロに近付いていく。これを踏まえ
て、ゲインｇｓが、ある値、例えば１より小さくなった
ときも、探索回数と共に確率コードブック探索の終了条
件とすることができる。図７のフローチャートは、この
処理の様子を表したもので、以下、サブフレーム毎の処
理として説明する。

【００４４】音声は、先ず適応コードブック７のインデ
ックスｉａで指し示された内容にゲインｇａを掛け合わ
せたものを音源信号として、重み付け合成フィルタ３に
より合成された信号が引かれ、確率コードブック６の探
索が行われる。つまり、サブフレーム単位の音声を入力
し（ステップＳ１１）、適応コードブックを探索した後
（ステップＳ１２）、適応コードブックの影響を取り除
く（ステップＳ１３）。確率コードブックは、先ずその
サブフレームを探索する回数ｎがセットされ（ステップ
Ｓ１４）、確率コードブック探索が行われる（ステップ
Ｓ１５）。

【００４５】すなわち、第３サブフレーム以外のサブフ
レームのうち、第１、第２サブフレームで１がセットさ
れ、第３サブフレームでは３が探索回数としてセットさ
れる。確率コードブックの探索は、先ず適応コードブッ
クの合成信号を引いた信号に対し行われる。そして、上
記回数をデクリメントして（ステップＳ１６）０であれ
ば処理を終了する（ステップＳ１７）か、若しくはゲイ
ンが規定値より小さくなった（ステップＳ１８）ところ
で終了するが、そうでなければ処理を続行する（ステッ
プＳ１９）。

【００４６】２回目以降は、１の確率コードブックのイ
ンデックスｉｓで指し示された内容にゲインを掛け合わ
せたものから、重み付け合成フィルタ３により合成され
た信号が引かれた信号に対して探索が行われる。探索
は、回数が規定値に達したときか、ゲインが規定値を下
回るまで続行される。そして、第４サブフレームの適応
コードブックと確率コードブックの探索を１回ずつ行
う。

【００４７】いま、第３サブフレームで、３回探索する
予定が２回目の探索に於いてゲインが規定値を既に下回
ったとすると、残った探索を第４サブフレームにまわ
す。また、第４サブフレームに於いては、ゲインが既定
値を下回った場合、探索をその時点で打ち切り、それ以
降の探索を無効にするという意味で、残りの探索回数分
だけ確率コードブックのゲインを０にセットする。

【００４８】また、ゲインが規定値より小さくなる場合
は、サブフレームの位置に無関係に起こり得るので、複
数回探索の結果、ゲインが小さくなったサブフレーム
が、第１、第２、第３サブフレームの場合、複数回探索
で残った探索回数を次のサブフレームにまわし、一方第
４サブフレームの場合は、ゲインが規定値を下回った時
点で探索を打ち切り、ゲインを０にして残りの探索回数
を無効とする。

【００４９】更に、第４サブフレームの場合には、ゲイ
ンが規定値を下回った時点で上述した第１の実施例の継
続フラグを“０”に戻し、それ以降の探索の打ち切りを
表してもよい。但し、第４サブフレームでゲインが規定
値より下がった場合に継続フラグを０とする場合、ビッ
トレートはフレーム毎に異なり、可変長符号となる。

【００５０】このとき、音源信号は、適応コードブック
７のインデックスで指定された内容にゲインを掛けたも
のと、確率コードブック６群のインデックスで指定され
た内容にそれぞれのゲインを掛け合わせた信号の１次結
合として表される。比較用の合成音声信号は、音源信号
を重み付け合成フィルタ３に通すことによって得られ
る。以上で、１サブフレームの符号化処理が終了する。

【００５１】更に、探索の終了条件として今ゲインを使
用したが、サブフレーム毎に求められる残差信号から、
探索によって得られるコードブックの音源信号を引い
て、残差信号のエネルギーを計算し直し、その残差信号
のエネルギーが、複数探索に於いてある値を割り込んだ
ことを探索の終了条件としても構わない。また、適応コ
ードブックの合成フィルタの応答と、各探索で得られた
確率コードブックの合成フィルタの応答を、直交させて
おくことが望ましい。また、探索毎にゲインの量子化幅
を適応的に変化させることもできる。

【００５２】図８及び図９は、この発明の第３の実施例
を示したものである。同実施例のブロック図の符号側を
図８（ａ）、復号側を図８（ｂ）に示す。上述した第１
の実施例と異なっているのは、符号側で確率コードブッ
ク６のゲインの値を量子化する量子化テーブル２５と、
この量子化テーブル２５を書き替える量子化テーブル書
き替え器２６が追加された点と、復号側でインデックス
ｉｇを受け取る量子化テーブル２７と、この量子化テー
ブル２７を書き替える量子化テーブル書き替え器２８が
追加された点である。

【００５３】量子化の方法としては、例えばテーブル内
のゲインのうちで、実際のゲインと最も誤差の小さいも
のを選択し、そのインデックスｉｇと量子化されたゲイ
ンｇｓｎを求める。ｇｓｎは、ゲイン器８と量子化テー
ブル書き替え器２６に送出され、量子化テーブル２５を
書き換える。そして、そのインデックスｉｇを復号側に
送出する。

【００５４】復号側ではインデックスｉｇを受け取り、
ｉｇを量子化テーブル２７によって量子化されたゲイン
の値ｇｓｎに変換する。量子化テーブルの出力ｇｓｎ
は、ゲインｇ１６と量子化テーブル書き替え器２８に送
出され、量子化テーブル２７を書き替えるといった動作
を行う。以下、どのような手順で量子化テーブルの書き
替え作業を行うかについて説明する。

【００５５】上述した第２の実施例で述べたゲインは、
通常値を表すのに１サブフレーム当り１１〜１３ビット
必要である。したがって、量子化テーブル２５によって
量子化されて送られる。ゲインを量子化する際には、一
般的に、図９に示されるように、値が大きいところでは
粗に、値が０に近付くほど密になるよう不均一量子化さ
れる。同図では、実際のゲインを１６分割しているの
で、必要なビット数は４ビットとなり、１サブフレーム
当り７ビット〜９ビットの情報の圧縮になっている。

【００５６】図９に基いてこの第３の実施例を説明する
と、ゲインの最大値を±ｇｓｍａｘとし、１回目の確率
コードブック探索に於いて、±ｇｓｍａｘの中から量子
化されたゲイン−ｇｓ₁（−ｇｓｍａｘ≦ｇｓ₁≦ｇｓ
ｍａｘ）がその値を示すゲインインデックスｉｇによっ
て選ばれたとする。次の探索で得られるゲインをｇｓと
すると、ｇｓは±ｇｓ₁の間（−ｇｓ₁≦ｇｓ≦ｇ
ｓ₁）にある。そこで、次に探索されるゲインの最大値
を±ｇｓ１として、ｇｓ₁／ｇｓｍａｘを１６分割され
た量子化テーブルに掛け、分割比率を保ったまま量子化
テーブル書き替え器２６の量子化テーブルを書き替え
る。

【００５７】図９で破線で表されたものが、±ｇｓ１を
最大値とした新しい量子化テーブルである。書き替えを
行った量子化テーブルでｇｓが探索が行われ、ｇｓ２に
量子化され、ｇｓ２を示すゲインインデックスｉｇが復
号側へ送出される。以下同様にして、ｎ回探索された量
子化されたゲインｇｓｎを求める際には、その値ｇｓｎ
が１つ前の探索で求まったゲイン−ｇｓｎ_-1とｇｓｎ_-1
の間にあることを利用して、量子化幅を変更することが
できる。以上で１サブフレームの処理が終了し、量子化
されたゲインｇｓｎと分割幅をｇｓｍａｘとｇｓｍａｘ
を基準とした分割幅に戻しておく。

【００５８】一方、復号側では、符号側で得られたｇｓ
ｍａｘを基準に作成されたゲインインデックスｉｇか
ら、ゲインｇｓ₁を量子化テーブル２７によって求め、
その値を確率コードブック１５に掛け合わせると共に、
量子化テーブル書き替え器２８に送り、その値±ｇｓ₁
を最大値に持つテーブルを符号側と同じ演算を使って作
成し、次のゲインインデックスｉｇを待つ。以降同様に
して、ｇｓｎを１つ前の量子化されたゲイン±ｇｓｎ_-1
から得ることができる。

【００５９】以上で１サブフレームの処理が終了し、量
子化されたゲインｇｓｎと分割幅をｇｓｍａｘとｇｓｍ
ａｘを基準とした分割幅に戻しておく。この処理によっ
て１回目は粗く、処理を行う毎にゲインの量子化幅を細
かくするといった処理を実現することができる。

【００６０】尚、ここでは分割数を１６としたが、これ
に限られずに何分割としても構わない。また、分割の際
の演算として分割比を一定にするような演算を選択した
が、分割の際の演算は符号側と復号側で一致させておけ
ばよく、演算に左右されないことはもちろんである。例
えば演算の一例として、最大値が±ｇｓｎ_-1のとき、そ
の中でｇｓｎが探索によって選択されたとすると、ｇｓ
ｎ_-1からｇｓｎに移ったとき余った個数を、次回の探索
の際に±ｇｓｎの量子化されたゲインの補間として割り
当てても良い。その際には、符号側と復号側で同一の補
間規則にする必要がある。また、上述した第２の実施例
で述べた探索の打ち切り処理を加えても良いことはもち
ろんである。次に、この発明の第４の実施例について説
明する。

【００６１】上述した第１の実施例では、確率コードブ
ック探索に用いる確率コードブックは、同一のものとし
たが、この第４の実施例では、確率コードブックを探索
を行う毎に変化させる方法を述べる。いま、例として音
声信号の特徴量として、音声のサブフレーム毎のエネル
ギーを使用するものとする。

【００６２】図１０（ａ）及び（ｂ）は、同実施例の符
号側と復号側のブロック図である。同図に於いて、図１
（ａ）及び（ｂ）と異なっている部分は、符号側の確率
コードブック探索に於いて、その回数ｎにより確率コー
ドブック６の切り替えを行う１３の確率コードブック切
り替え器２９が、復号側で確率コードブック切り替え器
３０が備わっており点である。そして、符号化に於いて
回数ｎによって異なる確率コードブックのインデックス
ｉｓｎ及びゲインｇｓｎを復号側に探索回数ｎと共に送
る点と、回数ｎによって復号側でコードブックを切り替
え、切り替えたコードブックのインデックスｉｓｎ及び
ゲインｇｓｎにより復号を行うという点が異なる。適応
コードブックサーチまでは、上述した第１の実施例と同
様なので省略し、確率コードブックの探索のみを詳しく
説明する。

【００６３】確率コードブックは、先ずそのサブフレー
ムを探索する回数がセットされる。例えば、その回数を
第１の実施例と同様、フレーム毎に６回とすると、図３
に示されるように、第３サブフレームに音声の立ち上が
りがあった場合、先ず第１、第２、第４サブフレームに
於いて、従来と同様の確率コードブック探索処理を行
う。しかしながら、第３サブフレームに於いては、従来
の探索に加えてあと２回分探索、すなわち探索回数を３
とセットする。確率コードブックの探索は、この値をデ
クリメントし、値が０になったときに終了する。このと
きに第の１実施例と異なるのは、探索に用いる確率コー
ドブックが、確率コードブック切り替え器２９によって
探索の度に異なるという点である。

【００６４】この様子を、図１１のフローチャートを参
照して、サブフレーム毎の処理として説明する。音声
は、先ず適応コードブックのインデックスｉａで指し示
された内容にゲインｇａを掛け合わせたものを音源信号
として、重み付け合成フィルタ３により合成された信号
が引かれ、確率コードブック探索が行われる。つまり、
サブフレーム単位の音声を入力し（ステップＳ２１）、
適応コードブックを探索した後（ステップＳ２２）、適
応コードブックの影響を取り除く（ステップＳ２３）。
確率コードブックは、先ずそのサブフレームを探索する
回数ｎがセットされ（ステップＳ２４）、確率コードブ
ック探索が行われる（ステップＳ２５）。

【００６５】すなわち、第３サブフレーム以外のサブフ
レームのうち第１、第２、第４サブフレームで１がセッ
トされ、第３サブフレームでは３が探索回数としてセッ
トされる。確率コードブックの探索は、先ず適応コード
ブックの合成信号を引いた信号に対し行われ、前の回数
をデクリメントして（ステップＳ２６）、０であれば処
理を終了し（ステップＳ２７）、そうでなければ処理を
続行する（ステップＳ２８、Ｓ２９）。

【００６６】２回目以降は、確率コードブックのインデ
ックスｉｓ１で指し示された内容にゲインｇｓ１を掛け
合わせたものから合成された信号が引かれた信号に対し
て探索が行われる。探索は、回数が規定値に達したとき
まで続行される。この際に、使用される確率コードブッ
クは、２回目以降の探索に対し、最適なコードを学習に
よって得ておくことが望ましい。この学習によって、よ
り最適なコードブックを最小の探索で得ることができ
る。更に、確率コードブックは、同一のエネルギーを持
つことが望ましい。

【００６７】このときに音源信号は、適応コードブック
のインデックスで指定された内容にゲインを掛けたもの
と、それぞれの異なる確率コードブックのインデックス
で指し示された内容にそれぞれの探索によって得られた
ゲインを掛け合わせた信号の１次結合として表される。
合成音声信号は、音源信号を重み付け合成フィルタ３に
通すことによって得られる。以上で、１サブフレームの
符号化処理が終了する。

【００６８】また、復号側には、ＬＰＣパラメータα
と、適応コードブック１７のインデックスｉａとゲイン
ｇａと、ｎ回サーチした確率コードブック１５のインデ
ックスｉｓｎとゲインｇｓｎが、例えば図５に示された
データ形式で、サブフレーム毎にｎ個分送られる。そし
て、符号側から送出されたＬＰＣパラメータαを合成フ
ィルタ１４の係数として用い、音源信号として適応コー
ドブック１７のインデックスｉａで指し示された内容に
ゲインｇａを掛け合わせたものと、探索毎にそれぞれの
確率コードブックとを、確率コードブック切り替え器３
０によって切り替える。ここで切り替えられたそれぞれ
の確率コードブック６から、確率コードブックｎのイン
デックスｉｓ１からｉｓｎで指し示された内容に、ゲイ
ンｇｓ１からｇｓｎをそれぞれ掛け合わせたものとの１
次結合を音源信号として、その音源信号を合成フィルタ
１４に通すことで音声が合成される。

【００６９】尚、この第４の実施例では、あくまで処理
内容の一例を述べたものであって、確率コードブックの
内容に影響されない。また、上述した第２の実施例で述
べた探索の打ち切り処理を加えても良く、適応コードブ
ックの合成フィルタの応答と各探索で得られた確率コー
ドブックの合成フィルタの応答を直交させておくことが
望ましい。次に、この発明の第５の実施例について説明
する。

【００７０】上述した第４の実施例では、確率コードブ
ック探索に用いる確率コードブックは、探索に最適化さ
れていたが、この第５の実施例では、確率コードブック
を探索を行う毎に変化させるが、その内容は必ずしも探
索に最適化されていないものの確率コードブックのエネ
ルギーが一定で、且つメモリの大幅な削減につながる方
法について述べる。

【００７１】例として、音声信号の特徴量として、音声
のサブフレーム毎のエネルギーを使用するものとする。
図１２（ａ）及び（ｂ）は、第５の実施例の符号側と復
号側のブロック図である。尚、図１０（ａ）及び（ｂ）
と構成が同じ部分は、同一の参照番号を付している。

【００７２】図１２（ａ）及び（ｂ）に於いて、図１０
（ａ）及び（ｂ）と異なっている部分は、次の通りであ
る。すなわち、符号側では、確率コードブック探索に於
いて、その回数ｎにより確率コードブック６を探索の度
毎にループさせるループ器３１が確率コードブック切り
替え器の代わりに備わっている。これにより、符号化に
於いて探索の度毎に異なる確率コードブックを容易に作
成可能となる。また、復号側では、確率コードブック１
５を探索の度毎にループ器３２を用いてループさせ、ル
ープさせたコードブックのインデックスｉｓｎ及びゲイ
ンｇｓｎを用いて復号を行うという点である。

【００７３】ループ器３１及び３２を用いることで、確
率コードブックを複数持つことがなくなり、結果として
メモリの大幅な削減ができ、且つ同一のエネルギーを持
つ確率コードブックを容易に作成することができる。
尚、適応コードブックサーチまでは、上述した第１の実
施例と同様なので以下の説明では省略し、確率コードブ
ックの探索のみを詳しく説明する。

【００７４】確率コードブック６は、先ずそのサブフレ
ームを探索する回数がセットされる。例えば、その回数
を第１の実施例と同様、フレーム毎に６回とすると、図
３に示されるように、第３サブフレームに音声の立ち上
がりがあった場合、先ず第１、第２、第４サブフレーム
に於いて、従来と同様の確率コードブック探索処理を
行。しかしながら、第３サブフレームに於いては、従来
の探索に加えてあと２回分探索、すなわち探索回数を３
とセットする。確率コードブックの探索は、この値をデ
クリメントし、値が０になったときに終了する。このと
きに第１の実施例と異なるのは、探索に用いる確率コー
ドブック６の内容が、ループ器３１によって探索の度に
異なるという点である。

【００７５】この様子を、図１３のフローチャートに従
って、サブフレーム毎の処理として説明する。音声は、
先ず適応コードブックのインデックスｉａで指し示され
た内容にゲインｇａを掛け合わせたものを音源信号とし
て、重み付け合成フィルタ３より合成された信号が引か
れ、確率コードブック６の探索が行われる。つまり、サ
ブフレーム単位の音声を入力し（ステップＳ３１）、適
応コードブックを探索した後（ステップＳ３２）、適応
コードブックの影響を取り除く（ステップＳ３３）。確
率コードブックは、先ずそのサブフレームを探索する回
数ｎがセットされ（ステップＳ３４）、確率コードブッ
ク探索が行われる（ステップＳ３５）。

【００７６】すなわち、第３サブフレーム以外のサブフ
レームのうち第１、第２、第４サブフレームで１がセッ
トされ、第３サブフレームでは３が探索回数としてセッ
トされる。確率コードブックの探索は、先ず適応コード
ブックの合成信号を引いた信号に対し行われ、前の回数
をデクリメントして（ステップＳ３６）、０であれば処
理を終了するが（ステップＳ３７）、そうでなければ処
理を続行する（ステップＳ３８、Ｓ３９）。

【００７７】２回目以降は、探索の前に、図１４に示さ
れるように、確率コードブック６の内容をループさせ、
結果として元のコードブックと異なった内容にしてお
き、探索を行う。そして、探索の結果得られたインデッ
クスの内容にゲインを掛け合わせたものから合成された
信号が引かれた信号に対して、再度探索を行う。探索
は、探索回数が規定値に達したときまで続行される。

【００７８】このとき、音源信号は、適応コードブック
７のインデックスで指定された内容にゲインを掛けたも
のと、確率コードブック６のインデックスで指定された
内容を何度目の探索で選ばれたかによって、その度毎に
ループ処理が施され、探索によって得られたゲインを掛
け合わせた信号の１次結合として表される。合成音声信
号は、音源信号を重み付け合成フィルタ３に通すことに
よって得られる。以上で、１サブフレームの符号化処理
が終了する。

【００７９】これに対し、復号側には、ＬＰＣパラメー
タαと、適応コードブック１７のインデックスｉａとゲ
インｇａと、ｎ回サーチした確率コードブック１５のイ
ンデックスｉｓｎとゲインｇｓｎが、例えば図５に示さ
れたデータ形式で、サブフレーム毎にｎ個分送られる。
そして、符号側から送出されたＬＰＣパラメータαを、
合成フィルタ１４の係数として用いる。また、音源信号
として適応コードブック１７のインデックスｉａで指し
示された内容にゲインｇａを掛け合わせたものと、探索
毎にそれぞれの確率コードブックをループ器３２によっ
てループさせ、ループさせたそれぞれの確率コードブッ
ク１から確率コードブックｎのインデックスｉｓ１から
ｉｓｎで指し示された内容にゲインｇｓ１からｇｓｎを
それぞれ掛け合わせたものとの１次結合を、音源信号と
して、その音源信号を合成フィルタ１４に通すことで音
声が合成される。

【００８０】この処理を行うことで、複数の確率コード
ブックを１種類の確率コードブックの組を持つだけで実
現し、且つループ処理により確率コードブックの持つエ
ネルギーが一定となる処理が実現できる。尚、この第５
の実施例では、あくまで処理内容の一例を述べたもので
あって、確率コードブックの内容やループの回数には影
響されない。

【００８１】また、上述した第２の実施例の探索の打ち
切り処理を加えても良く、適応コードブックの合成フィ
ルタの応答と各探索で得られた確率コードブックの合成
フィルタの応答を直交させておくことが望ましい。

【００８２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ＣＥＬ
Ｐの実時間処理を妨げることなく、音声の立ち上がり等
でも十分な音質を得ることのできるコード駆動音源音声
符号化システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、ピッチ検出手段として適応コードブ
ックを使用する、この発明の第１の実施例の符号側のブ
ロック図、（ｂ）は（ａ）で符号化された復号側のブロ
ック図である。

【図２】音声波形、サブフレームエネルギ―、エネルギ
―差分のコードを示したもので、（ａ）は無声（無音）
の例を示した図、（ｂ）は音声の定常部を示した図であ
る。

【図３】第３サブフレームに音声の立ち上がりがあった
場合の音声波形、サブフレームエネルギ―、エネルギ―
差分のコードを示した図である。

【図４】第１の実施例によるサブフレーム毎の処理動作
を説明するフローチャートである。

【図５】符号側から復号側に送られるコードの１例を示
した図である。

【図６】この発明の第２の実施例に於ける構成の符号側
のブロック図である。

【図７】第２の実施例によるサブフレーム毎の処理動作
を説明するフローチャートである。

【図８】この発明の第３の実施例に於ける構成を示すも
ので、（ａ）は符号側のブロック図、（ｂ）は復号側の
ブロック図である。

【図９】実際のゲインと量子化されたゲインとの関係を
示した図である。

【図１０】この発明の第４の実施例に於ける構成を示す
もので、（ａ）は符号側のブロック図、（ｂ）は復号側
のブロック図である。

【図１１】第４の実施例によるサブフレーム毎の処理動
作を説明するフローチャートである。

【図１２】この発明の第５の実施例に於ける構成を示す
もので、（ａ）は符号側のブロック図、（ｂ）は復号側
のブロック図である。

【図１３】第５の実施例によるサブフレーム毎の処理動
作を説明するフローチャートである。

【図１４】確率コードブック６に於ける１回目からｎ回
目までの探索例を示した図である。

【図１５】（ａ）は従来のＣＥＬＰの代表例として、確
率コードブックを適応コードブックと共に使用する符号
側のブロック図、（ｂ）は（ａ）で符号化された従来例
の復号側のブロック図である。

【符号の説明】

１…入力音声、２…線形予測分析器、３…重み付け合成
フィルタ、４…聴覚重み付けフィルタ、５、１１…差分
器、６、１５…確率コードブック、７、１７…適応コー
ドブック、８、９、１６、１８…ゲイン器、１０、１９
…加算器、１２…評価器、１３、２０…バッファ、１４
…合成フィルタ、２１…合成音声、２２…エネルギー計
算部、２３…探索回数セット部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力音声に対してフレームを線形予測分
析する線形予測分析手段と、サブフレーム毎に上記入力音声の特徴量を算出する算出
手段と、この算出手段で求められた上記サブフレーム毎の特徴量
を検出する検出手段と、音声中の雑音成分を格納する確率コードブックと、この確率コードブックと共に音声中のピッチ成分を検出
するピッチ検出手段と、上記確率コードブックからの音声信号と上記ピッチ検出
手段の信号と上記線形予測分析手段から求められた係数
とから音源信号を作成し、その音源信号から合成音声を
合成する合成フィルタと、この合成フィルタで合成された合成音声と上記入力音声
とを比較する比較手段とを具備し、上記確率コードブックは上記検出手段と上記比較手段の
状態によってその内容を適応的に変更して探索を適応的
に行うことを特徴とするコード駆動音源音声符号化装
置。