JPH0634198B2 - ピツチ予測音声符号化方法とそれを実現する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、音声信号の高能率符号化方法の改良に関す
る。

（従来の技術） 音声信号を８kb/s程度で符号化する方式としては、例え
ば特願昭58-139022号明細書（文献１）などに記載の
「ピッチ情報を用いるマルチパルス音声符号化法」が知
られている。第４図は文献１に記載の従来技術の動作原
理を説明するための図である。この方法では、ピッチ周
期毎に波形の繰り返しが見られる音声の有声区間（第５
図（ａ））ではパルスについてもある程度周期性が見ら
れる（第５図（ｂ））点に着目し、ピッチ構造をモデル
化するピッチ再生フィルタ５１と音源計算回路５０によ
り求めたパルス列とを用いて音源信号を表わしている。
そしてこのようにして求めた音源信号を合成フィルタ５
２にとうして音声を合成している。ここで合成フィルタ
の係数とピッチ再生フィルタの係数はフレーム区間（例
えば２０ｍsec程度）毎に原音声からもとめておく。パ
ルス列の振幅と位置は音源計算回路５０において、原音
声波形と合成音声波形との誤差に重みずけ回路５３を通
した重みずけ誤差電力を小さくするようにフレーム毎に
計算される。具体的なパルス計算法は前記文献１に説明
されているのでここでは説明は省略する。送信側ではピ
ッチ再生フィルタおよび合成フィルタの係数とパルス列
の振幅、位置をフレーム毎に符号化して伝送する。

（発明が解決しようとする問題点） 上に述べた従来例を用いると、８kb/s程度のビットレー
トで、ピッチ情報を用いないマルチパルス符号化法に比
べ音質の改善効果のあることが確認されている。しかし
ながら、従来例においては、フィルタのインパルス応答
を、ピッチ周期をも表現できる程度迄に長くしなければ
ならないため、パルスを探索するための演算量が非常に
多くなるという問題点があった。

（発明の目的） 本発明の目的は、少ない演算量で、８〜１６kb/s程度の
符号量で高品質な音声を再生できる音声符号化法の提供
にある。

（発明の構成） 本発明によれば、音声信号を入力しブロック化し、ブロ
ック化した音声信号に対しピッチ情報を抽出しピッチ予
測誤差をスペクトル分析し、前記ブロックを前記ブロッ
ク長よりも短いサブブロックに分割し、前記サブブロッ
クにおける音源パルス配分を決定し、前記音声信号を前
記サブブロック毎にピッチ予測した残差に対して前記サ
ブブロック毎にマルチパルス符号化を行い得られた音源
パルスを出力し、前記音源パルスから残差信号を作り前
記ピッチ予測に供し、前記ピッチ情報と前記スペクトル
分析結果と前記音源パルスを並べなおして出力する符号
化部と、前記ピッチ情報と前記スペクトル分析結果と前
記音源パルスとから前記音声信号を再生する復号部とを
有するピッチ予測音声符号化方法が得られる。

また本発明によれば、音声信号を入力しブロックに分割
するブロック化回路と、ブロック化された音声信号に対
しピッチ情報の分析を行い量子化するピッチ抽出回路
と、前記ピッチ情報に基づき前記ブロック化された音声
信号に対するピッチ予測誤差を求めそのスペクトル分析
を行う回路と、前記ピッチ予測誤差信号から前記ブロッ
クよりも短いサブブロックにおける音源パルスの個数を
推定する音源パルス配分回路と、前記サブブロック毎に
前記ピッチ情報に基づき再生信号からピッチ予測信号を
出力するピッチ予測回路と、前記ピッチ予測信号と前記
ブロック化された音声信号との差を求める減算回路と、
前記減算回路の出力に対し前記スペクトル分析の結果を
もとに前記サブブロック毎にマルチパルス符号化を行い
音源パルスを求めるパルス探索回路と、前記音源パルス
と前記スペクトル分析の結果から残差信号を求める波形
合成回路と、前記波形合成回路出力と前記ピッチ予測信
号とを加算し前記再生信号を作る加算回路と、前記ピッ
チ情報と前記スペクトル分析結果と前記音源パルスを並
べて出力するマルチプレクサとを有するピッチ予測音声
符号化回路が得られる。

さらに本発明によれば、ピッチ情報とスペクトル分析結
果と音源パルスを入力する回路と、前記音源パルスと前
記スペクトル分析結果とから残差信号を作る波形合成回
路と、前記ピッチ情報と前記残差信号とから音声信号を
再生する回路とを有する回路とを有するピッチ予測音声
復号装置が得られる。

（作用） 前述のように、音声信号には声帯の振動で起こる周期性
がはっきりと現れている。この周期性を利用すると音声
符号化の効率化が期待できる。本発明においては、ピッ
チ予測回路を設け、１周期前の信号（符号化の場合は再
生信号）から原信号を予測し、その残差をマルチパルス
音声符号化する。このとき、マルチパルス符号化はブロ
ック的に行われること、またそのブロックはある程度以
上大きくないと符号化効率が低下する。などいくつか解
決すべき点がある。その詳細については、次の実施例に
おいて述べる。

（実施例） 第１図と第２図は、本発明による符号化装置と復号装置
の実施例を示す図であり、第３図はその各部の波形であ
る。

端子１から入力された音声信号ｘはブロック化回路１０
０により、ある定まった大きさに分割され切り出される
（第３図の箱で囲んだ部分）。ピッチ抽出回路１１０は
信号ｘからピッチ周期（ピッチの繰り返し時間）とピッ
チ利得（ピッチの増大、減少を表わす値）を求め量子化
し出力する。ピッチ残差計算回路１２０は、ピッチ抽出
回路１１０で求めたピッチ周期とピッチ利得とからピッ
チ予測残差を求める。この残差信号は、一般的に、第３
図のｗで示すような波形になる。ＬＰＣ分析回路１３０
は残差信号ｗをもとにスペクトル分析の一つである線形
予測（ＬＰＣ）分析を行いPARCOR係数を求め量子化しＬ
ＰＣ係数として出力する。パルス位置推定回路１４０は
ＬＰＣ係数と残差信号ｗとから音源パルスを求め（第３
図ｖ）、サブブロックとしてピッチ周期と等しい長さに
区切り、区切られたそれぞれの間隔にパルスが何個有る
か数え（第３図ｖ′）、パルス探索回路２２０に入力す
る。なお、音源パルスを求めるには、マルチパルス符号
化法を用いればよい。マルチパルス符号化法におけるパ
ルス探索法については、特願昭57-231603号明細書（文
献２）に詳述されているので、ここでは説明を省く。

ピッチ予測回路２００は再生信号 を記憶しており、ピッチ抽出回路１１０で求められたピ
ッチ周期とピッチ利得から予測信号を出力する。この
動作は、１ピッチ周期前の にピッチ利得を乗じて予測信号を作る、というもので
ある。減算回路２１０は信号ｙから予測信号を引き、
信号ｙを作る。第３図では、１回目のピッチ区間という
ことでｙ(1)と表わしてある。パルス探索回路２２０で
は、ＬＰＣ分析回路１３０で求めたＬＰＣ係数と信号ｙ
とからマルチパルス符号化を行い音源パルスｚ(1)を出
力する。この動作は、文献２に示されているとうりであ
る。波形合成回路２３０は音源パルス（第３図ｚ(1)）
とＬＰＣ係数とから信号 を作る。加算回路２４０は信号 と信号の和を求め(1)を計算する。次にピッチ予測
回路２００は２番目のピッチ区間について処理を行い、
信号ｘ(2)、音源パルスｚ(2) を作る。この一連の動作を、ブロック化回路１００で一
つのブロックとされた信号全体を処理するように繰り返
す。

マルチプレクサ３００は、ピッチ抽出回路１１０で得ら
れたピッチ周期とピッチ利得、ＬＰＣ分析回路で得られ
たＬＰＣ係数、パルス探索回路で得られた音源パルスを
並べなおして、端子２から送信する。

復号装置においては、端子３から信号を入力し、デマル
チプレクサ４００でピッチ周期、ピッチ利得、ＬＰＣ係
数、音源パルスを分離し、波形合成回路５３０で信号 を作り、ピッチ予測回路５００の出力と信号 を加算回路５４０で加えて再生信号 を作り出す。この動作は、符号化装置の波形合成回路２
３０とピッチ予測回路２００と加算回路２４０とで実現
している動作とまったく同じである。バッファ回路６０
０は、ブロック毎に再生される信号をまとめて滑かに並
べ出力する回路である。

なお、以上の実施例において、パルス探索回路２２０に
おける処理単位をピッチ周期としたが、ピッチ周期より
短い間隔、あるいはあらかじめ決められた短い時間間隔
を処理単位としてもよい。また、パルス位置推定回路１
４０においてはマルチパルス符号化を行ってパルス数の
割当を行ったが、パルス化するのではなく、予測残差ｗ
の短時間平均電力をもとにパルス数の割当をしてもよ
い。また、スペクトル分析としてPARCOR係数を用いた
が、他のパラメータを用いてもよい。

（発明の効果） 以上述べたように、ピッチ予測しその残差について短い
処理単位でマルチパルス符号化を行うことにより、音質
が良く、演算量の少ない極めて効率的な音声符号化方式
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による符号化装置の実施例を示す図、第
２図は本発明による復号装置の実施例を示す図、第３図
は実施例における各部の波形、第４図は従来の実施例の
原理を示す図、第５図は従来の実施例を説明するために
用いた図である。 図において１、２、３、４は端子、１００はブロック化
回路、１１０はピッチ抽出回路、１２０はピッチ残差計
算回路、１３０はＬＰＣ分析回路、１４０はパルス位置
推定回路、２００はピッチ予測回路、２１０は減算回
路、２２０はパルス探索回路、２３０は波形合成回路、
２４０は加算回路、３００はマルチプレクサ、４００は
デマルチプレクサ、５００はピッチ予測回路、５３０は
波形合成回路、５４０は加算回路、６００はバッファ回
路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音声信号を入力しブロック化し、ブロック
   化した音声信号に対しピッチ情報を抽出しピッチ予測誤
   差をスペクトル分析し、前記ブロックを前記ブロック長
   よりも短いサブブロックに分割し、前記サブブロックに
   おける音源パルス配分を決定し、前記音声信号を前記サ
   ブブロック毎にピッチ予測した残差に対して前記サブブ
   ロック毎にマルチパルス符号化を行い得られた音源パル
   スを出力し、前記音源パルスから残差信号を作り前記ピ
   ッチ予測に供し、前記ピッチ情報と前記スペクトル分析
   結果と前記音源パルスを並べなおして出力する符号化部
   と、前記ピッチ情報と前記スペクトル分析結果と前記音
   源パルスとから前記音声信号を再生する復号部とを有す
   るピッチ予測音声符号化方法。
2. 【請求項２】音声信号を入力しブロックに分割するブロ
   ック化回路と、ブロック化された音声信号に対しピッチ
   情報の分析を行い量子化するピッチ抽出回路と、前記ピ
   ッチ情報に基づき前記ブロック化された音声信号に対す
   るピッチ予測誤差を求めそのスペクトル分析を行う回路
   と、前記ピッチ予測誤差信号から前記ブロックよりも短
   いサブブロックにおける音源パルスの個数を推定する音
   源パルス配分回路と、前記サブブロック毎に前記ピッチ
   情報に基づき再生信号からピッチ予測信号を出力するピ
   ッチ予測回路と、前記ピッチ予測信号と前記ブロック化
   された音声信号との差を求める減算回路と、前記減算回
   路の出力に対し前記スペクトル分析の結果をもとに前記
   サブブロック毎にマルチパルス符号化を行い音源パルス
   を求めるパルス探索回路と、前記音源パルスと前記スペ
   クトル分析の結果から残差信号を求める波形合成回路
   と、前記波形合成回路出力と前記ピッチ予測信号とを加
   算し前記再生信号を作る加算回路と、前記ピッチ情報と
   前記スペクトル分析結果と前記音源パルスを並べて出力
   するマルチプレクサとを有するピッチ予測音声符号化回
   路。
3. 【請求項３】ピッチ情報とスペクトル分析結果と音源パ
   ルスを入力する回路と、前記音源パルスと前記スペクト
   ル分析結果とから残差信号を作る波形合成回路と、前記
   ピッチ情報と前記残差信号とから音声信号を再生する回
   路とを有する回路とを有するピッチ予測音声復号装置。