JPH0668680B2 - 改善された多パルス線形予測符号化音声処理装置 - Google Patents

改善された多パルス線形予測符号化音声処理装置

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JPH0668680B2
JPH0668680B2 JP60501146A JP50114685A JPH0668680B2 JP H0668680 B2 JPH0668680 B2 JP H0668680B2 JP 60501146 A JP60501146 A JP 60501146A JP 50114685 A JP50114685 A JP 50114685A JP H0668680 B2 JPH0668680 B2 JP H0668680B2
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/04—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using predictive techniques
    • G10L19/08—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters
    • G10L19/10—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters the excitation function being a multipulse excitation

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音声解析に関し、特に線形予測音声パターン解
析器に関する。
線形予測符号化（LPC）は、低いビット速度で動作すべ
き、デジタル音声伝送、音声認識および音声合成におい
て広く用いられている。LPC装置の効率は、音声信号そ
のものを用いるのでなく、音声情報を符号化することに
よって得られている。この音声情報は、音道の形とその
励起に対応し、当業者には公知のように、その帯域幅は
音声信号の帯域幅より小さい。LPC符号化技術では、音
声パターンを５ないし20ミリ秒の一連の時間フレーム間
隔に分割する。音声信号は、このような時間間隔中では
準定常であり、少数のパラメータで規定できる簡単な音
道モデルによって特徴づけることができる。
時間フレームの各々について、一群の線形予測パラメー
タが作られ、これが音声パターンのスペクトルの内容を
表わす。このパラメータは、音道励起を表わす信号とと
もに、人間の音道をモデル化した線形フイルタに印加さ
れて、音声パターンが複製される。このような装置は米
国特許第3,624,302号に示されている。
LPC音声符号化および音声合成システムの音道励起で
は、有声音に対するピッチ周期信号、無声音に対する雑
音信号、および一連のLPCフレームの各々の音声の型に
対応する有声音−無声音信号を用いる。この励起信号の
構成を用いれば比較的遅いビット速度で音声パターンの
複製を発生できるが、再生音の明瞭度には限界がある。
あるフレームの音声パターンと、そのフレームのLPCパ
ラメータに応じて再生された音声パターンとの差に対応
する予測剰余励起信号を用いれば、音声品質を大幅に改
善することができる。しかし、予測剰余は、音声パター
ンの予測できない部分に相当するため、雑音のようなも
のである。従って、これを表現するには非常に高速のビ
ット速度を要する。米国特許第3,631,520号は予測剰余
励起を用いた音声符号化システムを示している。
最近開発された方式で、比較的低速のビット速度で高品
質の予測剰余符号化を実現しているものでは、あるフレ
ームの音声パターンに対応する信号が、そのフレームの
音声パターンに応じたLPCパラメータを表わす信号とと
もに作られる。フレームの音声パターン信号と、フレー
ムのLPCから得られた音声パターン信号の差に応動し
て、一連のLPCフレームの各々に対する所定のフォーマ
ットの多パルス信号が作られる。そのビット速度が制御
されない予測剰余励起と異なり、多パルス励起信号のビ
ット速度は、所定の伝送および蓄積の要求に合致するよ
うに選択される。予測ボコーダ型の方式とは異なり、明
瞭度は改善され、部分的有声間隔も正確に符号化され、
また有声音および無声音の区別も除去されている。
ピッチ周期当り約８パルスを持つ多パルス励起信号を用
いることにより、同等の予測剰余方式より低いビット速
度で適切な音声品質の得られることが明らかとなった。
しかし、音声パターンのピッチは、話し手によって大き
く変化する。特に、子供および成人女性の声のピッチ
は、成人男性の声のピッチよりはるかに高い。この結
果、すべての話者に対して高い音声品質を保とうとする
と、多パルス励起信号のビット速度はピッチとともに増
大してしまう。よって、適切な音声品質を得るために多
パルス励起を用いた音声処理におけるビット速度は話者
のピッチの関数になってしまう。本発明の目的は、音声
のピッチとは無関係に、励起信号のビット速度を減少し
た改善された音声パターン符号化方式を提供することに
ある。
発明の要旨 上記の目的は、所定のフォーマットの多パルス励起信号
の冗長性を除去することによって達成された。音声パタ
ーンのすべての部分についてある程度の冗長性が見られ
るが、特にその有声音部分で顕著である。よって、音声
の数フレームにわたる励起信号の冗長性を示す信号を符
号化し、符号化励起信号から低ビット速度の（冗長性を
減少させた）励起信号を形成するのに用いることができ
る。音声パターンを再生する場合には、冗長性を示す信
号が、冗長性を減少した符号化励起信号と結合されて、
適切な励起を行なうことができる。これにより、伝送路
のビット速度と符号化音声の蓄積に必要な容量が減少す
るという利点がある。
本発明は予測音声パターン符号化方式に適用され、音声
パターンがサンプリングされて、そのサンプルは一連の
時間フレームに分割される。各フレームに対して、フレ
ームサンプル信号に応動して一群の音声パラメータ信号
が作られ、また該フレーム予測パラメータ信号とフレー
ム音声パターンサンプル信号とに応動して、フレーム音
声パターンと音声パラメータ信号によって表わされるパ
ターンとの差を表わす信号が作られる。該フレーム音声
パラメータ信号と該フレーム差信号とに応動して第１の
信号が形成される。該フレーム音声パラメータ信号に応
動して第２の信号が作られ、また現フレームの音声パタ
ーンと先行するフレームの音声パターンとの類似性を表
わす第３の信号が作られる。第１、第２および第３の信
号のすべてに応動して、フレーム差信号に対応する所定
フォーマット信号が作られる。この所定フォーマット信
号に応動して第２の信号が修正される。
本発明の一つの特徴に従えば、音声パラメータ信号は予
測パラメータ信号であり、またフレーム差信号は予測剰
余信号である。
本発明の他の特徴に従えば、フレーム間の類似性に対応
する少なくとも１つの信号が各フレームに対して作ら
れ、フレームの音声パターンの複製が、所定フォーマッ
ト信号、フレーム間類似性信号、およびフレームの予測
パラメータ信号に応動して作られる。
図面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例である音声符号化装置のブロ
ック図であり、 第２図は第１図の装置で使用可能な処理回路のブロック
図であり、 第３図および第４図は第２図の処理回路の動作を示す流
れ図であり、 第５図は第１図の装置の複号器として使用可能な音声パ
ターン合成装置を示し、 第６図は本発明に従った音声処理を示す波形である。
詳細な説明 第１図は、本発明の一実施例である音声処理信号の一般
的なブロック図である。第１図で、話されたメッセージ
のような音声パターンがマイクロホン・トランスデュー
サ101で受信される。これに対応するアナログの音声信
号は、予測解析器110のフィルタ・サンプラ回路113によ
って帯域制限され、パルスサンプル列に変換される。こ
のフィルタにより、音声信号の4.0KHzより高い周波数成
分が除去され、またサンプリングは当業者には公知のよ
うに8.0KHzで行なわれる。サンプルのタイミングは、ク
ロック発生器103からのサンプルクロックSCによって制
御される。回路113からのサンプルの各々は、アナログ
・デジタル変換器115によって振幅を表わすデジタルコ
ードに変換される。デジタル符号化された音声サンプル
列は、予測パラメータ計算機119に印加されるが、この
計算機は、当業者には公知のように、音声信号を10ない
し20ms長のフレーム間隔に分割し、各フレームのＮ＞＞
Ｐ個の音声サンプルの予測短時間スペクトルを表わす線
形予測係数信号群ak,k＝1,2,…,pを発生する。Ａ／Ｄ変
換器115からの音声サンプルは、遅延117で遅延されて、
音声パラメータ信号akの形成に必要な時間を与える。遅
延されたサンプルは、予測剰余発生器118の入力に印加
される。予測剰余発生器は、当業者には公知のように、
遅延された音声サンプルと予測パラメータakとに応動し
て、これらの間の差に対応する信号を発生する。予測解
析器110において、各フレームに対する予測パラメータ
および予測剰余信号を形成する手法は、米国特許第3,74
0,476号に示された方法、あるいは当業者に公知の他の
方法にしたがって行なうことができる。予測パラメータ
信号akは短時間音声スペクトルを効率良く表わすことが
できるが、剰余信号は一般に各間隔において広範に、ま
た急速に変化し、多くの分野で不適切な大きなビット速
度となる。第６図の波形601は複数のフレームにわたる
典型的な音声パターンを示している。波形605は、前述
の特許に従った、音声パターン波形601に対する所定の
フォーマットの多パルス励起信号を示している。本発明
により、現在のフレームの励起信号と先行するフレーム
の励起信号との類似点が波形605の所定フォーマット多
パルス信号から除去された。この結果、多パルス信号の
ピッチ依存性が除去され、多パルス信号の振幅範囲が減
少した。本発明に従って処理した結果、冗長度を減少し
た波形610の多パルス信号が得られた。波形605と610を
比較することにより、改善の度合がわかる。波形615
は、波形610の励起信号、冗長パラメータ信号、および
予測パラメータ信号を用いて波形610を復元したパター
ンを示している。
各フレームに対する予測剰余信号dkおよび予測パラメー
タ信号akは、次のフレームの開始時において、回路110
（第１図）から励起信号形成回路120に印加される。回
路120は冗長度を減少した多要素励起コードECを発生す
る。このコードは各フレームに対して予め定めた数のビ
ット位置を持つとともに、各フレームに対する冗長パラ
メータコードγ,M＊を持つ。励起コードの各々は、フレ
ームの励起関数を表わす１≦ｉ≦Ｉのパルス列に対応
し、多フレームにわたる冗長性が除去されてピッチ非依
存性を持っている。フレーム内における各パルスの振幅
βｉおよび位置miは、γおよびＭ＊の冗長パラメータ信
号とともに励起信号形成回路内で決定され、励起信号を
冗長パラメータ信号および予測パラメータ信号と結合し
たときに音声信号フレームの復元が可能となる。βｉお
よびmi信号は、コーダ131で符号化される。γおよびＭ
＊信号はコーダ155で符号化される。これらの励起関連
信号は、マルチプレクサ135において、遅延された予測
パラメータ信号ａ′ｋと多重化され、音声パターンフレ
ームに対応して符号化されたデジタル信号となる。
励起信号形成回路120において、フレームの予測剰余信
号dkおよび予測パラメータ信号akは、それぞれゲート12
2および124からフイルタ121に印加される。各フレーム
の開始時において、フレームクロック信号FCがゲート12
2および124を開き、これによってフレームのdk信号がフ
イルタ121に、またフレームak信号がフィルタ121および
123に印加される。フィルタ121は、誤差信号の量子化ス
ペクトルがそのフオルマント領域に集中するように信号
dkを修正するよう構成されている。米国特許第4,133,97
6号で述べられているように、このフィルタ構成は、ス
ペクトルの信号エネルギーの高い部分の誤差をマスクす
る効果を持つ。
フィルタ121の伝達関数は、Ｚ変換の形式で、 と書ける。ただし、 であり、また ｋ＝1,2,……,K である。
予測フィルタ123は、計算機119からのフレーム予測パラ
メータ信号akと、励起信号形成器145からの所定フォー
マット多パルス励起信号ECに対応する励起信号ｖ（ｎ）
とを受信する。フィルタ123は式１の伝達関数を持って
いる。フィルタ121は、予測剰余信号に応動して荷重フ
レーム音声信号ｙを形成するが、フィルタ123は、多パ
ルス信号発生器127でフレーム間隔にわたって形成され
た多パルス励起信号に応動して荷重予測音声信号 を発生する。フィルタ121の出力は、 で与えられる。ただし、dkは剰余信号発生器118からの
予測剰余信号であり、hn-kはフィルタ121の応答に対応
している。フィルタ123の出力は で与えられる。信号ｙ（ｎ）および はフレーム相関信号発生器125に印加され、また現フレ
ームの予測パラメータakは多フレーム相関信号発生器14
0に印加される。
多フレーム相関信号発生器140は、現在のフレームの音
声パターンの先行するフレームのものに対する相関に対
応する多フレーム相関成分信号yp（ｎ）と、現在のフレ
ームの音声パターンの先行する励起への寄与に対応する
信号Ｚ（ｎ）と、現フレームの相関パラメータ信号γ
と、現フレーム相関位置信号Ｍ＊を形成する。信号Ｚ
（ｎ）は、線形予測パラメータ信号akに応動して、次式
に従ってその過去の値から作られる。
先行する複数のフレームにわたるサンプルの範囲Mminな
いしMmaxが定められる。信号 は、先行するフレームの励起を表わし、先行するフレー
ムの所定フォーマット多パルス信号から作られる。範囲
内にある各サンプルＭに対応して、信号 ｎ＝1,2,……,N が作られる。これはｍサンプル先行するフレームの励起
の寄与に対応する。信号 は、音声パターンの現在の値ｙ（ｎ）と、現在の音声パ
ターン値への過去の励起の寄与Ｚ（ｎ）およびサンプル
の相関要素の寄与γyp（ｎ）（Ｍ）Ｚ（n,M）の和との
間の差に対応しており、これが形成される。式（７）は
次のように表すことができる。
γ（Ｍ）によるＥ（γ,M）の微分をゼロと置くことによ
り、Ｅ（γ,M）を最小とするγの値は次のようになる。
Ｅ（γ,M＊）の最小値は、範囲Mmin≦Ｍ≦Mmaxにおいて
次式から最小信号Ｅ（Ｍ＊）を選択することによって得
られる。
γは、式（10）で選択された最小信号Ｅ（γ,M）に対応
するＭ＊の値を用いて式（９）から得ることができる。
信号 yp（ｎ）＝γ（Ｍ）＊Zp（n,M＊） （11） の多フレーム相関成分は、信号γおよびZp（n,M＊）か
ら得られる。
信号yp（ｎ）がフレーム相関信号発生器125に印加され
ると、信号 が、予測フィルタ121からの信号ｙ（ｎ），予測フイル
タ123からの信号 および多フレーム相関信号発生器140からの信号yp
（ｎ）に応動して作られる。ただし、 である。信号Ciqは、信号ｙ（ｎ）と、信号ｙ（ｎ）お
よびyp（ｎ）の組合せとの重みづきの差を表わしてい
る。処理装置125における信号yp（ｎ）の効果は、重み
づきの差から長時間の冗長性を除去することである。こ
の長期間冗長性は、一般に音声パターンのピッチ予測成
分に関連する。フレーム相関発生器125の出力は、現在
のフレームにおけるCiqの最大値とその位置ｑ＊を表わ
す。発生器127は、振幅が で、位置がmi＝ｑ＊であるパルスを発生する。信号βｉ
およびmiは、Ｉに至るまで繰り返して作られ、パルスを
励起信号形成器145を介してフィードバックすることに
よって発生する。
本発明に従えば、処理装置125の出力は、冗長度が減少
されており、この結果、多パルス信号発生器127から得
られる励起コードのダイナミックレンジも大きい。この
小さくなったダイナミックレンジは、第６図で波形605
および610を比較することによって示されている。さら
に、多パルス励起コードからピッチに関連する成分を除
去することにより、励起は入力音声パターンのピッチと
は実質的に無関係になっている。この結果、励起コード
のビット速度の大幅な減少が達成されている。
多パルス列βi,miから成る信号ECは、コーダ131からマ
ルチプレクサ135へ印加される。多パルス信号ECは、励
起信号形成器145にも印加され、そこで信号ECに対応す
る励起信号ｖ（ｎ）が作られる。信号ｖ（ｎ）は、予測
フィルタ123で作られた信号を修正して励起信号ECを調
節し、それによってフィルタ121からの荷重音声表示信
号とフィルタ123からの荷重人工音声表示信号との差を
減少している。
多パルス信号発生器127はフレーム相関信号発生器127か
らCiq信号を受信し、式14にあるように、最大の絶対値
とｉ番目のコード信号要素を持つCiq信号を選択する。
指標ｉがｉ＋１に増分され、予測フィルタ123の出力に
おける信号 が修正される。式４、５および６に従った処理が繰り返
されて、要素βi+1,mi+1が作られる。要素βI,mIの形成
が終了すると、要素βim1,β2m2,……，βImIを持つ信
号がコーダ131に送られる。当業者には公知のように、
コーダ131は要素βimiを量子化し、応用装置148に送出
するのに適した符号化信号に変換する。
第１図のフィルタ121および123の各々は、前述の米国特
許第4,133,976号で述べられている形式の再帰フィルタ
で構成することができる。発生器125,127および140、お
よび励起信号形成器145は、式４および６に従った処理
を行うよう構成した当業者には公知の処理装置、例えば
シー・エス・ピー社（C.S.PInc.）のマクロアリスメテ
ィック・プロセッサ・システム100），あるいは当業者
には公知の他の処理装置を用いて実現できる。あるい
は、このシー・エス・ピー社のシステムを用いて、上記
の発生および形成装置のすべての処理を行うこともでき
る。発生器140は式９−11の機能を行うのに必要な命令
群を永久的に蓄える読み出し専用メモリを持つ。処理装
置125は、式４に従ってCiq信号を形成するのを制御する
プログラム命令を永久的に蓄える読出し専用メモリを持
つ。処理装置127は、当業者には公知のように、式６に
従ってβｉおよびmiの信号要素を選択するプログラム命
令を永久的に蓄えるための読み出し専用メモリを持つ。
これらの読み出し専用メモリは、第２図に示したような
単一の処理装置に選択的に接続することもできる。
第３図は、各時間フレームに対する信号発生器125,127,
140および145の動作を示す流れ図を示している。第３図
において、hkインパルス応答信号は、式１の伝達関数に
従いフレーム予測パラメータakに応動してブロック305
で作られる。この計算は、待合せブロック303にあるよ
うに、第１図のクロック103からのFC信号が受信された
後で行われる。次に、多フレーム相関信号yp（ｎ）およ
び多フレーム相関パラメータ信号γおよびＭ＊の発生
が、ブロック306にあるように、多フレーム信号発生器1
40で行われる。ブロック306の動作については、第４図
の流れ図により詳細に示されている。
第１図および第４図において、先行する励起の寄与を表
わす信号Ｚ（ｎ）が予測パラメータ信号akに応動して式
１に従って多フレーム相関信号発生器140で作られて蓄
えられる（ブロック401）。ブロック405において、指標
ＭはMminにセットされ、最小誤差信号Ｅはゼロにセット
される。次に、ブロック410,415,420,425,430および435
を含むループが、範囲Mmin≦Ｍ≦Mmaxにわたって繰り返
され、最小誤差信号Ｅ（ｍ）および最小誤差信号の位置
が決定される。ブロック410では、先行するＭ個のサン
プルの励起に対する寄与が式6aおよび6bに従って計算さ
れる。現在のフレームの誤差信号が、ブロック415で作
られ、判定ブロック420において最小誤差信号Ｅ＊と比
較される。現在の誤差信号がＥ＊より小さければ、Ｅ＊
が入れ替えられ（ブロック420）、その位置ＭがＭ＊と
なり（ブロック425）、判定ブロック430に達する。そう
でないと、ブロック420から直接ブロック430に入る。サ
ンプル指標Ｍが増分され（ブロック435）、ブロック430
でサンプルMmaxが検出されるまで、ブロック410からブ
ロック435までのループが繰り返される。Ｍ＝Mmaxにな
ると、現フレームに対する相関パラメータγが式９に従
い、サンプルＭ＊を用いて作られ（ブロック440）、ま
た多フレーム相関信号yp（ｎ）がブロック445で作られ
る。信号γ,M＊およびyp（ｎ）は発生器440内に蓄えら
れる。要素指標ｉおよび励起パルス位置指標ｑはブロッ
ク307において１に初期化される。予測フィルタ121およ
び123から信号ｙ（ｎ）および が受信されると、信号Ciqがブロック309で作られる。位
置指標ｑがブロック311で増分され、次の位置のCiq信号
の形成が開始される。
励起信号要素ｉに対して処理装置125内でCiq信号が作ら
れたのち、処理装置127が駆動される。処理装置127内の
ｑ指標がブロック315において１に初期化され、ｉ指標
と処理装置125で作られたCiq信号とが処理装置127に送
られる。最大の絶対値をもつCiq信号に対応する信号 およびその位置ｑ＊がブロッア317においてゼロにセッ
トされる。ブロック319,321,323および325を含むループ
において、Ciq信号の絶対値が信号 と比較され、これらの絶対値の最大値が、信号 として蓄えられる。
処理装置125からCiq信号の処理が終わると、ブロック32
5からブロック327に入る。励起コード要素位置miがｑ＊
にセットされ、励起コード要素βｉの振幅が式６に従っ
て作られる。βimi要素は、ブロック328に示したよう
に、予測フィルタ123への出力であり、ブロック329で示
したように、指標ｉが増分される。このフレームのβIm
I要素が形成されると、このフレームに対する信号ｖ
（ｎ）が式6a（ブロック340）によって作られ、再び待
合せブロック303に入る。処理装置125および127は、次
のフレームのFCフレームクロックパルスが発生するまで
待合せ状態になる。
処理装置127の励起コードは、コーダ131にも印加され
る。このコーダは、処理装置127からの励起コードを、
ネットワーク140で用いるのに適した形式に変換する。
このフレームに対する予測パラメータ信号akは、遅延13
3を介してマルチプレクサ135に信号ak1として印加され
る。コーダ131からの励起コード信号ECSは、このマルチ
プレクサの他の入力に印加される。このフレームに対す
る多重化された励起および予測パラメータコードは、次
いで、応用装置148に送出される。
第２図に示したデータ処理回路は、第１図の励起信号形
成回路120の別の構成を取るものである。第２図の回路
は、フレーム予測剰余信号dkおよびフレーム予測パラメ
ータ信号akに応動して各フレームの励起コードβi,miお
よびフレームの冗長パラメータ信号γ,m＊を発生する。
第２図の回路は、前述のシー・エス・ピー社（C.S.P.,I
nc）のマクロアリスメティック・プロセッサ・システム
1000（Macro Arithmetic Processor system 1000）また
は、他の公知の処理装置で構成することができる。
第２図において、処理装置210は、音声パターンの各フ
レームの予測パラメータ信号akおよび予測剰余信号dkを
メモリ218を介して回路110から受信する。処理装置は、
予測フィルタ処理サブルーチン用読出し専用メモリ201,
多フレーム相関処理用読出し専用メモリ212,フレーム相
関信号処理用読み出し専用メモリ217,および励起処理用
読出し専用メモリ205に永久的に蓄えられた命令の制御
の下で、励起コード信号要素β1,m1,β2,m2,…，βI,
mI,および冗長パラメータ信号γおよびＭ＊を発生する
よう動作する。
処理装置210は、共通バス225,データメモリ230,中央処
理装置240,演算処理装置250,制御器インターフエイス22
0,および入出力インターフエイス260を含んでいる。当
業者には公知のように、中央処理装置240は制御器215か
らのコード命令に応動して、処理装置210の他の装置の
動作手順を制御する。演算処理装置250は中央処理装置2
40からの制御信号に応動して、データメモリ230からの
コード信号に演算処理を施す。データメモリ230は、中
央処理の指令に基づいて信号を蓄えるとともに、この信
号を演算処理装置250および入出力インターフエイス260
に供給する。制御器インターフエイス220は、読出し専
用メモリ201,205,212および217から制御器215を介して
中央処理装置240へのプログラム命令の通信リンクの役
割を果たし、また、入出力インターフエイス260は、信
号dkおよびakをデータメモリ230へ印加することを可能
とするとともに、出力信号βi,mi,γおよびＭ＊をデー
タメモリから第１図のコーダ131及び155へ供給する。
第２図の回路の動作は、第３図および第４図の流れ図に
示されている。音声信号の開始時において、第１図のク
ロック信号発生器103からの信号STが発生したのち、第
３図のブロック303からブロック305に入る。信号ｙ
（ｎ）および に対する予測フイルタのインパルス応答が、予測フイル
タ処理用ROM201からの命令の制御の下で処理装置240お
よび250でブロック305に示したように作られる。つぎ
に、ブロック306に入り、ROM212に蓄えられた命令に応
動して第４図の流れ図の動作が実行される。この動作に
より信号yp（ｎ），γ，およびＭ＊が作られるが、これ
については第１図に関連して述べたとおりである。信号
γおよびＭ＊は、入出力インターフエイス260の出力に
現れ、また、信号yp（ｎ）はデータメモリ230に蓄えら
れる。
ブロック306の動作が終了すると、制御器215はフレーム
相関信号処理ROM217を制御器インターフエイス220およ
びバス225を介して中央処理装置240に接続し、励起信号
指標ｉの現在の値に対する信号Ciq, およびｑ＊を、ブロック307ないし325で示すように生成
する。次に、励起信号処理ROM205が制御器215によって
計算機210に接続され、信号βｉおよびmiが、第１図に
関連して前述したように、ブロック327ないし333で作ら
れる。次いで、信号ｖ（ｎ）が、式6aにあるように、次
のフレームにおいてブロック340で使うために作られ
る。励起信号は、各フレームにおいて、ｉ＝1,2,……,I
に対して直列に作られる。励起信号βI,mIに対する第３
図の動作が終了すると、制御器215は、ブロック303で示
すように、第２図の回路を待ち状態に置く。
第２図の処理装置からのフレーム励起コードおよびフレ
ーム冗長パラメータ信号は、当業者には公知のように、
入出力インターフエイス260を介して第１図のコーダ131
および155に印加される。コーダ131および155は、前述
のように動作して、励起コードおよび冗長パラメータ信
号を量子化してフォーマットを定めて応用装置148へ供
給する。フレームの予測パラメータ信号akは、遅延133
を介してマルチプレクサ135の一つの入力に印加され、
コーダ131からのフレーム励起コードは、これと適切に
多重化される。
応用装置148は、通信システム、音声蓄積装置の文章メ
モリ、あるいは音声合成器で用いるための単語や音節等
を単位とするメッセージ要素の語彙あるいは完全なメッ
セージを蓄える装置等である。メッセージの単位が何で
あるにせよ、回路120からのクレームコードの列は、応
用装置148を経て、第５図に示したような音声合成器に
転送される。この合成器は、回路120からのフレーム励
起および冗長パラメータ信号コードと、フレーム予測パ
ラメータコードとを用いて、音声パターンを複製する。
第５図のデマルチプレクサ502は、一連のフレーム毎の
励起コードEC,冗長パラメータコードγ,M＊および予測
パラメータakを分離する。励起コードは、デコーダ505
によって励起パルス列に複号されたのち、励起信号形成
器510の加算回路511の一つの入力に印加される。デコー
ダ506で作られるγ,M＊信号は、励起信号形成器510内の
予測フイルタ513に印加される。この予測フイルタは、
当業者には公知のように動作し、加算器511の出力を信
号γおよびＭ＊と結合し、フレームの励起パルス列を発
生する。フイルタ513の伝達関数は、 である。信号Ｍ＊は、冗長性の減少した励起パルス列を
遅延させ、信号γが冗長性の減少した励起パルス列の振
幅を修正して、フレームの多パルス励起信号が励起信号
形成器510の出力で復元される。
励起信号形成器510の出力からのフレーム励起パルス列
は、音声合成フイルタ514の励起入力に印加される。デ
コーダ508で複号された予測パラメータ信号akは、フイ
ルタ514のパラメータ入力に印加される。フィルタ514は
励起および予測パラメータ信号に応動し、当業者には公
知のように、フレーム音声信号のデジタル符号化された
複製を形成する。Ｄ／Ａ変換器516は、符号化された複
製をアナログ信号に変換し、これが低域フイルタ518を
通過した後で、トランスデューサ520によって音声パタ
ーンに変換される。
種々の変形が可能である。たとえば、上記の実施例で
は、線形予測パラメータと予測剰余を用いている。線形
予測パラメータは、フオルマントパラメータあるいは当
業者には公知の他の音声パラメータと置き換えることも
できる。
以上、本発明の目的構成・効果について詳細な説明を行
ってきたが、最後にあたり本発明の端的かつ明確な把握
に資することを目的として本発明に係る音声処理装置の
動作原理、特徴及び作用効果についてまとめておく。
《本発明の音声処理装置の動作原理及び作用効果につい
て》 一般に多パルス技術とは、信号をパルス系列で表わす手
法であり、パルス系列における各パルスは振幅及びそれ
と関連づけられる位置を有している。各パルスの振幅と
位置がデコーダ（復合器）に送信されると、復号器では
アナログ信号が再構築される。
従って、現フレームを表わすパルスの振幅及び位置と先
行するフレームを表わすパルスの振幅及び位置との間の
類似性がとり除かれれば、（送信され得る）冗長度の減
少した多パルス信号波形（例えば、第６図の波形610）
を得ることが可能となる。類似性の除去は、例えば、多
フレーム相関信号発生器140及び励起信号形成器145（両
方とも従来の符号器には含まれていない）からの支援を
得て成し遂げられる。言い換えると、発生器140及び形
成器145が本発明固有の構成要素である。多フレーム相
関信号発生器140と励起信号形成器145の両方を含む符号
化システムが第１図に示されている。
上述した類似性の除去の効果及び送信されるべき結果と
しての多パルス信号の実例は、本発明を明確にする助け
になろう。第６図において、波形601は複数個のフレー
ムにわたる音声パターンの例を、又波形605はその複数
フレームを表わす多パルス信号波形を示している。この
波形信号は、従来よりよく知られている方法で発生し得
るものである。波形610は、本発明に従って発生された
複数フレームを表わす冗長度が減少された多パルス信号
波形を示している。波形615は、冗長度の減少した多パ
ルス信号波形610、冗長度パラメータ信号（γ及び
Ｍ＊）及び予測パラメータ信号akを用いて得られた元の
波形パターン601のレプリカ（複製）を示している。こ
のようにして波形605とパルス振幅（βｉ）及びその位
置（mi）の組の波形610両方が表わされるが、波形610に
より符号化ビットを少なく保ちつつ（波形615において
示されるような）良好な結果がもたらされるでろうこと
がわかる。
波形610を符号化するのに必要となるビットは、冗長度
の減少した多パルス信号波形610における各パルスの振
幅（βｉ）及び位置（mi）を表わすのに用いられる。こ
れらのビットは多パルス信号発生器127によって出力さ
れた符号化器に印加される。符号化器は利用装置148
（例えば、復号器）に符号化された信号を送信するマル
チプレクサ（多重化器）135と通信をする。このように
して、波形610における冗長度の減少により、より少な
いビット数での符号化が達成される。（11）式に従って
発生されるyp（ｎ）は、多フレーム相関信号発生器140
によって決定される。yp（ｎ）は、相関信号発生器125
に送られる。フレーム相関信号発生器125上のyp（ｎ）
の効果は、符号化されるべき信号から長い期間の冗長性
を取り除くことである。これらの以前の振幅及び位置
は、励起信号形成器145を介して多フレーム相関信号発
生器140へと受け渡し（リレイ）される。このように、
多フレーム相関信号発生器140は、それが信号（例え
ば、yp）をフレーム相関信号発生器（その発生信号は長
期間冗長性がとり除くのに用いられる）へと送ることの
できる以前の多パルス系列についての十分な情報を有し
ている。
次に、（他の構成要素に加えて）yp（ｎ）を発生する手
法について説明する。第６図において、波形610は（1
1）式乃至（14）式に従う方法ステップの適用を介して
発生することができる。
多フレーム相関信号発生器140は、yp（ｎ）を発生する
よう動作する。そのためには、まず（６）式に従ってＺ
（ｎ）を発生せねばならない。このステップは第４図の
ブロック401としても示されている。Ｚ（ｎ）は現フレ
ーム音声パターンの先行する励起の寄与度に相当するも
のである。
Ｚ（ｎ）は（６）式に示されるようにbkに依存し、bkは
（２）式に示されるようにakに依存する。akは、LPC計
算器119において発生されるフレーム予測パラメータ信
号を表わす。従って、Ｚ（ｎ）はakに依存することとな
る。
Ｚ（ｎ）は、多フレーム相関信号発生器140から出力さ
れない。その代わりに６〔ａ〕式乃至（11）式に従って
yp（ｎ）を形成するのに用いられる。このプロセスは以
下のように記述される。
多フレーム相関信号発生器140は、（１）式に従ってyp
（ｎ）を形成するが、yp（ｎ）の計算は、第４図のブロ
ック445として示されてもいる。yp（ｎ）は先行するフ
レーム（複数）に対する現フレームの音声パターンの相
関に相当する。yp（ｎ）は、（９）式に記載されるγ及
び６〔ｂ〕式に記載されるZp（n,M）に依存する。Zp
（n,M）は、励起信号形成器145において発生され、かつ
６〔ａ〕式において記載されるＶ（ｎ）に依存する。γ
は、現フレームの相関パラメータ信号であり、Ｍは現フ
レームの相関位置信号である。
上述したように一旦yp（ｎ）が計算されると、それはフ
レーム相関信号発生器125へと送られる。（12）式を介
してフレーム相関信号発生器は、yp（ｎ）を用いて信号
ｙ（ｎ）と信号 及びｙ（ｎ）の結合との間の差であって重みづけられた
差を表わす信号Ciqを計算する。フレーム相関信号発生
器125は、また 及びｙ（ｎ）を用いてCiqをも発生する。
及びｙ（ｎ）はそれぞれ予測フィルタ121及び123におい
て発生され、（12）式に示されるようにyp（ｎ）は重み
づけられた差から長時間冗長性をとり除く効果を有す
る。
上述したように、多パルス信号発生器127は、信号Ciqを
用いて多パルス信号を決定する。各パルスの振幅は、
（14）式に従って決定され、各パルスの位置はmiによっ
て決定される。
以上、フレーム相関信号発生器と協同して動作する多フ
レーム相関信号発生器における信号処理に着目して本発
明の動作を説明した。
本発明の作用効果は、要するに（従来の方法に比較し
て）非常に少ないビットを用いて音声信号を表わすこと
ができるということである。そしてこの作用効果は、
（上述したように）他の構成要素とともに本発明の固有
の要素としての多フレーム相関信号発生器140及びフレ
ーム相関信号発生器125の手段を用いることによって達
成されるものである。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】音声パターンに応動して該音声パターンの
    一連のサンプルに対応する信号系列を発生する手段（11
    3）、 該音声パターンサンプル信号に応動して該音声パターン
    サンプル信号を一連の時間フレームに分割する手段（11
    5）、および 該音声パターンの一連のフレームに対してフレーム音声
    パターンを符号化するための手段とを含み、該符号化す
    るための手段が、 該フレーム音声パターンサンプル信号に応答して該フレ
    ーム音声パターンを表わす音声パラメータ信号の群を発
    生する手段（119）、 該フレーム音声パラメータ信号および該フレーム音声パ
    ターン信号に応答し該フレーム音声パターンと該フレー
    ム音声パラメータ信号が表わすパターンとの差を表わす
    信号を発生する手段（118）、 該フレーム音声パラメータ信号および該フレーム音声パ
    ターン差信号に応答して第１の信号を発生する手段（12
    1）、および 該音声パラメータ信号に応答して第２の信号を発生する
    手段（123）とを含む音声パターンを符号化するための
    装置において、 該音声パラメータ信号に応答して現フレームの音声パタ
    ーンと先行するフレームの音声パターンとの類似性を示
    す第３の信号を形成する手段（140）、 フレームの該第１、第２および第３の信号に応答してフ
    レーム音声パターン差信号を表わす所定フォーマット信
    号を発生する手段（125,127）および 該所定フォーマット信号に応答して該第２の信号を修正
    する手段（145）とを含むことを特徴とする音声パター
    ン符号化装置。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載の装置において、 該音声パラメータ信号が予測パラメータ信号であり、ま
    た該フレーム音声パターン差信号がフレーム予測剰余信
    号であることを特徴とする音声パターン符号化装置。
  3. 【請求項３】請求の範囲第２項に記載の装置において、 該第３の信号を形成する手段が、現在および先行する音
    声パターンフレームの該予測パラメータ信号に応答して
    先行する音声パターンフレームから予測可能な現フレー
    ムの音声パターンの成分を表わす信号を発生する手段
    （212）を含むことを特徴とする音声パターン符号化装
    置。
  4. 【請求項４】請求の範囲第３項に記載の装置において、 該所定のフォーマット信号を発生する手段が、該現フレ
    ーム予測可能成分信号を該第２の信号と結合する手段
    と、該第１の信号と該結合された該第２の信号および該
    現フレーム予測可能成分信号との差を表わす信号を形成
    する手段とを含むことを特徴とする音声パターン符号化
    装置。
  5. 【請求項５】請求の範囲第４項に記載の装置において、 該第３の信号を形成する手段が、さらに該現在および先
    行するフレーム予測パラメータ信号に応答してフレーム
    予測可能成分を特徴づける少なくとも一つの信号を発生
    する手段を含むことを特徴とする音声パターン符号化装
    置。
  6. 【請求項６】請求の範囲第５項に記載の装置において、 該第２の信号を修正する手段が、該所定フォーマット信
    号に応答して現フレーム予測剰余信号に対応する信号を
    形成する手段と、該現フレーム予測剰余信号に対応する
    信号を該第２の信号と結合して現フレーム予測剰余に対
    応する信号を形成する手段とを含むことを特徴とする音
    声パターン符号化装置。
  7. 【請求項７】請求の範囲第1,2,3,4,5または６項に記載
    の装置において、 該所定フォーマット信号および該予測可能成分を特徴づ
    ける信号を用いて該フレーム音声パターンの複製を作成
    する手段を含むことを特徴とする音声パターン符号化装
    置。
  8. 【請求項８】時間フレームの一群の音声パラメータ信号
    と第１の符号化励起信号と第２の符号化励起信号とから
    なる一連の音声メッセージ時間フレーム信号を受信する
    手段（502）、 該第１および第２の符号化励起信号に応答してこのフレ
    ームに対する音声メッセージ励起を表わす信号を発生す
    る手段（510）、および 該フレーム音声パラメータ信号および該フレーム励起を
    表わす信号の両方に応答して該音声メッセージに対応す
    る音声パターンを発生する手段（514）とを含む音声メ
    ッセージを発生するための音声処理装置において、 前記フレームに対して該第１および第２の符号化励起信
    号の形成が、 音声パターンの一連のサンプルに対応する信号系列を発
    生するステップ、 音声パターンサンプル信号を一連の時間フレームに分割
    するステップを含み、さらに 該音声パターンの一連のフレームの各々について 該フレームサンプル信号に応答してフレーム音声パター
    ンを表わす一群の音声パラメータ信号を発生するステッ
    プ、 該フレーム音声パラメータ信号と該フレーム音声パター
    ンサンプル信号とに応答し該フレーム音声パターンとフ
    レーム音声パラメータ信号パターンとの差を表わす信号
    を発生するステップ、 該フレーム音声パラメータ信号と該フレーム音声パター
    ン差信号とに応答して第１の信号を発生するステップ、 該フレーム音声パラメータ信号に応答して第２の信号を
    発生するステップ、 該フレーム音声パラメータ信号に応答して現フレームの
    該第１の信号と先行するフレームの該第１の信号との類
    似性を表わす第３の信号を形成するステップ、 該フレームに対して現フレームの音声パターンと該先行
    するフレームの音声パターンとの該類似性を特徴づける
    少なくとも一つの信号を発生するステップ、 該フレームの該第１、第２および第３の信号に応答して
    該フレーム音声パターン差信号を表わす所定フォーマッ
    ト信号を発生するステップ、 該所定フォーマット信号に応答して該第２の信号を修正
    するステップ、 該所定フォーマット信号に応答して該第１の符号化励起
    信号を発生するステップ、 該フレーム類似性特徴づけ信号に応答して該第２の符号
    化励起信号を発生するステップを含むことを特徴とする
    音声処理装置。
  9. 【請求項９】請求の範囲第８項に記載の装置において、 該音声パラメータ信号が予測パラメータ信号であること
    と、該フレーム差に対応する信号を発生するステップが
    該フレーム音声パターン信号と該フレーム予測パラメー
    タ信号とに応答して予測剰余を表わす信号を含むことを
    特徴とする音声処理装置。
JP60501146A 1984-03-16 1985-03-08 改善された多パルス線形予測符号化音声処理装置 Expired - Lifetime JPH0668680B2 (ja)

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US06/590,228 US4701954A (en) 1984-03-16 1984-03-16 Multipulse LPC speech processing arrangement
US590228 1984-03-16
PCT/US1985/000396 WO1985004276A1 (en) 1984-03-16 1985-03-08 Multipulse lpc speech processing arrangement

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JPH0668680B2 true JPH0668680B2 (ja) 1994-08-31

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