JPH0675240B2 - 信号をコーディングし、デコードし、分析し、そして合成するための装置と方法 - Google Patents

信号をコーディングし、デコードし、分析し、そして合成するための装置と方法

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JPH0675240B2
JPH0675240B2 JP5057308A JP5730893A JPH0675240B2 JP H0675240 B2 JPH0675240 B2 JP H0675240B2 JP 5057308 A JP5057308 A JP 5057308A JP 5730893 A JP5730893 A JP 5730893A JP H0675240 B2 JPH0675240 B2 JP H0675240B2
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B1/66—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission
    • H04B1/667—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission for reducing bandwidth of signals; for improving efficiency of transmission using a division in frequency subbands
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L25/00—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00
    • G10L25/27—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00 characterised by the analysis technique

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は一般に信号をコ―ディングしデ
コ―ドするための装置と方法に関し、特にアナログ音声
信号を分析して合成するための装置と方法に関するもの
である。
【０００２】
【先行技術と背景の議論】信号、特にアナログ音声信号
は、種々の利用のためにコ―ド化される。たとえば、多
くの応用において、音声信号処理はバンド幅制限プロセ
スである。したがって、元のアナログ音声信号は通常は
その信号を圧縮するためにコ―ド化され、すなわち高品
質の信号を再構成するためには処理される必要のない元
の音声信号中の冗長情報を除去するためにコ―ド化され
る。圧縮された信号は次にたとえばバンド幅制限された
通信デ―タリンクへ伝送されるか、または制限された記
憶容量のメモリ内へストアされて、そして最後に信号を
再構成するためにデコ―ドされ得る。一般に、信号分析
は全体的なプロセスであり、そのプロセスによって元の
信号はその元の信号によって運ばれるほとんどの情報を
有する圧縮された信号へ変換される。信号合成は、圧縮
された信号から元の信号を再構成するために用いられる
全体的なプロセスである。
【０００３】アナログ音声信号の圧縮のために一般に用
いられる２つのディジタルコ―ディング技術は、（１）
パラメトリックコ―ディングと（２）波形コ―ディング
である。パラメトリックコ―ディング技術の１つの例は
線形予測コ―ディングであり、アナログ音声信号の波形
はフィルタの出力として形成され、そのフィルタはピッ
チパルスとして知られる疑似周期的列のインパルスと
“ホワイトノイズ”シ―ケンスとの線形結合によって励
起される。すなわち、アナログ音声信号を表わすために
用いられるパラメ―タはフィルタの係数，ピッチパルス
の周期，ピッチパルスの振幅，およびホワイトノイズの
エネルギなどの値であって、それらはすべて伝送される
かまたはディジタル的にストアされ得る。音声信号を表
わすためにこれらのパラメ―タを用いることによって、
音声処理に必要なデ―タ速度または秒あたりのビット数
（bps ）、すなわちバンド幅は著しく減少され得る。た
とえば、８００bps 〜２４００bps のような低いデ―タ
速度が線形予測コ―ディング機構を用いて達成され得
る。しかしながら、デ―タ速度は遅いが、これらのパラ
メ―タから再構成された音声信号も好ましからざるほど
遅い。再構成された音声は明瞭であるが自然な響きでは
ない。
【０００４】波形コ―ディングは、信号を圧縮するため
に数サンプル離れた音声サンプル間のみならず波形の近
接する音声サンプル間の相互関係を利用する。一般に、
波形コ―ディングはアナログ音声信号のサンプリング，
サンプルされた信号の量子化とアナログディジタル（Ａ
／Ｄ）変換，およびそれらのＡ／Ｄ変換された信号を互
いに相関させることを含み、それによって、冗長情報を
持たないそれらのＡ／Ｄ変換された信号のみを伝送また
はストアする。約３．４ kＨz の最大周波数を有する音
声信号のために、サンプリングは通常は８ kＨz の速度
で起こる。知られているように、信号の量子化と変換は
たとえば秒あたり１６〜３２k ビットの高ビット速度で
動作する波形コ―ダを用いて行なわれ、変換された信号
の波形内への“量子化ノイズ”または歪の導入を最小に
する。多くの異なった波形コ―ディングシステムが存在
し、デルタ変調（ＤＭ），適応デルタ変調（ＡＤＭ），
差動パルスコ―ド変調（ＤＰＣＭ），適応差動パルスコ
―ド変調（ＡＤＰＣＭ），およびベクトル量子化（Ｖ
Ｑ）などを採用した波形コ―ダを有するシステムがあ
る。波形コ―ディングは高品質の音声を再構成できる利
点を有しているが、秒あたり１６〜３２k ビットまたは
それより高い範囲におけるバンド幅を犠牲にしている。
秒あたり１６k ビット以下のデ―タ速度において、再構
成された音声信号の品質は低いものである。これは、ア
ナログ信号を量子化して変換するために遅いビット速度
で動作する波形コ―ダから生じ、それはＡ／Ｄ変換され
た音声信号内へ量子化ノイズを導入する。
【０００５】
【発明の概要】本発明の目的は元の信号をコ―ディング
してデコ―ドするための新規な装置と方法を提供するこ
とである。
【０００６】本発明のもう１つの目的は元の信号を分析
して構成するための新規な装置と方法を提供することで
ある。
【０００７】本発明のさらにもう１つの方法は元の信号
をかなり圧縮することであり、一方、その圧縮された信
号から元の信号が高品質で再構成される。
【０００８】本発明の付加的な目的，利点，および新規
な特徴は一部が以下の記述において説明され、一部は以
下を調べることによって当該分野に習熟した人達に明ら
かとなり、または発明の実行によって知ることができよ
う。本発明の目的や利点は、添付された請求の範囲に特
に指摘された手段と組合せによって実現されて得られよ
う。
【０００９】
【発明の説明】本発明の目的と一致する前述のおよび他
の目的を達成するために、ここで実施されかつ概略述べ
られるように、本発明の１つの態様は或る波形を有する
元の信号をコ―ディングするための装置であって、その
装置は歪を有するコ―ド化された信号を生じるように或
る速度で波形をコ―ド化するための手段，そのコ―ド化
された信号に応答して歪を減衰させる手段，第１のデ―
タを有する波形コ―ディング手段，および元の信号を再
構成するために第２のデ―タを有する減衰手段を備えて
いる。
【００１０】好ましくは、減衰手段はフィルタを含んで
いて、そのフィルタが有するフィルタ係数の値は第２の
デ―タである。また好ましくは、波形をコ―ディングす
る手段は低ビット速度で動作する波形コ―ダであって、
それはコ―ド化された信号内に量子化ノイズまたは歪を
導入する。
【００１１】もう１つの態様において、本発明は或る波
形を有する元の信号をコ―ディングするための方法であ
って、歪を有するコ―ド化された信号を生じる或る速度
で波形をコ―ディングすることと、そのコ―ディングに
応答して第１の波形コ―ディングデ―タを与えること
と、そのコ―ド化された信号の歪を減衰させることと、
さらにその減衰に応答して第２の減衰デ―タを与えるこ
とを含み、第１の波形コ―ディングデ―タと第２の減衰
デ―タは元の信号を再構成するための情報を有してい
る。好ましくは、減衰のステップはコ―ド化された信号
をフィルタでフィルタリングすることを含み、コ―ディ
ングのステップは低ビット速度で波形をコ―ディングす
ることを含む。
【００１２】本発明のその他の態様は、元の信号を再構
成するために上述のデ―タをデコ―ドするための装置と
方法を含む。本発明のさらに他の態様は、元の信号を分
析して合成するために上述のコ―ディングとデコ―ディ
ングの原理を実行する全体的な装置を含む。
【００１３】
【得られる利益と利点の説明】本発明は元の信号をかな
り圧縮するために波形コ―ディングとパラメトリックコ
―ディングの特徴を組合わせ、それによってバンド幅要
件を減少させ、一方、元の信号を高品質で再構成するこ
とができる。
【００１４】
【好ましい実施例の説明】ここで、本発明の好ましい実
施例が詳細に参照され、一例が添付された図面に図解さ
れている。
【００１５】図１（Ａ）は、波形Ｗ1 を有する元の入力
信号ＳN をコ―ディングする一般的な原理を説明するた
めに、信号を圧縮する装置１０を図解している。本発明
のコ―ディング原理は種々の入力信号ＳN へ適用し得る
が、本発明はたとえば３．４kＨz の最大周波数を有す
るアナログ音声信号ＳN に関連して述べられる。装置１
０は、波形Ｗ2 を有するコ―ド化された信号ＹN を生じ
るために、音声信号Ｓ N の波形Ｗ1 をコ―ディングする
手段１２を含む。波形コ―ディング手段１２は従来の波
形コ―ダ１４を含み、それはデルタ変調（ＤＭ），適応
デルタ変調（ＡＤＭ），差動パルスコ―ド変調（ＤＰＣ
Ｍ），適応差動パルスコ―ド変調（ＡＤＰＣＭ），およ
びベクトル量子化（ＶＱ）のような多くの波形コ―ディ
ング技術の任意の１つを利用することができる。
【００１６】通常、波形コ―ダ１４は、それが秒あたり
１６〜３２k ビットの範囲内で動作するときには、コ―
ド化された信号ＹN 内へ量子化ノイズまたは歪をかなり
導入することなく音声信号ＳN をエンコ―ドすることが
できる。しかし、本発明によれば、音声信号ＳN は秒あ
たり４．４k または８．７k のような秒あたり１６kビ
ット以下の低ビット速度で波形コ―ダ１４を動作させる
ことによって信号ＹNを生じるようにエンコ―ドされ
る。低ビット速度でのこのエンコ―ディングの結果、コ
―ド化された信号ＹN の波形Ｗ2 は信号ＳN の波形Ｗ1
の周期性についての情報を有しているが、コ―ド化され
た信号ＹN の波形Ｗ2 の短時間のスペクトルは波形コ―
ダ１４によって導入された量子化ノイズによる歪を有し
ている。好ましくは、波形コ―ダ１４はＡＤＰＣＭ方法
と、それぞれのフレ―ム時間の音声信号ＳN のサンプル
のＡ／Ｄ変換ブロックとを用い、これはさらに述べられ
る。たとえば、８ kＨz でのＡ／Ｄサンプリングにおい
て、３０ミリ秒のフレ―ム時間内にサンプルあたり１２
ビットで２４０サンプルが存在し得る。
【００１７】装置１０は波形コ―ダ１４によってコ―ド
化された信号ＹN 内へ導入される歪を減衰させる手段１
６をも含む。減衰手段１６はＭ＋１のフィルタ係数を有
するスペクトル整形フィルタ１８を含み、それは好まし
くは適応性あるものであり、これはさらに述べられる。
１つの特定的な例として、適応フィルタ１８は従来の有
限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタでよい。
【００１８】適応スペクトル整形フィルタ１８の出力は
減衰させられた音声信号／ＳN であり、それは１つの入
力として加算器２０へ供給され、その加算器はもう１つ
の入力として元の音声信号ＳN を受取る。信号ＳN と信
号／ＳN 間の差であるエラ―信号ＥN は加算器２０の出
力に発生し、次にそれは平均化されたエラ―信号／Ｅ 2
N を生じるために平均化回路２４へ供給される。オンオ
フスイッチ２６はたとえば３０ミリ秒のフレ―ム時間で
その平均化されたエラ―信号／Ｅ2 N をサンプルするよ
うに動作させられる。サンプルされた平均エラ―信号／
Ｅ2 N は次に適応スペクトル整形フィルタ１８へ供給さ
れる。サンプルされた平均エラ―信号／Ｅ2 N に応答し
て、適応スペクトル整形フィルタ１８のＭ＋１のフィル
タ係数は、信号ＹN 中の歪をさらにフィルタしてエラ―
信号ＥNを最小にする目的のために変えられる。
【００１９】数学的に、装置１０は以下の式に従って動
作する。エラ―信号ＥN は次のように定義される。
【００２０】ＥN ＝ＳN −／ＳN …（１） ここで／ＳN は次のように定義される。
【００２１】
【数１】
【００２２】１フレ―ム時間のエラ―信号ＥN の全体平
均は次式に等しい。
【００２３】
【数２】
【００２４】ここで、ＡK （Ｋ＝０，１，２，…Ｍ）は
Ｋ番目のフィルタ係数の値であり、Ｍ＋１はフィルタ１
８のフィルタ係数の数である。
【００２５】したがって、たとえば上述のような２４０
サンプルの１フレ―ム時間におけるエラ―信号ＥN の全
体平均は次のようである。
【００２６】
【数３】
【００２７】そして、信号／Ｅ2 N を最小にするため
に、フィルタ係数に関する信号／Ｅ2 N の導関数は次の
ようにとられる。
【００２８】 δ（／Ｅ2 N ）／δＡK ＝０； Ｋ＝０，１，…Ｍ …（５） この最小化において、すべてのフィルタ係数は適応スペ
クトル整形フィルタ１８がコ―ド化された信号ＹN 内の
歪をほとんどフィルタするようなそれぞれの値Ａ0 , Ａ
1 , Ａ2 , …ＡM を持つ。
【００２９】さらに、従来のフィルタ設計のように、適
応スペクトル整形フィルタ１８のフィルタ係数のすべて
の値Ａ0 , Ａ1 , Ａ2 , …ＡM は次式で示され得る。
【００３０】ＲYYＡ＝ＲYS …（６） ここで、ＲYYは自己相関成分であって、ＲYSは相互相関
成分であり、それぞれ次のように定義される。
【００３１】ＲYY（Ｋ）＝Ｅ（ＹN ＹN-K ） …
（７） ＲYS（Ｋ）＝Ｅ（ＳN ＹN-K ） …（８） フィルタ係数のすべての値Ａ0 , Ａ1 , Ａ2 , …ＡM は
次のようなマトリックスで与えられる。
【００３２】Ａ＝［Ａ0 Ａ1 …ＡM ］T …（９） ここで、Ｔは転置を意味する。
【００３３】また、自己相関成分ＲYYも次のマトリクス
形式で与えられる。
【００３４】
【数４】
【００３５】同様に、相互相関成分ＲYSは次のように与
えられる。 ＲYS＝［ＲYS（０）ＲYS（１）…ＲYS（Ｍ）］T …（１１） さらに述べられるように、波形コ―ダ１４は或る波形コ
―ディングデ―タを有しており、フィルタ１８はフィル
タ係数デ―タ、すなわちＭ＋１のフィルタ係数の値
Ａ0 , Ａ1 ，…ＡM を有しており、それらは高品質で音
声信号ＳN の再構成において用いるために伝送されまた
はメモリ（図示せず）内へストアされ、一方、低ビット
速度でバンド幅制限されたシステムが用いられる。フィ
ルタ係数デ―タを伝送またはストアする代わりとして、
相互相関成分の値ＲYS（０），ＲYS（１），…Ｒ
YS（Ｍ）は後述されるように伝送またはストアされ得
る。これも後述されるように、装置１０で実施化された
本発明のコ―ディング原理は、全体的な音声信号の分析
と合成の装置を実施するために用いることができる。
【００３６】図１（Ｂ）は元の信号ＳN を再構成するた
めの本発明の一般的なデコ―ディング原理を説明する１
つの装置２８を図解している。装置２８は、歪を有する
コ―ド化された信号ＹN を生じるために、上述の波形コ
―ディングデ―タを反転波形コ―ディングする手段３０
を含んでいる。手段３０は好ましくは秒あたり４．４k
または８．７k ビットのような秒あたり１６k ビット以
下の低ビット速度で動作する反転ＡＤＰＣＭ波形コ―ダ
３２を含んでいる。装置１０は、たとえば上述のフィル
タ係数デ―タのような或るデ―タに応答して、コ―ド化
された信号ＹN中の歪を減衰させる手段３４を含んでい
る。減衰手段３４の出力は再構成された元の信号ＳN で
ある。好ましくは、手段３４は適応スペクトル整形フィ
ルタ３６を含んでいる。
【００３７】図２は図１（Ａ）に示されたコ―ディング
装置１０と関連して述べられた原理を用いてアナログ音
声信号ＳN を分析する全体的な装置３８を図解してい
る。装置３８は全体として４０で示された手段を含んで
おり、それはライン４４上に信号Ｓ′N を生ずるため
に、入力ライン４２上に受取られるアナログ音声信号Ｓ
Nを低周波フィルタリングする。手段４０は０〜４ kＨz
の範囲内で信号ＳN をフィルタするロ―パスフィルタ
４５を含んでいる。アナログディジタル（Ａ／Ｄ）コン
バ―タ４６はフィルタされたアナログ信号をライン４８
で受取り、たとえば８ kＨz のサンプリング周波数f S
のディジタル信号をライン５０へ出力する。０〜２ kＨ
z の範囲内のベ―スバンドフィルタ５２はライン５０上
のディジタル信号をフィルタしてこれらの信号をライン
５４上へ出力する。周波数f S ／２で動作するオンオフ
スイッチ５６はライン４４上に信号Ｓ′N を生じるため
にライン５４上のディジタル信号の交互のサンプルを選
択し、それによって、処理されるべきディジタル信号は
少なくなる。
【００３８】装置３８は全体として５８で示された手段
をも含み、それはライン６０上の信号Ｓ″N を生じるた
めにライン４２上のアナログ音声信号ＳN を高周波フィ
ルタリングする。手段５８はロ―パスフィルタ４５とＡ
／Ｄコンバ―タ４６を含むとともに、ライン５０上のデ
ィジタル信号をフィルタリングしてこれらの信号をライ
ン６２上に出力するために２〜４ kＨz の範囲の高周波
バンドフィルタ６１をも含んでいる。周波数f S ／２で
動作するオンオフスイッチ６４はライン６０上に信号
Ｓ″N を生じるためにライン６２上のディジタル信号の
交互のサンプルを選択し、それによって、さらに処理さ
れるべきディジタル信号が少なくなる。
【００３９】装置３８は図１（Ａ）に関連して述べられ
た波形コ―ディング手段１２をも有し、それはライン６
６上にコ―ド化された信号ＹN を生じるためにライン４
４上の信号Ｓ′N に応答する。波形コ―ディング手段１
２はたとえばＡＤＰＣＭ波形コ―ダ１４であってもよ
く、それは量子化器６８とフィルタ係数を有するフィル
タ７０を用いてコ―ド化された信号ＹN を生じる。ま
た、ＡＤＰＣＭ波形コ―ダ１４は、ライン７２，ライン
７４，およびライン７６上にそれぞれ上述の波形コ―デ
ィングデ―タを出力する。ライン７２上のデ―タはフィ
ルタ７０のフィルタ係数の値Ｃi を識別し、ライン７４
上のデ―タは信号Ｓ′N の量子化のための量子化値ＱN
を識別し、そしてライン７６上のデ―タは１フレ―ム時
間の信号Ｓ′ N を量子化するための量子化ステップサイ
ズσである。本発明によるＡＤＰＣＭ波形コ―ダ１４は
たとえば秒あたり４．４k または８．７k ビットのよう
な低ビット速度で動作し、ライン６６上のコ―ド化され
た信号ＹN 内に量子化ノイズまたは歪を導入する。
【００４０】装置３８は図１に関連して述べられたよう
にライン４４上の信号Ｓ′N とライン６６上のコ―ド化
された信号ＹN に応答して上述のフィルタ係数デ―タを
決定する手段７８を有している。決定手段７８は計算器
８０を含んでおり、それは式６を用いてフィルタ係数値
ＡK を計算するが、ここでＲYSは信号ＳN に対応するＲ
YSで置換えられる。すなわち、計算器８０はライン６６
上のコ―ド化された信号ＹN の自己相関成分ＲYYを決定
するとともに、ライン６６上のコ―ド化された信号ＹN
とライン４４上の信号Ｓ′N の相互相関成分ＲYS′を決
定して値ＡK を計算し、次にそれはライン８２上に出力
される。
【００４１】同様に、装置３８はライン６０上の信号
Ｓ″N とライン６６上のコ―ド化された信号ＹN に応答
して式６に従ってフィルタ係数デ―タを決定する手段８
４を有している。決定手段８４は計算器８６を含んでお
り、それは式６を用いて（ＡKの代わりに）フィルタ係
数値ＢK を計算し、ここでＲYSは信号Ｓ″N に対応して
ＲYS″で置換えられる。すなわち、計算器８６はライン
６６上のコ―ド化された信号ＹN の自己相関成分ＲYYを
決定するとともにライン６６上のコ―ド化された信号Ｙ
N とライン６０上の信号ＳN ″との相互相関成分ＲYS″
を決定して値ＢKを計算し、それは次にライン８８上に
出力される。
【００４２】好ましくは、次にディジタルコ―ダ９０は
ライン７２上のフィルタ係数値Ｃi，ライン７４上の量
子化デ―タＱN , ライン７６上の量子化ステップサイズ
σ，ライン８２上のフィルタ係数値ＡK ，およびライン
８８上のフィルタ係数値ＢKをコ―ド化し、そしてこれ
らすべてのコ―ド化されたデ―タをデ―タライン９１上
に出力する。ライン９１上のこの点において、それらの
デ―タは元の信号ＳNの後ほどの再構成のためにメモリ
（図示せず）内へストアすることができ、または元の信
号ＳN の現在の再構成のために通信リンクによってレシ
―バ（図示せず）へ伝送することができる。
【００４３】コ―ダ９０はライン８２上のフィルタ係数
値ＡK とライン８８上のフィルタ係数値ＢK を異なった
数のビットでエンコ―ドすることができる。たとえば、
ライン８２上のデ―タは１０ビットでコ―ド化され、一
方、ライン８８上のデ―タは１６ビットでコ―ド化され
る。これは、ライン４４上のベ―スバンドフィルタされ
た信号Ｓ′N が互いに高度に相関されたサンプルを有す
るのに対して、ライン６０上の高周波フィルタされた信
号ＳN ″は低度に相関されたサンプルを有するからであ
る。したがって、ライン８２上のフィルタ係数値ＡK を
コ―ド化するために必要とされるビットは、ライン８８
上のフィルタ係数値ＢK の場合より少ない。ライン９１
上のデ―タ速度はたとえば秒あたり４．８k または９．
６k ビットであり得る。
【００４４】図３は図２の装置３８を用いて分析された
アナログ音声信号ＳN を合成する装置９２を示してい
る。デコ―ダ９４はライン９１上のデ―タを受取ってデ
コ―ドし、ライン９６上のフィルタ係数値Ｃi ，ライン
９８上の量子化デ―タＱN ，ライン１００上の量子化器
ステップサイズσ，ライン１０２上のフィルタ係数値Ａ
K ，およびライン１０４上のフィルタ係数値ＢK を生じ
る。反転波形コ―ディング手段１０５は、ライン９６上
のフィルタ係数値Ｃi ，ライン９８上の量子化値ＱN ，
およびライン１００上の量子化器ステップサイズσに応
答して、ライン１０６上にコ―ド化された信号ＹN を生
じる。手段１０５は、好ましくはたとえば秒あたり４．
４k または８．７k ビットの低ビット速度で動作する反
転ＡＤＰＣＭ波形コ―ダ１０８である。ライン１０６上
のコ―ド化された信号ＹN は上述の量子化ノイズまたは
歪を有している。
【００４５】合成装置９２は、ライン１１０上に歪のな
い出力信号を生じるために、ライン１０６上のコ―ド化
された信号ＹN 中の量子化ノイズまたは歪を減衰させる
手段１０９をも含んでいる。手段１０９は適応低バンド
スペクトル整形フィルタ１１２を含んでおり、そのフィ
ルタ係数はライン１０２上のフィルタ係数値ＡK と適応
するようにセットされる。もう１つの手段１１４はライ
ン１０６上のコ―ド化された信号ＹN 中の歪を減衰させ
て、ライン１１６上に歪のない出力信号を生じる。手段
１１４は適応高バンドスペクトル整形フィルタ１１８を
含み、そのフィルタ係数はライン１０４上のフィルタ係
数ＢK に適応するようにセットされる。
【００４６】また、全体として１２０で示されているの
はライン１１０上の出力信号とライン１１６上の出力信
号を組合わせる手段であって、出力ライン１２２上に元
のアナログ音声信号ＳN を生じる。手段１２０は、ライ
ン１１０上の信号とライン１１６上の信号を交互にライ
ン１２６上に出力する手段１２４，ライン１２６上の信
号に応答してライン１３０上にアナログ信号を生じるＤ
／Ａコンバ―タ１２８，およびライン１２２上に元の音
声信号ＳN を生じるためにライン１３０上のアナログ信
号をフィルタするロ―パスフィルタ１３２を含んでい
る。上述のように、音声分析器装置３８と音声合成器装
置９２は、アナログ音声信号ＳN を再構成するために、
波形デ―タＣi ，ＱN , およびσに加えてフィルタ係数
デ―タＡK ，ＢK を用いる。ここで、図４と図５の実施
例と関連して述べられるように、フィルタ係数デ―タＡ
K , ＢK を伝送またはストアする代わりとして、相互相
関成分ＲYS（式１１参照）はアナログ音声信号ＳN の分
析と合成のために伝送またはストアされる。
【００４７】図４はアナログ音声信号ＳN を分析する装
置１３４を示している。装置１３４は、ライン１３８上
にフィルタされた出力信号Ｓ′N を生じるために、信号
ＳNをフィルタしてＡ／Ｄ変換する手段１３６を含んで
いる。手段１３６は対偽信号フィルタ１４０とＡ／Ｄコ
ンバ―タ１４２を含んでおり、そのコンバ―タはライン
１４４上のフィルタされた信号を変換してライン１３８
上に信号Ｓ′N を生じる。次に、図１（Ａ）に関連して
述べられた波形コ―ディング手段１２は、ライン１３８
上の信号Ｓ′N に応答して、歪を有するコ―ド化された
信号ＹN をライン１４６上に生じる。前述のように、手
段１２はＡＤＰＣＭ波形コ―ダ１４であってもよく、そ
れは波形コ―ディングデ―タ、すなわちフィルタ係数値
Ｃi ，量子化値ＱN ，および量子化ステップサイズσを
全体として１４８で示されたそれぞれの３つのライン上
に出力する。
【００４８】装置１３４はライン１３８上の信号Ｓ′N
とライン１４６上のコ―ド化された信号ＹN を相互相関
させる手段１５０をも含んでいる。手段１５０は、ライ
ン１５４上にディジタル的に出力される相互相関成分Ｒ
YS′の値を生じる相互相関器１５２を含んでいる。した
がって、装置１３４はアナログ音声信号ＳN を分析し
て、波形コ―ディングデ―タの形のデ―タＣi ，ＱN ，
およびσと、相互相関成分ＲYS′の値の形のデ―タを生
じて、信号ＳN を再構成する。ライン１４８とライン１
５４上のデ―タは後の使用のためにメモリ（図示せず）
内にストアすることができ、またはレシ―バ（図示せ
ず）による合成のために通信リンク（図示せず）へ伝送
することができる。
【００４９】図５はアナログ音声信号ＳN を合成する装
置１５６を図解している。合成装置１５６は、歪を有す
るコ―ド化された信号ＹN をライン１６０上に生じるた
めに、ライン１４８上の波形コ―ディングデ―タＣi ,
ＱN , およびσを反転波形コ―ディングする手段１５８
を含んでいる。手段１５８は好ましくは反転ＡＤＰＣＭ
波形コ―ダ１６２である。ライン１６０上のコ―ド化さ
れた信号ＹN を自己相関させる手段１６４は、自己相関
成分ＲYYの値をディジタル的にライン１６６上に出力す
る。合成装置１５６は、ライン１５４上の相互相関成分
ＲYS′の値とライン１６６上の自己相関成分ＲYYとに応
答して、フィルタ係数の値ＡK を決定する手段１６８を
も含んでいる。手段１６８は式６に従って値ＡK を計算
する計算器１７０を含んでおり、ここでＲYSは信号Ｓ′
N に対応するようにＲYS′で置換えられ、ライン１７２
上に値ＡK を出力する。
【００５０】装置１５６は、ライン１７６上に合成され
たアナログ音声信号ＳN を出力するために、ライン１６
０上のコ―ド化された信号ＹN 中の歪をフィルタする適
応フィルタ手段１７４をも含んでいる。手段１７４は適
応スペクトル整形フィルタ１７６を含んでおり、そのフ
ィルタ係数はコ―ド化された信号ＹN をフィルタするた
めにライン１７２上の値ＡK に適応するようにセットさ
れる。
【００５１】本発明の好ましい実施例の先の記述は、説
明の目的のために示されたものである。開示された正確
な形態に本発明を限定することは意図されておらず、種
々の変更や修正が上記の教示に照らして可能であること
は明らかである。実施例は、種々の実施において、また
実行される特定の使用に適するような種々の変更ととも
に、当業者が本発明を最良に利用し得るように本発明の
原理と実際的応用を最もよく説明するために選ばれて述
べられたものである。発明の範囲は添付された請求の範
囲によって規定されるよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の信号コーディングと信号デコーディン
グの原理を説明するために用いられる簡略化されたブロ
ック図である。
【図２】本発明の信号分析器の一実施例のブロック図で
ある。
【図３】本発明の信号合成器の一実施例のブロック図で
ある。
【図４】本発明の信号分析器のもう１つの実施例のブロ
ック図である。
【図５】本発明の信号合成器のもう１つの実施例のブロ
ック図である。
【符号の説明】
ＳN 元の信号 １４ 波形コーダ ＹN コード化された信号 １６ 歪を減衰させる手段 ／ＳN 減衰された信号 ＥN ，／ＥN 2 エラー １８ スペクトルフィルタ ２０ 加算器 ２４ 平均化回路 ３２ 反転ＡＤＰＣＭ波形コーダ ３６ 適応スペクトルフィルタ １４０ 対偽信号フィルタ １４２ Ａ／Ｄコンバータ １５２ 相互相関器 １６２ 反転ＡＤＰＣＭ波形コーダ １６４ 自己相関させる手段 １７０ 計算機 ＡK フィルタ係数データ ＲYS 相互相関データ ＲYY 自己相関データ １７６ 適応スペクトルフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャンカー・エス・ナーラーヤン アメリカ合衆国、91367 カリフォルニア 州、ウッドランド・ヒルズ、アーウィン・ ストリート、22121、アパートメント・エ ム・206

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 或る波形を有する元の信号をコーディン
    グするための装置であって、前記装置は、 （ａ） エンコーディング歪を有するコード化された信
    号を生じるように或る速度で元の信号の波形をコーディ
    ングするための波形コーディング手段を備え、前記エン
    コーディング歪は元の信号の波形と前記コーディング速
    度に依存する前記コード化された信号によって表わされ
    た波形との間の差を表わし、 （ｂ） 前記エンコーディング歪を適切に減衰させて減
    衰された歪を有する減衰化された信号を生じるための歪
    減衰手段をも備え、前記歪減衰手段は元の信号の波形と
    前記減衰された信号の波形との間のエラーに応答して前
    記エラーを減少させるためのエラー減少手段を含み、前
    記波形コーディング手段は前記エンコーディング歪を有
    するコード化された信号を表わす第１のデータを生じ、
    前記減衰手段は前記コード化されたれ信号内の歪を減衰
    させるために適切に生ぜられた係数を表わす第２のデー
    タを生じ、 （ｃ） 前記元の信号が再構成ユニット内で実質的に再
    構成されるように前記第１と第２のデータを前記再構成
    ユニットへ出力するためのデータ出力手段をさらに備え
    ていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記減衰手段は前記エラーに応答して前
    記コード化された信号を適切にフィルタリングするため
    のスペクトルフィルタリング手段を含み、前記第２のデ
    ータは前記フィルタリング手段によって適切に生ぜられ
    たフィルタ係数を含むことを特徴とする請求項１に記載
    の装置。
  3. 【請求項３】 前記減衰手段は、 （ａ） 前記第２のデータとして働くように適切に形成
    されたフィルタ係数を有する適応フィルタを含み、前記
    適応フィルタは前記コード化された信号に応答して前記
    減衰化された信号を出力し、 （ｂ） 前記元の信号と前記減衰化された信号との間の
    差を表わすエラー信号を生じるためのエラー判定手段を
    さらに含み、前記適切に形成されたフィルタ係数は前記
    エラー信号を最小にするように前記エラー信号に応答し
    て変化させられることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  4. 【請求項４】 前記波形コーディング手段は、元の信号
    の通常の波形コーディングに用いられる通常のビット速
    度より実質的に低い歪生成ビット速度で動作する波形コ
    ーダを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記波形コーダはパルスコード変調シス
    テムであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記パルスコード変調は適応差動パルス
    コード変調システムであることを特徴とする請求項５に
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 与えられるコード化されたデータ信号を
    デコードする装置であって、前記コード化されたデータ
    信号は元の信号から得られてその元の信号を再構成する
    ための第１のデータと第２のデータを含み、前記装置
    は、 （ａ） 歪を有するコード化された信号を生じるように
    前記第１のデータを反転波形コーディングするための反
    転波形コーディング手段を備え、前記反転波形コーディ
    ングの機能は歪を導入する順コーディング機能の逆であ
    り、その順コーディング機能は元の信号を前記コード化
    された信号に変換するとともに前記コード化された信号
    がビット速度に依存する歪を有することになるようなビ
    ット速度で動作し、 （ｂ） 前記歪を減衰させて、歪を有する前記コード化
    された信号から前記元の信号を実質的に再構成するため
    に前記第２のデータに応答する減衰手段をさらに備えた
    ことを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 前記減衰手段は、前記第２のデータに応
    答して変化させられるフィルタ係数を有する適応フィル
    タを含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記反転波形コーディング手段は、本質
    的に歪のない順波形コーディング機能によって用いられ
    る通常のビット速度より実質的に低いビット速度で動作
    する反転波形コーダを含み、本質的に歪のない順波形コ
    ーディング機能は、その本質的に歪のない順波形コーデ
    ィング機能が前記元の信号を本質的に歪を有しないコー
    ド化された信号へ変換することを除けば前記歪導入順コ
    ーディング機能と同様であることを特徴とする請求項７
    に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記反転波形コーダはパルスコード変
    調システムであることを特徴とする請求項９に記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 元のアナログ信号を実質的に再構成す
    るために用いられ得る第１と第２のデータ信号へ前記元
    の信号を分解するための装置であって、 （ａ） ある歪を有するデジタル化されてフィルタされ
    た信号を生じるように前記元の信号をフィルタリングし
    てアナログディジタル変換するための手段と、 （ｂ） 歪を有するコード化された信号を生じるように
    異常に低いコーディング速度で波形をコーディングする
    手段を備え、前記歪は主に異常に低いコード化速度の結
    果であって、前記波形コーディング手段は歪を有するコ
    ード化された信号の波形を表わす波形データを生じ、 （ｃ） 相互相関データを生じるために前記ディジタル
    化されてフィルタされた信号と前記コード化された信号
    を相互相関させる手段と、 （ｄ） 前記波形データと前記相互相関データをそれぞ
    れ前記第１と第２のデータ信号として出力する手段をさ
    らに備えたことを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 前記フィルタリング手段は、 （ａ） 前記元の信号をフィルタリングするための対偽
    信号フィルタと、 （ｂ） ディジタル化されてフィルタされた信号を生じ
    るために前記対偽信号フィルタへ動作的に結合されたア
    ナログディジタルコンバータを含むことを特徴とする請
    求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１と第２のデータ信号に応答し
    て前記元の信号のレプリカを合成するための手段をさら
    に備えたことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 元の信号の分解から得られた波形デー
    タと相互相関データに応答して前記元の信号のレプリカ
    を合成する装置であって、その合成装置は、 （ａ） 歪を有するコード化された信号を生じるように
    波形データを反転波形コーディングする手段を備え、前
    記反転波形コーディングの機能は前記元の信号を前記コ
    ード化された信号に変換しかつそのコード化された信号
    がビット速度に依存する歪を有するようなビット速度で
    動作する歪導入順コーディング機能の反転であり、さら
    に、 （ｂ） 自己相関データを生じるように前記コード化さ
    れた信号を自己相関させる手段と、 （ｃ） 前記相互相関データと前記自己相関データに応
    答してフィルタ係数データを生じる手段と、 （ｄ） 前記コード化された信号の歪を減衰させて元の
    信号のレプリカを生じるように、前記反転波形コーディ
    ング手段によって生ぜられるような歪を有するコード化
    された信号をフィルタリングするために前記フィルタ係
    数データに応答するフィルタ手段を備えたことを特徴と
    する装置。
  15. 【請求項１５】 前記反転波形コーディング手段は、反
    転適応差動パルスコード変調システムを含むことを特徴
    とする請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記フィルタ係数データを生じる手段
    は、 ＲYYＡ＝ＲYS の式に従って前記フィルタ係数データを計算する手段を
    含み、ＲYYは前記コード化された信号の自己相関成分で
    あり、ＲYSは前記相互相関データであり、そしてＡは前
    記フィルタ係数データの値であることを特徴とする請求
    項１４に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記フィルタ手段は、前記フィルタ係
    数データに応答して変化させられるフィルタ係数を有す
    る適応フィルタを含むことを特徴とする請求項１４に記
    載の装置。
  18. 【請求項１８】 ある波形を有する元の信号をコーディ
    ングする方法であって、 （ａ） エンコーディング歪を有するコード化された信
    号を生じるようにある速度で元の信号の波形をコーディ
    ングし、前記エンコーディング歪は元の信号の波形とコ
    ーディング速度に依存するコード化された信号によって
    表わされた波形との間の差を表わし、 （ｂ） 前記コーディングの一部として前記コード化さ
    れた信号の波形を表わす波形コーディングデータを出力
    し、 （ｃ） 前記コード化された信号の歪を減衰させ、そし
    て、 （ｄ） 歪を減衰させる前記ステップにおいて用いられ
    るプロセスを表わす減衰データを出力し、 その出力された波形コーディングデータと減衰データは
    元の信号を実質的に再構成するための情報を与えること
    を特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】 減衰させるステップはフィルタによる
    コード化された信号のフィルタリングを含むことを特徴
    とする請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記フィルタリングステップは適応性
    あることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記減衰データは前記フィルタのフィ
    ルタ係数を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方
    法。
  22. 【請求項２２】 前記コーディングするステップは元の
    信号の波形コーディングのために通常用いられる通常の
    ビット速度より実質的に低い歪生成ビット速度で行なわ
    れることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 コード化されたデータ信号をデコーデ
    ィングする方法であって、前記コード化されたデータ信
    号は元の信号から得られて、その元の信号を再構成する
    ための第１のデータと第２のデータを含み、前記方法
    は、 （ａ） 歪を有するコード化された信号を生じるように
    前記第１のデータを反転波形コーディングし、前記反転
    波形コーディングステップは歪を有する前記コード化さ
    れた信号へ前記元の信号を変換する歪導入順コーディン
    グステップの反転であり、 （ｂ） 元の信号の実質的なレプリカを再構成するよう
    に前記第２のデータに応答して前記コード化された信号
    の歪を減衰させるステップを含むことを特徴とする方
    法。
  24. 【請求項２４】 ある波形を有する元の信号の実質的な
    レプリカを再構成するために用いられるべき複数のコー
    ド化された信号を生じるためのデータエンコーディング
    装置であって、 （ａ） 元の信号の通常のエンコーディングのために用
    いられる通常のスループット速度より実質的に低い歪生
    成スループット速度において元の信号の波形をエンコー
    ディングするための波形エンコーディング手段を備え、
    そのエンコーディングは歪生成スループット速度に依存
    する実質的なエンコーディング歪を有するエンコード化
    された信号を生じ、そのエンコーディング歪は元の信号
    の波形とエンコード化された信号によって表わされる波
    形との実質的な差を表わし、 （ｂ） 歪を定量するために用いられるエラー表示信号
    を生じるためと元の信号の実質的なレプリカを再構成す
    るためのエラー定量手段とを備え、その再構成は歪を有
    する前記エンコード化された信号と前記エラー表示信号
    との組合わせによって行なわれ、 （ｃ） 前記エンコードされた信号と前記エラー表示信
    号を出力するためのデータ出力手段をさらに備えたこと
    を特徴とするデータエンコーディング装置。
  25. 【請求項２５】 前記エラー表示信号はエンコードされ
    た信号と元の信号のフィルタされたものとの間の相互相
    関の関数であることを特徴とする請求項２４に記載のデ
    ータエンコーディング装置。
  26. 【請求項２６】 前記エラー定量手段は、適応フィルタ
    手段に与えられるフィルタ係数制御信号に従って前記歪
    を有するエンコードされた信号をフィルタリングするた
    めの前記適応フィルタ手段を含み、前記適応フィルタ手
    段はエンコードされた信号とフィルタ係数制御信号とに
    応答して元の信号のフィルタされたものを出力し、 元の信号の前記フィルタされたものをその元の信号と比
    較しかつ前記フィルタされた信号と前記元の信号との間
    の差を表わすエラー信号を生じるための比較手段をも備
    え、 前記フィルタ係数制御信号として前記エラー信号を前記
    適応フィルタ手段へ供給するフィードバック手段をさら
    に備え、 前記適応フィルタ手段は前記エラー信号を最小にするよ
    うに動作することを特徴とする請求項２４に記載のデー
    タエンコーディング装置。
  27. 【請求項２７】 前記波形コーディング手段は適応差動
    パルスコード変調ユニットを含むこと特徴とする請求項
    ２４に記載のデータエンコーディング装置。
  28. 【請求項２８】 前記元の信号は８ｋＨｚのサンプル速
    度で前記適応差動パルスコード変調（ＡＤＰＣＭ）ユニ
    ットに与えられ、前記ＡＤＰＣＭユニットは実質的に秒
    当り１６ｋビット以下の歪生成スループット速度で動作
    することを特徴とする請求項２７に記載のデータエンコ
    ーディング装置。
  29. 【請求項２９】 前記ＡＤＰＣＭユニットは秒当り４．
    ４ｋビットまたは８．７ｋビットのいずれかの歪生成ス
    ループット速度で動作することを特徴とする請求項２８
    に記載のデータエンコーディング装置。
  30. 【請求項３０】 或る波形を有する元の信号の実質的な
    レプリカを構成する目的のためにその元の信号から得ら
    れた第１と第２のコード化された信号を受取るための信
    号再構成装置であって、前記第１のコード化された信号
    は異常に低いエンコーディング速度で元の信号の波形を
    順エンコーディングすることによって得られる歪まされ
    た波形を表わし、前記エンコーディング速度は元の信号
    の波形に対して実質的に歪まされた歪波形を生じ、前記
    第２のコード化された信号は歪波形の歪を減衰させるた
    めの修正情報を表わし、前記信号再構成装置は、 （ａ） 前記歪を有するデコードされた信号を生じるよ
    うに、前記第１のコード化された信号を反転波形コーデ
    ィングするために前記第１のコード化された信号に応答
    する波形デコーディング手段を備え、前記反転波形コー
    ディングの機能は歪導入順コーディング機能の反転であ
    り、 （ｂ） 前記デコードされた信号内の歪を減衰させて、
    歪を有するデコードされた信号から前記元の信号を実質
    的に再構成するために第２のコード化された信号に応答
    する歪減衰手段をさらに備えたことを特徴とする信号再
    構成装置。
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