JPH0675598A - 音声符号化方法及び音声合成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誤り２倍の周期のピッチを検出した場合にお
いてもレベルの変動・音量の劣化を最小におさえたい。 【構成】 線形予測係数、音源パルスレベル、ピッチ周
期をそれぞれフィルタ１２、計算部１５、１４で抽出し
てこれを出力するのが従来の音声符号化法であるが、本
発明では、ピッチ周期の中間点にもう１個の音源パルス
が得られるような、第２パルスレベル発生部３０を設け
た。この第２パルスレベルを併せた４つのパラメータで
音声信号を表現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音源パルスの生成を行
う音声符号化方法及び音声合成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】分析・合成による音声符号化システムに
は、線形予測分析法を採用する例が多い。図２には、こ
の線形予測分析法のもとでの音声符号化装置を示し、図
３には図２の音声符号化装置から送られる音声符号を復
号として音声合成を行う音声合成装置を示す。図２で、
音声入力は、フレーム化処理部１２で、適当に定めた周
期（これを１フレームと云う）単位に区分される。線形
予測分析部１２では、自己相関関数等を用いて過去の音
声信号から線形予測に使う線形予測係数ａ_iをオンライ
ンで算出する。線形予測逆フィルタ１３は、フレーム単
位の音声信号と線形予測係数ａ_iとの積和を行い残差信
号を生成する。残差信号からピッチ周期計算部１４は、
ピッチ周期τを求め、音源パルスレベル計算部１５は音
源パルスレベル（振幅）Ａを求める。以上の３つのパラ
メータ（線形予測係数ａ_i、ピッチ周期τ、レベルＡ）
は、それぞれオンラインで算出され、図３の合成装置に
送られる。

【０００３】図３の合成装置では、ピッチ周期τとレベ
ルＡをパルス発生部１１１が取り込み、ピッチ周期に対
応するパルスを発生する。線形予測合成フィルタ１１２
は、パルス発生部１１１のパルスと線形予測係数ａ_iと
を入力として合成音声を求める。

【０００４】以上の図１、図の線形予測分析を使用する
音声分析・合成を用いた音声符号・合成装置は演算処理
を主体にその機能が実現されることにより、ＤＳＰ（デ
ィジタル信号処理素子）を主要演算処理のための素子と
して回路が実現される。その場合、取り扱われる量は標
本化された量子化された標本値である。

【０００５】図２に示したように、音声符号回路に入力
される標本化・量子化された音声信号はフレーム処理部
１１で適当な長さのフレーム長に区切られる。この値は
音声信号が持つスペクトルの変化が概略定常と見なされ
る時間間隔として２０〜３０ｍｓｅｃが選ばれる。又電
話等の用途に使用する品質に十分な音声信号が持つ周波
数帯域幅は３００Ｈｚ〜３ＫＨｚで十分であることが知
られている。従って音声信号を標本化する周波数は８Ｋ
Ｈｚが標準に使用される。

【０００６】図２の線形予測分析部１２では標本化・量
子化された音声信号をディジタル信号処理による線形予
測を施すことにより音声信号の線形予測分析係数とピッ
チ周期情報とを得る。ここで得られた線形予測係数を利
用して逆フィルタ１３は、分析するフレームの音声信号
を処理することで線形予測残差信号が得られる。ピッチ
周期計算部１４では、線形予測残差信号からピッチ周期
が得、音源パルスレベル計算部１５では音源パルスレベ
ルを得る。

【０００７】以上の処理で求められた線形予測係数、ピ
ッチ周期、及び音源パルスレベルは音声信号を記述する
パラメータとして符号化されたものであり、受信側即ち
音声合成を実行する図３の音声復号回路に送出される。
受信側ではこれらのパラメータを分離し、ピッチ周期で
音源に相当するパルス系列を生成し、線形予測係数をも
とにして構成される音声合成フィルタ１１２に入力する
ことで、そのフィルタ出力には合成音声が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の合成音声は合成
フィルタを駆動するパルスをピッチ周期に１個だけを使
用していた。このような場合の不具合としては、分析側
でピッチ周期を誤って検出し、２倍の周期のものが検出
されると、音声の信号レベルが１／２になり、音声のレ
ベルがピッチの検出により変動するということがあっ
た。これを図４を利用して説明する。図４に音声波形２
１とその波形から抽出されるピッチ周期に基づくパルス
２２を示す。このパルス発生器１１の出力である。線形
予測フィルタ１２はピッチ周期内の波形の特徴を記述す
るものである。従って、線形予測合成フィルタ１１２
に、抽出されたピッチ周期のパルス列２３で駆動するこ
とにより音声波形を合成することができる。

【０００９】この場合ピッチ周期を抽出する過程におい
て、ピッチ周期検出を誤り真値の２倍の値が検出される
ことがある。図４では抽出すべきピッチ２２２、２２４
（点線で示してある）が検出されず、その部分では真値
の２倍の周期のピッチが抽出された図を示す。即ち、ピ
ッチ間隔２２１と２２３の値がピッチ周期計算部１４で
検出されその値がパルス発生器１１１に入力される。パ
ルス発生器１１１は入力されてきたピッチ間隔のパルス
列２３１、２３３、２３５を出力する。この値に対して
線形予測フィルタ１３で抽出されたスペクトル特性は波
形２１１を線形予測合成フィルタ１１２で付与し、出力
波形２３１、２４３、２４５を得る。この場合の合成音
声出力は本来の１／２になる。このような現象が発生す
ると聴感上不快感を与える。

【００１０】本発明の目的は、誤り２倍の周期のピッチ
を検出した場合においてもレベルの変動・音量の劣化を
最小におさえることが可能な音声符号化方法及び音声合
成方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、音声
信号からパラメータ（線形予測係数、音源パルスレベ
ル、ピッチ周期）を抽出し、このパラメータを、音声信
号に代わって、音声信号を示す符号として出力する音声
符号化方法において、上記ピッチ周期で定まる相隣り合
う音源パルスの中間位置に１つ又は２つ以上の音源パル
スを得るような、第２パルスレベルを、上記ピッチ周期
及び音源パルスレベルを利用して作成し、この第２パル
スレベルを含めた４つのパラメータを、音声信号に代わ
って、音声信号を示す符号として出力する（請求項
１）。

【００１２】更に本発明は、上記音源パルスレベルは閉
ループで求め、第２パルスレベルは音源パルスレベルと
ピッチ周期とで合成した合成音声波形を遅延させて求め
る（請求項２）。

【００１３】更に本発明は、上記４つのパラメータを受
け取り音声符号を復号する（請求項３）。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の音声符号化装置の実施例図
である。本実施例は、図２の回路に、第２パルスレベル
と発生部３０を設けた点が特徴である。この発生部３０
は、検出されたピッチ間隔の中間に第２のパルスを発生
させるための、第２パルスレベルＢを生成する。

【００１５】発生部３０は、ピッチ切り出し部３５、ピ
ッチ音源パルス発生部３６、線形予測合成フィルタ３
７、減算処理部３９、遅延回路３１０、レベル制御部３
１１、減算処理部３１３、最小化判定部３１４より成
る。

【００１６】本実施例では、先ず、フレーム化処理部１
１でフレーム区分された音声信号は線形予測分析フィル
タ１２により分析されて、伝送パラメータとして線形予
測係数を出力すると同時に残差信号を出力する。この残
差信号からピッチ周期の計算部１４を行い、又、閉ルー
プにより、音源パルスレベルの計算部１５を行う。図５
にこの閉ループの計算部１５の構成を示す。図５で減算
処理部１５０では、音声入力と線形予測合成フィルタ１
５３出力との差分をとり、最小化判定部１５１を介して
音源パルスレベルＡを得る。最小化判定部１５１ではピ
ッチ音源パルス発生部１５２を介して合成フィルタ１５
３に閉ループ入力を行う。以上の処理は、図２と同じで
ある。

【００１７】次に、第２パルス発生部３０の動作を説明
する。ピッチ音源パルス発生部３６は、検出されたピッ
チ周期と、音源パルスレベルを基にしてピッチ音源パル
スを発生する。線形予測合成フィルタ３７はピッチ音源
パルスを入力とし、線形予測係数を利用して合成音声を
出力する。合成音声は２ピッチ分だけ発生させるように
しておく。次に検出されたピッチ周期を基にピッチ切り
出し部３５で２周期分のピッチ信号の切り出し処理を行
い、減算処理部３９ではその信号と線形予測合成フィル
タ３７の出力とを減算処理する。この処理は、合成音声
が入力音声に近いほどその出力は小さいものになる。

【００１８】また、線形予測合成フィルタ３７の出力で
ある合成音声は遅延回路３１０によりピッチ周期計算部
１４により計算されたピッチ周期の１／２の場所まで遅
延させられる。遅延させられた合成音声はレベル制御回
路３１１により出力レベルを制御されて、減算処理部３
１３に入力される。減算処理部３１３では遅延されレベ
ル制御された合成音声と減算処理部３９の出力信号とが
減算され、最小化判定部３１４に入力される。最小化判
定部３１４は遅延されレベル制御された合成音声のレベ
ルを制御し、減算処理部３１３の出力が最小となるレベ
ルを判定出力とする。以上のようにして第２パルスのレ
ベルが計算される。このことから明らかなようにピッチ
周期を誤って計算した場合、即ち図３の波形２４のよう
な場合においても第１の音源ピッチ２３１により合成さ
れた合成音声波形２４１と入力音声波形２１１、２１２
とを減算処理することにより、波形２１２がその出力と
し得られる。この信号と合成音声２４１をピッチ周期１
／２だけ遅延した波形２４２の部分に出現する波形とを
比較することにより第２の音源ピッチ信号２３２のレベ
ルを計算することができる。尚、エラー発生しない場合
は第２パルスは、波形を近似する方向に働き、又その必
要がない場合は第２パルスレベルは自動的に０となる。
即ち、ピッチ周期が正しく計算された場合は、波形誤差
最小化処理を行っているため、第２パルスのレベルが自
動的にほぼ０に等しくなり問題はない。

【００１９】このようにして得られたそれぞれのパラメ
ータは符号化されて図６の合成装置に伝送される。ここ
で、図６の合成装置は、図３の回路に対して、第２パル
スレベル合成部４０を設けたことが特徴である。第２パ
ルスレベル合成部４０は、遅延回路４４、レベル制御部
４５、加算処理部４６より成る。

【００２０】図６の実施例は、図１で作成した４つのパ
ラメータ（線形予測係数ａ_i、ピッチ周期τ、音源パル
スレベルＡ、第２パルスレベルＢ）を受信する。ピッチ
周期τと音源パルスレベルＡによりパルス発生部１１１
が駆動されて第１の音源パルスが出力される。これは線
形予測係数ａ_iを基にしてつくられるフィルタである線
形予測合成フィルタ１１２の入力となり、合成音声が出
力される。以上が従来の音声合成部の系統であるが、本
発明によりさらに、合成音声の一部は遅延回路４４に入
力されピッチ周期の１／２だけ遅延される。これは遅延
回路３１０と同じ時間である。遅延回路４４出力はレベ
ル制御部４５で第２パルスレベルに相当する振幅の制
御、これは最小判定部３１４で検出されたレベルＢを受
け遅延される前の合成された音声と加算処理部４６で加
算処理され最終的な合成音声出力となる。

【００２１】ここでの説明は第１のパルスに対して第２
のパルスを設ける方式を記述したが、本方式は第２のパ
ルス以外にも第３、第４とパルスを増した場合にも適用
できることは容易にわかる。ここでは音声分析・合成と
して線形予測を用いた方式を利用して説明したが、必ず
しも線形予測分析合成系だけに限定されるものではな
い。例えばチャネルボコーダ方式においても線形予測分
析フィルタ１２を分析バンドパスフィルタ群、線形予測
合成フィルタ３７を合成バンドパスフィルタ群におきか
えることにより本発明の方法が適用できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、分析合成を利用した音
声合成部において、合成音声を生成する場合の音源パル
スを従来の単独の音源パルスの他に第２のパルス及びそ
れ以上のパルスを設けて合成音声を生成することによ
り、品質の高い合成音声を生成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音声符号化装置の実施例図である。

【図２】従来の音声符号化装置を示す図である。

【図３】従来の音声合成装置を示す図である。

【図４】従来例の動作タイムチャートである。

【図５】音源パルスレベル計算部１５の実施例図であ
る。

【図６】本発明の音声合成装置を示す図である。

【符号の説明】

１１ フレーム化処理部 １２ 線形予測分析フィルタ １４ ピッチ周期計算部 １５ 音源パルスレベル計算部 ３０ 第２パルスレベル発生部 ３６ ピッチ音源パルス発生部 ３７ 線形予測合成フィルタ ３９ 減算処理部 ４０ 第２パルスレベル合成部 ４４ 遅延回路 ４５ レベル制御部 ４６ 加算処理部 １１１ パルス発生部 １１２ 線形予測合成フィルタ ３１０ 遅延回路 ３１１ レベル制御部 ３１３ 減算処理部 ３１４ 最小化判定部

フロントページの続き (72)発明者 三宅 正泰 東京都港区虎ノ門二丁目３番13号 国際電 気株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声信号からパラメータ（線形予測係
   数、音源パルスレベル、ピッチ周期）を抽出し、このパ
   ラメータを、音声信号に代わって、音声信号を示す符号
   として出力する音声符号化方法において、上記ピッチ周
   期で定まる相隣り合う音源パルスの中間位置に１つ又は
   ２つ以上の音源パルスを得るような、第２パルスレベル
   を、上記ピッチ周期及び音源パルスレベルを利用して作
   成し、この第２パルスレベルを含めた４つのパラメータ
   を、音声信号に代わって、音声信号を示す符号として出
   力する音声符号化方法。
2. 【請求項２】 上記音源パルスレベルは閉ループで求
   め、第２パルスレベルは音源パルスレベルとピッチ周期
   とで合成した合成音声波形を遅延させて求めることとし
   た請求項１の音声符号化方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の符号化方法で出力され
   た４つのパラメータを受け取り音声符号を復号する音声
   合成方法。