JPH0716999U - 符号化音声信号の処理装置 - Google Patents

符号化音声信号の処理装置

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JPH0716999U JP002435U JP243594U JPH0716999U JP H0716999 U JPH0716999 U JP H0716999U JP 002435 U JP002435 U JP 002435U JP 243594 U JP243594 U JP 243594U JP H0716999 U JPH0716999 U JP H0716999U
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、デジタル通信システム内のノイズ
を低減するための音声信号処理装置に関する。 【構成】 本考案の信号処理装置は、予測的に復号され
た信号を生成するための予測復号器及びセットの予測パ
ラメータ信号及び通信システムのビットレートを表わす
信号を生成するための装置を含む。通信システムのビッ
トレート信号に応答して複数の制御信号が生成され、こ
の予測的に復号された信号がこの制御信号及び予測パラ
メータ信号に応答して修正される。本考案の一面による
と、この修正装置はスペクトル修正装置であり、このス
ペクトル修正装置は予測パラメータ信号及び検出された
ビットレートに応答して予測的に復号された信号成分を
持つスペクトル領域を増幅し、残りのスペクトル領域を
減衰するためのスペクトルフィルタを含む。これによ
り、このスペクトル領域内の信号対暗ノイズ比が向上さ
れる。

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】
本考案は、デジタル通信、より詳細にはデジタル通信システム内のノイズの影 響を減少するために使用される信号処理に関する。
【0002】
【考案の背景】
デジタル チャネルを通じての伝送を行なうための符号化には、入力のサンプ リング、サンプルの量子化、及び個々の量子化サンプルに対するデジタル符号の 生成が含まれる。入力の複製はその入力に対応するデジタル符号を時間シーケン スの信号サンプルに復号し、このサンプル シーケンスをロー パス フィルタ リングすることによって生成される。当技術において周知のごとく、あるタイプ の信号、例えば、音声パターンは高い相関性を持つため音声の部分を過去の値か ら予測できる。そして、このタイプの信号が予測可能なことを利用して、チャネ ルのビット率を大きく減少することができる。
【0003】 合衆国特許第3,631,520号に開示の信号の予測符号化には一連の信号 サンプルからの予測パラメータの生成及びこうして生成されたパラメータ及び前 の信号サンプルを使用しての個々のサンプルに対する予測値の生成が含まれる。 個々のサンプルとその予測値の間の差が量子化及び符号化されて受信機に送くら れ、ここでこの差信号が復号され受信機内で生成された対応する予測値と結合さ れる。
【0004】 信号サンプルの量子化は周知のごとくセットの所定の振幅レベルの最も近いも のを選択することによって遂行される。しかし、量子化において導入される近似 がノイズのようなひずみを与える結果となる。この量子化ノイズは量子化された 信号と量子化されない信号の間の差に対応するエラー信号を生成し、信号サンプ ルをこのエラー信号に応答して所定の方法によって修正することによって減少す ることができる。この修正によって全体の量子化ノイズ レベルには影響を与え ることなく、このノイズがこの影響が最も小さくなる信号スペクトルの特定の部 分に集中するように整形される。音声信号では、量子化ノイズは音声信号スペク トルのホルマント領域に集中化される。この結果、ノイズがマスクされ、リスナ ーによって知覚されないようになる。
【0005】 合衆国特許第4,133,976号は信号のデジタル符号化の際に量子化ノイ ズを音声信号スペクトル内に再分布するための回路を開示する。デジタル符号化 システムの中にこのような回路を使用することによって知覚される量子化ノイズ を大きく減少することができる。しかし、ここに開示の回路構成は比較的複雑で あり、また通信システムが所定のビットレートには動作することを要求する。本 考案の目的はビットレートが変化する通信下において量子化ノイズの影響を減少 できる改良されたデジタル信号符号化回路を提供することにある。
【0006】
【考案の要旨】
本考案は予測的に復号された信号を生成するため予測復号器、並びにセットの 予測パラメータ信号及び通信システムのビットレートを表わす信号を生成するた めの装置を含む信号通信システムに関する。該通信システムのビットレート信号 に応答して複数の制御信号が生成され、この予測的に復号された信号がこの制御 信号及び予測パラメータ信号に応答して修正される。
【0007】 本考案の一面によると、この修正装置はスペクトル修正装置であり、このスペ クトル修正装置は予測パラメータ信号及び検出されたビットレートに応答して予 測的に復号された信号成分を持つスペクトル領域を増幅し、残りのスペクトル領 域を減衰するためのスペクトルフィルタを含む。これにより、このスペクトル領 域内の信号対暗ノイズ比が向上され、残留するノイズ スペクトルは予測的に復 号された信号スペクトルの領域において信号のように知覚される結果となる。
【0008】
【詳細な説明】
図1には本考案の一例としてのデジタル音声通信システムの全体ブロック図が 示される。図1に示されるごとく、音声信号がトランジューサ100によってア ナログ電気信号に変換される。予測符号器110はトランジューサ100からの アナログ信号に対応するデジタル符号化信号のシーケンスを生成する。当分野に おいて周知のごとく、符号器110は音声パターンに固有の冗長を利用すること によって、伝送に必要とされるデジタル符号率を減少するために使用される。こ の符号器は入力信号の個々の一連の時間フレーム期間に対するセットの予測パラ メータを生成し、この予測パラメータ及びその期間の一連の信号サンプルに応答 して符号化された信号のシーケンスを生成するための回路を含む。この符号化さ れた信号はデジタル チャネル120を通じて伝送され、デジタル復号器130 によって受信される。
【0009】 復号器130は受信された符号化信号から予測パラメータを生成し、符号化信 号と予測パラメータを結合することによって符号器110に加えられた信号に対 応する符号化信号のシーケンスを生成する。復号器130の出力は符号器110 内での入力信号の量子化に起因するノイズを含む。本考案においては、出力信号 の品質に対する量子化ノイズの影響が軽減されるように復号器130からの信号 出力を修正するためにポスト フィルタ140が使用される。これはポスト フ ィルタ140に復号器130内で生成される予測パラメータ信号a、b及び伝送 チャネルの現在のビットレートに対応する信号α、βを加え、この予測パラメー タ及びビットレートの両方に応答してポスト フィルタの特性を整形することに よって達成される。
【0010】 復号器130からの予測パラメータは復号器出力信号のスペクトルの指標であ り、スペクトルの出力信号に相当する部分を強調し、スペクトルの他の部分を抑 えるのに使用される。ビットレートに対応する信号α、βは復号器130からの 出力信号を予測パラメータによってどの程度修正すべきかを決定する。このビッ トレートに対応する信号はビットレートが伝送チャネル上の通信量に応じて調節 されるデジタル通信システムにおいて必要となる。図1のポスト フィルタは復 号器と独立した装置として示されるが、これはポスト フィルタ動作に必要とさ れる復号器信号が効率的に使用できるように復号器の一部とすることもできる。
【0011】 図2には図1の回路に使用することが可能な予測音声符号器回路が示される。 音声信号s(t)はトランジューサ201からフィルタ及びサンプリング回路2 03に加えられ、ここで信号s(t)がろ波及び所定の速度にてサンプリングさ れる。回路203は、例えば、4kHz のカット オフ周波数を持つロー パス フィルタ及び8kHz のサンプリング速度を持つサンプラーを含む。フィルタ及び サンプリング回路203からの一連のサンプルs(n)はアナログ−デジタル変 換器205に加えられ、ここで個々のサンプルs(n)に対してデジタル符号x (n)が生成される。以下の信号
【数1】 の予測値を表わす符号化信号が生成される。
【数2】 ここで
【数3】 であり、y(n)は再構成出力を表わす。加算回路206内で信号x(n)から
【数4】 が引かれる。この結果としての差信号が量子化器210内で量子化され、この量 子化された信号が符号器260内で選択されたビットレートにて符号化される。 符号化された信号u′(n)は次に伝送チャネル270に加えられる。
【0012】 信号u(n)の冗長を減少するための図2の予測信号生成装置は予測パラメー タ発生器220、オール ゼロ予測器230、オール極予測器240並びに加算 回路245及び250を含む。予測パラメータ信号発生器220は以下に従って 極及びゼロ予測信号を生成する。
【数5】 この予測パラメータ発生器は、例えば、テキサス インストル−メンツ社(Texa s Instruments)によって製造のパラメータを生成するために使用される永久に格 納されたセットの命令を持つTMS320信号プロセッサデバイスのようなマイ クロプロセッサ装置を含む。また任意の周知の予測パラメータ発生器装置を使用 することもできる。オール ゼロ予測器230は式1(c)に従って信号を生成 するのに使用される。
【0013】 オール ゼロ予測器は図7に示される回路から構成されるが、これは桁送りレ ジスタ710、掛け算器回路720−1から720−6及び加算回路730を含 む。図7において、信号u(n)は桁送りレジスタ710の入力に加えられ、こ こで連続的に遅延される。桁送りレジスタからの遅延された出力に回路720− 1から720−6内で係数bj が掛けられる。この加算器からの出力は加算器7 30内で信号xz(n)を生成するために加算される。
【0014】 オール極予測器240は式(1b)の出力信号
【数6】 を生成する。このオール極予測器は図8に示される構成にて実現される。図8に おいて、信号y(n)が桁送りレジスタ810に加えられ、ここからの一連の遅 延出力に掛け算器820−1から820−2内で係数ajが掛けられる。掛け算 器の出力信号は加算器830内で
【数7】 を生成するために加算される。
【数8】 を持つ量子化器からの量子化差信号u(n)が予測パラメータ信号発生器220 、オールゼロ予測器230及び加算回路245に加えられる。予測パラメータ発 生器220は量子化差信号と加算器245の出力を式(2)及び(3)に従って 結合して、セットのゼロ予測パラメータ及びセットの極予測パラメータを生 成する。このパラメータ信号はオール極予測器240に加えられ、パラメー タ信号はオール ゼロ予測器230に加えられる。 予測器230は量子化差信号を修正して、この出力
【数9】 を加算回路250に加える。予測器240は加算器245の出力を受信して、加 算器250に極予測信号
【数10】 を加える。次に現在の予測出力信号
【数11】 が加算器206に加えられる。
【0015】 別の方法として、図2の適応符号器の機能は図9に示されるような信号プロセ ッサによって遂行することもできる。この装置はバス950、例えば、TMS3 20信号プロセッサのタイプのマイクロプロセッサ910、予測符号器プロセス を制御するための周知のプログラム命令が永久的に格納された読出し専用メモリ 920、入力−出力インタフェース回路930及びランダム アクセス メモリ 940を含む。
【0016】 図2の符号器260は量子化器210からのデジタル信号を選択されたビット レートにてチャネル270を通じて伝送するために適するデジタル符号に変換す るのに使用される。このビットレートはチャネル上の通信量に応じて調節するこ とができる。チャネル ビットレートは、例えば、通常の通信量の状態において は量子化器210からの出力信号当たり4ビットとし、通信量の増加に伴って、 2あるいは3ビットに減少される。当技術において周知のごとく、伝送される信 号の品質はビットレートが減少するとこれに比例して減少する。本考案において は、音声信号の予測特性と伝送ビットレートがこの符号器と関連するフィルタ内 で信号の品質を維持するために使用される。先行技術による符号器においても量 子化ノイズフィルタ機能が含まれるが、これらフィルタ機能はコストを上げ、符 号器を複雑にし、また伝送チャネルのビットレートの変化に容易に対応すること ができないという欠点を持つ。
【0017】 図3にはデジタル復号器130がブロック図にてより詳細に示される。図3に 示されるように、復号器回路301からの信号u″(n)は加算回路310、オ ール ゼロ予測器305、予測パラメータ発生器325及びビットレート検出器 330に加えられる。予測パラメータ発生器325はこれに加えられる一連の信 号u″(n)に応答して、式(2)及び(3)に従って予測パラメータ信号及 びを再構成する。
【0018】 オール ゼロ予測器305は信号u″(n)及び発生器325からの予測パラ メータ信号a′に応答して、式1(c)に従ってオール ゼロ予測信号を生成す る。このゼロ予測信号は加算回路320内でオール極予測器315の出力と加算 され、この総和予測信号が加算器310の入力に加えられる。加算器310内で 生成される入力信号u″(n)と加算器320からの予測信号の総和はオール極 予測器315に入力として加えられる。このオール極予測器は加算器310から の出力を発生器325からの極予測パラメータ信号b′に応答して修正する。復 号器動作の全ては図9のプロセッサ装置を使用して、この復号器機能を遂行する ための付録Aに示される永久的に格納された命令に従って達成することもできる 。
【0019】 ビットレート検出器330は伝送チャネルから受信される符号に応答してポス ト フィルタにセットのフィルタ制御信号α、βを提供するために使用される。 当分野において周知のパケット伝送システムにおいては、ビットレート情報が個 々のパケットに加えられ、ビットレート検出器は個々のビットレートに対して選 択されたセットの制御信号を提供する。この検出器は当技術において周知の任意 の符号検出器から構成できる。
【0020】 復号器予測出力信号y′(n)は加算器310から得られ、図2の符号器の加 算回路206に加えられた音声信号のデジタル符号化複製を構成する。ただし、 この複製は了解度を落とす量子化ノイズ及び伝送チャネル ノイズを含む。図3 のポスト フィルタ325は信号y′(n)の発生器325からのゼロ予測パラ メータ信号及び極予測パラメータ信号によって決定される信号スペクトル部分及 び非信号スペクトル部分をビットレート検出器330からのビットレートパラメ ータ信号α及びβによって指定される程度だけそれぞれ増幅及び減衰するのに使 用される。
【0021】 図4にはポスト フィルタの詳細なブロック図が示される。図4の回路は掛け 算器回路401及び405、極予測桁送りレジスタ410及び関連する掛け算器 回路420−1から420−j、ゼロ予測桁送りレジスタ415及び関連する掛 け算器回路425−1から425−j、並びに加算回路430、435及び44 0を含む。 図4において、掛け算器405内でビットレート検出器330からの信号αに 以下のセットの信号を生成するために極予測パラメータ信号a′が掛けられる。 a′j (n) αj に対してj=1から2 (5) この信号は掛け算器回路420−1から420−jに加えられる。ポスト フィ ルタの出力、つまり信号yF(n)はゼロ予測桁送りレジスタ410の入力に加 えられ、ここからの一連の遅延出力は掛け算器回路420−1から420−j内 において掛け算器401からの信号と結合される。掛け算器420−1から42 0−jからの信号は、次に、加算回路435内で以下の信号を生成するために加 算される。
【数12】 加算回路435の出力、つまりyFp(n)は加算回路440内で加算回路43 0の出力と加算され、この結果としての信号、yF(n)は極桁送りレジスタ4 10の入力に伝送される。
【0022】 掛け算器401は以下の積信号を生成する。 b′j (n) βj に対してj=1から6 (7) ここで、βはビットレート検出器330から得られ、b′j は予測パラメータ発 生器325からのゼロ予測パラメータ信号セットである。図3の復号器からの出 力音声信号はゼロ予測桁送りレジスタ415に加えられる。掛け算器401から の積信号には掛け算器425−1から425−j内でゼロ桁送りレジスタ415 からの遅延出力が掛けられ、結果としての信号が加算回路430内で以下の信号 を生成するために加算される。
【数13】 図4のポスト フィルタ回路の出力、つまり信号yF(n)は以下に対応する。
【数14】
【0023】 図3に示される復号器動作を遂行するために図9のプロセッサが使用される場 合はポスト フィルタは図9のプログラム メモリにさらに命令を加えることに よって実現される。この命令のセットが付録BにFORTRAN言語にて示され る。
【0024】 図5は図4のポスト フィルタ回路が図3の復号器の出力に与える影響を示す 。波形501は予測復号器の出力の所での音声信号のスペクトルを示す。この音 声信号は図示されるごとくピーク505、510及び515を持つホルマント領 域を含む。ホルマント ピーク505は30dbであり、ホルマント ピーク5 15は10dbである。復号器出力の所の15dbの平坦なノイズ スペクトル が波形520によって示される。ホルマント領域の外側の領域内のノイズ レベ ルは相対的に高く、音声信号の品質を落とす。
【0025】 ポスト フィルタは図6に示されるように音声信号及びノイズを修正する。ポ スト フィルタの出力の所に出現する音声信号は波形601によって示され、ピ ーク605、610及び615を持つホルマント領域を含む。音声信号スペクト ルの形状が図示されるごとくこれらホルマント ピークが上げられるように修正 される。波形620のノイズ スペクトルはホルマント領域内でノイズが増幅さ れ、ホルマント領域の外側でノイズが減衰されるように修正される。図5と図6 との比較から明らかのように、このフィルタの使用によって信号対暗ノイズ比が 向上され、ノイズが知覚される影響が緩和されるように再分配される。
【0026】 フィルタ制御信号α及びβは伝送システムのビットレートに合うように選択さ れる。フィルタ制御信号の選択は現在のビットレートに対して必要とされる予測 フィルタ機能の程度に基づいて行なわれる。主観的なリスニング テストの結果 は、α及びβが特定の値にあるとき良好な品質の音声信号が得られることを示す 。ビットレートが伝送符号当たり4ビットである場合、α及びβは0.0から0 .1の範囲とされる。ビットレートが伝送符号当たり4ビットに変更されたとき は、αが約0.2にセットされ、βが約1.0にセットされる。検出ビットレー トが伝送符号当たり2ビットに変動した場合には、α及びβの両方が約1.0に 変更される。
【0027】 上の説明は本考案の特定の実施態様に基づいて説明されたが、本考案の範囲及 び精神から逸脱することなく各種の修正及び変更を行なうことができることは当 業者にとって明白である。 付録A ADPCM復号器用のプログラム C データが256個のサンプルのブロックにて C 処理されるものと仮定する。 ディメンジョン 負の符号を持つ量が前のブロックからの適当な値である。 C システムへの入力は量子化された予測エラー振幅、 C U(n)のシーケンスである。 C 極予測器の出力はXP(N)である。 C ゼロ予測器の出力はXZ(N)の出力である。 C ADPCM復号器の出力はY(N)である。 COMMON/COEFF/A(J、N)、B(J、N) DIMENSION U(256)、XZ(256)、 XP(256)、XP(256)、XZ(256)、 Y(256)、YF(256) DIMENSION A(2、256)、 B(6、256) DO 1 N=1、256 DO 100 J=1、2 100 A(J、N)=A(J、N−1)*(511/512) +.008*SIGN(1.0、U(N−1))*SIGN (1.0、Y(N−1−J)) DO 200 J=1、6 200 B(J、N)=B(J、N−1)*(255/256) +.008*SIGN(1.0、U(N−1))* SIGN(1.0、U(N−1−J)) XP(N)=0. DO 300 J=1、2 300 XP(N)=A(J、N)*Y(N−J)+XP(N) XZ(N)=0. DO 400 J=1、6 400 XZ(N)=B(J、N)*U(N−J)+XZ(N) Y(N)=XP(N)+XZ(N)+U(N) 1 CONTINUE 付録B ADPCMポスト フィルタ用のプログラム C ポスト フィルタの入力はY(N)である。 C ポスト フィルタの出力はYF(N)である。 COMMON/COEFF/A(J、N)、B(J、N) DIMENSION A(2、256)、B(6、256)、 Y(256)、YF(256) DO 11 N=1、256 YFZ=0. DO 500 J=1、6 500 YFZ=B(J、N)*(BETA**J)* Y(N−J)+YFZ YFP=0 DO 600 J=1、2 600 YFP=A(J、N)*(ALPHA**J)* YF(N−J)+YFP YF(N)=YFZ+YFP 11 CONTINUE
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一例としてのデジタル音声通信装置の
全体ブロック図である。
【図2】図1の回路の使用することが可能な適応差パル
ス符号変調(ADPCM)符号器のブロック図である。
【図3】本考案による図1の回路に使用することが可能
なADPCM復号器のブロック図である。
【図4】本考案の一例としてのポスト フィルタ回路の
詳細なブロック図である。
【図5】図3の復号器回路から得られる一例としての信
号スペクトルの波形を示す図である。
【図6】図4のフィルタ回路から得られる一例としての
信号スペクトルの波形を示す図である。
【図7】図2及び図3においてオール ゼロ予測器とし
て使用することが可能な回路の詳細なブロック図であ
る。
【図8】図2及び図3においてオール極予測器として使
用することが可能な回路の詳細なブロック図である。
【図9】図1の復号器として使用することが可能な別の
回路を示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成6年4月19日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【実用新案登録請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 ラマムーティ,ヴェンカタスバラオ スウェーデン国 エス−582 40 リンコ ピング,1 テーアール.スクリヴァレガ ータン 3

Claims (8)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 符号化された音声信号を処理する装置で
    あって、 該符号化された音声信号を復号して第1の音声表示信号
    (例えば、u″(n))および第2の音声表示信号(例
    えば、y′(n))を生成する手段と、 該第1の音声表示信号における冗長度を表わす予測パラ
    メータ信号(例えば、a′,b′)であって該第1の音
    声表示信号の少なくとも第1の部分にもとづく予測パラ
    メータ信号を発生する手段(例えば、325)と、 該第1の音声表示信号の少なくとも第2の部分にもとづ
    く制御信号の組(例えば、α,β)を発生する手段と、 該制御信号の組及び該予測パラメータ信号に応動して該
    第2の音声表示信号をろ波して該第2の音声表示信号の
    選択されたスペクトル領域を強調するとともに他のスペ
    クトルに領域を抑圧するフィルタ手段(例えば、33
    5)とを含むことを特徴とする符号化音声信号の処理装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、該信号
    手段はADPCM信号の復号器を含むことを特徴とする
    符号化音声信号の処理装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の装置において、 該制御信号の組を発生する手段が、 該第1の音声表示信号のビットレートを表わす信号の組
    を発生することを特徴とする符号化音声信号の処理装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の装置において、 該制御信号の組を発生する手段が、該第1の音声表示信
    号におけるビットの数を表わす信号の組を発生すること
    を特徴とする符号化音声の処理装置。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の装置において、 該制御信号の組を発生する手段が、該第1の音声表示信
    号の品質を表わす信号の組を発生することを特徴とする
    符号化音声信号の処理装置。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の装置において、該音声
    信号を復号する手段が入力音声信号を復号するステップ
    を含むことを特徴とする入力信号を処理する方法。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の装置において、該第1
    の部分と該第2の部分が同じであることを特徴とする符
    号化音声信号の処理装置。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載の装置において、該第1
    の部分と該第2の部分が異なることを特徴とする符号化
    音声信号の処理装置。
JP1994002435U 1984-09-04 1994-03-22 符号化音声信号の処理装置 Expired - Lifetime JPH0731280Y2 (ja)

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