JPH0728497A - 音声符号化装置並びにその分析器及び合成器 - Google Patents

音声符号化装置並びにその分析器及び合成器

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JPH0728497A
JPH0728497A JP5192740A JP19274093A JPH0728497A JP H0728497 A JPH0728497 A JP H0728497A JP 5192740 A JP5192740 A JP 5192740A JP 19274093 A JP19274093 A JP 19274093A JP H0728497 A JPH0728497 A JP H0728497A
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は入力音声信号を分析フレーム周期毎
に線形予測分析する音声符号化装置並びにその分析器と
合成器に関し、演算量の大幅な低減を実現することを目
的とする。 【構成】 最大系列検索器２０は、パルス間隔及び振幅
がそれぞれ等しい複数の有極性パルスのそれぞれに対応
する、自己相関算出器１８からの自己相関係数列を波形
として加算した自己相関係数波形加算列を、相互相関算
出器１６からの相互相関係数列に最も類似させる前記有
極性パルスのそれぞれの極性を、累積類似度を評価尺度
とする動的計画法を利用して検索し、更にこの極性が検
索された複数の有極性パルスからなり、かつ、互いに有
極性パルスの位相が異なる複数のパルス列のうち、前記
自己相関係数波形加算列と前記相互相関係数列との波形
類似性が最大であるパルス列を決定して音源情報として
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は音声符号化装置並びにそ
の分析器及び合成器に係り、特に入力音声信号を分析フ
レーム周期毎に線形予測分析する音声符号化装置並びに
その分析器と合成器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、音声信号を符号化する方式の
一つとして、レギュラー・パルス・イクサイテーション
（ｒｅｇｕｌａｒ ｐｕｌｓｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏ
ｎ）が知られている（例えばＥｄ．Ｆ．Ｄｅｐｒｅｔｔ
ｅｒ ａｎｄ Ｐｅｔｅｒ Ｋｒｏｏｎ ”Ｒｅｇｕｌ
ａｒ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆ
ｏｒ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ Ｅｆｆｉｃｉｅｎ
ｔ ＬＰ−Ｃｏｄｉｎｇｏｆ Ｓｐｅｅｃｈ”，ＩＣＡ
ＳＳＰ １９８５，ｐｐ．９６５〜９６８）。この方式
は、入力音声信号を線形予測分析（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒ
ｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｄｉｎｇ：ＬＰＣ）して得たＬＰ
Ｃ係数によってスペクトル包絡情報を表現し、位相及び
振幅に自由度を持たせた等間隔のインパルス列によって
音源情報を表現する方式であり、符号化速度が９．６ｋ
ｂ／ｓ又はそれ以上の領域で実用化されている。
【０００３】一方、符号化速度が９．６ｋｂ／ｓより低
い２．４ｋｂ／ｓの領域で用いられる音声信号符号化方
式には、スペクトル符号化方式がある。しかし、このス
ペクトル符号化方式は、自然性、人見知り等の音声品質
の問題がある。そこで、本発明者は、先に特願平３−３
１９４２７号にて２．４ｋｂ／ｓ程度の符号化速度で波
形符号化を可能とする音声符号化装置並びにその分析器
及び合成器を提案した。
【０００４】この音声符号化装置は、入力音声信号を分
析フレーム毎に線形予測分析してＬＰＣ係数を出力する
ＬＰＣ分析手段、前記ＬＰＣ係数により定義される全極
フィルタのインパルス応答を算出するインパルス応答算
出手段、前記分析フレームの前記入力音声信号と前記イ
ンパルス応答との相互相関係数列を算出する相互相関算
出手段、前記インパルス応答の自己相関係数列を算出す
る自己相関算出手段、パルス間隔及び振幅がそれぞれ等
しい複数の有極性パルスからそれぞれなり、位相が互い
に異なる複数のパルス列のそれぞれについて前記有極性
パルスのそれぞれに対応する前記自己相関係数列を加算
した係数列を前記相互相関係数列に最も類似させる前記
有極性パルスのそれぞれの極性を検索するパルス列極性
検索手段、このパルス列極性検索手段が検索した極性を
前記有極性パルスのそれぞれが有する前記複数のパルス
列のうち前記係数列が前記相互相関係数列に最も類似す
るパルス列を検索するパルス列位相検索手段、及びこの
パルス列位相検索手段が検索したパルス列の情報及び前
記ＬＰＣ係数を送出する送出手段を有する分析側と、こ
の分析側から送られてきた前記パルス列の情報から音源
パルス列を生成する音源発生手段、及び、前記分析側か
ら送られてきた前記ＬＰＣ係数を用いて前記音源パルス
列から音声信号を合成する第１のＬＰＣ合成手段を有す
る合成側とを備えている。
【０００５】また、上記の提案になる分析器は、入力音
声信号を分析フレーム毎に線形予測分析してＬＰＣ係数
を出力するＬＰＣ分析手段と、前記ＬＰＣ係数により定
義される全極フィルタのインパルス応答を算出するイン
パルス応答算出手段と、前記分析フレームの前記入力音
声信号と前記インパルス応答との相互相関係数列を算出
する相互相関算出手段と、前記インパルス応答の自己相
関係数列を算出する自己相関算出手段と、パルス間隔及
び振幅がそれぞれ等しい複数の有極性パルスからそれぞ
れなり、位相が互いに異なる複数のパルス列のそれぞれ
について前記有極性パルスのそれぞれに対応する前記自
己相関系列を加算した係数列を前記相互相関係数列に最
も類似させる前記有極性パルスのそれぞれの極性を検索
するパルス列極性検索手段と、このパルス列極性検索手
段が検索した極性を前記有極性パルスのそれぞれが有す
る前記複数のパルス列のうち前記係数列が前記相互相関
係数列に最も類似するパルス列を検索するパルス列位相
検索手段と、このパルス列位相検索手段が検索したパル
ス列の情報及び前記ＬＰＣ係数を送出する送出手段とを
備えている。
【０００６】更に、上記の提案になる合成器は、分析器
が入力音声信号を分析フレーム毎に線形予測分析して送
出したＬＰＣ係数及び前記入力音声信号の音源情報とし
て送出したパルス間隔及び振幅がそれぞれ等しい複数の
有極性パルスからなるパルス列の情報のうちパルス列の
情報から音源パルスを生成する音源発生手段と、前記Ｌ
ＰＣ係数を予め定めた周期で補間するＬＰＣ係数補間手
段と、このＬＰＣ係数補間手段により補間されたＬＰＣ
係数を用いて前記音源パルスから音声信号を合成するＬ
ＰＣ合成手段とよりなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
本発明者の提案になる音声符号化装置等では、２．４ｋ
ｂ／ｓ程度の符号化速度で波形符号化はできるが、その
パルス列極性検策手段に膨大な演算量を必要とする問題
がある。
【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、パルス列の極性の決定に動的計画法を利用すること
により、上記の課題を解決した音声符号化装置並びにそ
の分析器及び合成器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明になる音声符号化装置は分析部と合成部とか
らなる。この分析部は入力音声信号を分析フレーム周期
毎に線形予測分析してＬＰＣ係数を出力する分析手段
と、ＬＰＣ係数により定義される全極フィルタの分析区
間のインパルス応答を算出するインパルス応答算出手段
と、前記分析フレーム周期の入力音声信号とインパルス
応答との相互相関係数列を算出する相互相関算出手段
と、前記インパルス応答の自己相関係数列を算出する自
己相関算出手段と、パルス間隔及び振幅がそれぞれ等し
い複数の有極性パルスのそれぞれに対応する前記自己相
関係数列を波形として加算した自己相関係数波形加算列
を、前記相互相関係数列に最も類似させる前記有極性パ
ルスのそれぞれの極性を、累積類似度を評価尺度とする
動的計画法を利用して検索するパルス列極性検索手段
と、各々パルス列極性検索手段により極性が検索された
前記複数の有極性パルスからなり、かつ、互いに有極性
パルスの位相が異なる複数のパルス列のうち、前記自己
相関係数波形加算列と前記相互相関係数列との波形類似
性が最大であるパルス列を検索するパルス位相検索手段
と、パルス位相検索手段により検索されたパルス列の情
報と前記ＬＰＣ係数とを合成して送出する送出手段とか
らなる。
【００１０】前記合成部は上記送出手段から送出された
パルス列の情報を入力信号として受け、音源パルス列を
生成する音源発生手段と、送出手段から送出されたＬＰ
Ｃ係数と音源パルス列とから音声信号を合成する第１の
ＬＰＣ合成手段とを備える。
【００１１】また、本発明になる分析器は、入力音声信
号を分析フレーム周期毎に線形予測分析してＬＰＣ係数
を出力する分析手段と、この分析手段が出力したＬＰＣ
係数を予め定めた周期で補間するＬＰＣ係数補間手段
と、このＬＰＣ係数補間手段により補間されたＬＰＣ係
数により定義される全極フィルタの分析区間のインパル
ス応答を算出するインパルス応答算出手段と、前記分析
フレーム周期の入力音声信号とインパルス応答との相互
相関係数列を算出する相互相関算出手段と、前記インパ
ルス応答の自己相関係数列を算出する自己相関算出手段
と、パルス間隔及び振幅がそれぞれ等しい複数の有極性
パルスのそれぞれに対応する前記自己相関係数列を波形
として加算した自己相関係数波形加算列を、前記相互相
関係数列に最も類似させる前記有極性パルスのそれぞれ
の極性を、累積類似度を評価尺度とする動的計画法を利
用して検索するパルス列極性検索手段と、各々パルス列
極性検索手段により極性が検索された前記複数の有極性
パルスからなり、かつ、互いに有極性パルスの位相が異
なる複数のパルス列のうち、前記自己相関係数波形加算
列と前記相互相関係数列との波形類似性が最大であるパ
ルス列を検索するパルス位相検索手段と、パルス位相検
索手段により検索されたパルス列の情報と前記ＬＰＣ係
数とを合成して送出する送出手段とよりなる。
【００１２】更に、本発明になる合成器は、分析器によ
り入力音声信号を分析フレーム周期毎に線形予測分析し
て送出されたＬＰＣ係数及び前記入力音声信号の音源情
報として送出されたパルス間隔及び振幅がそれぞれ等し
い複数の有極性パルスからなるパルス列の極性及び位相
情報との合成信号を分離するデマルチプレクサと、デマ
ルチプレクサからのパルス列の極性及び位相情報から音
源パルス列を生成する音源発生手段と、デマルチプレク
サからの該ＬＰＣ係数を予め定めた周期で補間するＬＰ
Ｃ係数補間手段と、ＬＰＣ係数補間手段により補間され
たＬＰＣ係数を用いて前記音源発生手段からの音源パル
ス列から音声信号を合成するＬＰＣ合成手段とよりな
る。
【００１３】
【作用】本発明の音声符号化装置では、パルス間隔及び
振幅がそれぞれ等しい複数の有極性パルスのそれぞれに
対応する自己相関係数列を波形として加算した自己相関
係数波形加算列を、前記相互相関係数列に最も類似させ
る前記有極性パルスのそれぞれの極性を、累積類似度
（累積類似尺度）を評価尺度とする動的計画法を利用し
て検索するようにしているため、前記有極性パルスのそ
れぞれの極性は累積類似度の最大検索に基づき一義的に
決定することができ、相関を評価尺度とする総当たり的
計算を不要とすることができる。
【００１４】また、本発明の分析器では、上記の音声符
号化装置の分析部を実現することができ、更に本発明の
合成器では、動的計画法を利用して検索した複数の有極
性パルスのそれぞれの極性と、この複数の有極性パルス
からなるパルス列の位相情報とに基づき音声信号を得る
上記の音声符号化装置の合成部を実現することができ
る。
【００１５】
【実施例】図１は本発明になる音声符号化装置の一実施
例の分析側を構成する分析器のブロック図、図２は同じ
音声符号化装置の一実施例の合成側を構成する合成器の
ブロック図、図３は図１及び図２の動作説明用タイミン
グチャートを示す。図１において、音声信号は３．４ｋ
Ｈｚ以下に帯域制限されて分析器１００の入力端子１を
介してＡ／Ｄ変換器１に供給され、ここでサンプリング
周波数８ｋＨｚでサンプリングされ所定のビット数に量
子化された後、３２ｍｓハミング窓２及び遅延回路９に
供給される。
【００１６】３２ｍｓハミング窓２は、Ａ／Ｄ変換器１
の出力信号をＬＰＣフレーム周期３２ｍｓ毎に窓長３２
ｍｓのハミング窓で窓切り出し処理して、図３（Ａ）に
示す信号Ｉｉ（ｉはＬＰＣ分析フレームの時間順の番
号）を出力する。ＬＳＰ分析器３は、３２ｍｓハミング
窓２からの信号Ｉｉを自己相関法によりＬＰＣ分析して
αパラメータを算出し、これを更に変換してＬＰＣ係数
の一種であるＬＳＰ（Ｌｉｎｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｐ
ａｉｒ）係数のω１〜ω１０を抽出する。
【００１７】ＬＳＰ量子化復号化器４は、ＬＳＰ分析器
３からのフレームｉのＬＳＰ係数ω１〜ω５を各４ビッ
トに、またＬＳＰ係数ω６〜ω１０を各３ビットに量子
化して総計３５ビットの量子化ＬＳＰ係数として図２の
合成器２００へ伝送するために、マルチプレクサ２３に
供給し、更に、量子化ＬＳＰ係数を復号化して量子化誤
差を含む量子化復号化ＬＳＰ係数Ｐｉとして補間器５に
供給する。量子化復号化ＬＳＰ係数Ｐｉは、図３（Ｂ）
に示す如く、ＬＰＣフレーム周期で補間器５に入力され
る。
【００１８】補間器５は２５０Ｈｚの補間周波数で量子
化復号化ＬＳＰ係数Ｐｉを補間し、補間ＬＳＰ係数Ｐｉ
ｊ（ただし、ｊは−３〜４の整数）として出力する。す
なわち、補間器５は量子化復号化ＬＳＰ係数Ｐｉを補間
ＬＳＰ係数Ｐｉ，０とし、量子化復号化ＬＳＰ係数Ｐｉ
−１，Ｐｉから４ｍｓ（＝（１／２５０）ｓ）毎に補間
ＬＳＰ係数Ｐｉ−１，１〜Ｐｉ−１，４、Ｐｉ，−３〜
Ｐｉ，−１を生成し、量子化復号化ＬＳＰ係数Ｐｉ，Ｐ
ｉ＋１から４ｍｓ毎に補間ＬＳＰ係数Ｐｉ，１〜Ｐｉ，
４、Ｐｉ＋１，−３〜Ｐｉ＋１，−１を生成する。
【００１９】補間ＬＳＰ係数Ｐｉ，０はフレームｉの中
央の信号サンプルに相当するものと考えられ、また、補
間ＬＳＰ係数Ｐｉ，１〜Ｐｉ，４は量子化復号化ＬＳＰ
係数Ｐｉ＋１が補間器５に入力された後から生成される
ことから、図３（Ｃ）に示すように、補間ＬＳＰ係数Ｐ
ｉ，ｊは信号Ｉｊの中央の信号サンプルから５０ｍｓ遅
れている。従って、Ａ／Ｄ変換器１の出力信号は、遅延
回路９により５０ｍｓ遅延されて後述のスペクトル変形
器１０に供給される。
【００２０】ω／α変換器６は、補間器５からの補間Ｌ
ＳＰ係数Ｐｉ，ｊをαパラメータαk （ただし、ｋは１
〜１０の整数）に変換して減衰係数印加器７及びスペク
トル変形器１０にそれぞれ供給する。減衰係数印加器７
は、αパラメータαk に減衰係数γ（ただし、０＜γ＜
１）を印加してαk γk を生成し、これを一時メモリ８
に一時格納すると共に、スペクトル変形器１０に供給す
る。
【００２１】スペクトル変形器１０はαパラメータαk
と、減衰係数γを印加したαパラメータαk γk とを用
いて下記の（１）式により定義されるフィルタであり、
遅延回路９で５０ｍｓ遅延されたＡ／Ｄ変換器１の出力
信号のうち、これらαパラメータに対応する信号をスペ
クトル構造変換して周知の聴感重み付けを行う。
【００２２】
【数１】 スペクトル変形器１０の出力信号のうち、補間ＬＳＰ係
数Ｐｉ，ｊから生成されたαパラメータに対応する部分
を信号Ｗｉ，ｊとすると、この信号Ｗｉ，ｊは図３
（Ｄ）に示すように、補間ＬＳＰ係数Ｐｉ，ｊに対応し
たタイミングで出力される。
【００２３】３７ｍｓ矩形窓１１は、図３（Ｅ）に示す
ように、上記信号Ｗｉ，０の４ｍｓの区間の中央から前
１６ｍｓ、後２１ｍｓ（＝１６ｍｓ＋５ｍｓ）の合計３
７ｍｓの矩形窓で信号Ｗｉ，ｊを窓切り出し処理する。
窓切り出し処理された信号は、後述するＬＰＣ合成フィ
ルタ１２から取り出される境界補正信号を用いて、境界
補正器１３により先頭の５ｍｓが境界補正され、図３
（Ｇ）に示すような信号Ｉｉに対応するパルス分析孤立
波形Ａｉとされて相互相関算出器１６及び振幅算出器２
１にそれぞれ供給される。
【００２４】パルス分析孤立波形Ａｉの後尾をフレーム
ｉに対応する３２ｍｓの区間より５ｍｓ後にしているの
は、この５ｍｓの区間の信号サンプルをも用いてパルス
分析することにより、分析区間の後尾の環境補正を行う
ためである。パルス分析孤立波形Ａｉ内には、図５に時
間順にｔ0 〜ｔ295 で示すように、２９５個の各信号サ
ンプルのタイムスロットがある。
【００２５】インパルス応答算出器１４は、一時メモリ
８に格納されている、減衰係数を印加したαパラメータ
αk γk を用いて下記の（２）式により定義される全極
フィルタのタイムスロットｔ0 〜ｔ295 に相当するすべ
てのインパルス応答Ｕv 0、Ｕv 1、Ｕv 2、．．．、Ｕv 295
（ただし、ｖ＝０，１，２，．．．，３９）を算出し
て、一時メモリ１５に格納する。なお、算出する応答長
は４０サンプル分（５ｍｓ）とする。これは５ｍｓ程度
でインパルス応答が実質的に十分に零に収斂することに
基づき設定される応答長である。
【００２６】
【数２】 （２）式により定義される全極フィルタは、係数（減衰
係数を印加したαパラメータαk γk ）が４ｍｓ毎に更
新される時変フィルタであり、上記のインパルス応答の
算出過程の途中でも係数が変更される。インパルス応答
なる用語は、固定フィルタについて定義される用語であ
るが、本明細書中では、インパルス応答なる用語を時変
フィルタについても意味を拡張して用いている。
【００２７】相互相関算出器１６は、境界補正器１３か
らのパルス分析孤立波形Ａｉと一時メモリ１５に格納さ
れているインパルス応答Ｕv q（ただし、ｑ＝０，１，
２，．．．，２９５；ｖ＝０，１，２，．．．，３９）
との相互相関係数Φ（ｑ）を下記の（３）式によりすべ
て算出し、得られた２９６個の相互相関係数から構成さ
れる相互相関係数列を一時メモリ１７に格納する。
【００２８】
【数３】 自己相関算出器１８は、一時メモリ１５に格納されてい
る上記インパルス応答Ｕv qについて、これらの自己相関
係数ρr q（ただし、ｑ＝０，１，２，．．．，２９５；
ｒ＝−３９，−３８，．．．，０，．．．，３８，３
９）を下記の（４）式によりすべて算出し、得られた７
９サンプルから構成される自己相関係数列を２９６組
分、一時メモリ１９に格納する。
【００２９】
【数４】 最大系列検索器２０は、一時メモリ１７に記憶されてい
る前記相互相関係数列Φ（ｑ）と、一時メモリ１９に記
憶されている前記自己相関係数列ρr qとが入力され、こ
れらに基づいて等間隔、等振幅であり、位相及び各パル
スの極性にのみ自由度がある複数の有極性パルスからな
るという条件の下に、パルス分析孤立波形Ａｉの先頭か
ら３２ｍｓの部分（フレームｉに対応する部分）の音源
情報である、図３（Ｈ）に示す検索出力パルス列Ｂｉを
検索する。
【００３０】この最大系列検索器２０の動作自体は、前
記した本発明者の提案になる音声符号化装置における最
大系列検索器と同様であり、次にこの動作について更に
詳細に説明する。最大系列検索器２０は、図５に示すよ
うに、パルス位相”０”〜”７”の８つのパルス列の位
置を設定する。各パルス列はパルス間隔が８タイムスロ
ットの等振幅の３７個の有極性パルスからなり、各パル
ス列相互間の位相差は１タイムスロットである。
【００３１】パルス位相”０”のパルス列の各パルス
（有極性パルス）は、タイムスロットｔ0 、ｔ8 、
ｔ16、．．．、ｔ288 に位置し、パルス位相”１”のパ
ルス列の各パルスは、タイムスロットｔ1 、ｔ9 、
ｔ17、．．．、ｔ289 に位置し、以下同様にして、パル
ス位相”７”のパルス列の各パルスは、タイムスロット
ｔ7 、ｔ15、ｔ23、．．．、ｔ295 に位置する。
【００３２】図６は最大系列検索器２０の機能を説明す
るための波形図である。同図（Ａ）は相互相関係数列φ
（ｑ）を示し、同図（Ｂ）は自己相関係数列ρr qのうち
のρr 0、ρr 8及びρr 120を示す。また、図６（Ｃ）はρ
r 0を正極性とし、ρr 8を同じく正極性としてρr 0とρr 8
の数値をタイムスロット毎に加算した波形、同図（Ｄ）
はρr 0を正極性とし、ρr 8を負極性としてρr 0とρr 8の
数値をタイムスロット毎に加算した波形を示す。
【００３３】本実施例では一組の自己相関係数列を−３
９〜３９の範囲の７９サンプルから構成されると定義し
ている。従って、自己相関係数列ρr qをタイムスロット
毎に加算する場合、例えばタイムスロットｔ0 〜ｔ7 に
相当する区間は、ρr 0，ρr 1、．．．、ρr 45 （ｒ＝−
３９、．．．、３９）のみ関係する。更に、パルス位
相”０”に限定すると、タイムスロットｔ0 〜ｔ7 に相
当する区間は、ρr 0，ρr 8、ρr 16 、ρr 24 、ρr 32 及
びρr 40 （ｒ＝−３９、．．．、３９）のみが関係す
る。すなわち、ρr 0を「正」に設定するか「負」に設定
するかは、タイムスロットｔ0 〜ｔ7 に関し、ρr 0，ρ
r 8、ρr 16 、ρr 24 、ρr 32 及びρr 40 の各自己相関係
数について、これらの極性のみを自由にした線形結合を
考え、タイムスロットｔ0 〜ｔ7 に相当する区間におい
て、相互相関係数列φ（ｑ）（ただし、ｑ＝０，
１，．．．，７）と最も良く類似する極性の組み合わせ
を選択することにより決定し得る。
【００３４】パルス位相”０”のパルス列の各有極性パ
ルスのうちパルス分析孤立波形Ａｉの先頭から３２ｍｓ
の部分に入るタイムスロットｔ0 〜ｔ248 の３２パルス
の極性は以下の手順で決定される。まず、タイムスロッ
トｔ0 、ｔ8 、ｔ16、ｔ24、ｔ32及びｔ40の位置の各パ
ルスの極性のすべての組み合わせ（６４通りの組み合わ
せ）のそれぞれについて、各パルスの極性をも考慮した
自己相関係数列を波形として加算した係数列を求める。
【００３５】次に、これら６４種の自己相関係数波形加
算列のそれぞれについて、相互相関係数列との波形とし
ての類似性を計測し、類似性が最大となるものを選択す
る。類似性の計測は例えば、タイムスロットｔ0 〜ｔ7
の区間の相互相関Ψ（７）を下記の（５）式に基づいて
求め、この算出結果から最適な自己相関係数波形加算列
を選択することで行う。
【００３６】
【数５】 次に、選択した自己相関係数波形加算列からタイムスロ
ットｔ0 の位置のパルスの極性ｓｇｎ（０）のみを決定
する。続いて、タイムスロットｔ8 、ｔ16、ｔ24、ｔ32
及びｔ40の位置の各パルスの極性のすべての組み合わせ
のそれぞれについて、これら６パルス及びタイムスロッ
トｔ0 の位置の先に決定した極性のパルスの自己相関係
数波形加算列を求め、これら６４種の自己相関係数波形
加算列のそれぞれについて相互相関係数列との波形類似
性Ψ（１５）を下記の（６）式に基づいて求め、この算
出結果から最適な自己相関係数波形加算列を選択する。
そして、選択した自己相関係数波形加算列からタイムス
ロットｔ8 の位置のパルスの極性ｓｇｎ（８）のみを決
定する。
【００３７】
【数６】 次に、タイムスロットｔ0 、ｔ8 の位置のパルスの極性
を先に決定したように固定し、タイムスロットｔ16、ｔ
24、ｔ32、ｔ40、ｔ48、及びｔ56の位置のパルスの極性
を自由として、同様にしてタイムスロットｔ16の位置の
パルスの極性ｓｇｎ（１６）を決定する。以下同様にし
て、タイムスロットｔ245 の位置のパルスまで極性ｓｇ
ｎ（２４８）を決定する。
【００３８】以上のようにして、パルスの極性を総当た
り的計算に基づいて決定しても、原理的には一向に差し
支えない。しかしながら、実用的見地からは（５）式及
び（６）式を直接計算する方法は、膨大な演算量を必要
とし、実時間処理上、並びにハードウェアの規模上極め
て不利である。
【００３９】そこで、本実施例では、この演算を後述す
るように、動的計画法（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｒｏｇｒａ
ｍｍｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）により実現することにより
演算量を削減するものである。
【００４０】パルス位相”１”〜”７”の各パルス列に
ついても、パルス位相”０”のパルス列において行った
のと同様にして、各有極性パルスの極性を決定する。こ
のようにして極性を決定した有極性パルスからなる各パ
ルス位相のパルス列のそれぞれについて自己相関係数波
形加算列と相互相関係数列との波形類似性を計測し、類
似性が最大となるパルス位相のパルス列を検索出力パル
ス列Ｂｉとして選択する。検索出力パルス列Ｂｉは、振
幅算出器２１及びＬＰＣ合成フィルタ１２に供給され、
また、合成器２００へ伝送するために、３ビットのパル
ス位相情報及び３２ビットのパルス極性情報の形でマル
チプレクサ２３に供給される。
【００４１】振幅算出器２１は、最大系列検索器２０か
らの検索出力パルス列Ｂｉによる合成波形を求め、この
合成波形とパルス分析孤立波形Ａｉとが最も良く一致す
るパルス振幅を算出する。上記の合成波形の算出は、あ
らためてフィルタ演算を行うのではなく、一時メモリ１
５に格納されているインパルス応答Ｕv qを波形加算する
ことによって行われる。また、上記のパルス振幅の決定
は、換言するとフレーム全体として電力が一致するパル
ス振幅の決定であり、次式の最小化問題において、Ｐを
最小にする振幅Ａを求めることにより、容易に行うこと
ができる。
【００４２】
【数７】 ｗi ：パルス分析孤立波形Ａｉのタイムスロットｔi に
おけるサンプル値 ｘi ：エネルギーを１とした合成波形のタイムスロット
ｔi におけるサンプル値 （７）式からパルス振幅Ａは次式により求められる。
【００４３】
【数８】 振幅量子化復号化器２２は、振幅算出器２１で（８）式
から求められたパルス振幅Ａを６ビットに量子化してマ
ルチプレクサ２３に供給すると共に、量子化した振幅を
再び復号化して量子化誤差を含む振幅をＬＰＣ合成フィ
ルタ１２に供給する。
【００４４】ＬＰＣ合成フィルタ１２は、一時メモリ８
から読み出したフレームｉの減衰係数を印加したαパラ
メータαk γk を係数とし、最大系列検索器２０からの
検索出力パルス列Ｂｉのうち後尾の５ｍｓの区間のパル
ス列の振幅を、振幅量子化復号化器２２から与えられた
振幅にしたパルス列により駆動され、図３（Ｉ）及び図
４（Ｂ）の拡大図に示す信号Ｃｉを出力する。なお、図
４（Ａ）は図３（Ｄ）に示したスペクトル変形器１０の
出力信号Ｗｉ，ｊである。
【００４５】図３（Ｉ）及び図４（Ｂ）に示すように、
信号Ｃｉは、５ｍｓのパルス励振部分Ｃaiと、それに続
く５ｍｓの減衰振動部分Ｃbiとからなる。パルス励振部
分Ｃaiは、３７ｍｓ矩形窓１１がフレームｉに対応して
切り出した信号のうち、先頭から２７ｍｓの点に始まり
３２ｍｓの点で終わる部分を復元した信号であり、ま
た、３７ｍｓ矩形窓１１がフレーム（ｉ＋１）に対応し
て切り出した信号の先頭の直前の５ｍｓの区間のスペク
トル変形器１０の主力信号の復元信号である。
【００４６】ところで、３７ｍｓ矩形窓１１がフレーム
ｉに対応して切り出した信号のうち先頭の部分は、この
先頭の部分に先行する遅延回路９の出力信号によりスペ
クトル変形器１０が励振されて出力した減衰振動部分に
より影響を受けている。境界補正器１３は、ＬＰＣ合成
フィルタ１２がフレーム（ｉ−１）に対応して出力した
信号Ｃｉ−１のうち、長さ５ｍｓの減衰振動部分、換言
すると、図３（Ｆ）に示す境界補正信号Ｃb,i-1 を、フ
レームｉに対応する３７ｍｓ矩形窓１１の出力信号から
減算することにより、３７ｍｓ矩形窓１１の出力信号の
先頭の５ｍｓの部分を境界補正し、図３（Ｇ）に示す如
きパルス分析孤立波形Ａｉとして出力する。
【００４７】マルチプレクサ２３はＬＳＰ量子化復号化
器４からの３５ビットの量子化ＬＳＰ係数と、最大系列
検索器２０からの３ビットのパルス位相及び３２ビット
のパルス極性と、振幅量子化復号化器２２からの６ビッ
トの振幅とを３２ｍｓのフレーム周期で受け取り、これ
ら計７６ビットのデータに５フレーム当り４ビット、換
言すると１フレーム当り０．８ビットのフレーム周期ビ
ットを付加して平均７６．８ビットの伝送フレームを構
成し、データ出力として図２に示す合成器２００へ送出
する。このデータ出力のビットレートは、２．４ｋｂ／
ｓ（＝７６．８ビット／０．０３ｓ）である。
【００４８】次に、合成器２００について図２と共に説
明する。同図において、デマルチプレクサ２４は分析器
１００からのデータが入力され、これをフレーム同期し
て分解し、振幅のデータは振幅復号化器２５に、パルス
位相及びパルス極性のデータは音源発生器２６に、ま
た、量子化ＬＳＰ係数をＬＳＰ復号化器２７にそれぞれ
供給する。振幅復号化器２５は入力振幅データを復号化
して音源発生器２６に供給する。音源発生器２６は、デ
マルチプレクサ２２から入力されたパルス位相及びパル
ス極性と同じ位相及び極性で、かつ、振幅復号化器２５
から入力された復号振幅と同じ振幅のパルス列を発生
し、これをＬＰＣ合成フィルタ３０に供給する。
【００４９】一方、ＬＳＰ復号化器２７は、入力量子化
ＬＳＰ係数を復号化し、３２ｍｓのフレーム周期でＬＳ
Ｐ係数を補間器２８に供給する。補間器２８は入力復号
ＬＳＰ係数を２５０Ｈｚの補間周波数で補間し、補間Ｌ
ＳＰ係数を４ｍｓ毎にω／α変換器２９に供給する。ω
／α変換器２９は、補間器２８からの補間ＬＳＰ係数を
αパラメータに変換して、ＬＰＣ合成フィルタ３０へ出
力する。
【００５０】ＬＰＣ合成フィルタ３０は、ω／α変換器
２９からのαパラメータを係数とし、音源発生器２６か
らのパルス列により駆動されて音声信号の量子化サンプ
ル列を出力する。この量子化サンプル列は、８ｋＨＺの
クロックにより動作するＤ／Ａ変換器３１によりアナロ
グ音声信号に変換された後、低域フィルタ（図示せず）
を通して３．４ｋＨｚ以下に帯域制限されて出力され
る。
【００５１】以上説明した実姉例は、分析器１００から
合成器２００へ伝送するＬＰＣ係数としてＬＳＰ係数を
用いているが、他の方式のＬＰＣ係数、例えばＫパラメ
ータを伝送するようにしても良い。
【００５２】次に、分析器１００における最大系列検索
器２０での動的計画法を用いたパルスの極性の決定方法
について説明する。図７は本発明における最大系列検索
器２０のパルスの極性の決定方法を説明するためのダイ
アグラムである。同図において、タイムスロットｔ0 の
位置のパルスの極性ｓｇｎ（０）が「正」と仮定すｗる
と、このタイムスロットｔ0 におけるインパルス応答の
自己相関係数ρq 0と相互相関係数列φ（ｑ）との類似尺
度ｄ0 は次式で表される。
【００５３】
【数９】 タイムスロットｔ0 の位置のパルスの極性ｓｇｎ（０）
が「負」と仮定すると、このタイムスロットｔ0 におけ
るインパルス応答の自己相関係数ρq 0と相互相関係数列
φ（ｑ）との類似尺度は−ｄ0 である。
【００５４】次に、タイムスロットｔ8 の位置のパルス
の極性ｓｇｎ（８）が「正」と仮定すると、このタイム
スロットｔ8 におけるインパルス応答の自己相関係数ρ
q 8と相互相関係数列φ（ｑ＋８）との類似尺度ｄ8 は次
式で表される。
【００５５】
【数１０】 タイムスロットｔ8 の位置のパルスの極性ｓｇｎ（８）
が「負」と仮定すると、このタイムスロットｔ8 におけ
るインパルス応答の自己相関係数ρq 8と相互相関係数列
φ（ｑ＋８）との類似尺度は−ｄ8 である。
【００５６】上記のｓｇｎ（８）を「正」と仮定する
と、ｓｇｎ（０）は下記の（１１）式による累積類似尺
度（累積類似度）Ｄ8 （＋）の最大検索に基づき、一義
的に決定される。
【００５７】
【数１１】 同様に、ｓｇｎ（８）を「負」と仮定すると、ｓｇｎ
（０）は下記の（１２）式による累積類似尺度Ｄ8
（−）の最大検索に基づき、一義的に決定される。
【００５８】
【数１２】 また、タイムスロットｔ16の位置のパルスの極性ｓｇｎ
（１６）が「正」と仮定すると、このタイムスロットｔ
16におけるインパルス応答の自己相関係数ρq 16 と相互
相関係数列φ（ｑ＋１６）との類似尺度ｄ16は次式で表
される。
【００５９】
【数１３】 また、上記のｓｇｎ（１６）を「正」、「負」とそれぞ
れ仮定した場合の、累積類似尺度Ｄ16（＋）、Ｄ
16（−）は、下記の（１４）式、（１５）式の最大検索
に基づき、一義的に決定される。
【００６０】
【数１４】 以下同様にして、次々と累積類似尺度Ｄ24（＋）、Ｄ24
（−）、Ｄ32（＋）、Ｄ32（−）、．．．、Ｄ280
（＋）、Ｄ280 （−）が算出されて行き、タイムスロッ
トｔ288 における類似尺度ｄ288 が
【００６１】
【数１５】 として求められる。これにより、タイムスロットｔ288
における累積類似尺度Ｄ288 （＋）、Ｄ288 （−）は下
記の（１７）式、（１８）式により求められる。
【００６２】
【数１６】 最終的にタイムスロットｔ288 の位置のパルスの極性ｓ
ｇｎ（２８８）は、下記の（１９）式の検索結果により
決定される。
【００６３】
【数１７】 すなわち、Ｄmaxの値が例えばＤ288（＋）であれば、タ
イムスロットｔ２８８の位置のパルスの極性ｓｇｎ（２
８８）は「正」に決定される。以後この決定に基づき、
図７のダイアグラム及び（９）式から（１８）式などに
従いパルスの極性ｓｇｎ（２８０）、ｓｇｎ（２７
２）、．．．、ｓｇｎ（１６）、ｓｇｎ（８）及びｓｇ
ｎ（０）が順次決定される。
【００６４】このようにして、本実施例によれば、動的
計画法を最大系列検索器２０でのパルスの極性の決定に
用いることにより、わずか３７回（＝（２８８／８）＋
１）の類似尺度の算出により所望の位相のパルス列に対
する極性を決定することができる。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自己相関係数列を加算した係数列を相互相関係数列に最
も類似させる有極性パルスのそれぞれの極性を、累積類
似度を評価尺度とする動的計画法を利用して検索するよ
うにしたため、大幅に演算量を削減することができ、こ
のことから処理速度を向上することができ、また、ハー
ドウェアの規模を縮小することができる。
【００６６】また、本発明によれば、等間隔、等振幅で
あり、位相及び各パルスの極性のみに自由度を持たせた
複数の有極性パルスからなるパルス列によって音源情報
を表現することにより、２．４ｋｂ／ｓ程度の低い符号
化速度で波形符号化を可能とし、音声品質を向上するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる音声符号化装置の一実施例の分析
側を構成する分析器のブロック図である。
【図２】本発明になる音声符号化装置の一実施例の合成
側を構成する合成器のブロック図である。
【図３】図１及び図２の動作説明用タイミングチャート
である。
【図４】図１のスペクトル変形器及びＬＰＣ合成器の各
出力信号を拡大して示す図である。
【図５】図１の最大系列検索器の動作を説明する図であ
る。
【図６】図１の最大系列検索器の機能を説明する図であ
る。
【図７】図１の最大系列検索器の動的計画法に基づくパ
ルス極性決定方法を説明するダイアグラムである。
【符号の説明】
３ ＬＳＰ分析器 ４ ＬＳＰ量子化復号化器 ５、２８ 補間器 ６、２９ ω／α変換器 ７ 減衰係数印加器 １０ スペクトル変換器 １１ ３７ｍｓ矩形窓 １２、３０ ＬＰＣ合成フィルタ １３ 境界補正器 １４ インパルス応答算出器 １６ 相互相関算出器 １８ 自己相関算出器 ２０ 最大系列検索器 ２３ マルチプレクサ ２６ 音源発生器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力音声信号を分析フレーム周期毎に線
    形予測分析してＬＰＣ係数を出力する分析手段と、該Ｌ
    ＰＣ係数により定義される全極フィルタの分析区間のイ
    ンパルス応答を算出するインパルス応答算出手段と、前
    記分析フレーム周期の入力音声信号と該インパルス応答
    との相互相関係数列を算出する相互相関算出手段と、前
    記インパルス応答の自己相関係数列を算出する自己相関
    算出手段と、パルス間隔及び振幅がそれぞれ等しい複数
    の有極性パルスのそれぞれに対応する前記自己相関係数
    列を波形として加算した自己相関係数波形加算列を、前
    記相互相関係数列に最も類似させる前記有極性パルスの
    それぞれの極性を、累積類似度を評価尺度とする動的計
    画法を利用して検索するパルス列極性検索手段と、各々
    該パルス列極性検索手段により極性が検索された前記複
    数の有極性パルスからなり、かつ、互いに該有極性パル
    スの位相が異なる複数のパルス列のうち、前記自己相関
    係数波形加算列と前記相互相関係数列との波形類似性が
    最大であるパルス列を検索するパルス位相検索手段と、
    該パルス位相検索手段により検索されたパルス列の情報
    と前記ＬＰＣ係数とを合成して送出する送出手段とから
    なる分析部と、 該送出手段から送出された該パルス列の情報を入力信号
    として受け、音源パルス列を生成する音源発生手段と、
    該送出手段から送出された該ＬＰＣ係数と該音源パルス
    列とから音声信号を合成する第１のＬＰＣ合成手段とを
    備える合成部とを有することを特徴とする音声符号化装
    置。
  2. 【請求項２】 前記分析手段が出力したＬＰＣ係数を予
    め定めた周期で補間する第１のＬＰＣ係数補間手段と、
    前記分析部から送出された前記ＬＰＣ係数を前記予め定
    めた周期で補間する第２のＬＰＣ係数補間手段とを有
    し、前記インパルス応答算出手段が前記第１のＬＰＣ係
    数補間手段により補間されたＬＰＣ係数により定義され
    る全極フィルタのインパルス応答を算出して前記相互相
    関算出手段及び前記自己相関算出手段へ出力し、前記第
    １のＬＰＣ合成手段が前記第２のＬＰＣ係数補間手段に
    より補間されたＬＰＣ係数を用いて音声信号を合成する
    ことを特徴とする請求項１記載の音声符号化装置。
  3. 【請求項３】 前記動的計画法は、前記インパルス応答
    の時間長により範囲を制限されたことを特徴とする請求
    項１記載の音声符号化装置。
  4. 【請求項４】 入力音声信号を分析フレーム周期毎に線
    形予測分析してＬＰＣ係数を出力する分析手段と、 該分析手段が出力したＬＰＣ係数を予め定めた周期で補
    間するＬＰＣ係数補間手段と、 該ＬＰＣ係数補間手段により補間されたＬＰＣ係数によ
    り定義される全極フィルタの分析区間のインパルス応答
    を算出するインパルス応答算出手段と、 前記分析フレ
    ーム周期の入力音声信号と該インパルス応答との相互相
    関係数列を算出する相互相関算出手段と、 前記インパルス応答の自己相関係数列を算出する自己相
    関算出手段と、 パルス間隔及び振幅がそれぞれ等しい複数の有極性パル
    スのそれぞれに対応する前記自己相関係数列を波形とし
    て加算した自己相関係数波形加算列を、前記相互相関係
    数列に最も類似させる前記有極性パルスのそれぞれの極
    性を、累積類似度を評価尺度とする動的計画法を利用し
    て検索するパルス列極性検索手段と、 各々該パルス列極性検索手段により極性が検索された前
    記複数の有極性パルスからなり、かつ、互いに該有極性
    パルスの位相が異なる複数のパルス列のうち、前記自己
    相関係数波形加算列と前記相互相関係数列との波形類似
    性が最大であるパルス列を検索するパルス位相検索手段
    と、 該パルス位相検索手段により検索されたパルス列の情報
    と前記ＬＰＣ係数とを合成して送出する送出手段とを有
    することを特徴とする分析器。
  5. 【請求項５】 前記動的計画法は、前記インパルス応答
    の時間長により範囲を制限されたことを特徴とする請求
    項４記載の分析器。
  6. 【請求項６】 分析器により入力音声信号を分析フレー
    ム周期毎に線形予測分析して送出されたＬＰＣ係数及び
    前記入力音声信号の音源情報として送出されたパルス間
    隔及び振幅がそれぞれ等しい複数の有極性パルスからな
    るパルス列の極性及び位相情報との合成信号を分離する
    デマルチプレクサと、 該デマルチプレクサからの該パルス列の極性及び位相情
    報から音源パルス列を生成する音源発生手段と、 該デマルチプレクサからの該ＬＰＣ係数を予め定めた周
    期で補間するＬＰＣ係数補間手段と、 該ＬＰＣ係数補間手段により補間されたＬＰＣ係数を用
    いて前記音源発生手段からの音源パルス列から音声信号
    を合成するＬＰＣ合成手段とを備えることを特徴とする
    合成器。
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