JPH07334190A - 高調波振幅値量子化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハーモニック音声符復号装置の高調波振幅値
量子化装置において、フレーム間の相関を利用すること
で、効率良く高調波振幅値を量子化する。 【構成】 高調波振幅値を量子化するにあたり、パワー
スペクトル算出器１で算出される入力音声のパワースペ
クトルと、スペクトル包絡復号器６により復号された前
フレームのスペクトル包絡の差分スペクトルを、差分ス
ペクトル算出器２により算出する。スペクトル包絡算出
器３により差分スペクトル包絡を与えるパラメータを求
め、これをパラメータ量子化器４で量子化し、量子化差
分スペクトル包絡算出器５で差分スペクトル包絡を求
め、スペクトル包絡復号器６で前フレームのスペクトル
包絡に加算して現フレームのスペクトル包絡を復号す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル通信やデー
タ蓄積等に利用し、音声信号を情報圧縮する際に用いら
れるハーモニック音声符復号装置に必要となる高調波振
幅値量子化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、音声信号を情報圧縮する技術は、
有限であるデータ伝送容量や蓄積媒体を有効に利用する
ための技術として注目されている。中でも、ハーモニッ
ク音声符復号装置は、音声品質を劣化させることなくデ
ータ圧縮することができる音声符復号装置として注目さ
れており、情報圧縮率をさらに向上させるために、ハー
モニック音声符復号装置で得られるパラメータの一つで
ある高調波振幅値パラメータを効率良く量子化する高調
波振幅値量子化装置の実現が望まれている。

【０００３】以下、従来の高調波振幅値量子化装置につ
いて説明する。図２０は従来の高調波振幅値量子化装置
のブロック図を示すものである。図２０において、４１
は入力音声の対数パワースペクトルを算出するパワース
ペクトル算出器である。４２はケプストラム分析器であ
り、パワースペクトルからケプストラム係数を算出す
る。４３はケプストラム係数量子化器であり、得られた
ケプストラム係数をベクトル量子化する。４４はスペク
トル包絡算出器であり、量子化されたケプストラム係数
を離散フーリエ変換してスペクトル包絡を求める。４５
は基本周波数抽出器であり、入力音声の基本周波数を抽
出する。４６は残差算出器であり、抽出された基本周波
数により定められる高調波周波数におけるスペクトル包
絡とパワースペクトルとの差を求める。４７は残差量子
化器であり、算出された残差をスカラー量子化する。

【０００４】以上のように構成された高調波振幅値量子
化装置について、以下その動作について説明する。ま
ず、パワースペクトル算出器４１により求められた入力
音声の対数パワースペクトルに対し、ケプストラム分析
器４２でケプストラム分析してケプストラム係数を求め
る。このようにして得たケプストラム係数を、ケプスト
ラム係数量子化器４３でベクトル量子化する。スペクト
ル包絡算出器４４では、量子化されたケプストラム係数
を離散フーリエ変換してパワースペクトルのスペクトル
包絡を求める。次いで基本周波数抽出器４５により抽出
された入力音声の基本周波数を基にして高調波周波数を
決定する。そしてこれらの高調波周波数におけるパワー
スペクトルとスペクトル包絡との差を残差算出器４６で
求める。最後に、算出された残差を残差量子化４７でス
カラー量子化する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の高調波振幅値量子化器では、分析フレーム毎に高調
波振幅値を量子化しており、前後フレームの相関を用い
ていないので、時間的な変化が比較的緩やかであると考
えられる声道の特徴を考慮し、効率良く高調波振幅値を
量子化していないという問題を有していた。

【０００６】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
であり、フレーム間の相関を考慮した効率の良い高調波
振幅値の量子化を実現する高調波振幅値量子化装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、第１の構成は、入力音声のスペクトルか
らスペクトル包絡復号器により得られる前フレームのス
ペクトル包絡を減算する差分スペクトル算出器と、前フ
レームのスペクトル包絡と量子化差分スペクトル包絡と
を加算して現フレームのスペクトル包絡を復号するスペ
クトル包絡復号器とを備えたものである。

【０００８】本発明の第２の構成は、上記第１の構成に
加え、入力音声の基本周波数を抽出する基本周波数抽出
器と、スペクトル包絡復号器により得られる前フレーム
のスペクトル包絡と基本周波数とを用いて現フレームの
スペクトル包絡を予測するスペクトル包絡予測器とを備
えたものである。

【０００９】さらに、本発明の第３の構成は、基本周波
数と前フレームにおいて復号された高調波振幅値とを用
いてスペクトル包絡を予測するスペクトル包絡予測器
と、入力音声のパワースペクトルと基準スペクトル包絡
との差分スペクトルをケプストラム分析する改良型ケプ
ストラム分析器と、量子化したパラメータから高調波振
幅値を復号する高調波振幅値復号器とを備えたものであ
る。

【００１０】

【作用】したがって、本発明は、上記第１の構成によ
り、時間的変化がなだらかである高調波振幅値を量子化
する際に前フレームから現フレームのスペクトル包絡を
予測することで情報圧縮効率を向上させることができ
る。

【００１１】また、上記第２の構成により、基本周波数
の変化を考慮して現フレームのスペクトル包絡を予測す
ることで、予測ゲインを向上させることができ、情報圧
縮効率を向上させることができる。

【００１２】さらに、上記第３の構成により、高調波帯
域毎のスペクトルのピーク（以後、高調波ピークとい
う。）を平滑化することで、ケプストラム分析において
スペクトル包絡を効率良く分析でき、量子化効率を向上
させることができる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例の構
成を示すものである。図１において、１はパワースペク
トル算出器であり、入力音声の対数パワースペクトルを
算出する。２は差分スペクトル算出器であり、現フレー
ムのパワースペクトルと前フレームのスペクトル包絡と
の差分スペクトルを求める。３はスペクトル包絡算出器
であり、差分スペクトル包絡を決定する包絡パラメータ
を算出する。４はパラメータ量子化器であり、求めた包
絡パラメータを量子化する。５は量子化差分スペクトル
包絡算出器であり、量子化したパラメータから差分スペ
クトル包絡を復号する。６はスペクトル包絡復号器であ
り、前フレームで復号されているスペクトル包絡に差分
スペクトル包絡を加算することにより、現フレームで量
子化されたスペクトル包絡を復号する。

【００１４】以上のように構成された高調波振幅値量子
化装置について、その動作を説明する。図１において、
パワースペクトル算出器１から出力される図４に示す入
力音声の対数パワースペクトルは、差分スペクトル算出
器２によって、スペクトル包絡復号器６から得られる図
５に示す前フレームのスペクトル包絡を減算され、図６
に示す差分スペクトルとなる。この差分スペクトルに対
し、スペクトル包絡算出器３によって差分スペクトル包
絡を得るためのパラメータを決定する。決定されたパラ
メータは、パラメータ量子化器４で量子化される。量子
化差分スペクトル包絡算出器５では、量子化されたパラ
メータを用いて図７に示す量子化誤差を含む差分スペク
トル包絡を求め、スペクトル包絡復号器６で、前フレー
ムのスペクトル包絡に加算することによって、図８に示
す現フレームにおけるスペクトル包絡を復号する。

【００１５】このように、上記実施例によれば、スペク
トル包絡復号器および差分スペクトル算出器を設けるこ
とにより、前後のフレームのスペクトル包絡の相関を利
用することが可能となり、量子化効率を向上させること
ができる。

【００１６】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
の構成を示し、図１に対して基本周波数抽出器１７とス
ペクトル包絡予測器１８とを加えたものである。図２に
おいて、１１はパワースペクトル算出器であり、入力音
声の対数パワースペクトルを算出する。１２は差分スペ
クトル算出器であり、パワースペクトルとスペクトル包
絡予測器によって得られる予測スペクトル包絡の差分を
求める。１３はスペクトル包絡算出器であり、差分スペ
クトル包絡を決定する包絡パラメータを算出する。１４
はパラメータ量子化器であり、求めた包絡パラメータを
量子化する。１５は量子化差分スペクトル包絡算出器で
あり、量子化したパラメータから差分スペクトル包絡を
求める。１６はスペクトル包絡復号器であり、スペクト
ル包絡予測器１８によって予測された予測スペクトル包
絡に差分スペクトル包絡を加算することにより、現フレ
ームで量子化されたスペクトル包絡を復号し、次フレー
ムでスペクトル包絡予測器１８へ出力する。１７は基本
周波数抽出器であり、入力音声から基本周波数を抽出す
る。１８はスペクトル包絡予測器であり、スペクトル包
絡復号器１６で復号された前フレームのスペクトル包絡
と基本周波数抽出器１７からの基本周波数とを用いて現
フレームのスペクトル包絡を予測する。

【００１７】次に上記第２の実施例の動作について説明
する。図２において、基本周波数抽出器１７で入力音声
の基本周波数を抽出する。この基本周波数に基づいて、
図９に示す前フレームのスペクトル包絡を、スペクトル
包絡予測器１８によって、図１０に示す現フレームの予
測スペクトル包絡に変換する。一方、パワースペクトル
算出器１１から出力される入力音声の対数パワースペク
トルは、差分スペクトル算出器１２によって、スペクト
ル包絡予測器１８から得られる図１０に示す予測スペク
トル包絡を減算され、差分スペクトルとなる。この差分
スペクトルに対し、スペクトル包絡算出器１３によっ
て、差分スペクトル包絡を得るパラメータを決定する。
決定されたパラメータは、パラメータ量子化器１４で量
子化される。次いで量子化差分スペクトル包絡算出器１
５では、量子化されたパラメータを用いて量子化誤差を
含む差分スペクトル包絡を求め、スペクトル包絡復号器
１６で、予測したスペクトル包絡に加算することによっ
て、現フレームにおいて量子化したスペクトル包絡を復
号する。

【００１８】このように、本実施例によれば、スペクト
ル包絡を予測することにより、フレーム間の相関を利用
することができるので、パラメータの量子化効率を向上
させることができる。また、基本周波数の変化を考慮し
たスペクトル包絡の予測をすることにより、予測ゲイン
を向上することができ、効率の良い量子化装置を実現す
ることができる。

【００１９】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
の構成を示すものである。図３において、２１は基本周
波数抽出器であり、入力音声の基本周波数を抽出する。
２２はパワースペクトル算出器であり、入力音声の対数
パワースペクトルを算出する。２３はスペクトル包絡予
測器であり、前フレームで復号された高調波振幅値と基
本周波数抽出器２１からの基本周波数を基に、現フレー
ムのスペクトル包絡を予測する。２４はスペクトル減算
器であり、パワースペクトルと予測スペクトル包絡の差
分スペクトルを求める。２５は改良型ケプストラム分析
器であり、差分スペクトルの高調波ピークを通るスペク
トル包絡を定めるケプストラム係数を求める。２６はケ
プストラム係数量子化器であり、ベクトル量子化する。
２７はスペクトル包絡算出器であり、量子化したケプス
トラム係数から量子化した差分スペクトル包絡を求め
る。２８はスペクトル加算器であり、基準スペクトル包
絡と量子化差分スペクトル包絡を加算し、ベクトル量子
化で得られるスペクトル包絡を復号する。２９は高調波
振幅値残差算出器であり、基本周波数抽出器２１からの
基本周波数を基に、高調波周波数毎に復号したスペクト
ル包絡のパワースペクトルに対する残差を求める。３０
は高調波振幅値残差量子化器であり、高調波周波数毎の
残差をスカラー量子化する。３１は高調波振幅値復号器
であり、先に復号したスペクトル包絡とスカラー量子化
した残差から各高調波振幅値を復号する。

【００２０】次に上記第３の実施例の動作について説明
する。図３において、基本周波数抽出器２１によって抽
出された入力音声の基本周波数に基づいて、スペクトル
包絡予測器２３では、図１１に示す前フレームの高調波
振幅値から図１２に示す現フレームのスペクトル包絡を
予測する。一方、パワースペクトル算出器２２によって
算出された図１３に示す入力音声の対数パワースペクト
ルは、スペクトル減算器２４によって、前記予測スペク
トル包絡を減算され、図１４に示す予測残差スペクトル
となる。この予測残差スペクトルの高調波ピークを通る
ような図１５に示すスペクトル包絡を与えるケプストラ
ム係数を改良型ケプストラム分析器２５によって求め、
ケプストラム係数量子化器２６でベクトル量子化する。
スペクトル包絡算出器２７では、量子化されたケプスト
ラム係数から予測残差スペクトル包絡を求め、スペクト
ル加算器２８により、予測スペクトル包絡と加算し、図
１６に示す量子化スペクトル包絡を得る。基本周波数に
基づいて決定される高調波周波数での図１３に示す対数
パワースペクトルと図１６に示す量子化スペクトル包絡
との残差を、図１７に示すように、高調波振幅値残差算
出器２９で算出し、高調波振幅値残差量子化器３０でス
カラー量子化する。最後に、高調波振幅値復号器３１に
よって、図１６に示す量子化スペクトル包絡と量子化し
た残差とから図１８に示す高調波振幅値を復号する。

【００２１】このように、本実施例によれば、改良型ケ
プストラム分析器および高調波振幅値復号器を設けるこ
とにより、残差スペクトルを平滑化することが可能とな
り、量子化効率を向上させることができる。また図１９
に示すように、高調波ピークを通る改良型ケプストラム
分析においても、予測スペクトル包絡からの残差スペク
トルに対して分析することにより、残差スペクトルの高
調波ピークが平滑化され、ケプストラム係数のベクトル
量子化ゲインを向上させることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明は、スペクトル包絡
復号器および差分スペクトル算出器を設けることによ
り、スペクトル包絡の相関を利用することができ、量子
化効率を向上することができる優れた高調波振幅値量子
化装置を実現できるものである。

【００２３】また本発明は、基本周波数抽出器およびス
ペクトル包絡予測器を設けることにより、スペクトル包
絡の予測ゲインを向上することができ、量子化効率を向
上することができる優れた高調波振幅値量子化装置を実
現できるものである。

【００２４】さらに本発明は、改良型ケプストラム分析
器および高調波振幅値復号器を設けることにより、残差
スペクトル包絡を平滑化することができ、ケプストラム
分析による量子化ゲインを向上することができ、量子化
効率を向上することができる優れた高調波振幅値量子化
装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における高調波振幅値量
子化装置のブロック図

【図２】本発明の第２の実施例における高調波振幅値量
子化装置のブロック図

【図３】本発明の第３の実施例における高調波振幅値量
子化装置のブロック図

【図４】第１の実施例における入力音声の対数パワース
ペクトルを示す特性図

【図５】第１の実施例における前フレームのスペクトル
包絡を示す特性図

【図６】第１の実施例における差分スペクトルを示す特
性図

【図７】第１の実施例における差分スペクトル包絡を示
す特性図

【図８】第１の実施例における現フレームのスペクトル
包絡を示す特性図

【図９】第２の実施例における前フレームのスペクトル
包絡を示す特性図

【図１０】第２の実施例における現フレームの予測スペ
クトル包絡を示す特性図

【図１１】第３の実施例における前フレームの高調波振
幅値を示す特性図

【図１２】第３の実施例における現フレームの予測スペ
クトル包絡を示す特性図

【図１３】第３の実施例における入力音声の対数パワー
スペクトルを示す特性図

【図１４】第３の実施例における予測残差スペクトルを
示す特性図

【図１５】第３の実施例における予測残差のスペクトル
包絡を示す特性図

【図１６】第３の実施例における量子化したスペクトル
包絡を示す特性図

【図１７】第３の実施例における高調波振幅値の残差を
示す特性図

【図１８】第３の実施例における復号した高調波振幅値
を示す特性図

【図１９】第３の実施例における改良型ケプストラム分
析によるスペクトル包絡を示す特性図

【図２０】従来の高調波振幅値量子化装置のブロック図

【符号の説明】

１ パワースペクトル算出器 ２ 差分スペクトル算出器 ３ スペクトル包絡算出器 ４ パラメータ量子化器 ５ 量子化差分スペクトル包絡算出器 ６ スペクトル包絡復号器 １１ パワースペクトル算出器 １２ 差分スペクトル算出器 １３ スペクトル包絡算出器 １４ パラメータ量子化器 １５ 量子化差分スペクトル包絡算出器 １６ スペクトル包絡復号器 １７ 基本周波数抽出器 １８ スペクトル包絡予測器 ２１ 基本周波数抽出器 ２２ パワースペクトル算出器 ２３ スペクトル包絡予測器 ２４ スペクトル減算器 ２５ 改良型ケプストラム分析器 ２６ ケプストラム係数量子化器 ２７ スペクトル包絡算出器 ２８ スペクトル加算器 ２９ 高調波振幅値残差算出器 ３０ 高調波振幅値残差量子化器 ３１ 高調波振幅値復号器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハーモニック音声符復号装置における高
   調波振幅値量子化装置において、入力音声の対数パワー
   スペクトルを算出するパワースペクトル算出器と、対数
   パワースペクトルからスペクトル包絡復号器により得ら
   れる前フレームのスペクトル包絡を減算して差分スペク
   トルを求める差分スペクトル算出器と、前記差分スペク
   トルのスペクトル包絡を決定するパラメータを算出する
   スペクトル包絡算出器と、前記パラメータを量子化する
   量子化器と、量子化されたパラメータより求められる量
   子化差分スペクトル包絡を算出する量子化差分スペクト
   ル包絡算出器と、前フレームのスペクトル包絡と量子化
   差分スペクトル包絡とを加算して現フレームのスペクト
   ル包絡を復号するスペクトル包絡復号器とを備えた高調
   波振幅値量子化装置。
2. 【請求項２】 入力音声の基本周波数を求める基本周波
   数抽出器と、スペクトル包絡復号器により得られる前フ
   レームのスペクトル包絡と前記基本周波数抽出器からの
   基本周波数とを用いて現フレームのスペクトル包絡を予
   測するスペクトル包絡予測器と、入力音声の対数パワー
   スペクトルを算出するパワースペクトル算出器と、対数
   パワースペクトルから前記予測スペクトル包絡を減算し
   て差分スペクトルを求める差分スペクトル算出器と、前
   記差分スペクトルのスペクトル包絡を決定するパラメー
   タを算出するスペクトル包絡算出器と、前記パラメータ
   を量子化する量子化器と、量子化されたパラメータより
   求められる量子化差分スペクトル包絡を算出する量子化
   差分スペクトル包絡算出器と、予測スペクトル包絡と量
   子化差分スペクトル包絡とを加算して現フレームのスペ
   クトル包絡を復号するスペクトル包絡復号器とを備えた
   高調波振幅値量子化装置。
3. 【請求項３】 入力音声の基本周波数を求める基本周波
   数抽出器と、求められた基本周波数と高調波振幅値復号
   器によって復号された高調波振幅値とを用いてスペクト
   ル包絡を予測するスペクトル包絡予測器と、入力音声の
   対数パワースペクトルを求めるパワースペクトル算出器
   と、パワースペクトルと基準スペクトル包絡の差分を求
   めるスペクトル減算器と、この差分スペクトルのケプス
   トラム係数を求める改良型ケプストラム分析器と、ケプ
   ストラム係数をベクトル量子化するケプストラム係数量
   子化器と、量子化したケプストラム係数を離散フーリエ
   変換して差分スペクトル包絡を求めるスペクトル包絡算
   出器と、予測スペクトル包絡に差分スペクトル包絡を加
   算して量子化されたスペクトル包絡を求めるスペクトル
   加算器と、前記基本周波数抽出器からの基本周波数を基
   にして得られる高調波周波数における入力音声のパワー
   スペクトルに対する量子化されたスペクトル包絡の誤差
   を算出する高調波振幅値残差算出器と、高調波振幅値誤
   差をスカラー量子化する高調波振幅値残差量子化器と、
   前記基本周波数抽出器からの基本周波数と量子化された
   スペクトル包絡と量子化された高調波振幅値残差とから
   高調波振幅値を復号する高調波振幅値復号器とを備えた
   高調波振幅値量子化装置。