JPH0736119B2

JPH0736119B2 - 区分的最適関数近似方法

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Publication number: JPH0736119B2
Application number: JP61069292A
Authority: JP
Inventors: 哲田口
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPS62999A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は入力音声信号を分析して特徴パラメータを抽出
する場合における区分的最適関数近似方法と、この方法
を用いて運用される装置に関する。

〔従来の技術〕

入力音声信号を分析してその特徴パラメータを抽出し、
スペクトル包絡データと音源データとからなる特徴パラ
メータを伝送路を介して合成側から合成側に送出し、合
成側ではこれら特徴パラメータにもとづいて入力音声信
号を再生する音声分析合成方法とその装置はよく知られ
ている。

このような音声分析合成方式とその装置において、入力
音声に関する分析情報のうちの特徴パラメータを分析フ
レーム単位で分析側から合成側に送出する代りに、それ
ぞれ相連続する複数個の分析周期からなる区分を矩形関
数等の階段状関数によって入力音声と最適近似せしめた
うえこれら各区分の分析フレーム数と代表特徴パラメー
タとを音源情報とともに分析側から合成側に供給するこ
とによって伝送データ量の圧縮を図る手法は可変長フレ
ームボコーダ等の応用によっても近時よく知られつつあ
る。可変長フレームとして設定される区分は、入力音声
を矩形近似等を介して入力音声を最適近似せしめて得ら
れるものであり、複数の代表分析フレームの選択方法と
してDPが用いられる。

このDPによる各区分ごとの代表分析フレームの選択は、
各区分ごとに設定される最大数Ｍ個の代表分析フレーム
数（１＜Ｍ＜K,ただしＫは各区分の分析フレーム数）を
残留歪を評価尺度としてこれを最小とする組合せの内容
を決定するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述した矩形関数による最適関数近似には
次に述べるような欠点がある。

すなわち、本来時間的に連続的に変化する特徴パラメー
タベクトル列を、一部の代表特徴パラメータベクトルを
用いて段階状の関数で代替するため、代替の結果生じる
歪が大きなものとなるという欠点がある。

本発明の目的も上述した欠点を除去し、より実際の特徴
パラメータベクトル列の時間的変化に適応し得る区分的
最適関数近似方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による方法は、入力音声信号を一定フレーム周期
で分析して得られる所定区間の連続した特徴パラメータ
ベクトルから前記所定区間を代表する一部の特徴パラメ
ータベクトルを選択することによりフレーム周期を可変
にする区分的最適関数近似方法において、前記所定区間
を傾斜区間長を可変とし、非傾斜区間長を可変とする最
適台形近似法を使用して一部の代表特徴パラメータベク
トルにより近似し、且つ前記代表特徴パラメータベクト
ルが代表するフレーム区間を求める方法である。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明による区分的最適関数近似方法の一実施
例の構成を示すブロック図である。

第１図に示す実施例の構成は区分的最適関数近似器１と
して示し、また音源情報分析器100も併記して示してい
る。区分的最適関数近似器１はLPS分析器11,パラメータ
メモリ12,DPプロセッサ13および前区分選択パラメータ
メモリ14等を備えて構成される。

LSP分析器11は入力音声を受けると、予め定めた分析フ
レームごとにこれをLPC（Linear Prediction Coefficie
nt,線形予測係数）分析してLPC係数を抽出したあとこれ
ら分析フレームごとのLPC係数から公知の技術、たとえ
ばニュートン（Newton）の反復法を利用する高次方程式
を各く手法などを利用して予め設定する次数のLSP（Lin
e Spectrnm Pairs,線スペクトル対）係数列を求めこれ
ら特徴パラメータをパラメータメモリ12に供給する。

DPプロセッサ13はこうしてパラメータメモリ12に供給さ
れた分析フレームごとのパラメータに対し内蔵プログラ
ムの制御のもとに後述する区分的最適関数近似をDP手法
を利用して実施する。DPプロセッサ13はこの処理におい
てパラメータメモリ12から常時前区分での最終選択フレ
ームを読出して前区分選択フレームメモリ14に格納せし
め、前区分の最適選択フレームのLSP係数を含むLSP係数
列を対象として区分的最適関数近似を実行する。

このようして得られた選択特徴パラメータは音源情報分
析器100によって抽出された音源情報データとともに伝
送路を介して合成側に送出される。

音源情報分析器100は入力音声の音源情報としての音源
の強さ、有声／無声／無音の別ならびにピッチ周期に関
するデータを公知の手段で分析フレームごとに抽出し出
力する。

次に本発明の最も重要な部分であるDPプロセッサ13の動
作を図を用いて説明する。第２図は特徴パラメータベク
トル分析周期を10msec,区分長を200msec（従って一区分
内に20ケの特徴パラメータベクトルが含まれる）、代表
特徴パラメータベクトル数を５とした場合のDPプロセッ
サ13の説明図である。DPプロセッサ13は５ケの代表パラ
メータベクトルを選択し、且つ代表パラメータベクトル
が代表する区間即ち非傾斜区間、及び相隣接する代表パ
ラメータベクトルの補間ベクトルが代表する区間、即ち
傾斜区間を決定するものであり、その動作は以下の通り
である。

第２図に於いては前区分の最終代表分析フレーム、
〜は現区分の分析フレーム番号である。

さて、第１代表分析フレーム候補としては区分中の時間
的先行順で分析フレーム〜のうちのいずれかが対象
となる。同様にして第５フレーム候補となるのが分析フ
レーム〜である。

また第１代表分析フレーム候補に引続いて第２代表分析
フレーム候補となりうる分析フレームは、分析フレーム
もしくはが代表分析フレームとして指定されること
を条件に入れると分析フレーム〜のうちのいずれか
が対象となり、全く同様にして第４フレーム候補は分析
フレーム〜のうちのいずれかが対象となり、また第
３フレーム候補としては分析フレーム〜のうちのい
ずれかが対象となることも自明の内容である。

さて、第２図において、いま仮に分析フレームが第１
フレームとして選択された場合を考えてみる。これに対
して第２フレームとなりうる可能性のある分析フレーム
は〜である。これら第１および第２フレーム候補の
組合せを例とし発生する歪を考えてみると次のようにな
る。

分析フレーム代替によるスペクトル歪すなわち時間歪
は、代表分析フレームと代替される分析フレームとのス
ペクトル距離によって表わすことができ次の（１）式に
よって示される。

（１）式においてi,jはスペクトル距離Dijの計測を行な
う２つの分析フレームのフレーム番号でありＮは特徴パ
ラメータベクトル要素数、W_Kは各ベクトル要素のスペク
トル感度、▲Ｐ⁽ⁱ⁾ _K▼，▲Ｐ^(j) _K▼はフレームi,jの特
徴パラメータベクトル要素である。（１）式で示される
Dijはフレーム相互間のスペクトル距離であるとともに
観点を変えると分析フレームｊをｉで代替する場合に発
生するスペクトル歪、すなわち時間歪である。

さて、分析フレームととがそれぞれ第１および第２
代表分析フレームとなったような場合はフレーム代替に
よる時間歪は発生しない。

次に、第２代表分析フレームとして分析フレームが選
択された場合を考えてみると次の（２）式に示す▲Ｄ
⁽²⁾ ₃▼は分析フレーム〜を第２代表分析フレームで
ある分析フレームを含む２つの代表分析フレームと前
区分の最終代表分析フレームとを用いて代替した場合
の最小の歪である。以下このようにして求められた最小
の歪を「総和」と呼ぶ。

（２）式において▲Ｄ⁽²⁾ ₃▼は第２代表分析フレーム候
補として分析フレーム（３）を選択したときに発生する
総歪であり、また▲Ｄ⁽¹⁾ ₁▼および▲Ｄ⁽¹⁾ ₂▼はそれぞ
れ第１代表分析フレームとして分析フレーム（１）また
は（２）を選択したときのそれぞれの総歪を表わす。

上述した第１代表分析フレーム候補における総歪は下記
（３）式により求められる。

（３）式において▲Ｄ⁽¹⁾ ₁▼〜▲Ｄ⁽¹⁾ ₁₆▼はそれぞれ
分析フレーム〜の総歪、Ｄ_L,2〜Ｄ_L,16は次の
（４）〜（５）式で定義される時間歪の和を示す。

（４），（５）式においてｄ_L,1は分析フレームと
間の時間歪、ｄ_L,iは分析フレームと間の時間歪で
ある。又ｑ_15,16,Lは分析フレームを分析フレーム
又はととの特徴パラメータベクトルの補間ベクトル
で代替したときの時間歪の最小値であり下記（６）式で
示される。

なお（６）式においてｄ_{（１−L,1−16）,15}は下記
（７）式で示される補間ベクトルII_{（１−L,1−16）}と
フレームとのスペクトル距離、即ちフレーム代替によ
り発生する時間歪である。

同様にｑ_14,16,Lは分析フレーム〜を分析フレーム
、又はととの特徴パラメータベクトルの線形補間
パラメータで代替したときの時間歪の最小値であり下記
（８）式で示される。

（８）式においてｄ_{（１−L,1−16）,14}は（６）式のｄ
_{（１−L,1−16）,15}と同様に求められる。又、はｄ_{（２−L,1−16）,14}とｄ_{（１−L,2−16）,15}との和
であり各々は下記（９）〜（10）式で示される補間ベク
トルII_{（２−L,1−16）},II_{（１−L,2−16）}とフレーム
、とのフレーム代替歪である。

同様に……ｑ_3,16,L,q_2,16,Lについても分析フレーム
、又はととの線形補間ベクトルを用いてフレーム
〜、〜を最小の時間歪になる様に代替した場合
の歪として表わされる。

再び（２）式の説明に戻る。（２）式に於いてＤ_1,3は
フレーム〜を代表フレームととを用いて最適に
近似した場合の歪を表わし下記（11）式で示される。

又、Ｄ_2,3はフレーム，間に代替すべきフレームが
存在しないためＤ_2,3＝０となる。

さて、次に第２代表分析フレームとして分析フレーム
が選ばれる最合の最小の総歪▲Ｄ⁽²⁾ ₄▼について考えて
みる。

この場合は第１代表分析フレームとして存在しうる可能
性があるのは分析フレームのほかにおよびがあり
総歪▲Ｄ⁽²⁾ ₄▼は次の（12）式で示される。

（12）式においてＤ_1,4,D_2,4ならびにＤ_3,4はそれぞれ
時間歪を表わし、たとえばＤ_1,4は次の（13）式で示さ
れる。

（13）式においてｄ_1,2およびｄ_1,3は分析フレームと
との間に介在する分析フレームととがいずれも分
析フレームによって代表されるときに発生する時間
歪、ｑ_3,4,1は分析フレームを分析フレーム、又は
ととの補間ベクトルを用いて代替した場合の最小時
間歪、ｑ_2,4,1は分析フレーム〜を分析フレーム
、又はととの線形補間ベクトルを用いて代替した
場合の最小時間歪を表わす。Ｄ_2,4ならびにＤ_3,4につい
ても（13）式と同様な方針で定義される。前述した（1
2）式の意味することは、第２代表分析フレームとして
を選択した場合、これによって最小の総歪を与える第
１代表分析フレームならびにこれら第１および第２代表
分析フレームによって代表される分析フレームの組合せ
が決定されるということである。このようにして第１か
ら第５までの各代表分析フレーム得補を対象として次次
に同様な手順で（２）式や（12）式に示すような総歪を
第５代地分析フレーム候補まで求めていく。このような
総歪は入力音声信号のスペクトル包格パラメータとの近
似処理差いわゆる残留歪を最小とする近似関数を設定す
る尺度となるものである。

こうしてたとえば分析フレームを第２代表分析フレー
ムとする場合は第１代表分析フレームとしては先行の分
析フレーム〜が、また分析フレームが第２代表分
析フレームとなる場合は先行の分析フレーム〜がそ
れぞれ第１代表分析フレームとなりうる設定で総歪を計
算しつつ第５代表分析フレーム候補に及び、この第５代
表分析フレーム候補の分析フレーム〜にはさらに次
の演算を実施する。

（14）式によって示されるDlは第５代表分析フレームと
して分析フレームからまでのいずれかが選択された
とき、これによって代表される他の分析フレームによる
総歪の影響を最小とするものを選択することを示し、▲
Ｄ⁽⁵⁾ ₅▼〜▲Ｄ⁽⁵⁾ ₂₀▼はそれぞれ第５代表分析フレー
ムとして分析フレーム〜のいずれかが選択されたと
きそれら分析フレームに発生する総歪であり、または分析フレームと分析フレームからまでのそれぞ
れとの時間歪の総和を、は分析フレームと分析フレームからまでのそれぞ
れとの時間歪の総和を、またｄ_19,20は分析フレーム
，間の時間歪を示す。

（14）式によって決定されるDlが区分ごとに決定したと
き、直ちに第１から第５代表分析フレーム候補の組合せ
のうち総歪の最小なDPパスを決定する５個の代表分析フ
レームとこれら代表分析フレーム又は、代表フレームの
線形補間ベクトルによって代表される分析フレームが決
定され、こうして傾斜区間、非傾斜区間共可変とした区
分的最適関数近似による可変長フレーム化が容易に実施
される。

以上が第１図に示すDPプロセッサ13の動作に関する、第
２図を用いての詳細な説明である。

次にDPプロセッサ13を図面を用いて詳細に説明する。第
８図はDPプロセッサ13の構成を示すブロック図であり、
パラメータメモリ12と前区分選択パラメータメモリ14と
を併記してある。第８図に示すDPプロセッサ13は時間歪
算出器131,補間器132と制御演算器133とで構成されてい
る。制御演算器は例えばマイクロプロセッサをベースに
した計算システムでありRAMを内蔵している。この内蔵R
AMを説明の都合上、エリア表現する事とする。これらの
エリアはFO−RTRNプログラムで次のように表現されるも
のである。

さて、前区分選択パラメータメモリ14に記憶されている
フレームのＮ次LSPパラメータがアドレスライン142よ
り供給されるアドレス信号に対して、入出力ライン141
を介して、制御演算器133へ供給される。制御演算器133
はこのデータをエリアALSPへ記憶する。次にパラメータ
メモリ12に記憶されているフレーム〜のＮ次LSPパ
ラメータがアドレスライン122より供給されるアドレス
信号に対応して出力ライン121を介し、制御演算器133へ
供給される。制御演算器133はこのデータをエリアBLSP
へ記憶する。

最初に制御演算器133は（３）式に示す▲Ｄ⁽¹⁾ ₁▼〜▲
Ｄ⁽¹⁾ ₁₆▼を算出し、対応するパスを決定する。▲Ｄ⁽¹⁾
₁▼は“0"であるため、総歪を記憶するためのエリアQDP
（1,1）を“0"とする。又、フレームに代替されるフ
レームもフレームに代替されるフレームも存在しない
ため、DPパスを記憶するためのエリアIDP（1,1,1）＝0,
IDP（1,1,2）＝0,IDP（1,1,3）＝１とする。尚IDP（1,
1,2）には第１代表分析フレーム候補をフレームとし
た場合の、フレームに代替されるフレームの範囲をフ
レーム番号で示す。IDP（1,1,3）はフレームに代替さ
れるフレームの範囲をフレーム番号で示す。IDP（1,1,
1）はDPパスであり必らずであるが、これをここでは
“0"で表現する。

次に▲Ｄ⁽¹⁾ ₂▼（＝Ｄ_L,2）を（４）式により算出す
る。先ずｄ_L,1が次のように算出される。エリアDMAB1の
番地（１）〜（Ｎ）にALSPの番地（１）〜（Ｎ）のデー
タが、DMAB1の番地（Ｎ＋１）〜（２＊Ｎ）にBLSPの番
地（1,1）〜（1,N）のデータが転送される。制御演算器
133はDMAB1のデータを番地（２＊Ｎ）より順々に（１）
まで連続的に出力ライン134を介して時間歪算出器131へ
出力する。制御演算器133は又、このデータに同期した
パルス,2＊Ｎ個分をクロックライン135を介して時間歪
算出器131へ出力する。

第９図は時間歪算出器131を詳細に説明するためのブロ
ック図である。第９図に於いて時間歪算出器131はレジ
スタ1311−１〜N,1312−１〜N,減算器1313−１〜N,掛算
器1314−１−N,掛算器1315−１〜Ｎ、およびアキュムレ
ータ1316を有して構成される。レジスタ1311および1312
は例えば16bitのレジスタであり、クロックライン135を
介して供給されるパルスに同期してデータを記憶する。
出力ライン134を介して供給されたデータは、前述の２
＊Ｎ個分のパルスにより、次々と記憶され、最終的には
レジスタ1311−１にDMAB1（１）、レジスタ1311−ＮにD
MAB1（Ｎ）、レジスタ1312−１にDMAB1（Ｎ＋１），レ
ジスタ1312−ＮにDMAB1（２＊Ｎ）の内容が記憶され
る。即ち、レジスタ1311−１〜Ｎにフレームの、レジ
スタ1312−１〜ＮにコレームのＮ次LSPデータが記憶
される。演算器1313−１はレジスタ1311−１に記憶され
ているフレームのパラメータ▲Ｐ^(L) ₁▼と、レジスタ
1312−１に記憶されているフレームのパラメータ▲Ｐ
⁽¹⁾ ₁▼との差を算出し掛算器1314−１に出力する。掛算
器1314はこの差の二乗を算出し、掛算器1315−１の一つ
の入力端子へ出力する。掛算器1315−１の他の入力端子
には定数としてスペクトル感度W₁が印加されている。従
って掛算器1315−１の出力はW₁（P₁ ^(L)−P₁ ⁽¹⁾）^２とな
る。同様に1315−Ｎの出力はW_N（▲Ｐ^(L) _N▼−▲Ｐ⁽¹⁾ _N
▼）^２となる。その結果アキュムレータ1316の出力は前
記（１）式に示す時間歪をフレーム，間で算出した
時間歪ｄ_L,1となる。時間歪算出器131は算出したｄ_L,1
を入力ライン136へ出力する。

再び第８図を用いて説明する。制御演算器133は入力ラ
イン136を介して供給されたｄ_L,1をエリアQ1の番地
（１）に記憶する。

次にｑ_1,2,Lが以下のように算出される。前述のようにである。ｄ_2,1はｄ_L,1と同様に次のように算出される。
エリアDMAB1の番地（１）〜（Ｎ）にBLSP（2,1）〜（2,
N）のデータが、DMAB1の番地（Ｎ＋１）〜（２＊Ｎ）に
BLSPの番地（1,1）〜（1,N）のデータが転送される。制
御演算器133はDMAB1のデータを時間歪算出器131へ出力
する。時間歪算出器133はｄ_2,1を算出し制御演算器133
へ出力する。制御演算器133はｄ_2,1をエリアQ₂の番地
（１）に書込む。

又、ｄ_{（１−L,1−２）,1}は次のようにして算出され
る。ｄ_{（１−L,1−２）,1}はフレームととの補間パ
ラメータとフレームのパラメータとで算出される時間
歪である。まずBLSP（2,1）〜（2,N）のデータがエリア
DMAB2の番地（２＋Ｎ＋１）〜（２＋２＊Ｎ）へ、ALSP
（１）〜（Ｎ）のデータがDMAB2の番地（２＋１）〜
（２＋Ｎ）へ転送される。次に、DMAB2の番地（２）と
（１）とに補間の重み“1"が書込まれる。制御演算器13
3はDMAB2のデータを番地（２＋２＊Ｎ）より順序に
（１）まで連続的に出力ライン137を介して補間器132へ
出力する。制御演算器133は又、このデータに同期した
パルス（２＋２＊Ｎ）個分るクロックライン138を介し
て補間器132へ出力する。

第10図は補間器132を詳細に説明するためのブロック図
である。第10図に於いて補間器132はレジスタ1321−１
〜N,1322−１〜N,1323−１〜2,掛算器1324−１〜N,1325
−１〜N,1327−１〜N,加算器1326−１〜N,1328,ROM132
9,レジスタ1330−１〜Ｎを有して構成される。レジスタ
1321−１〜N,1322−１〜N,1323−１〜２は例えば16bit
のレジスタであり、ウロックライン138を介して供給さ
れるパルスに同期してデータを記憶する。出力ライン13
7を介して供給されたデータは、前述の２＋２＊Ｎ個分
のパルスにより、次々と記憶され、最終的にはレジスタ
1321−１〜ＮにDMAB2（２＋１）〜（２＋Ｎ）、レジス
タ322−１〜ＮにDMAB2（２＋Ｎ＋１）〜（２＋２＊
Ｎ）、レジスタ1323−１〜２にDMAB2（１）〜（２）の
内容が記憶される。即ち、レジスタ1321−１〜Ｎにフレ
ームのレジスタ1322−１〜ＮにフレームのＮ次LSP
データが記憶される。レジスタ1323−１〜２には補間の
重み“1"が書込まれる。掛算器1324−１〜N,1323−１〜
Ｎには全て補間の重み“1"が供給される結果、加算器13
26−１〜Ｎの出力はフレームのパラメータ▲Ｐ^(L) _k▼
（ｋ＝1,……Ｎ）とフレームのパラメータ▲Ｐ⁽²⁾ _k▼
（ｋ＝1,……Ｎ）の加算値（▲Ｐ^(L) _k▼＋▲Ｐ⁽²⁾ _k▼）
（ｋ＝1,……Ｎ）となる。加算器1328は重み“1"と“1"
とを加算し“2"をROM1329へ出力する。ROM₁₃₂₉は16WのR
OMであり、各番地には番地の逆数が記憶されている。例
えば２番地にはが、10番地にはが記憶されている。RAM1329は加算器1328より供給され
た“2"を番地データとして入力され0.5を出力し、掛算
器1327−１〜Ｎへ供給する。掛算器1327−１〜Ｎは掛算
結果として1/2（▲Ｐ^(L) _k▼＋▲Ｐ⁽²⁾ _k▼（ｋ＝１、…
…,N）を発生し、レジスタ1330−１〜Ｎへ出力する。こ
の計算結果は制御演算器よりクロックライン139を介し
て供給されるＮ個のパルスに同期して入力ライン140へ
出力される。即ちＮ個のパルスのうち第１番目のパルス
で掛算器1327−１〜Ｎよりのデータをレジスタ1330−１
〜Ｎは取込む。このデータ取込により掛算器1327−１の
出力はレジスタ1330−１を介して入力ライン140へ出力
されている。又、Ｎ個のパルスのうち第２〜Ｎパルスに
より、レジスタは次々とデータを転送し、結果として入
力ライン140へ計算結果を出力する。

再び第８図を用いて説明する。制御演算器133は入力ラ
イン140を介して供給されたデータをエリアDMAB3の
（１）番地より（Ｎ）番地まで順々に書込む。この書込
まれたデータはフレームととの補間パラメータであ
る。次にエリアDMAB1の番地（１）〜（Ｎ）にDMAB3
（１）〜（Ｎ）のデータが、DMAB1の番地（Ｎ＋１）〜
（２＊Ｎ）にBLSP（1,1）〜（1,N）のデータが転送され
る。DMAB1のデータは時間歪算出器131へ出力され、ｄ
（１−L,1−２）,1が算出される。このｄ（１−L,1−
２）,1は制御演算器133のエリアQ2の番地（２）に書込
まれる。

上述のようにQ2（１）にはｄ_2,1が、Q2（２）にはｄ
_{（１−L,1−２）,1}が記憶されている。さて制御演算器1
33はQ2（１）のデータとQ2（２）のデータとの大小を比
較し、小さいデータをｑ_1,2,Lとする。このｑ_1,2,Lは特
別にエリアQ1の番地（20）に書込む。この番地（20）は
イメージ上の番地（０）に対応する。即ちQ1（１）には
ｄ_L1,1がQ1（20）にはｑ_1,2,Lが書込まれている。制御
演算器133は更にQ1（１）のデータとQ1（20）のデータ
とを比較し、小さいデータをＬ_L,2、即ち▲Ｄ⁽¹⁾ ₂▼と
し、この▲Ｄ⁽¹⁾ ₂▼をエリアQDP（1,2）に記憶する。無
論Ｄ_L,2決定と同時に最小のものがｄ_L,1、ｄ
_{（１−L,1−２）,1},d_2,1のいずれであるか判明してい
る。この判明結果に基づいてDPパスを記憶するためのエ
リアIDP（1,2,1）〜（1,2,3）に次のデータが書込まれ
る。IDP（1,2,1）はDPパスとしてに対応する“0"を書
込まれる。IDP（1,2,2）、IDP（1,2,3）は代表フレーム
，に代替されるフレームの範囲を示し、最小歪に対
応して以下のように書込まれる。

次に制御演算器133はD₃ ⁽¹⁾（＝Ｄ_L,3を算出する。まず
フレームにフレーム，が代替される場合の歪が次の手順で算出される。ｄ_L,1が前述の手順で算出さ
れたエリアQ1（２）に記憶される。次にｄ_L,2がｄ_L,1と
同様に算出される。制御演算器133はこのｄ_L,1とQ1
（２）の内容の和、即ちを求め、これをエリアQ1（２）に再び記憶する。

次にｄ_L,1＋ｑ_2,3,Lが次のように算出される。ｄ_L,1が
算出され、エリアQ1（１）に書込まれる。更にｑ_2,3,L
が前述のｑ_1,2,Lと同様の手順で求められる。尚、ｑ
_2,3,L算出の課程に於いて求められたｄ_3,2は一時的にQ2
（２）にｄ_{（１−L,1−３）,2}はQ2（３）に保存され
る。制御演算器133はこのｑ_2,3,LとQ1（１）の内容の
和、即ちｄ_L,1＋ｑ_2,3,Lを求め、これをエリアQ1（１）
に再び記憶する。

次にｑ_1,3,Lが求められる。ｑ_1,3,Lはで求められる。まずｄ_3,1が算出され、エリアQ2（１）
に書込まれる。更にｄ_3,2が算出され、Q2（１）の内容
と加算され、再びQ2（１）に書込まれる。次にｄ_3,2が
算出されQ2（２）に書込まれる。更にｄ
_{（１−L,1−３）,1}が前記ｄ_{（１−LH1−３）,2}と同様に
算出され、これとQ2（２）の内容とが加算され、再びQ2
（２）に書込まれる。次に制御演算器133はｄ
_{（２−L,1−３）,1}を求める。

エリアALSP（１）〜（Ｎ）に記憶されているのLSPパ
ラメータがエリアDMAB2（２＋１）〜（２＋Ｎ）へ、エ
リアBLSP（3,1）〜（3,N）に記憶されているのLSPパ
ラメータがエリアDMAB2（２＋Ｎ＋１）〜（２＋２＊
Ｎ）へ、それぞれ転送される。次にDM−AB2の番地
（１）に補間の重み“2"が、番地（２）に補間の重み
“1"が書込まれる。制御演算器133はDMAB2のデータを補
間器132へ出力する。

補間器132はこのデータを受取る。受取られたデータは
第10図に於いて、レジスタ1321−１〜Ｎにの、レジス
タ1322−１〜ＮにのLSPパラメータが保存される。
又、重み“2"がレジスタ1323−１に、重み“1"がレジス
タ1323−２に保存される。掛算器1324−１〜Ｎに重み
“2"が、掛算器1325−１〜Ｎに重み“1"が供給される結
果、加算器1326−１〜Ｎの出力はフレームのパラメー
タ▲Ｐ^(L) _k▼（ｋ＝1,……,N）とフレームのパラメー
タ▲Ｐ⁽³⁾ _k▼（ｋ＝1,……,N）との重み付加算値（２・
▲Ｐ^(L) _k▼＋１・▲Ｐ⁽³⁾ _k▼）（ｋ＝1,……,N）とな
る。加算器1328は重み“2"と“1"とを加算し、和“3"を
ROM1329へ出力する。ROM1329はを出力し、掛算器1327−１〜Ｎへ供給する。掛算器1327
−１〜Ｎは掛算結果としてを発生し、レジスタ1330−１〜Ｎへ出力する。この結果
はレジスタ1330−１〜Ｎを介して入力ライン140へ出力
される。

第８図に於いて、制御演算器133はこのデータをDMAB3に
受取る。制御演算器133はｄ_{（１−L,1−２）}、１と同様
の方法でｄ_{（２−L,1−３）、１}を算出しQ2（３）に書
込む。制御演算器133は更にｄ_{（１−L,2−３）、２}を求
め、この結果とQ2（３）の内容を加算し、再びQ2（３）
へ書込む。

制御演算器133はQ2（１）〜（３）の内容のうち最小の
ものを検索し、その結果をｑ_1,3,LとしてQ1（20）に書
込む。更に制御演算器133はQ1（１）,Q1（２）,Q1（2
0）の内容のうち最小のものを検索し、この結果を
Ｄ_L,3、即ち▲Ｄ⁽¹⁾ ₃▼とし、この▲Ｄ⁽¹⁾ ₃▼をエリアQ
DP（1,3）に、対応するDPパスをエリアIDP（1,3,1）〜
（1,3,3）に書込む。無論IDP（1,3,1）はDPパスとして
に対応する“0"が書込まれる。IDP（1,3,2），（1,3,
3）は代表フレーム，に代替されるフレームの範囲
を示し、最小歪に対応して以下のように書込まれる。

次に制御演算器133は▲Ｄ⁽¹⁾ ₄▼（＝Ｄ_L,4）〜▲Ｄ⁽¹⁾
₁₆▼（＝Ｄ_L,16）を算出し、総歪をQDP（1,4）〜（1,1
6）へ、DPパスデータをIDP（1,4,μ）〜（1,16,μ），
（μ＝1,……,3）に書込む。以上が第１代表分析フレー
ム候補に関するDPプロセッサ13の処理の詳細である。

引続いてDPプロセッサ13は第２代表分析フレーム候補に
関する処理を実施する。前述のように第２代表分析フレ
ーム候補は〜が対象となる。

最初にフレームに関する処理が行なわれる。を第２
代表分析フレーム候補とした場合、パスの対象となる第
１代表分析フレーム候補はのみである。又、フレーム
，間には被代替フレームは存在しない。従ってＤ
_1,2＝０である。又、前述のように▲Ｄ⁽¹⁾ ₁▼＝０であ
り▲Ｄ⁽²⁾ ₂▼＝▲Ｄ⁽¹⁾ ₁▼＋Ｄ_1,2であるため▲Ｄ⁽²⁾ ₂
▼＝０となる。制御演算器133は総歪“0"をQDP（2,2）
に書込む。更に制御演算器133はDPパスデータとしてIDP
（2,2,1）に“1"を（2,2,2）に“1"を（2,2,3）に“2"
を書込む。

次にフレームに関する処理が行なわれる。を第２代
表分析フレーム候補とした場合、パスの対象となる第１
代表分析フレーム候補はおよびである。まずフレー
ム，を代表フレームとして、フレームをどちらか
の代表フレーム、もしくはこれらの補間データで代替し
た場合の時間歪Ｄ_1,3がＤ_L,2と同様の方法で算出され、
エリアQB（１）に書込まれる。次にパスの対象をフレー
ムとした場合の時間歪Ｄ_2,3をQB（２）に書込む。無
論、Ｄ_2,3は“0"である。更に制御演算器133はQB（１）
の内容にQDP（1,1）の内容を加算し、これを再びQB
（１）に書込む。同様にQB（２）の内容にQDP（1,2）の
内容を加算し、これを再びQB（２）に書込む。更に制御
演算器133はQB（１）とQB（２）の内容の大小を比較
し、小さいものを選択し、これを▲Ｄ⁽²⁾ ₃▼としてQDP
（2,3）に書込み、対応するDPパス情報をIDP（2,3,1）
〜（2,3,3）に書込む。なお、上記のD₃を算出する処理
は前記（２）式を実行したものである。

次にフレームに関する処理が、パスの対象をフレーム
〜として実施される。上記と同様の手順でＤ_1,4、
Ｄ_2,4、Ｄ_3,4がQB（１）,QB（２）,QB（３）に書込まれ
る。次にQB（ｉ）（ｉ＝1,2,3）の内容とQDP（1,i）
（ｉ＝1,2,3）の内容の加算結果が再びQB（ｉ）（ｉ＝
1,2,3）に書込まれる。QB（ｉ）（ｉ＝1,……３）の最
小値が検索され、これを▲Ｄ⁽²⁾ ₄▼としてQDP（2,4）に
書込み、対応するDPパス情報をIDP（2,4,1）〜（2,4,
3）に書込む。なお、上記▲Ｄ⁽²⁾ ₄▼に関する処理は前
記（12）式を実行したものである。

以下、同様に▲Ｄ⁽²⁾ ₅▼〜▲Ｄ⁽²⁾ ₁₇▼が算出されQDP
（2,5）〜（2,17）に書込まれる。無論DPパス情報もIDP
の対応する番地に書込まれる。

引続きDPプロセッサ13は第３代表フレーム候補に関する
処理をフレーム〜を対象として、第４代表フレーム
候補に関する処理をフレーム〜を対象として、第５
代表フレーム候補に関する処理をフレーム〜を対象
として実施する。

最後にDPプロセッサ13は前記（14）式に示す処理を以下
の手順で実施する。制御演算器133はｄ_5,6を算出し、こ
の結果とQDP（5,5）の内容を加算し、加算結果をQDP
（5,5）へ再び書込む。次にｄ_5,7を算出し、同様にQDP
（5,5）の内容と加算し、結果をQDP（5,5）へ書込む。
以下、次々とｄ_5,8,d_5,9，……ｄ_5,20をQDP（5,5）にア
キュムレートする。このアキュムレートした結果はである。以下、同様に次々とを算出する。更に制御演算器133はQDP（5,5）〜QDP（5,
20）の内容の最小値、即ち（14）式に示すDlを求め、第
５代表フレームを決定する。第５代表フレームが決定さ
れるとIDPに記憶されているDPパスデータから、第４〜
第１代表フレームが同時に決定され、更に第１〜第５代
表フレームが直接他のフレームを代替する区間、及び代
表フレームの補間データが他のフレームを代替する区間
が決定される。これらの区間情報はリピートビットとし
て符号化器201へ出力される。

又、第１〜第５代表フレームのパラメータはBLSPより符
号化器201へ出力される。更に第５代表フレームのパラ
メータは次の区分のとして前区分選択パラメータメモ
リ14へ出力される。

上述の説明では第１代表分析フレーム候補〜におけ
る総歪を前区分代表分析フレームと代表フレーム候補
〜により代替されるフレームの歪として説明した
が、これは必ずしもフレームを利用しなくてもよい。
この場合には前述の（３）式の代りに下記（15）式を用
いる。

無論（15）式を用いる場合には前区分選択パラメータメ
モリ14は不要となる。

第３図は第１図に示す区分的最適関数近似方法を利用し
た可変長フレーム型ポコーダの一実施例の構成を示すブ
ロック図である。

第３図に示す可変長フレームボコーダは可変長フレーム
ボコーダ分析側２および可変長フレームボコーダ合成側
３を備えて構成される。さらに申変長フレームボコーダ
分析側２は区分的最適関数近似器1,音源情報分析器100,
符号化器201,202およびマルチプレクサ203を備えて構成
され、また可変長フレームボコーダ合成側３はデマルチ
プレクサ301,ピッチパルス発生器302,雑音発生器303,切
替器304,可変増幅器305,補間器306,LSP合成フィルタ30
7,D/Aコンバータ308およびLPF（Low Pass Filter）309
を備えて構成される。

分析奈の区分最適関数近似器１と音源情報分析器100は
それぞれ選択特徴パラメータデータと音源情報データと
を出力し符号化器201,202によって符号化を受けたのち
マルチプレクサ203に供給され所定の形式の多重化処理
を行なって伝送ライン2001を介して合成側に送出され
る。

本実施例において区分的最適関数近似器１は区分的最適
関数近似を行なってフレーム圧縮を図ったLSP係数を選
択特徴パラメータとして出力する。すなわち予め設定し
た分析フレーム数を単位とする区分ごとに予め設定した
最大数以下の数の代表フレームとこれら代表フレームに
よって表現されるフレーム数のほか可変長傾斜区間に間
する情報を出力し、また音源情報分析器100は音源の強
さ，有声／無声／無音の別，ピッチ周期に関するデータ
を出力する。

合成側ではデマルチプレクサ301によって多重化分離を
行ないさらに復号化したデータのうち選択特徴パラメー
タデータは補間器306に、音源情報データのうちピッチ
周期データはピッチパルス発生器302に、有声／無声／
無音判別データは切替器304に、また音源強度データは
可変利得増幅器305にそれぞれ供給される。

補間器306は区分ごとに選択された代表フレームによるL
SP係数列ならびにこの代表フレームによって指定される
分析フレームに関する情報にもとづいて区分ごとの全分
析フレームに関するLSP係数を補間、再生しこれをLSP合
成フィルタ307に供給しそのフィルタ係数として利用せ
しめる。

一方、切替器304は、入力した音声／無声／無音判別デ
ータが有声を指定するときはピッチパルス発生器302の
出力を、また無声もしくは無音を指定するときは雑音発
生器303の出力を可変利得増幅器305に供給せしめるよう
に切替える。従ってド有声のときはピッチ周期に対応し
た繰返し周波数のピッチパルスが、また無声もしくは無
音のときは雑音発生器303の発生する白色雑音がそれぞ
れ可変利得増幅器305に供給される。

可変利得増幅器305は音源強度データに対応した利得設
定を行なってピッチパルスもしくは白色雑音を増幅した
うえこれらの駆動音源としてLSP合成フィルタ307に供給
し、かくしてLSP合成フィルタ307はディジタル量の入力
音声を再生し、このあとD/Aコンバータ308,LPF309を介
してアナログ量の音声として出力される。

このようにして第１図に示す区分的最適関数近似方法を
用いた可変長フレーム型ボコーダが実現できる。

第４図は第１図に示す区分的最適関数近似方法を利用
し、かつ分析データを蓄積しつつ入力音声を合成する音
声合成器の一実施例の構成を示すブロック図である。

第４図に示す音声合成器４はメモリ310を除く他の構成
要素はすべて第３図に示す可変長フレームボコーダ合成
側３の同一記号のものと同一であるのでこれらに関する
詳細な説明は省略する。

音声合成器４のメモリ310には予め設定した各種音声資
料に対して本発明による区分的最適関数近似を施して得
られた特徴パラメータと音源情報に関する符号化データ
が蓄積されており、制御ライン4001を介して受ける読出
しコマンド信号を入力するごとにこの読出しコマンド信
号によって指定された内容の音声資料に関する特徴パラ
メータ情報と音源情報とを、デマルチプレクサ301に出
力する。

デマルチプレクサ301はこうして供給された入力デコー
ドし、特徴パラメータデータは補間器306に、また音源
情報のうちピッチ周期データはピッチパルス発生器302
に、有声／無声／無音判別データは切替器304に、音源
強度データは可変利得増幅器305にそれぞれ供給され。

切替器304は、入力する有声／無声／無音判別データが
有声を指定するときピッチパルス発生器302の出力を、
また無声／無音を指定するときは雑音発生器303の出力
を可変利得増幅器305に供給するように切替える。

LSP合成フィルタ307は可変利得増幅器305の出力を受け
るとこれを駆動音源とし、また補間器306から受ける特
徴パラメータをフィルタ係数として動作し入力音声信号
を再生する。このディジタル再生信号はD/Aコンバータ3
08,LPF309を介して所望のアナログ量に変換され出力さ
れる。

第４図に示す実施例において、メモリ310に蓄積される
分析データは分析側において第１図に示す区分的最適関
数近似手段にもとづいて抽出された特徴パラメータを利
用するものであり、本実施例においてはLSP係数列を特
徴パラメータとして利用している。

第５図は第１図に示す区分的最適関数近似方法を利用し
て抽出した入力音声の特徴パラメータを用いる波形符号
化装置の一実施例の構成を示すブロック図である。第５
図に示す波形符号化装置５は区分的最適関数近似器1,ノ
イズ重み付け器501,符号化復号化器502,補間器503,相関
係数算出器504,自己相関係数算出器505,マルチパルス検
索器506,符号化器507およびマルチプレクサ508を備えて
構成され、これら構成要素のうち区分的最適関数近似器
１とマルチプレクサ508以外の部分が区分的最適関数近
似器１によって抽出された特徴パラメータを利用して入
力音声の波形符号化を図る部分であり、本実施例ではこ
れらの構成要素によって音源波形としてのマルチパルス
を公知の相関領域評価手法を利用して求めている。

入力音声は区分的最適関数近似器１とノイズ重み付け器
501とに供給される。

ノイズ重み付け器501は区分的最適関数近似器１によっ
て抽出される特徴パラメータの次数や音声資料等にもと
づいて決定した伝達関数のノイズフィルタを有し区分的
最適関数近似器１の出力との畳み込み乗算を実施する。

区分的最適関数近似器１は所定の次数のLPC係数を区分
的最適関数近似方法によって抽出しこの特徴パラメータ
をノイズ重み付け器501に供給する。この特徴パラメー
タはまた符号化復号化器502にも供給されて符号化され
たマルチプレクサ508に特徴パラメータデータとして供
給される。符号化された特徴パラメータはふたたび復号
化されたあと補間器503に供給される。

補間器503は区分的最適関数近似器１から符号化復号化
器502を介して供給される特徴パラメータが区分ごとに
選択された代表分析フレームとこの代表分析フレームに
よって指定される分析フレームの情報とを利用し特徴パ
ラメータを代表分析フレーム間で補間処理し分析フレー
ムごとに再生したあと声道フィルタのインパルスレスポ
ンスを求めこれを相互相関係数算出器505と自己相関係
数算出器505とに供給する。

相互相関係数算出器504はこうして供給される声道フィ
ルタのインパルスレスポンスとノイズ重み付け後の入力
音声データとの畳み込み積分を行なって両者の相互相関
をとり得られた相互相関係数をマルチパルス検索器504
に供給する。

自己相関係数算出器505は補間器503から声道フィルタの
インパルスレスポンスに関するデータを受けるとこの自
己相関係数を計算しこれをマルチパルス検索器506に供
給する。

マルチパルス検索器506はこうして入力した相互相関係
数と自己相関係数とを利用し公知の相関領域評価にもと
づく手法によってマルチパルス列を検索しこれを符号化
器507によって符号化したうえこれを音源データとして
マルチプレクサ508に供給する。この音源データは音源
波形情報そのものといってよく、このようにして特徴パ
ラメータを利用する波形符号化装置が実現できる。

なお、この場合符号化すべき波形情報は特徴パラメータ
から得られたマルチパルスを利用しているが他の波形情
報抽出手段、たとえば合成フィルタとは周波数応答特性
が逆なLPC逆なLPC逆フィルタを備え区分的最適関数近似
器１からLPCパラメータの供給を受けつつこれと入力音
声信号とによって残差信号を発生しこの波形情報を符号
化するなどの手法によっても同様に波形符号化ができる
ことは明らかである。

第６図は第１図に示す区分的最適関数近似方法を利用し
た圧縮DP型単語音声認識装置の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。

第６図に示す圧縮DP型単語音声認識装置６は区分的最大
関数近似器１のほか切替器601,標準パタンメモリ602,パ
タンマッチング器603および最小距離検索器604を備えて
構成される。

第６図に示す圧縮DP型単語音声認識装置６は特定話者の
発する単語音声に関する特徴パラメータを標準パタンと
して予めストアしておきこれと入力する単語音声の特徴
パラメータのパタンマッチングを実施して入力単語音声
を認識するものでありその基本動作は次のようである。

すなわち、区分的最大関数近似器１は第１図によって示
した如く入力音声信号の分析フレームごとにLPC係数を
所定の次数で押出したあと公知の手法でLSPパラメータ
に変換し、このあとDP手法によってフレーム圧縮を予め
設定する区分単位で実施する。このフレーム圧縮は第１
図によって説明した内容による近似処理を介して求めて
いる。こうして区分ごとに予め設定した最大数を越えな
い代表フレームと、この代表フレームによって指定され
る分析フレームの最適組合せが選択され、このようにし
て得られた可変長フレームが先ず切替器601の登録時の
接続によって標準パタンメモリ602にストアされる。

次に切替器601が認識側に切替られ特定話者が標準パタ
ンメモリ602に内蔵されている単語音声を発すると登録
時と全く同じ処理を受けてパタンマッチング器603にLSP
パラメータが供給される。

パタンマッチング器603はスペクトル距離計測器や補間
器等を備え、区分的最大関数近似器１によって圧縮処理
された両入力の区分ごとの代表分析フレーム間に補間値
を設定しつつスペクトル距離計測器で両入力の特徴パラ
メータパタンのスペクトル距離を予め設定する範囲の対
応点間で求めこれを全標準パタンについて実施したあと
次に最小距離検索器604に標準パタン指定番号とともに
供給する。

最小距離検索器604はスペクトル距離が最小の標準パタ
ンを選定しその指定番号を認識結果として出力、かくし
て圧縮DP型単語音声認識処理が区分的最適関数近似方法
を利用して実現できる。

上述した第３〜第６図はいずれも第１図によって説明し
た区分的最適関数近似方法を利用する装置でありこれに
よって処理量に比し再生品質の優れた効率のいい近似手
段を実現することができる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、近似度対処理量の著
しい効果化が図れる区分的最適関数近似方法とその装置
が実現できるという効果がある。

第７図は第１図の実施例における区分的最適関数近似に
よる上記効果の一例を示す区分的最適関数近似特性図で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による区分的最適関数近似方法の一実施
例の構成を示すブロック図、第２図は本発明による区分
的最適関数近似方法を詳細に説明するための説明図、第
３図は第１図に示す区分的最適関数近似方法を利用した
可変長フレーム型ボコーダの一実施例の構成を示すブロ
ック図、第４図は第１図に示す区分的最適関数近似方法
を利用し、かつ分析データを蓄積しつつ入力音声を合成
する音声合成器の一実施例の構成を示すブロック図、第
５図は第１図に示す区分的最適関数近似方法を利用して
抽出した入力音声の特徴パラメータを用いる波形符号化
装置の一実施例の構成を示すブロック図、第６図は第１
図に示す区分的最適関数近似方法を利用した圧縮DP型単
語音声認識装置の一実施例の構成を示すブロック図、第
７図は第１図の実施例における区分的最適関数近似によ
る効果の一例を示す区分的最適関数近似特性図、第８図
は第１図に示すDPプロセッサ13の一例の詳細ブロック
図、第９図は第８図に示す時間歪算出器131の一例の詳
細ブロック図、第10図は第８図に示す補間器132の一例
の詳細ブロック図である。１……区分的最適関数近似器、２……可変長フレームボ
コーダ分析側、３……可変長フレームボコーダ合成側、
４……音声合成器、５……波形符号化装置、６……圧縮
DP型単語音声認識装置、11……LSP分析器、12……パラ
メータメモリ、13……DPプロセッサ、14……前区分選択
パラメータメモリ、201……符号化器、202……符号化
器、203……マルチプレクサ、301……デマルチプレク
サ、302……ピッチパルス発生器、303……雑音発生器、
304……切替器、305……可変利得増幅器、306……補間
器、307……LSP合成フィルタ、308……D/Aコンバータ、
309……LPF、310……メモリ、501……ノイズ重み付け
器、502……符号化復合化器、503……補間器、504……
相互相関係数算出器、505……自己相関係数算出器、506
……マルチパルス検索器、507……符号化器、508……マ
ルチプレクサ、601……切替器、602……標準パタンメモ
リ、603……パタンマッチング器、604……最小距離検索
器、100……音源情報分析器、131……時間歪算出器、13
2……補間器、133……制御演算器、1311−１〜Ｎ……レ
ジスタ、1312−１〜Ｎ……レジスタ、1313−１〜Ｎ……
減算器、1314−１〜Ｎ……掛算器、1315−１〜Ｎ……掛
算器、1316……アキュムレータ、1321−１〜Ｎ……レジ
スタ、1322−１〜Ｎ……レジスタ、1323−１〜２……レ
ジスタ、1324−１〜Ｎ……掛算器、1325−１〜Ｎ……掛
算器、1326−１〜Ｎ……加算器、1327−１〜Ｎ……掛算
器、1328……加算器、1329……ROM、1330−１〜Ｎ……
レジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力音声信号を一定フレーム周期で分析し
て得られる所定区間の連続した特徴パラメータベクトル
から前記所定区間を代表する一部の特徴パラメータベク
トルを選択することによりフレーム周期を可変にする区
分的最適関数近似方法において、前記所定区間を、代表パラメータベクトルが代表する区
間である非傾斜区間を可変とし、且つ相隣接する代表パ
ラメータベクトルの補間ベルトルが代表する区間である
傾斜区間を可変とする最適台形近似法を使用して一部の
代表特徴パラメータベクトルにより近似し、且つ前記代
表特徴パラメータベクトルが代表するフレーム間を求め
ることを特徴とする区分的最適関数近似方法。