JPH0749700A - Celp型音声復号器 - Google Patents

Celp型音声復号器

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JPH0749700A
JPH0749700A JP5197440A JP19744093A JPH0749700A JP H0749700 A JPH0749700 A JP H0749700A JP 5197440 A JP5197440 A JP 5197440A JP 19744093 A JP19744093 A JP 19744093A JP H0749700 A JPH0749700 A JP H0749700A
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JP
Japan
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frame
power
scaling process
scaling processing
signal
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Withdrawn
Application number
JP5197440A
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English (en)
Inventor
Masako Kato
雅子 加藤
Kiyoshi Utsugi
潔 宇都木
Masato Ito
正人 伊藤
Hideaki Kurihara
秀明 栗原
Yoshiaki Tanaka
良紀 田中
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 符号化側から伝送されてくるフレーム電力値
の量子化値をもとにベクトルのフレーム一括スケーリン
グ処理を行うCELP型音声復号器に関し、スケーリン
グ処理時のオーバーフローによる特性劣化を防ぐ。 【構成】 スケーリング処理に際して、フレーム中のサ
ンプル毎の値のバラツキによる演算誤差を防ぐためのガ
ード・ビットを用いてビットシフト演算を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CELP型音声復号器
に関し、特に音声信号の情報圧縮伝送を行うための高能
率な復号器に関するものである。
【0002】近年、ディジタル信号処理技術の発展に伴
いディジタル通信網の発達及び普及には目覚ましいもの
がある。特に、自動車電話、携帯電話等のパーソナル移
動無線システムは、我々の日常生活に徐々に浸透してき
ており、その需要もこの数年かなりの延びをみせてい
る。
【0003】このようなパーソナル・ディジタル移動無
線システムの普及は今後も進んでいくと考えられ、その
ためには装置自体を一層小型化・低消費電力化すると共
に、伝送音声品質を劣化させることなく高能率な情報圧
縮を行う音声符号(復号)化方式が求められている。
【0004】上記のような条件を満たす音声の予測符号
化方式としては、従来より予測残差信号情報の効率的伝
送のために、予測残差ベクトルをベクトル量子化して、
そのインデックスを伝送するCELP方式(コード駆動
線型予測符号化方式)や、予測残差ベクトルを有限個の
パルス列でモデル化し、最適なパルス位置及びパルス振
幅を伝送するというMPC方式(マルチパルス駆動符号
化方式)等が知られている。
【0005】
【従来の技術】上記のCELP型音声符号化方式による
高能率音声符号化アルゴリズムでは、フレーム毎に短期
予測分析により抽出された短期予測係数と、長期予測分
析により抽出されたピッチ予測係数及びピッチ周期と
を、これらのパラメータをそれぞれが有する短期予測フ
ィルタ及び長期予測フィルタの逆特性フィルタ(逆フィ
ルタ)に入力信号を通して得た予測残差信号と共に多重
化伝送する。
【0006】このCELP型音声符号器の一般的な構成
図が図4に示されており、その動作においては、まず入
力音声信号の線形予測分析(LPC)を行ってLPC係
数を求める。また、入力音声信号に対して、人間の聴覚
上の特徴を元にした聴覚重み付けフィルタによる重み付
けを行って、ターゲットベクトル(AX)を作成する。
【0007】このターゲットベクトル(AX)を同定す
るために符号器は、信号の周期性成分の同定を行う適応
符号帳11、及び雑音系列の音源情報の同定を行うため
の雑音符号帳12の二つの符号帳を持っており、各符号
帳のコードワード(P,C)を各々のゲイン(b,g)
により調整して駆動音源信号bP+gCを生成し、更に
重み付けフィルタ13により聴覚重み付けを行うことに
より重み付け再生信号(bAP+gAC)の生成を行
う。
【0008】この重み付け再生信号(bAP+gAC)
とターゲットベクトル(AX)との間の誤差信号の電力
(E)を評価関数として、これを最小にする駆動信号を
全てのコードワードについて誤差電力評価部14で評価
・検索することにより、最終的に得られた信号を最適駆
動音源信号(b00+g00)として、これを構成する
適応符号帳11及び雑音符号帳12のコードワードイン
デックス、各符号帳のゲインb,g、及びLPC分析の
パラメータを量子化して復号器側へ伝送する。
【0009】復号器では、伝送されてきたLPCパラメ
ータ、最適コードワード(P0 、C 0 )及び最適ゲイン
(b0, g0)によって再生合成信号を得る。
【0010】このようなCELP型音声符号化方式は、
低ビットレートで良好な音声品質を得ることができるこ
とが知られているが、良好な再生音声を得るためには演
算量及びメモリ量が膨大となるため、再生音声品質を保
ちつつ演算量・メモリ量を削減するべく、この方式をベ
ースとした様々な方式が検討されている。
【0011】このような方式の一例としては、日本及び
米国のディジタルセルラー自動車電話システムにおける
標準音声符号化方式に採用されているVSELP符号化
方式(ベクトル和励起線形予測符号化方式)が挙げられ
る。
【0012】このVSELP符号化方式では、入力音声
信号よりLPC係数、フレーム信号電力R(0) 、長期予
測係数(ピッチゲイン)β、コードゲインγの計算を行
い、ゲインβ,γ以外はそのまま量子化する。また、
β,γについては図5に示すようにフレーム信号電力R
(0) によってパラメータ変換部16で正規化を行いフレ
ーム電力に依存しない係数GS、P0に変換した後、多
重化部17において他の伝送パラメータと共に量子化し
て伝送する。
【0013】この場合のパラメータGS、P0は次式に
より計算される。 GS=R/RS ・・・式(1) P0={β2Rx(0)}/R ・・・式(2)
【0014】 R : 残差エネルギー N : フレーム長 ri: 反射係数 Np: 短期予測次数
【0015】これは、音声信号の電力情報を、フレーム
信号電力係数R(0) のみに集中して持たせ、それを誤り
訂正符号化の際に集中的に保護することにより、伝送路
誤りによる再生音声信号電力の変動をできるだけ抑える
ためである。
【0016】このようなVSELP符号器に対応する受
信側のVSELP復号器の構成図が図6に示されてお
り、この復号器では、ピッチプレフィルタ3を経由して
短期予測フィルタ4に入力する駆動音源ベクトルex
(n) は、適応符号帳1における受信されたピッチ周期に
対応する適応コードベクトルc0(n)と、雑音符号帳2に
おける受信された最適コードブックインデックスに対応
する雑音コードベクトルc 1(n)とを、ゲイン係数β及び
γで重み付けしたのち合成することによって次式のよう
に生成される。
【0017】 駆動ベクトル:ex(n) =βc0(n)+γc1(n) ・・・式(3)
【0018】また、ゲイン係数β及びγは受信されたパ
ラメータGS,P0より、逆量子化部6及び計算部7に
おいて次式により計算される。
【0019】ここで、Rx(0),Rx(1) は次式で示され
る各駆動ベクトルの電力である。
【0020】ここで、音声信号はダイナミック・レンジ
の広い信号であるため、レベルの小さな音声信号が符号
化された場合、適応符号帳1に格納された過去の駆動ベ
クトルの電力は小さいものとなり、Rx(0) を固定小数
点演算で計算するとアンダーフローが起きたり、桁落ち
したりして結果の精度が悪くなる。
【0021】このような値を用いて上式によりβの計算
を行うと正しい値が求まらなくなってしまい、結果とし
て再生音声品質の劣化を招く。
【0022】従って、上述したような符号化音声信号の
フレーム電力値を伝送する符号化方式の復号器では、こ
の電力値を用いて伝送パラメータのスケーリング処理を
施すことにより、演算精度を確保する手法がある。
【0023】図6に示した復号器では適応符号帳1の後
にスケーリング処理部8が設けられており、このスケー
リング処理部8では、符号化信号のフレーム電力値R
(0) の量子化値(以下、パワー・コードと呼ぶ)R0を
基にして、ある演算ビットの範囲内に収まるようベクト
ルの値を一括して持ち上げるという処理によってスケー
リングを実現している。
【0024】これを、図7により説明すると、対象とな
る演算精度が何ビットであっても、同図(a) に示す網掛
部分に全ての値が収まるようなスケーリング処理を行
う。その際のスケーリング値は予めフレーム電力量子化
値R0によって制御されるテーブルとしてスケーリング
処理部8内に与えておく。
【0025】例えば、演算精度が16ビットの場合を例
に取ると、同図(b) に示すようにR0=31(最大値)
のときは左シフト量SFT=0とし、同図(c) に示すよ
うにR0=0(最小値)のときは左シフト量SFT=1
1とする。
【0026】尚、このシフト量SFTは、フレーム電力
値の量子化値R0によってベクトルの一括シフトを行う
ためのシフトパラメータであり、復号器は、それをテー
ブルという形でスケーリング処理部8内に持っている。
【0027】
【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、パワー
・コードR0は、フレーム毎に区切ったベクトルの平均
信号電力によって得られるものであるため、ベクトル内
のあるサンプルについてはスケーリング処理によって今
度は反対にオーバーフローを起こすものが出てくるとい
う問題点があった。
【0028】従って本発明は、CELP音声符号化方式
によって符号化された音声信号のフレーム電力値を符号
化パラメータとして受信し、該電力値を用いて適応符号
帳の駆動ベクトルをフレーム単位で復号化するときの正
規化処理をスケーリング処理部がビットシフト演算によ
るスケーリング処理によって行い、その最適シフト量を
受信された信号電力値から求めるCELP型音声復号器
において、スケーリング処理時のオーバーフローによる
特性劣化を防ぐことを目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】この問題点を解決するた
め、本発明に係るCELP型音声復号器では、図1に原
理的に示すように、スケーリング処理部8が、該スケー
リング処理に際して、フレーム中のサンプル毎の値のバ
ラツキによる演算誤差を防ぐための所定数のガード・ビ
ットを用いて適応符号帳1からの駆動ベクトルに対して
ビットシフト演算を行うようにしている。
【0030】
【作用】図1において、適応符号帳1から出力される駆
動ベクトルはスケーリング処理部8に送られ、ここでビ
ットシフト演算によるスケーリング処理が施されるが、
この場合のビットシフトでは所定数のガード・ビットを
設けてあるため、スケーリングによってオーバーフロー
が生じるようなことがあっても該ガード・ビットによっ
て吸収されることとなり、フレーム中のサンプル毎の値
のバラツキによる演算誤差を防ぐことができる。
【0031】
【実施例】図2は本発明に係るCELP型音声復号器に
よるスケーリング処理を示したもので、この実施例で
は、信号の最大値を図7の従来例の場合の「1/8」と
して、図2(a) に示す如く4ビット分をガード・ビット
Gとして確保する。尚、このガード・ビット数をいくつ
にするかは1フレーム分のスケーリング処理におけるオ
ーバーフローの発生とアンダーフローの発生の統計的な
中間値を選択することが好ましい。
【0032】パワー・コードは平均信号電力によって得
られるために、パワー・コードR0が最大値の時は、フ
レーム(ベクトル)内の或るサンプルでは、網掛部分を
越えてしまうもの(オーバーフロー)があるが、図2
(a) のようにガード・ビットを備えている場合は、同図
(b) (これは図7(b) に対応)のようにパワー・コード
R0=31でシフト量SFT=0の場合は勿論のこと、
図2(c) (これは図7(c) に対応)のようにパワー・コ
ードR0=0でシフト量SFT=11の最大の場合もオ
ーバー・フロー分はその4ビット内で吸収されるため、
特性に影響を与えないことになる。
【0033】このようなスケーリング処理を用いること
によって、レベルの小さな音声が符号化され適応符号帳
に格納される過去の駆動ベクトルの電力が小さくなった
場合、また、復号器側で伝送されてきたパワー・コード
を基にしてパラメータの一括スケーリングを行った場
合、駆動信号電力の計算をアンダー・フローだけでな
く、オーバー・フローをも起こさせることなく適切に行
うことができる。
【0034】図3は、図1に示した本発明に係るCEL
P型音声復号器におけるスケーリング処理部8の実施例
を示したものである。
【0035】この実施例によるスケーリング処理部8
は、シフト・テーブル81と、パワー・コードR0によ
りシフト・テーブル81からシフト量SFTを選択する
シフト量選択部82と、シフト量SFTに従って適応符
号帳1からの適応駆動ベクトルc0(k)をビットシフトし
ゲイン計算を行うゲイン計算部83とで構成されてい
る。尚、この構成は基本的には従来例も同様である。
【0036】この実施例の動作を図6の従来構成と組合
せて説明すると、まず符号器から伝送されてきたパワー
・コードR0は逆量子化されて、同様に伝送されてきた
パラメータGS,P0とともにコードゲインβ,γの計
算に用いられる。
【0037】一方、パワー・コードR0はスケーリング
処理部8に入力される。スケーリング処理部8では、パ
ワー・コードR0はシフト量選択部82に入力され、そ
れによってシフトテーブル81から、適切なシフト量S
FTが選択される。
【0038】ゲイン計算部83には、適応符号帳1の駆
動ベクトルc0 (k) とビットシフト量SFTが入力さ
れ、図2に示した4ビットのガード・ビットを持った形
式のベクトルとして一括シフトが行われる。
【0039】スケーリング処理部8からは、ビット・シ
フト後の適応駆動ベクトルc0'(k)と最適シフト量SF
Tが出力される。
【0040】最適シフト量SFTは、駆動信号ex(n)
の計算終了時まで保持され、駆動信号の計算後、駆動信
号はシフト量SFT分だけ逆方向にシフトされる。
【0041】
【発明の効果】以上のように、本発明に係るCELP型
音声復号器によれば、符号化側から伝送されてくるフレ
ーム電力値の量子化値をもとにベクトルのフレーム一括
スケーリング処理を行うCELP型音声復号器におい
て、スケーリング処理部が、該スケーリング処理に際し
て、フレーム中のサンプル毎の値のバラツキによる演算
誤差を防ぐためのガード・ビットを用いてビットシフト
演算を行うように構成したので、入力信号電力の大小に
関わらず、演算中のアンダーフローのみならずオーバー
フローをも防止することができ、良好な演算結果を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るCELP型音声復号器を原理的に
示したブロック図である。
【図2】本発明に係るCELP型音声復号器によるスケ
ーリング処理の動作実施例を示した図である。
【図3】本発明に係るCELP型音声復号器によるスケ
ーリング処理の構成実施例を示した図である。
【図4】CELP型音声符号器の一般的な構成を示した
ブロック図である。
【図5】CELP型音声符号器の一種であるVSELP
型音声符号器の伝送パラメータを示すためのブロック図
である。
【図6】VSELP型音声復号器の従来例を示したブロ
ック図である。
【図7】従来例のスケーリング処理を説明するための図
である。
【符号の説明】
1 適応符号帳 2 雑音符号帳 8 スケーリング処理部 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 秀明 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 田中 良紀 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CELP型音声符号化方式で符号化され
    た音声信号のフレーム電力値を符号化パラメータとして
    受信し、該電力値を用いて適応符号帳(1)の駆動ベク
    トルをフレーム単位で復号化するときの正規化処理をス
    ケーリング処理部(8)がビットシフト演算によるスケ
    ーリング処理によって行い、その最適シフト量を受信さ
    れた信号電力値から求めるCELP型音声復号器におい
    て、 該スケーリング処理部(8)が、該スケーリング処理に
    際して、フレーム中のサンプル毎の値のバラツキによる
    演算誤差を防ぐためのガード・ビットを用いてビットシ
    フト演算を行うことを特徴としたCELP型音声復号
    器。
JP5197440A 1993-08-09 1993-08-09 Celp型音声復号器 Withdrawn JPH0749700A (ja)

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