JPH077279B2 - マルチパルス符号化装置 - Google Patents

マルチパルス符号化装置

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JPH077279B2
JPH077279B2 JP59216833A JP21683384A JPH077279B2 JP H077279 B2 JPH077279 B2 JP H077279B2 JP 59216833 A JP59216833 A JP 59216833A JP 21683384 A JP21683384 A JP 21683384A JP H077279 B2 JPH077279 B2 JP H077279B2
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correlation coefficient
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哲 田口
雅徳 小林
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明はマルチパルス符号化装置に関し、特にマルチパ
ルス検索の高速化に係る。
(従来技術) 入力音声信号を分析フレーム毎にLPC分析して抽出したL
PC係数をスペクトル包絡情報とし、このスペクトル包絡
情報とともに前記入力音声信号の音声情報を構成する音
源情報を分析フレーム毎にこの音源情報の特徴に対応す
る発生時間位置と振幅とを有する複数個のインパルス係
列(マルチパルス)を以って表現して前記入力音声信号
の分析および合成を行なうマルチパルス符号化装置は音
声信号を8Kbps〜16Kbpsに符号化する目的で広く使用さ
れている。マルチパルス分析の現実的な方法としては相
関演算に基づくアルゴリズムと、類似度演算に基づく本
発明者のアルゴリズムとがある。
相関演算に基づくアルゴリズムは“マルチパルス駆動形
音声符号化法の検討",1983年3月,電子通信学会,通信
方式研究会に詳述されているものであり、類似度演算に
基づくアルゴリズムは特許願58−149007“マルチパルス
型ボコーダ”に詳述されているものである。
第1図(A)は相関演算に基づくアルゴリズムを第1図
(B)は本発明者によるアルゴリズムをフローチャート
の形式で示したものである。第1図(A),(B)共予
じめ設定されたマルチパルスを構成するパルス数に相等
する回数だけ相互相関係数列(第1図(A)の場合)、
又は相互積和列(第1図(B)の場合)の絶対値の最大
値を検索している。
(発明が解決しようとする問題点) ところで相互相関係数列、又は相互積和列の絶対値の最
大値の検索するには以下に示すように多大な演算量を要
する。即ち、検索すべきマルチパルス数を32、相互相関
係数列、又は相互積和列の数列の長さを160(入力音声
の標本化周波数8KHz、フレーム周期20mSECの場合の1フ
レーム長と一致する)とすると、数列の絶対値化,大小
比較に少なくとも32×160=5120回の演算を例えば20mSE
C内に実行する必要がある。
従来、マルチパルス符号化装置ではパルス検索手段を構
成する相互相関係数列、又は相互積和列の絶対値の最大
値を検索すべきマルチパルス数の数だけ当該数列全体の
絶対値の最大値を直接検索していたため演算量が多大に
なるという欠点を有していた。
本発明の目的はマルチパルス符号化装置に於いて、マル
チパルス検索のために必要な相互相関係数列又は相互積
和列の絶対値の最大値を検索するに必要な演算量の削減
を可能とした経済的なマルチパルス符号化装置を抵抗す
ることにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明は相互相関係数列又は相互積和列の絶対値の最大
値の検索結果に基づいてマルチパルス検索を行なうマル
チパルス符号化装置に於いて、前記相互相関係数列又は
相互積和列の絶対値お最大値を検索する手段が、前記相
互相関係数列又は相互積和列の複数の部分係数列各々の
絶対値の最大値を検索する手段と、検索された部分係数
列各々の絶対値の最大値の位置、振幅情報を記憶する手
段と、前記記憶されている複数の振幅情報の最大値を検
索する手段とを有して構成されている。
(実施例) 次に図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第2図は本発明の実施例を説明するためのブロック図で
ある。第2図(A)は符号化側の構成を、第2図(B)
は復号化側の構成を示す。
第2図(A)に示す符号化側の実施例を示すブロック図
はノイズ重み付け器1,LPC分析器2,相互相関係数算出器
3,符号化器4,自己相関関数算出器5,マルチパルス検索器
6,符号化器7およびマルチプレクサ8を備えて構成さ
れ、また第2図(B)に示す復号化側は、デマルチプレ
クサ9,復号化器10,11,およびLPC合成器12,D/A(デジタ
ル/アナログ)コンバータ13およびLPF(Low pass Filt
er)14を備えて構成される。
本発明に於いてマルチパルス検索器6は特に重要な部分
であり、詳細な構成は後述する。
第2図(A)において、入力端子101を介して入力した
入力音声信号S(Z)はノイズ重み付け器1およびLPC
分析器2に供給される。ノイズ重み付け器1は伝達関数
W(Z)のノイズ重み付けフィルタを内蔵して入力音声
信号をそのフィルタを通すことによってS(Z)*W
(Z)の畳み込み積分を実行せしめ、出力を相互関関数
算出器3に供給する。ノイズ重み付けフィルタの伝達関
数W(Z)は、入力音声信号S(Z)を受けたLPC分析
器2がこれをLPC分析して得られるLPC係数ならびにその
次数のほか聴感的な重み付け係数を出力ライン201を介
して供給され、これらデータにもとづいて設定されるも
のである。
LPC分析器2は、入力音声信号S(Z)を分析フレーム
ごとに予め設定するビット数のデジタル量として量子化
し、これをLPC分析してp次のKパラメータ(偏自己相
関係数)等のLPC係数をノイズ重み付け器1に供給する
とともにまたこれを出力ライン202を介して符号化器4
に供給する。
符号化器4はこうして入力されたLPC係数の量子化、符
号化を実施したのちこれを出力ライン401を介してマル
チプレクサ8に供給するとともに量子化したLPC係数を
復号化して伝達関数H(Z)の声道フィルタの聴音重み
付けインパルスレスボンス、すなわちH(Z)*W
(Z)のインパルスレスボンスを求めこれを出力ライン
402を介して相互相関関数算出器3および自己相関関数
算出器5に供給する。
相互相関算出器3はこうして供給されたH(Z)*W
(Z)のインパルスレスボンスと聴音重み付け入力信号
S(Z)*W(Z)との畳み込み積分による相互相関を
実行し、算出された相互相関関数をマルチパルス検索器
6に供給する。
また、自己相関関数算出器5は入力したH(Z)*W
(Z)のインパルスレスボンスの自己相関関数を算出し
これをマルチパルス検索器6に供給する。
マルチパルス検索は通常、分析フレームごとに供給され
る相互相関関数と自己相関関数とを利用し次に示す
(1)式の演算を実行して所定の音源パルス列を得てこ
れをマルチパルとしているが、本実施例にあっては後述
する如くマルチパルス検索区間を複数の区間に分割する
ことによりマルチパルス検索の高速化を計っている。
(1)式においてmiは分析フレーム内における1番目の
パルスのフレーム端からの時間位置、giはその振幅、
hx(mi)は時間遅れmiにおける相互相関関数、glは分析
フレーム内l番目のパルスの振幅、Rhh(|ml−mi|)は
インパルスレスボンスの自己相関関数である。(1)式
は位置miにマルチパルスをたてる場合には振幅gi(mi)
が最適であることを示し、(1)式にもとづいてマルチ
パルスを探索するときには、ある音源パルスに着目し種
類の位置に対して(1)式によってその振幅を計算し求
めた振幅のうち絶対値の最大なものが残留波形成分を最
小とする音源パルスであり、以上を繰返し実行しつつ複
数個の音源パルスを求めこれをマルチパルスとして決定
するものが通常のマルチパルス決定手段となっている。
ところで分析フレーム長は例えば20mSECであり、入力音
声信号S(Z)が8KHzで標本化されているものとすれ
ば、分析フレームは160サンプルの音声データ構成され
る。従って相互相関関数hxも160サンプルから構成さ
れる。従来のマルチパルス検索に於いては検索すべきマ
ルチパルス数と等しい回数だけ、160サンプルより構成
される相互相関関数hxの数列の絶対値化、大小比較を
行なっていた事は前述の通りである。
本発明では声道フィルタの聴感重み付けインパルスレス
ポンス、即ちH(Z)*W(Z)のインパルスレスポン
スの実用上の持続時間に着眼し以下のように相互相関関
係数列の絶対値の最大値を検索するに必要な演算量の削
減を行なっている。
第3図はマルチパルス検索器6を詳細に説明するための
ブロック図である。
第3図に於いて自己相関係数メモリ61は自己相関算出器
5で算出された自己相関関数Rhh(i)(0≦i≦M)
を入力する。本実施例では声道フィルタの聴感重み付け
インパルスポンスの実用上の持続時間に関連してM=29
としている。相互相関係数メモリ62は相互相関関数算出
器3で算出されたhx(i)(1iN)を入力す
る。本実施例ではN=160である。相互相関係数メモリ6
2へhxが入力されると同時に最大値決定器66は初期設
定され出力ライン661へhxの極大値の検索範囲を指定
する2ケの数値データ“1"と“L"とを出力する。極大値
検索器64は前記数値データ“1"と“L"とに基づいて相互
相関係数メモリ62に記憶されたhxの部分区間毎の絶対
値の最大値を検索し検索結果、即ち部分最大値の大きさ
と部分毎の最大となるhxの位置とを最大値メモリ1,65
−1から最大値メモリL,65−Lへ出力する。本実施例で
はL=8としている。従って最大値メモリ1,65−1には
hx(1)〜hx(20)の部分最大値データが、最大値
メモリ2,65−2にはhx(21)〜hx(40)の部分最大
値データが、最大値メモリL,65−Lにはhx(141)〜
hx(160)の部分最大値データがそれぞれ記憶され
る。最大値決定器66は最大値メモリ1〜Lに記憶されて
いる各部分最大値データの最大値を検索する。最大値決
定器66は検索結果より最大値hx(mL)そのものおよび
hx(mL)を示す相互相関位置mLとhx(mL)が記憶さ
れている極大値メモリJに対応する数値データ“J"を発
生する。更に最大値決定器66は検索されたhx(mL)と
mLの2つのデータを出力ライン662を介して相互相関係
数修正器63へ出力し、決定されたJに基づいた検索区間
指定データ“I=J−2"と“K=J+2"とを出力ライン
661を介して極大値検索器64へ出力する。又、最大値決
定器66はデータhx(mL)とmLとをマルチパルスを構成
するパルスの1つとして出力ライン663を介して符号化
器7へ送出する。相互相関係数修正器63は相互関係数メ
モリ62よりhx(i)を入力し自己相関係数メモリ61よ
り自己相関関数Rhh(i)を入力する。更に相互相関係
数修正器63は出力ライン662を介して供給されたデータ
hx(mL)とmLとを用いて下記(2)式によりhx
(i)を修正する。
hx(i)=hx(i) −hx(mL)・Rhh(|mL−i|)/Rhh(0) ……(2) (ただしmL−M≦i≦mL+M) 修正されたhx(i)は相互相関係数メモリ62へ供給さ
れる。さてhxが修正された区間mL−M〜mL+Mは本実
施例ではmL−29〜mL+29である。又、前記“I"と“K"で
指定される区間は(hxの全区間;160)/(L;8)=20
個毎に区切られた8ケの区間のうち区間Jを中心にした
5区間となる。言い換えればmLを含む区間Jの両側に40
個のデータを含んでいる。従ってmLが区間Jのどの位置
に存在してもhx(i)が修正された区間を“I"と“K"
で指定される区間は完全に含むことになる。
極大値検索器64は区間I〜Kについて改めてhx(i)
の部分最大値を検索し、結果を最大値メモリI,65−I
(図示せず)〜最大値メモリK,65−K(図示せず)へ出
力する。最大値メモリ65−I,〜65−Kは各部分最大値デ
ータを記憶する。最大値決定器66は最大値メモリ1〜L
に記憶されている各部分最大値データの最大値を検索
し、前述のごとく出力ライン661,662,663へ各々検索区
間指定データ、最大値データ,最大値データが出力され
る。以下同様にマルチパルスを構成するパルス数に達す
るまでパルス検索,相互相関修正処理が繰返される。
上述のごとくマルチパルス検索器6においてhx(i)
の最大値検索区間を複数の部分区間に分割することによ
り、hx(i)の全区間をマルチパルスを決定する毎に
検索する必要がなくなり、検索に必要な演算量を削減し
ている。
再び第2図に戻り説明を継続する。符号化器7は出力ラ
イン663を介して供給されるマルチパルスデータを符号
化しマルチプレクサ8へ出力する。
マルチプレクサ8はこうして求めたマルチパルスとLPC
係数に関するデータを多重化して伝送路を介して第1図
(B)に示す復号化側に伝送する。
復号化側ではデマルチプレクサ9によって多重化分離を
行なってマルチパルスに関するデータは複号化器10に、
またLPC係数に関するデータは復号化器11にそれぞれ供
給して復号化を行ないこれらをLPC合成器12に供給す
る。
LPC合成器12は、p次の全極型デジタルフィルタ構成の
合成フィルタを内蔵し、マルチパルスを駆動音源とし、
LPC係数をフィルタ係数として入力音声信号をデジタル
量で再生しこれをD/Aコンバータ13に供給する。
D/Aコンバータ13は入力した再生入力音声信号のアナロ
グ化を図り、これをLPF14に送出しこれにより所定の高
域周波数遮断を実施したあとアナログ量の再生入力音声
信号として出力端子1201に供給する。
本実施例は第1図(A)に対応するものであるが第1図
(B)に対応するマルチパルス検索アルゴリズムについ
ても同様にマルチパルス検索を高速化し得ることは明ら
かである。
(発明の効果) 以上述べた様に本発明は相互相関係数列又は相互積和列
の絶対値の最大値の検索結果に基づいてマルチパルス検
索を行なうマルチパルス符号化装置において、検索区間
を複数の検索区間に分割する手段を用いることにより、
マルチパルス検索に必要な演算量を削減した経済的な装
置を提供し得るいう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)と(B)は従来のマルチパルス検索アルゴ
リズムを説明するための流れ図、第2図は本発明の実施
例における符号化側の構成を示すブロック図(A)およ
び復号化側の構成を示すブロック図(B)、第3図はマ
ルチパルス検索器6を詳細に説明するためのブロック図
である。 1……ノイズ重み付け器、2……LPC分析器、3……相
互相関関数算出器、4……符号化器、5……自己相関関
数算出器、6……マルチパルス検索器、7……符号化
器、8……マルチプレクサ、9……デマルチプレクサ、
10,11……復号化器、12……LPC合成器、13……D/Aコン
バータ、14……LPF、61……自己相関係数メモリ、62…
…相互相関係数メモリ、63……相互相関係数修正器、64
……最大値検索器、65−1,65−2,…,65−L……極大値
メモリ1〜L,66……最大値決定器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力音声信号と音声合成フィルタのインパ
    ルス応答との相互相関係数列を算出する手段と、前記イ
    ンパルス応答の自己相関係数列を算出する手段と、前記
    相互相関係数列の絶対値の最大値を検索する手段と、前
    記検索された最大値の位置、振幅情報に対応してマルチ
    パルスを構成する1つのパルスを決定する手段とを分析
    側に備え、且つ前記検索された最大値の位置、振幅情報
    と前記自己相関係数例とを用いて、前記算出された相互
    相関係数列を修正する手段と、前記修正された相互相関
    係数列を用いてマルチパルスを構成する他のパルスを決
    定する手段を有して構成されるマルチパルス符号化装置
    であって、前記絶対値の最大値を検索する手段が前記相
    互相関係数列の複数の部分係数列各々の絶対値の最大値
    を検索する手段と、検索された部分係数列各々の絶対値
    の最大値の位置、振幅情報を記憶する手段と、前記記憶
    されている複数の振幅情報の最大値を検索する手段とを
    有して構成されることを特徴とするマルチパルス符号化
    装置。
  2. 【請求項2】入力音声信号と音声合成フィルタのインパ
    ルス応答との相互相関係数列を算出する手段と、前記イ
    ンパルス応答の自己相関係数列を算出する手段と、前記
    相互相関係数列と前記自己相関係数列との相互積和列を
    算出する手段と、前記自己相関係数列の自己積和列を算
    出する手段と、前記相互積和列の絶対値の最大値を検索
    する手段と、前記検索された最大値の位置、振幅情報に
    対応してマルチパルスを構成する1つのパルスを決定す
    る手段とを分析側に備え、且つ前記検索された最大値の
    位置、振幅情報と前記自己積和列とを用いて、この振幅
    情報を比例係数とするこの自己積和列の比例値列を前記
    算出された相互積和列から、この最大値の位置に前記比
    例値列の中心を一致させて減じ修正する手段と、前記修
    正された相互積和列を用いてマルチパルスを構成する他
    のパルスを決定する手段を有して構成されるマルチパル
    ス符号化装置であって、前記絶対値の最大値を検索する
    手段が前記相互積和列の複数の部分係数列各々の絶対値
    の最大値を検索する手段と、検索された部分係数列各々
    の絶対値の最大値の位置、振幅情報を記憶する手段と、
    前記記憶されている複数の振幅情報の最大値を検索する
    手段とを有して構成されることを特徴とするマルチパル
    ス符号化装置。
JP59216833A 1984-10-16 1984-10-16 マルチパルス符号化装置 Expired - Lifetime JPH077279B2 (ja)

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JPS6194099A JPS6194099A (ja) 1986-05-12
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