JPH087597B2 - 音声符号化器 - Google Patents

音声符号化器

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JPH087597B2
JPH087597B2 JP63071805A JP7180588A JPH087597B2 JP H087597 B2 JPH087597 B2 JP H087597B2 JP 63071805 A JP63071805 A JP 63071805A JP 7180588 A JP7180588 A JP 7180588A JP H087597 B2 JPH087597 B2 JP H087597B2
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pulse
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pitch
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quantizer
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弥生 佐藤
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/04Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using predictive techniques
    • G10L19/08Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters
    • G10L19/10Determination 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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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
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  • Multimedia (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、音声信号をフレーム単位で分析し、その特
徴パラメータを抽出することによつて音声を符号化する
符号化器に関し、特に、音源を複数個のパルスの組み合
わせで表し、このパルス列と合成フイルタ、ピツチ予測
フイルタの係数によつて音声信号を符号化する音声符号
化器に関する。
〔従来の技術〕
波形レベルでピツチ予測を行うマルチパルス符号化法
の原理図を第5図に示す。図において、41はピツチ予測
フイルタで、入力音声に対して、再生音声からピツチ予
測を行い、ピツチ予測残差を求める。42はピツチ予測を
用いないマルチパルス符号化器で、ピツチ予測残差信号
に対して、マルチパルス符号化処理を行い、音源パルス
列を求める。43はマルチパルス復号化器で、音源パルス
列から、再生信号を求める。これについては、日経エレ
クトロニクス1986年6月16号204頁に記載されている。
次に、従来のピツチ予測マルチ符号化器のブロツク図
を第6図に示す。これは、音響,音声,信号処理に関す
る国際会議(Ozawa.K and Araseki.T「High Quality Mu
lti−pulse Speech Coder with Pitch Prediction」ICA
SSP86 33.3 Apr.1986)に発表されたものである。図に
おいて、51はPARCOR係数を出力する特徴パラメータ分析
器、52は特徴パラメータ分析器51の出力を量子化する量
子化器、53は量子化器52の出力を逆量子化する逆量子化
器、54はピツチ予測フイルタの係数を出力するピツチ抽
出器、55は量子化器、56は逆量子化器、57はピツチ予測
を行なうピツチ予測フイルタ、58はパルス列を求めるパ
ルス探索器、59は量子化器、60は逆量子化器、61は再生
音声を出力する音声復号化器、62は多重化装置である。
さて、入力音声信号を1フレームに切り出し、これを
特徴パラメータ分析器51に入力し、例えば、LPC分析を
行い、PARCOR係数を求める。特徴パラメータ分析器51で
求められたPARCOR係数は、量子化器52で量子化され、さ
らに逆量子化器53で逆量子化され、出力される。一方、
LPC分析に用いた入力音声信号をピツチ抽出器54に入力
し、ピツチ予測フイルタの係数を求める。ピツチ抽出器
54で求められたピツチ予測フイルタの係数は、量子化器
55で量子化され、さらに逆量子化器56で逆量子化され、
ピツチ予測フイルタ57の係数となる。ピツチ予測フイル
タ57は、再生音声を入力し、ピツチ予測を行う。ピツチ
予測フイルタの出力を入力音声信号から差し引いて、ピ
ツチ予測残差信号を求め、パルス探索器58に入力し、マ
ルチパルス符号化処理を行つて、パルス列を求める。パ
ルス探索器58で求められたパルス列は、量子化器59で量
子化され、さらに逆量子化器60で逆量子化され、音声復
号化器61に入力される。音声復号化器61では、再生音声
が求められ、ピツチ予測フイルタの入力となる。それぞ
れ量子化器52,55,59で求められたPARCOR係数、ピツチ予
測フイルタの係数、パルスの列(パルスの位置と振幅)
は、多重化装置62で、多重化して送出される。図中63で
示したブロツクは、1フレームをピツチ周期あるいはそ
れより数サンプル短い周期のサブフレームに分割し、サ
ブフレーム毎にパルスを求める動作を行なう。
次に、このブロツク63について、図を用いて、詳細に
説明する。第7図は、パルス探索処理の波形図を示す。
現フレームをI番目のフレームとし、ピツチ周期はmサ
ンプル、インパルス応答長はlである。波形aにおい
て、Iフレームは入力信号、(I−I)フレームは再生
信号を示している。Iフレームのサブフレーム長をmと
して、それにサブフレーム間の境界処理のためのインパ
ルス応答長lを加えた入力信号を取り出し、前サブフレ
ーム(フレームの先頭の場合は前フレーム)の再生信号
を用いてピツチ予測を行つた波形を波形bに示す。波形
bに聴感重みづけをしたものと重みづけインパルス応答
の相互相関を波形cに示す。波形cを用いて、サブフレ
ーム内に既定数のパルスが求められるまで、パルス探索
を行う。求められたパルスを波形dに示す。波形dのサ
ブフレーム内のパルスについて量子化、逆量子化を行
い、波形eに示すようにサブフレームの再生音声を求め
る。これらの処理を、音声信号に対する1フレーム全て
のパルスが求められるまで繰り返して行なつていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来のピッチ予測マルチパルス音声符
号化器は、ピツチ周期に基づいて1フレームをサブフレ
ームに分割してパルス探索を行い、波形レベルでピツチ
予測を行うので、各サブフレーム毎に再生音声を求めな
ければならなかつた。また、フレーム間の境界処理を行
わなければならないため、現フレームの前のフレームの
再生音声、後のフレームの入力音声が同時に必要であ
り、大容量のメモリが必要となる問題があつた。さら
に、サブフレーム間の境界処理のためにパルス探索区間
としてサブフレーム長m+オーバーラツプ(インパルス
応答長l)をとつているが、ピツチ周期によつてサブフ
レーム長mの方がオーバーラツプ(インパルス応答長
l)分より短かくなることがあつた。
このため、パルスがサブフレーム内に求まりにくく、
パルスを求めるのに要する演算時間が非常に大きくな
り、ハードウエア化をするのに規模が大きくなる、とい
う問題があつた。
〔課題を解決するための手段〕
前述の問題を解決するため本発明は、音声信号のフレ
ーム毎のピツチ情報を求める第1の手段と、前記音声信
号の特徴パラメータの分析を行ないインパルス応答の自
己関数を求める第2の手段と、前記音声信号の残差信号
を求め、この残差信号と前記第2の手段で求めた自己関
数に基づいてフレーム毎の相互相関及びこの最大値を求
める第3の手段と、前記各手段の結果に基づいて所定の
個数のパルス位置及び振幅を探索する第4の手段とを備
えている。
〔作用〕
音声符号化器は音声信号をフレーム単位で分析し、こ
の分析結果より得られた相互相関に基づいてピツチ予測
を行ない音声信号を符号化する。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第1図は
本発明の一実施例を示すブロツク図である。図において
1は音声信号のピツチ周期とピツチゲインとを算出する
ピツチ抽出器、2はピツチ抽出器1の出力を量子化する
量子化器、3は量子化器2の出力を逆量子化する逆量子
化器、4はサブフレーム毎にパルス数の割当を行なうパ
ルス分配器、5はPARCOR係数を算出する特徴パラメータ
分析器、6は量子化器、7は逆量子化器、8はインパル
ス応答の自己相関を求める自己相関器、9は逆フイル
タ、10は1フレームの相互相関を出力する相互相関器、
11は相互相関の最大値を検出する最大検出器、12はサブ
フレーム毎にパルス探索処理を行なうパルス探索器、13
はパルス情報を多重化する多重化装置である。なお、第
1図において破線で示したブロツクXは第1の手段を示
し、同じくブロツクYは第2の手段、ブロツクZは第3
の手段を示す。そして、第4の手段はパルス探索器12に
あたる。
次に動作について説明する。入力信号を1フレームに
切り出し、ピツチ抽出器1に入力し、ピツチ周期とピツ
チゲインを求め、量子化器2で量子化を行い、さらに逆
量子化器3で逆量子化を行う。3で求められたピツチ周
期は、パルス分配器4に入力されそれに基づいてサブフ
レーム毎のパルス数の割当を行う。特徴パラメータ分析
器5は、例えばLPC分析器で、1フレームに切り出され
た入力信号を入力し、PARCOR係数を求め、この信号は量
子化器6で量子化され、さらに逆量子化器7で逆量子化
される。自己相関器8は、逆量子化されたPARCOR係数を
入力し、これを例えばαパラメータに変換し、合成フイ
ルタのインパルス応答の自己相関を求める。また、1フ
レームに切り出された入力信号を逆フイルタ9に入力
し、線形予測残差信号を求める。相互相関器10は、自己
相関器8の出力をインパルス応答とするFIRフイルタ
で、9で求めた線形予測残差信号を入力して、1フレー
ムの相互相関を求める。最大値検出器11は相互相関器10
で求めた相互相関の最大値を検出する。パルス探索器12
は、相互相関器10、自己相関器8の出力を用い、パルス
分配器4によつてもとめられたパルス数、逆量子化器3
で求められたピツチ情報、最大値検出器11の出力に基づ
いてサブフレーム毎にパルス探索処理、求めたパルスの
量子化、さらに逆量子化を行う。それぞれ量子化された
ピツチ情報,PARCOR係数,パルス情報は、多重化装置13
で多重化されて送出される。
次に、パルス探索器12について説明する。第2図はパ
ルス探索器12の一部を示したブロツク図である。図にお
いて、21は相関フイルタ、22は第1の加算器、23はパル
ス探索器、24は量子化器、25は逆量子化器、26は第2の
加算器、27はピツチ合成フイルタである。また、第3図
は第2図における各部(点A〜点H)の波形を示す波形
図であり、各点の符号と各波形の符号は対応している。
図において1フレームをnサンプル、サブフレーム長を
mサンプル、インパルス応答長をlサンプルとする。
さて、相関フイルタ21は、第1図の相互相関器10と同
じで、第1図の自己相関器8の出力をインパルス応答と
するFIRフイルタである。波形Bを相関フイルタ21に入
力すると、波形Cが求められる。これは、前サブフレー
ムのパルスの影響を相関のレベルにしたものである。加
算器22で、波形A−波形Cを行い波形Dを求める。波形
Dは現サブフレームから、前サブフレームのパルスの影
響を相関レベルで差し引いたもので、これをパルス探索
器23に入力してパルス探索を行う。波形Eはここで求め
られたパルスで、量子化器24で量子化されて波形Fとな
る。この波形Fは実際に多重化装置13で送信されるパル
スである。また、波形Fは逆量子化器25によつて逆量子
化され波形Gとなる。加算器26によつて、波形G+波形
Bを行い、波形Hを求める。ここで、波形Hは現サブフ
レームのパルスである。波形Hをピツチ合成フイルタ27
によつてピツチ合成したものは、次フレームのパルス探
索処理で用いる波形Bとなる。これらを、パルスが1フ
レーム分全て求められるまで繰り返し行なう。
このようにパルス探索器12は、相互相関レベルでピツ
チ予測を行なうので、サブフレーム毎の処理において再
生音声を求める必要がない。また、フレーム間の境界処
理を簡略化することができるため、この境界処理を行な
うためのデータを記憶するメモリ容量を大幅に削減する
ことができる。
第4図(a),(b)は前述のパルス探索における動
作を示したフローチヤート及びその説明図である。図に
おいて、サブフレーム長をm、オーバラツプ分をl、送
信すべきパルス数をk、オーバラツプ分に求めてよいパ
ルス数をnとする。
さて、初期設定のパルス探索区間を(m+l)として
(ステツプS1)、パルス探索を開始する(ステツプ
S2)。このときステツプS3は送信すべきパルス数が設定
値k個となるか否かを判定する。そして、ステツプS3
パルス数がk個となる前にオーバラツプ分に求められた
パルスがn個となつた場合は(ステツプS4)、ステツプ
S5でパルス探索区間を(m+l)から(m)に変更して
再びステツプS2へ戻り、パルス探索を続ける。そして、
ステツプS2において送信パルス数がk個に達したときパ
ルス探索を終了する。
このようにパルス探索の動作はサブフレーム内にパル
スが効率的に求められるようにオーバラツプ分に求めら
れるパルスの数を制限すると同時に、パルス探索区間を
変えているので、パルス探索処理に要する演算時間を大
幅に短縮することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、第3の手段で求めた相
互相関に基づいてピツチ予測を行なうのでサブフレーム
毎の処理において再生音声を求める必要がない。また、
フレーム間の境界処理を簡略化することができるため、
この境界処理を行なうためのデータを記憶するメモリ容
量を大幅に削減することができる。さらに、サブフレー
ム内にパルスが効率的に求められるようにオーバラツプ
分に求められるパルスの数を制限すると同時にパルス探
索区間を設定しているので、音質をほとんど劣化するこ
となくパルス探索処理に要する演算時間を大幅に短縮す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第2図は
パルス探索部12の一部を示したブロツク図、第3図は第
2図における各部の波形を示した波形図、第4図(a)
はパルス探索の動作を示したフローチヤート、同図
(b)はその説明図、第5図はマルチパルス符号化法の
原理図、第6図は従来のピツチ予測マルチ符号化器のブ
ロツク図、第7図はパルス探索処理の波形図である。 1……ピツチ抽出器、2,6……量子化器、3,7……逆量子
化器、4……パルス分配器、5……特徴パラメータ分析
器、8……自己相関器、9……逆フイルタ、10……相互
相関器、11……最大値検出器、12……パルス探索器、13
……多重化装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】音声信号のフレーム毎のピツチ情報を求め
    る第1の手段と、 前記音声信号の特徴パラメータの分析を行ないインパル
    ス応答の自己相関を求める第2の手段と、 前記音声信号の残差信号を求め、この残差信号と前記第
    2の手段で求めた自己相関に基づいてフレーム毎の相互
    相関及びこの最大値を求める第3の手段と、 前記第1,第2,第3の手段の結果に基づいて所定の個数パ
    ルス位置及び振幅を探索する第4の手段とを備えたこと
    を特徴とする音声符号化器。
JP63071805A 1988-03-28 1988-03-28 音声符号化器 Expired - Lifetime JPH087597B2 (ja)

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JP63071805A JPH087597B2 (ja) 1988-03-28 1988-03-28 音声符号化器
GB8906890A GB2217154B (en) 1988-03-28 1989-03-28 Multi-pulse voice encoder with pitch prediction in a cross-correlation domain
US07/329,832 US4962536A (en) 1988-03-28 1989-03-28 Multi-pulse voice encoder with pitch prediction in a cross-correlation domain

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JPH01245299A JPH01245299A (ja) 1989-09-29
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GB (1) GB2217154B (ja)

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GB2217154B (en) 1992-05-20
GB2217154A (en) 1989-10-18
US4962536A (en) 1990-10-09
GB8906890D0 (en) 1989-05-10
JPH01245299A (ja) 1989-09-29

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