JPH09281995A - 信号符号化装置及び方法 - Google Patents

信号符号化装置及び方法

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JPH09281995A
JPH09281995A JP8115678A JP11567896A JPH09281995A JP H09281995 A JPH09281995 A JP H09281995A JP 8115678 A JP8115678 A JP 8115678A JP 11567896 A JP11567896 A JP 11567896A JP H09281995 A JPH09281995 A JP H09281995A
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Japan
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signal
output
performance
pulses
band
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JP8115678A
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Inventor
Kazunori Ozawa
一範 小澤
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Original Assignee
NEC Corp
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G10L19/08—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters
    • G10L19/10—Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters the excitation function being a multipulse excitation
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低ビットレートでも良好な音質の得られる信号
符号化装置の提供。 【解決手段】入力した信号を予め定められた時間長のフ
レームに分割し予め定められた複数個の帯域に分割する
帯域分割部１５０と、入力信号からスペクトル包絡を表
すスペクトルパラメータを求めるパラメータ計算部２０
０と、スペクトルパラメータをもとに複数個の帯域に対
して性能要求値を求める性能計算部３２０と、帯域分割
部の出力信号に対して、複数個のパルスから構成される
音源信号を求める音源部４００1〜４００Nと、性能計算
部の出力に応じてパルスの個数を帯域毎に適応的に割り
当てる割当部３３０を有し、パラメータ計算部と音源部
の出力信号を組み合わせて出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音声や音楽などの
信号を低いビットレートで高品質に符号化するための信
号符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】音声信号を高能率に符号化する方式とし
ては、例えば、Ｍ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ ａｎｄ Ｂ．
Ａｔａｌ氏による「“Code-excited Linear predictio
n: Highquality speech at very low bit rates”（コ
ード・エキサイテッド リニアプレディクション：ハイ
クオリティ スピーチ アト ベリーロービットレー
ト）」（Proc. ICASSP, pp. 937-940, 1985年））と題
する論文（文献１）や、Ｋｌｅｉｊｎ氏らによる「“Im
proved speech quality and efficient vector quantiz
ation in CELP”（イムプルーブド スピーチ クオリ
ティ アンド エフィシェント ベクトル クウオンタ
イザーション イン セルピ）」（Proc. ICASSP, pp.
155-158, 1988年）と題する論文（文献２）などに記載
されている、音源をベクトル量子化された雑音で表現す
る、ＣＥＬＰ（Code Excited LinearPredictive Codin
g；符号駆動型線形予測符号）が知られている。
【０００３】この従来のＣＥＬＰ方式では、送信側で
は、フレーム毎（例えば２０ｍｓ）に音声信号から線形
予測（ＬＰＣ）分析を用いて、音声信号のスペクトル特
性を表すスペクトルパラメータを抽出する。
【０００４】フレームをさらにサブフレーム（例えば５
ｍｓ）に分割し、サブフレーム毎に過去の音源信号を基
に適応コードブック（符号帳）におけるパラメータ（ピ
ッチ周期に対応する遅延パラメータとゲインパラメー
タ）を抽出し、適応コードブックにより前記サブフレー
ムの音声信号をピッチ予測する。
【０００５】ピッチ予測して求めた音源信号に対して、
予め定められた種類の雑音信号からなる音源コーブック
（ベクトル量子化コードブック）から最適な音源コード
ベクトルを選択し、最適なゲインを計算することによ
り、音源信号を量子化する。
【０００６】音源ベクトルの選択の仕方は、選択した雑
音信号により合成した信号と、前記残差信号との誤差電
力を最小化するように行う。そして、選択されたコード
ベクトルの種類を表すインデクスとゲインならびに、前
記スペクトルパラメータと適応コードブックのパラメー
タをマルチプレクサ部により組み合わせて伝送する。受
信側の説明は省略する。
【０００７】また、上記ＣＥＬＰ方式をもとに、音声だ
けでなく、音楽信号などの非定常な信号に対応するため
に、入力信号を複数個の帯域（サブバンド）に分割した
上で、各サブバンド毎にＣＥＬＰ符号化を行なう方式が
知られている。これについては、例えば、Ｍ．Ｙｏｎｇ
氏らによる「“Subband vector excitation coding wit
h adaptive bit allocation”（サブバンド・ベクトル
・エキサイテーション・コーディング ウイズ アダプ
ティブ ビットアロケーション）」（Proc. ICASSP, p
p. 743-746, 1989年））と題する論文（文献３）等が参
照される。
【０００８】上記文献３記載の方法では、帯域が８ｋＨ
ｚの入力信号を２個のサブバンド（サブバンド１の帯域
は０−２ｋＨｚ、サブバンド２は２−４ｋＨｚ）に分割
する。
【０００９】その後、各帯域の入力信号をもとに予測残
差パワを計算し、さらに予測残差パワの帯域間での比を
計算し、これから各帯域での符号化に必要な量子化ビッ
ト数を適応的に割り当てている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の方式で
は、音源コードブックから最適な音源コードベクトルを
選択するのに多大な演算量を要するという問題があっ
た。
【００１１】これは、上記文献１や文献２に記載の方法
では、音源コードベクトルを選択するのに、各コードベ
クトルに対して一旦フィルタリングもしくは畳み込み演
算を行ない、この演算をコードブックに格納されている
コードベクトルの個数だけ繰り返すことに起因してい
る。
【００１２】例えば、コードブックのビット数がＢビッ
トで、次元数がＮのときは、フィルタリングあるいは畳
み込み演算のときのフィルタあるいはインパルス応答長
をＫとすると、演算量は１秒当たり、Ｎ×Ｋ×２B×８
０００／Ｎだけ必要となる。一例として、Ｂ＝１０、Ｎ
＝４０、ｋ＝１０とすると、１秒当たり81,920,000回の
演算が必要となり、演算量が極めて膨大であるという問
題点があった。
【００１３】さらに、上記文献３の従来方式において
は、サブバンド間で符号化に必要な量子化ビット数を割
り当てる場合に、各サブバンドの予測残差パワをもとに
ビット割り当て、符号化を行なっていた。
【００１４】従って、サブバンドで音源を確保するため
に実際に必要な符号化性能を満たすようにビットを割り
当てているわけではないので、特に、音声以外の非定常
な信号（例えば音楽信号など）に対しては、音質的に不
十分であった。
【００１５】さらに、演算量を削減するために、音源信
号をコードブック以外（例えば複数個のパルスの組合せ
など）を用いて表す場合に、ビット数の割り当てではパ
ルスの個数とうまく整合しなかった。
【００１６】従って、本発明は、上記事情に鑑みて為さ
れたものであって、その目的は、上述の問題を解決と、
比較的少ない演算量で音質の劣化の少ない信号符号化方
式を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明によれば、入力した信号を予め定められた時
間長のフレームに分割し予め定められた複数個の帯域に
分割する帯域分割手段と、前記入力信号からスペクトル
包絡を表すスペクトルパラメータを求めるパラメータ計
算手段と、前記スペクトルパラメータをもとに複数個の
帯域に対して性能要求値を求める性能計算手段と、前記
帯域分割手段の出力信号に対して、複数個のパルスから
構成される音源信号を求める符号化手段と、前記性能計
算手段の出力に応じて前記パルスの個数を前記帯域毎に
適応的に割り当てる割当手段と、を含み、前記パラメー
タ計算手段の出力信号と前記符号化手段の出力信号とを
組み合わせて出力することを特徴とする信号符号化装置
により達成することができる。
【００１８】本発明は、パラメータ計算手段から出力さ
れるスペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間
間隔毎に補間する補間手段と、前記補間手段の出力をも
とに複数個の帯域に対して性能要求値を求める性能計算
手段とを有することを特徴とする。
【００１９】本発明は、割当手段において、パルスの個
数と性能の関係を示したテーブルを有し、性能計算手段
からの要求性能と前記テーブルとを用いてパルスの個数
を帯域毎に適応的に割り当てることを特徴とする。
【００２０】また、本発明は、第２の視点において、入
力した信号を予め定められた時間長のフレームに分割し
予め定められた複数個の帯域に分割する帯域分割手段
と、前記帯域分割手段の出力信号からスペクトル包絡を
表すスペクトルパラメータを求めるパラメータ計算手段
と、前記スペクトルパラメータをもとに複数個の帯域に
対して性能要求値を求める性能計算手段と、前記帯域分
割手段の出力信号に対して、複数個のパルスから構成さ
れる音源信号を求める符号化手段と、前記性能計算手段
の出力に応じて前記パルスの個数を前記帯域毎に適応的
に割り当てる割当手段を有し、前記パラメータ計算手段
と前記符号化手段の出力信号を組み合わせて出力するこ
とを特徴とする信号符号化装置を提供する。
【００２１】本発明は、パラメータ計算手段から出力さ
れるスペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間
間隔毎に補間する補間手段と、前記補間手段の出力をも
とに複数個の帯域に対して性能要求値を求める性能計算
手段とを有することを特徴とする。
【００２２】本発明は、割当手段において、パルスの個
数と性能の関係を示したテーブルを有し、性能計算手段
からの要求性能と前記テーブルとを用いてパルスの個数
を帯域毎に適応的に割り当てることを特徴とする。
【００２３】そして、本発明は、第３の視点において、
入力した音声信号を予め定められた時間長のフレームに
分割し前記入力信号からスペクトルパラメータを求める
スペクトルパラメータ計算手段と、前記入力信号から特
徴量を抽出してモードを判別するモード判別手段と、前
記スペクトルパラメータをもとに複数個の帯域に対して
性能要求値を求める性能計算手段と、前記帯域分割手段
の出力信号に対して、複数個のパルスから構成される音
源信号を求める符号化手段と、前記モード判別手段の出
力と前記性能計算手段の出力に応じて前記パルスの個数
を前記帯域毎に適応的に割り当てる割当手段を有し、前
記パラメータ計算手段と前記符号化手段の出力信号と前
記モード判別手段の出力とを組み合わせて出力すること
を特徴とする信号符号化装置を提供する。
【００２４】本発明は、パラメータ計算手段から出力さ
れるスペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間
間隔毎に補間する補間手段と、前記補間手段の出力をも
とに複数個の帯域に対して性能要求値を求める性能計算
手段とを有することを特徴とする。
【００２５】本発明は、割当手段において、パルスの個
数と性能の関係を示したテーブルを有し、モード判別手
段からの出力により前記テーブルを切替え、性能計算手
段からの要求性能と前記テーブルとを用いてパルスの個
数を帯域毎に適応的に割り当てることを特徴とする。
【００２６】さらに、本発明は、第４の視点において、
入力した信号を予め定められた時間長のフレームに分割
し予め定められた複数個の帯域に分割する帯域分割手段
と、前記帯域分割手段の出力信号からスペクトル包絡を
表すスペクトルパラメータを求めるパラメータ計算手段
と、前記帯域分割手段の出力信号から特徴量を抽出して
モードを判別するモード判別手段と、前記スペクトルパ
ラメータをもとに複数個の帯域に対して性能要求値を求
める性能計算手段と、前記帯域分割手段の出力信号に対
して、複数個のパルスから構成される音源信号を求める
符号化手段と、前記モード判別手段の出力と前記性能計
算手段の出力に応じて前記パルスの個数を前記帯域毎に
適応的に割り当てる割当手段を有し、前記パラメータ計
算手段と前記符号化手段の出力信号と前記モード判別手
段の出力とを組み合わせて出力することを特徴とする信
号符号化装置を提供する。
【００２７】本発明は、パラメータ計算手段から出力さ
れるスペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間
間隔毎に補間する補間手段と、前記補間手段の出力をも
とに複数個の帯域に対して性能要求値を求める性能計算
手段とを有することを特徴とする。
【００２８】本発明によれば、割当手段において、パル
スの個数と性能の関係を示したテーブルを有し、モード
判別手段からの出力により前記テーブルを切替え、性能
計算手段からの要求性能と前記テーブルとを用いてパル
スの個数を帯域毎に適応的に割り当てることを特徴とす
る。
【００２９】
【発明の実施の形態】本発明の各種実施の形態を以下に
説明する。
【００３０】本発明は、第１の実施の形態において、入
力信号を予め定められたフレーム毎に複数個の帯域に分
割し、入力信号からスペクトル包絡を表すスペクトルパ
ラメータ（例えばＬＰＣ係数）を計算し（図１の２０
０）、スペクトルパラメータをもとに前記各々の帯域に
対して性能要求値を求め（図１の３２０）、性能要求値
に従い、各帯域において音源信号を表すためのパルスの
個数を適応的に割り当て（図１の３３０）、符号化部
（図１の４００）においてこのパルス数に従い、音源信
号を表すパルスを計算して符号化を行ない、スペクトル
パラメータ量子化手段（図１の２１０）の出力と、符号
化手段４００の出力信号とをマルチプレクサ５００で組
み合わせて出力するものである。
【００３１】本発明は、その第２の実施の形態におい
て、図５を参照すると、スペクトルパラメータをフレー
ム長よりも短い時間間隔毎に補間し（図５の６７０）、
補間パラメータをもとに各々の帯域の性能要求値を求め
る。
【００３２】本発明は、その第３の実施の形態におい
て、図６を参照すると、前記第１の実施の形態におい
て、パルスの個数と性能の関係を示したテーブル（図６
の６５１）を帯域毎に予め保有しておき、性能要求値と
テーブルを用いて各帯域のパルスの個数を適応的に割り
当てる。
【００３３】本発明は、その第４の実施の形態におい
て、図７を参照すると、入力信号を予め定められたフレ
ーム毎に複数個の帯域に分割し（図７の１５０）、帯域
分割信号からスペクトル包絡を表すスペクトルパラメー
タ（例えばＬＰＣ係数）を計算し、スペクトルパラメー
タをもとに前記各々の帯域に対して性能要求値を求め
（図７の３２０）、性能要求値に従い、各帯域において
音源信号を表すためのパルスの個数を適応的に割り当て
る（図７の３３０）。
【００３４】本発明は、その第５の実施の形態として、
前記第４の実施の形態において、スペクトルパラメータ
をフレーム長よりも短い時間間隔毎に補間し、補間パラ
メータをもとに各々の帯域の性能要求値を求める。
【００３５】本発明は、その第６の実施の形態として、
図１１を参照すると、前記第４の実施の形態において、
パルスの個数と性能の関係を示したテーブル（図１１の
６５１）を帯域毎に予め保有しておき、性能要求値とテ
ーブルを用いて各帯域のパルスの個数を適応的に割り当
てる。
【００３６】本発明は、第７の実施の形態において、図
１２を参照すると、入力信号を予め定められたフレーム
毎に複数個の帯域に分割し、入力信号からスペクトル包
絡を表すスペクトルパラメータ（例えばＬＰＣ係数）を
計算し、入力信号から特徴量を抽出しモードを判別し、
スペクトルパラメータをもとに前記各々の帯域に対して
性能要求値を求め、性能要求値に従い、各帯域において
音源信号を表すためのパルスの個数を適応的に割り当て
る。
【００３７】本発明は、その第８の実施の形態として、
図１４を参照すると、前記第７の実施の形態において、
スペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間間隔
毎に補間し、補間パラメータをもとに各々の帯域の性能
要求値を求める。
【００３８】本発明は、その第９の実施の形態として、
図１５を参照すると、前記第７の実施の形態において、
パルスの個数と性能の関係を示したテーブルを帯域毎に
予め保有しておき、性能要求値とテーブルを用いて各帯
域のパルスの個数を適応的に割り当てる。
【００３９】本発明は、第１０の実施の形態において、
図１６を参照すると、入力信号を予め定められたフレー
ム毎に複数個の帯域に分割し、帯域分割信号からスペク
トル包絡を表すスペクトルパラメータ（例えばＬＰＣ係
数）を計算し、帯域分割信号から特徴量を抽出しモード
を判別し、スペクトルパラメータをもとに前記各々の帯
域に対して性能要求値を求め、性能要求値に従い、各帯
域において音源信号を表すためのパルスの個数を適応的
に割り当てる。
【００４０】本発明は、第１１の実施の形態として、図
１８を参照すると、前記第１０の実施の形態において、
スペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間間隔
毎に補間し、補間パラメータをもとに各々の帯域の性能
要求値を求める。
【００４１】本発明は、第１２の実施の形態として、図
２０を参照すると、前記第１０の実施の形態においてパ
ルスの個数と性能の関係を示したテーブルを帯域毎に予
め保有しておき、性能要求値とテーブルを用いて各帯域
のパルスの個数を適応的に割り当てる。
【００４２】
【実施例】図１は、本発明に係る信号符号化装置の第１
の実施の形態の構成例をブロック図にて示したものであ
る。
【００４３】図１を参照すると、入力端子１００から信
号を入力し、フレーム分割回路１１０では信号をフレー
ム（例えば２０ｍｓ）毎に分割する。
【００４４】スペクトルパラメータ計算回路２００は、
フレームの入力信号に対して、窓（例えば２４ｍｓ）を
かけて信号を切り出して、スペクトルパラメータを予め
定められた次数（例えばＰ＝１６次）計算する。
【００４５】ここで、スペクトルパラメータの計算に
は、周知のＬＰＣ分析や、Ｂｕｒｇ分析等を用いること
ができる。ここでは、Ｂｕｒｇ分析を用いることとす
る。Ｂｕｒｇ分析の詳細については、例えば中溝著によ
る刊行物（「信号解析とシステム同定」と題した単行本
（コロナ社１９８８年刊）の８２〜８７頁）（文献４）
等に記載が参照されるもので、ここではその説明を省略
する。
【００４６】さらに、スペクトルパラメータ計算回路２
００では、Ｂｕｒｇ法により計算された線形予測係数α
i（ｉ＝１，…，１０）を量子化や補間に適したＬＳＰ
パラメータに変換し出力する。
【００４７】ここで、線形予測係数からＬＳＰへの変換
は、菅村他による（“線スペクトル対（ＬＳＰ）音声分
析合成方式による音声情報圧縮”）と題した論文（電子
通信学会論文誌、Ｊ６４−Ａ、ｐｐ．５９９−６０６、
１９８１年）（文献５）を参照することができる。
【００４８】スペクトルパラメータ量子化回路２１０で
は、スペクトル量子化コードブック２１５を使用し、Ｌ
ＳＰパラメータを効率的に量子化する。量子化は、次式
（１）で与えられる歪みを最小化する量子化値を出力す
ることで行なう。
【００４９】
【数１】
【００５０】ここで、ＬＳＰ（ｉ）、ＱＬＳＰ
（ｉ）j、Ｗ（ｉ）はそれぞれ、量子化前のｉ次目のＬ
ＳＰ、量子化後のｊ番目の結果、重み係数である。
【００５１】ＬＳＰパラメータのベクトル量子化の手法
は周知の手法を用いることができる。具体的な方法は、
複数段のベクトル量子化器を接続して用いる多段スプリ
ットベクトル手法が知られており、例えば、特開平４−
１７１５００号公報（特願平２−２９７６００号）（文
献６）、特開平４−３６３０００号公報（特願平３−２
６１９２５号）（文献７）や、特開平５−６１９９号公
報（特願平３−１５５０４９号）（文献８）や、Ｔ．Ｎ
ｏｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．による「“LSP Coding Using
VQ-SVQ With Interpolation in 4.075 kbps M-LCELP S
peech Coder”（ＬＳＰ コーディング ユージング
ＶＱ−ＳＶＱ ウィズ インタポレーション イン
４．０７５ｋｂｐｓ Ｍ−ＬＣＥＬＰ スピーチ コー
ダ）」と題した論文（Proc. Mobile Multimedia Commun
ication, pp. B. 2. 5, 1993）（文献９）等が参照され
る。
【００５２】また、スペクトルパラメータ量子化回路２
１０は、量子化ＬＳＰを線形予測係数αi′（ｉ＝１，
…，Ｐ）に変換し、インパルス応答計算回路３１０へ出
力する。また、量子化ＬＳＰを表すインデクスをマルチ
プレクサ４００に出力する。
【００５３】インパルス応答計算回路３１０は、３種類
のインパルス応答を予め定められた点数だけ計算する。
【００５４】第１は、ｚ変換が次式（２）で表される聴
感重み付け合成フィルタのインパルス応答ｈw（ｎ）で
ある。
【００５５】
【数２】
【００５６】第２は、ｚ変換が次式（３）で表される聴
聴感重み付けフィルタのインパルス応答ｗ（ｎ）であ
る。
【００５７】
【数３】
【００５８】第３は、ｚ変換が次式（４）で表される合
成フィルタのインパルス応答ｈ（ｎ）である。
【００５９】
【数４】
【００６０】第１、第２のインパルス応答を分割回路３
４０に出力し、第３のインパルス応答（即ち合成フィル
タのインパルス応答ｈ（ｎ））を性能計算回路３２０に
出力する。
【００６１】性能計算回路３２０は、第３のインパルス
応答ｈ（ｎ）を入力し、複数個の帯域に対する性能要求
値を求める。
【００６２】ここで、性能要求値としては、信号対マス
キング比（ＳＭＲ：Signal to Masking Threshold Rati
o）を用いる。これは、あるレベルの信号とそれに起因
する聴覚のマスキングレベルとの比に近似的に対応して
いる。具体的には、次の動作を行なう。
【００６３】インパルス応答を予め定められた点数Ｌで
ＦＦＴ（高速フーリエ変換）し、次式（５）からパワス
ペクトル密度を計算する。
【００６４】
【数５】
【００６５】ここで、Ｙ（ｋ）はｈ（ｎ）ＦＦＴしたス
ペクトル、Ｒｅ（・），Ｉｍ（・）は、それぞれ、ＦＦ
Ｔの実部、虚部を示す。
【００６６】このパワスペクトル密度を用いて、各帯域
毎に、最小マスキングしきい値ＬＴmin（ｔ）（ｄＢ）
を計算する。
【００６７】
【数６】
【００６８】ここで、ｔ1，ｔ2は、それぞれ、帯域ｔの
始端、終端番号を示す。
【００６９】次に、帯域ｔで、次式（７）により信号対
マスキング比ＳＭＲ（ｔ）を求める。
【００７０】 ＳＭＲ(ｔ)＝Ｌsb(ｔ)−ＬＴmin(ｔ)(ｄＢ) …(7)
【００７１】ここで、Ｌsb（ｔ）、ＬＴmin（ｔ）は、
それぞれ、帯域ｔでの音圧レベル、最小マスキングしき
い値を示す。
【００７２】また、Ｌsb（ｔ）は次式（８）で求める。
【００７３】
【数７】
【００７４】帯域ｔ毎に求めたＳＭＲ（ｔ）の値を割り
当て回路３３０に出力する。なお、マスキングしきい値
の計算には、Ｊ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎ氏による「“Transf
ormcoding of audio signals using perceptual noise
criteria”（トランスフォーム コーディング オブ
オーディオ シグナルズ ユージング パセプチュアル
ノイズ クライテリア）」と題した論文（IEEE Journ
al of Selected Arers in Communications, vol.6, pp.
314-323, 1988）（文献１０）等を参照できる。
【００７５】割り当て回路３３０は、帯域毎にＳＭＲ
（ｔ）に従い、パルス数の適応割り当てを行なう。一例
として、簡便には、１パルス当たりの符号化Ｓ／Ｎ比
（信号対雑音比）をＡ ｄＢと仮定し、ＳＭＲ（ｔ）を
Ａで除して必要なパルスの個数を求めることができる。
【００７６】このようにして、各帯域毎に、パルスの割
り当て数を計算し、符号化回路４００1〜４００Nに出力
する。ただし、この割り当てのときに、帯域を合計した
伝送ビット数Ｂを計算し、Ｂ＝Ｒとなるように、パルス
の個数を調整する。ここで、Ｒは予め定められた伝送速
度である。また、次式（９）が成り立つ。
【００７７】
【数８】
【００７８】ここで、ｂ（ｔ）は帯域ｔにおける割り当
てパルス数及び他の伝送情報から計算した帯域ｔの伝送
ビット数、Ｎは帯域の個数である。
【００７９】分割回路３４０は、第１、第２のインパル
ス応答をインパルス応答計算回路３１０から入力し、そ
れぞれに対し、帯域分割を行なうフィルタのインパルス
応答を畳み込み（convolution）演算し、それぞれに対
して各帯域のインパルス応答を求め、符号化回路４００
へ出力する。
【００８０】なお、帯域分割フィルタとしては、ＱＭＦ
（クアドラチュアミラーフィルタ；Quadrature Mirror
Filter）が知られている。
【００８１】このフィルタの構成については、例えば、
Ｐ．Ｖａｉｄｙａｎａｔｈａｎ氏による「“Multirate
digital filters, filter banks, polyphase networks,
andapplications: A tutorial”,（マルチレート・デ
ィジタル・フィルタ、フィルタ・バンク、ポリフェース
・ネットワーク及びアプリケーション：チュートリア
ル）」と題した論文（Proc. IEEE, val.78, pp. 56-93,
1990）（文献１１）が参照される。
【００８２】以下では、帯域ｔにおける第１のインパル
ス応答をｈwt（ｎ）、第２のインパルス応答をｗ
t（ｎ）と記すものとする。
【００８３】符号化回路４００1〜４００Nは、異なる帯
域に対して共通の動作を行なうので、代表として、符号
化回路１ ４００1について説明する。
【００８４】図２は、符号化回路１ ４００1の構成を
示すブロック図である。
【００８５】図２において、入力端子４０１，４０２，
４０３，４０４から、それぞれ、帯域ｔの入力信号ｘt
（ｎ）、第２のインパルス応答ｗt（ｎ）、第１のイン
パルス応答ｈwt（ｎ）、帯域ｔのパルス割り当て数を入
力する。
【００８６】聴感重み付け回路４１０は、帯域ｔの信号
ｘt（ｎ）とｗt（ｎ）から、次式（１０）に従い、聴感
重み付け信号ｘwt（ｎ）を計算する。
【００８７】 ｘwt（ｎ）＝ｘt（ｎ）*ｗt（ｎ） …(10)
【００８８】ここで、記号“*”は畳み込み演算を示
す。
【００８９】減算器４１５は、ｘwt（ｎ）から応答信号
ｘzt（ｎ）を減算する。
【００９０】応答信号計算回路４５０は、入力信号を零
ｄt（ｎ）＝０とした応答信号をフレーム長よりも短い
サブフレーム分計算し、減算器４１５へ出力する。ここ
で、応答信号ｘzt（ｎ）は次式（１１）で表される。
【００９１】 ｘzt（ｎ）＝ｄt（ｎ）*ｈwt（ｎ） …(11)
【００９２】但し、 ｄt（ｎ）＝０，（ｎ≧０） ｄt（ｎ）＝ｖt（ｎ），（ｎ＜０） …(12)
【００９３】減算器４１５は、次式（１３）により、聴
感重み付け信号から応答信号を１サブフレーム分減算
し、ｘwt′（ｎ）を適応コードブック回路４２０へ出力
する。
【００９４】 ｘwt′(ｎ)＝ｘwt(ｎ)−ｘzt(ｎ) …(13)
【００９５】適応コードブック回路４２０は、ゲイン量
子化回路４４０から過去の音源信号ｖt（ｎ）を、減算
器４１５から出力信号ｘwt′（ｎ）を入力する。ピッチ
に対応する遅延Ｔを次式（１４）の歪みを最小化するよ
うに求め、遅延を表すインデクスを端子４６４に出力す
る。
【００９６】
【数９】
【００９７】ここで、 ｙwt(ｎ−Ｔ)＝ｖt(ｎ−Ｔ)＊ｈwt(ｎ) …(15) である。
【００９８】ゲインβを次式（１６）に従い求める。
【００９９】
【数１０】
【０１００】ここで、女性の声や子供の声に対して、遅
延の抽出度精度を向上させるために、遅延を整数サンプ
ルではなく、小数サンプル値で求めてもよい。具体的な
方法は、例えば、P. Kroonらによる、「“Pitch predic
tors with high temporal resolution”（ピッチ プレ
ディクターズ ウイズ ハイ テムポラル レゾルーシ
ョン）」と題した論文（Proc. ICASSP, pp. 661-664, 1
990年）（文献１２）等が参照される。
【０１０１】さらに、適応コードブック回路４２０では
次式（１７）に従いピッチ予測を行ない、予測残差信号
ｅwt（ｎ）を音源量子化回路４０へ出力する。
【０１０２】 ｅwt(n)＝ｘwt′(n)−βｖt(n−T)*ｈwt(n) …(17)
【０１０３】音源量子化回路４３０では、端子４０４か
ら入力した個数Ｋ（ｔ）のパルスについて、位置と振幅
を探索する。
【０１０４】パルスの位置の計算は、例えば、パルスを
たてる位置を限定して探索することにより、探索に要す
る演算量を低減化することができる。例えば、ＡＣＥＬ
Ｐ（Argebratic Code Excited Linear Prediction）方
式が提案されている。これは、例えば、Ｃ．Ｌａｆｌａ
ｍｍｅらによる「“16 kbps wideband speech codingte
chnique based on algebratic CELP”（１６ｋｂｐｓ
ワイドバンド スピーチ コーディング テクニーク
ベースド オン アルジブレイテック ＣＥＬＰ）」と
題した論文（Proc. ICASSP, pp.13-16, 1991）（文献１
３）等を参照することができる。
【０１０５】この方法によれば、音源信号を複数個のパ
ルスで表し、各パルスの位置を限定して予め定められた
ビット数で表し伝送する。さらに、各パルスの振幅は＋
１．０もしくは−１．０と極性に限定されているため、
位置の探索に要する演算量を大幅に低減化できる。
【０１０６】別な方法として、パルスの振幅は、Ｋ
（ｔ）個まとめてベクトル量子化することもできる。こ
の方法の方が、極性を表すのに比べ性能が改善される
が、演算量はやや増大する。
【０１０７】複数パルスの振幅を量子化するためのコー
ドブックを、多量の信号を用いて予め学習して格納して
おくこともできる。コードブックの学習法は、例えば、
Ｌｉｎｄｅ氏らによる「“An algorithm for vector qu
antization design”（アンアルゴリズム フォア ベ
クタ クオンタイゼーション デザイン）」と題した論
文（IEEE Trans. Commun., pp．84-95, January, 198
0）（文献１３）等を参照できる。
【０１０８】振幅、位置の情報はゲイン量子化回路４４
０に出力される。
【０１０９】ゲイン量子化回路４４０は、ゲインコード
ブック４４５からゲインコードベクトルを読み出し、選
択された振幅と位置に対して、次式（１８）を最小化す
るようにゲインコードベクトルを選択する。
【０１１０】ここでは、適応コードブックのゲインとパ
ルスで表した音源のゲインの両者を同時にベクトル量子
化する例について示す。
【０１１１】
【数１１】
【０１１２】ここで、βk′、Ｇk′は、ゲインコードブ
ック４４５に格納された２次元ゲインコードブックにお
けるｋ番目のコードベクトルである。選択されたゲイン
コードベクトルを表すインデクスを端子４６１に出力す
る。
【０１１３】ゲインコードブック４４５は、上記文献１
３に従い、予め学習しておく。
【０１１４】図３は、本発明の別の実施例の構成を示す
ブロック図である。
【０１１５】図３を参照して、ＬＰＣ分析回路５５０
は、分割回路３４０から、帯域ｔにおける第１のインパ
ルス応答をｈwt（ｎ）、第２のインパルス応答をｗ
t（ｎ）を入力する。各々のインパルス応答に対して、
予め定められた遅れ次数Ｐの自己相関関数を計算する。
【０１１６】一例として、ｈwt（ｎ）に対する自己相関
Ｃ（ｊ）の求め方を次式（１９）に示す。
【０１１７】
【数１２】
【０１１８】ここで、Ｌは自己相関を計算するときのイ
ンパルス応答の長さを示す。ｗt（ｎ）に対しても同様
にして自己相関を計算する。
【０１１９】次に、各々の自己相関に対して、次数Ｐの
ＬＰＣ分析を行ない、線形予測係数を求め、これらとｈ
wt（ｎ）を符号化回路に出力する。これを全ての帯域に
ついて行なう。
【０１２０】帯域ｔのインパルス応答ｈwt（ｎ）、ｗt
（ｎ）に対する線形予測係数をそれぞれ、αht（ｉ），
αwt（ｉ）（ｉ＝１，...Ｐ）とする。
【０１２１】図４は、符号化回路６００1の構成を示す
ブロック図である。端子６０１、６０２、６０３、６０
４、６０５から、入力信号、αwt（ｉ）、ｈwt（ｎ）、
αwt（ｉ）、パルス割り当て個数を入力する。
【０１２２】聴感重み付け回路６１０は次式（２０）の
フィルタリング処理により重み付けを行なう。
【０１２３】
【数１３】
【０１２４】応答信号計算回路６２０は、適応コードブ
ック、音源パルスの振幅、位置、ゲインコードベクトル
のインデクスを入力し、インデクスに対応するコードベ
クトルを読み出し、まず次式（２１）にもとづき駆動音
源信号ｖt（ｎ）を求める。
【０１２５】
【数１４】
【０１２６】ｖt（ｎ）は適応コードブック回路４２０
に出力される。
【０１２７】次に、次式（２２）により、応答信号ｓwt
（ｎ）をサブフレーム毎に計算する。
【０１２８】
【数１５】
【０１２９】さらに、保存されているフィルタメモリの
値を用いて、入力信号を零ｄt（ｎ）＝０とした応答信
号を１サブフレーム分計算し、減算器４１５へ出力す
る。ここで、応答信号ｘzt（ｎ）は次式（２３）で表さ
れる。
【０１３０】
【数１６】
【０１３１】但し、ｎ−ｉ≦０のときは ｙ(ｎ−ｉ)＝ｐ(Ｎ＋(ｎ−ｉ)) …(24) ｘzt(ｎ−ｉ)＝ｓwt(Ｎ＋(ｎ−ｉ)) …(25) である。
【０１３２】図５は、本発明の第２の実施の形態の構成
例を示すブロック図である。図５において、図１と同一
の要素には同一の参照番号が付されており、以下では図
１に示した実施例との相違点のみを説明する。
【０１３３】図５を参照して、補間回路６７０は、スペ
クトルパラメータ計算回路２００から入力した線形予測
係数を、フレーム長よりも短いサブフレーム毎に補間
し、補間したパラメータをインパルス応答計算回路３１
０に出力する。補間を行なうためには、例えばＬＳＰに
一旦変換し、ＬＳＰ上で補間した後に、線形予測係数に
逆変換する。
【０１３４】また、スペクトルパラメータ量子化回路２
１０から、量子化されたＬＳＰを入力し、これをサブフ
レーム単位で補間し、補間結果を線形予測係数に逆変換
してインパルス応答計算回路３１０に出力する。
【０１３５】なお、補間回路６７０は、図３の構成に付
加することもできる。
【０１３６】図６は、本発明の第３の実施の形態の構成
例を示すブロック図である。図６において、図１と同一
の要素には同一の参照番号が付されており、以下では図
１に示した実施例との相違点のみを説明する。
【０１３７】図６を参照して、割り当て回路６５０は、
帯域毎に、パルスの個数とＳ／Ｎ性能の関係を示したテ
ーブル６５１を予め作成しておく。例えば、多量の信号
に対して、予め、各帯域毎にパルスの個数を変化させて
平均Ｓ／Ｎを測定し、これを帯域毎にテーブルに格納し
ておく。
【０１３８】性能計算回路３２０から帯域ｔに対してＳ
ＭＲ（ｔ）を入力し、この要求値を満たすべくテーブル
を参照して、パルスの個数を割り当てる。具体的な処理
を次に示す。
【０１３９】まず、各帯域のパルスの個数を１とし、サ
ブバンドｔ毎にテーブルからＳＮＲ（ｔ）を求める。次
式（２６）でＭＮＲ（ｔ）を計算する。
【０１４０】 ＭＮＲ(t)＝ＳＮＲ(t)−ＳＭＲ(t)(ｄＢ) …(26)
【０１４１】全ての帯域合計のビット数を計算し、割り
当て可能ビット数を算出する。
【０１４２】ＭＮＲ（ｔ）が最小の帯域において、パル
ス数を１パルス増やし、ＳＮＲ（ｔ）の値を修正し、割
り当て可能ビットの計算を行なう。
【０１４３】これらを繰り返し、割り当て可能なビット
が負にならない限り、これらの処理を繰り返す。
【０１４４】なお、割り当て回路６５０、テーブル６５
１は、図３の構成に付加することもできる。
【０１４５】図７は、本発明の第４の実施の形態の構成
例を示すブロック図である。図７において、図１と同一
の要素には同一の参照番号が付されており、以下では図
１に示した実施例との相違点のみを説明する。
【０１４６】図７を参照して、符号化回路７００1〜７
００Nは、帯域分割回路１５０から、予め定められた複
数個の帯域に分割された信号を入力する。帯域ｔの信号
をｘt（ｎ）とする。符号化回路７００1〜７００Nは共
通の動作を行なうので、符号化回路７００1のみを、図
８を参照して説明する。
【０１４７】図８において、端子７０１、７０２から、
信号ｘt（ｎ）、割り当てパルス数Ｋ（ｔ）をそれぞれ
入力する。スペクトルパラメータ計算回路７１０は、信
号ｘt（ｎ）に対して、スペクトルパラメータとして線
形予測係数を予め定められた次数Ｐだけ計算する。具体
的な動作は、入力信号が異なる点を除けばスペクトルパ
ラメータ計算回路２００と同一である。
【０１４８】インパルス応答計算回路７３０は、スペク
トルパラメータ計算回路７１０から線形予測係数α
t（ｉ）、スペクトルパラメータ量子化回路２１０から
量子化された線形予測係数αt′（ｉ）を入力し、次式
に従い、２種のインパルス応答を計算する。
【０１４９】インパルス応答計算回路７３０は、スペク
トルパラメータ計算回路７１０から線形予測係数α
t（ｉ）、スペクトルパラメータ量子化回路２１０から
量子化された線形予測係数αt′（ｉ）を入力し、次式
（２７）、（２８）に従い、２種のインパルス応答を計
算する。
【０１５０】第１のインパルス応答回路ｈwt（ｎ）は次
式（２７）の伝達特性を有するフィルタのインパルス応
答である。
【０１５１】
【数１７】
【０１５２】第２のインパルス応答は、次式（２８）の
伝達特性を有する合成フィルタのインパルス応答ｈ
t（ｎ）である。
【０１５３】
【数１８】
【０１５４】前者は、適応コードブック回路４２０、音
源計算回路４３０、ゲイン量子化回路４４０に出力す
る。また、後者のインパルス応答は、端子７０８から出
力する。
【０１５５】聴感重み付け回路７４０は、入力信号ｘt
（ｎ）と２種の線形予測係数αt（ｉ）とαt′（ｉ）を
入力し、次式（２９）に示す伝達特性Ｈw（ｚ）を有す
るフィルタでフィルタリングを行ない、聴感重み付け信
号ｘwt（ｎ）を計算し、減算器４１５に出力する。
【０１５６】
【数１９】
【０１５７】ここで、γは、聴感重み付け量を制御する
重み係数である。
【０１５８】このフィルタリング処理は、ｚ変換上で次
式のように表せる。
【０１５９】 Ｘwt（ｚ）＝Ｘt（ｚ）Ｈw（ｚ） …(30)
【０１６０】重み付け信号計算回路７９６は、適応コー
ドブック、パルスの振幅、位置、ゲインコードベクトル
に関するインデクスを入力し、インデクスからそれに対
応するコードベクトルを読み出し、まず次式（３１）に
もとづき駆動音源信号ｖt（ｎ）を求める。
【０１６１】
【数２０】
【０１６２】ｖt（ｎ）は適応コードブック回路４２０
に出力される。
【０１６３】次に、スペクトルパラメータ計算回路７１
０の出力パラメータ、スペクトルパラメータ量子化回路
２１０の出力パラメータを用いて次式（３２）により、
応答信号ｓwt（ｎ）を計算し、応答信号計算回路７９５
へ出力する。
【０１６４】
【数２１】
【０１６５】応答信号計算回路７９５は、スペクトルパ
ラメータ計算回路７１０から、線形予測係数αt（ｉ）
を入力し、スペクトルパラメータ量子化回路２１０か
ら、量子化して復元した線形予測係数αt′（ｉ）を入
力し、保存されているフィルタメモリの値を用いて、入
力信号を零ｄt（ｎ）＝０とした応答信号を１サブフレ
ーム分計算し、減算器４１５へ出力する。ここで、応答
信号ｘzt（ｎ）は次式（３３）で表される。
【０１６６】
【数２２】
【０１６７】但し、ｎ−ｉ≦０のときは ｙt(ｎ−ｉ)＝ｐ(Ｎ＋(ｎ−ｉ)) …(34) ｘzt(ｎ−ｉ)＝ｓwt(Ｎ＋(ｎ−ｉ)) …(35)
【０１６８】ここで、Ｎはサブフレーム長を示す。ｓwt
（ｎ）、ｐ（ｎ）は、式（３５）の重み付け信号計算回
路の出力信号を示す。
【０１６９】再度図７を参照して、帯域合成回路７１０
は、各帯域の符号化回路７００1〜７００Nから出力され
たインパルス応答ｈt（ｎ）を入力し、帯域合成フィル
タに通して、全帯域のインパルス応答ｈ（ｎ）を予め定
められた点数だけ計算し、性能計算回路３２０に出力す
る。ここで、帯域合成フィルタには、周知のＱＭＦ合成
フィルタを用いることができる。詳細は前記文献１１を
参照することができる。
【０１７０】図９は、本発明の第５の実施の形態の構成
例を示すブロック図である。図９において、図７と同一
の要素には同一の参照番号が付されており、以下では図
７に示した第４の実施の形態との相違点のみを説明す
る。
【０１７１】すなわち、本実施例においては、符号化回
路８００1〜８００Nの動作が異なるので、図１０に、符
号化回路８００1の構成を示す。なお、図１０におい
て、図８と同一の要素には同一の参照番号が付されてお
り、以下では図８に示した第４の実施の形態との相違点
のみを説明する。
【０１７２】図１０を参照して、図８に示した符号化回
路との相違点は、補間回路６７０である。補間回路６７
０は、図５に示した補間回路６７０と同一動作を行な
う。すなわち、補間回路６７０は、スペクトルパラメー
タ計算回路７１０から入力した線形予測係数を、フレー
ム長よりも短いサブフレーム毎に補間し、補間したパラ
メータをインパルス応答計算回路７３０に出力する。補
間を行なうためには、例えばＬＳＰに一旦変換し、ＬＳ
Ｐ上で補間した後に、線形予測係数に逆変換する。
【０１７３】また、スペクトルパラメータ量子化回路７
１０から、量子化されたＬＳＰを入力し、これをサブフ
レーム単位で補間し、補間結果を線形予測係数に逆変換
してインパルス応答計算回路７３０に出力する。
【０１７４】図１１は、本発明の第６の実施の形態の構
成例を示すブロック図である。図１１と図９の相違点
は、割り当て回路６５０である。割り当て回路６５０
は、図６の割り当て回路と同一の動作を行ない、テーブ
ル６５１を用いて、帯域毎にパルスの個数を割り当て
る。
【０１７５】図１２は、本発明の第７の実施の形態の構
成例を示すブロック図である。図１２と図１の相違点
は、モード判別回路８００と割り当て回路８１０であ
る。
【０１７６】図１２を参照して、モード判別回路８００
は、フレーム分割回路１１０からフレーム単位で入力信
号を受取り、モード判別情報を割り当て回路８１０とマ
ルチプレクサ５００へ出力する。ここでは、モード判別
に、現在のフレームの特徴量を用いる。特徴量として
は、例えば、フレームで平均したピッチ予測ゲインを用
いる。ピッチ予測ゲインの計算は、例えば次式（３６）
を用いる。
【０１７７】
【数２３】
【０１７８】ここで、Ｌはフレームに含まれるサブフレ
ームの個数である。なお、Ｌは１でもよい。Ｐi、Ｅiは
それぞれ、ｉ番目のサブフレームでの音声パワ、ピッチ
予測誤差パワであり、次式（３７）、（３８）で与えら
れる。
【０１７９】
【数２４】
【０１８０】ここで、Ｔiは予測ゲインを最大化する最
適遅延である。
【０１８１】フレーム平均ピッチ予測ゲインＧを予め定
められた１個あるいは複数個のしきい値と比較して複数
種類のモードに分割する。モードの個数としては、例え
ば４を用いることができる。
【０１８２】割り当て回路８１０は、帯域毎に、ＳＭＲ
（ｔ）とモード判別情報に従い、パルス数の適応割り当
てを行なう。一例として、簡便には、１パルス当たりの
符号化Ｓ／Ｎをモードに応じてＡjｄＢ（ｊ＝１，...，
Ｕ：Ｕはモードの個数）と仮定し、ＳＭＲ（ｔ）をＡj
で除して必要なパルスの個数を求めることができる。こ
のようにして、各帯域毎に、パルスの割り当て数Ｋ
（ｔ）を計算し、符号化回路４００1〜４００Nに出力す
る。ただし、この割り当てのときに、複数帯域合計の伝
送ビット数Ｂを計算し、Ｂ＝Ｒとなるように、パルスの
個数を調整する。ここで、Ｒは予め定められた伝送速度
である。また、次式（３９）が成り立つ。
【０１８３】
【数２５】
【０１８４】ここで、ｂ（ｔ）は帯域ｔにおける割り当
てパルス及び他の伝送情報から計算した帯域ｔの伝送ビ
ット数、Ｎは帯域の個数である。
【０１８５】なお、符号化回路４００1〜４００Nにおい
ても、モード判別情報を用いて、適応コードブックの動
作やゲインコードブックを切替える構成にすることもで
きる。また、スペクトルパラメータ量子化回路２１０に
おいても、モード判別情報を用いて、コードブック２１
５を切替える構成にすることもできる。
【０１８６】図１３は、本発明の第７の実施の形態の変
形例を示すブロック図である。図１３を参照して、本実
施例においては、図１２の構成において、ＬＰＣ分析回
路５５０を付加し、分割回路３４０において帯域分割さ
れたインパルス応答を用いて、各帯域毎に、自己相関を
求めＬＰＣ分析により線形予測係数を計算する。さら
に、符号化回路６００1〜６００Nは、帯域毎に線形予測
係数を入力して符号化を行なう。ＬＰＣ分析回路５５
０、符号化回路６００1〜６００Nは、図３の構成と同一
である。
【０１８７】図１４は、本発明の第８の実施の形態の構
成例を示すブロック図である。図１２の構成において、
補間回路６７０を付加している。補間回路６７０は、図
５の構成と同一である。
【０１８８】図１５は、本発明の第９の実施の形態の構
成例を示すブロック図である。割り当て回路９００は、
モード判別回路８００からモード判別情報を入力する。
割り当て回路９００は、帯域毎に、パルスの個数とＳ／
Ｎ性能の関係を示したテーブルをモード毎に予め作成し
ておく。これらをテーブル９１０1から９１０Uとする。
ここで、Ｕはモードの個数である。例えば、多量の信号
に対して、予め、各帯域毎にかつモード毎にパルスの個
数を変化させて平均Ｓ／Ｎ比を測定し、これを帯域毎に
かつモード毎にテーブルに格納しておく。
【０１８９】性能計算回路３２０から帯域ｔに対してＳ
ＭＲ（ｔ）を入力し、さらに、モード判別回路８００か
らフレームのモード判別情報を入力し、モード毎に参照
すべきテーブルを切替えて、この要求値を満たすべく、
パルスの個数を割り当てる。具体的な処理を次に示す。
【０１９０】まず、各帯域のパルスの個数を１とし、サ
ブバンドｔ毎に、モードＵに対してテーブルからＳＮＲ
U（ｔ）を求める。次式（４０）でＭＮＲU（ｔ）を計算
する。
【０１９１】 ＭＮＲU(t)＝ＳＮＲU(t)−ＳＭＲ(t)(ｄＢ) …(40)
【０１９２】全ての帯域合計のビット数を計算し、割り
当て可能ビット数を算出する。
【０１９３】ＭＮＲU（ｔ）が最小の帯域において、パ
ルス数を１パルス増やし、ＳＮＲ（ｔ）の値を修正し、
割り当て可能ビットの計算を再度行なう。これらを繰り
返し、割り当て可能なビットが負にならない限り、これ
らの処理を繰り返す。
【０１９４】なお、符号化回路４００1〜４００Nにおい
ても、モード判別情報を用いて、適応コードブックの動
作やゲインコードブックを切替える構成にすることもで
きる。また、スペクトルパラメータ量子化回路２１０に
おいても、モード判別情報を用いて、コードブック２１
５を切替える構成にすることもできる。
【０１９５】図１６は、本発明の第１０の実施の形態の
構成例を示すブロック図である。
【０１９６】図１６を参照して、割り当て回路１０１０
は、符号化回路１０００1〜１０００Nの各々から帯域毎
にモード判別情報を入力し、帯域毎にパルスの個数を割
り当てる。帯域毎に、ＳＭＲ（ｔ）とモードに従い、パ
ルス数の適応割り当てを行なう。
【０１９７】一例として、簡便には、帯域毎に１パルス
当たりの符号化Ｓ／Ｎ比をＡU（ｔ）ｄＢと仮定し、Ｓ
ＭＲ（ｔ）をＡU（ｔ）で除して、帯域毎に必要なパル
スの個数を求めることができる。このようにして、各帯
域毎に、パルスの割り当て数を計算し、符号化回路１０
００1〜１０００Nに出力する。ただし、この割り当ての
ときに、複数帯域合計の伝送ビット数Ｂを計算し、Ｂ＝
Ｒとなるように、パルスの個数を調整する。ここで、Ｒ
は予め定められた伝送速度である。また、次式（４１）
が成り立つ。
【０１９８】
【数２６】
【０１９９】ここで、ｂU（ｔ）は、帯域ｔにおけるモ
ードＵでの割り当てパルス数と他の伝送情報から計算し
た帯域ｔのモードＵにおける伝送ビット数、Ｎは帯域の
個数である。
【０２００】このような構成にすることにより、帯域
毎、モード毎により精度の高いパルス割り当てを実現す
ることができる。
【０２０１】符号化回路１０００1〜１０００Nの構成
を、図１７を参照して説明する。なお、符号化回路１０
００1〜１０００Nは同一の構成であるので、代表して、
符号化回路１ １０００1を説明する。
【０２０２】図１７において、モード判別回路１０２０
は、端子７０１からフレーム単位で帯域ｔの入力信号を
受取り、モード判別情報を端子１０２１から出力する。
ここでは、モード判別に、現在のフレームの特徴量を用
いる。特徴量としては、例えば、フレームで平均したピ
ッチ予測ゲインを用いる。ピッチ予測ゲインの計算は、
例えば次式（４２）を用いる。
【０２０３】
【数２７】
【０２０４】ここで、Ｌはフレームに含まれるサブフレ
ームの個数である。なお、Ｌは１でもよい。Ｐi、Ｅiは
それぞれ、ｉ番目のサブフレーム帯域ｔの入力信号のパ
ワ、ピッチ予測誤差パワを示し、次式（４３）、（４
４）で与えられる。
【０２０５】
【数２８】
【０２０６】ここで、Ｔtは帯域ｔにおける、予測ゲイ
ンを最大化する最適遅延である。
【０２０７】フレーム平均ピッチ予測ゲインＧを予め定
められた１個あるいは複数個のしきい値と比較して複数
種類のモードに分割する。モードの個数としては、例え
ば４を用いることができる。
【０２０８】図１８は、本発明の第１１の実施の形態の
構成例を示すブロック図である。図１６とは、符号化回
路１１００1〜１１００Nの構成が異なるので、符号化回
路１１００1の構成を図１９に示す。
【０２０９】図１９において、図１７と相違する点は、
補間回路６７０が付加されている点である。
【０２１０】図２０は、本発明の第１２の実施の形態の
構成例を示すブロック図である。
【０２１１】割り当て回路１１５０は、帯域毎に、パル
スの個数とＳ／Ｎ性能の関係を示したテーブルをモード
毎に予め作成しておく。これらをテーブル１１２０1か
ら１１２０Uとする。ここで、Ｕはモードの個数であ
る。例えば、多量の信号に対して、予め、各帯域毎にか
つモード毎にパルスの個数を変化させて平均Ｓ／Ｎ比を
測定し、これを帯域毎にかつモード毎にテーブルに格納
しておく。
【０２１２】性能計算回路３２０から帯域ｔに対してＳ
ＭＲ（ｔ）を入力し、さらに、符号化回路１０００1〜
１０００Nから帯域毎にモード判別情報を入力し、ＳＭ
Ｒ（ｔ）の要求値を満たすべく、モード毎に参照すべき
テーブルを切替えて、パルスの個数を割り当てる。具体
的な処理を次に示す。
【０２１３】まず、各帯域のパルスの個数を１とし、サ
ブバンドｔ毎に、モードＵに対してテーブルからＳＮＲ
U（ｔ）を求める。そして、次式（４５）によりＭＮＲU
（ｔ）を計算する。
【０２１４】 ＭＮＲU(t)＝ＳＮＲU(t)−ＳＭＲ(t)(ｄＢ) …(45)
【０２１５】次に、全ての帯域合計のビット数を計算
し、割り当て可能ビット数を算出する。
【０２１６】ＭＮＲが最小の帯域において、パルス数を
１パルス増やし、ＳＮＲU（ｔ）の値を修正し、割り当
て可能ビットの計算を再度行なう。これらを繰り返し、
割り当て可能なビットが負にならない限り、これらの処
理を繰り返す。
【０２１７】上記各実施の形態の説明では、音源計算回
路において、パルスの振幅を極性で表したが、複数個の
振幅をまとめてベクトル量子化する構成をとることによ
り、さらに性能を改善することができる。
【０２１８】さらに、複数セットの位置の候補に対し
て、振幅ベクトル量子化コードブックと位置とを組み合
わせて探索し、最適な組合せを選択することで性能が向
上する。以下に具体的に説明する。ここでは、簡単のた
めに、Ｍ個のパルスの位置を２セット計算するものとす
る。
【０２１９】まず、第１セットの位置に対して、振幅コ
ードブックから振幅コードブックを読み出し、歪みを最
小化する振幅コードベクトルを選択し、第１の歪みＤ1
を計算する。次に、第２セットの位置に対してコードブ
ックから振幅を読み出し、上記と同様の処理を繰り返
し、第２の歪みＤ2を計算する。次に、第１と第２の歪
みを比較し、より小さい方の歪みを与える位置と振幅コ
ードベクトルの組合せを選択する。
【０２２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
音源信号を複数個のパルスで表すことにより、演算量を
削減することができる。
【０２２１】また、本発明によれば、入力信号または帯
域分割された信号からスペクトルパラメータを求め、こ
れをもとに複数個の帯域に対して、好ましくは信号対マ
スキング値の計算から性能要求値を算出し、これをもと
に、パルスの個数を帯域毎に適応的に割り当てることに
より、非定常な音楽信号などに対しても従来よりも良好
な音質を得ることができる。また、パルス数の適応割り
当てに必要な情報を新たに伝送する必要がないという利
点がある。
【０２２２】さらに、本発明によれば、スペクトルパラ
メータをフレーム長よりも短いサブフレーム毎に補間す
ることで、時間的に滑らかなパルス割当を行なうことが
できる。
【０２２３】そして、本発明においては、パルスの個数
と性能との関係を示したテーブルを予め有し、これを用
いてパルス数の適応割り当てを帯域毎に行なうことによ
り、簡便でより精度の高い割り当てを行なうことができ
る。
【０２２４】さらに、本発明においては、入力信号もし
くは、帯域分割された信号からモード判別を行ない、モ
ード情報も使用して帯域毎にパルスの適応割り当てを行
なうことにより、パルスの割り当ての精度がさらに改善
され、音質が向上する。また、この割り当てには、帯域
毎に、モード毎に前記テーブルを切替えて行なうことに
より、簡便な処理で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における符号化回路
４００1の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の変形を示す図であ
る。
【図４】図３の符号化回路４００1の構成を示す図であ
る。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【図８】図７の符号化回路７００1の構成を示す図であ
る。
【図９】本発明の第５の実施の形態の構成を示す図であ
る。
【図１０】図９の符号化回路８００1の構成を示す図で
ある。
【図１１】本発明の第６の実施の形態の構成を示す図で
ある。
【図１２】本発明の第７の実施の形態の構成を示す図で
ある。
【図１３】本発明の第７の実施の形態の変形例を示す図
である。
【図１４】本発明の第８の実施の形態の構成を示す図で
ある。
【図１５】本発明の第９の実施の形態の構成を示す図で
ある。
【図１６】本発明の第１０の実施の形態の構成を示す図
である。
【図１７】図１６の符号化回路１０００1の構成を示す
図である。
【図１８】本発明の第１１の実施の形態の構成を示す図
である。
【図１９】図１８の符号化回路１１００1の構成を示す
図である。
【図２０】本発明の第１２の実施の形態の構成を示す図
である。
【符号の説明】
１１０ フレーム分割回路 １５０ 帯域分割回路 ２００，７１０ スペクトルパラメータ計算回路 ２１０ スペクトルパラメータ量子化回路 ２１５ コードブック ３１０，７３０ インパルス応答計算回路 ３２０ 性能計算回路 ３３０，６５０，８１０，９００，１０１０，１１５０
割り当て回路 ３４０ 分割回路 ４００1〜４００N，６００1〜６００N，７００1〜７０
０N，８００1〜８００N，１０００1〜１０００N，１１
００1〜１１００N 符号化回路 ４１０，６１０，７４０ 聴感重み付け回路 ４１５ 減算器 ４２０ 適応コードブック回路 ４３０ 音源計算回路 ４４０ ゲイン量子化回路 ４４５ ゲインコードブック ４５０，６２０，７９５ 応答信号計算回路 ５００ マルチプレクサ ５５０ ＬＰＣ分析回路 ６５１，９１０1〜９１０U，１１２０1〜１１２０ テ
ーブル ６７０ 補間回路 ７１０ 帯域合成回路 ７９６ 重み付け信号合成回路 ８００，１０２０ モード判別回路

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力した信号を予め定められた時間長のフ
    レームに分割し予め定められた複数個の帯域に分割する
    帯域分割手段と、 前記入力信号からスペクトル包絡を表すスペクトルパラ
    メータを求めるパラメータ計算手段と、 前記スペクトルパラメータをもとに複数個の帯域に対し
    て性能要求値を求める性能計算手段と、 前記帯域分割手段の出力信号に対して、複数個のパルス
    から構成される音源信号を求める符号化手段と、 前記性能計算手段の出力に応じて前記パルスの個数を前
    記帯域毎に適応的に割り当てる割当手段と、 を含み、 前記パラメータ計算手段の出力信号と前記符号化手段の
    出力信号とを組み合わせて出力することを特徴とする信
    号符号化装置。
  2. 【請求項２】前記パラメータ計算手段から出力されるス
    ペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間間隔毎
    に補間する補間手段と、 前記補間手段の出力をもとに複数個の帯域に対して性能
    要求値を求める性能計算手段と、 を更に有することを特徴とする請求項１記載の信号符号
    化装置。
  3. 【請求項３】前記割当手段が、前記パルスの個数と性能
    の関係を示したテーブルを有し、 前記性能計算手段からの要求性能と、前記テーブルと、
    を用いて前記パルスの個数を帯域毎に適応的に割り当て
    る、 ことを特徴とする請求項１記載の信号符号化装置。
  4. 【請求項４】入力した信号を予め定められた時間長のフ
    レームに分割し予め定められた複数個の帯域に分割する
    帯域分割手段と、 前記帯域分割手段の出力信号からスペクトル包絡を表す
    スペクトルパラメータを求めるパラメータ計算手段と、 前記スペクトルパラメータをもとに複数個の帯域に対し
    て性能要求値を求める性能計算手段と、 前記帯域分割手段の出力信号に対して、複数個のパルス
    から構成される音源信号を求める符号化手段と、 前記性能計算手段の出力に応じて前記パルスの個数を前
    記帯域毎に適応的に割り当てる割当手段と、 を含み、 前記パラメータ計算手段と前記符号化手段との出力信号
    を組み合わせて出力することを特徴とする信号符号化装
    置。
  5. 【請求項５】前記パラメータ計算手段から出力されるス
    ペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間間隔毎
    に補間する補間手段と、 前記補間手段の出力をもとに複数個の帯域に対して性能
    要求値を求める性能計算手段と、 を有することを特徴とする請求項４記載の信号符号化装
    置。
  6. 【請求項６】前記割当手段が、前記パルスの個数と性能
    の関係を示したテーブルを有し、前記性能計算手段から
    の要求性能と、前記テーブルと、を用いて、前記パルス
    の個数を帯域毎に適応的に割り当てる、 ことを特徴とする請求項４記載の信号符号化装置。
  7. 【請求項７】入力した音声信号を予め定められた時間長
    のフレームに分割し前記入力した音声信号からスペクト
    ルパラメータを求めるスペクトルパラメータ計算手段
    と、 前記入力した音声信号から特徴量を抽出してモードを判
    別するモード判別手段と、 前記スペクトルパラメータをもとに複数個の帯域に対し
    て性能要求値を求める性能計算手段と、 出力信号に対して、複数個のパルスから構成される音源
    信号を求める符号化手段と、 前記モード判別手段の出力と前記性能計算手段の出力に
    応じて前記パルスの個数を前記帯域毎に適応的に割り当
    てる割当手段と、 を含み、 前記スペクトルパラメータ計算手段と前記符号化手段と
    の出力信号と前記モード判別手段の出力とを組み合わせ
    て出力することを特徴とする信号符号化装置。
  8. 【請求項８】前記スペクトルパラメータ計算手段から出
    力されるスペクトルパラメータをフレーム長よりも短い
    時間間隔毎に補間する補間手段と、 前記補間手段の出力をもとに複数個の帯域に対して性能
    要求値を求める性能計算手段と、を有することを特徴と
    する請求項７記載の信号符号化装置。
  9. 【請求項９】前記割当手段が、パルスの個数と性能の関
    係を示したテーブルを有し、前記モード判別手段からの
    出力により前記テーブルを切替え、 前記性能計算手段からの要求性能と前記テーブルとを用
    いてパルスの個数を帯域毎に適応的に割り当てる、 ことを特徴とする請求項７記載の信号符号化装置。
  10. 【請求項１０】入力した信号を予め定められた時間長の
    フレームに分割し予め定められた複数個の帯域に分割す
    る帯域分割手段と、 前記帯域分割手段の出力信号からスペクトル包絡を表す
    スペクトルパラメータを求めるパラメータ計算手段と、 前記帯域分割手段の出力信号から特徴量を抽出してモー
    ドを判別するモード判別手段と、 前記スペクトルパラメータをもとに複数個の帯域に対し
    て性能要求値を求める性能計算手段と、 前記帯域分割手段の出力信号に対して、複数個のパルス
    から構成される音源信号を求める符号化手段と、 前記モード判別手段の出力と前記性能計算手段の出力と
    に応じて前記パルスの個数を前記帯域毎に適応的に割り
    当てる割当手段と、 を含み、 前記パラメータ計算手段と前記符号化手段との出力信号
    と前記モード判別手段の出力とを組み合わせて出力する
    ことを特徴とする信号符号化装置。
  11. 【請求項１１】前記パラメータ計算手段から出力される
    スペクトルパラメータをフレーム長よりも短い時間間隔
    毎に補間する補間手段と、 前記補間手段の出力をもとに複数個の帯域に対して性能
    要求値を求める性能計算手段と、 を有することを特徴とする請求項１０記載の信号符号化
    装置。
  12. 【請求項１２】前記割当手段が、パルスの個数と性能の
    関係を示したテーブルを有し、前記モード判別手段から
    の出力により前記テーブルを切替え、前記性能計算手段
    からの要求性能と前記テーブルとを用いてパルスの個数
    を帯域毎に適応的に割り当てることを特徴とする請求項
    １０記載の信号符号化装置。
  13. 【請求項１３】入力信号を所定のフレーム毎に複数個の
    帯域に分割し、該入力信号からスペクトル包絡を表すス
    ペクトルパラメータを計算し、該スペクトルパラメータ
    をもとに前記複数個の帯域に対して性能要求値を求め、
    該性能要求値に従い、各帯域において音源信号を表すた
    めのパルスの個数を適応的に割り当て、このパルス数に
    従い音源信号を表すパルスを計算して符号化を行ない、
    該スペクトルパラメータ計算出力と符号化出力とを組み
    合わせて出力することを特徴とする信号符号化方法。
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