JPH10149200A

JPH10149200A - 線形予測符号化装置

Info

Publication number: JPH10149200A
Application number: JP8309417A
Authority: JP
Inventors: 秀享 ▲高▼橋; Hideyuki Takahashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】背景雑音が混入した入力信号の符号化において
も信号品質の劣化を防止することができる線形予測符号
化装置を提供する。【解決手段】過去の駆動音源信号にピッチ周期候補に相
当する遅延をピッチ成分として与えて作成された適応コ
ードベクトルを用いて、所定区間毎に入力される入力信
号の符号化を行なうにあたって、適応コードベクトルを
作成する際に、該過去の入力信号が音声か非音声かを判
別する有声／無声判別器８と、この判別結果に基づいて
過去の駆動音源信号に与えられるピッチ成分を制御する
ピッチ成分制御フィルタ７とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は線形予測符号化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】入力信号、例えば音声信号を能率よく圧
縮するために広く用いられている手段として、音声信号
のスペクトル包絡を表す線形予測パラメータと、線形予
測残差信号に対応する音源パラメータとを用いて符号化
する方式がある。このような線形予測の手段を用いた音
声符号化方式は、少ない伝送容量で比較的高品質な合成
音声が得られることから最近のハードウェア技術の進歩
と相まってさまざまな応用方式がさかんに研究、開発さ
れており、例えばマルチパルス駆動ＬＰＣ，ＣＥＬＰ等
が知られている。

【０００３】これらの方式においてはピッチ予測手段が
用いられるが、その具体的手法として、過去の音源信号
をフィードバックして作成される適応コードブックを利
用したクローズドループによって予測する手法が有効で
ある。適応コードブックに関する詳細な説明は例えば、
kleijin 等による“Improved speech quality andeffic
ient vector quantization in SELP”（ICASSP'88 s4.
4.pp.155-158,1988）と題した論文や、特開平５−８８
７００号公報などに記載されている。

【０００４】上記したような線形予測符号化装置におい
て用いられる適応コードブックは、過去の駆動音源信号
を最適な遅れＬの周期で繰り返し使用することによって
ピッチ周期成分を作り出すので、特に音声区間において
その効果が高いことが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の線形予測符号化装置においては、入力信号に背
景雑音が混入すると、ピッチ予測手段としての適応コー
ドブックの効果により本来周期性のない背景雑音成分ま
でが遅れＬの周期で繰り返されて音源信号が作成されて
しまうために、再生信号の背景雑音が実際の背景雑音と
は異なった音に感じられ、不快な音質になってしまうと
いう問題があった。

【０００６】本発明はこのような課題に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、背景雑音が混
入した入力信号の符号化においても信号品質の劣化を防
止することができる線形予測符号化装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、第１の発明に係る線形予測符号化装置は、過去
の駆動音源信号にピッチ周期候補に相当する遅延をピッ
チ成分として与えて作成された適応コードベクトルを用
いて、所定区間毎に入力される入力信号の符号化を行な
う符号化手段と、前記適応コードベクトルを作成する際
に、過去の駆動音源信号に与えられるピッチ成分を該過
去の入力信号の状態に応じて制御するピッチ成分制御手
段とを具備する。

【０００８】また、第２の発明に係る線形予測符号化装
置は、第１の発明に係る線形予測符号化装置において、
所定区間毎に入力される入力信号が音声か非音声かを判
別する状態判別手段をさらに具備し、前記ピッチ成分制
御手段は、この状態判別手段による判別結果に基づい
て、過去の駆動音源信号に与えられるピッチ成分を制御
する。

【０００９】また、第３の発明に係る線形予測符号化装
置は、第２の発明に係る線形予測符号化装置において、
上記状態判別手段によって入力信号が音声であると判断
された場合には、入力信号が非音声と判断された場合よ
りもピッチ成分を強調する。

【００１０】すなわち、第１の発明に係る線形予測符号
化装置においては、適応コードベクトルを作成する際
に、ピッチ成分として過去の駆動音源信号に与えられる
ピッチ周期候補に相当する遅延を該過去の入力信号の状
態に応じて制御するようにし、このような制御のもとに
作成された適応コードベクトルを用いて所定区間毎に入
力される入力信号の符号化を行なうようにする。

【００１１】また、第２の発明に係る線形予測符号化装
置は、第１の発明に係る線形予測符号化装置において、
所定区間毎に入力される入力信号が音声か非音声かを判
別し、この判別結果に基づいて、過去の駆動音源信号に
与えられるピッチ成分を制御するようにする。

【００１２】また、第３の発明に係る線形予測符号化装
置は、第２の発明に係る線形予測符号化装置において、
所定区間毎に入力される入力信号が音声であると判断さ
れた場合には、入力信号が非音声と判断された場合より
もピッチ成分を強調するようにする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を詳細に説明する。図１は本発明が適応される
符号化手段としての音声符号化装置（ＣＥＬＰ符号化装
置）の構成を示すブロック図である。同図において、適
応コードブック１は適応コードベクトルゲイン乗算器２
を介して加算器３の第１入力端子に接続され、確率コー
ドブック４は確率コードベクトルゲイン乗算器５とスイ
ッチ６とを介して加算器３の第２入力端子に接続されて
いる。加算器３の出力端子は重み付け合成フィルタ１６
を介して減算器１７の第１入力端子に接続されるととも
に、ピッチ成分制御手段としてのピッチ成分制御フィル
タ７、遅延回路９を介して適応コードブック１に接続さ
れている。

【００１４】また、入力端子１８に接続されたバッファ
メモリ１２は、ＬＰＣ分析器１４に接続されるととも
に、サブフレーム分割器１３を介して聴感重み付けフィ
ルタ１５に接続されている。ＬＰＣ分析器１４の出力端
子は、重み付け合成フィルタ１６とマルチプレクサ１１
および聴感重み付けフィルタ１５に接続されている。

【００１５】聴感重み付けフィルタ１５の出力端子と重
み付け合成フィルタ１６の出力端子は減算器１７に接続
されている。この減算器１７の出力端子は誤差評価器１
０の入力端子に接続されている。この誤差評価器１０の
出力端子は適応コードブック１と、適応コードベクトル
ゲイン乗算器２と、確率コードブック４と、確率コード
ベクトルゲイン乗算器１５と、状態判別手段としての有
声／無声判別器８に接続されるとともに、マルチプレク
サ１１に接続されている。また、有声／無声判別器８
は、ピッチ成分制御フィルタ７に接続されている。

【００１６】上記した構成において、入力端子１８か
ら、例えば８ｋＨｚでサンプリングされた原音声信号を
入力し、あらかじめ定められたフレーム間隔（例えば２
０ｍｓ、すなわち１６０サンプル）の音声信号をバッフ
ァメモリ１２に格納する。バッファメモリ１２は、入力
信号をフレーム単位でＬＰＣ分析器１４およびサブフレ
ーム分割器１３に送出する。

【００１７】ＬＰＣ分析器１４は、入力信号に対して線
形予測（ＬＰＣ）分析を行い、スペクトル包絡特性を表
す線形予測パラメータαを抽出し、重み付け合成フィル
タ１６と聴感重み付けフィルタ１５およびマルチプレク
サ１１に送出する。また、サブフレーム分割器１３は、
１フレームの入力信号をあらかじめ定められたサブフレ
ーム間隔（例えば５ｍｓ、すなわち４０サンプル）に分
割する。これにより、１フレームの入力信号から、第１
サブフームから第４サブフレームまでのサブフレーム信
号が作成される。次に、この各サブフレーム毎に適応コ
ードブック１の探索、確率コードブック４の探索が順に
行われる。

【００１８】以下に、順を追ってこのような探索につい
て説明する。まず、サブフレーム分割器１３から出力さ
れたサブフレーム信号を聴感重み付けフィルタ１５に入
力して聴感重み付けを施し、この聴感重み付けが施され
た信号を適応コードブック探索の目標ベクトルとする。
ここで聴感重み付けフィルタ１５の伝達関数Ｗ（ｚ）
は、次式で表わされる。

【００１９】

【数１】

【００２０】ただし、α_i は線形予測係数、λは聴感重
み付け係数であり、例えば０．８とする。また、重み付
け合成フィルタ１６の伝達関数Ｈ_w （ｚ）は次式で表わ
される。

【００２１】

【数２】

【００２２】次に、適応コードブック１の探索処理に先
立って、適応コードブック１の作成処理が行われる。以
下にこのような適応コードブック１の作成処理について
説明する。

【００２３】従来は、先行サブフレームにおける重み付
け合成フィルタの入力信号すなわち駆動音源信号に遅延
回路でピッチ周期候補に相当する遅延を直接与えたもの
を適応コードベクトルとして適応コードブックにフィー
ドバックしていたが、本実施形態においては以下に示す
方法によって適応コードベクトルを作成する。

【００２４】まず、先行サブフレームで探索された適応
コードベクトルゲインβ′を有声／無声判別器８に入力
して有声／無声の判別を行う。判別方法としては、適応
コードベクトルゲインβ′を用いて、以下の条件式を満
たすときは有声、そうでなければ無声であると判別す
る。

【００２５】

【数３】

【００２６】ここで、threshold はしきい値を表わし、
例えばthreshould＝０．３とする。これは、有声のとき
には適応コードベクトルゲインが比較的大きな値に分布
し、無声のときには０付近の小さな値に集中する特徴が
あることを利用したものである。しかしながら、この方
法に限るものではなく、その他の判別方法によって判別
してもよいことはもちろんである。

【００２７】次に、先行サブフレームにおける駆動音源
信号をピッチ成分制御フィルタ７に入力する。ピッチ成
分制御フィルタ７は入力された駆動音源信号のピッチ成
分を制御するものである。ピッチ成分制御フィルタ７の
伝達関数Ｈ_p （ｚ）は以下の式によって表わされる。

【００２８】

【数４】

【００２９】ただし、βは先行サブフレームにおける適
応コードベクトルゲイン、Ｌは先行サブフレームにおけ
る適応コードブック４の遅れ値、μは重み付け係数であ
る。ここで、重み付け係数μの値を先に求めた有声／無
声の判別結果によって変更する。例えば、有声と判別さ
れたときは０．５、無声と判別されたときは０とする。
このような処理によって、有声のときはそのピッチ成分
がより強調され、無声のときはそのような強調を行わな
いようにすることができる。

【００３０】次に、遅延回路９では、上記した方法によ
りピッチ成分が制御された駆動音源信号に、ピッチ周期
候補に相当する遅延を与えて適応コードベクトルとして
作成する。例えば、想定するピッチ周期を４０〜１６７
サンプルとすると、４０〜１６７サンプル遅れの１２８
種類の適応コードベクトルが作成される。ここで前記ピ
ッチ成分が制御された駆動音源信号を、

【００３１】

【数５】で表す。すなわち、ｅ（ｎ）は、ｎ＝０を現在の処理サ
ブフレームの先頭サンプルとしたときの、過去の１６７
サンプルの駆動音源信号に対して前記ピッチ成分が制御
された信号であることを示す。

【００３２】そして、次式に示すように、適応コードベ
クトルｃ_m （ｎ）｛０≦ｎ＜Ｎ：０≦ｍ＜１２８｝（た
だしＮはサブフレームサンプル数、すなわち４０サンプ
ル）が作成されて適応コードブック１に格納される。

【００３３】

【数６】

【００３４】次に、適応コードブック１の探索処理につ
いて説明する。適応コードブック１の遅延Ｌとゲインβ
は、以下の探索処理によって決定される。ここではスイ
ッチ６は開いた状態にあるものとする。まず、各適応コ
ードベクトルに対して、適応コードベクトルゲイン乗算
器２でゲイン値を可変させてそのゲインを乗じて最適な
パラメータを選択する。そして、重み付け合成フィルタ
１６は線形予測パラメータを用いて重み付け合成処理を
行い、得られた合成ベクトルを減算器１７に送出する。
減算器１７はさきに求めた目標ベクトルと合成ベクトル
との減算を行い、得られた誤差ベクトルを誤差評価器１
０に送出する。誤差評価器１０は誤差ベクトルの２乗平
均を計算し、その２乗平均値が最小となる最適な適応コ
ードベクトルを適応コードブック１から検索して、得ら
れた適応コードベクトルの遅れＬと適応コードベクトル
ゲインβをマルチプレクサ１１に送出する。このように
して、適応コードブック１の遅延Ｌと適応コードベクト
ルゲインβが決定される。

【００３５】適応コードブック１の探索処理が終了した
後は確率コードブック４の探索を行う。確率コードブッ
ク４のインデックスｉと確率コードベクトルゲインγ
は、以下の探索処理によって決定される。

【００３６】確率コードブック４には、サブフレーム長
に対応する次元数（すなわち４０次元）の確率的信号ベ
クトルが例えば５１２種類、予め格納されており、各々
にインデックスが付与されている。また、このときスイ
ッチ６は閉じた状態となっている。

【００３７】まず、前記適応コードブック探索によって
決定された最適な適応コードベクトルに対して、適応コ
ードベクトルゲイン乗算器２により最適ゲインβを乗じ
たのち、加算器３に送出する。

【００３８】次に、各確率コードベクトルに対して、確
率コードベクトルゲイン乗算器５でゲイン値を可変させ
てそのゲインを乗じたのち、加算器３に送出する。加算
器３はこのゲインが乗ぜられた確率コードベクトルと最
適ゲインβが乗ぜられた適応コードベクトルとを加算
し、加算した結果を駆動音源信号として重み付け合成フ
ィルタ１６に送出する。このあとの処理は前記の適応コ
ードブックパラメータの決定処理と同様に行われる。

【００３９】すなわち、重み付け合成フィルタ１６は線
形予測パラメータαを用いて重み付け合成処理を行い、
得られた合成ベクトルを減算器１７に送出する。減算器
１７は目標ベクトルと合成ベクトルとの減算を行い、得
られた誤差ベクトルを誤差評価器１０に送出する。誤差
評価器１０は誤差ベクトルの２乗平均を計算し、その２
乗平均値が最小となる最適な確率コードベクトルを確率
コードブック４から検索して、そのインデックスｉとゲ
インγをマルチプレクサ１１に送出する。このようにし
て、確率コードブック４のインデックスｉと確率コード
ベクトルゲインγが決定される。

【００４０】マルチプレクサ１１は、量子化された線形
予測パラメータα、適応コードブック１の遅れＬ及び適
応コードベクトルゲインβ、確率コードブック４のイン
デックスｉ及び確率コードベクトルゲインγの各々をマ
ルチプレクスして伝送する。

【００４１】以下に、上記した音声符号化装置に対応す
る音声復号化装置の復号化動作を図面を参照して詳細に
説明する。図２は、図１の音声符号化装置に対応する音
声復号化装置の構成を示すブロック図である。

【００４２】同図において、適応コードブック２１は、
適応コードベクトルゲイン乗算器２２を介して加算器２
３の第１の入力端子に接続され、確率コードブック２４
は、確率コードベクトルゲイン乗算器２５とスイッチ２
６とを介して加算器２３の第２の入力端子に接続されて
いる。加算器２３の出力端子は合成フィルタ３０を介し
て出力端子３２に接続されるとともに、ピッチ成分制御
フィルタ２８、遅延回路２９を介して適応コードブック
２１に接続されている。さらに、デマルチプレクサ３１
は、適応コードブック２１、確率コードブック２４、確
率コードベクトルゲイン乗算器２５、適応コードベクト
ルゲイン乗算器２２、有声／無声判別器２７、合成フィ
ルタ３０に各々接続されている。

【００４３】上記した構成において、デマルチプレクサ
３１は受信した信号を線形予測パラメータα、適応コー
ドブック２１の遅れＬと適応コードベクトルゲインβ、
確率コードブック２４のインデックスｉと確率コードベ
クトルゲインγに分解して、分解された線形予測パラメ
ータαを合成フィルタ３０に、遅れＬを適応コードブッ
ク２１に、インデックスｉを確率コードブック２４に、
確率コードベクトルゲインγを確率コードベクトルゲイ
ン乗算器２５に、適応コードベクトルゲインβを適応コ
ードベクトルゲイン乗算器２２および有声／無声判別器
２７に出力する。

【００４４】次に、デマルチプレクサ３１から出力され
た適応コードブック１の遅れＬに基づいて適応コードブ
ック２１の適応コードベクトルを選択する。ここで適応
コードブック２１は音声符号化装置における適応コード
ブック１の内容と同じ内容を有するものとする。すなわ
ち、適応コードブック２１には、上述した方法で、有声
／無声判別器２７の結果に基づいて実行されるピッチ成
分制御フィルタ２８によって制御された過去の駆動音源
信号が遅延回路２９を介して入力される。適応コードベ
クトルゲイン乗算器２２は適応コードベクトルゲインβ
により、適応コードブック２１から入力された適応コー
ドベクトルを増幅して加算器２３に送出する。

【００４５】一方、デマルチプレクサ３１から出力され
た確率コードブック４のインデックスｉに基づいて確率
コードブック２４の確率コードベクトルを選択する。こ
こで確率コードブック２４は音声符号化装置における確
率コードブック４の内容と同じ内容を有するものとす
る。また、このとき、スイッチ２６は閉じられているも
のとする。確率コードベクトルゲイン乗算器２５は確率
コードベクトルゲインγにより、確率コードブック２４
から入力された確率コードベクトルを増幅して加算器２
３に送出する。

【００４６】加算器２３は増幅された確率コードベクト
ルと増幅された適応コードベクトルとを加算して合成フ
ィルタ３０およびピッチ成分制御フィルタ２８に送出す
る。合成フィルタ３０は受信した線形予測パラメータα
と加算器２３からの加算結果とを用いて合成処理を行
い、得られた合成音声信号を出力端子３２から出力す
る。

【００４７】なお、以上の実施形態においては、ＣＥＬ
Ｐ符号化装置について説明したが、マルチパルス駆動符
号化などその他の線形予測符号化装置にも適用できるこ
とは勿論である。また、有声／無声判別器８、２７にお
ける判別方法は上記の方法に限定されるものではなく、
たとえば入力された音声の状態によって符号化ビットレ
ートを変化させる可変ビットレート型の線形予測符号化
への適用も可能である。

【００４８】以上、上記した実施形態によれば、背景雑
音が混入した音声信号の符号化においても音質の劣化を
防止することができ、違和感のない再生音を得ることが
可能となる。

【００４９】

【発明の効果】請求項１、２、３に記載の発明によれ
ば、背景雑音が混入した入力信号の符号化においても信
号品質の劣化を防止することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適応されるＣＥＬＰ符号化装置として
の音声符号化装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の音声符号化装置に対応する音声復号化装
置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…適応コードブック、２…適応コードベクトルゲイン
乗算器、３…加算器、４…ＬＰＣ分析器、５…確率コー
ドベクトルゲイン乗算器、６…スイッチ、７…ピッチ成
分制御フィルタ、８…有声／無声判別器、９…遅延回
路、１０…誤差評価器、１１…マルチプレクサ、１２…
バッファメモリ、１３…サブフレーム分割器、１４…Ｌ
ＰＣ分析器、１５…聴感重み付けフィルタ、１６…重み
付け合成フィルタ、１７…減算器、１８…入力端子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】過去の駆動音源信号にピッチ周期候補に
相当する遅延をピッチ成分として与えて作成された適応
コードベクトルを用いて、所定区間毎に入力される入力
信号の符号化を行なう符号化手段と、前記適応コードベクトルを作成する際に、過去の駆動音
源信号に与えられるピッチ成分を該過去の入力信号の状
態に応じて制御するピッチ成分制御手段と、を具備することを特徴とする線形予測符号化装置。
【請求項２】所定区間毎に入力される入力信号が音声
か非音声かを判別する状態判別手段をさらに具備し、前
記ピッチ成分制御手段は、この状態判別手段による判別
結果に基づいて、過去の駆動音源信号に与えられるピッ
チ成分を制御することを特徴とする請求項１記載の線形
予測符号化装置。
【請求項３】上記状態判別手段によって入力信号が音
声であると判断された場合には、入力信号が非音声と判
断された場合よりもピッチ成分を強調することを特徴と
する請求項２記載の線形予測符号化装置。