JPH10187197A - 音声符号化方法及び該方法を実施する装置 - Google Patents

音声符号化方法及び該方法を実施する装置

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JPH10187197A
JPH10187197A JP9343462A JP34346297A JPH10187197A JP H10187197 A JPH10187197 A JP H10187197A JP 9343462 A JP9343462 A JP 9343462A JP 34346297 A JP34346297 A JP 34346297A JP H10187197 A JPH10187197 A JP H10187197A
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    • 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
    • G10L19/002Dynamic bit allocation

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  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 質が一様で平均ビットレートの小さい可変ビ
ットレートのデジタル音声符号化方法および装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 被験音声フレームに対して第1および第
2の分析(10、32、33)を行って、それぞれ、第
1および第2の予測パラメータ(321、322、34
1、342、351)を含む第1及び第2の生成物をデ
ジタル形で求め、これら第1及び第2の生成物(32
1、322、341、342、351)に基づいて、第
1の予測パラメータ(321、322、331)、第2
の予測パラメータ(341、342、351)、及び、
これらの組み合わせ、のうちの1つを表現するために使
用されるビットの数を決定するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、音声符号化
のために使用されるビットの数が後に続く音声フレーム
間で変化し得るようになっている、可変ビットレートで
動作するデジタル音声符復号器に関する。音声合成に使
用されるパラメータとそれらの表示精度とは、その時の
動作状態に応じて選択される。本発明は、また、音声フ
レームをモデル化するために利用される種々の励起パラ
メータの長さ(ビット数)が標準の長さの複数の音声フ
レームの範囲内で相互の関係で調整されるような、固定
ビットレートで動作する音声符復号器に関する。
【0002】
【従来の技術、および、発明が解決しようとする課題】
現代の情報社会では音声等のデジタル形のデータがます
ます大量に転送されるようになっている。その情報の大
きな割合を占める部分が、例えばいろいろな移動通信シ
ステムなどの無線通信接続を利用して転送されている。
数の限られている無線周波数をなるべく効率よく利用す
るためにデータ転送の効率に高度の要求が設定されるの
は特にここである。これに加えて、新しいサービスと関
連して、より大きなデータ転送容量とより良好な音声の
質とが同時に求められている。これらの目標を達成する
ために、提供されるサービスの標準を落とすことなくデ
ータ転送接続の平均ビット数を少なくすることを目的と
していろいろな符号化アルゴリズムが開発され続けてい
る。一般に、2つの基本的原則に従って、即ち、固定伝
送速度符号化アルゴリズムをより効率よいものにしよう
と試みることによって、或いは、可変伝送速度を利用す
る符号化アルゴリズムを開発することによって、上記の
目的を達成しようとする努力がなされている。
【0003】可変ビットレートで動作する音声符復号器
の相対的な効率は、音声は変化し得る性質のものであ
る、即ち音声信号は異なる時点で異なる量の情報を含む
ものであるという事実に基づいている。もし音声信号を
標準の長さ(例えば20ms)の音声フレームに分割し
て、その各々を別々に符号化するならば、各音声フレー
ムをモデル化するために使うビット数を調整することが
できる。この様にして、少量の情報を含んでいる音声フ
レームを、大量の情報を含んでいる音声フレームの場合
より少ないビット数を使ってモデル化することができ
る。この場合、固定伝送速度を利用する符復号器の場合
より平均ビットレートを低く保ち、且つ同じ音声の質を
維持することが可能である。
【0004】可変ビットレートに基づく符号化アルゴリ
ズムをいろいろに利用することができる。例えばインタ
ーネットやATM(Asynchronous Transfer Mode(非同
期転送モード))通信網などのパケット通信網は可変ビ
ットレート音声符復号器に良く適している。この種の通
信網は、データ転送接続において転送されるべきデータ
パケットの長さ及び/又は送信周波数を調整することに
よって、音声符復号器がその時必要とするデータ転送容
量を提供する。可変ビットレートを使用する音声符復号
器は、例えば電話応答機及び音声メールサービス(spee
ch mail services)などの音声のデジタル記録にも良く
適している。
【0005】可変ビットレートで動作する音声符復号器
のビットレートは、多くの方法で調整することが可能で
ある。一般に知られている可変ビットレート音声符復号
器では、送信装置のビットレートは、送信されるべき信
号の符号化以前に既に決められている。これは例えば当
業者に従来から知られているCDMA(符号分割多重接
続)移動通信システムで使用されるQCELP型の音声
符復号器と関連する処理手順であり、このシステムでは
或る所定のビットレートを音声符号化のために利用する
ことができる。しかし、それらの解決策では限られた数
の異なるビットレートを有するに過ぎず、それは通常は
音声信号用の2種類の、例えば全速(1/1)及び半速
(1/2)の速度と、それとは別の暗騒音用の低ビット
レート(例えば、1/8速度)とである。国際公開WO
9605592A1は、入力信号をいろいろな周波数帯
域に分割し、各周波数帯域のエネルギー含有量に基づい
てその周波数帯域について必要な符号化ビットレートを
評価する方法を開示している。使用されるべき符号化速
度(ビットレート)についての最終決定は、それらの周
波数帯域固有のビットレート決定に基づいて行われる。
もう一つの方法は、使用可能なデータ転送容量の関数と
してビットレートを調整することである。これは、使用
されるべき現在のビットレートが、使用可能なデータ転
送容量の大きさに基づいて選択されるということを意味
する。この様な処理手順では、通信網の負荷が重いとき
(音声符号化に使用し得るビット数が限られていると
き)音声の質が低下する結果となる。一方、この処理手
順は、音声符号化が「容易な」時にはデータ転送接続に
不必要に負担をかける。
【0006】可変ビットレート音声符復号器において音
声符号器のビットレートを調整するために使用される、
当業者に従来から知られている他の方法は、音声アクテ
ィビティの検出(VAD、Voice Activity Detection)
である。音声アクティビティの検出を、例えば固定伝送
速度符復号器と関連させて使用することができる。この
場合、話者が沈黙していることを音声アクティビティ検
出器が検出しているときには音声符号器を完全にオフに
切り換えておくことができる。その結果として、可変伝
送速度で動作する実現可能な最も簡単な音声符復号器が
得られる。
【0007】今日、例えば移動通信システムにおいて非
常に広く使用されている、固定ビットレートで動作する
音声符復号器は、音声信号の内容には依存せずに同じビ
ットレートで動作する。それらの音声符復号器では、一
方では、データ転送容量を余り多量に使いすぎることは
ないが、他方では、符号化するのが困難な音声信号に対
しても充分な音質を提供する様な折衷的なビットレート
を選択せざるを得ない。この処理手順で音声符号化に使
用されるビットレートは、いわゆる容易な音声フレーム
(easy speech frames)のためには常に不必要に大き
く、より低いビットレートの音声符復号器でもそのモデ
ル化は首尾よく実行され得たであろう。換言すれば、デ
ータ転送チャネルは効率よく使用されていない。容易な
音声フレームの中には、例えば、音声アクティビティ検
出器(VAD)を用いて検出された無音の瞬間、強く有
声化された音(正弦波信号に似ていて、これを振幅及び
周波数に基づいてよくモデル化することができる)、及
び、雑音に似ている幾つかの音素がある。聴覚の特徴の
故に、元の信号と符号化された(たとえ良好にではなく
ても)信号との小さな差を耳は聞き分けられないので、
雑音を同じく精密にモデル化する必要はない。むしろ、
有声化された部分が容易に雑音を隠す。有声化されてい
る部分は、信号の小さな差でも耳が聞き分けるので、精
密に符号化されなければならない(精密なパラメータ
(多数のビット)を使用しなければならない)。
【0008】図1は、コード励起線形予測器(CEL
P、Code Excited Liniar Predictor)を利用する典型
的な音声符号器を示す。それは、音声生成をモデル化す
るために使用される数個のフィルタを有する。多数の励
起ベクトルを内蔵する励起コードブックから、これらの
フィルタのために適当な励起信号が選択される。CEL
P音声符号器は通常は短時間フィルタ及び長時間フィル
タの両方を有し、これらを用いて、元の音声信号になる
べく似ている信号を合成しようとする試みがなされる。
最良の励起ベクトルを発見するために、通常、励起コー
ドブックに記憶されている全ての励起ベクトルがチェッ
クされる。励起ベクトル探索中、適当な励起ベクトルが
各々、合成フィルタに送られるが、これらのフィルタは
通常は短時間フィルタ及び長時間フィルタの両方を含
む。合成された音声信号は元の音声信号と比較され、元
の信号に最も良く一致する信号を生じさせる励起ベクト
ルが選択される。選択基準においては、種々のエラーを
発見する人間の聴力が一般に利用され、各音声フレーム
について最小のエラー信号を生じさせる励起ベクトルが
選択される。典型的なCELP音声符号器で使用される
励起ベクトルは実験的に決定されている。ACELP型
(Algebraic Code Excited Linear Predictor (代数コ
ード励起線形予測器))の音声符号器が使用されるとき
には、励起ベクトルはゼロとは異なる一定数のパルスか
ら成り、それらのパルスは数学的に計算される。この場
合、現実の励起コードブックは不要である。最良の励起
は、上記のCELP符号器の場合と同じエラー基準を用
いて最適のパルス位置を選択することによって得られ
る。
【0009】従来から当業者に知られているCELP型
及びACELP型の音声符号器は固定レート励起計算を
使用する。励起ベクトルあたりのパルスの最大数は、1
つの音声フレーム内での異なるパルス位置の数と同様
に、固定されている。依然として、各パルスが固定され
た精度で量子化されるときには、各励起ベクトルあたり
に生成されるべきビット数は、入ってくる音声信号とは
無関係に一定である。CELP型の符復号器は、励起信
号を量子化するために多数のビットを使用する。高品質
の音声が生成されるときには、充分な数の異なる励起ベ
クトルにアクセスできるように比較的に大きな励起信号
コードブックが必要である。ACELP型の符復号器に
も同様の問題がある。使用されるパルスの位置、振幅、
及び、接頭部(prefix)の量子化は多数のビットを消費
する。固定レートACELP音声符号器は、元のソース
信号に関わりなく各音声フレーム(又はサブフレーム)
について一定の数のパルスを計算する。この様に、デー
タ転送ラインの容量を消費して総合効率を不必要に低下
させる。本発明は、質が一様で平均ビットレートの小さ
い可変ビットレートのデジタル音声符号化方法および装
置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】音声信号は通常は部分的
に有声であり(音声信号は或る基本周波数を有する)、
また部分的にトーンレスである(toneless、雑音によく
似ている)ので、音声符号器は、複数のパルスから成る
励起信号及びその他のパラメータを、符号化されるべき
音声信号の関数として、更に修正することができる。こ
の様に、例えば有声音声セグメント及びトーンレス音声
セグメントに最も適する励起ベクトルを「正しい」精度
(ビット数)で決定することが望ましいであろう。ま
た、入力音声信号の分析結果の関数としてコードベクト
ル中の励起パルスの数を変化させることも可能であろ
う。励起ベクトル及びその他の音声パラメータ・ビット
を表現するために使用されるビットレートを、受信され
た信号と符号化の性能とに基づいて、励起信号の計算の
前に信頼が置けるように選択することを通して、受信装
置で復号された音声の質を励起ビットレートの変動に関
わらず一定に保つことができる。
【0011】ここでは、音声符復号器において音声合成
に使用されるべき符号化パラメータを選択する方法が、
その方法を利用する装置とともに発明されており、その
方法を利用することにより、固定ビットレート音声符号
化アルゴリズム及び可変ビットレート音声符号化アルゴ
リズムの長所同士を結合させて、音質が良くて効率の高
い音声符号化システムを実現することができる。本発明
は、通信網(電話回線網、及び、インターネットやAT
M通信網などのパケット交換網)に接続される移動局や
電話などの種々の通信装置に使用するのに適している。
例えば、移動通信網の基地局及び基地局コントローラと
関連するもののように、通信網の種々の構成要素に本発
明の音声符復号器を使用することも可能である。本発明
の特徴は請求項1、6、7、8及び9の特徴部分に記載
されている。
【0012】本発明の可変ビットレート音声符復号器は
ソース制御され(この音声符復号器は入力音声信号の分
析結果に基づいて制御される)、該音声符復号器は各音
声フレームについて個別に正しいビット数を選択するこ
とによって一定の音質を維持することができる(符号化
されるべき音声フレームの長さは例えば20msである
ことができる)。従って、各音声フレームを符号化する
ために使用されるビットの数は、その音声フレームに含
まれている音声情報に依存する。本発明のソース制御の
音声符号化方法の利点は、音声符号化に使用される平均
ビットレートが、同じ音質に達する固定レート音声符号
器のそれより低いことである。或いは、同じ平均ビット
レートを使用して固定ビットレート音声符復号器よりも
良好な音質を得るために本発明の音声符号化方法を使用
することも可能である。本発明は、音声合成の時に音声
パラメータを表現するために使用されるビットの量を正
しく選択するという課題を解決する。例えば、有声信号
の場合、大きな励起コードブックが使用され、励起ベク
トルはより精密に量子化され、音声信号の規則正しさを
表す基本周波数、及び/又は、その強さを表す振幅はよ
り精密に決定される。これは各音声フレームについて個
別に実行される。種々の音声パラメータのために使用さ
れるビットの量を決定するために、本発明の音声符復号
器は、音声信号(ソース信号)の短時間周期性及び長時
間周期性の両方をモデル化するフィルタを使用して該音
声符復号器が実行する分析の結果を利用する。決定的な
要素は、特に、音声フレームについての有声/トーンレ
スの判定、音声信号のエンベロープのエネルギーレベル
及び種々の周波数領域へのその分布、並びに、検出され
た基本周波数のエネルギー及び周期性である。
【0013】本発明の目的は、可変伝送速度で動作して
一定の音質を提供する音声符復号器を実現することであ
る。一方、固定伝送速度で動作する音声符復号器にも本
発明を使用することができ、その場合、種々の音声パラ
メータを表現するために使用されるビットの数は標準長
のデータフレームの中で調整される(固定ビットレート
符復号器及び可変ビットレート符復号器のいずれにおい
ても、例えば20msの音声フレームが標準である)。
この実施例では励起信号(励起ベクトル)を表現するた
めに使用されるビットレートは本発明に従って変更され
るけれども、対応して、他の音声パラメータを表現する
ために使用されるビットの数は、1つの音声フレームを
モデル化するために使用されるビットの総数が全ての音
声フレームについて一定に保たれることとなるように調
整される。この様に、例えば長時間にわたって発生する
規則性をモデル化するために多数のビットが使用される
ときには(例えば、基本周波数は精密に符号化/量子化
される)、短時間変化を表すLPC(Linear Predictin
g Coding(線形予測符号化))パラメータを表現するた
めに残されるビット数は少なくなる。種々の音声パラメ
ータを表現するために使用されるビットの量を最適に選
択することによって固定ビットレート符復号器が得ら
れ、その符復号器はソース信号に最も適するように常に
最適化される。この様にして従来より良好な音質が得ら
れる。
【0014】本発明の音声符復号器では、各フレームの
基本周波数特性を表現するために使われるビットの数
(基本周波数表現精度)を、いわゆる開ループ法を用い
て得られたパラメータに基づいて予備的に決定すること
が可能である。必要に応じて、いわゆる閉ループ分析を
用いることにより分析の精度を改善することができる。
その分析の結果は、入力音声信号と、分析に使用される
フィルタの性能とに依存する。符号化された音声の質を
基準として用いてビットの量を決定することによって、
音声をモデル化するために使用されるその音声符復号器
のビットレートは変動するが音声信号の質は一定に保た
れるような音声符復号器が実現される。
【0015】1つの励起信号をモデル化するビットの数
は、入力音声信号を符号化するために使用される他の音
声符号化パラメータの計算に依存せず、且つ、それらを
転送するために使用されるビットレートにも依存しな
い。従って、本発明の可変ビットレート音声符復号器で
は、1つの励起信号を作るために使用されるビットの数
の選択は他の音声符号化に使用される音声パラメータの
ビットレートとは無関係である。付帯的情報ビットを使
用して、使用される符号化モードに関する情報を符号器
から復号器に転送することが可能であるけれども、復号
器の符号化モード選択アルゴリズムが、符号化に使用さ
れた符号化モードを、受け取ったビット列から直接識別
するように復号器を実現することもできる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は従来公知の固定ビットレー
トCELP符号器の構成を示すブロック図であり、それ
は本発明の音声符号器の基礎をなすものである。次に、
従来公知の固定レートCELP符復号器の構成を、本発
明と関連する部分について説明する。CELP型の音声
符復号器は、短時間LPC(Linear Predictive Coding
(線形予測符号化))分析ブロック10を有する。LP
C分析ブロック10は多数の線形予測パラメータ a(i)
を生成するものであり、i = 1, 2, ..., mであり、m は
入力音声信号 s(n) に基づく分析に使用されるLPC合
成フィルタ12のモデル次数である。パラメータ a(i)
の集合は音声信号 s(n) の周波数内容を表し、それは通
常は各音声フレームについてNサンプルを用いて計算さ
れる(例えば、使用するサンプリング周波数が8kHz
であれば、20msの音声フレームが160サンプルで
表現される)。LPC分析10を、もっと頻繁に、例え
ば20ms音声フレームあたりに2回ずつ、実行するこ
ともできる。例えばGSMシステムから従来公知となっ
ているEFR(Enhanced Full Rate(強化全速))型音
声符復号器(ETSI GSM 06.60)ではこの様に処理が行わ
れる。当業者に従来から知られている、例えば、レビン
ソン・ダービン・アルゴリズム(Levinson-Durbin algo
rithm )を用いてパラメータ a(i) を決定することがで
きる。パラメータ a(i) の集合は、下記の式で表される
伝達関数を用いて合成音声信号 ss(n)を形成するために
短時間LPC合成フィルタ12で使用される:
【数1】 ここで H=伝達関数、 A=LPC多項式、 z=単位遅延、 m=LPC合成フィルタ12の性能(performance )で
ある。
【0017】一般に、LPC分析ブロック10では、音
声中に存在する長時間冗長性を示すLPC残留信号r
(LPC残留)も形成され、この残留信号はLTP(Lo
ng-term Prediction(長時間予測))分析11で利用さ
れる。LPC残留信号rは、上記のLPCパラメータ a
(i) を用いて次のように決定される:
【数2】 ここで n=信号時間、 a=LPCパラメータ である。
【0018】LPC残留信号rは更に長時間LTP分析
ブロック11に送られる。LTP分析ブロック11の役
割は、音声符復号器に特有のLTPパラメータ、即ちL
TP利得(ピッチ利得)及びLTP遅れ(ピッチ遅れ)
を決定することである。音声符復号器は更にLTP(Lo
ng-term Prediction(長時間予測))合成フィルタ13
を有する。LTP合成フィルタ13は、音声の周期性
(特に、主として有声音素と関連して発生する、音声の
基本周波数)を表す信号を生成するために使用される。
短時間LPC合成フィルタ12は、(例えばトーンレス
な音素と関連する)周波数スペクトルの急速な変動のた
めにも使用される。LTP合成フィルタ13の伝達関数
は通常は下記の形を有する:
【数3】 ここで B=LTP多項式、 g=LTPピッチ利得、 T=LTPピッチ遅れ である。
【0019】LTPパラメータは音声符復号器において
典型的にはサブフレーム(5ms)単位で決定される。
この様にして、分析および合成フィルタ10、11、1
2、13の両方が音声信号 s(n) をモデル化するために
使用される。短時間LPC分析−合成フィルタ12は、
人の声道をモデル化するために使用され、長時間LTP
分析−合成フィルタ13は声帯の振動をモデル化するた
めに使用される。分析フィルタはモデル化を行い、合成
フィルタはそのモデルを利用して信号を生成する。
【0020】重み付けフィルタ14の機能は人間の聴覚
の特性に基づいており、このフィルタはエラー信号 e
(n) を濾波するために使用される。エラー信号 e(n)
は、元の音声信号 s(n) と総和ユニット18で形成され
た合成音声信号 ss(n)との差信号である。重み付けフィ
ルタ14は、その周波数では音声合成で付加されたエラ
ーが音声の理解し易さを余り低下させない周波数を減衰
させ、音声の理解し易さに大きな重要性を有する周波数
を増幅する。各音声フレームについての励起は励起コー
ドブック16で形成される。もし全ての励起ベクトルを
チェックするような探索機能がCELP符号器で使用さ
れるならば、最適の励起ベクトル c(n) を発見するため
に全てのスケーリングされた(scaled)励起ベク
トル g・c(m)が長時間合成フィルタ12及び短時間合成
フィルタ13の両方で処理される。励起ベクトル探索コ
ントローラ15は、重み付けフィルタ14の重みを付け
られた出力に基づいて、励起コードブック16に内蔵さ
れている励起ベクトル c(n) のインデックス uを探索す
る。反復プロセス中に、最適の励起ベクトル c(n) (元
の音声信号に最も良く一致する音声合成を生じさせる励
起ベクトル)のインデックス u、即ち最小の重み付きエ
ラーを生じさせる励起ベクトル c(n) のインデックス u
が選択される。
【0021】スケーリング係数 gは励起ベクトル c(n)
探索コントローラ15から得られる。それは、乗算ユニ
ット17で使用され、励起コードブック16から選択さ
れた励起ベクトル c(n) に乗じられて出力される。乗算
ユニット17の出力は長時間LTP合成フィルタ13の
入力に接続されている。受信端で音声を合成するため
に、線形予測により生成されたLPCパラメータ a(i)
、LTPパラメータ、励起ベクトル c(n) のインデッ
クス u、及び、スケーリング係数 gはチャネル符号器
(図示せず)に送られ、更にデータ転送チャネルを通し
て受信装置に送られる。受信装置は音声復号器を有し、
この復号器は、受信したパラメータに基づいて、元の音
声信号 s(n) を模する音声信号を合成する。LPCパラ
メータ a(i) を表現する際には、これらのパラメータの
量子化特性を改善するためにこれらのLPCパラメータ
を、例えば、LSP表現の形式(線スペクトル対)また
はISP表現の形式(イミタンス・スペクトル対)に変
換することも可能である。
【0022】図2は、従来公知のCELP型の固定レー
ト音声復号器の構造を示す。この音声復号器は、通信接
続から(より正確には例えばチャネル復号器から)、線
形予測により作られた、LPCパラメータ a(i) 、LT
Pパラメータ、励起ベクトルc(n) のインデックス u、
及び、スケーリング係数 gを受け取る。この音声復号器
は、図1に示されている音声符号器の励起コードブック
(参照符号16)に対応する励起コードブック20を有
する。励起コードブック20は、受信した励起ベクトル
のインデックス uに基づいて音声合成のための励起ベク
トル c(n) を生成するために使用される。乗算ユニット
21により、生成された励起ベクトル c(n) に、受信さ
れたスケーリング係数 gが乗じられ、その後に、得られ
た結果が長時間LTP合成フィルタ22に送られる。長
時間合成フィルタ22は、データ転送バスを通して該フ
ィルタが音声符号器から受信したLTPパラメータによ
り決定される方法で、受信した励起信号 c(n) ・g を変
換し、修正された信号23を更にLPC合成フィルタ2
4に送る。線形予測によって作られたLPCパラメータ
a(i) によって制御されて、短時間LPC合成フィルタ
24は音声中に発生した短時間変化を再現してそれを信
号23の中に実現させ、復号された(合成された)音声
信号 ss(n)がLPC合成フィルタ24の出力から得られ
る。
【0023】図3は本発明の可変ビットレート音声符号
器の実施例を示すブロック図である。入力音声信号 s
(n) (参照符号301)は、初めに、音声の短時間変化
を表すLPCパラメータ a(i) (参照符号321)を生
成するために、線形LPC分析32において分析され
る。LPCパラメータ321は、例えば、当業者に従来
から知られている上記のレビンソン・ダービンの方法を
用いる自己相関法を通して得られる。得られたLPCパ
ラメータ321は更にパラメータ選択ブロック38に送
られる。LPC分析ブロック32においては、LPC残
留信号 r(参照符号322)の生成も実行され、この信
号はLTP分析31に送られる。LTP分析31におい
て、音声の長時間変化を表す上記のLTPパラメータが
生成される。LPC残留信号322は、LPC合成フィ
ルタ H(Z) = 1/A(z)(式1及び図1を参照)の逆フィル
タ A(z) で音声信号301を濾波することにより形成さ
れる。LPC残留信号322はLPCモデル次数選択ブ
ロック33にも送られる。LPCモデル性能選択ブロッ
ク33において、例えば、アカイケ情報基準(Akaike I
nformation Criterion (AIC))及びリサネンの最小記述
長(MDL) 選択基準(Rissanen's Minimum Description
(MDL)-selection criteria )を用いて必要なLPCモ
デル次数331が推定される。LPCモデル次数選択ブ
ロック33は、LPC分析ブロック32で使用されるべ
き、そして、本発明によるLPC次数に関する情報33
1をパラメータ選択ブロック38に送る。
【0024】図3は、2段階LTP分析31を使用して
実現される本発明の音声符号器を示す。それは、LTP
ピッチ遅れ時間(pitch lag term)Tの整数部分 d(参
照符号342)を探索するための開ループLTP分析3
4と、LTPピッチ遅れTの端数部分を探索するための
閉ループLTP分析35とを使用する。本発明の第1実
施例では、LPCパラメータ321とLTP残留信号3
51とを利用してブロック39で音声パラメータ・ビッ
ト392を計算する。音声符号化のために使用されるべ
き音声符号化パラメータと、その表現精度との決定は、
パラメータ選択ブロック38で行われる。この様にし
て、本発明に従って、実行されるLPC分析32及びL
TP分析31を利用して音声パラメータ・ビット392
を最適化することができる。
【0025】本発明の他の実施例では、LTPピッチ遅
れTの端数部分を探索するために使用されるべきアルゴ
リズムの決定は、LPC合成フィルタ次数 m(参照符号
331)と、開ループLTP分析34で計算された利得
項 g(参照符号341)とに基づいて行われる。この決
定もパラメータ選択ブロック38で行われる。本発明に
従って、この様に、既に実行されたLPC分析32と既
に部分的に実行されたLTP探索(開ループLTP分析
34)とを利用してLTP分析31の性能を著しく改善
することができる。LTP分析に使用されるLTPピッ
チ遅れの端数の探索については、例えば、出版物:IC
ASSP−90報告、第661−664頁、ピーター・
クローン及びビシュヌ・S.アタルによる「時間分解能
の高いピッチ予測器」(Peter Kroon & Bishnu S. Atal
"Pitch Predictors with High Temporal Resolution"
Proc of ICASSP-90 pages 661-664 )で解説がなされて
いる。
【0026】例えば、自己相関法を用いて、下記の式
(4)を用いる相関関数の極大値に対応する遅れを決定
することによって、開ループLTP分析35によって実
行されるLTPピッチ遅れ時間Tの整数部分dを決定す
ることができる。
【数4】 ここで、r(n) = LPC残留信号322 d = 音声の基本周波数を表すピッチ(LTP
ピッチ遅れ時間の整数部分) dL 及びdH = 基本周波数についての探索限界値 である。
【0027】開ループLTP分析ブロック34は、LP
C残留信号322と、LTPピッチ遅れ時間探索で発見
された整数部分dとを用いて次式のように開ループ利得
項g(参照符号341)をも生成する。
【数5】 ここで r(n)= LPC残留信号(残留信号32
2) d = LTPピッチ遅れ整数遅延 N = フレーム長(例えば、20msフレームが
8kHzの周波数でサンプリングされるときには、16
0サンプル) である。
【0028】本発明の第2実施例ではパラメータ選択ブ
ロックはLTP分析31の精度を向上させるためにこの
様に開ループ利得項gを利用する。これに対応して、閉
ループLTP分析ブロック35は、上記の決定された整
数遅れ時間dを利用してLTPピッチ遅れ時間Tの端数
部分の精度を探索する。パラメータ選択ブロック38
は、LTPピッチ遅れ時間の端数部分を決定するとき、
例えば、上記の参考文献、即ちクローン及びアタルの
「時間分解能の高いピッチ予測器」で言及されている方
法を利用することができる。閉ループLTP分析ブロッ
ク35は、上記のLTPピッチ遅れ時間Tの他に、LT
P利得gについての最終精度も決定し、これは受信端の
復号器に送られる。
【0029】閉ループLTP分析ブロック35は、LT
P分析フィルタで、即ち、その伝達関数がLTP合成フ
ィルタ H(Z)=1/B(z)(式3を参照)の逆関数 B(z) であ
るフィルタでLPC残留信号322を濾波することによ
ってLTP残留信号351を生成する。LTP残留信号
351は、励起信号計算ブロック39とパラメータ選択
ブロック38とに送られる。閉ループLTP探索は、通
常、先に決定した励起ベクトル391をも利用する。従
来技術のACELP型(例えばGSM06.60)の符
復号器では、励起信号 c(n) を符号化するために固定さ
れた数のパルスが使用される。それらのパルスを表現す
る精度も一定であり、従って、励起信号c(n) は1つの
固定されたコードブック60から選択される。本発明の
第1実施例では、パラメータ選択ブロック38は励起コ
ードブック60〜60''' の選択手段(図4に示されて
いる)を有し、それは、LTP残留信号351とLPC
パラメータ321とに基づいて、各音声フレームにおい
て音声信号 s(n) をモデル化するために使用される励起
信号61〜61''' (図6B)をどの精度で(何個のビ
ットで)表現するかを決定する。励起信号に使用される
励起パルス62の数、又は、励起パルス62を量子化す
るために使用される精度を変化させることによって、数
個の(several)異なる励起コードブック60〜60'''
を形成することができる。励起コードを表現するために
使用されるべき精度(コードブック)に関する情報を、
励起コード計算ブロック39に転送し、また、例えば、
励起コードブック選択インデックス382を使用する復
号器にも転送することが可能である。この励起コードブ
ック選択インデックス382は、音声の符号化及び復号
の両方のためにどの励起コードブック60〜60''' を
使用するべきかを示すものである。励起コードブック・
ライブラリ41において信号382によって所要の励起
コードブック60〜60'''を選択するのと同様に、他
の音声パラメータ・ビット392の表現及び計算の精度
は対応する信号を用いて選択される。これについては、
図7の説明と関連させて詳しく説明するが、LTPピッ
チ遅れ時間を計算するために使用される精度は信号38
1(=383)によって選択される。これは、遅れ時間
計算精度選択ブロック42により与えられる。同様に、
また他の音声パラメータ392を計算し表現するために
使用される精度(例えば、CELP型の符復号器に特有
のLPCパラメータ321についての表現精度)が選択
される。励起信号計算ブロック39は、図1に示されて
いるLPC合成フィルタ12とLTP合成フィルタ13
とに対応する複数のフィルタを有し、それらのフィルタ
でLPC及びLTP分析-合成の機能が実現される。可
変レート音声パラメータ392(例えば、LPCパラメ
ータ及びLTPパラメータ)と、使用される符号化モー
ドのための信号(例えば信号382及び383)とは通
信接続に転送されて受信装置へ送信される。
【0030】図4は、音声信号 s(n) をモデル化するた
めに使用される励起信号61〜61''' を決定するとき
のパラメータ選択ブロック38の機能を示す。始めにパ
ラメータ選択ブロック38は、受け取ったLTP残留信
号351に対して2つの計算を実行する。LTP残留信
号351の残留エネルギー値52(図5(B))がブロ
ック43で測定されて適応限界値決定ブロック44と比
較ユニット45との双方に転送される。図5(A)は音
声信号の1例を示し、図5(B)は符号化後のその信号
に残っている残留エネルギー値52を時間−レベルで示
している。適応限界値決定ブロック44において、上記
の測定された残留エネルギー値52と前の音声フレーム
の残留エネルギー値とに基づいて適応限界値53、5
4、55が決定される。これらの適応限界値53、5
4、55と音声フレームの残留エネルギー値52とに基
づいて、励起ベクトル61〜61''' を表現するために
使用される精度(ビットの数)が比較ユニット45で選
択される。1つの適応限界値54を使用することの基礎
となる考え方は、もし符号化されるべき音声フレームの
残留エネルギー値52が前の複数の音声フレームの残留
エネルギー値の平均値(適応限界値54)より大きけれ
ば、より良好な評価を得るために励起ベクトル61〜6
1''' の表現精度を高めるということである。この場
合、次の音声フレームで生じる残留エネルギー値52は
より低くなると期待することができる。一方、もし残留
エネルギー値52が適応限界値54より低い値にとどま
るならば、音声の質を低下させることなく励起ベクトル
61〜61''' を表現するために使用されるビットの数
を減らすことができる。
【0031】次の式に従って適応閾値が計算される。
【数6】
【0032】利用できる励起コードブック60〜6
0''' が3つ以上あり、使用されるべき励起ベクトル6
1〜61''' がそれらの励起コードブックで選択される
とき、音声符号器はより多くの限界値53、54、55
を必要とする。これらの他の適応限界値は、適応限界値
を決定する式においてΔGdBを変更することによって生
成される。図5(C)は、4種類の励起コードブック6
0〜60''' が利用可能であるときに、図5(B)に従
って選択される励起コードブック60〜60''' の番号
を示す。その選択は例えば表1に従って次のように行わ
れる:
【表1】
【0033】各励起コードブック60〜60''' が励起
ベクトル61〜61''' を表現するための一定の数のパ
ルス62〜62''' と、一定の精度での量子化に基づく
アルゴリズムとを使用することが本発明の音声符号器の
特徴である。このことは、音声符号化に使用される励起
信号のビットレートが音声信号の線形LPC分析32お
よびLTP分析31の性能に依存することを意味する。
【0034】この例で使用されている4つの異なる励起
コードブック60〜60''' は、2つのビットを使って
区別することができる。パラメータ選択ブロック38
は、この情報を信号382の形で励起計算ブロック39
に転送するとともに、受信装置へ転送させるためにデー
タ転送チャネルにも転送する。励起コードブック60〜
60''' の選択はスイッチ48によって実行され、その
位置に基づいて、選択された励起コードブック60〜6
0''' に対応する励起コードブックインデックス47〜
47''' が更に信号382として転送される。上記の励
起コードブック60〜60''' を内蔵する励起コードブ
ック・ライブラリ65は励起計算ブロック39に記憶さ
れており、正しい励起コードブック60〜60''' に含
まれている励起ベクトル61〜61''' を音声合成のた
めにこのライブラリから検索して取り出すことができ
る。
【0035】励起コードブック60〜60''' を選択す
る上記の方法は、LTP残留信号351の分析に基づい
ている。本発明の他の実施例では、励起コードブック6
0〜60''' の選択の正しさを制御することを可能にす
る制御項(control term)を励起コードブック60〜6
0''' の選択基準に組み込むことができる。それは、周
波数領域での音声信号エネルギー分布を調べることに基
づいている。もし音声信号のエネルギーが周波数範囲の
下端に集中しているならば、間違いなく有声信号が関係
している。声の質についての実験によると、有声信号の
高品質の符号化を行うためには無声信号の符号化よりも
多数のビットが必要である。本発明の音声符号器の場合
には、それは、音声信号を合成するために使用される励
起パラメータをより精密に(より多くのビットを使用し
て)表現しなければならないことを意味する。図4及び
5(A)〜(C)に示されているサンプルとの関係で
は、これは、より多くのビット数を使って励起ベクトル
61〜61''' を表現する励起コードブック60〜6
0''' (図5(C)では、より大きな番号のコードブッ
ク)を選択しなければならないという結果になる。
【0036】LPC分析32で得られるLPCパラメー
タ321の始めの2つの反射係数は信号のエネルギー分
布についての良い見積もりを与える。反射係数は、反射
係数計算ブロック46(図4)において、例えば、従来
から当業者に知られているシュール(Shur)のアルゴリ
ズム又はレビンソン(Levinson)のアルゴリズムを使っ
て計算される。始めの2つの反射係数RC1及びRC2
を平面上に表示すると(図6(A))、エネルギー集中
領域を容易に発見することができる。もし反射係数RC
1及びRC2が低周波数領域(斜線が付されている領域
1)にあるならば間違いなく有声信号が関係しており、
もしエネルギー集中領域が高周波数領域(斜線が付され
ている領域2)にあるならば、トーンレス信号が関係し
ている。反射係数は−1〜1の範囲の値を有する。限界
値(例えば、図6(A)では、RC=−0.7〜−1、
RC''=0〜1)は、有声信号及びトーンレス信号によ
りもたらされる反射係数同士を比較することによって実
験的に選択される。反射係数RC1及びRC2が有声の
範囲にあるときには、より大きな番号の励起コードブッ
ク60〜60''' 、及び、より精密な量子化を選択する
ような基準が使用される。その他の場合には、より小さ
なビットレートに対応する励起コードブック60〜6
0''' を選択することができる。その選択は、信号49
でスイッチ48を制御して行う。これら2領域の間に中
間領域があり、その領域では音声符号器は、主としてL
TP残留信号351に基づいて、使用されるべき励起コ
ードブック60〜60''' を決定することができる。L
TP残留信号351の測定に基づく方法と反射係数RC
1及びRC2の計算に基づく上記の方法とを組み合わせ
れば、励起コードブック60〜60''' を選択する効率
の良いアルゴリズムが得られる。そのアルゴリズムは、
最適の励起コードブック60〜60''' を確実に選択す
ることができて、異なるタイプの音声信号を必要な音質
で均等に音声符号化し得ることを保証するものである。
図7の説明との関係で明らかなように、他の音声パラメ
ータ・ビット392を決定するためにも、それに対応す
る、いろいろな基準を組み合わせる方法を使用すること
ができる。複数の方法を組み合わせることの付加的利点
の1つは、何らかの理由でLTP残留信号351に基づ
く励起コードブック60〜60''' の選択がうまくゆか
なかった場合に、殆どの場合に、音声符号化を行う前
に、そのエラーを発見して、LPCパラメータ321と
しての反射係数RC1及びRC2の計算に基づく方法を
用いてそのエラーを訂正することができることである。
【0037】本発明の音声符号化方法においては、平坦
な(even)LTPパラメータ(本質的にはLTP利得gと
LTP遅れT)を表現し計算する際に使用される精度
に、LTP残留信号351の測定とLPCパラメータ3
21としての反射係数RC1及びRC2の計算とに基づ
く、上記の有声/無声判定を利用することが可能であ
る。LTPパラメータg及びTは、有声音声信号の基本
周波数特性等の、音声中の長時間周期性(long-term re
currency)を表す。基本周波数というのは、音声信号に
おいてエネルギー集中が現れる周波数である。周期性
は、音声信号において基本周波数を判定するために測定
される。それは、LTPピッチ遅れ時間を用いて、殆ど
類似する繰り返し生じるパルスの発生を測定することに
よって行われる。LTPピッチ遅れ時間の値は、一定の
音声信号パルスの発生から同じパルスが再発生する瞬間
までの遅延時間である。検出された信号の基本周波数
は、LTPピッチ遅れ時間の逆数として得られる。
【0038】例えば、CELP音声符復号器などの、L
TP技術を利用する幾つかの音声符復号器において、L
TPピッチ遅れ時間は、始めにいわゆる開ループ法を、
次にいわゆる閉ループ法を用いて、2段階で探される。
開ループ法の目的は、例えば式(4)と関連して説明し
た自己相関法などの柔軟な数学的方法を用いて、分析さ
れるべき音声フレームのLPC分析32のLPC残留信
号322からLTPピッチ遅れ時間についての整数推定
値dを発見することである。開ループ法では、LTPピ
ッチ遅れ時間の計算精度は、音声信号をモデル化するの
に使用されるサンプリング周波数に依存する。それは、
音声の質については十分に精密なLTPピッチ遅れ時間
を得るにはしばしば低すぎる(例えば、8kHz)。こ
の問題を解決するためにいわゆる閉ループ法が開発され
ており、その目的は、オーバーサンプリング(over-sam
pling)を使用して、開ループ法により発見されたLTP
ピッチ遅れ時間の値の付近にLTPピッチ遅れ時間のよ
り精密な値を探すことである。従来公知の音声符復号器
では、(いわゆる整数の精度でLTPピッチ遅れ時間の
値を探すに過ぎない)開ループ法が使用されるか、或い
は、それと組み合わせて固定オーバーサンプリング係数
を使用する閉ループ法をも使用する。例えば、オーバー
サンプリング係数3を使用する場合には、LTPピッチ
遅れ時間の値を3倍も精密に見いだすことができる(い
わゆる1/3精度)。この方法の実例が出版物:ICA
SSP−90報告の第661−664頁のピーター・ク
ローン及びビシュヌ・S.アタルによる「時間分解能の
高いピッチ予測器」(Peter Kroon & Bishnu S. Atal "
Pitch Predictors with High Temporal Resolution" Pr
oc of ICASSP-90 pages 661-664 )に解説されている。
【0039】音声合成では、音声信号の基本周波数特性
を表現するために必要な精度は本質的にその音声信号に
依存する。それ故に、多くのレベルで音声信号をモデル
化する周波数を計算し表現するために使用される精度
(ビットの数)をその音声信号の関数として調整するこ
とが好ましいのである。例えば、音声のエネルギー含有
量或いは有声/トーンレス判定のような選択基準が、図
4との関連で励起コードブック60〜60''' を選択す
るために使用されたのと同じように使用される。
【0040】音声パラメータ・ビット392を作る本発
明の可変レート音声符号器は、LTPピッチ遅れの整数
部分d(開ループ利得)を発見するために開ループLT
P分析34を使用し、LTPピッチ遅れの端数(小数)
部分を探すために閉ループLTP分析35を使用する。
開ループLTP分析34と、LPC分析に使用される性
能(フィルタ次数)と、反射係数とに基づいて、LTP
ピッチ遅れの小数部分を探すために使用されるアルゴリ
ズムについての決定も行われる。この決定もパラメータ
選択ブロック38で行われる。図7は、LTPパラメー
タを探すのに使われる精度の見地から、パラメータ選択
ブロック38内の機能を示す。その選択は、好適には、
開ループLTP利得341の決定に基づいている。論理
ユニット71における選択基準として、図5(A)〜
(C)と関連して説明した適応限界値と同様の基準を使
用することが可能である。この様にして、LTPピッチ
遅れTの計算に使用されるべき表1の通りのアルゴリズ
ム選択表を作成することが可能であり、その選択表に基
づいて、基本周波数(LTPピッチ遅れ)を表現し計算
するために使用される精度が決定される。
【0041】LPC分析32のために必要なLPCフィ
ルタの次数331もまた、音声信号と該信号のエネルギ
ー分布とに関する重要な情報を与える。LPCパラメー
タ32の計算に使われるモデル次数331の選択のため
に、例えば前に言及したアカイケ情報基準 (AIC)又はリ
サネンの最小記述長(MDL) 法が使用される。LPC分析
32で使用されるべきモデル次数331はLPCモデル
選択ユニット33で選択される。エネルギー分布が一様
な信号については、モデル化のために2段階LPC濾波
でもしばしば充分であるが、数個の共振周波数(フォル
マント周波数)を含んでいる有声信号については、例え
ば、10段のLPCモデル化が必要である。実例とし
て、表2を以下に掲げるが、この表は、LPC分析32
に使用されるフィルタのモデル次数331の関数として
LTPピッチ遅れ時間Tを計算するために使用されるオ
ーバーサンプリング係数を示す。
【表2】
【0042】LTP開ループ利得gの大きな値は、高度
に有声化された信号を表す。この場合、LTP分析のL
TPピッチ遅れ特性の値は、良好な音質を得るために、
高い精度で探されなければならない。この様に、LTP
利得341と、LPC合成で使用されるモデル次数33
1とに基づいて、表3を作成することができる。
【表3】
【0043】もし音声信号のスペクトル・エンベロープ
が低い周波数に集中しているならば、大きなオーバーサ
ンプリング係数を選択するのも得策である(周波数分布
は例えばLPCパラメータ33の反射係数RC1及びR
C2から得られる。図6(A)参照)。これを上記の他
の基準と組み合わせることもできる。オーバーサンプリ
ング係数72〜72''' 自体は、論理ユニット71から
得られる制御信号に基づいてスイッチ73によって選択
される。オーバーサンプリング係数72〜72''' は、
信号381と共に閉ループLTP分析35に転送され、
且つ信号383として励起計算ブロック39及びデータ
転送チャネルに転送される。表2及び3と関連する場合
のように、例えば2、3、及び6倍のオーバーサンプリ
ングが使用されるときには、LTPピッチ遅れの値は、
それに対応して、使用されるサンプリング間隔の1/
2、1/3、及び、1/6の精度で計算され得る。
【0044】閉ループLTP分析35では、LTPピッ
チ遅れTの端数(小数)値が論理ユニット71により決
定された精度で探される。LTPピッチ遅れTは、LP
C分析ブロック32により作られたLPC残留信号32
2と前の時間に使われた励起信号391との相関をとる
ことによって探される。前の励起信号391は、選択さ
れたオーバーサンプリング係数72〜72''' を用いて
補間される。最も正確な見積もりによって作られたLT
Pピッチ遅れの端数値が決定されると、それは、音声合
成に使用される他の可変レート音声パラメータ・ビット
392とともに音声符号器に転送される。
【0045】図3、図4、図5(A)〜(C)、図6
(A)〜(B)、及び、図7に、可変レート音声パラメ
ータ・ビット392を作る音声符号器の機能が詳しく示
されている。図8は、本発明の音声符号器の機能を機能
ブロック図で示す。図1に示されている従来公知の音声
符号器の場合と同様に、合成された音声信号 ss(n)は総
和ユニット18において音声信号 s(n) から差し引かれ
る。得られたエラー信号e(n) に、聴覚重み付けフィル
タ14によって重み付けされる。重み付けされたエラー
信号は可変レート・パラメータ生成ブロック80に送ら
れる。パラメータ生成ブロック80は上記の可変ビット
レート音声パラメータ・ビット392と励起信号とを計
算するために使用されるアルゴリズムを具備し、その中
からモード・セレクタ81はスイッチ84及び85を用
いて各音声フレームに最適の音声符号化モードを選択す
る。従って、各音声符号化モードのために別々のエラー
最小化ブロック82〜82''' があり、これらの最小化
ブロック82〜82''' は、予測生成ブロック83〜8
3''' のために、最適の励起パルス及び選択された精度
を有するその他の音声パラメータ392を計算する。予
測生成ブロック83〜83''' は、特に励起ベクトル6
1〜61''' を作成して、それを、選択された精度を有
する他の音声パラメータ392(例えばLPCパラメー
タ及びLTPパラメータ)とともに更にLTP+LPC
合成ブロック86に転送する。信号87は、データ転送
チャネルを通して受信装置に転送される音声パラメータ
(例えば可変レート音声パラメータ・ビット392と音
声符号化モード選択信号282及び283)を表す。パ
ラメータ生成ブロック80により生成された音声パラメ
ータ87に基づいて合成音声信号 ss(n)がLPC+LT
P合成ブロック86において生成される。音声パラメー
タ87はチャネル符号器(図示せず)に転送され、デー
タ転送チャネルに送られる。
【0046】図9は本発明の可変ビットレート音声符号
器99の構成を示す。生成ブロック90において、復号
器により受信された可変レート音声パラメータ392
は、信号382及び383により制御されて正しい予測
生成ブロック93〜93''' に送られる。信号382及
び383はLTP+LPC合成ブロック94にも転送さ
れる。この様に、信号282及び284は、データ転送
チャネルから受信された音声パラメータ・ビット392
にどの音声符号化モードが適用されるのかを定める。正
しい復号モードがモード・セレクタ91によって選択さ
れる。選択された予測発生ブロック93〜93''' は音
声パラメータ・ビット(それ自体が作った励起ベクトル
61〜61''' 、それが符号器から受け取ったLTPパ
ラメータ及びLPCパラメータ、及び、その他の音声符
号化パラメータ)をLTP+LPC合成ブロック94に
転送し、ここで実際の音声合成が信号382及び383
により定められた復号モードに特有の方法で実行され
る。最後に、得られた信号は、所望の音色を持つように
重み付けフィルタ95によって必要に応じて濾波され
る。合成音声信号 ss(n)が復号器の出力で得られる。
【0047】図10は本発明による移動局を示してお
り、それに本発明の音声符復号器が使用されている。マ
イクロホン101から到来する、送信されるべき音声信
号はA/D変換器102でサンプリングされ、音声符号
器103で音声符号化され、その後に、従来技術で知ら
れているように例えばチャネル符号化、インターリーブ
などの基本周波数信号の処理がブロック104で実行さ
れる。その後に、信号は無線周波数に変換されて、送信
装置105によりデュプレックス・フィルタDPLX及
びアンテナANTを用いて送信される。受信時には、図
9と関連して説明したブロック107での音声復号など
の、受信部の従来公知の機能が受信された信号に対して
実行され、音声がスピーカ108により再生される。
【0048】図11は本発明による通信システム110
を示しており、このシステムは、移動局111及び11
1’、基地局112(BTS、Base Transceiver Stati
on(基地送受信局)、基地局コントローラ113、移動
通信交換センタ(MSC、Mobile Switching Center
(移動交換センタ))114、通信網115及び11
6、及び、それらに直接に或いは端末装置(例えばコン
ピュータ118)を介して接続されているユーザ端末1
17及び118を具備している。本発明の情報転送シス
テム110では、移動局及びその他のユーザ端末11
7、118及び119は、通信網115及び116を介
して相互に接続されていて、図3、図4、図5(A)〜
(C)、及び図6〜図9と関連して解説した音声符号化
システムをデータ転送のために使用する。本発明の通信
システムは、低い平均データ転送容量を用いて移動局1
11、111’及びその他のユーザー端末117、11
8及び119の間で音声を転送することができるので、
効率が良い。これは無線接続を使用する移動局111、
111’との関係で特に好ましいけれども、例えば、コ
ンピュータ118が独立のマイクロホン及びスピーカ
(図示せず)を備えている場合には、本発明の音声符号
化方法を使用することは、例えば音声がインターネット
通信網を介してパケットフォーマットで転送されるとき
に、通信網に無駄な負担をかけない効率の良い方法であ
る。
【0049】以上、本発明の実施態様とその実施例の幾
つかとを解説した。本発明は上で解説した実施例の詳細
に限定されるものではなく、本発明の特徴から逸脱する
ことなく本発明を他の形で実施し得ることは当業者にと
っては明らかなことである。上で解説した実例は単なる
例と解されるべきであって、これらに限定をするものと
解されるべきではない。従って本発明を実施し使用する
可能性は特許請求の範囲によってのみ限定される。従っ
て、請求項により定義される本発明の種々の実施例は、
等価な実施例を含めて、本発明の範囲に含まれる。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、質が一様で平均ビット
レートの小さい可変ビットレートのデジタル音声符号化
方法および装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来公知のCELP符号器の構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】従来公知のCELP復号器の構成を示すブロッ
ク図である。
【図3】本発明の音声符号器の実施例の構成を示すブロ
ック図である。
【図4】コードブックを選択するときのパラメータ選択
ブロックの機能を示すブロック図である。
【図5】本発明の機能を説明するために使用される音声
信号の例を時間−振幅レベルで示し((A))、本発明
の実現に使用される適応限界値と上記音声信号の例の残
留エネルギーとを時間−dBレベルで示し((B))、
各音声フレームについて図5の(B)に基づいて選択さ
れ、音声信号をモデル化するために使用される励起コー
ドブック番号を示す((C))図である。
【図6】反射係数を計算することに基づく音声フレーム
分析を示し((A))、本発明の音声符号化方法に使用
される励起コードブック・ライブラリの構造を示す
((B))図である。
【図7】パラメータ選択ブロックの機能を基本周波数表
示精度の見地から示すブロック図である。
【図8】本発明の音声符号器の機能ブロック図である。
【図9】本発明の音声符号器に対応する音声復号器の構
成を示す図である。
【図10】本発明の音声符号器を利用する移動局を示す
図である。
【図11】本発明の通信システムを示す図である。
【符号の説明】
10…短時間LPC分析ブロック 11…LTP分析ブロック 12…LPC合成フィルタ 13…LTP合成フィルタ 14…(聴覚)重み付けフィルタ 18…総和ユニット 16…励起コードブック 15…励起ベクトル探索コントローラ 17…乗算ユニット 20…励起コードブック 21…乗算ユニット 22…長時間LTP合成フィルタ 24…LPC合成フィルタ 31…2段階LTP分析 32…線形LPC分析ブロック 33…LPCモデル次数選択ブロック 34…開ループLTP分析ブロック 35…閉ループLTP分析ブロック 38…パラメータ選択ブロック 39…励起コード計算ブロック 41…励起コードブック・ライブラリー 42…遅れ時間計算精度選択ブロック 44…適応限界値決定ブロック 45…比較ユニット 46…反射係数計算ブロック 47〜47''' …励起コードブックインデックス 52…残留エネルギー値 53、54、55…適応限界値 60…固定されたコードブック 60〜60''' …励起コードブック 62…励起パルス 71…論理ユニット 72〜72''' …オーバーサンプリング係数 80…可変レート・パラメータ生成ブロック 81…モード・セレクタ 82〜82''' …エラー最小化ブロック 83〜83''' …予測生成ブロック 84、85…スイッチ 86…LTP+LPC合成ブロック 87…音声パラメータ 90…生成ブロック 91…モード・セレクタ 93〜93''' …予測生成ブロック 94…LTP+LPC合成ブロック 95…重み付けフィルタ 99…可変ビットレート音声符号器 101…マイクロホン 102…A/D変換器 103…音声符号器 104…ブロック 105…送信装置 106…受信装置 107…ブロック 108…スピーカ 110…通信システム 111、111’…移動局 112…基地局 113…基地局コントローラ 114…移動通信交換センタ 115、116…通信網 117、118、119…ユーザー端末 282、28…音声符号化モード選択信号 301…音声信号 321…LPCパラメータ 322…LPC残留信号 331…LPCモデル次数(LPCフィルタの次数) 341…開ループLTP利得 342…LTPピッチ遅れ時間Tの整数部分d 351…LTP残留信号 382…励起コードブック選択インデックス 391…励起ベクトル 392…可変レート音声パラメータ・ビット RC1、RC2…反射係数 ss(n) …合成音声信号 DPLX…デュプレックス・フィルタ ANT…アンテナ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 音声信号(301)の符号化のために、 フレーム毎に音声符号化を行うために音声信号(30
    1)を音声フレームに分割し、 被験音声フレームを第1のタイムスロットにおいてモデ
    ル化するための複数の第1の予測パラメータ(321、
    322)を含む第1の生成物(321、322)を生成
    するために、前記被験音声フレームに対して第1の分析
    (10、32、33)を行い、 前記被験音声フレームを第2のタイムスロットにおいて
    モデル化するための複数の第2の予測パラメータ(34
    1、342、351)を含む第2の生成物(341、3
    42、351)を生成するために、前記被験音声フレー
    ムに対して第2の分析(11、31、34、35)を行
    い、 前記第1及び第2の予測パラメータ(321、322、
    341、342、351)はデジタル形で表現される音
    声符号化方法において、 前記第1の分析(10、32、33)及び前記第2の分
    析(11、31、34、35)で得られた前記第1及び
    第2の生成物(321、322、341、342、35
    1)に基づいて、前記第1の予測パラメータ(321、
    322、331)、前記第2の予測パラメータ(34
    1、342、351)、及び、これらの組み合わせのう
    ちの1つを表現するために使用されるビットの数を決定
    することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の分析(10、32、33)は
    短時間LPC分析(10、32、33)であり、前記第
    2の分析(11、31、34、35)は長時間LTP分
    析(11、31、34、35)であることを特徴とする
    請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 被験音声フレームをモデル化する前記第
    2の予測パラメータ(321、322、341)は励起
    ベクトル(61〜61''' )を含み、 前記第1の生成物及び前記第2の生成物(321、32
    2、341、342、351)は、前記第1のタイムス
    ロットにおいて被験音声フレームをモデル化するLPC
    パラメータ(321)と、前記第2のタイムスロットに
    おいて被験音声フレームをモデル化するLTP分析残留
    信号(351)とを含み、 前記被験音声フレームをモデル化するために使用される
    前記励起ベクトル(61〜61''' )を表現するために
    使用されるビットの数は前記LPCパラメータ(32
    1)及びLTP分析残留信号(351)に基づいて決定
    されることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の予測パラメータ(331、3
    41、342)はLTPピッチ遅れ時間を含み、 前記LPC分析には分析/合成フィルタ(10、12、
    32、39)が使用され、 利得係数(341)を有する開ループが前記LTP分析
    に使用され、 前記第1及び第2の予測パラメータ(321、322、
    331、341、342、351)を表現するために使
    用されるビットの数を決定する前に、前記LPC分析
    (32)に使用される分析/合成フィルタ(10、1
    2、32、39)のモデル次数(m)が決定され、 前記第1及び第2の予測パラメータ(321、322、
    331、341、342、351)を表現するために使
    用されるビットの数を決定する前に、該開ループにおけ
    る前記利得係数(341)が前記LTP分析(31、3
    4)において決定され、 前記被験音声フレームをモデル化する際に使用される前
    記LTPピッチ遅れ時間を計算するために使用される精
    度は、前記モデル次数(m)及び前記開ループにおける
    前記利得係数(341)に基づいて決定されることを特
    徴とする請求項1又は2の何れかに記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記第2の予測パラメータ(331、3
    41、342)を決定するときに、前記LTPピッチ遅
    れ時間をより高い精度で決定するために閉ループLTP
    分析(31、35、391)が使用されることを特徴と
    する請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 複数の通信手段(111、111’、1
    12、113、114、115、116、117、11
    8、119)を有し、該通信手段(111、111’、
    112、113、114、115、116、117、1
    18、119)間で通信接続を確立して情報を転送する
    ための通信システム(110)であって、前記通信手段
    (111、111’、112、113、114、11
    5、116、117、118、119)は音声符号器
    (103)を有し、前記音声符号器(103)は、更
    に、 フレーム毎に符号化を行うために音声信号(301)を
    音声フレームに分割するための手段と、 第1のタイムスロットにおける被験音声フレームをモデ
    ル化する第1の予測パラメータ(321、322)を含
    む第1の生成物(321、322)を生成するために、
    前記被験音声フレームに対して第1の分析(10、3
    2、33)を実行するための手段と、 第2のタイムスロットにおける被験音声フレームをモデ
    ル化する第2の予測パラメータ(341、342、35
    1)を含む第2の生成物(341、342、351)を
    生成するために、前記被験音声フレームに対して第2の
    分析(11、31、34、35)を実行するための手段
    と、 前記第1及び第2の予測パラメータ(321、322、
    341、342、351)をデジタル形で表現するため
    の手段とを有する通信システムにおいて、 前記音声符号器は更に、該第1の生成物(321、32
    2)及び該第2の生成物(341、342、351)に
    基づいて、前記第1の分析(10、32、33)及び前
    記第2の分析(11、31、34、35)の性能を分析
    するための手段(38、39、41、42、43、4
    4、45、46、48、71、73)を有し、 前記性能分析手段(38、39、41、42、43、4
    4、45、46、48、71、73)は、前記第1の予
    測パラメータ(321、322、331)、前記第2の
    予測パラメータ(341、342、351)、及び、そ
    れらの組み合わせのうちの1つを表現するために使用さ
    れるビットの数を決定するように構成されることを特徴
    とする通信システム。
  7. 【請求項7】 音声を転送するための手段(103、1
    04、105、DPLX、ANT、106、107)
    と、音声符号化を行う音声符号器(103)とを有する
    通信装置であって、該音声符号器(103)は、 フレーム毎に符号化を行うために音声信号(301)を
    音声フレームに分割するための手段と、 第1のタイムスロットにおいて被験音声フレームをモデ
    ル化する第1の予測パラメータ(321、322)を含
    む第1の生成物(321、322)を生成するために、
    前記被験音声フレームに対して第1の分析(10、3
    2、33)を実行するための手段と、 第2のタイムスロットにおいて被験音声フレームをモデ
    ル化する第2の予測パラメータ(341、342、35
    1)を含む第2の生成物(341、342、351)を
    生成するために、前記被験音声フレームに対して第2の
    分析(11、31、34、35)を実行するための手段
    と、 前記第1及び第2の予測パラメータ(321、322、
    341、342、351)をデジタル形で表現するため
    の手段とを有してなる通信装置において、 前記音声符号器は更に、前記第1の生成物(321、3
    22)及び前記第2の生成物(341、342、35
    1)に基づいて、該音声符号器(103)の前記第1の
    分析(10、32、33)及び前記第2の分析(11、
    31、34、35)の性能を分析するための手段(3
    8、39、41、42、43、44、45、46、4
    8、71、73)を有し、 前記性能分析手段(38、39、41、42、43、4
    4、45、46、48、71、73)は、前記第1の予
    測パラメータ(321、322、331)、前記第2の
    予測パラメータ(341、342、351)、及び、そ
    れらの組み合わせのうちの1つを表現するために使用さ
    れるビットの数を決定するように構成されることを特徴
    とする通信装置。
  8. 【請求項8】 フレーム毎に符号化を行うために音声信
    号(301)を音声フレームに分割するための手段と、 第1のタイムスロットにおいて被験音声フレームをモデ
    ル化する第1の予測パラメータ(321、322)を含
    む第1の生成物(321、322)を生成するために、
    前記被験音声フレームに対して第1の分析(10、3
    2、33)を実行するための手段と、 第2のタイムスロットにおいて被験音声フレームをモデ
    ル化する第2の予測パラメータ(341、342、35
    1)を含む第2の生成物(341、342、351)を
    生成するために、前記被験音声フレームに対して第2の
    分析(11、31、34、35)を実行するための手段
    と、 前記第1及び第2の予測パラメータ(321、322、
    341、342、351)をデジタル形で表現するため
    の手段とを有する音声符号器(103)において、 該音声符号器は更に、前記第1の生成物(321、32
    2)及び前記第2の生成物(341、342、351)
    に基づいて、該音声符号器(103)の前記第1の分析
    (10、32、33)及び前記第2の分析(11、3
    1、34、35)の性能を分析するための手段(38、
    39、41、42、43、44、45、46、48、7
    1、73)を有し;前記性能分析手段(38、39、4
    1、42、43、44、45、46、48、71、7
    3)は、前記第1の予測パラメータ(321、322、
    331)、前記第2の予測パラメータ(341、34
    2、351)、及びそれらの組み合わせのうちの1つを
    表現するために使用されるビットの数を決定することを
    特徴とする音声符号器。
  9. 【請求項9】 通信接続から音声を音声パラメータ(3
    92、382、383)の形で受信するための手段であ
    って、該音声パラメータ(392、382、383)
    は、第1のタイムスロットで音声をモデル化するための
    第1の予測パラメータ(321、322、331)と、
    第2のタイムスロットで音声をモデル化するための第2
    の予測パラメータ(341、392)とを含む、受信す
    るための手段と、 前記音声パラメータ(392、382、383)に基づ
    いて元の音声信号( s(n) )をモデル化する合成音声信
    号( ss(n))を生成するための生成手段(20、21、
    22、24、90、91、93〜93''' 、94、9
    5)とを有する音声符号器において、 前記生成手段(20、21、22、24、90、91、
    93〜93''' 、94、95)はモード・セレクタ(9
    1)を有し、 前記音声パラメータ(392、382、383)は情報
    パラメータ(382、383)を有し、 前記モード・セレクタ(91)は、前記情報パラメータ
    (382、383)に基づいて前記第1の予測パラメー
    タ(321、392)及び前記第2の予測パラメータ
    (34、392)について正しい音声復号モードを選択
    するように構成されることを特徴とする音声符号器。
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