JPH1031500A

JPH1031500A - 可変レート符号化方法および可変レート符号化装置

Info

Publication number: JPH1031500A
Application number: JP8184537A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tsuzaki; 実津▲崎▼; Hidenori Kawahara; 英紀河原
Original assignee: ATR NINGEN JOHO TSUSHIN KENKYU; ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: ATR NINGEN JOHO TSUSHIN KENKYU; ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】定常部に続く周期部を圧縮し、異種情報を挿
入して伝送できるような可変レート符号化方法および可
変レート符号化装置を提供する。【解決手段】音声入力波形をＡ／Ｄ変換器１でディジ
タル信号に変換して波形バッファ２にストアするととも
に、事象検出部３に与え、オン検出部３４によって事象
の遷移部の立上がりを検出し、周期性検出部３５で定常
部の周期性を検出するとともにスペクトル包絡検出部３
６で定常部のスペクトル包絡を検出し、オフ検出部３７
で事象のオフを検出する。波形バッファ２にストアした
ディジタル信号をＡＤＰＣＭ符号化部４１によって符号
化し、遷移部の波形レベルをコピーして伝送路に転送
し、周期発振定義部４２で周期発振パラメータを伝送
し、修正命令生成部４３でパラメータの修正を行ない、
オフ命令生成部４４でオフ命令を伝送する。再生部では
波形再生部７１が遷移部波形レベルのコピーに従って元
の遷移部を再現し、周期発振定義部７２は周期発振パラ
メータにより発振器７３から定常部を発振させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は可変レート符号化
方法および可変レート符号化装置に関し、特に、音声信
号のように知覚系の時間揺らぎを検出して事象駆動型に
信号を符号化するような可変レート符号化方法および可
変レート符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声における知覚的特性としての聴覚情
報は、１次音源の位置で音源操作の時間順序という形に
よって与えられ、事象の性質を持つ。たとえば、音声を
聞いているという状況では、人（あるいは声帯）という
対象の存在が重要なのではなく、その対象がどのように
変化しているかという事象の内容が重要となってくる。

【０００３】音声信号を時間分割してコード化する場
合、ＰＣＭ方式のような固定サンプリング方法を採用す
ることを想定すると、分割は必ず通過周波数帯域の制限
につながる。また、この場合、本来信号のない区間につ
いても、無信号区間である情報を伝送する必要があるた
め、そのチャネルを占有してしまうことになる。

【０００４】そこで、無信号区間に別のチャネルのパケ
ットを埋込む方法も考えられる。しかし、この場合、送
受信者の知覚的特性を考慮することなく、別チャネルか
らのパケットサイズに対する制約を決定すると、再現さ
れた事象間の時間間隔が入力とは決定的に異なるタイミ
ングとなってしまう危険性がある。つまり、無信号区間
は、その区間だけに着目した場合には、情報を持たない
かもしれないが、事象間の時間関係として重要な情報を
運んでいることが多いにもかかわらず、これに対する再
現性が考慮されないことになる。

【０００５】単純な解決策としては、送受信者の知覚的
時間分解能の限界を超えるまでパケットサイズを小さく
することが考えられる。しかし、この場合、たとえば人
間の周波数弁別しきい値が最小２μｓに相当することな
どを考えると制約が大き過ぎる。

【０００６】符号化方式の一例として、可変サンプリン
グ音声符号化方式（ＡＤＰＣＭ）があるが、この方式で
は、入力信号の主要な周波数帯域に依存して適応的にサ
ンプリング周波数を選択していく方法がとられている。
すなわち、入力信号は一旦時間軸上でフレームに分割さ
れ、各フレームごとにサンプリング周波数の低域に伴う
歪みがある基準値を満たす範囲で最も低いサンプリング
周波数を選択する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方式では、知覚的事象検出機構がないため、フレームへ
の分割は予め決められた固定長に従って行なわれる。し
たがって、フレームの繋ぎ目は定常的な事象の中間にも
起こり得る。このような点における時間的なぶれの検出
は、知覚系にとっては容易であり、仮にこの方式による
情報圧縮により伝送系に別のパケットを割込ませること
ができたとしても、各フレームの間の時間間隔はインタ
ーロックしていなければならないことになる。出力前段
にバッファを設け誤り訂正をかけることによって、この
問題をある程度は改善可能であるが、それでも割込可能
なパケットサイズがこのような微細構造のずれの検出感
度に相当するオーダであり、制約が大きい。

【０００８】この制約を無視すると、微細構造レベルで
の出力の歪みだけでなく、タイミング領域での歪みも生
じることになるが、この方式ではそれをどう整形するか
についての指針は与えられていない。

【０００９】また、適応的にサンプリング周波数が可変
とはなっているが、これも事前に用意されたセットの中
から選択する方式であるため、きめの細かい制御が必要
な場合は並列動作するサンプリング部を多数必要とする
こととなる。

【００１０】上述のような問題点は、この方式が可変サ
ンプリングに伴う符号化誤りをある値以下に押し込める
という基本的な考え方に立っているからである。したが
って、伝送経路の帯域幅の制限により、一旦このしきい
値以上に誤りが増大した場合は微細構造が極端に破壊さ
れた聴覚系にとってはまったく異質のオブジェクトが完
成されてしまうことになる。

【００１１】それゆえに、この発明の主たる目的は、定
常部に続く周期部を圧縮し、異種情報を挿入して転送で
きるような可変レート符号化方法および可変レート符号
化装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
入力された事象の時間揺らぎを考慮して符号化する可変
レート符号化方法であって、入力された事象の遷移部を
検出し、検出した遷移部に続く定常部の周期性を検出
し、周期性が検出されたことに応じてその周期性を圧縮
し、圧縮した定常部に異種情報を挿入する。

【００１３】請求項２に係る発明では、再生側におい
て、事象の遷移部を複写し、遷移部に続く定常部に周期
性のパラメータに基づいて周期性を再現する。

【００１４】請求項３に係る発明は、入力された事象の
時間揺らぎを考慮して符号化する可変レート符号化装置
であって、入力された事象の遷移部を検出する遷移検出
手段と、検出された遷移部に続く定常部の周期性を検出
する周期性検出手段と、周期性が検出されたことに応じ
て周期発振のためのパラメータを定義する周期発振定義
手段と、パラメータが定義されたことに応じて異種情報
を挿入するための異種情報挿入手段とを備えて構成され
る。

【００１５】請求項４に係る発明では、請求項３の遷移
検出手段は入力された事象の開始を検出する。

【００１６】請求項５に係る発明では、さらに入力され
た事象の終了を検出する終了検出手段を含み、異種情報
挿入手段は周期性が検出された後、終了が検出されるま
でまたは事象終了後に次の事象が検出されるまで異種情
報を挿入する。

【００１７】請求項６に係る発明では、さらに検出され
た遷移部を複写して元の事象の開始部分を再生する波形
再生手段と、定義されたパラメータに基づいて事象の開
始部分に従って周期性を再現する周期性再現手段とを備
えて構成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１および図２はこの発明の原理
を説明するための図である。

【００１９】この発明では、物理世界において事象間の
周期に基づく情報であっても、生体がそれを処理するに
あたり異なる機構を使っていることに注目する。すなわ
ち、周期が短く周期性の存在が知覚的に定常な振動の存
在（音の世界でいうピッチの感覚）として知覚される融
合領域と、周期が長く周期性の存在はあくまでも周期的
な事象の到来として知覚されるタイミング領域の２つが
あり、その間に処理機構の転換が行なわれる。すなわ
ち、たとえば、ＨＬＨ，ＨＬＨ，…と繰返す２つの音Ｈ
とＬはその周波数の分離の程度が大きいほどそれぞれ独
立した２つの音脈、すなわち２つの別の音源から到来す
る音として聞かれやすい。これはミクロな意味での周期
性の存在、すなわちピッチの存在がその背後にある音源
の違いを教えていると見ることができる。その一方で、
ＨとＨの間、ＬとＬの間の周期性も安定した知覚像の構
築にとって必要となる。これはマクロなレベルに存在す
る周期性、すなわちタイミングの領域として知覚される
周期性である。

【００２０】上述のごとく、融合領域とタイミング領域
の間に処理機構の転換が行なわれるが、この転換点には
融合領域とタイミング領域のそれぞれと比べて時間的変
動に対する感度が相対的に低下していることに着目す
る。

【００２１】図１においてｔ１〜ｔ４はそれぞれ各事象
の転換点を示している。事象は図２に示すように、波形
の立上がり部分である遷移部と、それに続く定常部とか
らなっている。転換点における弁別しきいに基づいて割
込可能なパケットの時間軸占有サイズは図１（ｂ）に示
すΔＴがこれに相当する。また、ｔ₂，ｔ₃が時間変動
に関する感度の低下が期待できる時間間隔となる。再生
された出力信号における時間間隔ｔ₂，ｔ₃はその間に
挿入されるパケットの存在によって、最大ΔＴだけ入力
信号におけるそれよりも変動するが、これはｔ₂，ｔ₃
に対しては検出しきい内にとどまる。一方、たとえば入
力時間間隔ｔ₁，ｔ₃に対する出力時間間隔ｔ₁，ｔ₃
は絶対値としては同様にΔＴだけ変動が加わっている
が、現時間間隔に対する相対値としては小さくなってお
り、検出されにくくなる。

【００２２】図３はこの発明の一実施形態を示す概略ブ
ロック図である。図３において、入力音声波形はＡ／Ｄ
変換器１に入力されてディジタル信号に変換され、この
ディジタル信号は波形バッファ２にストアされるととも
に、事象検出部３に入力される。事象検出部３は聴覚フ
ィルタバンク３１と聴神経発火モデル３２と位相同期積
分部３３とオン検出部３４と周期性検出部３５とスペク
トル包絡検出部３６とオフ検出部３７とを含む。聴覚フ
ィルタバンク３１と聴神経発火モデル３２と位相同期積
分部３３は聴覚系の末梢系の表現モデルを構成してお
り、これらの一連の処理によりディジタル信号は周波数
部位再現性をもつ多チャンネルの神経発火間隔パターン
として表現される。位相同期積分部３３の積分で必要な
窓幅は４０ｍｓｅｃ（−３５〜＋５ｍｓｅｃ）とする。

【００２３】上述の神経発火間隔パターンとしての表現
に基づいて、オン検出部３４は事象の開始（オン）を検
出し、周期性検出部３５は事象の周期性の程度を検出
し、スペクトル包絡検出部３６は周期性がある場合の周
期とスペクトル関係を検出し、オフ検出部３７は事象の
終了を検出する。また、波形バッファ２にストアされた
ディジタル信号に対して符号化部４に含まれるＡＤＰＣ
Ｍ符号化部４１によってサンプリング音声符号化が行な
われる。符号化部４はさらに周期発振定義部４２と修正
命令生成部４３とオフ命令生成部４４とを含む。オン検
出部３４によってオンが検出された場合、ＡＤＰＣＭ符
号化部４１はその後に周期性が検出されるまで伝送経路
に入力波形のコピー情報を流す。周期発振定義部４２は
周期性検出部１５によって周期性が確立したと判定され
た時点で定常発振を定義するパラメータへ切換え、基本
周期とスペクトル情報を伝送経路に出力する。

【００２４】この時点で、オフ検出部３７が定常発振の
オフを検出するかあるいは次のオンが到来するまで伝送
経路には異種情報のパケットを流すことが許される。

【００２５】一方、遅延発生カウント部５と異種パケッ
ト挿入制御部６とが設けられており、遅延発生カウント
部５はパケットを何回遅延しなければならないかを計数
する。異種パケット挿入制御部６は挿入するパケット数
が遅延発生カウント部５によって数えられて過去に遷移
部を遅延した回数が５０％以下になるように制御する。
その際に挿入されるパケットの時間軸上の占有サイズは
聴覚系における周期性逸脱感度が悪くなる６０ｍｓｅｃ
でもしきい値相当の１５ｍｓｅｃ以内という制約を設け
る。

【００２６】周期性検出部３５は異種パケットが送られ
ている間も信号の周期性を常に監視し、パラメータとし
て送られた値から基本周期では５％，スペクトル情報で
は１０ｄＢ以上の誤差が生じた場合に修正要請の信号を
修正命令生成部４３に与える。応じて、修正命令生成部
４３はパラメータを修正する。そして、オフ検出部３７
がオフを検出すると、オフ命令生成部４４は定常発振に
対する中止命令を発する。

【００２７】一方、再生部７は波形再生部７１と周期発
振定義部７２と発振器７３とを含む。波形再生部７１は
事象冒頭の遷移部に対応する波形コピーの情報をそのま
まＤ／Ａ変換して出力する。定常部については、周期発
振定義部７２が伝送されてきたパラメータに従って図１
（ｃ）に示すように再合成を行ない、発振器７３がその
定義に従って周期発振を行なう。なお、定常部パラメー
タの修正要請信号を受けた場合、瞬時のパラメータ修正
は行なわず、５０ｍｓｅｃ時定数とするローパス特性を
持たせた変化とされる。

【００２８】上述のごとく、この実施形態では、音声入
力波形をディジタル信号に変換し、オン検出部３４によ
って遷移部の立上がりを検出し、周期性検出部３５によ
って定常部の周期性を検出し、スペクトル包絡検出部３
６によってスペクトル包絡を検出し、周期発振定義部４
２によって周期発振を定義し、周期発振パラメータを出
力した後異種情報パケットを挿入し、オフ検出部３７に
よって事象のオフを検出したとき、オフ命令を発生し、
波形再生部７１では遷移部の波形レベルをコピーし、周
期発振定義部７２によって周期発振パラメータに従って
発振器７３によって定常部の発振を行なう元の音声波形
を再現することができる。

【００２９】なお、上述の実施形態では、異種パケット
挿入制御部６は、事象が終了するまで異種パケットを挿
入するようにしたが、これに限ることなく、事象が終了
した後、次の事象が検出されるまでの無信号区間に異種
パケットを挿入するようにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、入力
された事象の遷移部を検出し、検出した遷移部に続く定
常部の周期性を検出し、周期性が検出されたことに応じ
てその周期性を圧縮し、圧縮した定常部または無信号部
に異種情報を挿入するようにしたので、事象駆動型で符
号化を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理を説明するための波形図であ
る。

【図２】図１に示した事象の遷移部と定常部とを示す図
である。

【図３】この発明の実施形態における概略ブロック図で
ある。

【符号の説明】

１Ａ／Ｄ変換器２波形バッファ３事象検出部４符号化部５遅延発生カウント部６異種パケット挿入制御部７再生部３１聴覚フィルタバンク３２聴神経発火モデル３３位相同期積分部３４オン検出部３５周期性検出部３６スペクトル包絡検出部３７オフ検出部４１ＡＤＰＣＭ符号化部４２周期発振定義部４３修正命令生成部４４オフ命令生成部７１波形再生部７２周期発振定義部７３発振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された事象の時間揺らぎを考慮して
符号化する可変レート符号化方法であって、前記入力された事象の遷移部を検出し、前記検出した遷移部に続く定常部の周期性を検出し、周
期性が検出されたことに応じて、その周期性を圧縮し、前記圧縮した定常部に異種情報を挿入することを特徴と
する、可変レート符号化方法。
【請求項２】再生側において、前記事象の遷移部を複
写し、前記遷移部に続く定常部に周期性のパラメータに基づい
て周期性を再現することを特徴とする、請求項１の可変
レート符号化方法。
【請求項３】入力された事象の時間揺らぎを考慮して
符号化する可変レート符号化装置であって、前記入力された事象の遷移部を検出する遷移検出手段、前記遷移検出手段によって検出された遷移部に続く定常
部の周期性を検出する周期性検出手段、前記周期性検出手段によって周期性が検出されたことに
応じて、周期発振のためのパラメータを定義する周期発
振定義手段、および前記周期発振定義手段によってパラ
メータが定義されたことに応じて、異種情報を挿入する
ための異種情報挿入手段を備えた、可変レート符号化装
置。
【請求項４】前記遷移検出手段は、前記入力された事
象の開始を検出することを特徴とする、請求項３の可変
レート符号化装置。
【請求項５】さらに、前記入力された事象の終了を検
出する終了検出手段を含み、前記異種情報挿入手段は、前記周期性検出手段によって
周期性が検出された後、前記終了検出手段によって終了
が検出されるまで、または事象終了後に前記遷移検出手
段によって次の事象が検出されるまで前記異種情報を挿
入することを特徴とする、請求項３の可変レート符号化
装置。
【請求項６】さらに、前記遷移検出手段によって検出
された遷移部を複写して元の事象の開始部分を再生する
波形再生手段、および前記周期発振定義手段によって定
義されたパラメータに基づいて、前記事象の開始部分に
続いて周期性を再現する周期性再現手段を備えた、可変
レート符号化装置。