JPS587699A - 部分自己相関係数の符号化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、音声の基本パラメータの一つである部分自
己相関係数の符号化方式に関する。

近年、音声を基本パラメータの組に分解して低ビツトレ
イトのディジタル信号として伝送し、受信側でこれらの
基本パラメータを用いて原音声を合成する音声分析合成
システムや、音声の基本パラメータを予めメモリに蓄積
し、必要なときにそれを読出して音声を合成する音声合
成装置が広く用いられるようになった。

この音声の基本パラメータの一つとして、音声信号波形
の近接したサンプル値間の相関を表わす部分自己相関係
数を用いた第１図に示す如き音声分析装置が知られてい
る（特公昭４９−１８００７）。これは音声信号入力端
子１に複数段の格子截遅延フィルタ２１＊’雪・・・を
縦続接続したもので、各段の遅延フィルタは次のように
構成される。

すなわち、３．４は入力端子であり、第１の入力端子３
への入力信号は遅延回路５によ＃）１サンプル間隔Ｔの
時間遅延された後、第１の乗算器６および第１の加算器
８に入力され、第２の入力端子４への入力信号は第２の
乗算器７および第２の加算器９に入力される。１０は遅
延回路５の出力信号と第２の入力端子４への入力信号と
の相関係数奢求める相関器で、第１．第２の乗算器６，
７はそれぞれの入力信号にこの相関係数を乗じる。そし
て、第１の加算器８は相関係数の符号に応じ遅延回路５
の出力信号と第２の乗算器７の出力信号との和または差
信号、つｔ＃）後方予測誤差信号を第１の出力端子１１
に送出し、また第２の加算器９は同様に第２の入力端子
４への入力信号と第１の乗算器６の出力信号との和また
は差信号、つまシ前方予測誤差信号を第２の出力端子１
２に送出する。

上記構成において、初段の遅延フィルタ２１の第１．第
２の入力端子３，４に音声信号入力端子１へのサンプリ
ングされた音声信号を共通に入力すれば、相関器ＩＱか
ら１次の部分自己相関係数に、が得られ、以下同様に第
１（（＝１．２．・・・＞Ｒの遅延フィルタｚｉ内の相
関器１０からｉ次の部分自己相関係数ｋｊが得られる。

すなわち、遅延フィルタ２１〜２ｎにおいては、後段に
移るにつれてＴ、２Ｔ、・・・ｎＴと、より大巻い時間
差に対応する部分自己相関係数が相関器１０かち得られ
ることになる。

ところで、このような部分自己相関係数を用いて音声分
析合成システムを構成するには、８〜１２＠の部分自己
相関係数のほかにピッチ周波数、振幅情報等の音声パラ
メータも必要であるが、これらはすべて伝送速度に応じ
たビット数に符号化する必要がおる。

例えば伝送速度を２．４ｋｂ／ａとするとき、２０１＠
Ｃ毎に各パラメータの値を更新するとすれば、４８ビツ
トで全ての音声／′＃ラメータを符号化せねばならない
。各音声パラメータのうちピッチ周波数と振幅情報の符
号化には通常１０〜１５ビ、ト程度必要であり、部分自
己相関係数に割当てられるビット数社せいぜい３８ビツ
トである。今、８個の部分自己相関係数を用いるとすｈ
ば、１つの部分自己相関係数に割当てられるビット数は
４〜５ビツトとなる。

部分自己相関係数は低次のものほど大きな情報を持って
おシ、従って低次の部分自己相関係数により多くのビッ
ト数を割当てた方が、よシ合成音声の品質が向上する。

さらに各部分自己相関係数はそのとシ得る値に偏りがあ
り、例えば第２図に１次から３次までの部分自己相関係
数の値と出現確率との関係を示したように、１次の部分
自己相関係数に１は＋１に近い値をとる確率が高く、２
次の部分自己相関係数に、は−１に近い値をとる確率が
高い。これらの点に着目して、部分自己相関係数に予め
ｔａｎｈ変換やｃｏ＠変換のような非線形変換を施して
から符号化を行なうことにより、合成音声の品質を同一
のビットレイトでより向上させることが知られている。

しかしながら、ｔａｎｈ変換やｅｏＩ変換といった非線
形変換をハードウェアで来現しようとすると、非常に複
雑な回路を必要とする。そのため従来でｌ−ｊ、ＲＯＭ
に非線形変換後の種々の値を蓄積しておき、ある値の非
線形変換を行なうときにはその値をＲＯＭのアドレスデ
ータとし、そのアドレスに蓄積されている非線形変換後
の値を読出す方法がとられていた。ところがこの方法で
も、例えば１０ビ、ト精度で得られた部分自己相関係数
を非線形変換した後、７ビツトで符号化するのに、２”
Ｘ７＝７１６８ビ、トものＲＯＭを必要とする。このた
め音声分析装置を１チツグのＬＳＩで構成することは困
難である。すなわち、上記の７にビット程度のＲＯＭを
含めた装置全体の回路規模は膨大なものとなるため、現
状では１チツグ化が困難であり、上記のＲＯＭだけを外
付けとする２チツプ構成とせざるを得ない。

この発明の目的は、簡単な回路構成によってｔａｎｈ変
換等の非線形変換を行なった場合と同等の品質の合成音
声を得ることができる部分自己相関係数の符号化方式を
提供することにある。

この発明は、部分自己相関係数の符号化すべきＶペル範
囲を２以上の区分に分割し、出現確率の高い値を含む区
分はど量子化レベルが小さくなるように各区分をそれぞ
れ異なる量子化レベルで線形符号化することを特徴とし
ている。

すなわち、各区分内では線形符号化するが、その量子化
レベルを異ならせることで、全体としては部分自己相関
係数の出現分布に適合した非線形の符号化を行なうもの
である。

従って、この発明によれば非線形変換を行なったと同様
の効果が得られ、しかも非線形変換に必要なＲＯＭが不
要となるため、回路規模を大きく減少させることができ
る。

以下、この発明を実施例により具体的に説明する。

第３図は１次および２次の部分自己相関係数に１　ｅ　
ｋｌをこの発明に従い符号化する場合の量子化のビット
配分を示したものである。第２図に示したようにに１は
＋１に近い値をとる確率が極めて高く、−１に近づくに
つれてその確率は漸減し、−０，５以下の値となること
はほとんどない、そこでｋｌの符号化に当っては、−０
，ｓ以下の値は一律に−０，５とみなし、−〇、５〜＋
１のレベル範囲のみを符号化ｆる。

そして、このレベル範囲を例えば−０，５〜＋０．５．
＋０．５〜＋０．７５．＋０．７５〜＋１の３つの区分
ａ、ｂ、ｅに分割し、これらの各区分をａ、ｂ、ｅの順
で量子化レベルを順次小さくして線形符号化する。具体
的には例えば量子化レベル数をＳとしたとき、レベル範
囲が−０，５〜＋０．５の区分ａは５−３２、＋　０．
５〜＋　０．７５の区分すは５＝３２、＋０．７５〜＋
１の区分Ｃは５−６４として符号化を行なう。このよう
にすれば区分ａは６ピツト精度、区分すは８ビ。

ト精度、区分Ｃは９ビット精度で符号化されることにな
り、ｔａｎｈ変換と同勢の効果を得ることができる。

また、各区分の長さく区分内の最大値から最小値を引い
た値）ｌは、区分ａではＪ　＝　０．５−（−０，，５
）−１、区分すではノ＝　０．７５−０．５＝０．２５
　、区分Ｃではｌ　−１−０，７５＝　０．２５でＴｏ
Ｆ）、ＢＩ３つまり各区分の長さ！の逆数と各区分内の
量子化レベル数Ｓとの積はいずれも２０倍数となってい
る。このようにすると各区分ａ、ｂ、ｃの量子化精度は
上述のように整数となるため、符号化に際し語長の丸め
などの処理が不要となる。

符号化回路に与えられる部分自己相関係数は、一般に２
の補数で２過表現されている。その場合、部分自己相関
係数をそのまま符号化してもよいが、適当なバイアス値
を予め加えてから符号化することが望ましい。

第４図はに１にバイアス値として−０，５を加え（ｋｌ
−０，５）とした場合のこの発明に基く符号化方式を説
明するための図で、（ｋｔ　−０，５）はｔｆｉ　（１
−ｍ　ｇなる２の補数の２進データとして表現されてい
る。ｍ・ｉｊ　ＭＳＢＸｍ・ハＬＳＢ　ｆある。ここで
、符号化出力データをｘｏ−ｉｓとすると、区分ａを量
子化レベル数８−３２として符号化することは、ＭＳＢ
であるＸ・とＬＳＢであるＸ・とを”０″とし、ＸＩ〜
ｘＩに破線で囲むｍ０〜ｆｆ１Ｂを用いることに相当す
る。同様に区分すを５−３２として符号化することは、
ｘ・＝′″０”、ｚ、＝＠ｌ’とし、”ｌ　〜ＸＩに破
線で囲むｍＢ”””ｍマを用いることに相当し、また区
分ａ　ｔ−８＝　６４として符号化することは、ｘ　、
　＝＠　１　＃とし、ｘ１〜ｘ・にｌ１１ｇ’＝Ｉ！１
−を用いることに相当する。

第５図は第４図に示した符号化処理を実行する符号化回
路の構成例を示したものである。第５図において節回路
Ｇ、〜Ｇ、よシなる第１のダート回路５１と、に０回路
Ｇ・〜ＧＫ。よりなる第２のダート回路５２とは、ＯＲ
回路ＧＫｌ〜Ｇ１８よりなる論理和グロ、り５３と共に
５ビ。

トのデータセレクタを構成している。すなわち、第１の
ダート回路５１はデータｍｏにより制御され、入力され
るデータｍ１〜ｍ勝をｍｏ＝”１ｍのときにのみ論理和
グロック５３に導く、また、第２の？−）回路５２はデ
ータｍ・を反転するインバータ■１の出力によυ制御さ
れ、入力されるデータ１！１ｇ−１１１１をｍゆ＝″″
０１のときのみ論理和グロ、り５３に導く、論理和グロ
、り５３は第１．第２＋７１１”−）回路５１，５２よ
り人力される各５個のデータの論理和をデータｘ１〜ｘ
１として出力する。従って、ｍ・＝″′１”のときには
ｍ１〜ｍ膠が、またｍ、＝＠Ｑ′のときにはｆｆ１３〜
ｍｙがＸ１＝ｘｓとして出力されることになる。

また−回路Ｇ１＠はイン１４−タＩｌの出力により制御
され、入力されるデータｍｚをｍｏ＝′０″のときにの
みデータＸＱ　として出力する。

一方、ＯＲ回路Ｇ１７はｒ−タｍ！を反転するインバー
タＩ、の出力とデータｍ−との論理和をとり、ＡＮＤ回
路ＣｔＳはインバータ１１の出力により制御され、ｎ１
６＝”ｏ’のときにのみＯＲ回路Ｇ、γの出力をデータ
１Ｘ６として出力する。

こうして第４図で説明した通りの符号化処理が達成され
ることになる。第５図に示した符号化回路は、例えばＮ
ＭＯＳで構成する場合、５８素子で実現でき、８個の部
分自己相関係数に１〜に、の符号化に個別の符号化回路
を用いだとしても、従来の非線形変換をＲＯＭで実現す
る場合と比べて１／１０以下のはるかに少ない素子数で
実現できる。従って、音声分析装置全体を１チツプ化す
ることも可能となる。

さらに、上記実施例によれば部分自己相関係数にバイア
ス値を加えてから符号化を行な、うことにより、データ
セレクタに導かれない上位ビットのデータの変化を少な
くして、符号化回路の構成をより簡単化することができ
る利点がある。

なお、前述のようＫして得られた符号化出力データＸ　
（１”　Ｘ・から元の部分自己相関係数ｋｌを復元する
には、次のようにすればよい。

すなわちｘｏ＝＠１”のときにはｍ・〜ｍｌを”００１
″とし、ｍｌ　”ｍｌとしてＸｌ”Ｘ＠をそのｉｔとる
。またＩ・ｍ　＠Ｑ　’のときにはｍ　６　”’−ｍ　
！を”ｏｏｏ″とし、ｆｆ１　Ｂ　−ｍ　ｙとしてＸ１
＝Ｉｉをそのままとる。さらにＸ６＝“０″。

ｘ６：＝”ｏ’のときにはｍ６＝＠ｌ”とし、ｍｌ〜ｍ
、としてＸ１＝ｘ３の値をそのままとる。

そしてこのようにして得られたｍ・〜ｍγに、符号化前
に加えられたバイアス値−〇、５を除去すべ（＋０．５
を加える。この結果、ｋｌのレベル範囲が−０，５〜＋
０，５の区分１は６ピツト精度、＋０．５〜＋０．７５
の区分すは８ビット精度、＋０．７５〜＋１の区分Ｃは
９ビット精度でそれぞれ復元される。すなわち、この発
明によればｔａｎｈ変換のような非線形変換を行なった
場合と同様、部分自己相関係数の出現確率の高い範囲を
より精度よく復元でき、高品質の合成音声を再生するこ
とができる。

上記の例では１次の部分自己相関係数ｋｌを３つの区分
に分割して符号化する場合を説明したが、分割数は２以
上であればいくつでもよい。

例えば第３躬の下側には、２次の部分自己相関係数に２
をレベル範囲が−１〜−０，５の区分ｅと、−０，５〜
＋０５の区分子との２つの区分に分割し、”＋ｆを共に
量子化レベル数３２として線形符号化する様子を示して
いる。この場合には、量子化ビット数６ビツトに対し、
区分・を７ビツト精度で符号化することができる。

一般に、部分自己相関係数は次数の低いものほど合成音
声の品質に及ばず影響が大きく、その出現確率分布の偏
りも顕著である。従って、１次の部分自己相関係数ｋｉ
のレベル範囲の分割数ｆ　（ｋｓ　）は、 ｆｚ　（ｋｉ　）≧ｆ　（ｋｊ　’） 但しｉ＜ｊ とするのが適当である。

【図面の簡単な説明】

第１図は部分自己相関係数を抽出する音声分析装置の構
成例を示す図、第２図は部分自己相関係数の出現確率分
布を示す図、第３図及び第４図はこの発明の一実施例に
係る符号化処理を説明するだめの図、第５図はその符号
化処理を実行する符号化回路構成例を示す図である。 ５１・・・第１のダート回路、５２・−・第２のｒ−ト
回路、５３・・・論理和！ロック。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　部分自己相関係数の符号化に際し、符号化す
   べきレベル範囲を２以上の区分に分割し、出現確率の高
   い値を含む区分はど量子化レベルが小さくなるように各
   区分をそれぞれ異なる量子化レベルで線形符号化するこ
   とを特徴とする部分自己相関係数の符号化方式。
2. （２）部分自己相関係数の各区分の量子化レベルを、各
   区分の長さの逆数と各区分の量子化レベル数との積が２
   の倍数となる関係に選ぶことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の部分自己相関係数の符号化方式。
3. （３）部分自己相関係数に予め所定のバイアス値を加え
   て符号化を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の部分自己相関係数の符号化方式。