JPS60158499A - 音声情報処理方式 - 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】 く技術分野〉 本発明は適応デルタ変調（ＡＤＭ）による音声情報処理
方式に関するものである。

〈従来技術〉 適応デルタ父調（ＡＤＭ）方式は、ナイキヌトレ−１・
よりも十分小さく帯域制限された音声信０号に対して、
高品質の音声合成を可能とするものである。

しかし、低ビツトレートのＡＤＭでは、音声信号の隣接
するサンプル間の相関が小さい為に、一般に雑音が大き
く自然性・明瞭性に乏しく実用的な音質は得られなかっ
た。これは、急激な原波形の変化においつかないときに
生ずるオーバロード雑音（第１０図）、信号がゆっくり
変化する所で生ずるクラニュラーノイズ（第１１図）及
び原波形が急に平担になる所でのオーバシュー）（第１
２図）が原因であった。各図において、１０１は入力波
形、１０２は予測値を示している。

そこで従来、低ビツトレートでのＡＤＭの音質をＮくす
る為、上述したように入力信号の帯域を狭くし７たり、
リミッタにより入力信号の振幅を制限する等色々と工夫
されてきた。しかし、いずれの方式も明瞭性を犠牲にす
ることにより、音質の改良を行うものであり、結局、低
ビツトレートのＡＤＭでは、こもった音で了解性の悪い
ものか、明瞭性はあるが、ノイズが大きくて不快なもの
かのいずれかであった。

〈発明の目的〉 本発明は、一定区間毎（フレーム）の零交差回数により
そのフレームの入力信号を複数の種類に分類し、それぞ
れの種類において、ステップサイズの適応方法を変化さ
せるものである。本発明により、低ビツトレートでもノ
イズの少ない明瞭性に富んだ合成音を作成することが可
能となる。

〈実施例〉 本実施例において、例えば一定区間（フレーム）を１０
ｍ５　とし、そして各フレームの零交差回数（零レベル
を往復する回数）により、入力信号を以下の３種類に分
けるものとする。

もちろんこれは−例であり、他の分類、処理方法も可能
である。

［１，］零交差回数≦６回／フレーム 母音／Ｉ／、／Ｕ／、鼻子音／ｍ／、／’ｎ／。

有声破裂音のバスバー等、第１フぢルマントの低い周期
的波形がこの区間に属する。この区間の合成音のノイズ
は、入力信号がゆっくり変化する為、グラニュラ−ノイ
ズ（第１１図参照）が支配的となる。グラニュラ−ノイ
ズは周波数的にランダムとなる為、耳され９なものとな
る。

それに列し、オーバロード雑佳（第１ｏ図謬照）は、Ｍ
ｌ波数に関して人力信号に等しい成分を持ち、音声信号
と相関を持つひずみの為、音声エネルギーによってマス
クされ、ランダムなひずみよりも知覚されにくい１、 従って、ここでは入力信号の増減Ｋ　Ｚ、Ｊして、ステ
ップサイズの増減を緩やかにする様な適応を行なう。即
ち、ヌテノブサイズ増減の決定論理は、同符号が２ピン
ト連続し引き続き同符号が来れば、ステップサイズをＰ
倍（Ｐ＞１．）Ｌ、異符号が２ビツト連続し引き続き異
符号が来れば、１４倍する。ステップサイズの最大値は
、例えば次の零交差回数の関数で決定する。

ＳＭＡＸ（Ｚｃ　）−ａＸＺｃ”　、Ｚｃ≦６・・・・
（１）但し、式（１）において、Ｚｃはフレーム内の零
交差回数、ＳＭＡＸはステップサイズの最大値、ａは定
数である。

式（１）よりステップサイズの最大値は、零交差回数の
低い所では小さな値となる為、グラニュラ−゛ノイズは
解消されるが、オーバロート雑音が生じる。しかし、と
のオーバロード雑音は前述の様に、クラニュラーノイズ
程知覚」二間匙とならない。

また、零交差回数として、振幅上にある閾値を設定する
定レベル交差回数ケ用いると、周囲の定常騒音よりもこ
の閾値を高く設定することにより、無音区間での零交差
回数が非常に小畑な値となり、グラニュラ−ノイズが生
じない。

〔２］７回／フレーム≦零交差回数≦１３回／フ　［レ
ーム この区間は、音声を了解する為の情報が殆んど含まれて
おり、合成波形はできるだけ忠実に原波形を追従する必
要がある。この為、入力信号の変化に応じてステップサ
イズが早く変化する様な適応方法を取る。即ち、ステッ
プサイズ増減の決定論理は、同符号が来ればステップサ
イズをＰ倍し、異符号が来れば１／Ｐ倍する。ステップ
サイズの最大値は、式（１）において、−律にＳ　Ｍ　
Ａ　Ｘ（７）の近傍で設定する。

この区間の波形は急激に変化する為、生じるノイズはオ
ーバロード雑音（第１０図参照）が支配的となり、ステ
ップサイズの最大値を大きく取っても知覚上気になるノ
イズはあまり生じないが、第１２図に示す様なオーバシ
ュート（クリッピングひずみ）が生じる可能性がある。

従って、前記式（１）の定数ａの値は、この区間におけ
るノイズと明瞭性のトレードオフにより決定するとよい
。

３〕零交差回数≧１４回／フレーム この区間は、無声摩擦音に対応する部分であり、連続す
るサンプルの間に相関が少なく、原波形を追従すること
は不可能である。また、無声音は、有声音に比べ、かな
りランダムな波形を持っている。従って、故意にランダ
ムノイズを生じさせる様なステップサイズの適応方法を
取る。即ち、ステップサイズ増減の決定論理は、同符号
が来ればステップサイズをＰ倍し、異符号が中ピント連
続し引き続き異符号が来れは、１／Ｐ倍する。ステップ
サイズの最大値は、ノイズが気にならない程度に低く設
定する。例えば式（１）において、ＳＭＡＸ（３１と同
程度とする。

第１図に上記例を実行する具体的な符号器の回路構成図
を示す。

端子１に音声信号２が入力されると、零交差計数部３で
１フレーム（１０ｍＳＥＣ）の零交差回数が回数される
。零交差回数の計数が終了すると、その回数情報４がス
テップサイズ適応部１２に入力される。ステップサイズ
適応部１２では、Ｍ’２差回数に応じてステップサイズ
の適応方法を変化させる。

一方、アナログシフ１−レジスタ５では、ソのフレーム
の零交差回数の計数を終了するまで音声信号２　全１フ
レーム分遅延させる。コンパレータ７は、１フレ一ム時
間前の信号６と、積分器１６で局部復号されＤ／Ａ　変
換器１８によって変換されたアナログの帰還信号１９と
の振［１］比較を、サンプル間隔（８ＫｂｐｓのＡ　Ｄ
　Ｍで１２５μｓ）ごとに行ない、その差分信号８を出
力する。量子化器９は、差分信号８が正の時は“０゛、
負の時は“１”°の符号系列１０をステップサイズ適応
部１２に出力し、差分信号の極性符号（＋１ｏｒ−１）
１１を乗算器１４に出力する。

ステップサイズ適応部１２は、符号系列１０よリステッ
プサイズ１３を決定し、乗算器１４に供給する。乗算器
１４は、極性符号１１とステップサイズ１３を掛は合わ
せて、積分器１６に出力する。積分器】６は、乗算器１
４の出力１５を逐次債分することにより得られる局部復
号信号１７（デ、ｆジタル信号）をＤ／Ａ変換器１８に
出力し、局部復号信号１７は、Ｄ／Ａ変換器１８によっ
てアナログ信号に変換された後、アナログの帰還信号１
９としてコンパレータ７に供給される。

また、零交差計数部３かもの零交差回数情報４と、量子
化器９からの符号系列１０は、フォーマツタ２０によっ
て結合され、第２図の様なフォーマットのフレーム信号
系列２１として出力する。

即ち、零交差同一数の情報としては、１フレーム（１０
ｍＳＥＣ）につき４ビツト必要とする為、ザンプリング
周波数が８ＫＨｚのときビットレートとなる。

第３図はステップサイズ適応部１２の詳細を示すブロッ
ク図である。ＲＯＭ３７には、第４図の様な形で、アド
レス（番地）の示す各領域にステップサイズが格納され
ている。即ち、ここにはアドレスが１増加するとＰ倍，
１減少するとＩ／ｐ倍となるステップサイズが格納され
ている。ステップサイズ最大値決定器３８は、第５図に
示す様に、零交差回数とそれに対応するステップサイズ
の最大値を格納するＲＯＭ３７のアドレスをテーフ諏し
の型で持っており、零交差回数情報４が供給されると対
応するアドレス３９を出力する．まだ、零交差回数情報
４は、零交差分類部３３で数種類の段階に分類され、ス
テップサイズ増減の決定論理器３５は、その分類結果３
４にもとすいて、ステップサイズ増減の決定論理を変更
する。

一方、量子化器９からの出力（徊・号系列）１０は、シ
フトレジヌタ３１に入力される。決定論理器３５は、ン
フトレシヌタ３１の内容よりＲＯＭ３７のアドレス３６
を決定し、ステップサイズ１３を取り出す。

例えば、本例では、零交差回数が６回／フレーム以下の
とき、ステップサイズ増減の決定論理は、同符号が２ビ
ツト連続し引き続き同符号が来れば、ステップサイズを
Ｐ倍（　Ｒ　Ｏ　Ｍ　３　７のアドレスを１加算）し、
異符号が２ビツト連続し引き続き異符号が来れは、１／
１）倍（ＲＯＭ３７のアドレスを１減算）する。このと
きのＲＯＭ３７のアドレスの最小値は１、最大値は各零
交差回数に対応したステップサイズ最大値決定器３８の
出力、即ちアドレス３９の指定により決定される。

零交差回数が７回／フレーム以−ｈ、１３回／フレーム
以下のときは、同符号が来ればステップサイズヲＰ　倍
（　Ｒ　Ｏ　Ｍ　３　７のアドレスを１加算）し、異符
すが来れは柘〕倍（ＲＯＭ３７のアドレスを１１％＆Ｅ
＋：　）する。ステップサイズの通人ｆ直は、この区間
では例えば第５図の様に、最大値設定のために指定され
るＲ　ＯＭ　３７のアドレスは一律に３０番地で、３０
番地のテーブルが／１＜すア１−ルヌのヌテソブザイヌ
以上にはならない。

零ダ差回路が１４回／フレーム以七のときは、同符号が
来ればステップサイズを１９倍（ＲＯＭ３．７のア１−
レスを１加算）し、異符号か２ヒツ１一連続し引き続き
異符号が来れは】ｔＰ倍＜　１＜　ＯＭ　３７のアトル
ヌを１減算する。ステップサイズの最大値は例えば１０
番地として、ノイズが気にならない程度に低く設定して
いる。

第６図は本例による復号器の回路構成を示すブロック図
である。

第２図に図示する様な零交差回数情報４と符号系列】０
からなるフレーム信号４１が入力されると、先ずフレー
ムの零交差回数情報４がステップサイズ適応部４２に供
給され、ステップサイズの適応方法を変更する。続いて
符号系列１０が供給されると、符号器の場合と同様にし
て、ステップサイズ４３が決定され乗算器４６に串力烙
れる。

量子化器４４は、１÷ｊ号系列］Ｏが人力されると極性
符号４５（”１”のときは−１，“０゛のときは＋１）
を乗聯器４６に出力する。乗′Ｊ１−器４６は、ステッ
プサイズ４３と極性符号４６を掛は合わせて積分器４８
に出力し、積分器４８において乗算器４６の出力４７を
、逐次積分し、Ｄ／Ａ　変換器５０でアナログ信号に変
換した後、復号信号５１として出力する。

以」二の具体例は、フレームの入力信号について零交差
回数の計数を行ない、その計数値をそのフレーム自身の
変復調におけるステップサイズの適応に使用したもので
ある。

零交差回数の計数方法により、他に、入力信号のフレー
ムの零交差回数値をその次のフレームの変復調における
ステップサイズの適応に使用する。

あるいは、変復調器それぞれにおける予測信号について
フレーム内の零交差数を計数し、その計数値をその次の
フレームの変復調におけるステップサイズの適応に使用
する様にしてもよい。

」二記各具体例の内、音質・明瞭Ｖ（−はフレームの零
交差回数の計数値をそのフレーム自身のステップサイズ
の適応に使用する第１の具体例が最もすぐれているが、
能の第２．第３の具体例においても同１条な効果が得ら
れる。

第７図は第２の具体例における符号器の回路構成を示す
ものである。

第１の具体例（第１図）との相違は遅延用のアナロクシ
フトレシヌタ５が取り除かれていることである。他は同
様であり、第７図において、第１図と同一機能を有する
部分については、同一符号を付して示している。

第１図の具体例では、フレームの零交差回数の計数値を
そのフレームのステップサイズの適応に（１［する為、
アナログシフ１−レシヌタ５によって音声信号を１フレ
一ム分遅延させる必要があった。

しかし、第７図の本具体例では、１フレ一ム時間前の入
力信号の零交差回数の計数値をステップサイズの適応に
使用する為、入力信号を保持する必要がない。この為、
第２の具体例は第１図の具体例よりもハードウェア装置
の点ではｆｆｊｉ　ｔＰ、である。

復号器の構成としては第６図のものが使用し得る。

第８図は第３の具体例における符号器の回路構成を示す
。この具体例は、零交差回数の計数を、局部復号された
デ、Ｃシタル信号により行なっている点で他の第１．第
２の具体例と相違する。即ち積分器１６において、ステ
ップサイズ１３に極性符号１１を掛は合わせた値１５を
逐次積分することにより得られる局部復号信号１７（デ
、Ｃジタル信号）について、零交差回数値（デ、イジタ
ル）３で１フレームの零交差回数が計数され、ステップ
サイズ適応部１２に供給される。

第９図はこれに対応する復号器の回路構成である。復号
器においても符号器と同様局部復号信号４９について、
零交差計数部（ディジタル）５２で１フレームの零交差
回数が計数されるようにしてこれをステップサイズ適応
部４２に供給する。

上述の様に第３の具体例では　、第１、第２の具体例と
異なり、零交差回数の計数を入力信号でなく局部復号１
阿号（デ、ｆシタル信号）で行っている為、１１号器か
ら′ｇＪ号器に零交差回数の情報を送る必要がない。即
ち、復号器への入力信号５３は符号系列のみでよい。従
って、ビ・ノドレートンプリング周波数と等しくできる
利点がある（８Ｋ　Ｈ　ｚのとき８Ｋｂｐｓ　）。

なお、各具体例で示した各部分は、一般的なアナログ回
路およびデ（シタル回路によって容易に実現することが
出来るが、一方デ，イシタル回路部については、捷とめ
て、マイクロプロセッサ−によって実現することも可能
である。

〈発明の効果〉 以上のように本発明は、ＡＤＭを利用した方式にあって
、フレームの零交差回数情報によりメテソブサイズの適
応方法を変化させるものであり、低ビツトレートでもノ
イヌの少ない、明瞭性に冨んだ分析、合成が実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１具体例を示す符号器の回路構成図
　第２図は第１図による祠号器出力例を示す図、第３図
は第１図のステップ甘イヌ順応部の詳細を示すフロック
図、第４図は第３図のＲ　ＯＭＫおけるデータ例を示す
図、第５図は第３図のヌテッブサイズ最大値決定器にお
けるチーフル例を示す図、第６図は第１具体例の復号器
の回路構成図、第７図は第２具体例の符号器の回路構成
図、第８図は第３具体例の符号器の回路構成図、第９図
は第３具体例のイシ号器の回路構成図、第１０図はオー
バロード雑音を示す図、第１１図煮グラニュラーノイズ
を示す図、第１２図はオーバシューＩ−を示す図である
。 ３・零交差計数部、４・・零交差回数情報、９量子化器
、１０　符号系列、１２　ステップサイズ適応部、１３
・・ヌテップサイズ、３１　シヌ１−　ｖシスタ、３　
３　零交差分類部、３５・ヌテノブサイズ決定論理？．
Ｆｓ、３７・ＲＯＭ１３８・・最大値決定器、４２　ス
テップサイズ適応部、４４・・・量子化器。 一−； イ心理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第８図 第９図 第１Ｏグ 第１Ｉ　Ｉ７１ 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　符号系列に応じて適応的にステップサイズを変化
   させるものにおいて、一定区間（フレーム）毎に零交差
   回数を計数し、該零交差回数情報に従って前記ステップ
   サイズの適応法を変化することを特徴とする音声情報処
   理方式。 ２　前記零交差回数情報に応じて、前記ステップサイズ
   増減の緩急を変化することを特徴とする前記第１項記載
   の音声情報処理方式。 ３　前記零交差回数情報に応じて、前記ステップサイズ
   増減の緩急及びステップサイズの最大値を変化すること
   を特徴とする前記第１項記載の音声情報処理方式。