JPS6021100A - フイルタ回路 - Google Patents

フイルタ回路

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JPS6021100A
JPS6021100A JP58127804A JP12780483A JPS6021100A JP S6021100 A JPS6021100 A JP S6021100A JP 58127804 A JP58127804 A JP 58127804A JP 12780483 A JP12780483 A JP 12780483A JP S6021100 A JPS6021100 A JP S6021100A
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Japan
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circuit
filter
signal
stage
pitch
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JP58127804A
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文夫 杉山
誠 中村
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Toshiba Corp
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、1に声信号の分析、今生(=用いるフィル
タ回路(−関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
線形予測分析(Linear Predictive 
Coding以下LPCと略す。)の代表的な方式とし
て偏自己相関(PARCOR) l二よる音声分析合成
がある。このPAR−CORは実用的なLSI化が実現
されたことから、広い用途(二用いられている。しかし
、PARCORを実現する回路は、よく知られているよ
う(1複数段の格子形フィルタで構成され、本質的(二
乗算器を多数含むものである。これをLSI化の立場か
らとらえると、1gl路の複雑さ、装置の大型化となp
、LSI化する際に、非常に不都合があった。
〔発明の目的〕
この発明は、以上の欠点を除去し、回路構成が洋品であ
りながら音声信号の劣化が少ないフィルタ回路を提供す
ることを目的とする。
〔発明の概要〕
この発明は、偏自己相関を加える複数段から成る格子形
フィルタ回路おいて、音声信号のピッチ周期をめ、この
ピッチ周期とほぼ等しい区間(二対応する偏自己相関を
零と設定することを特徴とする。
〔発明の効果〕
この発明では、複数段から成る格子形フィルタを用いる
のであるから、回路は発振することもなく安定したもの
となる。更にピッチ周期とほぼ等しい区間だけ偏自己相
関を零とするのであるから格子形フィルタの多くの乗算
器が不要となる。更(二、全ての偏自己相関をめる必要
もないので、回路が非常に簡単(二なる。しかも音声再
生に寄与しない区間の偏自己相関を零にするのであるか
ら、再生音声信号のSハも良い。
〔発明の実施例〕
次にこの発明の一実施例を図面(=従って説明する。こ
の実施例は、符応予側符号化方式(AdaptiveP
redictive Coding )の送受信装置(
1関する。
まず、送信装置は第1図に示されるように、入力端子住
υにアナログ信号である音声信号が供給される。この入
力端子Iは、A/D変換器側の入力端子(二接続される
。A/D *換器a階の出力端子は、ピッチ抽出回路(
至)、第1のにパラメータ抽出回路(1歳第1の遅延回
路tLI、第2の遅延回路しυの入力端子と接続される
第2の遅延回路a1)の出力端子は、加算器(至)の一
つの入力端子と接続される。刀口鼻器(ハ)の出力端子
は、符号化回路(至)と接続される。符号化回路Vωの
出力端子は符号化回路シηの入力端子と接続される。
復号化回路Qηの出力端子は、予測フィルタ(至)の入
力端子0υに接続される。
予測フィルタ(ハ)は、可変遅延回路(至)を挾んで、
3段及び8段の遅延フィルタ並びにルロ算回路141)
よシ構成さAする。S’−n段(n=1〜81 M−1
、M。
M+1)の遅延フィルタは、21向の加算器(35an
)及び(35bn)、 2個の乗算器(37an)及び
(37bn)、遅延回路(39n)から成る。
加算器(35an)の入力端子は次段の遅延フィルタの
加算器(35a(n+1))の出力端子と接続される。
加算器(35an)の出力端子は前段の遅延フィルタの
加算器(35a(n−1) )の入力端子及び乗算器(
37an)の入力端子に接続される。乗算器(37a 
n )の出力端子は加算器(35bn)の一つの入力端
子に接続される。
加算器(35bn)のもう1つの入力端子(二は遅延回
路(39n)の出力端子が接続される。遅延回路(39
n)の入力端子(二は前段の加算器(35b(n−1)
)の出力端子が接続される。第n段の加算器(35bn
)の出力端子は、次段の遅延回路(39(n+1 ))
の入力端子(−接続される。但し、(M+1)段(=お
いては、加算器(35a (M+1 ))側から、加算
器(35b (M+1 ))側へ向か−う乗算器は不要
である。更に第(M−1)段の遅延フィルタにあ・ける
遅延回路(39(M−1))及び第8段の遅延フィルタ
(−おける加算器(35b8)の出力端子の間(−は、
可変遅延回路(至)が設けられている。
各段の遅延フィルタの乗算器(37bn)の出力端子は
、加昇回路(4υの入力端子に接続される。加算回路(
4Dの出力端子は、予測フィルタに)の出力端子であり
、加算器−の他のひとつの入力端子に接続される。又、
前述のピッチ抽出回路u51の出力端子は、可変遅延設
定回路(4謙の入力端子(=接続される。9袈遅延設定
回路(43の出力端子はl′IT&遅延回路e階の詞一
端子(二接続される。第lのにパラメータ抽出回路1′
i)の出力端子は第1乃至第8段の遅延フィルタの乗算
器(35al)乃至(35a8) 、 (35bl)乃
至(35b8)の倍数設定端子に接続される。弗1の遅
延回路状優の出力端子は、第2のにパラメータ抽出回路
(4四のひとつの入力端子に接続される。第2のにパラ
メータ抽出回路(4!9の他の入力端子(二は、可変遅
延設定回路(4″!jの出力端子が接続される。第20
にパラメータ抽出回路(ハ)の出力端子は、第(M−1
)段、第M段、第(M+1 )段の遅延フィルタの乗算
器(35a(M−1))乃至(35a(M+1)) 、
 (35b(M−1))乃至(35b(M+ 1 ) 
)の倍数設定端子に接続される。
可変遅延設定回路(4騰、第l及び第20にパラメータ
抽出回路α7)、(449の各出力端子は、符号化回路
(46a) 、 (46b)、 (46c) を介して
、又符号回路(ハ)の出力端子は、マルチプレクサ(4
7)の出力端子に接続される。マルチプレクサ(47)
の出力端子は、送信側の出力端子(ハ)に接続される。
次に、このような装置の動作(二ついて説明する。
入力音声信号は、A/D変換器は3(ニデイジタル信号
(二変換される。このディジタル信号を用いて、ピッチ
抽出回路(1りにおいてピッブー情報をめる。このピッ
チ抽出回路U最は、例えば、特開11857−1369
5号公報(二足されるような構成をとればよい。この構
成(二よると、ピッチ抽出回路−は、音声の線スペクト
ラムの間隔であるピッチ周波数f。を、コード信号等に
よシ出力する。
このコード信号が可変遅延設定回路(祷に供給されると
、ピッチ周波数f。から、入力音声信号のピッチ周期P
をめる。これは単(二、周波数を時間(−換算するだけ
でよい。更にこのピッチ周期P及びサンプリングタイム
Tから予測フィルタ内の段数Mをめる。周期8 K)l
zでサンプリングを行うので、T=125μsである。
したがってとなる。このMの値が可変遅延回路(至)及
び第2のにパラメータ抽出回路(4優に供給される。
一方、ディジタル化された音声信号は、第10にパラメ
ータ抽出回路α7)(二供給され、8次までのにパラメ
ータ民乃至馬がめられる。このにパラメータ抽出回路(
I7)は、例えば、特開昭56−138797号公報に
示されるように構成される。この回路V′?)は基本的
には8次の連立方程式を解くものであるが、M次(Mは
一般には )の連立方程式を解くよシも簡単であシ、回
路も非常(二簡単になる。又、第2のにパラメータ抽出
回路(回も、同様の構成であるが、M 1 e M 9
M + 1次のにパラメータのみをめるのが第1のにパ
ラメータ抽出回路面と相違する。但し、この第2のにパ
ラメータ抽出回路(4鴨での演算4ユ際し、Mの値がわ
かっていることが必要である。そこで、第1の遅延回路
性■での遅延時間D1をピッチ抽出回路ハ5)、OJ 
&遅延設定回路四において、Mをめるの(1要する時間
よシも大きい直と設定しておく。したがって、第2のに
パラメータ抽出回路(4均(=、ディジタル化された音
声信号が供給された時には既(二、Mの値が第2のにパ
ラメータ抽出回路(4ωに供給されている。
一方、第2の遅延回路12υ(二供給されたディジタル
化音声信号は、遅延時間D2だけ遅らされる。この遅延
時間D2は、第1及び第20にパラメータ抽出回路Uη
、(ハ)において、第1次乃至第8次のにパラメータ並
び(1弟(M−1)次、M次、(M+1)次のにパラメ
ータが全てまシ、予測フィルタ■に供給されるまでの時
間よp大きく設定する。このような遅延時間設定によp
、ディジタル化された音声信号が加A、器CJi二供給
された時には、Kパラメータの計算は全て終了している
加算回路(41)の出力(予11Jフィルタ(イ)の出
力)は、入力音声信号の予測値であり、加算器(2り(
−おい工入力音声信号から引かIする。よって、加算器
(23)の出力は残差1g号である。この残差信号は、
符号化回路(ハ)(二おいて量子化される。この量子化
は、符号化の一種であって、(ディジタル)信号をある
範囲ごと(二区分し、その各区分を数値等(二よって表
わすものである。
このよう(二得られた信号列は、伝送路等を介して受信
側(1送られる信号である。この信号は、送信側の予測
フィルタに)(二人力さオする前に、符号化を解かれる
。すなわち、復号化回路Q“0(二おいて、通常のディ
ジタル信号(二変換される。ここで注意することは、復
号化回路シηの出力は、後述するように、受信側で得ら
れる信号と同一であることである。復号化回路Qηの出
力を監視すれば、受信側で得られる信号(最終的≦1得
られる信号)を用いて送信側の制・御(Kパラメータの
設定等)を行うことになる。すると符号化回路(ハ)の
出力°は、量子化誤差が減少し、受信漕1の″信号、す
なわち再生音声のSINが向上する。
次;二予測フィルタ(ト)(二ついて説明する。この予
測フィルタ(へ)は、基本的(二は、カスケード接続さ
れた格子形フィルタである。特徴としては、可変遅延回
路(至)の存伍である。すなわち、第l乃至第(M+1
)段の格子形フィルタにおいて、第9段乃至第(M−2
)段の格子形フィルタのパラメータに9乃至K(M−2
)を全て零としたものである。この(の値は、前述のよ
うに、ピッチ抽出回路噌、可変遅延設定回路uにおいて
まる値であって、ピッチ周期に依存しているー。
更に、第(M−1)段、第M段、第(M+1)段の格子
形フィルタによって、ピッチ予測がなされる。
第1段乃至第8段の格子形フィルタ(=よって、スペク
トラム予測がなされる。
すなわち、スペクトラム予測(二おいては、時間的(二
早い時点での音声信号値の寄与は低く、男女の音声(=
よらず8乃至10サンプリングタイムでの音声信号まで
の寄与を考慮すJ’Lば充分である。又、ピッチ予測に
おいては、第(M−1)段、第M段。
N%(M+1)段のサンプリングタイムでの音声信号を
考慮すればよい。これは、音声信号の良形の特徴(二注
目したもので必って、ピーク値近傍の値のみがピッチ予
測に寄与するという知見(二基づく。
よって、はぼピッチ周期に等しい時間間隔のデータは不
要であって、Kパラメータを零とおけばよい。これを実
現したのが可変遅延回路(至)である。
この可変遅延回路(至)は、M段(通常Mは と設定す
れば充分である。)のシフトレジスタで構成、各段のシ
フトレジスタの出力の選択を、可変遅延設定回路(43
てめられたMの値を用いて行う。
この可変M延回路(ロ)の遅延時間は、(M−10)X
Tとなるよう(−出力を選択すれば良い。ここで、Tは
前述のようC二、1サンプリングタイムであり、遅延回
路(39n)の遅延時間と同一である。
このような構成によると、第1に、格子形フィルタを利
用したこと(二より、回路の安定性が保証された。例え
ば、「ディジタル信号処理の応用」(電子通信学会刊)
第210頁(二記載されているように、P段の格子形フ
ィルタ(本実施例での各段のフィルタの合成は、基本的
C二同書でいう合成用ディジタルフィルタである。)が
安定であるための必要充分条件は、 −1< Ki < 1 (i=1.2.・・・P)であ
る。
したがって、K ハラメータをこの範囲に限定すれば、
このフィルタは発振することはない。又、計算しなけれ
ばならないにパラメータは、この実施例では、11個で
あ勺、第1及び第2漫にバラメータ抽出回illη、(
ハ)の回路構成は大幅に簡略化される。更に、この実施
例の予測フィルタ榔はカスケード構造の格子形フィルタ
に対して11段の格子形フィルタ及び1個の可変遅延回
路(至)のみで良く、(M−10)段の格子形フィルタ
は不要であって、2×(M−10)個の乗算器は不要と
なり、回路の簡略化は多大である。この効果は、LSI
化を考慮するとよシ明瞭になる。
このような予6(11フイルター中の乗算器(a7bn
)(n=1〜8. M−1、M、 M+ 1)の出力を
全て加算すると、予測値が得られる。これを、前述の加
算器(至)(:供給し、入力信号から差し引く。
次(=、適応予測符号化装置は、1フレーム(多くの場
合20 ms程反)とと(二、遅延時間、にパラメータ
、残差信号を出力する。このため、可変遅延設定回路(
4騰で得られたMの値、第1及び第20にパラメータ抽
出回路性θ、 (451で得られたに1乃至に8゜K(
M−1) 、 KM 、 K(M+1) 、残差信号で
あって、符号化を施された信号群がマルチプレクサ(4
71を用いて時分割(二出力端子(鋤(二出力される。
これがAPC出力となる。
次に、この実施例での適応予測符号化装置の受信部につ
いて説明する。前述の送信部からのAPC出力が入力端
子(5D(二供給される。入力端子61)は、分配回路
(至)の入力端子に接続される。分配回路−は第1乃至
第3の出力端子を有し、第1の出方端子は、ピッチ複合
化回路6坤の入力端子(=、第2の出力端子は、Kバラ
ノータ複合回路6゛l)の入力端子に、第3の出力端子
は、残差信号複合回路6Gの入力端子に接続されている
。残差信号複合回路睡の出力端子は、合成フィルタ@の
入力端子−(二接続される。合成フィルタリの出力端子
t6!itは、D/A変換器(67)の入力端子(=接
続される。D/A変換器67)の出力端子は、この装置
の出力端子Qi9) l二接続される。
合成フィルタりは、第1図(1示される送信部の予測フ
ィルタ(291の構成と略同−であって、加算回路(旬
を取9除いた構成である。ただし、出力の取9方が異な
っている。
次に、動作を説明する。入力端子l51)に供給される
のは、前述のよう(二APC・li号でhM、分配回路
6、によって、時分割で出力される。すなわち、Mの値
を表わす信号が、ピッチ複合回路t6!1Gに、Kパラ
メータの値を表わす信号が、Kパラメータ複合回路6ワ
(二、残差信号を表わす(符号化された)信号が、残差
イ1号複合回路(ト)(−供給される。
これらの複合回路I瀾、6L6’Jでは、送信部での符
号化回路()、()、()、()において、量子化され
た信号をそれ以前のディジタル信夛(二変換する。例え
ば、残差信号は、残差信号覆合回路(5坤(−おいてデ
ィジタル信号で表わされた残差信号すなわち、送信部の
加算器(2濠の出力信号と同一の信号(二変換する。
この信号が合成フィルタll二供給されて、音声信号を
復元炙る。あるサンプリングタイム(二おける残差信号
を次々と刀口算していけば、音声波形が得らJ’Lる事
は容易に理解される。
ピッチ複合回路e)ωは、Mの値を復元し、可変遅延回
路(至)に供給する。Kパラメータ複合回路(i7) 
+LK1乃至に8 、 K(M−1) 、 KM 、 
i((M+1)パラメータを復元し、対応する乗鐸器(
37al)乃至(37a8)(37a(M−1)) 、
(37aM)、(37a(M+1)) に供給する。
ここでも、残差信号複合回路昏9)の出力は、ピッチ複
合回路1.11′3.にパラメータ複台回路6カの出力
が合成フィルタUに供給された後(=出力されるよう(
二設定しておく。分配回路(531は、遅延回路を含ん
で構成されておシ、各信号の供給タイミングが制御され
ている。こうして、合成フィルタリの出力端子−には、
復元された音声信号が供給され、この信号がアナログ信
号−(二変換される。
この受信部の構成時(=、合成フィルタりは、前述の予
測フィルタ(へ)と同様(=非常に簡単な回路構成であ
シながら再生音声のS/Nは非常(二良い。
〔発明の他の実施例〕
次)二残差符号化方式にこの発明を実施した場合の送信
部(二ついて説明する。この送信部は、第3図に示され
るよう(ユ、分析フィルタ0以外、第1図(二足される
ように適応予測符号化装置の送4M部と同一である。
この合成フィルタ■は、格子形フィルタを多段構成とし
たものである。よく知られているよう(ミこの格子形フ
ィルタは、あるタイミングにおける信号と1サンプリン
グタイム前の信号のどちらか(二にパラメータを乗算し
、乗算が施されなかった信号との差をとっていくもので
ある。この格子形フィルタを第1段から第8段まで設け
、可変遅延回路(ハ)を介して更(1弗(M−1)段、
第M段、第(M+1)段や格子形フィルタを設ける。@
(%+i)段の格子形フィルタの遅延回路四)二接続さ
れた加算器(77)の出力が、この送信物の出力端子(
l!lilに供給される。
この送信部の合成フィルタ0は、やはシ、多段格子形フ
ィルタであυながら、実際は、11段の格子形フィルタ
及び可変遅延回路(至)のみで構成され、その回路構成
は、非常(=簡単になっている。第1及び第2のにパラ
メータ抽出回路惺特、 t451の構成が簡単であるこ
とも前述の実施例と同一である。
次に適応予測符号化装置の受信側(二ついての実施例を
示す。今、予測フィルタのうち、スペクトル包絡予測フ
ィルタをA (Z) 、ピッチ予測フィルタをC(Z)
とすると、受信側での合成フィルタは、$4図(−示さ
れるよう(=、予測の逆フィルタ1/A(Z) 、 1
/C(z)により構成される。入力端子(91)(=は
予測誤差信号が供給され、1/A(力、 1/C(Z)
を掛けることによ多出力端子(93)において再生音声
信号が得られる。
ピッチフィルタ1/C(Z)の構成を第5図に示現入力
端子(95)から予測残差信号が入力され、出力端子(
97)へこの逆フィルタを介した信号が出力される。(
99) 、 (101) 、 (103)は、格子型フ
ィルタの1段であシ、ここでは、単位格子型フィルタと
呼ぶことにする。この単位格子型フィルタ(99) 、
 (101)。
(103)は、(105) 、 (107)の加算器、
(109) 、 (111)の乗昇器、(113)の1
サンプル遅延回路とから成る。これは、音声合成フィル
タとして広く知られている回路構成であり、回路の安定
性は、前述のとおυ偏自己相関係aK(M+1) 、 
KM 、 K(M−1)ノ絶対値が1よυ小さければ保
証される。
ここで特徴は遅延時間が可変設定される遅延回路(10
5)を含む点である。この遅延回路(105)での遅延
時間は、ピッチ周期M+二列して大略(M−2)と設定
される。このピッチフィルタによシ音声信号のピッチ相
関が安定に加えられたこと(二なる。
なお、遅延回路(105)はl乃至(M−2)段の格子
形フィルタの偏自己相関係数に1乃至K(M−2) を
0としたものと等価である。すなわちに1乃至K(M−
2)までの偏自己相関を加え4いものである。
本発明は送信側(二てあらかじめ抽出した音声信号のピ
ッチM及びその相関係数K(M−1) 、 KM。
K (M+1 )から適応的すなわち時間可変の上記定
数を格子型フィルタに加えること(二よ#)残差信号に
相関を加え、原音声を再生するもので安定に相関が加わ
るため原音声の音質が大変(−良い。本発明はこのよう
(二過応予測符号化装置の受信装置のピンチフィルタ(
=用いると良い再生音声が得られる。
また、スペクトル包絡フィルタ1/A(Z)も又格子型
フィルタで構成すれば1/A(Z)と1/C(Z)の両
フィルタは縦続接続せず、第5図の変形として1連の格
子型フィルタで構成できる。スペクトル包絡をp(=s
)個の偏自己相関係数で表すなら単位格子型フィルタを
右から2段構成し、続く9段〜M−2段までの偏自己相
関係数を0としく(M−2)−9+1)サンプルの遅延
素子とし続いて、M−1゜M、M+1段の単位格子型フ
づルタつなける。これは前述のとおシである。
こうすれば1/A(Z)と17C(Z)の両フィルタを
同時C二構成できることとなシ適応予測符号化装置の受
信狽(は丙幅に回路構成が簡単(二なると同時(二、安
定なフィルタのため再生音声の品質が良くなる。
この時は格子型フィルタの途中8乃至(M−2)段の係
数をOにしたこと、すなわち8乃至(M−2)段の偏自
己相関を加えなかったことに相当する。
また、適応予測符号化装置C1限らす残差符号化方式の
如く、あらかじめ送信側でピッチ予測によシ音声信号の
ピッチ相関を除き、受信側で相関を加える、符号化装置
に本発明は適用できる。
また、ピッチ予測係数の数は3個に限るものでなくいく
つでも本発明は適用される。又Mは送信側で決められた
ピッチ周期に近い甑が望ましいが、%や2倍(1誤まっ
た値でも送信側の予測フィルタと本発明のピッチフィル
タが対応しておれば充分本発明は効果がある。
以上、この発明の実施例につき詳述したが、この発明(
一ついてまとめると。
1) APC格子形フィルタを用いたこと。
2)格子形フィルタ(二おいて音声4i号のピッチ周期
から規定される区−間の偏自己相関を零とする。
これは、ピッチ合成1公析フィルタが代表例である。
3)更に、スペクトラム予測、ピッチ予測C二寄与しな
い信号区間だけ・−自己相関を苓とする。これは、合成
フィルタ、分析フィルタが代表例である。
4)−・−ドウエア上では、偏自己相関を零とするには
、単(二遅延回路を設ければよく、ピッチ周期に応じて
遅延回路の段数を選択すればよい。
という特徴がふる。又、この発明は、以上の実施例口何
ら限定されないのは当然である。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図はこの発明の実施例(二係シ、第1図
は予測符号化方式の送信装置を示す図、第2図は同じく
予m111符号化方式の受信装置を示す図、第3図は残
差4d号符号化方式の送1M装置を示す図、第4図は、
受信111110J遍応予測符号化装置の構成を示す図
、第5図は第4図(二足される適応予測符号化装置のピ
ッチ合成フィルタを示す図である。 Ql)・・・入力端子 (l!19・・・第1のにパラメータ抽出回路αη・・
・ピッチ抽出向路 ■・・・予測フィルタ (ハ)・・・可変遅延回路 (4階・・・可変遅延設定回路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (リ 音声信号の近接した種々の時間差にめる2時点の
    標本直間の偏自己相関をパラメータとするフィルタ回路
    (二おいて、前記音声信号のピッチ周期から規定される
    区間の偏自己相関を零とする役瓦手段を有することを%
    倣とするフィルタ回路。 (2) 設定手段(二より偏自己イ11関が零とされる
    区間は、音声信号のスペクトジム予測、ピッチ予測(二
    寄与しない信号区間で必ることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項6己載のフィルタ回路。 (3) 設定手段(二よシ偏自己相関が零とされる区間
    は、−間の時間だけ信号を遅らせる遅延回路で構成され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のフィル
    タ回路。
JP58127804A 1983-07-15 1983-07-15 フイルタ回路 Pending JPS6021100A (ja)

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