JPS6070500A - マルチパルス励振線形予測音声符号化装置 - 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】 本発明は、マルチパルス励振信号発生器と；マルチパル
ス励振信号から合成動作によって合成した信号、及びマ
ルチパルス励振信号自体のそれぞれ、並ひに基準音声信
号、及び合成動作の逆動作である分析動作によって基準
音声信号から導出した残差信号のそれぞれの間の差に知
覚的に重み付けすることにより重み付けされた誤差信号
を発生ずる知覚的加重装置と；前記誤差信号を低減する
ため前記誤差信号に応答してマルチパルス励振信号発生
器を制御する装置とを備えたマルチパルス励振線形予測
音声符号化装置に関する。

かかる音声符号化装置は刊行物”　ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅ
ｅｄｉｎｇｓｏｆ　ｔｂｅ　ＩＣ八へＳＰ−８２，Ｐａ
ｒｉｓ、Ａｐｒｉｌ　１９８２．　第６１４　〜６１Ｔ
ページに開示されている。

第１図は分析／合成（ａｎａｌｙｓｉｓ−ｂｙ−ｓｙｎ
ｔｈ、ｅｓｉｓ）方式で作動するかかるマルチパルス励
振音声符号化装置（ボコーダ−）のブロック図を示す。

マルチパルス信号ｒ　（ｎ）　に応答して線形予測音声
合成装置（ＬＰＣ−３ＮＴ）　１は合成音声サンプル５
（０）を発生し、このサンプルを差発生器２において、
入力端子３に供給される基準音声サンプルｓ　（ｎ）　
と比較する。両者の差ｓ　（ｎ）−ｓ　（ｎ）　を知覚
的加重装置（ＰＲＣ−ＷＧｌｌ）　４において知覚的に
重み付けし、その結果、重み付けされた誤差信号ｅ　（
ｎ）　が発生ずる。

誤差信号ｅ　（ｎ）　に応答して誤差最小化装置（Ｒ−
ＭＮ）５はマルチパルス信号ｒ　（ｎ）　を発生ずるマ
ルチパルス励振信号発生器６の制御を行って合成音声信
号ｓ　（ｎ）　により、可能な最良の範囲で基準音声信
号ｓ　（ｎ）　が再生されるようにする。装置５におい
て行われる動作は誤差最小化動作と呼ばれる。

知覚的加重装置４における差信号ｓ　（ｎ）−ｓ　（ｎ
）の知覚的重み付けはＺ変換においてＷ　（ｚ）　によ
って表わされる伝達関数を介して行われる。この伝達関
数は、中間領域に比ベフォルマント領域において比較的
大きい誤差が許容されるという態様において形成するこ
とができる。

Ｚ変換におけるＡｐ（ｚ）　が逆ＬＰＣ（線形予測符号
化）フィルタの伝達関数を表わすものとする。

逆フイルタ係数ａｐ＋＋　によって逆フイルタ伝達関数
は で与えられる。適切に選定された伝達関数Ｗ　（ｚ）で
与えられ、ここで、０ニγく１及びｑ≦ｐである。

音声合成装置１は５（ｚ）＝１／Δｐ（ｚ）で与えられ
る伝達関数Ｓ　（ｚ）　を有するフィルタと考えること
ができる。従って合成装置ｌ及び誤差に対する知覚的加
重装置４の部分は第２ａ図の如く示すことができる。加
重装置４の伝達関数Ｗ　（ｚ）　から分子の関数Ａ　ｐ
　（ｚ）を分離し、これを差発生器２の入力端へ移した
場合には第２ａ図は第２ｂ図の如くなり、差発生器２の
プラス入力端にはブロック８が付加される一方、ブロッ
ク１の合成装置伝達関数Ｓ　（ｚ）＝　１　／　Ａ１１
ｌ（Ｚ）は消去される。

第２ｂ図においては伝達関数Δｐ　（ｚ）を有する逆Ｌ
　Ｐ　Ｃフィルタによる基準音声信号ｓ　（ｎ）　に対
するフィルタリング動作により残差信号ｒ　（ｎ）　が
発生ずる。

この信号がマルチパルス励振信号ｒ　（ｎ）　と差発生
器２において比較され、その差がブロック７においてフ
ィルタ関数１　／　Ａｑ、　ｒ　（ｚ）に従って重み付
けされる。その結果誤差信号ｅ　（ｎ）　に対して強い
相関を有する誤差信号ε（０）が得られる。

再生音声の品質は、差発生器２の信号ｒ　（ｎ）　供給
リード線に、伝達関数１／Ｐ（ｚ）（但しＰ　（ｚ）＝
１−βｚ−０）を有するピッチ予測フィルタ９を挿入す
ることによって向上する。

上記伝達関数１　／　Ｐ　（ｚ）　において係数βは１
より小さい絶対値を有し、かつＭはピッチパルス間の距
離をサンプルの数で示す。これらの値は適当な長さ即ち
Ｎ個のセグメントにつき音声相関関数訃Σ５（ｎ）ｓ（
ｎ＋ｌＯ（”） から計算することができ、Ｍの値はに＝ｏにおいてｒ　
（ｋ）を最大値ならしめる値であり、βはｒ（Ｍ＞に比
例する。１ＩｋＨｚのサンプル周波数におけるＭの値の
範囲は典型的には１６〜１６０である。

第２ｂ図においてブロック９て示した逆ピツチ予測装置
を設けたことによる効果は第６図に示してあり、第６図
では再生音声の信号対雑音比を１（１ｍ秒の時間間隔に
対しｄＢで示してあり、図中の実線はピッチ予測装置を
設けなかった場合を示し、破線はピッチ予測装置を設け
た場合を示す。

第１図及び第２ａ図は前記刊行物に記載された従来装置
を示し、第２ｂ図はその改良装置を示す。

更に第２ａ及び２ｂ図は有意誤差′信号ｅ　（ｎ）　ま
たはε（ｎ）　を計算する方法を示し、第２ｂ図の方法
は構成が簡単になるという利点を有している。

第１図に示した音声符号化装置の複雑さは相当な範囲ま
で、ブロック５によって示される動作、即ちマルチパル
ス励振信号ｒ　（ｎ）　におけるパルスの位置及び振幅
を決定する際の誤差最小化動作によって決まる。

従来装置では、所定数の可能なパルス位置を有する所定
時間間隔において、平均二乗誤差関数即ち二乗距離関数
Ｅｋ（ｂ、ｌ）　（但しｋは当該パルスの個数、ｂは振
幅、１は位置）を最小ならしめるパルス位置をパルス毎
に決定する。従って関数計算回数は決定すべきパルスの
数と、所定時間間隔における可能なパルス位置の数との
積にほぼ等しくなる。

本発明の目的は、構造の複雑さを低減した前記形式の音
声符号化装置を提供するにある。

本発明の音声符号化装置は、マルチパルス励振信号にお
いて所定時間間隔における第に番目パルスの位置を決定
するため、（ｋ−１）個のパルスが決定されたマルチパ
ルス励振信号に基づいて決定された前記誤差信号のエネ
ルギーの目安となるの領域においてあらかじめ定めた時
間間隔より短い短縮された時間間隔を決定する装置と、
短縮された時間間隔においてマルチパルス励振信号の第
ｋｌ目パルスの位置を決定する装置とを設けたことを特
徴とする。

補助関数Ｍｋ（ｎ）　は、簡単な態様で計算できるもの
を選定することができる。本発明の方法によって計算す
べき距離関数の数は、所定時間間隔において決定すべき
励振信号のパルスの数と、短縮された時間間隔における
可能なパルス位置の数との積に等しい。前記短縮時間間
隔はあらかじめ定められた所定時間間隔より遥に短くす
ることができるので、必要な計算の回数が著しく低減さ
れ、従って音声符号化装置の構造が簡単化される。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

以下に述べる本発明の音声符号化装置においてまず第２
ｂ図においてブロック９が無い状態で示される方法に従
って、重み付けされた誤差信号（ε（ｎ））を計算する
。その場合 Ｇ（Ｚ）−１／Ａｑ、　、　（ｚ）　（４）Ｗ（ｚ）−
Ａｐ（ｚ）・Ｇ（Ｚ）　（５）である。

ブロック５（第１図では、残差信号ｒ　（ｎ）−そのａ
（ｒ、ｒ）−圃Ｊ”（Ｒ（ｅｊｏ）−￥（ｅｊ”））−
ＩＧ（ｅｊ”）ｌ”・−π （Ｒ（ｅ−コ　）−Ｒ（ｅ　−’　））ｄθ〕ゝ５（６
） を計算する。

ブロック５の誤差最小化動作により励振信号発ら合成音
声信号ｓ　（ｎ）　（第１図）が得られるようにする。

誤差信号ε（ｎ）（第２ｂ図）は ε　（ロ）＝（ｒ（ｎ）−丁　（ｎ＞　）　＊　ｇ（ｎ
）　（７）で表わされ、ここでｇ　（ｎ）　は伝達関数
Ｇ（ｚ）　を有するフィルタ７のインパルス・レスポン
スであり、］：はたたみ込み動作を示す。

第３図は時間目盛（１１）に沿ってマルチパルス励振信
号 ■　（ロ）　−Σ　ｈｌ、　δ　（ｎ−１１１）　：　
ｋ　−１，２，３・（８）を示してあり、この図のよう
に、マルチパルス励間隔の長さＬ以下（Ｌｌ≦Ｌ）とす
る。長さＬｌの部分内での可能なパルス位置の数は、例
えば８０であり、一方、各部分内では距離関数を最小に
する例えば８つのパルスの位置及び振幅を決定する必要
がある。

本発明では適切なパルス位置の探索を常に、短縮された
時間間隔、即ち長さＬｌより小さい長さＬｌの探索時間
間隔（Ｌ、　＜Ｌｌ　）に制限し、この探索時間間隔の
長さ１，１はＬｌより遥に小さくし、例えば５〜１０個
の可能なパルス位置を含むようにすると好適である。長
さし１の時間間隔内の長さＬｌの探索時間間隔の位置は
、一般にはマルチパルス励振信号の異なるパルスに対し
て相違する。上記比率を第４ａ図及び第４ｂ図に示しで
ある。！’　４　ｂ図に示すように、長さ１，１の探索
時間間隔の位置は距離関数ｄ（ｒ、ｒ）の二乗が最小の
領域にある。

本発明は距離関数ｄ（ｒ、ｒｌの極小と、先のパルス決
定により最適化された誤差信号における局部的エネルギ
ー集中との間に高度の相関が存在することを認識し、こ
れを基礎として為したものである。第に番目のパルス決
定に対する距離関数をｄｋ（ｒ、ｒ）で示す。エネルギ
ー計算に代えて平均大きさ補助関数（ａｖｅｒａｇｅ　
ｍａｇｎｉｔｕ＋ｊｅ　ａｕｘｉｌｉａｒｙｆｕｎｃｔ
ｉｏｎ　）　’Ｌ　（ｎ）　を使用し、この補助関数は
次ぜ′ で表わされ、ここでｍは積分時間間隔の長さ、ｋはマル
チパルス励ｍ　（ｉ　号のパルスの数、εｋ（ｎ）はマ
ルチパルス励振信号のに個のパルスが決定された場合第
２ｂ図に示した方法で得られる重み付けされた誤差信号
である。

第５図ａ及び第５図すは代表的な誤差信号ε＋＋−＋　
（ｎ）　及び代表的な距離関数ｄ、（ｒ、ｒ）の相互関
係の例を示したものである。

マルチパルス励振信号におけるパルスを決定する動作は
次の通りである。Ｍ＋＋−１（ｎ）　がｎ＝ｎｋにおい
てその最大値に達した場合、ｎｈ　の領域に位置する長
さり、の探索時間間隔における各使用可能パルス位置に
つき距離関数ｄ、、（ｒ、ｒ）が計算される。長さＬ；
に対する適正値は積分時間間隔ｍの長さ及び合成フィル
タのインパルス・レスポンスの特性に依存する。本例で
は一定長さの探索時間間隔を使用する。その場合探索時
間間隔においてパルス位置は距離関数の最小値に対応し
て決定される（第４図ｂ）。

この動作は、長さＬｌの所定時間間隔において所望数の
パルス位置が決定されるまで繰り返えされ、然る後、次
の時間間隔に対する動作が行われる。

次に、具体的な数値例を示しておく。

世ンプル周波数：８ｋｌ＋□ １ご：５〜ｌＯパルス位置 Ｌｌ：８０パルス位置 時間間隔Ｌｌ　内に決定すべきパルス位置の数。

８〜１０ 積分時間間隔二ｍ−４ 補助関数Ｍ、　（ｎ）　の最大値に対する長さ？の探索
時間間隔の位置は、適宜、適当なシフト（オフセット）
量だけこの最大値の前位に配置すると好適である。

補助関数Ｍｋ（ｎ）　は、誤差信号εｋ（ｎ）　の大き
さを供給され、これをｍ個のパルス位置にわたり積分す
る積分器によって実現することができる。

Ｗ２ｂ図につき先に述べたように、マルチパルス励振信
号ｒ　（ｎ）を供給するリード線にピッチ予叩装置９を
設けた場合再生音声の品位がかなり改善される。

本明細書では用語゛マルチパルス励振信号”は、図面に
示したマルチパルス励振信−ｃ５ｒ　（ｎ）と、第２ｂ
図に示したようにピッチ予測装置９を実際に設け、これ
にマルチパルス励振信号？（ｎ）を供給した場合ピッチ
予測装置９の出力端子に生ずる信号とを総称するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の音声符号化装＠（ボコーダ−）を示すブ
ロック図、 第２図は重み付けされた誤差信号を決定するだめの二つ
の方法を示すブロック図、 第、３図はマルチパルス励振信号ｒ（ｎ）に対する時間
間隔を示す図、 第４図は短縮された時間間隔の決定法を示す図、第５図
は誤差信号及び距離関数を例示した図、第６図はピッチ
予測装置を設けない場合及びこれを設けた場合における
再生音声の信号対雑音比の一例を示す図である。 ■・・線形予測音声合成装置 ２・・・差発生器　３・・・入力端子 ４・・・知覚的加重装置　５・・・誤差最小化装置６・
・・マルチパルス励振信号発生器 ７・・加重装置　８・・・フィルタ ９・・・ピッチ予測フィルタ ８も♀口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　マルチパルス励振信号発生器と：マルチパルス励
   振信号から合成動作によって合成した信号、及びマルチ
   パルス励振信号自体のそれぞれ、並びに基準音声信号、
   灰び合成動作の逆動作である分析動作によって基準音声
   信号から導出した残差信号のそれぞれの間の差に知覚的
   に重み付けすることにより重み付けされた誤差信号を発
   生する知覚的加重装置と；前記誤差信号を低減するため
   前記誤差信号に応答してマルチパルス励振信号発生器を
   制御する装置とを備えたマルチパルス励振線形予測音声
   符号化装置において、マルチパルス励振信号において所
   定時間間隔における第に！目パルスの位置を決定するた
   め、（ｋ−１＞個のパルスが決定されたマルチパルス励
   振信号に基づいて決定された前記誤差信号のエネルギー
   の目安となる補助関数（Ｍｋ（ｎ））を決定し：補助関
   数（Ｍｋ（ｎ））が最大となるｎの値ｎ′５　を決定す
   る装置と、ｎ’ｈ　の領域においてあらかじめ定めた時
   間間隔より短い短縮された時間間隔を決定する装置と、
   短縮された時間間隔においてマルチパルス励振信号の第
   に８目パルスの位置を決定する装置とを設けたことを特
   徴とするマルチパルス励振線形予測音声７０骨化装置。