JPS6120997A - 音声信号符号化方式とその装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は音声信号の低ビツトレイト符号化方式とその装
置に関する。

（従来技術とその問題点） 音声信号を例えば１６にビット／秒程度以下の伝送情報
量で符号化するための方式として、最近マルチパルス駆
動形音声符号化方式が提案されている。これは、駆動音
源信号系列を表わす複数個のパルス系列（マルチパルス
）を、短時間毎に。

符号器側÷アナリミスパイ　シンセシイス（びＡＬＹ８
ＩＳ　−ｂｙ一旦ＹＮＴＨＥＩ９Ｉ８　：　Ａ　−ｂ　
−８）の手法を用いて遂次的に求め、このパルス系列を
符号化伝送する方式である０本発明はこの方式に関係す
るものである。この方式の詳細については、ビー・ニス
・アタール（Ｂ、　Ｓ−ＡＴＡＴ、　）氏らによるアイ
・シー・ニー・ニス・ニス・ヒ−（１，Ｃ，Ａ。

８−８−　Ｐ・）の予稿集、１９５２年６１４〜６１７
頁に掲載の［ア・二ニー・モデル・オブ・エル・ビー・
シーＯエクサイティション・フォー・プロデューシング
・ナチュラル・サウンディング・スピーチ・プツト・ロ
ウ・ビット・レイン」（＠ＡＮＥＷ　ＭＯＤＥＬ　ＯＦ
　ＬＰＣＥＸＣＩＴＡＴＩＯＮ　ＦＯＲＰＲＯＤＵＣＩ
ＮＧ　ＮＡＴＵＢ、ＡＬ−８０ＵＮＤＩＮＧ　５ＰＥＥ
ＣＩ！ＡＴ　ＬＡＷ　ＢＩＴ　１１．ＡＴＥＳ″）と題
した論文（文献１）に説明されているので、ここでは簡
単な説明全行なうにとどめる。

第１図は、前記文献１、に記載された従来方式における
符号器側の処理を示すブロック図である０図において、
１００は符号器入力端子を示し、Ａ／Ｄ変換された音声
信号系列ｘ（ｎ）が入力される。１１０はバッファメモ
リ回路で・あり、音声信号系列を１フレーム（例えば８
ｋＨｚサンプリングの場合でフレーム長を１０　ｍ　ｓ
ｅｃとすると８０サンプル）分、蓄積する。バッファメ
モリ回路１１０の出力値は減算器１２０と、Ｋパラメー
タ計算回路１８０とに出力される口但し１文献ｌ、によ
ればにパラメータのカワシにレフレクシジン・フエフィ
シエンツ（ｌｌｉ’ＬＨｃＴＩＯＮ　Ｃ０ＢＰＦＩＣＩ
ＥＮＴ８　）の記載されているが、これはにパラメータ
と同一のパラメータである。Ｋパラメータ計算回路１８
０は、バッファメモリ回路１１０の出力値を用い、共分
散法に従って。

フレーム毎の音声信号スペクトル上表わすにパラメータ
Ｋ・金１６次分（１くｉく１６）求め、これらを合成フ
ィルタ１３０へ出力する。１４０は、音源パルス発生回
路であり、１フレーム内にあらかじめ定められた個数の
パルス系列を発生させる。ことでは、このパルス系列ｔ
ｄ（ｎ）と記する。音源パルス発生回路１４０によって
発生された音源パルス系列の一例を第２図に示す０第２
図で横軸は離散的な時刻を、縦軸は振ｓをそれキれに示
す・ことでは、１７レーム内に８個のパルスを発生させ
る場合について示しであるロ音源パルス発生回路１４０
によって発生されたパルス系列ｄ（、ｎ）は、合成フィ
ルター３０　ｆｆｉ駆動する。合成フィルター３０は、
ｄ　（ｎ）　を入力し、音声信号ｘ　（ｎ）に対応する
再生信号ｘ（ｎ）を求め、これを減算器１２０へ出力す
る。

ここで１合成フィルタ１３０は、ＫパラメータＫｉを入
力し、これらを予測パラメータａ、（１≦蜜≦１６）へ
変換し、ａ、を用いて再生信号Ｋ　＜ｎ）’ｃ計算する
Ｏｘ　（ｎ）は、ｄ　（ｎ）とａ、ｆ用いて下式のよう
に表わすことかできる。

’（ｎ）＝ｄ（ｎ）＋Σａ、・ン（ｎ　　ｉ）　　　’
　　（ｉｔ上式でＰは合成フィルタの次数全示し、ここ
ではＰ＝１６としている０減算器１２０は、原信号？（
、）と再生信号ｘ　（ｎ）との差ｅ　（ｎ）　を計算し
、重み付は回路１９０へ出力する０１９０は、ｅ　（、
）を゛入力し、重み付は関数ｗ（ｎ）を用い１次式に従
って重み付は誤差ｅｗ（ｎ）　’に計算する。

ｅ　ｗ（ｎ）　　＝　＝（ｎ）　フ喀：ｅ（ｎ）　　　
　　　’　　　　　　　　　　　（２）上式で、記号１
＊”はたたみこみ積分を表わす。

また、重み付は関数ｗ（ｎ）は、周波数軸上で重み付は
全行なうものであり、その２変換値’ｋＷ（ｚ）とする
と、合成フィルタの予測パラメータａＨ’（ｌ”用いて
、次式によシ表わされる〇 上式でｒは０≦ｒ≦１の定数で６！り、Ｗ（Ｚ）の周波
数特性を決定する。つまＪ）、ｒ＝ｌとすると、ｗ　（
ｚ）　＝　ｉとなり、その周波数特性は平坦となるロ一
方、ｒ＝０とすると、Ｗ（Ｚ）は合成フィルタの周波数
特性の逆特性となるＯ従って、ｒの値によってＷ　（Ｚ
）の特性會変えることができる。また、（３）式で示し
たようにｗ（ｚ）’ｉ合成フィルタの周波数特性に依存
させて決めているのは、聴感的なマスク効果を利用して
いるためである。っまシ、入力音声信号のスペクトルの
パワが大きな箇所では（例えばフォルマントの近傍）、
再生信号のスペクトルとの誤差が少々大きくても、その
誤差は耳につき難いという聴感的な性質による。第３図
に、あるフレームにおける入力音声信号のスペクトルと
、Ｗ（Ｚ）の周波数特性の一例とを示した。ここではｒ
＝０．８とした。図において、横軸は周波数（最大４　
ｋＨｌ）　ｔ、縦軸は対数振幅（最大６０　ｄＢ）をそ
れぞれ示す。また、上部の曲線は音声信号のスペクトル
を、下部の曲線は重み付は関数の周波数特性を表わして
いる。

第１図へ戻って、重み付は誤差ｅＷ（ｎ）は、誤差最小
化回路１５０ヘフイードバ、りされる。誤差最小化回路
１５０は、ｅｗ（ｎ）の値を１フレーム分記憶し、これ
らを用いて次式に従い１重み付け２乗画差Ｃを計算する
。

６＝ΣｅＷ（ｎ）２（４１ ｎ緯ｌ ここで、Ｎは２乗誤差を計算するサンプル数會示す０文
献］、の方式では、この時間長’ｔ”５ｍ５ｅｃとして
おり、これは８　ｋＨｚサンプリングの場合にけＮ＝４
０に相当する０次に、誤差最小化回路１５０は、前記（
４）式で計算した２乗誤差εを小さくするように音源パ
ルス発生回路１４０に対し、パルス位置及び振幅情報を
与える０１４０は、この情報に基づいて音源パルス系列
を発生させるっ合成フィルタ１３０は、この音源パルス
系列を駆動源として再生信号、（ｎ）’を計算する。次
に減算器１２０では。

先に計算した原信号と再生信号との誤差ｅ（ｎ）から現
在求まり、た再生信号ｘ（ｎ）を減算して、これを新た
な誤差ｅ（ｎ）とする。重み付は回路１９０はｅ（ｎ）
’Ｆｃ入力し重み付は誤差ｅｗ（ｎ）’ｔ：計算し、こ
れを誤差最小化回路１５０ヘフイードバツクする〇誤差
最小化回路１５０は、再び２乗誤差を計算し、これ全小
さくするように音源パルス系列の振幅と位置を調整する
０こうして音源パルス系列の発生から誤差最小化による
音源パルス系列の調整までの一連の処理社、音源パルス
系列のパルス数があらかしめ定められた数に達するまで
くシ返され、音源パルス系列が決定される口 以上で従来方式の説明全終了する。

この方式の場合に、伝送すべき情報は、合成フィルタの
にパラメータに、（１≦ｉ≦１６）と、音源パルス系列
のパルス位置及び振幅であシ、１フレーム内にたてるパ
ルスの数によって任意の伝送レイトを実現できる◎さら
に、伝送レイトｔ１６Ｋｂｐｓ以下とする領域に対して
は、良好な再生音質が得られ有効な方式の一つと考えら
れる。

しかしながら、この従来方式祉、演算量が非常に多いと
いう欠点がある。これは音源パルス系列におけるパルス
の位置と振幅を計算する際に、そのパルスに基づいて再
生した信号と原信号との誤差及び２乗誤差を計算し、そ
れらをフィードバックさせて、２乗誤差を小さくするよ
うにパルス位置と振幅な調整していることに起因してい
る。

またこの従来方式によれば、伝′送しイトヲ下げるとピ
ッチ周波数の高い入力信号の場合、例えば女性の声を入
力した場合には、再生品質が劣化するという欠点があっ
た口これは、ピッチ周波数が高い場合には、ピッチ周波
数が低い場合に比ベノ；ルスを計算するだめのフレーム
によシ多くのピッチ波形が含まれることになシ、このピ
ッチ波形を良好に再生するだめには、ピッチ周波数が低
い話者の場合を比べて、よシ多゛くの個数の音源パルス
を必要とするという理由による。

（発明の目的５ 本発明の目的は、比較的少ない演算量で、低い伝送レイ
トに適用し得る高品質な音声符号方式とその装置を提供
することにある０ 本発明によれば、送信側では離散的な音声信号系列を入
力し、あらかじめ定められた時間間隔毎にピッチを表わ
すピッチパラメータと短時間スペクトル包絡全表わすス
ペクトルパラメータとを抽出し前記スペクトルパラメー
タを符号化し、前記音声信号系列を前記ピッチに応じた
時間区間に分割し前記音声信号系列と前記スペクトルパ
ラメータケもとに前記音声信号系列ケ表わすための駆動
信号を前記時間区間のうちの一部区間について求めて符
号化し、前記スペクトルパラメータを表わす符号と前記
駆動信号を表わす符号とを組み合わせて出力し、受信側
では前記組み合わされた符号を入力し、前記スペクトル
パラメータを表わす符号と前記駆動信号を表わす符号と
を分離して復号し前記復号された駆動信号をもとに前記
ピッチに対応するパラメータを抽出し、前記ピッチに対
応するパラメータと前記復号された駆動信号管もとに前
記時間区間の駆動音源信号を復元し前記復元された駆動
音源信号と前記復号されたスペクトルパラメータとを用
いて前記音声信号系列全再生するようにしたことを特徴
とする音声信号符号化方式が得られる。

また本発明によれば、離散的な音声信号系列音入力し、
前記音声信号系列からあらかじめ定められた時間間隔毎
にピッチを表わすピッチパラメータと短時間スペクトル
包絡を表わすスペクトルパラメータとを抽出し前記スペ
クトルパラメータを符号化するパラメータ計算回路と、
前記音声信号系列を前記ピッチに応じた時間区間に分割
し前記音声信号系列と前記スペクトルパラメータをもと
に前記音声信号系料金表わすための駆動信号を前記時間
区間のうちの一部区間について求めて符号化する駆動信
号計算回路と、前記スペクトルパラメータケ表わす符号
と前記駆動信号を表わす符号とを相み合わせて出力する
マルチブレフナ回路とを有することを特徴とする音声信
号符号化装置が得られる〕 さらに本発明によれば１組み合わされた符号系列を入力
し、スベク）ｙパラメータを表わす符号と駆動信号を表
わす符号とを分離し復号し前記復号された駆動信号ケも
とに音声信号のピッチに対応するパラメータを抽出する
デマルチプレクサ回路と、ｔｓｌＩ　Ｈｅピンチに対応
するパラメータと前記復号された駆動信号ケもとに駆動
音源信号を復元する駆動音瞭信号復元回路と、前記復元
された駆動音源信号と前記復号されたスペクトルパラメ
ータと衾用いて前記音声信号系列全再生し出力する合成
フィルタ回路とを有するようにしたととを特徴とする音
声信号復号化装置が得られる〇 （実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する０第４図（ａ）は本発明による音声符号化方式の符
号器側の一実施例會示すブロック図であシ、第４図（ｂ
）は復号苓側の一実施例を示すブロック図である。第４
図（，１において、音声信号系列、（ｎ）は、入力端子
１９５から入力され、あらかじめ定められたサンプル数
だけ区切られてバッファメモリ回路３４０に蓄積される
。次ににパラメータ計算回路２８０は、バッファメモリ
回路３４０に蓄積されている音声信号のうち、あらかじ
め定められたサンプル数を入力し、入力信号のスペクト
ル包絡を表わすＬＰＧパラメータを計算する。ＬＰＣパ
ラメータとしては種々知られているが以下ではにパラメ
ータを用いるものとして説明を進める。

尚、Ｋパラメータはパーコール係数と同一のパラメータ
である。Ｋパラメータの計算法としては代表的な方法と
して自己相関法と、共分散法がよく知られている。ここ
では自己相関法によるに／＜ラメータの計算法を、ジ讐
ン・マクホウｙ（ＪＯＨＮＭＡＫｌ−１ｏｕｔ、　）氏
らによるアイ・イー・イー・イー・トランザクシＳンズ
・オンψニー・ニス・ニス・ピ・＝（ＩＩ弓ＥＥ　ＴＲ
，ＡＮ８ＡＣＴＩＯＮ８　ＯＮ　Ａ、Ｓ、８．Ｐ、）誌
１９７５年６月号、３０９〜３２１Ｒに掲載の「クオン
タイゼイシゴン・プロパテイブ・オプ・トランスミッシ
ａン・パラメ−タ値イン・リニア・プリディクチイブ・
システムズＪ　（＠ｑＵＡＮ−ＴＩ７．ＡＴＩＯＮ　　
ＰＲＯＰＥＲＴＩ′ＦＪ８　０Ｆ　ＴＲＡＮ８ＭＩ８８
ＩＯＮＰＡＲＡＭＥＴＥＲ８ＩＮ　　ＬＩＮＥＡＲＰＲ
ＥＤＩＣＴＩＶＨ８ＹＳＴＥＭＳ　’″）と題した論文
（文献２．）等に説明されている方法全引用して以下に
示すＯＢ　＝Ｒ（ｏ）　　　　　　　　　　　　（５ａ
）（５ｂ） ａ（：）−に、（５ｃ） （ｉ）　　　（ｉ　−１） ａ　・ａ　ｔ’　　＋　ｋ　ｒ　”　ａ”−”　ｖ　（
１≦ｊ≦ト１）Ｊ　　　　　　　　　　　　　　　　ｌ
”−ｊ（５ｄ） Ｅ、＝（Ｉ　　Ｊ　）　０ＥＢ−１（５ｅ）ａ＝ａ（ｐ
）、（１≦ｊ≦Ｐ）　　　　　（５ｆ）】　　　Ｊ 式（５ａ）から式（５ｆ）はｉ＝１．２．−ｐとして再
帰的に解くことができる０式において、ｋｉは、ｉ次目
のにパラメータ値を示す口またＲ（ｉ　）は入力信号に
対する遅れ時間−の自己相関々数を示す。ＰＦｉ予（ハ
） 側分析次数を示す。ａ、は分析次数Ｐの場合のｊ番目の
線形予測係数を示す０ζこで式（５ｅ）のＥ・の鳳 東次数最の予測における予測誤差電力を示している◎従
って計算の各段階で次数ｉの予測の予測誤差電力を監視
することができるｏＥ、ｉ用いて正規化予側誤差は次式
のように表わせる。

ｖ、＝町／Ｒ（ｏ）　　　　　　　　　　　（６１ｉ＝
Ｐの場合には（５ｅ）式を用いて 表わせる。従ってにパラメータ値が既知の場合は、（７
）式を用いればｐ次子側分析の場合の正規化予測誤差を
知ることができる。以上で自己相関法に゛よるにパラメ
ータ計算法の説明を終える。

第４図（ａｔに戻って、Ｋパラメータに、はにバ２メ凰 −タ符号化回路２００へ出力される。Ｋパラメータ符号
化回路２００は、あらかじめ定められた量子化ビット数
に基づいてに、ｆ符号化し、符号Ｊ！、、　ｖマ！ ルテブレクサ４５０へ出力する。また、Ｋパラメータ符
号化回路２００は、ｌＫ、を復号化して得たにバ凰 ラメータ復号値に！音用い前述の（５Ｃ）、（５ｄ）、
（５ｆ）式を用いて予測係数値ａ′、に変換し、インパ
ルス応答計算回路２１０と重み付は回路４１０と合成フ
ィルタ回路４００とへ出力する。

次にピッチ分析回路３７０は、バッファメモリ回路３４
０の出力である１フレ一ム分の音声信号を用いてピッチ
周期Ｐ　に計算する。　Ｐａの計算法としては、例えｄ
アール・ブイ・コックス（Ｒ，Ｖ。

ＣＯＸ　）氏らによるアイ・イー・イー・イー・トラン
ザクションＯオン・ニー拳ニス・ニス中ヒー（ＩＴうＢ
Ｅ　ＴＲＡＮ８ＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　Ａ、８．８．Ｐ
　）誌１９８３年２月号２５８〜２７２頁に掲載の「リ
アル−タイム・インプリメンティシロン・オプ・タイム
・ドメイン・ハーモニック・スケーリング・オプ・スピ
ーチリフオー・レイト・モディフィケーシ冒ン・アンド
・コープインｆ　Ｊ　（”ＲＪＡＬ　−ＴＩＭＥ　工ｙ
ｔＰＬＥ’６ｒｘｏＮＯＦ　ＴＩＭＥ　ＤＯＭＡＩＮＨ
ＡＲＭＯＮＩＣ８ＣＡＬＩＮＧ　ＯＦ　８ＰＥＥＣ）（
ＦＯＲＲＡＴＥＭＯＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　Ｃ
０ＤＩＮＧ”）と題した論文（文献３）等に音声信号の
自己相関々数を用いて計算する方法が詳しく示されてい
る。また、他の衆知な方法を用いて計算することもでき
るし、音声信号を予測した後の予測残差信号から計算す
ることもできる。このようにして求めたピッチ周期Ｐ、
は、パルス計算回路３９０とパルス発生回路４２０へ出
力される。

次にインパルス応答計算回路２１０は、Ｋパラメータ符
号化回路２００から予測係数値ａ　を入力し、次式で示
される重み付けされた合成フィルタの伝達関数全表わす
インパルス応答ｈＷ（ｎ）　ｔ−％あらかしめ定められ
たサンプル数だけ計算する。

ここでｐは予測係数値ａ、の次数を示す。ここで重 ）（ｗ（ｚ）は重み付けされた合成フィルタのＺ変換上
での伝達関数を示す０また、Ｗ（Ｚ）は前述の（３）式
で示した重み付は関数の２変換表現である。インパルス
応答計算回路２１０はインパルス応答ｈｗ（ｎ）’に自
己相関々数計算回路３６０と相互相関々数計算回路３５
０とへ出力する。

次に自己相関々数計算回路３６０は、インパルス応答計
算回路２１０からインパルス応答ｈｗ（ｎ）’ｉ大入力
、次式に従って自己相関々数”ｈ　ｈ　＜・）をあらか
じめ定めらｔた遅れ時間τだけ計算する。

１１、ｈｈ（τ）二Σ　ｈ９．（ロ）ｈｗ（ｎ−ｌ−τ
）（９）Ｎ＝１ 自−己相関々数１１．ｈｈ（τ）はパルス計算回路３９
０へ出力される。

次に減算器２８５は、バッファメモリ回路３４０に蓄積
された音声信号ｘ（ｎ）’（（入力し５．（ｎ）から合
成フィルタ回路４００の出力系列ｔｌフレームサンプル
分減算し、減算結果ｅ（ｎ）　’（ｃ重み付は回路４１
０へ出力する〇 次に重み付は回路４１０は、減算器２８５から減算結果
ｅ（ｎ）？］ｌ−人力し、またにパラメータ計算回路２
００から予測係数値ａ−’に入力し、ｅ（、）に対して
重み付けを施しｅＷ（ｎ）ｋ出力する口ここでｅｗ（、
）は２変換表現で次式のように書ける。

ＢＷ（Ｚ）　＝Ｅ（Ｚ）　−Ｗ（Ｚ）　　　　　　　　
（１０）ここでＥＷ（ｚ）　、　Ｅ（Ｚ）はそれぞれｅ
ｗ（ｎ）の２変換値、ｅ（ｎ）の２変換値を示す。また
Ｗ（Ｚ）は前記（３）式で示される重み付は関数の２変
換値を示す。重み付は回路４１０は、ｅｖ（ｎ）を相互
相関々数計算回路３５０及びパルス計算回路３９０へ出
力する。

次に相互相関々数計算回路３５０は、重み付は回路４１
０からｅｗ（ｎ）ｖ入力し、またインパルス応答計算回
路２１０からインパルス応答ｈｗ（ｎ）ｔ−人力し、次
式に従りて相互相関々数’ｈｘ（”）　ｋあらかじめ定
められたサンプル数だけ計算する。

ψ、ｘ（ｍ）＝＝４□２．．Ｃｒｔ）　’　ｈｗ（ｎ−
ｍ）、　（１≦ｍ≦Ｎ）相互相関々数ｔｐｈｘ（りはパ
ルス計算回路３９０へ出力される。

次にパルス計算回路３９０の説明を行なう０パルス計算
回路では、音声信号を良好に表わす駆動信号として、パ
ルス系列を計算する０パルス計算回路３９０　ｉ例えば
信号処理専用のシグナルプロセッサチップを用いて実現
した場合を想定して、処理の流れ図を第５図の破線部の
内側に示す０図において、ブロック６０４では端子６０
０から相互相関々数ψｈｘ（・）を入力し、教子６０１
から自己相関々数”ｈｈ（・）な入力し、端子６０２か
らピッチ周期Ｐｄを入力する。また端子６０３から、！
、、（ｎ　）　’に入力する。

ブロック６０５において変数ｉに１がセットされる。

ここでｉはピッチ周期Ｐ、毎に分割したサブフレームの
番号全表わすインデックスである。

ブロック６２０は、ピッチ周期Ｐ、ｔ−用いて、フレー
ムヲＰ、サンプル毎のサブフレームに分割する。

また、ブロック６２０で５社ピッチ周期Ｐ、を用いて１
フレーム中のサブフレーム数Ｍが計算される。また、ブ
ロック６２０では各サブフレーム区間及び残シの区間に
求められるパルス数が次のように計算される。ここで各
ピッチサブフレーム区間及び残シの区間のパルス数をそ
れぞれＬｐ、ＬＨとし、１フレーム当たルのパルス数を
−とすると、　ｌ１ｌｐ及びＬＲ紘次式を満足するよう
に Ｍ　−ＬＰ＋Ｌ、＝ＬＢ（１２） 決定される。

次にブロック６３０では、第１番目のサブフレームにた
てる音源パルスヲＬＰ個だけ計算する。ここで音源パル
スは次式に従って１パルスずつ順次計算される。

／　ＲｈＨ（ｏ）　ｐ（１≦１≦Ｌｐ）　（１３）上式
でｇｉｐｍｉはｉ番目のパルスの振幅、位置をそれぞれ
示す。またψｂｙｅ、Ｒｈｈは相互相関々数、自己相関
々数をそれぞれ示すＯ（１３）式に従うパルス計算過程
を第６図に示す。

第６図（ａ）は相互相関々数計算回路３５０で計算され
、パルス計算回路３９０へ出力された相互相関々数ψ、
Ｘのピッチサブフレーム分を示す。図において横軸はサ
ブフレーム内の誉ンプル時刻金示すＯ縦軸は撮幅である
。第６図（ｂ）は（１２）式に従って求めた第１番目の
パルスｇ１ｆｆｉ示す図である。第６図（ｃ）は第６図
（ｂ）で求だパルスの影響を差し引いた後の図である０
第６図＜ｄ）はＭ２番目のパルスｇ２を求めた図である
。第６図（ｅｌは第２番目のパルスｇ２の影響ｔも差し
引いた後の図である。第６図（ｄ）から（ｅ）の処理ヲ
＜シ返してＬ個のパルスが探索される。

次に、第７図にブロック６２０と６３０の動作例を示す
０第７図（ａｌは１フレ一ム分の音声信号系列會示す。

また第７図（ｂｌは１フレームをサブフレームに分割し
て、第１番目のサブフレームにおける音源パルス’ｋ　
（１３）式に従って求めた図會示す。この図ではサブフ
レーム数ｎは４、サブフレームあたシの音源パルス数り
は６としであるＯ第５図に民って、ブロック６４０では
サブフレームインデックスｉ’（Ｈインクリメントする
０ブロツク６４０及び６５０の処理はもう１度〈シ返さ
れる〇ブロック６４０で杜第２番目のサブフレームにお
ける音源パルスが前記（１３）式に従ってＬ個計算され
、ブロック６４０ではサブフレームインデックスｉがイ
ンクリメントされる〇 次にブロック６５０では、まず最初に次の２種類のＳ／
Ｎが計算される。一つは第１番目のサブフレーム区間で
求めた音源パルスをピッチ周期弓だけずらせながら第２
番目のサブフレーム区間でくシ返した場合の８７Ｎ（８
／Ｎ１）ｏもう一つは第２番目のサブフレームにおいて
新たに計算された音源パルスを用いた場合の８／Ｎ　（
８／Ｎ　２　）である。ここでＳ／Ｎの計算は次式に従
う。

％式％（１４） （１４）式でＲｅｅ（ｏ）は、端子６０３から入力した
信号ｅ、、（ｎ）に関するサブフレーム区間での電力に
示すＯ 次にプロｙり６６０では、８７Ｎ　、と８／Ｎ！とのｅ
とＲｌｈ：次式に従って求める。

またブロック６６０では（１０式に従い求めた凡の値を
あらかじめ定められたしきい値Ｔ１．と比較し、第１番
目のサブフレームで求めた音源パルスナ第２番目のサブ
フレームでくり返すか否かの判別を行なう。もしＩＬ≦
Ｔｈならば、パルスをくシ返すこととし、リピート情報
Ｒ（１ビツト）にあらかじめ定められた値（例えばＯ）
をセットし、ブロック６８０へ進む。一方、Ｒ〉Ｔｈ　
：”ｒ：らば、パルスをくｐ返埒ないこととし、ブロッ
ク６７０へ進む０パルスをくり返さない場合に、ブロッ
ク６７０では、第１番目のサブフレーム＼及び第２番目
のザブフレームで求めたパルスの個数をそれぞれサブフ
レーム当たシ】／２に壕びく０具体的な方法としては例
えば、パルスの絶対値撮幅の太４きな方から、パルスＴ
、ｂ、／２個だけ避択する方法が考えられる。またゾロ
ツク６７０では、Ｂ、にあらかじめ定められた値（例え
ば１）ケセットし、ブロック６８０へ進む。　　　次に
ブロック６８０では、サブフレームインデックスｉをイ
ンクリメントし、ブロック６９０へ進む〇プロで・り６
９０では”、ｌがサブフレーム分割数Ｍ’（ｌ−越えた
か否かを判別する。もしｉがＭ’（ｉ＝越えてなければ
ブロック６３０へ飛び、ブロック６３０からブロック６
９０までの処理ヲ＜シ返す。もしｉがＭを越えていれば
ブロック７００へ進む０次にゾロツク７００では、残り
の区間に入るパルスｔＬＢ個だけ、（１３）式に従うて
求める。次にブロック７１０では、以上の処理によって
求めたパルス列全端子７２０から出力し、リピート情報
Ｒｉ端子７６０から出力する０ことで出力されたパルス
列の一例を第７図（Ｃ１に示す。この図では第２番目の
サブフレーム及び第４番目のサブフレームは、それぞれ
第１番目、第３番目のサブフレームで求めたパルスを〈
ジ返すので、新たにパルスを求めてはいない。この図は
、フレーム当たシのパルス数を１３とした例であシ、第
１番目と第３番目のサブフレームにはパルスを６個、残
シのサブフレームにはパルスを１個求めて、フレーム全
体でパルス数を１３として躯≦いる０ 以上でパルス計算回路３９０の説明を終了する。

再び第４図（ａ）にもどって、パルス回路３９０で求め
だパルス列は、符号化回路４７０へ出力され、リピート
情報Ｒ１はパルス発生回路４２０とマルチプレクサ４５
０へ出力される〇 次に符号化回路４７０は、入力したパルスの振幅、位ｆ
Ｑｋ符号化し、マルチプレクサ４５０へ出力する０咬だ
、パルスの振幅、位置の復号値ＪｓｒｒＩｉをパルス発
生回路４２０へ出力する・ここでパルス系列の符号化法
は種々考えられる。一つは、パルス列の振幅、位置を別
々に符号化する方法であシ、また一つは振幅、位置を一
緒に符号化する方法である。

前者の方法について一例を説明する。まず、パルス系列
の振幅の符号化法としては、フレーム内のパルス系列の
振幅の最大値を正規化係数として、この値を用いて各パ
ルスの振幅を正規化した後に、量子化、符号化する方法
が考えられる。また、他の方法としては、振幅の確率分
布を正規型と仮定して、正規型の場合の最適量子化器を
用いる方法が考えられる。これについては、ジェー・マ
ックス（Ｊ、　ＭΔＸ）氏によるアイ・アール・イー・
ト２ンザクシ纏ンズ・オンＯインンオメーシ号ン・セオ
リー（ＩＲＪ　ＴｌＬＡＮ８ＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　Ｉ
ＮＦＯＨＭＡ−ＴＩＯＮ　ｒａｇｏＲｙ　）の１９６０
年３月号、７〜１２頁に掲載の［クオンタイジング・フ
ォー・ミニマム中ディストーシ璽ン」（１ＱすＡＮＴＩ
ＺＩＮＧ　’ＦＯＲＭＩ？’ＪＩＭｔＪＭ　ＤＩ８ＴＯ
ＲＴＩＯＮ　’　）　と題した論文（文献４）等に詳述
されているので、こつでは説明を省略する。更に、各パ
ルスの振幅を直交関係にるる他のパラメータに変換した
後に量子化、符号化を施してもよい口また、パルス振幅
毎にビット割シ当てを変えてもよい。次に、パルス位置
の符号化についても種々の方法が考えられる。例えば、
ファクシミリ信号符号化の分野でよく知られているラン
レングス符号等？用いてもよい０これは符号′″０′ま
たは′″１”の続く長さ？Ｉ：あらかじめ定められた符
号系列を用いて表わすものである。また、正規化係数の
符号化には、従来よく知られている対数圧縮符号化等衾
用いることができる。

尚、パルス系列の符号化に関しては、ここで説明した符
号化方法に限らず、衆知の最良の方法を用いることがで
きることは勿論である〇第４図（ａ）に戻って、パルス
発生回路４２０は符号化回路４７０からパルス系列復号
値ｇ、＋　ｍ−７］：入力１重 する。またパルス計算回路３９０からリピート情報Ｒｅ
入力する。またピッチ分析回路３７０からピッチ周期値
Ｐｄ？！−人力する。駆動音源信号復元回路４２０はこ
れらの情報を用いて駆動音源信号を発生し、合成フィル
タ回路４００へ出力する。合成フィルタ回路４００は、
パルス発生回路４２０から駆動音源信号を入力し、Ｋパ
ラメータ符号化回路２００から予測係数復号値ａ！を入
力する。合成フィルタ回路４００は、入力されたパルス
信号と予測係数復号値ａｉとを用いて１フレ一ム分の応
答信号系列％ｎ）＊次式に従って計算する。

＜’（ｎ）−ｄ　（ｎ）＋、Ｘ小仝（ｎ−ｉ）（１６）
１日１ とこて仝（ｎ）の値け２フレ一ム分（１≦ｎ≦２Ｎ）計
算される）　ｄ（ｎ）はパルス信号を表わし。

１≦ｎ≦Ｎで砿パルス発生回路４２０から入力したパル
ス信号管用いる。またＮ＋１≦ｎ≦２Ｎでは全て０の系
列ケ用いる。（１６）式で求めた仝（、）のうち、２フ
レーム目のＯ（ｎ　）　（Ｎ　＋１≦ｎ≦２Ｎ）の値が
減算器２８５へ出力されるり 次にマルチプレクサ４５０は、Ｋパラメータ符号化回路
２００の出力符号／、とパ、、Ｘ＝ｔｇ回路３９０から
のリピート情報Ｒ符号化回路４７０の出力杆カケ入力し
、これらを組み合わせて送信側出力端子４８０から通イ
６路へ、出力する。以上で本発明にるる音声符号化方式
の符号器側の説明を終える。

次に本発明による音声符号化方式の復号器側について、
第４図（ｂｌ　”ｅ参照して説明する０デマルチグレク
サ５００は受信側入力端子４９０から入力した符号のう
ち、Ｋパラメータを表わす符号と、リピート情報と、パ
ルス系列を表わす符号とを分離する０更ににパラメータ
を表わす符号Ｊ、、ｔ−にパラメータ復号回路５２０へ
出力し、リピート情報Ｒ２をパルス発生回路５４０へ出
力し、パルス系列を表わす符号をパルス復号回路５３０
へ出力する０次ににパラメータ復号回路５２０け、Ｋパ
ラメータを復号し、にパラメータ復号値に、七合成フィ
ルタ回路５５０へ出力する〇 次にパルス復号回路５３０は、音源パルス系列のＩ 振幅１位置を復号し、それぞれｇｉ、ｍｉとしてパルス
発生回路５４０へ出力する３次にピッチ抽出回路５１０
は、復号された音源パルス列をもとにピッチ周期に対応
する周期Ｐ、を抽出し、パルス発生回路、５４０へ出力
する。ピッチ周期に対応する周期Ｐ。

の抽出法としては、種々考えられる。例えば、送信側か
らピッチサブフレーム内のパルスの相対位置が伝送され
る場合は、振幅の大きなパルス同志の相対比１１１ｔｋ
Ｐｄとすればよい〇一方、サブフレームの最も漏にたり
たパルスに対しては、２つのサブフレームにまたがった
パルスの相対位置が伝送される場合は、２つのサブフレ
ームのパルスについて振幅の大きなパルス同志の相対距
離の１／２！ をＰｄとすｎばよい０ 次にパルス発生回路５４０は、符号器側のパルス発生回
路４２０と同一の動作をする０ピッチ周期復−ＷｊｉＰ
ｄｖ用？て、フレーム上サブフレームに分割し、サブフ
レームに発生させるパルス数り、　、　Ｌ。

全計算する口この処理には、符号器側のパルス計算回路
３９０における方法と同一の方法を用いる０また駆動音
源信号復元回路れ、音源パルス系列の振幅、位置の復号
値ｇ−，ｍ、と、すｉ−）情報Ｒ１を用いてサブフレー
ムにパルスを発生させる。もし偶数番目のサブフレー４
において、リピート情報がパルスのくシ返しを示してい
る場合は、１つのパルスを発生させる。全てのサブフレ
ーム毎対してこれらの処理全行なう。最後に、残った区
間にＬＲ個のパルスを発生させる０以上のようにして発
生されたパルスは駆動音源信号として、合成フィルタ回
路５５０へ出力される。

次に合成フィルタ回路５５０は、駆動音源信号とにパラ
メータ復号値に、と金入力する。Ｋパラメー凰 夕復号値Ｋｉは前述の（５ｃ）　ｒ　（５ｄ）　、　（
ｓｆ）式を用いて予測係数１に変換される。合成フィル
タ回路５５０は、次式に従って合成信号ｘ（ｎ）　ｔ　
１７レーム分計算し、受信側出力端子５６０から出力す
る。

ここでｄ（ｎ）はパルス発生回路５４０から入力した駆
動音源信号を示す。以上で本発明による復号器側の説明
を終える。

本実施例においては、パルス探索アルゴリズムとして前
述の（１３）式を用いたが、これは他のパルス探索アル
ゴリズムを用いてもよい。例えば従来例として文献１に
示した方式を用いてもよい。

また、　（１３）式の方法ではパルスを１つずつ順番に
探索していたが、パルスを１つ求める毎にこれよシ過去
に求まった複数個のパルスの振幅を再調整するような方
法を用いてもよい。

また本実施例では、音源パルスのまびき方として２対１
のまびきについて説明したが、これ以外の比率のまびき
を行なうこともできる０　　　・また本実施例では、送
信側でパルス會まびくか否かを判別し受信側にリピート
情報Ｒ註送っていたが、リピート情報は送らず、送信側
ではちらかじめ定められたまびき率で常にまびき、受信
側では送られたパルスを用いてあらかじめ定められた回
数だけ常にく夛返す構成としてもよい。

また本実施例では、あるサブフレーム（ｉ番目のサブフ
レームとする）でパルス會まひかない場が、これｕｊ＝
１番目とｊ番目の２つのすブフレーム全体に対してＬ　
個のパルスを求めるようにしてもよい。

また本実施例では、パルスをまびくか否かの判別には、
パルスをサブフレーム毎に計算して用いていたが、これ
はフレームに対してあらかじめ定められた個数のパルス
を計算しておき、このパルスを用いてサブフレーム毎に
上記判別処理を行なってもよい〇 また本実施例では、パルス計算回路３９０において、フ
レームをピッチ周期Ｐｄに応じたサブフレームに分割す
る際に、＠７図（ｂ）　＃　（Ｃ）に示したように、フ
レームの左端からＰｄサンプル毎にサブフレームに分割
した。サブフレームの分割法としては次のようにしても
よい。まず、フレームに対してあらかじめ定められた個
数のパルスを計算する０次に求まったパルスのうち、フ
レームの左端に最も近いパルスの近傍會始点Ｔとして、
Ｐｄサンプル毎にサブフレームに分割するようにしても
よい。このようにした場合は、始点Ｔの位置を受信側へ
伝送する必要がある。これには例えば、フレーム左端か
ら始点Ｔまでの距離Ｔｔ−あらかじめ定められた長さの
符号で表わして伝送してよいし、Ｔ　とピッチ周期Ｐ、
との比をあらかじめ定められた長さの符号で表わして伝
送してもよい。

また受信側においてまびかれたパルスを復元する際に、
本実施例では一つ過去のサブフレームにおけるパルスヲ
〈）返していたが、これは次のようにしてもよい。今、
パルスがまびかれたサブフレームの番号ｔ＝ｊとすると
、ｊ−１番目のサブフレームにおけるパルスとｊ＋１番
目のサブフレームにおけるパルスとを用いてｊ番目のサ
ブフレームにおけるパルスを補間して求めるようにして
もよい〇 また本実施例では、ピッチ周期に応じて分割したサブフ
レームが、次の７レームにまたがる際には、現在のフレ
ームの最後のサブフレームはパルスのまびき処理を行な
わずに、パルスケあらかじめ定められた個数だけ新たに
求め直して伝送していた。これは例えば以下のようにし
てもよい。サブフレートが次のフレームにまたがる際に
は、次のフレームの信号を入力し、フレームをまだいで
サブフレームの分割を行ない、パルスのまびき処理を次
のフレームにわたって連続的に行なうようにしてもよい
。また別な方法としては、次のフレームにまたがるサブ
フレームにおいて、サブフレームが現フレームに存在す
る時間区間だけパルスまびき処理全行ない、サブフレー
ムの残りの時間区間に関しては、次のフレームにおいて
行なうようにしてもよい。

またフレーム毎の音声信号に対して有声、無声判別全行
ない、有声と判別されたフレームについて、パルスのま
びき処理を行なうようにしてもよい。この有声、無声判
別には例えば、よく知られているように１．音声信号ま
たは予測残差信号の自己相関または共分散関数のピッチ
周期だけ離れた時刻の値を用いることができる０ 本実施例の構成においては、短時間スペクトル構造を表
わすインパルス応答系列の自己相関々数を計算する際に
、インパルス応答計算回路２１０によってにパラメータ
復号値を用いてインパルス応答を計算した後に、このイ
ンパルス応答を用いて自己相関々数計算回路３６０にて
自己相関々数を計算していた０ディジタル信号処理の分
野でよく知られているように、インパルス応答の自己相
関々数はパワスペクトルと対応関係にある０従りてまず
にパラメータ復号値を用いてパワスペクトルを求め、そ
の後にこの対応関係を用いて自己相関々数を計算するよ
うな構成としてもよいロ一方、音声信号と短時間スペク
トル包絡を表わすインパルス応答との相互相関々数を計
算する際に、本実施例の構成では重み付は匣Ｑ　４１０
の出力値ｅ、（ｎ）とにパラメータ復号値に、ヲ用いて
インパルス応答計３ｖ、回路２１０にて計算したインパ
ルス応答ｈｗ（ｎ　’）　’］ｌ−用いて相互相関々数
ψｈｘ（・）を計算していた０よく知られているように
、相互相関々数はクロス・パワスペクトルと対応関係に
、ある。従りてまずｅＷ（ｎ）とに１とを用いてクロス
・パワスペクトル會求め、その後に相互相関々数を計算
するような構成としてもよい０尚、パワスペクトルと自
己相関々数との対応関係、クロススペクトルと相互相関
々数との対応関係については、ニー・ブイ・オッペンハ
イム（Ａ、　Ｖ、　ＯＰＰＥＮＨＥＩＭ　）氏らによる
「ディジタル信号処理Ｊ　（＠ＤＩＧＩＴＡＬ　５ＩＧ
ＮＡＬ　ＰＲＯＣＥ８Ｓ−ＩＮＧ　’　）と題した単行
本（文献）の第８章にて詳細に説明されているので、こ
こでは説明全省略する。

本実施例においては、１フレーム内のパルス系列の符号
化は、パルス系列が全て求まった後に、第４図（ａ）の
符号化回路４７０によって符号化を施したが、符号化全
パルス系列の計算に含めて、パルスを１つ計算する毎に
、符号化を行ない、次のパルスを計算するという構成に
してもよい。このような構成をとることによりて、符号
化の歪をも含めた誤差を最小とするようなパルス系列が
求まるので、更に品質を向上させることができる。

（本発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、送信側ではピッチ
サブフレームのパルスをあらかじめ定められたまびき率
で時間的にまびき、まびかれたパルスを伝送し、受信側
では受信したパルスを用いて、まびかれたパルスを復元
し音声を合成するようにしているので、伝送レイトが低
い場合にも高品質な音声を合成できるという効果がある
０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方式の構成を示すブロック図、第２図は音
源パルス系列の一例を示す図、第３図は入力音声信号系
列の周波数特性と第１図に記載の重み付は回路の周波数
特性の一例を示す図、第４図（ａｌ　ｔ　（ｂ）は本発
明による音声符号化方式の一実施例を示すピロツク図、
第５図はパルス計算回路３９０の処理内容の一例會示す
図、第６゛図はパルス計算過程の一例を示す図、第７図
は第５図のブロック６２０と６３０の動作例を示す図で
ある。 図において、１１０　、３４０・・・バッファメモリ回
路、１２０　、２８５・・・減算回路、１３０　、４０
０　、５５０・・・合成フィルタ回路、４２０　、５４
０・・・パルス発生回路、１５０・・・誤差最小化回路
、１８０　、２８０・・・Ｋパラメータ計算回路、１９
０　、４１０・・・重み付は回路、２００・・・Ｋパラ
メータ符号北回°路、２１０・；・インパルス応答計算
回路、３５０・・・相互相関計算回路、３６０・・・自
己相関計算回路、３７０・・・ピッチ分析回路、３８０
・・・ピッチ符号化回路、３９０・・・パルス計算回路
、４７０・・・符号化回路、４５０・・・マルチプレク
サ、５００・・・デマルチプレクサ、５１０・・・ピッ
チ抽出回路、５２０・・・Ｋパラメータ復号回路、５３
０・・・音源パルス復号回路をそれぞれ示す。 ７１′１　　図 ７２　図 オ　５　図 ７１−６　　図 （Ｃ） （ｅ） オ　７　図 （ｏ） ｌｂ） （Ｃ） 手続補正書（自発） ６０．１０．−１ 昭和　　年　６月　　日 特許庁長官　殿　　　　　　　　　　い１、事件の表示
　　　昭和５９年　特許　願第１４３０１７号２、発明
の名称　　音声信号符号化方式とその装置３、補正をす
る者 事件との関係　　　　　　　出　願　人東京都港区芝五
丁目３３１１号 （４２３）　　　日本電気株式会社 代表者　関本忠弘 ４、代理人 電話　東京（０３）４５６−３１１１（大代表）（連絡
先　Ｅ１本電気株式会社特許部）５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６　補正の内容 （１）　　明細書簡１９−第２行目の「である。」の後
に、［但し、予測係数としてはａζを用いる。」をそう
人する。 （２）　　明細書第２４頁第６行目にｒＰ、ｉＪとある
のを「Ｐ、」と補正する。 （３）　　明細書第２４頁第１２行目の（１４）式を次
のよ（４）　　明細書第２４頁第１６行目から第１７行
目に「ｅと」とあるのを「比」と補正する。 （５）明細書第３０買薬６行目ＫｒＲ，Ｊとあるのをｒ
ｕ、と」と補正する。 （６）　　明細書第３０頁第８行目に「本発明にる」と
あるの、を「本発明によ」と補正する。 （η　明細書第３１頁第１６行目の「とすればよい−Ｕ
別法としては、パルス列の自己相関々数をいくつかの遅
れ時間に対して求め、自己相関々数を最大とするおくれ
時間をＰＩ３　　としてもよい。」（８）　　明細書第
３７頁第３行目Ｋ「関数」とあるのを「係数」と補正す
る。 （９）Ｆ！ＪＪ細書第３９頁第７行目から第８行目に「
まびき、まびかれたパルスを」とあるのを「まびいて」
と補正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信側では離散的な音声信号系列を入力し、あら
   かじめ定められた時間間隔毎にピッチを表わすピッチパ
   ラメータと短時間スペクトル包絡を表わすスペクトルパ
   ラメータとを抽出し前記スペクトルパラメータを符号化
   し、前記音声信号系列を前記ピッチに応じた時間区間に
   分割し前記音声信号系列と前記スペクトルパラメータを
   もとに前記音声信号系列を表わすための駆動信号を前記
   時間区間のうちの一部区間について求めて符号化し、前
   記スペクトルパラメータを表わす符号と前記駆動信号を
   表わす符号とを組み合わせて出力し、受信側では前記組
   み合わされた符号を入力し、前記スペクトルパラメータ
   を表わす符号と前記駆動信号を表わす符号とを分離して
   復号し前記復号された駆動信号をもとに前記ピッチに対
   応するパラメータを抽出し、前記ピッチに対応するパラ
   メータと前記復号された駆動信号をもとに駆動音源信号
   を復元し、前記復元された駆動音源信号と前記復号され
   たスペクトルパラメータとを用いて前記音声信号系列を
   再生するようにしたととを特徴とする音声信号符号化方
   式。
2. （２）入力音声信号系列からあらかじめ定められた時間
   間隔毎にピッチを表わすピッチパラメータと短時間スペ
   クトル包絡を表わすスペクトルパラメータとを抽出し前
   記スペクトルパラメータを符号化するパラメータ計算回
   路と、前記音声信号系列を前記パラメータ計算回路より
   供給されるピッチに応じた時間区間に分割し前記音声信
   号系列と前記スペクトルパラメータをもとに前記音声信
   号系列を表わすための駆動信号を前記時間区間のうちの
   一部区間について求めて符号化する駆動信号計算回路と
   、前記スペクトルパラメータを表わす符号と前記駆動信
   号を表わす符号とを組み合わせて出力するマルチプレク
   サ回路とを有することを特徴とする音声信号符号化装置
   。
3. （３）スペクトルパラメータを表わす符号と駆動信号を
   表わす符号とが少なくとも組合わせて入力され、組み合
   わされた符号系列を入力されスペクトルパラメータを表
   わす符号と駆動信号を表わす符号とを分離し復号し前記
   復号された駆動信号をもとに音声信号のピッチに対応す
   るパラメータを抽出するデマルチプレクサ回路と、前記
   ピッチに対応するパラメータと前記復号された駆動信号
   をもとに駆動音源信号を復元する駆動音源信号復元回路
   と、前記復元された駆動音源信号と前記復号されたスペ
   クトルパラメータとを用いて前記音声信号系列を再生し
   出力する合成フィルタ回路とを有することを特徴とする
   音声信号復号化装置。