JPS61219998A - パタンマツチングボコ−ダ - 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〕 本発明はパタンマツチングボコーダに関する〇〔従来の
技術〕 入力音声信号をＬＰＣ分析して得られる特徴パラメータ
のベクトルパタンと、音声資料の特徴パラメータの分布
に関する標準パタンとの照合を介して入力音声信号の分
析１合成を行なうパタンマツチングボコーダはよく知ら
れている。

このＬＰＣ分析は入力音声信号のＱｌｋパラメータをそ
のスペクトル包絡を全極型モデルで近似せしめて得るも
のであり、この場合入力音声信号や音響資料は定常的と
見做して分析フレームごとにαパラメータやにパラメー
タ等のＬＰＣ係数を抽出している。

パタンマツチングボコーダでは、分１’１ｉｌｌｌで入
力音声信号に最もよくマ、テングレ九標準パタンの指定
番号だけを合成側に伝送し１合成側ではこの情報にもと
づいて音声合成フィルタの係数とすべき特徴パラメータ
を分析フレームごとに用意するという形式で伝送とット
レートの低減を図っている０ 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このＬＰＣ分析によって得られる特徴パ
ラメータは、入力音声信号あるいは音声資料のスペクト
ル包絡の近似値であってフォルマント帯域幅の過小推定
を生起し易いことが数多くの資料で知られている。この
７オルマント帯砿幅の過小評価は特に、第１７オルマン
トで起り易く。

これは第１フオルマント等のエネルギーの集中する周波
数に極が過度に集中することにもとづくためと考えられ
ている。このことをスペクトル包絡について言えばその
極周波数帯域幅、特に低周波数領域における第１の極周
波数帯域が極端に狭いものとして表現されることがしば
しば起抄うることを意味し、従ってこのようか特徴パラ
メータを介して行なうパタン照合は必らずしも常に最良
のパタン選択を行うことが出来ずこの分再生音質全劣化
せしめるという欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、正規化予測残差
電力を判定榮件に利用して常に最良のパタン選択を可能
とするパタンマツチングボコーダを提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置は、パタンマツチングボコーダにおいて、
入力信号のしＰＣパラメータにもとづきもしくはＬＰＣ
分析に付随して算出しうる正規化予測残差電力と標準パ
タンに関する正規化予測残差電力との比を算出したうえ
この比が予め設定された範囲内の標準パタンのみを対象
としてパタン照合を行なう選択パタン照合手段を備えて
構成される。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明のパタンマツチングボコーダの第一の実
施例の構成を示すプロ、り図である。

第１図に示す実施例の構成は分析＠ｌと合成側２とより
成り、また分析側ｌはＬＰＣ分析器１１゜音源分析器１
２．パタン照合器１３．標準パタンメモリ１４およびマ
ルチプレクサ１５を備えて構成され、また合成側２はデ
マルチプレクサ２１゜パタン復号器２２．標準パタンメ
モリ２３．音源合成器２４．音声合成フィルタ２５．Ｄ
／Ａコンバータ２６およびＬＰＰ２７を備えて構成され
る０人カライン１０１を介して入力した入力音声信号は
ＬＰＧ分析器１１と音源分析器１２とに供給される。

ＬＰＣ分析器１１は入力音声信号をＬ　Ｐ　ｋ’　（Ｌ
ｏｗＰａｓｓ　ｌｉ’１ｌｔｅｒ　）に通して不要な高
域遮断を行ない、次にＡ／Ｄコンバータによって所定の
サンプリング周波数でサンプリングしつ所定のど、ト数
で量子化する。この量子化音声信号はさらに所定の分析
周期とと罠窓関数との乗算によるウィンドウ処理が施さ
れたのちこの分析周期を分析フレーム単位とし公知の処
理技術、たとえば　Ａｕｔｏ　　−ｃｏｒｒｅｌａｔｉ
ｏｎ法やＰＡＲＣＯＲ，法等を利用してＬＰＣ分析を行
ないスペクトル包絡特性としてのＬＰＣ係数を抽出する
。

本実施例ではＬＰＣ係数として所定の次数のにパラメー
タ（偏自己相関関数）を利用しているが。

これは他のαパラメータあるいはこれらＬＰＣパラメー
タから誘導される他の特徴パラメータを利用しても差支
えない。

ＬＰＧ分析器１１から分析フレームごとに抽出されるＬ
ＰＣ係数はパタン照合器１３で標準パタンとの実時間照
合を行なう◇ 標準パタンメモリ１４は予め用意した音声資料のＬＰＣ
Ｑ数、この場合はにパラメータの分布に関する標準パタ
ンを備えておシ、パタン照合器１３は標準パタンメモＩ
Ｊ　１４から読出すＬＰＣ係数の標準パタン群とのスペ
クトル距離を計測しつツコノスペクトル距離を尺度とし
てこれが最小の標準パタンを選択しその指定番号をマル
チプレクサ１５に送出する。また、仁の標準パタンの選
択においてはＬＰＣ分析器１１によって分析フレームご
とに抽出されるＬＰＣ係数を利用して、　ＬＰＣ分析器
１１で算出するか、もしくはＬＰＣ分析の過程でＬＰＧ
分析器１１で得られる正規化予測残差電力と標準パタン
に関する正規化予測残差電力との比を算出しつつこれが
予め設定した範囲内にある標準パタンとのみ照合を行な
う。

正規化予測残差電力は次の（１）式に示すＵで定義され
る。

（１）式においてｋはにパラメータを示し、ｐはＬＰＣ
分析におけるにパラメータの分析次数である。

照合すべきＬＰＣ係数がαパラメータ等の、他のＬＰＣ
係数であるときはこれをにパラメータに変換したうえで
（１）弐によるＵを演算すればよい。またαパラメータ
を求めるレビンンン法等、処理法によってはＬＰＣ分析
に付随して（１）式のＵが算出される場合もある。なお
％標準パタンメモリ１４は、内蔵する各標準パタンに関
する正規化予測残差電力を本実施例の如く標準パタンと
ともに予め記憶しておいてもよく、また照合の都度（１
）式にもとづいて算出しつつパタン照合器１３に供給す
る利用形式としても差支えない。

この正規化予測残差電力はスペクトル包絡の示す各ピー
ク値波形の尖鋭さ、つまりスペクトル包絡の極周波数帯
域幅と逆比例的に対応し、極周波数の現れるスペクトル
包絡波形の選択度Ｑの逆数ｌ／Ｑとはぼ同じ物理的意味
をもつ。従ってＵが小さいものＣヨど極周波数を中心と
するスペクトル包絡波形が尖鋭なものとなり、この条件
を考慮に入れてＬＰＣ分析によって得られるスペクトル
包絡の極周波数帯域幅過小評価の問題排除を行なってい
る。

すなわち、ＬＰＣ分析器１１では分析フレームごとのに
パラメータとともにとのにパラメータを利用して（１）
式によるＵ′ｆｔ算出、また標準パターンメモリ１４に
は標準パターンごとに予め算出した０％標準パタンとと
もに記憶しておき、パタン照合器１３はパタン照合を行
うごとにパタン照合に先立って２つの正規化予測残差電
力の比を求め、この比が予じめ設定した判定域値内にあ
るもののみパタン照合を行なう標準パタンと判定する。

この場合の判定域値は照合すべき２つのパタンの正規化
予測残差電力の差がＬＰＣ合成上許容されるべき誤差範
囲内のものに限定する観点で設定され。

このような判定域値内にある標準パタンとのみ照合を行
なうことによって前述した従来のＬＰＣ分析による特徴
パラメータを介してのノくタンマツチングにおける問題
点、ナな４りちスペクトル包絡の極周波数帯域幅の過小
評価にもとづく問題点の発生を根本的に排除した効率的
な照合処理を行うことができる。なお、本実施例では標
準パタンはその正規化予測残差電力Ｕを予め＋１）式Ｖ
こよって求めたうえＵの昇４順に分類した配列で標準パ
タンメモリ１４に記憶している。

さて、音源分析器１２は入力音声信号から公知の手法で
音源情報を抽出する。この音源情報としてはピッチ周期
ｔｆｔｌＩ！、有声／無声／無音の判別情報、および音
源の強さに関する情報でそれぞれ分析フレームごとに抽
ｌ１ｔｌされマルチブレフサ１５に供給・される０本実
施例では音源情報としてこれらの情報を利用してモデル
化した音源情報を分析側ｌから合成側２に送出している
が、ｆ原情報として波形情報を利用するマルチパルスも
しくは残差励振型などの形式のものとしても勿論垣支え
ない。

マルチブレフサ１５はこうして入力する標準パタン指定
番号ならびに音源情報を符号化したうえ所定の形式で多
重化したうえ伝送路１０２を介して合成側２に送出する
。

合成側２では分析＠ｌから供給された多重化信号をデマ
ルチブレフサ２１で多重化分離したうえ復号化を行ない
標準パタン指定番号はパタン復号器２２に、また音源情
報は音源合成器２４にそれぞれ供給する。

パタン復号器２２は、入力した標準パタン指定番号にも
とづき標準パタンメモリ２３から対応標準パタンを読出
しこの標準パタンによって指定されるＬＰＣパラメータ
を音声合成フィルタ２５に供給する。本実施例の場合標
準パタンメモリ２３には標準パタンメモＩ７１４に記憶
されている標準パタンと同内容のものが記憶されている
が１合成側に備える標準パタンは必らずしも分析側圧備
える標準パタンと完全に同一内容、同一配列である必要
はなく、同一分析フレームのスペクトル包絡を他のＬＰ
Ｃ係数で表現したもの、あるいはパタン復号に好都合の
配列としたものなどを利用してもよい。

さて１分析次数と同次数の全＆型ディジタルフィルタに
よって構成する音声合成フィルタ２５はパタン後号器２
２から供給されるＬＰＣパラメータをフィルタ係数とし
て利用し、音源合成器２４から受ける合成音源で駆動さ
れディジタル量の入力音声信号を再生する。

音源合成器２４は、ピッチ周期情報、有声／無声／無音
判別情報、音源の強さ情報を利用し有声および無声の有
音のときはピッチ周期情報で、また無音のときは白色雑
音で音源をモデル化したうえ音源の強さに対応したレベ
ル付与した音源を合成しこれを音声合成フィルタ２５に
供給する。

音声合成フィルタ２５から出力されるディジタル量の再
生入力音声信号は次にＤ／Ａコンバータ２６でアナログ
量に変換されたのちＬＰＦ２７で不要な高域成分を遮断
したうえ出力ライン２０１に送出される。

第２図は本発明のパタンマツチングボコーダの第２の実
施例の構成を示すプロ、り図である０第２図に示す第２
の実施例は第１図に示す第１の実施例のＬＰＣ分析器１
１をＬＳＰ分析器１６に変更し、また標準パタンメモリ
１７．２８がＬＳＰパラメータを登録している点のみが
異っておシ他の内容はすべて同一なのでこれら共通自答
に関しては詳細な説明を省略する。

第２図に示す第２の実施例はパタンマ、テングに利用す
るＬＰＣパラメータとして、ＬＰＣパラメータから誘導
されるＬＳＰパラメータを利用するものである。ＬＡＰ
パラメータはよく知られるようにスペクトル包絡を複数
の線スペクトル対で表現したもので、ＬＰＣ係数から二
瓢−トンの反復法を利用した高次方程式を解く方法や零
点探索法などの公知の方法で求めることができ、音声合
成においてスペクトル領域での補間特性が優れているな
どの観点から重用されている。

しかしながら、とのＬＳＰパラメータもＬＰＣパラメー
タから誘導されるものである以上やはシスベクトル包絡
の極周波数帯域幅が過小評価され極端に狭くなることが
しばしば起シ得る性質を有し、その結果必らずしも最良
のパタンの選択ができなくなることがしばしば発生する
という問題がある。

ＬＳＰａのパタンマツチングボコーダでは入力音声信号
を分析して求めたＬＳＰパラメータの分布と、標準パタ
ンとしてファイルされているＬＩＰパラメータとのリア
ルタイム照合を介してマツチングを図るが、マツチング
の尺度としてのスペクトル距離は次の（２）式で示され
るＤｉｊが利用され、このＤｉｊを最小とする標準パタ
ンがパタンマツチングがとれたものとして選択される。

（２）式においてｉ、ｊはＬＳＰ分析における処理フレ
ームナンバー、ωｉｋおよびωｊｋはフレームｉ、ｊの
Ｐ次のＬＳＰ係数、Ｗ、はＰ次のＬＳＰスペクトル感度
でＬＳＰ周波数ω１．ω＝、・・・・・・ωに等に対応
して決定される。

ＬＳＰパラメータは、隣接する周波数たとえばω！とω
２との間隔がある程に以上接近する場合にはこれから算
出されるスペクトル包絡の周波数帝域幅が極端に伏くな
るように過小評価し、従って（２）式によるパタン照合
では最良のパタン選択を行えないこととなる。

仁のような問題を避けるためＬＩＰ分析器１５は分析フ
レームごとに（１）式に示す正規化予測残差を力Ｕを分
析フレームごとに算出し、また標準パタンメモリ１６に
登録されている標準パタンはＬＳＰパラメータの分布に
関する標準パタンを用意するとともに、これら標準パタ
ンととの正規化予測残差電力も予め算出し記憶している
。パタン照合器１３ではパタン照会に先立ってこれら２
つの正規化予測残差電力の比を算出しこの比が予め設定
した判定域値内の標準パタンだけを対象としてＬＳＰパ
ラメータの分布のＪ４＠−ｆｆを（２）式のスペクトル
距離を尺糺として実施する。

ＬＳＰパラメータを対象とする正規化予測残差電力の算
出は、ＬＳＰパラメータω重　、ω２・旧・・ωｋから
αパラメータを求めたあとざらにαバラメータをにパラ
メータに変侯する＋順でにパラメータを求めＵを算出す
る。

その他の動作ははぼ第１の実施例と同様にしてＬＡＰパ
ラメータを介してのパタンマツチングによる入力音声信
号の分析および合成が行なわれる。

このようにしてスペクトル包絡の極周波数帯域幅の過小
評価の問題を回避した効率的なパタン照合を行なうこと
ができる。

なお、前述した第１および第２の実施例では固定長フレ
ームによる分析、合成を実施しているが。

これを可変長フレームとしても容易に実施しうろことは
明らかである０ 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれは、パタンマツチング
ボコーダにおいて、入力音声信号と標準パタンに関する
正規化予測残差電力の比をパタンに先立って求め、スペ
クトル包絡に罫ける極周波数帯域幅と間接的に対応した
この比が予め設定域値内に含まれる標準パタンだけを対
象としてパタン照合を実施するという手段を備えること
によシ、スペクトル包絡の極周波数帯域幅の過小評価と
いうＬＰＣ分析における欠点を大幅に改善したパタンマ
ツチングボコーダが実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパタンマツチングボコーダの第１の実
施例の構成を示すプロ、り図、第２図は本発明のパタン
マツチングボコーダの第２の実施例のｗｔ成を示すブロ
ック図である。 １・・・・・・分析側、２・・・・・合成側、１１・・
・・・ＬＰＣ分析器、１２・・・・・・音源分析器、１
３・・・・・・パタン照合器、１４・・・・・・標準パ
タンメモ１ハ　１５・・・・・・マルチブレフサ、１６
・・・・・・ＬＳＰ分析器、１７・・・・・・標準パタ
ンメモリ、２１・・・・・・デマルチブレフサ、２２・
・・・・パタン復号器、２３・・・・・ａｍパタンメモ
Ｉハ　２４・・・・・・音源合成器、２５・・・・・音
源合成フィルタ、２６・・・・・・Ｄ／Ａコンバータ、
２７・・・・ＬＰＦｌ　２８・・・・・・標準パタンメ
モリ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）パタンマッチングボコーダにおいて、入力音声の
   ＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　Ｃｏｅ
   ｆｆｉｃｉｅｎｔ．線形予測係数）パラメータにもとづ
   きもしくはＬＰＣ分析に付随して算出しうる正規化予測
   残差電力と標準パタンに関する正規化予測残差電力との
   比を算出したうえこの比が予め設定された範囲内の標準
   パタンのみを対象としてパタン照合を行なう選択パタン
   照合手段を備えて成ることを特徴とするパタンマッチン
   グボコーダ。
2. （２）パタン照合をＬＳＰ（Ｌｉｎｅ　Ｓｐｅｃｔｒｕ
   ｍ　Ｐａｉｒｓ．線スペクトル対）パラメータを介して
   実施することを特徴とする特許請求範囲第（１）項記載
   のパタンマッチングボコーダ。