JPS62264100A - 音声符号化装置 - Google Patents

音声符号化装置

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JPS62264100A
JPS62264100A JP61107951A JP10795186A JPS62264100A JP S62264100 A JPS62264100 A JP S62264100A JP 61107951 A JP61107951 A JP 61107951A JP 10795186 A JP10795186 A JP 10795186A JP S62264100 A JPS62264100 A JP S62264100A
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JP
Japan
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circuit
sound source
cross
correlation function
calculation circuit
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JP61107951A
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English (en)
Inventor
良二 鈴木
博之 直野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は、音声の蓄積伝送や移動通信を高能率に行なう
音声符号化装置に関するものである。
従来の技術 従来より、高能率の音声符号化装置は、移動通信におけ
る帯域圧縮や蓄積伝送における低ビツトレート化を実現
するものとして注目されている。
音声を16〔Kピット/秒〕以下の伝送速度で符号化す
る音声符号化装置の代表的な方法として、−2ルチ(M
ulti ) ・パA/ス(Pu1se ) −+) 
ニア ・プレディクチイブ・コーアンダ(以下MPLP
Gと略称する)がB、 S、 Atal  らにより提
案されている(例えば「ア ニ二一 モデル オプ エ
ルピーシ−エクシテーシプン フォー 7’ofユーン
ング ナチュラル サウンディング スピーチo−ピy
ト レ−)J(ムNew Model of LPCE
xcitation for Producing N
atural SoundingSpeach at 
Low Bit Rate  I CA S P予鳴集
1982  P614〜617>)。この方法は駆動音
源に複P1個のパルスを用い、声道特性を表現するのに
線形予測係数を用いたものである。
以下図面を参照しながら、上述したような従来の音声符
号化装置について説明を行なう。第4図は従来の音声符
号化装置の構成を示すものである。
第4図において、61は音声信号を入力する入力端子、
62は音声信号から合成音声を差し引き誤差信号を出力
する減算回路、63は誤差信号に聴感上の重み付けを行
なう重み付け回路、64は重み付け誤差信号を最小化す
る音源パルスの振幅と位置を求める誤差最小化回路、6
6は音源パルスを発生する音源パルス発生回路、66は
線形予測係数Linear Pradictiva C
oefficient (以下LPCと略称する)によ
り音声を合成するLPCt合成回路である。
以上のように構成された音声符号化装置について、以下
その動作について説明する。
まず、LPG合成回路56は音源パルスにより励振され
て合成音声を発生する。次に減算回路62は入力端子5
1から入力した音声信号から前記合成音声を差し引き、
誤差信号を発生する。そして重み付け回路53は第(1
)式に示すように、聴覚のマスキング効果を用いて、誤
差信号に聴感上の重み付けを行なう。
ただし、a(:第に次の線形予測・係数γ −0≦γ≦
1なる定数 さらに誤差最小化回路64は重み付けされた誤差信号の
2乗平均値を最小化するように、音源パルスの振幅と位
置を求め、音源パルス発生回路S6に音源パルスの振幅
と位置の情報を送る。そして音源パルス発生回路66は
音源パルスの振幅と位置の情報から音源パルス時系列を
発生し、LPC合成回路56を励振する。このように、
これら一連の処理はanalysis −by −5y
nthasis手法により、誤差信号が最小になるよう
に繰り返し行なわれ、最終的に得られた音源パルスの振
幅と位置を音源信号とする。
しかしながら、上記のような構成および方法では処理量
が非常に多いという問題を有していた。
以下図面を参照しながら、他の従来の音声符号化装置に
ついて説明を行なう。
第6図は従来の音声符号化装置の構成を示すものである
。第S図において、61は入力端子、62は音声信号時
系列を1フレーム(例えば20(msec:))分蓄積
するバッファメモリ回路、63は音声のスペクトル包絡
特性を示すにパラメータを求めるにパラメータ計算回路
、64はK パラメータを所定の量子化ビット数で符号
化するK パラメータ符号化回路、66は符号化された
にパラメータおよび音源パルスの情報を送出するマルチ
プレクサ、66はにパラメータに基づく音声のスペクト
ル包絡特性を重み付けした特性に対応するインパルス応
答時系列を求めるインパルス応答計算回路、67は音声
信号に聴感上の重み付けを行なう重み付け回路、68は
現フレームより1フレーム前に求められた音源パルスに
よる現フレームへの影響の成分を生成する合成フィルタ
回路、69はインパルス応答の自己相関関数を求める自
己相関関数計算回路、70は重み付けされた音声信号時
系列とインパルス応答時系列との相互相関関数を求める
相互相関関数計算回路、71は音声信号時系列から現フ
レームより1フレーム前に求められた音源パルスによる
現フレームへの影響を取り除く減算回路、72は音源パ
ルスの振幅と位置を求める音源パルス計算回路、73は
音源パルスを所定の量子化ビット数で符号化する符号化
回路、74は現フレームより1フレーム前の音源パルス
を発生する音源パルス発生回路、76はマルチプレクサ
からの符号化された情報を出力する出力端子である。
以上のように構成された音声符号化装置について、以下
その動作について説明する。
まず入力端子61から入力された音声信号時系列x (
n)はバッファメモリ回路62に1フレ一ム分蓄積され
、Kパラメータ計算回路63はそのフレームのK ハラ
メータを計算し、求められたにパラメータはにパラメー
タ符号化回路64により所定のピット数で符号化され、
マルチプレクサ66゜インパルス応答計算回路66、重
み付け回路67゜合成フィルタ回路68に出力される。
次に、インパルス応答計算回路66は第(2)式に示す
ように合成フィルタ回路68と第(1)式の特性を持つ
重み付け回路67の縦続接続からなるフィルタH,(Z
)のインパルス応答り、(n)を求め、自己相関関数計
算回路69および相互相関関数計算回路7oに出力する
そして、自己相関関数計算回路69は第(2))式に示
すようにhw(n)の自己相関関数Rhh e)を計算
し、Rhh (m)を音源パルス計算回路72に出力す
る。
ただし、1に=遅れ時間  0≦m (NN:フレーム
長 また、減算回路71はバッファメモリ回路62に蓄積さ
れた音声信号時系列x (n)から、合成フィルタ回路
68の出力時系列を1フレ一ム分減算することにより、
現フレームより1フレーム前に求められた音源パルスに
よる現フレームへの影響を取り除き、その減算結果a 
(n)を重み付け回路67に出力する。重み付け回路6
7は第O)式に不したような特性W(Z)を持ち、聴覚
のマスキング効果を用いて、減算結果e(n)に聴感上
の重み付けを行ない、得られた・w(n)を相互相関関
数計算回路Toに出力する。相互相関関数計算回路To
は第(4式に示すように6w (n)とhw (n)と
を入力し、相互相関関数ψhx (”)を計算し、これ
を音源パルス計算回路73に出力する。
ψhx(m)=註、 ?(n) ・hy(n m ) 
 −−(4ただし、Il:遅れ時間  0≦m (N次
に、音源パルス計算回路72は第<S)、(に示すよう
に、自己相関関数Rhh (ma)と相互相関関数ψh
、(m)からgi(m)をフレーム内の各サンプルにつ
いて計算し、Igi(mi)1  を最大とするような
m4を音源パルスの位置とし、その時のgt(mi、)
を音源パルスの振幅とする。この操作を繰り返して、音
源パルスの振幅と位置を1本ずつ求めていく。
Rhh (o) ・・・・・・(6) ただし、gl:フレーム内のi番目に立つ音源パルスの
振幅 ml:i71目の音源パルスのフレー ム内のサンプル位置 音源パルスの振幅と位置は符号化回路73に出力される
。符号化回路73では音源パルスの振幅gt(mi)と
位置!Ili ’に所定のビット数で符号化し、マルチ
プレクサ66および音源パルス発生回路74に出力する
。音源パルス発生回路74は符号化された音源パルスか
ら、位置mlに振幅gi(mi)のパルスをもつ音源パ
ルス列を1フレーム分計算し、これにさらに1フレ一ム
分の0を付加して2フレームの長さにし、これを合成フ
ィルタ回路68に出力する。合成フィルタ回路68は、
にパラメータ符号化回路64から符号化されたにパラメ
ータを入力して音声のスペクトル包絡特性を持ったフィ
ルタを構成し、音源パルス発生回路74からの音源パル
ス列で駆動して、現フレームより1フレーム前の音源パ
ルスによる影響の成分を求め、減算回路71に出力する
。次にマルチプレクサ66は、Kパラメータ符号化回路
64の出力符号と、符号化回路73の出力符号を入力し
、これらを組み合わせて、出力端子76から通信路へ出
力する。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成および方法でも特に第
(6)式の音源パルスを求める時の処理量°が非常に多
いという問題を有していた。
本発明は上記間嘔点に鑑み、音質をあまり劣化させずに
処理量を削減することのできる音声符号化装置を提供す
るものである。  ′ 問題点を解決するだめの手段 この目的を達成するために本発明の音声符号化装置は、
ある一定時間の音声信号時系列から短時間スペクトル包
絡特性を抽出するスペクトル分析回路と、過去に求めら
れた音源パルスの現時点への影響の時系列を発生する合
成フィルタ回路と、音声信号時系列から前記合成フィル
タ回路で発生した合成信号時系列を差し引くことにより
過去に求められた音源パル′スの現時点への影響を取り
除く第1の減算回路と、前記第1の減算回路の出力信号
時系列に聴感上の重み付けを行なう重み付け回路と、□
前記スペクトル分析回路の出力に基づいて短時間スペク
トル包絡に対応するインパルス応答時系列を求めるイン
パルス応答計算回路と、前記重み付け回路の出力信号時
系列と前記“インパルス応答計算回路のインパルス応答
時系列との相互相関関数を求める相互相関関数計算回路
と、前記インパルス応答計算回路のインパルス応′答時
系列の自己相関関数を求める自己相関関数計算回路と、
前記相互相関関数計算回路で求められた相互相関関数と
前記自己相関関数計算回路で求められた自己相関関数と
それまでに求まっている音源パルスとに基づいて新たな
音源パルスを求める音源パルス計算回路とを備え、さら
に前記音源パルス計算回路は、前記相互相関関数計算回
路により求められた相互相関関数を記憶する複数の小区
間に分割された記憶回路と、駆動音源であるところのパ
ルスが求まる毎にそのパルスの振幅と前記自己相関関数
計算回路により求められた自己相関関数との積算を行な
う積算回路と、前記記憶回路の内容から前記積算回路の
内容を差し引いて相互相関関数からすでに求められた音
源パルスの影響を取り除く第2の減算回路と、前記記憶
回路の1つの小区間の内容から最大絶対値を求めてその
最大絶対値・から求められる音源パルスの影響を前記第
2の減算回路により取り除いた後に前記記憶回路の別の
小区間から最大絶対値を求めるという操作を全ての音源
パルスが求まるまで繰り返す最大値探査回路と、前記最
大値探査回路により求められた最大   −値を前記自
己相関関数計算回路で求められたインパルス応答の0次
の自己相関関数で除することにより駆動音源パルスの振
幅を求める除算回路とを有する構成となっている。
作用 この構成によって、記憶回路を小区間(以下これをサブ
フレームと呼ぶ)に分割したために、音源パルスの振幅
gi(mi)および位置miを求めるために、第(5)
式で示したgl(m、1) の最大絶対値を探査する時
に、探査する範囲を(サブフレーム数)−分の1にする
ことにより処理量を減らし、さらに、あるサブフレーム
で音源パルスを1本求めたら、次は別のサブフレームで
音源パルスを求めるというふうに、音源パルスをサブフ
レーム毎に1本づつ求めるようにすることにより、サブ
フレーム化したことによる音質の劣化を防ぐこととなる
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。第1図は本発明の一実施例における音声符号化
装置の構成を示すものである。第1図において、1は入
力端子、2はバッファメモリ回路、3はスペクトル分析
回路であるところのK ハラメータ計算回路、4はにパ
ラメータ符号化回路、6はマルチプレクサ、6はインパ
ルス応答計算回路、7は重み付け回路、8は合成フィル
タ回路、9は自己相関関数計算回路、1oは相互相関関
数計算回路、11は減算回路、12は音源パルス計算回
路、13は符号化回路、14は音源パルス発生回路、1
6は出力端子で、これらは従来例の構成と同じものであ
る。
第2図は本実施例の音源パルス計算回路12の構成を示
すものである。第2図において、21は相互相関関数を
入力する相互相関関数入力端子、22は自己相関関数を
入力する自己相関関数入力端子、23は相互相関関数を
記憶する複数のサブフレームに分割された記憶回路、2
4は記憶回路23から1つのサブフレームを選択するス
イッチ、25は1つのサブフレームの相互相関関数ψh
x (m)の最大絶対値を求める最大値探査回路、26
は最大値探査回路26で求められた相互相関関数ψhx
 ”)を0(零)次の自己相関関数1’thh (o)
で除算することにより音源パルスの振幅gl(ml) 
 を求める除算回路、27は相互相関関数ψhx (m
)からすでに求められた音源パルスの影響を取り除く減
算回路、28は新たな音源パルスが求まる毎に音源パル
スの振幅gi(lni)  と自己相関関数Rhh (
m)の積算を行ガう積算回路、29は音源パルスの位置
m1を出力する音源パルス位置出力端子、30は音源パ
ルスの振幅gi(mi)  を出力する音源パルス振幅
出力端子である。
以上のように構成された音声符号化装置について、以下
その動作について説明する。
まず、入力端子1から入力された音声信号時系列x (
n)はバッファメモリ回路2に1フレ一ム分蓄積され、
Xパラメータ計算回路3はそのフレームのK ハラメー
タを計算し、求められたにパラメータはにパラメータ符
号化回路4により所定のビット数で符号化され、マルチ
プレクサ6、インパルス応答計算回路69重み付け回路
70合成フィルタ回路8に出力される。次に、インパル
ス応答計算回路6は第@)式に示したように合成フィル
タ回路8と第(1)式の特性を持つ重み付け回路7の縦
続接続からなるフィルタHw(Z)のインパルス応答h
y(n)を求め、自己相関関数計算回路9および相互相
関関数計算回路1oに出力する。そして、自己相関関数
計算回路9は第(@式に示したように11w(n)の自
己相関関数Rhh (m)を計算し、Rhh (m)を
音源パルス計算回路12に出力する。また、減算回路1
1はバッファメモリ回路2に蓄積された音声信号時系列
x (n)から、合成フィルタ回路8の出力時系列を1
フレ一ム分減算することにより、現フレームより1フレ
ーム前に求められた音源パルスによる現フレームへの影
響を取り除き、その減算結果e (n)を重み付け回路
7に出力する。重み付け回路7は第(1)式に示したよ
うな特性W(Z)を持ち、聴覚のマスキング効果を用い
て、減算結果e (n)に聴感上の重み付けを行ない、
得られた6w(n)を相互相関関数計算回路10に出力
する。相互相関関数計算回路1oは第(4)式に示した
ように6w(n)と11w(n)とを入力し、相互相関
関数ψhx (n)を計算し、これを音源パルス計算回
路12に出力する。
次に、音源パルス計算回路12は第(5)式に示したよ
うに、自己相関関数Rhh (m)と相互相関関数ψh
x(−からgl(m)をフレーム内の各サンプルについ
て計算し、Igi(mt)l  を最大とするよりなm
lを音源パルスの位置とし、その時のg、(mi)  
を音源パルスの振幅とする。この操作を操り返して、音
源パルスの振幅と位置を1本ずつ求めていく。
音源パルスの振幅と位置は符号化回路13に出力される
。符号化回路13では音源パルスの振幅gl(ml)と
位1miを所定のビット数で符号化し、マルチプレクサ
6および音源パルス発生回路14に出力する。音源パル
ス発生回路14は符号化された音源パルスから、位置m
i に振幅gi(m、0  のパルスヲモつ音源パルス
列を1フレーム分計算し、これにさらに1フレ一ム分の
0を付加して2フレ−ムの長さにし、これを合成フィル
タ回路8に出力する。合成フィルタ回路8はにパラメー
タ符号化回路4から符号化されたXパラメータを入力し
て音声のスペクトル包絡特性を持ったフィルタを音源パ
ルス発生回路14からの音源パルス列で駆動シて、現フ
レームより1フレーム前の音源パルスによる影響の成分
を求め、減算回路11に出力する。次にマルチプVクサ
5はXパラメータ符号化回路4の出力符号と、符号化回
路13の出力符号を入カレ、これらを組み合わせて、出
力端子16から通信路へ出力する。
次に第2図を用いて音源パルス計算回路12の動作につ
いて説明する。
まず、相互相関関数入力端子21から入力された相互相
関関数ψhx (m)は記憶回路23に送られる。
次にスイッチ24は記憶回路23の1つのサブフレーム
を選択し、そのサブフレームの相互相関関数ψfix(
m)を最大値探査回路26に出力する。最大値探査回路
25はスイッチ24により選択されたサブフレームの相
互相関関数ψh、 (m)の最大絶対値を求め、最大絶
対値の位置つまり音源パルスの位置l111 を音源パ
ルス位置出力端子29に出力し、最大絶対値が得られた
相互相関関数ψh、c(m)を除算回路26に出力する
。スイッチ24は音源パルスが1本求まる毎に、別のサ
ブフレームに切り換えられる。除算回路26は最大値探
査回路26で求められた相互相関関数ψhx(Ill)
を0次の自己相関関数Rhh(o)で除算することによ
り第(6)式に示した音源パルスの振幅g1(mi)を
求め、音源パルス振幅出力端子30に出力する。減算回
路27は第(6)式の分子に示したように記憶回路23
に格納されている相互相関関数ψhx (m)から、す
でに求められた音源パルスの影響を取り除いて、記憶回
路23に再格納する。積算回路28は第(5)式の分子
の右項に示したように、新たな音源パルスが求まる毎に
、音源パルスの振幅gl (mi)  と自互相関関数
Rhh(m)の積算を行ない、すでに求められた音源パ
ルスの影響の成分g6−Rhh(1m1− mi l 
)(ただし1≦m1≦N)を生成し、減算回路27に出
力する。
本実施例の音源パルス計算回路12による音源パルスを
求める様子を第3図に示す。第3図は4つのサブフレー
ムに分割した例で、1本目から6本目までの音源パルス
を求める様子を示しており、まず第1フレームから1本
目の音源パルスを求め、次に第2フレームから2本目の
音源パルスを求めるというふうに、以後全ての音源パル
スが求まるまでこの操作を繰り返す。
以上のように本実施例によれば、相互相関関数ψhx 
(m)を格納する記憶回路23を複数のサブフレームに
分割し、最大値探査回路26はスイッチ24で選択され
たサブフレームの相互相関関数ψhx(ml)の最大絶
対値を探査するようにしたことにより、最大値探査回路
は音源パルスを1本求める毎にフレームの全ての領域を
探査しないで済むようになり、処理量を減らすことがで
きる。さらに音源パルスをサブフレーム毎に1本づつ求
めるようにすることにより、サブフレームの境界付近で
の不連続性による音質劣化を防ぐことができる。
なお、本実施例では第3図に示したように、音?ハルス
の探査をサグフレーム類に循環的に行なっているが、こ
れは各サブフレームにおける相互相関関数の絶対値の総
和の大きい順に行っても良い。この場合には処理量は少
し増すが、サブフレーム化による音質劣化は少なくなる
。また、本実施例では自己相関関数Rhh (m)を第
(3)式に示したように、nおよびmの範囲をNまでと
しているが、hw(n)は指数関数的に減衰しているの
で、この範囲を短かくしても良い。この場合には処理量
がさらに少なくなる。また、本実施例では相互相関関数
ψhx (m)を第(4)式に示したように、nの範囲
をNまでとしているが、kw(n)は指数関数的に減衰
するので、との範囲を短かくしても良い。この場合には
処理がさらに少なくなる。
発明の効果 本発明は、複数のサブフレームに分割した記憶回路と、
音源パルスが1本求まる毎にサブフレームを変えて、そ
のサブフレームの内容の最大絶対値を求める最大値探査
回路を設けることにより、処理量を減らすことができ、
さらにサブフレーム1化による音質の劣化が少なくて済
むという効果を得ることができる優れた音声符号化装置
を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における音声符号化装置の構
成を示すブロック図、第2図は本実施例の音声符号化装
置の音源パルス計算回路の構成を示すブロック図、第3
図は同音声符号化装置の音源パルス計算回路の動作のタ
イミングチャート、第4図は従来例の音声符号化装置の
一例を示すプ07り図、第5図は従来例の音声符号化装
置の他の一例を示すブロック図である。 3・・・・・・K ハラメータ計算回路、6・・・・・
・インパルス応答計算回路、7・・・・・・重み付け回
路、8・・・・・・合成フィルタ回路、9・・・・・・
自己相関関数計算回路、10・・・・・・相互相関関数
計算回路、11・・・・・・減算回路、12・・・・・
・音源パルス計算回路、14・・・・・・音源パルス発
生回路、23・・・・・・記憶回路、26・・・・・・
最大値探査回路、26・・・・・・除算回路、27・・
・・・・減算回路、28・・・・・・乗算回路。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ある一定時間の音声信号時系列から短時間スペク
    トル包絡特性を抽出するスペクトル分析回路と、過去に
    求められた音源パルスの現時点への影響の時系列を発生
    する合成フィルタ回路と、音声信号時系列から前記合成
    フィルタ回路で発生した合成信号時系列を差し引くこと
    により過去に求められた音源パルスの現時点への影響を
    取り除く第1の減算回路と、前記第1の減算回路の出力
    信号時系列に聴感上の重み付けを行なう重み付け回路と
    、前記スペクトル分析回路の出力に基づいて短時間スペ
    クトル包絡に対応するインパルス応答時系列を求めるイ
    ンパルス応答計算回路と、前記重み付け回路の出力信号
    時系列と前記インパルス応答計算回路のインパルス応答
    時系列との相互相関関数を求める相互相関関数計算回路
    と、前記インパルス応答計算回路のインパルス応答時系
    列の自己相関関数を求める自己相関関数計算回路と、前
    記相互相関関数計算回路で求められた相互相関関数と前
    記自己相関関数計算回路で求められた自己相関関数とそ
    れまでに求まっている音源パルスとに基づいて新たな音
    源パルスを求める音源パルス計算回路とを備えたことを
    特徴とする音声符号化装置。
  2. (2)音源パルス計算回路は、前記相互相関関数計算回
    路により求められた相互相関関数を記憶する複数の小区
    間に分割された記憶回路と、駆動音源であるところのパ
    ルスが求まる毎にそのパルスの振幅と前記自己相関関数
    計算回路により求められた自己相関関数との積算を行な
    う積算回路と、前記記憶回路の内容から前記積算回路の
    内容を差し引いて相互相関関数からすでに求められた音
    源パルスの影響を取り除く第2の減算回路と、前記記憶
    回路の1つの小区間の内容から最大絶対値を求めてその
    最大絶対値から求められる音源パルスの影響を前記第2
    の減算回路により取り除いた後に前記記憶回路の別の小
    区間から最大絶対値を求めるという操作を全ての音源パ
    ルスが求まるまで繰り返す最大値探査回路と、前記最大
    値探査回路により求められた最大値を前記自己相関関数
    計算回路で求められたインパルス応答の0次の自己相関
    関数で除することにより音源パルスの振幅を求める除算
    回路とを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の音声符号化装置。
JP61107951A 1986-05-12 1986-05-12 音声符号化装置 Pending JPS62264100A (ja)

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JP61107951A Pending JPS62264100A (ja) 1986-05-12 1986-05-12 音声符号化装置

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JP (1) JPS62264100A (ja)

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