JPS63191200A - 音声波形符号復号化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音声波形符号復号装置に関し、特に量子化雑音
整形において入力した音声信号に従って量子化雑音電力
スペクトルを制御する音声波形符号復号化装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来のこの種の技術は、音声信号の伝送において帯域幅
を圧縮するなどによる効率化をはかるため、入力信号は
符号化されて伝送線を過少復号化されて出力信号となる
。この場合には符号化または復号化のための予測係数信
号は音声信号の入力側でその信号を基にして生成され符
号化と復号化のために供給される。一方、音声の特長は
２０〜３Ｑｍｓ程度の間（通常はフレームという）は、
定常とみなすことができる。そしてとの間のスペクトル
を分析すると、音声信号の周波数に関しゆるやかな変動
する包絡構造の部分と、細かく周期的にまたは非周期的
なピッチ構造を示す部分とが存在する。

従って、この音声の特長を利用して過去の幾つかのサン
プルごとの周波数分析のデータの各サンプルごとに重み
をつけて和を求め、現在の音声信号の予測信号を作る。

そして予測信号レベルと現在の音声信号レベルとの差を
とって（残差信号という）、この残差信号が最小となる
ように各サンプルとの音声信号に重みをつけている。こ
のような操作をした上で残差信号を符号化して伝送して
いるものがある。

しかし、波形符号化の分野ではいわゆる量子化雑音によ
シその特性が評価され符号化速度を低減すると信号対雑
音比が悪化するので、この対策の一つとして量子化雑音
整形（ノイズシェービング）が採用されている。この方
法は、量子化雑音のスペクトルに適応させ、物理的な信
号対雑音比よりも聴感的な信号対雑音比を向上させよう
としたもので、音声スペクトルによシ雑音スペクトルの
マスキング効果を利用したものである。

例えば第６図（ａ）〜（Ｃ）はいずれも同一のフレーム
のを示しているもので、第６図（ａ）では入力した音声
信号のスペクトル包絡■と音声スペクトル、微細構造Ｏ
とを示している。これに聴感重み付けなどの前処理によ
シスベクトルの平坦化を行って符号化して伝送し、復号
化すると第６図（ｂ）Ｋ示すように、スペクトル包絡■
と、信号の符号化復号化のために生じる白色雑音■を伴
っている。更に聴感逆型み付けなどの後処理を行ない第
６図（ｂ）に示すスペクトル包絡■を入力した音声信号
のスペクトル包絡■と一致するスペクトル包絡を再現す
る。

この再現されたスペクトル包絡が第６図（Ｃ）に示す■
　である。この後処理によシ白色雑音■は有色化され第
６図（Ｃ）の■に示すスペクトルとなる。有色雑音■の
形状は入力した音声信号のスペクトル包絡■と、前処理
の結果平坦化されたスペクトル包絡■との差と一致する
。従ってノイズシェービングは入力した音声のスペクト
ルの強弱のみに依存して雑音スペクトルの制御を行って
いる。すなわち音声スペクトルの強い周波数成分では雑
音スペクトルも強く、音声スペクトルの弱い周波数成分
では雑音スペクトルも弱くなるように構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は上述のように、量子
化雑音整形に際して音声スペクトルの強弱に従って雑音
スペクトルの制御を機械的に行っているので、復号化さ
れた音声の聴音に対する良否を検索し、最も適当な点を
見付けることなど音声の周波数に対応して、信号対雑音
比に決定するには不便であるという点にある。

従りて本発明の目的は、上記の欠点を解決した音声波形
符号復号化装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の音声波形符号復号化装置は、入力した音声信号
を符号化した符号化信号を伝送し復号化して出力する音
声波形符号復号化装置において、前記音声信号の音声周
波数と音声スペクトル強度とにより前記符号化信号の量
子化雑音電力スペクトルを制御する制御手段を備えて構
成される。

〔実施例〕

次に本発明について実施例を示す図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の第一の実施例の構成を示すプロ、り図
、第２図は本発明の第二の実施例の構成を示すブロック
図、第３図は本発明の符号化のための基本構成を示すプ
ロ、り図、第４図は本発明の符号化のための基本構成の
変形を示すブロック図、第５図（ａ）および（ｂ）は本
発明による量子化雑音整形の信号を示す図表である。

まず、本発明の概要について第３〜５図を参照して説明
する。

本発明は、入力した音声信号を符号化復号化したときの
量子化雑音電力スペクトルが音声周波数とそのスペクト
ル強度に従って制御されるほか、あらかじめ定められた
周波数またはその周辺での量子化雑音電力スペクトルを
前者に重畳して制御するものである。特にその制御の程
度は音声周波数となって出力される音波を聴取する者の
好みによって異るが、例えば低域側の信号対雑音比を良
好にし高域側の信号対雑音比を多少低下させた場合の方
を多くの聴者は好んでいる。従って、聴感重み付は処理
などのほかにさらに音声周波数に対応した重み付けを行
っている。

まず本発明の符号化のための基本構成を線形予測分析法
（ＬＰＣ）の中から合成による分析法（Ａｂ８）を例と
して説明する。第３図を見るにこの例では伝達関数Ｈ＊
（Ｚ）−’で表わされる量子化雑音スペクトル制御フィ
ルタ３２と、伝達関数Ｈ２（Ｚ）で表わされる重み付は
フィルタ３３と、音源３５と、伝達関数５（Ｚ）で表わ
される合成フィルタ３６と、加算器３１とを備えている
。

一方、線形予測分析法では、先に述べたように過去のサ
ンプルデータから現時点のサンプルデータを予測するた
め、あらかじめ定められたＰ個の過去のサンプルデータ
それぞれに予測係数αｉ　を掛けてこれらの和を求め、
これと現時点のサンプルデータとを比較してその差（残
差信号という）を最小とするような予測係数αｉを求め
て、これと残差信号とを伝送し線形予測復号を行って伝
送した音声信号全再生させている。また、聴感重み付は
係数γｉはあらかじめ経験的に定められる。

ふたたび第３図に戻って、音声入出力信号１３０が加算
器３１に加えられると、音声入出力信号１３０と伝達関
数５（Ｚ）で表わされる合成フィルタ３６から出力され
る予測音声信号との差が加算器３１から出力される（い
わゆる量子化靴音に相当する信号である）。つぎに加算
器３１の出力は、伝達関数Ｈ１（Ｚ）−”で表わされる
量子化雑音スペクトルで制御される制御フィルタ３２へ
入力する。

伝達関数Ｈ１（Ｚ）−’は音声の１フレームの周波数特
性を第５図（ａ）の形状とする重み付は強度Ｈｒ　（Ｚ
）の逆関数である。量子化雑音スペクトルで制御される
制御フィルタ３２の出力は、続いて伝達関数Ｈｚ（Ｚ）
−’で表わされる聴感重み付はフィルタ３３へ入力し、
その出力は雑音スペクトルの包絡線が第５図（ｂ）に示
す信号Ｈ２（Ｚ）となるようになっている。

さらに音源３５に印加され、例えば残差信号またはマル
チパルス信号で構成される出力信号１３３が出力され、
伝送信号となって受信側の合成復号部で復号化されるよ
うに接続されている。出力信号１３３は、伝達関数５（
Ｚ）で表わされる合成フィルタ３６を通して、予測され
た第５図の信号５（Ｚ）のような音声信号が加算器３１
へ入力されている。

また伝達関数Ｈ２（Ｚ）−”および５（Ｚ）はそれぞれ
（１）式および（２）式で表わされる。

Ｈ，（Ｚ）−’　＝（，５，ａ、ｚ−”）／（４ａ、　
ｒ、　−ｚ　）ｒ　”　６　　　　　　　　　　　１　
！　０・・・・−・（１） Ｓ（Ｚ）　＝　（、Ｘ　ａｌ　Ｚ−”）　　　　　　　
　　””・・（２）１蹴Ｏ 従って伝達関数Ｈ２（Ｚ）で表わされる重み付はフィル
タ３３へは制御信号として予測係数αｉと聴感重み付は
係数γｌとを表わす信号とが入力され、位置関数５（Ｚ
）で表わされる合成フィルタ３６へは制御信号として予
測係数αｉが入力される。

このうち予測係数α１は線形予測分析法（ＬＰＧ）の中
から得られ、聴感重み付は係数γｉは０と１の間で経験
的に定められる。さらに、伝達関数Ｈ１（Ｚ　）−’は
（３）式で表わされる。

Ｈｌ（Ｚ）″”＝（１−ｒ”ｚ、″１）″″１叫°゛（
３）このうち量子化雑音スペクトル制御係数ｒは、音声
信号の周波数とスペクトル強度によって制御され例えば
第５図（ａ）に示すような重みが復号化された信号につ
けられるよう、あらかじめ設定するものである。第５図
（ａ）では重み付けの強度Ｈ１（Ｚ）が周波数に関して
直線となっているが、これらは必らずしも直線である必
要はなく、曲線であってもよい。

次に、本発明の符号化のだめの基本構成を線形予測分析
法（ＬＰＧ）の中から合成による分析法（ＡｂＳ）の他
の例で説明する。

第４図を見るに、この例は第３図に示した例の変形であ
シ、聴感重み付はフィルタ４１と、加算器４２と、音源
４４と、インパルス応答算出フィルタ４５とを備えてい
る。また聴感重み付はフィルタ４１は、伝達関数Ｈｚ（
Ｚ）　　であられされる重□み付はフィルタ５１と、伝
達関数Ｈ１（Ｚ）−”で表わされる量子化雑音スペクト
ル制御フィルタ５２とを備え、インパルス応答算出フィ
ルタ４５は、伝達関数５（Ｚ）で表わされる合成フィル
タ５５と、伝達関数Ｈｚ（Ｚ）で表わされる重み付はフ
ィルタ５４と、伝達関数Ｈ１（Ｚ）　　で表わされる量
子化雑音スペクトル制御フィルタ５３とを備えている。

第３図と第４図との相違点は、伝達関数Ｈ２（Ｚ）−”
で表わされる重み付はフィルタと伝達関数Ｈ１（Ｚ）−
’で表わされる量子化雑音スペクトル制御フィルタとの
位置を、加算器の出力側から入力側に置き替えたもので
あシ、音声入力信号１４０と出力信号１４６との関係は
第３図の音声入力信号１３０と出力信号１３３との関係
と同一である。しかし聴感重み付はフィルタ４１および
インパルス応答算出フィルタ４５との位置関数をそれぞ
れＡ（Ｚ）およびＢ　（Ｚ）とすれば（４）・（５）式
で表わされ、Ａ（Ｚ）＝Ｈ２（Ｚ）−”・Ｈｌ（Ｚ）−
’ｐ　　　　　−ｔ ＝（ΣａｌＺ　　）・（Ｚ（Ｘ＋　ｒｌＺ）−（１−ｒ
Ｚ　）１票（Ｉ　　　　　　　　　　　Ｉ！Ｏ・・・・
・・（４） Ｂ（Ｚ）＝Ｓ（Ｚ）・Ｈｚ（Ｚ）　　・Ｈｉ（Ｚ）−’
”（’　ａｌｒｉＺ−’）−（１ｒＺ−”）　−−（５
）ｉ諺Ｏ ｐ　　　　　−ｔ この２組の式の相違点は、（４）式の第１項、Σα、Ｚ
１−〇 が有る場合と無い場合とがあるのみで、いずれのフィル
タも線形予測分析法（ＬＰＧ）で得られた予測係数αｉ
とあらかじめ定められた聴感重み付は係数γＩが入力さ
れている。従って聴感重み付はフィルタ４１とインパル
ス応答算出フィルタ４５とをＬＳＩなどで構成するとき
は、同一のＬＳＩを作ジインパルス応答算出フィルタに
使用するときのみ（４）式の第１項の演算に相当する部
分を除外して接続するようにしておけば、一種類のＬＳ
Ｉで目的が達せられるという利点がある。

以上のような方法で音声信号化を行い、その結果として
出力される符号化信号と、線形予測分析で１フレームご
とに得られた予測係数αｉ　と、あらかじめ定められた
聴感重み付は係数γｉ　とを伝送し受信側で上述の逆変
換である線形予測合成を行って、復号化信号を出力する
ことによシ音声を再生することができる。

次に本発明の実施例について、その構成と作動を中心に
第１図および第２図を参照して説明する。

第１図を見るに本発明の第一の実施例は、聴感１み付は
部１と、波形符号化部２と、ＬＰＣ分析分析部上波形復
合化部４と、聴感逆型み付は部５とを備えている。

音声信号１００は、聴感重み付は部１とＬＰＣ分析分析
部上、あらかじめ定められた個数の過去のサンプルごと
のスペクトル強度のデータに予測係数αｉを掛けてこれ
らの和を求め、これと現時点のサンプルのデータとを比
較してその差（残差信号という）を最小とするような各
サンプルごとの予測係数を算出し予測係数信号１０１を
出力する。聴感重み付は部１では、音声信号１００と予
測係数信号１０１とを入力し、経験的に選ばれた聴感重
み付は係数によって量子化雑音整形（ノイズシェービン
グ）を行い、音声のスペクトル成分に従って雑音成分が
増減するような音声信号を設定する。さらに、聴感重み
付は部１では量子化雑音スペクトル制御係数γが、音声
信号の周波数とスペクトル強度とであらかじめ定められ
た方法で制御され、復号のときにも一般に出力音声信号
に含まれている。聴感重み付は部１の出力信号は入力し
た音波信号に対応した信号として波形符号化部２に入力
する。ここでは入力した信号が、残差信号・マルチパル
ス信号などで符号化された符号化信号１０３が出力され
る。符号化信号１０３は伝送線を伝わって受信側の波形
復号化部４に達し、ここで復号化され、聴感逆型み付は
部５で音声信号に復元されて出力音声信号１０６として
出力される。

次に本発明の第二の実施例について、その構成と作動を
中心に第２図を参照して説明する。第２図を見るに本発
明の第二の実施例は、聴感重み付は手段１１と、波形符
号化手段１２と、ＬＰＣ分析部１３と、波形復号化手段
１４と、ＬＰＧ合成フィル・り部１５とを備えている。

これらの構成は第一の実施例とほぼ同様であり、各構成
について内部構成の一例を示し、それぞれの詳細な説明
を行うものである。

次に、聴感重み付は手段１１について説明する。

聴感重み付は手段１１は、Ｋ量子化部６１と、Ｋ復号化
部６２と、Ｋ・α変換部６３と、α・ｒ算出部６４と、
聴感重み付はフィルタ部６５とを備えている。ＬＰＣ分
析部１３から入力した部分自己相関係数信号１２２かに
量子化部６１によって量子化された部分自己相関係数信
号１１１が出力され、波形符号化手段１２および波形復
号化手段１４を通して部分自己相関係数信号１１４とし
て出力される。一方量子化された部分自己相関係数信号
１１１はに復号化部６２で部分自己相関係数信号となシ
、Ｋ・α変換部６３を通って予測係数α直を表わす信号
が出力され、聴感重み付はフィルタ部６５とα・γ算出
部６４とに出力される。

α・γ算出部６４では、あらかじめ定められた聴感重み
付は信号γｉと予測係数α直との積を表わすα・γ信号
１２４が、聴感重み付はフィルタ部６５と波形信号化手
段１２のインパルス応答部８７へ入力される。

αｉを表わす予測係数信号と、α１　γｉを表わすα・
γ信号１２４と、入力音声信号１１０とが聴感重み付は
フィルタ部６５に入力して聴感重み付けすると共に、こ
こではさらに音声信号の周波数とスペクトル強度によっ
てあらかじめ設定された雑音スペクトル制御係数ｒをパ
ラメータとして制御される量子化雑音スペクトル制御フ
ィルタを設け、周波数と雑音スペクトル強度に対応した
信号対雑音比を人為的に作シ出して個人的な聴取手段を
上げている。そして、聴感重み付はフィルタ部６５から
は各フレームごとに上述のような例えば第４図の聴感重
み付はフィルタ４１を通過した音声入力信号す々わち音
声信号１２３が出力される。

次に、波形符号化手段１２について説明する。

波形符号化手段１２は、最大パルス検索部８１と、量子
化部８２と、復号化部８３と、振幅正規化部８４と、パ
ルス量子化部８５と、多重化合成部８６と、インパルス
応答部８７と、自己相関部８８と、相互関部８９と、パ
ルス検索部９０とを備えている。

インパルス応答部８７では、各サンプルごとに入力する
α・γ信号１２９に対応したインパルス信号によって応
答したインパルス応答信号を出力する。ここで、聴感重
み付はフィルタ部６５から出力される音声信号１２３と
インパルス応答部６６から出力されるインパルス応答信
号とを相互相関部８９へ入力し、これら２個の入力の相
互相関をとってマルチパルス信号の位置に相当する信号
が相互相関部８９から出力される。また、インパルス応
答信号を自己相関部８８へ入力し、この入力の自己相関
をとシマルチパルス信号の振幅に相当する信号が出力さ
れる。このようにしてマルチパルス信号の位置に相当す
る信号と振幅に相当する信号とがパルス検索部７０へ入
力し、マルチパルス信号１１２が出力する。

マルチパルス信号１１２は、最大パルス検索部８１に入
力し、１サンプルの中で発生するマルチパルス信号の最
大値が選ばれ、その値が量子化部８２へ出力され、ここ
で各サンプルごとに量子化されて最大振幅信号１１８が
多重化合成部８６へ出力される。最大振幅信号１１８は
、復号化部８３で復号化され、振幅正規化部では正規化
基準信号としてマルチパルス信号の振幅で基準化され、
パルス量子化部８５で量子化されて量子化されたマルチ
パルス信号１１７として多重化合成部８６へ入力する。

多重化合成部８６では、部分自己相関係数信号１１１と
最大振幅信号１１８とマルチパルス信号１１７とが入力
し、これらの信号を合成した多重化信号１１３を出力し
、伝送線を通して波形復号化手段１４の多重化分離部９
１へ入力される。多重化分離部９１では、部分自己相関
係数信号１１１に対応する部分自己相関係数信号１，１
９と、最大振幅信号１１８に対応する最大振幅信号１２
１と、マルチパルス信号１１７に対応するマルチパルス
信号１２０がそれぞれ出力する。

次に、波形復号化手段について説明する。波形復号手段
１４は、多重化分離部９１と、Ｋ復号化部９２と、正規
化パルス復号化部９４と、最大振幅復号化部９３と、マ
ルチパルス復号化部９５とを備えている。多重化分離部
９１から出力する部分自己相関係数信号１１９はに復号
化部９２で復号化された部分自己相関係数信号１１４と
な、９ＬＰＣ合成フィルタ部１５へ入力する。同じく多
重化分離部９１から出力する最大振幅信号１２１および
マルチパルス信号１２０はそれぞれ最大振幅復号化部９
３および正規化パルス復号化部９４とに入力し、いずれ
も復合化されマルチパルス復号化部９５に入力する。こ
こでは最大振幅復号化部９３から出力される復号化され
た最大振幅信号を基準として、正規化パルス復号化部９
４から出力されるマルチパルス信号の振幅に従って復号
化されたマルチパルス信号１１５がＬＰＧ合成合成フィ
ル工部１５力される。

ＬＰＣ合成フィルタ部１５ではマルチパルス信号１１５
を入力し、部分自己相関係数信号１１４に従って制御さ
れて出力音声信号１１６を出力する。以上のような方法
で、入力された音声信号の周波数とそのスペクトル強度
によって量子化雑音スペクトルの制御ができて、個人的
に聴きゃすい出力音声信号が得られるようになった。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明の音声波形符号復号化
装置は、符号化された音声信号の量子化雑音電力スペク
トルを音声周波数と音声スペクトル強度に従って制御す
ることによシ、復号化された音声の周波数に対応して信
号対雑音比を定めることができ、与えられた条件で音声
信号を伝送するときに最も適切な点を見付けることが容
易にできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の構成を示すブロック図
、第２図は本発明の第二の実施例の構成を示すブロック
図、第３図は本発明の符号化のための基本構成を示すブ
ロック図、第４図は本発明の符号化のための基本構成の
変形を示すブロック図、第５図（ａ）および（ｂ）は本
発明による量子化雑音整形の信号を示す図表、第６図（
ａ）〜（Ｃ）は従来の技術による量子化雑音整形の信号
を示す図表。 １−・・・・聴感重み付は部、２・・・・・・波形符号
化部、３・−・・・・ＬＰＣ分析部、４・・・・・・波
形復号化部、５・・・・・・聴感逆型み付は部。 代理人　弁理士　　内　原　　　腎−′′− ｆθθ：入ｉＪ＋−７’位号　　π／：子須１１孫に４
洋／ρ３　：　力ぐ［ジ号１　イン≦イＴλ号　　　　
　　　／１２社量七二ノフー４〒声穣ジ＄　／　　面 第２ｙＪ ３１：加亘益 ３２：４−写イ乙オ１郡ズ八・γトル辛’ｌ＊フイ、レ
ダ３３：　重ｈＲｔｒ−Ｂルｙｒ　　　　ｎｏ：　令ｐ
ｈｉ）ＩＨ３ｔ：・会？（７フルダ　　　　　　／３３
：旦へ〃オ江号／−／／（Ｚ）　　−（／−ＴＺ　　）
矛　３　図 ４２−ｔＵ糾　１４θ：音を入〃藉号　／４１：ボカイ
１号５１−５４：　ｇ２ＲＩ’ｒ７）、、Ｌ、、ダ　　
　　５５；合成７Ｉルア５２・５３：　号引男と４イＨ
スベ′７トル＋゛牌フイル７／４θ：も戸外ガイ５号　
／７Ｆ４　：北〃花５．４７／／（Ｚ）−’　＝　（／
−７Ｚ−り一′ｆｂ（汀’　＝　［’Ｘ　ｃＡｔ　Ｚ−
’］　／　［Σ々ｉ、　Ｚ　−’］ｔ：θ　　　　　　
　　　ｌ＝θ ５（Ｚ）・Ｈｚ（Ｚ）　＝　［Σ’；　沢ｚ　’　］ｉ
＝θ 第　４−　図 千　肇５図Ｃ“） 第　５　図（ｂ） ＄−乙　巳Ｃ） ＄　２　薗（ｂ） 茅　６Ｉ！Ｉ（Ｃ） 手続補正書（自発）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力した音声を符号化信号を伝送し復号化して出力する
   音声波形符号復号化装置において、前記音声信号の音声
   周波数と音声スペクトル強度とにより前記符号化信号の
   量子化雑音電力スペクトルを制御する制御手段を備えて
   なることを特徴とする音声波形符号復号化装置。