JPS6337400A - 音声符号化及び復号化方法 - 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」 この発明は、音声信号を周波数領域に変換し、波形歪を
小さくおさえて量子化する音声符号化方法に関する。

「従来の技術」 この種の符号化方法には特許１２５８０２５号「音声の
適応変換符号化方式」が知られている。この方法は第３
図に示すように入力端子１）から入力される音声信号は
、−ａにアナログ音声信号を一定周期でサンプリングし
、そのサンプリング値をディジタル信号としたものであ
り、この音声１８号は分析フレーム単位で線形予測分析
部Ｉ２へ入力され、線形予測分析され、その予測係数と
パワとがベクトル量子化部１３でベクトル量子化され、
補助情報として出力される。その補助情報は局部復号化
部１４で逆量子化されて復号され、その復号出力により
逆フィルタ１５のフィルタ係数に制御される。この逆フ
ィルタ１５に入力端子１）からの音声信号が入力されて
線形予測分析部１２での予２１）１）残差が抽出される
。この予測残差信号は直交変換部１６で離散的コサイン
変換や離散的フーリエ変換などにより周波数領域のサン
プルに変換され、次にその周波数領域の（２号をブロッ
ク分割部１７で低周波成分から一定個数ずつとり出して
、ベクトルを構成する。これらはベクトル量子化部１８
でヘクトル単位に符号帳との照合を行なうことで量子化
される。

入力音声信号のスペクトル包絡が例えば第４図Ａに示す
状態であり、これを４つの帯域Ｆ　ｌ””　Ｆ　４に分
割して、予測残差信号についてベクトル量子化したとす
る。この時、この例では低い周波数帯Ｆ、では振幅が大
きく、高い周波数帯Ｆｘ、Ｆ＊では振幅が小さく、この
ような振幅となるように復号器側で線形予測合成フィル
タを周波数領域で制御する必要がある。つまりこの時復
号器側で線形予測合成フィルタにおける周波数領域での
サンプル点の増幅率が異なる。すなわち、最終的波形歪
を最小とするために、ヘクトル単位の量子化の歪を制御
する必要がある。実際は局部復号化部１４で復号された
スペクトル包絡値からベクトル量子化部１８での各ベク
トル（周波数領域）に対する最適な情報配分を適応情報
割当部１９で分析フレームごとに計算して決定する０例
えば第４図Ａの場合第４図Ｂに示すように帯域Ｆ１に最
も多くビットを割当て、帯域Ｆ３．Ｆ４は最も少なく、
Ｆ。

はその中間とする。これが適応情報割当てであり、これ
は波形歪を小さくするのに非常に有効な手段である。

ベクトル量子化部１３．１８でそれぞれ量子化された符
号は復号側へ送られる。復号側では第３図に示すように
ヘクトル量子化部１３よりの符号がスペクトル包絡再生
部２１で復号されてスペクトル包絡を再生され、これを
示す予測係数で線形予測合成フィルタ２２のフィルタ係
数が制御される。これと共に再生されたスペクトル包絡
から、適応情報割当部１９でのビット割当てを算出し、
これにより、残差スペクトル再生部２３で、ベクトル量
子化部１８の量子化符号を各帯域ごとに取出し、各符号
を復号して予測残差の周波数成分を得る。これを逆変換
部２４で時間領域の予測残差信号に変換して線形予測合
成フィルタ２２へ音源信号として供給する。そのフィル
タ出力が合成音声信号として出力端子２５に得られる。

ところが、この種のディジタル符号化を実用化する際、
伝送路で誤りが生じる場合がある。特に移動無線の用途
では避けられない問題である。ところが適応情報割り当
てを用いる符号化では、符号誤りに対して大きな被害を
受ける。ディジタル伝送では例えば第５図に示すように
１分析フレームごとに送信される。各フレームの中はス
ペクトル包絡を示す符号、つまり量子化部１３からの符
号、必要に応じてパワ情報を含む補助情報３１と、量子
化部１８から符号、つまり波形情報３２とからなる。

復号側ではこのフレームと同期をとりまず補助情？１３
１が復号化される。これによりスペクトル包絡を示す情
報が決定され、フレームごとに異なる波形情報３２に対
する情報（ビット）割り当て方法が判明する。この割り
当ての約束に従って波形情ｆｇ３２が復号化される。

ところがもし、補助情報３１に符号誤りが生じると、ス
ペクトル包絡の特性が正しく伝えられないだけでなく、
波形情報３２のビット割り当てに誤りが生じる。そうな
ると情報の大部分を占める波形情報３２の各ベクトルに
対する情報の境界を誤り、フレーム全体でほとんどの留
部内容が失なわれてしまう。

このため、実用的には波形情報３２を削って補助情ＩＩ
！３１に対して十分な誤り訂正符号を付加せざるを得な
かった。それでも−足取上の伝送路誤りが生じると復号
ができず、音声出力が得られないという問題があった。

この発明の目的は、音声を周波数領域で量子化する際に
、伝送路符号誤りに対して弱い適応情報割り当てで波形
歪を小さくするのではなく、情報量固定割り当てのまま
で波形歪を小さくする音声符号化方法を提供することに
ある。

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば、音声信号のサンプル値系列を一定の
個数ごとに１フレームとし、そのｌフレームごとに直交
変換してスペクトルを求め、そのスペクトルを量子化す
る符号化方法において、スペクトルの包絡を千１ｕ化し
、その平坦化されたスペクトルを、そのもとの包絡値と
対応して重み付きベクトル量子化を行う。

スペクトル包絡の平坦化は例えば周波数領域でのサンプ
ル点を一定の規則で並べかえて、複数サンプルをまとめ
て、複数のベクトルを構成し、ベクトル内での適応的な
重みつき距離尺度でベクトル量子化をおこなう。この並
べかえの規則は重みすなわちスペクトル包絡値の和かベ
クトルごとにほぼ等しくなるように決められる。そして
各ベクトルに対する情報Ｊｉ（ビット数）は一定に割り
当てられる。適応的情報の割り当てにより波゛形歪を制
御する従来の方法と異なり、固定情報割り当てのまま、
ベクトル内の重みつき照合で波形歪が制御される。

「実施例」 第１図にこの発明の実施例を示し、第３図と対応する部
分に同一符号を付けである。この発明ではスペクトル包
絡が平坦化され、その平坦化されたスペクトル包絡を複
数の帯域に分割し、それぞれについて量子化する。スペ
クトル包絡を平坦化することは逆フィルタ１５を通した
だけでも行われるが、この実施例では並べかえブロック
化部４１でサンプルの並べ換えにより行う、これは複数
のベクトルに対し、各ベクトルごとにサンプルに対応す
るスペクトル包絡値の平均値ができるだけ一定になるよ
うにするためである。並べ換えの方法は例えば第２図に
示すようにスペクトル包絡値（同図Ａ）を一定幅で１〜
４の番号を順次付けることを繰返し、ベクトル＃１はそ
の番号１の各サンプルを集め、つまり同一番号のサンプ
ルをそれぞれ集めてベクトル＃１〜＃４とする。このよ
うにすると十分小さい幅で番号付けすると、スペクトル
包絡の大きい部分、小さい部分、何れの部分も、各ベク
トルに分散され、その結果、各ベクトルのスペクトル包
絡値の平均値はほぼ等しくなる。

次にこのようにして作った各ベクトルに対し、スペクト
ル包絡値Ｗｉの重みつきベクトル量子化を重みつきベク
トル量子化部４２で行なう。つまり各ベクトル内でレベ
ルが大きいサンプルには大きな重みを付ける。具体的に
は周波数領域の人力ベクトルＦに対し、次式のＤを最小
とする符号帳のベクトルＣを探索し、そのインデックス
を情報（符号）として伝送する。

Ｄ　＝　ｊＷｉ（Ｆｉ−Ｃｉ）” ｍはベクトルの次元数、重みＷｉは第２図Ｃに示すよう
に同一分析フレーム内では各ベクトルに対して同一でよ
いが、重みＷｉはスペクトル包絡値に依存してフレーム
ごとに変化する。しかし、各ベクトルに対して配分する
情報Ｍ（ビット数）は第２図りに示すようにスペクトル
包絡値と無関係に固定してよい０重みＷｉは局部復号化
部１４より復号したスペクトル包絡を用いて決定する。

またベクトル量子化の符号帳は平均的な重みＷｉのつい
た尺度あるいは均一の重みで学習しておいてもよいし、
パワーを正規化したガウス雑音そのものの、あるいは雑
音から重みに合わゼて選択したものでもよい。

符号帳のインデックスを波形情報として伝送し、第１図
に示すように復号側では補助情、報、波形情報、更に波
形情報内の各帯域に対する各情叩量（ビット数）が予め
固定的に知られているから、これらを分離して、同じ符
号帳を使ってベクトルを再生し、その波形情報について
の復号したスペクトル信号をもとの順序に並べかえ部４
４で並べかえ、それを逆直交変換して線形予測合成フィ
ルタ２２へ供給して出力音声を得る。

復号側でベクトルを再生するとき、ベクトルに対する情
報の境界はスペクトル包絡に無関係に固定である。また
、重みＷｉもインデックスが決′まれば自動的に決まり
重みＷｉについての情報を送る必要はない、従って補助
情報が誤っても合成フィルタ２２の入力信号すなわちも
との残差信号が正しく復号される。一般に残差信号だけ
でもかなり了解性があり、合成フィルタ２２の特性が正
しく制御されなくとも、ある程度の品質の音声出力が得
られる。

この実施例の符号化を線形予測分析の中でピッヂ予測を
行なう符号化法や特願昭５９−１７３９０３の符号化に
適用することもできる。先に述べたようにスペクトル包
絡の平坦化は必ずしも並べ換えを行うことなく、逆フィ
ルタを通しただけでもよい。

また逆フィルタの代りに、入力音声信号をそのスベクト
ル包絡で割算してもよい。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明によれば重みつきベクトル
量子化で波形歪の制御を行ない、適応情報割り当てと同
程度に全体の波形歪を小さくすることができる。同時に
固定情報割り当てであるため、補助情報とは独立に波形
情報を復号できる利点がある。このため、伝送路符号誤
りによって補助情報が正しく伝えられない場合でも、波
形情報は復号でき、出力音声の品質劣化はわずかですむ
。

このため、伝送路符号誤りが避けられない、移動無線の
用途等ではきわめて有効な符号化方法となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の音声符号化方法の一例を機能的に示
すブロック図、第２図はスペクトル包絡と、並べ換えと
、そのベクトルと、ベクトル内の量子化の重みと、ベク
トルの情報配分との例を示す図、第３図は従来の適応情
報割り当て音声符号化方法を機能的に示すブロック図、
第４図はスペクトル包絡とベクトルの情報配分との例を
示す図、第５図は従来の適応情報割当て時の１フレーム
内の情仰配置例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）音声信号のサンプル値系列を一定の個数ごとに１
   フレームとし、その１フレームごとに直交変換してスペ
   クトルを求め、そのスペクトルを量子化する音声符号化
   方法において、 上記スペクトルの包絡を平坦化し、 その平坦化されたスペクトルを、もとのスペクトルの包
   絡値と対応して重みもベクトル量子化により上記量子化
   を行うことを特徴とする音声符号化方法。