JPS6359127A - 音声符号化方式 - 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】 〔概要〕 ＡＤＰＣＭ方式とピッチ予測方式とを組合せて入力音声
信号を符号化する音声信号符号化方式に於いて、入力音
声信号の信号電力が小さい時にピッチ予測を休止して符
号化を行うと共に、ピッチ予測係数の伝送に使用されて
いたビット数を残差信号の量子化に割当てるものであり
、信号電力が小さい場合でも品質の良い符号化を行うこ
とができるものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、近接相関予測並びにピッチ予測を用いて予測
信号を形成し、入力音声信号との差の残差信号を適応ビ
ット割当てにより量子化する音声信号符号化方式に関す
るものである。

音声信号は、例えば、８ＫＨ２のサンプリングクロック
信号によってサンプリングされ、８ビツトに符号化され
るのが一般的である。その場合は６４Ｋｂ／Ｓの伝送速
度となる。又ＡＤＰＣＭ　（適応差分パルス符号変調）
方式とピッチ予測方式とを組合せて音声信号を符号化す
ることにより、例えば、１６Ｋｂ／Ｓに伝送速度を低下
させて、回線の使用効率を向上させる方式がある。

〔従来の技術〕

ＡＤＰＣＭ方式により音声信号の符号化を行う場合は、
入力音声信号の信号電力が大きい時に、ピッチ周期に対
応して予測残差信号が大きくなるから、その場合に、ピ
ッチ予測方式を適用し、予測残差信号を小さくして、音
声信号の品質を劣化させることなく、帯域圧縮符号化を
行うことができる。しかし、無声音及び無音区間の場合
には、ピッチ予測方式を適用することにより、雑音成分
が挿入される場合がある。従って、入力音声信号の信号
電力が無声音及び無音区間であることを検出した時に、
ピッチ予測を休止させる符号化方式％式％ 〔発明が解決しようとする問題点〕 ＡＤＰＣＭＡＤＰＣＭ方式測方式とを組合せた符号化方
式に於いては、ピッチ予測係数、残差信号の量子化ビッ
トの割当情報、ピッチ周期情報等の補助情報と、予測信
号と入力音声信号との差の残差信号を量子化した残差信
号コードとを伝送することになる。

又入力音声信号が無声音及び無音区間である場合に、ピ
ッチ予測を休止させるものであるが、その場合でも、ピ
ッチ予測係数の伝送に割当てられたビット数は一１保さ
れているものである。即ち、ピッチ予測を休止している
間は、ピッチ予測係数の伝送は必要ないものであり、無
駄なビット数が割当てられていることになる。

本発明は、このような無駄なビット数を有効に利用し、
品質の良い符号化を行わせることを目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の音声信号符号化方式は、人力音声信号が無声音
及び無音区間である場合に、ピッチ予測を休止させると
共に、ピッチ予測係数に割当てられていたビット数を残
差信号の量子化に割当てるもので、第１図を参照して説
明する。

近接相関予測部４とピッチ予測部５とを用いて形成した
予測信号と入力音声信号との差の残差信号を、適応ビッ
ト割当てにより量子化部３により量子化して、残差信号
コードを出力する符号化部１と、入力音声信号の信号電
力分布に対応して量子化部３に於ける量子化ビットの割
当てを行い、且つピッチ予測部５に加えるピッチ予測係
数を算出する制御算出部６と、例えば、入力音声信号の
信号電力が所定値以下か否かを比較することにより、無
声音及び無音区間を検出し、所定値以下の時にはこれを
無声音或いは無音区間と判定してピッチ予測部５の動作
を休止させる無声音無音区間検出部７とからなる分析部
２とを備えて、ピッチ予測係数を含む補助情報と、残差
信号コードとを多重化して送出し、この補助情報中に、
ピッチ予測部５の動作のオン／オフ制御ビットを設け、
又ピッチ予測部５の動作を休止させた時に、ピッチ予測
係数に割当てられていたビット数を残差信号の量子化に
割当てて、入力音声信号の符号化を行うものである。

〔作用〕

符号化部１は、近接相関予測部４とピッチ予測部５とに
より形成された予測信号と人力音声信号との差の残差信
号を求め、その残差信号を量子化部３で量子化して残差
信号コードを出力するものであり、量子化部３は、分析
部２０制御算出部６からのビット割当情報に従って残差
信号の量子化を行うことになる。又ピッチ予測部５は、
分析部２の制御算出部６からのピッチ予測係数に従って
ピッチ予測１言号を形成し、近接相関予測部４からの近
接相関予測信号との和を予測信号とするものである。

又入力音声信号の無声音及び無音区間である時に、ピッ
チ予測部５の動作が休止され、これは、制御ビア）によ
って受信側へ通知され、又ピッチ予測係数の伝送に使用
されていたビット数が残差信号の量子化に割当てられる
から、精度の高い音声信号の符号化が行われることにな
る。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第２図は本発明の一実施例のブロック図であり、１１は
符号化部、１２は分析部、１３は多重化部、１４は適応
ビット割当量子化器、１５は適応ビット割当逆量子化器
、１６はステップサイズ算出部、１７は近接相関予測器
、１８はピッチ予測器、１９は零予測器、２０は極予測
器、２１乃至２５は加算器、２６は信号電力比較部、２
７は制御部、２８はビット割当算出部、２９はピッチ予
測係数算出部、３０はピッチ抽出部である。

入力音声信号ａは、符号化部１１と分析部１２とに加え
られ、加算器２１から入力音声信号ａと予測信号Ｃとの
差の残差信号すが出力される。この残差信号すは適応ビ
ット割当量子化器１４に加えられて量子化され、残差信
号コードｄが出力されて多重化部１３に加えられる。

残差信号コードｄは適応ビット割当逆量子化器１５によ
り残差信号すに対応した信号に変換されて、ステップサ
イズ算出部１６と近接相関予測器１７とに加えられる。

ステップサイズ算出部１６は、逆量子化された信号の大
きさに従って、量子化ステップを算出し、そのステップ
情報を適応ビット割当量子化器１４及び適応ビット割当
逆量子化器１５に加える。

近接相関予測器１７は、トランスバーサル等化器と同様
な遅延回路と係数器と加算器とからなる零予測器１９と
極予測器２０を備え、加算器２３から近接相関予測信号
が出力されて加算器２２に加えられる。又加算器２４の
出力信号は、加算器２５を介してピッチ予測器１８に加
えられる。このピッチ予測器１８からピッチ予測信号と
近接相関予測信号とが加算器２２により加算されて予測
信号Ｃとなり、加算器２１に加えられる。

分析部１２の信号電力比較部２６は、入力音声信号ａの
信号電力が所定値以下か否かを比較検出するものであり
、比較検出信号は制御部２７に加えられる。制御部２７
は、比較検出信号に応じてピッチ予測器１８の動作のオ
ン／オフを制御する制御ビットｅを出力する。この制御
ビットｅは、ビット割当算出部２８及び多重化部１３に
も加えられる。又ピッチ予測器１８はこの制御ビットｅ
に対応して動作をオン／オフするものである。

従って、入力音声信号ａの信号電力が所定値以下となる
と、制御部２７からピッチ予測器１８の動作をオフとす
る制御ピッｌ−ｅが出力されるから、ピッチ予測器１８
の動作は休止され、且つ受信側へピッチ予測を休止した
ことを制御ビットｅにより通知することができる。反対
に、入力音声信号ａの信号電力が所定値より大きくなる
と、制御部２７からの制御ビットｅは、ピッチ予測器１
８の動作をオンさせるものとなり、受信側へピッチ予測
が開始されたことを通知する。

又ビット割当算出部２８は、入力音声信号ａの擬似予測
信号を形成して、その信号電力分布に基づいてビット割
当情報ｇを出力する。このビット割当情報ｇは、適応ビ
ット割当量子化器１４、適応ビット割当逆量子化器１５
及び多重化部１３に加えられ、適応ビット割当量子化器
１４及び適応ビット割当逆量子化器１５は、ビット割当
情報ｇに従って量子化ビット数を制御して量子化及び逆
量子化を行い、又受信側へこのビット割当情報ｇが伝送
される。

又ピッチ予測係数算出部２９は、入力音声信号ａのピッ
チ周期に基づいたピッチ予測係数を算出し、そのピッチ
予測係数ｆはピッチ予測器１８と多重化部１３とに加え
られる。ピッチ予測器１８はこのピッチ予測係数に従っ
たピッチ予測信号を出力することになる。又ピッチ抽出
部３ｏは、入力音声信号ａからピッチを抽出するもので
、そのピッチ情報りは多重化部１３に加えられる。

多重化部１３は、符号化部１１からの残差信号コードｄ
と、分析部１２からの制御ビットｅ、ピッチ予測係数ｆ
、ピント割当情報ｇ、ピッチ情報りからなる補助情報と
を多重化して受信側へ送出するものである。

入力音声信号ａの信号電力が所定値以下となったことが
信号電力比較部２６で検出されると、制御部２７を介し
てピッチ予測器１８の動作をオフとする制御ビットｅが
出力される。それによってピッチ予測器１８は動作を休
止し、ピッチ予測信号は“０”となる。従って、近接相
関予測器１７からの近接相関予測信号のみで予測信号が
形成され、ピッチ予測を含まない通常のＡＤＰＣＭによ
る符号化が行われる。

又ビット割当算出部２８は、その制御ビットｅにより、
ピッチ予測係数ｆの伝送に用いられていたビット数分だ
け多いビット数で量子化を行うビット割当情報ｇとして
出力することになる。それによって、適応ビット割当量
子化器１４では、残差信号すを、ピッチ予測係数ｆの伝
送に用いられていたビット数分だけ多いビット数で量子
化することになり、精度の高い符号化が行われる。

又この時に、多重化部１３では、ピッチ予測係数ｆを多
重化しないように制御するものである。

なお、多重化部１３に於いては、残差信号コードｄに引
き続いてピッチ予測係数ｆを多重化するように制御する
構成としておくことにより、ピッチ予測を休止した時に
、そのピッチ予測係数ｆを多重化する位置に、量子化ビ
ット数が増加された残差信号コードを挿入し、容易に多
重化を行うことができる。

例えば、アナログ音声信号のサンプリング周波数を８Ｋ
Ｈｚ、フレーム長を２Ｑ　ｒｎ　Ｓ　ｓ伝送ビットレー
トを１６Ｋｂ／Ｓとすると、分析部１２に於ける信号電
力の比較検出、ビット割当の算出、ピッチ予測係数の算
出等は、フレーム単位で行われるものであって、２０ｍ
５の１フレームの情報ビット数は、３２０ビツトとなる
。このうちピッチ予測係数ｆに１３ビツト、残差信号コ
ードｄに２８１ビツト、ピッチ予測器１８の動作のオン
／オフの制御ビットｅに１ビツトを割当てた場合、入力
音声信号ａの信号電力が所定値以下となり、ピッチ予測
を休止して、ピッチ予測係数「のビット数を、残差信号
コードｄに割当てたとすると、残差信号コードｄには、
２９４ビツトが割当てられることになる。従って、不要
となるピッチ予測係数のビット数を有効に利用して、品
質の良い符号化可能となる。

受信側では、補助情報の割当ビット数が予め判っている
から、ピッチ予測器１８の動作のオン／オフの制御ビッ
トｅを識別し、オフの場合には、ピッチ予測係数ｆの割
当ビット数だけ余計に残差信号コードｄのビット数が多
くなっていることが判るので、それに対応して復号処理
することになる。

第３図は本発明の他の実施例のブロック図であり、第２
図と同一符号は同一部分を示し、２８ａ、２８ｂはビッ
ト割当算出部、３１は切替部である。この実施例は、入
力音声信号ａの信号電力が所定値より大きい場合の量子
化ビット割当てと、所定値以下の場合の量子化ビット割
当てとを、それぞれビット割当算出部２３ａ、２８ｂに
分担させ、信号電力比較部２６で入力音声信号ａの信号
電力が所定値以下であるか否か比較検出し、それによる
制御部２７からのピッチ予測器のオン／オフの制御ピッ
ｌ−ｅによって切替部３１を制御し、符号化部１１に於
ける量子化ビットの割当ての制御を行うものである。こ
の実施例に於いては、ビット割当算出部の構成が簡単と
なる。

第４図は本発明の更に他の実施例のブロック図であり、
第２図と同一符号は同一部分を示す。この実施例は、入
力音声信号ａの信号電力が所定値以下となったことを信
号電力比較部２６で比較検出した時、制御部２７からピ
ッチ予測を休止させる制御卸ビフトｅが出力され、それ
によって、ビット割当算出部２８は、残差信号の量子化
の割当ビ１ット数を、ピッチ予測係数ｆの伝送に使用さ
れたビット数分だけ多くするように制御する。

又ピッチ予測係数算出部２９は、ピッチ予測を休止する
ように、ピッチ予測係数ｆを、例えば、オール“０”と
して出力する。それによって、符号化部１１のピッチ予
測器（図示を省略）からのピッチ予測信号は“０”とな
り、近接相関予測信号のみで予測信号が形成される。又
多重化部１３は、前述の実施例と同様に、ピッチ予測を
休止する制御ビットｅの内容により、ピッチ予測係数ｆ
は多重化しないで、その代わりに、割当ビット数が多く
なった残差信号コードｄの多重化を行うものである。

前述の各実施例に於いて、補助情報の中の制御ビットｅ
は、ピッチ予測器の動作のオン／オフを制御するもので
あるから、１ビツトでも良いことになるが、複数ビット
として誤動作を防止することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、入力音声信号が無声音
及び無音区間である時に、ピッチ予測を休止し、そのピ
ッチ予測の休止を受信側へ通知できる制御ビットを補助
情報の中に設け、又ピッチ予測休止の時に、ピッチ予測
係数の伝送に使用されていたビット数を、残差信号の量
子化に割当てるものであり、入力音声信号が無声音及び
無音区間である場合にに、無効となるピッチ予測係数の
ビット数を有効に利用して、品質の良い符号化を行うこ
とができる利点がある。

又無声音及び無音区間の検出には、入力信号の自己相関
関数とこれらから求めた１次のＰＡＲＣＯＲ係数を用い
る方法でも良い。これは音声信号の統計的性質に基づき
、以下の式を判定式として用いるものである。

ρ□、＋に、／’ｌ≧０．４　　　　　・・−（１）ρ
□ｘ　＋　ｋ　＋７２　＜０．４　　　　−・・（２）
なお、ρ□８はピッチ周期Ｔｐ離れた自己相関関数の最
大値であり、ｋ、は入力信号から求めた１次のＰＡＲＣ
ＯＲ係数である。（１１式の条件を満足した場合に、有
声音区間と判定し、（２）式の条件を満足する時に、無
声音又は無音区間と判定する。

上記検出方法により、無声音及び無音区間の判定に要す
る演算量は増大するが、検出精度そのものは向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、第２図乃至第４図は
それぞれ本発明の異なる実施例のブロック図である。 １．１１は符号化部、２，１２は分析部、３は量子化部
、４は近接相関予測部、５はピッチ予測部、６は制御算
出部、７は無声音無音区間検出部、１３は多重化部、１
４は適応ビット割当量子化器、１５は適応ビット割当逆
量子化器、１６はステップサイズ算出部、１７は近接相
関予測器、１８はピッチ予測器、１９は零予測器、２０
は極予測器、２１〜２５は加算器、２６は信号電力比較
部、２７は制御部、２８はビット割当算出部、２９はピ
ッチ予測係数算出部、３０はピッチ抽出部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 近接相関予測部（４）とピッチ予測部（５）とを用いて
   形成した予測信号と入力音声信号との差の残差信号を、
   適応ビット割当てにより量子化部（３）により量子化し
   て、残差信号コードを出力する符号化部（１）と、 前記入力音声信号の信号電力分布に対応して前記量子化
   部（３）に於ける量子化ビットの割当て並びに前記ピッ
   チ予測部（５）に加えるピッチ予測係数を算出する制御
   算出部（６）と、前記入力音声信号の無声音及び無音区
   間を検出した時に前記ピッチ予測部（５）の動作を休止
   させるように制御する無声音無音区間検出部（７）とか
   らなる分析部（２）とを備え、 前記ピッチ予測係数を含む補助情報と前記残差信号コー
   ドとを多重化して送出する音声符号化方式に於いて、 前記補助情報の中に、前記ピッチ予測部（５）の動作の
   オン／オフ制御ビットを設け、 前記ピッチ予測部（５）の動作を休止させた時に、前記
   ピッチ予測係数に割当てられていたビット数を前記残差
   信号の量子化に割当てる ことを特徴とする音声信号符号化方式。