KR20080101875A - 고정 코드북 탐색 장치 및 고정 코드북 탐색 방법 - Google Patents

고정 코드북 탐색 장치 및 고정 코드북 탐색 방법 Download PDF

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Abstract

음원 펄스에 사용하는 필터가 하삼각 행렬로 표시할 수 없는 특성이라 하더라도 연산량의 증가를 불과 약간에 그치도록 억제하여, 준최적(準最適)의 고정 코드북 탐색을 실현하는 고정 코드북 탐색 장치. 이 고정 코드북 탐색 장치는, 펄스 음원 벡터를 생성하는 대수 코드북(101)과, 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터에 청각 보정 합성 필터의 임펄스 응답을 컨볼루션하여 음(-)의 시간에 값을 가지는 제 2의 임펄스 응답 벡터를 생성하는 컨볼루션 연산부(151)와, 제 2의 임펄스 응답 벡터를 이용하여 퇴플리츠형의 컨볼루션 행렬을 생성하는 행렬 생성부(152)와, 대수 코드북(101)에 의해 생성된 펄스 음원 벡터에 행렬 생성부(152)에 의해 생성된 행렬을 컨볼루션하는 컨볼루션 연산부(153)를 구비한다.

Description

고정 코드북 탐색 장치 및 고정 코드북 탐색 방법{FIXED CODEBOOK SEARCHING DEVICE AND FIXED CODEBOOK SEARCHING METHOD}
본 발명은 음성(音聲) 신호를 부호 여진 선형 예측(Code Excited Linear Prediction： CELP)형 음성 부호화 장치에 의해 부호화할 때에 이용되는 고정 코드북 탐색 장치 및 고정 코드북 탐색 방법에 관한 것이다.
CELP형 음성 부호화 장치에 있어서의 고정 코드북의 탐색 처리는, 일반적으로 음성 부호화 처리 중에서 가장 많은 처리량을 차지하기 때문에, 종래부터 다양한 고정 코드북의 구성이나 고정 코드북의 탐색 방법이 개발되어 왔다.
탐색을 위한 처리량을 비교적 적게 할 수 있는 고정 코드북으로서, ITU-T권고 G.729나 G.723.1 또는 3 GPP 표준 AMR 등의 국제 표준 코덱에 널리 채용되어 있는 대수 코드북(Algebraic Codebook)을 이용한 고정 코드북(Fixed Codebook)을 들 수 있다(예를 들면, 비특허 문헌 1~3 참조). 이러한 고정 코드북에서는, 대수 코드북으로부터 생성되는 펄스 수를 감소시킴으로써, 고정 코드북 탐색에 요하는 처리량을 적게 할 수 있다. 그런 한편, 감소시킨 펄스 음원으로 표현할 수 있는 신 호 특성에 한계가 있기 때문에, 부호화 품질에 문제를 일으키는 경우가 있다. 이러한 문제에 대응하기 위해, 대수 코드북으로부터 생성되는 펄스 음원에 특성을 갖게 하기 위한 필터를 사용하는 수법이 제안되어 있다(예를 들면, 비특허 문헌 4 참조).
(비특허 문헌 1) ITU-T Recommendation G.729, "Coding of Speech at 8kbit/s using Conjugate - structure Algebraic - Code - Excited Lineare - Prediction(CS-A CELP)", 1996년 3월
(비특허 문헌 2) ITU-T Recommendation G.723.1, "Dual Rate Speech Coder for Multimedia Communications Transmitting at 5.3 and 6.3 kbit/s", 1996년 3월
(비특허 문헌 3) 3GPP TS 26.090, "AMR speech codec； Transcoding functions" V4.0.0, 2001년 3월
(비특허 문헌 4) R. Hagen외, "Removal of sparse-excitation artifacts in CELP", IEEE ICASSP '98, pp.145~148, 1998
(발명이 해결하려고 하는 과제)
그렇지만, 음원 펄스에 사용하는 필터가 하삼각 퇴플리츠(Toeplitz) 행렬로 표현할 수 없는 경우(예를 들면, 비특허 문헌 4에 있는 바와 같은 순환 컨볼루션 처리인 경우 등, 음(-)의 시간에 값을 가지는 필터의 경우), 행렬 연산에 불필요한 메모리나 연산량이 필요하게 된다.
본 발명의 목적은 음원 펄스에 사용하는 필터가 하삼각 행렬로 표현하지 못하는 특성을 갖더라도 연산량의 증가를 불과 약간에 그치도록 억제하여, 준최적(準最適)의 고정 코드북 탐색을 실현할 수 있는 음성 부호화 장치 등을 제공하는 것이다.
(과제를 해결하기위한 수단)
본 발명은, 고정 코드북 탐색 장치가 펄스 음원 벡터를 생성하는 펄스 음원 벡터 생성부와, 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스(impulse) 응답 벡터에 청각 가중 합성 필터의 임펄스 응답을 컨볼루션(convolution)하여, 음(-)의 시간에 값을 가지는 제 2의 임펄스 응답 벡터를 생성하는 제 1의 컨볼루션 연산부와, 상기 제 1의 컨볼루션 연산부에 의해 생성된 제 2의 임펄스 응답 벡터를 이용해 퇴플리츠형 컨볼루션 행렬을 생성하는 행렬 생성부와, 상기 펄스 음원 벡터 생성부에 의해 생성된 펄스 음원 벡터에 상기 행렬 생성부에 의해 생성된 행렬을 이용하여 컨볼루션 처리를 행하는 제 2의 컨볼루션 연산부를 구비함으로써, 상기 목적을 달성하는 것이다.
또, 본 발명은, 고정 코드북 탐색 방법이, 펄스 음원 벡터를 생성하는 펄스 음원 벡터 생성 스텝과, 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터에 청각 가중 합성 필터의 임펄스 응답을 컨볼루션하여, 음(-)의 시간에 값을 가지는 제 2의 임펄스 응답 벡터를 생성하는 제 1의 컨볼루션 연산 스텝과, 상기 제 1의 컨볼루션 연산 스텝으로 생성된 제 2의 임펄스 응답 벡터를 이용해 퇴플리츠형 컨볼루션 행렬을 생성하는 행렬 생성부와, 상기 펄스 음원 벡터에 상기 퇴플리츠형 컨볼루션 행렬을 이용해 컨볼루션 처리를 행하는 제 2의 컨볼루션 연산 스텝을 가짐으로써, 상기 목적을 달성하는 것이다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 퇴플리츠 행렬로 표현하지 못하는 전달 함수를 하삼각 퇴플리츠(Toeplitz) 행렬의 행 요소의 일부를 잘라버린 형태의 행렬로 근사하기 때문에, 하삼각 퇴플리츠 행렬로 표시되는 인과적인 필터의 경우와 거의 동일한 메모리량과 연산량으로 음성 신호의 부호화 처리를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 따른 음성 부호화 장치의 고정 코드북 벡터 생성 장치를 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 한 실시 형태에 따른 음성 부호화 장치의 고정 코드북 탐색 장치의 일례를 나타내는 블록도, 및
도 3은 본 발명의 한 실시 형태에 따른 음성 부호화 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
본 발명은, 하삼각 퇴플리츠(Toeplitz)형 행렬의 행 요소를 잘라버린(truncate) 행렬을 이용하여 고정 코드북 탐색을 행하는 구성에 특징을 가진다.
이하, 본 발명에 따른 실시 형태에 대해서, 도면을 적절히 참조하면서 상세 하게 설명한다.
(실시 형태)
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 음성 부호화 장치에 있어서의 고정 코드북 벡터 생성 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 고정 코드북 벡터 생성 장치(100)는, 휴대전화 등의 통신 단말장치에 탑재되어 사용되는 CELP형 음성 부호화 장치의 고정 코드북으로서 사용되는 것으로 한다.
고정 코드북 벡터 생성 장치(100)는 대수 코드북(101), 컨볼루션 연산부(102)를 구비한다.
대수 코드북(101)은 입력된 코드북 인덱스 k로 지정되는 위치에 음원 펄스를 대수적으로 배치하여 구성되는 펄스 음원 벡터 c k를 생성하고, 생성한 펄스 음원 벡터를 컨볼루션 연산부(102)에 출력한다. 대수 코드북의 구조는 어떠한 것이라도 좋으며, 예를 들면 ITU-T권고 G.729에 기재되어 있는 것이라도 좋다.
컨볼루션 연산부(102)는, 대수 코드북(101)으로부터 입력된 펄스 음원 벡터에 별도 입력된 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터를 컨볼루션하고, 컨볼루션한 결과 벡터를 고정 코드북 벡터로서 출력한다. 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터는 어떠한 형태라도 좋지만, 시간 0점에 있어서의 요소의 진폭이 가장 크고, 벡터 전체 에너지의 대부분을 시간 0점이 차지하고 있는 형태 벡터가 매우 적합하다. 또, 비인과적인 부분(즉, 음(-)의 시간의 벡터 요소)이, 시간 0점을 포함한 인과적인 부분(즉, 음(-)이 아닌 시간의 벡터 요소) 보다 벡터 길이 가 짧은 것이 매우 적합하다. 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터는, 고정 벡터로서 메모리에 미리 기억되어 있어도 좋고, 순차적인 계산에 의해 구해지는 가변 벡터여도 좋다. 이하, 본 실시 형태에서는, 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답이 시간 "-m"부터 값을 가지는(즉, 시간 "-m-1" 이전은 모두 0임) 예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1에 있어서, 입력된 고정 코드북 인덱스 k에 의해 고정 코드북으로부터 생성된 펄스 음원 벡터 c k를 컨볼루션 필터 F(도 1에 있어서의 컨볼루션 연산부(102)에 상당)와 도시하지 않은 청각 가중 합성 필터 H로 필터링하여 얻어지는 청각 가중 합성 신호 s는 다음의 수학식 (1)과 같이 표시된다.
Figure 112008050796087-PCT00001
여기서, h(n), n=0, …, N-1은 청각 가중 합성 필터의 임펄스 응답, f(n), n=-ｍ, …, N-1은 비인과적인 필터의 임펄스 응답(즉 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답), c k(n), n=0, …, N-1은 인덱스 k로 지정되는 펄스 음원 벡터를 각각 나타내고 있다.
고정 코드북의 탐색은, 다음의 수학식 (2)를 최대화하는 k를 찾아냄으로써 행해진다. 또한, 수학식 (2)에 있어서, Ck는 인덱스 k로 지정되는 펄스 음원 벡터(고정 코드북 벡터) c k를 컨볼루션 필터 Ｆ와 청각 가중 합성 필터 Ｈ로 필터링하여 얻어지는 청각 가중 합성 신호 s와 후술하는 타깃 벡터 x와의 내적(內積)(혹은 상호 상관)이며, Ek는 c k를 컨볼루션 필터 Ｆ와 청각 가중 합성 필터 Ｈ로 필터링하여 얻어지는 청각 가중 합성 신호 s의 에너지(즉, ｜s｜2)이다.
Figure 112008050796087-PCT00002
x는, CELP 음성 부호화에 있어서의 타깃 벡터라고 불리는 것으로서, 청각 가중 입력 음성 신호로부터 청각 가중 합성 필터의 제로 입력 응답을 제거하여 얻어지는 벡터이다. 청각 가중 입력 음성 신호란, 부호화 대상으로 하고 있는 입력 음성 신호를 청각 가중 필터로 필터링하여 얻어지는 신호이다. 청각 가중 필터란, 일반적으로 입력 음성 신호의 선형 예측 분석을 행하여 얻어지는 선형 예측 계수를 이용하여 구성되는 올 폴 필터(all-pole filter) 또는 폴 제로 타입 필터(pole- zero-type filter) 의 필터로서, CELP형 음성 부호화 장치에 있어서는 널리 이용되고 있는 것이다. 청각 가중 합성 필터란, CELP형 음성 부호화 장치에 의해 양자 화된 선형 예측 계수를 이용하여 구성되는 선형 예측 필터(즉 합성 필터)와 전술한 청각 가중 필터를 직렬 접속한 필터이다. 이러한 구성 요소는 본 실시 형태에서는 도시하지 않지만, CELP형 음성 부호화 장치에 있어서는 일반적이며, 예를 들면ITU-T권고 G.729에도, 「타깃 벡터(target vector)」, 「가중 합성 필터(weighted synthesis filter)」, 「청각 가중 합성 필터의 제로 입력 응답(zero-input response of the weighted synthesis filter)」에 대해서 기재되어 있다. 또한, 첨자 t는 전치 행렬(轉置行列)임을 나타낸다.
그렇지만, 수학식 (1)로부터도 알 수 있는 바와 같이, 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답을 컨볼루션한 청각 가중 합성 필터의 임펄스 응답을 컨볼루션하는 행렬 Ｈ"는 퇴플리츠 행렬이 아니다. 제 1 열~제 m 열이 컨볼루션하는 임펄스 응답의 일부 또는 전부의 비인과적인 성분을 잘라버린 것을 이용하여 계산되기 때문에, 컨볼루션하는 임펄스 응답의 전부의 비인과적인 성분을 이용하여 계산되는 제(m＋1)열 이후의 열 성분과 달라져 버린다. 따라서 행렬 Ｈ"는 퇴플리츠형이 되지 않는 것이다. 이 때문에, h(1)~h(m)의 m종류의 임펄스 응답을 따로따로 계산하여 보유해 두지 않으면 안되어, ｄ 및 Φ의 계산에 요하는 연산량 및 메모리량의 증대를 초래한다.
그래서, 수학식 (2)를 다음의 수학식 (3)으로 근사(近似)한다.
Figure 112008050796087-PCT00003
…(2)
여기서, ｄ't는 다음의 수학식 (4)로 표시된다.
Figure 112008050796087-PCT00004
…(3)
즉 ｄ'(i)는 다음의 수학식 (5)로 표시된다.
Figure 112008050796087-PCT00005
…(4)
여기서, x(n)은 타깃 벡터의 제n요소(n=0, 1, …, N-1, N은 음원 신호의 부호화의 처리 단위시간인 프레임 혹은 서브 프레임 길이), h(0)(n)은 청각 가중 필터의 임펄스 응답에 음(-)시간에 값을 가지는 임펄스 응답을 컨볼루션한 벡터의 제n요소(n=-m, 0, …, N-1)를 각각 나타낸다. 타깃 벡터는 CELP 부호화에서 일반적으로 사용되는 것으로서, 청각 가중 입력 음성 신호로부터 청각 가중 합성 필터의 제로 입력 응답을 제거하고 얻게되는 벡터이다. h(0)(n)은, 청각 가중 합성 필터의 임펄스 응답 h(n)(n=0, 1, …, N-1)에, 비인과적인 필터(임펄스 응답 f(n), n=-m, …, 0, …, N-1)로 필터링하여 얻어지는 벡터이며, 다음의 수학식 (6)으로 표시된다. h(0)(n)도 비인과적인 필터의 임펄스 응답이 된다(n=-m, …, 0, …, N-1).
Figure 112008050796087-PCT00006
…(5)
또, 행렬 Φ'은 다음의 수학식 (7)로 표시된다.
Figure 112008050796087-PCT00007
…(6)
즉, 행렬 Φ'의 각 요소 φ'(i, ｊ)는 다음의 수학식 (8)로 표시된다.
Figure 112008050796087-PCT00008
…(7)
즉, 행렬 Ｈ"의 제 p 열 요소 h(p)(n), p=1~ｍ 을 다른 열의 요소 h(0)(n)로 근사한 것이 행렬 Ｈ'이다. 이 행렬 Ｈ'는, 하삼각 퇴플리츠형 행렬의 행 요소를 잘라버린 퇴플리츠형 행렬이다. 이와 같은 근사를 행하여도, 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터 중, 비인과적인 요소(음(-)의 시간 성분)의 에너지가 인과적인 요소(음(-)이 아닌, 즉 0을 포함한 양(＋)의 시간 성분)의 에너지에 비해 충분히 작을 경우는 근사에 의한 영향은 작다. 또, 근사가 행해지는 것은, 행렬 Ｈ"의 제 1 열부터 제 m 열 요소로 한정되므로(여기서 m은 비인과적인 요소의 길이), m이 짧을수록 근사의 영향은 무시할 수 있게된다.
한편, 행렬 Φ'와 Φ의 계산에 필요한 연산량은 크게 다르다. 즉, 수학식 (3)의 근사를 이용하는 경우와 이용하지 않는 경우와는 큰 차이가 난다. 예를 들면, 음(-)의 시간에 값을 가지지 않는 임펄스 응답을 컨볼루션하는 통상의 대수 코드북에 있어서의 행렬 Φ 0=Ｈ t Ｈ(Ｈ는 수학식 1에 있어서의 청각 가중 필터의 임펄스 응답을 컨볼루션하는 하삼각 퇴플리츠형 행렬)을 구하는 경우와 비교하여 생각해 본 경우, 수학식 (8)로 분명해진 바와 같이, 수학식 (3)의 근사를 이용한 경우의 행렬 Φ'의 계산은 기본적으로 m회의 적화연산이 늘어날 뿐이다. 또, ITU-T권고 G.729의 C코드에서도 행해지고 있는 바와 같이, φ'(i, j)는, (j-i)가 동등한 요소(예를 들면, φ'(N-2, N-1), φ'(N-3, N-2), …, φ'(0, 1)) 는 재귀적으로 구할 수 있다. 이 특징에 의해 행렬 Φ'의 효율적인 계산이 실현되므로, 행렬 요소의 계산은 언제나 m회의 적화연산이 추가되는 것은 아니다.
이에 대해서, 수학식 (3)의 근사를 이용하지 않는 행렬 Φ의 계산에서는, φ(p, k)=φ(k, p), p=0, …, ｍ, k=0, …, N-1의 요소에 대해, 특유한 임펄스 응답 벡터의 상관 계산을 행할 필요가 있다. 즉, 이 계산에 사용되는 임펄스 응답 벡터는 그 외의 행렬요소의 계산에 사용되는 임펄스 응답 벡터와는 다르다(즉, h(0)과 h(0)의 상관이 아니라, h(0)과 h(p), p=1~ｍ 의 상관을 구한다). 이러한 요소는, 재귀적으로 구했을 때의 맨 마지막 쪽에서 계산 결과가 얻어지는 요소이다. 즉, 전술한, 「재귀적으로 구할 수 있으므로, 행렬 Φ의 요소를 효율적으로 계산할 수 있다」라는 이점이 상실되어 버린다. 이 일은, 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터의 비인과적인 요소의 수에 거의 비례하는 형태로 연산량이 증가하는 것을 의미한다(예를 들면, m=1의 경우라하더라도, 2배 가까운 연산량이 된다).
도 2는 상술한 고정 코드북 탐색 방법을 실현하는 고정 코드북 탐색 장치(150)의 일례를 나타내는 블록도이다.
음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터와 청각 가중 합성 필터의 임펄스 응답 벡터가 컨볼루션 연산부(151)에 입력된다. 컨볼루션 연산부(151)는, 수학식 (6)을 이용하여 h(0)(n)을 산출하여, 행렬 생성부(152)에 출력한다.
행렬 생성부(152)는 컨볼루션 연산부(151)로부터 입력된 h(0)(n)을 이용하여 행렬 Ｈ'를 생성하여, 컨볼루션 연산부(153)에 출력한다.
컨볼루션 연산부(153)는, 대수 코드북(101)으로부터 입력되는 펄스 음원 벡터 c k에 컨볼루션 행렬 생성부(152)로부터 입력되는 행렬 Ｈ'의 요소 h(0)(n)을 컨볼루션하여 가산기(154)에 출력한다.
가산기(154)는, 컨볼루션 연산부(153)로부터 입력되는 청각 가중 합성 신호와 별도로 입력되는 타깃(Target) 벡터와의 차분 신호를 산출하여, 오차 최소화부(155)에 출력한다.
오차 최소화부(155)는 가산기(154)로부터 입력되는 차분 신호의 에너지가 최소가 되는 펄스 음원 벡터 c k를 생성하는 코드북 인덱스 k를 특정한다.
도 3은 도 1에 나타낸 고정 코드북 벡터 생성 장치(100)를 고정 코드북 벡터 생성부(100a)로서 구비한 CELP형 음성 부호화 장치(200)의 일례를 나타낸 블록도이다.
입력 음성 신호는 전(前)처리부(201)에 입력된다. 전처리부(201)는 직류 성분 제거 등의 전처리를 행하고, 처리 후의 신호를 선형 예측 분석부(202) 및 가산기(203)에 출력한다.
선형 예측 분석부(202)는 전처리부(201)로부터 입력된 신호의 선형 예측 분석을 행하고, 분석 결과인 선형 예측 계수를 LPC 양자화부(204) 및 청각 가중 필터(205)에 출력한다.
가산기(203)는 전처리부(201)로부터 입력된 전처리 후의 입력 음성 신호와, 합성 필터(206)로부터 입력된 합성 음성 신호와의 차(差)신호를 산출하여, 청각 가중 필터(205)에 출력한다.
LPC 양자화부(204)는 선형 예측 분석부(202)로부터 입력된 선형 예측 계수의 양자화 및 부호화 처리를 행하고, 양자화 LPC를 합성 필터(206)에, 부호화 결과를 비트 스트림(bit stream) 생성부(212)에, 각각 출력한다.
청각 가중 필터(205)는 선형 예측 분석부(202)로부터 입력된 선형 예측 계수를 이용하여 구성되는 폴 제로 타입 필터(pole- zero-type filter)로, 가산기(203) 로부터 입력된, 전처리 후의 입력 음성 신호와 합성 음성 신호와의 차(差)신호에 필터 처리를 가하여, 오차 최소화부(207)에 출력한다.
합성 필터(206)는 LPC 양자화부(204)로부터 입력된 양자화 선형 예측 계수에 의해 구축되는 선형 예측 필터로서, 가산기(211)로부터 구동 신호를 입력시켜, 선형 예측 합성 처리를 행하여 합성 음성 신호를 가산기(203)에 출력한다.
오차 최소화부(207)는 청각 가중 필터(205)로부터 입력되는 신호의 에너지가 가장 작아지도록, 적응 코드북 벡터 생성부(208), 고정 코드북 벡터 생성부(100a), 적응 코드북 벡터와 고정 코드북 벡터에 대한 이득에 관한 파라미터를 결정하고, 그 부호화 결과를 비트 스트림 생성부(212)에 출력한다. 또한, 본 도면에서는 이득에 관한 파라미터는 오차 최소화부(207)에서 양자화되어, 1개의 부호화 결과가 얻어지는 것을 상정하고 있지만, 이득 양자화부는 오차 최소화부(207)의 외부에 있어도 좋다.
적응 코드북 벡터 생성부(208)는 과거에 가산기(211)로부터 입력된 구동 신호를 버퍼링하는 적응 코드북을 가지며, 적응 코드북 벡터를 생성하여 증폭기(209)에 출력한다. 적응 코드북 벡터는 오차 최소화부(207)로부터의 지시에 의해 특정된다.
증폭기(209)는 오차 최소화부(207)로부터 입력되는 적응 코드북 이득을 적응 코드북 벡터 생성부(208)로부터 입력된 적응 코드북 벡터에 곱하여 가산기(211)에 출력한다.
고정 코드북 벡터 생성부(100a)는 도 1에 나타낸 고정 코드북 벡터 생성 장치(100)와 동일한 구성이며, 오차 최소화부(207)로부터 코드북 인덱스나 비인과적인 필터의 임펄스 응답에 관한 정보를 입력시켜, 고정 코드북 벡터를 생성하여 증폭기(210)에 출력한다.
증폭기(210)는 오차 최소화부(207)로부터 입력되는 고정 코드북 이득을 고정 코드북 벡터 생성부(100a)로부터 입력된 고정 코드북 벡터에 곱하여 가산기(211)에 출력한다.
가산기(211)는 증폭기(209) 및 (210)으로부터 입력된 이득 곱셈후의 적응 코드북 벡터 및 고정 코드북 벡터의 가산을 행하고, 결과를 필터 구동 신호로서 합성 필터(206)에 출력한다.
비트 스트림 생성부(212)는, LPC 양자화부(204)로부터 입력된 선형 예측 계수(즉 LPC)의 부호화 결과와, 오차 최소화부(207)로부터 입력된 적응 코드북 벡터 및 고정 코드북 벡터 및 그에 대한 이득 정보의 부호화 결과를 입력시켜, 비트 스트림으로 변환하여 출력한다.
또한, 오차 최소화부(207)에 있어서의 고정 코드북 벡터 파라미터를 결정할 때, 전술한 고정 코드북 탐색 방법이 이용되며, 실제 고정 코드북 탐색 장치는 도 2에 나타낸 바와 같은 것이 이용된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 특성을 가지는 필터(일반적으로 비인과적인 필터라고 불림)를 대수 코드북으로부터 생성된 음원 벡터에 사용할 경우에, 비인과적인 필터와 청각 가중 합성 필터를 직렬접속한 처리 블록의 전달함수를 비인과적인 부분의 길이의 행수(行數)만큼 행렬 요소를 잘라버린(truncate 한) 하삼각 퇴플리츠형 행렬에 의해 근사한다. 이 근사에 의해 대수 코드북 탐색에 요하는 연산량의 증가를 억제할 수 있다. 또, 비인과적인 요소의 수가 인과적인 요소의 수보다도 적고, 또/또는, 비인과적인 요소의 에 너지가 인과적인 요소의 에너지보다 작을 경우, 상기 근사에 의한 부호화 품질에 대한 영향은 억제된다.
또한, 본 실시 형태에 대해, 이하와 같이 변형하거나 응용하거나 해도 좋다.
비인과적인 필터의 임펄스 응답의 인과적인 성분의 수를 비인과적인 성분의 수보다도 큰 범위 내에서 특정수로 한정해도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는 고정 코드북 탐색시의 처리에 대해서만 설명했다. CELP형 음성 부호화 장치에서는, 고정 코드북 탐색 후, 이득 양자화가 행해지는 것이 보통이다. 그 때, 청각 가중 합성 필터를 통과시킨 고정 음원 코드북 벡터(즉, 선택된 고정 음원 코드북 벡터를 청각 가중 합성 필터로 필터링하여 얻어지는 합성 신호)가 필요해 지기 때문에, 고정 코드북 탐색 종료 후에, 이 「청각 가중 합성 필터를 통과시킨 고정 음원 코드북 벡터」를 산출하는 것이 보통이다. 이 때 사용하는 임펄스 응답 컨볼루션 행렬은, 탐색 시에 이용한 근사 임펄스 응답 컨볼루션 행렬 Ｈ (0)이 아니라, 제 1 ~ m 열(=비인과적 요소의 수가 m일 경우) 의 요소만이 다른 요소와 다른 행렬 Ｈ"를 사용하는 편이 좋다.
또, 본 실시 형태에서는, 비인과적인 부분(즉, 음(-)의 시간의 벡터 요소)은, 시간 0점을 포함한 인과적인 부분(즉, 음(-)이 아닌 시간 벡터 요소)보다도 벡터 길이가 짧은 것이 적합하다고 했지만, 비인과적인 부분의 길이는 N/2 미만(N은 펄스 음원 벡터의 길이)으로 설정한다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했다.
본 발명에 따른 고정 코드북 탐색 장치나 음성 부호화 장치 등은, 상기 실시 형태로 한정되지 않으며, 여러 가지 변경하여 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 고정 코드북 탐색 장치나 음성 부호화 장치 등은, 이동체 통신 시스템에 있어서의 통신 단말장치 및 기지국 장치에 탑재하는 것이 가능하며, 이에 의해 상기와 동일한 작용 효과를 가지는 통신 단말장치, 기지국 장치 및 이동체 통신 시스템을 제공할 수 있다.
또, 여기서는, 본 발명을 하드웨어로 구성하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명을 소프트웨어로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들면, 본 발명에 따른 고정 코드북 탐색 방법이나 음성 부호화 방법 등의 알고리즘을 프로그램 언어에 의해 기술하고, 이 프로그램을 메모리에 기억해 두고 정보처리 수단을 이용하여 실행시킴으로써, 본 발명의 고정 코드북 탐색 장치나 음성 부호화 장치 등과 마찬가지의 기능을 실현할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서 이용한 「고정 코드북」 「적응 코드북」은, 「고정 음원 코드북」 「적응 음원 코드북」이라고 불러도 좋다.
또, 상기 실시 형태의 설명에 이용한 각 기능 블록은, 전형적으로는 집적회로인 LSI로서 실현된다. 이들은 개별적으로 1칩화 되어도 좋고, 일부 또는 모두를 포함하도록 1칩화 되어도 좋다.
여기서는, LSI라고 했지만, 집적도의 차이에 따라, IC, 시스템 LSI, 슈퍼 LSI, 울트라 LSI라고 호칭되는 일도 있다.
또, 집적회로화의 수법은 LSI에 한하는 것은 아니며, 전용 회로 또는 범용 프로세서로 실현해도 좋다. LSI 제조 후에, 프로그램하는 것이 가능한 FPGA(Field Programmable Gate Array)나, LSI 내부의 회로 셀의 접속이나 설정을 재구성 가능한 리컨피규러블 프로세서를 이용해도 좋다.
또, 반도체 기술의 진보 또는 파생하는 별개의 기술에 의해 LSI에 대체되는 집적회로화의 기술이 등장하면, 당연히 그 기술을 이용해 기능 블록의 집적화를 행하여도 좋다. 바이오 기술의 적용 등이 가능성으로서 있을 수 있다.
2006년 3월 10일에 출원한 특허 출원 제2006-065399호 및 2007년 2월 6일에 출원한 특허 출원 제2007-027408호의 일본 출원에 포함되는 명세서, 도면 및 요약서의 개시 내용은 모두 본원에 원용된다.
본 발명에 따른 고정 코드북 탐색 장치 등은, 대수 코드북을 고정 코드북으로서 이용하는 CELP형 음성 부호화 장치에 있어서, 큰 연산량 및 메모리량의 증가없이 비인과적인 필터 특성을 대수 코드북으로부터 생성된 펄스 음원 벡터에 부가할 수 있다고 하는 효과를 가져, 이용 가능한 메모리량에 제한이 있으면서 또, 저속(低速)에서의 무선 통신이 강요되는 휴대전화 등의 통신 단말장치 등에 있어서의 음성 부호화 장치의 고정 코드북 탐색에 유용하다.

Claims (7)

  1. 펄스 음원 벡터를 생성하는 펄스 음원 벡터 생성부와,
    음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터에 청각 보정 합성 필터의 임펄스 응답을 컨볼루션하여, 음(-)의 시간에 값을 가지는 제 2의 임펄스 응답 벡터를 생성하는 제 1의 컨볼루션 연산부와,
    상기 제 1의 컨볼루션 연산부에 의해 생성된 제 2의 임펄스 응답 벡터를 이용하여 퇴플리츠형 컨볼루션 행렬을 생성하는 행렬 생성부와,
    상기 펄스 음원 벡터 생성부에 의해 생성된 펄스 음원 벡터에 상기 행렬 생성부에 의해 생성된 행렬을 이용해 컨볼루션 처리를 가하는 제 2의 컨볼루션 연산부를 구비하는 고정 코드북 탐색 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퇴플리츠형 컨볼루션 행렬은, 이하의 (1)식의 행렬 Ｈ'로 표시되는 고정 코드북 탐색 장치.
    [수 1]
    Figure 112008050796087-PCT00009
    …(1)
    여기서, h(0)(n)은 음(-)의 시간에 값을 가지는 제 2의 임펄스 응답 벡터(n=-m, …, 0, …, N-1)이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2의 임펄스 응답 벡터의 음(-)의 시간 성분의 에너지가 음(-)이 아닌 시간 성분 에너지에 비해 작은 고정 코드북 탐색 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2의 임펄스 응답 벡터의 음(-)의 시간 성분의 시간 길이가 음(-)이 아닌 시간 성분의 시간 길이에 비해 짧은 고정 코드북 탐색 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2의 음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터의 음(-)의 시간 성분이 1개인 고정 코드북 탐색 장치.
  6. 펄스 음원 벡터를 생성하는 펄스 음원 벡터 생성 스텝과,
    음(-)의 시간에 값을 가지는 임펄스 응답 벡터에 청각 보정 합성 필터의 임펄스 응답을 컨볼루션하여, 음(-)의 시간에 값을 가지는 제 2의 임펄스 응답 벡터를 생성하는 제 1의 컨볼루션 연산 스텝과,
    상기 제 1의 컨볼루션 연산 스텝으로 생성된 제 2의 임펄스 응답 벡터를 이용하여 퇴플리츠형 컨볼루션 행렬을 생성하는 행렬 생성 스텝과,
    상기 펄스 음원 벡터에 상기 퇴플리츠형 컨볼루션 행렬을 이용하여 컨볼루션 처리를 가하는 제 2의 컨볼루션 연산 스텝을 가지는 고정 코드북 탐색 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 퇴플리츠형 컨볼루션 행렬은, 이하의 (2)식의 행렬 Ｈ'로 표시되는 고정 코드북 탐색 방법.
    [수 2]
    Figure 112008050796087-PCT00010
    …(2)
    여기서, h(0)(n)는 음(-)의 시간에 값을 가지는 제 2의 임펄스 응답 벡터(n=- m, …, 0, …, N-1)이다.
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