JPH01261930A

JPH01261930A - 音声復号器のポスト雑音整形フィルタ

Info

Publication number: JPH01261930A
Application number: JP63088922A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nomura; 野村　隆裕; Yotaro Hachitsuka; 八塚　陽太郎; Shigeru Iizuka; 飯塚　茂
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1989-10-18
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JP3074680B2; CA1321025C

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）本発明はディジタル入力音声信号を低ビツトレートに符
号化・復号化する音声符号化・復号化方式に関する。

（従来技術）ディジタル海事衛星通信システムや５ｃｐｃによるディ
ジタル・ビジネス衛星通信システムなどのように周波数
帯域の制限や送信電力の制限の厳しいシステムにあって
は、低ビツトレートで、かつ高品質な符号化処理音声が
得られ、しかも伝送符号誤りの影響が非常に少ない音声
符号化・復号化方式が要求されている。

このような背景から種々の音声符号化・復号化方式がす
でに提案され、代表的な方式として、フレームごとに予
測係数を算出する予測器を用い標本値間の相関を取り除
いた残差信号を適応量子化器を用いて符号化する適応予
測符号化（ＡＰＣ）方式と、複数個のパルスを音源とし
てＬＰＣ合成フィルタを駆動するマルチパルス駆動線形
予測符号化（ＭＰＥＣ）方式とがある。

ここでは、従来の音声符号化・復号化方式として適応予
測符号化方式を例にとり説明する。

第１図（ａ）は、従来の適応予測符号化方式に用いる符
号器のブロック図である。まず、動作を説明する。ディ
ジタル入力音声信号Ｓｊは、符号化入力端子１を介して
ＬＰＣ分析器２と短時間予測器６に入力される。ＬＰＣ
分析器２ではディジタル入力音声信号をもとにフレーム
毎に短時間スペクトル分析（以下、ｒＬＰＣ分析」と称
す）を行い、そこで得られたＬＰＣパラメータをＬ’Ｐ
Ｃパラメータ符号器３を介して符号化し、多重回路３０
を介して受信側の復号器へ伝送する。又、Ｌ　Ｐ　’Ｃ
パラメータ符号器３の出力をＬＰＣパラメータ復号器４
を介して復号し、その出力からＬＰＣパラメータ・短時
間予測パラメータ変換器５を介して短時間予測パラメー
タを得る。そして、この短時間予測パラメータを短時間
予測器６、雑音整形フィルタ１９、局部復号用の短時間
予測器２４に設定する。

引算器１１では、この短時間予測パラメータを使用した
短時間予測器６の出力をディジタル入力音声信号Ｓｊか
ら差し引くことにより、音声波形の隣接サンプル間の相
関を取り除き短時間予測残差信号△Ｓｊを得る。この短
時間予測残差信号△Ｓｊは、ピッチ分析器７と長時間予
測器１０に入力される。ピッチ分析器７では短時間予測
残差信号△Ｓｊをもとにフレーム毎にピッチ分析を行い
、そこで得られたピッチ周期とピッチパラメータをピッ
チパラメータ符号器８を介して符号化し、多重回路３０
を介して受信側の復号器へ伝送する。−方、ピッチ周期
とピッチパラメータをピッチパラメータ復号器９を介し
て復号し、長時間予測器１０、雑音整形フィルタ１９、
局部復号用の長時間予測器２３に設定する。

引算器１２では、このピッチ周期とピッチパラメータを
使用した長時間予測器１ｏの出力を短時間予測残差信号
△Ｓｊがら差し引くことにより、音声信号のピッチによ
る繰り返し波形の相関を取り除き理想的に白色化された
長時間予測残差信号を得る。この長時間予測残差信号が
ら雑音整形フィルタ１９の出力を引算器１７を用いて差
し引き、最終予測残差信号とじてこゎを適応量子化器１
６で量子化、符号化し、多重回路３ｏを介して受信側の
復号器へ伝送する。又、この符号化された最終予測残差
信号は逆量子化器１８を介して復号化・逆量子化され引
算器２０及び加算器２１に入力される。引算器２０では
、この量子化された最終予測残差信号から適応量子化器
１６の入力信号である最終予測残差信号を差し引くこと
により量子化雑音を得、これを雑音整形フィルタ１９に
入力する。

サブフレーム毎に量子化ステップサイズを更新するため
に、前述の長時間予測残差信号はＲＭＳ計算回路１３で
ＲＭＳ値が計算され、ＲＭＳ値符号器１４で符号化され
て、その出力レベルを基準レベルとし、併せて近傍のレ
ベルをＲＭＳ値符号器１４内に記憶しておく。そして、
ＲＭＳ値符号器１４の出力信号はＲＭＳ値復号器１５を
介して復号され、特にこの基準レベルに対応した量子化
されたＲＭＳ値を基準ＲＭＳ値とし、これにあらかじめ
用意しておいた基本ステップサイズを掛は合せることに
より適応量子化器１６のステップサイズを決定する。一
方、逆量子化器１８の出力信号である量子化された最終
予測残差信号に局部復号用長時間予測器２３の出力を加
算器２１を介して加算する。更に、これを局部復号用長
時間予測器２３に入力すると共に、局部復号用短時間予
測器２４の出力を加算器２２を介して加算し、これを局
部復号用短時間予測器２４の入力とする。この様な過程
によって局部復号されたディジタル入力音声信号Ｓｊ′
が得られる。この局部復号されたディジタル入力音声信
号Ｓｊ′　と元のディジタル入力信号Ｓｊとの差を誤差
信号として引算器２６を介して求める。サブフレーム間
に渡って、この誤差信号の電力を最小誤差電力検出器２
７で計算する。そして、あらかじめ用意されている全で
の基本ステップサイズと記憶しておいた基準レベルの近
傍レベルについても同様な一連の動作を行い、以上得ら
れた誤差信号電力の内で最小な電力を与える符号化ＲＭ
Ｓレベルと基本ステップサイズを選択しこれを多重回路
３０を介して受信側の復号器へ伝送する。なお、ステッ
プサイズの符号化に際ｔノてはステップサイズ符号器２
９を用いている。

第１図（ｂ）は、従来の適応予測符号化方式に用いる復
号器のブロック図である。

復号器では、復号器入力端子３２を介して入力された信
号は、最終残差信号に関する信号、ＲＭＳ値やステップ
サイズに関する信号、及びＬＰＣパラメータやピッチ周
期・ピッチパラメータに関する信号とに多重分離回路３
３を用いて分離され、各々、適応逆量子化器３６、ＲＭ
Ｓ値復号器３５、ステップサイズ復号器３４、ＬＰＣパ
ラメータ復号器３８、及びピッチパラメータ復号器３７
に入力される。

ＲＭＳ値復号器３５を用いてＲＭＳ値を復号し、これと
、基本ステップサイズ復号器３４を介して得られた基本
ステップサイズとを適応逆量子化器３６に設定する。そ
して、受信された最終予測残差信号に関する信号を適応
逆量子化器３６を用いて逆量子化し、量子化された最終
予測残差信号を得る。一方、ＬＰＣパラメータ復号器３
８を介して復号しＬＰＣパラメータ・短時間予測パラメ
ータ変換器３９を介して得られた短時間予測パラメータ
を、合成フィルタを形成する一方の予測器である短時間
予測器４３とポスト雑音整形フィルタ４４に設定し、更
に、ピッチパラメータ復号器３７を介して復号されたピ
ッチ周期とピッチパラメータを合成フィルタを形成する
他方の予測器である長時間予測器４２に設定する。

加算器４０では、長時間予測器４２の出力を適応逆量子
化器３５の出力に加算し、その出力を長時間予測器４２
の入力とすると共に、更にこれに短時間予測器４３の出
力を加算器４１を介して加算することにより、再生音声
信号を得る。そして、この信号は短時間予測器４３に入
力すると共に、ポスト雑音整形フィルタ４４に入力され
雑音整形が行われる。更に、その信号はレベル調整器４
５にも入力され、ポスト雑音整形フィルタ４４の出力と
比較することによりレベル調整を行う。

次に、符号器及び復号器に用いられている雑音整形フィ
ルタ１９及びポスト雑音整形フィルタ４４の構成につい
て述べる。

第２図は、従来の符号器内の雑音整形フィルタ１９の一
構成図である。この動作を説明すると、まず、ＬＰＣパ
ラメータ・短時間予測パラメータ変換器５より得られた
短時間予測パラメータを短時間予測器４９に、又、ピッ
チパラメータ復号器９より得られたピッチ周期、ピッチ
パラメータを長時間予測器４７に設定する。次に、量子
化雑音が引算器２０より長時間予測器４７に入力され、
その出力を量子化雑音から引算器４８を介して差し引く
。そして、この引算器４８の出力を短時間予測器４９に
入力し、その出力と長時間予測器４７の出力を引算器５
０を介して加算し、これを引算器１７へ送る。この雑音
整形フィルタの伝達関数Ｆ’（ｚ）は次式のようになる
。

Ｆ’（ｚ）＝　ｒｎｌＰｌ　（ｚ）＋（ｌ−ｒｎｌＰＩ　（ｚ））
Ｐｓ　（ｚ／ｒｓｒｎｓ）　（１）ここて、Ｐｓ（ｚ）
及びＰＩ（ｚ）は例えば、後述する（２）式、（３）式
から求まる短時間予測器６及び長時間予測器１０の伝達
関数、ｒｓはリーケージ、ｒｎｌ、ｒｎｓは長・短時間
予測器の雑音整形荷重係数と呼ばれ、各々０≦ｒｓ、ｒ
ｎｌ、ｒｎｓ≦１の範囲の値である。従来の雑音整形フ
ィルタには、このｒｎｌ、ｒｎｓとして一定の値が用い
られている。

短時間予測器６の伝達関数Ｐｓ（ｚ）は、次式で与えら
れる。

Ｎｓｉ＝］ここで、ａｉは短時間予測パラメータ、Ｎｓは短時間予
測器のタップ数である。ａｉはフレーム単位毎にＬＰＣ
分析器２とＬＰＣパラメータ・短時間予測パラメータ変
換器５内で計算され、入力信号のスペクトルの変動に対
してフレーム毎に適応的に変化する。同様の式で長時間
予測器１０の伝達関数も定義でき、特に、１タツプの予
測器を用いるとその伝達関数ＰＩ（ｚ）は、次式で与え
られる。

ＰＩ（ｚ）　＝　ｂｌｚ−Ｐｐ　　　（３）ここで、ｂ
ｌはピッチパラメータ、Ｐｐはピッチ周期を表す。この
ｂｌやＰｐもまたフレーム単位毎にピッチ分析器７で計
算され、入力信号の波形の周期性の変動に対してフレー
ム毎に適応的に変化する。

第３図（ａ）及び（ｂ）は、従来の復号器内のポスト雑
音整形フィルタ４４の一構成図である。従来方式では、
（２）式の短時間予測パラメータを荷重した短時間ポス
ト雑音整形フィルタを用いている。

まず、極フィルタのみで構成されている第３図（ａ）に
示す様なポスト雑音整形フィルタの動作から説明する。

ＬＰＣパラメータ・短時間予測パラメータ変換器３９よ
り得られる短時間予測パラメータを短時間予測器５２に
設定する。加算器４１からの再生音声信号と短時間予測
器５２の出力を加算器５１を介して加算し、それを短時
間予測器５２とレベル調整器４５に入力する。レベル調
整器４５を含めたこのポスト雑音整形フィルタ４４の伝
達関数Ｆｐ’（ｚ）としては、次式のようになる。

ここて、ＧＯはゲインコントロールパラメータ、ｒｐｓ
は雑音整形荷重係数と呼ばれ、０≦ｒｐｓ≦１の範囲の
値である。

次に、第３図（ａ）に更に零フィルタを加えた構成の第
３図（ｂ）に示す様なポスト雑音整形フィルタの動作を
説明する。ＬＰＣパラメータ・短時間予測パラメータ変
換器３９より得られる短時間予測パラメータを短時間予
測器の極フィルタ５４と零フィルタ５５に設定する。加
算器４１からの再生音声信号と極フィルタ５４の出力を
加算器５１を介して加算し、これを極フィルタ５４と零
フィルタ５５の入力とする。加算器５３の出力から零フ
ィルタ５５の出力を引算器５６を介して差し引き、この
出力をレベル調整器４５へ入力する。レベル調整器４５
を含めたこのポスト雑音整形フィルタの伝達関数Ｆ　ｐ
ｏ’　　（ｚ）としては、次式のようになる。

ここで、ＧＯはゲインコントロールパラメータ、ｒｐｓ
ｚ、　ｒｐｓｐは零・極雑音整形荷重係数と呼ばれ、各
々０≦ｒｐｓｚ、ｒｐｓｐ≦１の範囲の値である。

従来のポスト雑音整形フィルタでは、これらのｒｐｓ、
ｒｐＳＺ、ｍｌ）Ｓｌ）として一定の値が用いている。

（発明が解決しようとする課題）従来の符号器内の雑音整形フィルタ１９は予測フィルタ
を基本としたフィルタ構成であり、量子化雑音のスペク
トルを音声スペクトルに近い形に整形し音声でマスクす
ることにより、聴感上の音声品質を改善するものである
。特に、音声信号成分の少ない帯域に存在する量子化雑
音の聴感上の改善に効果がある。しかしながら、音声信
号のスペクトルは時間変動し、有声音や無声音など様々
なスペクトル上での特徴を有しているが、これまでの雑
音整形フィルタでは、これらの音声信号の特徴を調べる
ことなく予測フィルタ係数に一定の荷重をかけている。

従って、無声音に最適な太きい荷重係数を用いると有声
音の部分で音声がこもったり或いは歪んだりしてしまう
。また、有声音に最適な小さい荷重係数を用いると無声
音に対して必ずしも充分な雑音整形とはならない。この
為、これまで様な一定の荷重係数を用いた方式では、有
声音と無声音との双方で十分な音声品質が得られない。

また、従来の復号器内のポスト雑音整形フィルタ４４は
合成フィルタ（長時間予測器４２及び短時間予測器４３
）に用いられているのと同一の短時間予測器４３のみを
使用しているフィルタ構成であり、音声のホルマント周
波数近傍のエネルギーを強調することにより、相対的に
音声の主成分とそれ以外の周波数領域での雑音とのレベ
ル差を大きくし、聴感上雑音が気にならないように品質
の改善を図っている。これまでのポスト雑音整形フィル
タも又、前述の音声信号のスペクトルの特徴を調べるこ
となく短時間予測パラメータに一定の荷重をかけている
。従って、無声音に最適な大きい荷重係数を用いると有
声音の部分で歪やりリックを発生する。又、有声音に最
適な荷重係数を用いると無声音に対して必ずしも十分な
雑音整形とはならない。この為、やはりこれまでの様な
一定の荷重係数を用いた方式では、有声音と無声音との
双方で十分な音声品質が達成されない欠点がある。

一方、説明を省略したＭＰＥＣにおいても、送信側にお
いて、入力音声と合成フィルタから得られた再生音声と
の誤差信号に対して、誤差荷重フィルタを用いその出力
電力が最小となる様に駆動パルスの振幅及び位置を最適
に決定している力釈この場合にも誤差荷重フィルタとし
て合成フィルタ内の短時間予測パラメータに一定の荷重
係数をかけたものを用いているため、前述の雑音整形フ
ィルタ１９（ポスト雑音整形フィルタ４４）と同様に有
声音と無声音との双方で十分な音声品質が得られないと
いう問題点があった。

本発明の第１の目的は、上術した従来技術の問題点を解
決するためになされたもので、有声音と無声音に関係な
く良好な音声品質が得られる音声符号化・復号化方式を
提供することにある。

本発明の第２及び第３の目的は、有声音と無声音に関係
なく良好な音声品質が得られる音声符号化・復号化方式
を実現するための雑音整形フィルタ及びポスト雑音整形
フィルタを提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の第１の特徴は、雑音整形フィルタ及びポスト雑
音整形フィルタの荷重係数を予測信号の当り具合に応じ
て変化させてディジタル入力音声信号を符号化・復号化
するように構成したことにある。

本発明の第２の特徴は、符号器内にある雑音整形フィル
タが荷重係数選択器６６、長時間予測器極フィルタ５８
及び零フィルタ５９．短時間予測器極フィルタ６２及び
零フィルタ６３を用いて構成したことにある。

本発明の第３の特徴は、復号器内にあるポスト雑音整形
フィルタが荷重係数選択器（７５゜７６）、長時間予測
器極フィルタ６８及び零フィルタ６９．短時間予測器極
フィルタ７２及び零フィルタ７３を用い、かつ長時間予
測器極フィルタ６８及び零フィルタ６９の出力を加算し
、他方、短時間予測器極フィルタ７２及び零フィルタ７
３の出力を減算するように構成したことにある。

（発明の構成）以下に、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

なお、以下の説明では本発明と従来との相違点である符
号器に用いる雑音整形フィルタ及び復号器に用いるポス
ト雑音整形フィルタの構成について詳述し、他の構成に
ついては説明の重複を省くために省略する。

第４図は、本発明による符号器に用いる雑音整形□フィ
ルタの構成図である。荷重係数選択器６６では、符号器
入力端子（コーダ入力）１からのディジタル入力音声信
号、引算器１１からの短時間予測残差信号、及び引算器
１２からの長時間予測残差信号を用いて予測の当り具合
を評価することにより、ＬＰＣパラメータ・短時間予測
パラメー夕変換器５からの短時間予測パラメータ、及び
、ピッチパラメータ復号器９からのピッチパラメータを
適応的に荷重して、各々、短時間予測器極フィルタ６２
、短期間予測難字フィルタ６３、長時間予測器極フィル
タ５８及び長時間予測難字フィルタ５９に設定する。引
算器２０からの量子化雑音と長時間予測器極フィルタ５
８の出力とを加算器５７で加算し、その加算出力を長時
間予測器極フィルタ５８と零フィルタ５９とに入力する
。

又、加算器５７の出力から長時間予測難字フィルタ５９
の出力を引算器６０で差し引き、この引算器６０の出力
と短時間予測器極フィルタ６２の出力とを加算器６１で
加算し、更に、加算器６１の出力を短時間予測器極フィ
ルタ６２と零フィルタ６３に入力する。そして、加算器
６１の出力から短時間予測難事フィルタ６３の出力を引
算器６４で差し引き、この差分出力をさらに量子化雑音
から引算器６５で差し引き、その結果を雑音整形フィル
タ１９の出力として引算器１７へ送る。この雑音整形フ
ィルタの伝達関数Ｆ　（ｚ）は、次式で与えられる。

本発明の雑音整形フィルタ１９は（５）式を満足するよ
うに長時間予測器極フィルタ５８及び零フィルタ５９、
短時間予測器極フィルタ６２及び零フィルタ６３を構成
すれば良い。例えば、長時間予測器極フィルタ５８及び
零フィルタ５９、短時間予測器極フィルタ６２及び零フ
ィルタ６３の位置を反対にして構成してもよい。また、
第４図では、荷重係数選択器６６が長時間予測器極フィ
ルタ５８及び零フィルタ５９、短時間予測器極フィルタ
６２及び零フィルタ６３とて共用した構成例を示したが
、別々の荷重係数選択器を用いてもよい。

一般に、有声音は明確なスペクトルエンベロープを有し
ており、特に、鼻音や語尾等は正弦波に近いので、短時
間スペクトル予測か当りやすく、又、それらの音声が明
かなどッチ構造も持つので、ピッチ予測も当りやすく、
量子化雑音も少ない。逆に、摩擦音等の無声音は、ラン
ダム雑音に近いスペクトルを有しており、又、明確なピ
ッチ構造も持たないため、短・長時間予測が当りにくく
、量子化雑音も多い。よって、予測の当り具合を観察す
ることにより音声の特徴に合った雑音整形を行う必要が
ある。例えば、ディジタル入力音声信号の電力をＳｋ、
短時間予測残差信号の電力をＲｋ、更に、長時間予測残
差信号の電力をＰｋとすると、予測器の入出力比である
短時間予測処理前後の音声信号の電力比Ｓｋ／Ｒｋや全
予測処理前後の音声信号の電力比Ｓｋ／Ｐｋを用いるこ
とにより、予測の当り具合すなわち入力音声のスペクト
ル構造を調べることがでる。これにより、有声音の様な
これらの比の値が大きい部分には弱く、又、無声音の様
なこれらの比が小さい部分には強く、雑音整形を行うこ
とが可能となる。第４図の荷重係数選択器６６は、予測
の当り具合としてこの予測器の入出力比を用いた例であ
る。具体的には、Ｓｋ／Ｐｋ　。

Ｓｋ／Ｒｋ各々についてスレッショールド５ｔｈｌ、　
５ｔｈ２を設け、短・長時間予測器の雑音整形荷重係数
ｒｎｓ　、　、ｒｎｌを、次式のように切換える。

Ｓｋ／Ｐｋ　＞　５ｔｈｌ　ｏｒ　Ｓｋ／Ｒｋ　＞　５
ｔｈ２　：ｒｎｓ　＝　ｒｎｔｈｌ　、　ｒｎｌ　＝　
ｒｎｔｈ３または、Ｓｋ／Ｐｋ≦５ｔｈｌ及びＳｋ／Ｒ
ｋ≦５ｔｈ２　、：ｒｎｓ　＝　ｒｎｔｈ２　、　ｒｎ
ｌ　＝　ｒｎｔｈ４　　　　（７）但し、　０　≦ｒｎ
ｔ旧≦ｒｎｔｈ２≦１゜０≦ｒｎｔｈ３≦ｒｎｔｈ４≦
１又、予測の当り具合としては、第４図における荷重係数
選択器６６のコーダ入力１．引算器１１及び引算器１２
の入力情報の代りにＬＰＣパラメータ複号器４の出力で
あるＬＰＣパラメータ（反射係数）ｋｉを用いることも
できる。一般に、有声音、鼻音、或は、語尾等は予測利
得が高いので１ｋｉｌが１に近い。また、摩擦音等の無
声音は、予測利得が低いのて１ｋｉｌが０に近い。そこ
で、予測利得を定めるパラメータＧは次式から求まる。

ｉ＝１この式は、パラメータＧが０に近いと予測利得が高く、
１に近いと予測利得が低いことを意味することから、こ
のパラメータＧの小さい有声音と、大きいわたり音や無
声音の区別が可能となる。具体的には、このパラメータ
６ついてスレッショールドＧｔｈｌを設け、短・長時間
予測器の雑音整形荷重係数ｒｎｓ　、　ｒｎｌを、次式
のように定めて切換える。

Ｇ　＜　Ｇｔｈｌ　：　ｒｎｓ　＝　ｒｎｔｈ５　、　
ｒｎｌ　＝　ｒｎｔｈ７Ｇｔｈｌ≦Ｇ　：　ｒｎｓ　＝
　ｒｎｔｈ６　、　ｒｎｌ　＝　ｒｎｔｈ８　　　（９
）但し、　０≦Ｇｔｈｌ≦１゜０≦　ｒｎｔｈ５≦　ｒｎｔｈ６≦　１　。

０≦ｒｎｔｈ７≦ｒｎｔｈ８≦１この他に、上述した４つのスレッショールドに限定され
ることなく、更にスレッショールドを多く設け、パラメ
ータＧの取り得る値の領域を小さく分割して荷重係数を
切換えることも考えられる。

第５図は、本発明による復号器に用いるポスト雑音整形
フィルタ４４のブロック図である。短詩間予側器用荷重
係数選択器７６は、ＬＰＣパラメータ復号器３８の出力
であるＬＰＣパラメータから予測の当り具合を評価する
ことにより、ＬＰＣパラメータ・短時間予測パラメータ
変換器３９の出力である短時間予測パラメータを適応的
に荷重し、短時間予測器極フィルタ７２と零フィルタ７
３とに設定する。更に、長時間予測器用荷重係数選択器
７５でも、同様にピッチパラメータ復号器３７の出力で
あるピッチパラメータから予測の当り具合を評価するこ
とにより、同ピツチパラメータを適応的に荷重し長時間
予測器極フィルタ６８と零フィルタ６９とに設定する。

引算器４１からの再生音声信号と長時間予測器極フィル
タ６８の出力とを加算器６７で加算し、長時間予測器極
フィルタ６８と零フィルタ６９０入力とする。

この加算器６７の出力から長時間予測難字フィルタ６９
の出力とを加算器７０で加算し、更に、この加算出力と
短時間予測器極フィルタ７２の出力とを加算器７１で加
算し、短時間予測器極フィルタ７２と零フィルタ７３に
入力する。この加算器７１の出力と短時間予測難事フィ
ルタ７３の出力を引算器７４で差し引き、その結果をポ
スト雑音整形フィルタ４４の出力としてレベル調整器４
５へ送る。レベル調整器４５を含めた本発明のポスト雑
音整形フィルタの伝達関数Ｇ　（ｚ）は、次式で与えら
れる。

但し、ｒｐｓｐ、ｒｐｓｚ、ｒｐｌｐ、ｒｐｌｚは、各
々、短時間予測器様・零フィルタの雑音整形荷重係数、
長時間予測器様・零フィルタの雑音整形荷重係数を表す
。この短時間予測器は、スペクトル上で、極フィルタの
極とそれより荷重の小さい零フィルタの零を重ねること
により、ＬＰＣスペクトルのホルマント構造を保持した
スペクトル特性を持つ。これは、単なる極フィルタだけ
のスペクトル特性よりも結果的に高周波ホルマントの強
調された特性となる。これに対して、長時間予測器は、
極の位置を零と零の間に置くことにより、スペクトル上
でピッチ成分をより強調したスペクトル特性を持つ。こ
のように、短時間予測難事フィルタ７３及び長時間予測
利得フィルタ６９とを挿入し、さらに加算器７０を用い
ることにより、音声のホルマント成分、特に、高域のホ
ルマント成分と、ピッチ成分とをさらに強調するため、
メリハリがあり、かつ明瞭な音声（こもらない音声）を
再現することができる。

そして、符搭器内の雑音整形フィルタの場合と同様な理
由により、有声音の様な予測の当る部分に対しては弱く
、又、無声音の様な予測の当らない部分に対しては強く
雑音整形を行うことが可能となる。具体的には、まず、
ポスト雑音整形フィルタの短時間予測器において、スペ
クトルエンベロープ情報にＬＰＣパラメータｋｉを用い
た場合、すなわち、例えば前述と同様に、予測利得とし
て（８）式のパラメータＧを用いた場合について示す。

パラメータＧについてスレッショールドＧｔｈ２　、　
Ｇｔｈ３を用いて、ｒｐｓｐ、ｒｐｓｚを、次式のよう
に切換える。

Ｇ　＜　Ｇｔｈ２　　：　ｒｐｓｐ　＝　ｒｐｓｔｈｌ
　、　ｒｐｓｚ　＝　ｒｐｓｔｈ４、Ｇｔｈ２≦Ｇ＜　
Ｇ　ｔｈ３　：　ｒｐｓｐ　＝　ｒｐｓｔｈ２　。

ｒｐｓｚ　＝　ｒｐｓｔｈ５　　　　　　（１１）Ｇｔ
ｈ３≦Ｇ　　：　ｒｐｓｐ　＝　ｒｐｓｔｈ３　、　ｒ
ｐｓｚ　−ｒｐｓｔｈ６但し、　０≦Ｇｔｈ２≦Ｇｔｈ
３≦１゜０≦ｒｐｓｔｈｌ≦ｒｐｓｔｈ２≦ｒｐｓｔｈ
３≦１゜０≦ｒｐｓｔｈ４≦ｒｐｓｔｔｉ５≦ｒｐｓＬ
ｈ６≦ｌこのように短時間予測器極フィルタ７２及び零
フィルタ７３の荷重係数を切換えることにより、音声ス
ペクトルに合った係数を設定することができる。又、そ
の長時間予測器に対しても同様のことができ、上式を用
いることも可能である。ここでは、説明を簡単化するた
めに１タツプフイルタを用い説明する。ピッチパラメー
タｂｔは０＜ｂｌ＜１の範囲の値でピッチの相関度を表
し、ｂｌが１に近づくと、ピッチ構造が明確となり長時
間予測利得も大きくなる。ここで、ｂｌについて、スレ
ッショールドｂｔｈを設け、ｒｐｌｐ、ｒｐｌｚを、次
式のように切換える。

ｂｌ　＜　ｂｔｈ　：　ｒｐｌｐ　＝　ｒｐｌｔｈ２．
　ｒｐｌｚ　−ｒｐｌｔｈ４ｂｔｈ≦ｂｌ　：　ｒｐｌ
ｐ　＝　ｒｐｌｔｈｌ、　ｒｐｌｚ　＝　ｒｐｌｔｈ３
　（１２）但し、０≦ｂｔｈ≦　１゜０≦ｒｐｌｔｈｌ≦ｒｐｌｔｈ２≦　１゜０≦ｒｐｌｔ
ｈ３≦ｒｐｌｔｈ４≦　１同様に長時間予測器極フィル
タ６８及び零フィルタ６９の荷重係数を切換えることに
より、音声スペクトルに合った係数を設定することがで
きる。

なお、第５図では第４図とは逆に荷重係数選択器（７５
，７６）が長時間予測器極フィルタ５８及び零フィルタ
５９、短時間予測器極フィルタ６２及び零フィルタ６３
とで別々のものを使用した構成例を示したが、第４図と
同様に同一の荷重係数選択器を用いてもよい。

次に、パラメータの具体例として、９．６ＫｂｐＳの最
尤量子化適応予測符号化方式（ＡＰＣ−ＭＬＱ）を用い
たシュミレーション結果をつぎに示す。

（ａ）符号器の雑音整形フィルタに予測信号の当り具合
として、予測器の入出力比をもちいた場合（７式のパラ
メータ）。

Ｓｋ／Ｐｋ　＞４０　　ｏｒ　Ｓｋ／Ｒｋ　＞３０　　
：　ｒｎｓ　＝０．２゜ｒｎｌ　　＝　　０．２または、Ｓｋ／Ｐｋ≦４０及びＳｋ／Ｒｋ≦３０：ｒｎ
ｓ＝０．５　、　ｒｎｌ　＝　０．５（ｂ）復号器のポスト雑音整形フィルタに予測信号の当
り具合として、ＬＰＣパラメータをもちいた場合（１１
式のパラメータ）。

Ｇ　＜０．０８　：　ｒｐｓｐ　−０，２５，ｒｐｓｚ
　＝　０．１．０．０８≦Ｇ　＜　０．４　：　ｒｐｓ
ｐ　＝　０．６　、　ｒｐｓｚ　＝０．３．０．４≦Ｇ
　　：　ｒｐｓｐ　＝　０．９　、　ｒｐｓｚ　＝　０
．３０（Ｃ）復号器のポスト雑音整形フィルタに予測信
号の当り具合として、ピッチパラメータをもちいた場合
（１２式のパラメータ）。

ｂｌ　＜　０．４：　ｒｐｌｐ　＝　０．６２．　ｒｐ
ｌｚ　＝　０．５．０．４≦ｂｌ　：　ｒｐｌｐ　＝　
０．３５．　　ｒｐｌｚ　＝　０．５（発明の効果）以上のように、本発明は雑音整形フィルタ及びポスト雑
音整形フィルタの荷重係数を予測信号の当り具合に応じ
て変化させてディジタル入力音声信号を符号化・復号化
することにより、有声音・無声音に関係なく良好な音声
品質が得られる。また、予測信号の当り具合として、予
測器の入出力比、ＬＰＣパラメータ及びピッチパラメー
タ等を用いることにより、本発明を簡単に実現すること
ができる。

また、雑音整形フィルタを荷重係数選択器６６、長時間
予測器極フィルタ５８及び零フィルタ５９、短時間予測
器極フィルタ６２及び零フィルタ６３で構成することに
より、従来構造よりも雑音整形を強く行うことができる
ため、量子化雑音を低減することが可能となる。

更に、ポスト雑音整形フィルタが荷重係数選択器（７５
，７６）、長時間予測器極フィルタ６８及び零フィルタ
６９．短時間予測器極フィルタ７２及び零フィルタ７３
を用い、かつ長時間予測器極フィルタ６８及び零フィル
タ６９の出力を加算し、他方、短時間予測器極フィルタ
７２及び零フィルタ７３の出力を減算するように構成す
ることにより、従来構造よりも雑音整形を強く行うこと
ができるため、量子化雑音を低減し、かつメリハリのあ
る明瞭な音声を再現することが可能となる。従フて、本
発明による雑音整形フィルタ及びポスト雑音整形フィル
タを用いた音声符号化・復号化方式は、低ビツトレート
の高能率音声符号化・復号化方式を実現することが可能
となり、その効果が極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は従来の音声符号化・復号化方
式及び音声復号化方式のブロック図、第２図は従来の符
号化器に用いる雑音整形フィルタの構成図、第３図（ａ
）及び（ｂ）は従来の復号化器に用いるポスト雑音整形
フィルタの構成図、第４図は本発明の符号化器に用いる
雑音整形フィルタの構成図、第５図は本発明の復号化器
に用いるポスト雑音整形フィルタの構成図である。１・・・符号化器入力端子、２・・・ＬＰＣ分析器、３
・・・ＬＰＣパラメータ符号器、４，３８・・・ＬＰＣ
パラメータ復号器、５，３９・・・ＬＰＣパラメータ・
短時間予測パラメータ変換器、６，２４，４３．４９・
・・短時間予測器、７・・・ピッチ分析器、８・・・ピ
ッチパラメータ符号器、９．３７・・・ピッチパラメー
タ復号器、１０，２３，４２．４７・・・長時間予測器
、１１，１２．１７，２０，２６，４８゜５６．６０，
６４，６５．７４・・・引算器、１３・・・ＲＭＳ計算
回路、１４・・・ＲＭＳ値符号器、１５．３５−−・Ｒ
ＭＳ値復号器、１６・・・適応量子化器、１８．３６・
・・逆量子化器、１９・・・雑音整形フィルタ、２１，
２２゜４０．４１，５０，５１，５３，５７，６１，６
７．７０，７１．　　・・・加算器、２５・・・局部復
号信号端子、２７・・・最小誤差電力検出器、２８・・
・ＲＭＳ値スデステップサイズ選択器９・・・ステップ
サイズ符号器、３０・・・多重回路、３２・・・復号止
器入力端子、３３・・・多型分離回路、３４・・・ステ
ップサイズ復号器、４４・・・ポスト雑音整形フィルタ
、４５・・・レベル調整器、５４，６２．７２・・・短
時間予測器極フィルタ、５５，６３．７３・・・短時間
予測難事フィルタ、５８．６８・・・長時間予測器極フ
ィルタ、５９．６９・・・長時間予測器零フィルタ、６
６・・・荷重係数選択器、７５・・・長時間予測器用荷
重係数選択器、７６・・・短時間予測器用荷重係数選択
器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）送信側では、ディジタル入力音声信号の予測信号
を作成する予測器と、該予測信号と該ディジタル入力音
声信号との残差信号を求め該残差信号を量子化・符号化
する量子化器と、該量子化器の出力信号を復号・逆量子
化して前記残差信号を得る逆量子化器と、該逆量子化器
の出力信号と前記量子化器の入力信号との差分を量子化
雑音として抽出して該量子化雑音を整形し低減する雑音
整形フィルタとを有する符号器と、受信側では、該送信側から送られてきた符号化された前
記残差信号を復号・逆量子化するための逆量子化器と、
該逆量子化器の出力信号と再生された前記予測信号とを
加算して前記ディジタル入力音声信号を再生する合成フ
ィルタと、再生された前記ディジタル入力音声信号の前
記量子化雑音を低減するためのポスト雑音整形フィルタ
とを有する復号器とを配置して、前記ディジタル入力音
声信号を符号化・復号化する音声符号化・復号化方式に
おいて、前記雑音整形フィルタ及びポスト雑音整形フィルタが前
記予測信号の当り具合に応じて適応的に係数を変化させ
るように構成したことを特徴とする音声符号化・復号化
方式。
（２）前記予測信号の当り具合として、前記予測器の入
出力比を求めて用いることを特徴とする請求項（１）に
記載の音声符号化・復号化方式。
（３）前記予測信号の当り具合として、前記予測信号を
作成するためのＬＰＣパラメータ及びピッチパラメータ
を用いることを特徴とする請求項（１）に記載の音声符
号化・復号化方式。
（４）ディジタル入力音声信号と予測器により作成され
た予測信号との差分である残差信号と該残差信号を符号
化した後符号器内の逆量子化器により復号された復号信
号との差分である量子化雑音を低減するための雑音整形
フィルタにおいて、スペクトル包絡上での雑音整形を行
う短時間予測器極フィルタ及び短時間予測器零フィルタ
と、スペクトル上でのピッチ間の雑音整形を行う長時間
予測器極フィルタ及び長時間予測器零フィルタと、前記予測信号の当り具合を判定しかつ短時間予測器極フ
ィルタ、短時間予測器零フィルタ、長時間予測器極フィ
ルタ及び長時間予測器零フィルタの荷重係数を選択する
ための荷重係数選択器とを具備することを特徴とする雑
音整形フィルタ。
（５）逆量子化器により送信側から送られてきた符号化
された前記残差信号を復号・逆量子化した後、該逆量子
化器の出力信号と合成フィルタにより再生された予測信
号とを加算して音声信号を再生し、該再生された音声信
号の前記量子化雑音を取り除くためのポスト雑音整形フ
ィルタにおいて、再生された音声信号のスペクトル包絡上での雑音整形を
行う短時間予測器極フィルタ及び短時間予測器零フィル
タと、該再生された音声信号のスペクトルのピッチ間の雑音整
形を行う長時間予測器極フィルタ及び長時間予測器零フ
ィルタと、前記予測信号の当り具合を判定しかつ短時間予測器極フ
ィルタ、短時間予測器零フィルタ、長時間予測器極フィ
ルタ及び長時間予測器零フィルタの荷重係数を選択する
ための荷重係数選択器とを有し、前記再生された音声信号を荷重係数選択器により最適な
係数が設定されている長時間予測器極フィルタ及び長時
間予測器零フィルタで処理した後加算し、一方、短時間
予測器極フィルタ及び短時間予測器零フィルタにより前
記再生された音声信号を同様に処理した後減算するよう
に構成したことを特徴とするポスト雑音整形フィルタ。