JPH02153400A - 音声符号化方式 - Google Patents

音声符号化方式

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JPH02153400A
JPH02153400A JP63308135A JP30813588A JPH02153400A JP H02153400 A JPH02153400 A JP H02153400A JP 63308135 A JP63308135 A JP 63308135A JP 30813588 A JP30813588 A JP 30813588A JP H02153400 A JPH02153400 A JP H02153400A
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JP
Japan
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sound source
parameter
parameters
pitch
signal
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JP63308135A
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Shigeru Ono
茂 小野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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、離散音声信号を、内挿された線形予測パラメ
ータとピッチ予測パラメータと特定区間の音源パラメー
タと音源信号の振幅特性とで表す音声符号化方式に関す
る。
〔従来の技術〕
音声信号をそのスペクトル包絡を表すパラメータと音源
信号を表すパラメータとで符号化する方式は、適用予測
符号化方式やマルチパルス音声符号化方式などが良く知
られている。これらの音声符号化方式を高品質を保ちな
がら低ビツトレートに適用するためには、音源パラメー
タに割り当てる量子化ビット数を削減すると共に線形予
測パラメータの内挿(補間)が必要である。この音源パ
ラメータ情報を圧縮するための基本的な発セ、は、音源
パラメータを特定の区間のみ定め、残りの区間は予め定
めた適当な方法で合成させるというものである。特に、
残りの区間の合成法としては、特定区間の音源パラメー
タをピッチ周期毎に繰り返す、或は、特定区間に囲まれ
た区間の音源パラメータは該当する音源パラメータ同士
の(線形)補間によって合成させるという方法がとられ
ている。一方、線形予測パラメータの内挿法としては、
通常は復号化側で隣接するフレームの線形予測パラメー
タを直線内挿するものや、符号化側で線形予測パラメー
タをフレームより短いサブフレーム間隔で求めておいて
、その変動パターンを直線返信や二次曲線近似或はベク
トル量子化するものなどが提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述の音源パラメータの表現方法は情報の圧縮には確か
につながるが、音声信号の局所的時間特性に追随できず
、高い品質の再生音声信号を生成できないという欠点が
ある。この欠点は、特定区間の位置を音声信号の特性に
適応的に変えても本質的には回避できない欠点である。
また、このような方法では、特定区間の音源パラメータ
を求める際に、フレーム全体に渡る誤差を評価しておら
ず、特定区間外における音源パラメータの適合性は保証
されない。一方、線形予測パラメータの内挿に関しても
、前述の従来例においては、線形予測パラメータと音源
パラメータとの相互関係を考えず、ただ単純に線形予測
パラメータを直線内挿或は変動パターンの近似を施して
いるだけである。
従って、その処理が再生音声信号の特性を入力音声信号
のそれに近付ける保証はないという欠点がある。
本発明の目的は、特定区間の音源パラメータを求める際
にフレーム全体に渡る音評価関数を用いることでフレー
ム全体に渡る入力音声信号の性質に適応した音源パラメ
ータを定めることと、更に、内挿された線形予測パラメ
ータと音源パラメータとを基に、入力音声信号のフレー
ム全体に渡る局所的時間構造に適応できるよう音源信号
の振幅特性を補正する構成を導入することにより、低ビ
ツトレートで高い品質を持つ音声符号化方式を提供する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の音声符号化方式は、一定間隔のフレームに分割
された音声信号を入力し、前記入力音声信号からピンチ
予測パラメータを抽出し、前記入力音声信号からフレー
ム長より短いサブフレーム間隔毎の線形予測パラメータ
を抽出し、前記抽出されたサブフレーム間隔毎の線形予
測パラメータを内挿パラメータで表し、前記入力音声信
号と前記内挿パラメータで表される線形予測パラメータ
と前記ピンチ予測パラメータとを基に前記入力音声信号
の特性によって定まる特定区間の音源パラメータを抽出
し、前記抽出された音源パラメータと前記ピッチ予測パ
ラメータとからフレーム全体に渡る音源信号を生成し、
前記入力音声信号と前記内挿パラメータで表された線形
予測パラメータとを基に前記音源信号の振幅特性を適当
な周期毎に補正し、前記抽出された音源パラメータと前
記ピッチ予測パラメータと前記線形予測パラメータの内
挿パラメータと前記音源信号の振幅の補正項とを符号列
で表すことを特徴としている。
〔作用〕
1フレ一ム分Nサンプルの入力音声信号を5(n)、前
記入力音声信号をサブフレーム間隔毎に線形予測分析し
て得られる線形予測係数を(ak、J)、k=1.・・
・、に、j=1.・・J(K:線形予測次数、J:サブ
フレーム数)、前記入力音声信号のピンチ周期とピンチ
予測係数をTとbとする。いま、前記サブフレーム間隔
毎の線形予測係数(ak、jl とピッチ周期Tとピッ
チ予測係数すとで作られるインパルス応答をh (n)
とすると、h (n)は、 と与えられる。但し、「11” ak+j、(j−1)
L。
≦n≦jLx、Lsはサブフレーム長である。
このインパルス応答を基底信号として、区間(LO,L
l)に位置する音源パラメータを求める。
そのときの評価関数は、 E[LO,Ll) ・ ・ ・(2) である。ここで、v (n)はn≦Lo、L+≦nで、
0となる音源パラメータから生成される音源信号である
。尚、*は畳み込みを表す記号である。上記(2)式の
評価関数は、音源パラメータ位置する区間(Lo、Ll
)の関数であり、0≦LO<Ll≦N−1であるLoと
り、に対して評価関数E(LO。
Li3を計算し、それを最も小さくする区間(L op
to+  L opt+ )で定まった音源パラメータ
が所望のものとなる。
音源信号のパラメータの表現としては、ベクトル量子化
やマルチパルス音源、或はその組合せなどが考えられる
。ベクトル量子化のときは、評価関数は、 E(Lo、Ll) ・ ・ ・(3) となる。ここでコードブックに蓄えられたインデックス
iを持つ標準パターンで、最適な標準パターンのインデ
ックスは、 1opL= ・ ・ ・(4) と決定される。一方、マルチパルス音源を採用するとそ
の評価関数は、 E (L、、L、)= となる、(5)式を小さくするパルスパラメータ(11
,ms) 、i = 1.  ・・・1Mを求めるアル
ゴリズムは、数々提案されており、例えば文献1rs、
ono、at、 al、、 ”Improved Pu
1se 5earch Algo−rithm for
 multi−Pulse [!xcited 5pe
ech Coder+Proc、 GLOBCOMB4
.9.8.1984Jに詳しい。
次に、抽出された音源パラメータから生成される区間r
 Lopto+  Lopt+Jにある音源信号v (
n)と、ピッチ周期Tとピッチ予測係数すとから1フレ
ームに渡す音源信号(1(n)を生成し、その振幅を特
定周期り毎に補正する。1フレームの音源信号は、 q (n) =bq (n−T) 十v (n)  −
・・<6)と生成できる。振幅補正を行う周期は、原理
的には任意の値に取れるが、ここでは記述の簡単さから
、振幅特性を前記サブフレーム間隔で補正するという仮
定のもとで説明する。
前記q (n)に対して、 t= (n)=q (n−(j−1)L)−−・(7)
なる信号セットを考えると、求める補正振幅(Z=) 
、J = 1.・・・、Jは次の評価関数を最小化する
ものとして定められる。
E2= ・ ・ ・(8) ここで、3’j(n)は線形予測係数(a k、 j)
から定まるインパルス応答で、 yi  (n)= Σ ak、jy、(n−k)  +
δ (n)・ ・ ・(9) と計算される。(2、)は、まず(10)式の両辺をz
kで偏微分して零と置いた、 (Σ 2jΣ (t、(n)*yj (n))  (t
よ(n)ll111 *)’*  (n))= Σ s  (n)  (tb (n)*ym (n))
k=1. ・ ・ ・、 J         ・ ・
 ・(10)なる連立方程式から決定される。これは、
対称行列であるので高速なアルゴリズムを適用して解(
ことができる。
再生音声信号の生成は次のように行われる。音源パラメ
ータから生成される音源信号q (n)とピッチ周3t
JI’1”とピンチ予測係数すとから、q (n) =
bq  (n−T) +vb (n)  ・・(11)
と1フレ一ム分の音源信号を生成する。次に、なる信号
セットと、振幅補正項(zj)、j=1゜・・・、Jと
q  (n)とを用いて、所望の音源信号p (n)を
次式のように定める。
再生された音源信号p (n)は、補間された線形予測
係数(ak、J)、k=1.・・・、に1 j=1、・
・・、Jから、次の漸化式に従って再生音声信号に変換
される。
・ ・ ・(14) 但し、fk =a11.j、  (j−i)Ll≦n≦
JLsである。
〔実施例〕
第1図は、本発明の音声符号化方式を実施する音声符号
化・復号化装置のブロック図である。
音声符号化装置において、音声信号は入力端子100を
介して入カバソファ110に1フレーム分Nサンプル蓄
えられる。1フレ一ム分の音声信号(s  (n) )
 、n−0,・・+、 N−1は線形予測分析器120
とピッチ予測分析器130と相互相関関数計算器150
とへ出力される。
線形予測分析器120では、入力音声信号の自己相関関
数を基に予め定められたサブフレーム間隔毎に線形予測
係数(ak、j) 、k=1.  ・・・K、j=1.
  ・・・、J(K:線形予測次数、Jzサブフレーム
数)、或はPARCOR係数を求める。求められたサブ
フレーム毎の線形予測パラメータは、ベクトル量子化、
或は直線近似や二次曲線近似によって表現される。本実
施例では、直線近似を採用する。これは、サブフレーム
毎の線形予測係数(aア、4)をPARCOR係数或は
対数断面積関数(ck、、)に変換し、それを、α、=
Σ (J   Jb)Ck8、/Σ (j   Jb)
2・ ・ ・(15) 予め定められたビット数で量子化したあと、自己相関関
数計算器140と相互相関関数計算器150と線形予測
符号器84とへ出力する。
ピッチ予測分析器130は、入力音声信号の自己相関関
数から基本周期(ピッチ周期)Tを求める。
自己相関関数計算器140は、線形予測分析器120か
ら入力される係数(α、)、(βよ)を基に、対数断面
積関数 Ck+j =αktj +βえ       ・・・(
18)を再生したあと、線形予測係数(akJ 、k=
1、・・・、に、j=1.  ・・・、Jに変換する。
そして、その係数を基に、インパルス応答・ ・ ・(
19) の自己相関関数φij (τ)を、 φ目(τ)==Σyム(n) yj(n−τ)・ ・ 
・(20) と計算して、振幅補正器170とパルス探索器160と
へ出力する。
相互相関関数計算器150は、入力バッファ110から
供給される線形予測係数から、 甲、(τ)= Σ s  (n)yj (n−τ)(j
−1)L、≦τ≦jL、    =(21)を計算して
、それをパルス探索器160へ出力する。
(21)弐で、L、はサブフレーム長を表す。
本発明は、既に作用の項においても説明した通り、サブ
フレーム長は任意に取ることができる。
しかし、本実施例においては、記述の簡単化のため、以
下サブフレーム長はピッチ周期Tと等しいとした場合を
説明する。
パルス探索器160は、自己相関関数計算器140から
供給される自己相関関数(φJ(τ))と、相互相関関
数計算器150から供給される相互相関関数(’P、 
(τ))と、ピッチ予測分析器130から供給されるピ
ンチ周期Tとから、 φp(n)=φJ(n)+bφ=−I(n  T)(j
−1)T≦n:5jT・・(22)Vp(n)=甲(H
) + b′PJ−+ (n  T)(j−1)T≦n
5jT−・(23) なる関数を計算し、 k ・ ・ ・(24) k ・ ・ ・(25) なる評価式をkに関して逐次計算することにより、区間
(LO,Ll)に対するマルチパルス音源のパラメータ
(gt、mゑ)、i=1.  ・・・1Mを求める。但
し、(It)の存在する区間は特性区間L0≦m(、i
=l、  ・・・、MSL、に限られている。(20)
弐と(21)式の漸化式を、0≦Lo、L+≦N−1に
渡る区間に対して網羅的に計算する。
そして各区間に対する音源パラメータ(gi、mt)に
対して、 E(Lo、Ll) 1.05m!、mJ≦t、、           ・
−・(26)なる評価関数を計算する。その評価関数を
最も大きくさせる区間が所望区間(L opto+  
L 6p□〕であり、その区間とそこで定められた音源
パラメータ(gt、mt)とを振幅補正器170へ出力
する。
振幅補正器170は、パラメータ探索器160から供給
される音源パラメータ(gi、mi) と、それが位置
する区間(L 01)LO+  L 09Ll)と、ピ
ッチ予測分析器130から供給されるピッチ周期Tとか
ら、1フレームに渡る音源信号q (n)を再生する。
即ち、 L02.。≦m、≦LO9LI     ・ ・ ・(
27)である。この音源信号に対して固定周!tI!L
、毎に振幅を補正する。ここで、Lはピッチ周期に取る
必要はないが、ここでもまた、記述の簡単化のため、振
幅補正器31,111.をピッチ周期Tと取った場合を
説明する。このq(n)とLに対して、 tr (n) =q (n−(j−1) L)  −・
(2B)なる信号セ・7トを考え、補正振幅(zj)、
j=1、・・・、Jを定めることを考える。いま評価関
数として、 ・ ・ ・(29) なるものを考える。ここで、yi(n)は線形予測係数
(ak、jlが定まるインパルス応答、yi(n) であるので、評価関数E8を最小にする(Zj)、j=
1.・・・、Jは、(10)式の両辺を2.で偏微分し
て零と置いた式、 (Σ Zj Σ (tj (n)  *y、(n)) 
 (tit  (nン*Vw  (n))= Σ s  (n)  (tit  (n)*y*  (
n))k=1. ・ ・ ・、 J         
  ・ ・ ・(31)−Σ g−〜 (m、−(k−
1)L)k=1. ・ ・ ・、 J        
    ・ ・ ・(32)なる連立方程式を解くこと
で決定される。ここで、φ、t(n)は自己相関関数計
算器140から入力される(20)式で示す自己相関関
数である。甲、(n)は相互相関関数計算器150から
入力される(21)式で示す相互相関関数である。(3
2)式の連立方程式を左辺は行列表示すると対称行列で
あるので高速なアルゴリズムを適用して解くことができ
る。これは例えばチョレスキー(Cholesky)分
解などが有効である。決定された振幅補正項(zj) 
、J=1.・・・Jは量子化された後、振幅補正符号器
82へ出力される。パルス探索器160の出力である音
源パラメータ (gi、mi)  (但し、Lopt+
≦mi≦L optz)はパルス符号器83へ出力され
る。
線形予測符号器84は、線形予測分析器120で抽出さ
れたサブフレーム毎の線形予測係数を表すパラメータ(
α8)、(β工)、に=1.  ・・・、Kを符号列に
変換して、マルチプレクサ180へ出力する。
ピッチ予測符号器81は、ピッチ予測分析器130から
供給されるピッチ周期を符号に変換して、マルチプレク
サ180へ出力する。
パルス符号器83は、パルス探索器160から供給され
るマルチパルスパラメータ(g i+ mi) ヲ符号
に変換して、マルチプレクサ180へ出力する。
振幅補正符号器82は、振幅補正器170から供給され
る補正項(Zj)を符号に変換しマルチプレクサ180
へ出力する。
マルチプレクサ180は、線形予測符号器84とピッチ
予測符号器81と振幅補正符号器82とパルス符号器8
3とから供給される符号を多重化して、符号出力端子1
90を介して符号列を復号側に伝送する。
復号化装置の符号入力端子200は、符号化側から多重
化された符号列を入力する符号入力端子である。多重化
された符号列はデマルチプレクサ210で分解され、線
形予測係数を表す符号は線形予測復号器94へ、ピッチ
周期を表す符号はピッチ予測復号器93へ、マルチパル
スパラメータを表す符号はパルス復号器92へ、補正項
を表す符号は振幅補正復号器91へそれぞれ出力される
線形予測復号器94は、デマルチプレクサ210より人
力する線形予測係数パラメータ(α、)。
(β、)、k−1,・・・、Kを表す符号列を復号して
、それを再生音声信号生成器240へ出力する。
ピッチ予測復号器93は、ピッチ周期Tを表す符号を復
号して音源信号再生器220へ出力する。
パルスIM[92は、マルチパルスパラメータ(gt、
mi)を表す符号を復号して、音源信号再生器220へ
出力する。
振幅補正復号器91は、補正項(Zj)を表す符号を復
号して、それらを音源信号振幅補正器230へ出力する
音源信号再生器220は、パルス復号器92とピッチ予
測復号器93から供給されるピンチ周期Tと特定区間の
マルチパルスパラメータ(εi、mi)とから1フレー
ムに渡る音源信号q (n)を次のように再生する。
L opto≦m7≦L、3pt+     ”  ’
 (33)再生された音源信号q (n)は音源信号振
幅補正器230へ出力される。
音源信号振幅補正器230は、音源信号再生器220か
ら供給される1フレ一ム分の音源信号q (n)の周期
T毎の振幅を振幅補正復号器91から供給される補正項
(ZJ) 、j=1.  ・・・、Jを用いて補正する
。いま、 ・ ・ ・(34) なる信号セットを用いると、所望の音源信号p (n)
は次のように計算することができる。
再生された音源信号p (n)は、再生音声信号生成器
240へ出力される。
再生音声信号生成器240では、音源信号振幅補正器2
30から供給される再生音源信号p (n)と、線形予
測復号器94から供給される線形予測パラメータ(α3
)、(βア)をもとに、対数断面積関数Ck、j=αア
、J+β、       ・・・(36)を再生したあ
出線形予測係数(ak、=) 、k= i。
・・・、に、j=1.  ・・・、Jに変換し、それを
用いて次のように再生音声信号s  (n)を計算する
但し、fl=at+J、(j−1)T≦n≦jTで°あ
る。
再生された音声信号は出カバソファ250へ出力される
出カバソファ250は、1フレ一ム分の再生音声信号を
蓄えるもので、過去に再生されたサンプルから順に出力
端一7260を介して外部に出力する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明では、音声信号を線形予測
パラメータと特定区間の音源パラメータとで表す音声符
号化方式において、フレーム内の線形予測パラメータの
変動を近似する構成を取り込んで、更にフレーム全体に
渡る評価関数のもとで特定区間の音源パラメータを求め
、フレーム内の線形予測パラメータの変動を近似する構
成を取り込みながら、音声信号の局所的時間構造に適応
できるように、ピッチ周期毎或は予め定めた周期などの
適当な周期毎に音源信号の振幅特性を補正している。
このように、本発明は、フレーム全体に渡る入力音声信
号と再生音声信号の誤差最小化基準のちとに線形予測パ
ラメータと音源パラメータが協力して入力音声信号の局
所的時間変動に適応できる構成をとっているので、フレ
ーム内の変動を各パラメータ別の評価関数に従って符号
化している従来の方法と比べて、より高い品質の再生音
声が提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施する音声符号化・復号化装置のブ
ロック図である。 81・・・・・ピンチ予測符号器 82・・・・・振幅補正符号器 83・・・・・パルス符号器 84・・・・・線形予測符号器 91・・・・・振幅補正復号器 92・・・・・パルス復号器 93・・・・・ピンチ予測復号器 94・・・・・線形予測復号器 100  ・・・・入力端子 110  ・・・・大力バッファ 120  ・・・・線形予測分析器 130  ・・・・ピッチ予測分析器 140  ・・・・自己相関関数計算器150 ・・・
・相互相関関数計算器 ・ぐルス探索器 1:幅補正器 マルチプレクサ 符号出力端子 符号入力端子 デマルチプレクサ 音源信号再生器 音源信号振幅補正器 再生音声信号生成器 出カバソファ 出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一定間隔のフレームに分割された音声信号を入力
    し、前記入力音声信号からピッチ予測パラメータを抽出
    し、前記入力音声信号からフレーム長より短いサブフレ
    ーム間隔毎の線形予測パラメータを抽出し、前記抽出さ
    れたサブフレーム間隔毎の線形予測パラメータを内挿パ
    ラメータで表し、前記入力音声信号と前記内挿パラメー
    タで表される線形予測パラメータと前記ピッチ予測パラ
    メータとを基に前記入力音声信号の特性によって定まる
    特定区間の音源パラメータを抽出し、前記抽出された音
    源パラメータと前記ピッチ予測パラメータとからフレー
    ム全体に渡る音源信号を生成し、前記入力音声信号と前
    記内挿パラメータで表された線形予測パラメータとを基
    に前記音源信号の振幅特性を適当な周期毎に補正し、前
    記抽出された音源パラメータと前記ピッチ予測パラメー
    タと前記線形予測パラメータの内挿パラメータと前記音
    源信号の振幅の補正項とを符号列で表すことを特徴とす
    る音声符号化方式。
JP63308135A 1988-12-06 1988-12-06 音声符号化方式 Pending JPH02153400A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007199515A (ja) * 2006-01-27 2007-08-09 Casio Comput Co Ltd 音声符号化装置、音声復号装置、音声符号化方法及び音声復号方法
CN110349594A (zh) * 2019-07-18 2019-10-18 Oppo广东移动通信有限公司 音频处理方法、装置、移动终端及计算机可读存储介质

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