JPH02183630A - 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】 〔機要〕 入力音声信号を複数の帯域に分割し、各帯域に適応的に
ビット配分を行って予測符号化等の高能率な符号化を行
う音声符号化方式に関し。

帯域分割による音声符号化方式において音声信号電力分
布が一部の帯域に大きく偏っていることにより生じる復
元音声信号における情報欠落および折返し歪による雑音
の増加を抑制することを目的とし ある帯域のビット割当て量が零となる時にこれを禁止し
てその帯域に強制的に所定量のビー／　ト割当てを行う
ように構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、入力音声信号を複数の帯域に分割し各帯域に
適応的にビット配分を行って予測符号化等の符号化を行
う音声符号化方式に関する。

〔従来の技術〕

Ｅ述の帯域分割を用いた音声符号化方式としては、　　
Ｓ　Ｂ　Ｃ（Ｓｕｂ　Ｂａｎｄ　Ｃｏｄｉｎｇ）符号化
方式がありその一例としてＡ　Ｐ　Ｃ−Ａ　Ｂ　（Ａｄ
ａｐｔｉｖｅ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ　Ｃｏｄｉｎｇ　
ｗｉｔｈ　Ａｄａｐｔｉｖｅ旧ｔ　ａｌｌｏｃａｔｔｏ
ｎ　：適応ビット割当て予測符号化）符号化方式などが
知られている。

ＡＰＣ−ＡＢ方式による符号器の構成が第９図に示され
る。ＡＰＣ−へＢ方式は２人力音声を帯域分割フィルタ
で複数のサブ帯域に分割して各々を低域信号に変換し、
それぞれの変換出力に対して適応予測符号化を行って、
予測信号と入力音声信号との残差信号を各帯域毎に符号
化する。各帯域に対して信号電力の偏りに応じてビット
配分が丘；ｂれ　、ユ゛らに各帯域では残差信号を時間
分割して各時間部分区間の電力に応じてビットが配分さ
ｒ、ル。したがって伝送路には符号化信号の他に。

割当てビット数、残差信号の予測係数などもサイド情報
として送出される。

予測符号化は一定のフレーム長によって行われ。

フレーム内の予測残差信号は次のビット配分により量子
化される。まず、各サブ帯域（周波数軸上）へのビット
割当て数Ｒｆ（ｉ）は次式（１）に従って決定される。

フレーム内桟差渡形の時間領域区分による適応ビット割
当て数Ｒｔ（ｉ、ｊ）は、まずピッチ周期を検出し、そ
の１周期区間をｎ等分しくここではｎ＝４とする）、そ
の区間内の平均電力に応じて次式（２）に基づき決定さ
れる。

Ｖｆ（ｉ） ココ−（：、　　Ｖｆ（ｉ）は帯域残差電力、　ＶＬ（
ｉ、ｊ）は部分区間残差電力、Ｒｃはデータ１サンプル
当たりの平均ビット割当て数である。また１は１〜３の
整数、ｊは１〜４の整数であり、　　ｉ＝１．　２．　
３はそれぞれ低域、中域、高域のサブ帯域に相当し。

ｊ＝１，２，３．４はそれぞれ各サブ帯域における各時
間区間に相当する。

このように平均ビット割当て数Ｒは各帯域の予測残差信
号電力に応じて算出される。第１θ図は部分区間数が４
の場合の各部分区間のビット割当て数Ｒｔ（ｉ、ｊ）の
例を示すものである。フレーム内のデータは部分区間内
の予測残差信号電力から求めた量子化ビット数により量
子化される。

〔発明が解決しようとする課題〕

適応ビット配分を用いた帯域分割符号化方式では、伝送
ビットレードが低くなると、当然のことながら平均ビッ
ト割当て数Ｒは小さくなる。特に帯域の予測残差信号電
力比が帯域間で大きく偏っている場合９例えば音声信号
電力が低域側に集中していて高域側にほとんどないよう
な場合には。

高域側帯域のビット割当て数が零になるような場合が生
じる。

このように一部寄域のビット割当てを零のまま符号化処
理を行った場合、実際にはその４１）域についても符号
化情報があるにもかかわらずこれを強制的に零としでし
まうものであるから、復号化された復元音声信号におい
て顕著な情報欠落が生じ。

元の音声信号を良好に復元できない。

第１１図および第１２図はかかる問題点を説明するため
の図であり、第１１図は入力音声信号のスペクトル分析
結果を示す図、第１２図は当該入力音声信号について高
域側帯域のビット割当てが零の状態で８ｋｂｉｔ／ｓの
音声符号化を行った信号を復号して得られた復元音声信
号のスペクトル分析結果を示す図である。両図において
、横軸は時間を、縦軸は周波数を表し、グラフの濃度に
よって音声信号電力分布の大きさを表現している。この
第１１図および第１２図からも明らかなように。

復元音声信号において高域音声情報の欠落が顕著に生し
ている。

また、符号化側における人力音声信号の帯域分割にはＱ
Ｍ　Ｆ　（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｆｉ
ｌｔｅｒ）による帯域分割フィルタを用いているが、あ
る帯域のビット割当て数が零となると、復元側において
各帯域成分を合成する際、帯域分割フィルタによる折返
し歪みが相殺されずに現れ、このため雑音が増加すると
いう問題点も生じる。

したがって本発明は、帯域分割による音声符号化方式に
おいて音声信号電力分布が一部帯域に大きく偏っている
ことにより生じる復元音声信号における情報欠落および
折返し歪による雑音の増加を１用制することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る原理説明図である。第１図におい
て、２１は帯域ビット割当て算出部、２２はビット割当
て数判定部、２３は強制ビット割当部、２４は再ビツト
割当部である。

本発明に係る音声符号化方式は、入力音声信号を複数の
帯域に分割し、各帯域に適応的にビット配分を行って符
号化する音声符号化方式において。

ある帯域のビット割当て量が零となる時にこれを禁止し
てその帯域に強制的に所定量のビット割当てを行うよう
に構成される。

〔作用〕

入力音声信号を複数帯域に分割して５帯域ビット割当て
算出部２１で各帯域別にビット割当て数を算出する。こ
の算出結果を調べてビット割当て数が零となる帯域があ
るか否かをビット割当て数判別部２２で行い、かかるビ
ー／　）割当て数零の帯域があれば１強制ビット割当部
２３でその帯域に強制的に所定量のビット割当てを行う
、再ビツト割当部２４は他の帯域について再ビツト割当
てを行う。

〔実施例〕

以下３本発明の実施例を図面を参照して説明する。第２
図は５本発明の一実施例としてのＡＰＣＡＢ音声符号化
方式による符号器の構成を示すブロック図である。第２
図において、】と２はＱＭ　Ｆフィルタからなる帯域分
割フィルタであり。

入力音声信号Ｘを低域信号ＸＬ、中域信号ＸＭ。

および高域信号Ｘｎの三つの帯域に分割する。これら低
域信号ＸＬ、中域信号ＸＭ、および高域信号ｘ１１は予
測符号器３〜５とビット割当て部６にそれぞれ入力され
る。

予測符号器３〜５の構成が第３図に示される。

図示の如（、予測符号器は、帯域音声信号Ｘと予測情交
とから予測残差ｅを発生する差分器１０予渕残差ｅを適
応量子化して残差コードＥを出力する量子化ｉ５１１．
残差コードＥを逆量子化する逆量子化器１２．逆量子化
出力と予測情交とから局部復号信号Ｘ′を発生する加算
器１３．局部復号信号Ｘから予測情交を生成する予測器
１４等を含み構成される。

ビット割当部６の構成が第４図に示される。図示の如く
、ビット割当部６は、予測誤差信号算出部６１．予測残
差信号電力算出部６２１周波数軸ビット割当部６３１時
間軸ビット割当部６４．高域ビット割当判別部６５．高
域ビット割当部６６゜低中域外ビット割当部６７等を含
み構成される。

多重化部７は各予ｉｊ！Ｉ符号器３〜５で生成された残
差コードＥＬ、ＥＭ、ＥＨを多重化して伝送コードに変
換して伝送路に送出する。

以下１本実施例装置の動作を説明する。入力音声信号は
帯域分割フィルタ１，２で低域信号ＸＬ。

中域信号ＸＭ、および高域信号Ｘ■に分割され。

それぞれ予測符号器３〜５に入力される。予測符号器３
〜５では、各帯域毎に予測符号化を行い。

残差コードＥＬ、ＥＭ、ＥＨをそれぞれ求めて多重化部
７に送る。

一方、各帯域の信号ＸＬ、ＸＭ、Ｘｎはビット割当部６
にも人力されて、ここで各帯域別のピント割当数Ｒｆ（
ｉ）と各帯域における時間部分区間別のビット割当数Ｒ
ｔ（ｉ、ｊ）とが計算されてそれぞれ予測符号器３〜５
に送出される。

このビット割当部６におけるビット割当て処理手順が第
５図の流れ図で示される。まずビット割当部６において
は、入力された各帯域信号ＸＬ。

Ｘｖ、Ｘｕに基づいて、子側残差信号算出部６１および
予測残差信号電力算出部６２で帯域残差電力Ｖ　ｒ（ｉ
）および部分区間残差電力Ｖ　Ｌ（ｉ、ｊ）を求める。

周波数軸ビット割当部６３では、これら求められた帯域
残差電力Ｖ　ｆ　（ｉ）および部分区間残差電力に基づ
き、前述の（１）式に従って周波数軸上のビット割当て
数Ｒｆ（ｉ）を、低域（響＝１）、中域（ｉ＝２）、高
域（ｉ＝３）の各帯域について計算する（ステップＳｌ
）。

次いで時間軸ビット割当部６４において、求まったビッ
ト割当て数Ｒｆ（υに基づき、前述の（２）式に従って
時間軸上のビット割当て数Ｒｔ（ｉ、ｊ）を。

各帯域の時間部分区間について求める（ステップＳ２）
、このビット割当て数Ｒｔ（１，Ｊ）を基にしてデータ
ｌサンプル当たりの平均ピント割当て数Ｒｄを算出しく
ステップＳ３）、このビット割当て数ＲｄをＲｃと比較
することによって補正係数Ｄ１を算出する（ステップＳ
４）。

すなわち、ＲｅとＲｄを比較し、Ｒｃ≧Ｒｄのときは補
正数Ｄ「を増し、Ｒｃ＜Ｒｄのときは補正数Ｄｒを減す
る（ステップＳ４）。かかる時間軸ビット割当て処理を
ｍ回繰り返して（ステップ８２〜Ｓ５）、各帯域別の時
間部分区間のビット割当て数Ｒｔ（ｉ、ｊ）を決定する
。

次に高域ビット割当判別部６５において、上述のように
して求めたビット割当て数のうちの高域における時間部
分区間のビット割当て数Ｒｔ（３，ｊ）が全て「０」か
否かを判別しくステップ５６）０でなければ既に求めた
ビット割当て数Ｒｔ（ｉ、ｊ）をそのまま用いることと
して処理を終了する。

もしビット割当て数Ｒｔ（３，０がＯであれば、ビット
割当てを再配分することとし、まず高域ビット割当部６
６において、高域帯の部分区間残差電力Ｖｔ（３，ｊ）
の中から最大値ＶＬ（ｉ、ｍ）の部分区間を抽出しくス
テップＳ７）、その部分区間のピント割当て数Ｒｔ（３
，…）に「１」を設定する（ステップ３８）。

すなわち第６図に示されるように、高域の部分区間予測
誤差信号電力の大小を比較し、そのうちの最大電力を有
する部分区間に１ビツトが割り当てられる。この第６図
では横軸が部分区間番号。

庸軸が量子化ビット数となっており３部分区間番号「１
」が最大電力区間として１ビツトが割り当てられている
。

次いで低中域再ビツト割当部６７において、高域のビッ
ト割当て数Ｒｔ（３，ｊ）を固定値として、低１５（ｉ
＝１）および中域（ｉ＝２）についてのみ。

前述の（２）式に基づき時間軸上ビット割当て数Ｒｔ（
ｉ、ｊ）の計算を、平均ビット割当て数Ｒｄおよび補正
数Ｄｒを算出しつつ（ステップＳＩＯおよび５ｌｌ）、
ｍ回繰り返して行う（ステップ８９〜５１２）。これに
より高域で増加したビット割当ζ数Ｒｔ（３，ｊ）分を
考慮しつつ再配分されたビット割当て数Ｒｔ（＋、ｊ）
およびＲｔ（２，ｊ）が求められる。

以上のようにして求められた各帯域の時間部分区間ビッ
ト割当て数ＲＬ（ｉ、ｊ）に基づき、各予測符号５　、
ｊ〜５は量子化ビット数を決定して符号化を行い、その
結果求まった残差コードＥＬ、ＥＭ。

Ｅｕを多重化部７に送って、多重化して伝送路へ送出す
る。

本発明の実施にあたっては種々の変形形態が可圭である
。例えば上述の実施例では高域における強制的なビット
割当て処理として、第６図に示されるように、最大電力
を有する部分区間に対して１ビツトを割り当てるように
したが、これに限られず１例えば、第７図に示されるよ
うに、高域の部分区間予測残差信号電力の大小を判別し
、最大電力を有する部分区間および次に大きな予測残差
信号電力を有する部分区間にそれぞれ１ビツトを割り当
ててもよいし、また第８図に示されるように、高域の部
分区間予測残差信号電力の大小を判別し、最大電力を有
する部分区間に対してｌピッチ周期置きに１ビツトを割
り当てるようにしてもよい。

また上述の実施例では、高域帯のビット割当て数が０と
なった場合に強制的なビット割当てを行う場合について
述べたが、これに限られず、低域。

あるいは中域のビット割当て数が０になった場合に対し
ても強制的ビット割当てを行ってもよい。

また本発明が適用される音声符号化方式としては。

上述のＡＰＣ−ＡＢ方式に限られず、他のＳＢＣ符号化
方式、あるいはＡ　”ｒ’　Ｃ（ＡｄａｐｔｉｖｅＴｒ
ａｎｓｆｏｒｍ　Ｃｏｄｉｎｇ）符号化方式等であって
も勿論ノい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、帯域分割による音声符号化方式におい
て音声信号電力分布が一部帯域に大きく偏っているよう
な場合でも、復元音声信号における情報欠落が防止され
、また折返し歪による雑音の増加がｔｔｎ制される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原理説明図。 第２図は本発明の一実施例としての音声符号化方式によ
る符号器の構成例を示すブロック図。 第３図は実施例の符号器における予測符号器の構成例を
示すブロック図。 第４図は実施例の符号器におけるビット割当部の構成例
を示すブロック図。 第５図はビット割当部におけるビット割当て処理の手順
を示す流れ図。 第６図はビット割当部における強制的ビット割″うて方
法の１例を示す図。 第７図および第８図はそれぞれ５本発明の４６３の実施
例としてのビット割当部における強制的ビット割当て方
法を示す図。 第９図は従来の帯域分割型音声符号化方式の符号器を示
すブロック図。 第１０図は帯域分割型音声符号化方式の部分区間分割の
例を示す図。 第１１図は入力音声信号のスペクトル分析結果を示す図
、および 第１２図は８（ト））ｂｐｓ符号化処理した音声信号の
復元信号のスペクトル分析結果を示す図である。 図において。 １、　２　　帯域分割フィルタ ３〜５−予測符号器 ６−ビット割当部 １０−一差分器 １１−量子化器 １２−逆量子化器 １３−加算器 １４−予測器 ６１　予測残差信号算出部 ６２−子側残差信号電力算出部 ６３−周波数軸ビット割当部 ６４−時間軸ビット割当部 ６５−高域ビット割当判別部 本宅−二系Ｓ重運説装置 第１図 第３図 本発明の弊範別 第２図 ピッｌ−蓚［舌部の躬駈載洗 ＠４図 −戸害、ｌ唖乃遜つ５０図 第５図 稜をｊビ７．１徒の一例 第６図 （禦ｊピント４玉・Ｄ￥二にＤヶ、ｉ 第８図 第９図 部分ヌ間分割の気 第１０図 ”；１２二１ 手続補正書（方式） 平成１年　５月　１５日 平成１年特許願第３３０５号 ２発明の名称 音声符号化方式 ３補正をする者 “μ件との関係　　　特許出願人 住所　神奈川県用崎市中原区上小田中１０１５番地名称
　　（５２２）富士通株式会社 ４代　　理　　人　　〒２１１　　　　　置（０４４）
７５４−３０３５住所　神奈川県用崎市中原区を小［口
中１０！５番地５補正命令の日付：平成１年３月３１日
（発送臼：平成１年４月２５日） ６補正の対象 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の欄（２）明細書
の「図面の簡単な説明」の欄（３）図面 ７補正の内容 （１）明細書の第５頁第１４行目から第６頁第５行目ま
でに「第１１図および第１２図は・　・顕著・に生じて
いる。」とあるのを、［例えば、ある人。 力音声信号をスペクトル分析した結果と、この入力音声
信号について高域側帯域のビット割当てが零の状態で８
ｋｂｉｔ／ｓの音声符号化を行った信号を復元して得ら
れた復元音声信号をスペクトル分析した結果とを比較し
て見たところ、復元音声信号において高域音声情報の欠
落が顕著に生じる現象が見られた。」と補正する。 （２）明細書の第１５頁第１５行目から第２０行目まで
に「第１０図は・・・示す図である。」とあるのを、［
第１０図は帯域分割型音声符号化方式の部分区間分割の
例を示す図である。」と補正する。 （３）図面の第１１図および第１２図を削除する。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力音声信号を複数の帯域に分割し、各帯域に適応的に
   ビット配分を行って符号化する音声符号化方式において
   、 ある帯域のビット割当て量が零となる時にこれを禁止し
   てその帯域に強制的に所定量のビット割当てを行うよう
   に構成された音声符号化方式。