JPH03101800A - 音声符合化方式 - Google Patents

音声符合化方式

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JPH03101800A
JPH03101800A JP1195302A JP19530289A JPH03101800A JP H03101800 A JPH03101800 A JP H03101800A JP 1195302 A JP1195302 A JP 1195302A JP 19530289 A JP19530289 A JP 19530289A JP H03101800 A JPH03101800 A JP H03101800A
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JP
Japan
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vector
signal
codebook
white noise
linear prediction
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JP1195302A
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English (en)
Inventor
Tomohiko Taniguchi
智彦 谷口
Yoshiaki Tanaka
良紀 田中
Akira Kasama
笠間 昭
Takashi Ota
恭士 大田
Fumio Amano
文雄 天野
Shigeyuki Umigami
重之 海上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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】 〔概劃 符号帳の白色雑音の残差信号のベクトルに線形予測を施
して得たコード・ベクトルとピッチ周期に相当する遅延
を与えられた先行フレームの残差信号に線形予測を施し
て得たピンチ予測ベクトルにそれぞれ可変ゲインを与え
て再生信号を生成し、該再生信号により人力音声信号を
同定するCELP型の音声符号化方式に関し、 有声音の音源に相当するパルス系列を作り出すことを目
的とし、 両ベクトルに加えて、該白色雑音符号帳の各ベクトル中
の所定パルス位置のみに対応した固定インパルスの残差
信号のベクトル又は各ベクトルに線形予測を施して得た
コード・ベクトルにおいて最大の寄与を与えるパルス位
置を抽出して得られる主戒分インパルス・ベクトルに線
形予測を施し可変ゲインを与えることにより該人力音声
信号の同定を行うように構戒する. 〔産業上の利用分野〕 本発明は、音声符号化方式に関し、特にベクトル量子化
を用いて音声信号の情報圧縮を行う高能率な音声符号化
方式に関するものである。
近年、企業内通信システム・ディジタル移動無線システ
ムなどにおいて、音声信号をその品質を保持しつつ情報
圧縮するベクトル量子化方弐が用いられているが、この
ベクトル量子化方式とは、符号帳(コードブック)の各
信号ベクトルに予測フィルタを施して再生信号を作り、
再生信号と入力音声信号との間の誤差電力を評価して最
も誤差の少ない信号ベクトルの番号(インデックス)を
決定するものとして良く知られたものであるが、音声情
報をより一層圧縮するためこのベクトル量子化方式をよ
り進めた方式に対する要求が高まっている. (従来の技術〕 第8図には、ベクトル量子化を用いた高能率音声符号化
方式の一構戒例が示されている。
この方式は、CI!LP(Code Excited 
LPC)と呼ばれる方式であり、符号$110にはNサ
ンプルに対応するN次元の白色雑音を用いて生成した残
差信号ベクトル(この場合、位相を示すシュイブベクト
ルであるが、以下、単にベクトルと略称する)が2′″
パターンだけ予め設定されている.各ベクトルはN(N
は例えば40)次元の要素の電力が一定値となるように
正規化されている. 符号帳lOから評価回路16の指示で読み出されたベク
トルは乗算器1lでゲイン(i&幅)が与えられた後、
音声信号の長期的相関を除くピッチ予測器l2及び短期
的相関を除く線形(近接)予測器l3の二つの適応的な
予測器を通して再生信号に変換される. この再生信号は、減算器l4において端子l5から入力
されるNサンプルのディジタル音声信号と比較され、そ
の誤差が評価回路l6で評価される. そして、評価回路16は、その誤差による電力が最小と
なるように符号帳lOのベクトルを選択し乗算器11の
ゲインを決定する. 尚、線形予測器l3は、線形予測分析部l8で過去のサ
ンプル値から線形差分方程式により求めた線形予測係数
をフィルタタップ係数として用い、ピッチ予測器12は
、線形予測逆フィルタ30を経てビ・ンチ予測分析部3
lで求められた入力音声信号のピッチ予測係数及びピッ
チ周期をフィルタパラメータとして用いている. そして、符号帳IO中の最適なヘクトルのインデックス
と、乗算器11のゲインと、各予測器を横戒するための
パラメータ(ピッチ周期・ピッチ予測係数・線形予測係
数)とが多重化回路17で多重化され符号化情報となる
. 復号器側では、分離回路19で分離されて得たインデッ
クス、ゲイン、予測器パラメータに従って符号@20か
らベクトルが読み出され乗算器2lでゲインが与えられ
た上、予測器22、23で予測されて再生音声を得る. このようなCELP方式では、音源信号を生或するため
の手段として白色雑音から威る符号帳10とピッチ周期
での周期性を与えるためのピッチ予測器12を用いてい
るが、符号帳10の位相と乗算器l1のゲイン(振幅)
及びピッチ予測器12のピンチ周期(位相)・ピッチ予
測係数(振幅)の決定は等価的に第9図(a)に示すよ
うに行われる.即ち、これは、符号帳10のベクトルを
ピッチ予測・線形予測の二つの予測器で再生して入力信
号を同定する処理は、ベクトル的に考えると端子40か
らの入力信号Sから前フレーム記憶部42に記憶された
前フレームS0の影響を減算器4lで除いたターゲット
・ベクトルXを、符号帳10から選択されたベクトルに
線形予測.}i44(これは第8図の線形予測器13に
相当する)で線形予測を施したベクトルCに乗算器45
でゲインgを与えて得たコード・ヘクトルgCと、ピッ
チ周期遅延器46からのピッチ周期(これは第8図のピ
ッチ予測分析部3lで分析されたピッチ周期に相当する
)に相当する遅延を与えられた前フレームの残差信号に
線形予測器47で線形予測を施したベクトルPに乗算器
48でゲインb(これは第8図のピンチ予測分析部3l
で分析されたピッチ予測係数に相当する)を与えて得た
ピンチ予測ベクトルbpとを合成部49で合成したベク
トルX′で同定する処理と考える事ができる. コード・ベクトルの位相C及びピッチ予測ベクトルの位
相Pが与えられた時、コード・ベクトルの振lIig及
びピッチ予測ベクトルの振輻bの値は、第9図(ロ)に
示すように、下記の式(1)の誤差信号電力が最小とな
るようにb,  gで誤差電力IEを偏微分した値が″
0″となるb,gを、両ベクトルの位相(C, P)の
全ての組合せについて下記の式(2)、式(3)により
求めることができ、以て最適な振幅・位相(g,b,C
,P)の組を探索する事になる.E  I ”  l 
X −bP −gC I ” −−−−−−弐〇)b=
 { (C,C) (X,P)−(C,P) (X.C
) l /Δ ・・・・・・式(2)g= ((P,P
)(X,C)−(C.P)(X,P)) /Δ−・−−
−−式(3)但し、Δ= (P,P)(C,C)−(C
,P)(C,P)であり、(,)はベクトルの内偵を表
す. 〔発明が解決しようとする課題〕 ここで、音声信号には有声音と無声音が有り、それぞれ
駆動源信号(音源)が周期的パルスであるか、周期性の
無い白色雑音であるかで特徴付けられるが、上記の従来
方式では、白色雑音からなる符号帳のベクトルに対し、
ピッチ予測器により有声音におけるピッチ周期性を与え
ていた.従って、音源信号が白色雑音的な無声音部での
特性は良いが、ピッチ予測器により発生されるピッチ周
期性はピッチ予測分析により過去の音源系列に遅延を与
えて作り出されるものであり、過去の音源系列は元々コ
ード・ベクトルを読み出して得られた白色雑音系列であ
るため、有声音の音源に相当するパルス系列を作り出す
のが困難になる.これは特に、無声音から有声音への過
渡状態では、その影響が大きく再生音声の品質が劣化す
るという問題点があった. 従って、本発明は、符号帳の白色雑音に線形予測を施し
て得たコード・ベクトルとピ・冫チ周朋に相当する遅延
を与えられた前フレームの残差信号に線形予測を施して
得たピッチ予測ヘクトルにそれぞれゲインを与えて再生
信号を生成し、該再生信号により入力音声信号を同定す
るCELP型の音声符号化方式において、有声音の音源
に相当するパルス系列を作り出すことを目的とする.(
Lt’題を解決するための手段及び作用〕星土坐本允逍 第1の本発明による方式では、第1図(a)に原理的に
示すように、符号帳10の各白色雑音のコード・ヘクト
ルに対して所定の位置にのみパルスを有するベクトルで
構威される別の符号帳80を設け、ピッチ周期遅延器4
6及び線形予測器47によるピッチ予測ベクトルP、白
色雑音符号帳10及び線形予測器44による白色雑音コ
ード・ベクトルCI、並びに符号帳80及び線形予測器
81によるインパルス・コード・ベクトルC2の三つの
ベクトルにそれぞれ乗算器4B,45.82によるゲイ
ン(振幅)を与えて加算器49.83による合威を行い
、その合威ベクトルにより入力信号ベクトルSを同定す
る. 即ち、白色雑音コード・ベクトルCIとピッチ予測ベク
トルPの二つのベクトルの合威により入力信号を同定し
ていた従来方式に対し、本発明方式では白色雑音符号帳
10の各ベクトルに対して所定の位置にのみパルスを有
するベクトルで構威される符号帳80から発生されるイ
ンパルス・ベクトルC,を加えた三つのベクトルの合成
ベクトルによる同定を行う。
尚、符号帳80の各ヘクトルのパルス位置は白色雑音符
号帳lOの各ベクトルの最大振幅点としてもよい. また、インパルスのベクトルは、別の符号$180を設
けなくとも、符号1t110から分離して生戒してもよ
い. この場合の誤差信号電力の評価式は下記の式(4)のよ
うに表され、これを最小にするピッチ予測ベクトルの振
幅b,白色雑音コード・ベクトルの振’1g+,インパ
ルス・コード・ベクトルの振幅gよはそれぞれ下記の弐
(5)〜(7)により決定される.IE l!=lχ−
bP−grct−gtct I寡・・・・・・式(4〉
b・ {(Z5率Z6傘Z7+Z2本Z4本Z9+Z3
*Z4率Z8)− (Z3本Z5*Z9+Z4傘Z4*
Z7+Z2傘Z6本Z8)l  / A −式(5)g
+=  [(Z1*Z6傘Z8+Z3*Z4*Z7+Z
2本Z3*Z9)(Z3本Z3率Z8+Z1傘Z4傘Z
!bZ2*Z6傘Z7)l  / Δ−式(6)gz=
  ((Z1*Z5*Z9+Z2*Z3*Z8+Z2*
Z4*Z7)(Z3*Z5皐Z7+Z2傘Z2傘Z9+
ZhZ4本Z8)l  / Δ−式(7)但し、Δ= 
ZI牟Z5廖Z6+2傘Z2卆Z3本Z4−Z3*Z3
本Z5Z1傘Z4*Z4−Z2*Z2本Z6 Z1・(P ,P )+  22・(P +c+)+ 
 23・(P ,C.),Z6(CzCg),  Z5
・(C.C+),  Z6=(Cz,Cz),Z7=(
X ,P ),  Z8.(X ,CI),  Z9.
(X ,cz)ここで、インパルス・コード・ベクトル
C,の位相は白色雑音コード・ベクトルC,の位相と一
意に対応しているので、最適な駆動源ベクトルを決定す
るには白色雑音コード・ヘクトルCIとピッチ予測ベク
トルPの二つのベクトルの位相(p.c+)の全ての組
み合わせについて誤差電力IEI”をb,gt ,gヨ
で偏微分した値が“0”となるbg+,gzを求めるこ
とにより、式(5)〜(7)によって振幅(b+g++
gz)を求め、式(4)の誤差信号電力が最小となる振
幅・位相(b,g+,gx+P,C+)の組を探索すれ
ばよい(第1図中)参照). このようにして白色雑音の符号帳に欠けている有声音の
音源となる周期的パルスを加味して入力音声信号の同定
を行うことができる, 策i生主文皿 上記の第1の本発明による方式では、符号帳10におけ
る各ベクトル中の所定パルスの位置のみに対応して発生
される固定的なインパルスから威る符号帳を用意したが
、このような固定的なインパルスによるベクトルを、従
来からのピッチ予測ベクトル及び白色雑音コード・ベク
トルに加えて入力音声信号の同定を行っても、必ずしも
最適な同定が行えるとは限らない。これは、第】図(a
)に示すようにインパルス・ベクトルに対しても線形予
測を施しているために空間が歪むからである.そこで、
第2の本発明では、第2図に原理的に示すように、固定
的なインパルス・ベクトルを用いる代わりに、線形予測
44を施した後の白色雑?ベクトルC1と、主戒分パル
ス位置検出部90でインパルスに線形予測を施したベク
トルとの位相差を評価することで主戚分パルスの位置を
検出しこの位置にインパルス発生部91で主戒分インパ
ルスとして発生し、ピッチ予測ヘクトルP、白色雑音コ
ード・ヘクトルC1、主成分インパルス・ベクトルC.
の三つのベクトルの合成ベクトルにより人力音声信号S
を同定する. 尚、この第2の本発明の場合も第1の本発明と同様の式
(4)〜(7)により、誤差信号電力が最小となる振幅
・位相(1),g.g■P,C.)の組が探索される.
〔実 施 例〕 第3図は第lの本発明に係る音声符号化方式の一実施例
を示したもので、符号帳10には従来と同様に白色雑音
から成る残差信号のN次元ベクトルが2mパターン記位
されており、符号帳60には符号帳10の2°パターン
中の各ベクトルにおける最大のパルスの位置のみにイン
パルスが記憶されている.但し、このパルス位置は最大
位置に限る必要はなく、いずれかの所定のパルス位置で
よいが、最大パルス位置の方が有声音の周期的なパルス
による同定を行うにはより効率的である。
符号帳60からのインパルス・ベクトルは乗算器6lを
通って加算器62に供給され、ここで符号帳IOから乗
算器11を通って供給される白色雑音のヘクトルと合威
されてピッチ予測器12及び線形予測器13に供給され
る. 評価回路16は入力音声信号と線形予測器l3からの再
生信号との誤差信号の電力が最小となるように符号帳1
0及び60の探索・決定を行う.決定された符号帳10
のインデックス、即ち白色雑音の残差ベクトルの位相■
と、符号帳60のインデンクス、即ちインパルスの残差
ベクトルの位相■と、乗算111、61のそれぞれのゲ
イン、即ち各残差ベクトルの振幅の、■、並びに従来通
りのピッチ予測器12のピッチ周期及びピッチ予測係数
、線形予測器l3の予測係数が多重化回路65で多重化
されて伝送される. 伝送された多重化信号は分離回路66で分離され、符号
帳10、60と同一構威の符号帳20、70はそれぞれ
インデックス(位相の、■)で指示されたベクトルが符
号帳20、70それぞれから読み出され、やはり分離さ
れた振幅の、■によってゲインが決定された乗算器21
、71をそれぞれ通って、加算器72で加算されてピッ
チ予測器22及び線形予測器23により再生されること
になる.尚、この実施例では図示していないが、第8図
と同様に線形予測分析部18、線形予測器逆フィルタ3
0及びピッチ予測分析分析3lが用いられることは言う
までもない. 第4図には第3図のような符号帳60を用いない変形例
が示されており、符号I!10にインデックスiが共通
のテーブル100を付設し、符号帳10の白色雑音のベ
クトルの各パターンの内、第5図(a)に示すように、
最大振幅のサンプルの位置を記憶しておく. そして、評価回路16から端子101を介して送られて
来る探索のパターン番号に応じて符号帳lO、テーブル
90それぞれからヨ売み出された白色雑音のベクトル、
最大振幅位置をそれぞれインパルス分離回路102に供
給し、ここで第5図(a)に示すような白色雑音のベク
トルから最大振幅位置のサンプルだけを取り出し、この
最大振幅位置のサンプルの値を“0”として除いた同図
(b)一に示す白色雑音のベクトルと、最大振幅位置の
サンプル以外のサンプルの値を全て“O″とした同図(
C)に示すインパルスのベクトルとを生成して乗算器1
1、6lにそれぞれ供給するものである。
この場合には、インパルス分離回路102の出力する白
色雑音ベクトルとインパルス・ベクトルとの和が元の符
号帳IOの白色雑音ベクトルと同一となるので、乗算器
11、6lの振幅比g+/g2が“1”のときは元の白
色雑音となり、振幅比g+/gzが“0”のときは完全
なインパルスとすることができる. 尚、受信側の符号帳70についても同様に除去すること
ができる. このように、インパルス・ベクトルの位相を白色雑音ベ
クトルの位相に対して一意に対応付けることにより、イ
ンパルス・ベクトルの位相■を伝送する必要が無くなり
情報の圧縮効果が増大する.第6図には第2の本発明の
一実施例が示されているが、この実施例では主成分パル
ス発生回路llOが用いられている点だけがインパルス
符号帳60を用いている第3図の実施例と異なっている
.即ち、この主成分パルス発生回路110は、白色雑音
符号帳lOの各ベクトルに対する主或分パルスの位置を
抽出してその位置に発生された主成分インパルスには乗
算器61でゲイン(振幅)戊分が乗じられた後、従来通
り符号帳IOから読み出され乗算器11でゲインが乗し
られた白色雑音に加え合わされ、ピッチ予測器12及び
線形予測器13により再生される. そして、白色雑音及び主或分インパルスのそれぞれに独
立のゲインを乗じているため、符号化情報としては第3
図と同様に白色雑音のコード・インデックス(位相)・
ゲイン(振幅)、主戒分インパルスの振幅、及び各予測
器を構或するためのパラメータ(ピッチ周期、ピッチ予
測係数、線形予測係数)を多重化回路65により多重化
伝送することになり、また、受信側でも同様に主或分パ
ルス発生回路120が用意されて、分離回路66で分離
された各パラメータに基づいて音声信号の再生を行って
いる. 従って、音源信号を白色雑音とインパルスを加えて発生
しているので、それぞれの振幅威分を制jnすることに
より白色雑音的な無声音の音源だけでなく、周期的なパ
ルス系列である有声音の音源も正確に発生することがで
き再生音声品質の改善が図れる。
第7図は第2の本発明において用いられる主戒分パルス
発生回路の一実施例を示したもので、この実施例では、
それぞれパルスの位置が異なるN通り (符号帳lOの
各コード・ベクトルの次元数に相当)のインパルス・ベ
クトル(これは別に用意したメモリから発生するように
してもよい)に線形予測を施す線形予測器111と、符
号帳10の白色雑音に線形予測器11で線形予測を施し
て得たコード・ベクトルCIと線形予測器111からの
線形予測が施されたインパルス・コード・ベクトルCs
 ’ (i=1.2....N)との間の位相差を算出
する位相差算出器112と、位相差算出器112で算出
された位相差の最大値を検出する最大値検出器113と
、最大値検出器113で検出された最大値により主戒分
パルスの位置が決定されこの土成分パルスの位置にイン
パルスを発生するインパルス発生回路114とでIi戒
されている。
このような主戒分パルス発生回路110では、符号帳1
0に記憶されている各ベクトルに線形予測を施して得た
コード・ベクトルC1と、N通りのインパルス・コード
・ベクトルCz′との間の位相差θ.が最小になる、即
ち、 cos”θ+=(c+,cx’)”/ ((c+,c.
) − (cz’,cz’)]が最大となるインパルス
・コード・ベクトルを求めることにより、主戊分バルス
の位置を決定することができる. この場合、復号器側にも主成分パルス発生回路を設ける
ことにより、主戒分パルスの位相情報については伝送せ
ずともコード・ベクトルの位相から抽出できるので、主
成分パルスの振幅情報のみの増加により特性を改善する
ことができる.め、固定インパルスの発生よりも一層有
効なパルス音源を作ることができることとなる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、白色雑音コード
・ベクトルとピッチ予測ベクトルの二つのヘクトルの合
戒に加えて更に、白色雑音コード・ベクトルの各々の所
定のパルスの位置に対応する位置に符号帳により発生さ
れるインバルスコード・ベクトルを加えた三つのベクト
ルの合戒ベクトルによる同定を行うように構成したので
、無声音の音源だけでなく、パルス的な有声音の音源を
作ることができ、再生音声の品質を向上させることがで
き、また、インパルスの残差信号のヘクトルを白色雑音
の残差信号のベクトルから分離することにより情報圧縮
の効果を増大させることができる. 更に本発明によれば、白色雑音ベクトルとその主成分に
相当するインパルス・ベクトルを紐合せて各々の戒分の
振幅を制御して行う事ができるた
【図面の簡単な説明】
第1図は、第1の本発明に係る音声符号化方式を原理的
に分析するための等価回路図、第2図は、第2の本発明
に係る音声符号化方式を原理的に分析するための等価回
路図、第3図は、第1の本発明の一実施例を示すブロン
ク図、 第4図及び第5図は、第1の本発明におけるインパルス
・ベクトルの分離の一実施例を示したブロック図、 第6図は、第2の本発明の一実施例を示すブロック図、 第7図は、第2の本発明に用いる主戒分パルス発生のた
めの一実施例を示すブロック図、第8図及び第9図は従
来例を説明するためのブロック図、である.

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)符号帳の白色雑音の残差信号のベクトルに線形予
    測を施して得たコード・ベクトルとピッチ周期に相当す
    る遅延を与えられた先行フレームの残差信号に線形予測
    を施して得たピッチ予測ベクトルにそれぞれ可変ゲイン
    を与えて再生信号を生成し、該再生信号により入力音声
    信号を同定するCELP型の音声符号化方式において、 両ベクトルに加えて、該白色雑音符号帳の各ベクトル中
    の所定パルス位置のみに対応した固定インパルスの残差
    信号のベクトルに線形予測を施し可変ゲインを与えるこ
    とにより該入力音声信号の同定を行うことを特徴とした
    音声符号化方式。
  2. (2)該固定インパルスの残差信号のベクトルが、該符
    号帳の各ベクトル中の最大振幅のパルス位置に対応する
    ように別の符号帳に記憶されていることを特徴とした請
    求項1記載の音声符号化方式。
  3. (3)該固定インパルスの残差信号のベクトルが、該符
    号帳の白色雑音の残差信号ベクトルから分離生成される
    ことを特徴とした請求項1記載の音声符号化方式。
  4. (4)符号帳の白色雑音の残差信号のベクトルに線形予
    測を施して得たコード・ベクトルとピッチ周期に相当す
    る遅延を与えられた先行フレームの残差信号に線形予測
    を施して得たピッチ予測ベクトルにそれぞれ可変ゲイン
    を与えて再生信号を生成し該再生信号により入力音声信
    号を同定するCELP型の音声符号化方式において、 両ベクトルに加えて、該白色雑音符号帳の各ベクトルに
    ついてそのベクトルに線形予測を施して得たコード・ベ
    クトルにおいて最大の寄与を与えるパルス位置を抽出し
    て得られる主成分インパルス・ベクトルに線形予測を施
    し可変ゲインを与えることにより該入力音声信号の同定
    を行うことを特徴とした音声符号化方式。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0519796A (ja) * 1991-07-08 1993-01-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 音声の励振信号符号化・復号化方法
JPH05165497A (ja) * 1991-12-11 1993-07-02 Oki Electric Ind Co Ltd コード励振線形予測符号化器及び復号化器

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JPH0519796A (ja) * 1991-07-08 1993-01-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 音声の励振信号符号化・復号化方法
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