JPH04149600A - 音声復号化方式 - 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】 〔概　　　要〕 情報圧縮されて伝送された音声信号の高能率な音声復号
化方式に関し、 符号化側でピッチ予測分析を行った結果得られるピンチ
周期及びピッチ予測係数を符号化パラメータとして受信
した音声を復号化する方式において、冗長度を付加する
ことなくピッチ周期に対する伝送路誤りの有無を検出す
ることを目的とし、受信ピッチ周期分だけ遅延すること
により適応符号帳から得られる過去のピッチ・ベクトル
と、該受信ピッチ周期を整数倍遅延させて該適応符号帳
から得られる過去のピッチ・ベクトルとの間の相関関数
を計算し、この相関関数値の大きさに基づいて伝送路誤
りによるピッチ周期値の誤りの有無を検出するように構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、音声復号化方式に関し、特に情報圧縮されて
伝送された音声信号の高能率な音声復号化方式に関する
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、音声蓄積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を高能率に圧縮した形で伝送する方
式が求められている。

Ｃ従来の技術〕 音声信号の伝送に際し、音声を予測して符号化する側で
は、フレーム毎に短期（線形）予測分析により抽出され
た短期予測係数と、長期予測分析により抽出されたピッ
チ予測係数及びピッチ周期と、入力信号にこの短期予測
フィルタ及び長期予測フィルタの逆特性フィルタ（逆フ
ィルタ）を施して得た予測残差信号とを多重化して伝送
する方式が一般的である。

また、この予測残差信号情報の効率的伝送のために、予
測残差ベクトルを予め用意した符号帳を用いてベクトル
量子化し、その符号帳のベクトル・インデフクスを伝送
する方式（コード駆動線形予測符号化方式：　ＣＥＬＰ
）や、予測残差ベクトルを有限個のパルス列でモデル化
し最適なパルス位置及びパルス振幅を伝送する方式（マ
ルチパルス駆動符号化方式：ＭＰＣ）等が用いられてい
る。

第５図は、符号化側において上記の長期予測分析に際し
て用いられるピッチ周期探索方式を示したもので、１は
フレーム遅延器２からの１フレーム前の線形予測残差信
号ｇｖを記憶した適応符号帳（アダプティブ・コードブ
ック）であり、この適応符号帳１でＤサンプル遅延させ
た信号に、成るピッチ予測係数（ゲイン）ｇを掛けた後
に得られる線形予測残差信号ｇＶｉ−０を線形予測再生
フィルタ３で聴覚重み付は再生する。

そして、この再生信号ｇｙ１と入力音声信号χよとの誤
差を減算器４で求め、この誤差信号の電力をピッチ周期
探索部５で求める。この誤差電力は、Ｅ。

＝Σ　（Ｘ、 ｌｉ ・・・・（１） で表される。

但し、 Ｉ ＝ｖ、−，＋Σａｊ）’１−ｊ Ｘ；入力音声信号 Ｖ二過去の線形予測残差信号 ａ：線形予測係数 ｐ：線形予測の次数 である。

上記の式（１）を最小にするゲインｇは、両辺をｇで微
分して零と置くことにより得られるので、ｄ　Ｅｅ　／
ｄ　ｇ＝０ ２Σ　（ｘｔ ｇ）’Ｉ Ｉ ＝０ ΣＸＩ’）’直 パ・ｇ８ ・・・・・・（２） Σ　　ｙ。

となる。

従って、 ３のときの誤差電力Ｅ９ は次のように なる。

ＥＤ　−１（ｘｔ　　ｇｙｒ　）” この式（３）の右辺第２項を最大にすれば、誤差電力Ｅ
Ｄは最小となるので、ピッチ周期探索部５では、図示の
ピッチ周期りを例えばｌサンプルづつ順次ずらして行き
、右辺第２項が最大になるときのピッチ周期を最適ピッ
チ周期として選択すればよいことになる。

そして、適応符号帳１は１フレ一ム分のピッチ周期探索
が終了した時点でフレーム遅延器２からの前フレームの
残差ベクトルで部分更新される。

尚、図示の音源ベクトル７は、上記のＣＥＬＰ符号化方
式において短期予測分析を行うために用いられる白色雑
音の固定（ストカスティック）符号帳から選択されたコ
ード・ベク斗ルに成るゲインを掛けたものであり、ＣＥ
ＬＰ方式中の逐次最適化方式においてはゼロとして与え
られ、同時最適化方式において図示のように加算部８で
ピッチ周期ベクトルにゲインｇを乗じたものと加算され
て残差ベクトルが得られることになる。

このような分析手法（＾ｎａｌｙｓｉｓ−ｂｙ−５ｙｎ
Ｌｈｅｓｉｓ：ＡＢ−５法）により、符号化側では、各
ピッチ周期で一旦音声信号を再往して最も誤差の小さか
ったものを選ぶようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような音声符号化方式を、移動通信のような伝送路
エラーの多い環境下で使用する場合には、復号化側にお
いて、誤りが発生した場合の品質劣化を抑えるため、一
般には誤り訂正符号化の併用や、誤りのあるパラメータ
の修復技術等が必要とされる。

この場合、パラメータの修復処理は、時間的に前後する
パラメータからの補間や繰り返し等により誤りの在るパ
ラメータの修復を行うものであるが、これらの処理は誤
りの無いときの再生音声品質を劣化させてしまうため、
誤り検出符号化との併用により、誤りが存在するパラメ
ータのみに対して処理を行う必要があり、短期予測分析
により抽出された短期予測係数などのように、時間的に
スムースな線形特性を示すパラメータに対しては、前後
の係数から推測される係数の存在範囲から著しく逸脱し
た計数値が受信された場合に誤りの存在を検出すること
が出来、パラメータの修復処理を比較的容品に行うこと
ができる。

しかしながら、上記のような長期予測分析により抽出さ
れたピッチ周期は第６図に示すように、基本周期以外に
２倍ピッチも頻繁に選択され、更には３倍ピッチ以上に
ついても同様に選択されるため、線形特性とはならず、
従ってピッチ周期における誤りは従来、何らかの冗長度
を付加して誤り検出を行う必要があるが、音声符号化の
本来の目的は音声信号から冗長度を除き情報圧縮を行う
ことであり、冗長度を付加することになる誤り検出符号
化の適用は、音声の有声音部において最も重要なパラメ
ータの一つであるピッチ情報における過度の圧縮により
再生音声品質を著しく劣化させることになるので、情報
圧縮の観点からは好ましくないという問題点があった。

従って、本発明は、符号化側でピッチ予測分析を行った
結果得られるピッチ周期及びピッチ予測係数を符号化パ
ラメータとして受信した音声を復号化する方式において
、冗長度を付加することなくピッチ周期に対する伝送路
誤りの有無を検出することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕生主所久盃理 第５図に示したような、ピッチ周期探索方式で求めた最
適ピッチ周期は、式（３）の右辺第２項が最大になる基
本ピッチ周期であり、これは入力信号ベクトルＸ、と線
形予測フィルタ３により（聴覚重み付けされた）各ピン
チ周期におけるピッチ周期ベクトルｙ、との間の相関値
が最大になることを示している。

従って、入力信号Ｘ、が音声の有声区間のように周期的
波形となる部分では、その基本ピッチ周期以外に、２倍
ピッチ周期、３倍ピッチ周期等の基本周期の整数倍の周
期における相関値も同様に高くなる。

即ち、第２図に示すように、基本周期が６０サンプルの
ときの各ピッチ周期における式（３）（右辺第２項）の
相関値は、６０サンプルの基本周期以外に、２倍ピッチ
周期（１２０サンプル）、３倍ピッチ周期（１８０サン
プル）、及びその中間周期においても相関関数値にピー
クが現れる。ｆ＠、上記の第６図のピッチ周期（Ｎ軸）
は、第２図に示した２倍ピッチ周ｊｌＩ（横軸）に対応
している。

且贋少Ｊ我立詐朋 そこで、本発明では、第２図の特性を利用することによ
り第１図に示すように、復号化側において符号化側から
受信したピッチ周期り分だけ遅延することにより適応符
号帳ｌから得られる過去のピッチ・ベクトルと、受信ピ
ッチ周期りを整数倍遅延させて適応符号帳１から得られ
る過去のピッチ・ベクトルとの間の相関関数を計算する
（Ｓｌ）そして、この相関関数値の大きさに基づいて伝
送路誤りによるピッチ周期値の誤りの有無を検出する（
Ｓ２）。

これにより、伝送データに冗長度を付加することなくピ
ッチ周期の誤りを受信側で検出することができる。

また、本発明では、適応符号４！１に記憶されたピッチ
・ベクトルの代わりに、残差ベクトルを再生フィルタに
通した後の再生信号ベクトルを用いて同様の相関関数値
による受信ピッチ周期の誤り検出を行ってもよい。

更には、ピッチ予測係数が閾値を越えているときのみ上
記の相関演算を行えば、ピッチ予測係数が閾値より低い
無声音部についての上記の相関演算を省くことが出来、
効率的なピッチ周期の誤り有無の検出を行うことができ
ると共に無声音部で相関関数値が大きい場合に誤った検
出が行われるのを回避することができる。

〔実　施　例〕

第３図は、第１図に示した本発明に係る音声復号化方式
の実現するための復号器の実施例を示したもので、この
実施例では、ピッチＪｉＩ期探索方式としては上記のＡ
−Ｂ−３法を用い、ピッチ周期探索範囲としては第６図
に示したように２０−１４７サンプルの範囲の場合で考
える。

図中、１０は符号化側の適応符号ＩＩ（第５図参照）に
対応した適応符号帳、２０は残差ベクトルを１フレ一ム
分遅延させて適応符号帳１０を部分更新させるフレーム
遅延器、３０は残差ベクトルに聴覚重み付けして再生ベ
クトルを生成する線形予測フィルタ、４０は適応符号帳
１０に記憶された残差信号をピッチ周期に応じて取り込
む相関関数計算バッファ、５０はバッファ４０で計算し
た相関関数と受信側から送られてきたゲイン（ピッチ予
測係数）ｇに基づいてピッチ周期の誤りの有無を検出す
る誤り有無検出部、６０は誤り有無検出部５０の検出結
果によりピッチ周期を修復する修復処理部、７０は上述
したように白色雑音の固定（ストカスティック）符号帳
から選択されたコート′・ベクトルに成るゲインを掛け
た音源ベクトル、そして、８０は音源ベクトル７０とピ
ッチ周期ベクトル（ｇｖ）とを加算して残差ベクトルを
生成するための加算部である。

次にこの実施例の動作を説明する。

まず、符号化側では、ピッチ周期探索範囲無いの各ピン
チ周期において上記の式（３）の右辺第２項を計算し、
これが最大となるピンチ周期りとそのときのゲインｇを
求め、他のパラメータと共に多重化して第３図の復号器
へ伝送する。

すると、この復号器では、ピッチ周期りを受信してバッ
ファ４０に与える。バッファ４０では、このピッチ周３
ＩＩＩＤと共にその２倍のピッチ周期２Ｄの各ピッチ・
ベクトルＰ、及びＰ２を適応符号［１０から取り出して
次式〔４）に示すように両者間の正規化相関係数ｒ１１
を計算する。

次に、誤り有無検出部５０ではバッファ４０からの正規
化相関係数ｒ＋ｚを受けて第４図に示す誤り有無の検出
を行う。

即ち、まず、受信側より伝送されて来たゲインｇを所定
の閾値ｇいと比較する（ステップＴＩ）。

この比較の結果、ｇ＜ｇいの場合には、受信音声信号は
無声音部と考えられるので、誤り有無の検出は行わず、
ピッチ周ＭＤはそのまま使用する（ステップＴ２）。

一方、ｇａｇいの場合には、有声音部と考えられるので
、上記の式（４）によりバッファ４ｏで求めたピッチ周
期りと２倍ピッチＰ１期２Ｄとのピッチ・ベクトルの正
規化相関係数ｒＩ！をその閾値ｒいと比較しくステップ
Ｔ３）、ｒ＋Ｉ＜　ｒいのときには有声音部であるが２
倍ピッチ周期との相関が小さいため、受信ピッチ周期り
に「誤りが有る」ものとして（ステップＴ４）、修復処
理部６ｏで修復処理を行う。この修復処理としては、例
えば誤りの無い最近のピッチ周期Ｄ゛と置き換える等の
方法が行われ、残差ベクトルｇＶｏ・及び再生ベクトル
ｇＦｅ・が得られることになる。

また、ｒｌｚ＞ｒいのときには伝送路誤りが無いものと
見て「誤り無し」の検出出力を発生し、修後処理は行わ
ない、尚、この場合、ピッチ・ベクトルの再生音声に対
する寄与は小さいため、誤りの影響も小さく無視できる
こととなる。

尚、上記の実施例では、ピッチ・ベクトルにより相関演
算を行って、誤りのを無を検出しているが、ピッチ周期
りのピンチ・ベクトルにゲインｇを乗じた残差ベクトル
を線形予測フィルタ３０に通して得られる再生信号ベク
トルと、ピッチ周期２Ｄのピッチ・ベクトルにゲインｇ
を乗じた残差ベクトルを線形予測フィルタ３０に通して
得られる再生信号ベクトルとの相関関数値を求めて同様
の娯りを無の検出を行ってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、受信ピッチ周期
分だけ遅延することにより適応符号帳から得られる過去
のピッチ・ベクトルと、受信ピッチ周期を整数倍遅延さ
せて該適応符号帳から得られる過去のピッチ・ベクトル
との間の相関関数を計算し、この相関関数値の大きさに
基づいて伝送銘渓りによるピッチ周Ｍ値の誤りの有無を
検出するように構成したので、誤り検出符号等の冗長度
を付加することなく、ピッチ周期情報の誤りを受信側で
検出することができるため、音声符号化速度を落として
品質の劣化をさせることなく伝送銘渓りに対しても強い
復号化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る音声復号化方式を概念的に示し
た図、 第２図は、所定ピッチ周期（６０サンプル）の音声にお
ける各ピッチ周期における相関関数値の一例を示した図
、 第３図は、本発明に係る音声復号化方式の一実施例を示
したブロック図、 第４図は、本発明に係る音声復号化方式に用いる誤り有
無検出の処理を示すフローチャート図、第５図は、従来
から一般的な符号化側における入力音声信号のピッチ周
期探索方式を概念的に示したブロック図、 第６図は、ピッチ周期値の時間変化の一例を示した図、
である。 図において、１０は適応符号帳、２０はフレーム遅延器
、３０は線形予測フィルタ、４０は相関関数計算バッフ
ァ、５０は誤り有無検出部、をそれぞれ示す。 図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）符号化側でピッチ予測分析を行った結果得られる
   ピッチ周期及びピッチ予測係数を符号化パラメータとし
   て受信した音声を復号化する方式において、 受信ピッチ周期（Ｄ）分だけ遅延することにより適応符
   号帳（１）から得られる過去のピッチ・ベクトルと、該
   受信ピッチ周期（Ｄ）を整数倍遅延させて該適応符号帳
   （１）から得られる過去のピッチ・ベクトルとの間の相
   関関数を計算し、この相関関数値の大きさに基づいて伝
   送路誤りによるピッチ周期値の誤りの有無を検出するこ
   とを特徴とする音声復号化方式。
2. （２）該ピッチ・ベクトルの代わりに、残差ベクトルを
   再生フィルタに通した後の再生信号ベクトルを用いるこ
   とを特徴とした請求項１記載の音声復号化方式。
3. （３）該ピッチ予測係数が閾値を越えているときのみ該
   相関演算を行うことを特徴とした請求項１又は２記載の
   音声復号化方式。