JPH043877B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 入力音声信号の音源情報を複数のインパルス系
列、いわゆるマルチパルスで代表させ、入力音声
信号のスペクトル包絡に関する情報とともに符号
化側（分析側）から復号化側（合成側）に伝送し
て入力音声信号を再生せしめるマルチパルス型符
号化復号化装置は近時よく知られつつある。

このようなマルチパルスは、音源パルスに比し
てはるかに少ない数のインパルスで波形情報を含
む音源情報の伝送が可能であり、基本的には通常
のポコーダと同じ程度のデータビツトートではる
かに再生音質のすぐれたものが得られるという特
徴がある。

マルチパルスを形成する手段としては、B.S.
Atal等によつて提案されたＡ−ｂ−Ｓ（Analysis
−by−Synthesis）手法と小澤，荒関，小野等に
よるフオワード手法とが代表的な２手法として知
られている。

Ａ−ｂ−Ｓ手法は分析フレームごとにマルチパ
ルス１個ずつについて分析した音源パルス列と
LPC係数とによつて合成した合成音声信号が入
力音声信号に最も近接した値を有するものが得ら
れるようにマルチパルスの１個ごとに分析と合成
とを繰返してマルチパルス列を分析フレームごと
にスペクトル領域評価にもとづいて求めるもので
あり、音源パルスを最適モデル化しうるもののマ
ルチパルス１個ごとに複雑な演算を必要とすると
いう問題がある。

これに反しフオワード処理は上述したＡ−ｂ−
Ｓ手法によるスペクトル領域評価を次に述べるよ
うな相関領域評価に変更したものであり、音源パ
ルスとしての最適モデル化の程度はマルチパルス
１個ずつ決定するＡ−ｂ−Ｓ手法ほどには達しな
いものの演算処理量を著しく削減したマルチパル
ス形成が可能となるという特徴がある。上述した
相関領域評価は通常、入力音声信号Ｓ（Ｚ）を伝
達関数Ｗ（Ｚ）の聴音重みづけフイルタを通して
得られる出力Ｓ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）と、入力音声信号
をLPC（Linear Prediction Coefficient，線形予
測係数）分析して得られる声道フイルタ係数Ｈ
（Ｚ）を前記聴音重みづけフイルタＷ（Ｚ）を通し
て得られる出力Ｈ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）のインパルスレ
スポンスとの相互相関をとつて相互相関関数を分
析フレームごとに算出するとともに前記Ｈ（Ｚ）
＊Ｗ（Ｚ）のインパルレスポンスの自己相関をと
り、その自己相関関数を前記相互相関関数から減
算することによつて得られる残留波形成分、すな
わち入力音声信号波形との誤差成分を最小とする
ものをマルチパルスとして決定するという評価手
法である。

ここでＺはexp（jλ）でありλ＝2πTΔで、ΔT
は分析フレームの標本化サンプリング周期、は
周波数である。また記号＊は畳み込み積分を表わ
す。

このような相関領域評価にもとづくマルチパル
ス決定はＡ−ｂ−Ｓ手法と異なつて、分析フレー
ムごとに決定すべきマルチパルスを非巡回的に、
いわゆるフオワード的に決定しうるものであり、
演算量も大幅に削減しうる効率的手法であること
は前述したとおりである。

しかしながら、従来のこの種のフオワード的マ
ルチパルス決定手段においては隣接マルチパルス
のパルス間隔には何等の制限を設けていないので
パルス間隔を量子化する際に必要なビツト数の消
費が大となつてしまうという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上述した欠点を除去し、フオワ
ード的にマルチパルスを決定するマルチパルス型
符号化復号化装置において、互いに隣接するマル
チパルスの最大間隔を制限するという手段を付与
することによりマルチパルス間隔の量子化ビツト
数の消費を大幅に抑止しうるマルチパルス型符号
化復号化装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の装置は、入力音声信号の音源情報を代
表するマルチパルスが入力音声信号と分析側に配
置すべき合成フイルタのインパルスレスポンスと
の相互相関を介して決定される相関領域評価にも
とづくフオワード（forward）的処理によつて検
索されるマルチパルス型符号化復号化装置におい
て、互いに隣接するマルチパルスの最大間隔を予
め設定する長さに制限するマルチパルス間隔制限
手段を備えて構成される。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図Ａは本発明のマルチパルス型符号化復号
化装置の第１の実施例における符号化側の構成を
示すブロツク図、第１図Ｂは本発明のマルチパル
ス型符号化復号化装置の第１の実施例における復
号化の構成を示すブロツク図である。

第１図Ａに示す符号化側の実施例を示すブロツ
ク図はノイズ重み付け器１，LPC分析器２，相
互相関関数算出器３，符号化器４，自己相関関数
算出器５，マルチパルス検索器６，符号化器７お
よびマルチプレクサ８を備えて構成され、また第
１図Ｂに示す復号化側は、デマルチプレクサ９，
複号化器１０，１１，およびLPC合成器１２，
Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータ１３お
よびLPF（Low Pass Filter）１４を備えて構成
される。

第１図Ａにおいて、入力端子１０１を介して入
力した入力音声信号Ｓ（Ｚ）はノイズ重み付け器
１およびLPC分析器２に供給される。ノイズ重
み付け器１は伝達関数Ｗ（Ｚ）のノイズ重み付け
フイルタを内蔵し入力音声信号をこのフイルタを
通すことによつてＳ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）の畳み込み積
分を実行せしめ、出力を相互相関関数算出器３に
供給する。ノイズ重み付けフイルタの伝達関数Ｗ
（Ｚ）は、入力音声信号Ｓ（Ｚ）を受けたLPC分
析器２がこれをLPC分析して得られるLPC係数
ならびにその次数のほか聴感的な重み付け係数を
出力ライン201を介して供給され、これらデータ
にもとづいて設定されるものである。

LPC分析器２は、入力音声信号Ｓ（Ｚ）を分析
フレームごとに予め設定するビツト数のデジタル
量として量子化し、これをLPC分析してｐ次の
Ｋパラメータ（偏自己相関係数）等のLPC係数
をノイズ重み付け器１に供給するとともにまたこ
れを出力ライン202を介して符号化器４に供給す
る。

符号化器４はこうして入力したLPC係数の量
子化、符号化を実施したのちこれを出力ライン
401を介してマルチプレクサ８に供給するととも
に量子化したLPC係数を復号化して伝達関数Ｈ
（Ｚ）の声道フイルタの聴音重み付けインパルス
レスポンス、すなわちＨ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）のインパ
ルスレスポンスを求めこれを出力ライン402を介
して相互相関関数算出器３および自己相関関数算
出器５に供給する。

相互相関算出器３はこうして供給されたＨ（Ｚ）
＊Ｗ（Ｚ）のインパルスレスポンスと聴音重み付
け入力信号Ｓ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）との畳み込み積分に
よる相互相関を実行し、算出された相互相関関数
をマルチパルス検索器６に供給する。

また、自己相関関数算出器５は入力したＨ（Ｚ）
＊Ｗ（Ｚ）のパルスレスポンスの自己相関関数を
算出しこれをマルチパルス検索器６に供給する。

マルチパルス検索は通常、分析フレームごとに
供給される相互相関関数と自己相関関数とを利用
し次に示す(1)式の演算を実行して所定の音源パル
ス列を得てこれをマルチパルスとしているが、本
実施例にあつては後述する如くこのようにして得
られるマルチパルスには最大パルス間隔の制限が
設けられる。

(1)式においてm_iは分析フレーム内におけるｉ
番目のパルスのフレーム端からの時間位置、g_iは
その振幅、_hx（m_i）は時間遅れm_iにおける相互
相関関数、g_lは分析フレーム内ｌ番目のパルスの
振幅、R_hh（｜m_l−m_i｜）はインパルスレスポン
スの自己相関関数である。(1)式は位置m_iにマル
チパルスをたてる場合には振幅g_i（m_i）が最適で
あることを示し、(1)式にもとづいてマルチパルス
を探索するときには、ある音源パルスに着目し種
種の位置に対して(1)式によつてその振幅を計算し
求めた振幅のうち絶対値の最大なものが残留波形
成分を最小とする音源パルスであり、以上を繰返
し実行しつつ複数個の音源パルスを求めこれをマ
ルチパルスとして決定するものが通常のマルチパ
ルス決定手段となつているが、このようにして決
定される従来のマルチパルスには隣接パルス間隔
に対する何等の制限も行なわれてはいない。

本実施例にあつては次に述べるような手段によ
つてこのようなマルチパルス間の間隔に予め設定
する長さの制限を付与したものとしている。

第１図Ａ，Ｂに示す第１の実施例は予備的にマ
ルチパルスを検索し制限を起えた間隔をもつ隣接
パルスの有無をチエツクし、制限を超えた間隔の
マルチパルスが存在する場合には次の手段のいず
れかによつて等価的にパルス間隔を制限以内に設
定するものである。この予備的なマルチパルス検
索は符号化器７に内蔵したパルス間隔チエツク回
路で制限を超えたパルス間隔が存在する場合には
この情報を出力ライン701を介してマルチパルス
検索器６に送出し、該パルス間隔の部分は振幅０
（ゼロ）のパルスを設定してこれを代表せしめ、
これに対応する部分のタイムスロツトにこの振幅
０を付与するとともにそのぶん最小振幅のパルス
を１個除去したうえこれを含むマルチパルスを符
号化器７に供給して符号化しこれを出力ライン
702を介してマルチプレクサ８に供給する。マル
チパルスの間隔に制限間隔を超えたものが無い場
合には分析フレームぶんずつのマルチパルスがそ
のまま出力ライン702を介してマルチプレクサ８
に供給される。上述したタイムスロツトは分析フ
レーム内をサンプリング周波数、フレーム長等の
条件にもとづいて分析フレームを予め細分化した
複数の時間領域である。

また上記の如く振幅０のマルチパルスを設定す
る代りにこのマルチパルスを設定すべきタイムス
ロツトの近傍における極大パルスを検索しこれを
振幅０のマルチパルスと同じ目的に利用しそのぶ
ん最小振幅パルスを１個除去したマルチパルスを
符号化器７を介してマルチプレクサ８に供給する
こともできる。上述した方法はいずれもパルス間
隔の制限オーバーが１個所だけの場合を例として
説明しているがこれは何個であつても一向に差支
えないことは明らかである。

さて、マルチプレクサ８はこうして求めたマル
チパルスとLPC係数に関するデータを多重化し
て伝送路を介して第１図Ｂに示す復号化側に伝送
する。

復号化側ではデマルチプレクサ９によつて多重
化分離を行なつてマルチパルスに関するデータは
複号化器１０に、またLPC係数に関するデータ
は復号化器１１にそれぞれ供給して復号化を行な
いこれらをLPC合成器１２に供給する。

LPC合成器１２は、ｐ次の全極型デジタルフ
イルタ構成の合成フイルタを内蔵し、マルチパル
スを駆動音源とし、LPC係数をフイルタ係数と
して入力音声信号をデジタル量で再生しこれを
Ｄ／Ａコンバータ１３に供給する。

Ｄ／Ａコンバータ１３は入力した再生入力音声
信号のアナログ化を図り、これをLPF１４に送
出しこれにより所定の高域周波数遮断を実施した
あとアナログ量の再生入力音声信号として出力端
子1201に供給する。

第２図は本発明の第２の実施例における符号化
側の構成を示すブロツク図である。

第２図に示す符号化側の実施例は、マルチパル
ス検索器１５および符号化器１６のみが第１図Ａ
の内容と異なり、他の同一記号のものは同一内容
であり、また復号化側も第１図Ｂに示す内容とほ
ぼ同一であるのでこれらに関する詳細な説明は省
略する。

この第２の実施例では分析フレーム内を予め設
定する幾つかの小フレームに分割し各小フレーム
には振幅０を含む最小数のパルスを必らず割当て
るものとしてマルチパルスを設定するようにマル
チパルス検索器１５によつてマルチパルスの決定
を行ない、これを符号化器１６によつて符号化し
てマルチプレクサ８に供給するという方法で隣接
マルチパルス間隔に対する制限設定を実施してい
る。

この場合、分析フレーム内に設ける各小フレー
ムは制限すべきパルス間隔を超えないものとして
いる。この方法はマルチパルスとして設定すべき
パルス数が少なく従つてパルス間隔が制限を超え
易い場合には特に有効である。

第３図は本発明の第３の実施例における符号化
側の構成を示すブロツク図である。

第３図に示す構成内容はマルチパルス検索器１
７以外はすべて前述した第１図Ａおよび第２図の
同一記号のものとほぼ同一であるのでこれらに関
する詳細な説明は省略する。また復号化側は第１
図Ｂに示す内容とほぼ同一であるのでこれについ
ても詳細な説明は省略する。

第３図によつて示す第３の実施例は、マルチパ
ルスとして構成すべき音源パルスをマルチパルス
検索器１７によつて(1)式の演算にもとづいて実施
する場合、最小のパルス間隔を制限した条件のも
とで実施するものである。この方法は設定すべき
マルチパルスの数が比較的多く、従つて最小のパ
ルス間隔設定で失なわれるものがあつても再生音
声品質にほとんど影響を及ぼさないで済むような
場合には特に有効である。

第４図は本発明の第４の実施例における符号化
側の構成を示すブロツク図である。第４図に示す
構成はマルチパルス検索器１８が一部第１〜３の
各実施例に示すものと一部異なるもので他の同一
記号のものはほぼ同一であり、また復号化側も前
記第１の実施例におけるものと同一であるのでこ
れらに関する詳細な説明は省略する。

第４の実施例はマルチパルス検索器１８によつ
てマルチパルスとすべき音源パルスを検索する場
合、次の手順によつて最大パルス幅の制限を実施
するものである。

すなわち最大パルス間をＴ−１スロツトとし、
タイムスロツト１からＴまでの範囲でマルチパル
スとすべき最尤のパルスを１個決定する。この最
尤のパルスは１からＴまでのタイムスロツトで絶
対値振幅の最大なものに相当し、またこのことは
g_i（m_i）が最大であるものと意味する。次にこの
ようにして決定した最尤のパルスの存在タイムス
ロツトがS1であるとするとタイムスロツトS1＋
１からS1＋Ｔまでの範囲で同様に最尤のパルス
１個を決定するというようにして分析フレームに
わたつて最尤のパルスを範囲Ｔで検索していきこ
れらをマルチパルスとする。この場合、分析フレ
ームの最後までマルチパルス検索を行なつた結
果、見掛上余分な音源パルスが生じたときは分析
フレーム全体に対して有効なパルス位置に設定し
てやるというように利用すればよい。

以上の第１〜第４の実施例のいずれを利用して
も容易かつ確実にマルチパルスに最大パルス間隔
の設定が可能となる。

なお、上述した第１〜４の実施例において利用
したノイズ重み付け器１は符号化、復号化の目的
等によつてこれを削除してもよく、またLPC合
成器１２とするデジタルフイルタは非極型のもの
等と置替しても差支えない。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、フオワード
的にパルスを決定するマルチパルス型符号化復号
化装置において、隣接パルスの最大間隔を制限す
る手段を備えてマルチパルスの検索を実行するこ
とによつてパルス間隔量子化の所要ビツト数を大
幅に低減しうるマルチパルス型符号化復号化装置
が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における符号化
側の構成を示すブロツク図Ａおよび復号化側の構
成を示すブロツク図Ｂ、第２図は本発明の第２の
実施例における符号化側の構成を示すブロツク
図、第３図は本発明の第３の実施例における符号
化側の構成を示すブロツク図、第４図は本発明の
第４の実施例における符号化側の構成を示すブロ
ツク図である。 １……ノイズ重み付け器、２……LPC分析器、
３……相互相関関数算出器、４……符号化器、５
……自己相関関数算出器、６……マルチパルス検
索索器、７……符号化器、８……マルチプレク
サ、９……デマルチプレクサ、１０，１１……復
号化器、１２……LPC合成器、１３……Ｄ／Ａ
コンバータ、１４……LPF、１５……マルチパ
ルス検索器、１６……符号化器、１７……マルチ
パルス検索器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力音声信号の音源情報を代表するマルチパ
   ルスが入力音声信号と分析側に配置すべき合成フ
   イルタのインパルスレスポンスとの相互相関を介
   して決定される相関領域評価にもとづくフオワー
   ド（forward）的処理によつて検索されるマルチ
   パルス型符号化復号化装置において、同一分析フ
   レーム内で互いに隣接するマルチパルスの最大間
   隔を予め設定する長さに制限するマルチパルス間
   隔制限手段を備えて成ることを特徴とするマルチ
   パルス型符号化復号化装置。