JPH05108096A

JPH05108096A - ベクトル駆動型音声符号化装置

Info

Publication number: JPH05108096A
Application number: JP3271543A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Inoue; 健生井上; Hiroyuki Hirai; 啓之平井; Hideji Nishida; 秀治西田; Shozo Sugishita; 正蔵杉下
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】４．８ｋｂ／ｓ程度の低ビットレートでの再
生音質を向上させる。【構成】重み付け入力信号と再生信号との誤差を最小
にするために、駆動音源として、適応コードブック１２
ａのピッチベクトルの成分と雑音コードブック１４ａの
コードベクトルの成分とを使用する第１の音源と、コー
ドベクトルの成分のみを使用する第２の音源と、ピッチ
ベクトルの成分のみを使用する第３の音源とを作成す
る。そのために、適応ビット割当部２２ａによってピッ
チベクトルのインデックスと乗算器１６ａとおよびコー
ドベクトルのインデックスと乗算器１６ｂとに適応的に
ビット情報を割り当て、各コードブックのインデックス
の探索範囲と各乗算器におけるゲインの量子化ビット数
を変化する。そして、駆動音源信号決定部１８によって
最適な駆動音源とその駆動音源のゲインとを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ベクトル駆動型音声
符号化装置に関し、特に入力音声をたとえば４．８ｋｂ
／ｓ程度の低ビットレートで符号化するベクトル駆動型
音声符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声信号を再現性よく低ビットレートで
符号化するための効果的な方法として、ＣＥＬＰ（Code
Excited Linear Prediction）符号化方式によるベクト
ル駆動型符号化装置が提案されている。この方式の詳細
については、ＩＣＡＳＳＰ−８５ｐｐ．９３７〜９４０
に掲載されたＢ．Ｓ．Ａｔａｌ氏らによる“Code Excit
ed Linear Prediction（ＣＥＬＰ）：High QualitySpee
ch at Very Low Bit Rates.”，信学技報ＣＳ８９−６
４に掲載された谷口氏らによる“主軸ベクトル駆動音声
符号化方式”，あるいは１９９１年電子情報通信学会春
期全国大会論文集Ａ−２１３に掲載された谷口氏らによ
る“ＣＥＬＰ符号化における適応符号帳の改良”におい
て説明されている。

【０００３】従来のＣＥＬＰ符号化方式による音声符号
化装置の一例を図３および図４に示す。この従来の音声
符号化装置１は、図３に示す符号化装置１ａおよび図４
に示す復号化装置１ｂを含む。符号化装置１ａは適応コ
ードブック２ａおよび雑音コードブック３ａを有し、復
号化装置１ｂは適応コードブック２ｂおよび雑音コード
ブック３ｂを有する。そして、適応コードブック２ａお
よび２ｂはそれぞれ同じ音声パターンを記録しており、
雑音コードブック３ａおよび３ｂもそれぞれ同じ音声パ
ターンを記録している。

【０００４】図３に示す符号化装置１ａにおいては、予
めインデックス数が定められた適応コードブック２ａか
ら抽出されたピッチベクトル（Ｐ）およびこれも予めイ
ンデックス数が決められた雑音コードブック３ａから抽
出されたコードベクトル（Ｃ）に対して、それぞれのゲ
イン（ピッチ：ｂ，コード：ｇ）を乗じて加え合わせた
駆動音源信号（ｂＰ＋ｇＣ）が生成される。符号化の過
程では、駆動音源信号を重み付け合成フィルタ４ａを通
して得られる再生信号（ｂＡＰ＋ｇＡＣ）と重み付け入
力信号（ＡＸ）との間の誤差信号（Ｅ）の電力を誤差電
力評価部５において評価関数とし、コードブックの探索
が行われる。このときのコードブック探索のためのイン
デックスのビット数はコードブックのインデックス数に
合わせて予め定められている。そして、誤差信号の電力
を最小とする駆動音源信号が最適駆動音源信号（ｂ₀Ｐ
₀＋ｇ₀Ｃ₀）として決定される。このとき、この最適
駆動音源信号をフレーム遅延部を介して、入力信号をた
とえば７．５ｍｓ毎に区切った１フレーム分遅延させた
後適応コードブック２に帰還させることによって適応コ
ードブック２ａの内容が更新される。

【０００５】図４に示す復号化装置１ｂへは、適応コー
ドブック２ａから抽出されたピッチベクトル（Ｐ₀）の
インデックスおよびゲイン（ｂ₀），雑音コードブック
３ａから抽出されたコードベクトル（Ｃ₀）のインデッ
クスおよびゲイン（ｇ₀）ならびに重み付け合成フィル
タ４のフィルタ係数が伝送路７を通じて送られる。そし
て、復号化装置１ｂでは、それに基づいて最適駆動音源
信号（ｂ₀Ｐ₀＋ｇ₀Ｃ₀）を作成し、重み付け合成フ
ィルタ４ｂを介して再生信号（ｂ₀ＡＰ₀＋ｇ ₀Ａ
Ｃ₀）を出力する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術において、適
応コードブック２ａから抽出されたピッチベクトルはピ
ッチ周期を再生することを仮定したものであり、有声音
源を想定している。したがって、有声音に対する効果は
大きいが無声音などの非周期的な音声に対しては効果が
少ない。これに対して、雑音コードブック３ａから抽出
されたコードベクトルは非周期的な無声音源を想定した
ものであり、有声音などの周期的な音声に対しては効果
が少ない。したがって、転送レートが４．８ｋｂ／ｓ程
度である場合には再生音質は十分満足できるものではな
い。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、た
とえば４．８ｋｂ／ｓ程度の低ビットレートにおいても
再生音質を向上できる、ベクトル駆動型音声符号化装置
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、駆動音源と
して、適応コードブックから抽出されるピッチベクトル
の成分と雑音コードブックから抽出されるコードベクト
ルの成分とを使用する第１の音源と、雑音コードブック
のコードベクトルの成分のみを使用する第２の音源と、
適応コードブックのピッチベクトルの成分のみを使用す
る第３の音源とを作成する駆動音源作成手段、第１，第
２および第３の音源に応じて情報量を適応コードブック
のピッチベクトルのインデックスおよびゲインならびに
雑音コードブックのコードベクトルのインデックスおよ
びゲインに適応的に割り当てる適応ビット割当手段、駆
動音源を重み付け合成手段に通して得られる再生信号と
重み付け入力信号とを比較する比較手段、および比較手
段による比較結果に応じて第１，第２および第３の音源
のいずれかを決定する駆動音源決定手段を備える、ベク
トル駆動型音声符号化装置である。

【０００９】

【作用】駆動音源作成手段が、駆動音源として適応コー
ドブックから抽出されるピッチベクトルの成分と雑音コ
ードブックのコードベクトルの成分との両方を使用する
第１の状態の音源と、駆動音源として雑音コードブック
から抽出されるコードベクトルの成分のみを使用する第
２の状態の音源と、駆動音源として適応コードブックか
ら抽出されるピッチベクトルの成分のみを使用する第３
の状態の音源とを作成する。そのために、適応ビット割
当手段が最適駆動音源が第１，第２および第３の音源の
各状態に合うように、各コードブックに与えるインデッ
クスのビット情報量とゲインの量子化ビット数の割り当
て方を変える。適応ビット割当手段は、第１の音源の場
合には、所定のビット情報量を適応コードブックのピッ
チベクトルのインデックスおよびそのゲインならびに雑
音コードブックのコードベクトルのインデックスおよび
そのゲインに割り当てる。第２の音源の場合には、駆動
音源として適応コードブックのピッチベクトルの成分は
使われないので、第１の状態でそのピッチベクトルおよ
びゲインに割り当てていたビット情報量を雑音コードブ
ックのコードベクトルのインデックスおよびゲインのみ
に割り当てる。これによって、雑音コードブックのコー
ドベクトルのインデックスおよびゲインとに割り当てら
れるビット情報量は多くなり、第２の音源を抽出する際
のインデックスの探索範囲が広がり、ゲインを量子化す
る量子化ビット数が変動して、最適な第２の駆動音源が
作られる。第３の音源の場合には、駆動音源として雑音
コードブックのコードベクトルの成分は使われないの
で、第１の状態でそれに割り当てていた情報量を適応コ
ードブックのピッチベクトルのインデックスおよびゲイ
ンのみに割り当てる。これによって、適応コードブック
のピッチベクトルのインデックスとゲインに割り当てら
れる情報量は多くなり、第１の音源を抽出する際のイン
デックスの探索範囲が広がり、ゲインを量子化する量子
化ビット数が変動して、最適な第３の音源を作成する。
このようにビット情報量の割り当て方を変え、再生信号
と重み付け入力信号との誤差電力が最小となる状態にお
いて駆動音源を作成することによって最適な駆動音源を
得ることができる。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、音源が有声音源であ
るか無声音源であるかに拘わらず最適な駆動音源を作る
ことができるので、たとえば４．８ｋｂ／ｓ程度の低ビ
ットレートにおける再生音質が従来と比較して向上す
る。この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および
利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明
から一層明らかとなろう。

【００１１】

【実施例】図１および図２を参照して、この実施例のベ
クトル駆動型音声符号化装置１０は符号化装置１０ａお
よび復号化装置１０ｂを含む。符号化装置１０ａはピッ
チベクトルを記録する適応コードブック１２ａおよびコ
ードベクトルを記録する雑音コードブック１４ａを有
し、適応コードブック１２ａから抽出されたピッチベク
トル（Ｐ）は乗算器２０ａに入力され、雑音コードブッ
ク１４ａから抽出されたコードベクトル（Ｃ）は乗算器
２０ｂに入力される。乗算器１６ａでは、ピッチベクト
ル（Ｐ）と駆動音源信号決定部１８より与えられるゲイ
ン（ｂ）とが乗算され、乗算器１６ｂでは、コードベク
トル（Ｃ）と駆動音源信号決定部１８より与えられるゲ
イン（ｇ）とが乗算される。そして、乗算器１６ａおよ
び１６ｂからの出力が加算器２０において加算され、駆
動音源信号（ｂＰ＋ｇＣ）が生成される。

【００１２】適応コードブック１２ａ，雑音コードブッ
ク１４ａ，乗算器１６ａおよび乗算器１６ｂには適応ビ
ット割当部２２ａから予め決められたビット情報量が与
えられる。この適応ビット割当部２２ａは駆動音源とし
て適応コードブックのピッチベクトル（Ｐ）の成分と雑
音コードブックのコードベクトル（Ｃ）の成分との両方
を使用する状態ａ，駆動音源として雑音コードブックの
コードベクトル（Ｃ）の成分のみを使用する状態ｂおよ
び駆動音源として適応コードブックのピッチベクトル
（Ｐ）の成分のみを使用する状態ｃのそれぞれの状態に
よってビット情報量の割り当て方を変化させる。これに
よって、適応コードブック１２ａおよび雑音コードブッ
ク１４ａのインデックスの探索範囲は変動し、また、乗
算器１６ａおよび１６ｂのそれぞれの量子化ビット数が
変動する。

【００１３】加算器２０から出力された駆動音源信号は
重み付け合成フィルタ２４ａを介して再生信号（ｂＡＰ
＋ｇＡＣ）となって比較器２６に入力される。比較器２
６ではこの再生信号と重み付け入力信号（ＡＸ）とを比
較しその誤差を誤差電力（Ｅ）として駆動音源信号決定
部１８に入力する。駆動音源信号決定部１８はこの誤差
電力が最小になるように前述の状態ａ〜ｃを選び、適応
コードブック１２ａと雑音コードブック１４ａとの中か
らそれぞれピッチベクトルとコードベクトルとを１つず
つまたはどちらか一方のみを選び出し、また、それぞれ
またはどちらか一方に乗じるゲインを決定する。そし
て、誤差電力を最小とする駆動音源信号が最適駆動音源
信号として決定され、これがフレーム遅延部２８ａを介
して適応コードブック１２ａに帰還され、適応コードブ
ック１２ａの内容が更新される。

【００１４】駆動音源を決める際に、適応コードブック
１２ａのピッチベクトル（Ｐ）の成分に対するゲイン
（ｂ）が「０」でなく、かつ雑音コードブック１４ａの
コードベクトル（Ｃ）の成分に対するゲイン（ｇ）も
「０」でない場合には、状態ａで符号化するのが最適で
ある。この場合、予め決められたビット情報量が適応ビ
ット割当部２２ａにより適応コードブック１２ａのピッ
チベクトル（Ｐ）のインデックスおよびゲイン（ｂ）な
らびに雑音コードブック１４ａのコードベクトル（Ｃ）
のインデックスおよびゲイン（ｇ）に割り当てられる。
そして、適応コードブック１２ａから抽出されたピッチ
ベクトル（Ｐ）および雑音コードブック１４ａから抽出
されたコードベクトル（Ｃ）に対し、乗算器１６ａおよ
び１６ｂでそれぞれのゲインを乗じて加算器２０で加え
合わせ駆動音源信号（ｂＰ＋ｇＣ）を生成する。

【００１５】符号化の過程では、駆動音源信号に重み付
け合成フィルタ２４ａを介して得られる再生信号（ｂＡ
Ｐ＋ｇＡＣ）と重み付け入力信号（ＡＸ）とを比較器２
６で比較する。そして、比較結果として出力される誤差
信号（Ｅ）の電力を評価関数として駆動音源信号決定部
１８がこの誤差信号（Ｅ）の電力が最小となるように、
適応コードブック１２ａおよび雑音コードブック１４ａ
を探索して最適なピッチベクトル（Ｐ₀）および最適な
コードベクトル（Ｃ₀）を決定し、さらに最適なピッチ
ベクトルのゲイン（ｂ₀）および最適なコードベクトル
のゲイン（ｇ₀）を決定する。そして、これらから駆動
音源信号が作成され、最適駆動音源信号Ａ（ｂ₀Ｐ₀＋
ｇ₀Ｃ₀）として決定される。

【００１６】駆動音源を決める際、ピッチベクトルのゲ
イン（ｂ）が「０」であり、かつコードベクトルのゲイ
ン（ｇ）が「０」でない場合には状態ｂで符号化するの
が最適である。この場合、適応ビット割当部２２ａによ
り、状態ａのとき適応コードブック１２ａのピッチベク
トル（Ｐ）のインデックスおよびゲイン（ｂ）とに割り
当てていたビット情報量を「０」にし、その分を雑音コ
ードブック１４ａのコードベクトル（Ｃ）のインデック
スおよびゲイン（ｇ）に割り当てる。これによって、雑
音コードブック１４ａの探索範囲は広がる。そして、雑
音コードブック１４ａより抽出されたコードベクトル
（Ｃ）に対して、乗算器１６ｂでゲイン（ｇ）を乗じて
駆動音源信号（ｇＣ）を生成する。

【００１７】符号化の過程では、駆動音源信号に重み付
け合成フィルタ２４ａを介して得られる再生信号（ｇＡ
Ｃ）と重み付け入力信号（ＡＸ）とを比較器２６で比較
する。そして、比較結果として出力される誤差信号
（Ｅ）の電力を評価関数として駆動音源信号決定部１８
がこの誤差信号（Ｅ）の電力が最小となるように、雑音
コードブック１４ａを探索して最適なコードベクトル
（Ｃ₁）を決定し、さらに、最適なコードベクトルのゲ
イン（ｇ₁）を決定する。そして、これらから駆動音源
信号が作成され、最適駆動音源信号Ｂ（ｇ₁Ｃ₁）とし
て決定される。

【００１８】駆動音源を決める際、ピッチベクトルのゲ
イン（ｂ）が「０」でなく、かつコードベクトルのゲイ
ン（ｇ）が「０」である場合には状態ｃで符号化するの
が最適である。この場合、適応ビット割当手段２２によ
り、状態ａのとき雑音コードブック１４ａのコードベク
トル（Ｃ）のインデックスおよびゲイン（ｇ）に割り当
てていた情報量を「０」にし、その分を適応コードブッ
ク１２ａのピッチベクトル（Ｐ）のインデックスとゲイ
ン（ｂ）に割り当てる。これによって、適応コードブッ
ク１２ａの探索範囲は広がる。そして、適応コードブッ
ク１２ａより抽出されたピッチベクトル（Ｐ）に対し
て、乗算器１６ａでゲイン（ｂ）を乗じて駆動音源信号
（ｂＰ）を生成する。

【００１９】符号化の過程では、駆動音源信号に重み付
け合成フィルタ２４ａを介して得られる再生信号（ｂＡ
Ｐ）と重み付け入力信号（ＡＸ）とを比較器２６で比較
する。そして、比較結果として出力される誤差信号
（Ｅ）の電力を評価関数として駆動音源信号決定部１８
がこの誤差信号（Ｅ）の電力が最小となるように、適応
コードブック１２ａを探索して最適なピッチベクトル
（Ｐ₂）を決定し、さらに、最適なピッチベクトルのゲ
イン（ｂ₂）を決定する。そして、これらから駆動音源
信号が作成され、最適駆動音源信号Ｃ（ｂ₂Ｐ₂）とし
て決定される。

【００２０】このようにして決定された最適駆動音源信
号Ａ〜Ｃの中で、より誤差信号の電力が最小になるもの
を最終的に伝送路３０を通じて復号化装置１０ｂに送
り、最適駆動音源信号Ｙとして用いる。最適駆動音源信
号Ａが最適駆動音源信号Ｙとして用いられる場合には、
適応コードブック１２ａから適応コードブック１２ｂに
最適なピッチベクトル（Ｐ₀）が送られ、雑音コードブ
ック１４ａから雑音コードブック１４ｂに最適なコード
ベクトル（Ｃ₀）が送られる。また、乗算器１６ａから
乗算器１６ｃに最適なピッチベクトル（Ｐ₀）のゲイン
（ｂ₀）が送られ、乗算器１６ｂから乗算器１６ｄに最
適なコードベクトル（Ｃ₀）のゲイン（ｇ₀）が送られ
る。さらに、重み付け合成フィルタ２４ａからは重み付
け合成フィルタ２４ｂにフィルタ係数が送られる。そし
て、適応ビット割当部２２ｂが、乗算器１６ｃおよび１
６ｄから入力されるゲインから状態ａであることを判断
し、適応コードブック１２ｂおよび雑音コードブック１
４ｂに対してＰ₀およびＣ₀が抽出されるようにビット
情報を与える。そして、Ｐ₀，Ｃ₀，ｂ₀およびｇ₀か
ら最適駆動音源信号Ｙ（ｂ₀Ｐ₀＋ｇ₀Ｃ₀）が作成さ
れ、重み付け合成フィルタ２４ｂを経て再生信号（Ａ
Ｙ）が得られる。

【００２１】最適駆動音源信号Ｂが最適駆動音源信号Ｙ
として用いられる場合には、雑音コードブック１４ａか
ら雑音コードブック１４ｂに最適なコードベクトル（Ｃ
₁）が送られる。また、乗算器１６ｂから乗算器１６ｄ
に最適なコードベクトル（Ｃ ₁）のゲイン（ｇ₁）が送
られる。さらに、重み付け合成フィルタ２４ａから重み
付け合成フィルタ２４ｂにフィルタ係数が送られる。そ
して、適応ビット割当部２２ｂが、乗算器１６ｃおよび
１６ｄから入力されるゲインから状態ｂであることを判
断し、雑音コードブック１４ｂに対してＣ₁が抽出され
るようにビット情報を与える。そして、Ｃ₁およびｇ₁
から最適駆動音源信号Ｙ（ｇ₁Ｃ₁）が作成され、重み
付け合成フィルタ２４ｂを経て再生信号（ＡＹ）が得ら
れる。

【００２２】最適駆動音源信号Ｃが最適駆動音源信号Ｙ
として用いられる場合には、雑音コードブック１２ａか
ら雑音コードブック１２ｂに最適なピッチベクトル（Ｐ
₂）が送られる。また、乗算器１６ａから乗算器１６ｃ
に最適なピッチベクトル（Ｐ ₂）のゲイン（ｂ₂）が送
られる。さらに、重み付け合成フィルタ２４ａから重み
付け合成フィルタ２４ｂにフィルタ係数が送られる。そ
して、適応ビット割当部２２ｂが、乗算器１６ｃおよび
１６ｄから入力されるゲインから状態ｃであることを判
断し、雑音コードブック１２ｂに対してＰ₂が抽出され
るようにビット情報を与える。そして、Ｐ₂およびｂ₂
から最適駆動音源信号Ｙ（ｂ₂Ｐ₂）が作成され、重み
付け合成フィルタ２４ｂを経て再生信号（ＡＹ）が得ら
れる。

【００２３】なお、復号化装置１０ｂにおいても最適駆
動音源信号Ｙはフレーム遅延部２８ｂを介して適応コー
ドブック１２ｂに帰還され、適応コードブック１２ｂの
記録内容が適応コードブック１２ａの記録内容と同じに
なるように更新される。また、上述の実施例では、ベク
トル駆動型音声符号化装置について述べたが、同様の方
式を用いてコンピュータシミュレーションによって符号
化および復号化を行うことも可能である。この場合、駆
動音源決定部１８，適応ビット割当部２２ａおよび適応
ビット割当部２２ｂの動作はソフトウェアによって行わ
れ、他の構成部の動作はハードウェアあるいはソフトウ
ェアによって行われる。したがって、駆動音源信号決定
に利用される誤差信号は電力に限られるものではない。
また、この場合には、符号化の前段で重み付け入力信号
をアナログ／ディジタル変換する必要があることはいう
までもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のベクトル駆動型音声符号
化装置の符号化装置を示すブロック図である。

【図２】この発明の一実施例のベクトル駆動型音声符号
化装置の復号化装置を示すブロック図である。

【図３】従来のベクトル駆動型音声符号化装置の符号化
装置を示すブロック図である。

【図４】従来のベクトル駆動型音声符号化装置の復号化
装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ …ベクトル駆動型音声符号化装置１０ａ …符号化装置１０ｂ …復号化装置１２ａ，１２ｂ …適応コードブック１４ａ，１４ｂ …雑音コードブック１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ …乗算器１８ …駆動音源信号決定部２０ …加算器２２ａ，２２ｂ …適応ビット割当部２４ａ，２４ｂ …重み付け合成フィルタ２６ …比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉下正蔵大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動音源として、適応コードブックから抽
出されるピッチベクトルの成分と雑音コードブックから
抽出されるコードベクトルの成分とを使用する第１の音
源と、前記雑音コードブックのコードベクトルの成分の
みを使用する第２の音源と、前記適応コードブックのピ
ッチベクトルの成分のみを使用する第３の音源とを作成
する駆動音源作成手段、前記第１，第２および第３の音源に応じて情報量を前記
適応コードブックの前記ピッチベクトルのインデックス
およびゲインならびに前記雑音コードブックの前記コー
ドベクトルのインデックスおよびゲインに適応的に割り
当てる適応ビット割当手段、前記駆動音源を重み付け合成手段に通して得られる再生
信号と重み付け入力信号とを比較する比較手段、および
前記比較手段による比較結果に応じて前記第１，第２お
よび第３の音源のいずれかを決定する駆動音源決定手段
を備える、ベクトル駆動型音声符号化装置。