JPH0612099A - 線形予測符号化を用いた符号化方式における音声信号の質を改善するための方法 - Google Patents

線形予測符号化を用いた符号化方式における音声信号の質を改善するための方法

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JPH0612099A
JPH0612099A JP5064011A JP6401193A JPH0612099A JP H0612099 A JPH0612099 A JP H0612099A JP 5064011 A JP5064011 A JP 5064011A JP 6401193 A JP6401193 A JP 6401193A JP H0612099 A JPH0612099 A JP H0612099A
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JP5064011A
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Pekka Kapanen
カパネン ペッカ
Yrjo Neuvo
ヌーボー ユルヨー
Kari Jarvinen
イェールビネン カーリ
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Nokia Oyj
Original Assignee
Nokia Mobile Phones Ltd
Nokia Telecommunications Oy
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/04—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using predictive techniques
    • G10L19/06—Determination or coding of the spectral characteristics, e.g. of the short-term prediction coefficients

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  • Acoustics & Sound (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 線形予測に基づく音声符号化方式の質を改善
するための方法を提供する。 【構成】 音声の短期スペクトル行動を表わすパラメー
タが、受信機内の非線形修正ブロックで処理される。前
記修正ブロックは、中央値オペレーションの助けを借り
てパラメータの非線形修正に影響を与え、その修正は、
相当量の送信誤りがパラメータ中に現れる場合に限り実
行される。この非線形修正で、伝送線に沿ってパラメー
タ中で引起される、復号器において合成されるべき音声
信号に対する送信誤りの影響は減少する。したがって、
スペクトル行動を表わすパラメータを、それらが相当数
の送信誤りを含んでいる場合でも、音声信号を合成する
ために使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の目的は、線形予測符号化
を用いた音声符号化方法の質を改善するための方法を提
供することである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】線形予
測符号化（ＬＰＣ）は音声符号化においてよく知られ広
く用いられている方法である。
【０００３】従来技術による解決策のインプリメンテー
ションを示す添付の図１を参照して、以下、この従来技
術を説明する。
【０００４】図１は、線形予測符号化に基づく、従来技
術による音声信号符号器のブロック図を示す。入ってく
る信号ｓ（ｎ）１００は、符号器においてブロック毎に
処理される。ブロックの長さＮは、一般に、約１０〜３
０ｍ／秒までの間で選択される。音声信号１００のサン
プリング周波数は一般に８ｋＨｚで、これによって８〜
１２程度の実行回数で線形予測符号化モデルには十分で
ある。ＬＰＣパラメータ（すなわちフィルタ係数）は、
ＬＰＣアナライザ１０３において音声信号１００の各ブ
ロックに対して計算される。この係数は、直接型フィル
タタイプの係数ａi （ｉ＝１，２，…，Ｐ）で可能であ
る。ここで、Ｐは、使用されるＬＰＣモデルの実行回数
である。ＬＰＣモデルのフィルタは、しばしば、フレー
ム構造フィルタを用いて実現される。そしてこのフィル
タに対して、直接型フィルタ係数はいわゆる反射係数ｒ
ｃi （ｉ＝１，２，…，Ｐ）に変換される。計算された
フィルター係数は量子化され、ブロック１０６に入力さ
れ、このブロックで多重化および誤り訂正符号化が行な
われる。
【０００５】ＬＰＣアナライザ１０３において関連ブロ
ックについて計算されたフィルタ係数値を用いて、音声
信号１００の各ブロックが分析フィルタ１０１で濾波さ
れるように、符号化された音声信号１００は、分析フィ
ルタ１０１に入力される。復号化において用いる合成フ
ィルタリングにおいて適用されるオペレーションとは逆
に分析フィルタのオペレーションを行なうために、量子
化されたフィルタ係数が（量子化されない値が使用可能
である場合でさえ）分析フィルタ１０１において用いら
れる。量子化ブロック１０４の出力は、非量子化ブロッ
ク１０５へ、そしてさらに分析フィルタ１０１へと入力
され、分析フィルタ１０１においてフィルタ係数として
用いられる。前記音声信号ブロック１００に対する分析
フィルタ１０１の出力値として、いわゆる予測誤りが得
られる。この予測誤り信号は量子化装置１０２を用いて
量子化され、やはり、回線多重化装置１０６へ導かれ、
さらに、遠隔通信チャネル１０７へ伝送される。
【０００６】ＬＰＣモデルの予測誤りを復号器にどのよ
うに伝送するかによって、いくつかの符号化法を音声信
号に用いることができる。予測誤りの各サンプルを別々
に量子化する場合、これは残差励起予測符号化（ＲＥＰ
Ｃ、例えば米国特許第４２２０８１９号参照）として公
知である。最も効果的な線形予測符号化法としてはいわ
ゆる分析合成技術が採用されている。この技術において
は、種々の励起オプション（すなわち、量子化された誤
り信号）を介して符号器中で音声信号の合成を行なうこ
とにより、また、復号器への伝送にとって最良の合成結
果を生み出す励起を選択することによって、適切な量子
化されたプレゼンテーションが予測誤りに対して設定さ
れる。
【０００７】分析合成探索を用いて、ごく小さな数だけ
０に対して偏差を持つサンプル値を含む予測誤りのため
のプレゼンテーションを探索するとき、これは多重パル
ス符号化（ＭＰＣ、例えば、米国特許第４４７２８３２
号参照）として公知である。また、符号励起線形予測
（ＣＥＬＰ、例えば、米国特許第４８１７１５２号参
照）では、各予測誤りブロックからのベクトルプレゼン
テーションが採用されている。これによって分析合成技
術の助けを借りて最適化された励起は、０に対して相当
の偏差を持つサンプル値を含むこともあり、同時に、し
かしながら、異なる励起結合の数は、低速の伝送速度が
必要とする少ない数に限定される。
【０００８】送信誤りが伝送チャネルにおいて発生した
場合、ＬＰＣ法を用いて伝送される音声信号の質は相当
に低下する。特に、できるだけ最良の質を音声信号とし
て得ようとする場合、移動体無線通信の雑音のあるチャ
ネルにおいて、符号化法により送信誤りをできるだけ効
率的に克服できることが不可欠である。特殊な誤り訂正
符号化を用いることにより、送信誤りから保護すること
は可能である。この場合、音声信号を示すパラメータに
加えて、誤り訂正において用いられる付加ビットが受信
機に伝送される。しかし、このような付加的な誤り訂正
情報の伝送によって、実際の音声符号化のために使用可
能なビット数が減少することが原因で、音声符号化それ
自体によって引起される音声信号の歪みが増加する。一
方、伝送された符号化パラメータの全てを、誤り訂正符
号化によって有効に保護できるとは限らない。したがっ
て、送信誤りの影響の減少が、パラメータそれ自身の符
号化の助けを借りて生じ、かつ、チャネル容量を低下さ
せる付加情報の伝送なしにインプリメントすることがで
きることが望ましい。送信誤りの諸影響がこのように減
少することは、それ自体で機能したり、別個の誤り訂正
符号化と組合わされて機能する。本発明の目的は、音声
信号に伴う線形予測符号化の質を改善するための方法を
提供し、上記の欠点および問題点を解決することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】これを達成するために、
本発明は以下の２点を特徴とする。すなわち、（１）音
声の短期スペクトル行動(spectrum behavior) を表わす
復号されたフィルタ係数は非線形修正ブロックで処理さ
れ、これによって、この係数に対する中央値オペレーシ
ョンの助けを借りて非線形処理が行なわれること；及び
（２）フィルタ係数の非線形修正は、フィルタ係数を表
わすパラメータが相当数の送信誤りを含む場合に限り、
修正が起動されるように制御されること。
【００１０】中央値オペレーションそれ自体は、例え
ば、刊行物、Ｊ．Ａｓｔｏｌａ，Ｐ．Ｈｅｉｎｏｎｅ
ｎ，Ｙ． Ｎｅｕｖｏ，「ベクトル中間フィルタ」（Ｐ
ｒｏｃ．ＩＥＥＥ，第７８巻，１９９０年４月、ｐ．６
７８〜６８９）、及び、Ｐ．Ｈａａｖｉｓｔｏ，Ｍ．Ｇ
ａｂｂｏｕｊ，Ｙ．Ｎｅｕｖｏ，「中央値に基づくべき
等元フィルタ」（回路とシステムとコンピュータジャー
ナル，第１巻、Ｎｏ．２、１９９１年、ｐ．１２５〜１
４８）に記載されている。
【００１１】送信誤りを生じる伝送チャネルにおいて受
信機へモデルの予測係数が伝送されるＬＰＣモデリング
を用いる全ての符号器に対して、本発明による方法を適
用することができる。
【００１２】
【実施例】本発明を、添付図面を参照して、以下より詳
細に説明する。
【００１３】図１は上記で説明されている。本発明によ
る解決法のインプリメンテーションを示す図２〜図５を
参照して、以下、本発明による解決法を説明する。
【００１４】図２は、本発明による復号器のブロック図
を示す。この復号器は、その機能に関しては、非線形修
正の利用法に対応するものであるが、従来の諸技術によ
る線形予測に基づく復号器は含まれていない。従来の諸
技術による線形予測に基づく符号器の復号部において果
たされる諸機能は、図１に示されているように、符号化
のために果たされる機能に対して逆の機能である。種々
の符号化パラメータがビット・ストリームから非多重化
され、復号器へ伝送され非量子化される。音声信号は、
分析フィルタタイプの符号器の逆オペレーションを行な
う合成フィルタを用いて、復号器で合成される。非量子
化された予測誤り信号は、合成フィルタへの励起信号と
して用いられ、その係数は伝送された予測係数を非量子
化することにより与えられる。合成された音声信号は合
成フィルタの出力部から得られる。
【００１５】復号器で受信されたビット・ストリーム２
００は、多重分離装置２０１へ入力される。多重分離装
置２０１から得られたＬＰＣパラメータプレゼンテーシ
ョンは、非量子化装置２０４において非量子化される。
ＬＰＣパラメータは、修正ブロック２０５へ転送され、
そこから、受信され処理されたパラメータ値は合成フィ
ルタ２０３へ係数として入力される。ＬＰＣパラメータ
に加えて、予測誤り信号が多重分離装置２０１から得ら
れ、この信号は非量子化装置２０２で非量子化され、励
起信号として合成フィルタ２０３へ入力される。復号さ
れた音声信号ｓ’（ｎ）は合成フィルタ２０３の出力２
０６から得られる。
【００１６】本発明による修正ブロック２０５を用い
て、復号器で合成される音声信号の質に対する、伝送信
号に伴ってスペクトルパラメータにおいて発生した送信
誤りの影響を減らすことができる。非線形修正の助けを
借りて、送信誤りを含むパラメータを合成フィルタリン
グにおいてこのように利用し、高品質の音声信号を生み
出すことができる。
【００１７】修正ブロック２０５の作動は、チャネルの
送信誤り回数に関する情報によって制御され、また、こ
の情報は誤り訂正復号化から得られる。スペクトルパラ
メータでの送信誤り回数が相当数の場合にのみ、整形ブ
ロック２０５が起動される。修正オペレーションは実行
されない。すなわち、もし伝送接続が完全であるか、Ｌ
ＰＣパラメータ中の誤りが、音声信号の質を本質的に低
下させなければ、非量子化されたＬＰＣパラメータは、
さらに利用されるべく、直接合成フィルタ２０３へ入力
される。
【００１８】修正ブロック２０５のオペレーションは、
送信誤りを含む値の識別、および、中央値オペレーショ
ンの助けを借りて、使用可能な値でそれらを置換するこ
とに基づく。整形は、いくつかの連続音声フレームのＬ
ＰＣパラメータ値の助けを借りて実行される。この手順
を、次の典型的な実施例でより綿密に説明する。
【００１９】ＬＰＣパラメータに基づく方法を用いるこ
とによって、誤りとして分類されるフレーム数を減らす
ことができ、したがって、別個の置換手順を用いて誤っ
たフレームを交換する必要はほとんどなくなる。
【００２０】この方法は、付加的な誤り訂正情報の伝送
を必要とせず、そのため送信容量に対する負荷を引起さ
ない。必然的に、この方法は、図２に例示されるよう
に、ＬＰＣパラメータの復号部分にインプリメントする
ことによって、線形予測に基づく音声符号器に接続する
ことが容易である。
【００２１】図３は、この発明による音声符号器の非線
形修正ブロックのブロック図である。この処理は中央値
オペレーションに基づく。非量子化装置から得られたＬ
ＰＣパラメータプレゼンテーションは、整形ブロック３
０１の入力部３００へ入力される。分類オペレーション
は、各ＬＰＣパラメータのＮ連続パラメータ値の間で実
行される。分類ブロック３０３は、その出力値３０２と
して分類器３０３の前記Ｎ入力値の中央値を与える。す
なわち、ここで、Ｎ＝２ｋ＋ｌならば出力値３０２は、
分類器の入力値Ｉ1 ，Ｉ2 ，…，Ｉ2k＋1 の値中の（ｋ
＋１）番目の最大値である。この図による非線形処理
は、伝送チャネルで伝送される各ＬＰＣ係数に対して、
並列的に、かつ別個に実行される。単位遅延シンボル３
０４はＬＰＣパラメータの計数率を参照するのであっ
て、音声信号の抜取率を参照するのではないことに注意
すべきである。
【００２２】図４は、この発明による音声符号器の非線
形修正ブロックの代替インプリメンテーションを示す。
この処理は、再帰的中央値オペレーションに基づく。し
たがって、分類器４０３の出力値４０２は、分類ブロッ
ク４０３へ入力され処理される。処理されるべきＬＰＣ
パラメータ値は、整形ブロック４０１の入力部４００へ
入力される。再帰処理において、分類器４０３の先行出
力値４０２（これは分類器４０３の（ｋ＋１）番目の先
行入力値ではない）は、整形ブロック４０１の入力部４
００から、すなわち、分類器４０３の入力値の左から見
て、（ｋ＋２）番目の入力側に入力される。
【００２３】再帰処理によって、修正ブロック４０１の
オペレーションを強めることができ、これによって、修
正によって引起された遅延の平衡がとれるように、短い
分類オペレーションを利用することが可能になる。この
場合においても、処理は、各ＬＰＣパラメータに対して
別個に実行される。復号器での３つの入力値の分類オペ
レーションに対してでも、良好な修正結果が得られる。
また、再帰処理によって、修正により引き起こされる計
算上の負荷を少なくすることもできる。
【００２４】修正ブロック４０１中のＬＰＣパラメータ
ベクトルの最も重要な値だけの処理を実行することによ
って（すなわち音声信号の最近接サンプル値に対する依
存度を表わすＬＰＣパラメータだけを処理することによ
って、また、その他のＬＰＣパラメータを修正せずに、
合成フィルタにそれらを伝送することによって）、この
方法によって引起される計算上の負荷をさらに少なくす
ることができる。たとえば、８度モデリングを用いる場
合、修正ブロック４０１中の３つ乃至４つの最も低いＬ
ＰＣパラメータを処理することによって、各々８つのパ
ラメータを処理するのとほとんど同様の良好な結果が得
られる。
【００２５】図５は、この発明によるベクトルタイプの
非線形修正ブロックのブロック図を示す。この修正法
は、ＬＰＣパラメータのベクトル処理をインプリメント
する。予測係数が、入力信号の各ブロックに対して同時
に計算される１セットのパラメータであるため、それら
は本質的にベクトルタイプである。当然のことである
が、予測ベクトルＸ n を各フレームｎに形成することが
できる。たとえば、反射率プレゼンテーションが用いら
れる場合、このベクトルは反射率値（ｒｃ1 （ｎ），ｒ
ｃ2 （ｎ），…，ｒｃp （ｎ））を含んでいる。
【００２６】パラメータの各セットは、ベクトル整形ブ
ロック５０１の入力部５００へ入力されるベクトルとし
て処理される。音声という点から見ると、非量子化され
た反射率ベクトルＸ n ５０３を直接用いて得られる以上
に、修正ブロック５０１の出力値５０２のベクトルＹ n
中に含まれる処理された反射率値を合成フィルタへ入力
する方が、送信誤りが含まれているチャネルにおいては
より高い音質を得られる。
【００２７】ベクトル整形において、出力ベクトルは、
ベクトル中央値オペレーションを行ない、反射率ベクト
ル（Ｘ n ，Ｘ n-1 ，…，Ｘ n-k ）の助けを借りて形成さ
れる。ベクトル中央値オペレーションは、一方のＫベク
トルまでの各ベクトルＸ i の距離を計算すること、およ
び他のベクトルまでの最小距離を与えるベクトルを設定
することとにより実行される。ベクトルの距離は、ベク
トルの成分の距離の和として計算される。距離測定は、
反射率ベクトルの最低成分がより高いベクトルより有意
になるように重みを加えることができる。分類器の入力
値に修正ブロック５０１の先行出力ベクトルを含ませる
ことにより、ベクトル中央値オペレーションを再帰的に
実行することも同様に可能である。
【００２８】
【発明の効果】本発明によるこの方法は、線形予測、す
なわち線形予測符号化法を用いるすべての方法において
用いることができる。この発明による非線形修正法を用
いることによって、音声信号における中断の可能性を減
らすことが可能になる。
【００２９】本発明による修正法の助けを借りて、ＬＰ
Ｃモデルによる予測係数が相当数の送信誤りをなお含ん
でいる場合でも、音声信号の合成においてこの予測係数
を用いることができる。受信機における音声信号の合成
において、この修正法がなければ無用のものとして分類
されるビット・ストリームを、本発明の助けを借りて利
用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用しない従来の線形予測による音声
信号符号器のブロック図である。
【図２】本発明による復号器のブロック図である。
【図３】本発明による音声符号器の非線形修正ブロック
のブロック図である。
【図４】本発明による音声符号器の非線形修正ブロック
の代替インプリメンテーションを示す。
【図５】本発明によるベクトルタイプの非線形修正ブロ
ックのオペレーションを示す。
【符号の説明】
１００…音声信号 １０１…分析フィルタ １０３…ＬＰＣアナライザ １０４…量子化ブロック １０５…非量子化ブロック １０６…回線多重化装置 １０７…遠隔通信チャネル ２００…ビット・ストリーム ２０１…多重分離装置 ２０２…非量子化装置 ２０３…合成フィルタ ２０４…非量子化装置 ２０５…非線形修正（整形）ブロック ３０１…非線形修正（整形）ブロック ３０３…分類器 ３０４…単位遅延シンボル ４０１…非線形修正（整形）ブロック ４０３…分類器 ５０１…修正（ベクトル整形）ブロック ５０３…反射率ベクトル
フロントページの続き (72)発明者 ペッカ カパネン フィンランド国，エスエフ−33720 タン ペーレ，ネイッテリイェンカテュ 21 セ ー 23 (72)発明者 ユルヨー ヌーボー フィンランド国，エスエフ−33720 タン ペーレ，パルカノンカテュ ３ (72)発明者 カーリ イェールビネン フィンランド国，エスエフ−33100 タン ペーレ，カリカテュ １ ベー 23

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 線形予測符号化に伴う音声信号の質を改
    善するための方法であって、符号化パラメータ係数（す
    なわちＬＰＣフィルタタイプ（ＬＰＣ＝線形予測符号
    化）と励起信号）の多重分離と非量子化及び合成フィル
    タでの音声信号の合成から復号化が構成され、受信励起
    信号がフィルタの入力部へ入力され、受信ＬＰＣパラメ
    ータがフィルタ係数値としてセットされる方法におい
    て、 音声の短期スペクトル行動を表わす復号されたフィルタ
    係数が、そのフィルタ係数に対する中央値オペレーショ
    ンの助けを借りて非線形処理を行なう非線形修正ブロッ
    ク（２０５）において処理されること、及び、 フィルタ係数の非線形修正（２０５）が、フィルタ係数
    を表わすパラメータが相当数の送信誤りを含んでいる場
    合に限り、この修正（２０５）が起動されるように制御
    されること、 を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ＬＰＣパラメータプレゼンテーション
    が、非線形修正ブロック（３０１）の入力部（３００）
    へ入力され、分類オペレーションが、Ｎ連続パラメータ
    値の間で実行され、その出力値（３０２）として、前記
    Ｎ値の中央値を生みだすこと、及び、非線形修正が、各
    々の復号されたＬＰＣ係数へ別個に実行されること、を
    特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 非線形修正ブロック（４０１）が、再帰
    的な中央値オペレーションを用い、これによって、分類
    器（４０３）の先行出力値（４０２）が、修正ブロック
    （４０１）の入力部（４００）から見て、分類器（４０
    ３）の入力値の（ｋ＋２）番目に入力されることを特徴
    とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 各ＬＰＣパラメータセットが、修正ブロ
    ック（５０１）においてベクトル（５０３）として同時
    に処理され、それによって、各ベクトルＸ iとその他の
    Ｋベクトルまでの距離が計算され、他のベクトルまでの
    最短距離を提供するベクトルが設定され選択されて、復
    号器の合成フィルタリングにおいて用いられるように、
    出力ベクトルが、ＬＰＣパラメータベクトルＸ n ，Ｘ
    n-1 ，…，Ｘ n-K の助けを借りて形成されることを特徴
    とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 音声信号の最近接サンプル値に対する依
    存度を表わすＬＰＣパラメータだけを、非線形修正ブロ
    ック（２０５）において処理し、その他のパラメータ
    は、修正ブロック（２０５）で処理せずに、合成フィル
    タ（２０３）へ伝送することを特徴とする請求項１から
    請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ディジタル復号器であって、復号化が、
    線形予測符号化の線形符号化パラメータおよび励起信号
    の多重分離並びに非量子化から、及び、合成フィルタで
    の音声信号の合成から構成され、前記復号器が、入って
    くるビット・ストリーム（２００）を受信する入力部
    と、一方でビット・ストリームからのＬＰＣパラメータ
    プレゼンテーション、他方で、予測誤り信号を生み出す
    多重分離装置（２０１）と、多重分離装置（２０１）に
    接続され前記パラメータプレゼンテーション及び前記予
    測誤り信号を非量子化する非量子化装置（２０４，２０
    ２）と、及び、これらの非量子化された信号を受信する
    合成フィルタ（２０３）と、を含むものにおいて、 非線形修正ブロック（２０５）がＬＰＣパラメータ非量
    子化装置（２０４）と合成フィルタ（２０３）との間に
    設けられており、前記修正ブロックは、合成フィルタの
    フィルタ係数の非線形修正を行なうことと、フィルタ係
    数を表わすパラメータが相当数の送信誤りを含んでいる
    場合に限り起動されることとのために採用されているこ
    と、を特徴とするディジタル復号器。
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