JPH0731280Y2 - 符号化音声信号の処理装置 - Google Patents

符号化音声信号の処理装置

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JPH0731280Y2
JPH0731280Y2 JP1994002435U JP243594U JPH0731280Y2 JP H0731280 Y2 JPH0731280 Y2 JP H0731280Y2 JP 1994002435 U JP1994002435 U JP 1994002435U JP 243594 U JP243594 U JP 243594U JP H0731280 Y2 JPH0731280 Y2 JP H0731280Y2
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  • Reduction Or Emphasis Of Bandwidth Of Signals (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本考案は、デジタル通信、より詳細にはデ
ジタル通信システム内のノイズの影響を減少するために
使用される信号処理に関する。
【0002】
【考案の背景】デジタル チャネルを通じての伝送を行
なうための符号化には、入力のサンプリング、サンプル
の量子化、及び個々の量子化サンプルに対するデジタル
符号の生成が含まれる。入力の複製はその入力に対応す
るデジタル符号を時間シーケンスの信号サンプルに復号
し、このサンプル シーケンスをロー パス フィルタ
リングすることによって生成される。当技術において周
知のごとく、あるタイプの信号、例えば、音声パターン
は高い相関性を持つため音声の部分を過去の値から予測
できる。そして、このタイプの信号が予測可能なことを
利用して、チャネルのビット率を大きく減少することが
できる。
【0003】合衆国特許第3,631,520号に開示
の信号の予測符号化には一連の信号サンプルからの予測
パラメータの生成及びこうして生成されたパラメータ及
び前の信号サンプルを使用しての個々のサンプルに対す
る予測値の生成が含まれる。個々のサンプルとその予測
値の間の差が量子化及び符号化されて受信機に送くら
れ、ここでこの差信号が復号され受信機内で生成された
対応する予測値と結合される。
【0004】信号サンプルの量子化は周知のごとくセッ
トの所定の振幅レベルの最も近いものを選択することに
よって遂行される。しかし、量子化において導入される
近似がノイズのようなひずみを与える結果となる。この
量子化ノイズは量子化された信号と量子化されない信号
の間の差に対応するエラー信号を生成し、信号サンプル
をこのエラー信号に応答して所定の方法によって修正す
ることによって減少することができる。この修正によっ
て全体の量子化ノイズ レベルには影響を与えることな
く、このノイズがこの影響が最も小さくなる信号スペク
トルの特定の部分に集中するように整形される。音声信
号では、量子化ノイズは音声信号スペクトルのホルマン
ト領域に集中化される。この結果、ノイズがマスクさ
れ、リスナーによって知覚されないようになる。
【0005】合衆国特許第4,133,976号は信号
のデジタル符号化の際に量子化ノイズを音声信号スペク
トル内に再分布するための回路を開示する。デジタル符
号化システムの中にこのような回路を使用することによ
って知覚される量子化ノイズを大きく減少することがで
きる。しかし、ここに開示の回路構成は比較的複雑であ
り、また通信システムが所定のビットレートには動作す
ることを要求する。本考案の目的はビットレートが変化
する通信下において量子化ノイズの影響を減少できる改
良されたデジタル信号符号化回路を提供することにあ
る。
【0006】
【考案の要旨】本考案は予測的に復号された信号を生成
するため予測復号器、並びにセットの予測パラメータ信
号及び通信システムのビットレートを表わす信号を生成
するための装置を含む信号通信システムに関する。該通
信システムのビットレート信号に応答して複数の制御信
号が生成され、この予測的に復号された信号がこの制御
信号及び予測パラメータ信号に応答して修正される。
【0007】本考案の一面によると、この修正装置はス
ペクトル修正装置であり、このスペクトル修正装置は予
測パラメータ信号及び検出されたビットレートに応答し
て予測的に復号された信号成分を持つスペクトル領域を
増幅し、残りのスペクトル領域を減衰するためのスペク
トルフィルタを含む。これにより、このスペクトル領域
内の信号対暗ノイズ比が向上され、残留するノイズ ス
ペクトルは予測的に復号された信号スペクトルの領域に
おいて信号のように知覚される結果となる。
【0008】
【詳細な説明】図1には本考案の一例としてのデジタル
音声通信システムの全体ブロック図が示される。図1に
示されるごとく、音声信号がトランジューサ100によ
ってアナログ電気信号に変換される。予測符号器110
はトランジューサ100からのアナログ信号に対応する
デジタル符号化信号のシーケンスを生成する。当分野に
おいて周知のごとく、符号器110は音声パターンに固
有の冗長を利用することによって、伝送に必要とされる
デジタル符号率を減少するために使用される。この符号
器は入力信号の個々の一連の時間フレーム期間に対する
セットの予測パラメータを生成し、この予測パラメータ
及びその期間の一連の信号サンプルに応答して符号化さ
れた信号のシーケンスを生成するための回路を含む。こ
の符号化された信号はデジタル チャネル120を通じ
て伝送され、デジタル復号器130によって受信され
る。
【0009】復号器130は受信された符号化信号から
予測パラメータを生成し、符号化信号と予測パラメータ
を結合することによって符号器110に加えられた信号
に対応する符号化信号のシーケンスを生成する。復号器
130の出力は符号器110内での入力信号の量子化に
起因するノイズを含む。本考案においては、出力信号の
品質に対する量子化ノイズの影響が軽減されるように復
号器130からの信号出力を修正するためにポスト フ
ィルタ140が使用される。これはポスト フィルタ1
40に復号器130内で生成される予測パラメータ信号
a、b及び伝送チャネルの現在のビットレートに対応す
る信号α、βを加え、この予測パラメータ及びビットレ
ートの両方に応答してポスト フィルタの特性を整形す
ることによって達成される。
【0010】復号器130からの予測パラメータは復号
器出力信号のスペクトルの指標であり、スペクトルの出
力信号に相当する部分を強調し、スペクトルの他の部分
を抑えるのに使用される。ビットレートに対応する信号
α、βは復号器130からの出力信号を予測パラメータ
によってどの程度修正すべきかを決定する。このビット
レートに対応する信号はビットレートが伝送チャネル上
の通信量に応じて調節されるデジタル通信システムにお
いて必要となる。図1のポスト フィルタは復号器と独
立した装置として示されるが、これはポスト フィルタ
動作に必要とされる復号器信号が効率的に使用できるよ
うに復号器の一部とすることもできる。
【0011】図2には図1の回路に使用することが可能
な予測音声符号器回路が示される。音声信号s(t)は
トランジューサ201からフィルタ及びサンプリング回
路203に加えられ、ここで信号s(t)がろ波及び所
定の速度にてサンプリングされる。回路203は、例え
ば、4kHz のカット オフ周波数を持つロー パスフィ
ルタ及び8kHz のサンプリング速度を持つサンプラーを
含む。フィルタ及びサンプリング回路203からの一連
のサンプルs(n)はアナログ−デジタル変換器205
に加えられ、ここで個々のサンプルs(n)に対してデ
ジタル符号x(n)が生成される。以下の信号
【数1】の予測値を表わす符号化信号が生成される。
【数2】 ここで
【数3】 であり、y(n)は再構成出力を表わす。加算回路20
6内で信号x(n)から
【数4】が引かれる。この結果としての差信号が量子化
器210内で量子化され、この量子化された信号が符号
器260内で選択されたビットレートにて符号化され
る。符号化された信号u′(n)は次に伝送チャネル2
70に加えられる。
【0012】信号u(n)の冗長を減少するための図2
の予測信号生成装置は予測パラメータ発生器220、オ
ール ゼロ予測器230、オール極予測器240並びに
加算回路245及び250を含む。予測パラメータ信号
発生器220は以下に従って極及びゼロ予測信号を生成
する。
【数5】 この予測パラメータ発生器は、例えば、テキサス イン
ストル−メンツ社(Texas Instruments)によって製造の
パラメータを生成するために使用される永久に格納され
たセットの命令を持つTMS320信号プロセッサデバ
イスのようなマイクロプロセッサ装置を含む。また任意
の周知の予測パラメータ発生器装置を使用することもで
きる。オール ゼロ予測器230は式1(c)に従って
信号を生成するのに使用される。
【0013】オール ゼロ予測器は図7に示される回路
から構成されるが、これは桁送りレジスタ710、掛け
算器回路720−1から720−6及び加算回路730
を含む。図7において、信号u(n)は桁送りレジスタ
710の入力に加えられ、ここで連続的に遅延される。
桁送りレジスタからの遅延された出力に回路720−1
から720−6内で係数bj が掛けられる。この加算器
からの出力は加算器730内で信号xz(n)を生成す
るために加算される。
【0014】オール極予測器240は式(1b)の出力
信号
【数6】を生成する。このオール極予測器は図8に示さ
れる構成にて実現される。図8において、信号y(n)
が桁送りレジスタ810に加えられ、ここからの一連の
遅延出力に掛け算器820−1から820−2内で係数
ajが掛けられる。掛け算器の出力信号は加算器830
内で
【数7】を生成するために加算される。
【数8】を持つ量子化器からの量子化差信号u(n)が
予測パラメータ信号発生器220、オールゼロ予測器2
30及び加算回路245に加えられる。予測パラメータ
発生器220は量子化差信号と加算器245の出力を式
(2)及び(3)に従って結合して、セットのゼロ予測
パラメータ及びセットの極予測パラメータを生成す
る。このパラメータ信号はオール極予測器240に加
えられ、パラメータ信号はオール ゼロ予測器230
に加えられる。予測器230は量子化差信号を修正し
て、この出力
【数9】を加算回路250に加える。予測器240は加
算器245の出力を受信して、加算器250に極予測信
【数10】を加える。次に現在の予測出力信号
【数11】が加算器206に加えられる。
【0015】別の方法として、図2の適応符号器の機能
は図9に示されるような信号プロセッサによって遂行す
ることもできる。この装置はバス950、例えば、TM
S320信号プロセッサのタイプのマイクロプロセッサ
910、予測符号器プロセスを制御するための周知のプ
ログラム命令が永久的に格納された読出し専用メモリ9
20、入力−出力インタフェース回路930及びランダ
ム アクセス メモリ940を含む。
【0016】図2の符号器260は量子化器210から
のデジタル信号を選択されたビットレートにてチャネル
270を通じて伝送するために適するデジタル符号に変
換するのに使用される。このビットレートはチャネル上
の通信量に応じて調節することができる。チャネル ビ
ットレートは、例えば、通常の通信量の状態においては
量子化器210からの出力信号当たり4ビットとし、通
信量の増加に伴って、2あるいは3ビットに減少され
る。当技術において周知のごとく、伝送される信号の品
質はビットレートが減少するとこれに比例して減少す
る。本考案においては、音声信号の予測特性と伝送ビッ
トレートがこの符号器と関連するフィルタ内で信号の品
質を維持するために使用される。先行技術による符号器
においても量子化ノイズフィルタ機能が含まれるが、こ
れらフィルタ機能はコストを上げ、符号器を複雑にし、
また伝送チャネルのビットレートの変化に容易に対応す
ることができないという欠点を持つ。
【0017】図3にはデジタル復号器130がブロック
図にてより詳細に示される。図3に示されるように、復
号器回路301からの信号u″(n)は加算回路31
0、オール ゼロ予測器305、予測パラメータ発生器
325及びビットレート検出器330に加えられる。予
測パラメータ発生器325はこれに加えられる一連の信
号u″(n)に応答して、式(2)及び(3)に従って
予測パラメータ信号及びを再構成する。
【0018】オール ゼロ予測器305は信号u″
(n)及び発生器325からの予測パラメータ信号a′
に応答して、式1(c)に従ってオール ゼロ予測信号
を生成する。このゼロ予測信号は加算回路320内でオ
ール極予測器315の出力と加算され、この総和予測信
号が加算器310の入力に加えられる。加算器310内
で生成される入力信号u″(n)と加算器320からの
予測信号の総和はオール極予測器315に入力として加
えられる。このオール極予測器は加算器310からの出
力を発生器325からの極予測パラメータ信号b′に応
答して修正する。復号器動作の全ては図9のプロセッサ
装置を使用して、この復号器機能を遂行するための付録
Aに示される永久的に格納された命令に従って達成する
こともできる。
【0019】ビットレート検出器330は伝送チャネル
から受信される符号に応答してポスト フィルタにセッ
トのフィルタ制御信号α、βを提供するために使用され
る。当分野において周知のパケット伝送システムにおい
ては、ビットレート情報が個々のパケットに加えられ、
ビットレート検出器は個々のビットレートに対して選択
されたセットの制御信号を提供する。この検出器は当技
術において周知の任意の符号検出器から構成できる。
【0020】復号器予測出力信号y′(n)は加算器3
10から得られ、図2の符号器の加算回路206に加え
られた音声信号のデジタル符号化複製を構成する。ただ
し、この複製は了解度を落とす量子化ノイズ及び伝送チ
ャネル ノイズを含む。図3のポスト フィルタ325
は信号y′(n)の発生器325からのゼロ予測パラメ
ータ信号及び極予測パラメータ信号によって決定される
信号スペクトル部分及び非信号スペクトル部分をビット
レート検出器330からのビットレートパラメータ信号
α及びβによって指定される程度だけそれぞれ増幅及び
減衰するのに使用される。
【0021】図4にはポスト フィルタの詳細なブロッ
ク図が示される。図4の回路は掛け算器回路401及び
405、極予測桁送りレジスタ410及び関連する掛け
算器回路420−1から420−j、ゼロ予測桁送りレ
ジスタ415及び関連する掛け算器回路425−1から
425−j、並びに加算回路430、435及び440
を含む。図4において、掛け算器405内でビットレー
ト検出器330からの信号αに以下のセットの信号を生
成するために極予測パラメータ信号a′が掛けられる。 a′j (n) αj に対してj=1から2 (5) この信号は掛け算器回路420−1から420−jに加
えられる。ポスト フィルタの出力、つまり信号yF
(n)はゼロ予測桁送りレジスタ410の入力に加えら
れ、ここからの一連の遅延出力は掛け算器回路420−
1から420−j内において掛け算器401からの信号
と結合される。掛け算器420−1から420−jから
の信号は、次に、加算回路435内で以下の信号を生成
するために加算される。
【数12】 加算回路435の出力、つまりyFp(n)は加算回路
440内で加算回路430の出力と加算され、この結果
としての信号、yF(n)は極桁送りレジスタ410の
入力に伝送される。
【0022】掛け算器401は以下の積信号を生成す
る。 b′j (n) βj に対してj=1から6 (7) ここで、βはビットレート検出器330から得られ、
b′j は予測パラメータ発生器325からのゼロ予測パ
ラメータ信号セットである。図3の復号器からの出力音
声信号はゼロ予測桁送りレジスタ415に加えられる。
掛け算器401からの積信号には掛け算器425−1か
ら425−j内でゼロ桁送りレジスタ415からの遅延
出力が掛けられ、結果としての信号が加算回路430内
で以下の信号を生成するために加算される。
【数13】 図4のポスト フィルタ回路の出力、つまり信号yF
(n)は以下に対応する。
【数14】
【0023】図3に示される復号器動作を遂行するため
に図9のプロセッサが使用される場合はポスト フィル
タは図9のプログラム メモリにさらに命令を加えるこ
とによって実現される。この命令のセットが付録BにF
ORTRAN言語にて示される。
【0024】図5は図4のポスト フィルタ回路が図3
の復号器の出力に与える影響を示す。波形501は予測
復号器の出力の所での音声信号のスペクトルを示す。こ
の音声信号は図示されるごとくピーク505、510及
び515を持つホルマント領域を含む。ホルマント ピ
ーク505は30dbであり、ホルマント ピーク51
5は10dbである。復号器出力の所の15dbの平坦
なノイズ スペクトルが波形520によって示される。
ホルマント領域の外側の領域内のノイズ レベルは相対
的に高く、音声信号の品質を落とす。
【0025】ポスト フィルタは図6に示されるように
音声信号及びノイズを修正する。ポスト フィルタの出
力の所に出現する音声信号は波形601によって示さ
れ、ピーク605、610及び615を持つホルマント
領域を含む。音声信号スペクトルの形状が図示されるご
とくこれらホルマント ピークが上げられるように修正
される。波形620のノイズ スペクトルはホルマント
領域内でノイズが増幅され、ホルマント領域の外側でノ
イズが減衰されるように修正される。図5と図6との比
較から明らかのように、このフィルタの使用によって信
号対暗ノイズ比が向上され、ノイズが知覚される影響が
緩和されるように再分配される。
【0026】フィルタ制御信号α及びβは伝送システム
のビットレートに合うように選択される。フィルタ制御
信号の選択は現在のビットレートに対して必要とされる
予測フィルタ機能の程度に基づいて行なわれる。主観的
なリスニング テストの結果は、α及びβが特定の値に
あるとき良好な品質の音声信号が得られることを示す。
ビットレートが伝送符号当たり4ビットである場合、α
及びβは0.0から0.1の範囲とされる。ビットレー
トが伝送符号当たり4ビットに変更されたときは、αが
約0.2にセットされ、βが約1.0にセットされる。
検出ビットレートが伝送符号当たり2ビットに変動した
場合には、α及びβの両方が約1.0に変更される。
【0027】上の説明は本考案の特定の実施態様に基づ
いて説明されたが、本考案の範囲及び精神から逸脱する
ことなく各種の修正及び変更を行なうことができること
は当業者にとって明白である。 付録A ADPCM復号器用のプログラム C データが256個のサンプルのブロックにて C 処理されるものと仮定する。 ディメンジョン 負の符号を持つ量が前のブロックからの適当な値である。 C システムへの入力は量子化された予測エラー振幅、 C U(n)のシーケンスである。 C 極予測器の出力はXP(N)である。 C ゼロ予測器の出力はXZ(N)の出力である。 C ADPCM復号器の出力はY(N)である。 COMMON/COEFF/A(J、N)、B(J、N) DIMENSION U(256)、XZ(256)、 XP(256)、XP(256)、XZ(256)、 Y(256)、YF(256) DIMENSION A(2、256)、 B(6、256) DO 1 N=1、256 DO 100 J=1、2 100 A(J、N)=A(J、N−1)*(511/512) +.008*SIGN(1.0、U(N−1))*SIGN (1.0、Y(N−1−J)) DO 200 J=1、6 200 B(J、N)=B(J、N−1)*(255/256) +.008*SIGN(1.0、U(N−1))* SIGN(1.0、U(N−1−J)) XP(N)=0. DO 300 J=1、2 300 XP(N)=A(J、N)*Y(N−J)+XP(N) XZ(N)=0. DO 400 J=1、6 400 XZ(N)=B(J、N)*U(N−J)+XZ(N) Y(N)=XP(N)+XZ(N)+U(N) 1 CONTINUE 付録B ADPCMポスト フィルタ用のプログラム C ポスト フィルタの入力はY(N)である。 C ポスト フィルタの出力はYF(N)である。 COMMON/COEFF/A(J、N)、B(J、N) DIMENSION A(2、256)、B(6、256)、 Y(256)、YF(256) DO 11 N=1、256 YFZ=0. DO 500 J=1、6 500 YFZ=B(J、N)*(BETA**J)* Y(N−J)+YFZ YFP=0 DO 600 J=1、2 600 YFP=A(J、N)*(ALPHA**J)* YF(N−J)+YFP YF(N)=YFZ+YFP 11 CONTINUE
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一例としてのデジタル音声通信装置の
全体ブロック図である。
【図2】図1の回路の使用することが可能な適応差パル
ス符号変調(ADPCM)符号器のブロック図である。
【図3】本考案による図1の回路に使用することが可能
なADPCM復号器のブロック図である。
【図4】本考案の一例としてのポスト フィルタ回路の
詳細なブロック図である。
【図5】図3の復号器回路から得られる一例としての信
号スペクトルの波形を示す図である。
【図6】図4のフィルタ回路から得られる一例としての
信号スペクトルの波形を示す図である。
【図7】図2及び図3においてオール ゼロ予測器とし
て使用することが可能な回路の詳細なブロック図であ
る。
【図8】図2及び図3においてオール極予測器として使
用することが可能な回路の詳細なブロック図である。
【図9】図1の復号器として使用することが可能な別の
回路を示す図である。

Claims (7)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 符号化された音声信号を処理する装置で
    あって、 第1の音声表示信号(例えば、u″(n))および第2
    の音声表示信号(例えば、y′(n))を生成するため
    に該符号化された音声信号を復号する手段と、 該第1の音声表示信号における冗長度を表わす予測パラ
    メータ信号(例えば、a′,b′)であって該第1の音
    声表示信号の少なくとも第1の部分にもとづく予測パラ
    メータ信号を発生する手段(例えば、325)と、 該第1の音声表示信号の少なくとも第2の部分にもとづ
    く制御信号の組(例えば、α,β)を発生する手段と、 該制御信号の組及び該予測パラメータ信号に応動して該
    第2の音声表示信号をろ波して該第2の音声表示信号の
    選択されたスペクトル領域を強調するとともに他のスペ
    クトルに領域を抑圧するフィルタ手段(例えば、33
    5)とを含むことを特徴とする符号化音声信号の処理装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、該符号
    化された音声信号を復号する手段が、ADPCM信号の
    復号手段を含むことを特徴とする符号化音声信号の処理
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の装置において、 該制御信号の組を発生する手段が、 該第1の音声表示信号のビットレートを表わす信号の組
    を発生する手段を含むことを特徴とする符号化音声信号
    の処理装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の装置において、 該制御信号の組を発生する手段が、該第1の音声表示信
    号におけるビットの数を表わす信号の組を発生する手段
    を含むことを特徴とする符号化音声の処理装置。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の装置において、 該制御信号の組を発生する手段が、該第1の音声表示信
    号の品質を表わす信号の組を発生する手段を含むことを
    特徴とする符号化音声信号の処理装置。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の装置において、該第1
    の部分と該第2の部分が同じであることを特徴とする符
    号化音声信号の処理装置。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の装置において、該第1
    の部分と該第2の部分が異なることを特徴とする符号化
    音声信号の処理装置。
JP1994002435U 1984-09-04 1994-03-22 符号化音声信号の処理装置 Expired - Lifetime JPH0731280Y2 (ja)

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