JPH0731515B2 - マルチパルス符号化復号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマルチパルス符号化復号化装置に関する。

〔従来の技術〕

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
るマルチパルス列で代表し、スペクトル包絡に関する情
報ととも符号化側（分析側）から復号化側（合成側）に
伝送して入力音声信号の再生を行なうマルチパルス符号
化復号化装置は近時よく知られている。

このようなマルチパルス符号化復号化装置におけるマル
チパルス列の符号化は、マルチパルス列の振幅を２〜５
ビット程度の有限語長で量子化したものをスペクトル包
絡情報とともに復号化側に伝送している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のこの種のマルチパルス符号復号化装置においては
マルチパルス列の量子化の際に発生する量子化雑音が復
号化側における合成音質を劣化させるという問題があ
る。

この原因は量子化雑音の電力それ自体が無視できないこ
とは勿論、マルチパルス列と量子化雑音とが無関係でな
いことも強く影響している。例えば、有声音では分析さ
れるマルチパルス列は、ピッチ周期性を有しており、こ
のマルチパルス列を量子化した結果発生する量子化雑音
もまたピッチ性周期を有することになる。

本発明の目的は、量子化雑音の白色化を図ることによっ
て合成音質の劣化を大幅に改善しうるマルチパルス符号
化復号化装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置は、マルチパルス符号化復号化装置におい
て、抽出したマルチパルス列に対してこのマルチパルス
列とは無相関な雑音を加算する雑音加算手段を備えた符
号化側と、前記雑音を符号化側と同期して発生するとと
もにこの雑音を復号化したマルチパルス列から減算する
雑音減算手段を備えた復号化側と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図は本発明によるマルチパルス符号化復号化装置の
一実施例の構成を示すブロック図である。

第１図に示す実施例の構成は符号化側１および復号化側
２より構成され、さらに符号化側１はマルチパルス分析
器11,LPC分析器12,量子化器13,加算器14,雑音発生器15,
量子化器16,符号化器17およびマルチプレクサ18を備え
て構成される。また復号化側２はデマルチプレクサ21,
復号化器22,23,24,減算器25,音声合成フィルタ26,D/Aコ
ンバータ27,LPF28のほか符号化側と同じ雑音発生器15を
備えて構成される。

符号化側１では入力ライン1001を介して入力した入力音
声信号がマルチパルス分析器11とLPC分析器12とに供給
される。

マルチパルス分析器11は公知のマルチパルス検索手法、
本実施例においてはいわゆる相関領域評価にもとづくマ
ルチパルス検索を実施し入力音声信号のマルチパルス列
を求める。

この相関領域評価は、入力音声信号Ｓ（Ｚ）を伝達関数
Ｗ（Ｚ）の聴感重み付けフィ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 Pr
ediction Coefficient,線形予測係数）分析して得られ
る声道フィルタ係数Ｈ（Ｚ）を前記重みづけフィルタＷ
（Ｚ）を通して得られるＨ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）のインパル
スレスポンスとの相互相関関数を分析フレームごとに算
出し、またＨ（Ｚ）＊Ｗ（Ｚ）のインパルスレスポンス
の自己相関をとり、こ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って得られる残留波形成分を最
小とするものを検索しつつマルチパルス列として決定す
る評価手法である。

なお、上述したＺはexp（ｊλ）でλ＝２πＴΔｆ、Δ
Ｔは分析フレームサンプリング周期、ｆは周波数、また
＊は畳み込み積分を示す。

LPC分析器12は入力音声信号の分析フレームごとに所定
の次数のLPC係数を抽出し、これをマルチパルス分析器1
1に供給するとともに量子化器13に供給する。マルチパ
ルス分析器11に提供されたLPC係数は前述した相関領域
評価にもとづくマルチパルス検索に利用され、また量子
化器13に供給されたLPCデータは所定の内容の量子化を
受けたのちマルチプレクサ18にスペクトル包絡情報とし
て供給される。このLPC分析器12によるLPC係数データの
分析においては、入力音声信号を所定のサンプリング周
波数、本実施例では8kHzでサンプリングしたのち所定の
窓関数との乗算を分析フレームごとに実施したうえ、こ
の分析フレーム周期ごとに所定の次数のLPC係数を抽出
してこれをマルチパルス分析器11に供給するという処理
を行なっている。従って検索されたマルチパルスもそれ
ぞれ8kHzのサンプリング点のいずれかを時間位置として
決定されることとなる。

こうして検索されたマルチパルス列は加算器14に供給さ
れ、雑音発生器15から供給される雑音と加算される。

雑音発生器12から供給される雑音はマルチパルス列と無
相関なものを選び、8kHzのサンプリング点のうちマルチ
パルスが検索されているサンプリング点で当該マルチパ
ルスに対して印加される。

本実施例の場合、雑音は15ビット構成のＭ系列符号を利
用して発生し、この符号を8kHzのクロック信号で発進さ
せつつマルチパルスが設定されている8kHzサンプリング
時間位置でマルチパルスのそれぞれに加算される。この
加算はＭ系列符号の如くその生起確率がランダムな符号
を利用して発生した雑音を重畳したうえで量子化を図れ
ば量子化雑音もランダムな生起確率を帯びさせることが
できることを狙って実施するものである。

雑音発生器15はさらに復号化側における雑音発生器15に
対する雑音発生同期用の同期データも発生する。この同
期データは初期データの利用、あるいは予め設定する同
期コードの利用等通常のディジタル秘匿信号における乱
数同期と同様な手法を利用して実施すればよく、本実施
例では初期データの転送を介して同期を行っており、雑
音発生器15から出力される初期データを符号化器17で符
号化したうえマルチプレクサ18に供給する。

量子化器16は加算器14の出力を受けてこれを所定のビッ
ト数で量子化し、マルチパルスデータとしてマルチプレ
クサ18に供給する。このようにして得られるマルチパル
スデータは本来のマルチパルス列とＭ系列符号を利用し
て発生した雑音の重畳したものに量子化の際の量子化雑
音が含まれ、しかもこの量子化雑音は白色雑音である。

マルチプレクサ17はこのマルチパルスデータ、および前
述した同期データならびにLPC係数データを所定の形式
で多重化したうえ伝送路1002を介して復号化側２に供給
する。

復号化側２ではこうして供給された多重化信号の多重化
を分離したのちマルチパルスデータは復号化器22に、同
期データは復号化器23に、またLPC係数データは復号化
器24にそれぞれ供給し復号化を行なう。

減算器25は復号化器22から供給される復号化出力、すな
わち8kHzで歩進するＭ系列符号を利用して発生した雑音
をマルチパルス列から分析側で重畳した雑音分だけを減
算して除去する。この減算は復号化側２の雑音発生器15
が符号化側１の雑音発生器15から受ける同期データの制
御のもとに符号化側と同期して発生する雑音を復号化器
22の出力から減ずるという内容で行なわれる。

減算器25はこのような減算実施によって量子化雑音の白
色化のために印加した雑音をマルチパルス列から除去
し、白色化量子化雑音のみ残留するマルチパルス列を出
力、これを駆動音源として音声合成フィルタ26に供給す
る。

一方、復号化器24はLPC係数を復号して音声合成フィル
タ26に供給する。

音声合成フィルタ26は全極型のディジタルフィルタとし
て構成され、復号化器24から供給されるLPC係数をフィ
ルタ係数とし前記マルチパルス列による駆動音源で駆動
され、ディジタル量の入力音声信号を再生し、このあと
このディジタル入力音声信号はD/Aコンバータ27でアナ
ログ量に変換されLPF28で不要な周波数成分を除去した
うえ出力ライン2001に出力する。

このようにしてマルチパルス列の量子化雑音を白色化し
て再生音質を大幅に改善することができる。

次に雑音発生器15を図面を用いて詳細に説明する。第２
図は雑音発生器15を説明するためのブロック図である。
第２図に示す雑音発生器15はシフトレジスタ51−１〜1
5,排他的論理和52を含んで構成される。シフトレジスタ
51−14および同51−15より排他的論理和52へ1bitの符号
が入力される。排他的論理和52は、これら２つの符号の
排他的論理和を算出しシフトレジスタ51−１へ出力す
る。シフトレジスタ51−１〜15は端子55より供給される
クロック信号に同期して歩進する。このようなシフトレ
ジスタと排他的論理和の組合せはＭ系列として知られる
ものである。端子55より供給されるクロック信号の数は
１フレーム長に相等する音声サンプル数と同一のパルス
数、本実施例の場合にはフレーム当り160パルスであ
る。シフトレジスタ51−１〜９の出力は雑音出力端子56
−１〜９へ供給される。尚、56−１〜８は各々、2⁰〜2⁷
の重みを持つ符号、56−９は−2⁸の重みを持つ符号であ
る。従って雑音出力端子56−１〜９より出力される雑音
の値は−2⁸〜2⁸−１の範囲で分布する。この雑音の分布
範囲は量子化器16で実施するマルチパルスの振幅量子化
のステップサイズに対応して決定されたものである。さ
て符号化側の雑音発生器15と復号化側の雑音発生器15と
は同期して歩進する必要がある。本実施例ではフレーム
毎に符号化側より復号化側へ、Ｍ系列の歩進位置に関す
る初期データを転送する事により同期を確立している。
符号化側の雑音発生器はフレーム毎に160個にクロック
を供給され歩進した後、シフトレジスタ51−１〜15の内
容を初期値出力端子57−１〜15を介して符号化器17へ出
力する。符号化器17は供給された15bitのデータを同期
データとしてそのまま、加工せずに取扱う。符号化側の
雑音発生器15に含まれるシフトレジスタ51−１〜15の内
容は符号化器17、マルチプレクサ18、デマルチプレクサ
21、復号化器23を介して復号化側の雑音発生器15の初期
値入力端子53−１〜15へ供給される。復号化側の雑音発
生器15はプリセット制御端子54より供給されるプリセッ
ト信号によりシフトレジスタ51−１〜15へ取込まれる。
尚、このプリセット信号はフレーム毎に雑音発生に先立
って供給される。

第２図に示す実施例に於いて15次のＭ系列を雑音発生器
として利用しているのは、その周期が公知のように2¹⁵
−１＝32767であり、音声のサンプルに対応して雑音を
発生しても、サンプリング速度を8kHzとして、32768/8
×10³≒４秒分の雑音が保証されるからである。この時
間長は聴覚的に記憶に残らない程度の長さである。所で
本実施例の場合、フレーム毎に15bitの初期値を伝送し
ているが、これは以下の方法で削減し得る。

第一の方法は一般にマルチパルスの数は一フレーム内の
音声サンプル数の1/8、あるいはそれ以下である事を利
用するものである。第２図に示す実施例に於いて、雑音
発生器15はフレーム当り160（フレーム周期を20msecと
して毎秒8000）サンプル分歩進する。これを、フレーム
当りのマルチパルス数だけ歩進する様にする。フレーム
当りのマルチパルス数を20とすれば、雑音の消費量も20
/16＝1/8に減少する。従って、雑音の周期を同一とすれ
ば12次のＭ系列（周期2¹²−１＝4095）を利用し得る。
この場合、初期値伝送に要求されるビット数はフレーム
当り12bitとなる。

第二の方法は雑音を周期の異なる複数の乱数、又は雑音
を組合せて発生するものである。この方法では一つの乱
数の周期はフレーム周期等と一致させている。例えばフ
レーム周期を160（8kHzサンプル、フレーム長20msec）
とし、一つの雑音発生源の周期を160、他の雑音発生源
の周期を511とすると、２つの雑音を合成してつくられ
る雑音の周期は160と511の最小公倍数、即ち81760とな
る。この場合、周期160の雑音源はフレームと同期させ
る事により、符号化側と復号化側とで簡単に同期させ得
る。又、周期511の雑音源は９次のＭ系列により構成し
得る。この場合、初期値伝送に要求されるビット数はフ
レーム当り9bitとなる。無論、上述の２つの方法を組合
せた方法も実施可能である。音声のサンプリング速度を
8kHz、フレーム周期を20msec（フレーム当りのサンプル
数は160）、フレーム当りのマルチパルス数を20とした
場合、１つの雑音発生源の周期を22、他の雑音発生源の
周期を８次のＭ系列で達成される255とし、更にフレー
ム当り22だけ雑音発生源を歩進させる事により、実質的
な周期として が実現される。この場合にはフレーム当り（22−20）＝
２だけ雑音を使用せずに歩進させる必要がある。尚、こ
の場合に要求される初期値伝送ビット数は8bitとなる。

次に図面を用いて雑音発生器15の他の実施例を説明す
る。第３図は雑音発生器15の他の構成を示すブロック図
である。第３図に示す雑音発生器15は８次Ｍ系列61、RO
M62、カウンタ63および全加算器64を含んで構成され
る。８次Ｍ系列61とカウンタ63とはクロック入力端子65
より供給されるクロックに同期して歩進する。このクロ
ックはフレーム当り22パルス供給される。カウンタ63は
5bitの２進カウンタでありフレーム毎に“0"にプリセッ
トされる。このプリセットを制御する信号は端子66より
供給される。カウンタ63の出力はROM62のアドレス信号
として利用される。ROM62はあらかじめ、０〜21番地の
範囲で8bitiの乱数が書込まれている。この種の乱数は
乱数表を利用して作成される。ROM62の8bitの出力は全
加算器64へ供給される。８次Ｍ系列61の8bitの出力は全
加算器64と初期値出力端子68−１〜８へ供給される。全
加算器64はROM62と８次Ｍ系列61より供給される各8bit
のデータを加算し、雑音出力端子69−１〜９へ出力す
る。符号化側と復号化側とに存在する雑音発生器15の同
期の確立方法は第２図に示す方法と基本的には同一であ
り、詳細な説明は割愛する。尚、第３図に於いて、復号
化側に供給される初期値は端子70−１〜８を介して、デ
ータのプリセット制御は端子67を介して実施される。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、マルチパルス符号化
復号化装置において、マルチパルス列の量子化雑音を白
色化する手段を備えることにより合成音質の劣化を大幅
に改善しうるマルチパルス符号化復号化装置を実現しう
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による符号化復号化装置の一実施例の構
成を示すブロック図、第２図および第３図は雑音発生器
15のブロック図である。 １……符号化側、２……復号化側、11……マルチパルス
検索器、12……LPC分析器、13……量子化器、14……加
算器、15……雑音発生器、16……量子化器、17……符号
化器、18……マルチプレクサ、21……デマルチプレク
サ、22,23,24……復号化器、25……減算器、26……音声
合成フィルタ、27……D/Aコンバータ、28……LPF、51−
１〜15……シフトレジスタ、52……排他的論理和、61…
…８次Ｍ系列、62……ROM、63……カウンタ、64……全
加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マルチパルス符号化復号化装置において、
   抽出したマルチパルス列に対してこのマルチパルス列と
   は無相関な雑音を加算する雑音加算手段を備えた符号化
   側と、前記雑音を符号化側と同期して発生するとともに
   この雑音を復号化したマルチパルス列から減算する雑音
   減算手段を備えた復号化側とを備えて成ることを特徴と
   するマルチパルス符号化復号化装置。