JPH0754439B2 - 可変長フレ−ム型符号復号化装置の同期方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変長フレーム型符号復号化装置の同期方法に
関し、特に同期処理における通話遅延の大幅な改善を図
った可変長フレーム型符号復号化装置の同期方法に関す
る。

〔従来の技術〕

入力音声を基本分析フレーム（以下、単に分析フレーム
と言う）で分析し、音声パラメータとしてのスペクトル
包絡パラメータと音源情報とを抽出、これを符号化して
伝送路を介して復号化側に送出し原入力音声の合成を行
なう符号復号化装置はよく知られている。

この場合、入力音声スペクトルの巨視的特徴を示すスペ
クトル包絡パラメータはLPC（Linear Prediction Codin
g,線形予測分析）係数もしくはその誘導形式のものが利
用され、これにはαパラメータ,Kパラメータ、あるいは
LSP（Line Spectrum Pairs,線スペクトル対）等の諸係
数が利用される。また、入力音声スペクトルの微視的特
徴を示す音源情報としては、ピッチ周波数に対応するパ
ルス周波数と白色雑音とを有声／無音情報に対応してモ
デル化して符号化，復号化するために必要なピッチ周波
数，有声／無音，音源振幅等が利用され、このほか音源
の波形情報を利用するものとして、マルチパルス，残査
波形等が符号，復号化される場合もある。

可変長フレーム型符号復号化装置は、上述した符号復号
化装置において、符号化側から復号化側に送出すべき音
声パラメータのうちスペクトル包絡パラメータを分析フ
レーム単位で忠実に伝送する代りに複数の分析フレーム
を代表する代表分析フレームを選定したうえ、この代表
分析フレームのスペクトル包絡パラメータとこの代表分
析フレームと同一のスペクトル包絡パラメータをもつも
のとして指定される分析フレーム数いわゆるリピートビ
ットとを伝送することによって伝送ビットレートの大幅
な低減を実現するものである。

このような可変長フレーム型符号復号化装置における可
変長フレームの構成形式にも種種の手法があるが基本的
には次のような内容が利用されている。

すなわち、あらかじめ設定する個数Ｍ個の分析フレーム
よりなる区分ごとにこの区分スペクトル包絡を最適近似
する最適近似関係を設定する。この区分的最適近似に利
用する関数としては、たとえば矩形関数等があり、その
設定は、分析フレームごとのスペクトル包絡パラメータ
による空間ベクトル相互間の距離の総和が最小となるよ
うな近似矩形包絡を区分ごとに見出す形式で行なわれ
る。こうして得られる近似矩形を構成する複数ｉ個の分
析フレームをもってその区分を代表する代表フレームと
する。上述したｉ個は、区分ごとにそれぞれのスペクト
ル包絡に対応して任意に設定され、また、このような最
適近似自体は、分析次数を含み分析フレームごとのスペ
クトル包絡パラメータによる空間ベクトル相互間の総当
り的ベクトル距離の総和を評価尺度とし、これを最小と
する分析フレームの組合せをDP（Dynamic Programing,
動的計画法）によって容易に求められることもよく知ら
れている。

さて、こうして求められた可変長フレーム形式によるス
ペクトル包絡パラメータは、音源情報とともに所定の形
式で符号化され復号化側に伝送されるが、この場合、こ
れらデータ送受信におけるフレーム同期が符号化側と復
号化側との間で必要となる。

この同期形式としては、独立同期もしくは強制同期のい
ずれかが利用されることが多いが、いずれの場合にして
も可変長フレームを構成する１区分が同期処理における
基本フレームとなって扱われている。

すなわち、独立同期において、復号化側が符号側とのク
ロック周波数差によるスリップを除去すべく同期制御を
実施するには１区画単位のデータを蓄積しつつ、同期ず
れの場合はこの１区分単位のデータ削除によるフレーム
更新を介して同期回復を行ない、また強制同期にあって
も符号化側から復号化側に提供されるクロックの発生，
分配，伝送等にもとづく障害影響の除去を図るために１
区分単位のデータを蓄積しつつ、これも１区分シフトに
よるフレーム同期を前提として行なっているのが現状で
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のこの種の可変長フレーム型符号復号化装
置の同期方法は、独立同期，強制同期を問わず１区分単
位のデータを蓄積しつつ１区分を同期フレーム単位とし
てフレーム同期を図るという方法で行なわれるため、分
析フレーム単位でフレーム同期を行なう通常の符号復号
化装置に比し著しく通話遅延が避けられないという問題
がある。この通話遅延は、可変長フレームの１区分が数
100mSEC程度になることも珍しくないことを考慮すれば
自明のことである。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、可変長フレーム
型符号復号化装置の同期方法において、１区分よりも十
分短く、たとえば分析フレームもしくはこれに対応する
タイムスロット分のサンプル数程度のデータの蓄積のみ
でフレーム同期を図るという手段を備えることにより、
同期処理にもとづく通話遅延を著しく改善した可変長フ
レーム型符号復号化装置の同期方法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の方法は、独立同期もしくは強制同期を符号化側
との同期に利用する可変長フレーム型符号復号化装置の
同期方法において、可変長フレーム区分ごとに代表スペ
クトル包絡パラメータによって指定される有声区間もし
くは前記可変長フレーム区分ごとの無音区間あるいは前
記有声区間および無音区間の時間長を符号化側と復号化
側の同期ずれの程度に対応して適応制御しつつ符号化側
と復号化側との同期保持を行なわしめる同期保持手段を
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図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、符
号化側１と復号化側２から成る。

符号化側１はさらに、A/Dコンバータ11,窓処理器12,LSP
分析器13,音源情報分析器14,可変長フレーム選択器15,
クロック発生器16およびマルチプレクサ17等を備えて構
成される。

また、復号化側２は、デマルチプレクサ21,フレーム同
期器22,固定長フレーム化器23,メモリ24,適応制御器25,
修正メッセージ発生器26,クロック発生回路27および音
声合成器28等を備えて構成される。

第１図に示す実施例は同期方式として独立同期を利用す
る場合を例とし、かつスペクトル包絡パラメータとして
はLSP係数を利用しているが、これは強制同期方式と
し、かつ他のLPC係数を利用するものとしても差支えな
く、基本的にはほぼ同様に実施できる。

さて、入力音声はA/Dコンバータ11に供給され、高域遮
断周波数3.4KHzのLPF（Low Pass Filter）を介して不要
な高域周波数を除去したのち8KHzのサンプリング周波数
で標本化され12ビットの量子化ステップでディジタル化
される。

窓処理器12は、A/Dコンバータ11から量子化音声信号を
受けると、あらかじめ設定する１ブロック分、たとえば
30mSEC（240サンプル）ずつを一時的にメモリに格納
し、これにあらかじめ設定した窓関数のハミング関数を
乗算して切出す窓処理を10mSECの分析フレーム周期ごと
に行なう。従って基本的な分析フレームのサイズ、即ち
分析フレーム長は10mSECとなる。

窓処理器12の出力はLSP分析器13と音源情報分析器14に
供給される。

LSP分析器13は、入力する分析フレームごとのデータを
公知の手法によってLPC分析して所定のＳ次のαパラメ
ータを抽出し、さらにこれを利用してＳ次元の空間ベク
トルとしてのLSP係数を誘導する。本実施例ではＳとし
て偶数を選んでいる。LSP係数を次の（１）式ので示
す。

＝（Ｐ₁,P₂，……Ｐ_s） ……（１） （１）式に示すＰ₁〜Ｐ_sは音道の開閉状態にもとづいて
得られる共振周波数の組の形式で表現される周波数領域
パラメータである。

LSP分析器13で得られる分析フレームごとのLSP係数は可
変長フレーム選択器15に供給される。

可変長フレーム選択器15は、分析フレーム単位で入力す
るスペクトル包絡パラメータの系列に対し次のようにし
て区分的最適関数近似にもとづく可変長フレーム選択を
実施する。

すなわち、本実施例では相続く20個の分析フレーム区
間、すなわち200mSECを１区分とし、この区分ごとに区
分的最適関数近似を矩形近似によって行なっている。こ
の場合、近似関数として矩形関数の代りに折線近似関数
等他の近似関数を利用しても勿論差支えない。

さて、区分ごとに含まれる20個の分析フレームのうちｉ
個が代表分析フレームとして選択されたとする。ここで
ｉは１から20のうち任意に選定される数である。この代
表分析フレームに属するLSP係数ベクトルを利用してこ
の区分中の他の分析フレームに属するLSP係数ベクトル
をも近似的に代表せしめるのであるが、この場合矩形関
数近似を行ない、この近似誤差による歪が最小となるよ
うにｉを選定するのである。この場合の歪は基本的には
前述した係数のベクトル距離を尺度として得られ、分析
フレームごとの係数間のベクトル距離の総和が最小であ
るものが歪最小という観点にもとづいてDP手法を利用し
て容易に求めることができる。

こうして、区分ごとに次次にｉ個の代表分析フレームが
選定され、かつこれらｉ個の代表分析フレームが代表す
べき分析フレームもそれぞれ決定され、可変長フレーム
構成のLSP係数データとしてマルチプレクサ17に供給さ
れる。

音源情報分析器14は、窓処理器12から受ける分析フレー
ムごとの量子化音声信号を利用し、公知の分析手法によ
ってピッチ周期，有声／無音の別および音源振幅を得て
これら音源情報データを分析フレームごとにマルチプレ
クサ17に供給する。

クロック発生器16は、A/Dコンバータ11からマルチプレ
クサ17までのディジタル処理に必要なクロックｔ₁を提
供する。

マルチプレクサ17は、こうして入力したLSP係数データ
と音源情報データとを伝送に適する形に合成符号化した
多重化信号として伝送路100を介して復号化側２に送出
し、従ってクロックｔ₁に関する情報もこの多重化信号
に含まれて復号化側２に提供されることとなる。

復号化側２では、符号化側１のマルチプレクサ17から提
供された多重化信号をデマルチプレクサ21で受け、この
時系列データのスペクトルにもとづきクロックｔ₁を抽
出、このクロックｔ₁を利用しつつ多重化信号の分離を
行なったのち復号化して符号化側１のマルチプレクサ17
の入力状態に復元し、区分単位で提供されるLSP周波数
データと分析フレーム単位で提供される音源情報データ
はフレーム同期器22に供給する。また、デマルチプレク
サ21で抽出したクロックｔ₁はフレーム同期器22,固定長
フレーム化器23,メモリ24,修正メッセージ発生器26等に
それぞれ供給される。

フレーム同期器22は、こうして提供されるクロックｔ₁
に関する情報を利用してLSP係数データを送出した区分
単位のフレームと、音源データを送出した分析フレーム
のフレーム同期を行ないつつこれらデータを受信しこれ
を固定長フレーム化器23に供給する。

フレーム同期器23はまたフレーム同期を行ないつつ受信
するLSP係数データからはリピートビット、また音源デ
ータからは電力ビットに関するデータを抽出し、これら
を適応制御器25に供給する。上述したリピートビット
は、区分ごとに選択されたｉ行の代表分析フレームのそ
れぞれが代表する分析フレームの個数ならびに区分内順
番に関するデータである。

固定長フレーム化器23は、デマルチプレクサ21から提供
されるクロックｔ₁の駆動のもとに代表分析フレームと
リピートビット等を利用し、代表分析フレーム間の補間
を行なってLSP係数の固定フレーム別指定状態を復元す
る。すなわちLSP分析器13の出力状態に復元する。

こうして、固定長フレーム化されたLSP係数は別途分析
フレーム単位でフレーム同期器22から提供された音源情
報とともに音声パラメータとしてメモリ24に分析フレー
ム単位で格納される。

メモリ24に格納される場合の書込みクロックはデマルチ
プレクサ21から供給され太線で示すクロックｔ₁が利用
され、これを読出して音声合成器28に供給するクロック
は復号化側２のクロック発生器27から供給される点線で
示すクロックｔ₂が利用される。これら２つのクロック
は互いに独立同期の形式で符号化側と復号化側との同期
保持に利用される。このような独立同期は、符号化側に
おけるクロックの安定性の確保や柔軟性のあるシステム
構成、効率的な故障対応といった点では優れているもの
の両クロック間の時間ずれが原因となる通話遅延が避け
られない。このことを詳述すると次のとおりである。

いま、かりに復号化側２のクロックｔ₂が符号化側のク
ロックｔ₁よりも速い方法にずれているとすると、メモ
リ24に対する書込みよりは読出し速度が速く、最終的に
は読出すべきフレームデータが無くなってしまうことに
なる。また、クロックｔ₂がクロックｔ₁よりも遅い方向
にずれている場合には読出しの終了しないうちに次のフ
レームデータの書込み命令が出されるという状態が発生
することとなる。このような場合、このずれの状態を監
視しつつ、これがある許容値を超えるこきは次の分析フ
レームの書込み、読出しに飛越しシフトし符号，復号化
側間のフレーム同期を確保している。

しかしながら、可変長フレーム型の符号復号装置では、
このようにして調整されるフレーム同期が１区分を基本
フレーム単位として処理しており、これによる通話遅延
は通常の符号復号化装置に比して著しく増大したものと
なる。

本実施例は上述したフレーム同期修正を１区分よりも十
分に短い分析フレーム単位で実施して通話遅延の大幅な
改善を図っている。

固定長フレーム化器23は適応制御器25から調節フレーム
に関するデータを受ける都度、メモリ24に出力すべき分
析フレームから当該分析フレームを削除する。この調節
フレームは、区分中にあって再生音質に強い影響をもつ
子音もしくは子音と母音の共存部は除き、その時間長が
本質的に不定であり従って再生音質に対する影響が十分
に少ない有声音定常部ならびに無音部分もしくはこの無
音部分と実効的に等価な音声中のポーズ部分を対象とし
て指定され、かつそのタイミングは修正メッセージ発生
器26から修正メッセージを受ける都度行なわれるものと
している。

ところで、可変長フレーム化されたスペクトル包絡パラ
メータにおいて、代表分析フレームによって指定される
分析フレーム群の時間長が長く、従ってフレーム同期保
持のために削除される１分析フレームの影響が相対的に
少なくて済む区間のひとつが有声音定常部であり、もう
ひとつがポーズを含む無音部である。これら有声音定常
部と無音部とを音声電力の観点で評価すると、前者は明
らかに電力大であり後者は電力小である。どの分析フレ
ームを削除の対象とするかは、フレーム同期器22から提
供される電力ビットを利用し、リピートビットによって
指定される分析フレームから次のようにして選定する。

修正メッセージ発生器26は常時クロックｔ₁とクロック
ｔ₁を受けつつ、クロック相互間の時間ずれ±Δｔを監
視する。この時間ずれ±Δｔがある許容値を超えたとき
修正メッセージ発生器26は適応制御器25に対し区分中か
ら削除すべき分析フレームを指定する調節フレームデー
タを出力せしめる修正メッセージを出力する。

適応制御器25は、修正メッセージを受けると電力ビット
とリピートビットにもとづき時間的に最近傍の削除対象
分析フレームを決定、この情報を調節フレームデータと
して出力し、分析フレーム単位での同期保持を行なう。

音声合成器28はクロックｔ₂を受けつつ、メモリ23から
分析フレーム単位でスペクトル包絡パラメータと音源デ
ータを供給される。

音声合成器28は、LSP合成フィルタのフィルタ係数とし
てLSP係数を利用し、また音源データから再生した音源
信号でこのフィルタを駆動してディジタル音声信号を発
生、さらにこれをD/Aコンバータにかけてアナログ音声
信号としたうえLPFで3.4KHz以上の不要な高域成分を除
去し出力音声を得る。

こうして、区分単位による可変長フレーム符号，復号化
を実施しつつ、しかもフレーム同期保持は分析フレーム
単位で処理することができる。

なお、本実施例ではスペクトル包絡パラメータのうち代
表分析フレームによって指定される区間の時間長と無音
区間の時間長とを併用して適応制御するものとしている
が、これをそれぞれ単独に適応制御するものとしても一
向に差支えない。

また、本実施では１区分よりも十分短い区間として分析
フレームを同期における基本フレームとして利用してい
るが、これはほぼ同様な時間長のサンプル数を対象とし
ても容易に実施しうることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、独立同期もしくは強
制同期を符号化側と復号化側との同期に利用する可変長
フレーム型符号化装置の同期方法において、スペクトル
包絡パラメータの代表時間長もしくは無音区間長、ある
いはこれら２つの時間長を符号化側と復号化側との同期
ずれの程度に対応して適応制御するという手都を備える
ことにより、同期ずれ修正に伴なう通話遅延を著しく低
減せしめる可変長フレーム型符号復号化装置の同期方法
が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。 １……符号化側、２……復号化側、11……A/Dコンバー
タ、12……窓処理器、13……LSP分析器、14……音源情
報分析器、15……可変長フレーム選択器、16……クロッ
ク発生器、17……マルチプレクサ、21……デマルチプレ
クサ、22……フレーム同期器、23……固定長フレーム化
器、24……メモリ、25……適応制御器、26……修正メッ
セージ発生器、26,27……クロック発生器、28……音声
合成器、100……伝送路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】独立同期もしくは強制同期を符号化側と復
   号化側との同期に利用する可変長フレーム型符号復号装
   置の同期方法において、 可変長フレーム区分ごとに代表スペクトル包絡パラメー
   タによって指定される有声区間もしくは前記可変長フレ
   ーム区分ごとの無音区間あるいは前記有声区間および無
   音区間の時間長を、復号化側クロックが符号化側クロッ
   クに先行する場合は基本分析フレーム周期分延長し、符
   号化側クロックが復号化側クロックに先行する場合は基
   本分析フレーム分短縮して、同期ずれを補正することで
   適応制御しつつ符号化側と復号化側との同期保持を行な
   わしめる同期保持手段を備えて成ることを特徴とする可
   変長フレーム型符号復号化装置の同期方法。