JPH0816193A

JPH0816193A - 音声信号デコーダ

Info

Publication number: JPH0816193A
Application number: JP6173401A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Satou; 弥章佐藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1994-07-01
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】音声の高さを変えることなくテンポを変化さ
せるようにする処理を簡単に行うことができるようにす
る。【構成】メモリ１に格納されているサブバンド分割さ
れた音声信号を、入力される制御信号ｓ１に応じたタイ
ミングで読み出す読み取り器２と、上記メモリ１に格納
されている音声信号を符号化時に設定された時間間隔と
異なる時間間隔で読み出すようにするための制御信号ｓ
１を発生させる制御信号生成器９とを設け、上記制御信
号生成器９で生成される制御信号ｓ１に応じて、サブバ
ンド分割されたときの時間間隔とは異なる間隔で音声信
号をメモリ１から取り出すことができるようにすること
により、元の音声信号の波形を維持したままサブバンド
分割されたときの設定テンポとは異なるテンポで音声信
号の合成を行うことができるようにして、元の音声信号
の波形を解析するための複雑な処理を行わなくても、再
生音声の高さを変えないでテンポだけを変えることがで
きるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声信号デコーダに関
し、特に、サブバンド分割された音声信号を復号するよ
うになされた音声信号デコーダに用いて好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、このようなディジタル音声信号の
圧縮技術の１つとして、ＭＰＥＧと称される技術が開発
されてきている。このＭＰＥＧによる音声信号の圧縮技
術は、ＩＳＯ／ＩＥＣ（国際標準化機構／国際電気標準
会議）によって規格化されたものであり、ＭＰＥＧ１と
ＭＰＥＧ２との両方を含む。以下、これらを合わせてＭ
ＰＥＧ規格という。

【０００３】以下に、ＭＰＥＧ規格で採用されている音
声信号の圧縮の原理を説明する。例えば、３８４サンプ
ル単位でなる１フレーム分のディジタル音声信号は、サ
ブバンドフィルタにより３２のサブバンドに分割され、
各サブバンド毎に１２サンプルの値を得る。そして、こ
の各サブバンドの最大振幅からスケールファクタ（SF）
が求められ、各データはそのサブバンドのスケールファ
クタ（SF）により正規化される。また、伝送レート、サ
ンプリングレートから上記１フレーム当りのビット量が
計算される。

【０００４】元のサンプリングデータをサブバンド分割
したものに対し、人の聴覚心理学モデルによる最小下限
聴特性やマスキング特性（前者は人の聴覚が低周波や高
周波の領域ではあまり敏感でないという特性、後者はあ
る周波数スペクトルのピーク近傍の周波数では聴感度が
低下するという特性）等に基づいて、上記１フレームの
ビット量と合致するように各サブバンドの量子化レベル
（Allocation）が設定される。

【０００５】次に、こうして設定された量子化レベル
（Allocation）に従って、上記正規化された各サブバン
ド毎のサンプルが量子化および符号化され、量子化デー
タ（Sample）が求められる。そして、この量子化データ
（Sample）は、上述のスケールファクタ（SF）および量
子化レベル（Allocation）とともに１つのデータストリ
ームにされて、圧縮音声信号が生成される。

【０００６】ここで、上述の量子化レベル（Allocatio
n）は、復号時において逆量子化演算を行うときに用い
られるデータであり、１つのサブバンド中に含まれる各
サンプルに何ビットが割り当てられているかを表すもの
である。

【０００７】また、スケールファクタ（SF）は、復号時
において逆スケーリング演算を行うときに用いられるデ
ータであり、おおよその出力レベルを与えるものであ
る。例えば、電子計算機で使用する浮動小数点数の指数
部に相当する。

【０００８】さらに、量子化データ（Sample）は、復号
時における逆量子化演算に用いられるデータであり、出
力データの細かい値を与えるものである。例えば、電子
計算機で使用する浮動小数点数の仮数部に相当する。

【０００９】以上のようにして圧縮され符号化されたデ
ータの復号は、この圧縮・符号化とは逆の操作によって
行われる。この復号の原理を、図８に示す従来の音声信
号デコーダの構成図を参照しながら説明する。なお、採
用するサンプリング周波数は、４４．１ＫＨｚであると
する。

【００１０】図８において、まず、データ解析器８１に
より、対象となる圧縮音声信号のデータストリームＤ_S
から量子化レベル（Allocation）、スケールファクタ
（SF）および量子化データ（Sample）が分解して抽出さ
れる。

【００１１】上記データ解析器８１により抽出された量
子化レベル（Allocation）および量子化データ（Sampl
e）は逆量子化器８２に与えられる。そして、この逆量
子化器８２により、上記抽出された量子化データ（Samp
le）が、同様に抽出された量子化レベル（Allocation）
によって逆量子化される。

【００１２】この逆量子化演算によって得られる逆量子
化データSample-Valueは、次段の逆スケーリング器８３
の一方の入力端子に与えられる。そして、データ解析器
８１から他方の入力端子に入力されるスケールファクタ
（SF）によって上記逆量子化データSample-Valueが逆ス
ケーリングされて、サブバンド情報Ｓ_j（ｊは０〜３１
の値で、３２個のサブバンド番号を示す）が求められ
る。

【００１３】次に、シンセサイザ合成器８４により、以
上の逆量子化演算および逆スケーリング演算で得られた
サブバンド情報Ｓ_jに対してシンセサイザ合成の処理が
施される。これにより、各サブバンドの周波数と対象時
刻の位相とから、（式１）で示されるシンセサイザ合成
波の波形情報Ｖ_ikが求められる。

【００１４】

【数１】

【００１５】なお、（式１）において、ｉは時間軸方向
のパラメータ（サンプル番号）を示し、０〜６３の値を
とる。また、ｋは次段のポリフェーズフィルタ８５で合
成すべきシンセサイザ合成データの番号を示し、０〜１
５の値をとる。

【００１６】すなわち、シンセサイザ合成器８４では、
まず、上記逆スケーリング器８３から与えられるサブバ
ンド情報Ｓ_jに対して余弦関数cos((16+i)×(2j+1)π/6
4)の値が乗ぜられる。次に、上記のようにして求められ
た各サブバンド毎の乗算値が全て加算されて波形情報Ｖ
_ikが求められる。

【００１７】この波形情報Ｖ_ikの値は、１２８サンプル
で１サイクルとなるシンセサイザ合成波の１／２波長
分、すなわち６４サンプル分の値に相当するが、この値
は後段のポリフェーズフィルタ８５で正負反転して合成
されるため、１波長分、すなわち１２８サンプル分の値
に相当する。したがって、ここで合成されるデータの周
期ｆは、ｆ＝４４．１Ｋ／１２８≒３４５Ｈｚとなる。

【００１８】上記シンセサイザ合成器８４にて求められ
た波形情報Ｖ_ikは、ポリフェーズフィルタ８５に与えら
れる。そして、所定のフィルタ関数ＰＦ(k,l) を用いて
（式２）に示すようなフィルタ処理が施されて、信号の
不連続点が抑制されるとともに、時間が前後にずれた１
６個のシンセサイザ合成波が加算されて、ＰＣＭ音声信
号Ｘ_l（ｌ＝０〜３１）として次段の処理回路（図示せ
ず）出力される。

【００１９】

【数２】

【００２０】この場合、時間が前後にずれた各シンセサ
イザ合成波の時間差Δｔは、サブバンド分割された各サ
ブバンドに含まれるサンプル数が３２個である場合に
は、 Δｔ＝３２／４４．１Ｋ≒７２６μｓｅｃである。

【００２１】ところで、音声信号を再生する際に、再生
する音声のピッチを変えて再生速度を自由に変化させた
いと考える場合がある。例えば、カラオケの分野では、
歌い手の好みに合わせて演奏速度を自由に変えられるよ
うにすることが望まれる。

【００２２】また、再生される音声が人の会話であるよ
うな場合において、再生速度を遅くすることによって会
話を聞きやすくしたり、再生速度を速くすることによっ
て全体の再生時間を短くしたりすることができれば便利
である。そこで、従来、対象となる音声の再生スピード
を変えられるようにした音声再生装置が提案されてい
る。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
音声再生装置では、再生する音声のテンポを変えようと
すると、それに対応して音の高さも変わってしまうとい
う問題があった。すなわち、再生音声のテンポを遅くす
ると音高が低くなってしまい、逆に、テンポを速くする
と音高が高くなってしまうということがあった。

【００２４】このような問題を解決するために、従来
は、再生スピードの変更を行う際に、元の音声信号の波
形の一部をコピーあるいは削除する等して全体としての
再生時間を調整することが行われていた。

【００２５】ところが、このような方法では、波形の一
部をコピーしたり削除したりするために、元の音声信号
の波形を解析し、その波長などを調べなければならなか
った。このため、処理が非常に複雑となり、処理コスト
も高くなるという問題があった。また、波形の一部をコ
ピー等することによって、再生される音声信号が元の音
声信号の波形とは異なったものとなるため、音質が劣化
してしまうという問題もあった。

【００２６】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、音声の高さを変えることなくテ
ンポを変化させるようにする処理を簡単に行うことがで
きるようにすることを目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の音声信号デコー
ダは、複数の設定周波数にサブバンド分割された音声信
号を復号する音声信号デコーダにおいて、入力された上
記音声信号を、入力される制御信号に応じたタイミング
で取り込む信号取込手段と、上記信号取込手段に対して
上記音声信号が符号化時に設定された時間間隔と異なる
時間間隔で上記音声信号を取り込むように上記制御信号
を発生し、上記信号取込手段に供給する制御信号生成手
段と、上記信号取込手段によって取り込まれた上記サブ
バンド分割された音声信号を複数の周期関数から合成し
て出力する可変タイミング合成手段とを備え、上記サブ
バンド分割された音声信号の時間間隔を変更してデコー
ドすることができようにしたものである。

【００２８】本発明の他の特徴とするところは、複数の
設定周波数にサブバンド分割された音声信号を復号する
音声信号デコーダにおいて、入力された上記音声信号
を、入力される第１の制御信号に応じたタイミングで取
り込む信号取込手段と、上記信号取込手段によって取り
込まれた上記サブバンド分割された音声信号を、入力さ
れる第２の制御信号に応じた周期関数に従って合成して
出力する可変タイミング合成手段と、上記信号取込手段
に対して上記音声信号が符号化時に設定された時間間隔
と異なる時間間隔で上記音声信号を取り込むように上記
第１の制御信号を発生し、上記信号取込手段に供給する
とともに、上記音声信号がサブバンド分割されたときの
サンプリング周波数と異なる周波数に従って上記音声信
号をデコードするようにする第２の制御信号を発生し、
上記可変タイミング合成手段に供給する制御信号生成手
段とを備え、上記サブバンド分割された音声信号の時間
間隔を変更してデコードすることができようにするとと
もに、上記サブバンド分割されたときの設定周波数と異
なる周波数の周期関数に従って上記音声信号をデコード
することができるようにしたものである。

【００２９】本発明の更に他の特徴とするところは、上
記可変タイミング合成手段により得られる音声信号に対
して所定の窓関数を用いて窓処理を行う窓処理手段を設
け、上記窓処理手段で行われる窓処理を上記制御信号生
成手段で生成される所定の制御信号に応じて変更するよ
うにしたものである。

【００３０】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、複数の
周波数にサブバンド分割された音声信号を取り込むタイ
ミングを、制御信号生成手段により生成される制御信号
に従って任意に変えられるようになり、上記サブバンド
分割された音声信号が、その周波数成分が変えられるこ
となく符号化時における設定テンポとは異なるテンポで
合成されることとなるので、従来は再生される音声の高
さを変えないでテンポだけを変えることができるように
するために必要であった波形解析の処理を行う必要がな
くなる。

【００３１】また、本発明の他の特徴によれば、複数の
設定周波数にサブバンド分割された音声信号を可変タイ
ミング合成手段で合成する際の周波数を、制御信号生成
手段により生成される第２の制御信号に従って任意に変
えられるようになるので、この変更した周波数の周期関
数に従って音声信号の合成を行うことができるようにな
り、サブバンド分割されたときの設定周波数とは異なる
周波数で音声信号の合成を行うことが可能となる。

【００３２】本発明の更に他の特徴によれば、制御信号
生成手段により生成される所定の制御信号に応じて窓関
数が変更され、最適な窓関数が常に得られるようにな
り、この変更された窓関数に従って所定の窓処理が行わ
れることにより、可変タイミング合成手段により得られ
る音声信号の不連続点によるノイズや、可変タイミング
合成手段での合成周波数の変更あるいは音声信号の取り
込み周期の変更による音質劣化が抑制されるようにな
る。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は音声信号デコーダを示し、この音声信号
デコーダは、ＭＰＥＧ規格に基づく音声信号の圧縮およ
び復号技術を応用して構成したものである。

【００３４】ＭＰＥＧ規格では、音声信号を複数のサブ
バンドに分割して圧縮および復号するところに特徴があ
る。例えば、図２（ａ）に示すような波形を持つ音声信
号を符号化する場合には、まず、ｔ＝ｔ₁，ｔ＝ｔ₂，
ｔ＝ｔ₃の各時刻の音声信号を切り出して、図２（ｂ）
のような波形の音声信号を複数得る。

【００３５】このようにするのは、符号化時におけるサ
ブバンド分割処理で−∞から＋∞までの全ての領域につ
いて計算をするのは実用的でないことから、解析する信
号のある一定の区間を切り出して、その信号が無限に続
いているものとして以降の処理をするためである。

【００３６】しかし、図２（ｂ）に示したように、各時
刻ごとに切り出したそれぞれの音声信号は、その区間の
端点において必ずしも連続になるとは限らない。そこ
で、各時刻ごとの音声信号に対して、図２（ｃ）に例示
するような形状の窓関数をかけて端点を所定レベルに収
束させるようにして上述のような不連続点を抑制し、図
２（ｄ）のような波形の各時刻における音声信号を得る
ことにより、解析結果にノイズが生じることを軽減する
ようにしている。

【００３７】次いで、上述の窓処理後の各時刻における
音声信号を周波数解析してサブバンド分割することによ
り、図２（ｅ）に示すような各時刻における周波数成分
情報を得る。以上のようにして、ｔ＝ｔ₁，ｔ₂，
ｔ₃，…の各時刻における周波数成分情報をそれぞれ得
ることにより、図２（ｆ）のような各時刻におけるサブ
バンド分割された音声信号情報を得る。この音声信号情
報は、設定された周波数分解能および時間間隔の下で符
号化した周波数軸と時間軸との２つの軸を持つ２次元マ
トリクス情報である。

【００３８】次に、上述のようにして符号化したサブバ
ンドごとの音声信号を復号する場合の動作について、図
１に示す音声信号デコーダを用いて説明する。最初に、
テンポを変えないで音声信号を再生する場合、すなわ
ち、通常の音声復号方式による復号動作を、図３の波形
図とともに以下に説明する。

【００３９】図１において、まず、図８に示したものと
同じ機能を持つデータ解析器８１、逆量子化器８２およ
び逆スケーリング器８３により、対象となる圧縮音声信
号に対して逆量子化および逆スケーリングの処理を行っ
て、図３（ａ）に示すようなサブバンド分割された音声
信号情報を得る。なお、この音声信号情報は、図２
（ｆ）に示したものと同じ２次元マトリクス情報であ
る。

【００４０】こうしてサブバンド毎の音声信号情報（各
時刻における周波数成分情報）が得られると、メモリ制
御器１０に書込要求信号ｓ３が与えられる。そして、こ
の書込要求信号ｓ３に応じて、メモリ制御器１０からメ
モリ１に所定の書込制御信号ｓ５が与えられ、上述のＭ
ＰＥＧデータの解析によって得られたサブバンド毎の音
声信号情報がメモリ１に与えられて記憶される。

【００４１】このメモリ１に記憶された周波数成分情報
（サブバンド情報Ｓ_j）は、可変タイミングの周波数成
分読み取り器２によって読み出され、固定周期のシンセ
サイザ合成器３に与えられる（図３（ｂ）参照）。

【００４２】この周波数成分情報の読み出しに際して
は、タイミングジェネレータ８から可変タイミングの周
波数成分読み取り器２に任意の設定周期で出力されるサ
ブバンド情報読み取り信号ｓ１に従って、読込要求信号
ｓ４がメモリ制御器１０に与えられる。

【００４３】そして、この読込要求信号ｓ４に応じて、
メモリ制御器１０からメモリ１に所定の読込制御信号ｓ
６が与えられることにより、上記周波数成分情報がメモ
リ１から読み出される。通常の音声復号方式では、上記
サブバンド情報読み取り信号ｓ１の周期は、符号化時に
設定された時間間隔と同じ間隔（例えば、４４．１ＫＨ
ｚの周期）である。

【００４４】次に、上記可変タイミングの周波数成分読
み取り器２により読み出されたサブバンド情報Ｓ_jは、
信号解析器１１に与えられてその信号成分が解析され
る。これにより得られる解析情報は、シンセサイザ制御
器１２および窓制御器１３に与えられ、この解析情報に
基づいて固定周期のシンセサイザ合成器３および可変窓
関数の窓処理器５の動作が制御される。これにより、以
下に述べるような周波数成分情報に応じた合成制御が行
われる。

【００４５】すなわち、固定周期のシンセサイザ合成器
３では、上記可変タイミングの周波数成分読み取り器２
により読み出されたサブバンド情報Ｓ_jがシンセサイザ
合成され、波形情報Ｖ_ikが求められる。この波形情報Ｖ
_ikは、次の（式３）で示される演算式によって求められ
る。

【００４６】

【数３】

【００４７】なお、通常の音声復号方式の下では、上記
（式３）中におけるＭ，Ｎの値は、それぞれ標準値とし
てのＭ＝１６，Ｎ＝６４であり、余弦関数 cos((M+i)×
(2j+1)π/N) の１サイクル中に含まれるサンプル数は、
上記した（式１）の場合と同様に２Ｎ＝１２８個であ
る。

【００４８】つまり、音声信号の符号化時に設定された
周波数間隔（周波数分解能）と同じ周波数間隔の周期関
数により、上記可変タイミングの周波数成分読み取り器
２により読み出された周波数成分情報で重み付けが実行
されて波形情報Ｖ_ikが合成される。この場合、上記波形
情報Ｖ_ikで示されるシンセサイザ合成波は、図３（ｃ）
のようになる。

【００４９】このようにして固定周期のシンセサイザ合
成器３にて求められた波形情報Ｖ_ikは、ポリフェーズフ
ィルタ４を構成する可変窓関数の窓処理器５に与えられ
る。そして、図３（ｄ）に例示する形状の窓関数ＷＩＮ
(k,l) を用いて（式４）に示すような演算式により窓処
理が施される。これにより、図３（ｃ）に示した信号の
不連続点が抑制され、図３（ｅ）のような波形を持つ窓
処理情報Ｗ_klが得られる。Ｗ_kl＝Ｖ_ik×ＷＩＮ(k,l) …（式４）

【００５０】なお、通常の音声復号方式の下では、上記
（式４）で用いられる窓関数ＷＩＮ(k,l) は、符号化時
に用いられたフィルタ関数ＰＦ(k,l) に等く、図２
（ｃ）に示したものと同じ形状を有している。

【００５１】次に、可変タイミングの合成器６では、次
の（式５）に基づいて、時間が前後にずれた１６個の窓
処理情報Ｗ_klが合成されて、ＰＣＭ音声信号Ｘ_lが求め
られる。そして、このＰＣＭ音声信号Ｘ_lは、クロック
ジェネレータ７から出力されるＤ／Ａ出力タイミング信
号ｓ２に基づくサンプリング周期に従って次段の処理回
路（図示せず）に出力される。

【００５２】

【数４】

【００５３】これにより、図３（ｆ）に示すように、上
記可変窓関数の窓処理器５までで得られた各時刻ごとに
離散した窓処理情報Ｗ_klが、時間軸で連続した音声信号
Ｘ_lとして出力されるようになる。このように、通常の
音声復号方式では、符号化時とは全く逆の操作をするこ
とにより、元の音声信号が再現される。

【００５４】なお、上述のメモリ制御器１０、固定周期
のシンセサイザ合成器３、可変窓関数の窓処理器５およ
び可変タイミングの合成器６の動作は、制御信号生成器
９の構成要素であるクロックジェネレータ７から出力さ
れるＤ／Ａ出力タイミング信号ｓ２に従って制御され
る。

【００５５】また、上記Ｄ／Ａ出力タイミング信号ｓ２
は、上記制御信号生成器９の他の構成要素であるタイミ
ングジェネレータ８にも与えられる。タイミングジェネ
レータ８では、上記Ｄ／Ａ出力タイミング信号ｓ２の周
波数を１／Ｎ₁に分周することにより、サブバンド情報
読み取り信号ｓ１を生成する。

【００５６】次に、テンポコントロールを行って音声信
号を再生する場合の復号動作を以下に説明する。本実施
例では、ポリフェーズフィルタ４において合成される時
間的に前後した１６個のシンセサイザ合成波の時間間隔
を変えることにより、再生音声のテンポを自由に変える
ことができるようにしている。

【００５７】シンセサイザ合成波の時間間隔を変更する
には、タイミングジェネレータ８で生成するサブバンド
情報読み取り信号ｓ１の周期を変えて、各サブバンドに
含まれるサンプル数を変更する方法と、クロックジェネ
レータ７で生成されるＤ／Ａ出力タイミング信号ｓ２の
周期を変更する方法との２つの方法がある。後者の場
合、上記（式３）中のＮの値は、再生音声信号の周波数
が固定となるように変更される。

【００５８】テンポコントロール後の音声が元の音声の
何倍の速度で再生されるかを表すテンポコントロール係
数Ｔ_xは、次の（式６）で与えられる。ただし、Ｎ₁お
よび〔ｓ２〕は、各サブバンドに含まれるサンプル数お
よびＤ／Ａ出力タイミング信号ｓ２の周期の標準値をそ
れぞれ示す。すなわち、Ｎ₁＝３２，〔ｓ２〕＝４４．
１ＫＨｚである。また、Ｎ₁'および〔ｓ２’〕は、上記
Ｎ₁および〔ｓ２〕の標準値を、テンポコントロールを
行うために変更した任意の値を示す。

【００５９】

【数５】

【００６０】例えば、通常の音声復号方式ではサンプル
数がＮ₁＝３２であるのをＮ₁'＝１６に変更すると、前
後にずれた各シンセサイザ合成波の時間間隔Δｔ’は、 Δｔ’＝１６／４４．１Ｋ≒３６３μｓｅｃとなり、通常の時間差Δｔ≒７２６μｓｅｃからΔｔ’
≒３６３μｓｅｃに変えられる。

【００６１】また、通常の音声復号方式ではＤ／Ａ出力
タイミング信号ｓ２の周期が４４．１ＫＨｚであるのを
３２ＫＨｚに変更すると、前後にずれた各シンセサイザ
合成波の時間間隔Δｔ’は、 Δｔ’＝３２／３２Ｋ＝１０００μｓｅｃとなり、通常の時間差Δｔ≒７２６μｓｅｃからΔｔ’
＝１０００μｓｅｃに変えられる。

【００６２】以上のようなテンポコントロールを伴う場
合の復号動作を図１および図４に基づいて説明すると、
以下のようになる。すなわち、図１において、各サブバ
ンド毎の周波数成分情報がメモリ１に記憶されるところ
までは、通常の音声復号方式の場合と同じである。した
がって、図４（ａ）に示す音声信号情報は、図３（ａ）
に示したものと同じである。

【００６３】上記メモリ１に記憶された周波数成分情報
は、可変タイミングの周波数成分読み取り器２により、
タイミングジェネレータ８から出力されるサブバンド情
報読み取り信号ｓ１に従って読み出される。このサブバ
ンド情報読み取り信号ｓ１の周期は、上述のようにして
各サブバンドに含まれるサンプル数Ｎ₁の値またはＤ／
Ａ出力タイミング信号ｓ２の周期を変更することによ
り、任意の周期に設定されている。

【００６４】これにより、上記メモリ１に記憶された周
波数成分情報は、符号化時に設定された時間間隔とは異
なる間隔で読み出される。この結果、得られる周波数成
分情報は、図４（ｂ）に示すように、元のテンポｔ＝ｔ
₁，ｔ₂，ｔ₃，…とは異なるテンポｔ＝ｔ₁'，ｔ₂'，
ｔ₃'，…を持つ情報となる。

【００６５】次に、固定周期のシンセサイザ合成器３で
は、（式３）で示される演算式に基づいて、符号化時に
設定された周波数間隔と同じ周波数の周期関数に従って
シンセサイザ合成が行われ、図４（ｃ）のような波形の
シンセサイザ合成波が求められる。なお、上述のように
周波数成分情報の読み取り周期を変更して求めたシンセ
サイザ合成波の波形情報をＶ_ik’で表す。

【００６６】なお、上記（式３）において、各サブバン
ドに含まれるサンプル数Ｎ₁の値を変えてテンポコント
ロールを行う場合は、上記周期関数の周期を表すＮの値
は固定であってＮ＝６４である。一方、Ｄ／Ａ出力タイ
ミング信号ｓ２の周期を変えてテンポコントロールを行
う場合は、ピッチの変更も同時に行われるため、Ｎの値
を適当に変えてやればテンポコントロールだけを行うこ
とができる。

【００６７】図４（ｃ）から明らかなように、上記波形
情報Ｖ_ik’で示されるシンセサイザ合成波は、圧縮時に
おける音声のピッチの変更を受けることなくテンポだけ
が変えられた波形になっている。

【００６８】上記固定周期のシンセサイザ合成器３で求
められた波形情報Ｖ_ik’は、次に、可変窓関数の窓処理
器５に与えられ、図４（ｄ）に例示する形状の窓関数Ｗ
ＩＮ(k,l)'に従って窓処理が施される。この窓処理で用
いられる窓関数ＷＩＮ(k,l)'は、任意に変更された周波
数成分情報の読み取り周期に対応して変えられるもので
あり、上記（式３）で示される演算式中のＭの値を変更
することによりその形状が変更されるようになってい
る。

【００６９】このように、可変窓関数の窓処理器５で所
定の窓処理を施すと、図４（ｅ）のような波形の窓処理
情報Ｗ_kl’が得られる。これにより、上記固定周期のシ
ンサイザ合成器３により生成された窓処理情報Ｗ_kl’の
不連続点によるノイズと、テンポの変更による音質の劣
化とが抑制されるようになる。その後、可変タイミング
の合成器６により、時間が前後にずれた１６個の窓処理
情報Ｗ_kl’が合成されて、ＰＣＭ音声信号Ｘ_l’として
次段の処理回路（図示せず）に出力される。

【００７０】以上のように、本実施例によれば、制御信
号生成器９で生成した制御信号（サブバンド情報読み取
り信号ｓ１やＤ／Ａ出力タイミング信号ｓ２）を用いて
周波数成分情報を読み出すタイミングを変えるだけで、
再生音声の高さを変えないでテンポだけを変えることが
できる。したがって、複雑な処理を行わなくても再生す
る音声のテンポを同一の音高で自由に変えることがで
き、しかも音質が劣化しないようにすることもできる。

【００７１】次に、他の実施例について、図５〜図７を
用いて説明する。図５は本実施例による音声信号デコー
ダの構成を示すブロック図、図６は上記音声信号デコー
ダの構成要素である可変周期のシンセサイザ合成器の具
体的な構成を示す図、図７は本実施例の音声信号デコー
ダで行われる音声復号方式の動作を説明するための波形
図である。

【００７２】図５から明らかなように、本実施例では、
図１の音声信号デコーダで用いていた固定周期のシンセ
サイザ合成器３を、シンセサイザ合成する際の周波数を
任意に変更することが可能な可変周期のシンセサイザ合
成器２３に変えている。

【００７３】この可変周期のシンセサイザ合成器２３
は、図６のように複数の要素信号発生器３₀,３₁,３₂,…
と、１つの加算器３１とにより構成されている。すなわ
ち、可変タイミングの周波数成分読み取り器２から与え
られるサブバンド番号０〜３１のサブバンド情報Ｓ_jに
対して、それぞれ対応して設けられている要素信号発生
器３₀,３₁,３₂,…により余弦関数 cos((M+i)×(2j+1)π
/N) の値が乗ぜられる。次に、このようにして求められ
た各サブバンド毎の要素信号が加算器３１で全て加算さ
れて波形情報Ｖ_ikが求められる。

【００７４】このように、可変周期のシンセサイザ合成
器２３でシンセサイザ合成する周波数を変えてピッチコ
ントロールを行うことにより、再生される音声の高さを
自由に変えることができるようにしている。

【００７５】シンセサイザ合成する周波数を変更するに
は、可変周期のシンセサイザ合成器２３の各要素信号発
生器３₀,３₁,３₂,…の基本周期（余弦関数 cos((M+i)×
(2j+1)π/N) 中におけるＮの値を用いて２Ｎで表され
る）を変更する方法と、クロックジェネレータ７で生成
されるＤ／Ａ出力タイミング信号ｓ２の周期を変更する
方法との２つの方法がある。

【００７６】ピッチコントロール後の音声が元の音声の
何倍の音程で再生されるかを表すピッチコントロール係
数Ｐ_xは、次の（式７）で与えられる。ただし、（式
７）中のＮおよび〔ｓ２〕は、各要素信号発生器３₀,３
₁,３₂,…の１／２周期を表す値およびＤ／Ａ出力タイミ
ング信号ｓ２の周期の標準値をそれぞれ示す。すなわ
ち、Ｎ＝６４，〔ｓ２〕＝４４．１ＫＨｚである。ま
た、Ｎ’および〔ｓ２’〕は、上記Ｎおよび〔ｓ２〕の
標準値を、ピッチコントロールを行うために変更した任
意の値をそれぞれ示す。

【００７７】

【数６】

【００７８】例えば、通常の音声復号方式ではＮ＝６４
であるのを、Ｎ’＝３２に変更すると、可変周期のシン
セサイザ合成器２３によって合成されるシンセサイザ合
成波の周期ｆ’は、ｆ’＝４４．１Ｋ／６４≒６８９Ｈｚとなり、通常の周期ｆ≒３４５Ｈｚからｆ’≒６８９Ｈ
ｚに変えられる。

【００７９】また、通常の音声復号方式ではＤ／Ａ出力
タイミング信号ｓ２の周期（サンプリング周波数）が４
４．１ＫＨｚであるのを３２ＫＨｚに変更すると、可変
周期のシンセサイザ合成器２３で合成されるシンセサイ
ザ合成波の周期ｆ’は、ｆ’＝３２Ｋ／１２８≒２５０Ｈｚとなり、通常の周期ｆ≒３４５Ｈｚからｆ’≒２５０Ｈ
ｚに変えられる。

【００８０】ここで、テンポコントールおよびピッチコ
ントロールを伴う場合の復号動作を図５および図７に基
づいて説明すると、以下のようになる。すなわち、図５
において、各サブバンド毎の周波数成分情報が可変タイ
ミングの周波数成分読み取り器２により読み出されると
ころまでは、テンポコントロールだけを行う場合の音声
復号方式と同様である。これにより、図７（ａ）（ｂ）
に示すような音声信号情報および周波数成分情報が得ら
れる。

【００８１】次に、上記可変タイミングの周波数成分読
み取り器２により読み出された周波数成分情報（サブバ
ンド情報Ｓ_j）は、可変周期のシンセサイザ合成器２３
に与えられてシンセサイザ合成される。

【００８２】すなわち、可変周期のシンセサイザ合成器
２３では、（式３）で示される演算式中のＮの値を任意
の値に変更することにより、符号化時に設定された周波
数間隔とは異なる周波数の周期関数が生成される。そし
て、この周期関数に基づいてシンセサイザ合成が行わ
れ、図７（ｃ）のような波形のシンセサイザ合成波の波
形情報Ｖ_ik''が求められる。このシンセサイザ合成波
は、圧縮時における音声のテンポが変えられるととも
に、ピッチの変更を受けた波形になっている。

【００８３】そして、上記可変周期のシンセサイザ合成
器２３で求められた波形情報Ｖ_ik''は、可変窓関数の窓
処理器５に与えられ、図７（ｄ）に例示する形状の窓関
数ＷＩＮ(k,l)'' に従って窓処理が施される。この窓処
理で用いられる窓関数ＷＩＮ(k,l)'' は、上記（式３）
で示される演算式中のＭの値を変更することによりその
形状が変更される。

【００８４】このように可変窓関数の窓処理器５で所定
の窓処理を施すと、図７（ｅ）のような波形の窓処理情
報Ｗ_kl''が得られる。これにより、上記可変周期のシン
セサイザ合成器２３により生成された窓処理情報Ｗ_kl''
の不連続点の影響によるノイズと、テンポおよびピッチ
の変更による音質の劣化とが抑制されるようになる。そ
の後、可変タイミングの合成器６により、時間が前後に
ずれた１６個の窓処理情報Ｗ_kl''が合成されて、図７
（ｆ）のような波形を持つＰＣＭ音声信号Ｘ_l''として
次段の処理回路（図示せず）に出力される。

【００８５】以上のように、本実施例によれば、制御信
号生成器９で生成した制御信号（サブバンド情報読み取
り信号ｓ１およびＤ／Ａ出力タイミング信号ｓ２）を用
いて、各シンセサイザ合成波の時間間隔およびシンセサ
イザ合成する周波数を変えるだけで、再生音声のテンポ
とピッチとを自由に変えることができる。したがって、
複雑な処理を行わなくても再生する音声のテンポとピッ
チとを自由に変えることができ、しかも音質が劣化しな
いようにすることもできる。

【００８６】また、テンポとピッチの変更をそれぞれ独
立して制御することもできるので、再生音声のテンポと
ピッチとの組み合わせを自由に選ぶことができる。例え
ば、音声を低音で再生するにもかかわらずテンポを速く
したり、音声を高音で再生するにもかかわらずテンポを
遅くしたりすることができる。このことは、従来の音声
再生装置では行うことができなかったことである。

【００８７】上述したように、テンポコントロールおよ
びピッチコントロールのパラメータとしては、Ｎ，ｓ
２，Ｎ₁の３つがある。そして、テンポコントロール
は、サブバンド情報読み取り信号ｓ１（＝〔ｓ２〕
Ｎ₁）を変更することによって行うことができる。ま
た、ピッチコントロールは、Ｄ／Ａ出力タイミング信号
ｓ２または各サブバンドに含まれるサンプル数Ｎの値を
変更することによって行うことができる。

【００８８】以下に、通常の音声復号方式、テンポを変
えた場合の音声復号方式およびテンポ・ピッチを変えた
場合の音声復号方式のそれぞれにおいて用いられる上述
の３つのパラメータの例を、参考のために次の表１およ
び表２にまとめておく。

【００８９】

【表１】

【００９０】

【表２】

【００９１】以上の実施例では、音声信号デコーダとし
てＭＰＥＧ規格のものを用いた場合について説明した
が、それ以外にも、音声信号がサブバンド分割される方
式を採用する装置であれば他の規格のデコーダにも本発
明を適用することができる。また、サブバンド分割の方
式を採用していない装置であっても、音声信号をサブバ
ンド分割する仕組みを採り入れれば、同様に本発明を適
用することができる。

【００９２】なお、本文では音の高さをピッチ、再生ス
ピードをテンポとして記述しているが、これはカラオケ
等で通常用いられている。

【００９３】

【発明の効果】本発明は上述したように、入力された音
声信号を入力される制御信号に応じたタイミングで取り
込む信号取込手段と、上記信号取込手段に対して上記音
声信号が符号化時に設定された時間間隔と異なる時間間
隔で上記音声信号を取り込むように上記制御信号を発生
して上記信号取込手段に供給する制御信号生成手段とを
設け、上記制御信号生成手段で生成される制御信号に応
じて、サブバンド分割された音声信号の時間間隔を任意
に変更して合成することができるようにしたので、符号
化時における設定テンポとは異なるテンポで、サブバン
ド分割された音声信号を合成することができるととも
に、その周波数成分が変わらないようにすることがで
き、元の音声信号の波形を解析するための複雑な処理を
行わなくても、再生音声の高さを変えないでテンポだけ
を変えることができる。しかも、上述のように、元の波
形を維持したまま音声信号の合成をすることができるの
で、再生音声信号の音質劣化を軽減することもできる。

【００９４】本発明の他の特徴によれば、サブバンド分
割されたときの設定周波数と異なる周波数を有する制御
信号をも生成するように上記制御信号生成手段を構成
し、サブバンド分割されたときの設定周波数とは異なる
任意の周波数で音声信号を合成することができるように
したので、上記設定周波数とは異なる周波数成分を持つ
音声信号を得ることができ、再生音声信号の音の高さを
自由に変えることができる。

【００９５】本発明の更に他の特徴によれば、上記可変
タイミング合成手段により得られる音声信号に対して所
定の窓関数を用いて窓処理を行う窓処理手段を設け、上
記窓処理手段で行われる窓処理を上記制御信号生成手段
で生成される所定の制御信号に応じて変更するようにし
たので、常に最適な窓関数を用いて窓処理を行うように
することができ、合成手段により得られる音声信号の不
連続点によるノイズや、合成手段での合成周波数の変更
あるいは音声信号の取り込み周期の変更による音質劣化
を十分に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である音声信号デコーダの構
成を示すブロック図である。

【図２】サブバンド分割された音声信号を生成する手順
を説明するための信号波形図である。

【図３】通常の音声復号方式の動作を説明するための信
号波形図である。

【図４】テンポコントロールした場合の音声復号方式の
動作を説明するための信号波形図である。

【図５】他の実施例による音声信号デコーダの構成を示
すブロック図である。

【図６】可変周期のシンセサイザ合成器の具体的な構成
を示す図である。

【図７】テンポ・ピッチを変更した場合の音声復号方式
の動作を説明するための信号波形図である。

【図８】従来の音声信号デコーダの構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１メモリ２可変タイミングの周波数成分読み取り器３固定周期のシンセサイザ合成器３₀,３₁,３₂,３₃ 要素信号発生器４ポリフェーズフィルタ５可変窓関数の窓処理器６可変タイミングの合成器７クロックジェネレータ８タイミングジェネレータ９制御信号生成器１０メモリ制御器１１信号解析器１２シンセサイザ制御器１３窓制御器２３可変周期のシンセサイザ合成器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の設定周波数にサブバンド分割され
た音声信号を復号する音声信号デコーダにおいて、入力された上記音声信号を、入力される制御信号に応じ
たタイミングで取り込む信号取込手段と、上記信号取込手段に対して上記音声信号が符号化時に設
定された時間間隔と異なる時間間隔で上記音声信号を取
り込むように上記制御信号を発生し、上記信号取込手段
に供給する制御信号生成手段と、上記信号取込手段によって取り込まれた上記サブバンド
分割された音声信号を複数の周期関数から合成して出力
する可変タイミング合成手段とを備え、上記サブバンド分割された音声信号の時間間隔を変更し
てデコードすることができようにしたことを特徴とする
音声信号デコーダ。
【請求項２】請求項１記載の音声信号デコーダにおい
て、上記信号取込手段の前段にバッファメモリを設け、上記
信号取込手段は上記バッファメモリに一時記憶された上
記音声信号を上記制御信号に従って読み出し、上記可変
タイミング合成手段に供給することを特徴とする音声信
号デコーダ。
【請求項３】複数の設定周波数にサブバンド分割され
た音声信号を復号する音声信号デコーダにおいて、上記サブバンド分割された音声信号に基づいて合成され
た合成波を、入力される制御信号に応じたサンプリング
周波数に従って合成して出力する可変タイミング合成手
段と、上記音声信号がサブバンド分割されたときのサンプリン
グ周波数と異なる周波数の制御信号を発生させて上記可
変タイミング合成手段に導出する制御信号生成手段とを
具備し、上記サブバンド分割された音声信号の時間間隔を変更し
てデコードすることができようにしたことを特徴とする
音声信号デコーダ。
【請求項４】複数の設定周波数にサブバンド分割され
た音声信号を復号する音声信号デコーダにおいて、入力された上記音声信号を、入力される第１の制御信号
に応じたタイミングで取り込む信号取込手段と、上記信号取込手段によって取り込まれた上記サブバンド
分割された音声信号を、入力される第２の制御信号に応
じた周期関数に従って合成して出力する可変タイミング
合成手段と、上記信号取込手段に対して上記音声信号が符号化時に設
定された時間間隔と異なる時間間隔で上記音声信号を取
り込むように上記第１の制御信号を発生し、上記信号取
込手段に供給するとともに、上記音声信号がサブバンド
分割されたときのサンプリング周波数と異なる周波数に
従って上記音声信号をデコードするようにする第２の制
御信号を発生し、上記可変タイミング合成手段に供給す
る制御信号生成手段とを備え、上記サブバンド分割された音声信号の時間間隔を変更し
てデコードすることができようにするとともに、上記サ
ブバンド分割されたときの設定周波数と異なる周波数の
周期関数に従って上記音声信号をデコードすることがで
きるようにしたことを特徴とする音声信号デコーダ。
【請求項５】請求項４記載の音声信号デコーダにおい
て、上記信号取込手段の前段にバッファメモリを設け、上記
信号取込手段は上記バッファメモリに一時記憶された上
記音声信号を上記第１の制御信号に従って読み出し、上
記可変タイミング合成手段に供給することを特徴とする
音声信号デコーダ。
【請求項６】上記可変タイミング合成手段は、所定の
合成演算式に基づいてシンセサイザ合成を行う合成手段
を具備しており、上記合成手段に入力される第２の制御信号に応じて上記
合成演算式を変えることにより、サブバンド分割された
ときの設定周波数と異なる周波数に従って上記音声信号
をデコードすることができるようにしたことを特徴とす
る請求項３、４または５記載の音声信号デコーダ。
【請求項７】上記可変タイミング合成手段により得ら
れる音声信号に対して所定の窓関数を用いて窓処理を行
う窓処理手段を設け、上記窓処理手段で行われる窓処理を上記制御信号生成手
段で生成される制御信号に応じて変更するようにしたこ
とを特徴とする請求項１、２または３記載の音声信号デ
コーダ。
【請求項８】上記可変タイミング合成手段により得ら
れる音声信号に対して所定の窓関数を用いて窓処理を行
う窓処理手段を設け、上記窓処理手段で行われる窓処理を上記制御信号生成手
段で生成される第１の制御信号および第２の制御信号に
応じて変更するようにしたことを特徴とする請求項４、
５または６記載の音声信号デコーダ。