JPH11119799A - 音声符号化方法および音声符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＣＥＬＰ音声符号化方式における固定コー
ドブック探索処理をＤＳＰ等の信号処理用ＬＳＩで実現
した場合のアドレス発生に関する演算量の増加を低減す
る。 【解決手段】 固定コードブック探索処理における代数
コードブックの探索回数を制御するしきい値の計算を行
うしきい値計算手段１０１と、しきい値を基に代数コー
ドブックの探索箇所を絞り込む絞り込み探索アプローチ
手段１０２と、絞り込み探索アプローチ手段の結果を基
に代数コードブックの探索を行うパルス位置探索手段１
０３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音声符号化方法お
よび音声符号化装置に関し、特に低ビットレートで自然
な品質の音声を実現したＣＥＬＰ（符号励振線形予測：
Ｃｏｄｅ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉ
ｃｔｉｏｎ）方法等の音声符号化方法および音声符号化
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】音声の符号化技術は音声波形をディジタ
ル符号に変換して伝送したり、記録する際に情報量を削
減する技術である。そして、近年のＬＳＩ技術の急速な
進展とともに、圧縮効率の高い高能率符号化方法が実現
可能となり、ディジタル移動通信や多様なマルチメディ
ア通信に適用されている。

【０００３】ここで、高能率符号化方法の１つであるＣ
ＥＬＰ方法、その中で固定コードブックに代数コードブ
ックを用いるＡＣＥＬＰ（代数符号励振線形予測：Ａｌ
ｇｅｂｒａｉｃ ＣＥＬＰ）方法について説明する。こ
のＡＣＥＬＰ方法については、標準化されている符号化
方式ＩＴＵ−ＴＧ．７２９およびＩＴＵ−ＴＧ．７２
３．１の勧告書に記載されている手法を参考として、以
下に説明する。

【０００４】符号器側では、まずあるフレーム毎に符号
化対象の音声信号に対し線形予測分析を行い、短期合成
フィルタ係数を抽出する。上記の線形予測分析というの
は、現時刻におけるサンプル値を、過去のサンプル値の
線形結合として予測する線形予測モデルを用いて、現サ
ンプル値と予測値の誤差が最小となるように線形式の係
数を求め、それを分析値とする音声信号の分析方法であ
る。また、短期合成フィルタというのは、線形予測分析
より求められた係数をフィルタ係数とするフィルタであ
り、音声の周波数特性を表すフィルタである。

【０００５】つぎに、音声信号に対し、短期合成フィル
タに基づいて与えられる聴覚重み付けフィルタにより聴
覚重み付けを行い、聴覚重み付き音声信号が生成され
る。そして、聴覚重み付き音声信号より、後述の適応コ
ードブック探索時の演算量を削減するためのピッチ周期
が予備選択される。上記の聴覚重み付けフィルタという
のは、以下のようなフィルタである。すなわち、音声信
号のホルマント領域での量子化雑音がマスキング効果に
より小さく感じられるという効果を利用し、聴感上の雑
音感を低減するためのフィルタである。

【０００６】ここで、上記フレームはさらに幾つかのサ
ブフレームに分割され、以降の処理はサブフレーム毎に
実行される。そしてまず、音声信号から短期合成フィル
タによる短期予測寄与分を減算した線形予測残差信号に
対し、ピッチ周期に基づき適応コードブック探索を行う
ことによりピッチパラメータおよび利得を抽出し、長期
合成フィルタを生成する。上記の短期予測寄与分という
のは、｛入力音声信号−（１／短期合成フィルタ）×入
力音声信号｝に等しい。ただし、（１／短期合成フィル
タ）は、短期合成フィルタの逆フィルタである。また、
音声信号には声帯の振動による周期的な成分が含まれて
おり、そのときの周期をピッチ周期とする。ここでは、
音声信号（聴覚重み付き）から直接抽出した周期をピッ
チ周期と呼び、さらに、より正確な周期を得るために音
声信号から上記短期予測寄与分を差し引いた線形予測残
差信号から抽出した周期をピッチパラメータとしてい
る。また、適用コードブックというのは、パラメータと
して上記線形予測残差信号のピッチパラメータと利得を
有するコードブックである。また、長期合成フィルタと
いうのは、上記適応コードブックパラメータ（ピッチパ
ラメータと利得）により構成されるフィルタであり、過
去の線形予測残差信号から現在の線形予測残差信号を予
測するものである。

【０００７】つぎに、線形予測残差信号から長期合成フ
ィルタによる長期予測寄与分を減算した残差信号が固定
コードブック探索において最適励振信号の確定に用いら
れる。固定コードブック探索処理は聴覚重み付き音声信
号と聴覚重み付き再生音声信号との間の平均自乗誤差を
最小化することにより行われ、以下の手順で実現され
る。上記の長期予測寄与分というのは、（長期合成フィ
ルタ×過去の線形予測残差信号）に等しい。また、固定
コードブックというのは、パラメータとしてあらかじめ
数種類の音源信号が登録されたコードブックであり、固
定コードブック探索では線形予測残差信号から長期予測
寄与分を減じた残差信号とコードブックに登録された音
源信号の誤差電力が最小となるような最適な音源信号が
選択される。

【０００８】まず、残差信号ｘ［ｎ］および短期合成フ
ィルタと聴覚重み付けフィルタとの縦続接続で構成され
る聴覚重み付き合成フィルタのインパルス応答ｈ［ｎ］
の相関信号ｄ［ｎ］を（数１）に基づいて算出する。
（数１）のｎは各信号の時間領域の連続するサンプル番
号であり、ｎ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１である。ま
た、同式のｉとｊは、各信号の時間領域の連続するサン
プル番号である。

【０００９】

【数１】

【００１０】つぎに、聴覚重み付き合成フィルタのイン
パルス応答ｈ［ｎ］の相関を含む行列Φを（数２）に基
づいて算出する。

【００１１】

【数２】

【００１２】ｃ_k をｋ番目の固定コードブックベクトル
とするとき、コードブックは（数３）を最大にするｋを
求めることにより探索される。なお、Ｃ_k はスカラ量を
表し、ｃ_k はベクトルを表している。

【００１３】

【数３】

【００１４】上記の（数３）において、ｃ_k は固定コー
ドブックに登録されたｋ番目の音源ベクトルであり、ｃ
_k ^t は音源ベクトルｃ_k の転置ベクトルである。ｃ
_k ［ｎ］は音源ベクトルｃ_k のｎ番目の要素である。Ｃ
_k ² およびＥ_k はそれぞれ（数３）の右辺の分子および
分母を便宜上１個の変数に割り当てただけものである。
ここで、Ｎはサブフレーム長を示す。また、固定コード
ブックは、代数的構造を持つため、探索手順の簡略化が
可能であり、（数３）の分子の相関および分母のエネル
ギーは（数４）および（数５）で示される。

【００１５】

【数４】

【００１６】

【数５】

【００１７】ここで、Ｍはパルス本数、ｍ_i はｉ番目の
パルス位置、ｓ_i はその振幅を示す。つぎに、（数３）
と（数４）および（数５）の関係について詳しく説明す
る。まず、（数３）の分子と（数４）の関係について説
明する。（数３）の分子はそのまま計算すると、 Ｃ_k ＝ｄ［０］・ｃ_k ［０］＋ｄ［１］・ｃ_k ［１］＋
…＋ｄ［Ｎ−１］・ｃ_k ［Ｎ−１］ となる。なお、二乗の部分は省略している。しかし、固
定コードブックが代数的構造を持つ場合には、固定コー
ドブックに登録される音源ベクトルｃ_k ［ｎ］は、ある
決められたパルス数（ここでは、Ｍ本）だけ零でないパ
ルスを持ち、他は全て零となる。

【００１８】例として、パルス本数Ｍ＝４であり、０，
１，２，３番目のパルス位置をそれぞれｍ₀ ，ｍ₁ ，ｍ
₂ ，ｍ₃ （ｍ₀ ＜ｍ₁ ＜ｍ₂ ＜ｍ₃ ）とすると、音源ベ
クトルｃ_k ［ｎ］は、ｃ_k ［ｍ₀ ］、ｃ_k ［ｍ₁ ］、ｃ
_k ［ｍ₂ ］、ｃ_k ［ｍ₃ ］のみ非零で、その他の音源ベ
クトルｃ_k ［ｎ］（ｎはｍ₀ 、ｍ₁ 、ｍ₂ 、ｍ₃ 以外）
は全て零となる。したがって、（数３）の分子は、 Ｃ_k ＝ ｄ［０］・０＋…＋ｄ［ｍ₀ −１］・０ ＋ｄ［ｍ₀ ］・ｃ_k ［ｍ₀ ］ ＋ｄ［ｍ₀ ＋１］・０＋…＋ｄ［ｍ₁ −１］・０ ＋ｄ［ｍ₁ ］・ｃ_k ［ｍ₁ ］ ＋ｄ［ｍ₁ ＋１］・０＋…＋ｄ［ｍ₂ −１］・０ ＋ｄ［ｍ₂ ］・ｃ_k ［ｍ₂ ］ ＋ｄ［ｍ₂ ＋１］・０＋…＋ｄ［ｍ₃ −１］・０ ＋ｄ［ｍ₃ ］・ｃ_k ［ｍ₃ ］ ＋ｄ［ｍ₃ ＋１］・０＋…＋ｄ［Ｎ−１］・０ ＝ ｄ［ｍ₀ ］・ｃ_k ［ｍ₀ ］＋ｄ［ｍ₁ ］・ｃ_k ［ｍ₁ ］ ＋ｄ［ｍ₂ ］・ｃ_k ［ｍ₂ ］＋ｄ［ｍ₃ ］・ｃ_k ［ｍ₃ ］ となる。そこで、音源信号ｃ_k ［ｍ_i ］の振幅をｓ
_i （ｉ＝０，１，２，３）とすると、 Ｃ_k ＝ ｄ［ｍ₀ ］・ｓ₀ ＋ｄ［ｍ₁ ］・ｓ₁＋ｄ［ｍ
₂ ］・ｓ₂ ＋ｄ［ｍ₃ ］・ｓ₃ となり、（数４）のＭ＝４の場合の結果となる。

【００１９】また、（数３）の分母と（数５）の関係
も、上記要因を考慮すると、同様に成立する。なお、パ
ルス本数については、上述したように、固定コードブッ
クに登録された音源ベクトルで非零の要素がいくつある
かを意味し、実際の本数は、このＡＣＥＬＰ方法を用い
た様々な符号化方式によって異なると考えられる。

【００２０】また、（数１），（数２）のｎ，ｉ，ｊ
は、前述したように、各信号（ｄ［］等）の時間領域で
の連続するサンプル番号を示すが、（数４）以降の数式
のｍ _i は、ｉ番目のパルス位置を示し、例えばｄ［ｎ］
（ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１）の中のある任意の位置
を表す。例えば、ｄ［ｎ］（ｎ＝ａ）とｄ［ｍ_i ］（ｍ
_i ＝ａ）は等値である。したがって、各数式中のｍ_i が
とりうる値は、ｎ，ｉ，ｊがとりうる値（０，１，２，
…，Ｎ−１）であり、整数である。ｍ_j も同様である。

【００２１】例えば、（数４）のｄ［ｍ_i ］は、ｄ
［ｎ］（ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１）のｎ＝＝ｍ_i で
あった場合を示す。また、（数５）のΦ（ｍ_i ，ｍ_j ）
はΦ（ｉ，ｊ）（ｉ＝０，１，２，…，Ｎ−１、ｊ＝
ｉ，…，Ｎ−１）のｉ＝＝ｍ_i ，ｊ＝＝ｍ_j であった場
合を示す。また、Ｍ本のパルス位置はＭ重ループにより
一本ずつ逐次的に探索されることから、探索手順をさら
に簡略化するために絞り込み探索アプローチが使用され
る。本アプローチでは最終ループに入る前に、事前に算
出されたしきい値とその時点での（数４）で示される相
関値とを比較し、しきい値を越えた場合のみ最終ループ
に入る。さらに、最終ループに入ることができる回数の
上限を設定することにより、コードブック探索回数を抑
えることができる。

【００２２】以上の手順で固定コードブックの探索が行
われた後、線形予測分析で抽出された短期予測符号およ
び適応コードブック探索で抽出された長期予測符号、そ
して固定コードブック探索で抽出されたパルス位置、利
得情報が復号器側へ伝送される。上記の短期予測符号と
いうのは短期合成フィルタ係数を符号化して得られる短
期予測符号のことであり、長期予測符号というのは線形
予測残差信号のピッチパラメータおよび利得を符号化し
て得られる長期予測符号のことである。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＡＣＥＬＰ音
声符号化方法における従来の固定コードブック探索処理
では、絞り込み探索アプローチ処理とパルス位置探索処
理が同時に行われており、Ｍ本のパルス位置を探索する
際のＭ重ループ内では（数４）、（数５）で示されるｄ
［ｍ_i ］およびΦ（ｍ_i ，ｍ_i ）、Φ（ｍ_i ，ｍ_j ）の
合計Ｍ² ＋Ｍ−（１＋２＋・・・＋（Ｍ−１））個のデ
ータを扱う必要がある。そのため、この探索処理をＤＳ
Ｐ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏ
ｒ）等の信号処理用ＬＳＩで実現させた場合には、メモ
リ上に格納された各データを扱うためにＭ² ＋Ｍ−（１
＋２＋・・・＋（Ｍ−１））本のアドレスポインタが必
要となる。

【００２４】ここで、ＡＣＥＬＰ音声符号化方法におけ
る従来の固定コードブック探索処理の処理フローを図４
に示す。図４において、１０１は代数コードブックの探
索方法を制御するしきい値の計算を行うしきい値計算手
段、４１８はしきい値を基に代数コードブックの探索箇
所を絞り込む絞り込み探索アプローチ処理とその結果を
基に代数コードブックの探索を行うパルス位置探索処理
を行う絞り込み探索アプローチ・パルス位置探索手段で
ある。また、図４は、探索する代数コードブックのパル
ス数Ｍが４本である場合について示している。まず、し
きい値計算手段１０１のステップ４００において、（数
６）に示すしきい値ｔｈｒｅｓを算出する。

【００２５】

【数６】

【００２６】ここで、ｍａｘは最初の３パルスによる相
関値の絶対値の最大値、ａｖｅは最初の３パルスによる
相関値の平均値、Ｋは０≦Ｋ≦１の定数を示す。つぎ
に、絞り込み探索アプローチ・パルス位置探索手段４１
８に移り、ステップ４０２で（数７）に示す相関値Ｃ
０、（数８）に示すエネルギーＥ０、ステップ４０４で
（数９）に示す相関値Ｃ１、（数１０）に示すエネルギ
ーＥ１、ステップ４０６で（数１１）に示す相関値Ｃ
２、（数１２）に示すエネルギーＥ２を算出する。な
お、ステップ４０１は第１パルス位置ｍ₀ 探索ループス
タートステップであり、ステップ４０３は第２パルス位
置ｍ₁ 探索ループスタートステップであり、ステップ４
０５は第３パルス位置ｍ₂ 探索ループスタートステップ
である。

【００２７】

【数７】

【００２８】

【数８】

【００２９】

【数９】

【００３０】

【数１０】

【００３１】

【数１１】

【００３２】

【数１２】

【００３３】ここで、ｄ［ ］は入力音声信号から短期
予測寄与分および長期予測寄与分を減じた残差信号と、
聴覚重み付き合成フィルタのインパルス応答との相関信
号、ｍ_i はｉ番目のパルス位置、ｓ_i はその振幅、Φ′
は（数２）に示す聴覚重み付き合成フィルタのインパル
ス応答の相関を含む行列Φに前記相関信号ｄ［ ］の極
性情報を付加したものを示す。つぎに、ステップ４０７
において、ステップ４００で算出したしきい値ｔｈｒｅ
ｓと相関値Ｃ２を比較する。そして、相関値Ｃ２がしき
い値ｔｈｒｅｓ以下である場合には、つぎのパルス位置
に対して探索を行う（ステップ４１５、４１６、４１
７）。また、相関値Ｃ２がしきい値ｔｈｒｅｓより大き
い場合には、ステップ４０８に移り、第４パルス位置ｍ
₃ の探索をスタートし、ステップ４０９で（数１３）に
示す相関値Ｃ３、（数１４）に示すエネルギーＥ３を算
出する。

【００３４】

【数１３】

【００３５】

【数１４】

【００３６】そして、ステップ４１０において、（数
３）に示す式を最大にする最適パルス位置を探索するた
めに、Ｃ３² ・Ｅ_max とＣ_max ・Ｅ３の比較を行う。Ｃ
_max およびＥ_max はそれぞれ最適パルスによる相関値お
よびエネルギーである。ここで、Ｃ_max ・Ｅ３がＣ３²
・Ｅ_max 以上である場合には、次のパルス位置に対して
探索を行う（ステップ４１２）。逆に、Ｃ_max ・Ｅ３が
Ｃ３² ・Ｅ_max より小さい場合には、ステップ４１１に
おいて、そのときの全パルス位置ｍ₀ ，ｍ₁ ，ｍ ₂ ，ｍ
₃ を最適パルスによる相関値およびエネルギーとして保
存更新し、つぎのパルス位置に対して探索を行う（ステ
ップ４１２）。なお、ステップ４１２は、第４パルス位
置探索ループ終了ステップである。そして、探索すべき
全ての第４パルス位置の探索が終了したら、ステップ４
１３において、第４パルス位置の探索を行った回数をカ
ウントするカウンタをインクリメントし、ステップ４１
４においてそのカウンタが第４パルス位置の探索を行う
回数の上限である最大探索回数より大きければパルス位
置探索処理を終了する。また、カウンタが最大探索回数
以下であれば、つぎのパルス位置に対して探索を行う
（ステップ４１５）。絞り込み探索アプローチ・パルス
位置探索手段４１８では、上記一連の処理をカウンタが
最大探索回数より大きくなるか、または探索すべき全て
の第１，第２，第３パルス位置の探索が終了するまで繰
り返す。なお、ステップ４１５は、第３パルス位置探索
ループ終了ステップ、ステップ４１６は第２パルス位置
探索ループ終了ステップ、ステップ４１７は第１パルス
位置探索ループ終了ステップである。これから明らかな
ように、探索する代数コードブックのパルス数が４本で
ある固定コードブック処理を絞り込み探索アプローチ・
パルス位置探索手段４１８で同時に行う場合、４重ルー
プ内では、（数７）〜（数１４）で示されるｄ［ ］お
よびΦ′（ ）の合計１４個のデータを扱う必要があ
る。

【００３７】これは、例えば代数コードブックのパルス
数Ｍが４本の場合では、アドレスポインタが１４本必要
となることを意味する。しかし、通常ＤＳＰを用いた探
索処理で使用できるアドレスポインタ本数には制限があ
り、これまではアドレスポインタの内容をメモリ上に退
避、復帰しながら処理を行っていたため、演算量が増大
するという問題を有していた。

【００３８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ＤＳＰ等の信号処理用ＬＳＩを用いてＡＣＥＬＰ音
声符号化方法を実現する場合の固定コードブック探索処
理における演算量を削減することができる音声符号化方
法および音声符号化装置を提供することを目的とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の音声符号化方法は、あるフ
レーム長の音声信号に対し線形予測分析を行い短期合成
フィルタを生成し、音声信号に対し聴覚重み付けを行い
聴覚重み付き音声信号を生成し、聴覚重み付き音声信号
を基に長期合成フィルタを生成し、短期合成フィルタに
よる短期予測寄与分と長期合成フィルタによる長期予測
寄与分を音声信号より減算した残差信号を基に残差信号
と再生音声信号の平均自乗誤差が最小となるように代数
コードブックの探索を行う方法であり、代数コードブッ
クの探索方法を制御するしきい値の計算を行い、しきい
値を基に代数コードブックの探索箇所を絞り込み、絞り
込みの結果を基に代数コードブックの探索を行うことを
特徴とする。

【００４０】この方法によると、ＡＣＥＬＰ音声符号化
方法の固定コードブック探索処理においてコードブック
の探索箇所を絞り込む絞り込み探索アプローチ処理と代
数コードブックのパルス位置を探索するパルス位置探索
処理を分離することにより、固定コードブック探索処理
をＤＳＰ等の信号処理用ＬＳＩで実現する場合に必要と
なるアドレスポインタ数を低減することができ、アドレ
ス発生に伴うアドレスポインタの内容の退避、復帰処理
が減少することから、アドレス発生に関する演算量の増
加を抑えることが可能となる。

【００４１】本発明の請求項２記載の音声符号化装置
は、あるフレーム長の音声信号に対し線形予測分析を行
い短期合成フィルタを生成する線形予測分析手段と、音
声信号に対し聴覚重み付けを行い聴覚重み付き音声信号
を生成する聴覚重み付け手段と、聴覚重み付き音声信号
を基に長期合成フィルタを生成する適応コードブック探
索手段と、短期合成フィルタによる短期予測寄与分と長
期合成フィルタによる長期予測寄与分を音声信号より減
算した残差信号を基に残差信号と再生音声信号の平均自
乗誤差が最小となるように代数コードブックの探索を行
う固定コードブック探索手段とを備えた音声符号化装置
であり、固定コードブック探索手段が、代数コードブッ
クの探索方法を制御するしきい値の計算を行うしきい値
計算手段と、しきい値を基に代数コードブックの探索箇
所を絞り込む絞り込み探索アプローチ手段と、絞り込み
探索アプローチ手段の結果を基に代数コードブックの探
索を行うパルス位置探索手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００４２】この構成によると、ＡＣＥＬＰ音声符号化
方法の固定コードブック探索処理においてコードブック
の探索箇所を絞り込む絞り込み探索アプローチ処理と代
数コードブックのパルス位置を探索するパルス位置探索
処理を分離することにより、固定コードブック探索処理
をＤＳＰ等の信号処理用ＬＳＩで実現する場合に必要と
なるアドレスポインタ数を低減することができ、アドレ
ス発生に伴うアドレスポインタの内容の退避、復帰処理
が減少することから、アドレス発生に関する演算量の増
加を抑えることが可能となる。

【００４３】本発明の請求項３記載の音声符号化装置
は、あるフレーム長の音声信号に対し線形予測分析を行
い短期合成フィルタを生成する線形予測分析処理部と、
音声信号に対し聴覚重み付けを行い聴覚重み付き音声信
号を生成する聴覚重み付け処理部と、聴覚重み付き音声
信号を基に長期合成フィルタを生成する適応コードブッ
ク探索処理部と、短期合成フィルタによる短期予測寄与
分と長期合成フィルタによる長期予測寄与分を音声信号
より減算した残差信号を基に残差信号と再生音声信号の
平均自乗誤差が最小となるように代数コードブックの探
索を行う固定コードブック探索処理部とを備えた音声符
号化装置であり、固定コードブック探索処理部が、代数
コードブックの探索方法を制御するしきい値の計算を行
うしきい値計算処理部と、しきい値を基に代数コードブ
ックの探索箇所を絞り込む絞り込み探索アプローチ処理
部と、絞り込み探索アプローチ処理部で絞り込まれた代
数コードブックの探索箇所に関する情報を保存するコー
ドブック探索箇所情報格納用メモリと、コードブック探
索箇所情報格納用メモリに保存された情報を基に代数コ
ードブックの探索を行うパルス位置探索処理部とを備え
たことを特徴とする。

【００４４】この構成によると、ＡＣＥＬＰ音声符号化
方法の固定コードブック探索処理においてコードブック
の探索箇所を絞り込む絞り込み探索アプローチ処理と代
数コードブックのパルス位置を探索するパルス位置探索
処理を分離することにより、固定コードブック探索処理
をＤＳＰ等の信号処理用ＬＳＩで実現する場合に必要と
なるアドレスポインタ数を低減することができ、アドレ
ス発生に伴うアドレスポインタの内容の退避、復帰処理
が減少することから、アドレス発生に関する演算量の増
加を抑えることが可能となる。

【００４５】また、本発明の媒体は、コンピュータに請
求項１記載の音声符号化方法を実現する各手段を実行さ
せるプログラムを記録したものである。この構成による
と、この媒体を用いてコンピュータを動作させると、請
求項１と同様な作用効果を達成することができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１、図２および図３を用いて説明する。 （第１の実施の形態）以下、本発明の第１の実施の形態
について、図１および図２を参照しながら説明する。

【００４７】図１は本発明の第１の実施の形態における
ＡＣＥＬＰ音声符号化方法における固定コードブック探
索手段１００の基本構成を示すブロック図である。図１
において、１０１は代数コードブックの探索方法を制御
するしきい値の計算を行うしきい値計算手段、１０２は
しきい値を基に代数コードブックの探索箇所を絞り込む
絞り込み探索アプローチ手段、１０３は絞り込み探索ア
プローチ手段の結果を基に代数コードブックの探索を行
うパルス位置探索手段である。

【００４８】図２は本発明の第１の実施の形態のＡＣＥ
ＬＰ音声符号化方法における固定コードブック探索処理
の処理フローを示したフローチャートである。なお、こ
の実施の形態で示すしきい値計算手段１０１、絞り込み
探索アプローチ手段１０２およびパルス位置探索手段１
０３の前段の処理は従来と同様の処理方法で処理が行わ
れ、この実施の形態で扱う各データは用意されているも
のとする。また、この実施の形態では、探索する代数コ
ードブックのパルス数が４本であるものとする。

【００４９】図２に示すように、この実施の形態におい
ては、まずしきい値計算手段１０１のステップ２００に
おいて（数６）に示したしきい値ｔｈｒｅｓを算出す
る。ここで、ｍａｘは最初の３パルスによる相関値の絶
対値の最大値、ａｖｅは最初の３パルスによる相関値の
平均値、Ｋは０≦Ｋ≦１の定数を示す。つぎに、絞り込
み探索アプローチ手段１０２に移り、最後の第４パルス
位置を探索するための第１、第２、第３パルス位置をし
きい値ｔｈｒｅｓを用いて予備選択する。絞り込み探索
アプローチ手段１０２では、１本逐次的に第１、第２、
第３のパルス位置の探索を行い、ステップ２０４で（数
１５）に示す相関値Ｃを算出する。なお、ステップ２０
１は第１パルス位置ｍ₀ 探索ループスタートステップで
あり、ステップ２０２は第２パルス位置ｍ₁ 探索ループ
スタートステップであり、ステップ２０３は第３パルス
位置ｍ₂ 探索ループスタートステップである。

【００５０】

【数１５】

【００５１】ここで、ｄ［ ］は入力音声信号から短期
予測寄与分および長期予測寄与分を減じた残差信号と聴
覚重み付き合成フィルタのインパルス応答との相関信
号、ｍ _i はｉ番目のパルス位置、ｓ_i はその振幅を示
す。つぎに、ステップ２０５において、ステップ２００
で算出したしきい値ｔｈｒｅｓと相関値Ｃを比較する。
そして、相関値Ｃがしきい値ｔｈｒｅｓ以下である場合
には、つぎのパルス位置に対して探索を行う（ステップ
２０９，２１０，２１１）。また、相関値Ｃがしきい値
ｔｈｒｅｓよりも大きい場合は、ステップ２０６に移
り、そのときの第１、第２、第３パルス位置ｍ₀ ，
ｍ₁ ，ｍ₂ および相関値Ｃを保存する。そして、第１か
ら第３パルス位置を選択し保存した回数をカウントする
カウンタが、第４パルス位置の探索を行う回数の上限で
ある最大探索回数以上であれば絞り込み探索アプローチ
手段１０２を終了する。また、カウンタが最大探索回数
よりも小さい場合には、ステップ２０８においてカウン
タを１インクリメントし、次のパルス位置に対して探索
を行う。絞り込み探索アプローチ手段１０２では、上記
一連の処理をカウンタが最大探索回数以上になるか、ま
たは探索すべき全ての第１、第２、第３パルス位置の探
索が終了するまで繰り返す。なお、ステップ２０９は第
３パルス位置探索ループ終了ステップであり、ステップ
２１０は第２パルス位置探索ループ終了ステップであ
り、ステップ２１１は第１パルス位置探索ループ終了ス
テップである。

【００５２】つぎに、パルス位置探索手段１０３に移
る。パルス位置探索手段１０３では、まずステップ２１
３において（数１６）に示す絞り込み探索アプローチ手
段１０２で選択した第１、第２、第３パルス位置に関す
るエネルギーＥ１を算出する。

【００５３】

【数１６】

【００５４】ここで、Φ′は（数２）に示す聴覚重み付
き合成フィルタのインパルス応答の相関を含む行列Φに
前記相関信号ｄ［ ］の極性情報を付加したものを示
し、ｍ ₀ ，ｍ₁ ，ｍ₂ は絞り込み探索アプローチ手段１
０２で選択した第１、第２、第３パルス位置を示す。ま
た、Ｃ１にパルス位置が前記ｍ₀ 〜ｍ₂ である第１、第
２、第３パルスによる相関値Ｃを読み出す。

【００５５】上記の（数１６）のΦ′と（数２）のΦと
の関係は、 Φ′（ｉ，ｊ）＝sign〔ｄ［ｉ］〕・sign〔ｄ［ｊ］〕
・Φ（ｉ，ｊ） （ｉ＝０，１，…，ｎ−１） ここで、sign〔Ｘ〕は変数Ｘの極性（＋または−）を表
す。なお、ステップ２１２は、コードブック探索ループ
スタートステップである。

【００５６】そして、第４パルス位置ｍ₃ 探索ループス
タートステップ２１４から第４パルス位置の探索をスタ
ートし、ステップ２１５で（数１７）、（数１８）に示
すエネルギーＥ２および相関値Ｃ２を算出する。

【００５７】

【数１７】

【００５８】

【数１８】

【００５９】ここで、ｍ₃ は第４パルス位置、ｓ₃ はそ
の振幅を示す。そして、ステップ２１６において（数
３）に示す式を最大にする最適パルス位置を探索するた
めに、Ｃ２² ・Ｅ_max とＣ_max ・Ｅ２の比較を行う。Ｃ
_max 、Ｅ _max はそれぞれ最適パルスによる相関値および
エネルギーである。ここで、Ｃ_{ma x} ・Ｅ２がＣ２² ・Ｅ
_max 以上である場合には、次のパルス位置に対して探索
を行う。逆に、Ｃ_max ・Ｅ２がＣ２² ・Ｅ_max より小さ
い場合には、ステップ２１７においてそのときの全パル
ス位置ｍ₀ 、ｍ₁ 、ｍ₂ 、ｍ₃ を最適パルス位置とし
て、またＣ２² 、Ｅ２を最適パルスによる相関値および
エネルギーとして保存更新し、つぎのパルス位置に対し
て探索を行う。ステップ２１８は第４パルス₁探索ルー
プエンドステップを示している。

【００６０】そして、第４パルス位置の全探索が終了し
たら、絞り込み探索アプローチ手段１０２で選択された
つぎの第１から第３パルス位置ｍ₀ 、ｍ₁ 、ｍ₂ に対し
て同様に第４パルス位置の探索を行う。パルス位置探索
手段１０３では、上記一連の処理を絞り込み探索アプロ
ーチ手段１０２で選択した全パルス位置に対して行う。

【００６１】ここで、上記処理をＤＳＰ等の信号処理用
ＬＳＩで実現する場合、絞り込み探索アプローチ手段１
０２において扱うデータはｄ［ｍ₀ ］、ｄ［ｍ₁ ］、ｄ
［ｍ ₂ ］のみであり、必要となるアドレスポインタは、
前記ｄ［ｍ₀ ］〜ｄ［ｍ₂ ］を扱う３本と、パルス位置
等の保存を行うために使用する１本の計４本である。ま
た、パルス位置探索手段１０３において必要なアドレス
ポインタは、第４パルス位置探索時にΦ′（ｍ₃ ，
ｍ₃ ）、Φ′（ｍ₀ ，ｍ₃ ）、Φ′（ｍ₁ ，ｍ₃ ）、
Φ′（ｍ₂ ，ｍ₃ ）およびｄ［ｍ₃ ］を扱うための計５
本である。なお、パルス位置探索手段１０３でエネルギ
ーＥ１を算出する際に扱うΦ′（ｍ₀ ，ｍ₀ ）〜Φ′
（ｍ₁ ，ｍ₂ ）については、前述の５本のアドレスポイ
ンタと共用可能であり、新たにアドレスポインタが必要
となることは無い。

【００６２】以上のように、この実施の形態によれば、
固定コードブック探索処理時に必要なアドレスポインタ
は５本のみであり、アドレスポインタを５本以上備えた
ＤＳＰを用いて処理をさせる場合には、アドレスポイン
タの内容の退避、復帰を一度も行う必要が無く、アドレ
ス発生に関する演算量の増加を引き起こさない。また、
例え５本未満のアドレスポインタしか備えていないＤＳ
Ｐを用いて処理をさせる場合においても、アドレスポイ
ンタの内容の退避、復帰を必要とする回数が従来と比較
して減少するため、アドレス発生に関する演算量の増加
を抑えることが可能となる。

【００６３】（第２の実施の形態）以下、本発明の第２
の実施の形態について、図３を参照しながら説明する。
図３は本発明の第２の実施の形態を示すブロック構成図
である。図３において、３０１は絞り込み探索アプロー
チ処理で使用するしきい値を計算するしきい値計算処理
部、３０２はしきい値を基にコードブックの探索箇所を
絞り込む絞り込み探索アプローチ処理部、３０３は絞り
込み探索アプローチ処理部３０２で絞り込まれたコード
ブックの探索箇所に関する情報を保存するコードブック
探索箇所情報格納用メモリ、３０４は絞り込み探索アプ
ローチ処理部３０２で絞り込まれたコードブック探索箇
所をコードブック探索箇所情報格納用メモリ３０３に保
存された情報を基に探索するパルス位置探索処理部であ
る。なお、この実施の形態で示すしきい値計算処理部３
０１、絞り込み探索アプローチ処理部３０２およびパル
ス位置探索処理部３０４の前段の処理は従来と同様の処
理方法で処理が行われ、この実施の形態で扱う各データ
は用意されているものとする。

【００６４】また、この実施の形態では、探索する代数
コードブックのパルス数が４本であるものとし、以下に
その処理形態を述べる。まず、しきい値計算処理部３０
１において、（数６）に示したしきい値ｔｈｒｅｓを算
出する。ここで、ｍａｘは最初の３パルスによる相関値
の絶対値の最大値、ａｖｅは最初の３パルスによる相関
値の平均値、Ｋは０≦Ｋ≦１の定数を示す。つぎに絞り
込み探索アプローチ処理部３０２において、最後の第４
パルス位置を探索するための第１、第２、第３パルス位
置をしきい値ｔｈｒｅｓを用いて予備選択する。絞り込
み探索アプローチ処理部３０２では、１本逐次的に第
１、第２、第３のパルス位置の探索を行い、まず（数１
５）に示した相関値Ｃを算出する。

【００６５】ここで、ｄ［ ］は入力音声信号から短期
予測寄与分および長期予測寄与分を減じた残差信号と、
聴覚重み付き合成フィルタのインパルス応答との相関信
号、ｍ_i はｉ番目のパルス位置、ｓ_i はその振幅を示
す。つぎに、しきい値計算処理部３０１で算出したしき
い値ｔｈｒｅｓと相関値Ｃを比較する。そして、相関値
Ｃがしきい値ｔｈｒｅｓ以下である場合には、次のパル
ス位置に対して探索を行う。また、相関値Ｃがしきい値
ｔｈｒｅｓよりも大きい場合は、そのときの第１、第
２、第３パルス位置ｍ₀ 、ｍ₁ 、ｍ₂ および相関値Ｃを
コードブック探索箇所情報格納用メモリ３０３に保存す
る。そして、第１〜第３パルス位置を選択し保存した回
数が、第４パルス位置の探索を行う回数の上限である最
大探索回数以上であれば絞り込み探索アプローチ処理を
終了する。また第１〜第３パルス位置を選択し保存した
回数が最大探索回数よりも小さい場合には、つぎのパル
ス位置に対して探索を行う。絞り込み探索アプローチ処
理部３０２では、上記一連の処理を第１〜第３パルス位
置を選択し保存した回数が最大探索回数以上になるか、
または探索すべき全ての第１、第２、第３パルス位置の
探索が終了するまで繰り返す。つぎにパルス位置探索処
理部３０４に移る。パルス位置探索処理部３０４では、
まずコードブック探索箇所情報格納用メモリ３０３に保
存された情報を基に（数１６）に示した絞り込み探索ア
プローチ処理部３０２で選択した第１、第２、第３パル
ス位置に関するエネルギーＥ１を算出する。

【００６６】ここで、Φ′は（数２）に示す聴覚重み付
き合成フィルタのインパルス応答の相関を含む行列Φに
前記相関信号ｄ［ ］の極性情報を付加したもの、
ｍ₀ 、ｍ ₁ 、ｍ₂ は絞り込み探索アプローチ処理部３０
２で選択した第１、第２、第３パルス位置を示す。また
Ｃ１にパルス位置が前記ｍ₀ 〜ｍ₂ である第１、第２、
第３パルスによる相関値Ｃをコードブック探索箇所情報
格納用メモリ３０３から読み出す。そして第４パルス位
置の探索をスタートし、（数１７）、（数１８）に示す
エネルギーＥ２および相関値Ｃ２を算出する。

【００６７】ここで、ｍ₃ は第４パルス位置、ｓ₃ はそ
の振幅を示す。そして、（数３）に示す式を最大にする
最適パルス位置を探索するために、Ｃ２² ・Ｅ_max とＣ
_max ・Ｅ２の比較を行う。Ｃ_max 、Ｅ_max はそれぞれ最
適パルスによる相関値およびエネルギーである。ここ
で、Ｃ_max ・Ｅ２がＣ２² ・Ｅ_{ma x} 以上である場合に
は、つぎのパルス位置に対して探索を行う。逆に、Ｃ
_max ・Ｅ２がＣ２² ・Ｅ_max より小さい場合には、その
ときの全パルス位置ｍ₀ 、ｍ₁、ｍ₂ 、ｍ₃ を最適パル
ス位置として、またＣ２² 、Ｅ２を最適パルスによる相
関値およびエネルギーとして保存更新し、つぎのパルス
位置に対して探索を行う。

【００６８】そして、第４パルス位置の全探索が終了し
たら、絞り込み探索アプローチ処理部３０２で選択され
たつぎの第１〜第３パルス位置ｍ₀ 、ｍ₁ 、ｍ₂ に対し
て同様に第４パルス位置の探索を行う。パルス位置探索
処理部３０４では、上記一連の処理を絞り込み探索アプ
ローチ処理部３０２で選択した全パルス位置に対して行
う。

【００６９】ここで、上記各処理部をＤＳＰ等の信号処
理用ＬＳＩで実現した場合、絞り込み探索アプローチ処
理部３０２において扱うデータはｄ［ｍ₀ ］、ｄ
［ｍ₁ ］、ｄ［ｍ₂ ］のみであり、必要となるアドレス
ポインタは、前記ｄ［ｍ₀ ］〜ｄ［ｍ₂ ］を扱う３本
と、パルス位置等の情報をコードブック探索箇所情報格
納用メモリ３０３に保存するために使用する１本の計４
本である。また、パルス位置探索処理部３０４において
必要なアドレスポインタは、第４パルス位置探索時に
Φ′（ｍ₃ ，ｍ₃ ）、Φ′（ｍ₀ ，ｍ₃ ）、Φ′
（ｍ₁ ，ｍ₃ ）、Φ′（ｍ₂ ，ｍ ₃ ）およびｄ［ｍ₃ ］
を扱うための計５本である。なお、パルス位置探索処理
部３０４でエネルギーＥ１を算出する際に扱うΦ′（ｍ
₀ ，ｍ₀ ）〜Φ′（ｍ₁ ，ｍ₂ ）については、前述の５
本のアドレスポインタと共用可能であり、新たにアドレ
スポインタが必要となることは無い。

【００７０】以上のように、この実施の形態によれば、
固定コードブック探索処理時に必要なアドレスポインタ
は５本のみであり、アドレスポインタを５本以上備えた
ＤＳＰを用いて処理をさせる場合には、アドレスポイン
タの内容の退避、復帰を一度も行う必要が無く、アドレ
ス発生に関する演算量の増加を引き起こさない。また、
例え５本未満のアドレスポインタしか備えていないＤＳ
Ｐを用いて処理をさせる場合においても、アドレスポイ
ンタの内容の退避、復帰を必要とする回数が従来と比較
して減少するため、アドレス発生に関する演算量の増加
を抑えることが可能となる。

【００７１】なお、本発明は、記録媒体へも適用でき
る。すなわち、この媒体は、コンピュータに前述の第１
の実施の形態の音声符号化方法を実現する各手段をコン
ピュータに実行させるプログラムを記録したものであ
る。この構成によると、この媒体を用いてコンピュータ
を動作させると、請求項１と同様な作用効果を達成する
ことができる。

【００７２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ＡＣＥ
ＬＰ音声符号化方法の固定コードブック探索処理におい
てコードブックの探索箇所を絞り込む絞り込み探索アプ
ローチ処理と代数コードブックのパルス位置を探索する
パルス位置探索処理を分離することにより、固定コード
ブック探索処理をＤＳＰ等の信号処理用ＬＳＩで実現す
る場合に必要となるアドレスポインタ数を低減すること
ができ、アドレス発生に伴うアドレスポインタの内容の
退避、復帰処理が減少することから、アドレス発生に関
する演算量の増加を抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の音声符号化装置に
おける固定コードブック探索手段の基本的な構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の音声符号化装置に
おける固定コードブック探索の処理を示すフローチャー
トである。

【図３】本発明の第２の実施の形態の音声符号化装置に
おける固定コードブック探索処理部の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】従来の固定コードブック探索処理フローを示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１００ 固定コードブック探索手段 １０１ しきい値計算手段 １０２ 絞り込み探索アプローチ手段 １０３ パルス位置探索手段 ２００〜２１９ 処理の各ステップ ３００ 固定コードブック探索処理部 ３０１ しきい値計算処理部 ３０２ 絞り込み探索アプローチ処理部 ３０３ コードブック探索箇所情報格納用メモリ ３０４ パルス位置探索処理部 ４００〜４１７ 処理の各ステップ ４１８ 絞り込み探索アプローチ・パルス位置探索手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 あるフレーム長の音声信号に対し線形予
   測分析を行い短期合成フィルタを生成し、前記音声信号
   に対し聴覚重み付けを行い聴覚重み付き音声信号を生成
   し、前記聴覚重み付き音声信号を基に長期合成フィルタ
   を生成し、前記短期合成フィルタによる短期予測寄与分
   と前記長期合成フィルタによる長期予測寄与分を前記音
   声信号より減算した残差信号を基に前記残差信号と再生
   音声信号の平均自乗誤差が最小となるように代数コード
   ブックの探索を行う音声符号化方法であって、 前記代数コードブックの探索方法を制御するしきい値の
   計算を行い、前記しきい値を基に前記代数コードブック
   の探索箇所を絞り込み、絞り込みの結果を基に代数コー
   ドブックの探索を行うことを特徴とする音声符号化方
   法。
2. 【請求項２】 あるフレーム長の音声信号に対し線形予
   測分析を行い短期合成フィルタを生成する線形予測分析
   手段と、前記音声信号に対し聴覚重み付けを行い聴覚重
   み付き音声信号を生成する聴覚重み付け手段と、前記聴
   覚重み付き音声信号を基に長期合成フィルタを生成する
   適応コードブック探索手段と、前記短期合成フィルタに
   よる短期予測寄与分と前記長期合成フィルタによる長期
   予測寄与分を前記音声信号より減算した残差信号を基に
   前記残差信号と再生音声信号の平均自乗誤差が最小とな
   るように代数コードブックの探索を行う固定コードブッ
   ク探索手段とを備えた音声符号化装置であって、 前記固定コードブック探索手段が、前記代数コードブッ
   クの探索方法を制御するしきい値の計算を行うしきい値
   計算手段と、前記しきい値を基に前記代数コードブック
   の探索箇所を絞り込む絞り込み探索アプローチ手段と、
   前記絞り込み探索アプローチ手段の結果を基に代数コー
   ドブックの探索を行うパルス位置探索手段とを備えたこ
   とを特徴とする音声符号化装置。
3. 【請求項３】 あるフレーム長の音声信号に対し線形予
   測分析を行い短期合成フィルタを生成する線形予測分析
   処理部と、前記音声信号に対し聴覚重み付けを行い聴覚
   重み付き音声信号を生成する聴覚重み付け処理部と、前
   記聴覚重み付き音声信号を基に長期合成フィルタを生成
   する適応コードブック探索処理部と、前記短期合成フィ
   ルタによる短期予測寄与分と前記長期合成フィルタによ
   る長期予測寄与分を前記音声信号より減算した残差信号
   を基に前記残差信号と再生音声信号の平均自乗誤差が最
   小となるように代数コードブックの探索を行う固定コー
   ドブック探索処理部とを備えた音声符号化装置であっ
   て、 前記固定コードブック探索処理部が、前記代数コードブ
   ックの探索方法を制御するしきい値の計算を行うしきい
   値計算処理部と、前記しきい値を基に前記代数コードブ
   ックの探索箇所を絞り込む絞り込み探索アプローチ処理
   部と、前記絞り込み探索アプローチ処理部で絞り込まれ
   た前記代数コードブックの探索箇所に関する情報を保存
   するコードブック探索箇所情報格納用メモリと、前記コ
   ードブック探索箇所情報格納用メモリに保存された情報
   を基に代数コードブックの探索を行うパルス位置探索処
   理部とを備えたことを特徴とする音声符号化装置。
4. 【請求項４】 コンピュータに請求項１記載の音声符号
   化方法を実現する各手段を実行させるプログラムを記録
   した媒体。