JPS6043700A - 線形予測係数抽出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は高能率音声符号化装置に関する。特に、音声適
応予測符号化装置における線形予測係数抽出回路に関す
る。

〔従来技術の説明〕

第１図および第２図は従来例の音声適応予測符号化およ
び復号化装置の構成を示すブロック構成図である。この
装置の復号音声信号対量子化雑音市、力比を最大にする
最適線形予測係数（以下予測係数）の値は、また図の量
子化器１３の久方信号である残差信号γ□の電力値をも
最小にする値であることは知られている。

さて図忙おいて、この残差信号γｎ１ｏ１の電力を最小
にする予測係数をめる解法を次に述べると、遅延回路１
２から出力する音声信号系列１０１を（−）、線形予測
係数抽出回路１５に演算し線形予測回路１４に与えるｐ
次の予測係数１０４を（ａ’、　、　ａ２’、・・・、
ａｐ）、量子化器１３の入力すなわち残差信号系列１０
２を（γ。）、量子化器により生成される量子化雑音系
列ｋ　（ｑｎ）　（ただし、添字ｎはサンプル時点を意
味する）とすると、次式（１）が成立する。

γｎ＝Ｘ１１１−　Σ　ａｌ（Ｘｎ−１＋ｑｎ−１）　
’旧°−（１）次に、量子化器１３の々いときの残差信
号系列（ｅｎ）につき成立する次式（２） を（１）に代入すると、次式（３）を得る。

γ□＝ｅｎ−Σ　ａｉＱｎ−□　・・・・・・（３）ｉ
＝＋ （３）式の各項の期待値は（４）式で表はせる。

Ｅ〔γｎ’］　＝　Ｅ”Ｃｅｎ’）十σ９′　Σ　ａ□
２１１１１１．（４）１＝ま ただし上式にて σ２　＝Ｂ　［ｑｎ２　］　とする。

ところで、上記の量子化雑音電力σ、２は、予測係数（
ａ、＋　１１２．・・・、ａ　ｐ　）の関数であるため
に、前述のように（４）式から予測係数ｊ　ａＩ　ｌ　
ａ２＋・・・、ａ　）をめるのに非線形方程式を解くこ
ととなり解をめることが困難である。

そこで従来技術による第３図に示す線形予測係数抽出回
路にての演算では、 Ｆｉ［：ｅｎ’］）σｑ′Σａ　ｉ　’　・−・・（５
）−１ と仮定して（４）式を解き、ＥＣｅｎ′〕を最小とする
予測係数をめていた。

すなわち、次の線形方程式を解くことでめられていた。

Φ＝Ｌ＝ｆ　・・・・・・（６） ただし ｅ−＝（ａＩ　＋　８２ｗ　”’　＊　ａｐ　］Ｔ？＝
〔ψ４．ψ２．・・・、ψ１〕７ また（ψ１）は短時間自己相関係数抽出回路３１が出力
する短時間自己相関係数３０１、（ａｐ）は予測係数抽
出回路３２が出力する予測係数３０２とする。

捷たＴは転１夕を意味する記号とする。

しかし符号化速度１０〜２０キロビツト／秒程度の音声
適応予測符号化装置では、 Ｔｆ：Ｃｅｎ”’Ｊ／σｑ２す１Ω〜１５ｄＢ程度であ
り、音声を切出す区間によっては、４．　ａ工′の値が
１００程度になり得るので前記仮定（５）は必すしも成
立しない。

したがって、従来技術による線形予測係数抽出回路を用
いた音声適応予測符号化装置では、量子化雑音のフィー
ドバックにより、量子化器のない時の予測利得 Ｅ　ＣＸｎ’　）／Ｅ　Ｃｅｎ’　］ に比べ実際の予測利得 ＥｃＸｎ′〕／Ｅ〔γｎ２〕 の劣化が大きい欠点があった。

さらに、従来技術の線形予測係数抽出回路の演算に使用
される自己相関行列Φは細論的には（半）正定値行列で
あるが、行列Φが小さな固有値を持つ時には、自己相関
係数の計算に大きな演算精度をもたせないと、行列Φが
特異あるいは不定値となり、意味のある予測係数が抽出
できない欠点もあった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来技術の欠点である予測利得の劣化を
小さく抑え、かつ、自己相関行列の不定値化を防止して
、安定な線形予測係数を抽出する線形予測係数抽出回路
を提供することにある。

〔発明の要点〕

本発明の線形予測係数抽出回路は、音声適応予測符号化
および復号化装置に含まれる次数ｐの線形予測を行う線
形予測回路に接続され、５ミリ秒ないし４０ミリ秒の規
定時区間毎に時間窓によって切り出された音声信号系列
の短時間自己相関係数 （ψ０．ψ４．・・・ψ、、・・・、ψ、）（ただし添
字１は上記音声信号系列時間遅れを示す。） 全出力する自己相関係数抽出手段と、 上記短時間自己相関係数に対し、 ψ、′＝９１　（１＝１．２．・・・、ｐ）なる修正を
行う自己相関係数修正手段と、手記自己相関係数修正手
段により修正された短時間自己相関係数 （ψ。′、ψ、′、９２′、・・・、ψ′）に対し量子
化雑音のない時の平均二乗予測誤差を最小とする線形予
測係数を出力する線形予測係数抽出手段と を備えたことを特徴とする。

すなわち本発明は、音声の自己相関係数に対して簡単な
修正を施すことにより、等節約に量子化雑音のフィード
バック利得を制限し、子側利得の劣化を、Ｊ＼さぐ抑え
ることを特徴とする。

〔発明の原理］ 本発明は第（４）式に代わり量子化雑音のない時の予測
誤差電力Ｅ［ｅｎ’］と量子化雑音のフィードバック利
得１ａ工′の重みつき平均との和である、−１ Ｅ　Ｃｅｎ’　］　＋　ｇ１ψ。１Ｘ：、　ａ１２　・
＋・・＋　（７）を最小にする方法を用いたものである
。

すなわち、第（７）式に第（２）式を代入してａｔ　（
ｔ＝＝１．２．・・・、ｐ）で偏微分して０とおくと、
Ｊｌａｌ”　〔”ｎ−ｔｘｎ−１］−ＥＣＸｎＸｎ−４
〕＋　ｇ　１ψ。ａｔ＝０となり、第（６）式において
ψ。←（１＋ｇ、）ψ。とおきかえた場什と一致する。

したがって本発明では第（７）式の係数ｇ１を適値に選
ぶことにより、第（４）式の値を最小とする最適な予測
係数をめる演算を行うものであり、第（４）式のσ２は
（ａ□）の関数であるのに対し、第（７）式のｇ、ψ。

は（ａｌ）に関しては定数であることに着目したもので
ある。

また、本発明は自己相関行列Φの固有値をλ１゜λ２．
・・・、λ１とする時 λ□′＝λ、十ｇ、ψ。（１ミ１，２．・・・＋　ｐ　
）・・・・・・（８） と修正する方法を用いたものと考えることもできるため
、ｇ、を適当に選ぶことで大きな固有値をあ１り変化さ
せずに小さな固有値のみを修正することができる。

第（８）式については ＬＴΦ′Ｌ−ＬＴ（Φ十ｇ、ψ。■）Ｌ＝Ａ十ｇ、％　
■ なる関係より説明できる。ただしＬは直行行列、工は厚
付行列である。

〔実施例による説明〕

次に本発明の実施例回路について図面を参照して説明す
る。

第４図は本発明の実施例回路を示すブロック構成図であ
る。実施例回路は、図に示すように音声信号ｘｎｋ人力
とし短時間自己相関係数信号（以降単に自己相関係数と
呼ぶ）　４０１　ｉ出力する回路構成の短時間自己相関
係数抽出回路４１と自己相関係数４０１を入力とし、修
正した自己相関係数信号４０２を出力とする回路構成の
自己相関係数修正回路４２と修正された自己相関係数信
号４０２を入力とし、これに基づいた予測係数４０３を
出力する回路構成の予測係数抽出回路４３とを備えてい
る。

次に各回路の動作について説明すると、短時間自己相関
係数計算回路４１にて次の演算が行われる。

１ず第（８）式に示すように音声信号系列ｆＸｎ）と時
間窓（Ｗ工）□、、−６との積をめて、５ミリ秒〜４０
ミリ秒の一定時間長の音声を切り出す。　、Ｘｎ’＋−
ｈ＝　”ｋＸｎ＋ｌｃ　（ｋ＝−Ｋ　、　・−・、Ｋ）
　・・・・・・（８）次にこの時間窓・により切り出さ
れた音声Ｘ′に対し、次に示す第（９）式により自己相
関係数信号４０１をめる。

この自己相関係数信号４０１を自己相関係数修正回路４
２に出力する。

次に、自己相関係数修正回路４２は次式により自己相関
係数を修正する演算を行い修正された自己相関係数信号
４０２を予測係数抽出回路４３に出力する。

次に予測係数抽出回路４３は修正された自己相関係数信
号４０２に対し、次の方程式（１０）を解き、量子化雑
音の々い時の平均二乗予測誤差を最小にする予測係数信
号４０３を音声適応予測符号化装置に与える。

Φ′α二ψ′　・・・・・・（１０） ａ　＝　Ｃａ、　＋　ａ２）・・・＋　ａｐ　］　”ψ
′＝〔９１′、９２′、・・・、ヴ〕Ｔ次に、本発明の
線形予測係数抽出回路の使用例を説明する。

第１の例として、第１図と第２図とに示すよう寿音声適
応予測符号化および復号化装置の線形予測回路１４．２
４にて、本発明実施例回路により抽出された予測係数４
０３を用いることができる。

次に第５図、第６図は音声適応予測符号化および復号化
装置において線形予測にかかわる回路を取り出して示し
た図面である。

第５図の予測回路（１）　５１と予測回路（２）　５２
の係数が等しい時、第５図の回路は第１図の回路と等価
になるが、係数が等しく力い時は、量子化雑音のフィー
ドバック利得に関係する。第５図の第２の予測回路５２
に実施例回路が演算出力する予測係数信号４０３を使用
し、量子化雑音のフィードバック利得に関連しない第５
図の第一の予測回路４１および第６図の予測回路６１に
おいては従来の方式による、修正前の自己相関係数より
めた予測係数信号３０２を用いることにより、量子化雑
音整形を効果的に行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明は、アナログ音声の符号化に伴う量子化雑音のフ
ィードバック利得を制限し、予測利得の劣化を小さく抑
えて良質の音声出力を復元する効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は音声適応予測符号化装置のブｏ７り構成図。 第２図は第１図の符号化装置に対応する復号化装置のブ
ロック構成図。 第５図は従来技術による線形子１１１１係数抽出回路の
ブロック図。 第４図は本発明の実施例回路の構成を示すブロック構成
図。 第５図、第６図は本発明の実施例回路を応用した音声符
号化・復号化装置の主要部分を示すブロック構成図。 １１・・アナログ／デジタル変換器、１２・・遅延回路
、１３．５３・・量子化器、１４・・・線形予測回路、
１５．５１．５２．６１−・・・線形予測係数抽出回路
、１６・・・量子化ステップ計算回路、１７・・・マル
チプレクサ、２１・・・デマルチプレクサ、２２・・・
量子化ステップ復号回路、２３・・・量子化ステップ掛
算回路、２４・・・線形予測回ｈｓ、２５・・・線形予
測係数復号回路、２６・・・ディジタル／アナログ変換
器、３１．４１・・自己相関係数抽出回路、４２・・・
自己相関係数修正回路、３２．４３・・・予測係数抽１
１１回路、１０１・・・音声信号系列、１０２・・・残
差信号系列、３０１．４０１・・・自己相関係数、４０
２・−修正さオ］た自己相関係数、３０２．４０３・・
・線形予測係数。 特許出願人　日オ・電気株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 萬　１　目 売　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）音声適応予測符号化および復号化装置に含捷れる
   次数ｐの線形予測を行う線形予測回路に接続され、 規定時区間毎に時間窓によって切り出さｔた音声信号系
   列の短時間自己相関係数 （ψ。、ψ１．・・・ψ１．・・・、ψ１）（ただし、
   添字１は上記音声信号系列時間遅れを示す。） を出力する自己相関係数抽出手段と、 上記短時間自己相関係数に対し、 なる修′正を行う自己相関係数修正手段と。 上記自己相関係数修正手段により修正された短時間自己
   相関係数 （ψ。′　、ψ、′、ψ２′、・・・、ψ、′）に対し
   量子化雑音のない時の平均二乗予測誤差を最小とする線
   形予測係数を出方する線形予測係数抽出手段と 全備えたことを特徴とする線形予測係数抽出回路。