JPS6057400A - 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図社従来例の音声適応予測符号化およ
び復号化＠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電力比を最大にする最
適線形予測係数（以下予測係数）の値線、また図の量子
化器１３の入力４ｇ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。

さて図において、この残差信号γｎ１０１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１０１１Ｆｒ（−）、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、ｒ　ａ２ｔ・・・ｒ　
ａｐ）、量子化器１３の入力すなわち残差信号系列１０
２を（ｒｎ）、量子化器により生成される量子化雑音系
列ｅ（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＝４−　Σ　’ｔ　（ｘｎ−１＋ｑｎ−１＞　−−
（１）１フ１ 次に、量子化器１３のないときの残差信号系列（ｅ。

）につき成立する次式（２） ％式％（２） を（１］に代入すると、次式（３）４ｒ得る。

ｒｎ　＝　ｅｎ−Σ　”　１９ｎ−１＋＋　’＋＋　（
３）１諺１ （３）式の各項の期待値は（４）式で表はせる。

Ｅ〔ｒｎ”］　”ｌ　Ｃｅｎ’Ｅ十〇ｑ′Σａ□２　・
、、　、、、　（４）１−ま ただし上式にて σ２　＝　Ｅ　［：　ｑ　２　］　とする。

ｑ　ｎ ところで、上記の量子化雑音系列力σ２は、予測係数（
ａＩ　’　”２＋・・・、ａｌ）の関数であるために、
前述のように（４）式から予測係数（ａ、ｌ　ａ２＋・
・・ｒ　ａ　ｐ　）をめるのに非線形方程式ｆ　ＦＩ〒
くこととなり請求めることが固体である。

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、 ル〔ｅ２〕〉σｑ′□こ、ａ□′　・・・・・・（５）
と仮定して（４）式を解き、”　［ｅｎ’　〕’Ｔ　／
ｆ’＞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良＝？　・・・・・・（６） ただし ａ＝（ａ、、ａ２．”’、ａｐ″ｌＴ Ｔ″〔ψ１＃ψ２１”’ｌψ　ＩＴ 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．（ａ）は予測係数抽出
回路３２が出力する予測係数３０２とする。

またＴは転置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、 の値が１００桿度になり得るので前記仮定（５）は必ず
しも成立しない。

したがって、従来技術罠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、素子化雑音のフィー
ドバックにより、量子化器のない時の予測利得 Ｂｘｎ’）／ｉ（：ｅｎ２　：３ に比べ実際の予測利得 Ｅ［Ｘｎ”３／Ｅ［ｒｎ”　〕 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ΦＶ！理論的にｉｄ：（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が特界あるいは不定値となり、意味のある予測係数
が抽出できない欠恢もあった。

〔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ぞ４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広敷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 （ψ。、ψ７．・・・ψ１．・・・、ψ、）（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、Ｊ−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′、・・・、９）ｐ’）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ｉ＋ｌｌ係急抽出手段と 全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７て簡単
な修正を施すことにより、等測的に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る
こと全特徴とする。

〔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ＥＣｅｎ２〕と量子化雑音のフィードバック利
得！、１ｚの重みつき平均との和である、−１ Ｅ！　Ｃｅｎ２１＋　ｇ＋　ψＯ１＝＋　ａｉ’　”’
　””’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”ｔ　（
ｔ＝ｌ、２．・・・ｐ　ｐ　）で偏微分して０とおくと
、ＩＪ、　ａｌ　Ｋ　［：　Ｘ、、−ｚＸｎ−１］　Ｂ
　（Ｘｎ　ＸＨ−４〕＋ｇ、　９’ｇ　ａｔ−０となり
、第（６）式においてψ。←（１＋ｇｌ）ψ。とおきか
えた場合と一致する。

［またがって本発明では第（７）式の係ｇｑ　ｇ、を適
値に選ぶこと圧より、第（４）式の値を最小とするｍＡ
な予測係数をめる演算を行うものであり、第（４）式の
σ９２は（ａｌ）の開破であるのに対し、第（７）式の
ｇ、ψ。け（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λ、。

λ２．・・・、λ１とする時 λ１′＝λ１＋ｇ、ψ。（ｋ＝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捷り変化さ
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。Ｉ）Ｌ＝Ａ＋ｇ、％工 なる関係より説明できる。ただしｂは直行行列、■は牟
位行列である。

〔実施例による１悦明〕 次に本発明の実施例回路について図面をね照して説明す
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。実施イタ１１回ｖＪけ、図に示すように有声信号ハ
を入力とし短時間自己相関係＃信号（以降単に自己相関
係数と呼ぶ）４０１を出力する回路構成の短時間自己相
関係数計算回路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４（）２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４１　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保数抽出回路詔とを備
えている。

次に各回路の動作忙りいて説明すると、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。

壕ず第（８）式に示すように音声信号系列（Ｘｎ）と時
間窓（Ｗ、）□、、、−えとのｆ＃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。

）（ｎ′＋に＝　ＷｋＸｎ＋ｙ　（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招
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に出方する。

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（１ｏ）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（
３号４０３を音声適応予測符号化装置に与える。

Φ’Ｑ　＝　９’　・・・・・・（１ｏ）Ｏ−＝　（ａ
ｌ　、１　ａ２ｔ　−ｔ　ａｐ　：］　ＴＴ′＝〔ψ、
′、９２′、・・−）ｑｐ’　）７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図とに示すような音声適
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、係数が等しくない時は、量子化雑音のフィード
バック利得に間係する。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ヲ使用し
、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、子側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ロック構成図。 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３図は従来技術による線形予測係数抽出回路のブロッ
ク図。 ＠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囚。 １１・・・アナログ／デジタル変換器、１２・・・ｆ！
延回路、１３、紹・・・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・・・骨子化ステップＲ１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・・・線形予測回路、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・・・自己相間係数抽出回路、４２
・・・自己相関係数修正回路、３２．４３・・・予測係
数抽出回路、１０１・・・音声信号系列、１０２・・・
残差信号系列、３０１．４０１・・−自己相関係数、４
ｏ２・・・修正された自己相関係数、３０２．４０３・
−・線形予測係数。 特ｒ［出願人　日本電気株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝

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＠に含憧れる
   次砂ｐの線形子側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れた音声信号系
   列の短時間自己相関係数 （ψ。、ψ５．・・・ψ１．・・・、ψ１）（ただし、
   添字１は上記音声信号系列時間遅れ金示す。） 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旬時間自己相閣係数 （ψ。゛　、ψ、′、９２′、・・・、９１′）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 全備えたことを特徴とする線形予測係数抽出回路。