JPS6139099A - Ｃｓｍパラメ−タの量子化方法とその装置 - 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】 （技術分野） 本発明はＣＳＭパラメータ、すなわち高々４〜６波の周
波数で表現されるＣ　Ｓ　Ｍ　（Ｃｏｍｐｏａｉｔ６Ｓ
ｉ−ｎｕｓｏｉｄａｌ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　：複合正弦
波モデル）パラメータ量子化に関する。

（従来技術） 音声合成器として従来ＬＰＣ型音声合成器が広く用いら
れているが、ＬＰＣ型音声合成器は一般に構造が複雑で
ある。また音声合成に用いるＬＰＣフィルタの特性が、
パラメータ伝送時のエラー等によりその安定性が損なわ
れるという欠点がある。

これに対してＣＳＭを用いて音成合成を行なうＣＳＭ型
音声合成器は、後に詳述するように、フィルタを有して
おらずその構造が非常に簡単であシ、本質的に合成時に
おける安定性の問題を生ずることはない。しかしながら
ＣＳＭパラメータの量子化に関しては従来、パラメータ
の各振幅を態別に量子化されており、パラメータ相互の
関係を考慮していなかった。そのためＣＳＭパラメータ
の特性を充分に利用した量子化が行なわれず量子化の効
率が低いという欠点を有していた。

（発明の目的） 本発明の目的はＣＳＭパラメータを量子化する場合にお
ける上述の問題を解決し、効率のよい量子化方法を提供
することにある。

（発明の構成） 本発明の量子化方法は、音声のスペクトル包絡を所定の
数ルの周波数と振幅とが自由な正弦波の集合で表現する
ＣＳＭパラ、−夕の量子化に於いて、振幅の集合（扉、
、ｍ、、・・・−一）をα＝専ａｘ（ｍ　　、ｍ、、・
・・−一）で表現される正規化係数αにより正規化する
手段を有して構成される。

（原　理） 最初にＣＳＭ型音声合成器の原理について説明する。

ＣＡＭとは、音声信号を、振幅と周波数とを自由に選べ
るパラメータとしてもつ特定の個数の正弦波の和として
、表現するものである。この正弦波の個数としては高々
４〜６個の予め定めた数が用いられる。

従ってＣＡＭ音声合成を行なう場合には、まず、音声信
号をＣＳＭ音声分析により、予め定められた個数の正弦
波の和として表現する必要がある。

ＣＳＭ音声分析については後に詳述することとし、ここ
ではその要点のみを説明する。

ＣＳＭ分析においてもＬＰＣ分析の場合と同様に、位相
情報の無視、音源の影響の平均化、雑音゛成分による不
安定性の回避等を目的に中間パラメータとして自己相関
係数を使用する。

すなわち、ＣＳＭ分析は、各分析フレーム毎に表現され
るべき音声波形から直接算出される標本自己相関係数の
低次のタップのＮ個を、合成波の自己相関係数の低次の
タップのＮ個と一致するように、合成すべき各正弦波の
周波数およびその強度（電力振幅）を決定することであ
る。

今、合成すべき正弦波の個数をルとし、各正弦波の角周
波数をω６　（ｉ−ｘ、ｚ、・・・、す、各正弦波の強
度をｍ、とすると、ＣＳＭの合成波ｙｔはｙｔ＝　ｚＦ
ｉ内（ωｉｔ＋φ、） １霧！ となるが、このタップＬの自己相関係数４６はωｉ　、
ｎＬｉを用いて容易に表わされｒｔ＝、Σｍ＠ｃｍｔｃ
ｄ６ ［＝１ である。

一方、表現されるべき音声波形のサンプルをＸｔとする
と、ある７レームにおけるタップｔの標本自己相関係数
Ｕｔは と己て与えられる。但し、Ｍは１分析フレームにおける
サンプル数である。

さて、ＣＳＭ分析においては、上述のｒｔが、与えられ
たｔｊｔと低次のＮ個について等しく女るように谷溝ｔ
、ω、の値を決定することである。

すなわち、 ’ｔ”’ｔ’但し、ｔ＝０．１，２．・　、Ｎが成立す
るように扉ｉ、ωｉの値を決定することである。

この具体的な方法については後に詳述することにして、
ここでは、上述のル個の正弦波の１１Ｌｉおよびωｉが
与えられた音声信号に応答して各分析フレームごとに次
次に得られるものとする。

こうして得られたＣＳＭパラメータ町１ωｉＫよる音声
特徴ベクトルパターンの一例を第１図に示す。

また、分析フレームの窓長を３ＱｃｍＳＥＣとして分析
した９次（Ｎ＝９）のＣＳＭ（正弦波の個数ｒｂ＝５　
）−）インスペクトルと、同一の音声サンプルよシ求め
た９次のＬＰＣスペクトル包絡（ＬＰＧ合成フィルタの
周波数伝送特性）との対応例を第２図に示す。

なお、上述の次数Ｎと、正弦波の個数路との間には、後
述するように Ｎ＝＝２ルー１ の関係がある。

これらの図よｊ５、ＣＳＭは表現すべき原音声の特徴を
抽出した情報を含んでいることが窺える。

しかしながら、こうしてＣＳＭ分析の結果得られたル組
のｍｉ、ｍｉの値を用いて、このｍｉ、ｍｉで指定され
る強度（実際の振幅は前述のようＫ　・ｔｌＬｉ）およ
び角周波数をもつル個の正弦波を作り、これを単純と加
算合成したたけでは、人間の耳には、単に正弦波が合成
された音として聞えるだけで、もとの音声を再現すると
いう目的は達成できない。

これは、正弦波を単純加算しても、発生された信号のス
ペクトルは、離散化されたル個の線スペクトルに過ぎず
、一方音声信号のスペクトルは連続的なスペクトル包絡
を有し、さらＫまえ、有声音ではピッチ構造で表現され
、また無声音では確率過程で表現される微細なスペクト
ル構造を合せもっていて、単純加算し九〇ＳＭと音声信
号とはスペクトル構造が全く異なっていることに起因す
′ると考えられる。

そこで、ＣＳＭを用いて音声を合成するには、何らかの
方法を用いて線スペクトルを連続的なスペクトルへ拡散
することが必要となる。つまりＣＳＭ音声合成とは、第
１図、第２図で示されるよ・うな線スペクトルで表現さ
れた音声特徴ベクトルパターンから音声スペクトルパタ
ーンを発生させることと考えることができる。

本発明においては、ＣＳＭ音声合成において上述のスペ
クトル拡散を行なうために１以下のような手法を用いる
。

すなわち、有声音は明確なピッチ構造を有するため、前
述のようにして指定されるル個の各正弦波を、このピッ
チ周期ごとに位相のリセットを行なう。これにより、簡
単にスペクトル包絡の発生とビ、ツチの微細スペクトル
構造の発生とが可能になる。

さらにまた、実施例の説明において詳述するような特殊
の時間窓処理を上述の位相リセット波形、に施すことに
より位相リセット時における合成波形の不連続性を除き
、音声波形のもつ連続性な確保している。

以上の実施により第２図に示したＣＳＭのラインスペク
トルは、第３図（Ａ）に示されるように拡散され、スペ
クトル包絡とピッチの微細構造とを有するスペクトルに
変化し、聴覚的にも充分実用に耐える音質が得られるこ
とが実験結果明らかとなっている。

なお、参考のため、上述の処理を行なわず、単純加算を
しただけのＣＳＭのスペクトルを第３図（ロ）に示す。

前述のように、このようなスペクトルをもつ波形では聴
覚的には単に正弦波が合成された音とレズ聞えるだけで
、音声を再現するという目的は達成されない。

以上は有声音の場合であるが、無声音の場合には以下の
ように行なう。すなわち、上述の有声音の場合に、ピッ
チ同期毎に行なった位相のリセットと特殊の時間窓処理
とを、無声音の場合にはピッチ同期のかわりに、確率過
程としてランダムに発生するその同期が分布幅と下限値
とを設定されたパルスを用い、このパルスの発生時点ご
とに上述の処理を実施するようにする。

以上の手法を用いることにより聰覚的に充分実用に耐え
るＣＳＭ合成を行なうことができる。なお１以上のＣＳ
Ｍ合成はフィルタを用いない合成法であるため、合成側
の安定性に対する考慮を必要としない。このため、ｍｉ
、ｍｉの情報を合成側に伝送し、合成側で音声を再現す
るような通信手段に用いる場合に、回線品質が比較的に
劣悪で伝送途中にエラーを発生するようなときＫｔｉボ
コーダよりも良好な音質が得られるという特徴が考えら
れる。

（実施例） 次に本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

説明の都合上、本発明を含む分析合成系を用いて本発明
を説明する。

第４図は本発明の一実施例を示すブロック図である。

本実施例は送信側１と、受信側２よりなる。

送信側１は、さらに、Ａ／Ｄ変換器１ｏ１、ハミング窓
処理器１０２、自己相関係数計測器１０３ＣＳＭ分析器
１０４、ＣＳＭ量子化器１０５、電力補正量子化器１０
６、ピッチ抽出器１０７、有声音／無声音判定器１０８
およびマルチプレクサ１０９を含む。

また、受信側２は、さらに、デマルチプレクサおよび復
号化器２０１、補間器２０２、有声音／無声音切替器２
０３、周期算出器２０４、乱数発生器２０５．３個の、
位相リセット機能付可変周波数発蛋器２０６−１，２０
６−２．・・・・・・、２０６−ｆＬ、　ル個の可変利
得増幅器２０７−１，２０７−２．・・・・・・２０７
−ル、加算合成器２０８、可変長窓関数発生器２０９、
乗算器２１０および乗算器２１１を含んでいる。

さて、本実施例の動作は下記の通りである。伝送される
べき音声波形は、入力ライン１０００を介して、Ａ／Ｄ
変換器１０１に供給され、ここで、振幅および時間軸が
量子化されたディジタルデータに変換され、この出力は
それぞれ、ハミング窓処理器１０２、ピッチ抽出器１０
７、有声音／無声音判定砦１０８の入力側に供給される
。

ハミング窓処理器１０２に供給されたディジタルデータ
は、予め定められている１フレームごとに、公知のハミ
ング窓関数による荷重乗算がなされ、各フレームのデー
タごとに自己相関係数計測器１０３に供給される。

自己相関係数計測器１０３は、こうして入力された各フ
レームのデータごとに前述した下記の演算により低位の
Ｎ個の自己相関係数νｔ　（但しｔ＝１．２．・・・・
・・Ｎ）を求める。

すなわち、１フレ一ム分のデータをＸｔ　　（但しｔ＝
ｏ、１．・・・・・・、　Ｍ−１）とすると、の演算処
理を行なうことにより、Ｎ個の各ｔ’ｔを求める。

こうして求められた各フレームごとのｖｔｃｖｍを次の
ＣＳＭ分析器に供給するとともにこの中のにおける電力
情報と・して、電力補正量子化器１０６に供給する。

さて、上述の各フレームごとの自己相関係数シロの組の
供給を受けたＣＳＭ分析器１０４は後に詳述する演算を
行なうことによって、対応するフレームのＣＳＭのル個
の各正弦波の強度および角周波数を指定するｍ２．ωＬ
　（但しｉ＝１．２．・・・・・・ル）の組を決定し、
これをＣＳＭ量子化器１０５に供、給する。

ＣＳＭ量子化器１０５は本発明を構成する直接的な部分
であり別途詳細に説明するが、その概要は以下の代りで
ある。

ＣＳＭ量子化器１０５はこれら１ｎｉ、ωｔの値の組を
振幅の集合（ｍ、、ｍ２．・・・・・・−５）から求め
られるα＝ｍａｘ（ｒｙｔ、　、ｍ２．・・・・・・、
ｍ％）で表わされる正規化係数αを検索し、前記αを補
正データとして電力量子化器１０６へ出力するとともに
、前記ａを用いて前記集用（扉□９ｍ２．・・・・・１
１）を正規化する手段を会んで量子化するものであシ、
量子化ビット数は、再生音質に対する要求と回線の伝送
容量と全勘案して定まる適当なビット数が選択される。

ＣＳＭ量子化器１０５は前記−２ω、の値の組を量子化
した後、マルチプレクサ１０９に供給する。

また前述のＶ。と正規化係数αの供給を受けた電力量子
化器１０６も、ν。を上述の観点から定まる適当な粗゛
さで量子化した後、同様にマルチプレクサ１０９に供給
する。

また、Ａ／Ｄ変換器１０１から原音声信号のディジタル
を適当に量子化したデータとしてマルチプレクサ１０９
に供給し、同様に有声音／無声音判定器１０８も供給さ
れたディジタルデータより有声音／無声音の判定を行な
いこれを２値信号としてマルチプレクサ１０９に供給す
る。　　　　゛以上の信号の供給を受けたマルチプレク
サ１０９は、これらの信号を、受信側における分−が容
易に行なえ、また与えられた伝送路を伝送するのに適し
た形に合成し、伝送路１２００を介して受信側　・２に
伝送する。

さて受信１ｌｌ１１２においては、こ゛うして伝送され
た信号をデマルチプレクサおよび復号化器２０１におい
て復号化および分離を行なうことによって、送信側１の
マルチプレクサ１０９の入力側における各信号を復元す
る。

こうして復元された各信号は、メモリ機能を有する補間
器２０２に供給され、必要な補間がほどこされた後、そ
れぞれ次のように用いられる。

まず、ＣＳＭのル個の容認の角周波数を指定する町（鮨
〜ω７）は、前記ル個の位相リセット機能付可変周波数
発振器２０６−１〜２０６−ルの周波数制御入力に加え
られ、これらの発振器の出力角周波数を指定された角周
波数ω、〜ω、に設定する。

また、ＣＳＭのル個の容認の強度（電力振幅）と指定す
るｍ１〜ｍｎは前記ル個の可変利得増幅器２０７〜１〜
２０７−ルの利得制御端子に供給され、これによって各
周波数の発振電力が指定された値になるように制御する
。

こうして得られたル個の出刃は、可算合成器２０８にお
いて可算合成が行なわれた後、次の乗算器２１０に供給
される。

さて、デマルチプレクサおよび復号化器２０１から出力
されるピッチ周期情報は、メモリを含む補間器２０２に
おいて、必要に応じて補間が施され、ピッチ周期を表わ
すディジタルデータとして有声音／無声音切替器２０３
に供給される。

一方、乱数発生器２０５で発生された乱数が、パルス間
隔演算器２０４に供給され、ここで乱数の分布幅および
その下限値が特定の値になるように変換され、無声音時
の位相リセット時間間隔を決定するデータ列として有声
音／無声音切替器２０３の他方の入力に供給される。

またデマルチプレクサおよび復号化器２０１から出力さ
れる有声音無声音を区別する２直信号（Ｖ／Ｕ）は前述
の切替器２０３の切替制御信号として供給され、有声音
の場合には、切替器２０３が補間器２０２から出力する
前述のピッチ周期を表わすディジタルデータ側を選択し
て、これを窓関数発生器２０９に供給する。

またもし前記２値信号（Ｖ／Ｕ）が無声音を指定する場
合には、切替４２０３は、前述の周期演算器２０４の出
力の確率過程で発生するランダムな時間間隔を表わすデ
ータ列側を選択し、これを上述のピッチ周期を表わすデ
ィジタルデータ例のかわりに、窓関数発生−ａ２０９に
供給する。

さて、窓関数発生器２０９は、位相リセットによって出
力波形に生ずる不連続を除き音声波形のもつ連続性を確
保する窓関数を発生するための庵ので、またさらにこの
窓関数と密接な時間関係を有する位相リセット用パルス
をも発生する。

前述のように窓関数発生器２０９には切替器２０３を介
して、次次の位相リセット用パルス間の間隔を指定する
データ列が入力されるが、窓関数発生器２０９は、この
データで指定される時間間隔を有するインパルスを次次
に発生し、これをライン２０９０を介して位相リセット
機能付可変周波数発振器２０６−１〜２０６−ルの位相
リセット端゛子に供給しζこれによってこれら発振器の
位相リセットを行なう。またこれをライン２０９０を介
して補間器２０２に供給し、角周波数データωｔおよび
強度データｍｉを補間するためのタイミング信号として
使用する。

さて、窓関数発生器２０９は上述の位相リセット用パル
スの発生と同期して下記のよりな可変長の窓関数Ｗ（よ
）を発生する。

すなわち、入力されたデータにより指定されたその時点
における位相リセット用ノくルス間間隔の値をＴとし、
前の位相リセット用パルスが発生してからの経過時間を
Ｘとすると Ｗ＝０．５＋０．５ｃｏｓ（π−） （ｇ）　　　　　　　　　　Ｔ 但し　ｏ＜ａ−＜’ｒ で表わされるような窓関数を発生する。この窓関数Ｗ（
３：）を第５図（６）に示す。上述のＴの値は、有声音
の場合にはピッチ周期を表わし、無声音の場合には確率
過程で発生する変数を表わすので時間とともに変化する
。従って、この窓関数ｗ（ｌ＋）は可変長であり、上述
の位相リセット用パルスの発生と第５回申）に示すよう
な相対時間関係で同期している（窓関数の開始時点およ
び終止時点が位相リセット用パルスの発生時点とほぼ一
致している）。

こうして発生された窓関数はライン２０９１を介して乗
算器２１０に供給される。この結果、乗算器２１０にお
いて、加算合成器２０８で合成された各位相リセット用
パルスごとに位相リセットされるが個の正弦波形と、各
位相リセット用パルスに同期して発生される上述の窓関
数Ｗ（、）との積が得られる。こうして得られる波形は
、各正弦波が位相リセットされる直前で窓関数Ｗ（、）
の乗算により連続的に０に収束されており、また位相リ
セット時点では各正弦波は０から立ち上るので波形の連
続性が確保され、かくして窓関数Ｗ（ヨ）の乗算により
位相リセット波形に生ずる不連続性を除くことができる
。

不連続性を除かれた乗算器２１０の出力は、次の乗算器
２１１に供給され、ここで送信側１から送られた各フレ
ームの電力情報によって加重され、合成音声としてライ
ン２０００から出力される。

以上に説明したように、本実施例の受信側２においては
、前述した音声合成に必要なＣＳＭ合成が実行され、こ
の結果、送信側１に入力した原音声の再現が、伝送路１
２０Ｇにおける情報量の圧縮や伝送エラーにもかかわら
ず比較的良好な音質をもって行なわれることになる。

以上で説明した補間器２０２における各伝送データに対
する補間は、送信側１で各伝送データを量子化する際の
粗さに応じて種種の組合せ（例えば町だけ、あるいはω
、−一だけ等）で行なうことが可能で、また補間の方法
も、直線補間あるいはさらに高級な関数による補間を用
いるととも可能である。なお、ωｉ＊ｍｉに対する補間
に関しては、上述の位相リセット用パルスの発生時点ご
とに補間データが得られるように補間点を選定すること
が有利であり、ωｉ、ｍｉの値の更新をこのタイミング
で行なうために前述のように位相リセット用パルスをラ
イン２０９０を介して補間器２０２に供給している。

このような補間を行なうためには、必要な後のデータが
到着するかまたは発生するかした後に補間データが求め
られるため、発振器２０６に対する位相のリセットおよ
び周波数ω、の設定、また増幅器２０７に対する強度ｒ
ｎｉの設定等の実際の処理は、実時間より必要な一定時
間だけ遅れて実行されることになる。このため補間器２
０２には必要な情報を必要時点まで記憶しておくための
メモリが含まれている。

次に、位相リセット機能付可変周波数発振器２０６の回
路例を第６図に示す。周波数制御端子２０６１に加わる
電圧によって、定電流電源２０６２および２０６３に流
れる。容量２０６４に対する充放電電流値を制御し、こ
れによって発振周波数を可変とする。１点の発振電圧波
形は基準電圧の＋Ｖｒと−Ｖｒ　　との間を直線的に上
下する三角波形となる。位相リセット端子２０６５にイ
ンパルスを加えるとυ点は瞬間的に接地されて、強制的
に０電位に引き戻され、そこから発振を再スタートして
位相リセットが行なわれる。この１点の三角波発振出力
を正弦波変換器２０６６に入力し正弦波に変換して端子
２０６７より出力し、これを発振器２０６の出力として
用いる。正弦波変換器２０６６は例えばＲＯＭに格納し
たサイン関数値を入力波形で読出す等の方法により容易
に実現できる。

またこのような位相リセット機能付可変周波数発振器は
計算機のプログラムを用いて実現することも容易である
。

次に可変利得増幅器２０７の回路例を第７図に示す。増
幅すべき信号を端子２０７１に加え、制御信号を端子２
０７２に加えることによって負帰還量を制御し出力端子
２０７３に制御された振幅を有する出力を得る。

またこのほかに、アナログ乗算器を用いて実現すること
もできるし、またＤ／Ａ変換器の基準電圧にアナログ波
形入力を用い、ディジタル入力に、ディジタル量で表現
された制御情報を用いる等の方法によりても容易に実現
することができる。

次に乱数発生器２０５の一回路例を第８図に示す。１５
段のレフトレジスタ２０５１と１個の中加算器２０５２
とＫよ＃）２　−１の周期を有する１５次のＭ系列の疑
似乱数を発生する。必要な時点でクロック端子２０５３
にシフトパルスを加えることにより、次の乱数値が得ら
れる。

次に周期算出器２０４のプ四ツク図を第９図（６）に示
す。これは上述の乱数発生器２０５から出力・される０
から２−１の範囲に一様に分布している乱数を無声音時
の位相リセット用パルスの時間間隔を指定する乱数とし
て用いるのに適した分布に変換するもので、定数乗算器
２０４１と定数加算器２０４２よりなる。これによって
、第９図（Ｂ）に示すように、乱数の分布幅りと下限値
りとを適当な値に設定することができる。

次に窓関数発生器２０９の一実施例を第１０図に示す。

これはレジスタ２０９１、プリセット可能なダウンカウ
ンタ２０９２、カウンタ２０９３、読出し専用メモリ（
ＲＯＭ）２０９４を含んでいる。

切替器２０３から供給された位相リセット用パルス間隔
を指定するデータＴは、レジスタ２０９１に格能される
。ダウンカウンタ２０９２は一定周期の高速クロックＣ
ＬＫをカウントするカウンタで、まず、レジスタ２０９
１の内容Ｔをプリセットし、これをクロックＣＬＫを用
いてダウンカウントする。カウンタ２０９２の内容が０
になると出力端子よりパルスを発生し、これにより再び
レジスタ２０９１の内容をプリセットしてこの値のダウ
ンカウントを開始する。かくしてダウンカウンタ２０９
２の出力２０９２−１　にはＴに比例した周期（例えば
Ｔ／＆）をもつパルス列が発生する。このパルス列はカ
ラ／り２０９３のクロックとして加えられる。

このクロックで歩進されるカウンタ２０９３のカウント
出力２０９３−１はＲＯＭ２０９４にアドレス指定信号
として加えられ、そこに書き込まれている窓関数Ｗ（、
）、のデータを順番に読出してライン２０９１に出力す
る。カウンタ２０９３の内容がｋになると、ＲＯＭ２０
９４の窓関数Ｗ（ヨ）の最後のデータが読出され、これ
とともにカウンタ２０９３はリセットされてライン２０
９０にリセットパルスを出力する。このリセットパルス
は、発振器２０６−１〜２０６−ｆ＆の位相リセット用
端子および補間器２０２に供給される前述の位相リセッ
ト用パルスとして用いられると共に、レジスタ２０９１
に次の入力データをセットするために用いられる。また
ＲＯＭ２０９４の中にに個のサンプルとして予め格納さ
れている窓関数ｗ（６）のデータはライン２０９１に流
出されて乗算器２１０に供給される。かくして、パルス
間間隔がつぎつぎに指定された値をもつ位相リセット用
パルスと、これと第５図（Ｂ）に示すように同期された
可変長の窓関数Ｗ（、）とが生成される。

次にＣＳＭ分析について説明する。

前述のように、Ｃ３ｌｖｌ１分析は、各分析フレーム毎
に、表現されるべき音声波形から直接算出される標本自
己相関係数のＮ個の低次のタッグ値と、合成波（ｒＬ個
の正弦波の和）のＮ個の低次のタップ値とが一致するよ
うに、合成すべき各正弦波の周波数へとその強Ｋ（電力
振幅）　？１Ｌｃ　とを決定することである。

今、合成波のタップｔの自己相関係数をｒｔ　とすると
、前述のように ｒｔ＝、Ｊ、　７７１ｉ　ＣＸｍ　ｌ−町となる。

一方、表現されるべき音声波形のサンプルＸｔから、あ
るフレームの、タップＬの標本自己相関係数ｕｔは である。

これより ｒｔ＝ｖｔ　　　　　　　　　　　　・・・（２）ｔ　
＝　０　、１　、２、−−・・・・Ｎ　　但しＮ＝２ｎ
−１とすると下記のマトリックス表現が得られる。

しかし上式は、ω、および７ｎｉが未知のだめ単純な行
列演算では解けない。そこで、 ω、−勇　Ｘ□　　　　　　　　　　　　・べ４）とお
き、 ｃｍ　Ｌ　ＧＪ　６　＝　ｃｏｓ　ｔ　ｃｏｓ−１へ三
Ｔｔ　（”＝）　　　　・・−（５）の置換を行なう。

このＴｚ（ｘ）はＴｃｂｅｂｙｃｈｅｆ　ｆ（チェビシ
ェフ）の多項式である。この置換を行なうと（３）式は
次のように変換される。

ところが、一般に、１はＴｏ　（：Ｉ：）　、　Ｔｓ　
（，２？）　−−−−−・Ｔ　ｚ（ｘ）の線形結合と１
−で表わすことができる。

すなわち、 但し５（４）は逆Ｔｃｈｅｂｙｃｈｅｆｆ　（チェビシ
ェフ）コ 係数である。

の線形結合Ａｔ　を下式のように定規する。

但しｔ＝０．１，２．・・・・・・１２ｎ−１こうする
と、（６）式の左辺および右辺にそれぞれ（７ン式訃よ
び（８）式の関係を用いることにより、下記の関係式が
成立する。

さて、ここで、ｘｌ、ｘ２．・・−・・・、ｘ７　に零
点をもつ１次の多項式 を定義し、このＰａ（３：）　　を用いて、（９）式の
左辺と似た式の を作り、これを検討してみる。上式が０であることは明
らかであるが、さらにこれは次のように書き換えること
ができる。

以上より、ｔ＝０，１，２．・・・・・・ｎとして下式
が得られる。

しかるに吃゛←）、＝　１　であるから　、が成立する
。左辺のＡｉ　ででまるマトリクスは一般にＨａｎｋｃ
ｌ　（ハングル）行列と呼ばれているものである。前述
のように各人、は、表現すべき音声波形の標本自己相関
係数νｊから（８）式により与えられるもので既知であ
る。

この各ｐ、が求まると路次方程式 Ｐ、　（”）　＝　ｘ”＋ｙ？：、−８ｘ”−”＋・・
・−・ｐ０＝　０の解として、（ｘｌ、ｘ２．・・・、
Ｘ、）が求められる。

これより各ＣＳＭ周波数ωｉは（４）式のωｉ″邸　Ｘ
ｉ より求められ、またＣＳＭ強度ｍｉは（９）式より導か
れる下式を用いて求められる。

なお、上式の左辺の行列は一般にＶａｎｄｅｒ　Ｍｏｎ
ｄｅ（７アレデルモンデ）行列と呼ばれているものであ
る。

以上をまとめると、ＣＳＭ分析の分析アルゴリズムは以
下のようになる。

（１）標本自己相関係数を計算する （２）逆チェビシェフ係数を用いてＡｔを定義する。

てル個の２ｔ　を求める。

ｐ、＜ｘ）三−’十Ｆ（：ｊｌ　”　”−”＋　ＰＣ：
、２２　”−”＋　−＋　Ｐ（１’＝　＋ｐ　６＝０ （５）房逆変換を行なって０８Ｍ角周波数（ωｔ）を求
める。

ωも＝房　Ｘｌ （６）　　Ｖａｎ　ｄｅｌ　Ｍｏｎｄｅ　（７７７デル
モンデ）行列方程式を解いてＣＳＭ強度（−ｉ）を求め
る。

の各角周波数（ω１．ω２・・・ω、）および容認の強
度（ｍｌ、ｍ２．・・・ｍｎ｝を求めることができる。

なお、上述のＨａｎｋｅｌ　（バンケル）行列方程式の
能率的解法として、初期条件を与えて遂次的に解を求め
る方法が知られている。

また、上記路次の代数方程式は実根のみを有することか
証明されているため、二ニートン・ラプソンの方法等を
用いて根を求めることができる。

さらに、上記Ｖａｎｄｅｒ　Ｍｏｎｄｅ　　（７７ｙデ
ルモンデ）行列方程式の能率的解法として三角行列化を
行なって順次に解を求める方法′を用いることができる
。なお上述の分析方法は嵯峨山氏らの論文１複合正弦波
モデルによる音声スペクトル分析”゛電子通信学会論文
誌’　８１／２　Ｍｏｌ　、Ｊ６４−Ａ　ｔＪｎ　２ｐ
、ｉｏｓ〜１１２　に詳しく述べられている。

最後に本発明を構成する直接的な部分であるＣＳＭ量子
化器１０５、電力補正量子化器１０６を図面を用いて詳
細に説明する。第１１図はＣＳＭ量子化器１０５、電力
補正量子化器１０６を詳細に説明するためのブロック図
である。

ＣＳＭ分析器１０４よｆｉｃｓＭのｎ個の各正弦波の強
度および角周波数を指定するｍｉ、ωｉ　（但しｉ＝１
．２．・・・・・・ル）の組が一時メモリ（１）、１０
５１へ供給される。一時メモリ（１）、１０５１は前記
ｍｉを正規化係数検索器１０５２とＣＳＭ強度正規化器
１０５３とへ出力する。正規化係数検索器１ｏ５２は以
下の手順に従って正規化係数αと最大周波数の番号工と
を検索する。

（１）初期状ａ　ｃＬ＝ｍ　Ｌ　　Ｉ　Ｉ　＝　ｌを設
定する。

（２）　αとｍ２との大小関係を調査する。

もしａ＞ｍｚであれば　（４）を次に実施する。

もしａ＜ｚ２であれば　（３）を次に実施する。

（３）　　α＝ｍ３．Ｉ＝２を設定する。

（４）　　αとｒｌＬ３　との大小関係を調査し、上記
（２）と同様の処理を行なう。

（５）以下ｍ４・・・・・・肩Ｎまで（４）と同様の処
理を行なう。

正規化係数検索器１０５２は検索した前記αを１上方補
正器１０６１とＣＳＭ強度正規化器１０５３とへ、又、
前記Ｉ′ｉｒ：ＣＳＭ強度量子化器１０５４へ出力する
。ＣＳＭ強度正規化器１０５３は一時メモり（１）。

１０５１より供給された前記ｍｉを前記正規化係数αを
用いて１ｎｉ＝７１！ｉ／α（但し、ｉ　＝　１　、２
、−＝・・・ｒＬ）を算出する。更にＣＳＭ強度正規化
器１０５３は算出し九扉・の平方根Ｖ；］−（’　＝１
　＊　２　＊・・・・・・ル）霧 を求めＣＢＭ強度量子化器１０５４へ出力する。

ＣＳＭ強度量子化器１０５４は正規化係数検索器１０５
２より供給される最大周波数の番号工と前記ｒ　（Ｌ　
ｍｌ　、　２．・・・・・・ル）とを用いて例えば第１
２図に示す形式のビット配分で線形量子化を実施し、量
子化データを一時メモリ（２）、１０５６へ出力する。

次に量子化の形式を第１２図を参照して説明する。

第１２図（ａ）は９次ＣＳＭ分析（ル÷５に相当する）
の結果得られるＣＳＭ強度強度、７７Ｌ、・・・・・・
扉、を１６ｂｉｔｓで量子化するためのピット配分を示
したものである。前記番号工に対応して最強ＣＳＭ強度
の指定が行なわれる。ここで最強ＣＳＭが番号Ｉが１の
場合には第１２図０）〜αに示す様に図上で左端に示さ
れるビットに１０＃が与えられ、Ｉが２．３，４．５　
　の場合には第１２図（１））−ｂ−ｅに示す様に図上
で左端に示さｎるビットに６１”が与えられる。

所で、ＣＳＭ強度の分布を調査すると、最強のＣＳＭ強
度を持つのはｍユとなる場合がきわめて多い。第１３図
は９次ＣＡＭ分析（ル＝５）の結果得られるＣＳＭ強度
ｙｘ１，２＋１．　、・・・・・−１を正規化係数αを
算出して正規化した場合の分布図であり図中＠７レーム
数”と書かれたものは該強度が最強となったフレーム数
である。なお、全分析フレーム数は６９６３である。即
ち慝、が最強のＣＳＭ強度を持つ割合は５８９５／６９
６３冨０．８４７であつ、第１２図（ロ）に示すように
ｍｌが最強（Ｉ＝１３の場合にＩの指屍が最も少ないビ
ット数で行なえるように構成されて−る。

尚、最強のＣＳＭ強度そのものは自分自身で正規化され
ているため、必らず１．ｏとなり情報の伝送を必要とし
ない。

再び第１１図に戻り、こうして量子化されたＣＳＭ強度
パラメータ社一時メモリ（２）、１０５６へ出力される
。ＣＳＭ周波数量子化器１ｏ５５はＣＳＭの路側の正弦
波の角周波数を指定するω１　（但し’　”　１　＊　
２　＋”−−−・ｎ）　＋７）！１１ｔ−一時メモリ（
１）、１０５１より供給を受は予じめ調査されている各
ω、の分布範囲を考慮した線形量子化を実施し、量子化
データを一時メモリ（２）、１０５６へ出力する。一時
メモＩＪ（２）、１０５６はｉ量子化すしたＣＳＭ強１
ｉとＣＥｉＭ角周波数データとをｉルナプレクサ１０９
へ出力する。電力補正器１０６１は自己相関係数計測器
１０３より供給を受は九成カデータに正規化係数検索器
よシ供給された係数αを掛は結果を電力量子化器１０６
２へ出力する。電力量子化器１０６２は前記結果を１７
２乗し振幅情報に変換した後、例えｄμ２ｓｓＰＣＭ　
で用いられている非線形量子化を行ないマルチプレクサ
１０９へ出力する。

なお合成側での逆正規化は乗算器２１１で自動的に行な
われる。

（発明の効果） 以上述べた様に本発明を用いるとＣＳＭ強度パラメータ
相互の関係を考慮してＣＳＭ強度パラメータを量子化す
ることにより、量子化の効率を高められるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＳＭパラメータによる音声特徴ベクトルバタ
ーノの一例を示す図、第２図はＣＳＭラインスペクトル
と、同一音声サンプルより求めたＬＰＧスペクトル包絡
との対応例を示す図、第３図（Ａ）は拡散されたＣＡＭ
のスペクトル包絡とピッチの微細構造とを示す図、第３
図（Ｂ）　ｕ単純加算しただけのＣＳＭスペクトルを示
す図、第４図は本発明を含む分析合成系の一実施例を示
すブロック図、第５図（Ａ）は可変長窓関数の関数形を
示す図、第５図（Ｂ）は前記可変長窓関数と位相リセッ
ト用パルスとの相対時間関係を示す図、第６図は位相リ
セット機能付可変周波数発振器の一回路例を示す図、第
７図は可変利得増幅器の一回路例を示す図、第８図は乱
数発生器の一回路例を示す図、第９図（Ａ）は周期算出
器のブロック図、第９図（Ｂ）は前記周期算出器の出力
の乱数の分布を示す図および第１０図は可変長窓発生器
の一例を示すブロック図、第１１図は本発明を構成する
直接的な部分を詳細に説明するためのブロック図、第１
２図は量子化の形式の一例を示す図、第１３図はＣＡＭ
強度の分布例を示す図である。 図において、１・・・・・・送信側、２・・・・・・受
信側、１０１・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、１０２・・・
・・・ハミング窓処理器、１０３・・・・・・自己相関
係数計測器、１０４・・・・・・ＣＳＭ分析器、１０５
・・・・・・ＣＳＭ量子化器、１０６・・・・・・電力
量子化器、１０７・・・・・・ピッチ抽出器、１０８有
声音／無声音判定器、１０９・・・・・・マルチプレク
サ、２０１・・・・・・デマルチプレクサおよび復号化
器、２０２・・・・・・補間器、２０３・・・・・・有
声音／無声音切替器、２０４・・・・・・周期算出器、
２０５・・・・・・乱数発生器、２０６−１〜２０６−
３・・・・・・位相リセット機能付可変周波数発振器、
２０７−１〜２０７−３・・・・・・可変利得増幅器、
２０８・・・・・・加算合成器、２０９・・・・・・可
変長窓関数発生器、２１０，２１１・・・・・・乗算器
、１０５１・・・・・・一時メモｌ）、１０５２・・・
・・・正規化係数検索器、１０５３・・・・・・ＣＳＭ
強度正規化器、１０５４・・・・・・ＣＳＭ強度量子化
器、１０５５・・・・・・ＣＳＭ周波数量子化器、１０
５６・・・・・・一時メモ！ｊ（２）、１０６１・・・
電力補正器、１０６２・・・・・・電力量子化器。 筆撥　　　　［；」 率２図 ＰＴＡ数　　　　　　０ 時用□ 早Ｓ図 第６図 第７　ズ 第８回 第　ｑ　図　（ハ） 奉１２０（α） っ　　　　ｌ　０（ｒｙｎ＋　　　　　ｒｎｓ　　　　
　　ｒｎ４　　　　ｍ　　　　　　　ｌ＝２　の　４イ
）Ｎ：　　　７　　　　ｆｉｌ　　　ｒｎｚ　　　ｍ４
ｒｎ　　　　１＝３ｎ４今Ｊ、ｔｔｏ　　　ｙｎｒ　　
　　１７１．　　　ｒｎ　　　　ｒｎ　　　　　Ｉ＝４
ｖ＞４０＞ｅ　　　／／／　　ｙｎｒ　　　１７１２　
　　ｍＪｍ４ｘ＝ｓｔｙ＞騰合第１２図（ｂ） 第１３　額 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示　　　昭和５９年　特　許願第１６０４
９１号２、発明の名称　　　０８Ｍパラメータの量子化
方法とその装置３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　出　願　人東京都港区芝五
丁１」３３番１号 （４２３）　　　日本電気株式会社 代表者　関本忠弘 ４、代理人 ６、補正の対象 図面 Ｌ　補正の内容 第１３図を別添第１３図と差し替える。 ７ｖ泌ｌ屍　　　　　　　／ηｔｔ、ｒ雇　　　　　ｙ
υ曜イ曜−賽東一　　　−琴賛一　　−燦郵一 χを巌紹必　　　ＸＭＩ弓ｉ砂 一顆一　−簗受−−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）音声のスペクトル包絡を所定の数ｎの周波数と振
   幅とが自由な正弦波の集合で表現するＣＳＭパラメータ
   量子化に於いて、振幅の集合｛ｍ＿１、ｍ＿２、…、ｍ
   ＿ｎ｝をａ＝ｍａｘ｛ｍ＿１、ｍ＿２、…、ｍ＿ｎ｝で
   表現される正規化係数αにより正規化する手段を用いる
   ことを特徴とするＣＳＭパラメータ量子化方法。
2. （２）音声のスペクトル包絡を所定の数ｎの周波数と振
   幅とが自由な正弦波の集合で表現するＣＳＭパラメータ
   を少数のビットで表現するためのＣＳＭパラメータ量子
   化装置に於いて、前記正弦波の振幅の集合｛ｍ＿１、ｍ
   ＿２、…、ｍ＿ｎ｝から前記集合の最大値ａ＝ｍａｘ｛
   ｍ＿１、ｍ＿２、…、ｍ＿ｎ）を検索する手段と、前記
   手段により検索された最大値ａにより前記振幅の集合を
   正規化する手段とを有することを特徴とするＣＳＭパラ
   メータ量子化装置。