JPS63148300A - マルチパルス符号化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、音声信号の帯域幅を圧縮して音声通信の効率
化をはかるマルチパルス符号化装置に関し、特に量子化
雑音整形（ノイズシェービング）と音声信号のピッチ予
測との間に整合のとれたマルチパルス符号化装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来この種の技術は、量子化雑音整形を合理的に適用し
、聴感的に信号対雑音比を向上させ、かつ音声信号から
算出された線形予測（ＬＰＧ）係数を利用して、帯域圧
縮をはかっている。

一般に音声生成モデルは、声帯の振動などに起因する駆
動音源と、声道の伝送特性から構成される。声道伝送特
性を効果的に表現する方法としてＬＰＧ係数を適用する
合成フィルタでのインパルス応答があり、また駆動音源
の表現方法としてはマルチパルスの基本となるピッチが
考えられる。

これらの両者からマルチパルス符号化装置によシ帯域圧
縮が可能となる。

しかし、従来のマルチパルス符号化に際してはピッチ予
測のためのピッチ予測係数は入力した音声信号から直接
求められており、その結果と量子化雑音整形を前提とす
るマルチパルス符号化とは必ずしもよく整合するもので
はなかった。

従ってマルチパルス検索は効率のよい方法とする必要が
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は上述のように、ピッ
チ予測係数が音声信号から直接求められているので、量
子化雑音整形を前提とするマルチパルス検索法とは必ら
ずしも整合がとれないという点にある。

従って本発明の目的は、上記欠点の解決したマルチパル
ス符号化装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のマルチパルス符号化装置は、入力した音声信号
を符号化して符号化信号を出力するマルチパルス符号化
装置において、前記音声信号が入力し伝達関数が次式で
表わされるスペクトル変形フィルタ （ただしＰは線形予測係数の次数、αｉはｉ番目の標本
の予測係数、ｒｉはｉ番目の標本の減衰係数である。） によりスペクトルが変形されたスペクトル変形音声信号
を出力するスペクトル変形手段と、前記変形音声信号の
平均振幅差関数処理を行いその極小値に従ってピッチ予
測分析を実施してマルチパルス符号化信号を出力する波
形符号化手段とを備えて構成される。

〔実施例〕

次に本発明について実施例を示す図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明を含む第一の実施例の構成を示すブロッ
ク図、第２図は本発明を含む第二の実施例の構成を示す
ブロック図、第３図は第一および第二の実施例に使用す
るピッチ予測フィルタ部の構成を示すブロック図、第４
図および第５図はそれぞれ第一および第二の実施例の波
形を示す図表である。

まず、本発明の概要について説明する。

本発明では、棋本化された入力信号に対して線形予測分
析（ＬＰＣ）を介して予測係数αｉが求めらる。次にあ
らかじめ設定された減衰係数ｒｉ（ｉ＝１．・・・・・
・、Ｐであって一般にｒｉはＯ〜１の間で経験的に定め
られる）と、この線形予測係数αｉとから で表わされるフィルタで入力音声信号のスペクトル変形
が行われ、スペクトル変形された音声信号が得られる。

さらに、この信号に対し平均振幅差関数（ＡＭＤＦ）処
理を介して、その極小値の時間に対応する間隔からピッ
チ周期が求められる。この平均振幅差関数処理では、入
力した１フレ一ム分のスペクトル変形された音声信号に
ついて各サンプルの間隔づつ遅延した信号が作られ、遅
延した信号と遅延しない信号との振幅の差の絶対値が算
出され、１フレ一ム分の平均をとってその極小値を一検
索する。かようにして得られた極小値の間隔に相当する
時間がピッチ周期となる。

次に、１フレームの中で音声信号とインパルス応答信号
との相互相関係数が算出され、その最大振幅の位置と、
上述のピッチ周期ごとに並べられたインパルス応答信号
の遅れ零の位置とを合わせ、さらに両者の振幅を同一と
し、このときの振幅と位置はマルチパルス信号の一部と
して出力される。

このあと、前者から後者を差引いた残夛の分について、
同様の方法を繰返して従来のマルチパルス検索が実施さ
れ、そのときの振幅と位置が振幅の大きい順に出力され
る。以上のような方法でマルチパルス検索を行っている
。

従ってスペクトル変形された音声よシ算出したピッチ予
測係数を利用し、このためマルチパルスを決定するとき
に相互相関を自己相関で減じてゆく処理との整合性のよ
いピッチ予測係数をＡＭＤ　Ｆで算出している。

かようにしてピッチ信号の冗長性を除き帯域圧縮性を高
めたものである。

次に本発明の第一の実施例についてその構成と作動を中
心に第１図および第４図を参照して説明する。第１図を
見るに本発明を含む第一の実施例はＬＰＣ分析分析部上
スペクトル変形手段２と、波形符号化手段３とを備えて
マルチパルス符号化部分を構成し、波形復合化手段４と
、ＬＰＣ合成フィルタ部５とを備えてマルチパルス復合
化部分を構成している。以下各構成素子についてその内
部構成の一例を示し、それぞれの説明を行うものとする
。

標本化された入力音声信号１００は、ＬＰＧ分析部１と
スペクトル変形手段２に入力され、ＬＰＣ分析分析部上
入力音声信号が分析され、最大次数Ｐ次までの部分自己
相関係数信号１０１が、スペクトル変形手段２のに量子
化復合化部５１に出力される。

スペクトル変形手段２は、Ｋ量子化復号化部５１と、Ｋ
・α変換部５２と、α・ｒ算出部５３と、スペクトル変
形部５４とを備えている。部分自己相関係数信号１０１
がＫｉ量子化復号化部５１入力され、量子化された部分
自己相関係信号１０４は波形符号化手段３へ出力される
と共に、復合化されてＫ・α変換部５２へ出力される。

Ｋ・α変換部５２では、復合化された部分自己相関係数
信号が入力され、予測係数αｉｆ：表わす信号がサンプ
ルごとに、α・ｒ％出郡部５３スペクトル変換部５４に
出力される。α・ｒ算出部５３では、あらかじめ経験的
に選ばれた＠感型み付は係数ｒｉと予測係数αｉとの積
が算出され、α１−ｒｉを表わす信号すなわちα・ｒ信
号１０３が、スペクトル変形部５４と波形符号化手段３
とに出力される。スペクトル変形部５４は、α・ｒ信号
１０３と、線形予測係数αｉとが入力され、伝達関数が
で表わされるフィルタを構成する（Ｚは標本化された入
力音声信号、）（（Ｚ）はフィルタの出力を表わす）。

次に、波形符号化手段３について説明する。波形符号化
手段３は、ＡＭＤＦ演算部５５と、極小値検索部５６と
、インパルス応答部５７と、相互相関部５８と、自己相
関部５９と、マルチパルス検索部６０と、パルス量子化
部６１と、多重化合成部６２とを備えている。

まずスペクトル変形手段２から音声信号１０２が、ＡＭ
　Ｄ　Ｆ演算部５５と相互相関部５８とに入力される。

Ａ′ＭＤＦ演算部５５では、先に述べたように入力され
た１フレ一ム分の音声信号１０２についてあらかじめ定
められた遅延量に従って遅延した信号が作られ、遅延し
た標本化列と遅延しない信号との差の絶対値が標本ごと
に算出される。次にこの絶対値の１フレ一ム分の平均が
求められ、この平均の値とあらかじめ定められた遅延量
とがＡＭＤＦ出力信号１０９となシ、極小値検索部５６
に遅延量を変えたときの値が順次出力される。極小値検
索部５６では、遅延量に対応してＡＭＤＦ出力信号１０
９の極小値が検索され、極小値間の遅延量に和尚する時
間長をピッチ周期とみなし、ピッチ周期を示すピッチ信
号１１０が多重化合成部６２とマルチパルス検索部６０
に出力される。

次に１波形符号化手段３のうち、マルチパルスの発生に
ついて説明する。まず、スペクトル変形手段２から入力
するα・ｒ信号１０３がインパルス応答部５７に入力さ
れる。インパルス応答部５７は、ＬＰＣ合成フィルタ部
５７Ａとインパルス発生部５７Ｃとを備え、α・ｒ信号
１０３がＬＰＣ合成フィルタ部５７Ａに入力し、その係
数が満たされる。またインパルス発生部５７Ｃからイン
パルス信号（第４図（ａ）参照）が例えば１フレ一ム時
間長ごとに出力され、ＬＰＣフィルタ部５７Ａのインパ
ルス応答信号１１５（第４図（ｂ）参照）が求められる
。インパルス応答信号１１５は相互相関部５８と自己相
関部５９とに印加され、自己相関部５９ではインパルス
応答信号の自己相関信号（第４図（Ｃ）参照）が得られ
、マルチパルス検索部６０へ送られる。一方、相互相関
部５８にはインパルス応答信号１１５（第４図（ｂ）参
照）と音声信号１０２（第４図（ｄ）参照）とが入力さ
れ、その結果として相互相関信号（第４図（ｅｌ参照）
がマルチパルス検索部６０に送られる。

マルチパルス検索部６０では、相互相関信号（第４図（
ｅ）参照）と自己相関信号１１５（第４図（Ｃ）参照）
とピッチ信号１１０とが入力されると、まず相互相関信
号の最大値に対応するパルス信号がマルチパルス信号１
１１の一部となる。このとき、相互相関信号の最大値お
よびその位置に自己相関信号の最大値およびその位置が
同一となるようになされた自己相関信号が、相互相関信
号から差引かれる。これと共に、その自己相関信号の位
置を基準としてピッチ周期ごとに対応する位置に配置さ
れたその自己相関信号が、相互相関信号から差引かれる
。この結果として、差引かれた相互相関信号の最大値に
対応するパルス信号が、マルチパルス信号の一部（ここ
では２番目のパルス）となる。以下、上述のような方法
でつぎつぎと自己相関信号が差引かれ、あらかじめ定め
られた数のマルチパルスが得られるまで、この方法が続
けられる。

かようＫして得られたマルチパルス信号１１１（第４図
（ｆ）参照）が、パルス量子化部６１に出力される。

パルス量子化部６１では、入力したマルチパルス信号１
１１は量子化され、マルチパルスの位置と振幅とを示す
マルチパルス信号１１２とマルチパルス信号の振幅の最
大値を示す最大振幅信号１１３とが、多重化合成部６２
へ出力される。

多重化合成部６２では、部分自己相関係数信号１０４と
、ピッチ信号１１０と、マルチパルス信号１１２と、最
大振幅信号１１３とが入力され、これらの信号を多重化
した多重化信号１０５が出力され、伝送線を通じて波形
復号化手段４の多重化分離部６３に入力される。

次Ｋ、波形復号化手段４について説明する。波形復号化
手段４は、多重化分離部６３と、パルス復号化部６４と
、ピッチ予測フィルタ部６５と、Ｋ復号化部６６とを備
えている。波形符号化手段３の多重化合成部６２から多
重化信号１０５が多重化分離部６３に入力されると、多
重化分離部６３では部分自己相関係数信号１０４に対応
する部分自己相関係数信号１１４と、ピッチ信号１１０
に対応するピッチ信号１２０と、マルチパルス信号１１
２に対応するマルチパルス信号１２２と、最大振幅信号
１１３に対応する最大振幅信号１２３とがそれぞれ出力
される。

多重化分離部６３から出力される部分自己相関係数信号
１１４はに復号化部６６でり分化された部分自己相関係
数信号１０７となりＬＰＣ合成フィルタ部５に入力され
る。同じく多重分離部６３から出力されるマルチパルス
の位置と振幅とを示すマルチパルス信号１２２とマルチ
パルスの振幅の最大値を示す最大振幅信号１２３は、パ
ルス復号化部６４で復号化されてピッチ予測フィルタ部
６５に入力される。また、多重化分離部６３から出力す
るピッチ信号１２０も同様にピッチ予測フィルタ部６５
に入力される。ピッチ予測フィルタから復号化されたマ
ルチパルス信号１０６がＬＰＣ合成合成フィルタ部上力
する。ＬＰＣ合成合成フィルタ部上マルチパルス信号１
０６が入力され、部分自己相関係数信号１０７に従って
制御されて出力音声信号１０８を出力される。

次に本発明の第二の実施例についてその構成と作動を中
心に第２〜３図および第５図を参照して説明する。第２
図を見るＩＣ本発明を含む第二の実施列はＬＰＧ分析部
１１と、スペクトル変形手段１２と、波形符号化手段１
３とを備えてマルチパルス符号化部分を構成し、波形復
号化手段１４と、ＬＰＣ合成フィルタ部１５とを備えて
マルチパルス復号化部分を構成している。以下各ｎ成素
子についてその内部構成の一例を示し、それぞれの説明
を行う。

標本化された入力音声信号２００が、ＬＰＣ分析部１１
とスペクトル変形手段１２に入力されて、ＬＰＣ分析部
１１で分析され、最大次数Ｐ次までの部分自己相関係数
信号２０１がスペクトル変形手段１２に出力される。

スペクトル変形手段１２は、Ｋ量子化復号化部７１と、
Ｋ・α変換部７２と、α・ｒ算出部７３と、スペクトル
変形部７４とを備えている。標本化された入力合成信号
２００と部分自己相関係数信号２０１とがスペクトル変
形手段１２に入力され、量子化された部分自己相関係数
信号２０４と、聴感重み付けを施されスペクトル変形さ
れた音声信号２０２とが波形符号化手段１３へ出力され
ることは、第一の実施例の場合と同様である。

次に波形符号化手段１３について説明する。波形符号化
手段１３は、ＡＭＤＦ演算部７５と、極小値検索部７６
と、インパルス応答部７７と、相互相関部７８と、自己
相関部７９と、マルチパルス検索部８０と、パルス量子
化部８１と、多重化合成部８２とを備えている。

このうち音声信号２０２を入力しピッチ信号２１０を出
力するＡＭＤＦ演算部７５と極小値検索部７６の動作と
、マルチパルス信号２１１が入力されマルチパルスの位
置と振幅を示すマルチパルス信号２１２と最大振幅信号
２１３を出力するパルス量子化部８１の作動と、多重化
合成部８２の作動も、第一の実施例と同様である。

次に波形符号化手段１３のうち、マルチパルスの発生に
ついて説明する。まず、スペクトル変形手段から入力す
るα・ｒ信号２０３がインパルス応答部７７に入力され
る。インパルス応答部７７はＬＰＣ合成フィルタ部７７
Ａと、ピッチ予測フィルタ部７７Ｂと、インパルス発生
部７７Ｃとを備えている。α・ｒ信号２０３はＬＰＣ合
成フィルタ部７７Ａに入力され、そ・の係数が決定され
る。

マタ、インパルス発生部７７Ｃからのインパルス信号（
第５図（ａ）参照）は、例えば１フレ一ム時間長ごとに
ピッチ予測フィルタ部７７Ｂに出力される。

ピッチ予測フィルタ７７Ｂは第３図を見るに可変遅延素
子９０Ａ〜９ＯＮと加算器９１を備えており、縦続され
た可変遅延素子９０Ａ〜９ＯＮの端部と接続点からの信
号が加算器９１に出力されるようにしたものである。ま
た可変遅延素子９０Ａ〜９ＯＮは、ピッチ信号３０３に
よって制御され、そのピッチの周期間隔と同じ遅延時間
を持っている。従って可変遅延素子９０Ａ〜９ＯＮを縦
続された片端から入力信号３０１を入力すると、入力信
号３０１がピッチ信号３０３で示されるピッチの周期間
隔で、入力信号３０１と同一波形の信号が可変遅延素子
の個数だけ入力信号３０１１Ｃ追加された信号が出力さ
れる。（なお、このピッチ予測フィルタは第一および第
二の実施例の中の波形復号化手段でも使用されている。

） 従ってピッチ信号２１０がピッチ予測フィルタ部７７Ｂ
に入力されると、インパルス発生部７７Ｃから入力され
たインパルス信号に対して、ピッチ信号２１０のピッチ
周期間隔ととにインパルス状のピッチ信号（第５図（ｂ
）参照）がＬＰＣ合成フィルタ部５７Ａへ出力される。

ＬＰＣ合成フィルタ部７７Ａからは、インパルス状のピ
ッチ信号に対するインパルス応答信号（第５図（Ｃ）参
照）が、相互相関部７８と自己相関部７９に出力され、
自己相関部７９では自己相関信号（第５図（ｄ）参照）
が得られ、マルチパルス検索部８０へ送られる。一方、
相互相関部７８にはインパルス応答信号（第５図（Ｃ）
参照）と音声信号２０２（第５図（ｅ）参照）とが入力
し、その結果として相互相関信号（第５図げ）参照）が
マルチパルス検索部８０に送られる。

マルチパルス検索部８０では、相互相関信号（第５図（
ｆ）参照）と自己相関信号（第５図（ｄ）参照）が入力
され、相互相関信号の最大値に対応するパルス信号がマ
ルチパルス信号２１１（第５図（ｇ）参照）の一部とな
る。このとき、相互相関信号の最大値に自己相関信号の
最大値が同一となるようになされた自己相関信号が相互
相関信号が差引かれる。この結果として、差引かれた相
互相関信号の最大値に対応するパルス信号が、マルチパ
ルス信号の一部（ここでは２番目のパルス）となる。以
下、上述の方法でつぎつぎと自己相互相関信号が差引か
れ、あらかじめ定められた数のマルチパルスが得られる
まで、この方法が続けられる。

かようＫして得られたマルチパルス信号２１１が、パル
ス量子化部８１に出力される。

多重化合成部８２では、部分自己相関係数信号２０４と
、ピッチ信号２１０と、マルチパルス信号２１２と、最
大振幅信号２１３とが入力され、これらの信号を多重化
した多重化信号２０５が出力される。ここで出力された
信号が、伝送線を通して波形復号化手段１４の多重化分
離部８３に入力されることは第一の実施例と同様である
。

次に波形復号化手段１４以下について説明する。

波形復号化手段１４は、多重化分離部８３と、パルス復
号化部８４と、ピッチ予測フィルタ部８５とを備え、多
重化分離部８３では部分自己相関係数信号２０４に対応
する部分自己相関係数信号２１４と、ピッチ信号２１０
に対応するピッチ信号２２０と、マルチパルス信号２１
．２１Ｃ対応するマルチパルス信号２２２と、最大振幅
信号２１３に対応する最大振幅信号２２３とがそれぞれ
出力される。さらに波形復号化手段１４から、マルチパ
ルス信号２０６と復号化された部分相関係数信号２０７
とが出力される。これらの信号がさらＫＬＰＣ合成フィ
ルタ部１５に入力されて、ここから出力音声信号２０８
が出力される。以上の作動も第一の実施例と同様である
。

従って上述のマルチパルス符号化装置の実施例は、標本
化された入力音声信号を符号化するにあたって、マルチ
パルス信号があらかじめ設定された聴感重み付けを行っ
た音声信号から算出されることと、音声信号のピッチ周
波数をＡＭＤＦ演算結果の極小値の間隔から求めること
が特徴である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明のマルチパルス符号化
装置は、入力した音声信号からマルチパルス信号を生成
するに先立って量子化雑音整形処理を行いＡＭＤＦ演算
を行い、その極小値の間隔からピッチ周波数を求めるこ
とによシマルチパルス化すべき音声信号のピッチ予測係
数を得ているので、マルチパルス決定の適合性が極めて
よくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を含む第一の実施例の構成を示すブロッ
ク図、第２図は本発明を含む第二の実施例の構成を示す
ブロック図、第３図は第一および第二の実施例に使用す
るピッチ予測フィルタ部の構成を示すブロック図、第４
図および第５図はそれぞれ第一および第二の実施例の波
形を示す図表。 １．１１・・・・・・ＬＰＣ分析部、２．１２・・・・
・・スペクトル変形手段、３，１３・・・・・・波形符
号化手段、４，１４・・・・・・波形復号化手段、５．
１５・・・・・・ＬＰＣ合成フィルタ部。 ゛パ、ど：ノ ／ン〜？１声ｆ富週Σ　Ｍ６ず・ｒｔ＝４ツ／ン２６〃
皇イと、を自シミツ／！７１・／１ｌＩ２・／２２°マ
ル伊ルズｆち５〃８・出力も一戸イ算う／ｌり、ΔＭＤ
Ｆ出カイ立テ／１６）廣、・ど・Ｊ注５〃３にづ゛畢丈
振幅イ墓号／／！；：４）Ａ’）ＶｊｃＥ−４″′　箔
１回？ρρ′入カ育声イ水万　２１／２θゲ？り７・ど
〃゛吾■自こ梢Ｍ汀叡数ブ主Ｃ３２ｉど２？゛デＶｆ４
しでセタ、ぞン２３６イｒイミニ２うｒ勿ご５・シ３−
→町化イツ器号？ρ１２／／２ｆ２’ｌ？２２°フル幼
°ルズ信３−勿３・出７者声体５？ｏｌ／：Ｉ＊Ｍ９！
Ｊｕｎ　ｅｙｉ・ｚｚ、＃　ヒ−７づ−ｆＬ’！、シ？
Ｈ−２７３：Ｈノｍイし３′ＦＪ２図 ガ３図 消５回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力した音声信号を符号化して符号化信号を出力するマ
   ルチパルス符号化装置において、前記音声信号が入力し
   伝達関数が次式で表わされるスペクトル変形フィルタ Ｈ（Ｚ）＝（１−Σ＾Ｐ＿ｉ＿＝＿１αｉＺ＾−＾ｉ）
   （１−Σ＾Ｐ＿Ｔ＿＝＿１αｉｒｉＺ＾−＾ｉ）＾−＾
   １（ただしＰは線形予測係数の次数、αｉはｉ番目の標
   本の予測係数、ｒｉはｉ番目の標本の減衰係数である。 ） によりスペクトルが変形されたスペクトル変形音声信号
   を出力するスペクトル変形手段と、前記変形音声信号の
   平均振幅差関数処理を行いその極小値に従ってピッチ予
   測分析を実施してマルチパルス符号化信号を出力する波
   形符号化手段とを備えてなるマルチパルス符号化装置。