JPS6334600A - 音声波形符号復号化装置 - 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〕 不発明は音声波形符号復号化装置に関し、特に互に対向
局側の騒音レベルに対応した童子化雑音整形の適応制御
を行なう廿声改形符号復号化装置に関する。

〔従来の技術〕

音声符号復号化装置にあっては、量子化雑音を制御する
のには、いわゆるノイズシェービング（Ｎｏ１ｓｅ　Ｓ
ｈａｐｉｎｇ　）が多用されている。

このノイズシェービングとは、量子化ノイズを音声スペ
クトルに対応し九、もしくは関係をもたせた形状に変形
し聴覚的マスキング効果を狙うものである。第８図はノ
イズシェービングの原理図である。音声スペクトルに重
畳して量子化雑音スペクトルが存在すると、この量子化
雑音レベルが音声レベルよりも優勢なＰ、Ｑ近傍では、
音声が量子化雑音に聴覚的にマスク（ｍａｓｋ）されて
しまう聴覚マスキング現象が起る。ノイズシェービング
は、このような現象に対し童子化ノイズスペクトルを音
声スペクトルに対応もしくは関係をも友ぜ、たとえは点
巌で示すスペクトルに変形し上述したマスキング効果の
減殺を図るものでめる。

このノイズシェービングでは、量子化雑音と共存する音
声スペクトルもその変形に対応してやや変形することと
なるが、全体として聴覚的８／Ｎの改善が行なわれるこ
とが可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のノイズシェービングは、音声符号復号化
装置が低騒ｔｍ境に配置されているときは本来の有効性
を提供するが、高級ｆｆＲ境に配置された場合には、む
しろノイズシェービングをかけない方が知覚的Ｓ／Ｎが
高いことが多いという欠点がある。

これは、高騒音環境では量子化ノイズは騒音でマスクさ
れてし１い、ノイズシェービングの効果が大幅に抑圧さ
れ、逆に音声スペクトルの望まざる変形の影響のみが顕
在化することにもとづく。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、互いに対向局側
の騒音レベルに対応したノイズシェービングを図ること
により、高騒音環境でも有効な量子化雑ｆＩｉ形の制御
が可能な音声波形符号復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〕

本発明の装置は、自己と対向局との間で音声波形の符号
復号化を行ない音声を送受信する音声符号化復号化装置
１’！？いて、対向局−の墳境騒廿レベルに対応して童
子化雑音整形を制御する＋段を備えて構成される。

〔実施例〕

次に図面を影照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図でめり、相
互に送受信する一対の符号復号化装置Ａ。

Ｂエフ成る。

これら符号復号化装置Ａ、Ｂはそれぞれ、入力音声を分
析し符号化して送出する分析部１、お工ひ対向する装置
から送出された符号化音声信号を復号化して合成する合
成部２を備えて構成される。

分析部ｌは、スペクトル変形器１１　、　ＬＰＣ（Ｌｉ
ｎｅａｒ　ＰｒｅｄｉｃＮｏｎ　Ｃｏｄｉｎｇ　、線形
予測分析）分析器１２．逆フィルタ１３．残差波形符号
化器１４、に量子化／復号化器ｔｓ、に／α変換器１６
・減良係数印加器１７等を備えて構成さｔＬる。

ｌた、合成部２は、残差波形復号化器２１．に復号化器
２２．スペクトル逆変形器２３．に／αｆ侠器２４．雑
音レベル推定器２５お工ひ几Ｌ）Ｍ２Ｃ等を儂えて構成
δれる。

これら符号復号化装置Ａ、ｋｌは伝送ｗ！３ｔ−介して
送受信を行なう。

さて、はじめに本発明の基本的概念について説明する。

第２図は本発明の概念図である。

自局３０は、入力音声を受けるとこれにスペクトル変形
器３０１によってノイズシェービングのためのスペクト
ル変形を加える。

第３図はノイズシェービングにおけるスペクトル変形を
説明するためのスペクトル変形説明図である。

入力音声を分析しその分析結果がＨ（Ｚｌの伝達関数を
有するフィルタのインパルス応答として与えられたとす
る。ノイズシェービングに工って変形すべきスペクトル
は、Ｈ（Ｚｌの時性から算出される極のＱ（選択度）を
運用条件に応じて減衰せしめたｈ′η）のスペクトル金
石するものとなる。

第４１はノイズシェービングの基本的処理を説明するた
めの処理フロック図である。入力音声は）ｉ’　ｔＥ／
　ＨΩ）質侠１０ｉでｉ−ｉ　’凶／ｈ（２））なる伝
達関数ｔ４つフィルタ全通δれそのスペクトルｆｌ）ｉ
’ｔ２Ｊに変換される。この前処理で利用されるフィル
タが聰感重み付はフィルタと呼ばれるものである。

次に、ｈ′η）／Ｈ（：ｌ）による変形出力は符号化さ
れて対向局に送出嘔れ、対向局ではこれを復号化する符
号化／復号化１０２が行なわれる。この処理は第２因の
符号化器３０２　、復号化器３１１で行なわれる。こう
して符号化／復号化の行なわれた後の音声スペクトルは
特性）ｉ’（Ｚ）であり、ノイズスペクトルは白色であ
る。さら１ｃＨ（７１／Ｈ’凶変換ヲ第２図のスペクト
ル逆変換器３１２で行なうとふたたび８名）の特性をも
つ出力音声が得らｎｌ一方ノイズスペクトルはＨ（Ｚｌ
／Ｈ’＋４の特性の相対値を有し、Ｈ（力の特性をもつ
出力音声に対応し次形状として有色化され、かくしてノ
イズ７エービングが完了する。第２図に示す対向局３１
から自局３２に対して行なわれるスペクトル変換器３１
３からスペクトル逆変侠器３０４　Ｖｃ至る処理７０−
も全く同じでるる。

上述した直切内容のつち、Ｈ囚ンＬひｈ’（ｚ１μｍｊ
：　１１七れ矢のｉｌｌゴ？工ひ１２）武で示芒九る。

を二〇 ｆｉｌ　、　＋２１式において、α、はＬＰＣ係数のα
ノくラメータ、ＰにＬＰＣ分析次数、ｒは減衰係数で０
くγく１の値をとり、ｒ＝ｏのときｈ′閃＝１で６　ｖ
）１（Ｚｌと同一形状のノイズスペクトルとなり、また
γ＝１のときはＨ／（カ＝Ｈ■）の白色となる。さらに
Ｏくγ〈１のと＠は有色化されたノイズスペクトルとな
る。つまジγが１から０に近つくに従ってノイズシェー
ビングが強く作用する。

し〃諷しながら、従来のこのよりなノイズシェービング
のもとての双方回通ｇ！においては、自ｗＪならひに対
向局の配置環境の環境騒音の影響は全く配慮さ几ておら
ず、このため前述した問題点が発生する。そこで本発明
では、久の工うＶ（−ｔ、にの問題に対応している。

第２図ＶＣ２い１、復号化器３１１の出力にはｆ１’　
（Ｚ）の特性をｔつ音声スペクトルと白色のスペクトル
の童子化雑ｆｉｃ、さらに加えて優勢な環境＠ｆ成分が
出力される状態も考慮し、復号化器３１１の出力として
得られるこれら雑音のレベルに対応してスペクトル変形
器３１３におけるスペクトル変形の程度を変えるように
適応ｉ！ｉｌＪ御するものでおる。つまり、環境騒音レ
ベルに対応して前述したｒの埴を設定し、ノイズシェー
ビングが有効な低騒音環境ではｒの値を０．８とか０．
９といった通常の運用値に設定し、またノイズシェービ
ングがかえって逆効果を示す高騒音環境ではγの値をよ
り１に近つけ悪ｖｅ書を排除する等の使い分けで童子化
雑音の制御を村なう。このような制御を制御３０１１で
示す。制御３０１１についても全く同様である。

このエラな童子化雑音歪形の制＃は、具体的には久のよ
うな手段に工っで実施することかでさる。

第５（ａ）図は不発明のノイズソニーピングの基本的処
理内容を説明するためのフロック図、Ｍ５（ｂ１図は第
５（ａ）図の符号化器お工ひ復号化器を杆軸に示すブロ
ック図、第５（Ｃ）図は第５　（ａ１図と第５（ｂ）因
の内容を組合せて示すブロック図でめる。以下にこれら
の図面にもとついて本発明におけるノイズシェービング
の基本的処理を説明する。

第５（ａ）図において、入力音声は自局側のＨ／　＜（
イ）／Ｈ１＋ｚ侠６４０１　トＨ（’ＺＡ−Ｈ’Ｚｌ推
定５４０２　ｖｃ−人力される。

Ｈ（力・Ｈ′２）推定器４０２は入力音声のＬＰＣ分析
によりてＨ（ｕを推定しこうえ、さらに対向局側の入力
音声に含１れる環境騒音のレベルにもとづいて設定され
た減衰係数γを利用し、ｒＨ（２Ｓ）としてのＨ′■）
を推定し、これら金フィルタ係数として）ｌ’＋Ｚｌ／
）１り）変換器４０１に提供する。Ｈ′閃／Ｈ（４変侠
器４０１はＨ’ｃｌＪ１／Ｈ（Ｚ）　　を係数とするデ
ィジタルフィルタとして構成される変換器でありＲ的の
特性をもつ入力音声を受けてこれをＨ′閑の特性に変侠
したのちこれを符号化器４０３に供給する。

Ｈし）・ｔｉ’　（Ｚ）推定器４０２はま念、ｈηｌ　
、　Ｈ’（Ｚ）に関するデータ金伝送ｇ３を介して対同
局９Ｉｌｌに送出する。

符号化器４０３は、入力するに一１’　ｔＺｌを利用し
てｉ−ｒ　（Ｚ）の逆フィルタＨ’　　ｗ）を形成し、
これにより残差敵影を迫出、これを所定の形式で符号化
して対向局側に送出する。符号化器４０３は第５（ｂ）
図に示す如く、このような目的に利用される）ｌ’　（
Ｚｌ逆フィルタ４０３１お工ひ残差成形符号化器４０３
２を有して構成嘔れる。

対向局側では復号化器４０４に工つて残差波形を復号化
したのち、ｎ’ｔｎ　　の特性をもつ合成フィルタに通
して音声合成を行ない、そのめとＨ凶／ｈ′Ｇ）のフィ
ルタ係数を有するＨり）／Ｈ′閃変換器４０５を通すこ
とにエフふたたひＨ（Ｚｌの特性を肩するスペクトルに
逆変換する。第５（ｂ）図の残差波形復号化器４０４１
分工ひｎ１囚合成フィルタ４０４２を山する復号化器４
０４．２工ひに１η）／Ｈ′（４変侠器４０５はこの工
うな処理を行ない、環境騒音のレベルに対応して０　り
ｒ　り１の範囲で選は九るｒの憧にもとついてノイズソ
ニーピングを受けた出力音Ｐ（＋−発生する。この場合
、環境騒音があらかじめ設定するレベル以上と、ケ′！
′Ｌに、γ＝１に設定さｆＬ促ってノイズソニーピング
は実施さ几ない。

第５（ａ）図に第５（ｂ）図の内容を加味したものが第
５（Ｃ）図″ｃ６り、）ｉ’（Ｚ）合成７（／’；Ｊ４
０４２とＨ（Ｚｌ／ｈ／２）変侠器４０５とのカスケー
ド接続は等価的にＨり）フィルタ４０６で表現すること
がでさ、これと残差波形復号化器４０４１とを組合せた
簡素な構成で対向局側を形成することかでさる。

ふたたび第１図に戻って実施例の説明を続行する。自局
の符号復号化装置Ａの入力音声は、分析部ｌのスペクト
ル変形器１１とＬＰＣ分析器１２とに供給される。

Ｌ　Ｐ　Ｇ分析器１２は、入力音声を所定の高域遮断周
波数３．４　ＫＨ２のＬＰＦ（Ｌｏｗ　Ｐａ５ｓ　Ｆｉ
ｌｔｅｒ）に通しためと、Ａ、／ＤコンバーメでＰＪＴ
定のサンプリング周数数８幻りで標本化し、さらに１２
ビツトの量子化ステップで童子化音声信号ｒこ変換しつ
つ所定の分析フレーム周期２０ｍ５ＥＣごとに公知の手
法で所定の次数のＬＰＣ係数を抽出する。不実施例では
ｌ、ＰＣ係数としてｌＯ欠のＫ（偏自己相関係数〕パラ
メータを抽出している。

ＬＰＧ分析器１２の出力するにパラメータは、Ｋ−子化
１０！１号化器１５に供給され、一旦諷子化されたのち
復号化してＫ　／　ａ変懐器１６Ｖｒ−供給石れる。

Ｋ／ａ変侠器１６は、入力しｆｃＫ／（ラメータをαパ
ラメータに変換しこれをスペクトル変形器１１と減衰係
数印加器１７に供給する。Ｋ／α変換器１６から出力さ
れるαパラメータは、入力音声のスペクトル包絡を表現
するＨη）を提供するものでろジ、また減衰係数印加器
１７はに／α震換器１６の出力するαパラメータに対し
対向局の符号復号化装置Ｂの配置された環境の環境Ｍ音
レベルに対応した減衰係数γを来真し、その結果にもと
ついてＨ′閃を得て、これをスペクトル変形器１１と逆
フィルタ１３に供給する。この場合、減衰係数印加器１
７で利用する秋哀係数γは、後述する如き処理ＶＣ，エ
ク合成部２の几０Ｍ２６から供給される０スペクトル変
形器１１は、こうして）ｉ（７ＪとＨ′（４に関するデ
ータを受け１１ｉ′ηｌ／）Ｉｃ）の特性？有するフィ
ルタを楕成しこれｔ人力音声で駆動しそのスペクトルｋ
）ｉ’（々ＶｃＲ形する。

逆フィルタ１３は、Ｈ’（ＺＪに関するデータを受けて
Ｈ（４とは周波数応答特性が逆特性のＨ−１２）の特性
の逆フィルタを形成し、スペクトル変形ずみの入力音声
の残差波形を抽出し、これを残差波形符号化器１４に供
給する。

残差波形符号化器１４は、残差波形を所定の形式で符号
化し、これを入力音声の音源情報として伝送路３経由、
対局側に送出する。

分析部ｌからはま−ａ、Ｋｉｔ子化／復号器１５から量
子化データが所定の形式で符号化され、これを入力音声
のスペクトル包絡情報を示すデータとして伝送路３に送
出、対局側に提供される。

一方、対向局の符号り分化装置Ｂも、入力音声が符号復
号化装置Ａと四じ分析部ｌによって残差波形とにパラメ
ータとが分析、抽出され、残差波形に関するデータは自
局側の残差波形復号化器２１に、また、Ｋパラメータは
に復号化器２２にそ九それ供給されて復号化される。

自局側の残差波形復号化器２１の復号化出力はスペクト
ル逆変形５２３ｉＣ供給される。

スペクトル逆変形器２３は、Ｈｌ（２））の特性を有す
る合成フィルタとして構成され、これを残差波形復号化
器２１の出力する残差波形で駆動することｉｃ工！Ｊｌ
ｌｔｌ刀音声として入力音声の合成波形が得られる。ま
た、このスペクトル逆変形器２３でＨｌ（Ｚ）の特性を
もつフィルタ形成に必要なフィルタ係数はに復号化器２
２の出力を受けたに／α変換器２４が、Ｋパラメータを
αパラメータに変換したうえこれをスペクトル逆変換器
２３に提供する形式で得られる。

スペクトル逆変形器２３の出力する出力刊−声には、符
号復号化−！ｔｉＡが配置されている環境の騒音を含ん
でいる。

雑音レベル推定器２５は、環境騒音のレベルを推定する
ものでめＶその詳細は欠のとおジである。

第６図は第１因の実施例の雑音レベル推定器２５の部分
を詳細に示すフロック図である。

自局側で復号化し１得たスペクトル逆変換器２３の出力
する出力相−声１Ｊ短時ｌ′￥ｊ１屯刀；卓、吊器２５
１に供給され、外性周期２０ｔｎＳｋ、Ｕごとに遅れ時
間零における自己相関係Ｉ！金利用する等の手段でその
短時間平均電力を算出する。たたしこの算出に当っては
、入力音声にしはしはりられれるポーズ区間をオＵ用す
る形式で行なわれる。入力音声に介在するポーズ区間は
１〜２　ＳＥＣもしくはそｎ以上となることも珍らしく
なく、また、このポーズ区間に伝送されてくる波形の電
力は雑音レベルと考えることができる。なお、本実施例
では、このポーズ区間の検出自体は不要としうる雑音レ
ベル推定を行なっている。

短時間電力算出器２５１の出力は、２０ｍ５ＥＣをクロ
ックとして次次ＶＣ動作されるｎ段の単位遅延素子２５
１−１〜２５１−　ｎ　Ｔ　ｎ　＋　１　個の２０ｍ５
ＥＣ刻みの短時間平均電力データの時系列として最低値
検出器２５３に供給される。この場合ｎの個数は符号復
号化装置の運用条件、配置１壌境等を勘案し任意に設定
することができる。

最低１は検出器２５３は、こうして入力するｎ＋１個の
連続する２０ｍ５ＥＣ区間の短時間平均電力を得てその
最低１１ｔＬを検出しこれをその区間の最小雑音レベル
としてＲ（ＪＭ２６に供給しつつ次次にこの工りな最低
値検出を行なう。

雑音レベル推定器２５の目的は、対向局の環境ｉｆレベ
ルがノイズ７エーピンクに有効な低騒音レベルでめるか
、もしくはノイズシェービングを行なわない方がむしろ
高評価が得られる高騒音レベルにめるかどうか等の状態
を判定することにあり、この観点からすれは相続（２０
ｍ５ＥＣごとの最低レベルを追跡することは低騒音レベ
ルを把掴しノイズシェービングが有効的な状態を検知せ
んとするものでめジ、しかもこの工りな検知方法によれ
は、％にポーズ区間を積極的に検出しなくとも、結果的
にポーズ区間を対象とする連続的最低レベル検出が可能
となることは明らかでめる。

芒て、Ｒ（ＪＭ２６は、雑音レベルと減衰係数ｒとの灼
応ゲ経験的に最適化したデータをあらかじめ格納し、雑
音レベル推定器２５から２０ｍ５ＥＣのりＯ，りでスス
ＶＣ提供さｎる帷廿しベル最駄１直に対してｒｋＯくｒ
＜−１の範囲で決定しこれを減衰係数印加器１７に出力
する。

減衰係数印加器１７に、こうして提供されるｒをに／α
変侠器１６の出力するαパラメータに乗じ、かくして対
向局の環境騒音に対応した変形スペクトルｈ’　（ｚ）
を得て、有効な利用状態でたけノイズ７エーヒングが実
行ちれることがｏＪ能となり、さらにノイズシェービン
グも経験的に最適な減衰係数を利用して行なうことがで
きる工すになる。

符号復号化装置１ｔＨの合成部２においても、符号復号
化装置Ａの合成部２と全く同様にしてＲ（ＪＭ２６から
符号復号化装置Ａの環境騒音に対応して決定される減皺
係数ｒ’（ｊ出力し、これを分析部ｌに供される。

こうして、対向局の合成ｓ２から出力される出力音声も
、また自己の合成部２から出力される出力音声も、いず
れも互いに対向局の環境に音に対応してノイズシェービ
ングが有効であると判定されたときたけ、ノイズシェー
ビングを環境ｋＩｉ音レベルに対応し九強ちで行ない、
対間局側の環境騒音レベルに対応して童子化体ｆ整形金
制仰することができる。

第７図は第１図の減衰係数印加器１７にシーける処理内
容を示すフローチャートである。

ステップ（１）で１に数ＩをＯとし、ステップ（２）で
は常数Ｇを１．０のそれ七九初期頓に設定する。次にス
テップ（３）で関数Ａ（１）　＝　Ｇ　＊　Ｂ　（Ｉ）
を設定する。ここでＢｔｌｌ、Ａ山はそれぞれα、γα
でるる。ステップ（４１と（５）を利用する（３）の演
算をＩがＰ（分析次数）になるで繰返しつつステップ（
６）１でのγαの演３１！Ｌを行ない終了する。

以上の工すにして環境レベルの騒音レベルを配慮した効
果的なノイズ７エーヒング會前提とする符号復号化が可
能となる。

なお、上述した第１図の実施例において、雑音レベル推
定器２５はホース区間の検出が不要な方法を利用してい
るか、ホース区間を検出しつつ雑音レベルの判定を竹な
りことｔ自己花岡係数を媒介とする方法とレベル判建処
理とを組合せる手段等で容易に実施でさることは明らか
である。

また、第１１の実施汐１」ではスペクトル逆］ｉ侠器２
３の出力奢雑廿レベル推定器２５に供給して最低値の検
出を行っているが、雑音を入力として求めるスペクトル
逆変形器２３のフィルタゲインは極めて小さいものであ
るため、雑音レベル推定器２５の入力は点線で示すりｑ
く、スペクトル逆変形器２３の出力する合成波形に代え
て残差波形を利用してもはｔよ同様な結果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれは、自局と対向局との間
で音声を送受信する音声符号復号化装置において、対向
局ｊｌｌｌｌの壌境騒晋レベルに対応して童子化雑音を
形を制御する手段を備えることによシ、極めて効率的に
童子化雑音の整形が川筋となり合成音質を著しく改善す
ることかでさる音声符号復号化￥：：ｆＩｔが実現でさ
るといり効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の概念−１第３図はノイズシェービングＶＣおけ
るスペクトル変形を説明するためのスペクトル変形説明
凶、第４図はノイズシェービングの基本的処理全説明す
るための処理ブロック図、第５（ａ）図は不発明のノイ
ズシェービングの基本的処理を説明するためのブロック
図、第５（ｂ）図は第５（ａ）図の符号化器お工び復号
化器の部分を詳細に示すブロック図、第５（Ｃ）図は第
５（ａ）図と第５ｆｂ１図の内容を組合せて示すブロッ
ク図、第６図は第１図の実施例の雑音レベル推定器２５
の部分を詳細に示すブロック図、第７図は第１図の実施
例の減衰係数印加器１７の処理内容を示すフローチャー
ト、第８図はノイズシェービングの原理図である。 ｌ・・・・・・分析部、２・・・・・・合成部、３・・
・・・・伝送路、１１・・・・・・スペクトル変形器、
１２・・−・・・ＬＰＣ分析器、１３・・・・・・逆フ
ィルタ、１４・・・・・・残差波形復号化器、１５・・
・・・・Ｋｋ子化／復号化器、１６・−・・・・Ｋ／α
震侠変換１７・・・・・・減衰係数印加器、２１・・・
・・・残差波形復号化器、２２・・・・・・Ｋ復号化器
、２３・・・・・・スペクトル逆変形器、２４・・・・
・・Ｋ／α変侠器、２５・・・・・・雑音レベル推定器
、２６・・・・・・Ｒ（ＪＭ。 ２５１・・・・・・短時間電力算出器、２５２−１〜２
５２−ｎ・・・・・・単位遅延素子、２５３・・・・・
・最低値検出器。 代理人　弁理士　　内　原　　　昔　　、ｙｆ５Ｚ　　
図 １４図 ２″　５　（≦乙ン口 拓夕（Ｃ）図 ９ｆＳｔ　　図 筋７図 ｆ５５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 自局と対向局との間で音声波形の符号復号化を行ない音
   声を送受信する音声符号化復号化装置において、 対向局側の環境騒音レベルに対応して量子化雑音整形を
   制御する手段を有することを特徴とする音声波形符号化
   復号化装置。