JPH02146100A - 音声符号化・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 本発明はディジタル通信、ボイスメール等に利用する音
声符号化装置と音声復号化装置に関する。

従来の技術 第６図（ａ）は、従来の音声符号化装置を示し、第６図
（ｂ）は、従来の音声復号化装置を示す。

第６図（ａ）において、１４は、リニアＰＣＭによりＡ
／Ｄ変換された音声信号により予測誤差と短期／長期予
測フィルタ係数を求める予測器、１５は、第７図に示す
ように、一定長の複数の信号列（代表ベクトル）が予め
格納されたコードブック１５ａと、予測器１４からの予
測誤差をベクトル量子化して代表ベクトルの番号を出力
するベクトル量子化器１５ｂを備えた量子化器、１６は
、予測器１４からの短期／長期予測フィルタ係数の量子
化値と、量子化器１５からの代表ベクトルの番号を多重
化する多重化器である。

第６図（ｂ）において、１７は、上記符号器からの短期
予測フィルタ係数及び長期予測フィルタ係数と、代表ベ
クトルの番号を分離する分離器、１８は、符号器のコー
ドブック１５ａと同一のコードブック（不図示）を備え
、分離器１７からの番号に対応する代表ベクトルを予測
誤差として出力する逆量子化器、１９は、短期予測フィ
ルタ係数及び長期予測フィルタ係数と逆量子化器１８か
らの代表ベクトルにより音声信号を合成する合成器であ
る。

次に、上記従来例の動作を説明する。

第６図（ａ）において、リニアＰＣＭによりＡ／Ｄ変換
された音声信号が入力すると、予測器１４では、音声信
号の近接サンプル値間の相関を除去するために短期予測
フィルタ係数を求め、この短期予測フィルタ係数により
短期予測誤差を求める。

更に、音声信号の音源ピンチの周期的な相関を除去する
ために、短期予測誤差により長期予測フィルタ係数を求
め、この長期予測フィルタ係数により予測誤差を求める
。

量子化器１５では、この予測誤差の信号列とコードブッ
ク１５ａの各代表ベクトルの２乗距離を計算し、その値
が最も小さい代表ベクトルの番号を量子化値として出力
する。

しだがって、多重化器１６からは、音声信号が短期予測
フィルタ係数及び長期予測フィルタ係数と、代表ベクト
ルの番号に圧縮されたデータとして復号器に送出される
。

第６図（ｂ）において、合成器１９は、符号器の予測器
１４のフィルタと逆特性のフィルタを備えており、した
がって、符号器からの短期／長期予測フィルタ係数に応
じたフィルタにより代表ベクトルを音声信号に復号する
ことができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の音声符号化装置と音声復号化
装置では、有声音、無声音、無音等の音声の特性にかか
わらず同じ処理を行うので、低ビツトレートで音声符号
化する場合、音声の特性に応じて符号化しないので、復
号された音声の品質が良好でなく、符号化効率を向上す
ることができないという問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するものであり、符号
化効率を向上することができる音声符号化装置と音声復
号化装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の音声符号化装置は、上記目的を達成するために
、音声信号を有声音定常部と、有声音過渡部と無声音等
に分類し、有声音定常部を時間軸上に圧縮し、有声音過
渡部と、圧縮された有声音定常部の予測誤差を出力し、
無声音等と、有声音定常部と有声音過渡部の予測誤差を
量子化するようにしだものである。

また、本発明の音声復号化装置は、上記目的を達成する
だめに、無声音等と、有声音定常部と有声音過渡部の量
子化値を逆量子化し、この逆量子化された有声音定常部
と有声音過渡部を音声信号に合成し、この合成された有
声音定常部を時間軸上で伸張するようにしたものである
。

作用 本発明は上記構成により、有声音、無声音、無音等の音
声の特性に応じて量子化することができるので、復号さ
れた音声の品質が良好となり、また、符号化効率を向上
することができる。

実施例 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
（ａ）は、本発明に係る音声符号化装置の一実施例を示
すブロック図、第１図（ｂ）は、本発明に係る音声復号
化装置の一実施例を示すブロック図、第２図は、第１図
（ａ）の予測器を示す詳細なフロック図、第３図は、第
１図（ａ）の量子化器を示す詳細なブロック図、第４図
は、一般的な音声信号の波形図、第５図は、第１図（ａ
）の分類器の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

第１図（ａ）において、１は、後述するように、入力し
た音声信号の特性を分析し、有声音定常部、有声音過渡
部、無声音、無音に分類する分類器、２は、分類器２か
らの判定データにより音声信号の有声音定常部の類似波
形を間引き、時間軸上で圧縮する時間軸圧縮器である。

３は、音声信号の有声音により、その予測誤差と短期／
長期予測フィルタ係数を求める予測器であり、予測器３
は、第２図に示すように、有声音により短期予測誤差を
求めるだめの短期予測フィルタ２１と、有声音の近接サ
ンプル値間の相関を除去するために短期予測フィルタ２
１の短期予測フィルタ係数を求める短期予測分析器２２
と、短期予測フィルタ２１からの短期予測誤差により予
測誤差を求めるだめの長期予測フィルタ２３と、有声音
の音源ピッチの周期的な相関を除去するために、短期予
測誤差により長期予測フィルタ２３の長期予測フィルタ
係数を求める長期予測分析器（ピッチ予測器）２４と、
短期予測フ（ルタ係数と長期予測フィルタ係数をそれぞ
れ量子化する量子化器２５より構成されている。

４は、予測器３からの予測誤差を例えばベクトル量子化
する量子化器であり、量子化器４は、第３図に示すよう
に、有声音定常部用、有声音過渡部用、無声音用、無音
用の代表ベクトルがそれぞれ格納されたコードブック３
１〜３４と、分類器１により分類された音声信号の判定
データによりコードブック３１〜３４の１つを選択し、
予測器３からの予測誤差の信号列と当該コードブックの
各代表ベクトルの２乗距離を計算し、その値が最も小さ
い代表ベクトルの番号を量子化値として出力するベクト
ル量子化器３５より構成されている。

５は、分類器１により分類された音声信号の判定データ
と、予測器３からの短期／長期予測フィルタ係数の量子
化値と、量子化器４からの代表ベクトルの番号を多重化
する多重化器、１０．１１はそれぞれ、分類器１により
分類された音声の特性に応じて切り替えられるスイッチ
である。

第１図（ｂ）において、符号化装置からの伝送データを
音声信号の判定データと、短期／長期予測フィルタ係数
の量子化値と代表ベクトルの番号に分離する分離器、７
は、符号器のコードブ７り３１〜３４と同一のコードブ
ック（不図示）を備え、分離器６からの音声信号の判定
データにより、当該コードブックを選択し、分離器６か
らの番号に対応する代表ベクトルを予測誤差として出力
する逆量子化器、８は、短期予測フィルタ係数及び長期
予測フィルタ係数と逆量子化器８からの代表ベクトルに
より、音声信号の有声音を合成する合成器、９は、音声
信号の有声音定常部を時間軸上で伸張する時間軸伸張器
、１２．１３はそれぞれ、分離器６からの音声信号の判
定データに応じて切り替えられるスイッチである０ 次に、上記実施例の動作を説明する。

第１図（ａ）において、リニアＰＣＭによりＡ／Ｄ変換
された音声信号は、一定の時間長（フレーム）毎に符号
化装置に入力する。

音声信号（アナログ信号）は、第４図に示すように、無
音と、音声の始まりである比較的長い無声音と、無声音
と有声音定常部の間に続く比較的短い有声音過渡部と、
有声音定常部より構成されている。

この音声信号においては、（１）有声音定常部は、類似
した波形が連続して周期性を示し、サンプル間、ピッチ
周期間で相関が強いという特性があり、（２）有声音過
渡部は、類似波形は連続しないが、サンプル間、ピンチ
周期間で相関が強いという特性があり、（３）無声音は
、サンプル間、ピッチ周期間で相関が弱く、信号の変化
が激しいという特性があり、（４）無音は、信号の振幅
が小さいという特性がある。

このような音声信号が入力すると、分類器１は、第５図
に示すように、１フレーム内の波形のパワーＰｗを計算
しくステップ５１）、パワーＰｗが閾値以上か否かを判
別する（ステップ５２）。パワーＰｗが閾値未満の場合
には、そのフレームを無音と判別しくステップ５３）、
閾値以上の場合には有音と判定してステップ５４以下に
進む。

ステップ５５では、１フレーム内の波形の自己相関係数
ｒ　（ｉ）を計算し、計算した自己相関係数ｒ（ｉ）に
より、指定されたｉにおける最大値ｒｍａｘを求め（ス
テップ５６）、この最大値ｒｍａｘが閾値以上か否かを
判別する（ステップ５７）。最大値ｒｍａｘが閾値未満
の場合には、そのフレームを無声音部と判別しくステッ
プ５８）、閾値以上の場合には有声音と判定してステッ
プ５９以下に進む。

ステップ６０では、前のフレームが有声音か否かを判定
し、ＮＯの場合にはそのフレームを有声音過渡部と判定
しくステップ６１）、ＹＥＳの場合にはステップ６２以
下に進む。

ステップ６２では、自己相関係数ｒ　（ｉ）によりピッ
チ周期Ｐｎを計算し、前のフレームのピッチ周期Ｐｎ−
１との変化率ρを計算しくステップ６３）、変化率ρが
閾値以上か否かを判別する（ステップ６４）。変化率ρ
が閾値未満の場合には、そのフレームを有声音定常部と
判定し、閾値以上の場合には有声音過渡部と判定する。

分類器１は、この音声信号の４種類の特性に応じて、例
えば２ビツトの判定データをスイッチ、１０．１１、量
子化器４、多重化器５に出力する。

有声音定常部と判定されたフレームにおいては、スイッ
チ１０は時間軸圧縮器２側に切り替わり、有声音と判定
したフレームにおいては、スイッチ１１は予測器３側に
切り替わる。

しだがって、音声信号の無音と無声音は直接量子化器４
に入力してそれぞれ無音用コードブック３４、無声音用
コードブック３３の代表ベクトルの番号に量子化され、
有声音過渡部は予測器３を介して量子化器４に入力して
有声音過渡部用コードブック３２の代表ベクトルの番号
に量子化され、有声音定常部は時間軸圧縮器２により圧
縮された後予測器３を介して量子化器４に入力して有声
音定常部用コードブック３１０代表ベクトルの番号に量
子化される。

ここで、無音と無声音を符号化する場合には、予測器３
を用いないので、予測フィルタ係数等に割り当てられた
ビットを量子化器４のピントに割り当て、伝送されるビ
ット数を一定にする。

音声信号の判定データは、予測フィルタ係数と代表ベク
トルの番号とともに復号器に伝送されるので、復号化装
置は元の音声信号に復号することができ、また、有声音
、無声音、無音等の特性に応じて量子化された値を復号
するので、復号された音声の品質が良好となる。

発明の詳細 な説明したように、本発明の音声符号化装置は、音声信
号を有声音定常部と、有声音過渡部と無声音等に分類し
、有声音定常部を時間軸上に圧縮し、有声音過渡部と、
圧縮された有声音定常部の予測誤差を出力し、無声音等
と、有声音定常部と有声音過渡部の予測誤差を量子化す
るようにし、また、本発明の音声復号化装置は、無声音
等と、有声音定常部と有声音過渡部の量子化値を逆量子
化し、この逆量子化された有声音定常部と有声音過渡部
を音声信号に合成し、この合成された有声音定常部を時
間軸上で伸張するようにしたので、有声音、無声音、無
音等の音声の特性に応じて量子化することができるので
、復号された音声の品質が良好となり、また、符号化効
率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る音声符号化装置の一実施
例を示すブロック図、第１図（ｂ）は、本発明に係る音
声復号化装置の一実施例を示すブロック図、第２図は、
第１図（ａ）の予測器を示す詳細なブロック図、第３図
は、第１図（ａ）の量子化器を示す詳細なブロック図、
第４図は、一般的な音声信号の波形図、第５図は、第１
図（ａ）の分類器の動作を説明するだめのフローチャー
ト、第６図（ａ）は、従来の音声符号化装置を示すブロ
ック図、第６図（ｂ）は、従来の音声復号化装置を示す
ブロック図、第７図は、第６図（ａ）の量子化器を示す
詳細なブロック図である。 １・・・分類器、２・・時間軸圧縮器、３・・・予測器
、４・・・量子化器、５・・・多重化器、６・分離器、
７・・・逆量子化器、８・・・合成器、９・・・時間軸
伸張器、３１・・有声音定常部用コードブック、３２・
・有声音過渡部用コードブック、３３・・・無声音用コ
ードブック、３４・・無音用コードブック。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名−へ ■　４Ｎ１犀剖 ■　塙Ｐ魯慰這郡 ■　ν盾 ■　熱盾 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）音声信号を有声音定常部と、有声音過渡部と無声
   音等に分類する手段と、前記分類手段により分類された
   音声信号の有声音定常部を時間軸上に圧縮する手段と、
   前記分類手段により分類された音声信号の有声音過渡部
   と、前記圧縮手段により圧縮された有声音定常部の予測
   誤差を出力する手段と、前記分類手段により分類された
   音声信号の無声音等と、前記有声音定常部と有声音過渡
   部の予測誤差を量子化する手段とを有する音声符号化装
   置。
2. （２）量子化手段は、有声音定常部と、有声音過渡部と
   無声音等用の代表ベクトルが格納されたコードブックを
   備え、有声音定常部と、有声音過渡部と無声音等を前記
   コードブックによりベクトル量子化して代表ベクトルの
   番号を出力することを特徴とする請求項（１）記載の音
   声符号化装置。
3. （３）無声音等と、有声音定常部と有声音過渡部の量子
   化値を逆量子化する手段と、前記逆量子化された有声音
   定常部と有声音過渡部を音声信号に合成する手段と、前
   記合成された有声音定常部を時間軸上で伸張する手段と
   を有する音声復号化装置。