JP2004020676A - 音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の音声符号化方法では、演算量の増加や再生音声品質劣化という問題点があったが、本発明は、演算量を増加することなく、再生音声品質劣化を極力抑え、ビットレートを軽減できる音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置を提供する。
【解決手段】代替処理サブフレームでは、ピーキネス情報を固定符号の代わりに符号化し、固定符号帳探索部５においては、信号切り出し処理部１３が、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に記憶されている過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に同期した位置から切り出して代替固定符号ベクトルとし、非同期パルス発生部１４でピーキネス情報に基づく補正を行い、固定符号ベクトルエネルギ調整部１７でエネルギー調整して固定符号ベクトルとして出力する音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置である。
【選択図】 図２
【解決手段】代替処理サブフレームでは、ピーキネス情報を固定符号の代わりに符号化し、固定符号帳探索部５においては、信号切り出し処理部１３が、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に記憶されている過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に同期した位置から切り出して代替固定符号ベクトルとし、非同期パルス発生部１４でピーキネス情報に基づく補正を行い、固定符号ベクトルエネルギ調整部１７でエネルギー調整して固定符号ベクトルとして出力する音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置である。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル移動体通信に用いられるディジタル音声圧縮の為の音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置に係り、特に代数的符号励振予測方式による符号化において、再生音声品質の劣化を極力抑えつつ伝送効率を向上できる音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、世界各国で公衆移動体通信に用いられている音声符号化方式は、代数的符号励振予測方式（Ａｌｇｅｂｒａｉｃ Ｃｏｄｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：ＡＣＥＬＰ）を基本方式としたものが主流である。
例として挙げるならば、ヨーロッパの移動電話ディジタル符号化の標準であるＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ）で制定されているディジタル音声符号化方式は、ＡＭＲ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ）はＡＣＥＬＰを基本方式としてビットレートを伝送路の状況に合わせて可変させる方式であり、またＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｎｉｏｎ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｓｅｃｔｏｒ）で標準化されているＧ．７２９も、ＡＣＥＬＰを基本方式として利得量子化に共役構造を用いることで伝送路誤りへの耐性および再生音声品質を向上させた方式である。
【０００３】
また、米国のディジタル移動電話のＥＦＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｆｕｌｌ Ｒａｔｅ）もＡＣＥＬＰを基本方式としたディジタル音声符号化方式である。
更に、２００１年より日本でサービスを開始した第３世代におけるディジタル音声符号化方式もＧＳＭで採用されているＡＭＲを参考に制定された可変ビットレート方式であり基本方式はＡＣＥＬＰである。
このように世界的に見て現在公衆移動体通信向けディジタル音声符号化の標準方式として採用されている方式は、そのほとんどがＡＣＥＬＰを基本方式としている。
【０００４】
ＡＣＥＬＰは、フレーム毎に音声信号を分析し、ＣＥＬＰモデルで使用するパラメータである線形予測フィルタ係数（ＬＰＣ係数）、適応符号帳及び固定符号帳のインデックス、利得を抽出し、これらのパラメータを符号化して送信する。そして、復号器においては、受信した上記パラメータを用いて励振信号や合成フィルタのパラメータを再構築し、励振信号を短期合成フィルタに通すことによって音声を再生し、ポストフィルタを通すことによって音声の品質が改善されるようになっている。短期合成フィルタは線形予測（ＬＰ）フィルタを基に構成され、長期すなわちピッチ合成フィルタはいわゆる適応符号帳を用いて実現される。
【０００５】
ＡＣＥＬＰは、ＣＥＬＰにおけるＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｃｏｄｉｎｇ）フィルタを駆動する音源信号として、パルスの組み合わせを用いる方式であり、符号帳と呼ばれるベクトル量子化コードブックを用いる従来のＣＥＬＰ方式と比較して、音源信号の探索に必要な演算量の低減と音声品質の改善が実現されている。
【０００６】
ＡＣＥＬＰはパルスの組み合わせにより音源信号を表現する方式であるが、以下の点がＡＣＥＬＰの特徴である。
（１）パルスの位置は各パルス毎に予め限定して定めてある複数個の候補から最適な一つのパルス位置をパルス毎に探索する。表１に参考としてＩＴＵ−Ｔ標準Ｇ．７２９のパルス位置表を示すが、ＩＴＵ−Ｔ標準Ｇ．７２９では、５ｍｓのサブフレームにおけるパルス数が４つで、４０サンプルを重複することなくカバーするパルス位置構成を持っている。
【０００７】
【表１】
【０００８】
（２）パルスの振幅は極性（±）のみを１ｂｉｔで表現する。これにより送信情報量を低減している。
（３）パルス位置探索は極性を決定した後に、全ての候補に対して総組み合わせ探索を実施し、最小歪みを実現するパルス位置の組み合わせを選択する。
【０００９】
即ち、表１に示したように、パルス番号１，２，３に対しては、それぞれパルス位置として８この位置候補が割り当てられているので、それぞれ３ｂｉｔで位置を表すことができ、パルス番号４に対しては、パルス位置として１６この位置候補が割り当てられているので、４ｂｉｔで位置を表すことができる。従って、各サブフレームの４つのパルスの位置情報は１３ｂｉｔで表され、これに加えて４つのパルスのそれぞれの極性を１ｂｉｔで表しているので、サブフレーム毎に１７ｂｉｔで固定符号を表すようになっている。
【００１０】
Ｇ．７２９の音声品質は、クリーン環境、背景雑音環境および話者依存性等の面で、Ｇ．７２６の適応差分ＰＣＭ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＡＤＰＣＭ）と同等以上であることが確認されている。
【００１１】
現在、ＡＣＥＬＰを低ビットレート化する場合の方法として実施されている手法として、パルス数を削減する方法や、パルス位置候補を間引きするなどの方法が考案されており、これらの方法が４ｋｂｐｓ〜８ｋｂｐｓの方式として採用されている。
【００１２】
一例としてＧ．７２９ＡｎｎｅｘＤが挙げられる。このＧ．７２９ＡｎｎｅｘＤは５ｍｓのサブフレームにおけるパルス数を２つとして、パルス数の減少による音声品質の劣化に対しては後処理にパルス拡散フィルタを追加することによって補い、６．４ｋｂｐｓのビットレートを実現している。
また、ＡＭＲの低ビットレート方式でも１サブフレームにおけるパルス数を２つとし、かつパルス位置候補を１サンプルおきに配置して最小歪み探索を行うことで５．１５ｋｂｐｓや４．７５ｋｂｐｓを実現している。
【００１３】
尚、ＡＣＥＬＰ方式における音声符号化方法の従来技術としては、平成１０年１１月２４日公開の特開平１０−３１２１９８号「音声符号化方法」（出願人：日本電信電話株式会社、発明者：林 伸二他）がある。
この従来技術は、雑音成分ベクトルの符号化において、各フレームを構成する２つのサブフレームに対し、雑音符号帳を構成する各雑音ベクトルをサブフレーム毎に３つ以下の単位振幅のパルスで構成し、それらの位置を各サブフレーム内で予め決めた取りうる複数の位置から歪みが最小となるように決める音声符号化方法であり、これにより、音声品質を劣化させずにビットレートを低減できるものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の音声符号化方法及び音声符号化装置では、パルス数の減少による音声品質の劣化に対してパルス拡散フィルタを追加すると演算量が増加してしまうという問題点があり、また、パルス位置候補の間引きでは再生音声品質が劣化するという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、演算量を増加することなく、再生音声品質劣化を極力抑え、ビットレートを軽減できるＡＣＥＬＰ方式における音声符号化方法及び音声符号化装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、音声符号化方法において、１フレームを複数のサブフレームで構成する入力音声信号について、フレーム単位で音声信号を分析して線形予測フィルタ係数を求め、前記入力音声信号と合成された再生音声信号との誤差信号に対して聴覚重み付けした聴覚重み付け誤差を求め、サブフレーム単位で前記聴覚重み付け誤差を最小化するような適応符号及び固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得とを取得して励振信号パラメータとし、前記フレーム単位の線形予測フィルタ係数と前記サブフレーム単位の励振信号パラメータとを音声符号化データとすると共に、前記取得した励振信号パラメータの適応符号に基づく適応符号ベクトル及び固定符号に基づく固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成し、前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数を用いて再生音声信号を合成する代数的符号励振予測方式の音声符号化方法であって、
前記入力音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、
前記聴覚重み付け誤差を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルの取得制御方法が、
前記フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、前記グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、
前記通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳について探索処理を行い、前記探索処理の結果から固定符号及び前記固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号及び前記取得した固定符号及び前記適応符号利得及び前記固定符号利得を励振信号パラメータに含めて、
前記代替処理サブフレームでは、前記固定符号帳の探索処理は行わず、前記適応符号及び前記ピーキネス情報及び前記適応符号利得及び前記固定符号利得を励振信号パラメータに含め、記憶されている過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを用い、前記代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つ前記ピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを前記代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとするものなので、
演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる。
【００１７】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、音声復号化方法において、
本発明の音声符号化方法で符号化された音声符号化データについて、前記音声符号化データにおける励振信号パラメータに含まれる適応符号に基づく適応符号ベクトル及び固定符号又はピーキネス情報に基づく固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び前記励振信号パラメータに含まれる適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成し、前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数を用いて音声信号を再生する音声復号化方法であって、
前記励振信号パラメータに含まれる固定符号又はピーキネス情報に基づいて固定符号ベクトルを取得する方法が、
音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、
前記通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳を用いて、前記励振信号パラメータに含まれる固定符号を前記固定符号帳のインデックスとして、前記インデックスに対応する固定符号ベクトルを取得し、
前記代替処理サブフレームでは、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを用い、前記代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つ前記ピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを前記代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとするものなので、
ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる。
【００１８】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、音声符号化装置において、
１フレームを複数のサブフレームで構成する音声信号を入力し、フレーム単位で前記音声信号を線形予測分析して線形予測フィルタ係数を求める線形予測分析手段と、
前記音声信号と合成された再生音声信号との誤差信号を求める減算手段と、
前記誤差信号に聴覚重み付けを行い聴覚重み付け誤差信号を出力する聴覚重み付け手段と、
前記聴覚重み付け誤差信号を入力し、サブフレーム単位で、前記聴覚重み付け誤差を最小化するような、適応符号及び固定符号と適応符号利得及び固定符号利得とを取得するための制御を行い、取得された適応符号及び固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータとして出力する励振信号パラメータ抽出手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段の制御に従い、過去の駆動音源信号から前記聴覚重み付け誤差信号を最小化するようなピッチ周期を検出し、前記検出されたピッチ周期の情報を適応符号として出力すると共に、前記ピッチ周期の情報と過去の駆動音源信号から求めた適応符号ベクトルを出力する適応符号ベクトル出力手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段の制御に従い、前記聴覚重み付け誤差信号を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトル出力手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの制御に従い、前記適応符号ベクトルに関する適応符号利得と、前記固定符号ベクトルに関する固定符号利得とを求めて出力する利得出力手段と、
前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号ベクトルと、前記固定符号ベクトル出力手段からの固定符号ベクトルと、前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成する駆動音源信号生成手段と、
前記駆動音源信号と、前記線形予測分析手段からの線形予測フィルタ係数に基づいて再生音声信号を合成する再生音声合成手段と、
前記入力される音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出するピーク性検出手段とを備え、
前記励振信号パラメータ抽出手段が、
前記フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、前記グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、
前記通常処理サブフレームでは、前記固定符号ベクトル出力手段に対して、固定符号帳探索処理を行わせる指示を出力し、前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及び前記取得した固定符号及び前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、
前記代替処理サブフレームでは、前記固定符号ベクトル出力手段に対して、代替固定符号ベクトル出力処理を行わせる指示を出力し、前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及び前記ピーク性検出手段で検出されたピーキネス情報及び前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含める励振信号パラメータ抽出手段であり、
前記固定符号ベクトル出力手段が、
過去の固定符号ベクトルを記憶し、シフト可能なシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファと、
前記通常処理サブフレームの場合の動作系と前記代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、
励振信号パラメータ抽出手段からの指示が固定符号帳探索処理の指示であった場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を探索して、前記聴覚重み付け誤差を最小化する固定符号ベクトル及び前記固定符号ベクトルに対応する固定符号帳のインデックスを検出し、前記検出された固定符号帳のインデックスを固定符号として出力し、前記検出された固定符号ベクトルを出力すると共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルを、サブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記取得した固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、
前記信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記補正した代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、
前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が通常の探索処理の指示であった場合に、前記符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替の探索処理の指示であった場合に、前記固定符号ベクトルエネルギ調整部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有する固定符号ベクトル出力手段であるものなので、
演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる。
【００１９】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、音声復号化装置において、
本発明の音声符号化装置で符号化された音声符号化データから適応符号と、固定符号又はピーキネス情報と、適応符号及び固定符号の利得と、線形予測フィルタ係数とを分離する分離手段と、
前記分離された適応符号を復号してピッチ周期の情報を出力すると共に、前記ピッチ周期の情報に基づき過去の駆動音源信号から適応符号ベクトルを出力する適応符号ベクトル出力手段と、
前記分離された固定符号又はピーキネス情報に基づき、固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトル出力手段と、
前記分離された適応符号及び固定符号の利得に基づき適応符号帳利得及び固定符号帳利得を出力する利得ベクトル出力手段と、
前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び前記適応符号帳利得及び前記固定符号帳利得とから駆動音源信号を生成する駆動音源信号生成手段と、
前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数とから音声信号を再生する音声再生手段とを備え、
前記固定符号ベクトル出力手段が、
過去の固定符号ベクトルを記憶し、シフト可能なシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファと、
音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、
前記通常処理サブフレームの場合の動作系と前記代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、
前記切替制御手段の制御で前記通常処理サブフレームの場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を用いて、前記分離手段で分離された固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルを、サブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記取得した固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、
前記切替制御手段の制御で前記代替処理サブフレームの場合に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、前記適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、
前記信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正するとと共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記補正された代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、
前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、
前記切替制御手段の制御で、前記通常処理サブフレームの場合に前記符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、前記代替処理サブフレームの場合に前記切り出し処理部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有する固定符号ベクトル出力手段であるものなので、
ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、以下で説明する機能実現手段は、当該機能を実現できる手段であれば、どのような回路又は装置であっても構わず、また機能の一部又は全部をソフトウェアで実現することも可能である。更に、機能実現手段を複数の回路によって実現してもよく、複数の機能実現手段を単一の回路で実現してもよい。
【００２１】
上位概念的に説明すれば、本発明に係る音声符号化方法及び音声符号化装置は、入力音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、聴覚重み付け誤差を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルの取得制御方法が、フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳について探索処理を行い、探索処理の結果から固定符号及び固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めて、代替処理サブフレームでは、固定符号帳の探索処理は行わず、固定符号の代わりにピーキネス情報を励振信号パラメータに含め、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、ピーキネス情報に基づく補正を施し、更にエネルギー調整をしてから固定符号ベクトルとする取得制御方法であるので、演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる。
【００２２】
また、本発明に係る音声復号化方法及び音声復号化装置は、本発明の音声符号化方法で符号化された音声符号化データにおける励振信号パラメータに含まれる固定符号又はピーキネス情報に基づいて固定符号ベクトルを取得する方法が、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳を用いて、励振信号パラメータに含まれる固定符号を固定符号帳のインデックスとして、インデックスに対応する固定符号ベクトルを取得し、代替処理サブフレームでは、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、ピーキネス情報に基づく補正を施し、更にエネルギー調整をしてから固定符号ベクトルとする取得方法であるので、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる。
【００２３】
機能実現手段で説明すれば、本発明に係る音声符号化方法及び音声符号化装置は、ピーク性検出手段が入力される音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、励振信号パラメータ抽出手段が、フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、通常処理サブフレームでは、固定符号ベクトル出力手段に対して、固定符号帳探索処理を行わせる指示を出力し、固定符号ベクトル出力手段から出力される適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、代替処理サブフレームでは、固定符号ベクトル出力手段に対して、代替固定符号ベクトル出力処理を行わせる指示を出力し、適応符号及びピーキネス情報及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めることとし、固定符号ベクトル出力手段が、過去の固定符号ベクトルを記憶する固定符号ベクトル格納バッファと、固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトするためのバッファシフト処理部と、通常処理サブフレームの場合の動作系と代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が固定符号帳探索処理の指示であった場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を探索して、聴覚重み付け誤差を最小化する固定符号ベクトル及び固定符号ベクトルに対応する固定符号帳のインデックスを検出し、検出された固定符号帳のインデックスを固定符号として出力し、検出された固定符号ベクトルを出力すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正された代替固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が通常の探索処理の指示であった場合に、符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替の探索処理の指示であった場合に、固定符号ベクトルエネルギ調整部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有するものなので、演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる。
【００２４】
また、本発明に係る音声復号化方法及び音声復号化装置は、固定符号ベクトル出力手段が、過去の固定符号ベクトルを記憶し、シフト可能なシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファと、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームの場合の動作系と代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、切替制御手段の制御で通常処理サブフレームの場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を用いて、分離手段で分離された固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルを、サブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、切替制御手段の制御で代替処理サブフレームの場合に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正するとと共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正された代替固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、切替制御手段の制御で、通常処理サブフレームの場合に符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、代替処理サブフレームの場合に切り出し処理部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有する固定符号ベクトル出力手段であるものなので、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる。
【００２５】
尚、本発明の実施の形態における音声符号化側の主要な各手段と図１の各部との対応を示すと、ピーク性検出手段はピーク性検出部２５に相当し、励振信号パラメータ抽出手段は自乗誤差最小化部８に相当し、適応符号ベクトル出力手段は適応符号帳探索部４に相当し、固定符号ベクトル出力手段は固定符号帳探索部５に相当し、利得出力手段は利得符号帳探索部６に相当し、駆動音源信号生成手段は乗算器２１、乗算器２２、加算器２３に相当し、再生音声合成手段はＬＰＣ合成部７に相当している。
【００２６】
また、固定符号ベクトル出力手段内の各構成要素と図２の各部との対応を示すと、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファがシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に、切替制御手段が切替制御部１６に相当し、符号帳処理部が符号帳処理部１１に、切り出し処理部が信号切り出し処理部１３に、固定符号ベクトルエネルギ調整部が固定符号ベクトルエネルギ調整部１７に、スイッチがスイッチ１５に相当している。
【００２７】
また、本発明の実施の形態における音声復号化側の主要な各手段と図４の各部との対応を示すと、分離手段が分離部３１に、適応符号ベクトル出力手段が適応符号ベクトル出力部３２に、固定符号ベクトル出力手段が固定符号ベクトル出力部３３に、利得ベクトル出力手段が利得ベクトル出力部３４に、駆動音源信号生成手段が乗算器３５、乗算器３６，加算器３７に、音声再生手段がＬＰＣ合成部３８、ポストフィルタ３９に相当している。
【００２８】
そして、固定符号ベクトル出力手段内の各構成要素と、図５の各部との対応を示すと、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファがシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に、切替制御手段が切替制御部４６に相当し、符号帳処理部が符号帳処理部４１に、切り出し処理部が信号切り出し処理部４３に、固定符号ベクトルエネルギ調整部が固定符号ベクトルエネルギ調整部４７に、スイッチがスイッチ４５に相当している。
【００２９】
まず、本発明に係る代数的符号励振予測方式（ＡＣＥＬＰ）の音声符号化装置の概略構成例について図１を使って説明する。図１は、本発明に係る音声符号化装置の概略構成ブロック図である。
本実施の形態に係る音声符号化装置は、図１に示すように、前処理部１と、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２と、聴覚重み付け処理部３と、適応符号帳探索部４と、固定符号帳探索部５と、利得符号帳探索部６と、ＬＰＣ合成部７と、自乗誤差最小化部８と、多重化処理部９と、ピーク性検出部２５とから構成されている。
尚、図には示していないが、フレームタイミング、サブフレームタイミングに従って、各部の動作をトータルに制御するようなタイミング制御部が音声符号化装置全体を制御している。
【００３０】
本発明の音声符号化装置の各部について簡単に説明する。
前処理部１は、信号のスケーリングと高域通過フィルタリングを行うものである。
ＬＰＣ分析量子化補間処理部２は、１フレーム毎に線形予測（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：ＬＰ）分析を行ってＬＰフィルタ係数（ＬＰＣ係数）の算出を行い、算出されたＬＰＣ係数を線スペクトル対（Ｌｉｎｅａｒ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｐａｉｒ：ＬＳＰ）に変換して量子化し、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）を出力すると共に、更に補間して、量子化及び補間結果に基づいて逆変換されたＬＰＣ係数を出力するものである。
【００３１】
ピーク性検出部２５は、前処理部１で前処理された音声信号及びＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数を入力し、ＬＰＣ予測残差信号を計算した後、ピーキネス値ｐを計算により求め、それが予め定められた閾値（例えば１．３４）と比較して大きければピーキネス情報（Ｅ）を１に設定し、そうでなければ０に設定して出力するものである。
【００３２】
ここで、ピーキネス値ｐとは、信号中にピークをもつパルス的な成分（スパイクという）が存在する可能性を表すパラメータであり、文献１（Ｄ．Ｔｈｏｍｓｏｎ ａｎｄ Ｄ．Ｐｒｅｚａｓ，ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＭＯＤＥＬＩＮＧ ＯＦ ＴＨＥ ＬＰＣ ＲＥＳＩＤＵＡＬ ＤＵＲＩＮＧ ＵＮＶＯＩＣＥＤ ＦＲＡＭＥＳ：ＷＨＩＴＥ ＮＯＩＳＥ ＯＲ ＰＵＬＳＥ ＥＸＣＩＴＡＴＩＯＮ，Ｐｒｏｃ．ＩＣＡＳＳＰ，ｐｐ．３０８７−３０９０，１９８６）より［数１］で与えられる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
［数１］において、Ｎは１サブフレーム中のサンプル数、ｅｎは残差信号である。［数１］において分子は分母に比べ大きな値の影響を受けやすいので、ｐは残差信号中に大きなスパイクが存在する時に大きな値となる。
従って、ピーキネス値ｐが大きいほど、そのフレームが破裂音フレームである可能性が大きくなる。なぜなら、破裂音のフレームでは、部分的にスパイク（鋭いピーク）を持つが、その他の部分は、白色雑音に近い性質の信号になっているためである。
尚、ピーク性検出部２５で求めたピーキネス情報（Ｅ）は、後述する多重化処理部９で他のデータ共に多重化され、ビットストリーム化されて送信されると共に、後述する固定符号帳探索部５で使用されることになる。
【００３５】
加算器２０は、前処理が施された音声入力信号と、前フレームの再生音声信号との差分を取って、誤差信号を出力するものである。
聴覚重み付け処理部３は、入力される誤差信号に対し、サブフレーム単位でＬＰＣ係数を用いて聴覚重み付け処理（公知の技術）を行い、聴覚重み付け誤差信号を出力するものである。
【００３６】
適応符号帳探索部４は、サブフレーム毎に、ピッチ周期成分を探索するもので、具体的には、後述する自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、過去の駆動音源信号に対してある遅延（ピッチ周期）だけさかのぼり、その点からサブフレーム長のサンプルを切り出して現サブフレームに充当し、これに基づいて作成された再生音声信号と入力音声信号との誤差が最小となるピッチ周期を検出し、検出されたピッチ周期の情報を適応符号（Ａ）として自乗誤差最小化部８に出力する。
また、検出されたピッチ周期を元に過去の駆動音源信号からサブフレームにおけるサンプル数分の波形信号を切り出し、適応符号ベクトルとして利得算出のために利得符号帳探索部６へ出力すると共に、過去の駆動音源信号生成の為にも出力する。
【００３７】
固定符号帳探索部５は、サブフレーム毎に、ピッチ周期成分以外のランダムな成分を探索するもので、入力音声信号から前記適応符号帳探索部４で検出されたピッチ周期及び後述する利得符号帳探索部６で算出された適応符号帳利得に基づく適応符号ベクトル寄与分を減算した目標信号に対して探索を行う。
具体的には、予め候補配置を定められた複数のパルスに関するパルスの組み合わせベクトル（固定符号ベクトル）を固定符号帳として保持し、後述する自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、固定符号帳のインデックス候補に対応する複数のパルスに極性を与え、パルス波形信号を固定符号ベクトルとして出力し、当該固定ベクトルに基づいて作成された再生音声信号と上記目標信号との自乗誤差が最小化されるような固定符号帳のインデックスを検出し、固定符号帳のインデックスを固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力する。
【００３８】
また、検出された固定符号帳のインデックスに対応する複数のパルスから成るパルス波形信号を固定符号ベクトルとし、利得算出のために重み付けを行った重み付け固定符号ベクトルを利得符号帳探索部６へ出力すると共に、固定符号ベクトルを過去の駆動音源信号生成の為にも出力する。
尚、本発明の固定符号帳探索部５では、自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、固定符号ベクトルを出力する方法が従来とは異なっているが、詳細は後述する。
【００３９】
利得符号帳探索部６は、後述する自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、適応符号帳探索部４から入力される適応符号ベクトルと固定符号帳探索部５からの（重み付け）固定符号ベクトルより、入力音声と再生音声との重み付け平均自乗誤差を最小にする適応符号帳利得および固定符号帳利得を求め、利得符号として自乗誤差最小化部８に出力する。
また、検出された適応符号帳利得および固定符号帳利得を過去の駆動音源信号生成の為にも出力する。
【００４０】
自乗誤差最小化部８は、聴覚重み付け処理部３で重み付けされた聴覚重み付け誤差信号を入力し、聴覚重み付け誤差を最小にするような各符号を探索するように適応符号帳探索部４、固定符号帳探索部５、利得符号帳探索部６に制御信号を出力し、各々における探索結果である聴覚重み付け誤差を最小とするような適応符号帳のインデックスである適応符号（Ａ）、固定符号帳のインデックスである固定符号（Ｂ）、適応符号利得及び固定符号利得からなる利得符号（Ｃ）を受け取って、励振パラメータとして多重化処理部９に出力するものである。
尚、本発明の自乗誤差最小化部８では、固定符号帳探索部５への制御方法が従来とは異なっているが、詳細は後述する。
【００４１】
乗算器２１は、適応符号帳探索部４から出力される適応符号化ベクトルと、利得符号帳探索部６から出力される適応符号利得との乗算を行うものである。
乗算器２２は、固定符号帳探索部５から出力される固定符号化ベクトルと、利得符号帳探索部６から出力される固定符号利得との乗算を行うものである。
加算器２３は、乗算器２１から出力される適応符号化ベクトルと適応符号利得との乗算結果と、乗算器２２から出力される固定符号化ベクトルと固定符号利得との乗算結果とを加算して、駆動音源信号を出力するものである。
【００４２】
ＬＰＣ合成部７は、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数、及び加算器２３から出力される駆動音源信号により音声信号を再生し、符号化側における再生音声信号を出力するものである。
【００４３】
多重化処理部９は、自乗誤差最小化部８からの適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）から成る励振信号パラメータと、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２からのＬＳＰ係数の符号（Ｄ）を多重化して、ビットストリーム化し、音声符号化データとして送信するものである。
尚、本発明における多重化処理部９の特徴として、フレームを構成する複数のサブフレームの中で、一部のサブフレーム（例えば、偶数フレーム、但し奇数フレームでも良い）においては、固定符号（Ｂ）の代わりにピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）を用いて多重化するようになっている。詳細は後述する。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る音声符号化装置の一般的なＡＣＥＬＰ方式の基本動作について図１を使って説明する。
本発明の音声符号化装置では、一般的なＡＣＥＬＰ方式の基本動作として、送信する音声信号が入力されると、前処理部１でスケーリング及び高域通過フィルタリングの前処理が施され、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２でＬＰＣ分析され、ＬＳＰ係数に変換されて量子化され、補間されて、ＬＰＣ係数とＬＳＰ係数の符号（Ｄ）とが出力される。
【００４５】
また、本発明の特徴部分動作として、前処理部１から出力された前処理後の音声信号は、ピーク性検出部２５に入力され、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数を用いてＬＰＣ予測残差信号が算出され、ピーキネス値ｐが算出されて、閾値判断により、信号中にピークをもつパルス的な成分（スパイクという）が存在するか否かを示すピーキネス情報（Ｅ）が生成されて出力される。
【００４６】
一方、前処理部１から出力された前処理後の音声信号は、加算器２０で１フレーム前の符号化側における再生音声信号との差分が取られて誤差信号が出力され、聴覚重み付け処理部３において、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２からのＬＰＣ係数を用いて誤差信号に聴覚重み付けが為され、聴覚重み付け誤差信号が自乗誤差最小化部８に入力される。
【００４７】
自乗誤差最小化部８では、まず適応符号帳探索部４に対して聴覚重み付け誤差を最小にするようなピッチ周期の適応符号を探索する指示の制御信号（図では点線矢印）を出力し、適応符号帳探索部４で誤差信号が最小となるピッチ周期が検出され、検出されたピッチ周期の情報が適応符号（Ａ）として自乗誤差最小化部８に出力される。また、検出されたピッチ周期を元に過去の駆動音源信号からサブフレームにおけるサンプル数分の信号を切り出した適応符号ベクトルが出力される。
【００４８】
そして、自乗誤差最小化部８では、利得符号帳探索部６に対して適応符号の利得算出を指示する制御信号（図では点線矢印）が出力され、利得符号帳探索部６で、適応符号帳探索部４から出力される適応符号ベクトルより、適応符号帳利得が求められて出力される。
【００４９】
次に、自乗誤差最小化部８では、通常動作としては、固定符号帳探索部５に対して入力音声信号から適応符号ベクトル寄与分を減算した目標信号に対して聴覚重み付け誤差を最小にするような固定符号を探索する指示の制御信号（図では点線矢印）を出力し、固定符号帳探索部５で誤差信号が最小となる固定符号帳インデックスが固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力される。
【００５０】
尚、ここで本発明の特徴部分動作としては、自乗誤差最小化部８では、固定符号帳探索部５における固定符号帳探索を簡単にするために、フレームを構成する一部サブフレームにおいては、上記通常通りの動作を行わず代替の処理を行わせることになるが、詳細は後述する。
【００５１】
そして、自乗誤差最小化部８では、利得符号帳探索部６に対して固定符号の利得算出を指示する制御信号（図では点線矢印）が出力され、利得符号帳探索部６では、固定符号帳探索部５から入力される重み付け固定符号ベクトルより、固定符号帳利得が求められ、既に求めた適応符号帳利得と固定符号帳利得とが利得符号として自乗誤差最小化部８に出力される。
【００５２】
上記動作の結果、自乗誤差最小化部８では、サブフレーム毎に聴覚重み付け誤差を最小化する適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）から成る励振信号パラメータが決定されて多重化処理部９に出力され、多重化処理部９ではフレーム毎にＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数と、サブフレーム毎に自乗誤差最小化部８から出力される励振信号パラメータが多重化されて、ビットストリーム化されて送信される。
尚、本発明の特徴部分として、一部サブフレームでは、固定符号（Ｂ）の代わりにピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）が励振信号パラメータとして多重化されるが、詳細は後述する。
【００５３】
そして、サブフレームにおける励振信号パラメータが決定されると、適応符号帳探索部４からの適応符号ベクトルと利得符号帳探索部６からの適応符号帳利得とが乗算器２１で乗算され、固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトルと利得符号帳探索部６からの固定符号帳利得とが乗算器２２で乗算され、乗算器２１の乗算結果と乗算器２２の乗算結果とが加算器２３で加算されて、１サブフレーム前の駆動音源信号として出力される。
【００５４】
駆動音源信号は、適応符号帳探索部４に入力されて、次のサブフレームのピッチ周期検出に用いられると共に、ＬＰＣ合成部７に入力され、ＬＰＣ合成部７でＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数と駆動音源信号により音声信号を再生され、符号化側における再生音声信号として出力され、加算器２０で入力音声信号との差分が取られるようになっている。
【００５５】
上記図１を用いて説明した動作が、本発明の前提となる代数的符号励振予測方式（ＡＣＥＬＰ）の音声符号化装置の一般的な動作であるが、本発明の特徴部分は、励振パラメータ中の固定符号の取り扱い、及びそれに伴う固定符号ベクトルの取得方法が従来のそれとは異なっている。
【００５６】
具体的に説明すると、従来ＡＣＥＬＰ方式の音声符号化方法において、サブフレーム毎に行っていた固定符号帳の探索処理による固定符号及び固定符号ベクトルの取得を、本発明ではフレーム内の一部のサブフレームのみで行うものとし、残りのサブフレームでは、固定符号帳の探索処理による固定符号及び固定符号ベクトルの取得を行わないようにし、固定符号の代わりに、当該サブフレームについてピーク性検出部２５で検出されたピーキネス情報（Ｅ）を励振信号パラメータとして音声符号化データとすることとし、固定符号帳の探索処理による固定符号及び固定符号ベクトルの取得を行わないようにするものである。
【００５７】
ここで、従来通りの固定符号帳の探索処理により固定符号及び固定符号ベクトルの取得を行うサブフレームを通常処理サブフレームと呼び、固定符号（Ｂ）の代わりにピーキネス情報（Ｅ）を用いるに当たり固定符号帳の探索処理による固定符号及び固定符号ベクトルの取得を行わないサブフレームを代替処理サブフレームと呼んで、以降説明する。
尚、フレーム内の複数サブフレームを、どの様に通常処理サブフレームと代替処理サブフレームに割り振るかに付いては、後で詳しく述べることにする。
【００５８】
即ち、本発明の音声符号化方法では、フレームを構成する複数のサブフレームの内、通常処理サブフレームでは従来通りの固定符号帳の探索処理により固定符号の取得を行って、適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めて音声符号化データを作成し、代替処理サブフレームでは、固定符号帳の探索処理による固定符号の取得を行わず、適応符号及びピーキネス情報及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータとして音声符号化データを作成する。
これにより、代替サブフレームにおいて固定符号（通常、１７ビット）の代わりにピーキネス情報（１ビット）を用いるのでデータ量を軽減し、ビットレートを軽減できるものである。
【００５９】
そして、本発明の音声符号化方法では、代替処理サブフレームにおいて通常の固定符号帳の探索処理による固定符号の取得を行わないために、固定符号ベクトルが生成されず再生音声の品質劣化を招かないように、代替固定符号ベクトル出力処理として、過去の固定符号ベクトルを蓄積記憶しておき、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおける遅延（ピッチ周期）に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、取得した代替固定符号ベクトルに対してピーキネス情報に基づく補正を行い、更にエネルギー調整を行ってから、固定符号ベクトルとして出力するようにするものである。
【００６０】
また、本発明の音声符号化方法に対応した音声復号化方法では、音声符号化データ中で、代替処理サブフレームにおいて固定符号のデータの代わりにピーキネス情報が存在するため、固定符号ベクトルが生成されず再生音声の品質劣化を招かないように、符号化の場合と同様に、代替固定符号ベクトル出力処理として、過去の固定符号ベクトルを蓄積記憶しておき、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおける遅延（ピッチ周期）に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、この代替固定符号ベクトルに対してピーキネス情報に基づく補正を行い、更にエネルギー調整を行ってから、固定符号ベクトルとして出力するようにするものである。
【００６１】
上記説明した本発明の音声符号化方法を実現するために、本発明の音声符号化装置では、図１に示したＡＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の一般的な構成において、多重化処理部９の動作と、自乗誤差最小化部８の動作と、固定符号帳探索部５の内容が従来のものとは異なっている。
尚、本発明では、通常処理サブフレームと代替処理サブフレームの設け方を限定するものではないが、１つの例として、通常処理サブフレームと代替処理サブフレームを交互に設ける場合、即ち、通常処理サブフレームを奇数サブフレームとし、代替処理サブフレームを偶数サブフレームとした例で、以降説明する。
【００６２】
本発明の自乗誤差最小化部８は、聴覚重み付け誤差信号を最小にするような適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）を取得する制御を行うものであるが、特に固定符号を取得する制御において、通常処理サブフレーム（例えば奇数サブフレーム）のタイミングでは、固定符号帳探索部５に対して通常通りの手順で固定符号帳探索を行わせる固定符号帳探索処理の指示を出力して、聴覚重み付け誤差信号が最小となる固定符号帳のインデックスを探索させ、固定符号帳探索部５から出力される固定符号を受け取って、適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めて音声符号化データとして送信する制御を行う。
【００６３】
そして、代替処理サブフレーム（例えば偶数サブフレーム）のタイミングでは、固定符号帳探索部５に対して固定符号帳の探索処理は行わせず、固定符号を励振パラメータに含めず、適応符号及び適応符号利得及び固定符号利得だけを励振信号パラメータに含めて多重化処理部９に出力し、固定符号帳探索部５には代替の固定符号ベクトルを出力させる代替固定符号ベクトル出力処理の指示を行うようになっている。
【００６４】
また、本発明の多重化処理部９は、上記説明した通常処理サブフレームでは、自乗誤差最小化部８からの適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）から成る励振信号パラメータと、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２からのＬＳＰ係数の符号（Ｄ）を多重化し、代替処理サブフレームでは、自乗誤差最小化部８からの適応符号（Ａ）とピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）と利得符号（Ｃ）とから成る励振信号パラメータと、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）を多重化し、音声符号化データとするようになっている。
【００６５】
尚、ピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）を自乗誤差最小化部８に入力するようにして、自乗誤差最小化部８の制御によって、通常処理サブフレームでは、適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）から成る励振信号パラメータを多重化処理部９に出力し、代替処理サブフレームでは、適応符号（Ａ）とピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）と利得符号（Ｃ）とから成る励振信号パラメータを多重化処理部９に出力するようにしても構わない。
それにより、本発明の特徴的な制御を自乗誤差最小化部８に特化し、多重化処理部９は従来のままの構成を使用することができる。
【００６６】
本発明の固定符号帳探索部５は、自乗誤差最小化部８からの制御指示に従い、通常処理サブフレームのタイミングでは固定符号帳探索処理の指示を受けて、従来通り固定符号帳を探索して、固定符号ベクトル及び固定符号を取得する処理を行う。
また、代替処理サブフレームのタイミングでは、代替固定符号ベクトル出力処理の指示を受けて、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、この代替固定符号ベクトルに対してピーキネス情報に基づく補正を行い、更にエネルギー調整を行ってから、固定符号ベクトルとして出力するようにするものである。
【００６７】
ここで、本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部５の内部構成例について、図２を使って説明する。図２は、本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部５の内部構成を示すブロック図である。
本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部５の内部は、図２に示すように、符号帳処理部１１と、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２と、信号切り出し処理部１３と、非同期パルス発生部１４と、スイッチ１５と、切替制御部１６と、固定符号ベクトルエネルギ調整部１７とから構成されている。
【００６８】
各部について説明する。
符号帳処理部１１は、予め候補配置を定められた複数のパルスに関するパルスの組み合わせベクトルを保持している固定符号帳を備えており、自乗誤差最小化部８からの制御信号に従って、自乗誤差最小化部８からの指示が通常の探索処理の指示であった場合には、固定符号帳の中で、聴覚重み付け誤差を最小にするようなベクトルのインデックスを検出する最小歪みパルス組み合わせ探索処理を行い、固定符号帳のインデックスを固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力すると共に、検出された固定符号帳のインデックスに対応するパルス波形信号を固定符号ベクトルとして出力するものである。
【００６９】
尚、従来の音声符号化装置における固定符号帳探索部５では、この符号帳処理部１１における最小歪みパルス組み合わせ探索処理をサブフレーム毎に行っていたが、本発明の固定符号帳探索部５では、フレームを構成する複数サブフレームの内の通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）で最小歪みパルス組み合わせ探索処理を行うようにしている点が特徴である。
【００７０】
シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２は、符号帳処理部１１から出力される固定符号ベクトル、又は後述する信号切り出し処理部１３から出力され、非同期パルス発生部１４で補正された代替固定符号ベクトルを複数サブフレーム分格納するバッファである。
尚、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２は、シフトレジスタなどで構成され、格納されている過去の複数サブフレーム分の固定ベクトル（又は代替固定符号ベクトル）をサブフレーム毎にサブフレームに対応するサンプル数分だけ過去方向にシフトした後、新しい固定符号ベクトル又は代替固定符号ベクトルを挿入することによりバッファを更新するようになっている。また、信号切り出し処理部１３によって切り出される際には、内容をシフトすることによって読み出し（切り出し）位置を調整できるようになっている。
【００７１】
信号切り出し処理部１３は、自乗誤差最小化部８からの指示が代替の探索処理の指示であった場合に、適応符号帳探索部４からのピッチ周期の情報に従って、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に記憶されている固定符号ベクトル（又は代替固定符号ベクトル）のデータ系列でピッチ周期の情報分さかのぼった個所からサブフレームにおけるサンプル数分切り出し、代替固定符号ベクトルとして出力するものである。
【００７２】
非同期パルス発生部１４は、代替固定符号ベクトルに対してピーキネス情報に基づく補正を施すものである。
具体的には、信号切り出し処理部１３から出力される代替固定符号ベクトルのパルス数をカウントし、パルスが存在しない場合、又は、パルスの本数が予め定めた数より少ない場合には、ピーク性検出部２５から出力されるピーキネス情報（Ｅ）を参照し、ピーキネス情報（Ｅ）がピーク性ありを示している場合（１の場合）には、予め定められている数本の非周期パルスを強制的に代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、補正された代替固定符号ベクトルを出力するものである。
尚、補正に用いられる非周期パルスは、実験の結果例えば、等間隔に４本のパルスを立てたような信号を用いるのが好適であったが、それに限定するものではない。
【００７３】
そして、非同期パルス発生部１４では、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正した代替固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に格納して、過去の固定符号ベクトルを更新するようになっている。
【００７４】
固定符号ベクトルエネルギ調整部１７は、非同期パルス発生部１４からの出力信号である補正された代替固定符号ベクトルに存在するパルス数に応じて各パルスの振幅を可変することにより、代替固定符号ベクトルのエネルギーが全てのサブブレームにおいて均一になるように調整し、エネルギ調整された代替固定符号ベクトルを出力するものである。
【００７５】
スイッチ１５は、切替制御部１６からの制御で符号帳処理部１１から出力される固定符号ベクトルと、信号切り出し処理部１３側から出力される代替固定符号ベクトルとをサブフレーム毎に切り替えて、固定符号ベクトルとして出力するスイッチである。
【００７６】
切替制御部１６は、自乗誤差最小化部８からの指示に従い、通常の固定符号帳探索処理の指示であった場合には、符号帳処理部１１を動作させて通常の固定符号ベクトルを出力させ、それと共にスイッチ１５を符号帳処理部１１側に切り替えて、符号帳処理部１１からの固定符号ベクトルを固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトル出力とし、また代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合には、信号切り出し処理部１３を動作させて代替固定符号ベクトルを出力させ、それと共にスイッチ１５を信号切り出し処理部１３側に切り替えて、代替固定符号ベクトルを固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトル出力とするものである。
【００７７】
次に、本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部５の動作について、図２を参照しながら説明する。
本発明の音声符号化装置における第１の固定符号帳探索部５では、自乗誤差最小化部８からサブフレーム毎に入力される制御信号に基づいて、通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）のタイミングで自乗誤差最小化部８から固定符号帳探索処理の指示があった場合には、符号帳処理部１１で、聴覚重み付け誤差を最小にするようなベクトルのインデックスを検出し、固定符号帳のインデックスを固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力すると共に、検出された固定符号帳のインデックス候補に対応する固定符号ベクトルが出力され、切替制御部１８の制御によって、スイッチ１５が符号帳処理部１１側に接続されて、符号帳処理部１１から出力された固定符号ベクトルが固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトル出力として外部に出力される。
【００７８】
そして、この時、符号帳処理部１１から出力された固定符号ベクトルは、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に格納されるが、その際、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に既に記憶されていた過去の代替符号ベクトルは、１サブフレーム分シフトされて新しいて固定符号ベクトルが格納され、過去の固定符号ベクトルが更新されるようになっている。
【００７９】
一方、代替処理サブフレーム（例えば、偶数サブフレーム）のタイミングで自乗誤差最小化部８から代替固定符号ベクトル出力処理の指示があった場合には、切替制御部１８の制御によって信号切り出し処理部１３が動作し、適応符号帳探索部４からのピッチ周期の情報に従い、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２内に格納されているデータ系列を、入力されたピッチ周期の情報分さかのぼった個所から読み出せるようにピッチ周期の情報分シフトさせてから読み出し、代替固定符号ベクトルとして出力する。
【００８０】
そして、代替固定符号ベクトルは、非同期パルス発生部１４でパルス数がカウントされ、パルス数が０（ゼロ）、又は、予め定めた数より少なく、且つピーク性検出部２５から出力されるピーキネス情報（Ｅ）がピーク性ありの場合に、非周期パルスが強制的に挿入されて補正され、固定符号ベクトルエネルギ調整部１７でエネルギ調整さて、スイッチ１５が信号切り出し処理部１３側に接続されて、代替固定符号ベクトルが固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトル出力として外部に出力される。
【００８１】
更に、この時、非同期パルス発生部１４で補正された代替固定符号ベクトルは、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に格納されるが、その際、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に既に記憶されていた過去の固定符号ベクトルはシフトされて、新しいて代替固定符号ベクトルが格納され、過去の固定符号ベクトルが更新されるようになっている。
【００８２】
上記説明では、便宜上奇数サブフレームでは符号帳処理部１１からの固定符号ベクトルが出力され、偶数サブフレームでは信号切り出し処理部１３からの代替固定符号ベクトルが現サブフレームにおける固定符号ベクトルとして選択されるように記述してきたが、逆の状態でも動作的には変わらない。
【００８３】
ここで、非同期パルス発生部１４の効果について、図３を使って具体的に説明する。図３は、破裂音“ｋ”の時間波形（サンプル値）の例を示す説明図である。
図３に示すように、破裂音の波形は、部分的にスパイク（鋭いピーク）を持つが、その他の部分は、白色雑音に近い性質の信号になっている。
この破裂音が偶数サブフレーム１に存在し、信号切り出し処理部１３により代替固定符号ベクトルが作られる場合を考える。
【００８４】
破裂音等の無声音区間または無音区間では、適応符号帳探索の結果、非常に小さなラグ値（３０サンプル以下）が検出されるケースが多くなる。ラグ値を例えば３０サンプルとすると、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に格納されている波形のうち、過去３０サンプル時点から信号を切り出してくることになるが、ここで問題として、その切り出し区間にパルスが１本も立っていない場合、切り出された信号（代替固定符号ベクトル）にはパルスが存在しないため破裂音の音源を表現できなくなる。
【００８５】
そこで、非同期パルス発生部１４により、代替固定符号ベクトルのパルス数をカウントし、パルスが存在しない場合、または、パルスの本数が予め定めた数より少ない場合にピーキネス情報（Ｅ）がピーク性ありを示している場合に、破裂音のフレームの可能性大として、数本の非周期パルスを強制的に挿入することにより、適切な音源表現が可能となり再生音声品質が改善されることになる。
【００８６】
上記説明したように本発明の音声符号化方法及び音声符号化装置では、フレームを構成する複数サブフレームの中で、代替処理サブフレームにおける励振パラメータでは、固定符号の代わりにピーキネス情報を用いて音声符号化データを作成することになる。
それに伴い、この固定符号の代わりにピーキネス情報が用いられた音声符号化データを受けて復号化する音声復号化方法及び音声復号化装置について説明する。
【００８７】
本発明の音声復号化方法は、基本的には、符号化された励振信号パラメータの適応符号に基づく適応符号ベクトル及び固定符号に基づく固定符号ベクトルを取得し、適応符号ベクトル及び固定符号ベクトル及び符号化された励振信号パラメータに基づく適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成し、駆動音源信号と線形予測フィルタ係数を用いて音声信号を再生するものであるが、本発明の特徴として、励振信号パラメータの固定符号に基づいて固定符号ベクトルを生成する方法が、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームでは、固定符号帳を用いて固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、代替処理サブフレームでは、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおける遅延（ピッチ周期）に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、音声符号化データに含まれるピーキネス情報を用いて代替固定符号ベクトルを補正し、更にエネルギー調整してから固定符号ベクトルとするものである。
【００８８】
次に、上記説明した本発明に係る代数的符号励振予測方式（ＡＣＥＬＰ）の音声符号化に対応する音声復号化装置の概略構成例について図４を使って説明する。図４は、本発明に係る音声復号化装置の概略構成ブロック図である。
本発明の音声復号化装置は、図４に示すように、分離部３１と、適応符号ベクトル出力部３２と、固定符号ベクトル出力部３３と、利得ベクトル出力部３４と、乗算器３５と、乗算器３６と、加算器３７と、ＬＰＣ合成部３８と、ポストフィルタ３９とから構成されている。
尚、図には示していないが、フレームタイミング、サブフレームタイミングに従って、各部の動作をトータルに制御するようなタイミング制御部が音声復号化装置全体を制御している。
【００８９】
本発明の音声復号化装置の各部について簡単に説明する。
分離部３１は、受信した音声符号化データを適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）又はピーキネス値（Ｅ）、利得符号（Ｃ）、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）に分離して出力するものである。
【００９０】
適応符号ベクトル出力部３２は、適応符号（Ａ）を復号してピッチ周期を求め出力すると共に、ピッチ周期に基づき過去の駆動音源信号からサブフレームにおけるサンプル数分の波形信号を切り出し適応符号ベクトルとして出力するものである。
【００９１】
固定符号ベクトル出力部３３は、予め音声符号化側と同様の複数のパルスに関するパルスの組み合わせベクトル（固定符号ベクトル）を記憶している固定符号帳を保持し、固定符号（Ｂ）に示されたパルス位置及び極性（±）の組み合わせに基づき、固定符号帳を用いてパルスを配置したパルス波形信号を固定符号ベクトルとして出力するものである。
但し、本発明の固定符号ベクトル出力部３３では、通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）に付いては通常通り固定符号が送信されてくるが、代替処理サブフレームに付いては、固定符号の代わりにピーキネス情報が送信されてくるため、それに対応した動作で固定符号ベクトルを出力する点が、従来とは異なっている。詳細は、後述する。
【００９２】
利得ベクトル出力部３４は、利得符号（Ｃ）に基づき適応符号帳利得及び固定符号帳利得を出力するものである。
【００９３】
乗算器３５は、適応符号ベクトル出力部３２からの適応符号ベクトルに、利得ベクトル出力部３４からの適応符号帳利得を乗算するものである。
乗算器３６は、固定符号ベクトル出力部３３からの固定符号ベクトルに利得ベクトル出力部３４からの固定符号帳利得を乗算するものである。
加算器３７は、乗算器３５による乗算結果と、乗算器３６による乗算結果とを加算して後述するＬＰＣ合成部３８の駆動音源信号を出力するものである。
【００９４】
ＬＰＣ合成部３８は、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）から求めたＬＰＣ係数と加算器３７から出力される駆動音源信号とにより音声信号を再生し、再生音声信号を出力するものである。
ポストフィルタ３９は、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）から求めたＬＰＣ係数を用いて、ＬＰＣ合成部３８から出力される再生音声信号に対し、スペクトル整形等の処理を行い、音質が改善された再生音声を出力するものである。
【００９５】
次に、本実施の形態に係る音声復号化装置の基本動作について図４を使って説明する。
本発明の音声復号化装置では、受信した音声符号化データが、分離部３１で適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）又はピーキネス値（Ｅ）、利得符号（Ｃ）、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）に分離される。
【００９６】
そして、適応符号（Ａ）は、適応符号ベクトル出力部３２で復号されてピッチ周期が求められ出力されると共に、ピッチ周期に基づき記憶されている過去の駆動音源信号からサブフレームにおけるサンプル数分の波形信号を切り出した適応符号ベクトルが出力される。
【００９７】
一方、固定符号（Ｂ）又はピーキネス値（Ｅ）は、固定符号ベクトル出力部３３に入力され、固定符号（Ｂ）に示されたパルス位置及び極性（±）の組み合わせに基づきパルスを配置したパルス波形信号、又は過去の固定符号ベクトルとピーキネス値（Ｅ）とを用いて生成された代替固定符号ベクトルの何れかが、固定符号ベクトルとして出力される。尚、詳細は、後述する。
【００９８】
また、利得符号（Ｃ）は、利得ベクトル出力部３４に入力されて適応符号帳利得及び固定符号帳利得が求められて出力される。
【００９９】
そして、適応符号ベクトル出力部３２からの適応符号ベクトルには乗算器３５で利得ベクトル出力部３４からの適応符号帳利得が乗算され、固定符号ベクトル出力部３３からの固定符号ベクトルには乗算器３６で利得ベクトル出力部３４からの固定符号帳利得が乗算され、双方が加算器３７により加算されてＬＰＣ合成部３８の駆動音源信号として出力され、ＬＰＣ合成部３８に入力されると共に、適応符号ベクトル出力部３２に入力されて過去の駆動音源信号として記憶される。
【０１００】
加算器３７から出力された駆動音源信号は、ＬＰＣ合成部３８で分離部３１によって分離されたＬＳＰ係数の符号（Ｄ）から求めたＬＰＣ係数を用いて音声信号が再生され、再生音声信号となり、ポストフィルタ３９で、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）から求めたＬＰＣ係数を用いてスペクトル整形等の処理が行われ、音質が改善された再生音声が出力されるようになっている。
【０１０１】
上記図４を用いて説明した構成及び動作が、本発明の前提となる代数的符号励振予測方式（ＡＣＥＬＰ）の音声復号化装置の一般的な構成及び動作であるが、本発明の特徴部分は、励振パラメータ中の固定符号が代替処理サブフレームではピーキネス情報に代わっているので、それに伴い固定符号ベクトルの取得方法が従来のそれとは異なっているので、ここで詳しく説明する。
【０１０２】
具体的には、フレームを構成する複数サブフレームの内、符号化側で通常の固定符号帳探索処理を行った通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）に付いては、通常通り固定符号が送信されてくるので、符号化側と同様の固定符号帳を用いて固定符号ベクトルを取得するが、符号化側で代替固定符号ベクトル出力処理を行った代替処理サブフレーム（例えば偶数サブフレーム）に付いては、固定符号が送信されず、代わりにピーキネス情報が送信されてくるので、代替固定符号ベクトル出力処理として、過去の固定符号ベクトルを蓄積記憶しておき、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおける遅延（ピッチ周期）に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、ピーキネス情報に基づく補正を行い、更にエネルギー調整した代替固定符号ベクトルを固定符号ベクトルとして出力するようにするものである。
【０１０３】
まず、本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の内部構成例について、図５を使って説明する。図５は、本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の内部構成を示すブロック図である。
本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の内部は、図５に示すように、符号帳処理部４１と、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２と、信号切り出し処理部４３と、非同期パルス発生部４４と、スイッチ４５と、切替制御部４６と、固定符号ベクトルエネルギ調整部４７とから構成されている。
【０１０４】
図５に示した音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の内部構成は、図２に示した音声符号化装置における固定符号帳探索部５の内部構成と基本的には同様であるが、但し、音声符号化装置における固定符号帳探索部５の符号帳処理部１１は、自乗誤差最小化部８からの制御信号に従って誤差を最小化する固定符号帳を探索するが、音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の符号帳処理部４１は、分離部３１からの固定符号（Ｂ）に対応する固定符号ベクトルを出力する点が異なっている。
【０１０５】
また、切替制御部４６は、予め符号化側で定めた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームとの設け方に従って、各動作系を切り替えるものである。
【０１０６】
その他の構成要素については、図２に示した音声符号化装置における固定符号帳探索部５の対応する構成要素と同様の動作をするものであるので、ここでは説明を省略する。
【０１０７】
次に、本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の動作について、図５を参照しながら説明する。
本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３では、符号化側で通常の固定符号帳探索処理を行った通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）のタイミングでは、切替制御部４６からの動作指示に従い、符号帳処理部４１で分離部３１から入力される固定符号（Ｂ）に対応する固定符号ベクトルが出力され、切替制御部４６の制御によってスイッチ４５が符号帳処理部４１側に接続されて、符号帳処理部４１から出力された固定符号ベクトルが固定符号ベクトル出力部３３からの固定符号ベクトル出力として外部に出力される。
【０１０８】
そして、この時、符号帳処理部４１から出力された固定符号ベクトルがシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に格納されるが、その際、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に既に記憶されていた過去の代替符号ベクトルは、１サブフレーム分シフトされて新しいて固定符号ベクトルが格納され、過去の固定符号ベクトルが更新されるようになっている。
【０１０９】
一方、符号化側で代替の探索処理を行ったサブフレーム（例えば、偶数サブフレーム）のタイミングでは、切替制御部４６からの動作指示に従い、信号切り出し処理部４３が動作し、信号切り出し処理部４３で適応符号ベクトル出力部３２からのピッチ周期情報を入力し、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２内に格納されているデータ系列を、入力されたピッチ周期の情報分さかのぼった個所から読み出せるようにピッチ周期の情報分シフトさせてから読み出し、代替固定符号ベクトルとして出力する。
【０１１０】
そして、代替固定符号ベクトルは、非同期パルス発生部４４でパルス数がカウントされ、パルス数が０（ゼロ）、又は、予め定めた数より少なく、且つ分離部３１からのピーキネス情報（Ｅ）がピーク性ありの場合に、非周期パルスが強制的に挿入されて補正され、固定符号ベクトルエネルギ調整部４７でエネルギ調整さ、切替制御部４６の制御によってスイッチ４５が信号切り出し処理部４３側に接続されて、代替固定符号ベクトルが固定符号ベクトル出力部３３からの固定符号ベクトル出力として外部に出力される。
【０１１１】
更に、この時（偶数サブフレーム時）非同期パルス発生部４４で補正された代替固定符号ベクトルは、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に格納されるが、その際、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に既に記憶されていた過去の固定符号ベクトル又は代替固定符号ベクトルは、シフトされて記憶されるようになっている。
【０１１２】
尚、図５では、信号切り出し処理部４３から切り出された代替固定符号ベクトルに対して、非同期パルス発生部４４で補正を行い、更に固定符号ベクトルエネルギ調整部４７でエネルギー調整を行う構成としたが、固定符号ベクトルエネルギ調整部４７を省いた構成としても構わない。
【０１１３】
上記説明では、便宜上奇数サブフレームでは符号帳処理部４１からの固定符号ベクトルが出力され、偶数サブフレームでは信号切り出し処理部４３からの代替固定符号ベクトルが現サブフレームにおける固定符号ベクトルとして選択されるように記述してきたが、逆の状態でも動作的には変わらない。
【０１１４】
次に、本発明の音声符号化方法において、通常の最小歪みパルス組み合わせ探索処理を行って探索結果の固定符号を送信する通常処理サブフレームと、固定符号を送信せず、過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを固定符号ベクトルとして用いる代替処理サブフレームとの設け方について、図６を使って説明する。図６は、本発明の音声符号化方法における通常処理サブフレームと代替処理サブフレームとの設け方を示す説明図である。
【０１１５】
ＡＣＥＬＰ方式の音声符号化を行う際に、ＬＰＣ分析を行う単位であるフレームを複数（図６ではＮ個）のサブフレームで構成し、サブフレーム単位で、適応符号帳探索、固定符号帳探索、利得算出を行うものとする。
そして、Ｎ個のサブフレームをＭ（Ｍ≦Ｎ）個のサブフレームのグループに分け、本発明の音声符号化方法では、グループ内のＭ個のサブフレームの内、前半（前より）の一部（例えば１〜Ｌ）（１≦Ｌ＜Ｎ）のサブフレームを、通常の最小歪みパルス組み合わせ探索を行う固定符号帳探索処理を行って探索結果の固定符号を送信する通常処理サブフレームとし、残りのサブフレーム（Ｌ＋１〜Ｍ）を過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを用いる代替処理サブフレームとする。
【０１１６】
最も簡単な例としては、１フレームが２サブフレームで構成されるような場合に、第１サブフレームを通常処理サブフレームとし、第２サブフレームを代替処理サブフレームとする。
また、１フレームが４サブフレームで構成されるような場合に、２サブフレーム毎にグループ分けし、奇数サブフレームを通常処理サブフレームとし、偶数サブフレームを代替サブフレームとしても良いし、４サブフレームを１グループとして第１，２サブフレームを通常処理サブフレームとし、第３，４サブフレームを代替処理サブフレームとしても良い。
【０１１７】
また、１フレームが６サブフレームで構成されるような場合に、３サブフレーム毎にグループ分けし、第１、第４サブフレームを通常処理サブフレームとし、第２、第３、第５、第６サブフレームを代替処理サブフレームとしても良いし、第１，第２、第４，第５サブフレームを通常処理サブフレームとし、第３，第６サブフレームを代替処理サブフレームとしても良い。
【０１１８】
通常処理サブフレームと代替処理サブフレームとの配分を如何にするかは、再生音声精度とビットレート軽減率との兼ね合いであるが、通常処理サブフレームに対して代替処理サブフレームの割合を多くすると、ビットレート軽減率は向上するが、再生音声が劣化する可能性が増えることになり、逆に通常処理サブフレームに対して代替処理サブフレームの割合を少なくすると、再生音声の劣化は少なくなるがビットレート軽減率は余り向上しないことになる。
尚、本発明ではこの通常処理サブフレームと代替処理サブフレームとの具体的な配分方法については限定しないものとする。
【０１１９】
本発明をＤＳＰプログラムなどによりハードウェア上で実現する場合、演算処理量の増加はほとんど生じず、使用メモリについても５００ワード程度の増加のみで済むため、汎用固定小数点演算ＤＳＰで十分実現可能である。
【０１２０】
本発明の音声符号化装置によれば、従来はサブフレーム毎に行っていた固定符号帳探索処理を一部のサブフレーム（通常処理サブフレーム）（例えば奇数サブフレーム）で行って、当該通常処理サブフレームについては探索された固定符号（１７ｂｉｔ）を送信するものとし、残りのサブフレーム（代替処理サブフレーム）（例えば偶数サブフレーム）では、固定符号帳探索処理を行わず、固定符号（１７ｂｉｔ）の代わりにピーク性検出部２５で取得されるＬＰＣ予測残差信号から算出したピーキネス値に基づくピーキネス情報（１ｂｉｔ）を用いて音声符号化データを作成することとしているので、ビットレートを軽減できる効果がある。
その結果、本発明をＧ．７２９（８．０ｋｂｐｓ）に適用した場合、６．４ｋｂｐｓまで低レート化することが可能となる。
【０１２１】
そして、本発明の音声符号化方法では、送信側及び受信側における音声再生の際の代替処理サブフレームの固定符号ベクトルは、記憶されている過去の固定符号ベクトルを用いて、当該サブフレームにおけるピッチ周期の情報に従ってピッチ周期の情報分さかのぼった過去の固定符号ベクトルを切り出した代替固定符号ベクトルを取得して固定符号ベクトルとするので、固定符号帳探索処理の回数を軽減して負荷を軽減できる効果がある。
【０１２２】
また、本発明の音声符号化方法によれば、代替処理サブフレームのタイミングで、過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを用いる際に、代替固定符号ベクトルのパルスをカウントし、パルス数が０（ゼロ）又は特定数以下である場合に、ＬＰＣ予測残差信号から算出したピーキネス情報がピーク有りを示しているような場合に、非周期パルスを強制的に挿入して代替固定符号ベクトルを補正するので、符号化側の再生音声信号における破裂音の品質を改善し、ＡＣＥＬＰ符号化誤差を小さくできる効果がある。
【０１２３】
また、本発明の音声符号化方法によれば、過去の固定符号ベクトルから切り出し、ピーキネス情報に基づいて補正された代替固定符号ベクトルに対して、代替固定符号ベクトルのエネルギーが全てのサブブレームにおいて均一になるように調整するので、再生音声品質を向上できる効果がある。
【０１２４】
本発明の音声符号化方法の実現する音声符号化装置によれば、自乗誤差最小化部８の制御によって、通常処理サブフレーム（例えば奇数サブフレーム）では、固定符号帳探索部５に対して通常の固定符号ベクトル探索を行わせて、探索された固定符号を送信し、代替処理サブフレーム（例えば偶数サブフレーム）では、固定符号を送信しないこととし、固定符号帳探索部５に対して代替の固定符号ベクトル探索処理を行わせ、固定符号帳探索部５における代替の固定符号ベクトル探索処理は、固定符号ベクトル格納バッファ１２及びバッファシフト処理部１４に記憶されている過去の固定符号ベクトルを用いて、当該サブフレームにおけるピッチ周期の情報に従ってピッチ周期の情報分さかのぼった過去の固定符号ベクトルを切り出した代替固定符号ベクトルを固定符号ベクトルとするので、再生音声品質の劣化を極力抑えながら、ビットレートを軽減できる効果がある。
【０１２５】
また、本発明の固定符号帳探索部を用いた音声符号化装置によれば、代替処理サブフレームのタイミングで、信号切り出し処理部１３によって過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを用いる際に、非同期パルス発生部１４で代替固定符号ベクトルのパルスをカウントし、パルス数が０（ゼロ）又は特定数以下である場合に、ＬＰＣ予測残差信号から算出したピーキネス情報がピーク有りを示しているような場合に、非周期パルスを強制的に挿入して代替固定符号ベクトルを補正するので、符号化側の再生音声信号における破裂音の品質を改善し、ＡＣＥＬＰ符号化誤差を小さくできる効果がある。
【０１２６】
また、本発明の固定符号帳探索部を用いた音声符号化装置によれば、信号切り出し処理部１３で求め、非同期パルス発生部１４で補正された代替固定符号ベクトルに対して、固定符号ベクトルエネルギ調整部１７で代替固定符号ベクトルのエネルギーが全てのサブブレームにおいて均一になるように調整するので、再生音声品質を向上できる効果がある。
【０１２７】
また、本発明の音声符号化方法に対応する音声復号化方法によれば、符号化側で通常の固定符号帳探索処理を行った通常処理サブフレーム（例えば奇数サブフレーム）では、受信した固定符号に従って固定符号ベクトルを出力し、代替処理サブフレーム（例えば偶数サブフレーム）では、固定符号が受信されないので、過去の固定符号ベクトルを用いて、当該サブフレームにおけるピッチ周期の情報に従ってピッチ周期の情報分さかのぼった過去の固定符号ベクトルを切り出した代替固定符号ベクトルを固定符号ベクトルとするので、ビットレートを軽減しても、再生音声品質の劣化を極力抑えることができる効果がある。
【０１２８】
また、本発明の音声復号化方法によれば、代替処理サブフレームのタイミングで、過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを用いる際に、代替固定符号ベクトルのパルスをカウントし、パルス数が０（ゼロ）又は特定数以下である場合に、分離されたピーキネス情報がピーク有りを示しているような場合に、非周期パルスを強制的に挿入して代替固定符号ベクトルを補正するので、再生音声信号における破裂音の品質を改善し、ＡＣＥＬＰ復号化誤差を小さくできる効果がある。
【０１２９】
また、本発明の音声復号化方法によれば、過去の固定符号ベクトルから切り出し、ピーキネス情報に基づいて補正された代替固定符号ベクトルに対して、代替固定符号ベクトルのエネルギーが全てのサブブレームにおいて均一になるように調整するので、再生音声品質を向上できる効果がある。
【０１３０】
また、本発明の音声復号化装置によれば、伝送されてくる音声符号化データにおいて、代替処理サブフレームに関しては、固定符号の代わりにピーキネス情報（１ｂｉｔ）が伝送されるので、固定符号ベクトル出力部３３において、過去の固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に記憶しておき、代替処理サブフレーム（例えば偶数）のタイミングでは、信号切り出し処理部４３が適応符号ベクトル出力部３２からのピッチ周期情報に従って、ピッチ周期分さかのぼった過去の固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２から切り出した代替固定符号ベクトルを出力するので、固定符号ベクトルを生成する処理を軽減し、負荷を軽減できる効果がある。
【０１３１】
また、本発明の音声復号化装置によれば、固定符号ベクトル出力部３３において、代替処理サブフレームのタイミングで、過去の固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２から切り出した代替固定符号ベクトルを用いる際に、非同期パルス発生部４４で代替固定符号ベクトルのパルスをカウントし、パルス数が０（ゼロ）又は特定数以下である場合に、伝送されたピーキネス情報がピーク有りを示しているような場合に、非周期パルスを強制的に挿入して代替固定符号ベクトルを補正するので、再生音声信号における破裂音の品質を改善し、再生音声の品質を向上できる効果がある。
【０１３２】
本発明の音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置を用いることにより、ＡＣＥＬＰ方式の音声符号化における固定符号として、サブフレームの一部ではピーキネス情報を送信し、音声再生のための固定符号ベクトルは、過去の固定符号ベクトルを利用した代替固定符号ベクトルを用いることとし、破裂音対策として、代替固定符号ベクトルにパルスが無い又は少ないにも関わらず、ピーキネス情報がピーク有りを示している場合に強制的に非周期パルスを挿入して代替固定符号ベクトルを補正することで、演算量をさほど増加すること無く、ビットレートは削減し、再生音声品質については聴感上僅かな劣化が聞き取れる程度に抑えて、符号化効率或いは伝送効率を向上できる効果がある。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明によれば、入力音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、聴覚重み付け誤差を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルの取得制御方法が、通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳について探索処理を行い、探索処理の結果から固定符号及び固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めて、既に記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルを過去の固定符号ベクトルとして記憶し、代替処理サブフレームでは、固定符号帳の探索処理は行わず、適応符号及びピーキネス情報及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを用い、代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとし、既に記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、代替固定符号ベクトルを過去の固定符号ベクトルとして記憶する音声符号化方法としているので、演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる効果がある。
【０１３４】
本発明によれば、音声符号化データにおける励振信号パラメータに含まれる固定符号又はピーキネス情報に基づいて固定符号ベクトルを取得する方法が、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳を用いて、励振信号パラメータに含まれる固定符号を固定符号帳のインデックスとして、インデックスに対応する固定符号ベクトルを取得し、代替処理サブフレームでは、代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとする音声復号化方法としているので、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる効果がある。
【０１３５】
本発明によれば、ピーク性検出手段が、入力される音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、励振信号パラメータ抽出手段が、通常処理サブフレームでは、固定符号ベクトル出力手段に対して、固定符号帳探索処理を行わせる指示を出力し、適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及び取得した固定符号及び利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、代替処理サブフレームでは、固定符号ベクトル出力手段に対して、代替固定符号ベクトル出力処理を行わせる指示を出力し、適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及びピーク性検出手段で検出されたピーキネス情報及び利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めるように制御し、固定符号ベクトル出力手段が、通常処理サブフレームの場合の動作系と代替処理サブフレームの場合の動作系とを切替制御手段で切り替え、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が固定符号帳探索処理の指示であった場合に、符号帳処理部が固定符号帳を探索して、聴覚重み付け誤差を最小化する固定符号ベクトル及び固定符号ベクトルに対応する固定符号帳のインデックスを検出し、検出された固定符号帳のインデックスを固定符号として出力し、検出された固定符号ベクトルをスイッチを介して外部に出力すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納し、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合に、切り出し処理部がシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力し、非同期パルス発生部が、代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正した代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納し、固定符号ベクトルエネルギ調整部が、補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルをスイッチを介して外部に出力する音声符号化装置としているので、演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる効果がある。
【０１３６】
本発明によれば、固定符号ベクトル出力手段が、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームの場合の動作系と代替処理サブフレームの場合の動作系とを切替制御手段で切り替え、切替制御手段の制御で通常処理サブフレームの場合に、固定符号帳を用いて、分離手段で分離された固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、取得した固定符号ベクトルをスイッチを介して外部に出力すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納し、切替制御手段の制御で代替処理サブフレームの場合に、切り出し処理部がシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力し、非同期パルス発生部が、代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正した代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納し、固定符号ベクトルエネルギ調整部が、補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルをスイッチを介して外部に出力する音声復号化装置としているので、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る音声符号化装置の概略構成ブロック図である。
【図２】本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】破裂音“ｋ”の時間波形（サンプル値）の例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る音声復号化装置の概略構成ブロック図である。
【図５】本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部の内部構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の音声符号化方法における通常サブフレームと代替サブフレームとの設け方を示す説明図である。
【符号の説明】
１…前処理部、 ２…ＬＰＣ分析量子化補間処理部、 ３…聴覚重み付け処理部、 ４…適応符号帳探索部、 ５…固定符号帳探索部、 ６…利得符号帳探索部、 ７…ＬＰＣ合成部、 ８…自乗誤差最小化部、 ９…多重化処理部、 １１…符号帳処理部、 １２…シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ、 １３…信号切り出し処理部、 １４…非同期パルス発生部、 １５…スイッチ、１６…切替制御部、 ２０…加算器、 ２１…乗算器、 ２２…乗算器、 ２３…加算器、 ２５…ピーク性検出部、 ３１…分離部、 ３２…適応符号ベクトル出力部、 ３３…固定符号ベクトル出力部、 ３４…利得ベクトル出力部、３５…乗算器、 ３６…乗算器、 ３７…加算器、 ３８…ＬＰＣ合成部、 ３９…ポストフィルタ、 ４１…符号帳処理部、 ４２…シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ、 ４３…信号切り出し処理部、 ４４…非同期パルス発生部、 ４５…スイッチ、 ４６…切替制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル移動体通信に用いられるディジタル音声圧縮の為の音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置に係り、特に代数的符号励振予測方式による符号化において、再生音声品質の劣化を極力抑えつつ伝送効率を向上できる音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、世界各国で公衆移動体通信に用いられている音声符号化方式は、代数的符号励振予測方式（Ａｌｇｅｂｒａｉｃ Ｃｏｄｅ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：ＡＣＥＬＰ）を基本方式としたものが主流である。
例として挙げるならば、ヨーロッパの移動電話ディジタル符号化の標準であるＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ）で制定されているディジタル音声符号化方式は、ＡＭＲ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ）はＡＣＥＬＰを基本方式としてビットレートを伝送路の状況に合わせて可変させる方式であり、またＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｎｉｏｎ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｓｅｃｔｏｒ）で標準化されているＧ．７２９も、ＡＣＥＬＰを基本方式として利得量子化に共役構造を用いることで伝送路誤りへの耐性および再生音声品質を向上させた方式である。
【０００３】
また、米国のディジタル移動電話のＥＦＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｆｕｌｌ Ｒａｔｅ）もＡＣＥＬＰを基本方式としたディジタル音声符号化方式である。
更に、２００１年より日本でサービスを開始した第３世代におけるディジタル音声符号化方式もＧＳＭで採用されているＡＭＲを参考に制定された可変ビットレート方式であり基本方式はＡＣＥＬＰである。
このように世界的に見て現在公衆移動体通信向けディジタル音声符号化の標準方式として採用されている方式は、そのほとんどがＡＣＥＬＰを基本方式としている。
【０００４】
ＡＣＥＬＰは、フレーム毎に音声信号を分析し、ＣＥＬＰモデルで使用するパラメータである線形予測フィルタ係数（ＬＰＣ係数）、適応符号帳及び固定符号帳のインデックス、利得を抽出し、これらのパラメータを符号化して送信する。そして、復号器においては、受信した上記パラメータを用いて励振信号や合成フィルタのパラメータを再構築し、励振信号を短期合成フィルタに通すことによって音声を再生し、ポストフィルタを通すことによって音声の品質が改善されるようになっている。短期合成フィルタは線形予測（ＬＰ）フィルタを基に構成され、長期すなわちピッチ合成フィルタはいわゆる適応符号帳を用いて実現される。
【０００５】
ＡＣＥＬＰは、ＣＥＬＰにおけるＬＰＣ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｃｏｄｉｎｇ）フィルタを駆動する音源信号として、パルスの組み合わせを用いる方式であり、符号帳と呼ばれるベクトル量子化コードブックを用いる従来のＣＥＬＰ方式と比較して、音源信号の探索に必要な演算量の低減と音声品質の改善が実現されている。
【０００６】
ＡＣＥＬＰはパルスの組み合わせにより音源信号を表現する方式であるが、以下の点がＡＣＥＬＰの特徴である。
（１）パルスの位置は各パルス毎に予め限定して定めてある複数個の候補から最適な一つのパルス位置をパルス毎に探索する。表１に参考としてＩＴＵ−Ｔ標準Ｇ．７２９のパルス位置表を示すが、ＩＴＵ−Ｔ標準Ｇ．７２９では、５ｍｓのサブフレームにおけるパルス数が４つで、４０サンプルを重複することなくカバーするパルス位置構成を持っている。
【０００７】
【表１】
（２）パルスの振幅は極性（±）のみを１ｂｉｔで表現する。これにより送信情報量を低減している。
（３）パルス位置探索は極性を決定した後に、全ての候補に対して総組み合わせ探索を実施し、最小歪みを実現するパルス位置の組み合わせを選択する。
【０００９】
即ち、表１に示したように、パルス番号１，２，３に対しては、それぞれパルス位置として８この位置候補が割り当てられているので、それぞれ３ｂｉｔで位置を表すことができ、パルス番号４に対しては、パルス位置として１６この位置候補が割り当てられているので、４ｂｉｔで位置を表すことができる。従って、各サブフレームの４つのパルスの位置情報は１３ｂｉｔで表され、これに加えて４つのパルスのそれぞれの極性を１ｂｉｔで表しているので、サブフレーム毎に１７ｂｉｔで固定符号を表すようになっている。
【００１０】
Ｇ．７２９の音声品質は、クリーン環境、背景雑音環境および話者依存性等の面で、Ｇ．７２６の適応差分ＰＣＭ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＡＤＰＣＭ）と同等以上であることが確認されている。
【００１１】
現在、ＡＣＥＬＰを低ビットレート化する場合の方法として実施されている手法として、パルス数を削減する方法や、パルス位置候補を間引きするなどの方法が考案されており、これらの方法が４ｋｂｐｓ〜８ｋｂｐｓの方式として採用されている。
【００１２】
一例としてＧ．７２９ＡｎｎｅｘＤが挙げられる。このＧ．７２９ＡｎｎｅｘＤは５ｍｓのサブフレームにおけるパルス数を２つとして、パルス数の減少による音声品質の劣化に対しては後処理にパルス拡散フィルタを追加することによって補い、６．４ｋｂｐｓのビットレートを実現している。
また、ＡＭＲの低ビットレート方式でも１サブフレームにおけるパルス数を２つとし、かつパルス位置候補を１サンプルおきに配置して最小歪み探索を行うことで５．１５ｋｂｐｓや４．７５ｋｂｐｓを実現している。
【００１３】
尚、ＡＣＥＬＰ方式における音声符号化方法の従来技術としては、平成１０年１１月２４日公開の特開平１０−３１２１９８号「音声符号化方法」（出願人：日本電信電話株式会社、発明者：林 伸二他）がある。
この従来技術は、雑音成分ベクトルの符号化において、各フレームを構成する２つのサブフレームに対し、雑音符号帳を構成する各雑音ベクトルをサブフレーム毎に３つ以下の単位振幅のパルスで構成し、それらの位置を各サブフレーム内で予め決めた取りうる複数の位置から歪みが最小となるように決める音声符号化方法であり、これにより、音声品質を劣化させずにビットレートを低減できるものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の音声符号化方法及び音声符号化装置では、パルス数の減少による音声品質の劣化に対してパルス拡散フィルタを追加すると演算量が増加してしまうという問題点があり、また、パルス位置候補の間引きでは再生音声品質が劣化するという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、演算量を増加することなく、再生音声品質劣化を極力抑え、ビットレートを軽減できるＡＣＥＬＰ方式における音声符号化方法及び音声符号化装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、音声符号化方法において、１フレームを複数のサブフレームで構成する入力音声信号について、フレーム単位で音声信号を分析して線形予測フィルタ係数を求め、前記入力音声信号と合成された再生音声信号との誤差信号に対して聴覚重み付けした聴覚重み付け誤差を求め、サブフレーム単位で前記聴覚重み付け誤差を最小化するような適応符号及び固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得とを取得して励振信号パラメータとし、前記フレーム単位の線形予測フィルタ係数と前記サブフレーム単位の励振信号パラメータとを音声符号化データとすると共に、前記取得した励振信号パラメータの適応符号に基づく適応符号ベクトル及び固定符号に基づく固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成し、前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数を用いて再生音声信号を合成する代数的符号励振予測方式の音声符号化方法であって、
前記入力音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、
前記聴覚重み付け誤差を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルの取得制御方法が、
前記フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、前記グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、
前記通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳について探索処理を行い、前記探索処理の結果から固定符号及び前記固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号及び前記取得した固定符号及び前記適応符号利得及び前記固定符号利得を励振信号パラメータに含めて、
前記代替処理サブフレームでは、前記固定符号帳の探索処理は行わず、前記適応符号及び前記ピーキネス情報及び前記適応符号利得及び前記固定符号利得を励振信号パラメータに含め、記憶されている過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを用い、前記代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つ前記ピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを前記代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとするものなので、
演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる。
【００１７】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、音声復号化方法において、
本発明の音声符号化方法で符号化された音声符号化データについて、前記音声符号化データにおける励振信号パラメータに含まれる適応符号に基づく適応符号ベクトル及び固定符号又はピーキネス情報に基づく固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び前記励振信号パラメータに含まれる適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成し、前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数を用いて音声信号を再生する音声復号化方法であって、
前記励振信号パラメータに含まれる固定符号又はピーキネス情報に基づいて固定符号ベクトルを取得する方法が、
音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、
前記通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳を用いて、前記励振信号パラメータに含まれる固定符号を前記固定符号帳のインデックスとして、前記インデックスに対応する固定符号ベクトルを取得し、
前記代替処理サブフレームでは、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを用い、前記代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つ前記ピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを前記代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとするものなので、
ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる。
【００１８】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、音声符号化装置において、
１フレームを複数のサブフレームで構成する音声信号を入力し、フレーム単位で前記音声信号を線形予測分析して線形予測フィルタ係数を求める線形予測分析手段と、
前記音声信号と合成された再生音声信号との誤差信号を求める減算手段と、
前記誤差信号に聴覚重み付けを行い聴覚重み付け誤差信号を出力する聴覚重み付け手段と、
前記聴覚重み付け誤差信号を入力し、サブフレーム単位で、前記聴覚重み付け誤差を最小化するような、適応符号及び固定符号と適応符号利得及び固定符号利得とを取得するための制御を行い、取得された適応符号及び固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータとして出力する励振信号パラメータ抽出手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段の制御に従い、過去の駆動音源信号から前記聴覚重み付け誤差信号を最小化するようなピッチ周期を検出し、前記検出されたピッチ周期の情報を適応符号として出力すると共に、前記ピッチ周期の情報と過去の駆動音源信号から求めた適応符号ベクトルを出力する適応符号ベクトル出力手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段の制御に従い、前記聴覚重み付け誤差信号を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトル出力手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの制御に従い、前記適応符号ベクトルに関する適応符号利得と、前記固定符号ベクトルに関する固定符号利得とを求めて出力する利得出力手段と、
前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号ベクトルと、前記固定符号ベクトル出力手段からの固定符号ベクトルと、前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成する駆動音源信号生成手段と、
前記駆動音源信号と、前記線形予測分析手段からの線形予測フィルタ係数に基づいて再生音声信号を合成する再生音声合成手段と、
前記入力される音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出するピーク性検出手段とを備え、
前記励振信号パラメータ抽出手段が、
前記フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、前記グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、
前記通常処理サブフレームでは、前記固定符号ベクトル出力手段に対して、固定符号帳探索処理を行わせる指示を出力し、前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及び前記取得した固定符号及び前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、
前記代替処理サブフレームでは、前記固定符号ベクトル出力手段に対して、代替固定符号ベクトル出力処理を行わせる指示を出力し、前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及び前記ピーク性検出手段で検出されたピーキネス情報及び前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含める励振信号パラメータ抽出手段であり、
前記固定符号ベクトル出力手段が、
過去の固定符号ベクトルを記憶し、シフト可能なシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファと、
前記通常処理サブフレームの場合の動作系と前記代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、
励振信号パラメータ抽出手段からの指示が固定符号帳探索処理の指示であった場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を探索して、前記聴覚重み付け誤差を最小化する固定符号ベクトル及び前記固定符号ベクトルに対応する固定符号帳のインデックスを検出し、前記検出された固定符号帳のインデックスを固定符号として出力し、前記検出された固定符号ベクトルを出力すると共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルを、サブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記取得した固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、
前記信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記補正した代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、
前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が通常の探索処理の指示であった場合に、前記符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替の探索処理の指示であった場合に、前記固定符号ベクトルエネルギ調整部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有する固定符号ベクトル出力手段であるものなので、
演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる。
【００１９】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、音声復号化装置において、
本発明の音声符号化装置で符号化された音声符号化データから適応符号と、固定符号又はピーキネス情報と、適応符号及び固定符号の利得と、線形予測フィルタ係数とを分離する分離手段と、
前記分離された適応符号を復号してピッチ周期の情報を出力すると共に、前記ピッチ周期の情報に基づき過去の駆動音源信号から適応符号ベクトルを出力する適応符号ベクトル出力手段と、
前記分離された固定符号又はピーキネス情報に基づき、固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトル出力手段と、
前記分離された適応符号及び固定符号の利得に基づき適応符号帳利得及び固定符号帳利得を出力する利得ベクトル出力手段と、
前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び前記適応符号帳利得及び前記固定符号帳利得とから駆動音源信号を生成する駆動音源信号生成手段と、
前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数とから音声信号を再生する音声再生手段とを備え、
前記固定符号ベクトル出力手段が、
過去の固定符号ベクトルを記憶し、シフト可能なシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファと、
音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、
前記通常処理サブフレームの場合の動作系と前記代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、
前記切替制御手段の制御で前記通常処理サブフレームの場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を用いて、前記分離手段で分離された固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルを、サブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記取得した固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、
前記切替制御手段の制御で前記代替処理サブフレームの場合に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、前記適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、
前記信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正するとと共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記補正された代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、
前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、
前記切替制御手段の制御で、前記通常処理サブフレームの場合に前記符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、前記代替処理サブフレームの場合に前記切り出し処理部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有する固定符号ベクトル出力手段であるものなので、
ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、以下で説明する機能実現手段は、当該機能を実現できる手段であれば、どのような回路又は装置であっても構わず、また機能の一部又は全部をソフトウェアで実現することも可能である。更に、機能実現手段を複数の回路によって実現してもよく、複数の機能実現手段を単一の回路で実現してもよい。
【００２１】
上位概念的に説明すれば、本発明に係る音声符号化方法及び音声符号化装置は、入力音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、聴覚重み付け誤差を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルの取得制御方法が、フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳について探索処理を行い、探索処理の結果から固定符号及び固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めて、代替処理サブフレームでは、固定符号帳の探索処理は行わず、固定符号の代わりにピーキネス情報を励振信号パラメータに含め、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、ピーキネス情報に基づく補正を施し、更にエネルギー調整をしてから固定符号ベクトルとする取得制御方法であるので、演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる。
【００２２】
また、本発明に係る音声復号化方法及び音声復号化装置は、本発明の音声符号化方法で符号化された音声符号化データにおける励振信号パラメータに含まれる固定符号又はピーキネス情報に基づいて固定符号ベクトルを取得する方法が、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳を用いて、励振信号パラメータに含まれる固定符号を固定符号帳のインデックスとして、インデックスに対応する固定符号ベクトルを取得し、代替処理サブフレームでは、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、ピーキネス情報に基づく補正を施し、更にエネルギー調整をしてから固定符号ベクトルとする取得方法であるので、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる。
【００２３】
機能実現手段で説明すれば、本発明に係る音声符号化方法及び音声符号化装置は、ピーク性検出手段が入力される音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、励振信号パラメータ抽出手段が、フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、通常処理サブフレームでは、固定符号ベクトル出力手段に対して、固定符号帳探索処理を行わせる指示を出力し、固定符号ベクトル出力手段から出力される適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、代替処理サブフレームでは、固定符号ベクトル出力手段に対して、代替固定符号ベクトル出力処理を行わせる指示を出力し、適応符号及びピーキネス情報及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めることとし、固定符号ベクトル出力手段が、過去の固定符号ベクトルを記憶する固定符号ベクトル格納バッファと、固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトするためのバッファシフト処理部と、通常処理サブフレームの場合の動作系と代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が固定符号帳探索処理の指示であった場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を探索して、聴覚重み付け誤差を最小化する固定符号ベクトル及び固定符号ベクトルに対応する固定符号帳のインデックスを検出し、検出された固定符号帳のインデックスを固定符号として出力し、検出された固定符号ベクトルを出力すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正された代替固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が通常の探索処理の指示であった場合に、符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替の探索処理の指示であった場合に、固定符号ベクトルエネルギ調整部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有するものなので、演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる。
【００２４】
また、本発明に係る音声復号化方法及び音声復号化装置は、固定符号ベクトル出力手段が、過去の固定符号ベクトルを記憶し、シフト可能なシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファと、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームの場合の動作系と代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、切替制御手段の制御で通常処理サブフレームの場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を用いて、分離手段で分離された固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルを、サブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、切替制御手段の制御で代替処理サブフレームの場合に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正するとと共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正された代替固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、切替制御手段の制御で、通常処理サブフレームの場合に符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、代替処理サブフレームの場合に切り出し処理部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有する固定符号ベクトル出力手段であるものなので、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる。
【００２５】
尚、本発明の実施の形態における音声符号化側の主要な各手段と図１の各部との対応を示すと、ピーク性検出手段はピーク性検出部２５に相当し、励振信号パラメータ抽出手段は自乗誤差最小化部８に相当し、適応符号ベクトル出力手段は適応符号帳探索部４に相当し、固定符号ベクトル出力手段は固定符号帳探索部５に相当し、利得出力手段は利得符号帳探索部６に相当し、駆動音源信号生成手段は乗算器２１、乗算器２２、加算器２３に相当し、再生音声合成手段はＬＰＣ合成部７に相当している。
【００２６】
また、固定符号ベクトル出力手段内の各構成要素と図２の各部との対応を示すと、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファがシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に、切替制御手段が切替制御部１６に相当し、符号帳処理部が符号帳処理部１１に、切り出し処理部が信号切り出し処理部１３に、固定符号ベクトルエネルギ調整部が固定符号ベクトルエネルギ調整部１７に、スイッチがスイッチ１５に相当している。
【００２７】
また、本発明の実施の形態における音声復号化側の主要な各手段と図４の各部との対応を示すと、分離手段が分離部３１に、適応符号ベクトル出力手段が適応符号ベクトル出力部３２に、固定符号ベクトル出力手段が固定符号ベクトル出力部３３に、利得ベクトル出力手段が利得ベクトル出力部３４に、駆動音源信号生成手段が乗算器３５、乗算器３６，加算器３７に、音声再生手段がＬＰＣ合成部３８、ポストフィルタ３９に相当している。
【００２８】
そして、固定符号ベクトル出力手段内の各構成要素と、図５の各部との対応を示すと、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファがシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に、切替制御手段が切替制御部４６に相当し、符号帳処理部が符号帳処理部４１に、切り出し処理部が信号切り出し処理部４３に、固定符号ベクトルエネルギ調整部が固定符号ベクトルエネルギ調整部４７に、スイッチがスイッチ４５に相当している。
【００２９】
まず、本発明に係る代数的符号励振予測方式（ＡＣＥＬＰ）の音声符号化装置の概略構成例について図１を使って説明する。図１は、本発明に係る音声符号化装置の概略構成ブロック図である。
本実施の形態に係る音声符号化装置は、図１に示すように、前処理部１と、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２と、聴覚重み付け処理部３と、適応符号帳探索部４と、固定符号帳探索部５と、利得符号帳探索部６と、ＬＰＣ合成部７と、自乗誤差最小化部８と、多重化処理部９と、ピーク性検出部２５とから構成されている。
尚、図には示していないが、フレームタイミング、サブフレームタイミングに従って、各部の動作をトータルに制御するようなタイミング制御部が音声符号化装置全体を制御している。
【００３０】
本発明の音声符号化装置の各部について簡単に説明する。
前処理部１は、信号のスケーリングと高域通過フィルタリングを行うものである。
ＬＰＣ分析量子化補間処理部２は、１フレーム毎に線形予測（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：ＬＰ）分析を行ってＬＰフィルタ係数（ＬＰＣ係数）の算出を行い、算出されたＬＰＣ係数を線スペクトル対（Ｌｉｎｅａｒ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｐａｉｒ：ＬＳＰ）に変換して量子化し、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）を出力すると共に、更に補間して、量子化及び補間結果に基づいて逆変換されたＬＰＣ係数を出力するものである。
【００３１】
ピーク性検出部２５は、前処理部１で前処理された音声信号及びＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数を入力し、ＬＰＣ予測残差信号を計算した後、ピーキネス値ｐを計算により求め、それが予め定められた閾値（例えば１．３４）と比較して大きければピーキネス情報（Ｅ）を１に設定し、そうでなければ０に設定して出力するものである。
【００３２】
ここで、ピーキネス値ｐとは、信号中にピークをもつパルス的な成分（スパイクという）が存在する可能性を表すパラメータであり、文献１（Ｄ．Ｔｈｏｍｓｏｎ ａｎｄ Ｄ．Ｐｒｅｚａｓ，ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＭＯＤＥＬＩＮＧ ＯＦ ＴＨＥ ＬＰＣ ＲＥＳＩＤＵＡＬ ＤＵＲＩＮＧ ＵＮＶＯＩＣＥＤ ＦＲＡＭＥＳ：ＷＨＩＴＥ ＮＯＩＳＥ ＯＲ ＰＵＬＳＥ ＥＸＣＩＴＡＴＩＯＮ，Ｐｒｏｃ．ＩＣＡＳＳＰ，ｐｐ．３０８７−３０９０，１９８６）より［数１］で与えられる。
【００３３】
【数１】
［数１］において、Ｎは１サブフレーム中のサンプル数、ｅｎは残差信号である。［数１］において分子は分母に比べ大きな値の影響を受けやすいので、ｐは残差信号中に大きなスパイクが存在する時に大きな値となる。
従って、ピーキネス値ｐが大きいほど、そのフレームが破裂音フレームである可能性が大きくなる。なぜなら、破裂音のフレームでは、部分的にスパイク（鋭いピーク）を持つが、その他の部分は、白色雑音に近い性質の信号になっているためである。
尚、ピーク性検出部２５で求めたピーキネス情報（Ｅ）は、後述する多重化処理部９で他のデータ共に多重化され、ビットストリーム化されて送信されると共に、後述する固定符号帳探索部５で使用されることになる。
【００３５】
加算器２０は、前処理が施された音声入力信号と、前フレームの再生音声信号との差分を取って、誤差信号を出力するものである。
聴覚重み付け処理部３は、入力される誤差信号に対し、サブフレーム単位でＬＰＣ係数を用いて聴覚重み付け処理（公知の技術）を行い、聴覚重み付け誤差信号を出力するものである。
【００３６】
適応符号帳探索部４は、サブフレーム毎に、ピッチ周期成分を探索するもので、具体的には、後述する自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、過去の駆動音源信号に対してある遅延（ピッチ周期）だけさかのぼり、その点からサブフレーム長のサンプルを切り出して現サブフレームに充当し、これに基づいて作成された再生音声信号と入力音声信号との誤差が最小となるピッチ周期を検出し、検出されたピッチ周期の情報を適応符号（Ａ）として自乗誤差最小化部８に出力する。
また、検出されたピッチ周期を元に過去の駆動音源信号からサブフレームにおけるサンプル数分の波形信号を切り出し、適応符号ベクトルとして利得算出のために利得符号帳探索部６へ出力すると共に、過去の駆動音源信号生成の為にも出力する。
【００３７】
固定符号帳探索部５は、サブフレーム毎に、ピッチ周期成分以外のランダムな成分を探索するもので、入力音声信号から前記適応符号帳探索部４で検出されたピッチ周期及び後述する利得符号帳探索部６で算出された適応符号帳利得に基づく適応符号ベクトル寄与分を減算した目標信号に対して探索を行う。
具体的には、予め候補配置を定められた複数のパルスに関するパルスの組み合わせベクトル（固定符号ベクトル）を固定符号帳として保持し、後述する自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、固定符号帳のインデックス候補に対応する複数のパルスに極性を与え、パルス波形信号を固定符号ベクトルとして出力し、当該固定ベクトルに基づいて作成された再生音声信号と上記目標信号との自乗誤差が最小化されるような固定符号帳のインデックスを検出し、固定符号帳のインデックスを固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力する。
【００３８】
また、検出された固定符号帳のインデックスに対応する複数のパルスから成るパルス波形信号を固定符号ベクトルとし、利得算出のために重み付けを行った重み付け固定符号ベクトルを利得符号帳探索部６へ出力すると共に、固定符号ベクトルを過去の駆動音源信号生成の為にも出力する。
尚、本発明の固定符号帳探索部５では、自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、固定符号ベクトルを出力する方法が従来とは異なっているが、詳細は後述する。
【００３９】
利得符号帳探索部６は、後述する自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、適応符号帳探索部４から入力される適応符号ベクトルと固定符号帳探索部５からの（重み付け）固定符号ベクトルより、入力音声と再生音声との重み付け平均自乗誤差を最小にする適応符号帳利得および固定符号帳利得を求め、利得符号として自乗誤差最小化部８に出力する。
また、検出された適応符号帳利得および固定符号帳利得を過去の駆動音源信号生成の為にも出力する。
【００４０】
自乗誤差最小化部８は、聴覚重み付け処理部３で重み付けされた聴覚重み付け誤差信号を入力し、聴覚重み付け誤差を最小にするような各符号を探索するように適応符号帳探索部４、固定符号帳探索部５、利得符号帳探索部６に制御信号を出力し、各々における探索結果である聴覚重み付け誤差を最小とするような適応符号帳のインデックスである適応符号（Ａ）、固定符号帳のインデックスである固定符号（Ｂ）、適応符号利得及び固定符号利得からなる利得符号（Ｃ）を受け取って、励振パラメータとして多重化処理部９に出力するものである。
尚、本発明の自乗誤差最小化部８では、固定符号帳探索部５への制御方法が従来とは異なっているが、詳細は後述する。
【００４１】
乗算器２１は、適応符号帳探索部４から出力される適応符号化ベクトルと、利得符号帳探索部６から出力される適応符号利得との乗算を行うものである。
乗算器２２は、固定符号帳探索部５から出力される固定符号化ベクトルと、利得符号帳探索部６から出力される固定符号利得との乗算を行うものである。
加算器２３は、乗算器２１から出力される適応符号化ベクトルと適応符号利得との乗算結果と、乗算器２２から出力される固定符号化ベクトルと固定符号利得との乗算結果とを加算して、駆動音源信号を出力するものである。
【００４２】
ＬＰＣ合成部７は、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数、及び加算器２３から出力される駆動音源信号により音声信号を再生し、符号化側における再生音声信号を出力するものである。
【００４３】
多重化処理部９は、自乗誤差最小化部８からの適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）から成る励振信号パラメータと、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２からのＬＳＰ係数の符号（Ｄ）を多重化して、ビットストリーム化し、音声符号化データとして送信するものである。
尚、本発明における多重化処理部９の特徴として、フレームを構成する複数のサブフレームの中で、一部のサブフレーム（例えば、偶数フレーム、但し奇数フレームでも良い）においては、固定符号（Ｂ）の代わりにピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）を用いて多重化するようになっている。詳細は後述する。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る音声符号化装置の一般的なＡＣＥＬＰ方式の基本動作について図１を使って説明する。
本発明の音声符号化装置では、一般的なＡＣＥＬＰ方式の基本動作として、送信する音声信号が入力されると、前処理部１でスケーリング及び高域通過フィルタリングの前処理が施され、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２でＬＰＣ分析され、ＬＳＰ係数に変換されて量子化され、補間されて、ＬＰＣ係数とＬＳＰ係数の符号（Ｄ）とが出力される。
【００４５】
また、本発明の特徴部分動作として、前処理部１から出力された前処理後の音声信号は、ピーク性検出部２５に入力され、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数を用いてＬＰＣ予測残差信号が算出され、ピーキネス値ｐが算出されて、閾値判断により、信号中にピークをもつパルス的な成分（スパイクという）が存在するか否かを示すピーキネス情報（Ｅ）が生成されて出力される。
【００４６】
一方、前処理部１から出力された前処理後の音声信号は、加算器２０で１フレーム前の符号化側における再生音声信号との差分が取られて誤差信号が出力され、聴覚重み付け処理部３において、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２からのＬＰＣ係数を用いて誤差信号に聴覚重み付けが為され、聴覚重み付け誤差信号が自乗誤差最小化部８に入力される。
【００４７】
自乗誤差最小化部８では、まず適応符号帳探索部４に対して聴覚重み付け誤差を最小にするようなピッチ周期の適応符号を探索する指示の制御信号（図では点線矢印）を出力し、適応符号帳探索部４で誤差信号が最小となるピッチ周期が検出され、検出されたピッチ周期の情報が適応符号（Ａ）として自乗誤差最小化部８に出力される。また、検出されたピッチ周期を元に過去の駆動音源信号からサブフレームにおけるサンプル数分の信号を切り出した適応符号ベクトルが出力される。
【００４８】
そして、自乗誤差最小化部８では、利得符号帳探索部６に対して適応符号の利得算出を指示する制御信号（図では点線矢印）が出力され、利得符号帳探索部６で、適応符号帳探索部４から出力される適応符号ベクトルより、適応符号帳利得が求められて出力される。
【００４９】
次に、自乗誤差最小化部８では、通常動作としては、固定符号帳探索部５に対して入力音声信号から適応符号ベクトル寄与分を減算した目標信号に対して聴覚重み付け誤差を最小にするような固定符号を探索する指示の制御信号（図では点線矢印）を出力し、固定符号帳探索部５で誤差信号が最小となる固定符号帳インデックスが固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力される。
【００５０】
尚、ここで本発明の特徴部分動作としては、自乗誤差最小化部８では、固定符号帳探索部５における固定符号帳探索を簡単にするために、フレームを構成する一部サブフレームにおいては、上記通常通りの動作を行わず代替の処理を行わせることになるが、詳細は後述する。
【００５１】
そして、自乗誤差最小化部８では、利得符号帳探索部６に対して固定符号の利得算出を指示する制御信号（図では点線矢印）が出力され、利得符号帳探索部６では、固定符号帳探索部５から入力される重み付け固定符号ベクトルより、固定符号帳利得が求められ、既に求めた適応符号帳利得と固定符号帳利得とが利得符号として自乗誤差最小化部８に出力される。
【００５２】
上記動作の結果、自乗誤差最小化部８では、サブフレーム毎に聴覚重み付け誤差を最小化する適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）から成る励振信号パラメータが決定されて多重化処理部９に出力され、多重化処理部９ではフレーム毎にＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数と、サブフレーム毎に自乗誤差最小化部８から出力される励振信号パラメータが多重化されて、ビットストリーム化されて送信される。
尚、本発明の特徴部分として、一部サブフレームでは、固定符号（Ｂ）の代わりにピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）が励振信号パラメータとして多重化されるが、詳細は後述する。
【００５３】
そして、サブフレームにおける励振信号パラメータが決定されると、適応符号帳探索部４からの適応符号ベクトルと利得符号帳探索部６からの適応符号帳利得とが乗算器２１で乗算され、固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトルと利得符号帳探索部６からの固定符号帳利得とが乗算器２２で乗算され、乗算器２１の乗算結果と乗算器２２の乗算結果とが加算器２３で加算されて、１サブフレーム前の駆動音源信号として出力される。
【００５４】
駆動音源信号は、適応符号帳探索部４に入力されて、次のサブフレームのピッチ周期検出に用いられると共に、ＬＰＣ合成部７に入力され、ＬＰＣ合成部７でＬＰＣ分析量子化補間処理部２から出力されるＬＰＣ係数と駆動音源信号により音声信号を再生され、符号化側における再生音声信号として出力され、加算器２０で入力音声信号との差分が取られるようになっている。
【００５５】
上記図１を用いて説明した動作が、本発明の前提となる代数的符号励振予測方式（ＡＣＥＬＰ）の音声符号化装置の一般的な動作であるが、本発明の特徴部分は、励振パラメータ中の固定符号の取り扱い、及びそれに伴う固定符号ベクトルの取得方法が従来のそれとは異なっている。
【００５６】
具体的に説明すると、従来ＡＣＥＬＰ方式の音声符号化方法において、サブフレーム毎に行っていた固定符号帳の探索処理による固定符号及び固定符号ベクトルの取得を、本発明ではフレーム内の一部のサブフレームのみで行うものとし、残りのサブフレームでは、固定符号帳の探索処理による固定符号及び固定符号ベクトルの取得を行わないようにし、固定符号の代わりに、当該サブフレームについてピーク性検出部２５で検出されたピーキネス情報（Ｅ）を励振信号パラメータとして音声符号化データとすることとし、固定符号帳の探索処理による固定符号及び固定符号ベクトルの取得を行わないようにするものである。
【００５７】
ここで、従来通りの固定符号帳の探索処理により固定符号及び固定符号ベクトルの取得を行うサブフレームを通常処理サブフレームと呼び、固定符号（Ｂ）の代わりにピーキネス情報（Ｅ）を用いるに当たり固定符号帳の探索処理による固定符号及び固定符号ベクトルの取得を行わないサブフレームを代替処理サブフレームと呼んで、以降説明する。
尚、フレーム内の複数サブフレームを、どの様に通常処理サブフレームと代替処理サブフレームに割り振るかに付いては、後で詳しく述べることにする。
【００５８】
即ち、本発明の音声符号化方法では、フレームを構成する複数のサブフレームの内、通常処理サブフレームでは従来通りの固定符号帳の探索処理により固定符号の取得を行って、適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めて音声符号化データを作成し、代替処理サブフレームでは、固定符号帳の探索処理による固定符号の取得を行わず、適応符号及びピーキネス情報及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータとして音声符号化データを作成する。
これにより、代替サブフレームにおいて固定符号（通常、１７ビット）の代わりにピーキネス情報（１ビット）を用いるのでデータ量を軽減し、ビットレートを軽減できるものである。
【００５９】
そして、本発明の音声符号化方法では、代替処理サブフレームにおいて通常の固定符号帳の探索処理による固定符号の取得を行わないために、固定符号ベクトルが生成されず再生音声の品質劣化を招かないように、代替固定符号ベクトル出力処理として、過去の固定符号ベクトルを蓄積記憶しておき、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおける遅延（ピッチ周期）に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、取得した代替固定符号ベクトルに対してピーキネス情報に基づく補正を行い、更にエネルギー調整を行ってから、固定符号ベクトルとして出力するようにするものである。
【００６０】
また、本発明の音声符号化方法に対応した音声復号化方法では、音声符号化データ中で、代替処理サブフレームにおいて固定符号のデータの代わりにピーキネス情報が存在するため、固定符号ベクトルが生成されず再生音声の品質劣化を招かないように、符号化の場合と同様に、代替固定符号ベクトル出力処理として、過去の固定符号ベクトルを蓄積記憶しておき、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおける遅延（ピッチ周期）に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、この代替固定符号ベクトルに対してピーキネス情報に基づく補正を行い、更にエネルギー調整を行ってから、固定符号ベクトルとして出力するようにするものである。
【００６１】
上記説明した本発明の音声符号化方法を実現するために、本発明の音声符号化装置では、図１に示したＡＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の一般的な構成において、多重化処理部９の動作と、自乗誤差最小化部８の動作と、固定符号帳探索部５の内容が従来のものとは異なっている。
尚、本発明では、通常処理サブフレームと代替処理サブフレームの設け方を限定するものではないが、１つの例として、通常処理サブフレームと代替処理サブフレームを交互に設ける場合、即ち、通常処理サブフレームを奇数サブフレームとし、代替処理サブフレームを偶数サブフレームとした例で、以降説明する。
【００６２】
本発明の自乗誤差最小化部８は、聴覚重み付け誤差信号を最小にするような適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）を取得する制御を行うものであるが、特に固定符号を取得する制御において、通常処理サブフレーム（例えば奇数サブフレーム）のタイミングでは、固定符号帳探索部５に対して通常通りの手順で固定符号帳探索を行わせる固定符号帳探索処理の指示を出力して、聴覚重み付け誤差信号が最小となる固定符号帳のインデックスを探索させ、固定符号帳探索部５から出力される固定符号を受け取って、適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めて音声符号化データとして送信する制御を行う。
【００６３】
そして、代替処理サブフレーム（例えば偶数サブフレーム）のタイミングでは、固定符号帳探索部５に対して固定符号帳の探索処理は行わせず、固定符号を励振パラメータに含めず、適応符号及び適応符号利得及び固定符号利得だけを励振信号パラメータに含めて多重化処理部９に出力し、固定符号帳探索部５には代替の固定符号ベクトルを出力させる代替固定符号ベクトル出力処理の指示を行うようになっている。
【００６４】
また、本発明の多重化処理部９は、上記説明した通常処理サブフレームでは、自乗誤差最小化部８からの適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）から成る励振信号パラメータと、ＬＰＣ分析量子化補間処理部２からのＬＳＰ係数の符号（Ｄ）を多重化し、代替処理サブフレームでは、自乗誤差最小化部８からの適応符号（Ａ）とピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）と利得符号（Ｃ）とから成る励振信号パラメータと、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）を多重化し、音声符号化データとするようになっている。
【００６５】
尚、ピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）を自乗誤差最小化部８に入力するようにして、自乗誤差最小化部８の制御によって、通常処理サブフレームでは、適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）、利得符号（Ｃ）から成る励振信号パラメータを多重化処理部９に出力し、代替処理サブフレームでは、適応符号（Ａ）とピーク性検出部２５からのピーキネス情報（Ｅ）と利得符号（Ｃ）とから成る励振信号パラメータを多重化処理部９に出力するようにしても構わない。
それにより、本発明の特徴的な制御を自乗誤差最小化部８に特化し、多重化処理部９は従来のままの構成を使用することができる。
【００６６】
本発明の固定符号帳探索部５は、自乗誤差最小化部８からの制御指示に従い、通常処理サブフレームのタイミングでは固定符号帳探索処理の指示を受けて、従来通り固定符号帳を探索して、固定符号ベクトル及び固定符号を取得する処理を行う。
また、代替処理サブフレームのタイミングでは、代替固定符号ベクトル出力処理の指示を受けて、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、この代替固定符号ベクトルに対してピーキネス情報に基づく補正を行い、更にエネルギー調整を行ってから、固定符号ベクトルとして出力するようにするものである。
【００６７】
ここで、本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部５の内部構成例について、図２を使って説明する。図２は、本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部５の内部構成を示すブロック図である。
本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部５の内部は、図２に示すように、符号帳処理部１１と、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２と、信号切り出し処理部１３と、非同期パルス発生部１４と、スイッチ１５と、切替制御部１６と、固定符号ベクトルエネルギ調整部１７とから構成されている。
【００６８】
各部について説明する。
符号帳処理部１１は、予め候補配置を定められた複数のパルスに関するパルスの組み合わせベクトルを保持している固定符号帳を備えており、自乗誤差最小化部８からの制御信号に従って、自乗誤差最小化部８からの指示が通常の探索処理の指示であった場合には、固定符号帳の中で、聴覚重み付け誤差を最小にするようなベクトルのインデックスを検出する最小歪みパルス組み合わせ探索処理を行い、固定符号帳のインデックスを固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力すると共に、検出された固定符号帳のインデックスに対応するパルス波形信号を固定符号ベクトルとして出力するものである。
【００６９】
尚、従来の音声符号化装置における固定符号帳探索部５では、この符号帳処理部１１における最小歪みパルス組み合わせ探索処理をサブフレーム毎に行っていたが、本発明の固定符号帳探索部５では、フレームを構成する複数サブフレームの内の通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）で最小歪みパルス組み合わせ探索処理を行うようにしている点が特徴である。
【００７０】
シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２は、符号帳処理部１１から出力される固定符号ベクトル、又は後述する信号切り出し処理部１３から出力され、非同期パルス発生部１４で補正された代替固定符号ベクトルを複数サブフレーム分格納するバッファである。
尚、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２は、シフトレジスタなどで構成され、格納されている過去の複数サブフレーム分の固定ベクトル（又は代替固定符号ベクトル）をサブフレーム毎にサブフレームに対応するサンプル数分だけ過去方向にシフトした後、新しい固定符号ベクトル又は代替固定符号ベクトルを挿入することによりバッファを更新するようになっている。また、信号切り出し処理部１３によって切り出される際には、内容をシフトすることによって読み出し（切り出し）位置を調整できるようになっている。
【００７１】
信号切り出し処理部１３は、自乗誤差最小化部８からの指示が代替の探索処理の指示であった場合に、適応符号帳探索部４からのピッチ周期の情報に従って、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に記憶されている固定符号ベクトル（又は代替固定符号ベクトル）のデータ系列でピッチ周期の情報分さかのぼった個所からサブフレームにおけるサンプル数分切り出し、代替固定符号ベクトルとして出力するものである。
【００７２】
非同期パルス発生部１４は、代替固定符号ベクトルに対してピーキネス情報に基づく補正を施すものである。
具体的には、信号切り出し処理部１３から出力される代替固定符号ベクトルのパルス数をカウントし、パルスが存在しない場合、又は、パルスの本数が予め定めた数より少ない場合には、ピーク性検出部２５から出力されるピーキネス情報（Ｅ）を参照し、ピーキネス情報（Ｅ）がピーク性ありを示している場合（１の場合）には、予め定められている数本の非周期パルスを強制的に代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、補正された代替固定符号ベクトルを出力するものである。
尚、補正に用いられる非周期パルスは、実験の結果例えば、等間隔に４本のパルスを立てたような信号を用いるのが好適であったが、それに限定するものではない。
【００７３】
そして、非同期パルス発生部１４では、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正した代替固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に格納して、過去の固定符号ベクトルを更新するようになっている。
【００７４】
固定符号ベクトルエネルギ調整部１７は、非同期パルス発生部１４からの出力信号である補正された代替固定符号ベクトルに存在するパルス数に応じて各パルスの振幅を可変することにより、代替固定符号ベクトルのエネルギーが全てのサブブレームにおいて均一になるように調整し、エネルギ調整された代替固定符号ベクトルを出力するものである。
【００７５】
スイッチ１５は、切替制御部１６からの制御で符号帳処理部１１から出力される固定符号ベクトルと、信号切り出し処理部１３側から出力される代替固定符号ベクトルとをサブフレーム毎に切り替えて、固定符号ベクトルとして出力するスイッチである。
【００７６】
切替制御部１６は、自乗誤差最小化部８からの指示に従い、通常の固定符号帳探索処理の指示であった場合には、符号帳処理部１１を動作させて通常の固定符号ベクトルを出力させ、それと共にスイッチ１５を符号帳処理部１１側に切り替えて、符号帳処理部１１からの固定符号ベクトルを固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトル出力とし、また代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合には、信号切り出し処理部１３を動作させて代替固定符号ベクトルを出力させ、それと共にスイッチ１５を信号切り出し処理部１３側に切り替えて、代替固定符号ベクトルを固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトル出力とするものである。
【００７７】
次に、本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部５の動作について、図２を参照しながら説明する。
本発明の音声符号化装置における第１の固定符号帳探索部５では、自乗誤差最小化部８からサブフレーム毎に入力される制御信号に基づいて、通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）のタイミングで自乗誤差最小化部８から固定符号帳探索処理の指示があった場合には、符号帳処理部１１で、聴覚重み付け誤差を最小にするようなベクトルのインデックスを検出し、固定符号帳のインデックスを固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力すると共に、検出された固定符号帳のインデックス候補に対応する固定符号ベクトルが出力され、切替制御部１８の制御によって、スイッチ１５が符号帳処理部１１側に接続されて、符号帳処理部１１から出力された固定符号ベクトルが固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトル出力として外部に出力される。
【００７８】
そして、この時、符号帳処理部１１から出力された固定符号ベクトルは、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に格納されるが、その際、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に既に記憶されていた過去の代替符号ベクトルは、１サブフレーム分シフトされて新しいて固定符号ベクトルが格納され、過去の固定符号ベクトルが更新されるようになっている。
【００７９】
一方、代替処理サブフレーム（例えば、偶数サブフレーム）のタイミングで自乗誤差最小化部８から代替固定符号ベクトル出力処理の指示があった場合には、切替制御部１８の制御によって信号切り出し処理部１３が動作し、適応符号帳探索部４からのピッチ周期の情報に従い、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２内に格納されているデータ系列を、入力されたピッチ周期の情報分さかのぼった個所から読み出せるようにピッチ周期の情報分シフトさせてから読み出し、代替固定符号ベクトルとして出力する。
【００８０】
そして、代替固定符号ベクトルは、非同期パルス発生部１４でパルス数がカウントされ、パルス数が０（ゼロ）、又は、予め定めた数より少なく、且つピーク性検出部２５から出力されるピーキネス情報（Ｅ）がピーク性ありの場合に、非周期パルスが強制的に挿入されて補正され、固定符号ベクトルエネルギ調整部１７でエネルギ調整さて、スイッチ１５が信号切り出し処理部１３側に接続されて、代替固定符号ベクトルが固定符号帳探索部５からの固定符号ベクトル出力として外部に出力される。
【００８１】
更に、この時、非同期パルス発生部１４で補正された代替固定符号ベクトルは、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に格納されるが、その際、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に既に記憶されていた過去の固定符号ベクトルはシフトされて、新しいて代替固定符号ベクトルが格納され、過去の固定符号ベクトルが更新されるようになっている。
【００８２】
上記説明では、便宜上奇数サブフレームでは符号帳処理部１１からの固定符号ベクトルが出力され、偶数サブフレームでは信号切り出し処理部１３からの代替固定符号ベクトルが現サブフレームにおける固定符号ベクトルとして選択されるように記述してきたが、逆の状態でも動作的には変わらない。
【００８３】
ここで、非同期パルス発生部１４の効果について、図３を使って具体的に説明する。図３は、破裂音“ｋ”の時間波形（サンプル値）の例を示す説明図である。
図３に示すように、破裂音の波形は、部分的にスパイク（鋭いピーク）を持つが、その他の部分は、白色雑音に近い性質の信号になっている。
この破裂音が偶数サブフレーム１に存在し、信号切り出し処理部１３により代替固定符号ベクトルが作られる場合を考える。
【００８４】
破裂音等の無声音区間または無音区間では、適応符号帳探索の結果、非常に小さなラグ値（３０サンプル以下）が検出されるケースが多くなる。ラグ値を例えば３０サンプルとすると、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ１２に格納されている波形のうち、過去３０サンプル時点から信号を切り出してくることになるが、ここで問題として、その切り出し区間にパルスが１本も立っていない場合、切り出された信号（代替固定符号ベクトル）にはパルスが存在しないため破裂音の音源を表現できなくなる。
【００８５】
そこで、非同期パルス発生部１４により、代替固定符号ベクトルのパルス数をカウントし、パルスが存在しない場合、または、パルスの本数が予め定めた数より少ない場合にピーキネス情報（Ｅ）がピーク性ありを示している場合に、破裂音のフレームの可能性大として、数本の非周期パルスを強制的に挿入することにより、適切な音源表現が可能となり再生音声品質が改善されることになる。
【００８６】
上記説明したように本発明の音声符号化方法及び音声符号化装置では、フレームを構成する複数サブフレームの中で、代替処理サブフレームにおける励振パラメータでは、固定符号の代わりにピーキネス情報を用いて音声符号化データを作成することになる。
それに伴い、この固定符号の代わりにピーキネス情報が用いられた音声符号化データを受けて復号化する音声復号化方法及び音声復号化装置について説明する。
【００８７】
本発明の音声復号化方法は、基本的には、符号化された励振信号パラメータの適応符号に基づく適応符号ベクトル及び固定符号に基づく固定符号ベクトルを取得し、適応符号ベクトル及び固定符号ベクトル及び符号化された励振信号パラメータに基づく適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成し、駆動音源信号と線形予測フィルタ係数を用いて音声信号を再生するものであるが、本発明の特徴として、励振信号パラメータの固定符号に基づいて固定符号ベクトルを生成する方法が、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームでは、固定符号帳を用いて固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、代替処理サブフレームでは、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおける遅延（ピッチ周期）に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、音声符号化データに含まれるピーキネス情報を用いて代替固定符号ベクトルを補正し、更にエネルギー調整してから固定符号ベクトルとするものである。
【００８８】
次に、上記説明した本発明に係る代数的符号励振予測方式（ＡＣＥＬＰ）の音声符号化に対応する音声復号化装置の概略構成例について図４を使って説明する。図４は、本発明に係る音声復号化装置の概略構成ブロック図である。
本発明の音声復号化装置は、図４に示すように、分離部３１と、適応符号ベクトル出力部３２と、固定符号ベクトル出力部３３と、利得ベクトル出力部３４と、乗算器３５と、乗算器３６と、加算器３７と、ＬＰＣ合成部３８と、ポストフィルタ３９とから構成されている。
尚、図には示していないが、フレームタイミング、サブフレームタイミングに従って、各部の動作をトータルに制御するようなタイミング制御部が音声復号化装置全体を制御している。
【００８９】
本発明の音声復号化装置の各部について簡単に説明する。
分離部３１は、受信した音声符号化データを適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）又はピーキネス値（Ｅ）、利得符号（Ｃ）、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）に分離して出力するものである。
【００９０】
適応符号ベクトル出力部３２は、適応符号（Ａ）を復号してピッチ周期を求め出力すると共に、ピッチ周期に基づき過去の駆動音源信号からサブフレームにおけるサンプル数分の波形信号を切り出し適応符号ベクトルとして出力するものである。
【００９１】
固定符号ベクトル出力部３３は、予め音声符号化側と同様の複数のパルスに関するパルスの組み合わせベクトル（固定符号ベクトル）を記憶している固定符号帳を保持し、固定符号（Ｂ）に示されたパルス位置及び極性（±）の組み合わせに基づき、固定符号帳を用いてパルスを配置したパルス波形信号を固定符号ベクトルとして出力するものである。
但し、本発明の固定符号ベクトル出力部３３では、通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）に付いては通常通り固定符号が送信されてくるが、代替処理サブフレームに付いては、固定符号の代わりにピーキネス情報が送信されてくるため、それに対応した動作で固定符号ベクトルを出力する点が、従来とは異なっている。詳細は、後述する。
【００９２】
利得ベクトル出力部３４は、利得符号（Ｃ）に基づき適応符号帳利得及び固定符号帳利得を出力するものである。
【００９３】
乗算器３５は、適応符号ベクトル出力部３２からの適応符号ベクトルに、利得ベクトル出力部３４からの適応符号帳利得を乗算するものである。
乗算器３６は、固定符号ベクトル出力部３３からの固定符号ベクトルに利得ベクトル出力部３４からの固定符号帳利得を乗算するものである。
加算器３７は、乗算器３５による乗算結果と、乗算器３６による乗算結果とを加算して後述するＬＰＣ合成部３８の駆動音源信号を出力するものである。
【００９４】
ＬＰＣ合成部３８は、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）から求めたＬＰＣ係数と加算器３７から出力される駆動音源信号とにより音声信号を再生し、再生音声信号を出力するものである。
ポストフィルタ３９は、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）から求めたＬＰＣ係数を用いて、ＬＰＣ合成部３８から出力される再生音声信号に対し、スペクトル整形等の処理を行い、音質が改善された再生音声を出力するものである。
【００９５】
次に、本実施の形態に係る音声復号化装置の基本動作について図４を使って説明する。
本発明の音声復号化装置では、受信した音声符号化データが、分離部３１で適応符号（Ａ）、固定符号（Ｂ）又はピーキネス値（Ｅ）、利得符号（Ｃ）、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）に分離される。
【００９６】
そして、適応符号（Ａ）は、適応符号ベクトル出力部３２で復号されてピッチ周期が求められ出力されると共に、ピッチ周期に基づき記憶されている過去の駆動音源信号からサブフレームにおけるサンプル数分の波形信号を切り出した適応符号ベクトルが出力される。
【００９７】
一方、固定符号（Ｂ）又はピーキネス値（Ｅ）は、固定符号ベクトル出力部３３に入力され、固定符号（Ｂ）に示されたパルス位置及び極性（±）の組み合わせに基づきパルスを配置したパルス波形信号、又は過去の固定符号ベクトルとピーキネス値（Ｅ）とを用いて生成された代替固定符号ベクトルの何れかが、固定符号ベクトルとして出力される。尚、詳細は、後述する。
【００９８】
また、利得符号（Ｃ）は、利得ベクトル出力部３４に入力されて適応符号帳利得及び固定符号帳利得が求められて出力される。
【００９９】
そして、適応符号ベクトル出力部３２からの適応符号ベクトルには乗算器３５で利得ベクトル出力部３４からの適応符号帳利得が乗算され、固定符号ベクトル出力部３３からの固定符号ベクトルには乗算器３６で利得ベクトル出力部３４からの固定符号帳利得が乗算され、双方が加算器３７により加算されてＬＰＣ合成部３８の駆動音源信号として出力され、ＬＰＣ合成部３８に入力されると共に、適応符号ベクトル出力部３２に入力されて過去の駆動音源信号として記憶される。
【０１００】
加算器３７から出力された駆動音源信号は、ＬＰＣ合成部３８で分離部３１によって分離されたＬＳＰ係数の符号（Ｄ）から求めたＬＰＣ係数を用いて音声信号が再生され、再生音声信号となり、ポストフィルタ３９で、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）から求めたＬＰＣ係数を用いてスペクトル整形等の処理が行われ、音質が改善された再生音声が出力されるようになっている。
【０１０１】
上記図４を用いて説明した構成及び動作が、本発明の前提となる代数的符号励振予測方式（ＡＣＥＬＰ）の音声復号化装置の一般的な構成及び動作であるが、本発明の特徴部分は、励振パラメータ中の固定符号が代替処理サブフレームではピーキネス情報に代わっているので、それに伴い固定符号ベクトルの取得方法が従来のそれとは異なっているので、ここで詳しく説明する。
【０１０２】
具体的には、フレームを構成する複数サブフレームの内、符号化側で通常の固定符号帳探索処理を行った通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）に付いては、通常通り固定符号が送信されてくるので、符号化側と同様の固定符号帳を用いて固定符号ベクトルを取得するが、符号化側で代替固定符号ベクトル出力処理を行った代替処理サブフレーム（例えば偶数サブフレーム）に付いては、固定符号が送信されず、代わりにピーキネス情報が送信されてくるので、代替固定符号ベクトル出力処理として、過去の固定符号ベクトルを蓄積記憶しておき、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおける遅延（ピッチ周期）に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを取得し、ピーキネス情報に基づく補正を行い、更にエネルギー調整した代替固定符号ベクトルを固定符号ベクトルとして出力するようにするものである。
【０１０３】
まず、本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の内部構成例について、図５を使って説明する。図５は、本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の内部構成を示すブロック図である。
本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の内部は、図５に示すように、符号帳処理部４１と、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２と、信号切り出し処理部４３と、非同期パルス発生部４４と、スイッチ４５と、切替制御部４６と、固定符号ベクトルエネルギ調整部４７とから構成されている。
【０１０４】
図５に示した音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の内部構成は、図２に示した音声符号化装置における固定符号帳探索部５の内部構成と基本的には同様であるが、但し、音声符号化装置における固定符号帳探索部５の符号帳処理部１１は、自乗誤差最小化部８からの制御信号に従って誤差を最小化する固定符号帳を探索するが、音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の符号帳処理部４１は、分離部３１からの固定符号（Ｂ）に対応する固定符号ベクトルを出力する点が異なっている。
【０１０５】
また、切替制御部４６は、予め符号化側で定めた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームとの設け方に従って、各動作系を切り替えるものである。
【０１０６】
その他の構成要素については、図２に示した音声符号化装置における固定符号帳探索部５の対応する構成要素と同様の動作をするものであるので、ここでは説明を省略する。
【０１０７】
次に、本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３の動作について、図５を参照しながら説明する。
本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部３３では、符号化側で通常の固定符号帳探索処理を行った通常処理サブフレーム（例えば、奇数サブフレーム）のタイミングでは、切替制御部４６からの動作指示に従い、符号帳処理部４１で分離部３１から入力される固定符号（Ｂ）に対応する固定符号ベクトルが出力され、切替制御部４６の制御によってスイッチ４５が符号帳処理部４１側に接続されて、符号帳処理部４１から出力された固定符号ベクトルが固定符号ベクトル出力部３３からの固定符号ベクトル出力として外部に出力される。
【０１０８】
そして、この時、符号帳処理部４１から出力された固定符号ベクトルがシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に格納されるが、その際、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に既に記憶されていた過去の代替符号ベクトルは、１サブフレーム分シフトされて新しいて固定符号ベクトルが格納され、過去の固定符号ベクトルが更新されるようになっている。
【０１０９】
一方、符号化側で代替の探索処理を行ったサブフレーム（例えば、偶数サブフレーム）のタイミングでは、切替制御部４６からの動作指示に従い、信号切り出し処理部４３が動作し、信号切り出し処理部４３で適応符号ベクトル出力部３２からのピッチ周期情報を入力し、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２内に格納されているデータ系列を、入力されたピッチ周期の情報分さかのぼった個所から読み出せるようにピッチ周期の情報分シフトさせてから読み出し、代替固定符号ベクトルとして出力する。
【０１１０】
そして、代替固定符号ベクトルは、非同期パルス発生部４４でパルス数がカウントされ、パルス数が０（ゼロ）、又は、予め定めた数より少なく、且つ分離部３１からのピーキネス情報（Ｅ）がピーク性ありの場合に、非周期パルスが強制的に挿入されて補正され、固定符号ベクトルエネルギ調整部４７でエネルギ調整さ、切替制御部４６の制御によってスイッチ４５が信号切り出し処理部４３側に接続されて、代替固定符号ベクトルが固定符号ベクトル出力部３３からの固定符号ベクトル出力として外部に出力される。
【０１１１】
更に、この時（偶数サブフレーム時）非同期パルス発生部４４で補正された代替固定符号ベクトルは、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に格納されるが、その際、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に既に記憶されていた過去の固定符号ベクトル又は代替固定符号ベクトルは、シフトされて記憶されるようになっている。
【０１１２】
尚、図５では、信号切り出し処理部４３から切り出された代替固定符号ベクトルに対して、非同期パルス発生部４４で補正を行い、更に固定符号ベクトルエネルギ調整部４７でエネルギー調整を行う構成としたが、固定符号ベクトルエネルギ調整部４７を省いた構成としても構わない。
【０１１３】
上記説明では、便宜上奇数サブフレームでは符号帳処理部４１からの固定符号ベクトルが出力され、偶数サブフレームでは信号切り出し処理部４３からの代替固定符号ベクトルが現サブフレームにおける固定符号ベクトルとして選択されるように記述してきたが、逆の状態でも動作的には変わらない。
【０１１４】
次に、本発明の音声符号化方法において、通常の最小歪みパルス組み合わせ探索処理を行って探索結果の固定符号を送信する通常処理サブフレームと、固定符号を送信せず、過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを固定符号ベクトルとして用いる代替処理サブフレームとの設け方について、図６を使って説明する。図６は、本発明の音声符号化方法における通常処理サブフレームと代替処理サブフレームとの設け方を示す説明図である。
【０１１５】
ＡＣＥＬＰ方式の音声符号化を行う際に、ＬＰＣ分析を行う単位であるフレームを複数（図６ではＮ個）のサブフレームで構成し、サブフレーム単位で、適応符号帳探索、固定符号帳探索、利得算出を行うものとする。
そして、Ｎ個のサブフレームをＭ（Ｍ≦Ｎ）個のサブフレームのグループに分け、本発明の音声符号化方法では、グループ内のＭ個のサブフレームの内、前半（前より）の一部（例えば１〜Ｌ）（１≦Ｌ＜Ｎ）のサブフレームを、通常の最小歪みパルス組み合わせ探索を行う固定符号帳探索処理を行って探索結果の固定符号を送信する通常処理サブフレームとし、残りのサブフレーム（Ｌ＋１〜Ｍ）を過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを用いる代替処理サブフレームとする。
【０１１６】
最も簡単な例としては、１フレームが２サブフレームで構成されるような場合に、第１サブフレームを通常処理サブフレームとし、第２サブフレームを代替処理サブフレームとする。
また、１フレームが４サブフレームで構成されるような場合に、２サブフレーム毎にグループ分けし、奇数サブフレームを通常処理サブフレームとし、偶数サブフレームを代替サブフレームとしても良いし、４サブフレームを１グループとして第１，２サブフレームを通常処理サブフレームとし、第３，４サブフレームを代替処理サブフレームとしても良い。
【０１１７】
また、１フレームが６サブフレームで構成されるような場合に、３サブフレーム毎にグループ分けし、第１、第４サブフレームを通常処理サブフレームとし、第２、第３、第５、第６サブフレームを代替処理サブフレームとしても良いし、第１，第２、第４，第５サブフレームを通常処理サブフレームとし、第３，第６サブフレームを代替処理サブフレームとしても良い。
【０１１８】
通常処理サブフレームと代替処理サブフレームとの配分を如何にするかは、再生音声精度とビットレート軽減率との兼ね合いであるが、通常処理サブフレームに対して代替処理サブフレームの割合を多くすると、ビットレート軽減率は向上するが、再生音声が劣化する可能性が増えることになり、逆に通常処理サブフレームに対して代替処理サブフレームの割合を少なくすると、再生音声の劣化は少なくなるがビットレート軽減率は余り向上しないことになる。
尚、本発明ではこの通常処理サブフレームと代替処理サブフレームとの具体的な配分方法については限定しないものとする。
【０１１９】
本発明をＤＳＰプログラムなどによりハードウェア上で実現する場合、演算処理量の増加はほとんど生じず、使用メモリについても５００ワード程度の増加のみで済むため、汎用固定小数点演算ＤＳＰで十分実現可能である。
【０１２０】
本発明の音声符号化装置によれば、従来はサブフレーム毎に行っていた固定符号帳探索処理を一部のサブフレーム（通常処理サブフレーム）（例えば奇数サブフレーム）で行って、当該通常処理サブフレームについては探索された固定符号（１７ｂｉｔ）を送信するものとし、残りのサブフレーム（代替処理サブフレーム）（例えば偶数サブフレーム）では、固定符号帳探索処理を行わず、固定符号（１７ｂｉｔ）の代わりにピーク性検出部２５で取得されるＬＰＣ予測残差信号から算出したピーキネス値に基づくピーキネス情報（１ｂｉｔ）を用いて音声符号化データを作成することとしているので、ビットレートを軽減できる効果がある。
その結果、本発明をＧ．７２９（８．０ｋｂｐｓ）に適用した場合、６．４ｋｂｐｓまで低レート化することが可能となる。
【０１２１】
そして、本発明の音声符号化方法では、送信側及び受信側における音声再生の際の代替処理サブフレームの固定符号ベクトルは、記憶されている過去の固定符号ベクトルを用いて、当該サブフレームにおけるピッチ周期の情報に従ってピッチ周期の情報分さかのぼった過去の固定符号ベクトルを切り出した代替固定符号ベクトルを取得して固定符号ベクトルとするので、固定符号帳探索処理の回数を軽減して負荷を軽減できる効果がある。
【０１２２】
また、本発明の音声符号化方法によれば、代替処理サブフレームのタイミングで、過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを用いる際に、代替固定符号ベクトルのパルスをカウントし、パルス数が０（ゼロ）又は特定数以下である場合に、ＬＰＣ予測残差信号から算出したピーキネス情報がピーク有りを示しているような場合に、非周期パルスを強制的に挿入して代替固定符号ベクトルを補正するので、符号化側の再生音声信号における破裂音の品質を改善し、ＡＣＥＬＰ符号化誤差を小さくできる効果がある。
【０１２３】
また、本発明の音声符号化方法によれば、過去の固定符号ベクトルから切り出し、ピーキネス情報に基づいて補正された代替固定符号ベクトルに対して、代替固定符号ベクトルのエネルギーが全てのサブブレームにおいて均一になるように調整するので、再生音声品質を向上できる効果がある。
【０１２４】
本発明の音声符号化方法の実現する音声符号化装置によれば、自乗誤差最小化部８の制御によって、通常処理サブフレーム（例えば奇数サブフレーム）では、固定符号帳探索部５に対して通常の固定符号ベクトル探索を行わせて、探索された固定符号を送信し、代替処理サブフレーム（例えば偶数サブフレーム）では、固定符号を送信しないこととし、固定符号帳探索部５に対して代替の固定符号ベクトル探索処理を行わせ、固定符号帳探索部５における代替の固定符号ベクトル探索処理は、固定符号ベクトル格納バッファ１２及びバッファシフト処理部１４に記憶されている過去の固定符号ベクトルを用いて、当該サブフレームにおけるピッチ周期の情報に従ってピッチ周期の情報分さかのぼった過去の固定符号ベクトルを切り出した代替固定符号ベクトルを固定符号ベクトルとするので、再生音声品質の劣化を極力抑えながら、ビットレートを軽減できる効果がある。
【０１２５】
また、本発明の固定符号帳探索部を用いた音声符号化装置によれば、代替処理サブフレームのタイミングで、信号切り出し処理部１３によって過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを用いる際に、非同期パルス発生部１４で代替固定符号ベクトルのパルスをカウントし、パルス数が０（ゼロ）又は特定数以下である場合に、ＬＰＣ予測残差信号から算出したピーキネス情報がピーク有りを示しているような場合に、非周期パルスを強制的に挿入して代替固定符号ベクトルを補正するので、符号化側の再生音声信号における破裂音の品質を改善し、ＡＣＥＬＰ符号化誤差を小さくできる効果がある。
【０１２６】
また、本発明の固定符号帳探索部を用いた音声符号化装置によれば、信号切り出し処理部１３で求め、非同期パルス発生部１４で補正された代替固定符号ベクトルに対して、固定符号ベクトルエネルギ調整部１７で代替固定符号ベクトルのエネルギーが全てのサブブレームにおいて均一になるように調整するので、再生音声品質を向上できる効果がある。
【０１２７】
また、本発明の音声符号化方法に対応する音声復号化方法によれば、符号化側で通常の固定符号帳探索処理を行った通常処理サブフレーム（例えば奇数サブフレーム）では、受信した固定符号に従って固定符号ベクトルを出力し、代替処理サブフレーム（例えば偶数サブフレーム）では、固定符号が受信されないので、過去の固定符号ベクトルを用いて、当該サブフレームにおけるピッチ周期の情報に従ってピッチ周期の情報分さかのぼった過去の固定符号ベクトルを切り出した代替固定符号ベクトルを固定符号ベクトルとするので、ビットレートを軽減しても、再生音声品質の劣化を極力抑えることができる効果がある。
【０１２８】
また、本発明の音声復号化方法によれば、代替処理サブフレームのタイミングで、過去の固定符号ベクトルから切り出した代替固定符号ベクトルを用いる際に、代替固定符号ベクトルのパルスをカウントし、パルス数が０（ゼロ）又は特定数以下である場合に、分離されたピーキネス情報がピーク有りを示しているような場合に、非周期パルスを強制的に挿入して代替固定符号ベクトルを補正するので、再生音声信号における破裂音の品質を改善し、ＡＣＥＬＰ復号化誤差を小さくできる効果がある。
【０１２９】
また、本発明の音声復号化方法によれば、過去の固定符号ベクトルから切り出し、ピーキネス情報に基づいて補正された代替固定符号ベクトルに対して、代替固定符号ベクトルのエネルギーが全てのサブブレームにおいて均一になるように調整するので、再生音声品質を向上できる効果がある。
【０１３０】
また、本発明の音声復号化装置によれば、伝送されてくる音声符号化データにおいて、代替処理サブフレームに関しては、固定符号の代わりにピーキネス情報（１ｂｉｔ）が伝送されるので、固定符号ベクトル出力部３３において、過去の固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２に記憶しておき、代替処理サブフレーム（例えば偶数）のタイミングでは、信号切り出し処理部４３が適応符号ベクトル出力部３２からのピッチ周期情報に従って、ピッチ周期分さかのぼった過去の固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２から切り出した代替固定符号ベクトルを出力するので、固定符号ベクトルを生成する処理を軽減し、負荷を軽減できる効果がある。
【０１３１】
また、本発明の音声復号化装置によれば、固定符号ベクトル出力部３３において、代替処理サブフレームのタイミングで、過去の固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ４２から切り出した代替固定符号ベクトルを用いる際に、非同期パルス発生部４４で代替固定符号ベクトルのパルスをカウントし、パルス数が０（ゼロ）又は特定数以下である場合に、伝送されたピーキネス情報がピーク有りを示しているような場合に、非周期パルスを強制的に挿入して代替固定符号ベクトルを補正するので、再生音声信号における破裂音の品質を改善し、再生音声の品質を向上できる効果がある。
【０１３２】
本発明の音声符号化／復号化方法及び音声符号化／復号化装置を用いることにより、ＡＣＥＬＰ方式の音声符号化における固定符号として、サブフレームの一部ではピーキネス情報を送信し、音声再生のための固定符号ベクトルは、過去の固定符号ベクトルを利用した代替固定符号ベクトルを用いることとし、破裂音対策として、代替固定符号ベクトルにパルスが無い又は少ないにも関わらず、ピーキネス情報がピーク有りを示している場合に強制的に非周期パルスを挿入して代替固定符号ベクトルを補正することで、演算量をさほど増加すること無く、ビットレートは削減し、再生音声品質については聴感上僅かな劣化が聞き取れる程度に抑えて、符号化効率或いは伝送効率を向上できる効果がある。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明によれば、入力音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、聴覚重み付け誤差を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルの取得制御方法が、通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳について探索処理を行い、探索処理の結果から固定符号及び固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、適応符号及び取得した固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めて、既に記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルを過去の固定符号ベクトルとして記憶し、代替処理サブフレームでは、固定符号帳の探索処理は行わず、適応符号及びピーキネス情報及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを用い、代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとし、既に記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、代替固定符号ベクトルを過去の固定符号ベクトルとして記憶する音声符号化方法としているので、演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる効果がある。
【０１３４】
本発明によれば、音声符号化データにおける励振信号パラメータに含まれる固定符号又はピーキネス情報に基づいて固定符号ベクトルを取得する方法が、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳を用いて、励振信号パラメータに含まれる固定符号を固定符号帳のインデックスとして、インデックスに対応する固定符号ベクトルを取得し、代替処理サブフレームでは、代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとする音声復号化方法としているので、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる効果がある。
【０１３５】
本発明によれば、ピーク性検出手段が、入力される音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、励振信号パラメータ抽出手段が、通常処理サブフレームでは、固定符号ベクトル出力手段に対して、固定符号帳探索処理を行わせる指示を出力し、適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及び取得した固定符号及び利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、代替処理サブフレームでは、固定符号ベクトル出力手段に対して、代替固定符号ベクトル出力処理を行わせる指示を出力し、適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及びピーク性検出手段で検出されたピーキネス情報及び利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含めるように制御し、固定符号ベクトル出力手段が、通常処理サブフレームの場合の動作系と代替処理サブフレームの場合の動作系とを切替制御手段で切り替え、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が固定符号帳探索処理の指示であった場合に、符号帳処理部が固定符号帳を探索して、聴覚重み付け誤差を最小化する固定符号ベクトル及び固定符号ベクトルに対応する固定符号帳のインデックスを検出し、検出された固定符号帳のインデックスを固定符号として出力し、検出された固定符号ベクトルをスイッチを介して外部に出力すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納し、励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合に、切り出し処理部がシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力し、非同期パルス発生部が、代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正した代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納し、固定符号ベクトルエネルギ調整部が、補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルをスイッチを介して外部に出力する音声符号化装置としているので、演算量を増加することなく、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上でき、且つ固定符号帳探索処理の負荷を軽減できる効果がある。
【０１３６】
本発明によれば、固定符号ベクトル出力手段が、音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、通常処理サブフレームの場合の動作系と代替処理サブフレームの場合の動作系とを切替制御手段で切り替え、切替制御手段の制御で通常処理サブフレームの場合に、固定符号帳を用いて、分離手段で分離された固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、取得した固定符号ベクトルをスイッチを介して外部に出力すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、取得した固定符号ベクトルをシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納し、切替制御手段の制御で代替処理サブフレームの場合に、切り出し処理部がシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力し、非同期パルス発生部が、代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、補正した代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納し、固定符号ベクトルエネルギ調整部が、補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルをスイッチを介して外部に出力する音声復号化装置としているので、ビットレートを軽減しながら、再生音声品質劣化を極力抑え、特に破裂音の音声品質を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る音声符号化装置の概略構成ブロック図である。
【図２】本発明の音声符号化装置における固定符号帳探索部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】破裂音“ｋ”の時間波形（サンプル値）の例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る音声復号化装置の概略構成ブロック図である。
【図５】本発明の音声復号化装置における固定符号ベクトル出力部の内部構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の音声符号化方法における通常サブフレームと代替サブフレームとの設け方を示す説明図である。
【符号の説明】
１…前処理部、 ２…ＬＰＣ分析量子化補間処理部、 ３…聴覚重み付け処理部、 ４…適応符号帳探索部、 ５…固定符号帳探索部、 ６…利得符号帳探索部、 ７…ＬＰＣ合成部、 ８…自乗誤差最小化部、 ９…多重化処理部、 １１…符号帳処理部、 １２…シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ、 １３…信号切り出し処理部、 １４…非同期パルス発生部、 １５…スイッチ、１６…切替制御部、 ２０…加算器、 ２１…乗算器、 ２２…乗算器、 ２３…加算器、 ２５…ピーク性検出部、 ３１…分離部、 ３２…適応符号ベクトル出力部、 ３３…固定符号ベクトル出力部、 ３４…利得ベクトル出力部、３５…乗算器、 ３６…乗算器、 ３７…加算器、 ３８…ＬＰＣ合成部、 ３９…ポストフィルタ、 ４１…符号帳処理部、 ４２…シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファ、 ４３…信号切り出し処理部、 ４４…非同期パルス発生部、 ４５…スイッチ、 ４６…切替制御部
Claims (6)
- １フレームを複数のサブフレームで構成する入力音声信号について、フレーム単位で音声信号を分析して線形予測フィルタ係数を求め、前記入力音声信号と合成された再生音声信号との誤差信号に対して聴覚重み付けした聴覚重み付け誤差を求め、サブフレーム単位で前記聴覚重み付け誤差を最小化するような適応符号及び固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得とを取得して励振信号パラメータとし、前記フレーム単位の線形予測フィルタ係数と前記サブフレーム単位の励振信号パラメータとを音声符号化データとすると共に、前記取得した励振信号パラメータの適応符号に基づく適応符号ベクトル及び固定符号に基づく固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成し、前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数を用いて再生音声信号を合成する代数的符号励振予測方式の音声符号化方法であって、
前記入力音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出し、
前記聴覚重み付け誤差を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルの取得制御方法が、
前記フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、前記グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、
前記通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳について探索処理を行い、前記探索処理の結果から固定符号及び前記固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号及び前記取得した固定符号及び前記適応符号利得及び前記固定符号利得を励振信号パラメータに含めて、
前記代替処理サブフレームでは、前記固定符号帳の探索処理は行わず、前記適応符号及び前記ピーキネス情報及び前記適応符号利得及び前記固定符号利得を励振信号パラメータに含め、記憶されている過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを用い、前記代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つ前記ピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを前記代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとする取得制御方法であることを特徴とする音声符号化方法。 - 固定符号及び固定符号ベクトルの取得制御方法が、
通常処理サブフレームでは、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を探索して、前記聴覚重み付け誤差を最小化する固定符号ベクトル及び前記固定符号ベクトルに対応する固定符号帳のインデックスを検出し、前記検出された固定符号帳のインデックスを固定符号として出力し、前記検出された固定符号ベクトルを出力すると共に、既に記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記取得した固定符号ベクトルを過去の固定符号ベクトルとして記憶し、
代替処理サブフレームでは、記憶されている過去の固定符号ベクトルを当該サブフレームにおけるピッチ周期に同期した位置からサブフレームにおけるサンプル数分切り出した代替固定符号ベクトルを用い、前記代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つ前記ピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを前記代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとして出力すると共に、既に記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記補正された代替固定符号ベクトルを過去の固定符号ベクトルとして記憶する取得制御方法であることを特徴とする請求項１記載の音声符号化方法。 - 代替処理サブフレームにおいて、補正された代替固定符号ベクトルのパルス数をカウントし、前記パルス数に基づいて前記代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にすることを特徴とする請求項２記載の音声符号化方法。
- 請求項１記載の音声符号化方法で符号化された音声符号化データについて、前記音声符号化データにおける励振信号パラメータに含まれる適応符号に基づく適応符号ベクトル及び固定符号又はピーキネス情報に基づく固定符号ベクトルを取得し、前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び前記励振信号パラメータに含まれる適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成し、前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数を用いて音声信号を再生する音声復号化方法であって、
前記励振信号パラメータに含まれる固定符号又はピーキネス情報に基づいて固定符号ベクトルを取得する方法が、
音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、
前記通常処理サブフレームでは、予め備えている固定符号帳を用いて、前記励振信号パラメータに含まれる固定符号を前記固定符号帳のインデックスとして、前記インデックスに対応する固定符号ベクトルを取得し、
前記代替処理サブフレームでは、過去の固定符号ベクトルを該当サブフレームにおけるピッチ周期に基づいて切り出した代替固定符号ベクトルを用い、前記代替固定符号ベクトルが予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つ前記ピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを前記代替固定符号ベクトルに挿入して補正し、更に前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルとする取得方法であることを特徴とする音声復号化方法。 - １フレームを複数のサブフレームで構成する音声信号を入力し、フレーム単位で前記音声信号を線形予測分析して線形予測フィルタ係数を求める線形予測分析手段と、
前記音声信号と合成された再生音声信号との誤差信号を求める減算手段と、
前記誤差信号に聴覚重み付けを行い聴覚重み付け誤差信号を出力する聴覚重み付け手段と、
前記聴覚重み付け誤差信号を入力し、サブフレーム単位で、前記聴覚重み付け誤差を最小化するような、適応符号及び固定符号と適応符号利得及び固定符号利得とを取得するための制御を行い、取得された適応符号及び固定符号及び適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータとして出力する励振信号パラメータ抽出手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段の制御に従い、過去の駆動音源信号から前記聴覚重み付け誤差信号を最小化するようなピッチ周期を検出し、前記検出されたピッチ周期の情報を適応符号として出力すると共に、前記ピッチ周期の情報と過去の駆動音源信号から求めた適応符号ベクトルを出力する適応符号ベクトル出力手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段の制御に従い、前記聴覚重み付け誤差信号を最小化するような固定符号及び固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトル出力手段と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの制御に従い、前記適応符号ベクトルに関する適応符号利得と、前記固定符号ベクトルに関する固定符号利得とを求めて出力する利得出力手段と、
前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号ベクトルと、前記固定符号ベクトル出力手段からの固定符号ベクトルと、前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得とから駆動音源信号を生成する駆動音源信号生成手段と、
前記駆動音源信号と、前記線形予測分析手段からの線形予測フィルタ係数に基づいて再生音声信号を合成する再生音声合成手段と、
前記入力される音声信号についてサブフレーム単位で、ピークを持つパルス成分の有無を示すピーキネス情報を検出するピーク性検出手段とを備え、
前記励振信号パラメータ抽出手段が、
前記フレームを構成する複数のサブフレームを同数のサブフレームで構成されるグループに分割し、前記グループ内の前半の一部のサブフレームを通常処理サブフレームとし、残りのサブフレームを代替処理サブフレームとして、
前記通常処理サブフレームでは、前記固定符号ベクトル出力手段に対して、固定符号帳探索処理を行わせる指示を出力し、前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及び前記取得した固定符号及び前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含め、
前記代替処理サブフレームでは、前記固定符号ベクトル出力手段に対して、代替固定符号ベクトル出力処理を行わせる指示を出力し、前記適応符号ベクトル出力手段からの適応符号及び前記ピーク性検出手段で検出されたピーキネス情報及び前記利得出力手段からの適応符号利得及び固定符号利得を励振信号パラメータに含める励振信号パラメータ抽出手段であり、
前記固定符号ベクトル出力手段が、
過去の固定符号ベクトルを記憶し、シフト可能なシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファと、
前記通常処理サブフレームの場合の動作系と前記代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、
励振信号パラメータ抽出手段からの指示が固定符号帳探索処理の指示であった場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を探索して、前記聴覚重み付け誤差を最小化する固定符号ベクトル及び前記固定符号ベクトルに対応する固定符号帳のインデックスを検出し、前記検出された固定符号帳のインデックスを固定符号として出力し、前記検出された固定符号ベクトルを出力すると共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルを、サブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記取得した固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替固定符号ベクトル出力処理の指示であった場合に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、
前記信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正すると共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記補正した代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、
前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、
前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が通常の探索処理の指示であった場合に、前記符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、前記励振信号パラメータ抽出手段からの指示が代替の探索処理の指示であった場合に、前記固定符号ベクトルエネルギ調整部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有する固定符号ベクトル出力手段であることを特徴とする音声符号化装置。 - 請求項５記載の音声符号化装置で符号化された音声符号化データから適応符号と、固定符号又はピーキネス情報と、適応符号及び固定符号の利得と、線形予測フィルタ係数とを分離する分離手段と、
前記分離された適応符号を復号してピッチ周期の情報を出力すると共に、前記ピッチ周期の情報に基づき過去の駆動音源信号から適応符号ベクトルを出力する適応符号ベクトル出力手段と、
前記分離された固定符号又はピーキネス情報に基づき、固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトル出力手段と、
前記分離された適応符号及び固定符号の利得に基づき適応符号帳利得及び固定符号帳利得を出力する利得ベクトル出力手段と、
前記適応符号ベクトル及び前記固定符号ベクトル及び前記適応符号帳利得及び前記固定符号帳利得とから駆動音源信号を生成する駆動音源信号生成手段と、
前記駆動音源信号と前記線形予測フィルタ係数とから音声信号を再生する音声再生手段とを備え、
前記固定符号ベクトル出力手段が、
過去の固定符号ベクトルを記憶し、シフト可能なシフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファと、
音声符号化側で定められた通常処理サブフレームと代替処理サブフレームについて、
前記通常処理サブフレームの場合の動作系と前記代替処理サブフレームの場合の動作系とを切り替える切替制御手段と、
前記切替制御手段の制御で前記通常処理サブフレームの場合に、予め複数の固定符号ベクトルが定められている固定符号帳を用いて、前記分離手段で分離された固定符号に対応する固定符号ベクトルを取得し、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルを、サブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記取得した固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する符号帳処理部と、
前記切替制御手段の制御で前記代替処理サブフレームの場合に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをシフトさせて、前記適応符号ベクトル出力手段からのピッチ周期の情報に同期した位置から切り出した代替固定符号ベクトルを出力する切り出し処理部と、
前記信号切り出し処理部から出力される代替固定符号ベクトルのパルスを検出し、パルス数が予め定めた規定数のパルスを保持せず、且つピーキネス情報がピークを持つパルス成分有りを示す場合に、強制的に予め定めた非周期パルスを代替固定符号ベクトルに挿入して補正するとと共に、前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに記憶されている過去の固定符号ベクトルをサブフレームにおけるサンプル数分シフトしてから、前記補正された代替固定符号ベクトルを前記シフト機能付き固定符号ベクトル格納バッファに格納する非同期パルス発生部と、
前記補正された代替固定符号ベクトルのエネルギーを均一にして固定符号ベクトルを出力する固定符号ベクトルエネルギ調整部と、
前記切替制御手段の制御で、前記通常処理サブフレームの場合に前記符号帳処理部からの固定符号ベクトルを外部に出力し、前記代替処理サブフレームの場合に前記切り出し処理部からの代替固定符号ベクトルを外部に出力するように切り替えるスイッチとを有する固定符号ベクトル出力手段であることを特徴とする音声復号化装置。
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2002
- 2002-06-13 JP JP2002172265A patent/JP2004020676A/ja active Pending
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