JP2004101588A - 音声符号化方法及び音声符号化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のビットレート削減手法は再生音声品質を低下させてしまうという問題点があったが、本発明は、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑え、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／復号化装置を提供する。
【解決手段】候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割して、複数の分割候補位置テーブル（偶数代数的符号帳５１，奇数代数的符号帳５２）を設け、切替スイッチ処理部５３でピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択し、最小歪みパルス組合せ探索処理部５４で当該選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する音声符号化／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必要不可欠なディジタル音声圧縮処理における音声符号化方法及び音声符号化装置に係り、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ディジタル音声圧縮効率を向上して伝送情報を低減し、伝送効率を向上できる音声符号化方法及び音声符号化装置に関する。
【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、従来のＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ　Ｅｘｃｉｔｅｄ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）のように雑音励振源として予め符復号で既知の雑音符号帳を持たず、定められた音声バースト毎に定められた本数のパルスを、音声バースト区間中、隙間無く探索することで、より正確に駆動音源を生成する方式である。
【０００６】
ＡＣＥＬＰは、この代数的に駆動音源を生成する手法により、従来のＣＥＬＰで用いられてきた雑音励振源探索と比較して、演算量を低減しながら、且つ品質の良い音声符号化を実現することが可能となった。
【０００７】
例としてＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９（以下、ＣＳ−ＡＣＥＬＰ：Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ａｌｇｅｂｒａｉｃ　Ｃｏｄｅ　Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：共役構造ＡＣＥＬＰ）の代数的符号帳探索処理の概要を以下に示す。
ＣＳ−ＡＣＥＬＰはフレーム長１０ｍｓ、サブフレーム長５ｍｓで構成されており、標本化周波数８ｋＨｚで、サブフレーム５ｍｓ（４０サンプル）毎に駆動音源を４本のパルスで表現する。
ＣＳ−ＡＣＥＬＰにおけるパルス候補位置を表１に示す。ＣＳ−ＡＣＥＬＰでは、サブフレーム単位で４０サンプルの位置０〜３９を表１に示すように、パルスＮｏ．１〜４のグループに割り振り、各グループの全サンプル（候補位置）点の総組み合わせ探索を実施し、ターゲット信号と比較して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。
【０００８】
【表１】

【０００９】
表１に示すようにパルスＮｏ．１〜３におけるパルス候補位置は８候補で、選択された位置のインデックス（０〜７）を３ビットで表すことができ、パルスＮｏ．４についてはパルス候補位置が１６候補であり、選択された位置のインデックス（０〜１５）を４ビットで表すことができる。そして、これらに加えて各々のパルスの極性（±）を示す情報として各１ｂｉｔが必要となる。
【００１０】
よってＣＳ−ＡＣＥＬＰ音声符号化における代数的符号帳探索の結果、最小歪みを実現するパルス位置の組み合わせを示す代数的符号帳分の情報（代数的符号）は、上記探索された各パルスの極性とインデックスで表され、１７ｂｉｔ／５ｍｓ（サブフレーム）であり、フレーム単位に換算すると３４ｂｉｔ／ｆｒａｍｅとなる。
【００１１】
次に、従来行われてきたＡＣＥＬＰのビットレート削減手法の一例について説明する。
一つ目のビットレート削減手法（第１のビットレート削減手法）として、パルスの本数を削減するという方法が考えられる。ＣＳ−ＡＣＥＬＰにおいてサブフレーム中におけるパルス数（グループ）を４本から２本に削減すると考えると、１本のパルス候補位置は、例えば８候補（インデックスは３ビット）と３２候補（インデックスは５ビット）の２種類が生じる（１本当たりのパルス候補位置は２のべき乗とならなければならないため）。これに加えて各パルスの極性にそれぞれ１ｂｉｔが配分されるとして、合計で１０ｂｉｔとなりフレーム当たり２０ビットとなるため、フレーム当たりの削減ビット数は３４−２０＝１４ｂｉｔとなる。
【００１２】
上記のようにパルスの本数を削減する従来技術としては、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、２つのパルス＃０，＃１で表し、パルス＃０は、１６個の取りうる位置を４ビットにより表し、パルス＃１は、２４個の取りうる位置を５ビットにより表すこととし、それぞれのパルスに対して１ビットの極性ビットを与え、サブフレーム当たり４＋５＋２＝１１ビットで雑音成分ベクトルを表す音声符号化方法であり、これにより、ビットレートを低減できるものである。（特許文献１参照）。
【００１３】
二つ目のビットレート削減手法（第２のビットレート削減手法）として、パルス候補位置を省いてしまう方法が考えられ、例えば、パルス候補位置を１サンプルおきに配置する方法が考えられる。
パルス候補位置を１サンプルおきに配置すると、表１に示したＣＳ−ＡＣＥＬＰのパルス候補位置において、８候補のパルスは４候補（インデックスは２ビット）に、１６候補のパルスは８候補（インデックスは３ビット）に削減できる。この方法による削減効果は、サブフレーム当たり１７−１３＝４ビットなので、フレーム当たり８ｂｉｔの削減効果となる。
【００１４】
上述２種類の一般的な情報削減手法で、ある程度の削減効果は得られるが、第１のビットレート削減手法ではパルス数が減少することに起因して品質が大幅に劣化してしまうという問題点が生じることになる。
第１のビットレート削減手法は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９付属資料Ｄで用いられており、これによる再生音声品質の劣化は、パルス分散をフィルタリングで実現することによりある程度回避している。
【００１５】
また、第２のビットレート削減手法では常に探索されないサンプルが生じることによる不正確な最小歪み探索に起因して品質が若干劣化してしまうという問題点が生じる。
第２のビットレート削減手法は、標準化された数種類の低ビットレート音声符号化（例：ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２３．１ＡＣＥＬＰ、ＡＭＲ−ＮＢの低ビットレートコーデックモードなど）にも使用されており、ビットレート低下に伴う品質劣化の許容範囲としてそのまま用いられることが多い。
【００１６】
また、その他にビット数を削減しながら音声品質の向上を図る従来技術としては、平成１１年８月３１日公開の特開平１１−２３７８９９号「音源信号符号化装置及びその方法、並びに音源信号復号化装置及びその方法」（出願人：松下電器産業株式会社、発明者：江原　宏幸他）がある。
この従来技術は、複数種類の代数的符号帳を有する構成とし、ピッチピークの位置に応じて複数の代数的符号帳を切り替える音源信号符号化装置及びその方法、並びに音源信号復号化装置及びその方法音声符号化方法である。（特許文献２参照）。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１０−３１２１９８号公報（第５頁、図６）
【特許文献２】
特開平１１−２３７８９９号公報（第２０頁〜第２４頁、図２２〜図２６）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、全体のビットレートをより多く削減することを考えると、従来の２種類のビットレート削減手法を組み合わせて考える必要があり、それぞれの手法が抱える欠点が相乗効果を持って、より再生音声品質を低下させてしまうという問題点があった。
また、第２のビットレート削減手法の採用による品質劣化は許容されることが多いが、入力音声のピッチ周期値が小さい場合（女声や子供の声など）に劣化が顕著に観測されるという問題点があった。
【００１９】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、ＡＣＥＬＰにおける代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑え、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／復号化装置を提供することにある。
【００２０】
【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、ＡＣＥＬＰ方式を用いた音声符号化方法であって、
パルスの組み合わせで入力音声信号の音源信号を表し、パルスの候補位置をグループ分けし、各グループ毎にパルス候補位置の予め定められた候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する代数的符号帳探索で、
候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割して、複数の分割候補位置テーブルを設け、
ピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索するものなので、
代数的符号帳探索処理の負荷を軽減し、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑えることができるものである。
【００２１】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、上記音声符号化方法において、
候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を奇数位置と偶数位置の２つに分割して、奇数位置を候補とする奇数候補位置テーブルと、偶数位置を候補とする偶数候補位置テーブルとを設け、
ピッチ周期値の整数部の値に基づいて、奇数候補位置テーブル又は偶数候補位置テーブルの何れかを選択するものなので、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑えることができるものである。
【００２２】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、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ついて復号する音声復号化方法であって、
パルスの組み合わせで表された符号化データから音源信号を生成する代数的符号帳ベクトル生成で、
符号化で用いたものと同様の複数の分割候補位置テーブルを保持し、
復号されたピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割パルス候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成するものなので、
簡単な処理によって、情報量が削減された代数的符号帳情報からも、品質劣化を極力抑えた再生音声を生成できるものである。
【００２３】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ＡＣＥＬＰ方式を用いた音声符号化装置であって、
パルスの組み合わせで入力音声信号の音源信号を表し、パルスの候補位置をグループ分けし、各グループ毎にパルス候補位置の予め定められた候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する代数的符号帳探索手段を備え、
代数的符号帳探索手段が、
候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割した、複数の分割候補位置テーブルと、
ピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択する選択手段と、
選択手段で選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する探索手段とを有する代数的符号帳探索手段であるとしているので、
代数的符号帳探索処理の負荷を軽減し、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑えることができるものである。
【００２４】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、上記音声符号化装置において、
複数の分割候補位置テーブルが、候補位置テーブルのパルス候補位置の中で、奇数位置を候補とする奇数候補位置テーブルと、偶数位置を候補とする偶数候補位置テーブルとからなり、
選択手段が、ピッチ周期値の整数部の値に基づいて、奇数候補位置テーブル又は偶数候補位置テーブルの何れかを選択する選択手段であるとしているので、
簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑えることができるものである。
【００２５】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、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について復号する音声復号化装置であって、
パルスの組み合わせで表された符号化データから音源信号を生成する代数的符号帳ベクトル生成手段を備え、
代数的符号帳ベクトル生成手段が、
符号化で用いたものと同様の複数の分割候補位置テーブルと、
復号されたピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択する選択手段と、
選択手段で選択された分割候補位置テーブルに従って、符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成するベクトル生成部と有する代数的符号帳ベクトル生成手段であるとしているので、
簡単な処理によって、情報量が削減された代数的符号帳情報からも、品質劣化を極力抑えた再生音声を生成できるものである。
【００２６】
【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。
【００２７】
本発明に係る音声符号化／復号化方法は、符号化側の代数的符号帳探索で、候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割して、複数の分割候補位置テーブルを設け、ピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索するものであり、復号化側においても符号化側と同様の複数の分割候補位置テーブルを保持し、復号されたピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成するなので、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑えることができるものである。
【００２８】
本発明に係る音声符号化装置は、代数的符号帳探索手段が、候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割した、複数の分割候補位置テーブルと、ピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択する選択手段と、選択手段で選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する探索手段とを有するものであり、本発明に係る音声復号化装置は、代数的符号帳ベクトル生成手段が、符号化で用いたものと同様の複数の分割候補位置テーブルと、復号されたピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択する選択手段と、選択手段で選択された分割候補位置テーブルに従って、符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成するベクトル生成部とを有するものなので、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑えることができるものである。
【００２９】
尚、本発明の実施の形態における各手段と図１、図２、図６、図７の各部との対応を示すと、代数的符号帳探索手段は、固定符号帳探索部５に相当し、分割候補位置テーブルは、偶数代数的符号帳５１、奇数代数的符号帳５２，偶数代数的符号帳６１，奇数代数的符号帳６２に相当し、選択手段は、切替スイッチ処理部５３，切替スイッチ処理部６３に相当し、探索手段は、最小歪みパルス組合せ探索処理部５４に相当し、代数的符号帳ベクトル生成手段が、固定符号ベクトル出力部３３に相当し、ベクトル生成部が固定符号ベクトル生成部６４に相当している。
【００３０】
まず、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。
【００３１】
本実施の形態に係る音声符号化装置（本装置）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、利得算出部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。
【００３２】
本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。
【００３３】
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。
【００３４】
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に出力すると共に、固定符号帳探索部５にも出力する。
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算出部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。
【００３５】
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（雑音成分とも言う）を探索するもので、入力音声信号から適応符号帳探索部４で検出されたピッチ周期及び後述する利得算出部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（ターゲット信号）に対して雑音成分の探索を行う。
尚、適応符号ベクトルと固定符号ベクトルとの組合せも考慮した探索を行う場合には、ターゲット信号として、適応符号ベクトルと固定符号ベクトルを組み合わせて作られる駆動音源ベクトルから合成フィルタによって合成されるべきベクトルを用い、当該ターゲット信号に対して雑音成分の探索を行う。
【００３６】
特に、ＡＣＥＬＰでは、複数のパルスの組合せにより雑音成分を表し、予め定めた複数のパルスグループについて、各パルスグループ毎に予め限定して定めておいた複数個のパルス候補位置の中から、パルスグループ毎に１つのパルス位置の最適な組み合わせを探索する処理を行うものである。
【００３７】
具体的には、予め定めた複数のパルスグループに関して、それぞれの候補位置を定めた固定符号帳（ＡＣＥＬＰでは代数的符号帳ともいう、また、請求項では候補位置テーブル）を保持し、後述する自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、基本的には代数的符号帳の内容に基づいて、各グループから１つのパルス位置を選び、全てのパルス位置の候補に対して総組合せで探索処理を行う。
探索処理は、選択された各グループ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、当該固定符号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パルスの組合せを検出する処理である。
【００３８】
そして、検出された誤差が最小化されるパルスの組合せについて、各パルスグループ毎に極性とパルス位置を表すテーブルのインデックスとで構成される代数的符号を、固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力する。
また、検出されたパルスの組合せから成るパルス波形信号を固定符号ベクトル（ＡＣＥＬＰでは、代数的符号帳ベクトルとも言う）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算出部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。
【００３９】
尚、本発明の固定符号帳探索部５では、予め定めた複数のパルスグループに関する候補位置の取り扱いと、自乗誤差最小化部８からの制御信号に従い、パルスの組合せ探索を行う方法が従来とは異なっているが、詳細は後述する。
【００４０】
利得算出部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。
【００４１】
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、利得算出部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。
【００４２】
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、利得算出部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、利得算出部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。
【００４３】
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。
【００４４】
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）とが多重化されてビットストリーム化され、音声符号化データとして送信するものである。
【００４５】
次に、本実施の形態に係る音声符号化装置（本装置）の基本動作について図１を使って説明する。
本装置では、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、ＬＰＣ係数の符号（Ｄ）は、多重化処理部９に出力されて、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共に多重化されて、ビットストリーム化されて音声符号化データとして送信される。
【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、利得算出部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、利得算出部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、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パルス位置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パルスの組合せが探索され、その結果、誤差信号が最小となる組合せの各パルスについて、その極性とパルス位置（インデックス）を示す代数的符号が固定符号（Ｂ）として自乗誤差最小化部８に出力される。また、固定符号帳探索部５からは、誤差信号が最小となる組合せの各パルスを有するパルス波形信号が固定符号ベクトル（代数的符号帳ベクトル）として出力される。
【００５０】
そして、自乗誤差最小化部８では、利得算出部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、利得算出部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。
【００５１】
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。
【００５２】
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算出部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算出部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。
【００５３】
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。
【００５４】
上記図１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）の音声符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、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。
【００５５】
具体的に説明すると、従来ＡＣＥＬＰ方式の音声符号化方法では、サブフレーム毎に表１に示したようなパルス候補位置に対して探索処理を行い、出力される固定符号ベクトルに基づいて作成された再生音声信号と目標信号との自乗誤差が最小化されるようなパルスの極性及びパルス位置を検出し、検出されたパルスの極性及びパルス位置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て出力していたが、本発明では、グループ内のパルス候補位置を複数に分割した複数の分割候補位置テーブルを予め備え、適応符号帳探索部４から出力されるピッチ周期情報に基づいて当該複数の分割候補位置テーブルの中から選択される分割候補位置テーブルに対して探索処理を行うようになっている。
【００５６】
その結果、パルス候補位置が複数に分割されているのに伴い、探索されたパルス位置を示すインデックスの情報ビット数は削減されることになる。
【００５７】
即ち、図１の音声符号化装置の構成においては、固定符号帳探索部５の探索処理制御が従来とは異なっており、本発明の固定符号帳探索部５は、グループ内のパルス候補位置を複数に分割した複数の分割候補位置テーブルを予め備え、適応符号帳探索部４から出力されるピッチ周期情報に応じて当該複数の分割候補位置テーブルの中から選択されるパルス候補位置に対して探索処理を行うものである。
【００５８】
そして、各パルスグループ毎に候補が少なくなることから、探索されたパルス位置を表すインデックスの情報ビットが削減され、固定符号帳探索部５から自乗誤差最小化部８に出力される自乗誤差が最小化されるようなパルスの極性及びパルス位置を示す情報（代数的符号）、即ち固定符号（Ｂ）のビット数が削減されることになり、自乗誤差最小化部８から多重化処理部９を介して送信される情報ビット数を削減することが可能である。
【００５９】
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、本発明の実施の形態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。尚、図２では、パルス候補位置を２つに分割した場合の構成例を示している。
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、偶数代数的符号帳５１と、奇数代数的符号帳５２と、切替スイッチ処理部５３と、最小歪みパルス組合せ探索処理部５４とから構成されている。
尚、ここで、偶数代数的符号帳５１と、奇数代数的符号帳５２が、請求項の分割候補位置テーブルに相当する。
【００６０】
固定符号帳探索部５の内部の各部について説明する。
偶数代数的符号帳５１は、表１に示したＣＳ−ＡＣＥＬＰにおけるパルス候補位置に対して、各パルスとも偶数位置のみを候補としてテーブルに保持し、要求に応じて、保持しているパルス位置の情報を偶数パルス候補位置ａとして出力するものである。
【００６１】
【表２】

【００６２】
奇数代数的符号帳５２は、表１に示したＣＳ−ＡＣＥＬＰにおけるパルス候補位置に対して、奇数位置のみを候補としてテーブルに保持し、要求に応じて、保持しているパルス位置の情報を奇数パルス候補位置ｂとして出力するものである。
【００６３】
【表３】

【００６４】
切替スイッチ処理部５３は、適応符号帳探索部４から出力されたピッチ周期情報（ピッチ周期値）ｃを入力し、入力されたピッチ周期値の整数部の値に応じて偶数代数的符号帳５１からの偶数パルス候補位置ａ又は奇数代数的符号帳５２からの奇数パルス候補位置ｂを切り替えて、パルス候補位置情報ｄとして出力するものである。
【００６５】
具体的に切替スイッチ処理部５３では、入力されたピッチ周期値ｃにおける整数部を求め、整数部が奇数か偶数かを判定し、もし偶数ならばスイッチを上方に切り替え、偶数代数的符号帳５１から得られる偶数のみで構成される偶数パルス候補位置ａがパルス候補位置情報ｄとして最小歪みパルス組合せ探索処理部５４に入力され、奇数ならば奇数代数的符号帳５２から得られる奇数のみで構成される奇数パルス候補位置ｂがパルス候補位置情報ｄとして最小歪みパルス組合せ探索処理部５４に入力されるように切り替えるようになっている。
尚、ピッチ周期値ｃは、適応符号帳探索部４で整数部を求めて、整数部の値が切替スイッチ処理部５３に入力されるようにしても構わない。
【００６６】
最小歪みパルス組合せ探索処理部５４は、最適なパルス位置・極性を探索するためのターゲット信号ｅを入力し、切替スイッチ処理部５３から入力されるパルス候補位置情報ｄに基づくパルス候補位置の全てのパルス組み合わせについて探索し、ターゲット信号と比較して最小の歪みを持つパルス組み合わせを検出して、検出された各パルスの極性と位置を表すインデックスから構成される代数的符号を出力すると共に、検出されたパルスの組合せから成るパルス波形信号を固定符号ベクトル（代数的符号帳ベクトル）として出力するものである。
【００６７】
本発明の固定符号帳探索部５の動作について、図２を使って説明する。
本発明の固定符号帳探索部５では、適応符号帳探索部４から出力されたピッチ周期情報（ピッチ周期値）ｃが切替スイッチ処理部５３に入力され、ピッチ周期情報（ピッチ周期値）の整数部の値が求められ、整数部が偶数ならば偶数代数的符号帳５１からの偶数パルス候補位置ａがパルス候補位置情報ｄとして最小歪みパルス組合せ探索処理部５４に入力され、奇数ならば奇数代数的符号帳５２からの奇数パルス候補位置ｂがパルス候補位置情報ｄとして最小歪みパルス組合せ探索処理部５４に入力される。
【００６８】
そして、最小歪みパルス組合せ探索処理部５４において、切替スイッチ処理部５３からのパルス候補位置情報ｄに基づくパルス候補位置の全てのパルス組み合わせについて探索し、入力されるターゲット信号と比較して最小の歪みを持つパルス組み合わせが検出されて、検出された各パルスの極性と位置を表すインデックスとが代数的符号として出力されると共に、検出されたパルスの組合せから成るパルス波形信号が固定符号ベクトル（代数的符号帳ベクトル）として出力されるようになっている。
【００６９】
上記説明では、例としてピッチ周期情報の整数部が偶数の時には、偶数代数的符号帳５１に保持された偶数配列のパルス候補位置を選択して探索を行い、奇数の時には、奇数代数的符号帳５２に保持された偶数配列のパルス候補位置を選択して探索を行うように記述してきたが、逆に選択しても構わない。
【００７０】
従来のＣＳ−ＡＣＥＬＰに対して、本発明の音声符号化方法及び音声符号化装置では、代数的符号のデータ量が軽減できることを、図３〜図５を用いて具体例で説明する。図３は、従来のＣＳ−ＡＣＥＬＰの場合の各パルスの候補位置を示す模式図であり、図４は、本発明の各パルスの候補位置を示す模式図であり、左側（Ａ）が偶数候補、右側（Ｂ）が奇数候補を示している。また、図５は、代数的符号帳のパルス探索位置を表す模式図である。
【００７１】
ＣＳ−ＡＣＥＬＰの代数的符号帳は４チャンネルから構成され、各チャンネルからは振幅が＋１か−１である１本のパルスが出力される。各チャンネルから出力されるパルスの位置には制限が加えられていて予め定められた範囲の位置にしかパルスが立てられる事はない。ＣＳ−ＡＣＥＬＰでは４０サンプル（５ｍｓ）のサブフレーム単位で励振信号の符号化が行われる。この１サブフレーム内の各サンプル点を表したのが図３（ａ）である。
【００７２】
従来のＣＳ−ＡＣＥＬＰの代数的符号帳では、表１に示したように、この４０サンプルの点を図３（ｂ）〜（ｅ）の４つのグループ（パルス番号１〜４）に分割する。
すなわち、先頭のサンプル点の番号を０として以下順番に１、２、３、…、３９としたときに、図３（ｂ）はサンプル点の番号が５で割り切れるもの、即ち０、５、１０、…、３５のサンプル点からなるグループを示している。
図３（ｃ）は同様にサンプル点の番号を５で割った場合に１余るもの、即ち１、６、１１、…、３６のサンプル点から成るグループを示している。図３（ｄ）も同様にサンプル点の番号を５で割った場合に２余るもの、即ち２、７、１２、…、２７のサンプル点から成るグループを示している。図３（ｅ）も同様にサンプル点の番号を５で割った場合に３または４余るもの、即ち３、８、１３、…、３８および４、９、１４、…、３９のサンプル点から成るグループを示している。
【００７３】
それに対して本発明の音声符号化装置では、図３に示した４つのグループ（パルス番号１〜４）のパルス候補位置を、偶数配置（表２）と奇数配置（表３）とに分割し、奇数配置では、図４（Ａ）の（ｆ）〜（ｉ）に示すパルス位置について探索し、偶数配置では図４（Ｂ）の（ｊ）〜（ｍ）に示すパルス位置について探索する。
尚、図２の構成では、、図４（Ａ）の（ｆ）〜（ｉ）に示すパルス位置の情報が奇数代数的符号帳５２に保持され、図４（Ｂ）の（ｊ）〜（ｍ）に示すパルス位置の情報が偶数代数的符号帳５１に保持されている。
【００７４】
具体例として、適応符号帳探索部４からのピッチ周期値が奇数の場合であって、奇数代数的符号帳５２が選択されて、図４（Ａ）の（ｆ）〜（ｉ）に示すパルス位置について、各グループに含まれるサンプル点の中から１箇所を選んで振幅が＋１か−１のパルスを立てて探索を行い、全ての組合せの中で、各パルスグループについて図５（ｂ）〜（ｅ）に太長線で示すパルス位置が歪みを最小にするパルス位置であることが検出されたなら、当該４本のパルスを合わせた図５（ａ）に示すパルス波形信号が最小歪みパルス組合せ探索処理部５４から出力される固定符号ベクトル（代数的符号帳ベクトル）となる。
【００７５】
また、この時、歪みを最小にするパルスの極性、及び位置を示す代数的符号としては、グループ１については極性がプラスでインデックスが１、グループ２については極性がプラスでインデックスが２、グループ３については極性がマイナスでインデックスが２、グループ４については極性がマイナスでインデックスが５として、自乗誤差最小化部８に出力されることになり、サブフレームについて、１３ビットの代数的符号で表すことができる。
【００７６】
ちなみに、図５に示したパルスの検出結果を、表１に示した従来のパルス候補構成で表すと、パルス１については極性がプラスでインデックスが３、パルス２については極性がプラスでインデックスが４、パルス３については極性がマイナスでインデックスが５、パルス４については極性がマイナスでインデックスが１３として、自乗誤差最小化部８に出力されることになり、従来技術でも述べたようにサブフレームについて、１７ビットの代数的符号で表すことになるので、従来のＡＣＥＬＰに比べて、サブフレーム当たり１７−１３＝４ビットの削減が為される。
【００７７】
上記固定符号帳探索部５において、適応符号帳探索部４で検出されたピッチ周期情報の整数値が偶数であるか奇数であるかに応じて、偶数配置のパルス位置又は奇数配置のパルス位置の何れかを選択してパルスの組合せ探索を行い、探索結果のパルス位置に対応する配置（代数的符号帳）のインデックスが代数的符号となることにより、サブフレーム当たりの代数的符号のビット数が軽減されるので、送信する音声符号化データのビットレートを軽減することができ、また固定符号帳探索部５における固定符号帳探索の負荷を軽減することができる。
【００７８】
そして、従来の第２のビットレート削減手法で説明したような、単純にパルス候補位置を省いてしまう方法では、常に探索されないパルス位置があったため、音声品質が劣化したが、本発明の音声符号化方法では、選択される分割候補位置が切り替わるために、常に探索されないパルス位置は存在しないため、音声品質の劣化を抑えることができる。
【００７９】
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毎に、ピッチ周期情報の整数値が偶数であるか奇数であるかに応じて、偶数配置のパルス位置又は奇数配置のパルス位置の何れかを選択してパルスの組合せ探索処理を行い、その探索結果（パルス位置情報）に対応する選択された配置に基づくインデックスと極性とが代数的符号となり、何れの配置に基づいて探索されたインデックスであるかの情報は、音声符号化データに含まれない。
それに伴い、何れの配置に基づいて探索されたインデックスであるかの情報が含まれない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。
【００８０】
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（代数的符号）に基づいて固定符号（代数的符号帳）ベクトルを生成する方法が、音声符号化側と同様の複数の代数的符号帳を保持し、復号されたピッチ周期情報に基づいて代数的符号帳を選択し、選択された代数的符号帳に従って固定符号（代数的符号帳）ベクトルを取得するものである。
【００８１】
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６を使って説明する。図６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６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。
【００８２】
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）、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。
【００８３】
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。
【００８４】
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グループに関するパルス候補位置を記憶している固定符号帳（ＡＣＥＬＰでは、代数的符号帳とも言う）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、音声符号化側と同様の複数の固定符号帳を保持し、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何れかの固定符号帳を選択し、選択された固定符号帳を用いて固定符号ベクトルを生成し出力する点が、従来とは異なっている。詳細は、後述する。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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）、利得符号（Ｃ）、ＬＳＰ係数の符号（Ｄ）に分離される。
【００８９】
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。
【００９０】
一方、固定符号（Ｂ）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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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（代数的符号）が、グループ内のパルス候補位置が分割された複数の固定符号帳の内、選択された固定符号帳を用いて探索された固定符号であるので、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。
【００９５】
具体的には、フレームを構成する複数サブフレーム毎に、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、音声符号化側と同様に複数保持している固定符号帳の何れかの固定符号帳を選択し、選択された固定符号帳を用いて固定符号ベクトルを生成し出力するものである。
【００９６】
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７を使って説明する。図７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。尚、図７の構成は、図２で説明した音声符号化側の固定符号帳探索部５に対応する構成であり、パルス候補位置を２つに分割した場合の構成例を示している。
【００９７】
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７に示すように、偶数代数的符号帳６１と、奇数代数的符号帳６２と、切替スイッチ処理部６３と、固定符号ベクトル生成部６４とから構成されている。
【００９８】
固定符号ベクトル出力部３３の内部の各部について説明する。
偶数代数的符号帳６１は、音声符号化装置側の偶数代数的符号帳５１に対応し、表２に示した偶数位置のパルス候補位置をテーブルに保持し、要求に応じて、保持しているパルス位置の情報を偶数パルス候補位置ａとして出力するものである。
奇数代数的符号帳６２は、音声符号化装置側の奇数代数的符号帳５２に対応し、表３に示した奇数位置のパルス候補位置をテーブルに保持し、要求に応じて、保持しているパルス位置の情報を奇数パルス候補位置ｂとして出力するものである。
【００９９】
切替スイッチ処理部６３は、適応符号ベクトル出力部３２から出力されたピッチ周期情報（ピッチ周期値）ｃを入力し、入力されたピッチ周期値の整数部の値に応じて偶数代数的符号帳５１からの偶数パルス候補位置ａ又は奇数代数的符号帳５２からの奇数パルス候補位置ｂを切り替えて、パルス候補位置情報ｄとして出力するものである。
【０１００】
具体的に切替スイッチ処理部６３では、入力されたピッチ周期値ｃにおける整数部を求め、整数部が奇数か偶数かを判定し、もし偶数ならばスイッチを上方に切り替え、偶数代数的符号帳５１から得られる偶数のみで構成される偶数パルス候補位置ａがパルス候補位置情報ｄとして固定符号ベクトル生成部６４に入力され、奇数ならば奇数代数的符号帳５２から得られる奇数のみで構成される奇数パルス候補位置ｂがパルス候補位置情報ｄとして固定符号ベクトル生成部６４に入力されるように切り替えるようになっている。
尚、ピッチ周期値ｃは、適応符号ベクトル出力部３２で整数部を求めて、整数部の値が切替スイッチ処理部６３に入力されるようにしても構わない。
【０１０１】
固定符号ベクトル生成部６４は、分離部３１からの固定符号（Ｂ）を入力し、固定符号（Ｂ）（代数的符号）で表されている各パルスの極性とインデックスに対応し、切替スイッチ処理部６３から入力されるパルス候補位置情報ｄのパルス候補位置にパルスを立てた固定符号ベクトル（代数的符号帳ベクトル）を生成して出力するものである。
【０１０２】
本発明の固定符号ベクトル出力部３３の動作について、図７を使って説明する。
本発明の固定符号ベクトル出力部３３では、適応符号ベクトル出力部３２から出力されたピッチ周期情報（ピッチ周期値）ｃが切替スイッチ処理部６３に入力され、ピッチ周期情報（ピッチ周期値）の整数部の値が求められ、整数部が偶数ならば偶数代数的符号帳６１からの偶数パルス候補位置ａがパルス候補位置情報ｄとして固定符号ベクトル生成部６４に入力され、奇数ならば奇数代数的符号帳６２からの奇数パルス候補位置ｂがパルス候補位置情報ｄとして固定符号ベクトル生成部６４に入力される。
【０１０３】
そして、固定符号ベクトル生成部６４において、分離部３１からの固定符号（Ｂ）で表されている各パルスの極性とインデックスに対応し、切替スイッチ処理部６３から入力されるパルス候補位置情報ｄのパルス候補位置にパルスを立てた固定符号ベクトル（代数的符号帳ベクトル）を生成して出力されるようになっている。
【０１０４】
上記説明では、音声符号化側に合わせて、ピッチ周期情報の整数部が偶数の時には、偶数代数的符号帳５１に保持された偶数配列のパルス候補位置を選択して探索を行い、奇数の時には、奇数代数的符号帳５２に保持された偶数配列のパルス候補位置を選択して探索を行うように記述してきたが、音声符号化側が逆であれば、逆になる。
【０１０５】
上記図２，図７に示した構成例を用いた説明では、分割された代数的符号帳を２つ設けた例で説明したが、本発明は分割数を２に限定するものではなく、例えば、分割数を４にした場合には、表１に示したＣＳ−ＡＣＥＬＰのパルス候補位置における１，５列目からなる第１の代数的符号帳と、２，６列目からなる第２の代数的符号帳と、３，７列目からなる第３の代数的符号帳と、４，８列目からなる第４の代数的符号帳とを設ける。
【０１０６】
そして、切替スイッチ処理部５３では、例えばピッチ周期情報の整数部が４の倍数の場合には、第１の代数的符号帳を選択し、４の倍数＋１の場合には、第２の代数的符号帳を選択し、４の倍数＋２の場合には、第３の代数的符号帳を選択し、４の倍数＋３の場合には、第４の代数的符号帳を選択するように制御する。
【０１０７】
そして、当然のことながら、復号側においては、これに対応して、同様の４つの代数的符号帳を保持し、切替スイッチ処理部６３では、切替スイッチ処理部５３と同様の制御を行う。
【０１０８】
尚、伝送誤差により、符号化の際のピッチ周期情報と復号されたピッチ周期情報に誤差が発生し、例えば奇数／偶数が間違ったとしても、従来の第２のビットレート削減手法で説明したような、単純にパルス候補位置を省いてしまう方法に比べると、品質劣化は抑えられるものである。
【０１０９】
本発明の実施の形態に係るＡＣＥＬＰ方式を用いた音声符号化方法及び音声符号化装置によれば、固定符号帳探索部５で行う代数的符号帳探索で、候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割して、複数の分割候補位置テーブルを設け、切替スイッチ処理部５３において、ピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、最小歪みパルス組合せ探索処理部５４で最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索するものなので、代数的符号帳探索処理の負荷を軽減し、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑え、伝送効率を向上できる効果がある。
【０１１０】
また、本発明の実施の形態に係るＡＣＥＬＰ方式を用いた音声符号化方法及び音声符号化装置によれば、固定符号帳探索部５において、候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を奇数位置と偶数位置の２つに分割して、奇数位置を候補とする奇数代数的符号帳５２と、偶数位置を候補とする偶数代数的符号帳５１とを設け、切替スイッチ処理部５３においてピッチ周期値の整数部の値に基づいて、奇数代数的符号帳５２又は偶数代数的符号帳５１の何れかを選択するものなので、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑え、伝送効率を向上できる効果がある。
【０１１１】
本発明の実施の形態に係る音声符号化方法及び音声符号化装置に対応する音声復号化方法及び音声復号化装置によれば、固定符号ベクトル出力部３３で行われる、パルスの組み合わせで表された符号化データから音源信号を生成する代数的符号帳ベクトル生成で、符号化で用いたものと同様の複数の分割候補位置テーブルを保持し、切替スイッチ処理部６３において復号されたピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割パルス候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、固定符号ベクトル生成部６４で符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成するものなので、簡単な処理によって、情報量が削減された代数的符号帳情報からも、品質劣化を極力抑えた再生音声を生成でき、伝送効率を向上できる効果がある。
【０１１２】
また、本発明の実施の形態に係る音声復号化方法及び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、符号化で用いたものと同様の奇数代数的符号帳５２と偶数代数的符号帳５１とを設け、切替スイッチ処理部６３において復号されたピッチ周期値の整数部の値に基づいて、奇数代数的符号帳６２又は偶数代数的符号帳６１の何れかを選択するものなので、簡単な処理によって、情報量が削減された代数的符号帳情報からも、品質劣化を極力抑えた再生音声を生成でき、伝送効率を向上できる効果がある。
【０１１３】
また、従来のＣＳ−ＡＣＥＬＰを用いた音声符号化／復号化方法に本発明を適用することにより必要となる追加処理は、概ね５０ステップ程度と非常に少ない処理量であり、処理を複雑化することなく、代数的符号帳探索処理の負荷を軽減し、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、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。
【０１１４】
また、本発明を適用することにより従来の第２のビットレート削減手法で、これまではビットレート削減相当の劣化として許容されてきた品質劣化を回避し、かつビットレートの削減率は変わらない状態を確保できる効果がある。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明によれば、パルスの組み合わせで入力音声信号の音源信号を表し、パルスの候補位置をグループ分けし、各グループ毎にパルス候補位置の予め定められた候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する代数的符号帳探索で、候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割して、複数の分割候補位置テーブルを設け、ピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する音声符号化方法としているので、代数的符号帳探索処理の負荷を軽減し、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑え、伝送効率を向上できる効果がある。
【０１１６】
本発明によれば、候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を奇数位置と偶数位置の２つに分割して、奇数位置を候補とする奇数候補位置テーブルと、偶数位置を候補とする偶数候補位置テーブルとを設け、ピッチ周期値の整数部の値に基づいて、奇数候補位置テーブル又は偶数候補位置テーブルの何れかを選択する上記音声符号化方法としているので、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑え、伝送効率を向上できる効果がある。
【０１１７】
本発明によれば、パルスの組み合わせで表された符号化データから音源信号を生成する代数的符号帳ベクトル生成で、符号化で用いたものと同様の複数の分割候補位置テーブルを保持し、復号されたピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割パルス候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成する音声復号化方法としているので、簡単な処理によって、情報量が削減された代数的符号帳情報からも、品質劣化を極力抑えた再生音声を生成できるものである。
【０１１８】
本発明によれば、パルスの組み合わせで入力音声信号の音源信号を表し、パルスの候補位置をグループ分けし、各グループ毎にパルス候補位置の予め定められた候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する代数的符号帳探索手段を備え、代数的符号帳探索手段が、候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割した、複数の分割候補位置テーブルと、ピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択する選択手段と、選択手段で選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する探索手段とを有する代数的符号帳探索手段である音声符号化装置としているので、代数的符号帳探索処理の負荷を軽減し、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑え、伝送効率を向上できる効果がある。
【０１１９】
本発明によれば、複数の分割候補位置テーブルが、候補位置テーブルのパルス候補位置の中で、奇数位置を候補とする奇数候補位置テーブルと、偶数位置を候補とする偶数候補位置テーブルとからなり、選択手段が、ピッチ周期値の整数部の値に基づいて、奇数候補位置テーブル又は偶数候補位置テーブルの何れかを選択する選択手段である上記音声符号化装置としているので、簡単な処理によって、代数的符号帳情報に分配される情報を削減しつつ、再生音声品質の劣化を極力抑え、伝送効率を向上できる効果がある。
【０１２０】
本発明によれば、パルスの組み合わせで表された符号化データから音源信号を生成する代数的符号帳ベクトル生成手段を備え、代数的符号帳ベクトル生成手段が、符号化で用いたものと同様の複数の分割候補位置テーブルと、復号されたピッチ周期値に基づいて、複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択する選択手段と、選択手段で選択された分割候補位置テーブルに従って、符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成するベクトル生成部と有する代数的符号帳ベクトル生成手段である音声復号化装置としているので、簡単な処理によって、情報量が削減された代数的符号帳情報からも、品質劣化を極力抑えた再生音声を生成でき、伝送効率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】本発明の実施の形態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】従来のＣＳ−ＡＣＥＬＰの場合の各パルスの候補位置を示す模式図である。
【図４】本発明の各パルスの候補位置を示す模式図である。
【図５】代数的符号帳のパルス探索位置を表す模式図である。
【図６】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７】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。
【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…利得算出部、　７…ＬＰＣ合成部、　８…自乗誤差最小化部、　９…多重化処理部、　２０…加算器、　２１…乗算器、　２２…乗算器、　２３…加算器、　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、　５１…偶数代数的符号帳、　５２…奇数代数的符号帳、　５３…切替スイッチ処理部、　５４…最小歪みパルス組合せ探索処理部、　６１…偶数代数的符号帳、　６２…奇数代数的符号帳、　６３…切替スイッチ処理部、　６４…固定符号ベクトル生成部

Claims (6)

1. ＡＣＥＬＰ方式を用いた音声符号化方法であって、
   パルスの組み合わせで入力音声信号の音源信号を表し、パルスの候補位置をグループ分けし、各グループ毎にパルス候補位置の予め定められた候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する代数的符号帳探索で、
   前記候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割して、複数の分割候補位置テーブルを設け、
   ピッチ周期値に基づいて、前記複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索することを特徴とする音声符号化方法。
2. 候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を奇数位置と偶数位置の２つに分割して、奇数位置を候補とする奇数候補位置テーブルと、偶数位置を候補とする偶数候補位置テーブルとを設け、
   ピッチ周期値の整数部の値に基づいて、前記奇数候補位置テーブル又は前記偶数候補位置テーブルの何れかを選択することを特徴とする請求項１記載の音声符号化方法。
3. 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復号する音声復号化方法であって、
   パルスの組み合わせで表された符号化データから音源信号を生成する代数的符号帳ベクトル生成で、
   符号化で用いたものと同様の複数の分割候補位置テーブルを保持し、
   復号されたピッチ周期値に基づいて、前記複数の分割候補位置テーブルから１つの分割パルス候補位置テーブルを選択し、当該選択された分割候補位置テーブルに従って、符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成することを特徴とする音声復号化方法。
4. ＡＣＥＬＰ方式を用いた音声符号化装置であって、
   パルスの組み合わせで入力音声信号の音源信号を表し、パルスの候補位置をグループ分けし、各グループ毎にパルス候補位置の予め定められた候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する代数的符号帳探索手段を備え、
   前記代数的符号帳探索手段が、
   前記候補位置テーブルにおけるグループ内のパルス候補位置を複数に分割した、複数の分割候補位置テーブルと、
   ピッチ周期値に基づいて、前記複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択する選択手段と、
   前記選択手段で選択された分割候補位置テーブルに従って、最も歪が小さくなる各グループにおける１つのパルス位置の組み合わせを探索する探索手段とを有する代数的符号帳探索手段であることを特徴とする音声符号化装置。
5. 複数の分割候補位置テーブルが、候補位置テーブルのパルス候補位置の中で、奇数位置を候補とする奇数候補位置テーブルと、偶数位置を候補とする偶数候補位置テーブルとからなり、
   選択手段が、ピッチ周期値の整数部の値に基づいて、前記奇数候補位置テーブル又は前記偶数候補位置テーブルの何れかを選択する選択手段であることを特徴とする請求項４記載の音声符号化装置。
6. 請求項４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について復号を行う音声復号化装置であって、
   パルスの組み合わせで表された符号化データから音源信号を生成する代数的符号帳ベクトル生成手段を備え、
   前記代数的符号帳ベクトル生成手段が、
   符号化で用いたものと同様の複数の分割候補位置テーブルと、
   復号されたピッチ周期値に基づいて、前記複数の分割候補位置テーブルから１つの分割候補位置テーブルを選択する選択手段と、
   前記選択手段で選択された分割候補位置テーブルに従って、符号化データに対応するパルス位置のパルスを有する代数的符号帳ベクトルを生成するベクトル生成部と有する代数的符号帳ベクトル生成手段であることを特徴とする音声復号化装置。

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