JP2800599B2

JP2800599B2 - 基本周期符号化装置

Info

Publication number: JP2800599B2
Application number: JP4319195A
Authority: JP
Inventors: 茂小野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-10-15
Filing date: 1992-10-15
Publication date: 1998-09-21
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JPH06131000A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声信号の低ビットレ
ート符号化に関し、特に音声の基本周期パラメータの符
号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声信号を効率的に符号化する方式とし
て線形予測符号化方式とベクトル量子化を組み合わせた
ＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ−ＥｘｃｉｔｅｄＬｉｎｅａｒ
Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）符号化方式がある。本方式は、
信号のスペクトル包絡を表す線形予測部と音声の基本周
期を表すコードブック部と励振信号を表す音源コードブ
ック部と振幅制御を行なうゲインコードブック部とから
なる。ＣＥＬＰにおいては、線形予測部は一定間隔で区
切られたフレーム単位で求められ、他の構成要素はフレ
ームを更に分割したサブフレーム毎に決定されるのが普
通である。

【０００３】サブフレーム毎に適応コードブック部で定
まる基本周期を低ピットレートで符号化する方法として
は、Ｍ．ＹｏｎｇとＡ．Ｇｅｒｓｈｏによる文献
（１）：“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｅｎｃｏｄｉｎｇｏ
ｆｔｈｅｌｏｎｇ−ｔｅｒｍｐｒｅｄｉｃｔｏｒ
ｉｎｖｅｃｔｏｒｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｃｏｄｅ
ｒｅｓ，”と、Ｃａｍｐｂｅｌｌらによる文献
（２）：”ＡｎＥｘｐａｎｄａｂｌｅｒＥｒｒｏｒ
−Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ４８００ｂｐｓＣＥＬＰ
Ｃｏｄｅｒ（Ｕ．Ｓ．ＦｅｄｅｒａｌＳｔａｎｄａｒ
ｄ４８０００ｂｐｓＶｏｉｃｅＣｏｄｅｒ）が
ある。前者は、サブフレーム毎の基本周期をフレーム全
体に渡る平均周期とその変動分とで符号化するもので、
音質劣化を抑えて低ビットレート化が可能とされてい
る。一方後者は、奇数サブフレームで求める基本周期は
偶数サブフレームからの差分で符号化する方法であり、
基本周期探索に要する演算量を低減する効果も併せ持
つ。一方、適応コードブック部で定まる基本周期ではな
く、入力音声信号の情報のみから基本周期を抽出する方
式においては、基本周期を差分符号化する構成が、例え
ば文献（３）：特開平２−２１６２００”音声符号化装
置および音声符号化装置”などで提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】まず、基本周期を平均
値とそれからの変動分として符号化する前記文献（１）
の従来方式は、過去のサブフレームで定めた基本周期か
らの差分を符号化する逐次差分方法と比較して効率的で
ないという問題がある。例えば、基本周期がサブフレー
ム毎に｛８、１０、１２、１４、１６｝と変動している
とき、前記文献（１）の従来方法では、平均１２を表す
のに４ビット、平均からの変動を表すのに７（＝２＋１
＋１＋１＋２）ビットで計１１ビット要する。しかし、
逐次的に符号化する場合は、７（＝３＋１＋１＋１＋
１）ビットとなり、より低ビットレート化が図れる。

【０００５】一方、偶数サブフレームと奇数サブフレー
ムとの差分で量子化する前記文献（２）の従来方式で
は、奇数サブフレームの基本周期を求める際に過去の偶
数サブフレームで定めた基本周期を前提する逐次決定を
採用しているため、基本周期を符号化する手段がフレー
ム全体として最適な基本周期の組を定めるようになって
おらず、差分符号化をしない場合と比較して特性が大き
く劣化するという問題がある。また、奇数サブフレーム
に割り当てられるビット数が一定であるため、音声信号
がフレーム内で変動しているような場合にその変化に追
随できないという欠点を持つ。また更に、後者を更に低
ビットレートに適用するには、奇数サブフレームのビッ
ト数を削減しなければならず、特性が劣化するという問
題がある。

【０００６】さらに、文献（３）のような入力音声信号
と再生音声信号との誤差を最小にする基本周期部を持た
ない従来方式における基本周期の差分符号化は、基本周
期パラメータを単なる時系列パラメータとして見たとき
のそれであり、再生音声信号と入力音声信号との距離を
無視しているため、高品質な再生音声信号が得られない
という問題がある。

【０００７】本発明の目的は、フレーム全体で最適とな
るように基本周期を低ビットレートで符号化する基本周
期符号化装置を提供することで、音声符号化式の高品質
化を図ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明の基本周期符
号化装置は、離散音声信号をスペクトル包絡を表すパラ
メータと基本周期を表すパラメータと励振音源を表すパ
ラメータと振幅制御を行なうパラメータとで表現する音
声符号化方式で、一定間隔のフレームに分割された離散
音声信号を入力し、前記フレームを複数区間に分散した
サブフレーム毎に基本周期パラメータを符号化する際
に、前記サブフレームの基本周期パラメータの幾つかを
過去に定まるサブフレームの基本周期パラメータとの差
分で符号化する基本周期符号化装置において、前記入力
音声信号をもとに当該フレームの各サブフレームに対応
する候補基本周期の組を出力する基本周期予備選択部
と、前記基本周期予備選択部から出力される候補基本周
期の組の当該サブフレームに対応する基本周期パラメー
タに対する予め定められた範囲にある近傍基本周期パラ
メータから当該サブフレームの入力音声信号と当該サブ
フレームのスペクトル包絡パラメータと過去に定めた励
振音源を表すパラメータとを用いて基本周期を決定する
基本周期本選択部とを有し、前記基本周期予備選択部
が、前記基本周期予備選択部でフレーム全体に渡るサブ
フレームの候補基本周期を求める過程で、前記入力音声
信号を用いて各サブフレーム毎に複数の基本周期パラメ
ータ候補と前記候補に付随する予測ゲインとを定め、前
記定めた基本周期パラメータ候補のそれぞれを基本とし
て隣接するサブフレーム間の基本パラメータの差が予め
定められた範囲内にある基本周期パラメータ組を構成
し、前記構成されたフレーム全体に渡る基本周期パラメ
ータの組からそれらに付随する予測ゲインをもとに候補
基本周期を抽出することを特徴とする。

【０００９】第２の発明の基本周期符号化装置は、第１
の発明において、前記基本周期予備選択部が、前記基本
周期予備選択部でフレーム全体に渡るサブフレームの候
補基本周期パラメータを求める過程で、前記入力音声信
号を用いて最大予測ゲインを与えるサブフレームを定
め、前記定まったサブフレーム間において前記入力音声
信号をもとに基本周期パラメータ候補と、前記候補に付
随する予測ゲインとを定め、前記定めた基本周期パラメ
ータ候補のそれぞれを基本として隣接するサブフレーム
の基本パラメータの差が予め定められた範囲内にある基
本周期パラメータ組を構成し、前記構成されたフレーム
全体に渡る基本周期パラメータの組からそれらに付随す
る予測ゲインをもとに候補基本周期を抽出することを特
徴とする。

【００１０】第３の発明の基本周期符号化装置は、第１
の発明において、前記基本周期本選択部が、過去のサブ
フレームで定まった基本周期から予め定められた範囲内
にある近傍基本周期パラメータの組みを構成し、前記構
成された近傍基本周期パラメータから当該サブフレーム
の入力信号と当該サブフレームのスペクトル包絡パラメ
ータと過去に定めた励振音源を表すパラメータとを用い
て基本周期を決定することを特徴とする。

【００１１】第４の発明の基本周期符号化装置は、第１
の発明において、前記基本周期予備選択部が候補基本周
期を複数出力することを特徴とする。

【００１２】第５の発明の基本周期符号化装置は、第１
の発明において、差分符号化される基本周期に割り当て
られるビット数がサブフレーム毎に異なることを特徴と
する。

【００１３】第６の発明の基本周期符号化装置は、第１
の発明において、前記入力音声信号から計算される各サ
ブフレーム毎の予測ゲインをもとに当該フレーム或いは
当該サブフレームを予め定められたクラスに分割するモ
ード識別部を備え、前記モード識別部から出力されるク
ラス情報をもとに、差分符号化される基本周期に割り当
てられるビット数をサブフレーム毎に異なるようにする
ことを特徴とする。

【００１４】第７の発明の基本周期符号化装置は、第１
の発明において、前記基本周期予備選択部が、隣接する
サブフレーム間の基本パラメータの差が予め定められた
範囲内にあるように構成された複数ラグの組から候補基
本周期を抽出する際に、各ラグに付随する予測ゲインを
用いて前記基本パラメータの組みをより少ない数の組み
に絞り込み、前記絞り込まれた基本パラメータの組みの
中から最も高い基本周期を抽出することを特徴とする。

【００１５】第８の発明の基本周期符号化装置は、第１
の発明において、前記基本周期予備選択部が、前記基本
周期予備選択部でサブフレームの候補基本周期を構成す
る過程で、前記フレームと当該フレームと更に次フレー
ムの入力音声信号とで定まる予測ゲインをもとに、前フ
レームのサブフレームの一部と当該フレームのサブフレ
ームと更に次フレームのサブフレームの一部という複数
フレーム渡って、隣接するサブフレーム間の基本パラメ
ータの差が予め定められた範囲内にある基本周期パラメ
ータ組を構成し、前記複数フレームに渡って構成された
基本周期パラメータの組から、それらに付随する予測ゲ
インをもとに候補基本周期を抽出することを特徴とす
る。

【００１６】第９の発明の基本周期符号化装置は、第１
の発明において、前記基本周期予備選択部が、隣接する
サブフレームの基本パラメータ候補から予め定められた
範囲内にある基本周期パラメータのフレーム全体に渡る
組を複数構成し、前記構成された基本周期パラメータの
組から候補基本周期を定める際に、前記構成された基本
パラメータの組み各要素のなかで予め決め閾値を越える
予測ゲインを与える基本周期パラメータを用いて基本周
期を抽出することを特徴とする。

【００１７】

【作用】いま、第ｉフレームの入力信号を｛ｓ
_ｉ（ｎ）｝、サブフレーム長をＬとする。このとき、各
サブフレームｎｓｕｂ＝０，・・・，Ｎ−１毎に、

【００１８】

【００１９】が計算されているものとする。ここでｔは
時間ラグ（或いは入力信号の周期）を表す項で、各ｔに
対する予測ゲインは、

【００２０】

【００２１】として計算される。尚、

【００２２】

【００２３】である。

【００２４】第１の発明における基本周期予備選択部で
は以下のような作用で処理が実行される。入力音声信号
ｓ（ｎ）を用いて前記第（３）式或いは（４）式を用い
て各サブフレームのラグｔ_ｎｓｕｂに対する予測ゲイン
を定める。次に、各サブフレームにおい

【００２５】

【００２６】なる関係を満足する。以下、このような関
係を満足するラグの組｛ｌ_ｉ｝を求めるのをトラッキン
グと呼ぶことにする。また、ここで、｛ｌ_ｉ｝を求める
のに

【００２７】

【００２８】未来に位置するサブフレームのラグを繰り返して使って
処理することができる。最後に、上式を満足させる｛ｌ
_ｉ｝の内、

【００２９】

【００３０】或いは、

【００３１】

【００３２】なる累積予測ゲインを最大化させるラグ組
ｌ_ｉｍａｘを選択し、それを基本周期本選択部に送る。
第１の発明における基本周期本選択部では、音声のスペ
クトル包絡を表す線形予測係数｛α（ｉ）｝と過去の励
振音源｛ｖ（ｎ），ｎ＝０，．．．，Ｌ_ｃ−１｝とを用
いて、基本予備選択部から出力されるｌ_ｉｍａｘの当該
サブフレ

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】ここで、

【００３７】

【００３８】トで差分符号化できる。

【００３９】なお、上式においては、ラグの値ｔとして
整数値を仮定しているが、例えばＫ．Ｋｒｏｏｎａｎ
ｄＢ．Ｓ．Ａｔａｌによる文献（４）：“Ｐｉｔｃｈ
ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｒｓＷｉｔｈＨｉｇｈＴｅ
ｍｐｏｒａｌＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，”Ｐｒｏｃ．Ｉ
ＥＥＥＩｎｃ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ．Ａｃｏｕｓｔｉｃ
ｓ，ＳｐｅｅｃｈａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅ
ｓｓｉｎｇ，ｐｐ．６６１−６６４１９９０．”で述
べられているような小数値を用いることもできる。この
場合、小数値は整数にインデックスニングされ、差分符
号化はインデックスの差に対して適用される。小数ラグ
を用いる場合一般に演算量が増加するため、基本周期パ
ス候補を計算する際には整数ラグだけを探索し、候補基
本周期抽出をする際に小数ラグを探索する構成を取るこ
とができる。

【００４０】第２の発明における基本周期予備選択部で
は、まず第１の発明と同様に各サブフレームにおいて各
ラグに対する予測ゲインを計算する。次に、サブフレー
ムの

【００４１】

【００４２】なる関係を満足する。そして最後に、上式
を満足させる｛ｌ_ｉ｝の内、

【００４３】

【００４４】なる累積予測ゲインを最大化させるラグの
組ｌ_ｉｍａｘを選択し、それを基本周期本選択部に送
る。第２の発明は、第１の発明と比較して少ない演算量
で、同等の特性を与えるという効果を持つ。

【００４５】第３の発明における基本周期本選択部で
は、

【００４６】

【００４７】いる。

【００４８】

【００４９】できる

【００５０】第４の発明は、基本周期本選択部に送るラ
グの組｛ｌ_ｋ｝（ｋ＞１）を複数出力する基本周期予備
選択部と、前記基本周期予備選択部から出力される複数
ラグの予め定められた範囲の近傍にあるラグに対して上
記（９）式に示した選択を行なう本選択部とを持つもの
で、単一候補に絞られた上記の発明と比較してより最適
に近い基本周期パラメータを求めることがでるという効
果を持つ。

【００５１】第５の発明は、差分符号化に要するビット
数をサブフレーム毎に異なるようにするもので、前記Ｗ
ｃ並びに前記ＷＤはサブフレームの関数となる。例え
ば、基本周期をサブフレーム毎に｛８，３，７，３，
３｝ビットで符号化する場合、ＷＤはＷＤ（ｎｓｕｂ）
＝｛２５６，８，１２８，８，８｝となり、それに伴い
Ｗ_ｃもＷ_ｃ（ｎｓｕｂ）＝｛８，８，１６，８，８｝な
どとなる。また、このＷ_ｃの値を変化させる場合、当該
サブフレームから未来のサブフレームへトラックンとすることができる。

【００５２】第６の発明は、サブフレーム毎の差分符号
化に要するビット数を、当該フレーム或いは当該サブフ
レームの特性の応じて異なるようにするもので、当該フ
レーム或いは当該サブフレームの特性としてはサブフレ
ーム毎の予測ゲインの幾何平均、或いはサブフレーム毎
のＲＭＳの幾何平均などの情報を用いることができる。
予め定められたようにクラス分けを行ない、そのクラス
の応じて、差分符号のためのビット数並びに前記Ｗ_ｃ並
びに前記ＷＤもサブフレームを割り当てるもの幾何平均

【００５３】

【００５４】の値によって当該フレームを次のような予
め定められたクラスに分類する。

【００５５】０ ≦Ｐｇｎ＜０．２５ＣＬＡＳＳ００．２５≦Ｐｇｎ＜０．５ＣＬＡＳＳ１０．５ ≦Ｐｇｎ＜０．７５ＣＬＡＳＳ２０．７５≦Ｐｇｎ＜ＣＬＡＳＳ３この分類にしたがって、差分符号化に割り当てるビット
数を次のように切替える。

【００５６】ＷＤ（ｎｓｕｂ＝０，．．．，３）｛０，０，０，０，０｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ０ＷＤ（ｎｓｕｂ＝０，．．．，３）｛８，３，７，３，３｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ１ＷＤ（ｎｓｕｂ＝０，．．．，３）｛８，３，５，４，４｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ２ＷＤ（ｎｓｕｂ＝０，．．．，３）｛８，４，４，４，４｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ３このビットの割り当てに応じて、Ｗ_ｃ（ｎｓｕｂ）も変
化させることも可能である。本発明により当該フレーム
の入力音声の特性に応じた基本周期の符号化が可能とな
る。

【００５７】第７の発明は、上記第１及び第２の発明で
述べたｌ_ｉｍａｘを求める際に、予測ゲインの累積誤差
ではなく、累積誤差の最大値ＰＧ（ｉｍａｘ）から予め
定められた値以内にある累積誤差を与えるラグの組の
内、最小ラグをとるものを基本周期予備選択部として出
力するもの。本発明により倍ピッチを抽出する誤りを防
ぐことができる。

【００５８】第８の発明は、上記基本予備選択部の手順
を当該フレームの音声信号に適用するだけでなく、前フ
レームあるいは次フレームのサブフレームの音声信号を
用いてｌ_ｉｍａｘを求めるものである。例えば、ラグト
ラッキングｌ_ｉを求める式

【００５９】

【００６０】そして、累積を求める式

【００６１】

【００６２】において、ｎｓｕｂの値としてｎｓｕｂ＝
｛−１，０，１，．．．，Ｎ−１，Ｎ｝を取るようにす
る。このとき、ｎｓｕｂ＝−１は前フレームのＮ−１番
目のサブフレームの予測ゲインを用いることを示し、ｎ
ｓｕｂ＝Ｎは次フレームの０番目のサブフレームの予測
ゲインを用いることを示す。本発明はフレーム間の不連
続を軽減させる効果をもつ。

【００６３】第９の発明は、上記第１の発明で述べたｌ
_ｉｍａｘを求める際に、予め定めておいた予測ゲインの
閾値ｇｎ_ｔｈを越える予測ゲインに対してのみ累積予測
ゲイン累積値を計算するようにする。即ち、

【００６４】

【００６５】本発明により、フレーム内で周期構造が変
化しているような場合、周期性がよりはっきりしている
サブフレームに重みを掛けて候補基本周期が抽出できる
という効果を持つ。

【００６６】尚、ここまでは累積予測ゲインとして第３
式或いは第４式なるものを用いたが、他にもサブフレー
ム毎の予測ゲインの算術平均

【００６７】

【００６８】など、入力音声信号の周期性の程度を表す
ものであれば何でもよい。

【００６９】以上で本発明の作用に関する説明を終え
る。

【００７０】

【実施例】図１は第１の発明の基本周期符号化装置の一
実施例を示すブロック図である。入力端子１０より入力
した音声信号はフレームバッファ２０に蓄えられる。線
形予測分析部３０はフレームバッファ２０より当該フレ
ームの入力音声信号を供給し、文献（４）：斉藤、中田
著、音声情報処理の基礎、などでよく知られた線形予測
分析により、例えばＬＳＰのような線形予測パラメータ
１ｚ｛ｌｓｐ_ｋ（ｉ）｝を求め、それをＬＰＣ量子化部
５０とＬＰＣメモリ３１とＬＰＣ補間部３２とに出力す
る。ＬＰＣ量子化器５０はＬＰＣ分析部３０から供給さ
れるＬＳＰパラメータ｛ｌｓｐ_ｋ（ｉ）｝に対し、同じ
く前記文献（４）で記述されている量子化法を適用して
定められる量子化ＬＳＰ｛ｑｌｓｐ_ｋ（ｉ）｝を求め、
量子化ＬＰＣ補間部５２と量子化ＬＰＣメモリ５１とに
出力する。また、量子化の際に求めるインデックス情報
は出力端子１４へ送られる。ＬＰＣ補間部３２では、Ｌ
ＰＣメモリ３１にある前フレームのＬＳＰ｛ｌｓｐ
_ｋ−１（ｉ）｝とＬＰＣ分析部３０とから供給される当
該フレームのＬＳＰ｛ｌｓｐ_ｋ（ｉ）｝とを線形補間
し、当該サブフレームｎｓｕｂの線形予測係数｛α
_ｎｓｕｂ（ｉ）｝を求め、それを基本周期予備選択部４
０と基本周期本選択部６０と励振音源探索部７０とゲイ
ン探索部９０とに供給する。量子化ＬＰＣ補間部５２で
は、量子化ＬＰＣメモリ５１から供給される前フレーム
の量子化ＬＳＰ｛ｑｌｓｐ_ｋ−１（ｉ）｝とＬＰＣ量子
化部５０とか供給される当該フレームの量子化されたＬ
ＳＰ｛ｑｌｓｐ_ｋ（ｉ）．｝とを線形補間し当該サブフ
レームｎｓｕｂの線形予測係数｛β_ｎｓ _ｕｂ（ｉ）｝を
基本周期本選択部６０と励振音源探索部７０とゲイン探
索部９０とへ出力する。

【００７１】ここで、基本周期予備選択部４０の構成を
図２に基づいて説明する。まず、重みつけ部４１では、
フレームバッファ２０から供給される入力音声信号をＬ
ＰＣ補間部３２から供給される線形予測係数｛α
_ｎｓｕｂ（ｉ）｝を用いて次のように変換する。

【００７２】

【００７３】ここで、ｖ（ｉ）とｕ（ｉ）は任意の係数
で、例えば、ｖ（ｉ）＝０．９^ｉ、ｕ（ｉ）＝０．４^ｉ
などと選択される。次に、予測ゲイン計算部４２で重み
つけされた入力音声信号｛ｓ_ｗ（ｎ）｝を｛ｓ（ｎ）｝
として前記作用で述べた手順により予測ゲインを計算す
る。即ち、

【００７４】

【００７５】基本周期パス候補構成部４３では、まず、
最大値予測ゲインを与える周期ｔｍａ：”Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎ
ｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣＥＬＰ
ｔｙｐｅｓｐｅｅｃｈｃｏｄｅｒｅｓ，“Ｐｒｏ
ｃ．ＩＥＥＥＩｎｃ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ．Ａｃｏｕｓｔ
ｉｃｓ，ＳｐｅｅｃｈａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏ
ｃｅｓｓｉｎｇ，ｐｐ．２０５−２０８１９９１．”で
述べられているような、ｔｍａｘ_ｎｓｕｂの約数並びに
倍数からフレームの状態や当該サブフレーム最大予測ゲインの大
きさに応じて変動させることも可能である。例えば、前
フレームの最大予測ゲインが０．３より小さいときＴ_ｈ
＝０．５，０．３より大きいときはＴ_ｈ＝０．７５とす
ることができ、ま０．３，Ｔ_ｈ＝０．７５，ｏｔｈｅｒｗｉｚｅなどとす
る。このようにして求めた、各サブフレ

【００７６】

【００７７】なる関係を満足するようなラグの組を求め
る。このようにして求まった｛ｌ_ｉ｝は候補基本周期抽
出部４４へ出力される。候補基本周期抽出部４４では、
基本周期パス候補構成部より供給される｛ｌ_ｉ｝の内か
ら、次式の累積予測ゲインを最大化されるラグの組ｌ
_ｉｍａｘを選択し、それを基本周期本選択部６０へ出力
する。

【００７８】

【００７９】以上で基本周期予備選択部４０の説明を終
える。図１に戻って、基本周期本選択６０では、フレー
ムバッファ２０から供給される当該サブフレームの入力
音声信号｛ｓ（ｎ−ｎｓｕｂ×Ｌ）｝と、過去の励振音
源メモリ８０から供給される励振音源信号｛ｖ（ｎ）｝
と、ＬＰＣ補間部３２から供給される当該サブフレーム
のＬＰＣ係数｛α_ｎｓｕｂ（ｉ）｝と、量子化ＬＰＣ補
間部から供給される当該サブフレームの量子化ＬＰＣ係
数｛β_ｎｓｕｂ（ｉ）｝とを用いて、基本周期予備選択

【００８０】

【００８１】

【００８２】

【００８３】ここで

【００８４】

【００８５】源｛ｅ（ｎ）｝は励振音源探索部７０へとゲイン探索部
９０とへ出力される。励振音源探索部７０は、予め蓄え
られた音源コードブックＣにある音源コードベクトルｃ
_ｉ（ｎ）から、次式を最小化するものｃ_ｉｍａｘ（ｎ）
を選択する。

【００８６】

【００８７】選択された音源コードベクトルはゲイン探
索部９０へ、そのインデックスｉｍａｘは出力端子１２
へ出力される。また、新たに定まった励振音源信号：ｇ
_ｅｅ（ｎ）＋ｇ_ｖｃ_ｉｍａｘ（ｎ）は励振音源メモリ８
０へ送られる。ゲイン探索部９０は、予め蓄えられてい
るゲインコードブックＧからゲインコードベクトル（ｇ
_ｅ（ｋ），ｇ_ｖ（ｋ））から次式を最小にするもの（ｇ
_ｅ（ｋｍａｘ），ｇ_ｖ（ｋｍａｘ））を選択する。

【００８８】

【００８９】求められたゲインコードベクトルは励振音
源メモリ８０へ、そのインデックスｋｍａｘは出力端子
１３へ出力される。励振音源メモリ８０では、ｇ_ｅ（ｋ
ｍａｘ）ｅ（ｎ）＋ｇ_ｖ（ｋｍａｘ）ｃ_ｉｍａｘ（ｎ）
を過去の励振音源として蓄える。尚、励振音源メモリ８
０は次のように更新される。

【００９０】ｖ（ｎ−Ｌ）＝ｖ（ｎ），ｎ＝Ｌ，．．．，Ｌ_ｃ−１（４３）ｖ（Ｌ_ｃ−Ｌ＋ｎ）＝ｇ_ｅ（ｋｍａｘ）ｅ（ｎ）＋ｇ_ｖ（ｋｍａｘ）ｃ_ｉｍ _ａｘ（ｎ），ｎ＝０，．．．，Ｌ−１（４４）図３は第２の発明の基本周期符号化装置における基本周
期予備選択部の実施例の一つである。本実施例における
基本予備選択部は次のように動作する。予測ゲイン計算
部４２では前記実施例で説明したのと同様な手順で各サ
ブフレームの予計算部４２から供給される予測ゲインの内最大予測ゲイ
ンを与えるサブフレーム力する。基本周期パス候補構成部２４３では、まず、最
大予測ゲイン抽出部２４

【００９１】

【００９２】る。このように定めた｛ｌ_ｉ｝は候補基本周期抽出部４
４へ出力される。候補基本周期抽出部４４では、基本周
期パス候補構成部より供給される｛ｌ_ｉ｝の内から、次
式の累積予測ゲインを最大化させるラグの組ｌ_ｉｍａｘ
を選択し、それを基本周期本選択部６０へ出力する。

【００９３】

【００９４】図４は第３の発明における基本周期本選択
部の一実施例である。まず、第１サブフレームにおける
動作を説明する。候補ラグ構成部３６２では、図１の基
本周期予備選択部４０から供給されるトラッキングｌ
_ｉｍａｘから第１サブフレームに対

【００９５】

【００９６】られる。距離計算部３６１では候補ラグ構成部３６２か
ら供給されるラグ集合

【００９７】

【００９８】計算されたＤ（ｏ）は基本周期ラグ選択部
３６３へ送られる。基本周期ラグ選択部では前記｛Ｄ
（ｏ）｝の中からその最大値を与えるｏｍａｘを求め、
候補ラグ図１の出力端子１１とへ出力される。励振音源構成部３
６４では基本周期ラグ選とから、

【００９９】

【０１００】を構成し、｛ｇ_ｅｅ（ｎ）｝を図１の励振
音源探索部７０へ出力する。次に、第２サブフレーム以
降の動作を説明する。第１サブフレームと本質的に異な
るのは候補ラグ構成部３６２の処理だけである。候補ラ
グ構成部３６２では、基本周期近傍

【０１０１】

【０１０２】｝並びにそれに対応する｛ｅ（ｎ），ｎ＝０，．．．，
Ｌ×Ｎ−１｝が決定されて行く。

【０１０３】図５（ａ）（ｂ）は第４の発明における基
本周期予備選択部と基本周期本選択部の一実施例であ
る。本実施例のおける基本周期抽出部４４０の候補周期
抽出部４４４では、基本パス候補構成部４３から供給さ
れるラグの組｛ｌ_ｉ｝から、累積予測ゲイン

【０１０４】

【０１０５】Ｍ−１｝を選択し基本周期本選択部４６０へ出力する。
基本周期本選択部４６０の候補ラグ構成部４６２では、
基本周期予備選択部４４０から供給される複数ラ

【０１０６】

【０１０７】部４６２から供給

【０１０８】

【０１０９】振音源構成部３６４とへ出力される。

【０１１０】図６は、第５の発明における基本周期予備
選択部と基本周期本選択部の実施例を示す。基本周期予
備選択部５４０の基本周期パス候補構成部５４３では、
候補範囲テーブル５０１から、サブフレーム毎のトラッ
キング探索範囲｛Ｗ_ｃ（ｎｓ

【０１１１】

【０１１２】なる関係を満足する。このようにしてトラ
ッキングされたラグの組ｌ_ｉは候補基本周期抽出部４４
へ出力される。候補基本周期抽出部４４では前記
｛ｌ_ｉ｝の中から、次式の累積予測ゲインを最大化させ
るラグの組ｌ_ｉｍａｘを選択し、それを基本周期本選択
部５６０の候補ラグ構成部５６２へ出力する。

【０１１３】

【０１１４】成する際に、候補範囲テーブル５０１からサブフレーム
毎の範囲｛ＷＤ（ｎｓｕｂ）｝を入力して、

【０１１５】

【０１１６】が満足されるようにする。距離計算部３６
１は候補ラグ構成部５６２から供給さ

【０１１７】

【０１１８】を計算する。他の処理はこれまでの実施例
で述べたものと同じである。

【０１１９】図７は第６の発明における基本周期予備選
択部と基本周期本選択部の実施例を示す。フレームモー
ド識別部６０１においては、まず、基本周期予備選択部
６４０の予測ゲイン計算部４２から出力される予測ゲイ
ンから各サブフレームの最大

【０１２０】

【０１２１】或いは、算術平均

【０１２２】

【０１２３】を計算し、最後にその値によって当該フレ
ームのクラスを判定する。クラスの分類には、例えば次
の表のようなものが採用される。

【０１２４】０ ≦Ｐｇｎ＜０．２５ＣＬＡＳＳ００．２５≦Ｐｇｎ＜０．５ＣＬＡＳＳ１０．５ ≦Ｐｇｎ＜０．７５ＣＬＡＳＳ２０．７５≦Ｐｇｎ＜ＣＬＡＳＳ３尚、上記分類においては、各サブフレームにおけるｒｍ
ｓ値も併用することができ、（０ ≦Ｐｇｎ＜０．２５）∩（０≦ｒｍｓ＜５００）ＣＬＡＳＳ０（０．２５≦Ｐｇｎ＜０．５）∩（５００≦ｒｍｓ＜９００）ＣＬＡＳＳ１（０．５ ≦Ｐｇｎ＜０．７５）∩（８００≦ｒｍｓ＜１２００）ＣＬＡＳＳ２（０．７５≦Ｐｇｎ） ∩（１０００≦ｒｍｓ）ＣＬＡＳＳ３のようにすることもできる。クラスインデックスｃｌｄ
ｅｘは出力端子６０２と基本周期予備選択部６４０の基
本周期パス候補構成部６４３と基本周期本選択部６６０
の候補ラグ構成部６６２とへ出力される。基本周期パス
候補構成部６４３では、予測ゲイン計算部４２から供給
される各サブフレームの予測ゲインと、前記フレームモ
ード識別部から供給されるクラスインデックスで決まる
当該サブフレームにおけるトラッキンゲ箭囲Ｗ_ｃ（ｎｓ
ｕｂ）とをもとにトラッキング｛ｌ_ｉ｝を出力する。こ
こで、トラッキングの探索範囲Ｗ_ｃは、次のように定ま
っているとする。

【０１２５】Ｗ_ｃ（ｎｓｕｂ＝０，，，，３）｛０，０，０，０，０｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ０Ｗ_ｃ（ｎｓｕｂ＝０，，，，３）｛２５６，８，１２８，８，８｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ１Ｗ_ｃ（ｎｓｕｂ＝０，，，，３）｛２５６，８，３２，８，８｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ２Ｗ_ｃ（ｎｓｕｂ＝０，，，，３）｛２５６，１６，１６，１６，１６｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ３

【０１２６】

【０１２７】なる関係を満足することになる。このよう
にして定まったトラッキングの組ｌ_ｉは候補基本周期抽
出部４４へ出力される。候補基本周期抽出部４４は、前
記｛ｌ_ｉ｝の中から、次式の累積予測ゲイン

【０１２８】

【０１２９】を最も大きくするｌ_ｉｍａｘを求め、基本
周期本選択部６６０の候補ラグ構成部６６２へ出力す
る。候補ラグ構成部６６２では、距離計算部３６１へ出
力するラグのレームのクラスインデックスを参照して、例えば、ＷＤ（ｎｓｕｂ＝０，．．．，３）｛０，０，０，０，０｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ０ＷＤ（ｎｓｕｂ＝０，．．．，３）｛１２８，４，６４，４，４｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ１ＷＤ（ｎｓｕｂ＝０，．．．，３）｛１２８，４，１６，４，４｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ２ＷＤ（ｎｓｕｂ＝０，．．．，３）｛１２８，８，８，８，８｝ｆｏｒＣＬＡＳＳ３なるテーブルで決まる｛ＷＤ（ｎｓｕｂ）｝と、前記基
本周期予備選択部６４０

【０１３０】

【０１３１】

【０１３２】

【０１３３】を計算する。その他の処理はこれまでの実
施例で述べたものと同じである。

【０１３４】図８は第７の発明における基本周期予備選
択部の実施例である。基本周期予備選択部７４０の候補
基本周期抽出部７４４では、まず、基本周波パス候補構
成部それぞれに対して次式の累積予測ゲイン

【０１３５】

【０１３６】を計算し、次にその最大値ＰＧ_ｍａｘから
予め定められた範囲内にあるラグの組

【０１３７】

【０１３８】を基本周期本選択部６０へ出力する。尚、上式でＴ_ｔｈ
は任意の閾値で例えば０．９などと取れる。

【０１３９】図９は第８における基本周期予備選択部の
実施例を示す。本実施例では、入力端子１０から供給さ
れる入力信号｛ｓ（ｎ）｝は２フレームバッファ８２０
へ蓄えられる。２フレームバッファ８２０から当該フレ
ームの入力音声信号はＬＰＣ分析部３０へ、当該フレー
ムと次フレームの２フレーム分の入力音声信号は基本周
期予備選択部８４０の重み付け部８４１へ供給される。
重み付け部８４１では、２フレームバッファ８２０から
供給される（１＋１／Ｎ）フレーム分の入力音声信号を
ＬＰＣ補間部３２から供給される線形予測係数｛α
_ｎｓｕｂ（ｉ）｝を用いて次のように変換する。

【０１４０】

【０１４１】上式、ｎｓｕｂ＝Ｎ−１とｎｓｕｂ＝Ｎの
線形予測係数は同一として計算する。予測ゲイン計算部
８４２では、重み付け部８４１から供給される｛ｓ
_ｗ（ｎ）｝から、（Ｎ＋１）サブフレーム分の予測ゲイ
ン

【０１４２】

【０１４３】を前記作用で説明した第３式或は第４式に
基づいて計算する。基本周期パス候補構成部８４３で
は、まず、ｎｓｕｂ＝｛０，．．．，Ｎ｝の各サブフレ
ームに対本周期メモリ８４５から供給される、候補基本周期抽出
部で定まった前フレーム出力される。候補基本周期抽出部８４４は、基本周期パ
ス候補構成部より供給される｛ｌ_ｉ｝の内から、次式の
累積予測ゲインを最大化させるラグの組ｌ_ｉｍａｘを選
択し、それを基本周期本選択部６０へ、第Ｎ−１サブフ
レームに対応するラグ

【０１４４】

【０１４５】なので削除してある。

【０１４６】図１０は第９の発明における基本周期予備
選択部の実施例の一つである。基本周期予備選択部９４
０の基本周期抽出部９４４では、基本周期パス候補構成
部４３から入力される｛ｌ_ｉ｝の内から累積予測ゲイン
を計算して所望のラグの組みを選択する際、閾値メモリ
９４５から予測ゲインの閾値ｇｎ_ｔｈを入力し、その閾
値を越える予測ゲインに対してのみ累積値を計算するよ
うになっている。即ち、

【０１４７】

【０１４８】基本周期本選択部６０へ出力されるラグの
組みｌ_ｉｍａｘは上式を最大化するものである。

【０１４９】図１１は第９発明の基本周期予備選択部の
他の実施例を示すブロック図である。本実施例の整数ラ
グ予測ゲイン計算部１０４２では、これまで述べた予測
ゲイン

【０１５０】

【０１５１】の計算において、ラグｔを整数値に限定し
ている。基本周期パス候補構成部１０４３では、整数予
測ゲイン計算部１０４２で計算された整数ラグの予測ゲ
インをもとに、例えば、まず最大予測ゲインを与える周
期ｔｍａｘ_ｎｓｕｂとその最大値

【０１５２】

【０１５３】なる関係を満足するようなラグの組を求め
る。このようにして求まった｛ｌ_ｉ｝は小数ラグ予測ゲ
イン計算部１０４５と候補基本周期抽出部１０４４とへ
出力される。小数ラグ予測ゲイン計算部では、基本周期
パス候補構成部１０４３から供給されるラグの組
｛ｌ_ｉ｝の予め定められた近傍の小数ラグの予測ゲイン
を計算する。小数ラグｔ_ｆｒａｃに対応する予測ゲイン
は、例えばｔ_ｆｒａｘ＝ｔ_ｉ＋ｔ_ｆ／Ｄ（Ｄは整数値）
のときは、次のように計算できる。

【０１５４】

【０１５５】ここでｈ（）は文献４にあるポリフェイズ
フィルタのインパルス応答である。候補基本周期抽出部
１０４４では、基本周期パス候補構成部から供給される
｛ｌ_ｉ｝と、小数ラグ予測ゲイン計算部１０４５から供
給される｛ｌ_ｉ｝の近傍の小数ラグ予測ゲインとをもと
に、｛ｌ_ｉ｝の近傍から次式の累積予測ゲインを最大

【０１５６】

【０１５７】ここでＷ^ｂはあらかじめ定められた定数で
ある。

【０１５８】尚、これまでの実施例においては、全サブ
フレームを差分符号化する構成を説明したが、サブフレ
ームを幾つかの紐に分割し、その組ごとに差分符号化す
る構成を取ることもできる。この構成は、フレーム内の
入力音声信号の基本周期が大きく変動している場合に効
果を出す。

【０１５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、基本
周期を差分符号化する構成において、基本周期予備選択
部でフレーム全体に渡る歪みを評価した最適トラッキン
グを行ない、基本周期本選択部では前記基本周期予備選
択部から供給される候補基本周期の近傍から基本周期を
求め差分符号化を行なうことにより、フレーム全体で最
適な基本周期を低ビットレートで符号化できる基本周期
符号化装置を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を含む音声符号化装置のブロ
ック図である。

【図２】第１の発明における基本周期予備選択部のブロ
ック図である。

【図３】第２の発明における基本周期予備選択部のブロ
ック図である。

【図４】第３の発明における基本周期本選択部のブロッ
ク図である。

【図５】第４の発明における基本周期予備選択部と基本
周期本選択部のブロック図である。

【図６】第５の発明における基本周期予備選択部と基本
周期本選択部のブロック図である。

【図７】第６の発明における基本周期予備選択部と基本
周期本選択部のブロック図である。

【図８】第７の発明における基本周期予備選択部のブロ
ック図である。

【図９】第８の発明における基本周期予備選択部のブロ
ック図である。

【図１０】第９の発明における基本周期予備選択部のブ
ロック図である。

【図１１】第９の発明における基本周期予備選択部のブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０入力端子１１基本周期出力端子１２音源コードブックインデックス出力端子１３ゲインコードブックインデックス出力端子１４量子化ＬＰＣインデックス出力端子２０フレームバッファ３０ＬＰＣ分析部３１ＬＰＣメモリ３２ＬＰＣ補間部４０、４４０、５４０、６４０、７４０、８４０、９４
０、１０４０基本周期予備選択部４１、８４１重み付け部４２、８４２予測ゲイン計算部４３、２４３、５４３、６４３、８４３、１０４３基
本周期パス候補構成部４４、７４４、８４４、９４４、１０４４候補基本周
期抽出部５０ＬＰＣ量子化部５１量子化ＬＰＣメモリ５２量子化ＬＰＣ補間部６０、４６０、５６０、６６０基本周期本選択部７０励振音源探索部８０励振音源メモリ９０ゲイン探索部２４２最大予測ゲイン抽出部３６１距離計算部３６２、４６２、５６２、６６２候補ラグ構成部３６３基本周期ラグ選択部３６４励振音源構成部３６５基本周期ラグメモリ５０１候補範囲テーブル６０１フレームモード識別部６０１クラスインデックス出力端子８２０２フレームバッファ８４５候補基本周期メモリ９４５閾値メモリ１０４２整数ラグ予測ゲイン計算部１０４５小数ラグ予測ゲイン計算部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】離散音声信号をスペクトル包絡を表すパ
ラメータと基本周期を表すパラメータと励振音源を表す
パラメータと振幅制御を行なうパラメータとで表現する
音声符号化方式で、一定間隔のフレームに分割された離
散音声信号を入力し、前記フレームを複数区間に分割し
たサブフレーム毎に基本周期パラメータを符号化する際
に、前記サブフレームの基本周期パラメータの幾つかを
過去に定まるサブフレームの基本周期パラメータとの差
分で符号化する基本周期符号化装置において、前記入力
音声信号をもとに当該フレームの各サブフレームに対応
する候補基本周期の組を出力する基本周期予備選択部
と、前記基本周期予備選択部から出力される候補基本周
期の組の当該サブフレームに対応する基本周期パラメー
タに対する予め定められた範囲にある近傍基本周期パラ
メータから当該サブフレームの入力音声信号と当該サブ
フレームのスペクトル句絡パラメータと過去に定めた励
振音源を表すパラメータとを用いて基本周期を決定する
基本周期本選択部とを有し、前記基本周期予備選択部
が、前記基本周期予備選択部でフレーム全体に渡るサブ
フレームの候補基本周期を求める過程で、前記入力音声
信号を用いて各サブフレーム毎に複数の基本周期パラメ
ータ候補と前記候補に付随する予測ゲインとを定め、前
記定めた基本周期パラメータ候補のそれぞれを基本とし
て隣接するサブフレーム間の基本パラメータの差が予め
定められた範囲内にある基本周期パラメータ組を構成
し、前記構成されたフレーム全体に渡る基本周期パラメ
ータの組からそれらに付随する予測ゲインをもとに候補
基本周期を抽出することを特徴とする基本周期符号化装
置。
【請求項２】前記基本周期予備選択部が、前記基本周
期予備選択部でフレーム全体に渡るサブフレームの候補
基本周期パラメータを求める過程で、前記入力音声信号
を用いて最大予測ゲインを与えるサブフレームを定め、
前記定まったサブフレームにおいて前記入力音声信号を
もとに基本周期パラメータ候補と前記候補に付随する予
測ゲインとを定め、前記定めた基本周期パラメータ候補
のそれぞれを基本として隣接するサブフレーム間の基本
パラメータの差が予め定められた範囲内にある基本周期
パラメータ組を構成し、前記構成されたフレーム全体に
渡る基本周期パラメータの組からそれらに付随する予測
ゲインをもとに候補基本周期を抽出することを特徴とす
る請求項１記載の基本周期符号化装置。
【請求項３】前記基本周期本選択部が、過去のサブフ
レームで定まった基本周期から予め定められた範囲内に
ある近傍基本周期パラメータの組みを構成し、前記構成
された近傍基本周期パラメータから当該サブフレームの
入力信号と当該サブフレームのスペクトル包絡パラメー
タと過去に定めた励振音源を表すパラメータとを用いて
基本周期を決定することを特徴とする請求項１記載の基
本周期符号化装置。
【請求項４】前記基本周期予備選択部が候補基本周期
を複数出力することを特徴とする基本周期符号化装置。
【請求項５】差分符号化される基本周期に割り当てら
れるピット数がサブフレーム毎に異なることを特徴とす
る請求項１記載の基本周期符号化装置。
【請求項６】前記入力音声信号から計算される各サブ
フレーム毎の予測ゲインをもとに当該フレーム或いは当
該サブフレームを予め定められたクラスに分割するモー
ド識別部を備え、前記モード識別部から出力されるクラ
ス情報をもとに、差分符号化される基本周期に割り当て
られるピット数をサブフレーム毎に異なるようにするこ
とを特徴とする請求項１記載の基本周期符号化装置。
【請求項７】前記基本周期予備選択部が、隣接するサ
ブフレーム間の基本パラメータの差が予め定められた範
囲内にあるように構成された複数ラグの組から候補基本
周期を抽出する際に、各ラグに付随する予測ゲインを用
いて前記基本パラメータの組みをより少ない数の組みに
絞り込み、前記絞り込まれた基本パラメータの組みの中
から最も高い基本周期を抽出することを特徴とする請求
項１記載の基本周期符号化装置。
【請求項８】前記基本周期予備選択部が、前記基本周
期予備選択部でサブフレームの候補基本周期を構成する
過程で、前フレームと当該フレームと更に次フレームの
入力音声信号とで定まる予測ゲインをもとに、前フレー
ムのサブフレームの一部と当該フレームのサブフレーム
と更に次フレームのサブフレームの一部という複数フレ
ーム渡って、隣接するサブフレーム間の基本パラメータ
の差が予め定められた範囲内にある基本周期パラメータ
組を構成し、前記複数フレームに渡って構成された基本
周期パラメータの組から、それらに付随する予測ゲイン
をもとに候補基本周期を抽出することを特徴とする請求
項１記載の基本周期符号化装置。
【請求項９】前記基本周期予備選択部が、隣接するサ
ブフレームの基本パラメータ候補から予め定められた範
囲内にある基本周期パラメータのフレーム全体に渡る組
を複数構成し、前記構成された基本周期パラメータの組
から候補基本周期を定める際に、前記構成された基本パ
ラメータの組みの各要素のなかで予め決め閾値を越える
予測ゲインを与える基本周期パラメータを用いて基本周
期を抽出することを特徴とする請求項１記載の基本周期
符号化装置。