JP3557416B2 - Lspパラメータ符号化復号化装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声信号のスペクトル情報の特徴パラメータであるLSPパラメータの符号化復号化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、4〜8kbqs程度のビットレートの音声符号化装置では、音声信号を分析することによってスペクトル情報と音源情報とに分離して符号化する方法が主流である。LSPパラメータは、スペクトル情報を表す特徴パラメータであり、通常、フレームあたり10次程度必要である。LSPパラメータを符号化する最も基本的な方法としては、個々の値をスカラーとして量子化する方法があるが、量子化効果が低いため、複数のLSPパラメータをまとめて量子化するベクトル量子化が良く用いられる。また、LSPパラメータは、隣接するフレーム間に大きな相関があるため、フレーム間の相関を利用することによって、量子化効率を上げることができる。
【0003】
図6は従来のフレーム間の相関を利用するLSPパラメータ量子化装置の構成を示すブロック図であり、600はLSPパラメータ算出手段、601は過去の量子化値を蓄えておくバッファ、602は過去の量子化値から現フレームの値を線形に予測する予測手段、603は予測値と入力値との誤差を最小にする符号を符号帳から選択する誤差最小化手段、604は符号帳、605は出力符号から量子化値を復号する復号化手段である。また、606は入力音声信号、607は現フレームのLSPパラメータ、608は出力符号、609は現フレームの量子化値、610は過去の量子化値、611は予測された現フレームのLSPパラメータである。
【0004】
以上のように、構成された従来のLSPパラメータ量子化装置における処理について説明する。LSPパラメータ算出手段600は、入力音声信号606から現フレームのLSPパラメータ607を算出する。予測手段602はバッファ601に蓄えられた過去の量子化値610から現フレームのLSPパラメータを線形に予測する。誤差最小化手段603は、入力音声信号から算出されたLSPパラメータ607と、過去の量子化値から予測されたLSPパラメータ611の誤差を算出し、誤差を最小にする符号を符号帳604から選択し、その符号を出力する。復号手段605は、出力符号608から量子化値を復号し、復号された量子化値609は、バッファ601に格納される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置では、入力音声信号が定常に近い状態では、高い予測ゲインが得られ、精度の高い量子化が行なえるものの、入力音声信号が過渡的な状態では、予測ゲインが低下し、量子化の精度も低下する。フレーム長が長くなると、隣接フレーム間で過渡的要素が大きくなり、フレーム間相関が小さくなるため、同様に予測ゲインが低下する。したがって、隣接フレーム間相関を利用して予測を行なう量子化方法は、入力音声信号が隣接フレーム間で定常とみなされやすく、フレーム長の短い音声符号化方法には適するが、フレーム長が長い音声符号化方法に適用するのは難しかった。
【0006】
また、過去の量子化値から現在の値を予測するため、伝送路で生じる符号誤りの影響が、誤りフレームだけではなく以降のフレームに伝搬するため、誤りに弱いという問題があった。
【0007】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、入力音声信号が過渡的な状態でも、高い量子化精度を確保するとともに、誤りに対する耐性を高めることのできるLSPパラメータ符号化復号化装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、符号化側が、フレーム単位で独立にベクトル量子化する第1の量子化手段と、隣接フレーム間の相関を利用してベクトル量子化する第2の量子化手段と、第1の量子化手段による量子化値の量子化誤差と第2の量子化手段による量子化値の量子化誤差とを比較する誤差比較手段と、比較の結果、量子化誤差の小さい方の量子化手段を選択するスイッチとを備える一方、復号化側が、入力符号の誤りを検出する誤り検出手段と、前記誤り検出手段で検出される誤りの頻度を閾値と比較する比較手段とを備えたものである。
【0009】
また本発明は、第2の量子化手段が、第1段階として、現フレームのLSPパラメータをフレーム単位で独立にベクトル量子化し、第2段階として、第1段階の量子化値と全フレームの量子化値の分点を求め、現フレームのLSPパラメータと分点との差分をベクトル量子化するようにしたものである。
【0010】
また本発明は、伝送路で量子化符号に生じる誤りを検出する手段を備え、誤りを検出した次のフレームの符号が上記第1の量子化手段であれば、復号した量子化値をそのまま出力し、上記第2の量子化手段による符号であれば、第1段階の量子化値を復号して出力するようにしたものである。
【0011】
また本発明は、復号化側が、伝送路で量子化符号に生じる誤りを検出する手段と、誤りを検出する頻度が閾値未満であるか否かを判定する手段とを備え、符号化側が、上記構成の符号化装置を備え、誤りの頻度が閾値未満ならば、量子化誤差が小さい方の量子化手段にスイッチを切り換え、誤り頻度が閾値以上ならば、第1の量子化手段にスイッチを固定するするようにしたものである。
【0012】
【作用】
したがって、本発明によれば、隣接フレーム間の相関が小さい部分では、フレーム単位で独立に量子化する第1の量子化手段を用い、隣接フレーム間の相関が大きい部分では、フレーム間の相関を利用して量子化する第2の量子化手段を用いるよう、復号化側において、前記比較手段の比較結果に基づき、符号化側の第1の量子化手段或いは量子化誤差が小さい方の量子化手段を選択するようにしたことにより、入力音声信号の状態に関わらず、高い量子化精度を得ることができる。
【0013】
また本発明は、隣接フレーム間の相関を利用する第2の量子化手段を2段構成とし、第1段階はフレーム単位で独立に量子化し、第2段階でフレーム相関を利用して量子化することにより、伝送誤りに対する耐性を高めることができる。
【0014】
また本発明は、誤り検出手段が誤りを検出し、誤りフレームのLSPパラメータが、隣接フレーム間の相関を利用して量子化する第2の量子化手段によって量子化されている場合には、フレーム単位で独立に量子化された第1段階の量子化値を使用することによって、誤りにより影響の伝搬を防ぎ、伝送誤りに対する耐性を高めることができる。
【0015】
また本発明は、誤り検出手段が検出する誤りの頻度が、定められた閾値未満であるか否かを判定し、誤りの頻度が閾値以上であるときは、量子化手段を切り換えるスイッチをフレーム単位で独立に量子化する第1の量子化手段に固定することによって、誤りによる影響の伝搬を防ぎ、誤りに対する耐性を高めることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態におけるLSPパラメータ符号化装置の構成を示すブロック図であり、100はLSPパラメータ算出手段、101はフレーム単位で独立に量子化を行なう第1の量子化手段、102は隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行なう第2の量子化手段、103、104は復号化手段、105は誤差比較手段、106は量子化手段を切り換えるスイッチである。また、107は入力音声信号、108は算出したLSPパラメータ、109は第1の量子化手段101の出力符号、110は第2の量子化手段102の出力符号、111は第1の量子化手段101による量子化値、112は第2の量子化手段102による量子化値、113はスイッチ106の切り換えを制御する信号、114は出力符号である。
【0017】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。LSPパラメータ算出手段100によって算出したLSPパラメータ108は、それぞれ第1の量子化手段101と、第2の量子化手段102に入力される。第1の量子化手段101は、フレーム単位で独立に量子化を行ない、符号109を出力する。同様に、第2の量子化手段102は、隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行ない、符号110を出力する。復号化手段103は、符号109から第1の量子化手段101による量子化値111を復号し、復号化手段104は、符号110から第2の量子化手段102による量子化値112を復号する。誤差比較手段105は、量子化値111および112とLSPパラメータ108との誤差をそれぞれ算出、比較し、スイッチ106を切り換えることによって、誤差の小さい方の量子化手段を選択し、選択した量子化手段の出力符号をこの符号化装置の出力符号114として出力する。
【0018】
このように、本実施の形態によれば、入力音声信号の状態に関わらず安定した量子化精度が期待できる第1の量子化手段101と、入力音声信号が定常に近い状態で高い量子化精度が期待できる第2の量子化手段102の、2つの異なる量子化方法の量子化手段を切り換えて使用することにより、入力音声信号の状態に関わらず、高い安定した量子化精度を得ることができる。
【0019】
また、第2の量子化手段102は、隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行なうため、伝送誤りにより影響が次フレーム以降に伝搬するが、第1の量子化手段101は、フレーム単位で独立に量子化を行なうため、誤りによる影響は伝搬しない。したがって、誤りによる影響の伝搬は、第2の量子化手段が連続して選択されている区間に限られ、第1の量子化手段が選択されたフレーム以降には伝搬しない。第1の量子化手段と第2の量子化手段とがそれぞれ選択される確率は、入力音声信号の性質によって大きく変化するが、通常の会話では1対1から1対2程度であり、どちらかの量子化手段が長い区間にわたって連続して選択されることは少ない。したがって、誤りによる影響の伝搬は短い区間に限定され、誤りによる影響が伝搬し続ける従来例に対して、誤りに対する耐性が高い。
【0020】
(実施の形態2)
図2は本発明の第2の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図1の第2の量子化手段102の詳細を示すものである。200はLSPパラメータ算出手段であり、図1のLSPパラメータ算出手段100と同じものである。201は第1段目の誤差最小化手段、202は第1の符号帳、203、207は復号化手段、204は過去の量子化値から現フレームの値を線形に予測する予測手段、205は第2段目の誤差最小化手段、206は第2の符号帳、208は過去の量子化値を蓄えておくバッファである。また、210は入力音声信号、211は算出した現フレームのLSPパラメータ、212は第1段階の出力符号、213は第1段階の量子化値、214は第2段階の出力符号、215は現フレームの量子化値、216は過去の量子化値、217は予測された現フレームのLSPパラメータである。
【0021】
次に上記実施の形態の動作について説明する。LSPパラメータ算出手段200は、入力音声信号210から現フレームのLSPパラメータ211を算出する。第1段階として、第1段目の誤差最小化手段201は、第1の符号帳202からLSPパラメータ211との誤差が最小となる符号を選択し、出力符号212として出力する。第2段階として、予測手段204は、復号化手段203によって復号された第1段階の量子化値213と、バッファ208に蓄えられた過去の量子化値216とから現フレームのLSPパラメータ217を線形に予測する。第2段目の誤差最小化手段205は、予測されたLSPパラメータ217と入力音声信号210とから算出された現フレームのLSPパラメータ211との誤差が最小となる符号を、第2の符号帳206から選択し、出力符号214として出力する。復号化手段207は、出力符号214とから、現フレームの量子化値215を復号し、バッファ208に格納する。
【0022】
ここで、第2段階の処理を図3を用いて説明する。図3において、300は前フレームのLSPパラメータの量子化前の値、301は現フレームのLSPパラメータの量子化前の値、302は前フレームの量子化値、303は現フレームの第1段階の量子化値、304は現フレームの予測値、305は予測値と量子化前の値との誤差、306は現フレームの量子化値である。
【0023】
現フレームの予測値304は、前フレームの量子化値302と現フレームの第1段階の量子化値303を用いて、
pn =αqn−1 +(1−α)υn
よって、誤差305は、
また、現フレームの量子化値306は、
と表される。ここで、αは予測係数、d^n は誤差305を近似する符号ベクトルである。第2段目の誤差最小化手段205は、現フレームのLSPパラメータ301と現フレームの量子化値306の誤差を最小にする予測係数αと符号ベクトルd^n の組を第2の符号帳206から選択し、符号を出力する。
【0024】
なお、予測係数αを固定とすることにより、第2段目の誤差最小化の処理は、誤差305に対して誤差が最小となる符号ベクトルを選択するのみとなり、演算量が削減される。
【0025】
このように、本実施の形態によれば、現フレームの予測値を、過去のフレームの情報と現フレームの情報とから予測するため、復号化する際に、過去のフレームの情報に伝送誤りによる影響があっても、現フレームの予測値に値する影響を低減することができ、伝送誤りに値する耐性を高めることができる。
【0026】
(実施の形態3)
図4は本発明の第3の実施の形態の構成を示すブロック図であり、上記第1および第2の実施の形態の符号化装置に対応する復号化装置の構成を示すものである。図4において、400は伝送誤り検出手段、401はスイッチ制御手段、402は第1の量子化手段による符号ベクトルを格納する符号帳、403は第2の量子化手段の第1段階による符号ベクトルを格納する符号帳、404は第2の量子化手段の第2段階による符号ベクトルを格納する符号帳、405は予測手段、406は復号化手段、407、408は復号化手段を切り換えるスイッチ、409は出力する復号値を切り換えるスイッチ、410は前フレームの量子化値を蓄えるバッファである。また、411は伝送符号、412は第1の量子化手段による量子化値、413は第2の量子化手段の第1段階での量子化値、414は現フレームの予測値、415は第2の量子化手段の第2段階での量子化値、416は復号化装置の出力量子化値である。
【0027】
次に上記実施の形態の動作について説明する。伝送符号が前記符号化装置における第1の量子化手段による符号であれば、スイッチ407、408を連動してa側に、第2の量子化手段による符号であれば、スイッチ407、408をb側に切り換えることによって、第1、第2のそれぞれの量子化手段に対応する復号手段で量子化値を復号することができる。第2の量子化手段による伝送を復号化する場合において、伝送符号に誤りがないフレームでは、スイッチ制御手段401は、スイッチ409のA、B、C、D、E、Fの6つの端子のうちA−B間と、C−D間を接続する。この状態では、各復号手段からの復号値は正しく復号されて出力される。伝送誤り検出手段400が伝送誤りを検出したフレームでは、スイッチ制御手段401は、スイッチ409の端子のうち、D−E間を接続する。この状態では、伝送符号411は無視され、バッファ410に蓄えられた前フレームの量子化値が出力される。伝送誤り検出手段400が誤りを検出したフレームの次フレーム以降、第2の量子化手段による符号が連続する限り、スイッチ制御手段401は、スイッチ409の端子のうちAF間を接続する。この状態では、第2の量子化手段による符号のうち、第1段階の符号のみによって復号された量子化値413が出力され、第2段階は無視される。伝送誤り検出手段400が誤りを検出したフレームの次フレーム以降、最初に第1の量子化手段による符号が伝送されたフレームで、スイッチ制御手段401は、スイッチ409の端子のうちA−B、C−D間を接続し、誤りを検出する前の状態に戻る。
【0028】
このように、本実施の形態によれば、誤りが生じたフレームの次フレーム以降で、過去の誤りの影響を伝搬する第2の量子化手段の第2段階をパスすることにより、誤りによる影響が次フレーム以降に伝搬することを防ぎ、誤りによる影響を最小限に抑えることができる。
【0029】
(実施の形態4)
図5は本発明の第4の実施の形態の構成を示すブロック図であり、上記第1および第2の実施の形態の符号化装置と第3の実施の形態の復号化装置とを組み合わせたものである。図5の符号化側において、500は第1の量子化手段、501は第2の量子化手段、502は量子化手段500、501を切り換えるスイッチ、508は出力符号であり、これら以外の詳細な構成は上記第1および第2の実施の形態と同じである。復号化側において、503は伝送誤り検出手段、504は誤り頻度判定手段、505は第1の復号化手段、506は第2の復号化手段、507は復号化手段505、506を切り換えるスイッチ、509は復号化側の入力符号であり、これら以外の詳細な構成は上記第3の実施の形態と同じである。
【0030】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。復号化側の誤り検出手段503は、伝送されてきた入力符号509の伝送誤りを検出する。誤り頻度判定手段504は、検出された伝送誤りの頻度を定められたしきい値と比較し、誤り頻度がしきい値未満であれば、第1の量子化手段500と第2の量子化手段501のうち、量子化誤差が小さい方の量子化手段をスイッチ502により選択し、誤り頻度がしきい値以上であれば、スイッチ502を第1の量子化手段500側に固定する。復号化側の動作は、上記第3の実施の形態と同じである。
【0031】
伝送誤りの頻度が高くなると、復号化において第2の量子化手段501の第2段階がパスされる割合が増加し、復号した量子化値の精度が低下する。したがって、本実施の形態のように、誤りの頻度を監視し、頻度が高い場合には、相手の符号化側のスイッチを第1の量子化手段500に固定することにより、復号化側で復号した量子化値の精度の低下を少なくすることができる。また、双方向の伝送路では、復号化側が受信した入力符号509の誤り頻度から、符号化側が送信する出力符号508の相手側受信時の誤り頻度が推定できるので、本実施の形態のように、復号化側での誤り頻度による自分の符号化側の量子化手段を切り換えスイッチ502の制御を双方で行なえば、付加情報を付け加えることなく、伝送誤りに対する耐性を高めることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、フレーム単位で独立に量子化を行なう第1の量子化手段と、隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行なう第2の量子化手段の、2つの異なる量子化手段を切り換えて使用することにより、入力音声信号の状態に関わらず、安定した高い量子化精度が得られる効果がある。
【0033】
また、本発明は、第2の量子化手段を、フレーム単位で独立に量子化する第1段階と、隣接フレーム間の相関を利用して量子化する第2段階の2段構成にすることにより、伝送誤りに対する耐性を高める効果がある。
【0034】
また、本発明は、復号化側で伝送誤りを検出し、誤りが生じた場合に、符号化側、復号化側双方の処理を切り換えることによって、伝送誤りに対する耐性を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるLSPパラメータ符号化装置の構成を示すブロック図
【図2】本発明の第2の実施の形態の構成として、図1中の第2の量子化手段の詳細を示すブロック図
【図3】本発明の第2の実施の形態の第2の量子化手段における第2段階の処理を示す模式図
【図4】本発明の第3の実施の形態の構成として、第1および第2の実施の形態の符号化装置に対応する復号化装置の構成を示すブロック図
【図5】本発明の第4の実施の形態の構成として、第1および第2の実施の形態の符号化装置と第3の実施の形態の復号化装置とを組み合わせた符号復号化装置の構成を示すブロック図
【図6】従来例のフレーム間の相関を利用するLSPパラメータ量子化装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
100 LSPパラメータ
101 フレーム単位で独立に量子化を行なう第1の量子化手段
102 隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行なう第2の量子化手段
103、104 復号化手段
105 誤差比較手段
106 量子化手段を切り換えるスイッチ
107 入力音声信号
108 算出したLSPパラメータ
109 第1の量子化手段101の出力符号
110 第2の量子化手段102の出力符号
111 第1の量子化手段101による量子化値
112 第2の量子化手段102による量子化値
113 スイッチ106の切り換えを制御する信号
114 出力符号
200 LSPパラメータ算出手段
201 第1段目の誤差最小化手段
202 第1の符号帳
203、207 復号化手段
204 過去の量子化値から現フレームの値を線形に予測する予測手段
205 第2段目の誤差最小化手段
206 第2の符号帳
208 過去の量子化値を蓄えておくバッファ
210 入力音声信号
211 現フレームのLSPパラメータ
212 第1段階の出力符号
213 第1段階の量子化値
214 第2段階の出力符号
215 現フレームの量子化値
216 過去の量子化値
217 予測された現フレームのLSPパラメータ
300 前フレームのLSPパラメータの量子化前の値
301 現フレームのLSPパラメータの量子化前の値
302 前フレームの量子化値
303 現フレームの第1段階の量子化値
304 現フレームの予測値
305 予測値と量子化前の値との誤差
306 現フレームの量子化値
400 伝送誤り検出手段
401 スイッチ制御手段
402 第1の量子化手段による符号ベクトルを格納する符号帳
403 第2の量子化手段の第1段階による符号ベクトルを格納する符号帳
404 第2の量子化手段の第2段階による符号ベクトルを格納する符号帳
405 予測手段
406 復号化手段
407、408 復号化手段を切り換えるスイッチ
409 出力する復号値を切り換えるスイッチ
410 前フレームの量子化値を蓄えるバッファ
412 第1の量子化手段による量子化値
413 第2の量子化手段の第1段階による量子化値
414 現フレームの予測値
415 第2の量子化手段の第2段階による量子化値
416 復号化手段の出力量子化値
500 第1の量子化手段
501 第2の量子化手段
502 量子化手段を切り換えるスイッチ
503 誤り検出手段
504 誤り頻度判定手段
505 第1の復号化手段
506 第2の復号化手段
507 スイッチ
508 符号化側の出力符号
509 復号化側の入力符号
600 LSPパラメータ
601 過去の量子化値を蓄えておくバッファ
602 過去の量子化値から現フレームの値を線形に予測する予測手段
603 予測値と入力値との誤差を最小にする符号を符号帳から選択する誤差最小化手段
604 符号帳
605 出力符号から量子化値を復号する復号化手段
606 入力音声信号
607 現フレームのLSPパラメータ
608 出力符号
609 現フレームの量子化値
610 過去の量子化値
611 予測された現フレームのLSPパラメータ
Claims (3)
- 符号化側が、音声信号のスペクトル情報の特徴パラメータであるLSPパラメータを符号化する装置であって、前記LSPパラメータをフレーム単位で独立にベクトル量子化する第1の量子化手段と、前記LSPパラメータをフレーム間の相関を利用してベクトル量子化する第2の量子化手段と、前記第1の量子化手段による量子化誤差と前記第2の量子化手段による量子化誤差とを比較する誤差比較手段とを有し、
前記第1の量子化手段は、前記LSPパラメータをフレーム単位で独立にベクトル量子化し、前記第2の量子化手段は、前記LSPパラメータをフレーム単位で独立にベクトル量子化して量子化値を得る第3の量子化手段と、この第3の量子化手段で得られた量子化値と参照フレームの量子化値から求めた予測値と現フレームのLSPパラメータとの差分値をベクトル量子化する第4の量子化手段とを備える一方、
復号化側が、入力符号の誤りを検出する誤り検出手段と、
前記誤り検出手段で検出される誤りの頻度を閾値と比較する比較手段とを備え、
復号化側において、前記比較手段の比較結果に基づき、符号化側の第1の量子化手段或いは第1もしくは第2の量子化手段のうち、量子化誤差が小さい方の量子化手段の量子化値を選択するようにしたことを特徴とするLSPパラメータ符号化復号化装置。 - 符号化側において、音声信号のスペクトル情報の特徴パラメータであるLSPパラメータを符号化する処理動作であって、現フレームのLSPパラメータをフレーム単位で独立にベクトル量子化して量子化値を得る第1の量子化ステップと、前記LSPパラメータをフレーム間の相関を利用してベクトル量子化する第2の量子化ステップと、前記第1の量子化ステップによる量子化誤差と前記第2の量子化ステップによる量子化誤差とを比較する誤差比較ステップとを有し、
前記第1の量子化ステップは、前記LSPパラメータをフレーム単位で独立にベクトル量子化し、前記第2の量子化ステップは、前記LSPパラメータをフレーム単位で独立にベクトル量子化して量子化値を得る第3の量子化ステップと、この第3の量子化ステップで得られた量子化値と参照フレームの量子化値から求めた予測値と現フレームのLSPパラメータとの差分値をベクトル量子化する第4の量子化ステップとを備える一方、
復号化側が、入力符号の誤りを検出する誤り検出ステップと、
前記誤り検出ステップで検出される誤りの頻度を閾値と比較する比較ステップとを備え、
復号化側において、前記比較ステップにおける比較結果に基づき、符号化側の第1の量子化ステップ或いは第1もしくは第2の量子化ステップのうち、量子化誤差が小さい方の量子化ステップにおける量子化値を選択するようにしたことを特徴とするLSPパラメータ符号化復号化方法。 - 前記比較結果が誤りの頻度が閾値以下であることを示す場合には、量子化誤差が小さい方の量子化ステップにおける量子化値を選択し、前記比較結果が誤りの頻度が閾値以上であることを示す場合には、第1の量子化ステップにおける量子化値を選択する誤り検出ステップと、前記誤り検出ステップで検出される誤りの頻度を閾値と比較するようにした比較ステップとをさらに含むことを特徴とする請求項2記載のLSPパラメータ符号化復号化方法。
Priority Applications (1)
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