JPH03123400A - 線形予測分析・合成方式の復号器 - Google Patents

線形予測分析・合成方式の復号器

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JPH03123400A
JPH03123400A JP1260199A JP26019989A JPH03123400A JP H03123400 A JPH03123400 A JP H03123400A JP 1260199 A JP1260199 A JP 1260199A JP 26019989 A JP26019989 A JP 26019989A JP H03123400 A JPH03123400 A JP H03123400A
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Seiji Sasaki
誠司 佐々木
Masayasu Miyake
正泰 三宅
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Kokusai Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の属する技術分野) 本発明は、音声符号化方式のうち線形予測分析符号化(
L P C: Linear Predictive 
Coding)方式によって符号化されたディジタル信
号を合成してもとの音声信号に復号変換する線形予測分
析・合成方式の復号器に関するものである。
(従来技術とその問題点) 第1図は、従来の線形予測分析合成符号化方式による音
声符復号器の原理系統図であり、(a)は符号器、(b
)は復号器である。図において、入力音声信号Aは、線
形予測分析される。すなわち、線形予測分析器および音
源強度抽出器11によって線形予測分析係数および音源
強度情報aが抽出され、有声無声識別器12によって有
声無声識別信号Cが抽出され、有声音の時のピッチ周期
すがピッチ周期抽出器13によって抽出され、これらの
パラメータa、b、cを符号化器14によって符号化し
て伝送信号Bとして送出する。復号器は、人力信号Cを
分離回路21によって各パラメータの信号d、e。
fに分離し、ピッチ周期eによりピンチパルス発生器2
2の周期を制御し、有声・無声識別信号及び音源強度情
報fによって、ピッチパルス発生器22の出力と雑音発
生器23の出力とを切換器24によって選択した後、強
度を決定し、その出力信号を駆動信号として線形予測分
析係数dに基づ(合成フィルタ25を駆動することによ
り復元された音声信号りをとり出す。この場合の音声信
号りの音声品質の限界として、合成フィルタ25の駆動
信号をピッチパルス発注器22の出力か雑音発生器23
の出力かのいずれかを2者選択していることが指摘され
、第3の駆動信号として両者の混合されたものが必要と
されていた。
即ち、従来の方式では、有声音のときはピッチパルス発
生器22の出力を選択し、無声音のときは雑音発生器2
3の出力を選択して駆動信号とするモデルでは、無声音
から有声音への移行時の両者の混じり合った駆動信号を
モデル化することが出来ないという問題点があり、復号
化音声の音声品質が悪いという欠点があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、上述のような線形予測分析・合成技術
を用いた音声の符復号化方式において、符号器側に特別
な操作を施す必要なく、例えば伝送する情報を増やすこ
となく、復号器側のみにおいて、音声を復元するための
合成フィルタを駆動するための第3の信号として、ピッ
チパルス発生器出力と雑音信号を混合した信号を作り出
すことが出来る信号処理方式の復号器を提供することに
ある。
(発明の構成及び作用) 第2図は、本発明の実施例を示す回路ブロック図である
。送信側の符号器は従来のものと同じであるのでここで
は省略している。符号器からのデータEは、分離回路3
1によってそれぞれのパラメータg、h、iに分離され
る。各パラメータのうち線形予測係数gは処理制御回路
34と合成フィルタ38に入力され、有声、無声識別信
号及び音源強度情報りは処理制御回路34に入力され、
ピッチ周期iはピッチパルス発生器32に入力される。
処理制御回路34は、線形予測係数gをもとにして、駆
動信号を、周波数軸上でピッチパルス発生器32からの
出力を使用する周波数範囲と、雑音発生器33の出力を
使用する周波数の範囲とに分け、これら周波数範囲の制
御信号j及びkをピッチパルス発生器32及び雑音発生
33の出力にそれぞれ備えた出力制御回路35及び36
に加える。これらの出力制御回路35.36は、それぞ
れの発生器32及び33の出力を所望の周波数範囲に分
割して出力し、合成器37で合成した後に合成フィルタ
38の駆動信号とする。合成フィルタ38の出力Fは復
元された音声信号となる。
次に、処理制御回路34が線形予測係数gから如何に、
駆動信号を周波数軸上で、ピッチパルス発生器32の出
力であるピッチ成分と雑音発生器33の出力である雑音
成分とに分けることができるかを説明する。
音声信号は、一般に有声音と無声音とに分けられる。有
声音の周波数スペクトルは包絡線とピンチの高調波であ
る微細構造から構成される。第3図はこれらのスペクト
ルを示す波形図である。第3図(a)の実線はピッチの
高調波成分であり、点線はスペクトル包絡線である。ス
ペクトル包絡線は複数のフォルマントと呼ばれる共振峰
から成る。
微細構造はピンチの高調波成分でモデル化されるが、必
ずしも高調波成分だけで構成されるわけではなく、スペ
クトル包路線のレベルが小さい部分は白色雑音でモデル
化する方法が妥当である。本発明は、この白色雑音でモ
デル化される部分の周波数範囲を決める方法を与えるも
のである。この白色雑音でモデル化される周波数範囲は
第3図(a)のG、Hで示される範囲であり、この部分
はスペクトル包絡線の谷の部分であることがわかる。従
って、スペクトル包路線が求まれば、これを閾値と比較
することによって、閾値以下の部分の周波数範囲が、求
めるピッチの高調波成分を白色雑音に置き換える部分で
ある。
次に、スペクトル包路線を求める方法を述べる。
スペクトル包路線は先に述べたように、フォルマントの
合成で与えられる。1つのフォルマントは単同調共振回
路で表現することができることは理論的にも実験的にも
よく知られている。従って、フォルマントの中心周波数
と3dB帯域幅(又は共振のQ)及びフォルマントの振
幅が求まれば、これらをもとに単同調共振回路の周波数
特性の合成としてスペクトル包路線を記述することがで
きる。
この様子を第3図(b)に示す。ここで、J、にの点線
で示した部分は単同調共振回路の周波数特性であり、実
線はそれらの合成の周波数特性である。
従って、これらのそれぞれの共振周波数特性と閾値とを
比較した結果を重ね合わせた共通の部分が求める範囲で
あり、これを第3図(C)に示す。第3図(C)におい
て、1は閾値より大きい部分を示し、0は閾値より小さ
い部分を示す。
このようにして得られた周波数の関数としての閾値より
大きい部分の関数をもとにして、ピッチの高調波成分と
白色雑音とを混合した信号を得る方法は、まず、ピッチ
の高調波成分発生器の出力と第3図(C)の関数を周波
数領域で乗算することによって得られる。即ち、第2図
のピッチパルス発生器32の出力と処理制御回路34の
出力j、すなわち第3図(C)の関数信号jの積である
。周波数領域で乗算する処理としては帯域除去フィルタ
、低域通過フィルタ、高域通過フィルタ又は帯域通過フ
ィルタの組合せで実現することができる。また、帯域制
限された白色雑音フィルタは、同様にして第3図(C)
の関数の1をOに、0を1に置き換えたもの(第2図の
信号k)と白色雑音発生器33の出力とを出力制御回路
36によって周波数領域で乗算することによって得られ
る。
以上の方法によって、ピッチ高調波と帯域制限された白
色雑音の混合された微細構造をもつ駆動信号が得られる
次に、フォルマントの中心周波数、3dB帯域幅及びフ
ォルマントの振幅は、線形予測分析の結果得られるパラ
メータと密接な関係があり、全てそのパラメータから得
られる。詳しくは(注)として後述する。
従って、本発明の方法によれば、線形予測音声合成器に
おいて、有声音の時にピッチの高調波のみで近似してい
た駆動音源を、ピッチの高調波と帯域制限された白色雑
音の合成された駆動音源とすることができ、しかも、そ
の処理は分析器(送信の符号器側)に対しては一切の処
理をする必要がなく、全ての処理を合成器側(受信の復
号器側)のみで行うため、分析器から合成器への伝送す
べき情報量を増す必要がない。
(注) ここでは線形予測分析パラメータとフォルマントの物理
量(中心周波数、帯域幅2振幅)の関係を示す。線形予
測分析して得られたパラメータは、符号器から復号器へ
の伝送はそのままの形ではなく、反射係数、 PARC
OR係数又はLAR係数等に変換されて行われるが、そ
れらはもとのパラメータと容易に変換することが可能で
ある。
線形予測分析により同定された全極形システム関数H(
Z)は、1 / A (z)と表され、A(Z)=Oの
根が極を与え、これはフォルマントに対応する。線形予
測パラメータを(αi)ム”l+ 2+ ” ’l T
’とすれば、A (Z) = 1+α、Z−1+α22
−2+・・・+α、z−’=。
のtEIZi =rie’θiから、フォルマントの中
心周波数と帯域幅は次ように求められる。
また、フォルマント振幅は、PARCOR係数(k、)
i”l+2+11.+l)によって定まる擬声道モデル
の声門での損失を無損失化することにより、全極形シス
テム関数H(Z)を線スペクトル化して求められる。
線スペクトル化された全極形システム関数H2゜I(z
)の極を与える根は、Z=eJλIとなり、λiは線ス
ペクトル周波数を与える。その振幅は、全極形システム
関数Hp。1(z)のλ五における音数計算から求める
ことができる。音数計算の結果、全極形システム関数は
次の式で表すことができる。
H,、、(λ)−2πR0δ(λ) パワー伝達関数P、。l(λ)=H,,,(λ)Hp+
□責λ)の逆フーリエ変換は、自己相関関数Pτとなる
ので、次式のように展開することができる。
τ=o、  i、  ・・・、 P これより、Pτの実測値を用いて連立方程式を解くこと
により、線スペクトル振幅miを求めることができる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明を線形予測分析・合
成方式による符号化音声信号の復号器として適用するこ
とによって、合成音声の自然性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の線形予測分析・合成方式の符号器および
復号器のブロック図、第2図は本発明の実施例を示す復
号器の回路ブロック図、第3図はスペクトル特性図であ
る。 11・・・線形予測分析器と音源強度抽出器、12・・
・有声無声識別器、 13・・・ピッチ周期抽出器、1
4・・・符号化器、21.31・・・分離回路、22.
32・・・ピッチパルス発生器、23.33・・・雑音
発生器、24・・・切換器、25.38・・・合成フィ
ルタ、34・・・処理制御回路、35、36・・・出力
制御回路、37・・・合成器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 線形予測分析・合成方式の符号器によって音声信号が分
    析符号化された入力ディジタル信号に含まれる線形予測
    係数、有声無声識別信号、音源強度情報及びピッチ周期
    情報の各パラメータを分離出力する分離回路と、 前記線形予測係数より算出される周波数軸上のスペクト
    ル包絡値と予め定めた閾値とを比較してピッチ成分周波
    数領域と雑音成分周波数領域とに分けてそれぞれピッチ
    成分出力制御信号と雑音成分出力制御信号として出力す
    る処理制御回路と、前記ピッチ周期情報に従ってピッチ
    パルスを出力するピッチパルス発生器と、 前記ピッチ成分出力制御信号によって前記ピッチパルス
    を有声音駆動音源として出力する第1の出力制御回路と
    、 前記雑音成分出力制御信号によって白色雑音を無声音駆
    動音源として出力する第2の出力制御回路と、 前記有声音駆動音源と前記無声音駆動音源とを合成して
    出力する合成器と、 該合成器の出力を前記線形予測係数に従って復号化した
    音声信号を出力する合成フィルタとを備えた線形予測分
    析・合成方式の復号器。
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