JPH05273998A - Voice encoder - Google Patents

Voice encoder

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Publication number
JPH05273998A
JPH05273998A JP4072029A JP7202992A JPH05273998A JP H05273998 A JPH05273998 A JP H05273998A JP 4072029 A JP4072029 A JP 4072029A JP 7202992 A JP7202992 A JP 7202992A JP H05273998 A JPH05273998 A JP H05273998A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
signal
frequency component
codebook
voice
Prior art date
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Pending
Application number
JP4072029A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Kanba
進 神庭
Masami Akamine
政巳 赤嶺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4072029A priority Critical patent/JPH05273998A/en
Publication of JPH05273998A publication Critical patent/JPH05273998A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a voice encoder which can improve synthetic voice. CONSTITUTION:At the voice encoder to synthesize voice by inputting a driving signal to a synthetic filter, as the driving signal, a signal passing cyclic and non-cyclic signals through low-pass filters 109 and 114 and high-pass filters 118 and 123 having the same cut-off frequency and adding those signals is used. The cut-off frequency is searched by investigating error between an output at the time of passing input voice through the low-pass filter 14 and voice synthesizing an output as the driving signal at the time of passing the cyclic signal having the same pitch as the input voice through the filter 109 of the same characteristic. When the cut-off frequency is increased in the case of searching the cut-off frequency and the rate of the change component of error to the change component of an output from the low-pass filter 114 inputting the input voice is larger than a threshold value. the cut-off frequency at that time is defined as the cut-off frequency of the low-pass filters 109 and 114 and the high-pass filters 118 and 123.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は音声符号化装置に係り、
特に音声信号を8kbps程度以下の低ビットレートで符号
化するのに適した音声符号化装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speech coder,
In particular, the present invention relates to a voice encoding device suitable for encoding a voice signal at a low bit rate of about 8 kbps or less.

【0002】[0002]

【従来の技術】音声を低ビットレートで高能率に符号化
する技術は、自動車電話などの移動体通信や、企業内通
信において、電波の有効利用や通信コスト削減のための
重要な技術である。8kbps以下のビットレートで品質の
優れた音声符号化方式として、CELP(Code Excited
Linear Prediction)方式が知られている。
2. Description of the Related Art A technique for encoding voice with high efficiency at a low bit rate is an important technique for effective use of radio waves and reduction of communication cost in mobile communications such as car telephones and in-house communications. .. CELP (Code Excited) is used as a voice coding method with excellent quality at a bit rate of 8 kbps or less.
The Linear Prediction method is known.

【0003】このCELP方式はAT&Tベル研のM.R.
Schroeder 氏とB.S.Atal氏により"Code-Excited Linear
Prediction(CELP):High-Quality Speech at Very Low
BitRates"Proc.ICASSP;1985,PP.937-939 (文献1)で
発表されて以来、高品質の音声が合成できる方式として
注目され、品質の改善や、計算量の削減等、種々の検討
がなされてきた。CELP方式の特徴は、LPC(Linea
r Predictive Coding;線形予測符号化)合成フィルタ
の駆動信号を駆動信号ベクトルとしてコードブックに格
納し、合成音声信号と入力音声信号の誤差を評価しなが
ら、最適な駆動信号ベクトルをコードブックから探索す
る点にある。
This CELP method is the MR of AT & T Bell Labs.
"Code-Excited Linear" by Schroeder and BSAtal
Prediction (CELP): High-Quality Speech at Very Low
Since it was announced in BitRates "Proc.ICASSP; 1985, PP.937-939 (Reference 1), it has attracted attention as a method for synthesizing high-quality speech, and various studies have been made to improve quality and reduce the amount of calculation. The characteristics of the CELP method are LPC (Linea
r Predictive Coding (linear predictive coding) The drive signal of the synthesis filter is stored in the codebook as the drive signal vector, and the optimum drive signal vector is searched from the codebook while evaluating the error between the synthesized voice signal and the input voice signal. There is a point.

【0004】図5は、最新のCELP方式による音声符
号化信号のブロック図である。同図において、入力信号
であるサンプリングされた音声信号系列は入力端子60
0からフレーム単位で入力される。フレームはL個の信
号サンプルからなり、サンプリング周波数が8kHz の場
合、一般にL=160が用いられる。図5には示されて
いないが、駆動信号ベクトルの探索に先立ち、入力され
たLサンプルの音声信号系列に対してLPC分析が行わ
れ、LPC予測パラメータ{αi ,i=1,2,…p}
が抽出される。このLPC予測パラメータは、LPC合
成フィルタ630に供給される。なお、pは予測次数で
あり、一般にp=10が用いられる。LPC合成フィル
タ630の伝達関数H(z) は、[数1]で与えられる。
FIG. 5 is a block diagram of a speech coded signal according to the latest CELP method. In the figure, the sampled audio signal sequence which is the input signal is the input terminal 60.
It is input from 0 in frame units. A frame consists of L signal samples, and when the sampling frequency is 8 kHz, L = 160 is generally used. Although not shown in FIG. 5, LPC analysis is performed on the input L-sample speech signal sequence prior to the search for the drive signal vector, and LPC prediction parameters {α i , i = 1, 2, ... p}
Is extracted. This LPC prediction parameter is supplied to the LPC synthesis filter 630. Note that p is the predicted order, and p = 10 is generally used. The transfer function H (z) of the LPC synthesis filter 630 is given by [Equation 1].

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】次に、音声信号を合成しながら最適な駆動
信号ベクトルを探索する方法について説明する。まず、
入力端子600に入力された1フレームの音声信号か
ら、減算器610で前フレームでのLPC合成フィルタ
630の内部状態が現フレームに与える影響が減算され
る。減算器610から得られた信号系列は4個のサブフ
レームに分割され、各サブフレームの目標信号ベクトル
となる。
Next, a method for searching for an optimum drive signal vector while synthesizing a voice signal will be described. First,
The subtractor 610 subtracts the influence of the internal state of the LPC synthesis filter 630 in the previous frame on the current frame from the one-frame audio signal input to the input terminal 600. The signal sequence obtained from the subtractor 610 is divided into four subframes, and becomes the target signal vector of each subframe.

【0007】LPC合成フィルタ630の入力信号であ
る駆動信号ベクトルは、適応コードブック640から選
択された駆動信号ベクトルに乗算器650で所定のゲイ
ンを乗算したものと、白色雑音コードブック710から
選択された雑音ベクトルに乗算器720で所定のゲイン
を乗算したものとを加算器660で加算する事で得られ
る。
The driving signal vector which is the input signal of the LPC synthesis filter 630 is selected from the white noise codebook 710 and the driving signal vector selected from the adaptive codebook 640 multiplied by a predetermined gain in the multiplier 650. The obtained noise vector is multiplied by a predetermined gain in the multiplier 720 and is added by the adder 660.

【0008】ここで、適応コードブック640は文献1
に記載されているピッチ予測分析を閉ループ動作または
合成(Analysis by Synthesis) によって行なうものであ
り、詳細はW.B.Kleijin,D.J.Krasinski ank R.H.Ketchu
m,"Improved Speech Qualityand Efficient Vector Qua
ntization in CELP",Proc.ICASSP,1988,pp.155-158(文
献2)に述べられている。この文献2によると、LPC
合成フィルタ630の駆動信号をピッチ探索範囲a〜b
(a,bは駆動信号のサンプル番号であり、通常a=2
0,b=147)にわたって遅延回路670で1サンプ
ルずつ遅延させることにより、a〜bサンプルのピッチ
周期に対する駆動信号ベクトルを作成し、これがコード
ワードとして適応コードブックに格納される。
Here, the adaptive codebook 640 is referred to as reference 1
The pitch prediction analysis described in Section 1 is performed by closed loop operation or synthesis by Synthesis. For details, see WBKleijin, DJKrasinski ank RHKetchu.
m, "Improved Speech Qualityand Efficient Vector Qua
ntization in CELP ", Proc.ICASSP, 1988, pp.155-158 (reference 2). According to this reference 2, LPC
The drive signal of the synthesis filter 630 is set to the pitch search ranges a to b.
(A and b are sample numbers of the drive signal, and usually a = 2
0, b = 147), the delay circuit 670 delays one sample at a time to create a drive signal vector for a pitch period of a to b samples, which is stored as a codeword in the adaptive codebook.

【0009】最適な駆動信号ベクトルの探索を行う場
合、適応コードブック640から各ピッチ周期に対応す
る駆動信号ベクトルのコードワードが1個ずつ読み出さ
れ、乗算器650で所定のゲインと乗算される。そし
て、LPC合成フィルタ630によりフィルタ演算が行
われ、合成音声信号ベクトルが生成される。生成された
合成音声信号ベクトルは、減算器620で目標信号ベク
トルと減算される。この減算器620の出力は聴感重み
付けフィルタ680を経て誤差計算回路690に入力さ
れ、平均2乗誤差が求められる。平均2乗誤差の情報は
更に最小歪探索回路700に入力され、その最小値が検
出される。
When the optimum drive signal vector is searched for, one codeword of the drive signal vector corresponding to each pitch period is read from the adaptive codebook 640 and is multiplied by a predetermined gain in the multiplier 650. . Then, filter calculation is performed by the LPC synthesis filter 630 to generate a synthesized voice signal vector. The generated synthesized speech signal vector is subtracted from the target signal vector by the subtractor 620. The output of the subtractor 620 is input to the error calculation circuit 690 via the perceptual weighting filter 680, and the mean square error is obtained. The information on the mean square error is further input to the minimum distortion search circuit 700, and its minimum value is detected.

【0010】以上の過程は、適応コードブック640の
中の全ての駆動信号ベクトルのコードワードについて行
われ、最小歪み探索回路700において平均2乗誤差の
最小値を与えるコードワードの番号が求められる。ま
た、乗算器650で乗じられるゲインも平均2乗誤差が
最小になるように決定される。
The above process is performed for all the drive signal vector codewords in the adaptive codebook 640, and the minimum distortion search circuit 700 obtains the codeword number that gives the minimum value of the mean square error. The gain multiplied by the multiplier 650 is also determined so that the mean square error is minimized.

【0011】次に、同様の方法で最適な白色雑音ベクト
ルの探索が行われる。すなわち、白色雑音コードブック
710から雑音ベクトルのコードワードが1個ずつ読み
出され、乗算器720でのゲインとの乗算、LPC合成
フィルタ630でのフィルタ演算を経て、合成音声信号
ベクトルの生成、目標ベクトルとの平均2乗誤差の計算
が全ての雑音ベクトルについて行われる。そして、平均
2乗誤差の最小値を与える雑音ベクトルの番号及びゲイ
ンがもとめられる。なお、聴感重み付けフィルタ680
は減算器620から出力される誤差信号のスペクトルを
整形して、人間に知覚される歪みを低減するために用い
られる。
Next, the optimum white noise vector is searched for in the same manner. That is, the codewords of the noise vector are read one by one from the white noise codebook 710, multiplied by the gain in the multiplier 720, and subjected to the filter operation in the LPC synthesis filter 630 to generate a synthetic speech signal vector and to obtain the target. The calculation of the mean square error with the vector is performed for all noise vectors. Then, the number and the gain of the noise vector that gives the minimum value of the mean square error are obtained. Note that the perceptual weighting filter 680
Is used to shape the spectrum of the error signal output from the subtractor 620 and reduce the distortion perceived by humans.

【0012】この様にCELP方式は、合成音声信号と
入力音声信号との誤差が最小になるような最適の駆動信
号ベクトルを求めているので、8kbps程度のビットレー
トでも高品質の音声を合成することができる。しかし、
8kbps以下のビットレートでは品質の劣化が知覚され、
まだ不充分である。
As described above, in the CELP system, since an optimum drive signal vector that minimizes the error between the synthesized voice signal and the input voice signal is obtained, high quality voice is synthesized even at a bit rate of about 8 kbps. be able to. But,
At bit rates below 8 kbps, perceived quality degradation,
Still not enough.

【0013】ところで、2kbps程度以下のビットレート
で音声合成を行う方法としてボコーダがある。ボコーダ
ではピッチパルス列と白色雑音のいずれか一方を、フレ
ーム毎に駆動信号として選択する。ピッチパルス列とは
その音声のピッチ周期でインパルスが立っている周期的
信号系列である。しかし駆動信号の形状が2元的である
ため合成音の品質は一般的に良くない。ボコーダの合成
音の品質を向上させるために、駆動信号をピッチパルス
列と白色雑音の一部を用い、かつ両成分を同一周波数で
重ならないようにして混成する方法がJohn Makhol 氏ら
によって
By the way, there is a vocoder as a method for performing voice synthesis at a bit rate of about 2 kbps or less. The vocoder selects either the pitch pulse train or the white noise as a drive signal for each frame. A pitch pulse train is a periodic signal sequence in which impulses stand at the pitch period of the voice. However, since the shape of the drive signal is binary, the quality of the synthetic sound is generally not good. In order to improve the quality of the synthesized voice of the vocoder, John Makhol et al. Proposed a method of mixing the drive signal using a pitch pulse train and a part of white noise, and not mixing both components at the same frequency.

【0014】"A mixed source model for speech compr
ession and systems," J.acoust.soc.Am.,vol.64,no.6,
pp.157-81,1981(文献3)で、またJohn C.Hardwick 氏
とJaeS.Lim 氏らによって"The application of the IMB
E speech coder to mobil communications," proc.ICAS
SP,pp.249-252,1991 (文献4)で提案されている。こ
こでは周期的信号(ピッチパルス列)及び非周期的信号
(白色雑音)の周波数成分を帯域制限によって同一周波
数上に重畳させないようにしているという特徴がある。
すなわち、文献3ではローパスフィルタに通したピッチ
パルス列とハイパスフィルタを通した白色雑音を加算す
ることによって駆動信号を生成している。文献4では駆
動信号を周波数領域上で複数の周波数に分割し、各々の
帯域の周波数成分にピッチパルス列か白色雑音のいずれ
か一方を用いて生成する。この様にして駆動信号を生成
すると合成音の品質が向上することが文献4で報告され
ている。
[A mixed source model for speech compr
ession and systems, "J.acoust.soc.Am., vol.64, no.6,
pp.157-81,1981 (Reference 3) and by John C. Hardwick and Jae S. Lim et al. "The application of the IMB
E speech coder to mobil communications, "proc.ICAS
Proposed in SP, pp.249-252, 1991 (reference 4). Here, there is a feature that the frequency components of the periodic signal (pitch pulse train) and the aperiodic signal (white noise) are not superimposed on the same frequency due to band limitation.
That is, in Reference 3, the drive signal is generated by adding the pitch pulse train passed through the low-pass filter and the white noise passed through the high-pass filter. In Reference 4, the drive signal is divided into a plurality of frequencies in the frequency domain, and either the pitch pulse train or the white noise is used as the frequency component of each band to generate the frequency component. It has been reported in Document 4 that the quality of the synthesized sound is improved by generating the drive signal in this manner.

【0015】CELP方式における駆動信号もピッチパ
ルス列、白色雑音の成分を含んでいるが、同一周波数で
両成分を含むために、一方の成分が他方に対して品質上
の悪影響を与えることがある。例えば周期性を示すよう
な信号を符号化する場合、その周波数及びその高周波の
成分は位相が連続していることが望ましい。しかしCE
LP方式ではそれらの周波数成分から非周期的成分を除
去する事を積極的には行なっていない。したがってこの
場合合成波形の歪みが知覚されやすい。
The drive signal in the CELP system also contains the components of the pitch pulse train and the white noise, but since both components are contained at the same frequency, one component may adversely affect the other on the quality. For example, when encoding a signal exhibiting periodicity, it is desirable that the frequency and the component of the high frequency have continuous phases. But CE
The LP system does not actively remove aperiodic components from those frequency components. Therefore, in this case, distortion of the composite waveform is easily perceived.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のC
ELP方式の駆動信号では同一周波数で周期的成分及び
非周期的成分が重畳するため、両成分が互いに干渉して
合成品質が劣化するという問題があった。本発明は駆動
信号におけるこのような欠点を除去し、合成音声の品質
の向上を図ることができる音声符号化装置を提供するこ
とを目的とする。
As described above, the conventional C
In the ELP drive signal, a periodic component and an aperiodic component are superposed at the same frequency, so that there is a problem that both components interfere with each other and the combined quality deteriorates. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a speech coding apparatus capable of eliminating such a defect in a driving signal and improving the quality of synthesized speech.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために、入力音声信号の低域成分を取り出すため
の手段と、入力音声信号の低域成分を参照して周期的成
分の上限周波数を探索する手段と、周期的信号をコード
ワードとして格納したコードブック(周期コードブッ
ク)と、非周期的信号をコードワードとして格納したコ
ードブック(確率コードブック)と、各々のコードブッ
クに格納されている信号から先の探索された周波数を境
界としてそれぞれ低域側及び高城側の成分を取り出す手
段と、各々の成分を加算して駆動信号を生成する手段
と、駆動信号より音声信号を合成する合成フィルタと、
入力音声信号を参照して各コードブックから最適なコー
ドを探索する手段とを具備することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a means for extracting a low frequency component of an input voice signal and a periodic component of a low frequency component of the input voice signal with reference to the low frequency component. A means for searching the upper limit frequency, a codebook in which periodic signals are stored as codewords (periodic codebook), a codebook in which aperiodic signals are stored as codewords (probability codebook), and each codebook A means for extracting the low frequency side component and the high frequency side component from the stored signal with the previously searched frequency as a boundary, a means for generating a drive signal by adding each component, and an audio signal from the drive signal A synthesis filter to synthesize,
Means for searching an optimum code from each codebook with reference to an input voice signal.

【0018】[0018]

【作用】本発明では入力音声信号の低周波成分を調べて
ピッチ周波数の高調波成分のみが存在する上限周波数を
求めることにより、入力音声信号はその上限周波数以下
ではピッチ周波数の高調波成分のみで、それ以上の周波
数では非周期的周波数成分を持つと判断する。従って駆
動信号はその上限周波数以下の成分に周期的信号の相当
する成分を用い、上限周波数以上では非周期的信号の成
分を用いて生成される。このような駆動信号によって音
声合成を行なえば、周期的成分に非周期的成分が載るこ
とによって生じる歪みや、逆に非周期的であるべき部分
の周波数成分に不要な周期的成分が載ることによる品質
劣化を防止することができる。
In the present invention, the low frequency component of the input voice signal is examined to obtain the upper limit frequency at which only the harmonic component of the pitch frequency exists, so that the input voice signal has only the harmonic component of the pitch frequency below the upper limit frequency. , It is determined that frequencies higher than that have aperiodic frequency components. Therefore, the drive signal is generated using the component corresponding to the periodic signal as the component below the upper limit frequency and using the component of the aperiodic signal above the upper limit frequency. When speech synthesis is performed by such a driving signal, distortion caused by the aperiodic component being placed on the periodic component, or conversely, unnecessary periodic component being placed on the frequency component of the portion which should be aperiodic. It is possible to prevent quality deterioration.

【0019】また入力音声信号中にピッチ周波数の高調
波が存在する上限周波数や各コードの探索には入力音声
信号との誤差を計算しながら行なうため、最終的に得ら
れる合成音声信号の誤差を最小限にすることができる。
Further, since the upper limit frequency at which a harmonic of the pitch frequency exists in the input voice signal and each code are searched while calculating the error with the input voice signal, the error of the finally obtained synthesized voice signal is calculated. Can be minimized.

【0020】[0020]

【実施例】以下図面を参照しながら本発明の実施例を説
明する。図1は本発明の一実施例に係る音声符号化装置
のブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a speech coder according to an embodiment of the present invention.

【0021】図1において入力音声信号は入力端子10
0からフレームバッファ101に入力される。フレーム
バッファ101では入力音声信号系列をL個のサンプル
単位で切り出し、1フレームの信号として記憶する。L
は通常160である。フレームバッファ101からの1
フレームの入力音声信号系列はLPC分析回路102及
び重み付けフィルタ104へ供給される。
In FIG. 1, the input audio signal is input to the input terminal 10
Input from 0 to the frame buffer 101. In the frame buffer 101, the input audio signal sequence is cut out in units of L samples and stored as a 1-frame signal. L
Is usually 160. 1 from framebuffer 101
The input audio signal sequence of the frame is supplied to the LPC analysis circuit 102 and the weighting filter 104.

【0022】LPC分析回路102は例えば自己相関法
を用いて入力音声信号に対してLPC(Linear Predict
ion Coding;線形予測符号化)分析を行ない、p個のL
PC予測係数{αi ,i=1,2, …,p}または反射
係数{ki ,i=1,2…p}を抽出する。抽出された
予測係数または反射係数は符号化回路103において所
定のビット数で符号化された後、重み付けフィルタ10
4及び重み付け合成フィルタ105,110,119で
利用される。
The LPC analysis circuit 102 uses an autocorrelation method, for example, for an LPC (Linear Prediction) for an input speech signal.
ion Coding; linear predictive coding) analysis is performed, and p L
The PC prediction coefficient {α i , i = 1, 2, ..., P} or the reflection coefficient {k i , i = 1, 2, ... P} is extracted. The extracted prediction coefficient or reflection coefficient is encoded with a predetermined number of bits in the encoding circuit 103, and then the weighting filter 10
4 and weighting synthesis filters 105, 110, 119.

【0023】重み付けフィルタ104は周期コードブッ
ク107及び確率コードブック116から合成フィルタ
の駆動信号を探索する際に、入力音声信号系列に重み付
けを行うものである。重み付け合成フィルタ104の伝
達関数W(z)は[数2]で表される。
The weighting filter 104 weights the input speech signal sequence when searching the drive signal of the synthesis filter from the periodic codebook 107 and the probability codebook 116. The transfer function W (z) of the weighting synthesis filter 104 is represented by [Equation 2].

【0024】[0024]

【数2】 但しγは重み付けの強さを制御するパラメータである。
(0≦γ≦1)
[Equation 2] However, γ is a parameter that controls the strength of weighting.
(0 ≦ γ ≦ 1)

【0025】重み付け合成フィルタ105,110,1
19はH(z)なる伝達関数の合成フィルタとW(z)
なる伝達関数の重み付けフィルタを従属接続したフィル
タであり、その伝達関数Hw (z)は[数3]で示され
る。
Weighting synthesis filter 105, 110, 1
19 is a transfer function synthesis filter H (z) and W (z)
Is a filter in which weighting filters of the following transfer function are connected in cascade, and its transfer function H w (z) is expressed by [Equation 3].

【0026】[0026]

【数3】 [Equation 3]

【0027】本実施例のように重み付けフィルタ104
を用いると、聴感上の符号化歪を低減することが可能と
なる。また、本実施例では重み付けフィルタ104を駆
動信号ベクトルの探索ループの外側に設けた構成になっ
ており、この結果探索に要する計算量が大幅に削減され
る。
The weighting filter 104 as in the present embodiment
Is used, it is possible to reduce audible coding distortion. Further, in this embodiment, the weighting filter 104 is provided outside the drive signal vector search loop, and as a result, the amount of calculation required for the search is greatly reduced.

【0028】更に重み付け合成フィルタ110,119
が駆動信号ベクトルの探索に影響を与えないように、初
期メモリを持った重み付け合成フィルタ105が設けら
れている。この重み付け合成フィルタ105は前フレー
ムの最後に重み付け合成フィルタ110,119が保持
していた内部状態を初期値として持つ。
Furthermore, the weighting synthesis filters 110, 119
The weighting synthesis filter 105 having an initial memory is provided so that does not affect the search of the drive signal vector. The weighting synthesis filter 105 has the internal state held by the weighting synthesis filters 110 and 119 at the end of the previous frame as an initial value.

【0029】そして、重み付け合成フィルタ105の零
入力応答ベクトルを作成し、減算器106において重み
付け合成フィルタ104の出力から上記零入力応答ベク
トルを減算する。これより重み付け合成フィルタ11
0,119の初期状態を零とすることができ、前フレー
ムの影響を考慮せずに駆動信号ベクトルの探索を行うこ
とができる。以上の処理は全てフレーム単位で行われ
る。次に、フレームをM個(通常M=4)のサブフレー
ムに分割し、サブフレーム単位で行う駆動信号ベクトル
探索の処理について説明する。駆動信号ベクトルの探索
は周期コードブック107,確率コードブック116の
順に行われる。
Then, the zero input response vector of the weighting synthesis filter 105 is created, and the subtracter 106 subtracts the zero input response vector from the output of the weighting synthesis filter 104. From this, the weighting synthesis filter 11
The initial state of 0 and 119 can be set to zero, and the drive signal vector can be searched without considering the influence of the previous frame. All the above processing is performed in frame units. Next, the process of driving signal vector search performed by dividing a frame into M (usually M = 4) subframes and subframe units will be described. The search for the drive signal vector is performed in the order of the periodic codebook 107 and the probability codebook 116.

【0030】まず周期コードブック107から駆動信号
ベクトルxj (ベクトルの次元はL/M=K)を順次読
み出し、乗算器108でxj に所定のゲインβを乗じた
後、重み付け合成フィルタ110に供給する。周期コー
ドブックに格納する駆動信号として例えばピッチパルス
列を用いる。重み付け合成フィルタ110ではフィルタ
リング演算を行って合成音声ベクトルを作成する。
First, the drive signal vector x j (the dimension of the vector is L / M = K) is sequentially read from the periodic codebook 107, and x j is multiplied by a predetermined gain β in the multiplier 108, and then the weighting synthesis filter 110 is used. Supply. For example, a pitch pulse train is used as the drive signal stored in the periodic codebook. The weighting synthesis filter 110 performs a filtering operation to create a synthesized speech vector.

【0031】一方、フレームバッファ101から読み出
された入力音声信号は、重み付けフィルタ104によっ
て重みが付けられた後、減算器106で前フレームの影
響が差し引かれる。この減算器106から出力される音
声信号ベクトルyを目標ベクトルとして、減算器111
で重み付け合成フィルタ110からの合成音声ベクトル
との誤差ベクトルej が計算去される。そして、二乗誤
差計算回路112で誤差の二乗和‖ej ‖が計算され、
この‖ej ‖の最小値及び最小値を与えるインデックス
jが最小歪探索回路113で検出される。このインデッ
クスがjが周期コードブック107に与えられる。
On the other hand, the input audio signal read from the frame buffer 101 is weighted by the weighting filter 104, and then the subtractor 106 subtracts the influence of the previous frame. Using the audio signal vector y output from the subtractor 106 as the target vector, the subtractor 111
The error vector e j with respect to the synthesized speech vector from the weighting synthesis filter 110 is calculated. Then, the squared error calculation circuit 112 calculates the sum of squared error ‖e j ‖,
The minimum value of this ‖e j ‖ and the index j that gives the minimum value are detected by the minimum distortion search circuit 113. This index j is given to the periodic codebook 107.

【0032】具体的には、誤差ベクトルは例えば[数
4]で表される。この誤差ベクトル‖ej ‖をβで偏微
分して零と置くことによって、βを最適化した場合の‖
j ‖の最小値が[数5]で表される。但しβは乗算器
108で与えられるゲインである。
Specifically, the error vector is represented by, for example, [Equation 4]. By partially differentiating this error vector ‖e j ‖ by β and setting it as zero, ‖ when β is optimized
The minimum value of e j ∥ is represented by [Equation 5]. However, β is a gain given by the multiplier 108.

【0033】[0033]

【数4】 [Equation 4]

【0034】[0034]

【数5】 [Equation 5]

【0035】ここで‖x‖は二乗ノルム、(x,y)は
内積をそれぞれ表し、Hは[数6]で与えられる重み付
き合成フィルタ(伝達関数H(z))のインパルス応答
行列である。
Here, ‖x‖ represents a square norm, (x, y) represents an inner product, and H is an impulse response matrix of a weighted synthesis filter (transfer function H (z)) given by [Equation 6]. ..

【0036】[0036]

【数6】 [Equation 6]

【0037】[数6]から明らかなように、周期コード
ブック107からの駆動信号の探索は、全てのコードワ
ードxj に対して[数5]の右辺第2項を計算し、それ
が最大になるインデックスjを検出することによって行
う。この様にして周期コードブック107から最適な駆
動信号ベクトルxopt が探索される。
As is apparent from [Equation 6], the search for the drive signal from the periodic codebook 107 calculates the second term on the right side of [Equation 5] for all codewords x j , and it is the maximum. This is done by detecting the index j that becomes In this way, the optimum drive signal vector x opt is searched from the periodic codebook 107.

【0038】次に入力音声信号の周波数成分を調べ、ピ
ッチ周波数とその高調波成分のみが存在する上限の周波
数(f0 )を探索する。f0 の探索は例えばfci=πi
/I(0≦i≦I)という候補に対して行っていく。探
索されたf0 はローパスフィルタ109,114及びハ
イパスフィルタ118,123のカットオフ周波数とす
る。
Next, the frequency component of the input voice signal is examined to find the upper limit frequency (f 0 ) where only the pitch frequency and its harmonic components exist. The search for f 0 is, for example, f ci = πi
/ I (0.ltoreq.i.ltoreq.I). The searched f 0 is the cutoff frequency of the low pass filters 109 and 114 and the high pass filters 118 and 123.

【0039】まず探索された最適な駆動信号ベクトルx
opt をローパスフィルタ109(カットオフ周波数
ci)に入力し、その出力を重み付け合成フィルタ11
0に供給する。一方減算器106から出力された音声信
号ベクトルをローパスフィルタ109と同一の特性を持
つローパスフィルタ114に入力して低周波成分を取り
出し、減算器111で重み付け合成フィルタ110との
出力の誤差ベクトルeciを計算する。次に二乗誤差演算
回路112で誤差の二乗和‖eci‖とローパスフィルタ
114の出力のパワーPciを計算してそれらを格納する
と共に、既に格納されているカットオフ周波数がfci+1
の時の誤差の二乗和‖eci+1‖及びローパスフィルタ1
14の出力のパワーPci+1との差をそれぞれ計算し、誤
差の減少分をパワーの減少分で規格化した値ri を求め
る。ri は具体的には[数7]で表される。
First, the optimum drive signal vector x searched for
opt is input to the low-pass filter 109 (cutoff frequency f ci ) and its output is weighted synthesis filter 11
Supply to 0. On the other hand, the audio signal vector output from the subtractor 106 is input to the low-pass filter 114 having the same characteristics as the low-pass filter 109 to extract low frequency components, and the subtractor 111 outputs the error vector e ci of the output from the weighting synthesis filter 110. To calculate. Next, the squared error calculation circuit 112 calculates the sum of squared error ‖e ci ‖ and the power P ci of the output of the low-pass filter 114 and stores them, and the cut-off frequency already stored is f ci + 1.
Error sum of squares ‖e ci + 1 ‖ and low-pass filter 1
The difference between the output power of 14 and the power P ci + 1 is calculated, and a value r i obtained by normalizing the reduction amount of the error by the reduction amount of the power is obtained. Specifically, r i is represented by [Equation 7].

【0040】[0040]

【数7】 [Equation 7]

【0041】重み付け合成フィルタ110の駆動信号は
元来ピッチパルスであるため、出力信号はピッチ周波数
とその高調波の周波数成分しか持たない。一方ローパス
フィルタ114の出力はf0 以下ではピッチ周波数とそ
の高調波成分のみで、f0 以上では非周期的な周波数成
分を持つ。従ってri が閾値rthより大きければfci
0 であり、ri <rthであればfci+1<f0 と判定す
ることができるため、周波数の高い方から探索してr
i+1 >rth,ri <rthが成り立ったときにfci+1をf
0 とすればよい。f0 探索回路115では以上のように
してf0 を探索する。この様にしてf0 が探索されたら
ローパスフィルタ109,114及びハイパスフィルタ
118,123のカットオフ周波数をf0 に固定する。
Since the drive signal of the weighting synthesis filter 110 is originally a pitch pulse, the output signal has only the frequency components of the pitch frequency and its harmonics. While the output of the low pass filter 114 only pitch frequency and its harmonic components at f 0 below, the f 0 or more with a non-periodic frequency component. Therefore, if r i is larger than the threshold value r th , f ci >
Since f 0 and r i <r th, it can be determined that f ci + 1 <f 0.
When i + 1 > r th and r i <r th are satisfied, f ci + 1 is changed to f
You can set it to 0 . in the f 0 search circuit described above in the 115 to search for f 0. When f 0 is searched in this way, the cutoff frequencies of the low-pass filters 109 and 114 and the high-pass filters 118 and 123 are fixed to f 0 .

【0042】そしてハイパスフィルタ123からの出力
が確率コードブック116からの非周期的駆動信号ベク
トル探索の目標ベクトルとされる。確率コードブックに
格納する駆動信号ベクトルとしては例えば白色雑音を用
いる。確率コードブック116からの非周期的駆動信号
ベクトル探索も周期コードブック等からの駆動信号ベク
トルの探索と全く同様に行うことができる。この非周期
的駆動信号ベクトル探索で得られたコードベクトルをn
opt とすると、合成フィルタの駆動信号ベクトルxは
The output from the high-pass filter 123 is used as the target vector for searching the aperiodic drive signal vector from the probability codebook 116. For example, white noise is used as the drive signal vector stored in the probability codebook. The aperiodic drive signal vector search from the probability codebook 116 can be performed in exactly the same way as the drive signal vector search from the periodic codebook or the like. The code vector obtained by this aperiodic drive signal vector search is n
Assuming opt , the drive signal vector x of the synthesis filter is

【0043】[0043]

【数8】 と表される。但しβ,gはそれぞれ乗算器108.11
7において周期コードブック107から探索された周期
的駆動信号ベクトル及び確率コードブック116から探
索された非周期的駆動信号ベクトルに与えられるゲイン
である。
[Equation 8] Is expressed as However, β and g are multipliers 108.11, respectively.
7 is a gain given to the periodic driving signal vector searched from the periodic codebook 107 and the aperiodic driving signal vector searched from the probability codebook 116 in FIG.

【0044】以上の処理過程で求められた符号化パラメ
ータは、マルチプレクサ127で多重化され、出力端子
128から伝送路へ符号化出力として送出される。すな
わちマルチプレクサ127では、LPC分析回路102
で求められたLPC予測係数の情報を符号化回路103
で符号化したコードと、f0 探索回路115で探索され
た周波数f0 を符号化回路124で符号化したコード
と、最小歪探索回路113及び122で得られた周期コ
ードブック107及び確率コードブック116のインデ
ックスのコードと、乗算器108で乗じられるゲインの
情報をゲイン符号化回路125で符号化したコードが多
重化される。図2は上記実施例の音声符号化装置に対応
した音声複合化装置のブロック図である。
The coding parameters obtained in the above processing steps are multiplexed by the multiplexer 127 and sent from the output terminal 128 to the transmission path as a coded output. That is, in the multiplexer 127, the LPC analysis circuit 102
The information of the LPC prediction coefficient obtained by
Code coded with the code, the code coded with the coding circuit 124 at the frequency f 0 searched by the f 0 search circuit 115, the periodic codebook 107 and the probability codebook obtained with the minimum distortion search circuits 113 and 122. The code of the index of 116 and the code obtained by encoding the gain information multiplied by the multiplier 108 by the gain encoding circuit 125 are multiplexed. FIG. 2 is a block diagram of a speech decoding apparatus corresponding to the speech coding apparatus of the above embodiment.

【0045】図2において、入力された符号化パラメー
タは、まずマルチプレクサ201で個々のパラメータに
分解された後、復号化器202,203,204,20
5でそれぞれ復号化される。そして復号化された周波数
0 と、周期コードブックのインデックス及びゲイン、
確率コードブックのインデックス及びゲインに基づいて
駆動信号が作成される。この駆動信号が合成フィルタ2
13でフィルタリングされることによって、合成音声信
号が生成される。この合成音声信号はポストフィルタ2
14でスペクトルの整形がなされて聴感的な歪が抑圧さ
れた後、出力端子215より出力される。
In FIG. 2, the input coding parameters are first decomposed into individual parameters by the multiplexer 201, and then the decoders 202, 203, 204, 20.
Each is decrypted at 5. Then, the decoded frequency f 0 , the index and gain of the periodic codebook,
A drive signal is created based on the probabilities codebook index and gain. This drive signal is the synthesis filter 2
By being filtered at 13, a synthesized voice signal is generated. This synthesized voice signal is used in the post filter 2
The spectrum is shaped at 14 to suppress the perceptual distortion, and then the signal is output from the output terminal 215.

【0046】図3に本発明の第二の実施例に係る音声符
号化装置のブロック図を示す。本実施例と先の実施例と
の違いはピッチ周波数とその高調波成分のみが存在する
上限の周波数f0 の求め方にある。
FIG. 3 shows a block diagram of a speech coder according to the second embodiment of the present invention. The difference between this embodiment and the previous embodiment is how to obtain the upper limit frequency f 0 where only the pitch frequency and its harmonic components exist.

【0047】先の実施例においては、入力音声信号とパ
ルスコードからの探索によって得られた駆動信号から合
成した音声の低域成分をローパスフィルタで取り出し、
それらの信号の間の誤差とローパスフィルタのカットオ
フ周波数から入力音声信号中の周期的成分と非周期的成
分の境界周波数f0 を求めていた。
In the previous embodiment, the low-pass filter extracts the low-frequency component of the voice synthesized from the drive signal obtained by the search from the input voice signal and the pulse code,
The boundary frequency f 0 between the periodic component and the aperiodic component in the input audio signal is obtained from the error between the signals and the cutoff frequency of the low pass filter.

【0048】これに対し、本実施例では合成フィルタ1
10の出力信号及び加算器106の出力信号を各々離散
フーリェ変流器130,131によってフーリェ変流
し、境界の周波数f0 の探索を両者の周波数成分の誤差
をもとに行なう。
On the other hand, in this embodiment, the synthesis filter 1
The output signal of 10 and the output signal of the adder 106 are Fourier-transformed by the discrete Fourier transformers 130 and 131, respectively, and the boundary frequency f 0 is searched based on the error between the frequency components of both.

【0049】周波数成分がピッチ周波数またはその高調
波成分であるか否かを判断するには、フーリェ変流器1
30,131の出力を1個の帯域に分けて帯域毎の両者
の周波数成分の誤差ei 2 (1≦i≦I)を計算し、そ
れをフーリェ変換器の相当する帯域のパワーで規格化し
て得られた値ri が閾値よりも小さければその帯域はピ
ッチ周波数またはその高調波の周波数成分のみからなる
と判定する。これを高い周波数の帯域から行なってい
き、ri+1 >rth,ri <rthが成立した時に帯域iの
例えば中心周波数を周期的成分と非周期的成分の境界f
0 とする。
To determine whether the frequency component is the pitch frequency or its harmonic component, the Fourier transformer 1
The outputs of 30, 131 are divided into one band, and the error e i 2 between the frequency components of both bands is divided. If the value r i obtained by calculating (1 ≦ i ≦ I) and normalizing it with the power of the corresponding band of the Fourier transformer is smaller than the threshold value, that band is the frequency component of the pitch frequency or its harmonics. Determined to consist of only. This is performed from a high frequency band, and when r i + 1 > r th and r i <r th are satisfied, for example, the center frequency of the band i is a boundary f between a periodic component and an aperiodic component.
Set to 0 .

【0050】次に帯域毎の周波数成分の誤差ei 2 及び
その帯域のパワーPi によって規格化された値ri の具
体的な計算法について説明する。重み付け合成フィルタ
110の出力信号xk (1≦k<K)をQ点で離散フー
リェ変換した値をXq (0≦q<Q)とする。QはKよ
りも大きく取り、不足分は零を挿入する。同時に減算器
106の出力についても同様にフーリェ変換を行い、フ
ーリェ係数をYq とする。次にこれらの周波数成分を1
個の帯域に分割する。誤差は各々の帯域に含まれる
q ,Yq より求める。例えばi番目の帯域における誤
差ei 2 は「数9」で表される。
Next, the error e of the frequency component for each bandi 2 as well as
Power P of that bandiThe value r normalized byiIngredient
The physical calculation method will be described. Weighted synthesis filter
110 output signal xk(1 ≦ k <K) at discrete points at Q points
X converted valueq(0 ≦ q <Q). Q is K
Take a big amount, and insert zero for the shortfall. Subtractor at the same time
The output of 106 is also subjected to Fourier transform in the same manner,
Ary coefficient is YqAnd Next, set these frequency components to 1
Divide into bands. The error is included in each band
Xq, YqAsk more. For example, the error in the i-th band
Difference ei 2 Is represented by "Equation 9".

【0051】[0051]

【数9】 これを「数10」に示される帯域のパワーで規格化し、
「数11」に従ってそれをri とする。
[Equation 9] Normalize this with the power of the band shown in "Equation 10",
Let it be r i according to "Equation 11".

【0052】[0052]

【数10】 [Equation 10]

【0053】[0053]

【数11】 規格化された誤差ri が閾値rthよりも小さければその
帯域はピッチ周波数またはその高調波成分より成ると判
定する。
[Equation 11] If the standardized error r i is smaller than the threshold value r th, it is determined that the band is composed of the pitch frequency or its harmonic component.

【0054】図4に本発明の第三の実施例に係る音声符
号化装置のブロック図を示す。ここでは入力音声の高域
成分を参照して先に確率コードブック116より非周期
的駆動信号の探索を行なうと共に、高域成分の下限周波
数の探索を行なう。
FIG. 4 shows a block diagram of a speech coding apparatus according to the third embodiment of the present invention. Here, the aperiodic drive signal is searched first from the probability codebook 116 with reference to the high frequency component of the input voice, and the lower limit frequency of the high frequency component is searched.

【0055】次に入力音声の該下限周波数以下の低域成
分を参照して、周期コードブック107より周期的駆動
信号を探索する。従って図4ではf0 探索回路115が
確率コードブック116側で二乗誤差計算回路121か
らの計算結果を入力する位置にある。
Next, a periodical drive signal is searched from the periodic codebook 107 with reference to the low frequency component of the input voice which is equal to or lower than the lower limit frequency. Therefore, in FIG. 4, the f 0 search circuit 115 is in a position to input the calculation result from the square error calculation circuit 121 on the side of the probability code book 116.

【0056】尚、上記実施例では周期的駆動信号(非周
期的駆動信号)をローパスフィルタ(ハイパスフィル
タ)を通して後に重み付け合成フィルタにより合成音声
を出力していた。しかしながら周期的駆動信号(非周期
的駆動信号)を合成フィルタを通して合成音声を得た後
にローパスフィルタ(ハイパスフィルタ)を通しても結
果として同じものが得られる。
In the above embodiment, the periodic drive signal (aperiodic drive signal) is passed through the low pass filter (high pass filter) and then the synthesized voice is output by the weighting synthesis filter. However, the same thing can be obtained as a result even if the low-pass filter (high-pass filter) is used after obtaining the synthesized voice through the synthesis filter of the periodic drive signal (aperiodic drive signal).

【0057】[0057]

【発明の効果】以上で説明したように、本発明によれば
駆動信号を周期的周波数成分と非周期的周波数成分が同
一周波数で重畳しないようにして作成するため、符号化
品質を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, since the drive signal is created so that the periodic frequency component and the aperiodic frequency component do not overlap with each other at the same frequency, the encoding quality is improved. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例に係る音声符号化装置のブ
ロック図。
FIG. 1 is a block diagram of a speech encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 同実施例に係る音声符号化装置のブロック
図。
FIG. 2 is a block diagram of a speech encoding apparatus according to the embodiment.

【図3】 本発明の第二の実施例に係る音声符号化装置
のブロック図。
FIG. 3 is a block diagram of a speech encoding apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第三の実施例に係る音声符号化装置
のブロック図。
FIG. 4 is a block diagram of a speech coding apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 従来の音声符号化装置における駆動信号ベク
トル探索に係る構成を示すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration related to a drive signal vector search in a conventional speech encoding device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…入力端子 101…フレームバッアァ 102…LPC分析回路 103,124,125,126…符号化回路 104…重み付けフィルタ 105,110,119…重み付け合成フィルタ 107…周期コードブック 109,114…ローパスフィルタ 112,121…二乗誤差計算回路 113,122…最小歪探索回路 115…f0 探索回路 116…確率コードブック 118,123…ハイパスフィルタ 127…マルチプレクサ 128…出力端子100 ... Input terminal 101 ... Frame buffer 102 ... LPC analysis circuit 103, 124, 125, 126 ... Encoding circuit 104 ... Weighting filter 105, 110, 119 ... Weighting synthesis filter 107 ... Periodic codebook 109, 114 ... Low pass filter 112 , 121 ... Square error calculation circuit 113, 122 ... Minimum distortion search circuit 115 ... f 0 search circuit 116 ... Probability codebook 118, 123 ... High pass filter 127 ... Multiplexer 128 ... Output terminal

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動信号として周期的信号及び非周期的
信号を格納したコードブックと、このコードブックの周
期的信号から低域成分を得る手段と、この低域成分に従
って合成音声を出力する手段と、入力音声に対する前記
低域成分と同一の帯域幅の低域成分を前記合成音声と比
較することにより前記コードブック中の周期的信号及び
低域成分の上限周波数を探索する手段と、前記コードブ
ックの非周期的信号から前記上限周波数以上の高域成分
を得る手段と、この高域成分に従って合成音声を出力す
る手段と、この合成音声と前記入力音声に対する前記高
域成分と同一の帯域幅の高域成分とを比較することによ
り前記コードブック中の非周期的信号を探索する手段と
を備えたことを特徴とする音声符号化装置。
1. A codebook in which a periodic signal and an aperiodic signal are stored as drive signals, a means for obtaining a low-frequency component from the periodic signal of the codebook, and a means for outputting a synthesized voice according to the low-frequency component. Means for searching for an upper limit frequency of a periodic signal and a low frequency component in the codebook by comparing a low frequency component having the same bandwidth as the low frequency component for input speech with the synthesized speech; Means for obtaining a high frequency component above the upper limit frequency from the aperiodic signal of the book, means for outputting a synthesized voice according to the high frequency component, and the same bandwidth as the high frequency component for the synthesized voice and the input voice. Means for searching an aperiodic signal in the codebook by comparing the high frequency component of the above.
【請求項2】 駆動信号として周期的信号及び非周期的
信号を格納したコードブックと、このコードブックの非
周期的信号から高域成分を得る手段と、この高域成分に
従って合成音声を出力する手段と、入力音声に対する前
記高域成分と同一帯域幅の高域成分を前記合成音成と比
較することにより前記コードブック中の非周期的信号及
び高域成分の下限周波数を探索する手段と、前記コード
ブックの周期的信号から前記下限周波数以下の低域成分
を得る手段と、この低域成分に従って合成音声を出力す
る手段と、この合成音声と前記入力音声に対する前記低
域成分と同一の帯域幅の低域成分とを比較することによ
り前記コードブック中の周期的信号を探索する手段とを
備えたことを特徴とする音声符号化装置。
2. A codebook in which a periodic signal and an aperiodic signal are stored as a drive signal, a means for obtaining a high frequency component from the aperiodic signal of the codebook, and a synthesized voice is output according to the high frequency component. Means, means for searching a lower limit frequency of the aperiodic signal and the high frequency component in the codebook by comparing the high frequency component having the same bandwidth as the high frequency component with respect to the input speech with the synthetic phoneme, Means for obtaining a low frequency component equal to or lower than the lower limit frequency from the periodic signal of the codebook, means for outputting a synthetic voice according to the low frequency component, and a band having the same low frequency component for the synthetic voice and the input voice. Means for searching for a periodic signal in the codebook by comparing with a low-frequency component of the width.
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