JPH0923195A - Sound signal band compressing/extending device, sound signal band compressing/transmitting system and sound signal reproducing system - Google Patents
Sound signal band compressing/extending device, sound signal band compressing/transmitting system and sound signal reproducing systemInfo
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- JPH0923195A JPH0923195A JP7169568A JP16956895A JPH0923195A JP H0923195 A JPH0923195 A JP H0923195A JP 7169568 A JP7169568 A JP 7169568A JP 16956895 A JP16956895 A JP 16956895A JP H0923195 A JPH0923195 A JP H0923195A
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- Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
- Reduction Or Emphasis Of Bandwidth Of Signals (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ波形の状態で
音声信号の帯域圧縮を可能にした帯域圧縮装置に係り、
特に狭帯域の無線伝送回線でのアナログ伝送に好適な音
声信号帯域圧縮伸張装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a band compression device capable of band compression of a voice signal in the state of analog waveform,
In particular, the present invention relates to a voice signal band compression / expansion device suitable for analog transmission over a narrow band wireless transmission line.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、無線伝送回線の利用度は高まるば
かりであるが、一方、無線周波数帯域は有限の資源であ
り、従って、占有周波数帯域の圧縮は、コスト低減の面
からだけではなく、資源の有効利用の面からも、強く要
望されている。音声信号の伝送についてみると、音声信
号の周波数帯域幅は、個人差はあるものの、一般に数キ
ロヘルツに渡っており、従って、これの伝送には、同じ
く数キロヘルツの周波数帯域幅の伝送系を必要とする
が、ここで、音声による情報伝達に必要な明瞭度を損な
わずに、占有周波数帯域幅が圧縮できれば、伝送系に要
するコストを低減することができる。2. Description of the Related Art In recent years, the utilization rate of wireless transmission lines has been increasing, but on the other hand, the radio frequency band is a finite resource. Therefore, compression of the occupied frequency band is not only for cost reduction, There is also a strong demand for effective use of resources. Looking at the transmission of voice signals, the frequency bandwidth of voice signals, although there are individual differences, generally spans several kilohertz, and therefore transmission of this also requires a transmission system with a frequency bandwidth of several kilohertz. However, if the occupied frequency bandwidth can be compressed without impairing the clarity required for information transmission by voice, the cost required for the transmission system can be reduced.
【0003】そこで、従来から、種々の音声信号帯域圧
縮技法が提案されているが、その一例として、人間の発
声機構を自己回帰システムの一種として捉え、音声信号
を、この自己回帰システムにより生成された信号として
シミュレートし、予測分析によってシステムパラメータ
を抽出することにより、音声信号の帯域圧縮を得るよう
にした技術が知られており、例示すと以下の通りであ
る。Therefore, various voice signal band compression techniques have been conventionally proposed. As an example, a human vocalization mechanism is regarded as a kind of autoregressive system, and a voice signal is generated by this autoregressive system. There is known a technique in which band compression of a voice signal is obtained by simulating an audio signal as a signal and extracting a system parameter by predictive analysis. The example is as follows.
【0004】電子通信学会誌 ’85/5 Vol.J68-A No.
5 PP489-495 ’「学習同定形スペクトル平滑法を用いる
残差駆動形ボコーダ方式(LI-RELP)」 IEEE TLANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.CON-23,
NO.12, DECEMBER1976PP1466-1474「The Residual-Exci
ted Linear Prediction Vokoder with Transmission Ra
teBelow 9.6 kbit/s」(ザ レジデュアル−エクサイテ
ッド リニヤー プレディクション ボコーダウイズ
トランスミッション レイト ビロウ 9.6キロビッ
ト)IEICE Journal '85 / 5 Vol.J68-A No.
5 PP489-495 '"Residual-driven vocoder method using learning identification type spectral smoothing method (LI-RELP)" IEEE TLANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.CON-23,
NO.12, DECEMBER1976PP1466-1474 `` The Residual-Exci
ted Linear Prediction Vokoder with Transmission Ra
teBelow 9.6 kbit / s ”(The Residual-Excited Linear Prediction Vocoder Wiz
Transmission Late Below 9.6 kilobits)
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、シス
テムパラメータがディジタル数値情報として得られてい
る点について配慮がされておらず、アナログ信号伝送系
への適用の点で問題があった。本発明の目的は、帯域圧
縮にシステムパラメータを用いているにも関わらず、ア
ナログ波形の状態で処理でき、A/D変換及びD/A変
換を行うことにより、アナログ信号伝送系により帯域圧
縮伝送が得られるようにした音声信号帯域圧縮伸張装置
を提供することにある。本発明の他の目的は、アナログ
信号伝送系を利用し、かつ音声信号の明瞭度を損なわず
に占有周波数帯域を圧縮して伝送する帯域圧縮伝送方式
及びその狭帯域信号から原音声信号を再生する再生方式
を提供することにある。The above-mentioned prior art does not consider the fact that the system parameters are obtained as digital numerical information, and has a problem in that it is applied to an analog signal transmission system. An object of the present invention is to perform band compression transmission by an analog signal transmission system by performing A / D conversion and D / A conversion, which can be processed in an analog waveform state, even though system parameters are used for band compression. It is an object of the present invention to provide an audio signal band compression / expansion device capable of obtaining the following. Another object of the present invention is to use an analog signal transmission system and to compress and transmit an occupied frequency band without impairing the intelligibility of a voice signal, and a source voice signal reproduced from the narrow band signal. The purpose is to provide a playback method.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的は、音声信号の
スペクトル情報を狭帯域アナログ波形の中に自己相関の
形で埋め込み、このとき、送信側では、サンプリングレ
ートを低下させて伝送し、受信側でサンプリングレート
を元に戻すことにより達成される。これにより、アナロ
グ波形の状態でシステムパラメータが伝送できるように
なり、この結果、音声信号の主要部分が充分に忠実に伝
送され、高品質で、しかも高効率の帯域圧縮が得られる
ようにしたものである。The above object is to embed spectrum information of a voice signal in a narrow band analog waveform in the form of autocorrelation. At this time, at the transmitting side, the sampling rate is reduced to transmit and receive. This is achieved by restoring the sampling rate on the side. As a result, system parameters can be transmitted in the state of analog waveforms, and as a result, the main part of the audio signal is transmitted with sufficient fidelity, and high-quality and highly efficient band compression can be obtained. Is.
【0007】より具体的にいえば、まず、音声信号の主
要部分は、ピッチ周期又はその整数倍に応じて切り出さ
れ、時間軸上で伸長されて逐次接続され、低周波狭帯域
信号となり、そのまま基底信号としてアナログ波形で伝
送する。次に、システムパラメータの伝送は、システム
パラメータを用いた自己回帰システムに上記基底信号を
供給することより、自己相関情報の形でアナログ波形の
中に埋め込むことによた得られるようにする。More specifically, first, the main part of the audio signal is cut out in accordance with the pitch period or an integral multiple thereof, expanded on the time axis and sequentially connected to form a low frequency narrow band signal, which is as it is. An analog waveform is transmitted as a base signal. The transmission of the system parameter is then obtained by embedding it in the analog waveform in the form of autocorrelation information by supplying the basis signal to the autoregressive system using the system parameter.
【0008】[0008]
【作用】伝送すべき音声信号y(nΔt)の周波数帯域
の下限周波数をfL 、上限周波数はfm とする。ここ
で、Δt=1/2fm で、y(nΔt)は、時刻nΔt
(nは整数)での音声信号の値を表わすものとする。い
ま、システムパラメータとして、線形予測係数を用いる
場合を例にとって説明すると、音声信号に線形予測分析
を施し、線形予測係数ai(i=0、1、2、・・・、N
−1)及び予測残差信号x(nΔt)を得る。ここで、
x(nΔt)は時刻nΔtにおける予測残差の値であ
る。予測残差信号x(nΔt)から音声のピッチ周期又
はその整数倍に等しい時間長の信号(以下要素信号と呼
ぶ)を切り出し、時間軸上でC(C:整数)倍に伸長し、
最高周波数をfm /Cに圧縮して逐次接続し、これを基
底信号x'(nΔT)とする。ここで、ΔT=C/2fm
である。The lower limit frequency of the frequency band of the voice signal y (nΔt) to be transmitted is f L and the upper limit frequency is f m . Here, at Δt = 1 / 2f m, y (nΔt) is a time n.DELTA.t
It is assumed that (n is an integer) represents the value of the audio signal. Now, taking as an example a case where a linear prediction coefficient is used as a system parameter, a linear prediction analysis is performed on a speech signal to obtain a linear prediction coefficient a i (i = 0, 1, 2, ..., N).
-1) and the prediction residual signal x (nΔt). here,
x (nΔt) is the value of the prediction residual at time nΔt. From the prediction residual signal x (nΔt), a signal having a time length equal to the pitch period of the voice or an integral multiple thereof (hereinafter referred to as an element signal) is cut out and expanded to C (C: integer) times on the time axis,
The highest frequency is compressed to f m / C and connected successively, and this is used as the base signal x ′ (nΔT). Where ΔT = C / 2f m
It is.
【0009】次に、この基底信号x'(nΔT)を、ai
を回帰係数とする自己回帰システムに印加して出力信号
w(nΔT)を得る。自己回帰システムは線形であるか
ら、この出力信号w(nΔT)も又、fm /C以上の高
域成分は含んでいない。そして、この出力信号w(nΔ
T)は、時刻nΔT(nは整数)における出力信号の値
で、ΔT=C/2fm である。ここで、音声信号y(n
Δt)と出力信号w(nΔT)とは共に同一の線形予測
係数ai を持っている。但し、音声信号y(nΔt)の
上限周波数はfm で、出力信号w(nΔT)の上限周波
数はfm/Cであるから、予測サンプリング間隔の間に
は、ΔT=CΔtの関係がある。Next, the basis signal x '(nΔT) is converted into a i
Is applied to an autoregressive system having a regression coefficient to obtain an output signal w (nΔT). Since the autoregressive system is linear, this output signal w (nΔT) also does not include high frequency components above f m / C. Then, this output signal w (nΔ
T) is the value of the output signal at time nΔT (n is an integer), and ΔT = C / 2f m . Here, the audio signal y (n
Both Δt) and the output signal w (nΔT) have the same linear prediction coefficient a i . However, the upper limit frequency f m of the audio signal y (n.DELTA.t), since the upper limit frequency of the output signal w (n.DELTA.T) is fm / C, during a predictive sampling interval, a relationship of [Delta] T = ct.
【0010】このように、音声信号y(nΔt)と出力
信号w(nΔT)とは、共に同一の線形予測係数ai を
持つから、狭帯域のアナログ波形からなる出力信号w
(nΔT)を伝送するだけで、原の音声信号y(nΔ
t)の持つスペクトル情報を忠実に伝送することができ
るのである。但し、ここにいうスペクトル情報とは、線
形予測係数(システムパラメータ)の形での情報であ
り、周波数スペクトルそのものではない。この周波数ス
ペクトルそのものは、受信側において、駆動信号と自己
回帰システムによって生成されるようになっている。As described above, since the voice signal y (nΔt) and the output signal w (nΔT) both have the same linear prediction coefficient a i , the output signal w consisting of a narrow band analog waveform.
Only by transmitting (nΔT), the original audio signal y (nΔT
The spectrum information of t) can be faithfully transmitted. However, the spectrum information mentioned here is information in the form of a linear prediction coefficient (system parameter), and is not the frequency spectrum itself. This frequency spectrum itself is generated by the drive signal and the autoregressive system on the receiving side.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明による音声信号帯域圧縮伸張装
置について、図示の実施例により詳細に説明する。ま
ず、図1は、本発明による音声信号帯域圧縮伸張装置の
一実施例における送信側の構成を示すブロック図で、伝
送すべき音声信号y(t)は入力端子101に供給さ
れ、まずA/D(アナログ・ディジタル)変換器102
により標本化され、ディジタル信号y(nΔt)にされ
る。ここで、信号y(t)は、時刻tにおける音声信号
の値で、信号y(nΔt)は、上記したように、時刻n
Δt(n=整数)における音声信号の値である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An audio signal band compression / expansion device according to the present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. First, FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a transmitting side in an embodiment of an audio signal band compression / expansion apparatus according to the present invention. An audio signal y (t) to be transmitted is supplied to an input terminal 101, and first, A / D (analog / digital) converter 102
Is sampled and converted into a digital signal y (nΔt). Here, the signal y (t) is the value of the audio signal at the time t, and the signal y (nΔt) is the time n as described above.
It is the value of the audio signal at Δt (n = integer).
【0012】ここで、原音声信号y(t)の周波数成分
の下限周波数fL =300Hz、上限周波数fm =40
00Hzとし、サンプリング時間間隔Δtを Δt=1/2fm =125μs(サンプリング周波数8
KHz) とする。次に、このディジタルの音声信号y(nΔt)
を自己回帰形の信号として捉え、システムパラメータと
して線形予測係数ai を用い、Here, the lower limit frequency f L = 300 Hz and the upper limit frequency f m = 40 of the frequency component of the original audio signal y (t).
00 Hz and the sampling time interval Δt is Δt = 1 / 2f m = 125 μs (sampling frequency 8
KHz). Next, this digital voice signal y (nΔt)
Is regarded as an autoregressive signal, and the linear prediction coefficient a i is used as a system parameter,
【0013】[0013]
【数1】 [Equation 1]
【0014】と定義する。ここで、右辺の第1項は、人
の発声機構における声帯振動又は呼気による音源信号を
表わし、第2項は、同じく声道によるフィルタリング作
用を表わすものと考えられている。そこで、この、A/
D変換器102の出力である音声信号y(nΔt)は、
線形予測(LP)分析器103と逆フィルタリング回路
104に供給され、まず、一方の線形予測分析器103
では、線形予測係数ai(i=1、2、3、・・・、N−
1)の推定値が求められる。It is defined as Here, it is considered that the first term on the right side represents the sound source signal due to vocal cord vibration or expiration in the human vocal mechanism, and the second term also represents the filtering action by the vocal tract. So, this A /
The audio signal y (nΔt) output from the D converter 102 is
The linear prediction (LP) analyzer 103 and the inverse filtering circuit 104 are supplied to the first linear prediction analyzer 103.
Then, the linear prediction coefficient a i (i = 1, 2, 3, ..., N−
The estimated value of 1) is obtained.
【0015】他方、逆フィルタリング回路104では、
この線形予測係数ai を用い、時系列信号からなるディ
ジタルの音声信号y(nΔt)に対して、次の(数2)
式による演算を施し、予測残差信号x(nΔt)を得る
ようになっており、これにより線形予測システムを構成
している。On the other hand, in the inverse filtering circuit 104,
Using this linear prediction coefficient a i , the following (Formula 2) is applied to the digital audio signal y (nΔt) consisting of a time series signal.
A prediction residual signal x (nΔt) is obtained by performing an arithmetic operation according to an equation, which constitutes a linear prediction system.
【0016】[0016]
【数2】 [Equation 2]
【0017】この逆フィルタリング回路104の出力で
ある予測残差信号x(nΔt)は、音声のピッチ成分を
含んでいるので、ピッチ周期抽出回路105にてピッチ
周期ΔTpの整数倍M・ΔTp(但しMは1又は2以上
の整数)を検出し、切出回路106にてx(nΔt)の
中から時間長M・ΔTpの要素信号を切り出す。この要
素信号は、時間軸伸長回路107において、時間軸上で
C倍に伸長され基底信号x'(nΔT)となる。時間軸伸
長回路107は、具体的には、サンプリング速度を1/
Cに落とすもので、 x(nΔt)→ x'(nΔT)(ただし、ΔT=CΔ
t) のように変換するものである。Since the prediction residual signal x (nΔt) which is the output of the inverse filtering circuit 104 includes the pitch component of the voice, the pitch cycle extraction circuit 105 uses the integral multiple M · ΔTp (however, of the pitch cycle ΔTp). M is an integer of 1 or 2 or more), and the cutout circuit 106 cuts out an element signal of time length M · ΔTp from x (nΔt). This element signal is expanded by C times on the time axis in the time axis expansion circuit 107 to become the base signal x ′ (nΔT). Specifically, the time axis expansion circuit 107 reduces the sampling rate to 1 /
It is dropped to C. x (nΔt) → x '(nΔT) (where ΔT = CΔ
t) is converted.
【0018】図2は、M=1としたときの時間軸伸長操
作を示す概念図である。予測残差信号は、ピッチ周期Δ
Tpで繰り返す周期的波形になっている。そこで、x
(nΔT)の波形の中から時間長M・ΔTpの要素信号
を切り出し、サンプリング速度を1/Cに落して時間軸
上に並べ、逐次、これを接続すれば、丁度、元の波形x
(nΔT)を相似的に時間軸上に伸長した波形x'(nΔ
T)が得られる。また、M≠1としたときも、同様の結
果が得られる。ここで、ΔT=CΔtであり、C=5と
すると、サンプルレートは1/5に低下され、サンプリ
ング時間間隔ΔT=625μsとなる。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a time axis expansion operation when M = 1. The prediction residual signal has a pitch period Δ
It has a periodic waveform that repeats at Tp. So x
If the element signal of time length M · ΔTp is cut out from the waveform of (nΔT), the sampling speed is reduced to 1 / C, the signals are arranged on the time axis, and if they are connected sequentially, the original waveform x
A waveform x ′ (nΔT obtained by analogically extending (nΔT) on the time axis.
T) is obtained. Also, when M ≠ 1, the same result is obtained. Here, if ΔT = CΔt and C = 5, the sample rate is reduced to ⅕, and the sampling time interval ΔT = 625 μs.
【0019】次に、この基底信号x'(nΔT)は、線形
予測(LP)合成器110に供給され、ここで、線形予
測分析器103で求められている線形予測係数ai(i=
1、2、3、・・・、N−1)を回帰係数として用い、
基底信号x'(nΔT)に次の(数3)による自己回帰シ
ステム演算を施し、狭帯域時系列信号w(nΔT)を得
る。Next, the basis signal x '(nΔT) is supplied to a linear prediction (LP) synthesizer 110, where the linear prediction coefficient a i (i =
1, 2, 3, ..., N-1) is used as a regression coefficient,
The base signal x ′ (nΔT) is subjected to the autoregressive system calculation according to the following (Equation 3) to obtain the narrowband time series signal w (nΔT).
【0020】[0020]
【数3】 (Equation 3)
【0021】次に、このようにして、線形予測合成器1
10の出力に得られた狭帯域時系列信号w(nΔT)
は、D/A(ディジタル・アナログ)変換器111に供給
され、アナログ波形の信号に復元され、出力端子112
に狭帯域アナログ信号w(t)を得るのである。そこ
で、この狭帯域アナログ信号w(t)についてみると、
それは0〜fm /C、すなわち、0Hz〜800Hzの
周波数成分からなっている。Next, in this way, the linear prediction synthesizer 1
Narrowband time series signal w (nΔT) obtained at the output of 10
Is supplied to a D / A (digital / analog) converter 111, restored to an analog waveform signal, and output terminal 112
Then, a narrow band analog signal w (t) is obtained. Therefore, looking at this narrow band analog signal w (t),
It 0 to F m / C, i.e., has a frequency component of 0Hz~800Hz.
【0022】一方、原音声信号y(t)の周波数成分
は、上記したように、下限周波数fL=300Hz、上
限周波数fm =4000Hzであり、従って、この実施
例によればC=5なので、300Hz〜4000Hzの
周波数範囲が1/C、つまり、0Hz〜800Hzの周
波数範囲に帯域圧縮されることになる。こうして、出力
端子112に得られた、狭帯域アナログ信号w(t)
は、所定の信号伝送系、例えば電話回線や無線チャネル
などに乗せられ、受信側に伝送されることになる。On the other hand, the frequency component of the original audio signal y (t) has the lower limit frequency f L = 300 Hz and the upper limit frequency f m = 4000 Hz, as described above. Therefore, according to this embodiment, C = 5. , The frequency range of 300 Hz to 4000 Hz is 1 / C, that is, band compression is performed in the frequency range of 0 Hz to 800 Hz. Thus, the narrow band analog signal w (t) obtained at the output terminal 112 is obtained.
Is put on a predetermined signal transmission system, such as a telephone line or a wireless channel, and transmitted to the receiving side.
【0023】次に、図3は、本発明による音声信号帯域
圧縮伸張装置の一実施例における受信側の構成を示すブ
ロック図で、図1の送信側から伝送されてきた狭帯域ア
ナログ信号w(t)は入力端子201に供給され、まず
A/D(アナログ・ディジタル)変換器202により標
本化され、時系列ディジタル信号w(nΔT)に変換さ
れる。Next, FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the receiving side in one embodiment of the audio signal band compression / expansion device according to the present invention. The narrow band analog signal w (transmitted from the transmitting side of FIG. t) is supplied to an input terminal 201, first sampled by an A / D (analog / digital) converter 202, and converted into a time-series digital signal w (nΔT).
【0024】次いで、この時系列ディジタル信号w(n
ΔT)は、線形予測分析器203と逆フィルタリング回
路204に印加され、まず、線形予測分析器203で
は、線形予測分析により線形予測係数ai(i=1、2、
3、・・・、N−1)の値を復元する。Next, this time series digital signal w (n
ΔT) is applied to the linear prediction analyzer 203 and the inverse filtering circuit 204. First, in the linear prediction analyzer 203, linear prediction coefficients a i (i = 1, 2,
, ..., N−1) values are restored.
【0025】他方、逆フィルタリング回路204では、
この線形予測係数ai を用い、時系列信号からなるディ
ジタルの音声信号w(nΔT)に対して、次の(数4)
式による演算を施し、予測残差信号からなる再生基底信
号x'(nΔT)を得るようになっており、これにより線
形予測システムを構成している。On the other hand, in the inverse filtering circuit 204,
Using this linear prediction coefficient a i , the following (Formula 4) is applied to the digital audio signal w (nΔT) consisting of a time series signal.
The reproduction basis signal x ′ (nΔT) composed of the prediction residual signal is obtained by performing the calculation according to the formula, and thus the linear prediction system is configured.
【0026】[0026]
【数4】 (Equation 4)
【0027】次に、この再生基底信号x'(nΔT)か
ら、要素信号切出回路205において、要素信号周期
(C・M・ΔTp)が取り出され、時間軸圧縮回路20
6において、時間軸が1/Cに圧縮され、駆動信号x
(nΔT)が得られる。時間軸圧縮回路206は、具体
的には、サンプリング速度をC倍に上げるもるで、切り
出された要素信号を一旦蓄積し、 x'(nΔT)→ x(nΔt) (ただし、Δt=1/
CΔT) のように変換し、一つの要素信号をC回繰り返して送出
するものである。即ち、この駆動信号x(nΔt)につ
いてみると、その元になる再生基底信号x'(nΔT)が
時間軸圧縮回路206によってサンプリングレートが高
められていて、元のサンプリング周波数を持つ信号に戻
れている。従って、そのサンプリング時間間隔は125
μsになっていて、且つ、その周波数成分は、fL〜fm
(300〜4000Hz)の範囲に戻されている。Next, the element signal extraction circuit 205 extracts the element signal period (C · M · ΔTp) from the reproduction base signal x ′ (nΔT), and the time base compression circuit 20.
6, the time axis is compressed to 1 / C, and the driving signal x
(NΔT) is obtained. Specifically, the time-axis compression circuit 206 increases the sampling speed by C times, so that the cut-out element signals are once stored and x ′ (nΔT) → x (nΔt) (where Δt = 1 /
CΔT), and one element signal is repeatedly transmitted C times and transmitted. That is, regarding the drive signal x (nΔt), the reproduction base signal x ′ (nΔT), which is the source thereof, has the sampling rate increased by the time axis compression circuit 206 and can be returned to the signal having the original sampling frequency. There is. Therefore, the sampling time interval is 125
μs, and the frequency components thereof are f L to f m.
It has been returned to the range of (300 to 4000 Hz).
【0028】線形予測合成器210では、線形予測分析
器203で求められている線形予測係数ai(i=1、
2、3、・・・、N−1)を回帰係数として用い、この
駆動信号x(nΔt)に、次の(数5)による自己回帰
システム演算を施し、時系列信号からなる再生音声信号
y(nΔt)を得る。In the linear prediction synthesizer 210, the linear prediction coefficients a i (i = 1, i = 1,
2, 3, ..., N-1) is used as a regression coefficient, the drive signal x (nΔt) is subjected to the autoregressive system operation according to the following (Equation 5), and a reproduced audio signal y composed of a time series signal is obtained. Obtain (nΔt).
【0029】[0029]
【数5】 (Equation 5)
【0030】そして、このようにして、線形予測合成器
210の出力に得られた再生音声信号y(nΔt)は、
続いてD/A変換器211に供給され、アナログ波形の
信号に復元され、出力端子212にアナログの音声信号
y(t)を得るのである。Then, the reproduced voice signal y (nΔt) obtained at the output of the linear prediction synthesizer 210 in this way is
Then, the analog audio signal y (t) is supplied to the D / A converter 211, restored to an analog waveform signal, and output to the output terminal 212.
【0031】次に、上記実施例における各要素について
説明する。まず、線形予測分析器103、203は、例
えば、図4に示すアルゴリズムに従って処理を実行し、
音声信号Snの自己相関関数を計算して、係数ai(i
=1、2、3、・・・、N−1)を決定する機能を有す
るものである。なお、本発明の理解には、特に必要とは
しないが、この線形予測分析器の詳細については、例え
ば、1980年(昭和55年)6月10日、産報出版株
式会社発行、“コンピュータ音声処理”<電子科学シリ
ーズ>の43〜50ページを参照すれば良い。Next, each element in the above embodiment will be described. First, the linear prediction analyzers 103 and 203 execute processing according to the algorithm shown in FIG.
The autocorrelation function of the speech signal Sn is calculated, and the coefficient a i (i
= 1, 2, 3, ..., N-1). Although not particularly necessary for understanding the present invention, details of this linear predictive analyzer are described in, for example, “Computer Audio”, June 10, 1980 (published by Showaho Publishing Co., Ltd.). Refer to pages 43 to 50 of “Process” <Electronic Science Series>.
【0032】次に、逆フィルタリング回路104、20
4による逆フィルタリング処理とは予め上記した係数a
i(i=1、2、3、・・・、N−1)を知った上で、こ
れから、残差信号、例えば信号x(nΔt)を計算する
処理で、上記の(数2)式に従って演算を行うものであ
る。また、線形予測合成器110、210は、上記の
(数3)式に従って演算を行うもので、例えば、図5に
示す処理により、残差信号を用いて音声信号を合成する
機能を有するものである。なお、この線形予測合成器に
ついても、本発明の理解には、特に必要とはしないが、
その詳細については、例えば、同じく1980年(昭和
55年)6月10日、産報出版株式会社発行、“コンピ
ュータ音声処理”<電子科学シリーズ>の50〜53ペ
ージを参照すれば良い。Next, the inverse filtering circuits 104, 20
The inverse filtering process by 4 is the coefficient a described above.
i (i = 1, 2, 3, ..., N−1) is known, and a residual signal, for example, a signal x (nΔt) is calculated from this, according to the above equation (2). The calculation is performed. Further, the linear predictive synthesizers 110 and 210 perform arithmetic operations according to the above-mentioned (Equation 3), and have a function of synthesizing an audio signal using the residual signal by the processing shown in FIG. 5, for example. is there. Note that this linear predictive synthesizer is not particularly necessary for understanding the present invention,
For details, for example, refer to pages 50 to 53 of "Computer Audio Processing"<Electronic Science Series>, published by Koho Publishing Co., Ltd., June 10, 1980 (Showa 55).
【0033】次に、ピッチ周期検出回路105について
は、本発明の特徴の一部を成すものとなっているため、
その回路構成例を図6を用いて詳細に説明する。図6
は、ピッチ周期抽出回路105を具体的に実現する回路
の実施例である。図6において、予測残差信号x(nΔ
t)は、先ず低域濾波器601で低域成分のみが取り出
される。低域濾波器601の遮断周波数は、予測される
ピッチ周波数の上限(女声の高い声で500Hz程度)
に設定される。従って、低域濾波器601の出力には少
くとも、ピッチの基本波成分が含まれている。この低域
成分のサンプリングレートを、例えば、1.0KHzに落
とした後、シフトレジスタ603に加え、入力信号と各
段信号とを乗算器群602で掛け合わせ、線形フィルタ
群604を通して自己相関関数Rn(n=0および10、
11、12、・・・、20)を得る。Next, since the pitch period detection circuit 105 is one of the features of the present invention,
An example of the circuit configuration will be described in detail with reference to FIG. FIG.
Is an embodiment of a circuit that specifically realizes the pitch period extraction circuit 105. In FIG. 6, the prediction residual signal x (nΔ
In t), first, the low-pass filter 601 extracts only the low-frequency component. The cutoff frequency of the low-pass filter 601 is the upper limit of the predicted pitch frequency (about 500 Hz for a high-voiced female voice).
Is set to Therefore, the output of the low-pass filter 601 contains at least the pitch fundamental wave component. After lowering the sampling rate of this low frequency component to, for example, 1.0 KHz, it is added to the shift register 603, the input signal and each stage signal are multiplied by the multiplier group 602, and the autocorrelation function R is passed through the linear filter group 604. n (n = 0 and 10,
11, 12, ..., 20) are obtained.
【0034】原信号にnサンプルの周期性が存在する
と、 Rn /R0 =1 が成立するから、上記の方法で得られたRn の中でRn
=R0 の条件に最も近いRn を求めれば、所望のピッチ
周期、又は、その整数倍の時間長を知ることができる。
図6において、605は、線形フィルタ群604の各フ
ィルタの構成を示すものである。これは、“ recurive
autocorrelation 法”として知られるもので、その作用
の詳細は、例えば、1981年(昭和56年)11月3
0日(株)オーム社発行“音声情報処理の基礎”(斉藤
収三、中田和男共著)の116ページを参照すばよい。When the original signal has a periodicity of n samples, R n / R 0 = 1 holds. Therefore, among the R n obtained by the above method, R n
By obtaining R n closest to the condition of = R 0 , it is possible to know a desired pitch period or a time length that is an integral multiple thereof.
In FIG. 6, reference numeral 605 indicates the configuration of each filter of the linear filter group 604. This is “recurive
This is known as "autocorrelation method", and the details of its operation are described in, for example, November 3, 1981 (Showa 56).
Please refer to page 116 of "Basics of Speech Information Processing" published by Ohmsha Co., Ltd., by Sozo Saito and Kazuo Nakata.
【0035】以上に述べたピッチ周期抽出方法は本発明
の受信側における要素信号抽出器205にも全く同様に
適用できる。尚、音声には、ピッチが存在する有声区間
とピッチが存在しない無声区間とが混在する。有声区間
においては、上述した方法により、予測残差信号から要
素信号を切り出して略完全に波形情報を伝送することが
できるが、無声区間においては、ピッチ周期抽出が不能
で、要素信号の切出し間隔が不定になってしまう。しか
しながら、経験的には、無声区間における予測残差信号
は、白色雑音で置換してもよく、切り出し間隔が不定で
あっても、白色雑音性は保たれるので実用上支障を生じ
ない。The pitch period extraction method described above can be applied to the element signal extractor 205 on the receiving side of the present invention in exactly the same manner. The voice includes a voiced section in which a pitch exists and an unvoiced section in which a pitch does not exist. In the voiced section, the element signal can be cut out from the prediction residual signal and the waveform information can be transmitted almost completely by the above-mentioned method, but in the unvoiced section, the pitch period cannot be extracted and the cutout interval of the element signal can be reduced. Becomes indefinite. However, empirically, the prediction residual signal in the unvoiced section may be replaced with white noise, and even if the clipping interval is indefinite, the white noise property is maintained, so that no practical problem occurs.
【0036】受信側における要素信号切り出しについて
は、上述した方法が適用可能であるが、受信信号が元々
狭帯域化されているため、線形予測分析時間を短く出来
ないという欠点がある。これを克服するには、送信側で
要素信号切出し時刻に対応して適当なマーカ信号を付加
して送出し、受信側で、これを検出し、同期して要素信
号を切り出すようにすればよい。マーカ信号は、例え
ば、伝送信号帯域外に1周波を設定し、これをオン/オ
フすることで実現できる。The above-mentioned method can be applied to the element signal extraction on the receiving side, but there is a drawback that the linear prediction analysis time cannot be shortened because the received signal is originally narrowed in band. To overcome this, the transmitter side adds an appropriate marker signal corresponding to the element signal cut-out time and sends it out, and the receiver side detects this and cuts out the element signal in synchronization. . The marker signal can be realized, for example, by setting one frequency outside the transmission signal band and turning it on / off.
【0037】ところで、以上の実施例では、音声信号y
(nΔt)を、上記の(数1)式で定義し、予測係数a
i(i=1、2、3、・・・、N−1)を求めることが予
測分析であるとしているが、本発明は、これに限らず実
施可能で、本発明における予測分析処理は、これに限定
されるものではない。一般に、音声信号をZ・変換形式
で記述し、 y(z)=x(z)/1+F(z-1) が成立すると仮定した上で、F(z-1)を同定する方法
は種々知られているが、本発明における予測分析とは、
その全てを包含しているものである。In the above embodiment, the audio signal y
(NΔt) is defined by the above equation (1), and the prediction coefficient a
It is stated that the prediction analysis is to obtain i (i = 1, 2, 3, ..., N−1), but the present invention is not limited to this, and the prediction analysis process in the present invention is It is not limited to this. In general, there are various known methods for identifying F (z −1 ) on the assumption that y (z) = x (z) / 1 + F (z −1 ) is satisfied by describing a voice signal in Z · conversion format. However, the predictive analysis in the present invention is
It includes all of them.
【0038】そして、本発明における線形予測システム
とは、 x(z)={1+F(z-1)}y(z) によって、y(z)からx(z)を得るシステムを全て
意味し、同じく自己回帰システムとは、 y(z)=x(z)/1+F(z-1) によって、x(z)からy(z)を得るシステムを全て
意味するものである。The linear prediction system in the present invention means all systems that obtain x (z) from y (z) by x (z) = {1 + F (z -1 )} y (z), Similarly, the autoregressive system means all systems that obtain y (z) from x (z) by y (z) = x (z) / 1 + F (z −1 ).
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明によれば、音声信号の分析、合成
に使用するシステムパラメータを、狭帯域アナログ信号
の中に埋め込んで伝送するようにしたので、サンプリン
グレートの変換と相俟って、狭帯域アナログ伝送系によ
る伝送が可能な音声信号の周波数帯域圧縮伸張装置を容
易に得ることができる。また、本発明によれば、予測残
差信号は、ピッチ周期に同期して時間軸上で伸長・圧縮
を受けるので、波形そのものが略完全に忠実に伝送さ
れ、狭帯域伝送にもかかわらず明瞭度の劣化が無く、高
品質の音声伝送方式および再生方式を容易に得ることが
できる。このように、高い明瞭度を保った狭帯域伝送が
可能となるため、伝送回線のコストが低減できると共
に、限られた資源、特に無線周波数帯域の有効利用を図
ることができる。According to the present invention, the system parameters used for analyzing and synthesizing a voice signal are embedded in a narrow band analog signal for transmission, so that in combination with the conversion of the sampling rate, It is possible to easily obtain a frequency band compression / expansion device for a voice signal that can be transmitted by a narrow band analog transmission system. Further, according to the present invention, the prediction residual signal undergoes expansion / compression on the time axis in synchronization with the pitch period, so that the waveform itself is transmitted almost completely faithfully, and is clear despite narrow band transmission. It is possible to easily obtain a high-quality voice transmission system and reproduction system without deterioration in quality. As described above, since narrow band transmission with high clarity is possible, the cost of the transmission line can be reduced and the limited resources, especially the radio frequency band can be effectively used.
【0040】ところで、ディジタル伝送方式は、フレー
ム周期毎にパラメータの値が更新され、この結果、フレ
ームの変わり目でパラメータ値の跳躍による音声の不連
続部分が発生する虞れがあるが、本発明によれば、アナ
ログ波形での伝送が可能なので、線形予測係数もほとん
どリアルタイムで応答し、従って、音声に不連続性が現
われる虞れはない。By the way, in the digital transmission method, the parameter value is updated every frame period, and as a result, a voice discontinuity may occur due to the jump of the parameter value at the transition of the frame. According to this, since the analog waveform can be transmitted, the linear prediction coefficient also responds almost in real time, and therefore, there is no fear of discontinuity appearing in the voice.
【図1】本発明による音声信号帯域圧縮伸張装置の一実
施例における送信側の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a transmission side in an embodiment of an audio signal band compression / expansion device according to the present invention.
【図2】本発明における予測残差信号のピッチ周期に同
期した時間軸上の伸長圧縮を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing expansion / compression on a time axis in synchronization with a pitch cycle of a prediction residual signal according to the present invention.
【図3】本発明よる音声信号帯域圧縮伸張装置の一実施
例における受信側の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the receiving side in one embodiment of the audio signal band compression / expansion device according to the present invention.
【図4】本発明の実施例における線形予測分析器の一例
を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a linear prediction analyzer according to the embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例における線形予測合成器の一例
を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a linear prediction synthesizer according to the embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例におけるピッチ周期抽出回路の
一例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing an example of a pitch period extraction circuit in the embodiment of the present invention.
101、201…入力端子 102、202…A/D(アナログ・ディジタル)変換
器 103、203…線形予測分析器 104、204…逆フィルタリング回路 105…ピ
ッチ周期抽出回路 106…切出回路 107…時
間軸伸長器 110、210…自己回帰システム型の線形予測合成器 111、211…D/A(ディジタル・アナログ)変換
器 112、212…出力端子 205…要
素信号切出回路 206…時間軸圧縮器 601…低
域ろ波器 602…乗算器群 603…シ
フトレジスタ 604…線形フィルタ群 605…線
形フィルタ101, 201 ... Input terminals 102, 202 ... A / D (analog / digital) converters 103, 203 ... Linear predictive analyzers 104, 204 ... Inverse filtering circuits 105 ... Pitch cycle extraction circuits 106 ... Cutting circuits 107 ... Time axis Decompressor 110, 210 ... Autoregressive system type linear prediction synthesizer 111, 211 ... D / A (digital / analog) converter 112, 212 ... Output terminal 205 ... Element signal cutout circuit 206 ... Time axis compressor 601 ... Low-pass filter 602 ... Multiplier group 603 ... Shift register 604 ... Linear filter group 605 ... Linear filter
Claims (6)
号からシステムパラメータを抽出する線形予測分析手段
と、該システムパラメータを用いて上記音声信号から予
測残差信号を得る逆フィルタリング手段と、該予測残差
信号からピッチ同期又はその整数倍周期を抽出するピッ
チ周期抽出手段と、抽出された該ピッチ周期又はその整
数倍に相当する時間長の要素信号を上記予測残差信号か
ら切り出す手段と、該要素信号を時間軸上で整数倍に伸
長し、逐次接続して基底信号を得る手段と、上記システ
ムパラメータを用いて該基底信号から狭帯域信号を得る
線形予測合成手段とが設けられ、 受信側には、少なくとも上記狭帯域信号からシステムパ
ラメータを抽出する線形予測分析手段と、該システムパ
ラメータを用いて上記狭帯域信号から基底信号を得る逆
フィルタリング手段と、該基底信号から要素信号を切り
出す要素信号、切切り出し手段と、該要素信号を時間軸
上で整数分の一に圧縮し、逐次接続して駆動信号を得る
手段と、上記システムパラメータを用いて該駆動信号か
ら音声信号を得る線形予測合成手段とが設けられている
ことを特徴とする音声信号帯域圧縮伸長装置。1. A linear prediction analysis unit for extracting a system parameter from at least a voice signal to be transmitted, an inverse filtering unit for obtaining a prediction residual signal from the voice signal by using the system parameter, and the prediction on the transmitting side. Pitch period extraction means for extracting pitch synchronization or an integer multiple thereof from the residual signal, means for cutting out the extracted element signal of a time length corresponding to the pitch period or an integer multiple thereof from the prediction residual signal, The element side signal is expanded to an integral multiple on the time axis and sequentially connected to obtain a base signal, and a linear predictive synthesis means to obtain a narrow band signal from the base signal using the system parameters are provided. Includes at least linear predictive analysis means for extracting a system parameter from the narrowband signal, and a base parameter from the narrowband signal using the system parameter. An inverse filtering means for obtaining a signal, an element signal for cutting out an element signal from the base signal, a cutting out means, a means for compressing the element signal to an integer fraction on a time axis, and sequentially connecting to obtain a drive signal, And a voice signal band compression / decompression device, which is provided with a linear predictive synthesizing means for obtaining a voice signal from the drive signal using the system parameters.
装置において、 送信側に、上記予測残差信号から高域成分を除去して予
測残差信号の低域成分を得るフィルタ手段と、該予測残
差信号の低域成分の自己相関関数を計算してピッチ周期
又はその整数倍周期を抽出するピッチ周期抽出手段を有
することを特徴とする音声信号帯域圧縮伸長装置。2. The voice signal band compression / decompression device according to claim 1, wherein the transmitting side removes high-frequency components from the prediction residual signal to obtain low-frequency components of the prediction residual signal, An audio signal band compression / expansion device comprising: a pitch cycle extraction means for calculating an autocorrelation function of a low frequency component of the prediction residual signal to extract a pitch cycle or an integer multiple cycle thereof.
帯域圧縮伸長装置において、 受信側に、上記基底信号から高域成分を除去して基底信
号の低域成分を得るフィルタ手段と、該基底信号の低域
成分の自己相関関数を計算してピッチ周期又はその整数
倍周期を抽出し、該周期に等しい時間長の要素信号を上
記基底信号から切り出す要素信号切り出し手段を有する
ことを特徴とする音声信号帯域圧縮伸長装置。3. The audio signal band compression / decompression device according to claim 1 or 2, wherein the receiving side includes filter means for removing a high frequency component from the base signal to obtain a low frequency component of the base signal. It is characterized by further comprising an element signal cutting-out means for calculating an autocorrelation function of a low-frequency component of the base signal to extract a pitch cycle or an integer multiple cycle thereof, and cutting out an element signal having a time length equal to the cycle from the base signal. Audio signal band compression / expansion device.
帯域圧縮伸長装置において、 送信側に、要素信号切り出し時刻を示すマーカ信号付加
手段が設けられ、 受信側に、該マーカ信号を検出して、上記基底信号から
要素信号を切り出す要素信号切り出し手段が設けられて
いることを特徴とする音声信号帯域圧縮伸長装置。4. The audio signal band compression / decompression device according to claim 1, wherein the transmitting side is provided with a marker signal adding means for indicating the element signal cutout time, and the receiving side detects the marker signal. An audio signal band compression / expansion device is provided with element signal cutout means for cutting out an element signal from the base signal.
該標本化信号から上記音声信号の特性を示すシステムパ
ラメータを抽出し、該抽出したシステムパラメータを用
いて上記標本化信号から予測残差信号を生成し、少なく
とも該予測残差信号の所要成分と上記システムパラメー
タの情報とを伝送する方式の音声信号の伝送方式におい
て、 上記予測残差信号から、ピッチ周期又はその整数倍に相
当する時間長の要素信号を切り出し、時間軸上で整数倍
に伸長し、逐次接続して得た信号に上記システムパラメ
ータを自己相関の形で合成し、該合成した信号をアナロ
グ波形に変換して伝送することを特徴とする音声信号の
帯域圧縮伝送方式。5. A voice signal is sampled to obtain a sampled signal,
A system parameter indicating the characteristic of the speech signal is extracted from the sampled signal, a prediction residual signal is generated from the sampled signal using the extracted system parameter, and at least a required component of the prediction residual signal and the above In the audio signal transmission method for transmitting system parameter information, in the prediction residual signal, an element signal having a time length corresponding to the pitch cycle or an integral multiple thereof is cut out and expanded to an integral multiple on the time axis. A band compression transmission system for a voice signal, characterized in that the above system parameters are combined with a signal obtained by successive connection in the form of autocorrelation, and the combined signal is converted into an analog waveform for transmission.
要成分とシステムパラメータの情報とを含む信号を受信
し、該受信した信号から音声信号を再生する音声信号の
再生方式において、 上記受信した信号はアナログ波形であって、該信号を標
本化してから上記システムパラメータを抽出し、該抽出
したシステムパラメータを用いて上記信号から予測残差
信号を生成し、該予測残差信号を時間軸上で圧縮し、逐
次接続して得た信号に上記システムパラメータを自己相
関の形で合成して再生音声信号を得ることを特徴とする
音声信号の再生方式。6. A voice signal reproduction method for receiving a signal including at least a required component of a prediction residual signal of a voice signal and information of system parameters, and reproducing the voice signal from the received signal, wherein the received signal is Is an analog waveform, the signal is sampled, then the system parameter is extracted, a prediction residual signal is generated from the signal using the extracted system parameter, and the prediction residual signal is generated on the time axis. A reproduction method of an audio signal, characterized in that a reproduced audio signal is obtained by synthesizing the above-mentioned system parameters in a form of autocorrelation with a signal obtained by compression and sequentially connecting.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7169568A JPH0923195A (en) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | Sound signal band compressing/extending device, sound signal band compressing/transmitting system and sound signal reproducing system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7169568A JPH0923195A (en) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | Sound signal band compressing/extending device, sound signal band compressing/transmitting system and sound signal reproducing system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0923195A true JPH0923195A (en) | 1997-01-21 |
Family
ID=15888890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7169568A Pending JPH0923195A (en) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | Sound signal band compressing/extending device, sound signal band compressing/transmitting system and sound signal reproducing system |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0923195A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102714041A (en) * | 2009-11-19 | 2012-10-03 | 瑞典爱立信有限公司 | Improved excitation signal bandwidth extension |
-
1995
- 1995-07-05 JP JP7169568A patent/JPH0923195A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102714041A (en) * | 2009-11-19 | 2012-10-03 | 瑞典爱立信有限公司 | Improved excitation signal bandwidth extension |
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