JPS61110200A - 符号器 - Google Patents

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】 （発明の技術分野） 本発明は、例えば音声信号を低ビツトレートで適応的に
・予測符号化する符号器に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来の適応予測符号器は、入力信号の過去の数障本値か
ら線形予測される値と現在の入力標本値との差（予測残
差）を符号化して伝送する方式を用いている。この方式
では、音声信号のような非定常な入力信号に対しては、
信号の統計的性質に合致するように予測器における予ｌ
ｊｌ＋係数や量子化器における量子化幅を適応的に変化
させることＫより、信号対量子化雑音比（Ｓ／比）の向
上を閃る技術が適用されている。しかし、１６ｋｂ／ｓ
以下の情報速度では品質の劣化が著しく特性的にけ不十
分であると言わざるを得なかった。

このような低い情報速度に分ける適応予測符号１ヒの性
能劣化を大幅に改善する方式として適応ビット別当て予
測α号化方式が提案されている（特演昭５６−１７７５
６４号）。この方式では、量子化器の竹子化ビット敗と
量子化幅とを残差信号電力の周波数方向と時間方向との
両方向での園りに応じて適応化し、まだ予１１１１器ｒ
Ｃおける予測１本値は近接相図に基づく複ａ標本値とピ
ッチ相関に基づく単標本値とを用いて予［ｌ１１１残差
の低減全図っている。

この上うに１この方式では周波数方向に適応的にビット
数を削当てるため、強調される周波数帯域が時間的に変
動し、符号化品質の自然性が欠如するという欠点があっ
た。また、周波数帯域分割を行うため、帯域分１４ｆ１
１フィルタにおけるたたみ込み゛〉のために遅延時間が
増大し、それに伴うメモリ等の・・−ドウエア＋ＥＭ、
漢も大きくならざるを得なかった。さらＶこ、予−り器
をパーフールはしご形フィルタ１′信成し７ｃ１合の上
記１４応予測符号化方式は千−ＩＩ　ｌ、ｆ：数として
のパーコール係数の制御卸が煩雑であるという難点があ
った。

（発明の目的） 本発明は、情報速度が比較的低い８〜１６ｋｂ／ｓの領
域でも自然性に優れた高品質な音声信号の伝送を可能と
し、かつ遅延時間が短く、小規模なハードウェアで実時
間処理可能な符号器を提供するものである。

（発明の構成及び作用） 以下図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の符号器の実施例であり、入力端子１か
らのディジタル信号とされた標本化入力信号は適応予測
量子化部２において適応予測量子化され、この予測量子
化部２は予…１１残差信号を量子化してその出力線１６
ａＫ送出する。

適応予測量子化部２Ｆｉ例えば第２図に示すよう罠入力
信号の近接相関にもとづく予５＋５１２とピッチ相関に
もとづく予ＩＩ］ｌ！　器１３とから成る。予測信号は
和回路１４で両予測器１２　、１３からのそれぞれの予
測値の和をとることＫよって得られる。予１１１１残差
信号は差回路１５で端子１からの入力信号との差をとる
ことＫよって得られ、その予ｉｑ残差信号は量子化４１
６で量子化されて端子１６ａより第１図の多重化部１０
へ入力され、サイド情報と共に多！符号化されて、伝送
路１１へ送出される。

第２図に示すように量子化器１６の出力は逆量子化器１
７にも供給され、これでｅ（ｔ）Ｋ復号化された後、こ
の一部が零予θ１１値算出部２ｆＫ帰還され、その一部
は和回路１８で予測値Ｘｓとの和がとられて得られる信
号’ｋ　（ｔ＋が原子創直算出部２３に帰還される。

更に和回路１８の出カン＜ｔ＞の一部は和回路１９で予
測ｉ！３１３からの予測１直Ｘｐとの和がとられて得ら
れる信号９（ｔ）が予測器１３に帰趙される。

予４１１１器１２はこの実権例では最急降下法による逐
次予測フィルタで構成した場合である。その構成要素は
零予測係数更新部２２と零予−り値算出部２１と極子１
１係敢更新部２４と極子ホ１１値埠出部２３と和回路１
４ａとから［構成される。その零予到係数更新部２２に
おける予測１系数ａｉ（ｔ＋１　）は、逆量子化器１７
の出カイ４号ｓｇｎ　（令（ｔ）　ｌ　（ｓｇｎは企（
１）の正負の符号を示す）から、次式によって与えられ
る。

ａＨ（ｔ　＋１　）＝（１４）ａｉ（ｔ）＋Ｃａｓｇｎ
　（Ｑ（ｔ）　ｌ　ｓｇｎ　（ｅ　（ｔ　−ｉ　）　ｌ
　　　　・−−−（１）ｉ＝１　、２　、・・・・・・
Ｐａ ここで、へはリーク定数、ｃａは利得定級である。

零予測＠算出部２１で出力される予測＠は次式で与えら
れる。

・ｘｚ（ｔ）＝−Σａ！−企（ｔ−ｉ）　　　　　　・
曲四（２）Ｉぼ！ また、極子１１１係数更新部２４における予が１１係級
ｂｉ（ｔ＋ｉ　＞は逆量子化器からの出力符号ｓｇｎ　
（企（ｔ））と和回路１８の出力符号ｓｇｎ　（Ｑ　（
ｔ）　１とから次式によって与えられる。

ｂｉ（ｔ＋１　）＝（１−４）ｂｊ（ｔ）＋Ｃｂ’ｓｇ
ｎ　（企（ｔ）　ｌ　ｓｇｎ　（Ｑ’（ｔ　−ｉ　）　
ｌ　　　　−＝・１３１ｉ＝１．２．・四・Ｐｂ ここで、へはリーク定数、ｃｂは利得定数でちる。

極予測＠算出部２３で出力される予測値は次式で与えら
れる。

ｘｑｔｔ）＝−、Ｈ，ｂｉ　Ｑ′（ｔ　−ｉ　）・・・
・・・・・・・（４） ここで近１妾相閏にもとづく予４＋１器１２の出力ｘ３
は和回路１４ａによりＸ、　Ｅ　Ｘｑとの和をとること
によって得られる。

一方、予測器１３け時間遅れ要素２５とピッチ予測値算
出部２６とから成り、時間遅れ要素２５はピッチ周咽（
人力信号の基本周期）と千６１１１次数から定まる時ｊ
ｆｌ　、’＋’ｆ−れを有する。予ｆｉｌｌ　Ｉ／ｊσ
出部２６で出力される予１１１１信号け、次式で与えら
れる。

ｘ　（、：）＝−Σα−Ｑ（ｔ−ｄ−１）　　　・・・
・・・・・＋５＋ｐ、国、Ｊ ｊ　＝　１　、２　、・・・・・、Ｑ ここで、αｊけ端子２６ａより与えられるピッチ予測係
数、９化）は予測器１３への人力となる局部復号化信号
、ｄは時間遅れ１！素２５の時間遅れを表わす。

この上うにピッチ予測はピッチ周期前の複数の標本値か
ら千許１しており、従って、高次子−昨であり、その次
数Ｑは囲えげ２又け３程度とされる。

第２図の予ＩＩＩ　ｉ＝　１３におけるピッチ予仰１係
数ａｊは、この例では入力信号に応じて適応化される。

そのためにピッチ予測値算出部２６を動作させる前にビ
７チ予暉１係数αｊｔ−算出しておく必要がある。

第１図に示すように１　ピッチ検出部３において、入力
信号からその信号のピッチ周期（基本周期）Ｔが検出さ
れる。そのピッチ周期Ｔｐ＃ｉｔ標本喧離れた分析フレ
ーム（分析単位で一般に２０〜５０ｍ５）内での人力信
号の平均、すなわち自己相関係数をｒ（・）＝±テｘｔ
−ＸＬ−・　　　　・・・・・・・・・・・・＋６１Ｎ
−でｔＷＯ （但し、Ｎ：分析フレーム内の標本数）Ｋより求め、ｒ
ｍｉｎ≦τ≦’　ｍａｘの範囲で平均ｒ（τ）が最大と
なるτの値として求める。例えは、τ°　け１６８度Ｓ
ｔｍａｘけ１１６ａ度にされる。このｌｎ 検出したピッチ周期Ｔ、で９２図中の時間遅れ！！素２
５の遅れ時間ｄが制御される。更に１　ピッチ予測係数
αｊは、ピッチ予測係数算出部４で、ｒ　（ｔ）を用　
　　　　・いて次の正規方程式の解として与えられる。

この方程式の解α、ｉは哨２図中の４子２６ａを通じて
ピッチ予測値算出部２６が制御される。

適応子側量子化部２における量子化器１６の現在の量子
化ビット数と量子化幅は、この発明では逆州子化部１７
かもの局部復号出力Ｑ　（ｔ）としての過去の残差信号
から適応的に求められ、これを現在の符号化フレームＫ
Ｉｌｉ用される。

△ 先ず、局部復号出力ｅ　（ｔ）は、一旦バ、ファ部６に
ピｙトｎｌ当てのための分析フレーム長だけ（実ｉ、！
ｌては符号化フレーム長と同程度）取り込まれる。

ここでけ、局部復号残差信号の時間的穫在性に基づいて
、部分区間の位置が部分区間設定部７により検出される
。部分区間はピッチＩｉ’［（現在の分析フレームで検
出）Ｔｐを用い、これを等間隔に分ａｌｌし、各区間が
周期的に操９ａすように設定される。ビット割当て分析
フレームの部分区間の位置は、第３図に示すように現在
の符号化フレームに対すする分析フレームの第１（１目
の部分区間の先ｆｉｔで’）時Ｍ長ＴｃｌとＴ、とから
、信号の周期性に応じてビット割当て分析フレームの第
１許目の部分区間の先頭の時間長Ｔ″ｄＫよって指定さ
れる。現在のフレームの位置Ｔｄは、ピッチ検出部３で
検出されたピッチ周期Ｔｐの範囲で分析フレームの始め
から自乗平均の最大となる１項本値を検出し、その標本
値から部分区間長のｈの時間長だけフレームの始めに戻
った標本点と分析フレームの始めとの時間長として検出
する。次に位／ＺＴｄとピッチ周期Ｔ　とからＴｐの整
数倍の標本値を計数し、ビット割当て分析フレームＫか
かるピッチ周ＩＫＡ　＆　終の標本値とビット割当で分
析フレームの始めの時間長として位置”ｄｆ、検出する
。

平均損幅算出部７ａでは、第３図に示すビット割当て分
析フレームの各部分区間での残差信号の平均振幅を次式
により求める。

ここでＴ１．ＭＨＶｉｉ番目の部分区間とそれに含まれ
る残差信号の標本数を表わす。Ｌは時間分割数である。

礒子化ピ、ト数適応化部８では平均振幅Ｖ＋からｍ子化
ヒ、ト数を決定する演算を行５゜量子化ヒ゛、ト数は与
えられる過去の局部復号信号に対する平均ヒ、トレー）
ＫＮして量子化によって生じるｔ号化信号の波形歪を最
小とするようＫ　ｖ　ｉを用いて次式により決定する。

ここで、Ｉ（は残差信号に対する平均ビットレート、Ｃ
・は分析フレーム長に対する部分区間の時間長比鳶 率を表わす。また、ｖ＝ｖｉｘＣ１である。

ここで求めた各部分区間の実数値としてのビット数け、
４捨５人し整数化し、ＴｄおよびＴｐＫより現符号化フ
レームにおける各部分区間の量子化ビット数に対応させ
る。

量子化幅適応化部９では、逆量子化部１７の出力令（１
）から次式を用いて時刻（ｔ＋１　）の量子化幅１６お
よび逆量子化部１７の量子化幅Δ（ｔ＋１　）を決定す
る。

ここで、Δ０は正の定数、ｇ　（ｔ）は残差信号の分敢
直、βは０くβく１の定数である。■子化部１６では上
記基本１量子化幅Δ（ｔ＋１　）と割り当てビット数ｂ
ｉを基に残差信号ｅ（ｔ＋１）を逐次的に′！量子化す
る。

多重化部ＩＯでは量子化された残差信号とノシラメータ
情報、すなわちピッチ予測係数αｊ部分区間の周期Ｔｐ
　９位置Ｔｄを符号化して伝送路１１へ送出する。

この上うＫして適応予測符号化された符号系列から信号
を復号する例を第４図に示す。伝送路１１と連結された
伝送路２７より入力された符号系列は符号系列分離部２
８において残差信号の符号系列とパラｌ−タ情報の符号
系列として分離され、復号１ヒ部２９ｒこおいてパラメ
ータ情報が復号化される。

量子化ビット数適応化部３４においては、復号化された
バ、ファ部３３に蓄えられた過去の残差信号ならびＫ　
Ｔｐ　、Ｔｄを用いて先に述べた方法により量子化ビッ
トｆｉｂｉを算出し、これに基づいて残差信号符号系列
分離部３１では、残差信号の符号系列を標本値単位の符
号ＫＯ離する。量子化幅適応化部３５では、先に述べた
方法で量子化幅へ（１）を過去の復号残差信号令（ｔ−
１）から算出し、これに基づいて復号化部３２Ｋｋいて
符号系列分離部３１かもの残差信号を？９号化する。

予ｆｆ１ｌｌ　ｉ！号化部３６は第２図に示す近接相関
子側フ、ルタ３７とピッチ相関に基づく予測フィルタ３
８とから成り、予測フィルタ３７および３８はそれぞれ
第２図の予測器１２．１３と同様に零予測値算出部３９
゜近接零予…り係数更新部４０．加算器４１．零予ｔＩ
Ｉ値算出部４２．近接隊予測係数更新部４３．極予到値
算出部４２．加算器４４．訃よび、時間遅れ要素４５．
ピッチ予測＋１ｊ　（’！：出部＝１６．加Ｊ′１−器
４７でそれぞれ構成され、近接相関予測係数は加３！器
４１の入力と加′ｎ器４４の出力から逐次的に推定し、
近接相関予測係数は加算器４１０入力から逐次的に推定
する。また、ピッチ予測値算出部４６でけ復号化部２９
で復号されたピッチ予測係数αｊを用いる。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明による符号器は、サンプル
毎の最適な量子化幅を基準に使用する量子化幅をす／プ
ル毎に逐次補正して量子化を行うことＫより、信号対量
子化雑音比が改善されると共に、主観品質の点では自然
性に曖れた符号化音声が得られ、従来の電話品質が１６
ｋｂ／ｓの情報速度で達成できる。また、符号化に要す
る３＋！延時間は上記従来の適応予測符号器に比べて、
帯域分割合成フィルタによるた＼み込みが不要であるた
め、遅延時間がｈ程度短縮可能である。更に１　この発
明をディジタル信号処理で装置化する場合にも帯域分割
１合成に伴うｆｉｈの処理を必要としないことや近接相
関予測係数の制御を符号器の局部復号信号の符号列で行
うことができるため、処理が簡単となり、・・−ドウエ
アの規模も小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１１閑は本発明による仔号器の構成例を示すプロ、り
図、第２図は第１図中の適応予測量子化部も・よび量子
化器パラメータ設定部の具体例を表わすプロ、り図、第
３図は部分区間の設定方法を説明するｔめのタイムチャ
ート、Ｍ４図は本発明により舟号化された信号列の復号
器の構成列を示すフロ、り図である。 １・入力端子、２・・適応予測量子化部、３　・ピッチ
１期検出部、３ａ・・・ピッチ位置検出部、４・・ピッ
チ予副係数算出部、５・・・量子化器パラメータ１出部
、６・・・バ、ファ部、７・・部分区間１ψ定部、７ａ
　・平均振幅算出部、８・量子化ビ。 ト故適応化部、９・・量子化幅適応化部、１０・・多セ
化部、１１−・・伝送路、１２・・・近接相関に基づく
予１１１１　ｒ：器、１３・・ピッチ相関に基づく予タ
リ器、１４゜１・ｌａ　、　１８　、１９・・・和回路
、１５・・・差回路、１６・・量子化器、１６ａ・・・
出力線、１７・・・逆量子化器、２０・・量子化器パラ
メータ設定部、２１・・・男子測値算出部、２２・男子
ｆｌｌ１１係数更新部、２３・・極子測値算出部、２４
・・・極予測係数更新部、２５・・ピッチ周期時間遅れ
要素、２６・・・ピッチ予１ｌＩｌｌ値算出部、２７・
・伝送路、２８・−符号系列分離部、２９・・・パラメ
ータ情報復号部、３０・・・部分区間設定情報分離部、
３１・・・残差信号符号系列分離部、３２・・残差信号
の復号化部、３３　・バ、ファ部、３４・肴子化ビ、ト
数適応化部、３５・・量子化幅適応化部、３６・・・予
ホ１１復号化部、３７・・・近接相関に基づく予測フィ
ルタ、３８・・・ビ。 チ相関に基づく予測フィルタ、３９・・・男子４１１値
算出部、４０・・近接男子測係数更新部、４１　、４４
　、４７・・加算器、４２・・・極子測値算出部、４３
・・近接極子測係数更新部、４５・・ピッチ周期時間遅
れ要素、４６・・ピッチ予創値算出部。 特許出願人　　日本電信電話公社 代　　理　　人　　　白　　水　　常　　雄外１名 第１図 戸２区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号を一定時間間隔で標本化し標本値を取出す手段
   と、現在の標本値に対してその標本値に近接する複数の
   過去の標本値およびその入力信号の基本周期だけ離れた
   複数の標本値を用いて予測し現在の標本値との差分信号
   を取出し予測量子化して予測量子化信号をとり出す予測
   量子化手段と、過去の前記予測量子化信号を復号した復
   号信号の平均振幅の時間的極在性を検出する手段と、こ
   の検出された時間的極在性により前記予測量子化におけ
   る量子化レベル数を現在の差分信号に適応的に割当てる
   手段と、その割当てられたレベルの基本量子化幅を過去
   の前記復号信号から逐次的に適応化する手段と、その割
   当てられたレベルおよび適応化された量子化幅を用いて
   前記差分信号を量子化するように前記予測量子化手段に
   供給する手段と、前記予測量子化信号を符号化して伝送
   路に送出する符号化手段とを具備する符号器。