JPS62209499A

JPS62209499A - 符号化復号化方法と装置

Info

Publication number: JPS62209499A
Application number: JP61052863A
Authority: JP
Inventors: 茂小野; 小山　斉
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1987-09-14
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPH0634200B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、音声信号の帯域圧縮に関し、特にディジタル
伝送や蓄積に関する。

（従来の技術）音声あるいは画像信号を効率よく符号化するには、信号
のもつ冗長性、特に相関を利用する方法が有効である。

線形予測符号化や直交変換符号化はこの代表例である。

これらの符号化法の圧縮率の限界は信号の持つ相関の量
、即ち共分散行列の行列式で決定されることが、似鳥に
よる論文：［線形変換符号化と線形予測符号化」、電子
通信学会論文誌、ｖｏｌ、５３−Ａ、ＰＰ、９７−１０
４（１９７０）、で示されている。そこで述べられてい
る理論によると、相関の強い信号はど（共分散行列の行
列式が小さいほど）高能率に符号化できることになる。

（発明が解決しようとする問題点）これまでの高能率音声符号化法は、入力される音声信号
の相関だけに頼って帯域圧縮を実現しており、符号化効
率に限界が発生している。

本発明の目的は、入力音声信号と既知の、或いは入力音
声信号に特性に依存して決まる信号との相互相関関数を
符号化することにより、波形符号化における符号化効率
の向上を計ることにある。

（問題点を解決するための手段）本発明によれば、入力された一連の離散信号系列を符号
化する際に、前記入力信号系列と固定の或いは前記信号
に適応的に定まる信号系列との相互相関関数を求め、前
記相互相関関数系列を符号化し、前記符号化された相互
相関関数を復号し、前記復号された相互相関関数とから
再生信号系列を生成することを特徴とする符号化復号化
方式が得られる。

また、本発明によれば、一連の離散信号系列を入力する
手段と、前記入力信号系列と固定の或いは前記信号に適
応的に定まる信号系列との相互相関関数を求める手段と
、前記相互相関関数を符号化する手段と、前記相互相関
関数を表す符号系列を出力する手段とを有することを特
徴とする符号化装置が得られる。

さらに、本発明によれば、符号系列を入力する手段と、
前記符号系列から相互相関関数を復号する手段と、前記
復号された相互相関関数から再生信号系列を生成する手
段とを有することを特徴とする復号装置が得られる。

（作用）Ｎサンプル毎のブロックに分割された入力音声信号をｘ
（ｎ）、ｎ＝１．・・・、Ｎとする。このｘ（ｎ）と、
予め、或いはｘ（ｎ）に適応的に定められる信号ｈ（ｎ
）との相互相関関数を計算すると次のようになる。

！（１；）＝Σｘ（ｎ＋ｔ）ｈ（ｎ）　　　　　　　　
　　　（１）ｎ−一ρ ｘ（ｎ）の２変換をＸ（ｚ）、ｈ（ｎ）の２変換をＨ（
ｚ）とすると、相互相関関数型（ｍ）の２変換甲（ｚ）
は、Ｖ（ｚ）＝Ｘ（ｚ）　Ｈ（ｚ−１）　　　　　　　
　　　　　　　　（２）となり、その電カスベクトルは
、ＰＷ（Ｚ）　＝　Ｖ（ｚ）　Ｖ（ｚ）＝Ｐ）（（ｚ）　ＰＨ（ｚ）　　　　　　　　　　　　
（３）但し、Ｐｘ（ｚ）＝Ｘ（ｚ）　Ｘ（ｚ−１）ＰＨ（Ｚ）＝Ｈ（ｚ）　Ｈ（ｚ−１）のように、ｘ（ｎ）の電カスベクトルとｈ（ｎ）の電カ
スベクトルとの積で表される。一方、文献１の理論によ
ると、ｘ（ｎ）の圧縮限界はｘ（ｎ）の電カスベクトル
のイ・目乗平均、即ち電カスベクトルの偏りに依存して
決まる。従って、上記（３）式から分かるようにｈ（ｎ
）を適切にとると、ｘ（ｎ）とｈ（ｎ）との相互相関関
数ｙ（ｎ）はｘ（ｎ）より相関の高い（即ち、電カスベ
クトルの相乗平均の小さい）信号となる可能性があり、
高い符号化効率を得ることが期待できる。但し、ｈ（ｎ
）をｘ（ｎ）に適応させて定めるときは、ｈ（ｎ）を表
す情報を補助情報として符号化する必要がある。相互相
関関数から再生信号ｘ（ｎ）を生成するには、（２）式
から分かるように相互相関関数のスペクトルをｈ（ｎ）
のスペクトルで割った後に、時間信号に変換する方法が
簡単である。本発明の原理図を第１図に示す。図におい
て、１．は入力信号ｘ（ｎ）と定められた信号ｈ（ｎ）
との相互相関関数を求めることを、２ｏは１．で求めら
れた相互相関関数ｔ１７（ｍ）を符号化することを、３
．は２．で符号化された相互相関関数を復号し相互相関
関数ｔｐ（Ｔ、）を求めることを、４．は復号された相
互相関関数から再生信号’ｕ（ｎ）に求めることを、そ
れぞれ基本的な構成要素としていることを示している。

以上で、本発明の原理に関する説明を終える。

（実施例）第２図は、本発明の第１の実施例を示す音戸狩号化復号
化装置のブロック図である。図において、１０は入力端
子で、一定間隔毎に、例えば８ｋＨｚで標本化された１
６０サンプルの離散音声信号ｘ（ｎ）を入力し、相互相
関関数計算器１１へｘ（ｎ）を供給する。相互相関関数
計算器１１は１２のメモリから予め定められた信号系列
ｈ（ｎ）を入力し、ｘ（ｎ）とｈ（ｎ）との相互相関関
数型ＣＣ）を計算し、それを線形予測符号器２０へ出力
する。線形予測符号器２０の内部において、メモリ１２
に蓄えられている信号系列は、電カスベクトルが音声信
号の長時間平均スペクトルに等しい信号である。線形予
測符号器２０は所謂バックワード型の予測器をもつ線形
予測符号器で、２１は１６０サンプルの相互相関関数を
蓄えるバッファメモリ、２２は相互相関関数Ｗ（ｎ）と
適応予測回路２５によって生成される相互相関関数の予
測（ｇ（ｎ）との差をとる差分回路、２３は予測残差ｅ
（ｎ）を量子化する量子化器、２４は量子化された予測
残差δ（ｎ）と予測６（ｎ）との和をとる加算回路であ
る。適応予測５２５で行われるアルゴリズムは種々のも
のが知られているが、ここではギブソン（Ｇｉｂｓｏｎ
）の論文［シークエンシャリーアダプティブバックワー
ドプレディクションインエーディーピーシーエムスピー
チコーダーズ（Ｓｅｑｕｎｔｉａｌｌｙ　　Ａｄａｐｔ
ｉｖｅ　　Ｂａｃｋｗａｒｄ　　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
　　ｉｎＡＤＰＣＭ　５ｐｅｅｃｈ　Ｃｏｄｅｒｓ月ア
イ・イー・イー・イートランザクションズオンコミュニ
ケーションズ（ＩＥＥＥＴｒａｎｓ、　ｏｎ　Ｃｏｍｍ
ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＰＰ、１４５−１５０（１９
７８）　（文献３）で述べられている方法を用いて説明
する。量子化された予測誤差δ（ｎ）は、１７の符号器
で符号系列に変換された後、１９の出力端子より受信側
に伝送される。受信側では、まず、４０から受ける符号
系列を４４の復号器で量子化された予測誤差δ（ｎ）に
復号し、線形予測復号器３０に出力する。３０では、δ
（ｎ）と適応予測回路３１から得られる予測値量ｎ）と
を３５の加算回路でたし合わせて相互相関関数布（ｎ）
を作り、バッファメモリ４５へ出力する。変換回路４６
は、メモ１ス４７蓄えられている送信側と同じ特性をも
つ信号ｈ（ｎ）とバッファメモリ４５より入力される相
互相関関数Ｗ（ｎ）とを用いて、すでに説明した方法に
より再生信号Ｑ（ｎ）生成させ、４９の出力端子へ出力
させる。３１の適応予測回路の動作は送信側の適応予測
回路２５と同じである。

第３図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施例を示す
音声符号化復号化装置のブロック図であり、第３図（ａ
）は、符号化装置側の、第３図（ｂ）は復号化装置側の
構成を示している。第３図（ａ）において、入力端子１
００から、一定時間間隔ごとに、例えば８ｋＨｚで標本
化された１６０サンプルの離散音声信号ｘ（ｎ）ｎ＝１
．・・・。

１６０、が入力され、１１０の線形予測分析器並びに１
５０の相互相関計算器に供給される。線形予測分析器１
１０は入力信号ｘ（ｎ）に対応した例えば８次の声道断
面積関数ｋ（ｉ）、ｉ＝１．・・・、８．を求め、それ
を線形予測パラメータ類似度比較器１２０へ出力する。

線形予測パラメータ類似度比較器１２０では、線形予測
パラメータコードブック１３０に予め蓄えられている例
えば１０２４個の声道断面積関数のパタンｋｊ（ｉ）、
（ｉ＝１．・・・、８゜ｊ＝１．・・・、１０２４）と
１１０より入力されたｋ（ｉ）との類似度を比較する。

もし、このとき最も類似度の高い標準パタンか１番目の
ものであったなら、１２０はｋｊ（ｉ）。

（ｉ＝１．・・・、８）のパタンを１４０のインパルス
応答計Ｋｈへ、そのパタンの符号ｊをマルチプレクサ１
９０へ出力する。インパルス応答計算器１４０は、１３
０より供給された声道断面積関数から線形予測フィルタ
のインパルス応答ｈ（ｎ）を計算し、１５０の相互相関
関数計算器へ出力する。１５０は、１００より入力され
た音声信号ｘ（ｎ）と１４０より入力されたイン・パル
ス応答ｈ（ｎ）との相互相関関数ｔＰ（ｎ）を１６０次
計算し、バッファメモリ１６０へ出力する。バッファメ
モリ１６０は、１６０次の相互相関関数を例えば４０サ
ンプルごと４つのサブブロックに分割し、正規化回路１
６１へ出力する。

正規化回路１６１に入力された相互相関関数はその二乗
ノルムが１になるように正規化されて、の相互相関関数
類似度比較器１７０に出力される。このときの正規化係
数σｓ、（８”１）・・・、４）は、１６５の正規化係
数類似度比較器で正規化係数コードブック１６２を用い
て符号化される。正規化係数コードブック１６２に例え
ば２５６個の標準パタンのうちσｓ、（””＋・・・、
４）のパタンと最も類似するパタンの符号Ｓが１９０の
マルチプレクサに出力される。相互相関関数類似度比較
器１７０では、相互相関関数コードブック１８０に蓄え
られている例えば１０２４個の相互相関関数ｖｉ（ｎ）
ｓ（ｉ＝ｔｓ・・・。

１０２４、ｎ＝１．・・・、４０）の標準パタンと１６
０より入力されたｔ番目のサブブロックψ（ｎ＋　４０
・ｔ）、（ｔ：０，１，２，３）との類似度を計算する
。もし、を番目のサブブロックとの類似度が最も標準パ
タンが１番目のものであれば、相互相関関数コードブッ
ク１８０は選ばれた標準パタンの符号１（ｔ）、（ｔ＝
０．１，２，３）をマルチプレクサ１９０へ出力する。

マルチプレクサ１９０は、４つに分割されたそれぞれの
相互相ｆ！’ｌ　＋５’Ｊ数を表す符号１（ｔ）と線形
予測パラメータを表す符号ｊと正規化係数を表す符号Ｓ
とを多重化して１０１の出力端子から復号側に伝送され
る。つぎに第３図（ｂ）を参照して復号化装置側の動作
について説明する。デマルチプレクサ２６０は受信端子
２０１を通して符号系列を入力し、相互相関関数を表す
符号と声道断面積関数を表す符号と正規化係数を表す符
号とに分離して、相互相関関数を表す符号１（ｔ）、（
ｔ＝０．１，２．３）を相互相関関数コードブック２５
０へ、声道断面積関数を表す符号ｊを声道断面積関数コ
ードブック２４０へ、正規化係数を表す符号Ｓを正規化
係数コードブック２５１へそれぞれ出力する。

相互相関関数コードブック２５０では、受は取った符号
１（ｔ）、（ｔ＝０．１，２，３．４）に対応する相互
相関関数を検索し、補正回路２５５へ出力する。正規化
係数コードブック２５１では、符号Ｓをもちいてコード
ブックからそれに対応する正規化係数のパタンを検索し
、補正回路２５５へ出力する。補正回路２５５は、２５
０から入力される正規化された相互相関関数に２５１か
ら入力される正規化係数を掛け、相当相関関数を得てそ
れを予測残差計算器２３０へ出力する。線形予測パラメ
ータコードブック２４０では、同様に２６０より供給し
た符号ｊに対応する声道断面積関数のパタンを検索し、
それを線形予測係数計算器２２０へ出力する。線形予測
係数計算器２２０では、２４０より供給した声道断面積
関数を線形予測係数に変換し、それをインパルス応答計
算器２２１及び再生信号生成器２１０へ出力する。イン
パルス応答計算器２２１は２２０から受は取った線形予
測係数をもとに線形予測フィルタのインパルス応答を計
算し、予測残差計算器２３０へ出力する。予測残差計算
器２３０では、補正回路２５５より供給される相互相関
関数Φ（ｎ）とインパルス応答計算器２２１より供給す
るインパルス応答ｈ（ｎ）とから、次の連立方程式を解
いて、残差ｅ（ｎ）を計算する。

１ω Σφ（ｎ、ｎ＋ｍ）　ｅ（ｍ）＝甲（ｎ）　、ｎ＝１．
・・・、１６０．　　　（４）ｃｌ但し、＋ぬつ求まった予測残差は再生信号生成器２１０へ出力される
。再生信号生成器２１０では、線形予測係数計算器２２
０より入力された線形予測係数と予測残差計算器２３０
より入力された予測残差とから、再生信号ｘ（ｎ）を発
生させ出力端子２００より出力する。

ここまで述べた実施例は線形予測符号化を基本としたも
のであるが、相互相関関数型（て）の符号化として直交
変換符号化を用いることもできる。

以上で本発明の実施例についての説明をおえる。

（発明の効果）本発明は、入力された音声信号を直接符号化するのでは
なく、入力音声信号を、既知或いは入力音声信号の性質
に適応した信号と入力信号との相互相関関数に変換して
、符号化を行うことを特徴としている。このようにして
得られる相互相関関数は入力音声信号が持つ相関よりも
高い相関を持つようにできるから、符号化の対象信号と
して前記相互相関関数を選ぶ発明の構成は、従来より高
い符号化効率を実現できるという効果をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示すブロック図、第２図は本発
明の第１の実施例を示すブロック図、第３図（ａ）、（
ｂ）は本発明の第２の実施例を示すブロック図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力された一連の離散信号系列を符号化する際に
、前記入力信号系列と固定の或いは前記信号に適応的に
定まる信号系列との相互相関関数を求め、前記相互相関
関数系列を符号化し、前記符号化された相互相関関数を
復号し、前記復号された相互相関関数とから再生信号系
列を生成することを特徴とする符号化復号化方式。
（２）一連の離散信号系列を入力する手段と、前記入力
信号系列と固定の或いは前記信号に適応的に定まる信号
系列との相互相関関数を求める手段と、前記相互相関関
数を符号化する手段と、前記相互相関関数を表す符号系
列を出力する手段とを有することを特徴とする符号化装
置。
（３）符号系列を入力する手段と、前記符号系列から相
互相関関数を復号する手段と、前記復号された相互相関
関数から再生信号系列を生成する手段とを有することを
特徴とする復号化装置。