JPS6342532A

JPS6342532A - 音声符号化装置

Info

Publication number: JPS6342532A
Application number: JP18532986A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Taniguchi; 智彦谷口; Hidehira Iseda; 衡平伊勢田; Yoshihiro Tomita; 吉弘富田; Shigeyuki Umigami; 重之海上; Shoji Tominaga; 昭治富永
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1988-02-23

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】〔概　要〕高域成分の補償を必要とする音声符号化方式において、
低域成分は符号化し、高域再生用の補助情報として、適
応等化フィルタから得られる複数のフィルタ係数の各時
系列データの所定音声区間　　　毎の代表値を用いる様
にする。これにより、情報圧圧縮比を太き（改善すると
共に、高域成分も良好に再生することが出来る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、音声符号化装置、特に音声信号を低域成分と
高域成分に分割し、低域成分については符号化処理を行
い、高域成分については適応等化フィルタから得られる
高域成分再生に必要な補助情報を用いる音声符号化装置
において、再生される高域成分の品質を良好に保持しつ
つ、高域成分再生に必要な補助情報を効率的に圧縮する
様に改良した音声符号化装置に関する。

〔従来の技術〕

音声符号化方式には各種の方式が提案されているが、音
声信号を符号化する場合には、音声の品質を損うことな
（圧縮比が大きくなる様に符号化することが要求される
。一方、音声の品質を決定する支配的な成分が主として
低周波帯域にあることは、良く知られている。

そこで、音声品質を保持しつつ効率良く圧縮する代表的
な音声符号化方式として、音声信号を低域成分と高域成
分に分割し、低域成分については符号化処理を行い、高
域成分については、その再生に必要な補助情報を送る様
にする周波数分割形の音声符号化方式が知られている。

低域成分を主体とする従来の周波数分割形音声符号化方
式として、第５図に示す様な音声符」−化方式が採用さ
れている。

第５図において、３０は符号装置であり、４０は復号装
置である。

符号装置３０において、３１は低域符号化手段で、入力
された音声信号Ｘの低域成分（低域音声信号ＸＬ）を符
号化して、符号化低域音声信号ＥＬを生成する。

３２は高域再生補助情報発生手段で、内部に適応等化フ
ィルタ（ＡＤＦ　：　Ａｄａｐｔｉｖｅ　　Ｆｉｌｔｅ
ｒ）　　３２１を備え、再生された近似音声信号Ｘ＋’
（図示せず）と元の音声信号Ｘとの誤差が零となる様に
等化処理を行い、その際得られるＡＤＦ３２１の等化残
差信号を、高域成分再生用の高域再生補助情報ｈａｕと
して出力する。ＡＤＦ３２１の等化残差信号は、符号化
処理時のサンプリング周期の時系列データで形成される
。

符号装置３０は、この様にして生成された符号化低域音
声信号ＥＬ及び高域再生補助情報ｈａｕを音声符号化情
報として、復号装置４０に送る。

復号装置４０おいて、４１は復号・再生手段で、受信さ
れた符号化低域信号ＥＬ’　　（ダッシュは符号装置３
０側のＥＬと区別する為で、次のｈａｕ’も同様である
）を復号して、符号装置３０例の近似る。

４２は適応等化フィルタ（ＡＤＦ’　）で、符号装置３
０側のＡＤＦ３２１と同じ構成を有している。ＡＤＦ’
　　４２は、受信された高域再生補助情報ｈａｕ’　に
よりＡＤＦ’４２内の各フィルタ係数を修正し、入力さ
れた近似音声信号Ｘ＋より、符号装置３０例の元の音声
信号Ｘに対応する音声信号ｋを再生する。

以上の様に、音声信号の低域成分を主体にして符号化を
行い、音声信号の高域成分についてはＡＤＦの等化残差
信号を高域成分再生用の補助情報として送る様にするこ
とにより、音声情報を太きく圧縮すると共に、高域成分
まで良好に再生することが出来る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第５図に示した従来の音声符号化方式は、大きな情報圧
縮比が得られると共に高域成分まで良好に再生すること
が出来るものである。

然しなから、高域成分再生用の補助情報として用いられ
るＡＤＦの制御に関する等化残差信号は、符号化処理時
のサンプリング周期の時系列データの形で生成されるこ
とから、そのデータ量を大きく低下することが出来ず、
この為、圧縮される情報量に限界があるという問題があ
った。

本発明は、第５図に示した従来の音声符号化方式におい
て、高域成分再生用の補助情報のデータ量を大幅に圧縮
することにより、情報圧縮比を太き（すると共に音声信
号の高域成分まで良好に再生することを可能にした音声
符号化方式を提供することを目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

従来の音声符号化方式における前述の問題点を解決する
為に本発明が講じた手段を、第１図を参照して説明する
。

第１図は、本発明の基本構成をプロ・ツク図で示したも
のである。

第１図において、１０は符号装置で、本発明の音声符号
化処理を行う。

１１は低域符号化手段で、入力された音声信号Ｘの低域
成分（低域音声信号ＸＬ）を符号化して、符号化低域音
声信号ＥＬを生成する。

１２は高域再生補助情報発生手段で、内部にＡＤＦ即ち
適応等化フィルタ１２１を備え、再生された近似音声信
号Ｘｒ’　と元の音声信号Ｘとの誤差が零となる様にＡ
ＤＦ１２１により等化処理を行ったときにＡＤＦ　１２
１から得られる複数のフィルタ係数の各時系列データを
高域成分再生用の高域再生補助情報Ｈａｕとして出力す
る。

１３は代表補助情報発生手段で、所定音声区間毎にその
高域再生補助情報１ｉａｕの代表値を求めて高域成分再
生用の代表補助情報篩として出力する。

〔作　用〕

音声信号Ｘが入力されると、低域符号化手段１１は、こ
の音声信号Ｘの低域音声信号ＸＬを符号化して、符号化
低域音声信号ＥＬを生成する。この符号化は、例えば公
知の適応差分Ｐ　ＣＭ　（ＡｄａｐＬｉｖｅ　　ｄｉｆ
ｆｅｒｅｎｔｉａｌ　　Ｐ　ＣＭ　：　Ａ　Ｄ　Ｐ　Ｃ
Ｍ）によって行われる。

高域再生補助情報発生手段１２は、再生された近似音声
信号Ｘｌ′と元の音声信号Ｘとの誤差が零となる様に八
ＤＦ１２により等化処理を行ったときにＡＤＦ　１２１
から得られる複数のフィルタ係数の各時系列データを高
域再生補助情９１　Ｈａｕとして出力する。ＡＤＰＣＭ
により符号化低域音声信号ＥＬを生成した場合、その符
号化処理の過程において低域音声信号の再生信号が生成
されるので、その再生低域信号を利用して前記近似音声
信号に１′を再生することが出来る。

高域再生補助情報Ｈａｕは、前述の様に、ＡＤＦ１２１
の複数のフィルタ係数の各時系列データの形で出力され
るが、代表補助情報発生手段１３は、所定音声区間毎に
高域再生補助情報Ｈａｕの代表値を各時系列データにつ
いて求め、高域成分再生用の代表補助情９１Ａｕとして
出力する。

以上の様にすることにより、高域成分を良好に再生する
ことが出来ると共に、ＡＤＦの等化残差信号を直接利用
した従来方式よりも高域成分再生用の補助情報の情報量
を大幅に圧縮することが出来、従って全体の情報圧縮比
を大きく改善することが出来る。

〔実施例〕

本発明の実施例を、第２図〜第４図を参照して説明する
。

第２図は本発明の一実施例の構成のブロック説明図、第
３図はＡＤＦの説明図、第４図は同実施例の信号スペク
ラム及び信号波形の説明図である。

（Ａ）実施例の構成第２図において、符号装置１０、低域符号化手段１１、
高域再生補助情報発生手段１２、ＡＤＦ１２１、代表補
助情報発生手段１３については、第１図で説明した通り
である。

符号装置１０の低域符号化手段１１において、１１１は
間引き低域フィルタ（間引きＬＰＦ）で、サンプリング
変換することにより低域音声信号ＸＬを生成する。

１１２符号化部で、低域音声信号ＸＬを符号化して符号
化低域音声信号ＥＬを生成する。

高域再生補助情報発生手段１２において、１２２は近似
音声再生部で、音声信号Ｘに近似した近似音声信号Ｘｌ
’を再生する。

１２３は加算器で、元の音声信号ＸとＡＤＦ　１２１の
再生した音声信号Ｘとの誤差信号ｅを発生する。

代表補助情報発生手段１３において、１３１は係数メモ
リで、ＡＤＦ１２１から入力された高域再生補助情報１
ａｕを所定音声区間単位で記憶する。

１３２は平均化部で、高域再生補助情ｆｌ　Ｈａｕ即ち
各フィルタ係数の時系列データの所定音声区間毎の平均
値から所定音声区間毎の高域再生補助情報の代表値を求
めて代表補助情報へ〇とする。

１３３は係数変換部で、公知の線スペクトル対（Ｌ　Ｓ
　Ｐ　：　Ｌｉｎｅ　　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　　ｐａｉｒ
）変換処理により代表補助情報Ａｕを変換量子化する。

第２図の右側は復号装置２０で、受信された音声符号化
情報から、音声信号を再生する処理を行う。

復号装置２０おいて、２１は複号部で、受信された符号
化低域音声信号ＥＬ’（ダッシュは符号装置１０側のＥ
Ｌと区別する為に付したもので、次に説明するＡｕ′　
も同様である）を復号して、符号装置１０例の低域音声
信号ＸＬに対応する低域音声ＸＬを再生する。

２２は近似音声再生部で、符号装置１０例の近生成する
。

２３は係数逆変換部で、ＬＳＰ変換された代表補助情報
を受信して元の代表補助情！ＩａＡｕ’を生成する。

２４は適応等化フィルタ（ＡＤＦ’　）で、符号装置１
０側のＡＤＦ　１２１と同じ構成を有し、入力された代
表補助情報Ａｕ’及び近似音声信号′Ｘ＋より、元の音
声信号Ｘに対応する音声信号Ｘを再生する。

第３図は、ＡＤＦ’１２１の一例を示したものである。

第３図のＡＤＦ　１２１において、１２１ａｌ〜１２１
　ａ＊はＺ変換記号で表された遅延要素で、サンプリン
グ周期に等しい時間遅れを生じさせる。

１２　ｌ　ｂ＋〜１２　ｌ　ｂ＋はフィルタ係数設定部
で、フィルタ係数ａ１４ａ、を設定する。１２１Ｃは加
算器で、フィルタ係数設定部１２１ｂ＋”１２１ｂ４の
出力を加算して音声信号Ｘ　（ｎｌを発生する。

１２１ｄは加算器で、この音声信号Ｘ　（ｎ）と近似音
声信号Ｘ＋’（ｎｌの和信号Ｓ　（ｎｌを発生する。な
お、（ｎｌはサンプル点ｎにおける値であることを示す
。

１２１ｅは係数制御部で、加算器１２３の出力した誤差
信号ｅ　（ｎｌが零となる様にフィルタ係数設定部１２
１ｂｉ〜１２１ｂ、＋のフィルタ係数ａ１〜ａ、の値を
逐次制御する。

可変制御された各フィルタ係数ａｌ−８４の各時系列デ
ータ、即ち本発明で用いられる高域再生補助情報である
１ｌａｕは、それぞれサンプリング周期の時系列データ
として出力されて代表補助情報発生手段１３に加えられ
る。（なお、加算器１２３より出力される等化残差信号
は、第５図の従来方式において用いられた高域再生補助
情報である。）（Ｂ）実施例の動作実施例の動作を、第３図のスベクラム及び信号波形を参
照して説明する。

なお、以下に説明する実施例においては、所定音声区間
は、音声パラメータがその間で略変化しないとみられる
数ｍφＣ（実施例では５ｍ５ｅｃ）であるとする）の短
いフレームであり、サンプリング周波数ｆｓは６．４　
ｋ　Ｈｚであるとする。従って、１フレーム内には３２
サンプル（＝６．４に！（ｚｘ５ｍｓｅｃ）が存在する
。

入力される音声信号Ｘは、第３図（ａｌに示す様に、０
−ｆ　ｓ／２　　（０〜３．２ｋＨｚ）のスベクラム特
性を有し、その信号波形は、同図（ｄｌに示す様に、１
フレーム当り３２回サンプリングしたサンプリング信号
の形になっている。以下、サンプル点ｎにおける振幅値
をＸ（ｎ）：　　（ｎ＝１　ｔ　２．３　ｔ−＋３２）
で表すことにする。このことは、他の信号波形について
も同様である。

（Ｂ−１）符号装五の動作音声信号Ｘ　（ｎｌが入力されると、間引きＬＰＦ　１
１１は、音声信号Ｘ　（ｎ）のサンプル点を１つ置きに
間引く処理を行って、低域音声信号ＸＬを生成する。こ
の様にして生成された低域音信号ＸＬは、第３図中）に
示す様に、Ｏ＝ｆ　ｓ／４　（０〜１．６ｋＨｚ）のス
ペクラム特性を有し、その信号波形は、同図（ｅｌに示
す様に、１フレーム当り１６回サンプリングしたサンプ
リング信号ＸＬ　　（２ｎ）：　　（２ｎ＝２　、４　
、６　、・・・、３２）の形になっている。

符号化部１１２は、低域音声信号ＸＬを符号化して、符
号化低域音声信号Ｅしを生成する。この符号化処理は、
公知のＡＤＰＣＭ符号化方式によって行われる。生成さ
れた符号化低域音声信号Ｅしは、低域音声信号ＸＬの予
測残差信号である。

これにより、少ないビット数即ち大きい情報圧縮比を持
った符号化低域音声信号ＥＬが得られ、且つ、これより
元の低域音声信号を良好に再生することが出来る。

ＡＤＰＣＭ符号化方式においては、その符号化処理の過
程においては、符号化低域音声信号ＥＬの復号処理が行
われ、復号装置２０側で再生される低域音声信号ＸＬに
対応する低域音声信号ＸＬ’が再生される。この再生低
域音声信号ＸＬ’　は、近似音声再生部１２３に入力さ
れた。

近似音声再生部１２２は、この再生低域音声信号ＸＬ’
　を受けると、間引きＬＰＦＩＩＩによって間引かれた
サンプル点における振幅情報を補間処理により補充して
、復号装置２０側で再生される近似音声信号Ｘ＋に対応
する近似音声信号Ｘ＋’を再生する。近似音声信号Ｘ１
′は、第３図（Ｃ１に示す様に、０〜ｆ　ｓ／２　　（
０〜３．２ｋＨｚ）のスペクラム特性を有し、同図ｆｆ
ｌに示す様に、１フレーム当り３２回サンプリングした
サンプリング信号Ｘ１’　（ｎ）：　　（ｎ−１、２、
３、＋＋、　３２）の形になっている。

ＡＤＦ　１２１は、近似音声信号Ｘ＋’（ｎ）が入力さ
れると、音声信号Ｘ　（ｎ）を出力して加算器１２３に
加える。加算器１２３は、この音声信号Ｘ　（ｎ）と元
の音声信号Ｘ　（ｎ）との誤差信号ｅ　（ｎｌをＡＤＦ
１２１に戻す。ＡＤＦ　１２１の係数制御部１２１ｅは
、入力された誤差信号ｅ　（ｎｌが零となる様に、フィ
ルタ係数設定部１２　ｌｂ１〜１２　ｌ　ｂ４のフィル
タ係数ａ　１（ｎｌ：　　（ｉ＝１　、２　、３　、４
）の値を、例えば次の＋１１式に示す係数更新式によっ
て逐次更新制御する。

ａｉ　（ｎ　＋　１　）　＝ａｉ（ｎ）※γ＋εＨｓｇ
ｎ　（ｅ　（ｎｉｌ　誉ｓｇｎ　　（Ｓ　（ｎ　−１）
　）　　　・・・（１）ここでｓｇｎ　（Ｘ）　：符号関数と呼ばれ、次の様に定渡さ
れる又、ｓ　（ｎ）は加算器１２１ｄの出力する和信号、Ｔ
は伝送エラーに対するリーク係数、εは更新速度係数、
舛は乗算（Ｘと同じ）をそれぞれ示す。

この逐次制御により可変制御されたフィルタ係数ａ　ｉ
　（ｎ）　（ｉ　＝　１〜４）は、１フレーム当り３２
サンプル存在する時系列データａ　１（Ｊ）：　　（ｉ
＝１　。

２．３，４；ｊ＝１，２，３．・・・、３２）として取
り出されて、各フィルタ係数の時系列データ即ち高域再
生補助情報１１ａｕとなる。

ＡＤＦ　１２１より出力された高域再生補助情報１１ａ
ｕは、係数メモリ１３１にフレーム単位で記憶される。

平均化部１３２は、次の式によって高域再生補助情報！
ｌａｕ中の各フィルタ係数ａｉ　　（ｉ＝１，２゜３．
４）時系列データのフレーム当りの平均値を求めて、そ
れぞれの代表値Ａｉ　　（ｉ−１，２，３゜４）とする
。即ち、３２ｊ＝１ｉ＝１，２，３．４平均化部１３２は、この様にして求めた各代表値Ａｉ　
　（ｉ＝１〜４）を、高域成分再生用の代表補助情報Ａ
ｕとして係数変換部１３３に加える。

係数変換部１３３は、入力された代表補助情報Ａｕを量
子化に強い公知のＬＳＰパラメータに変換量子化する。

符号化部１１２で生成された符号化低域音声信号Ｅし及
びＬＳＰ変換された代表補助情！ｉＡｕが音声符号化情
報として、復号装置２０に送出される。

その場合、符号化音声情報を多重化装置により多重化し
た後、伝送路くいずれも図示せず）を経由して復号装置
２０に伝送する様にしてもよい。

次に、以上の様にして生成された音声符号化情報の伝送
に必要な情報量を第５図の従来方式と対比して具体的に
説明する。

本発明による音声符号化方式においては、低域音声信号
ＸＬ　　（２ｎ）の予測残差を量子化した符号化低域音
声信号ＥＬは、２ビツト×１６サンプル＝３２ビツトで
ある。又、フレーム同期がｌビット、ＬＳＰ変換された
高域成分再生用の補助情％ｉＡｕが３ビット×４次＝１
２ビットである。従って、本発明の音声符号化方式に必
要な情報量は、合計４５ビツトとなる。その場合の音声
符号化情報の伝送レートは、フレーム長が５ｍ５ｅｃで
あるので、４５ビツト／　５ｍ５ｅｃ＝９．０　ｋ　ｂ
　ｐ　ｓである。

これに対し、第５図に示した従来方式の場合は、同じ条
件で、符号化低域音声信号Ｅしは同じく３２ビツトであ
るが、高域成分再生用の高域再生情報（Ａｕ）である等
化残差信号（ａ（１）：ｉ＝１〜３２）が最低１ビツト
ｉｔ子化の場合でも１ビツト×３２＝３２ビツト必要と
するので、フレーム同期１ビツトを加えると合計として
最低６５ビツトとなる。従って、その符号化情報の伝送
レートは、最低６５ビツト１５ｍ５ｓ＝　１３　ｋ　ｂ
　ｐＳである。

この様に、本発明の音声符号化方式によれば、従来方式
よりも大幅に情報量を圧縮して、伝送レートを上げるこ
とが出来る。

（Ｂ−２）復号装置の動作復号装置２０、音声符号化情報が多重化されて伝送され
て来た場合は、図示しない多重化復号装置により符号化
低域音声信号ＥＬ’及びＬＳＰ変換された高域成分再生
用の代表補助情報Ａｕ’を分離して取り出し、符号化低
域音声信号ＥＬ’を複号部２１に入力し、ＬＳＰ変換さ
れた代表補助情報Ａｕ’を係数逆変換部２３に入力する
。

複号部２１は、入力された符号化低域音声信号ＥＬ’を
復号して、符号装置１０例の低域音声信号ＸＬ　　（第
４図（ｂ）及び（ｅ）参照）に対応した低域音声信号Ｘ
Ｌを再生する。

近似音声再生部２２は、再生された低域音声信号ＸＬを
受けると、間引かれたサンプル点における振幅情報を補
間処理により補充して、符号装置１０例の近似音声信号
Ｘ１′　（第４図（Ｃ）及び（ｆ）参照）に対応した近
似音声信号Ｘ＋を生成し、ＡＤＦ′　２４に入力する。

一方、係数逆変換部２３は、加えられたＬＳＰ変換され
た代表補助情報Ａｕ’に対し、ＬＳＰ＝係数の逆変換を
行って元の高域成分再生用の代表補助情報Ａｕ’を生成
し、ＡＤＦ’　　２４に人力する。

ＡＤＦ’２４は、入力された代表補助情報Ａｕ’に基づ
いて各フレーム毎にそのフィルタ係数設定部の各フレー
ム係数値を更新し、入力された近似音声信号Ｘ＋より、
元の音声信号Ｘ（第４図（ａｌ及び（ｄ）参照）に対応
する音声信号Ｘを再生する。

この様にすると、再生された音声信号Ｘの高域成分の１
フレーム当りの振幅平均値は、元の音声信号Ｘの高域成
分の１フレーム当りの振幅平均値と同じくなるので、低
域成分はもちろん、高域成分も従来方式に比べて殆んど
劣化のない少ないスペクラム歪を持って良好に再生する
ことが出来る。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明の構
成は、この実施例の各構成に限定されるものではない。

間引きＬＰＦＩＩＩは、２よりも大きい整数の間引き率
によって間引き処理を行うことが出来る。

その場合、近似音声再生部１２２及び２４の補間率も、
それに対応して２よりも大きい整数に設定される。

又、ＡＤＦ　１２１の係数更新処理は、前掲の（１１式
の他、公知の各種の係数更新式を用いて行うことが出来
る。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、次の諸効果が得ら
れる。

（イ）音声信号の高域成分再生に必要な補助情報の情報
量を大幅に圧縮することが可能となり、全体の情報圧縮
比を太き（改善することが出来る。

（ロ）再生された音声信号の高域成分の１フレーム当り
の振幅平均値が元の音声信号の高域成分の１フレーム当
りの振幅平均値と同じであるので、高域成分も、少ない
スペクラム歪で良好に再生することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明の基本構成の説明図、第２図・・・
本発明の一実施例の構成の説明図、第３図・・・同実施
例の適応等化フィルタ（ＡＤＦ）の説明図、第４図・・・同実施例の信号スペクラム及び信号波形の
説明図、第５図・・・従来の音声符号化方式の説明図。第１図及び第２図において、１０・・・符号装置、１１・・・低域符号化手段、１２
・・・高域再生補助情報発生手段、１２１・・・適応等
化フィルタ（ＡＤＦ）　、１３・・・代表補助情報発生
手段、２０・・・復号装置、２１・・・複号部、２２・
・・近似音声再生部、２３・・・係数逆変換部、２４・
・・適応等化フィルタ（ＡＤＦ’　）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力された音声信号（Ｘ）の低域成分を符号化し
て符号化低域音声信号（ＥＬ）を生成し、適応等化フィ
ルタにより等化処理を行って高域成分再生用の高域再生
補助情報を出力する音声符号化装置において、（ａ）適応等化フィルタ（１２１）を備え、この適応等
化フィルタ（１２１）から得られる複数のフィルタ係数
の各時系列データを高域成分再生用の高域再生補助情報
（Ｈａｕ）として出力する高域再生補助情報発生手段（
１２）と、（ｂ）所定音声区間毎に高域再生補助情報（Ｈａｕ）の
代表値を求めて高域成分再生用の代表補助情報（Ａｕ）
として出力する代表補助情報発生手段（１３）、を備えたことを特徴とする音声符号化装置。
（２）補助情報発生手段（１３）が、線スペクトル対（
ＬＳＰ）変換処理された補助情報（Ａｕ）を出力するも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
音声符号化装置。