JPH0562760B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マルチパルス励振信号発生器と；マ
ルチパルス励振信号から合成動作によつて合成し
た信号と基準音声信号との差又はマルチパルス励
振信号そのものと基準音声信号から導出した残差
信号との差を合成動作とは逆の分析動作によつて
それぞれ知覚的に重み付けして加重誤差信号を発
生する知覚的加重装置と；前記加重誤差信号を減
らすために、この加重誤差信号に応答してマルチ
パルス励振信号発生器を制御する装置とを備えた
マルチパルス励振線形予測音声符号化装置に関す
るものである。

かかる音声符号化装置は刊行物“the
Proceedings of theICASSP−82，Paris，April
1982，第614〜617ページに開示されている。

第１図は分析／合成（analysis−by−
synthesis）方式で作動するかかるマルチパルス
励振音声符号化装置（ボコーダー）のブロツク図
を示す。マルチパルス信号ｒ（ｎ）に応答して線
形予測音声合成装置（LPC−SNT）１は合成音
声サンプルｓ（ｎ）を発生し、このサンプルを差
発生器２において、入力端子３に供給される基準
音声サンプルｓ（ｎ）と比較する。両者の差ｓ
（ｎ）−ｓ（ｎ）を知覚的加重装置（PRC−WGH）
４において知覚的に重み付けし、その結果、重み
付けされた誤差信号ｅ（ｎ）が発生する。

誤差信号ｅ（ｎ）に応答して誤差最小化装置
（Ｒ−MN）５はマルチパルス信号ｒ（ｎ）を発生
するマルチパルス励振信号発生器６の制御を行つ
て合成音声信号ｓ（ｎ）により、可能な最良の範
囲で基準音声信号ｓ（ｎ）が再生されるようにす
る。装置５において行われる動作は誤差最小化動
作と呼ばれる。

知覚的加重装置４における差信号ｓ（ｎ）−ｓ
（ｎ）の知覚的重み付けはＺ変換においてＷ（ｚ）
によつて表わされる伝達関数を介して行われる。
この伝達関数は、中間領域に比べフオルマント領
域において比較的大きい誤差が許容されるという
態様において形成することができる。

Ｚ変換におけるA_p（ｚ）が逆LPC（線形予測符
号化）フイルタの伝達関数を表わすものとする。
逆フイルタ係数a_pkによつて逆フイルタ伝達関数
は A_p（ｚ）＝１−_p 〓^k=1 a_p,k ^z-k (1) で与えられる。適切に選定された伝達関数Ｗ（ｚ）
は次式 Ｗ（ｚ）＝A_p（ｚ）／A_g,〓^(z)＝〔１−_p 〓^k=1 a_p,kz^-k〕／〔１−_g 〓^k=1 a_q,kγ^kz^-k〕 (2) で与えられ、ここで、０γ＜１及びｑｐであ
る。

音声合成装置１はＳ（ｚ）＝１／Ap（ｚ）で与え
られる伝達関数Ｓ（ｚ）を有するフイルタと考え
ることができる。従つて合成装置１及び誤差に対
する知覚的加重装置４の部分は第２ａ図の如く示
すことができる。加重装置４の伝達関数Ｗ（ｚ）
から分子の関数Ap（ｚ）を分離し、これを差発生
器２の入力側へ移した場合には第２ａ図は第２ｂ
図の如くなり、差発生器２のプラス入力側にはブ
ロツク８が付加される一方、ブロツク１の合成装
置伝達関数Ｓ（ｚ）＝１／Ap（ｚ）が消去され、ブ
ロツク７には伝達関数Ｇ（ｚ）＝１／Aq，γ（ｚ）
が残る。

第２ｂ図においては伝達関数Ap（ｚ）を有する
逆LPCフイルタによる基準音声信号ｓ（ｎ）に対
するフイルタリング動作により残差信号ｒ（ｎ）
が発生する。この信号がマルチパルス励振信号r^
（ｎ）と差発生器２において比較され、その差が
ブロツク７においてフイルタ関数１／Aq，γ
（ｚ）に従つて重み付けされる。その結果誤差信
号ｓ（ｎ）に対して強い相関を有する誤差信号ε
（ｎ）が得られる。

再生音声の品質は、差発生器２の信号r^（ｎ）供
給リード線に、伝達関数１／Ｐ（ｚ）（但しＰ（ｚ）
＝１−βz^-M）を有するピツチ予測フイルタ９を
挿入することによつて向上する。

上記伝達関数１／Ｐ（ｚ）において係数βは１
より小さい絶対値を有し、かつＭはピツチパルス
間の距離をサンプルの数で示す。これらの値は適
当な長さ即ちＮ個のセグメントにつき音声相関関
数 ｒ（ｋ）＝_N 〓ⁿ⁼¹ ｓ（ｎ）ｓ（ｎ＋ｋ） (3) から計算することができ、Ｍの値はｋ≠０におい
てｒ（ｋ）を最大値ならしめる値であり、βはｒ
（Ｍ）に比例する。8kHzのサンプル周波数におけ
るＭの値の範囲は典型的には16〜160である。

第２ｂ図においてブロツク９で示した逆ピツチ
予測装置を設けたことにより効果は第６図に示し
てあり、第６図では再生音声の信号対雑音比を10
ｍ秒の時間間隔に対してdBで示してあり、図中
の実線はピツチ予測装置を設けなかつた場合を示
し、破線はピツチ予測装置を設けた場合を示す。

第１図及び第２ａ図は前記刊行物に記載された
従来装置を示し、第２ｂ図はその改良装置を示
す。

更に第２ａ及び２ｂ図は有意誤差信号ｅ（ｎ）
またはε（ｎ）を計算する方法を示し、第２ｂ図
の方法は構成が簡単になるという利点を有してい
る。

第１図に示した音声符号化装置の複雑さは相当
な範囲まで、ブロツク５によつて示される動作、
即ちマルチパルス励振信号r^（ｎ）におけるパルス
の位置及び振幅を決定する際の誤差最小化動作に
よつて決まる。

従来装置では、所定数の可能なパルス位置を有
する所定時間間隔において、平均二乗誤差関数即
ち二乗距離間数E_k（ｂ，１）（但しｋは当該パル
スの個数、ｂは振幅、１は位置）を最小ならしめ
るパルス位置をパルス毎に決定する。従つて関数
計算回数は決定すべきパルスの数と、所定時間間
隔における可能なパルス位置の数との積にほぼ等
しくなる。

本発明の目的は、構造の複雑さを低減した前記
形式の音声符号化装置を提供するにある。

本発明の音声符号化装置は、マルチパルス励振
信号における所定時間間隔内の第ｋ番目のパルス
の位置を決定するために、（ｋ−１）個のパルス
を決定したマルチパルス励振信号に基づいて決定
された前記誤差信号のエネルギーの目安となる補
助関数（M_K（ｎ））を決定し、この補助関数が最
大となるｎの値n′_Kを決定する装置と、前記誤差
信号を減らすために、短絡された時間間隔内にお
けるマルチパルス励振信号の第ｋ番目のパルスの
位置を決定する装置とを設けたことを特徴とす
る。

補助関数M_k（ｎ）は、簡単な態様で計算できる
ものを選定することができる。本発明の方法によ
つて計算すべき距離関数の数は、所定時間間隔に
おいて決定すべき励振信号のパルスの数と、短縮
された時間間隔における可能なパルス位置の数と
の積に等しい。前記短縮時間間隔はあらかじめ定
められた所定時間間隔より遥か短くすることがで
きるので、必要な計算の回数が著しく低減され、
従つて音声符号化装置の構造が簡単化される。

次に図面につき本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の音声符号化装置において
まず第２ｂ図においてブロツク９が無い状態で示
される方法に従つて、重み付けされた誤差信号
（ε（ｎ））を計算する。その場合 Ｇ（ｚ）＝１／A_q,r（ｚ） (4) Ｗ（ｚ）＝A_p（ｚ）・Ｇ（ｚ） (5) である。

ブロツク５（第１図）では、残差信号ｒ（ｎ）−
そのフーリエ交換Ｒ（e^j〓）−及びマルチパルス励
振信号r^（ｎ）−そのフーリエ交換R^（e^j〓）−の間に
おける距離関数ｄ（ｒ，ｒ） ＾即ち ｄ（ｒ，r^）＝｛１／2π∫⁺〓_-〓〔Ｒ（e^j〓）−R^
（e^j〓）〕・｜Ｇ（e^j〓）｜²・〔Ｒ（e^-j〓）−R^（e^-
j〓）〕dθ｝^1/2(6) を計算する。

ブロツク５の誤差最小化動作により励振信号発
生器６を適切に制御して、距離関数ｄ（ｒ，r^）を
最小ならしめるマルチパルス励振信号r^（ｎ）から
合成音声信号s^（ｎ）（第１図）が得られるように
する。

誤差信号ε（ｎ）（第２ｂ図）は ε（ｎ）＝（ｒ（ｎ）−r^（ｎ））＊ｇ（ｎ） (7) で表わされ、ここでｇ（ｎ）伝達関数Ｇ（ｚ）を有
するフイルタ７のインパルス・レスポンスであ
り、＊はたたみ込み動作を示す。

第３図は時間目盛（ｎ）に沿つてマルチパルス
励振信号 r^（ｎ）＝Σ b_k δ（ｎ−n_k） ；ｋ＝１，２，３
……(8) を示してあり、この図のように、マルチパルス励
振信号を長さL1の部分に分割する。この長さL1
は、距離関数ｄ（ｒ，r^）（式(6)）が計算される時
間間隔の長さＬ以下（L1Ｌ）とする。長さL1
の部分内での可能なパルス位置の数は、例えば80
であり、一方、各部分内では距離関数を最小にす
る例えば８つのパルスの位置及び振幅を決定する
必要がある。

本発明では適切なパルス位置の探索を常に、短
縮された時間間隔、即ち長さL1より小さい長さ
L^e ₁の探索時間間隔（L^e ₁＜L1）に制限し、この探
索時間間隔の長さL^e ₁はL1より遥かに小さくし、
例えば５〜10個の可能なパルス位置を含むように
すると好適である。長さL1の時間間隔内の長さ
L^e ₁の探索時間間隔の位置は、一般にマルチパル
ス励振信号の異なるパルスに対して相違する。上
記比率を第４ａ図及び第４ｂ図に示してある。第
４ｂ図に示すように、長さL^e ₁の探索時間間隔の
位置は距離関数ｄ（ｒ，r^）の二乗が最小の領域に
ある。

本発明は距離関数ｄ（ｒ，r^）の極小と、先のパ
ルス決定により最適化された誤差信号における局
部的エネルギー集中との間に高度の相関が存在す
ることを認識し、これを基礎として為したもので
ある。第ｋ番目のパルス決定に対する距離関数を
d_k（ｒ，r^）で示す。エネルギー計算に代えて平均
大きさ補助関数（average magnitude auxiliary
function）M_k（ｎ）を使用し、この補助関数は次
式 M_k（ｎ）＝_n 〓ⁱ⁼⁰ ｜ε_k（ｎ−ｉ）｜；ｎ＝１，……L1 (9) で表わされ、ここでｍは積分時間間隔の長さ、ｋ
はマルチパルス励振信号のパルスの数、ε_k（ｎ）
はマルチパルス励振信号のｋ個のパルスが決定さ
れた場合第２ｂ図に示した方法で得られる重み付
けされた誤差信号である。

第５図ａ及び第５図ｂは代表的な誤差信号ε_k-1
（ｎ）及び代表的な距離関数d_k（ｒ，r^）の相互関
係の例を示したものである。

マルチパルス励振信号におけるパルスを決定す
る動作は次の通りである。M_k-1（ｎ）が、ｎ＝n′_k
においてその最大値に達した場合、n′_kの領域に
位置する長さL^e ₁の探索時間間隔における各使用
可能パルス位置につき距離関数d_k（ｒ，r^）が計算
される。長さL^e ₁に対する適正値は積分時間間隔
ｍの長さ及び合成フイルタのインパルス・レスポ
ンスの特性に依存する。本例では一定長さの探索
時間間隔を使用する。その場合探索時間間隔にお
いてパルス位置は距離関数の最小値に対応して決
定される。（第４図ｂ）。

この動作は、長さL1の所定時間間隔において
所望数のパルス位置が決定されるまで繰り返えさ
れ、然る後、次の時間間隔に対する動作が行われ
る。

次に、具体的な数値例を示しておく。

サンプル周波数：8kHz L^e ₁：５〜10パルス位置 L1：80パルス位置 時間間隔L1内に決定すべきパルス位置の数：８
〜10 積分時間間隔：ｍ＝４ 補助関数M_k（ｎ）の最大値に対する長さL^e ₁の探
索時間間隔の位置は、適宜、適当なシフト（オフ
セツト）量だけこの最大値の前位に配置すると好
適である。

補助関数M_k（ｎ）は、誤差信号ε_k（ｎ）の大き
さを提供され、これをｍ個のパルス信号にわたり
積分する積分器によつて実現することができる。

第２ｂ図につき先に述べたように、マルチパル
ス励振信号ｒ（ｎ）を供給するリード線にピツチ
予測装置９を設けた場合再生音声の品位がかなり
改善される。

本明細書では用語“マルチパルス励振信号”
は、図面に示したマルチパルス励振信号r^（ｎ）
と、第２ｂ図に示したようにピツチ予測装置９を
実際に設け、これにマルチパルス励振信号ｒ（ｎ）
を供給した場合ピツチ予測装置９の出力端子に生
ずる信号とを総称するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の音声符号化装置（ボコーダー）
を示すブロツク図、第２図は重み付けされた誤差
信号を決定するための二つの方法を示すブロツク
図、第３図はマルチパルス励振信号ｒ（ｎ）に対
する時間間隔を示す図、第４図は短縮された時間
間隔の決定法を示す図、第５図は誤差信号及び距
離関数を例示した図、第６図はピツチ予測装置を
設けない場合及びこれを設けた場合における再生
音声の信号対雑音比の一例を示す図である。 １……線形予測音声合成装置、２……差発生
器、３……入力端子、４……知覚的加重装置、５
……誤差最小化装置、６……マルチパルス励振信
号発生器、７……加重装置、８……フイルタ、９
……ピツチ予測フイルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マルチパルス励振信号発生器と；マルチパル
   ス励振信号から合成動作によつて合成した信号と
   基準音声信号との差又はマルチパルス励振信号そ
   のものと基準音声信号から導出した残差信号との
   差を合成動作とは逆の分析動作によつてそれぞれ
   知覚的に重み付けして加重誤差信号を発生する知
   覚的加重装置と；前記加重誤差信号を減らすため
   に、この加重誤差信号に応答してマルチパルス励
   振信号発生器を制御する装置とを備えたマルチパ
   ルス励振線形予測音声符号化装置において、マル
   チパルス励振信号における所定時間間隔内の第ｋ
   番目のパルスの位置を決定するために、（ｋ−１）
   個のパルスを決定したマルチパルス励振信号に基
   づいて決定された前記誤差信号のエネルギーの目
   安となる補助関数（M_K（ｎ））を決定し、この補
   助関数が最大となるｎの値n′_Kを決定する装置と、
   前記誤差信号を減らすために、短縮された時間間
   隔内におけるマルチパルス励振信号の第ｋ番目の
   パルスの位置を決定する装置とを設けたことを特
   徴とするマルチパルス励振線形予測音声符号化装
   置。