JP2004198522A

JP2004198522A - 適応符号帳の更新方法、音声符号化装置及び音声復号化装置

Info

Publication number: JP2004198522A
Application number: JP2002364109A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Morii; 利幸森井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP4373667B2

Abstract

【課題】ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置／音声復号装置において適応符号帳の更新により音質の向上を図ること。
【解決手段】復号化波形生成部２０１は、ゲイン符号とインデクスに対応する２つの音源を用いてローカルな音源波形を生成する。復号化波形挿入部２０２は、復号化音源データメモリ２０４に記憶されている復号化音源データを未来から過去にメモリシフトしてメモリから出た部分を破棄し、未来の空いた部分にローカルな復号化音源波形を格納する。フィルタ処理部２０３は、ローカルな復号化音源波形を挿入された後の復号化音源データに対してフィルタリングを行う。フィルタ処理部２０３にてピッチフィルタリングされた後の復号化音源データを、更新された適応符号帳とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置／音声復号化装置における適応符号帳の更新方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット通信に代表されるパケット通信システムや、移動通信システムなどで音声信号を伝送する場合、音声信号の伝送効率を高めるため、圧縮符号化技術がよく使われる。これまでに多くの音声符号化方式が開発されており、ＣＥＬＰ方式等、近年開発された低ビットレート音声符号化方式の多くは、音声信号をスペクトル包絡情報とスペクトルの微細構造情報とに分離し、分離した情報をそれぞれ圧縮・符号化する方式である（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
そして、近年では、音声符号化装置の更なる音質の向上が求められている。この点、ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置における確率的符号帳の構成、適応符号帳の構成及び探索方法については研究が進んでいる（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１８２６９７号公報
【非特許文献１】
M.R.Schroeder, B.S.Atal, "Code Excited Linear Prediction: High QualitySpeech at Low Bit Rate", IEEE proc., ICASSP'85 pp.937-940
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、適応符号帳の更新についての研究は余りなされておらず、この部分の性能向上に課題を有している。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置／音声復号化装置において音質の向上を図ることができる適応符号帳の更新方法、音声符号化装置及び音声復号化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の適応符号帳の更新方法は、適応符号帳である復号化音源データを未来から過去にメモリシフトしてメモリから出た部分を破棄する工程と、未来の空いた部分にローカルな復号化音源波形を格納する工程と、ローカルな復号化音源波形を挿入された後の復号化音源データに対してフィルタリングを行う工程とを具備する方法を採る。
【０００８】
この方法により、適応符号帳のピッチ構造を強調することができ、復号化音源データをより良好な音質が得られるように加工することができる。
【０００９】
本発明の適応符号帳の更新方法は、フィルタリングを行う工程において、未来から過去に向かってフィルタをかける後ろ向きフィルタリングを用いる方法を採る。
【００１０】
この方法により、復号化音源データをより良好な音質が得られるように加工することができ、さらに、その加工による伝送誤りの伝播を少なくすることができる。
【００１１】
本発明の適応符号帳の更新方法は、フィルタリングを行う工程において、後ろ向きフィルタのピッチフィルタにより、適応符号帳の符号に対応するラグと復号化された適応符号帳の音源のゲインを用いてピッチフィルタリングを行う方法を採る。
【００１２】
この方法により、ピッチ構造のはっきりした復号化音源データを用意することができる。
【００１３】
本発明の音声符号化装置は、上記いずれかの方法により適応符号帳の更新を行う構成を採る。また、本発明の音声復号化装置は、上記いずれかの方法に対応した適応符号帳の更新を行う構成を採る。
【００１４】
これらの構成により、適応符号帳である復号化音源データを、より良好な音質が得られるように加工することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、適応符号帳である復号化音源データを未来から過去にメモリシフトしてメモリから出た部分を破棄し、未来の空いた部分にローカルな復号化音源波形を格納し、ローカルな復号化音源波形を挿入された後の復号化音源データに対してフィルタリングを行うことにより適応符号帳を更新することである。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図である。なお、入力音声信号は、２０ｍｓ程度の時間間隔で区切られた処理フレームごとに、音声符号化装置に逐次入力されるものとする。
【００１８】
処理フレームごとに音声符号化装置に入力された入力音声信号は、まず、ＬＰＣ分析部１０１に供給される。ＬＰＣ分析部１０１は、入力音声信号をＬＰＣ（Linear Predictive Coding）分析してＬＰＣ係数を取得し、ＬＰＣ係数をベクトル量子化してＬＰＣ符号とし、このＬＰＣ符号を復号化して復号化ＬＰＣ係数を得る。
【００１９】
適応符号帳１０２は、一般に、過去の合成音源波形を一定の長さ（ピッチ探索範囲）だけメモリに格納したものである。ここで、符号化は、どの位前の合成音源を使用するかの値（一般にラグと呼ばれ、人の母音等の有声音では基本周期（ピッチ）に対応する）と、そのゲインの２つのパラメータで行われる。したがって、適応符号帳１０２は、人の母音等規則的に似ている波形が並ぶ部分の符号化において符号化効率に大きく貢献する。
【００２０】
確率的符号帳１０３は、番号付けられたサブフレーム長の音源サンプルが複数格納されているものである。
【００２１】
音源作成部１０４は、適応符号帳１０２及び確率的符号帳１０３から、それぞれ適応コードベクトル及び固定コードベクトルを読み出して、ＬＰＣ合成部１０５へ送る。ＬＰＣ合成部１０５は、音源作成部１０４から供給される適応コードベクトル及び固定コードベクトルを、ＬＰＣ分析部１０１より与えられる復号化ＬＰＣ係数をフィルタ係数にもつ全極型の合成フィルタでそれぞれ合成フィルタリングし、合成適応コードベクトル及び合成固定コードベクトルを得る。
【００２２】
比較部１０６は、ＬＰＣ合成部１０５から出力される合成適応コードベクトルと合成固定コードベクトルと入力音声信号との関係を分析して、合成適応コードベクトルに乗じる適応符号帳最適ゲインと合成固定コードベクトルに乗じる確率的符号帳最適ゲインをそれぞれ求める。
【００２３】
また、比較部１０６は、合成適応コードベクトルに適応符号帳最適ゲインを乗じて得られるベクトルと、合成固定コードベクトルに確率的符号帳最適ゲインを乗じて得られるベクトルとを加算して合成音声ベクトルを取得し、合成音声と入力音声信号との距離計算を行う。そして、比較部１０６は、適応符号帳１０２が格納している適応コードベクトルと、確率的符号帳１０３が格納している固定コードベクトルの全組み合わせについて合成音声ベクトルを取得し、合成音声と入力音声信号との距離が最小となる適応コードベクトルのインデクスと固定コードベクトルのインデクス求める。そして、比較部１０６は、各符号帳から出力されるコードベクトルのインデクス、インデクスに対応するそれぞれのコードベクトル、並びにインデクスに対応する適応符号帳最適ゲイン及び確率的符号帳最適ゲインをパラメータ符号化部１０７へ送る。
【００２４】
パラメータ符号化部１０７は、適応符号帳最適ゲインと確率的符号帳最適ゲインを符号化してゲイン符号を取得し、ゲイン符号と、ＬＰＣ分析部１０１から与えられたＬＰＣ符号と、各符号帳のインデクスとを処理フレームごとにまとめて出力する。
【００２５】
また、パラメータ符号化部１０７は、適応符号帳のインデクスに対応する適応コードベクトルにゲイン符号に対応する適応符号帳ゲインを乗じて得られるベクトルと、確率的符号帳のインデクスに対応する固定コードベクトルにゲイン符号に対応する確率的符号帳ゲインを乗じたベクトルとの２つベクトルを適応符号帳１０２に出力する。
【００２６】
なお、ＬＰＣ合成部１０５における合成フィルタリングは、線形予測係数や、高域強調フィルタや、入力音声を長期予測分析して得られる長期予測係数を用いた聴感重み付けフィルタを併用するのが一般的である。
【００２７】
また、適応符号帳と確率的符号帳の最適インデクスの探索、最適ゲインの算出、最適ゲインの符号化処理は、フレームを更に分割したサブフレーム単位で行われるのが一般的である。
【００２８】
次に、適応符号帳１０２の内部処理について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る適応符号帳１０２の内部構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、適応符号帳１０２は、復号化波形生成部２０１と、復号化波形挿入部２０２と、フィルタ処理部２０３と、復号化音源データメモリ２０４とから主に構成されている。
【００２９】
復号化波形生成部２０１は、パラメータ符号化部１０７から入力したゲイン符号とインデクスに対応する２つの音源を用いてローカルな音源波形Ｄ(i)を以下の式（１）により生成する。
Ｄ(i)＝ｇa×Ａ(i)＋ｇs×Ｓ(i)・・・（１）
i：波形のインデクス（ｉ＝０〜Ｌ−１）
Ｌ：サブフレーム長
ｇa：復号化された適応符号帳の音源のゲイン
Ａ(i)：復号化された適応符号帳の音源波形
ｇs：復号化された確率的符号帳の音源のゲイン
Ｓ(i)：復号化された確率的符号帳の音源波形
生成されたローカルな音源波形Ｄ(i)は、復号化波形挿入部２０２に出力される。
【００３０】
復号化波形挿入部２０２は、復号化音源データメモリ２０４に記憶されている復号化音源データを未来から過去にメモリシフトしてメモリから出た部分を破棄し、未来の空いた部分にローカルな復号化音源波形Ｄ(i)を格納する。以下の式（２）は、この手順を表わしたものである。
Ｍ(i)＝Ｍ(i+L) （ただし、i=0〜P-L-1）
Ｍ(P-L+I)＝Ｄ(i) （ただし、i=0〜L-1）・・・（２）
Ｍ(i)：適応符号帳としての復号化音源データ
i：波形のインデクス（ｉ＝０〜Ｌ−１）
Ｌ：サブフレーム長
Ｐ：適応符号帳としての復号化音源データの格納するメモリ長
【００３１】
上記処理の完了を示す信号が、フィルタ処理部２０３に出力される。フィルタ処理部２０３は、ローカルな復号化音源波形Ｄ(i)を挿入された後の復号化音源データに対してフィルタリングを行う。
【００３２】
ここで、本実施の形態においては、後ろ向きフィルタリングを用いた場合を説明する。なお、前向きフィルタリングでもピッチ強調や周波数適応等の効果は得られるが、誤りの伝播が若干長くなることに注意されたい。
【００３３】
そして、後ろ向きフィルタの例として、ピッチフィルタを例として説明する。なお、ピッチフィルタ以外でも、低域／高域強調フィルタや、バンドパスフィルタ等を用いることにより効果を得ることができる。
【００３４】
フィルタ処理部２０３は、ピッチフィルタリングを適応符号帳の符号に対応するラグと復号化された適応符号帳の音源のゲインを用いて行う。具体的処理を以下の式（３）に示す。
Ｍ(i)＝Ｍ(i)＋ａ×Ｍ(i+T) （ただし、i=P-T-1〜0）・・・（３）
Ｍ(i)：適応符号帳としての復号化音源データ
ａ:フィルタ係数（ａ＝0.05×ｇa+0.09）
i：波形のインデクス
Ｔ：復号化されたラグ
ｇa：復号化された適応符号帳の音源のゲイン
【００３５】
なお、上記において、「0.05」、「0.09」という定数は復号化されたゲインとピッチフィルタの係数との関係を表わす１次式の定数である（本実施の形態では実験的に最も性能がよかった値を示した）。この定数を調節することにより、適応符号帳のピッチ成分の強弱を変化させることができる。もちろん、２次以上の式や特殊関数を用いた式等、より複雑な式を用いてより性能を上げることは容易である。
【００３６】
音声符号化装置は、フィルタ処理部２０３にてピッチフィルタリングされた後の復号化音源データを、更新された適応符号帳とし、次のサブフレームの符号化／復号化を行っていく。
【００３７】
このように、復号化音源データに対してフィルタリングを行うことにより、適応符号帳のピッチ構造を強調することができる。また、最新のラグによるピッチフィルタにより、より最新のピッチ構造が強化され、処理された適応符号帳を用いることによってより高品質の音声を得ることができる。
【００３８】
なお、上記で示した後ろ向きフィルタはＡＲ型（一度フィルタリングされた値がそのままフィルタの状態となるタイプ）であるが、ＭＡ型のフィルタとしても同様の効果は得られる。ただし、長期相関が強く（ピッチ構造がはっきりしており）且つラグが短い場合にはよりピッチ成分を強調できるＡＲ型が有効である。
【００３９】
また、上記説明はＣＥＬＰ型の符号化装置を例としたが、ＣＥＬＰだけに留まらず復号化波形データ（なお、本実施の形態では「復号化音源データ」としている）として過去の復号化音源波形または復号化音声波形を用いる符号化装置の場合でも、同波形データに対して本発明を適用すれば同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、音声復号化装置（デコーダ）では、図１に示したＬＰＣ分析部１０１、適応符号帳１０２、確率的符号帳１０３、音源作成部１０４、ＬＰＣ合成部１０５と同一の構成を備え、音声符号化装置から伝送されてきた各符号を復号化して音源波形を得る。この際、本発明は適応符号帳の更新の部分で用いられる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、適応符号帳等、過去の復号化音源データまたは復号化音声波形を復号化音源データとして蓄積・更新するＣＥＬＰ型符号化装置において、復号化音源データの状態更新を行う際に、最新の復号化波形により復号化音源データの追加とシフトを行った後にフィルタリングを行うこととした。これにより、その結果得られた波形を次の符号化または復号化に使用する復号化音源データとすれば、復号化音源データをより良好な音質が得られるように加工することができる。また、未来から過去に向かってかける後ろ向きフィルタリングを用いることにより、その加工による伝送誤りの伝播を少なくすることができる。また、後ろ向きフィルタリングが復号化したラグを用いたピッチフィルタリングを含むことにより、よりピッチ構造のはっきりした復号化音源データを用意することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態１に係るＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】上記実施の形態に係る適応符号帳の内部構成を示す機能ブロック図
【符号の説明】
１０１ＬＰＣ分析部
１０２適応符号帳
１０３確率的符号帳
１０４音源作成部
１０５ＬＰＣ合成部
１０６比較部
１０７パラメータ符号化部
２０１復号化波形生成部
２０２復号化波形挿入部
２０３フィルタ処理部
２０４復号化音源データメモリ

Claims

適応符号帳である復号化音源データを未来から過去にメモリシフトしてメモリから出た部分を破棄する工程と、未来の空いた部分にローカルな復号化音源波形を格納する工程と、ローカルな復号化音源波形を挿入した後の復号化音源データに対してフィルタリングを行う工程とを具備することを特徴とする適応符号帳の更新方法。
フィルタリングを行う工程において、未来から過去に向かってフィルタをかける後ろ向きフィルタリングを用いることを特徴とする請求項１記載の適応符号帳の更新方法。
フィルタリングを行う工程において、後ろ向きフィルタのピッチフィルタにより、適応符号帳の符号に対応するラグと復号化された適応符号帳の音源のゲインを用いてピッチフィルタリングを行うことを特徴とする請求項２記載の適応符号帳の更新方法。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法により適応符号帳の更新を行うことを特徴とする音声符号化装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法に対応した適応符号帳の更新を行うことを特徴とする音声復号化装置。