JP2616549B2

JP2616549B2 - 音声復号装置

Info

Publication number: JP2616549B2
Application number: JP5310521A
Authority: JP
Inventors: 一範小澤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1997-06-04
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: EP0657872B1; CA2137416C; EP0657872A2; JPH07160294A; DE69425226D1; DE69425226T2; US5677985A; CA2137416A1; EP0657872A3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音声信号に重畳した背景
雑音を良好に符号化再生する方式に関し、特に、背景雑
音に関する補助情報を送信側から伝送することなしに、
受信側のみの処理で背景雑音の再現性を向上させ音質を
向上させる音声復号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声信号を低いビットレートで伝送する
音声符号化、復号化方式として、Ｍ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅ
ｒａｎｄＢ．Ａｔａｌ氏による”Ｃｏｄｅ−ｅｘｃ
ｉｔｅｄｌｉｎｅａｒｐｒｅｄｉｃｉｔｉｏｎ：Ｈ
ｉｇｈ−ｑｕａｌｉｔｙｓｐｅｅｃｈａｔｖｅｒ
ｙｌｏｗｂｉｔｒａｔｅ”と題した論文（Ｐｒｏ
ｃＩＣＡＳＳＰ，ｐｐ．９３７−９４０，１９８５）
（文献１）等に記載されたＣＥＬＰ方式が知られてい
る。また、ＣＥＬＰ方式の低ビットレートにおける音質
を改良した方式として、特開平３−２４３９９９号公報
（文献２）等に示された方式が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した文献１、２の
従来方法では、音声に背景雑音が重畳した場合、特に
４．８ｋｂ／ｓ以下の低ビットレートでは、非音声区間
における背景雑音を良好に表わすことが困難で、音質が
大幅に劣化するという問題点があった。

【０００４】本発明の目的は、上述した問題点を解決
し、音声符号化の部分には何等変更を加えることなく、
また、符号化側から何等補助情報を追加して伝送する必
要なく、音声復号化のみの処理で、背景雑音信号を良好
に再現することのできる音声復号装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明によれば、ス
ペクトルパラメータと平均振幅とピッチ周期と音源信号
に関するインデックスを受信して復号する復号部と、前
記スペクトルパラメータと前記平均振幅と前記ピッチ周
期の少なくとも一つを用いて非音声区間と音声区間を検
出する音声検出部と、前記復号部の出力を用いて信号を
再生する第１の信号再生部と、前記非音声区間において
あらかじめ定められた乱数符号帳を探索し、乱数符号帳
にあらかじめ格納された乱数コードベクトルのうち再生
されたときの再生信号が前記信号再生部の出力信号に近
くなるような乱数コードベクトルを選択する探索部と、
選択された乱数コードベクトルによる再生信号を出力す
る第２の信号再生部とを有することを特徴とする音声復
号装置が得られる。

【０００６】また、第２の発明によれば、スペクトルパ
ラメータと平均振幅とピッチ周期と音源信号に関するイ
ンデクスを受信して復号する復号部と、前記スペクトル
パラメータと前記平均振幅と前記ピッチ周期の少なくと
も一つを用いて非音声区間と音声区間を検出する音声検
出部と、前記復号部の出力を用いて駆動信号を作成する
駆動信号構成部と、前記非音声区間において、あらかじ
め定められた乱数符号帳を探索し、乱数符号帳にあらか
じめ格納された乱数コードベクトルのうち前記駆動信号
に近いような乱数コードベクトルを選択する探索部と、
選択された乱数コードベクトルによる再生信号を出力す
る信号再生部とを有することを特徴とする音声復号装置
が得られる。

【０００７】また、第３の発明によれば、第１の発明に
おける信号再生部において、非音声区間においては、平
均振幅をあらかじめ抑圧させて信号を再生する第１の信
号再生部を有することを特徴とする音声復号装置が得ら
れる。

【０００８】また、第４の発明によれば、第２の発明に
おける信号再生部において、非音声区間においては、平
均振幅をあらかじめ抑圧させて信号を再生する信号再生
部を有することを特徴とする音声復号装置が得られる。

【０００９】また、第５の発明によれば、第１または第
３の発明における探索部において、乱数符号帳をあらか
じめ定められた時間区間毎に更新することを特徴とする
音声復号化装置が得られる。

【００１０】さらに第６の発明によれば、第２または第
４の発明における探索部において、乱数符号帳をあらか
じめ定められた時間区間毎に更新することを特徴とする
音声復号化装置が得られる。

【００１１】

【作用】本発明による音声復号化装置の作用を示す。

【００１２】第１の発明では、あらかじめ定められた時
間間隔（フレーム）毎にスペクトルパラメータと平均振
幅とピッチ周期と音源信号に関するインデクスを符号化
側から受信して復号し、前記スペクトルパラメータと前
記平均振幅と前記ピッチ周期の少なくとも一つを例えば
平均振幅にしきい値をあてはめて判別する方法や、Ｊ．
Ｌｙｎｃｈ，Ｊｒ．氏らによる”Ｓｐｅｅｃｈ／ｓｉｌ
ｅｎｃｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｆｏｒｒｅａ
ｌ−ｔｉｍｅｃｏｄｉｎｇｖｉａｒｕｌｅｂａ
ｓｅｄａｄａｐｔｉｖｅｅｎｄｐｏｉｎｔｄｅｔ
ｅｃｔｉｏｎ”と題した論文（Ｐｒｏｃ．ＩＣＡＳＳ
Ｐ，ｐｐ．１３４８−１３５１，１９８７）（文献３）
に記載の方法等を用いることができる。

【００１３】信号再生部では、前記受信した音源信号、
ピッチ周期、平均振幅を用いて駆動信号を計算し、さら
にスペクトルパラメータを用いて構成されるフィルタを
駆動して信号ｓ（ｎ）を再生する。探索部では、あらか
じめ定められたビット数の乱数信号コードベクトルｃ_j
（ｎ）の集合をコードブックとして蓄積しておき、下式
Ｄ_jを最大化するコードベクトルｃ_j（ｎ）を探索す
る。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、ｓ（ｎ）は信号再生部で得られる
再生信号、ｈ（ｎ）はフィルタに使用するスペクトルパ
ラメータから求めたインパルス応答である。

【００１６】第２の発明の作用で第１の発明と異なる点
は、乱数信号コードベクトルを探索するときに、
（１）、（２）式のかわりに、下式を使用する点であ
る。

【００１７】

【数２】

【００１８】ただし、ｖ（ｎ）は第１の発明の作用で述
べた駆動信号である。

【００１９】第３の発明の作用では、第１の発明の作用
において、信号再生部で信号を再生するときに、非音声
区間における平均振幅をあらかじめ定められた量だけ抑
圧して信号を再生することを特徴とする。

【００２０】第４の発明では、第２の発明の作用におい
て、信号再生部で信号を再生するときに、非音声区間に
おける平均振幅をあらかじめ定められた量だけ抑圧して
信号を再生することを特徴とする。

【００２１】第５の発明の作用では、第１、あるいは、
第３の発明において、乱数信号コードブックにおけるコ
ードベクトルの内容を、あらかじめ定められた規則によ
り、あらかじめ定められた時間間隔毎に更新することを
特徴とする。

【００２２】第６の発明の作用では、第２、あるいは、
第４の発明において、乱数信号コードブックにおけるコ
ードベクトルの内容を、あらかじめ定められた規則によ
り、あらかじめ定められた時間間隔毎に更新することを
特徴とする。

【００２３】

【実施例】図１は、第１の発明の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【００２４】図１において、あらかじめ定められた時間
間隔（以下、フレームと呼ぶ。時間長は例えば２０ｍｓ
とする）で、入力端子１００からスペクトルパラメータ
（以下では、例えばＬＳＰ係数を使用するものとする）
と平均振幅とピッチ周期と音源信号に関するインデクス
を入力し、復号回路１１０は、これらを復号化し出力す
る。音声検出回路１２０は、復号化された前記スペクト
ルパラメータ、前記平均振幅、前記ピッチ周期、前記音
源信号のうち、少なくとも一つのパラメータを用いて音
声区間と非音声区間の判別をフレーム毎に行い、音声区
間か非音声区間かを示す情報を出力する。音声区間と非
音声区間の判別には、作用に示した方法や、前記文献３
や、他の周知な方法を用いることができる。

【００２５】駆動信号構成回路１４０には、前記復号化
パラメータのうち、音源信号ｃ（ｎ）、平均振幅ｒ、ピ
ッチ周期Ｔを用いて、駆動信号ｖ（ｎ）を計算する。こ
こで、ｖ（ｎ）の計算には、例えば前記文献２に記載さ
れた方法を参照することができる。

【００２６】第１の信号再生回路１６０は、前記復号化
されたスペクトルパラメータ（例えばＬＳＰ係数）ｌ
（ｉ）を入力し、線形予測係数α（ｉ）に変換する。こ
こで、ＬＳＰ係数から線形予測係数への変換は、例え
ば、Ｓｕｇａｍｕｒａ他による“Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ
ｄｅｓｉｇｎｉｎＬＳＰｓｐｅｅｃｈａｎａｌ
ｙｓｉｓｓｙｎｔｈｅｓｉｓ”と題した論文（ＩＥＥＥ
Ｊ．Ｓｅｌ．ＡｒｅａｓＣｏｍｍｕｎ．，ｐｐ．４２
５−４３１、１９８８）（文献４）等を参照できる。さ
らに、次式に従い、駆動信号をフィルタリングして再生
信号を求める。

【００２７】

【数３】

【００２８】ここで、ｓ（ｎ）は再生信号、ｐは線形予
測係数の次数である。

【００２９】探索回路１８０は、音声検出回路１２０の
出力が非音声区間を示すフレームでは、コードブック２
００に格納された乱数コードベクトルを探索し、ｓ
（ｎ）を良好に表す乱数コードベクトルを選択する。こ
こで、探索は作用の項の（１）、（２）式を用い、
（１）式を最大化するコードベクトルを選択する。ただ
し、（２）式のインパルス応答ｈ（ｎ）は、線形予測係
数から変換して求めておく。線形予測係数からインパス
ル応答への変換は，例えば前記文献２等を参照できる。
コードブック２００に格納する乱数コードベクトルとし
ては、例えばガウス乱数を使用することができる。ガウ
ス乱数の発生法は例えば前記文献１等を参照できる。

【００３０】さらに、探索回路１８０は、次式によりゲ
インｇ_jを計算する。

【００３１】

【数４】

【００３２】探索回路１８０は、選択された乱数コード
ベクトルとゲインを用いて、次式により駆動信号ｖ’
（ｎ）を計算しなおし、信号再生回路２１０へ出力す
る。

【００３３】ｖ’（ｎ）＝ｇ_j（ｎ）ｃ_j（ｎ）（７）信号再生回路２１０は、ｖ’（ｎ）を入力して、次式を
用いて信号ｘ（ｎ）を再生しなおす。

【００３４】

【数５】

【００３５】スイッチ２２０では、音声区間では、第１
の信号再生回路１６０の出力であるｓ（ｎ）を出力し、
非音声区間では信号再生回路２１０の出力であるｘ
（ｎ）を端子２３０を通して出力する。

【００３６】以上で、第１の発明の実施例の説明を終え
る。

【００３７】図２は、第２の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図において、図１と同一の番号を付した
構成要素は、図１と同一の動作を行うので、説明は省略
する。

【００３８】図において、探索回路２５０は、作用の項
の（３）式を最大化するコードベクトルｃ_j（ｎ）をコ
ードブック２００から探索する。さらに、下式を用いて
ゲインｇ_j（ｎ）を計算する。

【００３９】

【数６】

【００４０】ここで、ｖ（ｎ）は駆動信号構成回路１４
０の出力である。

【００４１】さらに、次式に従い、音源信号ｖ’（ｎ）
を求めて探索回路２４０へ出力する。

【００４２】ｖ’（ｎ）＝ｇ_j・ｃ_j（ｎ）（１０）スイッチ２４０は、音声区間のときは、駆動信号構成回
路１４０の出力であるｖ（ｎ）を出力し、非音声区間で
は、探索回路２５０の出力であるｖ’（ｎ）を信号再生
回路２１０へ出力する。

【００４３】以上で、第２の発明の実施例の説明を終え
る。

【００４４】図３は、第３の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図においては、図１と同一の番号を付し
た構成要素は、図１と同一の動作を行うので、説明は省
略する。

【００４５】抑圧回路３００は、音声検出回路１２０の
出力を入力し、非音声区間では、復号回路１００の出力
の平均振幅ｒをあらかじめ定められた量（例えば６ｄ
Ｂ）だけ抑圧した後に、駆動信号構成回路１４０に出力
する。このような構成とすることにより、非音声区間に
おいて、背景雑音などが重畳している場合、背景雑音の
抑圧を行うことができる。

【００４６】図４は、第４の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図において、図１、図３と同一の番号を
付した構成要素は，図１，図３と同一の動作を行うの
で、説明は省略する。以上で第４の発明の実施例の説明
を終える。

【００４７】図５は第５の発明の一実施例を示すブロッ
ク図である。図においては、図１と同一の番号を付した
構成要素は、図１と同一の動作を行うので、説明は省略
する。

【００４８】図において、更新回路３２０は、コードブ
ック２００に格納された乱数コードベクトルを、あらか
じめ定められた時間間隔（例えばフレーム間隔）毎に、
あらかじめ定められた規則に従い、更新する。この規則
は、例えば、乱数を発生させるときの基準値をかえると
いうものが考えられる。更新するときは、コードブック
２００の全てのコードベクトルを一度に更新してもよい
し、あらかじめ定めておいた一部のコードベクトルにつ
いて更新してもよい。また、更新は、非音声区間が連続
するときに行ってもよいし、そうでなくてもよい。

【００４９】このような構成とすることにより、乱数コ
ードブックのコードベクトルの種類を増やし、よりラン
ダム化させることが可能となるために、非音声区間にお
ける背景雑音信号をより良好に表すことができる。特
に，乱数コードブックのビット数が少ないときに有効と
なる。

【００５０】以上で第５の発明の実施例の説明を終え
る。

【００５１】図６は、第６の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図において、図２、図５と同一の番号を
付した構成要素は、図２、図５と同一の動作を行うの
で、説明は省略する。以上で第６の発明の実施例の説明
を終える。

【００５２】図６は、第６の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図において、図２、図５と同一の番号を
付した構成要素は、図２、図５と同一の動作を行うの
で、説明は省略する。以上で第６の発明の実施例の説明
を終える。

【００５３】以上述べた実施例において、本発明の意図
を変更することなく、種々の変形が可能である。

【００５４】例えば，コードブック回路２００に格納す
るコードベクトルは、他の周知な統計的性質を有するコ
ードベクトルを用いることができる。

【００５５】また、スペクトルパラメータは、ＬＳＰ以
外の他のパラメータでもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、音
声に背景雑音が重畳したときに、低ビットレートでも、
音声復号化部のみの処理で、背景雑音を良好に表すこと
ができるという大きな効果がある。さらに、背景雑音を
抑圧できるとう効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例を示す図。

【図２】第２の発明の一実施例を示す図。

【図３】第３の発明の一実施例を示す図。

【図４】第４の発明の一実施例を示す図。

【図５】第５の発明の一実施例を示す図。

【図６】第６の発明の一実施例を示す図。

【符号の説明】

１１０復号回路１２０音声検出回路１４０駆動信号構成回路１６０，２１０信号再生回路１８０，２５０探索回路２００コードブック２２０，２４０スイッチ３００抑圧回路３２０更新回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スペクトルパラメータと平均振幅とピッ
チ周期と音源信号に関するインデックスを受信して復号
する復号部と、前記スペクトルパラメータと前記平均振
幅と前記ピッチ周期の少なくとも一つを用いて非音声区
間と音声区間を検出する音声検出部と、前記復号部の出
力を用いて信号を再生する第１の信号再生部と、前記非
音声区間においてあらかじめ定められた乱数符号帳を探
索し、乱数符号帳にあらかじめ格納された乱数コードベ
クトルのうち再生されたときの再生信号が前記信号再生
部の出力信号に近くなるような乱数コードベクトルを選
択する探索部と、選択された乱数コードベクトルによる
再生信号を出力する第２の信号再生部とを有することを
特徴とする音声復号装置。
【請求項２】スペクトルパラメータと平均振幅とピッ
チ周期と音源信号に関するインデクスを受信して復号す
る復号部と、前記スペクトルパラメータと前記平均振幅
と前記ピッチ周期の少なくとも一つを用いて非音声区間
と音声区間を検出する音声検出部と、前記復号部の出力
を用いて駆動信号を作成する駆動信号構成部と、前記非
音声区間において、あらかじめ定められた乱数符号帳を
探索し、乱数符号帳にあらかじめ格納された乱数コード
ベクトルのうち前記駆動信号に近いような乱数コードベ
クトルを選択する探索部と、選択された乱数コードベク
トルによる再生信号を出力する信号再生部とを有するこ
とを特徴とする音声復号装置。
【請求項３】非音声区間においては、平均振幅をあら
かじめ抑圧させて信号を再生する第１の信号再生部を有
することを特徴とする請求項１記載の音声復号装置。
【請求項４】非音声区間においては、平均振幅をあら
かじめ抑圧させて信号を再生する信号再生部を有するこ
とを特徴とする請求項２記載の音声復号装置。
【請求項５】前記探索部において、乱数符号帳をあら
かじめ定められた時間区間毎に更新することを特徴とす
る請求項１又は３記載の音声復号化装置。
【請求項６】前記探索部において、乱数符号帳をあら
かじめ定められた時間区間毎に更新することを特徴とす
る請求項２又は４記載の音声復号化装置。