JPS61148499A

JPS61148499A - 音声信号帯域圧縮方式

Info

Publication number: JPS61148499A
Application number: JP59269918A
Authority: JP
Inventors: 竹内　崇夫
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-07-07

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、音声メール・サービス等を提供する音声蓄積
装置あるいは音声通信装置等において、音声信号の占有
する帯域すなわち情報量を圧縮して、装置あるいは伝送
路の効率向上を図るための音声信号帯域圧縮方式に関す
るものである。

〔従来技術とその問題点〕

音声蓄積装置あるいは音声通信装置において、音声の情
報量を減らす有効な方法の一つとして、Ｔｉｍｅ　Ｄｏ
ｍａｉｎ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｓｃａｌｉｎｇ方式（Ｉ
ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　Ｖｏｌ、ＡＳＳＰ
−３１＋　Ｎｏ、１＋　Ｐ、２５８〜２７２＋１９８３
年２月）がある。この方法は、音声信号の性質、すなわ
ち音声の大部分を占める母音が一定の周期（これをピン
チという）の繰返し波形となっていることを利用し、帯
域圧縮時はピッチ周期およびピッチ波形をほぼ保ちなが
らピッチ繰返し数を減少させて帯域圧縮を行い、帯域伸
長時は逆にピッチ繰返し数を増加させてもとに戻すもの
である。具体的には、例えばピッチ繰返し数を半減させ
て１／２に帯域圧縮する場合、第４図＜ａ＞に示すよう
に、音声のピッチを検出して音声波形（原波形）をピッ
チ周期のブロックの集合とみなし、隣接するブロックの
対応する時間位置の音声信号に図示のような重み係数（
ウィンドウ）を各々掛けて相互に加算することにより、
２つのピンチ波形から１つのピッチ波形を生成して帯域
圧縮波形を得る。一方、帯域圧縮された波形をもとに戻
す場合には、第４図（ｂ）に示すような２ピッチ周期の
ブロックおよび重み係数を用いて対応する時間位置の音
声信号を加算することにより、割合として１つのピンチ
波形から２つのピッチ波形を生成して再生波形を得る。

この方式を、例えば音声蓄積装置に通用した場合の帯域
圧縮／伸長回路は第５図に示すような構成となる。すな
わち帯域圧縮回路３１の入力端子３２に加えられたパル
ス変調された音声信号は、ピッチ検出回路３３によって
ピッチ検出が行われるとともに、検出結果が出力される
までの間バッファ・メモリ回路３４に格納される。演算
回路３５は、ピッチ検出結果に基づき、バッファ・メモ
リ回路３４から音声信号を取出し、第４図（ａ）におい
て説明した演算処理を行って、その結果得られる帯域圧
縮された音声信号を磁気ディスク装置３６に出力し、磁
気ディスク装置３６はその音声信号を蓄積する。一方再
生時も、磁気ディスク装置３６から取出され帯域伸長回
路３７に入力される音声信号に対し、ピンチ検出回路３
８．バッファ・メモリ回路３９は帯域圧縮回路３１にお
けると同様な動作を行い、演算回路４０はピッチ検出結
果に基づいてバッファ・メモリ回路３９から音声信号を
取出し、第４図（ｂ）において説明した演算処理を行っ
て、その結果得られる帯域伸長された音声信号を出力端
子４１に出力する。

このように従来方式を実施する帯域圧縮／伸長回路にお
いては、第５図に示したようにピッチ検出回路３３．３
８が必須の構成要素となる。ピッチ検出回路としては、
音声信号の自己相関を計算する等、種々の方式を用いた
ものが考えられるが、いずれもかなり複雑な回路となる
。また、ピッチ検出回路３３．３８において、音声信号
が入力されてからピンチ検出結果が出力されるまでには
音声信号の数ピッチ分に相当する時間が必要であり、ｌ
Ｑｍｓｅｃ〜３０ｍ５ｅｃ程度の遅延が避けられない。

音声通信装置の場合には、この遅延は大きな問題となる
・また、バッファ・メモリ回路３４．３９は、この遅延
に相当する容量を持たなければならず、したがって規模
が増大せざるを得ない。演算回路３５．４０も、第４図
（ａ）、　　（ｂ）において説明した複雑な演算処理を
実施しなければならない。さらに、第４図（ａ）、　　
（ｂ）において説明した処理は、母音部については有効
であるが、子音部については波形に周期性がなく、音質
劣化を生じることとなる。また、雑音等によりピッチ検
出を誤った場合には、音の高さが上がる等、人間にとっ
て知覚しやすい歪を生じることになる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、極めて
簡単な回路構成により、音質劣化および遅延が少なく効
率の良い音声信号帯域圧縮方式を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の音声信号帯域圧縮方式は、パルス変調された音
声信号の隣接する２サンプルずつを１組にして各組のサ
ンプルの値の平均値を順次計算し、これら平均値をサン
プルとして相連続して出力することにより音声信号の帯
域を１／２に圧縮し、前記帯域圧縮された音声信号の相
連続する２サンプルごとに両サンプルの値を３：１およ
び１：３の重みづけを行って平均した２つの加重平均値
を順次計算し、これら加重平均値をサンプルとして相連
続して出力することにより音声信号の帯域を２倍に伸長
してもとの音声信号に戻すことを特徴としている。

〔発明の作用・原理〕

本発明は、従来方式におけるピッチ検出を省略し、言わ
ばピッチ周期を１サンプル区間として同様の演算処理を
行うものである。すわち帯域圧縮時は、パルス変調され
た音声信号の連続する２サンプルずつを１組として、両
サンプルの値に各々第２図（ａ）に示すような重み係数
（ウィンドウ関数）１／２を掛けて加算し出力する。な
お、第２図（ａ）にはサンプル点の時間位置と重み係数
とを０印で示している。重み係数はともに１／２である
から、これはすなわち両サンプルの値の平均値の音声信
号を出力することに相当する。このようにして帯域を１
／２に圧縮した音声信号を得る。

一方、上記のようにして帯域圧縮された音声信号をもと
に戻すときは、２サンプル区間の長さを有するブロック
を第２図（ｂ）に示すように設定し、隣接するブロック
中の２つのサンプルの値に各々同図に示す重み係数１／
４．３／４を掛けて、対応する時間位置の音声信号を加
算する。なお、第２図（ｂ）においては第２図（ａ）と
同様にサンプル点の時間位置と重み係数とをΦ印で示し
ている。第２図（ｂ）において■、■、■で示したサン
プル点の時間位置の音声信号のレベルを各々χ１．χ２
．χ３とするとなる関係を満たす音声信号ｖ、　、　　ｙ２を出力する
。

■で示したサンプル点の時間位置の次の時間位置にある
音声信号をχ４とすると、上記ｖｌ、ｙ２に続いて出力
すべき音声信号はなる関係を満たす音声信号となる。

（２）、　（３）式によれば、音声信号ソ２．ｖ３は音
声信号χ２．χ３を各々３：１および１：３の重みづけ
を行って平均化したものである。すなわち帯域伸長時は
、相連続する２サンプルごとに、両サンプルの値に上述
の加重平均を行った値を相連続して出力する。帯域圧縮
の場合と異なり、連続する２サンプルとしては１サンプ
ルずつずらしたすべての組合せを対象としており、した
がって割合として１サンプルから２サンプルの音声信号
が生成され２倍の帯域伸長が実現できる。

第３図は、本方式の原理を音声波形を用いて示したもの
である。第３図（ａ）は帯域圧縮時の処理を示しており
パルス変調された音声信号のサンプルの値（０印で示す
）に対し、それらサンプルの値を２つずつ平均した平均
値（・印で示す）をサンプルとする帯域圧縮された音声
信号が形成される状態を示している。第３図（ｂ）は、
帯域伸長時の処理を示しており、帯域圧縮された音声信
号の２サンプルごとに３：１．１：３の加重平均を行っ
た加重平均値（０印で示す）をサンプルとする帯域伸長
された音声信号が形成される状態を示している。明らか
なようにＯ印のサンプルは、音声波形上で・印のサンプ
ルを１：３．３＝１に内分する点に他ならない。

第３図（ａ）、（ｂ）かられかるように、本方式は音声
波形に対し一種の間引きと内挿を行う方式とみなすこと
もできる。ただし、第３図（ｃ）に示すように、サンプ
ルを１つおきに間引き、サンプルを１：１に内分すると
いうような単純な間引きと内挿を行う方式（０印は間引
かれた音声信号を、０印は内挿された音声信号を示す）
に比べて、滑らかな波形を再生することができるので、
高い周波数領域に属する雑音成分が少なくなり、聴感上
劣化の少ない再生音声を得ることが可能である。

〔実施例〕

合の音声帯域圧縮／伸長回路の構成を示す図である。こ
の音声帯域圧縮／伸長回路に基づいて本発明の一実施例
を説明する。

第１図において、帯域圧縮回路１０の入力端子１１に、
例えばＰＣＭ符号化された音声信号が入力されるものと
する。ＰＣＭ符号化音声信号の連続するサンプルは、電
子的な切換スイッチ１２によりレジスタ１３．１４に交
互に入力され、保持される。演算回路１５は、レジスタ
１３．１４の双方に新しいサンプルが入力されるごとに
、これらサンプルの値の平均値を計算し、その平均値を
サンプルとして有する帯域圧縮された音声信号を磁気デ
ィスク装置１６に相連続して出力し、磁気ディスク装置
１６は帯域圧縮された音声信号を蓄積する。

一方、再生時は、磁気ディスク装置１６から帯域伸長回
路１７に取出された音声信号の連続するサンプルはレジ
スタ１８に順次入力される。レジスタ１９には、レジス
タ１８に新しいサンプルが入力されるごとにその前にレ
ジスタ１８に記憶されていたサンプルが移される。演算
回路２０は、レジスタ１８に新しいサンプルが入力され
るごとにレジスタ１８．１９の値に１：３，３：１の重
みづけを行った平均値を順次計算し、その加重平均値を
サンプルとして有する帯域伸長された音声信号を相連続
して出力端子２１に出力する。

以上の説明から明らかなように、音声信号の帯域圧縮／
伸長を容易に実現することができる。なお、以上の実施
例では音声蓄積装置を例としているため、音声信号はＰ
ＣＭ符号化されることを前提としていたが、本発明はＰ
ＡＭ方式等、パルス変調方式一般についても適用可能で
あることは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ピッチ検出は行われないのでピッチ検
出までの待合せが不要となる結果、これによる遅延を避
けることができる。また、演算のため記憶する音声信号
の量は２サンプル分だけでよく、従来方式に比べて極め
て少ないので、その分だけ帯域圧縮／伸長による遅延が
著しく短縮される。さらに、演算回路における演算内容
も従来方式に比べて簡単化されている。また、本発明に
おいては、ピッチ周期に関わる処理を行っていないため
、子音部での特性劣化は比較的少なく、ピッチ検出誤り
による人間にとって知覚しやすい歪の発生も少ない。さ
らに、第３図において説明したように、高い周波数領域
の雑音成分が少ないため、聴感上劣化の少ない再生音声
が得られる。

したがって本発明によれば、極めて単純な回路構成によ
り、効率よくかつ音質劣化の少ない音声信号の帯域圧縮
を行うことがき、その結果は著しいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図１よ、本発明の詳細な説明するための音声帯域圧
縮／伸長回路のブロック図、第２図および第３図は、本発明の原理を示す説明図、第４図は、従来方式の原理を示す説明図、第５図は、従
来方式を音声蓄積装置に適用した場合の音声帯域圧縮／
伸長回路のブロック図である。１０・・・・・帯域圧縮回路１３．１４，１８．１９・・レジスタ１５．２０・・演算回路１６・・・・・磁気ディスク第２図（久）ｊ龜ナイ眉、老（（クインドり）（′ｂ）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パルス変調された音声信号の隣接する２サンプル
ずつを１組にして各組のサンプルの値の平均値を順次計
算し、これら平均値をサンプルとして相連続して出力す
ることにより音声信号の帯域を１／２に圧縮し、前記帯
域圧縮された音声信号の相連続する２サンプルごとに両
サンプルの値を３：１および１：３の重みづけを行って
平均した２つの加重平均値を順次計算し、これら加重平
均値をサンプルとして相連続して出力することにより音
声信号の帯域を２倍に伸長してもとの音声信号に戻すこ
とを特徴とする音声信号帯域圧縮方式。