(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号が入力されてスペクトルパラメータを算出するスペクトルパラメータ計算手段と、該パラメータ計算手段にて算出されたスペクトルパラメータを量子化して出力するスペクトルパラメータ量子化手段と、該スペクトルパラメータ量子化手段から出力されたスペクトルパラメータをもとにインパルス応答に変換するインパルス応答計算手段と、過去の量子化された音源信号から適応コードブックにより遅延とゲインを求め音声信号を予測して残差信号を求め、前記遅延とゲインを出力する適応コードブック手段と、振幅が非零のパルスの組み合わせで前記音声信号の音源信号が表され、前記インパルス応答を用いて前記音声信号の音源信号とゲインを量子化して出力する音源量子化手段とを有してなる音声符号化装置において、
前記振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段とを有し、
前記音源量子化手段は、前記インパルス応答を用いて所定の歪み尺度により前記音声信号との歪を計算し、前記歪を小さくする位置を選択することによりパルスの位置を量子化し、
前記スペクトルパラメータ量子化手段の出力と適応コードブック手段の出力と音源量子化手段の出力とを組み合わせて出力するマルチプレクサ手段を有することを特徴とする音声符号化装置。
【請求項２】
音声信号が入力されてスペクトルパラメータを算出するスペクトルパラメータ計算手段と、該パラメータ計算手段にて算出されたスペクトルパラメータを量子化して出力するスペクトルパラメータ量子化手段と、該スペクトルパラメータ量子化手段から出力されたスペクトルパラメータをもとにインパルス応答に変換するインパルス応答計算手段と、過去の量子化された音源信号から適応コードブックにより遅延とゲインを求め音声信号を予測して残差信号を求め、前記遅延とゲインを出力する適応コードブック手段と、振幅が非零のパルスの組み合わせで前記音声信号の音源信号が表され、前記インパルス応答を用いて前記音声信号の音源信号とゲインを量子化して出力する音源量子化手段とを有してなる音声符号化装置において、
前記振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段とを有し、
前記音源量子化手段は、前記位置コードブック選択手段にて選択された位置コードブックに格納された位置の各々に対しゲインコードブックに格納されたゲインコードベクトルを読み出してゲインを量子化して前記音声信号との歪を計算し、前記歪を小さくする位置とゲインコードベクトルの組み合わせを１種類選択し出力し、
前記スペクトルパラメータ量子化手段の出力と適応コードブック手段の出力と音源量子化手段の出力とを組み合わせて出力するマルチプレクサ手段を有することを特徴とする音声符号化装置。
【請求項３】
音声信号が入力されてスペクトルパラメータを算出するスペクトルパラメータ計算手段と、該パラメータ計算手段にて算出されたスペクトルパラメータを量子化して出力するスペクトルパラメータ量子化手段と、該スペクトルパラメータ量子化手段から出力されたスペクトルパラメータをもとにインパルス応答に変換するインパルス応答計算手段と、過去の量子化された音源信号から適応コードブックにより遅延とゲインを求め音声信号を予測して残差信号を求め、前記遅延とゲインを出力する適応コードブック手段と、振幅が非零のパルスの組み合わせで前記音声信号の音源信号が表され、前記インパルス応答を用いて前記音声信号の音源信号とゲインを量子化して出力する音源量子化手段とを有してなる音声符号化装置において、
前記振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記音声信号から特徴を抽出してモードを判別し出力する判別手段と、
前記判別手段の出力があらかじめ決められたモードである場合に、前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから少なくとも１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段とを有し、
前記音源量子化手段は、前記判別手段の出力があらかじめ決められたモードである場合に、前記選択されたコードブックに格納された位置に対して前記インパルス応答を用いて所定の歪み尺度により前記音声信号との歪を計算し、前記歪を小さくする位置を選択して出力してパルスの位置を量子化し、
前記スペクトルパラメータ量子化手段の出力と適応コードブック手段の出力と音源量子化手段の出力と前記判別手段の出力とを組み合わせて出力するマルチプレクサ手段を有することを特徴とする音声符号化装置。
【請求項４】
スペクトルパラメータに関する符号と適応コードブックに関する符号と音源信号に関する符号とゲインを表す符号とが入力され、それらを分離するデマルチプレクサ手段と、
適応コードブックに関する符号を用いて適応コードベクトルを発生させる適応コードベクトル発生手段と、
振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段と、
前記コードブックと音源信号に関する符号を用いて、前記コードブック選択手段にて選択された位置コードブックに対して前記振幅が非零のパルスを発生させ、さらにゲインを表す符号を用いてゲインを乗じて音源信号を発生させる音源信号復元手段と、
スペクトルパラメータにより構成され前記音源信号を入力し再生信号を出力する合成フィルタ手段とを有することを特徴とする音声復号化装置。
【請求項５】
スペクトルパラメータに関する符号と適応コードブックに関する符号と音源信号に関する符号とゲインを表す符号とモードを表す符号とが入力され、それらを分離するデマルチプレクサ手段と、
前記モードを表す符号が予め決められたモードの場合に、適応コードブックに関する符号を用いて適応コードベクトルを発生させる適応コードベクトル発生手段と、
振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記モードを表す符号が予め決められたモードの場合に、前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段と、
前記モードを表す符号が予め決められたモードの場合に、前記コードブックと音源信号に関する符号を用いて、前記コードブック選択手段にて選択された位置コードブックに対して前記振幅が非零のパルスを発生させ、さらにゲインを表す符号を用いてゲインを乗じて音源信号を発生させる音源信号復元手段と、
スペクトルパラメータにより構成され前記音源信号を入力し再生信号を出力する合成フィルタ手段とを有することを特徴とする音声復号化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声信号を低いビットレートで高品質に符号化するための音声符号化装置及び該音声符号化装置にて符号化された音声信号を高品質に復号化するための音声復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号を高能率に符号化する方式としては、例えば、Ｍ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ  ａｎｄ  Ｂ．Ａｔａｌ  氏による論文“Ｃｏｄｅ−ｅｘｃｉｔｅｄ  ｌｉｎｅａｒ  ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：  Ｈｉｇｈ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｓｐｅｅｃｈ  ａｔ  ｖｅｒｙ  ｌｏｗ  ｂｉｔ  ｒａｔｅｓ”（Ｐｒｏｃ．  ＩＣＡＳＳＰ，  ｐｐ．９３７−９４０，  １９８５年）（以下、文献１と称する）や、Ｋｌｅｉｊｎ  氏らによる論文“Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｓｐｅｅｃｈ  ｑｕａｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｖｅｃｔｏｒ  ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ＳＥＬＰ”（Ｐｒｏｃ．  ＩＣＡＳＳＰ，  ｐｐ．１５５−１５８，  １９８８年）（以下、文献２と称する）等に記載されているＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｃｏｄｉｎｇ）が知られている。
【０００３】
ＣＥＬＰにおいては、送信側において、まず、音声信号のフレーム毎（例えば２０ｍｓ）に線形予測（ＬＰＣ：Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｃｏｄｉｎｇ）分析を用いて、音声信号のスペクトル特性を表すスペクトルパラメータを抽出する。
【０００４】
次に、各フレームをさらにサブフレーム（例えば５ｍｓ）に分割し、サブフレーム毎に過去の音源信号に基づいて、適応コードブックにおけるパラメータ（ピッチ周期に対応する遅延パラメータとゲインパラメータ）を抽出し、適応コードブックによりサブフレームの音声信号をピッチ予測する。
【０００５】
次に、ピッチ予測により求めた音源信号に対して、予め決められた種類の雑音信号からなる音源コードブック（ベクトル量子化コードブック）から最適な音源コードベクトルを選択し、最適なゲインを計算することにより、音源信号を量子化する。なお、音源コードベクトルの選択においては、選択した雑音信号により合成した信号と残差信号との誤差電力を最小化するような音源コードベクトルを選択する。
【０００６】
その後、選択された音源コードベクトルの種類を表すインデクスとゲイン、並びにスペクトルパラメータと適応コードブックのパラメータをマルチプレクサ部にて組み合わせて伝送する。
【０００７】
ところが、上述したような音声信号を符号化する従来の方式においては、音源コードブックから最適な音源コードベクトルを選択する場合、各コードベクトルのそれぞれに対して一旦フィルタリングもしくは畳み込み演算を行わなければならないため、この演算をコードブックに格納されているコードベクトルの個数だけ繰り返して行うことになり、多大な演算量が必要となってしまうという問題点がある。例えば、音声コードブックのビット数がＢビットで次元数がＮの場合、フィルタリングあるいは畳み込み演算のときのフィルタあるいはインパルス応答長をＫとすると、１秒当たり、Ｎ×Ｋ×２Ｂ×８０００／Ｎの演算量が必要となる。一例として、Ｂ＝１０，Ｎ＝４０，Ｋ＝１０とすると、１秒当たり８１，９２０，０００回という極めて膨大な演算が必要となってしまう。
【０００８】
そこで、音源コードブックから音源コードベクトルを探索する際に必要となる演算量を低減する方法として、種々のものが提案されており、その１つとして、例えば、Ｃ．Ｌａｆｌａｍｍｅ  らによる論文“１６  ｋｂｐｓ  ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｓｐｅｅｃｈ  ｃｏｄｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ａｌｇｅｂｒａｉｃ  ＣＥＬＰ”（Ｐｒｏｃ．  ＩＣＡＳＳＰ，  ｐｐ．  １３−１６，  １９９１）（以下、文献３と称する）に記載された、ＡＣＥＬＰ（Ａｒｇｅｂｒａｉｃ  Ｃｏｄｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）方式がある。
【０００９】
このＡＣＥＬＰ方式においては、音源信号が複数個のパルスで表され、各パルスの位置が予め決められたビット数で表されて伝送されるが、各パルスの振幅が＋１．０もしくは−１．０に限定されているため、パルス探索の演算量を大幅に低減することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような音声信号を符号化する従来の方式においては、符号化ビットレートが８ｋｂ／ｓ以上の音声信号に対しては良好な音質が得られるものの、符号化ビットレートが８ｋｂ／ｓ未満となると、サブフレーム当たりのパルスの個数が十分でなくなるため、音源信号を十分な精度で表すことが困難となり、符号化音声の音質が劣化してしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、符号化ビットレートが低い場合においても、少ない演算量で音質の劣化を抑制して音声信号を符号化することができる音声符号化装置及び該音声符号化装置にて符号化された音声信号を高品質に復号化することができる音声復号化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明においては、
音声信号が入力されてスペクトルパラメータを算出するスペクトルパラメータ計算手段と、該パラメータ計算手段にて算出されたスペクトルパラメータを量子化して出力するスペクトルパラメータ量子化手段と、該スペクトルパラメータ量子化手段から出力されたスペクトルパラメータをもとにインパルス応答に変換するインパルス応答計算手段と、過去の量子化された音源信号から適応コードブックにより遅延とゲインを求め音声信号を予測して残差信号を求め、前記遅延とゲインを出力する適応コードブック手段と、振幅が非零のパルスの組み合わせで前記音声信号の音源信号が表され、前記インパルス応答を用いて前記音声信号の音源信号とゲインを量子化して出力する音源量子化手段とを有してなる音声符号化装置において、
前記振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段とを有し、
前記音源量子化手段は、前記インパルス応答を用いて所定の歪み尺度により前記音声信号との歪を計算し、前記歪を小さくする位置を選択することによりパルスの位置を量子化し、
前記スペクトルパラメータ量子化手段の出力と適応コードブック手段の出力と音源量子化手段の出力とを組み合わせて出力するマルチプレクサ手段を有することを特徴とする。
【００１３】
また、音声信号が入力されてスペクトルパラメータを算出するスペクトルパラメータ計算手段と、該パラメータ計算手段にて算出されたスペクトルパラメータを量子化して出力するスペクトルパラメータ量子化手段と、該スペクトルパラメータ量子化手段から出力されたスペクトルパラメータをもとにインパルス応答に変換するインパルス応答計算手段と、過去の量子化された音源信号から適応コードブックにより遅延とゲインを求め音声信号を予測して残差信号を求め、前記遅延とゲインを出力する適応コードブック手段と、振幅が非零のパルスの組み合わせで前記音声信号の音源信号が表され、前記インパルス応答を用いて前記音声信号の音源信号とゲインを量子化して出力する音源量子化手段とを有してなる音声符号化装置において、
前記振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段とを有し、
前記音源量子化手段は、前記位置コードブック選択手段にて選択された位置コードブックに格納された位置の各々に対しゲインコードブックに格納されたゲインコードベクトルを読み出してゲインを量子化して前記音声信号との歪を計算し、前記歪を小さくする位置とゲインコードベクトルの組み合わせを１種類選択し出力し、
前記スペクトルパラメータ量子化手段の出力と適応コードブック手段の出力と音源量子化手段の出力とを組み合わせて出力するマルチプレクサ手段を有することを特徴とする。
【００１４】
また、音声信号が入力されてスペクトルパラメータを算出するスペクトルパラメータ計算手段と、該パラメータ計算手段にて算出されたスペクトルパラメータを量子化して出力するスペクトルパラメータ量子化手段と、該スペクトルパラメータ量子化手段から出力されたスペクトルパラメータをもとにインパルス応答に変換するインパルス応答計算手段と、過去の量子化された音源信号から適応コードブックにより遅延とゲインを求め音声信号を予測して残差信号を求め、前記遅延とゲインを出力する適応コードブック手段と、振幅が非零のパルスの組み合わせで前記音声信号の音源信号が表され、前記インパルス応答を用いて前記音声信号の音源信号とゲインを量子化して出力する音源量子化手段とを有してなる音声符号化装置において、
前記振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記音声信号から特徴を抽出してモードを判別し出力する判別手段と、
前記判別手段の出力があらかじめ決められたモードである場合に、前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから少なくとも１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段とを有し、
前記音源量子化手段は、前記判別手段の出力があらかじめ決められたモードである場合に、前記選択されたコードブックに格納された位置に対して前記インパルス応答を用いて所定の歪み尺度により前記音声信号との歪を計算し、前記歪を小さくする位置を選択して出力してパルスの位置を量子化し、
前記スペクトルパラメータ量子化手段の出力と適応コードブック手段の出力と音源量子化手段の出力と前記判別手段の出力とを組み合わせて出力するマルチプレクサ手段を有することを特徴とする。
【００１５】
また、スペクトルパラメータに関する符号と適応コードブックに関する符号と音源信号に関する符号とゲインを表す符号とが入力され、それらを分離するデマルチプレクサ手段と、
適応コードブックに関する符号を用いて適応コードベクトルを発生させる適応コードベクトル発生手段と、
振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段と、
前記コードブックと音源信号に関する符号を用いて、前記コードブック選択手段にて選択された位置コードブックに対して前記振幅が非零のパルスを発生させ、さらにゲインを表す符号を用いてゲインを乗じて音源信号を発生させる音源信号復元手段と、
スペクトルパラメータにより構成され前記音源信号を入力し再生信号を出力する合成フィルタ手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、スペクトルパラメータに関する符号と適応コードブックに関する符号と音源信号に関する符号とゲインを表す符号とモードを表す符号とが入力され、それらを分離するデマルチプレクサ手段と、
前記モードを表す符号が予め決められたモードの場合に、適応コードブックに関する符号を用いて適応コードベクトルを発生させる適応コードベクトル発生手段と、
振幅が非零のパルスの位置の集合として、音源パルスの位置をコードブックとして保有する位置コードブックが複数セット分格納された位置コードブック格納手段と、
前記モードを表す符号が予め決められたモードの場合に、前記適応コードブックの遅延とゲインの少なくとも一つをもとに、前記複数セットの位置コードブックから１種類のコードブックを選択する位置コードブック選択手段と、
前記モードを表す符号が予め決められたモードの場合に、前記コードブックと音源信号に関する符号を用いて、前記コードブック選択手段にて選択された位置コードブックに対して前記振幅が非零のパルスを発生させ、さらにゲインを表す符号を用いてゲインを乗じて音源信号を発生させる音源信号復元手段と、
スペクトルパラメータにより構成され前記音源信号を入力し再生信号を出力する合成フィルタ手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
（作用）
上記のように構成された本発明においては、パルスの位置をあらわすための位置コードブックを複数セット保有し、適応コードブックにより求めたピッチ予測信号をもとに、複数の位置コードブックから位置コードブックを１種類選択し、前記位置コードブックから音声信号との歪を最小にする位置を探索しているので、従来方式と比べパルス位置情報の自由度が高く、特にビットレートが低い場合に従来方式に比べて音質が改善される。
【００１８】
また、適応コードブックにより求めたピッチ予測信号をもとに、複数の位置コードブックから位置コードブックを１種類選択し、前記位置コードブックに格納された位置の各々に対し、ゲインコードブックに格納されたゲインコードベクトルを探索して最終的な再生信号の状態で音声信号との歪を計算し、これを小さくする位置とゲインコードベクトルとの組み合わせを選択しているので、ゲインコードベクトルを含めた最終的な再生音声信号上で歪を小さくできるので、さらに音質が改善される。
【００１９】
また、判別符号を受信して前記受信符号があらかじめ定められたモードの場合は、適応コードブックにより求めたピッチ予測信号をもとに、複数の位置コードブックから位置コードブックを１種類選択し、前記位置コードブックに格納された位置に対し位置を表す符号を用いてパルスを発生させ、ゲインを乗じ、合成フィルタに通して音声信号を再生しているので、ビットレートが低い場合に従来方式と比べて音質が改善される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の音声符号化装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【００２２】
本形態は図１に示すように、入力端子１００と、フレーム分割回路１１０と、スペクトルパラメータ計算回路２００と、スペクトルパラメータ量子化回路２１０と、ＬＳＰコードブック２１１と、サブフレーム分割回路１２０と、インパルス応答計算回路３１０と、聴感重み付け回路２３０と、応答信号計算回路２４０と、重み付け信号計算回路３５０と、減算器２３５と、適応コードブック回路５００と、位置コードブック選択回路５１０と、複数セット位置コードブック格納回路４５０と、音源量子化回路３５０と、音源コードブック３５１と、ゲイン量子化回路３７０と、ゲインコードブック３８０と、マルチプレクサ４００とから構成されている。
【００２３】
上記のように構成された音声復号化装置においては、入力端子１００から音声信号を入力し、フレーム分割回路１１０では音声信号をフレーム（例えば２０ｍｓ）毎に分割し、サブフレーム分割回路１２０では、フレームの音声信号をフレームよりも短いサブフレーム（例えば５ｍｓ）に分割する。
【００２４】
スペクトルパラメータ計算回路２００では、少なくとも一つのサブフレームの音声信号に対して、サブフレーム長よりも長い窓（例えば２４ｍｓ）をかけて音声を切り出してスペクトルパラメータをあらかじめ定められた次数（例えばＰ＝１０次）計算する。ここでスペクトルパラメータの計算には、周知のＬＰＣ分析や、Ｂｕｒｇ分析等を用いることができる。ここでは、Ｂｕｒｇ分析を用いることとする。Ｂｕｒｇ分析の詳細については、中溝著による“信号解析とシステム同定”と題した単行本（コロナ社１９８８年刊）の８２〜８７頁（以下、文献４と称する）等に記載されているので説明は略する。さらにスペクトルパラメータ計算部では、Ｂｕｒｇ法により計算された線形予測係数αＩ（ｉ＝１，・・・，１０）を量子化や補間に適したＬＳＰパラメータに変換する。ここで、線形予測係数からＬＳＰへの変換は、菅村他による“線スペクトル対（ＬＳＰ）音声分析合成方式による音声情報圧縮”と題した論文（電子通信学会論文誌、Ｊ６４−Ａ，ｐｐ．５９９−６０６，１９８１年）（以下、文献５と称する）を参照することができる。例えば、第２，４サブフレームでＢｕｒｇ法により求めた線形予測係数を、ＬＳＰパラメータに変換し、第１，３サブフレームのＬＳＰを直線補間により求めて、第１，３サブフレームのＬＳＰを逆変換して線形予測係数に戻し、第１〜４サブフレームの線形予測係数αｉｌ（ｉ＝１，・・・，１０，ｌ＝１，・・・，５）を聴感重み付け回路２３０に出力する。また、第４サブフレームのＬＳＰをスペクトルパラメータ量子化回路２１０へ出力する。
【００２５】
スペクトルパラメータ量子化回路２１０では、あらかじめ定められたサブフレームのＬＳＰパラメータを効率的に量子化し、下式の歪みを最小化する量子化値を出力する。
【００２６】
【数１】
0003582589.tif 000002
【００２７】
ここで、ＬＳＰ（ｉ），ＱＬＳＰ（ｉ）ｊ，Ｗ（ｉ）はそれぞれ、量子化前のｉ次目のＬＳＰ、量子化後のｊ番目の結果、重み係数である。
【００２８】
以下では、量子化法として、ベクトル量子化を用いるものとし、第４サブフレームのＬＳＰ  パラメータを量子化するものとする。ＬＳＰ  パラメータのベクトル量子化の手法は周知の手法を用いることができる。具体的な方法は例えば、特開平４−１７１５００号公報（以下、文献６と称する）や特開平４−３６３０００号公報（以下、文献７と称する）や、特開平５−６１９９号公報（以下、文献８と称する）や、Ｔ．Ｎｏｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，  による“ＬＳＰ  Ｃｏｄｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ＶＱ−ＳＶＱ  Ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  ４．０７５  ｋｂｐｓ  Ｍ−ＬＣＥＬＰ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｃｏｄｅｒ”と題した論文（Ｐｒｏｃ．  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  ｐｐ．Ｂ．２．５，  １９９３）（以下、文献９と称する）等を参照できるのでここでは説明は略する。
【００２９】
また、スペクトルパラメータ量子化回路２１０では、第４サブフレームで量子化したＬＳＰパラメータをもとに、第１〜第４サブフレームのＬＳＰパラメータを復元する。ここでは、現フレームの第４サブフレームの量子化ＬＳＰパラメータと１つ過去のフレームの第４サブフレームの量子化ＬＳＰを直線補間して、第１〜第３サブフレームのＬＳＰを復元する。ここで、量子化前のＬＳＰと量子化後のＬＳＰとの誤差電力を最小化するコードベクトルを１種類選択した後に、直線補間により第１〜第４サブフレームのＬＳＰを復元できる。さらに性能を向上させるためには、前記誤差電力を最小化するコードベクトルを複数候補選択したのちに、各々の候補について、累積歪を評価し、累積歪を最小化する候補と補間ＬＳＰの組を選択するようにすることができる。詳細は、例えば、特開平６−２２２７９７号公報（以下、文献１０と称する）を参照することができる。
【００３０】
以上により復元した第１−３サブフレームのＬＳＰと第４サブフレームの量子化ＬＳＰ  をサブフレーム毎に線形予測係数α’ｉｌ（ｉ＝１，・・・，１０，ｌ＝１，・・・，５）に変換し、インパルス応答計算回路３１０へ出力する。また、第４サブフレームの量子化ＬＳＰのコードベクトルを表すインデクスをマルチプレクサ４００に出力する。
【００３１】
聴感重み付け回路２３０は、スペクトルパラメータ計算回路２００から、各サブフレーム毎に量子化前の線形予測係数αｉｌ（ｉ＝１，・・・，１０，ｌ＝１，・・・，５）を入力し、文献１にもとづき、サブフレームの音声信号に対して聴感重み付けを行い、聴感重み付け信号を出力する。
【００３２】
応答信号計算回路２４０は、スペクトルパラメータ計算回路２００から、各サブフレーム毎に線形予測係数αｉｌを入力し、スペクトルパラメータ量子化回路２１０から、量子化、補間して復元した線形予測係数α’ｉｌをサブフレーム毎に入力し、保存されているフィルタメモリの値を用いて、入力信号を零ｄ（ｎ）＝０とした応答信号を１サブフレーム分計算し、減算器２３５へ出力する。ここで、応答信号ｘｚ（ｎ）は下式で表される。
【００３３】
【数２】
0003582589.tif 000003
【００３４】
ここでＮはサブフレーム長を示す。γは、聴感重み付け量を制御する重み係数であり、下記の式（７）と同一の値である。ｓｗ（ｎ），ｐ（ｎ）は、それぞれ、重み付け信号計算回路の出力信号、後述の式（７）における右辺第１項のフィルタの分母の項の出力信号をそれぞれ示す。
【００３５】
減算器２３５は、下式により、聴感重み付け信号から応答信号を１サブフレーム分減算し、ｘ’ｗ（ｎ）を適応コードブック回路５００へ出力する。
【００３６】
【数３】
0003582589.tif 000004
【００３７】
インパルス応答計算回路３１０は、ｚ変換が下式で表される聴感重み付けフィルタのインパルス応答Ｈｗ（ｎ）をあらかじめ定められた点数Ｌだけ計算し、適応コードブック回路５００及び音源量子化回路３５０へ出力する。
【００３８】
【数４】
0003582589.tif 000005
【００３９】
適応コードブック回路５００では、ゲイン量子化回路３７０から過去の音源信号ｖ（ｎ）を、減算器２３５から出力信号ｘ’ｗ（ｎ）を、インパルス応答計算回路３１０から聴感重み付けインパルス応答ｈｗ（ｎ）を入力する。ピッチに対応する遅延Ｔを下式の歪みを最小化するように求め、遅延を表すインデクスをマルチプレクサ４００に出力する。
【００４０】
【数５】
0003582589.tif 000006
【００４１】
式（８）において、記号＊は畳み込み演算を表す。
【００４２】
次に、ゲインβを下式に従い求める。
【００４３】
【数６】
0003582589.tif 000007
【００４４】
ここで、女性音や、子供の声に対して、遅延の抽出精度を向上させるために、遅延を整数サンプルではなく、小数サンプル値で求めてもよい。具体的な方法は、例えば、Ｐ．Ｋｒｏｏｎ  らによる、“Ｐｉｔｃｈ  ｐｒｅ−ｄｉｃｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ”と題した論文（Ｐｒｏｃ．  ＩＣＡＳＳＰ，  ｐｐ．６６１−６６４，  １９９０年）（以下、文献１１と称する）等を参照することができる。
【００４５】
さらに、適応コードブック回路５００では式（１０）に従いピッチ予測を行ない、予測残差信号ｅｗ（ｎ）を音源量子化回路３５０へ出力する。
【００４６】
【数７】
0003582589.tif 000008
【００４７】
複数セット位置コードブック格納回路４５０では、パルス位置コードブックを複数セット分あらかじめ蓄積しておく。例えば、４セット分の位置コードブックを蓄積している場合は、各セットの位置コードブックは表１〜４の各々に示すようになる。
【００４８】
【表１】
0003582589.tif 000009
【００４９】
【表２】
0003582589.tif 000010
【００５０】
【表３】
0003582589.tif 000011
【００５１】
【表４】
0003582589.tif 000012
【００５２】
位置コードブック選択回路５１５では、適応コードブック回路５００からピッチ予測信号を入力し時間的に平滑化処理を行う。平滑化処理後の信号に対して、複数セットの位置コードブック４５０を入力し、位置コードブックの各々が格納しているパルス位置の全てに対して平滑化後の信号との相互相関を求め、前記相互相関を最大化する位置コードブックを選択し、選択された位置コードブックを音源量子化回路３５０へ出力する。
【００５３】
音源量子化回路３５０では、Ｍ個のパルスによりサブフレームの音源信号を表すものとする。
【００５４】
さらに、パルスの振幅をＭパルス分まとめて量子化するための、Ｂビットの振幅コードブック、もしくは極性コードブックを有しているものとする。以下では、極性コードブックを用いる場合の説明を行なう。この極性コードブックは、音源コードブック３５１に格納されている。
【００５５】
音源量子化回路３５０は、音源コードブック３５１に格納された各極性コードベクトルを読みだし、各コードベクトルに対して、位置コードブック選択回路５１５で選択された位置コードブックに格納された全ての位置をあてはめ、式（１１）を最小化するコードベクトルと位置の組合せを選択する。
【００５６】
【数８】
0003582589.tif 000013
【００５７】
ここで、ｈｗ（ｎ）は、聴感重み付けインパルス応答である。
【００５８】
式（１１）を最小化するには、式（１２）を最大化する極性コードベクトルｇｉｋと位置ｍｉの組合せを求めれば良い。
【００５９】
【数９】
0003582589.tif 000014
【００６０】
または、式（１３）を最大化するように選択しても良い。この方が分子の計算に要する演算量が低減化される。
【００６１】
【数１０】
0003582589.tif 000015
【００６２】
極性コードベクトルの探索終了後、選択された極性コードベクトルと位置集合の組み合わせをゲイン量子化回路３７０に出力する。
【００６３】
ゲイン量子化回路３７０は、音源量子化回路３５０から、極性コードベクトルとパルス位置集合の組み合わせを入力する。さらに、ゲインコードブック３８０からゲインコードベクトルを読みだし、式（１５）を最小化するようにゲインコードベクトルを探索する。
【００６４】
【数１１】
0003582589.tif 000016
【００６５】
ここでは、適応コードブックのゲインとパルスで表した音源のゲインの両者を同時にベクトル量子化する例について示した。選択された極性コードベクトルを表すインデクス、位置を表す符号、ゲインコードベクトルを表すインデクスをマルチプレクサ４００に出力する。
【００６６】
なお、音源コードブックを、音声信号を用いてあらかじめ学習して格納しておくこともできる。コードブックの学習法は、例えば、Ｌｉｎｄｅ  氏らによる“Ａｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｖｅｃｔｏｒ  ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ  ｄｅｓｉｇｎ，”と題した論文（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｃｏｍｍｕｎ．，  ｐｐ．８４−９５，  Ｊａｎｕａｒｙ，  １９８０）（以下、文献１２と称する）等を参照できる。
【００６７】
重み付け信号計算回路３６０は、それぞれのインデクスを入力し、インデクスからそれに対応するコードベクトルを読みだす。式（１６）にもとづき駆動音源信号ｖ（ｎ）を求める。
【００６８】
【数１２】
0003582589.tif 000017
【００６９】
ｖ（ｎ）は適応コードブック回路５００に出力される。
【００７０】
次に、スペクトルパラメータ計算回路２００の出力パラメータ、スペクトルパラメータ量子化回路２１０の出力パラメータを用いて式（１７）により、応答信号ｓｗ（ｎ）をサブフレーム毎に計算し、応答信号計算回路２４０へ出力する。
【００７１】
【数１３】
0003582589.tif 000018
【００７２】
マルチプレクサ４００は、スペクトルパラメータ量子化回路２００、適応コードブック回路５００、音源量子化回路３５０及びゲイン量子化回路３７０の出力を多重化して伝送路に出力する。
【００７３】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の音声符号化装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【００７４】
なお、本形態において図１に示したものと同一の構成要素については、同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。
【００７５】
音源量子化回路３５７は、音源コードブック３５１に格納された各極性コードベクトルを読みだし、各コードベクトルに対して、位置コードブック選択回路５１５において１種類選択された位置のコードブックに格納された全ての位置をあてはめ、式（１１）を最小化するコードベクトルと位置の集合の組合せを複数セット分選択し、これらの組み合わせをゲイン量子化回路３７７へ出力する。
【００７６】
ゲイン量子化回路３７７は、音源量子化回路３７７から、複数セットの極性コードベクトルとパルス位置の組み合わせを入力する。さらに、ゲインコードブック３８０からゲインコードベクトルを読みだし、式（１５）を最小化するようにゲインコードベクトルと極性コードベクトルとパルス位置の組み合わせを１種類選択して出力する。
【００７７】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の音声符号化装置の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【００７８】
なお、本形態において図１に示したものと同一の構成要素については、同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。
【００７９】
モード判別回路８００は、フレーム分割回路の出力信号を用いて、特徴量を抽出し、フレーム毎にモードの判別を行う。ここで、特徴としては、ピッチ予測ゲインを用いることができる。サブフレーム毎に求めたピッチ予測ゲインをフレーム全体で平均し、この値とあらかじめ定められた複数のしきい値を比較し、あらかじめ定められた複数のモードに分類する。ここでは、一例として、モードの種類は２とする。この場合、モード０，１とし、これらはそれぞれ、無声区間、有声区間にそれぞれ対応するものとする。モード判別情報を音源量子化回路３５８とゲイン量子化回路３７８とマルチプレクサ４００へ出力する。
【００８０】
音源量子化回路３５８は、モード判別回路８００からモード判別情報を入力する。モード１では、位置コードブック選択回路５１５により選択された位置コードブックを入力し、前記コードブックに格納された全ての位置に対し、極性コードブックを読み出し、式（１１）を最小にするように、パルス位置の集合と極性コードブックを選択し出力する。モード０では、１種類のパルスの集合（例えば表１〜表４のどれか１つの集合を使用することをあらかじめ決めておく）に対し極性コードブックを読み出し、式（１１）を最小にするように、パルス位置の集合と極性コードブックを選択し出力する。
【００８１】
ゲイン量子化回路３７８は、モード判別回路８００からモード判別情報を入力する。ゲインコードブック３８０からゲインコードベクトルを読みだし、選択された極性コードベクトルと位置の組み合わせに対して、式（１５）を最小化するようにゲインコードベクトルを探索し、歪みを最小化するゲインコードベクトル、極性コードベクトルと位置の組み合わせを１種類選択する。
【００８２】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の音声復号化装置の実施の一形態を示すブロック図である。
【００８３】
本形態は図４に示すように、デマルチプレクサ５０５と、ゲイン復号回路５１０と、ゲインコードブック３８０と、適応コードブック５２０と、音源信号復元回路５４０と、音源コードブック３５１と、位置コードブック選択回路５９５と、複数セット位置コードブック格納回路５８０と、加算器５５０と、合成フィルタ５６０と、スペクトルパラメータ復号回路５７０とから構成されている。
【００８４】
デマルチプレクサ５００は、受信した信号から、ゲインコードベクトルを示すインデクス、適応コードブックの遅延を示すインデクス、音源信号の情報、音源コードベクトルのインデクス、スペクトルパラメータのインデクスを入力し、各パラメータを分離して出力する。
【００８５】
ゲイン復号回路５１０は、ゲインコードベクトルのインデクスを入力し、ゲインコードブック３８０からインデクスに応じてゲインコードベクトルを読み出し、出力する。
【００８６】
適応コードブック回路５２０は、適応コードブックの遅延を入力し適応コードベクトルを発生し、ゲインコードベクトルにより適応コードブックのゲインを乗じて出力する。
【００８７】
位置コードブック選択回路５９５は、適応コードブック回路５２０からピッチ予測信号を入力し時間的に平滑化処理を行う。平滑化処理後の信号に対して、複数セットの位置コードブック５８０を入力し、位置コードブックの各々が格納しているパルス位置の全てに対して平滑化後の信号との相互相関を求め、前記相互相関を最大化する位置コードブックを選択し、選択された位置コードブックを音源復元回路５４０へ出力する。
【００８８】
音源信号復元回路５４０では、位置コードブック選択回路５９５から選択された位置コードブックを読み出す。
【００８９】
さらに、音源コードブック３５１から読み出した極性コードベクトルとゲインコードベクトルを用いて、音源パルスを発生して加算器５５０に出力する。
【００９０】
加算器５５０は、適応コードブック回路５２０の出力と音源信号復元回路５８０の出力を用いて、式（１７）にもとづき駆動音源信号ｖ（ｎ）を発生し、適応コードブック回路５２０と合成フィルタ５６０に出力する。
【００９１】
スペクトルパラメータ復号回路５７０は、スペクトルパラメータを復号し、線形予測係数に変換し、合成フィルタ回路５６０に出力する。
【００９２】
合成フィルタ回路５６０は、駆動音源信号ｖ（ｎ）と線形予測係数を入力し、再生信号を計算し出力する。
【００９３】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明の音声復号化装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【００９４】
なお、本形態において図４に示したものと同一の構成要素については、同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。
【００９５】
音源信号復元回路５９０は、モード判別情報を入力し、モード判別情報がモード１のときは、位置コードブック選択回路５９５から選択された位置コードブックを読み出す。また、音源コードブック３５１から読み出した極性コードベクトルとゲインコードベクトルを用いて、音源パルスを発生して加算器５５０に出力する。モード判別情報がモード０の場合は、予め定められたパルスの位置集合とゲインコードべクトルを用いて音源パルスを発生して加算器５５０に出力する。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、パルスの位置をあらわすための位置コードブックを複数セット保有し、適応コードブックにより求めたピッチ予測信号をもとに、複数の位置コードブックから位置コードブックを１種類選択し、前記位置コードブックから音声信号との歪を最小にする位置を探索しているので、従来方式と比べパルス位置情報の自由度が高く、特にビットレートが低い場合に従来方式に比べて音質を改善した音声符号化方式を提供することができる。
【００９７】
また、適応コードブックにより求めたピッチ予測信号をもとに、複数の位置コードブックから位置コードブックを１種類選択し、前記位置コードブックに格納された位置の各々に対し、ゲインコードブックに格納されたゲインコードベクトルを探索して最終的な再生信号の状態で音声信号との歪を計算し、これを小さくする位置とゲインコードベクトルとの組み合わせを選択しているので、ゲインコードベクトルを含めた最終的な再生音声信号上で歪を小さくできるので、さらに音質を改善した音声符号化方式を提供することができる。
【００９８】
また、判別符号を受信して前記受信符号があらかじめ定められたモードの場合は、適応コードブックにより求めたピッチ予測信号をもとに、複数の位置コードブックから位置コードブックを１種類選択し、前記位置コードブックに格納された位置に対し位置を表す符号を用いてパルスを発生させ、ゲインを乗じ、合成フィルタに通して音声信号を再生しているので、ビットレートが低い場合に従来方式と比べて音質を改善した音声復号化方式を提供することができる。
【００９９】
以上により、符号化ビットレートが低い場合においても、少ない演算量で音質の劣化を抑制して音声信号を符号化することができる音声符号化装置及び該音声符号化装置にて符号化された音声信号を高品質に復号化することができる音声復号化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音声符号化装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の音声符号化装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の音声符号化装置の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の音声復号化装置の実施の一形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の音声復号化装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００    入力端子
１１０    フレーム分割回路
１２０    サブフレーム分割回路
２００    スペクトルパラメータ計算回路
２１０    スペクトルパラメータ量子化回路
２１１    ＬＳＰコードブック
２３０    聴感重み付け回路
２３５    減算器
２４０    応答信号計算回路
３１０    インパルス応答計算回路
３５０，３５７，３５８    音源量子化回路
３５１    音源コードブック
３６０    重み付け信号計算回路
３７０，３７７，３７８    ゲイン量子化回路
３８０    ゲインコードブック
４００    マルチプレクサ
４５０    複数セット位置コードブック格納回路
５００    適応コードブック回路
５０５    デマルチプレクサ
５１０    ゲイン復号回路
５１５    位置コードブック選択回路
５２０    適応コードブック回路
５４０    音源信号復元回路
５５０    加算器
５６０    合成フィルタ回路
５７０    スペクトルパラメータ復号回路
５８０    複数セット位置コードブック格納回路
５９５    位置コードブック選択回路
８００    モード判別回路
【図１】
0003582589.tif 000019
【図２】
0003582589.tif 000020
【図３】
0003582589.tif 000021
【図４】
0003582589.tif 000022
【図５】
0003582589.tif 000023