(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号のスペクトル情報の特徴パラメータであるＬＳＰパラメータを復号化する復号化装置であって、フレーム単位で独立にベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化して量子化値を得る第１の復号化手段と、前記第１の復号化手段で得られた量子化値と参照フレームの量子化値から求めた予測値を用いてフレーム間の相関を利用してベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化する第２の復号化手段と、を備えたＬＳＰパラメータ復号化装置。
【請求項２】
音声信号のスペクトル情報の特徴パラメータであるＬＳＰパラメータを復号化する復号化方法であって、フレーム単位で独立にベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化する第１の復号化ステップと、前記第１の復号化ステップで得られた量子化値と参照フレームの量子化値から予測値を求め、この予測値を用いてフレーム間の相関を利用してベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化する第２の復号化ステップと、を有するＬＳＰパラメータ復号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声信号のスペクトル情報の特徴パラメータであるＬＳＰパラメータの符号化復号化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、４〜８ｋｂｑｓ程度のビットレートの音声符号化装置では、音声信号を分析することによってスペクトル情報と音源情報とに分離して符号化する方法が主流である。ＬＳＰパラメータは、スペクトル情報を表す特徴パラメータであり、通常、フレームあたり１０次程度必要である。ＬＳＰパラメータを符号化する最も基本的な方法としては、個々の値をスカラーとして量子化する方法があるが、量子化効果が低いため、複数のＬＳＰパラメータをまとめて量子化するベクトル量子化が良く用いられる。また、ＬＳＰパラメータは、隣接するフレーム間に大きな相関があるため、フレーム間の相関を利用することによって、量子化効率を上げることができる。
【０００３】
図６は従来のフレーム間の相関を利用するＬＳＰパラメータ量子化装置の構成を示すブロック図であり、６００はＬＳＰパラメータ算出手段、６０１は過去の量子化値を蓄えておくバッファ、６０２は過去の量子化値から現フレームの値を線形に予測する予測手段、６０３は予測値と入力値との誤差を最小にする符号を符号帳から選択する誤差最小化手段、６０４は符号帳、６０５は出力符号から量子化値を復号する復号化手段である。また、６０６は入力音声信号、６０７は現フレームのＬＳＰパラメータ、６０８は出力符号、６０９は現フレームの量子化値、６１０は過去の量子化値、６１１は予測された現フレームのＬＳＰパラメータである。
【０００４】
以上のように、構成された従来のＬＳＰパラメータ量子化装置における処理について説明する。ＬＳＰパラメータ算出手段６００は、入力音声信号６０６から現フレームのＬＳＰパラメータ６０７を算出する。予測手段６０２はバッファ６０１に蓄えられた過去の量子化値６１０から現フレームのＬＳＰパラメータを線形に予測する。誤差最小化手段６０３は、入力音声信号から算出されたＬＳＰパラメータ６０７と、過去の量子化値から予測されたＬＳＰパラメータ６１１の誤差を算出し、誤差を最小にする符号を符号帳６０４から選択し、その符号を出力する。復号手段６０５は、出力符号６０８から量子化値を復号し、復号された量子化値６０９は、バッファ６０１に格納される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置では、入力音声信号が定常に近い状態では、高い予測ゲインが得られ、精度の高い量子化が行なえるものの、入力音声信号が過渡的な状態では、予測ゲインが低下し、量子化の精度も低下する。フレーム長が長くなると、隣接フレーム間で過渡的要素が大きくなり、フレーム間相関が小さくなるため、同様に予測ゲインが低下する。したがって、隣接フレーム間相関を利用して予測を行なう量子化方法は、入力音声信号が隣接フレーム間で定常とみなされやすく、フレーム長の短い音声符号化方法には適するが、フレーム長が長い音声符号化方法に適用するのは難しかった。
【０００６】
また、過去の量子化値から現在の値を予測するため、伝送路で生じる符号誤りの影響が、誤りフレームだけではなく以降のフレームに伝搬するため、誤りに弱いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、入力音声信号が過渡的な状態でも、高い量子化精度を確保するとともに、誤りに対する耐性を高めることのできるＬＳＰパラメータ復号化装置及び復号化方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、音声信号のスペクトル情報の特徴パラメータであるＬＳＰパラメータを復号化する復号化装置であって、フレーム単位で独立にベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化して量子化値を得る第１の復号化手段と、前記第１の復号化手段で得られた量子化値と参照フレームの量子化値から求めた予測値を用いてフレーム間の相関を利用してベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化する第２の復号化手段とを備えたものである。
【０００９】
また本発明は、音声信号のスペクトル情報の特徴パラメータであるＬＳＰパラメータを復号化する復号化方法であって、フレーム単位で独立にベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化する第１の復号化ステップと、前記第１の復号化ステップで得られた量子化値と参照フレームの量子化値から予測値を求め、この予測値を用いてフレーム間の相関を利用してベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化する第２の復号化ステップの各処理動作によりＬＳＰパラメータを復号化するようにしたものである。
【００１０】
【作用】
したがって、本発明によれば、隣接フレーム間の相関が小さい部分では、フレーム単位で独立に復号化する第１の復号化手段を用い、隣接フレーム間の相関が大きい部分では、前記第１の復号化手段で得られた量子化値と参照フレームの量子化値から求めた予測値を用いてフレーム間の相関を利用してベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化することにより、入力音声信号の状態に関わらず、安定した高い復号化精度が得ることができる。
【００１１】
また本発明は、隣接フレーム間の相関を利用する復号化動作では、第１の復号化手段で得られた量子化値と参照フレームの量子化値から予測値を求め、この予測値を用いてフレーム間の相関を利用してベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化することにより、伝送誤りに対する耐性を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態を図を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態におけるＬＳＰパラメータ符号化装置の構成を示すブロック図であり、１００はＬＳＰパラメータ算出手段、１０１はフレーム単位で独立に量子化を行なう第１の量子化手段、１０２は隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行なう第２の量子化手段、１０３、１０４は復号化手段、１０５は誤差比較手段、１０６は量子化手段を切り換えるスイッチである。また、１０７は入力音声信号、１０８は算出したＬＳＰパラメータ、１０９は第１の量子化手段１０１の出力符号、１１０は第２の量子化手段１０２の出力符号、１１１は第１の量子化手段１０１による量子化値、１１２は第２の量子化手段１０２による量子化値、１１３はスイッチ１０６の切り換えを制御する信号、１１４は出力符号である。
【００１３】
次に、上記実施の形態の動作について説明する。ＬＳＰパラメータ算出手段１００によって算出したＬＳＰパラメータ１０８は、それぞれ第１の量子化手段１０１と、第２の量子化手段１０２に入力される。第１の量子化手段１０１は、フレーム単位で独立に量子化を行ない、符号１０９を出力する。同様に、第２の量子化手段１０２は、隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行ない、符号１１０を出力する。復号化手段１０３は、符号１０９から第１の量子化手段１０１による量子化値１１１を復号し、復号化手段１０４は、符号１１０から第２の量子化手段１０２による量子化値１１２を復号する。誤差比較手段１０５は、量子化値１１１および１１２とＬＳＰパラメータ１０８との誤差をそれぞれ算出、比較し、スイッチ１０６を切り換えることによって、誤差の小さい方の量子化手段を選択し、選択した量子化手段の出力符号をこの符号化装置の出力符号１１４として出力する。
【００１４】
このように、本実施の形態によれば、入力音声信号の状態に関わらず安定した量子化精度が期待できる第１の量子化手段１０１と、入力音声信号が定常に近い状態で高い量子化精度が期待できる第２の量子化手段１０２の、２つの異なる量子化方法の量子化手段を切り換えて使用することにより、入力音声信号の状態に関わらず、高い安定した量子化精度を得ることができる。
【００１５】
また、第２の量子化手段１０２は、隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行なうため、伝送誤りにより影響が次フレーム以降に伝搬するが、第１の量子化手段１０１は、フレーム単位で独立に量子化を行なうため、誤りによる影響は伝搬しない。したがって、誤りによる影響の伝搬は、第２の量子化手段が連続して選択されている区間に限られ、第１の量子化手段が選択されたフレーム以降には伝搬しない。第１の量子化手段と第２の量子化手段とがそれぞれ選択される確率は、入力音声信号の性質によって大きく変化するが、通常の会話では１対１から１対２程度であり、どちらかの量子化手段が長い区間にわたって連続して選択されることは少ない。したがって、誤りによる影響の伝搬は短い区間に限定され、誤りによる影響が伝搬し続ける従来例に対して、誤りに対する耐性が高い。
【００１６】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図１の第２の量子化手段１０２の詳細を示すものである。２００はＬＳＰパラメータ算出手段であり、図１のＬＳＰパラメータ算出手段１００と同じものである。２０１は第１段目の誤差最小化手段、２０２は第１の符号帳、２０３、２０７は復号化手段、２０４は過去の量子化値から現フレームの値を線形に予測する予測手段、２０５は第２段目の誤差最小化手段、２０６は第２の符号帳、２０８は過去の量子化値を蓄えておくバッファである。また、２１０は入力音声信号、２１１は算出した現フレームのＬＳＰパラメータ、２１２は第１段階の出力符号、２１３は第１段階の量子化値、２１４は第２段階の出力符号、２１５は現フレームの量子化値、２１６は過去の量子化値、２１７は予測された現フレームのＬＳＰパラメータである。
【００１７】
次に上記実施の形態の動作について説明する。ＬＳＰパラメータ算出手段２００は、入力音声信号２１０から現フレームのＬＳＰパラメータ２１１を算出する。第１段階として、第１段目の誤差最小化手段２０１は、第１の符号帳２０２からＬＳＰパラメータ２１１との誤差が最小となる符号を選択し、出力符号２１２として出力する。第２段階として、予測手段２０４は、復号化手段２０３によって復号された第１段階の量子化値２１３と、バッファ２０８に蓄えられた過去の量子化値２１６とから現フレームのＬＳＰパラメータ２１７を線形に予測する。第２段目の誤差最小化手段２０５は、予測されたＬＳＰパラメータ２１７と入力音声信号２１０とから算出された現フレームのＬＳＰパラメータ２１１との誤差が最小となる符号を、第２の符号帳２０６から選択し、出力符号２１４として出力する。復号化手段２０７は、出力符号２１４とから、現フレームの量子化値２１５を復号し、バッファ２０８に格納する。
【００１８】
ここで、第２段階の処理を図３を用いて説明する。図３において、３００は前フレームのＬＳＰパラメータの量子化前の値、３０１は現フレームのＬＳＰパラメータの量子化前の値、３０２は前フレームの量子化値、３０３は現フレームの第１段階の量子化値、３０４は現フレームの予測値、３０５は予測値と量子化前の値との誤差、３０６は現フレームの量子化値である。
【００１９】
現フレームの予測値３０４は、前フレームの量子化値３０２と現フレームの第１段階の量子化値３０３を用いて、
ｐｎ  ＝αｑｎ−１  ＋（１−α）υｎ  
よって、誤差３０５は、
0003557413.tif 000002
また、現フレームの量子化値３０６は、
0003557413.tif 000003
と表される。ここで、αは予測係数、ｄ＾ｎ  は誤差３０５を近似する符号ベクトルである。第２段目の誤差最小化手段２０５は、現フレームのＬＳＰパラメータ３０１と現フレームの量子化値３０６の誤差を最小にする予測係数αと符号ベクトルｄ＾ｎ  の組を第２の符号帳２０６から選択し、符号を出力する。
【００２０】
なお、予測係数αを固定とすることにより、第２段目の誤差最小化の処理は、誤差３０５に対して誤差が最小となる符号ベクトルを選択するのみとなり、演算量が削減される。
【００２１】
このように、本実施の形態によれば、現フレームの予測値を、過去のフレームの情報と現フレームの情報とから予測するため、復号化する際に、過去のフレームの情報に伝送誤りによる影響があっても、現フレームの予測値に値する影響を低減することができ、伝送誤りに値する耐性を高めることができる。
【００２２】
（実施の形態３）
図４は本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図であり、上記第１および第２の実施の形態の符号化装置に対応する復号化装置の構成を示すものである。図４において、４００は伝送誤り検出手段、４０１はスイッチ制御手段、４０２は第１の量子化手段による符号ベクトルを格納する符号帳、４０３は第２の量子化手段の第１段階による符号ベクトルを格納する符号帳、４０４は第２の量子化手段の第２段階による符号ベクトルを格納する符号帳、４０５は予測手段、４０６は復号化手段、４０７、４０８は復号化手段を切り換えるスイッチ、４０９は出力する復号値を切り換えるスイッチ、４１０は前フレームの量子化値を蓄えるバッファである。また、４１１は伝送符号、４１２は第１の量子化手段による量子化値、４１３は第２の量子化手段の第１段階での量子化値、４１４は現フレームの予測値、４１５は第２の量子化手段の第２段階での量子化値、４１６は復号化装置の出力量子化値である。
【００２３】
次に上記実施例の動作について説明する。伝送符号が前記符号化装置における第１の量子化手段による符号であれば、スイッチ４０７、４０８を連動してａ側に、第２の量子化手段による符号であれば、スイッチ４０７、４０８をｂ側に切り換えることによって、第１、第２のそれぞれの量子化手段に対応する復号手段で量子化値を復号することができる。第２の量子化手段による伝送を復号化する場合において、伝送符号に誤りがないフレームでは、スイッチ制御手段４０１は、スイッチ４０９のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの６つの端子のうちＡ−Ｂ間と、Ｃ−Ｄ間を接続する。この状態では、各復号手段からの復号値は正しく復号されて出力される。伝送誤り検出手段４００が伝送誤りを検出したフレームでは、スイッチ制御手段４０１は、スイッチ４０９の端子のうち、Ｄ−Ｅ間を接続する。この状態では、伝送符号４１１は無視され、バッファ４１０に蓄えられた前フレームの量子化値が出力される。伝送誤り検出手段４００が誤りを検出したフレームの次フレーム以降、第２の量子化手段による符号が連続する限り、スイッチ制御手段４０１は、スイッチ４０９の端子のうちＡＦ間を接続する。この状態では、第２の量子化手段による符号のうち、第１段階の符号のみによって復号された量子化値４１３が出力され、第２段階は無視される。伝送誤り検出手段４００が誤りを検出したフレームの次フレーム以降、最初に第１の量子化手段による符号が伝送されたフレームで、スイッチ制御手段４０１は、スイッチ４０９の端子のうちＡ−Ｂ、Ｃ−Ｄ間を接続し、誤りを検出する前の状態に戻る。
【００２４】
このように、本実施の形態によれば、誤りが生じたフレームの次フレーム以降で、過去の誤りの影響を伝搬する第２の量子化手段の第２段階をパスすることにより、誤りによる影響が次フレーム以降に伝搬することを防ぎ、誤りによる影響を最小限に抑えることができる。
【００２５】
（参考例）
次に、上記各実施例１乃至３を適用した符号化復号化装置を参考例として示す。図５は本発明の参考例の構成を示すブロック図であり、上記第１および第２の実施例の符号化装置と第３の実施例の復号化装置とを組み合わせたものである。図５の符号化側において、５００は第１の量子化手段、５０１は第２の量子化手段、５０２は量子化手段５００、５０１を切り換えるスイッチ、５０８は出力符号であり、これら以外の詳細な構成は上記第１および第２の実施例と同じである。復号化側において、５０３は伝送誤り検出手段、５０４は誤り頻度判定手段、５０５は第１の復号化手段、５０６は第２の復号化手段、５０７は復号化手段５０５、５０６を切り換えるスイッチ、５０９は復号化側の入力符号であり、これら以外の詳細な構成は上記第３の実施例と同じである。
【００２６】
次に、上記参考例の動作について説明する。復号化側の誤り検出手段５０３は、伝送されてきた入力符号５０９の伝送誤りを検出する。誤り頻度判定手段５０４は、検出された伝送誤りの頻度を定められたしきい値と比較し、誤り頻度がしきい値未満であれば、第１の量子化手段５００と第２の量子化手段５０１のうち、量子化誤差が小さい方の量子化手段をスイッチ５０２により選択し、誤り頻度がしきい値以上であれば、スイッチ５０２を第１の量子化手段５００側に固定する。復号化側の動作は、上記第３の実施例と同じである。
【００２７】
伝送誤りの頻度が高くなると、復号化において第２の量子化手段５０１の第２段階がパスされる割合が増加し、復号した量子化値の精度が低下する。したがって、本参考例のように、誤りの頻度を監視し、頻度が高い場合には、相手の符号化側のスイッチを第１の量子化手段５００に固定することにより、復号化側で復号した量子化値の精度の低下を少なくすることができる。また、双方向の伝送路では、復号化側が受信した入力符号５０９の誤り頻度から、符号化側が送信する出力符号５０８の相手側受信時の誤り頻度が推定できるので、本参考例のように、復号化側での誤り頻度による自分の符号化側の量子化手段を切り換えスイッチ５０２の制御を双方で行なえば、付加情報を付け加えることなく、伝送誤りに対する耐性を高めることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、ＬＳＰパラメータを復号化する復号化装置に、フレーム単位で独立にベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化して量子化値を得る第１の復号化手段と、前記第１の復号化手段で得られた量子化値と参照フレームの量子化値から求めた予測値を用いてフレーム間の相関を利用してベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化する第２の復号化手段とを備えたことにより、入力音声信号の状態に関わらず、安定した高い復号化精度が得られるという効果がある。
【００２９】
また、本発明は、隣接フレーム間の相関を利用する復号化動作では、第１の復号化手段で得られた量子化値と参照フレームの量子化値から予測値を求め、この予測値を用いてフレーム間の相関を利用してベクトル量子化されたＬＳＰパラメータを復号化することにより、伝送誤りに対する耐性を高めるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるＬＳＰパラメータ符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成として、図１中の第２の量子化手段の詳細を示すブロック図
【図３】本発明の第２の実施の形態の第２の量子化手段における第２段階の処理を示す模式図
【図４】本発明の第３の実施の形態の構成として、第１および第２の実施の形態の符号化装置に対応する復号化装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の参考例として、第１および第２の実施の形態の符号化装置と第３の実施の形態の復号化装置とを組み合わせた符号復号化装置の構成を示すブロック図
【図６】従来例のフレーム間の相関を利用するＬＳＰパラメータ量子化装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１００    ＬＳＰパラメータ
１０１    フレーム単位で独立に量子化を行なう第１の量子化手段
１０２    隣接フレーム間の相関を利用して量子化を行なう第２の量子化手段
１０３、１０４    復号化手段
１０５    誤差比較手段
１０６    量子化手段を切り換えるスイッチ
１０７    入力音声信号
１０８    算出したＬＳＰパラメータ
１０９    第１の量子化手段１０１の出力符号
１１０    第２の量子化手段１０２の出力符号
１１１    第１の量子化手段１０１による量子化値
１１２    第２の量子化手段１０２による量子化値
１１３    スイッチ１０６の切り換えを制御する信号
１１４    出力符号
２００    ＬＳＰパラメータ算出手段
２０１    第１段目の誤差最小化手段
２０２    第１の符号帳
２０３、２０７    復号化手段
２０４    過去の量子化値から現フレームの値を線形に予測する予測手段
２０５    第２段目の誤差最小化手段
２０６    第２の符号帳
２０８    過去の量子化値を蓄えておくバッファ
２１０    入力音声信号
２１１    現フレームのＬＳＰパラメータ
２１２    第１段階の出力符号
２１３    第１段階の量子化値
２１４    第２段階の出力符号
２１５    現フレームの量子化値
２１６    過去の量子化値
２１７    予測された現フレームのＬＳＰパラメータ
３００    前フレームのＬＳＰパラメータの量子化前の値
３０１    現フレームのＬＳＰパラメータの量子化前の値
３０２    前フレームの量子化値
３０３    現フレームの第１段階の量子化値
３０４    現フレームの予測値
３０５    予測値と量子化前の値との誤差
３０６    現フレームの量子化値
４００    伝送誤り検出手段
４０１    スイッチ制御手段
４０２    第１の量子化手段による符号ベクトルを格納する符号帳
４０３    第２の量子化手段の第１段階による符号ベクトルを格納する符号帳
４０４    第２の量子化手段の第２段階による符号ベクトルを格納する符号帳
４０５    予測手段
４０６    復号化手段
４０７、４０８    復号化手段を切り換えるスイッチ
４０９    出力する復号値を切り換えるスイッチ
４１０    前フレームの量子化値を蓄えるバッファ
４１２    第１の量子化手段による量子化値
４１３    第２の量子化手段の第１段階による量子化値
４１４    現フレームの予測値
４１５    第２の量子化手段の第２段階による量子化値
４１６    復号化手段の出力量子化値
５００    第１の量子化手段
５０１    第２の量子化手段
５０２    量子化手段を切り換えるスイッチ
５０３    誤り検出手段
５０４    誤り頻度判定手段
５０５    第１の復号化手段
５０６    第２の復号化手段
５０７    スイッチ
５０８    符号化側の出力符号
５０９    復号化側の入力符号
６００    ＬＳＰパラメータ
６０１    過去の量子化値を蓄えておくバッファ
６０２    過去の量子化値から現フレームの値を線形に予測する予測手段
６０３    予測値と入力値との誤差を最小にする符号を符号帳から選択する誤差最小化手段
６０４    符号帳
６０５    出力符号から量子化値を復号する復号化手段
６０６    入力音声信号
６０７    現フレームのＬＳＰパラメータ
６０８    出力符号
６０９    現フレームの量子化値
６１０    過去の量子化値
６１１    予測された現フレームのＬＳＰパラメータ
【図１】
0003557413.tif 000004
【図２】
0003557413.tif 000005
【図３】
0003557413.tif 000006
【図４】
0003557413.tif 000007
【図５】
0003557413.tif 000008
【図６】
0003557413.tif 000009