(57)【要約】【課題】  音声コーディングで算出された各種のパラメータを圧縮して伝送するのに適した音声コーディング/デコーディング方法及びその装置を提供する。また、一層高い圧縮率のＣＥＬＰコーディング及びそれに対応するデコーディングを音声の品質低下及び伝送遅延の増加なしに実現できる音声コーディング/デコーディング方法及びその装置を提供する。【解決手段】  音声コーディングを行う段階と;前記コーディングによって少なくとも一つの特性パラメータの値を算出する段階と;前記算出された特性パラメータ値を圧縮する段階と;前記圧縮されたデータを送信する段階と;前記圧縮されたデータを受信して圧縮解除する段階と;前記圧縮解除によって復元されたパラメータ値を用いてデコーディングを行う段階と；を含んで音声コーディング/デコーディング方法を構成する。【選択図】  図１
2006031016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声コーディングを行う段階と;
前記コーディングによって少なくとも一つの特性パラメータ値を算出する段階と;
前記算出された特性パラメータ値を圧縮する段階と;
前記圧縮されたデータを送信する段階と;
前記圧縮されたデータを受信して圧縮解除する段階と;
前記圧縮解除によって復元されたパラメータ値を用いてデコーディングを行う段階と；を含んで構成されることを特徴とする音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項２】
前記音声コーディングは、ボコーディングであることを特徴とする請求項１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項３】
前記音声コーディングは、コード励起線形予測(Code Excited Linear Prediction:ＣＥＬＰ)コーディングであることを特徴とする請求項１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項４】
前記算出された特性パラメータ値は、前記音声コーディングによる合成音と前記音声コーディングに入力された音声との誤差が最小であるときの値であることを特徴とする請求項１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項５】
前記特性パラメータは、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及び線形予測係数のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項４に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項６】
前記ピッチ周期は、前記音声コーディングのロング-ターム予測(long-term prediction)に用いられることを特徴とする請求項５に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項７】
前記線形予測係数は、前記音声コーディングのショート-ターム予測(short-term prediction)に用いられることを特徴とする請求項５に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項８】
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得、ピッチ周期及び線形予測係数を前記圧縮前に一時保存する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項９】
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期に対する各アップデート周期は、前記線形予測係数に対するアップデート周期よりも短く設定することを特徴とする請求項５に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項１０】
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期に対する各アップデート周期の合計は、前記線形予測係数に対するアップデート周期と同一に設定することを特徴とする請求項９に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項１１】
前記圧縮は、無損失圧縮技法を用いることを特徴とする請求項１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項１２】
前記圧縮されたデータは、所定ビット単位で伝送されることを特徴とする請求項１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【請求項１３】
音声コーディングを行う音声コーダと;
前記音声コーダから算出された少なくとも一つの特性パラメータ値を所定周期で圧縮し、前記圧縮されたデータを所定長さに作って出力する少なくとも一つの圧縮ブロックと;
前記圧縮ブロックの出力を所定ビットストリームに作って送信するビットストリーム伝送ブロックと；を含んで構成されることを特徴とする音声コーディング装置。
【請求項１４】
前記音声コーダは、コード励起線形予測コーダであることを特徴とする請求項１３に記載の音声コーディング装置。
【請求項１５】
前記圧縮ブロックは、前記音声コーダの音声コーディングによる合成音と前記音声コーダに入力された音声との誤差が最小であるときに算出された前記特性パラメータ値を圧縮することを特徴とする請求項１３に記載の音声コーディング装置。
【請求項１６】
前記圧縮ブロックは、無損失圧縮を行うことを特徴とする請求項１３に記載の音声コーディング装置。
【請求項１７】
前記特性パラメータは、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及び線形予測係数のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１３に記載の音声コーディング装置。
【請求項１８】
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得、ピッチ周期及び線形予測係数を圧縮前に一時保存するための少なくとも一つのバッファをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の音声コーディング装置。
【請求項１９】
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期を一時保存するための第１バッファと、前記線形予測係数を保存するための第２バッファと、を備えることを特徴とする請求項１８に記載の音声コーディング装置。
【請求項２０】
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期の前記第１バッファへの各アップデート周期は、前記線形予測係数の前記第２バッファへのアップデート周期よりも短く設定されることを特徴とする請求項１９に記載の音声コーディング装置。
【請求項２１】
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期に対する前記各アップデート周期の合計は、前記線形予測係数に対するアップデート周期と同一に設定されることを特徴とする請求項２０に記載の音声コーディング装置。
【請求項２２】
前記第１バッファに保存されるパラメータ値を圧縮する第１圧縮ブロックと、前記第２バッファに保存されるパラメータ値を圧縮する第２圧縮ブロックと、を備えることを特徴とする請求項１９に記載の音声コーディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声コーディング及びデコーディングに関するもので、詳しくは、携帯用端末機及び各種の音声保存/伝達機器などに適切に適用される音声コーディング/デコーディング方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の音声コーディング技術としては、その歴史が長いだけあって、非常に多くの技術が登場した。
【０００３】
音声コーディング技術は、大きな二つのカテゴリーとして、ボコーディング(vocoding)とウェーブフォームコーディング(waveform coding)とに分けられる。
【０００４】
ボコーディングは、音声生成に関する離散-時間モデル(Dicrete-time Model for Speech Production)によって得られるパラメータを用いる。このモデルは、既に多くの学者たちによって数学的に誘導された公知のモデルであり、L．R．RabinerとR．W．Schafer共著の音声のデジタル信号処理(DigitalProcessing of Speech Signal)などの本によく説明されている。
【０００５】
ボコーディングに該当する技術には、次のようなものがある。
【０００６】
-ＲＥＬＰ(RandomExcitation Linear Prediction)コーディング
-ＣＥＬＰ(CodeExcited Linear Prediction)コーディング
-ＭＥＬＰ(MixedExcited Linear Prediction)コーディング
-ＬＰＣ(LinearPredictive Coding)
-ＶＳＥＬＰ(VectorSum Excited Linear Prediction)コーディング
-FormantsVocoder
-CepstralVocoder。
【０００７】
一方、ウェーブフォームコーディングは、無損失コーディングや有損失コーディングを行い、元の信号と比較して信号対雑音比(ＳＮＲ:Signal-to-Noise Ratio)を最小化することを目的とする。すなわち、このウェーブフォームコーディングは、時間領域あるいは周波数領域で元の信号との類似性を維持することを目的とする。
【０００８】
ウェーブフォームコーディングに該当する技術には、次のようなものがある。
【０００９】
-ＰＣＭ(PulseCode Modulation)
-ＤＰＣＭ(DeltaPulse Code Modulation)
-ＤＭ(DeltaModulation)
-ＡＤＭ(AdaptiveDelta Modulation)
-ＡＰＣ(AdaptivePredictive Coding)
-ＡＤＰＣＭ(AdaptiveDelta Predictive Code Modulation)
-WaveformInterploation Coding。
【００１０】
一方、ＰＣＭに圧縮機法を適用したコーディング技術も、音声信号の圧縮に適用可能である。この方式は、ＰＣＭを行った後で圧縮を行う方式である。この方式に該当する技術には、次のようなものがある。
【００１１】
-HuffmanCoding
-ＬＺＷ(Lempel-Ziv-Welch)アルゴリズムを用いたコーディング。
【００１２】
上記のボコーディングに該当する技術の一つであるコード励起線形予測(Code Excited Linear Prediction;以下、ＣＥＬＰと略称する)コーディングは、代表的な合成分析(ＡｂＳ:Analysis-by-Synthesis)方式である。
【００１３】
この合成分析方式であるＣＥＬＰコーディングは、コードブックに含まれたデータ(codeword)をロングターム予測(long-term prediction)及びショートターム予測(short-termprediction)によって合成し、その合成された結果としての合成音と元の音との差を最も少なくするパラメータを求め、そのパラメータを伝送する方式である。さらに、各パラメータは、音声生成に関する離散信号モデリング(Discrete-timeModeling for Speech)を表現するためのものであるが、その具体的な種類及び意味は、いかなる方式のコーディング技法を用いるか、かつ、どの程度の音質が要求されるかによって多様になる。
【００１４】
従来のＣＥＬＰコーディングを用いる送信機は、上記のように合成された結果(合成音)と元の音との差が最も少ないときに算出された各パラメータを、元の音声の代りに相手側に伝送する。ＣＥＬＰコーディング方式を用いる場合、上記の過程で得られた各パラメータは、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及び線形予測(LinearPrediction;以下、ＬＰと略称する)係数などであり、これらを受信側に伝達する。
【００１５】
このＣＥＬＰコーディングを用いる送信機は、前述した各種のパラメータを量子化及び/またはサンプリングし、それによる所定ビットのビットストリームを伝送する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来は、ＣＥＬＰコーディングで算出された各種のパラメータをさらに圧縮できるにもかかわらず、それらパラメータを量子化及び/またはサンプリングして所定のビットレートで伝送していた。
【００１７】
本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、音声コーディングで算出された各種のパラメータを圧縮して伝送するのに適した音声コーディング/デコーディング方法及びその装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、一層高い圧縮率のＣＥＬＰコーディング及びそれに対応するデコーディングを音声の品質低下及び伝送遅延の増加なしに実現できる音声コーディング/デコーディング方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明に係る音声コーディング/デコーディング方法は、音声コーディングを行う段階と;前記コーディングによって少なくとも一つの特性パラメータ値を算出する段階と;前記算出された特性パラメータ値を圧縮する段階と;前記圧縮されたデータを送信する段階と;前記圧縮されたデータを受信して圧縮解除する段階と;前記圧縮解除によって復元されたパラメータ値を用いてデコーディングを行う段階と；を含んで構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る音声コーディング装置は、音声コーディングを行う音声コーダと;前記音声コーダから算出された少なくとも一つの特性パラメータ値を所定周期で圧縮し、前記圧縮されたデータを所定長さに作って出力する少なくとも一つの圧縮ブロックと;前記圧縮ブロックの出力を所定ビットストリームに作って送信するビットストリーム伝送ブロックと；を含んで構成されることを特徴とする。
【００２１】
項目１．
音声コーディングを行う段階と;
前記コーディングによって少なくとも一つの特性パラメータ値を算出する段階と;
前記算出された特性パラメータ値を圧縮する段階と;
前記圧縮されたデータを送信する段階と;
前記圧縮されたデータを受信して圧縮解除する段階と;
前記圧縮解除によって復元されたパラメータ値を用いてデコーディングを行う段階と；を含んで構成されることを特徴とする音声コーディング/デコーディング方法。
【００２２】
項目２．
前記音声コーディングは、ボコーディングであることを特徴とする項目１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００２３】
項目３．
前記音声コーディングは、コード励起線形予測(Code Excited Linear Prediction:ＣＥＬＰ)コーディングであることを特徴とする項目１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００２４】
項目４．
前記算出された特性パラメータ値は、前記音声コーディングによる合成音と前記音声コーディングに入力された音声との誤差が最小であるときの値であることを特徴とする項目１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００２５】
項目５．
前記特性パラメータは、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及び線形予測係数のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする項目４に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００２６】
項目６．
前記ピッチ周期は、前記音声コーディングのロング-ターム予測(long-term prediction)に用いられることを特徴とする項目５に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００２７】
項目７．
前記線形予測係数は、前記音声コーディングのショート-ターム予測(short-term prediction)に用いられることを特徴とする項目５に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００２８】
項目８．
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得、ピッチ周期及び線形予測係数を前記圧縮前に一時保存する段階をさらに含むことを特徴とする項目５に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００２９】
項目９．
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期に対する各アップデート周期は、前記線形予測係数に対するアップデート周期よりも短く設定することを特徴とする項目５に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００３０】
項目１０．
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期に対する各アップデート周期の合計は、前記線形予測係数に対するアップデート周期と同一に設定することを特徴とする項目９に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００３１】
項目１１．
前記圧縮は、無損失圧縮技法を用いることを特徴とする項目１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００３２】
項目１２．
前記圧縮されたデータは、所定ビット単位で伝送されることを特徴とする項目１に記載の音声コーディング/デコーディング方法。
【００３３】
項目１３．
音声コーディングを行う音声コーダと;
前記音声コーダから算出された少なくとも一つの特性パラメータ値を所定周期で圧縮し、前記圧縮されたデータを所定長さに作って出力する少なくとも一つの圧縮ブロックと;
前記圧縮ブロックの出力を所定ビットストリームに作って送信するビットストリーム伝送ブロックと；を含んで構成されることを特徴とする音声コーディング装置。
【００３４】
項目１４．
前記音声コーダは、コード励起線形予測コーダであることを特徴とする項目１３に記載の音声コーディング装置。
【００３５】
項目１５．
前記圧縮ブロックは、前記音声コーダの音声コーディングによる合成音と前記音声コーダに入力された音声との誤差が最小であるときに算出された前記特性パラメータ値を圧縮することを特徴とする項目１３に記載の音声コーディング装置。
【００３６】
項目１６．
前記圧縮ブロックは、無損失圧縮を行うことを特徴とする項目１３に記載の音声コーディング装置。
【００３７】
項目１７．
前記特性パラメータは、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及び線形予測係数のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする項目１３に記載の音声コーディング装置。
【００３８】
項目１８．
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得、ピッチ周期及び線形予測係数を圧縮前に一時保存するための少なくとも一つのバッファをさらに備えることを特徴とする項目１７に記載の音声コーディング装置。
【００３９】
項目１９．
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期を一時保存するための第１バッファと、前記線形予測係数を保存するための第２バッファと、を備えることを特徴とする項目１８に記載の音声コーディング装置。
【００４０】
項目２０．
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期の前記第１バッファへの各アップデート周期は、前記線形予測係数の前記第２バッファへのアップデート周期よりも短く設定されることを特徴とする項目１９に記載の音声コーディング装置。
【００４１】
項目２１．
前記コードブックインデックス、コードブック利得、フィードバック利得及びピッチ周期に対する前記各アップデート周期の合計は、前記線形予測係数に対するアップデート周期と同一に設定されることを特徴とする項目２０に記載の音声コーディング装置。
【００４２】
項目２２．
前記第１バッファに保存されるパラメータ値を圧縮する第１圧縮ブロックと、前記第２バッファに保存されるパラメータ値を圧縮する第２圧縮ブロックと、を備えることを特徴とする項目１９に記載の音声コーディング装置。
【００４３】
なお、本発明の他の目的、特徴及び利点は、図面に基づく実施形態の詳しい説明によって明白になるであろう。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によると、音声の品質低下及び伝送遅延の増加なしに音声コーディング及びそれに対応する音声デコーディングの一層高い圧縮率を保障できる。
【００４５】
特に、ＣＥＬＰコーディングで算出された各種のパラメータを無損失圧縮して伝送することで、ＣＥＬＰコーディングの一層高い圧縮率を提供する。
【００４６】
また、本発明は、携帯用端末機及び各種の音声保存/伝達機器などの送信機あるいは受信機、すなわち、語学用プレーヤー、デジタル録音機、インターネットプロトコルに基づく音声サービス(Voiceover Internet protocol:ＶｏＩＰ)端末機などに有用に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の構成及び作用は、少なくとも一つの実施形態として説明されるものであり、これによって本発明の技術的思想、その核心構成及び作用が制限されることはない。
【００４８】
図１は、本発明に係る音声コーディングのための装置構成を示したブロックダイアグラムである。
【００４９】
図１に示すように、本発明に係る音声コーディングのための装置は、音声コーダ１０と、第１及び２バッファ２０，２１と、第１及び２圧縮ブロック３０，３１と、ビットストリーム伝送ブロック４０と、から構成される。
【００５０】
音声コーダ１０は、音声に対する特性パラメータ値を算出する。このとき、算出される各パラメータ値は、音声モデリング過程であるＣＥＬＰを通した音声信号生成の離散信号モデリング過程で算出される。特に、音声コーダ１０は、ＣＥＬＰでの音声合成に関するモデリングを通して得られた合成結果(合成音)と入力された元の音との差が最も少ないときの各パラメータ値を出力する。すなわち、元の音と合成音との認知誤差が最小であるときの各パラメータ値を出力する。
【００５１】
本発明では、説明の便宜上、音声コーダ１０で算出された各パラメータを第１タイプのパラメータ(type１)と第２タイプのパラメータ(type２)とに区分する。
【００５２】
上記した二つのパラメータの区分は、パラメータが有するアップデート周期及び/または伝送周期によるものであり、特に、一般的なＣＥＬＰの実現例でも用いられるが、必ずこれと同一である必要はない。また、本発明の長所は、圧縮率を向上することと、これらパラメータを頻繁にアップデートし、その都度に無損失圧縮して伝達することで、コーディング遅延を減少して通話などに適するように作ったことにある。すなわち、本発明では、短い周期で伝送されるパラメータを受信した後、直ちに圧縮を解除してデコーディング作業を行えるため、コーディング及びデコーディング遅延時間が最も短い周期で圧縮されるパラメータ周期に若干の演算遂行時間が加算された程度に短くすることができる。
【００５３】
例えば、第１タイプは、１０ｍｓ以内の周期でそれぞれアップデートされるパラメータであり、第２タイプは、３０ｍｓごとにアップデートされるパラメータである。さらに具体的に説明すると、第１タイプは、７．５ｍｓ周期でそれぞれアップデートされるパラメータであり、第２タイプは、３０ｍｓ周期でアップデートされるパラメータである。ここで、第１タイプには、主に、ピッチ成分や音声の励起信号と関連したコードブックインデックス、及びそれらに関係した各成分が該当するが、音声信号で比較的早く変化するので、頻繁にアップデートする。次に、第２タイプには、ＬＰ係数が該当するが、音声で比較的ゆっくり変化するため、比較的ゆっくりアップデートする。
【００５４】
他の例を挙げると、上記した第１タイプは、３０ｍｓごとに複数回伝送されるパラメータであり、第２タイプは、３０ｍｓごとに１回周期的に伝送されるパラメータである。伝送に関しては、３０ｍｓごとにアップデートされる各パラメータを１回伝送するとき、１０ｍｓごとにアップデートされるパラメータは、その間に３回アップデートされて伝送される。また、７．５ｍｓごとにアップデートされる場合は、その間に４回のアップデート及び伝送が行われる。しかし、実際に伝送するときは、一定のビットレートが多く要求されるので、７．５ｍｓごとにアップデートされるパラメータが７．５ｍｓごとに伝送されなくなる。
【００５５】
また、本発明は、第１及び２バッファ２０，２１をさらに備え、互いに異なるアップデート周期を有する各パラメータ値を分類して保存する。
【００５６】
本発明の第１タイプのパラメータは、音声コーダ１０で算出されたコードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得であり、第２タイプのパラメータは、音声コーダ１０で算出されたＬＰ係数である。
【００５７】
したがって、第１バッファ２０には、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得が保存され、第２バッファ２１には、ＬＰ係数が保存される。
【００５８】
特に、本発明では、第１タイプのパラメータの各アップデート周期及び/または伝送周期が第２タイプのパラメータよりも短い。
【００５９】
第２タイプのパラメータであるＬＰ係数のアップデート周期及び/または伝送周期が３０ｍｓに設定される場合、第１タイプのパラメータの各アップデート周期は、３０ｍｓ/４＝７．５ｍｓに設定され、伝送周期(アップデートされた第１タイプのパラメータの伝送周期)は、３０ｍｓから第２タイプのパラメータの伝送時間を引いた時間を再び４で割った時間が伝送時間となる。
【００６０】
そうすると、前記音声コーダ１０を備えた携帯用端末機及び各種の音声保存/伝達機器などの送信機から送信されるビットストリームは、図２のような形態を有する。また、図２のようなビットストリームを伝送するために、図１における伝送スイッチング動作は３０ｍｓ周期にする。このようにスイッチを用いると、第１タイプのパラメータ及び第２タイプのパラメータが一つのビットストリームで結合される。
【００６１】
前述したアップデート周期は、各圧縮ブロック３０，３１で行われる圧縮動作周期に相応する。
【００６２】
第１圧縮ブロック３０は、第１バッファ２０に保存された各パラメータ値を圧縮し、第２圧縮ブロック３１は、第２バッファ２１に保存された各パラメータ値を圧縮する。このとき、各圧縮ブロック３０，３１で用いられる圧縮技法として、無損失圧縮を行うことが好ましい。
【００６３】
また、図１の各圧縮ブロック３０，３１は、無損失圧縮機能だけでなく、所定速度の伝送率を保障するために無損失圧縮されたデータを所定長さのビットストリームに作る機能をも有する。
【００６４】
すなわち、圧縮されたデータのビット長さが予め定まった臨界値を超える場合、臨界値内で圧縮を行えないので、該当する各パラメータが、今回得たものでなく、直前の過程で得て圧縮可能となったもの(以前のパラメータに該当するビットストリーム)を代りに用いることで、若干の損失が発生しうる。しかし、その区間が短く、かつ、ほとんどの場合、直前の７．５ｍｓでのパラメータを用いるが、７．５ｍｓ区間では音声信号が迅速に変わらないので、以前の過程で得られたパラメータと類似するという特性がある。さらに、本発明では、上記の現象が非常に稀に発生するように臨界値の水準を設定する。そのため、実際には、音質に問題が発生しない。その反面、圧縮されたデータのビット長さが前記臨界値を越えない場合、圧縮されたデータに無意味なビット値"０"を必要な長さだけパッディング(padding)し、臨界値水準のビット長さで伝送する。
【００６５】
すなわち、本発明では、元の音と合成音との差が最小であるときの誤差情報を示す特性パラメータを抽出し、この抽出された各パラメータ値を無損失圧縮して所定長さで受信側に伝送する。
【００６６】
上記した音声コーディングのための装置を備えた携帯用端末機及び各種の音声保存/伝達機器などの送信機は、圧縮された各パラメータ値を量子化及び/またはサンプリングして一つのビットストリームに作り、それを受信側に伝送する。
【００６７】
そうすると、音声デコーディングのための装置を備えた携帯用端末機及び各種の音声保存/伝達機器などの受信機は、所定レートで受信されたビットストリームを圧縮解除した後、その圧縮解除による各パラメータ値をデコーディングに用いて元の音声を復元する。
【００６８】
以下、本発明の一実施形態に係る音声コーディング/デコーディングに対して説明する。
【００６９】
図３は、本発明の一実施形態に係る音声コーディングのための装置構成を示したブロックダイアグラムである。
【００７０】
図３は、音声コーディング技法のうちＣＥＬＰコーディングを例示したものである。
【００７１】
本発明の音声コーディングのための装置は、ＣＥＬＰコーダ１００と、バッファ２００と、第１及び２圧縮ブロック３００，３１０と、伝送ビット整列ブロック４００と、から構成される。
【００７２】
ＣＥＬＰコーダ１００は、入力された音声に最も類似した各特性パラメータ値を算出する。ＣＥＬＰコーダ１００は、ボーカルトラクトモデリング(vocal tract modeling)過程を通して各特性パラメータ値を算出する。
【００７３】
ＣＥＬＰコーダ１００は、コードブック１１０と、ロング-ターム予測器１２０と、ショート-ターム予測器１３０と、認知加重フィルタ１４０と、平均自乗誤差(Mean Square Error;以下、ＭＳＥと略称する)計算ブロック１５０と、認知誤差フィルタ１６０と、を含んで構成される。
【００７４】
ＣＥＬＰコーダ１００は、入力された音声に対する特性パラメータであり、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及びＬＰ係数のうち少なくとも一つ以上を算出して出力する。
【００７５】
また、ＣＥＬＰコーダ１００は、ＣＥＬＰコーディングのボーカルトラクトモデリング過程を含む音声生成に関する離散信号モデリングの結果としての合成結果(合成音)とＣＥＬＰコーディングのために入力された元の音との差が最も少ない場合に該当する各パラメータ値を算出/出力することが好ましい。すなわち、元の音と合成音との認知誤差が最小であるときの各パラメータ値を出力する。図３で、ｘ[ｎ]が元の音であり、
【００７６】
【数１】
2006031016.tif 000003
が合成音である。
【００７７】
ＣＥＬＰコーダ１００は、コードブック１１０としてガウスコードブック(Gaussian codebook)を用いることが好ましい。しかし、他の形態のコードブックも使用可能である。コードブック１１０は、互いに異なるインデックスを有するコードワードにより構成される。
【００７８】
また、ＣＥＬＰコーダ１００のロング-ターム予測器１２０は、ロング-ターム予測を行うデジタルフィルタであり、ロング-ターム予測器１２０の出力端に位置したショート-ターム予測器１３０は、ショート-ターム予測を行うデジタルフィルタである。
【００７９】
ロング-ターム予測器１２０は、ピッチ周期を用いており、ショート-ターム予測器１３０は、ＬＰ係数を用いている。
【００８０】
したがって、ＣＥＬＰコーダ１００のロング-ターム予測器１２０は、入力された音声からピッチ周期を求めてフィルタを実現し、ＣＥＬＰコーダ１００の合成過程に用いる。
【００８１】
また、ショート-ターム予測器１３０は、入力された音声からＬＰ係数を求め、そのＬＰ係数の差数だけの差数を有するフィルタを実現し、ＣＥＬＰコーダ１００の合成過程に用いる。
【００８２】
前述したピッチ周期及びＬＰ係数の場合、コーディング過程だけでなく、デコーディング過程でも用いられる。したがって、コーディング時に求められた値は、前述したように、パラメータとして圧縮してデコーダ側に伝達する。
【００８３】
コードブック１１０の励起信号に該当する各インデックスのコードワードは、二つの予測器１２０，１３０を経て合成音に作られる。そして、ＣＥＬＰコーダ１００は、その合成音と入力された元の音との認知誤差が最小になるように、認知加重フィルタ１４０を用いる。
【００８４】
また、ＣＥＬＰコーダ１００は、入力された元の音との認知誤差が最小になる合成音を探すためのフィードバック経路を有する。
【００８５】
その結果、ＣＥＬＰコーダ１００は、フィードバック経路を用いてコードブック１１０のインデックスを変更しながら、繰り返してコードブックを探索する。このようなコードブックの探索を通して合成音と元の音との認知誤差を相殺することで、元の音に最も近い合成音を探し出す。
【００８６】
本発明は、ＣＥＬＰコーダ１００で合成音と元の音との認知誤差が最小になるとき、それに該当する合成音を生成するために用いられたコードブック１１０のインデックスを一つのパラメータ(コードブックインデックス)として算出し、かつ、そのときのコードブック利得をもう一つのパラメータとして算出する。
【００８７】
そして、ＣＥＬＰコーダ１００で合成音と元の音との認知誤差が最小になるとき、前述したロング-ターム予測器１２０に用いられたピッチ周期及びショート-ターム予測器１３０に用いられたＬＰ係数を各パラメータとして算出する。
【００８８】
また、ＣＥＬＰコーダ１００で合成音と元の音との認知誤差が最小になるとき、フィードバック経路における利得をもう一つのパラメータ(フィードバック利得)として算出する。
【００８９】
以上説明したように、ＣＥＬＰコーダ１００は、合成音と元の音との認知誤差が最小になるとき、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及びＬＰ係数を入力された音声に対する特性パラメータとして算出して出力する。
【００９０】
上記した各特性パラメータは、音声が連続的に入力されるため、所定周期でアップデートされる。よって、ＣＥＬＰコーダ１００は、各パラメータのアップデート周期に合せて第１及び２圧縮ブロック３００，３１０を動作する。もちろん、各圧縮ブロック３００，３１０の動作周期(圧縮周期)に合せて、圧縮されたデータの伝送周期が決定される。
【００９１】
本発明では、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得に対する各アップデート周期をＬＰ係数に対するアップデート周期よりも小さく設定することが好ましい。例えば、本発明では、コードブックインデックスに対するアップデート周期は１０ｍｓ以内に設定し、ＬＰ係数に対するアップデート周期は３０ｍｓに設定する。残りのコードブック利得、ピッチ周期またはフィードバック利得に対する各アップデート周期も、１０ｍｓ以内に設定する。
【００９２】
よって、本発明は、一層迅速なアップデート周期を有する各パラメータ(コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得)を一時保存するためのバッファ２００をさらに備える。前記バッファ２００に７．５ｍｓごとにアップデートされるコードブックインデックス、コードブック利得及びピッチ周期などを保存した後、それを第１圧縮ブロック３００に伝送する。すると、第１圧縮ブロック３００は、所定長さで圧縮される。
【００９３】
その結果、本発明では、アップデート周期によって各パラメータを区分し、アップデート周期の異なる各パラメータを互いに異なるブロックで圧縮させる第１及び２圧縮ブロック３００，３１０を備える。より詳しく説明すると、第１圧縮ブロック３００は、バッファ２００に一時保存される各パラメータ(コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得)を圧縮し、第２圧縮ブロック３１０は、ＣＥＬＰコーダ１００のショート-ターム予測器１３０で算出/出力されたＬＰ係数を圧縮する。ここで、各圧縮ブロック３００，３１０は、無損失圧縮を行い、その無損失圧縮されたデータを所定長さに作る。
【００９４】
しかし、上記した各パラメータに対するアップデート周期は、次の例のように設定されうるし、それによる本発明の装置構成も次のように変更される。なお、本発明の装置構成は、次の例に限定されない。
１．各パラメータ(コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及びＬＰ係数)値のアップデート周期を互いに異なるように設定し、多数のバッファを用いて各パラメータの圧縮タイミングを合せる。そして、各パラメータを圧縮するための各ブロックをそれぞれ備える。
２．ＣＥＬＰコーダ１００で出力された各パラメータ(コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期、フィードバック利得及びＬＰ係数)値のアップデート周期を同一に設定し、一つのバッファを用いる。そして、バッファに一時保存された各パラメータを圧縮するためのブロックを一つだけ備える。
【００９５】
一方、図３に示した第１及び２圧縮ブロック３００，３１０の後端には、各圧縮ブロック３００，３１０の出力経路を制御するためのスイッチ(図示せず)が備わる。
【００９６】
第１圧縮ブロック３００は、バッファ２００に保存されるコードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得がそれぞれ７．５ｍｓのアップデート周期を有することで、７．５ｍｓ周期で圧縮動作を行う。一方、第２圧縮ブロック３１０は、ＬＰ係数が３０ｍｓのアップデート周期を有することで、３０ｍｓ周期で圧縮動作を行う。そして、スイッチ(図示せず)は、第１圧縮ブロック３００及び第２圧縮ブロック３１０に対し、３０ｍｓ周期でスイッチング動作を行う。すなわち、この場合、第１圧縮ブロック３００で圧縮されたデータを４回伝送した後、第２圧縮ブロック３１０で圧縮されたデータを伝送する。そして、スイッチ(図示せず)は、それぞれ異なる圧縮ブロック３００，３１０で出力された各データが伝送される必要があると、その都度に伝送が要求されるデータ側にスイッチングする。
【００９７】
伝送ビット整列ブロック４００は、第１及び２圧縮ブロック３００，３１０の出力を一つのビットストリームに作って出力する。
【００９８】
一方、本発明の各圧縮ブロック３００，３１０は、圧縮以外に圧縮データの長さを一定にする役割も行う。例えば、各圧縮ブロック３００，３１０で圧縮されたデータの長さが９９％である場合に１００ビット以下であれば、長さの臨界値を１００ビットと定める。この場合、９９％であるとデータの損失がなく、残りの１％であると以前に得られた圧縮データを用いる。例えば、圧縮されたデータが１１０ビットであり、以前に伝送したパラメータに該当する圧縮データが９７ビットである場合、現在圧縮されたデータが１１０ビットであって、定められた１００ビットの長さに作られないので、前記以前の９７ビットを再び伝送する。一方、音声信号が迅速に変わらないので、若干の誤差が発生するが、圧縮区間が長くなく、かつ、その確率が１％であって大きな問題にはならない。もし、圧縮されたデータの長さが９５ビットであると、定められた１００ビットから不足する５ビットに対しては、無意味なダミー(dummy)を挿入する。ここで、ダミー挿入は、圧縮されたデータの後部に"０"を必要な長さだけパッディングする方式を用いる。以上のように、本発明では、圧縮されたデータを一定の長さに作る方式を用いる。もちろん、１００ビット長さや９９％の場合などは、実現上の必要要件によっていくらでも変更可能であり、他の方式のアルゴリズムを用いてデータを所定長さで伝送することもできる。
【００９９】
以上説明したことに付け加えて、本発明では、ＬＰ係数を一時保存するためのバッファ(図示せず)を第２圧縮ブロック３１０の入力端にさらに備える。以下、ＬＰ係数を一時保存するためのバッファを第２バッファとして説明し、前述したバッファ２００を第１バッファとして説明する。
【０１００】
本発明では、前述したように、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得に対するアップデート周期をＬＰ係数に対するアップデート周期よりも小さく設定する。よって、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得が第１バッファに保存される周期は、ＬＰ係数が第２バッファに保存される周期よりも小さく設定される。例えば、本発明では、コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得が第１バッファに保存される周期を１０ｍｓ以内に設定し、ＬＰ係数が第２バッファに保存される周期を３０ｍｓに設定する。
【０１０１】
より詳しく説明すると、第１バッファへの各パラメータの保存周期は７．５ｍｓにそれぞれ設定し、第２バッファへのパラメータ(ＬＰ係数)の保存周期は３０ｍｓに設定する。
【０１０２】
一方、音声デコーディングのための装置を備えた携帯用端末機及び各種の音声保存/伝達機器などの受信機は、所定のレートで受信されたビットストリームを圧縮解除した後、その圧縮解除による各パラメータ値をデコーディングに用いて元の音声を復元する。これに対し、図４に基づいて説明する。
【０１０３】
図４は、本発明の一実施形態に係る音声デコーディングのための装置構成を示したブロックダイアグラムで、図３の音声コーディングのための装置を用いる場合に備えたものである。
【０１０４】
図４に示すように、音声デコーディングのための装置は、受信されたビットストリームを圧縮解除する第１及び２圧縮解除ブロック５００，５１０と、ＣＥＬＰデコーダ６００と、を含んで構成される。また、本発明の音声デコーディングのための装置は、受信されたビットストリームを適切な圧縮解除ブロック５００，５１０に伝達するためのスイッチ(図示せず)を備える。
【０１０５】
スイッチ(図示せず)は、受信されたビットストリームでコードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得に該当する各ビットを第１圧縮解除ブロック５００に伝達し、ＬＰ係数に該当する各ビットを第２圧縮解除ブロック５１０に伝達するためのスイッチング動作を行う。
【０１０６】
その後、第１及び２圧縮解除ブロック５００，５１０は、入力されたデータをそれぞれ圧縮解除してＣＥＬＰデコーダ６００に出力する。
【０１０７】
ＣＥＬＰデコーダ６００の動作は、図３に基づいて前述したＣＥＬＰコーダのコーディング動作によって一般的に知られた事実であるため、本発明では、それに対する詳しい説明を省略する。
【０１０８】
また、本発明では、前述したスイッチ(図示せず)のスイッチング動作を制御するブロック(図示せず)がさらに備わる。その制御ブロック(図示せず)は、送信されたビットストリームが図２のようなフォーマットとして定義される場合、受信されたビットストリームを第１タイプと第２タイプとに区分する。そして、第１タイプのパラメータ(コードブックインデックス、コードブック利得、ピッチ周期及びフィードバック利得)に該当する各ビットが第１圧縮解除ブロック５００に伝達されるように、かつ、第２タイプのパラメータ(ＬＰ係数)に該当する各ビットが第２圧縮解除ブロック５１０に伝達されるようにスイッチング動作を制御する。
【０１０９】
上記した発明の詳細な説明における具体的な実施様態または実施形態は、本発明の技術内容を明確にするためのものに過ぎなく、このような具体例に限定して狭義に解析してはならない。また、本発明の精神及び特許請求の範囲内で多様な変更実施が可能である。
【０１１０】
すなわち、本発明で用いられる音声コーディングには、ＣＥＬＰコーディングだけでなく、ＭＥＬＰ(Mixed Excited Linear Prediction)やＲＥＬＰ(Residual Excited LinearPrediction)などもある。
【０１１１】
以上説明した内容に基づき、当業者であれば、本発明の技術思想から逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能である。
【０１１２】
したがって、本発明の技術的範囲は、実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明に係る音声コーディングのための装置構成を示したブロックダイアグラムである。
【図２】本発明に係る音声コーディングを経たビットストリームの伝送形態を示したダイアグラムである。
【図３】本発明の一実施形態に係る音声コーディングのための装置構成を示したブロックダイアグラムである。
【図４】本発明の一実施形態に係る音声デコーディングのための装置構成を示したブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  コーダ
３０，３１  圧縮ブロック
【図１】
2006031016.tif 000004
【図２】
2006031016.tif 000005
【図３】
2006031016.tif 000006
【図４】
2006031016.tif 000007