(57)【要約】【課題】　音声符号化において無音声部の平均伝送ビットレートを低減する。　【解決手段】　無音声部符号化回路70は、入力端子51からの入力信号をフレーム毎に符号化し、得た量子化符号列を切り替え回路56に渡す。また、無音声部においてどの特徴パラメータに対応する量子化符号列を伝送するか、あるいは伝送しないかの判定情報（TX_flag）をビット列生成回路57に渡す。音声部復号回路71は、ビット列分解回路58から渡されたTX_flagと切り替え回路59から渡された量子化符号列を用いて無音声部の信号を復号し、切り替え回路62に渡す。【選択図】　図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各フレームにおいて入力信号が音声部であるか無音声部であるかの判別に従い前記入力信号に対応するスペクトル包絡を表す量とパワーを表す量を少なくとも含む特徴パラメータを符号化する方法を切り替える音声符号化装置において、
前記無音声部で、前記パワーを表す量に関する符号と前記スペクトル包絡を表す量に関する符号との少なくとも１つを伝送するか、あるいは、何も伝送しないかを各フレームで切り替えることを特徴とする音声符号化装置。
【請求項２】
各フレームにおいて復号信号が音声部であるか無音声部であるかの判別に従い前記復号信号に対応するスペクトル包絡を表す量とパワーを表す量を少なくとも含む特徴パラメータから前記復号信号を復号化する方法を切り替える音声復号装置において、
前記無音声部で、前記パワーを表す量に関する符号と前記スペクトル包絡を表す量に関する符号のいずれか１つを用いて復号化するか、あるいは、過去に受信した符号を用いて復号化するかを各フレームで切り替えることを特徴とする音声復号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は、音声信号等のデジタル情報を符号化・復号する装置に関し、特に無音声部の符号化・復号に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の音声符号化・復号に関する従来装置は、音声がない区間(無音声部)を、音声部の符号化に比べて非常に低いビットレートで符号化することにより、伝送する平均ビットレートを低減することを目的として用いられている。例えば、「IEEE  Communications   Magazine,  頁64-73、Sep  1997」(非特許文献1)に記載されている装置がある。
【０００３】
　この従来例では、入力信号を予め定めたフレーム（10msec）毎に音声部であるか無音声部であるかを判別し、音声部である場合は、通常の音声符号化方式（ITU-T勧告G.729）により入力信号を符号化・復号する。無音声部の場合、符号化装置では入力信号の特徴パ
ラメータを間欠的に符号化し、復号装置に伝送する。復号装置では、全てのフレームではなく間欠的に受信した特徴パラメータの繰り返し及び平滑化により全フレームの特徴パラメータを計算し、これらを用いて信号を復号する。
【０００４】
　音声部か無音声部かの判別方法として、文献1に記述されているように、フレーム毎に入力信号から計算する信号パワー、低周波数領域に対応する信号パワー、零交差数、及びスペクトル包絡特性を表すフィルタ係数を用いる方法がある。これらの変量と各々の無音声部における平均値との差分に基づき、閾値処理により判別を行なう。
【０００５】
　音声部を符号化する方法としては、例えば、「ITU-T勧告G.729、COM15-152  July  1995」（非特許文献2）に記述されているCELP  (Code  Excited  Linear　Prediction  Coding)方式がある。CELP方式に関しては、他に「Code-Excited  Linear  Prediction  :  High  Quality  Speech  at  Very  Low  Bit  Rates  (IEEE  Proc.  ICASSP-85、  pp.937-  940、1985)」(非特許文献3)に記載されている。従来装置の符号化処理では、入力信号を予め定めたフレーム毎に線形予測分析して、音声信号のスペクトル包絡特性を表す線形予測(LP)係数を算出し、そのスペクトル包絡特性に対応するLP合成フィルタを駆動して励振信号を算出し、各々符号化する。励振信号の符号化は、フレームを更にサブフレームに分割してサブフレーム毎に行う。ここで、励振信号は、入力信号のピッチ周期を表す周期成分とその残差成分及びそれらのゲインにより構成される。入力信号のピッチ周期を表す周期成分は、適応コードブックと呼ばれる過去の励振信号を保持するコードブックに格納された適応コードベクトルとして表され、前記残差成分は、複数のパルスからなるマルチパルス信号として表される。
【０００６】
　また、復号処理では、復号した前記ピッチ周期成分と前記残差信号から得た励振信号を、復号した前記フィルタ係数で構成する合成フィルタに入力して音声信号を復号する。
無音声部を符号化する方法としては、例えば、非特許文献1に記述されているように、入力信号の特徴パラメータとして信号パワーを表す二乗平均平方根（Root  Mean  Square；RMS）とスペクトル特性を表すフィルタ係数を符号化する方法がある。復号は、乱数信号と乱数的に生成したパルス性信号との線形和を前記RMSで調整し、これを前記フィルタ係数を用いて構成した合成フィルタに入力することにより行なう。前記特徴パラメータは、無音声部で信号の性質が変化したフレームでのみ伝送し、それ以外のフレームでは何も伝送しない。この何も伝送しないフレームでは、過去の伝送された特徴パラメータを繰り返し使用する。但し、波形上での不連続が生じないように、RMSには平滑化処理を施す。
【０００７】
　図4、5及び6を参照して従来装置を説明する。図4は従来の符号化・復号装置を説明するブロック図である。
【０００８】
　符号化側における動作を説明する。入力端子51は、入力信号を一定フレーム単位、例えば10msec単位で入力する。音声検出回路53は、入力端子51からの入力信号を用いて前記フレームに含まれる信号が音声部か無音声部かの判定を前述のように行ない、検出結果（VAD_flag）を切り替え回路52と56及び無音声部符号化回路54に渡す。切り替え回路52は、入力端子51から渡されたフレーム単位の入力信号を、音声検出回路53から渡されるVAD_flagが音声部を示す場合は音声部符号化回路55に渡す。また、VAD_flagが無音声部を示す場合は無音声部符号化回路54に渡す。
【０００９】
　音声部符号化回路55は、切り替え回路52からの入力信号、即ち、入力信号の音声部をフレーム毎に前述のように符号化し、得た量子化符号列を切り替え回路56に渡す。無音声部符号化回路54は、切り替え回路52からの入力信号、即ち、入力信号の無音声部をフレーム毎に前述のように符号化し、得た量子化符号列を切り替え回路56に渡す。また、無音声部符号化回路54は、無音声部において前記量子化符号列を伝送するか否かの判定を前記特徴パラメータであるRMSとスペクトル特性を表すフィルタ係数の時間変化に基づき行ない、その判定情報（TX_flag）をビット列生成回路57に渡す。
【００１０】
　この判定処理では例えば、現フレームまでの各フレームで計算したRMSを過去数フレームに渡り平均化した値と最近伝送したRMSとの差分が予め定めた閾値と比較する。スペクトル特性を表すフィルタ係数に関しても同様に差分と閾値を比較し、いずれかの差分がその閾値を超える場合は前記量子化符号列を伝送する。いずれもその閾値を越えない場合は何も伝送しない。
【００１１】
　切り替え回路56は、音声検出回路53から渡されるVAD_flagで入力信号が音声部とされた場合は音声部符号化回路55から渡された量子化符号列を、VAD_flagで、入力信号が無音声部とされた場合は無音声符号化回路54から渡された量子化符号列をビット列生成回路57に渡す。ビット列生成回路57は、無音声部音声検出回路53から渡されるTX_flagと切り替え回路56から渡される量子化符号列とからビット列を生成し、出力端子64から出力する。
次に復号側における動作を説明する。ビット列分解回路58は、入力端子65から入力したビット列をTX_flagと量子化符号列に分解し、前記VAD_flagと前記量子化符号列を切り替え回路59に渡し、前記TX_flagを無音声部復号回路60と切り替え回路62に渡す。切り替え回路59は、ビット列分解回路59から渡された量子化符号列を、ビット列分解回路58から渡されたTX_flagで入力信号が音声部とされた場合は音声部復号回路61に渡し、無音声部とされた場合は無音声部復号回路60に渡す。
【００１２】
　音声部復号回路60は、ビット列分解回路58から渡されたTX_flagと切り替え回路59から渡された量子化符号列を用いて無音声部の信号を復号し、切り替え回路62に渡す。切り替え回路62はビット列分解回路58から渡されたTX_flagに従い、音声部復号回路61あるいは無音声部復号回路60から渡された復号信号を出力端子63から出力する。
【００１３】
　以上の音声符号化装置及び復号装置が最近もっとも使用されているのが、携帯電話システムであり、これらの装置は基地局及び通信端末に備えられている。
【００１４】
　図5は従来の符号化・復号装置における無音声部符号化回路54を説明するブロック図である。入力端子10は、入力信号をフレーム単位で入力し、LP分析回路11とパワー計算回路15に渡す。LP分析回路11は、入力端子10から渡された入力信号を一定区間蓄積し、予め定めた単位(フレーム)毎に線形予測(LP)分析する。また、LP分析で得た線形予測(LP)係数をLPC-LSP変換回路12に渡す。LPC-LSP変換回路12は、LP分析回路11から渡されたLP係数を線スペクトル対(LSP)に変換し、LSP平滑化回路13に渡す。LSP平滑化回路13は、LPC-LSP平滑化回路13から渡されたLSPを平滑化し、変化検出回路24とLSP量子化回路17に渡す。平滑化は、現フレームと過去の複数フレームにおいてLPC-LSP変換回路12で計算されたLSPの平均値を用いることができるが、この平滑化を行なわず現フレームの値を直接用いることもできる。LSP量子化回路17は、LSP平滑化回路13から渡された平滑化LSPを量子化し、その量子化符号をビット列生成回路19に渡す。量子化に関しては、非特許文献2に記載されているベクトル量子化が適用できる。
【００１５】
　パワー計算回路15は、入力端子10から渡された入力信号を一定区間蓄積し、フレーム毎に入力信号のRMSを計算する。パワー平滑化回路16は、パワー計算回路15から渡されたRMSを平滑化し、パワー量子化回路18に渡す。平滑化は、LSPと同様に、現フレームと過去の複数フレームにおいてパワー計算回路15で計算されたパワーの平均値を用いることができるが、この平滑化を行なわず現フレームの値を直接用いることもできる。パワー量子化回路18は、パワー平滑化回路16から渡された平滑化パワーあるいは平滑化RMSを量子化し、その量子化符号をビット列生成回路19に渡す。量子化は、μ-law量子化等のスカラー量子化が適用できる。
【００１６】
　ビット列生成回路19はLSP量子化回路17とパワー量子化回路18から各々渡される量子化符号からビット列を生成し、切り替え回路23に渡す。入力端子14はVAD_flagを入力し変化検出回路24に渡す。変化検出回路24は、入力端子14から渡されたVAD_flagが無音声部を示す場合は、LSP平滑化回路13とパワー平滑化回路16から各々平滑化値を受け取り、平滑化値の量子化符号を伝送するか否かを検出する。
【００１７】
　この検出処理では、平滑化値の時間変化が予め定めた値より大きい場合には量子化符号を伝送すると判定を行なう。また、変化検出回路24は、判定結果をTX_flagとして出力端子21と切り替え回路23に渡す。切り替え回路23は、変化検出回路14の判定結果が伝送することを示す場合は、ビット列生成回路19から渡される量子化符号を無音情報(SID)として出力端子22に渡し、そうでない場合は何も出力しない。出力端子22は切り替え回路23から渡された量子化符号を出力する。
【００１８】
　図6は、従来の符号化・復号装置における無音声復号回路60を説明するブロック図である。入力端子30はSIDを入力し、切り替え回路49に渡す。入力端子31はTX_flagを入力し、切り替え回路49とLSP平滑化回路35とパワー平滑化回路39に渡す。切り替え回路49は入力端子31から渡されたTX_flagが伝送することを示す場合は入力端子30から入力したSIDをビット列分解回路33に渡す。TX_flagが無伝送をを示す場合は何も出力しない。ビット列分解回路33は、切り替え回路49から渡されたSIDからLSPの量子化符号をLSP復号回路34に渡し、RMSの量子化符号をパワー復号回路38に渡す。
【００１９】
　LSP復号回路34はビット列分解回路33から渡されたLSPの量子化符号からLSPを復号し、LSP平滑化回路35に渡す。LSP平滑化回路35は、入力端子31から渡されたTX_flagに従い、LSP復号回路34から渡されたLSPを平滑化し、LSP補間回路36に渡す。但し、入力端子31から渡されたTX_flagが量子化符号を伝送しないことを示す場合は、前フレームでLSP復号回路34から渡されたLSPを用いて平滑化を行なう。LSP-LPC変換回路37はLSP補間回路36から渡された平滑化LSPをLP係数に変換し、合成フィルタ回路47に渡す。
【００２０】
　パワー復号回路38はビット列分解回路33から渡されたパワーの量子化符号からパワーを復号し、平滑化回路39に渡す。平滑化回路39は、入力端子31から渡されたTX_flagに従い、パワー復号回路38から渡されたパワーを平滑化し、ゲイン計算回路40に渡す。但し、入力端子50から入力されたDTX判定符号で量子化符号列が伝送されないことが示された場合は、前フレームのRMSを用いて平滑化を行なう。ゲイン計算回路40はパワー平滑化回路39から渡された平滑化パワーからパルス信号と乱数信号に積算するパルスゲインと乱数ゲインを計算し、各々ゲイン回路44と45に渡す。
【００２１】
　乱数系列発生回路41は、マルチパルスと乱数を生成するための乱数系列を生成し、マルチパルス生成回路43と乱数生成回路42に渡す。マルチパルス生成回路43は、フレームを更に分割したサブフレーム(例えば5ｍsec長)毎に、乱数系列発生回路41から渡された乱数系列に基づき各々生成した位置と振幅を有するパルス信号を生成し、ゲイン回路44に渡す。ゲイン回路44は、マルチパルス生成回路43から渡されたパルス信号に、ゲイン計算回路40から渡されたパルスゲインを積算し、加算回路46に渡す。
【００２２】
　乱数生成回路42は、乱数系列発生回路41から渡された乱数系列に基づき乱数信号を生成し、ゲイン回路45に渡す。ゲイン回路45は乱数生成回路42から渡された乱数信号に、ゲイン計算回路40から渡された乱数ゲインを積算し、加算回路46に渡す。
【００２３】
　加算回路46は、マルチパルス生成回路43から渡されたゲイン積算済のパルス信号と乱数生成回路42から渡されたゲイン積算済の乱数信号を加算することにより合成フィルタの励振信号を生成し、合成フィルタ回路47に渡す。パルスゲインと乱数ゲインは、例えば、非特許文献1に記載された様に、励振信号のRMSが前記平滑化RMSと同一になるように計算できる。合成フィルタ回路47は、加算回路46から渡される励振信号を、LSP-LPC変換回路37から渡されるLP係数で構成するフィルタに入力することにより、信号を復号し、出力端子48から出力する。
【００２４】
【非特許文献１】IEEE  Communications   Magazine,  頁64-73、Sep  1997
【非特許文献２】ITU-T勧告G.729、COM15-152  July  1995
【非特許文献３】Code-Excited  Linear  Prediction  :  High  Quality  Speech  at  Very  Low  Bit  Rates  (IEEE  Proc.  ICASSP-85、  pp.937-  940、1985)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
　問題点は、無音声部の符号化・復号装置において、更新が不必要な伝送パラメータを伝送することである。その結果、平均伝送ビットレートが高くなる。その理由は、特徴パラメータであるRMSとLSPの両方を、いずれか一方の時間変化が検出された場合に伝送するためである。
【００２６】
　本発明の目的は、上記問題に関して、無音声部の平均伝送ビットレートを削減することにより、従来の音声通信システムに比べてより低い平均伝送ビットレートのシステムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
　本発明は、各フレームにおいて入力信号が音声部であるか無音声部であるかの判別に従い前記入力信号に対応するスペクトル包絡を表す量とパワーを表す量を少なくとも含む特徴パラメータを符号化する方法を切り替える音声符号化装置において、前記無音声部で、前記パワーを表す量に関する符号と前記スペクトル包絡を表す量に関する符号との少なくとも１つを伝送するか、あるいは、何も伝送しないかを各フレームで切り替えることを特徴とする
【００２８】
　また、本発明は、各フレームにおいて復号信号が音声部であるか無音声部であるかの判別に従い前記復号信号に対応するスペクトル包絡を表す量とパワーを表す量を少なくとも含む特徴パラメータから前記復号信号を復号化する方法を切り替える音声復号装置において、前記無音声部で、前記パワーを表す量に関する符号と前記スペクトル包絡を表す量に関する符号のいずれか１つを用いて復号化するか、あるいは、過去に受信した符号を用いて復号化するかを各フレームで切り替えることを特徴とする。
【００２９】
　つまり、無音声部の符号化・復号装置において、変化したと判定された特徴パラメータのみを伝送する。これにより、不必要な特徴パラメータの伝送を避けることができ、その結果、平均伝送ビットレートを低減できる。
【発明の効果】
【００３０】
　本発明の効果は、無音声部の符号化・復号装置において、平均伝送ビットレートを低減できることである。その理由は、変化したと判定された特徴パラメータのみを伝送するためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
　図1、2及び3を参照して本発明に基づく符号化・復号装置の実施例を説明する。
【００３２】
　図1は本発明の符号化・復号装置を説明するブロック図である。図4に示す従来の符号化・復号装置と異なるのは、無音声部符号化回路54と無音声部復号回路60が各々無音声部符号化回路70と無音声部復号回路71になった点のみである。従って、他回路に関する説明は省略する。
【００３３】
　無音声部符号化回路70は、入力端子51からの入力信号をフレーム毎に符号化し、得た量子化符号列を切り替え回路56に渡す。また、無音声部においてどの特徴パラメータに対応する量子化符号列を伝送するか、あるいは伝送しないかの判定情報（TX_flag）をビット列生成回路57に渡す。音声部復号回路71は、ビット列分解回路58から渡されたTX_flagと切り替え回路59から渡された量子化符号列を用いて無音声部の信号を復号し、切り替え回路62に渡す。
【００３４】
　次に、図2を用いて実施例の無音声部符号化回路70を説明する。図5に示す従来の無音声部符号化回路54と異なるのは、変化検出回路24と切り替え回路23が各々変化検出回路25と切り替え回路20になった点のみである。従って、他回路に関する説明を省略する。
【００３５】
　変化検出回路25では例えば、現フレームまでの各フレームで計算したRMSを過去数フレームに渡り平均化した値と最近伝送したRMSとの差分が予め定めた閾値と比較する。LSPに関しても同様に差分とその閾値とを比較する。LSPの変化がその閾値を越える場合はLSPとRMSの量子化符号列を伝送するという判定結果(TX_flag；HR-SID)を切り替え回路20と出力端子21に渡す。また、RMSの変化のみがその閾値を越える場合はRMSの量子化符号を伝送するという判定結果（LR-SID）を渡す。いずれもその閾値を越えない場合は何も伝送しないという判定結果を渡す。音声でスペクトル特性を表すLSPが変化する場合はRMSも変化する可能性が高いことと、RMSの情報量がLSPに比べて少ないことを考慮すると頻度の少ないと考えられるLSPのみ伝送する場合を外すことにより、上記3通りを採用しているが、LSPのみを伝送する場合を含めた4通りにすることも可能である。
【００３６】
　切り替え回路20は、出力端子22に対して、変化検出回路25から渡されたTX_flagがLSPとRMSの両方の量子化符号が伝送されたことを示す場合はビット列生成回路19から渡されたSID  (HR-SID)を渡し、RMSのみの量子化符号が伝送されたことを示す場合は入力端子から渡されたSID（LR-SID）を渡す。そうでない場合は出力端子22に何も渡さない。
【００３７】
　最後に、図3を用いて実施例の無音声部復号回路71を説明する。図6に示す従来の無音声部復号回路60と異なるには、切り替え回路49が切り替え回路32に変わった点とパワー復号回路38が切り替え回路32から量子化符号を直接渡される場合がある点のみである。従って、他回路に関する説明を省略する。
【００３８】
　切り替え回路32は、入力端子31から渡されたTX_flagがLSPとRMSの両方の量子化符号が伝送されたことを示す場合(HR-SID)は入力端子30から渡されたSIDをビット列分解回路33に渡し、RMSのみの量子化符号が伝送されたことを示す場合（LR-SID）は入力端子から渡されたSIDをパワー復号回路に渡す。そうでない場合は何も出力しない。
【００３９】
　図７は、本発明をコンピュータを用いて実現した実施形態を示す図である。同図には、音声符号化復号化装置Ａ，Ｂが通信回線を介して接続された様子を示している。
【００４０】
　音声符号化復号化装置Ａ，Ｂは、同一構成であるので、音声符号化装置Ａについてのみ説明する。音声符号化復号化装置装置Ａは、音声信号を入力するためのマイクロフォン（ＭＩＣ）と、音声符号化復号化装置装置Ｂからの符号列を復号し、再生音声を出力するスピーカと、音声符号化復号化装置の本体であるＣＰＵと、ＣＰＵを音声符号化復号化装置本体として動作させるためのプログラムを格納した記録媒体とから構成される。記録媒体からプログラムをダウンロードすることにより、既に説明した各実施形態と同様の動作を、ＣＰＵは実行する。なお、記録媒体に格納されているプログラムの構成は、既述の実施形態の説明から、当業者には明かであるので、重複した説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例による符号化・復号装置の構成例を説明するブロック図である。
【図２】第1の実施例における無音声部符号化回路の構成例を説明するブロック図である。
【図３】第1の実施例における無音声部復号回路の構成例を説明するブロック図である。
【図４】従来の符号化・復号装置の構成例を説明するブロック図である。
【図５】図４の無音声部符号化回路の構成例を説明するブロック図である。
【図６】図４の無音声部復号回路の構成例を説明するブロック図である。
【図７】本発明をコンピュータを用いて実現した実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
　10、14、30、31、51、65  入力端子
11  LP分析回路
12  LPC-LSP変換回路
13  LSP平滑化回路
15  パワー計算回路
16  パワー平滑化回路
17  LSP量子化回路
18  パワー量子化回路
19、57  ビットレート生成回路
21、22、48、63、64  出力端子
20、23、32、49、52、56、59、62  切り替え回路
24、25  変化検出回路
33、58  ビット列分解回路
34  LSP復号回路
35  LSP平滑化回路
36  LSP補間回路
37  LSP-LPC変換回路
38  パワー復号回路
39  パワー平滑化回路
40  ゲイン計算回路
41  乱数系列発生回路
42  乱数生成回路
43  マルチパルス生成回路
44、45  ゲイン回路
46  加算回路
47  合成フィルタ回路
53  音声検出回路
54、70  無音声部符号化回路
55  音声部符号化回路
60、71  無音声部復号回路
61  音声部復号回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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