(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声の分析により得られた第１の線形予測パラメータと、背景雑音の分析により得られた第２の線形予測パラメータとが格納され、格納された第１及び第２の線形予測パラメータから入力音声信号に基づいて線形予測パラメータを選択し、選択した前記線形予測パラメータに予め対応付けられたインデックスを出力する線形予測符号帳と、
所定形状の音源ベクトルを格納する複数の固定符号帳と、
出力された前記インデックスが前記第１の線形予測パラメータを示すか、前記第２の線形予測パラメータを示すかに応じて、前記複数の固定符号帳のいずれかを選択する駆動音源選択手段と、
を具備する音声符号化装置。
【請求項２】
前記線形予測符号帳は、２つの格納領域を有し、一方の格納領域に前記第１の線形予測パラメータを格納し、他方の格納領域に前記第２の線形予測パラメータを格納する請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項３】
前記駆動音源選択手段は、出力された前記インデックスが前記第１の線形予測パラメータを示す場合、前記複数の固定符号帳をそれぞれ選択したときに得られる二乗誤差が最小となる固定符号帳を選択する請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項４】
前記駆動音源選択手段は、出力された前記インデックスが前記第２の線形予測パラメータを示す場合、前記複数の固定符号帳のうち、予め決定された一つの固定符号帳を選択する請求項１に記載の音声符号化装置。
【請求項５】
音声の分析により得られた第１の線形予測パラメータと、背景雑音の分析により得られた第２の線形予測パラメータとが格納された線形予測符号帳から、入力音声信号に基づいて選択された線形予測パラメータを示すインデックスを出力するステップと、
出力された前記インデックスが前記第１の線形予測パラメータを示すか、前記第２の線形予測パラメータを示すかに応じて、複数の固定符号帳のいずれかを選択するステップと、
を具備する音声符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声及び背景雑音の符号化を行う音声符号化装置及び音声符号化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
０．従来の背景と課題
０．１．ＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction）の概要
移動体通信においては、限られた伝送帯域を有効に利用するために、音声や画像のディジタル情報の圧縮符号化が必須である。その中でも、携帯電話で広く利用された音声コーデック（符号化／復号化）技術に対する期待は大きく、圧縮率の高い高効率符号化に対してよりよい音質の要求が強まっている。
【０００３】
高効率な音声符号化技術としては、音声の発声機構をモデル化してベクトル量子化を応用したＣＥＬＰが広く知られている。ＣＥＬＰの主要な技術は、音声スペクトルの概形を低ビットレートで符号化することができる線形予測（ＬＰＣ：Linear Predictive Coding）分析と、線形予測分析によって得られたパラメータの量子化である。
【０００４】
音声符号化技術は、ＣＥＬＰを基本として応用、発展がなされ、様々な技術が開発されているが、これらのＣＥＬＰ系の符号化技術は、音声に特化した符号化方式であるため、音声に背景雑音を合成すると異音が発生する。これは、聴覚的な要素を考慮せず、入力音声との二乗誤差が最小となるパラメータの組み合わせを選択することに起因する。
【０００５】
そこで、異音を低減し、耳障りを良くすることにより、聴覚上音質を改善するため、例えば、ゲインを平滑化することにより雑音による著しい振幅変動を低減したり、有音／無音及び雑音の分類により聴覚補正フィルタを切り替えたり、さらには、背景雑音区間の振幅レベルを抑圧してから符号化することが考えられる。
【０００６】
０．２．従来の装置構成
このような技術として、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示の技術が知られている。特許文献１には、雑音区間において音源ゲインを過去の音源ゲインを用いて平滑化し、このとき、過去の音源ゲインからの変動量を一定の値に収まるように平滑化ゲインを制限することが開示されている。これにより、雑音区間のゲインが不自然に大きくならず、音声品質を改善することができる。
【０００７】
また、特許文献２には、符号化側で符号化の対象となるフレームが音声区間か背景雑音区間かを分析し、分析結果を復号側に通知し、復号側では、背景雑音区間における第１合成フィルタの出力の平均パワーを求め、また、復号線形予測パラメータの平均スペクトルを求め、この平均スペクトルをフィルタ係数とする第２合成フィルタを白色雑音で駆動し、そのフィルタ出力を平均パワーで振幅調整して背景雑音の定常成分信号を得て、この信号を第１合成フィルタの出力に加算することが開示されている。これにより、ＣＥＬＰ系の音声符号化方式において、背景雑音の性質を復号側に伝え、より自然な再生音を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３４２９６号公報
【特許文献２】特開２０００−２３５４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に開示の技術では、ＣＥＬＰが苦手とする背景雑音の復号において、短時間平均パワーの著しい変動に起因する音質劣化の低減を目的としており、背景雑音を復号側に正確に伝送できないという問題がある。
【００１０】
また、上記特許文献２に開示の技術では、符号化側における音声区間又は背景雑音区間の分析に要する処理、及び、復号側における背景雑音の定常成分信号の取得に要する処理が複雑であり、処理量が増大するという問題がある。さらに、聴覚上の自然さは得られるものの、背景雑音を復号側に正確に伝送できないという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、処理量の増大を抑制しつつ、背景雑音を復号側に正確に伝送する音声符号化装置及び音声符号化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の音声符号化装置は、音声の分析により得られた第１の線形予測パラメータと、背景雑音の分析により得られた第２の線形予測パラメータとが格納され、格納された第１及び第２の線形予測パラメータから入力音声信号に基づいて線形予測パラメータを選択し、選択した前記線形予測パラメータに予め対応付けられたインデックスを出力する線形予測符号帳と、所定形状の音源ベクトルを格納する複数の固定符号帳と、出力された前記インデックスが前記第１の線形予測パラメータを示すか、前記第２の線形予測パラメータを示すかに応じて、前記複数の固定符号帳のいずれかを選択する駆動音源選択手段と、を具備する構成を採る。
【００１３】
本発明の音声符号化方法は、音声の分析により得られた第１の線形予測パラメータと、背景雑音の分析により得られた第２の線形予測パラメータとが格納された線形予測符号帳から、入力音声信号に基づいて選択された線形予測パラメータを示すインデックスを出力するステップと、出力された前記インデックスが前記第１の線形予測パラメータを示すか、前記第２の線形予測パラメータを示すかに応じて、複数の固定符号帳のいずれかを選択するステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、処理量の増大を抑制しつつ、背景雑音を復号側に正確に伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＣＥＬＰ符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態に係る線形予測符号帳の一例を示す図
【図３】図１に示した駆動音源選択部における駆動音源選択処理を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（一実施の形態）
１．一実施の形態
１．１．一実施の形態のＣＥＬＰ符号化装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係るＣＥＬＰ符号化装置１００の構成を示すブロック図である。以下、ＣＥＬＰ符号化装置１００の構成について図１を用いて説明する。
【００１８】
図１において、線形予測分析部１０１は、入力音声信号に対して線形予測分析を施し、スペクトル包絡情報である線形予測パラメータ（ＬＰＣ（Linear Prediction Coding）ともいう）を求め、求めた線形予測パラメータを線形予測符号帳１０２に出力する。
【００１９】
線形予測符号帳１０２は、音声の分析により得られた線形予測パラメータの代表ベクトル（音声由来）と、背景雑音の分析により得られた線形予測パラメータの代表ベクトル（背景雑音由来）とを格納し、線形予測分析部１０１から出力された線形予測パラメータとの二乗誤差が最小となる代表ベクトルを選択し、選択した代表ベクトルを聴覚重み付けフィルタ１０３及び合成フィルタ１０４に出力する。また、線形予測符号帳１０２は、選択した代表ベクトルに予め対応付けられたインデックスを線形予測符号帳インデックスとして駆動音源選択部１０９に出力すると共に、図示せぬ復号装置に伝送する。線形予測符号帳１０２は、例えば、図２に示すように、代表ベクトルの格納領域を２つに分け、一方の領域に音声由来の代表ベクトルを格納し、他方の領域に背景雑音由来の代表ベクトルを格納する。
【００２０】
聴覚重み付けフィルタ１０３は、線形予測符号帳１０２から出力された代表ベクトルに対応した係数によって、入力音声信号に重み付けを行い、聴覚重み付けがされた音声信号を加算器１０５に出力する。
【００２１】
合成フィルタ１０４は、線形予測符号帳１０２から出力された代表ベクトルをフィルタ係数とし、後述する適応符号帳１０６及び固定符号帳１０７又は固定符号帳１０８で生成される音源ベクトルを駆動音源としたフィルタ関数、すなわち、ＬＰＣ合成フィルタを用いて合成信号を生成する。この合成信号は、加算器１０５に出力される。
【００２２】
加算器１０５は、合成フィルタ１０４から出力された合成信号を聴覚重み付けフィルタ１０３から出力された音声信号から減算することによって誤差信号を算出し、この誤差信号を適応符号帳１０６、固定符号帳１０７、固定符号帳１０８及び駆動音源選択部１０９に出力する。
【００２３】
適応符号帳１０６は、合成フィルタ１０４で使用された過去の駆動音源を記憶しており、加算器１０５から出力された誤差信号に基づいて、記憶している駆動音源から音源ベクトルを生成する。この音源ベクトルは、適応符号帳ベクトルとして加算器１１０に出力される。また、適応符号帳１０６は、適応符号帳ベクトルに予め対応付けられたインデックスを適応符号帳インデックスとして図示せぬ復号装置に伝送する。
【００２４】
固定符号帳１０７は、有声音成分の所定形状の音源ベクトルを予め複数個記憶しており、加算器１０５から出力された誤差信号に基づく音源ベクトルを、固定符号帳ベクトルとして加算器１１０に出力する。また、固定符号帳１０７は、固定符号帳ベクトルに予め対応付けられたインデックスを固定符号帳インデックスとして図示せぬ復号装置に伝送する。
【００２５】
また、固定符号帳１０８は、無声音成分の所定形状の音源ベクトルを予め複数個記憶しており、加算器１０５から出力された誤差信号に基づく音源ベクトルを、固定符号帳ベクトルとして加算器１１０に出力する。また、固定符号帳１０８は、固定符号帳ベクトルに予め対応付けられたインデックスを固定符号帳インデックスとして図示せぬ復号装置に伝送する。
【００２６】
駆動音源選択部１０９は、線形予測符号帳１０２から出力されたインデックスの由来（音声由来か背景雑音由来か）に応じて、固定符号帳１０７又は固定符号帳１０８を選択する。ただし、線形予測符号帳インデックスが音声由来である場合、二乗誤差の大小判定を行って、二乗誤差が小さくなる固定符号帳１０７又は固定符号帳１０８を選択する。具体的には、固定符号帳１０７を選択したときに加算器１０５から出力された誤差信号を用いて二乗誤差１を算出し、また、固定符号帳１０８を選択した場合に加算器１０５から出力された誤差信号を用いて二乗誤差２を算出し、算出した二乗誤差１及び二乗誤差２の大小判定を行う。
【００２７】
加算器１１０は、適応符号帳１０６から出力された適応符号帳ベクトルと、固定符号帳１０７又は固定符号帳１０８から出力された固定符号帳ベクトルとを加算し、加算後の音源ベクトルを駆動音源として合成フィルタ１０４に出力する。
【００２８】
１．２．駆動音源選択部における駆動音源選択処理
次に、図１に示した駆動音源選択部１０９における駆動音源選択処理について図３を用いて説明する。図３において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）２０１では、線形予測符号帳インデックスは音声由来か否かを判定し、音声由来である（ＹＥＳ）場合、ＳＴ２０２に移行し、音声由来ではない、すなわち、背景雑音由来である（ＮＯ）場合、ＳＴ２０６に移行する。
【００２９】
ＳＴ２０２では、固定符号帳１０７を選択した場合の二乗誤差１を算出し、ＳＴ２０３では、固定符号帳１０８を選択した場合の二乗誤差２を算出する。
【００３０】
ＳＴ２０４では、ＳＴ２０２において算出した二乗誤差１がＳＴ２０３において算出した二乗誤差２より小さいか否かが判定され、二乗誤差１が二乗誤差２より小さい（ＹＥＳ）場合、ＳＴ２０５に移行し、二乗誤差１が二乗誤差２より小さくない（ＮＯ）場合、ＳＴ２０６に移行する。
【００３１】
ＳＴ２０５では、固定符号帳１０７を選択して駆動音源選択処理を終了し、ＳＴ２０６では、固定符号帳１０８を選択して駆動音源選択処理を終了する。
【００３２】
１．３．本実施の形態の効果
このように、本実施の形態によれば、音声の分析により得られた線形予測パラメータと、背景雑音の分析により得られた線形予測パラメータとを線形予測符号帳に格納し、入力音声信号から求められた線形予測パラメータを示すインデックスを選択し、選択されたインデックスが音声由来か背景雑音由来かに応じて、第１の固定符号帳又は第２の固定符号帳を選択する。これにより、処理量の増大を抑制しつつ、背景雑音を復号側に正確に伝送することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、線形予測パラメータを音声由来と背景雑音由来の２つの場合を例に説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、これら２つに楽器音の分析により得られた線形予測パラメータ（楽器音由来）を加えてもよい。この場合、線形予測符号帳は、代表ベクトルの格納領域を３つに分ける。
【００３４】
また、本実施の形態では、有声音用の固定符号帳と、無声音用の固定符号帳とを設ける場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、パルス用の固定符号帳と、雑音用の固定符号帳とを設けるようにしてもよい。また、システム及び使用環境により、背景雑音に最適な固定符号帳の種類を可変としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明にかかる音声符号化装置及び音声符号化方法は、移動通信システムにおける無線通信端末装置等に適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１０１  線形予測分析部
１０２  線形予測符号帳
１０３  聴覚重み付けフィルタ
１０４  合成フィルタ
１０５、１１０  加算器
１０６  適応符号帳
１０７、１０８  固定符号帳
１０９  駆動音源選択部
【要約】
【課題】処理量の増大を抑制しつつ、背景雑音を復号側に正確に伝送する音声符号化装置及び音声符号化方法を提供する。
【解決手段】線形予測符号帳１０２には、音声の分析により得られた線形予測パラメータと、背景雑音の分析により得られた線形予測パラメータとが格納され、入力音声信号から求められた線形予測パラメータを示すインデックスが選択される。駆動音源選択部１０９は、選択された線形予測符号帳１０２のインデックスが音声由来か背景雑音由来かに応じて、固定符号帳１０７又は固定符号帳１０８を選択する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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