(57)【要約】  【課題】  高品位、低遅延でありながら、高圧縮効率を実現することのできる音声信号符号化方法、音声信号復号化方法、送信機、受信機、ワイヤレスマイクシステムを提供する。  【解決手段】  音声信号を複数のサブバンドに分割し、ダウンサンプリングし、複数のサブバンド信号を生成するサブバンド分割フィルタバンク４ａと、複数のサブバンド信号をＬＤ‐ＣＥＬＰに基いて符号化するＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ａ乃至２０ｄと、符号化サブバンド信号からビットストリームを生成するマルチプレクサ４ｃとを備える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を複数のサブバンドに分割し、分割数に応じてダウンサンプリングし、複数のサブバンド信号を生成する生成工程と、前記複数のサブバンド信号からベクトルインデックスに符号化するために合成による分析法を用いて前記複数のサブバンド信号をベクトル量子化する量子化工程とを含み、
前記量子化工程では、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求めるようにしたことを特徴とする音声信号符号化方法。
【請求項２】
前記量子化工程では、前記複数のサブバンド信号をベクトル量子化するとき、少なくとも２つに分割されたコードブックを使用し、前記少なくとも２つのコードブックの和を用いて励振ベクトルを生成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の音声信号符号化方法。
【請求項３】
前記量子化工程では、前記バックワード適応により求めた励振信号利得の予測値と、真の励振信号利得との差分を示す差分信号を生成し、前記差分信号を適応スカラ量子化するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音声信号符号化方法。
【請求項４】
請求項１に記載の音声信号符号化方法で符号化された符号化音声信号を復号する音声信号復号化方法であって、
前記ベクトルインデックスから前記複数のサブバンド信号に復号化するために前記ベクトルインデックスを逆量子化する複数の逆量子化工程と、前記複数のサブバンド信号をアップサンプリングし、帯域合成する合成工程とを含み、
前記逆量子化工程では、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求めるようにしたことを特徴とする音声信号復号化方法。
【請求項５】
前記逆量子化工程では、２つ以上のベクトルインデックスに対応したベクトルの和を用いて励振ベクトルを生成するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の音声信号復号化方法。
【請求項６】
請求項３に記載の音声信号符号化方法で符号化された符号化音声信号を復号する音声信号復号化方法であって、
逆量子化工程では、バックワード適応により励振信号利得の予測値と、逆量子化した励振信号利得残差との和をとり、励振信号利得を求めるようにしたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の音声信号復号化方法。
【請求項７】
請求項１に記載の音声信号符号化方法に基いて音声信号を符号化する符号化部を備えた送信機であって、
前記符号化部は、前記音声信号を複数のサブバンドに分割し、分割数に応じてダウンサンプリングし、複数のサブバンド信号を生成するサブバンド分割フィルタと、前記複数のサブバンド信号からベクトルインデックスに符号化するために合成による分析法を用いて前記複数のサブバンド信号をベクトル量子化する複数の量子化器とを有し、
前記複数の量子化器は、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求めるようにしたことを特徴とする送信機。
【請求項８】
請求項１または２に記載の音声信号符号化方法に基いて音声信号を符号化する符号化部を備えた送信機であって、
前記符号化部の複数の量子化器は、前記複数のサブバンド信号をベクトル量子化するとき、少なくとも２つに分割されたコードブックを使用し、前記少なくとも２つのコードブックの和を用いて励振ベクトルを生成するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の送信機。
【請求項９】
請求項１乃至３の何れかに記載の音声信号符号化方法に基いて音声信号を符号化する符号化部を備えた送信機であって、
前記符号化部の複数の量子化器は、前記バックワード適応により求めた励振信号利得の予測値と、真の励振信号利得との差分を示す差分信号を生成し、前記差分信号を適応スカラ量子化するようにしたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の送信機。
【請求項１０】
請求項４に記載の音声信号復号化方法に基いて符号化音声信号を復号する復号化部を備えた受信機であって、
前記復号化部は、ベクトルインデックスから複数のサブバンド信号に復号化するために前記ベクトルインデックスを逆量子化する複数の逆量子化器と、前記複数のサブバンド信号をアップサンプリングし、帯域合成するサブバンド合成フィルタとを有し、
前記複数の逆量子化器は、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求めるようにしたことを特徴とする受信機。
【請求項１１】
請求項４または５に記載の音声信号復号化方法に基いて符号化音声信号を復号する復号化部を備えた受信機であって、
前記復号化部の複数の逆量子化器は、２つ以上のベクトルインデックスに対応したベクトルの和を用いて励振ベクトルを生成するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の受信機。
【請求項１２】
請求項４乃至６の何れかに記載の音声信号復号化方法に基いて符号化音声信号を復号する復号化部を備えた受信機であって、
前記復号化部の複数の逆量子化器は、バックワード適応により励振信号利得の予測値と、逆量子化した励振信号利得残差との和をとり、励振信号利得を求めるようにしたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の受信機。
【請求項１３】
請求項７乃至９の何れかに記載の送信機を備えることを特徴とするワイヤレスマイクシステム。
【請求項１４】
請求項１０乃至１２の何れかに記載の受信機を備えることを特徴とするワイヤレスマイクシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号を低遅延で符号化する音声信号符号化方法、符号化された音声信号を復号する音声信号復号化方法、音声信号を符号化して送信する送信機、符号化された音声信号を受信して復号する受信機、及びワイヤレスマイクシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、低遅延で音声信号を符号化する符号化方法及び符号化された音声信号を復号する復号化方法として、サブバンド適応差分パルス符号変調符号化方法（以下単に、サブバンドＡＤＰＣＭ符号化方法という）及びサブバンド適応差分パルス符号変調復号化方法（以下単に、サブバンドＡＤＰＣＭ復号化方法という）が知られている。
【０００３】
従来のサブバンドＡＤＰＣ符号化方法に基いて音声信号を符号化する符号化部２０４を有する送信機と、この符号化された音声信号を復号する復号化部２１５を有する受信機とを備えたワイヤレスマイクシステム２００において、送信機の符号化部２０４は、図１２に示すように、音声信号を４つの帯域に分割し、分割数に対応した間引き率でダウンサンプリングして４つのサブバンド信号を生成するサブバンド分割フィルタバンク２０４ａと、サブバンド分割フィルタバンク２０４ａによって生成された４つのサブバンド信号をサブバンドＡＤＰＣＭ符号化方法に基いてそれぞれ符号化する４つのＡＤＰＣＭ量子化器２２０ａ乃至２２０ｄと、４つの符号化サブバンド信号を多重化して、ビットストリームに組み込むマルチプレクサ２０４ｃとを備えている。
【０００４】
一方、受信機の復号化部２１５は、ビットストリームから４つの符号化サブバンド信号を取り出すデマルチプレクサ２１５ａと、４つの符号化サブバンド信号を従来のＡＤＰＣＭ復号化方法に基いて復号する４つのＡＤＰＣＭ逆量子化器２３０ａ乃至２３０ｄと、４つのＡＤＰＣＭ逆量子化器２３０ａ乃至２３０ｄによって復号された４つのサブバンド信号を分割数に対応した補間率でアップサンプリングし、音声信号を合成するサブバンド合成フィルタバンク２１５ｃとを備えている。
【０００５】
次に、送信機の符号化部２０４及び受信機の復号化部２１５の動作について説明する。
【０００６】
送信機の符号化部２０４では、音声信号が４つの帯域に分割され、分割数に対応した間引き率でダウンサンプリングされ、４つのサブバンド信号がサブバンド分割フィルタバンク２０４ａによって生成される。次いで、サブバンド分割フィルタバンク２０４ａによって生成された４つのサブバンド信号が従来のＡＤＰＣＭ符号化方法に基いて４つのＡＤＰＣＭ量子化器２２０ａ乃至２２０ｄによって符号化される。次いで、４つのＡＤＰＣＭ量子化器２２０ａ乃至２２０ｄによって符号化された４つの符号化サブバンド信号がマルチプレクサ２０４ｃによってビットストリームに組み込まれる。
【０００７】
一方、受信機の復号化部２１５では、ビットストリームから４つの符号化サブバンド信号がデマルチプレクサ２１５ａによって取り出される。次いで、４つのＡＤＰＣＭ逆量子化器２３０ａ乃至２３０ｄによって４つの符号化サブバンド信号が復号される。次いで、４つのサブバンド信号が分割数に対応した補間率でアップサンプリングされ、サブバンド合成フィルタバンク２１５ｃによって音声信号に合成される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３３００７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の音声信号符号化方法および音声信号復号化方法における音声信号の圧縮は１／４乃至１／５程度であり、１フレームあたりに割り当てるビット数を削減するために、これ以上に音声信号を圧縮した場合、音声信号の音質を著しく劣化させるという問題があった。
【０００９】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、広帯域の音声信号の音質を劣化させることなく、１／７乃至１／８程度まで圧縮することができる音声信号符号化方法、音声信号復号化方法、音声信号符号化装置、および音声信号復号化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の音声信号符号化方法は、音声信号を複数のサブバンドに分割し、分割数に応じてダウンサンプリングし、複数のサブバンド信号を生成する生成工程と、前記複数のサブバンド信号からベクトルインデックスに符号化するために合成による分析法を用いて前記複数のサブバンド信号をベクトル量子化する量子化工程とを含み、前記量子化工程では、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求める構成を有している。
【００１１】
この構成により、サブバンド毎の量子化ビット割当を、符号化対象の音声信号の周波数エネルギー分布や聴覚特性に合わせた不均一割当とすることや、バックワード適応による低遅延を両立しながらベクトル量子化するので、圧縮効率のよい、低遅延な音声符号化を実現することができる。
【００１２】
本発明の音声信号符号化方法は、前記量子化工程では、前記複数のサブバンド信号をベクトル量子化するとき、少なくとも２つに分割されたコードブックを使用し、前記少なくとも２つのコードブックの和を用いて励振ベクトルを生成する構成を有している。
【００１３】
この構成により、復号音声の音質劣化を最小限に抑えながら、演算量と使用メモリ量を同時に削減することができる。
【００１４】
本発明の音声信号符号化方法は、前記量子化工程では、前記バックワード適応により求めた励振信号利得の予測値と、真の励振信号利得との差分を示す差分信号を生成し、前記差分信号を適応スカラ量子化する構成を有している。
【００１５】
この構成により、バックワード予測利得と差分利得を適応的に精度良く量子化することができる。
【００１６】
本発明の音声信号復号化方法は、請求項１に記載の音声信号符号化方法で符号化された符号化音声信号を復号する音声信号復号化方法であって、前記ベクトルインデックスから前記複数のサブバンド信号に復号化するために前記ベクトルインデックスを逆量子化する複数の逆量子化工程と、前記複数のサブバンド信号をアップサンプリングし、帯域合成する合成工程とを含み、前記逆量子化工程では、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求める構成を有している。
【００１７】
この構成により、バックワード適応により、短時間で、少ない情報量から、比較的音質のよい復号音声を得ることができる。
【００１８】
本発明の音声信号復号化方法は、前記逆量子化工程では、２つ以上のベクトルインデックスに対応したベクトルの和を用いて励振ベクトルを生成する構成を有している。
【００１９】
この構成により、ベクトルインデックスデータを用いて復号音声を得ることができる。
【００２０】
本発明の音声信号復号化方法は、請求項３に記載の音声信号符号化方法で符号化された符号化音声信号を復号する音声信号復号化方法であって、逆量子化工程では、バックワード適応により励振信号利得の予測値と、逆量子化した励振信号利得残差との和をとり、励振信号利得を求める構成を有している。
【００２１】
この構成により、精度の良い量子化利得値を得ることできる。
【００２２】
本発明の送信機は、請求項１に記載の音声信号符号化方法に基いて音声信号を符号化する符号化部を備えた送信機であって、前記符号化部は、前記音声信号を複数のサブバンドに分割し、分割数に応じてダウンサンプリングし、複数のサブバンド信号を生成するサブバンド分割フィルタと、前記複数のサブバンド信号からベクトルインデックスに符号化するために合成による分析法を用いて前記複数のサブバンド信号をベクトル量子化する複数の量子化器とを有し、前記複数の量子化器は、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求める構成を有している。
【００２３】
この構成により、チャンネルあたりの伝送容量が小さくても、符号化した音声信号を多重化して送信することができる。
【００２４】
本発明の送信機は、請求項１または２に記載の音声信号符号化方法に基いて音声信号を符号化する符号化部を備えた送信機であって、前記符号化部の複数の量子化器は、前記複数のサブバンド信号をベクトル量子化するとき、少なくとも２つに分割されたコードブックを使用し、前記少なくとも２つのコードブックの和を用いて励振ベクトルを生成する構成を有している。
【００２５】
この構成により、チャンネルあたりの伝送容量が小さくても、符号化した音声信号を多重化して送信することができる。
【００２６】
本発明の送信機は、請求項１乃至３の何れかに記載の音声信号符号化方法に基いて音声信号を符号化する符号化部を備えた送信機であって、前記符号化部の複数の量子化器は、前記バックワード適応により求めた励振信号利得の予測値と、真の励振信号利得との差分を示す差分信号を生成し、前記差分信号を適応スカラ量子化する構成を有している。
【００２７】
この構成により、チャンネルあたりの伝送容量が小さくても、符号化した音声信号を多重化して送信することができる。
【００２８】
本発明の受信機は、請求項４に記載の音声信号復号化方法に基いて符号化音声信号を復号する復号化部を備えた受信機であって、前記復号化部は、ベクトルインデックスから複数のサブバンド信号に復号化するために前記ベクトルインデックスを逆量子化する複数の逆量子化器と、前記複数のサブバンド信号をアップサンプリングし、帯域合成するサブバンド合成フィルタバンクとを有し、前記複数の逆量子化器は、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求める構成を有している。
【００２９】
この構成により、チャンネルあたりの伝送容量の小さい回線を介して符号化音声信号を受信し、遅延が少なく、高品位な音声を復号することができる。
【００３０】
本発明の受信機は、請求項４または５に記載の音声信号復号化方法に基いて符号化音声信号を復号する復号化部を備えた受信機であって、前記復号化部の複数の逆量子化器は、２つ以上のベクトルインデックスに対応したベクトルの和を用いて励振ベクトルを生成する構成を有している。
【００３１】
この構成により、チャンネルあたりの伝送容量の小さい回線を介して符号化音声信号を受信し、遅延が少なく、高品位な音声を復号することができる。
【００３２】
本発明の受信機は、請求項４乃至６の何れかに記載の音声信号復号化方法に基いて符号化音声信号を復号する復号化部を備えた受信機であって、前記復号化部の複数の逆量子化器は、バックワード適応により励振信号利得の予測値と、逆量子化した励振信号利得残差との和をとり、励振信号利得を求める構成を有している。
【００３３】
この構成により、チャンネルあたりの伝送容量の小さい回線を介して符号化音声信号を受信し、遅延が少なく、高品位な音声を復号することができる。
【００３４】
本発明のワイヤレスマイクシステムは、請求項７乃至９の何れかに記載の送信機を備える構成を有している。
【００３５】
この構成により、高圧縮効率で音声信号を符号化することができるので、無線伝送帯域の有効活用ができ、多チャンネルシステムの構築を容易に行うことができる。
【００３６】
本発明のワイヤレスマイクシステムは、請求項１０乃至１２の何れかに記載の受信機を備える構成を有している。
【００３７】
この構成により、高圧縮効率で符号化された音声信号を復号することができるので、無線伝送帯域の有効活用ができ、多チャンネルシステムの構築を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明は、広帯域の音声信号を複数の帯域に分割するサブバンド分割手段と、内部予測係数などをバックワード適応としたベクトル量子化器とを設けることにより、低遅延、高圧縮効率でありながら、高品位な復号音声が得られるという効果を有する音声信号符号化方法、音声信号復号化方法、送信機、受信機、及びワイヤレスマイクシステムを提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図１乃至６を参照し、本発明の第１の実施の形態の送信機、受信機、及びワイヤレスマイクシステムについて説明する。
【００４０】
ワイヤレスマイクシステム１００は、音声信号を符号化して送信する送信機１０１と、符号化された音声信号を受信する受信機１０２とを備えている。
【００４１】
送信機１０１は、図１及び２に示すように、音声をアナログ音声信号に変換するマイクロホン１と、マイクロホン１によって変換されたアナログ音声信号を増幅する音声信号増幅部２と、音声信号増幅部２によって増幅されたアナログ音声信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、所定のビットレートのデジタル音声信号に変換するアナログデジタル変換部３と、アナログデジタル変換部３によって変換されたデジタル音声信号を圧縮するため、アナログデジタル変換部３によって変換されたデジタル音声信号を低ビットレートの符号化ビット列に符号化する圧縮符号化部４と、圧縮符号化部４によって変換された符号化ビット列を伝送路誤りに対して耐性を持たせた符号化列に符号化する誤り訂正符号化部５と、誤り訂正符号化部５によって符号化された符号化列に受信側で必要な情報を付加し、伝送フレーム信号を生成する回線符号化部６と、回線符号化部６によって生成された伝送フレーム信号にデジタル変調を施し、所要の送信出力まで増幅し、出力信号として出力する高周波増幅部７と、高周波増幅部７によって増幅された出力信号を電波として空間に放射する送信アンテナ８とを備えている。
【００４２】
送信機１０１は、さらに、アナログデジタル変換部３におけるビットレート、圧縮符号化部４におけるビットレート、高周波増幅部７における送信チャンネルなどを設定する（図示しない）設定部と、設定部によって設定された結果に応じて各部を制御する（図示しない）制御部とを備えている。
【００４３】
誤り訂正符号化部５は、ブロック符号化、畳み込み符号化、インターリーブなどを用いて伝送路誤りに対して耐性を持たせた符号化列に変換するようになっている。
【００４４】
一方、受信機１０２は、図１及び３に示すように、送信機１０１から放射された電波を入力信号として受信する受信アンテナ９と、受信アンテナ９によって受信された入力信号を増幅し、予め設定された中間周波数の信号に変換する高周波増幅部１０と、高周波増幅部１０によって変換された中間周波数の信号を増幅し、予め設定された周波数帯域に制限する中間周波増幅部１１と、中間周波増幅部１１によって増幅された中間周波数の信号から伝送フレーム信号を復調する復調部１２と、復調部１２によって復調された伝送フレーム信号から付加情報を検出し、符号化列を復号する回線符号復号化部１３と、回線符号復号化部１３によって復号された符号化列に誤り訂正処理を施し、符号化ビット列に復号する誤り訂正部１４と、誤り訂正部１４によって復号された符号化ビット列からデジタル音声信号に復号する圧縮信号復号化部１５と、圧縮信号復号化部１５によって復号されたデジタル音声信号にデジタルエフェクト処理を施すデジタルエフェクタ部１６と、デジタルエフェクタ部１６によってデジタルエフェクト処理が施されたデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するデジタルアナログ変換部１７と、デジタルアナログ変換部１７によって変換されたアナログ音声信号を増幅する音声増幅部１８と、音声増幅部１８によって増幅されたアナログ音声信号から音声に変換し、拡声するスピーカ１９とを備えている。
【００４５】
受信機１０２は、さらに、受信チャンネル、圧縮信号復号化部１５のビットレート等を設定する（図示しない）設定部と、設定部によって設定された設定結果に応じて各部を制御する（図示しない）制御部とを備えている。
【００４６】
デジタルエフェクタ部１６は、圧縮信号復号化部１５によって復号されたデジタル音声信号に対して、ハウリング抑制、イコライジング、デジタルリバーブ等のデジタルエフェクト処理を施すようになっている。
【００４７】
送信機１０１の圧縮符号化部４は、図４に示すように、８ｋＨｚ以上の周波数成分を含む広帯域の音声信号を４つに分割し、分割数に応じてダウンサンプリングし、４つのサブバンド信号を生成するサブバンド分割フィルタバンク４ａと、４つのサブバンド信号を低遅延符号励振型線形予測（以下単にＬＤ‐ＣＥＬＰという）アルゴリズムに基いて複数のサブバンド信号をベクトルインデックスに符号化するため合成による分析法を用いて４つのサブバンド信号をベクトル量子化し、インデックスを出力するベクトル量子化部４ｂと、ベクトル量子化部４ｂによって出力されたインデックスを符号化ビット列に組み込むマルチプレクサ４ｃとを有している。
【００４８】
ベクトル量子化部４ｂは、４つのサブバンド信号を夫々ベクトル量子化する４つのＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ａ乃至２０ｄを有している。ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ａ乃至２０ｄは、夫々、バックワード適応により過去の復号信号から線形予測係数を求めるようになっている。
【００４９】
ここで、ＬＤ‐ＣＥＬＰとは、電話帯域の音声信号を１６ｋｂｐｓで実現するための国際標準であり、ＩＴＵ‐Ｔ勧告「Ｇ．７２８」に使用される低遅延符号励振型線形予測のアルゴリズムである。
【００５０】
また、ダウンサンプリングとは、ある周波数でサンプリングされた信号をより低い周波数で再サンプリングすることである。一方、アップサンプリングとは、ある周波数でサンプリングされた信号をより高い周波数で再サンプリングすることである。
【００５１】
ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ａは、図６に示すように、量子化ベクトルの次元数分のサブバンド信号をバッファリングするベクトルバッファ２１と、雑音ベクトルに応じて利得調整された励振ベクトルから利得を線形予測するバックワード利得適応器２４と、バックワード利得適応器２４によって線形予測された利得を乗算する利得乗算器２３と、利得乗算器２３によって利得が乗算された信号から復号信号を形成する合成フィルタ２５と、合成フィルタ２５のフィルタ係数を過去の復号信号から線形予測し、適応的に更新するバックワード係数適応器２６と、ベクトルバッファ２１にバッファリングされたサブバンド信号から合成フィルタ２５で算出された信号を減算し、差分（残差信号）を算出する加算器２９と、加算器２９で算出された残差信号に周波数重み付け処理を行う聴覚重み付けフィルタ２７と、聴覚重み付けフィルタ２７で周波数重み付け処理された残差信号のエネルギーが最小になるように最小二乗平均誤差を算出し、インデックス番号を励振ＶＱコードブック２２から取得する最小二乗平均誤差算出器２８とを有している。
【００５２】
ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、夫々、ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ａと同様の構成を有し、各帯域のサブバンド信号を符号化するようになっている。
【００５３】
ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ａ乃至２０ｄは、夫々、インデックス番号をマルチプレクサ４ｃに出力するようになっている。一方、マルチプレクサ４ｃは、ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ａ乃至２０ｄからインデックス番号を取得し、取得したインデックス番号をビットストリームに組み込むようになっている。
【００５４】
一方、受信機１０２の圧縮信号復号化部１５は、図５に示すように、ビットストリームを４つのサブバンドのインデックス番号に分解するデマルチプレクサ１５ａと、４つのサブバンドのインデックス番号から４つのサブバンド信号を復号するベクトル逆量子化部１５ｂと、４つのサブバンド信号を合成し、音声信号を出力するサブバンド合成フィルタバンク１５ｃとを有している。また、ベクトル逆量子化部１５ｂは、４つのＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器３０ａ乃至３０ｄを有している。
【００５５】
ＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器３０ａ乃至３０ｄは、夫々、励振ＶＱコードブック３１と、利得乗算器３２と、バックワード利得適応器３３と、合成フィルタ３４と、バックワード係数適応器３５とを有し、インデックス番号からサブバンド信号を復号するようになっている。
【００５６】
次に、図６及び７を参照し、以上のように構成されたワイヤレスマイクシステムの送信機１０１の圧縮符号化部４の動作と、受信機１０２の圧縮信号復号化部１５の動作について説明する。
【００５７】
送信機１０１の圧縮符号化部４では、量子化ベクトルの次元数分のサブバンド信号がベクトルバッファ２１にバッファリングされる。次いで、励振ＶＱコードブック２２内の雑音ベクトルを過去の利得調整された励振ベクトルよりバックワード利得適応器２４によって線形予測された利得が利得乗算器２３によって乗算され、ここで生成された利得調整済みの励振ベクトルが合成フィルタ２５を通過することによって、復号信号が形成される。合成フィルタ２５の係数は、バックワード係数適応器２６によって、過去の復号信号から線形予測され、適応的に更新される。復号音声と先のベクトルバッファ２１内の入力サブバンド信号との差分（残差信号）が計算され、聴覚重み付けフィルタ２７による周波数重み付け処理後、最小二乗平均誤差算出器２８にて残差信号のエネルギーが最小になる励振ＶＱコードのインデックスが計算される。このインデックス番号がＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器２０ａ乃至２０ｄより各々出力され、マルチプレクサ４ｃにてインデックスがビットストリームにまとめられ送信機１０１より送信される。
【００５８】
一方、受信機１０２の圧縮信号復号化部１５では、ビットストリームはデマルチプレクサ１５ａにて各々のサブバンド毎のＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器３０ａ乃至３０ｄにてサブバンド信号が復号される。復号されたサブバンド信号は、各サブバンド毎に、サブバンド合成フィルタバンク１５ｃにてサブバンド分割数に比例した補間率にて０挿入補間され、サブバンド合成フィルタリング後、サブバンド毎の和が取られ、復号音声信号として出力される。
【００５９】
以上のように本発明の第１の実施の形態の音声信号符号化方法、音声信号復号化方法、送信機、受信機、およびワイヤレスマイクシステムによれば、広帯域の音声信号を複数のサブバンドに分割し、符号化対象の冗長性を排除した状態で、サブバンド信号をバックワード適応的にベクトル量子化することにより、低遅延で復号音声の品質がよく、圧縮効率のよい音声符号化及び復号化を実現することができる。
【００６０】
次に、図８および図９を参照し、本発明の第２の実施の形態の送信機、受信機、及びワイヤレスマイクシステムについて説明する。
【００６１】
ワイヤレスマイクシステムは、第１の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの構成と同様に、送信機と受信機とを備えている。
【００６２】
送信機は、第１の実施の形態のワイヤレスマイクシステム１００の送信機１０１の構成と同様に、マイクロホン１と、音声信号増幅部２と、アナログデジタル変換部３と、圧縮符号化部４と、誤り訂正符号化部５と、回線符号化部６と、高周波増幅部７と、送信アンテナ８とを備えている。
【００６３】
また、送信機の圧縮符号化部４は、８ｋＨｚ以上の周波数成分を含む広帯域の音声信号を４つに分割し、分割数に応じてダウンサンプリングし、４つのサブバンド信号を生成するサブバンド分割フィルタバンク４ａと、４つのサブバンド信号をＬＤ‐ＣＥＬＰアルゴリズムに基いて複数のサブバンド信号をベクトルインデックスに符号化するため合成による分析法を用いて４つのサブバンド信号をベクトル量子化し、インデックスを出力するベクトル量子化部４ｂと、ベクトル量子化部４ｂによって出力されたインデックスを符号化ビット列に組み込むマルチプレクサ４ｃとを含み、ベクトル量子化部４ｂは、４つのＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器４０ａ乃至４０ｄを有している。
【００６４】
さらに、ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器４０ａ乃至４０ｄは、図８に示すように、ベクトルバッファ４１と、励振ＶＱコードブックＡ４２と、励振ＶＱコードブックＢ４３と、予備選択器４４と、候補コードブックＡ４５と、候補コードブックＢ４６と、加算器５３と、利得乗算器４７と、バックワード利得適応器４８と、合成フィルタ４９と、バックワード係数適応器５０と、加算器５４と、聴覚重み付けフィルタ５１と、最小二乗平均誤差算出器５２とを備えている。
【００６５】
一方、受信機は、第１の実施の形態のワイヤレスマイクシステム１００の受信機１０２の構成と同様に、受信アンテナ９と、高周波増幅部１０と、中間周波増幅部１１と、復調部１２と、回線符号復号部１３と、誤り訂正部１４と、圧縮信号復号化部１５と、デジタルエフェクタ部１６と、デジタルアナログ変換部１７と、音声増幅部１８と、スピーカ１９とを備えている。
【００６６】
受信機は、さらに、受信チャンネル、圧縮信号復号化部１５のビットレート等を設定する（図示しない）設定部と、設定部によって設定された設定結果に応じて各部を制御する（図示しない）制御部とを備えている。
【００６７】
受信機の圧縮信号復号化部１５は、符号化ビット列から４つの帯域のインデックスを取り出すデマルチプレクサ１５ａと、４つの帯域のインデックスをＬＤ‐ＣＥＬＰアルゴリズムに基いてインデックスからサブバンド信号を復号化する復号化方法を用いて４つの帯域のインデックスを４つのサブバンド信号に復号するベクトル逆量子化部１５ｂと、４つのサブバンド信号を合成し、デジタル音声信号を生成するサブバンド合成フィルタバンク１５ｃとを含み、ベクトル逆量子化部１５ｂは、符号化ビット列から４つのサブバンド信号に夫々ベクトル逆量子化する４つのＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器６０ａ乃至６０ｄを有している。
【００６８】
ＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器６０ａ乃至６０ｄは、図９に示すように、夫々、励振ＶＱコードブックＡ６１と、励振ＶＱコードブックＢ６２と、加算器６７と、利得乗算器６３と、バックワード利得適応器６４と、合成フィルタ６５と、バックワード係数適応器６６とを有している。
【００６９】
次に、図８及び９を参照し、以上のように構成されたワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部４の動作と、受信機の圧縮信号復号化部１５の動作について説明する。
【００７０】
送信機の圧縮符号化部４では、入力音声信号を、サブバンド分割フィルタバンク４ａによって、いくつかの周波数帯域ごとにバンドパスフィルタリングされ、分割数に比例した間引き率でダウンサンプリングされる。次いで、ベクトルバッファ４１にて先のサブバンド信号が量子化ベクトル次元数分バッファリングされる。次に、予備選択器４４において、入力信号と近いベクトルの候補がそれぞれ励振ＶＱコードブックＡ４２及び励振ＶＱコードブックＢ４３より選択され、候補コードブックＡ４５及び候補コードブックＢ４６に格納される。予備選択は、入力信号より過去の０入力応答を引いて導き出されるターゲットベクトルと、励振ＶＱコードベクトル（励振ＶＱコードブックＡ４２及び励振ＶＱコードブックＢ４３からのそれぞれのベクトル要素の和）を合成フィルタ４９及び聴覚重み付けフィルタ５１で励振し、さらにバックワード利得をかけた０状態応答との相互相関が大きくなる組み合わせを探すような、合成による分析法よりも演算が少なく、準最適な方法を用いるとよい。このようにして予備選択された候補コードブックＡ４５及び候補コードブックＢ４６は、足しあわされて、励振ベクトル候補となり、合成による分析法により、最適な候補コードブックのインデックス番号が最小二乗平均誤差算出器５２にて選択される。分析による合成は、先の実施の形態１と同じで、候補コードブックＡ４５と候補コードブックＢ４６の和から励振ベクトルが生成され、次いで、利得乗算器４７によって利得が掛けられる。利得は過去の利得調整済みの励振ベクトルからバックワード利得適応器４８により、適応的に予測される。また、利得調整済みの励振ベクトルは合成フィルタ４９を通して復号音声が得られる。合成フィルタ４９の係数はバックワード係数適応器５０により、適応的に更新される。
【００７１】
一方、受信機の圧縮信号復号化部１５では、先のＶＱインデックスを受け、符号器と同じ励振ＶＱコードブックＡ６１及び励振ＶＱコードブックＢ６２から励振候補ベクトルが選択され、この二つのベクトルの和が励振ベクトルとして利得乗算器６３により利得調整され、合成フィルタ６５によって復号サブバンド信号が生成される。利得乗算器６３及び合成フィルタ６５の予測係数はそれぞれバックワード利得適応器６４及びバックワード係数適応器６６によって適応的に更新される。それぞれのサブバンド毎の復号サブバンド信号は、サブバンド合成フィルタバンク１５ｃにて復号音声が生成される。
【００７２】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態の送信機、受信機、及びワイヤレスマイクシステムによれば、サブバンド毎に設けられた量子化器において、励振候補ベクトルに、２つ以上に分割されたコードブックを使用し、予備選択を行って準最適な候補コードベクトルを選定し、選定された少ない候補から合成による分析法を行うことにより、高品位な復号音声と、使用メモリ量と演算量が少ない符号化・復号動作を得ることができる。
【００７３】
なお、本発明の第２の実施の形態の送信機、受信機、及びワイヤレスマイクシステムでは、受信機の圧縮符号化部４は、８ｋＨｚ以上の周波数成分を含む広帯域の音声信号を４つのサブバンドに分割し、分割数に応じてダウンサンプリングし、４つのサブバンド信号を生成するサブバンド分割フィルタバンク４ａを備えていると説明したが、サブバンド分割フィルタバンク４ａが音声信号を４つのサブバンドに分割することを限定するものではない。
【００７４】
次に、図１０及び１１を参照し、本発明の第３の実施の形態の送信機、受信機、及びワイヤレスマイクシステムについて説明する。
【００７５】
ワイヤレスマイクシステムは、第１の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの構成と同様に、送信機と受信機とを備えている。
【００７６】
送信機は、第１の実施の形態のワイヤレスマイクシステム１００の送信機１０１の構成と同様に、マイクロホン１と、音声信号増幅部２と、アナログデジタル変換部３と、圧縮符号化部４と、誤り訂正符号化部５と、回線符号化部６と、高周波増幅部７と、送信アンテナ８とを備えている。
【００７７】
また、送信機の圧縮符号化部４は、８ｋＨｚ以上の周波数成分を含む広帯域の音声信号を４つに分割し、分割数に応じてダウンサンプリングし、４つのサブバンド信号を生成するサブバンド分割フィルタバンク４ａと、４つのサブバンド信号をＬＤ‐ＣＥＬＰアルゴリズムに基いて複数のサブバンド信号をベクトルインデックスに符号化するため合成による分析法を用いて４つのサブバンド信号をベクトル量子化し、インデックスを出力するベクトル量子化部４ｂと、ベクトル量子化部４ｂによって出力されたインデックスを符号化ビット列に組み込むマルチプレクサ４ｃとを含み、ベクトル量子化部４ｂは、４つのＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器７０ａ乃至７０ｄを有している。
【００７８】
さらに、ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器７０ａ乃至７０ｄは、図１０に示すように、ベクトルバッファ７１と、励振ＶＱコードブックＡ７２と、励振ＶＱコードブックＢ７３と、予備選択器７４と、候補コードブックＡ７５と、候補コードブックＢ７６と、適応利得付加器７７と、利得乗算器７８と、バックワード利得適応器７９と、合成フィルタ８０と、バックワード係数適応器８１と、聴覚重み付けフィルタ８２と、最小二乗平均誤差算出器８３とを有している。
【００７９】
一方、受信機は、第１の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの受信機１０２の構成と同様に、受信アンテナ９と、高周波増幅部１０と、中間周波増幅部１１と、復調部１２と、回線符号復号部１３と、誤り訂正部１４と、圧縮信号復号化部１５と、デジタルエフェクタ部１６と、デジタルアナログ変換部１７と、音声増幅部１８と、スピーカ１９とを備えている。
【００８０】
受信機は、さらに、受信チャンネル、圧縮信号復号化部１５のビットレート等を設定する（図示しない）設定部と、設定部によって設定された設定結果に応じて各部を制御する（図示しない）制御部とを備えている。
【００８１】
受信機の圧縮信号復号化部１５は、符号化ビット列から４つの帯域のインデックスを取り出すデマルチプレクサ１５ａと、４つの帯域のインデックスをＬＤ‐ＣＥＬＰアルゴリズムに基いてインデックスからサブバンド信号を復号化する復号化方法を用いて４つの帯域のインデックスを４つのサブバンド信号に復号するベクトル逆量子化部１５ｂと、４つのサブバンド信号を合成し、デジタル音声信号を生成するサブバンド合成フィルタバンク１５ｃとを含み、ベクトル逆量子化部１５ｂは、符号化ビット列から４つのサブバンド信号に夫々ベクトル逆量子化する４つのＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器９０ａ乃至９０ｄを有している。
【００８２】
ＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器９０ａ乃至９０ｄは、図１１に示すように、夫々、励振ＶＱコードブックＡ９１と、励振ＶＱコードブックＢ９２と、適応利得付加器９３と、利得乗算器９４と、バックワード利得適応器９５と、合成フィルタ９６と、バックワード係数適応器９７とを有している。
【００８３】
次に、図１０及び１１を参照し、以上のように構成されたワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部４の動作と、受信機の圧縮信号復号化部１５の動作について説明する。
【００８４】
送信機の圧縮符号化部４では、入力音声信号をサブバンド分割フィルタバンク４ａによって、いくつかの周波数帯域ごとにバンドパスフィルタリングし、分割数に比例した間引き率で間引きし、複数のサブバンド信号が生成される。先のサブバンド信号はベクトルバッファ７１によって量子化ベクトル次元数分バッファリングされる。次に、予備選択器７４において、入力信号と近いベクトルの候補がそれぞれ励振ＶＱコードブックＡ７２及び励振ＶＱコードブックＢ７３より選択され、候補コードブックＡ７５及び候補コードブックＢ７６に格納される。予備選択は、入力信号より過去の０入力応答を引いて導き出されるターゲットベクトルと、励振ＶＱコードベクトル（励振ＶＱコードブックＡ７２及び励振ＶＱコードブックＢ７３からのそれぞれのベクトル要素の和）を合成フィルタ８０及び聴覚重み付けフィルタ８２で励振し、さらに利得乗算器７８によってバックワード利得をかけた０状態応答との相互相関が大きくなる組み合わせを探すような、合成による分析法よりも演算が少なく、準最適な方法を用いるとよい。このようにして予備選択された候補コードブックＡ７５及び候補コードブックＢ７６は、足しあわされて、励振ベクトル候補となる。さらに励振ベクトル候補ごとに、理想利得値を計算し、理想利得値をさらにバックワード予測で求めた利得が掛けられ、利得で減算して利得ダイナミックレンジを小さくした差分理想利得値を求める。差分理想利得値は、適応利得付加器７７で適応スカラ量子化により、量子化・符号化する。この量子化値は、合成による分析法で使用され、利得乗算器７８の出力と足しあわされたものが、励振ベクトルに掛け合わされ、さらにこの利得調整された励振ベクトルは合成フィルタ８０を通すことにより、復号音声が生成され、ベクトルバッファ７１との差分が計算される。この差分値に聴覚重み付けフィルタ８２によるフィルタリング後、最小二乗平均誤差算出器８３にて誤差が最も小さくなるような、候補コードブックＡ７５及び候補コードブックＢ７６のＶＱインデックスが最終的に利得コードとともに圧縮符号化部４の出力として、出力される。
【００８５】
一方、受信機の圧縮信号復号化部１５では、先の励振ＶＱインデックスを受け、符号器と同じ励振ＶＱコードブックＡ９１及び励振ＶＱコードブックＢ９２から励振候補ベクトルが選択され、この二つのベクトルの和が励振ベクトルとして、圧縮符号化部４と同じ形態で求められる適応利得付加器９３及び利得乗算器９４にて利得調整される。さらに利得調整された励振ベクトルは、合成フィルタ９６によって復号サブバンド信号が生成される。利得乗算器９４及び合成フィルタ９６の予測係数はそれぞれバックワード利得適応器９５及びバックワード係数適応器９７によって周期的に更新される。それぞれのサブバンド毎の復号サブバンド信号は、サブバンド合成フィルタバンク１５ｃにて帯域合成フィルタリングが行われ、復号音声が生成される。
【００８６】
以上のように、本発明の第３の実施の形態の送信機、受信機、及びワイヤレスマイクシステムによれば、サブバンド毎に設けられた量子化器において、励振候補ベクトルに、２つ以上に分割されたコードブックを使用し、予備選択を行って準最適な候補コードベクトルを選定し、選定された少ない候補から合成による分析法を行うこと、さらにはコードベクトルごとに最適なゲインを適応スカラ量子化することにより、高品位な復号音声と、使用メモリ量と演算量が少ない音声符号化及び復号化を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明にかかる音声信号符号化方法、音声信号復号化方法、送信機、受信機、及びワイヤレスマイクシステムは、低遅延で高圧縮効率でありながら、伝送情報レートが低いという効果を有し、伝送帯域制限の厳しい無線通信や、有線通信でのリアルタイム通話システムなどの音声符号化等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１乃至３の実施の形態に係るワイヤレスマイクシステムのブロック図
【図２】本発明の第１乃至３の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの送信機のブロック図
【図３】本発明の第１乃至３の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの受信機のブロック図
【図４】本発明の第１乃至３の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部のブロック図
【図５】本発明の第１乃至３の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの受信機の圧縮信号復号化部のブロック図
【図６】本発明の第１の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部における各サブバンドの量子化器のブロック図
【図７】本発明の第１の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部における各サブバンドの逆量子化器のブロック図
【図８】本発明の第２の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部におけるサブバンド毎の量子化器のブロック図
【図９】本発明の第２の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部におけるサブバンド毎の逆量子化器のブロック図
【図１０】本発明の第３の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部におけるサブバンド毎の量子化器のブロック図
【図１１】本発明の第３の実施の形態のワイヤレスマイクシステムの送信機の圧縮符号化部におけるサブバンド毎の逆量子化器のブロック図
【図１２】従来のサブバンドＡＤＰＣＭ符号化装置の概略構成のブロック図
【符号の説明】
【００８９】
１００  ワイヤレスマイクシステム
１０１  送信機
１０２  受信機
１  マイクロホン
２  音声信号増幅部
３  アナログデジタル変換部
４  圧縮符号化部
５  誤り訂正符号化部
６  回線符号化部
７  高周波増幅部
８  送信アンテナ
９  受信アンテナ
１０  高周波変換器
１１  中間周波増幅部
１２  復調部
１３  回線符号復号化部
１４  誤り訂正部
１５  圧縮信号復号化部
１６  デジタルエフェクタ
１７  デジタルアナログ変換部
１８  音声増幅部
１９  スピーカ
４ａ  サブバンド分割フィルタバンク
４ｂ  ベクトル量子化部
４ｃ  マルチプレクサ
１５ａ  デマルチプレクサ
１５ｂ  ベクトル逆量子化部
１５ｃ  サブバンド合成フィルタバンク
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ  ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ  ＬＤ‐ＣＥＬＰ量子化器
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ  ＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ  ＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器
９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ  ＬＤ‐ＣＥＬＰ逆量子化器
２１  ベクトルバッファ
２２  励振ＶＱコードブック
２３  利得乗算器
２４  バックワード利得適応器
２５  合成フィルタ
２６  バックワード係数適応器
２７  聴覚重み付けフィルタ
２８  最小二乗平均誤差算出器
２９  加算器
３１  励振ＶＱコードブック
３２  利得乗算器  
３３  バックワード利得適応器
３４  合成フィルタ
３５  バックワード係数適応器
４１  ベクトルバッファ
４２  励振ＶＱコードブックＡ
４３  励振ＶＱコードブックＢ
４４  予備選択器
４５  候補コードブックＡ
４６  候補コードブックＢ
４７  利得乗算器
４８  バックワード利得適応器
４９  合成フィルタ
５０  バックワード係数適応器
５１  聴覚重み付けフィルタ
５２  最小二乗平均誤差算出器
５３  加算器
５４  加算器
６１  励振ＶＱコードブックＡ
６２  励振ＶＱコードブックＢ
６３  利得乗算器
６４  バックワード利得適応器
６５  合成フィルタ
６６  バックワード係数適応器
６７  加算器
７１  ベクトルバッファ
７２  励振ＶＱコードブックＡ
７３  励振ＶＱコードブックＢ
７４  予備選択器
７５  候補コードブックＡ
７６  候補コードブックＢ
７７  適応利得付加器
７８  利得乗算器
７９  バックワード利得適応器
８０  合成フィルタ
８１  バックワード係数適応器
８２  聴覚重み付けフィルタ
８３  最小二乗平均誤差算出器
８４  加算器
８５  加算器
９１  励振ＶＱコードブックＡ
９２  励振ＶＱコードブックＢ
９３  適応利得付加器
９４  利得乗算器
９５  バックワード利得適応器
９６  合成フィルタ
９７  バックワード係数適応器
９８  加算器
【図１】
2005202262.tif 000003
【図２】
2005202262.tif 000004
【図３】
2005202262.tif 000005
【図４】
2005202262.tif 000006
【図５】
2005202262.tif 000007
【図６】
2005202262.tif 000008
【図７】
2005202262.tif 000009
【図８】
2005202262.tif 000010
【図９】
2005202262.tif 000011
【図１０】
2005202262.tif 000012
【図１１】
2005202262.tif 000013
【図１２】
2005202262.tif 000014