(57)【要約】【課題】音声データの音質を劣化させることなく圧縮率の向上を図る。【解決手段】Ａ／Ｄ変換器７は音声をデジタルの入力データ１０に変換する。子音・母音分析器１１は、入力データ１０を子音区間と母音区間とに分割する。子音圧縮器１２は、入力データ１０の入力周波数のままで、子音区間に属するデータを圧縮する。サンプリングレートコンバータ８は、入力データ１０の内で母音区間に属するデータに対して、その入力周波数（Ａ／Ｄ変換器７のサンプリングレート）をダウンサンプリングする。母音圧縮器１３は、ダウンしたサンプリングレートで以って得られるデータを圧縮する。出力符号列生成器１４は、子音・母音分析器１１が出力する区間情報をヘッダ情報として、両圧縮器１２，１３の出力データをＲＯＭデータ形式の信号１に生成する。以上の様に、子音と母音とでサンプリングレートを変えることで、データ量を少なくすることが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声の入力データを子音の区間と母音の区間とに分割する子音・母音分析器と、
前記子音区間に属するデータに対しては、前記入力データの入力周波数のままで当該データを圧縮する子音圧縮器と、
前記母音区間に属するデータに対しては、前記入力周波数によるサンプリングをダウンサンプリングした後のサンプリングレートで以って得られるデータを圧縮する母音圧縮器と、
前記子音圧縮器の出力データと前記母音圧縮器の出力データとをＲＯＭデータ形式の信号に生成する出力符号列生成器とを備えることを特徴とする、
音声圧縮方式。
【請求項２】
請求項１記載の音声圧縮方式であって、
前記母音区間に属するデータの前記サンプリングレートを固定することを特徴とする、
音声圧縮方式。
【請求項３】
請求項１又は２記載の音声圧縮方式であって、
前記子音・母音分析器は、前記子音区間と前記母音区間とに関する分割情報を前記出力符号列生成器に出力し、
前記出力符号列生成器は、前記分割情報を前記ＲＯＭデータの先頭のヘッダに記載することを特徴とする、
音声圧縮方式。
【請求項４】
音声の入力データの音の使用周波数を分析し、各音のデータを使用周波数の似通った区間毎に分割する使用周波数分析器と、
前記使用周波数分析器によって分割された使用周波数帯域の区間毎に、当該区間に属する音のデータの周波数を当該区間に設定された必要周波数に変換する周波数変換器と、
前記周波数変換器によって周波数変換されたデータを圧縮する圧縮器と、
前記圧縮器で圧縮されたデータよりＲＯＭデータを生成する出力符号列生成器とを備えることを特徴とする、
音声圧縮方式。
【請求項５】
請求項４記載の音声圧縮方式であって、
前記周波数変換器は、周波数変換に際して、周波数変換されるデータの前後のデータとして、当該データが有声音の場合には繰り返し成分を設定し、当該データが無声音の場合には続きの部分としてデジタル信号として０の信号を設定することを特徴とする、
音声圧縮方式。
【請求項６】
請求項４又は５記載の音声圧縮方式であって、
前記使用周波数分析器は、前記使用周波数帯域の分割情報を前記出力符号列生成器に出力し、
前記出力符号列生成器は、前記分割情報を前記ＲＯＭデータの先頭のヘッダに記載することを特徴とする、
音声圧縮方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＥＴＣ等の音声ガイダンスの音声のデータ量を、音質を劣化させること無く、より少なくするための音声圧縮技術に関している。
【背景技術】
【０００２】
従来のADPCM（適応差動パルス符号変調）等で圧縮した音声データをROMデータとした上で、音声を再生する方法としては、無音区間を切り、無音区間でない区間をADPCM等で圧縮することとしている。これにより、通常のADPCMよりも圧縮率が高く、且つ、処理の負荷が重くなく、低処理量のマイコンで以って十分処理可能な音声圧縮方式を実現している。更に音声データの高圧縮化を実現する場合には、高処理量のマイコンを用いてMPEG方式等の圧縮を行っている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２５２５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の低処理量のマイコンで処理可能な処理量の軽い圧縮方式では、圧縮率は1/4程度（16 bit→4 bit）までであり、再生可能な語彙を増やすには、より多くのメモリが必要となる。
【０００５】
そこで、本発明は、斯かる技術状況に鑑みて、音質を劣化させること無く、音声データをより高圧縮にし得る音声圧縮方式を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の主題に係る音声圧縮方式は、音声の入力データを子音の区間と母音の区間とに分割する子音・母音分析器と、前記子音区間に属するデータに対しては、前記入力データの入力周波数のままで当該データを圧縮する子音圧縮器と、前記母音区間に属するデータに対しては、前記入力周波数によるサンプリングをダウンサンプリングした後のサンプリングレートで以って得られるデータを圧縮する母音圧縮器と、前記子音圧縮器の出力データと前記母音圧縮器の出力データとをＲＯＭデータ形式の信号に生成する出力符号列生成器とを備えることを特徴とする。
【０００７】
以下、この発明の主題の様々な具体化を、添付図面を基に、その効果・利点と共に、詳述する。
【発明の効果】
【０００８】
音声帯域では、発声に応じて必要な周波数が変化している。そのため、本発明の主題によれば、再生時に必要な周波数に応じてサンプリングレートを変えることとしているので、即ち、子音区間よりも母音区間の方に属するデータのサンプリングレートを低く設定することにしているので、子音と母音とでサンプリングレートを変えずに同じ圧縮方式を用いた場合よりも圧縮率を高くすることが出来、メモリ使用量乃至はＲＯＭ容量を削減することが出来る。逆に、同じメモリ量であれば、圧縮率を低くすることができ、より原音に近い音の再現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明では、音声の圧縮に際し、再生時に必要な周波数帯に応じてＡ／Ｄ変換器のサンプリングレートを変えることで、入力周波数を変えること無く同じ圧縮方式を用いた方式よりも、圧縮率を高めることが可能となる。例えば、ＥＴＣ等の音声ガイダンスの音声のサンプリングレートを、子音と母音とで変える（母音の方のサンプリングレートを子音の方よりも低く設定する）ことで、データ量をより少なくすることが出来る。
【００１０】
（実施の形態１）
本実施の形態の特徴点は、概要、以下の通りである。
【００１１】
１）高周波成分が入っている子音と低周波成分が主な成分である母音とで、そのサンプリングレートを変えて圧縮した上で、圧縮後のデータをＲＯＭデータとして保存する。これにより、子音と母音とでサンプリングレートを変えない場合と比較して、圧縮率を高めることが出来る。
【００１２】
２）サンプリングレートを可変としてもよいが（例えば、生成時に音声データの周波数成分を検出してサンプリングレートをその都度決定する。）、ここでは、母音と子音のサンプリングレートを固定とする（例えば、子音データのサンプリングレート／母音データのサンプリングレート＝１１ｋＨｚ／８ｋＨｚ）。これにより、処理量が少なくて済み、且つ、音声圧縮・再生装置の設計が容易となる利点がある。
【００１３】
３）サンプリングレートの切り替え情報（分割情報又は区間情報とも言う。）をＲＯＭデータの先頭のヘッダに記載する。これにより、様々な方式に対応可能となると言う利点がある。
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態の音声圧縮方式の構成及び動作を記載する。
【００１５】
図１は、単語毎に、音の圧縮データ（ＲＯＭデータ１）を生成する機器の構成を示すブロック図である。同図に於いて、Ａ／Ｄ変換器７は、アナログの音声データを、周波数が１１ｋＨｚ以上のサンプリングクロックで以ってサンプリングすることで、デジタルの入力データ（元となる音の入力データ）１０に変換する。従って、入力データ１０の入力周波数は、１１ｋＨｚ以上となる。サンプリングレートコンバータ８は、後述する子音・母音分析器１１から入力される入力データ１０のサンプリングレートを後述の通りに低めに変更する。従って、サンプリングレートコンバータ８の出力データの周波数は１１ｋＨｚ未満となる。子音・母音分析器１１は、入力データ１０の音を分析し、入力データ１０を子音区間に属するデータあるいは母音区間に属するデータに分割する。同器１１が行う、入力データ１０の音が子音か母音かの判別方法は、既知の方法である。しかも、子音・母音分析器１１は、入力データ１０の音が子音区間及び母音区間の何れに属するデータであるかの分析結果である分割情報ないしは区間情報を、後述する出力符号列生成器１４に出力する。子音圧縮器１２は、子音・母音分析器１１で子音と分析されたデータを所定の圧縮方式で以って圧縮する。他方、母音圧縮器１３は、子音・母音分析器１１で母音と分析されて母音区間データに分割されたデータであって且つサンプリングレートコンバータ８によってそのサンプリングレートがより小さな値に変換された後のデータを、所定の圧縮方式で以って圧縮する。又、出力符号列生成器１４は、子音・母音分析器１１、子音圧縮器１２、母音圧縮器１３より出力された各データをＲＯＭデータ形式にする。その結果、出力符号列生成器１４により出力されるデータが、ＲＯＭデータ１となり、同データ１は外部のメモリ（図示せず）に保存される。
【００１６】
これに対して、図２は、図１のＲＯＭデータ（音声の元となる圧縮されたデータ）１で与えられる音を再生する機器の構成を示すブロック図である。ヘッダ解析器２は、入力されたＲＯＭデータ１のヘッダ内にある子音及び母音の分割情報を解析する機器である。子音伸張器３は、ヘッダ解析器２で子音と解析された圧縮データを伸張する機器である。他方、母音伸張器４は、ヘッダ解析器２で解析された母音のデータを伸張する機器であり、子音伸張器３及び母音伸張器４から出力されたデータの列で以って出力データ５を形成する。音データ出力器６は、出力サンプリングレートを切替えることが出来るＤ／Ａ変換器から成り、出力データ５をオーディオ出力としてスピーカ等（図示せず）に出力する。
【００１７】
次に、ＲＯＭデータ１の生成の動作を、図１を参照することで記載する。
【００１８】
予め従来と同様に無音の期間をカットした音声データはＡ／Ｄ変換器７でデジタル形式の入力データ１０に変換された上で、子音・母音分析器１１に入力される。ここでは、Ａ／Ｄ変換器７のサンプリングクロックの周波数、従って、入力データ１０の周波数を、11ｋＨｚとする。そして、子音・母音分析器１１は、入力データ１０が子音かそれとも母音かを分析した上で、その分析結果に応じて、入力データ１０を子音区間に属するデータと母音区間に属するデータとに分ける。しかも、子音・母音分析器１１は、このとき分割した情報を、分割情報（区間情報）として出力符号列生成器１４に入力し、出力符号列生成器１４は、入力された当該分割情報を、ＲＯＭデータ１の先頭のヘッダ情報として、当該ヘッダに記載する。子音・母音分析器１１によって子音区間と母音区間とに分割された入力データ１０は、それぞれ子音圧縮器１２及びサンプリングレートコンバータ８を経て母音圧縮器１３に入力され、圧縮される。ここで、子音圧縮器１２及び母音圧縮器１３に於ける圧縮方式としては、例えばADPCMが挙げられる。子音圧縮器１２と母音圧縮器１３との違いは、入力データ１０の入力周波数（11kHz）のままでデータ圧縮するか否かにある。即ち、子音・母音分析器１１によって入力データ１０が子音区間に属するデータと分析された場合には、子音のデータは、その入力周波数（11kHz）のままで子音圧縮器１２によって圧縮される。これに対して、子音・母音分析器１１によって入力データ１０が母音区間に属するデータと分析された場合には、母音のデータは、一旦、サンプリングレートコンバータ８に入力され、そのサンプリングレートが所定値に下げられる。即ち、サンプリングレートコンバータ８は、入力データ１０の入力周波数（11kHz）を、例えば8kHz（11kHzよりも低い固定値の周波数）に変更する。そして、この様な入力データ１０のダウンサンプリングを経た上で、サンプリングレートが低下されたデータの圧縮を、母音圧縮器１３が実行する。従って、入力データ１０が母音に分割された場合には、サンプリングレートが低下させられる結果、入力周波数(11kHz)のままで母音をそのまま圧縮するよりも、高圧縮化することが出来る。この点は、子音と母音とを比べると、使用周波数領域が母音の方が低い領域に偏っていることを利用している。その後、出力符号列生成器１４は、分割情報が記載されたヘッダと、子音圧縮器１２から出力される圧縮データと、母音圧縮器１３から出力される高圧縮率の圧縮データとの一列のデータから成るＲＯＭデータ１を生成・出力する。
【００１９】
次に、ＲＯＭデータ１の再生時の動作を、図２に基づいて記載する。
【００２０】
再生時の入力データであるＲＯＭデータ１は、先ずヘッダ解析器２に入力される。ヘッダ解析器２は、ＲＯＭデータ１のヘッダ情報を解析して、子音区間及び母音区間を把握し、それぞれの区間情報に基づいてＲＯＭデータ１を子音伸張器３及び母音伸張器４に入力する。その後、各伸張器３，４から出力されたデータで以って、出力データ５が作成され、音データ出力器（Ｄ／Ａ変換器）６は、このデータ５を、ヘッダ解析器２で解析された区間毎に出力周波数を変えながら、出力する。即ち、データ５の内で、子音区間に属するデータは、その周波数が11ｋＨｚのアナログデータとして出力される一方、母音区間に属するデータは、その周波数が8ｋＨｚのアナログデータとして出力される。
【００２１】
以上の記載に於いて、図１のサンプリングレートコンバータ８及び母音圧縮器１３の両者を以って、広義の「母音圧縮器」と定義する。
【００２２】
又、図１及び図２に基づく上記の記載では、最初の段階でＡ／Ｄ変換器７によってデジタルの入力データ１０を得ているが、この構成に代えて、子音・母音分析器１１と子音圧縮器１２との間及び子音・母音分析器１１と母音圧縮器１３との間にそれぞれＡ／Ｄ変換器を設けて、子音の場合と母音の場合とで対応するＡ／Ｄ変換器のサンプリングレートを変える様に設定しても良い（即ち、子音用Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレート＞母音用Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレート）。この場合には、既述したサンプリングレートコンバータ８が不要となる。斯かる変形例では、子音用Ａ／Ｄ変換器と子音圧縮器１２とから成る部分を広義の「子音圧縮器」と定義し、且つ、母音用Ａ／Ｄ変換器と母音圧縮器１３とから成る部分を広義の「母音圧縮器」と定義することになる。
【００２３】
以上より、本実施の形態によれば、従来の技術よりも、音質をあまり劣化させずに、音声データをより高圧縮化することが可能となる。この点は、子音は高い周波数まで必要である一方、母音は低い周波数のみで十分なため、母音の周波数を下げることが可能であり、そのため、圧縮率を上げることが可能となることによる。
【００２４】
（実施の形態２）
本実施の形態の特徴点は、概要、以下の通りである。
【００２５】
１）実施の形態１で展開した子音区間及び母音区間によるサンプリングレートの変更を、本実施の形態では、各音の使用周波数を分析して使用周波数帯域の区間に分割することで分割区間毎にサンプリングレートの変更を行うこととしている。この方式により、実施の形態１の場合（子音か母音かの二者択一の場合）よりも使用周波数を細かく分析することが出来るので、圧縮率をより一層高くすることが可能となる。
【００２６】
２）再生時にサンプリングレートコンバータを用いる場合、2つのレート間で高周波側のつなぎ目の再現性が悪くなる。そこで、下記の処理を行うことで、音質を良くする。即ち、ア）母音、半母音、鼻音etc.の有声音の場合には、ある単位の音の繰り返しであるため、周波数変換されるデータの前後のデータとして、繰り返し成分を入れる。イ）破裂音etc.の無声音の場合には、振幅が0へと減少して行くため、続きの部分はデジタル信号の形式で０として処理する。
【００２７】
３）サンプリングレートの切り替え情報（分割情報又は区間情報とも言う。）をＲＯＭデータの先頭のヘッダに記載する。これにより、様々な方式に対応可能となると言う利点が得られる。
【００２８】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態の音声圧縮方式の構成及び動作を記載する。
【００２９】
図３は、単語毎に、音の圧縮データ（ＲＯＭデータ２０）を生成する機器の構成を示すブロック図である。同図に於いて、入力データ１０は、アナログの音声データをＡ／Ｄ変換器（図示せず；サンプリングクロックの周波数は11ｋＨｚ以上であり、この例では11ｋＨｚとする。）によってＡ／Ｄ変換することにより得られたデジタル形式の、元となる音の入力データである。
【００３０】
使用周波数分析器３１は、入力データ１０の音を分析し、使用周波数を分析し、同様な使用周波数毎に（ある使用周波数帯域毎に）分割する機器である。
【００３１】
又、周波数変換器３２は、使用周波数分析器３１によって分割された使用周波数帯域の区間毎に、当該区間について予め定められた必要周波数に周波数変換を行う機器であり、従って、入力データ１０の入力周波数を区間毎にダウンサンプリングする部分である。例えば、母音の周波数帯域が4ｋＨｚ以下である場合には、母音の使用周波数を、2ｋＨｚまでの第１区間と、2ｋＨｚ〜4ｋＨｚまでの第２区間とに２分割し、使用周波数分析器３１で分析された使用周波数が母音の第１区間に属する場合には当該音の使用周波数を当該第１区間に設定されたサンプリングレートである必要周波数4ｋＨｚに変換し、同様に、使用周波数分析器３１で分析された使用周波数が母音の第２区間に属する場合には当該音の使用周波数を当該第１区間に設定されたサンプリングレートである必要周波数8ｋＨｚに変換する。同様に、子音の周波数帯域が5.5ｋＨｚ以下である場合にも、子音の周波数帯域を更に細かく複数個に分割して、区間毎に定められた必要周波数に当該音の使用周波数を変換する。この様に、子音区間及び母音区間を音の使用周波数帯域によって細かく分割して細分化された区間毎にサンプリングレートをダウン変換することで、音声データをより一層高圧縮化することが可能となる。
【００３２】
圧縮器３３は、周波数変換器３２によって使用周波数帯域の区間毎にサンプリングレートを変換された各データを圧縮する機器である。又、出力符号列生成器３４は、使用周波数分析器３１で分析された分割情報を含むヘッダを作成し、当該ヘッダを圧縮器３３で圧縮されたデータと併せることで、出力データであるＲＯＭデータ２０を生成・出力する。そして、ＲＯＭデータ２０は、外部のメモリ（図示せず）に保存される。
【００３３】
他方、図４は、音を再生する機器の構成を示すブロック図である。同図に於いて、既述したＲＯＭデータ２０は、音声の元となる圧縮されたデータであり、ヘッダ解析器２１は、入力されたＲＯＭデータ２０のヘッダ内にある使用周波数帯域別の分割情報を解析する。又、伸張器２２は、データを伸張する部分である。更に、周波数変換器２３は、伸張されたデータの周波数を変換する部分であり、各使用周波数帯域区間の必要周波数は、ここでは、11ｋＨｚに変換される。周波数変換器２３から出力されたデータは、出力データ２４となる。そして、音データ出力器（Ｄ／Ａ変換器）２５は、出力データ２４に基づき、オーディオ出力を行う。
【００３４】
次に、ＲＯＭデータ２０の生成の動作を図３に基づき記載する。
【００３５】
予め従来と同様に無音の期間をカットしたデータである入力データ１０が、先ず使用周波数分析器３１に入力される。使用周波数分析器３１は、入力データ１０の各音を分析し、入力データ１０を使用周波数帯域の似通った区間毎に分ける。しかも、使用周波数分析器３１は、このとき分割した情報を出力符号列生成器３４に出力し、出力符号列生成器３４は、受信した分割情報を、ＲＯＭデータ２０の先頭のヘッダの情報として記録する。使用周波数分析器３１によってある区間毎に分割された各データは、周波数変換器３２によって、当該データが属する使用周波数帯域区間に割り当てられた必要周波数に応じて、周波数変換される。このとき、周波数変換器３２は、周波数変換されるデータの前後のデータを、入力データの音の性質により換える。即ち、区間の始端や終端が、１）母音、半母音、鼻音etc.の有声音の場合には、ある単位の音の繰り返しであるため、前後には、音圧の変化を現在あるデータの始端終端前後の変化量にあわせて繰り返し成分を入れる。２）摩擦音の場合には、先頭には、デジタル形式の０データを繰り返し、終端側には、終端付近のデータを繰り返す。３）破裂音etc.の無声音の場合には、振幅が０へと減少して行くため、続きの部分はデジタル形式の０データとして処理し、先頭もデジタル形式の０データとする。
【００３６】
周波数変換器３２によって変換されたデータは、圧縮器３３で圧縮される。圧縮形式としては、ADPCM等が挙げられる。
【００３７】
圧縮器３３によって圧縮されたデータは、出力符号列生成器３４に入力され、出力符号列生成器３４は、使用周波数分析器３１からの分割情報が入っているヘッダと共に、圧縮データを加工して、ＲＯＭデータ２０を生成・出力する。
【００３８】
次に、ＲＯＭデータ２０の再生時の動作を、図４を用いて記載する。
【００３９】
再生時の入力データであるＲＯＭデータ２０を先ずヘッダ解析器２１に入力する。ヘッダ解析器２１は、ヘッダ情報を解析し、使用周波数帯域別の区間を把握し、その情報を周波数変換器２３に入力する。ヘッダ情報以外のＲＯＭデータ２０は伸張器２２で伸張され、伸張された各データは、周波数変換器２３によって周波数変換されて（この例では11ｋＨｚに変換される）、出力データ２４となる。出力データ２４は、音データ出力器２５によって、アナログの音声データとして出力される。
【００４０】
本実施の形態によれば、従来の技術と比較して、音質をあまり劣化させずに、より一層高圧縮化することが可能となる。この点は、既述の通り、必要周波数を解析することで、不必要な周波数分のデータを削除することが出来るため、圧縮率を更に上げることが可能となることによる。実施の形態１よりも使用周波数を細かく分析することから、圧縮率を実施の形態１よりも高くすることが可能となる。
【００４１】
（付記）
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、高音質の出力を必要としていないマイコンのみ若しくは簡易の音声用のチップを搭載している、家電製品（炊飯器etc.)や、ガス湯沸かし器や、ＥＴＣ車載器等の製品に於ける、音声ガイダンスの音声の圧縮に適用可能である。これらの分野では、内蔵しているＲＯＭに予め圧縮された音声データを入力しておき、その音声データを必要となった場合に伸張して出力しているので、独自な形式の圧縮方式を有する本発明に係るＲＯＭデータ１，２０を用いても何等問題は生じない。しかも、本発明の利点である高圧縮化により、ＲＯＭ容量を削減することが出来るため、より低価格での上記製品の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る音声圧縮装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る音声再生装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る音声圧縮装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る音声再生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ＲＯＭデータ、７  Ａ／Ｄ変換器、８  サンプリングレートコンバータ、１０  入力データ、１１  子音・母音分析器、１２  子音圧縮器、１３  母音圧縮器、１４  出力符号列生成器、２０  ＲＯＭデータ、３１  使用周波数分析器、３２  周波数変換器、３３  圧縮器、３４  出力符号列生成器。
【図１】
2007256303.tif 000003
【図２】
2007256303.tif 000004
【図３】
2007256303.tif 000005
【図４】
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