(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応符号帳及び代数符号帳を用いて音声信号を符号化する音声符号化装置において、
音声信号を所定速度でサンプリングした入力信号を一定サンプル数（＝Ｎ）のフレーム単位で線形予測分析して得られる線形予測係数を用いて構成される合成フィルタ、
過去Ｌサンプル分の音声信号のピッチ周期成分を保存し、順次、１ピッチ遅延したＮサンプル分の周期性信号を出力するための適応符号帳、
１フレームを構成するＮサンプル点を複数のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための代数構造符号帳、
適応符号帳から順次出力する周期性信号により前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差が最小となる周期性信号を特定するピッチラグ（第１ピッチラグ）を現フレームのピッチラグとし、あるいは、過去のフレームにおいて求めてあるピッチラグ（第２ピッチラグ）を現フレームのピッチラグとするピッチラグ決定部、
前記決定したピッチラグにより特定される周期性信号と代数構造符号帳から順次出力するパルス性信号とで前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差が最小となるパルス性信号を決定するパルス性信号決定部、
前記ピッチラグ、前記パルス性信号を特定するデータ、前記線形予測係数を音声符号として出力する手段、
を備え、前記ピッチラグ決定部は、入力信号の性質に応じて前記第１ピッチラグあるいは第２ピッチラグを現フレームのピッチラグとするか決定することを特徴とする音声符号化装置。
【請求項２】
前記ピッチラグ決定部は、
現フレームの入力信号と自己相関値が最大となる過去の入力信号との時間差を求め、該時間差にもとづいて入力信号の周期性を判断し、周期性が大きければ第２ピッチラグを現フレームのピッチラグとし、周期性が小さければ第１ピッチラグを現フレームのピッチラグとして選択することを特徴とする請求項１記載の音声符号化装置。
【請求項３】
適応符号帳及び代数符号帳を用いて音声信号を符号化する音声符号化装置において、
音声信号を所定速度でサンプリングした入力信号を一定サンプル数（＝Ｎ）のフレーム単位で線形予測分析して得られる線形予測係数を用いて構成される合成フィルタ、
過去Ｌサンプル分の音声信号のピッチ周期成分を保存し、順次、１ピッチ遅延したＮサンプル分の周期性信号を出力するための適応符号帳、
１フレームを構成するＮサンプル点を複数のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための代数構造符号帳、
適応符号帳から順次出力する周期性信号により前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差が最小となる周期性信号を特定するピッチラグ（第１ピッチラグ）を現フレームのピッチラグとし、あるいは、過去のフレームにおいて求めてあるピッチラグ（第２ピッチラグ）を現フレームのピッチラグとするピッチラグ決定部、
前記決定したピッチラグにより特定される周期性信号と代数構造符号帳から順次出力するパルス性信号とで前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差が最小となるパルス性信号を決定するパルス性信号決定部、
前記ピッチラグ、前記パルス性信号を特定するデータ、前記線形予測係数を音声符号として出力する手段、
を備え、前記ピッチラグ決定部は、第１ピッチラグを使用した時の前記合成フィルタ出力信号と入力信号との差、第２ピッチラグを使用した時の前記合成フィルタ出力と入力信号との差を比較し、差が小さいほうのピッチラグを現フレームのピッチラグとすることを特徴とする音声符号化装置。
【請求項４】
前記符号出力手段は、第１ピッチラグを現フレームのピッチラグとするときは該第１ピッチラグを出力し、第２ピッチラグを現フレームのピッチラグとするときはその旨を示すデータを出力し、
前記代数構造符号帳は、第１ピッチラグを現フレームのピッチラグとするときに使用する第１の代数構造符号帳と、第２ピッチラグを現フレームのピッチラグとするときに使用する第２の代数構造符号帳を備え、
第２の代数構造符号帳は第１の代数構造符号帳に比べて、パルス系統グループ数を多くしたこと、
を特徴とする請求項１乃至３記載の音声符号化装置。
【請求項５】
前記第２の代数構造符号帳は、
１フレームを構成するＮサンプル点を複数のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための第３の代数構造符号帳と、
１フレーム期間より短い期間に含まれるN′サンプル点を、第３の代数構造符号帳より多いパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための第４の代数構造符号帳を備え、
前記パルス性信号決定部は、前記第２のピッチラグの値が設定値Ｍより大きいとき第３の代数構造符号帳を使用し、第２のピッチラグの値が設定値Ｍ以下のとき第４の代数構造符号帳を使用する、
ことを特徴とする請求項４記載の音声符号化装置。
【請求項６】
適応符号帳及び代数符号帳を用いて音声信号を符号化する音声符号化方法において、
音声信号を所定速度でサンプリングした入力信号を一定サンプル数（＝Ｎ）のフレーム単位で線形予測分析して線形予測係数を求め、該線形予測係数を用いて合成フィルタを構成し、
過去Ｌサンプル分の音声信号のピッチ周期成分を保存し、１ピッチ遅延したＮサンプル分の周期性信号を順次出力するための適応符号帳を設けると共に、
１フレームを構成するＮサンプル点を複数のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための第１の代数構造符号帳と、第１の代数構造符号帳より多いパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を順次出力するための第２の代数構造符号帳を設け、
適応符号帳より順次１ピッチ遅延して得られるＮサンプル分の周期性信号で前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差が最小となる周期性信号を特定するピッチラグを現フレームのピッチラグとし、該ピッチラグにより特定される周期性信号と第１の代数構造符号帳から順次出力するパルス性信号とで前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差（第１の差）が最小となるパルス性信号を特定し、
過去のフレームにおいて求めてあるピッチラグを現フレームのピッチラグとし、該ピッチラグにより特定される周期性信号と第２の代数構造符号帳から順次出力するパルス性信号とで前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差（第２の差）が最小となるパルス性信号を特定し、
前記第１、第２の差のうち小さい方のピッチラグ及び前記パルス性信号を特定するデータ、前記線形予測係数を音声符号として出力する、
ことを特徴とする音声符号化方法。
【請求項７】
前記第２の代数構造符号帳として、
１フレームを構成するＮサンプル点を複数のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための第３の代数構造符号帳と、１フレーム期間より短い期間に含まれるN′サンプル点を、第３の代数構造符号帳より多いパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための第４の代数構造符号帳を設け、
過去のフレームで求めた前記ピッチラグが設定値Ｍより大きいとき第３の代数構造符号帳を使用し、第２のピッチラグが設定値Ｍ以下のとき第４の代数構造符号帳を使用して、前記合成フィルタから出力する再生信号と前記入力信号との第２の差が最小となるパルス性信号を特定する、
ことを特徴とする請求項６記載の音声符号化方法。
【請求項８】
適応符号帳及び代数符号帳を用いて音声信号を符号化する音声符号化方法において、
音声信号を所定速度でサンプリングした入力信号を一定サンプル数（＝Ｎ）のフレーム単位で線形予測分析して線形予測係数を求め、該線形予測係数を用いて合成フィルタを構成し、
過去Ｌサンプル分の音声信号のピッチ周期成分を保存し、１ピッチ遅延したＮサンプル分の周期性信号を順次出力するための適応符号帳を設けると共に、
１フレームを構成するＮサンプル点を複数のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力する第１の代数構造符号帳と、第１の代数構造符号帳に比べパルス系統グループ数を多くした第２の代数構造符号帳を設け、
(1) 入力信号の周期性が低ければ、
適応符号帳より１ピッチ順次遅延して得られるＮサンプル分の周期性信号で前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差が最小となる周期性信号を特定するピッチラグを求め、
該ピッチラグにより特定される周期性信号と第１の代数構造符号帳から順次出力するパルス性信号とで前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差が最小となるパルス性信号を特定し、
前記ピッチラグ、前記パルス性信号を特定するデータ、前記線形予測係数を音声符号として出力し、
(2) 入力信号の周期性が高ければ、
過去のフレームにおいて求めてあるピッチラグを現フレームのピッチラグとし、
該ピッチラグにより特定される周期性信号と第２の代数構造符号帳から順次出力するパルス性信号とで前記合成フィルタを駆動して得られる信号と前記入力信号との差が最小となるパルス性信号を特定し、
ピッチラグは過去のピッチラグと同じである旨を示すデータ、前記パルス性信号を特定するデータ、前記線形予測係数を音声符号として出力する、
ことを特徴とする音声符号化方法。
【請求項９】
前記第２の代数構造符号帳として、
１フレームを構成するＮサンプル点を複数のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための第３の代数構造符号帳と、１フレーム期間より短い期間に含まれるN′サンプル点を、第３の代数構造符号帳より多いパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するための第４の代数構造符号帳を設け、
過去のフレームで求めた前記ピッチラグが設定値Ｍより大きいとき第３の代数構造符号帳を使用し、第２のピッチラグが設定値Ｍ以下のとき第４の代数構造符号帳を使用して、前記合成フィルタから出力する再生信号と前記入力信号との差が最小となるパルス性信号を特定する、
ことを特徴とする請求項８記載の音声符号化方法。
【請求項１０】
入力信号を一定長のフレームに分割し、フレーム単位で入力信号を線形予測分析して得られる線形予測係数から構成される合成フィルタを有し、適応符号帳から出力される周期性信号と、代数構造符号帳から出力されるパルス性信号とにより前記合成フィルタを駆動して再生信号を生成し、入力信号と前記再生信号との誤差が最小となるように符号化する音声符号化方法において、
現フレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる符号化モード１と、過去のフレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる符号化モード２を用意し、
符号化モード１と符号化モード２により符号化した場合、入力信号をより精密に符号化できるモードをフレーム毎に決定し、
該決定されたモードに基づいて符号化する、
ことを特徴とする音声符号化方法。
【請求項１１】
入力信号を一定長のフレームに分割し、フレーム単位で入力信号を線形予測分析して得られる線形予測係数から構成される合成フィルタを有し、適応符号帳から出力される周期性信号と、代数構造符号帳から出力されるパルス性信号とにより前記合成フィルタを駆動して再生信号を生成し、入力信号と前記再生信号との誤差が最小となるように符号化する音声符号化方法において、
現フレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる符号化モード１と、過去のフレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる符号化モード２を用意し、
入力信号の性質に応じて最適なモードを決定し、
該決定されたモードに基づいて符号化する、
ことを特徴とする音声符号化方法。
【請求項１２】
適応符号帳及び代数符号帳を用いて音声信号を復号化する音声復号化装置において、
符号化装置より受信した線形予測係数を用いて構成される合成フィルタ、
復号した過去Ｌサンプル分の音声信号のピッチ周期成分を保存すると共に、符号化装置より受信したピッチラグあるいはピッチラグは過去と同じであるという情報より求まるピッチラグが示す周期性信号を出力する適応符号帳、
受信したパルス性信号特定データが示すパルス性信号を雑音成分として出力する代数構造符号帳、
適応符号帳から出力する周期性信号と代数符号帳から出力するパルス性信号を合成して前記合成フィルタに入力し、該合成フィルタより再生信号を出力する手段、
を備えたことを特徴とする音声復号化装置。
【請求項１３】
前記代数構造符号帳は、第１の代数構造符号帳と、第１の代数構造符号帳に比べてパルス系統グループ数を多くした第２の代数構造符号帳を備え、
符号化装置よりピッチラグを受信すれば前記第１の代数構造符号帳より前記受信したパルス性信号特定データが示すパルス性信号を出力し、
符号化装置よりピッチラグは過去と同じであるという情報を受信すれば前記第２の代数構造符号帳より前記受信したパルス性信号特定データが示すパルス性信号を出力すること、
を特徴とする請求項１３記載の音声復号化装置。
【請求項１４】
前記第２の代数構造符号帳は、
１フレームを構成するＮサンプル点を複数のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力する第３の代数構造符号帳と、
１フレーム周期より短い周期に含まれるN′サンプル点を、第３の代数構造符号帳より多いパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力する第４の代数構造符号帳を備え、
符号化装置より、ピッチラグが過去と同じであるという情報を受信した場合、該ピッチラグが設定値Ｍより大きいとき第３の代数構造符号帳より前記受信したパルス性信号特定データが示すパルス性信号を出力し、該ピッチラグが設定値Ｍ以下のとき第４の代数構造符号帳より前記受信したパルス性信号特定データが示すパルス性信号を出力すること、
を特徴とする請求項１３記載の音声復号化装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は４ｋｂｉｔ／ｓ以下の低ビットレートで音声を符号化／復号化する音声符号化及び音声復号化装置に係わり、特に、Ａ−ｂ−Ｓ（Ａｎａｌｙｓｉｓ−ｂｙ−Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）型ベクトル量子化を用いて低ビットレートで音声を符号化／復号化する音声符号化及び音声復号化装置に関する。ＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｃｏｄｉｎｇ：符号駆動線形予測符号化）に代表されるＡ−ｂ−Ｓ型の音声符号化方式は、デジタル移動体通信、企業内通信システムなどにおいて、音声品質を保ちつつ高い情報圧縮効率を実現する方式として期待されている。
背景技術
現在、ディジタル移動体通信や企業内通信システムなどの分野では、電話帯域（０．３〜３．４ｋＨｚ）の音声を４ｋｂｉｔ／ｓ程度の伝送レートで符号化することが望まれている。このような要求に対し、ＣＥＬＰ（Ｃｏｄｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：符号駆動線形予測）と呼ばれる方式が有望視されている。ＣＥＬＰの詳細については、例えば、「Ｍ．Ｒ．Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ，ａｎｄ  Ｂ．Ｓ．Ａｔａｌ“Ｃｏｄｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＣＥＬＰ）：Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｓｐｅｅｃｈ  ａｔ  Ｖｅｒｙ  Ｌｏｗ  Ｂｉｔ  Ｒａｔｅｓ”Ｐｒｏｃ．ＩＣＡＳＳＰ’８５，２５．１．１，ｐｐ９３７−９４０，１９８５」に開示されている。ＣＥＬＰは、人間の声道特性を表す線形予測係数（ＬＰＣ係数）、音声のピッチ成分と雑音成分とからなる音源信号を表わすパラメータを効率良く伝送することを特徴とする。
図１５にＣＥＬＰの原理図を示す。ＣＥＬＰでは人間の声道を次式
0004005359.tif 000002
で表されるＬＰＣ合成フィルタＨ（ｚ）で近似し、Ｈ（ｚ）への入力（音源信号）が、（１）音声の周期性を表すピッチ周期成分と、（２）ランダム性を表す雑音成分とに分離できると仮定する。ＣＥＬＰは、入力音声信号をそのまま復号器側へ伝送するのではなく、ＬＰＣ合成フィルタのフィルタ係数及び励起信号のピッチ周期成分と雑音成分を抽出し、これらを量子化して得られる量子化インデックスを伝送することにより、高い情報圧縮を実現している。
図１５において、音声信号を所定速度でサンプリングしたとき、１フレーム当り所定サンプル数（＝Ｎ）の入力信号Ｘがフレーム単位でＬＰＣ分析部１に入力する。サンプリング速度を８ｋＨｚ、１フレーム期間を１０ｍｓｅｃとすれば、１フレームは８０サンプルである。
ＬＰＣ分析部１は、人間の声道を式（１）で表される全極型フィルタと見なし、このフィルタの係数αｉ（ｉ＝１，・・・，ｐ）を求める。ここで、ｐはフィルタ次数である。一般に、電話帯域音声の場合はｐとして１０〜１２の値が用いられる。ＬＰＣ係数αｉ（ｉ＝１，・・・，ｐ）はＬＰＣ係数量子化部２でスカラー量子化やベクトル量子化などにより量子化された後、量子化インデックスが復号器側へ伝送される。図１６は量子化方法説明図であり、量子化テーブル２ａにはインデックス番号１〜ｎに対応させて多数の量子化ＬＰＣ係数の組が記憶されている。距離演算部２ｂは次式
ｄ＝Ｗ・Σｉ｛αｑ（ｉ）−αｉ｝２  （ｉ＝１〜ｐ）
により距離を演算する。そして、ｑを１〜ｎまで変化させた時、最小距離インデックス検出部２ｃは距離ｄが最小となるｑを求め、インデックスｑを復号器側へ伝送する。この場合、聴覚重み付き合成フィルタ３を構成するＬＰＣ合成フィルタは次式
0004005359.tif 000003
となる。
次に音源信号の量子化を行う。ＣＥＬＰでは音源信号をピッチ周期成分と雑音成分の２つに分け、ピッチ周期成分の量子化には過去の音源信号系列を格納した適応符号帳４を用い、雑音成分の量子化には代数符号帳や雑音符号帳などを用いる。以下では、音源符号帳として適応符号帳４と代数符号帳５の２つを使用する典型的なＣＥＬＰ型の音声符号化方式について説明する。
適応符号帳４は、インデックス１〜Ｌに対応して順次１ピッチ（１サンプル）遅延したＮサンプル分の音源信号（周期性信号という）を出力するようになっている。図１７はＬ＝１４７、１フレーム８０サンプル（Ｎ＝８０）とした場合の適応符号帳４の構成図であり、最新の２２７サンプルのピッチ周期成分を記憶するバッファＢＦで構成され、インデックス１により１〜８０サンプルよりなる周期性信号が特定され、インデックス２により２〜８１サンプルよりなる周期性信号が特定され、・・・インデックス１４７により１４７〜２２７サンプルよりなる周期性信号が特定される。
適応符号帳探索は以下の手順で行う。まず、現フレームからの遅れを表すピッチラグＬを初期値Ｌ０（例えば２０）に設定する。次に、遅れＬに相当する過去の周期性信号（適応符号ベクトル）ＰＬを適応符号帳４から取り出す。すなわち、インデックスＬが示す適応符号ベクトルＰＬを取り出し、このＰＬを聴覚重み付き合成フィルタ３に入力して得られる出力ＡＰＬを求める。ここで、Ａは聴覚重み付けフィルタＷ（ｚ）とＬＰＣ合成フィルタＨｑ（ｚ）の従属接続により構成される聴覚重み付き合成フィルタ３のインパルス応答である。
聴覚重み付けフィルタとしては任意のフィルタが使用可能であるが、例えば次式
0004005359.tif 000004
で示す特性を有するフィルタを用いることができる。ここで、ｇ１、ｇ２は重み付けフィルタの特性を調整するパラメータである。
演算部６は入力音声とＡＰＬの誤差電力ＥＬを次式
0004005359.tif 000005
により求める。ここで、βはピッチゲインである。
適応符号帳出力の重み付き合成出力をＡＰＬとし、ＡＰＬの自己相関をＲｐｐ、ＡＰＬと入力信号Ｘの相互相関をＲｘｐとすると、式（４）の誤差電力が最小となるピッチラグＬｏｐｔにおける適応符号ベクトルＰＬは、次式で
0004005359.tif 000006
表される。ただし、Ｔは転置を意味する。従って、誤差電力評価部７は（５）式を満足するピッチラグＬｏｐｔを求める。また、最適ピッチゲインβｏｐｔは次
0004005359.tif 000007
で与えられる。ラグＬの探索範囲は任意であるが、入力信号のサンプリング周波数が８ｋＨｚの場合には、ラグの範囲を２０〜１４７にすることができる。
次に代数符号帳５を用いて音源信号に含まれる雑音成分を量子化する。代数符号帳５は、振幅が１又は−１の複数のパルスから構成される。例として、フレーム長が４０サンプルの場合のパルス位置を図１８に示す。代数符号帳５は、１フレームを構成するＮ（＝４０）サンプル点を複数のパルス系統グループ１〜４に分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で＋１あるいは−１のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力する。この例では、基本的に１フレームあたり４本のパルスが配置される。図１９は各パルス系統グループ１〜４に割り当てたサンプル点の説明図であり、
（１）パルス系統グループ１には８個のサンプル点０、５、１０，１５，２０，２５，３０，３５が割り当てられ、
（２）パルス系統グループ２には８個のサンプル点１、６、１１，１６，２１，２６，３１，３６が割り当てられ、
（３）パルス系統グループ３には８個のサンプル点２、７、１２，１７，２２，２７，３２，３７が割り当てられ、
（４）パルス系統グループ４には１６個のサンプル点３，４，８，９，１３，１４，１８，１９，２３，２４，２８，２９，３３，３４，３８，３９が割り当てられている。
パルス系統グループ１〜３のサンプル点を表現するために３ビット、パルスの正負を表現するのに１ｂｉｔ、トータル４ｂｉｔが必要であり、又、パルス系統グループ４のサンプル点を表現するために４ｂｉｔ、パルスの正負を表現するのに１ｂｉｔ、トータル５ｂｉｔ必要である。従って、図１８のパルス配置を有する雑音符号帳５から出力するパルス性信号を特定するために１７ｂｉｔが必要になり、パルス性信号の種類は２１７（＝２４×２４×２４×２５）存在する。
以下では、上記の例について代数符号帳探索を説明する。図１８に示すように各パルス系統のパルス位置は限定されており、代数符号帳探索では各パルス系統のパルス位置の組み合わせの中から、再生領域で入力音声との誤差電力が最も小さくなるパルスの組み合わせを決定する。すなわち、適応符号帳探索で求めた最適ピッチゲインβｏｐｔとし、適応符号帳出力ＰＬに該ゲインβｏｐｔを乗算して加算器８に入力する。これと同時に代数符号帳５より順次パルス性信号を加算器に８に入力し、加算器出力を重み付き合成フィルタ３に入力して得られる再生信号と入力信号Ｘとの差が最小となるパルス性信号を特定する
具体的には、まず入力信号Ｘから適応符号帳探索で求めた最適な適応符号帳出力ＰＬ、最適ピッチゲインβｏｐｔから次式により代数符号帳探索のためのターゲットベクトルＸ′を生成する。
0004005359.tif 000008
この例では、パルスの位置と振幅（正負）を前述のように１７ｂｉｔで表現するため、その組合わせは２の１７乗通り存在する。ここで、ｋ通り目の代数符号出力ベクトルをＣｋとすると、代数符号帳探索では次式
0004005359.tif 000009
の評価関数誤差電力Ｄを最小とする符号ベクトルＣｋを求める。ここでγは代数符号帳ゲインである。式（８）を最小化することは、次式
0004005359.tif 000010
を最大とするＣｋ、すなわちｋを探すことと等価であり、誤差電力評価部７は以下に従ってｋを探索する。
ここで、Φ＝ＡＴＡ、ｄ＝Ｘ′ＴＡとおくと、次式
0004005359.tif 000011
のように表される。インパルス応答Ａの要素をａ（０），ａ（１），・・・・，ａ（Ｎ−１）とし、ターゲット信号Ｘ′の要素をｘ′（０），ｘ′（１），・・・，ｘ′（Ｎ−１）とすると、ｄは次式で表される。ただし、Ｎはフレーム長とする。
0004005359.tif 000012
また、Φの要素φ（ｉ，ｊ）は次式で表される。
0004005359.tif 000013
尚、ｄ（ｎ）及びφ（ｉ，ｊ）は代数符号帳探索の前に計算される。
ここで、代数符号帳５の出力ベクトルＣｋに含まれるパルス本数をＮｐとすると、式（１０）の分子項Ｑｋは次式
0004005359.tif 000014
で表される。ここで、Ｓｋ（ｉ）はＣｋのｉ番目のパルス系統におけるパルス振幅（＋１又は−１）であり、ｍｋ（ｉ）はそのパルス位置を表す。また、式（１０）の分母項Ｅｋは次式で求められる。
0004005359.tif 000015
ここで、式（１３）のＱｋ、式（１４）のＥｋを用いて探索を行うことも可能であるが、探索にかかる処理量を削減するため、以下に述べる手順によりＱｋと
0004005359.tif 000016
（ｎ）］の２つの部分に分解する。次に、次式
0004005359.tif 000017
によりΦにｄ（ｎ）の符号情報を含める。式（１４〕の第２項の定数２を除去するために、次式
0004005359.tif 000018
でΦの主対角成分をスケーリングする。したがって、分子項Ｑｋは、次式
0004005359.tif 000019
のように簡略化される。また、分母項Ｅｋは、次式
0004005359.tif 000020
のように簡略化される。従って、各パルスの位置を変えながら式（１７）、（１８）により分子項Ｑｋ′と分母項Ｅｋ′を計算し、Ｄ″＝Ｑｋ′２／Ｅｋ′が最大となるパルス位置を決定することにより代数符号帳の出力を得ることができる。
次に、ゲインβｏｐｔ，γｏｐｔの量子化を行う。ゲインの量子化方法は任意であり、スカラー量子化やベクトル量子化などの方法を用いることができる。例えば、ＬＰＣ係数量子化部２と同様の方法で、β、γを量子化してゲインの量子化インデックスを復号器に伝送するようにする。
以上より、出力情報選択部９は、（１）ＬＰＣ係数の量子化インデックス、（２）ピッチラグＬｏｐｔ、（３）代数符号帳インデックス（パルス性信号特定データ）、（４）ゲインの量子化インデックスを復号器に伝送する。
又、現フレームでのすべての探索処理、量子化処理が終了した後、次フレームの入力信号を処理する前に、適応符号帳４の状態更新を行う。状態更新では、適応符号帳内の最も古い（最も過去の）フレームの音源信号をフレーム長分だけ廃棄し、現フレームで求めた最新の音源信号をフレーム長だけ格納する。尚、適応符号帳４の初期状態はゼロ状態、すなわち、すべてのサンプルの振幅が０の状態とする。
以上説明した通り、ＣＥＬＰ方式は音声の生成過程をモデル化し、そのモデルの特徴パラメータを量子化して伝送することにより、音声を効率良く圧縮することができる。
さて、ＣＥＬＰ（およびその改良を含む）は、８〜１６ｋｂｉｔ／ｓ程度のｂｉｔレートで高品質な再生音声を実現できることが知られている。中でも、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２９（ＣＳ−ＡＣＥＬＰ）は、８ｋｂｉｔ／ｓの低ビットレート条件で、３２ｋｂｉｔ／ｓのＡＤＰＣＭと同等の音質を実現することができる。ところが、通信回線の有効利用の観点から、近年では４ｋｂｉｔ／ｓ以下の超低ビットレートで高品質な再生音声を実現することが求められている。
ビットレートを削減する最も簡単は方法は、符号化の単位であるフレーム長を長くしてベクトル量子化効率を高めることである。ＣＳ−ＡＣＥＬＰのフレーム長は５ｍｓｅｃ（４０サンプル）であり、前述のように、音源信号の雑音成分を１フレーム当たり１７ｂｉｔでベクトル量子化する。ここでフレーム長をＣＳ−ＡＣＥＬＰの２倍の１０ｍｓｅｃ（＝８０サンプル）とし、１フレーム当たりの代数符号帳に割り当てる量子化ビット数を１７ｂｉｔとする場合を考える。
１０ｍｓｅｃのフレームに４本のパルスを立てる場合のパルス配置の例を図２０に示す。図２０において、第１〜第３パルス系統のパルス（サンプル点及び極性）はそれぞれ５ｂｉｔで表され、第４パルス系統のパルスは６ｂｉｔで表され、代数符号帳インデックスを表現するには２１ｂｉｔ必要となる。すなわち、代数符号帳を用いる場合、単純にフレーム長を２倍の１０ｍｓｅｃにしても、１フレーム当たりのパルス本数を減らさなければ、パルスの立つ位置が増えた分だけパルスの組み合わせが増えるため量子化ビット数も増加してしまう。
この例の場合、代数符号帳インデックスのビット数を１７ｂｉｔにするには例えば図２１に示すようにパルスの本数を減らすしか方法がない。ところが、本発明者等の実験によれば、１フレーム当たりのパルス本数を３本以下にすると、再生音声の品質が急激に劣化する。この現象は定性的にも容易に理解できる。つまり、フレーム帳が５ｍｓｅｃの場合に１フレーム当たり４本のパルスを立てると（図１８）、１０ｍｓｅｃではパルス８本存在する。これに対し、フレーム帳が１０ｍｓｅｃの場合に１フレーム当たり３本のパルスを立てると（図２１）、当然１０ｍｓｅｃでは３本しかパルスが存在しない。このため、代数符号帳で表すべき音源信号の雑音性を十分に表現しきれず、再生音声の品質が劣化する。
以上より、ビットレート削減のためにフレーム長を長くしても、１フレーム当たりのパルス本数を減らさなければビットレートを削減することはできない。しかし、パルスの本数を減らすと再生音声の品質が大幅に劣化してしまう。従って、単純にフレーム長を長くしてベクトル量子化効率を高めるという方法では、４ｋｂｉｔ／ｓのビットレートで高品質な再生音声を実現することは困難であった。
以上から本発明の目的は、ビットレートを削減でき、かつ、高品質な音声の再生を可能にすることである。
発明の開示
ＣＥＬＰにおいて符号器は、（１）ＬＰＣ係数の量子化インデックス、（２）適応符号帳のピッチラグＬｏｐｔ、（３）代数符号帳インデックス（パルス性信号特定データ）、（４）ゲインの量子化インデックスを復号器に伝送する。この場合、ピッチラグを伝送するために８ｂｉｔ必要であるから、もし、ピッチラグを送らないで良ければ、その分、代数符号帳インデックスを表現するためのビット数を多くできる。すなわち、代数符号帳より出力するパルス性信号に含めるパルス本数を増大でき、高品質の音声符号の伝送及び高品質の再生が可能になる。一般に、音声の定常部ではピッチ周期はゆっくりと変化することが知られており、定常部では現フレームのピッチラグを過去（例えば直前）のフレームにおけるピッチラグと同じであるとみなしても再生音声品質はほとんど劣化しない。
そこで、本発明では、現フレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる符号化モード１と、過去フレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる符号化モード２を用意し、符号化モード１においてパルス本数が少ない第１の代数符号帳を使用し、符号化モード２においてパルス本数が第１の符号帳より多い第２の代数符号帳を使用する。符号化に際して、符号器はフレーム毎に符号化モード１と符号化モード２それぞれにより符号化し、入力信号をより正確に再生できるモードで符号化した符号を復号碁に伝送する。このようにすれば、ビットレートを削減でき、かつ、高品質な音声の再生が可能になる。
又、現フレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる符号化モード１と、過去フレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる符号化モード２を用意し、符号化モード１においてパルス本数が少ない第１の代数符号帳を使用し、符号化モード２においてパルス本数が第１の符号帳より多い第２の代数符号帳を使用する。符号化に際して、入力信号の性質、例えば、入力信号の周期性に基づいて最適なモードを決定し、該決定されたモードに基づいて符号化する。このようにすれば、ビットレートを削減でき、かつ、高品質な音声の再生が可能になる。
発明を実施するための最良の形態
（Ａ）本発明の概略
（ａ）第１の特徴
本発明は、現フレームのピッチラグとして現フレームの入力信号から求めたピッチラグを用いる第１の符号化モード（モード０）と、過去の例えば１フレーム前の入力信号から求めたピッチラグを用いる第２の符号化モード（モード１）を用意し、モード０ではパルス本数が少ない代数符号帳を使用し、モード１ではパルス本数がモード０の代数符号帳より多い代数符号帳を使用する。いずれのモードで符号化するかは、忠実に音声を再現できるかにより決定する。モード１ではパルス本数が増加するためモード０に比べ音声信号の雑音成分を忠実に表現できる。
図１は本発明の第１の概略説明図である。入力信号ベクトルｘをＬＰＣ分析部１１へ入力しＬＰＣ係数α（ｉ）（ｎ＝１，．．．，ｐ）を求める。ｐはＬＰＣ分析次数である。ここで、ｘの次元数はフレームを構成するサンプル数Ｎと同じとする。また、以下では特に断らない限りベクトルの次元数はＮとする。ＬＰＣ係数α（ｉ）はＬＰＣ係数量子化部１２において量子化され、量子化済みＬＰＣ係数αｑ（ｉ）（ｎ＝１，．．．，ｐ）が求められる。声道特性を表すＬＰＣ合成フィルタ１３はαｑ（ｉ）により構成され、その伝達関数は次式
0004005359.tif 000021
で表される。
モード０で動作する第１の符号部１４は、適応符号帳（適応符号帳０）１４ａと代数構造符号帳（代数符号帳０）１４ｂと、ゲイン乗算器１４ｃ，１４ｄと加算器１４ｅを備えている。又、モード１で動作する第２の符号部１５は、適応符号帳（適応符号帳１）１５ａと代数構造符号帳（代数符号帳１）１５ｂと、ゲイン乗算器１５ｃ，１５ｄと加算器１５ｅを備えている。
適応符号帳１４ａ，１５ａは、図１７で説明したように過去における最新のｌサンプルのピッチ周期成分を記憶するバッファで構成されている。適応符号帳１４ａ，１５ａの内容は同じであり、Ｎ＝８０サンプル、ｎ＝２２７とすれば、ピッチラグ＝１により１〜８０サンプルよりなる音源信号（周期性信号）が特定され、ピッチラグ＝２により２〜８１サンプルよりなる周期性信号が特定され、・・・ピッチラグ１４７により１４７〜２２７サンプルよりなる周期性信号が特定される。
第１の符号部１４における代数構造符号帳１４ｂのパルス配置は図２に示すようになっている。すなわち、代数構造符号帳１４ｂは、１フレームを構成するＮ（＝８０）サンプル点を３つのパルス系統グループ０〜２に分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するようになっている。パルス系統グループ０，１それぞれにおけるパルス位置とパルスの極性を表現するために５ビット、パルス系統グループ２におけるパルス位置とパルスの極性を表現するために６ビット必要となり、トータル１７ビットがパルス性信号を特定するために必要になり、その組み合わせ数ｍは２１７通りである。
第２の符号部１５における代数構造符号帳１５ｂのパルス配置は図３に示すようになっている。すなわち、代数構造符号帳１５ｂは、１フレームを構成するＮ（＝８０）サンプル点を５つのパルス系統グループ０〜４に分割し、各パルス系統グループから１つのサンプル点を取り出してなる全組み合わせについて、各サンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を雑音成分として順次出力するようになっている。全パルス系統グループ０〜４におけるパルス位置とパルスの極性を表現するために５ビット必要となり、トータル２５ビットがパルス性信号を特定するために必要になり、その組み合わせ数ｍは２２５通りである。
第１の符号部１４は通常のＣＥＬＰと同様の構成であり、符号帳探索もＣＥＬＰと同様にして行う。つまり、第１適応符号帳１４ａにおける所定の範囲（例えば２０〜１４７）でピッチラグＬを変化させ、各ピッチラグにおける適応符号帳出力Ｐ０（Ｌ）をモード切換部１６を介してＬＰＣ合成フィルタ１３に入力し、演算部１７はＬＰＣ合成フィルタ出力と入力信号ｘとの誤差電力を算出し、誤差電力評価部１８は誤差電力が最小となる最適ピッチラグＬａｇと最適ピッチゲインβ０を求める。次に、ピッチラグＬａｇが示す適応符号帳出力にゲインβ０を乗算した信号と代数符号帳１４ｂから出力するパルス性信号Ｃ０（ｉ）（ｉ＝０，．．．，ｍ−１）を合成して得られる信号をモード切換部１６を介してＬＰＣ合成フィルタ１３に入力し、演算部１７はＬＰＣ合成フィルタ出力と入力信号ｘとの誤差電力を算出し、誤差電力評価部１８は誤差電力が最小となるパルス性信号を特定するインデックスＩ０と最適代数符号帳ゲインγ０を決定する。ここで、ｍ＝２１７は代数符号帳１４ｂのサイズ（パルスの組み合わせの総数）を表す。
第１の符号部１４による最適符号帳探索及び代数符号帳探索が終了すれば、第２の符号部１５はモード１の処理を開始する。モード１は適応符号帳探索を行わない点でモード０と異なる。一般に、音声の定常部ではピッチ周期はゆっくりと変化することが知られており、定常部では現フレームのピッチラグを過去のフレーム（例えば１つ前のフレーム）のピッチラグと同じとしても再生音声品質はほとんど劣化しない。かかる場合、ピッチラグを復号器に送る必要がないため、ピッチラグを符号化するに必要なビット数（例えば８ビット）余裕が発生する。そこで、この８ビットを代数符号帳インデックスを表現するために使用する。このようにすれば、代数符号帳１５ｂのパルス配置を図３に示すようにでき、パルス性信号のパルス本数を増加できる。ＣＥＬＰでは代数符号帳（又は雑音符号帳等）の伝送ビット数を多くすると、より複雑な音源信号を表現可能となり再生音声品質が向上する。
以上より、第２の符号部１５は適応符号帳探索を行わず、過去のフレーム（例えば前フレーム）で求めた最適ピッチラグｌａｇ＿ｏｌｄを現フレームの最適ラグとみなし、その時の最適ピッチゲインβ１を求める。ついで、第２の符号部１５は第１の符号部１４における代数符号帳探索と同様に代数符号帳１５ｂを用いて代数符号帳探索を行い、誤差電力が最小となるパルス性信号を特定する最適インデックスＩ１と最適ゲインγ１を決定する。
第１、第２の符号部１４、１５における探索処理が終了すれば、モード０で決定した最適符号帳１４ａの出力ベクトルＰ０（Ｌａｇ）と、代数符号帳１４ｂの出力ベクトルＣ０（Ｉ０）とからモード０の音源信号ベクトル
ｅ０＝β０・Ｐ０（Ｌａｇ）＋γ０・Ｃ０（Ｉ０）
を求める。同様にしてモード１で決定した適応符号帳の出力ベクトルＰ１（Ｌａｇ＿ｏｌｄ）、代数符号帳１５ｂの出力ベクトルＣ１（Ｉ１）からモード１の音源信号ベクトル
ｅ１＝β１・Ｐ１（Ｌａｇ＿ｏｌｄ）＋γ１・Ｃ１（Ｉ１）
を求める。誤差電力評価部１８は音源信号ベクトルｅ０，ｅ１と入力信号との間の各誤差電力を計算する。モード判定部１９は、誤差電力評価部１８から入力される誤差電力を比較し、誤差電力の小さい方を最終的に使用するモードと判定し、出力情報選択部２０は、モード情報、ＬＰＣ量子化インデックス、ピッチラグ、使用するモードの代数符号帳インデックス及びゲイン量子化インデックスを選択して復号器に伝送する。
現フレームの全ての探索処理、量子化処理が終了した後、次フレームの入力信号を処理する前に適応符号帳の状態更新を行う。状態更新では、適応符号帳内の最も古い（最も過去の）フレームの音源信号をフレーム長分だけ廃棄し、現フレームで求めた最新の音源信号ｅｘ（音源信号ｅ０またはｅ１）を格納する。尚、適応符号帳の初期状態はゼロ状態とする。
上記の説明では全モード（モード０、モード１）の適応符号帳探索／代数符号帳探索を実行した後に最終的に使用するモードを決定したが、探索前に入力信号の性質を調べ、その性質に応じてどちらのモードを採用するかを決定し、採用した一方のモードで適応符号帳探索／代数符号帳探索を実行して符号化するように構成することもできる。また、上記の説明では２つの適応符号帳を用いて説明したが、２つの適応符号帳には全く同じ過去の音源信号が格納されているので、１つの適応符号帳で実現してもよい。
（ｂ）第２の特徴
図４は本発明の第２の概略説明図であり、図１と同一部分には同一符号を付している。異なる点は、第２の符号部１５の構成である。
第２の符号部１５の代数符号帳１５ｂとして、（１）第１の代数構造符号帳１５ｂ１と（２）該第１の代数構造符号帳１５ｂ１よりパルス本数が多い第２の代数構造符号帳１５ｂ２を設ける。第１の代数構造符号帳１５ｂ１は図３に示すパルス配置を備え、１フレームを構成するＮ（＝８０）サンプル点を複数（＝５）のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１個づつ取り出したサンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を順次出力する。一方、第２の代数構造符号帳１５ｂ２は、図５に示すように、１フレーム期間より短い期間に含まれるＭ（＝５５）サンプル点を第１の代数構造符号帳１５ｂ１より多い数（＝６）のパルス系統グループに分割し、各パルス系統グループから１個づつ取り出したサンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を順次出力する。
過去のフレーム（例えば１フレーム前）の入力信号から求めたピッチラグＬａｇ ｏｌｄの値を現フレームのピッチラグとして用いるモード１において、代数符号帳切り替え部１５ｆは過去のピッチラグＬａｇ ｏｌｄの値がＭより大きければ第１の代数構造符号帳１５ｂ１から出力するパルス性信号を選択し、Ｍ以下では第２の代数構造符号帳１５ｂ２から出力するパルス性信号を選択する。
第２の代数符号帳１５ｂ２は第１の代数符号帳１５ｂ１に比べ狭い範囲にパルスを配置しているため、ピッチ周期化部１５ｇは第２の代数符号帳１５ｂ２のパルス性信号パターンを繰り返して出力するピッチ周期化処理を行う。
以上説明の通り、本発明によれば、（１）従来のＣＥＬＰモード（モード０）に加えて、（２）過去のピッチラグを用いることによりピッチラグを伝送するための情報量を削除し、その分、代数符号帳の情報量を増加したモード（モード１）を備えることにより、有声部などの音声の定常部で高品質な再生音声品質を得ることができる。また、モード０とモード１を入力信号の性質に応じて切り替えることにより、様々な性質の入力音声に対して高品質な再生音声品質を得ることができる。
（Ｂ）音声符号化装置の第１実施例
図６は本発明の音声符号化装置の第１実施例の構成図であり、モード０とモード１の２つのモードからなる音声符号器の構成を有している。
はじめにモード０とモード１に共通なＬＰＣ分析部１１、ＬＰＣ係数量子化部１２について説明する。入力信号は５〜１０ｍｓｅｃ程度の一定長のフレームに分割され、フレーム単位で符号化処理が行われる。ここでは、１フレームはＮサンプリングであるとする。まず、ＬＰＣ分析部（線形予測分析部）１１は、１フレームＮサンプルの入力信号ｘからＬＰＣ係数α＝｛α（１），α（２），．．．，α（ｐ）｝を求める。ここで、ＬＰＣ分析数をｐとする。
次に、ＬＰＣ係数量子化部１２は、ＬＰＣ係数αを量子化し、ＬＰＣ量子化インデックスＩｎｄｅｘ＿ＬＰＣとＬＰＣ係数の逆量子化値（量子化されたＬＰＣ係数）αｑ＝｛αｑ（１），αｑ（２），．．．，αｑ（Ｐ）｝を求める。ＬＰＣ係数の量子化方法は任意であり、スカラー量子化やベクトル量子化等の方法を用いることができる。また、ＬＰＣ係数を直接量子化せずに、一旦ｋパラメータ（反射係数）やＬＳＰ（線スペクトル対）等の量子化特性・補間特性の優れた別のパラメータに変換してから量子化してもよい。聴覚重み付き合成フィルタ１３を構成するＬＰＣ合成フィルタ１３ａの伝達関数Ｈ（ｚ）は次式
0004005359.tif 000022
で与えられる。聴覚重み付けフィルタ１３ｂとしては任意のものが使用可能であるが、（３）式で示すフィルタを用いることができる。
モード０に従って動作する第１の符号部１４は通常のＣＥＬＰと同じ構成であり、適応符号帳１４ａ、代数符号帳１４ｂ、ゲイン乗算部１４ｃ，１４ｄ、加算器１４ｅ及びゲイン量子化部１４ｈを備え、（１）最適ピッチラグＬａｇ、（２）代数符号帳インデックスｉｎｄｅｘ＿Ｃ０、（３）ゲインインデックスｉｎｄｅｘ＿ｇ０を求める。モード０における適応符号帳１４ａの探索法及び代数符号帳１４ｂの探索法は（Ａ）の本発明の概略の項で説明した方法と同じである。
なお、代数符号帳１４ｂは、フレーム長が１０ｍｓｅｃ（８０サンプル）の場合、図２に示すようにパルス本数３本のパルス配置構成を有している。従って、代数符号帳１４ｂの出力Ｃ０（ｎ）（ｎ＝０，．．．，Ｎ−１）は、次式
0004005359.tif 000023
で与えられる。ここで、ｓｉはパルス系統ｉのパルスの極性（＋１又は−１）、ｍｉはパルス系統ｉのパルス位置であり、δ（０）＝１である。（２１）式の右辺第１項はパルス系統０においてパルス位置ｍ０にパルスｓ０を配置することを意味し、右辺第２項はパルス系統１においてパルス位置ｍ１にパルスｓ１を配置することを意味し、右辺第３項はパルス系統２においてパルス位置ｍ２にパルスｓ２を配置することを意味する。代数符号帳探索に際して、（２１）式のパルス性信号を順次出力して最適のパルス性信号を探索する。
ゲイン量子化器１４ｈはピッチゲイン及び代数符号帳ゲインを量子化する。量子化方法は任意であり、スカラー量子化やベクトル量子化などを用いることができる。モード０で決定された適応符号帳１４ａの出力をＰ０、代数符号帳１４ｂの出力をＣ０とし、量子化されたピッチゲインをβ０、代数符号帳１４ｂの量子化されたゲインをγ０とすると、モード０の最適な音源ベクトルｅ０は次式
0004005359.tif 000024
で与えられる。音源ベクトルｅ０を重み付けフィルタ１３ｂに入力し、その出力をＬＰＣ合成フィルタ１３ａに入力し重み付き合成出力ｓｙｎ０を作成する。モード０の誤差電力評価部１８は、入力信号ｘとＬＰＣ合成フィルタ出力ｓｙｎ０との間の誤差電力ｅｒｒ０を算出してモード判定部１９に入力する。
モード１に従って動作する第２の符号部１５は、適応符号帳探索を行わず、過去のフレームで探索した最適ピッチラグを現フレームの最適ピッチラグとして用いる。つまり、適応符号帳１５ａでは探索処理を行わず、過去のフレーム（例えば前フレーム）で求めた最適ピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄを現フレームの最適ラグとして最適ピッチゲインβ１を求める。最適ピッチゲインは式（６）で算出できる。以上のように、モード１ではピッチラグを復号器に伝送する必要がないから、該ピッチラグ伝送に必要なビット数（例えば１フレーム当たり８ｂｉｔ）を代数符号帳インデックスの量子化に割り当てることができる。これにより、モード０では代数符号帳インデックスを１７ｂｉｔで表現しなければならないが、モード１では２５（＝１７＋８）ｂｉｔで代数符号帳インデックスを表現することができる。従って、代数符号帳１５ｂのパルス配置を図３に示すように１フレーム長が１０ｍｓｅｃ（８０サンプル）の場合、パルス本数を５本にできる。従って、代数符号帳１５ｂの出力Ｃ１（ｎ）（ｎ＝０，．．．，Ｎ−１）は、次式
0004005359.tif 000025
で表される。代数符号帳１５ｂの探索に際しては、（２３）式で表現されるＣ１（ｎ）を順次出力することにより代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃ１、ゲインインデックスＩｎｄｅｘ＿ｇ１を求める。代数符号帳１５ｂの探索法は（Ａ）の本発明の概略の項で説明した方法と同じである。
モード１で決定された適応符号帳１５ａの出力をＰ１、代数符号帳１５ｂの出力をＣ１とし、量子化されたピッチゲインをβ１、代数符号帳１５ｂの量子化されたゲインをγ１とすると、モード１の最適な音源ベクトルｅ１は次式
0004005359.tif 000026
で求められる。この音源ベクトルｅ１を重み付けフィルタ１３ｂ′に入力し、その出力をＬＰＣ合成フィルタ１３ａ′に入力し、重み付き合成出力ｓｙｎ１を作成する。誤差電力評価部１８′は、入力信号ｘと重み付き合成出力ｓｙｎ１との間の誤差電力ｅｒｒ１を算出してモード判定部１９に入力する。
モード判定部１９はｅｒｒ０とｅｒｒ１を比較し、誤差電力が小さい方を最終的に使用モードと判定する。出力情報選択部２０は、ｅｒｒ０＜ｅｒｒ１であればモード情報を０にし、ｅｒｒ０＞ｅｒｒ１であればモード情報を１にし、ｅｒｒ０＝ｅｒｒ１であれば予め決められたモード（０又は１）を選択する。また、出力情報選択部２０は、使用モードに基づいて、ピッチラグＬａｇ ｏｐｔ、代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃ、ゲインインデックスＩｎｄｅｘ＿ｇを選択し、これらにモード情報及びＬＰＣインデックス情報を加えて最終的な符号化データ（伝送情報）を作成して伝送する。
現フレームの全ての探索処理、量子化処理が終了した後、次フレームの入力信号を処理する前に適応符号帳の状態更新を行う。状態更新では、適応符号帳内の最も古い（最も過去の）フレームの音源信号を廃棄し、現フレームで求めた最新の音源信号（上記ｅ０またはｅ１）を格納する。尚、適応符号帳の初期状態はゼロ状態、すなわち、全てのサンプルの振幅が０の状態とする。
図６の実施例では、２つの適応符号帳１４ａ，１５ａを用いて説明したが、２つの適応符号帳には全く同じ過去の音源信号が格納されているので、１つの適応符号帳で実現してもよい。又、図６の実施例では、重み付けフィルタ、ＬＰＣ合成フィルタ、誤差電力評価部をそれぞれ２つ用いたが、それぞれを共通化して１つとすることもできる。
以上第１実施例によれば、（１）従来のＣＥＬＰモード（モード０）と、（２）過去のピッチラグを用いることによりピッチラグ情報を削減し、削減分代数符号帳の情報量を増加させるモード（モード１）とを備えることにより、無声部や過渡部などの非定常部では従来のＣＥＬＰと同じ符号化処理を行い、有声部などの音声の定常部に対しては、モード１により音源信号を精密に符号化することにより高品質な再生品質を得ることができる。
（Ｃ）音声符号化装置の第２実施例
図７は音声符号化装置の第２実施例の構成図であり、図６の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。第１実施例では、各モードにおいて適応符号帳探索／代数符号帳探索を実行し、誤差が小さい方のモードを最終的に使用するモードと判定し、該モードで求めたピッチラグＬａｇ＿ｏｐｔ、代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃ、ゲインインデックスＩｎｄｅｘ＿ｇを選択して復号器に伝送した。しかし、第２実施例では、探索前に入力信号の性質を調べ、その性質に応じてどちらのモードを採用するかを決定し、採用した一方のモードで適応符号帳探索／代数符号帳探索を実行して符号化する。第２実施例において第１実施例と異なる点は、
（１）モード判定部３１を設け、符号帳探索前に入力信号ｘの性質を調べ、その性質に応じてどちらのモードを採用するかを決定する点、
（２）モード出力選択部３２を設け、採用されたモードに応じた符号部１４，１５の出力を選択して重み付けフィルタ１３ｂに入力する点、
（３）重み付けフィルタ（Ｗ（ｚ））１３ｂ、ＬＰＣ合成フィルタ（Ｈ（ｚ））１３ａ、誤差電力評価部１８を各モードに共通に設けている点、
（４）出力情報選択部２０がモード判定部３１から入力するモード情報に基づいて復号器に送出する情報を選択して送出する点、
である。
モード判定部３１は入力信号ベクトルｘが入力すると、入力信号ｘの性質を調べ、該性質に応じてモード０とモード１のどちらを採用するかを示すモード情報を生成する。モード０が最適と判定すれば、モード情報は０となり、モード１が最適と判定すればモード情報は１となる。この判定結果に基づいて、モード出力選択部３２は第１の符号部１４あるいは第２の符号部１５の出力を選択する。モード判定の方法としては、開ループラグの変化を検出する方法を用いることができる。図８は入力信号の性質に基づいて採用するモードを判定する処理フローである。まず、入力信号ｘ（ｎ）（ｎ＝０，．．．，Ｎ−１）を用いて次式
0004005359.tif 000027
により自己相関関数Ｒ（ｋ）（ｋ＝２０〜１４３）を求める（ステップ１０１）。ここでＮは１フレームを構成するサンプル数である。
ついで、自己相関関数Ｒ（ｋ）が最大となる時のラグｋを求める（ステップ１０２）。自己相関関数Ｒ（ｋ）が最大となる時のラグｋを開ループラグと称し、Ｌで表す。また、前フレームで同様にして求めた開ループラグをＬ＿ｏｌｄと記す。しかる後、前フレームの開ループラグＬ＿ｏｌｄと現フレームの開ループラグＬの差（Ｌ＿ｏｌｄ−Ｌ）を求め（ステップ１０３）、（Ｌ＿ｏｌｄ−Ｌ）が予め決めた閾値よりも大きければ、入力音声の周期性は大きく変化したと見なしモード情報を０に設定する。一方、（Ｌ ｏｌｄ−Ｌ）が閾値よりも小さければ、入力音声の周期性は前フレームに比べてか変化していないと見なしモード情報を１に設定する（ステップ１０４）。以後、フレーム毎に上記処理を繰り返す。尚、モード判定終了後は、次フレームでのモード判定のために、現フレームで求めた開ループラグＬをＬ＿ｏｌｄとして保持しておく。
モード出力選択部３２は、モード情報が０であれば端子０を選択し、モード情報が１であれば端子１を選択する。従って、第１実施例のように、同一フレームで２つのモードが同時に動作することはない。
モード判定部３１によりモード０が設定されると、第１の符号部１４は適応符号帳１４ａ及び代数符号帳１４ｂの探索を行った後、ゲイン量子化器１４ｈでピッチゲインβ０と代数符号帳ゲインγ０の量子化を実行する。この時、モード１に応じた第２の符号部は動作しない。
一方、モード判定部３１によりモード１が設定されると、第２の符号部１５は適応符号帳探索を行わず、過去のフレーム（例えば前フレーム）で求めた最適ピッチラグｌａｇ＿ｏｌｄを現フレームの最適ラグともみなし、その時の最適ピッチゲインβ１を求める。ついで、第２の符号部１５は代数符号帳１５ｂを用いて代数符号帳探索を行い、誤差電力が最小となるパルス性信号を特定する最適インデックスＩ１、と最適ゲインγ１を決定する。ついで、ゲイン量子化器１５ｈはピッチゲインβ１と代数符号帳ゲインγ１の量子化を実行する。この時、モード０側の第１の符号部１４は動作しない。
第２実施例によれば、符号帳探索前に入力信号の性質に基づいて、いずれのモードで符号化するか決定し、該モードで符号化して出力するため、第１実施例のように２つのモードで符号化して良い方を選択する必要がないため、処理量を削減でき、高速処理が可能である。
（Ｄ）音声符号化装置の３実施例
図９は音声符号化装置の第３実施例の構成図であり、図６の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。第１実施例と異なる点は、
（１）第２の符号部１５の代数符号帳１５ｂとして、第１の代数構造符号帳１５ｂ１と第２の代数構造符号帳１５ｂ２を設け、第１の代数構造符号帳１５ｂ１は図１０（ｂ）に示すパルス配置構成を備え、第２の代数構造符号帳１５ｂ２は図１０（ｃ）に示すパルス配置構成を備えている点、
（２）代数符号帳切り替え部１５ｆを設け、モード１における過去のピッチラグの値Ｌａｇ＿ｏｌｄが閾値Ｔｈより大きければ第１の代数構造符号帳１５ｂ１から出力する雑音成分であるパルス性信号を選択し、閾値以下では第２の代数構造符号帳１５ｂ２から出力するパルス性信号を選択する点、
（３）第２の代数符号帳１５ｂ２は第１の代数符号帳１５ｂ１に比べ狭い範囲（サンプル点０〜５５）にパルスを配置しているためピッチ周期化部１５ｇを設け、該ピッチ周期化部１５ｇにより第２の代数符号帳１５ｂ２から出力するパルス性信号を繰り返して発生して１フレーム分のパルス性信号を出力する点である。
モード０において、第１の符号部１４は第１実施例と全く同じ処理により最適ピッチラグＬａｇ、代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃ０、ゲインインデックスＩｎｄｅｘ＿ｇ０を求める。
又、モード１において、第２の符号部１５は第１実施例と同じく適応符号帳１５ａの探索を行わず、過去のフレーム（例えば前フレーム）で決定した最適ピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄを現フレームの最適ピッチラグとして使用する。最適ピッチゲインは式（６）で算出される。又、第２の符号部１５は代数符号帳探索に際して、ピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄの値に応じて第１の代数符号帳１５ｂ１を使用するか、第２の代数符号帳１５ｂ２を使用するか決定して探索を行う。
以下ではフレーム長が１０ｍｓｅｃ、Ｎ＝８０サンプルの場合におけるモード０、モード１の代数符号帳探索について説明する。
（１）モード０
モード０で使用する代数符号帳１４ｂのパルス配置構成例を図１０（ａ）に示す。このパルス配置例は、パルス本数が３本で量子化ビット数が１７ｂｉｔの場合である。（２１）式で示すＣ０（ｎ）（ｎ＝０，．．．，Ｎ−１）を順次出力し、従来と同様の代数符号帳探索を行う。（２１）式において、ｓｉはパルス系統ｉのパルス極性（＋１又は−１）であり、ｍｉはパルス系統ｉのパルス位置である。又、δ（０）＝１である。
（２）モード１
モード１では過去のピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄを用いるので、ピッチラグに量子化ビットを割り当てる必要がない。このため、代数符号帳１５ｂ１，１５ｂ２に代数符号帳１４ｂよりも多くのビット数を割り当てることが可能である。モード０のピッチラグの量子化ビット数を１フレーム当たり８ｂｉｔとすると、代数符号帳１５ｂ１，１５ｂ２の量子化ビット数として２５ｂｉｔ（＝１７＋８）を割り当てることが可能である。
２５ｂｉｔで１フレームに５本のパルスを立てる場合のパルス配置例が図１０（ｂ）である。第１の代数構造符号帳１５ｂ１はこのパルス配置構成を備え、各パルス系統グループから１個づつ取り出したサンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を順次出力する。又、２５ｂｉｔで１フレームより短い期間に６本のパルスを立てる場合のパルス配置例が図１０（ｃ）である。第２の代数構造符号帳１５ｂ２はこのパルス配置構成を備え、各パルス系統グループから１個づつ取り出したサンプル点で正極性あるいは負極性のパルスを有するパルス性信号を順次出力する。
図１０（ｂ）のパルス配置構成は、図１０（ａ）に比べて１フレーム当たりのパルス本数が２本多くなっている。又、図１０（ｃ）のパルス配置構成は、狭い範囲（サンプル点０〜５５）にパルスを配置するが、図１０（ａ）に比べてパルス本数が３本多くなっている。このため、モード１では、モード０の場合より音源信号を精密に符号化することが可能である。又、第２の代数構造符号帳１５ｂ２は第１の代数符号帳１５ｂ１に比べ狭い範囲（サンプル点０〜５５）にパルスを配置しているが、パルス本数は多い。このため、第２の代数符号帳１５ｂ２の方が第１の代数符号帳１５ｂ１より音源信号を精密に符号化することが可能である。従って、モード１において入力信号ｘの周期性が短ければ、第２の代数構造符号帳１５ｂ２を使用して雑音成分であるパルス性信号を発生し、長ければ第１の代数構造符号帳１５ｂ２を使用して雑音成分であるパルス性信号を発生する。
以上より、モード１では、過去のピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄがあらかじめ決めた閾値Ｔｈ（例えば５５）よりも大きいければ、次式
0004005359.tif 000028
により第１の代数符号帳１５ｂ１の出力Ｃ１（ｎ）を求め、順次出力することにより代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃ１、ゲインインデックスＩｎｄｅｘ＿ｇ１を求める。
一方、過去のピッチラグＬａｇ ｏｌｄが閾値Ｔｈ（例えば５５）以下であれば、第２の代数符号帳１５ｂ２を使用して探索を行う。第２の代数符号帳１５ｂ２の探索方法は、既述の代数符号帳探索と同様でよいが、探索処理の前にインパルス応答をピッチ周期化する必要がある。聴覚重み付き合成フィルタ１３のインパルス応答を  ａ（ｎ）（ｎ＝０，．．．，７９）とすると、代数符号帳１５ｂ２を探索する前に次式
0004005359.tif 000029
によりピッチ周期化されたインパルス応答ａ′（ｎ）（ｎ＝０，．．．，７９）を求める。この場合、ピッチ周期化方法としては単純なくり返しだけでなく、先頭のＬａｇ＿ｏｌｄ個のサンプルを一定の割合で減衰又は増幅して繰り返してもよい。
第２の代数符号帳１５ｂ２の探索はインパルス応答として上記ａ′（ｎ）を用いて行う。ただし、代数符号帳１５ｂ２の探索によって得られる出力は０〜Ｔｈ（＝５５）サンプル目までしかパルスが存在しないので、ピッチ周期化部１５ｇは次式
0004005359.tif 000030
で示すピッチ周期化処理により残りのサンプル（この例では２４サンプル）を生成する。図１１はピッチ周期化部１５ｇによるピッチ周期化の概念図であり、（１）はピッチ周期化前の雑音成分であるパルス性信号、（２）はピッチ周期化後のパルス性信号である。ピッチ周期化後のパルス性信号は、ピッチ周期化前のピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄ分の雑音成分Ａを繰り返す（コピーする）ことにより得られる。また、ピッチ周期化の方法として単純な繰り返しだけでなく、先頭のＬａｇ＿ｏｌｄ個のサンプルを一定の割合で減衰又は増幅して繰り返してもよい。
（ｃ）代数符号帳切替
代数符号帳切り替え部１５ｆは、過去のピッチラグＬａｇ ｏｌｄの値が閾値Ｔｈよりも大きければスイッチＳｗを端子Ｓａに接続し、第１の代数符号帳１５ｂ１から出力するパルス性信号をゲイン乗算器１５ｄに入力し、ゲイン乗算器１５ｄは入力信号に代数符号帳ゲインγ１を乗算する。また、代数符号帳切り替え部１５ｆは、過去のピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄが閾値Ｔｈよりも小さければスイッチＳｗを端子Ｓｂに接続し、ピッチ周期化部１５ｇでピッチ周期化された第２の代数符号帳１５ｂ２から出力するパルス性信号をゲイン乗算器１５ｄに入力し、ゲイン乗算器１５ｄは入力信号に代数符号帳ゲインγ１を乗算する。
以上、第３実施例を説明したが、本実施例で示した量子化ビット数、パルス配置は一例であり、様々な量子化ビット数及びパルス配置例が可能である。また、本実施例では符号化モード数を２として説明したが、モード数を３又はそれ以上としもよい。
また、上記の説明では２つの適応符号帳を用いて説明したが、２つの適応符号帳には全く同じ過去の音源信号が格納されるので、１つの適応符号帳で実現してもよい。
また、本実施例では、重み付けフィルタ、ＬＰＣ合成フィルタ、誤差電力評価部をそれぞれ２つ用いたが、共通化して１つとし、各フィルタへの入力を切り替えて実現してもよい。
以上、第３実施例によれば過去のピッチラグの値に応じてパルス本数、パルス配置を適応的に切り替えることにより、従来の音声符号化方式に比べ音源信号を精密に符号化することができ、高品質な再生音声品質を得ることができる。
（Ｅ）音声符号化装置の第４実施例
図１２は音声符号化装置の第４実施例の構成図であり、探索前に入力信号の性質を調べ、その性質に応じてモード０、１のどちらのモードを採用するかを決定し、採用した一方のモードで適応符号帳探索／代数符号帳探索を実行して符号化する。第４実施例において第３実施例と異なる点は、
（１）モード判定部３１を設け、符号帳探索前に入力信号ｘの性質を調べ、その性質に応じてどちらのモードを採用するかを決定する点、
（２）モード出力選択部３２を設け、採用されたモードに応じた符号部１４，１５の出力を選択して聴覚重み付き合成フィルタ１３に入力する点、
（３）重み付けフィルタ（Ｗ（ｚ））１３ｂ、ＬＰＣ合成フィルタ（Ｈ（ｚ））１３ａ、誤差電力評価部１８を各モードに共通に設けている点、
（４）出力情報選択部２０がモード判定部３１から入力するモード情報に基づいて復号器に送出する情報を選択して送出する点、
である。モード判定部３１のモード判定処理は図８の処理と同じである。
第４実施例によれば、符号帳探索前に入力信号の性質に基づいて、いずれのモードで符号化するか決定し、該モードで符号化して出力するため、第３実施例のように２つのモードで符号化し、良い方を選択する必要がないため、処理量を削減でき、高速処理が可能である。
（Ｆ）復号化装置の第１実施例
図１３は音声復号化装置の第１実施例の構成図であり、音声符号化装置（第１実施例、第２実施例）から送られてくる符号情報を復号して音声信号を再生するものである。
ＬＰＣ逆量子化部５１は音声符号化装置よりＬＰＣ量子化インデックスＩｎｄｅｘ＿ＬＰＣを受信すれば逆量子化されたＬＰＣ係数αｑ（ｉ）（ｉ＝１，２，．．．，ｑ）を出力する。ｐはＬＰＣ分析次数である。ＬＰＣ合成フィルタ５２はＬＰＣ係数αｑ（ｉ）を用いて次式
0004005359.tif 000031
で示す伝達特性を有するフィルタとなる。第１の復号部５３は音声符号化装置における第１の符号部１４に対応するもので、適応符号帳５３ａ、代数符号帳５３ｂ、ゲイン乗算部５３ｃ，５３ｄ、加算器５３ｅを有している。代数符号帳５３ｂは図２のパルス配置構成を有している。第２の復号部５４は音声符号化装置における第２の符号部１５に対応するもので、適応符号帳５４ａ、代数符号帳５４ｂ、ゲイン乗算部５４ｃ，５４ｄ、加算器５４ｅを有している。代数符号帳５４ｂは図３のパルス配置構成を有している。
受信した現フレームのモード情報が０であれば、すなわち音声符号化装置においてモード０が選択されると、第１の復号部の適応符号帳５３ａにピッチラグＬａｇが入力し、適応符号帳５３ａより該ピッチタグＬａｇに対応する８０サンプル分のピッチ周期成分（適応符号帳ベクトル）Ｐ０が出力する。また、第１の復号部の代数符号帳５３ｂに代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃが入力し、対応する雑音成分（代数符号帳ベクトル）Ｃ０が出力する。代数符号帳ベクトルＣ０は（２１）式により生成される。更に、ゲイン逆量子化部５５にゲインインデックスＩｎｄｅｘ＿ｇが入力し、ゲイン逆量子化部５５よりピッチゲインの逆量子化値β０と代数符号帳ゲインの逆量子化値γ０が乗算器５３ｃ、５３ｄに入力する。この結果、次式
0004005359.tif 000032
で与えられるモード０の音源信号ｅ０が加算器５３ｅより出力する。
一方、現フレームのモード情報が１であれぱ、すなわち音声符号化装置においてモード１が選択されると、前フレームのピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄが第２の復号部５４の適応符号帳５４ａに入力し、適応符号帳５４ａより該ピッチタグＬａｇ＿ｏｌｄに対応する８０サンプル分のピッチ周期成分（適応符号帳ベクトル）Ｐ１が出力する。また、第２の復号部５４の代数符号帳５４ｂに代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃが入力し、対応する雑音成分（代数符号帳ベクトル）Ｃ１（ｎ）が（２５）式により生成される。更に、ゲイン逆量子化部５５にゲインインデックスＩｎｄｅｘ＿ｇが入力し、ゲイン逆量子化部５５よりピッチゲインの逆量子化値β１と代数符号帳ゲインの逆量子化値γ１が乗算器５４ｃ、５４ｄに入力する。この結果、次式
0004005359.tif 000033
で与えられるモード１の音源信号ｅ１が加算器５４ｅより出力する。
モード切替器５６は、モード情報に応じてスイッチＳｗ２を切替える。すなわち、モード情報が０であればＳｗ２を端子０に接続し、これによりｅ０が音源信号ｅｘとなる。また、モード情報が１であれば、スイッチＳｗ２を端子１に接続し、ｅ１が音源信号ｅｘとなる。この音源信号ｅｘは適応符号帳５３ａ，５４ａに入力しその内容を更新する。すなわち、適応符号帳内の最も古いフレームの音源信号を廃棄し、現フレームで求めた最新の音源信号ｅｘを格納する。
又、音源信号ｅｘはＬＰＣ量子化係数αｑ（ｉ）で構成されたＬＰＣ合成フィルタ５２に入力し、ＬＰＣ合成フィルタ５２はＬＰＣ合成出力ｙを出力する。このＬＰＣ合成出力ｙを再生音声として出力してもよいが、更に音質を高めるためにポストフィルタ５７に通すことが望ましい。ポストフィルタ５７の構成は任意であるが、例えば伝達関数が次式
0004005359.tif 000034
のポストフィルタを用いることができる。ここで、ω１、ω２、μ１はポストフィルタの特性を調整するパラメータであり、その値は任意であるが、例えばω１＝０．５、ω２＝０．８、μ＝０．５といった値を用いることができる。
尚、実施例では２つの適応符号帳を用いて説明したが、２つの適応符号帳には全く同じ音源信号が格納されるので、１つの適応符号帳で実現してもよい。
以上本実施例によれば過去のピッチラグの値に応じてパルス本数、パルス配置を適応的に切替えることにより、従来の音声復号化装置に比べて高品質な再生音声品質を得ることができる。
（Ｇ）復号化装置の第２実施例
図１４は音声復号化装置の第２実施例の構成図であり、音声符号化装置（第３実施例、第４実施例）から送られてくる符号情報を復号して音声信号を再生するもので、図１３の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。第１実施例と異なる点は、
（１）代数符号帳５４ｂとして、第１の代数構造符号帳５４ｂ１と第２の代数構造符号帳５４ｂ２を設け、第１の代数構造符号帳５４ｂ１は図１０（ｂ）に示すパルス配置構成を備え、第２の代数構造符号帳５４ｂ２は図１０（ｃ）に示すパルス配置構成を備えている点、
（２）代数符号帳切り替え部５４ｆを設け、モード１における過去のピッチラグの値Ｌａｇ＿ｏｌｄが閾値Ｔｈより大きければ第１の代数構造符号帳５４ｂ１から出力する雑音成分であるパルス性信号を選択し、閾値以下では第２の代数構造符号帳５４ｂ２から出力するパルス性信号を選択する点、
（３）第２の代数符号帳５４ｂ２は第１の代数符号帳５４ｂ１に比べ狭い範囲（サンプル点０〜５５）にパルスを配置しているためピッチ周期化部５４ｇを設け、該ピッチ周期化部５４ｇにより第２の代数符号帳５４ｂ２から出力する雑音成分（パルス性信号）を繰り返して発生して１フレーム分のパルス性信号を出力する点である。
モード情報が０であれば第１実施例の復号処理と全く同じ復号処理が行われる。一方、モード情報が１であれば、前フレームのピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄが予め決めた閾値Ｔｈ（例えば５５）よりも大きいければ、代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃが第１の代数符号帳５４ｂ１に入力し、符号帳出力Ｃ１（ｎ）が（２５）式により生成される。また、ピッチラグＬａｇ＿ｏｌｄが閾値Ｔｈよりも小さいければ、代数符号帳インデックスＩｎｄｅｘ＿Ｃが第２の代数符号帳５４ｂ２に入力し、Ｃ１（ｎ）が（２７）式により生成される。以後、第１実施例と同じ復号処理が行われ、ポストフィルタ５７より再生音声信号が出力する。
以上本実施例によれば、過去のピッチラグの値に応じてパルス本数、パルス配置を適応的に切替えることにより、従来の音声復号方式に比べて高品質な再生音声品質を得ることができる。
（Ｈ）効果
本発明によれば、（１）従来のＣＥＬＰモード（モード０）と、（２）過去のピッチラグを用いることにより適応符号帳に要するピッチラグ情報を削減し、代数符号帳の情報量を増加させるモード（モード１）とを備えることにより、無声部や過渡部などの非定常部では従来のＣＥＬＰと同じ符号化処理を行い、有声部などの音声の定常部に対しては、モード１により音源信号を精密に符号化することにより高品質な再生音声品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の概略説明図である。
図２は代数符号帳０のパルス配置例である。
図３は代数符号帳１のパルス配置例である。
図４は本発明の第２の概略説明図である。
図５は代数符号帳２のパルス配置例である。
図６は符号化装置の第１実施例の構成図である。
図７は符号化装置の第２実施例の構成図である。
図８はモード判定部の処理手順である。
図９は符号化装置の第３実施例の構成図である。
図１０は第３実施例で使用する各代数符号帳のパルス配置例である。
図１１はピッチ周期化の概念図である。
図１２は符号化装置の第４実施例の構成図である。
図１３は復号化装置の第１実施例の構成図である。
図１４は復号化装置の第２実施例の構成図である。
図１５はＣＥＬＰの原理図である。
図１６は量子化方法説明図である。
図１７は適応符号帳の説明図である。
図１８は代数符号帳のパルス配置例である。
図１９は各パルス系統グループに割り当てたサンプル点の説明図である。
図２０は１０ｍｓｅｃのフレームに４本のパルスを立てる場合の例である。
図２１は１０ｍｓｅｃのフレームに３本のパルスを立てる場合の例である。
【図１】
0004005359.tif 000035
【図２】
0004005359.tif 000036
【図３】
0004005359.tif 000037
【図４】
0004005359.tif 000038
【図５】
0004005359.tif 000039
【図６】
0004005359.tif 000040
【図７】
0004005359.tif 000041
【図８】
0004005359.tif 000042
【図９】
0004005359.tif 000043
【図１０】
0004005359.tif 000044
【図１１】
0004005359.tif 000045
【図１２】
0004005359.tif 000046
【図１３】
0004005359.tif 000047
【図１４】
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【図１５】
0004005359.tif 000049
【図１６】
0004005359.tif 000050
【図１７】
0004005359.tif 000051
【図１８】
0004005359.tif 000052
【図１９】
0004005359.tif 000053
【図２０】
0004005359.tif 000054
【図２１】
0004005359.tif 000055