(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム化直交変換部と、レベル計算部と、スペクトル選択部と、スペクトル符号化部と、を備える計算機が音声信号を符号化する音声信号符号化方法において、
前記フレーム化直交変換部が、デジタル変換された音声信号データを所定の大きさのフレームでフレーム化した後に直交変換してスペクトル化し、
前記レベル計算部が、前記スペクトル化した全ての音声信号データのスペクトルの信号レベルの総和を第１レベルとして求め、
前記スペクトル選択部が、第１スペクトル選択処理、第２スペクトル選択処理、レベル計算処理、および、レベル判断処理を順に実行することで、前記スペクトル化した音声信号データのスペクトルを選択し、
前記スペクトル符号化部が、前記スペクトル選択部により選択されたスペクトルを可逆符号化し、
前記第１スペクトル選択処理は、スペクトルの全体について、任意のスペクトルから一定の距離内にそのスペクトルの大きさ以上の大きさを持つ別のスペクトルが存在するかどうかを調べ、そのようなスペクトルが存在しなければ、そのスペクトルを第１スペクトルの一つとして選択し、
前記第２スペクトル選択処理は、前記第１スペクトル選択処理で選択された各々の第１スペクトルから、第１スペクトル間距離とは異なる一定距離内で最大の大きさを有するスペクトルを第２スペクトルの一つとして選択し、
前記レベル計算処理は、前記第１スペクトル選択処理および前記第２スペクトル選択処理で選択された全てのスペクトルの信号レベルの総和を第２レベルとして計算し、
前記レベル判断処理は、前記第１レベルに対して前記第２レベルが所定の比率以下なら、前記一定の距離を前記第１スペクトル間距離より少し短縮して設定し、前記第１スペクトル選択処理に処理を戻すことを特徴とする
音声信号符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声信号を高度に圧縮して符号化を行う音声信号符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号を符号化するため、従来においては特開昭６３−１４８７１６号公報に示すようなＡＤＰＣＭ方式が広く用いられている。
この方式は、入力信号の値から次の入力信号の値を予測して、その予測値と実際の入力信号との差をとり、この差の振幅の大きさに応じたステップサイズで量子化して符号化するものであり、量子化のステップアップサイズを可変することができることを特徴としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＡＤＰＣＭ方式においては、音声信号を符号化する場合に、符号化した音声信号を復号化／再生する場合に音質を確保する上で重要度の高いスペクトルも重要度の低いスペクトルも一律に符号化されるので、符号化圧縮率を高くすることができず、例えば通信カラオケ等に使用した場合等は、通信データの中に占める音声信号の占有率が大きく、他の必要なデータを入れることができなかったり、或いは、この方式で録音／再生を行うためには大容量のメモリを必要とし、また、それを録音する記憶媒体の大きさが限られるので、必要な情報の量を記憶できなくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記した従来の問題点を解決すべく創案されたもので、音声信号を高度に圧縮して符号化し、しかも音声信号を復号して再生した場合の音質低下を抑えることのできる音声信号符号化方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、
フレーム化直交変換部と、レベル計算部と、スペクトル選択部と、スペクトル符号化部と、を備える計算機が音声信号を符号化する音声信号符号化方法において、
前記フレーム化直交変換部が、デジタル変換された音声信号データを所定の大きさのフレームでフレーム化した後に直交変換してスペクトル化し、
前記レベル計算部が、前記スペクトル化した全ての音声信号データのスペクトルの信号レベルの総和を第１レベルとして求め、
前記スペクトル選択部が、第１スペクトル選択処理、第２スペクトル選択処理、レベル計算処理、および、レベル判断処理を順に実行することで、前記スペクトル化した音声信号データのスペクトルを選択し、
前記スペクトル符号化部が、前記スペクトル選択部により選択されたスペクトルを可逆符号化し、
前記第１スペクトル選択処理は、スペクトルの全体について、任意のスペクトルから一定の距離内にそのスペクトルの大きさ以上の大きさを持つ別のスペクトルが存在するかどうかを調べ、そのようなスペクトルが存在しなければ、そのスペクトルを第１スペクトルの一つとして選択し、
前記第２スペクトル選択処理は、前記第１スペクトル選択処理で選択された各々の第１スペクトルから、第１スペクトル間距離とは異なる一定距離内で最大の大きさを有するスペクトルを第２スペクトルの一つとして選択し、
前記レベル計算処理は、前記第１スペクトル選択処理および前記第２スペクトル選択処理で選択された全てのスペクトルの信号レベルの総和を第２レベルとして計算し、
前記レベル判断処理は、前記第１レベルに対して前記第２レベルが所定の比率以下なら、前記一定の距離を前記第１スペクトル間距離より少し短縮して設定し、前記第１スペクトル選択処理に処理を戻す
構成としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は、本発明の音声信号符号化方法を行うための符号化装置のブロック図、図２は、図１の符号化装置で行われる音声信号符号化方法の構成図、図３は、図２のスペクトル選択部の処理手順を示すフローチャート、図４は、図２のスペクトル選択部で行われるピークの選択を示す説明図である。
【０００８】
本発明の音声信号符号化方法は、図１に示すような符号化装置１で音声信号が符号化されるものである。
この符号化装置１は、外部のマイクロホン２等で音声をアナログ信号に変換した入力信号を受け、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３と、このデジタル変換した信号を圧縮符号化する符号処理部４、とにより構成されている。
また、符号処理部４は、公知のマイクロコンピュータにより構成されており、内部はＩ／Ｏ装置４ａ、ＣＰＵ４ｂ、ＲＯＭ４ｃ、ＲＡＭ４ｄ等からなり、予めＲＯＭ４ｃ内に格納されているプログラムに従って効率よく符号化されるものである。
【０００９】
この符号処理部４の機能構成を図２に示す。図２において、符号処理部４は、フレーム化直交変換部５、レベル計算部６、スペクトル選択部７、レベル補償部８、およびスペクトル符号化部９の各機能ブロックから構成されている。
この、符号処理部４の動作機能を図２に基づいて説明する。
まず、図２において、前記Ａ／Ｄコンバータ３（図１参照）によりＰＣＭ変換によりデジタル信号に変換されて符号処理部４に入力された音声信号データは、フレーム化直交変換部５で、例えば、１フレームのデータ数が１０２４個というように、適切な個数にまとめてフレーム化され、このフレームの全てに対して直交変換を行って音声信号のデータがスペクトル化される。
【００１０】
次いで、レベル計算部６では、スペクトル化した音声信号のデータの全てについて、大きさ（絶対値）の総和を計算し、その値をスペクトルの全体レベルとする。また、これらのスペクトルを、例えば２５６個ずつといった周波数のサブバンドに分割し、この分割したサブバンドの各々ついて、スペクトルの大きさの絶対値の総和を計算してスペクトルの部分レベルとする。
次いで、スペクトル選択部７において、スペクトル全体の中から再生時の音質を保つ上で重要度の高いスペクトルの選択を行う。但し、この選択の際には、選択後のスペクトルの総和である選択後の全体レベルが、前記レベル計算部６にて計算しておいた選択前の全体レベルに対して例えば５０％以上となるようにスペクトルの選択を行う。
【００１１】
このスペクトル選択部７におけるスペクトルの選択手順を、図３乃至図４に基づいて説明する。
まず、図３におけるステップＳ１で、第１ピーク選択処理を行う。この第１ピーク選択処理はスペクトルの全体について、図４（ａ）に示すように、任意のスペクトルから一定の距離内にそのスペクトルの大きさ（絶対値）以上の大きさを持つ別のスペクトルが存在するかどうかを調べ、そのようなスペクトルが存在しなければ、そのスペクトルを第１ピークの一つとして選択する。
この第１ピーク選択処理の結果として、図４（ｂ）に示すような、ピーク間の一定距離（以下第１ピーク間距離という）以上の間隔をおいた飛び飛びのスペクトルだけが選択される。
【００１２】
次いで、ステップＳ２において第ｎ（ｎは整数）ピーク選択処理を行う。この第ｎピーク選択処理は、図４（ｂ）に示すように、ステップＳ１で選択された各々の第１ピークから、第１ピーク間距離とは異なる一定距離内で最大の大きさ（絶対値）を選択すると、図４（ｃ）に示すような２番目の大きさのスペクトル、即ち第２ピークとして選択される。
さらに、第２ピークの選択が終了すれば、同様にして、３番目に大きい第３ピークの選択を行い、以下順次第４ピーク、・・・第ｎピークの選択を行う。
次いで、ステップＳ３で選択後のレベル計算を行う。この選択後のレベル計算は、ステップＳ１、ステップＳ２で選択された全てのスペクトル、即ち第１ピーク、第２ピーク、第３ピーク、・・・第ｎピークの大きさの総和を計算し、選択後の全体レベルとする。
【００１３】
次いで、ステップＳ４にて、ステップＳ３で計算された選択後の全体レベルが、予め計算されていた選択前の全体レベルに対して５０％以上であるか、どうかを判断する。このステップＳ４の判断結果、５０％以上であれば処理完了となり、次のステップであるレベル補償部８（図２参照）へ進む。
もし５０％以下であれば、ステップＳ５に進む。このステップＳ５ではステップＳ１に戻って再度第１ピーク選択処理からやり直す場合に、前記第１ピーク間距離より少し短縮して選択処理を行うようにするため、ピーク間距離の縮小を行うものである。その結果、選択されるスペクトルの数は増え、ある段階で５０％以上の条件を満足するようになるので、その段階で処理が終了し、次のステップであるレベル補償部８（図２参照）へ進み、スペクトル選択を完了する。
【００１４】
スペクトル選択が完了すると、レベル補償部８（図２参照）では、選択後のスペクトルから各サブバンドの部分レベルを計算し、サブバンド内の前スペクトルに対して、次式で計算された補償値αをかけてやり、選択後の部分レベルが選択前の部分レベルと等しくなるように調整を行うものである。
但し、αは、
α＝（選択前の部分レベル）／（選択後の部分レベル）
の式で与えられるものである。
レベル補償部８で大きさを調整されたスペクトルは、スペクトル符号化部９において、カラオケ等の通信用データに組み込んだり、記録用データに組み込みをするため可逆的に符号化され、復号化器に向けて出力される。
【００１５】
上述した実施の形態によれば、スペクトル選択部７において、直交変換で得られたスペクトルの中で、再生時の音質を保ために重要度の高いスペクトルのみ選択して符号化するため、少ない情報量で音声信号の符号化が可能となる。
また、本発明の実施の形態においては、フレーム化直交変換部５において１フレームの大きさをデータ数１０２４個にしたが、この数に限定されないことは勿論である。
さらに、スペクトル選択部７における選択前と選択後の全体レベルの割合を５０％以上としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧縮度を上げる場合にはこの割合を下げ、再生した時の忠実度を上げる場合にはこの割合を上げることで調整ができるので、適切な選択度を選ぶことができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明は、
フレーム化直交変換部と、レベル計算部と、スペクトル選択部と、スペクトル符号化部と、を備える計算機が音声信号を符号化する音声信号符号化方法において、
前記フレーム化直交変換部が、デジタル変換された音声信号データを所定の大きさのフレームでフレーム化した後に直交変換してスペクトル化し、
前記レベル計算部が、前記スペクトル化した全ての音声信号データのスペクトルの信号レベルの総和を第１レベルとして求め、
前記スペクトル選択部が、第１スペクトル選択処理、第２スペクトル選択処理、レベル計算処理、および、レベル判断処理を順に実行することで、前記スペクトル化した音声信号データのスペクトルを選択し、
前記スペクトル符号化部が、前記スペクトル選択部により選択されたスペクトルを可逆符号化し、
前記第１スペクトル選択処理は、スペクトルの全体について、任意のスペクトルから一定の距離内にそのスペクトルの大きさ以上の大きさを持つ別のスペクトルが存在するかどうかを調べ、そのようなスペクトルが存在しなければ、そのスペクトルを第１スペクトルの一つとして選択し、
前記第２スペクトル選択処理は、前記第１スペクトル選択処理で選択された各々の第１スペクトルから、第１スペクトル間距離とは異なる一定距離内で最大の大きさを有するスペクトルを第２スペクトルの一つとして選択し、
前記レベル計算処理は、前記第１スペクトル選択処理および前記第２スペクトル選択処理で選択された全てのスペクトルの信号レベルの総和を第２レベルとして計算し、
前記レベル判断処理は、前記第１レベルに対して前記第２レベルが所定の比率以下なら、前記一定の距離を前記第１スペクトル間距離より少し短縮して設定し、前記第１スペクトル選択処理に処理を戻す
ことにより、音声信号を高度に圧縮して符号化することができるので、少ない情報量で音声信号を符号化することが可能になり、音声の情報を蓄積する場合には蓄積スペースが少なくてすみ、また、音声の情報を通信する場合には通信時間を短縮できるという効果を奏する。また、音声信号を復号して再生した場合の音質低下を抑えることのできるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音声信号符号化方法を行うための符号化装置のブロック図である。
【図２】図１の符号化装置で行われる音声信号符号化方法の構成図である。
【図３】図２のスペクトル選択部の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図２のスペクトル選択部で行われるピーク選択を示す説明図である。
【符号の説明】
１          符号化装置
２          マイクロホン
３          Ａ／Ｄコンバータ
４          符号処理部
４ａ        Ｉ／Ｏ装置
４ｂ        ＣＰＵ
４ｃ        ＲＯＭ
４ｄ        ＲＡＭ
５          フレーム化直交変換部
６          レベル計算部
７          スペクトル選択部
８          レベル補償部
９          スペクトル符号化部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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