(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置であって、
過去に合成した音源信号が格納された適応符号帳と、
複数の音源ベクトルを格納した確率的符号帳と、
入力音声信号のＬＰＣ分析により得られたＬＰＣ係数を用いて、前記適応符号帳及び前記確率的符号帳から取得した音源情報から合成音を得る手段と、
前記合成音と前記入力音声信号との関係から前記合成音のゲイン情報を得る手段と、
前記ＬＰＣ係数、前記音源情報、及び前記ゲイン情報を伝送する手段と、を具備し、
前記確率的符号帳は、
相対的に少数のパルスで構成された第１サブ音源ベクトルを格納し、入力されるインデックスに対応する前記第１サブ音源ベクトルを出力する第１サブ符号帳と、
相対的に多数のパルスで構成された第２サブ音源ベクトルを格納し、入力される前記インデックスに対応する前記第２サブ音源ベクトルを出力する第２サブ符号帳と、
前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルに乗算する加算ゲインを、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルスに関する情報に基づいて制御する制御手段と、
前記加算ゲインを乗算された前記第２サブ音源ベクトルと、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１音源ベクトルと、を加算して音源ベクトルを得る演算手段と、
を有する、音声符号化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルス間距離に基づいて、前記加算ゲインを制御する、
請求項１記載の音声符号化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルス間距離が短い場合に、前記加算ゲインを相対的に小さくし、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルス間距離が長い場合に、前記加算ゲインを相対的に大きくする、
請求項１記載の音声符号化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
下記式１により前記加算ゲインを算出する、
請求項１記載の音声符号化装置。
ｇ＝┃Ｐ１−Ｐ２┃／Ｌ                        …式１
ここで、ｇは加算ゲインを示し、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ第１サブ符号帳の第１サブ音源ベクトルのパルス位置を示し、Ｌはベクトル長を示す。
【請求項５】
前記ＬＰＣ係数を用いて有声／無声判定を行い、判定結果を得る判定手段、を更に具備し、
前記制御手段は、
前記判定結果に基づいて、前記加算ゲインを制御する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の音声符号化装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記判定手段を含む、
請求項５記載の音声符号化装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
下記式２により前記加算ゲインを算出する、
請求項５または請求項６記載の音声符号化装置。
ｇ＝┃Ｐ１−Ｐ２┃／Ｒ                        …式２
ここで、ｇは加算ゲインを示し、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ第１サブ符号帳の第１サブ音源ベクトルのパルス位置を示し、Ｒは重み係数を示し、Ｒは、有声／無声判定の判定結果が有声の場合にはＬ（ベクトル長）であり、有声／無声判定の判定結果が無声あるいは背景ノイズの場合にはＬ×０．５である。
【請求項８】
ＣＥＬＰ方式の音声符号化装置であって、
過去に合成した音源信号が格納された適応符号帳と、
複数の音源ベクトルを格納した確率的符号帳と、
入力音声信号のＬＰＣ分析により得られたＬＰＣ係数を用いて、前記適応符号帳及び前記確率的符号帳から取得した音源情報から合成音を得る手段と、
前記合成音と前記入力音声信号との関係から前記合成音のゲイン情報を得る手段と、
前記ＬＰＣ係数、前記音源情報、及び前記ゲイン情報を伝送する手段と、を具備し、
前記確率的符号帳は、
相対的に少数のパルスで構成された第１サブ音源ベクトルを格納し、入力されるインデックスに対応する前記第１サブ音源ベクトルを出力する第１サブ符号帳と、
相対的に多数のパルスで構成された第２サブ音源ベクトルを格納し、入力される前記インデックスに対応する前記第２サブ音源ベクトルを出力する第２サブ符号帳と、
前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルスに関する情報に基づいて、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトル及び前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルのいずれかを指示する指示手段と、
前記指示手段の指示にしたがって、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトル及び前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルのいずれかを音源ベクトルとして選択する切り換え手段と、
を有する、音声符号化装置。
【請求項９】
前記ＬＰＣ係数を用いて有声／無声判定を行い、判定結果を得る判定手段、を更に具備し、
前記指示手段は、
前記判定結果に基づいて、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトル及び前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルのいずれかを指示する、
請求項８記載の音声符号化装置。
【請求項１０】
ＣＥＬＰ方式の音声復号化装置であって、
過去に合成した音源信号が格納された適応符号帳と、
複数の音源ベクトルを格納した確率的符号帳と、
ＬＰＣ係数、音源情報、及びゲイン情報を含む信号を受信する手段と、
前記ゲイン情報を乗算した前記音源情報に前記ＬＰＣ係数を用いて音声を復号化する手段と、を具備し、
前記確率符号帳は、
相対的に少数のパルスで構成された第１サブ音源ベクトルを格納し、入力されるインデックスに対応する前記第１サブ音源ベクトルを出力する第１サブ符号帳と、
相対的に多数のパルスで構成された第２サブ音源ベクトルを格納し、入力される前記インデックスに対応する前記第２サブ音源ベクトルを出力する第２サブ符号帳と、
前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルに乗算する加算ゲインを、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルスに関する情報に基づいて制御する制御手段と、
前記加算ゲインを乗算された前記第２サブ音源ベクトルと、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１音源ベクトルと、を加算して音源ベクトルを得る演算手段と、
を有する、音声復号化装置。
【請求項１１】
前記ＬＰＣ係数を用いて有声／無声判定を行い、判定結果を得る判定手段、を更に具備し、
前記制御手段は、
前記判定結果に基づいて、前記加算ゲインを制御する、
請求項１０記載の音声復号化装置。
【請求項１２】
ＣＥＬＰ方式の音声符号化方法であって、
過去に合成した音源信号が格納された適応符号帳から前記音源信号を読み出す工程と、
複数の音源ベクトルを格納した確率的符号帳から一つの音源ベクトルを読み出す工程と、
入力音声信号のＬＰＣ分析により得られたＬＰＣ係数を用いて、前記適応符号帳及び前記確率的符号帳から取得した音源情報から合成音を得る工程と、
前記合成音と前記入力音声信号との関係から前記合成音のゲイン情報を得る工程と、
前記ＬＰＣ係数、前記音源情報、及び前記ゲイン情報を伝送する工程と、を具備し、
前記確率的符号帳から前記一つの音源ベクトルを読み出す工程は、
相対的に少数のパルスで構成された第１サブ音源ベクトルを格納した第１サブ符号帳から、入力されるインデックスに対応する前記第１サブ音源ベクトルを出力する工程と、
相対的に多数のパルスで構成された第２サブ音源ベクトルを格納した第２サブ符号帳から、入力される前記インデックスに対応する前記第２サブ音源ベクトルを出力する工程と、
前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルに乗算する加算ゲインを、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルスに関する情報に基づいて制御する制御工程と、
前記加算ゲインを乗算された前記第２サブ音源ベクトルと、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１音源ベクトルと、を加算して前記一つの音源ベクトルを得る工程と、
を有する、音声符号化方法。
【請求項１３】
前記ＬＰＣ係数を用いて有声／無声判定を行い、判定結果を得る工程、を更に具備し、
前記制御工程は、
前記判定結果に基づいて、前記加算ゲインを制御する、
請求項１２記載の音声符号化方法。
【請求項１４】
ＣＥＬＰ方式の音声符号化方法であって、
過去に合成した音源信号が格納された適応符号帳から前記音源信号を読み出す工程と、
複数の音源ベクトルを格納した確率的符号帳から一つの音源ベクトルを読み出す工程と、
入力音声信号のＬＰＣ分析により得られたＬＰＣ係数を用いて、前記適応符号帳及び前記確率的符号帳から取得した音源情報から合成音を得る工程と、
前記合成音と前記入力音声信号との関係から前記合成音のゲイン情報を得る工程と、
前記ＬＰＣ係数、前記音源情報、及び前記ゲイン情報を伝送する工程と、を具備し、
前記確率的符号帳から前記一つの音源ベクトルを読み出す工程は、
相対的に少数のパルスで構成された第１サブ音源ベクトルを格納した第１サブ符号帳から、入力されるインデックスに対応する前記第１サブ音源ベクトルを出力する工程と、
相対的に多数のパルスで構成された第２サブ音源ベクトルを格納した第２サブ符号帳から、入力される前記インデックスに対応する前記第２サブ音源ベクトルを出力する工程と、
前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルスに関する情報に基づいて、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトル及び前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルのいずれかを指示する指示工程と、
前記指示工程の指示にしたがって、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトル及び前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルのいずれかを前記一つの音源ベクトルとして選択する工程と、
を有する、音声符号化方法。
【請求項１５】
前記ＬＰＣ係数を用いて有声／無声判定を行い、判定結果を得る工程、を更に具備し、
前記指示工程は、
前記判定結果に基づいて、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトル及び前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルのいずれかを指示する、
請求項１４記載の音声符号化方法。
【請求項１６】
コンピュータを、
過去に合成した音源信号が格納された適応符号帳、
複数の音源ベクトルを格納した確率的符号帳、
入力音声信号のＬＰＣ分析により得られたＬＰＣ係数を用いて、前記適応符号帳及び前記確率的符号帳から取得した音源情報から合成音を得る手段、
前記合成音と前記入力音声信号との関係から前記合成音のゲイン情報を得る手段、
として機能させるためのＣＥＬＰ方式の音声符号化プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記確率的符号帳は、
相対的に少数のパルスで構成された第１サブ音源ベクトルを格納し、入力されるインデックスに対応する前記第１サブ音源ベクトルを出力する第１サブ符号帳と、
相対的に多数のパルスで構成された第２サブ音源ベクトルを格納し、入力される前記インデックスに対応する前記第２サブ音源ベクトルを出力する第２サブ符号帳と、
前記第２サブ符号帳から出力された前記第２サブ音源ベクトルに乗算する加算ゲインを、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１サブ音源ベクトルのパルスに関する情報に基づいて制御する制御手段と、
前記加算ゲインを乗算された前記第２サブ音源ベクトルと、前記第１サブ符号帳から出力された前記第１音源ベクトルと、を加算して音源ベクトルを得る演算手段と、
を有する、音声符号化プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、携帯電話やディジタル通信などに用いられ、低ビットレートにおける音声符号化アルゴリズムを用いた音声符号化装置及び音声復号化装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
携帯電話等のディジタル移動通信の分野では加入者の増加に対処するために低ビットレートの音声の圧縮符号化法が求められており、各研究機関において研究開発が進んでいる。日本国内においては、モトローラ社で開発されたビットレート１１．２ｋｂｐｓのＶＳＥＬＰ、ＮＴＴ移動通信網株式会社で開発されたビットレート５．６ｋｂｐｓのＰＳＩ−ＣＥＬＰという符号化方式が携帯電話の標準方式として採用され、この方式による携帯電話が製品化されている。
【０００３】
また、国際的には、１９９７年にＩＴＵ−ＴがＮＴＴとフランステレコムが共同して開発したＣＳ−ＡＣＥＬＰが８ｋｂｐｓの国際標準音声符号化方式Ｇ．７２９に選定された。この方式は日本国内の携帯電話の音声符号化方式として使用される予定である。
【０００４】
これまで述べた音声符号化方式は、いずれもＣＥＬＰ（Code Exited Linear Prediction: M.R.Schroeder ”High Quality Speech at Low Bit Rates” Proc.ICASSP'85 pp.937-940 に記載されている）という方式を改良したものである。この方式は、音声を音源情報と声道情報とに分離し、音源情報については符号帳に格納された複数の音源サンプルのインデックスによって符号化し、声道情報についてはＬＰＣ（線形予測係数）を符号化するということ、並びに音源情報符号化の際に声道情報を考慮して入力音声に対して比較を行うという方法（Ａ−ｂ−Ｓ:Analysis by Synthesis）を採用していること、を特徴としている。
【０００５】
ここで、ＣＥＬＰ方式の基本的アルゴリズムについて図１を用いて説明する。図１はＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図である。図１に示す音声符号化装置において、ＬＰＣ分析部２は、入力された音声データ１に対して自己相関分析及びＬＰＣ分析を行うことによってＬＰＣ係数を得る。また、ＬＰＣ分析部２は、得られたＬＰＣ係数の符号化を行うことによりＬＰＣ符号を得る。さらに、ＬＰＣ分析部２は、得られたＬＰＣ符号を復号化して復号化されたＬＰＣ係数を得る。
【０００６】
次に、音源作成部５は、適応符号帳３と確率的符号帳４に格納された音源サンプル（それぞれ適応コードベクトル（又は適応音源）と確率的コードベクトル（又は確率的音源）と呼ぶ）を取り出し、それぞれをＬＰＣ合成部６へ送る。ＬＰＣ合成部６は、音源作成部５で得られた２つの音源に対して、ＬＰＣ分析部２で得られた復号化されたＬＰＣ係数によってフィルタリングを行い、２つの合成音を得る。
【０００７】
比較部７は、ＬＰＣ合成部６で得られた２つの合成音と入力音声との関係を分析し、２つの合成音の最適値（最適ゲイン）を求め、その最適ゲインによってパワー調整したそれぞれの合成音を加算して総合合成音を得て、その総合合成音と入力音声との間の距離計算を行う。また、比較部７は、さらに、適応符号帳３と確率的符号帳４の全ての音源サンプルに対して、音源作成部５、ＬＰＣ合成部６を機能させることによって得られる多くの合成音と入力音声との間の距離計算を行い、その結果得られる距離の中で最も小さいときの音源サンプルのインデックスを求める。そして、比較部７は、得られた最適ゲイン、各符号帳の音源サンプルのインデックス、並びにそのインデックスに対応する２つの音源サンプルをパラメータ符号化部８へ送る。
【０００８】
パラメータ符号化部８は、最適ゲインの符号化を行うことによってゲイン符号を得て、ＬＰＣ符号、音源サンプルのインデックスをまとめて伝送路９へ送る。また、パラメータ符号化部８は、ゲイン符号とインデックスに対応する２つの音源から実際の音源信号（合成音源）を作成し、それを適応符号帳３に格納すると同時に古い音源サンプルを破棄する。
【０００９】
なお、ＬＰＣ合成部６における合成は、線形予測係数、高域強調フィルタ、又は長期予測係数（入力音声の長期予測分析を行うことによって得られる）を用いた聴感重み付けフィルタを併用するのが一般的である。また、適応符号帳と確率的符号帳に対する音源探索は、分析区間をさらに細かく分けた区間（サブフレームと呼ばれる）で行われるのが一般的である。
【００１０】
ここで、確率的符号帳について説明する。
適応符号帳は、人間の声帯の振動の周期で存在する長期相関を利用して高能率に圧縮するための符号帳であり、過去の合成音源が格納されている。それに対して、確率的符号帳は、音源信号の統計的性質を反映させた固定符号帳である。確率的符号帳に格納される音源サンプルとしては、例えば乱数列、パルス列、音声データを用いた統計的学習により得られた乱数列／パルス列、又は代数的に作成された少数のパルス列（代数的符号帳）等がある。特に最近注目されているのは代数的符号帳であり、８ｋｂｐｓ程度のビットレートにおいて、少ない計算量で良好な音質が得られることが知られている。
【００１１】
しかしながら、より低ビットレートの符号化に少数パルスの確率的音源を適用すると、無声子音や背景ノイズを中心に音質が大きく劣化するという現象が起こる。一方、低ビットレートの符号化に乱数列等の多数パルスの音源を適用すると、有声音を中心に音質が大きく劣化するという現象が起こる。これらを改善するために、有声／無声判定を行ってマルチコードブックにする方法も検討されているが、処理が複雑で、音声信号によっては判定誤りを起こし異音を生ずることもある。
【００１２】
このように、有声音でも無声音や背景ノイズでも効率良い符号化に対応できる確率的符号帳はこれまで存在しておらず、有声音でも無声音や背景ノイズでも効率よく符号化できる音声符号化装置及び音声復号化装置が望まれていた。
【００１３】
（発明の開示）
本発明の目的は、有声音でも無声音や背景ノイズでも効率よく符号化でき、少ない情報量、演算量で良質の音声を得ることができる音声符号化装置及び音声復号化装置を提供することである。
【００１４】
本発明者らは、低ビットレートの符号化にパルスの音源を適用する場合において、音声の有声音部分では、パルス位置が比較的近く、音声の無声音や背景ノイズ部分では、パルス位置が比較的遠いことに着目した。すなわち、本発明者らは、有声音においては、人間の声帯波の特徴である、エネルギーが集中した音源サンプルが必要であり、その場合は位置の近い少数パルスが選択される傾向があり、無声音／背景ノイズにおいては、より乱数的な音源が必要であり、その場合はエネルギーのより拡散した多数パルスが選択される傾向があることに着目した。
【００１５】
上記考察に基づいて、本発明者らは、パルス位置の遠近により、音声が有声音部分であるか、無声音や背景ノイズ部分であるかを識別し、この識別結果に基づいて、有声音部分及び無声音や背景ノイズ部分に適するパルス列を用いることで聴感が向上することを見出して本発明をするに至った。
【００１６】
すなわち、本発明は、特徴の異なる２つのサブ符号帳を有する複数の符号帳を用い、それぞれのサブ符号帳の音源ベクトルを加算して音源ベクトルを得ることを特徴とする。このアルゴリズムにより、少数パルスの音源ベクトルの位置の相対関係から、パルス位置が近い場合は少数パルス音源としての特徴が現われ、パルス位置が遠い場合には多数パルス音源としての特徴が現われる。これは、背景ノイズを含む音声信号の特徴に良く適応している。
【００１７】
したがって、特別な有声／無声判定アルゴリズムを使用しなくても、入力信号の局所的特徴に最適な音源が自動的に選択でき、有声音でも無声音や背景ノイズでも効率よく符号化できると共に、少ない情報量、演算量で良好な音質の合成音を得ることができる。
【００１８】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１〜３に係る音声符号化／復号化装置を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【００２０】
この無線通信装置において、送信側で音声がマイクなどの音声入力装置２２１によって電気的アナログ信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器２２に出力される。アナログ音声信号は、Ａ／Ｄ変換器２２によってディジタル音声信号に変換され、音声符号化部２３に出力される。音声符号化部２３は、ディジタル音声信号に対して音声符号化処理を行い、符号化した情報を変復調部２４に出力する。変復調部２４は、符号化された音声信号をディジタル変調して、無線送信回路２５に送る。無線送信回路２５では、変調後の信号に所定の無線送信処理を施す。この信号は、アンテナ２６を介して送信される。なお、プロセッサ２４は、適宜ＲＡＭ２５及びＲＯＭ２６に格納されたデータを用いて処理を行う。
【００２１】
一方、無線通信装置の受信側では、アンテナ２６で受信した受信信号は、無線受信回路２７で所定の無線受信処理が施され、変復調部２４に送られる。変復調部２４では、受信信号に対して復調処理を行い、復調後の信号を音声復号化部２８に出力する。音声復号化部２８は、復調後の信号に復号処理を行ってディジタル復号音声信号を得て、そのディジタル復号音声信号をＤ／Ａ変換器２９へ出力する。Ｄ／Ａ変換器２９は、音声復号化部２８から出力されたディジタル復号音声信号をアナログ復号音声信号に変換してスピーカなどの音声出力装置３０に出力する。最後に音声出力装置３０が電気的アナログ復号音声信号を復号音声に変換して出力する。
【００２２】
ここで、音声符号化部２３及び音声復号化部２８は、ＲＡＭ３２及びＲＯＭ３３に格納された符号帳を用いてＤＳＰなどのプロセッサ３１により動作する。また、これらの動作プログラムは、ＲＯＭ３３に格納されている。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態１〜３に係るＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図である。この音声符号化装置は、図２に示す音声符号化部２３に含まれている。なお、図３に示す適応符号帳４３は図２に示すＲＡＭ３２に格納されており、図３に示す確率的符号帳４４は図２に示すＲＯＭ３３に格納されている。
【００２４】
図３に示す音声符号化装置（以下、符号器とも呼ぶ）において、ＬＰＣ分析部４２は、入力された音声データ４１に対して自己相関分析及びＬＰＣ分析を行うことによってＬＰＣ係数を得る。また、ＬＰＣ分析部４２は、得られたＬＰＣ係数の符号化を行うことによりＬＰＣ符号を得る。さらに、ＬＰＣ分析部４２は、得られたＬＰＣ符号を復号化して復号化されたＬＰＣ係数を得る。この符号化の際には、ＬＳＰ(Line Spectrum Pair)等、補間性の良いパラメータに変換してＶＱ(Vector Quantization)により符号化するのが一般的である。
【００２５】
次に、音源作成部４５は、適応符号帳４３と確率的符号帳４４に格納された音源サンプル（それぞれ適応コードベクトル（又は適応音源）と確率的コードベクトル（又は確率的音源）と呼ぶ）を取り出し、それぞれをＬＰＣ合成部４６へ送る。ここで、適応符号帳とは、過去に合成した音源信号が格納されている符号帳であり、インデックスとなるのは、どれだけ前の時間の合成音源を使用するか（タイムラグ）である。
【００２６】
ＬＰＣ合成部４６は、音源作成部４５で得られた２つの音源に対して、ＬＰＣ分析部４２で得られた復号化されたＬＰＣ係数によってフィルタリングを行い、２つの合成音を得る。
【００２７】
比較部４７は、ＬＰＣ合成部４６で得られた２つの合成音と入力音声との関係を分析し、２つの合成音の最適値（最適ゲイン）を求め、その最適ゲインによってパワー調整したそれぞれの合成音を加算して総合合成音を得て、その総合合成音と入力音声との間の距離計算を行う。また、比較部４７は、さらに、適応符号帳４３と確率的符号帳４４の全ての音源サンプルに対して、音源作成部４５、ＬＰＣ合成部４６を機能させることによって得られる多くの合成音と入力音声との間の距離計算を行い、その結果得られる距離の中で最も小さいときの音源サンプルのインデックスを求める。そして、比較部４７は、得られた最適ゲイン、各符号帳の音源サンプルのインデックス、並びにそのインデックスに対応する２つの音源サンプルをパラメータ符号化部４８へ送る。
【００２８】
パラメータ符号化部４８は、最適ゲインの符号化を行うことによってゲイン符号を得て、ＬＰＣ符号、音源サンプルのインデックスをまとめて伝送路４９へ送る。また、パラメータ符号化部４８は、ゲイン符号とインデックスに対応する２つの音源から実際の音源信号（合成音源）を作成し、それを適応符号帳４３に格納すると同時に古い音源サンプルを破棄する。
【００２９】
なお、ＬＰＣ合成部４６における合成は、線形予測係数、高域強調フィルタ、又は長期予測係数（入力音声の長期予測分析を行うことによって得られる）を用いた聴感重み付けフィルタを併用するのが一般的である。また、適応符号帳と確率的符号帳に対する音源探索は、分析区間をさらに細かく分けた区間（サブフレームと呼ばれる）で行われるのが一般的である。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１〜３に係るＣＥＬＰ方式の音声復号化装置の構成を示すブロック図である。この音声復号化装置は、図２に示す音声復号化部２８に含まれている。なお、図４に示す適応符号帳５３は図２に示すＲＡＭ３２に格納されており、図４に示す確率的符号帳５４は図２に示すＲＯＭ３３に格納されている。
【００３１】
図３に示す音声符号化装置（以下、復号器とも呼ぶ）において、パラメータ復号化部５２は、伝送路５１から符号化された音声信号を得ると共に、各音源符号帳（適応符号帳５３、確率的符号帳５４）の音源サンプルの符号、ＬＰＣ符号、及びゲイン符号を得る。そして、ＬＰＣ符号から復号化されたＬＰＣ係数を得て、ゲイン符号から復号化されたゲインを得る。
【００３２】
そして、音源作成部５５は、それぞれの音源サンプルに復号化されたゲインを乗じて加算することによって復号化された音源信号を得る。この際、得られた復号化された音源信号を、音源サンプルとして適応符号帳５３へ格納し、同時に古い音源サンプルを破棄する。そして、ＬＰＣ合成部５６では、復号化された音源信号に復号化されたＬＰＣ係数によるフィルタリングを行うことによって、合成音を得る。
【００３３】
また、２つの音源符号帳は、図３に示す音声符号化装置に含まれるもの（図３の参照符号４３，４４）と同様のものであり、音源サンプルを取り出すためのサンプル番号（適応符号帳への符号と確率的符号帳への符号）は、いずれもパラメータ復号化部５２から供給される（後述する図５における破線（比較部４７からの制御）に相当する）。
【００３４】
次に、上記構成を有する音声符号化装置及び音声復号化装置における、音源サンプルを格納する確率的符号帳４４，５４の機能について、図５を用いて詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置／音声復号化装置の確率的符号帳を示すブロック図である。
【００３５】
確率的符号帳は、第１符号帳６１及び第２符号帳６２を有しており、第１及び第２符号帳６１，６２は、それぞれ２つのサブ符号帳６１ａ，６１ｂ、サブ符号帳６２ａ，６２ｂを有している。確率的符号帳は、また、サブ符号帳６１ａ，６２ａのパルス位置によりサブ符号帳６１ｂ，６２ｂの出力のゲインを算出する加算ゲイン算出部６３を有する。
【００３６】
サブ符号帳６１ａ，６２ａは、音声が有声音の場合（パルス位置が比較的近い場合）に主に使用する符号帳であり、１本のパルスからなるサブ音源ベクトルを複数格納することにより作成されている。また、サブ符号帳６１ｂ，６２ｂは、音声が無声音や背景ノイズの場合（パルス位置が比較的遠い場合）に主に使用する符号帳であり、パワーが分散した複数パルス列からなるサブ音源ベクトルを複数格納することにより作成されている。音源サンプルは、このように作成された確率的符号帳内で生成される。なお、パルス位置の遠近については後述する。
【００３７】
また、サブ符号帳６１ａ，６２ａは、代数的にパルスを配置するという方法で作成され、サブ符号帳６１ｂ，６２ｂは、ベクトルの長さ（サブフレーム長）を幾つかの部分区間に分け、それぞれの部分区間毎に必ず１本のパルスが存在する（パルスが全体にわたって拡散する）ように構成する方法により作成される。
【００３８】
これらの符号帳は予め作成しておく。本実施の形態においては、図５に示すように、符号帳数は２に設定し、それぞれの符号帳は２つのサブ符号帳を有する。
【００３９】
第１符号帳６１のサブ符号帳６１ａに格納されているサブ音源ベクトルは、図６（ａ）に示すようになっている。また、第１符号帳６１のサブ符号帳６１ｂに格納されているサブ音源ベクトルは、図６（ｂ）に示すようになっている。同様に、第２符号帳６２のサブ符号帳６２ａ，６２ｂは、それぞれ図６（ａ），図６（ｂ）に示すようなサブ音源ベクトルを格納している。
【００４０】
なお、サブ符号帳６１ｂ，６２ｂのサブ音源ベクトルのパルス位置と極性は、乱数を用いて作成する。このように構成することにより、ばらつきはあるが、ベクトルの長さ全体に渡って均一にパワーが分散したサブ音源ベクトルを作成することができる。図６（ｂ）では、部分区間数４の場合を例として示している。また、２つのサブ符号帳において、それぞれ同一インデックス（番号）のサブ音源ベクトルが同時に使用される。
【００４１】
次に、上記構成を有する確率的符号帳を用いた音声符号化について説明する。
まず、加算ゲイン算出部６３が、音声符号化装置の比較部４７からの符号にしたがって音源ベクトル番号（インデックス）を算出する。この比較部４７から送られる符号は、音源ベクトル番号に対応しており、この符号により音源ベクトル番号が判別できるようになっている。加算ゲイン算出部６３は、判別された音源ベクトル番号に対応する少数パルスのサブ音源ベクトルをサブ符号帳６１ａ，６２ａから取り出す。そして、加算ゲイン算出部６３は、取り出されたサブ音源ベクトルのパルス位置から加算ゲインを算出する。この加算ゲインの計算は、下記の式１により行う。
【００４２】
ｇ＝┃Ｐ１−Ｐ２┃／Ｌ                        …式１  ここで、ｇは加算ゲインを示し、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ符号帳６１ａ，６２ａ
0003955179.tif 000002
は絶対値を表す。
【００４３】
上記式１によれば、加算ゲインは、パルス位置が近い（パルス間の距離が短い）程小さい値に、遠い程大きい値となり、下限は０、上限は１となる。したがって、パルス位置が近い程、サブ符号帳６１ｂ，６２ｂのゲインが相対的に小さくなる。この結果、有声音に対応するサブ符号帳６１ａ，６２ａの影響が大きくなる。一方、パルス位置が遠い程（パルス間の距離が長い）、サブ符号帳６１ｂ，６２ｂのゲインが相対的に大きくなる。この結果、無声音や背景ノイズに対応するサブ符号帳６１ｂ，６２ｂの影響が大きくなる。このようなゲイン制御を行うことにより、聴感的に良い音を得ることができる。
【００４４】
次いで、加算ゲイン算出部６３は、比較部４７から送られてきた音源ベクトルの番号を参照して、多数パルスのサブ符号帳６１ｂ，６２ｂから２つのサブ音源ベクトルを得る。このサブ符号帳６１ｂ，６２ｂから２つのサブ音源ベクトルは、それぞれ加算ゲイン乗算部６４，６５に送られ、そこで加算ゲイン算出部６３で得られた加算ゲインが乗算される。
【００４５】
さらに、音源ベクトル加算部６６は、比較部４７から送られてきた音源ベクトルの番号を参照して、少数パルスのサブ符号帳６１ａからサブ音源ベクトルを得て、上記加算ゲイン算出部６３で得られた加算ゲインを乗じたサブ符号帳６１ｂからのサブ音源ベクトルとを加算して、音源ベクトルを得る。同様に、音源ベクトル加算部６７は、比較部４７から送られてきた音源ベクトルの番号を参照して、少数パルスのサブ符号帳６２ａからサブ音源ベクトルを得て、上記加算ゲイン算出部６３で得られた加算ゲインを乗じたサブ符号帳６２ｂからのサブ音源ベクトルとを加算して、音源ベクトルを得る。
【００４６】
サブ音源ベクトルを加算して得られた音源ベクトルは、それぞれ音源ベクトル加算部６８に送られて加算される。これにより、音源サンプル（確率的コードベクトル）が得られる。この音源サンプルは、音源作成部４５，パラメータ符号化部４８に送られる。
【００４７】
一方、復号化側では、予め符号器と同様の適応符号帳、確率的符号帳を用意しておき、伝送路から送られてきたそれぞれの符号帳のインデックス、ＬＰＣ符号、及びゲイン符号に基づいて、それぞれの音源サンプルにゲインを乗じて加算した後、復号化ＬＰＣ係数を用いてフィルタリングを行うことによって音声を復号化する。
【００４８】
上記のアルゴリズムにより、選択される音源サンプルの例を図７（ａ）〜図７（ｆ）を用いて説明する。ここでは、第１符号帳６１のインデックスがｊ、第２符号帳６２のインデックスがｍ又はｎとする。
【００４９】
図７（ａ），図７（ｂ）から分かるように、インデックスがｊ＋ｍの場合は、サブ符号帳６１ａ，６２ａのサブ音源ベクトルのパルスの位置は比較的近いので、上記式１から加算ゲインの値は小さく算出される。したがって、サブ符号帳６１ｂ，６２ｂの加算ゲインが小さくなる。このため、音源ベクトル加算部６８では、図７（ｃ）に示すように、図７（ａ），図７（ｂ）に示すサブ符号帳６１ａ，６２ａの特徴を反映した少数パルスより構成される音源サンプルが得られる。この音源サンプルは、有声音に有効な音源サンプルである。
【００５０】
また、図７（ａ），図７（ｂ）から分かるように、インデックスｊ＋ｎの場合は、サブ符号帳６１ａ，６２ａのサブ音源ベクトルのパルスの位置は比較的遠いので、上記式１から加算ゲインの値は大きく算出される。したがって、サブ符号帳６１ｂ，６２ｂの加算ゲインが大きくなる。このため、音源ベクトル加算部６８では、図７（ｆ）に示すように、図７（ｄ），図７（e）に示すサブ符号帳６１ｂ，６２ｂの特徴を反映した、エネルギーの拡散したランダム性の強い音源サンプルが得られる。この音源サンプルは、無声音／背景ノイズに有効な音源サンプルである。
【００５１】
本実施の形態では、２つの符号帳（２チャンネル）を用いた場合について説明しているが、本発明は３つ以上の符号帳（３チャンネル以上）を用いた場合も同様に適用することができる。この場合、加算ゲイン算出部６３における算出式、式１の分子に、２つのパルスの間隔の中で最小のものや、全パルス間の間隔の平均などを用いる。例えば、符号帳が３つであり、上記式１の分子にパルス間の間隔の最小値を用いた場合では、算出式は下記式２のようになる。
【００５２】
0003955179.tif 000003
ここで、ｇは加算ゲインを示し、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ符号帳のパルス
0003955179.tif 000004
を表す。
【００５３】
以上のように本実施の形態によれば、複数の符号帳が、特徴の異なるサブ音源ベクトルをそれぞれ格納する２つのサブ符号帳を有しており、それぞれのサブ音源ベクトルを加算して音源ベクトルを得るので、多様な特徴を持つ入力信号に対応することが可能となる。
【００５４】
また、サブ音源ベクトルに乗じるゲインをサブ音源ベクトルの特徴に応じて変えているので、ゲイン調整によって２つのサブ符号帳に格納される音源ベクトルのどちらの特徴も音声に反映させることが可能となり、多様な特徴を持つ入力信号に対してその特徴に最適で効率的な符号化／復号化を行うことができる。
【００５５】
具体的には、２つのサブ符号帳の一方には少数パルスからなるサブ音源ベクトルを複数格納し、他方のサブ符号帳には多数パルスからなるサブ音源ベクトルを複数格納することにより、有声音は少数パルスの特徴を持つ音源サンプルで良好な音質を実現でき、多様な特徴を持つ入力信号に対してその特徴に最適な音源作成を行うことができる。
【００５６】
さらに、加算ゲイン算出部が少数パルスからなるサブ音源ベクトルのパルス位置の距離からゲインを算出することにより、有声音では距離の近い少数のパルスにより音質の良好な合成音が実現でき、無声音／背景ノイズではパワーがより分散した多数のパルスにより聴感的に良好な合成音を実現することができる。
【００５７】
上記加算ゲイン算出において、加算ゲインとして予め設定しておいた固定値を用いることにより、処理を簡易にすることができる。この場合、加算ゲイン算出部６３は不要となる。この場合でも、固定値の設定を適宜変えることにより、その時のニーズにあった合成音を得ることができる。例えば、加算ゲインを小さく設定することにより、パルッシブな音声（男声のような低い声等）に対して良好な符号化を実現することができ、加算ゲインを大きく設定することにより、ランダム性のある音声（背景ノイズなど）に対して良好な符号化を実現することができる。
【００５８】
また、上記のように、加算ゲインをパルス位置から算出する方法、加算ゲインに対して固定係数を設ける方法以外にも、入力信号のパワーの大きさ、復号化ＬＰＣ係数、又は適応符号帳から加算ゲインを適応的に算出する方法も使用することが可能である。例えば、上記パラメータから有声性（母音、定常波など）、無声性（背景雑音、無声子音など）を判別するような関数を予め用意し、有声性の時は小さいゲインに設定し、無声性の時は大きいゲインに設定すれば、音声の局所的特徴に適応した良好な符号化を実現することができる。
【００５９】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、加算ゲイン算出部が、ＬＰＣ分析部４２から復号化ＬＰＣ係数を得て、このＬＰＣ係数を用いて有声／無声判定を行う場合について説明する。
【００６０】
図８は、本発明の実施の形態２に係る音声符号化装置／音声復号化装置の確率的符号帳を示すブロック図である。なお、この確率符号帳を備えた音声符号化装置及び音声復号化装置の構成は実施の形態１（図３，図４）と同様である。
【００６１】
この確率的符号帳は、第１符号帳７１及び第２符号帳７２を有しており、第１及び第２符号帳７１，７２は、それぞれ２つのサブ符号帳７１ａ，７１ｂ、サブ符号帳７２ａ，７２ｂを有している。確率的符号帳は、また、サブ符号帳７１ａ，７２ａのパルス位置によりサブ符号帳７１ｂ，７２ｂの出力のゲインを算出する加算ゲイン算出部７３を有する。
【００６２】
サブ符号帳７１ａ，７２ａは、音声が有声音の場合（パルス位置が比較的近い場合）に主に使用する符号帳であり、１本のパルスからなるサブ音源ベクトルを複数格納することにより作成されている。また、サブ符号帳７１ｂ，７２ｂは、音声が無声音や背景ノイズの場合（パルス位置が比較的遠い場合）に主に使用する符号帳であり、パワーが分散した複数パルス列からなるサブ音源ベクトルを複数格納することにより作成されている。音源サンプルは、このように作成された確率的符号帳内で生成される。
【００６３】
また、サブ符号帳７１ａ，７２ａは、代数的にパルスを配置するという方法で作成され、サブ符号帳７１ｂ，７２ｂは、ベクトルの長さ（サブフレーム長）を幾つかの部分区間に分け、それぞれの部分区間毎に必ず１本のパルスが存在する（パルスが全体にわたって拡散する）ように構成する方法により作成される。
【００６４】
これらの符号帳は予め作成しておく。本実施の形態においては、図８に示すように、符号帳数は２に設定し、それぞれの符号帳は２つのサブ符号帳を有する。これらの符号帳数やサブ符号帳数は限定されない。
【００６５】
第１符号帳７１のサブ符号帳７１ａに格納されているサブ音源ベクトルは、図６（ａ）に示すようになっている。また、第１符号帳７１のサブ符号帳７１ｂに格納されているサブ音源ベクトルは、図６（ｂ）に示すようになっている。同様に、第２符号帳７２のサブ符号帳７２ａ，７２ｂは、それぞれ図６（ａ），図６（ｂ）に示すようなサブ音源ベクトルを格納している。
【００６６】
なお、サブ符号帳７１ｂ，７２ｂのサブ音源ベクトルのパルス位置と極性は、乱数を用いて作成する。このように構成することにより、ばらつきはあるが、ベクトルの長さ全体に渡って均一にパワーが分散したサブ音源ベクトルを作成することができる。図６（ｂ）では、部分区間数４の場合を例として示している。また、２つのサブ符号帳において、それぞれ同一インデックス（番号）のサブ音源ベクトルが同時に使用される。
【００６７】
次に、上記構成を有する確率的符号帳を用いた音声符号化について説明する。まず、加算ゲイン算出部７３が、ＬＰＣ分析部４２から復号化されたＬＰＣ係数を得て、このＬＰＣ係数を用いて有声／無声の判定を行う。具体的には、加算ゲイン算出部７３において、ＬＰＣ係数をインパルス応答やＬＰＣケプストラムに変換したものを、多くの音声データについて、モード毎、例えば有声音、無声音、背景ノイズ毎に対応つけて予め収集し、それらのデータを統計処理して、その結果に基づいて有声／無声／背景ノイズを判定するルールを作成する。このルールの例としては、線形判別関数やベイズ判定などを用いることが一般的である。そして、このルールにしたがって得られた判定結果に基づき、下記式３の規則で重み係数Ｒを求める。
【００６８】
Ｒ＝Ｌ              ：有声音と判定された場合
Ｒ＝Ｌ×０．５      ：無声音、背景ノイズと判定された場合
…式３
ここで、Ｒは重み係数を示し、Ｌはベクトル長（サブフレーム長）を示す。
【００６９】
次いで、加算ゲイン算出部７３が、音声符号化装置の比較部４７から音源ベクトルの番号（インデックス）の指示を受け、その指示にしたがって少数パルスのサブ符号帳７１ａ，７２ａから指定の番号のサブ音源ベクトルを取り出す。そして、加算ゲイン算出部７３は、取り出されたサブ音源ベクトルのパルス位置から加算ゲインを算出する。この加算ゲインの計算は、下記の式４により行う。
【００７０】
ｇ＝┃Ｐ１−Ｐ２┃／Ｒ                        …式４  ここで、ｇは加算ゲインを示し、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ符号帳７１ａ，７２ａのパルス位置を示し、Ｒは重み係数を示す。また、┃  ┃は絶対値を表す。
【００７１】
上記式３，式４によれば、加算ゲインは、パルス位置が近い程小さい値に、遠い程大きい値となり、下限は０、上限はＬ／Ｒとなる。したがって、パルス位置が近い程、サブ符号帳７１ｂ，７２ｂのゲインが相対的に小さくなる。この結果、有声音に対応するサブ符号帳７１ａ，７２ａの影響が大きくなる。一方、パルス位置が遠い程、サブ符号帳７１ｂ，７２ｂのゲインが相対的に大きくなる。この結果、無声音や背景ノイズに対応するサブ符号帳７１ｂ，７２ｂの影響が大きくなる。このようなゲイン計算を行うことにより、聴感的に良い音を得ることができる。
【００７２】
さらに、音源ベクトル加算部７６は、比較部４７から送られてきた音源ベクトルの番号を参照して、少数パルスのサブ符号帳７１ａからサブ音源ベクトルを得て、上記加算ゲイン算出部７３で得られた加算ゲインを乗じたサブ符号帳７１ｂからのサブ音源ベクトルとを加算して、音源ベクトルを得る。同様に、音源ベクトル加算部７７は、比較部４７から送られてきた音源ベクトルの番号を参照して、少数パルスのサブ符号帳７２ａからサブ音源ベクトルを得て、上記加算ゲイン算出部７３で得られた加算ゲインを乗じたサブ符号帳７２ｂからのサブ音源ベクトルとを加算して、音源ベクトルを得る。
【００７３】
サブ音源ベクトルを加算して得られた音源ベクトルは、それぞれ音源ベクトル加算部７８に送られて加算される。これにより、音源サンプル（確率的コードベクトル）が得られる。この音源サンプルは、音源作成部４５，パラメータ符号化部４８に送られる。
【００７４】
一方、復号化側では、予め符号器と同様の適応符号帳、確率的符号帳を用意しておき、伝送路から送られてきたそれぞれの符号帳のインデックス、ＬＰＣ符号、及びゲイン符号に基づいて、それぞれの音源サンプルにゲインを乗じて加算した後、復号化ＬＰＣ係数を用いてフィルタリングを行うことによって音声を復号化する。
【００７５】
このとき、本実施の形態においては、実施の形態１と異なり、確率符号帳に、復号化されたＬＰＣ係数を送る必要がある。このとき、パラメータ復号化部５２は、得られたＬＰＣ係数を確率的符号帳へのサンプル番号と共に確率的符号帳に送る（図４におけるパラメータ復号化部５２から確率的符号帳５４への信号線中に、図８の「ＬＰＣ分析部４２から」の信号線と「比較部４７からの制御」の制御線の両方が含まれることに対応する）。
【００７６】
上記のアルゴリズムにより選択される音源サンプルについては、実施の形態１と同様であり、図７（ａ）〜図７（ｆ）に示す通りである。
【００７７】
以上のように本実施の形態によれば、加算ゲイン算出部７３で、復号化されたＬＰＣ係数を用いた有声／無声判定を行い、式３により重み係数Ｒを用いて加算ゲインを算出することによって、加算ゲインは有声音時に小さく無声音や背景ノイズ時に大きくする。これにより、得られる音源サンプルは、有声音ではより少数パルスに、無声音や背景ノイズではより雑音性のある多数パルスになる。したがって、上記パルス位置による適応の効果をさらに向上させることができ、より良好な音質の合成音を実現することができる。
【００７８】
また、本実施の形態の音声符号化は、伝送誤りに対しても効果がある。従来の有声／無声判定を取入れた符号化においては、一般にＬＰＣ係数によって確率的符号帳そのものを切り換える。そのために、伝送誤りにより判定を誤ると、全く違う音源サンプルで復号化が行われてしまうことがあり、伝送誤り耐性が低い。
【００７９】
それに対して、本実施の形態における音声符号化では、復号化時の有声／無声判定の際にＬＰＣ符号が誤っていても、加算ゲインの値が多少変化するのみであり、伝送誤りによる劣化が少ない。したがって、本実施の形態によれば、ＬＰＣ係数による適応を行いながら、ＬＰＣ符号の伝送誤りに大きく左右されずに良好な音質の合成音を得ることができる。
【００８０】
本実施の形態では、２つの符号帳（２チャンネル）を用いた場合について説明しているが、本発明は３つ以上の符号帳（３チャンネル以上）を用いた場合も同様に適用することができる。この場合、加算ゲイン算出部６３における算出式、式４の分子に、２つのパルスの間隔の中で最小のものや、全パルス間の間隔の平均などを用いる。
【００８１】
上記実施の形態１，２においては、サブ符号帳６１ｂ，６２ｂ，７１ｂ，７２ｂの出力のゲインを調整する場合について説明しているが、パルス位置が近いときに少数パルスの音源ベクトルの影響が大きくなり、パルス位置が遠いときに多数パルスの音源ベクトルの影響が大きくなるようにサブ符号帳の出力のゲインを調整する条件下で、サブ符号帳６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａの出力を調整しても良く、両サブ符号帳の出力を調整しても良い。
【００８２】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、パルス間の間隔の遠近によりサブ符号帳から取得する音源ベクトルを切り換える場合について説明する。
【００８３】
図９は、本発明の実施の形態３に係る音声符号化装置／音声復号化装置の確率的符号帳を示すブロック図である。なお、この確率符号帳を備えた音声符号化装置及び音声復号化装置の構成は実施の形態１（図３，図４）と同様である。
【００８４】
この確率的符号帳は、第１符号帳９１及び第２符号帳９２を有しており、第１及び第２符号帳９１，９２は、それぞれ２つのサブ符号帳９１ａ，９１ｂ、サブ符号帳９２ａ，９２ｂを有している。確率的符号帳は、また、サブ符号帳９１ａ，９２ａのパルス位置によりサブ符号帳９１ｂ，９２ｂの出力の切り換えを行う音源切り換え指示部９３を有する。
【００８５】
サブ符号帳９１ａ，９２ａは、音声が有声音の場合（パルス位置が比較的近い場合）に主に使用する符号帳であり、１本のパルスからなるサブ音源ベクトルを複数格納することにより作成されている。また、サブ符号帳９１ｂ，９２ｂは、音声が無声音や背景ノイズの場合（パルス位置が比較的遠い場合）に主に使用する符号帳であり、パワーが分散した複数パルス列からなるサブ音源ベクトルを複数格納することにより作成されている。音源サンプルは、このように作成された確率的符号帳内で生成される。
【００８６】
また、サブ符号帳９１ａ，９２ａは、代数的にパルスを配置するという方法で作成され、サブ符号帳９１ｂ，９２ｂは、ベクトルの長さ（サブフレーム長）を幾つかの部分区間に分け、それぞれの部分区間毎に必ず１本のパルスが存在する（パルスが全体にわたって拡散する）ように構成する方法により作成される。なお、このとき、符号帳によってパルス位置が重ならないように配置することにより、より効率の良い符号化が可能になる。
【００８７】
これらの符号帳は予め作成しておく。本実施の形態においては、図９に示すように、符号帳数は２に設定し、それぞれの符号帳は２つのサブ符号帳を有する。これらの符号帳数やサブ符号帳数は限定されない。
【００８８】
第１符号帳９１のサブ符号帳９１ａに格納されているサブ音源ベクトルは、図１０（ａ）に示すようになっている。また、第１符号帳９１のサブ符号帳９１ｂに格納されているサブ音源ベクトルは、図１０（ｂ）に示すようになっている。同様に、第２符号帳９２のサブ符号帳９２ａ，９２ｂは、それぞれ図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すようなサブ音源ベクトルを格納している。
【００８９】
なお、サブ符号帳９１ｂ，９２ｂのサブ音源ベクトルのパルス位置と極性は、乱数を用いて作成する。このように構成することにより、ばらつきはあるが、ベクトルの長さ全体に渡って均一にパワーが分散したサブ音源ベクトルを作成することができる。図１０（ｂ）では、部分区間数４の場合を例として示している。また、２つのサブ符号帳において、それぞれ同一インデックス（番号）のサブ音源ベクトルは同時に使用されることはない。
【００９０】
次に、上記構成を有する確率的符号帳を用いた音声符号化について説明する。まず、音源切り換え指示部９３が、音声符号化装置の比較部４７からの符号にしたがって音源ベクトル番号（インデックス）を算出する。この比較部４７から送られる符号は、音源ベクトル番号に対応しており、この符号により音源ベクトル番号が判別できるようになっている。音源切り換え指示部９３は、判別された音源ベクトル番号の少数パルスのサブ音源ベクトルをサブ符号帳９１ａ，９２ａから取り出す。そして、音源切り換え指示部９３は、取り出されたサブ音源ベクトルのパルス位置から以下のような判定を行う。
【００９１】
┃Ｐ１−Ｐ２┃＜Ｑ    ：サブ符号帳９１ａ，９２ａを用いる      ┃Ｐ１−Ｐ２┃≧Ｑ    ：サブ符号帳９１ｂ，９２ｂを用いる  ここで、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ符号帳６１ａ，６２ａのパルス位置を示し、Ｑは定数を示し┃  ┃は絶対値を示す。
【００９２】
上記判定においては、パルス位置が近いほど少数パルスの音源ベクトルを選択し、パルス位置が遠いほど多数パルスの音源ベクトルを選択する。このような判定・選択を行うことにより、聴感的に良い音を得ることができる。この定数Ｑは予め設定しておく。この値を変えることにより、少数パルスの音源と多数パルスの音源の割合を変えることができる。
【００９３】
次に、音源切り換え指示部９３は、切り換え情報（切換信号）と音源の符号（サンプル番号）にしたがって、符号帳９１，９２のサブ符号帳９１ａ，９２ａ又は９１ｂ，９２ｂから音源ベクトルを取り出す。切り換えは、第１及び第２の切り換え器９４，９５で行う。
【００９４】
得られた音源ベクトルは、それぞれ音源ベクトル加算部９６に送られて加算される。これにより、音源サンプル（確率的コードベクトル）が得られる。この音源サンプルは、音源作成部４５，パラメータ符号化部４８に送られる。なお、復号化側では音源作成部５５に送られる。
【００９５】
上記のアルゴリズムにより、選択される音源サンプルの例を図１１（ａ）〜図１１（ｆ）を用いて説明する。ここでは、第１符号帳９１のインデックスがｊ、第２符号帳９２のインデックスがｍ又はｎとする。
【００９６】
図１１（ａ），図１１（ｂ）から分かるように、インデックスがｊ＋ｍ場合は、サブ符号帳９１ａ，９２ａのサブ音源ベクトルのパルスの位置は比較的近いので、上記判定から、音源切り換え指示部９３では、少数パルスのサブ音源ベクトルが選択される。そして、音源ベクトル加算部９６で、図１１（ａ），図１１（ｂ）に示すサブ符号帳からそれぞれ選択された２つのサブ音源ベクトルが加算されて、図１１（ｃ）に示すように、パルス性の強い音源サンプルが得られる。この音源サンプルは、有声音に有効な音源サンプルである。
【００９７】
また、図１１（ａ），図１１（ｂ）から分かるように、インデックスがｊ＋ｎの場合は、サブ符号帳９１ａ，９２ａのサブ音源ベクトルのパルスの位置は比較的遠いので、上記判定から、音源切り換え指示部９３では、多数パルスのサブ音源ベクトルが選択される。そして、音源ベクトル加算部９６で、図１１（ｄ），図１１（ｅ）に示すサブ符号帳からそれぞれ選択された２つのサブ音源ベクトルが加算されて、図１１（ｆ）に示すように、エネルギーの分散したランダム性の強い音源サンプルが得られる。この音源サンプルは、無声音／背景ノイズに有効な音源サンプルである。
【００９８】
このように本実施の形態によれば、複数の符号帳がそれぞれ有する２つのサブ符号帳内の音源ベクトルを切り換えて取得することにより、それぞれのサブ符号帳のどちらか一方から得た音源ベクトルで音源サンプルを作成する。これにより、より少ない計算量で多様な性質を持つ入力信号に対応することが可能となる。
【００９９】
２つのサブ符号帳の一方には少数パルスの音源ベクトルを複数格納し、他方にはパワーの分散した多数パルスの音源ベクトルを複数格納するので、有声音には少数パルスの音源サンプルを用い、無声音／背景ノイズには多数パルスの音源サンプルを用いて、良好な音質な合成音を得ることができ、多様な性質を持つ入力信号に対して良好な性能を得ることが可能となる。
【０１００】
さらに、音源切り換え指示部が少数パルスからなるサブ音源ベクトルのパルス位置の距離に応じてサブ符号帳から取得する音源ベクトルを切り換えることにより、有声音では距離の近い少数のパルスにより音質の良好な合成音が実現でき、無声音／背景ノイズではパワーがより分散した多数のパルスにより聴感的に良好な合成音を実現することができる。また、符号帳から取得する音源ベクトルを切り換えて取得するので、例えば、確率的符号帳内でゲインを算出してゲインとベクトルとの乗算を行うことが不要となる。したがって、本実施の形態に係る音声符号化方法では、ゲイン算出する場合に比べて演算量が非常に少なくなる。
【０１０１】
すなわち、少数パルスからなるサブ音源ベクトルのパルス位置の相対的距離に基づいて上記切り換えを行うので、有声音では距離の近い少数パルスの音源サンプルにより良好な合成音が実現でき、無声音／背景ノイズではパワーがより分散した多数パルスの音源サンプルにより聴感的に良好な合成音を実現することができる。
【０１０２】
本実施の形態では、２つの符号帳（２チャンネル）を用いた場合について説明しているが、本発明は３つ以上の符号帳（３チャンネル以上）を用いた場合も同様に適用することができる。この場合、音源切り換え指示部９３における判定の基準として、２つのパルスの間隔の中で最小のものや、全パルス間の間隔の平均などを用いる。例えば、符号帳が３つであり、パルス間の間隔の最小値を用いた場合の判定基準は以下のようになる。
【０１０３】
ｍｉｎ（┃Ｐ１−Ｐ２┃，┃Ｐ２−Ｐ３┃，┃Ｐ３−Ｐ１┃）＜Ｑ                      ：サブ符号帳９１ａ，９２ａを用いる
ｍｉｎ（┃Ｐ１−Ｐ２┃，┃Ｐ２−Ｐ３┃，┃Ｐ３−Ｐ１┃）≧Ｑ                      ：サブ符号帳９１ｂ，９２ｂを用いる
ここで、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ符号帳のパルス位置を示し、Ｑは定数を示し、┃  ┃は絶対値を示し、ｍｉｎは最小値を示す。
【０１０４】
本実施の形態に係る音声符号化／復号化においては、実施の形態２と同様にして、有声／無声判定アルゴリズムを組合わせることが可能である。すなわち、符号化側で、音源切り換え指示部が、ＬＰＣ分析部から復号化ＬＰＣ係数を得て、このＬＰＣ係数を用いて有声／無声判定を行い、復号化側で、確率符号帳に、復号化されたＬＰＣ係数を送る。これにより、上記パルス位置による適応の効果をさらに向上させることができ、より良好な音質の合成音を実現することができる。
【０１０５】
この構成は、符号化側と復号化側に有声／無声判別部を別に設け、その判別結果に応じて音源切り換え指示部の判定のしきい値Ｑを可変とすることにより実現できる。この場合、有声の場合にＱを大きくし、無声の場合にＱを小さく設定することにより、少数パルス音源の数と多数パルス音源の数の割合を音声の局所的特徴に対応して変えることができる。
【０１０６】
また、この有声／無声判定をバックワード（符号として伝送せず、復号化された他のパラメータを使って行うこと）で行うと、伝送誤りによって誤判定を起こす可能性がある。本実施の形態における符号化／復号化によれば、有声／無声判定は、しきい値Ｑを変えることのみで行われるので、誤判定は有声の場合のしきい値Ｑと無声の場合のしきい値Ｑの差だけに影響する。したがって、誤判定の影響は非常に少なくなる。
【０１０７】
また、入力信号のパワーの大きさ、復号化ＬＰＣ係数、又は適応符号帳からＱを適応的に算出する方法も使用することが可能である。例えば、上記パラメータから有声性（母音、定常波など）、無声性（背景雑音、無声子音など）を判別するような関数を予め用意し、有声性の時はＱを大きく設定し、無声性の時はＱを小さく設定すれば、有声性部分では少数パルスからなる音源サンプルを、無声性部分では多数パルスからなる音源サンプルを使用でき、音声の局所的特徴に適応した良好な符号化性能を得ることができる。
【０１０８】
なお、上記実施の形態１〜３に係る音声符号化／復号化は、音声符号化装置／音声復号化装置として説明しているが、これらの音声符号化／復号化をソフトウェアとして構成しても良い。例えば、上記音声符号化／復号化のプログラムをＲＯＭに格納し、そのプログラムにしたがってＣＰＵの指示により動作させるように構成しても良い。また、図１２に示すように、プログラム１０１ａ，適応符号帳１０１ｂ，及び確率的符号帳１０１ｃをコンピュータで読み取り可能な記憶媒体１０１に格納し、この記憶媒体１０１のプログラム１０１ａ，適応符号帳１０１ｂ，及び確率的符号帳１０１ｃをコンピュータのＲＡＭに記録して、プログラムにしたがって動作させるようにしても良い。このような場合においても、上記実施の形態１〜３と同様の作用、効果を呈する。
【０１０９】
上記実施の形態１〜３では、少数パルスの音源ベクトルとしてパルス数が１本の場合について説明しているが、少数パルスの音源ベクトルのパルス数が２本以上である音源ベクトルを用いることも可能である。その場合は、パルス位置の遠近判定に、複数のパルスの中で最も近いパルスの間隔を用いればよい。
【０１１０】
上記実施の形態１〜３では、本発明をＣＥＬＰ方式の音声符号化装置／音声復号化装置へ適応した例について説明しているが、本発明の特徴は確率的符号帳内にあることから、「符号帳」を使用する音声符号化／復号化の全てに応用できる。例えば、本発明は、ＧＳＭの標準フルレートコーデックである「ＲＰＥ−ＬＴＰ」や、ＩＴＵ−Ｔの国際標準コーデック「Ｇ．７２３．１」である「ＭＰ−ＭＬＱ」などに適用することができる。
【０１１１】
本明細書は、１９９８年６月９日出願の特願平１０−１６０１１９号及び１９９８年９月１１日出願の特願平１０−２５８２７１号に基づくものである。それらの内容はここに含めておく。
【０１１２】
（産業上の利用可能性）
本発明の音声符号化装置及び音声復号化装置は、低ビットレートにおける音声符号化アルゴリズムを用いる携帯電話やディジタル通信などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】  本発明の音声符号化装置及び音声復号化装置を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図
【図３】  本発明の実施の形態１〜３に係るＣＥＬＰ方式の音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図４】  本発明の実施の形態１〜３に係るＣＥＬＰ方式の音声復号化装置の構成を示すブロック図
【図５】  本発明の実施の形態１に係る音声符号化装置／復号化装置における確率的符号帳を示すブロック図
【図６】  （ａ）及び（ｂ）は、確率的符号帳におけるサブ符号帳に格納されたサブ音源ベクトルの概念図
【図７】  （ａ）〜（ｆ）は、音源サンプルの生成方法を説明するための概念図
【図８】  本発明の実施の形態２に係る音声符号化装置／復号化装置における確率的符号帳を示すブロック図
【図９】  本発明の実施の形態３に係る音声符号化装置／復号化装置における確率的符号帳を示すブロック図
【図１０】  （ａ）及び（ｂ）は、確率的符号帳におけるサブ符号帳に格納された音源ベクトルの概念図
【図１１】  （ａ）〜（ｆ）は、音源サンプルの生成方法を説明するための概念図
【図１２】  本発明の音声符号化装置及び音声復号化装置のプログラムを格納した媒体の概略構成を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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