(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応符号帳成分及び雑音符号帳成分の振幅を符号化する符号化手段と、前記符号化手段の処理の前に、符号化対象の音声信号に減衰係数を乗じる減衰手段と、を具備し、
前記減衰手段は、符号化対象とするターゲットベクトルについての符号化歪みを算出する歪み算出器と、算出された符号化歪みが、所定の閾値未満の場合には減衰係数を１に設定し、前記閾値以上の場合には減衰係数を１以下に設定する減衰係数決定器と、設定された減衰係数を前記音声信号に乗算する乗算器と、を具備する、
ことを特徴とする音声符号化装置。
【請求項２】
前記減衰手段は、現在を含む過去有限時間長において算出された複数の係数の総和により前記減衰係数を定義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】
各々異なる強度で符号化歪みを平滑化する複数の平滑化フィルタと、前記歪み算出器の算出した符号化歪みの大きさに応じて当該符号化歪みを平滑化する平滑化フィルタを切り替える第１のスイッチとを備え、平滑化された符号化歪みを前記減衰係数決定器へ入力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４】
減衰係数がフレーム間で最大値から最小値の間で徐々に変化するように制御することを特徴とする請求項３記載の音声符号化装置。
【請求項５】
音声信号を電気的信号に変換する音声入力装置と、前記音声入力信号装置から出力される信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号を符号化する請求項１から請求項４のいずれかに記載の音声符号化装置と、前記音声符号化装置から出力される符号化情報に対して変調処理を行うＲＦ変調器と、前記ＲＦ変調器から出力された信号を電波（ＲＦ信号）として送信する送信アンテナと、を備える音声信号送信装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の音声符号化装置とＣＥＬＰ型音声復号化装置とからなり、前記ＣＥＬＰ型音声復号化装置は、スペクトル特性を表すパラメータの符号化情報を復号化する手段と、過去に生成した駆動音源ベクトルを格納した適応符号帳を用いて適応符号ベクトルを復号化する手段と、予め定められた数の定められた駆動音源ベクトルを格納する雑音符号帳を用いて雑音符号ベクトルを復号化する手段と、適応符号帳成分と雑音符号帳成分の振幅を復号化する手段と、復号化されたスペクトルパラメータと駆動音源信号によって復号音声信号を合成する手段とを具備する音声符号化復号化装置。
【請求項７】
受信電波を受信する受信アンテナと、前記アンテナで受信した信号の復調処理を行うＲＦ復調器と、前記ＲＦ復調器によって得られた情報の復号化処理を行う請求項６記載の音声符号化復号化装置と、前記音声符号化復号化装置によって復号されたディジタル音声信号のＤ／Ａ変換を行うＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ変換器によって出力される電気的信号を音声信号に変換する音声出力装置とを具備する音声信号受信装置。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の音声符号化装置を備えたことを特徴とする移動局装置。
【請求項９】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の音声符号化装置を備えたことを特徴とする基地局装置。
【請求項１０】
音声のスペクトル特性を表すパラメータを符号化し、過去に生成した駆動音源ベクトルを格納した適応符号帳を用いて駆動音源の周期性を符号化し、予め定められた数の定められた駆動音源ベクトルを格納する雑音符号帳を用いて前記適応符号帳では表せない駆動音源成分を符号化し、適応符号帳成分と雑音符号帳成分の振幅を符号化し、これらの符号化情報によって入力音声信号を表現する音声符号化方法であって、
符号化された適応符号帳成分と雑音符号帳成分から合成される信号と、符号化対象とされている入力信号との歪みを算出する工程と、
算出された前記歪みのフレーム間における変動を平滑化するための処理を行う工程と、
前記平滑化処理後の前記歪みが、所定の閾値未満の場合には係数を１に設定し、前記閾値以上の場合には係数を１以下に設定する工程と、
前記設定した係数を前記入力音声信号に乗じて前記入力音声信号の振幅減衰を行う工程と、
を具備することを特徴とする音声符号化方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
音声のスペクトル特性を表すパラメータを符号化する手順と、
過去に生成した駆動音源ベクトルを格納した適応符号帳を用いて駆動音源の周期性を符号化する手順と、
予め定められた数の定められた駆動音源ベクトルを格納する雑音符号帳を用いて前記適応符号帳では表せない駆動音源成分を符号化する手順と、
適応符号帳成分と雑音符号帳成分の振幅を符号化する手順と、
符号化された適応符号帳成分と雑音符号帳成分から合成される信号と、符号化対象とされている入力信号との歪みを算出する手順と、
算出された前記歪みのフレーム間における変動を平滑化するための処理を行う手順と、
前記平滑化処理後の前記歪みが、所定の閾値未満の場合には係数を１に設定し、前記閾値以上の場合には係数を１以下に設定する手順と、
前記設定した係数を前記入力音声信号に乗じて前記入力音声信号の振幅減衰を行う手順と、
を実行させるためのプログラムを記録した機械読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声信号を符号化して伝送する移動通信システム等におけるＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction)型の音声符号化装置及び音声復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル移動通信や音声蓄積の分野においては、電波や記憶媒体の有効利用のために音声情報を圧縮し、高能率で符号化するための音声符号化装置が用いられている。中でもＣＥＬＰ（Code Excited Linear Prediction：符号励振線形予測符号化）方式をベースにした方式が中・低ビットレートにおいて広く実用化されている。ＣＥＬＰの技術については、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, pp.937-940, 1985" に示されている。
【０００３】
ＣＥＬＰ型音声符号化方式は、音声をある一定のフレーム長（５ｍｓ〜５０ｍｓ程度）に区切り、各フレーム毎に音声の線形予測を行い、フレーム毎の線形予測による予測残差（励振信号）を既知の波形からなる適応符号ベクトルと雑音符号ベクトルを用いて符号化するものである。適応符号ベクトルは過去に生成した駆動音源ベクトルを格納している適応符号帳から、雑音符号ベクトルは予め用意された定められた数の定められた形状を有するベクトルを格納している雑音符号帳から選択されて使用される。雑音符号帳に格納される雑音符号ベクトルには、ランダムな雑音系列のベクトルや何本かのパルスを異なる位置に配置することによって生成されるベクトルなどが用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の音声符号化装置においては、符号化歪みが大きい合成信号も符号化歪みが小さい合成信号も同様に符号化・復号化するため、非音声信号等従来の音声符号化装置において高品質で符号化できない信号の合成音が耳障りで不自然な音として聞こえてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、必要に応じて入力信号の振幅を小さくしてから符号化することにより、耳障りな雑音となる信号の振幅レベルを抑圧し、不快感を軽減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を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、符号化歪みが特に大きくなる入力信号に対しては、利得符号帳探索の直前にターゲット信号の振幅を減衰させることにより、耳障りな雑音となる信号の振幅レベルを抑圧するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の音声符号化装置は、適応符号帳成分及び雑音符号帳成分の振幅を符号化する符号化手段と、前記符号化手段の処理の前に、符号化対象の音声信号に減衰係数を乗じる減衰手段と、を具備し、前記減衰手段は、符号化対象とするターゲットベクトルについての符号化歪みを算出する歪み算出器と、算出された符号化歪みが、所定の閾値未満の場合には減衰係数を１に設定し、前記閾値以上の場合には減衰係数を１以下に設定する減衰係数決定器と、設定された減衰係数を前記音声信号に乗算する乗算器と、を具備する構成を採る。
【００２７】
本発明の音声符号化方法は、音声のスペクトル特性を表すパラメータを符号化し、過去に生成した駆動音源ベクトルを格納した適応符号帳を用いて駆動音源の周期性を符号化し、予め定められた数の定められた駆動音源ベクトルを格納する雑音符号帳を用いて前記適応符号帳では表せない駆動音源成分を符号化し、適応符号帳成分と雑音符号帳成分の振幅を符号化し、これらの符号化情報によって入力音声信号を表現する音声符号化方法であって、符号化された適応符号帳成分と雑音符号帳成分から合成される信号と、符号化対象とされている入力信号との歪みを算出する工程と、算出された前記歪みのフレーム間における変動を平滑化するための処理を行う工程と、前記平滑化処理後の前記歪みが、所定の閾値未満の場合には係数を１に設定し、前記閾値以上の場合には係数を１以下に設定する工程と、前記設定した係数を前記入力音声信号に乗じて前記入力音声信号の振幅減衰を行う工程と、を具備する構成を採る。
【００３１】
本発明のプログラムを記録した機械読取可能な記録媒体は、コンピュータに、音声のスペクトル特性を表すパラメータを符号化する手順と、過去に生成した駆動音源ベクトルを格納した適応符号帳を用いて駆動音源の周期性を符号化する手順と、予め定められた数の定められた駆動音源ベクトルを格納する雑音符号帳を用いて前記適応符号帳では表せない駆動音源成分を符号化する手順と、適応符号帳成分と雑音符号帳成分の振幅を符号化する手順と、符号化された適応符号帳成分と雑音符号帳成分から合成される信号と、符号化対象とされている入力信号との歪みを算出する手順と、算出された前記歪みのフレーム間における変動を平滑化するための処理を行う手順と、前記平滑化処理後の前記歪みが、所定の閾値未満の場合には係数を１に設定し、前記閾値以上の場合には係数を１以下に設定するする手順と、前記設定した係数を前記入力音声信号に乗じて前記入力音声信号の振幅減衰を行う手順と、を実行させる構成を採る。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１に、実施の形態１にかかる音声符号化装置の機能ブロックを示す。本実施の形態では、符号化歪みの大きさに基づいてターゲットベクトルの振幅を制御する機構が備えられている。
【００３５】
本実施の形態１の音声符号化装置は、入力ディジタル音声信号を１フレーム分づつ更新しながら符号化に必要な長さのデータが入力バッファ１０１にバッファリングされる。入力バッファ１０１にバッファリングされたデータはＬＰＣ分析器１０２、逆フィルタ１０３及びターゲット算出器１０４に出力される。
【００３６】
ＬＰＣ分析器１０２は、入力バッファ１０１から分析に必要なディジタル音声信号を入力してＬＰＣ分析を行い線形予測係数ａを出力する。ＬＰＣ量子化器１０５は、ＬＰＣ分析器１０２から出力された線形予測係数を量子化して量子化ＬＰＣをｑａとして出力し、同時に量子化ＬＰＣの符号Ｌを復号器に出力する。
【００３７】
逆フィルタ１０３は、入力バッファ１０１から入力した１フレーム分のディジタル音声信号とＬＰＣ量子化器１０５から出力される線形予測係数ｑａとを入力として、逆フィルタリング処理を行い、線形予測残差信号をピッチ候補選択器１０６へ出力する。ピッチ候補選択器１０６は、逆フィルタ１０３から出力された残差信号を入力としてピッチ周期性の抽出を行いピッチ周期候補を閉ループピッチ探索器１０７に出力する。
【００３８】
ターゲット算出器１０４は、入力バッファ１０１から入力されるディジタル音声信号と直前のフレームにおいてフィルタ状態更新器１１２から出力されたフィルタ状態ｓｔと量子化および未量子化ＬＰＣであるｑａおよびａを入力として、ターゲットベクトルを算出する。ターゲット算出器１０４の算出したターゲットベクトルは閉ループピッチ探索器１０７、雑音符号帳探索器１０８及び減衰係数算出器１１０に入力される。
【００３９】
閉ループピッチ探索器１０７は、ターゲットベクトルがターゲット算出器１０４から入力し、ピッチ候補がピッチ候補選択器１０６から入力し、ピッチ候補に対応する適応符号ベクトル候補とインパルス応答ベクトルとが適応符号帳１１５とインパルス応答算出器１１４とからそれぞれ入力する。閉ループピッチ探索器１０７では、各ピッチ候補に対して閉ループピッチ探索を行い閉ループピッチ周期Ｐを復号器に出力し、適応符号ベクトルを音源生成器１１３に出力し、適応符号ベクトルにインパルス応答を畳み込んだ合成ベクトルを雑音符号帳探索器１０８と利得符号帳探索器１０９とフィルタ状態更新器１１２と減衰係数算出器１１０とにそれぞれ出力する。
【００４０】
雑音符号帳探索器１０８は、ターゲットベクトルと適応符号合成ベクトルとインパルス応答ベクトルとをそれぞれターゲット算出器１０４と閉ループピッチ探索器１０７とインパルス応答算出器１１４とから入力する。そして、雑音符号ベクトルにインパルス応答を畳み込んだ雑音符号合成ベクトルと適応符号合成ベクトルと組合わせた場合において、ターゲットベクトルとの歪みを最小とする雑音符号合成ベクトルを生成する雑音符号ベクトルを雑音符号帳１１６の中から選択し、雑音符号帳インデックスを復号器に、雑音符号ベクトルを音源生成器１１３に、雑音符号合成ベクトルを減衰係数算出器１１０と利得符号帳１０９とフィルタ状態更新器１１２とにそれぞれ出力する。
【００４１】
利得符号帳探索器は、減衰係数乗算後のターゲットベクトルと適応符号合成ベクトルと雑音符号合成ベクトルとをそれぞれ乗算器１１１と閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８とからそれぞれ入力して利得符号帳１１７の中から最適な量子化利得を選択して音源生成器１１３とフィルタ状態更新器１１２とに出力する。
【００４２】
フィルタ状態更新器１１２は、減衰係数乗算後のターゲットベクトルと適応符号合成ベクトルと雑音符号合成ベクトルと量子化利得をそれぞれ乗算器１１１と閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８と利得符号帳探索器１０９とからそれぞれ入力する。そして、合成フィルタの状態更新を行いフィルタ状態ｓｔを出力する。
【００４３】
インパルス応答算出器１１４は、未量子化ＬＰＣであるａと量子化ＬＰＣであるｑａとを入力として聴覚重みづけフィルタと合成フィルタとを縦続接続したフィルタのインパルス応答を算出し閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８とに出力する。
【００４４】
雑音符号帳１１６は、予め定められた数の予め定められた形状を有する雑音符号ベクトルを格納し、雑音符号帳探索器１０８に雑音符号ベクトルを出力する。
音源生成器１１３は、適応符号ベクトルと雑音符号ベクトルと量子化利得をそれぞれ閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８と利得符号帳探索器１０９とから入力し、音源ベクトルを生成し、生成した音源ベクトルを適応符号帳１１５に出力する。
【００４５】
適応符号帳１１５は、音源生成器１１３から出力される音源ベクトルを入力として、適応符号帳を更新し、適応符号ベクトル候補を閉ループピッチ探索器１０７に出力する。また利得符号帳１１７は、予め用意された量子化利得（適応符号ベクトル成分と雑音符号ベクトル成分）を格納し、利得符号帳探索器１０９に出力する。
【００４６】
減衰係数算出器１１０は、ターゲットベクトルと適応符号合成ベクトルと雑音符号合成ベクトルとをそれぞれターゲット算出器１０４と閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８とから入力して減衰係数を算出し、乗算器１１１に出力する。
【００４７】
乗算器１１１は、減衰係数算出器１１０から入力された減衰係数をターゲット算出器１０４から出力されたターゲットベクトルに乗算して、減衰係数乗算後のターゲットベクトルをフィルタ状態更新器１１２と利得符号帳探索器１０９とにそれぞれ出力する。
【００４８】
なお、ＬＰＣ量子化器１０５から出力される量子化ＬＰＣ符号Ｌと、閉ループピッチ探索器１０７から出力されるピッチ周期Ｐと雑音符号帳探索器１０８から出力される雑音符号帳インデックスＳと利得符号帳探索器１０９から出力される利得符号帳インデックスＧは符号化されビット列として伝送路を介して復号器に出力される。
【００４９】
以上のように構成された音声符号化装置の動作について説明する。
【００５０】
まず、図１において、音声信号は入力バッファ１０１に入力される。入力バッファ１０１は入力された符号化対象となるディジタル音声信号を1フレーム（例えば１０ｍｓ）単位で更新し、ＬＰＣ分析器１０２と逆フィルタ１０３とターゲット算出器１０４に対して必要なバッファリングデータを供給する。
【００５１】
ＬＰＣ分析器１０２は入力バッファ１０１から供給されたデータを用いて線形予測分析を行い、線形予測係数（ＬＰＣ）を算出し、ＬＰＣ量子化器１０５に出力する。なお、ＬＰＣ分析器１０２で得られたＬＰＣはａとして出力され、ターゲット算出器１０４およびインパルス応答算出器１１４で用いられる。
【００５２】
ＬＰＣ量子化器１０５はＬＰＣをＬＳＰ領域に変換して量子化を行い、量子化ＬＳＰをｑａとして出力し、量子化ＬＰＣの符号Ｌを復号器に出力する。
【００５３】
逆フィルタ１０３は、入力バッファ１０１から量子化対象となるディジタルデータ列を1フレーム分（例えば１０ｍｓ）入力し、量子化ＬＰＣであるｑａを用いて構成された逆フィルタでフィルタリングすることによって残差信号を算出し、ピッチ候補選択器１０６に出力する。
【００５４】
ピッチ候補選択器１０６は過去に生成した残差信号をバッファリングしており、新たに生成した残差信号をバッファに付け加えたデータ列から正規化自己相関関数を求め、これに基づいて残差信号の周期を抽出する。この時、正規化自己相関関数が大きいものから順に、定められた数以下のピッチ候補が選択される。選択されたピッチ周期の候補は閉ループピッチ探索器１０７に出力される。
【００５５】
ターゲット算出器１０４は量子化ＬＰＣであるｑａと未量子化ＬＰＣであるａとを用いて量子化合成フィルタと重み付け合成フィルタとを構成し、直前のフレームにおいてフィルタ状態更新器１１２で求められたフィルタ状態ｓｔを用いて量子化合成フィルタの零入力応答を除去した後の重み付け入力音声信号（ターゲットベクトル）を算出し、閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８と減衰係数算出器１１０と乗算器１１１とにターゲットベクトルを出力する。
インパルス応答算出器１１４は、量子化ＬＰＣであるｑａを用いて構成された量子化合成フィルタと未量子化ＬＰＣであるａを用いて構成された重み付け合成フィルタとを縦続接続したフィルタのインパルス応答を求め、閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８とに出力する。
【００５６】
閉ループピッチ探索器１０７は適応符号帳１１５の中から取り出した適応符号ベクトルにインパルス応答を畳み込むことにより、重み付け合成音声ベクトル（適応符号帳成分）を算出し、ターゲットベクトルとの誤差を最小とする適応符号ベクトルを生成するピッチ周期を抽出する。この時行われるピッチ探索は、ピッチ候補選択器１０６から入力されたピッチ周期候補またはその近傍についてのみ行われる。求められたピッチ周期によって生成される適応符号ベクトルは音源生成器１１３に出力されて音源ベクトルの生成に用いられ、適応符号ベクトルにインパルス応答を畳み込んで生成される適応符号合成ベクトルは雑音符号帳探索器１０８とフィルタ状態更新器１１２と利得符号帳探索器１０９と減衰係数算出器１１０とに出力される。
【００５７】
雑音符号帳探索器１０８は、雑音符号帳１１６の中から取り出した雑音符号ベクトルにインパルス応答を畳み込むことにより、重み付け合成音声ベクトル（雑音符号帳成分）を算出し、適応符号合成ベクトルと組合わせて用いた場合においてターゲットベクトルとの誤差を最小とする雑音符号ベクトルを選び出す。選ばれた雑音符号ベクトルは音源生成器１１３に出力され音源ベクトルの生成に用いられる。また、雑音符号ベクトルにインパルス応答を畳み込んで生成される雑音符号合成ベクトルは利得符号帳探索器１０９とフィルタ状態更新器１１２と減衰係数算出器１１０とに出力される。
【００５８】
減衰係数算出器１１０は、ターゲットベクトルと適応符号合成ベクトルと雑音符号合成ベクトルとをそれぞれターゲット算出器１０４と閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８とから入力し、ターゲットベクトルと合成される音声ベクトルとの歪みに基づいてターゲットベクトルを減衰させる係数を算出して乗算器１１１に出力する。
【００５９】
乗算器１１１は、減衰係数算出器１１０から出力される減衰係数をターゲットベクトルに乗算してフィルタ状態更新器１１２と利得符号帳探索器１０９とに出力する。
【００６０】
利得符号帳探索器１１７は、乗算器１１１と閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８とから減衰係数乗算後のターゲットベクトルと適応符号合成ベクトルと雑音符号合成ベクトルとをそれぞれ入力する。そして、減衰係数乗算後のターゲットベクトルと、適応符号合成ベクトルに量子化適応符号帳利得を乗じたものと雑音符号合成ベクトルに量子化雑音符号帳利得を乗じたものとの和のベクトルとの２乗誤差が最小となる、量子化適応符号帳利得と量子化雑音符号帳利得との組合わせを利得符号帳１１７の中から選択する。
【００６１】
選択された量子化利得は音源生成器１１３とフィルタ状態更新器１１２とに出力され、音源ベクトルの生成と合成フィルタの状態更新とに用いられる。音源生成器１１３は、閉ループピッチ探索器１０７から入力される適応符号ベクトルと、雑音符号帳探索器１０８から入力される雑音符号ベクトルとに、利得符号帳探索器１０９から入力される量子化利得（適応符号帳成分）と量子化利得（雑音符号帳成分）とをそれぞれ乗じ、量子化利得乗算後の適応符号ベクトルと雑音符号ベクトルの加算を行って音源ベクトルを生成する。生成された音源ベクトルは適応符号帳１１５に出力されて適応符号帳が更新される。適応符号帳の更新はフレーム毎に１回行われ、適応符号帳のバッファを１フレーム分シフトした後、新たに生成された音源信号がバッファの最後にコピーされる。
【００６２】
フィルタ状態更新器１１２は、量子化合成フィルタと重み付け合成フィルタを縦続接続したフィルタの状態を更新する。フィルタの状態は乗算器１１１から入力される減衰係数乗算後のターゲットベクトルから、利得符号帳探索器１０９から出力される量子化利得（適応符号帳成分）を乗じた閉ループピッチ探索器１０７から出力される適応符号合成ベクトルと利得符号帳探索器１０９から出力される量子化利得（雑音符号帳成分）を乗じた雑音符号帳探索器１０８から出力される雑音符号合成ベクトルとを、減じることによって求められる。求められたフィルタ状態はｓｔとして出力され、次のフレームのフィルタ状態として、ターゲット算出器１０４で使用される。
【００６３】
次に、図２を用いて減衰係数算出器１１０の詳細について説明する。
【００６４】
減衰係数算出器１１０は、最適利得算出器２０１、歪み算出器２０２、切換スイッチ２０３、２０６、第１、第２の平滑化フィルタ２０４、２０５、減衰係数決定器２０７を備えている。
【００６５】
最適利得算出器２０１は、ターゲットベクトルと適応符号合成ベクトルと雑音符号合成ベクトルとをそれぞれターゲット算出器１０４と閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８とからそれぞれ入力し、これら３つのベクトルを用いて最適適応符号帳利得と最適雑音符号帳利得を計算し、両利得を歪み算出器２０２に出力する。また歪み算出器２０２は、ターゲットベクトルと適応符号合成ベクトルと雑音符号合成ベクトルと最適利得（適応符号成分と雑音符号成分）とをそれぞれターゲット算出器１０４と閉ループピッチ探索器１０７と雑音符号帳探索器１０８と最適利得算出器２０１とからそれぞれ入力し、最適利得を用いた場合における合成ベクトルとターゲットベクトルとの歪みを算出して切換スイッチ２０３に出力する。切換スイッチ２０３は、歪み算出器２０２から出力される歪みの値に応じて前記歪みを第１の平滑化フィルタ２０４または第２の平滑化フィルタ２０５のどちらかに出力させるスイッチである。第１の平滑化フィルタ２０４はスイッチ２０３を介して入力した前記歪みをフレーム間での変動を滑らかにするための平滑化処理を行い、スイッチ２０６へ出力する。また第２の平滑化フィルタ２０５はスイッチ２０３を介して入力した前記歪みをフレーム間での変動を滑らかにするための平滑化処理を行い、スイッチ２０６へ出力するフィルタである。切換スイッチ２０６は、第１の平滑化フィルタ２０４または第２の平滑化フィルタ２０５から出力される平滑化処理後の歪みを減衰係数決定器２０７に出力する。減衰係数決定器２０７はスイッチ２０６を介して第１の平滑化フィルタまたは第２の平滑化フィルタから平滑化処理後の歪みを入力として、減衰係数の決定を行い、乗算器１１１に出力する。
【００６６】
以上の様に構成された減衰係数算出器について、その動作を説明する。図３は、図２の減衰係数算出器の処理の流れ図を示したものである。
【００６７】
図２において、最適利得算出器２０１は、図３のステップ３０１に示した式によって最適適応符号帳利得と最適雑音符号帳利得とを算出する。ステップ３０１に示した式において、Ｘはターゲットベクトル、Ｙは適応符号合成ベクトル、Ｚは雑音符号合成ベクトル、Ｇｐは最適適応符号帳利得、Ｇｓは最適雑音符号帳利得をそれぞれ示している。なお、ステップ３０１に示した式は、ターゲットベクトルと、最適利得乗算後の適応符号合成ベクトルと雑音符号合成ベクトルとの和ベクトルとの２乗誤差（（Ｘ−Ｇｐ＊Ｙ−Ｇｓ＊Ｚ）＊（Ｘ−Ｇｐ＊Ｙ−Ｇｓ＊Ｚ））を最小化することと等価である。
【００６８】
次に、歪み算出器２０２において、図３のステップ３０２に示した式によって歪み尺度Ｄが算出される。ステップ３０２ではＤはいわゆるＳ／Ｎ比であり、以下このＳ／Ｎ比Ｄの値を用いて符号化歪みの大小を判定する。なお、歪み尺度Ｄとしては、Ｓ／Ｎ比の他に代用できる尺度を用いることもでき、その場合は後述する閾値や大小の判定の仕方を代用する尺度用に変更すれば良い。
【００６９】
次に、スイッチ２０３はＳ／Ｎ比Ｄの値によって切り替わり、これは図３の条件分岐３０３の処理に相当する。ステップ３０３において、Ｔｈ１は第１の閾値であり、これによってＳ／Ｎ比Ｄの大小を分別する。Ｄ＞Ｔｈ１の場合（Ｓ／Ｎ比がＴｈ１より高い、即ち符号化歪みが少ない場合）は計算したＳ／Ｎ比Ｄを第１の平滑化フィルタ２０４に入力し、Ｄ≦Ｔｈ１の場合（Ｓ／Ｎ比がＴｈ１以下、即ち符号化歪みが大きい場合）は計算したＳ／Ｎ比Ｄを第２の平滑化フィルタ２０５に入力する。
【００７０】
図３において、ステップ３０４が第１の平滑化フィルタ、ステップ３０５が第２の平滑化フィルタに相当する。第１の平滑化フィルタと第２の平滑化フィルタの違いは、平滑化の強さである。第１の平滑化フィルタの方は平滑化が比較的弱く、ある程度のフレーム間での変動を反映する出力が得られるが、第２の平滑化フィルタの方は平滑化が強く、フレーム間での変動が非常に滑らかになるような出力が得られる。この平滑化処理はフレーム間における激しい変動を避けるため行われる。フレーム間での変動が激しいと、閾値処理の判定結果もフレーム間で激しく変動する場合が有り、安定した判定結果を得難いからである。
【００７１】
しかしながら、常に強い平滑化処理を行っていると、無音部から有音部に切り替わったときのようにＳ／Ｎ比Ｄが急激に上昇しても、平滑化処理後のＳ／Ｎ比の上昇が鈍くなるため、有音部の立ち上がり部に対して閾値処理による有音部の判定が正確に行われなくなる。
【００７２】
そこで、特にＳ／Ｎ比Ｄが大きく、明らかに有声部に移行したと考えられる場合は、Ｓ／Ｎ比Ｄに対する平滑化処理を弱めにしてＳ／Ｎ比の急な上昇に対応できるようにしている。なお、図３のステップ３０４および３０５において、０＜α＜β＜１である。
【００７３】
次に、第１の平滑化フィルタ２０４または第２の平滑化フィルタ２０５から出力された平滑化処理後のＳ／Ｎ比Ｄはスイッチ２０６を介して減衰係数決定器２０７に入力する。
【００７４】
減衰係数決定器２０７は、入力した平滑化処理後のＳ／Ｎ比Ｄによって、減衰係数を決定するが、その具体的方法の一例が図３の条件分岐３０６とステップ３０７とステップ３０８に示されている。
【００７５】
まず、図３のステップ３０６において平滑化処理後のＳ／Ｎ比Ｄが閾値Ｔｈ２を越えているかどうかを評価し、閾値Ｔｈ２を越えていれば、符号化歪みは小さく音声部であると判断し、ステップ３０８において減衰係数は１（即ちターゲットの減衰はしない）とする。一方、平滑化処理後のＳ／Ｎ比Ｄが閾値Ｔｈ２以下の場合は、符号化歪みが大きく非音声部である可能性が高いと判断し、ステップ３０７において１以下の減衰係数を設定する。ステップ３０７ではさらに閾値Ｔｈ３を用いた閾値処理によって非音声部か音声部かの判定を行うが、判定結果がフレーム間で頻繁に変化した場合に減衰係数が大きく変動してしまうことを避けるために、減衰係数が最大値（＝１．０）から最小値（例えば０．２５）の間で徐々に変化するような操作を行っている。
【００７６】
具体的には、減衰係数の急な変動を避けるために現在のフレームを含む過去Ｎフレームで決定された減衰係数の移動平均をとるような形で減衰係数を求めるようにしている。すなわち、図３のステップ３０７に示したように、減衰係数を現在を含む過去Ｎフレームにおけるγの和で表し、γの値をＳ／Ｎ比Ｄが大きいか小さいかによって各フレームにおけるγの値を切替える（γの値は配列Ｍ＿ｓｕｐ［Ｎ］に保持される）。つまり、Ｄ＜Ｔｈ３の場合はγの値を小さくし（＝γ１）、Ｄ≧Ｔｈ３の場合はγの値を大きくする（＝γ２）。例えば、２５フレーム連続して平滑化処理後のＳ／Ｎ比ＤがＴｈ３未満であった場合に減衰係数が０．２５になる様にすると、ステップ３０７におけるγ１＝０．０１となり、その反対に２５フレーム連続して平滑化処理後のＳ／Ｎ比ＤがＴｈ３以上であった場合には減衰係数を１．００になるようにすると、ステップ３０７におけるγ２＝０．０４となる。このようにすることによって、フレーム間で平滑化処理後のＳ／Ｎ比が閾値Ｔｈ３の前後を変動するようなことがあっても、減衰係数Ｇ＿ｓｕｐが大きく変動しないようにしている。また、過度に減衰係数が小さくなるのを防ぐために減衰係数の最小値（Ｇ＿ｓｕｐ＿ｍｉｎ）も定められていて、それ以下の値にはならないようなクリッピング処理も行う。
【００７７】
最後にステップ３０９において、Ｍ＿ｓｕｐ［ｉ］（ｉ=0,...、Ｎ-1）の総和によって求められた減衰係数Ｇ＿ｓｕｐが出力される。出力された減衰係数は乗算器１１１において、ターゲットベクトルに乗ぜられる。
【００７８】
なお、Ｔｈ１≧Ｔｈ２＞Ｔｈ３であり、Ｔｈ１は平滑化フィルタの選択に用いられ、Ｔｈ２は音声部かどうかの判定に用いられ、Ｔｈ３は非音声部かどうかの判定に用いられる。
なお、Ｔｈ２≧Ｄ≧Ｔｈ３の範囲にある場合は、音声部と判定されるが、過去Ｎフレームにおける判定結果によって減衰係数が決定される。
【００７９】
図４は復号化装置を示している。以下、図４を参照してその構成および動作を説明する。
【００８０】
図４において、４０１は符号器側から伝送されたＬＰＣの情報ＬからＬＰＣを復号してｑａとして復号ＬＰＣを出力するＬＰＣ復号器、４０２は符号器側から伝送されてきたピッチ周期Ｐを入力し、ピッチ周期Ｐに基づいて適応符号帳４０３から適応符号ベクトルを取り出して音源生成器４０８に出力する適応符号ベクトル復号器、４０３は音源生成器４０８から出力された音源ベクトルをフレーム毎に更新しながらバッファリングし、適応符号ベクトル復号器４０２に出力する適応符号帳、４０４は符号器側から伝送されてきた雑音符号帳インデックスＳを入力し、Ｓに対応する雑音符号ベクトルを雑音符号帳４０５から取り出して音源生成器４０８に出力する雑音符号ベクトル復号器、４０５は符号器のものと同一の内容を格納しており、雑音符号ベクトルを雑音符号ベクトル復号器４０４に出力する雑音符号帳、４０６は符号器側から伝送されてきた利得符号帳インデックスＧを入力し、Ｇに対応する利得を利得符号帳４０７から取り出して量子化利得を復号し、音源生成器４０８に出力する利得復号器、４０７は符号器のものと同一の内容を格納しており、量子化利得を利得復号器４０６に出力する利得符号帳、４０８は適応符号ベクトルと雑音符号ベクトルと復号利得とをそれぞれ適応符号ベクトル復号器４０２と雑音符号ベクトル復号器４０４と利得復号器４０６とからそれぞれ入力し、生成した音源ベクトルを合成フィルタ４０９と適応符号帳４０３とに出力する音源生成器、４０９はＬＰＣ復号器４０１から出力されたｑａを用いて合成フィルタを構築し、音源生成器４０８から出力された音源ベクトルをフィルタ入力としてフィルタ処理を行い、復号音声信号を出力する合成フィルタである。
【００８１】
以上のように構成された復号器について、以下にその動作を図４を参照しながら説明する。符号器側から伝送されてきたＬＰＣ情報ＬはＬＰＣ復号器４０１によって復号される、復号ＬＰＣはｑａとして出力され、合成フィルタ４０９を構成するのに用いられる。符号器側から伝送されてきたピッチ周期Ｐは適応符号ベクトル復号器４０２に入力される。Ｐを用いて適応符号ベクトルが適応符号帳４０３から切り出されて復号適応符号ベクトルとして音源生成器４０８に出力される。符号器側から伝送されてきた雑音符号帳インデックスＳは雑音符号ベクトル復号器に入力され、Ｓを用いて雑音符号ベクトルが雑音符号帳４０５から取り出されて音源生成器４０８に出力される。符号器側から伝送されてきた利得符号帳インデックスＧは利得復号器４０６に入力され、Ｇを用いて量子化利得が利得符号帳４０７から取り出され適応符号帳利得と雑音符号帳利得が復号されて音源生成器４０８に出力される。音源生成器４０８は適応符号ベクトル復号器４０２から出力された適応符号ベクトルに利得復号器４０６から出力された適応符号帳利得とを乗算したベクトルと、雑音符号ベクトル復号器４０４から出力された雑音符号ベクトルと利得復号器４０６から出力された雑音符号帳利得とを乗算したベクトルとの加算を行い、合成フィルタ４０９に出力する。合成フィルタ４０９に出力された復号音源ベクトルは同時に適応符号帳４０３にも出力され、次のサブフレームで用いる適応符号帳の一部となる。合成フィルタ４０９は音源生成器４０８から出力された復号音源ベクトルを入力としてｑａを用いて構成した合成フィルタを用いて復号音声を合成し、出力する。
【００８２】
このように上記実施の形態によれば、入力信号の中から連続して符号化歪みが大きいような部分を選んで利得を減衰させるため、非音声信号のように符号化歪みが大きくなる信号が連続するような背景雑音部等を雑音抑圧装置等を用いずに抑圧し、抑圧しない場合に発生する聴覚的な不快感を軽減することができる音声符号化装置および音声符号化復号化装置を実現することが出来る。
【００８３】
また、判定を誤って音声部分に対して減衰処理が適応された場合においても、減衰係数の変動が緩衝されているため大きな不快感はなく、単に振幅レベルが小さくなるだけなので、音色に対しては影響がほとんどない。
【００８４】
なお、本実施の形態においては、ピッチ探索、雑音符号帳探索、利得符号帳探索をフレーム単位で行うように示したが、１フレームを複数のサブフレームに分割してサブフレーム単位の処理で行う場合も同様である。
【００８５】
また、復号化装置において合成された復号音声は、後処理を加えることによって聴覚的な品質を向上することができる。
【００８６】
なお、本実施例では減衰係数１１０と乗算器１１１を有する部分に特徴があるので、図１のその他のブロックについてはどのような構成であっても良く、図１に示した構成以外のＣＥＬＰ型音声符号化装置に対して適用できるものである。
【００８７】
（実施の形態２）
図５は上記実施の形態１の音声符号化装置、復号化装置を備えた音声信号送信機および受信機を示したブロック図である。図５において、５０１はマイク等音声信号を電気的信号に変換してＡ／Ｄ変換器５０２に出力する音声信号入力装置、５０２は音声信号入力装置から出力されたアナログ音声信号をディジタル信号に変換して音声符号化器５０３に出力するＡ／Ｄ変換器、５０３は本発明の第１の実施の形態の音声符号化装置によって音声符号化を行ってＲＦ変調器５０４に出力する音声符号化器、５０４は音声符号化器５０３によって符号化された音声情報を電波等の伝播媒体に載せて送出するための信号に変換し、送信アンテナ５０５に出力するＲＦ変調器、５０５はＲＦ変調器５０４から出力された送出信号を電波（ＲＦ信号）として送出する送信アンテナ、５０６は送信アンテナ５０５から送出された電波（ＲＦ信号）である。また、５０７は電波（ＲＦ信号）５０６を受信してＲＦ変調器５０８に出力する受信アンテナ、５０８は受信アンテナ５０７から入力した受信信号を符号化された音声信号に変換して音声復号化器５０９へ出力するＲＦ復調器、５０９はＲＦ復調器から出力された符号化された音声信号を入力として本発明の第１の実施の形態に示される音声復号化装置によって復号処理を行い、復号音声信号をD／A変換器５１０に出力する音声復号化器、５１０は音声復号化器５０９から復号音声信号を入力してアナログ音声信号に変換し、音声出力装置５１１に出力するＤ／Ａ変換器、５１１はＤ／Ａ変換器５１０からアナログ音声信号を入力して音声を出力するスピーカ等の音声出力装置である。
【００８８】
以上のように構成された音声信号送信機および受信機について、図５を参照して説明する。まず、音声が音声入力装置５０１によって電気的アナログ信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器５０２に出力される。続いて前記アナログ音声信号がＡ／Ｄ変換器５０２によってディジタル音声信号に変換され、音声符号化器５０３に出力される。続いて音声符号化器５０３は音声符号化処理を行い、符号化した情報をＲＦ変調器５０４に出力する。続いてＲＦ変調器は符号化された音声信号の情報を変調・増幅・符号拡散等の電波として送出するための操作を行い、送信アンテナ５０５に出力する。最後に送信アンテナ５０５から電波（ＲＦ信号）５０６が送出される。一方、受信機においては、電波（ＲＦ信号）５０６を受信アンテナ５０７で受信し、受信信号はＲＦ復調器５０８に送られる。ＲＦ復調器５０８は符号逆拡散・復調等電波信号を符号化情報に変換するための処理を行い、符号化情報を音声復号化器５０９に出力する。音声復号化器５０９は、符号化情報の復号処理を行ってディジタル復号音声信号をＤ／Ａ変換器５１０へ出力する。Ｄ／Ａ変換器５１０は音声復号化器５０９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音声出力装置５１１に出力する。最後に音声出力装置５１１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。
【００８９】
上記送信装置および受信装置は携帯電話等の移動通信機器の移動機または基地局装置として利用することが可能である。
【００９０】
なお、情報を伝送する媒体は本実施の形態に示したような電波に限らず、光信号などを利用することも可能であり、さらには有線の伝送路を使用することも可能である。
【００９１】
なお、上記実施の形態１に示した音声符号化装置または符号化復号化装置および上記実施の形態２に示した送信装置および送受信装置と同等の機能を提供するプログラムを、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭカートリッジ等の記録媒体にソフトウェアとして記録する。その記録媒体を使用することにより、このような記録媒体を使用するパーソナルコンピュータ等により音声符号化装置／復号化装置および送信装置／受信装置を実現するとができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、符号化歪みが大きくなるような背景雑音等の非音声部分において合成信号の振幅を減衰させる機能を符号器側の利得符号化手段の前段に設けているため、新たな伝送情報を要せずに背景雑音等の抑圧を行い、符号化歪みの大きい信号を生成する際に生じる聴覚的な不快感を軽減することができるものである。
【００９３】
また本発明によれば、上記音声符号化装置または音声符号化復号化装置を音声符号化器または音声符号化復号化器として備えることにより、より背景雑音の不快感を軽減できる音声信号送信装置または送受信装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における音声符号化装置の構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１における減衰係数算出器の構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１における減衰係数算出器の処理の流れを示す流れ図
【図４】実施の形態１における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２における音声信号送信装置および受信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０１  入力バッファ
１０２  ＬＰＣ分析器
１０３  逆フィルタ
１０４  ターゲット算出器
１０５  ＬＰＣ量子化器
１０６  ピッチ候補選択器
１０７  閉ループピッチ探索器
１０８  雑音符号帳探索器
１０９  利得符号帳探索器
１１０  減衰係数算出器
１１１  乗算器
１１２  フィルタ状態更新器
１１３  音源生成器
１１４  インパルス応答算出器
１１５  適応符号帳
１１６  雑音符号帳
１１７  利得符号帳
２０１  最適利得算出器
２０２  歪み算出器
２０３  切換スイッチ
２０４  第１の平滑化フィルタ
２０５  第２の平滑化フィルタ
２０６  切換スイッチ
２０７  減衰係数決定器
【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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