音声符号化
LD-CELP(low delay CELP)は、符号化遅延を2ms以下に低遅延化した CELP である。 CELP を含む多くの符号化方式は、サンプル値を20ms程度のフレームにまとめフレーム単位で符号化の処理を行う。そのため方式によって決まる一定の符号化遅延が発生する。LD-CELP はフレーム単位の処理を行わず、過去のサンプル値から後ろ向きに線形予測係数などのパラメータを求め、また5サンプル単位でコードブック探索を行うことで低遅延化を行っている。
LD-CELP 方式は、ITU-T G.728(16kbps)で使われ、32kbpsのADPCMと同等の音質を実現している。
音声を表現するパラメータを更に情報圧縮する手法の1つにベクトル量子化がある。ベクトル量子ではパラメータ間の相関関係を利用しベクトル単位で量子化をおこない、情報量を削減する。例えば線形予測係数を特定のビット数に量子化する際に用いられる。ベクトル量子化の応用として、量子化を複数のステージに分け、最終的な量子化ベクトルを複数のステージごとのコードブックの和として表すマルチステージベクトル量子化などの技術が開発されている。
波形符号化(waveform coder)は、音声固有のモデル化を行うことなく音声波形などを忠実に符号化しようとする方法である。大きく分けて、時間領域で符号化を行うものと、周波数領域で符号化を行うものがある。一般に圧縮率は低いが、音楽などの音声以外の信号も音声と同じように符号化できる。
CELP(code excited linear prediction coder,セルプ)は、ハイブリッド符号化方式の中で最も広く使われている音声符号化アルゴリズムである。声道に相当する合成フィルターとして線形予測フィルターを、声帯に相当する音源として適応型と固定型のコードブックを使用する。合成による分析の手法を用い、音声波形を再合成し聴感補正を行った後の信号と元の信号とを比較することで、コードブックから誤差が最小になるものを探索する。合成による分析は音質の向上に大きく貢献しているが、その反面大きな計算量が必要で、最初に提案された時には実時間での符号化ができなかった。そのため、計算量を減らすための様々な派生方式が考案された。以下に代表的なCELPの派生方式を示す。
VSELP(vector sum excited linear prediction)
ACELP(algebraic CELP)
LD-CELP(low delay CELP)
また、音声を合成する部分と鍵盤とを組み合わせ、鍵盤演奏型のスピーチシンセサイザーであるボーダー(voder)として1939年のニューヨーク・ワールドフェアで一般公開した。チャネルボコーダーは当時の技術水準では大掛かりな装置となってしまい、また音声の品質が悪く機械的な声になってしまうため、民間で使われることはなかったが、第二次世界大戦中の1943年、チャーチル首相とルーズベルト大統領の秘密会談用の秘話通信システム SIGSALY として実用された。
SIGSALY はチャネルボコーダーの各チャネルの出力を6段階に対数量子化し、PCM符号化した後に暗号化して送信を行うもので、PCM を利用した最初の実用的な音声通信システムであり、分析合成符号化(ボコーダー)をデジタル通信に応用した最初の例でもあった。この装置の重さは約55トン、消費電力は30kWに上り、とても民間で使えるようなものではなかった。
同じような軍事用のデジタル秘話通信システムは1940年代から1960年代にかけて使用された。
その後デジタル信号処理の技術進歩により、1966年頃に板倉文忠らによる線形予測符号化(LPC)方式が考案され、1970年代頃にはこれを応用した機器が作られた。1985年にはCELP符号化方式が発表された。これらにより音声の品質が向上し、コンピュータの小型化・高性能化に伴い、多くの機器で使用されるようになった。
音声符号化に関連した技術の内、重要なものを以下に示す。