MPEG-4 CELP
MPEG-4 CELPは、MPEG-4 オーディオ(MPEG-4 Part 3)で採用された音声符号化方式である。音声符号化アルゴリズムとして良く知られている CELP(code excited linear prediction)をベースとし、様々なアプリケーションで使えるよう2つのサンプリング周波数と複数のビットレートとをサポートする。人間の音声を 3.85 kbps ~ 23.8 kbps に符号化できる。
MPEG-4 CELP は、デジタル放送、携帯電話、インターネット電話、音声データベースなどの様々な用途に使うことができる。
MPE を用いた MPEG-4 CELP の符号化処理は以下の機能を持つツールの組み合わせからなる。
CELP コアエンコーダ
ビットレート拡張ツール(Bitrate Scalable Tool)
バンド幅拡張ツール(Bandwidth Extension Tool)
CELP コアエンコーダは CELP アルゴリズムを使って符号化結果のコアとなる基本層の符号化を行う。ビットレート拡張ツールは拡張層を担当し、下の階層で符号化できなかった元信号との残差の符号化を行う。ビットレートを段階的に拡張するため、ビットレート拡張ツールを最大3階層まで組み合わせて使うことができる。これら2つは入力信号の低域成分のみを処理する。サンプリング周波数が 16 kHz の場合は 8 kHz にダウンサンプリングする。
バンド幅拡張ツールは広帯域の入力信号を扱い、前記のツールで符号化できなかった高域成分と低域残差成分とを CELP アルゴリズムで符号化する。
符号化したビットストリームと同様にツール間の関係も階層的になっており、後のツールほど階層が高い。下の階層で抽出したパラメータを上位のツールで使用し残差の符号化を行うことで、ツール間の整合性をとる。
MPEG-4 CELP のアルゴリズムは CELP に MPE(multipulse excitation)あるいは RPE(regular pulse excitation)を組み合わせたものである。
MPEG-4 CELP のベースとなる CELP は、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用い、有声音のような繰り返しの多い波形を適応型コードブックで効率的にパラメータ化する。線形予測と適応型コードブックで符号化できなかった残差信号の符号化には固定型コードブックを使用する。
最後の残差信号の符号化において、MPE では任意の間隔で並んだ複数のパルス信号の組み合わせ(マルチパルス)をコードブックとして用い、RPE では一定間隔に配置した振幅の異なるパルス信号の組み合わせ(レギュラーパルス)で表現する。
RPE は MPE より音質が劣るがアルゴリズムが単純で必要な演算量が少ない。単純化のためサンプリング周波数は 16 kHz のみを使用できる。