音声符号化装置および音声復号装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音声のディジタル有線通信および無線通信において用いられる音声符号化・復号装置に関し、特にDTMF(Dual Tone Multi-Frequency)信号などの、音声周波数帯域を用いた非音声信号を伝送する事の出来る音声符号化・復号装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】企業内通信においては、通信コストの低減が最も重要な課題である。通信トラヒックの大部分を占める音声信号の高能率伝送を実現するため、近年、8kbit/sCS-ACELP(Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction: 共役構造代数的符号励振線形予測)音声符号化方式(ITU-T勧告G.729準拠)に代表されるような、音声符号化・復号方式に基づく高能率音声符号化装置を適用する事例が増えつつある。
【０００３】伝送速度が8kbit/sクラスの音声符号化アルゴリズムにおいては、少ない情報量で高品質な音声を得るため入力信号を音声信号に特化した構成となっている。この事を上記8kbit/s CS-ACELP方式を例にとって説明する。図２０に符号器のブロック図を、図２１に復号器のブロック図を示す。本符号化方式は、人間の発声機構をモデル化した符号化アルゴリズムとなっており、即ち、人間の声道情報をモデル化した合成フィルタ412(音声のスペクトル包絡に対応する線形フィルタ)を構成し、人間の声帯音源に相当する符号帳に蓄えられた時系列の信号(励振信号再生部411の出力)で駆動する事によって音声を再生するCELP方式に基づいている。なお、詳細なアルゴリズムの説明は、ITU-T Recommendation G.729, ■Coding of Speech at 8kbit/s using Conjugate-Structure Algebraic-Code-ExcitedLinear Prediction(CS-ACLEP)■を参照されたい。
【０００４】符号化アルゴリズムが音声に特化された構造になると、高能率音声符号化装置を用いた伝送路において、音声周波数帯域を用いた音声信号以外の信号（例えば、デュアルトーンで構成されたプッシュボタンに用いられるDTMF信号、No.5シグナリング、モデム信号など）の伝送特性は、伝送効率が高能率になればなるほど低下する傾向がある。
【０００５】この事を示す一例として、LSP量子化部の詳細について、図２２、図２３を用いて説明する。図２２R>２は、図２０に示した符号器内のLSP量子化部309の詳細構成であり、図２３は、図２１に示した復号器内のLSP逆量子化部407の詳細構成である。
【０００６】CS-ACELP音声符号化方式においては、LSP係数の量子化に３つの処理手順を踏む事で実現している。即ち、LSP量子化部309は、以下に示す３つの処理機能ブロックを有している。
(1)フレーム間で予測可能な成分を差し引いて効率的に量子化するための移動平均(MA)予測成分計算部308(2)ターゲットとなるLSPを、音声により学習された符号帳を用いて大雑把に量子化を行う第１段LSP量子化符号帳335(3)第１段で大雑把に量子化されたターゲットLSPに対して、乱数系列を用いた符号帳で微調整を行う第２段LSP量子化符号帳336
【０００７】(1)の移動平均予測を用いる事により周波数特性の急激な変化の少ない、即ちフレーム間で相関性の強い信号を効率的に量子化する事が出来る。また(2)の学習符号帳と、(3)の乱数符号帳との併用により、数学的な厳密性には欠けるものの、スペクトル包絡の概形を効率よく表現する事が出来る。また、(3)の乱数符号帳の存在により、スペクトル包絡の微妙な変化にも柔軟に追随する事が出来る。以上の観点から、LSP量子化部309は音声のスペクトル包絡情報の特徴を効率よく符号化するのに良く適した方式であるといえる。
【０００８】一方、非音声信号、特にDTMF信号の符号化においては、以下のような性質を考慮する必要がある。
・スペクトル包絡は音声信号と明らかに異なっている。
・信号継続時間と、ポーズ時間との間でスペクトル特性に急激な変化がある。利得も急激に変化する。ただし、信号継続時間内に限定すれば、スペクトル特性、利得ともに変化量が極めて小さい。
・LSPの量子化歪がそのままDTMF信号の周波数歪に反映されるため、LSP量子化歪は出来るだけ小さくする必要がある。
・DTMF信号が継続する区間においては、周波数特性は極めて安定している。
以上の観点から、上記LSP量子化部309は、DTMF信号のスペクトル包絡情報を符号化するのに効果的な方法であるとは言えない。
【０００９】以上の例で示したように、DTMF信号のような非音声信号はいくつかの観点で音声信号とは異なる性質を有しているため、非音声信号の符号化に当たって、特に伝送速度が低く符号化のための冗長性が少ないという条件の下では、音声信号と同じ手法を用いるのは適当とは言えない。
【００１０】ところで、企業内通信においては、電話通信における呼接続などのために、シグナリング伝送のための信号線を別途設ける事をせず、DTMF信号等を用いてインチャネルでシグナリング伝送を行う事が多い。この場合、割当てられた伝送路が上記の高能率音声符号化を用いた伝送路であれば、DTMF信号の伝送特性は悪化するため、呼接続が正常に出来なくなるケースが高い頻度で発生するといった弊害がある。
【００１１】このような問題を解決する第１の手段として、例えば、特開平9-81199に示されるような図２４の装置構成がとられる事がある。この構成においては送信側に、音声信号と、DTMF信号のような非音声信号とを識別する手段と、DTMF信号をあらかじめ符号化したパターンを記憶しているメモリを、送信側と受信側とで有しており、本識別手段においてDTMF信号の入力を識別すると、DTMFの番号に対応する符号化パターンを保持するメモリのインデックスを受信側に送信し、受信側ではそのインデックスを識別して、その番号に対応するDTMF信号を生成するものである。
【００１２】また、このような問題を解決する第２の手段として、例えば、特開平9-326772に示されるような図２５２５の装置構成がとられる事がある。この構成においては、入力音声の符号化に際し、フィルタ係数を得て音声符号化量を算出する聴覚重み付けフィルタと、聴感上の品質を高めるための聴覚重み付けフィルタ適応部で得られる反射係数を設定値と比較する反射係数判定手段と、この反射係数が規定の範囲外であれば聴覚重み付けフィルタを使用し、規定の範囲内であれば聴覚重み付けフィルタを使用しない使用切換手段を備えた。
【００１３】また更に、入力信号のレベルの変化を監視する信号レベル監視手段を付加し、使用切換手段は反射係数と入力信号のレベルの変化の組み合わせで聴覚重み付けフィルタの使用切換を行うようにした。また、復号装置側も対応する使用切換手段を備えた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、音声伝送時において、音声／DTMF識別器が誤識別を起こす事がある。このとき、従来の第１の装置構成では、受信側において、音声伝送の途中に完全なデュアルトーンが生成され、即ち、会話の途中で突然DTMFの「ピー」音が挟まるような状況を呈する事となり、音声品質へのダメージが大きくなる事が予想される。また、DTMFと識別されたときの復号器の入力が不定となるため、通常の音声伝送に復帰後、復号器の内部状態が不連続となり、異音が発生するといった問題もある。
【００１５】従って、音声品質をある程度のレベルに維持するためには、音声／DTMF識別器には誤識別率が限りなく０に近い性能の高いものが要求される。これを、例えばDSPなどの信号処理プロセッサで実現する場合通常処理負荷は高くなる。このような識別アルゴリズムに対応する必要から、実現に当たっては高性能のプロセッサを必要とするため実現コストが高くなるなどの問題も発生する。
【００１６】また、従来の第２の装置構成においては、伝送速度が比較的高い(16kbit/s程度)符号化アルゴリズムであれば聴覚重み付けフィルタや、ポストフィルタによる周波数歪を改善する事で十分なDTMF伝送特性を得る事が出来るが、これよりも更に低速度(8kbit/s以下)の音声符号化アルゴリズムにおいては、冗長度が少なくなる分音声信号の符号化に特化されているため、上記フィルタ以外の機能ブロックで、上記フィルタによる歪以上の符号化歪が加わってしまう事が知られている。従って、本装置構成においてDTMF信号の伝送特性を十分に改善する事が出来ない。
【００１７】本発明は、このような従来の問題を解決するために考えられたものであり、DTMF信号等の非音声信号の伝送特性の改善を図りつつ、符号化アルゴリズムが本来持っている音声伝送品質が維持された高能率音声符号化・復号装置を、より簡便な方法で提供し、DTMF信号等の非音声信号をインチャネルで伝送可能とする事を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる音声符号化装置は、入力される信号が音声信号か、非音声信号かを識別し、判定結果を出力する、音声／非音声識別器と、音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を符号化し、音声符号化信号を出力する第１の機能ブロックと、上記第１の機能ブロックと同じ符号化方式で、上記周波数パラメータとは異なる非音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を逐次符号化し、非音声符号化信号を出力する第２の機能ブロックとを有し、入力信号を圧縮符号化する符号器と、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、入力信号の上記符号器への供給を第１の機能ブロック、または第２の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段と、上記符号器の出力と、上記音声／非音声識別器の判定結果とを多重化し、伝送路に出力する多重化部とを備え、上記第１の機能ブロックは、音声の符号化に適したＬＳＰ（ＬｉｎｅＳｐｅｃｔｒｕｍＰａｉｒ：線スペクトル対）量子化部、上記第２の機能ブロックは、非音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部であり、上記第２の機能ブロックを構成するＬＳＰ量子化部は、ＬＳＰの移動平均予測処理を停止するか、または移動平均予測の効果を軽減する機能を持つものである。
【００１９】 また、本発明に係わる音声符号化装置は、入力される信号が音声信号か、非音声信号かを識別し、判定結果を出力する、音声／非音声識別器と、音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を符号化し、音声符号化信号を出力する第１の機能ブロックと、上記第１の機能ブロックと同じ符号化方式で、上記周波数パラメータとは異なる非音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を逐次符号化し、非音声符号化信号を出力する第２の機能ブロックとを有し、入力信号を圧縮符号化する符号器と、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、入力信号の上記符号器への供給を第１の機能ブロック、または第２の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段と、上記符号器の出力と、上記音声／非音声識別器の判定結果とを多重化し、伝送路に出力する多重化部とを備え、上記第１の機能ブロックは、音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部、上記第２の機能ブロックは、非音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部であり、上記第１及び第２の機能ブロックは、量子化誤差計算に用いる重み付け係数が異なり、ある特定の周波数領域において、上記第２の機能ブロックの重み付け係数を上記第１の機能ブロックの重み付け係数より大きくするものである。
【００２０】 また、本発明に係わる音声復号装置は、音声符号化装置で符号化され、伝送された多重化データ列から、符号化信号と、音声／非音声識別信号とに分離する多重分離部と、上記符号化信号を元の信号に復号する復号器とを備え、上記復号器は、伝送された音声符号化信号を符号化した符号器に対応する第３の機能ブロックと、同じく伝送された非音声符号信号を符号化した符号器に対応する第４の機能ブロックとを有し、上記多重データ分離部で分離された、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、上記第３の機能ブロック、または第４の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段を有するものである。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【発明の実施の形態】実施の形態１.以下、本発明の実施の形態１について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１における音声符号化・復号装置の構成を示すブロック図である。図１の送信側において、101は音声信号をあるアルゴリズムに基づき高能率に圧縮符号化する符号器、102は符号器への入力信号が音声信号か、非音声信号（例えば、ＤＴＭＦ信号、No.5シグナリング等)かを識別し、判定結果を出力する音声／非音声信号識別器、103、104は切替スイッチ、105、106はそれぞれ符号器101の一部機能を実行する符号化処理機能ブロック、107は識別器の判定結果と、符号器の出力とを多重化して伝送路に出力する多重化部である。ここで符号化処理機能ブロック105は、音声信号を対象に高能率に圧縮符号化できるように最適化がなされている。一方、符号化処理機能ブロック106は非音声信号、例えばDTMF信号を少ない歪で圧縮符号化できるように最適化がなされている。
【００２８】また、図１の受信側において、201は符号器101と同一のアルゴリズムに基づき高能率に圧縮された音声符号を音声信号に復号する復号器、202は多重化部107で多重化された音声／非音声信号識別器102の判定結果と、符号器101の出力とを分離して出力する多重分離部、203、204は切替スイッチ、205、206はそれぞれ復号器201の一部機能を実行する復号処理機能ブロックである。ここで、205、206はそれぞれ符号器101の符号化処理機能ブロック105、106に対応している、または機能的に全く同一のものである。
【００２９】次に、この音声符号化・復号装置の動作について説明する。図１の送信側において、音声／非音声信号識別器102は、入力される信号が音声信号か、非音声信号であるかを常に監視し、その判定結果に基づいて符号器101の動作モードを決定する。音声／非音声信号識別器102で「音声」と判定されたときは、切替スイッチ103を端子103A側に、同104を端子104A側にそれぞれ倒す。その結果、符号器101の内部において、符号化処理処理機能ブロック105が選択され、音声信号を高能率に符号化するのに適した動作モード(以下、■音声モード■と称する)となる。このモードにおいて、符号器101は音声信号を符号化アルゴリズムに基づいて符号化処理を実行し、入力音声に対応する符号を出力する。
【００３０】また、音声／非音声信号識別器102で「非音声」と判定されたときは、切替スイッチ103を端子103B側に、同104を端子104B側にそれぞれ倒す。その結果、符号器101の内部において、符号化処理機能ブロック106が選択され、非音声信号、例えばDTMF信号等を少ない歪で圧縮符号化するのに適した動作モード(以下■非音声モード■と称する)となる。このモードにおいて、符号器101は非音声信号、例えばDTMF信号等を符号化アルゴリズムに基づいて符号化処理を実行し、入力された非音声信号に対応する符号を出力する。
【００３１】音声／非音声信号識別器102の動作について、一例として、識別の対象となる非音声信号にDTMF信号を用いて説明する。DTMF信号はデュアルトーンで構成されており、出力される信号の周波数成分は規定により特定の値に固定されている事から、・FFT等を用いて周波数分析を行う・バンドパスフィルタを用いて特定の周波数成分を濾波する等の方法を用いて、周波数軸上の特徴量を抽出し、DTMF信号の持つ特徴量と一致するか否かを判定する事により識別する事が出来る。
【００３２】また、DTMF信号のレベルについても、送出レベルが規定により特定の範囲に限定されている事、レベルの変動が少ない事などから、比較的レベル変動が大きくダイナミックレンジの広い音声信号とは明らかに異なった特徴を示す。従って、入力信号のレベルを監視する事により、DTMF信号識別のための補助情報として用いる事でDTMF信号の検出精度を向上させる事も出来る。音声／非音声信号識別器102では上記のパラメータを入力信号を用いて独自に算出し、それらを基に判定を下して結果を出力する機能を持つ。
【００３３】多重化部107では、以上のようにして得られた音声信号、或いは非音声信号が符号化されたもの(以下、音声／非音声符号と称する)と、音声／非音声信号識別器102の出力である入力信号の識別結果(音声信号か、非音声信号か)を多重化して伝送路へ送出する。
【００３４】一方、図１の受信側においては、まず伝送路から受信した信号列から、多重分離部202において音声／非音声符号と、音声／非音声信号識別器102の判定結果とに分離する。このように信号列から取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が、「音声」であれば切替スイッチ203を端子203A側に、同204を端子204A側にそれぞれ倒す。その結果、復号器201の内部において復号処理機能ブロック205が選択され、符号器101の音声モードに対応した復号器の動作モードとなる。このモードにおいて、復号器201は復号アルゴリズムに基づいて復号処理を実行し音声信号を復号する。このとき、符号化・復号処理はいずれも音声モードで実行されているので、復号された音声信号は符号化アルゴリズムがもつ本来の性能に見合った品質となっている。
【００３５】また、多重分離部202で信号列から取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が、「非音声」であれば切替スイッチ203を端子203B側に、同204を端子204B側にそれぞれ倒す。その結果、復号器201の内部において復号処理機能ブロック206が選択され、符号器101の非音声モードに対応した復号器の動作モードとなる。このモードにおいて、復号器201は復号アルゴリズムに基づいて復号処理を実行し非音声信号を復号する。このとき、符号化・復号処理はいずれも非音声モードで実行されているので、復号された非音声信号は音声モードで実行されるよりも一層歪の少ないものとなっている。
【００３６】以上のように、本実施の形態に依れば、音声信号伝送時には音声の符号化により適した通常の音声符号化・復号アルゴリズムを用いた方法で、また、非音声信号、特にDTMF信号等の伝送時においては、一部の処理機能ブロックを非音声信号の符号化により適した方法に切替えて符号化・復号処理を実行するので、非音声信号伝送時に伝送速度を上げる事無く、高品質の非音声信号を伝送する事が出来る。
【００３７】また、本実施の形態においては、符号化・復号処理の一部に変更を加えるものであり、アルゴリズムの本質に関わるような切替を行うものではないため、例えば、音声信号入力中に、音声／非音声信号識別器102で「非音声」と誤識別した場合でも、多少の劣化はあるものの、ある程度の音声伝送品質は維持できるので、通話中に耳触りとなるような弊害は抑えられるといった利点もある。
【００３８】実施の形態２.以下に、本発明に係る実施の形態２について、図２、図３を参照しながら説明する。本実施の形態は実施の形態１のモード切替に関し、符号化処理機能ブロック105、106の一つの動作例について詳細に述べたものである。ここで、説明を判り易くするために、符号化アルゴリズムの一例としてCS-ACELP方式(ITU-T勧告G.729準拠)を用いる事とする。CS-ACELP方式に基づく符号器の詳細なブロック図は上記に示した図２０２０に、復号器の詳細なブロック図は同じく図２１に示した通りである。なお、図１と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態１の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００３９】本実施の形態においては、送信側(符号器側)に非音声信号、例えばDTMF信号によって学習されたLSP量子化符号帳2(310A)を別途用意する。即ち、図２に示すように、音声入力に最適化された符号化処理機能ブロック105には、音声により学習されたLSP量子化符号帳1(310)が対応し、非音声信号に最適化された符号化処理機能ブロック106にはLSP量子化符号帳2(310A)が対応する。音声／非音声信号識別器102が「音声」と判定したときは、切替スイッチ103を端子103Aに、同104を端子104Aにそれぞれ倒し、LSP量子化符号帳1(310)に基づくLSPのベクトル量子化を実行する。一方、音声／非音声信号識別器102が「非音声」と判定したときは、切替スイッチ103を端子103Bに、同104を端子104Bにそれぞれ倒し、LSP量子化符号帳2(310A)に基づくLSPのベクトル量子化を実行する。
【００４０】受信側(復号器側)においても同様に、図３に示すように、LSP量子化符号帳1(406)に加えて、LSP量子化符号帳2(310A)と全く同一のLSP量子化符号帳2(406A)を用意する。即ち、音声入力に最適化された復号処理機能ブロック205には、LSP量子化符号帳1(406)が対応し、非音声信号に最適化された復号処理機能ブロック206にはLSP量子化符号帳2(406A)が、それぞれ対応する。多重分離部202において、取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が、「音声」であれば、切替スイッチ203を端子203A側に、同204を端子204A側にそれぞれ倒し、LSP量子化符号帳1(406)から、送信されたインデックスに対応するLSPベクトルを抽出する。一方、多重分離部202で取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が、「非音声」であれば、切替スイッチ203を端子203B側に、同204を端子204B側にそれぞれ倒し、LSP量子化符号帳2(406A)から、送信されたインデックスに対応するLSPベクトルを抽出する。
【００４１】以上のように、本実施の形態に依れば、音声信号が入力された場合は、音声によって学習された符号帳を用いてLSPが量子化され、また、DTMF信号が入力された場合は、DTMF信号によって学習された符号帳を用いてLSPが量子化されるようにしているので、音声信号伝送時には、より音声信号に適した符号化を、DTMF信号伝送時には、よりDTMF信号に適した符号化を行う事が出来る。この手段により、DTMF信号のスペクトル包絡情報を精度良く、かつ効率的に量子化する事が出来るため、DTMF信号伝送時の量子化歪をより低減する事ができる。
【００４２】実施の形態３.以下に、本発明に係る実施の形態３について図４〜図８を参照しながら説明する。本実施の形態は実施の形態１のモード切替に関し、符号化処理機能ブロック105、106の一つの動作例について詳細に述べたものである。ここで、説明を判り易くするために、符号化アルゴリズムの一例としてCS-ACELP方式(ITU-T勧告G.729準拠)を用いる事とする。なお、図１と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態１の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００４３】本実施の形態は、通常のDTMF信号伝送時において、スペクトル包絡の微妙な揺らぎが発生しない事に着目したものである。符号器の動作について図４を用いて説明する。図４はCS-ACELP方式に基づく本発明の符号器の処理機能ブロックの一部を示したものである。本実施の形態においては、量子化方式の異なるLSP量子化部を２種類持っている。即ち、LSP量子化部1(309)は、例えば、図２２に示されたような、音声信号の入力に対して特化された符号帳探索方式を実現する。一方、LSP量子化部2(309A)は、非音声信号の入力に対して特化された符号帳探索方式を実現する。即ち、音声信号に最適化された符号化処理機能ブロック105には、LSP量子化部1(309)が対応し、非音声信号に最適化された符号化処理機能ブロック106にはLSP量子化部2(309A)が対応する。音声／非音声信号識別器102が「音声」と判定したときは、切替スイッチ103を端子103Aに、同104を端子104Aにそれぞれ倒し、LSP量子化部1(309)の量子化方式に基づくLSP量子化を実行する。一方、音声／非音声信号識別器102が「非音声」と判定したときは、切替スイッチ103を端子103Bに、同104を端子104Bにそれぞれ倒し、LSP量子化部2(309A)の量子化方式に基づくLSP量子化を実行する。
【００４４】受信側においても同様に、図５に示すように、LSP逆量子化部1(407)に加えて、LSP量子化部2(309A)に対応したLSP逆量子化部2(407A)を用意する。即ち、音声入力に最適化された復号処理機能ブロック205には、LSP逆量子化部1(407)が、非音声信号に最適化された復号処理機能ブロック206にはLSP逆量子化部2(407A)がそれぞれ対応する。多重分離部202において取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が「音声」であれば切替スイッチ203を端子203A側に、同204を端子204A側にそれぞれ倒しLSP逆量子化部1(407)に基づく方法でLSPを抽出する。LSP逆量子化部1(407)は、例えば、図２３に示されたようなLSP量子化部1(309)に対応した逆量子化を実現する。一方、多重分離部202で取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が「非音声」であれば切替スイッチ203を端子203B側に、同204を端子204B側にそれぞれ倒し、LSP逆量子化部2(407A)に基づく方法でLSPを抽出する。
【００４５】LSP量子化部2(309A)の一例として、例えば図６に示すような手段を用いる。これはLSP量子化部1(309)の、第２段LSP量子化符号帳336からの信号入力を無効にしたものである。DTMF信号のような非音声信号については、スペクトル包絡はあらかじめ判っているため、第１段LSP量子化において、入力が想定される非音声信号のスペクトル包絡を少ない量子化歪で表現出来るベクトルを、第１段LSP量子化符号帳335にあらかじめ埋め込んでおく。これにより、第１段量子化で精度良く量子化が可能となる。また、DTMF信号入力時には、包絡情報が微妙に変動する事は通常ありえない。既に、第１段の量子化である程度の精度は確保されているので第２段の微調整は不要であり、逆に周波数歪の原因ともなる事が考えられるため無効にしておく。
【００４６】また、送信側において図６に示すような方式を用いた場合、LSP逆量子化部2(407A)の一例として、例えば図７に示すような方式を用いる。これもまた、LSP逆量子化部1(407)の、第２段LSP量子化符号帳336からの信号入力を無効にしたものである。
【００４７】以上のように、本発明の実施の形態３に依れば、DTMF信号伝送時において、第１のLSP量子化手段でDTMF信号のスペクトル包絡情報を精度良く量子化し、また、DTMF信号伝送時にはスペクトル包絡情報の揺らぎが少ない事に着目して、第２のLSP量子化手段を省略するようにしているので、上記符号化・復号装置におけるDTMF伝送歪を低減する事が出来る。
【００４８】或いは、図８に示すように、実施の形態２で説明した、DTMF信号で学習されたLSP量子化符号帳2(310A)を別途用意し、音声／非音声信号識別器102の判定結果に応じて使用する符号帳を切替えるという手段を併用しても、上記実施の形態と同様の効果を得る事が出来る。
【００４９】実施の形態４.上記の実施の形態２及び３では、DTMF信号伝送時において、量子化歪に起因する周波数歪を低減するように工夫したものであるが、次に、DTMF信号の立上り、立ち下がり時に起きるスペクトル包絡情報の急激な変化に追随できるようにするための実施の形態を示す。図９は、この実施の形態４におけるLSP量子化部の内部の構成を示すブロック構成図である。なお、図９において、図４と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態３の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００５０】次に、符号器の動作を説明する。本実施の形態において、図４に示したLSP量子化に関わるブロック群の動作は、実施の形態３によるものと全く同一である。実施の形態３と異なるのはLSP量子化部2(309A)の内部のみである。図９によれば、LSP量子化部2(309A)は移動平均予測の機能を外した構成となっている。LSPの量子化には、第１段LSP符号帳のみを用いる。これにより、音声／非音声信号識別器102で入力信号がDTMF信号を識別したら、LSPの移動平均予測処理を停止させるのと同じ効果が得られる。
【００５１】一方、復号器201でも、符号器101との対応を取るため、図７に示すLSP逆量子化部2(407A)から、移動平均予測の機能を外した単純な構成とする事で、LSPの復号を実現する事が出来る。
【００５２】或いは、図１０に示すように、実施の形態２で説明したように、第１段LSP量子化符号帳2(335A)を別途用意する手段を併用する事も出来る。このとき、移動平均の過去のLSPに対する重み付けを軽くするように構成された移動平均予測係数符号帳2(337A)をLSP量子化符号帳2(310A)に盛り込む事で、移動平均予測効果の軽減を実現する事が出来る。
【００５３】この時、復号器201でも、符号器101との対応を取るため、図１１に示すような構成とする事で、LSPの復号を実現する事が出来る。
【００５４】以上のように、本発明の実施の形態４に依れば、DTMF信号伝送時に、LSP量子化における移動平均予測の効果を無くす、または効果を低減するような構成としたのでDTMF信号の立上り、立ち下がり時において、復号されるべきDTMF信号波形の特性を改善する事が出来る。
【００５５】実施の形態５．次に、ＤＴＭＦ信号を構成するデュアルトーンの周波数近傍の情報をより正確に符号化する事に着目した実施の形態を示す。図１２はこの実施の形態５におけるLSP量子化部2(309A)の内部の構成を示すブロック構成図である。なお、図１２において、図６と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態３の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００５６】次に、符号器の動作を説明する。本実施の形態において、図１２に示したLSP量子化部2(309A)の動作は、実施の形態３によるものと量子化誤差重み付け係数計算部2(338A)の内部動作が異なるが、その他の動作は実施の形態３と同一である。
【００５７】量子化誤差計算に用いる重み付け係数は、CS-ACELP方式に依れば、以下の式に示される方法で計算されている。
【００５８】
【数１】
【００５９】ここで、ωiはi次LSPである。即ち、スペクトルのピークがくる周波数域については重み付け係数を重くし、スペクトルの”谷”になっている周波数域については重み付け係数が軽くなっている。これは、スペクトルのピークを示す周波数域については量子化誤差の寄与分を重くして、誤差に対する感度を鋭くする効果がある。
【００６０】ここで、DTMF信号のもつデュアルトーンのスペクトル情報は、１次から６次付近の低次のLSPに集中している事が知られている。量子化誤差重み付け係数計算部2(338A)は、量子化誤差重み付け係数計算部(338)からこの事を利用して改良が加えられたものである。即ち、１０次のLSP係数のベクトル量子化において、ベクトル距離算出時に、１次〜６次付近の低次のLSPの誤差については重み付けをさらに重くし（即ち、わずかの誤差にも鋭敏に感応するよう係数感度を高める）、高次のLSPについては重み付けを軽くする（即ち、ある程度の誤差は許容するよう係数感度を低く抑える）構成としてある。これは、例えば、上記式におけるw1〜w6において、１以上の係数を乗じる事によって簡単に実現する事が出来る。
【００６１】以上のように、本発明の実施の形態５に依れば、LSP量子化を、DTMF信号を構成するデュアルトーン周波数付近について、より精度を高める事が出来るので、LSPの量子化誤差を低減でき、よって、復号されたDTMF信号の周波数歪を小さくする事ができる。
【００６２】実施の形態６.以下に、本発明に係る実施の形態６について、図１３を参照しながら説明する。本実施の形態は、実施の形態１の音声／非音声信号識別器102の出力である信号識別情報の多重化、即ち、多重化部107及び多重分離部202に関する。
【００６３】次に、動作について説明する。図１３は、あるパラメータをターゲットとして量子化するための量子化器の構成の一つの例を示すブロック図である。量子化値の候補となる信号を量子化符号帳340に予め蓄積しておく。量子化の対象となるターゲット信号が入力されたら量子化符号帳の各候補について、ターゲット信号との誤差を最小自乗誤差計算部342で計算する。このように、最小の自乗誤差を与える符号帳の候補を探索し、探し出された候補に付けられたインデックスを引き出し最適符号として量子化器から出力する。
【００６４】ここで、本実施の形態においては、最適符号の探索時にある特定の制約条件を用いる。その一例として、音声信号伝送時には、図１３の量子化符号帳において白く示した部分(インデックス0000〜1010)のみを探索する。また、DTMF信号伝送時においては、同じく斜線で示した部分(インデックス1011〜1111)のみを探索する。このような制限を設ける事により、受信側の多重分離部において、当該パラメータの量子化値を調べる事によって、音声／非音声信号識別器102の判定結果を知る事が出来、識別パターンが多重化されたのと同等の効果を呈する事が出来る。
【００６５】以上のように、本実施の形態６に依れば、識別のためのビットを設ける必要が無いため、伝送速度を増やさずに音声／非音声識別器の判定結果を受信側に送る事が出来る。
【００６６】実施の形態７.上記実施の形態６では、音声信号伝送時とDTMF信号伝送時とで異なる量子化符号を用いる事により、音声／非音声信号識別器102の判定結果情報を埋め込む事を可能としたものであるが、次に、ある量子化テーブルの１つを音声／非音声識別パターンとして用いる場合の実例を、図１４、１５を用いて詳しく説明する。なお、図１〜図１３と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態１〜６の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００６７】本実施の形態においては、例えば、上記実施の形態３の手段とを併用する事で、より効率の良い音声／非音声信号伝送を実現する事が出来る。ここで、図１４１４は、音声信号伝送時に用いられるLSP量子化部1(309)、及びLSP量子化符号帳1(310)の内部構造を示すブロック図、図１５は、同じくDTMF信号伝送時に用いられるLSP量子化部2(309A)、及びLSP量子化符号帳2(310A)の内部構造を示すブロック図である。実施の形態６における量子化符号帳には、本実施の形態において、第２段LSP量子化符号帳336を対応させる。DTMF信号伝送時に割当てられている量子化の候補は、第２段LSP量子化符号帳336において斜線で示されているただ１つの候補のみである。残りの候補は音声信号伝送時に割当てられ上記候補はこのモードにおいて禁止符号となる。DTMF信号伝送時に割当てられている候補は１つしかないので、そのインデックスはそのままDTMF伝送モードである事を識別するパターンとして取り扱う事が出来る。
【００６８】ここで、DTMF信号伝送時に割当てられている第２段LSP符号は１つしか割当てられていないが、図１５１５に示すように、第１段LSP量子化符号帳2(335A)でDTMF信号のスペクトル包絡情報を十分に表現出来る構成としているので、第２段LSP量子化を実行する必要が無く、従って第２段LSP量子化の情報を送る必要は元々無い。よって、特性の劣化等の問題は発生しない。
【００６９】以上説明した符号器の動作の結果、多重化部107が構成する符号器から出力されるフレームフォーマットは図１６の通りとなる。DTMF信号伝送モードにおいては、第２段LSP量子化で禁止符号としたインデックスをDTMF信号伝送識別パターンとして送っている事に特徴がある。受信側の多重分離部202においては、第２段LSPを常に監視し、この識別パターンと一致したらDTMF信号伝送モードと解釈して復号器201を制御する。
【００７０】以上のように、本実施の形態７に依れば、音声伝送時に選択できなくなる禁止符号(量子化ステップ)を僅か１つに抑えたため、音声伝送時の品質をほとんど劣化させずに、音声／非音声信号識別器102の判定結果を伝送する信号列に埋め込む事が出来るという利点がある。また、DTMF信号伝送時においては、DTMF信号を符号化伝送するために特化されたアルゴリズムとなっており、識別パターンとなる選択禁止符号を送信するための十分なビット数が確保されているためDTMF信号の劣化も無いという優れた利点がある。
【００７１】実施の形態８以上の実施の形態７では、分割する量子化符号帳にLSP量子化符号帳を用いた場合について述べたが、次に、図２０２０における利得量子化部316及び利得量子化符号帳317を用いた場合の実例を、図１７及び図１８を用いて詳しく説明する。
【００７２】本実施の形態８は、DTMF信号伝送時において、DTMF信号の立上り、立ち下がり時を除けば利得の変動が極めて少ない事に着目した手段である。識別情報の多重化手段として、利得量子化ベクトル符号帳の一つを禁止し、そのインデックスを識別パターンに用いる点の他は実施の形態７の場合と同一である。音声信号伝送時において、サブフレーム(5msec)毎に行っている利得の量子化を、利得変動の少ないDTMF信号伝送時においては、フレーム毎(10msec)に間引いて冗長度を減らす代わりに識別パターンを埋め込む事を特徴とする。
【００７３】利得量子化部316で実行される、利得量子化のタイムスケジュールを図１８に示す。音声信号伝送モードにおいては、１フレームに２回（即ちサブフレーム毎に）利得の量子化を実行する。第１サブフレームでは通常の符号帳探索を行う。第２サブフレームの利得符号帳探索において、実施の形態６で示した量子化方法を用いる。即ち、音声信号伝送時においては唯一の禁止ベクトルを除いて全探索を行い、最適ベクトルのインデックスを利得量子化部316から出力する。
【００７４】DTMF信号伝送時においては、利得の量子化は１フレームに１回しか実行しない。これは、例えば、全フレームを対象とした利得の量子化を行う事で、実現する事が出来る。符号帳探索においては、上記音声信号伝送モードにおける第１サブフレーム時と同様、全探索を実行する。そして、１サブフレーム分の利得量子化情報の代わりに、識別情報として音声入力時に探索禁止としたベクトルのインデックスを利得量子化部316から出力する。
【００７５】以上説明した符号器の動作の結果、多重化部107が構成する符号器から出力されるフレームフォーマットは図１７の通りとなる。DTMF信号伝送モードにおいては、音声信号伝送モードにおいて第１サブフレーム利得量子化情報を送っていた部分に、全フレームに対する利得量子化符号を挿入してある。また、第２サブフレームにおいて利得符号の量子化において禁止符号としたインデックスを、DTMF信号伝送識別パターンとして送っている事に特徴がある。受信側の多重分離部202においては、第２フレーム利得符号を監視しこの識別パターンと一致したら、DTMF信号伝送モードと解釈して復号器201を制御する。
【００７６】また、復号器201において、音声伝送モードにおいては、送られてきた利得符号を基に逆量子化を行いサブフレーム毎に利得値を更新して復号処理を行う。一方、DTMF信号伝送モード時には、１フレームに１つの利得符号しか送られてこないため利得の更新もフレーム単位となる。
【００７７】以上のように、本実施の形態８に依れば、音声伝送時に選択できなくなる禁止符号（量子化ステップ）を僅か１つに抑えたため、音声伝送時の品質をほとんど劣化させずに、音声／非音声信号識別器102の判定結果を伝送する信号列に埋め込む事が出来るという利点がある。また、DTMF信号伝送時においては、DTMF信号を符号化伝送するために特化されたアルゴリズムとなっており、識別パターンとなる選択禁止符号を送信するための十分なビット数が確保されているため、DTMF信号の劣化をなくする事が出来る。
【００７８】実施の形態９.以下に、本発明に係る実施の形態９について、図１９を参照しながら説明する。本実施の形態は、音声／非音声信号識別器102の１つの動作例について詳細に述べたものである。なお、図１と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態１の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００７９】次に、動作について、図１９を用いて説明する。実施の形態１において、DTMF信号の識別手段を数例提示したが、大きく分けて(1)周波数成分、(2)利得成分の２点に特徴があるという事が言える。ここで、例えば符号化方式にCS-ACELP方式（図２０,図２１)を用いた音声符号化・復号装置においては、入力された音声信号を分析して効率よく符号化するため、線形予測法に基づく音声信号の周波数分析を実行する符号化処理機能ブロックであるLP分析部302を有している。ここで計算されるパラメータ(例えば反射係数等)から、DTMF信号の特徴を示す情報を引き出す事が出来る。音声／非音声信号識別器102は、この機能を備えており、音声／非音声信号識別器102自身が周波数分析を実行する手段を持たない。なお、音声／非音声信号識別器102の詳細については、特開平9-326772に詳細に述べられているので、ここでの説明は省く。
【００８０】以上のように、本実施の形態９に依れば、符号化処理で必須のパラメータを流用して、音声／非音声信号の識別に用いている構成となっているため、信号識別のために必要なパラメータを簡単に得る事が出来る。従って、信号識別のための処理負荷が軽くできる。簡便な処理で実現できるため装置構成が簡単に出来る事が期待でき、装置実現のためのコストを低減できるといった利点がある。
【００８１】
【発明の効果】以上のように、本発明に依れば、音声信号伝送時には音声の符号化により適した、通常の音声符号化・復号アルゴリズムを用いた方法で、また、非音声信号、特にDTMF信号等の伝送時においては、一部の処理機能ブロックを、非音声信号の符号化により適した方法に切替えて、符号化・復号処理を実行するので、非音声信号伝送時に、伝送速度を上げる事無く、高品質の非音声信号を伝送する事が出来る。
【００８２】また、本発明においては、符号化・復号処理の一部に変更を加えるものであり、アルゴリズムの本質に関わるような切替を行うものではないため、例えば、音声信号入力中に、音声／非音声信号識別器102で「非音声」と誤識別した場合でも、多少の劣化はあるものの、ある程度の音声伝送品質は維持できるので、通話中に耳触りとなるような弊害は抑えられる、といった利点もある。
【００８３】また、簡便な方法で構成された、識別性能の良くない音声／非音声信号識別器を適用しても、ある程度の音声品質の維持が可能である事から、装置構成を簡単に出来、実現のためのコストが低減できるなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１である音声符号化・復号装置のブロック構成図である。
【図２】 実施の形態２である音声符号器内のLSP量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図３】 実施の形態２である音声復号器内のLSP逆量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図４】 実施の形態３である音声符号器内のLSP量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図５】 実施の形態３である音声復号器内のLSP逆量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図６】 実施の形態３である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図７】 実施の形態３である音声復号器内の第２のLSP逆量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図８】 実施の形態３である音声符号器内のLSP量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図９】 実施の形態４である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１０】 実施の形態４である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１１】 実施の形態４である音声復号器内の第２のLSP逆量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１２】 実施の形態５である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１３】 実施の形態６である音声符号器内の量子化符号帳の構成例の一つを示す図である。
【図１４】 実施の形態７である音声符号器内の第１のLSP量子化部、及び第１のLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１５】 実施の形態７である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及び第２のLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１６】 実施の形態７である音声符号化・復号装置の信号伝送時のフレームフォーマットを示す図である。
【図１７】 実施の形態８である音声符号化・復号装置の信号伝送時のフレームフォーマットを示す図である。
【図１８】 実施の形態８である音声符号化・復号装置の利得量子化処理ブロックのタイムスケジュールを記した表である。
【図１９】 実施の形態９に係る音声符号化・復号装置のブロック構成図である。
【図２０】CS-ACELP方式に基づく符号器の内部構成を示すブロック図である。
【図２１】CS-ACELP方式に基づく復号器の内部構成を示すブロック図である。
【図２２】CS-ACELP方式における符号器の、LSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の内部詳細構成を示すブロック図である。
【図２３】CS-ACELP方式における復号器の、LSP逆量子化部、及びLSP量子化符号帳の内部詳細構成を示すブロック図である。
【図２４】従来の音声符号化・復号装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】 従来の音声符号化・復号装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
101:符号器、 102:音声／非音声信号識別器、 103、104:切替スイッチ、105、106:符号化処理機能ブロック、 107:多重化部、 201:復号器、202:多重分離部、 203、204:切替スイッチ、205、206:復号処理機能ブロック、 301:符号化前処理部、302:LP分析部、 303:線形予測計算部、 304:聴覚重み付けフィルタ、305:LP-LSP変換部、 306:開ループピッチ探索部、307:非量子化LSP-LP変換部、 308:移動平均予測成分計算部、309、309A:LSP量子化部、 310、310A:LSP量子化符号帳、311:量子化LSP-LP変換部、 312:LP逆フィルタ、 313:ピッチ成分計算部、314:励振信号(周期成分)量子化部(閉ループピッチ探索部)、315、322:インパルス応答計算部、 316:利得量子化部、317:利得量子化符号帳、 318:符号帳探索用ターゲット信号計算部、319:パルス予備選択部、 320:ピッチプレフィルタ、321:励振信号(雑音成分)量子化部(固定符号帳探索部)、323:利得の移動平均予測部、 324:符号計算部、325:ピッチポストフィルタ、 326、331、332、333:加算器、327:量子化された励振信号計算部、 330:利得乗算器、334:最小自乗誤差計算部、 335、335A:第１段LSP量子化符号帳、336:第２段LSP量子化符号帳、 337、337A:移動平均予測係数符号帳、338:量子化誤差重み付け係数計算部、 340:一般的な量子化符号帳、341:加算器、 342:最小自乗誤差計算部、 401:ピッチラグ復号部、402:利得量子化符号帳、 403:利得逆量子化部、 404:利得の移動平均予測部、405:励振信号(雑音成分)逆量子化部、 406、406A:LSP量子化符号帳、407、407A:LSP逆量子化部、 408:ピッチポストフィルタ、409:LSP内挿部、 410:LSP-LP変換部、 411:励振信号計算部、412:合成フィルタ、 413:ポストフィルタ、 414:後処理部。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音声のディジタル有線通信および無線通信において用いられる音声符号化・復号装置に関し、特にDTMF(Dual Tone Multi-Frequency)信号などの、音声周波数帯域を用いた非音声信号を伝送する事の出来る音声符号化・復号装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】企業内通信においては、通信コストの低減が最も重要な課題である。通信トラヒックの大部分を占める音声信号の高能率伝送を実現するため、近年、8kbit/sCS-ACELP(Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction: 共役構造代数的符号励振線形予測)音声符号化方式(ITU-T勧告G.729準拠)に代表されるような、音声符号化・復号方式に基づく高能率音声符号化装置を適用する事例が増えつつある。
【０００３】伝送速度が8kbit/sクラスの音声符号化アルゴリズムにおいては、少ない情報量で高品質な音声を得るため入力信号を音声信号に特化した構成となっている。この事を上記8kbit/s CS-ACELP方式を例にとって説明する。図２０に符号器のブロック図を、図２１に復号器のブロック図を示す。本符号化方式は、人間の発声機構をモデル化した符号化アルゴリズムとなっており、即ち、人間の声道情報をモデル化した合成フィルタ412(音声のスペクトル包絡に対応する線形フィルタ)を構成し、人間の声帯音源に相当する符号帳に蓄えられた時系列の信号(励振信号再生部411の出力)で駆動する事によって音声を再生するCELP方式に基づいている。なお、詳細なアルゴリズムの説明は、ITU-T Recommendation G.729, ■Coding of Speech at 8kbit/s using Conjugate-Structure Algebraic-Code-ExcitedLinear Prediction(CS-ACLEP)■を参照されたい。
【０００４】符号化アルゴリズムが音声に特化された構造になると、高能率音声符号化装置を用いた伝送路において、音声周波数帯域を用いた音声信号以外の信号（例えば、デュアルトーンで構成されたプッシュボタンに用いられるDTMF信号、No.5シグナリング、モデム信号など）の伝送特性は、伝送効率が高能率になればなるほど低下する傾向がある。
【０００５】この事を示す一例として、LSP量子化部の詳細について、図２２、図２３を用いて説明する。図２２R>２は、図２０に示した符号器内のLSP量子化部309の詳細構成であり、図２３は、図２１に示した復号器内のLSP逆量子化部407の詳細構成である。
【０００６】CS-ACELP音声符号化方式においては、LSP係数の量子化に３つの処理手順を踏む事で実現している。即ち、LSP量子化部309は、以下に示す３つの処理機能ブロックを有している。
(1)フレーム間で予測可能な成分を差し引いて効率的に量子化するための移動平均(MA)予測成分計算部308(2)ターゲットとなるLSPを、音声により学習された符号帳を用いて大雑把に量子化を行う第１段LSP量子化符号帳335(3)第１段で大雑把に量子化されたターゲットLSPに対して、乱数系列を用いた符号帳で微調整を行う第２段LSP量子化符号帳336
【０００７】(1)の移動平均予測を用いる事により周波数特性の急激な変化の少ない、即ちフレーム間で相関性の強い信号を効率的に量子化する事が出来る。また(2)の学習符号帳と、(3)の乱数符号帳との併用により、数学的な厳密性には欠けるものの、スペクトル包絡の概形を効率よく表現する事が出来る。また、(3)の乱数符号帳の存在により、スペクトル包絡の微妙な変化にも柔軟に追随する事が出来る。以上の観点から、LSP量子化部309は音声のスペクトル包絡情報の特徴を効率よく符号化するのに良く適した方式であるといえる。
【０００８】一方、非音声信号、特にDTMF信号の符号化においては、以下のような性質を考慮する必要がある。
・スペクトル包絡は音声信号と明らかに異なっている。
・信号継続時間と、ポーズ時間との間でスペクトル特性に急激な変化がある。利得も急激に変化する。ただし、信号継続時間内に限定すれば、スペクトル特性、利得ともに変化量が極めて小さい。
・LSPの量子化歪がそのままDTMF信号の周波数歪に反映されるため、LSP量子化歪は出来るだけ小さくする必要がある。
・DTMF信号が継続する区間においては、周波数特性は極めて安定している。
以上の観点から、上記LSP量子化部309は、DTMF信号のスペクトル包絡情報を符号化するのに効果的な方法であるとは言えない。
【０００９】以上の例で示したように、DTMF信号のような非音声信号はいくつかの観点で音声信号とは異なる性質を有しているため、非音声信号の符号化に当たって、特に伝送速度が低く符号化のための冗長性が少ないという条件の下では、音声信号と同じ手法を用いるのは適当とは言えない。
【００１０】ところで、企業内通信においては、電話通信における呼接続などのために、シグナリング伝送のための信号線を別途設ける事をせず、DTMF信号等を用いてインチャネルでシグナリング伝送を行う事が多い。この場合、割当てられた伝送路が上記の高能率音声符号化を用いた伝送路であれば、DTMF信号の伝送特性は悪化するため、呼接続が正常に出来なくなるケースが高い頻度で発生するといった弊害がある。
【００１１】このような問題を解決する第１の手段として、例えば、特開平9-81199に示されるような図２４の装置構成がとられる事がある。この構成においては送信側に、音声信号と、DTMF信号のような非音声信号とを識別する手段と、DTMF信号をあらかじめ符号化したパターンを記憶しているメモリを、送信側と受信側とで有しており、本識別手段においてDTMF信号の入力を識別すると、DTMFの番号に対応する符号化パターンを保持するメモリのインデックスを受信側に送信し、受信側ではそのインデックスを識別して、その番号に対応するDTMF信号を生成するものである。
【００１２】また、このような問題を解決する第２の手段として、例えば、特開平9-326772に示されるような図２５２５の装置構成がとられる事がある。この構成においては、入力音声の符号化に際し、フィルタ係数を得て音声符号化量を算出する聴覚重み付けフィルタと、聴感上の品質を高めるための聴覚重み付けフィルタ適応部で得られる反射係数を設定値と比較する反射係数判定手段と、この反射係数が規定の範囲外であれば聴覚重み付けフィルタを使用し、規定の範囲内であれば聴覚重み付けフィルタを使用しない使用切換手段を備えた。
【００１３】また更に、入力信号のレベルの変化を監視する信号レベル監視手段を付加し、使用切換手段は反射係数と入力信号のレベルの変化の組み合わせで聴覚重み付けフィルタの使用切換を行うようにした。また、復号装置側も対応する使用切換手段を備えた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、音声伝送時において、音声／DTMF識別器が誤識別を起こす事がある。このとき、従来の第１の装置構成では、受信側において、音声伝送の途中に完全なデュアルトーンが生成され、即ち、会話の途中で突然DTMFの「ピー」音が挟まるような状況を呈する事となり、音声品質へのダメージが大きくなる事が予想される。また、DTMFと識別されたときの復号器の入力が不定となるため、通常の音声伝送に復帰後、復号器の内部状態が不連続となり、異音が発生するといった問題もある。
【００１５】従って、音声品質をある程度のレベルに維持するためには、音声／DTMF識別器には誤識別率が限りなく０に近い性能の高いものが要求される。これを、例えばDSPなどの信号処理プロセッサで実現する場合通常処理負荷は高くなる。このような識別アルゴリズムに対応する必要から、実現に当たっては高性能のプロセッサを必要とするため実現コストが高くなるなどの問題も発生する。
【００１６】また、従来の第２の装置構成においては、伝送速度が比較的高い(16kbit/s程度)符号化アルゴリズムであれば聴覚重み付けフィルタや、ポストフィルタによる周波数歪を改善する事で十分なDTMF伝送特性を得る事が出来るが、これよりも更に低速度(8kbit/s以下)の音声符号化アルゴリズムにおいては、冗長度が少なくなる分音声信号の符号化に特化されているため、上記フィルタ以外の機能ブロックで、上記フィルタによる歪以上の符号化歪が加わってしまう事が知られている。従って、本装置構成においてDTMF信号の伝送特性を十分に改善する事が出来ない。
【００１７】本発明は、このような従来の問題を解決するために考えられたものであり、DTMF信号等の非音声信号の伝送特性の改善を図りつつ、符号化アルゴリズムが本来持っている音声伝送品質が維持された高能率音声符号化・復号装置を、より簡便な方法で提供し、DTMF信号等の非音声信号をインチャネルで伝送可能とする事を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる音声符号化装置は、入力される信号が音声信号か、非音声信号かを識別し、判定結果を出力する、音声／非音声識別器と、音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を符号化し、音声符号化信号を出力する第１の機能ブロックと、上記第１の機能ブロックと同じ符号化方式で、上記周波数パラメータとは異なる非音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を逐次符号化し、非音声符号化信号を出力する第２の機能ブロックとを有し、入力信号を圧縮符号化する符号器と、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、入力信号の上記符号器への供給を第１の機能ブロック、または第２の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段と、上記符号器の出力と、上記音声／非音声識別器の判定結果とを多重化し、伝送路に出力する多重化部とを備え、上記第１の機能ブロックは、音声の符号化に適したＬＳＰ（ＬｉｎｅＳｐｅｃｔｒｕｍＰａｉｒ：線スペクトル対）量子化部、上記第２の機能ブロックは、非音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部であり、上記第２の機能ブロックを構成するＬＳＰ量子化部は、ＬＳＰの移動平均予測処理を停止するか、または移動平均予測の効果を軽減する機能を持つものである。
【００１９】 また、本発明に係わる音声符号化装置は、入力される信号が音声信号か、非音声信号かを識別し、判定結果を出力する、音声／非音声識別器と、音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を符号化し、音声符号化信号を出力する第１の機能ブロックと、上記第１の機能ブロックと同じ符号化方式で、上記周波数パラメータとは異なる非音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を逐次符号化し、非音声符号化信号を出力する第２の機能ブロックとを有し、入力信号を圧縮符号化する符号器と、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、入力信号の上記符号器への供給を第１の機能ブロック、または第２の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段と、上記符号器の出力と、上記音声／非音声識別器の判定結果とを多重化し、伝送路に出力する多重化部とを備え、上記第１の機能ブロックは、音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部、上記第２の機能ブロックは、非音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部であり、上記第１及び第２の機能ブロックは、量子化誤差計算に用いる重み付け係数が異なり、ある特定の周波数領域において、上記第２の機能ブロックの重み付け係数を上記第１の機能ブロックの重み付け係数より大きくするものである。
【００２０】 また、本発明に係わる音声復号装置は、音声符号化装置で符号化され、伝送された多重化データ列から、符号化信号と、音声／非音声識別信号とに分離する多重分離部と、上記符号化信号を元の信号に復号する復号器とを備え、上記復号器は、伝送された音声符号化信号を符号化した符号器に対応する第３の機能ブロックと、同じく伝送された非音声符号信号を符号化した符号器に対応する第４の機能ブロックとを有し、上記多重データ分離部で分離された、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、上記第３の機能ブロック、または第４の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段を有するものである。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【発明の実施の形態】実施の形態１.以下、本発明の実施の形態１について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１における音声符号化・復号装置の構成を示すブロック図である。図１の送信側において、101は音声信号をあるアルゴリズムに基づき高能率に圧縮符号化する符号器、102は符号器への入力信号が音声信号か、非音声信号（例えば、ＤＴＭＦ信号、No.5シグナリング等)かを識別し、判定結果を出力する音声／非音声信号識別器、103、104は切替スイッチ、105、106はそれぞれ符号器101の一部機能を実行する符号化処理機能ブロック、107は識別器の判定結果と、符号器の出力とを多重化して伝送路に出力する多重化部である。ここで符号化処理機能ブロック105は、音声信号を対象に高能率に圧縮符号化できるように最適化がなされている。一方、符号化処理機能ブロック106は非音声信号、例えばDTMF信号を少ない歪で圧縮符号化できるように最適化がなされている。
【００２８】また、図１の受信側において、201は符号器101と同一のアルゴリズムに基づき高能率に圧縮された音声符号を音声信号に復号する復号器、202は多重化部107で多重化された音声／非音声信号識別器102の判定結果と、符号器101の出力とを分離して出力する多重分離部、203、204は切替スイッチ、205、206はそれぞれ復号器201の一部機能を実行する復号処理機能ブロックである。ここで、205、206はそれぞれ符号器101の符号化処理機能ブロック105、106に対応している、または機能的に全く同一のものである。
【００２９】次に、この音声符号化・復号装置の動作について説明する。図１の送信側において、音声／非音声信号識別器102は、入力される信号が音声信号か、非音声信号であるかを常に監視し、その判定結果に基づいて符号器101の動作モードを決定する。音声／非音声信号識別器102で「音声」と判定されたときは、切替スイッチ103を端子103A側に、同104を端子104A側にそれぞれ倒す。その結果、符号器101の内部において、符号化処理処理機能ブロック105が選択され、音声信号を高能率に符号化するのに適した動作モード(以下、■音声モード■と称する)となる。このモードにおいて、符号器101は音声信号を符号化アルゴリズムに基づいて符号化処理を実行し、入力音声に対応する符号を出力する。
【００３０】また、音声／非音声信号識別器102で「非音声」と判定されたときは、切替スイッチ103を端子103B側に、同104を端子104B側にそれぞれ倒す。その結果、符号器101の内部において、符号化処理機能ブロック106が選択され、非音声信号、例えばDTMF信号等を少ない歪で圧縮符号化するのに適した動作モード(以下■非音声モード■と称する)となる。このモードにおいて、符号器101は非音声信号、例えばDTMF信号等を符号化アルゴリズムに基づいて符号化処理を実行し、入力された非音声信号に対応する符号を出力する。
【００３１】音声／非音声信号識別器102の動作について、一例として、識別の対象となる非音声信号にDTMF信号を用いて説明する。DTMF信号はデュアルトーンで構成されており、出力される信号の周波数成分は規定により特定の値に固定されている事から、・FFT等を用いて周波数分析を行う・バンドパスフィルタを用いて特定の周波数成分を濾波する等の方法を用いて、周波数軸上の特徴量を抽出し、DTMF信号の持つ特徴量と一致するか否かを判定する事により識別する事が出来る。
【００３２】また、DTMF信号のレベルについても、送出レベルが規定により特定の範囲に限定されている事、レベルの変動が少ない事などから、比較的レベル変動が大きくダイナミックレンジの広い音声信号とは明らかに異なった特徴を示す。従って、入力信号のレベルを監視する事により、DTMF信号識別のための補助情報として用いる事でDTMF信号の検出精度を向上させる事も出来る。音声／非音声信号識別器102では上記のパラメータを入力信号を用いて独自に算出し、それらを基に判定を下して結果を出力する機能を持つ。
【００３３】多重化部107では、以上のようにして得られた音声信号、或いは非音声信号が符号化されたもの(以下、音声／非音声符号と称する)と、音声／非音声信号識別器102の出力である入力信号の識別結果(音声信号か、非音声信号か)を多重化して伝送路へ送出する。
【００３４】一方、図１の受信側においては、まず伝送路から受信した信号列から、多重分離部202において音声／非音声符号と、音声／非音声信号識別器102の判定結果とに分離する。このように信号列から取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が、「音声」であれば切替スイッチ203を端子203A側に、同204を端子204A側にそれぞれ倒す。その結果、復号器201の内部において復号処理機能ブロック205が選択され、符号器101の音声モードに対応した復号器の動作モードとなる。このモードにおいて、復号器201は復号アルゴリズムに基づいて復号処理を実行し音声信号を復号する。このとき、符号化・復号処理はいずれも音声モードで実行されているので、復号された音声信号は符号化アルゴリズムがもつ本来の性能に見合った品質となっている。
【００３５】また、多重分離部202で信号列から取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が、「非音声」であれば切替スイッチ203を端子203B側に、同204を端子204B側にそれぞれ倒す。その結果、復号器201の内部において復号処理機能ブロック206が選択され、符号器101の非音声モードに対応した復号器の動作モードとなる。このモードにおいて、復号器201は復号アルゴリズムに基づいて復号処理を実行し非音声信号を復号する。このとき、符号化・復号処理はいずれも非音声モードで実行されているので、復号された非音声信号は音声モードで実行されるよりも一層歪の少ないものとなっている。
【００３６】以上のように、本実施の形態に依れば、音声信号伝送時には音声の符号化により適した通常の音声符号化・復号アルゴリズムを用いた方法で、また、非音声信号、特にDTMF信号等の伝送時においては、一部の処理機能ブロックを非音声信号の符号化により適した方法に切替えて符号化・復号処理を実行するので、非音声信号伝送時に伝送速度を上げる事無く、高品質の非音声信号を伝送する事が出来る。
【００３７】また、本実施の形態においては、符号化・復号処理の一部に変更を加えるものであり、アルゴリズムの本質に関わるような切替を行うものではないため、例えば、音声信号入力中に、音声／非音声信号識別器102で「非音声」と誤識別した場合でも、多少の劣化はあるものの、ある程度の音声伝送品質は維持できるので、通話中に耳触りとなるような弊害は抑えられるといった利点もある。
【００３８】実施の形態２.以下に、本発明に係る実施の形態２について、図２、図３を参照しながら説明する。本実施の形態は実施の形態１のモード切替に関し、符号化処理機能ブロック105、106の一つの動作例について詳細に述べたものである。ここで、説明を判り易くするために、符号化アルゴリズムの一例としてCS-ACELP方式(ITU-T勧告G.729準拠)を用いる事とする。CS-ACELP方式に基づく符号器の詳細なブロック図は上記に示した図２０２０に、復号器の詳細なブロック図は同じく図２１に示した通りである。なお、図１と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態１の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００３９】本実施の形態においては、送信側(符号器側)に非音声信号、例えばDTMF信号によって学習されたLSP量子化符号帳2(310A)を別途用意する。即ち、図２に示すように、音声入力に最適化された符号化処理機能ブロック105には、音声により学習されたLSP量子化符号帳1(310)が対応し、非音声信号に最適化された符号化処理機能ブロック106にはLSP量子化符号帳2(310A)が対応する。音声／非音声信号識別器102が「音声」と判定したときは、切替スイッチ103を端子103Aに、同104を端子104Aにそれぞれ倒し、LSP量子化符号帳1(310)に基づくLSPのベクトル量子化を実行する。一方、音声／非音声信号識別器102が「非音声」と判定したときは、切替スイッチ103を端子103Bに、同104を端子104Bにそれぞれ倒し、LSP量子化符号帳2(310A)に基づくLSPのベクトル量子化を実行する。
【００４０】受信側(復号器側)においても同様に、図３に示すように、LSP量子化符号帳1(406)に加えて、LSP量子化符号帳2(310A)と全く同一のLSP量子化符号帳2(406A)を用意する。即ち、音声入力に最適化された復号処理機能ブロック205には、LSP量子化符号帳1(406)が対応し、非音声信号に最適化された復号処理機能ブロック206にはLSP量子化符号帳2(406A)が、それぞれ対応する。多重分離部202において、取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が、「音声」であれば、切替スイッチ203を端子203A側に、同204を端子204A側にそれぞれ倒し、LSP量子化符号帳1(406)から、送信されたインデックスに対応するLSPベクトルを抽出する。一方、多重分離部202で取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が、「非音声」であれば、切替スイッチ203を端子203B側に、同204を端子204B側にそれぞれ倒し、LSP量子化符号帳2(406A)から、送信されたインデックスに対応するLSPベクトルを抽出する。
【００４１】以上のように、本実施の形態に依れば、音声信号が入力された場合は、音声によって学習された符号帳を用いてLSPが量子化され、また、DTMF信号が入力された場合は、DTMF信号によって学習された符号帳を用いてLSPが量子化されるようにしているので、音声信号伝送時には、より音声信号に適した符号化を、DTMF信号伝送時には、よりDTMF信号に適した符号化を行う事が出来る。この手段により、DTMF信号のスペクトル包絡情報を精度良く、かつ効率的に量子化する事が出来るため、DTMF信号伝送時の量子化歪をより低減する事ができる。
【００４２】実施の形態３.以下に、本発明に係る実施の形態３について図４〜図８を参照しながら説明する。本実施の形態は実施の形態１のモード切替に関し、符号化処理機能ブロック105、106の一つの動作例について詳細に述べたものである。ここで、説明を判り易くするために、符号化アルゴリズムの一例としてCS-ACELP方式(ITU-T勧告G.729準拠)を用いる事とする。なお、図１と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態１の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００４３】本実施の形態は、通常のDTMF信号伝送時において、スペクトル包絡の微妙な揺らぎが発生しない事に着目したものである。符号器の動作について図４を用いて説明する。図４はCS-ACELP方式に基づく本発明の符号器の処理機能ブロックの一部を示したものである。本実施の形態においては、量子化方式の異なるLSP量子化部を２種類持っている。即ち、LSP量子化部1(309)は、例えば、図２２に示されたような、音声信号の入力に対して特化された符号帳探索方式を実現する。一方、LSP量子化部2(309A)は、非音声信号の入力に対して特化された符号帳探索方式を実現する。即ち、音声信号に最適化された符号化処理機能ブロック105には、LSP量子化部1(309)が対応し、非音声信号に最適化された符号化処理機能ブロック106にはLSP量子化部2(309A)が対応する。音声／非音声信号識別器102が「音声」と判定したときは、切替スイッチ103を端子103Aに、同104を端子104Aにそれぞれ倒し、LSP量子化部1(309)の量子化方式に基づくLSP量子化を実行する。一方、音声／非音声信号識別器102が「非音声」と判定したときは、切替スイッチ103を端子103Bに、同104を端子104Bにそれぞれ倒し、LSP量子化部2(309A)の量子化方式に基づくLSP量子化を実行する。
【００４４】受信側においても同様に、図５に示すように、LSP逆量子化部1(407)に加えて、LSP量子化部2(309A)に対応したLSP逆量子化部2(407A)を用意する。即ち、音声入力に最適化された復号処理機能ブロック205には、LSP逆量子化部1(407)が、非音声信号に最適化された復号処理機能ブロック206にはLSP逆量子化部2(407A)がそれぞれ対応する。多重分離部202において取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が「音声」であれば切替スイッチ203を端子203A側に、同204を端子204A側にそれぞれ倒しLSP逆量子化部1(407)に基づく方法でLSPを抽出する。LSP逆量子化部1(407)は、例えば、図２３に示されたようなLSP量子化部1(309)に対応した逆量子化を実現する。一方、多重分離部202で取り出された音声／非音声信号識別器102の判定結果が「非音声」であれば切替スイッチ203を端子203B側に、同204を端子204B側にそれぞれ倒し、LSP逆量子化部2(407A)に基づく方法でLSPを抽出する。
【００４５】LSP量子化部2(309A)の一例として、例えば図６に示すような手段を用いる。これはLSP量子化部1(309)の、第２段LSP量子化符号帳336からの信号入力を無効にしたものである。DTMF信号のような非音声信号については、スペクトル包絡はあらかじめ判っているため、第１段LSP量子化において、入力が想定される非音声信号のスペクトル包絡を少ない量子化歪で表現出来るベクトルを、第１段LSP量子化符号帳335にあらかじめ埋め込んでおく。これにより、第１段量子化で精度良く量子化が可能となる。また、DTMF信号入力時には、包絡情報が微妙に変動する事は通常ありえない。既に、第１段の量子化である程度の精度は確保されているので第２段の微調整は不要であり、逆に周波数歪の原因ともなる事が考えられるため無効にしておく。
【００４６】また、送信側において図６に示すような方式を用いた場合、LSP逆量子化部2(407A)の一例として、例えば図７に示すような方式を用いる。これもまた、LSP逆量子化部1(407)の、第２段LSP量子化符号帳336からの信号入力を無効にしたものである。
【００４７】以上のように、本発明の実施の形態３に依れば、DTMF信号伝送時において、第１のLSP量子化手段でDTMF信号のスペクトル包絡情報を精度良く量子化し、また、DTMF信号伝送時にはスペクトル包絡情報の揺らぎが少ない事に着目して、第２のLSP量子化手段を省略するようにしているので、上記符号化・復号装置におけるDTMF伝送歪を低減する事が出来る。
【００４８】或いは、図８に示すように、実施の形態２で説明した、DTMF信号で学習されたLSP量子化符号帳2(310A)を別途用意し、音声／非音声信号識別器102の判定結果に応じて使用する符号帳を切替えるという手段を併用しても、上記実施の形態と同様の効果を得る事が出来る。
【００４９】実施の形態４.上記の実施の形態２及び３では、DTMF信号伝送時において、量子化歪に起因する周波数歪を低減するように工夫したものであるが、次に、DTMF信号の立上り、立ち下がり時に起きるスペクトル包絡情報の急激な変化に追随できるようにするための実施の形態を示す。図９は、この実施の形態４におけるLSP量子化部の内部の構成を示すブロック構成図である。なお、図９において、図４と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態３の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００５０】次に、符号器の動作を説明する。本実施の形態において、図４に示したLSP量子化に関わるブロック群の動作は、実施の形態３によるものと全く同一である。実施の形態３と異なるのはLSP量子化部2(309A)の内部のみである。図９によれば、LSP量子化部2(309A)は移動平均予測の機能を外した構成となっている。LSPの量子化には、第１段LSP符号帳のみを用いる。これにより、音声／非音声信号識別器102で入力信号がDTMF信号を識別したら、LSPの移動平均予測処理を停止させるのと同じ効果が得られる。
【００５１】一方、復号器201でも、符号器101との対応を取るため、図７に示すLSP逆量子化部2(407A)から、移動平均予測の機能を外した単純な構成とする事で、LSPの復号を実現する事が出来る。
【００５２】或いは、図１０に示すように、実施の形態２で説明したように、第１段LSP量子化符号帳2(335A)を別途用意する手段を併用する事も出来る。このとき、移動平均の過去のLSPに対する重み付けを軽くするように構成された移動平均予測係数符号帳2(337A)をLSP量子化符号帳2(310A)に盛り込む事で、移動平均予測効果の軽減を実現する事が出来る。
【００５３】この時、復号器201でも、符号器101との対応を取るため、図１１に示すような構成とする事で、LSPの復号を実現する事が出来る。
【００５４】以上のように、本発明の実施の形態４に依れば、DTMF信号伝送時に、LSP量子化における移動平均予測の効果を無くす、または効果を低減するような構成としたのでDTMF信号の立上り、立ち下がり時において、復号されるべきDTMF信号波形の特性を改善する事が出来る。
【００５５】実施の形態５．次に、ＤＴＭＦ信号を構成するデュアルトーンの周波数近傍の情報をより正確に符号化する事に着目した実施の形態を示す。図１２はこの実施の形態５におけるLSP量子化部2(309A)の内部の構成を示すブロック構成図である。なお、図１２において、図６と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態３の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００５６】次に、符号器の動作を説明する。本実施の形態において、図１２に示したLSP量子化部2(309A)の動作は、実施の形態３によるものと量子化誤差重み付け係数計算部2(338A)の内部動作が異なるが、その他の動作は実施の形態３と同一である。
【００５７】量子化誤差計算に用いる重み付け係数は、CS-ACELP方式に依れば、以下の式に示される方法で計算されている。
【００５８】
【数１】
【００５９】ここで、ωiはi次LSPである。即ち、スペクトルのピークがくる周波数域については重み付け係数を重くし、スペクトルの”谷”になっている周波数域については重み付け係数が軽くなっている。これは、スペクトルのピークを示す周波数域については量子化誤差の寄与分を重くして、誤差に対する感度を鋭くする効果がある。
【００６０】ここで、DTMF信号のもつデュアルトーンのスペクトル情報は、１次から６次付近の低次のLSPに集中している事が知られている。量子化誤差重み付け係数計算部2(338A)は、量子化誤差重み付け係数計算部(338)からこの事を利用して改良が加えられたものである。即ち、１０次のLSP係数のベクトル量子化において、ベクトル距離算出時に、１次〜６次付近の低次のLSPの誤差については重み付けをさらに重くし（即ち、わずかの誤差にも鋭敏に感応するよう係数感度を高める）、高次のLSPについては重み付けを軽くする（即ち、ある程度の誤差は許容するよう係数感度を低く抑える）構成としてある。これは、例えば、上記式におけるw1〜w6において、１以上の係数を乗じる事によって簡単に実現する事が出来る。
【００６１】以上のように、本発明の実施の形態５に依れば、LSP量子化を、DTMF信号を構成するデュアルトーン周波数付近について、より精度を高める事が出来るので、LSPの量子化誤差を低減でき、よって、復号されたDTMF信号の周波数歪を小さくする事ができる。
【００６２】実施の形態６.以下に、本発明に係る実施の形態６について、図１３を参照しながら説明する。本実施の形態は、実施の形態１の音声／非音声信号識別器102の出力である信号識別情報の多重化、即ち、多重化部107及び多重分離部202に関する。
【００６３】次に、動作について説明する。図１３は、あるパラメータをターゲットとして量子化するための量子化器の構成の一つの例を示すブロック図である。量子化値の候補となる信号を量子化符号帳340に予め蓄積しておく。量子化の対象となるターゲット信号が入力されたら量子化符号帳の各候補について、ターゲット信号との誤差を最小自乗誤差計算部342で計算する。このように、最小の自乗誤差を与える符号帳の候補を探索し、探し出された候補に付けられたインデックスを引き出し最適符号として量子化器から出力する。
【００６４】ここで、本実施の形態においては、最適符号の探索時にある特定の制約条件を用いる。その一例として、音声信号伝送時には、図１３の量子化符号帳において白く示した部分(インデックス0000〜1010)のみを探索する。また、DTMF信号伝送時においては、同じく斜線で示した部分(インデックス1011〜1111)のみを探索する。このような制限を設ける事により、受信側の多重分離部において、当該パラメータの量子化値を調べる事によって、音声／非音声信号識別器102の判定結果を知る事が出来、識別パターンが多重化されたのと同等の効果を呈する事が出来る。
【００６５】以上のように、本実施の形態６に依れば、識別のためのビットを設ける必要が無いため、伝送速度を増やさずに音声／非音声識別器の判定結果を受信側に送る事が出来る。
【００６６】実施の形態７.上記実施の形態６では、音声信号伝送時とDTMF信号伝送時とで異なる量子化符号を用いる事により、音声／非音声信号識別器102の判定結果情報を埋め込む事を可能としたものであるが、次に、ある量子化テーブルの１つを音声／非音声識別パターンとして用いる場合の実例を、図１４、１５を用いて詳しく説明する。なお、図１〜図１３と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態１〜６の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００６７】本実施の形態においては、例えば、上記実施の形態３の手段とを併用する事で、より効率の良い音声／非音声信号伝送を実現する事が出来る。ここで、図１４１４は、音声信号伝送時に用いられるLSP量子化部1(309)、及びLSP量子化符号帳1(310)の内部構造を示すブロック図、図１５は、同じくDTMF信号伝送時に用いられるLSP量子化部2(309A)、及びLSP量子化符号帳2(310A)の内部構造を示すブロック図である。実施の形態６における量子化符号帳には、本実施の形態において、第２段LSP量子化符号帳336を対応させる。DTMF信号伝送時に割当てられている量子化の候補は、第２段LSP量子化符号帳336において斜線で示されているただ１つの候補のみである。残りの候補は音声信号伝送時に割当てられ上記候補はこのモードにおいて禁止符号となる。DTMF信号伝送時に割当てられている候補は１つしかないので、そのインデックスはそのままDTMF伝送モードである事を識別するパターンとして取り扱う事が出来る。
【００６８】ここで、DTMF信号伝送時に割当てられている第２段LSP符号は１つしか割当てられていないが、図１５１５に示すように、第１段LSP量子化符号帳2(335A)でDTMF信号のスペクトル包絡情報を十分に表現出来る構成としているので、第２段LSP量子化を実行する必要が無く、従って第２段LSP量子化の情報を送る必要は元々無い。よって、特性の劣化等の問題は発生しない。
【００６９】以上説明した符号器の動作の結果、多重化部107が構成する符号器から出力されるフレームフォーマットは図１６の通りとなる。DTMF信号伝送モードにおいては、第２段LSP量子化で禁止符号としたインデックスをDTMF信号伝送識別パターンとして送っている事に特徴がある。受信側の多重分離部202においては、第２段LSPを常に監視し、この識別パターンと一致したらDTMF信号伝送モードと解釈して復号器201を制御する。
【００７０】以上のように、本実施の形態７に依れば、音声伝送時に選択できなくなる禁止符号(量子化ステップ)を僅か１つに抑えたため、音声伝送時の品質をほとんど劣化させずに、音声／非音声信号識別器102の判定結果を伝送する信号列に埋め込む事が出来るという利点がある。また、DTMF信号伝送時においては、DTMF信号を符号化伝送するために特化されたアルゴリズムとなっており、識別パターンとなる選択禁止符号を送信するための十分なビット数が確保されているためDTMF信号の劣化も無いという優れた利点がある。
【００７１】実施の形態８以上の実施の形態７では、分割する量子化符号帳にLSP量子化符号帳を用いた場合について述べたが、次に、図２０２０における利得量子化部316及び利得量子化符号帳317を用いた場合の実例を、図１７及び図１８を用いて詳しく説明する。
【００７２】本実施の形態８は、DTMF信号伝送時において、DTMF信号の立上り、立ち下がり時を除けば利得の変動が極めて少ない事に着目した手段である。識別情報の多重化手段として、利得量子化ベクトル符号帳の一つを禁止し、そのインデックスを識別パターンに用いる点の他は実施の形態７の場合と同一である。音声信号伝送時において、サブフレーム(5msec)毎に行っている利得の量子化を、利得変動の少ないDTMF信号伝送時においては、フレーム毎(10msec)に間引いて冗長度を減らす代わりに識別パターンを埋め込む事を特徴とする。
【００７３】利得量子化部316で実行される、利得量子化のタイムスケジュールを図１８に示す。音声信号伝送モードにおいては、１フレームに２回（即ちサブフレーム毎に）利得の量子化を実行する。第１サブフレームでは通常の符号帳探索を行う。第２サブフレームの利得符号帳探索において、実施の形態６で示した量子化方法を用いる。即ち、音声信号伝送時においては唯一の禁止ベクトルを除いて全探索を行い、最適ベクトルのインデックスを利得量子化部316から出力する。
【００７４】DTMF信号伝送時においては、利得の量子化は１フレームに１回しか実行しない。これは、例えば、全フレームを対象とした利得の量子化を行う事で、実現する事が出来る。符号帳探索においては、上記音声信号伝送モードにおける第１サブフレーム時と同様、全探索を実行する。そして、１サブフレーム分の利得量子化情報の代わりに、識別情報として音声入力時に探索禁止としたベクトルのインデックスを利得量子化部316から出力する。
【００７５】以上説明した符号器の動作の結果、多重化部107が構成する符号器から出力されるフレームフォーマットは図１７の通りとなる。DTMF信号伝送モードにおいては、音声信号伝送モードにおいて第１サブフレーム利得量子化情報を送っていた部分に、全フレームに対する利得量子化符号を挿入してある。また、第２サブフレームにおいて利得符号の量子化において禁止符号としたインデックスを、DTMF信号伝送識別パターンとして送っている事に特徴がある。受信側の多重分離部202においては、第２フレーム利得符号を監視しこの識別パターンと一致したら、DTMF信号伝送モードと解釈して復号器201を制御する。
【００７６】また、復号器201において、音声伝送モードにおいては、送られてきた利得符号を基に逆量子化を行いサブフレーム毎に利得値を更新して復号処理を行う。一方、DTMF信号伝送モード時には、１フレームに１つの利得符号しか送られてこないため利得の更新もフレーム単位となる。
【００７７】以上のように、本実施の形態８に依れば、音声伝送時に選択できなくなる禁止符号（量子化ステップ）を僅か１つに抑えたため、音声伝送時の品質をほとんど劣化させずに、音声／非音声信号識別器102の判定結果を伝送する信号列に埋め込む事が出来るという利点がある。また、DTMF信号伝送時においては、DTMF信号を符号化伝送するために特化されたアルゴリズムとなっており、識別パターンとなる選択禁止符号を送信するための十分なビット数が確保されているため、DTMF信号の劣化をなくする事が出来る。
【００７８】実施の形態９.以下に、本発明に係る実施の形態９について、図１９を参照しながら説明する。本実施の形態は、音声／非音声信号識別器102の１つの動作例について詳細に述べたものである。なお、図１と同一符号を記した構成要素は、上記実施の形態１の項で説明したものと同一の機能を持つ構成要素であるため説明の重複を省く。
【００７９】次に、動作について、図１９を用いて説明する。実施の形態１において、DTMF信号の識別手段を数例提示したが、大きく分けて(1)周波数成分、(2)利得成分の２点に特徴があるという事が言える。ここで、例えば符号化方式にCS-ACELP方式（図２０,図２１)を用いた音声符号化・復号装置においては、入力された音声信号を分析して効率よく符号化するため、線形予測法に基づく音声信号の周波数分析を実行する符号化処理機能ブロックであるLP分析部302を有している。ここで計算されるパラメータ(例えば反射係数等)から、DTMF信号の特徴を示す情報を引き出す事が出来る。音声／非音声信号識別器102は、この機能を備えており、音声／非音声信号識別器102自身が周波数分析を実行する手段を持たない。なお、音声／非音声信号識別器102の詳細については、特開平9-326772に詳細に述べられているので、ここでの説明は省く。
【００８０】以上のように、本実施の形態９に依れば、符号化処理で必須のパラメータを流用して、音声／非音声信号の識別に用いている構成となっているため、信号識別のために必要なパラメータを簡単に得る事が出来る。従って、信号識別のための処理負荷が軽くできる。簡便な処理で実現できるため装置構成が簡単に出来る事が期待でき、装置実現のためのコストを低減できるといった利点がある。
【００８１】
【発明の効果】以上のように、本発明に依れば、音声信号伝送時には音声の符号化により適した、通常の音声符号化・復号アルゴリズムを用いた方法で、また、非音声信号、特にDTMF信号等の伝送時においては、一部の処理機能ブロックを、非音声信号の符号化により適した方法に切替えて、符号化・復号処理を実行するので、非音声信号伝送時に、伝送速度を上げる事無く、高品質の非音声信号を伝送する事が出来る。
【００８２】また、本発明においては、符号化・復号処理の一部に変更を加えるものであり、アルゴリズムの本質に関わるような切替を行うものではないため、例えば、音声信号入力中に、音声／非音声信号識別器102で「非音声」と誤識別した場合でも、多少の劣化はあるものの、ある程度の音声伝送品質は維持できるので、通話中に耳触りとなるような弊害は抑えられる、といった利点もある。
【００８３】また、簡便な方法で構成された、識別性能の良くない音声／非音声信号識別器を適用しても、ある程度の音声品質の維持が可能である事から、装置構成を簡単に出来、実現のためのコストが低減できるなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１である音声符号化・復号装置のブロック構成図である。
【図２】 実施の形態２である音声符号器内のLSP量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図３】 実施の形態２である音声復号器内のLSP逆量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図４】 実施の形態３である音声符号器内のLSP量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図５】 実施の形態３である音声復号器内のLSP逆量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図６】 実施の形態３である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図７】 実施の形態３である音声復号器内の第２のLSP逆量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図８】 実施の形態３である音声符号器内のLSP量子化に関わる部分のブロック構成図である。
【図９】 実施の形態４である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１０】 実施の形態４である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１１】 実施の形態４である音声復号器内の第２のLSP逆量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１２】 実施の形態５である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１３】 実施の形態６である音声符号器内の量子化符号帳の構成例の一つを示す図である。
【図１４】 実施の形態７である音声符号器内の第１のLSP量子化部、及び第１のLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１５】 実施の形態７である音声符号器内の第２のLSP量子化部、及び第２のLSP量子化符号帳の詳細構成図である。
【図１６】 実施の形態７である音声符号化・復号装置の信号伝送時のフレームフォーマットを示す図である。
【図１７】 実施の形態８である音声符号化・復号装置の信号伝送時のフレームフォーマットを示す図である。
【図１８】 実施の形態８である音声符号化・復号装置の利得量子化処理ブロックのタイムスケジュールを記した表である。
【図１９】 実施の形態９に係る音声符号化・復号装置のブロック構成図である。
【図２０】CS-ACELP方式に基づく符号器の内部構成を示すブロック図である。
【図２１】CS-ACELP方式に基づく復号器の内部構成を示すブロック図である。
【図２２】CS-ACELP方式における符号器の、LSP量子化部、及びLSP量子化符号帳の内部詳細構成を示すブロック図である。
【図２３】CS-ACELP方式における復号器の、LSP逆量子化部、及びLSP量子化符号帳の内部詳細構成を示すブロック図である。
【図２４】従来の音声符号化・復号装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】 従来の音声符号化・復号装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
101:符号器、 102:音声／非音声信号識別器、 103、104:切替スイッチ、105、106:符号化処理機能ブロック、 107:多重化部、 201:復号器、202:多重分離部、 203、204:切替スイッチ、205、206:復号処理機能ブロック、 301:符号化前処理部、302:LP分析部、 303:線形予測計算部、 304:聴覚重み付けフィルタ、305:LP-LSP変換部、 306:開ループピッチ探索部、307:非量子化LSP-LP変換部、 308:移動平均予測成分計算部、309、309A:LSP量子化部、 310、310A:LSP量子化符号帳、311:量子化LSP-LP変換部、 312:LP逆フィルタ、 313:ピッチ成分計算部、314:励振信号(周期成分)量子化部(閉ループピッチ探索部)、315、322:インパルス応答計算部、 316:利得量子化部、317:利得量子化符号帳、 318:符号帳探索用ターゲット信号計算部、319:パルス予備選択部、 320:ピッチプレフィルタ、321:励振信号(雑音成分)量子化部(固定符号帳探索部)、323:利得の移動平均予測部、 324:符号計算部、325:ピッチポストフィルタ、 326、331、332、333:加算器、327:量子化された励振信号計算部、 330:利得乗算器、334:最小自乗誤差計算部、 335、335A:第１段LSP量子化符号帳、336:第２段LSP量子化符号帳、 337、337A:移動平均予測係数符号帳、338:量子化誤差重み付け係数計算部、 340:一般的な量子化符号帳、341:加算器、 342:最小自乗誤差計算部、 401:ピッチラグ復号部、402:利得量子化符号帳、 403:利得逆量子化部、 404:利得の移動平均予測部、405:励振信号(雑音成分)逆量子化部、 406、406A:LSP量子化符号帳、407、407A:LSP逆量子化部、 408:ピッチポストフィルタ、409:LSP内挿部、 410:LSP-LP変換部、 411:励振信号計算部、412:合成フィルタ、 413:ポストフィルタ、 414:後処理部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入力される信号が音声信号か、非音声信号かを識別し、判定結果を出力する、音声／非音声識別器と、音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を符号化し、音声符号化信号を出力する第１の機能ブロックと、上記第１の機能ブロックと同じ符号化方式で、上記周波数パラメータとは異なる非音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を逐次符号化し、非音声符号化信号を出力する第２の機能ブロックとを有し、入力信号を圧縮符号化する符号器と、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、入力信号の上記符号器への供給を第１の機能ブロック、または第２の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段と、上記符号器の出力と、上記音声／非音声識別器の判定結果とを多重化し、伝送路に出力する多重化部とを備え、上記第１の機能ブロックは、音声の符号化に適したＬＳＰ（ＬｉｎｅＳｐｅｃｔｒｕｍＰａｉｒ：線スペクトル対）量子化部、上記第２の機能ブロックは、非音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部であり、上記第２の機能ブロックを構成するＬＳＰ量子化部は、ＬＳＰの移動平均予測処理を停止するか、または移動平均予測の効果を軽減する機能を持つことを特徴とする音声符号化装置。
【請求項２】 入力される信号が音声信号か、非音声信号かを識別し、判定結果を出力する、音声／非音声識別器と、音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を符号化し、音声符号化信号を出力する第１の機能ブロックと、上記第１の機能ブロックと同じ符号化方式で、上記周波数パラメータとは異なる非音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を逐次符号化し、非音声符号化信号を出力する第２の機能ブロックとを有し、入力信号を圧縮符号化する符号器と、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、入力信号の上記符号器への供給を第１の機能ブロック、または第２の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段と、上記符号器の出力と、上記音声／非音声識別器の判定結果とを多重化し、伝送路に出力する多重化部とを備え、上記第１の機能ブロックは、音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部、上記第２の機能ブロックは、非音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部であり、上記第１及び第２の機能ブロックは、量子化誤差計算に用いる重み付け係数が異なり、ある特定の周波数領域において、上記第２の機能ブロックの重み付け係数を上記第１の機能ブロックの重み付け係数より大きくすることを特徴とする音声符号化装置。
【請求項３】 請求項１又は２の何れか一の音声符号化装置で符号化され、伝送された多重化データ列から、符号化信号と、音声／非音声識別信号とに分離する多重分離部と、上記符号化信号を元の信号に復号する復号器とを備え、上記復号器は、伝送された音声符号化信号を符号化した符号器に対応する第３の機能ブロックと、同じく伝送された非音声符号信号を符号化した符号器に対応する第４の機能ブロックとを有し、上記多重データ分離部で分離された、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、上記第３の機能ブロック、または第４の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段を有する事を特徴とする音声復号装置。
【請求項１】 入力される信号が音声信号か、非音声信号かを識別し、判定結果を出力する、音声／非音声識別器と、音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を符号化し、音声符号化信号を出力する第１の機能ブロックと、上記第１の機能ブロックと同じ符号化方式で、上記周波数パラメータとは異なる非音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を逐次符号化し、非音声符号化信号を出力する第２の機能ブロックとを有し、入力信号を圧縮符号化する符号器と、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、入力信号の上記符号器への供給を第１の機能ブロック、または第２の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段と、上記符号器の出力と、上記音声／非音声識別器の判定結果とを多重化し、伝送路に出力する多重化部とを備え、上記第１の機能ブロックは、音声の符号化に適したＬＳＰ（ＬｉｎｅＳｐｅｃｔｒｕｍＰａｉｒ：線スペクトル対）量子化部、上記第２の機能ブロックは、非音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部であり、上記第２の機能ブロックを構成するＬＳＰ量子化部は、ＬＳＰの移動平均予測処理を停止するか、または移動平均予測の効果を軽減する機能を持つことを特徴とする音声符号化装置。
【請求項２】 入力される信号が音声信号か、非音声信号かを識別し、判定結果を出力する、音声／非音声識別器と、音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を符号化し、音声符号化信号を出力する第１の機能ブロックと、上記第１の機能ブロックと同じ符号化方式で、上記周波数パラメータとは異なる非音声の符号化に適した周波数パラメータに基づき入力信号を逐次符号化し、非音声符号化信号を出力する第２の機能ブロックとを有し、入力信号を圧縮符号化する符号器と、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、入力信号の上記符号器への供給を第１の機能ブロック、または第２の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段と、上記符号器の出力と、上記音声／非音声識別器の判定結果とを多重化し、伝送路に出力する多重化部とを備え、上記第１の機能ブロックは、音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部、上記第２の機能ブロックは、非音声の符号化に適したＬＳＰ量子化部であり、上記第１及び第２の機能ブロックは、量子化誤差計算に用いる重み付け係数が異なり、ある特定の周波数領域において、上記第２の機能ブロックの重み付け係数を上記第１の機能ブロックの重み付け係数より大きくすることを特徴とする音声符号化装置。
【請求項３】 請求項１又は２の何れか一の音声符号化装置で符号化され、伝送された多重化データ列から、符号化信号と、音声／非音声識別信号とに分離する多重分離部と、上記符号化信号を元の信号に復号する復号器とを備え、上記復号器は、伝送された音声符号化信号を符号化した符号器に対応する第３の機能ブロックと、同じく伝送された非音声符号信号を符号化した符号器に対応する第４の機能ブロックとを有し、上記多重データ分離部で分離された、上記音声／非音声識別器の判定結果に応じて、上記第３の機能ブロック、または第４の機能ブロックのいずれかを選択する切替手段を有する事を特徴とする音声復号装置。
【図６】
【図２】
【図１】
【図７】
【図９】
【図１８】
【図３】
【図２４】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１９】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図２２】
【図２３】
【図２０】
【図２１】
【図２５】
【図２】
【図１】
【図７】
【図９】
【図１８】
【図３】
【図２４】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
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【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１９】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図２２】
【図２３】
【図２０】
【図２１】
【図２５】
【特許番号】特許第３４７５７７２号（Ｐ３４７５７７２）
【登録日】平成１５年９月２６日（２００３．９．２６）
【発行日】平成１５年１２月８日（２００３．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−６５４１８
【出願日】平成１０年３月１６日（１９９８．３．１６）
【公開番号】特開平１１−２５９０９９
【公開日】平成１１年９月２４日（１９９９．９．２４）
【審査請求日】平成１３年３月８日（２００１．３．８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【参考文献】
【文献】特開 平９−８１１９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−１３１５１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１０−５１８７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平５−２６５４９６（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１５年９月２６日（２００３．９．２６）
【発行日】平成１５年１２月８日（２００３．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年３月１６日（１９９８．３．１６）
【公開番号】特開平１１−２５９０９９
【公開日】平成１１年９月２４日（１９９９．９．２４）
【審査請求日】平成１３年３月８日（２００１．３．８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【参考文献】
【文献】特開 平９−８１１９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−１３１５１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平１０−５１８７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平５−２６５４９６（ＪＰ，Ａ）
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