中津井　護

はしがき
　最近，音声符号化技術の動向について，所外から の問い合せがとみに増えている。そのうらには，実 は，音声符号化技術をめぐる環境の激変があって，シ ーズが未成熟のままニーズが先走りしているという 事情があり，さらに，その変化は新しい電気通信体 制に端を発している。したがって，ここでは，このよ うな大きな環境変化とその背景に焦点をあてて，音声 符号化技術の現状と動向を述ベ，あわせて当所の音 声研究の一端を紹介する。
　　

通信自由化の波
　高度情報社会を迎えるための新しい電気通信体制 について，例えば，政策官庁への脱皮をうたった郵 政省の改組，インフラストラクチャとしての電気通 信のあるべき姿をめざした電気通信事業法の制定， 電電公社の民営化等のニュースが紙面をにぎわし茶 の間にも伝えられたのはつい1，2年前のことである。 現在では，新たな参入をめざす第一種電気通信事 業の準備が着々と進められ，サービスが開始された。 特に，NTTより借りた高速ディジタル回線の一部 分をリース（又貸し）ないしリセール（切り売り） するという商売が現われるなどは旧体制では思いも よらないことである。
　ここでの主題である音声符号化技術をめぐる環境 の激変は，昭和59年11月の旧電電公社による高速デ ィジタル回線のサービス開始を震源としている。こ の高速ディジタル回線は最大6Mb／s（メガビット／秒） の情報伝送容量をもち，単位情報量当たりの伝送コ ストが格安で，どのようなメディア情報をどのよう な形で回線に乗せるかはユーザの自由であるなどの 今までにない特徴を持つ。したがって，ユーザは各 各の多様なニーズに応じたマルチメディア多重化装置 （音声，画像等をディジタル化し，更にデータ等と あわせて一本の回線に乗せる装置）を導入し，専用 の情報通信ネットワークを構成することができる。 このような方法によって，従来のメディアごとに用 意された回線を利用する場合に比べて，通信コスト が数割削減され，さらに，初期投資もこれにより2， 3年で回収できることが報告されている。
　ところで，当時の主要な情報通信ユーザの通信費 に関する調査によると，図1に示すように，電話料 がそのほぼ半分を占めている。そこで，前に述べた 多重化装置において，情報圧縮技術を用いた音声符 号化（ディジタル化）方式を採用すれば，通信費用 を更に削減することができる。これが，最近，音声 符号化技術に熱いまなざしが注がれている理由であ る。初期の多重化装置ではビットレート（情報伝送 速度）64kb／sのPCM（パルスコード変調）符号化 方式が主流であったが，最近では32kb／sのADPC M（適応差分PCM）方式等がほとんどの装置に採 用され，さらに，16kb／s以下の方式を採用するもの も現われている。しかし，16kb／s又はそれ以下の低 ビットレート方式の品質は必ずしもユーザに満足さ れていないようであり，その辺の事情を以下に概説 する。

図１　１企業当たりの通信費の内訳：
　　　主要504社の平均
　　　（日経コミュニケーション　1985.10.7号より）

音声符号化技術の現状
　音声をディジタル回線を用いて伝送するためには， 音声信号を符号化する必要がある。ディジタルオーデ ィオ等でなじみのPCM方式は通信の分野でも広く 用いられており，64kb／sのものが国際的に標準方式 とされている。しかし，前にも述べたように回線を 効率的に利用して経済性を追求する場合や，移動通 信のように有限な電波資源を有効に利用するために 狭帯域化が至上命令である場合には，音声の情報圧 縮技術を活用して，PCMよりも符号化のビットレ ートを大幅に低くする必要がある。
　音声符号化は音声認識や音声合成と同様に，一般 の音声処理技術を基礎とし，その発展とともに高度 化してきた。図2は音声処理の階層性を示したもの で，左側が分析・認識の流れ，右側が合成の流れを 示し，下へ行くほど高度の処理となる。左端が各段 階の音声情報の表現方法を表わす。横方向の流れが 各段階の音声伝送（符号化）方式を示し，その上に ビットレート，下に代表的な方式名を付記した。符 号化方式は，波形符号化，分析合成，準言語単位伝 送の順に発展してきたが，認識結果である言語単位 を伝送する方法が究極的な形態と考えられ，更に進 んで概念を仲介とすれば自動翻訳電話にも通じる。 各方式の現状はおおむね表に示すとおりであり，準 言語単位伝送は基礎研究の段階である。安定な固定 回線に比べ種々の障害のある移 動回線では実用へ向けての適用 段階が一歩遅れており，不特定 多数の利用者を対象とする公衆 回線に対して，閉じた利用者の 自営回線では半歩進んでいるこ とに注目されたい。

図２　音声処理の階層性と伝送（符号化）方式

表　音声符号化技術の現状（PCMを除く）

　第1世代の波形符号化方式は， 音声波形の統計的性質（振幅分 布や標本値間の相関）を利用し て情報圧縮を図るもので，AD M（適応デルタ変調）やADP CM（適応差分PCM）がその 代表例である。ある程度の品質を保つためには，情 報圧縮率がPCMの1／3程度（24kb／s）までが限 界であった。当所では昭和58年に，ディジタル移動 通信用の16kb／sのCADM（複合適応デルタ変調） の研究開発に着手した。その成果は，先に述べた高 速ディジタル回線利用のシステム用として注目され，

写真で示すようなVLSIによるハードウェアとし て実現された。本来の目標である移動通信には，本 年夏に打ち上げ予定の技術試験衛星�X型による移動 体衛星通信実験で実証実験を行う予定である。

CADMのアルゴリズムを焼き込んだ信号処理VLSI

　第2世代の分析合成方式はボコーダとも呼ばれ， 音声波形の分析（主にスペクトル分析）によって得 たパラメータの時系列を伝送して音声波形を合成す る。LPC（線形予測符号化）がその代表例である が，部分的に波形符号化を併用して高品質化をねら ったRELP（残差駆動LPC）やAPC（適応予 測符号化）なども提案されている。先に述べた情勢 の変化により，最近ではほとんどの関連機関におい て研究開発が活発化しており，我々としては研究の 対象を第3世代に移した。
　第3世代の準言語単位伝送方式は，パラメータ時 系列を言語的単位に準じる時間区分（セグメントと 呼ぶ）に分割し，その類別情報を伝送するもので， 送信側では音声認識の一歩手前までの処理を行う。 図3は当所で研究を開始した半音節を単位とする時 間区分の例であり，スペクトル変化の谷にあたる縦 実線で自動的に区分したものである。日本語の音節 は仮名文字に対応し，半音節はそれを半分に分割し たものなので，音声の伝送のみならず，認識や合成 にも有望な処理単位として期待している。

図３　半音節単位への自動区分の例（単語「函館」）

むすび
　実用間近な第1，2世代では，方式の最適化に よる品質の向上と低コストのハードの実現が鍵であ る。第2，3世代の方式では，ベクトル量子化と呼 ばれる手法を併用することによって，情報圧縮率が 格段に高くなることが注目されている。なお，図3 の結果は，田中良二音声研究室長との共同実験によ ることを付記する。

（企画調査部　企画課長）

皆越　尚紀

電離圏不規則構造とは
　電離圏の電子密度は通常生成（電離），消滅（再結 合，付着），輸送（拡散，電磁力）の作用が平衡する ように分布するものだが，時おり何かの原因で平衡 が乱れて，大きさや形について固有な分布（空間ス ペクトル）をとることがある。電離圏不規則構造と はこのような平衡状態から乱れた分布を意味し，そ のスペクトルは非常に広く，それぞれのスペクトル 特性によって，電波伝搬に様々な現象を起こす（図 1）。

図１　電離層不規則構造の空間スペクトルと電波
　　　観測(Booker,L. Atomos. Terr.
　　　Phys. ,Vol.41, p.501, 1979年)

　近年人工衛星の利用が広がる中で，衛星電波の強 度や位相に変動（シンチレーション）を引き起こす 10^-2〜10^-4mの大きさの不規則構造が電波伝搬や超 高層大気物理学の分野で関心がもたれるようになっ た。ここでは衛星電波のシンチレーション観測から 見た日本付近の中緯度不規則構造の性質と生成機構 モデルを紹介し，これらを解明するための観測計画 について述べる。
　　

中緯度不規則構造の性質と生成機構モデル
　中緯度不規則構造は赤道地域と高緯度の二つの活 動域の緩衝地帯のようにいわれて，最近まであまり 注目されていなかったが，赤道地域の研究が一段落 した後の新課題として取り上げられようとしている。
　当所ではETS-�U（130°Eに静止）の136MHz電 波を利用して，シンチレーションとファラデー回転 の長期観測を実施し，日本付近の不規則構造や全電 子数の性質を明らかにしてきた。図2(a)に東京で観 測したシンチレーションの発生頻度，(b)に太陽黒点 数の推移を示す。これによると不規則構造は主に 夜間に発生し，その頻度も時期によっては非常に高 いことが分かる。季節として夏季に最も高く，太陽 黒点数の上昇につれて低下する傾向が見られる。日 本で観測したシンチレーションの発生頻度が中緯度 にしては高い値を示すのは，伝搬路と地磁気方向と の交差角が小さい（約15°）ためと考えられる。とい うのは不規則構造は一般に磁力線方向に伸びた形を しており，交差角が小さいほどシンチレーションが 大きくなるからである。また，シンチレーションと ファラデー回転の同時観測により，強いシンチレー ションの発生時にはファラデー回転にも変動が起こ ることが明らかになった。ファラデー回転は伝搬路 上の全電子数に比例するから，このことは小スケー ルの不規則構造の発生と大スケールの不規則構造が 強く関係していることを示唆している。

図２　(a)東京で観測したシンチレーションの発生頻
　　　　度（シンチレーション指数Sl≧3.0dB）
　　　(b)太陽黒点数（直線：12か月移動平均値）

　不規則構造の生成機構についても多くの研究が行 われているが，中緯度の場合はその要因が確として おらず，まだ定説がない。今までに静電場の寄与の 仕方で異なるモデルが提案されている。その一つ， E×B不安定は静電場の向きに電子密度の勾配が存 在すると，密度分布のわずかなゆらぎが増幅されて 不安定になるという説である。もう一つのモデルは Parkins理論である。これは夜間F領域の平衡状態 を維持している東向きめ電場に，南北方向の電場が 加わると，水平方向の密度勾配がなくても不安定に なるという説である。その外に中性大気の内部重力 波やプラズマ圏からの熱フラックスを要因とする考 えもある。
　　

不規則構造の同時観測計画
　静止衛星電波による電離圏観測は長期連続観測が 容易なので，統計的性質を調べるのに適しているが， 高度に関する情報が得にくい。それに対して，レーダ やイオノゾンデによる観測では電離圏の各種物理量 の高度分布が測定できる。我々は京都大学のMU レーダ（Middle and Upper Atmosphere Radar） が共同利用施設として運用を開始されたのを機に， 本文題目の課題で共同研究に参画した（図3）。M Uレーダではインコヒーレント散乱エコーから電子 密度，プラズマ温度，イオンドリフトなどを推定す ることができるし，電子的にビームがスキャンでき るので，送信ビームを地磁気磁力線に直交させれば， 沿磁力線の不規則構造を観測することもできる。当 所の本所（小金井）と山川電波観測所において，E TS-�U136MHzのシンチレーション及びファラデ ー回転の観測並びにイオノゾンデによる電離圏観測 を定常的に行っている。これらの観測結果と京都大 学信楽観測所のMUレーダ及びイオノゾンデによる 電離圏観測結果とを総合的に解析する。不規則構造 と背景にある電離圏状態の関係から，中緯度不規則 構造の性質の，より正確な解釈と生成機構の解明の 手がかりが得られることを期待している。

（電波応用部　電磁波利用研究室長）

図３　不規則構造の同時観測配置図

吉　門　　信

経　緯
　昭和60年10月1日から1年2か月の間，フランス 政府の給費制度“Allocation pour Sejour Scientifique de longue duree（科学研究のための長期 滞在給費）”により滞在費を，また，科学技術庁から 旅費を支給されるパートギャランティ研究員として， 在外研究の機会を与えられ，フランス地球惑星環境 物理学研究センター（略称：CRPE）に出張した。 これは，昭和58年ごろ，当時の衛星計測部長とCR PE所長との間で始められた，日仏科学技術協力の 一環としての研究者相互派遣のための交渉の結果で あり，CRPEからは，A. J. Levy氏が来日して 当所に3か月間滞在されたことは，本ニュース1986， 8，No.125に掲載のとおりである。また，CRPEには， 私以前に数名の当所職員が，同様にフランス政府給 費留学生として滞在したことがある。
　　

出張の日的と概要
　CRPEの組織の性格，構成等については，本ニ ュース1983，12，No93で，猪木誠二研究官（当時）に よって詳しく紹介されているように，国立通信研究 センターと国立科学研究センターの両方に属する研 究機関であるが，個々の職員の所属はそのどちらか 一方である。その名称どおり，人類をとりまく環境 の幅広い領域を研究の対象とする六つの部から構成 されており，その中の低・中層大気部に属して海洋 表面の電波リモートセンシングに関する研究を行う のが，私に課せられた仕事であった。
　CRPEは土壌水分，海洋波浪等のリモートセン シング研究を目的として，ヘリコプタ搭載Cバンド （5.33GHz）FM-CWレーダを開発しており，既に 大量の海洋観測実験データが取得されている。デー タ解析を担当されているR.Bernard氏は，観測地点 の局地的な風とは無関係に，遠方から伝搬してくる 長波長のうねりによって，海面からの電波後方散乱 係数が変調されている観測例を示し，これを説明す るモデル計算等を私に勧められた。ここでは，CR PEのやや旧式の計算機にとっては，かなり時間が かかる三重積分等を含む計算をくり返した後に，一 応もっともらしい結果が得られたことだけを報告し ておく。
　　

感　想
　フランスはいろいろな面でばらつきの多い，つま り，分布の幅の広い国であると，国民の身長の分布 等を例にとって言う人がいたが，フランス人から見 ると日本の文化的指標のばらつきなどは，フランス の比ではないに違いないと感じた。広々とした自然 の美しさはいうまでもなく，都市部の緑の豊かさな ど，やはり総合的に見てよく調和のとれた，住みよ い国である。最後に，このすばらしい機会を与えて 頂いたフランス政府，CRPE，科学技術庁及び当 所の関係者の皆様に深く感謝申し上げます。

（企画調査部　企画課　主任研究官）

CRPEがリモートセンシング研究用に開発した
FM-CWレーダを搭載するヘリコプタ

（鹿島支所　第三宇宙通信研究室　技官　木内　等）

（鹿島支所　第三宇宙通信研究室　研究官　高橋　幸雄）

（標準測定部　周波数・時刻比較研究室　主任研究官　森川　容雄）

（電波応用部　電波計測研究室　主任研究官　古津年章）

（宇宙通信部　移動体通信研究室　研究官　鈴木　龍太郎）

（標準測定部　周波数標準課長　中桐　紘治）