JP3922979B2 - 伝送路符号化方法、復号化方法、及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器における音声信号等の伝送路符号化・復号化を行う伝送路符号化方法、復号化方法、及びそれらを用いた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音声信号の伝送路符号化・復号化としては、社団法人電波産業会（ＡＲＩＢ）のＲＣＲ−ＳＴＤ２８（ＰＨＳの規格）において規定されたものが知られている。図８は、このような伝送路符号化・復号化を行う通信システムの要部構成を示すブロック図である。
【０００３】
送信側は、ＡＤＰＣＭ符号化器７０１、ＣＲＣ符号付加器７０２から成り、伝送フレームごとにＡＤＰＣＭ方式によって符号化圧縮した音声信号のすべてにＣＲＣチェック符号ビットを付加して伝送する。一方、受信側は伝送誤りを検出するＣＲＣ符号検査器７０３、受信した伝送フレームを復号化するＡＤＰＣＭ復号化器７０４、伝送誤りがあった場合復号化される音声を無音にするミュート回路７０５から構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の通信システムにおいては、伝送誤りが発生したフレームに対して音声をミュートするので、その間の音声が途切れてしまい音質が劣化するという問題点があった。また、双方向通信によるＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest）を用いて、送信側及び受信側の間で相互に伝送フレームの初期化を行わなければならず、システム構成が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、少ない冗長符号で復号品質を確保でき、復号化された音声信号等の信号劣化を抑制することが可能な伝送路符号化方法、復号化方法、及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の伝送路復号化方法は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式によって圧縮された複数の圧縮フレームデータからなる伝送フレームごとに伝送路符号化が行われた信号を復号する伝送路復号化方法であって、
前記伝送路符号化は、前記圧縮フレームデータの各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて複数のクラスに分けるステップと、前記複数のクラスの各ビットを該複数のクラスごとにそれぞれ異なる伝送路符号化処理を行うステップとを有し、
前記伝送路復号化方法は、前記伝送路符号化により符号化された伝送フレームに対して、伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて分けられた複数のクラスごとにそれぞれ異なる伝送路復号化処理を行うステップと、クラス分けを解除して元の情報を復元するステップとを有し、
前記音声圧縮フレームデータに伝送誤りがある場合に、各サブバンドごとの前記伝送路復号化処理におけるスケールファクタの更新処理を停止することを特徴とする。
【０００７】
この方法によれば、クラスによって伝送路符号化処理を異ならせることにより、冗長ビットの付加を最小限に抑えられ、ビットレートの増加が防止される一方、クラスによって伝送路復号化処理を異ならせることにより、演算量の削減が可能になり、低遅延の伝送路復号化処理が実現可能となるとともに、復号化した音声信号等の信号品質の劣化を最小限に抑えることが可能となる。また、サブバンドＡＤＰＣＭ方式で圧縮符号化された音声圧縮フレームデータに伝送誤りがある場合にスケールファクタの更新処理を停止することで、その後のデータ復号化に対して誤りの影響による音質信号の劣化を最小限に抑えることが可能となる。
【０００８】
また、上記に記載の伝送路復号化方法において、前記伝送路符号化の複数のクラスとして少なくとも３つのクラスに分割し、該クラスのそれぞれに関して伝送誤り発生時における復号品質の劣化が大きい順に、畳み込み符号化とＣＲＣチェック符号付加を行う処理、前記畳み込み符号化を行う処理、および符号化を行わない処理、のいずれかを選択して伝送路符号化処理がされていることを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、冗長ビットの付加が最小限に抑えられ、ビットレートの増加が防止されるとともに、誤り訂正等の処理を最重要クラスに対してのみ行うことにより、復号処理時の演算量の削減が可能であり、低遅延の伝送路復号化処理が実現可能となる。
【００２３】
本発明は、上記いずれかに記載の伝送路復号化方法を実行する手段を有するデジタル無線伝送装置を提供する。この構成によれば、復号化処理における演算量を少なくできるとともに、消費電流を節減し、低遅延でかつ信号品質の劣化を最小限に抑制することができるデジタル無線伝送装置を実現可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態は、本発明に係る伝送路符号化方法及び復号化方法を適用した例として、音声信号の符号化・復号化を行う音声エンコーダ及び音声デコーダの構成例を示したものである。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る音声エンコーダ装置の構成を示すブロック図である。音声エンコーダ装置１００は、入力された音声信号を符号化ビット列からなる低ビットレートの圧縮フレームデータに変換する音声圧縮符号化器１０１と、圧縮フレームデータを伝送フレーム毎に符号化する伝送路符号化器１０２と、符号化した伝送フレームにプリアンブル情報や同期信号を付加してビットストリームを形成するマルチプレクサ１０３と、を有して構成される。
【００２８】
また、伝送路符号化器１０２は、音声圧縮符号化器１０１からの圧縮フレームデータの各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化が大きい順に複数のクラスに分けるクラス分別機１０４と、ＣＲＣチェック符号ビットを付加するＣＲＣ符号付加器１０５と、畳み込み演算を行う畳み込み符号化器１０６と、を有して構成される。
【００２９】
図２は、本発明の第１実施形態に係る音声デコーダ装置の構成を示すブロック図である。音声デコーダ装置２００は、伝送路を介して受信されたビットストリームを分解するデマルチプレクサ２０１と、分解されたデータ列を復号化する伝送路復号化器２０２と、復号化された圧縮フレームデータを伸張してデジタル音声信号を再生する音声復号化器２０３と、を有して構成される。
【００３０】
また、伝送路復号化器２０２は、ビットストリームを分解して得られたデータ列から畳み込み符号を復号するビタビ復号化器２０４と、誤りのあったビットが訂正されているか否かのチェックを行うＣＲＣ検査器２０５と、伝送誤り発生時における復号品質の劣化が大きい順に分けられたクラスを解除して圧縮フレームデータを復元するクラス分け解除器２０６と、を有して構成される。
【００３１】
次に、上記のように構成された音声エンコーダ装置１００と音声デコーダ装置２００の各動作について、図３及び図４を用いて説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜のために、１つの圧縮フレームデータが１６ビットからなり、伝送フレームが４つの圧縮フレームデータからなるものを一例として説明する。
【００３２】
また、図３（ａ）に示すように、本実施形態では、各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて、複数のクラスにクラス分けを行う。ここでは一例として、誤り発生時に品質劣化の程度が大きい順に、劣化の程度が大きい最重要ビット３０１、劣化が中程度の重要ビット３０２、誤っても復号音質に与える影響が少ない非重要ビット３０３、として区別する。なお、符号３０４はＣＲＣチェック符号ビットを示しており、最重要ビット３０１により構成される最重要クラス３３０にこのＣＲＣチェック符号ビット３０４が付加される。
【００３３】
入力された音声信号は、まず、音声圧縮符号化器１０１で複数のサブバンドに分割されてＡＤＰＣＭ方式による符号化がなされ、低ビットレートの圧縮フレームデータに変換される。ＡＤＰＣＭ方式の場合は、２以上６以下、すなわち２〜６のサブバンドに分割して符号化等の処理を行うのが一般的である。この圧縮フレームデータは、図３（ｂ）に示すように４フレーム毎にバッファリングされ、第１圧縮フレームデータ３１０〜第４圧縮フレームデータ３１３からなるフレーム３１４を形成する。
【００３４】
こうして得られたフレーム３１４はクラス分別器１０４に入力され、第１圧縮フレームデータ３１０から第４圧縮フレームデータ３１３に至るまで順に最重要ビット３０１が抜き出され、最重要クラス３２０が形成される。以下、同様にして重要ビット３０２が抜き出された重要クラス３２１と、非重要ビット３０３が抜き出された非重要クラス３２２がそれぞれ形成される。このようにして３つのクラス分けが行われ、図３（ｃ）に示すようなフレーム３２３が生成される。
【００３５】
次いで、ＣＲＣ符号付加器１０５において、最重要クラス３２０に対して図３（ｄ）に示すようにＣＲＣチェック符号ビット３０４が付加される。なお、本図ではＣＲＣチェック符号ビット３０４が３ビット付加される例を示しているが、その他のビット数を付加してもよい。
【００３６】
続いて、畳み込み符号化器１０６で、ＣＲＣチェック符号ビット３０４が付加された最重要クラス３３０と、ＣＲＣチェック符号ビット３０４が付加されない重要クラス３２１とに対してそれぞれ畳み込み符号化が行われ、図３（ｅ）に示すような畳み込み符号化部３４０が形成される。
【００３７】
マルチプレクサ１０３では、畳み込み符号化部３４０にクラス分別器１０２でクラス分けされた非重要クラス３２２が付加されるとともに、プリアンブル符号や同期信号が多重化されてビットストリームが生成される。そしてこのビットストリームは、図示しない変調器によって変調され、伝送路を介し音声デコーダ２００に向けて伝送される。
【００３８】
一方、音声エンコーダ１００から伝送された変調信号は、図示しない復調器により復調された後、デマルチプレクサ２０１に入力されてプリアンブル符号や同期信号が除かれ、図４（ａ）に示すようなビットストリームとなる。そしてさらに、非重要クラス３２２を分離する。
【００３９】
次いで、ビタビ複合器２０４において、ビットストリームに畳み込まれた信号の誤りを訂正しつつ復号化が行われ、図４（ｂ）に示すように最重要クラス３３０と重要クラス３２１からなるビット列が生成される。なお、ビタビ復号化に際して軟判定データを用いた誤り訂正を行ってもよい。
【００４０】
復号化されたビット列は、次のＣＲＣ検査器２０５で最重要クラス３３０について付加されたＣＲＣチェック符号ビットを用いて、誤りが訂正しきれたかどうかをチェックする。そして訂正しきれなかった場合は、音声復号器２０３に情報を伝える。また、このとき音声復号器２０３では、誤りがビット誤りの影響が復号音声に影響しないようにスケールファクタの停止処理などを行う。例えばＡＤＰＣＭ方式では、ITU-T G.722の規格などにおいて、スケールファクタの適応処理として、各サブバンドにおいて圧縮フレームデータ（音声圧縮フレーム）ごとにスケールファクタの更新を行うようになっている。誤りが訂正できない場合はスケールファクタの適応処理を停止することで、その後のデータサンプルの復号に対して誤りの影響による音質劣化を最小限に抑えられる。
【００４１】
ＣＲＣ検査器２０５で誤り訂正のチェックが終わってＣＲＣチェック符号ビットが除かれた図４（ｃ）に示すようなビット列は、次のクラス分け解除器２０６において、先のデマルチプレクサ２０１で分離された非重要クラス３２２が付加され、前述したクラス分別器１０４の動作と逆の手順を経て、図４（ｄ）に示すように第１圧縮フレームデータ３１０〜第４圧縮フレームデータ３１３からなるフレーム３１４に戻される。
【００４２】
そして、フレーム３１４は音声復号化器２０３で復号、伸張され、音声信号として再生される。
【００４３】
また、図５にフレームデータの各ビットのクラス分けとクラス分け解除処理の他の例を示す。この例は、音声信号における１つの圧縮フレームデータ（音声圧縮フレーム）が２４ビットからなり、１つの伝送フレームを生成するのに使用する圧縮フレームデータの数が６フレームである場合を示したものである。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、この例では図３の例と同様に、各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて、誤り発生時に品質劣化の程度が大きい順に、最重要ビット４０１、重要ビット４０２、非重要ビット４０３の複数のクラスにクラス分けを行うようにする。この場合、図５（ｂ）に示すように、１つの伝送フレームにおいて、それぞれが２４ビットからなる第１〜第６音声圧縮フレーム４１１〜４１６の６つの音声圧縮フレームについてクラス分け処理を行う。
【００４５】
符号化を行う際には、図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）に示すように各音声圧縮フレーム毎に最重要ビット４２１〜４２６、重要ビット４３１〜４３６、非重要ビット４４１〜４４６の３クラスにクラス分けを行う。一方、復号化を行う際には、図５（ｃ）の状態から図５（ｂ）の状態にクラス分け解除を行い、第１〜第６音声圧縮フレーム４１１〜４１６を復元する。このようにして、１つの伝送フレームが複数の圧縮フレームデータからなる音声信号のデータを復号品質の劣化の大きさに応じて複数のクラスに分割することができる。
【００４６】
このように第１実施形態では、音声エンコーダ１００は、入力された音声信号を圧縮符号化して複数（例えば２〜６）の圧縮フレームデータに変換し、伝送誤りが生じた場合の復号品質に基づいてクラス分けを行う。そして、クラス別にＣＲＣチェック符号ビット付加と畳み込み符号化処理を選択して行い、ビットストリームを生成する。このとき、最重要クラスのみ畳み込み符号化及びＣＲＣの付加を行い、重要クラスは畳み込み符号化のみ行ってＣＲＣの付加は行わない、非重要クラスは畳み込み符号化とＣＲＣの付加を共に行わないようにする。これにより、冗長符号の付加を最少限にしながら、伝送誤りに対する耐性を向上させることができる。
【００４７】
また、音声デコーダ２００は、受信したビットストリームについてクラス別にビタビ復号化処理及びＣＲＣによる誤り訂正チェックを選択して行い、クラス分けを解除して元の圧縮フレームデータに戻す。これにより、誤り訂正を効果的に行うことが可能となり、安定した復号音質を得ることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
第２実施形態は、本発明に係る伝送路符号化・復号化方法をデジタルワイヤレスマイクシステムに応用した例である。
【００４９】
図６は、本発明の第２実施形態に係るデジタルワイヤレスマイクシステムの送信装置の構成を示すブロック図である。送信装置５００は、マイクロホン５１０、アンプ５２０、Ａ／Ｄ変換器５３０、音声エンコーダ５４０、デジタル変調器／ＲＦ増幅部５５０、送信アンテナ５６０を有して構成される。さらに、音声エンコーダ５４０は、音声圧縮符号化器５４１と伝送路符号化器５４２を有して構成される。
【００５０】
図７は、本発明の第２実施形態に係るデジタルワイヤレスマイクシステムの受信装置の構成を示すブロック図である。受信装置６００は、受信アンテナ６１０、ＲＦ増幅／デジタル復調部６２０、音声デコーダ６３０、Ｄ／Ａ変換器６４０、アンプ６５０、スピーカ６６０、ＡＥＳ／ＥＢＵトランスミッタ６７０を有して構成される。さらに、音声デコーダ６３０は、伝送路復号化器６３１と音声復号化器６３２を有して構成される。
【００５１】
送信装置５００は、マイクロホン５１０で集音した音声信号をアンプ５２０で増幅し、Ａ／Ｄ変換器５３０でＰＣＭデジタル信号に変換する。そして、音声エンコーダ５４０の音声圧縮符号化器５４１と伝送路符号化器５４２によって前述した第１実施形態で説明した音声信号の圧縮符号化処理を低遅延で行い、ビットストリームに変換する。このビットストリームはデジタル変調／ＲＦ増幅部５５０においてデジタル変調と高周波増幅された後、送信アンテナ５６０から電波として放射される。
【００５２】
受信装置６００は、送信装置５００から放射された電波を受信アンテナ６１０で受信し、ＲＦ増幅／デジタル復調部６２０において高周波増幅及びデジタル復調行ってビットストリームに変換する。これを音声デコーダ６３０の伝送路復号化器６３１と音声復号化器６４２により前述した第１実施形態で示した音声信号の復号化伸張処理を低遅延で行ってＰＣＭデジタル信号を出力する。このＰＣＭデジタル信号はＤ／Ａ変換器６４０でアナログ音声信号に変換され、アンプ６５０で低周波増幅を行った後、スピーカ６６０を鳴動させる。
【００５３】
このように第２実施形態では、本発明に係る伝送路符号化・復号化方法を用いることによって、冗長符号の付加を最小限に抑え、低遅延で音声信号を伝送することができるとともに、音質の劣化を抑制して忠実な音声を再生することが可能となる。この場合、ビットレートの増加を抑え、低レートで音声信号の伝送ができるため、多チャンネル運用への対応が容易に可能となる。
【００５４】
上述したように、本実施形態によれば、冗長ビットの増加を伴うことなく、少ない冗長符号で復号品質を確保でき、復号化された音声信号の信号劣化を効果的に抑制することが可能となる。これにより、信号伝送におけるビットレートの増加を防止でき、低遅延な伝送符号化、復号化を実現できる。このとき、伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて複数にクラス分けを行ってクラス毎に異なる伝送路符号化処理を行うようにし、例えば最重要クラスに対しては誤り訂正を行い、音質の影響が少ない非重要クラスには誤り訂正等を行わないことにより、演算量の削減、消費電流の減少を図ることが可能になるとともに、音質劣化を最小限に抑えることができる。
【００５５】
また、従来のようにＡＲＱを用いなくても、受信側で誤り訂正処理を行ったり、音声の復号化に際して処理することにより、ハードウェア構成が複雑になるという従来の問題点を解決できる。
【００５６】
また、復号化されたビット列がＣＲＣチェック符号ビットによって誤り訂正しきれなかった場合は、スケールファクタの適応処理を停止することにより、その後のデータサンプルの復号に対して誤りの影響による音質劣化を最小限に抑えることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、少ない冗長符号で復号品質を確保でき、復号化された音声信号等の信号劣化を抑制することが可能な伝送路符号化方法、復号化方法、及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る音声エンコーダ装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１実施形態に係る音声デコーダ装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１実施形態に係る音声エンコーダ装置の各動作過程におけるビット列の構成を示す図であり、（ａ）は重要度に応じた各ビット、（ｂ）は圧縮フレームデータ、（ｃ）はクラス分けされたビット列、（ｄ）は最重要クラスにＣＲＣチェック符号ビットが付加されたビット列、（ｅ）は畳み込み符号化部が形成されたビット列の説明図
【図４】本発明の第１実施形態に係る音声デコーダ装置の各動作過程におけるビット列の構成を示す図であり、（ａ）はビットストリーム、（ｂ）は非重要クラスを分離した後のビット列、（ｃ）はビタビ復号化及びＣＲＣ処理後のビット列、（ｄ）はクラス分け解除後の圧縮フレームデータの説明図
【図５】本発明の第１実施形態に係るフレームデータの各ビットのクラス分けとクラス分け解除処理の他の例を示す説明図
【図６】本発明の第２実施形態に係るデジタルワイヤレスマイクロホンシステムの送信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第２実施形態に係るデジタルワイヤレスマイクロホンシステムの受信装置の構成を示すブロック図
【図８】従来技術による伝送路符号化・復号化を行う通信システムの要部構成を示すブロック図
【符号の説明】
１００ 音声エンコーダ
１０１ 音声圧縮符号化器
１０２ 伝送路符号化器
１０３ マルチプレクサ
１０４ クラス分別器
１０５ ＣＲＣ符号付加器
１０６ 畳み込み符号化器
２００ 音声デコーダ
２０１ デマルチプレクサ
２０２ 伝送路復号化器
２０３ 音声復号化器
２０４ ビタビ復号器
２０５ ＣＲＣ検査器
２０６ クラス分け解除器
３１０〜３１３ 第１〜第４圧縮フレームデータ
３２０、４０１ 最重要クラス
３２１、４０２ 重要クラス
３２２、４０３ 非重要クラス
３３０ ＣＲＣチェック符号ビットが付加された最重要クラス
３４０ 畳み込み符号化部
５００ 送信装置
６００ 受信装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器における音声信号等の伝送路符号化・復号化を行う伝送路符号化方法、復号化方法、及びそれらを用いた装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音声信号の伝送路符号化・復号化としては、社団法人電波産業会（ＡＲＩＢ）のＲＣＲ−ＳＴＤ２８（ＰＨＳの規格）において規定されたものが知られている。図８は、このような伝送路符号化・復号化を行う通信システムの要部構成を示すブロック図である。
【０００３】
送信側は、ＡＤＰＣＭ符号化器７０１、ＣＲＣ符号付加器７０２から成り、伝送フレームごとにＡＤＰＣＭ方式によって符号化圧縮した音声信号のすべてにＣＲＣチェック符号ビットを付加して伝送する。一方、受信側は伝送誤りを検出するＣＲＣ符号検査器７０３、受信した伝送フレームを復号化するＡＤＰＣＭ復号化器７０４、伝送誤りがあった場合復号化される音声を無音にするミュート回路７０５から構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の通信システムにおいては、伝送誤りが発生したフレームに対して音声をミュートするので、その間の音声が途切れてしまい音質が劣化するという問題点があった。また、双方向通信によるＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest）を用いて、送信側及び受信側の間で相互に伝送フレームの初期化を行わなければならず、システム構成が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、少ない冗長符号で復号品質を確保でき、復号化された音声信号等の信号劣化を抑制することが可能な伝送路符号化方法、復号化方法、及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の伝送路復号化方法は、サブバンドＡＤＰＣＭ方式によって圧縮された複数の圧縮フレームデータからなる伝送フレームごとに伝送路符号化が行われた信号を復号する伝送路復号化方法であって、
前記伝送路符号化は、前記圧縮フレームデータの各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて複数のクラスに分けるステップと、前記複数のクラスの各ビットを該複数のクラスごとにそれぞれ異なる伝送路符号化処理を行うステップとを有し、
前記伝送路復号化方法は、前記伝送路符号化により符号化された伝送フレームに対して、伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて分けられた複数のクラスごとにそれぞれ異なる伝送路復号化処理を行うステップと、クラス分けを解除して元の情報を復元するステップとを有し、
前記音声圧縮フレームデータに伝送誤りがある場合に、各サブバンドごとの前記伝送路復号化処理におけるスケールファクタの更新処理を停止することを特徴とする。
【０００７】
この方法によれば、クラスによって伝送路符号化処理を異ならせることにより、冗長ビットの付加を最小限に抑えられ、ビットレートの増加が防止される一方、クラスによって伝送路復号化処理を異ならせることにより、演算量の削減が可能になり、低遅延の伝送路復号化処理が実現可能となるとともに、復号化した音声信号等の信号品質の劣化を最小限に抑えることが可能となる。また、サブバンドＡＤＰＣＭ方式で圧縮符号化された音声圧縮フレームデータに伝送誤りがある場合にスケールファクタの更新処理を停止することで、その後のデータ復号化に対して誤りの影響による音質信号の劣化を最小限に抑えることが可能となる。
【０００８】
また、上記に記載の伝送路復号化方法において、前記伝送路符号化の複数のクラスとして少なくとも３つのクラスに分割し、該クラスのそれぞれに関して伝送誤り発生時における復号品質の劣化が大きい順に、畳み込み符号化とＣＲＣチェック符号付加を行う処理、前記畳み込み符号化を行う処理、および符号化を行わない処理、のいずれかを選択して伝送路符号化処理がされていることを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、冗長ビットの付加が最小限に抑えられ、ビットレートの増加が防止されるとともに、誤り訂正等の処理を最重要クラスに対してのみ行うことにより、復号処理時の演算量の削減が可能であり、低遅延の伝送路復号化処理が実現可能となる。
【００２３】
本発明は、上記いずれかに記載の伝送路復号化方法を実行する手段を有するデジタル無線伝送装置を提供する。この構成によれば、復号化処理における演算量を少なくできるとともに、消費電流を節減し、低遅延でかつ信号品質の劣化を最小限に抑制することができるデジタル無線伝送装置を実現可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態は、本発明に係る伝送路符号化方法及び復号化方法を適用した例として、音声信号の符号化・復号化を行う音声エンコーダ及び音声デコーダの構成例を示したものである。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る音声エンコーダ装置の構成を示すブロック図である。音声エンコーダ装置１００は、入力された音声信号を符号化ビット列からなる低ビットレートの圧縮フレームデータに変換する音声圧縮符号化器１０１と、圧縮フレームデータを伝送フレーム毎に符号化する伝送路符号化器１０２と、符号化した伝送フレームにプリアンブル情報や同期信号を付加してビットストリームを形成するマルチプレクサ１０３と、を有して構成される。
【００２８】
また、伝送路符号化器１０２は、音声圧縮符号化器１０１からの圧縮フレームデータの各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化が大きい順に複数のクラスに分けるクラス分別機１０４と、ＣＲＣチェック符号ビットを付加するＣＲＣ符号付加器１０５と、畳み込み演算を行う畳み込み符号化器１０６と、を有して構成される。
【００２９】
図２は、本発明の第１実施形態に係る音声デコーダ装置の構成を示すブロック図である。音声デコーダ装置２００は、伝送路を介して受信されたビットストリームを分解するデマルチプレクサ２０１と、分解されたデータ列を復号化する伝送路復号化器２０２と、復号化された圧縮フレームデータを伸張してデジタル音声信号を再生する音声復号化器２０３と、を有して構成される。
【００３０】
また、伝送路復号化器２０２は、ビットストリームを分解して得られたデータ列から畳み込み符号を復号するビタビ復号化器２０４と、誤りのあったビットが訂正されているか否かのチェックを行うＣＲＣ検査器２０５と、伝送誤り発生時における復号品質の劣化が大きい順に分けられたクラスを解除して圧縮フレームデータを復元するクラス分け解除器２０６と、を有して構成される。
【００３１】
次に、上記のように構成された音声エンコーダ装置１００と音声デコーダ装置２００の各動作について、図３及び図４を用いて説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜のために、１つの圧縮フレームデータが１６ビットからなり、伝送フレームが４つの圧縮フレームデータからなるものを一例として説明する。
【００３２】
また、図３（ａ）に示すように、本実施形態では、各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて、複数のクラスにクラス分けを行う。ここでは一例として、誤り発生時に品質劣化の程度が大きい順に、劣化の程度が大きい最重要ビット３０１、劣化が中程度の重要ビット３０２、誤っても復号音質に与える影響が少ない非重要ビット３０３、として区別する。なお、符号３０４はＣＲＣチェック符号ビットを示しており、最重要ビット３０１により構成される最重要クラス３３０にこのＣＲＣチェック符号ビット３０４が付加される。
【００３３】
入力された音声信号は、まず、音声圧縮符号化器１０１で複数のサブバンドに分割されてＡＤＰＣＭ方式による符号化がなされ、低ビットレートの圧縮フレームデータに変換される。ＡＤＰＣＭ方式の場合は、２以上６以下、すなわち２〜６のサブバンドに分割して符号化等の処理を行うのが一般的である。この圧縮フレームデータは、図３（ｂ）に示すように４フレーム毎にバッファリングされ、第１圧縮フレームデータ３１０〜第４圧縮フレームデータ３１３からなるフレーム３１４を形成する。
【００３４】
こうして得られたフレーム３１４はクラス分別器１０４に入力され、第１圧縮フレームデータ３１０から第４圧縮フレームデータ３１３に至るまで順に最重要ビット３０１が抜き出され、最重要クラス３２０が形成される。以下、同様にして重要ビット３０２が抜き出された重要クラス３２１と、非重要ビット３０３が抜き出された非重要クラス３２２がそれぞれ形成される。このようにして３つのクラス分けが行われ、図３（ｃ）に示すようなフレーム３２３が生成される。
【００３５】
次いで、ＣＲＣ符号付加器１０５において、最重要クラス３２０に対して図３（ｄ）に示すようにＣＲＣチェック符号ビット３０４が付加される。なお、本図ではＣＲＣチェック符号ビット３０４が３ビット付加される例を示しているが、その他のビット数を付加してもよい。
【００３６】
続いて、畳み込み符号化器１０６で、ＣＲＣチェック符号ビット３０４が付加された最重要クラス３３０と、ＣＲＣチェック符号ビット３０４が付加されない重要クラス３２１とに対してそれぞれ畳み込み符号化が行われ、図３（ｅ）に示すような畳み込み符号化部３４０が形成される。
【００３７】
マルチプレクサ１０３では、畳み込み符号化部３４０にクラス分別器１０２でクラス分けされた非重要クラス３２２が付加されるとともに、プリアンブル符号や同期信号が多重化されてビットストリームが生成される。そしてこのビットストリームは、図示しない変調器によって変調され、伝送路を介し音声デコーダ２００に向けて伝送される。
【００３８】
一方、音声エンコーダ１００から伝送された変調信号は、図示しない復調器により復調された後、デマルチプレクサ２０１に入力されてプリアンブル符号や同期信号が除かれ、図４（ａ）に示すようなビットストリームとなる。そしてさらに、非重要クラス３２２を分離する。
【００３９】
次いで、ビタビ複合器２０４において、ビットストリームに畳み込まれた信号の誤りを訂正しつつ復号化が行われ、図４（ｂ）に示すように最重要クラス３３０と重要クラス３２１からなるビット列が生成される。なお、ビタビ復号化に際して軟判定データを用いた誤り訂正を行ってもよい。
【００４０】
復号化されたビット列は、次のＣＲＣ検査器２０５で最重要クラス３３０について付加されたＣＲＣチェック符号ビットを用いて、誤りが訂正しきれたかどうかをチェックする。そして訂正しきれなかった場合は、音声復号器２０３に情報を伝える。また、このとき音声復号器２０３では、誤りがビット誤りの影響が復号音声に影響しないようにスケールファクタの停止処理などを行う。例えばＡＤＰＣＭ方式では、ITU-T G.722の規格などにおいて、スケールファクタの適応処理として、各サブバンドにおいて圧縮フレームデータ（音声圧縮フレーム）ごとにスケールファクタの更新を行うようになっている。誤りが訂正できない場合はスケールファクタの適応処理を停止することで、その後のデータサンプルの復号に対して誤りの影響による音質劣化を最小限に抑えられる。
【００４１】
ＣＲＣ検査器２０５で誤り訂正のチェックが終わってＣＲＣチェック符号ビットが除かれた図４（ｃ）に示すようなビット列は、次のクラス分け解除器２０６において、先のデマルチプレクサ２０１で分離された非重要クラス３２２が付加され、前述したクラス分別器１０４の動作と逆の手順を経て、図４（ｄ）に示すように第１圧縮フレームデータ３１０〜第４圧縮フレームデータ３１３からなるフレーム３１４に戻される。
【００４２】
そして、フレーム３１４は音声復号化器２０３で復号、伸張され、音声信号として再生される。
【００４３】
また、図５にフレームデータの各ビットのクラス分けとクラス分け解除処理の他の例を示す。この例は、音声信号における１つの圧縮フレームデータ（音声圧縮フレーム）が２４ビットからなり、１つの伝送フレームを生成するのに使用する圧縮フレームデータの数が６フレームである場合を示したものである。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、この例では図３の例と同様に、各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて、誤り発生時に品質劣化の程度が大きい順に、最重要ビット４０１、重要ビット４０２、非重要ビット４０３の複数のクラスにクラス分けを行うようにする。この場合、図５（ｂ）に示すように、１つの伝送フレームにおいて、それぞれが２４ビットからなる第１〜第６音声圧縮フレーム４１１〜４１６の６つの音声圧縮フレームについてクラス分け処理を行う。
【００４５】
符号化を行う際には、図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）に示すように各音声圧縮フレーム毎に最重要ビット４２１〜４２６、重要ビット４３１〜４３６、非重要ビット４４１〜４４６の３クラスにクラス分けを行う。一方、復号化を行う際には、図５（ｃ）の状態から図５（ｂ）の状態にクラス分け解除を行い、第１〜第６音声圧縮フレーム４１１〜４１６を復元する。このようにして、１つの伝送フレームが複数の圧縮フレームデータからなる音声信号のデータを復号品質の劣化の大きさに応じて複数のクラスに分割することができる。
【００４６】
このように第１実施形態では、音声エンコーダ１００は、入力された音声信号を圧縮符号化して複数（例えば２〜６）の圧縮フレームデータに変換し、伝送誤りが生じた場合の復号品質に基づいてクラス分けを行う。そして、クラス別にＣＲＣチェック符号ビット付加と畳み込み符号化処理を選択して行い、ビットストリームを生成する。このとき、最重要クラスのみ畳み込み符号化及びＣＲＣの付加を行い、重要クラスは畳み込み符号化のみ行ってＣＲＣの付加は行わない、非重要クラスは畳み込み符号化とＣＲＣの付加を共に行わないようにする。これにより、冗長符号の付加を最少限にしながら、伝送誤りに対する耐性を向上させることができる。
【００４７】
また、音声デコーダ２００は、受信したビットストリームについてクラス別にビタビ復号化処理及びＣＲＣによる誤り訂正チェックを選択して行い、クラス分けを解除して元の圧縮フレームデータに戻す。これにより、誤り訂正を効果的に行うことが可能となり、安定した復号音質を得ることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
第２実施形態は、本発明に係る伝送路符号化・復号化方法をデジタルワイヤレスマイクシステムに応用した例である。
【００４９】
図６は、本発明の第２実施形態に係るデジタルワイヤレスマイクシステムの送信装置の構成を示すブロック図である。送信装置５００は、マイクロホン５１０、アンプ５２０、Ａ／Ｄ変換器５３０、音声エンコーダ５４０、デジタル変調器／ＲＦ増幅部５５０、送信アンテナ５６０を有して構成される。さらに、音声エンコーダ５４０は、音声圧縮符号化器５４１と伝送路符号化器５４２を有して構成される。
【００５０】
図７は、本発明の第２実施形態に係るデジタルワイヤレスマイクシステムの受信装置の構成を示すブロック図である。受信装置６００は、受信アンテナ６１０、ＲＦ増幅／デジタル復調部６２０、音声デコーダ６３０、Ｄ／Ａ変換器６４０、アンプ６５０、スピーカ６６０、ＡＥＳ／ＥＢＵトランスミッタ６７０を有して構成される。さらに、音声デコーダ６３０は、伝送路復号化器６３１と音声復号化器６３２を有して構成される。
【００５１】
送信装置５００は、マイクロホン５１０で集音した音声信号をアンプ５２０で増幅し、Ａ／Ｄ変換器５３０でＰＣＭデジタル信号に変換する。そして、音声エンコーダ５４０の音声圧縮符号化器５４１と伝送路符号化器５４２によって前述した第１実施形態で説明した音声信号の圧縮符号化処理を低遅延で行い、ビットストリームに変換する。このビットストリームはデジタル変調／ＲＦ増幅部５５０においてデジタル変調と高周波増幅された後、送信アンテナ５６０から電波として放射される。
【００５２】
受信装置６００は、送信装置５００から放射された電波を受信アンテナ６１０で受信し、ＲＦ増幅／デジタル復調部６２０において高周波増幅及びデジタル復調行ってビットストリームに変換する。これを音声デコーダ６３０の伝送路復号化器６３１と音声復号化器６４２により前述した第１実施形態で示した音声信号の復号化伸張処理を低遅延で行ってＰＣＭデジタル信号を出力する。このＰＣＭデジタル信号はＤ／Ａ変換器６４０でアナログ音声信号に変換され、アンプ６５０で低周波増幅を行った後、スピーカ６６０を鳴動させる。
【００５３】
このように第２実施形態では、本発明に係る伝送路符号化・復号化方法を用いることによって、冗長符号の付加を最小限に抑え、低遅延で音声信号を伝送することができるとともに、音質の劣化を抑制して忠実な音声を再生することが可能となる。この場合、ビットレートの増加を抑え、低レートで音声信号の伝送ができるため、多チャンネル運用への対応が容易に可能となる。
【００５４】
上述したように、本実施形態によれば、冗長ビットの増加を伴うことなく、少ない冗長符号で復号品質を確保でき、復号化された音声信号の信号劣化を効果的に抑制することが可能となる。これにより、信号伝送におけるビットレートの増加を防止でき、低遅延な伝送符号化、復号化を実現できる。このとき、伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて複数にクラス分けを行ってクラス毎に異なる伝送路符号化処理を行うようにし、例えば最重要クラスに対しては誤り訂正を行い、音質の影響が少ない非重要クラスには誤り訂正等を行わないことにより、演算量の削減、消費電流の減少を図ることが可能になるとともに、音質劣化を最小限に抑えることができる。
【００５５】
また、従来のようにＡＲＱを用いなくても、受信側で誤り訂正処理を行ったり、音声の復号化に際して処理することにより、ハードウェア構成が複雑になるという従来の問題点を解決できる。
【００５６】
また、復号化されたビット列がＣＲＣチェック符号ビットによって誤り訂正しきれなかった場合は、スケールファクタの適応処理を停止することにより、その後のデータサンプルの復号に対して誤りの影響による音質劣化を最小限に抑えることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、少ない冗長符号で復号品質を確保でき、復号化された音声信号等の信号劣化を抑制することが可能な伝送路符号化方法、復号化方法、及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る音声エンコーダ装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１実施形態に係る音声デコーダ装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１実施形態に係る音声エンコーダ装置の各動作過程におけるビット列の構成を示す図であり、（ａ）は重要度に応じた各ビット、（ｂ）は圧縮フレームデータ、（ｃ）はクラス分けされたビット列、（ｄ）は最重要クラスにＣＲＣチェック符号ビットが付加されたビット列、（ｅ）は畳み込み符号化部が形成されたビット列の説明図
【図４】本発明の第１実施形態に係る音声デコーダ装置の各動作過程におけるビット列の構成を示す図であり、（ａ）はビットストリーム、（ｂ）は非重要クラスを分離した後のビット列、（ｃ）はビタビ復号化及びＣＲＣ処理後のビット列、（ｄ）はクラス分け解除後の圧縮フレームデータの説明図
【図５】本発明の第１実施形態に係るフレームデータの各ビットのクラス分けとクラス分け解除処理の他の例を示す説明図
【図６】本発明の第２実施形態に係るデジタルワイヤレスマイクロホンシステムの送信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第２実施形態に係るデジタルワイヤレスマイクロホンシステムの受信装置の構成を示すブロック図
【図８】従来技術による伝送路符号化・復号化を行う通信システムの要部構成を示すブロック図
【符号の説明】
１００ 音声エンコーダ
１０１ 音声圧縮符号化器
１０２ 伝送路符号化器
１０３ マルチプレクサ
１０４ クラス分別器
１０５ ＣＲＣ符号付加器
１０６ 畳み込み符号化器
２００ 音声デコーダ
２０１ デマルチプレクサ
２０２ 伝送路復号化器
２０３ 音声復号化器
２０４ ビタビ復号器
２０５ ＣＲＣ検査器
２０６ クラス分け解除器
３１０〜３１３ 第１〜第４圧縮フレームデータ
３２０、４０１ 最重要クラス
３２１、４０２ 重要クラス
３２２、４０３ 非重要クラス
３３０ ＣＲＣチェック符号ビットが付加された最重要クラス
３４０ 畳み込み符号化部
５００ 送信装置
６００ 受信装置
Claims (3)
- サブバンドＡＤＰＣＭ方式によって圧縮された複数の圧縮フレームデータからなる伝送フレームごとに伝送路符号化が行われた信号を復号する伝送路復号化方法であって、
前記伝送路符号化は、
前記圧縮フレームデータの各ビットを伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて複数のクラスに分けるステップと、
前記複数のクラスの各ビットを該複数のクラスごとにそれぞれ異なる伝送路符号化処理を行うステップとを有し、
前記伝送路復号化方法は、
前記伝送路符号化により符号化された伝送フレームに対して、伝送誤り発生時における復号品質の劣化の大きさに応じて分けられた複数のクラスごとにそれぞれ異なる伝送路復号化処理を行うステップと、
クラス分けを解除して元の情報を復元するステップとを有し、
前記音声圧縮フレームデータに伝送誤りがある場合に、各サブバンドごとの前記伝送路復号化処理におけるスケールファクタの更新処理を停止することを特徴とする伝送路復号化方法。 - 前記伝送路符号化の複数のクラスとして少なくとも３つのクラスに分割し、該クラスのそれぞれに関して伝送誤り発生時における復号品質の劣化が大きい順に、
畳み込み符号化とＣＲＣチェック符号付加を行う処理、前記畳み込み符号化を行う処理、および符号化を行わない処理、のいずれかを選択して伝送路符号化処理がされていることを特徴とする請求項１記載の伝送路復号化方法。 - 請求項１または２のいずれかに記載の伝送路復号化方法を実行する手段を有することを特徴とするデジタル無線伝送装置。
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