JPH03502152A - デジタル的にエンコードされた音声におけるエラー訂正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 デジタル的にエンコードされた音声におけるエラー訂正方法 相互参照 この発明は、本件出願と同じ譲受人に譲渡されかつ本件出願と同じ日に出願され た、代理人の整理番号第ＣＭ−００３３３Ｈ号の他の特許出願に開示された他の 発明に関連している。

発明の背景 本発明は、音声通信の分野に関し、より詳細には送信中におけるノイズ、フェー ディング等によるエラーの改良された検出および訂正を所要のビットレートを増 大させることなく提供するための手段に間する。

移動および携帯用２方向通信のような、デジタル通信の分野においては、送信の 品質に悪影響を与える数多くの可能なチャネル状態がある。これらはシャドウィ ング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）からのフ二一ディング、マルチパス受信、車両の移 動によるドツプラーおよび他の原因による信号強度の変動を含む、低いデータの ビットレートにおいてチャネルが高度に利用されている条件下では、本質的にエ ラーのないデコード方法を情報の単位ごとに要する最小のビット数と組合わせる ことが特に重要である。

デジタルデータがあるコンピュータから他のものに送信され′〔いる時、誤った 信号を取り扱う最も普通の方法はもとの信号を再送することである。言替えれば 、データ信号がリアルタイムでなく、従って受信信号に単数または複数のエラー が検出された場合、返送信号を送信ユニットに送りデータの再送信を要求するこ とができる。リアルタイムて゛存在する、音声信号の場合にほそめような方法は 利用できない、音声情報をデコー　ドするために必要な情報に充分な付加的情報 を含ませそれにより受信ユニ・ソトがいずれのエラーをも検出できるようにし、 かっこわらのエラー　を訂正するための最善の可能な仕事を１２、すべで使用者 が出力音声信号を知覚する闇になされるようにする必要がある。

トヤネルｍｉｓの発生率を減することができる可能性は極めて少ないから、エラ ーを修正する多くの方法がこの分野では開発さｊｔてきた２本発明が好ましく動 作ず乙サグバンド符号化（Ｓａｂ−Ｂａ１１ｄ　ＣＯｄｉｎｇ）システムにおい ては、音声信号は典型的にけ２０ない１．３０ｍ５ｅｃの長さの、フレームｒ、 ニエンコードされ、Ｓのフレームは２つの主要な種類の情報、即ちサンプル情報 および該サンプル情報の適切なデコードのために必要とされる副（ｓｉｄｅ）情 報、を含む。これらのビットのあるものは他のものより送信時にエラー、−にな りやすいことが分っている０種々の程度の成功率を有する各種のエラー制御の努 力の課題であったのはこれらのより傷つきやすいビットである。上述に相互参照 した特許出願においては、各チャネルに関係する副情報は最上位ビット（ＭＳＢ ）および最下位ビット（ＬＳＢ）に分けられ、ＭＳＢは送信の「丈夫さまたはた くましさく　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）Ｊを改善するような方法で保護されかつ利 用されている。

他のシステムはシステムをより遣しくするための努力において種々の符号化機構 を利用してきた。フィンランドのニスボーで、１９８５年２月５〜７日に行なわ れた、デジタル陸上車両用無線通信に関する北欧セミナにおいてエク゛７−タ、 ラルスおよびストシャーンパルにより与えられた論文「デジタル移動電話技術に おける変調およびチャネル符号化」においては、移動電話環境において存在する レーレ−フェーディングおよび共チャネル妨害の条件下での動作に九分適すると 貢われている高い性能の変調システムのなめにやや複雑な計算が示されている。

静止環境においてはこの論文の変調システムにより何がが得られるとしても多く はないが、このシステムの主要な不都合は高いオーバヘッドの要求である。送信 の間に導入されるエラーの大部分がデコードされた音声信号の結果的な品質に影 響することを防止する符号化によりデコードされた音声の精度を改善するための 方法が依然として必要である。もし「保護」のために利用できるビットが充分あ ればこれらのことのいずれも達成することは特に困難ではない、複雑な仕事は最 小の付加ビットにより信号を高度の精度に保護するためである。

発明の概要 本発明の目的は、送信中にチャネルに導入されるエラーによる音声品質および明 瞭度の損傷を最小化することにある。

本発明の特定り）目的は許容ビットレートを趙えることな・く受容可能な音声品 質を維持することである。

これらおよび他の目的は本質的に訂正不能であるどわかるエラーを消去するため の手段と　時間グイバシティ、エラー検出コーディングおよびエラー訂止コーＹ イングの独特の組合わせを用いたシステムにおいて達成される。この方法の要素 は知らノ１な環境東件および音声信号の特性に従って掛供される。従って、例え ば、エラー訂正のプロセスはノイズにより導入されたエラーの知られな特性ｃ１ 従っている。同様に、時開ダイバジティの時間における分離はフｌ−ド期間の手 えられた範囲の可能性から計算される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明のエラー制御コーディングの形成を示す図である。

第２図は、符号化された信号の結果として得られるビットストリームの図である 。

第３図は、送信されたかつ受信された信号のデコード方法を示すフローチャート である。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明の方法の詳細を説明する前に、本発明が訂正あるいは軽減するチャネル損 傷の特性をレビューすることは有益であろう、これらの損傷のうち最もひどいも のは共チャネル妨害の存在下におけるフェーディングにより引き起こされる。非 常に弱い信号は単一ビット期間のものとなり得る静的エラーを含むかもしれない 、自動車の点火のよ・うなノイズのバーストは数ビットの持続期間のエラーを生 じ得る。付加的なエラーは電話回路網それ自体のチャネル特性に”より生じ得る しので、長さにおいて１ないし５７ビツトのノイズのバーストを有しでいる。

上で参照した同時係属出願においてみちれるように、最もエラーに対して敏感な 副情報のピッＩ・数を比較的短いブロックにくそこで開示された例示的なシステ ムにおいては３５ビ・／ト）減少することができる。そのようなブロックは１０ 〜１６　ｋ、　ｂ　ｐ　ｓの送信速度においてフェード長さの期間のオーダーに なっていることを示すことができる。この情報を単一の存在として取り扱うこと は理にかなっているがそれはフェードはそのようなブロックのすべであるいは大 部分のビットに影響を与える傾向がありかつそのブロックの情報はそれが回復可 能な完全にエラーのないものでなければ有用でないためである０時間グイバシテ ィは本発明の方法において冗長ビットのブロックの送信を時間的に保護された情 報ビットからサンプル情報のビットのブロック長だけ分離するような仕方で用い られている０巡回冗長チェック（ＣＲＣ）がサンプル情報と冗長ブロックの双方 に付加されている。情報ブロックの単純な繰り返しを冗長部として使用するかわ りに、エラー訂正コード（ＥＣＣ）によって提供される冗長性が用いられている 。

次に第１図を参照すると、エラー制御コーディングの発生をみることができる。

先に述べたように、サブバンド符号化の例示的環境が本発明にとって必要ではな いが明確化のために示されている。従って、ライン１０２は入力音声信号のサン プリング、量子化およびろ波を表わしておりこれは次にマルチプレクサ１０４に 結合され、マルチプレクサ１０４の出力は何らかの送信方法が利用されているこ とを示す「チャネル」に進む、サブバンド符号化の分野で知られているように、 ろ波された帯域のエネルギは部分的に「副情報」として符号化されかつこれらの ビットはまたサンプル情報のデコードに必要とされる。この特定のシステムの環 境においては、副情報のビットはＭＳＢ、即ち、適正なデコードに対して最もク リティカルであるとわかっているもの、およびＬＳＢ、即ち残りのビット、に分 割される。マルチプレクサにはまたラインｉ０６が結合されており、このライン １０６は保護なしに送信される副情報の有意性のより少ないビットを表わす。

第３のライン１０８は「副情報」の最上位ビット（ＭＳＢ）を表しこの情報から サブバンドのビット割り当てが（送信および受信ユニットの双方において）引き 出される。

副情報の実際のビットには少数のエラー検出符号ビット（ＥＤＣ）が付加されて いる。これらのビットは巡回冗長チェック（ＣＲＣ）でありその組合わせはライ ン１１０を介してマルチプレクサに結合されている。ＭＳＢおよびＥＤＣにはよ た１１２におけるようにエラー訂正符号（ＥＣＣ）が提供されかつ対応する巡回 冗長チェック（ＥＤＣ）が１１４において付加されている。上述の信号は次に第 ２図に示されるようにフレームに多重化される。

第２図の例示的なフレームは３４４ビツトを含むが、この図に示された特定の数 のビットは本発明をいずれの方法においても制限するものでないことを考慮すべ きである。

ＬＳＢ、またはそれらが送信される最もクリティカルでない情報であるため保護 されるものではない副情報のビット、は最初に、即ち最もエラーにさらされる位 置に配置される。

次に副情報のＭＳＢがあり、それに続きエラー検出コードまたはＣＲＣの７個の 対応するビットがある。サンプル情報の２２５ビツトに続きＭＳＢに対するエラ ー訂正符号またはＥＣＣ１副情報の保護されるビット、次に冗長ビットに対する エラー検出符号またはＣＲＣが続く。

エラー訂正符号の形式は保護されたビットおよび冗長ビットの双方が送信中にエ ラーにより「汚された」場合に冗長およびエラー訂正の２重の目的に役立つよう 選択される。

このことは情報が完全に冗長ビットから完全に回復できるようにコードが反転で きることを要求する。好ましい符号は（２，１＞のコンボリューション符号であ りこれはマイクロコンピュータ内でしきい値によるデコードが行なわれる。この コードはＭ＝５のメモリ、１１の実効束縛共（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ　ｌｅｎｇ ｔｈ）、そして１２の実際の束縛具を有している。このコードに対する冗長度は 次の多項式により情報のビットシリアルな乗算により発生することができる。

Ｇ　（Ｄ＞＝１＋Ｄ３＋Ｄ’　＋Ｄ５ このコードは１１ビツトのスライディングするウィンドウにおける２個のエラー を訂正できる。

これらの技術の論理的展開は（３，１）コンボリューションコードの使用を含む 、この変更においては、１つのフレームの保護される副情報ビットの３つの独立 した表現が３つのフレーム間隔にわたり分離され、従ってフェーディングに対し てより強力な冗長性を与える。

さらに、情報ブロックおよび冗長ブロックは各々完全な可能性にインタリーブさ れそれによりいずれの単一の実際の束縛長内では連続的なエラーがデコードされ ないようにされる０通常、コンボリューションコードのインタリーブは情報およ び冗長ビットが位置的に交番するブロックにおけるインタリーブを含む、この技 術は本発明のシステムには使用できないが、その理由は情報ビットおよび冗長ビ ットが信号フェーディングによるエラーに対して保護するために分離されるから である。同等のバースト訂正の可能性は副情報ビットおよび冗長ピッｌ〜を独立 的にインタリーブすることにより達成できる。ｆｉＷｉのインタリーブは副情報 の保護されたビットの６×フインタリーブおよび冗長ピッ１−　（ＥＣＣ）の６ ×８インタリーブによって提供される。

副情報ビットの順序が変わらないことは望ましくないから、好ましい技術は副情 報の保護されたビットが既にインタリーブされた順序になっていることを仮定す る。これらのビットは次にコンボリューションコードがビットにわたり発生され る前に本質的に６×７のデインタリープに付される。

そのようなインタリーブは訂正されるべき長さにおいて１４ビツトまでのエラー バーストの訂正、あるいは７ビツトの長さの任意の２つのエラーバーストの訂正 を許容する。

冗長部の反転はＧ（Ｄ＞によるビットシリアルな除算によって達成される。

第３図は、エラー制御データのための受信機において使用されるデコードアルゴ リズムを示すフローチャートである。ｆｋ初に、デコーダはＣＲＣにおけるシン ドロームを計算することにより情報ブロックにおけるエラーの検出を試みる（３ １０）、もし何らのエラーも検出されなければ（３１２）、情報ブロックはエラ ーがないものと仮定され、音声コーグはそのフレームに対する音声の合成に進む （３１４）、もし情報ブロックにおいてエラーが検出されれば（３１，６）　、 冗長ブロックが対応するＣＲＣを用いて、エラーに対するチェックが行なわれる （３１８）、もし何らのエラーも冗長ブロックにおいて検出されなければ（３２ ０）、その情報ブロックが捨てられ、冗長部がデインタリーブされ（ステップは ７示しない）かつ送信された情報プ０ツクを引き出ずために反転が行なわれる（ ３２２）。

しかしながら、もしエラーが冗長部において検出されれば（３２４）、冗長部が デインタリーブされかつしきい値デコードのために情報ブロックと結合される（ ３２６）。

これらの訂正プロセス（３２２）または（３２６）のいずれかの後、「訂正され た」データにおけるＣＲＣがデコードの失敗がないことを確認するためのチェッ クとして再計算される（３２８）。この最後の計算は情報ブロックのＣＲＣにわ たるフォワードエラー訂正（ＦＥＣ）コーディングの設備によって可能とされる 。最後のＦＥＣチェックの付加によりシステムは誤ったデコードに対し高度に強 くなる。もし訂正が成功すれば（３３０）　、音声合成が進められる（３１４） 、＃ＪＬ訂正が成功しなければ（３３２）、エラーを含むフレームが削除されか つ前の正しいフレームが置換される。最後の先のフレームら正しくなかったから 知れないから、連続的に削除されるフレームの計数が更新される（３２４）、該 計数が１に等しい場合には、最後の先の正しいフレームが正しくないものに代え て挿入される。

引き続き削除されたフレームはミュートされたオーディオとなりこれはノイズの 多い可能性のある音声フレームを合成するなめには高度に好ましいものである。

以上のように、デジタル的にエンコードされた音声のための通信システムにおけ るエラー訂正方法が示されかつ説明された。この改良はエラー検出ステップ、フ ォワードエラー訂正、時間ダイバシティおよび、今だ訂正されないエラーの場合 には、先のエラーのない信号に置き代えられるｉ＆後のエラー検出ステップの独 自の組合わせから引き出されている。これらのステップは送信中のノイズから最 小の撹乱をもってデコードされかつ合成された音声の品質を提供する。この発明 は他の形式の音声コーディングととらに用いる場合にら適用可能であり、特に例 えば適応予測コーディング、残留励起（Ｒｅｓｉｄｕａｌ　Ｅｘｄｉｔｅｄ）　 ＬＰＧおよび多重パルスＬ　Ｐ　Ｇのようなフォワード適応型のものに有用であ る。この改良の他の変更および修正も可能でありかつそれらすべては添付の請求 の範囲に含まれるものである。

二 ′ｉ も 受信 国′！Ａ調査＠古

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．送信された、デジタル的にエンコードされた音声信号をデコードしかつ送信 中に導入されたエラーを訂正する進歩的方法であって、該方法は （ａ）前記迷信された信号を受信しかつそこからデータビットのストリームを提 供する段階、 （ｂ）前記データビットの１つのフレームの情報ビットの第１のブロックの少な くともいくつかに関し第１のエラーシンドロームを計算する段階、 （ｃ）もし前記第１のシンドロームが前記第１のブロックのビットにエラーが存 在しないことを示しておれば、前記ビットを音声合成のために利用する段階、（ ｄ）もし前記第１のシンドロームが前記第１のブロックのビットにエラーが存在 することを示しておれば、前記第１のブロックのビットの付加的に符号化された ビットに関し第２のエラーシンドロームを計算する段階、（ｅ）もし前記第２の シンドロームが前記付加的に符号化されたビットにおいてエラーが存在しないこ とを示しておれば、前記付加的に符号化されたビットを音声合成のために利用す る段階、 （ｆ）もし前記第２のシンドロームが前記付加的に符号化されたビットにエラー が存在することを示しておれば、前記付加的に符号化されたビットをエラー訂正 のため前記憶報ビットと組合わせる段階、 （ｇ）段階（ｅ）または（ｆ）から得られた訂正ビットに対し第３のシンドロー ムを計算する段階、（ｈ）もし前記第３のシンドロームが前記の結果として得ら れたビットにエラーが存在しないことを示しておれば前記の結果として得られた ビットを音声合成のために利用する段階、 を具備することを特徴とする前記方法。
2. ２．さらに、 前記第３のシンドロームが前記結果として得られたビットにエラーが存在するこ とを示しておれば、前記結果として得られたビットを含むフレームを削除しかつ エラーを含まない最も最近のフレームを利用する段階、を含む請求項１に記載の 方法。
3. ３．さらに、 前記結果として得られたビットの連続するエラーのあるかつ訂正できないフレー ムをミュートする段階、を含む請求項２に記載の方法。
4. ４．前記段階（ｄ）の第１のブロックのビットの付加的なコーディングは前記ビ ットにエラーが存在しなければそこから情報ビットが完全に回復できる前記ビッ トのコンボリューションコーディングを具備する請求項１に記載の方法。
5. ５．前記デジタル的にエンコードされた音声信号はサブバンド符号化信号であり かつ少なくとも次のステップ、即ち 前記音声信号からのサンプル情報から第２のブロックのビットを提供する段階、 前記音声信号からの副情報の第２の部分から第３のブロックのビットを提供する 段階、 前記第２のブロックのビットのためにエラー検出符号から第４のブロックのビッ トを提供する段階、前記副情報部に対するエラー訂正符号および前記エラー検出 符号から第５のブロックのビットを提供する段階、前記エラー訂正符号に対する 第２のエラー検出符号から第６のブロックのビットを提供する段階、そして送信 チャネルにおける送信のため前記端ブロックのビットを多重化する段階、 によって生成される請求項１に記載の方法。
6. ６．前記エラー訂正符号は２分の１より大きくないレートを有するコンポリュー ションコードである請求項５に記載の方法。
7. ７．前記エラー訂正符号は３分の１より大きくないレートを有するコンポリユー ションコードである請求項５に記載の方法。
8. ８．前記多重化段階は前記第１および第４のブロックを前記第５および第６のブ ロックから少なくとも前記第２のブロックの長さだけ分離する段階を含みかつさ らに前記第１のブロックの異なる付加的に符号化されたものでありかつ第１のブ ロックおよび第１の付加的な符号化ブロックから少なくとも第２のブロックの長 さだけ離される第７のブロックを含む請求項７に記載の方法。
9. ９．前記多重化段階は前記第１および第４のブロックを前記第５および第６のブ ロックから少なくとも第２のブロックの長さだけ分離する段階を含む請求項５に 記載の方法。
10. １０．前記多重化段階は前記第３および第５のブロックのピットを独立的にイン タリーブする段階を含む請求項５に記載の方法。
11. １１．デジタル的にエンコードされた音声信号におけるエラー訂正を提供するた めのシステムであって、該システムは 入力音声信号を提供するための入力手段、前記入力信号をサンプリングするため のサンプリング手段、 サンプルされた信号を所定数のサブバンドにろ波するためのろ波手段、 前記サンプルされた信号を量子化しかつ前記サブバンドの相対的エネルギに従っ て前記量子化された信号のためにビット割り当てを決定しかつ副情報を出力する ための論理手段、 前記副情報の少なくとも一部につき第１のエラー検出コードを提供するための第 １の符号化手段、前記副情報および前記第１のエラー検出コードに対するエラー 訂正コードを提供するための第２の符号化手段、前記エラー訂正コードに対する 第２のエラー検出コードを提供するための第３の符号化手段、そして前記サンプ ル情報、前記副情報、および前記エラー検出および訂正コードを損合わせかつ該 装合わされた信号を送信のためチャネルに出力するための多重化手段、を具備す る前記システム。
12. １２．前記サンプリング手段はさらに各サブバンドの相対的エネルギに従って前 記量子化された信号をエンコードするための手段を含む請求項１０に記載のシス テム。
13. １３．前記多重化手段は前記副情報および前記エラー訂正コードを少なくとも前 記サンプル情報の２分の１の長さだけ分離するための手段を含む請求項１０に記 載のシステム。