JP2000512025A - 受信音声信号の再構成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、例えば雑音、干渉またはフェージング等の妨害に曝された無線チャネルを介して送信された受信音声信号（r）を再構成するための方法および装置に関する。信号モデル化回路（500）において線形予測再構成モデルに従って作成する推定値に対応する推定音声信号 によって、これら妨害の影響が最小限に抑えられた音声信号（ｒ_rec）を得る。受信音声信号（ｒ）および推定音声信号 は、品質パラメータ（q）によって決定される可変比率に従って信号合成回路（600）で合成する。品質パラメータ（q）は、特定の無線チャネルを介して送信され、受信無線信号の測定強度、干渉無線信号に対する望ましい無線信号の受信強度の推定、または受信音声信号を表わすデータ信号から計算されたビット誤り率信号あるいは不良フレームインジケータに基づくものである。

Description

【発明の詳細な説明】 受信音声信号の再構成方法および装置 発明が属する分野 本発明は、無線チャネルを介して送信された音声信号を再構成する方法に関す るものである。無線チャネルは完全にアナログ形式の音声情報あるいはデジタル 的に符号化された音声情報を伝送する。しかし、後者の場合、音声情報は線形予 測符号によって符号化された音声ではない。すなわち、音声情報は送信機側で線 形予測音声符号器で処理されていることを前提としない。より具体的には、本発 明は雑音、干渉またはフェージング等の妨害に遭った可能性のある受信音声信号 から、これら妨害の影響を最小限に抑えて音声信号を再構成する方法に関する。 本発明はその方法を実施するための装置にも関するものである。 背景技術の説明 送信機から受信機へデジタル化音声信号を送受信する技術において、送信機側 で音声情報を線形予測法によって符号化および復号化し、受信機側で復号化する ことは周知である。LPC（LPC=Linear Predictive Cording）は、低ビットレート で高品質の音声を実現可能であるので、強力な音声情報解析方法である。線形予 測符号化LPCは計算的に比較的効果的でありながら、信頼性のある音声パラメー タの推定を生成する。線形予測符号化LPCの一例としては、GSM EFR（GSM=Global System for Mobile communication,EFR=Enhanced Full Rate)、GSM規格のフル レート改良型音声符号器がある。この符号化によれば、例えば無線で送信された 音声信号の受信者は、伝送中に発生した特定の種類の誤りを修正したり、他の種 類の誤りを覆い隠すことができる。このような処理の例としては、Draft GSM EF R 06.61,“Substiution and muting of lost frames for eqnhanced full speec h traffic channels",ETSI,1966および"Cording of speech at 16 kbps using L ow Delay-Code Excited Linear Prediciton(LD-CELP)",ITU,Geneva,1922によるG .728規格に基づく ITU Study Group 15 Contribution to question 5/15,"G.728Decoder Modificai tons for Frame Erasure Concealment",AT&T,February 1955に記されているフレ ーム置換および誤りミューティングまたは抑制方法がある。例えば、米国特許第 5,233,660号はLD-CELPの原理に従って作動するデジタル音声符号器および音声復 号器を教示する。 音声情報は、例えばパルス符号変調（PCM）等の選択的符号化アルゴリズムに 従って符号化されるので、特定のデータワードに誤りが発生するとそれに先行す るデータワードが繰り返されることが知られている。David J.Goodman et al.に よる論文、"Waveform Substitution Techniques for Recovering Missing Speec h Segments in Packet Voice Communications",IEEE Transactions on Acoustic s,Speech and Signal Processing,Vol.ASSP-34,No.6,Dec.1986,pp.1440-1477に は、送信機と受信機間のPCM通信で失われた音声情報を、受信機側で先着の情報 から抽出した情報で置換することが記載されている。 適応微分パルス符号変調（ADPCM）を用いて音声情報を変調するシステムの場 合、復号化フィルタで状態を変調し、誤りを抑制し、大信号振幅を制限する方法 が複数知られている。"A Voice Transmission Quality Improvement Scheme for Peronal Communication System-Super Mute Scheme",NTT Wireless Syestems L aboratories,Vol.4,1955,pp.713-717において、M.SuzukiおよびS.Kubotaは、音 声情報のADPCM通信においてデータが誤って送信された場合、受信信号を減衰さ せる方法を記載する。 発明の概要 本発明は、無線信号が妨害され易い、アナログ無線通信システムおよびDECT（ DECT=Digital European Cordless Telecommunications）等の特定のデジタルコ ードレス通信システムにおいて発生する課題を解決する。そのような課題の一例 としては、例えばフェージング等によって受信アナログ無線信号が弱すぎ、雑音 に希釈されてしまう時に起こるクリック音がある。 他の課題としては、最後に受信したデータワードに誤りが認識され、デジタル 化音声信号において直前のデータワードが繰り返される時に発生するクリック音 や「バン」という音がある。 更なる課題は、受信したデータワードの誤り率が遥かに高過ぎるため、受信さ れたデジタル化音声信号がミューティングまたは抑制される時に発生する中断に 関連する。 従って、本発明の目的は、送信機から受信機までの伝送中に妨害に遭った可能 性のある受信音声信号から、その妨害の影響が最小限に抑えられた音声信号を構 成することである。この妨害は、例えば雑音、干渉またはフェージング等による ものである。 本発明は、信号モデル化手法を用いて、受信音声信号から、受信音声信号の品 質を示す品質パラメータに依存する推定信号を作成することで目的を達成する。 次いで、前記品質パラメータによって決定される変数関係に従い、受信音声信号 と推定音声信号を合成し、再構成音声信号を作成する。受信状態によって受信音 声信号の音声品質が変わると、上記関係を変化させて、再構成音声信号の品質を 回復させる。よって、基本的に均一かつ一定の品質が得られる。発明による方法 は、下記請求項１に記載する特徴を有する。 提案する装置は受信音声信号から音声信号を再構成する機能を有する。装置は 、受信音声信号の予想されるその後の値に対応する推定音声信号を作成する信号 モデル化部、および品質パラメータによって決定される変数関係に従って受信信 号と推定音声信号を合成する信号合成部を具備する。提案する装置は請求項２０ に記載する特徴を有する。 音声信号の統計的特性を利用して受信のアナログまたはデジタル音声信号を再 構成することによつて、PCM通信またはADPCM通信をそれぞれ用いたアナログシス テムまたはデジタルシステムにおいて、従来から知られていた解決策によって実 現できた音声品質と比較して、受信者が経験する音声品質を大幅に改善できる。 受信音声信号の再構成において音声信号の統計的特徴を考慮するため、PCM通 信やADPCM通信等において、例えば最後に受信したデータワードに誤りが認識さ れたことによって音声信号の直前のデータワードが繰り返された場合に発生する クリック音や「バン」という音を防止することができる。 受信のデータワードの誤り率が非常に高いために受信デジタル化音声信号がミ ューティングされる時に発生する中断は、そのような状況において、提案する方 法で得た推定音声信号のみを使用することによって防止できる。 図面の簡単な説明 図１は周知の方法に従い線形予測符号化LPCを用いた音声情報の符号化および 復号化を示す。 図２は提案の方法による音声情報の送信、受信および再構成の原理を示す。 図３は発明の方法で使用できるチャネルモデルの例を示す。 図４は図２における信号再構成部を示す概略ブロック図である。 図５は図４における信号モデル化部を示す概略ブロック図である。 図６は図５における励振発生部を示す概略ブロック図である。 図７は図４における提案の信号合成部を示す概略ブロック図である。 図８は図７の信号合成部に適用する発明の信号合成方法の第一実施例を示すフ ローチャートである。 図９は図８のフローチャートに従って得られる結果の例を示す。 図１０は図７の信号合成部に適用する発明の信号合成方法の第二実施例を示す フローチャートである。 図１１は図１０のフローチャートに従って得られる結果の例を示す。 図１２は受信音声信号の品質パラメータが受信音声標本値のシーケンスに従っ てどのように変化するか示す例である。 図１３は図１２における受信音声信号の信号振幅を示す。 図１４は、提案の方法によって再構成される図１３における音声信号の信号振 幅を示す。 図１５は発明の信号再構成部をアナログ送受信機に適用した例を示す概略ブロ ック図である。 図１６は発明の信号再構成部をデジタル化音声信号を送受信するための送受信 機に適用した例を示す概略ブロック図である。 以下、提案する実施例と共に添付の図面を参照して、本発明をより具体的に説 明する。 実施形態の詳細な説明 図１は従来の方式で線形予測符号化LPCを用いて音声情報Ｓとして人間の声を 符号化する例を示す。線形予測符号化LPCでは、音声信号Ｓは共鳴管110内に位置 する音源100によって発生する可能性があると仮定する。音源100は、口腔と共に 共鳴管110を構成する人体内の声帯および器官に対応する。音源100は強度および 周波数のパラメータによって特徴付けられ、この音声モデルでは励振をｅと示し 、音源信号Ｋによって代表される。共鳴管110はその共鳴周波数、すなわち短期 スペクトル1/Aで示される、いわゆるフォルマントによって特徴付けられる。 線形予測符号化LPCでは、音声信号Ｓを、解析部120において、潜在する短期ス ペクトル1/Aを推定および消去し、残留信号の励振ｅ、すなわち強度および周波 数を求めることで解析する。短期スペクトル1/Aの消去は、音声信号Ｓに基づきL PC解析部180で作成されたベクトルａの係数に基づいて作成された伝達関数A(z) を有するいわゆる逆フィルタ140で行う。残留信号、すなわち逆フイルタ出力信 号は、残留Ｒと称する。残留Ｒと短期スペクトル1/Aをそれぞれ表わす係数 解析部120で符号化した際の工程と逆の工程を経て再構成される。励振解析部150 イド信号ｃからの情報を用いてLPC合成器190で作成する。次に、推定音源信号 1/A(z)である合成フィルタ170をベクトルＡを用いて作成する。音声信号Ｓの特 性は時間の経過と共に変化するので、許容できる程度の音声品質と良好な圧縮を 実現するためには上記の工程を毎秒３０ないし５０回繰り返すことが必要である 。 線形予測符号化LPCの基本的な課題は音声信号Ｓから短期スペクトル1/Aを決定 することである。この課題は、各音声信号Ｓの標本を先行の標本の線形合成とし て表わす微分方程式を利用して解決する。そのため、この方法を線形予測符号 化LPCと称する。LPC解析部180で行う線形予測解析によって短期スペクトル1/Aを 表わす微分方程式の係数ａを推定しなければならない。この推定は実際の 題は以下の二つの工程を用いることで解決する。先ず、係数値の行列を求める。 次いで、いわゆる予測方程式と称する連立線形方程式を、収束および単一解を保 証する方法に従って解く。 有声音を発声する場合、共鳴管110によって気管および口腔をうまく再現でき るが、鼻音に関しては、鼻は共鳴管110では模倣できない縦の腔を成す。このよ うな音の一部は残存Ｒで捕らえることができるが、残りの部分は単純な線形予測 符号化LPCによっては正確に伝えることができない。 特定の子音は、口笛のような音を出す空気の乱流によって発生する。この音も 予測方程式で表現することができるが、有声音とは異なり、この音は周期的では ないため、表現は若干異なる。その結果、LPCアルゴリズムは各音声フレームに おいて音が、ほとんどの音声の場合にそうであるように有声音であるか、特定の 子音の場合のように無声音であるかを判断しなければならない。ある音が有声音 であると判断したら、その周波数および強度を推定し、音が無声音であると判断 したら強度のみを推定する。通常、周波数は１つの数値で表し、強度は他の数値 で表し、音の種類に関する情報は、例えば有声音であれば「1」と設定され、無 声音であれば「0」と設定される情報ビットによって示される。このデータはLPC 解析部180が発生するサイド信号ｃに含まれる。LPC解析部180で生成でき、サイ ド信号ｃに含むことができる他の情報としては、音声信号Ｓの短期予測STPおよ び長期予測LTPをそれぞれ表わす係数、既に送信済みの情報に関連する増幅値、 有声音および無声音それぞれに関連する情報および音声信号が局所的に定常であ るか局所的に非定常であるかを示す情報等がある。 有声および無声の音の組み合わせによる音声は単なる線形予測符号化LPCで 誤って再現される。 短期スペクトル1/Aが音声信号Ｓから決定される場合に必然的に起きる誤りは 、論理的に必要である以上の情報を残留Ｒに符号化してしまうという結果を招く 。 例えば、前述の鼻音は残留Ｒで表現される。そのため、残留Ｒは音声について必 須な情報を含む。この情報が欠けていたら、線形予測音声合成では不充分な結果 となる。そのため、高品質の音声を得るためには残留Ｒを送信する必要がある。 これは通常、最も一般的な残留信号Ｒを記録した表を含むいわゆる符号帳を利用 することで行う。符号化する時、得られた残留Ｒを符号帳に存在する全ての値と 比較し、計算された値に最も近い値を選択する。受信機は送信機と同一の符号帳 を有し、結果的に該当する残留Ｒを示す符号ＶＱのみを送信することで済む。信 号を受信したら、受信機の符号帳から符号ＶＱに対応する残留値Ｒを取得し、該 当する合成フィルタ1/A(z)を作成する。このような音声通信はコード励振線形予 測CELPと称する。符号帳は残留Ｒの基本的な変形を全て含む大きさでありながら 、符号帳検索時問を最小限にし、実際の符号を短くするため、可能な限り小さく なくてはならない。また、一方が永久的であり、他方が適応的である二つの小符 号帳を使用すると、多くの符号を取得可能となり、検索を即座に実行することが できる。永久符号帳はごく一般的な残留Ｒを複数含み、それゆえ比較的小さくで きる。適応的符号帳は元々空であるが、異なる遅延期間を有する先行の残留Ｒを コピーすることで次第に満たされる。つまり、適応的符号帳はシフトレジスタと して機能し、遅延の値が生成される音の高さを決定する。 図２は、提案する方法に従って音声情報Ｓがいかにして送信、受信、再構成r_{r ec} されるかを示す。入力音声信号Ｓを送信機200の変調部210によって変調する。 次に、変調信号Ｓ_modを、例えば無線区間を経て受信機220に送信する。しかし、 変調信号Ｓ_modは、伝送中に雑音、干渉、フェージングまたは他の各種妨害Ｄに 遭う可能性が非常に高い。そのため、受信機220で受信する信号Ｓ'_modは送信機2 00から送信した信号Ｓ_modとは異なる。受信信号Ｓ'_modを復調部230によって復調 し、受信音声信号ｒを作成する。復調部230は受信した信号Ｓ'_modの品質を表わ し、それによって間接的に受信の音声信号ｒの予想する音声品質を表わす品質パ ラメータｑをも発生する。信号再構成部240は、受信音声信号ｒおよび品質パラ メータｑに基づき、実質的に均一または一定の品質の再構成音声信号r_recを出力 する。 変調信号Ｓ_modは、例えば周波数変調ＦＭで完全にアナログ変調したか、ある いはFSK（FSK=Frequency Shift Keying)、PSK(PSK=Phase Shift Keying)、MSK(MSK ＝Minimum Shift Keying)等の原理によりデジタル変調した無線周波数変調信号 であっても良い。送信機および受信機は移動局と基地局両方に備えられても良い 。 無線チャネルが受ける妨害Ｄは無線信号のマルチパス伝播に原因があることが 多い。マルチパス伝播の結果、ある時点での信号は送信機から異なる距離進んで 、そのため互いに時間ずれしている二つ以上の無線ビームから成る。時間差によ って、無線ビームは強め合うかあるいは弱め合う。強め合いの場合無線信号は増 幅され、弱め合いの場合は弱められ、最悪のケースでは信号が完全に消滅してし まう。このような無線環境を表わすチャネルモデルはレイリーモデルと呼ばれ、 図３に示す。信号強度γは図の縦軸に沿って対数目盛で示し、時間ｔは横軸に沿 って線形目盛で示す。γ₀は信号強度γの長期平均値を表わし、γ₁は強度γが伝 送される音声信号が妨害されるほど低い時の信号レベルを表わす。時間t_Aおよび t_Bの間、受信機は二つ以上の無線ビームが弱め合い、無線信号がいわゆるフェー ジングディップに遭う場所に位置している。この時間において、発明の方法に従 えば信号の再構成に受信音声信号の推定版を使用することができる。受信機が静 的無線環境中を一定速度で移動すると、隣り合う二つのフェージングディップt_A およびt_Bの間の間隔Δtは一般的に一定となり、t_Aはt_Bと同規模となる。Δt、t_A およびt_Bはいずれも受信機の速度および無線信号の周波数に依存する。二つのフ ェージングディップの間隔は通常波長の半分、すなわち900ＭＨｚのキャリア周 波数では約17センチメートルである。受信機が1m/sの速度で移動している場合、 Δtはおよそ0.17秒に等しく、ほとんどのフェージングディップは20ミリ秒より 長くはならない。 図４は、提案の方法によれば図２の信号再構成部240がどのようにして再構成 音声信号r_recを作成するかを概略的に示す。受信音声信号ｒを信号モデル化部50 0 合成を行う比率は、信号合成部700に取り込まれる品質パラメータｑで決定する 。品質パラメータｑは信号モデル化部500にも取り込まれ、ここでは推定音声信 号 ア）の信号レベルの受信無線信号から発生する妨害信号I（I＝干渉）またはビッ ト誤り率信号または不良フレーム信号の信号レベルに対する比率C/Iの推定値で ある測定信号強度RSSに基づくものであっても良い。再構成音声信号r_recは、重 ることができる。 図５は図４の信号モデル化部500を示す概略ブロック図である。受信した音声 信号ｒを逆フィルタ510に取り込み、短期スペクトル1/Aを消去し、残留Ｒを作成 する伝達関数A(z)によって信号ｒを逆フィルタする。逆フィルタ係数ａは受信音 声信号ｒに基づきLPC/LTP解析部520で作成する。フィルタ係数ａは伝達関数1/A( z)を有する合成フィルタ580にも供給される。LPC/LTP解析部520は受信音声信号 ｒを解析し、サイド信号ｃおよびそれぞれ信号ｒの特性と励振発生部530の制御 パラメータを構成する値ｂおよびＬを出力する。サイド信号ｃは信号ｒの短期予 測STPおよび長期予測LTPそれぞれに関連する情報、制御パラメータＢの適切な増 幅値、有声音および無声音それぞれに関連する情報および信号ｒが局所的に定常 であるか非定常であるかに関連する情報を含み、状態機械540に供給 LPC/LTP解析部520および励振発生部530はそれぞれs₁とs₂およびs₃とs₄によっ て状態機械540で制御する。状態機械540の出力信号s_1-s₆は品質パラメータｑお よびサイド信号ｃに依存する。通常、品質パラメータｑは、受信信号ｒの品質が 予め定められた値未満であれば信号ｒの長期予測LTPを更新せず、推定音源 解析部520および励振発生部530を制御する。状態機械540は、総和器570で和 それぞれ重み付け係数s₅とs₆を供給する。 状態機械540および重み付け係数s₅およびs₆を介して、品質パラメータｑは総 声信号ｒの品質が高ければ高いほど、残留Ｒの重み付け係数s₅を大きくし、推定 声信号ｒの品質が低下すると重み率s₅を下げ、重み率s₆を相当分上げ、s₅とs₆の 帰還し、そこで経過励振値を示すために保存される。 逆フィルタ510および合成フィルタ580は本来メモリ特性を有するため、信号の 品質が極端に低い時には、受信音声信号ｒの特性に従ってフィルタの係数を更新 しない方が有利である。その場合に更新してしまうと、フィルタパラメータａを 不適正な値に設定する結果となり、これは更に受信音声信号ｒが高いレベルとな った後でも、推定信号Ｒが低品質となる結果を招く。そのため、発明の改良変 をそれぞれ第７および第８制御信号によって作成するが、これらの値は、品質パ LPC/LPT解析を行い、品質パラメータｑが予め定められた値q_cより高い場合には 、受信音声信号ｒに基づいてLPC/LPT解析を行い、合計した上で使用する。ｑが 安定してq_cより高ければ、第７制御信号を常にロジック「１」と設定して第８制 御信号をロジック「０」とし、ｑが安定してq_cより低ければ、第７制御信号を常 にロジック「０」と設定して第８制御信号をロジック「１」とする。中間通信期 間において、状態機械540は品質パラメータｑの現在値に従って０から１までの 値を制御信号に配分する。これら制御信号の和は常に１に等しい。 逆フィルタ510と合成フィルタ580の伝達関数は常に互いに逆数、すなわちA(z) および1/A(z)である。発明の簡略化された実施例によれば、逆フィルタ510は固 定フィルタ係数ａを有する高域通過フィルタであり、合成フィルタ580は同等の フィルタ係数ａを有する低域通過フィルタである。つまり、この発明の簡略化さ れた変形例では、LPC/LTP解析部520は、受信音声信号ｒの状態に限らず、常に同 じフィルタ係数ａを供給する。 図６は図５の励振発生部を示す概略ブロック図である。値ｂおよびＬは状態機 械540から信号s₂によって制御される制御部610に取り込まれる。値ｂはメモリ 取得する励振経過から逆方向にＬ標本ステップ分に対応するシフトを示す。信号 メモリバッファ620の保存容積は標本の少なくとも150個分に対応し（すなわちＮ =150）、信号Ｃからの情報は新たな情報が入力されると最古の情報をシフトアウ ト（この場合では消去）するシフトレジスタの原理に従って保存する。 LPC/LTP解析がある音を有声音と判断すると、制御信号S₂は値ｂおよびＬをメ モリバッファ620に供給する許可を制御部610に与える。音声信号ｒの長期予測LT Pから作成する値Ｌは、音声信号ｒの周期を示し、値ｂは総和信号Ｃを介して メモリバッファ620から情報を読み取り、信号H_Vを形成する方式を制御する。 LPC/LTP解析で現在の音が無声音であると判断すると、制御信号s₂は制御部610 に、代わりにランダム発生器630にランダムシーケンスH_uを発生させる信号ｎを 送る。 信号H_vおよびランダム信号H_uはそれぞれ乗算器640および650で係数s₃およ を作成する。現在の音声が有声音であれば、係数s₃をロジック「１」と設定し、 係数s₄をロジック「０」と設定する。逆に現在の音声が無声音であれば、係数s₃ をロジック「０」と設定し、係数s₄をロジック「１」と設定する。有声音から無 声音への変化の際には、複数の互いに連続する標本の間にs₃を減少させながらs₄ を相当分増加させる。逆に無声音から有声音に変化する際には、s₄およびs₃を同 様にそれぞれ減少させまたは増加させる。 を更新する。 を示す。信号合成部700は、これらの信号の他に品質パラメータｑ受ける。品質 パラメータｑに基づいて、プロセッサ710は、総和部740での合計に先だって、 る重み付け係数αおよびβを生成し、再構成音声信号r_recを作成する。品質パラ メータｑの値によって、各重み付け係数αおよびβを標本毎に変化させる。受信 音 声信号ｒの品質が向上すると、重み付け係数αを増加させ、重み付け係数βを減 少させる。受信音声信号ｒの品質が落ちると、逆を適用する。αおよびβの和は 常に１である。図８のフローチャートは本発明の方法の第一実施例によって、図 ７の信号合成部700においてどのようにして受信音声信号ｒおよび推定音声信号 ップできるカウンタ変数ｎを含む。n_tの値は各受信音声信号ｒに対して推定音声 メータｑが予め定められた品質レベルγ_mを下回るあるいは上回る連続音声標本 の て再構成音声信号r_recを作成するかを示す。すなわち、n_tの値が大きいほど、二 つ ステップ800では、最初の音声標本の再構成にあたって、フローチャートのス テップ840に達した時にカウンタ変数ｎが合理的な値になることを保証するため に、カウンタ変数ｎにn_t/2の値を与える。ステップ805では、信号合成部700が受 信音声信号ｒの第一音声標本を受け取る。ステップ810では、任意の品質パラメ ータｑが予め定められた値より高いか否かが判断される。この例では、受信信号 品質は受信無線信号の強度γを表わす。そのため、ステップ810では、強度γを 受信無線信号の強度γの長期平均値を含む強度γ₀と比較する。γがγ₀より大き ければ、ステップ815で再構成音声信号ｒ_recを受信音声信号ｒと等しくし、ステ ップ820でカウンタ変数ｎをロジック「１」に設定し、その後フローチャートのス テップ805に戻る。そうでなければ、ステップ825で強度γが、許容できる音声品 質の下限に当たる予め定められたレベルγ_tより大きいか否か判断する。γがγ_t くし、ステップ835でカウンタ変数ｎをn_tに設定し、その後フローチャートのス テップ805に戻る。ステップ825でγがγ_tより大きいと判断されると、ステップ8 40で再構成音声信号ｒ_recを、受信音声信号ｒに第一係数αを掛けたものと推定 音 受信音声信号の次の音声標本はステップ845で取り込み、ステップ850で受信無 線信号の対応する強度γがγ₀とγ_tの算術平均値を表わすγ_m(すなわちγ_m=(γ₀ +γ_t)/2)の値より大きいか否か判断し、そうであれば、ステップ855でカウンタ 変数ｎを一つ減らし、ステップ860でカウンタ変数ｎが０より低いか判断する。 ステップ860でカウンタ変数ｎが０より低いと判断されると、それはγがn_t回分 の連続標本でγ_mの値を上回ったことを示し、よって再構成音声信号r_recを受信 音声信号ｒと等しくすることができる。このようにしてフローチャートをステッ プ815まで実行する。ステップ860でカウンタ変数ｎが０以上であると判断すると 、フローチャートをステップ840まで実行し、新しい再構成音声信号r_recを求め る。ステップ850で強度γがγ_m以下であれば、ステップ865でカウンタ変数ｎを 一つ増やす。次いでステップ870でカウンタ変数ｎがn_tの値より大きいか判断し 、そうであれば信号レベルγがn_t回分の連続標本でγ_mの値を下回ったことを示 し、よって再構 ートのステップ830に戻る。そうでなければ、フローチャートのステップ840まで 実行し、新しい再構成音声信号r_recを求める。 図９は図８のフローチャートを実行することで得ることができる結果の例を示 す。この例は、n_tを10に設定した例である。受信無線信号の強度γは、最初の四 個の音声標本1-4を受け取る間は長期平均値γ₀より大きい。そのため、図８のフ ローチャートはステップ800-820までのみを実行し、よって標本2-5ではカウンタ 変数ｎは「１」となる。結果的に、再構成音声信号r_recは標本1-4の間受信音声 信号ｒと等しくなる。それに次ぐ12個分の音声標本5-16では、これらの標本にお いて受信無線信号の強度γは受信無線信号の強度の長期平均値γ₀を下回るので 、 は、最新の10個分（n_t=10）の標本7-16の受信無線信号の強度γがγ_mを下回り、 しくなる。音声標本23および24の受信無線信号の強度γは強度γ_mを上回るが、 長期平均値γ₀より低いので、標本24および25においては再構成音声信号r_recは 図１０のフローチャートは、発明の方法の第二実施例によれば、図７の信号合 示す。この実施例では、プロセッサ710の変数ｎも-1からn_t+1まで変化する。 号r_recと同一となるために必要な、受信無線信号の品質パラメータｑが予め定め られた品質レベルB_mを下回るあるいは上回る連続音声標本の数を表わし、どの音 よって作成するかを示す。 最初の音声標本を再構成する際にフローチャートのステップ1040に到達すると きカウンタ変数が合理的な値を有することを保証するために、ステップ1000でカ ウンタ変数ｎをn_t/2と指定する。ステップ1005で、信号合成部700は受信音声信 号ｒの第一音声信号を取り込む。ステップ1010で、この例ではビット誤り率BER で表わす品質パラメータｑが、ある音声標本に該当するデータワードに対して、 ある値を上回るか否か、つまりビット誤り率BERが予め定められた値B₀より低い か否か判断する。ビット誤り率BERは、例えば当該音声標本を表わす受信データ ワードに対してパリティチェックを行うことで求めることができる。B₀は全ての 誤りが修正可能であるか、あるいは、隠すことができる範囲の最大限の誤り率BE Rを表わす。よって、誤りを修正することも隠すこともできないシステムでは、B₀ は「１」となる。ステップ1010では、BERをB₀と比較する。ビット誤り率BERがB₀ より低いと、ステップ1015で再構成音声信号ｒ_recを受信音声信号ｒと等しくし 、ステップ1020でカウンタ変数nを「１」に設定し、フローチャートのステップ1 005に戻る。そうでなければ、ステップ1025でビット誤り率BERが許容できる音声 品質の上限に対応する予め定められたレベルB_tより大きいか否かを判断する。ビ ット誤り率BERがB_tより大きいと判断すると、ステップ1030 数ｎをn_tと設定し、フローチャートのステップ1005に戻る。ステップ1025でビッ ト誤り率BERがB_t以下であると判断すると、ステップ1040で再構成音声信号 を掛けたものとの和として算出する。この例では、α=(n_t-n)n_tでβ=n/n_tである 次の音声標本を取り込み、ステップ1050で受信データ信号の対応するビット誤り 率BERがB₀とB_tの算術平均値を表わすB_m(すなわちB_m=(B₀＋B_t)/2)の値より大きい か否かを判断し、そうであれば、ステップ1055でカウンタ変数ｎを一つ減らし、 ステップ1060でカウンタ変数ｎが０より小さいか否かを判断する。ステップ960 でカウンタ変数ｎが０より小さいと判断すれば、それはビット誤り率BERがn_t個 の連続標本でB_mの値を下回ったことを示すので再構成音声信号r_recを受信音声信 号ｒと等しくすることができる。このようにしてフローチャートをステップ1015 まで実行する。ステップ１1060でカウンタ変数ｎが０以上であると判断すれば、 フローチャートをステップ1040まで実行し、新しい再構成音声信号r_recを求める 。ステップ1050でビット誤り率BERがB_m以上であれば、ステップ1065でカウンタ 変数ｎを一つ増やす。次いでステップ1070でカウンタ変数ｎがn_tの値より大きい か否かを判断し、そうであればビット誤り率BERがn_t個の連続標本 くしなければならない。そのため、フローチャートのステップ1030に戻る。そう でなければ、フローチャートのステップ1040まで実行し、新しい再構成音声信号 r_rec求める。 前述の例の特別なケースは、品質パラメータｑがビット誤り率,BERではなく、 各データワードにつき二つの異なる値を取る不良フレームインジケータBFIであ る場合である。あるデータワードの誤り数が予め定められた値B_Tより大きければ 、そのことをｑを第一数値、例えばロジック「１」に設定することで表わし、誤 り数がB_t以下であれば、そのことをｑを第二数値、例えばロジック「０」に設定 することで表わす。この場合には、予め定められた数の標本ｎ_tを取り込む際に 信号 えば、n_tはαとβがそれぞれ0.75、0.50、0.25および0.00と0.25、0.50）0.75お よび1.00であっても、またその逆であっても良い。 図１１には、図１０のフローチャートを実行して得ることができる結果の例を 示す。この例では、n_tを「10」に設定する。受信データ信号のビット誤り率BER を図１１の縦軸で示し、受信データ信号の標本1-25を図面の横軸で示す。データ 信号は、無線チャネルを介して伝送され、音声情報を表わす。ビット誤り率BER は三つのレベルB₀、B_mおよびB_tに分割する。第一レベルB₀は、知覚的に誤りの無 い音声信号を得るビット誤り率BERに対応する。換言すると、各受信データワー ドにつき、システムはB₀-１個のビット誤りを修正または隠すことができる。第 二レベルB_tは、対応する音声信号が許容できないほど低品質となる程度の高いビ ット誤り率BERを示す。第三レベルB_mはB_tとB₀の算術平均値B_m=(B_t＋B₀)/2を示す 。 最初の四個の音声標本1-4を受信する際には、受信音声信号のビット誤り率BER はレベルB₀より低い。よって、標本2-5を受信している間にはカウンタ変数ｎは 「１」であり、再構成音声信号ｒ_recは受信音声信号ｒに等しい。それに次ぐ12 個の音声標本5-16では、これらの音声標本において受信データ信号のビット誤り 率BERはB₀を上回るので、再構成音声信号r_recは受信音声信号ｒおよび推定音声 の受信データ信号のビット誤り率BERがB_mを上回り、標本17-22のビット誤り 最後の標本24および25では、音声標本23および24における受信データ信号のビッ ト誤り率BERはレベルB_mを下回るが、B₀より高いので、再構成音声信号r_rec 本発明の第一および第二実施例では、品質パラメータｑは受信無線信号の測定 強度γおよび特定の無線チャネルを介して送信された、受信音声信号ｒについて 算出されたビット誤り率BERに基づくものであった。勿論、第三実施例では、品 質パラメータｑは、所望の無線信号Ｃの信号レベルの推定値の干渉信号Ｉの信号 レベルに対する比率C/Iに基づくものであっても良い。そうすれば、比率C/Iと再 構成音声信号r_recの関係は実質的に図８に示す関係と同じになる。すなわち、C/ Iが減少している場合、係数βを増加させて係数αを相当分減少させ、C/Iが増大 している場合、係数αを増加させて係数βをその分減少させる。該当するフロー チャートは、基本的に図８と同様である。ステップ810はC/I＞C₀となる点が 異なり、ステップ825はC/I＞C_t，となる点が異なり、ステップ850はC/I＞C_mとな る点が異なるが、他の特徴については同じ条件が当てはまる。 図１２は受信音声標本r_nのシーケンスにおいて受信音声信号ｒの品質パラメー タｑが変わる様子を概略的に示す。品質パラメータｑの値を図の縦軸で表わし、 音声標本r_nを図の横軸に沿って示す。時間間隔t_Aで受信した音声標本r_nの品質パ ラメータｑは許容できる音声品質の下限に該当する予め定められたレベルq_tより 低い。そのため、受信音声信号ｒはこの時間間隔t_Aの間ずっと妨害を受ける。 図１３は音声標本r_nに対応する時間ｔで、図１２に示す受信音声信号ｒの信号 振幅Ａが変わる様子を概略的に示す。信号振幅Ａを図の縦軸で示し、時間ｔを図 の横軸で示す。音声信号ｒは短い不調和雑音またはパチパチ、カチカチといった 音のような妨害に遭い、これらは図中非周期的な増幅された信号振幅Ａとして現 れる。 図１４は発明の方法に従って再構成した、図１３に示す音声信号ｒのr_rec版の 音声標本r_nに対応する時間ｔにおいて信号振幅Ａが変わる様子を概略的に示す。 信号振幅Ａを図の縦軸で示し、時間ｔを図の横軸で示す。品質パラメータｑがレ ベルq_tより低い時間間隔t_A中、再構成音声信号は完全にあるいは部分的に、品質 パラメータｑがｑ_tより高い先行の受信音声信号ｒの線形予測で得られた推定音 声信 再構成音声信号r_recは、受信音声信号ｒの品質と関係無く、ほぼ均一または一定 の品質となる。 図１５は、提案の信号再構成装置240を基地局または移動局においてTRXと称す るアナログ送受信装置1500に適用した例を示す。無線受信機1510がアンテナ部か らの無線信号RF_Rを受信し、受信中間周波数信号IF_Rを出力する。中間周波数信号 IF_Rを復調器1520で復調し、アナログ受信音声信号r_Aおよびアナログ品質パラメ ータq_Aを発生する。標本化および量子化部1530はこれら信号r_Aおよびq_Aを標本化 して量子化し、提案する方法に従って再構成音声信号ｒ_recを発生する信号再構 成部240で使用する対応デジタル信号ｒおよびｑをそれぞれ出力する。 伝送された音声信号Ｓは中間周波数信号IF_Tを発生する変調器1540で変調する 。 信号IF_Tを無線送信機1550で無線周波数変調および増幅し、アンテナ部への伝送 のため無線信号RF_Tを生成する。 図１６は、提案の信号再構成装置240を、ADPCM符号化音声情報通信を行う基地 局または移動局においてTRXと称する送受信装置1600に適用した例を示す。無線 受信機1610がアンテナ部からの無線信号RF_Rを受信し、受信中間周波数信号IF_Rを 出力する。中間周波数信号IF_Rを復調器1620で復調し、ADPCM符号化基底帯域信号 B_Rおよび品質パラメータｑを発信する。ADPCM復号器1630は信号B_Rを復号し、受 信音声信号ｒを発生する。受信無線信号RF_Rが極端に低い時に復号器の状態をリ セットするために、品質パラメータｑをADPCM符号器1630に取り込む。信号ｒお よびｑは最終的に信号再構成部240において提案の方法に従って再構成音声信号 ｒ_recを作成するために使用される。 伝送された音声信号Ｓは、ADPCM符号化基底帯域信号B_Tを出力するADPCM符号器 1640で符号化する。次に、信号B_Tを、中間周波数信号IF_Tを発生する変調器1650 で変調する。信号IF_Tを無線送信機1660で無線周波数変調および増幅し、アンテ ナ部への伝送のため無線信号RF_Tを生成する。 送受信機1600が作動するシステムでそのような音声符号化が使用されているの であれば、ADPCM復号器1630およびADPCM符号器1640はそれぞれ対数PCM複合機お よび対数PCM符号機であっても良いことは当然である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 信号モデル（500）および品質パラメータ（q）を用いて受信信号（r）か ら音声信号を再構成する方法において、前記信号モデル（500）を用いて受信信 号 ラメータ（q）に基づいて合成を行うべき合成比率（α、β）を決定することを 特徴とする方法。 ２． 品質パラメータ（q）が受信信号（r）の測定強度（RSS、γ）に基づくこ とを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． 品質パラメータ（q）が前記受信信号（r）の推定受信信号レベル（C）の 妨害信号（I）の信号レベルに対する比率（C/I）に基づくことを特徴とする請求 項１に記載の方法。 ４． 前記品質パラメータ（q）が前記信号（r）のデジタル表現から計算された ビット誤り率（BER）に基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５． 前記品質パラメータ（q）が前記信号（r）のデジタル表現から計算された 不良フレームインジケータ（BFI）に基づくことを特徴とする請求項１に記載の 方法。 ６． 前記信号モデル（500）が前記受信信号（r）の線形予測（LPC/LTP）に基 づくことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の方法。 ７． 前記線形予測（LPC/LTP）を用いて前記受信信号（r）の短期予測（STP） を示す係数を作成することを特徴とする請求項６に記載の方法。 ８． 前記線形予測（LPC/LTP）を用いて前記受信信号（r）の長期予測（LTP） を示す係数を作成することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の方法。 項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の方法。 １０．前記線形予測（LPC/LTP）が、受信信号（r）が音声情報であるか非音声情 報であるかを示す情報（C）を含むことを特徴とする請求項６ないし請求項９の いずれか一項に記載の方法。 １１．前記線形予測（LPC/LTP）が、前記受信信号（r）が有声音であるか無声音 であるかを示す情報（C）を含むことを特徴とする請求項６ないし請求項１０の いずれか一項に記載の方法。 １２．前記線形予測（LPC/LTP）が、前記受信信号（r）が局所的に定常であるか 局所的に非定常であるかを示す情報（c）を含むことを特徴とする請求項６ない し請求項１１のいずれか一項に記載の方法。 １３．前記受信信号（r）が標本化および量子化されアナログ変調されて送信さ れた音声信号であることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか一項 に記載の方法。 １４．前記受信信号（r）がデジタル変調されて送信された符号化信号であるこ とを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の方法。 １５．前記受信信号（r）は、適応微分パルス符号変調（ADPCM）信号を復号化し て得られたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか一 項に記載の方法。 １６．前記受信信号（r）は、対数的パルス符号変調（PCM）信号を復号化して得 られたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に 記載の方法。 １７．前記比率（α、β）が前記受信信号（r）のみを表現する状態から前記推 定 記載の方法。 信号（r）の品質パラメータ（q）が予め定められた品質値（γ_t）より低い前記 受信信号（r）の少なくともある数（n_t）の連続標本の転移時間（t_t）中に行う ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。 信号（r）の品質パラメータ（q）が予め定められた品質値（γ_t）より高い受信 信号（r）の少なくともある数（n_t）連続標本の転移時間（t_t）中に行うことを 特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２０．前記転移時間（t_t）の長さが、予め定められているが可変の転移値（n_t） によって決定することを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２１．信号モデル化部（500）を有し、受信信号（r）から音声信号を再構成する 装置であって、信号モデル化部（500）は前記受信信号（r）の予測値に対応する ータ（q）によって決定した合成比率（α、β）を用いて合成して再構成音声信 号（r_rec）を作成する信号合成部（700）を有することを特徴とする装置。 ２２．前記信号合成部（700）のプロセッサ（710）が前記受信信号（r）の各標 本の前記品質パラメータ（q）の値に基づく第一重み付け係数（α）および第二 重み付け係数（β）を供給することを特徴とする請求項２１に記載の装置。 ２３．信号合成部（700）において第一乗算部（720）で前記受信信号（r）に前 記第一重み付け係数（α）を乗じて第一加重値（αr）を算出し、第二乗算部（7 30） 算出し、第一総和部（740）において前記比率（α、β）に従って算出した第一 加 構成信号（ｒ_rec）を作成することを特徴とする請求項２２に記載の装置。 ２４．前記プロセッサ（710）に保存された転移値（n_t）が、前記第一重み付け 係数（α）を最大値から最小値まで漸減させ、前記第二重み付け係数（β）を最 小値から最大値まで漸増させることができる、前記受信信号（r）の連続標本の 最小の数を表わすことを特徴とする請求項２３に記載の装置。 ２５．前記プロセッサ（710）に保存された転移値（n_t）が、前記第一重み付け 係数（α）を最小値から最大値まで漸増させ、前記第二重み付け係数（β）を最 大値から最小値まで漸減させることができる、前記受信信号（r）の連続標本の 最小の数を表わすことを特徴とする請求項２３に記載の装置。 ２６．前記最大値が１に等しく、前記最小値が０に等しく、前記第一重み付け係 数（α）と前記第二重み付け係数（β）の和（α＋β）が１に等しいことを特徴 とする請求項２４または請求項２５に記載の装置。 ２７．前記信号モデル化部（500）が、線形予測信号モデル（LPC/LTP）に従って 前記受信信号（r）の特定の特性に依存するパラメータ（a、b、c、L）を作成する解 析部（520）を有することを特徴とする請求項２１ないし請求項２６のいずれか 一項に記載の装置。 ２８．前記パラメータ（a、b、c、L）が、それぞれの伝達関数（A(z)、1/A(z)）が互 いに逆数である第一デジタルフィルタ（510）および第二デジタルフィルタ（580 ）のフィルタ係数を含むことを特徴とする請求項２７に記載の装置。 ２９．第一デジタルフィルタ（510）が逆フィルタ（A(z)）であり、第二デジタ ルフィルタ（580）が合成フィルタ（1/A(z)）であることを特徴とする請求項２ ８に記載の装置。 ３０．信号モデル化部（500）が、それぞれの伝達関数（A(z)、1/A(z)）が互いに 逆数である第一デジタルフィルタ（510）および第二デジタルフィルタ（580）を 有することを特徴とする請求項２１ないし請求項２６のいずれか一項に記載の装 置。 ３１．第一デジタルフィルタ（510）が高域通過フィルタの特性を有し、第二デ ジタルフィルタ（580）が低域通過フィルタの特性を有することを特徴とする請 求項３０に記載の装置。 ３２．前記第一デジタルフィルタ（510）が前記受信信号（r）をフィルタして残 留信号（R）を作成させることを特徴とする請求項２８ないし請求項３１のいず れか一項に記載の装置。 ３３．前記信号モデル化部（500）が、前記パラメータのうち三つ（b、c、L）と、前記品質パラメータ（q）および該パラメータのうち一つ（c）に基づく制御 信号（s₁-s₆）を作成する状態機械（540）とを有することを特徴とする請求項３ ２に記載の装置。 ３４．前記信号モデル化部（500）が、前記残留信号（R）の第三加重値（s₅R） 二総和部（570）を有することを特徴とする請求項３３に記載の装置。 ３５．前記第二デジタルフィルタ（580）が前記第二総和信号（C）をフィルタ の装置。 ３６．前記励振発生部（530）がメモリバッファ（620）およびランダム発生器（ 630）を有することを特徴とする請求項３４または請求項３５に記載の装置。 ３８．前記メモリバッファ（620）で前記パラメータのうち二つ（b、L）に基づき 有声音を表わす第一信号（H_V）を発生させることを特徴とする請求項３７に記載 の装置。 ３９．前記ランダム発生器（630）で前記制御信号（s₂）に基づき無声音を表わ す第二信号（H_u）を発生させることを特徴とする請求項３８に記載の装置。 ４０．前記第一信号（H_v）の第三加重値（s₃H_v）と前記第二信号（H_u）の第四加 を含むことを特徴とする請求項３９に記載の装置。 ４１．前記受信信号（r）が標本化および量子化されたアナログ送信の音声信号 であることを特徴とする請求項２１ないし請求項４０のいずれか一項に記載の装 置。 ４２．前記受信信号（r）がデジタル変調されて送信された符号化信号であるこ とを特徴とする請求項２１ないし請求項４０のいずれか一項に記載の装置。 ４３．前記受信信号（r）は、適応微分パルス符号変調（ADPCM）信号を復号化し て得られたものであることを特徴とする請求項４２に記載の装置。 ４４．前記受信信号（r）は、対数的パルス符号変調（PCM）信号を復号化して得 られたものであることを特徴とする請求項４２に記載の装置。