JP2001036413A - 信号を符号化する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号、特に音声および／または画像伝送用の
メッセージ信号を符号化する方法を提供すること。 【解決手段】 Ｍビットでの信号の信号整合符号化が、
Ｑ＜２^ＭであるＱの量子化レベルを使用して行われ、残
存するビットレートの少なくとも一部分、またはＭ−ｌ
ｏｇ_２Ｑビットの冗長部全体が、誤りから信号を保護す
るために使用される。この誤り保護は、例えば、非線形
符号を使用して実施される。さらに、追加の信号整合符
号冗長部を任意のソース符号化された信号に付加するこ
とができる。どちらの場合でも、冗長な信号を復号化す
るために、パラメータ推定は、受信端において冗長部の
少なくとも一部分を使用して行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号、特に音声お
よび／または画像伝送用の経時変化するアナログ信号を
符号化する方法に関する。この符号化は、例えば、通信
システムの送信装置において使用される。この通信シス
テムは、例えば、有線または無線システム、または混合
システムである。従来の有線システムは、例えば、電話
ネットワーク、ケーブルテレビジョンネットワークなど
である。従来の無線システムは、例えば、無線通信シス
テム、無線中継システム、移動無線システム、ＧＳＭネ
ットワーク、ＣＤＭＡネットワーク、ＵＭＴＳネットワ
ーク、ＤＥＣＴネットワーク、または、「Ｉｒｉｄｉｕ
ｍ」などの衛星に基づいたネットワークである。

【０００２】

【従来の技術】今日のデジタル通信システムでは、デー
タソースによって与えられたアナログ信号、例えば「音
声＝サウンド、オーディオ」または「画像＝ビデオ」
は、信号に含まれている冗長部（ｒｅｄｕｎｄａｎｃ
ｙ）を低減し、送信に必要な帯域幅を最小にするため
に、送信端においてデータ圧縮される。この信号処理方
法は「ソース符号化（コーディング）」と呼ばれる。

【０００３】音声に対するソース符号化は、一般に、人
間の音声器官のモデルに基づいており、現在の音声を記
述するモデルの現在のパラメータのみが、受信機に送信
される。そこで、音声はパラメータによって合成され
る。

【０００４】同様の信号処理方法は、画像伝送において
使用されており、１組のピクセルが変換にかけられ、そ
の変換係数ならびに動きベクトルおよび制御信号が、パ
ラメータとして伝送される。

【０００５】データ伝送中、パラメータ量（信号値、フ
ィルタ係数、増幅率など）が決定され、次いで、それら
は量子化され、バイナリシーケンスに符号化される。個
々のパラメータの量子化レベルの数は、しばしば２の累
乗となる。

【０００６】量子化されたパラメータを現実の伝送チャ
ネル上で伝送する間に、誤り（エラー）が発生する。シ
ーケンス中の特定のビット、いわゆる「センシティブな
（敏感な）ビット」における誤りは、一般に「センシテ
ィブでないビット」における誤りよりも、受信された信
号の品質のより深刻な劣化をもたらす。したがって、ソ
ースエンコーダのビットは、例えば「センシティビティ
（敏感さ）のクラス」で分類され、異なる程度の誤り保
護が、誤り訂正符号の形で使用される。この方法は、一
般に、不均一誤り保護（ＵＥＰ：ｕｎｅｑｕａｌ ｅｒ
ｒｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）を有する「チャネル符
号化」と呼ばれる。

【０００７】ソース符号化方法によると、送信されるパ
ラメータ量は、概して、送信端において、信号対雑音比
（ＳＮＲ）が、利用できるビットレートに対して最大と
なるように量子化される。考えられる量子化レベルの数
は、しばしば２の累乗（２^Ｍ）であり、したがってソー
ス符号化に使用されるＭビットを十分に利用することが
できる。

【０００８】さらに、ソース符号化とチャネル符号化
は、大部分が別個に最適化される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、ソースおよび／またはチャネル符号化を含む信号を
符号化する新規な方法を提供することである。

【００１０】この目的は、請求項１または２に記載の方
法によって達成される。

【００１１】本発明は、量子化されたパラメータの（ソ
ース）符号化中に、Ｍ−ｌｏｇ_２Ｑビットの整数でない
余分のシェアが、誤りに対する耐性を増大させるために
系統的に使用できる方法、すなわち、レベル数が２の累
乗ではない量子化器による「連続する振幅（ａｍｐｌｉ
ｔｕｄｅ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）パラメータ」の量子
化中に、いくつかのバイナリ指数（バイナリパターン）
の使用されていないものが、系統的な誤り保護を実施す
るために送信端において使用され、テーブル復号化（デ
コーディング）が受信端においてパラメータ推定器とと
もに使用される方法に関する。符号の冗長部、例えば、
代数学的に構成された符号の冗長部は、ある種のハード
決定（ｈａｒｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ）またはソフト決定
（ｓｏｆｔ ｄｅｃｉｓｉｏｎ）を使用した従来のチャ
ネル復号化によっては復号化されないが、パラメータ推
定によって間接的に復号化される。したがって、誤り訂
正符号などの符号の冗長部を送信端において付加するこ
とによって、誤りに対する耐性をさらに増大させること
ができる。受信端におけるパラメータ推定中、この符号
の冗長部は、復号化に組み込まれる。

【００１２】２^Ｍ−１＜Ｑ＜２^Ｍレベルへのスカラー量
子化またはベクトル量子化は、圧縮プロセスについての
必要とされる基本的な品質、例えばＳＮＲを保証するの
に十分であることがしばしば判明している。従来技術の
方法では、パラメータ当たりＭ−ｌｏｇ_２Ｑビット
（「ｌｏｇ_２」は、２を底とする対数）の残存する有効
な語の長さは、必要でないこともある、送信端における
基本的品質の改善をもたらす。最低限の品質のみが必要
な場合、これは、雑音の多いチャネル上で受信された品
質の面では最適に近い。なぜなら、パラメータ当たりＭ
−ｌｏｇ_２Ｑビットに対応するふさわしいデータレート
をよりよく利用すべきであるからである。すなわち、例
えば、誤りに対する耐性を増大させるために、そのデー
タレートを使用すべきである。

【００１３】いくつかのバイナリ指数を使用されないま
まにしておくことによって、「冗長部が増加する（ｒｅ
ｄｕｎｄａｎｃｙ−ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ）量子化」を
達成する従来技術の方法では、これは、誤りに対する耐
性を系統的に増大させる目的では行われない。

【００１４】従来技術の方法は、パラメータ復号化の代
わりに、パラメータ値の推定を受信端において行うこと
ができ、それにより誤りに対する耐性がさらに改善され
ることを、送信端において考慮していない。特許出願Ｄ
Ｅ１９７１６１４７．２を参照されたい。

【００１５】従来技術の方法では、誤り訂正符号の冗長
部を復号化するために、複雑なチャネル復号化が、受信
端において使用される。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のいくつかの利点
は、以下の通りである。

【００１７】量子化されたパラメータ値と送信されるビ
ット符号との関連付けは、ソース信号の特性とセンシテ
ィビティを考慮する、パラメータ特性とチャネル特性と
に関する適切な基準を満たすように最適に選択される。

【００１８】Ｑ＜２^Ｍの量子化レベルの任意の数を、Ｍ
ビットで符号化することができる。その結果、通信シス
テムの入力と出力との間の平均誤りを最小にすることに
よる最適な誤り保護を提供するために、Ｍ−ｌｏｇ_２Ｑ
ビットの冗長部を使用することができる。特に、Ｑは２
の累乗である必要はない。

【００１９】量子化レベルの数を変えることによって、
総ビットストリームにおける有用な情報と誤り保護用冗
長部のシェアを細かいステップで調整することができ
る。必要な場合、符号の追加の冗長部を付加することが
できる。

【００２０】信号整合（ｓｉｇｎａｌ−ｍａｔｃｈｅ
ｄ）符号化（ソースおよび／またはチャネル符号化）の
ため、パラメータを符号化するために使用される全ての
ビットは、伝送誤りに対して、ほぼ同じに低いセンシテ
ィビティを有することがある。

【００２１】誤り保護は、パラメータ指向であり、ビッ
ト指向ではない。結果として、ソース符号化の後もまだ
存在する残存冗長部が、誤りに対する耐性を増大させ、
したがってより高い伝送品質を達成する。

【００２２】この新規な方法は、最適な形で、すでに送
信側において行われた受信側パラメータ推定をサポート
し、したがって従来の復号化に優る大きな利益を得るこ
とができる。

【００２３】ソースにおける最適な量子化を使用した従
来技術の方法では、本発明の場合と同様に、それぞれの
チャネル状況に対する受信側デコーダの自動的な適合は
行われないが、伝送チャネルについての長期統計に基づ
いたオフライン最適化によって決定されたエントリを有
する静的なテーブルを使用して、復号化が達成される。

【００２４】本発明は、添付の９つの図面とともに行う
以下の５つの実施形態についての説明からより明らかに
なろう。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、第１の従来技
術の通信ネットワークが示されており、それに関連して
本発明による第１の実施形態について説明する。

【００２６】この通信ネットワークは、上記で言及した
ネットワークの１つとして実施される。送信機、例えば
移動無線ネットワークの基地局は、信号調整装置、信号
処理装置、チャネル割当て、マルチプレクサなど、図示
されていない多数の装置に加えて、量子化器１とマッピ
ング装置２とからなるエンコーダ１、２を含んでいる。
このエンコーダ１、２は、例えばソースコーダおよび／
またはチャネルコーダとして機能する。

【００２７】量子化器１は、アナログ信号Ｓ、例えば音
声信号を、１６量子化レベルに量子化するために、例え
ば４ビットで動作する。送信される信号Ｓは、例えば、
分散σ＝１のゼロ平均ガウス分布を有すると仮定したモ
デルパラメータを含んでいる。この実数値パラメータ
は、量子化され、冗長度を増大させることなくマッピン
グによってビットシーケンスに変換される。このマッピ
ングは、マッピング装置において行われ、マッピング装
置は、例えば、テーブルを使用して、量子化レベルをビ
ットシーケンスにマッピングする。この例では、ビット
シーケンスは、４ビットの長さ、例えば０１１０、１０
００、００１０などを有する。

【００２８】このように符号化された信号は、伝送チャ
ネル３上で、移動無線電話など１つまたは複数の受信機
４、５へ送信され、必要な場合、送信に先立って、誤り
検出または誤り訂正符号など追加の冗長部が与えられ
る。この伝送チャネルは、雑音が多く、したがって送信
中、信号Ｓが雑音信号Ｎと重ね合わされ、このため受信
機４、５における復号化が複雑になる。

【００２９】受信機４、５では、各ビットごとにハード
決定を使用して復号化が行われる。これを達成するため
に、受信機４、５は、決定部ブロック４を含む。この決
定部ブロック４は、例えば、受信されたビットストリー
ムにおける１と０を検出することができる閾値検出器で
ある。デコーダ５におけるその後のテーブル復号化中
に、これらのビットは、テーブル指数に組み合わされ、
対応するテーブルエントリ（例えば、パラメータの値）
が出力される。この後でさらなるプロセスが行われる。

【００３０】概して、量子化のために損失が多いシステ
ムに対しては、最小要件が決められている。システムの
パラメータに対する最小要件は、例えば、送信端におけ
る量子化が所与の信号対雑音比（ＳＮＲ）を下回っては
ならないというものであることもある。

【００３１】図示のシステムでは、信号対雑音比に対す
る最小要件は、１５ｄＢであると仮定される。パラメー
タ値の送信に対しては、パラメータ値当たり４ビットの
データレートが利用できる。

【００３２】１５ｄＢの最小要件を満たすために、３ビ
ット（８量子化レベル）での量子化では不十分である。
したがって、４ビット（１６レベル）での量子化が行わ
れ、それにより２０．２ｄＢのＳＮＲが送信端において
得られる。したがって、利用できる総てのデータレート
が量子化に使用される。受信機４、５は、ハード決定を
行い、次いでテーブル復号化を行う。

【００３３】次に第２の実施形態について、図２を参照
して説明する。図２は、例えばＤＥ１９７１６１４７．
２から知られる第２の通信ネットワークを示す。

【００３４】この通信ネットワークは、受信機における
復号化が異なった形で行われることを除いて、図１の通
信ネットワークに対応する。寸法決定は、第１の実施形
態の場合と同様に選択されるが、復号化は、パラメータ
推定器６によって行われる。このパラメータ推定器６
は、送信されたパラメータを推定するために分布関数
（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が受
信端において決定されるデジタル伝送システムにおける
誤り秘匿を可能にする。この分布関数は、おそらく送信
される各ソース符号パラメータごとの確率分布を与え
る。

【００３５】パラメータ推定器６では、分布関数が、新
しい分布関数を得るために、予測器の出力信号値に等し
い量だけシフトされ、セクションごとに統合される。こ
の新しい分布関数は、現在の受信品質を考慮して分布関
数と掛けられる。その結果は事後分布（ｐｏｓｔｅｒｉ
ｏｒｉ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）となり、これは最
終的なパラメータ推定のための従来の推定方式において
使用される。このパラメータ値は、量子化から知られる
値と等しい必要はない。すなわち、推定として、パラメ
ータ値は、任意の中間値を仮定することができる。

【００３６】このように、受信機は、実際に送信された
パラメータ値の推定値を、受信されたビットシーケンス
から直接決定する。

【００３７】次に第３の実施形態について、図３を参照
して説明する。図３は、本発明による通信ネットワーク
を示す。

【００３８】この通信ネットワークは、送信機における
符号化が、異なった方法で行われるという事実を除い
て、図２の通信ネットワークに対応する。

【００３９】符号化は、量子化器７と後に続くエンコー
ダ８において行われる。

【００４０】エンコーダ８では、信号整合符号化が行わ
れる。

【００４１】最初の２つの実施形態とは異なり、量子化
器７は、最小要件がちょうど満たされるように寸法決定
される。このためには、量子化器が１６．２ｄＢのＳＮ
Ｒを達成するので、１０の量子化レベルで十分である。
その場合、量子化レベルの数は、概して２の累乗とは等
しくない。量子化器７によって、振幅率、励振ベクト
ル、フィルタ係数などの連続値パラメータが量子化され
る。信号整合符号化は、ｌｏｇ_２１６−ｌｏｇ_２１０＝
０．６８ビットの数学的に残存しているビットレート、
ならびに誤り保護を実施するための量子化の後に残存し
ている冗長部を使用する。したがって、信号ＳがＭビッ
トで符号化される場合、Ｍ−ｌｏｇ_２Ｑビットの総ての
残存冗長部を使用して、誤り保護を実施することができ
る。Ｑは量子化レベルである。さらに、符号の冗長部を
付加することができる。復号化は、第２の実施形態の場
合と同様に、受信機においてパラメータ推定器６を使用
して行われる。

【００４２】量子化器７とエンコーダ８はともに、例え
ば音声および／または画像エンコーダを形成する。この
音声信号および／または画像信号は、１組のパラメータ
によって表される。本発明による誤り保護技法は、最適
化されたパラメータ量子化を冗長な非線形ブロック符号
化と組み合わせるものである。非線形ソース符号化ビッ
トレートを使用する、ソースにおいて最適な量子化器７
が使用される。すなわち、ソース符号化に使用されるビ
ットレートは、整数で割り切れない。この符号化は「非
線形符号化」と呼ばれる。目的は、最大のエンドツーエ
ンドのパラメータＳＮＲである。任意の数のＱ量子化レ
ベルが可能であり、それに符号語が割り当てられる。Ｑ
＜２^Ｍである。したがって、ソース符号化に使用される
有効ビットレートｌｏｇ_２Ｑは、常にＭビットよりも小
さい。量子化レベルの最適な数と符号語の割当ては、エ
ンドツーエンドのパラメータの歪みが最小となるように
選択される。この選択は、例えば、整合擬似グレイ符号
変換またはアダマール変換を使用して行われる。例え
ば、事前に決定されたまたは無作為に選択された、パラ
メータ値への符号語の割当てが仮定される。２つのパラ
メータ値の符号語は、交換され、その結果は、受信機に
おいて検出され評価される。結果が以前のコンスタレー
ションよりも良い場合には、新しいコンスタレーション
が保持される。結果がよりも悪い場合には、以前のコン
スタレーションが保持される。次いで、２つのさらなる
パラメータ値の符号語が交換され、その結果、パラメー
タ値と符号語との関連付けが繰り返し最適化される。

【００４３】例えば、基地局から移動局への伝送のみに
ついて説明した。本発明による方法は、双方向伝送にも
適している。その場合、音声エンコーダ／デコーダ（音
声コーデック）は、送信方向用に量子化器とエンコーダ
を含み、受信方向用に少なくとも１つのパラメータ推定
器を含む。

【００４４】本発明による方法は、例えば、伝送チャネ
ル用の順方向誤り訂正技法の単純な重ね合わせによる誤
り訂正技術と組み合わせることができる。

【００４５】パラメータ推定器６は、例えば、量子化レ
ベルの数と、既知であると仮定されるビット誤り確率分
布または雑音電力確率分布の形のチャネル状況の情報と
を考慮して、最適な推定値を決定する。量子化レベルの
数は、受信端における推定されたソースシンボルの品質
が最高となるように選択される。従来技術では、チャネ
ル符号化は、チャネルシンボルの誤り率が最小となるよ
うに設計される。

【００４６】振幅ファクタに適した品質尺度は、送信さ
れたソースシンボルまたはパラメータと、推定されたソ
ースシンボルまたはパラメータとの間の負の２乗誤差で
ある。平均２乗推定器は、例えば、パラメータ推定器６
に使用される。

【００４７】図４について以下で説明する。ビットシー
ケンスを、送信機から受信機へ送信するために必要な全
ての機能ブロックは、等価のチャネル内に組み合わされ
ている。図示されたシミュレーションでは、この等価チ
ャネル上の誤りは、付加された白色（または、ガウス）
雑音によって、近似される。

【００４８】図４は、異なる有効なビット誤り率に対す
る、３つの実施形態の挙動を示す。有効なビット誤り率
は、ハード決定の後の、伝送チャネル上でＢＰＳＫ変調
で得られるビット誤り率である。

【００４９】第１の実施形態は、低ビット誤り率に対し
て、約２０ｄＢの高いパラメータＳＮＲを示している
が、これは、最小要件の不必要な過剰達成である。最小
要件は、最大で約１．５・１０^−３のビット誤り率まで
のみ満たされる。

【００５０】受信端におけるパラメータ推定、例えば、
第２の実施形態または特別に修正された変更例に従った
パラメータ推定の使用を通じて、パラメータＳＮＲは、
全てのビット誤り率に対して改善する。２・１０^−２の
ビット誤り率において、ゲインは、約３ｄＢである。第
１の実施形態に対するチャネルゲインは、０．５ｄＢで
ある。「チャネルゲイン」とは、最小要件がまだ達成さ
れているチャネルのＳＮＲの減少を意味する。

【００５１】第３の実施形態は、中程度および高い誤り
率における伝送品質の実質的な改善をもたらす。最小要
件は、最大８・１０^−３のビット誤り率まで満たされ
る。そして、それは約１．７ｄＢのチャネルゲインに対
応する。第３の実施形態によって達成される伝送品質の
向上は、大きなチャネル誤りの存在により、より明らか
になる。２・１０^−２のビット誤り率において、例え
ば、パラメータＳＮＲは、第１の実施形態に対して約８
ｄＢ、第２の実施形態に対して約５ｄＢ改善する。

【００５２】第３の実施形態は、以下のように変更して
もよい。２つまたはそれ以上の信号またはパラメータ
は、１つの信号またはパラメータの代わりに、例えば、
最小送信ビットレートを用いたベクトル量子化によっ
て、一緒に符号化されてもよい。従来技術では、４ビッ
トの符号化は、各符号化動作に対して使用される１６の
量子化レベルで、各信号またはパラメータに対して行わ
れる。その結果、３つの信号または３つのパラメータに
対して、１２ビットが必要とされる。信号またはパラメ
ータ当たり１６の量子化レベルの代わりに、１０の量子
化レベルのみが使用される場合、３つの信号またはパラ
メータに対して、合計で３０の量子化レベルのみが必要
とされる。これらは、５ビットで符号化されてもよい。
これより、３つの信号またはパラメータが、たった５ビ
ットで送信できることが容易に推定される。従来技術に
比べて、これは、７ビットの減少に対応する。そこで、
残存する使用されないＭ−３ｘｌｏｇ_２Ｑのビットレー
ト（Ｍ＝５、Ｑ＝１０）は、例えば、全ての信号または
パラメータのために一緒に、または、各信号またはパラ
メータのために別々に、誤り保護のために使用される。
この使用されないビットレートが、単独では誤り保護を
実施するために十分でない場合、冗長符号（例えば、パ
リティ）の１つまたは複数のビットを付加してもよい。
よって、３つの信号または３つのパラメータは６ビット
で送信され、まだ６ビットの節約に対応する。したがっ
て、送信される信号またはパラメータの数は、利用でき
るビットレートに対して最適になるように適応される。
誤り保護をもたらす代わりに、制御信号が、信号または
パラメータの数に関係なく、使用されないビットレート
を使用して送信されてもよい。この制御信号は、維持管
理、すなわち、例えば、監視の用途として働く。送信端
において最適化された量子化を通じて、伝送容量は、利
用可能になり、それは、概して、１ビット未満のレート
を有し、送信される信号から独立したメッセージまたは
シグナリング信号を含む様々な他の伝送に使用されるこ
とができる。

【００５３】第４の実施形態は、図５から７を参照して
説明される。

【００５４】符号励振線形予測（ＣＥＬＰ）原理に基づ
いた、音声の符号化技術では、ソース信号は、本質的に
３つのタイプのパラメータによって記述される。すなわ
ち、フィルタ係数、励振ベクトル、および、振幅ファク
タである。

【００５５】この組み合わされたソース符号化とチャネ
ル符号化は、例えば、伝送誤りに対する振幅ファクタの
保護に資するために使用されてもよい。

【００５６】従来のＣＥＬＰエンコーダでは、振幅ファ
クタは、例えば、８または１６レベルに量子化される。
多くの例では、８レベル（３ビット）への量子化は、十
分でなく、そのため、必要な基本的品質を達成するため
に、１６レベル（４ビット）への量子化が必要である。

【００５７】量子化レベルの数が２の累乗であるように
選択される従来技術のシステムとは違って、本発明によ
る方法は、必要な基本的品質が達成されるレベル数に正
確に、量子化を行うことを可能にする。例えば、１１量
子化レベルの場合、量子化／符号化は、パラメータ値当
たり

【００５８】

【数１】 ビットのレートで行うことができる。

【００５９】劣悪なチャネルでありながら十分な品質を
確保するためには、誤り保護のために利用できるさらに
多くの冗長部を設けるために量子化レベルの数をさらに
削減すること、または、さらなる冗長部を付加すること
が適切である。本例では、Ｎ＝１１レベルへの量子化が
行われる。伝送については、ソースシンボル当たり、Ｍ
＝４ビットのデータレートが利用できる。

【００６０】図５は、振幅ファクタ

【００６１】

【数２】 に対する、組み合わされたソース符号化およびチャネル
符号化を備えた伝送経路を示す。

【００６２】「量子化」という標記は、１つまたは複数
の調整可能な量子化レベルを備えた１つまたは複数の量
子化器を意味する。「冗長なチャネル符号化」は、１つ
または複数の誤り保護符号化動作を行う１つまたは複数
のエンコーダを意味する。

【００６３】連続値の振幅ファクタ

【００６４】

【数３】 は、Ｎ個の考えられるソースシンボルＵ＝
｛ｕ_１，．．．，ｕ_Ｎ｝への割り当てによって量子化さ
れる。これらは、ＮのチャネルシンボルＶ’＝
｛ｖ_ｔ１，．．．，ｖ_ｔＮ｝にマッピングされる。ソー
スシンボルｕ_ｉは、以下のマッピングで、チャネルシン
ボル

【００６５】

【数４】 （ｉ＝１，．．．，Ｎ）に割り当てられる。

【００６６】

【数５】 チャネルシンボルＶ＝｛ｖ_１，．．．，ｖ_Ｍ｝の数が、
量子化レベルの数より大きい（Ｍ＞Ｎ）ため、Ｔは、冗
長部が増大するマッピングまたは符号化動作となる。符
号化動作において、ソースについての、例えば、経時変
化するアナログ信号からモデル化されたパラメータにつ
いての、送信され記憶された先行知識（ｐｒｉｏｒｉ
ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）を使用してもよい。パラメータ
は、例えば、フィルタ係数、ゲイン係数、励振ベクト
ル、音量、声帯などに関するパラメータであってもよ
い。雑音の多いチャネル上でのチャネルシンボルｖの伝
送の後、考えられる誤ったチャネルシンボル

【００６７】

【数６】 が得られる。これは、ソースについての送信され記憶さ
れた先行知識、マッピングＴ、および（例えば、知られ
ているビット誤り確率分布または知られている雑音出力
確率分布の形での）チャネル状況情報を考慮して、最適
な推定値

【００６８】

【数７】 を決定するシンボル推定器に供給され、したがって、品
質尺度を供給する。考慮される情報は、例えば、条件付
きの確率、例えば、いわゆる「マルコフ連鎖（Ｍａｒｋ
ｏｖ ｃｈａｉｎ）」を使用したテーブルの形で利用で
きる。

【００６９】使用されるマッピングは、チャネルシンボ
ルＶ’の数量が、閉じた（ｅｎｃｌｏｓｅｄ）ベクトル
部分空間を形成しないように選択されているため、従来
技術のチャネル符号化とは違って、一般に、非線形であ
り、そのため、線形性の条件は満足されない。

【００７０】マッピングＴは、送信されたパラメータ値
ｕと、ソースシンボルに関して適切な推定されたパラメ
ータ値

【００７１】

【数８】 との間の、品質尺度

【００７２】

【数９】 の予想された値が、最大になるように選択される。

【００７３】

【数１０】 したがって、冗長部は、決定されたマッピングＴを通じ
て、受信端において推定されたソースシンボルの品質を
最大にすることを目指して、送信データに付加される。
これとは対照的に、従来技術におけるチャネル符号化
は、本質的に、チャネルシンボルの誤り率が最小になる
ように設計される。これは、ソースシンボルの最大品質
に関しては最適に近い。

【００７４】本明細書に記載する第４の実施形態では、
問題となっている振幅ファクタに対する適切な品質尺度
は、送信されたソースシンボルと推定されたソースシン
ボルとの間の誤りの２乗のマイナスである。すなわち、

【００７５】

【数１１】 となる。

【００７６】簡単に言えば、雑音の多い伝送チャネル
は、ビット誤り確率Ｐ_ｅを備えたゼロメモリバイナリ対
称（ｚｅｒｏ−ｍｅｍｏｒｙ ｂｉｎａｒｙ ｓｙｍｍ
ｅｔｒｉｃ）チャネルであると理解される。そこで、ｍ
ビットで構成される、受信されたチャネルシンボル内
の、ｋ倍のビット誤りの確率Ｐ（ｋ）は、以下の式によ
って与えられる。

【００７７】

【数１２】 選択された２次の品質尺度のために、平均２乗推定器
は、受信端における最適な推定方法である。この推定器
は、特定のマッピング、Ｔ：Ｕ→Ｖについての、送信さ
れたパラメータ値と受信されたパラメータ値との間の平
均２乗誤りを最小にする。パラメータ

【００７８】

【数１３】 についての推定の規則は、受信された符号ベクトルを

【００７９】

【数１４】 とすれば、

【００８０】

【数１５】 となる。

【００８１】ここで、

【００８２】

【数１６】 は、２つのチャネルシンボルに適用されるビットごとの
排他的ＯＲ動作を表し、｜・｜は、チャネルシンボルの
絶対値（または、重み）を表す。

【００８３】したがって、マッピングＴに関して最大と
なるこの関数は、

【００８４】

【数１７】 となる。

【００８５】送信されたパラメータ値とチャネル誤りと
の間の統計的独立性のため、予想される値は、以下の式
によって決定してもよい。

【００８６】

【数１８】 符号化のためのパラメータ

【００８７】

【数１９】 の分布に依存する冗長部を利用できるようにするため、
代表的な音声サンプルを使用して、パラメータの密度関
数

【００８８】

【数２０】 を、測定することが必要である。図６は、そのような連
続値パラメータ

【００８９】

【数２１】 の測定の結果を示す。

【００９０】量子化レベルｕ_ｉの発生の確率Ｐ
_ｕ（ｕ_ｉ）は、量子化区間にわたる区分的積分によって
得られる。

【００９１】図７にある表は、図６の例に適した、Ｍ＝
１６、Ｎ＝１１に対するマッピングＴを示す。

【００９２】誤りに対する耐性をさらに増大させるため
に、説明した組み合わされたソース符号化とチャネル符
号化は、従来のチャネル符号化にさらに連接してもよ
い。

【００９３】第４の実施形態では、送信端において、全
てのＭの考えられるチャネルシンボルＶ＝
｛ｖ_１，．．．，ｖ_Ｍ｝の部分集合Ｖ’＝
｛ｖ_ｔ１，．．．，ｖ_ｔＮ｝に対する、Ｎ個のソースシ
ンボルＵ＝｛ｕ_１，．．．，ｕ_Ｎ｝の冗長マッピング

【００９４】

【数２２】 が行われる。ここでＭ≧Ｎ、Ｖ’⊆Ｖである。受信端に
おいては、誤りの検出または訂正の形の従来のチャネル
復号化の代わりに、チャネル状態についての品質情報と
ともに、ソースについて、および、冗長マッピング規則
Ｔについての先行知識を考慮した、実数値スカラーまた
はベクトルのシンボルまたはパラメータ推定が行われる
のが好ましい。ソースシンボルｕ_ｉは、チャネルシンボ
ル

【００９５】

【数２３】 が割り当てられる。

【００９６】全てのＮ＜Ｍ＝２^ｍのソースシンボルは、
マッピングＴのサポートによって、予想される値

【００９７】

【数２４】 が、符号化に使用されたマッピングＴを考慮して、ソー
スシンボルに関連した品質尺度

【００９８】

【数２５】 に対して最小になるように、チャネルシンボル

【００９９】

【数２６】 にマッピングされる。ここで、

【０１００】

【数２７】 は、受信端において推定されるソースシンボルの値を表
す。

【０１０１】本発明による方法では、２つまたはそれ以
上のソースシンボルを組み合わせ、１つのチャネルシン
ボルに一緒にマッピングすることも、同様に可能であ
る。

【０１０２】マッピングＴは、同様に、Ｎ＝２^ｎ＜Ｍ＝
２^ｍである線形チャネル符号に従って行うこともでき
る。

【０１０３】送信端におけるエンコーダは、同様に、マ
ッピングＴが、動作中に個々のチャネル状態に適合する
ように設計することもできる。

【０１０４】送信端において、量子化レベルＱ＜２^Ｍに
よって占められていないバイナリパターンが、例えば、
（ａ）制御情報を送信、または、（ｂ）受信機の誤りを
検出するために使用されてもよい。制御信号は、例え
ば、パラメータについての識別子を含む。情報信号と同
期信号、または、２つまたはそれ以上の量子化器とその
後に続く１つまたは複数のエンコーダによる付随的情報
を含む他の信号からなる複合信号を送信することも同様
に可能である。

【０１０５】第５の実施形態について、図８と図９を参
照して説明する。図８は、本発明による通信ネットワー
クの送信側部分を示す。

【０１０６】この送信側部分は、８個のモジュール、
９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６を含
む。

【０１０７】モジュール９は、送信されるアナログ信号
を生成する。これは、人間、音声またはビデオ信号を含
む記憶装置、カメラ、その他などの信号ソースである。
モジュール９の出力において、音声信号またはビデオ信
号などのアナログ信号が供給される。この信号は、モジ
ュール１０に供給される。

【０１０８】モジュール１０は、アナログ音声信号か
ら、少なくとも１つのパラメータを生成するコンバータ
である。パラメータは、例えば、振幅ファクタ、フィル
タ係数、励振ベクトルである。モジュール１０の出力に
おいて提供された少なくとも１つのパラメータは、モジ
ュール１１に供給される。動作中、例えば、伝送チャネ
ルおよび／または信号ソースの現在の状態に、特定のパ
ラメータを適合させるため、特定のパラメータを変更す
ることが必要となることもある。例えば、マルコフ連鎖
によって表されている、パラメータの特性についての情
報Ｉ１、それらの残存する冗長部、および／または、そ
れらの統計的性質は、記憶され、モジュール１１に移さ
れる。

【０１０９】モジュール１１は、量子化器として設計さ
れる。量子化器において、パラメータは、例えば、Ｑ＝
２^ＭまたはＱ＜２^Ｍの量子化レベルに量子化される。こ
こで、Ｍは、利用可能なビットの数である。量子化は、
例えば、非線形符号または線形符号を使用して行われ
る。パラメータは、別個に、または、一緒に量子化され
てもよい。後者の場合、例えば、ベクトル量子化が使用
される。動作中、例えば、パラメータを抽出する方法
を、伝送チャネルおよび／または信号ソースの現在の状
態に適合させるために、パラメータを抽出する方法を変
更することが必要となることもある。抽出方法の選択、
量子化の方法、および／または現存する残存する冗長部
についての情報Ｉ２は、例えば、テーブルの形で記憶さ
れ、情報Ｉ１と一緒に、モジュール１２および／または
モジュール１３に移される。量子化された値は、モジュ
ール１２に移される。

【０１１０】モジュール１２は、マッパー（ｍａｐｐｅ
ｒ）として設計される。モジュール１２と１３の機能
は、適切な場合では、たった１つのモジュールによって
行われる。モジュール１２は、量子化された値からビッ
トパターンを生成し、それらをモジュール１３に供給す
る。

【０１１１】モジュール１３は、外部チャネルコーダと
して設計される。追加の冗長部は、ここで、ビットパタ
ーンに選択的に付加される。異なった冗長部は、異なっ
た量子化パラメータ値に付加されてもよい。最も単純な
例では、冗長部は、例えば、パリティビットによって導
入されてもよい。すなわち、さもなくば、異なった冗長
部は、例えば、要望されるハミング距離に依存する誤り
検出または誤り訂正の符号によって導入されてもよい。
振幅ファクタに対しては、例えば、より高い冗長部、例
えば、より高いハミング距離が、励振ベクトルに対して
よりも選択される。符号構成についての情報Ｉ１と情報
Ｉ３は、先行情報として受信端において存在する。すな
わち、この情報は、ソース符号化（量子化）またはチャ
ネル符号化の変更時を除いて、常に送信される必要はな
い。情報Ｉ２は、受信端への伝送チャネル上で、例え
ば、複合信号として送信され、またはデータストリーム
に組み込まれる。

【０１１２】送信に先立って、モジュール１３の出力信
号は、モジュール１４、１５、１６を、連続して通過す
る。モジュール１４は、追加の内部チャネル符号化が行
われる、チャネルコーダとして設計される。モジュール
１５は、スクランブルが行われるインタリーバとして設
計される。モジュール１６は、変調、例えば、直角振幅
変調（ＱＡＭ）が実行される変調器として設計される。

【０１１３】伝送チャネル１７は、例えば、雑音および
／またはマルチパスＮによって影響を受ける。したがっ
て、受信された信号は、送信された信号に比べて歪んで
いる。

【０１１４】図９は、本発明による通信ネットワークの
受信側部分を示す。受信側部分は、５つのモジュール、
１８、１９、２０、２１、２２を含む。

【０１１５】モジュール１８は、モジュール１６によっ
て変調された信号を復調する復調器およびイコライザと
して設計される。モジュール１９は、モジュール１５に
よってスクランブルがかけられた信号のスクランブルを
解除する「デインタリーバ（ｄｅｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ
ｒ）」として設計される。モジュール２０は、モジュー
ル１４によってチャネル符号された信号を復号化するチ
ャネルデコーダとして設計される。モジュール２０の出
力において、符号冗長部と信頼性値（ソフト決定値）を
備えたビットパターンが提供され、モジュール２１に供
給される。

【０１１６】モジュール２１は、パラメータ推定器とし
て設計される。パラメータ推定器は、先行情報Ｉ１とＩ
３、受信された情報Ｉ２、および、さらに情報Ｉ４とＩ
５を考慮して、パラメータ推定を行う。情報Ｉ２および
情報Ｉ１とＩ３は、パラメータ推定器自体によって、ま
たは、例えば、デマルチプレクサを含む前段において、
受信されたデータストリームから、決定される。情報Ｉ
４とＩ５は、伝送チャネルについての情報を含む。情報
Ｉ４は、例えば、チャネル損失、その他についての典型
的なチャネル統計を含む。情報Ｉ４は、例えば、起動時
に測定され、送信地点から受信地点へ運ばれ、そこで記
憶される。

【０１１７】情報Ｉ５は、現在のチャネル状況について
の情報を含む。これは、例えば、現在の受信されたフィ
ールドの強度、現在の同期品質、チャネルイコライザの
フィルタ調整の現在の品質、その他を含む。情報Ｉ５
は、例えば、前段において決定される。情報Ｉ４とＩ５
は、同様に、送信地点へ送信されてもよい。続いて、モ
ジュール１１、１２、１３における量子化と冗長部符号
化は、情報Ｉ４とＩ５に依存するようにされる。いかな
る場合でも、モジュール１１、１２、１３における量子
化と冗長部符号化は、パラメータ推定が、最善の考えら
れる方法でモジュール２１において行われるように選択
される。このように、送信される信号の調整は、パラメ
ータ推定器の性質に関して、チャネル特性を考慮して最
適化される。この目的に対して、パラメータ推定器の設
定を、適応できるように最適化するために、テスト信号
を使用した較正が行われてもよい。この設定が、同様
に、動作中に、常に再調整され、そのため、最適化され
たパラメータ推定が行われることが有利ある。パラメー
タ推定器の出力において、推定されたパラメータは利用
可能であり、これはモジュール２２に供給される。

【０１１８】モジュール２２は、推定されたパラメータ
から、推定されたソース信号であるアナログ出力信号を
生成するコンバータとして設計される。

【０１１９】数個のパラメータが割り当てられている信
号の代わりに、各々が少なくとも１つのパラメータを割
り当てられ、パラメータ化することなしに直接量子化さ
れた、異なった信号ソースからの２つまたはそれ以上の
信号は、少なくとも２つのパラメータについての１つま
たは複数の量子化器によって、または、１つまたは複数
のエンコーダによって調整されてもよい。受信端におい
ては、１つのパラメータまたは信号推定器のみが必要で
ある。

【０１２０】第３の実施形態から第５の実施形態までの
組合せも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】アナログ信号をデジタル式で送信する従来技術
の通信ネットワークの概略ブロック図である。

【図２】アナログ信号をデジタル式で送信する従来技術
の他の通信ネットワークの概略ブロック図である。

【図３】アナログ信号をデジタル式で送信する本発明に
よる通信ネットワークの概略ブロック図である。

【図４】図１から図３に示された通信ネットワークにお
けるビット誤り率を比較する図である。

【図５】アナログ信号をデジタル式で送信する本発明に
よる他の通信ネットワークの概略ブロック図である。

【図６】振幅ファクタの確率密度を示す図である。

【図７】バイナリ符号語への量子化レベルのマッピング
を表すテーブルである。

【図８】アナログ信号をデジタル式で送信する本発明に
よるさらなる通信ネットワークの送信側部分の概略ブロ
ック図である。

【図９】図８の通信ネットワークの関連する受信側部分
の概略ブロック図である。

【符号の説明】

１、７、１１ 量子化器 ２、１２ マッピング装置 ３、１７ 伝送チャネル ４ 決定部ブロック ５、２０ デコーダ ６、２１ パラメータ推定器 ８、１３、１４ エンコーダ ９ ソース １０、２２ コンバータ １５ インターリーバ １６ 変調器 １８ 復調器 １９ デインターリーバ

フロントページの続き (72)発明者 シユテフアン・ブレツク ドイツ国、40822・メツトマン、ブルツク ナーシユトラーセ・11

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソースからの信号、特に音声および／ま
   たは画像伝送用のメッセージ信号を符号化する方法であ
   って、 Ｍビットで信号を信号整合符号化することが、Ｑ（Ｑ＜
   ２^Ｍ）の量子化レベルを使用して行われ、 残存している冗長部の少なくとも一部分が、信号を誤り
   から保護するために使用されることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 信号、特に音声および／または画像伝送
   用のソース符号化されたメッセージ信号を伝送する方法
   であって、 送信端において、信号が、少なくとも１つの冗長な信号
   整合符号を使用してさらに符号化され、 受信端において、符号化された信号が、冗長部の少なく
   とも一部分のサポートによって、パラメータ推定を使用
   して復号化されることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 Ｍ−ｌｏｇ_２Ｑビットの冗長部の少なく
   とも一部分が、信号を誤りから保護するために使用され
   ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 誤り保護が、少なくとも１つの非線形符
   号を使用して実施されることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の方法。
5. 【請求項５】 請求項１または２に記載の方法が、送信
   端において、信号を符号化するために使用され、 符号化された信号が、伝送チャネル上で送信されること
   を特徴とする信号を送信する方法。
6. 【請求項６】 送信端において、少なくとも１つのパラ
   メータが、ソース信号のために生成され、その後、信号
   整合符号化動作にかけられ、 受信端において、パラメータ推定を行うことによって復
   号化が達成されることを特徴とする請求項５に記載の方
   法。
7. 【請求項７】 異なったパラメータに対して、異なった
   符号冗長部が使用されることを特徴とする請求項６に記
   載の方法。
8. 【請求項８】 送信端において、少なくとも１つのパラ
   メータの場合に、誤り検出または誤り訂正符号の冗長部
   が追加され、 受信端において、当該追加の冗長部の少なくとも一部分
   が、パラメータ推定によるソース信号の復号化に使用さ
   れることを特徴とする請求項２または６に記載の方法。
9. 【請求項９】 送信端において、残存している冗長部の
   少なくとも一部分が、誤り保護のために使用される代わ
   りに、または、誤り保護のために使用されることに加え
   て、少なくとも部分的に他の信号を符号化することに使
   用されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. 【請求項１０】 送信端において、残存している冗長部
    の少なくとも一部分が、誤り保護のために使用される代
    わりに、または、誤り保護のために使用されることに加
    えて、制御信号を送信することに使用されることを特徴
    とする請求項５に記載の方法。
11. 【請求項１１】 請求項１に記載の方法によって、信号
    を符号化する装置であって、 Ｑ（Ｑ＜２^Ｍ）の量子化レベルを備えた量子化器（７）
    と、その後に続き、誤り保護符号化を行うエンコーダ
    （８）とを含む装置。
12. 【請求項１２】 請求項２に記載の方法によって、信号
    を復号化する装置であって、 受信部分と、その後に続き、パラメータ推定用の冗長な
    符号の冗長部の少なくとも一部分を使用するパラメータ
    推定器とを含む装置。
13. 【請求項１３】 請求項６に記載の方法によって信号を
    符号化する装置であって、 設定可能なＱ（Ｑ＜２^Ｍ）の量子化レベルを備えた少な
    くとも２つの量子化器（７）または少なくとも１つのベ
    クトル量子化器と、その後に続き、少なくとも２つの量
    子化された値に対して少なくとも１つの追加の冗長な誤
    り保護符号化動作を行う少なくとも１つのエンコーダ
    （８）とを含む装置。
14. 【請求項１４】 追加の符号化に先立って、Ｍビットで
    の信号の信号整合符号化が、Ｑ（Ｑ＜２^Ｍ）の量子化レ
    ベルを使用して行われ、 残存している冗長部の少なくとも一部分が、信号を誤り
    から保護するために使用されることを特徴とする請求項
    ２に記載の方法。