JP2001513906A - 通信システムにおけるレート決定装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 中間ないし低信号対ノイズ比（ＳＮＲ）におけるレートおよびボイス活動を精度高く決定し、ボイス品質，システム容量および／またはバッテリ寿命を最大化するために、ノイズ抑制システムからのパラメータを、レート決定機能に対する入力として用いる。この方法を用いて、背景ノイズから音声以上のものを抽出し、従来システムと比較して、変動ノイズ状態の間に検出される誤ったオンセットの数を減少させる。本方法は、レート決定（ＲＤＡ）だけでなく、ボイス活動検出（ＶＡＤ）にも有効であり、他のＲＤＡ／ＶＡＤの実施態様とは異なり、採用する音声コーダの種類（ＩＳ−１２７，ＣＤＧ−２７，ＩＳ−９６およびＧＳＭ）には依存しない。

Description

【発明の詳細な説明】 通信システムにおけるレート決定装置および方法 発明の分野 本発明は、一般的に、レート決定に関し、更に特定すれば、通信システムにお けるレート決定に関するものである。 発明の背景 ＩＳ−９６，ＩＳ−１２７（ＥＶＲＣ），およびＤＣＧ−２７のような可変レ ート・ボコーダ・システム(variable rate vocoder system)では、中間ないし低 信号対ノイズ比（ＳＮＲ）環境においてボイスと背景ノイズとの間で区別すると いう問題が残っている。この問題は、レート決定アルゴリズム（ＲＤＡ）が敏感 すぎると、背景ノイズの多くはレート１／２またはレート１でコード化されるた め、平均データ・レートが高すぎてしまうというものである。この結果、符号分 割多元接続（ＣＤＭＡ）システムにおいては容量の損失が発生する。逆に、ＲＤ Ａを余りに「薄く」(lean)設定すると、低レベル音声信号がノイズの中間レベル に埋め込まれたままとなり、レート１／８でコード 化される。この結果、了解性(intelligibility)の低下による、音声品質の低下 を招く。 ＥＶＲＣおよびＣＤＧ−２７におけるＲＤＡはＩＳ−９６以来改善されてきた が、ＣＤＭＡ開発グループ（ＣＤＧ）による最近の検査によれば、ＳＮＲが１０ ｄＢ以下の自動車ノイズ環境においては未だ問題があることが指摘されている。 このレベルのＳＮＲは極端のように思われるが、ハンズ・フリー移動機(hands-f ree mobile)の状況では、これは公称レベルと見なすべきである。時分割多元接 続（ＴＤＭＡ）移動ユニットにおける固定レート・ボコーダも、不連続伝送（Ｄ ＴＸ）を用いてバッテリを長寿命化する場合に、同様の問題に直面する可能性が ある。この場面では、ボイス活動検出器（ＶＡＤ：Voice Activity Detector） が、送信電力増幅器が活性化されているか否かについて判定を行うので、トレー ドオフはボイス品質対バッテリ寿命となる。 したがって、通信システムにおいてレート決定装置および方法の改良が必要と されている。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明によって改善したレート決定を効果的に実施する通信システ ムを全体的に示す。 第２図は、本発明によるレート決定を実施する際に有用 な装置のブロック図を全体的に示す。 第３図は、第２図のノイズ抑制システムにおいて発生する、フレーム間重複を 概略的に示す。 第４図は、第２図のノイズ抑制システムにおいて発生する、プリエンファサイ ズ・サンプル(preemphasized sample)の台形ウインドウイング(trapezoidal w indowing)を概略的に示す。 第５図は、第２図に示したノイズ抑制システム内部のスペクトル偏差推定部の ブロック図を概略的に示す。 第６図は、第２図に示したノイズ抑制システムにおける更新判断判定部(updat e decision determiner)において実行するステップのフロー・チャートを全体 的に示す。 第７図は、本発明にしたがって送信レートを決定するために、第２図のレート 決定ブロックによって実行するステップのフロー・チャートを全体的に示す。 第８図は、本発明によるボイス活動の存在を判定するために、ボイス活動検出 器によって実行するステップのフロー・チャートを全体的に示す。 好適実施例の詳細な説明 中間ないし低信号対ノイズ比（ＳＮＲ）においてレートおよびボイス活動を精 度高く決定し、ボイス品質，システム容量および／またはバッテリ寿命を最大化 するためには 、ノイズ抑制システムからのパラメータを、レート決定関数に対する入力として 用いる。この方法を用いると、音声以上のものが背景ノイズから抽出され、従来 システムと比較して、変動ノイズ状態の間に検出される誤ったオンセット(onset )を減少させる。この方法は、レート決定（ＲＤＡ）だけでなくボイス活動検出 （ＶＡＤ）にも有効であり、他のＲＤＡ／ＶＡＤの実施態様とは異なり、採用す る音声コーダの種類（ＩＳ−１２７，ＣＤＧ−２７，ＩＳ−９６およびＧＳＭ） には依存しない。 概して言えば、通信システムにおいて送信レートを決定する装置は、ノイズ抑 制システムに入力される信号における背景ノイズを抑制するノイズ抑制システム であって、背景ノイズの抑制に関連するパラメータを発生するノイズ抑制システ ム，および入力として、ノイズ抑制システムが発生するパラメータを有し、音声 コーダによって使用するための送信レート情報を発生するレート決定手段から成 る。好適実施例では、ノイズ抑制システムは、実質的に、ＩＳ−１２７において 規定されているノイズ抑制システムであり、ノイズ抑制システムによって発生す るパラメータは、背景ノイズの突然の増大によって、ノイズ抑制システムが背景 ノイズを誤って分類した場合に、ノイズ抑制システムを回復させる制御信号を含 む。 更に具体的に述べると、通信システムにおいて送信レートを決定する装置は、 現情報フレームにおけるチャネル・ エネルギを推定する手段，および入力として推定チャネル・エネルギを有し、現 情報フレームに対する推定チャネル・エネルギと複数の過去の情報フレームのエ ネルギとの差を判定し、現フレームに対する全チャネル・エネルギ推定値を生成 する手段を備えている。次いで、ボイス・メトリックを決定する手段が、現情報 フレームの信号対ノイズ比の推定値に基づいて、ボイス・メトリックを決定し、 全推定ノイズ・エネルギを生成する手段が、推定チャネル・エネルギに基づいて 、全推定ノイズ・エネルギを生成する。現フレームに対する全チャネル・エネル ギ推定値，ボイス・メトリックおよび全推定ノイズ・エネルギに基づいて、送信 レートを決定する手段が情報フレームの送信レートを決定する。 この実施例では、前述の装置は、入力として、現情報フレームに対する全チャ ネル・エネルギ推定値，現情報フレームのピーク対平均比率，現フレームと過去 のフレームとの間のスペクトル偏差およびボイス・メトリックを有し、ある種の 信号が存在する場合に、ノイズ推定値を更新するのを防止する制御信号を生成す る手段を更に備えている。更に具体的には、制御信号は、階調信号が存在する場 合に、ノイズ推定値を更新するのを防止し、通信システムを検査する目的のため に正弦波を最大レートで送信させる。 本発明による装置が実行する段階は、現情報フレームのピーク信号対ノイズ比 から第１ボイス・メトリック・スレ シホルドを決定する段階，およびボイス・メトリックを第１ボイス・メトリック ・スレシホルドと比較する段階を含む。ボイス・メトリックが第１ボイス・メト リック・スレシホルド未満である場合、情報フレームを第１レートで送信する。 ボイス・メトリックが第１ボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きい場合 、ボイス・メトリックを第２ボイス・メトリック・スレシホルドと比較する。ボ イス・メトリックが第２ボイス・メトリック・スレシホルド未満である場合、情 報フレームを第２レートで送信し、その他の場合、情報フレームを第３レートで 送信する。 かかる段階を実施する通信システムは、ＩＳ−９５において規定されている、 符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムである。ＩＳ−９５に規定されてい るように、第１レートは１／８レートであり、第２レートは１／２レートであり 、第３レートはＣＤＭＡ通信システムの最大レートである。この実施例では、第 ２ボイス・メトリック・スレシホルドは、第１ボイス・メトリック・スレシホル ドを調整したバージョンであり、第２または第３レートでの送信の後ハングオー バを実施する。 この実施例では、現情報フレームのピーク信号対ノイズ比は、現情報フレーム の量子化ピーク信号対ノイズ比である。したがって、現情報フレームの量子化ピ ーク信号対ノイズ比からボイス・メトリック・スレシホルドを決定する段階は、 現情報フレームに対して全信号対ノイズ比を計算 する段階，および現情報フレームに対して計算した全信号対ノイズ比に基づいて 、ピーク信号対ノイズ比を推定する段階を更に含む。次いで、現情報フレームの ピーク信号対ノイズ比を量子化し、ボイス・メトリック・スレシホルドを決定す る。 通信システムは、同様に、ＧＳＭ ＴＤＭＡ通信システムのような、時分割多 元接続（ＴＤＭＡ）通信システムとすることができる。この場合における方法は 、第１レートは無音記述（ＳＩＤ）フレームであり、第２および第３レートは通 常レートのフレームであると決定する。前述のように、ＳＩＤフレームは、正常 な量の情報を含むが、正常な情報フレームよりも送信される頻度は低い。 第１図は、本発明によって改良したレート決定を効果的に実施する通信システ ムを全体的に示す。第１図に示す実施例では、通信システムは、符号分割多元接 続（ＣＤＭＡ）無線電話システムであるが、当業者は認めるように、可変レート ・コーディングおよびボイス活動検出（ＶＡＤ）を実施する他の種類の通信シス テムも、有効に本発明を採用することが可能である。バッテリの長寿命化を図る ためにＶＡＤを実施するかかる種類のシステムの１つとして、時分割多元接続（ ＴＤＭＡ）通信システムがある。 第１図に示すように、公衆電話交換網１０３(ＰＳＴＮ：public switched tel ephone network)が、移動機交換局１０６(ＭＳＣ：mobile switching center)に 結合さ れている。当技術分野では既知であるが、ＰＳＴＮ１０３は、ワイヤライン交換 機能を備え、一方ＭＳＣ１０６は、ＣＤＭＡ無線電話システムに関連する交換機 能を備える。また、ＭＳＣ１０６にはコントローラ１０９も結合されており、コ ントローラ１０９は、本発明による、ノイズ抑制，レート決定およびボイス・コ ード化／デコード化を含む。コントローラ１０９は、基地局１１２−１１３への 信号および基地局１１２−１１３からの信号のルーティングを制御し、この場合 、基地局が移動局１１５と通信を行う役割を担う。ＣＤＭＡ無線電話システムは 、暫定規格（ＩＳ：Interim Standard）９５−Ａと互換性がある。ＩＳ−９５に 関する更なる情報については、TIA/EIA/IS-95-A，Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System，July 1993を参照のこと。ＭＳＣ１０６の交換機能およびコントローラ １０９の制御機能は、第１図において分散して示されてるが、これら２つの機能 は、システムの実施のための共通な物理的実体の中で組み合わせることも可能で あることは当業者は認めよう。 第２図に示すように、信号s(n)がＭＳＣ１０６からコントローラ１０９に入力 され、装置２０１に入る。装置２０１は、本発明による、ノイズ抑制に基づくレ ート決定を行う。好適実施例では、装置２０１のノイズ抑制部分は、１９９７年 １月に米国で出版された、“Enhanced Variabl e Rate Codec, Speech Service Option 3 for Wideb and Spread Spectrum Digi tal Systems”と題するTIA文書IS-127の§４．１．２に記載されているノイズ抑 制システムを多少変更したバージョンである。この刊行物の内容は、本願でも使 用可能である。装置２０１から出た信号s'(n)は、当技術分野では既知のボイス ・エンコーダ（図示せず）に入り、ノイズ抑制信号をエンコードし、基地局１１ ２−１１３を介して移動局１１５に転送する。第２図にはレート決定アルゴリズ ム（ＲＤＡ）２４８も示されており、ノイズ抑制システムからのパラメータを用 いて、ボイス活動およびレート決定情報を本発明にしたがって決定する。 ノイズ抑制システムからのパラメータをどのように用いてボイス活動およびレ ート決定情報を決定するのかについて完全に理解するためには、装置２０１のノ イズ抑制システムの理解が必要である。この時点で、装置２０１のノイズ抑制シ ステム部分は、設計技術者が特定の通信システムに実施したいと考えるあらゆる 形式の音声コーダとでも動作可能である点において、この部分の動作は汎用的で あることを注記しておく。本発明の第２図に示すブロックのいくつかは、Vilmur の米国特許番号第４，８１１，４０４号の図１に示す対応するブロックと同様の 動作を有することを注記しておく。したがって、本願の譲受人に譲渡された、Vi lmurの米国特許番号第４，８１１，４０４号は、 本願でも使用可能である。 ここで第２図を参照すると、装置２０１のノイズ抑制部分は、ハイ・パス・フ ィルタ（ＨＰＦ）２００および残りのノイズ抑制回路から成る。ＨＰＦ２００の 出力s_hp(n)は、残りのノイズ抑制回路への入力として用いられる。音声コーダの フレームサイズは２０ｍｓ（ＩＳ−９５による規定）であるが、残りのノイズ抑 制回路に対するフレームのサイズは１０ｍｓである。その結果、好適実施例では 、ノイズ抑制を実行するステップは、２０ｍｓ音声フレーム毎に２回実行する。 ノイズ抑制を開始するために、入力信号ｓ(n)をハイ・パス・フィルタ（ＨＰ Ｆ）２００によって、ハイ・パス・フィルタ処理し、信号s_hp(n)を生成する。Ｈ ＰＦ２００は、カットオフ周波数が１２０Ｈｚの４次チェビシェフＩＩ型であり 、当技術分野では既知である。ＨＰＦ２００の伝達関数は、次のように定義され る。 ここで、各分子および分母の係数は、次のように規定する。 b={0.898025036，-3.59010601，5.38416243，-3.59010601，0.898024917}， a={1.0，-3.78284979，5.37379122，-3.39733505，0.806448996} 当業者には認められるように、あらゆる数のハイ・パス・フィルタ構成でも採 用可能である。 次に、プリエンファシス・ブロック２０３において、円滑化台形ウインドウ(s moothed trapezoid window)を用いて、信号s_hp(n)をウインドウ化する。ここで は、入力フレーム（フレーム「ｍ」）の最初のＤサンプルd(m)が、直前のフレー ム（フレーム「ｍ−１」）の最後のＤサンプルと重複する。この重複は第３図に おいて最良に見られる。特に注記しない限り、全ての変数の初期値は０である することができる。 ここで、ｍは現フレーム，ｎはバッファ{d(m)}に対するサンプル・インデックス ，L=80はフレーム長，およびD=24はサンプルにおける重複（または遅延）である 。入力バッファの残りのサンプルは、次に、次にしたがってプリエンファシスさ れる。 ここで、ζ_p=−0.8は、プリエンファシス係数である。この結果、入力バッファ はL+D=104サンプルを収容し、ここで最初のＤサンプルは、直前のフレームから の、プリエンファシスされた重複であり、続くＬサンプルは現フレームからの入 力されたものである。 次に、第２図のウインドウイング・ブロック２０４において、円滑化台形ウイ ンドウ４００（第４図）をサンプルに適用し、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Disc rete Fourier Transform）入力信号g(n)を形成する。好適実施例では、g(n)は次 のように規定される。 ここで、M=128はＤＦＴシーケンス長であり、他の全ての項は先に定義した通り である。 第２図のチャネル・デバイダ２０６において、次のように定義する離散フーリ エ変換（ＤＦＴ）を用いて、g(n)の周波数領域への変換を行う。 ここでe^{j ω}は、瞬時半径方向位置をωとした、単位振幅複 素フェーザ(unit amplitude complex phasor)である。これは、典型的な定義で あるが、複素高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の効率を利用したものである。Ｍ点実 シーケンスを予め調整することにより、２／Ｍスケール・ファクタが得られ、Ｍ ／２点複素シーケンスを形成し、Ｍ／２点複素ＦＦＴを用いて変換する。好適実 施例では、信号G(k)は、６５個の一意のチャネルを備えている。この技法に関す る詳細は、ProakisおよびManolakisのIntroduction to Digital Signal Process ing,第２版、New York，Macmillan，1988，pp．721-722に見ることができる。 次に、信号G(k)をチャネル・エネルギ推定部２０９に入力し、現フレームｍに 対するチャネル・エネルギ推定値E_ch(m)を、次の式を用いて判定する。 ここで、E_min=0.0625は、最小許容チャネル・エネルギであり、a_ch(m)はチャネ ル・エネルギ・スムージング係数（以下で定義する）であり、N_c=16は、結合チ ャネルの数であり、f_L(i)およびf_H(i)は、それぞれの低および高チャネル結合テ ーブルｆ_Lおよびｆ_Hのｉ番目の要素である。好適実施例では、ｆ_Lおよびｆ_Hは、 次のように定義する。 f_L={2，4，6，8，10，12，14，17，20，23，27，31，36，42，49，56}， f_H＝｛3，5，7，9，11，13，16，19，22，26，30，35，41，48，55，63｝ チャネル・エネルギ・スムージング係数a_ck(m)は、次のように定義することが できる。 これは、α_ch(m)が、最初のフレーム（m=1）については０の値、そして全ての 後続のフレームについては０．４５の値を想定していることを意味する。これに よって、チャネル・エネルギ推定値を、最初のフレームの未フィルタ・チャネル ・エネルギに初期化することが可能となる。加えて、チャネル・ノイズ・エネル ギ推定値（以下で定義する）は、最初の４つのフレームのチャネル・エネルギに 初期化しなければならない。即ち、 ここで、E_init=１６は、最小許容チャネル・ノイズ初期化エネルギである。 次に、現フレームに対するチャネル・エネルギ推定値E_ch(m)を用いて、量子化 チャネル信号対ノイズ比（ＳＮＲ）インデックスを推定する。この推定は、第２ 図のチャネルＳＮＲ推定部２１８において行われ、次のように判定する。 ここで、E_m(m)は現チャネル・ノイズ・エネルギ推定値（後に定義する）であり 、{s_q}の値は、０ないし８９までに制限される。 チャネルＳＮＲ推定値{s_q}を用いて、ボイス・メトリック計算部２１５におい て、次の式を用いてボイス・メトリックの和を決定する。 ここで、V(k)は、９０要素ボイス・メトリック・テーブルＶのｋ番目の値であり 、このテーブルは次のように定義される。 V={2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,3,3,3,3,3,4,4,4,5,5，5，6，6，7，7,7,8,8,9,9, 10,10,11,12,12,13,13,14,15,15,16,17,17,18,19,20,20,21,22,23,24,24,25,26, 27,28,28,29,30,31,32, 33,34,35,36,37,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,50,50,50,50,50, 50,50,50,50} 現フレームに対するチャネル・エネルギ推定値E_ch(m)も、スペクトル偏差推定 部２１０への入力として用い、スペクトル偏差Δ_E(m)を推定する。第５図を参照 すると、チャネル・エネルギ推定値E_ch(m)は、対数パワー・スペクトル推定部５ ００に入力され、対数パワー・スペクトルが次のように推定される。 また、現フレームに対するチャネル・エネルギ推定値E_ch(m)は全チャネル・エ ネルギ推定部５０３にも入力され、次の式にしたがって、現フレームｍに対する 全チャネル・エネルギ推定値E_tot(m)を判定する。 次に、指数ウインドウイング係数決定部５０６において、次の式を用いて、指 数ウインドウイング係数α(m)を（全チャネル・エネルギE_tot(m)の関数として） 決定する。 これは、次の式によって、α_Hないしα_L間に制限される。 α(m)=max{α_L，min{α_H，α(m)}} ここで、Ｅ_HおよびＥ_LはE_tot(m)の線形補間に対するエネルギ終点（デシベル単 位、即ち「ｄＢ」）であり、これを ある。これらの制限の値は、Ｅ_H＝５０，Ｅ_L＝３０，α_H＝０．９９，α_L＝０． ５０として定義される。これを仮定すると、例えば、４０ｄＢの相対エネルギを 有する信号は、前述の計算を用いて、α(m)=0.745の指数ウインドウイング係数 を用いることになる。 次に、スペクトル偏差推定部５０９において、スペクトル偏差Δ_E(m)を推定す る。スペクトル偏差Δ_E(m)は、現パワー・スペクトルと平均長期間パワー・スペ クトル推定値との間の差である。 であり、次の式を用いて、長期間スペクトル・エネルギ推定部５１２において決 定する。期値は、フレーム１の推定対数パワー・スペクトルとして定義される。即ち、 この時点において、ボイス・メトリックv(m)，現フレームE_tot(m)に対する全 チャネル・エネルギ推定値およびスペクトル偏差Δ_E(m)の和を、更新判断判定部 ２１２に入力し、ノイズの抑制を容易にする。以下に疑似コードで示し、第６図 においてフロー・チャート形状で図示する判断ロジックは、ノイズ推定更新の判 断を最終的にどのように行うのかについて例証するものである。プロセスはステ ップ６００において開始し、ステップ６０３に進んで、更新フラグ(update_flag )をクリアする。次に、ステップ６０４において、ボイス・メトリックv(m)の和 が更新スレシホルド(UPDATE_THLD)未満か否かをチェックすることによって、Vil murの更新ロジック（VMSUMのみ）を実施する。ボイス・メトリックの和が更新ス レシホルド未満 である場合、ステップ６０５において更新カウンタ(update_cnt)をクリアし、ス テップ６０６において更新フラグをセットする。ステップ６０３ないし６０６の 疑似コードを次に示す。 ステップ６０４において、ボイス・メトリックの和が更新スレシホルドよりも 大きい場合、ノイズ推定値の更新をディゼーブルする。さもなければ、ステップ ６０７において、現フレームｍに対する全チャネル・エネルギ推定値E_tot(m)を 、デシベル単位のノイズ・フロア（NOISE_FLOOR_DB)と比較し、スペクトル偏差 Δ_E(m)を偏差スレシホルド(DEV_THLD)と比較する。全チャネル・エネルギ推定値 がノイズ・フロアよりも大きく、スペクトル偏差が偏差スレシホルドよりも小さ い場合、ステップ６０８において、更新カウンタを増分する。更新カウンタを増 分した後、ステップ６０９において、更新カウンタが更新カウンタ・スレシホル ド(UPDATE_CNT_THLD)以上か否かについて判定するために検査を行う。ステップ ６０９における検査の結果が真である場合、ステップ６１３において強制更新 フラグをセットし、ステップ６０６において更新フラグをセットする。ステップ ６０７ないし６０９およびステップ６０６の疑似コードを次に示す。 第６図からわかるように、ステップ６０７およびステップ６０９における検査 のいずれかが偽である場合、またはステップ６０６において更新フラグをセット した後、更新カウンタの長期間「クリーピング」(creeping)を防止するためのロ ジックを実施する。このヒステリシス・ロジックは、最小スペクトル偏差が長期 間にわたって蓄積し、無効の強制更新を生じることを防止するために実施する。 このプロセスはステップ６１０において開始し、最後の６フレームの間(HYSTER_ CNT_THLD)更新カウンタが最後の更新カウンタ値(last_update_cnt)と等しかった か否かについて判定するために検査を行う。好適実施例では、６フレームをスレ シホルドとして用いるが、いずれの数のフレー ムでも実施可能である。ステップ６１０における検査が真の場合、ステップ６１ １において更新カウンタをクリアし、プロセスはステップ６１２において次のフ レームに移る。ステップ６１０における検査が偽の場合、プロセスはステップ６ １２において直接次のフレームに移る。ステップ６１０ないし６１２の疑似コー ドを次に示す。 好適実施例では、以前に用いた制約の値は、次の通りである。 UPDATE_THLD=35 NOISE_FLOOR_DB=10log₁₀(1) DEV_THLD=28 UPDATE_CNT_THLD=50および HYSTER_CNT_THLD=6 ステップ６０６における更新フラグが所与のフレームにセットされたときはい つでも、次のフレームに対するチャネル・ノイズ推定値を更新する。チャネル・ ノイズ推定値は、次の式を用いて、スムージング・フィルタ２２４において更新 する。 ここで、E_min=0.0625は最小許容チャネル・エネルギであり、α_n=0.9は、スム ージング・フィルタ２２４内に局所的に格納されているチャネル・ノイズ・スム ージング係数である。更新したチャネル・ノイズ推定値をエネルギ推定記憶部２ ２５に格納し、エネルギ推定記憶部２２５の出力は、更新チャネル・ノイズ推定 値E_n(m)となる。前述のように、更新チャネル・ノイズ推定値E_n(m)はチャネルＳ ＮＲ推定部２１８への入力として、更に、以下で説明するように、利得計算部２ ３３への入力としても用いる。 次に、装置２０１のノイズ抑制部分は、チャネルＳＮＲ修正を行うべきか否か について判定を行う。この判定は、チャネルＳＮＲ修正部２２７において行われ 、インデックス・スレシホルドを超過したチャネルＳＮＲインデックス値を有す るチャネルの数をカウントする。修正プロセス事 態の間、チャネルＳＮＲ修正部２２７は、セットバック・スレシホルド(SETBACK _THLD)未満のＳＮＲインデックスを有する特定のチャネルのＳＮＲを低下させる か、あるいは、ボイス・メトリックの和がメトリック・スレシホルド(METRIC_TH LD)未満である場合、チャネルの全てのＳＮＲを低下させる。チャネルＳＮＲ修 正部２２７において行われるチャネルＳＮＲ修正プロセスの疑似コード表現を次 に示す。 この時点で、ＳＮＲスレシホルド・ブロック２３０において、チャネルＳＮＲ インデックス{σ_q'}をＳＮＲスレシホルドに制限する。定数σ_thを局所的にＳＮ Ｒスレシホルド・ブロック２３０に格納する。ＳＮＲスレシホルド・ブ ロック２３０において行われるプロセスの疑似コード表現を次に示す。 for(i=0 to N_c-1 step 1) if（σ'_q(i)<σ_th） σ''_q(i)=σ_th else σ''_q(i)=σ'_q(i) 好適実施例では、先の定数およびスレシホルドは次のように与えられる。 N_M=５ INDEX_THLD=12 INDEX_CNT_THLD=5 METRIC_THLD=45 SETBACK_THLD=12、および σ_th=６ この時点において、制限されたＳＮＲインデックス{σ_q''}を利得計算部２３ ３に入力し、チャネル利得を決定する。最初に、次の式を用いて利得係数全体を 決定する。 ここで、γ_min=-13は最小総利得であり、E_floorはノイズ・フロア・エネルギで あり、E_n(m)は直前のフレームの間に計算した推定ノイズ・スペクトルである。 好適実施例では、定数λ_minおよびE_floorを局所的に利得計算部２３３に格納す る。続いて、次の式を用いて、チャネル利得（デシベル単位）を決定する。 ここで、μ_g=0.39は、利得傾斜（利得計算部２３３にも局所的に格納される）で ある。次に、以下の式を用いて、線形チャネル利得を変換する。 この時点において、先に決定したチャネル利得を、次の基準と共に、変換入力 信号G(k)に適用し、チャネル利得修正部２３９から出力信号H(k)を生成する。は対称的であるとも仮定するので、次の条件も賦課される。 H(M-k)=H^*(k);0<k<M/2 ここで、＊は複素共役を示す。次に、チャネル・コンバイナ２４２において、逆 ＤＦＴを用いることにより信号H(k)を（再度）時間ドメインに変換する。 更に、周波数ドメイン・フィルタリング・プロセスを完了し、次の基準で重複お よび加算(overlap-and-add)を適用することによって、出力信号h'(n)を生成する 。 ディエンファシス・ブロック２４５によって、信号h'(n)に信号ディエンファシ スを適用し、ノイズを抑制した信号 s'(n)を生成する。 ここで、ζ_d=0.8は、局所的にディエンファシス・ブロック２４５に格納されて いるディエンファシス係数である。 前述のように、装置２０１のノイズ抑制部分は、"Enhanced Variable Rate Co dec，Speech Service Option 3 for Wideband Spread Spectrum Digital System s"と題するTIA文書IS-127の§４．１．２に記載されているノイズ抑制システム を多少変更したバージョンである。即ち、レート決定アルゴリズム（ＲＤＡ）ブ ロック２４８を、ピーク対平均比率ブロック２５１として、第２図に付加的に示 す。ピーク対平均比率ブロック２５１の追加によって、ノイズ推定値が「階調」 信号(tonal signal)の間に更新されるのを防止する。これにより、レート１の正 弦波の送信が可能となり、これはシステム検査の目的には特に有用である。 更に第２図を参照し、ＩＳ−１２７に記載されているノイズ抑制システムによ って発生するパラメータを、本発明によるボイス活動の検出および送信レートの 決定の基準として用いる。好適実施例では、本発明にしたがってＲＤＡブロック ２４８に実施されているノイズ抑制システムによって発生するパラメータは、ボ イス・メトリック和v(m) ，全チャネル・エネルギE_tot(m)，全推定ノイズ・エネルギE_tn(m)，およびフレ ーム番号mである。加えて、「強制更新フラグ」(fupdate_flag)と称する新たな フラグを発生し、強制更新を行ったときをＲＤＡブロック２４８に示す。強制更 新は、背景ノイズの突然の増大によってノイズ抑制システムが背景ノイズを誤っ て分類し損ねた場合に、ノイズ抑制部分が回復することを可能にする機構である 。これらのパラメータをＲＤＡブロックへの入力、更に「レート」をＲＤＡブロ ック２４８の出力とすれば、本発明によるレート決定について、詳細に説明する ことができる。 前述のように、ＲＤＡブロック２４８に入力されるパラメータの殆どは、ＩＳ −１２７において規定されているノイズ抑制システムによって発生される。例え ば、ボイス・メトリック和v(m)は、Eq．4.1.2.4-1において決定され、一方全チ ャネル・エネルギE_tot(m)はＩＳ−１２７のEq.4.1.2.5-4において決定されてい る。全推定ノイズ・エネルギE_tn(m)は、次の式で与えられる。 これは、ＩＳ−１２７のEq.4.1.2.8-1から容易に得ることができる。１０ミリ秒 フレームの番号ｍは、m=1から開始する。強制更新フラグfupdate_flagは、ＩＳ −１２７の§４．１．２．６に示されている「強制更新」論理実 施態様から得ることができる。具体的に、強制更新フラグfupdate_flagの発生の 疑似コードを次に示す。 ここで、sinwave_flagは、スペクトル・ピーク対平均比率φ(m)が１０ｄＢよ り大きく、スペクトル偏差Δ_E(m)(Eq.4.2.1.5-2)がDEV_THLDより小さい場合、TR UEにセットされる。言い換えると、 ここで、 は、ピーク対平均比率ブロック２５１において判定したピーク対平均比率であり 、E_ch(m)は、ＩＳ−１２７のEq.4.1.2.2-1に与えられている、チャネル・エネル ギ推定ベクトルである。 一旦適切な入力が発生したなら、本発明にしたがって、ＲＤＡブロック２４８ 内におけるレート決定を行うことができる。第７図に示すフロー・チャートを参 照すると、修正全エネルギE'_tot(m)は次のように与えられる。 ここで、初期修正全エネルギを経験的な５６ｄＢに設定する。次に、ステップ７ ０３において、次のように、推定全ＳＮＲを計算することができる。 SNR=E'_tot(m)-E_tn(m) 次に、この結果をステップ７０６において用い、長期間ピークＳＮＲ，SNR_p(m) を次のように推定する。 ここで、SNR_p(0)=0である。次に、ステップ７０９において、以下に示すように ３ｄＢ刻みで長期間ピークＳＮＲを量子化し、０ないし１９の間に制限する。 ここで量子化ＳＮＲを用い、ステップ７１２において、それぞれのボイス・メト リック・スレシホルドv_th，ハングオーバ・カウント(hangovr count)h_cnt，およ びバースト・カウント・スレシホルドb_thパラメータを決定する。 v_th=[SNRQ]，h_cnt=h_table[SNRQ]，b_th=b_table[SNRQ] ここで、SNRQは、次のように定義されるそれぞれのテーブルのインデックスであ る。 v_table={37,37,37,37,37,37,38,38,43,50,61,75,94,118,146,178,216,258,306,3 59} h_table={25,25,25,20,16,13,10,8,6,5,4,3,2,1,0,0,0,0,0,0} b_table={8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,7,6,5,4,3,2，1,1,1｝ この情報を用い、ＲＤＡブロック２４８から出力されるレート決定を行う。ブ ロック７１２から出力される、それぞれのボイス・メトリック・スレシホルドv_{t h} ，ハングオーバ・カウンタh_cnt，およびバースト・カウント・スレシホルドb_th パラメータは、ブロック７１５に入力され、ボイス・メトリックv(m)がボイス・ メトリック・スレシホルドよりも大きいか否かについて判定するために、検査を 行う。ＩＳ−１２７のEq.4.1.2...4-1を用いて、ボイス・メトリック・スレシホ ルドを決定する。注記すべき重要なことは、ノイズ抑制システムから出力される ボイス・メトリックv(m)は変化しないが、本発明にしたがってＲＤＡ２４８内で 変化するのはボイス・メトリック・スレシホルドであるということである。 第７図のステップ７１５を参照して、ボイス・メトリックv(m)がボイス・メト リック・スレシホルド未満の場合、ステップ７１８において、信号s'(n)を送信 するレート を１／８レートに決定する。この決定の後、ステップ７２１において、ハングオ ーバを実施する。ハングオーバは、これを行わないとノイズとして分類されかね ないゆっくりと減衰する音声を「救済」(cover)するため、または強いボイス活 動の検出によって劣化し得る、音声における小さなギャップを橋架するために、 一般に実施されている。ステップ７２１においてハングオーバを実施した後、ス テップ７３６において有効なレートの送信を保証する。この時点において、信号 s'(n)を１／８レートでコード化し、本発明にしたがって適切な移動局１１５に 送信する。 ステップ７１５において、ボイス・メトリックv(m)がボイス・メトリック・ス レシホルドよりも大きい場合、ステップ７２４において別の検査を行い、ボイス ・メトリックv(m)が（量αだけ）重み付けしたボイス・メトリック・スレシホル ドよりも大きいか否かについて判定を行う。このプロセスによって、ノイズ・フ ロアに近い音声信号を、レート１／２でコード化することが可能となり、高いボ イス品質を維持しつつ、平均データ・レートを低下させるという利点がある。ス テップ７２４においてボイス・メトリックv(m)が重み付けしたボイス・メトリッ ク・スレシホルドよりも大きくない場合、プロセスはステップ７２７に進み、信 号s'(n)を送信するレートを１／２レートに決定する。しかしながら、ステップ ７２４において、ボイス・メトリックv(m)が重み付けしたボイス・メトリック・ スレシホルドよりも大きい場合、プロセスはステップ７３０に進み、信号s'(n) を送信するレートをレート１（あるいは、最高レートとして知られている）に決 定する。いずれの場合でも（ステップ７２７による１／２レートでの送信，また はステップ７３０による最高レートでの送信）、プロセスはステップ７３３に進 み、ハングオーバを決定する。ハングオーバを決定した後、プロセスはステップ ７３６に進み、有効なレートの送信を保証する。この時点において、信号s'(n) は１／２レートまたは最高レートでコード化され、本発明にしたがって適切な移 動局１１５に送信される。 第７図のステップ７１５ないし７３３は、以下の疑似コードを参照して説明す ることも可能である。 以下の疑似コードは、ＩＳ−１２７において定義されている無効のレート遷移 を防止する。１つの２０ｍｓボコーダ・フレーム・レートを決定するためには、 ２つの１０ｍｓノイズ抑制フレームが必要であることを注記しておく。最終レー トは、２つのノイズ抑制に基づくＲＤＡフレームの最大値によって決定される。 if(rate(m)==RATE1/8 and rate(m-2）==RATE1){rate(m)=RATE1/2 } 以上、特定の実施例を参照しながら本発明について特定して示しかつ説明した が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において種 々の変更が可能であることは、当業者には理解されよう。例えば、本発明にした がってレート決定を実施する際に有用な装置を、第２図において通信システムの インフラストラクチャ側において実施するものとして示したが、第２図の装置は 同様に移動局１１５においても実施可能であることを当業者は認めよう。この実 施態様では、本発明によるレート決定を実施するために、第２図に必要な変更は ない。 また、ＣＤＭＡ通信システムを具体的に参照して説明した本発明によるレート 決定の概念は、本発明にしたがって時分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）通信システ ムに適用する 、ボイス活動検出（ＶＡＤ）にも拡張することができる。この実施形態では、第 ２図のＲＤＡブロック２４８の機能性を、ボイス活動検出（ＶＡＤ）の機能性と 置換し、ＶＡＤブロック２４８の出力がＶＡＤ判断となり、これが同様に音声コ ーダに入力される。ＶＡＤブロック２４８を出るボイス活動がTRUEかFALSEかに ついて判定するために行われるステップは、第７図のフロー・チャートと同様で あり、第８図に示す。第８図に示すように、ステップ７０３ないし７１５は、第 ７図に示すものと同一である。しかしながら、ステップ７１５における検査が偽 の場合、ステップ８１８においてＶＡＤは偽であると判定され、フローはステッ プ７２１に進み、ハングオーバを実施する。ステップ７１５における検査が真の 場合、ステップ８２７においてＶＡＤはTRUEと判定され、フローはステップ７３ ３に進み、ハングオーバを実施する。 以下の請求の範囲における機能要素を加えた手段または段階全ての対応する構 造，材料，動作および同等物は、具体的に特許請求されている他の請求項の要素 と組み合わせて当該機能を実行するためのあらゆる構造，材料，または動作も含 むことを意図するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｌ 29/08 Ｈ０４Ｌ 13/00 ３０７Ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．通信システムにおいて送信レートを決定する装置であって： ノイズ抑制システムに入力される信号における背景ノイズを抑制するノイズ抑 制システムであって、該背景ノイズの抑制に関連するパラメータを発生する、ノ イズ抑制システム；および 入力として、前記ノイズ抑制システムが発生する前記パラメータを有し、音声 コーダによって使用するための送信レート情報を発生するレート決定手段； から成ることを特徴とする装置。 ２．前記ノイズ抑制システムは、実質的に、ＩＳ−１２７において規定されてい る、ノイズ抑制システムであることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．前記ノイズ抑制システムによって発生するパラメータは、突発的に増大した 背景ノイズによって、前記ノイズ抑制システムが背景ノイズを誤って分類した場 合に、該ノイズ抑制システムを回復させる制御信号を含むことを特徴とする請求 項１記載の装置。 ４．通信システムにおいて送信レートを決定する装置であ って： 現情報フレームにおけるチャネル・エネルギを推定する手段； 入力として前記推定チャネル・エネルギを有し、前記現情報フレームに対する 推定チャネル・エネルギと複数の過去の情報フレームのエネルギとの差を判定し 、現フレームに対する全チャネル・エネルギ推定値を生成する手段； 前記現情報フレームの信号対ノイズ比の推定値に基づいて、ボイス・メトリッ クを決定する手段； 前記推定チャネル・エネルギに基づいて、全推定ノイズ・エネルギを生成する 手段； 現フレームに対する前記全チャネル・エネルギ推定値，前記ボイス・メトリッ クおよび前記全推定ノイズ・エネルギに基づいて、前記情報フレームの送信レー トを決定する手段； から成ることを特徴とする装置。 ５．入力として、前記現情報フレームに対する全チャネル・エネルギ推定値，前 記現情報フレームのピーク対平均比率，前記現フレームと過去のフレームとの間 のスペクトル偏差および前記ボイス・メトリックを有し、所定の種類の信号が存 在する場合に、ノイズ推定値を更新するのを防止する制御信号を生成する手段を 更に備えることを特徴とする請求項４記載の装置。 ６．前記制御信号は、階調信号が存在する場合に、ノイズ推定値を更新するのを 防止することを特徴とする請求項５記載の装置。 ７．所定の種類の信号が存在する場合にノイズ推定値を更新するのを防止する前 記制御信号は、前記通信システムを検査する目的のために、正弦波を最高レート で送信させることを特徴とする請求項５記載の装置。 ８．通信システムにおいて情報フレームに対する送信レートを決定する方法であ って： 現情報フレームのピーク信号対ノイズ比から、第１ボイス・メトリック・スレ シホルドを決定する段階； ボイス・メトリックを前記第１ボイス・メトリック・スレシホルドと比較する 段階； 前記ボイス・メトリックが前記第１ボイス・メトリック・スレシホルド未満で ある場合、前記情報フレームを第１レートで送信する段階； 前記ボイス・メトリックが前記第１ボイス・メトリック・スレシホルドよりも 大きい場合、前記ボイス・メトリックを第２ボイス・メトリック・スレシホルド と比較する段階； 前記ボイス・メトリックが前記第２ボイス・メトリック ・スレシホルド未満である場合、前記情報フレームを第２レートで送信する段階 ；および 前記ボイス・メトリックが前記第２ボイス・メトリック・スレシホルドよりも 大きい場合、前記情報フレームを第３レートで送信する段階； から成ることを特徴とする方法。 ９．前記第１レートは１／８レートであり、前記第２レートは１／２レートであ り、前記第３レートは、ＩＳ−９５において規定されている、符号分割多元接続 （ＣＤＭＡ）通信システムにおける最大レートであることを特徴とする請求項８ 記載の方法。 １０．前記第１レートは、無音記述（ＳＩＤ）フレームを備え、前記第２および 第３レートは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信システムにおける通常レートの フレームであることを特徴とする請求項８記載の方法。