JP2002525666A - Celp符号化/復号方法と装置 - Google Patents
Celp符号化/復号方法と装置Info
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Abstract
Description
復号方法と装置、およびマルチコードブック構造に関するものである。
ルタを励起するための励起ベクトルを格納するためにコードブックを使用する。
ビットレートが高い場合には、このコードブックは多くの種類の音声タイプに対
応するために多くの励起ベクトルを格納している。しかし、ビットレートが低い
場合、例えば、4〜7kbits/sの場合、コードブック索引として使用できるビッ
ト数は限定されているので、選択可能なベクトルの数は少ない。したがって、ビ
ットレートの低いコーダは正確さと種類の多さの間の妥協の産物である。この種
のコーダはある種の音声に関してはきれいな会話品質を提供するが、他の音声に
関しては音声品質が不十分である。
ードによる解決手法が数多く提案されている[文献1〜5]。
を制御する動的なビット割り当てによる可変ビットレート符号化方法を開示する
ものである。
ドブックを使用する一定ビットレート符号化方法を開示するものである。符号化
すべき音声のタイプがどのコードブックを使用すべきかを制御する。
使用するためにモード情報を符号化器から復号器に送信しなければならないとい
う欠点を有する。
ド符号化方法を開示するものである。この文献では、1つの符号化モードから別
の符号化モードに変更するには、既に決定されている、前のサブフレームの適用
コードブック利得を使用する。このパラメータはいずれにしても符号化器から復
号器に伝達されるものなので、新たな情報が必要になるわけではない。しかし、
この方法は伝送チャネルが引き起こす利得計数内のビットエラーに敏感である。
する必要がない、符号化方法を改善した、符号化/復号手順である。
達成する。各コードブックは、それぞれ何らかの信号に対しては弱いが、他のコ
ードブックはこの信号に対しては弱くない。スピーチブロックごとにこれらのコ
ードブックを(信号のタイプによらずに)決定論的に変更することで、符号化品
質が向上する。符号化器と復号器が同じ決定論的な切替アルゴリズムを使用して
いるので、特定のスピーチブロックに対して選択されたコードブックに関する情
報を送信する必要はない。
によって理解される。
合成部分のブロック図である。コードブック10から選択されたコードベクトル
は利得ブロック12においてスケールファクタGで大きさを調整されて長期予測
器14に渡され、次に短期予測器16に渡される。短期予測器16からの出力信
号は、(可能性のあるポストプロセス前の)最終的な合成音声信号S−(n)で
ある。長期予測器14は、制御ライン18の制御信号によって制御され、当該制
御信号には、スケールファクタ(gain)と遅延(lag)が含まれる。同様に、短
期予測器16は制御ライン20上のフィルタ計数を表す制御信号によって制御さ
れる。符号化器は制御ライン18,20上の制御信号と検索処理(合成による解
析)によって最適なコードブックベクトルを決定し、復号器は同じ制御信号とコ
ードブックベクトルを伝達チャネルを介して受信した情報に基づいて決定する。
図である。エレメント12から20は図1に示した先行技術の同じ番号を振った
エレメントに対応する。しかし、図1では1つのコードブック10が与えられて
いたのに対して、本発明に基づく装置の場合には、同じ長さのベクトルを有する
同サイズのコードブック10A−Dを具備する。図2では4つのコードブックを
示してあるが、コードブックの数はこれより多くても少なくても良い。しかし、
少なくとも2つのコードブックを有するものでなければならない。ビットレート
が低いので、各コードブックには何らかの弱点が存在する。したがって、コード
ブックは、一組を構成する異なるコードブックが互いに同じ弱点を有しないよう
に設計/教示されている。
(典型的には40ディメンジョンの)「針クッション」と考えることである。こ
のモデルでは、教示されていない確率的コードブックは、コードベクトルがすべ
ての「方向」に均一に分布した(コードブックは「ホワイト」である)「超球体
」針クッションによって表現される。上述の教示過程は、このベクトルを、特定
の「方向」に対して他の「方向」よりも多くの針が向けられるように針を再配置
することに相当する。針が最も少ない「方向」は、コードブックの弱点に相当す
る。コードブックは、共通の弱点を有することがないように、それぞれ異なった
教示を受ける。
参照。この種のコードブックは、例えば、40サンプルの長さを有するコードベ
クトルを有する。しかし、ゼロでない値を有するサンプル位置は非常に少ない。
さらに、この種の代数的なコードブックの多くでは、許容される値は(ゼロでな
い値は)+1あるいは−1である。
AからDを示す図である。これらのコードブックは40のサンプルを有しており
、音声の5msのサブフレームに対応する。各コードブックは2つのトラックか
らなる組TRACK 0とTRACK 1とを有している。各トラックは8つの
可能なパルス位置Pを有している。例えば、コードブックBの、第1のトラック
の組TRACK 0の第2のトラックの許容されるパルス位置は、サンプル位置
3、8、13、18、23、28、33、38である。図3にも示されているよ
うに、コードブックの他のトラックは又別の可能なパルス位置を有している。さ
らに、1つのコードブックのトラックは別のコードブックの異なるトラックと同
じであっても良い。最終的に、各コードブックは図3においてx印をつけたサン
プル位置を除外している。これらはコードブックの「弱点」である。このコード
ブック構造は以下の表に要約することができる。
パルスを位置付け、トラックの組のトラック1に許容される位置のうちの1つの
パルスを位置付ける。このパルスの組み合わせはコードベクトルの組の可能性が
あるものとして使用される。グループには4つの可能性のあるコードベクトル、
つまり、2つの正のパルスを有する1つのベクトル、2つの負のパルスを有する
1つのベクトル、及び1つの正のパルスと1つの負のパルスを有する2つのベク
トルが含まれる。トラックの組の各2つのトラックにおいてパルスの位置をシフ
トさせることによって、同様な別のコードベクトルの組を作ることができる。ト
ラックペア1に関しても同様の原理を適用することができる。可能な組み合わせ
をそれぞれテストすることで、最も好ましいコードベクトルが選択される。この
コードベクトルは対応するトラックの組、このトラックの組における2つのパル
ス位置、及びパルスの符号によって定義される。このことは、トラックの組を特
定するために1ビット、パルスの位置を特定するために2x3=6ビット(トラ
ックごとに8つの位置が可能であるので3ビット必要)、および各パルスの符号
を特定するために2ビット必要である。したがって、合計9ビットによってコー
ドベクトルを定義することができる。
ブフレーム(典型的にはブロックの長さは5から10msである)信号ブロック
を符号化/復号するために1組のコードブックから1つのコードブックを選択す
る。これは、制御ライン24の制御信号によってスイッチ23を制御することに
よって行うことができる。スイッチ23は、信号のタイプには無関係な決定論的
な選択手順によって制御される。ここで、「決定論的」とは、コードブック選択
器22が、各信号ブロックを符号化/復号するために一群のコードブックから1
つのコードブックを選択するが、信号のタイプに関する情報無しでこれを行い、
この選択アルゴリズムは符号化器と復号器で同じであり、このアルゴリズムは符
号化器から復号器に送られる必要がないことを意味する。符号化器は上述の検索
手順に従って選択したコードブックから最善のベクトルを決定し、復号器は受信
した「インデックス」(コードベクトル識別子)を使用して同じコードブックか
ら対応するベクトルを選択する。
弱点挙動は同じではない。信号ブロックごとにコードブックを決定論的に変更す
ることで、各コードブックが有する欠点は時間と共に克服される。符号化され後
に復号された音声信号の聞き取りによる音声品質は、スイッチアルゴリズムでは
信号タイプを無視したにもかかわらず、向上していることが発見された。このこ
とは、1つのコードブックで生じた変形がサブフレームやブロックにわたって繰
り返されないことによってのみ説明することができる。代りに、変化する変形は
平滑化されて消滅する。したがって、このビットレートが低い(マルチ)コード
ブックによる変形は、継続的に繰り返されることがないので、耳障りではない。
番に繰り返し選択することである。コードブックの数がフレーム内のサブフレー
ムの数と同じで、符号化器と復号器のコードブックカウンタがフレームごとにリ
セットされるなら、符号化器と復号器は自動的に同期することになる。さもなけ
れば、符号化器と復号器において、呼び接続とハンドオーバ時に、nをコードブ
ックの数として、nカウンタのモジューロをリセットすることで同期させること
ができる。
に、擬ランダムシーケンスを使用することである。この場合は、擬ランダムシー
ケンスを作成するアルゴリズムの初期値は符号化器と復号器の両方に知られたも
のである。符号化器と復号器の間の同期は、例えば、コードブック検索の前に決
定して分析する、送信されて受信されたフレームパラメータに基づく擬ランダム
シーケンスによって達成することができる。
図である。この実施例は図2に示した実施例と類似であるが、複数のコードブッ
クの組26A−Cを有する。コードブックの各組に属するコードブックの弱点は
図2に示したものと同様に異なるが、各組は、信号タイプが異なる場合や背景音
のレベルの相違等、異なる状況に対応している。各組の設計は、例えば、文献5
に記載された原則に従って行うことができる。図4は、コードブックの組が3つ
である場合を示しているが、コードブックの組は2または3より大きな数であっ
ても良い。
チ23A−Cおよび制御ライン24A−Cによって、決定論的に選択される。し
かし、組の中からコードブックを選択する前に、セット選択器28がスイッチ2
9と制御ライン30でどのセットを使用すべきかを決定する。セット選択器28
は、既に決定されている、ライン18,20と利得エレメント12のパラメータ
に含まれる情報に基づいて選択を行う。この情報は、例えば、LPC(線形予測
符号化)またはLTP(長期予測器)パラメータまたはLPCとLTPのパラメ
ータの組み合わせである。例えば、LTPパラメータの検出された定常性を信号
のタイプを示す指標として使用することができる。
器に伝達される事実のために、組の選択に関する情報を伝達するためにバンドは
場が失われることはない。組の特定のためには、チャネル保護されたパラメータ
のみを使用するのが好ましい。さらに、図4に示した符号化器/復号器の特に好
ましい実施例は、エラー検出を有するチャネル保護されたパラメータの一部のみ
を利用して使用すべきコードブックの組を決定する。例えば、9ラグビットのG
SMシステム6では、LTPパラメータの4つの利得ビットのうちの3つにエラ
ー検出が提供される。好ましくは、これらのビットを(例えば、20msにわた
って)定常性のテストのために使用してコードブックの組を決定するために使用
する。
た実施例では、コードブックの組26A−Cごとに異なる数のコードブックを選
択することができる。このためには、スイッチ23A−Cごとに別々の制御ライ
ンが必要で、各組ごとのコードブック選択器22には別のスイッチアルゴリズム
が必要である。すべての組に含まれるコードブックの数が同じであれば、すべて
のスイッチに共通の制御ラインを使用することも可能である。さらに、この実施
例の場合には、(因果律の観点から許容されるなら)組を逆転させたりコードブ
ックの選択を逆にすることも可能になる。
または複数のマイクロプロセッサあるいはマイクロ/信号プロセッサの組み合わ
せの形で実現される。
る。図示した方法は、まずS1において符号化/復号すべき次のブロックを選択
することからスタートする。ステップS2では決定論的な選択アルゴリズムにし
たがってコードブック番号を選択する。ステップS3では、選択したコードブッ
クから最適なベクトルの選択/読み出しを行う。次に、繰り返しのためにステッ
プS1に戻る。図3に示した実施例のように、コードブックの組を複数使用する
場合には、適当なコードブックの組を決定するステップS4がさらに設けられる
(図5では破線で示した)。このステップS4は、S2に先行するか(因果律の
観点から許容されるなら)S2に続いて行われる。
なく多くの変形をなしえることは当業者には自明である。
図である。
である。
的コードブックの構造を示す図である。
ク図である。
。
Claims (25)
- 【請求項1】 信号ブロックごとに、信号のタイプとは独立に決定論的な
方法によって対応するコードブック識別子を選択し、 前記選択されたコードブック識別子を有するコードブックを使用して各信号ブ
ロックを符号化/復号する、マルチコードブック、固定ビットレートCELP信
号ブロック符号化/復号方法。 - 【請求項2】 コードブックの組を複数準備し、 信号ブロックごとに、既に決定されている他の信号ブロック特性パラメータの
値に基づいて対応するコードブックの組を決定し、 信号ブロックごとに、信号のタイプとは独立に決定論的な選択方法によって、
上記の決定された組における対応コードブックの識別子を選択し、 前記決定されたコードブックの組の前記選択されたコードブック識別子を有す
るコードブックを使用して各信号ブロックを符号化/復号することを特徴とする
請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 各信号ブロックに対して、信号のタイプとは独立に決定論的
な選択方法に従って対応するコードブック識別子を選択し、 コードブックの組を複数準備し、 信号ブロックごとに、既に決定されている他の信号ブロック特性パラメータの
値に基づいて対応するコードブックの組を決定し、 前記決定されたコードブックの組の前記選択されたコードブック識別子を有す
るコードブックを使用して各信号ブロックを符号化/復号することを特徴とする
請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記他のパラメータはチャネル保護されていることを特徴と
する請求項2または3に記載の方法。 - 【請求項5】 エラー検出を許容する前記チャネル保護されたパラメータの
一部のみを使用することを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 前記決定論的な選択方法は、前記コードブックの組のコード
ブック識別子を繰り返し選択するものであることを特徴とする請求項1ないし5
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 前記決定論的な選択方法が、前記コードブックの組のコード
ブック識別子をランダムに順次選択するものであることを特徴とする請求項1な
いし5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 前記コードブックは固定のコードブックであることを特徴と
する請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 前記コードブックは代数的コードブックであることを特徴と
する請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 前記信号ブロックがオーディオフレームであることを特徴
とする請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 前記信号ブロックはオーディオサブフレームであることを
特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。 - 【請求項12】 信号ブロックごとに、信号のタイプとは独立の決定論的な
選択方法に従って対応するコードブック識別子を選択するコードブック選択器(
22)と、 前記選択されたコードブック識別子を有するコードブックを使用して各信号ブ
ロックを符号化/復号する手段とを具備するマルチコードブック固定ビットレー
トCELP信号ブロック符号化/復号装置。 - 【請求項13】 コードブックの組(26A−C)を複数有し、 信号ブロックごとに、既に決定されている他の信号ブロック特性パラメータの
値に基づいて対応するコードブックの組を決定する組選択器(28)と、 信号ブロックごとに、信号のタイプとは独立に決定論的な選択方法によって、
上記の決定された組における対応コードブックの識別子を選択するコードブック
選択器(22)と、 前記決定されたコードブックの組の前記選択されたコードブック識別子を有す
るコードブックを使用して各信号ブロックを符号化/復号する手段を具備するこ
とを特徴とする請求項12に記載の符号化/復号装置。 - 【請求項14】 信号ブロックごとに、信号のタイプとは独立の決定論的な
選択方法に従って対応するコードブック識別子を選択するコードブック選択器(
22)と、 コードブックの複数の組(26A−C)と、 信号ブロックごとに、既に決定されている他の信号ブロック特性パラメータの
値に基づいて対応するコードブックの組を決定する組選択器(28)と、 前記決定されたコードブックの組の前記選択されたコードブック識別子を有す
るコードブックを使用して各信号ブロックを符号化/復号する手段を具備するこ
とを特徴とする請求項12に記載の符号化/復号装置。 - 【請求項15】 前記コードブック選択器(22)は、コードブックの組に
属するコードブック識別子を繰り返して順次選択することを特徴とする請求項1
2、13、14のいずれかに記載の符号化/復号装置。 - 【請求項16】 前記コードブック選択器(22)は、コードブックの組に
属するコードブック識別子をランダムに順次選択することを特徴とする請求項1
2、13、14のいずれかに記載の符号化/復号装置。 - 【請求項17】 前記コードブック(10A−D)は固定コードブックであ
ることを特徴とする請求項12ないし16のいずれかに記載の符号化/復号装置
。 - 【請求項18】 前記コードブック(10A−D)は代数的コードブックで
あることを特徴とする請求項17に記載の符号化/復号装置。 - 【請求項19】 信号ブロックごとに、信号のタイプとは独立に決定論的な
方法によって対応するコードブック識別子を選択することを特徴とするマルチコ
ードブック固定ビットレートCELP信号ブロック符号化/復号のためのコード
ブック選択方法。 - 【請求項20】 前記決定論的な選択方法は、コードブックの組に属するコ
ードブック識別子を繰り返して順次選択することを特徴とする請求項19に記載
の方法。 - 【請求項21】 前記決定論的な選択方法は、コードブックの組に属するコ
ードブック識別子をランダムに順次選択することを特徴とする請求項19に記載
の方法。 - 【請求項22】 信号ブロックごとに、信号のタイプとは独立の決定論的な
選択方法に従って対応するコードブック識別子を選択するコードブック選択器(
22)を具備することを特徴とする、マルチコードブック固定ビットレートCE
LP信号ブロック符号化/復号のためのコードブック選択装置。 - 【請求項23】 前記コードブック選択器(22)は、コードブックの組に
属するコードブック識別子を繰り返して順次選択することを特徴とする請求項2
2に記載の符号化/復号装置。 - 【請求項24】 前記コードブック選択器(22)は、コードブックの組に
属するコードブック識別子をランダムに順次選択することを特徴とする請求項2
2に記載の符号化/復号装置。 - 【請求項25】 各コードブックは、予め設定された許容されるパルス位置
と除外されたパルス位置が異なる区別された複数のトラックを有しており、 各コードブックは異なる除外されたパルス位置を有していることを特徴とする
代数的マルチコードブック構造。
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