JP2009187012A - 広帯域信号の狭帯域信号への強化された変換 - Google Patents

Abstract

【課題】音響品質の損失なしに広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号へ変換する技術の提供。
【解決手段】送信媒体または目的地端末が狭帯域の制約で構成される場合には、広帯域スピーチ信号は狭帯域スピーチ信号に変換されなければならない。典型的な広帯域から狭帯域への変換方法はローパスフィルタとダウンサンプラを使用して３４００Ｈｚを超える周波数を除去することである。しかしながらこの方法は、結果的な狭帯域信号が平坦な周波数応答を有するので消音されたスピーチ音を発生する。広帯域から狭帯域へ変換された信号の音響品質を強化するための方法および装置がここで与えられる。帯域幅スイッチングフィルタは広帯域信号の中間範囲周波数部分を強調するために使用され、結果的な狭帯域信号は平坦ではない周波数スペクトルを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は通信システムに関し、特に広帯域信号の狭帯域信号への強化された変換に関する。

無線通信分野は例えばコードレス電話、ページング、無線ローカルループ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、インターネット電話、衛星通信システムを含む多数の応用を有する。特に重要な応用は移動体加入者用のセルラ電話システムである（ここで使用されるように、用語“セルラ”システムはセルラおよびパーソナル通信サービス（ＰＣＳ）周波数の両者を含んでいる）。種々の無線インターフェースは周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）を含むこのようなセルラ電話システムに対して開発されている。それに関係して、種々の国内および国際標準方式が設定されており、それらには例えばAdvanced Mobile Phone Service（ＡＭＰＳ）、Global System for Mobile（ＧＳＭ）、暫定標準９５（ＩＳ−９５）含まれている。特にＩＳ−９５とそこからの派生であるＩＳ−９５Ａ、ＩＳ−９５Ｂ、ＡＮＳＩ Ｊ−ＳＴＤ−００８（しばしば集合的にここではＩＳ−９５と呼ぶ）および提案されたデータの高データレートシステム等が米国電気通信工業会（ＴＩＡ）と国際電気通信連合（ＩＴＵ）と他のよく知られた標準団体により公表されている。

ＩＳ−９５標準方式にしたがって構成されたセルラ電話システムは高い効率で頑丈なセルラ電話サービスを提供するためにＣＤＭＡ信号処理技術を使用する。実質上ＩＳ−９５標準方式の使用にしたがった例示的なセルラ電話システムは米国特許第5,103,459号明細書および第4,901,307号明細書に記載されており、これらは本発明の出願人に譲渡され、ここで参考文献とされている。ＣＤＭＡ技術を使用するシステムを説明している１例はＴＩＡにより発行されたｃｄｍａ２０００ ＩＴＵ−Ｒ無線送信技術（ＲＴＴ）候補提案（ここではｃｄｍａ２０００と呼ぶ）である。ｃｄｍａ２０００の標準方式はＩＳ−２０００のドラフトバージョンで与えられ、ＴＩＡによって承認されている。ｃｄｍａ２０００提案は多数の方法でＩＳ−９５システムと両立する。別のＣＤＭＡ標準は文献（3rd Genaration Partnership Project "3GPP"、文書番号3G TS 25.211、3G TS 25.212、3G TS 25.213、3G TS 25.214）に記載されており、Ｗ−ＣＤＭＡ標準方式である。

伝統的な陸線電話システムでは、送信媒体と端末は４０００Ｈｚまでに帯域を限定されている。スピーチは典型的に３００Ｈｚから３４００Ｈｚの狭い範囲で送信され、制御および信号発信オーバーヘッドはこの範囲外で伝送される。陸線電話システムの物理的な制約を考慮すると、セルラ電話システム内の信号伝播はこれらの同一の狭周波数制約で実行され、したがってセルラ加入者装置から発生する呼は陸線装置へ送信されることができる。しかしながら、狭い周波数範囲を必要とする物理的制限がセルラシステム内に存在しないので、セルラ電話システムはさらに広い周波数範囲で信号を送信できる。さらに広い周波数範囲で信号を発生するための例示的な標準方式は1989年に出版され、題名が“7kHz Audio-Coding within 64 kBits/s”の文書G.722 ITU-T に公表されている。

スピーチ信号の送信では、音響波形の知覚品質はユーザとサービスプロバイダに対する主要な重要性である。無線通信システムが５０Ｈｚ乃至７０００Ｈｚの広帯域周波数範囲で信号を送信するならば、広帯域信号が広帯域信号の高周波数成分を減衰する狭帯域環境内で終端するときに変換の問題が生じる。したがって音響品質の損失なしに広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号へ変換することができる技術の必要性が存在する。

広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換する優秀な方法および装置が提供される。１特徴では、広帯域の信号を狭帯域の信号に変換する装置が提供され、その装置は広帯域の信号の周波数応答の中間範囲の部分を強調し、広帯域の信号の周波数応答の高い範囲の部分を減衰するためのフィルタを具備し、ここでフィルタの出力は平坦ではない周波数応答を有する狭帯域信号であり、さらに広帯域の信号のサンプリングレートをデシメートするためのダウンサンプラを具備している。

別の特徴では、広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換する装置は、広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換するか否かを決定する制御素子と、この制御素子に結合するスイッチとを具備し、ここでは制御素子は広帯域スピーチ信号が変換されることを決定したならばスイッチを付勢し、さらに、スイッチが付勢されるならば広帯域スピーチ信号を受信する帯域幅スイッチングフィルタを具備し、ここでは帯域幅スイッチングフィルタは平坦ではない周波数スペクトルを有する出力信号を生成するために広帯域スピーチ信号の周波数スペクトルの一部を強調し、さらに帯域幅スイッチングフィルタの出力信号をデシメートするためのダウンサンプラとを具備している。

別の特徴では、広帯域スピーチ信号を復号し、広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換する装置が提供され、その装置は合成された広帯域スピーチ信号を生成するスピーチ合成素子と、合成された広帯域スピーチ信号を強調するためのポスト処理素子とを具備し、ここではポスト処理素子はさらにポストフィルタ素子と、合成された広帯域スピーチ信号の周波数スペクトルの中間範囲を強調し合成された広帯域スピーチ信号の周波数スペクトルの高い周波数範囲を減衰するための帯域幅スイッチングフィルタとを具備している。

別の特徴では、無線通信システムで発生された広帯域波形を送信する方法が提供され、その方法は、基地局で広帯域波形を伝送する信号を受信し、ここで広帯域波形はさらに基地局からターゲットの目的地へ送信され、ターゲットの目的地が広帯域波形を処理することができるか否かを決定し、ターゲットの目的地が広帯域波形を処理できないならば、広帯域波形を平坦ではない周波数応答特性を有する狭帯域波形に変換し、ターゲットの目的地が広帯域波形を処理できるならば、広帯域波形を狭帯域波形に変換せずに基地局から広帯域波形をターゲットの目的地へ送信するステップを含んでいる。

別の特徴では、ターゲットの目的地が広帯域ボコーダによりサポートされるか否かの決定は、パルス符号変調（ＰＣＭ）信号内に検出コードを埋設し、ここでＰＣＭ信号は広帯域波形を伝送し、ターゲットの目的地が検出コードを検出したならば、第２の基地局を経てターゲットの目的地から検出コードの承認を送信し、ここで第２の基地局はターゲットの目的地と無線通信システムとの通信をサポートする。

例示的な通信システムの図。 平坦な狭帯域周波数応答特性のグラフと、１００Ｈｚと３４００Ｈｚとの間の周波数を強調する狭帯域フィルタのスペクトルのグラフ。 平坦な広帯域周波数応答特性のグラフと、好ましい周波数応答特性のグラフと、別の好ましい周波数応答特性のグラフと、さらに別の好ましい周波数応答特性のグラフ。 デコーダに結合された広帯域から狭帯域への変換装置のブロック図。 デコーダに結合された別の広帯域から狭帯域への変換装置のブロック図。 平坦ではない周波数応答特性を有する信号を出力する広帯域デコーダのブロック図。 広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号へ変換するか否かを決定するための方法のフローチャート。 広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号へ変換するか否かを決定するための別の方法のフローチャート。

図１に示されているように、無線通信ネットワーク10は通常、複数の移動局（加入者装置またはユーザ装置とも呼ぶ）12a-12d 、複数の基地局（基地局トランシーバ（ＢＴＳ）またはノードＢとも呼ぶ）14a-14c 、基地局制御装置（ＢＳＣ）（無線ネットワーク制御装置またはパケット制御機能16とも呼ぶ）、移動体スイッチングセンタ（ＭＳＣ）またはスイッチ24、パケットデータサービングノード（ＰＤＳＮ）またはインターネットワーキング機能（ＩＷＦ）20、公共交換電話網（ＰＳＴＮ）22（典型的に電話会社）、インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワーク18（典型的にインターネット）を含んでいる。簡単にする目的で、４つの移動局12a-12d、３つの基地局14a-14c、１つのＢＳＣ16、１つのＭＳＣ18、１つのＰＤＳＮ20が示されている。任意の数の移動局12、基地局14、ＢＳＣ16、ＭＳＣ18、ＰＤＳＮ20が存在できることが当業者により理解されるであろう。

１実施形態では、無線通信ネットワーク10はパケットデータサービスネットワークである。移動局12a-12dはポータブル電話、ラップトップコンピュータが動作するＩＰベースのウェブブラウザアプリケーションに接続されたセルラ電話、関連するハンドフリーカーキットと、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）が動作するＩＰベースのウェブブラウザアプリケーションと、ポータブルコンピュータに構成された無線通信モジュールまたは無線ローカルループまたはメートル読取りシステムで見られるような固定した位置通信モジュールに接続するセルラ電話等の任意の数の異なるタイプの無線通信装置である。最も一般的な実施形態では、移動局は任意のタイプの通信装置であってもよい。

移動局12a-12dは例えばＥＩＡ／ＴＩＡ／ＩＳ−７０７標準方式に記載されているような１以上の無線パケットデータプロトコルを実行するように構成されている。特別な実施形態では、移動局12a-12d はＩＰネットワーク24を目的地とするＩＰパケットを発生し、二地点間プロトコル（ＰＰＰ）を使用してＩＰパケットをフレームへカプセル化する。

１実施形態では、ＩＰネットワーク24はＰＤＳＮ20へ結合され、そのＰＤＳＮ20はＭＳＣ18に結合され、ＭＳＣ18はＢＳＣ16とＰＳＴＮ22に結合され、ＢＳＣ16は例えばＥ１、Ｔ１、非同期転送モード（ＡＴＭ）、ＩＰ、フレーム中継、ＨＤＳＬ、ＡＤＳＬ、ｘＤＳＬを含んでいる任意の幾つかの知られたプロトコルにしたがって音声および／またはデータパケットの送信用に構成されたワイヤラインを経て基地局14a-14cに結合されている。別の実施形態では、ＢＳＣ16はＰＤＳＮ20に直接結合されており、ＭＳＣ18はＰＤＳＮ20に結合されていない。本発明の別の実施形態では、移動局12a-12dは、第３世代のPartnership Project 2"3GPP2"に規定され、ここで参考文献とされるＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−２０００−２−Ａ（草稿、編集バージョン３０）（1999年11月19日）として出版されている“Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems”3GPP2文書番号C.P0002-A、TIA PN-4694に記載されているＲＦインターフェースを通って基地局14a-14c と通信する。

無線通信ネットワーク10の典型的な動作中に、基地局14a-14cは電話呼、ウェブブラウジングまたは他のデータ通信に従事する種々の移動局12a-12dから逆方向リンク信号のセットを受信して復調する。所定の基地局14a-14c により受信される各逆方向リンク信号は基地局14a-14c内で処理される。各基地局14a-14c は順方向リンク信号のセットを変調し、移動局12a-12dへ送信することによって複数の移動局12a-12dと通信してもよい。例えば図１で示されているように、基地局14a は第１および第２の移動局12a、12bと同時に通信し、基地局14cは第３および第４の移動局12c、12dと同時に通信する。結果的なパケットはＢＳＣ16へ転送され、これは呼リソース割当てと、１つの基地局14a-14c から別の基地局14a-14cへ特定の移動局12a-12dの呼のソフトハンドオフのオーケストレーションを含む移動性管理機能を提供する。例えば移動局12c は２つの基地局14b、14cと同時に通信している。したがって、移動局12cが基地局14cの１つから十分に離れるように移動するとき、呼は他の基地局14bへハンドオフされる。

送信が通常の電話呼であるならば、ＢＳＣ16は受信されたデータをＭＳＣ18へ伝送し、このＭＳＣ18はＰＳＴＮ22とのインターフェースの付加的なルート設定サービスを行う。送信がＩＰネットワーク24を目的地とするデータ呼のようなパケットベースの送信であるならば、ＭＳＣ18はデータパケットをＰＤＳＮ20に伝送し、このＰＤＳＮ20はパケットをＩＰネットワーク24へ送信する。代わりに、ＢＳＣ16はパケットを直接的にＰＤＳＮ20へ伝送し、ＰＤＳＮ20はパケットをＩＰネットワーク24へ送信する。

典型的に、デジタル信号へのアナログ音声信号の変換はエンコーダにより行われ、デジタル信号を音声信号へ戻す変換はデコーダにより行われる。例示的なＣＤＭＡシステムでは、エンコード部分とデコード部分との両者を具備するボコーダは移動体装置と基地局内で照合される。例示的なボコーダは発明の名称“Variable Rate Vocoder”の米国特許第5,414,796 号明細書に記載されており、これは本出願人に譲渡され、ここで参考文献とされている。ボコーダでは、エンコード部分は人間のスピーチ生成のモデルに関連するパラメータを抽出する。デコード部分は送信チャンネルで受信されたパラメータを使用してスピーチを再合成する。モデルは時間で変化するスピーチ信号を正確にモデル化するために常に変化している。したがってスピーチはパラメータが計算される期間中に時間ブロックまたは解析フレームに分割される。パラメータはその後、各新しいフレームで更新される。ここで使用されるように、用語“デコーダ”は送信媒体上で受信されているデジタル信号の変換に使用されることができる任意の装置または装置の任意の部分を指している。ここで説明する実施形態はＣＤＭＡシステムのボコーダおよびＣＤＭＡではないシステムのデコーダで実行されることができる。

音響スピーチは通常低および高周波数成分から構成される。しかしながら、通常の電話システムの物理的限定のために、入力スピーチは２００Ｈｚ乃至３４００Ｈｚの狭い範囲に限定される帯域である。フィルタは出力波形を生成するために入力波形の周波数スペクトルを変更する装置である。このような変形は転送機能Ｈ（ｆ）＝Ｙ（ｆ）／Ｘ（ｆ）により特徴付けされることができ、これは変更された出力波形ｙ（ｔ）を周波数ドメインのもとの入力波形ｘ（ｔ）に関連させる。

図２のＡは平坦な周波数応答特性を有する狭帯域フィルタのスペクトルを示している。この特性を有する装置の１例はマイクロホンである。示されているように、低い周波数は過度に強調され、高い周波数は遮断（cut off ）される。このフィルタを通過する入力信号は人間の耳に知覚的に不快な出力波形を生じ、即ち濾波されたスピーチは消音される。

図２のＢは１０００Ｈｚと３４００Ｈｚとの間の周波数を強調する狭帯域フィルタのスペクトルを示している。この例では、低い周波数は減衰されるが、１０００Ｈｚと３４００Ｈｚとの間の周波数スペクトルが強調される。この周波数範囲の強調は３４００Ｈｚを超える周波数成分の省略を知覚的に補償する。さらに“自然”で理解できる音声は濾波された信号を聞くときエンドユーザにより知覚される。

無線電話の改良により、多数の無線通信システムは５０Ｈｚ乃至７０００Ｈｚの広い範囲の音響信号を伝播できる。このような信号は広帯域信号と呼ばれる。この周波数範囲を使用する通信は1989年に出版された“7kHz Audio-Coding within 64 kBits/s”と題する文書G.722 ITU-Tで標準化されている。７０００Ｈｚまでの周波数成分は広帯域システムにより伝送されることができるので、典型的な広帯域デコーダは平坦な周波数応答特性で構成されることができる。図３のＡは平坦な広帯域周波数応答特性のグラフである。３４００Ｈｚと７０００Ｈｚとの間の周波数成分が含まれるので、強調は必要とされない。これらの高い周波数成分を含むと、１０００Ｈｚと３４００Ｈｚとの間の周波数範囲を強調する必要なく知覚的に理解できる波形を発生する。

しかしながら、広帯域信号が狭帯域の端末へ送信されるかまたは狭帯域システムを通過するときに問題が生じる。現在の技術状態では、広帯域信号は３４００Ｈｚの簡単な周波数カットオフにより狭帯域の端末／システムの制約に限定される帯域である。この広帯域から狭帯域への変換は広帯域信号がローパスフィルタを通過した後、その結果をダウンサンプリングすることにより実現されることができる。変換された広帯域信号のスペクトルは図２のＡのスペクトルに非常に似ている。前述したように、平坦な周波数応答特性は人間の知覚に許容できない波形を発生する。変換された狭帯域信号はエンドユーザに知覚的に快適であるように広帯域信号から狭帯域信号への変換を強調する必要性が現在存在する。ここで説明する実施形態は快適な可聴成分を維持しながら広帯域信号から狭帯域信号の変換を実現する。

図４は既存の広帯域デコーダに結合されることができる１実施形態のブロック図である。この実施形態は広帯域信号が狭帯域信号へ変換されるとき、信号情報の損失を減少するように構成された広帯域から狭帯域への変換装置である。信号情報の保存はエンドユーザに知覚的に快適な可聴信号を発生する。

基地局（図示せず）は広帯域デコーダ40へ入力するための情報ビットのストリームを受信する。広帯域デコーダ40はG.722 ITU-T または３４００Ｈｚに限定されている帯域ではない任意の他の波形にしたがって波形を出力するように構成されてもよい。波形の帯域幅の変化はこの実施形態の技術的範囲に影響しない。基地局の制御素子（図示せず）は広帯域幅デコーダ40の出力が狭帯域の端末に送信されるか否かについての決定を行う。広帯域信号から狭帯域信号へ変換するか否かを決定する方法および装置を以下説明する。広帯域デコーダ40の出力が狭帯域端末または狭帯域システムに送信されるならば、制御素子（図示せず）は広帯域から狭帯域への変換装置44へ広帯域デコーダ出力を送信するようにスイッチ42を付勢する。広帯域から狭帯域への変換装置44は帯域幅スイッチングフィルタ（ＢＳＦ）46を具備し、その出力はダウンサンプラ48に結合されている。

帯域幅スイッチングフィルタ46は周波数の中間範囲で５ｄＢ乃至１０ｄＢの勾配を有する曲線により特徴付けされる周波数応答特性を有する任意のフィルタによって構成されることができる。最適な中間範囲は１０００Ｈｚと３４００Ｈｚの間であるが、８００−３５００Ｈｚまたは１１００−３３００Ｈｚのような大きいまたは小さい範囲はこの実施形態の技術的範囲に影響せずに使用されることができる。中間範囲を超える周波数は狭帯域応答特性に近付けるために減衰される。図３のＢは所望の勾配を有する周波数応答特性の代表的な例である。しかしながら、異なって成形された曲線を有するフィルタも使用されることができる。例えば図３のＣはこの実施形態でも使用されることができる直線の勾配を有する周波数スペクトルを示している。図３のＤはスペクトルが変化する勾配を有する線形の区分的なセグメントを有している別の便利な周波数応答を示している。帯域幅スイッチングフィルタ46は一定のフィルタ係数を有する固定したフィルタとしてまたは更新されたフィルタ係数を有する適合性フィルタとして構成されることができる。この設計の選択は予め定められたシステムパラメータにしたがって行われ、本発明の技術的範囲に影響しない。

ダウンサンプラ48は入力シーケンスｘ（ｎ）からサンプルｙ（ｎ）の新しいシーケンスを決定することができる装置により構成されることができ、ｙ（ｎ）＝ｘ（Ｍｎ）であり、ここでＭは正の整数値である。

１実施形態では、広帯域信号は典型的に１６ｋＨｚでサンプルされ、狭帯域信号は典型的に８ｋＨｚでサンプルされるので、サンプルのデシメーションはＭ＝２のレートで生じる。デシメーションは帯域幅スイッチングフィルタ46により行われる濾波後に行われるので、補間装置は切換えられた信号のデシメート部分を回復するために狭帯域のターゲット端末で使用されることができる。

図５は広帯域デコーダに結合されている別の広帯域から狭帯域への切換え装置のブロック図である。この実施形態では、広帯域から狭帯域への切換え装置は広帯域信号から狭帯域信号へ切換えるために必要とされている計算の数を減少するように構成される。

基地局（図示せず）は広帯域デコーダ50へ入力するため情報ビット流を受信する。広帯域デコーダ50はG.722 ITU-T または本発明の技術的範囲に影響せずに３４００Ｈｚよりも高い周波数成分を有する任意の他の波形にしたがって波形を出力する。基地局の制御素子（図示せず）は広帯域デコーダ50の出力が狭帯域端末に送信されるか狭帯域システムを通過するかについて決定を行う。広帯域デコーダ50の出力が狭帯域端末に送信されるか狭帯域システムを通過するならば、制御素子（図示せず）は広帯域デコーダ出力を広帯域から狭帯域への変換装置54へ送信するようにスイッチ52を付勢する。広帯域から狭帯域への変換装置54はダウンサンプラ56を具備し、その出力は帯域幅スイッチングフィルタ（ＢＳＦ）58へ結合される。

１実施形態では、ダウンサンプラはレートＭ＝２でサンプルをデシメートする。典型的な広帯域システムでは、信号は１６ｋＨｚのレートでサンプルされる。ダウンサンプラがレートＭ＝２で動作するならば、半分のサンプルは廃棄され、帯域幅スイッチングフィルタ58は８ｋＨｚ信号で動作している。図５の帯域幅スイッチングフィルタ58は図４の帯域幅スイッチングフィルタ46よりも計算上複雑ではないように構成されることができる。しかしながら、図４の帯域幅スイッチングフィルタ46のように、帯域幅スイッチングフィルタ58は中間範囲周波数間で５−１０ｄＢの勾配を有する曲線によって特徴付けられる周波数応答特性を有する任意のフィルタで構成されることができる。

前述の実施形態は既存の広帯域デコーダを伴って使用されることができるアドオンコンポーネントとして説明されている。しかしながら優秀で自明ではない広帯域デコーダの実施形態が考えられ、出力信号の周波数スペクトルは高周波数強調を示す。

図６は平坦ではない周波数スペクトルを有する狭帯域信号を出力するように構成された広帯域デコーダ60の機能ブロック図である。デコーダ60はスピーチ合成素子62とポスト処理素子64とを具備している。スピーチ合成素子62はスピーチ信号と適切な励起信号のパラメータを伝送するスピーチ情報を受信する。スピーチ信号のパラメータ化の多くの例は線形予測コード化（ＬＰＣ）技術を使用し、フィルタモデルの係数は自己相関値からデコーダで再生成されることができる。その代わりにＬＰＣ係数値はエンコードソースからデコーダへ直接送信されることができる。種々の線形予測コード化技術のさらに詳細な説明は前述の米国特許第5,414,796 号明細書に記載されている。

スピーチ合成素子62から合成されたスピーチは通常理解可能である。しかしながら、合成されたスピーチの品質は歪みを受ける可能性がある。ポスト処理素子64はさらに“自然”効果を生成するように合成されたスピーチ信号の強調を必要とされる。ポスト処理素子64は少なくとも１つのポストフィルタ66と帯域幅スイッチングフィルタ68とを具備している。通常のポストフィルタ66はピッチポストフィルタ、フォルマントポストフィルタ、ティルト補償フィルタの組み合わせを具備することができる。しかしながら、通常のポストフィルタ66は信号の広帯域周波数スペクトル全体が処理されるので好ましい実施形態の所望の周波数強調を保証しない。ポストフィルタ66に結合されている帯域幅スイッチングフィルタ68は周波数の特別なサブグループの強調を保証する。制御素子（図示せず）は帯域幅スイッチングフィルタ68を通過するポストフィルタ66の出力を送信するか否かを制御する。

帯域幅スイッチングフィルタ68は前述の実施形態で説明されているように構成されることができ、スペクトルの大きさの曲線は約１０００Ｈｚと３４００Ｈｚの周波数範囲で少なくとも５ｄＢ乃至１０ｄＢの勾配を有する。帯域幅スイッチングフィルタ68とポストフィルタ66の配置の順序は本発明の技術的範囲に影響せずに変更されることができる。

図７は広帯域システム内で広帯域から狭帯域への信号変換を実行するか否かを決定するためのフローチャートである。ステップ70で、基地局内に位置する制御素子は加入者装置からの広帯域信号送信の到着を通知される。典型的な無線通信システムでは、このような任意の信号送信の到着の通知は呼設定または登録期間中に伝送される。呼設定期間中、信号送信の最終的な目的地アドレスに関する情報が制御素子に送信される。最終的な目的地アドレスはもとの加入者装置のユーザにより入力された電話番号またはユーザにより選択される記憶されたアドレスに典型的に対応する。呼設定処理の１例は“Method and Apparatus for Providing A Call Identifier in a Distributed Network System”と題する米国特許第5,844,899 号明細書に記載され、これは本発明の出願人に譲渡され、ここで参考文献とされている。

ステップ72で、制御素子は信号送信の最終的な目的地アドレスを広帯域システム内で使用される移動体加入者装置のデータベースと比較する。図１で示されているシステムのようなＣＤＭＡシステムでは、移動体加入者データベースは移動体スイッチングセンタ18で発見される。最終的な目的地番号がデータベース内で発見されたならば、ステップ74で制御素子は狭帯域信号に変換せずに広帯域信号をデコードするように処理する。最終的な目的地番号がデータベース内で発見されないならば、ステップ76で制御素子はスイッチを付勢して広帯域から狭帯域への変換装置へ広帯域デコーダの出力を伝送し、その変換装置の構成については前述したとおりである。

代わりに、通信システムが広帯域および狭帯域の両者の加入者装置をサポートし、信号が広帯域の端末から発生するならば、移動体加入者装置のデータベースは広帯域移動体加入者装置のデータベースと置換されることができ、前述の方法ステップは実行されることができる。

その代わりに、移動体加入者装置のデータベースは、移動体加入者および陸線加入者を含む全ての登録された通信加入者装置のデータベースと置換されることができ、通信端末の帯域幅容量もまた記憶される。データベース上の最終的な目的地番号の存在を検出するのではなく、最終的な目的地番号が広帯域端末によりサポートされるか否かについての決定が行われる。

別の実施形態では、広帯域通信システムが通信会議のような通信装置間の多数の通信リンクを許容するならば、制御素子は多数の広帯域信号を多数の狭帯域信号に変換するようにプログラムまたは構成されることができる。このような変換はシステムが通信会議呼の参加者数を増加することを可能にする。

図８は広帯域から狭い帯域への信号変換を実行するか否かを決定するための別の方法のフローチャートである。この実施形態はターゲット目的地が広帯域デコーダによりサービスされないならば、広帯域信号を狭帯域信号へ変換するために基地局の広帯域ボコーダにより実行される。

ステップ80では、基地局は遠隔装置からコード化された信号を受信してデコードする。コード化された信号は広帯域スピーチ信号とシグナリングオーバーヘッドを含んでいる。シグナリングオーバーヘッド内にはターゲット目的地アドレスが含まれている。ステップ82では、デコードされた信号は基地局制御装置へ伝送され、ここで広帯域スピーチ信号がマルチビットパルスコード変調（ＰＣＭ）出力に変換される。疑似ランダム検出コードはＰＣＭ出力内に埋設される。ステップ84で、埋設されたＰＣＭ出力は移動体スイッチングセンタを介してターゲット目的地へ送信される。

基地局とターゲット目的地との間の物理的媒体が広帯域送信をサポートし、ターゲット目的地が広帯域デコーダによりサポートされるならば、ステップ86で、ターゲット目的地は疑似ランダム検出コードを検出し、基地局との通信セッションを設定する。タンデムボコーダ動作の実行の詳細は“Method and Apparatus for Detection of Tandem Vocoding to Modify Vocoder Filtering”と題する米国特許第5,903,862 号明細書に記載されており、これは本発明の出願人に譲渡され、ここで参考文献とされている。ステップ87で、基地局ボコーダとターゲット目的地ボコーダは狭帯域スピーチ信号へ変換せずに広帯域スピーチ信号を送信する。

別のタンデムボコーディングは基地局の広帯域ボコーダがターゲット目的地の広帯域ボコーダと同一の構造を有するならばバイパスされることができる。ボコーダバイパスの実行の詳細は“Detection and Bypass of Tandem Vocoding Using Detection Codes ”と題する米国特許第5,956,673 号明細書に記載されており、これは本発明の出願人に譲渡され、ここで参考文献とされている。ターゲット目的地の広帯域ボコーダがバイパスされることができるならば、基地局は狭帯域の信号へ変換せずに広帯域信号を出力できる。

ターゲット目的地が広帯域のデコーダによりサービスされないならば、ステップ88で基地局は前述の実施形態で説明したように広帯域から狭帯域への変換を実行する。

以上、広帯域から狭帯域へ信号を変換するための優秀で改良された方法および装置について説明された。当業者はここで説明した実施形態と関連して説明した種々の図示の論理ブロック、モジュール、回路、アルゴリズムステップは電子ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはその組合わせとして構成されてもよい。種々の例示したコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、ステップをそれらの機能に関して一般的に説明した。機能がハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアとして実行されるかはシステム全体に課された特定のアプリケーションおよび設計制約に基づいている。当業者はこれらの状態下でハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアの互換性と、各特定のアプリケーションについての説明した機能を実行する最良の方法を認識するであろう。

ここで説明した実施形態を伴って説明した種々の図示の論理ブロック、モジュール、回路、アルゴリズムステップはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途用集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラム可能な論理装置、ディスクリートなゲートまたはトランジスタ論理装置、ディスクリートなハードウェアコンポーネントで構成またはそれらにより実行されてもよい。１組のファームウェア命令を実行するプロセッサ、任意の通常のプログラム可能なソフトウェアモジュールおよびプロセッサ、または任意のその組合わせはここで説明した素子を制御する機能を実行するように設計されることができる。プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代りのものとしてはプロセッサは任意の通常のプロセッサ、制御装置、マイクロプロセッサまたは状態マシンであってもよい。ソフトウェアモジュールはＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取出し可能なディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または任意の他の形態の技術で知られている記憶媒体中に存在する。例示的なプロセッサは記憶媒体から情報を読取りそこへ情報を書込むように記憶媒体に結合されている。別の構成では、記憶媒体はＡＳＩＣ中に存在してもよい。ＡＳＩＣは電話機または他のユーザ端末に存在してもよい。その代わりに、プロセッサおよび記憶媒体は電話機または他のユーザ端末に存在してもよい。プロセッサはＤＳＰとマイクロプロセッサの組合わせとしてまたはＤＳＰコアを伴った２つのマイクロプロセッサ等として構成されてもよい。当業者はさらに前述の説明を通じて参照されたデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、符号、チップは電圧、電流、電磁波、磁界または粒子、光フィールドまたは粒子、或いはその任意の組合わせにより表されることを認識するであろう。

以上、本発明の種々の実施形態を示し説明した。しかしながら、多くの変更が本発明の技術的範囲を逸脱せずにここで説明した実施形態に対して行われてもよいことは当業者には明白であろう。

Claims (22)

1. 広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換する装置において、
   広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換するか否かを決定する制御素子と、
   この制御素子に結合されているスイッチとを具備し、制御素子は広帯域スピーチ信号が変換されることを決定した場合にはスイッチを付勢し、さらに、
   スイッチが付勢された場合には広帯域スピーチ信号を受信する帯域幅スイッチングフィルタと、帯域幅スイッチングフィルタの出力信号をデシメートするためのダウンサンプラとを具備し、この帯域幅スイッチングフィルタは平坦ではない周波数スペクトルを有する出力信号を生成するために広帯域スピーチ信号の周波数スペクトルの一部を強調するように構成されている装置。
2. 周波数スペクトルの一部は１０００Ｈｚ乃至３４００Ｈｚの範囲の周波数である請求項１記載の装置。
3. 平坦ではない周波数スペクトルは５ｄＢと１０ｄＢとの間の勾配の曲線を有している請求項１記載の装置。
4. ５ｄＢと１０ｄＢとの間の勾配の曲線は１０００Ｈｚと３４００Ｈｚの間に位置されている請求項３記載の装置。
5. ダウンサンプラはＭ＝２のレートでデシメートし、出力信号ｙ（ｎ）は関係式ｙ（ｎ）＝ｘ（Ｍｎ）により入力信号ｘ（ｎ）に関連される請求項１記載の装置。
6. 帯域幅スイッチングフィルタはさらに広帯域スピーチ信号の高周波数部分をさらに減衰する請求項１記載の装置。
7. 広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換する装置において、
   広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換するか否かを決定する制御素子と、
   制御素子に結合されているスイッチとを具備し、ここでは制御素子は広帯域スピーチ信号が変換されることを決定した場合にはスイッチを付勢し、さらに、
   スイッチに結合され、スイッチが付勢された場合に、広帯域スピーチ信号をデシメートするダウンサンプラと、
   デシメートされた広帯域スピーチ信号を受信し、平坦ではない周波数スペクトルを有する出力信号を発生するために広帯域スピーチ信号の周波数スペクトルの一部を強調する帯域幅スイッチングフィルタとを具備している装置。
8. 周波数スペクトルの一部は１０００Ｈｚ乃至３４００Ｈｚの範囲の周波数である請求項７記載の装置。
9. 平坦ではない周波数スペクトルは５ｄＢと１０ｄＢとの間の勾配の曲線を有している請求項７記載の装置。
10. ５ｄＢと１０ｄＢとの間の勾配の曲線は１０００Ｈｚと３４００Ｈｚの間に位置されている請求項９記載の装置。
11. ダウンサンプラはＭ＝２のレートでデシメートし、出力信号ｙ（ｎ）は関係式ｙ（ｎ）＝ｘ（Ｍｎ）により入力信号ｘ（ｎ）に関連されている請求項７記載の装置。
12. 帯域幅スイッチングフィルタは広帯域スピーチ信号の高周波数部分をさらに減衰させる請求項７記載の装置。
13. 広帯域スピーチ信号を復号し、広帯域スピーチ信号を狭帯域スピーチ信号に変換する装置において、
    合成された広帯域スピーチ信号を生成するスピーチ合成素子と、
    合成された広帯域スピーチ信号を強調するためのポスト処理素子とを具備し、このポスト処理素子はさらに、
    ポストフィルタ素子と、
    合成された広帯域スピーチ信号の周波数スペクトルの中間範囲を強調し、合成された広帯域スピーチ信号の周波数スペクトルの高い周波数範囲を減衰させるための帯域幅スイッチングフィルタを具備している装置。
14. 周波数スペクトルの中間範囲は１０００Ｈｚ乃至３４００Ｈｚの範囲である請求項１３記載の装置。
15. 周波数スペクトルの高い周波数の範囲は３４００Ｈｚ以上である請求項１３記載の装置。
16. 無線通信システムで発生された広帯域波形を送信する方法において、
    基地局で広帯域波形を伝送する信号を受信し、ここで広帯域波形はさらに基地局からターゲットの目的地へ送信され、
    ターゲット目的地が広帯域波形を処理することができるか否かを決定し、
    ターゲット目的地が広帯域波形を処理できない場合には、広帯域波形を平坦ではない周波数応答特性を有する狭帯域波形に変換し、
    ターゲットの目的地が広帯域波形を処理できる場合には、広帯域波形を狭帯域波形に変換せずに基地局から広帯域波形をターゲットの目的地へ送信するステップを含んでいる方法。
17. ターゲット目的地が広帯域波形を処理できるか否かの決定は、ターゲット目的地が広帯域ボコーダによりサポートされるか否かを決定するステップを含んでいる請求項１６記載の方法。
18. ターゲット目的地が広帯域ボコーダによりサポートされるか否かの決定において、
    パルス符号変調（ＰＣＭ）信号内に検出コードを埋設し、ここでＰＣＭ信号は広帯域波形を伝送し、
    ターゲット目的地が検出コードを検出した場合には、第２の基地局を経てターゲット目的地から検出コードの承認を送信し、ここで第２の基地局はターゲット目的地と無線通信システムとの通信をサポートするステップを含んでいる請求項１７記載の方法。
19. 広帯域信号を狭帯域信号へ変換するか否かを決定する方法において、
    遠隔装置から発生する最終的な目的地アドレスを受信し、
    最終的な目的地アドレスを識別データベース内の複数の目的地アドレスと比較し、
    最終的な目的地アドレスが識別データベース内の複数の目的地アドレスの１つに一致したならば、広帯域信号を最終的な目的地アドレスへ送信し、
    最終的な目的地アドレスが識別データベース内の複数の目的地アドレスの１つに一致しないならば、
    広帯域信号を狭帯域信号へ変換し、狭帯域信号は平坦ではない周波数応答特性を有し、
    狭帯域信号を最終的な目的地アドレスへ送信するステップを含んでいる方法。
20. 広帯域信号を狭帯域信号へ変換するか否かを決定する装置において、
    メモリと、
    メモリ内に記憶された命令セットを実行するプロセッサとを具備し、命令セットは、
    遠隔装置から発生する最終的な目的地アドレスを受信し、
    この最終的な目的地アドレスを識別データベース内の複数の目的地アドレスと比較し、
    最終的な目的地アドレスが識別データベース内の複数の目的地アドレスの１つに一致した場合には、広帯域信号を最終的な目的地アドレスへ送信し、
    最終的な目的地アドレスが識別データベース内の複数の目的地アドレスの１つに一致しない場合には、
    広帯域信号を狭帯域信号へ変換し、狭帯域信号は平坦ではない周波数応答を有し、
    狭帯域信号を最終的な目的地アドレスへ送信するステップを実行する装置。
21. 広帯域信号を狭帯域信号へ変換する装置において、
    広帯域信号の周波数応答特性の中間部分を強調し、広帯域信号の周波数応答特性の高い周波数範囲の部分を減衰させるフィルタを具備し、このフィルタの出力は平坦ではない周波数応答特性を有する狭帯域信号であり、さらに、
    広帯域信号のサンプリングレートをデシメートするダウンサンプラを具備している装置。
22. 広帯域信号を狭帯域信号へ変換する装置において、
    最終的な目的地アドレスと、遠隔装置から発生する広帯域信号とを受信する手段と、
    最終的な目的地アドレスを識別データベース内の複数の目的地アドレスと比較する手段と、
    広帯域信号を最終的な目的地アドレスへ送信するか、広帯域信号を平坦ではない周波数応答特性を有する狭帯域信号へ変換するかを決定する手段と、
    狭帯域信号を最終的な目的地アドレスへ送信する手段とを具備している装置。

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