JP2640598B2

JP2640598B2 - 音声復号装置

Info

Publication number: JP2640598B2
Application number: JP4095974A
Authority: JP
Inventors: 裕樹後藤; 一郎松本; 正泰三宅
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JPH05276122A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声符号化通信に用い
られる音声復号装置に関し、特に、無線回線を伝送路と
する場合のバースト状伝送誤り対策を施した音声復号装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、アナログ方式のコードレス電話が
普及しつつあるが、使用可能な周波数が有限であること
から、必然的に使用者数は限られてくる。そこで、周波
数を一層有効に利用できるディジタル方式のコードレス
電話の開発が急務である。コードレス電話ではアナログ
方式からディジタル方式への過渡期である今、音声のデ
ィジタル化方式は、有線網におけるディジタル通信で使
用されている方式（例えば、ＡＤＰＣＭ方式：adaptive
differential ＰＣＭ方式）を応用することが最も容易
に実現が可能であり、整合性も高い。しかし、無線伝送
では伝送誤りの発生が避けられず、その影響も大きいた
め、何らかの対策が必要となる。現在のＡＤＰＣＭ（適
応差分ＰＣＭ）方式では、ランダムな誤り系列に対して
は比較減衰器を付加することでその対策を行う方式が提
案され使用されている。誤りの検出法については、誤り
検出符号や誤り訂正符号を使用するのが一般的であるが
伝送する情報に冗長度が増すという欠点がある。また、
１フレームごとに伝送データ中のフレーム同期用の符号
列などの誤りの発生状況から推測する方法もある。ここ
で、コードレス電話への応用を考えると、電話機はゆっ
くりとしたフェージング環境下での使用が考えられ、伝
送路誤りが連続して発生するいわゆるバースト誤りの発
生が予測される。このような誤りに対しては再送等の技
術である程度改善はできるが、遅延が生じるために自然
性を損なうことになり、会話等の音声信号処理では再送
技術は適さない。また、誤り訂正符号の使用も考えられ
るが、情報量の増加は避けられず、これも適当ではな
い。さらに、前述の比較減衰器付音声符復号化器を使用
しても、対策の目的とする誤り系列が異なるために十分
な改善は望めない。従って、バースト的な誤り対策が、
情報の冗長度なしで実現できればその利用価値は大き
い。図１０は３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭ音声符復号装置で
のバースト的な伝送誤りの影響の一例を示す再生音波形
である。（Ａ）は誤りがない場合、（Ｂ）は３０ｍｓｅ
ｃ区間にのみ誤り率２５×１０^-2の誤りが発生した場合
の再生音波形である。（Ａ）と比較すると、誤りのある
区間の振幅が大幅に増加している様子が観察でき、さら
に誤りの発生した区間以降も影響が残って再生音声波形
が乱れ、聴感上もバチッというかなり不快な雑音の混入
が認められ、自然性が損なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の問題点である伝送誤りの再生音への影響を低減す
ることを課題とし、再生音声の品質の劣化を軽減するこ
とのできるバースト誤り対策機能付の音声復号装置を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の音声復号装置
は、無線回線によって送られてくる電波を受信復調して
得られるＡＤＰＣＭ符号化されたディジタル音声データ
とフレームの区切りを示すフレームパルスとバースト的
な誤りを検出したときの誤りフレームフラグとが入力さ
れ、誤りのないフレームについては該ディジタル音声デ
ータをそのまま出力し前記誤りフレームフラグが入力さ
れたとき当該フレームのディジタル音声データの代わり
に予め設定したＰＮパターン符号列または誤りのない直
前フレームのディジタル音声データを切替え出力するデ
ータ置換器と、該データ置換器の出力を復号して再生音
声信号を出力するＡＤＰＣＭ音声復号器とを備えた音声
復号装置において、前記ＡＤＰＣＭ音声復号器から出力
される復号音声信号のフレーム毎の電力を算出し電力情
報として出力する電力算出器と、前記誤りフレームフラ
グがある間のフレームパルスの数をカウントし、そのカ
ウント値に予め設定した一定値を加算した誤りの影響を
受けるフレーム数、または該カウント値に予め設定した
一定値を乗算した誤りの影響を受けるフレーム数を制御
フレーム数として出力する補正区間算出器と、前記ＡＤ
ＰＣＭ音声復号器の出力側に接続され、該ＡＤＰＣＭ音
声復号器からの復号音声信号と前記フレームパルス，電
力情報および前記制御フレーム数を入力し、前記誤りフ
レームフラグが入力されたとき該誤りフレームフラグの
あるフレームとそれに続く前記制御フレーム数の間、前
記復号音声信号の電力を前記直前フレームの復号音声信
号の電力に等しくなるように補正して前記再生音声信号
を出力する電力補正器とを備えたことを特徴とするもの
である。

【０００５】

【実施例】図９は本発明の適用を説明する音声符復号装
置の構成例図である。（Ａ）は送信部であり、マイクロホン１からの入力音声
信号ａは音声符号化器２で音声符号ｂに符号化される。
例として、符号化速度３２ｋｂｐｓのＡＤＰＣＭ音声符
復号装置においては、標本化周波数８ｋＨｚとして一標
本当り４ビットの符号に変換される。また、１フレーム
は５ｍｓｅｃとしている。多重化器３で音声符号ｂと制
御器データ発生器５からの制御データとが多重化され速
度変換される。速度変換された多重化データｃは変調送
信器４で変調され、アンテナ６から送信される。

【０００６】（Ｂ）は受信部であり、無線伝送路を通っ
てきた受信波ｄはアンテナ７を経由して、受信復調器８
で復調され、多重化データｅ，受信信号ｆとして出力さ
れる。多重化データｅは多重分離器９により速度変換さ
れ、制御データｇと音声データｈに分離される。制御器
１１は、バースト的な誤りを検出して誤りフレームフラ
グｋ及びフレームの区切りを示すフレームパルスｐを出
力する。誤りの検出については受信信号ｆから受信レベ
ルの算出を行い、前のフレームの受信レベルに比べ、大
幅な低下の認められたフレーム及び制御データｇの誤り
をチェックし、バースト的な誤りがあると認められるフ
レームに対して誤りフレームフラグｋをたてる。音声復
号装置１０では音声データｈ，誤りフレームフラグｋ，
フレームパルスｐを使用して音声の復号を行い、音声信
号ｍをスピーカ１２から出力する。本発明は（Ｂ）の音
声復号装置１０の構成についての改良である。

【０００７】図７は本発明の音声復号装置のタイミング
チャートの例を示す。このタイミングチャートは本発明
の実施例に示す符号化速度３２ｋｂｐｓのＡＤＰＣＭ音
声符復号器のもので、同図中に示す信号名は、図９の各
部の信号名に対応する。図７において、上から順に、入
力フレームＮＯ．、入力音声ａ、符号化データｂ、多重
化データｃである。次のバースト誤りは、フレームＢと
Ｃで誤りがあったことを示す。さらに、受信波ｄ、多重
化データｈがあり、次の誤りフレームフラグｋはフレー
ムＢとＣで出力されている。多重化データｈと誤りフレ
ームフラグｋと、次のフレームパルスｐが音声復号装置
１０に入力される。以降については後述する。

【０００８】図１（Ａ）は本発明の第１の実施例を示す
ブロック図であり、データ置換器付音声復号装置のブロ
ック図である。１３は本発明によって付加されたデータ
置換器であり、制御器から与えられる誤りフレームフラ
グｋに基づき、誤りが発生した時、データの置換を行っ
て音声復号器１４に入力する。音声復号器１４では音声
信号ｍを再生出力する。（Ｂ），（Ｃ）はデータ置換器
１３の本発明の２種類のブロック図である。（Ｂ）はＰ
Ｎパターンによる置換器の例であり、誤りフレームフラ
グｋが誤りのない状態を示す場合、スイッチＳＷはに
接続された状態にあり音声データｈが置換器出力データ
ｎとなり、誤りのある時にはスイッチが切り換ってに
接続されてＰＮパターン発生器１５で生成されたＰＮパ
ターンデータを置換器出力データｎとして出力する。
（Ｃ）は誤りフレームフラグｋの状態により、誤りのな
い場合にはスイッチＳＷは側に接続され音声データｈ
は置換器出力データｎとして出力され、同時にバッファ
メモリ１６に入力されて１フレーム分保存される。誤り
フレームフラグｋが誤りの入った時の状態を示す時、バ
ッファメモリ１６は更新をやめ、スイッチはの状態に
なって、バッファメモリ１６に保存されているデータが
置換器出力データｎとして出力される。

【０００９】図２は、本発明の第２の実施例を示すブロ
ック図であり、データ置換器および電力補正器付音声復
号装置のブロック図である。誤りフレームフラグｋの状
態により、誤りがある場合データ置換器１３によりデー
タ置換処理が行われる。さらに、置換器出力データｎを
音声復号器１４で復号した復号音声ｉを用い、電力算出
器１７によりフレーム毎の電力を算出して電力情報ｑを
作成出力する。また、電力補正器１８は誤りフレームフ
ラグｋ，フレームパルスｐ，電力情報ｑを基に、誤りフ
レームフラグｋが入力されている間、すなわち、誤りフ
レームが置換され復号された誤りフレーム数Ｎの復号音
声ｉに対して電力補正を行い、音声信号ｍを生成する。

【００１０】図３は本発明の第３の実施例を示すブロッ
ク図であり、図２に示した第２の実施例に補正区間算出
器１９を付加したものである。上記の図２の実施例で
は、誤りフレーム（フレーム数Ｎ）のみを電力補正する
だけであり、その後のフレームに対する影響までは補正
できない。そこで、この図３のように、補正区間算出器
１９を設けて、その後に続くフレームで誤りフレームの
影響を受けるフレームを補正するための継続補正区間
（制御フレーム数ｒという）を算出して電力補正器１７
に与えるように構成した。この補正区間算出器の誤りフ
レーム数カウンタ２０は、誤りフレームフラグｋが誤り
のある状態を示している間フレームパルスｐをカウント
し誤りフレーム数Ｎを出力する。制御フレーム数演算器
２１は、誤りフレーム数カウンタ２０からの誤りフレー
ム数Ｎに予め設定した値を加算あるいは乗算し、その値
を制御フレーム数ｒとして出力する。この制御フレーム
数ｒは、上記のように、誤りフレームの直後のフレーム
から引き続き補正を行うフレームの数である。

【００１１】上記の補正区間算出器１９の他の実施例と
して、次のような構成も有効である。これは、予め設定
する加算値または乗算値を１つの値に固定するのではな
く、例えば、誤りの入ったフレーム（フレーム数Ｎ）の
最後のフレームの電力の大きさを所定のしきい値（例え
ば１．６×１０³）と比較し、このしきい値より大きい
とき１．５×Ｎを制御フレーム数ｒとして出力し、しき
い値より小さいとき０．５×Ｎを制御フレーム数ｒとし
て出力する。すなわち、Ｎ＝２のとき、前者は、ｒ＝
１．５×２＝３となり、後者は、ｒ＝０．５×２＝１と
なる。この制御フレーム数ｒは、誤りフレーム数Ｎの
後、誤りフレームではないが誤りの影響があるので引き
続き補正を行うフレームの数である。

【００１２】図３（Ｂ）は図２，図３（Ａ）の本発明の
音声復号装置に使用する電力補正器１８のブロック図で
ある。電力補正器１８は、誤りのある場合、誤りフレー
ム数Ｎと後続の制御フレーム数ｒの区間復号音声ｉの電
力を、メモリ２２に記憶された誤りの入る前のフレーム
の電力を示す電力情報ｑに一致するように補正する働き
をする。その動作は、メモリ２２は電力情報ｑを記憶す
るメモリである。このメモリ２２は、誤りフレームフラ
グｋにより書き込みが中止され、カウンタ２４から出力
される書き込み中止クリア信号により書き込みが再開さ
れる。バッファメモリ２３は、復号音声ｉとメモリ２２
から出力される電力情報ｑとのタイミングを合わせるた
めのバッファメモリである。カウンタ２４はダウンカウ
ンタであり、誤りフレームフラグｋにより誤りの入った
状態を検出したとき、誤りフレーム数Ｎとその後に続く
制御フレーム数ｒの間、スイッチＳＷを側に接続し、
その後スイッチを側に戻して、書き込み中止クリア信
号を出力する機能を持つ。また、誤りのないフレームの
場合、スイッチＳＷは側に接続され、メモリ２５から
の出力を乗算器へ出力する。メモリ２５には任意の一定
値を記憶させておく。一定値の例としては、１，０等が
あげられる。

【００１３】以上の図３の実施例の動作について、図７
によって補足説明する。図７のフレームパルスｐの次の
置換器１３の出力ｎは、フレームＢとＣが誤りフレーム
なので置換データとなっている。その置換器出力ｎを復
号器１４で復号したのが復号音声ｉである。補正区間算
出器１９の誤りフレーム数カウンタ２０のカウント数Ｎ
はフレームＢでは１、フレームＣで２となっている。こ
の値を制御フレーム数演算器２１に入力し、例えば、一
定乗算値を１．５とすると、フレームＢではｒ＝Ｎ×
１．５＝１×１．５＝１．５であるから四捨五入してｒ
＝２となり、フレームＣではｒ＝２×１．５＝３とな
る。そして次のフレームＤのときこの制御フレーム数３
を出力して電力補正器１８に与える。次のカウンタ内容
以降の各フレームの記載は、電力算出器１７で１フレー
ム内の電力を算出しており、電力補正器１８の処理が１
フレーム遅延して動作しているので、１フレーム遅延さ
せた最下段の出力フレームＮＯ．に対応させて記入して
ある。すなわち、フレームＡの入力は正常フレームなの
で、入力フレームＢのとき出力フレームＡを出力する。
次の入力フレームＢとＣは誤りフレームなので、置換，
復号，電力補正された出力フレームＢ’とＣ’を出力す
る。次の出力フレームＤ’とＥ’（とＦ’）は、入力フ
レームは誤りフレームではないが誤りの影響を受けてい
るので制御フレーム数ｒ＝３で補正対象となり電力補正
されてる。

【００１４】次に、本発明の実施例にＡＤＰＣＭ方式を
適用した場合について述べる。図４は図１の第１の実施
例に適用したデータ置換器付ＡＤＰＣＭ音声復号装置及
びそのデータ置換器のブロック図である。その処理の流
れを以下に示す。（イ）データ置換器１３は、制御器からの誤りフレー
ムフラグｋにより、その区間、音声データｈの置換処理
を行う。（ロ）（Ｂ）に示すＰＮパターンを使用したデータ置
換器１３では、誤りフレームフラグｋにより、スイッチ
（ＳＷ）が切り換えられる。誤りのない場合は側に接
続されて音声データｈを置換器出力データｎとする。誤
りがある場合は側に接続されてＰＮパターンが出力さ
れる。（Ｃ）に示すデータ置換器１３の場合は、誤りの
発生のないフレームのデータをバッファメモリ１６にフ
レーム毎に更新して書き込み、スイッチ（ＳＷ）も側
に接続されて音声データｈを置換器出力ｎとして出力す
る。誤りが入った場合、バッファメモリ１６の書き込み
は中止され、スイッチが側になりバッファメモリ１６
のデータを出力する。（ハ）ＡＤＰＣＭ音声復号器１４は、置換器出力デー
タｎを復号し音声信号ｍを出力する。

【００１５】次に図５，図６はそれぞれ図２，図３に適
用したデータ置換器及び電力補正器付ＡＤＰＣＭ音声復
号装置，及びそのデータ置換器，電力補正器，補正区間
算出器のブロック図である。その処理の流れは次のよう
になっている。ただし、処理（イ），（ロ）は図４の場
合の（イ），（ロ）と同様の処理を行う。（イ）データ置換器１３は、制御器からの誤りフレー
ムフラグｋにより、その区間、音声データｈの置換処理
を行う。（ロ）使用したデータ置換器１３は図１（Ｃ）であ
る。誤りの発生のないフレームのデータをバッファメモ
リ１６にフレーム毎に更新して書き込み、スイッチも
側にあり、音声データｈを置換器出力ｎとして出力す
る。誤りが入った場合、バッファメモリ１６の書き込み
は中止され、スイッチが側になり、バッファメモリ１
６のデータを出力する。（ハ）ＡＤＰＣＭ音声復号器１４は、置換器出力デー
タｎを復号して復号音声ｉを出力する。（ニ）復号音声ｉを電力算出器１７と電力補正器１８
に入力し、また、誤りフレームフラグｋ，フレームパル
スｐを電力補正器１８と図６の場合は補正区間算出器１
９にそれぞれ入力する。（ホ）電力算出器１７は、復号音声ｉの電力を算出
し、電力情報ｑとして電力補正器１８に入力する。

【００１６】（ヘ）図６の補正区間算出器１９は、誤
りの入ったフレームに後続するフレームで、誤りの影響
の残るフレーム数を予測して設定された補正すべきフレ
ーム数（制御フレーム数ｒ）を算出するものである。そ
の具体的な動作は次の通りである。誤りフレーム数カウ
ンタ２０は、誤りフレームフラグｋが誤りのある状態を
示している間フレームパルスｐをカウントして誤りフレ
ーム数Ｎを出力する。制御フレーム数演算器２１は、誤
りフレーム数カウンタ２０からの誤りフレーム数Ｎに続
く誤りに影響されるフレーム数を推定し、誤りフレーム
数Ｎに予め設定した値を加算または乗算して求めたフレ
ーム数を、制御フレーム数ｒとして出力する。制御フレ
ーム数ｒの算出法の例として、誤りフレーム数Ｎを１．
５倍してその値を四捨五入したものを制御フレーム数ｒ
とする。（ト）図６（Ｂ）の電力補正器１８は、誤りフレーム
フラグｋにより処理するフレームに誤りがあると認めら
れた時、誤りフレーム数Ｎと後続の制御フレーム数ｒの
区間復号音声ｉの電力を、メモリ２２に記憶している誤
りの入る前のフレームの電力を示す電力情報ｑに一致す
るように復号音声ｉを補正するものである。具体的な動
作は、メモリ２２は電力情報ｑを記憶するメモリであ
る。このメモリ２２は誤りフレームフラグｋにより書き
込みが中止され、カウンタ２４から出力される書き込み
中止クリア信号により書き込みが再開される。バッファ
メモリ２３は復号音声ｉとメモリ２２から出力される電
力情報ｑとのタイミングを合わせるためのバッファメモ
リである。カウンタ２４はダウンカウンタであり、誤り
フレームフラグｋにより誤りの入った状態になったと
き、誤りの入ったフレーム数Ｎとその後に続く誤りの影
響の残るフレーム数すなわち制御フレーム数ｒの間、ス
イッチ（ＳＷ）を側に接続し、その後スイッチを側
に戻し、書き込み中止クリア信号を出力する。また、誤
りのないフレームの場合、スイッチＳＷは側に接続さ
れ、メモリ２５からの出力を乗算器へ出力する。メモリ
２５には任意の一定値を記憶させておく。一定値の例と
しては、１，０等があげられる。（チ）電力補正器１８で処理された信号を音声信号ｍ
として出力する。

【００１７】図８は本発明を３２ｋｂｐｓＡＤＰＣＭ音
声符復号方式に適用したときの実測波形例である。
（Ａ）はバースト誤り対策が施されていない場合の再生
波形である。この時の誤り区間は３０ｍｓｅｃであり、
誤りの影響はその後約５０ｍｓｅｃにわたっている。
（Ｂ）はバースト誤り対策として図４のデータ置換器付
ＡＤＰＣＭ場合の再生波形である。図示するように再生
音声波形で見てもデータ置換器の挿入により、伝送誤り
の影響が低減されている。しかし、誤り区間（３０ｍｓ
ｅｃ）のみの処理であることから誤り発生区間以降の改
善は見られない。次に、（Ｃ）はデータ置換器に加えて
補正区間算出器及び電力補正器を使用した図６の場合の
再生波形である。データ置換器の処理だけでは誤り発生
区間（３０ｍｓｅｃ）の処理のみであるが、さらに誤り
の影響の残る区間（５０ｍｓｅｃ）の長さを算出し、そ
の合計区間８０ｍｓｅｃに電力補正処理を加えることに
よって影響をさらに軽減することができ、聴感上もバチ
ッという不快音を低減することができ、自然性が向上す
る。以上のように、本発明の処理量は非常にわずかであ
り、誤り検出符号も使用しないため、伝送データも余分
な冗長度はなく、音声復号装置で容易に実現することが
できる。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り音声復号器にデータ置換器，補正区間算出器，電力補
正器等を付加することにより、特にバースト的な伝送誤
り発生時に生じる不自然な連続した雑音を減少させるこ
とができ、バースト的な伝送誤りが発生しやすい無線区
間を持つシステムでより高品質な通信が可能となる。ま
た、処理量も極めて小さいため、使用の際の消費電力の
増加は少なく、低消費電力が要求される無線装置に極め
て有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施例にＡＤＰＣＭ符号化方式
を適用したブロックである。

【図５】本発明の第２の実施例にＡＤＰＣＭ符号化方式
を適用したブロックである。

【図６】本発明の第３の実施例にＡＤＰＣＭ符号化方式
を適用したブロックである。

【図７】本発明の実施例の各部波形図である。

【図８】本発明の効果を示す再生波形図である。

【図９】本発明を適用する音声符号化通信方式の送信装
置と受信装置のブロック図である。

【図１０】伝送誤りのない場合とある場合の再生波形図
である。

【符号の説明】

１マイクロホン２符号化器３多重化器４変調送信器５制御データ発生器６，７アンテナ８受信復調器９多重分離器１０音声復号装置１１制御器１２スピーカ１３データ置換器１４復号器１５ＰＮパターン発生器１６バッファメモリ１７電力算出器１８電力補正器１９補正区間算出器２０誤りフレーム数カウンタ２１制御フレーム数演算器２２メモリ２３バッファメモリ２４カウンタ２５メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−94935（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−285541（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−33347（ＪＰ，Ａ) 特開平２−8899（ＪＰ，Ａ) 特開平４−263528（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−124636（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】無線回線によって送られてくる電波を受
信復調して得られるＡＤＰＣＭ符号化されたディジタル
音声データとフレームの区切りを示すフレームパルスと
バースト的な誤りを検出したときの誤りフレームフラグ
とが入力され、誤りのないフレームについては該ディジ
タル音声データをそのまま出力し前記誤りフレームフラ
グが入力されたとき当該フレームのディジタル音声デー
タの代わりに予め設定したＰＮパターン符号列または誤
りのない直前フレームのディジタル音声データを切替え
出力するデータ置換器と、該データ置換器の出力を復号
して再生音声信号を出力するＡＤＰＣＭ音声復号器とを
備えた音声復号装置において、前記ＡＤＰＣＭ音声復号器から出力される復号音声信号
のフレーム毎の電力を算出し電力情報として出力する電
力算出器と、前記誤りフレームフラグがある間のフレームパルスの数
をカウントし、そのカウント値に予め設定した一定値を
加算した誤りの影響を受けるフレーム数、または該カウ
ント値に予め設定した一定値を乗算した誤りの影響を受
けるフレーム数を制御フレーム数として出力する補正区
間算出器と、前記ＡＤＰＣＭ音声復号器の出力側に接続され、該ＡＤ
ＰＣＭ音声復号器からの復号音声信号と前記フレームパ
ルス，電力情報および前記制御フレーム数を入力し、前
記誤りフレームフラグが入力されたとき該誤りフレーム
フラグのあるフレームとそれに続く前記制御フレーム数
の間、前記復号音声信号の電力を前記直前フレームの復
号音声信号の電力に等しくなるように補正して前記再生
音声信号を出力する電力補正器とを備えたことを特徴と
する音声復号装置。