JP3071388B2 - 可変レート音声符号化方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチメディア応
用システムに用いられるディジタル移動通信に係わり、
特に、トラヒック量や伝搬路の状況の変化に応じて変調
方式を適応させることにより伝送品質の向上を図った適
応変調方式を用いたディジタル移動通信方式に適用する
ための可変レート音声符号化方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フェージングによる受信レベルの
変動が激しい無線伝送路を利用した移動通信システムの
設計では、伝送路の平均的特性により適用する変調方式
を決めている。そのため、伝送路の状態が良好なときに
は、本来の伝送可能な容量以下の伝送となり効率が悪く
なる。また、伝送路の状態が悪いときは、設計値以上の
誤り率となり再生音声の品質が劣化する。この問題を解
決するため、瞬時の伝送路変動に応じて、割り当てられ
た帯域内で最適な変調方式と伝送レートを切替え選択
し、高い伝送品質で高スループットの伝送を実現するこ
とを目的とした適応変調方式が提案されている（大槻信
也他：“ＱＡＭを用いた適応変調方式の伝送特性解析”
信学技報、ＲＣＳ９４−６６（１９９９４−０９）参
照）。この適応変調方式は、伝搬路の状況に応じて伝送
レートを変化させる方式であるため、伝送レートの切替
えに対応して音声の符号化レートを適応させることので
きる可変レート音声符号化方式とその装置が必要とな
る。

【０００３】従来の主な可変レート音声符号化方式とし
ては、可変レートＡＤＰＣＭ（４０／３２／２４／１６
kbps）（ＩＴＵ−Ｔ勧告 Ｇ．７２６）、エンベデッド
ＡＤＰＣＭ（４０／３２／２４／１６／kbps）（ＩＴＵ
−Ｔ勧告 Ｇ．７２７）や、北米のＩＳ−９５システム
においてQualcom 社が提案しているＱＣＥＬＰ（８／４
／２／０．８kbps）などがある。

【０００４】上記の可変レートＡＤＰＣＭは、任意のサ
ンプル単位で音声符号化レートを、４０／３２／２４／
１６kbpsの内から選択する方式である。また、エンベデ
ッドＡＤＰＣＭは、任意のサンプル単位で音声符号化レ
ートを、４０／３２／２４／１６kbpsの内から選択し、
その結果得られた符号化音声情報を、コア情報（再生音
声の生成に不可欠な情報）とエンハンスメント情報（再
生音声の品質を向上させるための情報であり、この情報
を廃棄しても再生音声は生成できる）とに分割し、必要
に応じてエンハンスメント情報の全部または一部を廃棄
し、コア情報と残ったエンハンスメント情報のみから再
生音声を得ることができる方式である。さらに、ＱＣＥ
ＬＰは、フレーム毎に入力音声信号を音響学的に分類し
（有声／無声／過渡部／雑音に分類し）、それぞれの音
響学的性質に最適な音声符号化レートを、８／４／２／
０．８kbpsの内から選択して符号化処理する方式であ
り、平均の符号化レートは４．８kbps程度である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来の可変レ
ート音声符号化方式を、適応変調方式による通信システ
ムに適用した場合の問題点を以下に示す。適応変調方式
では、伝搬路の状態の良し悪しを受信レベル等を監視す
ることにより調べ、その結果に基づいて伝送レートまた
は変調多値数を変化させるため、伝送容量が時々刻々と
変化する。これに伴い音声符号化器の符号化レートも、
伝搬路状態が良好な程高く、劣悪な程低くなる。ここで
問題なのは、上記の従来の符号化方式では、音声符号化
器の符号化レートが変化すると再生音声の品質も同様に
変化してしまうため、通話品質は時々刻々と変化し、受
聴者が不快さを感じるという点である。また、伝搬路状
態がさらに悪くなると情報伝送が不可能になり、再生音
声が瞬時的に途切れてしまう恐れもある。現状では、適
応変調方式を用いたシステムに適用する際、伝送レート
の変化に伴い通話品質が影響を受けにくい可変レート音
声符号化方式は存在しない。

【０００６】本発明の目的は、この問題を解決するた
め、伝搬路状態の変化に対応して伝送レートを変化させ
る適応変調方式による通信システムに適用でき、かつ、
通話品質が適応変調方式の伝送レートの変化に起因する
影響を受けにくい可変レート音声符号化方式を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の可変レート音声
符号化方式は、受信信号を監視してフレーム単位に伝搬
路特性を検出し当該受信フレームが予め複数（Ｎ）段階
に分けた伝搬路の状態のいずれに当たるかを推定し該伝
搬路の状態に対応させて決められた複数段階の伝送レー
トのうちの該当する伝送レートを指定する伝送レート制
御信号を出力する伝搬路推定手段と、該伝搬路推定手段
から出力される複数段階の伝送レート制御信号によって
次の送信フレームのシンボルレートを複数段階に変化さ
せるか又は多値ＱＡＭ方式の変調多値数を複数段階に変
化させる適応変調手段と適応復調手段とが設けられた適
応変調方式の通信システムに適用するための可変レート
音声符号化方式であって、 送信側は、入力音声信号をフ
レーム毎に音声符号化処理して符号化音声情報を出力す
る符号化手段と、予め音声の特徴を示すパラメータの時
間的変動の大小により変動の大きいパラメータから小さ
いパラメータの順に分割した複数（Ｎ）段階のクラス分
けに従って前記符号化音声情報を分割処理するととも
に、前記伝搬路推定手段から与えられる伝送レート制御
信号によって指定される伝送レートに応じて、伝送レー
トが高レートを示す伝搬路の状態が良好なときのフレー
ムに対しては前記複数段階のクラスに分割された符号化
音声情報の全クラスの符号化音声情報を変調信号として
前記適応変調手段に対して出力し、伝送レートが中間の
レートを示す伝搬路の状態が中間のときのフレームに対
しては複数段階に低くなる伝送レートに対応して時間的
変動の小さいクラスの符号化音声情報を破棄し残りのク
ラスの符号化音声情報を変調信号として前記適応変調手
段に対して出力し、伝送レートが低レートを示す伝搬路
の状態が劣悪なときのフレームに対しては前記分割され
た複数段階のクラスのうち時間的変動の大きいクラスの
符号化音声情報のみを変調信号として前記適応変調手段
に対して出力するパラメータ分割・間引き手段とからな
る可変レート音声符号化手段を備え、 受信側は、前記適
応復調手段によって復調された符号化音声情報を受け取
り、前記複数段階の伝送レート制御信号に基づき、伝送
レートが高レートを示す伝搬路の状態が良好なときのフ
レームに対しては全クラスの符号化音声情報を再生し 、
伝搬路の状態が悪くなるに対応して複数段階に低くなる
伝送レートのフレームに対しては段階的に伝送されてこ
なかった時間的変動の小さいクラスの符号化音声情報を
当該フレームの前後のフレームの伝送された符号化音声
情報により補間した後、または、直前フレームの伝送さ
れたフレームの符号化音声情報をそのまま用いて補間し
た後、伝送されてきた符号化音声情報とともに音声復号
処理することにより再生音声信号を生成する可変レート
音声復号手段を備えたことを特徴とするものである。

【０００８】さらに、伝送誤りに対する耐性を向上する
ため、上記の可変レート音声符号化方式において、符号
化音声情報に誤り訂正・検出機能を付加したことを特徴
とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】

（作用）本発明は、送信側では、入力音声信号をフレー
ム毎に符号化し、その結果である符号化音声情報を時間
的変動の大小によりクラス分けし、伝搬路状態が良好な
時は全クラスの情報を適用変調手段側に出力し、伝搬路
の状態が悪くなるにともない時間的変動のより小さいク
ラスから符号化音声情報を廃棄し、残された時間的変動
の大きいクラスの情報のみを適応変調手段側に出力する
ように制御し、受信側では、適応復調手段を通して符号
化音声情報を受信し、伝搬路の状態が悪いフレームで伝
送されてこなかった時間的変動の小さいクラスの符号化
音声情報に対しては、その前後に伝送されたフレームの
情報により補間して、または、直前に伝送されたフレー
ムの情報をそのまま用いて再生した後、伝送されてきた
符号化音声情報および該再生された符号化音声情報を用
いて音声復号処理し再生音声信号を生成する。これによ
り、伝搬路の状態が悪い時点での再生音声品質の落ち込
みを軽減することができ、伝搬路状態に影響されにくい
通話品質を実現することができる。また、伝送レートに
応じて符号化音声情報に可変レートで誤り訂正・検出を
施す機能を付加することにより、伝送誤りに対する耐性
を向上させることができる。

【００１０】本発明の可変レート音声符号化方式とその
装置の実施例について、図１から図５を参照しつつ説明
する。図１は本発明の第１の実施例を示す構成図であ
る。図２は本発明の第２の実施例を示す構成図であり、
移動無線通信において発生する伝送誤りに対する耐性を
向上させるため、通信路符号化・復号機能（誤り訂正・
検出機能）を含んだ構成を示す。また、図３，図４は図
１及び図２の音声符号化器及び音声復号器の詳細具体例
であり、符号励振線形予測（ＣＥＬＰ：Codec Linear P
redicton）を用いた場合の構成例図である。さらに、図
１，図２の本発明の第１，第２の実施例は、伝搬路状況
に応じて変調多値数をフレーム毎にＮ（複数）段階に変
化させることにより伝送レートをＮ段階に変化させる適
応変調システムに適用することができる。

【００１１】まず、第１の実施例について説明する。図
１は、本発明の請求項１に記載した可変レート音声符号
化方式とその装置の構成例図である。同図（Ａ）は送信
側で使用される可変レート音声符号化装置であり、同図
（Ｂ）は受信側の復号装置である。図において、１は送
信側の可変レート音声符号化器、２は可変レート送信フ
レームバッファ、３は受信側の可変レート受信フレーム
バッファ、４は可変レート音声復号器である。

【００１２】図１（Ａ）の送信側の符号化装置の可変レ
ート音声符号化器１は、８kHz でサンプリングされ、１
２bit 以上の精度で量子化された入力音声信号ａ４を符
号化処理し、その結果である符号化音声情報を時間的変
動の大小によりクラス分けし、伝送レート制御信号ｂ４
に基づき選定されたクラスの符号化音声情報ｃ４を出力
する。

【００１３】ここで、伝送レート制御信号ｂ４とは、受
信側で受信レベル等により伝搬路の状態を推定し、最適
な伝送容量を決定する伝搬路状態推定手段（適応変調シ
ステムの１構成要素）から出力される制御信号であり、
所定の単位時間（フレーム長に対応する：例えば５mse
c）毎に本発明の可変レート音声符号化装置及び復号装
置に対して伝送レートを指定する信号である。可変レー
ト音声符号化器１の詳細な構成については後で説明す
る。

【００１４】可変レート送信フレームバッファ２は、符
号化音声情報ｃ４を一時的に蓄積し、伝送レート制御信
号ｂ４に基づくレートで適応変調手段側に符号化音声情
報ｄ４を出力する。

【００１５】図１（Ｂ）の受信側で使用される可変レー
ト音声復号装置の可変レート受信フレームバッファ３
は、送信側の可変レート音声符号化装置より伝送され誤
り保護された符号化音声情報ｅ４が適応復調手段側から
入力され、一時的に蓄積し、伝送レート制御信号ｆ４が
指定するレートに基づき符号化音声情報ｇ４を出力す
る。ここで、伝送レート制御信号ｆ４は、前述の可変レ
ート音声符号化装置で参照される伝送レート制御信号ｂ
４と同じものである。可変レート音声復号器４は、符号
化音声情報ｇ４を復号処理し再生音声信号ｈ４を出力す
る。この時、伝送レート制御信号ｆ４が低レート伝送の
フレームであることを示しているフレームにおいて伝送
されてこなかった時間的変動の小さいクラスの符号化音
声情報に対しては、その前後に伝送されたフレームの情
報により補間して、または、直前に伝送されたフレーム
の情報をそのまま用いて再生した後、伝送されてきた符
号化音声情報および該再生された符号化音声情報を用い
て音声復号処理する。可変レート音声復号器４の詳細な
構成については後で説明する。

【００１６】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図２は、請求項６に係わる本発明の通信路符号化
機能を付加した可変レート音声符号化方式とその装置の
構成例図である。同図（Ａ）は、送信側で使用される可
変レート音声符号化装置であり、（Ｂ）は受信側の音声
復号装置である。図において、１〜４は図１の同じ部分
の符号と同一である。５は通信路符号化器、６は通信路
復号器である。

【００１７】可変レート音声符号化器１は、８kHz でサ
ンプリングされ、１２bit 以上の精度で量子化された入
力音声信号ａ３を符号化処理し、その結果である符号化
音声情報を時間的変動の大小によりクラス分けし、伝送
レート制御信号ｂ３に基づき選定されたクラスの符号化
音声情報ｃ３を出力する。

【００１８】ここで、伝送レート制御信号とは、受信側
で受信レベル等により伝搬路状態を推定し、最適な伝送
容量を決定する伝搬路状態推定手段（適応変調システム
の１構成要素）から出力される制御信号であり、所定の
単位時間（フレーム長に対応する：例えば５msec）毎に
本発明の可変レート音声符号化装置及び復号装置に対し
て伝送レートを指定する信号である。可変レート音声符
号化器１の詳細な構成については後で説明する。

【００１９】通信路符号化器５は、符号化音声情報ｃ３
を伝送レート制御信号ｂ３に基づくレートで通信路符号
化処理し、誤り保護された符号化音声情報ｄ３を出力す
る。通信路符号化の方法としては、データ伝送の誤り検
出訂正として一般的に用いられている冗長度符号チェッ
ク方式（ＣＲＣ：Cyclic Redundancy Check ）、または
畳込み符号化を用いるものとする。可変レート送信フレ
ームバッファ２は、誤り保護された符号化音声情報ｄ３
を一時的に蓄積し、伝送レート制御信号ｂ３に基づくレ
ートで適応変調手段側に誤り保護された符号化音声情報
ｅ３を出力する。

【００２０】図２（Ｂ）の受信側で使用される可変レー
ト音声復号装置の可変レート受信フレームバッファ３
は、送信側の可変レート音声符号化装置からの誤り保護
された符号化音声情報ｆ３が適応復調手段側から入力さ
れ、一時的に蓄積し、伝送レート制御信号ｇ３が指定す
るレートに基づき誤り保護された符号化音声情報ｈ３を
出力する。ここで、伝送レート制御信号ｇ３は、送信側
の可変レート音声符号化装置で参照される伝送レート制
御信号ｂ３と同じものである。

【００２１】通信路復号器６は、誤り保護された符号化
音声情報ｈ３が入力され、伝送レート制御信号ｇ３によ
って指定されたレートに基づき、一般的に用いられてい
る方法であるＣＲＣまたはビタビ復号により誤り検出，
訂正し、通信路復号した符号化音声情報ｉ３を出力す
る。

【００２２】可変レート音声復号器４は、符号化音声情
報ｉ３を復号処理し再生音声信号ｊ３を出力する。この
時、伝送レート制御信号ｇ３が低レート伝送のフレーム
であることを示しているフレームにおいて伝送されてこ
なかった時間的変動の小さいクラスの符号化音声情報に
対しては、その前後に伝送されたフレームの情報により
補間して、または、直前に伝送されたフレームの情報そ
のまま用いて再生した後、伝送されてきた符号化音声情
報および該再生された符号化音声情報を用いて音声復号
処理する。可変レート音声復号器４の詳細な構成につい
ては後で説明する。

【００２３】図３は、本発明の第１の実施例および第２
の実施例の可変レート符号化器１の詳細ブロック図であ
り、図１（Ａ）の可変レート音声符号化器１および図２
（Ａ）の可変レート音声符号化器１の具体的構成例であ
る。この実施例では、公知の技術である符号励振線形予
測（ＣＥＬＰ：Codec Excited Linear Predicition）音
声符号化方式を基本としている。図において、１１は線
形予測分析器、１２はフレームパワー計算器、１３は適
応符号帳、１４は雑音符号帳、１５，１６は利得調整
器、１７は加算器、１８は合成フィルタ、１９は加算
器、２０は聴覚重み付き波形歪最小化制御器、２１はパ
ラメータ分割・間引き器である。

【００２４】同図において、線形予測分析器１１は入力
音声信号ａ１を入力し、フレーム長（５msec：適応変調
システムでの伝送レートの可変時間間隔に対応）毎にＬ
ＳＰ（線スペクトル対：次元は１０次とする）等のスペ
クトル包絡情報ｂ１を抽出し、合成フィルタ１８とパラ
メータ分割・間引き器２１に出力する。ＬＳＰを求める
際の分析窓長は、現フレームを中心として例えば５フレ
ーム長に設定する。フレームパワー計算器１２は、入力
音声信号ａ１を入力しフレーム毎のパワー情報ｃ１を計
算しパラメータ分割・間引き器２１と聴覚重み付き波形
歪み制御器２０に出力する。

【００２５】適応符号帳１３は有声の音源波形を表現す
るための符号帳であり、例えば１２８種類の波形パター
ンを有している。雑音符号帳１４は無声の音源波形を表
現するための符号帳であり、例えば５１２種類の波形パ
ターンを有している。適応符号帳１３および雑音符号帳
１４は聴覚重み付けき波形歪み制御器２０からの制御信
号ｎ１に従い符号語ｄ１，ｅ１をそれぞれ出力する。

【００２６】利得調整器１５および利得調整器１６は、
聴覚重み付波形歪み制御器２０からの制御信号ｎ１に従
い、符号語ｄ１，ｅ１の利得調整を行い、それぞれ利得
調整された信号ｆ１，ｇ１を出力する。加算器１７は利
得調整された２つの符号語ｆ１とｇ１を加算し、再生音
源信号ｈ１を作って出力するとともに、適応符号帳１３
に再生音源信号ｈ１を入力し、適応符号帳１３の中身を
更新する。

【００２７】合成フィルタ１８は、スペクトル包絡情報
ｂ１により再生音源信号ｈ１にスペクトル包絡成分ｂ１
を付加し、再生音声信号ｉ１を合成して出力する。加算
器１９は、再生音声信号ｉ１から入力音声信号ａ１を減
算し、予測誤差信号ｊ１を作り、それを聴覚重み付き波
形歪み制御器２０に入力する。

【００２８】聴覚重み付き波形歪み制御器２０は、フレ
ーム毎に予測誤差信号ｊ１の聴覚重み付き２乗平均誤差
が最小となるように適応符号帳１３および雑音符号帳１
４のインデックスを制御信号ｎ１により制御し、選択
し、それぞれインデックスｋ１とｌ１をパラメータ分割
・間引き器２１に出力する。また、聴覚重み付き波形歪
み制御器２０は、フレームパワー計算器１２からの出力
ｃ１を使用して予測誤差信号ｊ１の聴覚重み付き２乗平
均誤差が最小となるように利得調整器１５および利得調
整器１６の利得を制御信号ｎ１により制御し、調整し、
利得インデックスｍ１をパラメータ分割・間引き器２１
に出力する。

【００２９】パラメータ分割・間引き器２１は、符号化
音声情報を時間的変動の大小によりクラス分けし（クラ
ス分け方法の詳細については後述する）、伝送レート制
御信号ｏ１（図１ではｂ４，図２ではｂ３）に基づき選
定されたクラスの符号化音声情報ｐ１を、可変レート送
信フレームバッファ２または通信路符号化器５に対して
可変レートで出力する。ここで、音声符号化情報のクラ
ス分けの例を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】一般的に、符号化音声情報となる音声の特
徴パラメータを時間的変動が大きい順に並べると、ま
ず、音源情報である雑音符号帳インデックスｌ１および
利得インデックスｍ１，フレームパワー情報ｃｌ、次
に、ピッチ情報である適応符号帳インデックスｋｌ、最
後に、スペクトル包絡情報の順となる。従って、この例
では、表１に示すように時間的変動の大きい順にクラス
Ａ，Ｂ，Ｃと各パラメータをクラス分けしている。他の
クラス分け方法としては、表１において、スペクトル包
絡情報ｂ１（１〜３次）とスペクトル包絡情報ｂ１（４
〜１０次）を入れ替えてもよい。

【００３２】伝送レート制御信号に基づいた音声情報の
可変ビットレート（フレーム長は５msec）の設定を表２
に示す。ここでは、適応変調手段から指定される伝送レ
ートは、高レート，中レート，低レートの３段階に変化
するものとする。また、表２では、本発明の第２の実施
例の通信路符号化器５により冗長ビットが付加された時
のビットレートも示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】図４は、本発明の第１の実施例および第２
の実施例の受信側の可変レート音声復号器４の詳細ブロ
ック図であり、図１（Ｂ）の可変レート音声復号器４、
図２（Ｂ）の可変レート音声復号器４の具体的構成例で
ある。図において、３１はパラメータ分離・補間器、３
２は適応符号帳、３３は雑音符号帳、３４は利得制御
器、３５，３６は利得調整器、３７は加算器、３８は合
成フィルタ、３９はポストフィルタである。

【００３５】同図で、パラメータ分離・補間器３１は、
可変レート受信フレームバッファ３または通信路復号器
６からの出力である符号化音声情報ａ２を入力し、各パ
ラメータを分離した後、伝送レート制御信号ｂ２（図１
ではｆ４、図２ではｇ３）を参照し、それが低レート伝
送のフレームであることを示しているとき、伝送されて
こなかった時間的変動の小さいクラス（クラスＣ、また
はクラスＢおよびＣ）の符号化音声情報に対しては、そ
の前後の伝送されたフレームの情報により補間して、ま
たは、直前に伝送されたフレームの情報をそのまま使用
することにより再生する。この詳細については後で説明
する。

【００３６】適応符号帳３２，雑音符号帳３３は送信側
の符号化器の符号帳１３，１４とそれぞれ同じ内容を有
しており、それぞれ伝送されてきたインデックスｃ２，
ｆ２が示す符号語ｋ２，ｊ２を出力する。利得制御器３
４は、送信側の利得調整器１５および１６（図３）の利
得インデックスｄ２，フレームパワー情報ｅ２を用いて
利得ｈ２，ｉ２を生成する。利得調整器３５，３６は利
得ｈ２，ｉ２を用いて符号語ｋ２，ｊ２の利得調整を行
う。加算器３７は利得調整された符号語ｌ２，ｍ２を加
算し、再生音源信号ｎ２を作って出力するとともに、適
応符号帳３２に再生音源信号ｎ２を入力し、符号帳３２
の中身を更新する。

【００３７】合成フィルタ３８は、スペクトル包絡情報
ｇ２により再生音源信号ｎ２にスペクトル包絡成分を付
加し、再生音声信号ｏ２を合成する。ポストフィルタ３
９は、聴感上の品質を向上させる処理を再生音声信号ｏ
２に施し、再生音声信号ｐ２を出力する。ｐ２は図１で
はｈ４、図２ではｊ３に対応する。

【００３８】次に、図５を用いて本発明の可変レート音
声符号化方式の動作について説明する。同図（ａ）はフ
レーム番号Ｆn を示し、フレーム長は５msecとする。同
図（ｂ）はフレーム毎に抽出される符号化音声情報を表
１に従いクラス分けした結果を示し、各フレーム毎にク
ラスＡ，Ｂ，Ｃの符号化音声情報が得られる。同図
（ｃ）は伝送レート制御信号を示し、ここでは、高レー
ト，中レート，低レートの３段階の太線で示した伝送レ
ートをとるものとする。同図（ｄ）は表２に従って伝送
レート制御信号が示す伝送レートに対応して伝送する情
報をクラスＡ，Ｂ，Ｃのうちから選択する様子を示す。
ここで、斜線を施してある部分に位置する情報は伝送さ
れずに廃棄されることを示し、中速ではクラスＣが、低
速ではクラスＢ，Ｃが伝送されずに廃棄される。ここま
でが、図１（Ａ）の可変レート音声符号化器１および、
図２（Ａ）の可変レート音声符号化器１内での動作であ
る。

【００３９】次に、図５（ｅ），（ｆ）に、図１（Ｂ）
の可変レート音声復号器４、図２（Ｂ）の可変レート音
声復号器４内で実行される伝送されてこなかったクラス
ＢとＣの符号化音声情報の再生方法を示す。（ｅ）は矢
印のように伝送された前後のフレームにより補間する方
法を示す。補間は線形補間を用いる。例えば、フレーム
Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４においてクラスＣの各パラメータは伝
送されないが、各パラメータ毎にフレームＦ１とＦ５の
情報により線形補間される。フレームＦ３のクラスＢ，
フレームＦ７のクラスＣについても同様にその前後のフ
レームのパラメータにより線形補間される。（ｆ）は矢
印のように伝送された直前のフレームの情報をそのまま
使用して補間する方法を示す。例えば、フレームＦ２，
Ｆ３，Ｆ４においてクラスＣの各パラメータは伝送され
ないが、各パラメータ毎にフレームＦ１の情報をそのま
ま用いる。フレームＦ３のクラスＢ，フレームＦ７のク
ラスＣについても同様に直前のフレームの情報を用いて
情報が再生される。

【００４０】以上より、伝搬路状態が劣悪になり、適応
変調により伝送レートが低レートになったフレームにお
ける再生音声の品質は改善され、伝搬路状態に影響され
にくい通話品質を提供することができる。

【００４１】次に、上述の方式を実際に使用する際の異
なる改良について説明する。例えば、伝搬状態の悪い状
態が長く続いた時、及び初めから悪い時の動作が問題と
なる。この場合、伝送レートとして中速または低速しか
選択されなくなるため、上記の方法では、クラスＣまた
はクラスＢの情報が伝送されなくなり、再生音声の生成
が不可能となる。この問題は、伝搬路状態の悪い状態が
長く続く場合、及び初めから悪い場合を検出した時、次
に高レートのフレームが来るまでの期間については、Ｎ
段階の伝送レートのうち最高レート以外においても全ク
ラスの符号化音声情報を伝送可能な音声符号化手段及び
復号化手段を用いることにより解決することができる。

【００４２】実施方法としては、可変レート音声符号化
器（図１の１）内のパラメータ分割・間引き器（図３の
２１）が伝送レート制御信号（図３のｏ１）を監視する
ことにより、伝搬状態の悪い状態が長く続く場合、及び
初めから悪い場合を検出する。この時、該パラメータ分
割・間引き器２１は、中速または低速でも全クラスの符
号化音声情報を伝送可能なように、中レートまたは低レ
ートで全パラメータを量子化し、全クラスの符号化音声
情報を伝送する。この低速度化の方法としては、次の２
つが考えられる。 （１）各フレームにおける各パラメータに対するビット
割当て数を削減する。 （２）各パラメータに対するビット割当て数は削減せず
にフレーム長を長くする。このうち、装置構成が比較的
簡単に実現可能な（１）のビット割当ての実施例を表３
に示す。

【００４３】

【表３】

【００４４】表３の、低レートにおいて、＊印を付した
パラメータに関しては、最初のフレームのみ通常の量子
化を行い、次のフレームからは前フレームとの差分を量
子化する。次に高レートのフレームが検出されるまでこ
の音声符号化手法を繰り返す。このようにすることによ
り、通話品質は多少低下するものの、伝搬状態の悪い状
態が長く続いた時、及び初めから悪い時でも再生音声の
生成が可能となる。

【００４５】本発明の装置はＤＳＰ（デジタルシグナル
プロセッサ）１チップおよび簡単な周辺回路により、容
易に実現可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を実
施することにより、適応変調方式を用いた無線通信シス
テムにおいて、再生音声が伝搬路状態の影響を受けにく
くなって受聴者の不快感が軽減され、優れた通話品質を
保つことができるため、実用上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変レート音声符号化方式の第１の実
施例を示す構成図である。

【図２】本発明の可変レート音声符号化方式の第２の実
施例を示す構成図である。

【図３】本発明の図１，図２の可変レート音声符号化器
の構成例図である。

【図４】本発明の図１，図２の可変レート音声符復号器
の構成例図である。

【図５】本発明の可変レート音声符号化方式の動作説明
図である。

【符号の説明】

１ 可変レート音声符号化器 ２ 可変レート送信フレームバッファ ３ 可変レート受信フレームバッファ ４ 可変レート音声復号器 ５ 通信路符号化器 ６ 通信路復号器 １１ 線形予測分析器 １２ フレームパワー計算器 １３，３２ 適応符号帳 １４，３３ 雑音符号帳 １５，１６，３５，３６ 利得調整器 １７，１９，３７ 加算器 １８，３８ 合成フィルタ ２０ 聴覚重み付き波形歪最小化制御器 ２１ パラメータ分割・間引き器 ３１ パラメータ分離・補間器 ３４ 利得制御器 ３９ ポストフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｌ 27/00 Ｈ０４Ｌ 27/00 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 14/00 - 14/06 G10L 19/00 - 19/14 H04L 1/00 H04L 27/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信信号を監視してフレーム単位に伝搬
   路特性を検出し当該受信フレームが予め複数（Ｎ）段階
   に分けた伝搬路の状態のいずれに当たるかを推定し該伝
   搬路の状態に対応させて決められた複数段階の伝送レー
   トのうちの該当する伝送レートを指定する伝送レート制
   御信号を出力する伝搬路推定手段と、該伝搬路推定手段
   から出力される複数段階の伝送レート制御信号によって
   次の送信フレームのシンボルレートを複数段階に変化さ
   せるか又は多値ＱＡＭ方式の変調多値数を複数段階に変
   化させる適応変調手段と適応復調手段とが設けられた適
   応変調方式の通信システムに適用するための可変レート
   音声符号化方式であって、 送信側は、入力音声信号をフレーム毎に音声符号化処理
   して符号化音声情報を出力する符号化手段と、予め音声
   の特徴を示すパラメータの時間的変動の大小により変動
   の大きいパラメータから小さいパラメータの順に分割し
   た複数（Ｎ）段階のクラス分けに従って前記符号化音声
   情報を分割処理するとともに、前記伝搬路推定手段から
   与えられる伝送レート制御信号によって指定される伝送
   レートに応じて、伝送レートが高レートを示す伝搬路の
   状態が良好なときのフレームに対しては前記複数段階の
   クラスに分割された符号化音声情報の全クラスの符号化
   音声情報を変調信号として前記適応変調手段に対して出
   力し、伝送レートが中間のレートを示す伝搬路の状態が
   中間のときのフレームに対しては複数段階に低くなる伝
   送レートに対応して時間的変動の小さいクラスの符号化
   音声情報を破棄し残りのクラスの符号化音声情報を変調
   信号として前記適応変調手段に対して出力し、伝送レー
   トが低レートを示す伝搬路の状態が劣悪なときのフレー
   ムに対しては前記分割された複数段階のクラスのうち時
   間的変動の大きいクラスの符号化音声情報のみを変調信
   号として前記適応変調手段に対して出力するパラメータ
   分割・間引き手段とからなる可変レート音声符号化手段
   を備え、 受信側は、前記適応復調手段によって復調された符号化
   音声情報を受け取り、前記複数段階の伝送レート制御信
   号に基づき、伝送レートが高レートを示す伝搬路の状態
   が良好なときのフレームに対しては全クラスの符号化音
   声情報を再生し、伝搬路の状態が悪くなるに対応して複
   数段階に低くなる伝送レートのフレーム に対しては段階
   的に伝送されてこなかった時間的変動の小さいクラスの
   符号化音声情報を当該フレームの前後のフレームの伝送
   された符号化音声情報により補間した後、または、直前
   フレームの伝送されたフレームの符号化音声情報をその
   まま用いて補間した後、伝送されてきた符号化音声情報
   とともに音声復号処理することにより再生音声信号を生
   成する可変レート音声復号手段を備えたことを特徴とす
   る可変レート音声符号化方式。
2. 【請求項２】 前記可変レート音声符号化手段は、前記
   伝搬路状態推定手段から出力されるＮ段階の伝送レート
   の伝送レート制御信号が、伝搬路状態の悪い状態が長く
   続く場合または初めから悪い状態の場合を示す最高レー
   ト以外の伝送レートの時、次に高レートのフレームが伝
   送されるまでの期間については、最高伝送レートのとき
   と同じく全クラスの符号化音声情報を伝送するように構
   成されたことを特徴とする請求項１記載の可変レート音
   声符号化方式。
3. 【請求項３】 請求項１記載の可変レート音声符号化手
   段および可変レート音声復号手段は、符号励振線形予測
   符号化方式で構成されたことを特徴とする請求項１記載
   の可変レート音声符号化方式。
4. 【請求項４】 請求項１記載のＮ段階は、伝送レートに
   ついては高速，中速，低速の３段階とし、該伝送レート
   に対応する符号化音声情報のクラス分けは、符号化音声
   情報を時間的変動の小さい順に、クラス１としてスペク
   トル包絡情報の高次成分、クラス２としてスペクトル包
   絡情報の低次成分およびピッチ情報、クラス３としてフ
   レームパワー情報および音源信号情報の３段階にクラス
   分けしたことを特徴とする請求項１記載の可変レート音
   声符号化方式。
5. 【請求項５】 請求項１記載のＮ段階は、伝送レートに
   ついては高速，中速，低速の３段階とし、該伝送レート
   に対応する符号化音声情報のクラス分けは、符号化音声
   情報を時間的変動の小さい順に、クラス１としてスペク
   トル包絡情報の低次成分、クラス２としてスペクトル包
   絡情報の高次成分およびピッチ情報、クラス３としてフ
   レームパワー情報および音源信号情報の３段階にクラス
   分けしたことを特徴とする請求項１記載の可変レート音
   声符号化方式。
6. 【請求項６】 請求項１記載の可変レート音声符号化方
   式において、符号化音声情報に誤り訂正・検出機能を付
   加したことを特徴とする請求項１記載の可変レート音声
   符号化方式。