JP3113455B2 - 音声復号装置 - Google Patents

音声復号装置

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JP3113455B2
JP3113455B2 JP05141294A JP14129493A JP3113455B2 JP 3113455 B2 JP3113455 B2 JP 3113455B2 JP 05141294 A JP05141294 A JP 05141294A JP 14129493 A JP14129493 A JP 14129493A JP 3113455 B2 JP3113455 B2 JP 3113455B2
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一郎 松本
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  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
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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するものであり、特に、音声符
号化方式に適応差分PCM(ADPCM:adaptive dif
ferential pulse code modulation )方式を適用した通
信システムに用いられる音声復号装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、個人主体の通信であるパーソナル
コミュニケーションがその範囲を拡大してきている。そ
こでは携帯に便利な端末を利用した音声通信が主体であ
る。このような携帯端末に要求される事項として、コー
ドレス化,音声のディジタル化が挙げられる。音声のデ
ィジタル化方式に関して、有線系では64kbpsPCM方
式が用いられ、現在は32kbpsADPCM方式も用いら
れている。無線系では周波数帯域が有限であり有効利用
するためにはチャネル当たりの伝送するビット数は少な
い方がよく、さらに、端末の有線系との共通化というこ
とから有線系で使用している32kbpsADPCM方式が
用いられる傾向にある。この32kbpsADPCM方式は
有線系のように誤り率が十分低ければ再生音声品質は良
いが、コードレス電話のような無線区間を含む伝送シス
テムでは、無線区間での伝送誤りの発生は避けられな
い。伝送誤り発生の原因の一つに、数Hz程度の低速フェ
ージングがある。低速フェージング下においては、伝送
データのフレームの大部分が誤り、再生音声品質の劣化
をひきおこす。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような伝送データ
のフレームの大部分が誤りとなるバースト誤りが数10
msec以上に及ぶと、再生音声に衝撃音が混入したような
不快感を与えるようになる。このようなバースト誤りに
対する対策はいくつか知られているが、コードレス電話
のような無線回線を含むシステムに対する対策はまだ知
られていない。図5はこのような低速フェージングによ
る伝送誤りの影響の一例として、32kbpsADPCM方
式での再生音声信号の5秒間の波形を示す波形図であ
る。この例の場合、ADPCM符号化されたデータは5
msecを1フレームとしている。図5(A)は誤りがない
場合の音声信号波形を表す。(B)は1フレーム中に発
生した誤りビット数を表し、最大約70ビットの誤りが
観測される。(C)は誤りフレームにたてられるフラ
グ、(D)は伝送誤りが発生した場合の復号器の出力波
形例である。誤りの条件としては、レイリーフェージン
グ、フェージングピッチ4Hz、平均誤り率1.3×10
-3の場合である。図5(D)には(A)に見られない非
常に大きい振幅の信号(イ)が重畳しているのが観測さ
れる。この大きな振幅の部分が、前述の衝撃音に相当
し、不快感の原因となる。本発明の目的は、上記従来技
術の問題点であるコードレス電話のような無線伝送区間
を含む音声符号化通信システムの伝送誤りの再生音への
影響を低減し、無線伝送された再生音声の品質の劣化を
軽減した音声復号装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の音声復号装置
は、無線搬送波が適応差分PCM音声符号化信号で変調
された電波を受信して復調信号を出力する受信復調器
と、該復調信号を符号化データと制御データとに分離出
力する多重分離器と、該多重分離器からの符号化データ
を適応差分PCM復号して復号信号を出力するADPC
M復号器とを備えた音声復号装置において、前記ADP
CM復号器で復号処理に用いられる予測係数を該ADP
CM復号器から取り出してフレーム毎に平均値を更新記
憶し、外部から誤りフレームフラグが入力されたとき記
憶の更新を中止して直前のフレームの予測係数を読み出
して前記ADPCM復号器に与える予測係数保持器と、
前記ADPCM復号器から出力される復号信号を再生音
声信号として出力するとともに、該復号信号のフレーム
毎の電力を更新記憶し、外部から誤りフレームフラグが
入力されたとき記憶の更新を中止して当該誤りフレーム
の電力を直前のフレームの電力に等しくなるように補正
して再生音声信号として出力する電力補正器と、前記受
信復調器の受信レベルを算出監視してフレーム単位の受
信レベルが急変したときは誤りフレームフラグを前記電
力補正器に与え、前記多重分離器からの制御データをフ
レーム毎に点検して誤りビットを検出したときは前記A
DPCM復号器と前記予測係数保持器とに誤りフレーム
フラグを与えることにより該予測係数保持器から出力さ
れる前記直前のフレームの予測係数が前記ADPCM復
号器に入力されて該ADPCM復号器が該直前のフレー
ムの予測係数を用いて復号処理を行うように動作させる
制御器とを備えたことを特徴とするものである。
【0005】
【実施例】図1は本発明の音声復号装置を含む通信シス
テム全体の構成例図であり、(A)は送信側の符号化装
置、(B)は復号装置を示す。図4は図1の回路の各部
の信号のタイミングチャートである。図1,図4を用い
て本発明の構成と動作を説明する。説明中に出てくる英
小文字(各信号,フラグその他)は図1,図4に対応し
ている。
【0006】まず、(A)の符号化装置の構成について
説明する。図1(A)のにおいて、1はマイクロホンで
ある。2は音声信号aをADPCM符号化するADPC
M符号化器である。3は多重化器であり、ADPCM符
号化されたデータbと制御データ発生器5からの制御デ
ータcをフレーム化し速度変換した後に多重化する。5
は制御データcを多重化器3に与える制御データ発生器
である。4は多重化されたデータdを変調信号として搬
送波を変調した送信波eをアンテナ6から送出する変調
送信器である。次に、(A)の符号化装置の動作につい
て説明する。マイクロホン1から取り込まれた音声信号
aは、ADPCM符号化器2でADPCM符号化され
る。例えば、標本化周波数を8kHとして1標本あたり4
ビットのデータ、1フレームは5msecとしている。AD
PCM符号化されたデータbは制御データ発生器5から
の制御データcと多重化器3で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dは変調送信器4で変
調されアンテナ6から送信される。
【0007】次に、本発明の実施例を示す(B)の復号
装置の構成について説明する。図1(B)において、7
はアンテナである。8は送信側から送信された送信波f
をアンテナ7によって受信し復調する受信復調器であ
る。9は受信復調器8から出力される多重化されたデー
タgを、制御データiとADPCM符号化されたデータ
hに速度変換して分離する機能を有する多重分離器であ
る。10は制御器であり、多重分離器9によって分離出
力された制御データiの誤りをチェックし伝送誤りの入
ったデータフレームを検出したとき誤りフレームフラグ
t,pをそれぞれADPCM復号器11,予測係数保持
器15に対して出力する機能と、受信復調器8の復調さ
れた信号のデータフレーム毎のレベルを監視し、一つ前
のデータフレームのレベルよりも現在のデータフレーム
のレベルが極端に変化したときも誤り情報kを電力補正
器13に対して出力する機能と、フレーム毎にフレーム
パルスlを発生させる機能を有する。15は本発明の要
部をなす予測係数保持器であり、ADPCM復号器11
で復号処理するとき用いられ再生音声の音色を決定づけ
る予測係数sを、常時フレーム毎に平均値を算出して一
時記憶し、制御器10からの誤りフレームフラグpを受
けたとき記憶を中止する。そして、ADPCM復号器1
1での誤りの入ったフレームのデータ復号処理時に、誤
りの入っていない一つ前のフレームの予測係数rをメモ
リから読み出してADPCM復号器11に対して出力す
る。そして、誤りフレームフラグpを受けなくなれば再
びメモリの記憶を再開する機能を有する。
【0008】11はADPCM復号器であり、ADPC
M符号化されたデータhをADPCM復号し、制御器1
0からの誤り符号化フラグtにより、誤りが入ったフレ
ームを復号処理するときは、予測係数保持器15からの
予測係数rにより復号処理をする機能を有する。12は
ADPCM復号された復号音声jのフレーム毎の電力を
算出しその電力値(電力情報m)を電力補正器13に出
力する機能を持つ電力算出器である。13は電力補正器
であり、電力算出器12からの電力情報mを記憶してお
く機能を持ち、制御器10から誤りフレームフラグkと
フレームパルスlが与えられたとき、伝送誤りの入った
フレームとその後に続く予め定めたフレーム数の復号音
声の電力を、誤りの入る前のフレームの復号音声の電力
と同じになるように補正し、出力音声としてスピーカ1
4から出力する機能を有する。
【0009】次に、復号装置の動作について説明する。
無線区間を通ってきた受信波fはアンテナ7を介して受
信復調器8に入力され復調される。復調された多重化デ
ータgは多重分離器9により速度変換され、制御データ
iとADPCM符号化データhに分離出力される。制御
器10は復調器8の受信レベルを算出監視し、前フレー
ムのレベルより大幅にレベルの変わったフレームに誤り
フレームフラグkをたてるとともに、分離された制御デ
ータiの誤りをチェックして誤りと判断したフレームに
誤りフレームフラグp,kをたてて出力する。またフレ
ームの区切りを示すフレームパルス1を出力する。図4
の受信レベルxは、例として伝送誤りが入った区間のレ
ベルが低下していることを示す。ADPCM符号化デー
タhはADPCM復号器11でADPCM復号され復号
信号jを出力する。図4のADPCM復号信号jは、伝
送誤りの入った区間に伝送誤りの影響により振幅が大き
くなっていることが分かる。電力算出器12は、復号音
声jのフレームごとの電力を算出し電力補正器13に電
力情報mを送る。電力補正器13は、電力算出器12で
算出された電力情報mを記憶しておき、制御器10から
の誤りフレームフラグkとフレームパルス1とにより、
伝送誤りの入ったフレームの復号音声の電力を、誤りの
入る前のフレームの復号音声の電力に等しくなるように
補正し、出力音声nとして出力する。図4に示したよう
に、電力補正後の電力m’と出力音声nのように電力が
補正され、再生出力音声の伝送誤りによる影響が低減さ
れる。
【0010】予測係数保持器15は、ADPCM復号器
11が復号処理で使用している予測係数sを抽出してフ
レーム毎に平均を算出し、更新記憶している。そして、
制御器10から誤りフレームフラグpが入力されたとき
記憶更新を中止し、誤りの入る前のフレームの予測係数
の平均値rをADPCM復号器11に対して出力する。
誤りフレームフラグpがこなくなれば再び記憶を開始す
る。ADPCM復号器11は、制御器10からの誤りフ
レームフラグtを受けると、誤りのあるフレームの復号
処理を、誤りの入る前のフレームの予測係数平均値rを
用いて復号処理を行う。誤りの入る前のフレームの予測
係数平均値rを使うことにより復号音声の聴感的不快感
が低減される。図4の送信側の予測係数wが伝送誤りに
よって、図4の予測係数sのようにレベルが落ち乱れた
とき、上記の処理が行われて図4の予測係数rのように
予測係数の乱れが軽減されることが分かる。
【0011】図2は本発明の復号装置の特徴の一つであ
る電力補正器13の構成例図である。図2を用いて電力
補正器13の構成と動作について説明する。まず、構成
について説明する。図2において、21は電力算出器1
2で算出されたフレーム毎の電力mを記憶するメモリで
ある。このメモリ21は誤りフレームフラグkが入力さ
れると書き込みを中止し、カウンタ23から出力される
書き込み中止クリア信号oにより書き込みを再開する機
能を持つ。22はバッファメモリであり、ADPCM復
号器11から出力される復号音声jと、メモリ21から
出力される電力情報とのタイミングを合わせる。23は
カウンタであり、誤りフレームフラグkを受けると、フ
レームパルスlにより誤りの入ったフレームの間スイッ
チ24をメモリ21の出力側に切替えてメモリの内容
を出力させ、その後誤りフレームフラグkがなくなると
スイッチ24を側に戻すとともにメモリ21に書き込
み中止クリア信号oを出力して書き込みを再開させる。
25は乗算器である。
【0012】次に、この電力補正器13の動作について
説明する。ADPCM復号器11からの復号音声jは電
力算出器12でフレーム毎の電力mが算出されてメモリ
21に記憶され、フレーム毎にメモリ21の内容が更新
されている。制御器10から誤りフレームフラグkが入
力されるとメモリ21の更新は中止される。誤りフレー
ムフラグkがカウンタ23に入力されると、スイッチ2
4の切替信号が出力され、通常側に接続されているス
イッチ24は側に切替えられる。そして、カウンタ2
3はフレームパルス1により誤りの入ったフレーム数を
カウントした後、記憶開始信号oをメモリ21に与えて
更新を開始させると同時にスイッチ24を側に戻す。
上記の動作により、乗算器25でスイッチ24からの出
力とバッファメモリ22からの出力を乗算することによ
り、誤りの入ったフレームの復号音声の電力は誤りの入
る前のフレームの電力と同じになるように補正されて出
力される。
【0013】図3は本発明の復号装置の特徴の一つであ
る予測係数保持器15の構成例図である。図3によって
予測係数保持器15の構成と動作を説明する。まず、予
測係数保持器15の構成について説明する。図3におい
て、26は予測係数算出器であり、ADPCM復号器1
1の適応予測器で得られる予測係数sをフレーム毎に平
均値を算出する機能を持つ。27は予測係数メモリであ
り、予測係数算出器26で算出された値qを記憶し、誤
りフレームフラグpがきたとき予測係数の記憶を中止
し、誤りフレームフラグpがこなくなれば再び記憶更新
を始める。誤りフレームフラグpがきている間は、AD
PCM復号器11に対して誤りが入る前のフレームの予
測係数の平均値rを出力する機能を持つ。
【0014】次に、この予測係数保持器15の動作につ
いて説明する。予測係数算出器26には、常時ADPC
M復号器11の中で生成される予測係数sが与えられ、
フレーム毎に平均値qを算出して出力する。予測係数メ
モリ27は、予測係数算出器26で算出されたフレーム
毎の予測係数の平均値qを更新記憶し、制御器10から
誤りフレーム情報pが入力されるとメモリの更新を中止
してメモリの内容rをADPCM復号器11に対して出
力する。また、誤りフレーム情報pが来なくなれば、再
びメモリの更新を始める。ADPCM復号器11は、制
御器10から誤りフレームフラグtが入力されると予測
係数メモリ27からの出力rを用いて誤りの入ったフレ
ームの復号処理を行う。このような動作により、伝送誤
りの影響を受けている予測係数を用いた場合に比べて再
生音声品質が向上する。図5(E)は上記の処理をした
本発明の再生音声信号の波形を示す波形図である。同図
(D)の従来波形に見られる非常に大きい振幅が抑えら
れ、聴感的な不快感が低減されいることを示している。
【0015】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、伝送誤り対
策として、誤りの入ったフレームに対して、予測係数を
保持して復号処理をさせるとともに電力を補正すること
により、伝送誤りの再生音への影響が低減され、復号器
の再生音声の品質の劣化を軽減することができるため、
ADPCM符号化方式を利用するコードレス電話のよう
な無線区間を含むシステムの音声復号装置として極めて
有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】音声符号化装置と本発明の復号装置の実施例を
示すブロックである。
【図2】本発明の部分詳細ブロック図である。
【図3】本発明の部分詳細ブロック図である。
【図4】図1の各部の信号波形図である。
【図5】本発明の効果を説明する波形図である。
【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 制御器 11 復号器 12 電力算出器 13 電力補正器 14 スピーカ 15 予測係数保持器 21 メモリ 22 バッファメモリ 23 カウンタ 24 スイッチ 25 乗算器 26 予測係数算出器 27 予測係数メモリ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無線搬送波が適応差分PCM音声符号化
    信号で変調された電波を受信して復調信号を出力する受
    信復調器と、該復調信号を符号化データと制御データと
    に分離出力する多重分離器と、該多重分離器からの符号
    化データを適応差分PCM復号して復号信号を出力する
    ADPCM復号器とを備えた音声復号装置において、 前記ADPCM復号器で復号処理に用いられる予測係数
    を該ADPCM復号器から取り出してフレーム毎に平均
    値を更新記憶し、外部から誤りフレームフラグが入力さ
    れたとき記憶の更新を中止して直前のフレームの予測係
    数を読み出して前記ADPCM復号器に与える予測係数
    保持器と、 前記ADPCM復号器から出力される復号信号を再生音
    声信号として出力するとともに、該復号信号のフレーム
    毎の電力を更新記憶し、外部から誤りフレームフラグが
    入力されたとき記憶の更新を中止して当該誤りフレーム
    の電力を直前のフレームの電力に等しくなるように補正
    して再生音声信号として出力する電力補正器と、 前記受信復調器の受信レベルを算出監視してフレーム単
    位の受信レベルが急変したときは誤りフレームフラグを
    前記電力補正器に与え、前記多重分離器からの制御デー
    タをフレーム毎に点検して誤りビットを検出したときは
    前記ADPCM復号器と前記予測係数保持器とに誤りフ
    レームフラグを与えることにより該予測係数保持器から
    出力される前記直前のフレームの予測係数が前記ADP
    CM復号器に入力されて該ADPCM復号器が該直前の
    フレームの予測係数を用いて復号処理を行うように動作
    させる制御器とを備えたことを特徴とする音声復号装
    置。
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