JP3241961B2 - 線形予測係数信号生成方法 - Google Patents

線形予測係数信号生成方法

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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、一般的に、無線通信シ
ステムで使用する音声符号化方式に関し、特に、無線伝
送におけるバースト誤り時に音声符号器が機能する方式
に関する。
【０００２】
【従来の技術】セルラ電話およびパーソナル通信システ
ムのような多くの通信システムは、無線チャネルによっ
て情報を通信する。このような情報を通信している間
に、無線通信チャネルは、マルチパスフェージングのよ
うな、いくつかの誤り源からの影響を受ける。このよう
な誤り源は、とりわけ、フレーム消失という問題を引き
起こすことがある。消失とは、受信機へ通信される一連
のビットの全部の損失または大部分の破壊をいう。フレ
ームとは、所定数のビットである。
【０００３】ビットのフレームが完全に損失した場合、
受信機には解釈すべきビットがない。このような状況で
は、受信機は無意味な結果を生じることになる。受信し
たビットのフレームが破壊されたために信頼性がなくな
った場合、受信機はひどく歪んだ結果を生じることがあ
る。
【０００４】無線システム容量に対する需要が増大する
につれて、利用可能な無線システム帯域幅の最適な利用
法が必要とされてきている。システム帯域幅の利用の効
率を高める１つの方法は、信号圧縮技術を使用すること
である。音声信号を伝送する無線システムでは、音声圧
縮（すなわち音声符号化）技術をこの目的のために使用
することができる。このような音声符号化技術には、周
知の符号励振線形予測（ＣＥＬＰ）音声符号器のよう
な、合成による分析の音声符号器がある。
【０００５】音声符号化方式を使用するパケット交換ネ
ットワークにおけるパケット損失の問題は、無線の場合
のフレーム消失と非常に類似している。すなわち、パケ
ット損失によって、音声復号器はフレームを受信するこ
とができないか、または、多数のビットが抜けたフレー
ムを受信することになる。いずれの場合にも、音声復号
器には、同じ本質的問題が提示される。すなわち、圧縮
された音声情報の損失にもかかわらず音声を合成する必
要性である。「フレーム消失」および「パケット損失」
はいずれも、送信されたビットの損失を引き起こした通
信チャネル（すなわちネットワーク）の問題に関係す
る。従って、本明細書の目的のためには、「フレーム消
失」という用語はパケット損失と同義とみなすことがで
きる。
【０００６】ＣＥＬＰ音声符号器は、原音声信号を符号
化するために励振信号のコードブック（符号帳）を使用
する。この励振信号は、励振に応答して音声信号（また
は音声信号のプリカーサ）を合成する線形予測（ＬＰ
Ｃ）フィルタを「励振」するために使用される。合成さ
れた音声信号を、符号化すべき信号と比較する。原信号
と最もよく一致するコードブック励振信号を識別する。
その後、識別した励振信号のコードブックインデックス
がＣＥＬＰ復号器へ通信される（ＣＥＬＰシステムのタ
イプに応じて、他のタイプの情報を通信することも可能
である）。復号器は、ＣＥＬＰ符号器と同一のコードブ
ックを含む。復号器は、送信されたインデックスを使用
して、自己のコードブックから励振信号を選択する。こ
の選択した励振信号を使用して、復号器のＬＰＣフィル
タを励振する。このようにして励振されることにより、
復号器のＬＰＣフィルタは復号された（すなわち量子化
された）音声信号を生成する。これは、前に原音声信号
に最も近いと判定されたのと同じ音声信号である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】音声符号器を使用する
無線システムなどのシステムは、音声を圧縮しないシス
テムよりもフレーム消失の問題の影響を受けやすい。こ
の影響の受けやすさは、通信される各ビットの損失の可
能性を大きくするような、符号化された音声の冗長性の
少なさ（符号化されていない音声に比べて）による。フ
レーム消失を受けるＣＥＬＰ音声符号器の場合でいえ
ば、励振信号コードブックインデックスは損失してしま
うか、または、大きく破壊されることがある。消失した
フレームのために、ＣＥＬＰ復号器は、コードブック内
のどのエントリを使用して音声を合成すべきかを信頼性
よく識別することができなくなる。その結果、音声符号
化システムの性能は大幅に劣化することになる。励振信
号コードブックインデックスを損失する結果、復号器に
おいて励振信号を合成する通常の技術は無効となる。従
って、このような技術を代替手段によって置き換えなけ
ればならない。コードブックインデックスの損失のもう
１つの結果として、線形予測係数を生成する際に利用可
能な通常の信号が使用不能となる。従って、このような
係数を生成する代替技術が必要となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、非消失フレー
ム期間中に生成した線形予測係数信号の重みつき外挿に
基づいてフレーム消失中の線形予測係数信号を生成す
る。この重みつき外挿により、線形予測フィルタの周波
数応答におけるピークの帯域幅の拡大が実現される。実
施例では、非消失フレーム期間中に生成される線形予測
係数信号はバッファメモリに記憶される。フレーム消失
が起きると、最後の「良好な」係数信号のセットが、帯
域幅拡大係数の累乗によって重みづけされる。累乗の指
数は、当該係数を指定するインデックスである。帯域幅
拡大係数は１より小さい数である。
【０００９】
【実施例】 ［Ｉ．はじめに］本発明は、フレーム消失（すなわち、
音声を合成するために通常使用される圧縮されたビット
ストリーム中の一群の連続するビットの損失）を受けて
いる音声符号化システムの動作に関する。以下の説明
は、ＣＣＩＴＴによって国際標準Ｇ．７２８として採用
された周知の１６ｋｂｉｔ／ｓ低遅延ＣＥＬＰ（ＬＤ−
ＣＥＬＰ）音声符号化方式に例として適用した本発明の
特徴に関する。しかし、当業者には理解されるように、
本発明の特徴は他の音声符号化方式にも適用可能であ
る。
【００１０】Ｇ．７２８標準草案には、この標準の音声
符号器および復号器の詳細な記述が含まれている（Ｇ．
７２８標準草案、第３節および第４節参照）。第１の実
施例は、この標準の復号器への改良に関する。本発明を
実現するためには符号器の改良は不要であるが、本発明
は、符号器の改良によってさらに効果が得られる。実
際、以下で説明する一実施例の音声符号化システムは改
良した符号器を含む。
【００１１】１個以上のフレームの消失の情報は、本発
明の実施例への入力である。このような情報は従来技術
で周知の任意の方法によって得られる。例えば、フレー
ム消失は、従来の誤り検出符号の使用により検出可能で
ある。このような符号は、無線通信システムの従来の無
線送受信サブシステムの一部として実装される。
【００１２】以下の説明のために、復号器のＬＰＣ合成
フィルタの出力信号は、音声領域にあるか、それとも、
音声領域へのプリカーサの領域にあるかにかかわらず、
「音声信号」ということにする。また、説明を明確にす
るため、実施例のフレームは、Ｇ．７２８標準の適応サ
イクルの長さの整数倍とする。この実施例のフレーム長
は、実際に妥当であり、一般性を失うことなく、本発明
の開示を可能にする。例えば、フレームの長さは１０ｍ
ｓ、すなわち、Ｇ．７２８適応サイクルの長さの４倍と
仮定することができる。適応サイクルは２０サンプルで
あり、２．５ｍｓの継続時間に相当する。
【００１３】説明を明確にするために、本発明の実施例
は、個別の機能ブロックからなるものとして提示する。
それらのブロックが表す機能は、共用または専用のハー
ドウェアを用いて実現可能である。このハードウェアに
は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアも含まれる
が、それに制限されるものではない。例えば、図１、図
２、図６および図７に示されたブロックは、単一の共用
プロセッサによって実現することも可能である。（「プ
ロセッサ」という用語の使用は、ソフトウェアを実行可
能なハードウェアを限定的に指すものと解釈してはなら
ない。）
【００１４】本実施例は、ＡＴ＆ＴのＤＳＰ１６または
ＤＳＰ３２Ｃのようなディジタル信号プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）ハードウェアと、以下で説明する作用を実行するソ
フトウェアを記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
と、ＤＳＰの結果を記憶するランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）とを含む。超大規模集積（ＶＬＳＩ）ハード
ウェア実施例や、カスタムＶＬＳＩ回路と汎用ＤＳＰ回
路の組合せも可能である。
【００１５】［ＩＩ．実施例］図１に、本発明によって
改良されたＧ．７２８のＬＤ−ＣＥＬＰ復号器のブロッ
ク図を示す（図１は、Ｇ．７２８標準草案の図３の改良
版である）。正常動作時（すなわち、フレーム消失がな
いとき）には、この復号器はＧ．７２８に従って動作す
る。まず復号器は、通信チャネルからコードブックイン
デックスｉを受信する。各インデックスは励振ＶＱコー
ドブック２９から得られる５個の励振信号サンプルのベ
クトルを表す。コードブック２９は、Ｇ．７２８標準草
案に記載された利得および形状のコードブックからな
る。コードブック２９は、受信した各インデックスを使
用して、励振コードベクトルを抽出する。抽出したコー
ドベクトルは、符号器によって、原信号に最もよく一致
すると判定されたものである。抽出された各励振コード
ベクトルは利得増幅器３１によってスケーリングされ
る。増幅器３１は、励振ベクトルの各サンプルに、ベク
トル利得アダプタ３００によって決定される利得を乗じ
る（ベクトル利得アダプタ３００の動作は後述）。スケ
ーリングされた各励振ベクトルＥＴは、励振合成器１０
０に入力される。フレーム消失が起きていない場合、合
成器１００は単に変更なしに、スケーリングした励振ベ
クトルを出力する。次に、スケーリングされた各励振ベ
クトルはＬＰＣ合成フィルタ３２に入力される。ＬＰＣ
合成フィルタ３２は、スイッチ１２０を通じて合成フィ
ルタアダプタ３３０によって供給されるＬＰＣ係数を使
用する（スイッチ１２０は、フレーム消失が起きていな
いときは破線側に設定される。合成フィルタアダプタ３
３０、スイッチ１２０、および帯域幅拡大器１１５につ
いては後述する）。フィルタ３２は復号した（すなわち
「量子化した」）音声を生成する。フィルタ３２は、復
号音声信号に周期性を導入することが可能な５０次合成
フィルタである（このような周期性の強化は一般に２０
より大きい次数のフィルタでは必要である）。Ｇ．７２
８標準によれば、この復号された音声は次に後置フィル
タ３４および後置フィルタアダプタ３５の作用によって
後置フィルタリングされる。後置フィルタリングされる
と、復号音声のフォーマットはフォーマット変換器２８
によって適当な標準フォーマットに変換される。このフ
ォーマット変換は、他のシステムによってこの復号音声
を後で使用することを容易にする。
【００１６】［Ａ．フレーム消失中の励振信号合成］フ
レーム消失がある場合、図１の復号器は、どの励振信号
サンプルのベクトルをコードブック２９から抽出すべき
かに関する信頼性のある情報を（復号器が仮に何かを受
信するとしても）受信しない。この場合、復号器は、音
声信号を合成する際に使用するための代用励振信号を得
なければならない。フレーム消失期間中の代用励振信号
の生成は励振合成器１００によって実行される。
【００１７】図２に、本発明による励振合成器１００の
実施例のブロック図を示す。フレーム消失中、励振合成
器１００は、以前に決定した（決定済み）励振信号サン
プルに基づいて励振信号サンプルのベクトルを１個以上
生成する。これらの決定済み励振信号サンプルは、通信
チャネルから受信した、受信済みコードブックインデッ
クスを用いて抽出されたものである。図２に示したよう
に、励振合成器１００は、タンデムスイッチ１１０、１
３０および励振合成プロセッサ１２０を有する。スイッ
チ１１０、１３０はフレーム消失信号に応答して合成器
１００のモードを正常モード（フレーム消失なし）と合
成モード（フレーム消失あり）の間で切り替える。フレ
ーム消失信号は、現在のフレームが正常である（例えば
値０）か、または消失しているか（例えば値１）のいず
れかを示す２進フラグである。この２進フラグはフレー
ムごとにリフレッシュされる。
【００１８】［１．正常モード］正常モード（スイッチ
１１０および１３０では破線で示す）では、合成器１０
０は、利得でスケーリングした（利得スケールド）励振
信号ベクトルＥＴ（それぞれ５個の励振サンプル値から
なる）を受信し、そのベクトルを出力に送る。ベクトル
サンプル値は励振合成プロセッサ１２０にも送られる。
プロセッサ１２０は、後でフレーム消失時に使用するた
めに、このサンプル値をバッファＥＴＰＡＳＴに記憶す
る。ＥＴＰＡＳＴは、最近の励振信号サンプル値を２０
０個（すなわち４０個のベクトル）保持し、最近に受信
した（または合成した）励振信号値の履歴を提供する。
ＥＴＰＡＳＴが満杯になると、引き続くベクトルの５個
のサンプルがバッファにプッシュされることにより、最
も古いベクトルの５個のサンプルがバッファから落ち
る。（後で合成モードについて説明するように、このベ
クトルの履歴は、フレーム消失時に生成されるベクトル
も含むことがある。）
【００１９】［２．合成モード］合成モード（スイッチ
１１０および１３０では実線で示す）では、合成器１０
０は利得スケールド励振信号ベクトルの入力を切り離
し、励振合成プロセッサ１２０を合成器出力に結合す
る。プロセッサ１２０は、フレーム消失信号に応答し
て、励振信号ベクトルを合成するように作用する。
【００２０】図３に、合成モードにおけるプロセッサ１
２０の動作のブロック流れ図を示す。処理のはじめに、
プロセッサ１２０は、消失したフレームが有声音声を含
んでいた可能性が高いかどうかを判断する（ステップ１
２０１）。これは、過去の音声サンプルに対する通常の
有声音性検出によって実行可能である。Ｇ．７２８復号
器の場合、有声音声判定プロセスで使用可能な信号ＰＴ
ＡＰが（後置フィルタから）利用可能である。ＰＴＡＰ
は、復号音声に対する単一タップピッチ予測器の最適重
みを表す。ＰＴＡＰが大きい（例えば１に近い）場合、
消失した音声は有声であった可能性が高い。ＰＴＡＰが
小さい（例えば０に近い）場合、消失した音声は非有声
（すなわち、無声音声、無音、雑音）であった可能性が
高い。経験的に決定されるしきい値ＶＴＨが、有声と非
有声の音声の間の判定のために使用される。このしきい
値は０．６／１．４に等しい（ここで、０．６はＧ．７
２８後置フィルタによって使用される有声しきい値であ
り、１．４は、有声音声側に誤るようにしきい値を小さ
くするための経験的に決定された数である）。
【００２１】消失したフレームが有声音声を含んでいた
であろうと判定された場合、バッファＥＴＰＡＳＴ内で
サンプルのベクトルを探索することによって、新たな利
得スケールド励振ベクトルＥＴを合成する。最初に探索
されるのは過去のＫＰ個のサンプルである（ステップ１
２０４）。ＫＰは、有声音声の１ピッチ周期に対応する
サンプル数である。ＫＰは復号音声から通常のように決
定することも可能である。しかし、Ｇ．７２８復号器の
後置フィルタはこの値を既に計算している。従って、新
たなベクトルＥＴの合成は、５個の連続するサンプルの
セットを現在へ外挿（例えば複写）することからなる。
バッファＥＴＰＡＳＴは、最後に合成したサンプル値の
ベクトルＥＴを反映するように更新される（ステップ１
２０６）。このプロセスは、良好な（消失していない）
フレームを受信するまで反復する（ステップ１２０８お
よび１２０９）。ステップ１２０４、１２０６、１２０
８、および１２０９のプロセスの結果、ＥＴＰＡＳＴの
最後のＫＰ個のサンプルが周期的に反復することにな
り、消失したフレームにはＥＴベクトルの周期的な列が
生じる（ここでＫＰがその周期である）。良好な（消失
していない）フレームを受信すると、このプロセスは終
了する。
【００２２】消失フレームが非有声音声を含んでいたと
（ステップ１２０１によって）判定されると、別の合成
手続きが実行される。実施例のＥＴベクトルの合成は、
ＥＴＰＡＳＴ内の５個のサンプルのグループのランダム
化外挿に基づく。このランダム化外挿手続きは、ＥＴＰ
ＡＳＴの最近の４０個のサンプルの平均絶対値の計算か
ら始まる（ステップ１２１０）。この平均絶対値をＡＶ
ＭＡＧで表す。ＡＶＭＡＧは、外挿されたＥＴベクトル
サンプルがＥＴＰＡＳＴの最近４０個のサンプルと同じ
平均絶対値を持つことを保証するプロセスで使用され
る。
【００２３】整数値乱数ＮＵＭＲが、励振合成プロセス
にある程度のランダム性を導入するために発生される。
消失フレームは（ステップ１２０１で判定されたよう
に）無声音声に含まれているため、このランダム性は重
要である。ＮＵＭＲは５〜４０の任意の整数値をとりう
る（ステップ１２１２）。次に、ＥＴＰＡＳＴの５個の
連続するサンプルを選択する。そのうちの最も古いもの
はＮＵＭＲ個前のサンプルである（ステップ１２１
４）。次に、これらの選択したサンプルの平均絶対値を
計算する（ステップ１２１６）。この平均絶対値をＶＥ
ＣＡＶと呼ぶ。ＶＥＣＡＶに対するＡＶＭＡＧの比とし
てスケールファクタＳＦが計算される（ステップ１２１
８）。次に、ＥＴＰＡＳＴから選択された各サンプルに
ＳＦを乗じる。このスケールされたサンプルはＥＴの合
成されたサンプルとして使用される（ステップ１２２
０）。これらの合成されたサンプルは、上記のようにＥ
ＴＰＡＳＴを更新するためにも使用される（ステップ１
２２２）。
【００２４】消失フレームを満たすためにさらに多くの
合成されたサンプルが必要な場合（ステップ１２２
４）、消失フレームが満たされるまでステップ１２１２
〜１２２２が反復する。連続する後続のフレームも消失
している場合（ステップ１２２６）、ステップ１２１０
〜１２２４を反復して、後続の消失フレームを満たす。
すべての連続する消失フレームが合成されたＥＴベクト
ルで満たされると、プロセスは終了する。
【００２５】［３．非有声音声に対するもう１つの合成
モード］図４に、励振合成モードにおけるプロセッサ１
２０のもう１つの動作のブロック流れ図を示す。この代
替例では、有声音声の処理は図３を参照して既に説明し
たのと同一である。この代替例の相違点は、非有声音声
に対するＥＴベクトルの合成にある。このため、非有声
音声に関する処理のみを図４に示す。
【００２６】図示したように、非有声音声に対するＥＴ
ベクトルの合成は、バッファＥＴＰＡＳＴに記憶された
最近の３０個のサンプルのブロックと、その最近のブロ
ックから３１〜１７０個のサンプルだけ離れたＥＴＰＡ
ＳＴの３０個のサンプルとの間の相関を計算することか
ら始まる（ステップ１２３０）。例えば、ＥＴＰＡＳＴ
の最近３０個のサンプルはまず、ＥＴＰＡＳＴサンプル
の３２〜６１のサンプルのブロックと相関をとられる。
次に、最近３０個のサンプルのブロックは、ＥＴＰＡＳ
Ｔサンプル３３〜６２と相関をとられる、などとなる。
このプロセスは、１７１〜２００のサンプルを含むブロ
ックまでのすべての３０個のサンプルのブロックに対し
て継続される。
【００２７】計算した相関値のうちしきい値ＴＨＣより
大きいすべての相関値に対して、最大相関に対応する時
間差（ＭＡＸＩ）を決定する（ステップ１２３２）。
【００２８】次に、消失フレームが非常に低い周期性を
示していた可能性が高いかどうかを判定するテストを行
う。このような低い周期性の状況では、ＥＴベクトル合
成プロセスに人工的な周期性を導入することを避けるの
が有利である。これは、時間差ＭＡＸＩの値を変えるこ
とによって行われる。（ｉ）ＰＴＡＰがしきい値ＶＴＨ
１より小さい場合（ステップ１２３４）、または、（ｉ
ｉ）ＭＡＸＩに対応する最大相関が定数ＭＡＸＣより小
さい場合（ステップ１２３６）、非常に低い周期性であ
ることがわかる。その結果、ＭＡＸＩは１だけインクリ
メントされる（ステップ１２３８）。条件（ｉ）および
（ｉｉ）のいずれも満たされない場合、ＭＡＸＩはイン
クリメントされない。ＶＨＴ１およびＭＡＸＣの例示的
な値はそれぞれ０．３および３×１０7である。
【００２９】次に、ＭＡＸＩはＥＴＰＡＳＴからのサン
プルのベクトルを抽出するためのインデックスとして使
用される。抽出されるサンプルのうち最も早いものはＭ
ＡＸＩ個前のサンプルである。これらの抽出されたサン
プルは、次のＥＴベクトルとして使用される（ステップ
１２４０）。以前のように、バッファＥＴＰＡＳＴは、
最新のＥＴベクトルサンプルで更新される（ステップ１
２４２）。
【００３０】消失フレームを満たすためにさらにサンプ
ルが必要な場合（ステップ１２４４）、ステップ１２３
４〜１２４２を反復する。消失フレーム内のすべてのサ
ンプルが満たされると、後続の消失した各フレーム内の
サンプルが、ステップ１２３０〜１２４４を反復するこ
とによって満たされる（ステップ１２４６）。連続する
すべての消失フレームが合成したＥＴベクトルで満たさ
れると、プロセスは終了する。
【００３１】［Ｂ．消失フレームに対するＬＰＣフィル
タ係数］利得スケールド励振ベクトルＥＴの合成に加え
て、消失フレーム期間中にＬＰＣフィルタ係数を生成し
なければならない。本発明によれば、消失フレームに対
するＬＰＣフィルタ係数は、帯域幅拡大手続きによって
生成される。この帯域幅拡大手続きは、消失フレームに
おけるＬＰＣフィルタ周波数応答の不確定性を補償する
のに有用である。帯域幅拡大は、ＬＰＣフィルタ周波数
応答におけるピークの鋭さをやわらげる。
【００３２】図１０に、非消失フレームに対して決定さ
れるＬＰＣ係数に基づいたＬＰＣフィルタ周波数応答の
例を示す。図からわかるように、この応答はいくつかの
「ピーク」を含む。不確定性の問題となるのは、フレー
ム消失期間中のこれらのピークの正確な位置である。例
えば、連続するフレームに対する正しい周波数応答は、
図１０の応答でピークが右または左にシフトしたものの
ようになる可能性もある。フレーム消失中には、復号音
声はＬＰＣ係数を決定するために利用できないため、こ
れらの係数（従ってフィルタ周波数応答）を推定しなけ
ればならない。このような推定は、帯域幅拡大によって
実現される。実施例の帯域幅拡大の結果を図１１に示
す。図１１からわかるように、周波数応答のピークは減
衰し、ピークの帯域幅は３ｄＢ拡大されている。このよ
うな減衰は、フレーム消失のために決定できない「正し
い」周波数応答におけるシフトを補償するのに有用であ
る。
【００３３】Ｇ．７２８標準によれば、ＬＰＣ係数は、
４個のベクトル適応サイクルの第３ベクトルにおいて更
新される。消失フレームの存在は必ずしもこのタイミン
グを乱さない。通常のＧ．７２８の場合のように、新た
なＬＰＣ係数はフレーム中の第３ベクトルＥＴにおいて
計算される。しかし、この場合、ＥＴベクトルは消失フ
レーム期間中に合成される。
【００３４】図１に示したように、実施例はスイッチ１
２０、バッファ１１０、および帯域幅拡大器１１５を有
する。正常動作中は、スイッチ１２０は破線で示した位
置にある。これは、ＬＰＣ係数ａiが、合成フィルタア
ダプタ３３によってＬＰＣ合成フィルタに提供されるこ
とを意味する。新たに適応した係数の各セットａiはバ
ッファ１１０に記憶される（新しい各セットは、前に保
存された係数のセットを上書きする）。帯域幅拡大器１
１５は正常モードでは動作する必要がないので有利であ
る（動作しても、スイッチ１２０が破線の位置にあるの
で、その出力は使用されない）。
【００３５】フレーム消失が起きると、スイッチ１２０
は状態変化する（実線の位置）。バッファ１１０は、最
後の良好なフレームからの音声信号サンプルで計算した
ＬＰＣ係数の最後のセットを含む。消失フレームの第３
ベクトルにおいて、帯域幅拡大器１１５は新しい係数ａ
i´を計算する。
【００３６】図５に、新しいＬＰＣ係数を生成するため
に帯域幅拡大器１１５によって実行される処理のブロッ
ク流れ図を示す。図示したように、拡大器１１５は、バ
ッファ１１０から、前に保存したＬＰＣ係数を抽出する
（ステップ１１５１）。新しい係数ａi´は式（１）に
従って生成される。 ａi´＝（ＢＥＦ）iａi， １≦ｉ≦５０ （１） ただし、ＢＥＦは帯域幅拡大係数であり、例示的には
０．９５〜０．９９の範囲の値をとるが、特に０．９７
または０．９８に設定するのが有利である（ステップ１
１５３）。続いて、これらの新しく計算した係数は出力
される（ステップ１１５５）。係数ａi´は、各消失フ
レームごとにただ１回だけ計算されることに注意すべき
である。
【００３７】新しく計算された係数は、消失フレーム全
体にわたってＬＰＣ合成フィルタ３２によって使用され
る。ＬＰＣ合成フィルタは、新しく計算された係数を、
正常状況下でアダプタ３３によって計算されたものであ
るかのように使用する。また、図１に示したように、新
しく計算されたＬＰＣ係数はバッファ１１０にも記憶さ
れる。連続するフレーム消失がある場合には、バッファ
１１０に記憶された新しく計算されたＬＰＣ係数が、図
５に示したプロセスに従ってさらに帯域幅拡大のプロセ
スを行う基礎として使用されることになる。このよう
に、連続する消失フレームの数が多くなるほど、適用さ
れる帯域幅拡大も多くなる（すなわち、消失フレームの
列のｋ番目の消失フレームに対して、実質的な帯域幅拡
大係数はＢＥＦkとなる）。
【００３８】消失フレーム期間中にＬＰＣ係数を生成す
る他の技術を、上記の帯域幅拡大技術の代わりに使用す
ることも可能である。そのような技術には、（ｉ）最後
の良好なフレームからのＬＰＣ係数の最後のセットの反
復使用、および、（ｉｉ）通常のＧ．７２８ＬＰＣアダ
プタ３３における合成励振信号の使用がある。
【００３９】［Ｃ．フレーム消失中の後方アダプタの動
作］Ｇ．７２８標準の復号器は、合成フィルタアダプタ
およびベクトル利得アダプタを有する（それぞれ図３の
ブロック３３および３０。また、それぞれＧ．７２８標
準草案の図５および図６）。正常動作（すなわち、フレ
ーム消失のない動作）では、これらのアダプタは、復号
器に存在する信号に基づいて、あるパラメータ値を動的
に変化させる。実施例の復号器もまた、合成フィルタア
ダプタ３３０およびベクトル利得アダプタ３００を有す
る。フレーム消失が起きていないとき、合成フィルタア
ダプタ３３０およびベクトル利得アダプタ３００はＧ．
７２８標準に従って動作する。アダプタ３３０、３００
の動作は、消失フレーム期間中にのみ、Ｇ．７２８の対
応するアダプタ３３、３０とは異なる。
【００４０】上記のように、アダプタ３３０によるＬＰ
Ｃ係数への更新、および、アダプタ３００による利得予
測器パラメータへの更新はいずれも消失フレームがある
間は不要となる。ＬＰＣ係数の場合、その理由は、その
ような係数は帯域幅拡大手続きによって生成されるため
である。利得予測器パラメータの場合、その理由は、励
振合成が利得スケールド領域で実行されるためである。
ブロック３３０および３００の出力は消失フレーム期間
中は不要であるため、これらのブロック３３０、３００
によって実行される信号処理動作は、計算量を縮小する
ように変更可能である。
【００４１】それぞれ図６および図７からわかるよう
に、アダプタ３３０および３００はそれぞれブロックに
よって示されるいくつかの信号処理ステップを有する
（図６のブロック４９〜５１、図７のブロック３９〜４
８および６７）。これらのブロックは一般にＧ．７２８
標準草案によって定義されているものと同一である。１
個以上の消失フレームの後の最初の良好なフレームにお
いて、ブロック３３０および３００は、消失フレーム期
間中にメモリに記憶した信号に基づいて出力信号を形成
する。記憶前に、これらの信号は消失フレーム期間中に
合成された励振信号に基づいてアダプタによって生成さ
れたものである。合成フィルタアダプタ３３０の場合、
励振信号はまず、アダプタによって使用される前に量子
化音声へと合成される。ベクトル利得アダプタ３００の
場合、励振信号は直接使用される。いずれの場合にも、
アダプタは、次の良好なフレームが生じたときにアダプ
タ出力が決定されるように、消失フレーム期間中に信号
を生成する必要がある。
【００４２】本発明によれば、図６および図７のアダプ
タによって通常実行されるより少ない数の信号処理動作
が、消失フレーム期間中に実行されることが可能とな
る。実行される動作は、（ｉ）後続の良好な（すなわ
ち、非消失）フレームにおいてアダプタ出力を形成する
際に使用される信号の形成および記憶のために必要な動
作であるか、または、（ｉｉ）消失フレーム期間中に復
号器の他の信号処理ブロックによって使用される信号の
形成に必要な動作であるかのいずれかである。これ以外
の信号処理動作は不要である。ブロック３３０および３
００は、図１、図６、および図７に示したように、フレ
ーム消失信号の受信に応じて、少ない数の信号処理動作
を実行する。フレーム消失信号は、改良した処理を起動
するか、または、モジュールが動作しないようにするか
のいずれかである。
【００４３】注意すべき点であるが、フレーム消失に応
答した信号処理動作の数の減少は正常動作には不要であ
る。ブロック３３０および３００は、あたかもフレーム
消失が起きなかったかのように正常に動作し、上記のよ
うに、その出力信号は無視される。正常条件下では、動
作（ｉ）および（ｉｉ）が実行される。しかし、信号処
理動作の減少によって、復号器の全体の複雑さを、正常
動作でのＧ．７２８復号器に対して確定している複雑さ
のレベル以内に抑えることが可能である。動作の減少が
なければ、励振信号を合成しＬＰＣ係数を帯域幅拡大す
るために必要な追加動作が復号器の全体の複雑さを引き
上げることになる。
【００４４】図６に示した合成フィルタアダプタ３３０
の場合、Ｇ．７２８標準草案の第２８〜２９ページの
「ハイブリッド窓モジュール(HYBRID WINDOWING MODUL
E)」の説明に提示されている擬似コードを参照すれば、
動作の縮小セットの実施例は、（ｉ）合成音声（これは
最後の良好なＬＰＣフィルタの帯域幅拡大版に外挿した
ＥＴベクトルを通過させることによって得られる）を使
用してバッファメモリＳＢを更新すること、および、
（ｉｉ）更新したＳＢバッファを使用して、指定された
方法でＲＥＸＰを計算することからなる。
【００４５】さらに、Ｇ．７２８実施例は、消失フレー
ム期間中の１０次ＬＰＣ係数および第１反射係数を用い
た後置フィルタを使用するため、縮小動作セットの実施
例はさらに、（ｉｉｉ）信号値ＲＴＭＰ（１）〜ＲＴＭ
Ｐ（１１）の生成（ＲＴＭＰ（１２）〜ＲＴＭＰ（５
１）は不要）を含み、（ｉｖ）Ｇ．７２８標準草案の第
２９〜３０ページの「レヴィンソン−ダービン再帰モジ
ュール(LEVINSON-DURBINRECURSION MODULE)」の説明に
提示された擬似コードを参照すれば、１次から１０次ま
でレヴィンソン−ダービン再帰が実行される（１１次か
ら５０次までの再帰は不要である）。注意すべき点であ
るが、帯域幅拡大は実行されない。
【００４６】図７に示したベクトル利得アダプタ３００
の場合、動作の縮小セットの実施例は以下の動作からな
る。（ｉ）ブロック６７、３９、４０、４１、および４
２の動作。これらはともに、（合成したＥＴベクトルに
基づいて）オフセット除去対数利得と、ＧＴＭＰ（ブロ
ック４３への入力）とを計算する。（ｉｉ）第３２〜３
３ページの「ハイブリッド窓モジュール(HYBRID WINDOW
ING MODULE)」の説明に提示されている擬似コードを参
照すれば、バッファメモリＳＢＬＧをＧＴＭＰで更新
し、ＲＥＸＰＬＧ（自己相関関数の再帰成分）を更新す
る動作。（ｉｉｉ）第３４ページの「対数利得線形予測
器(LOG-GAIN LINEAR PREDICTOR)」の説明に提示されて
いる擬似コードを参照すれば、フィルタメモリＧＳＴＡ
ＴＥをＧＴＭＰで更新する動作。注意すべき点である
が、モジュール４４、４５、４７および４８の機能は実
行されない。
【００４７】消失フレーム期間中に（すべての動作では
なく）動作の縮小したセットを実行する結果、復号器
は、次の良好なフレームに対して適切に準備し、復号器
の計算量を縮小させつつ、消失フレーム期間中に必要な
信号を提供することが可能となる。
【００４８】［Ｄ．符号器の改良］上記のように、本発
明はＧ．７２８標準の符号器に対する改良を要求しな
い。しかし、このような改良はある状況では有利となる
ことがある。例えば、フレーム消失が発話の初めに（例
えば、無音から有声音声の開始時に）起きた場合、外挿
した励振信号から得られる合成音声信号は一般にもとの
音声の良好な近似ではない。さらに、次の良好なフレー
ムが生起すると、復号器の内部状態と符号器の内部状態
の間に大きな不一致が生じる可能性が高い。符号器と復
号器の状態のこの不一致は収束するのに時間がかかるこ
とがある。
【００４９】この状況に対処する１つの方法は、（Ｇ．
７２８復号器のアダプタへの上記の改良に加えて）収束
速度を改善するように符号器のアダプタを改良すること
である。符号器のＬＰＣフィルタ係数アダプタおよび利
得アダプタ（予測器）の両方が、スペクトル平滑化技術
（ＳＳＴ）を導入し帯域幅拡大の量を増加させることに
よって改良される。
【００５０】図８に、符号器で使用するための、Ｇ．７
２８標準草案の図５のＬＰＣ合成フィルタアダプタの改
良版を示す。改良した合成フィルタアダプタ２３０は、
自己相関係数を生成するハイブリッド窓モジュール４９
と、窓モジュール４９からの自己相関係数のスペクトル
平滑化を実行するＳＳＴモジュール４９５と、合成フィ
ルタ係数を生成するレヴィンソン−ダービン再帰モジュ
ール５０と、ＬＰＣスペクトルのスペクトルピークの帯
域幅を拡大する帯域幅拡大モジュール５１０とを有す
る。ＳＳＴモジュール４９５は、自己相関係数のバッフ
ァＲＴＭＰ（１）〜ＲＴＭＰ（５１）に、標準偏差が６
０Ｈｚのガウシアン窓の右半分を乗じることによって自
己相関係数のスペクトル平滑化を実行する。自己相関係
数のこの窓処理をしたセットは次に通常のようにレヴィ
ンソン−ダービン再帰モジュール５０に送られる。帯域
幅拡大モジュール５１０は、Ｇ．７２８標準草案のモジ
ュール５１のように合成フィルタ係数に作用するが、
０．９８８ではなく０．９６という帯域幅拡大係数を使
用する。
【００５１】図９に、符号器で使用するための、Ｇ．７
２８標準草案の図６のベクトル利得アダプタの改良版を
示す。アダプタ２００は、ハイブリッド窓モジュール４
３と、ＳＳＴモジュール４３５と、レヴィンソン−ダー
ビン再帰モジュール４４と、帯域幅拡大モジュール４５
０とを有する。図９のすべてのブロックは、新しいブロ
ック４３５および４５０を除いては、Ｇ．７２８標準の
図６のものと同一である。全体的に、モジュール４３、
４３５、４４、および４５０は上記の図８のモジュール
と同様に配置される。図８のＳＳＴモジュール４９５と
同様に、図９のＳＳＴモジュール４３５は、自己相関係
数のバッファＲ（１）〜Ｒ（１１）にガウシアン窓の右
半分を乗じることによって自己相関係数のスペクトル平
滑化を実行する。しかし、今度は、このガウシアン窓の
標準偏差は４５Ｈｚである。図９の帯域幅拡大モジュー
ル４５０は、Ｇ．７２８標準草案の図６の帯域幅拡大モ
ジュール５１のように合成フィルタ係数に作用するが、
０．９０６ではなく０．８７という帯域幅拡大係数を使
用する。
【００５２】［Ｅ．無線システムの例］上記のように、
本発明は、無線音声通信システムへの応用を有する。図
１２に、本発明の実施例を使用した無線通信システムの
例を示す。図１２は、送信器６００および受信器７００
を含む。送信器６００の実施例は無線基地局である。受
信器７００の実施例は、セルラ（無線）電話機、または
その他のパーソナル通信システム装置のような、移動ユ
ーザ端末である。（当然、無線基地局およびユーザ端末
はそれぞれ受信回路および送信回路を含むことも可能で
ある。）送信器６００は音声符号器６１０を有する。音
声符号器６１０は、例えば、ＣＣＩＴＴ標準Ｇ．７２８
による符号器である。送信器はさらに、誤り検出（また
は検出および訂正）能力を備えた従来のチャネル符号器
６２０と、従来の変調器６３０と、従来の無線送信回路
とを有する。これらはすべて当業者には周知である。送
信器６００によって送信された無線信号は伝送チャネル
を通じて受信器７００によって受信される。例えば伝送
された信号に起こり得るさまざまなマルチパス成分の破
壊的干渉により、受信器７００は深いフェージングを受
け、送信されたビットを明瞭に受信できない可能性があ
る。このような状況で、フレーム消失が起こり得る。
【００５３】受信器７００は、従来の無線受信回路７１
０と、従来の復調器７２０と、チャネル復号器７３０
と、本発明による音声復号器７４０とを有する。注意す
べき点であるが、チャネル復号器は、ビット誤り（また
は受信されないビット）が相当数存在すると判定すると
フレーム消失信号を発生する。あるいは（またはチャネ
ル復号器からのフレーム消失信号に加えて）復調器７２
０が復号器７４０にフレーム消失信号を送ることも可能
である。
【００５４】［Ｆ．考察］以上、本発明の実施例につい
て説明したが、さらにさまざまな変形例が可能である。
【００５５】例えば、本発明はＧ．７２８のＬＤ−ＣＥ
ＬＰ音声符号化方式に関して説明したが、本発明の特徴
は他の音声符号化方式にも同様に適用可能である。例え
ば、そのような符号化方式では、利得スケールド励振信
号を、ピッチ周期性を有する信号に変換する長期予測器
（あるいは長期合成フィルタ）が含まれる。または、そ
のような符号化方式は後置フィルタを含まないことも可
能である。
【００５６】さらに、本発明の実施例は、以前に記憶し
た利得スケールド励振信号サンプルに基づいて励振信号
サンプルを合成するものとして説明した。しかし、本発
明は、利得スケーリングの前に（すなわち、利得増幅器
３１の作用の前に）励振信号サンプルを合成するように
実装することも可能である。このような状況では、利得
値もまた合成（例えば外挿）しなければならない。
【００５７】消失フレーム期間中の励振信号の合成に関
する上記の説明では、合成は例として外挿手続きによっ
て実現されている。当業者には明らかなように、内挿の
ような他の合成技術も使用可能である。
【００５８】本明細書では、「フィルタ」という用語
は、信号合成のための従来の構造のみならず、フィルタ
のような合成作用を実行する他のプロセスも指す。この
ような他のプロセスには、フーリエ変換係数の操作（知
覚的に重要でない情報を除去することもしないことも可
能）がある。
【００５９】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、音
声符号化を使用した通信システムにおけるフレーム消失
による音声品質の劣化が軽減される。本発明によれば、
符号化された音声の隣接するフレームが利用不能になっ
た場合または信頼性がなくなった場合、復号器におい
て、そのフレーム消失の前に決定された励振信号に基づ
いて、代用励振信号が合成される。励振信号の合成の一
例は、フレーム消失前に決定された励振信号の外挿によ
って与えられる。このようにして、復号器では、音声
（またはそのプリカーサ）を合成するための励振が利用
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって改良されたＧ．７２８復号器の
ブロック図である。
【図２】本発明による図１の励振合成器の例のブロック
図である。
【図３】図２の励振合成プロセッサの合成モード動作の
ブロック流れ図である。
【図４】図２の励振合成プロセッサのもう１つの合成モ
ード動作のブロック流れ図である。
【図５】図２の帯域幅拡大器によって実行されるＬＰＣ
パラメータ帯域幅拡大のブロック流れ図である。
【図６】図１の合成フィルタアダプタによって実行され
る信号処理のブロック図である。
【図７】図１のベクトル利得アダプタによって実行され
る信号処理のブロック図である。
【図８】Ｇ．７２８に対するＬＰＣ合成フィルタアダプ
タの改良版の図である。
【図９】Ｇ．７２８に対するベクトル利得アダプタの改
良版の図である。
【図１０】ＬＰＣフィルタ周波数応答の図である。
【図１１】ＬＰＣフィルタ周波数応答の帯域幅拡大版の
図である。
【図１２】本発明による無線通信システムの実施例の図
である。
【符号の説明】
１００ 励振合成器 １１ バッファ １１０ スイッチ １１５ 帯域幅拡大器 １２ スイッチ １２０ 励振合成プロセッサ １３０ スイッチ ２００ ベクトル利得アダプタ ２３０ 合成フィルタアダプタ ２８ フォーマット変換器 ２９ ＶＱコードブック ３００ ベクトル利得アダプタ ３１ 利得増幅器 ３２ ＬＰＣ合成フィルタ ３３０ 合成フィルタアダプタ ３４ 後置フィルタ ３５ 後置フィルタアダプタ ３９ ２乗平均根（ＲＭＳ）計算器 ４０ 対数計算器 ４１ 対数利得オフセット保持器 ４３ ハイブリッド窓モジュール ４３５ ＳＳＴモジュール ４４ レヴィンソン−ダービン再帰モジュール ４５ 帯域幅拡大モジュール ４５０ 帯域幅拡大モジュール ４６ 対数利得線形予測器 ４７ 対数利得リミタ ４８ 逆対数計算器 ４９ ハイブリッド窓モジュール ４９５ ＳＳＴモジュール ５０ レヴィンソン−ダービン再帰モジュール ５１ 帯域幅拡大モジュール ５１０ 帯域幅拡大モジュール ６００ 送信器 ６１０ 音声符号器 ６２０ チャネル符号器 ６３０ 変調器 ６４０ 無線送信回路 ６７ １ベクトル遅延 ７００ 受信器 ７１０ 無線受信回路 ７２０ 復調器 ７３０ チャネル復号器 ７４０ 音声復号器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クライグ ロバート ワトキンズ オーストラリア、ラタム エーシーティ ー 2615、クリーランド ストリート 15 (56)参考文献 特開 平３−116200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−289399（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−284133（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G10L 19/09 G10L 19/04 G10L 19/06

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 音声信号を合成する際に線形予測フィル
    タによって使用される線形予測係数信号をフレーム消失
    期間中に生成する方法において、（Ａ） 非消失フレームに対応する音声信号に応答して
    生成された線形予測係数信号をメモリに記憶するステッ
    プと、（Ｂ） フレームの消失に応答して、前記線形予測フィ
    ルタで音声信号を合成する際に使用するために、前記ス
    テップ（Ａ）で記憶されている線形予測係数信号を、帯
    域拡大係数（ＢＥＦ）のｉ乗（即ち（ＢＥＦ） i ）であ
    るスケールファクタで乗算するスケーリングステップと
    からなり、 ０．９５≦ＢＥＦ≦０．９９であり、指数 ｉは、記憶されている線形予測係数信号のインデッ
    クスであることを特徴とする線形予測係数信号生成方
    法。
  2. 【請求項２】 ＢＥＦは、０．９７に等しいことを特徴
    とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 ＢＥＦは、０．９８に等しいことを特徴
    とする請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 前記線形予測フィルタは、５０次線形予
    測フィルタからなり、指数ｉは、５０個の線形予測係数
    信号のインデックスであることを特徴とする請求項１の
    方法。
  5. 【請求項５】 線形予測フィルタは、２０次以上の高次
    数のフィルタからなり、指数ｉは、フィルタの次数に等
    しい線形予測係数信号の数であることを特徴とする請求
    項１の方法。
  6. 【請求項６】 前記スケーリングステップ（Ｂ）が、消
    失フレームごとに１回実行されることを特徴とする請求
    項１の方法。
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