JP3509861B2 - 少なくとも1個のコーダを有する伝送システム - Google Patents

少なくとも1個のコーダを有する伝送システム

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JP3509861B2 JP52407894A JP52407894A JP3509861B2 JP 3509861 B2 JP3509861 B2 JP 3509861B2 JP 52407894 A JP52407894 A JP 52407894A JP 52407894 A JP52407894 A JP 52407894A JP 3509861 B2 JP3509861 B2 JP 3509861B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、信号をコーディングするための少なくとも
1個のコーダ、コーディングされた信号を少なくとも1
個の受信器に伝送するための少なくとも1個の伝送器、
上記コーディングされた信号をデコードするための少な
くとも1個のデコーダ及び少なくとも1個の適応予測フ
ィルタを有する伝送システムに関するものである。 さらに本発明は中継ユニット、コーダ、デコーダ及び
適応予測フィルタに関するものである。
【従来の技術】
このような伝送システムは、例えばドキュメントAH.9
3−D.3、CCITTスタディーグループXV、ロンドン、1993
年3月29、30日付け「Draft of G.728 Fixed Point
Specification」及びCCITT Recommendation G.728
の「Coding of speech signals at 16kbit/s usi
ng low−delay code excited linear predictio
n」から困難性がなく得ることができる。この二つのド
キュメントはこれ以降参照文献1及び参照文献2と呼ぶ
こととする。このような伝送システムは、所与の伝送容
量で形成されるべき多使用のときいつも使用可能であ
る。コーディングの間の信号のビットレートの減縮は、
例えば一つの64kbit/s伝送チャネルにわたって、同時に
4つの電話通話をなすことを可能とする。 所与の伝送容量での多使用は、もし自動車無線システ
ムの加入者数の増加を考えるならば容易に理解できるぐ
らい無線チャネルで大変な重要性をもつ。また、ビート
レート圧縮コーダ及び適切なデコーダが使われるとき、
情報信号を蓄積するために必要な蓄積空間が少なくてす
むから、任意の蓄積媒体でメモリの蓄積容量がもっと有
利に使われることができる。 ビットレート圧縮のために線形予測を使うことが知ら
れている。参照文献1及び2では予測係数が適応予測フ
ィルタにより計算される。上記計算は補助の信号のサン
プル値を含むセグメント毎になされる。上記補助の信号
は、例えば人からくる(電子的)音声信号又はスピーチ
信号でもよい。他の上記補助の信号が、「合成による分
析」の原理に従って操作するコーダにおいて作られるよ
うな合成音声又はスピーチ信号であることも可能であ
る。上記補助の信号の予測サンプル値(予測値)とこの
信号の前のサンプル値との間の線形的相関は、前記予測
係数で実現される。1セグメントのサンプル値に対して
計算された全ての誤差の二乗の合計が最小値とみなされ
るように、上記予測係数は決められる。誤差は、ここに
サンプル値とこの予測値との間の違いとして理解される
よう意味される。もっと正確な記述がこれ以降なされる
だろう。 参照文献1及び2において励起された信号は合成フィ
ルタにより合成音声信号に変換される。この合成音声信
号はコーディングされるべき音声信号から減算され、差
は上記励起された信号の選択を最適化するために使われ
る。 前記予測係数の計算は、上記合成音声信号のサンプル
値から引き出される相関係数を要する。上記相関係数に
基づいて上記予測係数の計算は、かなりの回路規模(CI
RCUITRY)及びコストを要する。この回路規模及びコス
ト高を減らすために、上記予測係数はリカーシブに計算
される。第1に、最初の反射係数が二つの最初の相関係
数から計算される。上記最初の反射係数から最初の予測
係数は引き出される。さらにまた、上記予測の質の指数
となる予測誤差が計算される。それから、次の(第2
の)反射係数が次の(第2の)相関係数、前に計算され
た予測係数(このポジションでは上記最初の予測係数だ
けが関わる)及び現在の予測誤差で決められる。この
(第2の)予測係数及び上記前に計算された予測係数で
前に計算された予測係数が再計算される。それから次の
(第2の)予測係数及び新しい予測誤差が計算される。
上記前に計算された予測係数の再計算と他の予測係数の
計算とが何回も繰り返されるので全ての必要な予測係数
が知られる。 参照文献2において、浮動小数点計算の実施が充分な
正確さを得るために提案される。浮動小数点計算の実施
の欠点は回路規模が大きくなることである。この目的の
ため、参照文献1において16ビット固定小数点計算を実
施することが提案されていて、ここでは結果と上記計算
の中間結果とがいわゆるブロック浮動小数点フォーマッ
トで保持される。これはしかしながら、上記ブロック全
ての数が同じ指数(基数は2)をもつという制限を伴っ
て、浮動小数点フォーマットでのブロックの数の表示と
して理解されるよう意味される。全てのマンティッサが
指示された制限の中で位置されるように、共通の指数が
選択される。参照文献1において全てのマンティッサが
−1と1との間に位置されることが定められる。前記ブ
ロック浮動小数点フォーマットにおいて、例えば上記予
測係数が以前の経験から10のオーダであるだろう値に見
積もられ、示される。上記予測係数が再計算されるとき
例えばオーバフローが起こる、すなわち、再計算された
予測係数が1又は1を越えるならば、全ての上記前に計
算された予測係数のマンティッサが2で割られ前記共通
の指数(基数2)が一つ増加するだろう。それから再計
算が新たに始まる。オーバフローによる前記ブロック浮
動小数点フォーマットの変化はここにブロック浮動小数
点フォーマットの適応と呼ばれる。繰り返される再計算
のために、16ビットだけの分解能で上記前に計算された
予測係数のマンティッサだけが使われる。ときどき計算
に必要である少なくとも17ビットから16ビットへの分解
能の圧縮は、違ったやり方で効果的にできる。参照文献
1による上記圧縮のやり方は例をあげて概示されるだろ
う。例えば第3の反射係数(数の表示において第3の反
射係数とそこから引き出されるべき第3の予測係数との
間ではわずかに違いがあるだけである)が、17ビットの
分解能で計算されたならば、16ビットにまるめられるこ
とにより短くなるので、二つの最初の予測係数が16ビッ
トの固定小数点計算でそこで再計算されることができ
る。この再計算の間オーバフローがあるならば、上記丸
められた第3の反射係数は例えば、再計算が終わったと
き2により分割され、16ビットの分解能をもつ結果が第
3の予測係数のマンティッサとして蓄積される。除算は
16ビット(サインビットを含む)の後止まる。バイナリ
ーシステムのため、この操作は10進法での小数点の1ポ
ジション移動に対応し、一方最小の大きさのビットが失
われる。この過程は不正確さを生じ、特に多くの予測係
数では、受け入れられないほど大きくなる。
【発明の目的及び概要】
本発明の目的は、計算の正確さを落とすことなしに、
冒頭で決められた型の伝送システムでの計算回路規模及
びコスト高を減らすことである。 この性質をもつ伝送システムは、 信号をコーディングするための少なくとも1個のコー
ダ、 コーディングされた信号を少なくとも1個の受信器へ
伝送するための少なくとも1個の伝送器、 上記コーディングされた信号をデコードするための少
なくとも1個のデコーダ 及び少なくとも1個のコーダを具備する少なくとも1
個の適応予測フィルタを有し、上記適応予測フィルタ
は、上記信号又はデコードされた信号に依存する補助の
信号のサンプル値のセグメントから相関係数を計算する
ための手段及び Nビットの固定小数点計算において上記相関係数から
反射係数及び予測係数を決めるための手段を有し、 前記ブロック浮動小数点フォーマットにおいて、表示
されるべき上記予測係数をリカーシブに決めるために、 a)k番目の反射係数を計算するための手段、 b)a)のもとで得られるk番目の反射係数を利用し
て、(k−1)個の前に計算された予測係数を再計算す
るための手段、 c)既に再計算された、及びb)のもとで得られた(k
−1)個の前に計算された予測係数の再計算の間オーバ
フローが起こるならば再計算された予測係数を再現する
ためにNビットではもはや充分ではないのでまだ再計算
されていない(k−1)個の予測係数のブロック浮動小
数点フォーマットを適応させるための手段、 d)c)のもとでオーバフローが発生したところの予測
係数のために(k−1)個の予測係数の再計算を続ける
ための手段、 e)浮動小数点フォーマットにおいて、a)のもとで計
算されたk番目の反射係数(この指数はブロック浮動小
数点フォーマットのc)のもとで決められた指数により
表示される)からk番目の予測係数に変換するための手
段、 f)k番目の予測係数としてe)のもとで得られた数を
蓄積するための手段(X79) が設けられる。 上記予測係数の再計算の間オーバフローが起こるなら
ば、参照文献1によると、全ての(k−1)個の前に計
算された予測係数の浮動小数点フォーマットが適応さ
れ、それから再計算が再び初めから始められる。対照的
に、本発明による具体例では、特にたくさんの係数にお
いてはわずかではない部分の計算回路を避けれる、なぜ
ならば既に再計算された上記予測係数がもう一度計算さ
れる必要はないからである。本発明は、ブロック浮動小
数点フォーマットを除いて、既に再計算された上記予測
係数が、もし再計算が繰り返されたならば現れたであろ
う値に対応するという認識に基づくものである。 上記及び以下に示されるべき手段の順番は、これらが
時間的にこの順番に作動されるべきであるというように
理解されるべきではない。 本発明の他の実施例は、 2a)(N+1)ビットの最小分解能をもつk番目の反射
係数を計算するための手段、 2b)(N+1)ビットの最小分解能をもつk番目の反射
係数をバッファするための手段、 2c)2b)のもとでバッファされたk番目の反射係数を
e)のもとで決められた少なくとも(N+1)ビットの
分解能をもつマンティッサを有する浮動小数点フォーマ
ット数へ変換するための手段、 2d)2c)のもとで得られた上記マンティッサをNビット
にまるめるための手段及び 2e)k番目の予測係数のマンティッサとして2d)のもと
でまるめられた上記マンティッサを蓄積するための手段 を有する。 本発明による上記伝送システムは、参照文献1で記載
の伝送システムとは、その最初の計算の後k番目の反射
係数が最小精度(N+1)ビットでバッファされるとい
うことで区別される。(k−1)個の前に計算された予
測係数の再計算のため、Nビットの制限によりバッファ
された値とは区別される値が使われる。(k−1)個の
前に計算された予測係数の再計算の間オーバフローが起
こるならば、上記バッファされた値は例えば2により分
割され、上記再計算が終了後、それからNビットにまる
められる。(適応)ブロック浮動小数点フォーマットに
k番目の予測係数を取り入れるこのやり方は、最大でも
参照文献1に対応する大きさの誤差を生じる。しかしな
がら、参照文献1とは違って、本発明による誤差の符号
が負になるのと同じくらいしばしば正になるように現れ
ることが見い出されることも同じくらい重要である。 これらの主張は二つの簡易な例の助けをかりて今から
確かめられるであろう。 結果を表示するために3ビット(N=3)、また中間
結果のために少なくとも4ビットが使われるとする。さ
らにまた、オーバフローに対する上記適応は4による除
算を要求するとする。固定小数点表示での4ビットの分
解能をもつk番目の反射係数の数の例が始められる。 第1の例では、k番目の反射係数は+5/8の値をも
つ。バイナリシステムにおいて、この反射係数は0.101
として表示され、最初の0は符号を示す。参照文献1に
よると、過程は以下の通りである。 a)0.101(k番目の反射係数:4ビットの分解能をもつ
+5/8) b)0.11 ((k−1)個の前に計算された予測係数の
再計算のために3桁に丸められたa)の値) c)0.00 (また3ビットの分解能をもつ4で割られた
b)の値。この値は、指数2及び基数2をもつブロック
浮動小数点フォーマットにおいてk番目の反射係数のマ
ンティッサである。) 上記誤差についての主張をなすために、近似値c)が
a)の代わりに使われるならば、c)は最初に4でまた
乗算されるべきである。そこからの結果値と出力値との
間の違いが誤差Fである。今の場合(分数としての表
示)F=(−5/8)=−5/8。 対照的に本発明によれば、 a)0.101(k番目の反射係数:4ビットの分解能をもつ
+5/8) b)0.001(また4ビットの分解能をもつ4で割られた
a)の値) c)0.01 (3ビットにまるめられたb)の値) となる。 前の考察になぞらえて誤差は、F=(1−5/8)=3/8
である。 上記出力値として0.011(+3/8)が選択されるなら
ば、参照文献1の同じ構成による誤差に対してF=(0
−3/8)=−3/8となる。本発明によれば、F=(0−3/
8)=−3/8である。 本発明の実施例が図を参照して説明される。 [図面の簡単な説明] 図1は本発明が使われる特定の伝送システムを示し、 図2は適応予測フィルタの基本的回路図を示し、 図3はスピーチコーダの基本的回路図を示し、 図4は本発明と従来技術との違いを明らかにするため
の図を示す。
【実施例】 図1は、伝送側のコーダ101及び伝送器102と受信側の
受信器103及びデコーダ104とを有する伝送システムの概
略図を与える。上記コーダ101と上記伝送器102との組み
合わせ及び/又は受信器103と上記デコーダ104との組み
合わせは中継ユニットLEを形成する。 上記コーダ101は適応予測フィルタ10Aによりスピーチ
信号10aをコーディングする。このフィルタは、以下に
明らかである本発明による特徴を有する。上記スピーチ
信号10aは64kbit/sのビットレートを有する。上記コー
ダ101は、このビットレートをコーディングされた信号1
0bのビットレートへ圧縮する。上記コーディングされた
信号10bのビットレートは16kbit/sである。上記信号10b
は上記スピーチ信号10aのセグメント毎に決められるパ
ラメータを有する。 上記伝送器102は上記コーディングされた信号10b(要
求により伝送コードに伝送コーディングされ)を、図に
示されるように伝送チャネルを介して上記受信器103へ
伝送し、当該受信器は上記伝送された信号をコーディン
グの及び伝送のエラーがなければ上記信号10bに対応す
る信号10cへ伝送コーディングする。 前記デコーダ104は、上記信号10cを適応予測フィルタ
10Bの助けによりまたデコードする。この結果は、信号1
0dである。コーディングの、デコーディングの及び伝送
のエラーがなければ、上記信号10dは前記スピーチ信号1
0aに対応する。上記適応予測フィルタ10A及び10Bはレビ
ンソン・ダービン・リカージョンによる信号依存フィル
タ係数(予測係数)を決める。上記レビンソン・ダービ
ン・リカージョンはステップバイステップ形式で線形集
合の式の解を決定するためのアルゴリズムであり、上記
線形集合の式の係数マトリクスは、このように所与の対
角線に沿って同じ要素をもつ対称マトリクスであるトプ
リッツ(Toplitz)マトリクスである。 適応予測フィルタに対するNCOF予測係数(NCOFはこれ
ら係数の数を表す)は、明白に予測エラーの二乗の合計
が所与の長さの信号区分にわたって平均して最小化され
るという要求の結果である。 例えば、サンプル値s(k)が上記フィルタの入力に
印可されるならば、以下の線形の組み合わせ式(1)
は、瞬間nでの上記フィルタの出力値である。 値y(n)は予測サンプル値s(n)で考慮される。LS
EG個のサンプル値を有するセグメントの上記エラーの二
乗の合計はすなわち を形成し、式(1)が式(2)に代入され、一方係数a
(i)が式(2)で最小であり、このセグメント外の上
記サンプル値が0にセットされるならばトプリッツマト
リクスをもつ上記セット式が生じる。上記トプリッツマ
トリクスの要素はこの場合に前記入力信号のサンプル時
での上記入力信号の自動相関関数の値であり、当該関数
はこれ以降自動相関係数r(minc)と呼ばれる。レビン
ソン・ダービン・リカージョンの詳細な説明はL.R.Rabi
ner/R.W.Schafer著「Digital Pocessing of Speech
Signals」(Prentice−Hall、1978年)に見られる。 以下にRabiner/Schaferの中の式(8.67)から(8.7
2)により表されるレビンソン・ダービン・リカージョ
ンのアルゴリズムが擬似コードとして表される、なぜな
らこのコードがプログラムステップのよりよい検出を許
容し、計算ユニットが上記予測係数の計算のために実行
されるからである。 上記擬似コード内で所与のプログラムステップをもっ
と明らかにするために、上記アルゴリズムの幾つかの行
がさらに説明される。 NCOFの名前をもつ予測子係数と(NCOF+1)個の自動
相関係数とは入力データとして要求される。上記予測子
係数NCOFは式(1)のフィルタ係数a(i)の数と同一
である。上記自動相関係数r(0),r(1)...r(NCO
F)は、ここに開示されていないが、当業者には既知で
ある他の関数ユニットにより決められる。 上記予測係数a(0),a(1)...a(NCOF)は出力デ
ータである。 行O1及びO2は二つの最初の予測係数の設定を有する。
行O3において補助の変数alpha(NCOF=1に対する予測
エラー)の割り当てがあり、この被加算数はゼロ番目の
自動相関係数であり、この加数は初期の相関係数と初期
の予測係数との積である。 上記予測子係数NCOFが1に等しいならば、計算は終了
である、さもなければ、2からNCOFまでの全て整数とみ
なす実行変数mincをもつループを通過する。行O17及び
行O18に示されるように、上記実行変数mincに対する上
記ループにおいて、前に計算された全ての予測係数a
(1),a(2)...a(minc−1)は変化される(再計算
される)。上記実行変数mincの現在の値kにたいして実
効されるべき全指示の最後に、行O20に示されるよう
に、値は指標mincをもつ予測係数に割り当てられる。こ
の予測係数はk番目の予測係数と呼ばれるべきである。
上記実行変数mincの現在の値kに対して最初の時間に計
算される変数のsumとrc(反射係数)とは同じ加算を得
ることである。 行O6及び行O14で示されるように、上記実行変数minc
をもつループにおいて、交互に実行されず上記実行変数
mincの現在の値に依存する当該変数の上位をもつ実行変
数ipをもつ二つの他のループを通過する。 補助の変数はalpha,sum,rc、R1及びR2の名前をもつも
のである。上記補助の変数alphaは式(2)に基づくエ
ラーの二乗の合計であり、また記述的意味ももつ。alph
aはエラー信号(予測エラー)のエネルギー内容であ
る。この内容はいつも正であるべきである。従って行O1
2に示されるように、alphaの値が0に等しいか又はそれ
より小さいならば、上記計算は止められる。また変数rc
も記述的意味をもつ。これは、音声管のいわゆる管モデ
ルで役割を演じるいわゆる反射係数である。行O9に示さ
れるように、補助の変数のsumとalphaとの商として生じ
る反射係数は、各々の予測係数に属する。 適応フィルタに対する全ての係数が計算されるべきで
あるスピーチコーディング方法の多くの実時間手段は、
16ビット固定小数点計算ユニットに基づいていて、一方
中間結果は強調された精度(例えば32ビット)でもって
部分的に有効である。レビンソン・リカージョンの結果
の精度は上記リカージョンの計算精度に決定的に依存す
る。計算精度に関していえば、前記擬似コードにおける
最大の感知ポジションは乗算又はわり算の中間結果が高
分解能で利用できるところで見つけられ、それから簡易
分解能に圧縮されるべきである。これらは特に行O2、行
O3、行O7、行O9、行O10、行O15、行O16及び行O20であ
る。 16ビット固定小数点計算でのレビンソン・ダービン・
リカージョンを実現するためのモジュールは以下の擬似
コードを参照に述べられる。幾つかの定義が最初に導入
されるべきことである。 >> 右移動操作 << 左移動操作 round(reg) 32ビット長レジスタ"reg"で実行される
まるめ操作。"reg"内のビットは0,1,2,...,31と数字が
つけられ、一方符号のビットはビット31であり、個々の
ビットの大きさはビット30からビット0へ向かって減少
するとする。それから16ビットの精度をもつまるめは、
ビット16からビット31までが結果として使われた後、ビ
ット15がビット16に加えられるということを意味する。 *2* 固定小数点乗算 / 固定小数点割り算 割り算は実行するのにとても高くつくので、割り算の
結果は絶対的に必要な桁数(position)と正確に同じ数
だけ計算される。割り算の結果は上記結果を含むレジス
タ内で行末ぞろえである。 xhは32ビットワードxの16の大きいビットを意味する。 x1は32ビットワードxの16の小さいビットを意味する。 前記擬似コードの説明: 固定小数点表示において、予測係数a[i]は−1.0
と+1.0との間の値とだけみなせる。しかしながら、上
記係数a[i]はリカージョンの間(行X47...行X75)
1.0を超えることが可能だから、全ての係数が前記ブロ
ック浮動小数点フォーマットに表示される。これはつま
り、共通基底2EXPaに正規化されるので、全ての正規化
された予測係数のマンティッサは−1.0と+1.0との間に
再びある。レビンソン・リカージョンの最初に、係数は
計算されてしまっていない、だから指数EXPaは0にセッ
トされる(行X1)。 行O1はここでは実行されない、なぜならばa(0)=
1.0は付加的に計算される必要はないからである。 行O2及び行O3は近似的に実行変数mincをもつループの
中に変換される。従って、前記固定小数点分解能の説明
はこれより以降説明されるだろう。 最初に行O5から行O7までの固定小数点手段の説明があ
る。 行X17、行X19においてa0は32ビット長のアキュムレー
ションレジスタを表す。乗算入力レジスタは前記自動相
関係数r[minc−ip]をもってロードされる。他の乗算
入力レジスタは前に計算された正規化された予測係数a
[ip]のマンティッサをもってロードされる。付随の指
数EXPaは全ての係数に対して同じである。上記係数a
[0]が正規化に含まれないことは、特に強調されるべ
きである、なぜならばa[0]=1による乗算は付加的
に実行される必要はないからである。 最初に要素a[0]*2*r[minc]をもたずにアキ
ュムレーションの最終結果は、行X21でアキュムレータa
0の32ビット結果を非正規化するために左シフトによ
り、前記浮動小数点表示から前記固定小数点表示に減ら
される。 行X22から行X24において、要素a[0]*2*r[mi
nc]は加算され一方他の32ビット長レジスタa1が使われ
る。上記レジスタa1の下位が消去されるべきであること
は、注意されるべきである、なぜならば、この使用に基
づいて上記補助のレジスタa1は依然他の場所で前の値を
含むことができるからである。 行X25から行X28において、割り算のカウンタ期間は現
在(k番目)の反射係数rcを計算するために用意され
る。割り算は、a0で32ビット長結果のまるめ操作により
行X25で達成される16ビットデータ長をもつ正の入力デ
ータを要求する。 割り算ユニットの入力部でのレジスタは、直接に現在
(k番目)の反射係数rcの計算のために割り算を実行す
るためにロードされる。指数は必要ではない。参照文献
1では行X24のa0から回復されたalpha及びnumの浮動小
数点値による割り算が実行されるということが、ここに
述べられるべきである。これは必要な計算スピードのか
なりの増加に対応する。 行X31で、割り算の結果は17ビットの精度で計算さ
れ、上記17番目のビットはまるめ操作のために必要であ
る。このまるめは、現在(k番目)の反射係数を計算す
るため行X33で、及び現在(k番目)の予測係数を計算
するため行X77で実行される。行X32で、32ビット長レジ
スタa2で右調整されて蓄積される17ビットの割り算の結
果は、上記まるめ操作前に固定のセットデシマル小数点
に近似的に適応される。行X34で正しい符号になった
後、ついに上位16ビット長a1hを読み出すことにより、
上記現在の反射係数rcが32ビット長レジスタa1の上位か
ら引き出される。 行X37から行X40で、これから知られるやり方でalpha
の新しい値が計算され、一方全ての入力、出力変数は16
ビット固定小数点フォーマットで表される。ここに、参
照文献1においては、このポジションで計算が要求され
る計算スピードのかなりの増加に対応するalpha及びa0h
(a0hは行O9のsumに対応する)に対する浮動小数点表示
でなされるという事実を特に記述する。 行X45から行X74で上記前に計算された予測係数が適応
される(再計算及びブロック浮動小数点フォーマットの
適応)。これは行O15から行O18までの操作に対応する。
これについての特別なことは、上記予測係数a[ip]及
びa[minc−ip]それぞれの再計算の間でのオーバフロ
ーの場合に、全ての(すなわち係数がすでに再計算され
ているか再計算されていない、このようにこれらは前に
計算はされた)係数a[1],a[2],...a[minc−
1]はファクタ1/2により減縮される(すなわち行X54,
行X65でそれぞれで1ビット右移動)ということであ
る。それ以降、行X55,行X56、行X57及び行X66から行X71
まででそれぞれ再計算があるとき、オーバフローがもは
や起こることはできない。 (前に計算された)古い係数の調整が終わった後で、
新しい(k番目の)予測係数a[minc]がrcから計算さ
れる(行O20参照)。前記固定小数点フォーマットで
は、新しい(k番目の)係数がまたブロック浮動小数点
フォーマットで蓄積されるべきであるということが注意
されるべきである。したがって、正規化されてない固定
小数点フォーマットで利用される上記計算されていた反
射係数rcは、EXPaビット右へ移動後a[minc]に蓄積さ
れる。ここに与えられた解で、まだレジスタa2に蓄積さ
れている及び17ビットの分解能をもつ上記反射係数は、
最初にEXPaビット右へ移動され、その後16ビットの精度
でまるめられる。これは、参照文献1で公開された割り
算後すでに直後まるめられている反射係数が、EXPaビッ
ト右へ移動後16ビットに切り取ることにより前記新しい
予測係数が引き出されるという解法とは決定的相違であ
る。このポジションでのこの大きな相違は、参照文献1
で示された解法よりかなり少ない計算コストでよりよい
結果を生むレビンソン・リカージョンのここに述べられ
た16ビット固定小数点方法へと導く。 図2は適応予測フィルタを示す。このような予測フィ
ルタは、より狭い意味でのフィルタ2及び制御ユニット
1を有する。より狭い意味での上記フィルタ2は式
(1)による出力値y(n)を作り、これらをラインa2
を越えて送る。入力値s(n)は、より狭い意味での上
記フィルタ2と上記制御ユニット1との両方へラインa1
を越えて印可される。 上記制御ユニット1はまた、二つの機能ユニット1A及
び1Bに大まかに細分割されてもよい。上記機能ユニット
1Aは前記入力信号の部分から相関係数を計算し、式(ex
pression)(2)を減らすことにより、これらの値を上
述の手段をもつ新しい予測係数をそこから決定する上記
機能ユニット1Bへ運ぶ。それから上記制御ユニット1
は、ラインb1を超えてユニット1Bにより計算された全体
ブロックの係数を今まで使われた予測係数と入れ替え
る。上記機能ユニット1Bを有する上述のフィルタはモダ
ンなスピーチコーディックで何回も使用可能である。 図3は予測スピーチコーダを示し、当該コーダにより
コーディングされたスピーチ信号はまたコーディングを
改善するようにデコーディングされる。したがって、デ
コーダの特別な記述は省略される。 コーディングされるべき上記スピーチ信号はライン6a
を介して上記コーダへサンプル値の形式で印可される。
減算器6は上記コーダにより再びデコーディングされた
上記スピーチ信号の適切な値をそこから減算し、当該ス
ピーチ信号はライン4aを越えて上記減算器6へ印可され
る。差が、差信号のスペクトラル重み付けをなすユニッ
ト9へライン6bを越えて送られ(広範囲の表示比較のた
めに例えばCHEN,J.H.著「HIGH−QUALITY 16 KB/s SPEEC
H CODING WITH A ONE−WAY DELAY LESS THAN 2MS」199
0,IEEE S9.1,45頁から456頁まで)、その後スピーチ信
号セグメントに対するエラーの二乗の合計は形成され蓄
積される。ライン6a上の上記スピーチ信号のセグメント
に対して128の異なるコーディングオプションはテスト
され、ついにはエラーをほとんど起こさない上記オプシ
ョンがコード信号として前記受信器へ送られる。 これら128のオプションは、コードブック1が128のい
わゆるベクトルを蓄えるという事実から起こる。各々の
ベクトルは連続サンプル値であり、この連続性は上記信
号のシミュレーションを含み、これにより人間の音声管
が、例えば共振で励起できる。上記ベクトルは必然的に
コードブック1から読み出され、制御可能スケーラ2に
より基準化される(これは人間の声が発声するときのボ
リューム制御に対応する)。上記スケーラ2はユニット
3を介して制御される。次に基準化されたベクトルは後
ろ向き予測をもつ予測器4、5及び8へいく。上記予測
器は人間的音声管の操作のコピーを形成する。図2に示
されるようなフィルタ5、8を含む。このようなフィル
タは、さらにまた上記ユニット3及び9に含まれる。ラ
イン1aを介して、例えば現在のスピーチ信号セグメント
内で最も少ないエラーを導く上記ベクトル数が伝送され
る。 図4は概略的に二つの例、すなわち3ビットのマンテ
ィッサをもつブロック浮動小数点フォーマットで予測係
数の変換をもつ例に関する、これまで示されてきたとこ
ろのものと、平均して参照文献1で述べられているより
もよりよい結果を生み出す本発明とを示す。出力データ
は4ビット分解能をもつ全て正のバイナリー数である。
図4の下二つの図の立証を容易にするために、一番上の
図は分数でのこれらの表示に対してバイナリー表示での
(符号ビットは省略されている)出力データの配分を示
す。 真ん中の図は、上記出力データが最初に参照文献1に
よりまるめられ、それからマンティッサが3ビット分解
能で計算されたならば作られるエラーFを示す。一番下
の図は、マンティッサが最初に4ビットの分解能で計算
され、それから3ビットにまるめられたならばつくられ
るエラーFを示す。上記エラーFに対する基準化は両方
の場合で同じであり上図のと対応する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−107600(JP,A) 特開 平4−190399(JP,A) 特開 平6−232762(JP,A) 特開 昭56−55994(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10L 11/00 G10L 19/04

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】信号をコーディングするための少なくとも
    1個のコーダ、前記コーディングされた信号を少なくと
    も1個の受信器へ伝送するための少なくとも1個の伝送
    器、前記コーディングされた信号をデコーディングする
    ための少なくとも1個のデコーダ、及び少なくとも1個
    のコーダに対して具備される少なくとも1個の適応予測
    フィルタを有し、 前記適応予測フィルタは、 前記信号又は前記デコーディングされた信号に依存する
    補助の信号のサンプリング値のセグメントから相関係数
    を計算するための手段及びNビットの固定小数点計算で
    前記相関係数から反射係数及び予測係数を決めるための
    手段を有し、 ブロック浮動小数点フォーマットで表示されるべき前記
    予測係数をリカーシブに決めるために、 a)k番目の反射係数を計算するための手段、 b)前記a)の下で得られる前記k番目の反射係数を利
    用して、(k−1)個の前に計算された予測係数を再計
    算するための手段、 c)既に再計算された、及び前記(k−1)個の前に計
    算された予測係数の前記再計算の間にオーバフローが生
    じたならば、Nビットではもはや再計算された予測係数
    を表示するのに充分ではないのでまだ再計算されていな
    い前記(k−1)個の予測係数の前記ブロック浮動小数
    点フォーマットを適応するための手段、 d)前記c)の下で前記オーバフローが発生した際、前
    記予測係数のため前記(k−1)個の予測係数の前記再
    計算を継続するための手段、 e)前記k番目の反射係数を前記ブロック浮動小数点フ
    ォーマットの前記c)の下で決められた指数により表示
    される指数をもつ浮動小数点フォーマット数へ変換する
    ための手段、及び f)前記k番目の予測係数として前記e)の下で得られ
    る前記数を蓄えるための手段、 を具備する伝送システム。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の伝送システムにおいて、 2a)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数を計算するための手段、 2b)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数をバッファするための手段、 2c)前記2b)の下でバッファされた前記k番目の反射係
    数を少なくとも(N+1)ビットの分解能をもつマンテ
    ィッサをもつ(請求項1の)前記e)による浮動小数点
    フォーマット数へ変換するための手段、 2d)前記2c)の下で得られる前記マンティッサをNビッ
    トへまるめるための手段、及び 2e)前記k番目の予測係数の前記マンティッサとして前
    記2d)の下でまるめられた前記マンティッサを蓄えるた
    めの手段、 を有することを特徴とする伝送システム。
  3. 【請求項3】少なくとも1個のコーダ及び/又は少なく
    とも1個のデコーダ、少なくとも1個の伝送器及び/又
    は少なくとも1個の受信器及び少なくとも1個の適応予
    測フィルタを有し、 前記適応予測フィルタは、信号のサンプリング値のセグ
    メントから相関係数を計算するための手段、及びNビッ
    トの固定小数点計算で前記相関係数から反射係数及び予
    測係数を決めるための手段を有し、 前記ブロック浮動小数点フォーマットで表示されるべき
    前記予測係数をリカーシブに決めるために、 a)前記k番目の反射係数を計算するための手段、 b)前記a)の下で得られる前記k番目の反射係数を利
    用して、前記(k−1)個の前に計算された予測係数を
    再計算するための手段、 c)既に再計算された、及び前記(k−1)個の前に計
    算された予測係数の前記再計算の間にオーバフローが生
    じたならば、Nビットではもはや再計算された予測係数
    を表示するのに充分ではないので、まだ再計算されてい
    ない前記(k−1)個の予測係数の前記ブロック浮動小
    数点フォーマットを適応するための手段、 d)前記c)の下で前記オーバフローが発生した際、前
    記予測係数のため前記(k−1)個の予測係数の前記再
    計算を継続するための手段、 e)前記k番目の反射係数を前記ブロック浮動小数点フ
    ォーマットの前記c)の下で決められる前記指数により
    表示される指数をもつ浮動小数点フォーマット数へ変換
    するための手段、及び f)前記k番目の予測係数として前記e)の下で得られ
    る前記数を蓄えるための手段、 を具備する中継ユニット。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の中継ユニットにおいて、 2a)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数を計算するための手段、 2b)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数をバッファするための手段、 2c)前記2b)の下でバッファされた前記k番目の反射係
    数を少なくとも(N+1)ビットの分解能をもつマンテ
    ィッサをもつ(請求項3)の前記e)による浮動小数点
    フォーマット数へ変換するための手段、 2d)前記2c)の下で得られる前記マンティッサをNビッ
    トへまるめるための手段、及び 2e)前記k番目の予測係数の前記マンティッサとして前
    記2d)の下でまるめられた前記マンティッサを蓄えるた
    めの手段、 を有することを特徴とする中継ユニット。
  5. 【請求項5】少なくとも1個の適応予測フィルタを有
    し、 前記適応予測フィルタは、 信号又は前記デコーディングされる信号に依存する補助
    の信号のサンプリング値のセグメントから相関係数を計
    算するための手段及びNビットの固定小数点計算で前記
    相関係数から反射係数及び予測係数を決めるための手段
    を有し、 前記ブロック浮動小数点フォーマットで表示されるべき
    前記予測係数をリカーシブに決めるために、 a)前記k番目の反射係数を計算するための手段、 b)前記a)の下で得られる前記k番目の反射係数を利
    用して、前記(k−1)個の前に計算された予測係数を
    再計算するための手段、 c)既に再計算された、及び前記(k−1)個の前に計
    算された予測係数の前記再計算の間にオーバフローが生
    じたならば、Nビットではもはや再計算された予測係数
    を表示するのに充分ではないので、まだ再計算されてい
    ない前記(k−1)個の予測係数の前記ブロック浮動小
    数点フォーマットを適応するための手段、 d)前記c)の下で前記オーバフローが発生した際、前
    記予測係数のため前記(k−1)個の予測係数の前記再
    計算を継続するための手段、 e)前記k番目の反射係数を前記ブロック浮動小数点フ
    ォーマットの前記c)の下で決められた前記指数により
    表示される指数をもつ浮動小数点フォーマット数へ変換
    するための手段、及び f)前記k番目の予測係数として前記e)の下で得られ
    る前記数を蓄えるための手段、 を含む、前記信号をコーディングするためのコーダ。
  6. 【請求項6】請求項5に記載のコーダにおいて、 2a)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数を計算するための手段、 2b)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数をバッファするための手段、 2c)前記2b)の下でバッファされた前記k番目の反射係
    数を少なくとも(N+1)ビットの分解能をもつマンテ
    ィッサをもつ(請求項5)の前記e)による浮動小数点
    フォーマット数へ変換するための手段、 2d)前記2c)の下で得られる前記マンティッサをNビッ
    トへまるめるための手段、及び 2e)前記k番目の予測係数の前記マンティッサとして前
    記2d)の下でまるめられた前記マンティッサを蓄えるた
    めの手段、 を有することを特徴とするコーダ。
  7. 【請求項7】少なくとも1個の適応予測フィルタを有
    し、 前記適応予測フィルタは、信号又は前記デコーディング
    される信号に依存する補助の信号のサンプリング値のセ
    グメントから相関係数を計算するための手段、及びNビ
    ットの固定小数点計算で前記相関係数から反射係数及び
    予測係数を決めるための手段を有し、 前記ブロック浮動小数点フォーマットで表示されるべき
    前記予測係数をリカーシブに決めるために、 a)前記k番目の反射係数を計算するための手段、 b)前記a)の下で得られる前記k番目の反射係数を利
    用して、前記(k−1)個の前に計算された予測係数を
    再計算するための手段、 c)既に再計算された、及び前記(k−1)個の前に計
    算された予測係数の前記再計算の間にオーバフローが生
    じたならば、Nビットではもはや再計算された予測係数
    を表示するのに充分ではないので、まだ再計算されてい
    ない前記(k−1)個の予測係数の前記ブロック浮動小
    数点フォーマットを適応するための手段、 d)前記c)の下で前記オーバフローが発生した際、前
    記予測係数のため前記(k−1)個の予測係数の前記再
    計算を継続するための手段、 e)前記k番目の反射係数を前記ブロック浮動小数点フ
    ォーマットの前記c)の下で決められた前記指数により
    表示される指数をもつ浮動小数点フォーマット数へ変換
    するための手段、及び f)前記k番目の予測係数として前記e)の下で得られ
    る前記数を蓄えるための手段、 を含む、信号をデコーディングするためのデコーダ。
  8. 【請求項8】請求項7に記載のデコーダにおいて、 2a)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数を計算するための手段、 2b)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数をバッファするための手段、 2c)前記2b)の下でバッファされる前記k番目の反射係
    数を少なくとも(N+1)ビットの分解能をもつマンテ
    ィッサをもつ(請求項7の)前記e)による浮動小数点
    フォーマット数へ変換するための手段、 2d)前記2c)の下で得られる前記マンティッサをNビッ
    トへまるめるための手段、及び 2e)前記k番目の予測係数の前記マンティッサとして前
    記2d)の下でまるめられた前記マンティッサを蓄えるた
    めの手段、 を有することを特徴とするデコーダ。
  9. 【請求項9】信号のサンプリング値のセグメントから相
    関係数を計算するための手段及びNビットの固定小数点
    計算で前記相関係数から反射係数及び予測係数を決める
    ための手段を有し、 前記ブロック浮動小数点フォーマットで表示されるべき
    前記予測係数をリカーシブに決めるために、 a)前記k番目の反射係数を計算するための手段、 b)前記a)の下で得られる前記k番目の反射係数を利
    用して、前記(k−1)個の前に計算された予測係数を
    再計算するための手段、 c)既に再計算された、及び前記(k−1)個の前に計
    算された予測係数の前記再計算の間にオーバフローが生
    じたならば、Nビットではもはや再計算された予測係数
    を表示するのに充分ではないので、まだ再計算されてい
    ない前記(k−1)個の予測係数の前記ブロック浮動小
    数点フォーマットを適応するための手段、 d)前記c)の下で前記オーバフローが発生した際、前
    記予測係数のため前記(k−1)個の予測係数の前記再
    計算を継続するための手段、 e)前記k番目の反射係数を前記ブロック浮動小数点フ
    ォーマットの前記c)の下で決められた前記指数により
    表示される指数をもつ浮動小数点フォーマット数へ変換
    するための手段、及び f)前記k番目の予測係数として前記e)の下で得られ
    る前記数を蓄えるための手段、 を含む、適応予測フィルタ。
  10. 【請求項10】請求項9に記載の適応予測フィルタにお
    いて、 2a)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数を計算するための手段、 2b)最小分解能(N+1)ビットをもつ前記k番目の反
    射係数をバッファするための手段、 2c)前記2b)の下でバッファされた前記k番目の反射係
    数を少なくとも(N+1)ビットの分解能をもつマンテ
    ィッサをもつ(請求項7の)前記e)による浮動小数点
    フォーマット数へ変換するための手段、 2d)前記2c)の下で得られる前記マンティッサをNビッ
    トへまるめるための手段、及び 2e)前記k番目の予測係数の前記マンティッサとして前
    記2d)の下でまるめられた前記マンティッサを蓄えるた
    めの手段、 を有することを特徴とする適応予測フィルタ。
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