JP3577287B2

JP3577287B2 - ソースデコーダにおいて、エラー低減および／または隠蔽するためのチャネルエラーフラグを生成する方法および装置

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Publication number: JP3577287B2
Application number: JP2001107884A
Authority: JP
Inventors: チャンセイ−ヤング; ロウヒュイ−リング
Original assignee: ルーセントテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: US6799294B1; EP1161020A3; JP2002009635A; EP1161020B1; EP1161020A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願は、２０００年４月６日付けで出願された「ソースデコーダにおいて、エラー低減および隠蔽のチャネルエラーフラグを生成する方法（ＭｅｔｈｏｄｏｆＰｒｏｄｕｃｉｎｇＣｈａｎｎｅｌＥｒｒｏｒＦｌａｇｓｆｏｒＥｒｒｏｒＭｉｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｃｅａｌｍｅｎｔｉｎＳｏｕｒｃｅＤｅｃｏｄｅｒｓ）」と題する米国仮出願第６０／１９５，４９５号に基づいて請求している。
【０００２】
本発明は、全体的にデジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）システムおよび他のタイプのデジタル通信システムに関し、特に、かかるシステムにおいてエラーフラグを生成する技術に関する。
【０００３】
【従来の技術】
信頼できるチャネルエラーフラグが、リード・ソロモン（ＲＳ）符号等のブロックコードから導出可能であることは周知である。これらのエラーフラグは、データのチャネル復号化されたブロックがエラー状態であるかを示すために使用可能であるため、ソースデコーダにおいて適当なエラー低減／隠蔽アルゴリズムを使用することが可能である。たとえば、ＲＳ符号は、ＡＭラジオ帯において発達しているインバンドオンチャネル（ＩＢＯＣ）デジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）システム等、帯域幅制限システムにおいて提案されてきた。かかるシステムにおいて、連接「ターボ」符号およびトレリス符号化変調（ＴＣＭ）等のより高度なチャネル符号化技術によりより良好な性能が得られるが、これらの従来の技術を使用することで生成可能なチャネルエラーフラグの信頼性が制限される。
【０００４】
図１は、上記のブロックコード方法を使用してチャネルエラーフラグを生成する従来のＤＡＢシステム１００を示す。システム１００の送信部は、ソースエンコーダ１０２と、ブロックコーダ１０４と、チャネルコーダ１０６と、を備える。ソース信号は、ソースエンコーダ１０２の入力に印加され、該エンコーダにおいて処理されて出力ソースコードのビットストリームを生成する。ビットストリームはブロックコーダ１０４に印加され、ＲＳ符号またはその他適切なブロックコードによりビットストリームを符号化する。このようにブロック符号化されたビットストリームは、次に、たたみこみコーダであり得るチャネルコーダ１０６において符号化される。ブロックコーダ１０４およびチャネルコーダ１０６は、それぞれ外部チャネルコーダと内部チャネルコーダとも呼ばれる。内部チャネルコーダ１０６の出力をさらに処理した後に通信チャネル１１０に印加し、システム１００の受信部に搬送する。このようなさらなる処理として、インターリーブ、変調、アップコンバージョン等の操作があるが、説明をわかりやすくするために本図では省略している。システム１００の受信部は、内部チャネルデコーダ１１２と、ブロックデコーダ１１４と、ソースデコーダ１１６と、を備える。受信側の付加的な動作として、ダウンコンバージョン、復調、デインターリーブ等が含まれるが、説明をわかりやすくするためにこれも省略している、受信されたチャネル符号化ビットストリームは、ビタビデコーダであり得る内部チャネルデコーダ１１２において復号化され、このようにブロック符号化されたビットストリームは、ブロックデコーダ１１４において復号化される。ブロックデコーダ１１４は、ソース符号化ビットストリームを生成し、これをソースデコーダ１１６の入力に印加する。また、ブロックデコーダ１１４は、チャネルエラーフラグも生成し、ソースデコーダに供給し、これを使用してエラー低減または隠蔽アルゴリズムを起動する。たとえば、エラーフラグが特定のビットブロックがエラーを含んでいることを示している場合、ソースデコーダ１１６におけるエラー低減または隠蔽アルゴリズムは、エラーなく受信された他のブロック、すなわち、その前後のビットブロックを使用して、補間された出力値を生成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、図１のブロック符号化方法の利点は、ブロックデコーダ１１４により生成されるチャネルエラーフラグが非常に信頼できることである。しかしながら、帯域幅制限システムおよび他のアプリケーションにおいて、ブロックベースの外部チャネル符号化の必要がない信頼できるチャネルエラーフラグを提供することが可能である、すなわち、内部チャネルコードのみを使用する信頼できるチャネルエラーフラグを生成することが可能であることが望ましい。たとえば、外部チャネルブロックコードと関連するブロック長は固定されるが、ソースコーダ出力フレームは通常可変長であるため、ブロックコード生成エラーフラグとソースコーダ出力フレームの間にミスマッチを引き起こす。このようなミスマッチは、ソースデコーダにおいてエラー低減および隠蔽アルゴリズムの最適性能の妨げとなるおそれがある。
【０００６】
そこで、内部チャネルコーダからチャネルエラーフラグを生成して、信頼できるチャネルエラーフラグを連接符号およびＴＣＭ等のチャネルコードから生成することが可能であるとともに、図１の従来のブロックベースの符号化によるミスマッチの問題を回避することが可能な改良技術の必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ソースデコーダにおいてエラー低減および／または隠蔽に使用されるチャネルエラーフラグを生成する方法および装置を提供する。本発明の一態様によれば、通信システムのチャネルを通して送信されたソース符号化ビットストリームのソース復号化に使用されるエラーフラグが生成される。ソース符号化ビットストリームは、少なくとも１つのチャネルコードによりチャネル符号化され、チャネルコードは、ソフト決定チャネルデコーダにおいて復号化され、ソース符号化ビットストリームの受信部分、およびソース符号化ビットストリームの受信部分の指定部分に関する１つ以上の信頼性基準を生成する。信頼性基準を処理することで、ソース符号化ビットストリームの受信部分の対応部分にエラーが存在するかを示す１つ以上のエラーフラグを生成する。エラーフラグは、ソースデコーダにおいてエラー低減／隠蔽アルゴリズムを起動するために使用することが可能である。エラーフラグを、ソース符号化ビットストリームのフレームまたはサブフレームと一致させ、エラー低減／隠蔽アルゴリズムの性能を、従来の外部ブロックコードから生成されるエラーフラグを使用する際のその性能に対して実質的に改良することができるという利点がある。
【０００８】
本発明の例示の実施形態において、ソフト決定チャネルデコーダにより生成される信頼性基準として、たとえば、ソース符号化ビットストリームの受信部分の指定部分におけるビットまたはシンボルごとの事後確率がある。このような確率は、フォワード−バックワード復号化アルゴリズムを使用して生成することができる。別の例において、例示の実施形態においてソフト決定チャネルデコーダにより生成される信頼性基準は、ソース符号化ビットストリームの受信部分の上記部分におけるビットまたはシンボルごとの対数尤度比とすることができる。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、多数の異なるしきい値ベースの処理技術の１つを使用してエラーフラグを生成できる。たとえば、受信されたソース符号化ビットストリームの指定部分における復号化ビットまたはシンボルごとの信頼性基準は、しきい値に対して検査されてもよく、これらのビットまたはシンボルのいずれか１つの信頼性基準がしきい値を下回ると、その部分についてエラーフラグが生成される。別の例として、上記部分における１つ以上の指定された最も信頼性のないビットまたはシンボルの信頼性基準が、上記部分における１つ以上の指定された最も信頼性のあるビットまたはシンボルの信頼性基準と比較され、この比較に基づいて、その部分のエラーフラグが生成される。様々なしきい値を、ソース符号化ビットストリームの受信部分の様々な部分に使用してもよく、また所与の部分の様々な小部分に使用してもよい。しきい値は、ソースデコーダにおいて、特定のパラメータまたはソース符号化ビットストリームの他の特性に動的に適合させてもよい。
【００１０】
本発明は、たたみこみ符号、ターボ符号およびその他の連接符号ならびにトレリス符号化変調（ＴＣＭ）との併用に特に相応しいが、他のタイプのチャネルコードと使用してもよい。
【００１１】
本発明は、たとえば、オーディオ、音声、映像および画像情報ならびにこれらの各種組合せを含むいずれのタイプのデジタル情報に適用してもよい。さらに、本発明は、ＡＭおよびＦＭＩＢＯＣＤＡＢシステム、インターネット、衛星放送システム等、多数のデジタル通信において適用可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図２は、内部チャネルコードから信頼できるチャネルエラーフラグを生成するように本発明の例示の実施形態にしたがって構成される通信システム２００を示す。システム２００の送信部は、ソースエンコーダ２０２と、内部チャネルコーダ２０５と、を備える。内部チャネルコーダ２０５から出力チャネル符号化されたビットストリームは、通信チャネル２１０を介してシステム２００の受信部に搬送される。システム２００の受信部は、ソフト決定内部チャネルデコーダ２１５とソースデコーダ２２０と、を備える。図１のシステム図は、説明をわかりやすくするために簡略化しており、システム２００の送信部および受信部は、かかるシステムにおいて一般に使用される追加要素、たとえば、インターリーバおよびデインターリーバ、変調器および復調器、アップコンバータおよびダウンコンバータ等を備えてもよい。
【００１３】
図２の例示の実施形態は、図１のブロックコーダおよびデコーダ要素１０４および１１４等の外部チャネルコーダおよびデコーダを備えていない。本発明のフラグ生成技術により、内部チャネルコードのみを用いて信頼できるチャネルエラーフラグが生成できるため、外部チャネルコードを省略することができる。しかしながら、本発明では、外部チャネルコードを省略することを必要としないことを理解されたい。本発明の他の実施形態では内部チャネルコードと外部チャネルコードの両方を使用してもよく、両方のコードからチャネルエラーフラグを生成および使用することが可能である。わかりやすくするために、図２の例示の実施形態において使用されるチャネルコードを、本発明のこの特定の実施形態が外部チャネルコードを備えていない場合であっても内部チャネルコードという。
【００１４】
動作について、オーディオ、映像、画像またはデータ信号等のソース信号はソースエンコーダ２０２に印加され、ここで符号化され、出力ソース符号化されたビットストリームを生成する。このビットストリームは、次に内部チャネルコーダ２０５においてチャネル符号化され、得られたチャネル符号化ビットストリームはさらに処理された後、チャネル２１０を介してシステム２００の受信部に搬送される。受信部は、受信されたチャネル符号化ビットストリームをソフト決定チャネルデコーダ２１５において復号化し、ソースデコーダ２２０に供給されるチャネル復号化ビットのストリームを生成する。また、ソフト決定内部チャネルデコーダ２１５は、ソースデコーダ２２０に供給される１つ以上の信頼性基準も生成する。フラグ生成器２２２は、チャネル復号化ビットおよび信頼性基準（単数または複数）をチャネルデコーダ２１５から受信し、ソースデコーダ２２０のエラー低減／隠蔽要素２２４に供給されるチャネルエラーフラグを生成する。本明細書で使用される「低減／隠蔽」という用語は、低減または隠蔽の一方、あるいは両方を含むとする。エラー低減／隠蔽を実行する多数のアルゴリズムが当該技術において知られているため、本明細書ではかかるアルゴリズムについて詳細に説明しない。
【００１５】
チャネル復号化されたビットは、ソースデコーダの他の機能２２６にも供給される。かかる他の機能の例として、従来のソース復号化要素がある。フラグ生成器２２２およびエラー低減／隠蔽要素２２４は、これらの機能の１つ以上と相互作用することができるが、これについてはさらに詳細を後述する。
【００１６】
ソフト決定内部チャネルデコーダ２１５は、復号化されたビットまたはシンボルについて１つ以上の信頼性基準を生成する任意のタイプの従来のソフト決定デコーダとすることができる。かかるデコーダの一例は、Ｌ．Ｒ．Ｂａｈｌらの「シンボルエラーレートを最小限に抑える線形コードの最適復号化（ＯｐｔｉｍａｌＤｅｃｏｄｉｎｇｏｆＬｉｎｅａｒＣｏｄｅｓｆｏｒＭｉｎｉｍｉｚｉｎｇＳｙｍｂｏｌＥｒｒｏｒＲａｔｅ）」ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ．ＩＴ−２０，ｐｐ．２８４２８７，１９７４年３月（参照して本明細書に組み込む）に記載されるフォワード−バックワード復号化アルゴリズムを用いて、各復号化されたビットまたはシンボルの事後確率の形式で信頼性基準を計算する。別の例は、Ｊ．Ｈａｇｅｎａｕｅｒらの「ソース制御チャネル復号化（Ｓｏｕｒｃｅ−ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＣｈａｎｎｅｌＤｅｃｏｄｉｎｇ）」ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．９，１９９５年９月（参照して本明細書に組み込む）に記載されるデコーダである。このデコーダは、復号化されたビットまたはシンボルについて対数尤度比の形式で信頼性基準を生成する。ソフト決定ビタビデコーダ等、他のタイプの周知のソフト決定チャネルデコーダを使用してもよい。
【００１７】
フラグ生成器２２２は、ソフト決定内部チャネルデコーダ２１５により生成される信頼性基準を利用して、所与のエラーフラグフレームにおける復号化ビットまたはシンボルのグループについてエラーフラグを生成する。１つの可能な実施において、フラグ生成器２２２は、所定のしきい値に対して、グループにおける復号化ビットまたはシンボルごとに信頼性基準を検査し、すべてのビットまたはシンボルの信頼性基準がしきい値以上である場合、このグループのビットまたはシンボルはエラーがないということになり、エラーフラグは生成されない。グループのビットまたはシンボルのいずれか１つの信頼性基準がしきい値より小さいと、このグループについてエラーフラグが生成される。
【００１８】
未検出のエラーの数と「フォールスアラーム（ｆａｌｓｅａｌａｒｍ）」の数のトレードオフに基づいて、上記のフラグ生成器２２２の実施におけるしきい値が所与の実施形態について決定される。より詳細には、しきい値が非常に高く設定されている場合、グループにおけるすべてのビットまたはシンボルが正しく復号化されていなくてもエラーフラグをたてることができる。これをフォールスアラームという。一方、しきい値が非常に低く設定されている場合、復号化ビットまたはシンボルのグループがビットエラーを含んでいてもフレームはエラーがないと考えられる。これを未検出エラーという。
【００１９】
図２に示す一般的な構成を有するＡＭＩＢＯＣＤＡＢシステムに相応しいしきい値のより詳細な例は以下のとおりである。本システムにおいて、ソフト決定内部チャネルデコーダ２１５は、上述したＬ．Ｒ．Ｂａｈｌらの参照文献に記載されるフォワード−バックワード復号化アルゴリズムを利用すると仮定する。フォワード−バックワード復号化アルゴリズムの出力から計算された事後確率に基づいて、エラーフラグが生成される。より詳細には、所与のグループの中で最も信頼性のない復号化されたシンボルの事後確率がしきい値０．６５より小さい場合にエラーフラグが生成される。このしきい値は、未検出エラーとＡＭ−ＩＢＯＣＤＡＢシステムのフォールスアラームの間に許容可能なトレードオフを提供するように経験的に決定されたものである。適切なしきい値は、他のタイプのシステムと同様の方法で決定することができる。
【００２０】
上述したフラグ生成プロセスの大きな利点は、チャネルエラーフラグが任意のビットまたはシンボルのグループに基づいて生成可能であるため、チャネルコードフレームと一致させる必要がないことである。代わりに、ビットまたはシンボルは、ソースデコーダ２２０に関するパラメータに一致したグループに纏められる。たとえば、これらのグループは、それぞれ、ソースコードフレームまたはその指定部分に対応できるため、エラーフラグはソースデコーダ２２０においてエラー要素２２４をより有効に使用することができる。本発明のこの利点については、さらに詳細を図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照して後述する。
【００２１】
上述したフラグ生成器２２２の実施例において、指定されたビットまたはシンボルのグループにおける復号化ビットまたはシンボルのいずれか１つの値が所定のしきい値より小さい場合、エラーフラグが生成される。エラーフラグの信頼性を高めるために、エラーフラグは、所与のグループにおけるビットまたはシンボル、たとえば、該グループにおいて最も信頼性のないビットまたはシンボルのサブセットのみの信頼性基準において調整されてもよく、またはグループにおいて最も信頼性のあるものと最も信頼性のないものとの差に基づいておこなってもよい。また、しきい値は、現行のチャネル状態、ソースデコーダにより決定されるエラーフラグフレームにおけるビットまたはシンボルのグループのエラー感度の変化、ソースデコーダに関する特定のパラメータに対応するビットまたはシンボルの数の変化等の要因に基づいて動的に適合させることも可能である。さらに、ソースデコーダが、例えば、現行エラーフラグフレームにおけるビットまたはシンボルのグループについて事前知識を有する場合、エラーフラグを生成するしきい値を決定する際にこの情報を利用することもできる。したがって、本発明のチャネルエラーフラグ生成は、受信機において動的に実施可能である。これは、ブロック長が送信機において固定され、予め決定されたエラー検出能力を有する、リード・ソロモン（ＲＳ）または巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号を用いる従来のブロックエラー検出と対照的である。これらの従来の技術において、受信機は、ブロック長および送信機において使用されるコードレートを精確に知っている必要があるため、かかる技術を動的に替えることを困難にしている。
【００２２】
なお、上記のチャネルエラーフラグ生成は、さらにソースエンコーダにおいて付加的な冗長を必要としない。図２に示すようにソースデコーダにおいてのみ実施され、ソースデコーダ性能を高める。しかしながら、上述したように、このエラーフラグ生成は、ＲＳ符号、ＣＲＣ符号またはその他のタイプの外部チャネルコードにより提供される追加システム冗長と併用させてもよい。
【００２３】
ブロック長に基づいて、図２に示す本発明の例示の実施形態の技術を用いて提供されるエラー検出性能は、従来のブロックベースのコーダと同一レベルの信頼性を呈することはない。しかしながら、エラー検出性能は、多数のＩＢＯＣＤＡＢシステムおよびその他多数の通信システムアプリケーションに対して許容レベルの信頼性を与えるとともに、上述した他の重大な利点をもたらす、すなわち、ソース符号化フレームまたはその一部にエラーフラグを一致させたり、エラーしきい値の動的変更、余分な冗長の削除を行うことができる。
【００２４】
次に、特定タイプのソース符号、すなわち、オーディオおよび映像符号とともに改良エラー検出を提供するために上記のチャネルエラーフラグの使用をさらに詳細に示す多数の例を説明する。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、可変フレーム長を有するオーディオコーダにより生成されるソース符号化フレームおよびその一部にチャネルエラーフラグを一致させる際の本発明の利点を示す。このタイプのオーディオコーダの一例が、Ｄ．Ｓｉｎｈａ，Ｊ．Ｄ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎ，Ｓ．ＤｏｒｗａｒｄおよびＳ．Ｒ．Ｑｕａｃｋｅｎｂｕｓｈの「知覚的オーディオコーダ（ＴｈｅＰｅｒｃｅｐｔｕａｌＡｕｄｉｏＣｏｄｅｒ）」ＤｉｇｉｔａｌＡｕｄｉｏ，Ｓｅｃｔｉｏｎ４２，ｐｐ．４２−１〜４２−１８，ＣＲＣＰｒｅｓｓ，１９９８（参照して本明細書に組み込む）に記載される知覚的オーディオコーダ（ＰＡＣ）である。ソースオーディオ信号を効率よく圧縮するために、かかるオーディオコーダはフレームごとに可変数のビットを生成する。ビット数は、たとえば、５００ビットから３０００ビットの間で変わる。
【００２６】
図３（ａ）は、オーディオコーダからの可変長フレームとＣＲＣ符号の外部チャネルコードブロックとの間の従来の関係を示す。上述したように、ＣＲＣ符号に基づくエラーフラグは、固定のブロック長で生成され、可変長のオーディオフレームと固定長のＣＲＣブロックの間にミスマッチが生じる。本図は、それぞれ５００ビット、２０００ビットおよび３００ビットを有するフレームｌ、ｌ＋１およびｌ＋２を含む多数の可変長のソース符号化オーディオフレームを示す。また、可変長のオーディオフレームｌ、ｌ＋１およびｌ＋２から生成された対応する固定長のＣＲＣブロックも示す。これらのＣＲＣブロックは、ブロックｉ、ｉ＋１、ｉ＋２、ｉ＋３およびｉ＋４を含む。
【００２７】
ＣＲＣブロックが可変長のオーディオフレームに一致しないことは、図３（ａ）から明らかである。その結果、ビットｊにおいてエラーが発生することによりＣＲＣブロックｉについて生成されるエラーフラグが、少なくとも２つの連続したソース符号化オーディオフレームｌおよびｌ＋１の排除を招くことがある。これは、ＣＲＣブロックｉがこれらの少なくとも２つのオーディオフレームと重なり、チャネルデコーダがオーディオフレームのどちらがエラーを含んでいるかを判断できないことによる。そして、ソースデコーダにおけるエラー低減／隠蔽アルゴリズムは、この場合は２５００ビットの２つの連続したオーディオフレームについてエラーを低減または隠蔽する必要があり、これは一般に、１つのオーディオフレームにおいてエラーを低減または隠蔽するよりはるかに厄介である。
【００２８】
従来のチャネルコードブロック長をオーディオフレーム長と一致させるために、通常、付加的な制御情報をエンコーダからデコーダに確実に伝達する必要があり、この情報は、チャネル復号化する前に受信機において使用可能となる必要がある。さらに、ＲＳ符号またはＣＲＣ符号等、所与のブロックコードのエラー検出性能は、固定量の冗長の場合、ブロック長によって変わる。したがって、長さが異なるソース符号化オーディオフレームは、チャネルエンコーダによりオーディオフレームごとに適用されるコードレートが固定である場合、エラーフラグのエラー検出性能を変更することができる。固定でない場合、異なるレートのチャネルコーダが長さの異なるオーディオフレームに適用される必要があり、オーディオフレーム長がフレームごとに変わるので、送信される付加的な制御情報の量が大幅に増大するとともにデコーダがさらに複雑になる。
【００２９】
本発明の図示の実施形態のフラグ生成プロセスにより、上述した図３（ａ）の従来のブロック符号化のミスマッチに関する問題を回避することができる。より詳細には、図示の実施形態における本発明により、チャネルコードフレームではなくソース符号化オーディオフレームにおけるビットに対応する信頼性基準に基づいて、チャネルエラーフラグが生成され、所与のフラグは、そのフレームのビット数に関係なく、かつ追加の制御情報を送信する必要なくそれぞれのソース符号化オーディオフレームに対応することが可能である。
【００３０】
図３（ｂ）は、ソース符号化オーディオフレームｌ、ｌ＋１およびｌ＋２と、図２のフラグ生成器２２２により生成されるチャネルエラーフラグとの間に提供され得る一対一の対応関係を示す。図３（ｂ）のエラーフラグフレーム境界を示す縦線は、ソース符号化オーディオフレーム境界を示す図３（ａ）の縦線に対応する。チャネルエラーフラグは、ソース符号化オーディオフレームの特定の長さに関係なく生成され、付加的な制御情報を送信機から送信する必要なくソースデコーダにおいて動的に決定されることが有利である。フラグをそれぞれ生成するために同一のしきい値が使用される場合、すべてのソース符号化オーディオフレームに、同一のエラー検出性能が施される。しかしながら、本発明により、所与の可変長のソース符号化オーディオフレームのサブフレームについて多数のエラーフラグを生成して、この所与のソース符号化オーディオフレームにおけるビットの異なるエラー感度に一致するようエラー検出性能を変化させることができる。
【００３１】
図３（ｃ）は、本発明の技術を用いて、エラーフラグが、ソース符号化オーディオフレームｌ、ｌ＋１およびｌ＋２のサブフレームに提供可能な態様を示す。ここでも、縦線はエラーフラグフレーム境界を示す。実線の境界は、図３（ａ）のソース符号化オーディオフレーム境界に対応し、一方、点線の境界は、所与のソース符号化オーディオフレーム内のエラーフラグフレーム境界を示す。このような配列により、ソース符号化オーディオビットとより良好に一致されるエラー検出性能が得られ、これによりエラー低減／隠蔽要素２２４の性能が向上する。本図において、ソース符号化オーディオフレームｌについて２個のエラーフラグが生成され、フレームｌ＋１について５個のエラーフラグが生成され、フレームｌ＋２について３個のエラーフラグが生成されることが明らかである。
【００３２】
次に、図３（ａ）のエラーフラグマッチングの適用のより詳細な例を、ハフマン符号または算術符号等の可変長コードを使用するオーディオエンコーダを参照して説明する。かかるコードの共通の特性の１つは、未検出のビットエラーが１つでもあると、ソースデコーダは同期できなくなることである。その結果、ソースデコーダは、誤ったシーケンスに復号化し、復号化信号の品質がかなり低下するおそれがある。したがって、エラーフラグを使用して、ビットエラーが発生した場合にソースデコーダが復号化を停止できるように、チャネルデコーダの後、復号化フレームにビットエラーが含まれているかをソースデコーダに示すことが有利である。一方、ビットエラーが発生する前に可変長デコーダから正しく復号化されたビットは、多くの場合ソースデコーダにとって有用である。したがって、ソースデコーダが、所与のソース符号化フレームにおけるビットの様々なグループまたはサブフレームに対応するエラーフラグを多数生成し、エラーフラグが発生した場合にのみソース復号化を停止できるようにすることは有用である。本発明によれば、フレームごとに必要なエラーフラグの数は、ソースデコーダにおいて動的に決定可能であり、対応ビットのグループのエラー感度に基づいてフラグを生成するために異なるしきい値のセットを使用することが可能である。
【００３３】
図４は、上記のサブフレームエラーフラグ生成を実施することができる通信システム４００の一例を示す。システム４００の送信部は、オーディオエンコーダ４０２と、内部チャネルコーダ４０５と、を備える。オーディオエンコーダ４０２は、ハフマンエンコーダ４０３を備える。外部ブロックコーダ４０４および対応する外部ブロックコードデコーダ４１６は、本発明によりこれらの要素は省略できるため点線枠で図示されている。システム４００の受信部は、内部チャネルデコーダ４１５と、オーディオデコーダ４２０と、を備える。オーディオデコーダ４２０は、フラグ生成器４２２と、エラー低減／隠蔽要素４２４と、ハフマンデコーダ４２５と、を備える。
【００３４】
オーディオエンコーダ４０２は、上記で引用したＤ．Ｓｉｎｈａらの参照文献において記載されるようにＰＡＣエンコーダに制限されないと仮定する。かかるエンコーダにおいて、所与のオーディオフレームについて生成される１０２４個のフィルタバンク係数のセットが異なる符号化帯域に分割された後、適当なハフマンテーブルがハフマンエンコーダ４０３において適用され、これらの係数が各帯域において符号化される。ハフマンエンコーダ４０３の出力は、システム４００のチャネル４１０を通して送信されるソース符号化オーディオビットのシーケンスである。ハフマンエンコーダ４０３は可変長コーダであり、出力ビットの数は、係数の値およびその生起尤度によって変わる。また、ＰＡＣエンコーダ４０２は、各符号化帯域における係数の数、および各符号化帯域において係数を符号化するために使用されるハフマン符号テーブル数を、制御情報として送信する。デコーダ４２０において、第１の符号化帯域の適当なハフマンテーブルを使用することで、期待数の係数が第１の符号化帯域について受信されるまで、ハフマンデコーダ４２５において受信ビットストリームを復号化する。次に、第２の符号化帯域の適当なハフマンテーブルは、第２の符号化帯域について期待数の復号化係数が復号化されるまで適用される。このプロセスは、すべての適当なハフマンテーブルがすべての符号化帯域に使用されるまで繰り返される。
【００３５】
従来のオーディオデコーダ４２０の実施において、すべての符号化帯域を復号化した後の係数の合計が１０２４でない場合復号化エラーが検出され、１０２４個の送信係数に対応するソース符号化オーディオデータのフレーム全体が排除される。本発明は、エラーフラグが所与のソース符号化オーディオフレームの指定サブフレームについて生成されるようにすることによってこの問題を回避している。より詳細には、各符号化帯域に対応するエラーフラグは、エラーを含む特定の符号化帯域が識別できるように計算することが可能である。これは、外部ブロックコードデコーダ４１６が、ハフマン復号化が完了した後まで各符号化帯域にどのくらいの送信ビットが含まれるかが把握できないため、ＲＳ符号またはＣＲＣ符号等の従来の外部ブロックコードにより行うことはできないが、外部ブロックコード復号化がハフマン復号化の前に行われる。
【００３６】
ハフマン符号が可変長符号であり、各符号化帯域に対応する係数の数がソースデコーダにおいて把握されていても、各符号化帯域におけるビット数は、上記の従来の実施を使用するときにハフマン復号化が完了するまで分からない。したがって、検出エラーを有する帯域の前の符号化帯域から復号化されたフィルタバンク係数のみが確保され、エラー低減／隠蔽アルゴリズムにおいて使用される。所与のソース符号化オーディオフレームの帯域の１つにおいてエラーが発生すると、異なるハフマンテーブルが各帯域に使用されても復号化はフレームの次の帯域で行われないが、これは、どのビットが以下の帯域で復号化を開始するかソースデコーダが把握できないことによる。
【００３７】
図５（ａ）は、１０２４個のフィルタバンク係数のセットが、帯域１、帯域２および帯域３で表される３個の符号化帯域に分割される例を採用した状態を示す。帯域２においてエラーが検出されると、帯域１から復号化されたＸ個の係数が使用される。しかしながら、帯域２のエラーにより、帯域２からＹ個の復号化係数に対応する特定数のビットは信頼できない。ソースデコーダには、各帯域に対応するビット数についての情報がないため、帯域３についてどのビットの復号化を開始するか決定することができない。
【００３８】
本発明の別の態様によれば、図５（ａ）に示す状態は、所与のソース符号化オーディオフレームにおいて符号化帯域のそれぞれについて使用される特定数のビットをオーディオエンコーダ４０２から送信することによって回避される。
【００３９】
図５（ｂ）は、符号化帯域である帯域１、帯域２および帯域３に関する特定数のビットがそれぞれｂ１、ｂ２およびｂ３で表されることを示す。符号化帯域それぞれについて特定数のビットがソース符号化オーディオフレームにおいて追加制御情報として送信可能であり、これによりソースデコーダ４２０にとって使用可能となる。これにより各帯域の境界が明確になり、各帯域のビットが別々にハフマン復号化され、帯域間のエラーの伝搬がなくなる。その結果、本発明の技術によりエラーフラグが符号化帯域ごとに生成され、各帯域に発生する復号化エラーを図５（ｂ）に示すように分離することが可能である。より詳細には、ビットエラーが帯域２に発生した場合、帯域２から復号化された係数のみを排除するだけでよい。ソースデコーダは、帯域３のビット位置（ｂ１＋ｂ２）から復号化を開始することができる。
【００４０】
低周波数に対応するフィルタバンク係数は、通常、ＰＡＣオーディオエンコーダにおいて、高周波数に対応する係数に比べて重要である。したがって、低周波数フィルタバンク係数を含む符号化帯域では、フォールスアラームレートがより高くなることはあっても、高エラー検出性能、たとえば、信頼できるしきい値を有するエラーフラグが必要となることがある。たとえば、図５（ｂ）の帯域１が低周波数係数を含み、帯域３が高周波数係数を含む場合、帯域１のエラー検出性能は、帯域３より高くなるはずである。
【００４１】
典型的なＰＡＣエンコーダにおいて、帯域の数と各帯域の係数の数は、フレームごとに動的に変わる。このため、本発明の技術により、復号化されたビット信頼性基準のグループに基づいてエラーフラグを生成することによって、可変長のエラーフラグおよび検出性能は、オーディオデコーダにおいて動的に適合可能となる。
【００４２】
図３、図４および図５とともに上述したオーディオ符号化の例では、本発明のエラーフラグ生成技術は、エラーフラグフレーム長をソース符号化ビットストリームの様々なパラメータに一致させるだけでなく、各パラメータに対応するビット数が動的に変化する際にエラーフラグフレーム長および検出性能を動的に適合させることも可能であることを示している。
【００４３】
上述のように、本発明の技術は、広範な異なるソース信号に適用可能である。次に、音声、画像および映像符号化に関する例についてさらに詳細を記載する。
【００４４】
従来の移動体通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）音声コーダにおいて、異なるフィルタ係数および量子化装置出力に対応する符号化ビットは、クラス１ａ、クラス１ｂ、クラス２の各ビットを含む異なるビットのクラスに分類される。クラス１ａビットは、外部ＣＲＣ符号および内部たたみこみ符号の両方により保護される。クラス１ｂビットは、内部たたみこみ符号のみにより保護される。クラス２ビットは、チャネルエラー保護を使用せずに送信される。クラス１ａに含まれるビットの数は、ビットストリームにおけるビットのエラー感度により部分的に決定される。たとえば、クラス１ａに含まれるビットが多すぎると、このビットエラーにより符号化された音声品質に大幅な音響劣化が生じなくても、クラス１ａビットにおいて発生するエラーにより完全なソース符号化フレームが消去される結果となる。一方、クラス１ａに含まれるビットが少なすぎると、クラス１ａに含まれていないが、すでに含まれていたとされる１ビットの未検出エラーにより、復号化音声品質に大幅な歪みをもたらす。ＧＳＭ音声についての従来の符号化技術に関するさらなる詳細については、たとえば、Ｗ．Ｘｕの「ＧＳＭ音声伝送におけるソースチャネル符号化と冗長一致バイナリマッピングとの結合（ＪｏｉｎｔＳｏｕｒｃｅ−ＣｈａｎｎｅｌＣｏｄｉｎｇｗｉｔｈａＲｅｄｕｎｄａｎｃｙ−ＭａｔｃｈｅｄＢｉｎａｒｙＭａｐｐｉｎｇｉｎＧＳＭＳｐｅｅｃｈＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」ＩＥＥＥ，１９９８に掲載されている。
【００４５】
本発明のエラーフラグ生成技術は、所望の復号化音声品質を提供するためにＣＲＣ符号と併用してまたはＣＲＣ符号に替わって使用することができる。より詳細には、強力な外部ＣＲＣ符号を使用して、最もセンシティブビット、すなわち、エラーが発生したときに復号化された音声品質の大幅な劣化をもたらすビットを保護することができる。クラス１ｂビットに使用される外部ＣＲＣ符号がなくても、本発明のエラーフラグ生成技術を利用することで、クラス１ｂビットのエラーを検出し、復号化音声品質において未検出のクラス１ｂビットエラーの悪影響を低減させることができる。これらの技術は、クラス２ビットのエラーフラグを生成するためにも使用可能であるが、クラス２ビットの方がエラーに反応しにくいため、クラス２ビットのエラーフラグを起動するために使用されるしきい値設定は、クラス１ｂビットより低くすべきである。クラス１ｂビットおよびクラス２ビットは、図３（ｃ）とともにソース符号化オーディオビットについて上述した場合と同様に、特定のソース符号化ビットにより良好に一致されるエラー検出性能を提供するためにさらに分割されてもよい。本発明のエラーフラグ生成技術は、音声デコーダのみの変形を通して上述したように、本システムの送信部に変形を加える必要なく適用可能であるという利点がある。この特徴は、ＧＳＭ等の特殊な送信規格に準拠する必要のあるシステムにとって特に重要である。
【００４６】
上述したように、本発明により、外部ブロックコードを完全になくすこともできる。ブロック長が大きい場合、ＲＳ符号およびＣＲＣ符号等の典型的なブロックコードの方がはるかに効率的であるため、外部ブロックコードを、線形予測フィルタ係数に対応する最上位ビット、上記の音声符号化例における量子化ゲインパラメータ等、エラーに非常に反応しやすいパラメータに対応する少数ビットに適用することは非効率的である。本発明の技術を使用することで、特定のパラメータまたは音声コーダにおけるパラメータのセットに対応する少数のビットについてエラーフラグを生成し、音声デコーダにおけるエラー低減／隠蔽を向上させることができる。
【００４７】
また、画像および映像符号化アプリケーションも本発明のフラグ生成技術を利用して、改良したエラー低減／隠蔽を提供することができる。たとえば、Ｈ．２６３またはＭＰＥＧ−４等の規格にしたがって生成されたソース符号化映像は、動きベクトル等、送信エラーに非常に反応しやすいパラメータに対応する特定セットのビットのエラーを検出するために本発明のフラグ生成技術を用いて復号化されたソースとしてもよい。これらの技術は、従来の外部ブロックコードと併用して、あるいは該ブロックコードを用いずに適用可能である。別の例として、ＳＰＩＨＴコーダまたは他のウェーブレットベースのコーダを用いて生成されたソース符号化画像または映像は、画像または映像フレームにおけるビットのグループに基づいて受信機で生成されたエラーフラグを利用することが可能であり、エラーフラグが一旦たてられると、復号化を終了してエラーの伝搬を防ぐ。さらに、各画像または映像フレームの開始時のビットが一般に各フレームの終了時のビットよりエラーに反応しやすいため、画像または映像フレームの開始に対応する１つ以上のサブフレームについてエラーフラグを起動するしきい値は、画像または映像フレームの終了に対応する１つ以上のサブフレームについて使用されるしきい値より低く設定するようにしてもよい。ＳＰＩＨＴコーダについてのさらなる詳細については、たとえば、Ａ．Ｓａｉｄらの「階層木における設定分割に基づく新規かつ効率的な画像コーデック（ＡＮｅｗａｎｄＥｆｆｉｃｉｅｎｔＩｍａｇｅＣｏｄｅｃＢａｓｅｄｏｎＳｅｔＰａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎＨｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌＴｒｅｅｓ）」ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｉｒｃｕｉｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＶｉｄｅｏＴｅｃｈ．，１９９６年６月に掲載されている。
【００４８】
本発明のエラーフラグ生成技術は、たたみこみ符号、ターボ符号およびその他の連接符号ならびにトレリス符号化変調を含むいずれの所望のタイプの内部チャネル符号化と併用してもよい。これらのチャネル符号化技術は、当該技術において周知であるため本明細書において詳細を記載しない。本発明の大きな利点は、ソース符号化ビットストリームパラメータに一致した信頼できるエラーフラグが、これらおよびその他のタイプの従来の内部チャネルコードを使用する際に生成できることである。
【００４９】
上述した例示の実施形態における発明は、ソース符号化情報ビット、たとえば、ＰＡＣエンコーダ等のオーディオコーダにより生成され、ＡＭまたはＦＭＩＢＯＣＤＡＢシステムの通信チャネルを介して送信される圧縮オーディオビットのソース復号化との併用に特に相応しいエラーフラグ生成技術を提供する。本発明のエラーフラグ生成技術は、その他の多数のタイプのソース符号化情報、たとえば、ソース符号化音声、画像または映像情報に適用可能であることに注目すべきである。さらに、本発明は、インターネットおよびその他コンピュータネットワークを介する通信、携帯マルチメディア、衛星、ワイヤレスケーブル、ワイヤレスローカルループ、高速ワイヤレスアクセスおよび他のタイプの通信システムを介する通信を含む広範囲に亘る異なるタイプの通信システムアプリケーションにおいて利用可能である。本発明は、たとえば、周波数チャネル、タイムスロット、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スロット、非同期転送モード（ＡＴＭ）またはその他パケットベースの通信システムにおける仮想接続等、いずれの所望のタイプの通信チャネルとともに使用してもよい。特許請求の範囲に包含されるこれらおよびその他の多数の代替の実施形態および実施例は、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】チャネルエラーフラグを生成するブロックコードを使用する従来の通信システムのブロック図である。
【図２】本発明の例示的な一実施形態に係る通信システムのブロック図である。
【図３】（ａ）は、図１の従来のシステムにおける可変長オーディオフレームと固定長外部コードブロックのミスマッチを示す。（ｂ）および（ｃ）は、本発明のフラグ生成技術を使用する、図２のシステムにおいてチャネルエラーフラグを可変オーディオフレームおよびサブフレームとそれぞれ一致できる態様を示す。
【図４】オーディオ符号化アプリケーションでの使用に好適な図２のシステムの実施を示すブロック図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の技術による、図４のシステムにおけるチャネルフラグ生成を示す。

Claims

少なくとも１つのチャネルコードを用いて、通信システムのチャネルを介して送信されるソース符号化ビットストリームのソース復号化に使用されるエラーフラグを生成する方法であって、
ソフト決定チャネルデコーダを用いて該チャネルコードを復号化し、該ソース符号化ビットストリームの受信部分（received version）と、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の一部と関連する１つ以上の信頼性基準とを生成するステップと、
該信頼性基準を処理して、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の対応部分におけるエラーの存在を示す1つ又は複数のエラーフラグを生成するステップとを含み、該エラーフラグは、ソースデコーダにおいて該ソース符号化ビットストリームの該受信部分のソース復号化とともに使用される方法。
該ソフト決定チャネルデコーダにより生成される該信頼性基準の少なくとも１つのサブセットは、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の該一部における複数のビットまたはシンボルのそれぞれについての事後確率を備える、請求項１記載の方法。
該ソフト決定チャネルデコーダにより生成される該信頼性基準の少なくとも１つのサブセットは、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の該一部における複数のビットまたはシンボルのそれぞれについての対数尤度比を備える、請求項１記載の方法。
該受信されたソース符号化ビットストリームの該一部における該復号化されたビットまたはシンボルのそれぞれについての該信頼性基準は、しきい値に対して検査され、該ビットまたはシンボルのいずれか１つの信頼性基準が該しきい値を下回ると、その部分についてエラーフラグが生成される、請求項１記載の方法。
該部分における１つ以上の指定された最も信頼性のないビットまたはシンボルの信頼性基準は、該部分における１つ以上の指定された最も信頼性のあるビットまたはシンボルの信頼性基準と比較され、この比較に基づいて該部分のエラーフラグが生成される、請求項１記載の方法。
第１のしきい値に対して対応する信頼性基準を検査することによって、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の第１の部分についてエラーフラグが生成され、第２のしきい値に対して対応する信頼性基準を検査することによって、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の第２の部分についてエラーフラグが生成される、請求項１記載の方法。
該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の異なる部分について、該異なる部分の特性に動的に適合されるしきい値に対して対応する信頼性基準を検査することによって、エラーフラグが生成される、請求項１記載の方法。
少なくとも１つのチャネルコードを用いて、通信システムのチャネルを介して送信されるソース符号化ビットストリームの復号化に使用される装置であって、
該チャネルコードを復号化し、該ソース符号化ビットストリームの受信部分と該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の一部に関連する１つ以上の信頼性基準とを生成するソフト決定チャネルデコーダと、
入力が該ソフト決定チャネルデコーダの出力に結合され、該信頼性基準を処理して、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の対応部分におけるエラーの存在を示す１つ又は複数のエラーフラグを生成するソースデコーダとを含み、該エラーフラグは、該ソースデコーダにおいて該ソース符号化ビットストリームの該受信部分のソース復号化とともに使用される装置。
少なくとも１つのチャネルコードを用いて、通信システムのチャネルを介して送信されるソース符号化ビットストリームの復号化に使用される装置であって、該チャネルコードは、ソフト決定チャネルデコーダにおいて復号化されて、該ソース符号化ビットストリームの受信部分と、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の一部に関連する１つ以上の信頼性基準とを生成し、
該信頼性基準を処理して、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の対応部分におけるエラーの存在を示す１つ又は複数のエラーフラグを生成するソースデコーダを含み、該エラーフラグは、ソースデコーダにおいて該ソース符号化ビットストリームの該受信部分のソース復号化とともに使用される装置。
少なくとも１つのチャネルコードを用いて、通信システムのチャネルを介して送信されるソース符号化ビットストリームの復号化に使用されるソフトウェアプログラムを１つ以上格納する製造設備であって、該チャネルコードは、ソフト決定チャネルデコーダにおいて復号化されて、該ソース符号化ビットストリームの受信部分と、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の一部に関連する１つ以上の信頼性基準とを生成し、該１つ以上のプログラムは、実行時に、
該信頼性基準を処理して、該ソース符号化ビットストリームの該受信部分の対応部分におけるエラーの存在を示す１つ又は複数のエラーフラグを生成するステップを実行し、該エラーフラグは、ソースデコーダにおいて該ソース符号化ビットストリームの該受信部分のソース復号化とともに使用される製造設備。