JPH06510888A

JPH06510888A - 符号語検索方法および符号語検索装置

Info

Publication number: JPH06510888A
Application number: JP5504417A
Authority: JP
Inventors: ビアリク，レオン
Original assignee: ザ、ディーエスピー、グループ、インコーポレーテッド
Priority date: 1991-08-18
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1994-12-01
Also published as: IL99218A0; AU2511892A; WO1993004466A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】符号語検索方法および符号語検索装置発明の分野本発明は、デジタル信号のビット率を減縮するための符号化に関するものであり、特に、高速の線形予測型ベクトル演算（Ｖｅｃｔｏｒ　Ｓｕｍ　Ｅｘｃｉｔｅｄ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｐｒｅｄｌｃｔｉｏｎ；ＶＳＥＬＰ）による信号の符号化を実行する方法に関するもので線形予測型符号（Ｃｏｄｅ　Ｅｘｃｉｔｅｄ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ＣＥＬＰ）の符号化器は、ベクトル型符号化器（■ｅｃｔｏｒＥｘｃｉｔｅｄ　ｃｏｄｅｒ）あるいは確率型符号化器（Ｓｔｏｃｈａｓｔ　Ｉｃｃｏｄｅｒ）と称されており、主として音声信号の符号化に使用され、４〜８キロビット／秒の範囲のデータに再生したときに高品質の信号を得ることができる。線形予測型符号の符号化においては、入力信号は、一連の多数の技術革新の一つを用いた時変線形フィルタ装置によってモデル化される。

この装置は、符号ベクトルと称されている。

線形予測型符号を用いて音声信号の符号化を行う場合には、時変線形フィルタは、人間の音声の高さの特徴および配列の特徴をモデル化するための長期的予測器および短期的予測器として作動する。この長期的・短期的予測器および重みフィルタについては、Ｇｅｒｓｏｎの米国特許４．８１７，１５７において議論されている。

入力信号は、一般的には、多数のサンプルからなるフレームに分類される。入力信号の各フレームにおいては、各符号ベクトルが時変線形フィルタに充当され、重み変形された後の信号と入力信号との間のエラーが算出される。そして、エラーが最小となる符号ベクトルが、入力信号に合致する符号ベクトルとなる。

入力信号に最も合致する符号ベクトルを多数の符号ベクトルの中から検索する操作は、演算処理上非常に重要である。この処理の複雑さを低減する方法が幾つか提案されており、代表的な例を以下に示す。

１　、Ｓ、ＴｒａｎｃｏｓｏおよびＢ、Ｓ、Ａｔａｌ　、“Ｅｒｌ’１ｃｉｅｎｔ　５ｅａｒｃｈＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　ｒｏｒ　Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｕｍ　Ｉｎｎｏｖａｔｌｏｎ　１ｎ３８５−３９［ｉ、Ｍａｒ、１９９０；Ｖ、Ｂ、Ｋｌｅｉｊｎ、Ｄ、Ｊ、ＫｒａｓｌｎｓｋｉおよびＲ，Ｈ，Ｋｅｔｃｈｕｍ、　’ＦａｓｔＭｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＣＥＬＰ　５ｐｅｅｃｈ　Ｃｏｄｉｎｇ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ、’Ｇ、ＤａｖｉｄｓｏｎおよびＡ、Ｇｅｒｓｈｏ、”Ｃｏ５ｐｌｅｘｉｔｙ　ＲｅｄｕｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｅｘｃｉｔａｔｌｏｎ　Ｃｏｄｉｎｇ、”　ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ａｃｏｕｓｔｌｃｓ、５ｐｅｅｃｈ　ａｎｄＳｌｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇの議事録１９８６複雑さを低減する方法としては、この他にも、１、Ｇｅｒｓｏｎの米国特許４，８１７．１５７および同４，８９６，３８１が提案されている。これらの米国特許は、ともに参照文献として本願で使用している。Ｇｅｒｓｏｎの方法は、以下の２編の論文にも記述されている。

１、Ａ、ＧｅｒｓｏｎおよびＭ、＾、Ｊａｓｕｌｋ、”Ｖｅｃｔｏｒ　Ｓｕｓ＋　ＥｘｃｊｔｅｄＬｌｎｅａｒ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＶＳＥＬＰ）　”　ＩＥＥＥ　５ｐｅｅｃｈ　ＣｏｄｉｎｇＷｏｒｋｓｈｏｌ）、ｐｐ、６Ｂ−６８，Ｓｅｐ、１９８９；および１、Ａ、Ｇｅｒｓｏｎおよび間、＾、Ｊａｓｕｉｋ、“Ｖｅｃｔｏｒ　Ｓｕｍ　ＥｘｃｉｔｅｄＬｉｎｅａｒ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＶＳＥＬＰ）　５ｐｅｅｃｈ　Ｃｏｄｉｎｇ　ａｔ　８　ＫＢＰＳ、”ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ａｃｏｕｓｔｌｃｓ、５ｐｅｅｃｈａｎｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇの議事録１９９０　ｐＬ４６１−４６４゜以下、高速の線形予測型ベクトル演算（ＶＳＥＬＰ）について概説する。

図１は、上述の米国特許の図１を変形したものである。

同図には、高速の線形予測型ベクトル演算法を用いてコードブック（ｃｏｄｅ　ｂｏｏｋ）を生成する音声符号化器を概念的に示している。

高速の線形予測型ベクトル演算法では、各符号ベクトルは、符号語（ｃｏｄｅ　ｗｏｒｄ）と称される線形結合で表される。基底ベクトルは、それぞれ、係数＋１または−１を有するベクトル成分から構成されている。この方法では、符号ベクトル２Ｍは、Ｍ個の基底ベクトルＶ　と２Ｍ個濡の符号語ｗ　（ｉ＝１．　・・・、２Ｍ）で表される。ここて、ｉは、Ｍビットの２進数で定義される。各ビットは、線形結合の中の、対応する基底ベクトルの係数の符号を定義する。これにより、基底ベクトルのみを格納すればよく、また、受信機に送信するのは基底ベクトルではなく線形結合のみでよい。

図１において、一本線の矢印は各フレームごとに一回実行される操作を示しており、上側の線を破線で表した二本線の矢印は各フレームのＭ個の基底ベクトルごとに一回実行される操作を示しており、また、実線のみの矢印は各フレームの２Ｍ個の符号ベクトルごとに一回実行される操作を示している。

音声入力信号は、例えばマイクロフォン等の入力装置１１０によって受信され、Ａ／Ｄコンバーター２０に送られてサンプリングされる。この他にも、当該技術において公知の電気回路（例えば増幅器やフィルタ等）を付加する必要があるが、図１には示していない。

音声信号のサンプルは、Ａ／Ｄコンバーター２０からフレーマ（ｆ’ｒａ■ｅｒ）１３０に送られる。このフレーマ１３０は、Ｎ個づつのサンプルからなるフレームを形成する。

このフレームサイズ（すなわち「Ｎ」）は、一般的には、１０〜３０ｍ５　ｅ　ｃ分の音声に相当する。

人力フレームは、係数分析器１４０に送られる。この係数分析器１４０は、入力したフレームデータから、以下の二組のフィルタ係数を算出する。

（Ａ）予ρｊ係数（Ｐ　Ｃ）。これは、長期的予測係数および短期的予測係数からなり、反転予測器（ｉｎｖｅｒｓｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ）　１６０に送られる。

（Ｂ）重みフィルタ係数（ＷＦＣ）。これは、重みフィルター７０，１８０に送られる。

基底ベクトル格納ユニット１５０は、Ｍ個のＮ次元基底ベクトルＶ　を備えている。Ｍの値は、一般的には、■ ６〜１４であるが、これよりも大きい場合や小さい場合も考慮に入れられる。これらのベクトルは固定され、受信終了時および復号化終了時に認識される。

基底ベクトルＶ　は、フィルタリングのために反転子■ 側型１６０および重みフィルター７０に供給される。これらは、それぞれ、フィルタ係数の対である予測係数ＰＣおよび重みフィルタ係数ＷＦＣを利用する。その結果、Ｍ個のフィルタリング後の基底ベクトルＱ　（すな■ わち、ｍ−０，・・・、Ｍ−１）からなる集合＜Ｑ　１ｍ−０，・・・、Ｍ−１＋を得ることができる。

このようなフィルタリング後の基底ベクトルを示すＮ行Ｍ列の行列［Ｑ　、・・・；Ｑ　］はＱと記述され、０ト１後で詳述されるコードブック検索ユニット１９０に送られる。

人力フレームは重みフィルター８０でフィルタリングされ、これにより、Ｎ次元の重み入力ベクトルＰが得られる。そして、このベクトルＰも、コードブック検索ユニット１９０に送られる。

フィルタリングを行う各ユニット（すなわち、重みフィルタ１７０．１８０）の出力は、人力したベクトルが含有するＮ個のサンプルのレスポンスからこのフィルタのレスポンスが零の状態を差し引いた値となる。

コードブック検索ユニット１９０は、Ｍ個のフィルタリング後の基底ベクトルｆＱ　１ｍ＝ｏ、・・・。

■ Ｍ−１）からなる集合と重み入力ベクトルＰとを取り込む。そして、基底ベクトルについて、入力フレームに対する合致度が最も高い組み合わせを検索する。コードブック検索ユニット１９０の出力は、最適の符号語Ｗ。、１（この語のビット数はＭである）およびこの符号語Ｗ　についての最適の利得ｇ　である。これらを算ｏｐｔ　ｏｐｔ出する方法については後述する。

マルチプレクサ（ＭＵＸ）２００は、予測係数ｐｃ。

符号語Ｗ　および利得ｇ　を取り込み、これらをフｏｐｔ　ｏｐｔレーム符号（「ｒａｇ＋ｅ　ｃｏｄｅ）内に組み込み、記憶デバイス或いは通信チャネルに転送する。

図１に示したコードブック検索ユニット１９０の演算操作について説明する。この説明は、あくまで概念的なものである。

コードブック検索ユニット１９０は、コードブック発生器１９２、利得演算器１９４、コードブック検索コントローラー９６および最適符号語・利得セレクタ１９８を備えている。

コードブック検索コントローラー９６が、２Ｍ回のループを開始する。このループの指標をｉ−０，ψφ・。

２Ｍ−１とする。ループの各繰り返しにおいて、以下の演算操作が実行される。

（Ａ）コードブック検索コントローラー９６が、現在のループ指標ｌと、１番目の符号語Ｗ＋　（この語はＭビットの２進数からなる）を生成する。コードブック検索コントローラ１９６は、この符号語Ｗ１を、コードブ・ツク発生器１９２および最適符号語・利得セレクタ１９８に送る。この符号語ｗ　（ｉ＝Ｑ、・・・、２’−１）は、互いに異なる値を有している。

（Ｂ）コードブック発生器１９２が、Ｍ次元ベクトルＷ、を生成する。このＭ次元ベクトルＷｉのｍ番目の要素（ｍ＝０．１．　・・ｅ、Ｍ−１）は、符号語ｗ、のｍ番目のビットが１であれば＋１とし、符号語Ｗ、のｍ番目のビットが０てあれば−１とする。この記録ビット（ｄｏｃｕｍｅｎｔ　ｂｉｔ）の計数は、最下位ビット（Ｌ　Ｓ　Ｂ）から最上位ビット（ＭＳＢ）まで実行される。なお、ここでは、０ビツトを最下位ビット（ＬＳＢ）とする。

（Ｃ）コードブック発生器１９２が、１番目のフィルタリング語の符号ベクトルＦ、を、以下のようにして算出そして、この値を利得演算器１９４に送る。この利得演算器１９４には、重み入力ベクトルＰが格納されている。

（Ｄ）利得演算器１９４が、最適利得ｇ、を算出する。

最適利得ｇ　とは、次式で定義される量子化エラーｅ１を最小にする利得を貫う。

ｅ　＝（Ｐ−ｇ　−Ｆ、）　（Ｐ−ｇ　−Ｆ　）−（２）１　１　ｒ　１　１ここで、上付き文字Ｔは、行列の転置（ｔｒａｎｓｐｏｓｉｔｌｏｎ）を示している。利得の最適値ｇ１とこのときの量子化エラーｅ　とを得るためには、式（２）をｇｌについて微分し、その結果を零とおけばよい。これにより次式がｅ、、ｇ、の最適値が算出されると、その都度、これらの値は最適符号語・利得セレクタ１９８に送られる。

この最適符号語・利得セレクタ１９８は、ループの繰り返しごとにＷ　およびｅ　を更新するために、３ｏｐｔ　ｏｐｔ個の内部変数（ｌｎｔｅｒｎａｌ　ｖａｒｉａｂｌｅｓ）を有している。

Ｗ　は、現時点まででフレーム内の量子化エラーが最ｐｔ小となる符号ベクトルの指標である。また、ｅ　は、ｏｐｔＷｏｐｔが示す符号ベクトルにおける量子化エラーを示している。

ループが繰り返されるたびに、ｅ、　＜ｅ　または１　ｏｐｔｉ−０であれば、最適符号語・利得セレクタ１９８は、ｅ　、ｗ　にｅ　、ｗ　をそれぞれ代入する。一方、ｏｐｔ　ｏｐｔ　Ｉ　ｉＩ　ｏｐｔてなければ、６　、ｗ　の値は変更せｏｐｔ　ｏｐｔずにそのままとされる。

阿− ループの最後の繰り返しくすなわちｉ−２１）を実行した後、Ｗ　の現在の値はｇ　の算出に使用さｏｐｔ　ａｐすれる。そして、Ｗ　およびｇ　は、マルチプレクサｏｐｔ　ｏｐｔ２００に送られる。マルチプレクサ２００は、Ｗ　おｏｐｔよびｇ　をフレーム符号に組み込んだ後、これを出力ｐｔチャネルに送る。

符号語Ｗ、と符号語Ｗ、とが補数関係にあれば（すなｌ　Ｊわち、一方の符号語の各ビットの値が他方の符号語の対応する各ビットの値と異なる値となっていれば）、ｗ、−−ｗ、、Ｆ、＝−Ｆ、、ｅ、−ｅ、、ｇ、−ｇｊｌ　、３　Ｉ　Ｊ　Ｉ　Ｊ　ＩＭ−１、Ｍである。各符号語ｆｗ、１２　≦ｌく２　）が（ｗ。

＋−１１０≦ｌく２　）内のいずれかの符号語の補数であれば、符号語の配列は相補特性（ｃｏｓｐｌｅｓｅｎｔａｒｙ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を有する。符号語の配列が相補特性を有していれば、コードブック検索は単にｉ−０，・・・　２Ｍ−１１について０行えばよい。

式（２）、（５）および（６）の計算は、計算上高度である。このため、米国特許４，８１７，１５７および同４，８９６゜３６１において、ＧｅｒＳＯｎは、予めＦ　を算出せずにｃ、およびＧ１を計算するために、以下に示すような帰納法を提案している。

図２は、コードブック検索ユニット２１０がＧｅｒｓｏｎの方法を用いて演算をおこなう場合を示している。このコードブック検索ユニット２１０は、入力信号および出力信号が同一である点で図１のコードブック検索ユニット１９０に類似しているが、その演算は以下に述べる点で相違している。

人力信号としての重み人力ベクトルＰおよび基底ベクトル（Ｑ　ｌｍ＝０．　・拳ｅ、Ｍ−１１は、ともに、基■ 底射影・相関発生器２１２に供給される。この基底射影・相関発生器２１２は、行列Ｑ−［Ｑｏ　；・・・；Ｑ］を生成し、さらに、Ｍ次元の射影ベクトルＲおよびＭ行Ｍ列の相関のある行列りを次式にしたがって生その後、基底射影・相関発生器２１２は、投影ベクトルＲおよび行列りを利得演算器２１８に送る。式（１）、（３）〜（８）によれば、次式が成立する。

投影ベクトルＲおよび行列りを算出した後、コードブック検索コントローラ２１６は、上述のコードブック検索コントローラー９６の場合とまったく同じ方法で、ｉ−０，・・・、２　１についてのループと符号語Ｗ１の生成とを開始する。

しかし、符号語は、グレイコード（Ｇｒａｙ　ｃｏｄｅ）の特徴にしたがって配列されており、一連続する２個の符号語Ｗ　（ｉ−０，・・・、２　１）■ はいずれの場合も１ビツトのみ異なるように形成されている（すなわち、両者の間のハミング距離は１である）。

さらに、相補特性およびグレイコード特性を両方とも満足するように符号語を形成することができることにより、本例ではｉ−０，・・・　２Ｍ−１１についてのみループを実行すればよいこととなる。

各符号語ＷＩについて、利得演算器２１８は、まず、利得演算器１９４（図１参照）に類似する方法で、係数ベクトルＷ１を算出する。その後、利得演算器２１８は、Ｃ１およびＧ、を以下のようにして算出する。

すなわち、ｉ−０のときは、ＣおよびＧ１は式（９）および式（１０）を用いて算出する。また、ｔ＞０のときは、係数ベクトルＷ　と係数ベクトルＷ　とでｔ目迎する単一ビットの数を、ｋに代入する。そして、Ｃ１およびＧ１を、帰納法に基づく次式にしたがって算出する。

Ｃ，−Ｃ＋２Ｗ１（ｋ）　・Ｒ（ｋ）　・・・（１１）Ｇ、−Ｇ、＋４Ｗ　（ｋ）・ＤｋＴＷ　−４Ｄｋ（ｉｔ）ｌｔ−１１１・・・（１２）ここで、Ｄ　（ｋ−０，・・・、Ｍ−１）は行列りのｋ番目の列であり、Ｄ％ｋ）は行列りのに番目の行のに番目の要素である。

Ｃ１およびＧ１の算出に続いて、式（３）および式（４）にしたがって量子化エラーｅ１を算出し、最適符号語・利得セレクタ２２０に送る。最適符号語・利得セレクタ２２０は、通常、最適符号語・利得セレクタ１８０（図１参照）と同一の方法で演算操作をおこなう。

Ｇｅｒｓｏｎの計算方法では、ＣおよびＧｌは、式（１１）および式（１２）を用いて算出する。この計算方法では、符号語についての積算および加算に、１および０　（Ｍ）をそれぞれ要求する。しかし、式（１１）および式（１２）を用いた計算は、比較的高度且つ難解である。

それゆえ、本発明の目的は、符号語に対する演算が少なく且つ演算数が一定の符号語検索技術を提供することこのため、本発明の一実施例に係わる符号語検索方法或いは音声の符号化方法は、拡張グレイコード特性（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｇｒａｙ　Ｃｏｄｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ＥＧＣＰ）と相補特性とを両方有するように多数の符号語Ｗを配列するステップを備えている。そして、ｉ番目の繰り返し時に、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示（ｖｅｒｓｉｏｎ）　Ｕ　１および配列Ｖの１番目の表示ｖ１と、関数における配列Ｕのｊ番目の表示Ｕ、および配列Ｖのｊ番目の表示Ｖ、とを更新する。

Ｊコここで、ｊは、ｗｌとｗｊとが２ビツトのみ相違する場合の、ｉよりも小さい値の最大値である。

加えて、本発明の一実施例においては、拡張グレイコード特性は、演算ｗｌ−１（ｔ＞＞１）により生成される。

また、本発明の一実施例に係わる符号語検索方法は、帰納法による計算によってＶ、からＣをめ且つＵ、からＧ　をめ、これらの値Ｃ，，Ｇ、およびｌｌ　＋Ｗ　の方が好適である場合に最適値Ｃ２、Ｇ　おｉ　ｏｐｔ　ｏｐｔよびＷ　を更新するステップを備えている。

ｏｐｔさらに、本発明の一実施例に係わる符号語検索方法は、ｉ番目の繰り返しが終了する度に、Ｗ　からＣをｏｐｔ　ｏｐｔ算出し、ＣおよびＧ　からｇ　を算出するステｏｐｔ　ｏｐｔ　ｏｐｔツブを備えている。

さらにまた、本発明の一実施例においては、更新のステップは４種類の基本演算（ｒｏｕｒ　ｂａｓｉｃ　ｏｐｅｒａｔｌｏｎｓ）によって実行される。

また、本発明の一実施例に係わる符号語検索装置は、拡張グレイコード特性と相補特性とを両方有するように多数の符号語Ｗを配列する装置と、ｉ番目の繰り返し時に、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示（ｖｅｒｓｉｏｎ）Ｕｌおよび配列Ｖの１番目の表示ｖ１と、関数における配列ＵＯｊ番目の表示Ｕ、および配列Ｖのｊ番目の表示■、とを更新する装置とを備えている。ここで、ｊは、Ｗ、とＷ、とが２ビツトのみ相違する場合の、ｉよりもＩ　Ｊ小さい値の最大値である。

本発明の符号語検索装置は、セルラ電話システム（ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｔｅｌｅｐｈｏｎ　５ｙｓｔｅ１）、応答装置（ａｎｓｗｅｒ　Ｉ　ｎｇＩＩａｃｈｌｎｅ）或いはボイスメールシステム（ｖｏｉｃｅ　ＩＩａｌｌｓｙｓｔｅｍ）において、音声の符号化に利用することができる。

さらに、本発明の一実施例においては、拡張グレイコード特性は、演算ｗ、−１（ｔ＞＞１）により生成される。

また、本発明の一実施例に係わる符号語検索装置は、帰納法による計算によってＶ　から０２．をめ且つＵ、からＧ　をめる装置と、これらの値Ｃ２，，Ｇ。

およびＷ、の方が好適である場合に最適値Ｃ２１、ｏｐｔ’ Ｇ　およびＷ　を更新する装置とを備えている。

ｏｐｔ　ｏｐｔさらに、本発明の一実施例に係わる符号語検索装置は、ｉ番目の繰り返しが終了する度に、Ｗ　からＣをｏｐｔ　ｏｐｔ算出し、ＣおよびＧ　からｇ　を算出する装置ｏｐｔ　ｏｐｔ　ｏｐｔを備えている。

最後に、本発明の一実施例においては、更新の装置は４個の基本的な演算を実行する。

図面の簡単な説明本発明は、以下の図面を参照した詳細な説明によって、理解され且つ評価される。

図１は、従来技術を説明するための従来の音声符号化装置を示すブロック図である。

図２は、図１に示した従来の音声符号化装置の具体例としての従来の線形予測型ベクトル演算コードブック検索ユニットを示すブロック図である。

図３は、本発明の好適な実施例としての構成および動作を備えた高速の線形予測型ベクトル演算コードブック検索ユニットを示すブロック図である。

図４は、線形予測型ベクトル演算コードブック検索ユニットの一部としての高速の線形予測型ベクトル演算コードブック検索コントローラの演算を概説するための疑似符号を示す図である。

図５は、図３に係わる符号語検索方法を説明するためのテーブルである。

図６は、図３に係わる符号語検索方法を実行する装置の概略図である。

好ましい実施例の詳細な説明図３は、比較的高速な線形予測型ベクトル演算（ＶＳＥＬＰ）を行うコードブック検索ユニット２４０を示している。

このＶＳＥＬＰコードブック検索ユニット２４０は、本発明の好適な実施例にしたがった構成および動作を備えている。このＶＳＥＬＰコードブック検索ユニット２４０は、コードブック検索ユニット２１０（図２）に類似しており、また、図３中の各構成部の内で図２の構成部と同様のものは同符号を付しである。

ＶＳＥＬＰコードブック検索ユニット２４０がコードブック検索ユニット２１０と相違するのは、１個の特徴すなわちコードブック検索コントローラのみである。

ＶＳＥＬＰコードブック検索ユニット２４０は、コードブック検索ユニット２１６の代わりに、比較的高速のＶＳＥＬＰコードブック検索コントローラ２５０を有している。このＶＳＥＬＰコードブック検索コントローラ２５０は、本発明にしたがった構成および動作を備えている。以下、ＶＳＥＬＰコードブック検索コントローラ２５０の動作について、詳細に説明する。

図４および図５は、それぞれ、コードブック検索方法および本発明に係わる符号語検索方法を理解するためのテーブルを示している。

本発明においては、従来の技術で示された式（１２）に代えて、次式が使用される。

であり、ｋはＷ　とＷ、　とで変更されるビットの数である。

同様に、ｅ、を表す式（４）の代数であるＣ１２も、式（９）および式（１１）にしたがって次式に変更される。

Ｅ　−ＲＲ−Ｑ”ＰＰ”Ｑ　・・・（１６）であり、且つ、Ｖ　（ｋ）　−４Ｗ、　（ｋ）　Ｅ　Ｗ、　−４Ｅ、　（ｋ）・・・（１４）Ｉ　Ｌ　ｋ　ｌである。また、Ｅｋは、ｍ行ｍ列の行列Ｅのに番目の列であり、Ｅ％ｋ）はＥのに番目の列のに番目の要素である。

本発明において、ＶＳＥＬＰコードブック検索コントローラ２５０には、変数の集合ｉＵ　１ｍ−０，・・ｅ。

Ｍ−１）が格納されている。ループのｉ番目の繰り返し時に、Ｕ　の値は式（１４）のＵ、（ｋ）に一致する値にに更新される。そして、式（１５）はＣ８の算出に使用される。この更新動作は比較的簡単で、Ｇ、を算出する計算は式（１２）を使用して計算する場合よりも短くなる。

同様に、本発明のさらなる実施例によれば、ＶＳＥＬＰコードブック検索コントローラ２５０は、ループの繰り返しごとのＣ９の算出を行わない。その代わリニ、ＶＳＥＬＰコードブック検索コントローラ２５０は、Ｃ１２を直接算出し、この値を従来技術の式（４）を用いたｅ、の算出に使用する。

このような動作を行うためには、本発明のＶＳＥＬＰコードブック検索コントローラ２５０には、変数の集合（Ｖ　ｌ　ｍ−０，・・ｅ、　Ｍ−１１が格納される。ルー■ プのｉ番目の繰り返しにおいて、ｖｋの値は式（１７）のＶ、（ｋ）に一致する値に更新される。そして、式（１５）を用いてＣ１２が算出される。

この更新動作は比較的簡単で、Ｇ１２を算出する計算は式（１２）を使用してＣ１を算出して計算結果を二乗する場合よりも短くなる。

ループの終了時には、符号語の最適値Ｗ。ｐ、が一旦決定され、このときのＣも式（９）により決定される。

ｐｔそして、これらの計算結果が式（３）に代入されて、利得の最適値ｇ　が算出される。

ｐｔ本発明の好適な実施例によれば、簡単な方法で符号語を更新する能力は、以下に定義されるような拡張グレイコード特性（ＥＧＣＰ）にしたがって符号語を配列することにより達成される。

グレイコード特性およびＫ（１）、Ｏ＜　ｉ＜２’を満足する符号語の配列は、Ｗ　とＷ　とで変更される単一ビットの数によって定義される。ｏ＜　ｊ＜　ｉ、Ｋ（１）””Ｋ　（ｊ）となり且つこのＫ　（＋）　−Ｋ　Ｕ）を満たす数のうちでｉよりも小さい数の最大値であるようなｊが、すべてのｉ、Ｏ＜ｉ＜２’ について存在すれば、この配列はグレイコード特性を有している。この条件を満たせは、ＷｌはＷｊと２ビツトのみ相違する。このとき、相違するビットの一方はＫ　（１）であり、他方は１である。

図７は、拡張グレイコード特性で決定された配列を示している。同図において、第１列はループの繰り返し番号１、第２列はｉの２進数表示、第３列はｗｌの２進数表示、第４列はｋ　−Ｋ　（ｉ）である。

ループのｉ番目の繰り返しの際には、（Ｕｌｍ−０゜■ ・・・、Ｍ−１１のうちの１個のみ、および、（ｖ１■ ｍ−０，・・・、Ｍ−１１のうちの１個のみが更新される。すなわち、ｋ　−Ｋ　（ｉ）においては、変数Ｕ　、　Ｖ　ｋがそれぞれ更新される。この更新は、次の方程式に基づいて行われる。

Ｕ、（ｋ）−−Ｕｊ（ｋ）＋ｓＤ、（１）・・・（１８）Ｖ−（ｋ）　−’　、（ｋ）　＋　ｓ　Ｅｉ、　（１）　”’（１９）Ｉ　Ｊここで、Ｓは次式で表される。

ｓ　＝　８　Ｗ　＋　（ｋ）　ＷＨ（１）　・・・（２０）−＋８　ｆｏｒ　Ｗ、　（ｋ）　＝Ｗ１　（１）−−８ｆｏｒ　Ｗ、（ｋ）≠Ｗ、　（１）したがって、ｊ番目の繰り返しにおいてＵｋおよびＶ、の値がそれぞれＵｊ（ｋ）およびＶｊ（ｋ）に更新されると、これらの値は１番目の繰り返しにおいては等式（１８）、（１９）および（２０）を用いてＵｌ（ｋ）およびＶ、（ｋ）に更新される。これらの式は、１回の加算と１回の積算とを行うだけでよいので、計算上の負担は僅かである。

本発明の符号語検索方法は、Ｕ　および■１により、Ｍと無関係に、所定回数の演算でＧ　および、２を更新する点に価値がある。それぞれの更新の方程式は、２個の基本演算のみを必要としている。ここで、基本演算とは、乗算演算および加算演算のことである。

１−０（例えばループ開始時）の際には、Ｇ１およびＣＩ２は、式（１０）および式（９）により、それぞれ初期化される。ここで、Ｃ０２は、式（９）の計算結果を二乗することによって得られる。Ｕ、（Ｄおよびｖ、（Ｄ　も、式（１４）および式（１７）によって初期化される。

各繰り返しにおいては、Ｇ　の値およびＣ１２の値が調べられる。そして、以下の不等式が成り立つ場合には５．２に置き換えられる。

ループの繰り返しｉが一旦完了すると、Ｗｏｐ、　。

Ｇ　およびＣが検出される。そして、これらのｏｐｔ　ｏｐｔ値から、利得の最適値が、ベクトル値Ｗ。ｐｔおよび要素Ｃの計算によって、算出される。本発明の背景技術ｐｔに言及すれば、ベクトルＷ、のｍ番目の要素（ｍ−０゜１、・・・、Ｍ−１）は、ｍ番目のビットＷ、が１であれば＋１となり、ｍ番目のビットｗｌが０であれば−１となる。この結果、Ｗ　は次式で示されるｗ５にょっｏｐｔ　１て生成される。

Ｗ　（ｍ）　−２ｗ　（ｍ）　−１ｆｏｒ　ｍ−１−Ｍ−１ｏｐｔ　ｏｐｔ相補特性のみならずＥＧＣＰ　（拡張グレイコード特性）も備えている符号語を指定することができる方法としては、Ｗ、について、ｉの二進表現とｉの二進表現を右に■ １ビツトシフトさせたのちとについての、ビットに対する排他的論理和（ＸＯＲ）を行う方法がある。これは、数学的には以下のように記述される。

Ｗ、−ｌ　（ｔ＞＞１）ここで、　は排他的論理和演算を示し、ｉ＞＞ｂは「ｂビットたけ右にシフトされたｉ」を示している。例えば、２Ｔ　ＲＬ　（ｉ）でｉが割り切れるような最大の整数をＴ　ＲＬ　（ｉ）とした場合に、このＴ　ＲＬ　（ｉ）はｌの二進表現における下位ビット側で零が連続する個数を示している。ｋ−Ｋ（１）＝ＴＲＬ（り（ｉ　；０＜ｉ＜２’）とすると、Ｗ、とＷｌ−１のに番目のビットは相違する。これにより、グレイコード特性は満たされる。

さらに、」がｉよりも小さい数であってＫ（１）＝ｋ（ｊ）−ｋを満たすもののうちで最も大きい数であれに＋１ば、ｊ−１２であるとともに、ｗ、はビットＫ　（１）　−ｋ　−Ｔ　ＲＬ　（１）となる最初のｉは２にである。

このｉにおいて、ｊ−０且っｉｌｌであれば、ｗｌとｗｊとで相違する２個のビットは、ｋおよびｌ−に−１である。

この配列は、図５に示されている。図５のテーブルにおいて、第１列はループの繰り返し番号１１第２列はｉの二進表示、第３列はｗｌの二進表示、第４列はに −Ｋ（１）、第５列は１−ＴＲＬ　（ｉ−２ｋ）　、第６列はｓ　−Ｗ　ｉ　（ｋ）　Ｗ　ｉ　（１）である。

本発明によれば、以上説明したような方法を用いた演算は、図２のコードブック検索ユニット２１０が行う。

図４は、上述した演算を行う本発明のコードブック検索ユニット２１０の演算における疑似コードを示すものである。図５に示すようなルックアップテーブルを参照してステップ４．２を変更できることは自明である。

図６は、以上説明した方法を実行する装置を示すものである。この装置は、Ａ／Ｄコンバーター２０とデジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット２６０（例えば米国テキサスインスツルメンツ社製のデジタル信号処理素子であるＴＭＳ３２０Ｃ２５）とを備エテいル。ＤｓＰユニット２６０は、一般に、フレーマ１３０、係数分析器１４０、反転予測器１６０、重みフィルタ１７０，１８０およびＶＳＥＬＰコードブック検索ユニット２４０の演算を実行する。ＤＳＰユニット２６０の出力Ｗ　およびｐｔｇ　は出力チャネル２６２に供給される。また、このｐｔ出力は、要求がある場合には、ローカルメモリ素子２６４にも供給される。基底ベクトル格納ユニット１５０は、このローカルメモリ素子２６４内で実現される。

本発明に係わる符号語検索装置および符号語検索方法は、音声符号化システムにおいて実現される。例えば、セルラ電話システム、ボイスメールシステム或いは応答装置における符号化に使用することができる。

いわゆる当業者にとっては、本発明が、以上の詳細な開示および記述に限定されるものでないことは明らかである。むしろ、本発明の範囲は請求の範囲によって決定される。

ＦＩＧ、２ＦＩＧ、３１、信号入力＝Ｐ＆Ｑ＝［Ｑ　・・・・Ｑ　］０°　Ｍ−１３、初期化：初期値設定。

初期値設定Ｕｍ＝４（Ｕｍ−Ｄｍｍ）、Ｖｍ＝４（Ｖｍ−Ｅｍｍ）ｍ＝０．　・・−、Ｍ− ２４、ループの実行（ｉ＝１．・・・、２Ｌｌ−１、について）セットｗ＝ｌ　（ｉ＞＞１）ＦＩＧ、４（Ａ）下式を用いたに、１．　ｓの算出：に＝ＴＲＬ　（ｉ）さらにｋ＞０であればさらに１＝Ｍであればさらにｗ　（ｋ）　＝ｗ　（１）であればさらに終了条件Ｕｋ＝−Ｕｋ　＋５Ｄｋｌ、　Ｖｋ　＝−Ｖｋ　＋５ＥｋｌセツトＧ−Ｇ＋Ｕｋ、　Ｃ２−Ｃ２＋ＶｋＣ２Ｇｏｐｔ　）Ｃ２ｏｐｔＧであればセット：ｗｏｐｔ　＝ｗ、Ｇｏｐｔ　＝Ｇ、Ｃ２ｏ’ｐｔ＝Ｃ２ＦＩＧ、　４　（Ｂ）５、結果の算出および出力の生成セットＷ：Ｗｏｐｔ　（ｍ）＝２ｗ　（ｍ）−１，（ｍ＝Ｏ−・−Ｍ−１について）ｇｏｐｔ　＝Ｃｏｐｔ　／ｗｏｐｔｗｏｐｔおよびｇｏｐｔをＭＵＸ２００へ転送ＦＩＧ、４（Ｃ）ＦＩＧ、５ＦＩＧ、６フロントページの続き（８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３゜ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ、　ＵＳ

Claims

【特許請求の範囲】

１．拡張グレイコード特性（ＥＧＣＰ）および相補特性を両方とも有するように多数の符号語ｗを配列するステップと、ｉ番目の繰り返しにおいて、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示Ｕｉおよび配列Ｖのｉ番目の表示Ｖｉを更新するとともに、関数における配列Ｕのｊ番目の表示Ｕｊおよび配列Ｖのｊ番目の表示Ｖｊを、ｊがｗｊとｗｊとが２ビットのみ相違する場合のｉよりも小さい値の最大値となるように更新するステップと、を備えた符号語検索方法。
２．音声信号を符号化するための符号語検索方法において、多数の符号語ｗを、拡張グレイコード（ＥＧＣＰ）および相補特性をともに満たす配列となるように系統化するステップと、ｉ番目の繰り返しにおいて、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示Ｕｉおよび配列Ｖのｉ番目の表示Ｖｉを更新するとともに、関数における配列Ｕのｊ番目の表示Ｕｊおよび配列Ｖのｊ番目の表示Ｖｊを、ｊがｗｊとｗｊとが２ビットのみ相違する場合のｉよりも小さい値の最大値となるように更新するステップと、を備えた符号語検索方法。
３．拡張グレイコード特性が演算ｗｉ＝ｉ∧（ｉ＞＞１）により生成されることを特徴とする請求項１記載の符号語検索方法。
４．拡張グレイコード特性が演算Ｗｉ＝ｉ∧（ｉ＞＞１）により生成されることを特徴とする請求項２記載の符号語検索方法。
５．帰納法による計算によってＶｉからＣ２ｉを求め且つＵｉからＧｉを求め、これらの値Ｃ２ｉ，ＧｉおよびＷｉの方が好適である場合に最適値Ｃ２ｏｐｔ，ＧｏｐｔおよびＷｏｐｔを更新するステップを備えたことを特徴とする請求項１記載の符号語検索方法。
６．帰納法による計算によってＶｉからＣ２ｉを求め且つＵｉからＧｉを求め、これらの値Ｃ２ｉ，ＧｉおよびＷｉの方が好適である場合に最適値Ｃ２ｏｐｔ′ ＧｏｐｔおよびＷｏｐｔを更新するステップを備えたことを特徴とする請求項２記載の符号語検索方法。
７．ｉ番目の繰り返しが終了する度に、ＷｏｐｔからＣｏｐｔを算出し、ＣｏｐｔおよびＧｏｐｔからｇｏｐｔを算出するステップを備えたことを特徴とする請求項５記載の符号語検索方法。
８．ｉ番目の繰り返しが終了する度に、ＷｏｐｔからＣｏｐｔを算出し、ＣｏｐｔおよびＧｏｐｔからｇｏｐｔを算出するステップを備えたことを特徴とする請求項６記載の符号語検索方法。
９．更新のステップが４種類の基本演算によって実行されることを特徴とする請求項１記載の符号語検索方法。
１０．更新のステップが４種類の基本演算によって実行されることを特徴とする請求項１記載の符号語検索方法。
１１．拡張グレイコード特性（ＥＧＣＰ）および相補特性を両方有するように多数の符号語Ｗを配列する手段と、ｉ番目の繰り返しにおいて、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示Ｕｉおよび配列Ｖのｉ番目の表示Ｖｉを更新するとともに、関数における配列Ｕのｊ番目の表示Ｕｊおよび配列Ｖのｊ番目の表示Ｖｊを、ｊがＷｉとＷｊとが２ビットのみ相違する場合のｉよりも小さい値の最大値となるように更新する手段と、を備えた符号語検索装置。
１２．音声信号を符号化するための符号語検索装置において、多数の符号語Ｗを、拡張グレイコード（ＥＧＣＰ）および相補特性をともに満たす配列となるように系統化する手段と、ｉ番目の繰り返しにおいて、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示Ｕｉおよび配列Ｖのｉ番目の表示Ｖｉを更新するとともに、関数における配列Ｕのｊ番目の表示Ｕｊおよび配列Ｖのｊ番目の表示Ｖｊを、ｊがＷｉとＷｊとが２ビットのみ相違する場合のｉよりも小さい値の最大値となるように更新する手段と、を備えた符号語検索装置。
１３．音声信号を符号化するためのセルラ電話システム用符号語検索装置において、多数の符号語Ｗを、拡張グレイコード（ＥＧＣＰ）および相補特性をともに満たす配列となるように系統化する手段と、ｉ番目の繰り返しにおいて、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示Ｕｉおよび配列Ｖのｉ番目の表示Ｖｉを更新するとともに、関数における配列Ｕのｊ番目の表示Ｕｊおよび配列Ｖのｊ番目の表示Ｖｊを、ｊがＷｉとｗｊとが２ビットのみ相違する場合のｉよりも小さい値の最大値となるように更新する手段と、を備えた符号語検索装置。
１４．音声信号を符号化するための応答装置用符号語検索装置において、多数の符号語Ｗを、拡張グレイコード（ＥＧＣＰ）および相補特性をともに満たす配列となるように系統化する手段と、ｉ番目の繰り返しにおいて、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示Ｕｉおよび配列Ｖのｉ番目の表示Ｖｉを更新するとともに、関数における配列Ｕのｊ番目の表示Ｕｊおよび配列Ｖのｊ番目の表示Ｖｊを、ｊがＷｉとＷｊとが２ビットのみ相違する場合のｉよりも小さい値の最大値となるように更新する手段と、を備えた符号語検索装置。
１５．音声信号を符号化するためのボイスメールシステム用符号語検索装置において、多数の符号語Ｗを、拡張グレイコード（ＥＧＣＰ）および相補特性をともに満たす配列となるように系統化する手段と、ｉ番目の繰り返しにおいて、帰納法における配列Ｕのｉ番目の表示Ｕｉおよび配列Ｖのｉ番目の表示Ｖｉを更新するとともに、関数における配列Ｕのｊ番目の表示Ｕｊおよび配列Ｖのｊ番目の表示Ｖｊを、ｊがＷｉとＷｊとが２ビットのみ相違する場合のｉよりも小さい値の最大値となるように更新する手段と、を備えた符号語検索装置。
１６．拡張グレイコード特性が演算Ｗｉ＝ｉ∧（ｉ＞＞２）により生成されることを特徴とする請求項１１記載の符号語検索装置。
１７．帰納法による計算によってＶｉからＣ２ｉを求め且つＵｉからＧｉを求める手段と、これらの値Ｃ２ｉ，ＧｉおよびＷｉの方が好適である場合に最適値Ｃ２ｏｐｔ，ＧｏｐｔおよびＷｏｐｔを更新する手段を備えたことを特徴とする請求項１１記載の符号語検索装置。
１８．ｉ番目の繰り返しが終了する度に、ＷｏｐｔからＣｏｐｔを算出し、ＣｏｐｔおよびＧｏｐｔからｇｏｐｔを算出する手段を備えたことを特徴とする請求項１７記載の符号語検索装置。
１９．更新の手段が４種類の基本演算によって実行されることを特徴とする請求項１１記載の符号語検索装置。