JPH10509534A - 非対称音声圧縮処理を利用する超低ビット・レート音声メッセージング・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 音声メッセージを処理して、低ビット・レートのスピーチ伝送処理を行う装置は、音声メッセージを処理して、一連のパラメータ・フレームを含む２次元パラメータ・マトリクス（５０２）に配列されたスピーチ・パラメータを生成する。この２次元パラメータ・マトリクス（５０２）は、所定の２次元マトリクス変換関数（４１４）を用いて変換され、２次元変換マトリクス（５０６）を得る。次に、所定のテンプレートのセットのテンプレートと２次元変換マトリクス（５０６）との間の距離を表す距離値が導出される。導出された距離値は、所定のテンプレートのセットのテンプレートを識別するインデクスによって識別される。導出された距離値は比較され、所定のテンプレートのセットのうち最短距離を有するテンプレートに対応するインデクスが選択され、送信される。

Description

【発明の詳細な説明】 非対称音声圧縮処理を利用する 超低ビット・レート音声メッセージング・システム 発明の分野 本発明は、一般に、通信システムに関し、さらに詳しくは、極めて低いデータ 転送レートを提供し、非対称音声圧縮処理(asymmetric voice compression proc essing)を行う圧縮音声デジタル通信システムに関する。 発明の背景 従来、ページング・システムなどの通信システムは、システムを有利に運用す るためには、メッセージの長さ，ユーザの数およびユーザの便宜性について妥協 する必要があった。ユーザ数およびメッセージの長さは、チャネルの渋滞を避け 、また長い伝送時間遅延を避けるために制限された。ユーザの便宜性は、チャネ ル容量，チャネル上のユーザ数，システム機能およびメッセージングの種類によ って直接影響される。ページング・システムでは、所定の電話番号をかけるため 単純にユーザに報知するトーン専用ペー ジャは、チャネル容量が最も高いが、ユーザにとっては幾分不便であった。従来 のアナログ音声ページャでは、ユーザはより詳細なメッセージを受信できたが、 与えられたチャネル上のユーザ数は著しく制限された。また、リアルタイム装置 であるアナログ音声ページャは、受信メッセージを保存してリピートする方法を ユーザに提供しないという欠点があった。数字または英数字ディスプレイおよび メモリを具備するデジタル・ページャの登場は、旧来のページャに伴う問題の多 くを克服した。これらのデジタル・ページャは、ページング・チャネルのメッセ ージ処理容量を改善し、後で見るためにメッセージを保存する方法をユーザに提 供する。 数字または英数字ディスプレイを具備するデジタル・ページャには多くの長所 があるが、音声報知を備えたページャを希望するユーザも依然存在した。限られ た容量のデジタル・チャネル上でこのサービスを提供するため、さまざまな音声 圧縮方法および合成方法が試みられ、それぞれの方法にはある程度の成功または 制限があった。音声シンセサイザなどの方法は、数字または英数字ディスプレイ を、発呼者の声と似ても似つかないコンピュータ生成音声に単純に置き換えた。 また、双方向無線装置によって採用された標準的なデジタル音声圧縮方法は、ペ ージング・チャネル上で利用するために必要な程度の圧縮を行うことができなか った。現在の技術水準を利用してデジタル符号化され た音声メッセージはチャネル容量の大部分を独占してしまうので、このようなシ ステムは商業的には成功しない可能性がある。 従って、ページング・システムにおけるページング・チャネルのように、通信 システムにおけるチャネルの最適利用のために必要なのは、生成データが極めて 高く圧縮され、かつ通信チャネル上で送信される通常データと混在できるように 、音声メッセージをデジタル符号化する装置である。さらに、ページャなどの通 信受信装置における処理が最小限に抑えられるように、音声メッセージをデジタ ル符号化する通信システムが必要とされる。 発明の概要 本発明の第１実施例に従って、音声メッセージを処理して、低ビット・レート のスピーチ伝送を行う方法が提供される。この方法は、音声メッセージを処理し て、スピーチ・パラメータを生成する段階；スピーチ・パラメータを、一連のパ ラメータ・フレームからなる２次元パラメータ・マトリクスに配列する段階；所 定の２次元マトリクス変換関数を利用して２次元パラメータ・マトリクスを変換 し、２次元変換マトリクスを得る段階；所定のテンプレートのセットのテンプレ ートと２次元変換行列との間の距離を表す距離値であって、所定のテンプレート のセットのテンプレ ートを識別するインデクスによって識別される距離値を導出する段階；導出され た距離値のセットを比較して、所定のテンプレートのセットのうち、導出された 距離値のセットの最短距離を有するテンプレートに対応するインデクスを選択す る段階；および所定のテンプレートのセットのうち、選択された最短距離を有す るテンプレートに対応するインデクスを送信する段階によって構成される。 本発明の第１態様に従って、音声メッセージを処理して、低ビット・レートの スピーチ伝送を行う非対称音声圧縮プロセッサが提供される。この非対称音声圧 縮プロセッサは、入力スピーチ・プロセッサ，信号プロセッサおよび送信機によ って構成される。入力スピーチ・プロセッサは、音声メッセージを処理して、デ ジタル化音声データを生成する。信号プロセッサは、デジタル化音声データから スピーチ・パラメータを生成し；スピーチ・パラメータを、一連のパラメータ・ フレームからなる２次元パラメータ・マトリクスに配列し；所定の２次元マトリ クス変換関数を利用して２次元パラメータ・マトリクスを変換し、２次元変換マ トリクスを得て；所定のテンプレートのセットのテンプレートと２次元変換マト リクスとの間の距離を表す距離値であって、所定のテンプレートのセットのテン プレートに対応するインデクスによって識別される距離値を導出し；導出された 距離値を比較して、所定のテンプレートのセットのうち、導出された距離値の最 短距離を有するテンプレート に対応するインデクスを選択するようにプログラムされる。送信機は、所定のテ ンプレートのセットのうち、選択された最短距離を有するテンプレートに対応す るインデクスを送信する。 本発明の第２実施例に従って、低ビット・レート・スピーチ伝送を処理して、 音声メッセージを与える方法が提供される。この方法は、所定のテンプレートの セットのうち１つまたはそれ以上のテンプレートに対応する１つまたはそれ以上 のインデクスを受信する段階，受信した１つまたはそれ以上のインデクスに対応 する１つまたはそれ以上のテンプレートからスピーチ・パラメータのアレイを生 成する段階，スピーチ・パラメータのアレイを処理して、解凍された(decompres sed)デジタル音声データを生成する段階；および解凍されたデジタル音声データ から音声メッセージを生成する段階によって構成される。 本発明の第２態様に従って、低ビット・レート・スピーチ伝送を受信して、音 声メッセージを与える通信装置が提供される。この通信装置は、所定のテンプレ ートのセットのうち１つまたはそれ以上のテンプレートに対応する１つまたはそ れ以上のインデクスを受信する受信機と、受信した１つまたはそれ以上のインデ クスに対応する１つまたはそれ以上のテンプレートからスピーチ・パラメータの アレイを生成するようにプログラムされた信号プロセッサと、スピーチ・パラメ ータのアレイを処理し、解凍されたデジ タル・スピーチ・データを生成するスピーチ・シンセサイザと、解凍されたデジ タル・スピーチ・データから音声メッセージを生成するコンバータとによって構 成される。 本発明の第３実施例に従って、音声メッセージを処理して、低ビット・レート ・スピーチ伝送を行う方法が提供される。この方法は、音声メッセージ全体を受 信する段階，音声メッセージ全体を処理して、スピーチ・パラメータ・マトリク スを表す一連の所定のテンプレートを識別する一連のインデクスを導出する段階 およびこの一連のインデクスを送信する段階によって構成される。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるデジタル音声圧縮プロセスを利用する通信システムの ブロック図である。 第２図は、本発明によるデジタル音声圧縮プロセスを利用するページング端末 および関連するページング送信機の電気ブロック図である。 第３図は、第２図のページング端末の動作を示すフローチャートである。 第４図は、第２図のページング端末において利用されるデジタル信号プロセッ サの動作を示すフローチャートである。 第５図は、第４図のデジタル信号プロセッサにおいて利 用されるデジタル音声圧縮プロセスの一部を示す図である。 第６図は、第４図のデジタル信号プロセッサにおいて利用されるデジタル音声 圧縮プロセスの詳細を示す図である。 第７図は、第４図のデジタル信号プロセッサにおいて利用される別のデジタル 音声圧縮プロセスの詳細を示す図である。 第８図は、第２図のページング端末において利用されるデジタル信号プロセッ サの電気ブロック図である。 第９図は、本発明による圧縮音声送信フォーマットを示す図である。 第１０図は、本発明によるデジタル音声圧縮プロセスを利用するページング受 信機の電気ブロック図である。 第１１図は、第１０図のページング受信機において利用されるデジタル信号プ ロセッサの電気ブロック図である。 第１２図は、第１０図のページング受信機の動作を示すフローチャートである 。 第１３図は、第１０図のページング受信機において利用されるデジタル音声デ ータ解凍手順を示すフローチャートである。 第１４図は、第１１図のデジタル信号プロセッサにおいて利用されるデジタル 音声解凍プロセスの詳細を示す図である。 第１５図は、前処理されたコードブックにおいて利用される別のデジタル音声 解凍プロセスの詳細を示す図である。 第１６図は、セグメント化されたコードブックにおいて利用される別のデジタ ル音声解凍プロセスの詳細を示す図である。 好適な実施例の説明 第１図は、本発明による非対称音声圧縮処理を用いて超低ビット・スピーチ伝 送を利用する、ページング・システムなどの通信システムのブロック図を示す。 本発明の非対称音声圧縮処理は、以下で説明するように、一般に３２０〜４８０ ミリ秒の極めて長いスピーチ・セグメントを表すため３２ビットＢＣＨコードワ ードを利用する。従来の電話方法を利用すると、３２ビットは０．５ミリ秒のス ピーチ・セグメントを表す。デジタル音声圧縮プロセスは、極めて長いスピーチ ・セグメントに対して極めて演算性の高いプロセスを実行するために必要な時間 を与える、ページング・システムや他の非リアルタイム通信システムの非リアル タイム性に適応される。非リアルタイム通信では、音声メッセージ全体を受信し て、このメッセージを処理するのに十分な時間がある。リアルタイム通信システ ムでは２秒の遅延は許容できないが、ページング・システムでは２分の遅延も容 易に許容できる。デジタル音声圧縮プロセスの非対称性は、ページャなどの携帯 通信装置において実行するために必要な処理を最小限に抑え、そのためこのプロ セスはページング用途や、他の同様な非リアルタイム音声通信にとって理想的と なる。デジタル音声圧縮プロセスの極めて演算性の高い部分はシステムの固定部 分で実行され、その結果、以下で説明するように、システムの携帯部分ではほと んど演算を実行する必要がない。 一例として、本発明を説明するためページング・システムが用いられるが、他 の非リアルタイム通信システムも本発明の恩恵を得られることが理解される。ペ ージング・システムは、それぞれが異なるサービスを必要とするさまざまなユー ザに対してサービスを提供するように設計される。あるユーザは数字メッセージ ング・サービスを必要とし、別のユーザは英数字メッセージング・サービスを必 要とし、さらに別のユーザは音声メッセージング・サービスを必要とする。ペー ジング・システムでは、発呼者は、一般電話交換網（ＰＳＴＮ）１０４を介して 電話１０２でページング端末１０６と通信することにより、ページを発呼する。 ページング端末１０６は、発呼者に受信者の識別および送信すべきメッセージを 催促する。必要な情報を受けると、ページング端末１０６は、メッセージがペー ジング端末１０６によって受信されたことを示す催促を返送する。ページング端 末１０６はメッセージを符号化し、符号化メッセージを送信キューに入れる。適 切な時間に、メッセージは、送信機１０８および送信アンテナ１１０を利用して ページング送信機１０８によって送信される。なお、同報送信シ ステムでは、異なる地理的エリアを網羅する多数の送信機を利用できることが理 解される。 送信アンテナ１１０から送信された信号は受信アンテナ１１２によって受信さ れ、第１図ではページング受信機として示される通信装置１１４によって処理さ れる。ページングされた人物は通知され、メッセージは採用されるメッセージン グの種類に応じて表示あるいは報知される。 本発明によるデジタル音声圧縮プロセスを利用するページング端末１０６およ びページング送信機１０８の電気ブロック図を第２図に示す。第２図に示すペー ジング端末１０６は、市販のＲＣＣ(Radio Common Carrier)システムにおけるよ うな、多数の同時ユーザにサービスを提供するために用いられるタイプである。 ページング端末１０６は、コントローラ２１６によって制御される多数の入力装 置，信号処理装置および出力装置を利用する。コントローラ２１６とページング 端末１０６を構成する各装置との間の通信は、デジタル制御バス２１０によって 処理される。デジタル化音声およびデータの通信は、入力時分割多重化ハイウェ イ２１２および出力時分割多重化ハイウェイ２１８によって処理される。デジタ ル制御バス２１０，入力時分割多重化ハイウェイ２１２および出力時分割多重化 ハイウェイ２１８は、ページング端末１０６の拡張を行うために拡張できること が理解される。 入力スピーチ・プロセッサ２０５は、ＰＳＴＮ１０４と ページング端末１０６との間でインタフェースとなる。ＰＴＮ接続は、デジタル ＰＳＴＮ接続２０２として第２図において示される複数のライン当たり多重呼出 (multi-callper Iine)の多重化デジタル接続２０２か、あるいは複数のライン当 たり単一呼出(single call per line)のアナログＰＳＴＮ接続２０８のいずれで もよい。 各デジタルＰＳＴＮ接続２０２は、デジタル電話インタフェース２０４によっ て担当される。デジタル電話インタフェース２０４は、本発明によるデジタル音 声圧縮プロセスの動作のため必要な信号処理，同期，逆多重化(demultiplexing) ，シグナリング，監視および調整保護(regulatory protection)を行う。また、 デジタル電話インタフェース２０４は、デジタル化音声フレームの一時的な格納 を行い、入力時分割多重化ハイウェイ２１２へのアクセスを行うために必要なタ イムスロットの交換およびタイムスロット整合を促進する。以下で説明するよう に、サービス要求および監視応答は、コントローラ２１６によって制御される。 デジタル電話インタフェース２０４とコントローラ２１６との間の通信は、デジ タル制御バス２１０上で行われる。 各アナログＰＳＴＮ接続２０８は、アナログ電話インタフェース２０６によっ て担当される。アナログ電話インタフェース２０６は、本発明によるデジタル音 声圧縮プロセスの動作のため必要な信号処理，シグナリング，監視，ア ナログ／デジタル変換およびデジタル／アナログ変換ならびに調整保護を行う。 アナログ／デジタル・コンバータ２０７からのデジタル化音声メッセージのフレ ームは、入力時分割多重化ハイウェイ２１２へのアクセスを行うために必要なタ イムスロットの交換およびタイムスロット整合を促進するため、アナログ電話イ ンタフェース２０６に一時的に格納される。以下で説明するように、サービス要 求および監視応答は、コントローラ２１６によって制御される。アナログ電話イ ンタフェース２０６とコントローラ２１６との間の通信は、デジタル制御バス２ １０上で行われる。 着呼が検出されると、サービス要求がアナログ電話インタフェース２０６また はデジタル電話インタフェース２０４からコントローラ２１６に送出される。コ ントローラ２１６は、複数のデジタル信号プロセッサからデジタル信号プロセッ サ２１４を選択する。コントローラ２１６は、サービスを要求するアナログ電話 インタフェース２０６またはデジタル電話インタフェース２０４を、選択された デジタル信号プロセッサ２１４に入力時分割多重化ハイウェイ２１２を介して結 合する。 デジタル信号プロセッサ２１４は、ページング・プロセスを完了するために必 要なすべての信号処理機能を実行するようにプログラムできる。デジタル信号プ ロセッサ２１４によって実行される一般的な信号処理機能には、本発明によるデ ジタル音声圧縮，ＤＴＭＦ(dual tone multi frequency)復号および生成，モデム・トーン生成および復号ならびに録音済み音 声催促の生成が含まれる。デジタル信号プロセッサ２１４は、上記の機能のうち 一つまたはそれ以上を実行するようにプログラムできる。２つ以上のタスクを実 行するようにプログラムされたデジタル信号プロセッサ２１４の場合、コントロ ーラ２１６は、デジタル信号プロセッサ２１４が選択されたときに実行する必要 がある特定のタスクを割り当て、また一つのタスクのみを実行するようにプログ ラムされたデジタル信号プロセッサ２１４の場合、コントローラ２１６は、ペー ジング・プロセスにおける次のステップを完了するために必要な特定の機能を実 行するようにプログラムされたデジタル信号プロセッサ２１４を選択する。ＤＴ ＭＦ復号および生成，モデムトーン生成および復号ならびに録音済み音声催促の 生成を実行するデジタル信号プロセッサ２１４の動作は、当業者に周知である。 超低ビット・レート非対称音声圧縮プロセッサの機能を実行するデジタル信号プ ロセッサ２１４の動作について、以下で詳細に説明する。 音声メッセージの場合のページ要求の処理は、次のように進行する。アナログ 電話インタフェース２０６またはデジタル電話インタフェース２０４に結合され たデジタル信号プロセッサ２１４は、発呼者に音声メッセージを催促する。デジ タル信号プロセッサ２１４は、以下で説明するプロセスを利用して、受信した音 声メッセージを圧縮する。 圧縮プロセスによって生成された圧縮デジタル音声メッセージは、コントローラ ２１６の制御により、出力時分割多重化ハイウェイ２１８を介してページング・ プロトコル・エンコーダ２２８に結合される。ページング・プロトコル・エンコ ーダ２２８は、データを適切なページング・プロトコルに符号化する。以下で詳 しく説明するこのような一つのプロトコルにＰＯＣＳＡＧ(Post Office Committ ee Standard Advisory Group)プロトコルがある。なお、他のシグナリング・プ ロトコルも利用できることが理解される。コントローラ２１６は、出力時分割多 重化ハイウェイ２１８を介して符号化データをデータ保存装置２２６に格納する ようにページング・プロトコル・エンコーダ２２８に指示する。適切な時間に、 符号化データは、コントローラ２１６の制御により、出力時分割多重化ハイウェ イ２１８を介して送信機制御ユニット２２０にダウンロードされ、ページング送 信機１０８および送信アンテナ１１０を用いて送信される。 数字メッセージングの場合、ページ要求の処理は、デジタル信号プロセッサ２ １４によって実行されるプロセスを除いて、音声メッセージ・ページと同様に進 行する。デジタル信号プロセッサ２１４は、発呼者にＤＴＭＦメッセージを催促 する。デジタル信号プロセッサ２１４は、受信したＤＴＭＦ信号を復号し、デジ タル・メッセージを生成する。デジタル信号プロセッサ２１４によって生成され たデ ジタル・メッセージは、音声メッセージの場合にデジタル信号プロセッサ２１４ によって生成されたデジタル音声メッセージと同じように処理される。 英数字ページの処理は、デジタル信号プロセッサ２１４によって実行されるプ ロセスを除いて、音声メッセージと同様に進行する。デジタル信号プロセッサ２ １４は、モデム・トーンを復号および生成するようにプログラムされる。デジタ ル信号プロセッサ２１４は、ページ入力端末(ＰＥＴ：page entry terminal)プ ロトコルなど標準的なユーザ・インタフェース・プロトコルの一つを利用して、 発呼者とインタフェースする。なお、他の通信プロトコルも利用できることが理 解される。デジタル信号プロセッサ２１４によって生成されたデジタル・メッセ ージは、音声メッセージングの場合にデジタル信号プロセッサ２１４によって生 成されたデジタル音声メッセージと同じように処理される。 第３図は、音声メッセージを処理する際に、第２図に示すページング端末１０ ６の動作を説明するフローチャートである。フローチャート３００に２つのエン トリ・ポイントが示される。第１エントリ・ポイントは、デジタルＰＳＴＮ接続 ２０２に関連するプロセス用であり、第２エントリ・ポイントは、アナログＰＳ ＴＮ接続２０８に関連するプロセス用である。デジタルＰＳＴＮ接続２０２の場 合、プロセスはステップ３０２から開始し、デジタルＰＳＴＮ ライン上で要求を受信する。デジタルＰＳＴＮ接続２０２からのサービス要求は 、着信データ・ストリーム内のビット・パターンによって示される。デジタル電 話インタフェース２０４はサービス要求を受けて、この要求をコントローラ２１ ６に渡す。 ステップ３０４において、サービスを要求するデジタル・チャネルから受信し た情報は、デジタル・フレーム逆多重化(digital frame de-multiplexing)によ って着信データ・ストリームから分離される。一般に、デジタルＰＳＴＮ接続２ ０２から受信されるデジタル信号は、着信データ・ストリームに多重化された複 数のデジタル・チャネルを含む。サービスを要求するデジタル・チャネルは逆多 重化され、デジタル化スピーチ・データは、タイムスロット整合および入力時分 割多重化ハイウェイ２１２上へのデータの多重化を促進するため一時的に格納さ れる。入力時分割多重化ハイウェイ２１２上のデジタル化スピーチ・データのタ イムスロットは、コントローラ２１６によって割り当てられる。逆に、デジタル ＰＳＴＮ接続２０２への送信のためデジタル信号プロセッサ２１４によって生成 されたデジタル化スピーチ・データは、送信のため適切にフォーマットされ、発 信データ・ストリームに多重化される。 同様に、アナログＰＳＴＮ接続２０８では、アナログＰＳＴＮラインからの要 求を受信した場合、プロセスはステップ３０６から開始する。アナログＰＳＴＮ 接続２０８で は、着呼は低周波数ＡＣ信号またはＤＣシグナリングのいずれかによって通知さ れる。アナログ電話インタフェース２０６は要求を受けて、この要求をコントロ ーラ２１６に渡す。 ステップ３０８において、アナログ音声メッセージはデジタル・データ・スト リームに変換される。全期間中に受信されたアナログ信号は、アナログ音声メッ セージという。アナログ信号は、アナログ／デジタル・コンバータ２０７によっ てサンプリングされて、音声メッセージ・サンプルを生成し、またデジタル化さ れて、デジタル化スピーチ・サンプルを生成する。アナログ信号のサンプルは、 音声メッセージ・サンプルという。デジタル化音声サンプルは、デジタル化スピ ーチ・データという。デジタル化スピーチ・データは、コントローラ２１６によ って割り当てられたタイムスロットにおいて、入力時分割多重化ハイウェイ２１ ２上に多重化される。逆に、デジタル信号プロセッサ２１４から来る入力時分割 多重化ハイウェイ２１２上の音声データは、デジタル／アナログ変換されてから 、アナログＰＳＴＮ接続２０８に送信される。 第３図に示すように、アナログＰＳＴＮ接続２０８およびデジタルＰＳＴＮ接 続２０２の処理経路はステップ３１０において収斂し、ここでデジタル信号プロ セッサは着呼を処理するために割り当てられる。コントローラ２１６は、デジタ ル音声圧縮プロセスを実行するためにプログラムさ れたデジタル信号プロセッサ２１４を選択する。割り当てられたデジタル信号プ ロセッサ２１４は、前回割り当てられたタイムスロットにおいて入力時分割多重 化ハイウェイ２１２上のデータを読み込む。 デジタル信号プロセッサ２１４によって読み込まれたデータは、ステップ３１ ２において、処理のため非圧縮スピーチ・データとして格納される。格納された 非圧縮スピーチ・データは、以下で詳細に説明するステップ３１４において処理 される。処理ステップ３１４から得られた圧縮音声データは、以下で説明するよ うに、ステップ３１６においてページング・チャネル上で送信するために適切に 符号化される。ステップ３１８において、符号化データは、その後送信するため に、ページング・キューに格納される。適切な時間に、キューされたデータはス テップ３２０において送信機１０８に送出され、ステップ３２２において送信さ れる。 本発明のデジタル音声圧縮プロセスは、スピーチ・データの極めて長いセグメ ントを解析し、極めて高度な圧縮を得る。第４図は、デジタル化スピーチ・デー タを処理する際に第２図のページング端末において用いられるデジタル信号プロ セッサの動作を示す、ステップ３１４を詳説したフローチャートである。非圧縮 音声データとしてデジタル信号プロセッサ２１４に格納済みのデジタル化スピー チ・データ４０２は、ステップ４０４において解析され、利得 が正規化される。デジタル・スピーチ・メッセージの振幅は音節単位に調整され 、システムのダイナミック・レンジをフル活用し、見掛け信号対雑音性能を改善 する。 正規化された非圧縮スピーチ・データは、ステップ４０６において、短期間の スピーチ・セグメントを表す所定の数のデジタル化スピーチ・サンプルにグルー プ化される。短期間のスピーチ・サンプルを表すグループ化されたスピーチ・サ ンプルは、ここではスピーチ・フレームの生成という。一般に、このグループは ２０〜３０ミリ秒のスピーチ・データを収容する。ステップ４０８において、短 期間のスピーチ・セグメントに対してスピーチ解析が行われ、スピーチ・パラメ ータを生成する。スピーチ解析プロセスは、一般には線形予測符号（ＬＰＣ：li near predictive code）プロセスである。ＬＰＣプロセスは短期間のスピーチ・ セグメントを解析し、多数のパラメータを計算する。多くの異なるスピーチ解析 プロセスが知られている。どのスピーチ解析方法が設計されるシステムの条件を 最もよく満たすかは、当業者に明らかである。本明細書で説明するデジタル音声 圧縮プロセスは、好ましくは、１３個のパラメータを計算する。最初の３つのパ ラメータは、スピーチ・セグメントにおける全エネルギと、特性ピッチ値と、発 声情報(voicing informatioｎ)とを量子化する。残りの１０個のパラメータはス ペクトラル・パラメータといい、基本的にはデジタル・フィルタの係数を表す。 本発明の好適 な実施例では、各パラメータは８ビットのデジタル・ワードを用いて量子化され るが、他の量子化レベルも利用できることが理解される。 ステップ４１０において、ステップ４０８において計算された１３個のパラメ ータは、一連のパラメータ・フレームを構成する２次元パラメータ・マトリクス またはパラメータ・スタックにスタックされる。この１３個のパラメータはマト リクスの１つの行(row)を占め、本明細書ではスピーチ・パラメータ・フレーム という。ステップ４１２において、２次元スピーチ・データ・マトリクスのセグ メントは、所定の数のパラメータ・フレームのアレイにセグメント化される。各 アレイは、一般に８〜３２個のフレームを有する。アレイが大きければ大きいほ ど、以下で説明する演算ステップの程度が大きくなることが理解される。デジタ ル信号プロセッサの現在の技術レベルおよび現在のページング市場に伴う経済性 からみて、８個のスピーチ・パラメータ・フレームのアレイがダイナミック・ス ピーチの期間にとって最適であると考えられる。１６個以上のスピーチ・パラメ ータ・フレームのアレイもダイナミック特性の低いスピーチや沈黙の期間につい て利用できるが、本説明に限り、８個のスピーチ・パラメータ・フレームのアレ イが用いられる。スピーチ・パラメータ・フレームのアレイは、本明細書のはじ めで触れた極めて長い音声セグメントを表す。この極めて長い音声セグメントは 、一例として、 ８つのフレームを含み、各フレームは２０〜３０ミリ秒のスピーチ・データまた はアナログ音声メッセージの１６０〜２４０ミリ秒のセグメントを含む。 ステップ４１４において、所定の２次元マトリクス変換関数を用いた数学変換 プロセスがスピーチ・パラメータ・フレームの各アレイに対して適用される。こ の変換プロセスは、スピーチ・パラメータ・フレームのアレイを２次元変換アレ イに変換する。２次元変換アレイとは、重要度の順番に配列されたパラメータの アレイのことである。用いられる数学プロセスは、好ましくは、２次元離散的余 弦変換(discrete cosine transform)関数であるが、変換アレイを生成するため に利用できる他の変換も利用できることが理解される。 ステップ４１６において、２次元変換アレイは、音声テンプレート(voice tem plate)とも呼ばれる所定のテンプレートのセットと比較される。この所定のテン プレートのセットは、ここではコードブックという。本発明の別の実施例では、 コードブックは２つ以上のテンプレートのセットを収容できることを以下で説明 する。テンプレートの一つのセットを有するページング用途の一般的なコードブ ックは、一例として、５１２個〜１０２４個のテンプレートを有する。マトリク ス量子化関数は、２次元変換アレイをコードブック内の各テンプレートと比較し 、コードブックと各テンプレートとの間の加重距離(weighted distance)を算出する。この加重距離は、ここでは距離値ともいう。以下でさら に詳しく説明するように、極めて長いスピーチ・セグメントを表すため、２次元 変換アレイへの最短距離を有するテンプレートのインデクス４２０が選択される 。導出される距離値は、所定のテンプレートのセットのうちのテンプレートを識 別するインデクスによって識別される。 ステップ４１６において選択されたインデクス４２０は、ページング・チャネ ル上で送信するため所定のシグナリング・プロトコルに符号化される。以下でさ らに詳しく説明するように、本発明で用いられるプロトコルの一つのコード・ワ ードに２つのインデクスを符号化できる。ステップ４０８〜４１６は、すべての 極めて長いスピーチ・セグメントがインデクスとして量子化されるまで繰り返さ れる。 第５図は、第４図のデジタル信号プロセッサにおいて利用されるデジタル音声 圧縮プロセスを示す図である。ステップ４１０において説明した２次元スピーチ ・データ・マトリクスは、２次元パラメータ・マトリクス５０２として示される 。２次元パラメータ・マトリクス５０２は、ステップ４０８において生成された 各スピーチ・パラメータ・フレームについて一つの行(row)を有する。括弧５０ ４は、スピーチ・パラメータのアレイを形成する８つのパラメータ・フレームを 囲む。ステップ４１４において説明した所定の２次元マトリクス変換関数は、ス ピーチ・パラメータ のアレイを２次元変換アレイ５０６に変換する。２次元変換アレイ５０６は、変 換されたデータが重要度の順番に配列され、最上位データが２次元変換アレイ５ ０６の左上隅に格納され、最下位データが２次元変換アレイ５０６の右下隅に格 納されることを示す。 第６図は、ステップ４１６におけるマトリクス量子化のために実行されるプロ セスを示す図である。２次元変換アレイ５０６は、ａ_i,jと記された基準識別子 を有して示され、ここで「ａ」は２次元変換アレイを表し、下付き文字「ｉ」は アレイの行(row)を表し、下付き文字「ｊ」はアレイの列(column)を表す。コー ドブック６０４は、複数のページ「ｋ」を有するアレイ「ｂ」として示され、こ こでページはｋ＝０からｋ＝ｎまで番号が付けられる。コードブック６０４の各 ページは、一つの音声テンプレートを表す２次元アレイである。コードブック６ ０４のセルは、ｂ（ｋ）_i,jと記され、ここで「ｂ（ｋ）」はコードブックおよ びページを表し、下付き文字「ｉ」はページｂ（ｋ）上のアレイの行を表し、下 付き文字「ｊ」はページｂ（ｋ）上のアレイの列を表す。 ステップ４１６において実行される距離計算は、コードブック６０４内の各ペ ージｂ（ｋ）についてテンプレート内のセルの値を、２次元変換アレイ５０６内 の対応するセルの値から減算し、その結果を二乗し、所定の加重アレイ６０６の 対応するセルの加重値でこの二乗結果を乗算し、 そして３つのアレイの各セルに対してこのプロセスが実行されるまでこのプロセ スを繰り返すことである。２次元変換アレイ５０６とテンプレート・ページｂ（ ｋ）との間の距離は、以前の計算値の加重二乗結果の和である。この統計的距離 は、テンプレートのページ番号ｂ（ｋ）またはインデクスに対応する番地「ｋ」 にて、距離アレイ６１０（ｄ_k）に格納される。 上記の距離計算は、次式のように表すことができる： ただし、 ｄ_kは、２次元変換アレイ５０６とテンプレート・ページｂ（ｋ）との間 の距離に等しく、 ｗ_i,jは、所定の加重アレイ６０６のセルｉ，ｊにおける加重値に等しく 、 ａ_i,jは、２次元変換アレイ５０６のセルｉ，ｊにおける値に等しく、 ｂ（ｋ）_i,jは、コードブック６０４のセルｉ，ｊにおける値に等しい。 ２次元変換アレイ５０６とコードブック６０４における各ページｂ（ｋ）のす べてのテンプレートとの間の距離が算出された後、距離アレイ６１０は、最短距 離を有するセ ルについて検索される。コードブック６０４におけるページｂ（ｋ）に対応する 、最短距離を有するセルのインデクスはインデクス・アレイ６１２に格納される 。本発明では、インデクスとは、コードブック（６０４）ｂ（ｋ）を構成する１ ０２４ページのうちの一つのページを表す１０ビットのコードワードであり、上 述の極めて長い音声セグメントを表す括弧５０４によって囲まれるスピーチ・パ ラメータ・アレイを表す。一連のこれらのインデクスを利用して、通信装置１１ ４のコードブックに格納された重複テンプレートを指すことにより、以下で説明 するように、あまり処理せずに元の音声メッセージを実質的に複製できる。 離散的余弦変換プロセスは、デジタル信号処理およびスピーチ圧縮の技術分野 の当業者に周知である。コードブックの生成にはトレーニング・プロセスが伴い 、このプロセスも当業者に周知である。加重アレイは、一連のトライアル加重ア レイおよびリスニング・テスト(listening test)を伴う経験プロセスによって生 成される。 本発明の別の実施例を第７図に示す。ここでは、２次元変換アレイ５０６は等 しくないサイズの２つのセグメント、すなわちセグメントＩ ７０１とセグメン トＩＩ ７０２とに分割されるが、特定の条件では、２つのセグメントは等しい サイズでもよいことが理解される。小さいほうのセグメントであるセグメントＩ ７０１は上位のデータを表し、大きいほうのセグメントであるセグメントＩＩ ７０ ２は下位のデータを表す。コードブック６０４は、テンプレート・セットＩ ７ ０３およびテンプレート・セットＩＩ ７０４として識別される２つの対応する セグメントに分割される。同様に、テンプレート・セットＩＩ ７０４は下位の データを表し、テンプレート・セットＩ ７０３よりも少ないテンプレートを有 する。加重アレイ６０２は、セグメントＩ ７０５およびセグメントＩＩ ７０ ６に同様に分割される。２次元変換アレイ５０６のセグメントＩ ７０１と、コ ードブック６０４のテンプレート・セットＩ ７０３のすべてのテンプレートと の間の距離は、上記のように加重アレイ計算６０８および所定の加重アレイ６０ ６セグメントＩ ７０５を利用して算出される。この距離は距離アレイ７１０の 第１列に格納される。同様に、２次元変換アレイ５０６のセグメントＩＩ ７０ ２と、コードブック６０４のテンプレート・セットＩＩ ７０４のすべてのテン プレートとの間の距離は、上記のように計算され、距離アレイ７１０の第２列に 格納される。すべての距離が算出されると、距離アレイ７１０の列Ｉは、２次元 変換アレイ５０６のセグメントＩ ７０１に対して最短距離を有する、コードブ ック６０４のテンプレート・セットＩ ７０３のテンプレートを表すインデクス について検索される。同様に、距離アレイ７１０の列ＩＩは、２次元変換アレイ ５０６のセグメントＩＩ ７０２に対して最短距離を有する、コードブック６０ ４のテンプレート・セットＩ Ｉ ７０４のテンプレートを表すインデクスについて検索される。列Ｉおよび列 ＩＩからのインデクスは、上記のように極めて長い音声セグメントを表すコード ワードを形成し、インデクス・アレイ７１２に格納される。２次元変換アレイ５ ０６のセグメントＩＩ ７０２は、ここでは所定のテンプレートの第２セットと もいう。２次元変換アレイ５０６のセグメント化はコードワードを長くする一方 で、このようなセグメント化は音声品質を改善し、演算量(computational effor t)を低減する。さらなる分割は音声品質をさらに改善し、演算時間をさらに短縮 するが、より多くのデータが送信されるという犠牲が払われる。 本発明の別の実施例では、異なる話者をよりよく表すため、２つ以上のコード ブック６０４が設けられる。例えば、一方のコードブックは女性話者の音声を表 すために利用でき、第２のコードブックは男性話者の音声を表すために利用でき る。スペイン語，日本語など言語の違いを反映する追加コードブックを設けるこ とができることが理解される。複数のコードブックを利用する場合、異なるＰＳ ＴＮ電話アクセス番号を利用して、異なる言語を区別できる。各固有のＰＳＴＮ アクセス番号は、ＰＳＴＮ接続のグループと関連付けられ、ＰＳＴＮ接続の各グ ループは特定の言語および対応するコードブックに対応する。固有ＰＳＴＮアク セス番号を利用しない場合、ユーザは音声メッセージを入力する前に、ＤＴＭＦ 番号などの所定のコードを入力する ことにより情報を与えるように催促でき、各ＤＴＭＦ番号は特定の言語および対 応するコードブックに対応する。発呼者の言語が利用されるＰＳＴＮラインまた は受信したＤＴＭＦ番号によって識別されると、デジタル信号プロセッサ２１４ は、デジタル信号プロセッサ２１４に格納された所定の言語のセットに対応する 所定のコードブックのセットから、所定の言語に対応する所定のコードブックを 選択する。その後のすべての音声催促は、識別された言語で与えることができる 。入力スピーチ・プロセッサ２０５は、この言語を識別する情報を受けて、この 情報を適切なデジタル信号プロセッサ２１４に転送する。あるいは、デジタル信 号プロセッサ２１４は、デジタル・スピーチ・データを解析して、言語または方 言を判定でき、適切なコードブックを選択する。 コードブック識別子(code book identifier)は、音声メッセージを圧縮するた めに用いられたコードブックを識別するために用いられる。コードブック識別子 は一連のインデクスと共に符号化され、以下で説明するように通信装置１１４に 送出される。コードブック識別を伝達する別の方法では、コードブックを識別す るヘッダを、インデクス・データを含むメッセージに追加する。 本発明のさらに別の実施例では、ステップ４１２においてスピーチ・パラメー タのアレイに分割されるスピーチ・パラメータの数は上記のように固定されずに 、２次元パラ メータ・マトリクスに対応する可変数のパラメータ・フレームを表す。上述のよ うに、８個のスピーチ・パラメータ・フレームからなるアレイは、ダイナミック なスピーチの期間について最適であり、１６個以上のスピーチ・パラメータ・フ レームからなるアレイはダイナミック特性の低いスピーチや沈黙の期間について 最適と考えられる。本実施例では、２次元スピーチ・データ・マトリクスの解析 が実行され、この解析を用いて、括弧５０４によって囲まれたスピーチ・パラメ ータ・アレイを構成するフレームの数を判定する。適切なテンプレートを有する 追加コードブックは、別の数のフレームを選択する期間中に利用するために追加 できる。選択されたフレームの数は、通信装置１１４に送信されるデータと共に 符号化される。 第８図は、第２図に示すページング端末１０６において利用されるデジタル信 号プロセッサ２１４の電気ブロック図を示す。デジタル信号処理に関連する演算 を実行するように特別に設計されたいくつかの標準的な市販のデジタル信号プロ セッサＩＣのうちの一つのようなプロセッサ８０４が用いられる。デジタル信号 プロセッサＩＣは、モトローラ社製のＤＳＰ５６１００など、いくつかの異なる 製造業者から入手できる。プロセッサ８０４は、ＲＯＭ８０６，ＲＡＭ８１０， デジタル入力ポート８１２，デジタル出力ポート８１４および制御バス・ポート ８１６に、プロセッサ・アドレスおよびデータ・バス８０８を介して結合され る。ＲＯＭ８０６は、利用されるメッセージングの種類およびコントローラ２１ ６との制御インタフェースに必要な信号処理機能を実行するために、プロセッサ ８０４によって用いられる命令を格納する。ＲＯＭ８０６は、圧縮音声メッセー ジングに関連する機能を実行するために用いられる命令を収容する。ＲＡＭ８１ ０は、データおよびプログラム変数，距離アレイ６１０，インデクス・アレイ６ １２，入力音声データ・バッファおよび出力音声データ・バッファを一時的に格 納する。デジタル入力ポート８１２は、データ入力機能およびデータ出力機能の 制御下で、プロセッサ８０４と入力時分割多重化ハイウェイ２１２との間のイン タフェースとなる。デジタル出力ポートは、データ出力機能の制御下で、プロセ ッサ８０４と出力時分割多重化ハイウェイ２１８との間のインタフェースとなる 。制御バス・ポート８１６は、プロセッサ８０４とデジタル制御バス２１０との 間のインタフェースとなる。クロック８０２は、プロセッサ８０４のタイミング 信号を生成する。 ＲＯＭ８０６は、一例として、コントローラ・インタフェース機能ルーチン， データ入力機能ルーチン，利得正規化機能ルーチン，フレーム化機能ルーチン， 短期間予測(short term prediction)機能ルーチン，パラメータ・スタック機能 ルーチン，２次元セグメント化機能ルーチン，２次元変換機能ルーチン，マトリ クス量子化機能ルーチン，データ出力機能ルーチン，１つ以上のコード・ブック およ び上記のようなマトリクス加重アレイを収容する。ＲＡＭ８１０は、プログラム 変数，入力音声バッファおよび出力音声バッフアの一時的な格納を行う。 第９図は、上記のように２つの１０ビット・インデクスを符号化するように適 応された、ＰＯＣＳＡＧシグナリング・フォーマットにおいて利用される典型的 なＰＯＣＳＡＧフレーム９００を示す。以下に示す表Ｉは、一例として、本発明 によりデジタル圧縮音声を伝達するために用いられる各ビットの割り当てを記載 する。各ＰＯＣＳＡＧフレーム９００は、情報を伝達するために用いられる２２ ビット、すなわち２つの１０ビット・コードワードと、２機能ビットとを有する 。各１０ビット・コードワードは、最大１０２４個の異なるコードブック・イン デクスのうちの一つを指定できる。以下の表Ｉに示すように、第１機能ビットは 、圧縮されたスピーチ・セグメントのサイズを定義するために用いられるセグメ ント・サイズ識別子である。機能ビット１は、ステップ４１２において、８個ま たは１６個のスピーチ・パラメータ・フレームがスピーチ・パラメータのアレイ にセグメント化されたのかを示す。第２機能ビットは、音声メッセージを圧縮す るために用いたコードブックを識別するために用いられるコードブック識別子で ある。残りのビットは、当技術分野で周知なように、誤り検出および訂正のため に用いられるパリティ・ビットである。 本発明の利点は、以下の例によって示すことができる。 １２００ビット／秒（ｂｐｓ）におけるＰＯＣＳＡＧフレーム９００の全送信時 間は２６．７ミリ秒（ｍｓ）であり、２４００ｂｐｓでは時間は１３．３ｍｓに 短縮される。本発明の特定の実施例では、ＰＯＣＳＡＧフレーム９００は、２つ の２４０ｍｓスピーチ・セグメントを表すインデクス・アレイ６１２のうちの２ つのインデクスを含む。従って、本発明のこの特定の実施例により、４８０ｍｓ のスピーチが１３．３ｍｓで送信され、時間圧縮比は４０：１となる。また、こ の例についてデータ圧縮比も計算できる。従来の電話方法は音声を６４キロビッ ト／秒のレートでスピーチを符号化する。このレートでは、４８０ｍｓのスピー チは３０，７２０ビットを要する。本発明を利用すると、同じ４８０ｍｓのスピ ーチは３２ビットで送信でき、データ圧縮率は９６０：１となる。この結果得ら れるデータは、従来の電話方法のビット・レートに比べて、極めて低いビット・ レートの送信に適する。なお、圧縮プロセスにおいて用いられる前記のパラメー タは変更でき、その結果、異なる圧縮率および異なる音質が得られることが理解 される。 第１０図は、ページング受信機など通信装置１１４の電気ブロック図である。 送信アンテナ１１０から送信された信号は、受信アンテナ１１２によって受信さ れる。受信アンテナ１１２は受信機１００４に結合される。受信機１００４は、 受信アンテナ１１２によって受信された信号を処理し、送信された符号化データ の複製である受信機出力信号１０１６を生成する。符号化データは、ＰＯＣＳＡ Ｇプロトコルなどの所定のシグナリング・プロトコルで符号化される。デジタル 信号プロセッサ１００８は受信機出力信号１０１６を処理し、以下で説明するよ うに、解凍されたデジタル・スピーチ・データ１０１８を生成する。デジタル／ アナログ・コンバータは、解凍デジタル・スピーチ・ データ１０１８をアナログ信号に変換し、このアナログ信号は音声増幅器１０１ ２によって増幅され、スピーカ１０１４によって報知される。 また、デジタル信号プロセッサ１００８は、通信装置１１４の各機能の基本的 な制御を行う。デジタル信号プロセッサ１００８は、バッテリ節電スイッチ１０ ０６，コード・メモリ１０２２，ユーザ・インタフェース１０２４およびメッセ ージ・メモリ１０２６に制御バス１０２０を介して結合される。コード・メモリ １０２２は、コントローラが選択呼出機能を実行するために必要な固有識別情報 またはアドレス情報を格納する。ユーザ・インタフェース１０２４は、メッセー ジの受信を示す音声，視覚または機械的な信号をユーザに与え、またユーザが受 信機を制御するためにコマンドを入力するためのディスプレイやプッシュボタン を含むことができる。メッセージ・メモリ１０２６は、後で見るためにメッセー ジを格納したり、ユーザがメッセージを反復できるようにする場所を提供する。 バッテリ節電スイッチ１００６は、システムが他のページャと通信していたり、 送信中でない期間中に受信機への電力供給を選択的に停止する手段を提供し、そ れにより電力消費を低減し、当業者に周知なようにバッテリ寿命を延長させる。 第１１図は、通信装置１１４において利用されるデジタル信号プロセッサ１０ ０８の電気ブロック図を示す。プロセッサ１１０４は、第８図に示すプロセッサ ８０４と類似 している。ただし、デジタル音声メッセージを解凍する場合に実行される演算量 は圧縮プロセス中に実行される演算量よりもはるかに少なく、かつ電力消費は携 帯ページング受信機において重要なため、プロセッサ１１０４は遅くて低電力型 でもよい。プロセッサ１１０４は、ＲＯＭ１１０６、ＲＡＭ１１０８，デジタル 入力ポート１１１２，デジタル出力ポート１１１４および制御バス・ポート１１ １６に、プロセッサ・アドレスおよびデータ・バス１１１０を介して結合される 。ＲＯＭ１１０６は、メッセージを解凍し、制御バス・ポート１１１６とインタ フェースするために必要な信号処理機能を実行するためにプロセッサ１１０４に よって用いられる命令を格納する。ＲＯＭ１１０６は、圧縮音声メッセージング に伴う機能を実行するための命令を収容する。ＲＡＭ１１０８は、データおよび プログラム変数の一時的な格納を行う。デジタル入力ポート１１１２は、データ 入力機能の制御下で、プロセッサ１１０４と受信機１００４との間のインタフェ ースとなる。デジタル出力ポート１１１４は、出力制御機能の制御下で、プロセ ッサ１１０４とデジタル／アナログ・コンバータとの間のインタフェースとなる 。制御バス・ポート１１１６は、プロセッサ１１０４と制御バス１０２０との間 のインタフェースとなる。クロック１１０２は、プロセッサ１１０４のタイミン グ信号を生成する。 ＲＯＭ１１０６は、一例として、受信機制御機能ルーチ ン，ユーザ・インタフェース機能ルーチン，データ入力機能ルーチン，ＰＯＣＳ ＡＧ復号機能ルーチン，コード・メモリ・インタフェース機能ルーチン，アドレ ス比較機能ルーチン，逆量子化(de-quantization)機能ルーチン，逆２次元変換( inverse two dimensional transform)機能ルーチン，メッセージ・メモリ・イン タフェース機能ルーチン，スピーチ・シンセサイザ機能ルーチン，出力制御機能 ルーチンおよび上記のような１つ以上のコードブックを収容する。 第１２図は、通信装置１１４の動作を説明するフローチャートである。ステッ プ１２０２において、デジタル信号プロセッサ１００８は、受信機１００４に電 力を供給するためコマンドをバッテリ節電スイッチ１００６に送出する。デジタ ル信号プロセッサ１００８は、ページング端末がＰＯＣＳＡＧプリアンブルで変 調された信号を送信中であることを示すビット・パターンについて受信機出力信 号１０１６を監視する。 ステップ１２０４において、ＰＯＣＳＡＧプリアンブルの有無について判定が 行われる。プリアンブルが検出されない場合、デジタル信号プロセッサ１００８ は、所定の時間だけ受信機への電力の供給を禁止するためバッテリ節電スイッチ １００６にコマンドを送出する。この所定の時間の後、ステップ１２０２におい て、当技術分野で周知なように、プリアンブルの監視が再度繰り返される。ステ ップ １２０６において、ＰＯＣＳＡＧプリアンブルが検出された場合、デジタル信号 プロセッサ１００８は受信機出力信号１０１６と同期する。 同期が確立されると、デジタル信号プロセッサ１００８は、通信装置１１４に 割り当てられたフレームが期待されるまで、受信機への電力供給を中止するため バッテリ節電スイッチ１００６にコマンドを発行してもよい。割り当てられたフ レームにて、デジタル信号プロセッサ１００８は、受信機１００４に電力を供給 するためバッテリ節電スイッチ１００６にコマンドを送出する。ステップ１２０ ８において、デジタル信号プロセッサ１００８は、通信装置１１４に割り当てら れたアドレスと一致するアドレスについて受信機出力信号１０１６を監視する。 一致がなければ、デジタル信号プロセッサ１００８は、同期コードワードの次の 送信または次の割り当てられたフレームまで、受信機への電力供給を禁止するた めバッテリ節電スイッチ１００６にコマンドを送出し、その後ステップ１２０２ は繰り返される。アドレス一致があれば、ステップ１２１０において、受信機へ の電力は維持され、データが受信される。 ステップ１２１２において、ステップ１２１０において受信されたデータに対 して誤り訂正を行って、再生された音声の品質を改善できる。ＰＯＣＳＡＧフレ ーム９００において示される９パリティ・ビットは、誤り訂正プロセスにおいて 用いられる。ＰＯＣＳＡＧ誤り訂正方法は当業者 に周知である。訂正されたデータは、ステップ１２１４において格納される。格 納されたデータは、ステップ１２１６において処理される。デジタル音声データ の処理は、以下で説明する解凍プロセスである。 ステップ１２１８において、デジタル信号プロセッサ１００８は、１つ以上の インデクスとして受信された解凍音声データをメッセージ・メモリ１０２６に格 納し、ユーザに報知するためコマンドをユーザ・インタフェースに送出する。ス テップ１２２０において、ユーザはメッセージを再生するためコマンドを入力す る。ステップ１２２２において、デジタル信号プロセッサ１００８は、メッセー ジ・メモリに格納された解凍音声データをデジタル／アナログ・コンバータ１０ １０に送ることによって応答する。デジタル／アナログ・コンバータ１０１０は 、解凍されたデジタル・スピーチ・データ１０１８をアナログ信号に変換し、こ のアナログ信号は音声増幅器１０１２によって増幅され、スピーカ１０１４によ って報知される。 第１３図は、デジタル音声解凍プロセスの概略を示すフローチャートである。 ステップ１３０４において、ページング・プロトコル・デコーダは、デジタル・ スピーチ・メッセージを表す所定のテンプレートのセットのうち１つ以上のテン プレートに対応する一連のインデクスで符号化されたデータを受信する。インデ クスは、受信したＰＯＣＳＡＧ符号化データ１３０２から抽出されてから、格納 され る。ステップ１３０６において、格納されたインデクスは、デジタル信号プロセ ッサ１００８のＲＯＭに格納されたコードブックにおいて対応するテンプレート を見つけるために用いられる。 ステップ１３０８において、受信したＰＯＣＳＡＧ符号化データから抽出され たインデクスにより指定されたコードブックにおけるテンプレートに対して、所 定の逆マトリクス変換関数を利用して、逆２次元変換が実行される。この逆２次 元変換は、元のスピーチ・パラメータを表すＬＰＣスピーチ・パラメータのアレ イを生成する。利用される所定の逆２次元変換プロセスは、好ましくは、逆２次 元離散的余弦変換プロセスであるが、ＬＰＣスピーチ・パラメータのアレイを生 成するために利用できる他の変換も利用できることが理解される。 ステップ１３１０において、ＬＰＣパラメータはスピーチ・データ１３１２を 生成するために用いられる。復元されたメッセージ・データは、デジタル／アナ ログ変換のためにＲＡＭ１１０８に格納され、ユーザに要求時に報知される。 第１４図は、第１３図に示す音声解答プロセスのステップを示す図である。ス テップ１３０４において受信・格納されたインデクスは、インデクス・アレイ１ ４０２に格納される。インデクス・アレイ１０４２内の各インデクスは、コード ブック６０４内のページを指す。コードブック６０ ４は、圧縮プロセスにおいて用いられたテンプレートを複製する所定のテンプレ ートの複製セットからなる。インデクス・アレイ１４０２に格納されたインデク スは、受信された順番に一度に一つずつ選択される。選択されたインデクスによ って指定されたコードブックにおける各ページに対して、所定の逆マトリクス関 数を利用して、逆２次元変換１３０８が実行される。逆２次元変換１３０８は、 スピーチ・パラメータ１４０８の２次元アレイを生成する。これらのパラメータ はＬＰＣスピーチ・パラメータであり、スピーチ・データ１３１２を生成するた めステップ１３１０においてスピーチ・データ・シンセサイザによって用いられ る。所定の逆マトリクス関数は、好ましくは、逆２次元離散的余弦関数である。 一つ以上の所定の言語に対応する一つ以上のコードブックをＲＯＭ１１０６に 格納できる。適切なコードブックは、受信機出力信号１０１６において受信デー タと符号化された識別子に基づいて、デジタル信号プロセッサ１００８によって 選択される。 第１５図に示す本発明の別の実施例では、受信プロセスにおいて必要なデジタ ル信号処理は、コードブック６０４に格納されたテンプレートを前処理すること によって軽減される。コードブック６０４におけるテンプレートは、テンプレー トに対して実行される逆２次元変換によって生じるＬＰＣパラメータのアレイと 実質的に同じサイズである。 ＬＰＣパラメータの生成アレイは元のテンプレートと実質的に同じサイズなので 、テンプレートを収容するコードブック６０４は、ＬＰＣパラメータのアレイを 収容するコードブック１５０４と置き換えられる。そうすることにより、逆２次 元変換は展開中に一回実行するだけで、各音声メッセージ・セグメントを処理す る際に反復する必要はない。スピーチ・パラメータの２次元アレイ１０４８は、 コードブック１５０４のページをコピーするだけで生成される。 第１６図は、第７図に示した別の実施例に伴うセグメント化音声解凍プロセス のステップを示す図である。インデクス・アレイ１６０２は、各セグメント化ペ ージについて格納された２つのインデクスを有する。第１インデクスは、圧縮プ ロセス中に圧縮された第１セグメントに対応するテンプレート・セットＩ ７０ ３のうちのテンプレートを選択する。第２インデクスは、圧縮プロセス中に圧縮 された第２セグメントに対応するテンプレート・セットＩＩ ７０４のうちのテ ンプレートを選択する。第１の選択されたページからのテンプレート・セットＩ ７０３のうちのテンプレートによって表されるセグメントＩは、第２の選択さ れたページからのテンプレート・セットＩＩ ７０４のうちのテンプレートによ って表されるセグメントＩＩと合成され、セグメントＩ １６０９およびセグメ ントＩＩ １６０８によって構成される２次元変換アレイを形成する。逆２次元 変換１３０６が実行され、スピーチ・パラメータ の２次元アレイ１４０８を生成する。 以上のように、本発明は、生成データが極めて高く圧縮され、かつページング ・チャネルまたは他の同様な通信チャネル上で送信される通常のデータと容易に 混在できるように、音声メッセージをデジタル符号化する。さらに、音声メッセ ージは、ページャまたは同様な携帯装置における処理が最小限に抑えられるよう に、デジタル符号化される。本発明の特定の実施例について図説してきたが、更 なる修正および改善は当業者に想起されることが理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャシンスキ，レオン アメリカ合衆国フロリダ州フォート・ロー ダーデール、イースト・ラス・オラス・ブ ルバード2429

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．音声メッセージを処理して、低ビット・レート・スピーチ伝送を行う非対称 音声圧縮プロセッサであって： 前記音声メッセージを処理して、デジタル化スピーチ・データを生成する入力 スピーチ・プロセッサ； 信号プロセッサであって、 前記デジタル化スピーチ・データからスピーチ・パラメータを生成し； 一連のパラメータ・フレームからなる２次元パラメータ・マトリクスに前 記スピーチ・パラメータを配列し； 所定の２次元マトリクス変換関数を利用して前記２次元パラメータ・マト リクスを変換し、２次元変換マトリクスを得て； 所定のテンプレートのセットのテンプレートと前記２次元変換マトリクス との間の距離を表す距離値であって、前記所定のテンプレートのセットのテンプ レートに対応するインデクスによって識別される距離値を導出し； 導出された前記距離値を比較し、また前記所定のテンプレートのセットの うち、導出された前記距離値の最短距離を有するテンプレートに対応するインデ クスを選択するようにプログラムされた信号プロセッサ；および 前記所定のテンプレートのセットのうち、選択された前記最短距離を有するテ ンプレートに対応する前記インデク スを送信する送信機； によって構成されることを特徴とする非対称音声圧縮プロセッサ。 ２．前記所定の２次元マトリクス変換関数は、２次元離散的余弦関数であること を特徴とする請求項１記載の非対称音声圧縮プロセッサ。 ３．選択された前記最短距離に対応する前記インデクスを、送信のため所定のシ グナリング・プロトコルで符号化するエンコーダをさらに含んで構成されること を特徴とする請求項１記載の非対称音声圧縮プロセッサ。 ４．前記信号プロセッサは、前記音声メッセージを表すスピーチ・パラメータの ２次元スピーチ・データ・マトリクスを生成するようにさらにプログラムされ、 また前記一連のパラメータ・フレームは、前記２次元スピーチ・データ・マトリ クスの一部を構成することを特徴とする請求項１記載の非対称音声圧縮プロセッ サ。 ５．前記信号プロセッサは、一連のインデクスをインデクス・アレイに格納する メモリをさらに含んで構成され、インデクスは、前記２次元スピーチ・データ・ マトリクスの前記一部を最もよく表す最短距離を有するテンプレートに対応する ことを特徴とする請求項４記載の非対称音声圧縮プロセッサ。 ６．前記信号プロセッサは、式： ただし、 ｄ_kは、前記所定のテンプレートのセットおよび２次元変換マトリクスの うちのテンプレートの距離を表し、 （ａ_i,j−ｂ（ｋ）_i,j）は、前記所定のテンプレートの各テンプレートの 対応するセルと、前記２次元変換マトリクスとの間の差を表し、 ｗ_i,jは、所定の加重アレイの対応するセルを表す、 を用いて距離値を計算することにより距離値を導出することを特徴とする請求 項１記載の非対称音声圧縮プロセッサ。 ７．前記所定のテンプレートのセットは、所定のテンプレートの第１セットおよ び所定のテンプレートの少なくとも第２セットによって構成され、また前記信号 プロセッサは、前記所定のテンプレートの第１セットの各テンプレートと前記２ 次元変換マトリクスの第１部分との間の距離を表す第１距離値であって、前記所 定のテンプレートの第１セットの各テンプレートに対応する第１インデクスによ って識別される第１距離値を導出し、また前記信号プロセッサは、 前記所定のテンプレートの少なくとも第２セットの各テンプレートと前記 ２次元変換マトリクスの少なくとも第２部分との間の距離を表す少なくとも第２ 距離値であって、前記所定のテンプレートの少なくとも第２セットの各 テンプレートに対応する少なくとも第２インデクスによって識別される少なくと も第２距離値を導出するようにさらにプログラムされ、 前記信号プロセッサは、 前記所定のテンプレートの第１セットについて第１距離値の第１セットを 導出し、および 前記所定のテンプレートの少なくとも第２セットについて少なくとも第２ 距離値の少なくとも第２セットをさらに導出することによって距離値のセットを 導出し、 前記信号プロセッサは、導出された前記第１距離値の第１セットを比較して、 前記少なくとも第１距離値の第１セットについて最短距離を有する第１距離値を 選択し、また 導出された前記少なくとも第２距離値の少なくとも第２セットを比較して、前 記少なくとも第２距離値の少なくとも第２セットについて最短距離を有する少な くとも第２距離値を選択し、 前記送信機は、選択された前記第１距離値に対応する第１インデクスを送信し 、かつ選択された前記少なくとも第２距離値に対応する少なくとも第２インデク スをさらに送信することを特徴とする請求項１記載の非対称音声圧縮プロセッサ 。 ８．所定のテンプレートの第２セットは、所定のテンプレートの第１セットより も少ないテンプレートからなること を特徴とする請求項１記載の非対称音声圧縮プロセッサ。 ９．前記所定のテンプレートのセットはコードブックを表し、 前記信号プロセッサは、 生成された前記スピーチ・パラメータを解析して、音声メッセージの特性 を判定し、 コードブックのセットのうち、前記判定された音声メッセージの特性に対 応する所定のコードブックを選択するようにさらにプログラムされ、 前記送信機は、前記選択された所定のコードブックを識別するコードブック識 別子をさらに送信することを特徴とする請求項１記載の非対称音声圧縮プロセッ サ非対称音声圧縮プロセッサ。 １０．所定のテンプレートのセットはコードブックを表し、 前記入力スピーチ・プロセッサは所定の言語の音声メッセージを受信し、前記 所定の言語を識別する情報をさらに受信し、 前記信号プロセッサは、所定の言語のセットに対応する所定のコードブックの セットから、前記所定の言語に対応する所定のコードブックを選択し、および 前記送信機は、前記選択された所定のコードブックを識別するコードブック識 別子を送信することを特徴とする請求項１記載の非対称音声圧縮プロセッサ。