JPH1069298A

JPH1069298A - 音声復号化方法

Info

Publication number: JPH1069298A
Application number: JP8225221A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Kataoka; 章俊片岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＨＳにＣＳ−ＡＣＥＬＰを適用し、更に伝
送路誤りに対する品質劣化を小とする。【解決手段】ＰＨＳの２フレームごとあるいは４フレ
ームごとにＣＳ−ＡＣＥＬＰの符号化音声８kbit／ｓを
乗せ、受信側でフレームごとのＣＲＣチェックにより誤
り検出し（Ｓ１）、誤りがなければ通常の復号化処理し
（Ｓ３）、誤りがあれば過去１００ｍｓで誤り数により
誤り率Ｐ_E、過去３００ｍｓでの誤り数により伝送路誤
り率Ｐ_Lを算出し、Ｐ_L＞th１とth２＜Ｐ_E＜th３、か
つ前フレームも誤り検出した条件を満すと（Ｓ５）、フ
レームロス処理を行い（Ｓ６）、誤りが検出されても前
記条件を満さなければ通常の復号化処理をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えばＰＨＳ（Pe
rsonal Hand-phone System：簡易移動通信方式）に適用
され、音声情報をフレーム単位で復号化する復号化方
法、特に電波状態の劣化に対し補償を行う復号化方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル移動通信などの分野では、電
波の有効利用などを図るため、種々の高能率符号化法が
用いられている。８kbit／ｓ程度の情報量で符号化する
方法としては、ＣＥＬＰ（符号駆動型線形予測）、ＶＳ
ＥＬＰ（ベクトル加算駆動型線形予測）、ＣＳ−ＡＣＥ
ＬＰなどが知られている。それぞれの技術については、
M.R.Schroeder and B.S.Atal：“Code-Excited Linear
Prediction(CELP)：High-quality Speech at Very LowR
ates”，Proc. ICASSP '85, 25.1.1, pp.937-940,1985
（文献１）やI.A.Gerson and M.A.Jasiuk:“Vector Sum
Excited LinearPrediction(VSELP) Speech Coding at
8kps ”，proc. ICASSP'90,Ｓ9.3, pp.461-464,1990
（文献２）やA.Kataoka et al:“ITU-T 8-kbit／ｓ Sta
ndard SpeechCodec for Personal Communication Servi
ces，”Int. Conf. on Universal Personal Communicat
ions, pp.818-822, 1995 （文献３）などに述べられて
いる。

【０００３】これらの方式では図３に示す通り、入力端
子よりのディジタル化された音声信号のサンプル系列の
複数サンプルからフィルタ係数決定部１２で線形予測係
数が計算され、その予測係数がフィルタ係数量子化部１
３で量子化され、その量子化フィルタ係数が線形予測合
成フィルタ１４に設定される。合成フィルタ１４の伝達
関数はＡ(z) である。ピッチ励振源（適応符号化帳励振
源）１５の複数のピッチ周期成分（励振候補）から取り
出したピッチ周期成分（残差信号ベクトル）と、符号帳
励振源１６の複数の雑音波形ベクトル（例えば乱数ベク
トル、励振候補）から取り出した候補に対しそれぞれ利
得部１７で適当な利得が加えられた後、加算手段１８で
加算されて合成フィルタ１４に駆動信号として供給さ
れ、音声が合成される。利得予測部１９は過去の雑音波
形ベクトルよりおおよその利得を予測して、予測利得部
２１にセットされる。合成フィルタ１４からの合成音声
と入力端子１１からの入力音声との差が減算手段２２で
とられ、歪パワー計算部２３に入力され、入力音声に対
する合成音声の歪が小となるように両励振源１５，１６
中の各励振候補が選択され、かつ利得部２１の各利得が
設定される。符号出力部２４は予測係数、入力音声パワ
ー、ピッチ周期成分候補と符号帳の候補のそれぞれに対
して選ばれたコード番号と利得などが符号として出力さ
れる。

【０００４】復号化器（図４）においては、送られてき
た符号にもとづいて復号音声を合成する。入力端子３１
に入力された受信符号化音声情報は、ピッチ周期成分候
補、符号帳の候補、入力音声パワー、量子化フィルタ係
数に分離され、ピッチ周期成分候補がピッチ励振源３２
より取出され、符号帳候補が符号帳励振源３３から取出
され、入力音声パワーが利得部３４に設定され、利得予
測部３５による利得予測、その予測による予測利得部３
６に対する利得設定は符号化器と同様に行われ、利得が
与えられたピッチ励振候補及び符号帳励振候補は加算手
段３７で加算されて合成フィルタ３８に励振信号として
供給され、分離された量子化フィルタ係数がフィルタ係
数復号化部３９で復号されて合成フィルタ３８にフィル
タ係数として設定され、合成フィルタ３８から復号化音
声が得られる。

【０００５】ところで現在、ＰＨＳは３２kbit／ｓの伝
送能力があって、音声符号化方式には３２kbit／ｓ，Ａ
ＤＰＣＭが用いられている。ＰＨＳについては“第二世
代コードレス電話システム標準規格（ＲＣＲＳＴＤ−２
８）、財団法人電波システム開発センター”（文献４）
に述べられている。しかし、ＡＤＰＣＭを用いることに
よりＰＨＳの伝送能力をすべて音声伝送に用いられ、他
のデータを伝送できない。このＰＨＳにＩＴＵ−Ｔ国際
標準の８kbit／ｓの音声符号化方式ＣＳ−ＡＣＥＬＰ
（Ｇ．７２９）を用いれば、８kbit／ｓでＡＤＰＣＭと
同等の音声品質を実現できるため、残りの２４kbit／ｓ
分を画像やデータなどの他のメディアに振り分け、ＰＨ
Ｓをマルチメディア対応の方式に拡張できる。ＣＳ−Ａ
ＣＥＬＰ音声符号化方式は８kbit／ｓで３２kbit／ｓ，
ＡＤＰＣＭと同等の品質を実現している。また、次世代
公表陸上移動通信システム（ＦＰＬＭＴＳ）での使用を
想定して設計されているため、伝送路誤りに強く、フレ
ーム消失時の補間処理が標準で付加されている。このフ
レーム消失時の補間処理については“ITU-T Recommenda
tion G.729 Nov.1995 ”（文献５）に述べられている。

【０００６】既存のＰＨＳシステムでは５ｍｓのフレー
ムごとに１６０ビットの音声データとＣＲＣを含め８０
ビットの制御情報、計２４０ビットを伝送している。Ｐ
ＨＳにＣＳ−ＡＣＥＬＰを適用する場合、ＣＳ−ＡＣＥ
ＬＰのフレームは１０ｍｓであるから８kbit／ｓ分の音
声データ伝送方式には遅延を最小とするには図５Ａに示
すようにＰＨＳの２フレームに１回１０ｍｓ分のデータ
を伝送する方法と、伝送遅延は増加するが構成が簡単と
なる図５Ｂに示すように（４フレームに１回２０ｍｓ分
のデータ）を伝送する方法が考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＰＨＳは基地局を小型
にできる代わりにその基地局の適用領域をはずれると、
電波状態が急速に劣化する。つまり、復号化器が受信す
る情報に多くの誤りが含まれることになる。ＣＳ−ＡＣ
ＥＬＰ（Ｇ．７２９）はＡＤＰＣＭより伝送路誤りに強
いが、受信した情報が多くの誤りが含まれると、復号音
声が劣化したり、異音が発生すると言う問題点が予測さ
れる。

【０００８】この発明の目的は、ＰＨＳのようなフレー
ム単位で復号化する方法において、伝送路誤りが生じた
場合復号化器を適応的に動作させ、品質の劣化を小さく
する復号化方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれば
受信信号から伝送路誤りを第１過程で検出し、所定期間
前から現在までの平均誤り率を第２過程で算出し、その
伝送路誤りが検出され、フレームロスの条件を満すかを
上記平均誤り率を用いて第３過程で判定し、フレームロ
スの条件を満すと判定されると、そのフレームについて
フレームロス処理を第４過程で行い、フレームロスの条
件を満さない場合と伝送路誤りが検出されない場合はフ
レームロス処理を伴なわない復号化処理を第５過程で行
う。

【００１０】請求項２の発明では上記第２過程の所定期
間は、バースト的誤りが生じているか否かを推定できる
期間であり、上記フレームロスの条件は上記平均誤り率
が第１しきい値th２以上である。請求項３の発明では上
記伝送路の誤り率を求める第６過程とを有し、上記フレ
ームロスの条件には上記第１しきい値th２以下の第２し
きい値th１より上記伝送路の誤り率が大であることを含
む。

【００１１】請求項４の発明では請求項２又は３の発明
で上記フレームロスの条件には上記第１しきい値th２よ
り大きい第３しきい値th３より上記平均誤り率が小さい
ことを含む。請求項５の発明では受信信号のフレーム中
の予め決められたビットの誤りを検出し、第１過程でそ
の第１過程でビット誤りが検出されるとフレームロス処
理を第２過程で行い、第１過程でビット誤りが検出され
ないと、フレームロス処理を伴なわない復号化処理を第
３過程で行う。

【００１２】請求項６の発明では受信信号のフレーム中
の予め決められたビットの誤りを第１過程で検出し、所
定期間前から現在までの平均誤り率を第２過程で算出
し、上記第１過程で誤りが検出されると、フレームロス
の条件を満すかを上記平均誤り率を用いて第３過程で判
定し、上記フレームロスの条件を満すと判定されると、
そのフレームについてフレームロス処理を第４過程で行
い、上記フレームロスの条件を満さない場合と、上記第
１過程で誤りが検出されない場合はフレームロス処理を
伴なわない復号化処理を第５過程で行う。

【００１３】請求項７の発明では請求項６において、上
記フレームロスの条件は上記平均誤り率が第１しきい値
th３以下であること。

【００１４】

【発明の実施の形態】請求項１の発明の機能構成例を図
１Ａに示す。入力端子４１からの受信検波出力データは
誤り検出部４２で伝送中に生じた情報誤りが含まれてい
るかが検出され、誤りが検出されると、フレームロス判
定部４４で、フレームロスの処理を行うか否かの判定が
なされる。復号化器４５は実際に音声を復号化するもの
であって、通常の復号化処理部４６とフレームロス処理
部４７とよりなる。

【００１５】以下に図１Ａの流れ図をも参照して復号化
処理方法を説明する。受信された符号化音声は先ず伝送
路誤りの有無が誤り検出部４２で検出される（Ｓ１）。
ＰＨＳではその５ｍｓ毎のフレームに１６ビットのＣＲ
Ｃ（Cyclic Redundancy Check)が付加されており、この
誤り検出機能を利用することができる。誤りが検出され
なければ（Ｓ２）、受信符号化音声を通常の復号化処理
を行う（Ｓ３）、誤りが検出されると、この例ではこの
誤り検出結果を用いて誤り率を算出する（Ｓ４）。つま
り予め決められた連続するフレーム数Ｆ_C内に、誤りが
検出されたフレーム数Ｆ_Eから誤り率Ｐ_E＝Ｆ_E／Ｆ_C
（％）を求める。

【００１６】次にフレームロス条件を満すかを調べる
（Ｓ５）。つまり無線伝送路の誤りはバースト的である
ため、多くの誤りを含んだ情報を用いて音声を復号する
より、そのフレームは受信されなかった（フレームロ
ス）として処理した方が良いか、誤りが少ない場合も、
フレームロスとして処理してしまうとかえって品質が劣
化する。従ってフレームロス条件として、誤り率Ｐ_Eが
第１しきい値th２以上であればバースト誤りと判断し
て、フレームロスとして処理し（Ｓ６）、誤り率Ｐ_Eが
第１しきい値th２以下であれば、フレームロスとして処
理せず、通常の復号化処理とする（Ｓ３）。

【００１７】フレームロス処理はフレームロス時に、補
間処理により行われ、この補間処理は例えば前述した文
献５に述べられている手法を用いるが、フレームロスの
直前のフレーム復号音声波形をそのフレームに再び用い
たり、あるいは、フレームロス直前の復号化前の符号化
音声を用いて復号化処理を行う場合がある。フレームロ
ス処理が長く連続すると、同一音声波形が連続し音声品
質が劣化する。従って、誤り率Ｐ_Eが特に高いと、フレ
ームロスが長く連続する状態と推定して、フレームロス
処理を行わない方が好ましい。つまり誤り率Ｐ_Eが第１
しきい値th２より大きい第２しきい値th３より大きい場
合はフレームロス処理を行わないことも条件とするとよ
い。

【００１８】また伝送路の状態を考慮して、伝送路誤り
率を求め、これが第３しきい値th１より大きいことをフ
レームロス処理の条件に加えることが好ましい。th１＜
th２とする。更に前フレームに誤りが検出され、現フレ
ームも誤りが検出されたことをフレームロス処理の条件
とし、つまり誤りがバースト的であることをこの点から
も推定するとよい。

【００１９】上述において誤り率Ｐ_Eとしては過去５０
〜２００ｍｓ、例えば１００ｍｓについて計算したもの
が考えられ、伝送路誤りＰ_Lとしては過去３００ｍｓ以
上について求めた誤り率が考えられる。この場合は長い
期間の平均であればよいが、長い程、過去の状態を記憶
しておく必要が生じ、その記憶バッファの容量が大とな
る。しきい値th１，th２，th３としては、それぞれ０．
１〜０．３、０．１〜０．３５、０．３〜０．５が考え
られるが、常にth１＜th２＜th３であり、例えばth１＝
０．１、th２＝０．１、th３＝０．３とされる。

【００２０】フレームロス処理の条件としては第１にＰ_E＞th２であり、次にＰ_E＜th３であり、更に次の何れかが両者を条件とする。

【００２１】Ｐ_L＞th１，ＣＲＣ_m-1＝１かつＣ
ＲＣ_m＝１（ＣＲＣ_m＝１はフレームｍで誤りが検出されたことを
意味する）。次にこの発明の他の実施例を説明する。前述したように
ＣＳ−ＡＣＥＬＰ音声符号化方式では、各種の符号化イ
ンデックスが送出されるが、その中でも誤りが生じると
音声品質に大きく影響するものと、影響が比較的小さい
ものとがある。例えばフィルタ係数の量子化インデック
ス、ピッチ励振ベクトルインデックス、ゲインインデッ
クスなどは誤りが生じると音声品質への影響が大きい。
またこれらインデックス中でも、例えばフィルタ係数の
量子化インデックスの場合は、その低減成分に関係する
ビットの誤りは音声品質への影響が特に大きい。

【００２２】このような関係から、誤ると影響の大きい
特定ビットに対して数ビットのパクティなどの誤り検出
ビットを付加し、図２Ａに示すように、その特定ビット
に誤りがあるかの検出を行い（Ｓ１）、誤りがなければ
（Ｓ２）、通常の復号化処理を行い（Ｓ３）、誤りが検
出されるとフレームロス処理を行なう（Ｓ４）。あるい
は図２Ｂに示すように、特定ビットの誤り検出を行い
（Ｓ１）、誤りがなければ（Ｓ２）、通常の復号化処理
を行い（Ｓ３）、誤りがあれば誤り率Ｐ_Eを算出する
（Ｓ４）。この誤り率の算出は、例えば、その判定ビッ
トについて過去か所定フレーム期間内に生じた誤ったフ
レームの数により求めることができる。次にフレームロ
ス条件を満すかを調べ（Ｓ５）、満していなければ通常
の復号化処理を行い（Ｓ３）、満していればフレームロ
ス処理を行う（Ｓ６）。

【００２３】このフレームロス条件としては、誤り率Ｐ
_Eがしきい値 t１より大きいこと、更に必要に応じて先
の実施例と同様に、Ｐ_Eが t１より大きいしきい値 t２
より小さいことを条件とすることができる。また同様に
伝送路誤り率Ｐ_Lを求め、これが t１以下のしきい値 t
０より大きいことやＣＲＣ_m-1＝１かつＣＲＣ_m＝１を
条件に加えてもよい。

【００２４】また上述において誤り率Ｐ_E，Ｐ_Lの計算
は、各ビットごとの受信電界強度を測定して、その測定
結果からＣＮＲ（搬送波電力／雑音電力）を求め、この
ＣＮＲから誤り率を計算してもよい。図２Ｂの実施例に
おいては、誤り率Ｐ_E，Ｐ_Lとして図１Ｂで説明したよ
うにフレームごとのＣＲＣ検査結果をもとに計算したも
のを用いてもよい。更に符号化音声としてはＣＳ−ＡＣ
ＥＬＰに限らず、従来技術の項で述べた各種のものなど
を使用してもよい。

【００２５】次に図１に示した実施例についての実験結
果を示す。まず、伝送路誤りに対する品質をＭＯＳ（オ
ピニオン試験）で評価した結果を図６に示す。音声は日
本語１０文章（男女５名）、誤りパターンはフェージン
グ周波数１５Ｈｚの条件の異なる１０パターンを用い
た。被験者は一般人２４名である。ＡＤＰＣＭとＣＳ−
ＡＣＥＬＰは同じ誤りパターン、同じ誤り率になるよう
に設定した。正確を期すためこの誤り率は総ビット数に
対する誤りのあったビット数の比率で表わしている。測
定する期間が長ければ誤り率Ｐ_Eはこの値と同じであ
る。ＣＳ−ＡＣＥＬＰは明らかにＡＤＰＣＭより品質が
良い。しかもＣＳ−ＡＣＥＬＰでは誤り率が小さい状態
（０．１％以下）では誤り率が増加しても品質劣化がほ
とんどない。この特性からＰＨＳにＣＳ−ＡＣＥＬＰを
用いると伝送路誤りに強いものとなることが理解され
る。

【００２６】図１Ｂの実施例にもとづく誤り処理を行っ
た結果を図７に示す。誤り率が小さい状態では図６に示
したように品質劣化が小さいから、誤り率０．３％以上
について実験した。実験は誤りに対し対処しないＣＳ−
ＡＣＥＬＰの通常の復号したものである。誤り率０．３
〜０．５％では改善が見られる。誤り率が増加するにし
たがって逆に劣化している。前述したようにth３＝０．
３％に設定していても伝送路誤り率が０．５％以上では
伝送路の状態が非常に悪いが、Ｐ_Eが０．３％以下に短
時間発生することが頻繁に発生し、このため、０．５％
以上ではフレームロスの頻度が高くなり過ぎるため、同
一音声波形の連続が長くなり過ぎるためである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、フ
レーム単位で符号化音声を復号化する際に、伝送路誤り
の状態に応じて誤りが生じてもフレームロス処理するこ
となく、通常の復号化処理を行うことにより、伝送路の
状態が悪くても、通話品質の劣化を小さくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａはこの発明の実施例を適用した復号化装置の
機能構成図、Ｂはこの発明の実施例の処理手順を示す流
れ図である。

【図２】Ａはこの発明の他の実施例の処理手順を示す流
れ図、Ｂはこの発明の更に他の実施例の処理手順を示す
流れ図である。

【図３】従来の予測符号化器の機能構成を示す図。

【図４】図３の符号化器と対応する復号化器の機能構成
を示す図。

【図５】８kbit／ｓ圧縮音声符号をＰＨＳに適用した伝
送方法を示す図。

【図６】ＰＨＳにＣＳ−ＡＣＥＬＰを適用した場合と、
従来のＡＤＰＣＭを用いたＰＨＳとの伝送路誤り率に対
する各品質評価結果を示す図。

【図７】ＰＨＳにこのＣＳ−ＡＣＥＬＰを適用した場合
と、これにこの発明を適用した場合との伝送路誤り率に
対する各品質評価結果を示す図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受信符号化音声情報をフレーム単位で復
号化する方法において、受信信号から伝送路誤りを検出する第１過程と、所定期間前から現在までの平均誤り率を算出する第２過
程と、上記伝送路誤りが検出されると、フレームロスの条件を
満すかを上記平均誤り率を用いて判定する第３過程と、上記フレームロスの条件を満すと判定されると、そのフ
レームについてフレームロス処理を行う第４過程と、上記フレームロスの条件を満さない場合と伝送路誤りが
検出されない場合はフレームロス処理を伴なわない復号
化処理を行う第５過程とを有する音声復号化方法。
【請求項２】上記第２過程の所定期間は、バースト的
誤りが生じているか否かを推定できる期間であり、上記
フレームロスの条件は上記平均誤り率が第１しきい値th
２以上であることを特徴とする請求項１記載の音声復号
化方法。
【請求項３】上記伝送路の誤り率を求める第６過程と
を有し、上記フレームロスの条件には上記第１しきい値th２以下
の第２しきい値th１より上記伝送路の誤り率が大である
ことを含むことを特徴とする請求項２記載の音声復号化
方法。
【請求項４】上記フレームロスの条件には上記第１し
きい値th２より大きい第３しきい値th３より上記平均誤
り率が小さいことを含むことを特徴とする請求項２又は
３記載の音声復号化方法。
【請求項５】受信符号化音声情報をフレーム単位で復
号化する方法において、受信信号のフレーム中の予め決められたビットの誤りを
検出する第１過程と、その第１過程でビット誤りが検出されるとフレームロス
処理を行う第２過程と、上記第１過程でビット誤りが検出されないと、フレーム
ロス処理を伴なわない復号化処理を行う第３過程とを有
する音声復号化方法。
【請求項６】受信符号化音声情報をフレーム単位で復
号化する方法において、受信信号のフレーム中の予め決められたビットの誤りを
検出する第１過程と、所定期間前から現在までの平均誤り率を算出する第２過
程と、上記第１過程で誤りが検出されると、フレームロスの条
件を満すかを上記平均誤り率を用いて判定する第３過程
と、上記フレームロスの条件を満すと判定されると、そのフ
レームについてフレームロス処理を行う第４過程と、上記フレームロスの条件を満さない場合と、上記第１過
程で誤りが検出されない場合はフレームロス処理を伴な
わない復号化処理を行う第５過程とを有する音声復号化
方法。
【請求項７】上記フレームロスの条件は上記平均誤り
率が第１しきい値th３以下であることを特徴とする請求
項６記載の音声復号化方法。