JPH11504491A - 複雑さが軽減された信号送信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、CELP（code-excited linear predictive coding：符号励起線形予測符号化）コーダにおいて、目標信号と複数の合成信号との比較が実現される。合成信号は、目標信号から導かれたパラメータを有する合成フィルタにより、複数の励起シーケンスを濾波して導かれる。目標信号と合成信号との間の最小エラーをもたらす励起信号が選択される。最善の励起信号用の検索は、複雑な実質的演算を必要とする。複雑さを軽減するため、僅かな励起シーケンスの事前選択が、先に濾波した目標信号に最も類似する僅かな励起シーケンスを選択することにより実現される。この僅かな励起シーケンスで、完全に複雑な検索が実現される。削減された数の励起シーケンスを最終選択に関係付けることにより、要求される演算の複雑さが軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】 複雑さが軽減された信号送信システム 技術分野 本発明は、入力信号を送信チャネルを介して受信機に送信するための送信機を 有する送信システムであって、該送信機は、メインシーケンスから、各々該メイ ンシーケンスの一部であって、これら部分は複数の位置で相互に置換されるよう な、複数の励起シーケンスを得るための励起信号生成器と、励起シーケンスから 得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小に なるような該励起シーケンスを選択するための選択手段と持つエンコーダを有し 、前記送信機は、最適な励起シーケンスを表す信号を前記受信機に送信するよう に構成され、該受信機は、前記最適な励起シーケンスを表す前記信号から前記選 択された励起シーケンスを得るための励起信号生成器と、前記励起信号の最適な シーケンスの各サンプルから合成信号を得るための合成フィルタとを持つデコー ダを有する送信システムに関する。 本発明はまた、送信機、エンコーダ、送信方法及び符号化方法にも関する。 背景技術 冒頭による送信システムは、米国特許第5,140,638号から既知である。 このような送信システムは、無線チャネル、同軸ケーブルまたは光ファイバ等 の送信媒体を介して音声信号を送信するために使用することができる。このよう な送信システムはまた、磁気テープまたはディスク等の記録媒体上に音声信号を 記録するためにも使用することができる。あり得る応用例としては、自動応答機 または口述録音機である。 現在の音声送信システムにおいては、送信されるべき音声信号が、しばしば、 合成技術による解析を用いて符号化される。この技術においては、合成信号が、 複数の励起シーケンスにより励起される合成フィルタにより生成される。合成音 声信号は、複数の励起シーケンスに関して決定され、前記合成信号を入力信号か ら得られる目標信号との間のエラーを表すエラー信号が決定される。エラーが最 小となる励起シーケンスが選択され、符号化された形態で受信機に送信される。 前記受信機においては、前記励起シーケンスが復元され、合成信号が該励起シ ーケンスを合成フィルタに供給することにより生成される。この合成信号は、前 記送信機の前記入力信号の複製である。 信号送信の良好な品質を得るために、多数（例えば、１０２４）の励起シーケ ンスが、前記選択で必然的に含まれる。この選択は、かなりの計算電力(computi ng power)を必要とする多数のフィルタ演算を必然的に含む。この必要とされる 計算電力の消費量を軽減させるために、しばしば、いわゆる一次元コードブック が使用される。これは、前記コードブックが、複数の励起シーケンスが選択され るような、複数サンプルからなるメインシーケンスを有することを意味する。隣 接するシーケンスは多数の共通のサンプルを持つため、フィルタリングは、かな り少ない計算資源しか必要としない帰納的方法を用いて実行することができる。 さらに、複数の励起シーケンスが選択されるメインシーケンスを使用することに より、これら励起シーケンスを記憶するために必要とされるメモリの量が軽減さ れる。隣接するシーケンス内に多数の共通のサンプルがある結果、隣接するサン プル間に大きな相関値がある。計算数を軽減させるために、前記メインシーケン スからの全ての可能なシーケンスが上述の米国特許で開示されたコーダにおいて は使用されず、これらシーケンスは、ｐ個のサンプルの距離で相互に置換される だけである。これにより、ある程度の品質ロスが必然的に生じるであろう。 発明の開示 本発明は、送信システムの計算における複雑さをを実質的に上昇させることな く符号化品質を上昇させる冒頭による送信システムを提供することを目的とする 。 ゆえに、本発明による送信システムは、前記選択手段が、前記メインシーケン スから少なくとも一つの更なる励起シーケンスを得るように構成され、該更なる 励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の置換よりもより小さな距離で前記選 択されたシーケンスに対して置換され、また、前記選択手段は、前記選択された 励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励起シーケンスから、前記最適 なシーケンスとして、該更なる励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力 信号から得られる目標信号との間のエラーが最小となるような該励起シーケンス を選択するように構成されることを特徴とする。 二つの励起シーケンス間の置換値より小さな置換値を持つ一つ以上の更なる励 起シーケンスを使用することにより、より正確に前記目標信号に近似することが できる。前記（各）付加的な励起シーケンスが、最良の励起シーケンス付近で選 択されるため、付加的な演算数が非常に少なくなる。前記メインシーケンスを固 定コードブックに記憶することができるが、その内容が過去に用いられた励起シ ーケンスから得られるような適応コードブックに記憶することも可能であること が認められた。 本発明のある実施例は、二つの励起シーケンス間の前記置換が、２番目及び５ 番目の位置の間であることを特徴とする。 試験において、２及び５の間のｐの値が良好な選択であることが示された。 本発明の更なる実施例は、前記エンコーダが、前記励起シーケンスから合成信 号を得るための合成フィルタを有し、該合成フィルタが、前記デコーダ内の前記 合成フィルタに対して複雑さが軽減されたものであることを特徴とする。 この実施例においては、前記エンコーダが、前記デコーダ内で使用される合成 フィルタに対して複雑さが軽減された合成フィルタを用いる。試験において、驚 くべきことに、前記受信機内の合成フィルタの複雑さに対して１０〜２０倍前記 エンコーダ内の合成フィルタの複雑さ（フィルタの程度）を軽減させることがで きることが示された。 本発明のさらに他の実施例は、前記選択手段が、少なくとも一つの更なる励起 シーケンスを選択するように構成され、前記エンコーダが、前記少なくとも二つ の励起シーケンスから付加的な合成信号を得るように構成される付加的な合成フ ィルタを有し、また、前記選択手段は、前記選択された励起信号として、前記少 なくとも二つの励起シーケンスから、対応する前記付加的な合成入力信号と前記 入力信号から得られる基準信号との間のエラーが最小となるような励起シーケン スを選択するように構成されることを特徴とする。 この実施例においては、前記複雑さが軽減された合成フィルタの使用に基づく 少なくとも二つの励起シーケンスの事前選択がなされる。次いで、最終選択が、 より複雑な合成フィルタを用いてなされる。この合成フィルタは、前記受信機内 の合成フィルタと同一のものとすることができるが、該受信機内の合成フィルタ と比較して一層複雑さが軽減されたものも可能である。前記基準信号は前記目標 信号と同一の信号であっても良いが、これらの信号の差も可能であることが認め られた。 図面の簡単な説明 本発明は以下の図面を参照して説明されるであろう。 第１図は、本発明が提供可能な送信システムを示す図である。 第２図は、本発明のコーダを示す図である。 第３図は、メインシーケンスから複数の励起シーケンスを事前選択するための 適応コードブック選択手段を示す図である。 第４図は、少なくとも一つの更なる励起シーケンスを選択するための選択手段 の一部を示す図である。 第５図は、本発明の励起シーケンス選択手段を示す図である。 第６図は、本発明の固定コードブック選択手段を示す図である。 第７図は、第１図に示した送信システムで使用されるコーダを示す図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図の送信システムにおいて、入力信号が送信機２に供給される。この送信 機２において、入力信号が本発明のコーダを使用して符号化される。コーダ４の 出力信号は、送信媒体８を介して受信機１０に向けてコーダ４の出力信号を送信 するため、送信手段６の入力に供給される。送信手段の動作は、コーダからの信 号（二値）の変調を含むことができる（搬送波信号において送信媒体８に適する 二値形式の変調も可能である）。受信機１０において、受信信号は、フロントエ ンド１２により、デコーダ１４に適する信号に変換される。フロントエンド１２ の動作は、二値シンボルのフィルタリング、復調、そして検出を含むことができ る。デコーダ１４は、フロントエンド１２の出力信号から、再構成入力信号を導 く。 第２図のコーダにおいて、ディジタル入力信号のサンプルｉ（ｎ）を提供する コーダ４の入力は、フレーム手段２０の入力に結合されている。出力信号ｘ（ｎ ）を提供するフレーム手段の出力は、ハイパスフィルタ２２に結合されている。 出力信号ｓ（ｎ）を提供するハイパスフィルタ２２の出力は、知覚重付けフィル タ３２及びLPCアナライザ２４の入力に結合されている。出力信号ｒ（ｋ）を提 供するLPCアナライザ２４の第１出力は、量子化器２６に結合されている。LPCア ナライザの第２出力は、複雑さが軽減された合成フィルタ用のフィルタ係数ａｆ を提供する。 出力信号Ｃ（ｋ）を提供する量子化器２６の出力は、補間器２８の入力及び多 重器５９の第１入力に結合されている。信号ａｑ(k)(s)を提供する補間器２８の 出力は、知覚重付けフィルタ３２の第２入力及び零入力応答フィルタ３４の入力 、更には励起応答演算器３６の入力に結合されている。信号ｗ（ｎ）を提供する 知覚重付けフィルタ３２は、減算器３８の第１入力に結合されている。出力信号 ｚ（ｎ）を提供する零入力応答フィルタ３４の出力は、減算器３８の第２入力に 結合されている。 目標信号ｔ（ｎ）を提供する減算器３８の出力は、適応コードブック選択手段 ４０及び適応コードブック選択手段４２の入力と減算器４１の入力に結合されて いる。出力信号ｈ（ｎ）を提供する励起応答演算器３６の出力は、適応コードブ ック選択手段４０の入力及び適応コードブック事前選択手段４２の入力、そして 固定コードブック選択手段４４の入力、さらには固定コードブック事前選択手段 ４６として参照される励起信号選択手段の入力に結合されている。出力信号ｉａ （ｎ）を提供する適応コードブック事前選択手段４２の出力は、適応コードブッ ク選択手段４０の入力に結合されている。適応コードブック事前選択手段４２と 、適応コードブック選択手段４０と固定コードブック事前選択手段４６と固定コ ードブック選択手段４４の組合せは、選択手段４５を形成する。 出力信号Ｇａを提供する適応コードブック選択手段の第１出力は、多重器５９ の第２入力及び多重器５２の第１入力に結合されている。出力信号Ｉａを提供す る適応コードブック選択手段の第２出力は、多重器５９の第３入力及び適応コー ドブック４８の入力に結合されている。出力信号ｐ（ｎ）を提供する適応コード ブック選択手段４０の第３出力は、減算器４１の第２入力に結合されている。 出力信号ｅ（ｎ）を提供する減算器４２の出力は、固定コードブック選択手段 ４４の第２入力及び固定コードブック事前選択手段４６の第２入力に結合されて いる。出力信号ｉｆ（ｋ）を提供する固定コードブック事前選択手段４６の出力 は、固定コードブック選択手段４４の第３入力に結合されている。出力信号Ｇｆ を提供する固定コードブック選択手段の第１出力は、多重器５４の第１入力及び 多重器５９の第４入力に結合されている。出力信号Ｐを提供する固定コードブッ ク選択手段４４の第２出力は、励起発生器５０の第１入力及び多重器５９の第５ 入力に結合されている。出力信号Ｌ（ｋ）を提供する固定コードブック選択手段 ４４の第３出力は、励起発生器５０の第２入力及び多重器５９の第６入力に結合 されている。出力信号ｙｆ（ｎ）を提供する励起発生器５０の出力は、多重器５ ４の第２入力に結合されている。出力信号ｙａ（ｎ）を提供する適応コードブッ ク４８の出力は、多重器５２の第２入力に結合されている。多重器５２の出力は 、加算器５６の第１入力に結合されている。多重器５４の出力は、加算器５６の 第２入力に結合されている。出力信号ｙａｆ（ｎ）を提供する加算器５６の出力 は、メモリ更新ユニット５８に結合され、その後、適応コードブック４８に結合 されている。 多重器５９の出力は、コーダ５９の出力を形成する。 第２図のコーダの実施例は、入力信号が周波数帯域０〜７kHzの広帯域音声信 号であると仮定して説明される。１６kHzのサンプリングレートが想定される。 しかしながら、本発明がこのような形式の信号に限定されないことは明かである 。 フレーム構成手段２０において、音声信号ｉ（ｎ）はフレームと呼ばれるＮ個 の信号サンプルｘ（ｎ）に分割される。このようなフレームの継続は、およそ１ ０〜３０ mS である。ハイパスフィルタ２２により、直流成分の無い信号（ＤＣ フリー信号）をハイパスフィルタ２２の出力で実現可能なように、フレーム信号 の直流成分が取り除かれる。線形予測アナライザ２４により、Ｋ個の線形予測係 数ａ（ｋ）が規定される。Ｋは狭帯域音声でおよそ８〜１２で、広帯域音声では およそ１６〜２０である。しかしながら、一般的な値に対する例外も可能である 。線形予測係数は、後に説明される合成フィルタで使用される。 予測係数ａ（ｋ）を演算するため、まず、信号ｓ（ｎ）が重付け信号ｓｗ（ｎ ）を得るためにハミングウィンドウで重付けされる。この予測係数ａ（ｎ）は、 反復的に規定するため、初めに演算自己相関係数を演算し、次いで値ａ（ｋ）の レビンソン−ダービン（Levinson-Durbin）アルゴリズムを実施することにより 信号ｓｗ（ｎ）から導かれる。第１帰納工程の結果は、複雑さが軽減された合成 フィルタ用のパラメータａｆとして格納される。選択的に、第２帰納工程の結果 af1，af2を複雑さが軽減された合成フィルタのパラメータとして格納することが 可能である。二番目に複雑さが軽減された合成フィルタを使用すると、事前選択 のみ実施可能であることが明確である。完全に複雑な合成フィルタの仕様を選択 することは免れる。予測パラメータａ（ｋ）により明かなスペクトルエンベロプ 中の極端なピークを防止するため、値γ^kで各係数ａ（ｋ）を多重化することに より帯域拡張走査が実現される。更新された予測係数ａｂ（ｋ）は、ログ領域比 率ｒ（ｋ）に変換される。 量子化器２６は、受信機にログ領域比率を送信するために使用される多数ビッ トの削減を目的として、非定型の方法でログ領域比率を量子化する。この量子化 器２６は、ログ領域比率の量子化レベルを示す信号Ｃ（ｋ）を発生する。 合成フィルタに最適な励起シーケンスを選択するため、フレームｓ（ｎ）がＳ 個のサブフレームに分割される。円滑なフィルタ変化を実現するため、補間器２ ８は、基本インデックスＣ（ｋ）と所望のインデックスＣｐ（ｋ）との間の線形 補間を各サブフレームについて実施し、そして対応するログ領域比率を予想パラ メータａｑ(k)(s)に変換する（ｓは基本サブフレームのインデックスに等しい） 。 合成コーダによる解析において、音声信号のフレーム（若しくはサブフレーム ）が、合成フィルタにより濾波された異なる励起シーケンスにそれぞれ対応する 複数の合成音声フレームと比較される。合成フィルタの伝達関数は１／Ａ（ｚ） に等しい。Ａ（ｚ）は数式１で求められる。 数式１において、Ｐは予想値、ｋは走査インデックス、ｚ^-1は単一遅延演算子 である。人間の聴覚システムの知覚特性に対応する目的で、音声フレームと合成 音声フレームとの差が、伝達関数 A(z)/A(z/γ)で知覚重付けフィルタにより濾 波される。γは、通常、およそ0.8の値を持つ定数である。選択された最適励起 信号は、知覚重付けフィルタの出力信号の最小パワーをもたらす励起信号である 。 多くの音声コーダにおいて、知覚重付けフィルタリング動作が、比較動作の前 に実施される。これは、音声信号が伝達関数 A(z)/A(z/γ)を持つフィルタによ り濾波されること、そして合成フィルタが伝達関数 1/A(z/γ)を有する修正され た合成フィルタにより更新されることを意味する。知覚重付けフィルタの他の形 式、伝達関数 A(z/γ 1)/A(z/γ 2)を持つフィルタが使用されることが明かであ る。知覚重付けフィルタ３２は、上述のような伝達関数 A(z)/A(z/γ)による音 声信号の濾波を実現する。知覚重付けフィルタ３２のパラメータは、補間された 予想パラメータａｑ(k)(s)で各フレームが更新される。本発明の範囲は知覚重付 けフィルタの伝達関数のあらゆる変形及び知覚重付けフィルタあらゆる位置を含 むことが明確である。 変更された合成フィルタの出力信号は同様に、望ましいサブフレームから選択 した励起シーケンスに依存する。合成音声信号の一部は、基本励起シーケンスに 依存し、そして望ましい励起シーケンスを分離できる。ゼロ入力フィルタの出力 信号が基本励起シーケンスに依存しないことにより、第２図のフィルタ３４で実 施された様な音声信号経路に移動できる。 変更された合成フィルタの出力信号が知覚重付け音声信号から取り除かれるこ とにより、ゼロ入力応答フィルタ３４の信号が知覚重付け音声信号から取り除か れる。この取除きは、減算器３８により実施される。減算器３８の出力では、目 標信号ｔ（ｎ）が実現可能である。 コーダ４は、ローカルデコーダ３０を有する。ローカルデコーダ３０は、連続 的に複数の望ましい選択がなされた励起シーケンスを格納する適応コードブック ４８を有する。適応コードブック４８は、適応コードブックインデックスＩａで アドレス付けされる。適応コードブック４８の出力信号ｙａ（ｎ）は、多重器５ ２によりゲイン関数Ｇａで増減される。ローカルデコーダ３０は、複数の所定の 励起シーケンスを発生するために配置された励起発生器５０を有する。励起シー ケンスｙｆ（ｎ）は、通常、パルス励起シーケンスと呼ばれる。このシーケンス は、ゼロ値を有する多数のサンプルにより分離された複数の励起サンプルを有す る。励起サンプルの位置は、パラメータＰＨ（位相）で示される。励起サンプル は、値−１，０，＋１の何れかとることができる。励起サンプルの値は、可変値 Ｌ（ｋ）により与えられる。励起発生器５０の出力信号ｙｆ（ｎ）は、多重器５ ４のゲイン係数Ｇｆで増減される。多重器５２，５４の出力信号は、加算器５６ により励起信号ｙａｆ（ｎ）に加算される。信号Ｙａｆ（ｎ）は、次のサブフレ ームで使用するため、適応コードブック４８に格納される。 適応コードブック事前選択手段４２において、励起シーケンスの削減されたセ ットが規定される。これらシーケンスのインデックスｉａ（ｋ）は、適応コード ブック選択手段４０に提供される。適応コードブック事前選択手段４２において 、第１の規模の複雑さが軽減された合成フィルタは、本発明で使用される。さら に、全てではないが、励起シーケンスの可能性がここに開示され、励起シーケン スの削減数は少なくとも２つの位置の相互変位を有する。良好な選択は、２〜５ の幅の変位である。使用された合成フィルタの複雑さの軽減及び個々に説明され る励起シーケンス数の削減は、デコーダの複雑さの実質的な削減を提供する。 適応コードブック選択手段４０は、事前選択活性シーケンスから最適な励起シ ーケンスを導くために配置される。この選択において、完全に複雑な合成フィル タが使用され、事前選択励起シーケンスの周囲において僅かな励起シーケンスが 試みられる。試みられた励起シーケンス間の変位は、事前選択中に使用された変 位よりも小さい。この変位は、本発明のデコーダで使用される。貢献した僅かな 数の励起シーケンスのため、最終選択の付加的な複雑さは低い。適応コードブッ ク手段は同様に、重付け合成フィルタにより格納された励起シーケンスを濾波す ることにより、そして値Ｇａで号心信号を多重化することにより得られた合成信 号である信号Ｐ（ｎ）を発生する。 減算器４１は、差信号え（ｎ）を導くため、信号Ｐ（ｎ）を目標信号ｔ（ｎ） から取り除く。固定コードブック事前選択手段４６において、濾波された目標信 号ｔｆ（ｎ）の決定が信号ｅ（ｎ）から導かれる。励起シーケンスの可能性から は、最大数の濾波された目標信号に類似する励起シーケンスが事前選択され、そ してインデックスｉｆ（ｋ）が固定コードブック選択手段４６を通過する。固定 コードブック選択手段４４は、固定コードブック事前選択手段４６により事前選 択された信号から最適励起信号の検索を実施する。この検索では完全に複雑な合 成フィルタが使用される。信号Ｃ（ｋ），Ｇａ，Ｉａ，Ｇｆ，ＰＨ，Ｌ（ｋ）は 、多重器５９により単一出力ストリームに多重化される。 励起応答値ｈ（ｎ）は、励起応答演算器３６により、帰納法により予想パラメ ータａｑ（ｋ）（ｓ）から演算される。 数式２において、Ｎｍは励起応答の要求される長さである。現在のシステムに おいて、この長さは、サブフレーム中のサンプルの数に等しい。 第３図に示した適応コードブック事前選択手段４２において、目標信号ｔ（ｎ ）が時間反転器５０の入力に供給される。時間反転器５０の出力はゼロ状態フィ ルタ５２の入力に結合されている。ゼロ状態フィルタ５２の出力は、時間反転器 ５４の入力に結合されている。時間反転器５４の出力は、クロス補間器(cross c orrelator)の第１入力に結合されている。クロス補間器５６の出力は、分割器６ ４の第１入力に結合されている。適応コードブック４８の出力は、クロス補間器 ５６の第２入力に結合され、そして選択スイッチ４９を介して、複雑さが軽減さ れたゼロ状態合成フィルタ６０の入力に結合されている。選択スイッチの更なる 端子はメモリ更新ユニット５８の出力に結合されている。複雑さが軽減された合 成フィルタ６０の出力は、エネルギ積算器の入力に結合されている。エ ネルギ積算器６２の出力は、エネルギテーブル６３の入力に結合されている。エ ネルギテーブル６３の出力は分割器６４の第２入力に結合されている。分割器６ ４の出力はピーク検出器６５の入力に結合され、そしてピーク検出器６５の出力 は選択器６６の入力に結合されている。選択器６６の第１出力は、異なる励起シ ーケンスを選択するため、適応コードブック４８の入力に結合されている。事前 選択励起シーケンスを示す信号を適応コードブックから提供する選択器６６の第 ２出力は、適応コードブック４８の選択入力及びエネルギテーブル６３の選択入 力に結合されている。 適応コードブック事前選択手段４２は、適応コードブック及び対応するゲイン 係数ｇａから励起シーケンスを選択するために配置される。この操作は、数式３ で表されるエラー信号ζを最小化することとして記すことができる。 数式３において、Ｎｍはサブフレームのサンプル数である。Ｙ(l)(n)は励起シ ーケンスｃａ(l)(n)における０条帯合成フィルタの反応である。ゲイン係数ｇａ に応じて数式３を微分し、そして適切な値のｇａ用にゼロに等しい導関数を規定 することにより数式４を見いだすことができる。 数式４を数式３に代入することにより、数式５からζを求めることができる。 数式５において第２期間ｆ（ｌ）を最大にすることにより最小のζは１を越え る。ｆ（ｌ）は、数式６で表すことができる。 数式６において、ｈ（ｎ）は、数式２により演算された様な第３図のフィルタ ５２の励起応答である。 数式６は、数式７のように表すこともできる。 数式７は、適応コードブックの事前選択で使用される。数式７を使用する利点 は、数式７の分子を規定するために一つのフィルタ動作を全てのコードブックエ ントリで使う、というものである。数式６の使用は、事前選択時に影響を与えた コードブックエントリの各々について一つのフィルタ動作を必要とする。数式７ の分母を規定するため、数式６の演算について、全てのコードブック入力の濾波 が要求され、そして複雑さが軽減された合成フィルタが使用される。 ｆ（ｌ）の分母Ｅａは、複雑さが軽減された合成フィルタ６０で濾波した包含 励起シーケンスのエネルギである。実験は、単一フィルタ係数は、フレーム毎に 一回だけ更新されるよりも遅く変化する。同様に、フレーム毎に一回だけ励起シ ーケンスのエネルギを演算することが可能であるが、少しだけ変更された選択処 理が必要とされる。適応コードブックから励起シーケンスを事前選択するため、 数式７を基に、rap(i*Lm＋l)が数式８から求められる。 数式８において、ｉ及びｌは走査パラメータである。Lminは考慮された音声信 号の最小ピッチ期間である。Ｎｍはサブフレーム毎のサンプル数である。Ｓａは 連続する励起シーケンス間の変位である。Ｌｍはサブフレームに格納されたエネ ルギ値の数を規定する定数（1+(Nm-1)/Sa）である。数式８による検索は、０≦ ｌ＜Ｌｍ，０≦ｉ＜Ｓ について実施される。 この検索は、適応コードブック４８で明示された励起シーケンスの初めに対応 する第１コードブックエントリに常に含めて配置される。この配置は、エネルギ テーブル６３に格納された望ましい演算がなされたエネルギ値Ｅａの再使用を許 容する。 適応コードブック４８を更新する瞬間に、以前のサブフレームの選択した励起 信号 yaf(n)がメモリ更新ユニット５８に設けられる。選択スイッチ４９は、位 置０に存在し、そして新たに可能な励起シーケンスが複雑さを軽減した合成フィ ルタ６０により濾波される。新たに濾波された励起シーケンスのエネルギ値は、 Ｌｍメモリ位置に格納される。メモリ６３に既に存在するエネルギ値は、下方に 移動される。最も古いＬｍエネルギ値は、対応する励起シーケンスがもはや適応 コードブックに存在しないためメモリ６３から取除かれる。目標信号ｔａ（ｎ） は、時間反転器５０、フィルタ５２、そして時間反転器５４の組合せにより演算 される。補聞器５６は数式８の分子を演算し、そして分割器６４は数式８の分母 により数式８の分子を割る演算を実施する。ピーク検出器６５は、数式８の最大 値Ｐａを提供するコードブックインデックスのインデックスを規定する。選択器 ６６は、ぴく選択器５６により見いだされたＰａシーケンスの隣接する励起シー ケンスのインデックスを加算し、全てのインデックスを適応コードブック選択器 ４０に流す。 フレームの中間において（Ｓ／２サブフレームが経過した後）、ａｆの値が更 新される。次いで、選択スイッチが位置１に切替り、適応コードブック事前選択 による励起シーケンスに対応する全てのエネルギ値が再計算され、そしてメモリ ６３に格納される。 第４図の適応コードブック選択器４０において、適応コードブック４８の出力 は、（完全複雑化）ゼロ状態合成フィルタ７０の出力に結合されている。合成フ ィルタ７０は、演算器３６から励起応答パラメータを受信する。合成フィルタ７ ０の出力は、補間器７２の入力及びエネルギ積算器７４の入力に結合されている 。目標信号ｔ（ｎ）は、補間器７２の第２入力に供給される。補間器７２の出力 は、分割器７６の第１入力に結合されている。エネルギ積算器７４の出力は、分 割器の第２入力に結合されている。事前選択励起シーケンスのインデックスｉａ (ｋ)は、選択器７８の第２入力に供給される。選択器の第１出力は、適応コード ブック４８の選択入力に結合されている。選択器７８の２つの更なる出力は、出 力信号Ｇａ，Ｉａを提供する。 適切な励起シーケンスの選択は、期間ｒａ（ｒ）の最大化に対応する。この期 間ｒａ（ｒ）は数式９で示される。 数式９は、数式５の期間ｆ（ｌ）に対応する。信号y(r)(n)はフィルタ７０に より励起シーケンスを基に提供される。フィルタ７０の初期状態は、励起シーケ ンスが濾波される前に毎回ゼロに設定される。可変値ｉａ（ｒ）が事前選択励起 シーケンスのインデックスを含み、そしてインデックスの数が増大する隣接部を 含むと仮定する。これは、ｉａ（ｒ）がインデックスのＰａ個の連続するグルー プを含み、各グループが適応コードブックのＳａ個の連続的なインデックス楠を 有する。グループの第１インデックスを有するコードブックエントリ用に、y(r* Sa)(n)が数式１０により演算される。 同一である励起サンプルがy(r*Sa+1)(n)の演算結果に関連付けられることによ り、値ｙ(r*Sa+1)(n)は、y(r*Sa)(n)を基に反復的に規定できる。この反復性は 、或るグループのインデックス楠を有する全ての励起シーケンスについて提供可 能である。この反復性は、一般的に、数式１１のように表すことができる。 補間器７２は、フィルタ７０の出力信号から数式９の分子を、そして目標信号 ｔ（ｎ）を規定する。エネルギ積算器７４は、数式９の分母を規定する。分割器 の出力において、数式９の値が得られる。選択器７８は、事前選択インデックス 用に演算されるべき数式９を生じ、そして適応コードブック４８の最適インデッ クスＩａを格納する。次いで、選択器は、数式１２のゲイン値ｇを演算する。 数式１２において、ｙ^〜はインデックスＩａを有するフィルタ７０の応答であ る。ゲイン係数ｇは、選択器７８の出力に提供される量子化されたゲイン係数Ｇ ａへと非定形量子化処理により量子化される。選択器７８は同様に、適応コード ブックの影響Ｐ（ｎ）を数式１３に示すように合成信号として出力する。 第５図の固定コードブック事前選択手段において、信号e（ｎ）が後段フィル タ８０の入力に供給される。後段フィルタ８０の出力は、補間器８６の第１入力 及び位相選択器８２の入力に結合されている。位相選択器の出力は増幅選択器８ ４の入力に結合されている。増幅選択器８４の出力は、補間器８６の第２入力及 び複雑さを軽減した合成フィルタ８８の入力に結合されている。複雑さを軽減し た合成フィルタ８８の出力は、エネルギ積算器９０の入力に結合されている。 補間器８６の出力は、分割器９２の第１入力に結合されている。エネルギ積算 器９０の出力は、分割器９２の第２入力に結合されている。分割器９２の出力は 、選択器９４の入力に結合されている。選択器の出力では、固定コードブックの 事前選択された励起シーケンスのインデックスｉｆ（ｋ）を実現可能である。 後段フィルタ８０は、信号ｅ（ｎ）から後段フィルタ信号ｔｆ（ｎ）を演算す る。後段フィルタの動作は、第３図の適応コードブック事前選択手段４２の後段 濾波操作に関連した説明と同様である。固定コードブックは、３重 RPE(Regular Pulse Excitation)コードブック、即ち所定の数のゼロ値で分離された複数の等 間隔パルスを有するコードブックとして配置される。３重RPEコードブックは、 Ｎｐ個のパルスが＋１，０若しくは−１の振幅を有するであろうＮｍパルスを持 つ。これらＮｐ個のパルスは、位相ＰＨ及びパルス間隔Ｄ（０≦ＰＨ＜Ｄ）で規 定された通常グリッド上に配置される。グリッド位置 POSは、PH+D*l（０≦ｌ＜ Ｎｐ）で与えられる。取除く Nm-Npパルスはゼロである。上述の様な３重 RPEコ ードブックは、Ｄ（３^Np−１）個のエントリを有する。複雑さを軽減するため、 Ｎｆ個のエントリのサブセットを含むローカルRPEコー ドブックは、個々のサブフレーム用に発生される。このローカルRPEコードブッ クのあらゆる励起シーケンスは、間隔０≦ＰＨ＜Ｄ上を検索して位相選択器８２ により規定される同一位相ＰＨを有する。最大の位相ＰＨの値は、数式１４によ り表される。 振幅選択器８４において、２つのアレイが満たされる。第１アレイ ampは、信 号 tf(PH+D*l)に等しい変数 amp(l)を含む。この信号は、Σ関数である。第２ア レイ pos(l)は、Ｎｚ個の最大値（tf(PH+D*l)）を示すフラグを含む。これら値 について、励起パルスは、ゼロ値を得るためには許容されない。次いで、二次元 アレイcf(k)(n)が、位相ＰＨを有し、そしてアレイ amp，pos各々の内容により 挿入された要求を満たすサンプル値を有するＮｆ個の励起シーケンスで満たされ る。これら励起シーケンスは、後段の濾波した信号ｔｆ（ｎ）により示された残 りのシーケンスに最も類似する励起シーケンスである。 候補となる励起シーケンスの選択は、適応コードブック事前選択手段４２で使 用されるものと同様の原理に基づく。補間器８６は、後段濾波信号ｔｆ（ｎ）と 事前選択された励起シーケンスとの間の補間値を演算する。（複雑さが軽減され た）合成フィルタ８８は励起シーケンスを濾波するために配置され、エネルギ積 算器９０は濾波された励起シーケンスのエネルギを演算する。分割器は、励起シ ーケンスに対応するエネルギにより補間値を割る。選択器９４は、分割器９２の 出力信号のＰｆ個の最大値に対応する励起シーケンスを選択し、そして、アレイ ｉｆ（ｋ）に候補となる励起シーケンスの対応するインデックスを格納する。 第６図の固定コードブック選択手段４４において、削減コードブック９４の出 力が合成フィルタ９６の入力に結合されている。合成フィルタ９６の出力は、補 間器９８の第１入力及びエネルギ積算器 100 の入力に結合されている。信号ｅ （ｎ）は、補間器９８の第２入力に供給される。補間器９８の出力は、多重器 108 の第１入力及び分割器 102 の第１入力に結合されている。エネルギ積算器1 00の出力は、分割器102の第２入力及び多重器112の入力に結合されている。分割 器102の出力は、量子化器104の入力に結合されている。量子化器104の出力は、 多重器105の入力及び平方器110に結合されている。 多重器105の出力は、多重器108の第２入力に結合されている。平方器110の出 力は、多重器112の第２入力に結合されている。多重器108の出力は、減算器114 の第１入力に結合され、多重器112の出力が減算器114の第２入力に結合されてい る。減算器 114 の出力は、選択器 116 の入力に結合されている。選択器116の 第１出力は、削減されたコードブック９４の選択入力に結合されている。出力信 号Ｐ，Ｌ（ｋ），Ｇｆを持つ選択器116の３つの出力は、固定コードブック検索 最終結果を提供する。 固定コードブック選択手段４２において、最適な励起シーケンス用の閉ループ 検索が実施される。この検索は、ｒｆ（ｒ）の式を最大にするインデックスｒを 規定することに貢献する。ｒｆ（ｒ）は数式１５で表される。 数式１５において、y(r)(n)は濾波された励起シーケンスで、Ｇｆは数式１６ で表される最適なゲイン係数ｇの量子化変形例である。 ζの式を拡張し、γに依存しない期間を削除し、量子化したゲインＧｆにより 最適ゲインｇを移動することにより数式１５が得られる。信号y(r)(n)は、数式 １７により算出できる。 cf(if(r)(j))が、j=P+D*l（０≦ｌ＜Ｎｐ）用にゼロでない値のみを持てるた め、数式１７を数式１８のように簡略化できる。 数式１８の確定は、フィルタ９６により実施される。数式１５の分子は、補間 器９８により規定され、分母は、エネルギ積算器100により演算される。ｇの値 は、分割器102の出力で実現可能である。ｇの値は、量子化器104によりＧｆへと 量子化される。多重器108の出力では、数式１５の第１期間が可能で、多重器112 の出力では、数式１５の第２期間が可能である。ｒｆ（ｒ）の式は、除算器114 の出力で実現可能である。選択器116は、数式１５を最大になる値ｒを選択し、 出力にゲインＧＬ非ゼロ励起パルスの振幅Ｌ（ｋ）、そして励起シーケンスの最 適位相ＰＨを出力する。 第７図のデコーダ１４の入力信号は、分割器118の入力に供給される。信号Ｃ （ｋ）を提供する分割器118の第１入力は、挿入器130の入力に結合されている。 信号Ｉａを提供する分割器118の第２出力は、適応コードブック 120の入力に結 合されている。適応コードブック120の出力は、多重器124の第１入力に結合され ている。信号Ｇａを提供する分割器118の第３出力は、多重器124の第２入力に結 合されている。信号Gｆを提供する分割器118の第４出力は、多重器126の第１入 力に結合されている。信号ＰＨを提供する分割器118の第５出力は、励起発生器1 22の第１入力に結合されている。信号Ｌ（ｋ）を提供する分割器118は、励起発 生器122の第２入力に結合されている。励起発生器の出力は、多重器126の第２入 力に結合されている。多重器124の出力は、加算器128の第１入力に結合され、多 重器126の出力は、加算器128の第２入力に結合されている。 加算器128の出力は、合成フィルタ132の第１入力に結合されている。合成フ ィルタの出力は、ポストフィルタ 134の第１入力に結合されている。挿入器130 の出力は、合成フィルタ132の第２入力及びポストフィルタ134の第２入力に結合 されている。復号された出力信号は、ポストフィルタ134の出力で実現可能であ る。 適応コードブック 120は、各サブフレーム用に、インデックスＩａによる励起 シーケンスを発生する。この励起シーケンスは、多重器124により、ゲイン係数 Ｇａで増減される。励起発生器122は、各サブフレーム用に、位相ＰＨおよび振 幅値Ｌ（ｋ）により励起シーケンスを発生する。励起発生器122からの励起信号 は、多重器126によるゲイン係数Ｇｆで増減される。多重器124，126の出力信号 は、完全な励起信号を得るため、加算器128により加算される。励起信号は、そ の内容に適応する適応コードブック120に反映される。合成フィルタ132は、サブ フレーム毎に更新される挿入予測パラメータaq(k)(s)の制御の基で、加算器128 の出力において、励起信号から合成音声信号を導く。挿入予測パラメータaq(k)( s)は、パラメータＣ（ｋ）の挿入及び挿入パラメータＣ（ｋ）を予測パラメータ に変換することにより導かれる。ポストフィルタ134は、音声信号の知覚品質を 向上させるために使用される。このフィルタは、数式１９で表される伝達関数を 有する。 数式１９において、Ｇ（ｓ）はポストフィルタ134のフィルタ機能の変化する 減衰を相殺するゲイン係数である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．入力信号を送信チャネルを介して受信機に送信するための送信機を有する送 信システムであって、該送信機は、メインシーケンスから、各々該メインシーケ ンスの一部であって、これら部分は複数の位置で相互に置換されるような、複数 の励起シーケンスを得るための励起信号生成器と、励起シーケンスから得られる 合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小になるよう な該励起シーケンスを選択するための選択手段とを持つエンコーダを有し、最適 な励起シーケンスを表す信号を前記受信機に送信するように構成され、前記受信 機は、前記最適な励起シーケンスを表す前記信号から前記選択された励起シーケ ンスを得るための励起信号生成器と、前記励起信号の最適なシーケンスの各サン プルから合成信号を得るための合成フィルタとを持つデコーダを有する送信シス テムにおいて、 前記選択手段は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シ ーケンスを得るように構成され、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケン ス間の置換よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して置換され 、また、前記選択手段は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一 つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該更なる励起シ ーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエ ラーが最小となるような励起シーケンスを選択するように構成されることを特徴 とする送信システム。 ２．請求項１に記載の送信システムにおいて、 二つの励起シーケンス間の前記置換は、２番目及び５番目の位置の間である ことを特徴とする送信システム。 ３．請求項１または２に記載の送信システムにおいて、 前記エンコーダは、前記励起シーケンスから合成信号を得るための合成フィ ルタを有し、該合成フィルタは、前記デコーダ内の前記合成フィルタに対して複 雑さが軽減されたものであることを特徴とする送信システム。 ４．請求項３に記載の送信システムにおいて、 前記選択手段は、少なくとも一つの更なる励起シーケンスを選択するように 構成され、前記エンコーダは、前記少なくとも二つの励起シーケンスから付加的 な合成信号を得るように構成される付加的な合成フィルタを有し、また、前記選 択手段は、前記選択された励起信号として、前記少なくとも二つの励起シーケン スから、対応する前記付加的な合成入力信号と前記入力信号から得られる基準信 号との間のエラーが最小となるような励起シーケンスを選択するように構成され ることを特徴とする送信システム。 ５．入力信号を送信するための送信機であって、該送信機は、メインシーケンス から、各々該メインシーケンスの一部であって、これら部分は複数の位置で相互 に置換されるような、複数の励起シーケンスを得るための励起信号生成器と、励 起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間 でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択するための選択手段とを持 つエンコーダを有し、最適な励起シーケンスを表す信号を送信するように構成さ れる送信機において、 前記選択手段は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シ ーケンスを得るように構成され、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケン ス間の置換よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して置換され 、また、前記選択手段は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一 つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該更なる励起シ ーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエ ラーが最小となるような励起シーケンスを選択するように構成されることを特徴 とする送信機。 ６．請求項５に記載の送信機において、 二つの励起シーケンス間の前記置換は、２番目及び５番目の位置の間である ことを特徴とする送信機。 ７．メインシーケンスから、各々該メインシーケンスの一部であって、これら部 分は複数の位置で相互に置換されるような、複数の励起シーケンスを得るための 励起信号生成器と、励起シーケンスから得られる合成信号と入力信号から得られ る目標信号との間でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択す るための選択手段とを有し、最適な励起シーケンスを表す信号を生成するように 構成されるエンコーダにおいて、 前記選択手段は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シ ーケンスを得るように構成され、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケン ス間の置換よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して置換され 、また、前記選択手段は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一 つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該更なる励起シ ーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエ ラーが最小となるような励起シーケンスを選択するように構成されることを特徴 とするエンコーダ。 ８．請求項７に記載のエンコーダにおいて、 二つの励起シーケンス間の前記置換は、２番目及び５番目の位置の間である ことを特徴とする送信システム。 ９．入力信号を送信チャネルを介して送信するための方法であって、該方法は、 メインシーケンスから、各々該メインシーケンスの一部であって、これら部分は 複数の位置で相互に置換されるような、複数の励起シーケンスを得る工程と、励 起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間 でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択する工程と、最適な励起シ ーケンスを表す信号を送信媒体を介して送信する工程と、前記送信媒体をから受 信された信号から前記選択された励起シーケンスを得る工程と、前記励起信号の 最適なシーケンスの各サンプルから合成信号を得る工程とを有する送信方法にお いて、 前記方法は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シーケ ンスを得る工程を有し、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の置 換よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して置換され、また、 前記方法は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励 起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該更なる励起シーケンスから 得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエラーが最小と なるような励起シーケンスを選択する工程を有することを特徴とす る送信方法。 １０．入力信号を符号化するための方法であって、該方法は、メインシーケンス から、各々該メインシーケンスの一部であって、これら部分は複数の位置で相互 に置換されるような、複数の励起シーケンスを得る工程と、励起シーケンスから 得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小に なるような該励起シーケンスを選択する工程と、最適な励起シーケンスを表す信 号を生成する工程とを有する符号化方法において、 前記方法は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シーケ ンスを得る工程を有し、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の置 換よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して置換され、また、 前記方法は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励 起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該更なる励起シーケンスから 得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエラーが最小と なるような励起シーケンスを選択する工程を有することを特徴とする符号化方法 。