JPH11505637A - 複雑さが軽減された信号送信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 送信システムにおいて、信号がエンコーダ（７）において符号化される。符号化信号が送信機（２）により送信媒体（４）を介して受信機（６）に送信される。前記エンコーダにおいて、入力信号の解析パラメータが解析手段（８）により決定され、量子化手段（１４）により量子化される。前記送信機は前記受信機（６）に量子化レベル番号を送信する。前記受信機において、復号解析パラメータが解析パラメータの二つの連続する組のレベル番号を補間し、次いで対応する解析を決定することにより得られる。解析パラメータ自体に代えてレベル番号を補間することにより、大幅な演算の複雑さがセーブされる。

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、送信機を有する送信システムであって、該送信機は、この送信機の 入力信号を符号化するためのエンコーダを持ち、該エンコーダは、前記入力信号 から少なくとも一つの解析係数を得るための解析手段及び該解析係数の量子化レ ベルを表すレベル番号を得るための量子化手段を有し、前記送信機は、前記レベ ル番号を有する符号化信号を受信機に送信するように構成され、該受信機は、前 記符号化信号から復号信号を得るための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、受信機、エンコーダ、デコーダ、送信方法及び受信方 法にも関する。 背景技術 冒頭の送信システムは、１９９２年１月欧州通信標準化団体(European Teleco mmunication Standardization Insititute : ETSI)により公にされたＧＳＭ推奨 ０６．１０、ＧＳＭフルレート音声変換(GSM recommendation 06.10，GSM full rate speech transcoding)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例えば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使用することもできる。可能な応用例は、自動回答装 置または口述記録装置である。 現代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はしばしば、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、合成信号と入力信号から得ら れる目標信号との間の誤りを表す誤り信号が決定される。最小の誤りをもたらす 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。 前記合成フィルタの特性は、解析手段により前記入力信号の固有性から得られ る。通常、しばしばいわゆる予測係数の形態の解析係数が、前記入力信号から得 られる。これらの予測係数は、前記入力信号の特性変化に対処するために定期的 に更新される。これら予測係数も受信機に送信される。受信機において、前記励 起シーケンスは復元され、合成信号が該励起シーケンスを合成フィルタに適用す 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レプリ カである。 しばしば前記解析係数の更新期間は、一励起シーケンスの継続時間よりも長い 。大体において、整数個の励起シーケンスが、前記解析係数の一更新期間に適合 する。受信機において合成される信号の品質を向上させるために、既知の送信シ ステムにおいては、補間された解析係数が、各励起シーケンスに対して演算され る。連続する解析係数間の補間には、かなりの量の計算が必然的に含まれる。 補間を使用するための第２の理由は、一組の解析パラメータが誤って受信され る場合である。この誤って受信された解析パラメータの組の近似を、過去の解析 パラメータの組及び次の解析パラメータの組のレベル番号を補間することにより 得ることができる。 発明の開示 本発明は、計算の複雑さが軽減された冒頭による送信システムを提供すること を目的とする。 それゆえ、本発明による送信システムは、前記デコーダが、前記解析係数に対 応する少なくとも二つの連続して受信したレベル番号から補間されたレベル番号 を得るための補間手段、及び前記補間されたレベル番号に対応する復号解析係数 に対する値を得るための解析係数復号手段を有することを特徴とする。 レベル番号よりもより高い精密さを持つ予測係数間の補間に代えて、通常精密 さが限定された番号であるレベル番号間の補間により、補間に対して必要とされ る計算の複雑さの大幅なセービングを実現することができる。実験により、予測 係数値の補間に代えたレベル番号間の補間は、符号化品質の減少には至らないこ とが示された。 本発明のある実施例は、前記レベル番号が、第１の形式の解析係数のレベルに 対応し、前記復号解析係数は、第２の形式の解析係数であることを特徴とする。 本発明は、表または演算手段により補間されたレベル番号からの第２の形式の 予測係数の直接的な生成を可能にする。前述の標準から既知である送信システム においては、レベル番号が最初に第１の形式の予測パラメータに変換されなけれ ばならなく、補間後しか第２の形式の予測パラメータに変換することができない 。 本発明の他の実施例は、前記解析手段が、前記入力信号から複数の解析係数を 得るように構成され、前記デコーダは、必然的に含まれる前記解析係数に対する 受信したレベル番号から解析係数の指標を得るための手段を有し、前記解析係数 復号手段は、前記解析係数の指標に対応する復号解析係数を得るための共通復号 テーブル手段を有することを特徴とする。 受信したレベル番号から適切な指標を得ることにより、各予測係数に対して必 要とされる表に代えて、全ての予測係数の値を決定するための一つの単表を使用 することが可能になる。各予測係数に対する表を有する複数の表を、全ての予測 係数に対する単表により置き換える概念は、エンコーダに適用することも可能で ある。 図面の簡単な説明 ここで、本発明が、図面を参照して説明されるであろう。 図において、第１図は、本発明による送信システムを示し、 第２図は、第１図による送信システムにおいて使用される量子化器１４の一実 施例を示し、 第３図は、本発明による量子化を実行する、第２図におけるプロセッサ３２に 対するプログラムに関するフロー図を示し、 第４図は、第１図による送信システムにおいて使用される補間器２２及び復号 手段２４の組合せの一実施例を示し、 第５図は、本発明による予測係数の補間及び復号を実行する、第４図における プロセッサ９２に対するプログラムに関するフロー図を示している。 発明を実施するための最良の形態 第１図による送信システムにおいて、入力信号は、送信機２の入力に供給され る。送信機２において、前記入力信号は、エンコーダ７の入力に供給される。エ ンコーダ７において、前記入力は、ここでは線形予測解析手段である解析手段８ 及び励起信号決定手段９の入力に接続されている。線形予測解析手段８は、解析 係数を表す出力信号ａ［ｋ］を持つ線形予測器１０、及び出力信号ｒ［ｋ］また 他の例ではＬＡＲ［ｋ］を持つ係数コンバータ１２の縦続接続を有している。 線形予測解析手段８の出力は、量子化手段１４の入力に接続されている。量子 化手段１４の出力は、マルチプレクサ１６の入力、及び励起信号決定手段９の入 力に接続されている。励起信号励起手段９の出力は、マルチプレクサ１６の第２ の入力に接続されている。マルチプレクサ１６の出力信号は、送信機２により送 信媒体４を介して受信機６に送信される。 受信機６の入力信号は、デマルチプレクサ２０の入力に供給される。デマルチ プレクサ２０の第１及び第２の出力は、デコーダ１８の対応する入力に接続され ている。デコーダ１８の第１の入力は、補間手段２２の入力に接続されている。 補間手段２２の出力は、ここでは予測係数復号手段である解析係数復号手段２４ フィルタ２８の入力に接続されている。 デコーダ１８の第２の入力は、励起信号生成器２６の入力に接続されている。 励起信号生成器２６の出力は、合成フィルタ２８の第２の入力に接続されている 。当該受信機の出力信号は、合成フィルタ２８の出力において有効になる。 第１図の送信システムにおいて、前記入力信号が各々Ｓ個のサブフレームから なる複数フレームに分割されると仮定する。線形予測解析手段８は、各フレーム に対してＰ個の予測係数を決定するように構成される。線形予測器１０は、予測 係数ａ［０］．．．ａ［Ｐ−１］を決定する。ここで、係数ａ［ｋ］は、予測誤 りＥが最小になるように選択される。予測係数ａ［ｋ］及び他の予測係数の形式 の決定は、当業者にとって周知であり、例えば、Douglas O'Shaughnessy による 文献“Speech Communication”のチャプター８、３３６〜３７８頁に記載されて い る。 係数コンバータ１２は、予測器１０により決定された予測係数を量子化及び送 信に対してより適した異なる予測係数の形式に変換する。第１の可能性は、前記 係数コンバータが前記係数ａ［ｋ］を反射係数ｒ［ｋ］に変換することである。 これら反射係数を、 に応じたログ領域比(Log Area Ratios:LARs)に変換することも可能である。 ＬＡＲが使用される場合、これらの係数は量子化ステップδでもって量子化器 １４により一様に量子化される。決定レベルは、±１・δ（１は正の整数）によ り与えられ、表現レベルは、±（1/2＋１）・δである。各表現レベルに対して 、マルチプレクサ１６に送られるレベル番号が割当てられる。反射係数が使用さ れる場合、これらの係数は量子化器１４により非一様に量子化される。決定レベ ルは、 により与えられ、表現レベルは、 により与えられる。この場合も、レベル番号が各表現レベルに対して割当てられ 、該レベル番号はマルチプレクサ１６に送られる。 励起信号決定手段９は、受信機内の合成フィルタ２８で使用されるべき励起信 号を決定する。この励起信号は、当業者にとって既知である様々な方法で決定す ることができる。例えば、ＧＳＭ０６．１０推奨に述べられているように、解析 フィルタにより入力信号を濾波し、励起信号としてこの解析フィルタの出力にお ける残留信号の符号化バージョンを用いることが可能である。また、ＣＥＬＰ(C ode Excited Linear Prediction)符号化技術を用いる送信システムで行われるよ うな、合成方法による解析により限定数の可能な励起から最適な励起信号を決定 することも可能である。 符号化された励起信号は、マルチプレクサ１６において前記予測係数のレベル 番号と多重される。マルチプレクサ１６の出力信号は、受信機６に送信される。 受信機６において、デマルチプレクサ２０は、前記符号化された励起信号と前 記予測係数のレベル番号とを分離する。前述のように、予測係数は、Ｓ個の励起 サブフレーム毎に一回のみ更新される。補間器２２は、全ての予測係数に対する 各サブフレームに対して、 に応じて補間されたレベル番号Ｉ［ｋ］を決定する。式（４）において、Ｃ_P［ ｋ］は過去のレベル番号の組を表し、Ｃ［ｋ］は更新されたレベル番号の組を表 している。ｓは必然的に含まれるサブフレームの数を表している。予測係数デ 成フィルタに供給され、該合成フィルタは、前記励起生成器により生成される励 起信号から前記送信機の入力信号の合成レプリカを生成する。 量子化器１４において、前記予測係数ｒ［ｋ］は、プロセッサ３２の第１の入 力に供給される。出力信号ｋを送出するプロセッサ３２の第１の出力は、メモリ ユニット３４に接続されている。出力信号Ｉ及びＮを送出するメモリユニット３ ４の出力は、プロセッサ３２の第２の入力に接続されている。出力信号Ｌを送出 するプロセッサ３２の第２の出力は、メモリユニット３０の入力に接続されてい る。メモリユニット３０の出力は、プロセッサ３２の第３の入力に接続されてい る。レベル番号Ｃ［ｋ］は、プロセッサ３２の第３の出力において有効になる。 第３図は、量子化処理を実行するプロセッサ３２に対するプログラムのフロー チャートを示している。第３図において、ラベル付きブロック内の各書込は、以 下の意味を持っている。 第３図によるフローグラフのインストラクション４０において、当該プログラ ムが開始され、関連する変数が初期化される。インストラクション４２において 、ｋの値が０に設定され、予測係数ｒ［０］が指示される。インストラクション ４４において、メモリ手段３０に記憶されている第１の基準レベルの指標Ｉ及び ｒ［ｋ］の量子化に必然的に含まれる基準レベルの数が、メモリ手段３４から読 出される。メモリ手段３４は、以下に与えられる表１に応じたｋの関数としての Ｉ及びＮの値を記憶している。 この表においては、２０個の予測係数が考慮されている。 インストラクション４６において、メモリ手段３０で使用されるべき最大の指 標及び最小の指標の値が、メモリ手段３４から読出されるＮ及びＩから演算され る。インストラクション４８において、指標Ｉ_LOWで記憶されている基準値ＲＥ Ｆが、メモリ手段３０から読出される。指標Ｉの関数としての基準値ＲＥＦが、 以下の表２に与えられている。 表２の値は、種々の１の値に対しδ＝０．２５で式（２）を演算することにより 決定されている。 インストラクション６０において、ｒ［ｋ］の値が、ＲＥＦ［Ｉ_LOW］の値と 比較される。ｒ［ｋ］がＲＥＦ［Ｉ_LOW］より小さいか等しい場合、レベル番号 Ｃ［ｋ］がインストラクション６４においてＩ_LOWに等しくされる。次いで、当 該プログラムはインストラクション８０に続く。ｒ［ｋ］がＲＥＦ［Ｉ_LOW］よ りも大きい場合、ＲＥＦ［Ｉ_HIGH］の値がインストラクション６２においてメモ リユニット３０から読出される。インストラクション６８において、ｒ［ｋ］の 値がＲＥＦ［Ｉ_HIGH］と比較される。ｒ［ｋ］の値がＲＥＦ［Ｉ_HIGH］よりも大 きい場合、レベル番号Ｃ［ｋ］がインストラクション６６においてＩ_HIGHに等し くされる。次いで、当該プログラムはインストラクション８０に続く。 ｒ［ｋ］の値がＲＥＦ［Ｉ_HIGH］よりも小さいか等しい場合、Ｉの値がインス トラクション７０において増加される。インストラクション７２において、次の 基準値ＲＥＦ［Ｉ］がメモリ手段３２から読出される。インストラクション７４ において、ｒ［ｋ］が過去の基準値と現在の基準値との間の値を持つかどうかチ ェックされる。この場合、インストラクション７８においてレベル番号Ｃ［ｋ］ はＩに等しくされる。もしそうでないなら、ＩがＩ_HIGHと比較される。ＩがＩ_{HI GH} よりも小さい場合、当該プログラムはインストラクション７０に前記次の基準 値を持って続く。ＩがＩ_HIGHよりも大きいか等しい場合、当該プログラムはイン ストラクション８０に続く。 インストラクション８０において、レベル指標Ｃ［ｋ］の値がＩ_LOWで減少さ れる。これにより、０から最大値までの値を持つようなレベル番号に到達するこ とになる。 インストラクション８２において、ｋの値が、次の予測パラメータの量子化を 処理するために増加される。インストラクション８４において、ｋが予測オーダ Ｐと比較される。ｋがＰよりも小さい場合、当該プログラムはインストラクショ ン４４において前記次の予測パラメータｒ［ｋ］の量子化を続ける。そうでない なら、当該プログラムはインストラクション８６において終了する。 第４図による補間器２２及び予測係数デコーダ２４の組合せにおいて、レベル 番号Ｃ［ｋ］は、プロセッサ９２の第１の入力に供給される。出力信号ｋを送出 するプロセッサ９２の第１の出力は、メモリユニット９４に接続されている。出 力信号Ｏを送出するメモリユニット９４の出力は、プロセッサ９２の第２の入力 に接続されている。出力信号Ｍを送出するプロセッサ９２の第２の出力は、メモ リユニット９０の入力に接続されている。メモリユニット９０の出力は、プロセ 第３の出力において有効になる。 第５図は、補間器２２及び予測係数デコーダ２４の機能を実行するプロセッサ ９２に対するプログラムのフローチャートを示している。第５図において、ラベ ル付きブロック内の各書込は以下の意味を持つ。 インストラクション９０において、第５図のフローチャートに応じたプログラ ムが開始される。インストラクション９２において、ｓが第１のサブフレームを 指示する０に設定される。インストラクション９６において、補間されたレベル 番号ＴＭＰが、過去のレベル番号の組Ｃ_P［ｋ］と現在のレベル番号の組Ｃ［ｋ ］から演算される。 置Ｏがメモリ手段９４から読出される。メモリ手段９４は、表１と同様の表を保 持しているが、復号に対して必要とされないのでＮの数はない。 インストラクション１００において、レベル番号ＲＯＵＮＤ（ＴＭＰ）に対応 ３に与えられている。 表３の各エントリ(entries)は、δ−０．２５を用いて式（３）により決定さ 対する準備として増加される。インストラクション１０６において、ｋがＰと比 するためにインストラクション９６に続けられる。そうでないなら、ｓの値がイ ンストラクション１０８において増加される。インストラクション１１０におい て、ｓの値がＳと比較される。ｓがＳよりも小さい場合、当該プログラムは、次 続けられる。そうでないなら、当該プログラムはインストラクション１１２にお いて終了する。 表２及び３をより多量のエントリを持つ一つの単表に組合わせることが可能で ある。この単表は、表４として以下に与えられている。表４の偶数エントリは 表４をアドレス可能にするために、第３図及び第５図によるプログラムを少し 変形する必要がある。第３図によるプログラムにおいては、インストラクション ４８、６２、６８、７２及び７４において、ＲＥＦ［ｘ］をアドレスするために 使用される指標ｘを、２ｘ＋１で置換する必要がある。例えば、インストラクシ ョン４８を、ＲＥＡＤＲＥＦ［２・_LOW2＋１］に変形する必要がある。 におけるインストラクション１００を、Ｍ＝２・Ｏ＋ＲＯＵＮＤ（２・ＴＭＰ） に変形する必要がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．送信機を有する送信システムであって、該送信機は、この送信機の入力信号 を符号化するためのエンコーダを持ち、該エンコーダは、前記入力信号から少な くとも一つの解析係数を得るための解析手段及び該解析係数の量子化レベルを表 すレベル番号を得るための量子化手段を有し、前記送信機は、前記レベル番号を 有する符号化信号を受信機に送信するように構成され、該受信機は、前記符号化 信号から復号信号を得るためのデコーダを有する送信システムにおいて、 前記デコーダは、前記解析係数に対応する少なくとも二つの連続して受信し たレベル番号から補間されたレベル番号を得るための補間手段、及び前記補間さ れたレベル番号に対応する復号解析係数に対する値を得るための解析係数復号手 段を有す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、 前記レベル番号は、第１の形式の解析係数のレベルに対応し、前記復号解析 係数は、第２の形式の解析係数であることを特徴とする送信システム。 ３．請求項２に記載の送信システムにおいて、 前記第１の形式の解析係数は、対数領域比(log area ratios)を有し、前記 第２の形式の解析係数は、反射係数を有することを特徴とする送信システム。 ４．請求項１乃至３の何れか一項に記載の送信システムにおいて、前記解析手段 は、前記入力信号から複数の解析係数を得るように構成され、前記デコーダは、 必然的に含まれる前記解析係数に対する受信したレベル番号から解析係数の指標 を得るための手段を有し、前記解析係数復号手段は、前記解析係数の指標に対応 する復号解析係数を得るための共通復号テーブル手段を有することを特徴とする 送信システム。 ５．請求項１乃至４の何れか一項に記載の送信システムにおいて、前記解析手段 は、複数の解析係数を決定するように構成され、前記量子化手段は、前記解析係 数のレベル番号を決定するために、前記解析係数の少なくとも一つと、指標の関 数として符号化テーブル手段に記憶されている複数の基準レベルの少なく とも一つとを比較するための比較手段、及び前記複数の解析係数の少なくとも一 つに対して、前記解析係数の量子化に必然的に含まれる前記符号化テーブル手段 の指標を決定するためのレベル決定手段を有することを特徴とする送信システム 。 ６．少なくとも一つの解析係数の量子化レベル番号を有する符号化信号を受信す るための受信機であって、前記符号化信号から復号信号を得るためのデコーダを 有する受信機において、前記デコーダは、前記解析係数に対応する少なくとも二 つの連続して受信したレベル番号から補間されたレベル番号を得るための補間手 段、及び前記補間されたレベル番号に対応する復号解析係数に対する値を得るた めの復号テーブル手段を有することを特徴とする受信機。 ７．請求項６に記載の受信機において、 前記デコーダは、少なくとも一つの解析係数に対する前記受信したレベル番 号から前記復号テーブル手段に対する指標を得るための手段を有し、前記復号テ ーブル手段は、必然的に含まれる前記解析係数に対する共通テーブル手段を有す ることを特徴とする受信機。 ８．自身の入力信号を符号化するためのエンコーダを有する送信機であって、該 エンコーダは、前記入力信号から少なくとも一つの解析係数を得るための解析手 段及び該解析係数の量子化レベルを表すレベル番号を得るための量子化手段を有 し、前記送信機は、前記レベル番号を有する符号化信号を送信するように構成さ れる送信機において、 前記解析手段は、複数の解析係数を決定するように構成され、前記量子化手 段は、前記解析係数のレベル番号を決定するために、少なくとも一つの前記解析 係数と、指標の関数として符号化テーブル手段に記憶されている複数の基準レベ ルの少なくとも一つとを比較するための比較手段、及び前記複数の解析係数の少 なくとも一つに対して前記解析係数の量子化に必然的に含まれる前記符号化テー ブル手段の指標を決定するためのレベル決定手段を有することを特徴とする送信 機。 ９．少なくとも一つの解析係数の量子化レベル番号を有する符号化信号から復号 信号を得るためのデコーダにおいて、 前記デコーダは、前記解析係数に対応する少なくとも二つの連続して受信し たレベル番号から補間されたレベル番号を得るための補間手段、及び前記補間さ れたレベル番号に対応する復号解析係数に対する値を得るための解析係数復号手 段を有することを特徴とするデコーダ。 １０．入力信号から符号化信号を得るためのエンコーダであって、該入力信号か ら少なくとも一つの解析係数を得るための解析手段及び前記解析係数のレベル番 号の量子化レベルを表すレベル番号を得るための量子化手段を有することを特徴 とするエンコーダにおいて、 前記解析手段は、複数の解析係数を決定するように構成され、前記量子化手 段は、前記解析係数のレベル番号を決定するために、前記解析係数の少なくとも 一つと、指標の関数として符号化テーブル手段に記憶されている複数の基準レベ ルの少なくとも一つとを比較するための比較手段、及び前記複数の解析係数の少 なくとも一つに対して、前記解析係数の量子化に必然的に含まれる前記符号化テ ーブル手段の指標を決定するためのレベル決定手段を有することを特徴とするエ ンコーダ。 １１．入力信号の符号化工程であって、前記入力信号から少なくとも一つの解析 係数を得る工程及び前記解析係数の量子化レベルを表すレベル番号を得る工程を 有する符号化工程と、送信媒体を介して前記レベル番号を有する符号化信号を送 信する工程と、前記送信媒体から前記符号化信号を受信する工程と、前記符号化 信号から復号信号を得る工程とを有する送信方法において、 前記解析係数に対応する少なくとも二つの連続して受信したレベル番号から 補間されたレベル番号を得る工程と、解析係数復号手段により前記補間されたレ ベル番号に対応する復号解析係数に対する値を得る工程とを有することを特徴と する送信方法。