(57)【要約】  音声通信システムは、音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとする音声符号化手段と、誤り検出処理により、誤りが検出される頻度に基づき、該頻度が低い時は、コアレイヤと拡張レイヤ両方のビット列を使用して音声復号し、該頻度が高い時には、コアレイヤの全ビットまたは一部のビットのみを使用して音声復号する音声復号手段と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し、音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
前記該音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、
を備え、
前記音声符号化手段は、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列を送出し、前記拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずにビット列を送出し、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、前記コアレイヤのビット列については、誤り訂正復号、誤り検出処理を行い、
前記音声復号手段は、該誤り検出処理により、誤りが検出される頻度に基づき、該頻度が低い時は、前記コアレイヤと前記拡張レイヤ両方のビット列を使用して音声復号し、該頻度が高い時には、前記コアレイヤの全ビットまたは一部のビットのみを使用して音声復号する
音声通信システム。
【請求項２】
請求項１の音声通信システムにおいて、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段と第２の誤り検出／誤り訂正符号化手段とを備え、
前記音声符号化手段はが、スペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報および第１のゲイン情報を求め、それらを符号化した結果である音声情報ビット列を出力し、
前記第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段は、該音声情報ビット列の全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化したビット列を出力すると共に、
前記音声符号化手段は、第２のゲイン情報を求め、それを符号化した結果である第２のゲイン情報ビット列を出力し、
前記第２の誤り検出／誤り訂正符号化手段は、該第２のゲイン情報ビット列に対して誤り検出／訂正符号化したビット列を送出する。
【請求項３】
請求項２の音声通信システムにおいて、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は第１の誤り訂正復号／誤り検出手段と第２の誤り訂正復号／誤り検出手段とを備え、
前記第１の誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、該受信したビット列のうち前記第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段により誤り保護されたビットに対して、誤り訂正復号と誤り検出を行い、誤り訂正後の音声情報ビット列を出力し、
前記音声復号手段は、前記誤り訂正後の音声情報ビット列に含まれる前記スペクトル包絡情報と、前記低周波数帯域の有声／無声識別情報と、前記高周波数帯域の有声／無声識別情報と、前記ピッチ周期情報および前記第１のゲイン情報の各パラメータとを分離して復号すると共に、
前記第２の誤り訂正復号／誤り検出手段は、第２のゲイン情報を誤り検出／訂正符号化したビット列を受信し、訂正復号と誤り検出を行った後、前記音声復号手段が、前記第２のゲイン情報を復号し、
さらに前記音声復号手段は、
低周波数帯域では、該低周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて、ピッチ周期情報が示すピッチ周期で発生させたピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して低周波数帯域の混合信号を作成し、
高周波数帯域では、前記スペクトル包絡情報からスペクトル包絡振幅を求め、周波数軸上で分割された帯域毎にスペクトル包絡振幅の平均値を求め、前記スペクトル包絡振幅の平均値が最大となる帯域を決定した結果と、前記高周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて帯域毎に前記ピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して混合信号を生成し、高周波数帯域で分割された全ての帯域の混合信号を加算して高周波数帯域の混合信号を生成し、
前記低周波数帯域の混合信号と前記高周波数帯域の混合信号を加算して混合音源信号を生成し、
該混合音源信号に対し前記スペクトル包絡情報を付加した後、前記第２のゲイン情報の誤り検出の結果、誤りが検出されない場合は、前記第１のゲイン情報と前記第２のゲイン情報を両方付加して再生音声を生成し、誤りが検出された場合は、前記第１のゲイン情報のみを付加して再生音声を生成する。
【請求項４】
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
該音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、
を備え、
前記音声符号化手段、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列を複数回繰り返してに送出し、該拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずに1回または複数回繰り返してに送出し、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、前記コアレイヤのビット列については、複数回繰り返して送信されたビットに対応する受信信号を合成した後、誤り訂正復号、誤り検出処理を行い、前記拡張レイヤのビットについては、複数回繰り返して送信された場合には、複数回繰り返して送信されたビットに対応する受信信号を合成した後、前記誤り訂正復号、誤り検出処理されたコアレイヤのビット列と共に音声復号に使用する
音声通信システム。
【請求項５】
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
該音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、
を備え、
前記音声符号化手段は、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列については高い送信電力を使用して伝送し、該拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずに低い送信電力を使用して伝送する
音声通信システム。
【請求項６】
請求項１、４および５のいずれか１つの音声通信システムにおいて、
前記音声符号化手段は、線形予測分析・合成方式の音声符号化により、スペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報およびゲイン情報と、を求め、それらを符号化した結果である音声情報ビット列を出力する。
【請求項７】
請求項１、４および５のいずれか１つの音声通信システムにおいて、
前記音声復号手段は、
前記音声情報ビット列に含まれるスペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報およびゲイン情報と、の各パラメータとを分離して復号し、
低周波数帯域では、該低周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて、ピッチ周期情報が示すピッチ周期で発生させたピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して低周波数帯域の混合信号を作成し、
高周波数帯域では、前記スペクトル包絡情報からスペクトル包絡振幅を求め、周波数軸上で分割された帯域毎にスペクトル包絡振幅の平均値を求め、前記スペクトル包絡振幅の平均値が最大となる帯域を決定した結果と、前記高周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて帯域毎に前記ピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して混合信号を生成し、高周波数帯域で分割された全ての帯域の混合信号を加算して高周波数帯域の混合信号を生成し、
前記低周波数帯域の混合信号と前記高周波数帯域の混合信号を加算して混合音源信号を生成し、該混合音源信号に対し前記スペクトル包絡情報および前記ゲイン情報を付加して再生音声を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、特許文献１および非特許文献１に示された音声情報速度１．６ｋｂｐｓの音声符号化復号方法について、図１〜図９を用いて説明する。
図１に従来方式の音声符号化器の構成を示す。フレーム化器111は、１００〜３８００Ｈｚで帯域制限された後、８ｋＨｚで標本化され、少なくとも１２ビットの精度で量子化された入力音声サンプル(a1)を蓄えるバッファであり、１音声符号化フレーム（２０ｍｓ）毎に音声サンプル（１６０サンプル）を取り込み、音声符号化処理部へ(b1)として出力する。以下では１音声符号化フレーム毎に実行される処理について説明する。【０００３】
ゲイン計算器112は(b1)のレベル情報であるＲＭＳ(Root Mean Square)値の対数を計算し、その結果である(c1)を出力する。量子化器１_113は(c1)を５ビットで線形量子化し、その結果である(d1)をビットパッキング器125へ出力する。線形予測分析器114は、(b1)をDurbin-Levinson法を用いて線形予測分析し、スペクトル包絡情報である１０次の線形予測係数(e1)を出力する。
ＬＳＦ係数計算器115は、１０次の線形予測係数(e1)を１０次のＬＳＦ（Line Spectrum Frequencies）係数(f1)に変換する。
量子化器２_116は、３段（7，6，5 bit）の多段ベクトル量子化を用い、無記憶ベクトル量子化と予測（記憶）ベクトル量子化を切り替えて使用する構成とし、その切替えに1bit割り当てことにより１０次のＬＳＦ係数(f1)を１９(=1+7+6+5)ビットで量子化し、その結果であるＬＳＦパラメータインデックス(g1)をビットパッキング器125へ出力する。ＬＰＦ（ローパスフィルタ）120は(b1)をカットオフ周波数１０００Ｈｚでフィルタリングし、(k1)を出力する。ピッチ検出器121は、(k1)からピッチ周期を求め、（m1）として出力する。【０００４】
ピッチ周期は正規化自己相関関数が最大となる遅延量として与えられるが、この時の正規化自己相関関数の最大値(l1)も出力される。正規化自己相関関数の最大値の大きさは、入力信号(b1)の周期性の強さを表す情報であり、後述の非周期フラグ発生器122で用いられる。
また正規化自己相関関数の最大値(l1)は、後述の相関係数補正器119で補正された後、有声／無声判定器126における有声／無声判定に用いられる。そこでは、補正後の正規化自己相関関数の最大値(j1)が閾値（＝０．６）以下であれば無声、そうでなければ有声と判定され、その結果である有声／無声フラグ(s1)が出力される。ここで、有声／無声フラグは請求項での低周波数帯域の有声／無声識別情報に相当する。量子化器３_123は(m1)を入力し対数変換した後、９９レベルで線形量子化し、その結果であるピッチインデックス(o1)を周期／非周期ピッチおよび有声／無声情報コード発生器127へ出力する。【０００５】
図２は従来方式のピッチ周期とインデックスの関係を示す図である。
図２に量子化器３_123への入力であるピッチ周期（２０〜１６０サンプルの範囲をとる）とその出力であるインデックスの値（０〜９８の範囲をとる）の関係を示す。
非周期フラグ発生器122は、正規化自己相関関数の最大値(l1)を入力し、閾値（＝０．５）より小さければ非周期フラグをＯＮにセット、そうでなければＯＦＦにセットして、非周期フラグ（１ビット）(n1)を非周期ピッチインデックス生成器124および、周期／非周期ピッチおよび有声／無声情報コード発生器127へ出力する。非周期フラグ(n1)がＯＮであれば、現フレームが非周期性をもつ音源であることを意味する。ＬＰＣ分析フィルタ117は１０次の線形予測係数(e1)を係数として用いる全零型フィルタであり、入力音声（b1）からスペクトル包絡情報を除去し、その結果である残差信号(h1)を出力する。ピーキネス計算器118は、残差信号(h1)を入力し、ピーキネス値を計算し(i1)として出力する。ピーキネス値とは、信号中にピークをもつパルス的な成分（スパイク）が存在する可能性を表すパラメータであり（式１）で与えられる。【０００６】
【数１】
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【０００７】
ここで、Ｎは１フレーム中のサンプル数、ｅｎは残差信号である。（式１）の分子は分母に比べ大きな値の影響を受けやすいので、ｐは残差信号中に大きなスパイクが存在する時に大きな値となる。従って、ピーキネス値が大きいほど、そのフレームが、過渡部に多くみられるジッタを有する有声フレーム、または破裂音フレームである可能性が大きくなる（これらのフレームでは、部分的にスパイク（鋭いピーク）を持つが、その他の部分は、白色雑音に近い性質の信号になっているため）。
相関係数補正器119は、ピーキネス値(i1)が“１．３４”より大きければ、正規化自己相関関数の最大値(l1)を“１．０（有声を示す）”にセットし(j1)を出力する。ピーキネス値の計算および相関関数補正処理は、ジッタを有する有声フレーム、または破裂音フレームを検出し、正規化自己相関関数の最大値を“１．０（有声を示す値）”に補正するための処理である。【０００８】
ジッタを有する有声フレーム、または破裂音フレームでは、部分的にスパイク（鋭いピーク）を持つが、その他の部分は、白色雑音に近い性質の信号になっているため、補正される前の正規化自己相関関数は“０．５”より小さくなる可能性が大きい（つまり、非周期フラグがＯＮにセットされている可能性が大きい）。一方、ピーキネス値は大きくなる。従って、ピーキネス値によりジッタを有する有声フレーム、または破裂音フレームを検出して正規化自己相関関数を“１．０”に補正すると、その後の有声／無声判定器126における有声／無声判定おいて有声と判定され、復号の際に非周期パルスを音源に用いられることになるため、ジッタを有する有声フレーム、または破裂音フレームの音質は改善される。
非周期ピッチインデックス生成器124は、非周期フレームにおけるピッチ周期(m1)を２８レベルで不均一量子化しインデックス(p1)を出力する。その処理内容を以下に示す。まず、有声／無声フラグ(s1)が有声、かつ、非周期フラグ(n1)がＯＮになっているフレーム（過渡部でのジッタを有する有声フレーム、または破裂音フレームに対応）に対し、ピッチ周期の度数を調べた結果を図３に、その累積度数を図４に示す。【０００９】
図３は従来方式のピッチ周期の度数を示す図である。図４は従来方式のピッチ周期の累積度数を示す図である。
図３と図４は男女各４名（６音声サンプル／各１名）で構成される合計１１２．１２[s]（５６０６フレーム）の音声データについて測定した結果である。上記の条件（有声／無声フラグ(s1)が有声、かつ、非周期フラグ(n1)がＯＮ）を満たすフレームは、５６０６フレーム中４２５フレーム存在した。図３より、その条件を満たすフレーム（以後、非周期フレームと記す）におけるピッチ周期の分布はおよそ２５〜１００に集中していることが分かる。よって、度数（出現頻度）に基づく不均一量子化を行えば、すなわち、度数が大きなピッチ周期ほど細かく、それが小さいピッチ周期ほど荒く量子化すれば高能率に伝送できる。また、復号器では、非周期フレームのピッチ周期は（式２）により計算される。
非周期フレームのピッチ周期＝
伝送されたピッチ周期(1.0＋0.25×乱数値)
・・・（式２）
（式２）の伝送されたピッチ周期とは、非周期ピッチインデックス生成器124の出力であるインデックスにより伝送されるピッチ周期であり、(1.0＋0.25×乱数値)を乗算することによりピッチ周期毎にジッタが付加される。したがって、ピッチ周期が大きいほど、ジッタの量も大きくなるため、荒い量子化が許される。上記に基づいた非周期フレームのピッチ周期に対する量子化テーブルを表１に示す。表１では、入力ピッチ周期が２０〜２４の範囲を１レベル、２５〜５０の範囲を１３レベル（２ステップ幅）、５１〜９５の範囲を９レベル（５ステップ幅）、９６〜１３５の範囲を４レベル（１０ステップ幅）、１３６〜１６０の範囲を１レベルで量子化し、インデックス（非周期０〜２７）を出力する。通常のピッチ周期の量子化は、６４レベル以上必要であるのに対し、非周期フレームのピッチ周期の量子化は、度数、復号方法を考慮することにより、２８レベルで量子化することが可能となる。【００１０】
【表１】
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【００１１】
周期／非周期ピッチおよび有声／無声情報コード生成器127は、有声／無声フラグ(s1)、非周期フラグ(n1)、ピッチインデックス(o1)、非周期的ピッチインデックス(p1)を入力し、７ビット（１２８レベル）の周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(t1)を出力する。ここでの処理を以下に述べる。
有声／無声フラグ(s1)が無声を示す場合は、７ビットの符号（１２８種類の符号語を持つ）うち、７ビットが全て０の符号語を割り当てる。同フラグが有声を示す場合は、残りの符号語（１２７種類）を非周期フラグ(n1)に基づき、ピッチインデックス(o1)または非周期ピッチインデックス(p1)に割り当てる。非周期フラグ(n1)がＯＮの時は、非周期ピッチインデックス(p1)（非周期０〜２７）を７ビット中１ビットおよび２ビットが１となる符号語（２８種類）を割り当てる。その他の符号語（９９種類）は周期的なピッチインデックス(o1)（周期０〜９８）に割り当てる。以上に基づく周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コードの生成テーブルを表２に示す。
通常、伝送誤りにより有声／無声情報に誤りが発生し、無声フレームが誤って有声フレームとして復号された場合、周期的音源が使用されるため再生音声の品質は著しく劣下する。非周期ピッチインデックス(p1)（非周期０〜２７）を７ビット中１ビットおよび２ビットが１となる符号語（２８種類）に割り当てることにより、無声の符号語（0x0）が伝送誤りにより１または２ビット誤ったとしても、非周期的なピッチパルスにより音源信号が作られるため、伝送誤りによる影響を軽減することが出来る。【００１２】
【表２】
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【００１３】
ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）128は(b1)をカットオフ周波数１０００Ｈｚでフィルタリングし、高周波数成分（１０００Ｈｚ以上の成分）(u1)を出力する。相関係数計算器129は、(u1)に対してピッチ周期（m1）で与えられる遅延量における正規化自己相関関数（v1）を計算し出力する。有声／無声判定器130は、正規化自己相関関数(v1)が閾値（＝０．５）以下であれば無声、そうでなければ有声と判定し、その結果である高域有声／無声フラグ(w1)を出力する。ここで、高域有声／無声フラグは請求項での高周波数帯域の有声／無声識別情報に相当する。
ビットパッキング器125は、量子化されたＲＭＳ値（ゲイン情報）(d1)、ＬＳＦパラメータインデックス(g1)、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(t1)および高域有声／無声フラグ(w1)を入力して、１フレーム（２０ｍｓ）当たり３２ビットの音声情報ビット列(q1)を出力する（表３）。【００１４】
【表３】
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【００１５】
次に、図５を用いて従来の音声復号器の構成について説明する。図５は従来方式の音声復号器の一例を示す図である。
ビット分離器(131)は１フレーム毎に受信した３２ビットの音声情報ビット列(a2)をパラメータ毎に分離し、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(b2)、高域有声／無声フラグ(f2)、ゲイン情報(m2)およびＬＳＦパラメータインデックス(h2)を出力する。有声／無声情報・ピッチ周期復号器132は周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(b2)を入力し、表２に基づき、無声／周期的／非周期的のうちどれであるかを求め、無声ならば、ピッチ周期(c2)を“５０”にセット、有声／無声フラグ(d2)を“０”にセットして出力する。
周期的および非周期的の場合は、ピッチ周期(c2)を復号処理（非周期的の場合は表１を用いる）して出力し、有声／無声フラグ(d2)を“１．０”にセットして出力する。
ジッタ設定器133は、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(b2)を入力し、表２に基づき、無声／周期的／非周期的のうちどれであるかを求め、無声または非周期的を示す場合は、ジッタ値(e2)を“０．２５”にセットして出力する。周期的を示す場合は、ジッタ値(e2)を“０”にセットして出力する。【００１６】
ＬＳＦ復号器138はＬＳＦパラメータインデックス(h2)から１０次のＬＳＦ係数(i2)を復号し出力する。傾斜補正係数計算器137は、１０次のＬＳＦ係数(i2)から傾斜補正係数(j2)を計算する。傾斜補正係数は、後述の適応スペクトルエンハンスメントフィルタ145において、スペクトルの傾きを補正して音のこもりを低減するための係数である。
ゲイン復号器139はゲイン情報(m2)を復号し、ゲイン(n2)を出力する。線形予測係数計算器１_136は、ＬＳＦ係数(i2)を線形予測係数に変換し、線形予測係数(k2)を出力する。
スペクトル包絡振幅計算器135は、線形予測係数(k2)からスペクトル包絡振幅(l2)を計算する。ここで、有声／無声フラグ(d2)、高域有声／無声フラグ(f2)はそれぞれ請求項での、低周波数帯域の有声／無声識別情報、高周波数帯域の有声／無声識別情報に相当する。【００１７】
以下にパルス音源／雑音音源混合比計算器134の構成について図６を用いて説明する。
図６はパルス音源／雑音音源混合比計算器の構成を示しており、図５における有声／無声フラグ(d2)、スペクトル包絡振幅(l2)、および高域有声／無声フラグ(f2)を入力し、各帯域（サブバンド）の混合比(g2)を決定し出力する。
図６での混合比決定および図５での復号処理においては、周波数軸上で４つの帯域に分割して、それぞれの帯域でパルス音源と雑音音源の混合比と混合信号を求める。４つの帯域としては、サブバンド１（０〜１０００Ｈｚ）、サブバンド２（１０００〜２０００Ｈｚ）、サブバンド３（２０００〜３０００Ｈｚ）、およびサブバンド４（３０００〜４０００Ｈｚ）を設定する。サブバンド１は、低周波数帯域、サブバンド２，３，４は高周波数の各帯域に対応する。【００１８】
図６のサブバンド１有声強度設定器160は、有声／無声フラグ(d2)を入力し、サブバンド１の有声強度(a4)を設定する。ここでは有声／無声フラグ(d2)が“１．０”であれば有声強度(a4)を“１．０”、有声／無声フラグ(d2)が“０”であれば有声強度(a4)を“０”と設定する。サブバンド２，３，４平均振幅計算器161は、スペクトル包絡振幅(l2)を入力しサブバンド２，３，４におけるスペクトル包絡振幅の平均値を計算し、それぞれ(b4)、(c4)および(d4)として出力する。サブバンド選択器162は、(b4)、(c4)および(d4)を入力し、スペクトル包絡振幅の平均値が最大となるサブバンド番号(e4)を出力する。
サブバンド２，３，４有声強度テーブル(有声用)163は、３つの３次元ベクトル（(f41)、(f42)、(f43)）を記憶しており、それぞれの３次元ベクトルは、有声フレーム時のサブバンド２，３，４の有声強度から構成されている。
切替え器１_165はサブバンド番号(e4)に応じて３つの３次元ベクトルから１ベクトル(h4)を選択し出力する。サブバンド２，３，４有声強度テーブル(無声用)164は、同様に３つの３次元ベクトル（(g41)、(g42)、(g43)）を記憶しており、それぞれの３次元ベクトルは、無声フレーム時のサブバンド２，３，４の有声強度から構成されている。【００１９】
切替え器２_166はサブバンド番号(e4)に応じて３つの３次元ベクトルから１ベクトル(i4)を選択し出力する。切替え器３_167は高域有声／無声フラグ(f2)を入力し、それが有声を示す場合は(h4)を、無声を示す場合は(i4)を選択し(j4)として出力する。
混合比計算器168はサブバンド１の有声強度(a4)、サブバンド２，３，４の有声強度(j4)を入力し、各サブバンドの混合比(g2)を出力する。混合比(g2)は、各サブバンドでのパルス音源の割合を示すsb1_p、sb2_p、sb3_p、sb4_pと、雑音音源の割合を示すsb1_n、sb2_n、sb3_n、sb4_nにより構成される（ここで、sbx_yにおいてxはサブバンド番号を示し、yがpの時はパルス音源、yがnの時は雑音音源を示す）。sb1_p、sb2_p、sb3_p、sb4_pとしては、サブバンド１の有声強度(a4)、サブバンド２，３，４の有声強度(j4)の値をそれぞれそのまま使用する。sbx_n（x=1,…4）については、sbx_n＝ （1.0 − sbx_p） （x=1,…4）と設定する。【００２０】
次に、サブバンド２，３，４有声強度テーブル(有声用)163の決定方法について説明する。表４のテーブルの値は図７の有声フレームにおけるサブバンド２，３，４の有声強度測定結果を基に決定する。
図７の測定方法を以下に示す。
入力音声に対しフレーム（２０ｍｓ）毎に各サブバンド２，３，４におけるスペクトル包絡振幅の平均値を計算し、サブバンド２のそれが最大になるフレームのグループ（fg_sb2と表す）、サブバンド３のそれが最大になるフレームのグループ（fg_sb3と表す）、およびサブバンド４のそれが最大になるフレームのグループ（fg_sb4と表す）の３つのフレームグループに分類する。
次に、フレームグループfg_sb2に属する音声フレームについてサブバンド２，３，４に対応するサブバンド信号に分割し、それぞれのサブバンド信号についてピッチ周期における正規化自己相関関数を求め、サブバンド毎にその平均値を求める。【００２１】
図７は従来方式のサブバンド２，３，４の有声強度（有声時）を示すグラフである。
図７の横軸は、そのサブバンド番号を示す。正規化自己相関関数は入力信号の周期性の強さ、つまり有声性の強さを示すパラメータであるため有声強度を意味する。図７の縦軸のは、各サブバンド信号の有声強度（正規化自己相関）を示す。同図の◆（diamond）印の曲線は、fg_sb2について測定した結果を示す。同様に、フレームグループfg_sb3について測定した結果を■（square）印の曲線、フレームグループfg_sb4について測定した結果を▲（triangle）印の曲線で示している。この測定で使用した入力音声信号は、音声データベースＣＤ-ＲＯＭからの音声とＦＭ放送から録音した音声で構成されている。図７より以下の傾向があることが分かる。【００２２】
サブバンド２または３におけるスペクトル包絡振幅の平均値が最大になるフレーム（◆印および■印）では、サブバンドの周波数が高くなるに従って有声強度は単調に減少する。
サブバンド４におけるスペクトル包絡振幅の平均値が最大になるフレーム（▲印）では、サブバンドの周波数が高くなるに従って有声強度は単調に減少せず、サブバンド４の有声強度が比較的強くなる。また、サブバンド２、３の有声強度は弱くなる（サブバンド２または３におけるスペクトル包絡振幅の平均値が最大になる場合（◆印および■印）と比較して）。
サブバンド２のスペクトル包絡振幅の平均値が最大になるフレーム（◆印）のサブバンド２の有声強度は、■印および▲印におけるサブバンド２の有声強度よりも大きくなる。同様に、サブバンド３のスペクトル包絡振幅の平均値が最大になるフレーム（■印）のサブバンド３の有声強度は、◆印および▲印におけるサブバンド３の有声強度よりも大きくなる。同様に、サブバンド４のスペクトル包絡振幅の平均値が最大になるフレーム（▲印）のサブバンド３の有声強度は、◆印および■印におけるサブバンド４の有声強度よりも大きくなる。
従って、図６の(f41)として◆印の曲線の有声強度の値、(f42)として■印の曲線の有声強度の値、(f43)として▲印の曲線の有声強度の値を記憶しておき、(e4)が示すサブバンド番号に基づき選択すればスペクトル包絡振幅に応じて適切な有声強度が設定できる。表４にサブバンド２，３，４の有声強度テーブル(有声用)(163)の内容を示す。【００２３】
【表４】
2017081874.tif 000007
【００２４】
図８は従来方式のサブバンド２，３，４の有声強度（無声時）を示すグラフである。
サブバンド２，３，４有声強度テーブル(無声用)164は、図８の無声フレームにおけるサブバンド２，３，４の有声強度測定結果を基に決定する。図８の測定方法、テーブル内容の決定方法は、上述した有声フレームの場合と全く同様である。図８より以下の傾向があることが分かる。
サブバンド２のスペクトル包絡振幅の平均値が最大になるフレーム（◆印）のサブバンド２の有声強度は、■印および▲印におけるサブバンド２の有声強度よりも小さくなる。同様に、サブバンド３のスペクトル包絡振幅の平均値が最大になるフレーム（■印）のサブバンド３の有声強度は、◆印および▲印におけるサブバンド３の有声強度よりも小さくなる。同様に、サブバンド４のスペクトル包絡振幅の平均値が最大になるフレーム（▲印）のサブバンド３の有声強度は、◆印および■印におけるサブバンド４の有声強度よりも小さくなる。図８のテーブルの内容を表５に示す。【００２５】
【表５】
2017081874.tif 000008
【００２６】
パラメータ補間器140は、各パラメータ(c2)、(e2)、(g2)、(j2)、(i2)および(n2)についてそれぞれピッチ周期に同期して線形補間し、(o2)、(p2)、(r2)、(s2)、(t2)および(u2)を出力する。ここでの線形補間処理は、（式３）により実施される。
補間後のパラメータ＝現フレームのパラメータ×ｉｎｔ
＋前フレームのパラメータ×(１．０−ｉｎｔ)
・・・（式３）
ここで、現フレームのパラメータは(c2)、(e2)、(g2)、(j2)、(i2)および(n2)のそれぞれに対応し、補間後のパラメータは(o2)、(p2)、(r2)、(s2)、(t2)および(u2)のそれぞれに対応する。前フレームのパラメータは、前フレームにおける(c2)、(e2)、(g2)、(j2)、(i2)および(n2)を保持しておくことにより与えられる。【００２７】
ｉｎｔは補間係数であり、（式４）で求める。
ｉｎｔ＝ｔｏ／１６０          ・・・（式４）
ここで、１６０は音声復号フレーム長（２０ｍｓ）当たりのサンプル数、ｔｏは、復号フレームにおける１ピッチ周期の開始サンプル点であり、１ピッチ周期分の再生音声が復号される毎にそのピッチ周期が加算されることにより更新される。ｔｏが“１６０”を超えるとそのフレームの復号処理が終了したことになり、ｔｏから“１６０”が減算される。ピッチ周期計算器141は、補間されたピッチ周期(o2)およびジッタ値(p2)を入力し、ピッチ周期(q2)を（式５）により計算する。
ピッチ周期(q2)＝ピッチ周期(o2)×（１．０−ジッタ値(p2)×乱数値）
・・・（式５）
ここで、乱数値は−１．０〜１．０の範囲の値をとる。ピッチ周期(q2)は小数を持つが、四捨五入され整数に変換される。整数に変換されたピッチ周期(q2)を以下では、整数ピッチ周期(q2)と表す。（式５）より、無声または非周期的フレームではジッタ値が“０．２５”にセットされているのでジッタが付加され、完全な周期的フレームではジッタ値が“０”にセットされているのでジッタは付加されない。但し、ジッタ値はピッチ毎に補間処理されているので、０〜０．２５の範囲をとるため中間的なジッタ量が付加されるピッチ区間も存在する。【００２８】
このように非周期ピッチ（ジッタが付加されたピッチ）を発生することは、過渡部、破裂音で生じる不規則な（非周期的な）声門パルスを表現することにより、トーン的雑音を低減する効果がある。
１ピッチ波形復号器150は、整数ピッチ周期(q2)毎の再生音声(b3)を復号し出力する。従って、このブロックに含まれる全てのブロックは整数ピッチ周期(q2)を入力し、それに同期して動作する。
パルス発生器142は、整数ピッチ周期(q2)期間内に単一パルス信号(v2)を出力する。雑音発生器143は整数ピッチ周期(q2)の長さを持つ白色雑音(w2)を出力する。混合音源発生器144は、補間後の各サブバンドの混合比(r2)に基づき、単一パルス信号(v2)と白色雑音(w2)を混合して混合音源信号(x2)を出力する。【００２９】
混合音源発生器144の構成を図９に示す。図９は従来方式の混合音源発生器を示す図である。
まず、サブバンド１の混合信号(q5)を生成する過程を説明する。ＬＰＦ１_170は単一パルス信号(v2)を０〜１ｋＨｚで帯域制限して(a5)を出力する。ＬＰＦ２_171は白色雑音(w2)を０〜１ｋＨｚで帯域制限して(b5)を出力する。乗算器１_178、乗算器２_179は、それぞれ(a5)、(b5)に混合比情報(r2)に含まれるsb1_p、sb1_nを乗算し、(i5)、(j5)を出力する。
加算器１_186は、(i5)と(j5)を加算し、サブバンド１の混合信号(q5)を出力する。サブバンド２の混合信号(r5)も同様にして、ＢＰＦ１_172、ＢＰＦ２_173、乗算器３_180、乗算器４_181、および加算器２_189を用いて作られる。サブバンド３の混合信号(s5)も同様にして、ＢＰＦ３_174、ＢＰＦ４_175、乗算器５_182、乗算器６_183、および加算器３_190を用いて作られる。サブバンド４の混合信号(t5)も同様にして、ＨＰＦ１_176、ＨＰＦ２_177、乗算器７_184、乗算器８_185、および加算器４_191を用いて作られる。加算器５_192は、各サブバンドの混合信号(q5)、(r5)、(s5)および(t5)を加算し混合音源信号(x2)を合成する。【００３０】
線形予測係数計算器２_147は、補間後のＬＳＦ係数(t2)を線形予測係数に変換し、線形予測係数(c3)を出力する。適応スペクトルエンハンスメントフィルタ145は、線形予測係数(c3)に帯域幅拡張処理を施したものを係数とする適応極／零フィルタであり、ホルマントの共振を鋭くし、自然音声のホルマントに対する近似度を改善することにより再生音声の自然性を向上させる。さらに、補間された傾斜補正係数(s2)を用いてスペクトルの傾きを補正して音のこもりを低減する。混合音源信号(x2)は適応スペクトルエンハンスメントフィルタ145によりフィルタリングされその結果である(y2)が出力される。ＬＰＣ合成フィルタ146は、線形予測係数(c3)を係数として用いる全極型フィルタであり、音源信号(y2)に対しスペクトル包絡情報を付加して、その結果である信号(z2)を出力する。ゲイン調整器148は(z2)に対しゲイン情報(u2)を用いてゲイン調整を行い、(a3)を出力する。パルス拡散フィルタ149は、自然音声の声門パルス波形に対するパルス音源波形の近似度を改善するためのフィルタであり、(a3)をフィルタリングして自然性が改善された再生音声(b3)を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特許登録第３２９２７１１号公報
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】佐々木誠司，麓照夫，“混合励振線形予測符号化を用いた業務用移動通信向け低ビットレート音声コーデック，”信学論（D-II）, Vol.J84-D-II, No.4, pp.629-640, April 2001.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
従来技術の誤り訂正を含め３．２ｋｂｐｓ音声符号化符復号技術を無線通信に用いることにより、７％の伝送誤りが発生しても単音明瞭度８０％以上が維持できる。しかし、伝送誤り率が７％を超える場合には、誤り保護が施されていないクラスに属するビット、あるいは、訂正能力の弱い誤り訂正符号が適用されているクラスに属するビットに発生する伝送誤りの影響が大きくなり、再生音声の品質劣化が著しくなる。
本発明の目的は、再生音声の品質劣化を軽減することが可能な音声通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、音声通信システムは、
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し、音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
前記音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、
を備え、
前記音声符号化手段は、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記該コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列を送出し、前記拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずにビット列を送出し、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、前記コアレイヤのビット列については、誤り訂正復号、誤り検出処理を行い、
前記音声復号手段は、該誤り検出処理により、誤りが検出される頻度に基づき、該頻度が低い時は、前記コアレイヤと前記拡張レイヤ両方のビット列を使用して音声復号し、該頻度が高い時には、前記コアレイヤの全ビットまたは一部のビットのみを使用して音声復号する。
【発明の効果】
【００３５】
上記音声通信システムによれば、再生音声の品質劣化を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来方式の音声符号化器の一例を示す図である。
【図２】従来方式のピッチ周期とインデックスの関係を示図である。
【図３】従来方式のピッチ周期の度数を示す図である。
【図４】従来方式のピッチ周期の累積度数を示す図である。
【図５】従来方式の音声復号器の一例を示す図である。
【図６】従来方式のパルス音源／雑音音源混合比計算器を示す図である。
【図７】従来方式のサブバンド２，３，４の有声強度（有声時）を示すグラフである。
【図８】従来方式のサブバンド２，３，４の有声強度（無声時）を示すグラフである。
【図９】従来方式の混合音源発生器を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態１に係る音声符号化器を示す図である。
【図１１】各スケーラブル伝送モードでの単音明瞭度測定結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態１に係る音声復号器を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態１に係るビット分離器／スケーラブル復号制御器の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態２に係る音声符号化器と誤り検出／誤り訂正符号化器の一例を示す図である。
【図１５】音声情報ビットのレイヤ割当を示す図である。
【図１６】誤り検出／誤り訂正符号化の諸元を示す図である。
【図１７】各スケーラブル復号モードに使用するレイヤを示す図である。
【図１８】本発明の実施形態２に係る音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の一例を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態２に係るビット分離器／スケーラブル復号制御器の動作を示すフローチャートである。
【図２０】各スケーラブル復号モードでの単音明瞭度測定結果を示すグラフである。
【図２１】本発明の実施形態２に係る音声符号化器と誤り検出／誤り訂正符号化器の他例を示す図である。
【図２２】音声情報ビットのレイヤ割当を示す図である。
【図２３】誤り検出／誤り訂正符号化の諸元を示す図である。
【図２４】各スケーラブル復号モードに使用するレイヤを示す図である。
【図２５】本発明の実施形態２に係る音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の他例を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態２に係るビット分離器／スケーラブル復号制御器２の動作を示すフローチャートである。
【図２７】各スケーラブル復号モードでの単音明瞭度測定結果を示すグラフである。
【図２８】本発明の実施形態３に係る音声通信システムの一例を示す図である。
【図２９】誤り検出／誤り訂正符号化／繰返し送信の諸元を示す図である。
【図３０】本発明の実施形態３に係る音声通信システムの動作説明図である。
【図３１】本発明の実施形態３に係る音声通信システムの動作説明図である。
【図３２】本発明の実施形態４に係る音声通信システムの一例を示す図である。
【図３３】誤り検出／誤り訂正符号化／送信電力の諸元を示す図である。
【図３４】本発明の実施形態４に係る音声通信システムの動作説明図である。
【図３５】本発明の実施形態４に係る音声通信システムの動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１について図１０〜図１３を用いて説明する。
図１０は本発明の実施形態１に係る音声符号化器を示す図である。
図１１は各スケーラブル伝送モードでの単音明瞭度測定結果を示すグラフである。
図１２は本発明の実施形態１に係る音声復号器を示す図である。
図１３は本発明の実施形態１に係るビット分離器／スケーラブル復号制御器の動作を示すフローチャートである。
【００３８】
図１０において、従来の図１の音声符号化器と異なる点は、図１でのビットパッキング器125が、スケーラブルビットパッキング器200に置き換わった点である。
以下にスケーラブルビットパッキング器200について説明する。
スケーラブルビットパッキング器200は、スケーラブル伝送モードを示すスケーラブル制御信号(a6)に基づき、表６に示すように、各スケーラブル伝送モードにおける伝送レイヤを選択し、(b6)として送出する。これにより音声符号化速度が表６に示す通り３段階に設定可能となる。
なお、スケーラブル制御信号(a6)は、b6を一時的に蓄積する図示しない送信バッファの蓄積量、プロトコルスタックの下位レイヤ（例えばRTCP）で取得される遅延やエラーレートに基づいて、モードの番号（1,2,3）を上げ下げするような態様で決定することができ、あるいは、SIP等によりセッション開始時に決定される伝送レートや無線レイヤの現在のレートにより、一意に決定することもできる。その場合、無線レイヤのI/Fを有して伝送状態を把握しているアプリケーションから与えられうる。
【００３９】
各レイヤへの音声情報ビットの割当について表７を用いて説明する。
表７に示す通り、音声情報パラメータの各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度（高、中、低）に応じて分類し、重要度が“高”のビットのグループをコアレイヤ１、重要度が“中”のビットのグループをコアレイヤ２、重要度が“低”のビットのグループを拡張レイヤとする。同表において、ＬＳＦパラメータのSwitch inf.は前述したＬＳＦの量子化器２_116での無記憶ベクトル量子化と予測（記憶）ベクトル量子化の切替情報である。
【００４０】
また、Stage1、Stage2、Stage3は、３段（7，6，5 bit）の多段ベクトル量子化におけるインデックスである。この３段ベクトル量子化は以下の通り３つの量子化ステージで実行される。ここで、以下の説明における量子化ターゲットベクトルとは、無記憶ベクトル量子化では１０次のＬＳＦ係数(f1)ベクトルに対応し、予測（記憶）ベクトル量子化では、１０次のＬＳＦ係数(f1)ベクトルを前フレームのＬＳＦ係数の再生ベクトル(i2)を用いて予測した時の予測残差ベクトルに対応する。
【００４１】
まず、量子化ステージ１において、１２８個のベクトルを有するコードブック1を用いて、量子化ターゲットベクトルを７ビットで量子化しインデックス(Stage1)を出力する。ここでは、コードブックに含まれる１２８個のベクトルのうち、量子化ターゲットベクトルとの距離が最小となるベクトルのインデックスがStage1として選定される。
次に量子化ステージ２において、量子化ターゲットベクトルからインデックス(Stage1)に対応するコードブック１内のベクトルを差し引いた差分ベクトル１を６４個のベクトルを有するコードブック２を用いて６ビットで量子化し、インデックス(Stage2)を出力する。ここでは、コードブックに含まれる６４個のベクトルのうち、上記差分ベクトル１との距離が最小となるベクトルのインデックスがStage2として選定される。
【００４２】
さらに、量子化ステージ３において、量子化ターゲットベクトルからインデックス(Stage1)に対応するコードブック１内のベクトルとインデックス(Stage2)に対応するコードブック２内のベクトルの和を差し引いた差分ベクトル２を３２個のベクトルを有するコードブック３を用いて５ビットで量子化しインデックス(Stage3)を出力する。ここでは、コードブックに含まれる３２個のベクトルのうち、上記差分ベクトル２との距離が最小となるベクトルのインデックスがStage3として選定される。
【００４３】
表７のbit欄において、bit0はＬＳＢ（Least Significant Bit、最下位ビット)を意味する。例えば、ゲイン情報(５ビット)において、bit0は最下位ビット、bit4が最上位ビットを意味する。bit4、bit3は重要度が“高”であるため、コアレイヤ１に割当てられ、bit2、bit1は重要度が“中”であるため、コアレイヤ２に割当てられ、bit0は重要度が“低”であるため、拡張コアレイヤに割当てられている。１音声符号化フレーム（２０ｍｓ）当たりのコアレイヤ１のビット数は１２ビット、コアレイヤ２は７ビット、拡張レイヤは１３ビット（合計３２ビット）となる。
【００４４】
【表６】
2017081874.tif 000009
【００４５】
【表７】
2017081874.tif 000010
【００４６】
表６の各スケーラブル伝送モードでの音声品質の測定結果の例を図１１に示す。図１１は、各スケーラブル伝送モードでの伝送誤り無し時における単音明瞭度測定結果を示している。
単音明瞭度は、被験者がランダムに並べられ符号化処理された１００語の日本語音節を聞いて書き取りを行った単音（子音または母音）単位での正聴率である。単音明瞭度が８０％以上であれば、一般の通話に支障の無い程度の品質であるとされている。図１１より、各スケーラブル伝送モードにおいて８０％程度以上の単音明瞭度が得られていることが確認できる。但し、以下の通り、再生音声の自然性に関しては制約があるため、再生音声の自然性が重要視される一般ユーザによる使用には適しておらず、了解性が重要視される業務用等の無線機に適用することが望ましい。
スケーラブル伝送モード２では、スケーラブル伝送モード１に比べ少し合成音的になるが、通話に支障ない品質である。しかし、単音明瞭度は約１０％劣化している。これは、ＬＳＦパラメータのStage2、Stage3を使用しないため、音声生成における調音特性を表現する特徴パラメータであるＬＳＦ係数の歪が増してしまうことが原因であると考えられる。
また、スケーラブル伝送モード３では、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コードのbit4〜bit0を使用しないで音声復号を行うため、音声の高低を表現するピッチ成分の情報が欠落することにより、抑揚のない自然性の乏しい再生音声となる。
【００４７】
次に本発明の実施形態１に係る音声復号器の構成について図１２を用いて説明する。
図１２において従来の音声復号器(図５)と異なる点は、図５でのビット分離器131が、ビット分離器／スケーラブル復号制御器210に、ＬＳＦ復号器138が ＬＳＦ復号器211に置き換わった点のみである。
【００４８】
次に、ビット分離器／スケーラブル復号制御器210の動作について図１３を用いて説明する。
まず、スケーラブル伝送モードを示すスケーラブル制御信号(b7)を入力し（ステップＳ１０１）、それが示すモードに基づき、受信した音声情報ビット列(a7)を各パラメータに分離する（ステップＳ１０２）。ここで、スケーラブル伝送モード１の場合は、全レイヤの音声情報ビットを受信するため、パラメータとして、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(c7)、高域有声／無声フラグ(d7)、ＬＳＦパラメータインデックス(e7)、ゲイン情報(g7)が分離される。
また、スケーラブル伝送モード２の場合はコアレイヤ１とコアレイヤ２のみ、スケーラブル伝送モード３の場合はコアレイヤ１のみの音声情報ビットに対応するパラメータを分離する。その後、以下のスケーラブル制御処理を実行する。
スケーラブル制御処理では、スケーラブル制御信号(b7)が示すスケーラブル伝送モード毎に以下の処理を実行する（ステップＳ１０３）。
【００４９】
全レイヤの情報を使用して音声復号するスケーラブル伝送モード1の場合は、以下の処理を実行する。
ステップＳ１０４の処理では、ＬＳＦパラメータインデックス(e7)として、Switch inf.、Stage1、Stage2、およびStage3を出力する。また、Stage2_3_ON/OFF制御信号(f7)をＯＮに設定し、ＬＳＦ復号器211に通知することにより、ＬＳＦ復号器211では、Switch inf.、Stage1、Stage2、およびStage3を使用してＬＳＦ係数を復号する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック１内のベクトル、Stage2 に対応するコードブック２内のベクトル、およびStage3 に対応するコードブック３内のベクトルの和を再生ベクトルとする。
ステップＳ１０５の処理では、ゲイン情報(g7)をスルーで出力する。
ステップＳ１０６の処理では、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(c7)をスルーで出力する。
ステップＳ１０７の処理では、高域音声／無声フラグ(d7)をスルーで出力する。
【００５０】
スケーラブル伝送モード２の場合は、コアレイヤ１とコアレイヤ２のみの音声情報ビットを使用した音声復号を可能とするため以下の処理を実行する。
ステップＳ１０８の処理では、ＬＳＦパラメータインデックス(e7)として、Switch inf.、Stage1を出力する。また、Stage2_3_ON/OFF制御信号(f7)をＯＦＦに設定し、ＬＳＦ復号器211に通知することにより、ＬＳＦ復号器211では、Stage2、Stage3を使用せず、Switch inf.とStage1のみで復号する。ここで、ＬＳＦ復号器211はStage2、Stage3を使用せずにＬＳＦ係数を復号できる機能を有する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック1内のベクトルのみで再生ベクトルを作成する機能を有する。
ステップＳ１０９の処理では、ゲイン情報で伝送されて来なかったbit0を“０”にセットし、(g7)を出力する。
ステップＳ１１０の処理では、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(c7)をスルーで出力する。
ステップＳ１１１の処理では、で伝送されて来なかった高域音声／無声フラグのbit0を“０”にセットし、(d7)を出力する。
【００５１】
スケーラブル復号モード３の場合は、コアレイヤ1のみの音声情報ビットを使用して音声復号を可能とするため以下の処理を実行する。
ステップＳ１１２の処理では、ＬＳＦパラメータインデックス(e7)として、Switch inf.、Stage1を出力する。また、Stage2_3_ON/OFF制御信号(f7)をＯＦＦに設定し、ＬＳＦ復号器211に通知することにより、ＬＳＦ復号器211では、Stage2、Stage3を使用せず、Switch inf.とStage1のみでＬＳＦ係数を復号する。ここで、ＬＳＦ復号器211はStage2、Stage3を使用せずにＬＳＦ係数を復号できる機能を有する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック1内のベクトルのみで再生ベクトルを作成する機能を有する。
【００５２】
ステップＳ１１３の処理では、ゲイン情報で伝送されて来なかったbit2を1、bit1を“０”、bit0を“０”にそれぞれセットし、(g7)を出力する。bit2を“１”とする理由は再生音声のパワー（音の大きさ）が小さくなるのを避けるためである。
ステップＳ１１４の処理では、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コードで伝送されて来なかったbit4〜bit0を“０”にセットし、(c7)を出力する。
Ｓ１１５の処理では、伝送されて来なかった高域音声/無声フラグのbit0を“０”にセットし、(d7)を出力する。
上記説明におけるスケーラブル制御信号（図１０のa6、図１２のb7）の伝送方法について規定しないが、制御情報として別途伝送される等により実現するものである。
【００５３】
本発明の実施形態１である音声符号化復号方法および装置は、無線システムにおいて音声伝達速度が制限される場合等、使用環境に応じてより柔軟に伝送速度が設定可能な音声符号化復号手段を提供できるものである。音声符号化手段が音声ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、伝送するレイヤを示す制御情報に従い、コアレイヤのみ、または、コアレイヤおよび拡張レイヤの両方を送出することによって、音声復号手段が受信した音声情報ビット列がコアレイヤのみの場合にはコアレイヤの音声情報ビット列のみでも音声復号が出来る用途に適用できる。
【００５４】
以下、実施形態１についてまとめる。
従来技術の１．６ｋｂｐｓ音声符号化符復号技術を無線通信に用いることにより、再生音声の品質を維持しながら、周波数利用効率の向上が図れる。しかし、符号化速度が固定であるため、無線システムにおいて何らかの理由で音声情報伝送速度が制限される場合等には、柔軟に対応することは出来ないという課題がある。
実施形態１は、使用環境に応じてより柔軟に伝送速度が設定可能な音声符号化復号手段を提供するものである。
【００５５】
実施形態１の音声符号化復号方法は、線形予測分析・合成方式の音声符号化手段によって符号化処理し、音声復号手段によって音声信号が符号化処理された出力である音声情報ビット列から音声信号を再生する音声符号化復号方法であって、音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、伝送するレイヤを示す制御情報に従ってコアレイヤのみ、またはコアレイヤおよび拡張レイヤの両方を符号化処理して送出し、符号化処理した音声情報を受信し、該受信した音声情報ビット列がコアレイヤのみの場合にコアレイヤの音声情ビット列で音声復号することを特徴とする。
【００５６】
また、実施形態１の音声符号化復号方法は、上記の音声符号化復号方法であって、音声符号化手段が、スペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報およびゲイン情報を求め、それらを符号化した結果である音声情報ビット列を出力することを特徴とする。
【００５７】
また、実施形態１の音声符号化復号方法は、上記の音声符号化復号方法であって、音声復号化手段が、音声情報ビット列に含まれるスペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報およびゲイン情報の各パラメータとを分離して復号し、低周波数帯域では、該低周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて、ピッチ周期情報が示すピッチ周期で発生させたピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して低周波数帯域の混合信号を作成し、高周波数帯域では、スペクトル包絡情報からスペクトル包絡振幅を求め、周波数軸上で分割された帯域毎にスペクトル包絡振幅の平均値を求め、スペクトル包絡振幅の平均値が最大となる帯域を決定した結果と、高周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて帯域毎にピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して混合信号を生成し、高周波数帯域で分割された全ての帯域の混合信号を加算して高周波数帯域の混合信号を生成し、低周波数帯域の混合信号と高周波数帯域の混合信号を加算して混合音源信号を生成し、該混合音源信号に対し前記スペクトル包絡情報および前記ゲイン情報を付加して再生音声を生成することを特徴とする。
【００５８】
また、実施形態１の音声符号化復号装置は、音声符号化器と音声復号器を備えた音声符号化復号装置であって、音声符号化器はスケーラブルビットパッキング器を有し、スケーラブルビットパッキング器は音声符号化速度を３段階に設定することを特徴とする。
【００５９】
さらに、実施形態１の音声符号化復号装置は、上記の音声符号化復号装置であって、音声復号器はビット分離／スケーラブル制御器を有し、ビット分離／スケーラブル制御器はスケーラブル伝送モードを示すスケーラブル制御信号に基づき、受信した音声情報ビット列から、スペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報およびゲイン情報の各パラメータとを分離、出力し、音声復号することを特徴とする。
【００６０】
実施形態１によれば、無線システムにおいて音声情報伝達速度が制限される場合等、使用環境に応じてより柔軟に伝送速度が設定可能な音声符号化復号手段を提供できる。
【００６１】
＜実施形態２＞
本発明の実施形態２の第１例について図１４〜図２０を用いて説明する。図１４は実施形態２に係る音声符号化器と誤り検出／誤り訂正符号化器の一例を示す図である。図１５は音声情報ビットのレイヤ割当を示す図である。図１６は誤り検出／誤り訂正符号化の諸元を示す図である。図１７は各スケーラブル復号モードに使用するレイヤを示す図である。図１８は実施形態２に係る音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の一例を示す図である。図１９は実施形態２に係るビット分離器／スケーラブル復号制御器の動作を示すフローチャートである。図２０は実施形態２に係る各スケーラブル復号モードでの単音明瞭度測定結果を示すグラフである。
【００６２】
図１４は、図１の音声符号化器に誤り検出／誤り訂正符号化器201が追加になったものである。
音声情報ビット列(q1)に対し、誤り検出／誤り訂正符号化器201により、以下のように誤り検出と誤り訂正符号化の処理が施される。
図１５に示すように、音声符号化フレーム（２０ｍｓ）当り３２ビットの音声情報ビット列(q1)を誤り感度（重要度）に基づいて３つの感度クラス（クラス０−クラス２）に分類する。ここでは、誤り感度が最も高いクラス（クラス２）に１２ビット、クラス１に７ビット、クラス０に１３ビットを割当てる。
同図において、ＬＳＦパラメータのSwitch inf.は前述したＬＳＦの量子化器２_116での無記憶ベクトル量子化と予測（記憶）ベクトル量子化の切替情報である。
また、Stage1、Stage2、Stage3は、３段（7，6，5 bit）の多段ベクトル量子化におけるインデックスである。この３段ベクトル量子化は以下の通り３つの量子化ステージで実行される。ここで、以下の説明における量子化ターゲットベクトルとは、無記憶ベクトル量子化では１０次のＬＳＦ係数(f1)ベクトルに対応し、予測（記憶）ベクトル量子化では、１０次のＬＳＦ係数(f1)ベクトルを前フレームのＬＳＦ係数の再生ベクトルを用いて予測した時の予測残差ベクトルに対応する。
【００６３】
まず、量子化ステージ1において、１２８個のベクトルを有するコードブック１を用いて、量子化ターゲットベクトルを７ビットで量子化しインデックス(Stage1)を出力する。ここでは、コードブックに含まれる１２８個のベクトルのうち、量子化ターゲットベクトルとの距離が最小となるベクトルのインデックスがStage1として選定される。
次に量子化ステージ２において、量子化ターゲットベクトルからインデックス(Stage1)に対応するコードブック１内のベクトルを差し引いた差分ベクトル１を６４個のベクトルを有するコードブック２を用いて６ビットで量子化し、インデックス(Stage2)を出力する。ここでは、コードブックに含まれる６４個のベクトルのうち、上記差分ベクトル１との距離が最小となるベクトルのインデックスがStage2として選定される。
【００６４】
さらに、量子化ステージ３において、量子化ターゲットベクトルからインデックス(Stage1)に対応するコードブック１内のベクトルとインデックス(Stage2)に対応するコードブック２内のベクトルの和を差し引いた差分ベクトル２を３２個のベクトルを有するコードブック３を用いて５ビットで量子化しインデックス(Stage3)を出力する。ここでは、コードブックに含まれる３２個のベクトルのうち、上記差分ベクトル２との距離が最小となるベクトルのインデックスがStage3として選定される。
【００６５】
また、図１５のbit欄において、bit0はＬＳＢ（Least Significant Bit、最下位ビット)を意味する。例えば、ゲイン情報(５ビット)において、bit0は最下位ビット、bit4が最上位ビットを意味する。bit4、bit3は重要度が“高”であるため、クラス２に割当てられ、bit2、bit1は重要度が“中”であるため、クラス１に割当てられ、bit0は重要度が“低”であるため、クラス０に割当てられている。
【００６６】
次に、４０ｍｓ毎に２フレーム分の音声データをまとめ、ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)符号による誤り検出符号の付加とＲＣＰＣ（Rate Compatible Punctured Convolutional）符号による誤り訂正符号化を行う。図１６に誤り検出／誤り訂正符号化の諸元を示す。誤り感度が最も低いクラス（クラス０）に対しては誤り保護は行わない。クラス２を保護する４ビットのＣＲＣ符号と８ビットのテールビット（Convolutional符号化(畳込み符号化)／ビタビ復号で必要となるゼロ終端用のビット）を含めたＲＣＰＣ符号の符号化率は４／９、誤り感度が中程度のクラス１符号化率は２／３であり、ＲＣＰＣ符号器の出力ビット数は１２８ビット／４０ｍｓとなり、ビットレートは３．２ｋｂｐｓとなる。上記処理により誤り検出／誤り訂正符号化の処理が施されたビット列(r1)が出力される。図１４での図示は省略しているが、送信ビット列(r1)はその後、インターリーブ処理、デジタル変調処理、無線部、送信アンテナを介して受信側に送出される。
【００６７】
実施形態２の第１例では、音声情報ビット列(q1)に対し、以下に説明するレイヤ割当を行う。各レイヤへの音声情報ビットの割当について図１５を用いて説明する。同図に示す通り、音声情報パラメータの各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度（高、中、低）に応じて分類し、重要度が“高”のビットのグループをコアレイヤ１、重要度が“中”のビットのグループをコアレイヤ２、重要度が“低”のビットのグループを拡張レイヤとする。すなわち、この例では、クラス２をコアレイヤ１、クラス１をコアレイヤ２、クラス０を拡張レイヤにそれぞれ割り当てている。ここで、クラス割当とレイヤ割当の違いについて説明する。クラス割当は、伝送誤り保護を行う際に各ビットの重要度に応じて誤り訂正の強さを切り替えるためのビットの分類であるのに対し、レイヤ割当は、受信側での音声復号に使用するビットを規定するための分類であり、以下に説明するスケーラブル復号を実現するための分類である。したがって、クラス割当とレイヤ割当は異なるビットを割当てても良い。
【００６８】
図１７に実施形態２の第１例での各スケーラブル復号モードに使用するレイヤを示す。実施形態２の第１例においては、受信側で、コアレイヤ１（クラス２と同じ）のビット列に対し誤り訂正復号の後に誤り検出処理を行い、誤りが検出される頻度に基づき、その頻度が低い時は、コアレイヤ１、コアレイヤ２および拡張レイヤの全ビットを使用して音声復号し（スケーラブル復号モード１）、頻度が中程度の時には、コアレイヤ１とコアレイヤ２のビットのみを使用してして音声復号（スケーラブル復号モード２）し、頻度が高い時には、コアレイヤ１のみを使用してして音声復号する（スケーラブル復号モード３）。
【００６９】
次に実施形態２の第１例の音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の構成について図１８を用いて説明する。図１８は実施形態２に係る音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の構成の一例を示す図である。同図において実施形態１の音声復号器(図１２)と異なる点は、ビット分離器／スケーラブル復号制御器300の前段に誤り訂正復号／誤り検出器202が追加になっている点である。ここで、図１８において、誤り訂正復号／誤り検出器202を除く全てのブロックは音声復号器の構成要素である。以下に誤り訂正復号／誤り検出器202の動作について図１８を用いて説明する。
【００７０】
図１４に示す送信側からの送信信号は、受信アンテナ、無線部、デジタル復調処理、デインターリーブ処理（図１８においてこれらの図示は省略している）を介して受信され、信号(d3)として誤り訂正復号／誤り検出器202に入力され、以下の通り誤り訂正復号と誤り検出処理が施される。誤り訂正復号では、誤り訂正符号化フレーム４０[ｍｓ]毎に軟判定ビタビ復号を実行し、音声符号化フレーム(２０[ｍｓ])２つ分(３２ビット×２)の音声情報ビット列(a2)を出力する。また、誤り訂正復号されたクラス２の音声情報ビット列に対し誤り検出が行われ、その結果である誤り検出フラグ(e3)が出力される。
【００７１】
音声情報ビット列(a2)と誤り検出フラグ(e3)は、音声復号器のビット分離器／スケーラブル復号制御器300に入力され、以下の通り、１つの音声符号化フレーム(２０[ｍｓ])(３２ビット)毎に音声復号処理される。
【００７２】
まず、ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は受信した音声情報ビット列(a2)を各パラメータに分離する(ステップＳ２０１)。ここでは、パラメータとして、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(後にf8として出力)、高域有声／無声フラグ(後にg8として出力)、ＬＳＦパラメータインデックス(後にh8として出力)、ゲイン情報(後にj8として出力)が分離される。次に、ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は誤り検出フラグ(e3)を使用して、スケーラブル復号モードを決定する(ステップＳ２０２)。具体的には、以下に示すように誤り検出フラグ(e3)が“誤り有り”を示す頻度を観測し、伝送誤り発生の度合いを推定することにより、それに基づきスケーラブル復号モードを決定する。例えば、現在の音声符号化フレームから過去の１０フレーム分の誤り検出フラグ(e3)を蓄積しておき、誤り検出フラグ(e3)が“誤り有り”を示すフレームが １０フレーム中０フレームであればスケーラブル復号モード１とし、１〜４フレームであればスケーラブル復号モード２とし、５フレーム以上であればスケーラブル復号モード３と決定する。スケーラブル復号により、誤り保護が施されていない拡張レイヤのビット、あるいは、訂正能力の弱い誤り訂正符号が適用されているコアレイヤのビットに発生する伝送誤りの影響が大きくなることに起因する再生音声の品質劣化を抑えることが可能となる。スケーラブル復号処理では、ステップＳ２０２で決定されたスケーラブル復号モードに基づき以下の処理を実行する(ステップＳ２０３)。
【００７３】
全レイヤの情報を使用して音声復号するスケーラブル復号モード１の場合は、以下の処理を実行する。
ステップＳ２０４：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300はＬＳＦパラメータインデックス(h8)として、Switch inf.、Stage1、Stage2、およびStage3を出力する。また、Stage2_3_ON/OFF制御信号(i8)をＯＮに設定し、ＬＳＦ復号器２_301に通知することにより、ＬＳＦ復号器２_301では、Switch inf.、Stage1、Stage2、およびStage3を使用してＬＳＦ係数を復号する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック１内のベクトル、Stage2 に対応するコードブック２内のベクトル、およびStage3 に対応するコードブック３内のベクトルを使用して再生ベクトルを生成する。
ステップＳ２０５：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300はゲイン情報(j8)をスルーで出力する。
ステップＳ２０６：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は周期/非周期ピッチ・有声／無声情報コードf8)をスルーで出力する。
ステップＳ２０７：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は高域音声/無声フラグ(g8)をスルーで出力する。
【００７４】
スケーラブル復号モード２の場合は、コアレイヤ１とコアレイヤ２のみの音声情報ビットを使用した音声復号を可能とするため以下の処理を実行する。
ステップＳ２０８：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300はＬＳＦパラメータインデックス(h8)として、Switch inf.、Stage1を出力する。また、Stage2_3_ON/OFF制御信号(i8)をＯＦＦに設定し、ＬＳＦ復号器２_301に通知することにより、ＬＳＦ復号器２_301では、拡張レイヤに属するStage2、Stage3を使用せず、Switch inf.とStage1のみを使用してＬＳＦ係数を復号する。ここで、ＬＳＦ復号器２_301 はStage2、Stage3を使用せずにＬＳＦ係数を復号できる機能を有する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック１内のベクトルのみを使用して再生ベクトルを作成する機能を有する。
ステップＳ２０９：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300はゲイン情報で拡張レイヤに属するbit0を“０”にセットし、(j8)を出力する。
ステップＳ２１０：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(f8)をスルーで出力する。
ステップＳ２１１：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は拡張レイヤに属する高域音声/無声フラグのbit0を“０”にセットし、(g8)を出力する。
【００７５】
スケーラブル復号モード３の場合は、コアレイヤ１のみの音声情報ビットを使用して音声復号を可能とするため以下の処理を実行する。
ステップＳ２１２：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300はＬＳＦパラメータインデックス(h8)として、Switch inf.、Stage1を出力する。また、Stage2_3_ON/OFF制御信号(d7)をＯＦＦに設定し、ＬＳＦ復号器２_301に通知することにより、ＬＳＦ復号器２_301では、拡張レイヤに属するStage2、Stage3を使用せず、Switch inf.とStage1のみを使用してＬＳＦ係数を復号する。ここで、ＬＳＦ復号器２_301はStage2、Stage3を使用せずにＬＳＦ係数を復号できる機能を有する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック１内のベクトルのみを使用して再生ベクトルを作成する機能を有する。
ステップＳ２１３：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300はゲイン情報でコアレイヤ２に属するbit2を1、bit1を“０”、拡張レイヤに属するbit0を“０”にそれぞれセットし、(j8)を出力する。bit2を“１”とする理由は再生音声のパワー（音の大きさ）が小さくなるのを避けるためである。
ステップＳ２１４：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は周期/非周期ピッチ・有声／無声情報コード でコアレイヤ２に属するbit4〜bit0を“０”にセットし、(f8)を出力する。。
ステップＳ２１５：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は拡張レイヤに属する高域音声／無声フラグのbit0を“０”にセットし、(g8)を出力する。
【００７６】
図１７の各スケーラブル復号モードでの音声品質の測定結果の例を図２０に示す。同図は、各スケーラブル復号モードでの伝送誤り無し時における単音明瞭度測定結果を示している。同図より、各スケーラブル復号モードにおいて８０％程度以上の単音明瞭度が得られていることが確認できる。但し、以下の通り、再生音声の自然性に関しては制約があるため、再生音声の自然性が重要視される一般ユーザによる使用には適しておらず、了解性が重要視される業務用等の無線機に適用することが望ましい。
スケーラブル復号モード２では、スケーラブル復号モード１に比べ少し合成音的になるが、通話に支障ない品質である。しかし、単音明瞭度は約１０％劣化している。これは、ＬＳＦパラメータのStage2、Stage3を使用しないため、音声生成における調音特性を表現する特徴パラメータであるＬＳＦ係数の歪が増してしまうことが原因であると考えられる。
また、スケーラブル復号モード３では、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コードのbit4〜bit0を使用しないで音声復号を行うため、音声の高低を表現するピッチ成分の情報が欠落することにより、抑揚のない自然性の乏しい再生音声となる。
【００７７】
次に、本発明の実施形態２の第２例について図２１〜図２７を用いて説明する。図２１は本発明の実施形態２に係る音声符号化器と誤り検出／誤り訂正符号化器の他例を示す図である。図２２は音声情報ビットのレイヤ割当を示す図である。図２３は誤り検出／誤り訂正符号化の諸元を示す図である。図２４は各スケーラブル復号モードに使用するレイヤを示す図である。図２５は本発明の実施形態２に係る音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の他例を示す図である。図２６は本発明の実施形態２に係るビット分離器／スケーラブル復号制御器２の動作を示すフローチャートである。図２７は各スケーラブル復号モードでの単音明瞭度測定結果を示すグラフである。
【００７８】
実施形態２の第２例は、上記の実施形態２の第１例でのスケーラブル復号モード２での再生音声品質の向上を図ると共に伝送誤り耐性を向上することを目的とした実施形態である。実施形態２の第２例での従来技術、実施形態２の第１例に対する変更点を以下に纏める。
【００７９】
図２１の音声符号化器では、音声符号化フレーム長を図１４での２０ｍｓから４０ｍｓに変更し、図２２の音声情報ビットのレイヤ割当での「1フレーム（４０ｍｓ）当りのビット数」欄に示すように４０ｍｓ当り４７ビットの音声情報ビットを出力する。したがって、図２１の音声符号化器の各ブロックは、音声符号化フレーム４０ｍｓ毎に符号化処理するように動作し、ビットパッキング器２(313)からは４０ｍｓ当り４７ビット（音声符号化速度１．１７５ｋｂｐｓ）の音声情報ビット列(d8)が出力される。
ここで、図２１の音声符号化器と誤り検出／誤り訂正符号化器は、音声符号化フレーム長が２０ｍｓから４０ｍｓに変更された点を除き、機能的に図１４と異なるのは、ゲイン計算器112がゲイン計算器２(310)に、量子化器１(113)が量子化器４(311)に、量子化器２(116)が量子化器５(312)に、ビットパッキング器(125)がビットパッキング器２(313)に、誤り検出／誤り訂正符号化器(201)が誤り検出／誤り訂正符号化器２(314)にそれぞれ置き換えられている点であり、それらの動作については、以下で説明する。
【００８０】
図２１のゲイン計算器２(310)では、実施形態２の第１例で計算しているゲイン情報と共に、ゲイン補助情報も計算し、(a8)として出力する。前記ゲイン情報が計算対象範囲の中心点を音声符号化フレームの中心位置に置くのに対し、ゲイン補助情報では計算対象範囲の中心点を音声符号化フレームの中心位置から１／４フレーム分過去方向にずらして計算する。それにより、ゲイン情報を１フレーム当り２回抽出して伝送することになり、フレーム長が２倍の４０ｍｓになることに起因する電力変化の表現精度の低下を抑えることが可能となる。量子化器４(311)では、ゲイン情報とゲイン補助情報(a8)を入力し、ゲイン情報を５ビット、ゲイン補助情報を８ビットで量子化し、(b8)として出力する。そして、ゲイン補助情報はビットパッキング器２(313)を介し、誤り検出／誤り訂正符号化器２(314)に入力され、他の音声情報ビットとは別に、BCH(7,4)符号と偶数パリティ１ビットにより、誤り検出／誤り訂正符号化器が施された８ビットのビット列として受信側に送出される。BCH(7,4)符号と偶数パリティ１ビットを適用することにより、１重誤り訂正、２重誤り検出が可能となる。このようにゲイン補助情報を単独で誤り保護することにより、ゲイン補助情報は伝送誤り感度が高いにも関わらず、図２２に示す通り、８ビットのゲイン補助情報（BCH(7,4)＋偶数パリティ１ビット適用後）を拡張レイヤとして分類し伝送できる。受信側では、ゲイン補助情報に誤りが検出されない場合に限り音声復号に使用する。この機能は、回線品質は良好な時に選択されるスケーラブル復号モード１で音声品質を向上させる。ここで、上記のゲイン情報とゲイン補助情報(a8)は、それぞれ第１のゲイン情報、第２のゲイン情報ともいう。
【００８１】
図２１の量子化器５(312)はＬＳＦ係数用の量子化器であり、実施形態２の第２例では実施形態２の第１例に対し、以下の変更を行う。
無記憶ベクトル量子化と予測（記憶）ベクトル量子化の切替を行わず、無記憶ベクトル量子化のみを使用する。それにより、前フレームによる予測と切替という要素を取り除くことにより誤り伝搬を無くし、伝送誤り耐性を向上させることが出来る。
無記憶ベクトル量子化の多段数を３段から４段に増加し、４段（8，6，6,6 bit）としている。それにより、ＬＳＦ係数の量子化ビット数が１９ビット（３段（7，6，5 bit））から２６ビット（４段（8，6，6,6 bit））に増加するが、予測（記憶）ベクトル量子化を使用しないこと、フレーム長を２０ｍｓから４０ｍｓに変更したことによる量子化精度の低下を防ぐことが可能となる。４段（8，6，6,6 bit）の多段ベクトル量子化の動作については、前述した３段（7，6，5 bit）の多段ベクトル量子化の説明を４段に拡張すれば良いので、説明を省略する。
上記より、図２２の音声情報ビットのレイヤ割当での「１フレーム（４０ｍｓ）当りのビット数」欄のＬＳＦパメータにおいて、Switch inf.は削除され、Stage1、Stage2、Stage3、Stage4が設定されている。また、Stage2のビットをコアレイヤ2に追加している。それにより、コアレイヤ１とコアレイヤ２のみで音声復号を行うスケーラブル復号モード２での再生音声品質の向上が可能となる。
【００８２】
誤り検出／誤り訂正符号化器２(314)は、上述の通り、ゲイン補助情報に対し単独で誤り保護を行うと共に、図２３の誤り検出／誤り訂正符号化の諸元に示す通り、クラス２（コアレイヤ１に対応）とクラス１（コアレイヤ２に対応）の音声情報ビットに対して、誤り検出／誤り訂正(ＲＣＰＣ)符号化を４０ｍｓ毎に実行する。クラス２を保護する４ビットのＣＲＣ符号と８ビットのテールビットを含めたＲＣＰＣ符号の符号化率は１／３、誤り感度が中程度のクラス１符号化率は１３／３４であり、ＲＣＰＣ符号器の出力ビット数は１２８ビット／４０ｍｓ（ビットレートは３．２ｋｂｐｓ）となる。ＲＣＰＣ符号器出力のビットレートは実施形態２の第１例と同じであるが、実施形態２の第１例での音声符号化速度が１．６ｋｐｂｓに対し、実施形態２の第２例では１．１７５ｋｂｐｓに高圧縮化しているため、コアレイヤ１とコアレイヤ２に対するＲＣＰＣの符号化率がより小さく設定され、誤り訂正により多くのビットを割当てている。それにより伝送誤り耐性を向上出来る。誤り検出／誤り訂正符号化器２(314)からの出力である誤り保護されたビット列(e8)は、受信側に送出される。ここで、上記の誤り検出／誤り訂正符号化器２(314)は、第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段の機能と第２の誤り検出／誤り訂正符号化手段の機能を両方合わせ持つ構成としている。
【００８３】
図２４に実施形態２の第２例での各スケーラブル復号モードに使用するレイヤを示す。実施形態２の第１例と同様に、受信側で、コアレイヤ１（クラス２と同じ）のビット列に対し誤り訂正復号の後に誤り検出処理を行い、誤りが検出される頻度に基づき、その頻度が低い時は、コアレイヤ１、コアレイヤ２および拡張レイヤの全ビット列を使用して音声復号し（スケーラブル復号モード１）、頻度が中程度の時には、コアレイヤ１とコアレイヤ２のビットのみを使用してして音声復号（スケーラブル復号モード２）し、頻度が高い時には、コアレイヤ１のみを使用して音声復号する（スケーラブル復号モード３）。各ケーラブル復号モードでの音声符号化速度は、同図に示すように実施形態２の第１例とは異なる。
【００８４】
次に実施形態２の第２例の音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の構成について図２５を用いて説明する。同図において実施形態２の第１例(図１８)と異なる点は、図１８での誤り訂正復号／誤り検出器(202)が誤り訂正復号／誤り検出器２(320)に、ビット分離器／スケーラブル復号制御器(300)がビット分離器／スケーラブル復号制御器２(321)に、ＬＳＦ復号器２(301)がＬＳＦ復号器３(322) に、ゲイン復号器(139)がゲイン復号器２(323)に、パラメータ補間器(140)がパラメータ補間器２(324)に置き換わった点のみである。以下にそれらの動作について説明する。
【００８５】
誤り訂正復号／誤り検出器２(320)は、図２１の送信側から送出されたビット列(e8)を(a9)として受信し、誤り訂正復号と誤り検出処理を実行する。コアレイヤ１とコアレイヤ２のビットに対する誤り訂正復号では、誤り訂正符号化フレーム４０[ｍｓ]毎に軟判定ビタビ復号を実行すると共に、BCH(7,4)符号と偶数パリティ１ビットで保護されたゲイン補助情報についても誤り訂正復号と誤り検出処理が実行を実行し、音声符号化フレーム(４０[ｍｓ])１つ分(４７ビット)の音声情報ビット列(b9)を出力する。また、誤り訂正復号されたクラス２の音声情報ビット列に対する誤り検出の結果である誤り検出フラグ(c9)と、ゲイン補助情報に対する誤り検出の結果であるゲイン補助情報誤り検出フラグ(d9)が出力される。ここで、上記の誤り訂正復号／誤り検出器２(320)は、第１の誤り訂正復号／誤り検出手段の機能と第２の誤り訂正復号／誤り検出手段の機能を両方合わせ持つ構成としている。
【００８６】
以下に図２６を用いてビット分離器／スケーラブル復号制御器２(321)の動作について説明する。また、その中で、ＬＳＦ復号器３(322)も含めて説明する。
【００８７】
ビット分離器／スケーラブル復号制御器２(321)では、まず、受信した音声情報ビット列(b9)を各パラメータに分離する(ステップＳ３０１)。ここでは、パラメータとして、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(後にf8として出力)、高域有声／無声フラグ(後にg8として出力)、ＬＳＦパラメータインデックス(後にe9として出力)、ゲイン情報(後にh9として出力)が分離される。次に、誤り検出フラグ(c9)を使用して、スケーラブル復号モードを決定する(ステップＳ３０２)。具体的には、以下に示すように誤り検出フラグ(c9)が“誤り有り”を示す頻度を観測し、伝送誤り発生の度合いを推定することにより、それに基づきスケーラブル復号モードを決定する。例えば、現在の音声符号化フレームから過去の１０フレーム分の誤り検出フラグ(c9)を蓄積しておき、誤り検出フラグ(c9)が“誤り有り”を示すフレームが１０フレーム中０フレームであればスケーラブル復号モード１とし、１〜４フレームであればスケーラブル復号モード２とし、５フレーム以上であればスケーラブル復号モード３と決定する。スケーラブル復号により、誤り保護が施されていない拡張レイヤのビット、あるいは、訂正能力の弱い誤り訂正符号が適用されているコアレイヤのビットに発生する伝送誤りの影響が大きくなることに起因する再生音声の品質劣化を抑えることが可能となる。スケーラブル復号処理では、ステップＳ３０２で決定されたスケーラブル復号モードに基づき以下の処理を実行する(ステップＳ３０３)。
【００８８】
全レイヤの情報を使用して音声復号するスケーラブル復号モード１の場合は、以下の処理を実行する。
ステップＳ３０４：ＬＳＦパラメータインデックス(e9)として、Stage1、Stage2、Stage3、およびStage4を出力する。また、Stage2_ON/OFF制御信号(f9)をＯＮ、Stage3_4_ON/OFF制御信号(g9)をＯＮに設定し、ＬＳＦ復号器(322)に通知することにより、ＬＳＦ復号器(322)では、Stage1、Stage2、Stage3、およびStage4を使用してＬＳＦ係数を復号する。すなわち、Stage1に対応するコードブック１内のベクトル、Stage2に対応するコードブック２内のベクトル、Stage3に対応するコードブック３内のベクトル、およびStage4に対応するコードブック４内のベクトルを使用して再生ベクトルを生成する。
ステップＳ３０５：ゲイン補助情報誤り検出フラグ(d9)に基づき、ゲイン情報(h9)およびゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)を出力する。具体的には、ゲイン補助情報誤り検出フラグ(d9)が“誤り無し”を示していれば、ゲイン情報(h9)として、ゲイン補助情報を含んだゲイン情報(h9)出力すると共に、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)をＯＮにセットして出力し、ゲイン補助情報誤り検出フラグ(d9)が“誤り有り”を示していれば、ゲイン補助情報を含まないゲイン情報(h9)出力すると共に、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)をＯＦＦにセットして出力する。
ステップＳ３０６：周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(a7)をスルーで出力する。
ステップＳ３０７：高域音声/無声フラグ(b7)をスルーで出力する。
【００８９】
スケーラブル復号モード２の場合は、コアレイヤ１とコアレイヤ２のみの音声情報ビットを使用した音声復号を可能とするため以下の処理を実行する。
ステップＳ３０８：ＬＳＦパラメータインデックス(e9)として、Stage1、Stage2を出力する。また、Stage2_ON/OFF制御信号(f9)をＯＮ、Stage3_4_ON/OFF制御信号(g9)をＯＦＦに設定し、ＬＳＦ復号器(322)に通知することにより、ＬＳＦ復号器(322)では、拡張レイヤに属するStage3、Stage4を使用せず、Stage1、Stage2のみを使用してＬＳＦ係数を復号する。ここで、ＬＳＦ復号器(322)はStage3、Stage4を使用せずにＬＳＦ係数を復号できる機能を有する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック１内のベクトルとStage2に対応するコードブック２内のベクトルのみを使用して再生ベクトルを作成する機能を有する。
ステップＳ３０９：ゲイン情報で拡張レイヤに属するbit0を“０”にセットし、(h9)を出力する。また、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)をＯＦＦにセットして出力する。
ステップＳ３１０：周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(f8a7)をスルーで出力する。
ステップＳ３１１：拡張レイヤに属する高域音声/無声フラグのbit0を“０”にセットし、(g8)を出力する。
【００９０】
スケーラブル復号モード３の場合は、コアレイヤ1のみの音声情報ビットを使用して音声復号を可能とするため以下の処理を実行する。
ステップＳ３１２：ＬＳＦパラメータインデックス(e9)として、Stage1を出力する。また、Stage2_ON/OFF制御信号(f9)をＯＦＦ、Stage3_4_ON/OFF制御信号(g9)をＯＦＦに設定し、ＬＳＦ復号器(322)に通知することにより、ＬＳＦ復号器(322)では、コアレイヤ２と拡張レイヤに属するStage2、Stage3、Stage4を使用せず、Stage1のみを使用してＬＳＦ係数を復号する。ここで、ＬＳＦ復号器(322)はStage2、Stage3、Stage4を使用せずにＬＳＦ係数を復号できる機能を有する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック１内のベクトルのみを使用して再生ベクトルを作成する機能を有する。
ステップＳ３１３：ゲイン情報でコアレイヤ２に属するbit2を“１”、bit1を“０”、拡張レイヤに属するbit0を“０”にそれぞれセットし、(h9)を出力する。bit2を“１”とする理由は再生音声のパワー（音の大きさ）が小さくなるのを避けるためである。また、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)をＯＦＦにセットして出力する。
ステップＳ３１４：周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード でコアレイヤ２に属するbit4〜bit0を“０”にセットし、(f8)を出力する。
ステップＳ３１５：拡張レイヤに属する高域音声/無声フラグのbit0を“０”にセットし、(g8)を出力する。
【００９１】
ゲイン復号器２(323)は、ビット分離器／スケーラブル復号制御器２(321)からゲイン情報(h9)とゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)を入力し、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)がＯＮを示している場合は、ゲイン情報とゲイン補助情報の復号処理を行い、復号されたゲイン情報(j9)を出力し、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)がＯＦＦを示している場合は、ゲイン情報のみの復号処理を行い、復号されたゲイン情報(j9)を出力する。
【００９２】
パラメータ補間器２(324)は、各パラメータ(c2)、(e2)、(g2)、(j2)、(i2)および(j9)についてそれぞれピッチ周期に同期して線形補間し、(o2)、(p2)、(r2)、(s2)、(t2)および(u2)を出力する。ここでの線形補間処理は、（式６）により実施される。
補間後のパラメータ＝現フレームのパラメータ×ｉｎｔ
＋前フレームのパラメータ×(１．０−ｉｎｔ)
・・・（式６）
ここで、現フレームのパラメータは(c2)、(e2)、(g2)、(j2)、(i2)および(j9)のそれぞれに対応し、補間後のパラメータは(o2)、(p2)、(r2)、(s2)、(t2)および(u2)のそれぞれに対応する。前フレームのパラメータは、前フレームにおける(c2)、(e2)、(g2)、(j2)、(i2)および(j9)を保持しておくことにより与えられる。
【００９３】
ｉｎｔは補間係数であり、（式７）で求める。
ｉｎｔ＝ｔｏ／３２０            ・・・（式７）
ここで、“３２０”は音声復号フレーム長（４０ｍｓ）当たりのサンプル数、ｔｏは、復号フレームにおける１ピッチ周期の開始サンプル点であり、１ピッチ周期分の再生音声が復号される毎にそのピッチ周期が加算されることにより更新される。ｔｏが“３２０”を超えるとそのフレームの復号処理が終了したことになり、ｔｏから“３２０”が減算される。実施形態２の第２例では、実施形態２の第１例に対し、上記の通り音声復号フレーム長が４０ｍｓに変更された処理になっている点に加え、ゲイン情報の補間処理の仕方が異なる。パラメータ補間器２(324)は、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)がＯＦＦを示している場合は、実施形態２の第１例と同様に以下の（式８）で補間後のゲイン情報を求める。
補間後のゲイン情報＝現フレームのゲイン情報×ｉｎｔ
＋前フレームのゲイン情報×(１．０−ｉｎｔ)
・・・（式８）
ここで、現フレームのゲイン情報はゲイン情報(j9)に対応する。
【００９４】
それに対し、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)がＯＮを示している場合は、ゲイン情報(j9)に含まれるゲイン補助情報も利用して以下の（式９）、（式１０）で補間後のゲイン情報を求める。
ｔｏ＜１６０の場合：
ｉｎｔ２＝ｔｏ／１６０
補間後のゲイン情報＝現フレームのゲイン補助情報×ｉｎｔ２
＋前フレームのゲイン情報×(１．０−ｉｎｔ２)
・・・（式９）
ｔｏ≧１６０の場合：
ｉｎｔ２＝(ｔｏ−１６０)／１６０
補間後のゲイン情報＝現フレームのゲイン情報×ｉｎｔ２
＋現フレームのゲイン補助情報×(１．０−ｉｎｔ２)
・・・（式１０）
（式９）、（式１０）でｉｎｔ２は補間係数である。
【００９５】
（式９）、（式１０）に示すように、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)がＯＮを示している場合には、フレームの前半は前フレームのゲイン情報と現フレームのゲイン補助情報、後半は現フレームのゲイン補助情報とゲイン情報を使用して補間することにより、音声信号の電力の変化をより高い精度で表現することが可能となる。
【００９６】
図２４の各スケーラブル伝送モードでの音声品質の測定結果（伝送誤り無し時の単音明瞭度測定結果）の例を図２７に示す。同図には、図２０（図１７の実施形態２の第１例での測定結果も示しており、実施形態２の第１例は１．６ｋｂｐｓ音声符号化、実施形態２の第２例は１．１７５ｋｂｐｓ音声符号化と記している。図２７より、スケーラブル復号モード２では、ＬＳＦ係数のStage2をコアレイヤ２に追加したことにより、実施形態２の第１例に比べ単音明瞭度が改善している。また、スケーラブル復号モード１では、ゲイン補助情報を送ることにより、フレーム長が２倍の４０ｍｓになっても単音明瞭度９０％以上を維持出来ている。また、測定結果は示していないが、伝送誤りが有る場合には、前述の通り、実施形態２の第２例では実施形態２の第１例に比べ、コアレイヤ１とコアレイヤ２の情報に対する誤り訂正の符号化率を小さく設定し、誤り訂正により多くのビットを割当てているため伝送誤り耐性に優れる。
【００９７】
以下、実施形態２についてまとめる。
従来技術の誤り訂正を含め３．２ｋｂｐｓ音声符号化符復号技術を無線通信に用いることにより、７％の伝送誤りが発生しても単音明瞭度８０％以上が維持できる。しかし、伝送誤り率が７％を超える場合には、誤り保護が施されていないクラスに属するビット、あるいは、訂正能力の弱い誤り訂正符号が適用されているクラスに属するビットに発生する伝送誤りの影響が大きくなり、再生音声の品質劣化が著しくなる。
【００９８】
この課題を解決するため、実施形態２では、受信側において、伝送誤り率が高い場合には、誤り保護が施されていないビットや、弱い誤り訂正符号が適用されているビットを使用せずに音声復号が可能なスケーラブルな構造を有する音声符号化復号手段を有する音声通信システムを提案する。
【００９９】
実施形態２の音声通信システムは、
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し、音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
前記音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、
を備え、
前記音声符号化手段は、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列を送出し、前記拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずにビット列を送出し、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、前記コアレイヤのビット列については、誤り訂正復号、誤り検出処理を行い、
前記音声復号手段は、該誤り検出処理により、誤りが検出される頻度に基づき、該頻度が低い時は、前記コアレイヤと前記拡張レイヤ両方のビット列を使用して音声復号し、該頻度が高い時には、前記コアレイヤの全ビットまたは一部のビットのみを使用して音声復号する。
【０１００】
また、上記実施形態２の音声通信システムにおいて、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段と第２の誤り検出／誤り訂正符号化手段とを備え、
前記音声符号化手段は、スペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報および第１のゲイン情報を求め、それらを符号化した結果である音声情報ビット列を出力し、
前記第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段は、該音声情報ビット列の全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化したビット列を出力すると共に、
前記音声符号化手段は、第２のゲイン情報を求め、それを符号化した結果である第２のゲイン情報ビット列を出力し、
前記第２の誤り検出／誤り訂正符号化手段は、該第２のゲイン情報ビット列に対して誤り検出／訂正符号化したビット列を送出する。
【０１０１】
また、上記実施形態２の音声通信システムにおいて、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は第１の誤り訂正復号／誤り検出手段と第２の誤り訂正復号／誤り検出手段とを備え、
前記第１の誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、該受信したビット列のうち前記第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段により誤り保護されたビットに対して、誤り訂正復号と誤り検出を行い、誤り訂正後の音声情報ビット列を出力し、
前記音声復号手段は、前記誤り訂正後の音声情報ビット列に含まれる前記スペクトル包絡情報と、前記低周波数帯域の有声／無声識別情報と、前記高周波数帯域の有声／無声識別情報と、前記ピッチ周期情報および前記第１のゲイン情報の各パラメータとを分離して復号すると共に、
前記第２の誤り訂正復号／誤り検出手段は、第２のゲイン情報を誤り検出／訂正符号化したビット列を受信し、訂正復号と誤り検出を行った後、前記音声復号手段が、前記第２のゲイン情報を復号し、
さらに前記音声復号手段は、
低周波数帯域では、該低周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて、ピッチ周期情報が示すピッチ周期で発生させたピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して低周波数帯域の混合信号を作成し、
高周波数帯域では、前記スペクトル包絡情報からスペクトル包絡振幅を求め、周波数軸上で分割された帯域毎にスペクトル包絡振幅の平均値を求め、前記スペクトル包絡振幅の平均値が最大となる帯域を決定した結果と、前記高周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて帯域毎に前記ピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して混合信号を生成し、高周波数帯域で分割された全ての帯域の混合信号を加算して高周波数帯域の混合信号を生成し、
前記低周波数帯域の混合信号と前記高周波数帯域の混合信号を加算して混合音源信号を生成し、
該混合音源信号に対し前記スペクトル包絡情報を付加した後、前記第２のゲイン情報の誤り検出の結果、誤りが検出されない場合は、前記第１のゲイン情報と前記第２のゲイン情報を両方付加して再生音声を生成し、誤りが検出された場合は、前記第１のゲイン情報のみを付加して再生音声を生成する。
【０１０２】
実施形態２によれば、音声通信無線システムを劣悪な電波環境（例えば、伝送誤り率が７％を超えるような環境）で使用する際、誤り保護が施されていないビット、あるいは、訂正能力の弱い誤り訂正符号が適用されているビットを使用せずにスケーラブルな音声復号を行うことが可能となり、それらのビットに発生する伝送誤りの影響が大きくなることに起因する再生音声の品質劣化を軽減することが可能となる。
【０１０３】
＜実施形態３＞
本発明の実施形態３について図２８〜３１を用いて説明する。図２８は本発明の実施形態３に係る音声通信システムの一例を示す図である。図２９は誤り検出／誤り訂正符号化／繰返し送信の諸元を示す図である。図３０は本発明の実施形態３に係る音声通信システムの動作説明図である。図３１は本発明の実施形態３に係る音声通信システムの動作説明図である。図２８の(400)〜(407)は送信側での処理、(408)〜(415)は受信側での処理を示す。
【０１０４】
音声符号化器(400)では、１００−３８００Ｈｚで帯域制限された後、８ｋＨｚで標本化され、少なくとも１２ビットの精度で量子化された入力音声サンプル(a10)に対し音声符号化処理を行い、その結果である音声情報ビット列(b10)を出力する。音声符号化器(400)の動作は、図１４に示した実施形態２の第1例の音声符号化器と同じである。実施形態３では、音声情報ビット列(b10)に対し、以下に説明するレイヤ割当を行う。各レイヤへの音声情報ビットの割当について図１５と同様である。ただし、レイヤ割当は、後述する繰返し送信での送信回数を規定するための分類である。
【０１０５】
誤り検出／誤り訂正符号化器(401)では、従来方式と同様に、４０ｍｓ毎に２フレーム分の音声情報ビット列(b10)をまとめ、ＣＲＣ符号による誤り検出符号の付加とＲＣＰＣ符号による誤り訂正符号化を行い、その結果である誤り訂正後のビット列(c10)を出力する。その後、２回送信用フレーム作成(402)が実行される。誤り検出／誤り訂正符号化器(401)および２回送信用フレーム作成部(402)での動作を規定する諸元を図２９に示す。本実施形態においては、クラス２（コアレイヤ１に対応）とクラス１（コアレイヤ２に対応）の音声情報ビットに対して、誤り検出／誤り訂正(ＲＣＰＣ)符号化を４０ｍｓ毎に実行する。クラス２を保護する４ビットのＣＲＣ符号と８ビットのテールビットを含めたＲＣＰＣ符号の符号化率は２／５、誤り感度が中程度のクラス１符号化率は７／１２であり、ＲＣＰＣ符号器の出力ビット数は１４０ビット／４０ｍｓ（ビットレートは３．５ｋｂｐｓ）となる。そして、同図の「送信回数」欄に示す通り、コアレイヤ１とコアレイヤ２に属するビットについては、２回繰り返して送信する。よって、「送信ビット数」欄に示すように送信ビット数は２倍になる。拡張レイヤに属するビットについては、高域音声／無声フラグ（１ビット／フレーム）のみ２回送信する。よって、送信ビット数は２８ビット（＝２６ビット＋１ビット×２）となる。ここで、増加分である１ビット×２は、２つの音声符号化フレームの高域音声／無声フラグ（１ビット／フレーム）に相当する。２回送信する場合の送信ビット数は、２５６ビット／４０ｍｓ（ビットレートは６．４ｋｂｐｓ）となる。
【０１０６】
上記のように重要度の高いビットを２回送信し、受信側でそれらに対応する受信信号を後述するように合成処理することにより、２回送信を行ったビットの復調結果は、ＢＥＲ（Bit Error Rate）特性において搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）が３ｄＢ改善するため、伝送誤りに対するロバスト性が向上できる。
【０１０７】
以下に、図３０、３１を用いて、図２８の実施形態３の音声通信システムの動作について説明する。
【０１０８】
図３０（Ａ）には、図２８の誤り検出／誤り訂正符号化器(401)の出力である誤り訂正後のビット列(c7)を示す。誤り訂正フレーム(FR1_1)は、ＲＣＰＣ符号器出力（１４０ビット／４０ｍｓ、ビットレート３．５ｋｂｐｓ）であり、コアレイヤ１のビット(A1)が９０ビット、コアレイヤ２のビット(A2)が２４ビット、拡張レイヤのビット(A3)が２６ビットで構成されている。それに続く誤り訂正フレーム（FR1_2、FR1_3、…）も同様である。
【０１０９】
図３０（Ｂ）と３０（Ｃ）は、２回送信用フレーム作成部(402)での動作を示している。図３０（Ｂ）では、誤り訂正フレーム毎に２回送信するビットと１回のみ送信するビットを分類している。誤り訂正フレーム(FR1_1)では、コアレイヤ１のビット(A1)の９０ビット、コアレイヤ２のビット(A2)の２４ビット、および拡張レイヤのビット(A3)の２６ビットのうち２つの音声符号化フレームの高域音声／無声フラグ（１ビット×２）を２回送信ビット(B1)とし、拡張レイヤのビット(A3)の残りの２４ビットを繰り返し送信しない（１回送信する）ビット(B2)として分類する。同様に、誤り訂正フレーム(FR1_2)においても、コアレイヤ１のビット(A4)、コアレイヤ２のビット(A5)、および拡張レイヤのビット(A6)が２回送信ビット(B3)と１回送信ビット(B4)に分類される。
【０１１０】
図３０（Ｃ）は、２回送信用フレーム作成部(402)で作成されたフレーム構成を示す。２回送信用フレーム(FR2_1)（図２８の(d7)）は、２つの誤り訂正フレーム(FR1_1、FR1_2)のビットから構成され、５１２ビット／８０ｍｓ（ビットレートは６．４ｋｂｐｓ）となる。ここで、２回送信ビット(B1)がビット(C1)とビット(C4)に、２回送信ビット(B3)がビット(C2)とビット(C5)に、１回送信ビット(B2)がビット(C3)に、１回送信ビット(B4)がビット(C6)にコピーされる。それに続く２回送信用フレーム(FR2_2)でも同様に、２つの誤り訂正フレーム(FR1_3、FR1_4)のビットから構成される。
【０１１１】
次に、図２８のインターリーブ部(403)では、２回送信用フレーム(d107)に対し、インターリーブを施し(e7)を出力する。インターリーブは、図３０（Ｄ）に示すように、２回送信するビット列(D1)と(D3)に対し、それぞれ同じ処理が実行される。よって、インターリーブ後においても２回送信ビット列(D1)と(D3)は全く同じビット列である。ここで、２回送信ビット列(D1)はビット(C1)と(C2)に、２回送信ビット列(D3)はビット(C4)と(C5)に相当し、２３２ビット／４０ｍｓである。また、１回送信ビット列(D2)(ビット(C3)に相当)と１回送信ビット列(D4)(ビット(C6)に相当)については、インターリーブを行わずに出力する。それに続く２回送信用フレーム(FR2_2)についても同様に処理される。
【０１１２】
図２８のフレーム組立部(404)では、インターリーブ部(403)からの出力(e10)を伝送フレームのデータスロットに挿入し、(f10)を出力する。伝送フレームは、同期ビット、制御ビット、およびデータを挿入して伝送するデータスロットから構成される。データスロットでのデータ伝送能力は、２５６ビット／４０ｍｓである。ここでは、同期ビット、制御ビットのビット数や内容については規定せず任意とする。図３０（Ｅ）に示すように、伝送フレーム(FR3_1)のデータスロット(E1)には２回送信ビット列(D1)と１回送信ビット列(D2)が挿入され、伝送フレーム(FR3_2)のデータスロット(E2)には２回送信ビット列(D3)と１回送信ビット列(D4)が挿入される。
【０１１３】
デジタル変調部(405)は、フレーム組立部(404)の出力データ(f10)を、例えば、差動符号化π/4-QPSK同期検波方式を用いてデジタル変調し、その出力(g10)は無線部１(406)に入力される。無線部１(406)は、その内部構成の図示は省略するが、変調された信号(g10)に対し、送信フィルタ処理、キャリア周波数にアップコンバートする直交変調処理を行い、パワーアンプにより増幅した信号(h107)を出力する。信号(h10)は送信アンテナ(407)を通し、受信側に送出される。
【０１１４】
受信側では、送信側から送られた電波を、受信アンテナ(408)により受信し、無線部２(409)により処理し、受信された伝送フレーム(j10)を出力する。無線部２(409)は、その内部構成の図示は省略するが、ＬＮＡ、ベースバンド周波数にダウンコンバートするための直交復調処理、受信フィルタ処理、同期処理、およびキャリア再生処理の機能を含んでいる。
【０１１５】
次に、２回送信合成処理部(410)により、２回繰り返して送信されたビットに対応する受信信号を合成し、その結果である信号(k10)を出力する。図３１（Ｆ）に示すように、２回送信合成処理は２つの伝送フレーム毎に実行される。図３１（Ｆ）においては、図３１（Ｅ）（Ｄ）に示す伝送フレーム(FR3_1)で送られてきたデータスロット(E1)の中の２回送信ビット列(D1)と、伝送フレーム(FR3_2)で送られてきたデータスロット(E2)の中の２回送信ビット列(D3)を合成対象信号(F1)、(F3)として２回送信合成処理用フレーム(FR4_1)にそれぞれ挿入する。ここで、合成対象信号(F1)と(F3)は全く同じビット列に対応する信号列である。また、１回のみ送信されてきたデータスロット(E1)の中の１回送信ビット列(D2)とデータスロット(E2)の中の１回送信ビット列(D4)に対応する信号はそれぞれ拡張信号(F2)、(F4)に挿入する。合成対象信号である(F1)と(F3)を加算し、その結果を図３１（Ｇ）の合成後信号用フレーム(図２８の(k107)に対応)の合成後信号(G1)と(G3)に挿入する。合成後信号(G1)と(G3)は全く同じ信号列である。また、拡張信号(F2)と(F4)は、それぞれ拡張信号(G2)と(G4)に挿入する。ここで、図３１（Ｆ）（Ｇ）に示したフレームは、伝送フレームの中のデータスロットについてのみ示しており、その他の同期ビット、制御ビットの図示は省略している。
【０１１６】
上記の２回送信合成処理により、２回送信を行ったビットは、ＢＥＲ（Bit Error Rate）特性において搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）が３ｄＢ改善し、伝送誤りに対するロバスト性が向上する。
【０１１７】
２回送信合成処理の結果である図２８の(k10)は、デジタル復調部(411)により復調処理される。復調処理されたビット列(l7)は、フレーム分解部(412)により、伝送フレームからデータスロット部分のみが抽出されたビット列(m10)として出力される。
【０１１８】
ビット列(m7)に対し、図３１（Ｈ）に示すようにデインターリーブ処理が施される。ここで、同図のビット列(H1)、(H2)、(H3)、(H4)は、同図（Ｇ）のビット列(G1)、(G2)、(G3)、(G4)に対応する復調処理されたビット列である。デインターリーブ対象ビットであるビット列(H1)と(H3)は全く同じビット列であるため、デインターリーブ処理はビット列(H1)のみについて実行する（ビット列(H3)は使用しない）。デインターリーブ後の図３１のビット列(H1)の前半は図３０（Ｃ）のビット列(C1)に、ビット列(H1)の後半はビット列(C2)に対応し、ビット列(H2)はビット列(C3)に、ビット列(H4)はビット列(C6)に対応するため、図３０（Ｂ）と同じ構造を有する図３１（Ｉ）が再生される。ここで、図３１（Ｉ）の２回送信ビット(I1)、(I2)、(I3)、(I4)は、図３０（Ｂ）の２回送信ビット(B1)、(B2)、(B3)、(B4)に対応する。図３１（Ｉ）のフレーム(FR5_1、FR5_2)は、１４０ビット／４０ｍｓであり、ビットレートは３．５ｋｂｐｓである。さらに、図３１（Ｉ）から、図３０（Ａ）と同じ構造を有するビット列（図２８、(n10))が再生され出力される。
【０１１９】
ビット列(n10)に対し、誤り訂正復号／誤り検出器(414)により、誤り訂正復号、誤り検出が施される。ここでは、誤り訂正符号化フレーム４０[ｍｓ]毎に軟判定ビタビ復号を実行し、音声符号化フレーム(２０[ｍｓ])２つ分(３２ビット×２)の音声情報ビット列(o10)を出力する。また、誤り訂正復号されたクラス２の音声情報ビット列に対し誤り検出が行われ、その結果である誤り検出フラグ(p10)が出力される。
【０１２０】
音声情報ビット列(o10)と誤り検出フラグ(p10)は、音声復号器(415)に入力され、図５の従来技術の音声復号器と同じ処理により再生音声(q10)が出力される。
【０１２１】
以下、実施形態３についてまとめる。
従来技術の誤り訂正を含め３．２ｋｂｐｓ音声符号化符復号技術を無線通信に用いることにより、７％の伝送誤りが発生しても単音明瞭度８０％以上が維持できる。しかし、伝送誤り率が７％を超える場合には、誤り訂正が有効に機能しなくなり再生音声の品質劣化が著しくなり、伝送誤り率がさらに高くなると、誤訂正（誤り訂正が有効に機能しなくなることによる誤りの悪化）が多発し、音声復号が困難になる。この課題を解決するため、本発明の実施形態３では、高い伝送誤りが発生する劣悪な伝搬環境にも対応可能な音声信号のロバストな伝送方法を提案する。
【０１２２】
実施形態３の音声通信システムは、
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
該音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、
を備え、
前記音声符号化手段、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列を複数回繰り返して送出し、該拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずに1回または複数回繰り返してに送出し、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、前記コアレイヤのビット列については、複数回繰り返して送信されたビットに対応する受信信号を合成した後、誤り訂正復号、誤り検出処理を行い、前記拡張レイヤのビットについては、複数回繰り返して送信された場合には、複数回繰り返して送信されたビットに対応する受信信号を合成した後、前記誤り訂正復号、誤り検出処理されたコアレイヤのビット列と共に音声復号に使用する。
【０１２３】
実施形態３によれば、音声通信無線システムを劣悪な電波環境（例えば、伝送誤り率が７％を超えるような環境）で使用する際、伝送誤り感度（重要度）が高いビットを繰り返し送信することにより、ロバストな音声通信が実現出来る。
【０１２４】
＜実施形態４＞
本発明の実施形態４について図３２〜３５を用いて説明する。図３２は本発明の実施形態４に係る音声通信システムの一例をを示す図である。図３３は誤り検出／誤り訂正符号化／送信電力の諸元を示す図である。図３４は本発明の実施形態４に係る音声通信システムの動作説明図である。図３５は本発明の実施形態４に係る音声通信システムの動作説明図である。図３２の(500)〜(508)は送信側での処理、(509)〜(515)は受信側での処理を示す。
【０１２５】
音声符号化器(500)では、１００−３８００Ｈｚで帯域制限された後、８ｋＨｚで標本化され、少なくとも１２ビットの精度で量子化された入力音声サンプル(a11)に対し音声符号化処理を行い、その結果である音声情報ビット列(b11)を出力する。音声符号化器(500)の動作は、図１に示した従来方式の音声符号化器と同じである。実施形態４では、音声情報ビット列(b11)に対し、以下に説明するレイヤ割当を行う。各レイヤへの音声情報ビットの割当については図１５と同様である。ただし、レイヤ割当は、後述する送信電力倍数を規定するための分類である。
【０１２６】
誤り検出／誤り訂正符号化器(501)では、従来方式と同様に、４０ｍｓ毎に２フレーム分の音声情報ビット列(b117)をまとめ、ＣＲＣ符号による誤り検出符号の付加とＲＣＰＣ符号による誤り訂正符号化を行い、その結果である誤り訂正後のビット列(c11)を出力する。その後、ビット削減処理部(502)、インターリーブ部(503)、送信電力２倍フレーム作成部(524)が実行される。誤り検出／誤り訂正符号化器(501)、ビット削減処理部(502)および送信電力２倍フレーム作成部(504)での動作を規定する諸元を図３３（表１７）に示す。実施形態４においては、クラス２（コアレイヤ１に対応）とクラス１（コアレイヤ２に対応）の音声情報ビットに対して、誤り検出／誤り訂正(ＲＣＰＣ)符号化を４０ｍｓ毎に実行する。クラス２を保護する４ビットのＣＲＣ符号と８ビットのテールビットを含めたＲＣＰＣ符号の符号化率は２／５、誤り感度が中程度のクラス１の符号化率は７／１２であり、ＲＣＰＣ符号器の出力ビット数は１４０ビット／４０ｍｓ（ビットレートは３．５ｋｂｐｓ）となる。そして、同図（表）の「送信電力倍数」欄に示す通り、コアレイヤ１とコアレイヤ２に属するビットについては、送信電力を従来技術における送信電力の２倍に設定して送信する。拡張レイヤについては、ビット削減処理を行った後、送信電力の２倍に設定して送信する。ビット削減処理としては、拡張レイヤ（２６ビット＝１３ビット×２）のうちの１４ビット（LSP Stage2（１２ビット＝６ビット×２）と高域音声／無声フラグ（２ビット＝１ビット×２））のみを送信する。ここで、“×２”は、前述の通り、２つの音声符号化フレーム分の音声情報ビット列をまとめ、４０ｍｓ毎に誤り検出／誤り訂正処理を行っていることを表している。ビット削減処理の結果、同図の「送信ビット数」欄に示すように送信ビット数は、１２８ビット／４０ｍｓ（ビットレートは３．２ｋｂｐｓ）となる。
【０１２７】
上記のように重要度の高いビットを送信電力２倍で送信することにより、復調結果であるＢＥＲ（Bit Error Rate）特性において搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）が３ｄＢ改善するため、伝送誤りに対するロバスト性が向上できる。拡張レイヤに分類されたビットについては、一部は送信電力２倍で送信するが、ビット削減処理により削減されたビットは送信電力０に設定することに等しいため、拡張レイヤに対しては低い送信電力を使用して伝送することになる。ビット削減処理により拡張レイヤのビットを削減するが、それらのビットの重要性は低いため、ビット削減による再生音声の品質劣化は許容できる範囲に抑えられる。
【０１２８】
以下に、図３４，３５を用いて、図３２の実施形態４の音声通信システムの動作について説明する。
【０１２９】
図３４（Ａ）には、図３２の誤り検出／誤り訂正符号化器(501)の出力である誤り訂正後のビット列(c11)を示す。誤り訂正フレーム(FR1_1)は、ＲＣＰＣ符号器出力（１４０ビット／４０ｍｓ、ビットレート３．６ｋｂｐｓ）であり、コアレイヤ１のビット(A1)が９０ビット、コアレイヤ２のビット(A2)が２４ビット、拡張レイヤのビット(A3)が２６ビットで構成されている。それに続く誤り訂正フレーム（FR1_2、FR1_3、…）も同様である。
【０１３０】
図３４（Ｂ）は、ビット削減処理部(502)での動作を示している。フレーム(FR1_1)では拡張レイヤのビット(A3)の２６ビットが、前述の通りビット(B3)の１４ビットに削減される。コアレイヤ１のビット(B1)、コアレイヤ２のビット(B2)は削減されないためビット数は変わらない。それに続く、フレーム(FR1_2、FR1_3、…)においても同様の処理を行う。ビット削減処理部(502)の出力(d7)は、１２８ビット／４０ｍｓとなり、ビットレートは３．２ｋｂｐｓとなる。
【０１３１】
インターリーブ部(503)は、ビット削減処理部(502)の出力(d117)に対し、インターリーブ処理を行い、その結果である(e7)を出力する。図３４（Ｃ）に示す通り、インターリーブ処理は、２つの誤り訂正フレーム毎に実行される。インターリーブ用フレーム(FR2_1)でのインターリーブ処理は、フレーム(FR1_1) と(FR1_2)のビット列(B1)〜(B6)を単位として実行される。
【０１３２】
次に、インターリーブ部(503)の出力(e117)に対し、送信電力２倍フレーム作成部(524)を行い、その結果である(f11)を出力する。そのフレーム構成を図３４（Ｄ）に示す。インターリーブ後のビット列(C1)を前半と後半の１２８ビットに分け、それぞれを区間(D1)と(D3)に挿入する。このように、フレーム(FR3_1)と(FR3_2)の前半に２倍の電力で送信するデータを配置し、後半は送信電力０の区間(D2)(D4)とし、データを挿入しない。図３４（Ｄ）での伝送速度は、２５６ビット／４０ｍｓが必要となり、ビットレートは６．４ｋｂｐｓとなる。図３４（Ｅ）での区間(E1)〜(E4)に示すように、フレーム(FR3_1)と(FR3_2)の前半区間(D1)、(D3)を送信電力２倍で送信し、後半区間(D2)、(D4)を送信電力０で送信する。これにより、区間(E1)〜(E4)を平均すると、送信電力は１倍（従来技術と同じ）になる。
【０１３３】
上記のように重要度の高いビットを送信電力２倍で送信することにより、ＢＥＲ（Bit Error Rate）特性において搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）が３ｄＢ改善するため、伝送誤りに対するロバスト性が向上できる。拡張レイヤに分類されたビットについては、一部（LSP Stage2（１２ビット＝６ビット×２）と高域音声／無声フラグ（２ビット＝１ビット×２））のみは送信電力２倍で送信するが、ビット削減処理により削減されたビットは送信電力０に設定することに等しいため、拡張レイヤに対しては低い送信電力を使用して伝送することになる。ビット削減処理により拡張レイヤのビットを削減するが、それらのビットの重要性は低いため、ビット削減による再生音声の品質劣化は許容できる範囲に抑えられる。
【０１３４】
図３２のフレーム組立部(504)では、送信電力２倍フレーム作成部(524)からの出力(f117)を伝送フレームのデータスロットに挿入し、伝送フレーム(g11)を出力する。伝送フレームは、図示を省略するが、同期ビット、制御ビット、およびデータを挿入して伝送するためのデータスロットから構成される。データスロットでのデータ伝送能力は２５６ビット／４０ｍｓであり、４０ｍｓ毎に図３６（Ｄ）の(FR3_1)、続いて(FR3_2)のデータが挿入される。ここでは、同期ビット、制御ビットのビット数や内容については規定せず任意とする。
【０１３５】
フレーム組立部(504)の出力データ(g7)は、例えば、差動符号化π/4-QPSK同期検波方式を用いてデジタル変調部(505)され、その出力(h7)は無線部１(506)に入力される。無線部１(506)は、その内部構成の図示は省略するが、変調された信号(h11)に対し、送信フィルタ処理、キャリア周波数にアップコンバートする直交変調処理を行い、パワーアンプにより増幅した信号(i11)を出力する。(i11)は送信アンテナ(507)を通し、受信側に送出される。
【０１３６】
受信側では、送信側から送られた電波を、受信アンテナ(508)により受信し、無線部２(509)により処理し、受信された伝送フレーム(k11)を出力する。無線部２(509)は、その内部構成の図示は省略するが、ＬＮＡ、ベースバンド周波数にダウンコンバートするための直交復調処理、受信フィルタ処理、同期処理、およびキャリア再生処理の機能を含んでいる。
【０１３７】
無線部２(509)からの出力(k7)は、デジタル復調部(510)により復調処理される。復調処理されたビット列(l11)は、フレーム分解部(511)により、伝送フレームからデータスロット部分のみが抽出されたビット列(m11)として出力される。
【０１３８】
ビット列(m11)に対し、図３５（Ｆ）に示すようにデインターリーブ処理が施される。ここで、デインターリーブ用フレームの(F1)の前半には送信された(D1)に対応するデータ、後半には(D3)に対応するデータが挿入され、デインターリーブ処理が実行される。図３５（Ｆ）におけるビットレートは３．２ｋｂｐｓとなる。
【０１３９】
デインターリーブ後の図３５（Ｆ）の内容を図３５（Ｇ）に示す。ビット列(G1)〜(G6)は、図３４（Ｂ）の(B1)〜(B6)と同じ内容になり、送信ビット列が再生される。図３５（Ｆ）のフレーム(FR4_1、FR4_2)は、１２８ビット／４０ｍｓであり、ビットレート３．２ｋｂｐｓである。
【０１４０】
デインターリーブ後のビット列(n11)に対し、誤り訂正復号／誤り検出器(513)により、誤り訂正復号、誤り検出が施される。ここでは、誤り訂正符号化フレーム４０[ｍｓ]毎に軟判定ビタビ復号を実行し、音声符号化フレーム(２０[ｍｓ])２つ分(３２ビット×２)の音声情報ビット列(o117)を出力する。また、誤り訂正復号されたクラス２の音声情報ビット列に対し誤り検出が行われ、その結果である誤り検出フラグ(p11)が出力される。
【０１４１】
音声情報ビット列(o11)と誤り検出フラグ(p7)は、音声復号処理器(514)に入力され、図５の従来技術の音声復号器と同じ処理により再生音声(q11)が出力される。
【０１４２】
以下、実施形態４についてまとめる。
従来技術の誤り訂正を含め３．２ｋｂｐｓ音声符号化符復号技術を無線通信に用いることにより、７％の伝送誤りが発生しても単音明瞭度８０％以上が維持できる。しかし、伝送誤り率が７％を超える場合には、誤り訂正が有効に機能しなくなり再生音声の品質劣化が著しくなり、伝送誤り率がさらに高くなると、誤訂正（誤り訂正が有効に機能しなくなることによる誤りの悪化）が多発し、音声復号が困難になる。この課題を解決するため、本発明では、高い伝送誤りが発生する劣悪な伝搬環境にも対応可能な音声信号のロバストな伝送方法を提案する。
【０１４３】
実施形態４の音声通信システムは、
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
該音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、
を備え、
前記音声符号化手段は、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記該コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列については高い送信電力を使用して伝送し、該拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずに低い送信電力を使用して伝送する。
【０１４４】
実施形態４によれば、音声通信無線システムを劣悪な電波環境（例えば、伝送誤り率が７％を超えるような環境）で使用する際、伝送誤り感度（重要度）が高いビットの送信電力を高く設定することにより、ロバストな音声通信が実現出来る。
【０１４５】
本発明の実施形態１〜４は、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）によって容易に実現可能である。
【０１４６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明は、音声符号化復号装置、音声通信システムに利用することができる。
【符号の説明】
【０１４８】
111：フレーム化器、112：ゲイン計算器、113：量子化器１、114：線形予測分析器、115：ＬＳＦ係数計算器、116：量子化器２、117：ＬＰＣ分析フィルタ、118：ピーキネス計算器、119：相関関数補正器、120：ローパスフィルタ、121：ピッチ検出器、122：非周期フラグ発生器、123：量子化器３、124：非周期ピッチインデックス生成器、125：ビットパッキング器、126：有声／無声判定器１、127：周期／非周期ピッチおよび有声／無声情報コード生成器、128：ＨＰＦ、129：相関関数計算器、130：有声／無声判定器２、131：ビット分離器、132：有声／無声情報・ピッチ周期復号器、133：ジッタ設定器、134：パルス音源／雑音音源混合比計算器、135：スペクトル包絡振幅計算器、136：線形予測係数計算器１、137：傾斜補正係数計算器、138：ＬＳＦ復号器、139：ゲイン復号器、140：パラメータ補間器、141：ピッチ周期計算器、142：パルス音源発生器、143：雑音発生器、144：混合音源発生器、145：適応スペクトルエンハンスメントフィルタ、146：ＬＰＣ合成フィルタ、147：線形予測係数計算器２、148：ゲイン調整器、149：パルス拡散フィルタ、150：１ピッチ波形復号器、161：サブバンド２，３，４平均振幅計算器、162：サブバンド選択器、163：サブバンド２，３，４有声強度テーブル（有声用）、164：サブバンド２，３，４有声強度テーブル（無声用）、165：切替え器１、166：切替器２、167：切替器３、168：混合比計算器、170：ＬＰＦ１、171：ＬＰＦ２、172：ＢＰＦ１、173：ＢＰＦ２、174：ＢＰＦ３、175：ＢＰＦ４、176：ＨＰＦ１、177：ＨＰＦ２、178：乗算器１、178：乗算器１、179：乗算器２、180：乗算器３、181：乗算器４、182：乗算器５、183：乗算器６、184：乗算器７、185：乗算器８、186：加算器１、189：加算器２、190：加算器３、191：加算器４、192：加算器５、200：スケーラブルビットパッキング器、201：誤り検出／誤り訂正符号化器、202：誤り訂正復号／誤り検出器、210：ビット分離／スケーラブル制御器、211：ＬＳＦ復号器、300：ビット分離器／スケーラブル復号制御器、310：ゲイン計算器２、311：量子化器４、312：量子化器５、313：ビットパッキング器２、320：誤り訂正復号／誤り検出器２、321：ビット分離器／スケーラブル復号制御器２、322：ＬＳＦ復号器３、323：ゲイン復号器２、324：パラメータ補間器２。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2017081874.tif 000019
【図１０】
2017081874.tif 000020
【図１１】
2017081874.tif 000021
【図１２】
2017081874.tif 000022
【図１３】
2017081874.tif 000023
【図１４】
2017081874.tif 000024
【図１５】
2017081874.tif 000025
【図１６】
2017081874.tif 000026
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2017081874.tif 000030
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2017081874.tif 000036
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2017081874.tif 000040
【図３１】
2017081874.tif 000041
【図３２】
2017081874.tif 000042
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月11日(2018.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し、音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
前記該音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、
を備え、
前記音声符号化手段は、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列を送出し、前記拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずにビット列を送出し、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、前記コアレイヤのビット列については、誤り訂正復号、誤り検出処理を行い、前記音声復号手段は、該誤り検出処理により、誤りが検出される頻度に基づき、該頻度が低い時は、前記コアレイヤと前記拡張レイヤの両方のビット列を使用して音声復号し、該頻度が高い時には、前記コアレイヤの全ビットまたは一部のビットのみを使用して音声復号する音声通信システム。
【請求項２】
請求項１の音声通信システムにおいて、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段と第２の誤り検出／誤り訂正符号化手段とを備え、
前記音声符号化手段はが、スペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報および第１のゲイン情報を求め、それらを符号化した結果である音声情報ビット列を出力し、
前記第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段は、該音声情報ビット列の全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化したビット列を出力すると共に、
前記音声符号化手段は、第２のゲイン情報を求め、それを符号化した結果である第２のゲイン情報ビット列を出力し、
前記第２の誤り検出／誤り訂正符号化手段は、該第２のゲイン情報ビット列に対して誤り検出／訂正符号化したビット列を送出する音声通信システム。
【請求項３】
請求項２の音声通信システムにおいて、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は第１の誤り訂正復号／誤り検出手段と第２の誤り訂正復号／誤り検出手段とを備え、
前記第１の誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、該受信したビット列のうち前記第１の誤り検出／誤り訂正符号化手段により誤り保護されたビットに対して、誤り訂正復号と誤り検出を行い、誤り訂正後の音声情報ビット列を出力し、
前記音声復号手段は、前記誤り訂正後の音声情報ビット列に含まれる前記スペクトル包絡情報と、前記低周波数帯域の有声／無声識別情報と、前記高周波数帯域の有声／無声識別情報と、前記ピッチ周期情報および前記第１のゲイン情報の各パラメータとを分離して復号すると共に、
前記第２の誤り訂正復号／誤り検出手段は、第２のゲイン情報を誤り検出／訂正符号化したビット列を受信し、訂正復号と誤り検出を行った後、前記音声復号手段が、前記第２のゲイン情報を復号し、
さらに前記音声復号手段は、
低周波数帯域では、該低周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて、前記ピッチ周期情報が示すピッチ周期で発生させたピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して低周波数帯域の混合信号を作成し、
高周波数帯域では、前記スペクトル包絡情報からスペクトル包絡振幅を求め、周波数軸上で分割された帯域毎にスペクトル包絡振幅の平均値を求め、前記スペクトル包絡振幅の平均値が最大となる帯域を決定した結果と、前記高周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて帯域毎に前記ピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して混合信号を生成し、高周波数帯域で分割された全ての帯域の混合信号を加算して高周波数帯域の混合信号を生成し、
前記低周波数帯域の混合信号と前記高周波数帯域の混合信号を加算して混合音源信号を生成し、
該混合音源信号に対し前記スペクトル包絡情報を付加した後、前記第２のゲイン情報の誤り検出の結果、誤りが検出されない場合は、前記第１のゲイン情報と前記第２のゲイン情報を両方付加して再生音声を生成し、誤りが検出された場合は、前記第１のゲイン情報のみを付加して再生音声を生成する音声通信システム。
【請求項４】
請求項１の音声通信システムにおいて、
前記音声符号化手段は、線形予測分析・合成方式の音声符号化により、スペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報およびゲイン情報と、を求め、それらを符号化した結果である音声情報ビット列を出力する音声通信システム。
【請求項５】
請求項１の音声通信システムにおいて、
前記音声復号手段は、
前記音声情報ビット列に含まれるスペクトル包絡情報と、低周波数帯域の有声／無声識別情報と、高周波数帯域の有声／無声識別情報と、ピッチ周期情報およびゲイン情報と、の各パラメータとを分離して復号し、
低周波数帯域では、該低周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて、ピッチ周期情報が示すピッチ周期で発生させたピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して低周波数帯域の混合信号を作成し、
高周波数帯域では、前記スペクトル包絡情報からスペクトル包絡振幅を求め、周波数軸上で分割された帯域毎にスペクトル包絡振幅の平均値を求め、前記スペクトル包絡振幅の平均値が最大となる帯域を決定した結果と、前記高周波数帯域の有声／無声識別情報に基づいて帯域毎に前記ピッチパルスと白色雑音を混合する際の混合比を決定して混合信号を生成し、高周波数帯域で分割された全ての帯域の混合信号を加算して高周波数帯域の混合信号を生成し、
前記低周波数帯域の混合信号と前記高周波数帯域の混合信号を加算して混合音源信号を生成し、該混合音源信号に対し前記スペクトル包絡情報および前記ゲイン情報を付加して再生音声を生成する音声通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
図２は従来方式のピッチ周期とインデックスの関係を示す図である。
図２に量子化器３_123への入力であるピッチ周期（２０〜１６０サンプルの範囲をとる）とその出力であるインデックスの値（０〜９８の範囲をとる）の関係を示す。
非周期フラグ発生器122は、正規化自己相関関数の最大値(l1)を入力し、閾値（＝０．５）より小さければ非周期フラグをＯＮにセット、そうでなければＯＦＦにセットして、非周期フラグ（１ビット）(n1)を非周期ピッチインデックス生成器124および、周期／非周期ピッチおよび有声／無声情報コード発生器127へ出力する。非周期フラグ(n1)がＯＮであれば、現フレームが非周期性をもつ音源であることを意味する。ＬＰＣ分析フィルタ117は１０次の線形予測係数(e1)を係数として用いる全零型フィルタであり、入力信号（b1）からスペクトル包絡情報を除去し、その結果である残差信号(h1)を出力する。ピーキネス計算器118は、残差信号(h1)を入力し、ピーキネス値を計算し(i1)として出力する。ピーキネス値とは、信号中にピークをもつパルス的な成分（スパイク）が存在する可能性を表すパラメータであり（式１）で与えられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
周期／非周期ピッチおよび有声／無声情報コード生成器127は、有声／無声フラグ(s1)、非周期フラグ(n1)、ピッチインデックス(o1)、非周期的ピッチインデックス(p1)を入力し、７ビット（１２８レベル）の周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(t1)を出力する。ここでの処理を以下に述べる。
有声／無声フラグ(s1)が無声を示す場合は、７ビットの符号（１２８種類の符号語を持つ）うち、７ビットが全て０の符号語を割り当てる。同フラグが有声を示す場合は、残りの符号語（１２７種類）を非周期フラグ(n1)に基づき、ピッチインデックス(o1)または非周期ピッチインデックス(p1)に割り当てる。非周期フラグ(n1)がＯＮの時は、非周期ピッチインデックス(p1)（非周期０〜２７）を７ビット中１ビットおよび２ビットが１となる符号語（２８種類）に割り当てる。その他の符号語（９９種類）は周期的なピッチインデックス(o1)（周期０〜９８）に割り当てる。以上に基づく周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コードの生成テーブルを表２に示す。
通常、伝送誤りにより有声／無声情報に誤りが発生し、無声フレームが誤って有声フレームとして復号された場合、周期的音源が使用されるため再生音声の品質は著しく劣下する。非周期ピッチインデックス(p1)（非周期０〜２７）を７ビット中１ビットおよび２ビットが１となる符号語（２８種類）に割り当てることにより、無声の符号語（0x0）が伝送誤りにより１または２ビット誤ったとしても、非周期的なピッチパルスにより音源信号が作られるため、伝送誤りによる影響を軽減することが出来る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
次に、図５を用いて従来の音声復号器の構成について説明する。図５は従来方式の音声復号器の一例を示す図である。
ビット分離器(131)は１フレーム毎に受信した３２ビットの音声情報ビット列(a2)を各パラメータに分離し、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(b2)、高域有声／無声フラグ(f2)、ゲイン情報(m2)およびＬＳＦパラメータインデックス(h2)を出力する。有声／無声情報・ピッチ周期復号器132は周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(b2)を入力し、表２に基づき、無声／周期的／非周期的のうちどれであるかを求め、無声ならば、ピッチ周期(c2)を“５０”にセット、有声／無声フラグ(d2)を“０”にセットして出力する。
周期的および非周期的の場合は、ピッチ周期(c2)を復号処理（非周期的の場合は表１を用いる）して出力し、有声／無声フラグ(d2)を“１．０”にセットして出力する。
ジッタ設定器133は、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(b2)を入力し、表２に基づき、無声／周期的／非周期的のうちどれであるかを求め、無声または非周期的を示す場合は、ジッタ値(e2)を“０．２５”にセットして出力する。周期的を示す場合は、ジッタ値(e2)を“０”にセットして出力する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、音声通信システムは、
所定の時間単位であるフレーム毎に音声信号を符号化処理し、音声情報ビットを出力する音声符号化手段と、
前記音声情報ビットの全てまたは一部に対して誤り検出符号を付加し、該誤り検出符号を付加したビット列に対して誤り訂正符号化したビット列を送出する誤り検出／誤り訂正符号化手段と、
前記誤り訂正符号化したビット列を受信し、該受信した誤り訂正符号化したビット列に対し誤り訂正復号を行い、該誤り訂正復号後の音声情報ビット列に対し誤り検出を行う誤り訂正復号／誤り検出手段と、
前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列から音声信号を再生し、その際、前記誤り訂正復号／誤り検出手段での誤り検出の結果、誤りが検出された場合、前記誤り訂正復号後の音声情報ビット列を過去の誤りの無いフレームでの音声情報ビット列により置き換えた後に音声信号を再生する音声復号手段と、を備え、
前記音声符号化手段は、前記音声情報ビット列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、
前記誤り検出／誤り訂正符号化手段は、前記該コアレイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号を付加した後、誤り訂正符号化を行ったビット列を送出し、前記拡張レイヤに分類されたビットについては、誤り検出符号の付加と誤り訂正符号化は行わずにビット列を送出し、
前記誤り訂正復号／誤り検出手段は、前記誤り検出／誤り訂正符号化手段から送出されたビット列を受信し、前記コアレイヤのビット列については、誤り訂正復号、誤り検出処理を行い、
前記音声復号手段は、該誤り検出処理により、誤りが検出される頻度に基づき、該頻度が低い時は、前記コアレイヤと前記拡張レイヤ両方のビット列を使用して音声復号し、該頻度が高い時には、前記コアレイヤの全ビットまたは一部のビットのみを使用して音声復号する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
スケーラブル伝送モード２の場合は、コアレイヤ１とコアレイヤ２のみの音声情報ビットを使用した音声復号を可能とするため以下の処理を実行する。
ステップＳ１０８の処理では、ＬＳＦパラメータインデックス(e7)として、Switch inf.、Stage1を出力する。また、Stage2_3_ON/OFF制御信号(f7)をＯＦＦに設定し、ＬＳＦ復号器211に通知することにより、ＬＳＦ復号器211では、Stage2、Stage3を使用せず、Switch inf.とStage1のみで復号する。ここで、ＬＳＦ復号器211はStage2、Stage3を使用せずにＬＳＦ係数を復号できる機能を有する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック1内のベクトルのみで再生ベクトルを作成する機能を有する。
ステップＳ１０９の処理では、ゲイン情報で伝送されて来なかったbit0を“０”にセットし、(g7)を出力する。
ステップＳ１１０の処理では、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(c7)をスルーで出力する。
ステップＳ１１１の処理では、ゲイン情報で伝送されて来なかった高域音声／無声フラグのbit0を“０”にセットし、(d7)を出力する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
本発明の実施形態１である音声符号化復号方法および装置は、無線システムにおいて音声伝達速度が制限される場合等、使用環境に応じてより柔軟に伝送速度が設定可能な音声符号化復号手段を提供できるものである。音声符号化手段が音声ビット情報列の各ビットを誤った時の聴感上の影響の大きさである重要度に応じて分類し、重要度の高いビットのグループをコアレイヤとし、高くないビットのグループを拡張レイヤとし、伝送するレイヤを示す制御情報に従い、コアレイヤのみ、または、コアレイヤおよび拡張レイヤの両方を送出することによって、音声復号手段が受信した音声情報ビット列がコアレイヤのみの場合にはコアレイヤの音声情報ビット列のみでも音声復号が出来る用途に適用できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
次に、４０ｍｓ毎に２フレーム分の音声データをまとめ、ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)符号による誤り検出符号の付加とＲＣＰＣ（Rate Compatible Punctured Convolutional）符号による誤り訂正符号化を行う。図１６に誤り検出／誤り訂正符号化の諸元を示す。誤り感度が最も低いクラス（クラス０）に対しては誤り保護は行わない。クラス２を保護する４ビットのＣＲＣ符号と８ビットのテールビット（Convolutional符号化(畳込み符号化)／ビタビ復号で必要となるゼロ終端用のビット）を含めたＲＣＰＣ符号の符号化率は４／９、誤り感度が中程度のクラス１符号化率は２／３であり、ＲＣＰＣ符号器の出力ビット数は１２８ビット／４０ｍｓとなり、ビットレートは３．２ｋｂｐｓとなる。上記処理により誤り検出／誤り訂正符号化の処理が施されたビット列(r1)が出力される。図１４での図示は省略しているが、送信ビット列(r1)はその後、インターリーブ処理部、デジタル変調処理部、無線部、送信アンテナを介して受信側に送出される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
次に実施形態２の第１例の音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の構成について図１８を用いて説明する。図１８は実施形態２の第１例に係る音声復号器と誤り訂正復号／誤り検出器の構成の一例を示す図である。同図において実施形態１の音声復号器(図１２)と異なる点は、ビット分離器／スケーラブル復号制御器300の前段に誤り訂正復号／誤り検出器202が追加になっている点である。ここで、図１８において、誤り訂正復号／誤り検出器202を除く全てのブロックは音声復号器の構成要素である。以下に誤り訂正復号／誤り検出器202の動作について図１８を用いて説明する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
図１４に示す送信側からの送信信号は、受信アンテナ、無線部、デジタル復調処理部、デインターリーブ処理部（図１８においてこれらの図示は省略している）を介して受信され、信号(d3)として誤り訂正復号／誤り検出器202に入力され、以下の通り誤り訂正復号と誤り検出処理が施される。誤り訂正復号では、誤り訂正符号化フレーム４０[ｍｓ]毎に軟判定ビタビ復号を実行し、音声符号化フレーム(２０[ｍｓ])２つ分(３２ビット×２)の音声情報ビット列(a2)を出力する。また、誤り訂正復号されたクラス２の音声情報ビット列に対し誤り検出が行われ、その結果である誤り検出フラグ(e3)が出力される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
まず、ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は受信した音声情報ビット列(a2)を各パラメータに分離する(ステップＳ２０１)。ここでは、パラメータとして、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(後にf8として出力)、高域有声／無声フラグ(後にg8として出力)、ＬＳＦパラメータインデックス(後にh8として出力)、ゲイン情報(後にj8として出力)が分離される。次に、ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は誤り検出フラグ(e3)を使用して、スケーラブル復号モードを決定する(ステップＳ２０２)。具体的には、以下に示すように誤り検出フラグ(e3)が“誤り有り”を示す頻度を観測し、伝送誤り発生の度合いを推定することにより、それに基づきスケーラブル復号モードを決定する。例えば、現在の音声符号化フレームから数えて過去の１０フレーム分の誤り検出フラグ(e3)を蓄積しておき、誤り検出フラグ(e3)が“誤り有り”を示すフレームの数が１０フレーム中０フレームであればスケーラブル復号モード１とし、１〜４フレームであればスケーラブル復号モード２とし、５フレーム以上であればスケーラブル復号モード３と決定する。スケーラブル復号により、誤り保護が施されていない拡張レイヤのビット、あるいは、訂正能力の弱い誤り訂正符号が適用されているコアレイヤのビットに発生する伝送誤りの影響が大きくなることに起因する再生音声の品質劣化を抑えることが可能となる。スケーラブル復号処理では、ステップＳ２０２で決定されたスケーラブル復号モードに基づき以下の処理を実行する(ステップＳ２０３)。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
全レイヤの情報を使用して音声復号するスケーラブル復号モード１の場合は、以下の処理を実行する。
ステップＳ２０４：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300はＬＳＦパラメータインデックス(h8)として、Switch inf.、Stage1、Stage2、およびStage3を出力する。また、Stage2_3_ON/OFF制御信号(i8)をＯＮに設定し、ＬＳＦ復号器２_301に通知することにより、ＬＳＦ復号器２_301では、Switch inf.、Stage1、Stage2、およびStage3を使用してＬＳＦ係数を復号する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック１内のベクトル、Stage2 に対応するコードブック２内のベクトル、およびStage3 に対応するコードブック３内のベクトルを使用して再生ベクトルを生成する。
ステップＳ２０５：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300はゲイン情報(j8)をスルーで出力する。
ステップＳ２０６：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は周期/非周期ピッチ・有声／無声情報コードf8)をスルーで出力する。
ステップＳ２０７：ビット分離器／スケーラブル復号制御器300は高域有声/無声フラグ(g8)をスルーで出力する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
図２１の音声符号化器では、音声符号化フレーム長を図１４での２０ｍｓから４０ｍｓに変更し、図２２の音声情報ビット列のレイヤ割当での「1フレーム（４０ｍｓ）当りのビット数」欄に示すように４０ｍｓ当り４７ビットの音声情報ビットを出力する。したがって、図２１の音声符号化器の各ブロックは、音声符号化フレーム４０ｍｓ毎に符号化処理するように動作し、ビットパッキング器２(313)からは４０ｍｓ当り４７ビット（音声符号化速度１．１７５ｋｂｐｓ）の音声情報ビット列(d8)が出力される。
ここで、図２１の音声符号化器と誤り検出／誤り訂正符号化器は、音声符号化フレーム長が２０ｍｓから４０ｍｓに変更された点を除き、機能的に図１４と異なるのは、ゲイン計算器112がゲイン計算器２(310)に、量子化器１(113)が量子化器４(311)に、量子化器２(116)が量子化器５(312)に、ビットパッキング器(125)がビットパッキング器２(313)に、誤り検出／誤り訂正符号化器(201)が誤り検出／誤り訂正符号化器２(314)にそれぞれ置き換えられている点であり、それらの動作については、以下で説明する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
図２１のゲイン計算器２(310)では、実施形態２の第１例で計算しているゲイン情報と共に、ゲイン補助情報も計算し、(a8)として出力する。前記ゲイン情報が計算対象範囲の中心点を音声符号化フレームの中心位置に置くのに対し、ゲイン補助情報では計算対象範囲の中心点を音声符号化フレームの中心位置から１／４フレーム分過去方向にずらして計算する。それにより、ゲイン情報を１フレーム当り２回抽出して伝送することになり、フレーム長が２倍の４０ｍｓになることに起因する電力変化の表現精度の低下を抑えることが可能となる。量子化器４(311)では、ゲイン情報とゲイン補助情報(a8)を入力し、ゲイン情報を５ビット、ゲイン補助情報を８ビットで量子化し、(b8)として出力する。そして、ゲイン補助情報はビットパッキング器２(313)を介し、誤り検出／誤り訂正符号化器２(314)に入力され、他の音声情報ビットとは別に、BCH(7,4)符号と偶数パリティ１ビットにより、誤り検出／誤り訂正符号化が施された８ビットのビット列として受信側に送出される。BCH(7,4)符号と偶数パリティ１ビットを適用することにより、１重誤り訂正、２重誤り検出が可能となる。このようにゲイン補助情報を単独で誤り保護することにより、ゲイン補助情報は伝送誤り感度が高いにも関わらず、図２２に示す通り、８ビットのゲイン補助情報（BCH(7,4)＋偶数パリティ１ビット適用後）を拡張レイヤとして分類し伝送できる。受信側では、ゲイン補助情報に誤りが検出されない場合に限り音声復号に使用する。この機能は、回線品質は良好な時に選択されるスケーラブル復号モード１で音声品質を向上させる。ここで、上記のゲイン情報とゲイン補助情報(a8)は、それぞれ第１のゲイン情報、第２のゲイン情報ともいう。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
ビット分離器／スケーラブル復号制御器２(321)では、まず、受信した音声情報ビット列(b9)を各パラメータに分離する(ステップＳ３０１)。ここでは、パラメータとして、周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(後にf8として出力)、高域有声／無声フラグ(後にg8として出力)、ＬＳＦパラメータインデックス(後にe9として出力)、ゲイン情報(後にh9として出力)が分離される。次に、誤り検出フラグ(c9)を使用して、スケーラブル復号モードを決定する(ステップＳ３０２)。具体的には、以下に示すように誤り検出フラグ(c9)が“誤り有り”を示す頻度を観測し、伝送誤り発生の度合いを推定することにより、それに基づきスケーラブル復号モードを決定する。例えば、現在の音声符号化フレームから数えて過去の１０フレーム分の誤り検出フラグ(c9)を蓄積しておき、誤り検出フラグ(c9)が“誤り有り”を示すフレーム数が１０フレーム中０フレームであればスケーラブル復号モード１とし、１〜４フレームであればスケーラブル復号モード２とし、５フレーム以上であればスケーラブル復号モード３と決定する。スケーラブル復号により、誤り保護が施されていない拡張レイヤのビット、あるいは、訂正能力の弱い誤り訂正符号が適用されているコアレイヤのビットに発生する伝送誤りの影響が大きくなることに起因する再生音声の品質劣化を抑えることが可能となる。スケーラブル復号処理では、ステップＳ３０２で決定されたスケーラブル復号モードに基づき以下の処理を実行する(ステップＳ３０３)。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
全レイヤの情報を使用して音声復号するスケーラブル復号モード１の場合は、以下の処理を実行する。
ステップＳ３０４：ＬＳＦパラメータインデックス(e9)として、Stage1、Stage2、Stage3、およびStage4を出力する。また、Stage2_ON/OFF制御信号(f9)をＯＮ、Stage3_4_ON/OFF制御信号(g9)をＯＮに設定し、ＬＳＦ復号器３(322)に通知することにより、ＬＳＦ復号器３(322)では、Stage1、Stage2、Stage3、およびStage4を使用してＬＳＦ係数を復号する。すなわち、Stage1に対応するコードブック１内のベクトル、Stage2に対応するコードブック２内のベクトル、Stage3に対応するコードブック３内のベクトル、およびStage4に対応するコードブック４内のベクトルを使用して再生ベクトルを生成する。
ステップＳ３０５：ゲイン補助情報誤り検出フラグ(d9)に基づき、ゲイン情報(h9)およびゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)を出力する。具体的には、ゲイン補助情報誤り検出フラグ(d9)が“誤り無し”を示していれば、ゲイン情報(h9)として、ゲイン補助情報を含んだゲイン情報(h9)出力すると共に、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)をＯＮにセットして出力し、ゲイン補助情報誤り検出フラグ(d9)が“誤り有り”を示していれば、ゲイン補助情報を含まないゲイン情報(h9)出力すると共に、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)をＯＦＦにセットし
て出力する。
ステップＳ３０６：周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(a7)をスルーで出力する。
ステップＳ３０７：高域音声/無声フラグ(b7)をスルーで出力する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
スケーラブル復号モード２の場合は、コアレイヤ１とコアレイヤ２のみの音声情報ビットを使用した音声復号を可能とするため以下の処理を実行する。
ステップＳ３０８：ＬＳＦパラメータインデックス(e9)として、Stage1、Stage2を出力する。また、Stage2_ON/OFF制御信号(f9)をＯＮ、Stage3_4_ON/OFF制御信号(g9)をＯＦＦに設定し、ＬＳＦ復号器３(322)に通知することにより、ＬＳＦ復号器３(322)では、拡張レイヤに属するStage3、Stage4を使用せず、Stage1、Stage2のみを使用してＬＳＦ係数を復号する。ここで、ＬＳＦ復号器３(322)はStage3、Stage4を使用せずにＬＳＦ係数を復号できる機能を有する。すなわち、前述のStage1に対応するコードブック１内のベクトルとStage2に対応するコードブック２内のベクトルのみを使用して再生ベクトルを作成する機能を有する。
ステップＳ３０９：ゲイン情報で拡張レイヤに属するbit0を“０”にセットし、(h9)を出力する。また、ゲイン2_ON/OFF制御信号(i9)をＯＦＦにセットして出力する。
ステップＳ３１０：周期／非周期ピッチ・有声／無声情報コード(a7)をスルーで出力する。
ステップＳ３１１：拡張レイヤに属する高域音声/無声フラグのbit0を“０”にセットし、(b7)を出力する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
図２４の各スケーラブル伝送モードでの音声品質の測定結果（伝送誤り無し時の単音明瞭度測定結果）の例を図２７に示す。同図には、図２０（図１７）の実施形態２の第１例での測定結果も示しており、実施形態２の第１例は１．６ｋｂｐｓ音声符号化、実施形態２の第２例は１．１７５ｋｂｐｓ音声符号化と記している。図２７より、スケーラブル復号モード２では、ＬＳＦ係数のStage2をコアレイヤ２に追加したことにより、実施形態２の第１例に比べ単音明瞭度が改善している。また、スケーラブル復号モード１では、ゲイン補助情報を送ることにより、フレーム長が２倍の４０ｍｓになっても単音明瞭度９０％以上を維持出来ている。また、測定結果は示していないが、伝送誤りが有る場合には、前述の通り、実施形態２の第２例では実施形態２の第１例に比べ、コアレイヤ１とコアレイヤ２の情報に対する誤り訂正の符号化速度を小さく設定し、誤り訂正により多くのビットを割当てているため伝送誤り耐性に優れる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
この課題を解決するため、実施形態２では、受信側において、伝送誤り率が高い場合には、誤り保護が施されていないビットや、訂正能力が弱い誤り訂正符号が適用されているビットを使用せずに音声復号が可能なスケーラブルな構造を有する音声符号化復号手段を有する音声通信システムを提案する。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
実施形態２によれば、音声通信システムを劣悪な電波環境（例えば、伝送誤り率が７％を超えるような環境）で使用する際、誤り保護が施されていないビット、あるいは、訂正能力の弱い誤り訂正符号が適用されているビットを使用せずにスケーラブルな音声復号を行うことが可能となり、それらのビットに発生する伝送誤りの影響が大きくなることに起因する再生音声の品質劣化を軽減することが可能となる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
誤り検出／誤り訂正符号化器(401)では、従来方式と同様に、４０ｍｓ毎に２フレーム分の音声情報ビット列(b10)をまとめ、ＣＲＣ符号による誤り検出符号の付加とＲＣＰＣ符号による誤り訂正符号化を行い、その結果である誤り訂正後のビット列(c10)を出力する。その後、２回送信用フレーム作成が実行される。誤り検出／誤り訂正符号化器(401)および２回送信用フレーム作成部(402)での動作を規定する諸元を図２９に示す。本実施形態においては、クラス２（コアレイヤ１に対応）とクラス１（コアレイヤ２に対応）の音声情報ビットに対して、誤り検出／誤り訂正(ＲＣＰＣ)符号化を４０ｍｓ毎に実行する。クラス２を保護する４ビットのＣＲＣ符号と８ビットのテールビットを含めたＲＣＰＣ符号の符号化率は２／５、誤り感度が中程度のクラス１符号化率は７／１２であり、ＲＣＰＣ符号器の出力ビット数は１４０ビット／４０ｍｓ（ビットレートは３．５ｋｂｐｓ）となる。そして、同図の「送信回数」欄に示す通り、コアレイヤ１とコアレイヤ２に属するビットについては、２回繰り返して送信する。よって、「送信ビット数」欄に示すように送信ビット数は２倍になる。拡張レイヤに属するビットについては、高域音声／無声フラグ（１ビット／フレーム）のみ２回送信する。よって、送信ビット数は２８ビット（＝２６ビット＋１ビット×２）となる。ここで、増加分である１ビット×２は、２つの音声符号化フレームの高域音声／無声フラグ（１ビット／フレーム）に相当する。２回送信する場合の送信ビット数は、２５６ビット／４０ｍｓ（ビットレートは６．４ｋｂｐｓ）となる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
次に、図２８のインターリーブ部(403)では、２回送信用フレーム(d10)に対し、インターリーブを施し(e10)を出力する。インターリーブは、図３０（Ｄ）に示すように、２回送信するビット列(D1)と(D3)に対し、それぞれ同じ処理が実行される。よって、インターリーブ後においても２回送信ビット列(D1)と(D3)は全く同じビット列である。ここで、２回送信ビット列(D1)はビット(C1)と(C2)に、２回送信ビット列(D3)はビット(C4)と(C5)に相当し、２３２ビット／４０ｍｓである。また、１回送信ビット列(D2)(ビット(C3)に相当)と１回送信ビット列(D4)(ビット(C6)に相当)については、インターリーブを行わずに出力する。それに続く２回送信用フレーム(FR2_2)についても同様に処理される。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
デジタル変調部(405)は、フレーム組立部(404)の出力データ(f10)を、例えば、差動符号化π/4-QPSK同期検波方式を用いてデジタル変調し、その出力(g10)は無線部１(406)に入力される。無線部１(406)は、その内部構成の図示は省略するが、変調された信号(g10)に対し、送信フィルタ処理、キャリア周波数にアップコンバートする直交変調処理を行い、パワーアンプにより増幅した信号(h10)を出力する。信号(h10)は送信アンテナ(407)を通し、受信側に送出される。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
次に、２回送信合成処理部(410)により、２回繰り返して送信されたビットに対応する受信信号を合成し、その結果である信号(k10)を出力する。図３１（Ｆ）に示すように、２回送信合成処理は２つの伝送フレーム毎に実行される。図３１（Ｆ）においては、図３１（Ｅ）（Ｄ）に示す伝送フレーム(FR3_1)のデータスロット(E1)に挿入されて送られてきた２回送信ビット列(D1)と、伝送フレーム(FR3_2)で送られてきたデータスロット(E2)の中の２回送信ビット列(D3)を合成対象信号(F1)、(F3)として２回送信合成処理用フレーム(FR4_1)にそれぞれ挿入する。ここで、合成対象信号(F1)と(F3)は全く同じビット列に対応する信号列である。また、１回のみ送信されてきたデータスロット(E1)の中の１回送信ビット列(D2)とデータスロット(E2)の中の１回送信ビット列(D4)に対応する信号はそれぞれ拡張信号(F2)、(F4)に挿入する。合成対象信号である(F1)と(F3)を加算し、その結果を図３１（Ｇ）の合成後信号用フレーム(図２８の(k10)に対応)の合成後信号(G1)と(G3)に挿入する。合成後信号(G1)と(G3)は全く同じ信号列である。また、拡張信号(F2)と(F4)は、それぞれ拡張信号(G2)と(G4)に挿入する。ここで、図３１（Ｆ）（Ｇ）に示したフレームは、伝送フレームの中のデータスロットについてのみ示しており、その他の同期ビット、制御ビットの図示は省略している。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
２回送信合成処理の結果である図２８の(k10)は、デジタル復調部(411)により復調処理される。復調処理されたビット列(l10)は、フレーム分解部(412)により、伝送フレームからデータスロット部分のみが抽出されたビット列(m10)として出力される。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
ビット列(m10)に対し、図３１（Ｈ）に示すようにデインターリーブ処理が施される。ここで、同図のビット列(H1)、(H2)、(H3)、(H4)は、同図（Ｇ）のビット列(G1)、(G2)、(G3)、(G4)に対応する復調処理されたビット列である。デインターリーブ対象ビットであるビット列(H1)と(H3)は全く同じビット列であるため、デインターリーブ処理はビット列(H1)のみについて実行する（ビット列(H3)は使用しない）。デインターリーブ後の図３１のビット列(H1)の前半は図３０（Ｃ）のビット列(C1)に、ビット列(H1)の後半はビット列(C2)に対応し、ビット列(H2)はビット列(C3)に、ビット列(H4)はビット列(C6)に対応するため、図３０（Ｂ）と同じ構造を有する図３１（Ｉ）が再生される。ここで、図３１（Ｉ）の２回送信ビット(I1)、(I2)、(I3)、(I4)は、図３０（Ｂ）の２回送信ビット(B1)、(B2)、(B3)、(B4)に対応する。図３１（Ｉ）のフレーム(FR5_1、FR5_2)は、１４０ビット／４０ｍｓであり、ビットレートは３．５ｋｂｐｓである。さらに、図３１（Ｉ）から、図３０（Ａ）と同じ構造を有するビット列（図２８、(n10))が再生され出力される。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
音声情報ビット列(o10)と誤り検出フラグ(p10)は、音声復号器(415)に入力され、図５の従来技術の音声復号器の処理と同じ処理により復号再生され、再生音声(q10)として出力される。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２６】
誤り検出／誤り訂正符号化器(501)では、従来方式と同様に、４０ｍｓ毎に２フレーム分の音声情報ビット列(b11)をまとめ、ＣＲＣ符号による誤り検出符号の付加とＲＣＰＣ符号による誤り訂正符号化を行い、その結果である誤り訂正後のビット列(c11)を出力する。その後、ビット削減処理部(502)、インターリーブ部(503)、送信電力２倍フレーム作成部(524)によってビット削減処理、インターリーブ処理、送信電力２倍フレーム作成が実行される。誤り検出／誤り訂正符号化器(501)、ビット削減処理部(502)および送信電力２倍フレーム作成部(504)での動作を規定する諸元を図３３（表１７）に示す。実施形態４においては、クラス２（コアレイヤ１に対応）とクラス１（コアレイヤ２に対応）の音声情報ビットに対して、誤り検出／誤り訂正(ＲＣＰＣ)符号化を４０ｍｓ毎に実行する。クラス２を保護する４ビットのＣＲＣ符号と８ビットのテールビットを含めたＲＣＰＣ符号の符号化率は２／５、誤り感度が中程度のクラス１の符号化率は７／１２であり、ＲＣＰＣ符号器の出力ビット数は１４０ビット／４０ｍｓ（ビットレートは３．５ｋｂｐｓ）となる。そして、同図（表）の「送信電力倍数」欄に示す通り、コアレイヤ１とコアレイヤ２に属するビットについては、送信電力を従来技術における送信電力の２倍に設定して送信する。拡張レイヤに属するビットについては、ビット削減処理を行った後、送信電力の２倍に設定して送信する。ビット削減処理としては、拡張レイヤ（２６ビット＝１３ビット×２）のうちの１４ビット（LSP Stage2（１２ビット＝６ビット×２）と高域音声／無声フラグ（２ビット＝１ビット×２））のみを送信する。ここで、“×２”は、前述の通り、２つの音声符号化フレーム分の音声情報ビット列をまとめ、４０ｍｓ毎に誤り検出／誤り訂正処理を行っていることを表している。ビット削減処理の結果、同図の「送信ビット数」欄に示すように送信ビット数は、１２８ビット／４０ｍｓ（ビットレートは３．２ｋｂｐｓ）となる。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】
上記のように重要度の高いビットを送信電力２倍で送信することにより、復調結果であるＢＥＲ（Bit Error Rate）特性において搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）が３ｄＢ改善するため、伝送誤りに対するロバスト性が向上できる。拡張レイヤに分類されたビットについては、一部は送信電力２倍で送信するが、ビット削減処理によりビットを削減することは送信電力０に設定することに等しいため、拡張レイヤに対しては低い送信電力を使用して伝送することになる。ビット削減処理により拡張レイヤのビットの数を削減するが、それらのビットの重要性は低いため、ビット削減による再生音声の品質劣化は許容できる範囲に抑えられる。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
インターリーブ部(503)は、ビット削減処理部(502)の出力(d11)に対し、インターリーブ処理を行い、その結果である(e11)を出力する。図３４（Ｃ）に示す通り、インターリーブ処理は、２つの誤り訂正フレーム毎に実行される。インターリーブ用フレーム(FR2_1)でのインターリーブ処理は、フレーム(FR1_1) と(FR1_2)のビット列(B1)〜(B6)を単位として実行される。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
次に、インターリーブ部(503)の出力(e11)に対し、送信電力２倍フレーム作成部(524)によって送信電力２倍フレームを作成し、その結果である(f11)を出力する。そのフレーム構成を図３４（Ｄ）に示す。インターリーブ後のビット列(C1)を前半と後半の１２８ビットに分け、それぞれを区間(D1)と(D3)に挿入する。このように、フレーム(FR3_1)と(FR3_2)の前半に２倍の電力で送信するデータを配置し、後半は送信電力０の区間(D2)(D4)とし、データを挿入しない。図３４（Ｄ）での伝送速度は、２５６ビット／４０ｍｓが必要となり、ビットレートは６．４ｋｂｐｓとなる。図３４（Ｅ）での区間(E1)〜(E4)に示すように、フレーム(FR3_1)と(FR3_2)の前半区間(D1)、(D3)を送信電力２倍で送信し、後半区間(D2)、(D4)を送信電力０で送信する。これにより、区間(E1)〜(E4)の電力を平均すると、送信電力は１倍（従来技術と同じ）になる。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３４】
図３２のフレーム組立部(504)では、送信電力２倍フレーム作成部(524)からの出力(f11)を伝送フレームのデータスロットに挿入し、伝送フレーム(g11)を出力する。伝送フレームは、図示を省略するが、同期ビット、制御ビット、およびデータを挿入して伝送するためのデータスロットから構成される。データスロットでのデータ伝送能力は２５６ビット／４０ｍｓであり、４０ｍｓ毎に図３６（Ｄ）の(FR3_1)、続いて(FR3_2)のデータが挿入される。ここでは、同期ビット、制御ビットのビット数や内容については規定せず任意とする。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
フレーム組立部(504)の出力データ(g11)は、例えば、差動符号化π/4-QPSK同期検波方式を用いてデジタル変調部(505)され、その出力(h11)は無線部１(506)に入力される。無線部１(506)は、その内部構成の図示は省略するが、変調された信号(h11)に対し、送信フィルタ処理、キャリア周波数にアップコンバートする直交変調処理を行い、パワーアンプにより増幅した信号(i11)を出力する。(i11)は送信アンテナ(507)を通し、受信側に送出される。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３７】
無線部２(509)からの出力(k11)は、デジタル復調部(510)により復調処理される。復調処理されたビット列(l11)は、フレーム分解部(511)により、伝送フレームからデータスロット部分のみが抽出されたビット列(m11)として出力される。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
デインターリーブ後のビット列(n11)に対し、誤り訂正復号／誤り検出器(513)により、誤り訂正復号、誤り検出が施される。ここでは、誤り訂正符号化フレーム４０[ｍｓ]毎に軟判定ビタビ復号を実行し、音声符号化フレーム(２０[ｍｓ])２つ分(３２ビット×２)の音声情報ビット列(o11)を出力する。また、誤り訂正復号されたクラス２の音声情報ビット列に対し誤り検出が行われ、その結果である誤り検出フラグ(p11)が出力される。
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４１】
音声情報ビット列(o11)と誤り検出フラグ(p11)は、音声復号処理器(514)に入力され、図５の従来技術の音声復号器の処理と同じ処理により復号再生され、再生音声(q11)として出力される。
【国際調査報告】
2017081874.tif 000046
2017081874.tif 000047
2017081874.tif 000048
2017081874.tif 000049