(57)【要約】狭帯域幅を持つスペクトルピークを有する信号を検出するシステム、方法および装置が本明細書で説明される。説明される構成の範囲は、線形予測符号化（ＬＰＣ）分析スキームのパラメータを使用してそのような検出を実行する構成を含む。
2009518694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号処理の方法において、前記方法は、
ディジタル化されたオーディオ信号の時間における部分に、順序付けられた複数の繰り返しを含んでいる符号化演算を実行し、
前記順序付けられた複数の繰り返しの各々で、前記符号化演算の利得に関する測度値を計算し、
第１の複数の閾値の各々に対し、前記順序付けられた複数の中から、前記計算された値と前記閾値との間の第１の関係の状態で変化が生じる前記繰り返しを決定し、前記繰り返しの指示を記憶し、
前記記憶された指示のうちの少なくとも１つと、少なくとも１つの対応する閾値とを比較することと、
を含んでいる、信号処理方法。
【請求項２】
前記記憶された指示のうちの少なくとも１つと、少なくとも１つの対応する閾値との比較が、前記記憶された指示のうちの前記少なくとも１つと、第２の複数の閾値のうちの対応する１つとの比較を含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項３】
前記符号化演算が線形予測符号化演算である、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項４】
前記符号化演算の実行が、前記時間における部分に関する複数のフィルタ係数を計算することを含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項５】
前記方法が、前記比較の結果に応じて、前記フィルタ係数のうちの少なくとも１つの大きさを低減することを含んでいる、請求項４に記載の信号処理方法。
【請求項６】
前記符号化演算の実行が、前記時間における部分に関する複数の反射係数を計算することを含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項７】
前記利得に関する測度値の計算が、前記複数の反射係数のうちの少なくとも１つに基づいて計算することを含んでいる、請求項６に記載の信号処理方法。
【請求項８】
前記符号化演算の利得に関する前記測度が、（Ａ）予測利得および（Ｂ）予測エラーのうちの１つである、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項９】
前記記憶された指示のうちの少なくとも１つと、少なくとも１つの対応する閾値との比較が、前記記憶された指示のうちの少なくとも１つと、対応する上限の閾値および対応する下限の閾値の各々との比較を含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項１０】
前記符号化演算の利得に関する前記測度が、（Ａ）前記時間における部分のエネルギーと、（Ｂ）前記符号化演算の前記対応する繰り返しの残余部分のエネルギーとの間の比率に基づいている、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項１１】
前記第１の複数の閾値の各々に対し、前記計算された値と前記閾値との間の前記第１の関係の前記状態が、（Ａ）前記計算された値が前記閾値よりも大きい場合の第１の値と、（Ｂ）前記計算された値が前記閾値よりも小さい場合の、前記第１の値と異なる第２の値とを有する、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項１２】
前記方法が、前記比較の結果に基づいて、前記時間における部分に対する符号化モードを選択することを含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項１３】
前記方法が、前記比較の結果に応じて、前記時間における部分の励起信号を符号化するために少なくとも１つのコードブックインデックスを使用することを含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項１４】
前記方法が、前記比較の結果に応じて、前記時間における部分に含まれるデュアルトーン多周波信号を識別することを含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項１５】
前記方法が、前記比較の結果に応じて、前記時間における部分の少なくとも２つの周波数成分の各々の周波数を決定することを含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項１６】
前記方法が、前記記憶された指示の少なくとも１つに基づいて、前記時間における部分は（Ａ）スピーチ信号および（Ｂ）トーン信号のうちの１つであることを決定することを含み、
前記決定することが、前記記憶された指示の少なくとも１つと、少なくとも１つの対応する閾値との比較を含んでいる、請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法を表現する機械読み込み可能な命令を有するデータ記憶媒体。
【請求項１８】
信号処理装置において、前記装置が、
ディジタル化されたオーディオ信号の時間における部分に、順序付けられた複数の繰り返しを含んでいる符号化演算を実行する手段と、
前記順序付けられた複数の繰り返しの各々で、前記符号化演算の利得に関する測度値を計算する手段と、
第１の複数の閾値の各々に対し、前記順序付けられた複数の中から、前記計算された値と前記閾値との間の第１の関係の状態で変化が生じる前記繰り返しを決定し、前記繰り返しの指示を記憶する手段と、
前記記憶された指示のうちの少なくとも１つを、少なくとも１つの対応する閾値と比較する手段と、
を備える、信号処理装置。
【請求項１９】
前記記憶された指示のうちの少なくとも１つを、少なくとも１つの対応する閾値と比較する前記手段が、前記記憶された指示のうちの前記少なくとも１つを、第２の複数の閾値のうちの対応する１つと比較するように構成されている、請求項１８に記載の信号処理装置。
【請求項２０】
前記符号化演算の利得に関する前記測度が、（Ａ）予測利得および（Ｂ）予測エラーのうちの１つである、請求項１８に記載の信号処理装置。
【請求項２１】
前記符号化演算の利得に関する前記測度が、（Ａ）前記時間における部分のエネルギーと（Ｂ）前記符号化演算の前記対応する繰り返しの残余部分のエネルギーとの間の比率に基づいている、請求項１８に記載の信号処理装置。
【請求項２２】
前記記憶された指示のうちの少なくとも１つを、少なくとも１つの対応する閾値と比較する前記手段が、前記記憶された指示のうちの少なくとも１つを、対応する上限の閾値および対応する下限の閾値の各々と比較するように構成されている、請求項１８に記載の信号処理装置。
【請求項２３】
前記第１の複数の閾値の各々に対し、前記計算された値と前記閾値との間の前記第１の関係の前記状態が、（Ａ）前記計算された値が前記閾値よりも大きい場合の第１の値と、（Ｂ）前記計算された値が前記閾値よりも小さい場合の、前記第１の値と異なる第２の値とを有する、請求項１８に記載の信号処理装置。
【請求項２４】
前記装置が、比較する前記手段の出力に基づいて、前記時間における部分に対する符号化モードを選択する手段を備えている、請求項１８に記載の信号処理装置。
【請求項２５】
請求項１８に記載の装置を含み、
比較する前記手段の出力に基づいて、（Ａ）前記時間における部分に関する符号化モードを選択することと、（Ｂ）前記複数の係数のうちの少なくとも１つの大きさを低減することとのうちの少なくとも１つを実行するように構成されている、セルラー電話。
【請求項２６】
信号処理装置において、前記装置が、
ディジタル化されたオーディオ信号の時間における部分に基づいて複数の係数を計算するために、順序付けられた複数の繰り返しを含んでいる符号化演算を実行するように構成されている係数計算機と、
前記順序付けられた複数の繰り返しの各々で、前記符号化演算の利得に関する測度値を計算するように構成されている利得測定計算機と、
第１の複数の閾値の各々に対し、前記順序付けられた複数の中から、前記計算された値と前記閾値との間の第１の関係の状態で変化が生じる前記繰り返しを決定し、前記繰り返しの指示を記憶するように構成されている第１の比較ユニットと、
前記記憶された指示のうちの少なくとも１つを、少なくとも１つの対応する閾値と比較するように構成されている第２の比較ユニットと、
を備える、信号処理装置。
【請求項２７】
前記第２の比較ユニットが、前記記憶された指示のうちの前記少なくとも１つを、第２の複数の閾値のうちの対応する１つと比較するように構成されている、請求項２６に記載の信号処理装置。
【請求項２８】
前記符号化演算の利得に関する前記測度が、（Ａ）予測利得および（Ｂ）予測エラーのうちの１つである、請求項２６に記載の信号処理装置。
【請求項２９】
前記符号化演算の利得に関する前記測度が、（Ａ）前記時間における部分のエネルギーと、（Ｂ）前記符号化演算の前記対応する繰り返しの残余部分のエネルギーとの間の比率に基づいている、請求項２６に記載の信号処理装置。
【請求項３０】
前記第２の比較ユニットが、前記記憶された指示のうちの少なくとも１つを、対応する上限の閾値および対応する下限の閾値の各々と比較するように構成されている、請求項２６に記載の信号処理装置。
【請求項３１】
前記第１の複数の閾値の各々に対し、前記計算された値と前記閾値との間の前記第１の関係の前記状態が、（Ａ）前記計算された値が前記閾値よりも大きい場合の第１の値と、（Ｂ）前記計算された値が前記閾値よりも小さい場合の、前記第１の値と異なる第２の値とを有する、請求項２６に記載の信号処理装置。
【請求項３２】
前記装置が、前記第２の比較ユニットの出力に基づいて、前記時間における部分に対する符号化モードを選択するように構成されているモードセレクタを備える、請求項２６に記載の信号処理装置。
【請求項３３】
請求項２６に記載の装置を含み、
前記第２の比較ユニットの出力に基づいて、（Ａ）前記時間における部分に対する符号化モードを選択することと、（Ｂ）前記複数の係数のうちの少なくとも１つの大きさを低減することとのうちの少なくとも１つを実行するように構成されている、セルラー電話。
【請求項３４】
請求項２６に記載の装置を含み、
前記第２の比較ユニットの出力に基づいて、（Ａ）前記時間における部分に対する符号化モードを選択することと、（Ｂ）前記複数の係数のうちの少なくとも１つの大きさを低減することとのうちの少なくとも１つを実行するように構成されている、スピーチコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００５年１２月５日に出願された代理人整理番号０５０２９９Ｐ１の「ＬＰＣ分析を使用する狭帯域信号の検出（ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＮＡＲＲＯＷＢＡＮＤ  ＳＩＧＮＡＬＳ  ＵＳＩＮＧ  ＬＰＣ  ＡＮＡＬＹＳＩＳ）」と題された米国仮特許出願第６０／７４２,８４６号の利益を主張する。
【０００３】
ディジタル技術による音声の送信が、特に、長距離電話通信、Ｖｏｉｃｅ  ｏｖｅｒ  ＩＰ（ＶｏＩＰ）等のパケット交換電話通信、およびセルラー電話通信等のディジタル無線電話通信で広く行き渡ってきている。そのような急増は、再構成されたスピーチの知覚品質を保持しながらチャネル上を送信され得る情報の最小量を決定することへの関心を生じさせている。スピーチが単にサンプリングされ、ディジタル化されて送信される場合、従来のアナログ有線電話のスピーチ品質と同程度のスピーチ品質を達成するために、６４キロビット／秒（ｋｂｐｓ）程度のデータ速度が必要であり得る。しかしながら、適切な符号化、送信および受信機での再合成が後に続くスピーチ分析の使用によって、データ速度の大幅な低減が達成され得る。
【０００４】
人間のスピーチ生成のモデルに関するパラメータを抽出することによってスピーチを圧縮するように構成されたデバイスは、「スピーチコーダ（speech coder）」と呼ばれる。スピーチコーダは、通常、符号器および復号器を含む。符号器は、入力スピーチ信号を時間のブロック（または「フレーム」）に分割し、所定の関連パラメータを抽出するために各フレームを分析し、パラメータをビットまたはバイナリデータパケットのセット等の２進表現に量子化する。データパケットは通信チャネル（即ち、有線または無線のネットワーク接続）上を復号器を含む受信機に送信される。復号器は、データパケットを受信して処理し、パラメータを生成するためにそれらを量子化解除（unquantize）し、量子化解除されたパラメータを使用してスピーチフレームを再作成する。
【０００５】
スピーチコーダの機能は、スピーチに内在する自然の冗長性を除去することによって、ディジタル化されたスピーチ信号を低ビット速度の信号に圧縮することである。ディジタル圧縮は、入力スピーチフレームをパラメータセットで表現し、パラメータをビットのセットで表現するために量子化を用いることによって達成される。入力スピーチフレームが複数のビットＮｉを有し、スピーチコーダによって生成される対応するデータパケットが複数のビットＮ０を有する場合、スピーチコーダにより達成される圧縮ファクタは、Ｃｒ＝Ｎｉ／Ｎ０である。難題は、目標の圧縮ファクタを達成しながら復号化されたスピーチの高い音声品質を保持することである。スピーチコーダの性能は、（１）スピーチモデル、または上述した分析および合成処理の組み合わせがいかにうまく実行されるか、および、（２）パラメータの量子化処理がフレーム当たりＮ０ビットである目標ビット速度でいかにうまく実行されるかに依存する。スピーチモデルの目的は、従って、目標の音声品質を提供するために、各フレームに対するパラメータの小さなセットを用いて、スピーチ信号の情報内容を捕捉することである。
【０００６】
スピーチコーダは、スピーチの小セグメント（通常、５ミリ秒（ｍｓ）サブフレーム）を一度に符号化するために高時間分解処理（high-time-resolution processing）を用いることによって、時間領域スピーチ波形を捕捉することを試みる時間領域コーダとして構成され得る。各サブフレームに関し、当技術分野で公知の種々のサーチアルゴリズムを用いて、コードブックの空間からの高精度な表現が見つけられる。代替的に、スピーチコーダは、パラメータのセットを用いて入力スピーチフレームの短期スピーチスペクトルを捕捉するために分析処理を実行し、スペクトルのパラメータからスピーチ波形を再作成するために対応する合成処理を用いる周波数領域コーダとして構成され得る。パラメータ量子化器は、Ａ．ＧｅｒｓｈｏとＲ．Ｍ．Ｇｒａｙによる「ベクトル量子化および信号圧縮（Ｖｅｃｔｏｒ  Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）」（１９９２年）に説明されているような公知の量子化技術に従って、コードベクトルの記憶された表現を用いてパラメータを表現することによってパラメータ保持する。
【０００７】
よく知られた時間領域スピーチコーダは、符号励起線形予測（Ｃｏｄｅ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ）（ＣＥＬＰ）コーダである。そのようなコーダの一例は、Ｌ．Ｂ．ＲａｂｉｎｅｒとＲ．Ｗ．Ｓｃｈａｆｅｒによる「スピーチ信号のディジタル処理（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｓｉｇｎａｌｓ）」３９６〜４５３頁（１９７８年）に説明されている。ＣＥＬＰコーダでは、スピーチ信号の短期相関または冗長性が、短期フォルマントフィルタの係数を見つける線形予測（ＬＰ）分析によって除去される。入力スピーチフレームに短期予測フィルタを適用することによって、長期予測フィルタパラメータおよびその後の確率的コードブックを用いてさらにモデル化されて量子化されるＬＰの残余部分の信号が生成される。従って、ＣＥＬＰ符号化は、時間領域スピーチ波形を符号化するタスクを、ＬＰ短期フィルタ係数を符号化するタスクとＬＰの残余部分を符号化するタスクの別個のタスクに分割する。時間領域符号化は、固定速度（即ち、各フレームに対して同じビット数Ｎ０を使用する）または可変速度（即ち、異なる種類のフレーム内容に対して異なるビット速度が使用される）で実行されてよい。可変速度コーダは、コーデック（codec）パラメータを、目標の品質を獲得するために適切なレベルに符号化するために必要なビット量だけを使用することを試みる。例示的な可変速度のＣＥＬＰコーダは米国特許第５,４１４,７９６号（Ｊａｃｏｂｓ他、１９９５年５月９日に発行された）に説明されている。
【０００８】
ＣＥＬＰコーダ等の時間領域コーダは、通常、時間領域スピーチ波形の精度を保持するためにフレーム当たりで多数のビットＮ０に依存する。そのようなコーダは、通常、フレーム当たりのビット数Ｎ０が比較的大きい（例えば、８ｋｂｐｓ以上）という条件で、優れた音声品質を供給し、高速の商用アプリケーションにうまく配置される。しかしながら、低ビット速度（４ｋｂｐｓ以下）で、時間領域コーダは、利用可能なビットの限られた数に起因して、高品質で強固な性能を保持することに失敗する可能性がある。例えば、低ビット速度で利用可能な制限されたコードブックの空間は、従来の時間領域コーダの波形マッチング能力を抑える可能性がある。
【０００９】
スピーチコーダは、符号化される信号の１つ以上の品質に従って、特定の符号化モード、および／または速度を選択するように構成され得る。例えば、スピーチコーダは、信号トーン等の非スピーチ信号を含むフレームからスピーチを含むフレームを区別し、スピーチおよび非スピーチフレームを符号化するために異なる符号化モードを使用するように構成されてもよい。
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／７４２,８４６号公報
【特許文献２】米国特許第５,４１４,７９６号公報
【非特許文献１】Ａ．ＧｅｒｓｈｏとＲ．Ｍ．Ｇｒａｙ著「ベクトル量子化および信号圧縮（Ｖｅｃｔｏｒ  Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）」、１９９２年
【非特許文献２】Ｌ．Ｂ．ＲａｂｉｎｅｒとＲ．Ｗ．Ｓｃｈａｆｅｒ著「スピーチ信号のディジタル処理（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｐｅｅｃｈ  Ｓｉｇｎａｌｓ）」、１９７８年、３９６〜４５３頁
【発明の開示】
【発明の概要】
【００１０】
１つの構成による信号処理方法は、ディジタル化されたオーディオ信号の時間における部分に、順序付けられた複数の繰り返しを含んでいる符号化演算を実行することを含む。この方法は、順序付けられた複数の繰り返しの各々で、前記符号化演算の利得に関する測度値を計算することを含む。１つの例では、符号化演算は、線形予測符号化モデルのパラメータを計算するための繰り返しの手順である。この方法は、第１の複数の閾値の各々に対し、順序付けられた複数の中から、計算された値と閾値との間の第１の関係の状態で変化が生じる繰り返しを決定し、繰り返しの指示（表示、指標）を記憶することを含む。この方法は、記憶された指示のうちの少なくとも１つを第２の複数の閾値のうちの少なくとも対応する１つと比較することを含む。
【００１１】
別の構成による信号処理装置は、ディジタル化されたオーディオ信号の時間における部分に、順序付けられた複数の繰り返しを含んでいる符号化演算を実行する手段を含む。この装置は、順序付けられた複数の繰り返しの各々で、符号化演算の利得に関する測度値を計算する手段を含む。この装置は、第１の複数の閾値の各々に対し、順序付けられた複数の中から、計算された値と閾値との間の第１の関係の状態で変化が生じる繰り返しを決定し、繰り返しの指示を記憶する手段を含む。この装置は、記憶された指示のうちの少なくとも１つを第２の複数の閾値のうちの少なくとも対応する１つと比較する手段を含む。
【００１２】
さらなる構成による信号処理装置は、ディジタル化された音声オーディオ信号の時間における部分に基づいて複数の係数を計算するために、順序付けられた複数の繰り返しを含んでいる符号化演算を実行するように構成されている係数計算機を含む。この装置は、順序付けられた複数の繰り返しの各々で、符号化演算の利得に関する測度値を計算するように構成されている利得測定計算機を含む。この装置は、第１の複数の閾値の各々に対し、順序付けられた複数の中から、計算された値と閾値との間の第１の関係の状態で変化が生じる繰り返しを決定し、繰り返しの指示を記憶するように構成されている第１の比較ユニットを含む。この装置は、記憶された指示のうちの少なくとも１つを第２の複数の閾値のうちの少なくとも対応する１つと比較するように構成されている第２の比較ユニットを含む。
【詳細な説明】
【００１３】
狭帯域幅を持つスペクトルピークを有する信号（「トーンコンポーネント」または「トーン」とも呼ばれる）を検出するシステム、方法および装置が本明細書で説明される。説明される構成の範囲は、通常、既にスピーチコーダで使用されているように、線形予測符号化（ＬＰＣ）分析スキームのパラメータを使用し、それにより別個のトーン検出器を使用する手法と対照的に計算量を減少させて、そのような検出を実行する構成を含む。
【００１４】
その文脈で明示的に限定される場合を除き、本明細書中で用語「計算する」は、コンピュータで計算すること、生成すること、および値のリストから選択すること等のその本来の意味のいずれかを示すために使用される。本明細書および本特許請求の範囲で用語「備える」が使用される場合、それは他の構成要素または動作を排除しない。用語「ＡがＢに基づく」は、（i）「ＡがＢと同等である」および（ii）「Ａが少なくともＢに基づく」の場合を含むその本来の意味のいずれかを示すために使用される。
【００１５】
トーンの例は、コールプログレストーン（call-progress tone）等（例えば、リングバックトーン（ringback tone）、話中信号、番号利用不可能トーン、ファクシミリプロトコルトーン、または他の信号トーン）の、電話でよく遭遇する特別の信号を含む。トーンコンポーネントの別の例は、｛６９７Ｈｚ,７７０Ｈｚ，８５２Ｈｚ，９４１Ｈｚ｝のセットからの１つの周波数と、｛１２０９Ｈｚ,１３３６Ｈｚ，１４７７Ｈｚ，１６３３Ｈｚ｝のセットからの１つの周波数とを含むデュアルトーン多周波（ＤＴＭＦ）信号である。そのようなＤＴＭＦ信号は、プッシュホン信号に対して一般的に使用される。音声メールシステムまたはメニュー等の自動選択機構を有する他のシステムのように、呼び出しの相手側での自動化されたシステムと対話するための電話の呼び出しの間、ユーザがＤＴＭＦトーンを生成するためにキーパッドを使用することは一般的である。
【００１６】
一般に、我々は、トーン信号を非常に少ない（例えば、８未満の）トーンを含む信号として規定する。トーン信号のスペクトルエンベロープ（envelope）は、これらのトーンの周波数で鋭いピークを有し、そのようなピークの周囲のスペクトルエンベロープの帯域幅（図２の例に示されるように）は、スピーチ信号の代表的なピークの周囲のスペクトルエンベロープの帯域幅（図１の例に示されるように）よりもはるかに小さい。例えば、トーン信号に対応するピークの３ｄＢ帯域幅は、１００Ｈｚよりも小さい可能性があり、５０Ｈｚ、２０Ｈｚ、１０Ｈｚさらには５Ｈｚよりも小さい可能性がある。
【００１７】
スピーチコーダへの信号入力が、いくつかの種類のスピーチ信号でなくトーン信号であるかどうかを検出することが望ましいであろう。トーン信号は、通常、特に低ビット速度で、スピーチコーダをあまりうまく通過せず、復号化の後の結果は全くトーンのように聞こえない。トーン信号のスペクトルエンベロープは、スピーチ信号のそれらと異なり、スピーチコードの従来的な分類処理は、トーンコンポーネントを含むフレームに対して適切な符号化モードを選択することに失敗し得る。それゆえに、トーン信号を符号化するために適切なモードが使用され得るように、トーン信号を検出することが望ましいであろう。
【００１８】
例えば、いくつかのスピーチコーデックは、無声のフレームを符号化するために雑音励起線形予測（ＮＥＬＰ）モードを使用する。ＮＥＬＰモードは雑音に似ている波形に対して適切であるが、そのようなモードはトーン信号を符号化するために使用される場合、悪い結果を生じる可能性が高い。プロトタイプ波形補間（ＰＷＩ）およびプロトタイプピッチ周期（ＰＰＰ）モードを含む波形補間（ＷＩ）モードは、強い周期成分を有する波形の符号化に対して適切である。しかしながら、同じ速度での別の符号化モードと比較すると、ＮＥＬＰまたはＷＩモードは、ＤＴＭＦ信号を含む信号のように２つ以上のトーンコンポーネントを有する信号を符号化するために使用される場合、悪い結果を生じる。システムの能力を増大させることが望ましいであろう（半分の速度（例えば、４ｋｂｐｓ）、１／４の速度（例えば、２ｋｂｐｓ）、またはそれ以下等の）低ビット速度でのそのような符号化モードの使用は、トーン信号に対してさらに悪い性能を生じる可能性が高い。トーン信号を符号化するために、符号励起線形予測（ＣＥＬＰ）モードまたは正弦波スピーチ符号化モード等のより一般的に適用可能な符号化モードを使用することが望ましいであろう。
【００１９】
さらに、トーン信号が符号化される速度を制御することが望ましいであろう。そのような制御は、入力フレームを符号化するために複数の速度のうちから１つを選択する可変速度スピーチコーダで特に望ましいであろう。例えば、リングバックまたはＤＴＭＦトーン等の特別な信号の高品質な再生を達成するために、可変速度スピーチコーデックが、可能な最高速度もしくは充分な高速度、または少なくとも１つのトーンの存在が検出された信号を符号化するための特別な符号化モードを使用するように構成されてもよい。
【００２０】
線形予測符号化（ＬＰＣ）スキームがトーン信号に対して実行される場合、問題が生じ得る。例えば、トーン信号の強いスペクトルピークは、対応するＬＰＣフィルタを不安定にする可能性があり、ＬＰＣ係数を送信に関する別の形式（例えば、線スペクトル対（pair）、線スペクトル周波数、またはイミタンス（immittance）スペクトル対）に変換することを複雑にする可能性があり、および／または、量子化効率を低下させる可能性がある。それゆえに、（例えば、特定のオーダーを上回るＬＰＣモデルのパラメータをゼロにすることによって）ＬＰＣスキームが修正され得るように、トーン信号を検出することが望ましいであろう。
【００２１】
図３は、開示された構成による方法Ｍ１００に関するフローチャートを示す。タスクＴ１００は、ディジタル化されたオーディオ信号の時間における部分にＬＰＣ分析等の繰り返し符号化動作を実行する（ここで、Ｔ１００−ｉはｉ番目の繰り返しを示し、ｒは繰り返しの回数を示す）。時間における部分または「フレーム」は、通常、信号のスペクトルエンベロープが比較的に固定状態に維持されることが見込まれ得るように充分に短くなるように選択される。１つの代表的なフレーム長は、８ｋＨｚの代表的なサンプリングレートでの１６０のサンプルに対応する２０ミリ秒であるが、特定のアプリケーションに対して適切であるとみなされる、どんなフレーム長またはサンプリングレートが使用されてもよい。いくつかのアプリケーションではフレームが重なり合っていないのに対し、別のアプリケーションでは重なり合うフレームスキームが使用される。重なり合うフレームスキームの一例では、隣接する前の、および未来のフレームからのサンプルを含むために各フレームが拡大される。別の例では、各フレームが隣接する前のフレームからのサンプルを含むためだけに拡大される。以下で説明される特定の例では、重なり合わないフレームスキームが前提とされる。
【００２２】
線形予測符号化（ＬＰＣ）スキームは、以下の式で示されるように、信号内の励起信号ｕとｐ個の過去のサンプルの線形結合の総和として、符号化される信号ｓをモデル化する。
【数１】
2009518694.tif 000003
【００２３】
上式で、Ｇが入力信号ｓに対する利得ファクタを示し、ｎがサンプルまたは時間インデックスを示す。そのようなスキームによると、入力信号ｓは、以下の形式を有するオーダーｐの全極型（または自己回帰型）フィルタを駆動する励起ソース信号ｕとしてモデル化され得る。
【数２】
2009518694.tif 000004
【００２４】
入力信号の時間における各部分（例えば、フレーム）に関し、タスクＴ１００は、信号の長期スペクトルエンベロープを推定するモデルパラメータのセットを抽出する。通常、そのような抽出は、秒当たり５０フレームの速度で実行される。これらのパラメータを特徴付ける情報は、場合によっては、入力信号ｓを再作成するために使用される励起信号ｕを特徴付ける情報等の他のデータと共に何らかの形式で復号器に転送される。
【００２５】
ＬＰＣモデルのオーダーｐは、４、６、８、１０、１２、１６、２０または２４等、特定のアプリケーションに対して適切であるとみなされる任意の値であってよい。いくつかの構成では、タスクＴ１００がモデルパラメータをｐ個のフィルタ係数ａｉのセットとして抽出するように構成される。復号器では、これらの係数が、図４Ａに示されるような直接形式の実現（direct-form realization）による合成フィルタを構成するために使用され得る。代替的に、タスクＴ１００は、図４Ｂに示されるような格子実現（lattice realization）による合成フィルタを構成するために復号器で使用され得るｐ個の反射係数ｋｉのセットとしてモデルパラメータを抽出するように構成されてよい。直接形式の実現は、通常、より単純であり、計算コストがより低いが、ＬＰＣフィルタ係数は、反射係数よりも丸め誤差および量子化誤差に対して堅固さが劣り、従って、固定小数点計算を使用するシステム、または、さもなければ限定的な精度を有するシステムで格子実現が好ましい可能性がある。（当技術分野でのいくつかの説明では、上記の式（１）中と図４Ａおよび４Ｂで示される構成中とでモデルパラメータの記号が逆になることに留意されたい。）
符号器は、通常、量子化形式で送信チャネルを渡ってモデルパラメータを送信するように構成されている。ＬＰＣフィルタ係数は固定されておらず、大きい動的な範囲を有してもよく、これらの係数が量子化の前に、線スペクトル対（ＬＳＰｓ）、線スペクトル周波数（ＬＳＦｓ）、またはイミタンススペクトル対（ＩＳＰｓ）等の別の形式に変換されることが代表的である。変換および／または量子化の前に、モデルパラメータに知覚の重み付け等の他の演算が行われてもよい。
【００２６】
符号器が励起信号ｕに関する情報を送信することも望ましい可能性がある。いくつかのコーダは、復号器が有声スピーチ信号に関する励起および無声スピーチ信号に関するランダム雑音励起として、その周波数でのインパルス列を使用するように、有声スピーチ信号の基本周波数または周期を検出して送信する。別のコーダまたは符号化モードは、符号器で励起信号ｕを抽出し、１つ以上のコードブックを使用して励起を符号化するためにフィルタ係数を使用する。例えば、ＣＥＬＰ符号化モードは、通常、励起信号が、固定されたコードブックに対するインデックスおよび適応性のあるコードブックに対するインデックスとして共通に符号化されるように、励起信号をモデル化するために、固定されたコードブックおよび適応性のあるコードブックを使用する。トーン信号を送信するためにそのようなＣＥＬＰ符号化モードを使用することが望ましい可能性がある。
【００２７】
タスクＴ１００は、フィルタおよび／または反射係数等のＬＰＣモデルパラメータを計算するための種々の公知の繰り返しの符号化演算のいずれかに従って構成されてよい。そのような符号化演算は、通常、平均２乗誤差を最小化する係数のセットを計算することによって、繰り返して式（１）を解くように構成される。この種類の演算は、一般に、自己相関法または共分散法として分類され得る。
【００２８】
自己相関法は、入力信号の自己相関関数の値から始まるフィルタ係数および／または反射係数のセットを計算する。そのような符号化演算は、通常、時間における部分（例えば、フレーム）の外側の信号をゼロにするために、ウィンドウ処理関数ｗ［ｎ］がその部分に適用される初期化タスクを含む。ウィンドウの外側のコンポーネントの影響を低減するために役立ち得る、ウィンドウの各端部で低いサンプル重みを有する先細のウィンドウ処理関数を使用することが望ましい可能性がある。例えば、以下のハミング（Hamming）ウィンドウ処理関数等のかさ上げ余弦ウィンドウ（raised cosine window）を使用することが望ましい可能性がある。
【数３】
2009518694.tif 000005
【００２９】
上式で、Ｎは時間における部分のサンプルの数である。
【００３０】
ハニング（Hanning）ウィンドウ、ブラックマン（Blackman）ウィンドウ、カイザー（Kaiser）ウィンドウおよびバートレット（Bartlett）ウィンドウを含む別の先細のウィンドウが使用されてもよい。ウィンドウ処理をされた部分ｓｗ［ｎ］は、以下のような式に従って計算され得る。
【数４】
2009518694.tif 000006
【００３１】
ウィンドウの一方の半分が他方の半分と異なるように重み付けされ得るように、ウィンドウ処理関数は対称的である必要はない。さらに、ハミング余弦ウィンドウ、または異なるウィンドウの２つの半分を有するウィンドウのようなハイブリッドウィンドウも使用され得る（例えば、異なる大きさの２つのハミングウィンドウ）。
【００３２】
時間における部分の自己相関関数の値は、以下の式に従って計算され得る。
【数５】
2009518694.tif 000007
【００３３】
繰り返しの計算の前に、自己相関値に１つ以上の前処理演算を実行することが望ましい可能性もある。例えば、自己相関値Ｒ（ｍ）は、以下のような演算を実行することによってスペクトル的に平滑化され得る。
【数６】
2009518694.tif 000008
【００３４】
さらに、自己相関値の前処理は、（例えば、時間における部分の総エネルギーを示す値Ｒ（０）に関して）値の正規化を含み得る。
【００３５】
ＬＰＣモデルパラメータを計算する自己相関方法は、テプリッツ（Toeplitz）行列を含む式を解く繰り返し処理を実行することを含む。自己相関方法のいくつかの構成では、タスクＴ１００は、そのような式を解くためのレビンソン（Levinson）および／またはダービン（Durbin）の公知の再帰的アルゴリズムのいずれかに従って一連の繰り返しを実行するように構成される。以下の擬似コードリストで示されるように、そのようなアルゴリズムは、反射係数ｋｉを中間物として使用して、１≦ｉ≦ｐに対してフィルタ係数ａｉを値ａｉ（ｐ）として生成する。
【数７】
2009518694.tif 000009
【００３６】
上式で、入力自己相関値は、上述したように前処理され得る。
【００３７】
項Ｅｉは、繰り返しｉの後に残る誤差（または残余部分）のエネルギーを示す。一連の繰り返しが実行されるにつれて、残余のエネルギーは、Ｅｉ≦Ｅｉ−１のように漸進的に低減される。図５は、上述したようなアルゴリズムに従って、ｋｉ、ａｉおよびＥｉの計算を実行するように構成されたタスクＴ１００の構成Ｔ１１０を含む方法Ｍ１００の構成Ｍ１１０に関するフローチャートを示し、Ｔ１１０−０は、フレームのウィンドウ処理、自己相関値の計算、自己相関値のスペクトル的平滑化、その他等の本明細書で説明したような１つ以上の初期化および／または前処理のタスクを示す。
【００３８】
自己相関方法の別の構成では、タスク１００は、フィルタ係数ａｉというよりむしろ反射係数ｋｉ（部分相関（ＰＡＲＣＯＲ）係数、ネガティブＰＡＲＣＯＲ係数、またはＳｃｈｕｒ−Ｓｚｅｇｏパラメータとも呼ばれる）を計算するために一連の繰り返しを実行するように構成される。反射係数を取得するためにタスクＴ１００で使用され得る１つのアルゴリズムは、中間物としてインパルス応答推定ｅを使用し、以下の擬似コードリストで表現されるＬｅｒｏｕｘ−Ｇｕｅｇｕｅｎアルゴリズムである。
【数８】
2009518694.tif 000010
【００３９】
Ｌｅｒｏｕｘ−Ｇｕｅｇｕｅｎアルゴリズムは、通常、配列ｅの代わりに２つの配列ＥＰ、ＥＮを使用して構成される。図６は、各繰り返しでの誤差（または残余のエネルギー）の項Ｅ（ｈ）の計算を含む１つの構成のための擬似コードリスト示す。自己相関値から反射係数ｋｉを取得するために使用され得る別の公知の繰り返し方法は、効率的な並列計算のために構成され得るＳｃｈｕｒ帰納的アルゴリズムを含む。
【００４０】
上述したように、反射係数は、合成フィルタの格子実現を構成するために使用され得る。代替的に、ＬＰＣフィルタ係数は、以下の擬似コードリストで示されるような反復を介して反射係数から取得され得る。
【数９】
2009518694.tif 000011
【００４１】
共分散方法は、平均２乗誤差を最小化するように係数のセットを繰り返して計算するためにタスクＴ１００で使用され得る符号化演算の別のクラスである。共分散方法は、入力信号の共分散関数の値から開始し、通常、入力スピーチ信号にというよりむしろ誤差信号に分析ウィンドウを適用する。この場合、解くべき行列式は、テプリッツ行列というよりむしろ対称正定値行列（symmetric positive definite matrix）を含み、そのため、レビンソン−ダービンおよびＬｅｒｏｕｘ−Ｇｕｅｇｕｅｎアルゴリズムは利用可能でないが、コレスキー（Cholesky）分解がフィルタ係数ａｉに関して効率的な方法で解くために使用され得る。共分散方法は、高いスペクトル解像度を保持し得るが、しかしながら、結果として得られるフィルタの安定性を保証しない。共分散方法の使用は、自己相関方法の使用よりも一般的でない。
【００４２】
符号化演算の繰り返しの一部または全部の各々に対して、タスクＴ２００は、符号化演算の利得に関する測度の対応する値を計算する。利得測度を初期信号エネルギー（例えば、ウィンドウ処理されたフレームのエネルギー）の測度と現在の残余部分のエネルギーの測度との比率として計算することが望ましい可能性がある。１つのそのような例では、繰り返しｉに対する利得測度Ｇｉが、以下の式に従って計算される。
【数１０】
2009518694.tif 000012
【００４３】
この場合、ファクタＧｉがここまでの符号化演算のＬＰＣ予測利得を示す。さらに、以下の式に従って反射係数ｋｉから予測利得が計算され得る。
【数１１】
2009518694.tif 000013
【００４４】
別のそのような例では、以下の式のように現在のＬＰＣ予測誤差を示すために利得測度Ｇｉを計算することが望ましい可能性がある。
【数１２】
2009518694.tif 000014
【００４５】
利得測度Ｇｉは、例えば、ファクタまたは項として同様に、積
【数１３】
2009518694.tif 000015
【００４６】
、または、Ｅ０とＥｉの間の比率を含む別の式に従って計算されてもよい。利得測度Ｇｉは、均等目盛り、または、対数目盛り（例えば、ｌｏｇＥ０／ＥｉまたはｌｏｇＥｉ／Ｅ０）等の別の領域で示され得る。タスクＴ１００の更なる構成は、残余のエネルギーの変化に基づいて利得測度を計算する（例えば、Ｇｉ＝ΔＥｉ＝Ｅｉ−Ｅｉ−１）。
【００４７】
通常、利得測度Ｇｉは、各繰り返し（例えば、図３および５で示されるようにタスクＴ２００−ｉ）で計算されるが、利得測度Ｇｉが１つおきの繰り返しだけで、２つおきの繰り返しだけで、またはその他で計算されるようにタスクＴ２００を構成することも可能である。以下の擬似コードリストは、タスクＴ１００およびＴ２００の構成の両方を実行するために使用され得る上記擬似コードリスト（２）の修正の一例を示す。
【数１４】
2009518694.tif 000016
【００４８】
図７は、タスクＴ１００およびＴ２００の構成の両方を実行するために使用され得る図６の擬似コードリストの修正の一例を示す。
【００４９】
分析される信号に１つ以上のトーンが存在する場合、残余のエネルギーは２つの繰り返しの間で急速に下がり得る。タスクＴ３００は、利得測度値および閾値Ｔの間の関係の状態に変化が生じる第１の繰り返しの指示を決定し、記録する。利得測度がＥ０／Ｅｉとして計算される場合、例えば、タスクＴ３００は、関係の状態「Ｇｉ＞Ｔ」（または「Ｇｉ≧Ｔ」）が偽から真に、または同等に変化する状態で、関係の状態「Ｇｉ≦Ｔ」（または「Ｇｉ＜Ｔ」）が真から偽に変化する状態で、第１の繰り返しの指示を記録するように構成され得る。利得測度がＥｉ／Ｅ０として計算される場合、例えば、タスクＴ３００は、関係の状態「Ｇｉ＞Ｔ」（または「Ｇｉ≧Ｔ」）が真から偽に、または同等に変化する状態で、関係の状態「Ｇｉ≦Ｔ」（または「Ｇｉ＜Ｔ」）が偽から真に変化する状態で、第１の繰り返しの指示を記録するように構成され得る。
【００５０】
関連する状態変化が生じる第１の繰り返しの記憶された指示は、「ストップオーダー（stop order）」とも呼ばれ、関連する状態変化が生じたかどうかを決定する演算は「ストップオーダーの更新」とも呼ばれる。ストップオーダーは、目標の繰り返しのインデックス値ｉを記憶してもよいし、インデックス値ｉの何らかの別の指示を記憶してもよい。本明細書では、タスクＴ３００は、各ストップオーダーがデフォルト値のゼロに初期化されるように構成されていることを前提とするが、タスクＴ３００が各ストップオーダーを何らかの別のデフォルト値（例えば、ｐ）に初期化するように構成されている構成、または各更新フラグの状態がストップオーダーが有効な値を保持するかどうかを示すために使用される構成も同様に明示的に検討されてここで開示される。タスク３００の格子型の構成では、例えば、更新フラグが更なる更新を防止するために変更された場合、対応するストップオーダーが有効な値を保持することが仮定される。
【００５１】
タスクＴ３００は、１つより多いストップオーダー（例えば、２つ以上）を保持するように構成され得る。即ち、タスクＴ３００は、複数のｑ個の異なる閾値Ｔｊ（１≦ｊ≦ｑ）の各々に対し、利得測度値および閾値Ｔｊの間の関係の状態に変化が生じる第１の繰り返しを決定し、（例えば、対応するメモリ位置に）繰り返しの指示を記憶するように構成され得る。Ｇｉがｉで単調に増大する構成の場合（例えば、Ｇｉ＝Ｅ０／Ｅｉ）、閾値がＴｊ＜Ｔｊ＋１のように漸進するように配置されることが望ましい可能性がある。Ｇｉがｉで単調に減少する構成の場合（例えば、Ｇｉ＝Ｅｉ／Ｅ０）、閾値がＴｊ＞Ｔｊ＋１のように漸進するように配置されることが望ましい可能性がある。特定の例では、タスクＴ３００が３つのストップオーダーを保持するように構成される。そのような場合に使用され得る閾値Ｔｊのセットの一例は、Ｔ１＝６．８ｄＢ、Ｔ２＝８．１ｄＢおよびＴ３＝８．６ｄＢである（例えば、Ｇｉ＝Ｅ０／Ｅｉの場合）。そのような場合に使用され得る閾値Ｔｊのセットの別の例は、Ｔ１＝１５ｄＢ、Ｔ２＝２０ｄＢおよびＴ３＝３０ｄＢである（例えば、Ｇｉ＝Ｅ０／Ｅｉの場合）。
【００５２】
一連の繰り返しが完了した際にストップオーダーが最新であるように、タスクＴ３００は、タスクＴ２００が利得測度Ｇｉに対する値を計算する度に（例えば、タスクＴ１００の各繰り返しで）、ストップオーダーを更新するように構成されてよい。代替的に、タスクＴ３００が、一連の繰り返しが完了した後に、例えば、タスクＴ２００により記録されている各繰り返しの利得測度値Ｇｉを繰り返し処理することによって、ストップオーダーを更新するように構成されてよい。
【００５３】
図８は、いくつかの数ｑ個のストップオーダーを直列的および／または並列的に更新するために、タスクＴ３００によって使用され得る論理構造の一例を示す。この例では、構造の各モジュールｊは、利得測度がストップオーダーＳｊに対し、対応する閾値Ｔｊよりも大きいかどうか（または、小さくないかどうか）を決定する。この結果が真であり、ストップオーダーに対する更新フラグも真である場合、ストップオーダーは、繰り返しのインデックスを示すために更新され、ストップオーダーの更なる更新を防止するために更新フラグの状態が変更される。
【００５４】
図９Ａおよび９Ｂは、直列的および／または並列的な形式で、ストップオーダーの各セットを更新するためのタスクＴ３００の代替的な構成で複製され得るフローチャートの例を示す。これらの例では、各更新フラグが真のままである場合にだけ、関係の状態が評価される。図９Ｂの例では、タスクＴ３００が更新フラグの状態を変更することによってストップオーダーの更なる増分を不可能にする時点である、利得測度Ｇｉが閾値Ｔｊに到達する（または、超過する）まで各繰り返しでストップオーダーが増分される。
【００５５】
以下の擬似コードリストは、タスクＴ１００、Ｔ２００およびＴ３００の全ての構成を実行するために使用され得る上記の擬似コードリスト（４）の修正の一例を示す。
【数１５】
2009518694.tif 000017
【００５６】
この例では、リスト（５）が、図９Ｂで示されるようなタスクＴ３００の構成を含む。図１０は、タスクＴ１００、Ｔ２００およびＴ３００の全ての構成を実行するために使用され得る図７の擬似コードリストの修正の一例を示す。
【００５７】
いくつかの構成では、タスクＴ３００が、その前のストップオーダーの値が固定された後にだけストップオーダーを更新することが望ましい可能性がある。例えば、異なるストップオーダーが異なる値を有することが望ましい可能性がある（例えば、デフォルト値を有するストップオーダーを除いて）。図１１は、前のストップオーダーの値が固定されるまでストップオーダーの更新が停止されるタスクＴ３００の代替的な構成で複製され得るモジュールの１つのそのような例を示す。
【００５８】
タスクＴ４００は、１つ以上のストップオーダーを閾値と比較する。図１２は、ストップオーダーを昇順で連続的に試験するタスクＴ４００の構成に関する試験手順の一例を示す。この例では、タスクＴ４００は、時間における部分のトーンの到達の決定まで、各ストップオーダーＳｉを対応する上限および下限の閾値の対と比較する（この特定の例では、下限の閾値だけに対して試験される最後のストップオーダーＳｑを除く）。図１３は、ｑが３に等しい場合の直列形式でそのような試験手順を実行するタスクＴ４００の構成に関するフローチャートを示す。別の例では、そのようなタスクでの１つ以上の関係「＜」が関係「≦」に置換される。
【００５９】
図１２に示されるように、第１の可能な試験結果は、ストップオーダーが、対応する下限の閾値よりも小さい（または、以下である）値を有することである。そのような結果は、小さい繰り返しインデックスで、スピーチ信号に対して予想される場合よりもより多くの予測利得が達成されたことを示し得る。この例では、タスクＴ４００は、時間における部分をトーン信号として分類するように構成される。
【００６０】
第２の可能な試験結果は、ストップオーダーが、スペクトルエネルギー分布が代表的なスピーチ信号であることを示し得る下限および上限の閾値の間の値を有することである。この例では、タスクＴ４００が時間における部分を非トーンとして分類するように構成される。
【００６１】
第３の可能な試験結果は、ストップオーダーが、対応する上限の閾値よりも大きい（または、以上である）値を有することである。そのような結果は、小さい繰り返しインデックスで、スピーチ信号に対して予想される場合よりもより少ない予測利得が達成されたことを示し得る。この例では、タスクＴ４００が、そのような場合に次のストップオーダーに試験手順を続けるように構成される。
【００６２】
図１４は、時間における部分の４つの異なる例Ａ〜Ｄに関して、繰り返しのインデックスｉに対する利得測度Ｇｉのプロットを示す。これらのプロットでは、縦軸が利得測度Ｇｉの大きさを示し、横軸が繰り返しインデックスｉを示し、ｐが値１２を有する。プロット上で示されるように、これらの例では、利得測度閾値Ｔ１、Ｔ２およびＴ３は、各々、値８、１９および３４が割り当てられ、ストップオーダー閾値ＴＬ１、ＴＵ１、ＴＬ２、ＴＵ２およびＴＬ３は、各々、値３、４、７、８および１１が割り当てられる。（一般に、任意のインデックスｉに関し、必ずしもＴＬｉがＴＵｉに隣接している必要はなく、またはＴＵｉがＴＬ（ｉ＋１）より小さい必要はない。）
これらの閾値を使用すると、図１３に示されるタスクＴ４００の特定の構成によって、プロットＡ〜Ｄに示される全ての時間における部分がトーンとして分類されるであろう。Ｓ１がＴＬ１より小さいので、プロットＡの時間における部分がトーンとして分類されるであろう。プロットＢ、Ｃの両方の部分Ｓ１がＴＵ１より大きく、Ｓ２がＴＬ２より小さいので、プロットＢおよびＣの時間における部分がトーンとして分類されるであろう。プロットＣが、２つの異なるストップオーダーが同じ値を有する一例を示すことにも留意されたい。Ｓ１およびＳ２が各々ＳＵ１およびＳＵ２より大きく、Ｓ３がＴＬ３より小さいので、プロットＤの時間における部分がトーンとして分類されるであろう。
【００６３】
図１５は、図１３に示される試験が並行して実行され得るタスクＴ４００に関する論理構造の一例を示す。
【００６４】
図１３に示されるタスクＴ４００の構成で、たとえ第１のストップオーダーが試験されている場合でさえも、一度トーンの決定がなされると、試験のシーケンスは終了する。方法Ｍ１００の構成の範囲は、試験のシーケンスが継続するタスクＴ４００の構成も含む。そのような構成の１つでは、ストップオーダーのいずれかが対応する下限の閾値よりも小さい（または、以下である）値を有する場合、時間における部分がトーンとして分類される。別のそのような構成では、ストップオーダーの大部分が対応する下限の閾値よりも小さい（または、以下である）値を有する場合、時間における部分がトーンとして分類される。
【００６５】
図２１は、ストップオーダーを降順で連続的に試験するタスクＴ４００の別の構成に関するフローチャートを示す。この例では、２つのストップオーダーが使用される（即ち、ｑ＝２）。そのような構成で使用され得る特定の値の範囲は、Ｔ１＝１５ｄＢ、Ｔ２＝３０ｄＢ、ＴＬ１＝４、ＴＬ２＝４およびＴＵ２＝６のセットを含む。別の例では、そのようなタスクでの１つ以上の関係「＜」が関係「≦」に置換される。
【００６６】
図２２は、ストップオーダーを降順で連続的に試験し、各ストップオーダーＳｑが１つの対応する閾値ＴＳｑと比較されるタスクＴ４００の更なる構成に関するフローチャートを示す。この例では、２つのストップオーダーが使用される（即ち、ｑ＝２）。そのような構成で使用され得る特定の値の範囲は、Ｔ１＝１５ｄＢ、Ｔ２＝３０ｄＢ、ＴＳ１＝４およびＴＳ２＝４のセットを含む。別の例では、そのようなタスクでの１つ以上の関係「＜」が関係「≦」に置換される。
【００６７】
この構成は、さらに、タスクＴ４００の結果が１つ以上の状態を条件とされ得る場合を示す。そのような状態の例は、時間における部分のスペクトル傾斜（spectral tilt）（即ち、第１の反射係数）と閾値との間の関係の状態等の時間における部分の１つ以上の品質を含む。そのような状態の例は、さらに、１つ以上の前の時間における部分に対するタスクＴ４００の結果等の１つ以上の信号履歴を含む。
【００６８】
図３および５に示されるように、タスクＴ４００は、一連の繰り返しが完了した後に実行されるように構成され得る。しかしながら、方法Ｍ１００の構成の意図される範囲は、さらに、ストップオーダーが更新されるときにいつでもタスクＴ４００が実行される構成と、各繰り返しでタスクＴ４００を実行する構成とを含む。
【００６９】
方法Ｍ１００の構成の範囲は、さらに、タスクＴ４００の結果に応じて１つ以上の動作を実行する構成を含む。例えば、符号化されるフレームがトーンである場合、ＬＰまたは他のスピーチ符号化演算を切り捨てるか、またはそうでなければ終了することが望ましい可能性がある。上述したように、トーン信号の高いスペクトルピークは、ＬＰＣフィルタで不安定を生じる可能性があり、信号がピーク化している場合、ＬＰＣ係数の、送信に関する別の形式（線スペクトル対、線スペクトル周波数またはイミタンススペクトル対等）への変換も悪化を招く可能性がある。
【００７０】
方法Ｍ１００のいくつかの構成は、タスクＴ４００でトーンの分類が到達したストップオーダーによって示される繰り返しインデックスｉに従って、ＬＰＣ分析が切り捨てられるように構成される。例えば、そのような方法は、インデックスｉ以上に対するＬＰＣ係数（例えば、フィルタ係数）の大きさを、例えば、それらの係数にゼロの値を割り当てることによって低減するように構成され得る。そのような切り捨ては、一連の繰り返しが完了した後に実行され得る。代替的に、タスクＴ４００が各繰り返しで、またはストップオーダーが更新されるときにいつでも実行されるそのような構成に関して、そのような切り捨てがｐ番目の繰り返しに到達する前にタスクＴ１００の一連の繰り返しを終了することを含み得る。
【００７１】
上述したように、方法Ｍ１００の別の構成は、タスクＴ４００の結果に基づいて適切な符号化モードおよび／または速度を選択するように構成され得る。符号励起線形予測（ＣＥＬＰ）、または正弦波符号化モード等の汎用符号化モードは、あらゆる波形を一様に通過させ得る。それゆえに、トーンをうまく復号器に送信する１つの方法は、符号器にそのような符号化モード（例えば、フルレートＣＥＬＰ）を使用させることである。最近のスピーチコーダは、通常、特定の符号化モードに多くの他の決定の無効を要求することを強いるように、各フレームがどのように符号化されるか（速度制限等）を決定するのに複数の基準を適用する。
【００７２】
方法Ｍ１００の構成の範囲は、さらに、１つまたは複数のトーンの周波数または種類を識別するように構成されるタスクを有する構成を含む。そのような場合、時間における部分を符号化するよりも、その情報を送信するために特別の符号化モードを使用することが望ましい可能性がある。そのような方法は、タスクＴ４００の結果に基づいて（例えば、そのフレームに対するスピーチ符号化手順を継続するのとは対照的に）周波数識別タスクの実行を開始し得る。例えば、時間における部分の１つ以上の最強周波数成分の各々の周波数を識別するためにノッチフィルタの配列が使用され得る。そのようなフィルタは、周波数スペクトル（またはその一部分）を、例えば、１００Ｈｚまたは２００Ｈｚの幅を有するビン（bin）に分割するように構成され得る。周波数識別タスクは、時間における部分の全スペクトルを試験してもよいし、または代替的に、（ＤＴＭＦ信号等の一般的な信号トーンの周波数を含む領域のような）選択された周波数領域もしくはビンだけを試験してもよい。
【００７３】
ＤＴＭＦ信号の２つのトーンが識別される場合、トーンそれら自体または実際の周波数の識別よりも、識別されたＤＴＭＦ信号に対応する数字を送信するために特定の符号化モードを使用することが望ましい可能性がある。周波数識別タスクは、さらに、その情報が復号器に送信され得る１つ以上のトーンの各々の継続時間を検出するように構成され得る。方法Ｍ１００のそのような構成を実行するスピーチ符号器は、さらに、トラヒックチャネルを介してではなく、データチャネルもしくは信号チャネル等の送信チャネルスキームのサイドチャネルを介して、トーン周波数、振幅および／または持続時間等の情報を復号器に送信するように構成され得る。
【００７４】
方法Ｍ１００は、スピーチコーダに関連して使用されてもよいし、（例えば、スピーチコーダ以外のデバイスにトーン検出を提供するために）独立して適用されてもよい。図１６Ａは、トーン検出器として、および／または別のデバイスもしくはシステムの一部として、スピーチコーダでも使用され得る開示された構成による装置Ａ１００のブロック図を示す。
【００７５】
装置Ａ１００は、ディジタル化されたオーディオ信号の時間における部分から複数の係数（例えば、フィルタ係数および／または反射係数）を計算するために繰り返しの符号化演算を実行するように構成される係数計算機Ａ１１０を含む。例えば、係数計算機Ａ１１０は、本明細書で説明されるようなタスクＴ１００の構成を実行するように構成され得る。
【００７６】
係数計算機Ａ１１０は、本明細書で説明したような自己相関方法に従って繰り返しの符号化演算を実行するように構成され得る。図１６Ｂは、時間における部分の自己相関値を計算するように構成された自己相関計算機Ａ１０５をさらに含む装置Ａ１００の構成Ａ２００のブロック図を示す。自己相関計算機Ａ１０５は、さらに、本明細書で説明されるような自己相関値のスペクトル平滑化を実行するように構成され得る。
【００７７】
装置Ａ１００は、順序付けられた複数の繰り返しの各々で、符号化演算の利得に関する測度値を計算するように構成される利得測定計算機Ａ１２０を含む。利得測度値は、予測利得または予測誤差であってよい。利得測度値は、時間における部分のエネルギー測度と繰り返しでの残余のエネルギーの測度との間の比率に基づいて計算されてもよい。例えば、利得測定計算機Ａ１２０は、本明細書で説明されるようなタスクＴ２００の構成を実行するように構成され得る。
【００７８】
装置Ａ１００は、順序付けられた複数の中から、計算された値と第１の閾値との間の第１の関係の状態に変化が生じる繰り返しの指示を記憶するように構成される第１の比較ユニットＡ１３０をさらに含む。繰り返しの指示がストップオーダーとして構成されてよく、第１の比較ユニットＡ１３０が１つ以上のストップオーダーを更新するように構成されてよい。例えば、第１の比較ユニットＡ１３０は、本明細書に説明されるようなタスクＴ３００の構成を実行するように構成され得る。
【００７９】
装置Ａ１００は、記憶された指示を第２の閾値と比較するように構成される第２の比較ユニットＡ１４０をさらに含む。第２の比較ユニットＡ１４０は、比較結果に基づいて時間における部分をトーンまたは非トーンのいずれかとして分類するように構成され得る。例えば、第２の比較ユニットＡ１４０は、本明細書で説明されるようなタスクＴ４００の構成を実行するように構成され得る。装置Ａ１００の更なる構成は、第２の比較ユニットＡ１４０の出力に基づいて、符号化モードおよび／または符号化速度を選択するように構成される以下で説明されるようなモードセレクタ２０２の構成を含む。
【００８０】
装置Ａ１００の構成の種々の構成要素は、例えば、同じチップ上またはチップセットの２つ以上のチップの中に存在する電子的および／または光学的デバイスとして構成され得るが、そのような限定のない別の配置も意図される。そのような装置の１つ以上の構成要素は、マイクロプロセッサ、組込型プロセッサ、ＩＰコア、ディジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ）、ＡＳＳＰ（特定用途向け標準製品）およびＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）のような、論理素子（例えば、トランジスタ、ゲート）の１つ以上の固定式アレイまたはプログラマブルアレイを実行するように配置される１つ以上の命令セットとして、全体または一部が構成され得る。
【００８１】
装置Ａ１００の構成の１つ以上の構成要素は、装置が組込まれるデバイスまたはシステムの別の演算に関するタスク等のタスクを実行するために、または装置の演算に直接的に関連しない命令の別のセットを実行するために使用されることも可能である。さらに、装置Ａ１００の構成の１つ以上の構成要素が、共通の構造を持つことも可能である（例えば、異なる時間に異なる構成要素に対応する符号の部分を実行するために使用されるプロセッサ、異なる時間に異なる構成要素に対応するタスクを実行するために行なわれる命令セット、または異なる時間に異なる構成要素に対応する演算を実行する電子的および／または光学的デバイスの配置）。上記擬似コードリスト（４）および（５）ならびに図７および図１０の擬似コードリストに示されるように、例えば、装置Ａ１００の構成の１つ以上の構成要素が同じループの異なる部分として構成されることさえも可能である。
【００８２】
上述の構成は、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）無線インターフェースを用いるように構成される無線電話通信システムの１つ以上のデバイス（例えば、スピーチ符号器）で使用され得る。それでもなお、本明細書で説明される特性を含む方法および装置が、当業者に公知の広範な技術を用いる種々の通信システムのいずれにも属し得ることを、当業者は理解するであろう。例えば、上述したような方法および装置が、特定の物理的および／または論理的送信スキームにかかわらず、ならびにそのようなシステムが有線および／または無線式、回路交換式および／またはパケット交換式等であるか否かにかかわらず、あらゆるディジタル通信システムに適用可能であり、そのようなシステムでのこれらの方法および／または装置の使用が明示的に意図されて開示されることを当業者は理解するであろう。
【００８３】
図１７に示されるように、セルラー電話に対するシステムは、一般に、複数の移動体加入者ユニット１０、複数の基地局１２、基地局コントローラ（ＢＳＣ）１４および移動体交換センタ（ＭＳＣ）１６を含む。ＭＳＣ１６は、従来の公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）１８とのインターフェースをとるように構成される。ＭＳＣ１６は、さらに、ＢＳＣ１４とインターフェースをとるように構成される。ＢＳＣ１４は、バックホールライン（backhaul line）を介して基地局１２に結合される。バックホールラインは、例えば、Ｅ１／Ｔ１、ＡＴＭ、ＩＰ、ＰＰＰ、フレームリレー、ＨＤＳＬ、ＡＤＳＬまたはｘＤＳＬを含む複数の公知のインターフェースのいずれかをサポートするように構成され得る。システムには２つより多いＢＳＣ１４が存在し得ることが分かっている。各基地局１２が、少なくとも１つのセクタ（図示せず）を含み、各々のセクタが、全方向性アンテナまたは基地局１２から放射状に離れる特定の方向に向けられたアンテナを備えることが有利である。代替的に、各セクタは、ダイバーシティ受信のための２つのアンテナを備えてよい。各基地局１２は、複数の周波数割り当てをサポートするように設計され得ることが有利である。ＣＤＭＡシステムでは、セクタの交差および周波数の割り当ては、ＣＤＭＡチャネルと呼ばれ得る。基地局１２は、さらに、基地局トランシーバサブシステム（ＢＴＳ）１２としても知られ得る。代替的に、業界において「基地局」は、ＢＳＣ１４および１つ以上のＢＴＳ１２を集合的に参照するように使用され得る。ＢＴＳ１２は、「セル・サイト」とも示され得る。代替的に、所定のＢＴＳ１２の個々のセクタがセル・サイトと呼ばれ得る。移動体加入者ユニット１０は、通常、セルラー電話またはＰＣＳ電話１０である。そのようなシステムは、ＩＳ−９５標準または別のＣＤＭＡ標準に従った使用に関して構成され得る。そのようなシステムは、さらに、ＶｏＩＰ等の１つ以上のパケット交換プロトコルを介して音声トラヒックを搬送するように構成され得る。
【００８４】
セルラー電話システムの通常の動作の間、基地局１２は、移動体ユニット１０のセットから逆方向リンク信号のセットを受信する。移動体ユニット１０は、通話または他の通信を行っている。所定の基地局１２によって受信される各逆方向リンク信号は、基地局１２内で処理される。その結果のデータは、ＢＳＣ１４に転送される。ＢＳＣ１４は、呼び出しリソース割り当てと、基地局１２の間のソフトハンドオフの編成を含む移動性管理機能性とを提供する。ＢＳＣ１４は、さらに、ＰＳＴＮ１８とのインターフェースを取るための付加的なルーティングサービスを提供するＭＳＣ１６に受信したデータを送る。同様に、ＰＳＴＮ１８がＭＳＣ１６とのインターフェースをとり、ＭＳＣ１６がＢＳＣ１４とインターフェースをとり、ＢＳＣ１４は基地局１２が移動体ユニット１０のセットに順方向リンク信号のセットを送信することを制御する。
【００８５】
図１８は、本明細書で開示されるようなタスクＴ４００の構成を実行するように構成され得て、および／または本明細書で開示されるような装置Ａ１００の構成を含むように構成され得る２つの符号器１００、１０６を含むシステムのブロック図を示す。第１の符号器１００は、ディジタル化されたスピーチサンプルｓ（ｎ）を受信し、送信媒体および／または通信チャネル１０２を介して第１の復号器１０４へ送信するためにサンプルｓ（ｎ）を符号化する。復号器１０４は、符号化されたスピーチサンプルを復号化し、出力スピーチ信号ｓＳＹＮＴＨ（ｎ）を合成する。反対方向の送信の場合、第２の符号器１０６は、ディジタル化されたスピーチサンプルｓ（ｎ）を符号化し、このスピーチサンプルは送信媒体および／または通信チャネル１０８上を送信される。第２の復号器１１０が、符号化されたスピーチサンプルを受信して復号化し、合成された出力スピーチ信号ｓＳＹＮＴＨ（ｎ）を生成する。符号器１００および復号器１１０は、セルラー電話等のトランシーバ内に一緒に構成されてよい。同様に、符号器１０６および復号器１０４は、セルラー電話等のトランシーバ内に一緒に構成されてよい。
【００８６】
スピーチサンプルｓ（ｎ）は、例えば、パルス符号変調（ＰＣＭ）、圧伸（companded）μ−法またはＡ−法等を含む当技術分野で公知の種々の方法のいずれかに従って、ディジタル化および量子化されたスピーチ信号を示す。当技術分野で公知であるように、スピーチサンプルｓ（ｎ）は、入力データのフレームに組織され、各フレームは予め定められた定数のディジタル化されたスピーチサンプルｓ（ｎ）を備える。例示的な構成では、８ｋＨｚのサンプリングレートが用いられ、各２０ミリ秒フレームが１６０のサンプルを備える。以下で説明される構成では、データ送信の速度が、フルレート、ハーフレート、１／４レートおよび１／８レート（一例では、各々、１３．２、６．２、２．６および１ｋｂｐｓに対応する）の間でフレーム間ベース（frame-to-frame basis）で変更されることが有利である。データ送信の速度を変更することは、比較的により少ないスピーチ情報を含むフレームに対してより低いビット速度が選択的に用いられ得ることが潜在的に有利であり得る。当業者に理解されるように、別のサンプリングレート、フレームサイズおよびデータ送信速度が使用され得る。
【００８７】
第１の符号器１００および第２の復号器１１０は、第１のスピーチコーダまたはスピーチコーデックを一緒に備える。スピーチコーダは、例えば、図１７を参照して上記で説明された加入者ユニット、ＢＴＳまたはＢＳＣを含む、有線および／または無線チャネルを介してスピーチ信号を送信するあらゆる種類の通信デバイスに対して構成され得る。同様に、第２の符号器１０６および第１の復号器１０４は、第２のスピーチコーダを一緒に備える。スピーチコーダがディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ディスクリートゲートロジック（discrete gate logic）、ファームウェアまたはあらゆる従来的なプログラム可能なソフトウェアモジュールおよびマイクロプロセッサで構成され得ることが当業者には理解される。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、レジスタまたは当技術分野で知られるあらゆる他の形式の書き込み可能な記憶媒体に存在可能である。代替的に、あらゆる従来的なプロセッサ、コントローラまたは状態機械がマイクロプロセッサの代わりなり得る。スピーチ符号化に関して特に設計された例示的なＡＳＩＣが、米国特許第５，７２７，１２３号（ＭｃＤｏｎｏｕｇｈ他、１９９８年３月１０日発行）および第５，７８４，５３２号（ＭｃＤｏｎｏｕｇｈ他、１９９８年７月２１日発行）に説明されている。
【００８８】
図１９Ａで、スピーチコーダで使用され得る符号器２００が、モードセレクタ２０２、ピッチ評価モジュール２０４、ＬＰ分析モジュール２０６、ＬＰ分析フィルタ２０８、ＬＰ量子化モジュール２１０および残余量子化モジュール２１２を含む。入力スピーチフレームｓ（ｎ）がモードセレクタ２０２、ピッチ評価モジュール２０４、ＬＰ分析モジュール２０６およびＬＰ分析フィルタ２０８に提供される。モードセレクタ２０２が、各入力スピーチフレームｓ（ｎ）の他の特性の中でもとりわけ、周期性、エネルギー、信号対雑音比（ＳＮＲ）またはゼロ交差率に基づいてモード指示Ｍを生成する。モードセレクタ２０２が、さらに、トーン信号の検出に対応して、タスクＴ４００の結果および／または第２の比較ユニットＡ１４０の出力に基づいてモード指示Ｍを生成し得る。
【００８９】
モードＭは、本明細書で開示されるようにＣＥＬＰ、ＮＥＬＰまたはＰＰＰ等の符号化モードを示してもよいし、さらに、符号化速度を示してよい。図１９Ａで示される例では、モードセレクタ２０２が、さらに、モードインデックスＩＭ（例えば、送信のためのモード指示Ｍの符号化バージョン）を生成する。周期性に従ってスピーチフレームを分類する種々の方法が、米国特許第５，９１１，１２８号（ＤｅＪａｃｏ、１９９９年６月８日発行）に説明されている。そのような方法は、米国電気通信工業会暫定基準（Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｉｍ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）  ＴＩＡ／ＥＩＡ  ＩＳ−１２７およびＴＩＡ／ＥＩＡ  ＩＳ−７３３にも組み込まれている。例示的なモード決定スキームが、さらに、米国特許第６，６９１，０８４号（Ｍａｎｊｕｎａｔｈ他、２００４年２月１０日発行）に説明されている。
【００９０】
ピッチ評価モジュール２０４は、各入力スピーチフレームｓ（ｎ）に基づいてピッチインデックスＩＰおよびラグ値（lag value）Ｐ０を生成する。ＬＰ分析モジュール２０６は、ＬＰパラメータ（例えば、フィルタ係数ａ）のセットを生成するために各入力スピーチフレームｓ（ｎ）に線形予測分析を実行する。ＬＰパラメータは、場合により、ＬＳＰ、ＬＳＦまたはＬＳＰ等の別の形式への変換の後に（代替的に、そのような変換がモジュール２１０内で生じ得る）、ＬＰ量子化モジュール２１０によって受信される。この例では、ＬＰ量子化モジュール２１０は、さらに、モード指示Ｍを受信し、それにより、モード依存の方法で量子化処理を実行する。
【００９１】
ＬＰ量子化モジュール２１０は、ＬＰインデックスＩＬＰ（例えば、量子化コードブックへのインデックス）とＬＰパラメータの量子化セットａ＾とを生成する。ＬＰ分析フィルタ２０８は、入力スピーチフレームｓ（ｎ）に加えてＬＰパラメータの量子化セットａ＾を受信する。ＬＰ分析フィルタ２０８は、入力スピーチフレームｓ（ｎ）と量子化線形予測パラメータａ＾に基づいて再構成されたスピーチとの間の誤差を示すＬＰ残余信号ｕ［ｎ］を生成する。ＬＰ残余信号ｕ［ｎ］およびモード指示Ｍは、残余量子化モジュール２１２に提供される。この例では、さらに、ＬＰパラメータの量子化セットａ＾が残余量子化モジュール２１２に提供される。これらの値に基づいて、残余量子化モジュール２１２が残余インデックスＩＲおよび量子化残余信号ｕ＾［ｎ］が生成される。図１８に示されるように、符号器１００および１０６の各々が、符号器２００の構成を装置Ａ１００の構成と一緒に含むように構成され得る。
【００９２】
図１９Ｂで、スピーチコーダで使用され得る復号器３００が、ＬＰパラメータ復号化モジュール３０２、残余復号化モジュール３０４、モード復号化モジュール３０６およびＬＰ合成フィルタ３０８を含む。モード復号化モジュール３０６がモードインデックスＩＭを受信および復号化し、それらからモード指示Ｍを生成する。ＬＰパラメータ復号化モジュール３０２が、モードＭおよびＬＰインデックスＩＬＰを受信する。ＬＰパラメータ復号化モジュール３０２が、ＬＰパラメータの量子化セットａ＾を生成するために、受信した値を復号化する。残余復号化モジュール３０４が、残余インデックスＩＲ、ピッチインデックスＩＰおよびモードインデックスＩＭを受信する。残余復号化モジュール３０４が、量子化残余信号ｕ＾［ｎ］を生成するために受信した値を復号化する。量子化残余信号ｕ＾［ｎ］およびＬＰパラメータの量子化セットａ＾がＬＰ合成フィルタ３０８によって受信され、ＬＰ合成フィルタ３０８は、それらから復号化出力スピーチ信号ｓ＾［ｎ］を合成する。図１８に示されるような復号器１０４および１１０の各々は、復号器３００の構成を含むように構成され得る。
【００９３】
図２０は、モードセレクタ２０２の構成を含むスピーチコーダによって実行され得るモード選択に関するタスクのフローチャートを示す。タスク４００で、モードセレクタがスピーチ信号のディジタルサンプルを連続的なフレームで受信する。所定のフレームを受信すると、モードセレクタはタスク４０２に進む。タスク４０２で、モードセレクタがフレームのエネルギーを検出する。エネルギーは、フレームのスピーチ活動（speech activity）の測度である。スピーチ検出は、ディジタル化されたスピーチサンプルの振幅の２乗を合計し、結果のエネルギーを閾値に対して比較することによって実行される。タスク４０２は、バックグラウンドノイズの変化レベルに応じてこの閾値を適合させるように構成されてよい。例示的な可変閾値スピーチ活動検出器が前述の米国特許第５，４１４，７９６号に説明されている。無声のスピーチ音によっては、バックグラウンドノイズとして誤って符号化され得る極めて低いエネルギーサンプルである可能性がある。そのような誤りの機会を減少させるために、前述の米国特許第５，４１４，７９６号に説明されているように、無声スピーチを背景雑音から区別するために、低エネルギーサンプルのスペクトル傾斜（例えば、第１の反射係数）が使用され得る。
【００９４】
フレームのエネルギーを検出した後、モードセレクタはタスク４０４に進む。（モードセレクタ２０２の代替的な構成は、スピーチコーダの別の構成要素からフレームエネルギーを受信するように構成される）。タスク４０４で、モードセレクタは、検出したフレームエネルギーが、スピーチ情報を含むものとしてフレームを分類するために充分であるかどうかを決定する。検出されたフレームエネルギーが予め規定された閾値レベルを下回る場合、スピーチコーダはタスク４０６に進む。タスク４０６で、スピーチコーダはフレームをバックグラウンドノイズ（即ち、沈黙）として符号化する。１つの構成では、バックグラウンドノイズのフレームが１／８レート（即ち、１ｋｂｐｓ）で符号化される。タスク４０４で、検出されたフレームエネルギーが、予め規定された閾値レベルを満足させるかまたは超過する場合、フレームがスピーチとして分類され、モードセレクタはタスク４０８に進む。
【００９５】
タスク４０８で、モードセレクタはフレームが無声スピーチであるかどうかを決定する。例えば、タスク４０８が、フレームの周期性を試験するように構成され得る。周期性決定の種々の公知の方法は、例えば、ゼロ交差の使用および正規化自己相関関数（ＮＡＣＦ）の使用を含む。特に、周期性を検出するためのゼロ交差およびＮＡＣＦの使用が前述の米国特許第５，９１１，１２８号および第６，６９１，０８４号に説明されている。さらに、無声スピーチから有声スピーチを区別するために使用される上記方法は、米国電気通信工業会暫定基準（Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｉｍ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）  ＴＩＡ／ＥＩＡ  ＩＳ−１２７およびＴＩＡ／ＥＩＡ  ＩＳ−７３３に組み込まれている。タスク４０８でフレームが無声スピーチであると決定される場合、スピーチコーダはタスク４１０に進む。タスク４１０で、スピーチコーダは、フレームを無声スピーチとして符号化する。１つの構成では、無声スピーチフレームが１／４レート（例えば、２．６ｋｂｐｓ）で符号化される。タスク４０８でフレームが無声スピーチでないと決定される場合、モードセレクタはタスク４１２に進む。
【００９６】
タスク４１２で、モードセレクタは、フレームが過渡的なスピーチであるかどうかを決定する。タスク４１２は、（例えば、前述の米国特許第５，９１１，１２８号で説明されるような）当技術分野で公知の周期性検出方法を使用するように構成され得る。フレームが過渡的なスピーチであると決定される場合、スピーチコーダはタスク４１４に進む。タスク４１４で、フレームが過渡的なスピーチ（即ち、無声スピーチから有声スピーチへの移行）として符号化される。１つの構成では、過渡的なスピーチフレームは、米国特許第６，２６０，０１７号（Ｄａｓ他、２００１年７月１０日発行）に説明されているマルチパルス補間符号化（multipulse interpolative coding）方法に従って符号化される。さらに、過渡的なスピーチフレームを符号化するためにＣＥＬＰモードが使用され得る。別の構成では、過渡的なスピーチフレームがフルレート（例えば、１３．２ｋｂｐｓ）で符号化される。
【００９７】
タスク４１２で、モードセレクタが、フレームが過渡的なスピーチでないと決定する場合、スピーチコーダはタスク４１６に進む。タスク４１６で、スピーチコーダは、フレームを有声スピーチとして符号化する。１つの構成では、有声スピーチフレームは、ＰＰＰ符号化モードを使用してハーフレート（例えば、６．２ｋｂｐｓ）または１／４レートで符号化され得る。さらに、ＰＰＰまたは別の符号化モード（例えば、８ｋＣＥＬＰコーダで１３．２ｋｂｐｓまたは８ｋｂｐｓ）を使用して、有声スピーチフレームをフルレートで符号化することが可能である。しかしながら、有声フレームをハーフレートまたは１／４レートで符号化することは、有声フレームの定常状態の性質を利用することによってコーダが有益な帯域幅を保存することを可能にすることを当業者は理解するであろう。さらに、有音スピーチを符号化するために使用される速度と無関係に、有声スピーチが過去のフレームからの情報を使用して符号化されることが有利である。
【００９８】
マルチモードスピーチコーデックの上記説明は、スピーチを含む入力フレームの処理を説明する。フレームを符号化する最良モードを選択するためにフレームの内容に関する分類処理が使用されることに留意されたい。以下の節では複数の符号器／復号器モードが説明される。異なる符号器／復号器モードは、異なる符号化モードに従って動作する。特定のモードは、特定の特性を示すスピーチ信号ｓ（ｎ）の符号化部分でより効果的である。上述したように、モードセレクタ２０２は、タスクＴ４００の結果および／または第２の比較ユニットＡ１４０の出力に基づいて、図２０に示されるように、（例えば、タスク４０８および／または４１２によって生成されるように）符号化決定を無効にするように構成され得る。
【００９９】
１つの構成では、過渡的なスピーチとして分類されるフレームを符号化するために「符号励起線形予測」（ＣＥＬＰ）方法が選択される。ＣＥＬＰモードは、線形予測残余信号の量子化バージョンを用いて線形予測声道（vocal tract）モデルを励起する。本明細書で説明される全ての符号器／復号器モードに対し、ＣＥＬＰは、一般に、最も正確なスピーチ再作成を生じるが、最も高いビット速度を必要とする。１つの構成では、ＣＥＬＰモードは、８５００ビット／秒で符号化を実行する。別の構成では、フレームのＣＥＬＰ符号化は、フルレートおよびハーフレートのうちの選択された１つで実行される。ＣＥＬＰモードは、さらに、トーン信号の検出に対応し、タスクＴ４００の結果および／または第２の比較ユニットＡ１４０の出力に従って選択され得る。
【０１００】
「プロトタイプピッチ周期（Prototype Pitch Period）」（ＰＰＰ）モードが、有声スピーチとして分類されるフレームを符号化するために選択され得る。有声スピーチは、ＰＰＰモードによって利用されるゆっくりと時間変化する周期的な成分を含む。ＰＰＰモードは、各フレーム内のピッチ周期のサブセットだけを符号化する。スピーチ信号の残りの周期は、これらのプロトタイプの周期の間で補間することによって再構成される。有声スピーチの周期性を利用することによって、ＰＰＰは、ＣＥＬＰよりも低いビット速度を達成することが可能であり、それでも知覚的に正確な方法でスピーチ信号を再作成する。１つの構成では、ＰＰＰモードは、３９００ビット／秒で符号化を実行する。別の構成では、フレームのＰＰＰ符号化は、フルレート、ハーフレートおよび１／４レートのうちの選択された１つで実行される。さらに、有声スピーチとして分類されるフレームを符号化するために「波形補間」（ＷＩ）または「プロトタイプ波形補間」（ＰＷＩ）モードが使用され得る。
【０１０１】
無声スピーチとして分類されるフレームを符号化するために、「雑音励起線形予測」（ＮＥＬＰ）モードが選択され得る。ＮＥＬＰは、無声スピーチをモデル化するためにフィルタリングされた擬似ランダム雑音信号を使用する。ＮＥＬＰは、符号化されたスピーチに対して最も単純なモデルを使用し、それゆえに、最も低いビット速度を達成する。１つの構成では、ＮＥＬＰモードは、１５００ビット／秒で符号化を実行する。別の構成では、フレームのＮＥＬＰ符号化は、ハーフレートおよび１／４レートのうちの選択された１つで実行される。
【０１０２】
同じ符号化技術が、性能レベルを変化させることによって異なるビット速度で頻繁に動作され得る。それゆえに、異なる符号器／復号器モードが、異なる符号化技術、異なるビット速度で動作する同じ符号化技術、または上記の組み合わせを示し得る。符号器／復号器モードの数を増大させることは、モードを選択する際により融通がきくことを可能にし、それはより低い平均ビット速度をもたらすが、全システム内での複雑性を増大させ得るということを当業者は理解するであろう。所定のシステムで使用される特定の組み合わせは、利用可能なシステムリソースおよび特定の信号環境によって決定付けられる。本明細書で開示されたようなタスクＴ４００の構成を実行し、および／または本明細書で開示されたような装置Ａ１００の構成を含むスピーチコーダまたは他の装置は、トーン信号の検出を示すタスクＴ４００の結果および／または第２の比較ユニットＡ１４０の出力に従って、特定の符号化速度（例えば、フルレートまたはハーフレート）を選択するように構成され得る。
【０１０３】
説明された構成の前述の提示は、当業者が本明細書で開示される方法および他の構造を製造または使用することを可能にするために提供されている。本明細書で示されて説明されるフローチャートおよび他の構造は、単なる例であり、これらの構造の別の変形実施形態も本開示の範疇の範囲内に入る。これらの構成の種々の修正が可能であり、本明細書で示される一般的な原理は別の構成にも同様に適用され得る。
【０１０４】
本明細書で説明される構成の各々は、その一部または全てが、配線接続された回路として、特定用途向け集積回路の中に製造される回路構成として、または、不揮発性記憶装置にロードされるファームウェアプログラムもしくは機械読み取り可能なコードとしてデータ記憶媒体にもしくはそこからロードされるソフトウェアプログラムとして構成され得る。そのようなコードは、マイクロプロセッサまたは他のディジタル信号処理装置等の論理素子の配列によって実行可能な命令である。データ記憶媒体は、半導体メモリ（限定されることなしに、動的もしくは静的なＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）および／またはフラッシュＲＡＭを含んでいる）、強誘電体メモリ、磁気抵抗メモリ、オーボニック（ovonic）メモリ、高分子（polymeric）メモリ、または相変化メモリ等の記憶素子の配列か、あるいは磁気ディスクまたは光ディスク等のディスク媒体であってよい。用語「ソフトウェア」は、ソースコード、アセンブリ言語コード、機械コード、バイナリコード、ファームウェア、マクロコード、マイクロコード、論理素子の配列によって実行可能な命令のシーケンスの任意の１つ以上のセット、およびそのような例の任意の組み合わせを含むことを理解するべきである。
【０１０５】
さらに、本明細書で開示される方法の各々は、論理素子の配列（例えば、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたは他の有限状態機械）を含む機械によって読み取り可能、および／または実行可能な１つ以上の命令セットとして、明白に（例えば、上記でリストされたような１つ以上のデータ記憶媒体で）具現化され得る。従って、本開示は、上記で示される構成に限定されることは意図されず、むしろ、本来の開示の一部を形成する、出願された添付の特許請求の範囲の中にまれている、本明細書でのあらゆる形式で開示される原理および新規な特性と一致する最も広範な範疇が認められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】スピーチ信号のスペクトルの一例を示す図。
【図２】トーン信号のスペクトルの一例を示す図。
【図３】開示される構成による方法Ｍ１００に対するフローチャート。
【図４Ａ】合成フィルタのダイレクト形式の実現化に関する概略図。
【図４Ｂ】合成フィルタの格子実現化に関する概略図。
【図５】方法Ｍ１００の構成Ｍ１１０に関するフローチャート。
【図６】Ｌｅｒｏｕｘ−Ｇｕｅｇｕｅｎアルゴリズムの構成に関する擬似コードリストを示す図。
【図７】タスクＴ１００およびＴ２００の構成を含む擬似コードリストを示す図。
【図８】タスクＴ３００に関する論理構造の一例を示す図。
【図９Ａ】タスクＴ３００に関するフローチャートの例を示す図。
【図９Ｂ】タスクＴ３００に関するフローチャートの例を示す説明図。
【図１０】タスクＴ１００、Ｔ２００およびＴ３００の構成を含む擬似コードリストを示す図。
【図１１】タスクＴ３００に関する論理モジュールの一例を示す図。
【図１２】タスクＴ４００の構成に関するテスト手順の一例を示す図。
【図１３】タスクＴ４００の構成に関するフローチャート。
【図１４】時間における部分の４つの異なる例Ａ〜Ｄに関する繰り返しのインデックスｉに対する利得測度Ｇｉのプロットを示す図。
【図１５】タスクＴ４００に関する論理構造の一例を示す図。
【図１６Ａ】開示された構成による装置Ａ１００のブロック図。
【図１６Ｂ】装置Ａ１００の構成Ａ２００のブロック図。
【図１７】セルラー電話に関するシステムの図。
【図１８】２つの符号器および２つの復号器を含むシステムの図。
【図１９Ａ】符号器のブロック図。
【図１９Ｂ】復号器のブロック図。
【図２０】モード選択に関するタスクのフローチャート。
【図２１】タスクＴ４００の別の構成に関するフローチャート。
【図２２】タスクＴ４００の更なる構成に関するフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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