(57)【要約】入力音声信号を表わすことが可能な音声エンコーダ（１３４）を備えた音声通信ユニット（１００）であって、音声エンコーダ（１３４）は、音声デコーダに多くの音声フレームを送信するための伝送路（２８１）を有し、音声エンコーダ（１３４）は、伝送路（２８１）上を送信される多くの音声フレームに対する１または複数の参照を送信するための仮想伝送路（２８２）を特徴とし、該１または複数の参照は、フレームが誤って受け取られた場合に置換フレームとして使用される、伝送路（２８１）上を送信される多くの音声フレーム内の代替の音声フレームに関するものである、音声通信ユニット（１００）。音声通信ユニット（１００）は、より正確な置換フレーム機構が提供され、そのため回復された音声フレームで望ましくないアーチファクトが聞こえる危険性を低下させるという、少なくとも１つの利点を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号を表わすことが可能な音声エンコーダ（１３４）を備えた音声通信ユニット（１００）であって、音声エンコーダ（１３４）は、音声デコーダに多くの音声フレームを送信するための伝送路（２８１）を有し、音声エンコーダ（１３４）は、伝送路（２８１）上を送信される多くの音声フレームに対する１または複数の参照を送信するための仮想伝送路（２８２）を有すること特徴とし、該１または複数の参照は、フレームが誤って受け取られた場合に置換フレームとして使用される、伝送路（２８１）上を送信される前記多くの音声フレーム内の代替の音声フレームに関するものである、音声通信ユニット（１００）。
【請求項２】
前記音声エンコーダ（１３４）が、
前記多くの音声フレームを多重化するためのマルチプレクサ（２５０）；
前記マルチプレクサ（２５０）と結合して作用し、多重化された音声データを記憶する、バッファ（２６０）；および
前記バッファ（２６０）と結合して作用し、前記バッファ（２６０）内に現在の音声フレームを特徴づけると共に該現在の音声フレームと同様の特性を示す代替の音声フレームを選択するための、プロセッサ（１３０，２７０）であって、該代替音声フレームに対する参照は、仮想伝送路（２８２）においてデコーダに送信される、プロセッサ（１３０，２７０）；
をさらに特徴とする、請求項１に記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項３】
前記プロセッサは、バッファ（２６０）内の１または複数の音声フレームにアクセスするためのデマルチプレクサ機能（２７０）を有し、同様の特性を示す音声フレームを選択すべくバッファされた音声フレームのＬＰＣパラメータ（２７２）から励起パラメータ（２７４）を分離する、請求項２に記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項４】
仮想伝送路（２８２）が、伝送路（２８１）の同じビット・ストリーム内に含まれている、請求項１〜３のいずれかに記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項５】
前記伝送路（２８１）は第１の前方型エラー訂正保護方式を使用し、前記仮想伝送路（２８２）は伝送路（２８１）で使用されるのと異なる第２の前方型エラー訂正保護を使用する、請求項１〜４のいずれかに記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項６】
前記プロセッサ（１３０，２６６，２７０）は、最小の重み付けエラーを提供するために、代替の置換フレームを選択する、請求項２〜５のいずれかに記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項７】
前記プロセッサ（１３０，２６６，２７０）は、複数のバッファ・フレームの各々に対する重み付けされたセグメンタル信号対雑音（ＳＥＧＳＮＲ）または平均の重み付けされたＳＮＲの評価により、最小の重み付けエラーを決定する、請求項６に記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項８】
前記プロセッサ（１３０，２６６，２７０）は、音声符号化パラメータの部分集合の最小の重み付けエラーを決定する、請求項６または請求項７に記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項９】
前記プロセッサ（１３０，２６６）は、前記バッファされた音声フレームのピッチ期間とその周辺を実質的に検索し、最も高いＳＥＧＳＮＲ値を示すフレームを選択する、請求項６、請求項７または請求項８に記載の音声通信ユニット（１００）。ｄ
【請求項１０】
遷移が生じ、音声が非定常である場合にのみ、前記代替音声フレーム（３２０）が前記現在の音声フレームに参照される、請求項１〜９のいずれかに記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項１１】
伝送路（２８１）上の多くの音声フレームと、仮想伝送路（２８２）上の１または複数の置換音声フレーム（３２０）参照とを受け取るように適合された、音声デコーダ（１３２）を有する特徴とし、前記１または複数の参照は、フレームが誤って受け取られた場合に置換フレームとして使用される、伝送路（２８１）上で受け取られる前記多くの音声フレーム内の代替の音声フレーム（３２０）に関するものである、請求項１〜１０のいずれかに記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項１２】
前記代替音声フレーム（４２０）が誤って受け取られると、フレーム（４３０）が前記誤って受け取られた代替フレーム（４２０）の代替フレームとして選択され、誤って受け取られた現在の音声フレーム（４１０）および誤って受け取られた代替音声フレーム（４２０）の代わりに使用される、請求項１１に記載の音声通信ユニット（１００）。
【請求項１３】
音声通信ユニット（１００）において悪いフレームのエラー軽減を実行する方法であって、
音声通信ユニット（１００）内の音声エンコーダ（１３４）により、多くの音声フレームを伝送路（２８１）上を通って音声デコーダへ送信する工程；
から成り、前記方法が、
伝送路（２８１）を送信される多くの音声フレームに対する１または複数の参照を、仮想伝送路（２８２）上で送信する工程であって、該１または複数の参照は、フレームが誤って受け取られた場合に置換フレームとして使用される、伝送路（２８１）上を送信される前記多くの音声フレーム内の代替の音声フレームに関するものである、工程；
から成ることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法の２つの工程を実行するように適合された音声通信ユニット（１００）。
【請求項１５】
請求項１〜１４に従って伝送路（２８１）と仮想伝送路（２８２）の使用を支援するように適合された無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音声の符号化および音声通信ユニットにおける音声コーデックの性能を改善する方法に関する。本発明は、音声コーデックにおけるエラー軽減に適用可能であるが、これに限定されるわけではない。
【背景技術】
【０００２】
個人の移動無線ユーザのための、グローバル移動体通信システム（ＧＳＭ）、セルラ電話標準システム、および地上基盤無線（ＴＥＴＲＡ）システムを初めとする、現在の多くの音声通信システムは、音声パターンをエンコードおよびデコードするために音声処理ユニットを使用している。このような音声通信システムでは、送信ユニット内の音声エンコーダが、アナログの音声パターンを送信に適したデジタル形式に変換する。受信ユニット内の音声デコーダは、受信したデジタルの音声信号を、可聴なアナログの音声パターンに変換する。
【０００３】
そのような無線音声通信システム用の周波数スペクトルは貴重な資源であるため、１つの周波数帯域当たりのユーザ数を最大限にするために、音声信号によって使用されるチャネル帯域幅を制限することが望ましい。従って、音声符号化技術の使用における主な目的は、性能（fidelity) を損なわずに、圧縮技術の使用により、音声パターンの占める容量をできるだけ減少させることである。
【０００４】
音声・データ通信システムに関する更なるアプローチは、同程度のデータ信号と比較した時に、音声信号に対しては実質的に、より少ない保護を提供することである。このアプローチでは、データパケットよりも音声パケットにかなり多くのエラーが生じると共に、音声パケット全体が失われるという危険性の増加にもつながる。
【０００５】
音声デコーダでは、
（ｉ）  受信した音声フレーム内に、あまりにも多くのビットエラーが存在する；または（ｉｉ）インターネット・プロトコル（ＩＰ）ベースのネットワーク内データパケット（音声情報を含むことがある）が失われている；
という場合に、例えば音声通信ユニットの性能を改善するために、エラー軽減技術が使用されることが一般的である。
【０００６】
「悪いフレーム（bad frame ）」の軽減技術は、誤って受け取られたフレームの可聴な影響を最小限にするために必要である。「誤って受け取られる」とは、本明細書では、誤りと共に受け取られるか、あるいは全く受け取られないことを意味している。そのような技術は失われた音声フレームの推定値を再生するのであって、デコードされた音声にサイレンスかノイズのいずれかを導入するものではない。そのような技術は、通常、音声の統計学的な定常的特性を使用することを含む。エラーのある１つのフレームは、それを、エネルギー、ピッチ、スペクトルおよび以前のフレームからの有声化を含む同様のパラメータに置き換えることにより通常は十分に推定される。しかしながら、音声は真に定常であるわけではなく（例えば音声の出だし）、破裂音は非常に短い出来事である。従って、この単純な「置換」技術は、しばしば、不自然で、したがって望ましくないアーチファクトを招来することがある。
【０００７】
理想的な世界では、送信中断の両側からデータを補間すること、すなわち、悪いフレームシーケンスの後と前にデータを採り、その間を補間することが好ましい。しかしながら、そのようなアプローチは、望ましくない遅延を招来するため、音声通信システムでは許
容しがたい。
【０００８】
いくつかの悪いフレームが受信されると、音声信号のエネルギーはしばしば数フレーム後に０まで減少される。音声が有声であるか否かに基づいて繰り返す対象を変更することが有用であるため、「有声化」パラメータが含まれていることが多い。原則として、有声の音声については、周期的な成分を単に繰り返すことが望ましい。対照的に、無声の音声については、周期的にしすぎずに、同様のオーディオ・スペクトルと同様のエネルギーを生成することが望ましい。
【０００９】
本発明の発明者らは、悪いフレームの軽減戦略としてそのような単純な「置換」フレーム機構を使用することの限界に気づくと共に、それを正しく認識した。詳細には、本発明の発明者らは、置換フレームはまれな場合にしか本当に適切なフレームでないことに気づいた。さらに、多くのフレームが誤って受け取られると、これは低品質の無線通信リンクでは頻繁に生じ得ることであるが、そのような置換フレーム機構はさらに許容しがたいものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、そのような音声コーデックを使用した場合に、上述の欠点のうちの少なくとも一部を軽減する、改善されたエラー軽減技術を提供することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１態様では、請求項１に記載の音声通信ユニットが提供される。
本発明の第２態様では、請求項１１に記載の音声通信ユニットが提供される。
本発明の第３態様では、請求項１３に記載の音声通信ユニットにおいて悪いフレームのエラー軽減を実行する方法が提供される。
【００１２】
本発明の第４の態様では、請求項１４に記載の音声通信ユニットが提供される。
本発明の第５の態様では、請求項１５に記載の無線通信システムが提供される。
本発明のさらなる態様が、従属請求項で定義される。
【００１３】
要約すると、本発明は、現在の悪いフレームのエラー軽減技術に関連する上述の欠点の少なくとも一部を軽減する、音声コーデックを備えた通信ユニットおよび方法を提供することを目的とする。これは、伝送路上の音声フレームが誤って受け取られたと仮定した場合に、伝送路上に音声フレームを送信し、音声デコーダによって使用される代替の置換音声フレームを示すために仮想伝送路上を送信される参照／ポインタを使用することにより、主として達成される。理想的には異なるエラー統計（例えば別のＦＥＣ方式）を有する追加の仮想伝送路を使用することにより、参照／ポインタは、それが参照している音声フレームと同じエラーを受けないだろう。さらに、多くの以前に送信された音声フレームから代替の音声フレームを選択するために、バッファリング技術がエンコーダで使用される。多くの以前に送信された音声フレームは、参照される選択された代替音声フレームと同様の特性を示す。
【００１４】
ここで、本発明の例証的実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ここで図１を参照すると、以下では移動局（ＭＳ）１００と称する、本発明の好ましい実施形態の発明概念をサポートするよう適合された、無線加入者ユニットのブロック図が示される。ＭＳ  １００は、好ましくはデュプレックス・フィルタ、アンテナスイッチ、またはＭＳ  １００内の受信機と送信機鎖との間の絶縁を提供するサーキュレータ１０４
に好ましくは結合された、アンテナ１０２を備えている。
【００１６】
当該技術分野で周知のように、受信機鎖は一般に、走査型受信機（scanning receiver ）フロントエンド回路１０６（受信、フィルタリング、ならびに中間またはベースバンド周波数変換を有効に提供する）を備えている。走査フロントエンド回路１０６は、信号処理機能１０８に直列に結合される。信号処理機能１０８からの出力は、音声処理ユニット１３０を介して、スピーカを初めとする適切な出力デバイス１１０に供給される。
【００１７】
音声処理ユニット１３０は、ユーザの音声を伝送媒体で送信するのに適した形式にエンコードする音声符号化機能１３４を有している。また、音声処理ユニット１３０は、受信音声を出力デバイス（スピーカ）１１０を介して出力するのに適した形式にデコードする音声復号化機能１３２も有している。音声処理ユニット１３０は、記憶装置１１６と、およびコントローラ１１４を介してタイマ１１８と、結合して作用する。特に、音声処理ユニット１３０の動作は、本発明の好ましい実施形態の発明概念をサポートするように適合されている。詳細には、音声処理ユニット１３０は、多くの以前に送信された音声フレームから、置換音声フレームを選択するように適合されている。次に、音声処理ユニット１３０、すなわち信号プロセッサ１０８は、主要な伝送路に対する代替仮想伝送路での参照／ポインタ信号（選択された置換音声フレームを示す）の送信を開始する。音声処理ユニット１３０のこの適合は、図２を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００１８】
完全を期すため、受信機鎖は、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）回路１１２（走査型受信機フロントエンド１０６に結合された状態で示されている）も有するが、ＲＳＳＩ回路１１２は受信機鎖内の他のいずれの場所に配置してもよい。ＲＳＳＩ回路は、加入者ユニット全体の制御を管理するために、コントローラ１１４に結合される。コントローラ１１４は、走査型受信機フロントエンド回路１０６および信号処理機能１０８（一般にＤＳＰによって実現される）にも結合されている。したがってコントローラ１１４は、回復された情報から、ビット誤り率（ＢＥＲ）またはフレーム誤り率（ＦＥＲ）データを受け取り得る。コントローラ１１４は、復号化／符号化等の動作様式を格納すべく、メモリ・デバイス１１６に結合される。ＭＳ  １００内の動作のタイミング（時間依存信号の送信または受信）を制御するために、コントローラ１１４にはタイマ１１８が通常結合される。本発明に関連して、タイマ１１８は、送信（符号化）路および／または受信（復号化）路で、音声信号のタイミングを指示する。
【００１９】
送信鎖に関して言うと、送信鎖は、音声エンコーダ１３４を介して送信機／変調回路１２２に直列に結合された、マイクロフォン変換器を初めとする入力装置１２０を実質的に備えている。その後、いかなる伝送信号も、パワー・アンプ１２４を通り、アンテナ１０２から放射される。送信機／変調回路１２２およびパワー・アンプ１２４は、コントローラに応答して作用し、パワー・アンプ１２４からの出力はデュプレックス・フィルタまたはサーキュレータ１０４に結合される。送信機／変調回路１２２および走査型受信機フロントエンド回路１０６は、周波数アップコンバージョン機能および周波数ダウンコンバージョン機能を有する（図示しない）。
【００２０】
当然ながら、ＭＳ  １００内の種々のコンポーネントを、本発明の発明概念を利用可能にする任意の適切な機能的トポロジーに配置することができる。さらに、ＭＳ  １００内の種々のコンポーネントは、個別のコンポーネント形式で実現されても統合されたコンポーネント形式で実現されてもよく、最終的な構造は単に任意選択したものにすぎない。
【００２１】
音声信号の好ましいバッファリングまたはプロセシングを、好ましくは音声処理機能を実行するソフトウェア・プロセッサ（またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））を用いて、ソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアで実行し得ることは、本発明の
想定範囲内である。
【００２２】
ここで図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態による、符号励起線形予測（ＣＥＬＰ）音声エンコーダ１３４のブロック図が示される。分析される音響入力信号は、マイクロホン２０２において音声コーダ１３４に向けられる。その後、入力信号は、フィルタ２０４に向けられる。フィルタ２０４は一般にバンドパスフィルタ特性を示すだろう。しかしながら、音声帯域幅が既に充分である場合、フィルタ２０４は直接のワイヤ接続を有してもよい。
【００２３】
その後、フィルタ２０４からのアナログ音声信号は、Ｎ個のパルス・サンプルから成るシーケンスに変換され、次に、各パルス・サンプルの振幅は、当該技術分野で周知のように、デジタル−アナログ（Ａ／Ｄ）変換器２０８でデジタル・コードにより表される。サンプリング・レートはサンプル・クロック（ＳＣ）により決定される。サンプル・クロック（ＳＣ）はフレーム・クロック（ＦＣ）と共に生成される。
【００２４】
その後、入力音声ベクトル  ｓ（ｎ）として表わされ得るＡ／Ｄ  ２０８のデジタル出力は、係数アナライザ２１０に向けられる。この入力音声ベクトル    ｓ（ｎ）は、個別の複数のフレームで、すなわち時間の複数のブロックで、反復して得られる。その時間の長さは、当該技術分野で周知のように、フレーム・クロック（ＦＣ）により決定される。
【００２５】
音声の各ブロックに対して、係数アナライザ２１０により、１セットの線形予測符号化（ＬＰＣ）パラメータが本発明の好ましい実施形態に従って生成される。生成された音声コーダパラメータは、ＬＰＣパラメータ、長期予測（ＬＴＰ）パラメータ、励起利得係数（Ｇ2 ）（最良の確率的コードブック励起コードワードＩと共に）を含み得る。そのような音声符号化パラメータは、マルチプレクサ２５０に向けられ、デコーダで音声合成装置によって使用するためにチャンネル上を送られる。入力音声ベクトル  ｓ（ｎ）は、減算器２３０にも向けられる。減算器２３０の機能は以下に説明する。
【００２６】
図２の従来のＣＥＬＰエンコーダで、コードブック検索コントローラ２４０は、入力音声サンプルを表すために使用される選択された励起ベクトル合計の最小重み付けエラーを生成するために、ブロック２１６内の適応コードブックとブロック２１４内の確率的コードブックの中から最良のインデックスおよび利得を選択する。確率的コードブック２１４と適応コードブック２１６からの出力は、それぞれの利得関数２２２および２１８に入力される。その後、利得を調整された出力は、加算器２２０で加算され、当該技術分野に周知のように、ＬＰＣフィルタ２２４に入力される。
【００２７】
最初に、適応コードブックまたは長期予測器コンポーネントは、ｌ（ｎ）と計算される。これは遅延と利得係数「Ｇ1 」によって特徴付けられる。
個々の確率的コードブック励起ベクトル  ｕi （ｎ）の各々に対して、入力音声ベクトル  ｓ（ｎ）との比較のために、再構成音声ベクトルｓ’i （ｎ）が、生成される。利得ブロック２２は励起利得係数「Ｇ2 」を計算し、加算ブロック２２０が適応コードブック・コンポーネントを加わる。そのような利得は、係数アナライザ２１０によって予め計算され、すべての励起ベクトルを分析するために使用されてもよいし、あるいは、コードブック検索コントローラ２４０により生成される最良の励起コード名Ｉの検索と共に最適化されてもよい。
【００２８】
その後、計算された励起Ｇ1 ｌ（ｎ）＋Ｇ2 ｕi （ｎ）は、短期予測（ＳＴＰ）フィルタを構成する線形予測符号化フィルタ２２４によりフィルタされ、再構成音声ベクトルｓ’i （ｎ）を生成する。ｉ番目の励起コードベクトルに対する再構成音声信号は、入力音声ベクトル  ｓ（ｎ）の同じブロックと、減算器２３０においてこれら２つの信号の減算
をすることにより、比較される。
【００２９】
差分ベクトルｅi （ｎ）は、音声のオリジナルのブロックと再構成ブロックとの間の差を表わす。差分ベクトルは、係数アナライザ２１０によって生成された重み付け・フィルタパラメータ（ＷＴＰ）を利用する重み付けフィルタ２３２により、知覚的に重み付けされる。知覚的重み付けは、エラーが人間の耳にとってより重要な場合にその周波数を強調し、他の周波数を軽減ずる。
【００３０】
コードブック検索コントローラ２４０内のエネルギー計算器機能は、重み付けされた差分ベクトルｅ’i （ｎ）のエネルギーを計算する。コードブック検索コントローラは、現在の励起ベクトルｕi （ｎ）のｉ番目のエラー信号を以前のエラー信号と比較して、最小のエラーを生成する励起ベクトルを決定する。その後、最小のエラーを有するｉ番目の励起ベクトルのコードが、最良の励起コードＩとしてチャンネルに出力される。
【００３１】
計算された励起Ｇ1 ｌ（ｎ）＋Ｇ2 ｕI （ｎ）は、将来の使用に備えて２１６の長期予測器メモリ内に格納される。
代替例では、コードブック検索コントローラ２４０は、所定のエラー閾値を満たすいくつかの予め定義された基準を有するエラー信号を提供する、特定のコード名を決定してもよい。
【００３２】
典型的な音声符号化ユニットの機能についてのより詳細な説明を、１９９４年にJohn Wileyによって公表されたA.  M.  Kondozの「低ビット速度の通信システムのためのデジタル音声符号化（Digital speech coding for low-bit rate communications systems ）」に見出すことができる。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態では、エラー軽減技術を、マルチプレクサ２５０の後で音声フレームに適用する。本発明は、メイン伝送路２８１上をエンコーダから送られた以前に符号化された音声フレームにポインタを送るために使用される、好ましくは並列の、代替の仮想伝送路２８２を利用する。
【００３４】
本発明に関連して、「仮想」という表現は、音声通信を支援する主要な伝送路に加えてエンコーダからデコーダに供給される伝送路として定義される。「仮想」伝送路は、同じビット・ストリーム内にあってもよいし、または時分割マルチプレクス方式における同じ時間フレームまたはマルチフレーム内にあってもよいし、例えばＶｏＩＰシステムのような異なる通信経路を介してもよい。理想的には異なるエラー統計（例えば別のＦＥＣ方式）を有する追加の仮想伝送路の利用により、参照／ポインタは、それが参照している音声フレームと同じエラーを受けないだろう。
【００３５】
既知の符号化装置に対する１つの顕著な違いは、多重化動作後に第２の最小化セクションがあることである。そのような回路は、バッファに保持された音声パラメータ・データを評価し、現在の音声フレームに最も近いものを選択する。
【００３６】
増強された実施形態では、並列の仮想伝送路が、音声コーダによりメイン伝送路で使用されるのとは異なる前方型エラー訂正（ＦＥＣ）保護を使用する。このように、独立したＦＥＣパスを使用することにより、音声データパケットは異なるエラー統計を受ける。メイン伝送路と並列の仮想伝送路との間のこの差は、エラーに対する丈夫さ（robustness）を改善する手助けとなる。
【００３７】
マルチプレクサ２５０は、データ・パケット／フレームを、以前の多重化フレームを保持しているバッファ２６０に出力する。デマルチプレクサ２７０は、バッファ２６０中に
保持された多重化信号のバッファ・フレームにアクセスする。これに関して、デマルチプレクサ２７０は、励起パラメータ２７４をＬＰＣパラメータ２７２から分離する。励起パラメータを生成するために使用される長期予測器のメモリは、フレームの最初の長期予測器２１６と同一でなければならないことに留意する。
【００３８】
従って、多重化音声の各ブロックについて、現在のフレームと以前のフレームに対する１セットの線形予測符号化（ＬＰＣ）パラメータが生成される。本発明の好ましい実施形態では、量子化ＬＰＣパラメータと励起パラメータの各セットが、バッファ・データのｊ番目の以前のフレームに対する再構成音声ベクトルｓ’j （ｎ）を形成する。再構成音声ベクトルｓ’j （ｎ）は、以前にバッファされた音声ベクトルｓ（ｎ）と、減算器２６２でこれら２つの信号を減算することより比較される。
【００３９】
差分ベクトルｅj （ｎ）は、音声のオリジナルのブロックと、以前にバッファされたブロックとの間の差を表わす。差分ベクトルは、ＬＰＣ重み付けフィルタ２６４により、知覚的に重み付けされる。既に示したように、知覚的重み付けは、エラーが人間の耳にとってより重要な場合にその周波数を強調し、他の周波数を軽減ずる。
【００４０】
コードブック検索コントローラ２６６内のエネルギー計算器機能は、重み付けされた差分ベクトルｅ’j （ｎ）のエネルギーを計算する。コードブック検索コントローラ２６６は、現在の励起ベクトルｕj （ｎ）のｊ番目のエラー信号を、以前のエラー信号と比較して、最小のエラーを生成する励起ベクトルを決定する。その後、コードブック検索コントローラ２６６は、最小の重み付けされたエラーを提供するために、「フレームデータに対する最良のインデックス」を選択する。エンコーダは、次に、デコーダに、それ自体とメイン伝送路中のそれぞれの音声フレームとの間に最小の重み付けエラーを提供するものとして決定された以前のフレームに対するポインタを伝送する。
【００４１】
実質的には、（理想的には現在の送信フレームから時間もフレーム番号も異なる）参照音声フレームは、エンコーダによって符号化されたフレームに（知覚的に重み付けされたエラーの意味で）最もよく似た音声の特定の動いているウィンドウ内のフレームを構成する。したがって、音声フレームが誤って受け取られた場合、参照音声フレームは、エラー軽減手順に使用される現在のフレームに最良のマッチ（ポインタ）を表わす。この表現すなわちポインタについては、図３でより詳細に説明する。
【００４２】
ここで図３を参照すると、本発明の好ましいプロセスを示すバッファ・タイミング図３００が示されている。このタイミング図は、フレーム０  ３１０を、音声デコーダで受け取られ、誤っていることが決定されたものとして示している。その後、デコーダは、フレーム０  ３１０を置き換えるのに最も適切なフレームを決定すべく、代替の仮想伝送路にアクセスする。図３に示されるように、代替の仮想伝送路は、フレーム０  ３１０の好ましい置換物としてのフレーム−４  ３２０に対するポインタを含んでいる。フレーム０  ３１０をフレーム−４  ３２０と置き換えることによって、音声復号プロセスにおける音声品質には最小の影響しか及ばない。
【００４３】
本発明の発明者らは、直前の先行フレームがすべて（一般に）同じ話者によって話されたものである、すなわち音声フレームは同様のピッチとフォルマント位置を示すという事実を認識し、利用している。したがって、現在の音声フレームと同様な、以前の音声フレームを見出すことができる可能性は高い。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態によれば、メモリ内の各フレームに対するパラメータのセットを与えると、バッファ・フレームの各々に対するセグメンタル信号対雑音（ＳＥＧＳＮＲ）または平均重み付けＳＮＲを評価することにより、最小の重み付け知覚エラーが見出
される。好ましくは、セグメントは音声コーデックサブフレームレベルで定義される。
【００４５】
【数１】
2005534984.tif 000003
【００４６】
この決定はエンコーダで行なわれる。小さなピッチエラーがある場合には、かなり異なるＳＥＧＳＮＲ値が生じ得ることが想定される。これは、ソース音声とバッファ信号が素早く移動して位相から外れ得るからである。従って、本発明の増強された実施形態では、サンプルより小さい解像度（通常１／３または１／４サンプル）を使用してバッファ・フレームのピッチ期間とその周辺（例えば＋／−５％）を検索し、最も高いＳＥＧＳＮＲ値を採用することが提案されている。
【００４７】
本発明のさらなる増強では、フレームの悪い受け取りを軽減するために使用されたフレームは、フレームがそれ自体誤って受け取られても、それ自体、図４で示されるように、誤って受け取られた現在のフレームの音声情報の最良なソースとなるだろう。従って、図４は、複数のエラーがどのように取り扱われるか示すタイミング図を示す。フレーム０  ４１０からのデータは誤っていることがわかっている。提案されたエラー軽減プロセスは、適切な置換物としてデータフレーム−４  ４２０を示す代替の仮想伝送路を使用する。しかしながら、データフレーム−４  ４２０は誤っていると判定される。その場合には、ポインタは、破損フレーム−４  ４２０と最も類似するフレームであるフレームとして、フレーム−６  ４３０からのデータを示す。したがって、フレーム−６  ４５０はフレーム−４  ４２０と置き換わるために使用され、フレーム−１  ４１０と置き換わるのに適している。このように、複数のフレームエラーを、メモリーから外れる参照の問題点を克服するために取り扱うことができる。
【００４８】
これにより、参照（ポインタ）は、いわば効果的に、最終的には記憶ウィンドウから外れ得る。しかしながら、複数の参照の必要性をなくすことによりウィンドウ内の誤った値が更新されるならば、これは問題点である必要がない。
【００４９】
代わりに、置換フレームがバッファ内に格納されると、フレーム−４  ４２０が現在のフレームである場合、それはバッファ内のフレーム−６  ４３０（次にフレーム−２）と置換されただろう。その結果、バッファは常に使用可能なデータのみを含む。
【００５０】
要約すると、参照またはポインタは、主要なビット・ストリームに対する代替ビット・ストリームでデコーダに送信される。参照またはポインタは、現在送信されているフレームと最も良く一致する、以前に送信されたフレームを示す。参照またはポインタは、並列のビット・ストリームで好ましくは送信される。フレームが音声デコーダで誤って受け取られた場合、この参照またはポインタはフレーム置換エラー軽減プロセスで使用される。従って、フレーム軽減は、既知の直前または直後のフレーム置換機構を、多くのフレームから任意のフレームへと延長することにより増強される。これに関して、プロセスで使用されるフレームの数は、バッファリング／記憶機構および／または最小の重み付けエラーフレームを決定するのに必要な処理パワーによってのみ制限される。
【００５１】
示されるように、音声コーダの音声パラメータのバッファリング／記憶プロセスは、多くのフレームに関して行なわれる。例えば、１２ｋｂ／秒より小さいＧＳＭ強化フル速度
（ＥＦＲ）コーデックの場合、３秒の音声に対する記憶量はわずか５キロバイトである。したがって、最も困難なタスクは、１５０の可能なフレームから最も近いフレームマッチを識別することである。従って、本発明の１実施形態では、上述の最小重み付けエラー選択技術は、音声コーダフレームのすべてのパラメータではなく、パラメータの部分集合または合成音声に由来するパラメータに適用され得る。言い換えれば、メモリへの保存および比較処理のために、正確なコーダ・パラメータではなく、ＬＰＣフィルタパラメータ（ＬＳＦ）および合成音声フレームのエネルギー（エンコーダとデコーダの両方で計算された合成音声から由来する音声パラメータ）が、参照（またはポイント）されるであろう。
【００５２】
この点に関して、音声フレームは多くのパラメータを含んでいるため、それらの任意の数に、提案された技術を原則として適用することができる。そのようなパラメータの例としては、ＣＥＬＰコーダでは、以下のものが挙げられる：
（ｉ）ＬＰＣパラメータを表わすライン・スペクトル・ペア（ＬＳＰ）；
（ｉｉ）サブフレーム−１に対する長期予測器（ＬＴＰ）の遅延；
（ｉｉｉ）サブフレーム−１に対するＬＴＰ利得；
（ｉｖ）サブフレーム−１に対するコードブック・インデックス；
（ｖ）サブフレーム−１に対するコードブック利得；
（ｖｉ）サブフレーム−２に対する長期予測器の遅延；
（ｖｉｉ）サブフレーム−２に対するＬＴＰ利得；
（ｖｉｉｉ）サブフレーム−２に対するコードブック・インデックス；
（ｉｘ）サブフレーム−２に対するコードブック利得；
（ｘ）サブフレーム−３に対する長期予測器遅延；
（ｘｉ）サブフレーム−３に対するＬＴＰ利得；
（ｘｉｉ）サブフレーム−３に対するコードブック・インデックス；
（ｘｉｉｉ）サブフレーム−３に対するコードブック利得；
（ｘｉｖ）サブフレーム−４に対する長期予測器遅延；
（ｘｖ）サブフレーム−４に対するＬＴＰ利得；
（ｘｖｉ）サブフレーム−４に対するコードブック・インデックス；
または（ｘｖｉｉ）サブフレーム−４に対するコードブック利得。
【００５３】
パラメータ全体のセットではなく、現在のフレームのＬＳＰとマッチする以前のフレームのＬＳＰのセットを参照するポインタを送信できることは本発明の想定内である。代わりに、上記の多くのパラメータの各々に対するポインタを有することも可能であろう。
【００５４】
無線通信システムでは、並列の仮想伝送路は、好ましくは、データペイロードの非保護ビット内でブロック符号化された参照ワード（１２８のフレームバッファを支援するには、約２．５秒に等しい７ビットで十分であろう）を送信することから成る。参照ワードは、２ビットのエラー訂正まで提供する、１５ビットのＢＣＨブロックコード（７５ビット／秒の等価速度で）により符号化し得る。
【００５５】
代わりに、代替の仮想伝送路は、エラー訂正機能とエラー検出機能の組み合わせを提供してもよいことが意図される。参照の受け取りが欠如すると悪い軽減につながる可能性があるため、エラー検出は有用であろう。参照ワードが悪く受信された場合、スキームは以前のフレーム反復をデフォルトにすることが可能である。７５ビット／秒のチャンネル速度は、ＧＳＭのフル速度チャネルの正味のビット速度を、２２．８キロビット／秒から２２．７２５キロビット／秒にわずかに減小させるにすぎない。これは、感度の無視し得る程度の損失である。
【００５６】
インターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）通信リンクを介したボイスオーバー等の別の実施形態では、代替仮想伝送路は、多数のパケット・ストリームを送ることにより達成され
得る。これについては、パケットを落とす確率が増加するため、トラフィック全体が実質的に増大しないことが望ましい。
【００５７】
好ましい機構は、遷移が起こり、音声が非定常である場合にのみ、上述したように以前のフレームに参照を送ることだろう。音声が定常の場合、および、従来の技術が比較的うまくいく場合、参照は送られない。このように、パケットネットワークは過度に過負荷をかけられることはなく、大半の性能利得が達成される。音声信号がどれくらい定常であるかの程度は、変数として生成することができ、この変数は、失われたパケットの場合には再生品質を改善するために調節することができるる。
【００５８】
デコーダの機能は、実質的にエンコーダの逆であるため（マルチプレクサに続く追加の回路がなければ）、ここでは詳細に説明しない。通常の音声復号化ユニットの機能の説明も、１９９４年にJo hn Wileyによって公表されたA.  M.  Kondozの「低ビット速度の通
信システムのためのデジタル音声符号化（Digital speech coding for low-bit rate communications systems ）」に見出すことができる。デコーダでは、悪いフレームを決定するまで、デコーダは標準的な復号プロセスを辿る。悪いフレームが検知されると、デコーダは、代替仮想伝送路を評価して、参照／ポインタのそれぞれによって示された代替フレームを決定する。その後、参照／ポインタ伝送によって示されるように、デコーダは「同様の」フレームを検索する。その後、以前に示されたフレームが、音声を合成するために、受信フレームと置き換わるべく使用される。
【００５９】
有利には、本明細書に説明した発明概念は、既に構成されたＦＥＣ方式からビットを盗むことにより既存のコーデックに適合し得る。
いかなる音声処理回路も本明細書に説明した発明概念から利益を得るであろうことは、本発明の想定内である。
【００６０】
悪いフレームのエラー軽減機構は、上述したように、少なくとも次の利点を有することが理解されるだろう。
（ｉ）より正確な置換フレーム機構が提供され、そのため、回復された音声フレームで望ましくないアーチファクトが聞こえる危険性を減らす。
（ｉｉ）代替仮想伝送路は、例えば既に構成されたＦＥＣ方式からビットを盗むことにより、既存のコーデックに適合され得る。
（ｉｉｉ）遷移が起こり、音声が非定常である場合にのみ、以前のフレームへの参照が送られると、既存の悪いフレームのエラー軽減技術が使用され、そのため、本発明に必要な追加のデータを最小限にすることができる。
（ｉｖ）所定のフレームで受け取られたデータをこのスキームで参照されるフレームと相互参照することにより、誤って受信されたパラメータが検知され得る。
【００６１】
好ましい実施形態は、本発明をＣＥＬＰコーダに適用することについて論じているが、発明者らには、伝送誤差が生じ得る場合に本明細書に含まれる発明概念から利益を得ることができる他の任意の音声処理ユニットも想定される。本明細書で説明した発明概念は、特に、ユニバーサル・モバイル通信システム（ＵＭＴＳ）ユニット、グローバル移動体通信システム（ＧＳＭ）、地上基盤無線（ＴＥＴＲＡ）通信ユニット、情報とシグナリングのデジタル交換規格（Digital Interchange of Information and Signalling standard, ＤＩＩＳ）、ボイスオーバ・インターネット・プロトコル（ＶｏＩＰ）ユニットなどの無線通信ユニット用の音声処理ユニットへの用途が特に考えられる。
【００６２】
（本発明の装置：）
音声通信ユニットは、入力音声信号を表わすことが可能な音声エンコーダを備えている。音声エンコーダは、音声デコーダに多くの音声フレームを送信するための伝送路を有す
る。音声エンコーダは、伝送路上を送信される多くの音声フレームに対する１または複数の参照を送信するための仮想伝送路をさらに有する。１または複数の参照は、フレームが誤って受け取られた場合に置換フレームとして使用される、伝送路上を送信される多くの音声フレーム内の代替の音声フレームに関する。
音声通信ユニット、例えば音声エンコーダを有する上記の音声通信ユニットは、伝送路上の多くの音声フレームと、仮想伝送路上の１または複数の置換音声フレーム参照とを受け取るように適合された、音声デコーダを備えている。１または複数の参照は、フレームが誤って受け取られた場合に置換フレームとして使用される、伝送路上で受け取られる多くの音声フレーム内の代替の音声フレームに関する。
【００６３】
（本発明の方法：）
音声通信ユニットにおいて悪いフレームのエラー軽減を実行する方法は、音声通信ユニット内の音声エンコーダにより、多くの音声フレームを伝送路上を通って音声デコーダへ送信する工程から成る。音声エンコーダは、伝送路を送信された多くの音声フレームに対する１または複数の参照を、仮想伝送路上を通って送信する。１または複数の参照は、フレームが誤って受け取られた場合に置換フレームとして使用される、伝送路上を送信される多くの音声フレーム内の代替の音声フレームに関する。
【００６４】
このように、音声フレームが誤って受け取られた場合、多くの音声フレームから改善された置換フレームが選択され得る。
かくして、少なくとも既知のエラー軽減技術に関する上述の欠点の少なくとも一部を実質的に軽減する、悪いフレームのエラー軽減技術、ならびに関連の音声通信ユニットおよび回路について説明した。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の好ましい実施形態の様々な発明概念をサポートするよう適合された音声コーダを備えた無線通信ユニットのブロック図。
【図２】本発明の好ましい実施形態の様々な発明概念をサポートするよう適合された符号励起線形予測音声コーダのブロック図。
【図３】本発明の好ましい実施形態による、多くの他のフレームから置換フレームが選択される、代替の仮想伝送路によって示された参照機構の使用。
【図４】本発明の好ましい実施形態による、メイン伝送路で生じる複数のエラーに対処するための、代替の仮想伝送路の強化された使用。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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