(57)【要約】  時間領域コーデックを備えた補聴器（１ａ，１ｂ）を提供する。上記コードは，予測器（４）および予測器適応（１１）を備え，入力量子化指数に基づいてデコードされた出力信号を生成するように構成されたデコーダと，上記デコーダおよび励振信号を受信して予測信号を出力する予測器（４）を備えており，入力信号に基づいて出力量子化指数を生成するエンコーダとを備えている。量子化指数の繰返しのデコーディングによって入力信号と予測信号との間のエラーを最小化する出力量子化指数が決定され，予測器適応（１１）は再帰的自己相関推定を用いて予測器（４）を更新する。この発明はさらに音声信号のエンコーディング方法を提供する。
2013507661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予測器および予測器適応を備え，入力量子化指数に基づいてデコードされた出力信号を生成するように構成されたデコーダ，
入力信号に基づいて出力量子化指数を生成するエンコーダであって，上記デコーダおよび励振信号を受信して予測信号を出力する予測器を備えるエンコーダ，
を備える，時間領域コーデックである音声コーデックを備えた補聴器であって，
上記入力信号と上記予測信号との間のエラーを最小化するために上記出力量子化指数が量子化指数の繰返されるデコーディングによって決定され，
上記予測器適応が再帰的自己相関推定を用いて上記予測器を更新するものである，
補聴器。
【請求項２】
上記コーデックがスカラー量子化モードとベクトル量子化モードとを選択的に切換える手段を備えている，請求項１に記載の補聴器。
【請求項３】
少なくとも一つの所定の量子化指数列を記憶するように構成されたメモリ，および上記少なくとも一つの指数列を上記コーデックに与える手段を備えている，請求項１または２に記載の補聴器。
【請求項４】
上記エンコーダが複数の量子化指数を含むコードブックを備え，そこで上記量子化指数が，多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置されており，各個別の量子化指数が特定の分岐にユニークである，請求項１から３のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項５】
上記エンコーダが複数の量子化指数を含むコードブックを備え，そこで上記量子化指数が，多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置されており，少なくとも一つの個別の量子化指数が二以上の分岐中で見つけられるものである，請求項１から３のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項６】
上記エンコーダが，上記入力信号および上記予測信号から量子化指数を直接に計算するように構成された演算装置を備えている，請求項１から３のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項７】
上記デコーダが，形状値および利得値をそれぞれ表す量子化ベクトルを提供する形状コードブックおよび利得コードブックをそれぞれ備えている，請求項１から６のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項８】
上記利得適応器が後方適応利得適応器である，請求項７に記載の補聴器。
【請求項９】
上記予測器が，二次以上の自己相関モデルに基づく再帰的自己相関推定を用いて適応される，請求項１に記載の補聴器。
【請求項１０】
上記コーデックによってエンコードされる前に音声信号のサンプルレートを変更するサンプルレート・コンバータを備えている，請求項１から９のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項１１】
上記送信された信号において上記送信器と受信器との間のデジタルクロック周波数の差を検出する手段，および上記デコードされた音声信号を修正して上記検出した差を補償する手段を備えている，請求項１から１０のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項１２】
上記クロック信号周波数の差を検出する手段がデジタル位相ロックループ（ＰＬＬ）である，請求項１１に記載の補聴器。
【請求項１３】
ストリーミング・チャンネルを介してデータ・ストリームを受信する上記コーデックのストリーミング・モードにおいて上記データ・ストリーム中のビット・エラーを検出する手段，
上記データ・ストリーム中のビット・エラー・レートを推定する手段，および
上記コーデックからの音声出力をフェージングする手段，
をさらに備えている，請求項１に記載の補聴器。
【請求項１４】
上記コーデックのデコーダが，上記チャンネル・デコーダから検出されたエラー数を受信する手段，および訂正不可能なエラーが検出された場合に上記予測器への励振信号をゼロまたはゼロ・ベクトルに設定する手段を備えている，請求項１３に記載の補聴器。
【請求項１５】
デジタル音声信号を用意し，
予測器および予測器適応を備え，入力量子化指数に基づいてデコードされた出力信号を生成するように構成されたデコーダを用意し，
上記デコーダ，および励振信号を受信して予測信号を出力するように構成された上記予測器を備えるエンコーダを用意し，
上記エンコーダを用いて，入力信号に基づいて出力量子化指数を生成し，
量子化指数の繰返しのデコーディングによって上記入力信号と上記予測信号との間のエラーを最小化する，上記出力量子化指数を決定し， 
再帰的自己相関推定を用いて上記予測器を更新する，
補聴器における音声信号のエンコーディング方法。
【請求項１６】
上記繰返しのデコーディングが複数の量子化指数を含むコードブックの検索を含み，上記コードブックにおいて上記量子化指数が多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置されており，各個別の量子化指数が特定の分岐にユニークなものである，請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記繰返しのデコーディングが複数の量子化指数を含むコードブックの検索を含み，上記コードブックにおいて上記量子化指数が多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置されており，少なくとも一つの個別の量子化指数が二以上の分岐中で見つけられるものである，請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
上記繰返しのデコーディングが，演算装置を用いて上記入力信号および上記予測信号から量子化指数を直接計算することを含む，請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
形状値および利得値を表す量子化ベクトルが，形状コードブックおよび利得コードブックをそれぞれ用いて提供される，請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
上記予測器が，二次以上の自己相関モデルに基づく再帰的自己相関推定を用いて適応される後方適応利得適応器である，請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
ストリーミング・チャンネルを介してデータ・ストリームが受信され，上記データ・ストリーム中のビット・エラーが検出され，ビット・エラーの検出に応じて上記コーデックからの音声出力がフェードされる，請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
上記チャンネル・デコーダからの検出エラー数が上記コーデックに提供され，修復不可能なエラーが検出されたときに上記予測器への励振信号がゼロまたはゼロ・ベクトルに設定される，請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は補聴器に関し，より具体的にはデジタル音声信号のデコーディング（復号）およびエンコーディング（符号化）を行う時間領域音声コーデック（time-domain audio codec）を有する補聴器に関する。この発明はさらに音声信号のデコーディングおよびエンコーディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
補聴器は，一または複数のマイクロフォン，信号処理装置および音信号を聴覚的に再生する手段を備えた，小さい装着可能ユニットとして具現化されている。補聴器は，テレコイルまたはＦＭレシーバといった他の音源（ソース）からの音信号を受信し，処理し，再生する手段をさらに備えることもできる。ユーザの聴力損失を軽減するために，補聴器の上記信号処理装置は，ユーザの聴力損失を事前記録したオージオグラムに基づいて，選択された周波数帯の増幅を行うように構成されている。順応度を高めるために上記信号処理装置は好ましくはデジタル信号処理装置とされる。
【０００３】
最近の補聴器は，通常，単方向または双方向の無線通信（wireless communication, i.e. radio communication）を備えている。このような無線通信では，たとえば２つの補聴器の間でまたは補聴器と別の装置の間で，補聴器へのおよび補聴器からのデジタル形式における送受信に適する会話などの音信号の搬送が可能である。このような無線通信では送信ビットレートを可能な限り低く抑えることが求められる。その理由の一つとして，無線通信帯域幅の増大は消費電力の増大を招くので補聴器にとって好ましくない，ということが挙げられる。
【０００４】
デジタル音声信号における上記ビットレートを低減する一つの方法としてエンコーダ／デコーダ・ユニットまたはプロセッサを用いて信号をエンコードおよびデコードすることが挙げられ，これは一般にはコーデック（codec）と呼ばれるもので，ソフトウェアと多くの場合専用ハードウェアとの組合せとして実装される。しかしながら，このようなビットレートの低減は，音声帯域幅，再生（再現）品質（reproducing quality），演算の複雑さおよび遅延の観点において代償を必要とする（comes at a cost）。
【０００５】
上記帯域幅および遅延時間を低減する試みの一つが‘A Low-Delay CELP Coder for the CCITT 16kb/s Speech Coding Standard’, Juin-Hwey Chen et al, IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATION，Vol.10,No.5,June 1992の論文に記載されている。しかしながら，この論文に記載の音声帯域幅，再生（再現）品質および演算の複雑さは，補聴器における要求（ニーズ）に合うものではない。
【発明の開示】
【０００６】
この発明は，演算の複雑さを低く抑えかつ許容可能な再生品質を達成しつつ，上述の帯域幅の問題を克服するコーデックを有する補聴器を提供することを目的とする。
【０００７】
この発明によると，上記目的は，予測器（predictor）および予測器適応（predictor adaptation）を備えており入力量子化指数に基づいてデコードされた出力信号（decoded output signal）を生成するように構成されるデコーダと，上記デコーダおよび励振信号（（excitation signal）を受信して予測信号（prediction signal）を出力する予測器を備えており入力信号に基づいて出力量子化指数を生成するエンコーダとを備える，時間領域コーデックである音声コーデックを備えた補聴器において，上記入力信号と上記予測信号との間のエラー（誤差）を最小化するために上記出力量子化指数が上記量子化指数の繰返しのデコーディング（repeated decoding）によって決定され，上記エラーを最小化するために上記予測器が再帰的自己相関推定（recursive autocorrelation estimate）を用いる補聴器によって，達成される。
【０００８】
このようなコーデックを補聴器中に実装することによって，上記デコーディングに必要な動作（オペレーション）が上記エンコーディングに必要な動作と類似することになるので，複雑さを比較的低く抑えつつ，帯域幅および信号品質に関する上述した基準（クリテリア）を満足することができる。すなわち，処理回路チップ上に実装されるハードウェアの大部分，すなわちエンコーディングまたはデコーディングに用いられる上記チップの専用処理部分を場合に応じてリユースすることができる。これによって，専用のエンコーディング・ユニットおよびデコーディング・ユニットを備える設計に比べると，上記チップ上の物理的な空間が節約され，上記補聴器内の全体空間の節約が図られる。
【０００９】
この発明の好ましい一実施形態によると，上記コーデックはスカラー量子化モード（a scalar quantization mode）とベクトル量子化モード（a vector quantization mode）とを選択的に切換える手段を備えている。
【００１０】
上記スカラー量子化モードでは，上記信号は，上記信号の形状（the signal shape）を表すコードブック中のスカラーから合成される。上記ベクトル量子化モードでは，上記信号は，たとえば信号の形状，信号の利得，および信号の符号（a signal sign）を表すコードブック中のベクトルから合成される。
【００１１】
これらのモードを選択的に切換える手段を含む二つの異なる量子化モードの一方を作動させる手段を備えることによって，使用時の上記帯域幅の柔軟な利用が可能になり，たとえば，上記スカラー量子化モードにおいてモノラル信号の送信のために利用可能な帯域幅を使用したり，または上記ベクトル量子化モードにおいてステレオ・エンコード信号の送信のために利用可能な帯域幅を使用したりすることができる。
【００１２】
この発明のさらに好ましい実施形態によると，上記補聴器は，少なくとも一つの所定の量子化指数列（at least one predetermined sequence of quantization indices）を格納するように構成されたメモリ，および上記少なくとも一つ指数列を上記コーデックに与える手段を備えている。
【００１３】
上記の特徴によって，上記コーデックを，たとえば対応する（相対する）補聴器または専用ストリーミング装置といった外部装置から受信したデータ・ストリームからの音声信号を再生（再現）するために用いるだけでなく，ストリーミング・モードとプレイバック・モードとの間で上記コーデックを選択的に切換えて上記補聴器中のメモリに記憶された量子化指数列に基づいて所定のメッセージ等の音声を再生するために用いることができる。サンプリング信号（sampled signal）ではなく量子化指数列を記憶することによって，上記コーデックに読出すときに上記量子化指数列から上記信号を再構築することができ，上記補聴器メモリ内の貴重な空間が節約される。
【００１４】
この発明のさらなる好ましい実施形態において，上記エンコーダが複数の量子化指数を含むコードブックを備えており，そこで上記量子化指数が，多数の量子化指数が異なる分岐（branches）に配置されたツリー構造において検索可能に配置（配列）されており，上記分岐において各個別の量子化指数（each individual quantization index）が特定の分岐にユニーク（特有）である。これによって，上記コードブックを，最適な量子化指数の検索において上記コードブックを繰返し検索するときに，分類された量子化指数に基づく高速かつ効率的な検索が可能なものとすることができる。
【００１５】
この発明の他の好ましい実施形態において，上記エンコーダが複数の量子化指数を含むコードブックを備えており，そこで上記量子化指数が，多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置（配列）されており，少なくとも一つの個別の量子化指数が二以上の分岐中で見つけられる（at least one individual quantization index is found in more than one branch）。他の分岐，すなわち他の分類からの量子化指数を用いて上記検索分岐を過密化する（by overpopulating the search branches with quantization indices）ことによって，演算の複雑さをほとんど増すことなく，最適な量子化指数を検索するときの精度を大幅に向上させることができる。
【００１６】
別の実施形態において，上記エンコーダは上記入力信号および上記予測信号から量子化指数を直接に計算するように構成された演算装置を備えている。単純に一覧化された指数を持たせてそれを見つけるのではなく，上記コードブック中の上記指数を計算することによって，上記補聴器中にコードブックのためのメモリ容量を確保する必要がなくなる。
【００１７】
この発明のさらに別の好適な実施形態によると，上記デコーダは形状値（a shape value）および利得値（a gain value）をそれぞれ表す量子化ベクトルを提供する，形状コードブック（a shape codebook）および利得コードブック（a gain codebook）をそれぞれ備えている。この実施形態によって，コードブック中の形状値を正規化させること（to be normalized）が可能となり，上記利得コードブックからの利得値を利用して，正規化されかつ合成された出力信号（the normalized, synthesized output signal）を正確にスケーリングすること（to scale）ができる。
【００１８】
この発明の特に好ましい好適な実施形態では，上記利得適応器（said gain adaptor）が後方適応利得適応器（a backward-adaptive gain adaptor）である。上記利得適応器を，音響信号のダイナミクス全体（the overall dynamics of the sound signal）に適応させることができる。
【００１９】
この発明の他の好ましい実施形態において，上記予測器は二次以上の自己相関モデルに基づく再帰的自己相関推定（a recursive autocorrelation estimate based on a second or higher-order autocorrelation model）を用いて適応される。これは，非再帰部分を含む相関モデル（correlation models involving a non-recursive part）に比べると，履歴値（historical values）を格納するためのメモリ容量をほとんど必要としないという利点がある。さらに演算の複雑さが大幅に低減される。
【００２０】
この発明の特定の実施形態において，上記補聴器は，上記コーデックによるエンコードに先だって（前に）音声信号のサンプルレートを変更するサンプルレート・コンバータを備えている。上記コーデックの上記エンコーダを，上記補聴器処理装置において用いられるサンプルレートと異なるサンプルレートを持つ信号に対して作動させることができる。したがって，上記コード化された信号の上記サンプルレートが上記補聴器処理装置のサンプルレートよりも低い場合は，上記無線リンクについての帯域幅に対する要求（in bandwidth requirement）のさらなる低減が可能となる。上記補聴器のサンプルレートから上記コーデックのサンプルレートへの変換は，前処理（the pre-processing ）の一部として上記信号のエンコーディングに先だって行われ，上記コーデックのサンプルレートから上記補聴器のサンプルレートへの変換は，後処理（the post-processing）の一部として，デコーディングの後でありかつ上記デコードされた信号が変換されて音声信号に戻される前に行われる。
【００２１】
この発明の好ましい実施形態において，上記補聴器は，送信された信号（the transmitted signal）における上記送信器と受信器との間のクロック周波数の差（差異）（differences）を検出する手段，およびデコードされた音声信号を修正して上記検出された差を補償する手段を備えている。この特徴によって，受信する補聴器（the receiving hearing aid）は，上記補聴器の装着者に聞こえないようにして，上記受信信号と上記補聴器との間のクロック周波数の差に順応して補償すること（to accommodate and compensate）ができる。
【００２２】
この発明のさらに好ましい実施形態においては，上記クロック信号周波数の差を検出する手段がデジタル位相ロックループ（ＰＬＬ：Phase-Locked Loop）である。この実施形態によってサンプルレートの非同期変換（an asynchronous conversion）が可能となり，サンプルレートの変換係数（the sample rate conversion factor）が上記デジタルＰＬＬによって制御される。上記サンプルレート変換について正しく補償されたクロック周波数を得るために同期信号を送信する必要がないので，上記信号の受信が簡素化される。
【００２３】
この発明のさらに好ましい実施形態において，上記補聴器が，ストリーミング・チャンネルを介してデータ・ストリームが受信される上記コーデックのストリーミング・モードにおいて，上記データ・ストリーム中のビット・エラー（ビット誤り）を検出する手段，上記データ・ストリーム中のビット・エラー・レート（ビット誤り率）を推定する手段，および上記コーデックからの音声出力をフェージングする（fading）手段を備えている。上記コーデックからの出力信号を急に中断（遮断）するのではなくフェージングすることができ，上記補聴器のユーザに対する妨害（disturbing）が避けられる。
【００２４】
特に好ましい実施形態において，上記コーデックのデコーダが，チャンネル・デコーダから検出されたエラー数（the number of detected errors）を受信する手段，およびエラーが検出されたときに上記予測器への上記励振信号をゼロ（zero）またはゼロベクトル（the null-vector）に設定する手段を備えている。ここで，ゼロは，１次元ゼロ・ベクトルの特別なケース（the specific case of a one dimensional null-vector）を表す。上記予測器における送信エラーの影響が最小化される。
【００２５】
この発明はまた，デジタル音声信号を用意し（提供し）（providing），予測器および予測器適応を備えており入力量子化指数に基づいてデコードされた出力信号を生成するように構成されたデコーダを用意し，デコーダおよび励振信号を受信して予測信号を出力するように構成された予測器を備えたエンコーダを用意し，上記エンコーダを用いて，入力信号に基づいて出力量子化指数を生成し，量子化指数の繰返しのデコーディングによって上記入力信号と上記予測信号との間のエラーを最小化する上記出力量子化指数を決定し，再帰的自己相関推定を用いて上記予測器を更新する（updating），音声信号をエンコーディングしかつデコーディングする方法を提供する。
【００２６】
上記方法の好ましい実施形態は従属請求項において明らかにされ，上述したものと対応する利点が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明による２つの補聴器および外部装置を模式的に示す。
【図２ａ】図１のいずれか一方の補聴器におけるコーデックの機能ブロック図を示す。
【図２ｂ】図１のいずれか一方の補聴器におけるコーデックの機能ブロック図を示す。
【図３】予め記録された指数を有するメモリの模式図である。
【図４ａ】ツリー検索の第１の例を示す。
【図４ｂ】ツリー検索の第２の例を示す。
【図５】利得フェージングをビット・エラー・レートの関数として示す。
【図６】自己相関推定に用いられる二次再帰ウィンドウを示す。
【実施例】
【００２８】
以下，添付の図面を参照して，非限定的な例示の実施形態に基づいてこの発明を説明する。
【００２９】
図１は第１の補聴器１ａ，第２の補聴器１ｂおよび外部装置２を示している。第１の補聴器１ａは模式的に示されており，かつ補聴器１ｂはその物理的な外形によって示されている。両補聴器１ａ，１ｂはいずれも短距離無線通信リンク３を介して互いに通信するように構成されている。同様にして，両補聴器は上記短距離無線通信リンク３を介して外部装置２とも通信するように構成されている。
【００３０】
補聴器１ａは，アンテナ51，無線送受信器（ワイヤレス・トランシーバ）52，補聴器処理装置50，マイクロフォン54，および音響出力トランスデューサ55を備えている。上記無線送受信器52は，デジタル的にエンコードされた信号（digitally encoded signal）を送信しかつ受信することができる。上記補聴器処理装置50は，音声信号処理装置53，入力チャンネル・デコーダ56，音声デコーダ57，後処理ブロック58，音声前処理ブロック59，音声エンコーダ60および出力チャンネル・エンコーダ61を備えている。
【００３１】
受信モードにおいて，上記音声信号処理装置53は補聴器設定（hearing aid prescription）にしたがって上記マイクロフォン54からの入力信号を受信して調整ないし増幅し，音響出力トランスデューサ55によって再生する。アンテナ51が無線信号を受信すると，上記補聴器処理装置50によるさらなる処理のために，上記送受信器52が上記受信された信号をチャンネル・ストリームに復調する。
【００３２】
復調されたチャンネル・ストリームは，上記補聴器処理装置50の入力チャンネル・デコーダ56の入力として用いられ，そこで上記チャンネル・ストリームがデコードされる。デコードされたチャンネル・ストリームは上記音声デコーダ57の入力ビット・ストリームとして用いられる。上記音声デコーダ57は，上記ビット・ストリームから得られるコードブック指数（the codebook indices）を用いて，対応する音声信号（the corresponding audio stream）を合成してビット・ストリームをデコードし，比較的低いサンプルレートを持つデジタル音声信号を出力する。上記デジタル音声信号は上記後処理ブロック58の入力として用いられ，そこで上記デジタル音声信号に対して後処理が実行される。上記後処理は，フィルタリング，調整（conditioning），および比較的高いサンプルレートを持つデジタル音声信号への非同期サンプルレート変換を含み，これにより上記受信された信号が上記音声信号処理装置53における音声信号処理と互換性を有するものになる。このように，上記受信される音声信号のサンプルレートを上記補聴器１ａにおけるサンプルレートよりも低くすることができ，上記無線送受信器52を介して送信されるビット数が少なくて済むので，より効率的な送信を行うことができる。
【００３３】
送信モードにおいて，上記音声処理装置53は次のようにして上記無線送受信器52により送信されるデジタル音声信号を生成する。デジタル音声信号が上記音声前処理ブロック59に与えられ，そこで上記デジタル音声信号が再サンプリングされかつ変換されて低いサンプルレートのデジタル音声ストリームにされる。上記デジタル音声ストリームは上記エンコーダ60においてビット・ストリームにエンコードされる。このビット・ストリームは上記デジタル音声信号を表すコードブック量子化指数列（a sequence of codebook quantization indices）を含む。上記ビット・ストリームは上記出力チャンネル・エンコーダ61の入力として用いられ，そこでチャンネル・ストリームが生成される。上記出力チャンネル・エンコーダ61からの上記チャンネル・ストリームが上記無線送受信器52の入力に与えられて変調され，上記アンテナ51を介して無線送信される。
【００３４】
補聴器における電力リソースは限られており，補聴器１の無線回路の消費電力を抑える必要があることから，上記短距離無線通信リンク３の帯域幅は制限（限定）されている。典型的な無線信号の帯域幅は100 kbit/s〜400 kbit/sである。
【００３５】
上記短距離無線通信リンク３を使用する理由の一つは音声信号のストリーミングにあり，たとえば音声信号がいわゆる対側信号ルーティング（CROS：Contralateral Routing of Signals）において一方の補聴器から別の補聴器に，すなわち頭部の一方側から他方側へ向けてストリーミングされる。また，たとえば外部装置２を介してテレビやラジオなどの他の音源からの音声を送信するために，外部装置２から補聴器へ向けて信号をストリーミングすることもできる。
【００３６】
上記短距離無線通信リンク３の帯域幅が制限されているので，送信されるべき音声信号は圧縮する必要がある。このため上記補聴器１はこの発明によるコーデック（codec）を備えている。このコーデックが図２ａおよび図２ｂにおいてエンコーダ（符号器）およびデコーダ（復号器）としてそれぞれ示されている。しかしながら，図２ａと図２ｂとを比較することによって容易に理解できることであるが，以下に詳述するように，上記エンコーダは上記デコーダを内蔵している。したがってコーデックのハードウェアすなわちコーデックの機能を実装している回路チップの部分は２つの目的を果たすものとすることができる。このことは，エンコーディングおよびデコーディングの機能に使用するハードウェアを全く同じハードウェア部分で構成してもよいことを意味しており，これらの部分がチップ上で重複することが避けられる。これにより補聴器中の貴重な回路チップ空間が節約される。
【００３７】
図２ａはこの発明によるエンコーダを示すブロック図である。上記エンコーダは，第１の差分ノード５，フィルタ適応ブロック６，聴覚重付けブロック７，ベクトル量子化ブロック８ａ，スカラー量子化ブロック８ｂ，コードブック・ブロック９，およびデコーディング・サブブロック20を備えている。上記デコーディング・サブブロック20は，利得適応ブロック10，増幅器12，予測器ブロック４，および予測器適応ブロック11を備えている。
【００３８】
デジタル音声入力信号が上記フィルタ適応ブロック６および上記第１の差分ノード５に入力し，上記差分ブロック５からの出力が上記スカラー量子化ブロック８ｂまたは聴覚重付け関数（perceptual weighting function）にしたがって調整するための聴覚重付けブロック（perceptual weighting block）７の入力に与えられる。聴覚重付けされた信号（perceptually weighted signal）はその後ベクトル量子化ブロック８ａにおいてベクトルに量子化される（quantized into vectors）。
【００３９】
スカラー量子化またはベクトル量子化のいずれを用いるかに応じて，上記量子化ベクトルまたはスカラー指数が，それぞれ，上記コードブック・ブロック９の対応する入力に与えられる。上記コードブック・ブロック９は，上記デコーディング・サブブロック20に向けて，上記指数から，形状指数近似値（a shape index approximation）および利得指数近似値（a gain index approximation）を出力する。上記デコーディング・サブブロック20において上記実際の入力信号に対して合成信号の利得および形状を繰返して適応することによって（by repeatedly adapting the gain and the shape of the synthetic signal to the actual input signal），瞬時入力信号の合成近似値（a synthetic approximation of the instantaneous input signal）が生成される。この近似は第１の差分ノード５からのエラー信号（誤差信号）を最小化することによって行われる。上記エラー信号が最小化されると，場合に応じて（as the case may be）ベクトル量子化指数（a vector quantization index）またはスカラー量子化指数（a scalar quantization index）が，上記エンコーダから出力されて送信される。
【００４０】
上述したように，エラーの最小化は上記入力信号と上記合成信号との比較を試行錯誤的に（a trial-and-error process）繰返すことにより行われ，多数の異なる量子化指数が出力として生成される。これら異なる各量子化指数が上記コードブック９に与えられる。上記デコーダ・サブブロック20からの出力信号が上記予測器４の励振信号（excitation signal for the predictor 4）として機能する。試行錯誤工程の最後で（at the end of the trial-and-error process），上記差分ノード５において最小のエラーを生成する量子化指数が出力量子化指数（the output quantization index）として選択される。上記プロセスが繰返し実行されることによって，短距離無線通信リンク上における送信に適する最終的な出力データ・ストリームが得られる。上記量子化指数をコードブック９のために送信すればよいだけであるから，このデータ・ストリームは上記オリジナルのサンプリングされた入力信号に比べて圧縮されている。増幅されかつデコードされた出力信号を上記予測器４に提供するために，上記利得適応器10は上記コードブック９からの信号をスケーリングしかつ上記増幅器12を制御する。
【００４１】
上記予測器４は上記予測器適応ブロック11によって制御される。上記予測器適応ブロック11は自己再帰的なものであり（autorecursive），すなわち前回の出力量子化指数に対応する前回の励振信号（previous excitation signals）に基づいて予測を行う。図６は，この発明によって用いられるウィンドウ関数（窓関数）における，時間に対する，信号サンプルに与えられる重み（the weight applied to signal samples versus time）を示している。上記ウィンドウ関数Ｗｍ（ｎ）は次のように定義される。
【００４２】
【数１】
2013507661.tif 000003
【００４３】
したがって時間ｍにおけるウィンドウ重み信号（window-weighted signal）ｓｍは以下のように表される。
【００４４】
【数２】
2013507661.tif 000004
【００４５】
時間ｍにおける時間差τについての自己相関（autocorrelation at time m for lag τ）は以下のように表される。
【００４６】
【数３】
2013507661.tif 000005
【００４７】
ここで，Ｒｍは，予測器適応係数（the predictor adaptation coefficients）を生成するLevinson-Durbin （レヴィンソン−ダービン）アルゴリズムの入力として用いられる。
【００４８】
ｍよりも大きな値については，Ｗｍ（ｎ）＝０したがってｓｍ（ｎ）＝０が成立する。その結果，時間ｍにおける時間差τについての必然的（因果的）自己相関（causal autocorrelation）は以下の式で与えられる。
【００４９】
【数４】
2013507661.tif 000006
【００５０】
二次再帰ウィンドウの特別なケースには（For the specific case of a second-order recursive window），上式は以下のように簡単化される。
【００５１】
【数５】
2013507661.tif 000007
【００５２】
上記自己再帰ウィンドウが単一サンプル（single samples）ではなくフレーム（frames）に基づく場合，上記二次自己相関ウィンドウは以下のように与えられる。
【００５３】
【数６】
2013507661.tif 000008
【００５４】
ここで，
【数７】
2013507661.tif 000009
であり，Ｌはフレーム長である。上記予測器４はフレーム毎に更新されるだけであり（only updated once for every frame），時間が節約される（saving time）。
【００５５】
上記コードブック中に保持され，利用可能な時間フレーム内（within the available timeframe）において検索されるべきベクトルの数を制限するために，上記ベクトル量子化コードブックは，好ましくは正規化ベクトルすなわち単位長のベクトルのみを保持する。上記正規化ベクトルは，正確にスケーリングされたベクトルを提供するために，その後に適当な利得係数によって乗じられなければならない。上記利得乗算ノード12においてエンコーディング・コードブック９からの正規化ベクトル出力に上記利得適応ブロック10からの利得係数が乗算され，これにより上記予測器４のための励振信号が生成される。
【００５６】
上記利得係数は好ましくは別個の（個別の）利得コードブック（a separate gain codebook）に基づいて導出され，これによって上記出力量子化指数に含まれるべき別個の利得指数（a separate gain index）が生成される。
【００５７】
上記予測器４に対して提示される上記励振信号Ｘ(t)は以下の式の通りである。
【００５８】
【数８】
2013507661.tif 000010
【００５９】
ここで，ｓは上記形状コードブック（the shape codebook）からの正規化形状ベクトル（the normalized shape vector）であり，ｇは上記別個の利得コードブックからの瞬時利得（the instantaneous gain）であり，Ｇはグローバル利得係数（the global gain factor）である。
【００６０】
図２ａおよび図２ｂから分かるように，上記利得係数は上記利得適応ブロック10によって適応的に制御もされる。正規化利得指数（normalized gain indices）を使用する場合，上記利得適応はたとえば以下の再帰式に従うことができる。
【００６１】
【数９】
2013507661.tif 000011
【００６２】
ここで，Ｇは利得値であり，ｔは現在のサンプルであり，ｔ−１は前回のサンプルであり，αは減衰係数であり，Ｔｇ（gcbi）は上記利得コードブックにおける利得値gcbiのマッピングおよび／または関数（a mapping and/or function of the gain values）である。αを適切に選定することによって，履歴を重視する利得適応（the historical emphasis of the gain adaptation）が調整可能となる。上記関数Ｔｇは好ましくは３の累乗などの非線形関数である。これにより，上記利得コードブックの利得値はわずかなビットに格納されていながら広いダイナミックレンジを網羅することができる。３ビットであれば，０〜７の範囲の２６ｄＢだけではなく，０〜３４３の範囲の７２ｄＢが網羅される。
【００６３】
上述したように，上記コードブックを検索して最終的な励振信号を試す（trying out）のに利用可能な時間は限られている。したがって，所与の時間フレーム内でエンコーダ・コードブック中のすべての量子化ベクトルを検索するのは困難または不可能でさえある。このため，ベクトルをツリー構造に分類して，まずは適切な分類をツリー検索した後，当該分類の最適な量子化ベクトル検索するのが好ましい。図４ａに示すように，Ｍ×Ｎ個の量子化ベクトルＶ１１〜ＶＭＮが分類Ｃ１〜ＣＭに配置されている。これにより，検索の最大実行回数はＭ×ＮからＭ＋Ｎに削減される。
【００６４】
しかしながら，このようにベクトルを分類すると，最適なベクトルが異なる分類に含まれていればそれが除外されてしまう可能性もある。そこで，十分な時間がある場合は，分類をいくらか冗長にする，すなわち一部の分類に他の分類のベクトルのコピーを含めることによって，この支障を減らすようにしてもよい。このことが図４ｂに示されており，ここでは分類Ｃ１が分類Ｃ２の要素Ｖ２１のコピーを有している。したがって，各個別の量子化指数が検索ツリーの特定の分岐にユニークである図４ａのコードブックとは異なり，Ｖ２１のような少なくとも１つの個別の量子化指数が検索ツリーの２つ以上の分岐中で見つけられる。
【００６５】
補聴器またはコーデックのハードウェアが実装されるチップの処理能力が十分であれば，コードブックのベクトルを検索するのに代えて，量子化ベクトルを解析的に計算することもできる。したがって，ベクトルを一覧形式として包含する代わりに，上記コードブック９は上記入力量子化指数に基づいてベクトルを計算する関数を格納する。これによりコードブックの格納に必要なメモリ容量が低減される。
【００６６】
構造化された検索ツリーのコードブック構造を有する実施形態，冗長な検索ツリーのコードブック構造を有する実施形態，および解析的に量子化ベクトルを計算する手段を有する実施形態が好適な実施形態であることは当業者には明らかであるが，上記エンコーディング・コードブック９の全検索（full search）を組入れた実施形態を除外するものではない。
【００６７】
図１から分かるように，補聴器１ｂは後処理段（a post-processing stage）58を備えることができる。図中には示されていないが補聴器１ｂについても同じことが当てはまる。この後処理段58は，サンプルレート変換，出力フェージング（output fading），その他のフィルタリング後の演算など，様々な後処理を含んでいてもよい。
【００６８】
ストリーミング・モードにおける動作に際して，受信された指数の上記出力データ・ストリームの品質は上記短距離無線通信リンクの目標信号品質（the objective signal quality）によって決まる。受信信号が弱過ぎる場合または干渉無線信号等の妨害を受ける場合，上記指数のデータ・ストリームは信号が劣化するにつれてより多くのエラーを包含することになる。上記出力データ・ストリームからのデータにエラーが多過ぎて再生（再現）される出力信号が妨害によって崩壊する（braking down in a disturbing manner）ことを避けるために，上記補聴器は，上記短距離無線通信リンク３を介して受信した上記出力データ・ストリーム中のエラーを検出する手段を備えている。エラー・レートが所定のレートよりも高くなると，後処理ブロック58は，信号を次第に（滑らかに）フェードアウトさせる（fades out the signal in a gradual manner）。すなわち短時間で出力信号レベルを低下させる。このため，エラー・レートが高くなり過ぎた場合に他のデジタル・ストリーミング信号システムによって生成される妨害の可能性が高いノイズが回避される。図５に示すように，このフェージングは，上記データ・ストリーム中のビット・エラー・レート（BER: Bit Error Rate）を常時測定し，上記ＢＥＲを用いてヒステリシスに基づいて利得低減を制御することによって行うのが好ましい。ＢＥＲがたとえば0.01エラー／ビットを上回るたびに，すなわち信号品質が劣っている場合，出力利得が低い値Ｇ０に引き下げられる。ＢＥＲが0.001エラー／ビットを下回ると，すなわち信号品質が優れている場合は，出力利得が公称値（the nominal value）Ｇｎまで増加する。
【００６９】
ストリーミング用の上記チャンネル・エンコーダ61は，順方向エラー訂正コード（ＦＥＣ：Forward Error Correction code）であることが好ましい。ＦＥＣコードのエラー訂正（ｅｃ）および検出能（ｄｃ）はハミング距離ｄｍｉｎによって定まり，２＊ｅｃ＋ｄｃ＜ｄｍｉｎの関係がある。この関係から，検出がより簡単な手続きであることが分かる。この発明において，エラーが検出されるたびに励振信号すなわち上記予測器４の入力をゼロまたはゼロ・ベクトルに設定してもよい。これによって誤りを含む入力が取り込まれなくなるので，送信エラーが上記予測器４に及ぼす影響が最小限に抑えられるという効果を奏する。さらに，上記利得適応ブロック10においてゼロを用いて利得が更新され，これにより送信エラーが継続する場合には利得がフェードされる。
【００７０】
演算の複雑さを大幅に低く抑えるために，好適な実施形態においてはハミング・コードが適用される。たとえばハミング距離が４のＨａｍ（２４，１８）を利用すると，最大２つまでのエラーの検出が可能となり，エラーが１つしかない場合はその訂正が可能となる。
【図１】
2013507661.tif 000012
【図２ａ】
2013507661.tif 000013
【図２ｂ】
2013507661.tif 000014
【図３】
2013507661.tif 000015
【図４ａ】
2013507661.tif 000016
【図４ｂ】
2013507661.tif 000017
【図５】
2013507661.tif 000018
【図６】
2013507661.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月6日(2012.1.6)
【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】
予測器および予測器適応を備え，入力量子化指数に基づいてデコードされた出力信号を生成するように構成されたデコーダ，
デジタル音声入力信号に基づいて出力量子化指数を生成するエンコーダであって，上記デコーダ（９）および励振信号を受信して予測信号を出力する予測器（４）を備えるエンコーダ（９，20），
を備える，時間領域コーデックである音声コーデックを備えた補聴器であって，
多数の異なる量子化指数を生成する試行錯誤処理において量子化指数の繰返しのデコーディングをし，かつ上記多数の異なる量子化指数の中から上記差分ノード（５）において最小のエラーを生成する量子化指数を上記出力量子化指数として選択することで，第１の差分ノード（５）において上記デジタル音声入力信号と上記予測信号との間のエラーを最小化する上記出力量子化指数が決定され，
上記予測器適応が，前回の出力量子化指数に対応する前回の励振信号の予測に基づいて再帰的自己相関推定を用いて上記予測器（４）を更新するものであり，
上記エンコーダ（９，20)が上記デコーダ（９）を内蔵していることを特徴とする，
補聴器。
【請求項２】
上記コーデックがスカラー量子化モードとベクトル量子化モードとを選択的に切換える手段を備えている，請求項１に記載の補聴器。
【請求項３】
少なくとも一つの所定の量子化指数列を記憶するように構成されたメモリ，および上記少なくとも一つの指数列を上記コーデックに与える手段を備えている，請求項１または２に記載の補聴器。
【請求項４】
上記エンコーダが複数の量子化指数を含むコードブックを備え，そこで上記量子化指数が，多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置されており，各個別の量子化指数が特定の分岐にユニークである，請求項１から３のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項５】
上記エンコーダが複数の量子化指数を含むコードブックを備え，そこで上記量子化指数が，多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置されており，少なくとも一つの個別の量子化指数が二以上の分岐中で見つけられるものである，請求項１から３のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項６】
上記エンコーダが，上記デジタル音声入力信号および上記予測信号から量子化指数を直接に計算するように構成された演算装置を備えている，請求項１から３のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項７】
上記デコーダが，形状値および利得値をそれぞれ表す量子化ベクトルを提供する形状コードブックおよび利得コードブックをそれぞれ備えている，請求項１から６のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項８】
上記利得適応器が後方適応利得適応器である，請求項７に記載の補聴器。
【請求項９】
上記予測器が，二次以上の自己相関モデルに基づく再帰的自己相関推定を用いて適応される，請求項１に記載の補聴器。
【請求項１０】
上記コーデックによってエンコードされる前に音声信号のサンプルレートを変更するサンプルレート・コンバータを備えている，請求項１から９のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項１１】
上記送信された信号において上記送信器と受信器との間のデジタルクロック周波数の差を検出する手段，および上記デコードされた音声信号を修正して上記検出した差を補償する手段を備えている，請求項１から１０のいずれか一項に記載の補聴器。
【請求項１２】
上記クロック信号周波数の差を検出する手段がデジタル位相ロックループ（ＰＬＬ）である，請求項１１に記載の補聴器。
【請求項１３】
ストリーミング・チャンネルを介してデータ・ストリームを受信する上記コーデックのストリーミング・モードにおいて上記データ・ストリーム中のビット・エラーを検出する手段，
上記データ・ストリーム中のビット・エラー・レートを推定する手段，および
上記コーデックからの音声出力をフェージングする手段，
をさらに備えている，請求項１に記載の補聴器。
【請求項１４】
上記コーデックのデコーダが，上記チャンネル・デコーダから検出されたエラー数を受信する手段，および訂正不可能なエラーが検出された場合に上記予測器への励振信号をゼロまたはゼロ・ベクトルに設定する手段を備えている，請求項１３に記載の補聴器。
【請求項１５】
請求項１に記載の補聴器において音声信号をエンコーディングする方法であって，
デジタル音声入力信号を用意し，
予測器（４）および予測器適応を備え，入力量子化指数に基づいてデコードされた出力信号を生成するように構成された上記デコーダ（９）を用意し，
上記デコーダを内蔵する上記エンコーダ（９，20），および励振信号を受信して予測信号を出力するように構成された上記予測器を用意し，
上記エンコーダを用いて，上記デジタル音声入力信号に基づいて出力量子化指数を生成し，
多数の異なる量子化指数を生成する試行錯誤処理において量子化指数の繰返しのデコーディングをし，かつ上記多数の異なる量子化指数の中から差分ノード（５）において最小のエラーを生成する量子化指数を上記出力量子化指数として選択することで，第１の差分ノード（５）において上記デジタル音声入力信号と上記予測信号との間のエラーを最小化する上記出力量子化指数を決定し，
前回の出力量子化指数に対応する前回の励振信号の予測に基づいて，再帰的自己相関推定を用いて上記予測器を更新する，
方法。
【請求項１６】
上記繰返しのデコーディングが複数の量子化指数を含むコードブックの検索を含み，上記コードブックにおいて上記量子化指数が多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置されており，各個別の量子化指数が特定の分岐にユニークなものである，請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記繰返しのデコーディングが複数の量子化指数を含むコードブックの検索を含み，上記コードブックにおいて上記量子化指数が多数の量子化指数が異なる分岐に配置されたツリー構造において検索可能に配置されており，少なくとも一つの個別の量子化指数が二以上の分岐中で見つけられるものである，請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
上記繰返しのデコーディングが，演算装置を用いて上記デジタル音声入力信号および上記予測信号から量子化指数を直接計算することを含む，請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
形状値および利得値を表す量子化ベクトルが，形状コードブックおよび利得コードブックをそれぞれ用いて提供される，請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
上記予測器が，二次以上の自己相関モデルに基づく再帰的自己相関推定を用いて適応される後方適応利得適応器である，請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
ストリーミング・チャンネルを介してデータ・ストリームが受信され，上記データ・ストリーム中のビット・エラーが検出され，ビット・エラーの検出に応じて上記コーデックからの音声出力がフェードされる，請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
上記チャンネル・デコーダからの検出エラー数が上記コーデックに提供され，訂正不可能なエラーが検出されたときに上記予測器への励振信号がゼロまたはゼロ・ベクトルに設定される，請求項２１に記載の方法。
【国際調査報告】
2013507661.tif 000020
2013507661.tif 000021
2013507661.tif 000022