(57)【要約】【課題】  通信効率を格段に向上させることができる半レート・ボコーダを提供する。【解決手段】  ディジタル音声サンプルのシーケンスをビット・ストリームにエンコードする場合、ディジタル音声サンプルを１つ以上のフレームに分割し、フレーム毎にモデル・パラメータ（２０５）を計算し、モデル・パラメータを量子化（２１０）して、ピッチ情報を伝達するピッチ・ビットと、発声情報を伝達する発声ビットと、信号レベル情報を伝達する利得ビットとを生成することを含む。ピッチ・ビットの１つ以上を、発声ビットの１つ以上および利得ビットの１つ以上と組み合わせて第１パラメータ・コードワードを作成し、これをエラー制御コードでエンコードして第１ＦＥＣコードワードを生成し、これをフレームのビット・ストリームに含ませる（２２５）。ビット・ストリームをデコードするには、このプロセスを逆に行えばよい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル音声サンプル・シーケンスをビット・ストリームにエンコードする方法であって、
前記ディジタル音声サンプルを１つ以上のフレームに分割するステップと、
１フレームのモデル・パラメータを計算するステップと、
前記モデル・パラメータを量子化して、ピッチ情報を伝達するピッチ・ビットと、発声情報を伝達する発声ビットと、信号レベル情報を伝達する利得ビットとを生成するステップと、
前記ピッチ・ビットの１つ以上を、前記発声ビットの１つ以上および前記利得ビットの１つ以上と組み合わせて、第１パラメータ・コードワードを作成するステップと、
エラー制御コードで前記第１パラメータ・コードワードをエンコードして、第１ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
前記第１ＦＥＣコードワードを、前記フレームのビット・ストリームに含ませるステップと、
から成ることを特徴とするエンコード方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記フレームのパラメータを計算するステップは、基本周波数パラメータ、１つ以上の発声判断、および１組のスペクトル・パラメータを計算するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、フレームの前記モデル・パラメータの計算は、マルチバンド励起音声モデルの使用を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２記載の方法において、前記モデル・パラメータを量子化するステップは、対数関数を前記基本周波数パラメータに適用することによって、前記ピッチ・ビットを生成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３記載の方法において、前記モデル・パラメータを量子化するステップは、前記フレームについての発声判断を一緒に量子化することによって、前記発声ビットを生成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、
前記発声ビットは、発声コードブックへのインデックスを表し、
前記発声コードブックの値は、前記インデックスの２つ以上の異なる値に対して同一であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記第１パラメータ・コードワードは１２ビットから成ることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、前記ピッチ・ビットの内４ビットと、前記発声ビットの内４ビットと、前記利得ビットの内４ビットを組み合わせることによって、前記第１パラメータ・コードワードを形成することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、ゴレイ・エラー制御コードによって、前記第１パラメータ・コードワードをエンコードすることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、
前記スペクトル・パラメータは、１組の対数スペクトル強度を含み、
前記利得ビットは、少なくとも部分的に、前記対数スペクトル強度の平均を計算することによって生成すること、
を特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法であって、更に、
前記対数スペクトル強度を量子化して、スペクトル・ビットを得るステップと、
複数の前記スペクトル・ビットを組み合わせて、第２パラメータ・コードワードを作成するステップと、
第２エラー制御コードで前記第２パラメータ・コードワードをエンコードして、第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
を含み、前記第２ＦＥＣコードワードも、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、
前記ピッチ・ビット、発声ビット、利得ビットおよびスペクトル・ビットを、各々、上位ビットおよび下位ビットに分割し、
前記上位側のピッチ・ビット、発声ビット、利得ビット、およびスペクトル・ビットを前記第１パラメータ・コードワードおよび前記第２パラメータ・コードワードに含ませ、そしてエラー制御コードでエンコードし、
前記下位側のピッチ・ビット、発声ビット、利得ビット、およびスペクトル・ビットを、エラー制御コードでエンコードせずに、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、
ピッチ・ビットは７ビットであり、これを上位側の４つのピッチ・ビットと下位側の３つのピッチ・ビットとに分割し、
発声ビットは５ビットであり、これを上位側の４つの発声ビットと、最下位の発声ビットとに分割し、
利得ビットは５ビットであり、これを上位側の４つの利得ビットと、最下位の利得ビットとに分割する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記第２パラメータ・コードは、上位側の１２スペクトル・ビットを含み、これらをゴレイ・エラー制御コードでエンコードして、前記第２ＦＥＣコードワードを生成することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、更に、
前記第１パラメータ・コードワードから変調キーを計算するステップと、
前記変調キーからスクランブリング・シーケンスを発生するステップと、
前記スクランブリング・シーケンスを前記第２ＦＥＣコードワードと組み合わせて、スクランブル第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
前記スクランブル第２ＦＥＣコードを、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項８記載の方法であって、更に、
所定のトーン信号を検出するステップと、
フレームに対するトーン信号を検出した場合、トーン識別ビットおよびトーン振幅ビットを前記第１パラメータ・コードワードに含ませるステップと、
を含み、前記トーン識別ビットが、前記フレームのビットを、トーン信号に対応するものとして識別可能とすることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法において、
フレームに対するトーン信号を検出した場合、前記フレームの前記ビット・ストリームに追加のトーン・インデックス・ビットを含ませ、
前記トーン・インデックス・ビットは、前記トーン信号に対する周波数情報を決定すること、
を特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、前記トーン識別ビットは、１組の不許可のピッチ・ビットに対応して、前記フレームのビットを、トーン信号に対応するものとして識別可能とすることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、フレームに対するトーン信号を検出した場合、前記第１パラメータ・コードワードは、６つのトーン識別ビットと、６つのトーン振幅ビットとを有することを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項７記載の方法において、前記第１パラメータ・コードワードを、ゴレイ・エラー制御コードでエンコードすることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項７記載の方法であって、更に、
所定のトーン信号を検出するステップと、
フレームに対するトーン信号を検出した場合、トーン識別ビットおよびトーン振幅ビットを前記第１パラメータ・コードワードに含ませるステップと、
を含み、前記トーン識別ビットが、前記フレームのビットを、トーン信号に対応するものとして識別可能とすることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、
フレームに対するトーン信号を検出した場合、前記フレームの前記ビット・ストリームに追加のトーン・インデックス・ビットを含ませ、
前記トーン・インデックス・ビットは、前記トーン信号の周波数情報を決定すること、
を特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法において、前記トーン識別ビットは、１組の不許可のピッチ・ビットに対応して、前記フレームのビットを、トーン信号に対応するものとして識別可能とすることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の方法において、フレームに対するトーン信号を検出した場合、前記第１パラメータ・コードワードは、６つのトーン識別ビットと、６つのトーン振幅ビットとを有することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項６記載の方法において、
前記スペクトル・パラメータは、１組の対数スペクトル強度を含み、
前記利得ビットは、少なくとも部分的に、前記対数スペクトル強度の平均を計算することによって生成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、更に、
前記対数スペクトル強度を量子化して、スペクトル・ビットを得るステップと、
複数の前記スペクトル・ビットを組み合わせて、第２パラメータ・コードワードを作成するステップと、
第２エラー制御コードで前記第２パラメータ・コードワードをエンコードして、第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
を含み、
前記第２ＦＥＣコードワードも、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法において、
前記ピッチ・ビット、発声ビット、利得ビットおよびスペクトル・ビットを、各々、上位ビットおよび下位ビットに分割し、
前記上位側のピッチ・ビット、発声ビット、利得ビット、およびスペクトル・ビットを前記第１パラメータ・コードワードおよび前記第２パラメータ・コードワードに含ませ、そしてエラー制御コードでエンコードし、
前記下位側のピッチ・ビット、発声ビット、利得ビット、およびスペクトル・ビットを、エラー制御コードでエンコードせずに、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、
ピッチ・ビットは７ビットであり、これを上位側の４つのピッチ・ビットと下位側の３つのピッチ・ビットとに分割し、
発声ビットは５ビットであり、これを上位側の４つの発声ビットと、最下位の発声ビットとに分割し、
利得ビットは５ビットであり、これを上位側の４つの利得ビットと、最下位の利得ビットとに分割する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の方法において、前記第２パラメータ・コードは、上位側の１２スペクトル・ビットを含み、これらをゴレイ・エラー制御コードでエンコードして、前記第２ＦＥＣコードワードを生成することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法であって、更に、
前記第１パラメータ・コードワードから変調キーを計算するステップと、
前記変調キーからスクランブリング・シーケンスを発生するステップと、
前記スクランブリング・シーケンスを前記第２ＦＥＣコードワードと組み合わせて、スクランブル第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
前記スクランブル第２ＦＥＣコードを、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２記載の方法において、
前記スペクトル・パラメータは、１組の対数スペクトル強度を含み、
前記利得ビットは、少なくとも部分的に、前記対数スペクトル強度の平均を計算することによって生成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の方法であって、更に、
前記対数スペクトル強度を量子化して、スペクトル・ビットを得るステップと、
複数の前記スペクトル・ビットを組み合わせて、第２パラメータ・コードワードを作成するステップと、
第２エラー制御コードで前記第２パラメータ・コードワードをエンコードして、第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
を含み、
前記第２ＦＥＣコードワードも、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、
前記ピッチ・ビット、発声ビット、利得ビットおよびスペクトル・ビットを、各々、上位ビットおよび下位ビットに分割し、
前記上位側のピッチ・ビット、発声ビット、利得ビット、およびスペクトル・ビットを前記第１パラメータ・コードワードおよび前記第２パラメータ・コードワードに含ませ、そしてエラー制御コードでエンコードし、
前記下位側のピッチ・ビット、発声ビット、利得ビット、およびスペクトル・ビットを、エラー制御コードでエンコードせずに、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませる、
ことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、
ピッチ・ビットは７ビットであり、これを上位側の４つのピッチ・ビットと下位側の３つのピッチ・ビットとに分割し、
発声ビットは５ビットであり、これを上位側の４つの発声ビットと、最下位の発声ビットとに分割し、
利得ビットは５ビットであり、これを上位側の４つの利得ビットと、最下位の利得ビットとに分割する、
ことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法において、前記第２パラメータ・コードは、上位側の１２スペクトル・ビットを含み、これらをゴレイ・エラー制御コードでエンコードして、前記第２ＦＥＣコードワードを生成することを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の方法であって、更に、
前記第１パラメータ・コードワードから変調キーを計算するステップと、
前記変調キーからスクランブリング・シーケンスを発生するステップと、
前記スクランブリング・シーケンスを前記第２ＦＥＣコードワードと組み合わせて、スクランブル第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
前記スクランブル第２ＦＥＣコードを、前記フレームの前記ビット・ストリームに含ませるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項１記載の方法において、前記第１パラメータ・コードワードを、ゴレイ・エラー制御コードでエンコードすることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項１記載の方法であって、更に、
所定のトーン信号を検出するステップと、
フレームに対するトーン信号を検出した場合、トーン識別ビットおよびトーン振幅ビットを前記第１パラメータ・コードワードに含ませるステップと、
を含み、前記トーン識別ビットが、前記フレームのビットを、トーン信号に対応するものとして識別可能とすることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法において、
フレームに対するトーン信号を検出した場合、前記フレームの前記ビット・ストリームに追加のトーン・インデックス・ビットを含ませ、
前記トーン・インデックス・ビットは、前記トーン信号の周波数情報を決定すること、
を特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３９記載の方法において、前記トーン識別ビットは、１組の不許可のピッチ・ビットに対応して、前記フレームのビットを、トーン信号に対応するものとして識別可能とすることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項４０記載の方法において、フレームに対するトーン信号を検出した場合、前記第１パラメータ・コードワードは、６つのトーン識別ビットと、６つのトーン振幅ビットとを有することを特徴とする方法。
【請求項４２】
ビット・ストリームからディジタル音声サンプルをデコードする方法であって、
前記ビット・ストリームを１つ以上のビット・フレームに分割するステップと、
ビット・フレームから第１ＦＥＣコードワードを抽出するステップと、
前記第１ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードして、第１パラメータ・コードワードを生成するステップと、
前記第１パラメータ・コードワードからピッチ・ビットと、発声ビットと、利得ビットとを抽出するステップと、
前記抽出したピッチ・ビットを用いて、少なくとも部分的に前記フレームのピッチ情報を再構成するステップと、
前記抽出した発声ビットを用いて、少なくとも部分的に前記フレームの発声情報を再構成するステップと、
前記抽出した利得ビットを用いて、少なくとも部分的に前記フレームの信号レベル情報を再構成するステップと、
１つ以上のフレームについて再構成した前記ピッチ情報、発声情報および信号レベル情報を用いて、ディジタル音声サンプルを計算するステップと、
から成ることを特徴とするデコード方法。
【請求項４３】
請求項４２記載の方法において、フレームの前記ピッチ情報は基本周波数パラメータを含み、フレームの前記発声情報は１つ以上の発声判断を含むことを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法において、前記発声ビットを発声コードブックへのインデックスとして用いることによって、前記フレームの前記発声判断を再構成することを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法において、前記発声コードブックの値は、２つ以上の異なるインデックスに対して同一であることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４４記載の方法であって、更に、フレームのスペクトル情報を再構成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４６記載の方法において、
フレームの前記スペクトル情報は、少なくとも部分的に、１組の対数スペクトル強度パラメータを備え、
前記信号レベル情報を用いて、前記対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定することを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４７記載の方法において、
ゴレイ・デコーダによって前記第１ＦＥＣコードワードをデコードし、
前記第１パラメータ・コードワードから、４つのピッチ・ビットと、４つの発声ビットと、４つの利得ビットを抽出することを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項４７記載の方法であって、更に、
前記第１パラメータ・コードワードから変調キーを発生するステップと、
前記変調キーからスクランブリング・シーケンスを計算するステップと、
前記ビット・フレームから第２ＦＥＣコードワードを抽出するステップと、
前記スクランブリング・シーケンスを前記第２ＦＥＣコードワードに適用して、デスクランブルした第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
前記デスクランブル第２ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードして、第２パラメータ・コードワードを生成するステップと、
前記第１ＦＥＣコードワードの前記エラー制御デコーディング、および前記デスクランブル第２ＦＥＣコードワードの前記エラー制御デコードから、エラー計量を計算するステップと、
前記エラー計量が閾値を超過する場合、フレーム・エラー処理を適用するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項４９記載の方法において、前記フレーム・エラー処理は、以前のフレームからの前記再構成したモデル・パラメータを、現フレームのために繰り返すことを含むことを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項５０記載の方法において、前記エラー計量は、前記第１ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードすることによって訂正したエラー数と、前記デスクランブル第２ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードすることによって訂正したエラー数との和を用いることを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項５０記載の方法において、少なくとも部分的に前記第２パラメータ・コードワードから、フレームの前記スペクトル情報を再構成することを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項４３記載の方法であって、更に、フレームのスペクトル情報を再構成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５３記載の方法において、
フレームの前記スペクトル情報は、少なくとも部分的に１組の対数スペクトル強度パラメータを備え、
前記信号レベル情報を用いて、前記対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定することを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５４記載の方法において、
ゴレイ・デコーダによって前記第１ＦＥＣコードワードをデコードし、
前記第１パラメータ・コードワードから、４つのピッチ・ビットと、４つの発声ビットと、４つの利得ビットを抽出することを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５４記載の方法であって、更に、
前記第１パラメータ・コードワードから変調キーを発生するステップと、
前記変調キーからスクランブリング・シーケンスを計算するステップと、
前記ビット・フレームから第２ＦＥＣコードワードを抽出するステップと、
前記スクランブリング・シーケンスを前記第２ＦＥＣコードワードに適用して、デスクランブルした第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
前記デスクランブル第２ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードして、第２パラメータ・コードワードを生成するステップと、
前記第１ＦＥＣコードワードの前記エラー制御デコード、および前記デスクランブル第２ＦＥＣコードワードの前記エラー制御デコードから、エラー計量を計算するステップと、
前記エラー計量が閾値を超過する場合、フレーム・エラー処理を適用するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５６記載の方法において、前記フレーム・エラー処理は、以前のフレームからの前記再構成したモデル・パラメータを、現フレームのために繰り返すことを含むことを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の方法において、前記エラー計量は、前記第１ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードすることによって訂正したエラー数と、前記デスクランブル第２ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードすることによって訂正したエラー数との和を用いることを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５７記載の方法において、少なくとも部分的に前記第２パラメータ・コードワードから、フレームの前記スペクトル情報を再構成することを特徴とする方法。
【請求項６０】
ビット・ストリームからディジタル信号サンプルをデコードする方法であって、
前記ビット・ストリームを１つ以上のビット・フレームに分割するステップと、
ビット・フレームから第１ＦＥＣコードワードを抽出するステップと、
前記第１ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードして、第１パラメータ・コードワードを生成するステップと、
前記第１パラメータ・コードワードを用いて、前記ビット・フレームがトーン信号に対応するか否か判断するステップと、
前記ビット・フレームがトーン信号に対応すると判断した場合、前記第１パラメータ・コードワードからトーン振幅ビットを抽出し、あるいは前記ビット・フレームがトーン信号に対応しないと判断した場合、前記第１コードワードからピッチ・ビット、発声ビット、および利得ビットを抽出するステップと、
前記トーン振幅ビットまたは前記ピッチ・ビット、発声ビットおよび利得ビットのいずれかを用いて、ディジタル信号サンプルを計算するステップと、
から成ることを特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項６０記載の方法であって、更に、
前記第１パラメータ・コードワードから変調キーを発生するステップと、
前記変調キーからスクランブリング・シーケンスを計算するステップと、
前記ビット・フレームから第２ＦＥＣコードワードを抽出するステップと、
前記スクランブリング・シーケンスを前記第２ＦＥＣコードワードに適用して、デスクランブル第２ＦＥＣコードワードを生成するステップと、
前記デスクランブル第２ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードして、第２パラメータ・コードワードを生成するステップと、
前記第２パラメータ・コードワードを用いて、ディジタル信号サンプルを計算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項６１記載の方法であって、更に、
前記第１ＦＥＣコードワードのエラー制御デコードによって訂正したエラー数と、前記デスクランブル第２ＦＥＣコードワードのエラー制御デコードによって訂正したエラー数とを合計して、エラー計量を計算するステップと、
前記エラー計量が閾値を超過した場合、フレーム・エラー処理を適用するステップであって、前記フレーム・エラー処理が、以前のフレームからの前記再構成したモデル・パラメータを繰り返すことを含む、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６３】
請求項６１記載の方法において、前記第２パラメータ・コードワードから追加スペクトル・ビットを抽出し、そして前記ディジタル信号サンプルを再構成するために用いることを特徴とする方法。
【請求項６４】
請求項６３記載の方法において、前記ビット・フレームがトーン信号に対応すると判断した場合、前記スペクトル・ビットはトーン・インデックス・ビットを含むことを特徴とする方法。
【請求項６５】
請求項６４記載の方法において、前記第１パラメータ・コードワードにおけるビットの一部が、前記ピッチ・ビットの不許可値に対応する既知のトーン識別値に等しい場合、前記ビット・フレームがトーン信号に対応すると判断すること、を特徴する方法。
【請求項６６】
請求項６４記載の方法において、前記トーン・インデックス・ビットを用いて、前記ビット・フレームが信号周波数トーン、ＤＴＭＦトーン、Ｋｎｏｘトーン、または呼進展トーンのどれに対応するか識別することを特徴とする方法。
【請求項６７】
請求項６４記載の方法において、
前記スペクトル・ビットを用いて、前記フレームに対する１組の対数スペクトル強度パラメータを再構成し、
前記利得ビットを用いて、前記対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定すること、
を特徴とする方法。
【請求項６８】
請求項６７記載の方法において、前記発声ビットを発声コードブックへのインデックスとして用いて、前記フレームの発声判断を再構成することを特徴とする方法。
【請求項６９】
請求項６７記載の方法において、
ゴレイ・デコーダによって前記第１ＦＥＣコードワードをデコードし、
前記第１パラメータ・コードワードから、４つのピッチ・ビットと、４つの発声ビットと、４つの利得ビットを抽出することを特徴とする方法。
【請求項７０】
請求項６３記載の方法において、前記発声ビットを発声コードブックへのインデックスとして用いて、前記フレームの発声判断を再構成することを特徴とする方法。
【請求項７１】
請求項６０記載の方法において、前記発声ビットを発声コードブックへのインデックスとして用いて、前記フレームの発声判断を再構成することを特徴とする方法。
【請求項７２】
ビット・フレームを音声サンプルにデコードする方法であって、
前記ビット・フレーム内にあるビット数を判定するステップと、
前記ビット・フレームからスペクトル・ビットを抽出するステップと、
前記スペクトル・ビットの１つ以上を用いて、スペクトル・コードブック・インデックスを形成するステップであって、少なくとも部分的に前記ビット・フレーム内にあるビット数によって、前記インデックスを決定する、前記のステップと、
前記スペクトル・コードブック・インデックスを用いてスペクトル情報を再構成するステップと、
前記再構成したスペクトル情報を用いて音声サンプルを計算するステップと、
から成るデコード方法。
【請求項７３】
請求項７２記載の方法において、前記ビット・フレームから、ピッチ・ビット、発声ビットおよび利得ビットも抽出することを特徴とする方法。
【請求項７４】
請求項７３記載の方法において、前記発声ビットを発声コードブックへのインデックスとして用いて、発声情報を再構成し、該発声情報も用いて前記音声サンプルを計算することを特徴とする方法。
【請求項７５】
請求項７４記載の方法において、前記ピッチ・ビットの一部および前記発声ビットの一部が既知のトーン識別値に等しい場合、前記ビット・フレームがトーン信号に対応すると判断することを特徴とする方法。
【請求項７６】
請求項７５記載の方法において、
前記スペクトル情報は、１組の対数スペクトル強度パラメータを含み、
前記利得ビットを用いて、前記対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定すること、
を特徴とする方法。
【請求項７７】
請求項７６記載の方法において、フレームについて前記抽出した前記スペクトル・ビットを、以前のフレームからの前記再構成した対数スペクトル強度パラメータと組み合わせて用いることにより、前記フレームの前記対数スペクトル強度パラメータを再構成することを特徴とする方法。
【請求項７８】
請求項７６記載の方法において、フレームの前記対数スペクトル強度パラメータの平均値は、前記フレームについて前記抽出した前記利得ビット、および以前のフレームの前記対数スペクトル強度パラメータの平均値から決定することを特徴とする方法。
【請求項７９】
請求項７６記載の方法において、前記ビット・フレームは、基本周波数を表す７つのピッチ・ビットと、発声判断を表す５つの発声ビットと、前記信号レベルを表す５つの利得ビットとを含むことを特徴とする方法。
【請求項８０】
請求項７４記載の方法において、
前記スペクトル情報は、１組の対数スペクトル強度パラメータを含み、
前記利得ビットを用いて、前記対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定すること、
を特徴とする方法。
【請求項８１】
請求項８０記載の方法において、フレームについて前記抽出した前記スペクトル・ビットを、以前のフレームからの前記再構成した対数スペクトル強度パラメータと組み合わせて用いることにより、前記フレームの前記対数スペクトル強度パラメータを再構成することを特徴とする方法。
【請求項８２】
請求項８０記載の方法において、フレームの前記対数スペクトル強度パラメータの平均値は、前記フレームについて前記抽出した前記利得ビット、および以前のフレームの前記対数スペクトル強度パラメータの平均値から決定することを特徴とする方法。
【請求項８３】
請求項８０記載の方法において、前記ビット・フレームは、基本周波数を表す７つのピッチ・ビットと、発声判断を表す５つの発声ビットと、前記信号レベルを表す５つの利得ビットとを含むことを特徴とする方法。
【請求項８４】
請求項７３記載の方法において、
前記スペクトル情報は、１組の対数スペクトル強度パラメータを含み、
前記利得ビットを用いて、前記対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定すること、
を特徴とする方法。
【請求項８５】
請求項８４記載の方法において、フレームについて前記抽出した前記スペクトル・ビットを、以前のフレームからの前記再構成した対数スペクトル強度パラメータと組み合わせて用いることにより、前記フレームの前記対数スペクトル強度パラメータを再構成することを特徴とする方法。
【請求項８６】
請求項８４記載の方法において、フレームの前記対数スペクトル強度パラメータの平均値は、前記フレームについて前記抽出した利得ビット、および以前のフレームの前記対数スペクトル強度パラメータの平均値から決定することを特徴とする方法。
【請求項８７】
請求項８４記載の方法において、前記ビット・フレームは、基本周波数を表す７つのピッチ・ビットと、発声判断を表す５つの発声ビットと、前記信号レベルを表す５つの利得ビットとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、音声、トーンおよびその他のオーディオ信号のエンコードおよび／またはデコード処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声のエンコードおよびデコード処理には多数の用途があり、広範囲にわたって研究されてきる。一般に、音声のコード化は、音声圧縮としても知られており、音声の品質または了解度を実質的に低下させることなく、音声信号を表すために必要なデータ・レートを低下させようとすることである。音声圧縮技法は、音声コーダによって実現することができ、音声コーダのことをボイス・コーダまたはボコーダと呼ぶこともある。
【０００３】
音声コーダは、一般に、エンコーダおよびデコーダを含むと見なされる。エンコーダは、マイクロフォンが生成するアナログ信号を入力として有するアナログ／ディジタル変換器の出力に発生することができるような圧縮ビット・ストリームを、音声のディジタル表現から生成する。デコーダは、圧縮ビット・ストリームを、ディジタル／アナログ変換器およびスピーカによる再生に適した、音声のディジタル表現に変換する。多くの用途では、エンコーダおよびデコーダは、物理的に分離されており、ビット・ストリームをこれらの間で送信するには、通信チャネルを用いる。
【０００４】
音声コーダの主要なパラメータの１つに、コーダが達成する圧縮量があり、これは、エンコーダが生成するビット・ストリームのビット・レートによって測定する。エンコーダのビット・レートは、一般に、所望の忠実度（即ち、音声の品質）、および用いられる音声コーダの形式の関数である。異なるビット・レートで動作する様々な形式の音声コーダが設計されている。最近では、１０ｋｂｐｓ未満で動作する低から中程度のレートの音声コーダが、広範囲の移動通信に応用するために関心を集めている（例えば、セルラ・テレフォニ、衛星テレフォニ、陸線移動無線通信、および飛行機内テレフォニ）。これらの用途では、高い品質の音声、ならびに音響ノイズおよびチャネル・ノイズ（例えば、ビット・エラー）によって生ずるアーチファクトに対するロバスト性が要求されるのが通例である。
【０００５】
音声は、一般に、時間の経過と共に変化する信号特性を有する非定常信号と見なされる。この信号特性の変化は、一般に、人の声道の特性において作られる変化と関連付けられ、異なる音を生成する。通例、音は、ある短い期間、通例では１０から１００ｍｓの間維持され、次いで声道が再度変化して、次の音を生成する。音と音との間の遷移は、遅く連続的であったり、あるいは遷移は音声「開始」(onset)の場合のように素早いこともある。この信号特性の変化のために、ビット・レートが低くなるに連れて、音声をエンコードすることが増々難しくなる。何故なら、音によっては、他の音よりも本来的にエンコードが難しい場合もあり、音声コーダは、音声信号の特性遷移に適応する能力を保存しつつ、妥当な忠実度で全ての音をエンコードできなければならないからである。低から中程度のビット・レートの音声コーダの性能は、ビット・レートを可変とすることによって改善することができる。可変ビット・レート音声コーダでは、音声の各セグメントに対するビット・レートは、ユーザの入力、システムの負荷、端末の設計または信号特性というような種々の要因に応じて、２つ以上の選択肢の間で変化させることができる。
【０００６】
低から中程度のデータ・レートにおいて音声をコード化する主な手法には何種類かある。例えば、線形予測コード化（ＬＰＣ）に基づく手法では、短期および長期予測器を用いて、以前のサンプルから新しい音声の各フレームを予測しようとする。予測エラーは、いくつかの手法の１つを用いて量子化するのが通例であり、その中で、ＣＥＬＰおよび／またはマルチ・パルスの２例をあげておく。線形予測法の利点は、時間分解能が高いことであり、無声音 (unvoiced sound)のコード化に役立つ。即ち、この方法には、破裂音および過渡(transient)が結局は過度に不明瞭になることはないという効果がある。しかしながら、有声音では、コード化した信号における周期性が不十分なことから、コード化した音声が粗雑にまたはしゃがれ声に聞こえる場合が多く、線形予測には難点がある。この問題は、データ・レートが低くなる程、長いフレーム・サイズが必要となるのが通例であり、そのための長期予測器は周期性を再構成するには有効性が劣るため、一層深刻となる。
【０００７】
低から中程度のレートの音声コード化の別の先端的手法に、モデルに基づく音声コーダ即ちボコーダがある。ボコーダは、音声を、短い時間期間における励起に対するシステムの応答としてモデル化する。ボコーダ・システムの例には、ＭＥＬＰのような線形予測ボコーダ、同形ボコーダ(homomorphic vocoder)、チャネル・ボコーダ、正弦変換コーダ（「ＳＴＣ」）、調和ボコーダ(harmonic vocoder)、およびマルチバンド励起（「ＭＢＥ」）ボコーダが含まれる。これらのボコーダでは、音声は短いセグメント（通例、１０から４０ｍｓ）に分割され、各セグメントを１組のモデル・パラメータによって特徴化する。これらのパラメータは、通例、当該セグメントの調子、発声状態、およびスペクトル包絡線等のような、各音声セグメントの数個の基本的な要素を表す。これらのパラメータ毎に、多数の公知の表現の１つを用いるボコーダも可能である。例えば、調子は、ピッチ周期、基本周波数またはピッチ周波数（ピッチ周期の逆数）として、または長期予測遅延として表すことができる。同様に、発声状態は、１つ以上の発声計量(voicing metrics)、発声確率測定、または１組の発声判断(voicing decision)によって表すことができる。スペクトル包絡線は、全極フィルタ応答によって表されることが多いが、１組のスペクトル強度またはその他のスペクトル測定値によって表すこともできる。これらは、少数のパラメータのみを用いて、音声セグメントを表現することができるので、ボコーダのような、モデルに基づく音声コーダは、通例では、中程度から低データ・レートで動作することができる。しかしながら、モデルに基づくシステムの品質は、基礎となるモデルの精度に左右される。したがって、これらの音声コーダが高い音声品質を達成しなければならないとすると、忠実度が高いモデルを用いる必要がある。
【０００８】
ＭＢＥボコーダは、ＭＢＥ音声モデルに基づく高調波ボコーダであり、多くの用途において優れた動作を行うことが示されている。ＭＢＥボコーダは、有声音声の高調波表現を、ＭＢＥ音声モデルに基づく、柔軟な周波数依存発声構造と組み合わせる。これによって、ＭＢＥボコーダは、自然な発音の無声音声(natural sounding unvoiced speed)を生成することができ、音響背景ノイズの存在に対するＭＢＥボコーダのロバスト性が高められる。これらの特性により、ＭＢＥボコーダは、低から中程度のデータ・レートにおいて生成される音声の品質を高めることができ、多数の商用移動通信用途においてＭＢＥボコーダが利用されるようになった。
【０００９】
ＭＢＥ音声モデルは、調子に対応する基本周波数、１組の発声計量または判断、および声道の周波数応答に対応する１組のスペクトル強度を用いて、音声のセグメントを表す。ＭＢＥモデルは、従来のセグメント毎に１つのＶ／ＵＶ判断を、１組の判断に一般化し、各判断は、特定の周波数帯域即ち領域における発声状態を表す。これによって、各フレームを、少なくとも有声および無声周波数領域に分割する。こうして、発声モデルにおいて柔軟性を高めることにより、ＭＢＥモデルは、一部の有声摩擦音のような、混合発声音に対する適応性を高め、音響背景ノイズによって潰された音声の表現精度を高めることができ、いずれの判断においてもエラーに対する感応性を低下させる。この一般化の結果、ボイス品質および了解度が向上したことが、広範な試験によって示されている。
【００１０】
ＭＢＥに基づくボコーダには、ＩＭＢＥ（商標）音声コーダが含まれる。ＩＭＢＥ（商標）音声コーダは、APCO Project 25（“P25”）を含む多数のワイヤレス通信システムにおいて用いられている。このＰ２５ボコーダ規格は、７２００ｐｂｓのＩＭＢＥ（商標）ボコーダから成り、これは４４００ｂｐｓの圧縮ボイス・データを、２８００ｂｐｓのフォワード・エラー制御（ＦＥＣ）データと組み合わせる。「ＡＰＣＯプロジェクト２５ボコーダの説明」と題する電気通信業界協会（ＴＩＡ）の文書ＴＩＡ−１０２ＢＡＢＡにおいて、これは文書化されている。その内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれることとする。
【００１１】
ＭＢＥに基づく音声コーダのエンコーダは、各音声セグメント毎に１組のモデル・パラメータを推定する。ＭＢＥモデル・パラメータは、基本周波数（ピッチ周期の逆数）、発声状態を特徴化する１組のＶ／ＵＶ計量または判断、およびスペクトル包絡線を特徴化する１組のスペクトル強度を含む。ＭＢＥモデル・パラメータをセグメント毎に推定した後、エンコーダは、パラメータを量子化して１フレームのビットを生成する。オプションとして、エンコーダは、エラー訂正／検出コード（ＦＥＣ）でこれらのビットを保護した後に、インターリーブし、その結果得られたビット・ストリームを対応するデコーダに送信する。
【００１２】
ＭＢＥに基づくボコーダにおけるデコーダは、ＭＢＥモデル・パラメータ（基本周波数、発声情報、およびスペクトル強度）を、受信したビット・ストリームから音声のセグメント毎に再構成する。この再構成の一部として、デコーダは、デインターリーブ処理およびエラー制御デコード処理を行い、ビット・エラーを訂正および／または検出する。加えて、位相再生(phase regeneration)もデコーダによって行われ、合成位相情報を計算するのが通例である。例えば、APCO Project 25 Vocoder Descriptionに指定され、米国特許第５，０８１，６８１号および第５，６６４，０５１号に記載されている１つの方法では、ランダム位相再生を用い、ランダム性の量は、発声判断によって異なる。
【００１３】
デコーダは、再構成したＭＢＥモデル・パラメータを用いて、元の音声に知覚的に高度に類似した音声信号を合成する。通常、有声、無声、そしてオプションとしてパルス状音声に対応する別個の信号成分は、各セグメント毎に合成され、次いで得られた成分を合計して、合成音声信号を形成する。このプロセスを音声のセグメント毎に繰り返し、完全な音声信号を再生し、Ｄ／Ａ変換器およびラウドスピーカを介して出力する。無声信号成分を合成するには、枠重複加算法(windowed overlap-add method)を用いて、白色ノイズ信号を濾過する。フィルタの時間変動スペクトル包絡線は、無声と指定された周波数領域において再構成された一連のスペクトル強度から決定され、他の周波数領域は０に設定される。
【００１４】
デコーダは、数種類の方法の内１つを用いて、有声信号成分を合成することができる。APCO Project 25 Vocoder Descriptionにおいて指定されている１つの方法では、高周波発振器の１群を用い、基本周波数の各高調波毎に１つずつ発振器を割り当て、発振器全てからの寄与を加算して、有声信号成分を形成する。
【００１５】
APCO Project 25 移動無線通信システムのために標準化された７２００ｂｐｓのＩＭＢＥ（商標）ボコーダは、１４４ビットを用いて各２０ｍｓフレームを表す。これらのビットは、５６の冗長ＦＥＣビット（GolayおよびHammingコード化の組み合わせを適用する）、１ビットの同期ビット、および８７ビットのＭＢＥパラメータ・ビットに分割される。８７ビットのＭＢＥパラメータ・ビットは、基本周波数を量子化するための８ビットと、二進有声／無声判断を量子化する３〜１２ビットと、スペクトル強度を量子化する６７〜７６ビットから成る。得られた１４４ビット・フレームは、エンコーダからデコーダに送信される。デコーダは、エラー訂正を実行した後に、エラー・デコード・ビットからＭＢＥモデル・パラメータを再構成する。次いで、デコーダは、再構成したモデル・パラメータを用いて、有声および無声信号成分を合成し、これらを合計して、デコード音声信号を形成する。
【特許文献１】米国特許第５，０８１，６８１号
【特許文献２】米国特許第５，６６４，０５１号
【非特許文献１】APCO Project 25 Vocoder Description
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
多岐にわたる形態の１つでは、ディジタル音声サンプル・シーケンスをビット・ストリームにエンコードする際、ディジタル音声サンプルを１つ以上のフレームに分割し、フレーム毎にモデル・パラメータを計算し、モデル・パラメータを量子化して、ピッチ情報を伝達するピッチ・ビットと、発声情報を伝達する発声ビットと、信号レベル情報を伝達する利得ビットとを生成することを含む。ピッチ・ビットの１つ以上を、発声ビットの１つ以上おより利得ビットの１つ以上と組み合わせて第１パラメータ・コードワードを作成し、これをエラー制御コードでエンコードして第１ＦＥＣコードワードを生成する。第１ＦＥＣコードワードを１フレームのビット・ストリームに含ませる。
【００１７】
種々の実現例では、１つ以上の以下の特徴を含むことができる。例えば、１フレームのパラメータを計算するには、基本周波数パラメータ、１つ以上の発声判断、および１組のスペクトル・パラメータを計算することを含むとよい。モデル・パラメータは、マルチバンド励起音声モデルを用いて計算するとよい。
【００１８】
モデル・パラメータを量子化する際、対数関数を基本周波数パラメータに適用することによって、ピッチ・ビットを生成し、更にフレームについての発声判断を一緒に量子化することによって、発声ビットを生成することを含むとよい。発声ビットは、発声コードブックへのインデックスを表し、発声コードブックの値は、インデックスの２つ以上の異なる値に対して同一としてもよい。
【００１９】
第１パラメータ・コードワードは１２ビットで構成することができる。例えば、ピッチ・ビットの内４ビットと、発声ビットの内４ビットと、利得ビットの内４ビットを組み合わせることによって、第１パラメータ・コードワードを形成することができる。第１パラメータ・コードワードは、ゴレイ・エラー制御コードでエンコードするとよい。
【００２０】
スペクトル・パラメータは、１組の対数スペクトル強度を含むことができ、利得ビットは、少なくとも部分的に、対数スペクトル強度の平均を計算することによって生成することができる。対数スペクトル強度を量子化して、スペクトル・ビットを生成することができ、スペクトル・ビットの少なくとも一部を組み合わせて第２パラメータ・コードワードを作成し、これを第２エラー制御コードでエンコードして、第２ＦＥＣコードワードを生成することができ、これを１フレームのビット・ストリームに含ませることができる。
【００２１】
ピッチ・ビット、発声ビット、利得ビットおよびスペクトル・ビットを、各々、上位ビットおよび下位ビットに分割する。上位側のピッチ・ビット、発声ビット、利得ビット、およびスペクトル・ビットを第１パラメータ・コードワードおよび第２パラメータ・コードワードに含ませ、エラー制御コードでエンコードする。下位側のピッチ・ビット、発声ビット、利得ビット、およびスペクトル・ビットを、エラー制御コードでエンコードせずに、フレームのビット・ストリームに含ませる。一実施形態では、ピッチ・ビットは７ビットであり、これを上位側の４つのピッチ・ビットと下位側の３つのピッチ・ビットとに分割し、発声ビットは５ビットであり、これを上位側の４つの発声ビットと、最下位の発声ビットとに分割し、利得ビットは５ビットであり、これを上位側の４つの利得ビットと、最下位の利得ビットとに分割する。第２パラメータ・コードは、上位側の１２スペクトル・ビットを含むことができ、これらをゴレイ・エラー制御コードでエンコードして、第２ＦＥＣコードワードを生成する。
【００２２】
第１パラメータ・コードワードから変調キーを計算することができ、変調キーからスクランブリング・シーケンスを発生することができる。スクランブリング・シーケンスをＦＥＣコードワードと組み合わせて、スクランブル第２ＦＥＣコードワードを生成し、フレームのビット・ストリームに含ませることができる。
【００２３】
所定のトーン信号を検出することもできる。フレームに対するトーン信号を検出した場合、トーン識別ビットおよびトーン振幅ビットを第１パラメータ・コードワードに含ませる。トーン識別ビットによって、フレームのビットを、トーン信号に対応するものとして識別することが可能となる。フレームに対するトーン信号を検出した場合、トーン信号の周波数情報を判定する追加のトーン・インデックス・ビットをフレームのビット・ストリームに含ませることができる。トーン識別ビットは、１組の不許可のピッチ・ビットに対応し、フレームのビットを、トーン信号に対応するものとして識別可能とすることができる。ある実施形態では、フレームに対するトーン信号を検出した場合、第１パラメータ・コードワードは、６つのトーン識別ビットと、６つのトーン振幅ビットとを含む。
【００２４】
多岐にわたる形態の別の１つでは、ビット・ストリームからディジタル音声サンプルをデコードする場合に、ビット・ストリームを１つ以上のビット・フレームに分割し、ビット・フレームから第１ＦＥＣコードワードを抽出し、第１ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードして、第１パラメータ・コードワードを生成する。第１パラメータ・コードワードからピッチ・ビットと、発声ビットと、利得ビットとを抽出する。抽出したピッチ・ビットを用いて、少なくとも部分的にフレームのピッチ情報を再構成し、抽出した発声ビットを用いて、少なくとも部分的にフレームの発声情報を再構成し、抽出した利得ビットを用いて、少なくとも部分的にフレームの信号レベル情報を再構成する。１つ以上のフレームについて再構成したピッチ情報、発声情報および信号レベル情報を用いて、ディジタル音声サンプルを計算する。
【００２５】
種々の実現例では、１つ以上の先に記した特徴、および１つ以上の以下の特徴を含むことができる。例えば、フレームのピッチ情報は、基本周波数パラメータを含むことができ、フレームの発声情報は１つ以上の発声判断を含むことができる。フレームの発声判断を再構成するには、発声ビットを発声コードブックへのインデックスとして用いるとよい。発声コードブックの値は、２つ以上の異なるインデックスに対して同一としてもよい。
【００２６】
フレームのスペクトル情報も再構成することができる。フレームのスペクトル情報は、少なくとも部分的に、１組の対数スペクトル強度パラメータを含むことができる。信号レベル情報を用いて、対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定することができる。ゴレイ・デコーダによって第１ＦＥＣコードワードをデコードすることができる。第１パラメータ・コードワードから、４つのピッチ・ビットと、４つの発声ビットと、４つの利得ビットを抽出することができる。第１パラメータ・コードワードから変調キーを発生することができ、変調キーからスクランブリング・シーケンスを計算することができ、ビット・フレームから第２ＦＥＣコードワードを抽出することができる。スクランブリング・シーケンスを第２ＦＥＣコードワードに適用して、デスクランブルした第２ＦＥＣコードワードを生成することができ、これをエラー制御デコードして、第２パラメータ・コードワードを生成することができる。少なくとも部分的に第２パラメータ・コードワードから、１フレームのスペクトル情報を再構成することができる。
【００２７】
第１ＦＥＣコードワードのエラー制御デコード、およびデスクランブル第２ＦＥＣコードワードのエラー制御デコードから、エラー計量を計算することができ、エラー計量が閾値を超過する場合、フレーム・エラー処理を適用することができる。フレーム・エラー処理は、以前のフレームから再構成したモデル・パラメータを、現フレームのために繰り返すことを含むことができる。エラー計量は、第１ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードすることによって訂正したエラー数と、デスクランブル第２ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードすることによって訂正したエラー数との和を用いるとよい。
【００２８】
多岐にわたる形態の別の１つでは、ビット・ストリームからディジタル信号サンプルをデコードする場合に、ビット・ストリームを１つ以上のビット・フレームに分割し、ビット・フレームから第１ＦＥＣコードワードを抽出し、第１ＦＥＣコードワードをエラー制御デコードして、第１パラメータ・コードワードを生成し、第１パラメータ・コードワードを用いて、ビット・フレームがトーン信号に対応するか否か判定することを含む。ビット・フレームがトーン信号に対応すると判断した場合、第１パラメータ・コードワードからトーン振幅ビットを抽出する。あるいは、ビット・フレームがトーン信号に対応しないと判断した場合、第１コードワードからピッチ・ビット、発声ビット、および利得ビットを抽出する。トーン振幅ビットまたはピッチ・ビット、発声ビットおよび利得ビットのいずれかを用いて、ディジタル信号サンプルを計算する。
【００２９】
種々の実現例は、１つ以上の先に記した特徴、および１つ以上の以下の特徴を含むことができる。例えば、第１パラメータ・コードワードから変調キーを発生することができ、変調キーからスクランブリング・シーケンスを計算することができる。ビット・フレームから抽出した第２ＦＥＣコードワードにスクランブリング・シーケンスを適用し、デスクランブル第２ＦＥＣコードワードを生成して、これをエラー制御デコードして、第２パラメータ・コードワードを生成することができる。第２パラメータ・コードワードを用いて、ディジタル信号サンプルを計算することができる。
【００３０】
第１ＦＥＣコードワードのエラー制御デコードによって訂正したエラー数と、デスクランブル第２ＦＥＣコードワードのエラー制御デコードによって訂正したエラー数とを合計して、エラー計量を計算することができる。エラー計量が閾値を超過した場合、フレーム・エラー処理を適用することができる。フレーム・エラー処理は、以前のフレームからの再構成したモデル・パラメータを繰り返すことを含むことができる。
【００３１】
第２パラメータ・コードワードから追加スペクトル・ビットを抽出し、ディジタル信号サンプルを再構成するために用いることができる。ビット・フレームがトーン信号に対応すると判断した場合、スペクトル・ビットはトーン・インデックス・ビットを含む。第１パラメータ・コードワードにおけるビットの一部が、ピッチ・ビットの不許可値に対応する既知のトーン識別値に等しい場合、ビット・フレームがトーン信号に対応すると判断することができる。トーン・インデックス・ビットを用いて、ビット・フレームが信号周波数トーン、ＤＴＭＦトーン、Ｋｎｏｘトーン、または呼進展トーンのどれに対応するか識別することができる。
【００３２】
スペクトル・ビットを用いて、フレームに対する１組の対数スペクトル強度パラメータを再構成することができ、利得ビットを用いて、対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定することができる。
【００３３】
ゴレイ・デコーダによって第１ＦＥＣコードワードをデコードすることができる。第１パラメータ・コードワードから、４つのピッチ・ビットと、４つの発声ビットと、４つの利得ビットを抽出することことができる。発声ビットを発声コードブックへのインデックスとして用い、フレームの発声判断を再構成することができる。
【００３４】
多岐にわたる形態の別の１つでは、ビット・フレームを音声サンプルにデコードする場合、ビット・フレーム内にあるビット数を判定し、ビット・フレームからスペクトル・ビットを抽出し、スペクトル・ビットの１つ以上を用いて、スペクトル・コードブック・インデックスを形成することを含み、少なくとも部分的にビット・フレーム内にあるビット数によって、インデックスを決定する。スペクトル・コードブック・インデックスを用いてスペクトル情報を再構成し、再構成したスペクトル情報を用いて音声サンプルを計算する。
【００３５】
種々の実施形態では、１つ以上の先に記した特徴、および１つ以上の以下の特徴を含むことができる。例えば、ビット・フレームから、ピッチ・ビット、発声ビットおよび利得ビットも抽出することができる。発声ビットを発声コードブックへのインデックスとして用いて、発声情報を再構成し、この発声情報も用いて音声サンプルを計算することができる。ピッチ・ビットの一部および発声ビットの一部が既知のトーン識別値に等しい場合、ビット・フレームがトーン信号に対応すると判断することができる。スペクトル情報は、１組の対数スペクトル強度パラメータを含むことができ、利得ビットを用いて、対数スペクトル強度パラメータの平均値を決定することができる。フレームについて抽出したスペクトル・ビットを、以前のフレームから再構成した対数スペクトル強度パラメータと組み合わせて用いることにより、１フレームの対数スペクトル強度パラメータを再構成することができる。１フレームの対数スペクトル強度パラメータの平均値は、フレームについて抽出した利得ビット、および以前のフレームの対数スペクトル強度パラメータの平均値から決定することができる。ある実施形態では、ビット・フレームは、基本周波数を表す７つのピッチ・ビットと、発声判断を表す５つの発声ビットと、信号レベルを表す５つの利得ビットとを含むことができる。
【００３６】
以上の技法を用いれば、３６００ｂｐｓで動作する「半レート」ＭＢＥボコーダを設けることができ、新たなボコーダは半分のデータ・レートで動作するにも拘わらず、標準的な「最大レート」の７２００ｂｐｓAPCO Project 25 ボコーダと実質的に同じ、またはそれ以上の性能を得ることができる。半レート・ボコーダのデータ・レートが大幅に低いことにより、標準的な最大レート・ボコーダと比較して、通信効率を格段に向上させることができる（即ち、送信に必要なＲＦスペクトル量）。
【００３７】
２００３年１月３０日に出願され、"Voice Transcoder"（ボイス・トランスコーダ）と題し、この引用により本願にも含まれることとする、関連特許出願第１０／３５３，９７４号では、異なるＭＢＥボコーダ間において相互利用を可能にする方法を開示する。この方法は、最大レートのボコーダを用いる現行の機器と、ここに記載する半レート・ボコーダを用いる新たな機器との間で相互利用を可能にするために用いることができる。先に論じた技法の種々の実現例には、方法またはプロセス、システムまたは装置、あるいはコンピュータ・アクセス可能媒体上のコンピュータ・ソフトウエアを含むことができる。他の特徴も、図面を含む以下の説明、および特許請求の範囲から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１は、マイクロフォン１０５からのアナログ音声または何らかのその他の信号をサンプリングする音声コーダ即ちボコーダ・システム１００を示す。アナログ／ディジタル（「Ａ／Ｄ」）変換器１１０が、サンプリングされた音声をディジタル化し、ディジタル音声信号を生成する。ディジタル音声信号は、ＭＢＥ音声エンコーダ・ユニット１１５によって処理され、送信または格納に適したディジタル・ビット・ストリーム１２０を生成する。通例では、音声エンコーダは、ディジタル音声信号を短いフレーム単位で処理する。ディジタル音声サンプルの各フレームは、エンコーダのビット・ストリーム出力における、対応するビット・フレームを生成する。一実現例では、フレーム・サイズは、期間が２０ｍｓであり、８ｋＨｚのサンプリング・レートで１６０個のサンプルから成る。用途によっては、各フレームを２つの１０ｍｓサブフレームに分割することによって、性能を向上させることもできる。
【００３９】
また、図１は、受信ビット・ストリーム１２５も示す。ビット・ストリーム１２５は、ＭＢＥ音声デコーダ・ユニット１３０に入力され、ＭＢＥ音声デコーダ・ユニット１３０は、各ビット・フレームを処理して、対応する合成音声サンプルのフレームを生成する。次に、ディジタル／アナログ（「Ｄ／Ａ」）変換ユニット１３５が、ディジタル音声サンプルをアナログ信号に変換し、これをスピーカ・ユニット１４０に受け渡し、人の聴取に適した音響信号に変換することができる。
【００４０】
図２は、ＭＢＥエンコーダ・ユニット２００を含むＭＢＥボコーダを示す。ＭＢＥエンコーダ２００は、パラメータ推定ユニット２０５を用いて、フレーム毎に、一般化したＭＢＥモデル・パラメータを推定する。また、パラメータ推定ユニット２０５は、ある種のトーン信号を検出し、ボイス／トーン・フラグを含むトーン・データを出力する。次に、１フレームの出力は、当該フレームのトーン信号が検出されたか否かに応じて、ＭＢＥパラメータ量子化ユニット２１０によって処理してボイス・ビットを生成するか、あるいはトーン量子化ユニット２１５によって処理してトーン・ビットを生成する。セレクタ・ユニット２２０は、該当するビット（トーン信号が検出された場合にはトーン・ビット、またトーン信号が検出されない場合にはボイス・ビット）を選択し、選択したビットをＦＥＣエンコード・ユニット２２５に出力する。ＦＥＣエンコード・ユニット２２５は、量子化ビットを冗長フォワード・エラー訂正（「ＦＥＣ」）データと組み合わせ、このフレームの送信ビットを形成する。冗長ＦＥＣデータを追加することによって、デコーダは、送信チャネルにおける劣化に起因するビット・エラーを訂正および／または検出することが可能となる。実現例によっては、パラメータ推定ユニット２０５はトーン信号を検出せず、トーン量子化ユニット２１５およびセレクタ・ユニット２２０は設けられない。
【００４１】
一実現例では、次世代無線機器に用いるのに非常に適している３６００ｂｐｓＭＢＥボコーダが開発されている。この半レートの実現例は、７２ビットを収容する２０ｍｓフレームを用い、これらのビットを２３ビットのＦＥＣビットおよび４９ビットのボイスまたはトーン・ビットに分割する。２３ビットのＦＥＣビットは、１つの［２４、１２］拡張ゴレイ・コードと、１つの［２３、１２］ゴレイ・コードで形成されている。ＦＥＣビットは、フレームの内最も敏感な２４ビットを保護し、これら保護対象ビットにおけるある種のビット・エラーを訂正および／または検出することができる。残りの２５ビットは、ビット・エラーに対する感応性が低く、保護されていない。ボイス・ビットは、基本周波数を量子化するための７ビットと、８周波数帯域にわたる発声判断をベクトル量子化するための５ビットと、スペクトル強度を量子化する３７ビットに分割されている。最も敏感なビットにおけるビット・エラーを検出する機能を高めるために、ＦＥＣエンコード・ユニット２２５内部において、データ依存スクランブリング(data dependent scrambling)を［２３、１２］ゴレイ・コードに適用する。１２入力ビットに基づく変調キーから、［２４、１２］ゴレイ・コードに対して、疑似ランダム・スクランブリング・シーケンスを発生する。次いで、排他的論理和を用いて、このスクランブリング・シーケンスを、［２３、１２］ゴレイ・エンコーダからの２３出力ビットと組み合わせる。データ依存スクランブリングは、米国特許第５，８７０，４０５号および第５，５１７，５１１号に記載されており、その内容はここで引用したことにより、本願にも含まれることとする。［４×１８］行−列インターリーバを適用しても、バースト・エラーの影響が低減する。
【００４２】
また、図２は、ＭＢＥデコーダ・ユニット２３０のブロック図も示す。ＭＢＥデコーダ・ユニット２３０は、受信したビット・ストリームから得た１フレームのビットを処理し、出力ディジタル音声信号を生成する。ＭＢＥデコーダは、ＦＥＣデコード・ユニット２３５を含み、ＦＥＣデコード・ユニット２３５は、受信したビット・ストリームにおいてビット・エラーを訂正および／または検出し、ボイスまたはトーン量子化ビットを生成する。ＦＥＣデコード・ユニットは、通例、ＦＥＣエンコーダが実行するステップを逆に行うために必要な、データ依存デスクランブリングおよびデインターリービングを含む。ＦＥＣデコーダ・ユニット２３５は、オプションとして、ソフト判断ビットを用いてもよく、その場合、受信した各ビットを表すには、２つよりも多い可能なレベルを用い、エラー制御デコード性能を高めるようにする。フレームの量子化ビットは、ＦＥＣデコード・ユニット２３５によって出力され、パラメータ再構成ユニット２４０によって処理され、エンコーダが適用する量子化ステップを逆に行うことによって、ＭＢＥモデル・パラメータまたはトーン・パラメータをフレームのために再構成する。こうして得られたＭＢＥまたはトーン・パラメータは、次に、音声合成ユニット２４５によって用いられ、合成ディジタル音声信号またはトーン信号を生成し、デコーダの出力となる。
【００４３】
上述の実現例では、ＦＥＣデコーダ・ユニット２３５は、データ依存スクランブリング動作を逆に行う際、最初に、スクランブリングが適用されない［２４、１２］ゴレイ・コードをデコードし、次いで［２４、１２］ゴレイ・コードからの１２出力ビットを用いて変調キーを計算する。次に、この変調キーを用いてスクランブリング・シーケンスを計算し、これを２３入力ビットに適用した後、［２３、１２］ゴレイ・コードをデコードする。［２４、１２］ゴレイ・コード（最も重要なデータを収容する）が正しくデコードされていると仮定すると、エンコーダによって適用されるスクランブリング・シーケンスは完全に除去される。しかしながら、［２４、１２］ゴレイ・コードが正しくデコードされていない場合、エンコーダによって適用されたスクランブリング・シーケンスを除去することができず、［２３、１２］ゴレイ・コードによって多くのエラーが報告されることになる。この特性をＦＥＣデコーダが用いて、最初の１２ビットが誤ってデコードされている虞れのあるフレームを検出する。
【００４４】
ＦＥＣデコーダは、両ゴレイ・デコーダが報告する訂正エラーの数を合計する。この合計が６以上の場合、フレームを無効と宣告し、合成の間現フレームのビットを用いない。代わりに、ＭＢＥ合成ユニット２３５は、３回の連続するフレーム反復の後、フレーム反復またはミューティング動作を実行する。フレーム反復の間、以前のフレームからデコードされたパラメータを現フレームに用いる。ミュート動作の間、低レベルの「ノイズ緩和」信号(comfort noise signal)を出力する。
【００４５】
図２に示す半レート・ボコーダの一実現例では、ＭＢＥパラメータ推定ユニット２０５およびＭＢＥ合成ユニット２３５は、一般に、APCO Project Vocoder Description (TIA-102BABA)に記載されている７２００ｂｐｓ最大レートAPCO P25において用いられている、対応するユニットと同一である。最大レート・ボコーダおよび半レート・ボコーダ間でこれらのエレメントを共有することにより、両ボコーダを実施するために必要なメモリを削減し、これによって、同一機器内に両ボコーダを実装するコストの低減を図る。加えて、この実現例では、２００３年１月３０日に出願され、"Voice Transcoder"（ボイス・トランスコーダ）と題する同時係属中の米国特許出願第１０／３５３，９７４号に開示されているＭＢＥトランスコード方法を用いることによって、この実現例における相互利用性を高めることができる。米国特許出願第１０／３５３，９７４号の内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれることとする。代替実現例では、異なる分析および合成技法を含ませれば、ここに記載する半レート・ビット・ストリームとの相互利用性を維持しつつ、品質を向上させることができる。例えば、三状態発声モデル（有声、無声またはパルス状）を用いれば、破裂音およびその他の過渡音の歪みを低減しつつ、同時係属中の米国特許出願第１０／２９２，４６０号に記載されている方法を用いて相互利用性を維持することができる。この特許出願は、２００２年１１月１３日に出願され、"Interoperable Vocoder"（相互利用可能なボコーダ）と題し、ここで引用することにより本願のもその内容が含まれることとする。同様に、ボイス・アクティビティ検出器（ＶＡＤ：voice activity detector）を追加すれば、音声を背景ノイズから区別することができ、あるいはノイズ抑制を追加すれば、知覚される量の背景ノイズを低減することができる。他の代替実現例には、米国特許第５，８２６，２２２および第５，７１５，３６５号に記載されているようなピッチおよび発声推定方法の改良を代わりに用いて、ボイスの品質を向上させるものもある。
【００４６】
図３は、図２のＭＢＥパラメータ推定ユニット２０５の一実現例を表すＭＢＥパラメータ推定部３００を示す。ハイパス・フィルタ３０５は、ディジタル音声信号を濾過して、あらゆるＤＣレベルをこの信号から除去する。次に、ピッチ推定ユニット３１０が、この濾過した信号を処理して、２０ｍｓフレーム毎に初期ピッチ推定値を決定する。また、濾過した音声はウィンドウ化およびＦＦＴユニット３１５にも供給され、２２１点ハミング・ウィンドウのようなウィンドウ関数と、濾過した音声を乗算し、ＦＦＴを用いて、ウィンドウ化した音声のスペクトルを計算する。
【００４７】
初期ピッチ推定値およびスペクトルは、次に、基本周波数推定部３２０によって更に処理され、基本周波数ｆ0、および当該フレームに伴う高調波の数（Ｌ＝０．４６２７／ｆ0）を計算する。ここで、０．４６２７は、サンプリング・レートで正規化した典型的なボコーダ帯域幅を表す。これらのパラメータは、発声判断発生部３２５およびスペクトル強度発生部３３０によってスペクトルと共に処理され、１≦ｌ≦Ｌの範囲の高調波毎に、発声判断発生部３２５は、発声尺度Ｖlを計算し、スペクトル強度発生部３３０はスペクトル強度Ｍlを計算する。
【００４８】
オプションとして、トーン検出ユニット３３５によってスペクトルを更に処理してもよく、トーン検出ユニット３３５は、例えば、単一周波数トーン、ＤＴＭＦトーン、および呼進展トーン(call progress tone)のようなある種のトーン信号を検出する。トーン検出技法は周知であり、これを実行するには、スペクトルにおいてピークを探索し、１つ以上の検出したピーク周囲におけるエネルギが、スペクトルにおける全エネルギのある閾値（例えば、９９％）を超過する場合には、トーン信号が存在すると判定すればよい。トーン検出エレメントから出力されるトーン・データは、通例、ボイス／トーン・フラグ、トーン信号が検出されたことをボイス／トーン・フラグが示す場合にはトーンを特定するトーン・インデックス、および推定したトーン振幅ATONEを含む。
【００４９】
ＭＢＥパラメータ推定の出力３４０は、いずれかのトーン・データを組み合わせたＭＢＥパラメータを含む。
図３に示すＭＢＥパラメータ推定技法は、APCO Project 25 Vocoder Descriptionに記載されている方法に忠実に従う。相違点は、発声判断発生部３２５に、３つ以上の高調波の群毎ではなく、半レート・ボコーダにおける各高調波毎に別個の発声判断を計算させること、およびスペクトル強度発生部３３０に、発声判断とは独立して各スペクトル強度を計算させることを含む。後者は、例えば、米国特許第５，７５４，９７４号に記載されており、その内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれることとする。加えて、オプションのトーン検出ユニット３３５を半レート・ボコーダに含ませれば、トーン信号を検出し、デコーダが認識する特殊なビットのトーン・フレームを用いて、ボコーダを介して送信することができる。
【００５０】
図４は、図２のＭＢＥパラメータ量子化ユニット２１０が実行する量子化の一実現例を構成するＭＢＥパラメータ量子化技法４００を示す。量子化に関する更なる詳細は、米国特許第６，１９９，０３７号（Ｂ１）およびAPCO Project 25 Vocoder Descriptionにおいて見出すことができる。これらの内容は、ここで引用することによって、本願にも含まれることとする。前述のＭＢＥパラメータ量子化方法は、ボイス信号のみに適用するのが通例であり、一方検出したトーン信号を量子化するには、別個のトーン量子化器を用いる。ＭＢＥパラメータ４０５は、ＭＢＥパラメータ量子化技法への入力となる。ＭＢＥパラメータ４０５を推定するには、図３に示した技法を用いればよい。一実現例では、フレーム当たり４２〜４９ビットを用いて、表１に示すように、ＭＢＥモデル・パラメータを量子化する。表１では、オプションの制御パラメータを用いて、４２〜４９の範囲で、フレーム毎に独立してビット数を選択することができる。
【００５１】
【表１】
2004310088.tif 000003
【００５２】
この実現例では、基本周波数ｆ0は、通例では、最初に基本周波数量子化ユニット４１０を用いて量子化され、７ビットの基本周波数ビットbfundを出力する。これは、以下の式［１］によって計算することができる。
【００５３】
【数１】
2004310088.tif 000004
【００５４】
次に、周波数マッピング・ユニット４１５を用いて、高調波発声尺度Dl、およびスペクトル強度Ml（１≦ｌ≦Ｌ）を高調波から発声帯域にマッピングする。一実施形態では、８つの発声帯域を用い、最初の発声帯域は周波数［０、５００Ｈｚ］をカバーし、２番目の発声帯域は［５００、１０００Ｈｚ］をカバーし、・・・、最後の発声帯域は周波数［３５００、４０００Ｈｚ］をカバーする。周波数マッピング・ユニット４１５の出力は、０≦ｋ＜８の範囲における各発声帯域ｋについての、発声帯域エネルギ計量venerk、および発声帯域エラー計量lvkである。各発声帯域のエネルギ計量venerkを計算するには、ｋ番目の発声帯域における高調波全てにわたって、即ち、bk＜ｌ≦bk+1について、|Ml|2を合計する。ここでbkは以下の式で与えられる。
【００５５】
【数２】
2004310088.tif 000005
【００５６】
発声帯域計量verrkを計算するには、bk＜ｌ≦bk+1にわたって、Ｄl・|Ml|2を合計し、次いで、以下の式［３］に示すように、verrkおよびvenerkから、発声帯域エラー計量lvkを計算する。
【００５７】
【数３】
2004310088.tif 000006
【００５８】
ここで、max［x,y］はｘまたはｙの最大値を返し、min［x,y］はｘまたはｙの最小値を計算する。閾値Ｔkは、APCO Project 25 Vocoder Descriptionの式［３７］に規定されている閾値関数Θ(k，ω0)から、Tk＝Θ(k, 0.1309)にしたがって計算する。
【００５９】
一旦各発声帯域について発声帯域エネルギ計量venerkおよび発声帯域エラー計量lvkを計算したなら、５ビット発声帯域重み付けベクトル量子化ユニット４２０を用いて、当該フレームに対する発声判断を一緒に量子化する。一実現例では、５ビット発声帯域重み付けベクトル量子化ユニット４２０は、米国特許第６，１９９，０３７号（Ｂ１）に記載されている発声帯域サブベクトル量子化器を用いる。この特許の内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれることとする。発声帯域重み付けベクトル量子化ユニット４２０は、発声判断ビットbvuvを出力する。bvuvは、発声帯域コードブックから選択したベクトルxj(i)候補のインデックスを示す。一実現例において用いられる５ビット（３２要素）の発声帯域コードブックを表２に示す。
【００６０】
【表２】
2004310088.tif 000007
【００６１】
尚、図２に示す各ベクトル候補xj(i)は、８ビット１６進数として表されており、各ビットは、８エレメントのコードブック・ベクトルの単一要素を表し、２7-jに対応するビットが１である場合、xj(i)=1.0となり、２7-jに対応するビットが０である場合、xj(i)=0.0となることを注記しておく。この表記を用いるのは、米国特許第６，１９９，０３７号（Ｂ１）に記載されている発声帯域サブベクトル量子化器と一致させるためである。
【００６２】
半レート・ボコーダの特徴の１つに、各々同じ発声状態に対応する多数のベクトル候補を含むことがあげられる。例えば、表２におけるインデックス１６〜３１は全て、全無声状態に対応し、インデックス０および１は、双方共全有声状態に対応する。この特徴によって、相互利用可能なアップグレード・パス(upgrade path)がボコーダのために設けられ、代替実現例がパルス状またはその他の改善発声状態を含んでも、ボコーダはこれを許容する。初期状態では、エンコーダは、２つ以上のインデックスが同じ発声状態に等しい場合はいつも、値が最も小さいインデックスだけを用いればよい。しかしながら、アップグレードしたエンコーダの場合、値が大きい方のインデックスを用いて、別々の関連発声状態を表すことができる。初期デコーダは、最低のインデックスであっても、これよりも大きなインデックスであっても、同じ発声状態にデコードする（例えば、インデックス１６〜３１は全て、全無声としてデコードされる）が、アップグレードしたデコーダは、これらのインデックスをデコードして、関連するが異なる発声状態を得て、性能を向上させることもできる。
【００６３】
図４は、対数計算ユニット４２５によるスペクトル強度の処理を示す。対数計算ユニット４２５は、対数スペクトル強度log2(Ml)を１≦ｌ≦Ｌの範囲で計算する。次いで、スペクトル強度量子化ユニット４３０によって、出力対数スペクトル強度を量子化し、出力スペクトル強度出力ビットを生成する。
【００６４】
図５は、図４の量子化ユニット４３０が実行する量子化の一実現例を構成する対数スペクトル強度量子化技法５００を示す。エレメント５２５〜５５０を含む図５の陰影部分は、対数スペクトル強度再構成技法５５５の対応する実現例を示し、これは図２のパラメータ再構成ユニット２４０内部で実施すれば、ＦＥＣデコード・ユニット２３５が出力する量子化ビットから、対数スペクトル強度を再構成することができる。
【００６５】
図５を参照すると、フレームについての対数スペクトル強度（即ち、１≦ｌ≦Ｌの範囲のlog2(Ml)）を、平均計算ユニット５０５によって処理し、対数スペクトル強度から平均を計算し、除去する。平均は、利得量子化ユニット５１５に出力され、式［４］に示すように、この平均から現フレームについての利得G(0)を計算する。
【００６６】
【数４】
2004310088.tif 000008
【００６７】
そして、次のように利得差ΔGを計算する。
【００６８】
【数５】
2004310088.tif 000009
【００６９】
ここで、G(-1)は、量子化および再構成後における、直前のフレームからの利得項である。次に、表３に示すような５ビット非均一量子化器を用いて、利得差ΔGを量子化する。量子化器が出力する利得ビットをbgainで示す。
【００７０】
【表３】
2004310088.tif 000010
【００７１】
平均計算ユニット５０５は、ゼロ平均対数スペクトル強度を減算ユニット５１０に出力する。減算ユニット５１０は、予測強度を減算して、１組の強度予測残余を得る。強度予測残余を量子化ユニット５２０に入力し、強度予測残余パラメータ・ビットを生成する。
【００７２】
これらの強度予測残余パラメータ・ビットは、図５の陰影領域に示す再構成技法５５５にも供給する。即ち、逆強度予測残余量子化ユニット５２５が、入力ビットを用いて、再構成した強度予測残余を計算し、再構成した強度予測残余を加算ユニット５３０に供給し、加算ユニット５３０は、これらを予測強度に加算し、再構成ゼロ平均対数スペクトル強度を形成し、フレーム記憶エレメント５３５に格納する。
【００７３】
以前のフレームから格納されたゼロ平均対数スペクトル強度は、現フレームおよび以前のフレームに対して再構成した基本周波数と共に、予測強度計算ユニット５４０によって処理され、スケーリング・ユニット５４５によって拡大／縮小され、予測強度を形成する。予測強度は、差分ユニット５１０および加算ユニット５３０に印加される。予測強度計算ユニット５４０は、現フレームから再構成した基本周波数の直前のフレームから再構成した基本周波数に対する比率に基づいて、以前のフレームから再構成した対数スペクトル強度を補間するのが通例である。この補間に続いて、スケーリング・ユニット５４５が倍率ρを適用する。通常、倍率ρは１．０未満である（ρ＝０．６５が通例であり、実施形態によっては、フレーム内のスペクトル強度数に応じて、ρを変化させることもできる）。
【００７４】
加えて、平均再構成ユニット５５０において、次に、利得ビットおよび格納されているG(-1)の値から平均を再構成する。また、平均再構成ユニット５５０は、再構成した平均を、再構成した強度予測残余に加算し、再構成対数スペクトル強度５６０を生成する。
【００７５】
図５に示す実現例では、量子化ユニット５２０および逆量子化ユニット５２５は、ある許容ビット範囲（例えば、フレーム当たり２５〜３２ビット）以内で、フレーム当たりのビット数を選択させる、オプションの制御パラメータを受け入れる。通例、フレーム当たりのビット数を変更するには、量子化ユニット５１０および逆量子化ユニット５１５において、許容量子化ベクトルのサブセットのみを用いる。これについては、以下で更に説明する。この同じ制御パラメータは、種々の方法で用い、必要であれば、更に広い範囲でフレーム当たりのビット数を変化させることも可能である。例えば、これを行うには、表３において、偶数のインデックス０、２、４、６、・・・３２のみを探索することによって、利得量子化器からのビット数を削減する。この方法は、基本周波数または発声量子化器にも応用することができる。図６は、図５の量子化ユニット５２０が実行する量子化の一実現例を構成する、強度予測残余量子化技法６００を示す。まず、ブロック分割部６０５が、強度予測残余を４つのブロックに分割する。各ブロックの長さは、通例、表４に示すように、高調波数Ｌによって決定する。一般に、下位の周波数ブロックは、上位の周波数ブロックに比較して、サイズが上位ブロック以下であり、概念的に重要度が高い低周波数領域を一層強調することによって、性能を向上させる。次に、別個の離散余弦変換（ＤＣＴ）ユニット６１０によって各ブロックを変換し、ＰＲＢＡおよびＨＯＣベクトル変換ユニット６１５によって、ＤＣＴ係数を８要素ＰＲＢＡベクトル（各ブロックの最初の２つのＤＣＴ係数を用いる）、および４つのＨＯＣベクトル（最初の２つのＤＣＴ係数以外の全てから成るブロック毎に１つ）に分割する。ＰＲＢＡベクトルの形成には、ブロック毎に最初の２つのＤＣＴ係数を用い、次のように変換し構成する。
【００７６】
【数６】
2004310088.tif 000011
【００７７】
ここで、PRBA(n)は、ＰＲＢＡベクトルのｎ番目の要素であり、Blockj(k)はｊ番目のブロックのｋ番目の要素である。
【００７８】
【表４】
2004310088.tif 000012
【００７９】
PRBAベクトルは、８点ＤＣＴを用いて更に処理され、続いて分割ベクトル(split vector)量子化ユニット６２０によって処理され、PRBAビットを生成する。一実現例では、最初のPRBA DCT係数（R0で示す）を無視する。何故なら、これは、利得値が別個に量子化されており、冗長であるからである。あるいは、この最初のPRBA DCT係数は、APCO Project 25 Vocoder Descriptionに記載されているように、利得の代わりに量子化することもできる。次に、９ビットのコードブックを用いて３つの要素［R1〜R3］を量子化する分割ベクトル量子化器を用いて、最後の７つのPRBA DCT係数［R1〜R7］を量子化し、PRBA量子化ビットbPRBA13を生成し、７ビットのコードブックを用いて４つの要素［R4〜R7］を量子化してPRBA量子化ビットbPRBA47を生成する。次いで、これら１６個のPRBA量子化ビット（bPRBA13およびbPRBA47）を量子化器から出力する。PRBAベクトルを量子化するために用いられる典型的な分割ＶＱコードブックを添付資料Ａに示す。
【００８０】
次に、４つの別個のコードブック６２５を用いて、HOC0、HOC1、HOC2およびHOC3で示す４つのHOCベクトルを量子化する。一実施形態では、５ビットのコードブックをHOC0に用いて、HOC0量子化ビットbHOC0を生成し、４ビットのコードブックをHOC1およびHOC2に用いてHOC1量子化ビットbHOC1およびHOC2量子化ビットbHOC2を生成し、３ビットのコードブックをHOC3に用いてHOC3量子化ビットbHOC3を生成する。この実現例においてHOCベクトルを量子化するために用いられる典型的なコードブックを添付資料Ｂに示す。尚、各HOCベクトルの長さを０乃至１５要素の間で変化させることができることを注記しておく。しかしながら、コードブックは、ベクトル当たり最大４要素が得られるように設計されている。HOCベクトルの要素が４つ未満の場合、量子化器は、各コードブック・ベクトルの最初の要素のみを用いる。逆に、HOCベクトルの要素が４つよりも多い場合、最初の４要素のみを用い、HOCベクトルにおける他の全要素を０に設定する。一旦全てのHOCベクトルを量子化したなら、量子化器は１６個のHOC量子化ビット（bHOC0、bHOC1、bHOC2、およびbHOC3）を出力する。
【００８１】
図６に示す実現例では、ベクトル量子化ユニット６２０および／または６２５は、PRBAおよびHOCベクトルを量子化するために用いられるフレーム当たりのビット数を、ある許容可能な範囲のビット数から選択可能にするオプションの制御パラメータを受け入れる。通例、フレーム当たりのビット数は、量子化器が用いるコードブックの１つ以上において、許容可能な量子化ベクトルのサブセットのみを用いることによって、基準値である３２から削減する。例えば、コードブックにおいて偶数のベクトル候補のみを用いる場合、コードブック・インデックスの最後のビットは０であることがわかっており、ビット数を１だけ削減することができる。これを４つ目毎のベクトルに拡張すれば、ビット数を２だけ削減することができる。
【００８２】
デコーダにおいて、コードブック・インデックスを再構成する際、逸失したあらゆるビットの代わりに、該当する数の「０」ビットを添付することによって、量子化されたコードブック・ベクトルを決定できるようにする。この手法は、１つ以上のHOCおよび／またはPRBAコードブックに適用され、表５に示すように、選択したビット数がフレームに得られる。ここで、強度予測残余量子化ビットの数は、通例、フレームにおけるボイス・ビット数からのオフセットとして決定される（即ち、ボイス・ビット数から１７を減算する）。
【００８３】
【表５】
2004310088.tif 000013
【００８４】
図４を参照すると、結合ユニット４３５が、基準周波数またはピッチ・ビットbfund、発声ビットbvuv、利得ビットbgain、ならびにスペクトル・ビットbPRBA13、bPRBA47、bHOC0、bHOC1、bHOC2、およびbHOC3を、量子化ユニット４１０、４２０および４３０から受ける。通例、結合ユニット４３５は、これらの入力ビットに優先順位を付けて、出力ボイス・ビットを生成し、フレームにおける最初のボイス・ビットはビット・エラーに対する感度が高く、フレームにおける後ろのボイス・ビット程ビット・エラーに対する感度が低くなるようにする。この優先順位付けによって、最も敏感なボイス・ビットにＦＥＣを効率的に適用することができ、劣化した通信チャネルにおいてボイス品質およびロバスト性が改善する。このような実現例の１つでは、結合ユニット４３５が出力するフレームにおける最初の１２ボイス・ビットは、４つの上位側基本周波数ビット、続いて、最初の４発声判断ビット、および上位側の４利得ビットから成る。得られたボイス・フレーム・フォーマット（即ち、結合ユニット４３５による優先順位付け後における出力ボイス・ビットの順序付け）を表６に示す。
【００８５】
【表６】
2004310088.tif 000014
【００８６】
再度図２を参照すると、エンコーダはトーン量子化ユニット２１５も含むことができ、トーン量子化ユニット２１５は、エンコーダ入力信号においてあるトーン信号（単一周波数トーン、Knoxトーン、DTMFトーン、および／または呼進展トーン等）が検出された場合、１フレームのトーン・ビット（即ち、トーン・フレーム）を出力する。一実現例では、表７に示すようにトーン・ビットを発生する。ここで、最初の６ビットは全て１であり（１６進値で０ｘ３Ｆ）、デコーダは、ボイス・ビットを収容する他のフレーム（即ち、ボイス・フレーム）からトーン・フレームを一意に識別することが可能となる。この一意の選別(differentiation)が可能なのは、式［１］によって強制されるbfundの値に対する制限のためであり、トーン・フレーム識別子の値（０ｘ３Ｆ）がこれまでにボイス・フレームに用いられていることを禁止しているからであり、更に、トーン・フレーム識別子は、表６に示すように、上位側の４ピッチ・ビットbfundと、フレームの同じ位置で重複するからである。推定トーン振幅ATONEから、以下のようにして、７トーン振幅ビットbTONEAMPを計算する。
【００８７】
【数７】
2004310088.tif 000015
【００８８】
一方、所与のトーン信号を表すために用いられる８ビットのトーン・インデックスbTONEを、添付資料Ｃに示す。通例、トーン・フレームにおいてトーン・インデックスbTONEを７回繰り返し、チャネル・エラーに対するロバスト性を高める。これを表７に示す。ここで、トーン・インデックスは、４９ビットのフレーム内において４回繰り返されている。
【００８９】
【表７】
2004310088.tif 000016
【００９０】
以上、新たな半レートＭＢＥボコーダに関して種々の手法を概ね説明したが、ここに記載した技法は、他のシステムおよび／またはボコーダにも容易に応用することができる。例えば、他のＭＢＥ型ボコーダは、ビット・レートやフレーム・サイズには係わらず、前述の技法の効果を得ることができる。加えて、記載した技法は、別のパラメータ（STC、MELP、MB-HTC、CELP、HVXCまたはその他）を有する異なる音声モデル、あるいは分析、量子化および／または合成に異なる方法を用いる、多くのその他の音声コード化システムにも応用可能である。その他の実現例も、特許請求の範囲に該当するものとする。
【００９１】
【表８−１】
2004310088.tif 000017
【表８−２】
2004310088.tif 000018
【表８−３】
2004310088.tif 000019
【表８−４】
2004310088.tif 000020
【表８−５】
2004310088.tif 000021
【表８−６】
2004310088.tif 000022
【表８−７】
2004310088.tif 000023
【表８−８】
2004310088.tif 000024
【表８−９】
2004310088.tif 000025
【表８−１０】
2004310088.tif 000026
【表８−１１】
2004310088.tif 000027
【表８−１２】
2004310088.tif 000028
【表８−１３】
2004310088.tif 000029
【００９２】
【表９−１】
2004310088.tif 000030
【表９−２】
2004310088.tif 000031
【００９３】
【表１０−１】
2004310088.tif 000032
【表１０−２】
2004310088.tif 000033
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１は、ＭＢＥボコーダの応用のブロック図である。
【図２】図２は、エンコーダおよびデコーダを含む半レートＭＢＥボコーダの一実現例のブロック図である。
【図３】図３は、図２の半レートＭＢＥエンコーダにおいて用いることができるような、ＭＢＥパラメータ推定部のブロック図である。
【図４】図４は、図２の半レートＭＢＥエンコーダにおいて用いることができるようなＭＢＥパラメータ量子化器の一実現例のブロック図である。
【図５】図５は、図２の半レート・エンコーダの半レートＭＢＥ対数スペクトル強度量子化器の一実現例のブロック図である。
【図６】図６は、図２の半レートＭＢＥエンコーダのスペクトル強度予測残余量子化器のブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０５    マイクロフォン
１１０    Ａ／Ｄ変換器
１１５    ＭＢＥエンコーダ
１２０    送信ビット・ストリーム
１２５    受信ビット・ストリーム
１３０    ＭＢＥデコーダ
１３５    Ｄ／Ａ変換器
１４０    スピーカ
２００    ＭＢＥエンコーダ
２０５    パラメータ推定ユニット
２１０    ＭＢＥパラメータ量子化ユニット
２１５    トーン量子化ユニット
２２０    セレクタ・ユニット
２２５    ＦＥＣエンコード・ユニット
２３０    ＭＢＥデコーダ・ユニット
２３５    ＦＥＣデコード・ユニット
２４０    パラメータ再構成ユニット
２４５    音声合成ユニット
３００    ＭＢＥパラメータ推定部
３０５    ハイパス・フィルタ
３１０    ピッチ推定ユニット
３１５    ウィンドウ化およびＦＦＴユニット
３２０    基本周波数推定部
３２５    発声判断発生部
３３０    スペクトル強度発生部
３３５    トーン検出ユニット
３４０    ＭＢＥパラメータ推定
４００    ＭＢＥパラメータ量子化技法
４０５    ＭＢＥパラメータ
４１０    基本周波数量子化ユニット
４１５    周波数マッピング・ユニット
４２０    ５ビット発声帯域重み付けベクトル量子化ユニット
４２５    対数計算ユニット
４３０    スペクトル強度量子化ユニット
４３５    結合ユニット
５００    対数スペクトル強度量子化技法
５０５    平均計算ユニット
５１０    減算ユニット
５１５    利得量子化ユニット
５２０    強度予測残余量子化ユニット
５２５    逆強度予測残余量子化ユニット
５３０    加算ユニット
５３５    フレーム記憶エレメント
５４０    予測強度計算ユニット
５４５    スケーリング・ユニット
５５０    平均再構成ユニット
５５５    対数スペクトル強度再構成技法
５６０    再構成対数スペクトル強度
６００    強度予測残余量子化技法
６０５    ブロック分割部
６１０    離散余弦変換（ＤＣＴ）ユニット
６１５    ＰＲＢＡおよびＨＯＣベクトル変換ユニット
６２０    分割ベクトル量子化ユニット
６２５    コードブック
【図１】
2004310088.tif 000034
【図２】
2004310088.tif 000035
【図３】
2004310088.tif 000036
【図４】
2004310088.tif 000037
【図６】
2004310088.tif 000038
【図５】
2004310088.tif 000039
【外国語明細書】
2004310088000001.pdf