(57)【要約】【課題】ＴＦＯ　のモードからタンデム接続へ移行する際のエンコーダの内部状態の整合性を、そのための処理量の増加を抑えつつ保つこと。【解決手段】ＴＦＯ　モードにおいて送られてくるＰＣＭ　データと圧縮データを多重化したものから、ＰＣＭ　データ／圧縮データ分離部５０においてそれぞれを分離し、セレクタ５４において圧縮データを選択して出力する。それと同時に、タンデム接続へのフォールダウン時にエンコーダの内部状態の整合性を維持する目的で、分離したＰＣＭ　データを符号化機能部５２において符号化し続ける。その際に、エンコーダの処理負荷を軽減するため、分離した符号化データからその一部、例えば雑音符号帳データを抽出して符号化機能部５２へ供給する。【選択図】　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非圧縮音声データと該非圧縮音声データに対応し圧縮符号化により生成された圧縮音声データとを受け取る手段と、
第１の動作モードにおいて、該非圧縮音声データから圧縮音声データを生成するエンコーダと、
第２の動作モードにおいて、受け取った圧縮音声データの一部を該エンコーダに供給することによって、エンコーダに簡略化したエンコード処理を実行させる簡略化エンコード手段と、
第２の動作モードにおいて、受け取った圧縮音声データを出力として選択し、第１の動作モードにおいて、前記エンコーダの出力を出力として選択するセレクタとを具備する音声符号化器。
【請求項２】
前記エンコーダは符号励起線形予測符号化により圧縮音声データを生成し、
前記簡略化エンコード手段は、雑音符号のデータを圧縮音声データの前記一部としてエンコーダに供給する請求項１記載の音声符号化器。
【請求項３】
前記圧縮音声データは前記非圧縮音声データに多重化した多重信号の形で受け取られ、
該多重信号から非圧縮音声データと圧縮音声データを分離する手段をさらに具備する請求項１または２記載の音声符号化器。
【請求項４】
前記圧縮音声データおよび非圧縮音声データをそれぞれバッファリングする手段をさらに具備し、
前記分離の際に前記エンコーダの処理の位相に対する圧縮音声データおよび非圧縮音声データの時間差情報が抽出され、
該時間差情報に基いて、前記バッファリング手段から圧縮音声データおよび非圧縮音声データが取り出される請求項３記載の音声符号化器。
【請求項５】
圧縮音声データとして、再構成された雑音符号のデータがバッファリングされる請求項４記載の音声符号化器。
【請求項６】
非圧縮音声データと該非圧縮音声データに対応し圧縮符号化により生成された圧縮音声データとを受け取り、
第１の動作モードにおいて、該非圧縮音声データから圧縮音声データをエンコーダにおいて生成し、
第２の動作モードにおいて、受け取った圧縮音声データの一部を該エンコーダに供給することによって、エンコーダに簡略化したエンコード処理を実行させ、第２の動作モードにおいて、受け取った圧縮音声データを出力として選択し、第１の動作モードにおいて、前記エンコーダの出力を出力として選択するステップを具備する音声符号化方法。
【請求項７】
前記エンコーダは符号励起線形予測符号化により圧縮音声データを生成し、
第２の動作モードにおいて、雑音符号のデータが圧縮音声データの前記一部としてエンコーダに供給される請求項６記載の音声符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＦＯ　機能を有する音声符号化器および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声の圧縮伝送を行う音声ＣＯＤＥＣ　は、近年電話帯域の音声６４ｋｂｐｓをおおむね４〜８ｋｂｐｓの伝送量に圧縮するまでに至っている。とくに移動体通信においては、電波の有効利用のため、低いビットレートの音声ＣＯＤＥＣ　が利用されてきている。
その音声ＣＯＤＥＣ　においては、圧縮伸張処理に伴う歪の累加により、とくにＣＯＤＥＣ　の縦続運用（以下これをタンデム接続と呼ぶ）における音質劣化が以前より課題となっていた。
【０００３】
音声ＣＯＤＥＣ　は、デジタル１リンク接続と呼ばれる、圧縮符号化データのままエンドトゥエンドを伝送する方式が望ましいとされる。ところがたとえば第２世代の移動体通信システム（欧州ＧＳＭ　や北米ＰＣＳ　、日本のＰＤＣ　方式）での移動機と移動機の接続では、デジタル１リンクでなく、タンデム接続と呼ばれる継続運用が発生してしまっていた。この様子を図１に示す。公衆網１０と移動機１２の接続のために移動交換局（ＭＬＳ　）１４を介す際に音声ＣＯＤＥＣ　処理を行うため、移動機１６との接続でも一度６４ｋｂｐｓのＰＣＭ　コードに変換されてしまう。したがって、移動機と移動機の接続時には、音声ＣＯＤＥＣ　が２つ縦に接続されるタンデム接続となり、音声が劣化することになる。
【０００４】
この問題を解決した手法として、ＵＳ５９９１７１６　に開示される手法や、３ＧＰＰ（３ｒｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ　Ｐｒｏｊｅｃｔ）の技術規格ＴＳ２８．０６２による手法が知られている。この手法は、ＣＯＤＥＣ　の縦続（タンデム）を取り除いた運用形態ということで、Ｔａｎｄｅｍ　Ｆｒｅｅ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ（ＴＦＯ）と呼ばれる。この概要を図２に示す。ＴＣ（Ｔｒａｎｓｃｏｄｅｒ：ＣＯＤＥＣ　）１８，２０間のＧ．７１１ＰＣＭ　データ（このデータは、ＴＣでのローカル復号処理により得る）をビットスチールして、そこへ圧縮音声データをマッピングすることで、ＴＣ（ＣＯＤＥＣ　）自身は再符号化処理（再圧縮処理）を行わず、端末からの圧縮データをそのままスルー処理を行う。これにより移動機移動機間のデジタル１リンクを実現している。図３はＴＣ間の伝送データフォーマットの例を示している。この場合は、ＴＣによるローカル復号処理によって得られるＰＣＭ　データのＭＳＢ　側６ｂｉｔ　はそのままに、ＬＳＢ　側２ｂｉｔ　をビットスチールして、そこに圧縮音声データビットを埋め込むというものである。
【０００５】
上記のＴＦＯ　方式は、ＰＣＭ　データの代わりに圧縮音声データを送るのでなく、双方を多重して送るところに特徴がある。これにより、通話の相手が移動機であっても音声信号をデジタル１リンク接続でエンドトゥエンドで伝送することが可能となる。
【０００６】
ところで、移動体通信においては、端末が移動するにしたがってハンドオーバが発生する。図４に示すように、それまでＴＦＯ　をサポートするＴＣ２２とＴＣ２４の間でＴＦＯ　ができていたのが、たとえば端末２８の移動によりＴＣ２４からＴＦＯ　未サポートのＴＣ２６にハンドオーバが発生すると、ＴＦＯ　を中断せざるをえなくなる。このような場合に備えてＴＦＯ　からタンデム接続へのフォールダウンを許容する仕組み、すなわちＴＣ２６からのＰＣＭ　データを圧縮音声データにエンコードする機能をＴＣ２２にも設け、タンデム接続へのフォールダウンの際には圧縮データのスルー処理からエンコードの処理へ切り換える仕組みが必要になる。この仕組みは、ＴＣ間でエラーが多発した時に受信側のＴＣでエラーの影響の少ないＰＣＭ　データを使うように切り換える際にも必要になる。しかしながら、このタンデム接続へのフォールダウンの際には、以下に述べるような問題が起こる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＣＯＤＥＣ　では、高い圧縮率を得るために、予測機構が必須の技術となっており、統計的性質を用いて、過去に受信した信号から現在の信号を予測し、その予測差分を符号化するという手法をとっている。この予測がうまく動作するための前提として、エンコーダとデコーダの内部状態変数が整合していることという条件がある。実際、エンコード処理中でリセットをかけて、リセットをかけていないデコーダにその圧縮音声データを処理させると、最大振幅の信号を再生してしまう場合があることを確認できる（逆にデコーダだけにリセットをかけてもさほどの影響はうけない。これはデコーダは符号化データのどこからでも再生できるようなロバストネスをもっていることによる）。
【０００８】
図５に示すように、受信側のＴＣ２２では、圧縮音声データをスルーするＴＦＯ　処理中においては、ＴＣ２２のエンコーダは動作していないのでその内部状態が浮いた状態になっている。タンデム接続にフォールダウンした場合、ＴＣ２２はエンコーダとなることになり、先述のような問題を移動機３０にあるデコーダで起こす可能性がある。
【０００９】
この問題を防ぐには、右のＴＣ２６でデコードされた音声を、ＴＣ２２において常にエンコードしつづけることで状態のミスマッチを防ぐ方法が考えられる。また常にでなく、何らかの手段でタンデムフォールダウンをすべきと判断したら、タンデム接続へ切り換える前にエンコーダを動かし始める（ただし符号化データはしばらくの間送信しない）という方法もある。
【００１０】
しかしながら、これらの方法は、エンコーダという重い処理をＴＦＯ　処理中に行なうことになって、ＴＦＯ　の特徴のひとつである、処理量の効率化を無実化してしまう。必要なときだけエンコーダを動かすにしても、最悪ケースを想定すると常に動かしているのと変わらないため、同様に処理量の効率化を無実化する。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ＴＦＯ　機能を有する音声符号化器において、タンデム接続へのフォールダウンに備えて、処理量の増加を抑えつつ内部状態の整合性を保つことのできる音声符号化器および方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、非圧縮音声データと該非圧縮音声データに対応し圧縮符号化により生成された圧縮音声データとを受け取る手段と、第１の動作モードにおいて、該非圧縮音声データから圧縮音声データを生成するエンコーダと、第２の動作モードにおいて、受け取った圧縮音声データの一部を該エンコーダに供給することによって、エンコーダに簡略化したエンコード処理を実行させる簡略化エンコード手段と、第２の動作モードにおいて、受け取った圧縮音声データを出力として選択し、第１の動作モードにおいて、前記エンコーダの出力を出力として選択するセレクタとを具備する音声符号化器が提供される。
【００１３】
前記エンコーダは符号励起線形予測符号化により圧縮音声データを生成し、前記簡略化エンコード手段は、雑音符号のデータを圧縮音声データの前記一部としてエンコーダに供給することが好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図６はＣＥＬＰ（符号励起線形予測）による音声符号化器の構成を示す。周知の如く、ＣＥＬＰなどのベクトル量子化を行なう音声符号化器では、ローカル合成（デコーダ）３２の出力と入力音声ベクトルを加算器３４で加算して両者の誤差を算出し、聴覚重み付けファルタ３６で聴覚重み付けした結果が最小となるように、ローカル合成３２に与えるパラメータを決定し、決定されたパラメータをエンコードの結果とする。デコード側では、これらのパラメータを用いてローカル合成３２と同じ演算を行なうことにより、入力音声に近い音声信号が復元される。
【００１５】
本願発明では、ＴＦＯ（Ｔａｎｄｅｍ　Ｆｒｅｅ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）のモード、すなわち、ＰＣＭ　データと圧縮音声データを多重化した多重信号から分離した圧縮音声データをそのまま転送する動作モードにおいても、多重信号から分離したＰＣＭ　データをエンコーダにおいて圧縮符号化し続けることにより、エンコーダの内部状態を、圧縮音声データを生成したエンコーダの内部状態に近付けてタンデム接続へのフォールダウンに備えるとともに、エンコーダ内で行なわれるローカル合成３２に必要なパラメータの一部として、多重信号から分離した圧縮音声データの一部を用いることにより、エンコーダの負荷を軽減する。
【００１６】
ローカル合成に必要なパラメータには、入力音声の線形予測分析３８により得られるＬＰＣ　合成フィルタ４０のフィルタ係数、有声音を再生する適応符号帳４２に与えるピッチの値、無声音を再生する雑音符号帳４４に与えるインデックス値、およびゲイン要素４６に与える有声音と無声音のゲインが含まれる。これらのうち、どのパラメータを多重信号から分離した圧縮音声信号から与えても良いが、雑音符号帳４４の出力は予測の効かない成分信号であり、そのインデックス値は発見的アルゴリズムで探索する以外になく、一方で状態変数としての記憶値もない。このため、上記のパラメータの中で、もっとも簡便でありかつその効果が大きい。すなわち、雑音符号帳４４のインデックス値を多重信号から分離したものから与える場合には、単にそれに切り換えるだけで良く、そうすることにより、歪み最小化最適探索部４８における、発見的アルゴリズムによるインデックス値の探索の処理が不要となる。
【００１７】
図７は上記に基づく本発明の音声符号化器の一実施形態の構成を示す。
【００１８】
符号化器への入力信号は図３のようなものになっており、対向ＴＣでデコードされたＰＣＭ　データと、対向ＴＣが透過した圧縮符号化データが含まれている。ＰＣＭ　データ／圧縮データ分離部５０は、この２種類の信号を分離する。ＰＣＭ　データのほうは、符号化器が本来持つ符号化機能部５２にて、符号化パラメータに再圧縮符号化される。タンデム接続へのフォールダウン時には、この出力がセレクタ５４において選択されて出力される。
【００１９】
一方、分離された圧縮符号化データはＴＦＯ　時にセレクタ５４において選択されて出力されるが、その一部、例えば雑音符号帳インデックスが符号化データ選択抽出部５６において抽出される。タンデム接続へのフォールダウン時にはこの抽出された符号化データがセレクタ５８において選択されて符号化機能部５２へ供給される。これによって、符号化機能部５２ではＴＦＯ　時には一部の処理、例えばインデックス値の探索の処理は不要となる。
【００２０】
タンデム接続へのフォールダウン時には、インデックス値の探索を含む通常のエンコード処理を行なう。なお、後述するように、ＴＦＯ　時に符号帳インデックスを符号化機能部５２へ与えるのでなく、雑音符号の特徴を表わすデータから雑音符号を再構成して与える場合もある。
【００２１】
図８に示すように、符号化機能部５２における符号化処理動作の位相（処理単位フレーム６０の位相）は多重信号内のＰＣＭ　データ６２の位相や圧縮符号化データフレーム６４の位相と一般に一致しない。
【００２２】
図９に示すようにＰＣＭ　データ中に埋め込まれた圧縮データには、同期パターン６６が付されている。そこで図９に示すようにＣＯＤＥＣ　の処理単位フレームの２倍長からなるＦＩＦＯバッファを用意し、そのデータの中を同期パターンでスキャンすることで、圧縮データフレームが抽出される。このように抽出されたフレームバウンダリとＣＯＤＥＣ　の処理単位フレームの差が時間差情報６８（図８）として抽出される。図８では処理単位フレーム６０の終了時にまだ伝送されていない後のほうの圧縮符号化データは次フレームの処理においいて使用されることになり、それがバッファに蓄積されることになる。同様に、ＰＣＭ　データ側についても時間差情報７０を抽出して位相を合わせる必要があるため、その時間分バッファに蓄積されることになる。
【００２３】
図１０にその構成例を示す。ＰＣＭ　データ／圧縮データ分離部５０において分離されたＰＣＭ　データと圧縮データはそれぞれバッファ７０およびバッファ７２に格納される。バッファリンク制御部７４はそれぞれの時間情報を抽出してバッファ７０，７２への格納および取り出しを制御する。
【００２４】
フレームバウンダリとＣＯＤＥＣ　の処理単位フレームは、一般に一致しないことから、最悪ケースでは、ＣＯＤＥＣ　の処理単位フレーム分の処理遅延が付加されることになる。一方、コーデックは一般に単位処理フレームより小さなサブフレームとよばれる処理単位を持つ。このサブフレームを単位としてバッファリング制御を行なうことにより、処理遅延を小さくすることができる。ここでは、単位処理フレーム２０ｍｓ、サブフレーム長５ｍｓとして図１１を参照して説明する。
【００２５】
これまでに説明したフレーム単位のバッファリング制御においては、処理単位フレームの区切りである時刻ｔ０　の時点で図１１中Ａで示す範囲のデータがバッファに滞留することになるので、遅延量はＡになる。圧縮データフレームは、たとえばＴＳ２８．０６２によれば、こちらもサブフレーム単位に分割されており、ＰＣＭ　データも圧縮データもサブフレーム単位での到着を検知すれば、フレーム全体の位相を合わせなくても、サブフレーム単位で位相を合わせることが出来、ひいては遅延量を減らすことが出来る。図１１で、時刻ｔ０　の時点では第１サブフレームデータは既に受信しているので、これはバッファリングせず、処理にまわすことになる。結果としてＢに示す遅延量に減らすことができる。
【００２６】
さらに、ＣＯＤＥＣ　にはアルゴリズム遅延というものがあり、たとえば第３世代移動体通信での標準コーデックとなっているＡＭＲ　では、５ｍｓである。これは符号化器に先読みバッファとして実装されているものであり、５ｍｓの先読みが可能になるということである。すなわち図１１で、時刻ｔ０　の時点では圧縮データの第２サブフレームは到着していないが、ＰＣＭ　データの第２サブフレームはエンコード処理にまわすことが可能となり、結果として、遅延量はＣまで減らすことができる。
【００２７】
ＣＥＬＰ型のコーデックの１つのＡＣＥＬＰ（代数符号励振線形予測分析）コーデックの場合には、雑音符号帳データとして、図１２に示すように、雑音信号を構成するパルスの位置と正負を表わすデータが伝送されている。そこで、図１３に示すように雑音符号再構成部７６において雑音信号を再構成し、この再構成後のデータをバッファ７８に格納する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＴＦＯ　のモードからタンデム接続へ移行する際のエンコーダの内部状態の整合性を、そのための処理量の増加を抑えつつ保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】音声ＣＯＤＥＣ　のタンデム接続を説明する図である。
【図２】ＴＦＯ　を説明する図である。
【図３】ＴＦＯ　におけるＴＣ間の伝送データフォーマットを示す図である。
【図４】ＴＦＯ　からタンデム接続へのフォールダウンを説明する図である。
【図５】タンデム接続へのフォールダウンの際の問題点を説明する図である。
【図６】ＣＥＬＰによる音声符号化器のブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る音声符号化器のブロック図である。
【図８】ＣＯＤＥＣ　の処理単位フレームと伝送データの時間差を説明する図である。
【図９】時間差情報の抽出を説明する図である。
【図１０】時間差情報の抽出およびそれに基づくバッファリング制御の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】遅延量の短縮を説明する図である。
【図１２】雑音信号の再構成を説明する図である。
【図１３】ＡＣＥＬＰ　型のＣＯＤＥＣ　の場合におけるバッファリングの例を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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