(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側通信装置において、
所定の通信システムに従って第１のエンコーディングフォーマットを有する第１のパケットを送信するためのエンコーダと、
受信側通信装置においてフレームが受信されなかったことを示す所定の通信システムに従ってフォーマットされた第２のパケットを受信するためのデコーダと、
を備え、前記エンコーダは、前記受信側通信装置のデコーダのメモリをリセットするまたは前記受信側通信装置のデコーダのメモリを前記エンコーダのメモリと同期させる第２のエンコーディングフォーマットを有した第３のパケットを送信することにより前記第２のパケットに応答する、送信側通信装置。
【請求項２】
前記第２のパケットは、フレーム消去が受信されたことを示すための消去インジケータビットを備える、請求項１の通信装置。
【請求項３】
前記受信側通信装置のデコーダのメモリをリセットするまたは前記受信側通信装置のデコーダのメモリを前記エンコーダのメモリと同期させる前記第２のエンコーディングフォーマットは、ローメモリ、最小予測エンコーディングスキームを備えた、請求項１の通信装置。
【請求項４】
前記第１のエンコーディングフォーマットは予測に基いたエンコーディングフォーマットである、請求項１の通信装置。
【請求項５】
前記送信側通信装置は所定の無線通信システムにおいて通信するように構成された加入者ユニットである、請求項１の通信装置。
【請求項６】
前記送信側通信装置は、所定の無線通信システムにおいて通信するように構成された基地局である、請求項１の通信装置。
【請求項７】
前記第１のパケットは音声パケットであり、前記第３のパケットは音声パケットである、請求項１の通信装置。
【請求項８】
受信側通信装置において、
第１のエンコーディングフォーマットで第１のパケットを受信し、フレーム消去が受信されたことを検出し、デコーダのメモリをリセットするまたは前記デコーダのメモリを送信側のエンコーダのメモリと同期させる第２のエンコーディングフォーマットを有する第３のパケットを受信するように構成されたデコーダと、
前記第１のパケットに応答して、第２のパケットを送信するエンコーダと、ここにおいて、前記第２のパケットは、前記デコーダのメモリをリセットするまたは前記デコーダのメモリを前記送信側のエンコーダのメモリと同期させる前記第２のエンコーディングフォーマットで前記第３のパケットの受信を要求する、
を備えた受信側通信装置。
【請求項９】
前記第２のパケットはフレーム消去が受信されたことを示す消去インジケータービットを備えた、請求項８の通信装置。
【請求項１０】
前記デコーダのメモリをリセットするまたは前記デコーダのメモリを前記送信側エンコーダのメモリと同期させる前記第２のエンコーディングフォーマットはローメモリエンコーディングスキーム、最小予測エンコーディングスキームを備えた、請求項８の通信装置。
【請求項１１】
前記第１のエンコーディングフォーマットは予測に基いたエンコーディングフォーマットである、請求項８の通信装置。
【請求項１２】
前記受信側通信装置は、無線通信システムの加入者ユニットである、請求項８の通信装置。
【請求項１３】
前記受信側通信装置は、無線通信システムの基地局である、請求項８の通信装置。
【請求項１４】
前記第１のパケットは音声パケットであり、前記第３のパケットは音声パケットである、請求項８の通信装置。
【請求項１５】
コーディング装置からフィードバック出力を供給する方法において、
受信側デコーダにおいて、第１のエンコーディングフォーマットで第１のパケットを受信することと、
フレーム消去が受信されたことを検出することと、
前記受信側デコーダがフレーム消去を受信したというフィードバックを前記受信側デコーダから受信側エンコーダに送信することと、
前記受信側エンコーダから第２のパケットを送信することと、ここにおいて、前記第２のパケットは、前記受信側デコーダのメモリをリセットするまたは前記受信側デコーダのメモリを送信側エンコーダのメモリと同期させる第２のエンコーディングフォーマットで第３のパケットの受信を要求することと、
を備えた方法。
【請求項１６】
前記第２のパケットはフレーム消去が受信されたことを示す消去インジケータービットを備えた、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記受信側デコーダのメモリを送信側のエンコーダのメモリでリセットするまたは前記受信側のデコーダのメモリを前記送信側のエンコーダのメモリと同期させる前記第２のエンコーディングフォーマットはローメモリエンコーディングスキーム、最小予測エンコーディングスキームを備えた、請求項１５の方法。
【請求項１８】
前記第１のエンコーディングフォーマットは予測に基いたエンコーディングフォーマットである、請求項１５の方法。
【請求項１９】
前記受信側は所定の無線通信システムにおいて通信するように構成された加入者ユニットである、請求項１５の方法。
【請求項２０】
前記受信側は、所定の無線通信システムにおいて通信するように構成された基地局である、請求項１５の方法。
【請求項２１】
前記第１のパケットは音声パケットであり、前記第３のパケットは音声パケットである、請求項１５の方法。
【請求項２２】
第１のエンコーディングフォーマットで第１のパケットを受信し、フレーム消去が受信されたことを検出し、デコーダのメモリをリセットするまたは前記デコーダのメモリを送信側のエンコーダのメモリと同期させる第２のエンコーディングフォーマットを有する第３のパケットを受信する手段と、
前記第１のパケットに応答して、第２のパケットを送信するエンコーダと、ここにおいて、前記第２のパケットは、前記デコーダのメモリをリセットするまたは前記デコーダのメモリを前記送信側のエンコーダのメモリと同期させる前記第２のエンコーディングフォーマットで前記第３のパケットの受信を要求する手段と、
を備えた装置。
【請求項２３】
コーディング装置からフィードバック出力を供給するコンピュータプログラムにおいて、前記プログラムは命令を有するコンピュータ読み取り可能記録媒体を具備し、前記命令は、
受信側デコーダに、第１のエンコーディングフォーマットで第１のパケットを受信させるコードと、
フレーム消去が受信されたことを検出するコードと、
前記受信側デコーダに、フレーム消去を受信したというフィードバックを前記受信側デコーダから受信側エンコーダに送信させるコードと、
前記受信側エンコーダに、第２のパケットを送信させるコードと、
を具備し、
前記第２のパケットは、前記受信側デコーダのメモリをリセットするまたは前記受信側デコーダのメモリを送信側エンコーダのメモリと同期させる第２のエンコーディングフォーマットで第３のパケットの受信を要求する、コンピュータ読み取り可能記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音声処理の分野に関し、特に、フレーム抹消条件下で予測音声コーダを改良するためにデコーダから連結されたエンコーダにフィードバックを供給するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル技術による音声の送信は、特に長距離かつデジタル無線電話アプリケーションにおいて広く知られている。これは、次に、再構成された音声の知覚品質を維持しながら、チャネルを介して送られる最小量の情報を決定する際の興味を起こさせた。音声が単にサンプリングされ、二値化されるなら、通常のアナログ電話の音声品質を得るのに６４キロビット／秒（ｋｂｐｓ）のオーダーのデータレートが必要である。しかしながら、音声解析、そしてこれに続く適切な符号化、送信、および受信機における再合成を利用することにより、データレートの著しい減少を得ることができる。
【０００３】
音声を圧縮するための装置は、電気通信の多くの分野において使用を見出す。一例としての分野は無線通信である。無線通信の分野は多くのアプリケーションを有し、例えば、コードレス電話、ページング、無線自局ループ、セルラおよびＰＣＳ電話システムのような無線電話法、モバイルインターネットプロトコル（ＩＰ）電話法および衛星通信システムを含む。特に重要なアプリケーションは、モバイル加入者のための無線電話法である。
【０００４】
例えば、周波数分割多元接続、時分割多重アクセス、および符号分割多重アクセスを含む無線通信システムのために種々の空中インターフェースが開発されてきた。それに関連して、種々の国内および国際規格が制定されてきた。この中には、例えばアドバンストモバイルフォーンサービス（ＡＭＰＳ）、モバイル通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）および暫定的な規格９５（ＩＳ−９５）を含む。例示的な無線電話法通信システムは符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムである。ＩＳ−９５規格およびその派生物である、ＩＳ−９５Ａ、ＡＮＳＩ  Ｊ−ＳＴＤ−００８、提案された第三世代規格ＩＳ−９５ＣおよびＩＳ−２０００等（ここでは集合的にＩＳ−９５と呼ぶ）が、セルラまたはＰＣＳ電話法通信システムのためにＣＤＭＡ空中インターフェースの使用を指定するために電気通信産業連合会（ＴＩＡ）および他の良く知られた他の規格団体により普及される。ＩＳ−９５規格の使用に従って実質的に構成される例示無線通信システムはこの発明の譲受人に譲渡され参照することによりそのすべてが組み込まれる米国特許第５，１０３，４５９号および第４，９０１，３０７号に記載される。
【０００５】
人間の音声発生のモデルに関連するパラメータを抽出することにより音声を圧縮するための技術を採用する装置は音声コーダと呼ばれる。音声コーダは入力音声信号を時間のブロック、すなわち解析フレームに分割する。音声コーダは一般的にエンコーダとデコーダから構成される。エンコーダは入力音声フレームを解析してある関連するパラメータを抽出し、そのパラメータをバイナリ表現、すなわちビット群またはバイナリデータパケットに量子化する。データパケットは通信チャネルを介して受信機およびデコーダに送信される。デコーダはデータパケットを処理し、非量子化してパラメータを生成し、非量子化されたパラメータを用いて音声フレームを再合成する。
【０００６】
音声コーダの機能は二値化された音声信号を、音声に固有な自然の冗長性をすべて除去することにより低ビットレート信号に圧縮する。デジタル圧縮は入力音声フレームをパラメータ群で表し、量子化を用いてそのパラメータをビット群で表すことにより得られる。入力音声フレームがＮｉのビット数を有し、音声コーダにより生成されたデータパケットＮｏのビット数を有する場合、音声コーダにより得られる圧縮係数はＣｚ＝Ｎｉ／Ｎｏである。難問は目的の圧縮係数を得ながらデコードされた音声の高音声品質を維持することである。音声コーダの性能は、（１）音声モデル、すなわち上述した解析および合成処理がどのようにうまく実行するか、および（２）パラメータ量子化プロセスがＮｏビット／フレームという目的のビットレートで実行されるかに依存する。従って、音声モデルの目的は各フレーム毎に少数のパラメータ群で音声信号のエッセンス、すなわち目標とする音声品質を取得することである。
【０００７】
恐らく、音声コーダの設計における最も重要なことは、その音声信号を描写する良好なパラメータ群（ベクトルを含む）を探すことである。良好なパラメータ群は、知覚的に正確な音声信号の再構成のための低システム帯域を必要とする。ピッチ、信号電力、スペクトルエンベロープ（ホルマント）、振幅および位相スペクトルは音声コーディングパラメータの例である。
【０００８】
音声コーダは、時間領域音声コーダとして実現可能であり、一度に小さな音声セグメント（一般に５ミリ秒（ｍｓ）サブフレーム）を符号化するために高時間分解能処理を採用することにより、時間領域音声波形を取得するように試みる。各サブフレームごとに、コードブック空間からの高精度の代表が、この分野において知られる種々の探索アルゴリズムにより発見される。あるいは、音声コーダは周波数領域コーダとして実現可能であり、パラメータ（解析）群を用いて入力音声フレームの短期間の音声スペクトルを取得しようと試み、対応する合成処理を用いてスペクトルパラメータから音声波形を再生成する。パラメータ量子化器は、Ａ．Ｇｅｒｓｈｏ＆Ｒ．Ｍ．Ｇｒａｙ著「ベクトル量子化および信号圧縮」（１９９２）に記載された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示を用いてそれらを表すことによりパラメータを保存する。
【０００９】
良く知られた時間領域音声コーダは、Ｌ．Ｂ．Ｒａｂｉｎｅｒ＆Ｒ．Ｗ．Ｓｃｈａｆｅｒ著「音声信号のデジタル処理」３９６−４５３（１９７８）に記載されたコード励振リニア予測（ＣＥＬＰ）コーダであり、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。ＣＥＬＰコーダにおいて、音声信号内の短期間の相関関係あるいは冗長性は、短期間のホルマントフィルタの係数を見つけるリニア予測解析（ＬＰ）により除去される。短期間の予測フィルタを入力音声フレームに印加するとＬＰ剰余信号が発生される。この信号はさらに長期間予測フィルタパラメータおよびそれに続く確率論的なコードブックを用いてモデル化され量子化される。従って、ＣＥＬＰコーディングは時間領域音声波形を符号化する仕事を２つの仕事に分割する。その１つはＬＰ短期間フィルタ係数の符号化であり、もうひとつはＬＰ剰余の符号化である。時間領域コーディングは固定レート（すなわち、各フレームに対して同じビット数Ｎｏを用いる）または可変レート（異なる種類のフレームコンテンツに対して異なるビットレートが用いられる）で実行可能である。可変レートコーダは、目標の品質を得るのに適したレベルにコーデックパラメータを符号化するために必要なビット量のみを使用することを試みる。例示的な可変レートＣＥＬＰコーダは、この発明の譲受人に譲渡され、参照することにより本明細書に全て組み込まれる米国特許第５，４１４，７９６に記載される。
【００１０】
ＣＥＬＰコーダのような時間領域コーダは、時間領域音声波形の精度を保存するためにフレームあたり高ビット数Ｎｏに依存する。そのようなコーダは一般に、フレームあたりのビット数Ｎｏが比較的大きい（例えば８ｋｂｐｓ以上）ことを条件として素晴らしい音声品質を供給する。しかしながら、低ビットレート（４Ｋｂｐｓ以下）において、時間領域コーダは利用可能なビット数が制限されることにより高品質および堅固な性能を維持することができない。低ビットレートにおいて、制限されたコードブックスペースは、レートの高い商業的アプリケーションに首尾よく普及している一般的な時間領域コーダの波形マッチング能力を制限する。それゆえ、時間に対する改良にもかかわらず、一般にノイズとして特長づけられる知覚的に意味のある歪みの影響を受ける。中間のビットレート乃至低ビットレート（すなわち２．４乃至４ｋｂｐｓ以下のレンジで）で動作する高品質の音声コーダの研究の関心の急激な高まりおよび音声コーダを開発するための強い商業的必要性が現在ある。応用領域は、無線電話、衛生通信、インターネット電話、種々のマルチメディアおよび音声ストリーミングアプリケーション、音声メールおよび他の音声記憶システムを含む。原動力はパケット損失状況下において堅固な性能のための高い適応能力と要望の必要性である。種々の最近の音声コーディング規格化努力は低レート音声コーディングアルゴリズムの研究および開発を推進させるもう一つの直接的な原動力である。低レート音声コーダは許容可能なアプリケーション帯域ごとにより多くのチャネルまたはユーザを作り、適切なチャネルコーディングのさらなるレイヤに接続された低レート音声コーダはコーダの仕様の全体のビット割当てに適合することができ、チャネルエラー条件下で堅固な性能を供給することができる。
【００１１】
一般的な低乃至中ビットレートの予測音声コーダは質の悪いチャネル条件下では、性能が落ちる傾向があり、フレームの抹消を生じる。フレーム抹消に続いて受信したフレーム（すなわち、送信時に喪失したフレームであって、それゆえ受信されなかったフレーム）は不良の従前の情報に基づいて合成され、デコーダは相関するエンコーダとの共時性を喪失するであろうことを決定する。それゆえ、合成されたフレームは劣化し、音声品質は影響を受ける。それゆえ、質の悪いチャネル条件下で音声コーダの性能を改良することが望ましい。従ってフレーム抹消条件下で性能を改良するためのフィードバック機構を使用する音声コーダの必要性がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明はフレーム抹消条件下で性能を改良するためのフィードバック機構を使用する音声コーダに向けられる。従って、この発明の第１の観点において、音声コーディングシステムは便宜的に第１のエンコーダと第１のデコーダを含む第１の音声コーダと、第２のエンコーダと第２のデコーダを含む第２音声コーダを含み、第１のエンコーダは、音声フレームのパケットを符号化して、そのパケットを通信チャネルを介して第２デコーダに送信し、第２デコーダはパケットを受信して復号し、送信されたフレームが第２デコータにより受信されない場合には、第２エンコーダに信号を送信するように構成され、第２エンコーダは、第２デコーダからの信号に応答してパケットを符号化し変形するように構成され、第１デコーダはパケットを受信して復号し、第２エンコーダから変形されたパケットを受信すると第１エンコーダに信号を送信するように構成され、第１エンコーダはさらに第１デコーダからの信号に応答して変形された符号化フォーマットを用いてパケットを符号化するように構成されている。
【００１３】
この発明の他の観点において、第１音声コーダ内の第１デコーダから第２音声コーダ内の第１エンコーダにフィードバックを供給する方法は便宜的に、第１のエンコーダにより送信されたフレームを第１のデコーダが受信できない場合、第１音声コーダ内の第２エンコーダに通知するステップと、その通知に応答して第２のエンコーダから第２のデコーダに変形されたパケットを送信するステップと、第２のデコーダが第２のエンコーダから変形されたパケットを受信すると第１のエンコーダに通知するステップと、および変形された符号化フォーマットで第１のエンコーダにおいてパケットを符号化するステップとを含む。
【００１４】
この発明のさらなる他の観点において、第１および第２の音声コーダを含み、第１の音声コーダは第１のエンコーダと第２のデコーダを含み、第２の音声コーダは第２のエンコーダと第２のデコーダを含む、音声コーディングシステムのフィードバック機構は、第２のデコーダが第１のエンコーダにより送信されたフレームを受信できない場合に第２のエンコーダに通知する手段と、その通知に応答して第２のエンコーダから第１のデコーダに変形されたパケットを送信する手段と、変形された符号化フォーマットを用いて第１エンコーダにおいてパケットを符号化する手段とを便宜的に含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に記載する例示実施形態はＣＤＭＡ放送インターフェースを採用するように構成された無線電話通信システムに存在する。しかしながら、当業者には、この発明の特徴を具現化するサブサンプリングおよび装置は、当業者に知られている広範囲の技術を採用した種々の通信システムのいずれかに存在可能であることが理解されるであろう。
【００１６】
図１に示すように、ＣＤＭＡ無線電話システムは一般に複数のモバイル加入者装置１０、複数の基地局１２、基地局コントローラ（ＢＳＣ）１４およびモバイル交換センタ（ＭＳＣ）１６を含む。ＭＳＣ１６は公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）１８とインタフェースするように構成される。ＭＳＣ１６はまたＢＳＣ１４とインタフェースするように構成される。ＢＳＣ１４は迂回中継線を介して基地局１２に接続される。迂回中継線は、例えばＥ１／Ｔ１、ＡＴＭ、ＩＰ、ＰＰＰ、フレームリレイ、ＨＤＳＬ、ＡＤＳＬあるいはｘＤＳＬを含むいくつか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可能である。２以上のＢＳＣ１４がシステム内にあり得ることが理解される。各基地局１２は便宜的に少なくとも１つのセクタ（図示せず）を含む。各セクタは全方向性アンテナまたは基地局１２から放射状に特定の方向に指向するアンテナから構成される。あるいは、各セクタはダイバーシチ受信のための２つのアンテナから構成するようにしてもよい。各基地局１２は複数の周波数割当てを支持するように便宜的に設計してもよい。セクタと周波数割当ての共通部分は、ＣＤＭＡチャネルと呼ぶ場合もある。基地局１２はまた基地局トランシーバーサブシステム（ＢＴＳ）１２としても知られている。あるいは「基地局」は、ＢＳＣ１４および１つ以上のＢＴＳ１２に集合的に参照するために産業界において使用する場合もある。ＢＴＳ１２はまた「セルサイト」１２を意味する場合もある。あるいは所定のＢＴＳ１２の個々のセクタをセルサイトと呼ぶ場合もある。移動加入者装置１０は一般的にはセルラまたはＰＣＳ電話１０である。このシステムはＩＳ−９５規格に従って使用されるように便宜的に構成される。
【００１７】
セルラ電話システムの一般的な動作において、基地局１２は移動装置群１０から逆方向リンク信号群を受信する。移動装置１０は電話呼または他の通信を行なっている。所定の基地局１２により受信された各逆方向リンク信号はその基地局内で処理される。その結果得られたデータはＢＳＣ１４に送られる。ＢＳＣ１４は基地局１２間のソフトハンドオフの統合を含む呼資源割当ておよび移動性管理機能を提供する。ＢＳＣ１４はまた受信したデータをＭＳＣ１６に送り、ＭＳＣ１６はＰＳＴＮ１９とのインタフェースのためのさらなる経路指示サービスを提供する。同様に、ＰＳＴＮ１８はＭＳＣ１６とインターフェースし、ＭＳＣ１６はＢＳＣ１４とインターフェースし、ＢＳＣ１４は次に、順方向リンク信号群を移動装置１０に送信するために基地局１２を制御する。
【００１８】
図２において、第１のエンコーダ１００は２値化された音声サンプルを受信し、送信媒体１０２あるいは通信チャネル１０２を介して第１のデコーダ１０４に送信するためのサンプルを符号化する。デコーダ１０４は符号化された音声サンプルを復号し、出力音声信号ＳＳＹＮＴＨ（ｎ）を合成する。反対方向に送信するために、第２エンコーダ１０６は２値化された音声サンプルｓ（ｎ）を符号化し、符号化された音声サンプルは、通信チャネル１０８上に送信される。第２デコーダ１１０は符号化された音声サンプルを受信して復号し、合成された出力音声信号ＳＳＹＮＴＨ（ｎ）を発生する。
【００１９】
音声サンプルｓ（ｎ）は例えばパルスコード変調（ＰＣＭ）、コンパンデッドμ法（companded μlaw）あるいはＡ法（A-law）を含む公知の種々の方法のいずれかに従って２値化され量子化された音声信号を表す。この分野において知られているように、音声サンプルｓ（ｎ）は入力データのフレームに組織化され、各フレームは所定数の２値化された音声サンプルｓ（ｎ）から構成される。例示実施形態において、８ｋＨｚのサンプリングレートが使用され、各２０ｍｓフレームは１６０サンプルから構成される。以下に述べる実施形態において、データ送信のレートは便宜的にフレームごとに13.2 kbps（フルレート）乃至6.2 kbps（１／２レート）乃至2.6 kbps（１／４レート）乃至1 kbps（１／８レート）に変更可能である。データ送信レートを変えることは、音声情報が相対的に少ないフレームに対してより低いビットレートを選択的に採用することができるので有利である。当業者に理解されるように、他のサンプリングレート、フレームサイズ、およびデータ送信レートを使用するようにしてもよい。
【００２０】
第１のエンコーダ１００および第２のデコーダ１１０は一緒になって第１の音声コーダ、あるいは音声コーデックを構成する。音声コーダは、図１を参照して上述したように、例えば加入者装置、ＢＴＳあるいはＢＳＣを含む音声信号を送信するためのいかなる通信装置にも使用することができる。同様に第２のエンコーダ１０６と第１のデコーダ１０４は一緒になって第２の音声コーダを構成する。音声コーダは、デジタルシグナルプロセッサ（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、ファームウエアあるいは一般的なプログラマブルソフトウエアモジュールおよびマイクロプロセッサにより構成可能であることは当業者に理解される。ソフトウエアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、レジスタあるいはこの分野において知られている他のいかなる形態の書き込み可能記憶媒体に常駐することができる。あるいはマイクロプロセッサの代わりに、一般的なプロセッサ、コントローラ、ステートマシンを使用することができる。音声コーディングのために特に設計されたＡＳＩＣの例は、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりそのすべてが本明細書に組み込まれる、１９９４年２月１６日に出願された米国出願番号第０８／１９７，４１７（発明の名称：「ボコーダＡＳＩＣ」）に記載されている。
【００２１】
図３において、音声コーダに使用可能なエンコーダ２００は、モード決定モジュール２０２、ピッチ推定モジュール２０４、ＬＰ解析モジュール２０６、ＬＰ解析フィルタ２０８、ＬＰ量子
化モジュール２１０および剰余量子化モジュール２１２を含む。入力音声フレームはモード決定モジュール２０２、ピッチ推定モジュール２０４、ＬＰ解析モジュール２０６およびＬＰ解析フィルタ２０８に供給される。モード決定モジュール２０２は、他にも特徴はあるが、各入力音声フレームｓ（ｎ）の周期性、エネルギ、信号対雑音比（ＳＮＲ）、零交差レートに基づいてモードインデックスＩＭおよびモードＭを出力する。周期性によって音声フレームを分類する種々の方法は、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりそのすべてが本明細書に組み込まれる米国特許第５，９１１，１２８に記載されている。そのような方法はまた、電気通信産業協会工業暫定規格ＴＩＡ／ＥＩＡ  ＩＳ−１２７およびＴＩＡ／ＥＩＡ  ＩＳ−７３３にも組み込まれる。例示的モード決定機構はまたこの発明の譲受人に譲渡され、参照することによりそのすべてが本明細書に組み込まれる、１９９８年１２月２１日に出願された出願番号第０９／２１７，３４１（発明の名称：「可変レート音声コーディング」）に記載されている。
【００２２】
ピッチ推定モジュール２０４は、各入力音声フレームｓ（ｎ）に基づいてピッチインデックスＩｐおよび遅延値Ｐ０を出力する。ＬＰ解析モジュール２０６は各入力音声フレームに線形予測解析を行いＬＰパラメータａを発生する。ＬＰパラメータａはＬＰ量子化モジュール２１０に供給される。ＬＰ量子化モジュール２１０はさらにモードＭを受信し、それによりモードに依存する態様で量子化処理を行う。ＬＰ量子化モジュール２１０はＬＰインデックスＩＬＰおよび量子化ＬＰパラメータａを出力する。ＬＰ解析フィルタ２０８は、入力音声フレームｓ（ｎ）に加えて量子化ＬＰパラメータａ＾を受信する。ＬＰ解析フィルタ２０８はＬＰ剰余信号Ｒ［ｎ］を発生する。ＬＰ剰余信号Ｒ［ｎ］は、入力音声フレーム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音声との間の誤差を表す。ＬＰ剰余Ｒ［ｎ］、モードＭおよび量子化ＬＰパラメータａ＾は剰余量子化モジュール２１２に供給される。これらの値に基づいて、剰余量子化モジュール２１２は剰余インデックスＩＲおよび量子化剰余信号Ｒ＾［ｎ］を出力する。
【００２３】
図４において、音声コーダに使用可能なデコーダ３００はＬＰパラメータデコーディングモジュール３０２、剰余デコーディングモジュール３０４、モードデコーディングモジュール３０６、およびＬＰ合成フィルタ３０８を含む。モードデコーディングモジュール３０６はモードインデックスＩＭを受信して復号しそこからモードＭを発生する。ＬＰパラメータデコーディングモジュール３０２はモードＭおよびＬＰインデックスＩＬＰを受信する。ＬＰパラメータデコーディングモジュール３０２は、受信した値をデコードし、量子化されたＬＰパラメータａ＾を生成する。剰余デコーディングモジュール３０４は剰余インデックス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。剰余デコーディングモジュール３０４は受信した値をデコードし、量子化された剰余信号Ｒ＾［ｎ］を発生する。量子化された剰余信号Ｒ＾［ｎ］および量子化されたＬＰパラメータａ＾はＬＰ合成フィルタ３０８に供給され、ＬＰ合成フィルタ３０８はそこからデコードされた出力音声信号ｓ＾［ｎ］を合成する。
【００２４】
図３のエンコーダ２００および図４のデコーダ３００の種々のモジュールの動作および実装は、この分野において公知であり、上述した米国特許第５，４１４，７９６号およびL.B. Rabiner & R.W.Schafer著「音声信号のデジタル処理」３９６−４５３（１９７８）に記載されている。
【００２５】
図５のフローチャートに示されるように、一実施形態に従う音声コーダは送信のための音声サンプルを処理するステップ群に従う。ステップ４００において、音声コーダは連続するフレームにおいて音声信号のデジタルサンプルを受信する。所定のフレームを受信すると、音声コーダはステップ４０２に進む。ステップ４０２において、音声コーダは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音声活動の尺度である。音声検出は、２値化された音声サンプルの振幅の二乗を加算し、その結果得られたエネルギーをしきい値と比較することにより行われる。一実施形態において、しきい値は、背景ノイズの変化するレベルに基づいて適合する。例示的可変しきい値音声活動検出器は上述した米国特許第５，４１４，７９６号に記載されている。いくつかの無声の音声サウンドは、誤って背景ノイズとして符号化されるかも知れない極めて低エネルギーのサンプルであり得る。これが生じないようにするために、上述した米国特許第５，４１４，７９６に記載されているように、無声の音声を背景ノイズ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チルトを使用することができる。
【００２６】
フレームのエネルギーを検出した後、音声コーダはステップ４０４に進む。ステップ４０４において、音声コーダは、検出されたフレームエネルギーが、フレームを音声情報を含むものとして分類するのに十分であるか否かを決定する。検出されたフレームエネルギーが所定のしきい値レベル未満であれば、音声コーダはステップ４０６に進む。ステップ４０６において、音声コーダはフレームを背景ノイズ（すなわち、非音声または沈黙）として符号化する。一実施形態において、背景ノイズフレームは１／８レートすなわち１ｋｂｐｓで符号化される。ステップ４０４において、検出されたフレームエネルギーが所定のしきい値レベル以上であれば、フレームは音声として分類され、音声コーダはステップ４０８に進む。
【００２７】
ステップ４０８において、音声コーダはフレームが無声の音声か否かを決定する。すなわち音声コーダは、フレームの周期性を調べる。周期性決定の種々の公知の方法は例えば零交差(zero crossing)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に零交差およびＮＡＣＦを用いることは、上述した米国特許第５，９１１，１２８号および米国出願番号第０９／２１７，３４１に記載されている。さらに、有声音声と無声音声とを区別するために使用される上述の方法は電気通信産業協会暫定規格ＴＩＡ／ＥＩＡ  ＩＳ−１２７およびＴＩＡ／ＥＩＡＩＳ−７３３に組み込まれる。ステップ４０８において、フレームが無声音声と決定された場合、音声コーダはステップ４１０に進む。ステップ４１０において、音声コーダはフレームを無声音声として符号化する。一実施形態において、無声音声フレームは１／４レート、すなわち２．６ｋｂｐｓで符号化される。ステップ４０８において、フレームが無声音声であると決定されない場合には、音声コーダはステップ４１２に進む。
【００２８】
ステップ４１２において、音声コーダは、例えば上述した米国特許第５，９１１，１２８号に記載されるように公知技術である周期性検出方法を用いて、フレームが遷移音声か否かを決定する。フレームが遷移音声と決定された場合、音声コーダはステップ４１４に進む。ステップ４１４において、フレームは遷移音声（すなわち無声音声から有声音声への遷移）として符号化される。一実施形態において、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりそのべてが本明細書に組み込まれる、１９９９年５月７日に出願された米国出願番号第０９／３０７，２９４（発明の名称：「遷移音声フレームのマルチパルス補間コーディング」）に記載されたマルチパルス補間コーディング方法に従って遷移音声フレームが符号化される。他の実施形態において、遷移音声フレームはフルレート、すなわち１３．２ｋｂｐｓで符号化される。
【００２９】
ステップ４１２において、フレームは遷移音声ではないと音声コーダが決定すると、音声コーダはステップ４１６に進む。ステップ４１６において、音声コーダはフレームを有声音声として符号化する。一実施形態において、有声音声フレームは１／２レート、すなわち６．２ｋｂｐｓで符号化可能である。有声音声フレームをフルレート、すなわち１３．２ｋｂｐｓ（または８ｋ  ＣＥＬＰコーダにおいてはフルレート、８ｋｂｐｓ）で符号化することも可能である。しかしながら、当業者には、１／２レートで有声フレームをコーディングすると、有声フレームの定常状態の性質を利用することにより価値ある帯域をコーダが節約可能にすることが理解されるであろう。さらに、有声音声を符号化するのに使用されるレートに係わらず、有声音声は便宜的に過去のフレームからの情報を用いて符号化され、それゆえ予測的に符号化されると言われる。
【００３０】
当業者は、図５に示すステップに従うことにより、音声信号または対応するＬＰ剰余が符号化可能である。ノイズ、無声、遷移および有声音声の波形特性図６（ａ）のグラフにおける時間の関数として見ることができる。ノイズ、無声、遷移、および有声ＬＰ剰余の波形特性は図６（ｂ）のグラフにおける時間の関数として見ることができる。
【００３１】
一実施形態において、音声コーディングシステム５００は、受信機のデコーダから受信機のエンコーダへ、受信機のエンコーダから送信機のデコーダへ、および送信機のデコーダから送信機のエンコーダへフィードバックループを供給するように構成される。受信機のデコーダから送信機のエンコーダへのフィードバックループは、以下に述べるように、不良なフレームメモリの伝播を回避することによりフレーム抹消条件下で性能を改善するように音声コーディングシステム５００を便宜的に可能にする。
【００３２】
音声コーディングシステム５００は第１および第２の音声コーダ５０２、５０４を含む。説明の目的のためにだけ、第１音声コーダは送信機音声コーダとして表され、第２の音声コーダ５０４は受信機音声コーダとして表される。第１の音声コーダ５０２はエンコーダ５０６およびデコータ５０８を含む。第２音声コーダ５０４はエンコーダ５１０およびデコータ５１２を含む。音声コーダ５０２，５０４のいずれかが便宜的にＤＳＰの一部として実現可能であり、例えばＰＣＳまたはセルラ電話システム内の加入者装置または基地局、あるいは衛星システムの加入者装置またはゲートウエイに常駐することができる。
【００３３】
エンコーダ５０６は通信チャネルにパケットを送信する。デコーダ５１２はパケットを受信する。（例えば、質の劣化したまたはノイズの多いチャネル条件により）送信中にフレームが消失した場合、デコーダ５１２はフレームの抹消を受信したことを示す信号をエンコーダ５１０に送信する。次に、エンコーダ５１０は送信される次のパケットにおいて、抹消インジケータビット（ＥＩＢ）を表す特定ビットの値を１に設定する。次に、エンコーダ５１０はパケットを送信する。このパケットはデコーダ５０８により受信される。デコーダ５０８は、１に設定されたＥＩＢを有するパケットが受信されたことを示す信号をエンコーダ５０６に送信する。デコーダ５０８からの信号を受信すると、エンコーダ５０６は次のパケットとして、低メモリ符号化されたパケットとして送信する。特定の実施形態において、エンコーダ５０６は、次のパケットとしてメモリ無し符号化されたパケットを送信する。
【００３４】
音声コーディングシステム５００は以下の理由により有益である。一般に大容量のメモリが予測音声コーダに使用される。従って各フレーム（特定の実施形態において、各フレームは２０ｍｓ長である）は、符号化されるとき過去の符号化されたフレームからの情報を使用する。これは、フレーム抹消条件の下で音声コーダの性能に影響を及ぼす。例えばフレーム（または複数のフレーム）が抹消された場合、その抹消に続くフレームは予測ベース音声コーダ（これは現在のフレームを予測するために過去のフレームからの情報を使用する）の品質に影響を及ぼす。これは特に、重大な予測がある低ビットレート音声コーダに対して真である。しかしながら、上述した実施形態に従って、受信機側の音声コーダ５１２が抹消されたフレームを受信すると、デコーダ５１２は、デコーダ５１２が抹消に遭遇したことを示すフィードバックを送信機側音声エンコーダ５０６に送信し、受信機側のデコーダ５１２の出力とメモリを送信機側音声エンコーダ５０６の出力とメモリと再同期化するように、低メモリ（最小予測）符号化あるいはメモリ無し（非予測）符号化を要求する。従って、上述したように、受信機側音声デコーダ５１２は受信機側音声エンコーダ５１０に、次のパケットとともにＥＩＢを送るように通知する。従って、送信機側音声エンコーダ５０６は低メモリ（最小予測）符号化またはメモリ無し（非予測）符号化を行い、対応するパケットを受信機側音声デコーダ５１２に送信する。次に、受信機側音声デコーダ５１２は低メモリまたはメモリ無しパケットを復号し、復号されたパケットを用いてそのメモリを送信機側エンコーダ５０６のメモリにリセットまたは再同期化する。低メモリまたはメモリ無し符号化パケットを受信する前に受信機側の音声デコーダ５１２が待たなければならない最大時間は１フレーム期間（なぜなら受信機側のエンコーダ５１０はすでにパケットの作成をすでに開始したかもしれないからである）プラス他のフレーム期間（なぜなら送信機側エンコーダ５０６はＥＩＢを受信するとパケットの作成をすでに開始したかもしれないからである）プラス一方向の送信遅延時間である。
【００３５】
以上、フレーム抹消条件下で予測音声コーダの性能を改善するためにデコーダからエンコーダへのフィードバックを供給するための新規な方法および装置について説明した。当業者には、種々の図示論理ブロックおよびここに開示された実施形態に関連して記載されたアルゴリズムステップは、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、例えばレジスタおよびＦＩＦＯのようなディスクリートハードウエアコンポーネント、ファームウエア命令群を実行するプロセッサあるいは一般的なプログラマブルソフトウエアモジュールおよびプロセッサを用いて実現または実行可能であることが理解されるであろう。プロセッサは便宜的にはマイクロプロセッサであるが、他の形態においては、プロセッサは、一般的なプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。ソフトウエアモジュールはＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、レジスタあるいは従来より知られている他の形態の書き込み可能な記憶媒体に常駐可能である。さらに、当業者には、上述した記載で参照されたデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボルおよびチップは便宜的に電圧、電流、電磁波、磁界または粒子、光学フィールドまたは粒子あるいはそれらの組合せによって表されることが理解される。
【００３６】
以上本発明の好適実施形態について図示および記載した。しかしながら、当業者には、本発明の精神と範囲を逸脱することなくここに開示した実施形態に対する種々の変形例が可能であることが理解される。それゆえ、本発明は以下のクレームを除いて限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  無線電話システムのブロック図である。
【図２】  音声コーダにより両端が終端された通信チャネルのブロック図である。
【図３】  エンコーダのブロック図である。
【図４】  デコーダのブロック図である。
【図５】  音声コーディング決定処理を示すフローチャートである。
【図６】  図６（ａ）は音声信号振幅対時間のグラフであり、図６（ｂ）は線形予測剰余振幅対時間のグラフである。
【図７】  受信機のデコーダから受信機のエンコーダ、受信機のエンコーダから送信機のデコーダ、および送信機のデコーダから送信機のエンコーダへのフィードバックループを使用する音声コーディングシステムのブロック図である。
【符号の説明】
１０・・・モバイル加入者装置
１２・・・基地局
１４・・・基地局コントローラ
１６・・・モバイル交換センタ
１８・・・公衆電話交換網
１９・・・ＰＳＴＮ
１００・・・第１エンコーダ
１０２・・・送信媒体
１０４・・・第１デコーダ
１０６・・・第２エンコーダ
１０８・・・通信チャネル
１１０・・・第２デコーダ
２００・・・エンコーダ
２０２・・・モード決定モジュール
２０４・・・ピッチ推定モジュール
２０６・・・ＬＰ解析モジュール
２０８・・・ＬＰ解析フィルタ
２１０・・・ＬＰ量子化モジュール
２１２・・・剰余量子化モジュール
３００・・・デコーダ
３０２・・・ＬＰパラメータでコーディングモジュール
３０４・・・剰余コーディングモジュール
３０６・・・モードコーディングモジュール
３０８・・・ＬＰ合成フィルタ
５００・・・音声コーディングシステム
５０２、５０４・・・音声コーダ
５０６、５１０・・・エンコーダ
５０８、５１２・・・デコーダ
【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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