(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号ブロックごとに、予め決定されている、信号ブロックとは独立のコードブック識別子のシーケンスから、対応する励起コードブック識別子を選択し、前記選択されたコードブック識別子を有するコードブックを使用して、各信号ブロックを符号化／復号する、マルチコードブック、固定ビットレートＣＥＬＰ信号ブロック符号化／復号方法。
【請求項２】
コードブックの組を複数準備し、信号ブロックごとに、既に決定されている他の信号ブロック特性パラメータの値に基づいて、対応するコードブックの組を決定し、信号ブロックごとに、予め決定されている、信号ブロックとは独立のコードブック識別子のシーケンスから、上記の決定された組における対応コードブックの識別子を選択し、前記決定されたコードブックの組の前記選択されたコードブック識別子を有するコードブックを使用して、各信号ブロックを符号化／復号することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各信号ブロックに対して、予め決定されている、信号ブロックとは独立のコードブック識別子のシーケンスから、対応するコードブック識別子を選択し、コードブックの組を複数準備し、信号ブロックごとに、前記信号ブロック特性パラメータの値に基づいて対応するコードブックの組を決定し、前記決定されたコードブックの組の前記選択されたコードブック識別子を有するコードブックを使用して、各信号ブロックを符号化／復号することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記他のパラメータはチャネル保護されていることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
エラー検出を許容する前記チャネル保護されたパラメータの一部のみを使用することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記コードブック識別子のシーケンスは、前記コードブックの組の可能な励起コードブック識別子から繰り返し選択するものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記コードブック識別子のシーケンスは、前記コードブックの組の可能な励起コードブック識別子から擬ランダムに順次選択するものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記コードブックは固定のコードブックであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記コードブックは代数的コードブックであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記信号ブロックがオーディオフレームであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記信号ブロックはオーディオサブフレームであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
信号ブロックごとに、予め決定されている、信号ブロックとは独立のコードブック識別子のシーケンスから、対応する励起コードブック識別子を選択するコードブック選択器（２２）と、前記選択された励起コードブック識別子を有する励起コードブックを使用して、各信号ブロックを符号化／復号する手段とを具備する、マルチコードブック固定ビットレートＣＥＬＰ信号ブロック符号化／復号装置。
【請求項１３】
コードブックの組（２６Ａ−Ｃ）を複数有し、信号ブロックごとに、既に決定されている他の信号ブロック特性パラメータの値に基づいて、対応するコードブックの組を決定する組選択器（２８）と、信号ブロックごとに、予め決定されている、信号ブロックとは独立のコードブック識別子のシーケンスから、上記の決定された組における対応コードブックの識別子を選択するコードブック選択器（２２）と、前記決定されたコードブックの組の、前記選択されたコードブック識別子を有するコードブックを使用して、各信号ブロックを符号化／復号する手段を具備することを特徴とする請求項１２に記載の符号化／復号装置。
【請求項１４】
信号ブロックごとに、予め決定されている、信号ブロックとは独立のコードブック識別子のシーケンスから、対応するコードブック識別子を選択するコードブック選択器（２２）と、コードブックの複数の組（２６Ａ−Ｃ）と、信号ブロックごとに、前記信号ブロック特性パラメータの値に基づいて、対応するコードブックの組を決定する組選択器（２８）と、前記決定されたコードブックの組の前記選択されたコードブック識別子を有するコードブックを使用して、各信号ブロックを符号化／復号する手段を具備することを特徴とする請求項１３に記載の符号化／復号装置。
【請求項１５】
前記励起コードブック選択器（２２）は、可能な励起コードブック識別子から繰り返して順次選択することを特徴とする請求項１２、１３、１４のいずれかに記載の符号化／復号装置。
【請求項１６】
前記励起コードブック選択器（２２）は、コードブックの組に属する可能な励起コードブック識別子から擬ランダムに順次選択することを特徴とする請求項１２、１３、１４のいずれかに記載の符号化／復号装置。
【請求項１７】
前記コードブック（１０Ａ−Ｄ）は固定コードブックであることを特徴とする請求項１２ないし１６のいずれかに記載の符号化／復号装置。
【請求項１８】
前記コードブック（１０Ａ−Ｄ）は代数的コードブックであることを特徴とする請求項１７に記載の符号化／復号装置。
【請求項１９】
信号ブロックごとに、予め決定されている、信号ブロックとは独立のコードブック識別子のシーケンスから、対応する励起コードブック識別子を選択し、当該コードブック識別子が特定のコードブックを識別することを含むマルチコードブック固定ビットレートＣＥＬＰ信号ブロック符号化／復号のための励起コードブック選択方法。
【請求項２０】
前記コードブック識別子のシーケンスは、可能な励起コードブック識別子から繰り返して順次選択することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記コードブック識別子のシーケンスは、コードブックの組に属する可能な励起コードブック識別子から擬ランダムに順次選択することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
信号ブロックごとに、予め決定されている、信号ブロックとは独立のコードブック識別子のシーケンスから、対応する励起コードブック識別子を選択し、当該コードブック識別子が特定のコードブックを識別する、励起コードブック選択器（２２）を具備することを特徴とする、マルチコードブック固定ビットレートＣＥＬＰ信号ブロック符号化／復号のための励起コードブック選択装置。
【請求項２３】
前記コードブック選択器（２２）は、コードブックの組に属する可能な励起コードブック識別子から繰り返して順次選択することを特徴とする請求項２２に記載の符号化／復号装置。
【請求項２４】
前記コードブック選択器（２２）は、コードブックの組に属する可能な励起コードブック識別子から擬ランダムに順次選択することを特徴とする請求項２２に記載の符号化／復号装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマルチコードブック固定ビットレートＣＥＬＰ信号ブロック符号化／復号方法と装置、およびマルチコードブック構造に関するものである。
【０００２】
【技術背景】
ＣＥＬＰスピーチコーダは、一般的に、合成スピーチ信号を作成する合成フィルタを励起するための励起ベクトルを格納するためにコードブックを使用する。ビットレートが高い場合には、このコードブックは多くの種類の音声タイプに対応するために多くの励起ベクトルを格納している。しかし、ビットレートが低い場合、例えば、４〜７kbits/sの場合、コードブック索引として使用できるビット数は限定されているので、選択可能なベクトルの数は少ない。したがって、ビットレートの低いコーダは正確さと種類の多さの間の妥協の産物である。この種のコーダはある種の音声に関してはきれいな会話品質を提供するが、他の音声に関しては音声品質が不十分である。
【０００３】
ビットレートの低いコーダが有するこの種の問題を解決するために、マルチモードによる解決手法が数多く提案されている［文献１〜５］。
【０００４】
文献１、２には符号化すべき音声の種類が符号化のために使用されるビット数を制御する動的なビット割り当てによる可変ビットレート符号化方法を開示するものである。
【０００５】
文献３，４は、異なる音声タイプに対して最適化された複数の同じ長さのコードブックを使用する一定ビットレート符号化方法を開示するものである。符号化すべき音声のタイプがどのコードブックを使用すべきかを制御する。
【０００６】
これらの先行技術に属する符号化方法は何れも、復号器が正しい復号モードを使用するためにモード情報を符号化器から復号器に送信しなければならないという欠点を有する。
【０００７】
文献５は、同じ長さのコードブックを使用する一定ビットレートのマルチモード符号化方法を開示するものである。この文献では、１つの符号化モードから別の符号化モードに変更するには、既に決定されている、前のサブフレームの適用コードブック利得を使用する。このパラメータはいずれにしても符号化器から復号器に伝達されるものなので、新たな情報が必要になるわけではない。しかし、この方法は伝送チャネルが引き起こす利得計数内のビットエラーに敏感である。
【０００８】
【発明の要旨】
本発明の対象は、符号化器から復号器に明示的な形で符号化モード情報を伝達する必要がない、符号化方法を改善した、符号化／復号手順である。
【０００９】
本目的は、添付の請求項に規定した発明によって達成される。
簡潔に述べれば、本発明は複数の同じサイズのコードブックを使用することで達成する。各コードブックは、それぞれ何らかの信号に対しては弱いが、他のコードブックはこの信号に対しては弱くない。スピーチブロックごとにこれらのコードブックを（信号のタイプによらずに）決定論的に変更することで、符号化品質が向上する。符号化器と復号器が同じ決定論的な切替アルゴリズムを使用しているので、特定のスピーチブロックに対して選択されたコードブックに関する情報を送信する必要はない。
【００１０】
本発明の上記以外の目的と利点は、図面を参照しながら以下の記載を読むことによって理解される。
【００１１】
【好ましい実施態様の詳細な説明】
図１は、先行技術に属するＣＥＬＰ（コード励起線形予測）符号化／復号器の合成部分のブロック図である。コードブック１０から選択されたコードベクトルは利得ブロック１２においてスケールファクタＧで大きさを調整されて長期予測器１４に渡され、次に短期予測器１６に渡される。短期予測器１６からの出力信号は、（可能性のあるポストプロセス前の）最終的な合成音声信号Ｓ−（ｎ）である。長期予測器１４は、制御ライン１８の制御信号によって制御され、当該制御信号には、スケールファクタ（gain）と遅延（lag）が含まれる。同様に、短期予測器１６は制御ライン２０上のフィルタ計数を表す制御信号によって制御される。符号化器は制御ライン１８，２０上の制御信号と検索処理（合成による解析）によって最適なコードブックベクトルを決定し、復号器は同じ制御信号とコードブックベクトルを伝達チャネルを介して受信した情報に基づいて決定する。
【００１２】
図２と３を参照して本発明の基本概念について説明する。
図２は、本発明に基づくＣＥＬＰ符号化器／復号器の合成部分を示すブロック図である。エレメント１２から２０は図１に示した先行技術の同じ番号を振ったエレメントに対応する。しかし、図１では１つのコードブック１０が与えられていたのに対して、本発明に基づく装置の場合には、同じ長さのベクトルを有する同サイズのコードブック１０Ａ−Ｄを具備する。図２では４つのコードブックを示してあるが、コードブックの数はこれより多くても少なくても良い。しかし、少なくとも２つのコードブックを有するものでなければならない。ビットレートが低いので、各コードブックには何らかの弱点が存在する。したがって、コードブックは、一組を構成する異なるコードブックが互いに同じ弱点を有しないように設計／教示されている。
【００１３】
コードブックのある見方は、これを、コードベクトルを表す針からなる多次元（典型的には４０ディメンジョンの）「針クッション」と考えることである。このモデルでは、教示されていない確率的コードブックは、コードベクトルがすべての「方向」に均一に分布した（コードブックは「ホワイト」である）「超球体」針クッションによって表現される。上述の教示過程は、このベクトルを、特定の「方向」に対して他の「方向」よりも多くの針が向けられるように針を再配置することに相当する。針が最も少ない「方向」は、コードブックの弱点に相当する。コードブックは、共通の弱点を有することがないように、それぞれ異なった教示を受ける。
【００１４】
確率的なコードブックはしばしば代数的なコードブックで近似される、文献６参照。この種のコードブックは、例えば、４０サンプルの長さを有するコードベクトルを有する。しかし、ゼロでない値を有するサンプル位置は非常に少ない。さらに、この種の代数的なコードブックの多くでは、許容される値は（ゼロでない値は）＋１あるいは−１である。
【００１５】
図３は、本発明の実施例に従って設計された４つの異なる代数的コードブックＡからＤを示す図である。これらのコードブックは４０のサンプルを有しており、音声の５ｍｓのサブフレームに対応する。各コードブックは２つのトラックからなる組ＴＲＡＣＫ  ０とＴＲＡＣＫ  １とを有している。各トラックは８つの可能なパルス位置Ｐを有している。例えば、コードブックＢの、第１のトラックの組ＴＲＡＣＫ  ０の第２のトラックの許容されるパルス位置は、サンプル位置３、８、１３、１８、２３、２８、３３、３８である。図３にも示されているように、コードブックの他のトラックは又別の可能なパルス位置を有している。さらに、１つのコードブックのトラックは別のコードブックの異なるトラックと同じであっても良い。最終的に、各コードブックは図３においてｘ印をつけたサンプル位置を除外している。これらはコードブックの「弱点」である。このコードブック構造は以下の表に要約することができる。
【００１６】
【表１】
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このコードブックを検索するとき、トラック０の許容される位置のうちの１つのパルスを位置付け、トラックの組のトラック１に許容される位置のうちの１つのパルスを位置付ける。このパルスの組み合わせはコードベクトルの組の可能性があるものとして使用される。グループには４つの可能性のあるコードベクトル、つまり、２つの正のパルスを有する１つのベクトル、２つの負のパルスを有する１つのベクトル、及び１つの正のパルスと１つの負のパルスを有する２つのベクトルが含まれる。トラックの組の各２つのトラックにおいてパルスの位置をシフトさせることによって、同様な別のコードベクトルの組を作ることができる。トラックペア１に関しても同様の原理を適用することができる。可能な組み合わせをそれぞれテストすることで、最も好ましいコードベクトルが選択される。このコードベクトルは対応するトラックの組、このトラックの組における２つのパルス位置、及びパルスの符号によって定義される。このことは、トラックの組を特定するために１ビット、パルスの位置を特定するために２ｘ３＝６ビット（トラックごとに８つの位置が可能であるので３ビット必要）、および各パルスの符号を特定するために２ビット必要である。したがって、合計９ビットによってコードベクトルを定義することができる。
【００１７】
図２に戻って、コードブック選択器２２が、例えばスピーチフレームまたはサブフレーム（典型的にはブロックの長さは５から１０ｍｓである）信号ブロックを符号化／復号するために１組のコードブックから１つのコードブックを選択する。これは、制御ライン２４の制御信号によってスイッチ２３を制御することによって行うことができる。スイッチ２３は、信号のタイプには無関係な決定論的な選択手順によって制御される。ここで、「決定論的」とは、コードブック選択器２２が、各信号ブロックを符号化／復号するために一群のコードブックから１つのコードブックを選択するが、信号のタイプに関する情報無しでこれを行い、この選択アルゴリズムは符号化器と復号器で同じであり、このアルゴリズムは符号化器から復号器に送られる必要がないことを意味する。符号化器は上述の検索手順に従って選択したコードブックから最善のベクトルを決定し、復号器は受信した「インデックス」（コードベクトル識別子）を使用して同じコードブックから対応するベクトルを選択する。
【００１８】
コードブック１０Ａ−Ｄはいずれも同じビットレートを有しており、それらの弱点挙動は同じではない。信号ブロックごとにコードブックを決定論的に変更することで、各コードブックが有する欠点は時間と共に克服される。符号化され後に復号された音声信号の聞き取りによる音声品質は、スイッチアルゴリズムでは信号タイプを無視したにもかかわらず、向上していることが発見された。このことは、１つのコードブックで生じた変形がサブフレームやブロックにわたって繰り返されないことによってのみ説明することができる。代りに、変化する変形は平滑化されて消滅する。したがって、このビットレートが低い（マルチ）コードブックによる変形は、継続的に繰り返されることがないので、耳障りではない。
【００１９】
選択アルゴリズムの１つの実施例は、コードブック１０Ａ−Ｄのそれぞれを順番に繰り返し選択することである。コードブックの数がフレーム内のサブフレームの数と同じで、符号化器と復号器のコードブックカウンタがフレームごとにリセットされるなら、符号化器と復号器は自動的に同期することになる。さもなければ、符号化器と復号器において、呼び接続とハンドオーバ時に、ｎをコードブックの数として、ｎカウンタのモジューロをリセットすることで同期させることができる。
【００２０】
別の選択アルゴリズムは、一群のコードブックからコードブックを選択するのに、擬ランダムシーケンスを使用することである。この場合は、擬ランダムシーケンスを作成するアルゴリズムの初期値は符号化器と復号器の両方に知られたものである。符号化器と復号器の間の同期は、例えば、コードブック検索の前に決定して分析する、送信されて受信されたフレームパラメータに基づく擬ランダムシーケンスによって達成することができる。
【００２１】
図４は、本発明に基づく別のＣＥＬＰ符号化器／復号器の合成部分のブロック図である。この実施例は図２に示した実施例と類似であるが、複数のコードブックの組２６Ａ−Ｃを有する。コードブックの各組に属するコードブックの弱点は図２に示したものと同様に異なるが、各組は、信号タイプが異なる場合や背景音のレベルの相違等、異なる状況に対応している。各組の設計は、例えば、文献５に記載された原則に従って行うことができる。図４は、コードブックの組が３つである場合を示しているが、コードブックの組は２または３より大きな数であっても良い。
【００２２】
図２に示したものと同様に、コードブックは各信号ブロックに対して、スイッチ２３Ａ−Ｃおよび制御ライン２４Ａ−Ｃによって、決定論的に選択される。しかし、組の中からコードブックを選択する前に、セット選択器２８がスイッチ２９と制御ライン３０でどのセットを使用すべきかを決定する。セット選択器２８は、既に決定されている、ライン１８，２０と利得エレメント１２のパラメータに含まれる情報に基づいて選択を行う。この情報は、例えば、ＬＰＣ（線形予測符号化）またはＬＴＰ（長期予測器）パラメータまたはＬＰＣとＬＴＰのパラメータの組み合わせである。例えば、ＬＴＰパラメータの検出された定常性を信号のタイプを示す指標として使用することができる。
【００２３】
コードブックの組の選択に使用するパラメータは何れにしろ符号化器から復号器に伝達される事実のために、組の選択に関する情報を伝達するためにバンドは場が失われることはない。組の特定のためには、チャネル保護されたパラメータのみを使用するのが好ましい。さらに、図４に示した符号化器／復号器の特に好ましい実施例は、エラー検出を有するチャネル保護されたパラメータの一部のみを利用して使用すべきコードブックの組を決定する。例えば、９ラグビットのＧＳＭシステム６では、ＬＴＰパラメータの４つの利得ビットのうちの３つにエラー検出が提供される。好ましくは、これらのビットを（例えば、２０ｍｓにわたって）定常性のテストのために使用してコードブックの組を決定するために使用する。
【００２４】
コードブックの選択に先立ってコードブックの組を選択するので、図４に示した実施例では、コードブックの組２６Ａ−Ｃごとに異なる数のコードブックを選択することができる。このためには、スイッチ２３Ａ−Ｃごとに別々の制御ラインが必要で、各組ごとのコードブック選択器２２には別のスイッチアルゴリズムが必要である。すべての組に含まれるコードブックの数が同じであれば、すべてのスイッチに共通の制御ラインを使用することも可能である。さらに、この実施例の場合には、（因果律の観点から許容されるなら）組を逆転させたりコードブックの選択を逆にすることも可能になる。
【００２５】
典型的には、コードブックの組とコードブック自体の選択器２２，２８は１つまたは複数のマイクロプロセッサあるいはマイクロ／信号プロセッサの組み合わせの形で実現される。
【００２６】
図５は、本発明に基づくＣＥＬＰ符号化／復号方法を示すフローチャートである。図示した方法は、まずＳ１において符号化／復号すべき次のブロックを選択することからスタートする。ステップＳ２では決定論的な選択アルゴリズムにしたがってコードブック番号を選択する。ステップＳ３では、選択したコードブックから最適なベクトルの選択／読み出しを行う。次に、繰り返しのためにステップＳ１に戻る。図３に示した実施例のように、コードブックの組を複数使用する場合には、適当なコードブックの組を決定するステップＳ４がさらに設けられる（図５では破線で示した）。このステップＳ４は、Ｓ２に先行するか（因果律の観点から許容されるなら）Ｓ２に続いて行われる。
【００２７】
添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の技術的範囲を逸脱することなく多くの変形をなしえることは当業者には自明である。
【００２８】
参考文献
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術に属するＣＥＬＰ符号化／復号器の合成部分のブロック図である。
【図２】 本発明に基づくＣＥＬＰ符号化／復号器の合成部分のブロック図である。
【図３】 本発明の好ましい実施例に基づいて設計された４つの異なる代数的コードブックの構造を示す図である。
【図４】 本発明に基づく別のＣＥＬＰ符号化／復号器の合成部分のブロック図である。
【図５】 本発明に基づくＣＥＬＰ符号化／復号方法を示すフロー図である。
【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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