(57)【要約】入力信号を符号化および復号し、合成された音声（１１０）を送信するための音声コード化の方法および装置であって、合成された音声（１１０）の高周波数成分が、処理された擬似信号（１５４）を送信するために、擬似信号をハイパスフィルタにかけ、着色することによって達成される。当該処理された擬似信号は、活動的な音声期間中は第１の規格化係数（１１４、１４４）によって、非活動的な音声期間中は第２の規格化係数（１１４および１１５、１４４および１４５）によって規格化され、当該第１の規格化係数は入力信号（１００）の高周波数帯域の特徴であり、第２の規格化係数は入力信号（１００）の低周波数帯域の特徴である。とくに、当該第２の規格化係数（１１４および１１５、１４４および１４５）は合成された音声（１１０）の低周波数成分に基づいて評価され、擬似信号（１５０）の着色は、入力信号（１００）の低周波数の特徴である線形予測着色係数（１０４）に基づいている。
2004512562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活動的な音声の期間を有する入力信号（１００）を符号化し、かつ復号化するために音声を符号化する（５００）方法であって、
高周波数成分と低周波数成分とを有する合成された音声信号（１１０）を送信するために、
符号化と音声合成化の過程で、前記入力信号が高周波数帯域と低周波数帯域とに分割され、
該低周波数帯域の音声の特徴であるパラメータ（１０４）が、前記合成された音声の処理された模擬信号（１５２）、さらには高周波数成分（１６０）を送信するために模擬信号（１５０）を処理するために使用され、
前記方法が、
能動的な音声期間中に第１の規格化係数（１１４、１４４）によって前記処理された人工信号を規格化する工程（５３０）と、
非能動的な音声期間中に第１の規格化係数（１１４および１１５、１４４および１４５）により前記処理された人工信号を規格化する工程（５４０）
とを含み、
前記第１の規格化係数（１１４、１４４）が入力信号の高周波数帯域の特徴であり、
前記第２の基準化係数が入力信号の低周波数帯域の特徴である
方法。
【請求項２】
前記処理された人工信号（１５２）が、合成された音声の高周波数成分の特徴である周波数範囲でフィルターをかけられた信号（１５４）を送信するために、ハイパスフィルターをかけてなる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記周波数範囲が、６．４〜８．０ｋＨｚの範囲である請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記入力信号（１００）が、合成された音声の高周波数成分に特有の周波数範囲でフィルターをかけた信号（１１２）を送信するために、ハイパスフィルターをかけ、前記第１の規格化係数（１１４、１４４）が評価されてなる請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記非活動的な音声期間が、音声残存期間と快適なノイズ期間とを含み、前記音声残存期間中に処理された人工信号（１５２）を計量化するために、第２の規格化係数（１１４および１１５、１４４および１４５）が、フィルターをかけられた信号（１１２）から評価されてなる請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記合成された音声の低周波数成分が入力信号（１００）の符号化された低周波数帯域（１０６）から再構成され、音声ハングオーバ期間中に処理された擬似信号（１５２）を規格化するための第２の規格化係数（１１４および１１５、１４４および１４５）が合成された音声の低周波数成分から評価される請求項５記載の方法。
【請求項７】
快適なノイズ期間中に処理された擬似信号（１５２）を規格化するための前記第２の規格化係数（１１４および１１５、１４４および１４５）が、合成された音声の低周波数成分から評価される請求項６記載の方法。
【請求項８】
符号化されたビットストリームを符号化するための受信端末に伝送する工程をさらに含み、当該符号化されたビットストリームが第１の規格化係数（１１４、１４４）を示すデータを含む請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記符号化されたビットストリームが、音声ハングオーバ期間中に処理された擬似信号（１５２）を規格化するための第２の規格化信号（１１４、１４４）を示すデータ（１１８）を含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記処理された擬似信号を規格化するための第２の規格化係数（１１４および１１５、１４４および１４５）が受信端末（３４）に送信される請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記合成された音声の低周波数成分から決定された傾斜係数を示す請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記快適なノイズ期間中に処理された擬似信号を規格化するための第２の規格化係数（１１４および１４４、１１５および１４５）が、合成された音声の低周波数成分から決定されるスペクトル傾斜係数を示す請求項７記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の規格化係数（１１４、１４４）が、処理された擬似信号（１５２）からさらに評価される請求項４記載の方法。
【請求項１４】
活動的な音声期間および非活動的な音声期間を監視するために入力信号（１００）に基づいて活動的な音声情報を送信する工程をさらに含んでなる請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記音声パラメータが、入力信号の低周波数帯域の特徴である線形予測コード係数を含む請求項１記載の方法。
【請求項１６】
能動的な音声期間と非活動的な音声期間とを有する入力信号（１００）を符号化し、かつ復号化するための音声信号の送信および受信システムであって、
高周波数成分と低周波数成分とを有する合成された音声信号（１１０）を送信するために、
前記入力信号が、符号化および音声合成処理により高周波数帯域と低周波数帯域とに分割され、
前記入力信号の低周波数帯域の特徴である音声パラメータ（１１８、１０４、１４０、１４５）が、合成された音声の高周波数帯域成分（１６０）を送信するために、受信機（３０）内で擬似信号（１５０）を処理するために使用され、
前記システムが、
前記入力信号に応答して、前記入力信号の高周波数帯域の特徴である第１の基準化係数（１１４、１４４）を送信するための送信機内の第１の手段（１２、１４）と、
前記送信機から符号化されたビットストリームを受信するための受信機内のデコーダ（３４）であって、当該符号化されたビットストリームが第１の規格化係数（１１４、１４４）を示すデータ（１１８）を含む音声パラメータ（１１８、１４５）を含み、
前記音声パラメータに応答して第２の規格化係数を送信するための第２の手段であって、前記処理された人工信号（１５２）を非活動的な音声期間中に該第２の規格化係数によって基準化し、前記処理された擬似信号（１５２）を活動的な音声期間中に前記第１の規格化係数によって規格化するための第２の手段
とを備え、
前記第１の規格化係数が前記入力信号の高周波数帯域の特徴であり、前記第２の規格化係数が前記入力信号の低周波数帯域の特徴である
システム。
【請求項１７】
前記第１の手段が、前記入力信号をハイパスフィルタにかけ、合成された音声の高周波数成分に対応する周波数範囲を有するフィルタにかけられた入力信号を送信するためのフィルタ手段（１１２）を備え、前記第１の基準化係数（１１４、１４４）が当該フィルタにかけられた入力信号から評価される請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記周波数範囲が６．４〜８．０ｋＨｚの範囲である請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
合成された信号の高周波数成分に対応する周波数成分に対応する周波数範囲でハイパスフィルタにかけられたランダムノイズを送信し、当該ハイパスフィルタにかけられたランダムノイズに基づいて前記第１の規格化係数（１１４、１４４）を修正するための第３の手段（１６、２４）を備えてなる請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
前記入力信号（１００）に応答して、活動的な音声期間と非活動的な音声期間とを監視するための手段（９８）をさらに備えてなる請求項１６記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１の規格化係数（１１４、１４４）に応答して、符号化された第１の規格化係数を送信するための手段であって、送信するための符号化されたビットストリーム中の符号化された第１の規格化係数を示すデータを含んでなる請求項１６記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１の規格化係数（１１４、１４４）に応答して、符号化された第１の規格化係数を送信するための手段であって、送信するための符号化されたビットストリーム中の符号化された第１の規格化係数を示すデータを含んでなる請求項１９記載のシステム。
【請求項２３】
活動的な音声期間と非活動的な音声期間とを有する入力信号（１００）を符号化するための方法であって、当該入力信号が高周波数帯域と低周波数帯域とに分割され、
合成された音声の高周波数成分（１６０）を送信するための擬似信号（１５０）を処理するためにデコーダに音声パラメータを使用できる
ように、低周波数帯域の特徴である音声パラメータ（１０４）を含む符号化されたビットストリームを送信するために、前記入力信号の低周波数帯域に基づく規格化係数（１１４および１１５、１４４および１４５）が、非活動的な音声期間中に処理された擬似信号（１５２）を規格化するために使用され、
前記エンコーダが、
前記入力信号（１００）に応答して、前記入力信号（１００）をハイパスフィルターにかけ、ハイパスフィルターにかけられた信号（１１２）を合成された音声（１１０）の高周波数成分に対応する周波数範囲で送信し、さらに当該ハイパスフィルターにかけられた信号（１１２）に基づく規格化係数（１１４、１４４）を送信するための手段（１２）と、
前記規格化係数（１１４、１４４）に応答して、前記規格化係数（１１４、１４４）を示す符号化された信号（１１８）を符号化されたビットストリームで送信し、その結果デコーダ（３４）が符号化された信号を受信することができ、前記活動的な音声期間中に処理された擬似信号（１５２）を規格化するために規格化係数（１１４、１４４）を使用してなる
エンコーダ。
【請求項２４】
高周波数成分と低周波数成分とを有する合成された音声（１１０）を送信するために、符号化されたビットストリームをデコーダ（３４、２２０）に送信するように構成された移動局であって、
前記符号化されたビットストリームが入力信号（１００）を示す音声データを含み、該入力信号が活動的な音声期間と非活動的な音声期間とを有し、高周波数帯域と低周波数帯域とに分割され、当該音声データが前記入力信号の低周波数帯域の特徴である音声パラメータ（１０４）を含み、その結果デコーダ（３４）が該音声パラメータに基づいて合成された音声の低周波数成分を送信し、かつ合成された音声の低周波数成分に基づいて、該音声パラメータ（１０４）に基づく擬似信号（１５０）を着色し、規格化係数（１４４および１４５）によって着色された擬似信号（１５４）を規格化することができ、
非活動的な音声期間中に合成された音声の高周波数成分を送信するために、
前記移動局が、
合成された音声の高周波数成分に対応する周波数範囲で入力信号を背パスフィルターにかけ、さらにハイパスフィルターにかけられた信号（１１２）に基づいて規格化係数（１１４、１４４）を送信するためのフィルター（１２）と、
さらに規格化係数（１１４、１４４）に応答して、符号化されたビットストリーム中で規格化係数（１１４、１４４）を示す符号化された信号（１１８）を送信して、その結果デコーダ（１５４）が規格化係数（１１４、１４４）に基づいて活動的な音声期間中に着色された擬似信号（１５４）を規格化することができる量子化モジュール
とを備えてなる移動局。
【請求項２５】
高周波数成分と低周波数成分とを有する合成された音声を送信するために、移動局（３３０）からの入力信号を示す音声データを含む符合化されたビットストリームを受信するように構成された電気通信ネットワーク（３００）の素子（３４、３２０）であって、
当該入力信号が活動的な音声期間と非活動的な音声期間とを有し、該入力信号が高周波数帯域と低周波数帯域とに分割され、当該音声データ（１０４、１１８、１４５、１９０）が、当該入力信号の低周波数帯域の特徴である音声パラメータと、当該入力信号の高周波数帯域の特徴である利得パラメータとを含み、該合成された音声の低周波数成分が音声パラメータ（１０４）に基づいて送信され、
前記素子が、
前記利得パラメータ（１１８）に応答して、第１の規格化係数（１４４）を送信するための第１機構と、
前記音声パラメータに応答して、擬似信号（１５０）を合成し、ハイパスフィルターにかけ、合成され、ハイパスフィルターにかけられた擬似信号（１５４）を送信するための第２機構と、
前記第１の規格化係数（１４４）と音声データ（１４５、１９０）に応答して、入力信号の高周波数帯域の特徴である第１の規格化係数（１４４）と、当該第１の規格化係数（１４４）に基づく第２の規格化係数（１４４および１４５）および合成された音声の低周波数成分の特徴である音声パラメータ（１４５）とを含む組合せ規格化係数（１４６）を送信するための第３機構と、
前記合成され、ハイパスフィルターにかけられた擬似信号（１５４）と組合せ規格化係数とに応答して、活動的な音声期間中と非活動的な音声期間中に、合成され、ハイパスフィルターにかけられた擬似信号（１５４）を、それぞれ第１の規格化係数（１４４）と第２の規格化係数（１４４および１４５）とによって規格化するための第４機構
とを備えてなる素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、一般的には合成された音声を符号化および復号化する分野に係わり、詳細には適応型多重速度広帯域音声コーデック復号器に係わる。
【０００２】
［発明の背景］
今日、音声を符号化する多くの方法は、（いわゆるチャネルボコーダまたはいわゆるフォルマントボコーダが行うのと同様に）音声信号の周波数スペクトルからよりむしろ時間波形から直接的に音声信号の知覚的に重要な特徴を抽出する線形予測（ＬＰ）符号化に基づいている。ＬＰ符号化では、音声信号を引き起こした声道の励振の経時変化モデルを求めるために、音声波形が最初に分析され（ＬＰ分析）伝達関数も分析される。それから、（符号化された音声信号が遠距離送受信される場合の受信側端末の）デコーダは、励振に、声道をかたどるパラメータ化されたシステムを通過させる（ＬＰ合成を実行するための）シンセサイザを使用して元の音声を作り直す。声道モデルのパラメータおよびモデルの励振は、話者が音声信号を生成するにつれて話者に発生した対応する変化に適応するためにともに周期的に更新される。しかしながら、更新のあいだ、つまり指定間隔のあいだ、システムの励振およびパラメータは一定に保たれるため、モデルにより実行されるプロセスは線形時間不変プロセスである。全体的な符号化復号化（分散された）システムは、コーデック（符号復号器）と呼ばれる。
【０００３】
音声を生成するためにＬＰ符号化を使用するコーデック復号器では、デコーダは、コーダが次の３つの入力を提供することを必要とする。つまり、励振が音声化される場合のピッチ周期、利得係数および予測係数である。いくつかのコーデック符号復号器では、励振の性質、つまりそれが音声化されるのか、あるいは音声化されないのかも規定されるが、たとえば代数的符号励振線形予測（ＡＣＥＬＰ）コーデック復号器の場合には通常必要とされない。ＬＰ符号化は、それが、順方向推定のプロセスでパラメータが適用される（指定期間中の）音声波形の実際の入力セグメントに基づいた予測パラメータを使用するという点で予測的である。
【０００４】
基本的なＬＰ符号化と復号化は、相対的に低いデータ転送速度で音声をデジタル通信するために使用できるが、それは励振の非常に簡略なシステムを使用するために合成音音声を生成する。いわゆる符号励振線形予測（ＣＥＬＰ）コーデックは機能拡張された励振コーデック復号器である。それは「残差」コード化に基づいている。声道のモデル化は、そのパラメータが圧縮された音声でコード化されるデジタルフィルタという形をとる。これらのフィルタは、元の話者の声帯の振動を表す信号によって駆動、つまり「励振」される。音声信号の残差とは、オリジナルの音声信号からデジタルフィルタリングされた音声信号を差し引いたものである。ＣＥＬＰコーデック復号器は該残差をコード化し、「残差パルス励振」として知られているもので、励振の基礎としてそれを使用する。ただし、残差波形をサンプル単位でコード化する代わりに、ＣＥＬＰは残差サンプルのブロックを表現するために波形テンプレートの所定の集合から選択される波形テンプレートを使用する。コードワードはコーダにより決定され、次に該コードワードを使用して、元の残差サンプルを表現するための残差シーケンスを選択するデコーダに提供される。
【０００５】
ナイキストの定理によると、サンプリングレートＦｓを用いる音声信号は、０Ｆｓから０．５Ｆｓの周波数バンドを表現できる。今日では、大部分の音声コーデック（コーダデコーダ）は８ｋＨｚというサンプリングレートを使用している。サンプリングレートが８ｋＨｚより増加すると、さらに高い周波数を表現できるため音声の自然性は改善される。今日、音声信号のサンプリングレートは通常８ｋＨｚであるが、開発中の移動電話局は１６ｋＨｚというサンプリングレートを使用するだろう。ナイキストの定理によると、１６ｋＨｚというサンプリングレートは、周波数バンド０ｋＨｚから８ｋＨｚの音声を表現できる。それから、サンプリングされた音声は送信機による通信のために符号化され、次に受信機により復号される。１６ｋＨｚというサンプリングレートを使用してサンプリングされた音声の音声符号化は広帯域音声符号化と呼ばれる。
【０００６】
音声のサンプリングレートが加速すると、符号化の複雑度も高まる。いくつかのアルゴリズムを用いると、サンプリングレートが加速するにつれて、符号化の複雑度も急激に上昇することがある。したがって、広帯域音声符号化のためのアルゴリズムを決定する上で、多くの場合符号化の複雑度は制限要因となる。これは特に、たとえば、電力消費、使用可能な処理能力、および必要なメモリ容量がアルゴリズムの適用に決定的な影響を及ぼす移動電話局に当てはまる。
【０００７】
図１に図示されるような従来の技術による広帯域コーデックでは、１６ｋＨｚの元のサンプリング速度から１２．８ｋＨｚに入力音声信号を低域フィルタリングし、ダウンサンプリングするために前処理段階が使用される。次に、ダウンサンプリングされた信号は、２０ｍｓ期間内の３２０というサンプルの数が２５６に削減されるように縮小（間引き）される。有効周波数帯域幅が０ｋＨｚから６．４ｋＨｚである、ダウンサンプリングされ、縮小された信号は、復号のために受信端に送信されるコード化されたビットストリームに量子化されるＬＰＣ、すなわちピッチおよび励振のパラメータを抽出するために合成による解析（Ａ−ｂ−Ｓ）ループを使用してコード化される。Ａ−ｂ−Ｓループでは、局所的に合成された信号が、さらにアップサンプリングされ、元のサンプル周波数を満たすために補間される。コード化プロセスの後、６．４ｋＨｚから８．０ｋＨｚの周波数バンドは空になる。広帯域コーデックは、この空の周波数範囲でランダムノイズを生成し、以下のような合成フィルタリングによりＬＰＣパラメータでランダムノイズ周波数分布を与える、すなわち着色（ｃｏｌｏｒｓ）する。
【０００８】
ランダムノイズは、最初に、以下により規格化され、
ｅｓｃａｌｅｄ＝ｓｑｒｔ［｛ｅｘｃＴ（ｎ）ｅｘｃ（ｎ）｝／｛ｅＴ（ｎ）ｅ（ｎ）｝］ｅ（ｎ）　　　（１）
ここで、ｅ（ｎ）はランダムノイズを表し、ｅｘｃ（ｎ）はＬＰＣ励振を示す。上付きの添字Ｔは、ベクタの転置を示す。規格化されるランダムノイズは、着色ＬＰＣ合成フィルタおよび６．０ｋＨｚから７．０ｋＨｚの帯域通過フィルタを使用してフィルタリングされる。この着色された高周波成分は、合成された信号のスペクトル傾きについての情報を使用してさらに規格化される。スペクトルの傾きは、以下の方程式を使用して第１自己相関係数ｒを計算することにより推定される。
ｒ＝｛ｓＴ（ｉ）ｓ（ｉ−１）｝／｛ｓＴ（ｉ）ｓ（ｉ）｝　　　（２）
ここで、ｓ（ｉ）は、合成された音声信号である。したがって、推定される利得ｆｅｓｔは以下から求められ、
ｆｅｓｔ＝１．０−ｒ　　　（３）
制限は０．２＜ｆｅｓｔ＜１．０である。
【０００９】
受信端では、コア復号プロセスの後、合成された信号がさらに後処理され、入力信号サンプリング周波数に対処するために信号をアップサンプリングすることにより、実際の出力を生成する。高周波雑音レベルは、さらに低い周波数バンドから得られるＬＰＣパラメータおよび合成された信号のスペクトル傾きに基づいて推定されるため、ランダムノイズの規格化および着色はエンコーダ端およびデコーダ端で実施できる。
【００１０】
従来の技術では、高周波雑音レベルは基層信号（低周波）レベルおよびスペクトル傾きに基づき推定される。したがって、合成された信号の高周波成分はフィルタリングされ除去される。したがって、雑音レベルは、６．４ｋＨｚから８．０ｋＨｚの周波数範囲内の実際の入力信号特性に対応していない。このようにして、従来の技術によるコーデック符号復号器は高品質の合成済み信号を提供しない。
【００１１】
したがって、高周波範囲の実際の入力信号特性を考慮に入れ高品質合成信号を提供することができる方法およびシステムを提供することが有利かつ望ましい。
【００１２】
［発明の要旨］
分散音声システムにおける合成された音声の質を高めることが本発明の主要な目的である。この目的は、たとえば、活動状態の音声期間中に合成された音声の高い方の周波数成分を合成する際に着色され、高域フィルタにかけられた擬似信号の倍率を求めるために、６．０ｋＨｚから７．０ｋＨｚの範囲内にある元の音声信号の中の高周波成分の入力信号特性を使用することによって達成できる。非活動状態の音声期間中、倍率は、合成された音声信号の低い方の周波数成分によって求めることができる。
【００１３】
したがって、本発明の第１態様は、活動状態の音声期間と非活動状態の音声期間を有する入力信号をコード化、復号し、さらに高い周波数成分とさらに低い周波数成分を有する合成音声信号を提供するための音声符号化の方法であり、そこでは入力信号が、コード化および音声合成プロセスにおいてさらに高い周波数バンドおよびさらに低い周波数バンドに分割され、さらに低い周波数バンドの音声関連パラメータ特性が、合成された音声信号のさらに高い周波数成分を提供するための擬似信号を処理するために使用される。該方法は、
活動状態の音声期間中に第１倍率で処理された擬似信号を尺度化する工程と、
非活動状態の音声期間中に第２倍率で処理された擬似信号を尺度化し、そこでは第１倍率が入力信号のさらに高い周波数バンドの特性であり、第２倍率が合成された音声のさらに低い周波数成分の特性である工程と、
を備える。
【００１４】
好ましくは、入力信号は合成された音声のさらに高い周波数成分の特徴を示す周波数範囲内でフィルタリングされた信号を提供するために高域フィルタにかけられ、そこでは第１倍率はフィルタリングされた信号から推定され、非活動状態の音声期間が音声ハングオーバ期間および快適雑音期間を含むときには、音声ハングオーバ期間中に処理された擬似信号を尺度化するための第２倍率がフィルタリングされた信号から推定される。
【００１５】
好ましくは、音声ハングオーバ期間中に処理された擬似信号を尺度化するための第２倍率も合成された音声の低い方の周波数成分から推定され、快適雑音期間中の処理された擬似信号を尺度化するための第２倍率は合成された音声信号の低い方の周波数成分から推定される。
【００１６】
好ましくは、第１倍率はコード化され、コード化されたビットストリーム内で受信端に伝送され、音声ハングオーバ期間のための第２倍率もコード化されたビットストリームに含まれる。
【００１７】
音声ハングオーバ期間のための第２倍率が受信端で求められることも考えられる。
【００１８】
好ましくは、第２倍率は、合成された音声の低い方の周波数の成分から求められるスペクトル傾き係数からも推定される。
【００１９】
好ましくは、第１倍率は、さらに処理された擬似信号から推定される。
【００２０】
本発明の第２態様は、活動状態にある音声期間と非活動状態の期間を有する入力信号をコード化、復号し、さらに高い周波数成分およびさらに低い周波数成分を有する合成された音声信号を提供するための音声信号送信機受信機システムであり、そこでは入力信号は、コード化プロセスおよび音声合成プロセスでさらに高い周波数バンドとさらに低い周波数バンドに分割され、入力信号の低い方の周波数バンドの特徴を示す音声関連パラメータが、合成された音声の高い方の周波数成分を提供するために受信機内で擬似信号を処理するために使用される。システムは、
音声関連パラメータを含むコード化されたビットストリームを送信機から受信するための受信機内のデコーダと、
活動状態期間中に処理された擬似信号を尺度化するための第１倍率を提供するために入力信号に応える送信機内の第１モジュールと、
第１倍率が入力信号の高い方の周波数バンドの特徴を示し、第２倍率が合成された音声の低い方の周波数成分の特徴と示す、非活動状態中に処理された擬似信号を尺度化するための第２倍率を提供するために、コード化されたビットストリームに応える受信機内の第２モジュールと、
を備える。
【００２１】
好ましくは、第１モジュールは、第１倍率をフィルタリングされた入力信号から推定できるようにするために、入力信号を高域フィルタにかけ、合成された音声の高い方の周波数成分に対応する周波数範囲を有するフィルタリングされた入力信号を提供するためのフィルタを含む。
【００２２】
好ましくは、送信機内の第３モジュールは、第１倍率を、着色され、高域フィルタにかけられたランダムノイズに基づき修正できるように、合成された信号の高い方の周波数成分に対応する周波数範囲内に着色され、高域フィルタにかけられたランダムノイズを提供するために使用される。
【００２３】
本発明の第３態様は、入力信号がさらに高い周波数バンドとさらに低い周波数バンドに分割される活動状態の音声期間と非活動状態の音声期間を有する入力信号をコード化し、デコーダが、音声関連パラメータに基づいて合成された音声の低い方の周波数成分を再構築し、合成された音声の高周波成分を提供するための音声関連パラメータに基づき擬似信号を処理できるようにするために、入力信号の低い方の周波数バンドの特徴を示す音声関連パラメータを含むコード化されたビットストリームを提供するためのエンコーダであり、合成された音声の低い方の周波数成分に基づいた倍率は、非活動状態の音声期間中に処理された擬似信号を尺度化するために使用される。該エンコーダは、
合成された音声の高い方の周波数成分に対応する周波数範囲内で入力信号を高域フィルタにかけ、高域フィルタにかけられた入力信号を示す第１信号を提供するための、入力信号に応えるフィルタと、
高域フィルタにかけられた入力信号および合成された音声の低い方の周波数成分に基づき追加の倍率を提供し、該追加倍率を示す第２信号を提供するための、第１信号に応える手段と、
デコーダが、追加倍率に基づき、活動状態の音声期間中に処理された擬似信号を尺度化できるようにするために、コード化されたビットストリーム内で追加尺度化係数を示すコード化された信号を提供するための、第２信号に応える量子化モジュールと、
を備える。
【００２４】
本発明の第４態様は、さらに高い周波数成分およびさらに低い周波数成分を有する合成された音声を提供するためのデコーダに、コード化されたビットストリームを伝送するために装置される移動局であり、そこではコード化されたビットストリームが、活動状態の音声期間と非活動状態の期間を有する入力信号を示す音声データを含み、該入力信号はさらに高い周波数バンドとさらに低い周波数バンドに分割され、音声データは、デコーダが、音声関連パラメータに基づき合成された音声の低い方の周波数成分を提供し、音声関連パラメータに基づき擬似信号を着色し、非活動状態の音声期間中に合成された音声の高周波成分を提供するために合成された音声の低い方の周波数成分に基づき倍率で着色された擬似信号を尺度化できるように、入力信号の低い方の周波数バンドの特徴を示す音声関連パラメータを含む。移動局は、
合成された音声の高い方の周波数成分に対応する周波数範囲内で入力信号を高域フィルタにかけ、高域フィルタにかけられた入力信号に基づき追加倍率を提供するための、入力信号に応えるフィルタと、
デコーダが、追加倍率に基づき活動状態の音声期間中に着色された擬似信号を尺度化できるようにするために、コード化されたビットストリーム内で追加倍率を示すコード化された信号を提供するための、倍率および追加倍率に応える量子化モジュールと、
を備える。
【００２５】
本発明の第５態様は、さらに高い周波数成分およびさらに低い周波数成分を有する合成された音声を提供するための移動局から入力信号を示す音声データを含むコード化されたビットストリームを受信するために装置される遠距離送受信網の要素であり、活動状態にある音声期間および非活動状態の期間を有する入力信号は、さらに高い周波数バンドとさらに低い周波数バンドに分割され、音声データは入力信号の低い方の周波数バンドの特徴を示す音声関連のパラメータ、および入力信号の高い方の周波数バンドの特徴を示す利得パラメータを含み、合成された音声の低い方の周波数成分は、音声関連パラメータに基づき提供され、前記要素は、
第１倍率を提供するための、利得パラメータに応える第１機構と、
合成および高域フィルタをかけられた擬似信号を提供するために擬似信号を合成および高域フィルタにかけるための、音声関連パラメータに応える第２機構と、入力信号の高い方の周波数バンドの特徴を示す第１倍率、および合成された音声の低い方の周波数成分の特徴を示す追加音声関連パラメータを含む結合された倍率を提供するための、第１倍率および音声データに応える第３機構と、
それぞれ活動状態の音声期間と非活動状態の音声期間中に第１倍率と第２倍率を用いて合成および高域フィルタにかけられる擬似信号を尺度化するための、合成および高域フィルタにかけられる擬似信号および結合倍率に応える第４機構と、を備える。
【００２６】
本発明は、図２から図８に関連して解釈される説明を読むと明らかになるだろう。
【００２７】
［発明を実施するための最良の形態］
図２に図示されるように、本発明による広帯域音声コーデック（符号復号器）１は、入力信号１００を事前処理するための事前処理ブロック２を含む。発明の背景の項に説明されたように、従来の技術と同様に、前処理ブロック２が、有効帯域幅が０から６．４ｋＨｚである音声信号１０２になるように入力信号１００をダウンサンプリングし、縮小（間引き）する。処理された音声信号１０２は、線形予測符号化（ＬＰＣ）のピッチ（周波数）および励振のパラメータまたは係数１０４のセットを抽出するために、従来のＡＣＥＬＰ技術を使用し、合成による解析コード化ブロック４によってコード化される。同じコード化パラメータは、擬似（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ）信号、つまり擬似ランダムノイズを処理して、着色され（周波数分布を与えられ）、高域フィルタにかけられたランダムノイズ（１３４、図３、１５４、図５）に変えるために、高域フィルタリングモジュールとともに使用できる。コード化ブロック４は、後処理ブロック６に局所的に合成された信号１０６も提供する。
【００２８】
従来の技術による広帯域コーデックとは対照的に、後処理ブロック６の後処理機能は、元の音声信号１００の高周波成分の特徴を示す入力信号に対応する利得規格化および利得量子化１０８を取り入れるように修正されている。さらに特定的には、元の音声信号１００の高周波成分は、図３に図示されるような音声エンコーダとともに説明される式４に図示されるようにハイバンド信号倍率を求めるために、着色され、高域フィルタにかけられたランダムノイズ１３４、１５４とともに使用できる。後処理ブロック６の出力は、後処理された音声信号１１０である。
【００２９】
図３は、本発明による音声エンコーダ１０の後処理機能の詳細な構造を示す。図示されるように、ランダムノイズ発生器２０が、１６ｋＨｚの擬似信号１３０を提供するために使用される。ランダムノイズ１３０は、音声信号１００の低い方のバンドの特性に基づいて合成による解析コード化ブロック４（図２）からコード化されたビットストリームで提供されるＬＰＣパラメータ１０４を使用してＬＰＣ合成フィルタ２２によって着色される。着色されたランダムノイズ１３２から、高域フィルタ２４は、６．０から７．０ｋＨｚの周波数範囲の着色された高周波成分１３４を抽出する。元の音声サンプル１００の６．０から７．０ｋＨｚの周波数範囲の高周波成分１１２も高域フィルタ１２によって抽出される。高周波成分１１２と１３４のエネルギーは、以下にしたがって利得等化ブロック１４によってハイバンド信号倍率ｇｓｃａｌｅｄを求めるために使用され、
ｇｓｃａｌｅｄ＝ｓｑｒｔ｛（ｓｈｐＴｓｈｐ）／（ｅｈｐＴｅｈｐ）｝　　　（４）
ここで、Ｓｈｐは６．０から７．０ｋＨｚの帯域通過フィルタにかけられた元の音声信号１１２であり、ｅｈｐはＬＰＣ合成（着色済み）帯域フィルタにかけられたランダムノイズ１３４である。参照数字１１４により示される倍率ｇｓｃａｌｅｄは、利得量子化モジュール１８によって量子化され、受信端が音声信号の構築のためにランダムノイズを規格化するための規格化倍率（利得）を使用できるように、コード化されたビットストリーム内で伝送できる。
【００３０】
現在のＧＳＭ音声コーデックでは、非音声期間中の無線伝送は、不連続伝達（ＤＴＸ）機能によって一時停止される。ＤＴＸは、さまざまなセルのあいだの干渉を削減し、通信システムの容量を高めるために役立つ。ＤＴＸ機能は、入力信号１００が音声を表現しているのか、あるいは雑音を表現しているのかを判断するために音声活動検出（ＶＡＤ）アルゴリズムに依存し、送信機が活動状態の音声期間中にオフになるのを妨げる。ＶＡＤアルゴリズムは参照番号９８で示される。さらに、送信機が非活動状態音声期間中にオフにされると、接続が終わっているという印象を排除するために、「快適雑音」（ＣＮ）と呼ばれる最小量の背景雑音が受信機によって提供される。ＶＡＤアルゴリズムは、非活動状態の音声期間が検出された後に、ハングオーバまたは持ち越し時間として知られる一定の期間が許されるように設計される。
【００３１】
したがって、本発明に対して、活動状態の音声のあいだの倍率ｇｓｃａｌｅｄは、方程式４にしたがって推定できる。しかしながら、活動状態の音声から非活動状態の音声への遷移の後、この利得パラメータは、ビットレートの制限および伝送システムのために、快適雑音ビットストリーム内では伝送できない。したがって、非活動状態の音声では、倍率は、従来の技術の広帯域コーデック復号器で実施されたように、元の音声信号を使用せずに受信端で求められる。したがって、利得は非活動状態音声のあいだ、基層信号から非明示的に推定される。対照的に、明示的な利得量子化は、高周波拡張階層の信号に基づき音声期間中使用される。活動状態音声から非活動状態音声への遷移中、さまざまな規格化倍率（利得）の切り替えが、合成された信号に可聴過渡現象を引き起こす可能性がある。これらの可聴過渡現象を軽減するために、規格化倍率（利得）を変更するために利得適応モジュール１６を使用することが可能である。本発明によれば、音声活動判定（ＶＡＤ）アルゴリズムのハングオーバ期間が開始すると、適応が開始する。その目的のため、ＶＡＤ判定を表す信号１９０が利得適応モジュール１６に提供される。さらに、不連続伝送（ＤＴＸ）のハングオーバ期間は、利得適応にも使用される。ＤＴＸのハングオーバ期間後、元の音声信号なしで求められる利得が利用できる。利得を調整するための全体的な利得適応は、以下の方程式にしたがって実施でき、
ｇｔｏｔａｌ＝αｇｓｃａｌｅｄ＋（１．０−α）ｆｅｓｔ　　　（５）
この場合、ｆｅｓｔは方程式３で決定され、符号１１５によって示され、αは以下によって指定される適応パラメータである。
ａ＝（ＤＴＸｈａｎｇｏｖｅｒ ｃｏｕｎｔ）／７　　　（６）
したがって、活動状態の音声中、ＤＴＸハングオーバカウントは７に等しいため、αは１．０に等しい。活動状態の音声から非活動状態の音声への過渡現象中、ＤＴＸハングオーバカウントは７から０に低下する。したがって、該過渡現象中、０＜α＜１．０である。音声の非活動状態のあいだ、または第１快適雑音パラメータの受信後、α＝０である。
【００３２】
その点で、音声活動検出およびソース符号化ビットレートによって推進される拡張階層コード化は、入力信号のさまざまな期間に応じて利得変更が可能である。音声の活動状態のあいだ、利得量子化は、ランダムノイズ利得パラメータ決定および適応を含む拡張階層から明示的に決定される。過渡現象中、明示的に求められる利得は暗示的に推定される値に向かって適応される。音声の非活動状態のあいだ、利得は基層信号から非明示的に推定される。したがって、高周波拡張階層パラメータは、非活動状態の音声の間受信端に伝送されない。
【００３３】
利得適応の利点は、活動状態の音声から非活動状態の音声の処理への高周波成分の利得変更のより円滑な過渡現象である。利得適応モジュール１６により求められ、基準番号１１６によって示されるような、適応された可変利得ｇｔｏｔａｌは、量子化された利得パラメータ１１８のセットとして利得量子化モジュール１８によって量子化される。利得パラメータ１１８のこのセットは、復号のために受信端に伝送されるコード化ビットストリームの中に取り入れることができる。量子化される利得パラメータ１１８が、それらが利得の指標（図示されていない）によってアクセスできるように、ルックアップテーブルとして記憶できることが指摘されなければならない。
【００３４】
適応された可変利得ｇｔｏｔａｌを用いて、復号プロセスの高周波ランダムノイズは、活動状態の音声から非活動状態の音声への遷移中に、合成された信号の過渡現象を軽減するために増減できる。最後に、合成された高周波成分が、エンコーダ内のＡ−ｂ−Ｓループから受信されるアップサンプリングされ、補間された信号に追加される。エネルギーの増減を用いる後処理は、５ｍｓのサブフレームごとに個別に実施される。高周波ランダム成分利得を量子化するために４ビットのコードブックが使用され、全体的なビットレートは毎秒０．８ｋｂｉｔである。
【００３５】
（高周波拡張階層から）明示的に求められた利得と（基層、あるいは更なるローバンドの信号のみ）から非明示的に推定される利得のあいだで行われる利得適応は、図３に図示されるように、利得量子化の前にエンコーダで実施できる。その場合、コード化され、受信端に伝送される利得パラメータは、方程式５によるｇｔｏｔａｌである。代わりに、利得適応は、非音声信号の始まりを示すＶＡＤフラグの後のＤＴＸハングオーバ期間中にデコーダ内だけで実施できる。その場合、利得パラメータの量子化はエンコーダで実施され、利得適応はデコーダで実行され、受信端に伝送される利得パラメータは、方程式４によりｇｓｃａｌｅｄにすぎない場合がある。推定された利得ｆｅｓｔは、合成された音声信号を使用してデコーダで求めることができる。また、第１無音記述（第１ＳＩＤ）がデコーダによって受信される前に、利得適応が快適雑音期間の始まりにデコーダ内で実施されることも考えられる。過去のケースの場合と同様に、ｇｓｃａｌｅｄはエンコーダで量子化され、コード化されたビットストリーム内で伝送される。
【００３６】
本発明のデコーダ３０の図による表記は図４に図示される。図示されるように、デコーダ３０は、ＬＰＣ、ピッチおよび励振のパラメータ１０４および利得パラメータ１１８（図３を参照）を含むコード化されたパラメータ１４０から音声信号１１０を合成するために使用される。コード化されたパラメータ１４０から、復号モジュール３２が逆量子化処理されたＬＰＣパラメータ１４２のセットを提供する。音声信号のさらにローバンドの成分の受信されたＬＰＣ、ピッチおよび励振のパラメータ１４２から、後処理モジュール３４は、従来の技術のデコーダでのように合成されたローバンドの音声信号を生成する。局所的に生成されたランダムノイズから、後処理モジュール３４は、音声の高周波成分の特徴を示す入力信号を含む利得パラメータに基づき、合成された高周波成分を生成する。
【００３７】
デコーダ３０の一般化した後処理の構造は、図５に図示される。図５に図示されるように、利得パラメータ１１８は、利得逆量子化ブロック３８によって逆量子化処理される。図３に図示されたように、利得適応がエンコーダ内ですでに実施されている場合には、デコーダ内の関連する利得適応機能は、逆量子化された利得１４４（α＝１．０およびα＝０．５の場合のｇｔｏｔａｌ）を、ＶＡＤ決定信号１９０を必要とせずに、快適雑音期間の始まりの時点で推定された規格化利得ｆｅｓｔ（α＝０）に切り替えることである。しかしながら、利得適応が、非音声信号の始まりを示す信号１９０内で提供されるＶＡＤフラグの後のＤＴＸハングオーバ期間中にデコーダ内だけで実施される場合には、利得適応ブロック４０は方程式５による規格化利得ｇｔｏｔａｌを求める。このようにして、不連続伝送の始まりで、利得適応ブロック４０は、それが利得パラメータ１１８を受信しないときに、参照番号１４５によって示されるように、推定される規格化利得ｆｅｓｔを使用して過渡現象を取り除く。したがって、利得適応モジュール４０によって提供されるような規格化利得１４６は、方程式５にしたがって求められる。
【００３８】
図４に図示されるような後処理装置３４内でのランダムノイズ成分の着色および高域フィルタリングは、図３に図示されるようなエンコーダ１０の後処理に類似している。図示されるように、ランダムノイズ発生器は、受信されたＬＰＣパラメータ１０４に基づき、ＬＰＣ合成フィルタ５２によって着色される擬似信号１５０を提供するために使用される。着色された擬似信号１５２は、高域フィルタ５４によってフィルタリングされる。しかしながら、エンコーダ１０（図３）内で着色され、高域フィルタにかけられたランダムノイズ１３４を提供する目的は、ｅｈｐ（等式４）を生成することである。後処理モジュール３４では、着色され、高域フィルタにかけられた擬似信号１５４は、適応モジュール４０により提供される適応済みのハイバンド利得１４６に基づき、利得調整モジュール５６によって調整された後に合成された高周波信号１６０を生成するために使用される。最終的には、高周波拡張階層の出力１６０は、ベースデコーダ（図示されていない）から受信される１６ｋＨｚの合成済み信号に加算される。１６ｋＨｚの合成済み信号は技術的に周知である。
【００３９】
デコーダからの合成信号がスペクトル傾きの推定に使用できることに注意する必要がある。デコーダの後処理装置は、方程式２と３を使用してパラメータｆｅｓｔを推定するために使用されてよい。デコーダまたは伝送チャネルが、チャネル帯域幅の制限などの多様な理由からハイバンド利得パラメータを無視し、ハイバンド利得がデコーダにより受信されないケースでは、合成された音声の高周波成分を提供するために、着色され、高域フィルタにかけられたランダムノイズを調整することが可能である。
【００４０】
要約すると、広帯域音声コーデックで高周波拡張階層符号化を実施するための後処理工程は、エンコーダまたはデコーダ内のどちらでも実行できる。
【００４１】
この後処理工程がエンコーダで実行されると、ハイバンド信号倍率ｇｓｃａｌｅｄは、元の音声サンプルおよびＬＰＣ着色され、帯域フィルタにかけられたランダムノイズの６．０から７．０ｋＨｚの周波数範囲の高周波成分から取得される。さらに推定された利得係数ｆｅｓｔはエンコーダ内のローバンドの合成信号のスペクトル傾きから得られる。ＶＡＤ判定信号は、入力信号が活動状態の音声期間内にあるのか、それとも非活動状態の音声期間内にあるのかを示すために使用される。さまざまな音声期間の全体的な利得ｇｔｏｔａｌは、利得ｇｓｃａｌｅｄおよび推定される利得係数ｆｅｓｔから計算される。拡張可能なハイバンド信号利得は、量子化され、コード化されたビットストリーム内で伝送される。受信端では、全体的な利得ｇｔｏｔａｌが受信されたコード化ビットストリーム（コード化パラメータ）から抽出される。この全体的な利得は、デコーダで生成される着色され、高域フィルタにかけられたランダムノイズを調整するために使用される。
【００４２】
後処理工程がデコーダで実行される場合、推定利得係数ｆｅｓｔは、デコーダ内のローバンドの合成音声から取得できる。この推定利得係数は、活動状態の音声中にデコーダ内で着色され、高域フィルタにかけられたランダムノイズを調整するために使用できる。
【００４３】
図６は、本発明の１つの例示的な実施形態による移動局２００のブロック図を示す。移動局は、マイク２０１、キーパッド２０７、ディスプレイ２０６、イヤホン２１４、送信／受信スイッチ２０８、アンテナ２０９、および制御装置２０５などの装置に典型的な部分を備える。さらに、図は、移動局に典型的な送信ブロックと受信ブロック２０４、２１１を示す。送信ブロック２０４は、音声信号を符号化するためのコーダ２２１を備える。コーダ２２１は、図３に図示されるようにエンコーダ１０の後処理機能を含む。送信ブロック２０４は、明快さのために図５には図示されていないＲＦ機能だけではなく、チャネル符号化、暗号解読および変調のために必要な動作も備える。受信ブロック２１１は、本発明による復号ブロック２２０も備える。復号ブロック２２０は、図５に図示されるデコーダ３４のような後処理装置２２２を含む。増幅ステージ２０２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器でデジタル化されるマイクロフォン２０１から生じる信号は、送信ブロックにより構成される音声符号化装置に典型的な送信ブロック２０４に搬送される。送信ブロックにより処理、変調および増幅される送信信号は、送信／受信スイッチ２０８を介してアンテナ２０９に搬送される。受信される信号は、送信／受信スイッチ２０８を介してアンテナから、受信される信号を復調し、暗号解読およびチャネル符号化を復号する受信ブロック２１１に搬送される。結果として生じる音声信号は、Ｄ／Ａ変換器２１２を介して増幅器２１３に、さらにイヤホン２１４に搬送される。制御装置２０５は移動局２００の動作を制御し、キーパッド２０７からユーザによって出される制御コマンドを読み取り、ディスプレイ２０６によってユーザにメッセージを与える。
【００４４】
本発明によれば、図３に図示されるようなエンコーダ１０の、および図５に図示されるようなデコーダ３４の後処理機能は、ＧＳＭネットワークなどの通常の電話網または移動局ネットワークなどの遠距離送受信網３００でも使用できる。図７は、このような遠距離送受信網のブロック図の例を示す。たとえば、遠距離送受信網３００は、遠距離送受信網の通常の電話３７０、基地局３４０、基地局制御装置３０５、および他の中央装置３５５が結合される電話交換器または対応する切り替えシステム３６０を備えることがある。移動局３３０は、基地局３４０を介して遠距離送受信網への接続を確立できる。図５に図示されるものに類似する後処理装置３２２を含む復号ブロック３２０は、たとえば基地局３４０に特に有利に設置できる。しかしながら、復号ブロック３２０は、たとえば、基地局制御装置３５０または他の中央装置または切り替え装置３５５に設置することもできる。移動局システムが、無線チャネル上で採取される符号化された信号を、遠距離送受信システムで転送される典型的な毎秒６４ｋｂｉｔの信号に変換する、および逆もまた同様に行うために、たとえば基地局と基地局制御装置のあいだで別々のトランスコーダを使用する場合、復号ブロック３２０は、このようなトランスコーダの中にも設置できる。一般的には、後処理装置３２２を含む復号ブロック３２０は、符号化されたデータストリームを符号化されていないデータストリームに変換する遠距離送受信網３００の任意の要素内に設置できる。復号ブロック３２０は、移動局３３０から生じる符号化された音声信号を復号し、フィルタリングし、その後音声信号は、未圧縮として、通常どおりに遠距離送受信網３００内で順方向に転送できる。
【００４５】
図８は、本発明による音声符号化の方法５００を示すフローチャートである。図示されるように、入力音声信号１００が工程５１０で受信されると、現在の期間内の入力信号１１０が音声を表すのか、雑音を表すのかを判断するために、音声活動検出器アルゴリズム９８が工程５２０で使用される。音声期間中、処理された模擬雑音１５２は、工程５３０で第１倍率１１４を用いて尺度化される。雑音または非音声期間中、処理された擬似信号１５２は工程５４０で第２倍率を用いて尺度化される。プロセスは、次の期間、工程５２０で繰り返される。
【００４６】
合成された音声のさらに高周波の成分を提供するために、擬似信号またはランダムノイズは６．０から７．０ｋＨｚの周波数範囲でフィルタリングされる。しかしながら、フィルタリングされた周波数範囲は、たとえばコーデック復号器のサンプルレートに応じて異なることがある。
【００４７】
本発明はその好ましい実施形態に関して説明されてきたが、その形式および詳細における前記および多様な他の変更、省略、逸脱が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われてよいことが理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の技術の広帯域音声コーデック復号器を示すブロック図である。
【図２】
本発明による広帯域音声コーデック復号器を示すブロック図である。
【図３】
本発明の広帯域音声エンコーダの後処理機能性を示すブロック図である。
【図４】
本発明の広帯域音声デコーダの構造を示すブロック図である。
【図５】
広帯域音声でコーダの後処理機能性を示すブロック図である。
【図６】
本発明による移動局を示すブロック図である。
【図７】
本発明による遠距離送受信網を示すブロック図である。
【図８】
本発明による音声符号化の方法を示すフローチャートである。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004512562.tif 000043
【国際調査報告】
2004512562.tif 000044
2004512562.tif 000045
2004512562.tif 000046