(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を送信チャネルを介して受信機に送信するための送信機を有する送信システムであって、該送信機は、メインシーケンスから複数の励起シーケンスを得る励起信号生成器であって、前記複数の励起シーケンスが該メインシーケンスからの部分であり、前記部分が複数の位置を介して相互に変位されている、当該励起信号生成器と、励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択するための選択手段とを持つエンコーダを有し、前記送信機は、最適な励起シーケンスを表す信号を前記受信機に送信するように構成され、前記受信機は、前記最適な励起シーケンスを表す前記信号から前記選択された励起シーケンスを得るための励起信号生成器と、励起信号サンプルの最適なシーケンスから合成信号を得るための合成フィルタとを持つデコーダを有する送信システムにおいて、
前記選択手段は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シーケンスを得るように構成され、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の変位よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して変位され、また、前記選択手段は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該最適な励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエラーが最小となるような励起シーケンスを選択するように構成されることを特徴とする送信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の送信システムにおいて、
二つの励起シーケンス間の前記変位は、２ないし５の位置であることを特徴とする送信システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の送信システムにおいて、
前記エンコーダは、前記励起シーケンスから合成信号を得るための合成フィルタを有し、該合成フィルタは、前記デコーダ内の前記合成フィルタに対して複雑さが軽減されたものであることを特徴とする送信システム。
【請求項４】
請求項３に記載の送信システムにおいて、
前記選択手段は、少なくとも一つの更なる励起シーケンスを選択するように構成され、前記エンコーダは、前記少なくとも二つの励起シーケンスから付加的な合成信号を得るように構成される付加的な合成フィルタを有し、また、前記選択手段は、前記少なくとも二つの励起シーケンスから、対応する付加的な合成入力信号と前記入力信号から得られる基準信号との間のエラーが最小となるような励起シーケンスを前記選択された励起シーケンスとして選択するように構成されることを特徴とする送信システム。
【請求項５】
入力信号を送信するための送信機であって、該送信機は、メインシーケンスから複数の励起シーケンスを得る励起信号生成器であって、前記複数の励起シーケンスが該メインシーケンスからの部分であり、前記部分が複数の位置を介して相互に変位されている、当該励起信号生成器と、励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択するための選択手段とを持つエンコーダを有し、最適な励起シーケンスを表す信号を送信するように構成される送信機において、
前記選択手段は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シーケンスを得るように構成され、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の変位よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して変位され、また、前記選択手段は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該最適な励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエラーが最小となるような励起シーケンスを選択するように構成されることを特徴とする送信機。
【請求項６】
請求項５に記載の送信機において、
二つの励起シーケンス間の前記変位は、２ないし５の位置であることを特徴とする送信機。
【請求項７】
メインシーケンスから複数の励起シーケンスを得る励起信号生成器であって、前記複数の励起シーケンスが該メインシーケンスからの部分であり、前記部分が複数の位置を介して相互に変位されている、当該励起信号生成器と、励起シーケンスから得られる合成信号と入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択するための選択手段とを有し、最適な励起シーケンスを表す信号を生成するように構成されるエンコーダにおいて、
前記選択手段は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シーケンスを得るように構成され、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の変位よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して変位され、また、前記選択手段は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該最適な励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエラーが最小となるような励起シーケンスを選択するように構成されることを特徴とするエンコーダ。
【請求項８】
請求項７に記載のエンコーダにおいて、
二つの励起シーケンス間の前記変位は、２ないし５の位置であることを特徴とするエンコーダ。
【請求項９】
入力信号を送信チャネルを介して送信するための方法であって、該方法は、メインシーケンスから複数の励起シーケンスを得る工程であって、前記複数の励起シーケンスが該メインシーケンスからの部分であり、前記部分が複数の位置を介して相互に変位されている、当該複数の励起シーケンスを得る工程と、励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択する工程と、最適な励起シーケンスを表す信号を送信媒体を介して送信する工程と、前記送信媒体から受信された信号から前記選択された励起シーケンスを得る工程と、励起信号サンプルの最適なシーケンスから合成信号を得る工程とを有する送信方法において、
前記方法は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シーケンスを得る工程を有し、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の変位よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して変位され、また、前記方法は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該最適な励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエラーが最小となるような励起シーケンスを選択する工程を有することを特徴とする送信方法。
【請求項１０】
入力信号を符号化するための方法であって、該方法は、メインシーケンスから複数の励起シーケンスを得る工程であって、前記複数の励起シーケンスが該メインシーケンスからの部分であり、前記部部が複数の位置を介して相互に変位されている、当該複数の励起シーケンスを得る工程と、励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択する工程と、最適な励起シーケンスを表す信号を生成する工程とを有する符号化方法において、
前記方法は、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シーケンスを得る工程を有し、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の変位よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して変位され、また、前記方法は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該最適な励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエラーが最小となるような励起シーケンスを選択する工程を有することを特徴とする符号化方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、入力信号を送信チャネルを介して受信機に送信するための送信機を有する送信システムであって、該送信機は、メインシーケンスから、各々該メインシーケンスの一部であって、これら部分は複数の位置を介して相互に変位されるような、複数の励起シーケンスを得るための励起信号生成器と、励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間でエラーが最小になるような該励起シーケンスを選択するための選択手段と持つエンコーダを有し、前記送信機は、最適な励起シーケンスを表す信号を前記受信機に送信するように構成され、該受信機は、前記最適な励起シーケンスを表す前記信号から前記選択された励起シーケンスを得るための励起信号生成器と、励起信号サンプルの最適なシーケンスから合成信号を得るための合成フィルタとを持つデコーダを有する送信システムに関する。
本発明はまた、送信機、エンコーダ、送信方法及び符号化方法にも関する。
背景技術
冒頭による送信システムは、米国特許第5,140,638号から既知である。
このような送信システムは、無線チャネル、同軸ケーブルまたは光ファイバ等の送信媒体を介して音声信号を送信するために使用することができる。このような送信システムはまた、磁気テープまたはディスク等の記録媒体上に音声信号を記録するためにも使用することができる。あり得る応用例としては、自動応答機または口述録音機である。
現在の音声送信システムにおいては、送信されるべき音声信号が、しばしば、合成技術による解析を用いて符号化される。この技術においては、合成信号が、複数の励起シーケンスにより励起される合成フィルタにより生成される。合成音声信号は、複数の励起シーケンスに関して決定され、前記合成信号を入力信号から得られる目標信号との間のエラーを表すエラー信号が決定される。エラーが最小となる励起シーケンスが選択され、符号化された形態で受信機に送信される。
前記受信機においては、前記励起シーケンスが復元され、合成信号が該励起シーケンスを合成フィルタに供給することにより生成される。この合成信号は、前記送信機の前記入力信号の複製である。
信号送信の良好な品質を得るために、多数（例えば、１０２４）の励起シーケンスが、前記選択に関与する。この選択は、かなりの計算電力（computingpower）を必要とする多数のフィルタ演算を伴う。この必要とされる計算電力の消費量を軽減させるために、しばしば、いわゆる一次元コードブックが使用される。これは、前記コードブックが、複数の励起シーケンスが選択されるような、複数サンプルからなるメインシーケンスを有することを意味する。隣接するシーケンスは多数の共通のサンプルを持つため、フィルタリングは、かなり少ない計算資源しか必要としない帰納的方法を用いて実行することができる。さらに、複数の励起シーケンスが選択されるメインシーケンスを使用することにより、これら励起シーケンスを記憶するために必要とされるメモリの量が軽減される。隣接するシーケンス内に多数の共通のサンプルがある結果、隣接するシーケンス間に大きな相関値がある。計算数を軽減させるために、前記メインシーケンスからの全ての可能なシーケンスが上述の米国特許で開示されたコーダにおいては使用されず、ｐ個のサンプルの距離で相互に変位されるシーケンスが使用される。これにより、ある程度の品質ロスが必然的に生じるであろう。
発明の開示
本発明は、送信システムの計算における複雑さを実質的に上昇させることなく符号化品質を上昇させる冒頭による送信システムを提供することを目的とする。
ゆえに、本発明による送信システムは、前記選択手段が、前記メインシーケンスから少なくとも一つの更なる励起シーケンスを得るように構成され、該更なる励起シーケンスは、前記励起シーケンス間の変位よりもより小さな距離で前記選択されたシーケンスに対して変位され、また、前記選択手段は、前記選択された励起シーケンス及び前記少なくとも一つの更なる励起シーケンスから、前記最適なシーケンスとして、該更なる励起シーケンスから得られる合成信号と前記入力信号から得られる目標信号との間のエラーが最小となるような該励起シーケンスを選択するように構成されることを特徴とする。
二つの励起シーケンス間の変位値より小さな変位値を持つ一つ以上の更なる励起シーケンスを使用することにより、より正確に前記目標信号に近似することができる。前記（各）付加的な励起シーケンスが、最良の励起シーケンス付近で選択されるため、付加的な計算数が非常に少なくなる。前記メインシーケンスを固定コードブックに記憶することができるが、その内容が過去に用いられた励起シーケンスから得られるような適応コードブックに記憶することも可能であることが認められた。
本発明のある実施例は、二つの励起シーケンス間の前記変位が、２ないし５の位置であることを特徴とする。
試験において、２及び５の間のｐの値が良好な選択であることが示された。
本発明の更なる実施例は、前記エンコーダが、前記励起シーケンスから合成信号を得るための合成フィルタを有し、該合成フィルタが、前記デコーダ内の前記合成フィルタに対して複雑さが軽減されたものであることを特徴とする。
この実施例においては、前記エンコーダが、前記デコーダ内で使用される合成フィルタに対して複雑さが軽減された合成フィルタを用いる。試験において、驚くべきことに、前記受信機内の合成フィルタの複雑さに対して１０〜２０倍前記エンコーダ内の合成フィルタの複雑さ（フィルタの程度）を軽減させることができることが示された。
本発明のさらに他の実施例は、前記選択手段が、少なくとも一つの更なる励起シーケンスを選択するように構成され、前記エンコーダが、前記少なくとも二つの励起シーケンスから付加的な合成信号を得るように構成される付加的な合成フィルタを有し、また、前記選択手段は、前記少なくとも二つの励起シーケンスから、対応する付加的な合成入力信号と前記入力信号から得られる基準信号との間のエラーが最小となるような励起シーケンスを前記選択された励起信号として選択するように構成されることを特徴とする。
この実施例においては、前記複雑さが軽減された合成フィルタの使用に基づく少なくとも二つの励起シーケンスの事前選択がなされる。次いで、最終選択が、より複雑な合成フィルタを用いてなされる。この合成フィルタは、前記受信機内の合成フィルタと同一のものとすることができるが、依然として該受信機内の合成フィルタと比較して軽減された複雑さを持つことが可能である。前記基準信号は前記目標信号と同一の信号であっても良いが、これらの信号が異なっても可能であることが認められた。
【図面の簡単な説明】
本発明は以下の図面を参照して説明されるであろう。
第１図は、本発明が適用されることができる送信システムを示す図である。
第２図は、本発明のエンコーダを示す図である。
第３図は、メインシーケンスから複数の励起シーケンスを事前選択するための適応コードブック選択手段の一部を示す図である。
第４図は、少なくとも一つの更なる励起シーケンスを選択するための選択手段の一部を示す図である。
第５図は、本発明の励起シーケンス選択手段を示す図である。
第６図は、本発明の固定コードブック選択手段を示す図である。
第７図は、第１図に示した送信システムで使用されるデコーダを示す図である。
発明を実施するための最良の形態
第１図の送信システムにおいて、入力信号が送信機２に供給される。この送信機２において、入力信号が本発明のエンコーダを使用して符号化される。エンコーダ４の出力信号は、送信媒体８を介して受信機１０に向けてエンコーダ４の出力信号を送信するため、送信手段６の入力部に供給される。前記送信手段の動作は、前記エンコーダからの信号（二値）の変調を含むことができる（搬送波信号において送信媒体８に適する二値形式の変調も可能である）。受信機１０において、受信信号は、フロントエンド１２により、デコーダ１４に適する信号に変換される。フロントエンド１２の動作は、二値シンボルのフィルタリング、復調、そして検出を含むことができる。デコーダ１４は、フロントエンド１２の出力信号から、再構成入力信号を導く。
第２図のエンコーダにおいて、ディジタル入力信号のサンプルｉ［ｎ］を提供するエンコーダ４の入力部は、フレーム手段２０の入力部に接続されている。出力信号ｘ［ｎ］を提供する前記フレーム手段の出力部は、ハイパスフィルタ２２に接続されている。出力信号ｓ［ｎ］を提供するハイパスフィルタ２２の出力部は、知覚重み付けフィルタ３２及びLPCアナライザ２４の入力部に接続されている。出力信号ｒ［ｋ］を提供するLPCアナライザ２４の第１出力部は、量子化器２６に接続されている。LPCアナライザの第２出力部は、複雑さが軽減された合成フィルタ用のフィルタ係数ａｆを提供する。
出力信号Ｃ［ｋ］を提供する量子化器２６の出力部は、補間器２８の入力部及びマルチプレクサ５９の第１入力部に接続されている。信号ａｑ[k][s]を提供する補間器２８の出力部は、知覚重み付けフィルタ３２の第２入力部及び零入力応答フィルタ３４の入力部、更にはインパルス応答計算器３６の入力部に接続されている。信号ｗ［ｎ］を提供する知覚重み付けフィルタ３２は、減算器３８の第１入力部に接続されている。出力信号ｚ［ｎ］を提供する零入力応答フィルタ３４の出力部は、減算器３８の第２入力部に接続されている。
目標信号ｔ［ｎ］を提供する減算器３８の出力部は、適応コードブック選択手段４０及び事前適応コードブック選択手段４２の入力部と減算器４１の入力部に接続されている。出力信号ｈ［ｎ］を提供するインパルス応答計算器３６の出力部は、適応コードブック選択手段４０の入力部及び適応コードブック事前選択手段４２の入力部、そして固定コードブック選択手段４４の入力部、さらには固定コードブック事前選択手段４６として参照される励起信号選択手段の入力部に接続されている。出力信号ｉａ［ｋ］を提供する適応コードブック事前選択手段４２の出力部は、適応コードブック選択手段４０の入力部に接続されている。適応コードブック事前選択手段４２と、適応コードブック選択手段４０と固定コードブック事前選択手段４６と固定コードブック選択手段４４の組合せは、選択手段４５を形成する。
出力信号Ｇａを提供する適応コードブック選択手段の第１出力部は、マルチプレクサ５９の第２入力部及び乗算器５２の第１入力部に接続されている。出力信号Ｉａを提供する適応コードブック選択手段の第２出力部は、マルチプレクサ５９の第３入力部及び適応コードブック４８の入力部に接続されている。出力信号ｐ［ｎ］を提供する適応コードブック選択手段４０の第３出力部は、減算器４１の第２入力部に接続されている。
出力信号ｅ［ｎ］を提供する減算器４２の出力部は、固定コードブック選択手段４４の第２入力部及び固定コードブック事前選択手段４６の第２入力部に接続されている。出力信号ｉｆ［ｋ］を提供する固定コードブック事前選択手段４６の出力部は、固定コードブック選択手段４４の第３入力部に接続されている。出力信号Ｇｆを提供する固定コードブック選択手段の第１出力部は、乗算器５４の第１入力部及びマルチプレクサ５９の第４入力部に接続されている。出力信号Ｐを提供する固定コードブック選択手段４４の第２出力部は、励起発生器５０の第１入力部及びマルチプレクサ５９の第５入力部に接続されている。出力信号Ｌ［ｋ］を提供する固定コードブック選択手段４４の第３出力部は、励起発生器５０の第２入力部及びマルチプレクサ５９の第６入力部に接続されている。出力信号ｙｆ［ｎ］を提供する励起発生器５０の出力部は、乗算器５４の第２入力部に接続されている。出力信号ｙａ［ｎ］を提供する適応コードブック４８の出力部は、乗算器５２の第２入力部に接続されている。乗算器５２の出力部は、加算器５６の第１入力部に接続されている。乗算器５４の出力部は、加算器５６の第２入力部に接続されている。出力信号ｙａｆ［ｎ］を提供する加算器５６の出力部は、メモリ更新ユニット５８に接続され、後者は、適応コードブック４８に接続されている。
マルチプレクサ５９の出力部は、エンコーダ５９の出力部を形成する。
第２図のエンコーダの実施例は、入力信号が周波数帯域０〜７kHzの広帯域音声信号であると仮定して説明される。１６kHzのサンプリングレートが想定される。しかしながら、本発明がこのような形式の信号に限定されないことが認められる。
フレーム構成手段２０において、音声信号ｉ［ｎ］はフレームと呼ばれるＮ個の信号サンプルｘ［ｎ］のシーケンスに分割される。このようなフレームの継続は、典型的には１０〜３０mSである。ハイパスフィルタ２２により、直流成分の無い信号（ＤＣフリー信号）がハイパスフィルタ２２の出力部で実現可能なように、フレーム信号の直流成分が取り除かれる。線形予測アナライザ２４により、Ｋ個の線形予測係数ａ［ｋ］が決定される。Ｋは狭帯域音声で典型的には８〜１２で、広帯域音声では典型的には１６〜２０である。しかしながら、典型的な値に対する例外も可能である。前記線形予測係数は、後に説明される合成フィルタで使用される。
予測係数ａ［ｋ］を計算するため、まず、信号ｓ［ｎ］が重み付け信号ｓｗ［ｎ］を得るためにハミングウィンドウで重み付けされる。この予測係数ａ［ｎ］は、値ａ［ｋ］を帰納的に決定するため、初めに自己相関係数を計算し、次いでレビンソン−ダービン（Levinson-Durbin）アルゴリズムを実施することにより信号ｓｗ［ｎ］から導かれる。第１帰納工程の結果は、複雑さが軽減された合成フィルタにおいて使用されるａｆとして格納される。選択的に、第２帰納工程の結果af1，af2を複雑さが軽減された合成フィルタのパラメータとして格納することが可能である。二次の（second order）複雑さが軽減された合成フィルタを使用すると、事前選択のみ実施可能であることが認められる。完全に複雑な合成フィルタ（full complexity synthesis filter）の使用を選択することは免れる。予測パラメータａ［ｋ］により表されるスペクトルエンベロプ中の極端に鋭いピークを除去するため、値γkで各係数ａ［ｋ］を乗算することにより帯域拡張演算が実現される。修正された予測係数ａｂ［ｋ］は、ログ領域比率ｒ［ｋ］に変換される。
量子化器２６は、受信機にログ領域比率を送信するために使用されるビット数の削減を目的として、不均一な方法で対数領域比率（log area ratio）を量子化する。この量子化器２６は、対数領域比率の量子化レベルを示す信号Ｃ［ｋ］を発生する。
合成フィルタに最適な励起シーケンスを選択するため、フレームｓ［ｎ］がＳ個のサブフレームに分割される。円滑なフィルタ変化を実現するため、補間器２８は、現在のインデックスＣ［ｋ］と以前のインデックスＣｐ［ｋ］との間の線形補間を各サブフレームについて実施し、そして対応するログ領域比率を予想パラメータａｑ[k][s]に変換する（ｓは現在のサブフレームのインデックスに等しい）。
合成エンコーダによる解析において、音声信号のフレーム（若しくはサブフレーム）が、合成フィルタにより濾波された異なる励起シーケンスにそれぞれ対応する複数の合成音声フレームと比較される。合成フィルタの伝達関数は１／Ａ（ｚ）に等しい。Ａ（ｚ）は数式１で求められる。
0003970327.tif 000002
数式１において、Ｐは予測次数、ｋは走査インデックス（running index）、ｚ-1は単位（unity）遅延演算子である。
人間の聴覚システムの知覚特性に対応する目的で、音声フレームと合成音声フレームとの差が、伝達関数A(z)/A(z/γ)を持つ知覚重み付けフィルタにより濾波される。γは、通常、およそ0.8の値を持つ定数である。選択された最適励起信号は、知覚重み付けフィルタの出力信号の最小パワーをもたらす励起信号である。
多くの音声コーダにおいて、知覚重み付けフィルタリング演算が、比較演算の前に実施される。これは、音声信号が伝達関数A(z)/A(z/γ)を持つフィルタにより濾波されなければならないこと、そして合成フィルタが伝達関数1/A(z/γ)を有する修正された合成フィルタにより置換されなければならないことを意味する。知覚重み付けフィルタの他の形式、伝達関数A(z/γ1)/A(z/γ2)を持つフィルタが使用されることが認められる。知覚重み付けフィルタ３２は、上述のような伝達関数A(z)/A(z/γ)による音声信号の濾波を実現する。知覚重み付けフィルタ３２のパラメータは、補間された予想パラメータａｑ[k][s]で各フレームが更新される。本発明の範囲は知覚重み付けフィルタの伝達関数のあらゆる変形及び知覚重み付けフィルタあらゆる位置を含むことが認められる。
変更された合成フィルタの出力信号は同様に、以前のサブフレームから選択した励起シーケンスに依存する。合成音声信号の現在の励起シーケンスに依存する部分及び以前の励起シーケンスに依存する部分は分離されることができる。ゼロ入力フィルタの出力信号は、現在の励起シーケンスに依存しないので、第２図のフィルタ３４で実施されたように音声信号経路に移動されることができる。
変更された合成フィルタの出力信号が知覚重み付け音声信号から減算されるので、ゼロ入力応答フィルタ３４の信号が知覚重み付け音声信号から減算される。この減算は、減算器３８により実施される。減算器３８の出力部では、目標信号ｔ［ｎ］が得られる。
エンコーダ４は、ローカルデコーダ３０を有する。ローカルデコーダ３０は、複数の以前の選択された励起シーケンスを後で格納する適応コードブック４８を有する。適応コードブック４８は、適応コードブックインデックスＩａでアドレスされる。適応コードブック４８の出力信号ｙａ［ｎ］は、乗算器５２によりゲイン係数Ｇａでスケーリングされる。ローカルデコーダ３０は、複数の所定の励起シーケンスを発生するように構成された励起発生器５０を有する。励起シーケンスｙｆ［ｎ］は、いわゆる、標準パルス励起シーケンスである。このシーケンスは、ゼロ値を有する多数のサンプルにより分離された複数の励起サンプルを有する。励起サンプルの位置は、パラメータＰＨ（位相）で示される。励起サンプルは、値−１，０，＋１の１つを持つことができる。励起サンプルの値は、可変値Ｌ［ｋ］により与えられる。励起発生器５０の出力信号ｙｆ［ｎ］は、乗算器５４のゲイン係数Ｇｆでスケーリングされる。乗算器５２，５４の出力信号は、加算器５６により励起信号ｙａｆ［ｎ］に加算される。信号Ｙａｆ［ｎ］は、次のサブフレームで使用するため、適応コードブック４８に格納される。
適応コードブック事前選択手段４２において、励起シーケンスの削減されたセットが決定される。これらシーケンスのインデックスｉａ［ｋ］は、適応コードブック選択手段４０に提供される。適応コードブック事前選択手段４２において、一次の複雑さが軽減された合成フィルタは、本発明によって使用される。さらに、全ての可能なシーケンスが考慮されるわけではなく、少なくとも２つの位置の相互変位を持つ減少された数のシーケンスが考慮される。良好な選択は、２〜５の範囲の変位である。使用された合成フィルタの複雑さの軽減及び考慮される励起シーケンス数の削減は、エンコーダの複雑さの実質的な軽減を提供する。
適応コードブック選択手段４０は、事前選択励起シーケンスから最良の励起シーケンスを得るように構成される。この選択において、完全に複雑な合成フィルタが使用され、事前選択励起シーケンスの周囲において少数の励起シーケンスが試行される。試行された励起シーケンス間の変位は、事前選択中に使用された変位よりも小さい。この変位は、本発明のエンコーダで使用される。関与した少数の励起シーケンスのため、最終選択の付加的な複雑さは低い。適応コードブック手段は同様に、重み付け合成フィルタにより格納された励起シーケンスを濾波することにより、そして値Ｇａで合成信号を乗算することにより得られた合成信号である信号Ｐ［ｎ］を発生する。
減算器４１は、差信号ｅ［ｎ］を導くため、信号Ｐ［ｎ］を目標信号ｔ［ｎ］から減算する。固定コードブック事前選択手段４６において、後方濾波された（backward filtered）目標信号ｔｆ［ｎ］が信号ｅ［ｎ］から導かれる。可能な励起シーケンスから、濾波された目標信号に最も類似する励起シーケンスが事前選択され、これらのインデックスｉｆ［ｋ］が固定コードブック選択手段４６に移動される。固定コードブック選択手段４４は、固定コードブック事前選択手段４６により事前選択された信号から最適励起信号の検索を実施する。この検索では完全に複雑な合成フィルタが使用される。信号Ｃ［ｋ］，Ｇａ，Ｉａ，Ｇｆ，ＰＨ，Ｌ［ｋ］は、マルチプレクサ５９により単一出力ストリームに多重化される。
インパルス応答値ｈ［ｎ］は、インパルス応答計算器３６により、帰納法により予想パラメータａｑ[k][s]から計算される。
0003970327.tif 000003
数式２において、Ｎｍはインパルス応答の要求される長さである。現在のシステムにおいて、この長さは、サブフレーム中のサンプルの数に等しい。
第３図による適応コードブック事前選択手段４２において、目標信号ｔ［ｎ］が時間反転器５０の入力部に供給される。時間反転器５０の出力部はゼロ状態フィルタ５２の入力部に接続されている。ゼロ状態フィルタ５２の出力部は、時間反転器５４の入力部に接続されている。時間反転器５４の出力部は、相互相関器（cross correlator）５６の第１入力部に接続されている。相互相関器５６の出力部は、分割器６４の第１入力部に接続されている。
適応コードブック４８の出力部は、相互相関器５６の第２入力部に接続され、そして選択スイッチ４９を介して、複雑さが軽減されたゼロ状態合成フィルタ６０の入力部に接続されている。選択スイッチの更なる端子はメモリ更新ユニット５８の出力部に接続されている。複雑さが軽減された合成フィルタ６０の出力部は、エネルギ推定器６２の入力部に接続されている。エネルギ推定器６２の出力部は、エネルギテーブル６３の入力部に接続されている。エネルギテーブル６３の出力部は分割器６４の第２入力部に接続されている。分割器６４の出力部はピーク検出器６５の入力部に接続され、そしてピーク検出器６５の出力部は選択器６６の入力部に接続されている。選択器６６の第１出力部は、異なる励起シーケンスを選択するため、適応コードブック４８の入力部に接続されている。事前選択励起シーケンスを示す信号を適応コードブックから提供する選択器６６の第２出力部は、適応コードブック４８の選択入力部及びエネルギテーブル６３の選択入力部に接続されている。
適応コードブック事前選択手段４２は、適応コードブック及び対応するゲイン係数ｇａから励起シーケンスを選択するように構成される。この操作は、数式３で表されるエラー信号ζを最小化することとして記すことができる。
0003970327.tif 000004
数式３において、Ｎｍはサブフレームのサンプル数である。y[l][n]は励起シーケンスｃａ[l][n]における０状態合成フィルタの応答である。ゲイン係数ｇａについて数式３を微分し、ｇａの最適な値に対して導関数をゼロに等しいと規定することにより数式４を見いだすことができる。
0003970327.tif 000005
数式４を数式３に代入することにより、数式５からζを求めることができる。
0003970327.tif 000006
ζを最小化することはｌに対する数式５中の第２項ｆ［ｌ］を最大化することに対応する。ｆ［ｌ］は、数式６で表すことができる。
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数式６において、ｈ［ｎ］は、数式２により計算された様な第３図のフィルタ５２のインパルス応答である。数式６は、数式７のように表すこともできる。
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数式７は、適応コードブックの事前選択で使用される。数式７を使用する利点は、数式７の分子を規定するために、全てのコードブックエントリに対して一つのフィルタ演算のみが必要とされる、というものである。数式６の使用は、事前選択時に関与したコードブックエントリの各々について一つのフィルタ演算を必要とする。数式７の分母を決定するには、その計算が依然として全コードブックエントリを濾波することが必要とし、複雑さが軽減された合成フィルタが使用される。
ｆ［ｌ］の分母Ｅａは、複雑さが軽減された合成フィルタ６０で濾波した関連した励起シーケンスのエネルギである。実験は、単一フィルタ係数は遅く変化し、したがってフレーム毎に一回しか更新されなくてもよいことを示している。同様に、フレーム毎に一回だけ励起シーケンスのエネルギを計算することが可能であるが、少しだけ変更された選択処理が必要とされる。適応コードブックから励起シーケンスを事前選択するため、数式７を基に、rap[i*Lm+l]が数式８から求められる。
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数式８において、ｉ及びｌは走査パラメータである。Lminは考慮された音声信号の最小ピッチ期間である。Ｎｍはサブフレーム毎のサンプル数である。Ｓａは連続する励起シーケンス間の変位である。Ｌｍはサブフレームに格納されたエネルギ値の数を規定する定数（1+(Nm-1)/Sa）である。数式８による検索は、０≦１＜Ｌｍ，０≦ｉ＜Ｓについて実施される。この検索は、適応コードブック４８に以前に書き込まれた励起シーケンスの初めに対応する第１コードブックエントリを常に含めるように構成される。これは、エネルギテーブル６３に格納された以前に計算がなされたエネルギ値Ｅａの再使用を許容する。
適応コードブック４８を更新する瞬間に、以前のサブフレームの選択した励起信号yaf[n]がメモリ更新ユニット５８に在在する。選択スイッチ４９は、位置０に存在し、そして新たに可能な励起シーケンスが複雑さを軽減した合成フィルタ６０により濾波される。新たに濾波された励起シーケンスのエネルギ値は、Ｌｍメモリ位置に格納される。メモリ６３に既に存在するエネルギ値は、下方に移動される。最も古いＬｍエネルギ値は、対応する励起シーケンスがもはや適応コードブックに存在しないためメモリ６３から外に移動される。目標信号ｔａ［ｎ］は、時間反転器５０、フィルタ５２、そして時間反転器５４の組合せにより計算される。相関器５６は数式８の分子を計算し、そして分割器６４は数式８の分母による数式８の分子の除算を実施する。ピーク検出器６５は、数式８の最大値Ｐａを提供するコードブックインデックスのインデックスを規定する。選択器６６は、ピーク選択器５６により見いだされたＰａシーケンスの隣接する励起シーケンスのインデックスを加算し、全てのインデックスを適応コードブック選択器４０に送る。
フレームの中間において（Ｓ／２サブフレームが経過した後）、ａｆの値が更新される。次いで、選択スイッチが位置１に切替り、適応コードブック事前選択に関与する励起シーケンスに対応する全てのエネルギ値が再計算され、そしてメモリ６３に格納される。
第４図の適応コードブック選択器４０において、適応コードブック４８の出力部は、（完全複雑性）ゼロ状態合成フィルタ７０の出力部に接続されている。合成フィルタ７０は、計算器３６からインパルス応答パラメータを受信する。合成フィルタ７０の出力部は、相関器７２の入力部及びエネルギ推定器７４の入力部に接続されている。目標信号ｔ［ｎ］は、相関器７２の第２入力部に供給される。相関器７２の出力部は、分割器７６の第１入力部に接続されている。エネルギ推定器７４の出力部は、分割器の第２入力部に接続されている。分割器７６の出力部は、選択器７８の第１入力部に接続されている。事前選択励起シーケンスのインデックスｉａ［ｋ］は、選択器７８の第２入力部に供給される。選択器の第１出力部は、適応コードブック４８の選択入力部に接続されている。選択器７８の２つの更なる出力部は、出力信号Ｇａ，Ｉａを提供する。
最適な励起シーケンスの選択は、項ｒａ［ｒ］の最大化に対応する。この項ｒａ［ｒ］は数式９で示される。
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数式９は、数式５の項ｆ［ｌ］に対応する。信号y[r][n]はフィルタ７０により励起シーケンスから得られる。フィルタ７０の初期状態は、励起シーケンスが濾波される前に毎回ゼロに設定される。可変値ｉａ［ｒ］が、インデックスの数が増大する順番で事前選択励起シーケンス及び該事前選択励起シーケンスの隣接シーケンスのインデックスを含むと仮定する。これは、ｉａ［ｒ］がインデックスのＰａ個の連続するグループを含み、各グループが適応コードブックのＳａ個の連続的なインデックスを有することを意味する。グループの第１インデックスを有するコードブックエントリ用に、y[r*Sa][n]が数式１０により計算される。
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１つ以外は同一である励起サンプルがy［r*Sa+1］［n］の計算に関連付けられることにより、値y[r*Sa+1][n]は、y[r*Sa][n]から反復的に決定できる。この反復は、或るグループのインデックスをを有する全ての励起シーケンスに対して適用されることができる。この反復は、一般的に、数式１１のように表すことができる。
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相関器７２は、フィルタ７０の出力信号及び目標信号ｔ［ｎ］から数式９の分子を決定する。エネルギ推定器７４は、数式９の分母を決定する。分割器の出力部において、数式９の値が得られる。選択器７８は、全ての事前選択インデックスに対して数式９が計算されるようにし、そして適応コードブック４８の最適インデックスＩａを格納する。次いで、選択器は、数式１２によりゲイン値ｇを計算する。
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数式１２において、ｙ〜はインデックスＩａを有する選択励起シーケンスに対するフィルタ７０の応答である。ゲイン係数ｇは、選択器７８の出力部に存在する量子化されたゲイン係数Ｇａへと不均一量子化処理により量子化される。選択器７８は同様に、合成信号に対する適応コードブックの寄与Ｐ［ｎ］を数式１３によって出力する。
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第５図の固定コードブック事前選択手段において、信号ｅ［ｎ］が後方フィルタ（backward filter）８０の入力部に供給される。後方フィルタ８０の出力部は、相関器８６の第１入力部及び位相選択器８２の入力部に接続されている。位相選択器の出力部は増幅選択器８４の入力部に接続されている。増幅選択器８４の出力部は、相関器８６の第２入力部及び複雑さを軽減した合成フィルタ８８の入力部に接続されている。複雑さを軽減した合成フィルタ８８の出力部は、エネルギ推定器９０の入力部に接続されている。
相関器８６の出力部は、分割器９２の第１入力部に接続されている。エネルギ推定器９０の出力部は、分割器９２の第２入力部に接続されている。分割器９２の出力部は、選択器９４の入力部に接続されている。選択器の出力部では、固定コードブックの事前選択された励起シーケンスのインデックスｉｆ［ｋ］が得られる。
後方フィルタ８０は、信号ｅ［ｎ］から後方フィルタ信号ｔｆ［ｎ］を計算する。後方フィルタの演算は、第３図の適応コードブック事前選択手段４２の後方濾波演算に関連した説明と同様である。固定コードブックは、いわゆる三値RPE（Regular Pulse Excitation）コードブック、即ち所定の数のゼロ値で分離された複数の等間隔パルスを有するコードブックとして構成される。三値RPEコードブックはＮｍ個のパルスを持ち、その中のＮｐ個のパルスが＋１，０若しくは−１の振幅を有することができる。これらＮｐ個のパルスは、位相ＰＨ及びパルス間隔Ｄ（０≦ＰＨ＜Ｄ）で規定された通常グリッド上に配置される。グリッド位置POSは、PH+D*1（０≦１＜Ｎｐ）で与えられる。残るNm-Np個のパルスはゼロである。上述の様な三値RPEコードブックは、Ｄ（３Np−１）個のエントリを有する。複雑さを軽減するため、Ｎｆ個のエントリのサブセットを含むローカルRPEコードブックは、各サブフレームに対して発生される。このローカルRPEコードブックの全ての励起シーケンスは、数式１４を最大化する位相ＰＨの値を間隔０≦ＰＨ＜Ｄ上で検索することにより位相選択器８２により決定される同一位置ＰＨを有する。
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振幅選択器８４において、２つのアレイが満たされる。第１アレイampは、信号sign(tf[PH+D*1])に等しい変数amp［1］を含む。このsignは、符号関数（signum function）である。第２アレイpos[1]は、|tf[PH+D*1]|のＮｚ個の最大値を示すフラグを含む。これら値について、励起パルスは、ゼロ値を持つことは許容されない。次いで、二次元アレイcf[k][n]が、位相ＰＨを有し、そしてアレイamp，pos各々の内容により課された要求を満たすサンプル値を有するＮｆ個の励起シーケンスで満たされる。これら励起シーケンスは、後方濾波した信号ｔｆ［ｎ］により示された残りのシーケンスに最も類似する励起シーケンスである。
候補となる励起シーケンスの選択は、適応コードブック事前選択手段４２で使用されるものと同様の原理に基づく。相関器８６は、後方濾波信号ｔｆ［ｎ］と事前選択された励起シーケンスとの間の相関値を計算する。（複雑さが軽減された）合成フィルタ８８は励起シーケンスを濾波するように構成され、エネルギ推定器９０は濾波された励起シーケンスのエネルギを計算する。前記分割器は、励起シーケンスに対応するエネルギにより相関値を除算する。選択器９４は、分割器９２の出力信号のＰｆ個の最大値に対応する励起シーケンスを選択し、そして、アレイｉｆ［ｋ］に候補となる励起シーケンスの対応するインデックスを格納する。
第６図の固定コードブック選択手段４４において、削減コードブック９４の出力部が合成フィルタ９６の入力部に接続されている。合成フィルタ９６の出力部は、相関器９８の第１入力部及びエネルギ推定器100の入力部に接続されている。信号ｅ［ｎ］は、相関器９８の第２入力部に供給される。相関器９８の出力部は、乗算器108の第１入力部及び分割器102の第１入力部に接続されている。エネルギ推定器100の出力部は、分割器102の第２入力部及び乗算器112の入力部に接続されている。分割器102の出力部は、量子化器104の入力部に接続されている。量子化器104の出力部は、乗算器105の入力部及び二乗器110に接続されている。
乗算器105の出力部は、乗算器108の第２入力部に接続されている。二乗器110の出力部は、乗算器112の第２入力部に接続されている。乗算器108の出力部は、減算器114の第１入力部に接続され、乗算器112の出力部が減算器114の第２入力部に接続されている。減算器114の出力部は、選択器116の入力部に接続されている。選択器116の第１出力部は、削減されたコードブック９４の選択入力部に接続されている。出力信号Ｐ，Ｌ［ｋ］，Ｇｆを持つ選択器116の３つの出力部は、固定コードブック検索の最終結果を提供する。
固定コードブック選択手段４２において、最適な励起シーケンス用の閉ループ検索が実施される。この検索は、ｒｆ［ｒ］の式を最大にするインデックスｒを決定することに関与する。ｒｆ［ｒ］は数式１５で表される。
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数式１５において、y[r][n]は濾波された励起シーケンスで、Ｇｆは数式１６で表される最適なゲイン係数ｇの量子化変形例である。
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ζの式を拡張し、ｒに依存しない項を削除し、量子化したゲインＧｆにより最適ゲインｇを置換することにより数式１５が得られる。信号y[r][n]は、数式１７により算出できる。
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cf[if[r][j]]が、j=P+D*1（０≦１＜Ｎｐ）用に非ゼロ値のみを持つことができるので、数式１７は数式１８のように簡略化されることができる。
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数式１８の決定は、フィルタ９６により実施される。数式１５の分子は、相関器９８により決定され、分母は、エネルギ推定器100により計算される。ｇの値は、分割器102の出力部において得られる。ｇの値は、量子化器104によりＧｆへと量子化される。乗算器108の出力部では、数式１５の第１項が得られ、乗算器112の出力部では、数式１５の第２項が得られる。ｒｆ［ｒ］の式は、減算器114の出力部において得られる。選択器116は、数式１５を最大化するｒの値を選択し、出力部においてゲインＧｆ、非ゼロ励起パルスの振幅Ｌ［ｋ］、そして励起シーケンスの最適位相ＰＨを与える。
第７図のデコーダ１４の入力信号は、デマルチプレクサ118の入力部に供給される。信号Ｃ［ｋ］を提供するデマルチプレクサ118の第１入力部は、補間器130の入力部に接続されている。信号Ｉａを提供するデマルチプレクサ118の第２出力部は、適応コードブック120の入力部に接続されている。適応コードブック120の出力部は、乗算器124の第１入力部に接続されている。信号Ｇａを提供するデマルチプレクサ118の第３出力部は、乗算器124の第２入力部に接続されている。信号Ｇｆを提供するデマルチプレクサ118の第４出力部は、乗算器126の第１入力部に接続されている。信号ＰＨを提供するデマルチプレクサ118の第５出力部は、励起発生器122の第１入力部に接続されている。信号Ｌ［ｋ］を提供するデマルチプレクサ118は、励起発生器122の第２入力部に接続されている。励起発生器の出力部は、乗算器126の第２入力部に接続されている。乗算器124の出力部は、加算器128の第１入力部に接続され、乗算器126の出力部は、加算器128の第２入力部に接続されている。
加算器128の出力部は、合成フィルタ132の第１入力部に接続されている。合成フィルタの出力部は、ポストフィルタ134の第１入力部に接続されている。補間器130の出力部は、合成フィルタ132の第２入力部及びポストフィルタ134の第２入力部に接続されている。復号された出力信号は、ポストフィルタ134の出力部において得られる。
適応コードブック120は、各サブフレーム用に、インデックスＩａによる励起シーケンスを発生する。この励起信号は、乗算器124により、ゲイン係数Ｇａでスケーリングされる。励起発生器122は、各サブフレーム用に、位相ＰＨおよび振幅値Ｌ［ｋ］により励起シーケンスを発生する。励起発生器122からの励起信号は、乗算器126によるゲイン係数Ｇｆでスケーリングされる。乗算器124，126の出力信号は、完全な励起信号を得るため、加算器128により加算される。励起信号は、その内容を適応させるため適応コードブック120にフィードバックされる。合成フィルタ132は、サブフレーム毎に更新される補間予測パラメーターaq[k][s]の制御の下で、加算器128の出力部において、励起信号から合成音声信号を導く。補間予測パラメータaq[k][s]は、パラメータＣ［ｋ］の補間及び補間されたＣ［ｋ］パラメータを予測パラメータに変換することにより導かれる。ポストフィルタ134は、音声信号の知覚品質を向上させるために使用される。このフィルタは、数式１９で表される伝達関数を有する。
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数式１９において、Ｇ［ｓ］はポストフィルタ134のフィルタ機能の変化する減衰を相殺するゲイン係数である。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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