(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムにおいて情報フレームに対する送信レートを決定する装置であって：
前記情報フレームからボイス・メトリックを決定し、現在の情報フレームおよび複数の過去の情報フレームの信号対雑音比を推定し、ピーク信号対雑音比を推定し、推定したピーク信号対雑音比からボイス・メトリック・スレシホルドを決定し、かつ前記ボイス・メトリックを前記ボイス・メトリック・スレシホルドと比較するためのレート決定手段；および
前記ボイス・メトリックが第１のボイス・メトリック・スレシホルド未満である場合に前記情報フレームを第１レートで送信し、かつ前記ボイス・メトリックが前記ボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きい場合に前記情報フレームを第２レートで送信するための音声コーダ；
を具備することを特徴とする装置。
【請求項２】
現在の情報フレームの前記ピーク信号対雑音比は現在の情報フレームの量子化されたピーク信号対雑音比からなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記レート決定手段はさらに前記現在の情報フレームに対する総合信号対雑音比を計算し、前記現在の情報フレームおよび複数の過去の情報フレームに対する計算された総合信号対雑音比に基づきピーク信号対雑音比を計算し、かつ前記現在の情報フレームのピーク信号対雑音比を量子化して前記ボイス・メトリック・スレシホルドを決定するためのレート決定手段を具備することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
通信システムにおいて情報フレームに対する送信レートを決定する方法であって：
前記情報フレームに基づきボイス・メトリックを決定する段階；
現在の情報フレームおよび複数の過去の情報フレームのピーク信号対雑音比からボイス・メトリック・スレシホルドを決定する段階であって、現在の情報フレームおよび複数の過去の情報フレームの信号対雑音比を推定すること、ピーク信号対雑音比を推定すること、推定したピーク信号対雑音比からボイス・メトリック・スレシホルドを決定することを含む、前記決定する段階；
前記ボイス・メトリックを前記ボイス・メトリック・スレシホルドと比較する段階；および
前記ボイス・メトリックが第１のボイス・メトリック・スレシホルド未満である場合に第１レートでかつ前記ボイス・メトリックが前記ボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きい場合に第２レートで前記情報フレームを送信する段階；
を具備することを特徴とする方法。
【請求項５】
さらに、前記レートが決定された後にハングオーバを決定する段階を具備することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ボイス・メトリック・スレシホルドを決定する段階は、さらに：
前記現在の情報フレームおよび複数の過去の情報フレームに対する計算された総合信号対雑音比に基づき総合信号対雑音比を計算する段階；
前記現在の情報フレームおよび複数の過去の情報フレームに対する前記計算された総合信号対雑音比に基づきピーク信号対雑音比を推定する段階；および
前記現在の情報フレームのピーク信号対雑音比を量子化して前記ボイス・メトリック・スレシホルドを決定する段階
を具備することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記現在の情報フレームの前記ピーク信号対雑音比はさらに現在の情報フレームの量子化されたピーク信号対雑音比からなることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項８】
通信システムにおいて情報フレームに対する送信レートを決定する方法であって：
前記情報フレームからボイス・メトリックを決定する段階；
現在の情報フレームおよび複数の過去の情報フレームのピーク信号対雑音比から第１ボイス・メトリック・スレシホルドを決定する段階であって、現在の情報フレームおよび複数の過去の情報フレームの信号対雑音比を推定すること、ピーク信号対雑音比を推定すること、推定したピーク信号対雑音比からボイス・メトリック・スレシホルドを決定することを含む、前記決定する段階；
前記ボイス・メトリックを前記第１ボイス・メトリック・スレシホルドと比較する段階；
前記ボイス・メトリックが前記第１ボイス・メトリック・スレシホルド未満である場合、前記情報フレームを第１レートで送信する段階；
前記ボイス・メトリックが前記第１ボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きい場合に前記ボイス・メトリックを第２ボイス・メトリック・スレシホルドと比較する段階；
前記ボイス・メトリックが前記第２ボイス・メトリック・スレシホルド未満である場合に前記情報フレームを第２レートで送信する段階；および
前記ボイス・メトリックが前記第２ボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きい場合に前記情報フレームを第３レートで送信する段階；
を具備することを特徴とする方法。
【請求項９】
前記第１レートは１／８レートであり、前記第２レートは１／２レートであり、前記第３レートは、ＩＳ−９５において規定されている、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムにおける最大レートであることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第１レートは、無音記述（ＳＩＤ）フレームを備え、前記第２および第３レートは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信システムにおける通常レートのフレームであることを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、一般的に、レート決定に関し、更に特定すれば、通信システムにおけるレート決定に関するものである。
発明の背景
ＩＳ−９６，ＩＳ−１２７（ＥＶＲＣ），およびＤＣＧ−２７のような可変レート・ボコーダ・システム（variable rate vocoder system）では、中間ないし低信号対ノイズ比（ＳＮＲ）環境においてボイスと背景ノイズとの間で区別するという問題が残っている。この問題は、レート決定アルゴリズム（ＲＤＡ）が敏感すぎると、背景ノイズの多くはレート１／２またはレート１でコード化されるため、平均データ・レートが高すぎてしまうというものである。この結果、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムにおいては容量の損失が発生する。逆に、ＲＤＡを余りに「薄く」（lean）設定すると、低レベル音声信号がノイズの中間レベルに埋め込まれたままとなり、レート１／８でコード化される。この結果、了解性（intelligibility）の低下による、音声品質の低下を招く。
ＥＶＲＣおよびＣＤＧ−２７におけるＲＤＡはＩＳ−９６以来改善されてきたが、ＣＤＭＡ開発グループ（ＣＤＧ）による最近の検査によれば、ＳＮＲが１０ｄＢ以下の自動車ノイズ環境においては未だ問題があることが指摘されている。このレベルのＳＮＲは極端のように思われるが、ハンズ・フリー移動機（hands-free mobile）の状況では、これは公称レベルと見なすべきである。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）移動ユニットにおける固定レート・ボコーダも、不連続伝送（ＤＴＸ）を用いてバッテリを長寿命化する場合に、同様の問題に直面する可能性がある。この場面では、ボイス活動検出器（ＶＡＤ：Voice Activity Detector）が、送信電力増幅器が活性化されているか否かについて判定を行うので、トレードオフはボイス品質対バッテリ寿命となる。
したがって、通信システムにおいてレート決定装置および方法の改良が必要とされている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明によって改善したレート決定を効果的に実施する通信システムを全体的に示す。
第２図は、本発明によるレート決定を実施する際に有用な装置のブロック図を全体的に示す。
第３図は、第２図のノイズ抑制システムにおいて発生する、フレーム間重複を概略的に示す。
第４図は、第２図のノイズ抑制システムにおいて発生する、プリエンファサイズ・サンプル（preemphasized sample）の台形ウインドウイング（trapezoidal windowing）を概略的に示す。
第５図は、第２図に示したノイズ抑制システム内部のスペクトル偏差推定部のブロック図を概略的に示す。
第６図は、第２図に示したノイズ抑制システムにおける更新判断判定部（update decision determiner）において実行するステップのフロー・チャートを全体的に示す。
第７図は、本発明にしたがって送信レートを決定するために、第２図のレート決定ブロックによって実行するステップのフロー・チャートを全体的に示す。
第８図は、本発明によるボイス活動の存在を判定するために、ボイス活動検出器によって実行するステップのフロー・チャートを全体的に示す。
好適実施例の詳細な説明
中間ないし低信号対ノイズ比（ＳＮＲ）においてレートおよびボイス活動を精度高く決定し、ボイス品質，システム容量および／またはバッテリ寿命を最大化するためには、ノイズ抑制システムからのパラメータを、レート決定関数に対する入力として用いる。この方法を用いると、音声以上のものが背景ノイズから抽出され、従来システムと比較して、変動ノイズ状態の間に検出される誤ったオンセット（onset）を減少させる。この方法は、レート決定（ＲＤＡ）だけでなくボイス活動検出（ＶＡＤ）にも有効であり、他のＲＤＡ／ＶＡＤの実施態様とは異なり、採用する音声コーダの種類（ＩＳ−１２７，ＣＤＧ−２７，ＩＳ−９６およびＧＳＭ）には依存しない。
概して言えば、通信システムにおいて送信レートを決定する装置は、ノイズ抑制システムに入力される信号における背景ノイズを抑制するノイズ抑制システムであって、背景ノイズの抑制に関連するパラメータを発生するノイズ抑制システム，および入力として、ノイズ抑制システムが発生するパラメータを有し、音声コーダによって使用するための送信レート情報を発生するレート決定手段から成る。好適実施例では、ノイズ抑制システムは、実質的に、ＩＳ−１２７において規定されているノイズ抑制システムであり、ノイズ抑制システムによって発生するパラメータは、背景ノイズの突然の増大によって、ノイズ抑制システムが背景ノイズを誤って分類した場合に、ノイズ抑制システムを回復させる制御信号を含む。
更に具体的に述べると、通信システムにおいて送信レートを決定する装置は、現情報フレームにおけるチャネル・エネルギを推定する手段，および入力として推定チャネル・エネルギを有し、現情報フレームに対する推定チャネル・エネルギと複数の過去の情報フレームのエネルギとの差を判定し、現フレームに対する全チャネル・エネルギ推定値を生成する手段を備えている。次いで、ボイス・メトリックを決定する手段が、現情報フレームの信号対ノイズ比の推定値に基づいて、ボイス・メトリックを決定し、全推定ノイズ・エネルギを生成する手段が、推定チャネル・エネルギに基づいて、全推定ノイズ・エネルギを生成する。現フレームに対する全チャネル・エネルギ推定値，ボイス・メトリックおよび全推定ノイズ・エネルギに基づいて、送信レートを決定する手段が情報フレームの送信レートを決定する。
この実施例では、前述の装置は、入力として、現情報フレームに対する全チャネル・エネルギ推定値，現情報フレームのピーク対平均比率，現フレームと過去のフレームとの間のスペクトル偏差およびボイス・メトリックを有し、ある種の信号が存在する場合に、ノイズ推定値を更新するのを防止する制御信号を生成する手段を更に備えている。更に具体的には、制御信号は、階調信号が存在する場合に、ノイズ推定値を更新するのを防止し、通信システムを検査する目的のために正弦波を最大レートで送信させる。
本発明による装置が実行する段階は、現情報フレームのピーク信号対ノイズ比から第１ボイス・メトリック・スレシホルドを決定する段階，およびボイス・メトリックを第１ボイス・メトリック・スレシホルドと比較する段階を含む。ボイス・メトリックが第１ボイス・メトリック・スレシホルド未満である場合、情報フレームを第１レートで送信する。ボイス・メトリックが第１ボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きい場合、ボイス・メトリックを第２ボイス・メトリック・スレシホルドと比較する。ボイス・メトリックが第２ボイス・メトリック・スレシホルド未満である場合、情報フレームを第２レートで送信し、その他の場合、情報フレームを第３レートで送信する。
かかる段階を実施する通信システムは、ＩＳ−９５において規定されている、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムである。ＩＳ−９５に規定されているように、第１レートは１／８レートであり、第２レートは１／２レートであり、第３レートはＣＤＭＡ通信システムの最大レートである。この実施例では、第２ボイス・メトリック・スレシホルドは、第１ボイス・メトリック・スレシホルドを調整したバージョンであり、第２または第３レートでの送信の後ハングオーバを実施する。
この実施例では、現情報フレームのピーク信号対ノイズ比は、現情報フレームの量子化ピーク信号対ノイズ比である。したがって、現情報フレームの量子化ピーク信号対ノイズ比からボイス・メトリック・スレシホルドを決定する段階は、現情報フレームに対して全信号対ノイズ比を計算する段階，および現情報フレームに対して計算した全信号対ノイズ比に基づいて、ピーク信号対ノイズ比を推定する段階を更に含む。次いで、現情報フレームのピーク信号対ノイズ比を量子化し、ボイス・メトリック・スレシホルドを決定する。
通信システムは、同様に、ＧＳＭ  ＴＤＭＡ通信システムのような、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信システムとすることができる。この場合における方法は、第１レートは無音記述（ＳＩＤ）フレームであり、第２および第３レートは通常レートのフレームであると決定する。前述のように、ＳＩＤフレームは、正常な量の情報を含むが、正常な情報フレームよりも送信される頻度は低い。
第１図は、本発明によって改良したレート決定を効果的に実施する通信システムを全体的に示す。第１図に示す実施例では、通信システムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線電話システムであるが、当業者は認めるように、可変レート・コーディングおよびボイス活動検出（ＶＡＤ）を実施する他の種類の通信システムも、有効に本発明を採用することが可能である。バッテリの長寿命化を図るためにＶＡＤを実施するかかる種類のシステムの１つとして、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信システムがある。
第１図に示すように、公衆電話交換網１０３（ＰＳＴＮ：public switched telephone network）が、移動機交換局１０６（ＭＳＣ：mobile switching center）に結合されている。当技術分野では既知であるが、ＰＳＴＮ１０３は、ワイヤライン交換機能を備え、一方ＭＳＣ１０６は、ＣＤＭＡ無線電話システムに関連する交換機能を備える。また、ＭＳＣ１０６にはコントローラ１０９も結合されており、コントローラ１０９は、本発明による、ノイズ抑制，レート決定およびボイス・コード化／デコード化を含む。コントローラ１０９は、基地局１１２−１１３への信号および基地局１１２−１１３からの信号のルーティングを制御し、この場合、基地局が移動局１１５と通信を行う役割を担う。ＣＤＭＡ無線電話システムは、暫定規格（ＩＳ：Interim Standard）９５−Ａと互換性がある。ＩＳ−９５に関する更なる情報については、TIA/EIA/IS-95-A, Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System, July 1993を参照のこと。ＭＳＣ１０６の交換機能およびコントローラ１０９の制御機能は、第１図において分散して示されてるが、これら２つの機能は、システムの実施のための共通な物理的実体の中で組み合わせることも可能であることは当業者は認めよう。
第２図に示すように、信号s(n)がＭＳＣ１０６からコントローラ１０９に入力され、装置２０１に入る。装置２０１は、本発明による、ノイズ抑制に基づくレート決定を行う。好適実施例では、装置２０１のノイズ抑制部分は、１９９７年１月に米国で出版された、”Enhanced Variable Rate Codec, Speech Service Option 3 for Wideband Spread Spectrum Digital Systems”と題するTIA文書IS-127の§４．１．２に記載されているノイズ抑制システムを多少変更したバージョンである。この刊行物の内容は、本願でも使用可能である。装置２０１から出た信号s’(n)は、当技術分野では既知のボイス・エンコーダ（図示せず）に入り、ノイズ抑制信号をエンコードし、基地局１１２−１１３を介して移動局１１５に転送する。第２図にはレート決定アルゴリズム（ＲＤＡ）２４８も示されており、ノイズ抑制システムからのパラメータを用いて、ボイス活動およびレート決定情報を本発明にしたがって決定する。
ノイズ抑制システムからのパラメータをどのように用いてボイス活動およびレート決定情報を決定するのかについて完全に理解するためには、装置２０１のノイズ抑制システムの理解が必要である。この時点で、装置２０１のノイズ抑制システム部分は、設計技術者が特定の通信システムに実施したいと考えるあらゆる形式の音声コーダとでも動作可能である点において、この部分の動作は汎用的であることを注記しておく。本発明の第２図に示すブロックのいくつかは、Vilmurの米国特許番号第４，８１１，４０４号の図１に示す対応するブロックと同様の動作を有することを注記しておく。したがって、本願の譲受人に譲渡された、Vilmurの米国特許番号第４，８１１，４０４号は、本願でも使用可能である。
ここで第２図を参照すると、装置２０１のノイズ抑制部分は、ハイ・パス・フィルタ（ＨＰＦ）２００および残りのノイズ抑制回路から成る。ＨＰＦ２００の出力shp(n)は、残りのノイズ抑制回路への入力として用いられる。音声コーダのフレームサイズは２０ｍｓ（ＩＳ−９５による規定）であるが、残りのノイズ抑制回路に対するフレームのサイズは１０ｍｓである。その結果、好適実施例では、ノイズ抑制を実行するステップは、２０ｍｓ音声フレーム毎に２回実行する。
ノイズ抑制を開始するために、入力信号s(n)をハイ・パス・フィルタ（ＨＰＦ）２００によって、ハイ・パス・フィルタ処理し、信号shp(n)を生成する。ＨＰＦ２００は、カットオフ周波数が１２０Ｈｚの４次チェビシェフＩＩ型であり、当技術分野では既知である。ＨＰＦ２００の伝達関数は、次のように定義される。
0004299888.tif 000002
ここで、各分子および分母の係数は、次のように規定する。
b=｛0.898025036, -3.59010601, 5.38416243, -3.59010601, 0.898024917｝,
a=｛1.0, -3.78284979, 5.37379122, -3.39733505, 0.806448996｝
当業者には認められるように、あらゆる数のハイ・パス・フィルタ構成でも採用可能である。
次に、プリエンファシス・ブロック２０３において、円滑化台形ウインドウ（smoothed trapezoid window）を用いて、信号shp(n)をウインドウ化する。ここでは、入力フレーム（フレーム「ｍ」）の最初のＤサンプルd(m)が、直前のフレーム（フレーム「ｍ−１」）の最後のＤサンプルと重複する。この重複は第３図において最良に見られる。特に注記しない限り、全ての変数の初期値は０である。例えば、
0004299888.tif 000003
である。これは、次のように記述することができる。
0004299888.tif 000004
ここで、ｍは現フレーム，ｎはバッファ｛d(m)｝に対するサンプル・インデックス，L=80はフレーム長，およびD=24はサンプルにおける重複（または遅延）である。入力バッファの残りのサンプルは、次に、次にしたがってプリエンファシスされる。
0004299888.tif 000005
ここで、ζp=−0.8は、プリエンファシス係数である。この結果、入力バッファはL+D=104サンプルを収容し、ここで最初のＤサンプルは、直前のフレームからの、プリエンファシスされた重複であり、続くＬサンプルは現フレームからの入力されたものである。
次に、第２図のウインドウイング・ブロック２０４において、円滑化台形ウインドウ４００（第４図）をサンプルに適用し、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）入力信号g(n)を形成する。好適実施例では、g(n)は次のように規定される。
0004299888.tif 000006
ここで、M=128はＤＦＴシーケンス長であり、他の全ての項は先に定義した通りである。
第２図のチャネル・デバイダ２０６において、次のように定義する離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いて、g(n)の周波数領域への変換を行う。
0004299888.tif 000007
ここでejωは、瞬時半径方向位置をωとした、単位振幅複素フェーザ（unit amplitude complex phasor）である。これは、典型的な定義であるが、複素高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の効率を利用したものである。Ｍ点実シーケンスを予め調整することにより、２／Ｍスケール・ファクタが得られ、Ｍ／２点複素シーケンスを形成し、Ｍ／２点複素ＦＦＴを用いて変換する。好適実施例では、信号G(k)は、６５個の一意のチャネルを備えている。この技法に関する詳細は、ProakisおよびManolakisのIntroduction to Digital Signal Processing,第２版、New York, Macmillan, 1988, pp. 721-722に見ることができる。
次に、信号G(k)をチャネル・エネルギ推定部２０９に入力し、現フレームｍに対するチャネル・エネルギ推定値Ech(m)を、次の式を用いて判定する。
0004299888.tif 000008
ここで、Emin=0.0625は、最小許容チャネル・エネルギであり、ach(m)はチャネル・エネルギ・スムージング係数（以下で定義する）であり、Nc=16は、結合チャネルの数であり、fL(i)およびfH(i)は、それぞれの低および高チャネル結合テーブルｆLおよびｆHのｉ番目の要素である。好適実施例では、ｆLおよびｆHは、次のように定義する。
fL=｛2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 17, 20, 23, 27, 31, 36, 42, 49, 56｝,
fH=｛3, 5, 7, 9, 11, 13, 16, 19, 22, 26, 30, 35, 41, 48, 55, 63｝
チャネル・エネルギ・スムージング係数ack(m)は、次のように定義することができる。
0004299888.tif 000009
これは、αch(m)が、最初のフレーム（m=1）については０の値、そして全ての後続のフレームについては０．４５の値を想定していることを意味する。これによって、チャネル・エネルギ推定値を、最初のフレームの未フィルタ・チャネル・エネルギに初期化することが可能となる。加えて、チャネル・ノイズ・エネルギ推定値（以下で定義する）は、最初の４つのフレームのチャネル・エネルギに初期化しなければならない。即ち、
0004299888.tif 000010
ここで、Einit＝１６は、最小許容チャネル・ノイズ初期化エネルギである。
次に、現フレームに対するチャネル・エネルギ推定値Ech(m)を用いて、量子化チャネル信号対ノイズ比（ＳＮＲ）インデックスを推定する。この推定は、第２図のチャネルＳＮＲ推定部２１８において行われ、次のように判定する。
0004299888.tif 000011
ここで、Em(m)は現チャネル・ノイズ・エネルギ推定値（後に定義する）であり、｛sq｝の値は、０ないし８９までに制限される。
チャネルＳＮＲ推定値｛sq｝を用いて、ボイス・メトリック計算部２１５において、次の式を用いてボイス・メトリックの和を決定する。
0004299888.tif 000012
ここで、V(k)は、９０要素ボイス・メトリック・テーブルＶのｋ番目の値であり、このテーブルは次のように定義される。
V=｛2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,3,3,3,3,3,4,4,4,5,5, 5, 6, 6, 7, 7,7,8,8,9,9,10,10,11,12,12,13,13,14,15,15,16,17,17,18,19,20,20,21,22,23,24,24,25,26,27,28,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50｝
現フレームに対するチャネル・エネルギ推定値Ech(m)も、スペクトル偏差推定部２１０への入力として用い、スペクトル偏差ΔE(m)を推定する。第５図を参照すると、チャネル・エネルギ推定値Ech(m)は、対数パワー・スペクトル推定部５００に入力され、対数パワー・スペクトルが次のように推定される。
0004299888.tif 000013
また、現フレームに対するチャネル・エネルギ推定値Ech(m)は全チャネル・エネルギ推定部５０３にも入力され、次の式にしたがって、現フレームｍに対する全チャネル・エネルギ推定値Etot(m)を判定する。
0004299888.tif 000014
次に、指数ウインドウイング係数決定部５０６において、次の式を用いて、指数ウインドウイング係数α(m)を（全チャネル・エネルギEtot(m)の関数として）決定する。
0004299888.tif 000015
これは、次の式によって、αHないしαL間に制限される。
α(m)=max｛αL, min｛αH, α(m)｝｝
ここで、ＥHおよびＥLはEtot(m)の線形補間に対するエネルギ終点（デシベル単位、即ち「ｄＢ」）であり、これをa(m)に変換する。a(m)には
0004299888.tif 000016
という制限がある。これらの制限の値は、ＥH＝５０，ＥL＝３０，αH＝０．９９，αL＝０．５０として定義される。これを仮定すると、例えば、４０ｄＢの相対エネルギを有する信号は、前述の計算を用いて、α(m)=0.745の指数ウインドウイング係数を用いることになる。
次に、スペクトル偏差推定部５０９において、スペクトル偏差ΔE(m)を推定する。スペクトル偏差ΔE(m)は、現パワー・スペクトルと平均長期間パワー・スペクトル推定値との間の差である。
0004299888.tif 000017
ここで、
0004299888.tif 000018
は平均長期間パワー・スペクトル推定値であり、次の式を用いて、長期間スペクトル・エネルギ推定部５１２において決定する。
0004299888.tif 000019
ここで、全ての変数は既に定義されている。
0004299888.tif 000020
の初期値は、フレーム１の推定対数パワー・スペクトルとして定義される。即ち、
0004299888.tif 000021
この時点において、ボイス・メトリックv(m),現フレームEtot(m)に対する全チャネル・エネルギ推定値およびスペクトル偏差ΔE(m)の和を、更新判断判定部２１２に入力し、ノイズの抑制を容易にする。以下に疑似コードで示し、第６図においてフロー・チャート形状で図示する判断ロジックは、ノイズ推定更新の判断を最終的にどのように行うのかについて例証するものである。プロセスはステップ６００において開始し、ステップ６０３に進んで、更新フラグ（update_flag）をクリアする。次に、ステップ６０４において、ボイス・メトリックv(m)の和が更新スレシホルド（UPDATE_THLD）未満か否かをチェックすることによって、Vilmurの更新ロジック（VMSUMのみ）を実施する。ボイス・メトリックの和が更新スレシホルド未満である場合、ステップ６０５において更新カウンタ（update_cnt）をクリアし、ステップ６０６において更新フラグをセットする。ステップ６０３ないし６０６の疑似コードを次に示す。
0004299888.tif 000022
ステップ６０４において、ボイス・メトリックの和が更新スレシホルドよりも大きい場合、ノイズ推定値の更新をディゼーブルする。さもなければ、ステップ６０７において、現フレームｍに対する全チャネル・エネルギ推定値Etot(m)を、デシベル単位のノイズ・フロア（NOISE_FLOOR_DB）と比較し、スペクトル偏差ΔE(m)を偏差スレシホルド（DEV_THLD）と比較する。全チャネル・エネルギ推定値がノイズ・フロアよりも大きく、スペクトル偏差が偏差スレシホルドよりも小さい場合、ステップ６０８において、更新カウンタを増分する。更新カウンタを増分した後、ステップ６０９において、更新カウンタが更新カウンタ・スレシホルド（UPDATE_CNT_THLD）以上か否かについて判定するために検査を行う。ステップ６０９における検査の結果が真である場合、ステップ６１３において強制更新フラグをセットし、ステップ６０６において更新フラグをセットする。ステップ６０７ないし６０９およびステップ６０６の疑似コードを次に示す。
0004299888.tif 000023
第６図からわかるように、ステップ６０７およびステップ６０９における検査のいずれかが偽である場合、またはステップ６０６において更新フラグをセットした後、更新カウンタの長期間「クリーピング」（creeping）を防止するためのロジックを実施する。このヒステリシス・ロジックは、最小スペクトル偏差が長期間にわたって蓄積し、無効の強制更新を生じることを防止するために実施する。このプロセスはステップ６１０において開始し、最後の６フレームの間（HYSTER_CNT_THLD）更新カウンタが最後の更新カウンタ値（last_update_cnt）と等しかったか否かについて判定するために検査を行う。好適実施例では、６フレームをスレシホルドとして用いるが、いずれの数のフレームでも実施可能である。ステップ６１０における検査が真の場合、ステップ６１１において更新カウンタをクリアし、プロセスはステップ６１２において次のフレームに移る。ステップ６１０における検査が偽の場合、プロセスはステップ６１２において直接次のフレームに移る。ステップ６１０ないし６１２の疑似コードを次に示す。
0004299888.tif 000024
好適実施例では、以前に用いた制約の値は、次の通りである。
UPDATE_THLD=35
NOISE_FLOOR_DB=10log10(1)
DEV_THLD=28
UPDATE_CNT_THLD=50  および
HYSTER_CNT_THLD=6
ステップ６０６における更新フラグが所与のフレームにセットされたときはいつでも、次のフレームに対するチャネル・ノイズ推定値を更新する。チャネル・ノイズ推定値は、次の式を用いて、スムージング・フィルタ２２４において更新する。
0004299888.tif 000025
ここで、Emin=0.0625は最小許容チャネル・エネルギであり、αn=0.9は、スムージング・フィルタ２２４内に局所的に格納されているチャネル・ノイズ・スムージング係数である。更新したチャネル・ノイズ推定値をエネルギ推定記憶部２２５に格納し、エネルギ推定記憶部２２５の出力は、更新チャネル・ノイズ推定値Ｅn(m)となる。前述のように、更新チャネル・ノイズ推定値Ｅn(m)はチャネルＳＮＲ推定部２１８への入力として、更に、以下で説明するように、利得計算部２３３への入力としても用いる。
次に、装置２０１のノイズ抑制部分は、チャネルＳＮＲ修正を行うべきか否かについて判定を行う。この判定は、チャネルＳＮＲ修正部２２７において行われ、インデックス・スレシホルドを超過したチャネルＳＮＲインデックス値を有するチャネルの数をカウントする。修正プロセス事態の間、チャネルＳＮＲ修正部２２７は、セットバック・スレシホルド（SETBACK_THLD）未満のＳＮＲインデックスを有する特定のチャネルのＳＮＲを低下させるか、あるいは、ボイス・メトリックの和がメトリック・スレシホルド（METRIC_THLD）未満である場合、チャネルの全てのＳＮＲを低下させる。チャネルＳＮＲ修正部２２７において行われるチャネルＳＮＲ修正プロセスの疑似コード表現を次に示す。
0004299888.tif 000026
この時点で、ＳＮＲスレシホルド・ブロック２３０において、チャネルＳＮＲインデックス｛σq’｝をＳＮＲスレシホルドに制限する。定数σthを局所的にＳＮＲスレシホルド・ブロック２３０に格納する。ＳＮＲスレシホルド・ブロック２３０において行われるプロセスの疑似コード表現を次に示す。
0004299888.tif 000027
好適実施例では、先の定数およびスレシホルドは次のように与えられる。
NM=5
INDEX_THLD=12
INDEX_CNT_THLD=5
METRIC_THLD=45
SETBACK_THLD=12、および
σth=6
この時点において、制限されたＳＮＲインデックス｛σq”｝を利得計算部２３３に入力し、チャネル利得を決定する。最初に、次の式を用いて利得係数全体を決定する。
0004299888.tif 000028
ここで、γmin=-13は最小総利得であり、Ｅfloorはノイズ・フロア・エネルギであり、Ｅn(m)は直前のフレームの間に計算した推定ノイズ・スペクトルである。好適実施例では、定数λminおよびＥfloorを局所的に利得計算部２３３に格納する。続いて、次の式を用いて、チャネル利得（デシベル単位）を決定する。
0004299888.tif 000029
ここで、μg=0.39は、利得傾斜（利得計算部２３３にも局所的に格納される）である。次に、以下の式を用いて、線形チャネル利得を変換する。
0004299888.tif 000030
この時点において、先に決定したチャネル利得を、次の基準と共に、変換入力信号G(k)に適用し、チャネル利得修正部２３９から出力信号H(k)を生成する。
0004299888.tif 000031
上の式においてその他の場合の条件は、kの間隔が
0004299888.tif 000032
であることを想定している。また、H(k)の大きさは対称的であるとも仮定するので、次の条件も賦課される。
H(M-k)=H*(k)；  0< k < M/2
ここで、＊は複素共役を示す。次に、チャネル・コンバイナ２４２において、逆ＤＦＴを用いることにより信号H(k)を（再度）時間ドメインに変換する。
0004299888.tif 000033
更に、周波数ドメイン・フィルタリング・プロセスを完了し、次の基準で重複および加算（overlap-and-add）を適用することによって、出力信号h’(n)を生成する。
0004299888.tif 000034
ディエンファシス・ブロック２４５によって、信号h’(n)に信号ディエンファシスを適用し、ノイズを抑制した信号s’(n)を生成する。
0004299888.tif 000035
ここで、ζd=0.8は、局所的にディエンファシス・ブロック２４５に格納されているディエンファシス係数である。
前述のように、装置２０１のノイズ抑制部分は、”Enhanced Variable Rate Codec, Speech Service Option 3 for Wideband Spread Spectrum Digital Systems”と題するTIA文書IS-127の§４．１．２に記載されているノイズ抑制システムを多少変更したバージョンである。即ち、レート決定アルゴリズム（ＲＤＡ）ブロック２４８を、ピーク対平均比率ブロック２５１として、第２図に付加的に示す。ピーク対平均比率ブロック２５１の追加によって、ノイズ推定値が「階調」信号（tonal signal）の間に更新されるのを防止する。これにより、レート１の正弦波の送信が可能となり、これはシステム検査の目的には特に有用である。
更に第２図を参照し、ＩＳ−１２７に記載されているノイズ抑制システムによって発生するパラメータを、本発明によるボイス活動の検出および送信レートの決定の基準として用いる。好適実施例では、本発明にしたがってＲＤＡブロック２４８に実施されているノイズ抑制システムによって発生するパラメータは、ボイス・メトリック和v(m),全チャネル・エネルギEtot(m),全推定ノイズ・エネルギEtn(m),およびフレーム番号ｍである。加えて、「強制更新フラグ」（fupdate_flag）と称する新たなフラグを発生し、強制更新を行ったときをＲＤＡブロック２４８に示す。強制更新は、背景ノイズの突然の増大によってノイズ抑制システムが背景ノイズを誤って分類し損ねた場合に、ノイズ抑制部分が回復することを可能にする機構である。これらのパラメータをＲＤＡブロックへの入力、更に「レート」をＲＤＡブロック２４８の出力とすれば、本発明によるレート決定について、詳細に説明することができる。
前述のように、ＲＤＡブロック２４８に入力されるパラメータの殆どは、ＩＳ−１２７において規定されているノイズ抑制システムによって発生される。例えば、ボイス・メトリック和v(m)は、Eq. 4.1.2.4-1において決定され、一方全チャネル・エネルギEtot(m)はＩＳ−１２７のEq.4.1.2.5-4において決定されている。全推定ノイズ・エネルギEtn(m)は、次の式で与えられる。
0004299888.tif 000036
これは、ＩＳ−１２７のEq.4.1.2.8-1から容易に得ることができる。１０ミリ秒フレームの番号ｍは、m=1から開始する。強制更新フラグfupdate_flagは、ＩＳ−１２７の§４．１．２．６に示されている「強制更新」論理実施態様から得ることができる。具体的に、強制更新フラグfupdate_flagの発生の疑似コードを次に示す。
0004299888.tif 000037
ここで、sinwave_flagは、スペクトル・ピーク対平均比率φ(m)が１０ｄＢより大きく、スペクトル偏差ΔE(m)(Eq.4.2.1.5-2)がDEV_THLDより小さい場合、TRUEにセットされる。言い換えると、
0004299888.tif 000038
は、ピーク対平均比率ブロック２５１において判定したピーク対平均比率であり、Ech(m)は、ＩＳ−１２７のEq.4.1.2.2-1に与えられている、チャネル・エネルギ推定ベクトルである。
一旦適切な入力が発生したなら、本発明にしたがって、ＲＤＡブロック２４８内におけるレート決定を行うことができる。第７図に示すフロー・チャートを参照すると、修正全エネルギE’tot(m)は次のように与えられる。
0004299888.tif 000039
ここで、初期修正全エネルギを経験的な５６ｄＢに設定する。次に、ステップ７０３において、次のように、推定全ＳＮＲを計算することができる。
SNR=E’tot(m)-Etn(m)
次に、この結果をステップ７０６において用い、長期間ピークＳＮＲ，SNRp(m)を次のように推定する。
0004299888.tif 000040
ここで、SNRp(0)=0である。次に、ステップ７０９において、以下に示すように３ｄＢ刻みで長期間ピークＳＮＲを量子化し、０ないし１９の間に制限する。
0004299888.tif 000041
ここで、
0004299888.tif 000042
は最大の整数
0004299888.tif 000043
（フロア関数）である。ここで量子化ＳＮＲを用い、ステップ７１２において、それぞれのボイス・メトリック・スレシホルドvth，ハングオーバ・カウント(hangovr count)hcnt，およびバースト・カウント・スレシホルドbthパラメータを決定する。
vth=[SNRQ],hcnt=htable[SNRQ],bth=btable[SNRQ]
ここで、SNRQは、次のように定義されるそれぞれのテーブルのインデックスである。
vtable={37,37,37,37,37,37,38,38,43,50,61,75,94,118,146,178,216,258,306,359}
htable={25,25,25,20,16,13,10,8,6,5,4,3,2,1,0,0,0,0,0,0}
btable={8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,7,6,5,4,3,2, 1,1,1}
この情報を用い、ＲＤＡブロック２４８から出力されるレート決定を行う。ブロック７１２から出力される、それぞれのボイス・メトリック・スレシホルドvth，ハングオーバ・カウンタhcnt，およびバースト・カウント・スレシホルドbthパラメータは、ブロック７１５に入力され、ボイス・メトリックv(m)がボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きいか否かについて判定するために、検査を行う。ＩＳ−１２７のEq.4.1.2...4-1を用いて、ボイス・メトリック・スレシホルドを決定する。注記すべき重要なことは、ノイズ抑制システムから出力されるボイス・メトリックv(m)は変化しないが、本発明にしたがってＲＤＡ２４８内で変化するのはボイス・メトリック・スレシホルドであるということである。
第７図のステップ７１５を参照して、ボイス・メトリックv(m)がボイス・メトリック・スレシホルド未満の場合、ステップ７１８において、信号s’(n)を送信するレートを１／８レートに決定する。この決定の後、ステップ７２１において、ハングオーバを実施する。ハングオーバは、これを行わないとノイズとして分類されかねないゆっくりと減衰する音声を「救済」(cover)するため、または強いボイス活動の検出によって劣化し得る、音声における小さなギャップを橋架するために、一般に実施されている。ステップ７２１においてハングオーバを実施した後、ステップ７３６において有効なレートの送信を保証する。この時点において、信号s’(n)を１／８レートでコード化し、本発明にしたがって適切な移動局１１５に送信する。
ステップ７１５において、ボイス・メトリックv(m)がボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きい場合、ステップ７２４において別の検査を行い、ボイス・メトリックv(m)が（量αだけ）重み付けしたボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きいか否かについて判定を行う。このプロセスによって、ノイズ・フロアに近い音声信号を、レート１／２でコード化することが可能となり、高いボイス品質を維持しつつ、平均データ・レートを低下させるという利点がある。ステップ７２４においてボイス・メトリックv(m)が重み付けしたボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きくない場合、プロセスはステップ７２７に進み、信号s’(n)を送信するレートを１／２レートに決定する。しかしながら、ステップ７２４において、ボイス・メトリックv(m)が重み付けしたボイス・メトリック・スレシホルドよりも大きい場合、プロセスはステップ７３０に進み、信号s’(n)を送信するレートをレート１（あるいは、最高レートとして知られている）に決定する。いずれの場合でも（ステップ７２７による１／２レートでの送信，またはステップ７３０による最高レートでの送信）、プロセスはステップ７３３に進み、ハングオーバを決定する。ハングオーバを決定した後、プロセスはステップ７３６に進み、有効なレートの送信を保証する。この時点において、信号s’(n)は１／２レートまたは最高レートでコード化され、本発明にしたがって適切な移動局１１５に送信される。
第７図のステップ７１５ないし７３３は、以下の疑似コードを参照して説明することも可能である。
0004299888.tif 000044
以下の疑似コードは、ＩＳ−１２７において定義されている無効のレート遷移を防止する。１つの２０ｍｓボコーダ・フレーム・レートを決定するためには、２つの１０ｍｓノイズ抑制フレームが必要であることを注記しておく。最終レートは、２つのノイズ抑制に基づくＲＤＡフレームの最大値によって決定される。
0004299888.tif 000045
以上、特定の実施例を参照しながら本発明について特定して示しかつ説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において種々の変更が可能であることは、当業者には理解されよう。例えば、本発明にしたがってレート決定を実施する際に有用な装置を、第２図において通信システムのインフラストラクチャ側において実施するものとして示したが、第２図の装置は同様に移動局１１５においても実施可能であることを当業者は認めよう。この実施態様では、本発明によるレート決定を実施するために、第２図に必要な変更はない。
また、ＣＤＭＡ通信システムを具体的に参照して説明した本発明によるレート決定の概念は、本発明にしたがって時分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）通信システムに適用する、ボイス活動検出（ＶＡＤ）にも拡張することができる。この実施形態では、第２図のＲＤＡブロック２４８の機能性を、ボイス活動検出（ＶＡＤ）の機能性と置換し、ＶＡＤブロック２４８の出力がＶＡＤ判断となり、これが同様に音声コーダに入力される。ＶＡＤブロック２４８を出るボイス活動がTRUEかFALSEかについて判定するために行われるステップは、第７図のフロー・チャートと同様であり、第８図に示す。第８図に示すように、ステップ７０３ないし７１５は、第７図に示すものと同一である。しかしながら、ステップ７１５における検査が偽の場合、ステップ８１８においてＶＡＤは偽であると判定され、フローはステップ７２１に進み、ハングオーバを実施する。ステップ７１５における検査が真の場合、ステップ８２７においてＶＡＤはTRUEと判定され、フローはステップ７３３に進み、ハングオーバを実施する。
以下の請求の範囲における機能要素を加えた手段または段階全ての対応する構造，材料，動作および同等物は、具体的に特許請求されている他の請求項の要素と組み合わせて当該機能を実行するためのあらゆる構造，材料，または動作も含むことを意図するものである。
【図１】
0004299888.tif 000046
【図２】
0004299888.tif 000047
【図３】
0004299888.tif 000048
【図４】
0004299888.tif 000049
【図５】
0004299888.tif 000050
【図６】
0004299888.tif 000051
【図７】
0004299888.tif 000052
【図８】
0004299888.tif 000053