(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記を具備する音声符号器出力フレームを発生するための装置：
複数の有声音声フレームからピッチラグコンポーネント、振幅コンポーネント、位相コンポーネント、およびラインスペクトル情報コンポーネントを抽出する手段；
予測量子化スキームに従って、前記ピッチラグコンポーネント、振幅コンポーネント、位相コンポーネント、およびラインスペクトル情報コンポーネントのためのターゲットエラーベクトルを導き出すための手段；
前記ピッチラグコンポーネントのターゲットエラーベクトルと、前記振幅コンポーネントのターゲットエラーベクトルと、前記位相コンポーネントのターゲットエラーベクトルと、前記ラインスペクトル情報コンポーネントのターゲットエラーベクトルを量子化する手段；
前記ピッチラグコンポーネント、振幅コンポーネント、位相コンポーネント、およびラインスペクトル情報コンポーネントの前記量子化されたターゲットエラーベクトルを結合し、音声符号器出力フレームを形成する手段。
【請求項２】
前記ピッチラグコンポーネントの量子化されたターゲットエラーベクトルは、式
【数１】
0005037772.tif 000041
により記載されるピッチラグコンポーネントのターゲットエラーベクトル
【数２】
0005037772.tif 000042
に基づいており、
値
【数３】
0005037772.tif 000043
は、それぞれｍ1,ｍ2,…,ｍNのためのピッチラグであり、値
【数４】
0005037772.tif 000044
は、それぞれフレームｍ1,ｍ2,…,ｍNに対応する重みである、請求項１の装置。
【請求項３】
前記振幅コンポーネントの量子化されたターゲットエラーベクトルは、式
【数５】
0005037772.tif 000045
により記載される振幅コンポーネントのターゲットエラーベクトル
【数６】
0005037772.tif 000046
に基づいており、値
【数７】
0005037772.tif 000047
は、それぞれフレームｍ1,ｍ2,…,ｍNのための振幅ベクトルのサブセットであり、値
【数８】
0005037772.tif 000048
は、対応する重みベクトルの転置である、請求項１の装置。
【請求項４】
前記位相コンポーネントの量子化されたターゲットエラーベクトルは、式
【数９】
0005037772.tif 000049
により記載される位相コンポーネントのターゲットエラーベクトル
【数１０】
0005037772.tif 000050
に基づいており、
【数１１】
0005037772.tif 000051
は、抽出されたプロトタイプの位相を表す、請求項１の装置。
【請求項５】
ラインスペクトル情報コンポーネントの前記量子化されたターゲットエラーベクトルは式
【数１２】
0005037772.tif 000052
により記載されるラインスペクトル情報コンポーネントのターゲットエラーベクトル
【数１３】
0005037772.tif 000053
に基づいており、
値
【数１４】
0005037772.tif 000054
はフレームＭの直前のフレームの数Ｐのラインスペクトル情報パラメーターの寄与であり、値
【数１５】
0005037772.tif 000055
は、
【数１６】
0005037772.tif 000056
であるようなそれぞれの重みである、請求項１の装置。
【請求項６】
無線通信チャネルを介して音声符号器出力フレームを送信する手段をさらに備えた、請求項１の装置。
【請求項７】
下記を具備する、音声符号器出力フレームを発生する方法：
複数の有声音声フレームから、ピッチラグコンポーネント、振幅コンポーネント、位相コンポーネントおよびラインスペクトル情報コンポーネントを抽出する；
予測量子化スキームに従って、ピッチラグコンポーネント、振幅コンポーネント、位相コンポーネント、およびラインスペクトル情報コンポーネントのためのターゲットエラーベクトルを導き出す；
前記ピッチラグコンポーネントのターゲットエラーベクトルを量子化する；
前記振幅コンポーネントのターゲットエラーベクトルを量子化する；
前記位相コンポーネントのターゲットエラーベクトルを量子化する；
前記ラインスペクトル情報コンポーネントのターゲットエラーベクトルを量子化する；
前記ピッチラグコンポーネント、振幅コンポーネント、位相コンポーネント、およびラインスペクトル情報コンポーネントの量子化されたターゲットエラーベクトルを結合し、音声符号器出力フレームを形成する。
【請求項８】
前記ピッチラグコンポーネントの量子化されたターゲットエラーベクトルは式
【数１７】
0005037772.tif 000057
により記載されるピッチラグコンポーネントの量子化されたエラーベクトル
【数１８】
0005037772.tif 000058
に基づいており、値
【数１９】
0005037772.tif 000059
は、それぞれフレームｍ1,ｍ2,…,ｍNのためのピッチラグであり、値
【数２０】
0005037772.tif 000060
は、それぞれフレームｍ1,ｍ2,…,ｍNに対応する重みである、請求項７の方法。
【請求項９】
前記振幅コンポーネントの量子化されたターゲットエラーベクトルは、式
【数２１】
0005037772.tif 000061
により記載される振幅コンポーネントのターゲットエラーベクトル
【数２２】
0005037772.tif 000062
に基づいており、値
【数２３】
0005037772.tif 000063
は、それぞれフレームｍ1,ｍ2,…,ｍNのための振幅ベクトルのサブセットであり、値
【数２４】
0005037772.tif 000064
は対応する重みベクトルの転置である、請求項７の方法。
【請求項１０】
前記位相コンポーネントの量子化されたターゲットエラーベクトルは式
【数２５】
0005037772.tif 000065
により記載される位相コンポーネントのターゲットエラーベクトル
【数２６】
0005037772.tif 000066
に基づいており、
【数２７】
0005037772.tif 000067
は、抽出されたプロトタイプの位相を表す、請求項７の方法。
【請求項１１】
前記ラインスペクトル情報コンポーネントの量子化されたターゲットエラーベクトルは式
【数２８】
0005037772.tif 000068
により記載されるラインスペクトル情報コンポーネントのターゲットエラーベクトルに基づいており、値
【数２９】
0005037772.tif 000069
はフレームＭの直前のフレームＰの数のラインスペクトル情報パラメーターの寄与であり、値
【数３０】
0005037772.tif 000070
は、
【数３１】
0005037772.tif 000071
であるようなそれぞれの重みである、請求項７の方法。
【請求項１２】
無線通信チャネルを介して前記音声符号器出力フレームを送信することをさらに備えた、請求項７の方法。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のいずれかの方法を実施するために実行可能な命令を具備するコンピュータ読取可能記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は一般に発話の分野に関し、特に音声発話を予測的に量子化するための方法および装置に関する。
【０００２】
【関連出願の記載】
デジタル技術による音声の伝送は広く行き渡るようになった。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、広く行き渡るようになった。これは次には、再構成された発話の知覚される品質を維持しながら、チャネルを介して送ることの出来る最小量を決定する関心を引き起こした。発話が単にサンプリングされ、２値化されることにより伝送されるなら、一般的なアナログ電話の発話品質を得るために６４キロビット／秒（ｋｂｐｓ）のオーダのデータレートが必要である。しかしながら、発話解析、その後に適切な符号化、伝送、および受信器における再合成を用いて、データレートの大幅な減少を得ることができる。
【０００３】
発話を圧縮する装置は、遠距離通信の多くの分野でその使用を見出す。例示的な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、例えば携帯電話、ページング(paging)、無線加入（者）回線、セル方式およびＰＣＳ方式の携帯無線電話システム、モバイルインターネットプロトコル(mobile internet protocol)（ＩＰ）電話技術、および衛星通信システムのような無線電話技術を含む。特に重要なアプリケーションは移動加入者のための無線電話技術である。
【０００４】
例えば周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、および符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を含む無線通信システムのための種々の無線のインターフェースが開発された。それに関連して種々の国内および国際規格が確立された。それらの規格は例えば、アドバンストモバイルフォーンサービス(Advanced Mobile Phone Service)（ＡＭＰＳ）、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ(Global System for Mobile Communications)（ＧＳＭ）、および暫定規格９５（ＩＳ−９５）を含む。例示的な無線電話技術通信システムは符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムである。ＩＳ−９５およびその派生物ＩＳ−９５Ａ、ＡＮＳＩ  Ｊ−ＳＴＤ−００８、ＩＳ−９５Ｂ、第三世代規格案ＩＳ−９５ＣおよびＩＳ−２０００等（ここでは集合的にＩＳ−９５と呼ぶ）は電気通信産業協会（ＴＩＡ）およびセルラまたはＰＣＳ電話技術通信システムのためのＣＤＭＡ無線インターフェースの使用の仕様を定めるための他のよく知られた規格団体により公布される。ＩＳ−９５規格の使用に従って実質的に構成された模範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この明細書に組み込まれる米国特許番号第５，１０３，４５９および４，９０１，３０７に記載されている。人間の発話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発話を圧縮するための技術を採用する装置は発話コーダ(coder)と呼ばれる。発話コーダは入ってくる発話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。発話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。エンコーダは入ってくる発話フレームを解析し、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示、すなわちビットのセット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器およびデコーダに伝送される。デコーダはデータパケットを処理し、それらを非量子化し、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発話フレームを再合成する。
【０００５】
発話コーダの機能は２値化された発話信号を発話に固有の自然の冗長度の全てを取り除くことにより低ビットレート信号に圧縮することである。デジタル圧縮は、入力発話フレームをパラメータのセットで表し、量子化を採用してパラメータをビットのセットで表すことにより得られる。入力発話フレームがビットＮｉの数を有し、発話コーダにより形成されたデータパケットがビットＮｏの数を有するならば、発話コーダにより得られる圧縮因子はＣｒ＝Ｎｉ／Ｎｏである。課題は、目標の圧縮因子を維持しつつ復号された発話の高音声品質を維持することである。発話コーダの性能は、（１）いかによく、スピーチモデル、すなわち上述した解析と合成処理の組合せが実行するか、そして（２）いかによく、パラメータ量子化プロセスがＮｏビット／フレームの目標ビットレートで実行されるかに依存する。従って、スピーチモデルの目標は、各フレームに対して小さなパラメータセットを用いて発話信号のエッセンス、すなわち目標音声品質を獲得することである。
【０００６】
恐らく、発話コーダの設計において最も重要なことは発話信号を表すための良好なパラメータセット（ベクトルを含む）の探索である。良好なパラメータセットは、知覚的に正確な発話信号の再構成のための低システム帯域幅を必要とする。ピッチ(pitch)、信号電力、スペクトル包絡線（またはフォルマント(formants)）、振幅スペクトル、および位相スペクトルはスピーチコーディングパラメータの例である。
【０００７】
発話コーダは時間領域コーダとして実現することができる。時間領域コーダは、高時間分解能処理を採用して時間領域発話波形を獲得しようと試み、一度に小さなセグメントの発話（一般には５ミリ秒サブフレーム）を符号化する。各サブフレームに対して、コードブックスペース(codebook space)からの高精度な代表値が技術的に知られている種々のサーチアルゴリズムによって見つけられる。あるいは、発話コーダは周波数領域コーダとして実現可能である。周波数領域コーダは、パラメータ（解析）のセットを用いて入力発話フレームの短期間の発話スペクトルを獲得しようと試み、対応する合成処理を採用してスペクトルパラメータから発話波形を再現する。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代表値を用いてパラメータを表すことによりパラメータを保存する。
【０００８】
良く知られた時間領域発話コーダは、参照することによりこの明細書に組み込まれるL.B. Rabiner & R.W. Schafer著「発話信号のデジタル処理３９６−４５３」（１９７８）に記載された符号励起リニア予測（ＣＥＬＰ）コーダである。ＣＥＬＰコーダにおいて、発話信号における短期間の相関または冗長度は線形予測（ＬＰ）解析により取り除かれる。この解析は、短期間のフォルマントフィルタの係数を見つける。短期間の予測フィルタを入ってくる発話フレームに適用するとＬＰ剰余信号を発生する。この信号はさらに長期間の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、時間領域発話波形を符号化するタスクを、ＬＰ短期間フィルタ係数を符号化し、ｌＰ剰余を符号化する別箇のタスクに分割する。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数のビットＮｏを用いて）または可変レート（すなわち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使用される）で行なうことができる。可変レートコーダは目標の品質を得るために適切なレベルにコーデック(codec)パラメータを符号化するのに必要なビット量のみを使用するよう試みる。
【０００９】
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この明細書に組み込まれる米国特許第５，４１４，７９６に記載されている。
【００１０】
ＣＥＬＰコーダのような時間領域コーダは、一般に時間領域発話波形の精度を維持するために高いフレームあたりのビット数Ｎｏに依存する。そのようなコーダはフレームあたりのビット数Ｎｏが相対的に大きいならば（たとえば８ｋｂｐｓ以上）優れた音声品質を供給する。しかしながら、低ビットレート（４ｋｂｐｓ未満）では、時間領域コーダは、利用可能なビット数の制限により、高品質および堅固な性能を維持することができない。一般的な時間領域コーダは、より高レートの市販用に成功裏に配備されているが低レートにおいて、制限されたコードブックスペースは一般的な時間領域コーダの波形一致能力を切り取る。それゆえ、長期にわたる改良にもかかわらず低ビットレートで動作する多くのＣＥＬＰコーディングシステムは、一般に雑音として特徴づけられる知覚的に重要な歪みを被る。
【００１１】
現在、中乃至低ビットレート（すなわち、2.4乃至4ｋｂｐｓ未満のレンジ）で動作する高品質発話コーダを開発する研究興味と強い商業上の必要性の高まりがある。アプリケーション領域は、無線電話、衛星通信、インターネット電話、種々のマルチメディアおよびボイスストリーミング(voice-streaming)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。原動力は高い能力の必要性とパケット損失環境下において堅固な性能の需要である。種々の最近の発話コーディング標準化努力は、低レート発話コーディングアルゴリズムの研究開発を促進するもうひとつの直接的な原動力である。低レート発話コーダは許されるアプリケーション帯域幅あたりより多くのチャネル、すなわちユーザを作り、そして適切なチャネルコーディングの付加的なレイヤ(layer)と一体となった低レート発話コーダは、コーダ仕様の全体のビットバジェット(bit-budget)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。
【００１２】
低ビットレートで発話を効率的に符号化するための１つの有効な技術は、マルチモード(multimode)コーディングである。例示的なマルチモードコーディングは、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりその全体がこの明細書に組み込まれる米国出願シリアル番号第０９／２１７，３４１（発明の名称：「可変レート発話コーディング」；出願日：１９９８年１２月２１日）（現在、２００４年２月１０日に発行された米国特許第６，４５６，９６４）に記載されている。一般的なマルチモードコーダは異なるモードすなわちエンコードおよびデコードアルゴリズムを、異なる種類の入力発話フレームに適用する。各モード、すなわちエンコーディング−デコーディングプロセスは特注生産され、例えば音声発話、非音声発話、遷移発話（例えば音声発話と非音声発話の間）、および背景ノイズ（沈黙または非発話）のようなある種の発話セグメントを最も効率的な態様で最適に表す。外部のオープンループモード(open-loop mode)判断機構は入力発話フレームを調べ、どのモードをフレームに適用するかに関する判断を行う。オープンループモード判断は、一般に入力フレームから多数のパラメータを抽出し、ある一時的かつスペクトル特性に関するパラメータを評価し、モード判断をその評価に基づかせることによって、行われる。
【００１３】
２．４ｋｂｐｓのオーダのレートで動作するコーディングシステムは一般にパラメータ的性質を有する。すなわち、そのようなコーディングシステムは、規則的な間隔で発話信号のピッチ期間およびスペクトル包絡線（またはフォルマント）を記載するパラメータを送信することにより動作する。これらのいわゆるパラメトリックコーダ(parametric coders)の具体例はＬＰボコーダシステム(vocoder system)である。
【００１４】
ＬＰボコーダはピッチ期間あたり１つのパルスを用いて音声発話信号のモデルを作る。この基本技術は、とりわけスペクトル包絡線についての送信情報を含むように膨らませることができる。ＬＰボコーダは一般に合理的な性能を提供するが、一般にはバズ(buzz)として特徴づけられる知覚的に重要な歪みを導入するかもしれない。
【００１５】
近年、波形コーダとパラメトリックコーダの両方のハイブリッドであるコーダが出現している。これらのいわゆるハイブリッドコーダの具体例は、プロトタイプ波形補間（ＰＷＩ）発話コーディングシステムである。ＰＷＩコーディングシステムは、プロトタイプピッチピリオド（ＰＰＰ）発話コーダとしても知られている。ＰＷＩコーディングシステムは音声発話をコーディングするための効率的な方法を提供する。ＰＷＩの基本概念は、固定時間間隔で代表的なピッチサイクル（プロトタイプ波形）を抽出し、その記述を送信し、プロトタイプ波形間を補間することにより発話信号を再構成することである。ＰＷＩ方法は、ＬＰ剰余信号上または発話信号上で動作することができる。例示ＰＷＩすなわちＰＰＰ発話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その全体がこの明細書に組み込まれる、１９９８年１２月２１日に出願した米国出願シリアル番号第０９／２１７，４９４（発明の名称：「定期的な発話コーディング(PERIODIC SPEECH CODING)）（現在２００２年９月２４日に発行された米国特許第６，４５６，９６４）に記載されている。他のＰＷＩすなわちＰＰＰ発話コーダは、米国特許第５，８８４、２５３およびW. Bastiaan Kleijn & Wolfgang Granzow著「１つのデジタル信号処理における発話コーディングにおける波形補間のための方法」２１５−２３０（１９９１）に記載されている。
【００１６】
最も一般的な発話コーダにおいて、所定のピッチプロトタイプまたは所定のフレームのパラメータは各個別にエンコーダにより量子化され送信される。さらに、差分値が各パラメータに対して送信される。差分値は、現在フレームまたはプロトタイプのためのパラメータ値と以前のフレームまたはプロトタイプのためのパラメータ値との間の差分を指定する。しかしながら、パラメータ値および差分値を量子化することはビット（それゆえ帯域幅）を使用する必要がある。低ビットレート発話コーダにおいて、満足のいく音声品質を維持することが可能な最小のビット数を送信することは都合が良い。このため、一般的な低ビットレートコーダにおいて、絶対パラメータ値は量子化されて送信される。情報の価値を損なうことなく送信するビット数を低減することが望ましい。従って、発話コーダのビットレートを低減する音声発話を量子化するための予測機構の必要性がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は発話コーダのビットレートを低減する音声発話を量子化する予測機構に向けられている。従って、この発明の１つの観点において、発話のパラメータについての情報を量子化する方法が提供される。この方法は有利に少なくとも以前に処理された発話フレームのためのパラメータの少なくとも１つの重み付けされた値を発生する。使用されるすべての重みの合計は１であり、現在処理している発話フレームのためのパラメータの値から少なくとも１つの重み付けされた値を減算し、差分値を生じ、その差分値を量子化する。
【００１８】
この発明の他の観点において、発話のパラメータについての情報を量子化するように構成された発話コーダが提供される。発話コーダは便利的に、少なくとも１つの以前に処理された発話フレームのためのパラメータの少なくとも１つの重み付けされた値を発生する手段を含み、使用されるすべての重みの１つは１であり、現在処理されている発話フレームのためのパラメータの値から少なくとも前記１つの重み付けされた値を減算し、差分値を生じる手段、および前記差分値を量子化する手段を含む。
【００１９】
この発明の他の観点において、発話のパラメータについての情報を量子化するように構成されたインフラストラクチャ要素が提供される。このインフラストラクチャ要素は便利的に少なくとも１つの以前に処理された発話フレームのためのパラメータの少なくとも１つの重み付けされた値を発生するように構成されたパラメータ発生器を有し、使用されるすべての重みの合計は１であり、前記パラメータ発生器に接続され、現在処理される発話フレームのためのパラメータの値から少なくとも１つの重み付けされた値を減算し差分値を生じ、その差分値を量子化するように構成された量子化器を含む。
【００２０】
この発明の他の観点において、発話のパラメータについての情報を量子化するように構成された加入者装置が提供される。加入者装置は便宜的にプロセッサと、前記プロセッサに接続され、少なくとも以前に処理された発話フレームのためのパラメータの少なくとも１つの重み付けされた値を発生し、使用されるすべての重みの合計は１であり、現在処理している発話フレームのためのパラメータの値から少なくとも１つの重み付けされた値を減算して差分値を生じその差分値を量子化するように前記プロセッサによって実行可能な命令セットを含む記憶媒体を含む。
【００２１】
この発明の他の観点において、発話の位相パラメータについての情報を量子化する方法が提供される。この方法は便宜的に、少なくとも１つの以前に処理された発話フレームのための位相パラメータの少なくとも１つの変更された値を発生し、多数の位相シフトを前記少なくとも１つの変更された値に適用し、位相シフトの数は０以上であり、現在処理されている発話フレームの位相パラメータの値から前記少なくとも１つの変更された値を減算して差分値を生じ、その差分値を量子化することを含む。
【００２２】
この発明の他の観点において、発話の位相パラメータについての情報を量子化するように構成された発話コーダが提供される。この発話コーダは便宜的に、少なくとも１つの以前に処理された発話フレームのための位相パラメータの少なくとも１つの変更された値を発生する手段と、多数の位相シフトを前記少なくとも１つの変更された値に適用し、位相シフトの数は０以上であり、現在処理されている発話フレームのための位相パラメータの値から前記少なくとも１つの変更された値を減算して差分値を生じる手段と、前記差分値を量子化する手段を含む。
【００２３】
この発明の他の観点において、発話の位相パラメータについての情報を量子化するように構成された加入者装置が提供される。加入者装置は便宜的に、プロセッサと、前記プロセッサに接続され、少なくとも１つの処理された発話フレームのための位相パラメータの少なくとも１つの変更された値を発生し、多数の位相シフトを少なくとも１つの変更された値に適用し、位相シフトの数は０以上であり、現在処理されている発話フレームのパラメータの値から少なくとも１つの変更された値を減算して差分値を生じ、その差分値を量子化することを含む。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に述べる例示実施例は、ＣＤＭＡ無線インターフェースに採用するように構成された無電電話通信システムに存在する。しかしながら、この発明の特徴を具現化する音声発話を予測的にコーディングするための方法および装置は、技術的に熟達した人々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することができることは技術に熟達した人々により理解されるであろう。
【００２５】
図１に示すように、ＣＤＭＡ無線電話システムは一般に複数の移動加入者装置１０、複数の基地局１２、基地局コントローラ（ＢＳＣｓ）１４、移動交換局（ＭＳＣ）１６を含む。ＭＳＣ１６は公衆交換電話回線網（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とインター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（ＢＳｓ）１２に接続される。迂回中継線は、例えばＥ１／Ｔ１、ＡＴＭ、ＩＰ、ＰＰＰ、フレームリレー(Frame Relay)、ＨＤＳＬ，ＡＤＳＬ、または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される。２以上のＢＳＣ１４がシステムに存在し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）を含み、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向けられた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ことができる。各基地局は、複数の周波数割当てをサポートするように便宜的に設計することができる。セクタと周波数割当ての交差は、ＣＤＭＡチャネルとして呼ぶことができる。基地局１２はまた基地局トランシーバサブシステム（ＢＴＳｓ）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ＢＳｓ１２を集合的に参照するために業界において使用することができる。ＢＳｓ１２はまた「セルサイト」１２を意味することができる。あるいは、所定のＢＳｓ１２の個々のセクタをセルサイトと呼ぶことができる。移動加入者装置１０は通常セルラ電話またはＰＣＳ電話１０である。システムはＩＳ−９５規格に従って使用するように便利的に構成される。
【００２６】
セルラ電話システムの一般的な動作の間、基地局１２は、子局１０のセットから逆方向リンク信号のセットを受信する。子局１０は通話または他の通信を行なう。所定の基地局１２により受信される各逆方向リンク信号は基地局１２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編成を含む呼リソース割当ておよび移動管理機能性を供給する。ＢＳＣ１４はまた受信したデータのＭＳＣ１６への経路を決定し、ＭＳＣ１６は、ＰＳＴＮ１８とのインターフェースのためさらなるルート割当て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は次には基地局１２を制御して順方向リンク信号のセットを子局１０のセットに送信する。加入者装置１０は他の実施例においては固定装置であることは、技術に熟達した人によって理解される。
【００２７】
図２において、第１エンコーダ１００は２値化発話サンプルｓ（ｎ）を受信し、そのサンプルｓ（ｎ）を符号化して、送信媒体１０２、すなわち通信チャネル１０２を介して第１デコーダ１０４に送信する。デコーダ１０４は符号化された発話サンプルを復号し出力発話信号ＳＳＹＮＴＨ（ｎ）を合成する。逆方向に送信するために、第２エンコーダ１０６は２値化発話サンプルｓ（ｎ）を符号化し、この符号化された２値化発話サンプルｓ（ｎ）は通信チャネル１０８上に送信される。第２デコーダ１１０は符号化された発話サンプルを受信して復号し、合成された出力発話信号ＳＳＹＮＴＨ（ｎ）を発生する。
【００２８】
発話サンプルｓ（ｎ）は、例えばパルス符号変調（ＰＣＭ）、コンパンデッドマイクロロー（companded μ-law)、Ａロー(A-law)を含む技術的に知られた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発話信号を表す。技術的に知られているように、発話サンプル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値化発話サンプルｓ（ｎ）から構成される。例示実施例において、８ＫＨｚのサンプリングレートが採用され、各２０ｍｓフレームは１６０サンプルで構成される。後述の実施例において、データ送信のレートは、フルレートからハーフレートへ、１／４レートから１／８レートにフレーム単位で便宜的に変化することができる。データ送信レートを変化させると、相対的に少ない発話情報を含むフレームに対して低ビットレートを選択的に採用することができるので、都合がよい。技術に熟達した人に理解されるように、他のサンプリングレートおよび／またはフレームサイズを使用することができる。また、後述する実施例において、発話符号化（またはコーディング）モードは発話情報またはフレームのエネルギに応答してフレーム単位で変化可能である。
【００２９】
第１エンコーダ１００および第２デコーダ１１０は一緒になって第１発話コーダ（エンコーダ／デコーダ）すなわちスピーチコーデックを構成する。発話コーダは、例えば図１を参照して上述した加入者装置、ＢＴＳ、またはＢＳＣを含む発話信号を送信するためのどんな通信装置にも使用することができる。同様に、第２エンコーダ１０６と第１デコーダ１０４は一緒になって第２発話コーダを構成する。発話コーダは、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、または何らかの一般的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を用いて実現できることは技術に熟達した人により理解される。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、またはその他の形態の技術的に知られた記憶媒体に常駐可能である。あるいは、何らかの従来のプロセッサ、コントローラ、または状態機械をマイクロプロセッサの代わりに用いることができる。発話コーディングのために特に設計された例示ＡＳＩＣ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全体がこの明細書に組み込まれる米国特許第５，７２７，１２３、さらにこの発明の譲受人に譲渡され、参照することによりその全体がこの明細書に組み込まれる米国出願シリアル番号０８／１９７，４１７（発明の名称：「ボコーダＡＳＩＣ」）（現在、１９９８年７月２１日に発行された米国特許第５，７８４，５３２）に記載されている。
【００３０】
図３において、発話コーダに使用可能なエンコーダ２００はモード判定モジュール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。入力発話フレームｓ（ｎ）はモード判定モジュール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。モード判定モジュール２０２は、各入力発話フレームｓ（ｎ）の、他にも特徴はあるが、周期性、エネルギ、信号対雑音比（ＳＮＲ）、ゼロ交差レートにもとづいてモードインデックスＩＭおよびモードＭを産出する。周期性に従って発話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全体がこの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暫定規格ＴＩＡ／ＥＩＡ  ＩＳ−１２７およびＴＩＡ／ＥＩＡＩＳ−７３３にも組み込まれる。例示モード判定機構は上述した米国特許第６，６９１，０８４にも記載されている。
【００３１】
ピッチ推定モジュール２０４は各入力発話フレームｓ（ｎ）に基づいてピッチインデックスＩＰおよび遅延値Ｐ０を産出する。ＬＰ解析モジュール２０６は各入力発話フレームｓ（ｎ）に関して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はまたモードＭを受信し、それによりモード依存態様において量子化プロセスを行なう。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
【数１】
0005037772.tif 000002
を産出する。ＬＰ解析フィルタ２０８は入力発話フレームｓ（ｎ）に加えて量子化ＬＰパラメータ
【数２】
0005037772.tif 000003
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］は量子化線形予測パラメータ
【数３】
0005037772.tif 000004
に基づいて入力発話フレームｓ（ｎ）と再構成された発話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
【数４】
0005037772.tif 000005
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
【数５】
0005037772.tif 000006
を産出する。
【００３２】
図４において、発話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を受信してデコードし、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を受信し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は受信した値を復号し量子化ＬＰパラメータ
【数６】
0005037772.tif 000007
を産出する。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は受信した値を復号し、量子化剰余信号
【数７】
0005037772.tif 000008
を発生する。量子化剰余信号
【数８】
0005037772.tif 000009
および量子化ＬＰパラメータ
【数９】
0005037772.tif 000010
はＬＰ合成フィルタ３０８に供給され、ＬＰ合成フィルタ３０８は復号された出力発話信号
【数１０】
0005037772.tif 000011
を合成する。
【００３３】
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と実装は技術的に知られており、上述した米国特許第５，４１４，７９６およびL.B. Rabiner & R.W. Schafer著「発話信号のデジタル処理」３９６−４５３（１９７８）に記載されている。
【００３４】
図５に示される一実施例において、マルチモードスピーチエンコーダ４００は通信チャネルすなわち送信媒体４０４を介してマルチモードスピーチデコーダ４０２と通信する。通信チャネル４０４は便利的にＩＳ−９５規格に従って構成されたＲＦインターフェースである。エンコーダは相関するデコーダ（図示せず）を有することを技術に熟達した人により理解されるであろう。エンコーダ４００および相関するデコーダは一緒になって第１発話コーダを形成する。また、デコーダ４０２は相関するエンコーダ（図示せず）を有することが技術に熟達した人により理解されるであろう。デコーダおよびその相関するエンコーダは一緒になって第２発話コーダを形成する。第１および第２発話コーダは便宜的に第１および第２ＤＳＰの一部として実装可能であり、例えばＰＣＳまたはセルラ電話システムの加入者装置および基地局装置、または衛星システムの加入者装置およびゲートウエイ(gateway)に駐在可能である。
【００３５】
エンコーダ４００はパラメータ計算機４０６、モード分類モジュール４０８、複数の符号化モード４１０、およびパケットフォーマッティングモジュール４１２を含む。符号化モードの数はｎとして示され、このｎが符号化モード４１０の何らかの合理的な数を意味できることを当業者は理解するであろう。簡単のための、３つの符号化モード４１０のみを示し、点線は他の符号化モード４１０の存在を示す。デコーダ４０２はパケット逆アセンブラおよびパケット損失検出モジュール４１４、複数の復号モード４１６、消去デコーダ４１８およびポストフィルタすなわち発話合成器４２０を含む。復号モード４１６の数はｎとして示され、このｎは復号モード４１６の何らかの合理的な数を意味することができることを当業者は理解するであろう。簡単のために、３つの復号モード４１６のみを示し、点線は他の復号モード４１６の存在を示す。
【００３６】
発話信号ｓ（ｎ）はパラメータ計算機４０６に供給される。発話信号はフレームと呼ばれるサンプルのブロックに分割される。値ｎはフレーム番号を示す。他の実施例において、線形予測（ＬＰ）剰余誤差信号は発話信号の代わりに使用される。ＬＰ剰余は例えばＣＥＬＰコーダのような発話コーダにより使用される。ＬＰ剰余の計算は便宜的に発話信号を逆ＬＰフィルタ（図示せず）に供給することにより行なわれる。逆ＬＰフィルタの伝達関数Ａ（ｚ）は以下の式に従って計算される。
【００３７】
【数３２】
0005037772.tif 000012
上記式において、係数ａ１は上述した米国特許第５，４１４，７９６および米国特許第６，４５６，９６４に記載された公知の方法に従って選択されたあらかじめ定義された値を持つフィルタタップ(filter taps)である。数字ｐは逆ＬＰフィルタが予測の目的のために使用する以前のサンプルの個数である。特定の実施例においてｐは１０に設定される。
【００３８】
パラメータ計算機４０６は現在のフレームに基づいて種々のパラメータを導き出す。一実施例において、これらのパラメータは、下記の少なくとも１つを含む：線形予測符号化（ＬＰＣ）フィルタ係数、線スペクトル対（ＬＳＰ）係数、正規化自動相関関数（ＮＡＣＦｓ）、オープンループラグ(open loop lag)、ゼロ交差レート、バンドエネルギ、およびフォルマント剰余信号(formant residue signal)。ＬＰＣ係数、ＬＳＰ係数、オープンループラグ、バンドエネルギ、およびフォルマント剰余信号の計算は上述した米国特許番号第５，４１４，７９６に詳細に記載されている。ＮＡＣＦおよびゼロ交差の計算は上述した米国特許第５，９１１，１２８に詳細に記載されている。
【００３９】
パラメータ計算機４０６はモード分類モジュール４０８に接続される。パラメータ計算機４０６はパラメータをモード分類モジュール４０８に供給する。モード分類モジュール４０８は、現在のフレームに対して最も適切な符号化モード４１０を選択するためにフレーム単位で符号化モード４１０間を動的に切替えるように接続される。モード分類モジュール４０８は、パラメータをあらかじめ定義されたしきい値および／または天井値と比較することにより現在のフレームに対して特定の符号化モード４１０を選択する。フレームのエネルギ内容に基づいて、モード分類モジュール４０８はフレームを非発話、すなわち非動作発話（例えば、沈黙、バックグラウンドノイズ、またはワード間の休止）または発話として分類する。フレームの周期性に基づいて、モード分類モジュール４０８は発話フレームを特定の種類の発話、例えば音声、非音声またはトランジェント(transient)として分類する。
【００４０】
音声発話は相対的に高い度合いの周期性を呈示する発話である。音声発話のセグメントは図６のグラフに示される。図示するように、ピッチ期間はフレームの内容を解析して再構成するのに有利になるように使用することができる発話フレームの成分である。トランジェント発話フレームは、一般に音声発話と非音声発話との間の遷移である。音声発話でもないし非音声発話でもないとして分類されたフレームはトランジェント発話として分類される。何らかの合理的な分類機構を採用することができることは技術に熟達した人により理解されるであろう。
【００４１】
異なる符号化モード４１０は異なる種類の発話を符号化するために使用することができるので、発話フレームを分類することは利点がある。その結果、通信チャネル４０４のような共有チャネルにおいて帯域をより効率的に使用することができる。例えば、音声発話は周期的であり従って高度に予測できるので、低ビットレートで予測性の高い符号化モード４１０を採用して音声発話を符号化することができる。分類モジュール４０８のような分類モジュールは、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりその全体がこの明細書に組み込まれる、上述した米国特許第６，６９１，０８４および１９９９年２月２６日に出願された米国出願シリアル番号第０９／２５９，１５１（発明の名称：「閉ループマルチモード混合領域線形予測（ＭＤＬＰ）発話コーダ」）（現在、２００３年１０月２８日に発行された米国特許番号第６，６４０，２０９）に詳細に記載されている。
【００４２】
モード分類モジュール４０８はフレームの分類に基づいて現在フレームのための符号化モード４１０を選択する。種々の符号化モード４１０が並列に接続される。１つ以上の符号化モード４１０がいつでも動作可能である。しかしながら、いつでも唯一の符号化モード４１０が動作するのが都合がよく、現在フレームの分類に従って選択される。
【００４３】
異なる符号化モード４１０は、異なるコーディングビットレート、異なるコーディング機構、または異なるコーディングビットレートと異なるコーディング機構の異なる組合せに従って動作するのが都合がよい。使用される種々のコーディングレートは、フルレート、ハーフレート、１／４レート、および／または１／８レートであり得る。使用される種々のコーディング機構は、ＣＥＬＰコーディング、プロトタイイプピッチ期間（ＰＰＰ）コーディング（または波形補間（ＷＩ）コーディング）および／または雑音励起線形予測（ＮＥＬＰ）コーディングであり得る。従って、例えば、特定の符号化モード４１０はフルレートＣＥＬＰでありもう一つの符号化モード４１０は１／２ＣＥＬＰであり、もう一つの符号化モードは１／４ＰＰＰであり、もう一つの符号化モード４１０はＮＥＬＰであり得る。
【００４４】
ＣＥＬＰ符号化モード４１０に従って、線形予測声道モデルはＬＰ剰余信号の量子化バージョンを用いて励起される。全体の以前のフレームのための量子化パラメータは現在のフレームを再構成するために使用される。従ってＣＥＬＰ符号化モード４１０は相対的に高いコーディングビットレートを犠牲にして相対的に正確な再生を提供する。ＣＥＬＰ符号化モード４１０はトランジェント発話として分類されたフレームを符号化するために便宜的に使用することができる。例示可変レートＣＥＬＰ発話コーダは上述した米国特許第５，４１４，７９６に詳細に記載されている。
【００４５】
ＮＥＬＰ符号化モード４１０に従って、濾波された擬似ランダム雑音信号は発話フレームのモデルを作るために使用される。ＮＥＬＰ符号化モデル４１０は低ビットレートを得る相対的に簡単な技術である。ＮＥＬＰ符号化モード４１２は非音声発話として分類されたフレームを符号化するのに有利になるように使用することができる。例示ＮＥＬＰ符号化モードは上述した米国特許第６，４５６，９６４に詳細に記載されている。
【００４６】
ＰＰＰ符号化モード４１０に従って、各フレーム内のピッチ期間のみが符号化される。発話信号の残りの期間はこれらのプロトタイプ期間を補間することにより再構成される。ＰＰＰコーディングの時間領域実施において、現在のプロトタイプ期間に近づけるために以前のプロトタイプ期間をどのように変更するかを記載する第１のセットのパラメーターが計算される。１つ以上のコードベクトルが選択される。このコードベクトルは加算されると、現在のプロトタイプ期間と変更された以前のプロトタイプ期間との間の差分を近似する。第２のセットのパラメーターはこれらの選択されたコードベクトルを表す。ＰＰＰコーディングの周波数領域実施において、プロトタイプの振幅と位相スペクトルを表すためにパラメータセットが計算される。これは絶対的な感覚であるいは以下に記載するように予測的に行なうことが出来る。ＰＰＰコーディングのどちらの実施においても、デコーダは第１および第２のセットのパラメーターに基づいて現在のプロトタイプを再構成することにより出力発話信号を合成する。次に発話信号は、現在の再構成されたプロトタイプ期間と以前の再構成されたプロトタイプ期間との領域に渡って補間される。従って、プロトタイプは、デコーダにおいて発話信号またはＬＰ剰余信号を再構成するために、フレーム内に同様に位置する以前のフレームからのプロトタイプで線形的に補間されるであろう現在のフレームの一部分である（すなわち、過去のプロトタイプ期間が現在のプロトタイプ期間の予報値として使用される）。例示ＰＰＰ発話コーダは上述した米国特許第６，４５６，９６４に詳細に記載されている。
【００４７】
全体の発話フレームよりもむしろプロトタイプ期間をコーディングすることは必要なコーディングビットレートを低減する。音声発話として分類されたフレームは便宜的にＰＰＰ符号化モード４１０でコード化できる。図６に示すように、音声発話はＰＰＰ符号化モード４１０によって有利になるように利用される、ゆっくり時間変化する周期成分を含む。音声発話の周期性を利用することにより、ＰＰＰ符号化モード４１０はＣＥＬＰ符号化モード４１０より低いビットレートを得ることができる。
【００４８】
選択された符号化モード４１０はパケットフォーマッティングモジュール４１２に接続される。選択された符号化モード４１０は現在のフレームを符号化し、量子化し、量子化したフレームパラメータをパケットフォーマッティングモジュール４１２に供給する。パケットフォーマッティングモジュール４１２は、通信チャネル４０４を介して伝送するために量子化情報を有利にパケットにアセンブルする。一実施例において、パケットフォーマッティングモジュール４１２はエラー訂正コーディングを供給し、ＩＳ−９５規格に従ってパケットをフォーマットする。パケットは送信器（図示せず）に供給され、アナログフォーマットに変換され通信チャネル４０を介して受信器（図示せず）に送信される。受信器はパケットを受信し、復調し、２値化し、そのパケットをデコーダ４０２に供給する。
【００４９】
デコーダ４０２において、パケット逆アセンブラおよびパケット損失検出モジュール４１４は受信器からパケットを受信する。パケット逆アセンブラおよびパケット損失検出モジュール４１４はデコーディングモード４１６間をパケット単位で動的に切り替わるように接続される。復号４１６の数は符号化モード４１０の数と同じであり、技術に熟達した人が認識するように、各番号が付けられた符号化モード４１０は同じコーディングビットレートとコーディング機構を採用するように構成された各同様に番号付けされた復号モード４１６と相関される。
【００５０】
パケット逆アセンブラおよびパケット損失検出モジュール４１４がパケットを検出すると、パケットは逆アセンブルされ、適切な復号モード４１６に供給される。パケット逆アセンブラおよびパケット損失検出モジュール４１４がパケットを検出しないと、パケット損失が宣言され消去デコーダ４１８は、この発明の譲受人に譲渡され参照することによりこの明細書に組み込まれる、２０００年４月２４日に出願された関連する米国出願番号第０９／５５７，２８３（発明の名称「発話フレーム発話コーダにおけるフレーム消去補償方法」）（現在、２００３年６月２４日に発行された米国特許第６，５８４，４３８）に記載されているフレーム消去処理を実行する。
【００５１】
復号モード４１６と消去デコーダ４１８の並列アレイはポストフィルタ４２０に接続される。情報がポストフィルタ４２０に供給されたならば、関連のある復号モード４１６はパケットを復号し非量子化する。ポストフィルタ４２０は発話フレームを再構成し、合成し、合成された発話フレーム
【数３３】
0005037772.tif 000013
を出力する。例示復号モードおよびポストフィルタは上述した米国特許第５，４１４、７９６および米国特許第６，４５６，９６４に記載されている。
【００５２】
一実施例において、量子化されたパラメータ自体は送信されない。その代わりデコーダ４０２内の種々のルックアップテーブル（ＬＵＴｓ）（図示せず）のアドレスを指定するコードブックインデックスが送信される。デコーダ４０２はコードブックインデックスを受信し、適切なパラメータ値のために種々のコードブックＬＵＴをサーチする。従って、例えば、ピッチラグ(pitch lag)、適応コードブック利得およびＬＳＰのようなパラメータのためのコードブックインデックスが送信可能であり、３つの相関するコードブックＬＵＴがデコーダ４０２によりサーチされる。
【００５３】
ＣＥＬＰ符号化モードに従って、ピッチラグ、振幅、位相、およびＬＳＰパラメータが送信される。ＬＰ剰余信号がデコーダ４０２において合成されるので、ＬＳＰコードブックインデックスは送信される。さらに、現在のフレームのためのピッチラグ値と以前のフレームのためのピッチラグ値との差分が送信される。
【００５４】
発話信号がデコーダにおいて合成される一般的なＰＰＰ符号化モードに従って、ピッチラグ、振幅、および位相パラメータが送信される。一般的なＰＰＰ発話コーディング技術により採用される低ビットレートは絶対ピッチラグ情報および相対ピッチラグ差分値の両方の送信を許可しない。
【００５５】
一実施例に従って、音声発話フレームのような高周期的なフレームは、低ビットレートＰＰＰ符号化モードで送信される。低ビットレートＰＰＰ符号化モードは、現在のフレームのピッチラグ値と以前のフレームのピッチラグ値との差分値を送信のために量子化し、送信のために現在のフレームのピッチラグ値を量子化しない。音声発話は本質的に高度に周期的であるので、絶対ピッチラグ値に相反して差分値を送信することは、低コーディングビットレートを得ることを可能にする。一実施例において、この量子化は、以前のフレームのためのパラメータ値の重み付けされた合計が計算され、重みの合計は１であり、重み付けされた合計は、現在のフレームのパラメータ値から減算されるように、汎用化される。次に、差分が量子化される。
【００５６】
一実施例において、ＬＰＣパラメータの予測量子化は以下の記述に従って行なわれる。ＬＰＣパラメータは線スペクトル情報（ＬＳＩ）（またはＬＳＰｓ）に変換される。線スペクトル情報は量子化により適していることが知られている。Ｍ番目のフレームのためのＮ次元ＬＳＩベクトルは、
【数１３】
0005037772.tif 000014
と示すことができる。予測量子化機構において、量子化のための目標誤差ベクトルは以下の式に従って計算される。
【００５７】
【数１４】
0005037772.tif 000015
この式において、値
【数１５】
0005037772.tif 000016
はフレームＭの直前の複数のフレームＰのＬＳＩパラメータの寄与分であり、値
【数１６】
0005037772.tif 000017
は
【数１７】
0005037772.tif 000018
となるような各重みである。
【００５８】
寄与分
【数１８】
0005037772.tif 000019
は、対応する過去のフレームの量子化されたまたは非量子化されたＬＳＩパラメータに等しくすることができる。そのような機構はオートリグレッシブ(auto regressive)（ＡＲ）方法として知られている。あるいは、寄与分
【数１９】
0005037772.tif 000020
は対応する過去のフレームのＬＳＩパラメータに相当する量子化または非量子化誤差ベクトルに等しくすることができる。そのような機構はムービングアベレージ(moving average)（ＭＡ）方法として知られている。
【００５９】
目標誤差ベクトルＴは次に例えばスプリットＶＱ(split VQ)、またはマルチステージＶＱ(multistage VQ)を含む種々の公知のベクトル量子化（ＶＱ）技術のいずれかを用いて
【数２０】
0005037772.tif 000021
に量子化される。種々のＶＱ技術はA. Gersho & R.M. Gray著「ベクトル量子化および信号圧縮」（１９９２）に記載されている。次に、量子化されたＬＳＩベクトルは、以下の式
【数２１】
0005037772.tif 000022
を用いて目標誤差ベクトル
【数２２】
0005037772.tif 000023
から再構成される。
【００６０】
一実施例において、上述した量子化機構はＰ＝２、Ｎ＝１０および
【数２３】
0005037772.tif 000024
を用いて実現される。上にリストアップした目標ベクトルＴはよく知られたスプリットＶＱ方法を介して１６ビットを用いて有利に量子化することができる。
【００６１】
周期的な性質により、音声フレームは、全セットのビット群を用いて、公知の長さのフレームの１つのプロトタイプピッチ期間または有限セットのプロトタイプ期間を量子化する機構を用いてコード化することができる。このプロトタイプピッチ期間の長さはピッチラグと呼ばれる。これらのプロトタイプピッチ期間および恐らくは隣接するフレームのプロトタイプピッチ期間を用いて知覚的品質の損失無く全体の発話フレームを再構成することができる。発話のフレームからプロトタイプピッチ期間を抽出し、これらのプロトタイプを用いて全体のフレームを再構成するこのＰＰＰ機構は上述した米国特許第６，４５６，９６４に記載されている。
【００６２】
一実施例において、量子化器５００は図７に示すＰＰＰコーディング機構に従って音声フレームのような高度な周期的フレームを量子化するために用いられる。量子化器５００はプロトタイプ抽出器５０２、周波数領域変換器５０４、振幅量子化器５０６および位相量子化器５０８を含む。プロトタイプ抽出器５０２は周波数領域変換器５０４に接続される。周波数領域変換器５０４は振幅量子化器５０６および位相量子化器５０８に接続される。
【００６３】
プロトタイプ抽出器５０２は発話のフレームｓ（ｎ）からピッチ期間プロトタイプを抽出する。他の実施例において、フレームはＬＰ剰余のフレームである。プロトタイプ抽出器５０２はピッチ期間プロトタイプを周波数領域変換器５０４に供給する。周波数領域変換器５０４は、例えば離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）または高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を含む種々の公知の方法のいずれかに従って時間領域表示から周波数領域表示にプロトタイプを変換する。周波数領域変換器５０４は振幅ベクトルおよび位相ベクトルを発生する。振幅ベクトルは振幅量子化器５０６に供給され、位相ベクトルは位相量子化器５０８に供給される。振幅量子化器５０６は振幅のセットを量子化し、量子化された振幅ベクトルλを発生し、位相量子化器５０８は位相のセットを量子化し、量子化された位相ベクトルφを発生する。
【００６４】
例えばマルチバンド励起（ＭＢＥ）発話コーディングおよびハーモニックコーディングのようなコーディング音声フレームの他の機構は全体のフレーム（ＬＰ剰余または発話）またはその部分を、デコーダ（図示せず）において発話に合成するために量子化し使用できる振幅および位相からなるフーリエ変換表示を介して、周波数領域値に変換する。そのようなコーディング機構を有した図７の量子化器を使用するために、プロトタイプ抽出器５０２は省略され、周波数領域変換器５０４は、フレームの複合短期間周波数スペクトル表示を振幅ベクトルと位相ベクトルに分解する役目をする。そしていずれのコーディング機構においても、例えばハミングウインドウ(Hamming window)のような適切なウインドウ関数を最初に適用することができる。例示ＭＢＥ発話コーディング機構はD.W.Griffin & J.S. Lim著「マルチバンド励起ボコーダ」３６（８）IEE Trans. on ASSP  （１９８８年８月）に記載されている。例示ハーモニック発話コーディング機構はL.B. Almedia & J.M. Tribolet著「ハーモニックコーディング：低ビットレート、良品質、発話コーディング技術」Proc. ICASSP '82 1664-1667（1982）に記載されている。
【００６５】
上述した音声フレームコーディング機構のいずれかのためにあるパラメータが量子化されなければならない。これらのパラメータはピッチラグまたはピッチ周波数でありそしてピッチラグ長のプロトタイプピッチ期間波形またはフレーム全体またはその一部の短期間スペクトル表示（例えば、フーリエ表示）である。
【００６６】
一実施例において、ピッチラグまたはピッチ周波数の予測量子化は以下の記述に従って行なわれる。ピッチ周波数とピッチラグは他方の逆数を固定のスケール係数でスケーリング(scaling)することにより互いから独自に得ることができる。従って、以下の方法を用いてこれらの値のいずれかを量子化することが可能である。フレーム「ｍ」のピッチラグ（またはピッチ周波数）Ｌｍと表示することができる。ピッチラグＬｍは以下の式に従って量子化値
【数２４】
0005037772.tif 000025
に量子化することができる。
【００６７】
【数２５】
0005037772.tif 000026
上記式において、値Ｌｍ１，Ｌｍ２，・・・，ＬｍＮはそれぞれフレームｍ１，ｍ２，・・・，ｍＮのピッチラグ（またはピッチ周波数）である。値
【数２６】
0005037772.tif 000027
は対応する重みであり、
【数２７】
0005037772.tif 000028
は以下の式から得られる。
【００６８】
【数２８】
0005037772.tif 000029
そして種々の公知のスカラーまたはベクトル量子化技術のいずれかを用いて量子化される。特定の実施例において、わずか４ビットを用いて、
【数２９】
0005037772.tif 000030
を量子化する低ビットレート音声発話コーディング機構が実現された。
【００６９】
一実施例において、プロトタイプピッチ期間またはフレーム全体またはその一部の短期間スペクトルの量子化は以下の方法に従って行なわれる。上述したように、音声フレームのプロトタイプピッチ期間は、最初に時間領域波形を、信号が振幅と位相のベクトルとして表すことのできる周波数領域に変換することにより（発話領域またはＬＰ剰余領域のいずれかにおいて）効率的に量子化することができる。振幅と位相ベクトルのすべてのまたはいくつかのエレメントは次に以下に述べる方法の組合せを用いて別個に量子化することができる。また、上述したように、ＭＢＥまたはハーモニックコーディング機構のような他の機構において、フレームの複合短期間周波数スペクトル表示は振幅ベクトルと位相ベクトルに分解することができる。それゆえ、以下の量子化方法またはそれらの適切な解釈は上述したコーディング技術のいずれかに適用できる。
【００７０】
一実施例において、振幅値は以下のように量子化できる。振幅スペクトルは固定次元ベクトルまたは可変次元ベクトルであり得る。さらに振幅スペクトルは、低次元電力ベクトルと、電力ベクトルを用いてオリジナルの振幅スペクトルを正規化することにより得られる正規化振幅スペクトルベクトルの組合せとして表すことができる。以下の方法は上述したエレメント（すなわち、振幅スペクトル、電力スペクトルまたは正規化された振幅スペクトル）のいずれかまたはその部分に適用することができる。フレーム「ｍ」に対する振幅（または電力または正規化された振幅）ベクトルの部分集合はＡｍとして示すことができる。振幅（または電力、または正規化された振幅）予測誤差ベクトルは最初に以下の式を用いて計算される。
【００７１】
【数３０】
0005037772.tif 000031
上記式において、値
【数３１】
0005037772.tif 000032
はそれぞれフレームｍ１，ｍ２，・・・，ｍＮのための振幅（または電力または正規化された振幅）ベクトルの部分集合であり、値
【数３２】
0005037772.tif 000033
は対応する重みベクトルの転置である。
【００７２】
予測誤差ベクトルは、種々の公知のＶＱ方法を用いて量子化され、
【数３３】
0005037772.tif 000034
でしめされる量子化誤差ベクトルになる。従ってＡｍの量子化バージョンは以下の式により与えられる。
【００７３】
【数３４】
0005037772.tif 000035
重み
【数３５】
0005037772.tif 000036
は量子化機構における予測量を確立する。特定の実施例において、上述した予測機構は６ビットを用いて二次元電力ベクトルを量子化し、１２ビットを用いて１９次元、正規化振幅ベクトルを量子化するために実現された。このようにして、合計１８ビットを用いてプロトタイプピッチ期間の振幅スペクトルを量子化することが可能である。
【００７４】
一実施例において、位相値は以下のように量子化可能である。フレーム「ｍ」のための位相ベクトルの部分集合は
【数３６】
0005037772.tif 000037
として示すことができる。
【００７５】
【数３４】
0005037772.tif 000038
を規準波形（フレーム全体またはその一部の時間領域または周波数領域）の位相に等しくなるように量子化することが可能であり、そしてゼロまたはそれ以上の線形のずれが規準波形の変形の１以上の帯域に適用される。そのような量子化技術は、この発明の譲受人に譲渡され、参照することによりこの明細書に組み込まれる、１９９９年７月１９日に出願された米国出願シリアル番号第０９／３５６，４９１（発明の名称：「位相スペクトル情報を副標本化するための方法および装置」）（現在、２００２年５月２８日に発行された米国特許第６，３９７，１７５）に記載されている。そのような規準波形はフレームｍＮまたはその他の所定の波形の変形であり得る。
【００７６】
例えば、低ビットレート音声発話コーディング機構を採用する一実施例において、フレーム「ｍ−１」のＬＰ剰余は、あらかじめ確立されたピッチ輪郭に従って（電気通信産業協会暫定規格ＴＩＡ／ＥＩＡＩＳ−１２７に組み込まれるように）フレーム「ｍ」に拡張される。次に、フレーム「ｍ」の非量子化プロトタイプの抽出に類似した方法で拡張された波形からプロトタイプピッチ期間が抽出される。次に抽出されたプロトタイプの位相
【数３８】
0005037772.tif 000039
が得られる。従って次の値が等しく扱われる。
【００７７】
【数３９】
0005037772.tif 000040
このようにして、ビットを使用せずに、フレーム「ｍ−１」の波形の変形の位相から予測することによりフレーム「ｍ」のプロトタイプの位相を量子化することができる。
【００７８】
特定の実施例において、上述した予測量子化機構はわずか３８ビットを用いてＬＰＣパラメータと音声発話フレームのＬＰ剰余を符号化するために実現された。
【００７９】
このようにして、音声発話を予測的に量子化するための新規で改良された方法および装置について述べた。上述の記載を通して参照することのできるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、粒子の磁界、オプティカルフィールド(optical field)、または粒子またはそれらのいずれかの組合せにより有利に表されることは技術に熟達した人は理解するであろう。さらに、当業者は、ここに開示した実施例に関連して述べられた種々の実例となる論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウエア、コンピュータソフトウエアまたは両方の組合せとして実現可能であることは理解されるであろう。種々の実例となる構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップは一般に機能の観点から述べられた。機能性がハードウエアまたはソフトウエアとして実現されるかどうかは特定のアプリケーションおよび全体のシステムに課せられた設計の制約に依存する。熟練工は、これらの環境下でハードウエアおよびソフトウエアの互換性を認識し、各特定のアプリケーションに対して記載された機能性をどのようにして最もよく実現するかを認識する。ここに開示した実施例に関連して述べられた種々の実例となる論理ブロック、モジュール、回路、および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）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または他のプログラマブル論理装置、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、例えばレジスタとＦＩＦＯのようなハードウエアコンポーネント、一連のファームウエア命令を実行するプロセッサ、何らかの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、またはここに記載した機能を実行するように設計されたそれらのいずれかの組合せにより実現または実行可能である。プロセッサはマイクロプロセッサが有利であるが、あるいは、プロセッサは何らかの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、または状態機械であり得る。ソフトウエアモジュールはＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取り外し可能なディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または技術的に知られるその他の形態の記憶媒体に存在することができる。図８に示すように、例示プロセッサ６００は有利に記憶媒体６０２に接続され記憶媒体６０２から情報を読み、記憶媒体６０２に情報を書く。別の方法では、記憶媒体６０２はプロセッサ６００と一体化可能である。プロセッサ６００と記憶媒体６０２はＡＳＩＣ（図示せず）に存在することができる。ＡＳＩＣは電話（図示せず）に存在することができる。別の方法では、プロセッサ６００と記憶媒体６０２は電話に存在することができる。プロセッサ６００はＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、またはＤＳＰコアと併せて２つのマイクロプロセッサ等として実現することができる。
【００８０】
以上、この発明の好適実施形態について図示し、説明した。しかしながら、技術に熟達した人には、この発明の精神または範囲から逸脱することなく、多数の変更をここに開示した実施例に行なうことができることが明白であろう。それゆえ、この発明は以下のクレームに従う場合を除いて限定されない。
【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】  発話コーダにより両端において終端される通信チャネルのブロック図である。
【図３】  スピーチエンコーダのブロック図である。
【図４】  スピーチデコーダのブロック図である。
【図５】  エンコーダ／送信器およびデコーダ／受信器部分を含む発話コーダのブロック図である。
【図６】  音声発話の信号振幅対時間のグラフである。
【図７】  スピーチエンコーダに使用することのできる量子化器のブロック図である。
【図８】  記憶媒体に接続されたプロセッサのブロック図である。
【図１】
0005037772.tif 000072
【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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