(57)【要約】コーデック自身にレート情報を認知する仕組みを持つように構成した符号化ビットレート制御方法及び、これを用いたコーデックが開示されている。前記コーデックは、符号器と復号器を備え、前記符号器は、音声信号を複数の符号化レートのいずれかで符号化する手段と、前記符号化レートの情報と、前記音声信号の特徴パラメータ及び符号化インデックスを含む符号化パラメータを付して、符号化データを伝送路へ送出する手段を有する。前記復号器は、前記符号化データに含まれる所定フレーム構成の符号化パラメータの中から、前記特徴パラメータを抽出する手段と、前記抽出された特徴パラメータを前記複数の符号化レートのそれぞれで復号化する手段と、過去に復号化された特徴パラメータを記憶しておく手段と、前記記憶されている過去の特徴パラメータと、前記復号化する手段により復号化された特徴パラメータとの整合性を判断する手段を有する。
2003021573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号器と復号器を備え、
前記符号器は、音声信号を複数の符号化レートのいずれかで符号化する手段と、前記符号化レートの情報と、前記音声信号の特徴パラメータ及び符号化インデックスを含む符号化パラメータを付して、符号化データを伝送路へ送出する手段を有し、
前記復号器は、前記符号化データに含まれる所定フレーム構成の符号化パラメータの中から、前記特徴パラメータを抽出する手段と、
前記抽出された特徴パラメータを前記複数の符号化レートのそれぞれで復号化する手段と、
過去に復号化された特徴パラメータを記憶しておく手段と、
前記記憶されている過去の特徴パラメータと、前記復号化する手段により復号化された特徴パラメータとの整合性を判断する手段を
有することを特徴とするコーデック。
【請求項２】
請求項１において、
前記所定フレーム構成は、前記特徴パラメータを第一の伝送順位とし、それに続く第二の伝送順位にランダム性の伝送ビットを配置し、それぞれＬＳＢから伝送することを特徴とするコーデック。
【請求項３】
請求項２において、
前記特徴パラメータは、音声のピッチ情報であることを特徴とするコーデック。
【請求項４】
請求項２において、
前記特徴パラメータは、音声の周波数成分情報であることを特徴とするコーデック。
【請求項５】
請求項２において、
前記ランダム性の伝送ビットは、固定符号帳パラメータであることを特徴とするコーデック。
【請求項６】
請求項１において、
前記整合性を判断する手段により検出される尤も整合性の高いレートで前記符号化データを復号することを特徴とするコーデック。
【請求項７】
請求項１において、
前記整合性を判断する手段により許可されていないレートである場合、送信元のコーデックに対し、レート変更を指示することを特徴とするコーデック。
【請求項８】
請求項１において、
前記整合性を判断する手段により許可されていないレートである場合、呼制御変更制御を行うことを行うことを特徴とするコーデック。
【請求項９】
請求項１において、
前記整合性を判断する手段によりレートの判断不能で有る場合、送信元のコーデックに対し、品質情報の劣化を通知することを特徴とするコーデック。
【請求項１０】
請求項１において、
前記過去に復号化された特徴パラメータを記憶しておく手段に対し、有音区間のみ前記特徴パラメータを更新することを特徴とするコーデック。
【請求項１１】
音声信号を分析して、音声信号の特徴パラメータ、コードブックのインデックス情報を抽出し、それらの情報によりビットレートに応じた複数の符号化データを生成する符号化手段と、
前記ビットレートを示す情報と前記符号化手段で生成されたデータとを送出する送出手段とを有し、
前記送出手段は、前記ビットレートを示す情報の次に送出する前記特徴パラメータのビットを下位ビットから順に送出する
ことを特徴とする符号器。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の属する技術分野
本発明は、符号化レート情報を自身で認識可能とするコーデックに関する。
従来技術
近年、音声符号器および復号器（以下コーデックという）においては、ＶＯＸ（Ｖｏｉｃｅ  Ｏｐｅｒａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）技術を用いて、平均符号化ビットレートを下げ、伝送回線の有効利用を図るようになってきている。
一般にＶＯＸ技術では音声の有音部分については最大ビットレートを割り当て、無音部分にはそれよりは少ないビットレートや、完全に伝送を無にする方法をとる。有音部分については、更に符号化レートは一つでなく、複数の符号化レートを持たせる可変レートコーデックが開発、運用されている。
たとえば新しい移動体通信システムであるＩＭＴ−２０００向けの音声コーデックでは上記のような特色を持つコーデックが採用されている。主として日欧システム向けの方式であるＡＭＲ（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ）コーデックでは、音声の有音部分に８種類の符号化レートがあり、ネットワーク網からの要求により、処理フレーム単位ごとに８種類の符号化レートのいずれかに変更することができる。
また、主として北米システム向けの方式であるＳＭＶ（Ｓｅｌｅｃｔａｂｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｖｏｃｏｄｅｒ）は、音声の統計的性質を利用してビット割り当てを可変にしている。
これらのコーデックに特徴的な技術は、符号化レート情報を符号化パラメータとは別個に送る仕組みが必要なことである。図１は、かかる構成の可変レートコーデックを示す図である。
送信側に符号器（Ｅｎｃｏｄｅｒ）１０と、受信側に復号器（Ｄｅｃｏｄｅｒ）１１が伝送路２０に接続される。符号器（Ｅｎｃｏｄｅｒ）１０で符号化されたデータは、復号器（Ｄｅｃｏｄｅｒ）１１との間で了解されているフォーマットに従って規則変換し、符号化データとともに符号化速度を表す符号化レート情報及び、符号化におけるその他の情報例えば、ピッチ情報、ノイズ情報等である符号化パラメータが送られる。
しかるに、図１において、伝送路２０上のエラー等により復号器１１側で符号化レート情報を間違って解釈すると、音声の復号が出来ないどころか、異音を発生させる可能性がある。
このため、符号化レート情報については、符号化パラメータとは別の仕組みを用意して、誤り耐力を符号化パラメータよりも強くして送ることが一般的に用いられる手法である。
一例として、レート制御プロトコルを持ち、ハンドシェイク（ｈａｎｄ−ｓｈａｋｅ）でレート情報伝送を行う手法が知られている。図２は、かかるプロトコルによるレート制御を説明する図である。
図２に示す例では、レート制御マスタとして移動体通信システムにおける基地局制御装置（ＲＮＣ：Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１とコーデック２１を有する移動交換局（ＭＳＣ）２との間でレート制御を行う例を示している。レート制御マスタとしての基地局制御装置（ＲＮＣ：Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１は、呼の開始にあたって、移動交換局（ＭＳＣ）２のコーデック２１との間で、いずれの符号化レートを用いるか（許可するか）の情報を交換（ネゴシエーション）しておく。これをイニシャライゼーションと呼ぶ。
このイニシャライゼーションにより交換された、許可されたレートの集合をＲＦＣＳ（ＲＡＢ  ｓｕｂ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｔ）と呼び、以降のレート情報のデータベースとなる。コーデック２１の復号器は、このデータベースを参照し、実際に有効なレートを認識し復号処理を行う。
このようなレート情報の制御においては、伝送路エラーによりレート情報が信用できないと判断されると、その伝送フレームを符号化パラメータごと廃棄する措置をとる。
さらに、図２に示す例におけるコーデック２１は移動体通信向けに開発されたものであり、フレーム消失処理と呼ばれる破棄フレームへの補間処理により、再生音声は聴覚上目立たなくなる仕組みが具備されている。
上記したレート制御方法においては、得られたレート情報については信用することを原則とする。この原則に従うために、次の様な処理が考えられる。
第１に、レート制御プロトコルでの初期状態が確立される時である。この初期状態が確立されない限り、レート情報は信用されないものとして扱われる。つまり確立前の状態では、伝送路上符号化パラメータが来ても復号器はそれをデコードせずに破棄する。すなわち、コーデック同士の疎通は可能でも、前段に位置するレート制御プロトコルではねられることにより話頭の切れが発生することになる。
第２に、何らかの原因でレート情報を誤認識した場合も考えられる。この場合はレート情報を信用することにより、当該レートでのデコード処理を行ってしまい、結果的に異音を発生させてしまう。
第３に呼の切替りの場合がある。コーデックの符号器及び復号器における符号化レートの不一致は、いずれも通常呼中では問題とならない。しかし、移動体通信システムでは移動端末が移動することにより呼の切り替わりが発生する。かかる場合に符号化レートの不一致の問題が生じる可能性がある。この過程を図３に示す。
図３において、移動端末ＭＳが移動により、一の基地局制御装置ＲＮＣ（ｏｒｇ）１−１で管理される図示しない基地局の範囲から外れ、新たな基地局制御装置ＲＮＣ（ｎｅｗ）１−２で管理される図示しない基地局の範囲に入った際は、前記一の基地局制御装置ＲＮＣ（ｏｒｇ）１−１から新たな基地局制御装置ＲＮＣ（ｎｅｗ）１−２にハンドオーパが行われる。
基地局制御装置（ＲＮＣ：Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１は配下の無線リソースを管理しており、元の基地局制御装置ＲＮＣ（ｏｒｇ）１−１と新しい基地局制御装置ＲＮＣ（ｎｅｗ）１−２では、移動交換局（ＭＳＣ）２との間で許可される符号化レートが異なる可能性がある。
このため、新しい基地局制御装置ＲＮＣ（ｎｅｗ）１−２との間で再初期化処理が必要になる。このような準定常状態では、上記のようなレート不一致の可能性が高くなってくる。
すなわち、これは以下の様な場合である。移動端末ＭＳでは基地局制御装置（ＲＮＣ：Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１の切り替わりを意識できないため、元の基地局制御装置ＲＮＣ（ｏｒｇ）１−１に許可されたレートを用いて上りのデータを送信続けることになる。
このデータに対して基地局制御装置ＲＮＣ（ｎｅｗ）１−２でレート情報を再付与する際に、コーデック２１との初期化処理が不完全だった場合、基地局制御装置ＲＮＣ（ｎｅｗ）１−２としては新レート情報で設定したつもりが、受け取り側の移動交換局（ＭＳＣ）２におけるコーデック２１は、そのような認識をしていないというような場合、ＲＦＣＳの不一致からレートの不一致を引き起こす可能性がある。
実際にはこのようなことが生じないように、基地局制御装置（ＲＮＣ：Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１を最後までアンカ（固定）して変えないという運用が考えられる。しかし、この場合は、移動端末ＭＳが高速移動をしている際に、端末相互間の経路パス長が増加することになり、遅延量が大きくなるだけでなく、ネットワークの伝送帯域を無駄に使用することになる。
また、かかるイニシャライゼーションを必要とするレート制御プロトコルは、ある意味強固な仕組みといえるが、柔軟性にかけ、呼制御手順上に縛りを発生させる。これにより制御手順の複雑さを生み、柔軟なサービスの実現をさまたげてしまう可能性が有る。この場合には、ある一定期間、音の瞬断が発生することを許容することになる。
発明の概要
上記の問題点は、レート制御に全面的に信用を委ねることに起因するものである。本発明者は、コーデック内部に符号化パラメータを利用してレート情報をある程度認知できる仕組みを持たせることにより、レート制御と相まって、より好ましいレート制御手順が提供できるという認識に至った。
したがって、本発明の目的は、かかる認識に基づき、上記問題点を解決するコーデックを提供しようとするものであり、コーデック自身にレート情報を認知する仕組みを持つように構成したコーデックを提供することにある。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第１の構成として符号器と復号器を備え、前記符号器は、音声信号を複数の符号化レートのいずれかで符号化する手段と、前記符号化レートの情報と、前記音声信号の特徴パラメータ及び符号化インデックスを含む符号化パラメータを付して、符号化データを伝送路へ送出する手段を有し、前記復号器は、前記符号化データに含まれる所定フレーム構成の符号化パラメータの中から、前記特徴パラメータを抽出する手段と、前記抽出された特徴パラメータを前記複数の符号化レートのそれぞれで復号化する手段と、過去に復号化された特徴パラメータを記憶しておく手段と、前記記憶されている過去の特徴パラメータと、前記復号化する手段により復号化された特徴パラメータとの整合性を判断する手段を有することを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第２の構成として、前記第１の構成において、前記所定フレーム構成は、前記特徴パラメータを第一の伝送順位とし、それに続く第二の伝送順位に固定符号帳パラメータを配置し、それぞれＬＳＢから伝送することを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第３の構成として、前記第２の構成において、前記特徴パラメータは、音声のピッチ情報であることを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第４の構成として、前記第２の構成において、前記特徴パラメータは、音声の周波数成分情報であることを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第５の構成として、前記第２の構成において、前記固定符号帳パラメータは、ランダム性の伝送ビットであることを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第６の構成として、前記第１の構成において、前記整合性を判断する手段により検出される尤も整合性の高いレートで前記符号化データを復号することを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第７の構成として、前記第１の構成において、前記整合性を判断する手段により許可されていないレートである場合、送信元のコーデックに対し、レート変更を指示することを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第８の構成として、前記第１の構成において、前記整合性を判断する手段により許可されていないレートである場合、呼制御変更制御を行うことを行うことを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第８の構成として、前記第１の構成において、前記整合性を判断する手段によりレートの判断不能で有る場合、送信元のコーデックに対し、品質情報の劣化を通知することを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明に従うコーデックは、第１０の構成として、前記第１の構成において、前記過去に復号化された特徴パラメータを記憶しておく手段に対し、有音区間のみ前記特徴パラメータを更新することを特徴とする。
本発明の特徴は、更に以下の図面を参照して説明される発明の実施の形態から明らかになる。
発明の実施の形態
以下に図面に従い本発明の実施例を説明する。
ここで、本発明の理解を容易とするために、発明の実施例の説明に先立って、符号器及び復号器を有するコーデックの一般的構成について説明しておく。図４は、送信側におけるコーデックの符号器１０と受信側の復号器２０を伝送路３０で接続される構成を想定した図である。
図４において、符号器１０では、先ず音声入力が有音検出部１１に入力される。有音検出部１１は、音声入力が有音か有音でない無音かを検出する。有音検出部１１で有音と検出すると、音声入力が音声符号化部１２へ入力される。一方、有音検出部１１で無音と検出すると、音声入力が無音挿入部１３へ入力される。
無音挿入部１３では、入力される無音を基に、無音の始まりや背景雑音（周囲の環境雑音、車や電車等による雑音）が大きく変化した場合のスペクトル形状とエネルギ（雑音の電力）に関する情報を生成し、多重化部１４へ出力する。
音声符号化部１２は、複数のレート（１２．２ｋ〜４．７５ｋｂｐｓの８種類）の音声符号部を有し、入力された音声情報を符号化レート情報で指定された符号化レートに対応する音声符号部で符号化する。ついで、その符号化情報を多重化部１５０へ出力する。
多重化部１５０は、符号化レート情報及び音声符号化部１２からの符号化情報又は無音挿入部１３からの情報を多重して、受信側の復号器２０へ伝送する。
復号器２０では、符号器１０から伝送された多重化情報を受信し、多重分離部２１に入力する。多重分離部２１では、受信した多重化情報を分離して、符号化レート情報と符号化情報を音声復号化部２２へ出力し、一方無音の始まりや雑音が大きく変化した場合のスペクトル形状とエネルギ（雑音の電力）に関する情報を雑音発生部２３へ出力する。
音声復号化部２２は、符号化レート情報に対応する音声復号部を有し、符号化レートに対応する音声復号部で符号化情報を復号して、音声情報を再生する。雑音発生部２３は、無音の始まりや雑音が大きく変化した場合のスペクトル形状とエネルギ（雑音の電力）に関する情報から聴覚上、違和感のない背景雑音を疑似的音源を生成する。
ついで、音声復号化部２２からの再生された音声情報と雑音挿入部１３により生成された疑似的音源が、復号化再生音声として出力される。
図５は、音声符号化部１２の詳細構成例を示すブロック図である。図５において、前処理部１２０は、入力された音声信号の不要な低周波成分を除去する等の処理を行う。線形予測分析部１２１は、前処理部１２０の処理が施された音声信号を例えば２０ｍｓの音声フレーム毎に音声信号を線形予測分析し、線形予測係数を算出する。これを、ＬＰＣ情報▲１▼として合成フィルタ１２２へ出力する。
次に、適応符号帳１２３、固定符号帳１２４及び第１，第２のゲイン回路１２５，１２６を有し、それぞれピッチ情報、インデック情報及び、ゲイン情報を５ｍｓ毎のサブフレーム単位で決定する。
適応符号帳１２３には、過去の複数のフレームの励起ベクトルを適応的に変化するピッチ成分ベクトルを保持して、これら複数のピッチ成分ベクトルから一つのピッチ成分ベクトルをピッチ選択情報▲２▼に従い相選択する。固定符号帳１２４は、複数の固定的な雑音成分ベクトルから一つの雑音成分ベクトルをインデックス選択情報▲３▼に従い選択する。
ついで、これら選択されたピッチ成分ベクトルゲインと、雑音成分ベクトルに対し、ゲイン回路１２５，１２６でゲイン選択情報▲４▼に従い選択した利得を乗算した後、加算器１２７で加算する。加算器１２７の加算出力は合成フィルタ１２２に励起ベクトルとして供給し、再生信号を合成する。
合成された再生信号は減算器１２８で音声入力信号から減算され、得られた誤差は聴覚重み付けフィルタ１２９により聴覚重み付けされ、歪み最小化最適探索部１３０に供給される。
歪み最小化最適探索部１３０は、聴覚重み付けフィルタ１２９で得られる聴覚重み付き誤差（歪）のパワーを計算し、適応符号帳１２３と固定符号帳１１２４及びゲイン回路１２５，１２６で先に言及したピッチ情報、インデック情報及びゲイン情報を決定するための選択情報▲２▼〜▲４▼を求め、線形予測分析部１２１からのＬＰＣ情報▲１▼とともに、符号化結果、つまり符号化パラメータビットとして出力する。
これら符号化パラメータビットは、図４において、音声符号化部１２から多重化部１４に送られる。
また、前記した有音検出部１１は、線形予測分析部１２１からのＬＳＦ情報に基づき入力信号が有音か無音かを検出する。線形予測分析部１２１では、Ｄｕｒｂｉｎ−Ｌｅｖｉｎｓｏｎ法を用いて行われ、スペクトル包絡情報である１０次の線形予測係数を出力する。
１０次の線形予測係数は、更に１０次のＬＳＦ（Ｌｉｎｅ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）係数に変換される。ここで、ＬＳＦ係数は、線形予測係数と等価な特徴パラメータであるが、それに比べ、量子化特性、補間特性に優れるため、最近の殆どの音声符号化方式に採用されている。例えば、量子化は１０次のＬＳＦ係数を段数４の多段ベクトル量子化により２５ビットで量子化するごとくである。
図６は、本発明に従うコーデックの基本構成を示すブロック図である。なお、図６においては、図示簡単化のために、上記図５に示したコーデックの符号器及び復号器の構成に対し、本発明の特徴部分と関連する部分を残し、他の部分は省略して示している。
コーデックの符号器側は、指定される符号化レートに従って、音声信号を符号化する音声符号化部１２と、音声符号化部１２の符号化出力を、並び替え規則テーブル１０２に設定され、受信側と合意されている符号化レート別に、該当する符号化レートに対応するフォーマットに符号化データの並び替えを行うビット並べ替え部１０１を有する。
符号化データは、ビット並べ替え部１０１で並び替えが行われた後に伝送路に送出される。
一方、復号器側は、符号化レートが既知である場合は、並び替え規則テーブル１０２に設定された並び替え規則に従いビット並べ替え部２０１により、元の伝送順位に直し、音声復号部２２において復号処理させる。
並び替え規則テーブル１０２には、各符号化レートに対応するフォーマットにおける並べ替え規則が記憶されている。復号器側は各符号化レートに対応する並べ替え規則に従って、伝送路から送られた符号化ビット中の符号化パラメータの内、特徴パラメータビットだけを特徴パラメータ抽出部２０２で抽出する。続いて、各レート毎にその特徴パラメータビットを特徴パラメータ復号部２０３で復号化し対応する特徴量に直す。
特徴パラメータ記憶部２０５は、音声復号部２２で復号化して得られる特徴パラメータを記憶している。レート推定部２０４は、かかる特徴パラメータ記憶部２０５に記憶されている過去の特徴パラメータを参照しながら、特徴パラメータ復号部２０３の特徴量出力と比較して尤もらしい符号化レートを推定し出力する。
ビット並び替え部２０１は、レート推定部２０４からの推定された符号化レート情報を基に、並べ替え規則テーブル１０２の並べ替え規則に従って、符号化パラメータを全て並び替え、音声復号部２２に渡す。
音声復号部２２はレート推定部２０４からの符号化レートと元の順位に並び替えられた符号化データから復号化音声を得る。
従来は、符号化レート情報がない場合には、復号化することができなかった。これに対し、上記の図６に示す本発明の基本構成により、コーデック自身で符号化レートの推定が可能であり、従って復号化処理を可能にすることができる。ここで、前記のビットの並べ替え規則について説明する。伝送路から送られる信号フレーム中の符号化パラメータは、本発明の特徴として図７に示すフレームに構成されている。
すなわち、符号化パラメータは、特徴パラメータビットＩと、ランダム性伝送ビットＩＩ及び、その他の情報ビットＩＩＩの順に送られる。図７において、伝送順位の第一番目は特徴パラメータを割り当てている。この特徴パラメータには誤ったレートで復号化した際に値が著しく劣化する特徴量として、符号化パラメータの中でもビット感度の高いものを採用する。例えば、音声のピッチ情報あるいは、音声の周波数成分情報等である。
さらに、第二位の伝送順位パラメータビットとしてビット感度の低い（ランダム性の高い）もの、例えば固定符号帳インデックス等を採用し、特徴パラメータビットに続けて並べる。
また、第三位の伝送順位パラメータビットは、その他の情報ビットであり、例えば、音声レベル等の情報である。
ここで、前記の並び替え規則においては、特徴パラメータビット抽出部２０２での抽出を容易にするために、特徴パラメータビットの前後の区切りが明確である必要がある。このために、前記第一位の伝送順位と第二位の伝送順位の境界（区切り）を際立たせるため、第一の伝送順位の特徴パラメータと、第二の伝送順位のランダム性パラメータのそれぞれを先頭ビットがＬＳＢとなるように配置している。
そのピッチ、つまりＡＣＢインデック情報を特徴パラメータとした場合の符号化パラメータビットの送出フレームの例が、図８Ａに示される。また、図８Ｂは、この図８Ａに示すフレームをビット並び替え部１０１で並び替え規則テーブル１０２によって、ビット並び替えした場合のフレーム構成を示す。
また、図９には、１２．２Ｋｂｉｔｓ／Ｓ、２４４ビット／２０ｍｓのスピーチフレームの場合でのビット割り当てを示している。なお、本発明では、特徴パラメータとしてピッチを用いる例を示しており、図９のスピーチフレームのビット割り当てでは、適応符号帳（ＡＣＢ）インデックス情報が該当する。
簡単に図８Ａ、８Ｂについて説明する。図８Ａのスピーチフレームは、図９の１２．２Ｋｂｉｔ／ｓと、２４４ビット／２０ｍｓのスピーチフレームの場合でのビット割り当てを図示したものである。
さらに、図８Ａのスピーチフレームは、順番に１ビット目から３８ビット目までがＬＳＦ情報、３９ビット目から４７ビット目までが１番目のサブフレームの適応符号帳（ＡＣＢ）インデックス情報、４８ビット目から５１ビット目までが１番目のサブフレームの適応符号帳（ＡＣＢ）ゲイン情報、５２ビット目から８６ビット目までが１番目のサブレームの固定符号帳（ＦＣＢ）インテックス情報、８７ビット目から９１ビット目までが１番目のサブフレームの固定符号帳（ＦＣＢ）ゲイン情報、９２ビット目から９７ビット目のサブフレームの適応符号帳（ＡＣＢ）インデックス差分情報を示している。
それ以降のビット情報は、図９の１２．２Ｋｂｉｔ／Ｓ、２４４ビット／２０ｍｓのスピーチフレームの場合でのビット割り当てを示されていると同じであるので、説明を省略する
図１０には、符号化レートが１２．２Ｋｂｉｔ／Ｓの場合における図６の並び替え規則テーブル１０２の並び替え規則を示す。
図８Ａのスピーチフレームは、図６の音声符号化部１２の符号化パラメータビットに相当する。図６Ａのスピーチフレームは、図６ビット並び替え部１０１で、並び替え規則テーブル１０２から符号化レートで指定された図１０に示す並び替え規則を基に、図８Ｂのようなスピーチフレーム中のビットパターンに並び替え処理をする。その並び替えられたスピーチフレームのビットパターンは、図６（ｂ）のようになる。
具体的に、図８Ｂのスピーチフレームのビットパターンと図８Ａのスピーチフレームのビットパターンとの関係について説明する。図８Ｂのフレームの１ビット目から８ビット目までは、図８Ａの１番目のサブフレームの適応符号帳インデックス情報（３９ビット目〜４７ビット目）を下位ビットの方から順に４７ビット目から３９ビット目というように並び替える。
次に、図８Ｂのフレームの９ビット目から１４ビット目までは、図８Ａの２番目のサブフレームの適応符号帳インデックス差分情報（９２ビット目〜９７ビット目）を下位ビットの方から順に９７ビット目から９２ビットというように並び替える。
図８Ｂのフレームの１５ビット目から２２ビット目までは、図８Ａで省略されているが、４番目のサブフレームの適応符号帳インデックス差分情報（１４２ビット目〜１５０ビット目）を下位ビットの方から順に１５０ビット目から１４２ビット目というように並び替える。
図８Ｂのフレームの２３ビット目から２８ビット目までは、図８Ａで省略されているが、４番目のサブフレームの適応符号帳インデックス差分情報（１９５ビット目〜２００ビット目）を下位ビットの方から順に２００ビット目から１９５ビット目というように並び替える。
図８Ｂのフレームの２９ビット目から６３ビット目までは、図８Ａの１番目のサブフレームの固定符号帳インデックス情報（５２ビット目〜８６ビット目）を下位ビットの方から順に並び替える。
図８Ｂのフレーム６４ビット目から９８ビット目までは、図８Ａの２番目のサブフレームの固定符号帳インデックス情報を下位ビットの方から順に並び替える。
上記の様に、図７に示すフレーム構成とすることにより、レートＡ（Ｒａｔｅ−Ａ：図１１Ａ）で並び替えたものをレートＡより符号化レートの高いレートＢ（Ｒａｔｅ−Ｂ：図１１Ｂ）で誤って復号化を行ったときに、ビット感度の高い部分が誤ることになる。これにより第一の伝送順位の特徴パラメータと、第二の伝送順位のランダム性パラメータの区切りにおいて、特徴量が劇的に変化する。したがって、レートＢによる復号化が誤りであることがわかる。
すなわち、図７に示すフレーム構成により、レート推定部２０４における符号化レート推定の基となる特徴パラメータビットについて、精度よい抽出が特徴パラメータビット抽出部２０２において可能となる。
図１２は本発明の更なるフレーム構成の実施例であり、図７における特徴パラメータビットを複数個に分けて、第一位の伝送パラメータフィールドに配置したものである。たとえばコーデックが、フレーム単位の処理のほかにサブフレーム単位での処理を行っていれば、それらによる特徴パラメータを並べるようにすることが可能である。また異種の特徴パラメータをまとめて並べるように構成することも可能である。
上記のように構成することにより、レートＡ（Ｒａｔｅ−Ａ）（図１３Ａ）＞レートＢ（Ｒａｔｅ−Ｂ）（図１３Ｂ）の関係にある時、誤ってレートＢ（Ｒａｔｅ−Ｂ）で特徴パラメータを復号化しても、図１３Ｂに示すように、複数あるパラメータの中でビット感度の高い個所が誤って復号化され、特徴量の劇的な変化が起こる。これにより、レートＢ（Ｒａｔｅ−Ｂ）による復号化が誤りであることがわかる。
ここで、特徴パラメータ記憶部２０５には、初期値として、呼制御プロトコルにより、呼開始時には初期レートが信じられる場合に、それを用いて復号化して得られた特徴パラメータを記憶させておく。
移動体通信システムにおけるハンドオーバによりコーデックが起動されたケースなど、最初から初期レートが信じられない場合は、いくつかのフレームの監視を続け、その中で変化分の少ないレートについての復号化結果を特徴パラメータ記憶部２０５の初期値とする。
本発明における特徴パラメータには、音声に特徴的なパラメータのうち、特にビット感度の高いパラメータを当てることが好ましい。ビット感度の大きなパラメータとして音声のエネルギー情報があるが、元々音声のダイナミックレンジが広範なことから、さまざまに変動する。このため、話者に特定のパラメータ、すなわち線形予測分析で得られた合成フィルタパラメータや、ピッチ情報を用いる。
一方、第二位の伝送パラメータであるランダム性の高いパラメータとして、実施例として、固定符号帳パラメータを用いる。固定符号帳パラメータは、線形予測分析およびピッチ情報による長期予測結果の予測残差であることからランダム性が高いパラメータとして知られている。
さらに、特徴パラメータとして、合成フィルタパラメータを用いる場合の実施例を図１４に示す。合成フィルタパラメータは、音声の周波数成分情報を表しており、線形予測分析手法により得られる。線形予測分析では一般に１０次程度の合成フィルタ係数を求めており、更にこれを周波数領域に変換した値や、それを何段かのベクトル量子化処理を施したものを、特徴パラメータとして伝送する。
上記の各方法で得られる特徴パラメータを用いる場合、これらのパラメータセットを図７に示した特徴パラメータフィールドに並べる。図１４では、特徴パラメータとして３段の多段ベクトル量子化の場合における例を示しており、各段での量子化ベクトルを順に並べている。
ここで、多段ベクトル量子化とは、線形予測分析で算出されたＬＰＣ係数をＬＳＰ係数やＬＳＦ係数に変換して、ベクトル量子化する。そのベクトル量子化する際に、そのままベクトル量子化したのでは、量子化テーブルの大きさが非常に大きくなってしまう。
このために、例えば、まず１０ビット程度で粗くベクトル量子化し、その量子化誤差を、１０ビットより少ないビット数の別の量子化テーブルを用いてベクトル量子化し、更にその時の量子化誤差を、以前の２つの量子化テーブルとは異なる量子化テーブルを用いてベクトル量子化するというように、小さい量子化テーブルを用いたベクトル量子化を複数回繰り返す。このように、複数回のベクトル量子化を行うことを多段ベクトル量子化という。
また、多段のベクトル量子化でなく、例えば、合成フィルタパラメータ系列をフィルタ次数順に並べることで、ビット感度の低いところと高いところの境界をいくつか作成してもよい。
特徴パラメータとして、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）情報を用いる場合の例を図１５に示す。ピッチ情報をサブフレーム単位で得る場合は、特徴パラメータフィールドにサブフレーム分のピッチ情報を並べる。
図１６は、レート推定部２０４の構成例を示すブロック図である。図１７は、その動作フロー図である。
類似度計算部２０６により各符号化レートで復号した、符号化レートの種類数Ｎ個分の特徴パラメータＸｎ（ｎ＝１，２，・・・Ｎ）を入力する。さらに、特徴パラメータ記憶部２０５に記憶される過去の特徴パラメータｙを入力する（処理工程Ｐ１）。類似度計算部２０６でそれぞれをＮ個分比較し、類似度を計算する（処理工程Ｐ２）。
さらに、類似度計算部２０６で計算される類似度の最大のものｋｎを最大値判定部２０７で判定し（処理工程Ｐ３）、推定レートとして出力する（処理工程Ｐ４）。
ここで、類似度計算部２０６は、特徴パラメータとして上記に言及した合成フィルタパラメータである場合、パラメータをベクトルとしてベクトルマッチングによる相関計算を行うことで類似度を算出する。あるいは、図９に示したように周波数成分情報における極の位置の類似度でも求めることができる。
あるいは、類似度計算部２０６では、特徴パラメータがピッチ情報である場合は、そのスカラー量から類似度を求めることもできるし、サブフレームごとにピッチ量がある場合は、上記と同様それらのベクトルでベクトルマッチングによる類似度を計算することも可能である。
図１８に示すレート推定部２０４の実施例では、更に閾値メモリ２０８を有している。この閾値メモリ２０８には、過去のフレームから類似度に対する閾値が設定されている。類似度の最大値ｋｎがこの閾値を越えない場合は、明確にレート判定不能として、フレーム品質情報（たとえば、ＳＰＥＥＣＨ  ＢＡＤ）を出力する。
以上は推定されたレートが許可されているものであった場合の実施例であるが、推定されたレートが許可されていなかった場合の実施例を以下に示す。
網の伝送レートは、コーデックの符号化レートを全てサポートできるとは限らない。このことから運用レートに制限を付けることがある。これは呼の始まり時に設定されており、かかる運用レートの制限を例えばＡＣＳ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｄｅｃ  Ｓｅｔｓ）と呼ぶことにする。
通常、ＡＣＳは厳密に守られる性格のものであるが、移動体などのように網をまたがって移動することがある場合、ミスマッチが発生する可能性がある。
このために、コーデックの付加装置として図１９に示すようなレート検定部３００が設けられる。図１９に示すレート検定部３００には、ＡＣＳ記憶部３０１に予めＡＣＳ（運用レートの制限）が設定されている。
呼制御プロトコルに従って、レート推定部２０４からの推定レートとＡＣＳ記憶部３０１に設定されているＡＣＳとをレート照合部３０２で対比させ、呼制御部Ｉ／Ｆ３０３及びレート制御部３０４を介してコーデックのしかるべきアクションを決定する。
実施例としては、レート照合部３０２で、推定レートがＡＣＳと不一致である場合、レート制御部３０４を通して対向コーデックのレートを変化させる。逆にコーデック自身のＡＣＳを書き換えるべく、呼制御Ｉ／Ｆ３０３を通して上位に通知を出す等の機能を備える。通知された上位は、ＡＣＳを変更したり、それが不可能な場合、呼切断処理を行うなどの処理を制御する。
ここで、以上のレート推定に用いた特徴パラメータは、音声に特徴的なパラメータを用いており、雑音区間中では特徴パラメータ記憶部２０５の更新を止めることが望ましい。
図２０は、符号器側でＶＯＸ伝送をしている場合に雑音区間中では特徴パラメータ記憶部２０５の更新を止めるためのコーデックにおける復号器のフロントエンドで判断する実施例であり、図２０には、復号器側のみを示している。復号器としてはＶＯＸを制御して復号処理を行うためにＶＯＸ制御部２１０を備えている。
このＶＯＸ制御部２１０野処理は、例えば、３ＧＰＰ  ＴＳ２６。０９３にあるような手法が開示されている。
すなわち、ＶＯＸ制御部２１０は、有音期間を検知し、検知された期間のみ特徴パラメータ記憶部２０５への更新処理を行うように制御する。
また図２１は、符号器側はＶＯＸ伝送していない場合の実施例である。音声復号器２００の後段に設けた音声検出処理（ＶＡＤ）部２１１で音声復号化後の音声レベルから有音状態を判定し、この判定結果に基づき特徴パラメータ記憶部２０５への更新処理を行わせる構成である。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、コーデック自身がレート情報を認知することができ、それによりレート制御プロトコルの誤動作による符号化レートミスマッチ時の異音を防ぐことが可能である。また、呼制御手順上、レート制御プロトコルを介さねばならないという束縛をなくし、自由度のある柔軟な呼制御手順をもつネットワークの構築が可能になる。
なお、上記図面に示した実施例は、本発明の説明のためのものであって、本発明の適用は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載と均等物も本発明の保護の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、可変レートコーデックを示す図である。
図２は、レート制御プロトコルによるレート制御を説明する図である。
図３は、移動体通信システムで端末が移動することにより呼の切り替わりが発生することを説明する図である。
図４は、送信側におけるコーデックの符号器と受信側の復号器を伝送路で接続される構成を想定した図である。
図５は、図４における音声符号化部の詳細構成例を示すブロック図である。
図６は、本発明の符号化ビットレート制御方法を適用するコーデックの基本構成を示すブロック図である。
図７は、本発明の特徴としての伝送路から送られる信号フレームを説明する図である。
図８は、ＦＣＢインデック情報を特徴パラメータとした場合の符号化パラメータビットの送出フレームの例及び、ビット並び替えした場合のフレーム構成を示す図である。
図９は、１２．２Ｋｂｉｔｓ／Ｓ、２４４ビット／２０ｍｓのスピーチフレームの場合でのビット割り当てを示す図である。
図１０は、符号化レートが１２．２Ｋｂｉｔ／Ｓの場合における図６の並び替え規則テーブル１０２の並び替え規則を示す図である。
図１１は、図７のフレーム構成でレートを誤って復号化を行ったときの状態を説明する図である。
図１２は、本発明の更なるフレーム構成の実施例であり、図７における特徴パラメータビットを複数個に分けて、第一位の伝送パラメータフィールドに配置した例を示す図である。
図１３は、図１２のフレーム構成でレートを誤って復号化を行ったときの状態を説明する図である。
図１４は、特徴パラメータとして、合成フィルタパラメータを用いる場合の実施例を示す図である。
図１５は、特徴パラメータとして、ピッチ情報を用いる場合の例を示す図である。
図１６は、レート推定部２０４の構成例を示すブロック図である。
図１７は、類似度計算部２０６における処理の手順を示す処理フローである。
図１８は、レート推定部２０４の実施例を示す図である。
図１９は、レート検定部３００の構成を示す図である。
図２０は、雑音区間中では特徴パラメータ記憶部２０５の更新を止めるためのコーデックにおける復号器のフロントエンドでＶＯＸ情報を判断している場合の実施例を示す図である。
図２１は、雑音区間中では特徴パラメータ記憶部２０５の更新を止めるためのコーデックにおける復号器のリアエンドでＶＯＸ情報を判断している場合の実施例である。
【図１】
2003021573.tif 000003
【図２】
2003021573.tif 000004
【図３】
2003021573.tif 000005
【図４】
2003021573.tif 000006
【図５】
2003021573.tif 000007
【図６】
2003021573.tif 000008
【図７】
2003021573.tif 000009
【図８】
2003021573.tif 000010
【図９】
2003021573.tif 000011
【図１０】
2003021573.tif 000012
【図１１】
2003021573.tif 000013
【図１２】
2003021573.tif 000014
【図１３】
2003021573.tif 000015
【図１４】
2003021573.tif 000016
【図１５】
2003021573.tif 000017
【図１６】
2003021573.tif 000018
【図１７】
2003021573.tif 000019
【図１８】
2003021573.tif 000020
【図１９】
2003021573.tif 000021
【図２０】
2003021573.tif 000022
【図２１】
2003021573.tif 000023
【国際調査報告】
2003021573.tif 000024
2003021573.tif 000025
2003021573.tif 000026
2003021573.tif 000027