JPH08500234A - 損失フレームの隠蔽（ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ） - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フレームに基づく無線通信システムの受信機はソース・フィルタ型の音声デコーダを備える。前記音声デコーダは、通信チャンネルにより伝送される背景音を表し受信フィルタを定義するパラメータを修正するための、フレーム毎に更新される内部状態変数を含む手段（２０、２２、２４）により制御される。前記受信機は、フレーム損失を検出する手段（１４）と、少なくとも１つの前記内部状態変数の更新を制限することによりフレーム損失の影響を隠蔽する手段（１８）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】 損失フレームの隠蔽(CONCEALMENT) 技術分野 本発明は通信システム、例えば無線通信システムにおける損失フレームの隠蔽 に関し、特定して言えば、このようなシステムにおける背景音の復号化を改善す る装置と方法に関する。 発明の背景 主としてディジタルセルラ電話システムを対象とする背景音の符号化／復号化 を改善する手段は、スウェーデン特許出願 ９３ ００２９０−５ および ９ ３ ０１７９８−６ に述べられている。これらの手段は、フレームの損失がな いという意味で音声エンコーダと音声デコーダの間の接続が理想に近い場合を扱 うよう主として設計されている。しかし、例えば米国ディジタルセルラ標準ＩＳ −５４では、トラヒックチャンネルから音声フレームを盗む方式で高速関連制御 チャンネル（ＦＡＣＣＨ）が作られている（同様なチャンネルが欧州ＧＳＭ仕様 にある）。このような場合は、上記のスウェーデン特許出願に述べられている方 法を修正する必要があろう。同様な状況は、パケット（フレーム）の損失がある かまたは到着が遅すぎて、実時間で音声を発生することができない場合（パケッ トが送信者と受信者の間の異なる経路をとる場合がある）にパケット交換網で起 こる。 本発明の目的は、受信信号にいわゆる損失フレームの隠蔽を行って、音声の復 号化を損失フレームに対してより強くするすなわち影響されないようにする装置 と方法である。 発明の概要 本発明では、音声デコーダ内の損失フレームの影響を隠蔽するための、フレー ムに基づく通信システムの受信機内の装置によりこの目的を達成する。ただし前 記音声デコーダは、ソース・フィルタ型であって、受信フィルタを形成し背景音 を表すパラメータを修正するための、フレーム毎に更新される内部状態変数を含 む手段により制御されるものであり、前記装置は、 （ａ） フレームの損失を検出する手段と、 （ｂ） 少なくとも１つの前記内部状態変数の更新を制限することにより損失フ レームの影響を隠蔽する手段と、 を特徴とする。 更に本発明では、音声デコーダ内の損失フレームの影響を隠蔽するための、フ レームに基づく無線通信システムの受信機内の方法によっても上の目的を達成す る。ただし前記音声デコーダはソース・フィルタ型であって、受信したフィルタ を形成し背景音を表すパラメータを修正するための、フレーム毎に更新される内 部状態変数を含む手段を備えるものであり、前記方法は、 （ａ） フレームの損失を検出し、 （ｂ） 少なくとも１つの前記内部状態変数の更新を制限することにより損失フ レームの影響を隠蔽する、 ことを特徴とする。 スウェーデン特許出願 ９３０２０２５−３ は、伝送誤り隠蔽のための同様 な方法を述べている。 図面の簡単な説明 発明とその目的および利点は、添付の図面と共に以下の説明を参照することに よってよく理解できる。前記図面は、本発明の装置を含む、無線通信システムの 受信機の関連する部分の略ブロック図である。 望ましい実施態様の詳細な説明 本発明の動作を理解するため、一般的なディジタルセルラ無線接続と一般的な 損失フレーム隠蔽技術の動作を簡単に復習し、また上に述べたスウェーデン特許 出願のアルゴリズムを復習することは有用である。 ディジタルセルラ電話システムの通信リンクでは、まず音響信号をディジタル 化し、次に音声符号化アルゴリズムを適用する（例えば、Ｂ．Ｓ．アタル(Atal) 、Ｖ．クーパーマン(Cuperman)、Ａ．ゲルショ(Gersho)、他(esd)、「音声符号 化の進歩」、クルベール(Kluwer)アカデミック出版、１９９１年、を参照）。こ のアルゴリズムは音声信号を圧縮して多数の量子化パラメータに変換する（通常 、 フレーム毎に）。次に、チャンネル符号化技術（例えば、Ｇ．Ｃ．クラーク、Ｊ ．Ｂ．ケイン(Cain)、「ディジタル通信の誤り訂正符号化」、プレナムプレス(P lenum Press)、１９８１年、を参照）を用いて符号化冗長を加えることにより、 得られたビットを保護する。次に、得られたビットストリームを変調し（例えば 、Ｊ．Ｇ．プロアキス(Proakis)、「ディジタル通信」、第２版、マグローヒル 、１９８９年、を参照）、例えばＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）技術を用いて 伝送する。受信機で信号を復調する。起こり得る時間分散すなわち多重路分散は 、各種の等化技術、例えばビタビ(Viterbi)等化すなわち決定フィードバック等 化（例えば、上記のＪ．Ｇ．プロアキスの文献を参照）により対処することがで きる。次に、チャンネル復号化（例えば、上記のＧ．Ｃ．クラークおよびＪ．Ｂ ．ケインの文献を参照）を用いてビットを復号する。これらのビットは、伝送さ れた音声信号を再構築するために音声デコーダが必要とする量子化パラメータを 形成する。上の説明から、損失フレームは再構築される音声信号に影響してその 質を低下させることは明らかである。 例えば、標準ＩＳ−５４に従う米国ディジタルセルラシステムにおいてＦＡＣ ＣＨでフレームが盗まれると、受信機の音声デコーダでは損失音声フレームにな る。音声デコーダは、適当な情報を「補充する」ことによりこの問題を解決する 。通常、損失フレームの代わりとして、前のフレームからの対応する情報を用い る。しかし、デコーダが以下に説明するいわゆる背景音に対するスワーリング防 止(anti-swirling)動作を行う場合は、この方法を用いると得られる可聴信号の 質は受け入れられないほどに低下する。 この背景情報を頭に置いて、第１図を用いて本発明を以下に説明する。第１図 は、本発明を説明するのに必要な移動無線通信システムの受信機の部分を示す。 アンテナ１０は、伝送された信号を受信して復調器１２に送る。復調器１２は受 信信号を復調して、等化器１３、例えばビタビ等化器に送る。等化器１３は受信 し復調した信号を１つまたはいくつかのビットストリームに変換し、決定手段１ ４に送る。決定手段１４は、受信信号が含むビットがトラヒックチャンネルから のものか、高速関連制御チャンネル（ＦＡＣＣＨ）からのものかを決定する。適 当な決定手段の説明がスウェーデン特許９１０２６１１−２にあるので、参考と してここに示す。受信したフレームがトラヒックチャンネルからのビットを含む 場合は、ビットストリームはチャンネルデコーダ１６に送られる。チャンネルデ コーダ１６は、音声復号化のためにビットストリームをフィルタパラメータスト リームと励起パラメータストリームに変換する。他方、受信したフレームがＦＡ ＣＣＨからのビットを含む場合はビットストリームはチャンネルデコーダ１６に は送られず、現在のフレームは音声データを含まないという信号が隠蔽手段１８ に送られる。 また受信機は音声検出器２０（発声活動(voice activity)検出器すなわちＶＡ Ｄともいう）を備える。適当な音声検出器の説明がブリティッシュテレコムＰＬ Ｃによる ＷＯ ８９／０８９１０ にある。音声検出器２０は、受信したフレ ームが含むのが主として音声か背景音かを、前記フィルタパラメータと励起パラ メータから決定する。音声検出器２０の決定は随意の信号弁別器２２に送られる 。信号弁別器２２はいくつかの励起パラメータを用いて、背景音を表す受信信号 が定常的かどうかを決定する。フレームが定常的な背景音を含むと決定されると 、信号弁別器２２の出力はパラメータ修正器２４を制御して、受信したフィルタ パラメータを修正する。この修正の詳細の説明がスウェーデン特許出願 ９３ ００２９０−５ にあるので、参考としてここに示す。更に、信号弁別器２２の 定常性の検出と、音声検出器２０と信号弁別器２２とパラメータ修正器２４の間 の相互作用についての詳細な説明がスウェーデン特許出願 ９３ ０１７９８− ６と ９３ ０３６１３−５ にあるので、参考としてここに示す。修正された 可能性のあるフィルタパラメータ（受信信号が定常的な背景音を表す場合）と励 起パラメータは音声デコーダ２６に送られ、音声デコーダ２６は可聴信号を出力 線２８に出す。 本発明の誤り隠蔽技術を説明するために、上記の２つのスウェーデンの特許出 願に記述されているいわゆるスワーリング防止アルゴリズムへの、損失フレーム の影響（ＦＡＣＣＨフレームが音声フレームを置換するときに起こる）を簡単に 述べる必要がある。これらの影響はおおよそ次のように分かれる。 １． スワーリング防止アルゴリズムを制御するのに用いられる発声活動検出器 すなわち音声検出器２０は、通常は適応的である（「発声活動検出器」、勧告Ｇ ＳＭ ０６．３２、ＥＴＳＩ／ＧＳＭ、１９９１年、 ブリティッシュテレコム ＰＬＣによる ＷＯ ８９／０８９１０）。これは、測定された音声信号か、ま たはここで仮定した受信機に適用するときはチャンネルデコーダからの復号され たパラメータのどちらかを用いて、発声活動検出器内で自動的に更新されるしき い値および対応する状態があるということである。損失フレームがあるときは、 必要なパラメータは受信機内で発生しなければならない。この状況を扱う１つの 方法は、前のパラメータと同じパラメータを用いることである。しかし、この場 合はしきい値や内部状態変数の中には正しく更新されないものが生じ、これによ り誤った決定が行われた結果、再構築された可聴信号の質が低下する可能性があ る。 ２． 発声活動検出器すなわち音声検出器２０は、入ってくるフィルタおよび励 起パラメータと、内部で更新した状態、すなわち過去に入ってきたパラメータと 追加の最初からの情報、とを用いて音声か背景音かの決定を行う。従って、損失 フレームがあると受信機はそのまま誤った決定を行い、これにより構築された可 聴信号の質が低下する可能性がある。更に、現在の決定は過去に入ってきたパラ メータにも依存するので、損失フレームは将来の決定にも影響する可能性がある 。 ３． 本発明の望ましい実施態様のシステムの一部分である信号弁別器２２は、 入ってくる統計的モーメント、望ましくは各フレームの平均信号エネルギーを示 すエネルギー値、を調べる。このため、１個または数個のバッファ（詳細な説明 は上記のスウェーデン特許出願 ９３ ０１７９８−６ にある）内に現在のフ レームおよび過去のフレームの中の多数のこれらのエネルギーを記憶する必要が ある。これらの入ってきたエネルギーに誤りがあればその誤りもバッファに記憶 され、非常に長い間にわたって誤った決定の原因になる。その結果、再構築され た背景音信号の質が低下する。 ４． 損失フレームに起因する誤った決定が行われると、定常的な背景音信号の 場合のスワーリングに対処するように用いられる動作はいろいろの影響を受ける 。影響の１つは、誤って定常的な背景音と検出してスワーリング防止動作を開始 すると、音声が破壊されることである。逆の誤った決定（実際は定常的な背景音 があるのに音声と決定）も起こり得る。従って背景音の性質は刻々と変化し、非 常 に厄介である。音声と定常的な背景音との間の移行には時定数があるので、２つ の状態の間で決定が繰り返し切り替わるのも好ましくない。過度の切り替えが起 こると大きな外乱になる。 ５． パラメータ修正器２４内での実際のスワーリング防止動作（実際はスペク トル低域フィルタリングと帯域幅の拡張を組み合わせたもので、詳細な説明は上 記スウェーデン特許出願 ９３ ００２９０−５ にある）は損失フレームの影 響を受ける。影響の１つは、音声検出器すなわち発声活動検出器２０からまたは 信号弁別器２２からの誤った決定により起こる。この場合、低域フィルタの更新 を開始するかまたは停止し、フレーム損失がない場合に比べて偏りが生じる可能 性がある。低域フィルタおよび帯域幅の拡張に送られるスペクトル情報に影響す る損失フレームがあると別の影響が生じる。どちらの影響も質を低下させる可能 性がある。 ６． 音声デコーダ２６の後置フィルタ（設けてあれば）は、上記第５項と同じ 問題を持つ。更に、いわゆるスペクトルの傾きは非常に敏感に感知され、またこ れはスワーリング防止アルゴリズムによって処理してよいので、再構築された音 声信号の質は損失フレームのために非常に低下する。 ７． 上に述べた各影響は結合して相互に影響する。例えば、音声検出器２０で の誤った決定により、信号弁別器２２のバッファの更新が停止する場合がある。 これは更にかなり長い間信号弁別器２２に影響を与え、スワーリング防止動作の 質を低下させる。 上の説明から、損失フレームが生じると音声検出器２０、信号弁別器２２、パ ラメータ修正器２４、またはこれらの組合わせの内部変数が正しく更新されなく なる恐れがあることは明らかである。本発明はフレーム損失を検出すると更新プ ロセスを修正して、これらの問題を減少させまたは除去する。 損失フレームを検出すると、隠蔽手段１８は制御線３０、３２、３４でそれぞ れ示すように、音声検出器２０、信号弁別器２２、パラメータ修正器２４内の対 応する内部状態変数の更新プロセスの動作を制御する。これらの修正には次のも が含まれる。 − フレーム損失を検出すると、音声検出器２０の内部状態変数（例えばしきい 値）の更新を停止する。これは、音声検出器２０の内部変数を前のフレームと同 じ値に固定するか、またはこれらの状態変数の更新を制限する（更新ができる状 態変数の数が通常より少ない）ということである。 − 別の動作は、フレーム損失を検出すると音声検出器２０の決定を前のフレー ムの決定に固定することである。 − フレーム損失を検出すると、信号弁別器２２内のバッファの更新を停止する かまたは制限する。 − 別の可能性は、信号弁別器２２の決定を前のフレームの決定に固定すること である。 − フレーム損失を検出すると、低域フィルタリングおよび／または帯域幅の拡 張を制御するパラメータ修正器２４の内部フィルタ係数の更新を停止または制限 する。 − 設ける場合のある後置フィルタのスペクトルの傾きを前のフレームの傾きに 固定する。 異なるパラメータは図面の異なるブロック（音声検出器２０、信号弁別器２２ 、パラメータ修正器２４、設ける場合のある後置フィルタ）に影響するので、フ レーム損失がある場合はこれらの動作の中の１つまたはいくつかを行うことが理 解できる。 上の説明において、連続するいくつかのフレームにわたってフレーム損失が続 いた場合は、受信機の内部状態変数を最新の受信したフレームに対応する値に固 定する（または実質的に固定する）。 本発明を、フレームに基づく無線通信システムに関連して説明した。このシス テムでは、別の目的で用いるためにフレームがそのトラヒックチャンネルから「 盗まれる」ことがある。しかし、フレーム損失が別の理由で生じる場合でも同じ 原理を適用することができる。例えばパケット交換網において、パケット（フレ ーム全体またはフレームの一部と考えることができる）が送信機から受信機へ別 の経路を通り、到着の遅れまたは転送中のパケットの実際の損失により「失われ る」場合である。 本発明の方法の望ましい実施態様の詳細を、添付の付録に２つのＰＡＳＣＡＬ プログラムモジュールで示す。 請求の範囲に規定される本発明の精神と範囲から逸れることなく本発明に各種 の修正や変更を行ってよいことは、当業者に理解できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＣＮ，ＦＩ，Ｊ Ｐ，ＫＲ，ＮＺ，ＲＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．音声デコーダ（２４）内の損失フレームの影響を隠蔽するための、フレー ムに基づく通信システムの受信機内の装置であって、前記音声デコーダはソース ・フィルタ型であって、受信フィルタを形成し背景音を表すパラメータを修正す るための、フレーム毎に更新される内部状態変数を含む手段（２０、２２、２４ ）により制御されるものであり、前記装置は、 （ａ） フレームの損失を検出する手段（１４）と、 （ｂ） 少なくとも１つの前記内部状態変数の更新を制限することにより損失フ レームの影響を隠蔽する手段（１８）と、 を特徴とする装置。 ２．前記フィルタパラメータを修正する手段は、音声か背景音かを決定するた めの少なくとも１つのしきい値を持つ発声活動検出器（２０）を備え、損失フレ ームの場合は前記隠蔽手段（１８）は前記しきい値の更新を制限する、ことを特 徴とする、請求項１記載の装置。 ３．前記フィルタパラメータを修正する手段は、フレーム毎に音声か背景音か の決定を実施する発声活動検出器（２０）を備え、損失フレームの場合は前記隠 蔽手段（１８）は前のフレームから得た音声か背景音かの決定の更新を禁止する 、ことを特徴とする、請求項１記載の装置。 ４．前記フィルタパラメータを修正する手段は、前記発声活動検出器（２０） の出力に接続し背景音が定常的か非定常的かを区別するための定常性検出器（２ ２）を更に備え、前記定常性検出器は定常性の決定を行うために背景音を多く含 む最新のフレームの統計的モーメントの推定値を含む少なくとも１つのバッファ を備え、損失フレームの場合は前記隠蔽手段は前記バッファの更新を制限する、 ことを特徴とする、請求項２または３記載の装置。 ５．前記フィルタパラメータを修正する手段は、前記発声活動検出器（２０） の出力に接続し背景音が定常的か非定常的かを区別するための定常性検出器（２ ２）を更に備え、損失フレームの場合は前記隠蔽手段（１８）は前のフレームか ら得た定常的か非定常的かの決定の更新を禁止する、ことを特徴とする、請求項 ２または３記載の装置。 ６．前記フィルタパラメータを修正する手段は、前記フィルタを定義するパラ メータの低域フィルタリングのための手段（２４）を備え、損失フレームの場合 は前記隠蔽手段（１８）は低域フィルタリングプロセスのフィルタ係数の更新を 制限する、ことを特徴とする、請求項２、３、４または５記載の装置。 ７．前記フィルタパラメータを修正する手段は、前記フィルタを定義するパラ メータで表されるフィルタの帯域幅の拡張のための手段（２４）を備え、損失フ レームの場合は前記隠蔽手段（１８）はフィルタ係数の更新を制限する、ことを 特徴とする、請求項２、３、４、５または６記載の装置。 ８．前記復号された信号のスペクトルの傾きを修正する後置フィルタを備え、 損失フレームの場合は前記隠蔽手段（１８）は傾き情報の更新を制限する、こと を特徴とする、請求項６または７記載の装置。 ９．音声デコーダ内の損失フレームの影響を隠蔽するための、フレームに基づ く無線通信システムの受信機内の方法であって、前記音声デコーダはソース・フ ィルタ型であって、受信フィルタを形成し背景音を表すパラメータを修正するた めの、フレーム毎に更新される内部状態変数を含む手段を備えるものであり、前 記方法は、 （ａ） フレームの損失を検出し、 （ｂ） 少なくとも１つの前記内部状態変数の更新を制限することにより損失フ レームの影響を隠蔽する、 ことを特徴とする方法。 10． 前記フィルタパラメータを修正する手段は、音声か背景音かを決定する ための少なくとも１つのしきい値を持つ発声活動検出器（２０）を備え、損失フ レームの場合は前記隠蔽段階は前記しきい値の更新を制限することを含むことを 特徴とする、請求項９記載の方法。 11． 前記フィルタパラメータを修正する手段は、フレーム毎に音声か背景音 かの決定を実施する発声活動検出器（２０）を備え、損失フレームの場合は前記 隠蔽段階は前のフレームから得た音声か背景音かの決定の更新を禁止することを 含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。 12． 前記フィルタパラメータを修正する手段は、前記発声活動検出器（２０ ）の出力に接続し背景音が定常的か非定常的かを区別するための定常性検出器（ ２２）を更に備え、前記定常性検出器は定常性の決定を行うために背景音を多く 含む最新のフレームの統計的モーメントの推定値を含む少なくとも１つのバッフ ァを備え、損失フレームの場合は前記隠蔽段階は前記バッファの更新を制限する ことを含むことを特徴とする、請求項１０または１１記載の方法。 13． 前記フィルタパラメータを修正する手段は、前記発声活動検出器（２０ ）の出力に接続し背景音が定常的か非定常的かを区別するための定常性検出器（ ２２）を備え、損失フレームの場合は前記隠蔽段階は前のフレームから得た定常 的か非定常的かの決定の更新を禁止すること含むことを特徴とする、請求項１０ または１１記載の方法。 14． 前記フィルタパラメータを修正する手段は、前記フィルタパラメータの 低域フィルタリングのための手段（２４）を備え、損失フレームの場合は低域フ ィルタリングプロセスのフィルタ係数の更新を制限することを特徴とする、請求 項１０、１１、１２または１３記載の方法。 15． 前記フィルタパラメータを修正する手段は、これらのパラメータで表さ れるフィルタの帯域幅の拡張のための手段（２４）を備え、損失フレームの場合 はフィルタ係数の更新を制限することを特徴とする、請求項１０、１１、１２、 １３または１４記載の方法。 16． 前記復号された信号のスペクトルの傾きを後置フィルタにより修正し、 損失フレームの場合は傾き情報の更新を制限することを特徴とする、請求項１４ または１５記載の装置。