JPH11259100A - 励起ベクトルの符号化方法 - Google Patents

励起ベクトルの符号化方法

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JPH11259100A
JPH11259100A JP11004307A JP430799A JPH11259100A JP H11259100 A JPH11259100 A JP H11259100A JP 11004307 A JP11004307 A JP 11004307A JP 430799 A JP430799 A JP 430799A JP H11259100 A JPH11259100 A JP H11259100A
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pulses
excitation
pulse
fixed
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JP11004307A
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Michael D Turner
ディー．ターナー マイケル
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Nokia of America Corp
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Lucent Technologies Inc
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Publication date
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    • H03F1/3235—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using feed-forward using a loop for error extraction and another loop for error subtraction using a pilot signal
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 １個のビットエラーに対しては感受性が高く
ない方法で励起ベクトルを効率的に符号化するＣＥＬＰ
ボコーダを提供する。 【解決手段】 本発明によれば励起ベクトルを構成する
各パルスは、４個の位置のうちの１つの位置に制限され
る。その結果、３個のビットしか各パルスを符号化する
のに必要とされず（２個のビットが位置を表し、１個の
ビットが符号を表す）、さらに又１個のビットエラー
は、１個のパルスのエラーしか生成しないこととなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信技術に関し、
特に音声符号化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】音声符号化器（ボコーダ）を用いて音声
信号を符号化して、通信チャネルを介して伝送するのに
用いられるバンド幅の量を最小にしている。各通信チャ
ネルに使用されるバンド幅の量を最小にして、あるスペ
クトラム範囲内で利用可能なチャネル数を最大にするこ
とが重要である。多くのボコーダは符号励起線形予測
（code excited linear predictive：ＣＥＬＰ）として
知られるものであり、フィルタ励起（filter excitatio
n）の固定したコードブックの寄与分を一連のパルスと
してモデル化する。現在のＣＥＬＰボコーダは、ビット
エラーに対し感受性が高くかつあまり効率的ではない符
号化系を用いている。貴重なバンド幅を無駄に使用し、
ビットエラーに対し感受性の高い符号化系は、ワイヤレ
ス通信チャネルのような耐エラー性が要求される通信チ
ャネルでは特に望ましくない。
【０００３】一連の励起パルス、あるいは励起ベクトル
を一連のビットとして表す符号化プロセスは、固定イン
デックスとして知られている。この固定インデックス
は、受信側のボコーダで用いられ、励起パルスを再生
し、その励起パルスをその後用いて音声モデルを励起
し、それにより音声を再生している。従来のボコーダは
１パルス当たり３〜１／２ビットあるいはそれ以上のビ
ットを用いて、これらのパルスを表している。さらにま
た、従来のボコーダは、通信チャネルが引き起こすエラ
ーに対し感受性が高いが、その理由は１個のビットエラ
ーが最大２つのパルスのエラーを生成してしまうからで
ある。
【０００４】図１は固定インデックスにより表される一
連のパルスを表す。この実施例では１０個のパルスが存
在し、各パルスは正または負である。固定インデックス
は、線形予測符号化器４０の所定の位置のうちのどの１
０個の位置がパルスにより占有されているかと各パルス
の符号を表している。効率的ではない符号化系を図２の
表に示す。パルスに対し４０個の位置があるが、図２の
表は各パルスは８個の位置のうちの１つの位置に制限さ
れていることを示している。その結果このボコーダは、
表により指定された組合せにより許される一連のパルス
からなる励起ベクトルを用いることに制限される。
【０００５】図２は、固定インデックスの表を示し、同
表においては２つのパルスが表の横行に関連している。
第１横行においては各パルスＩ0、Ｉ5は、８個の位置、
すなわち０，５，１０，１５，２０，２５，３０，３５
のうちの一つに制限される。同様に各残りの横行もその
行に関連したパルスの対の各パルスに割り当てられた位
置を特定している。各パルスに対し、８個の位置のうち
の１つの位置を指定することは、各パルスに対し３個の
ビットを必要とする。さらにまた符号が各パルスに対し
特定されている。この従来のシステムにおいては、１個
のビットを用いて各横行の各パルス対の第１パルスの符
号を指定している。各パルス対の第２パルスの符号は、
そのパルスの位置により指定されている。
【０００６】第２パルスが第１パルスの位置よりも小さ
い位置を有する場合には、第２パルスの符号は第１パル
スのそれとは反対であり、それ以外ではパルスの符号は
同一である。その結果１０個のパルスに対しては３５個
のビットを用いてその位置と符号を指定している（すな
わち３．５ビット／パルス）である。このシステムにお
いては、１個のビットエラーが発生するとそのエラーに
関連したパルスの位置または符号に影響を及ぼすだけで
なく、パルス対の第２パルスの符号にまで影響を及ぼす
ことになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、１個のビットエラーに対しては感受性が高くない方
法で励起ベクトルを効率的に符号化するＣＥＬＰボコー
ダを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば励起ベク
トルを構成する各パルスは、４個の位置のうちの１つの
位置に制限される。その結果、３個のビットしか各パル
スを符号化するのに必要とされず（２つのビットが位置
を表し１つのビットが符号を表す）、さらにまた１個の
ビットエラーは、１個のパルスのエラーしか生成しない
こととなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図３は、一般的なボコーダのブロ
ック図である。ボコーダ１０は入力１２上でディジタル
化された音声を受信する。このディジタル化された音声
は、アナログ信号がＡ／Ｄコンバータを通過した後の信
号であり、通常２０ミリ秒のオーダーの各フレームに細
分化されている。入力１２における信号は符号化部分１
４に入力され、この符号化部分１４が音声を符号化して
音声を伝送するのに用いられるバンド幅を減少させてい
る。この符号化された音声が出力１６で得られる。この
符号化音声は、通信チャネルの他端にある類似構造のボ
コーダの復号化部分で受信される。通信チャネルの他端
にある復号化器は、ボコーダ１０の復号化部分と類似ま
たは同一である。符号化音声をボコーダ１０が入力１８
を介して受信し、復号化部分２０に入力する。この復号
化部分２０は送信用ボコーダから受信した符号化信号を
用いて出力２２にディジタル化音声を生成する。
【００１０】ボコーダは通信技術の分野では公知であ
る。例えばボコーダは、論文「Speechand audio coding
for wireless and network applications」（Bishnu
S. Atal, Vladimir Cuperman, Allen Gersho著,1993年,
Kluwer Academic Publishers）に記載されている。ボコ
ーダは幅広く用いられ、例えば 米国San Diego, Califo
rnia の Qualcomm社、あるいは 米国Murray Hill, New
Jersey にある Lucent Technologies Inc.社から市販さ
れている。
【００１１】図４はボコーダ１０の符号化部分１４の主
要部分を表す。ディジタル化された音声信号を入力１２
で受信し、これを線形予測符号化器４０に入力する。こ
の線形予測符号化器４０はフレームごとに１回来入する
音声の線形予測解析を行う。この線形予測解析は従来公
知のもので、入力音声信号をベースにした音声域（Voca
l tract）の線形予測合成モデルを生成する。このモデ
ルを記述する線形予測パラメータ、すなわち線形予測係
数が出力１６を介して符号化音声信号の一部として送信
される。線形予測符号化器４０がこのモデルを用いて残
余の音声信号を生成し、これがモデルが入力音声信号を
再生するのに用いる励起を表す。この残余音声信号は出
力４２から出力される。出力４２からの残余音声信号は
線形予測符号化器５０の入力４８と固定コードブック装
置８２に与えられる。
【００１２】インパルス応答装置６０は、線形予測符号
化器４０から線形予測パラメータを受信し、線形予測符
号化器４０内で生成されたモデルのインパルス応答を生
成する。このインパルス応答が適応型コードブック装置
７２と固定コードブック装置８２内で用いられる。
【００１３】線形予測符号化器５０が線形予測符号化器
４０からの残余音声信号を用いて、そのピッチをモデル
化して、ピッチあるいは通常ピッチ周期信号またはピッ
チ遅延信号と称するものを出力５２から出力する。出力
５２からのピッチ遅延信号とインパルス応答装置６０の
出力６４からのインパルス応答信号を、適応型コードブ
ック装置７２の入力７０で受信する。適応型コードブッ
ク装置７２はピッチゲイン出力とピッチインデックス出
力とを生成し、これらがボコーダ１０の出力１６の一部
となる。適応型コードブック装置７２の出力７４はこの
ピッチゲイン信号とピッチインデックス信号とを固定コ
ードブック装置８２の入力８０に与える。
【００１４】さらにまた適応型コードブック装置７２
は、入力１２からのディジタル化音声信号と線形予測符
号化器４０により生成された残余音声信号とを用いて出
力を生成する。適応型コードブック装置７２はディジタ
ル音声信号と線形予測符号化器４０の残余音声信号を用
いて、適応型コードブックの目標信号を形成する。この
適応型コードブックの目標信号は、固定コードブック装
置８２への入力として及び適応型コードブック装置７２
のピッチゲイン出力、ピッチインデックス出力、励起出
力を生成する計算手段への入力として用いられる。さら
にまた、この適応型コードブック目標信号と線形予測符
号化器５０からのピッチ遅延信号とインパルス応答装置
６０からのインパルス応答を用いて、ピッチインデック
ス信号とピッチゲイン信号と励起信号を生成し、それら
を固定コードブック装置８２に送信する。これらの信号
が計算される方法は、ボコーダの技術分野では公知であ
る。
【００１５】固定コードブック装置８２は入力８０から
受信した入力信号を用いて固定ゲイン出力と固定インデ
ックス出力を生成し、これらは出力１６で符号化音声の
一部として用いられる。この固定コードブック装置８２
は線形予測符号化器４０の残余音声信号の推論部分をモ
デル化しようとする。固定コードブック検索の目標は、
固定コードブックエラーまたは現在の適応型コードブッ
ク目標信号と線形予測符号化器４０からの残余音声信号
との差を決定することにより生成される。この固定コー
ドブックエラーは公知であり、通信技術の標準には重み
付き音声信号と重み付き合成音声信号との間の平均自乗
エラーとして記載されている。これらの標準企画書は国
際電気通信連合（ International Telecommunication U
nion ）、ヨーロッパ通信標準機構（ European Telecom
munications Standards Institute ）、通信工業会（ I
ndustry Association ）の様なグループから出版されて
いる。
【００１６】この固定コードブック検索が固定ゲインと
固定インデックスを生成し、これにより固定コードブッ
クエラーまたは誤差の自乗平均を最小にする。この固定
インデックスが励起パルスの組を記述している。この固
定インデックスは、固定コードブックエラーを最小にす
るような励起パルスのセットを検索することにより得ら
れる。しかし、励起パルスのセットを検索することは固
定コードブックの固定インデックス表により規定された
励起パルスの有効な組に限定されている。この固定イン
デックス表は、各パルスが占有する位置の数を制限して
いる。固定ゲイン信号と固定インデックス信号が適応型
コードブック装置７２からの出力を用いて計算される方
法は、ボコーダの技術分野では公知である。
【００１７】図５は、ボコーダ１０の復号化部分２０の
機能ブロック図である。符号化音声信号を復号化部分２
０の入力１８が受信する。この符号化音声信号は、符号
化器１００が受信する。この符号化器１００が固定イン
デックス信号とピッチインデックス信号にそれぞれ対応
する固定符号ベクトルと適応型符号ベクトルを生成す
る。これらの固定符号ベクトルは、励起構成／フィルタ
合成装置１１０の励起構成部分にピッチゲイン信号と固
定ゲイン信号と共に送信される。このピッチゲイン信号
を用いて、ピッチインデックス信号を用いて生成された
適応型ベクトルを換算し、固定ゲイン信号を用いて固定
インデックス信号を用いて得られた固定ベクトルを換算
する。符号化器１００は線形予測符号パラメータを励起
構成／フィルタ合成装置１１０のフィルタまたはモデル
合成部分に送る。その後この励起構成／フィルタ合成装
置１１０は換算されたベクトルを用いて、線形予測符号
化器４０により生成された線形予測係数を用いて合成さ
れたフィルタを励起し、入力１２で元々受信したディジ
タル化音声信号を表す出力信号を生成する。選択的事項
としてポストフィルタ装置１２０を用いて復号化部分２
０で生成されるディジタル化音声信号のスペクトラムを
整形しても良い。
【００１８】図４に戻って固定コードブック装置８２の
出力は固定インデックスである。固定インデックスはフ
レームごとに４回生成される（サブフレームごとに１
回）。これは２０ミリ秒のフレームを用いたシステムに
おいては５ミリ秒ごとである。この固定インデックスは
励起ベクトルまたは一連の励起パルスを特定し、そこで
固定インデックスのビットがパルスの位置と符号を記述
する。前述したように３個の励起パルスは、受信用ボコ
ーダ内で音声モデルへの入力として用いられる。
【００１９】図６は、有効励起ベクトルを構成する励起
パルスの所定位置を指定するのに用いられる固定インデ
ックスの表を表す。各パルスは４個の所定位置の１つの
位置に制限され、それにより位置を指定するためには２
個のビットを必要とするだけである。第３番目のビット
を用いて符号を指定する。例えば１０個のパルスが指定
された場合には、４個の位置をそれぞれが有する１０個
の横行がその表の中にはある。この実施例においてはパ
ルスＩ0は、０，１０，２０，３０の位置を占有する。
そして同様に各他のパルスもその横行で指定された位置
のうちの一つを占有する。この実施例においては３０個
のビットしか１０個のパルスの位置と符号を指定するの
に必要とされず（３ビット／パルス）、その理由はパル
スごとに２つのビットが位置を指定し１個のビットが符
号を指定するからである。
【００２０】図７は、各パルスが４個の位置のうちの１
つのみを占有するような場合の５個のパルスが位置を指
定するのに用いられる固定インデックスの表を示す。
【００２１】図８は３個のパルスの励起ベクトル内のパ
ルスが所定の位置を指定する固定インデックス表を表
し、同表においては下の２つの横行により指定される励
起パルスは３個の所定の位置にそれぞれ限定されてい
る。１つあるいは複数の励起パルスを２個の所定の位置
に制限するような固定インデックス表を用いることも可
能である。図６，７，８に示した系は、いかなる数のパ
ルスと各パルスが４個以下に制限される様な位置の数を
有する励起ベクトルにも適応可能である。
【００２２】機能ブロック図は様々な形態で実現するこ
とができる。各機能ブロックはマイクロプロセッサまた
はミニコンピュータを用いて個別に実現することもでき
る。あるいは１個のマイクロプロセッサあるいはμコン
ピュータを用いても実現できる。機能ブロックのおのお
のあるいは全てを、プログラム可能なディジタル信号プ
ロセッサを用いて実現したり、あるいは前記の製造業者
あるいは他の半導体製造業者により特殊なデバイスを持
って実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一連のパルスを表す図。
【図２】効率的でない符号化系を表す固定インデックス
の表。
【図３】一般的なボコーダのブロック図。
【図４】ボコーダ１０の符号化部分１４の主要な機能を
表す図。
【図５】ボコーダ１０の復号化部分２０の機能を表すブ
ロック図。
【図６】１０個のパルス励起ベクトルの有効パルス位置
を指定する固定インデックスの表。
【図７】５個のパルス励起ベクトルの有効パルス位置を
指定する固定インデックスの表。
【図８】３個のパルス励起ベクトルの有効パルス位置を
指定する固定インデックスの表。
【符号の説明】
１０ ボコーダ １２、１８、４８、６２、７０、８０ 入力 １４ 符号化部分 １６、２２、４２、５２、６４、７４ 出力 ２０ 復号化部分 ４０ 線形予測符号化器 ５０ オープンループピッチ検索装置 ６０ インパルス応答装置 ７２ 適応型符号ブック（コード）ブック装置 ８２ 固定符号（コード）ブック装置 １００ 符号化器 １１０ 励起構成／フィルタ合成装置 １２０ ポストフィルタ装置
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ.

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （Ａ）有効励起パルスの複数の組から励
    起パルスの組を選択するステップと、 各励起パルスの組は複数の励起パルスから構成され、 （Ｂ）前記複数の有効励起パルスの組を、各励起パルス
    が最大４個の所定位置のうちの一つの位置に制限される
    ような組に制限するステップと、 （Ｃ）選択された励起パルスの組を記述する出力を生成
    するステップとからなることを特徴とする励起ベクトル
    の符号化方法。
  2. 【請求項２】 前記（Ｂ）のステップは、有効励起パル
    スの複数の組を各励起パルスが４個の所定位置のうちの
    一つの位置に制限されるような組に制限することを特徴
    とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記（Ｂ）のステップは、有効励起パル
    スの複数の組を第１の励起パルスが最大４個の所定位置
    のうちの一つの位置に制限され、第２の励起パルスが最
    大３個の所定位置のうちの一つに制限されることを特徴
    とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記（Ｂ）のステップは、有効励起パル
    スの複数の組を第１の励起パルスが４個の所定位置のう
    ちの一つの位置に制限され、第２の励起パルスが３個の
    所定位置のうちの一つに制限されることを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記（Ｃ）のステップは、選択された励
    起パルスの組内の各励起パルスの位置は最大２ビットで
    記述する出力を生成することを特徴とする請求項１記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 前記（Ｃ）のステップは、選択された励
    起パルスの組内の各励起パルスの符号は１ビットで記述
    する出力を生成することを特徴とする請求項５記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記（Ａ）のステップは、１０個のパル
    スを有する励起パルスの組を選択することを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記（Ａ）のステップは、５個のパルス
    を有する励起パルスの組を選択することを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記（Ａ）のステップは、４個のパルス
    を有する励起パルスの組を選択することを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記（Ａ）のステップは、３個のパル
    スを有する励起パルスの組を選択することを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 （Ａ）複数の有効励起パルスの組から
    固定コードブックエラーを最小にする励起パルスの組を
    検索するステップと、 各励起パルスの組は複数の励起パルスを有し、 （Ｂ）前記複数の有効励起パルスの組を、各励起パルス
    が最大４個の所定位置のうちの一つの位置に制限される
    ような組に制限するステップと、 （Ｃ）選択された励起パルスの組を記述する出力を生成
    するステップとからなることを特徴とする励起ベクトル
    の符号化方法。
  12. 【請求項１２】 前記（Ｂ）のステップは、有効励起パ
    ルスの複数の組を各励起パルスが４個の所定位置のうち
    の一つの位置に制限されるような組に制限することを特
    徴とする請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記（Ｂ）のステップは、有効励起パ
    ルスの複数の組を第１の励起パルスが最大４個の所定位
    置のうちの一つの位置に制限され、第２の励起パルスが
    最大３個の所定位置のうちの一つに制限されることを特
    徴とする請求項１１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記（Ｂ）のステップは、有効励起パ
    ルスの複数の組を第１の励起パルスが４個の所定位置の
    うちの一つの位置に制限され、第２の励起パルスが３個
    の所定位置のうちの一つに制限されることを特徴とする
    請求項１１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記（Ｃ）のステップは、選択された
    励起パルスの組内の各励起パルスの位置は最大２ビット
    で記述する出力を生成することを特徴とする請求項１１
    記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記（Ｃ）のステップは、選択された
    励起パルスの組内の各励起パルスの符号は１ビットで記
    述する出力を生成することを特徴とする請求項１５記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 前記（Ａ）のステップは、１０個のパ
    ルスを有する励起パルスの組を選択することを特徴とす
    る請求項１１記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記（Ａ）のステップは、５個のパル
    スを有する励起パルスの組を選択することを特徴とする
    請求項１１記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記（Ａ）のステップは、４個のパル
    スを有する励起パルスの組を選択することを特徴とする
    請求項１１記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記（Ａ）のステップは、３個のパル
    スを有する励起パルスの組を選択することを特徴とする
    請求項１１記載の方法。
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